JP2020044695A - ゴム材料の押出方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】使用される未加硫のゴム材料の粘度が変化した場合であっても、ゴム押出機およびギヤポンプを経て押し出した際に、目標範囲の断面積を有するゴム押出物を安定して製造できるゴム材料の押出方法およびシステムを提供する。【解決手段】ゴム押出機２の押出口２ｃにギヤポンプ６を接続し、ギヤポンプ６の吐出口６ａに配置されたダイ７の開口部７ａに開口面積可変機構８を設置して、ゴム押出機１に投入された未加硫のゴム材料Ｒ１を、ギヤポンプ６および開口部７ａを通過させてゴム押出物Ｒ２を製造する際に、ゴム押出機２の回転しているスクリュー４に生じるトルクＱに基づいて、制御部９によってゴム材料Ｒ１の粘度μを推定し、この推定した粘度μとギヤポンプ６のヘッド圧力Ｐｇに基づいて、制御部９によってスライド板８ａをスライドさせる制御をして、開口部７ａの開口面積Ｓを適切な設定値Ｓｖに調整する。【選択図】図２

Description

本発明は、ゴム材料の押出方法およびシステムに関し、さらに詳しくは、使用される未加硫のゴム材料の粘度が変化した場合であっても、ゴム押出機およびギヤポンプを経て押し出した際に、目標範囲の断面積を有するゴム押出物を安定して製造できるゴム材料の押出方法およびシステムに関するものである。

タイヤ等のゴム製品を製造する際には、ゴム押出機を用いた押出工程がある。ゴム押出機のシリンダ内部では、回転するスクリューによって未加硫のゴム材料がシリンダ前方に向かって送られて押出口から押出される。この押出口にはギヤポンプが接続されることがある（例えば、特許文献１参照）。押出口から押出された未加硫のゴム材料は、ギヤポンプを経て押し出されることで、押出量を安定させ易くなって定量的に押し出すには有利になる。

押し出されたゴム材料は、ダイに形成されている開口部を通過することで所定形状のゴム押出物に成形される。この開口部の面積を可変にすることで、所望の断面積のゴム押出物を製造することができる。ところが、使用されるゴム材料の粘度が変化すると、開口部を同じ面積に維持しても、ダイを通過して得られるゴム押出物の断面積が変化するという問題がある。それ故、使用される未加硫のゴム材料の粘度を押出中に把握できることが望まれる。

ギヤポンプを押出口に接続した場合は、スクリューのヘッド圧力を概ね一定範囲に維持するので、この圧力はゴム材料の粘度を推定するには不向きである。特許文献１の発明では、ギヤポンプを通過したゴム材料の圧力を用いて粘度を推定している（段落００２８）。しかしながら、ダイの開口部の開口面積を変化させる場合は、開口部の開口面積の変化とともにギヤポンプのヘッド圧力も変化するため、この圧力もゴム材料の粘度を推定するには不向きである。そのため、使用される未加硫のゴム材料の粘度を、押出中に精度よく把握して目標範囲の断面積を有するゴム押出物を安定して製造するには改善の余地がある。

特開２０１０−２１４７０８号公報

本発明の目的は、使用される未加硫のゴム材料の粘度が変化した場合であっても、ゴム押出機およびギヤポンプを経て押し出した際に、目標範囲の断面積を有するゴム押出物を安定して製造できるゴム材料の押出方法およびシステムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のゴム材料の押出方法は、ゴム押出機の押出口にギヤポンプを接続し、前記ギヤポンプの吐出口に配置されたダイの開口部の開口面積を変更させる開口面積可変機構を設置して、前記ゴム押出機に投入された未加硫のゴム材料を、前記ギヤポンプおよび前記開口部を通過させてゴム押出物を製造するゴム材料の押出方法であって、前記ゴム押出機の回転しているスクリューに生じるトルクを検知して、この検知したトルクデータに基づいて制御部により、前記ゴム材料の粘度を推定して、この推定した粘度と、前記ギヤポンプのヘッド圧力とに基づいて、前記ゴム押出物の断面積を予め設定された目標範囲にさせる前記開口面積の設定値を算出し、前記制御部により前記開口面積可変機構を制御することによって、前記開口面積を前記設定値に調整することを特徴とする。

本発明のゴム材料の押出システムは、ゴム押出機と、このゴム押出機の押出口に接続されたギヤポンプと、このギヤポンプの吐出口に配置されたダイと、このダイに形成された開口部の開口面積を変更させる開口面積可変機構とを備えたゴム材料の押出システムであって、前記ゴム押出機のスクリューの回転時に前記スクリューに生じるトルクを検知するトルク検知部と、前記ギヤポンプと前記吐出口との間に配置された圧力センサと、前記トルク検知部により検知されたトルクデータおよび前記圧力センサにより検知された圧力データが入力される制御部とを備えて、前記制御部により前記トルクデータに基づいて前記ゴム押出機に投入された未加硫のゴム材料の粘度が推定され、この推定された粘度と前記圧力データとに基づいて、前記開口部を通過して製造されるゴム押出物の断面積を予め設定された目標範囲にする前記開口面積の設定値が算出されて、前記制御部により前記開口面積可変機構を制御することによって、前記開口面積が前記設定値に調整される構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、ゴム押出機に投入された未加硫のゴム材料の粘度を、ゴム押出機の回転するスクリューに生じるトルクに基づいて推定する。そのため、ゴム押出機の押出口にギヤポンプを接続し、ギヤポンプの吐出口に配置されたダイの開口部の面積を変更させる開口面積可変機構を設置して、ゴム押出機およびギヤポンプを経て開口部を通過させてゴム押出物を製造する押出中に、ゴム材料の粘度を精度よく把握できる。それ故、推定した粘度とギヤポンプのヘッド圧力に基づいて、開口部の開口面積を適切な設定値に調整することで、使用される未加硫のゴム材料の粘度が変化した場合であっても、ゴム押出物の断面積を安定的に目標範囲にすることが可能になる。

本発明のゴム材料の押出システムを、主要部を縦断面視にして例示する説明図である。 図１のギヤポンプの周辺を拡大して縦断面視で例示する説明図である。 図２の開口部を正面視で例示する説明図である。 回転するスクリューに生じるトルクとゴム押出機に投入されたゴム材料の粘度との関係を例示するグラフ図である。 ゴム押出物の断面積と開口部の開口面積との関係を例示するグラフ図である。 ゴム押出物の断面積とギヤポンプのヘッド圧力との関係を例示するグラフ図である。 ゴム押出物の断面積とゴム押出機に投入されたゴム材料の粘度との関係を例示するグラフ図である。 ゴム材料の温度と粘度との関係を例示するグラフ図である。

以下、本発明のゴム材料の押出方法およびシステムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図３に例示する本発明のゴム材料の押出システム１は、未加硫のゴム材料Ｒ１を押し出して所望の断面積Ａを有するゴム押出物Ｒ２を製造する。即ち、この押出システム１を用いることで、予め設定された目標範囲の断面積Ａを有するゴム押出物Ｒ２が製造される。

押出システム１は、ゴム押出機２と、ゴム押出機２の押出口２ｂに接続されたギヤポンプ６と、ギヤポンプ６の吐出口６ａに配置されたダイ７と、ダイ７に形成された開口部７ａの開口面積Ｓを変更させる開口面積可変機構８とを備えている。この押出システム１は、さらに、トルク検知部１０と、トルク検知部１０により検知されたトルクデータが逐次入力される制御部９とを備えている。制御部９としてはコンピュータ等を用いる。押出システム１を構成する機器の動きは、制御部９によって制御される。

ゴム押出機２のシリンダ２ａにはスクリュー４が内設されている。このシリンダ２ａの後端部にはスクリュー４を回転駆動する駆動モータ４ａが配置されている。この実施形態のゴム押出機２は、１本のスクリュー４を有する一軸タイプであるが、複数本のスクリュー４を設けて二軸タイプ等にすることもできる。シリンダ２ａの上面に形成された投入口２ｂの外周側を覆うようにホッパ３が取り付けられている。シリンダ２ａの前端に押出口２ｃが形成されている。

押出口２ｂに接続されたヘッド部５には、ギヤポンプ６が設置されている。ギヤポンプ６はケーシング内に互いに噛合う一対のギヤを有していて、公知の仕様のものを用いることができる。

ギヤポンプ６の吐出口６ａが形成されているヘッド部５の前端面には、ダイ７が取付けられている。ダイ７には開口部７ａが形成されていて、この開口部７ａは吐出口６ａと連通している。この実施形態では開口部７ａは台形状であるが、その形状はこれに限定されず、円形状、楕円形状、三角形状、長方形状など所望の形状が採用される。開口部７ａの前方には、開口部７ａから押出されたゴム押出物Ｒ２を前方に搬送する引取りローラ１４が配置されている。

ダイ７の前端面には、開口面積可変機構８を構成するスライド板８ａが当接している。スライド板８ａは、ダイ７に設けられたスライドガイド７ｂに係合している。スライド板８ａは流体シリンダや電動アクチュエータ等のロッドに取り付けられていて、ロッドの進退移動によってスライドガイド７ｂにガイドされてダイ７の前端面に当接した状態でスライドする（摺動する）。スライド板８ａのスライドによってスライド板８ａで覆われる開口部７ａの範囲が変化するので、開口部７ａの開口面積Ｓが変化する。

トルク検知部１０は、スクリュー４の回転時にスクリュー４に生じるトルクＱを逐次検知する。この実施形態では、トルク検知部１０は駆動モータ４ａに接続されている。このトルクＱは、例えば、駆動モータ４ａ（スクリュー４）の回転に要する電力量に基づいて算出することができる。或いは、スクリュー４に生じる回転方向の歪みを歪みゲージによって検知して、検知した歪みに基づいて算出することができる。

投入口２ｂを通じてゴム押出機２に投入されたゴム材料Ｒ１の粘度μが高くなるに連れて、駆動モータ４ａ（スクリュー４）の回転に要する電力量は増大し、スクリュー４に生じる回転方向の歪みは増大するのでトルクＱは大きくなる。そこで、ゴム材料Ｒ１の種類毎（配合毎）に、所定の押出条件下におけるゴム材料Ｒ１の粘度μと駆動モータ４ａ（スクリュー４）の回転に要する電力量との関係、或いは、所定の押出条件下におけるゴム材料Ｒ１の粘度μとスクリュー４に生じる回転方向の歪みとの関係を、事前テスト等を行って予め把握する。そして、図４に例示するように粘度μとトルクＱとの相関関係を制御部９に入力、記憶しておく。

スクリュー４の前端とギヤポンプ６との間に圧力センサ１１ａが配置され、ギヤポンプ６と吐出口６ａとの間に別の圧力センサ１１ｂが配置されている。また、ギヤポンプ６と吐出口６ａとの間に温度センサ１２が配置されている。

それぞれの圧力センサ１１ａ、１１ｂは、それぞれの圧力センサ１１ａ、１１ｂが配置された位置を通過するゴム材料Ｒ１の圧力を検知する。即ち、一方の圧力センサ１１ａはスクリュー４のヘッド圧力Ｐｓを検知し、他方の圧力センサ１１ｂはギアポンプ６のヘッド圧力Ｐｇを検知する。温度センサ１２は、温度センサ１２が配置された位置を通過するゴム材料Ｒ１の温度Ｔを検知する。圧力センサ１１ａ、１１ｂにより検知された圧力データ、温度センサ１２により検知された温度データは、制御部９に逐次入力される。

開口部７ａの前方には、押出物Ｒ２の断面形状を検知するプロファイルセンサ１３が配置されている。この実施形態では、引取りローラ１４の上方にプロファイルセンサ１３が配置されている。押出物Ｒ２が左右対称形状の場合などには、プロファイルセンサ１３に代えて厚みセンサを用いることもできる。

また、ゴム材料Ｒ１の種類毎（配合毎）に、図５に例示するように、所定の押出条件下で開口部７ａを通過して製造されたゴム押出物Ｒ２の断面積Ａと開口部７ａの開口面積Ｓとの相関関係を、事前テスト等を行って予め把握しおく。図５は、所定の押出条件下での開口面積Ｓの変化に起因する断面積Ａの変化の程度を示している。そして、この相関関係を制御部９に入力、記憶しておく。

さらに、ゴム材料Ｒ１の種類毎（配合毎）に、図６に例示するように、所定の押出条件下で開口部７ａを通過して製造されたゴム押出物Ｒ２の断面積Ａとギヤポンプ６のヘッド圧力Ｐｇとの相関関係を、事前テスト等を行って予め把握しおく。図６は、所定の押出条件下でのギヤポンプ６のヘッド圧力Ｐｇの変化に起因する断面積Ａの変化の程度を示している。そして、この相関関係を制御部９に入力、記憶しておく。

さらに、ゴム材料Ｒ１の種類毎（配合毎）に、図７に例示するように、所定の押出条件下で開口部７ａを通過して製造されたゴム押出物Ｒ２の断面積Ａと粘度μとの相関関係を、事前テスト等を行って予め把握しおく。図７は、所定の押出条件下での粘度μの変化に起因する断面積Ａの変化の程度を示している。そして、この相関関係を制御部９に入力、記憶しておく。

次に、本発明のゴム押出方法を用いて、予め設定された目標範囲の断面積Ａを有するゴム押出物Ｒ２を製造する手順の一例を説明する。

図１、図２に例示するように、未加硫の原料ゴムに各種配合剤が含有されているゴム材料Ｒ１を、ホッパ部３を通じて投入口２ｂからシリンダ２ａの内部に投入する。シリンダ２ａの内部に投入されたゴム材料Ｒ１は、所定の回転数で回転するスクリュー４によって、シリンダ２ａの内部を押出口２ｃに向って押し出される。

押出口２ｃに送られたゴム材料Ｒ１は、ギヤポンプ６の回転するそれぞれのギヤとケーシングとのすき間を通過して吐出口６ａに送られる。次いで、ゴム材料Ｒ１は、開口部７ａを通過することで型付けされてゴム押出物Ｒ２として押出される。このゴム押出物Ｒ２は、引取りローラ１４等によって次工程に搬送される。

この押出工程では、スクリュー４のヘッド圧力Ｐｓを所定の一定範囲に維持するように、ゴム材料Ｒ１を押し出す。したがって、圧力センサ１１ａにより検知される検知データを、所定の一定範囲に維持するようにスクリュー４の回転数（回転速度）が制御部９によって制御される。ギヤポンプ６では、一対のギヤの回転数（回転速度）を、所定の一定範囲に維持するように制御部９によって制御される。

このようにスクリュー４のヘッド圧力Ｐｓを実質的に一定にするとともに、ギヤポンプ６の回転数を実質的に一定にすることで、吐出口６ａには、ゴム材料Ｒ１が実質的に定量供給される。そして、ダイ７では、スライド板８ａをスライドさせることで開口部７ａの開口面積Ｓが調整される。

スクリュー４のヘッド圧力Ｐｓを実質的に一定にして、ギヤポンプ６の回転数を実質的に一定にしたこの所定の押出条件下において、ゴム押出物Ｒ２の断面積Ａを目標範囲にするために必要な開口部７ａの開口面積Ｓ（即ち、開口面積Ｓの適切な設定値Ｓｖ）は、粘度μとギヤポンプ６のヘッド圧力Ｐｇとの関数である。そこで、開口部７ａを通過しているゴム材料Ｒ１がスクリュー４によって押し出されている時にトルク検知部１０により検知されたトルクデータと、予め把握されている粘度μとトルクＱとの相関関係とに基づいて、押し出されている時のこのゴム材料Ｒ１の粘度μが制御部９によって推定される。

また、制御部９には、図５〜図７のデータが入力、記憶されているので、これらデータを多変量分析することで、ゴム押出物Ｒ２の断面積Ａを目標範囲にするための開口部７ａの開口面積Ｓと、ギヤポンプ６のヘッド圧力Ｐｇと、粘度μとの相関関係が把握できる。そこで、この把握された開口面積Ｓとヘッド圧力Ｐｇと粘度μとの相関関係と、上述の推定された粘度μと、圧力センサ１１ｂにより検知されたヘッド圧力Ｐｇとに基づいて、開口面積Ｓの適切な設定値Ｓｖが制御部９によって逐次算出される。

次いで、制御部９によって、開口部７ａの開口面積Ｓを算出された設定値Ｓｖに逐次調整するようにスライド板８ａをスライドさせる制御を行う。この開口面積可変機構８に対する制御操作によって、ゴム材料Ｒ１は、開口面積Ｓが設定値Ｓｖに調整された開口部７ａを通過することになる。これにより、目標範囲の断面積Ａを有するゴム押出物Ｒ２が製造される。一般的に開口部７ａは、開口面積Ｓの適切な設定値Ｓｖに近似した大きさになっているので、スライド板８ａのスライド量は例えば数ｍｍ以内になる。

上記のとおり、ゴム押出機２に投入されたゴム材料Ｒ１の粘度μを、回転するスクリュー４に生じるトルクＱに基づいて推定する。即ち、ゴム材料Ｒ１の圧力を使用せずに粘度μを推定する。そのため、ゴム押出機２およびギヤポンプ６を経て、開口面積Ｓを可変にした開口部７ａを通過させてゴム押出物Ｒ２を製造する場合であっても、押出中にゴム材料Ｒ１の粘度μを精度よく把握できる。それ故、推定した粘度μとギヤポンプ６のヘッド圧力Ｐｇを用いて、開口部７ａの開口面積Ｓを適切な設定値Ｓｖに調整することで、ゴム押出物Ｒ２の断面積Ａを安定的に目標範囲にすることが可能になる。

ゴム材料Ｒ１の粘度μには、図８に例示するように温度依存性があり、ゴム材料Ｒ１の温度Ｔによって変化する。そこで、ゴム材料Ｒ１の粘度μを推定する際には、温度センサ１２により検知した温度データを用いて補正すると推定精度は向上する。即ち、トルク検知部１０により検知されたトルクデータに加えて、この温度データに基づいて、制御部９によりゴム材料Ｒ１の粘度μを推定することもできる。

この実施形態では、製造されたゴム押出物Ｒ２のプロファイルがプロファイルセンサ１３によって逐次検知される。プロファイルセンサ１３により検知された検知データは、制御部９に逐次入力され、この検知データに基づいてゴム押出物Ｒ２の断面積Ａが算出される。そして、この算出された断面積Ａが予め設定された目標範囲内であるか否か制御部９により判断される。この算出された断面積Ａが目標範囲外であると判断された場合には、制御部９は警告手段（警報機や警告灯）を作動させて、断面積Ａが目標範囲外であることを作業者や管理者に伝える。

１ 押出システム
２ ゴム押出機
２ａ シリンダ
２ｂ 投入口
２ｃ 押出口
３ ホッパ
４ スクリュー
４ａ 駆動モータ
５ ヘッド部
６ ギヤポンプ
６ａ 吐出口
７ ダイ
７ａ 開口部
７ｂ スライドガイド
８ 開口面積可変機構
８ａ スライド板
９ 制御部
１０ トルク検知部
１１ａ、１１ｂ 圧力センサ
１２ 温度センサ
１３ プロファイルセンサ
１４ 引取りローラ
Ｒ１ 未加硫のゴム材料
Ｒ２ ゴム押出物

Claims (3)

1. ゴム押出機の押出口にギヤポンプを接続し、前記ギヤポンプの吐出口に配置されたダイの開口部の開口面積を変更させる開口面積可変機構を設置して、前記ゴム押出機に投入された未加硫のゴム材料を、前記ギヤポンプおよび前記開口部を通過させてゴム押出物を製造するゴム材料の押出方法であって、
   前記ゴム押出機の回転しているスクリューに生じるトルクを検知して、この検知したトルクデータに基づいて制御部により、前記ゴム材料の粘度を推定して、この推定した粘度と、前記ギヤポンプのヘッド圧力とに基づいて、前記ゴム押出物の断面積を予め設定された目標範囲にさせる前記開口面積の設定値を算出し、前記制御部により前記開口面積可変機構を制御することによって、前記開口面積を前記設定値に調整することを特徴とするゴム材料の押出方法。
2. 前記ギヤポンプと前記開口部との間で、前記ゴム材料の温度を検知して、この検知した温度データに基づいて前記制御部により、前記粘度を推定する請求項１に記載のゴム材料の押出方法。
3. ゴム押出機と、このゴム押出機の押出口に接続されたギヤポンプと、このギヤポンプの吐出口に配置されたダイと、このダイに形成された開口部の開口面積を変更させる開口面積可変機構とを備えたゴム材料の押出システムであって、
   前記ゴム押出機のスクリューの回転時に前記スクリューに生じるトルクを検知するトルク検知部と、前記ギヤポンプと前記吐出口との間に配置された圧力センサと、前記トルク検知部により検知されたトルクデータおよび前記圧力センサにより検知された圧力データが入力される制御部とを備えて、前記制御部により前記トルクデータに基づいて前記ゴム押出機に投入された未加硫のゴム材料の粘度が推定され、この推定された粘度と前記圧力データとに基づいて、前記開口部を通過して製造されるゴム押出物の断面積を予め設定された目標範囲にする前記開口面積の設定値が算出されて、前記制御部により前記開口面積可変機構を制御することによって、前記開口面積が前記設定値に調整される構成にしたことを特徴とするゴム材料の押出システム。

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