JP2020196150A

JP2020196150A - ゴム押出物の製造装置および方法

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Publication number: JP2020196150A
Application number: JP2019102167A
Authority: JP
Inventors: 秀憲平井; Hidenori Hirai
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: JP7287120B2

Abstract

【課題】より簡素な構成にしつつ、ゴム押出物のスウェルを考慮して所望の断面形状のゴム押出物を得られるようにしたゴム押出物の製造装置および方法を提供する。【解決手段】押出機２から未加硫のゴム押出物Ｒｆを押し出し、押出流路７の前後方向に間隔をあけた少なくとも２か所の検知位置では圧力センサ８ａ、８ｂにより圧力を検知して、それぞれの圧力センサ８ａ、８ｂによる検知圧力Ｐａ、Ｐｂを制御部１０に入力し、制御部１０が検知圧力Ｐａ、Ｐｂの比に基づいてゴム押出物Ｒｆのスウェルの程度を予測して、押出機２によるゴム押出物Ｒｆの押出速度Ｖ１と引き取りコンベヤ９による搬送速度Ｖ２との相対速度を制御することによりゴム押出物Ｒｆのスウェルの程度を許容範囲内に調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、ゴム押出物の製造装置および方法に関し、さらに詳しくは、より簡素な構成にしつつ、ゴム押出物のスウェルを考慮して所望の断面形状のゴム押出物を得られるようにしたゴム押出物の製造装置および方法に関するものである。

タイヤ等のゴム製品の製造工程では、押出機によって押し出された未加硫のゴム押出物が部材として使用されている。このゴム押出物は、押出機のヘッドに取り付けられたダイの押出口から押出されるが、押し出されるとスウェル（膨張）する特性がある。そのため、ゴム押出物の断面形状は、押出口の開口形状と同一にはならない。このスウェルの程度は、ゴム特性や押出流路の仕様等によって異なる。そのため、所望の断面形状のゴム押出物は得ることが難しい。

所望の断面形状のゴム押出物を得るために、押出口の面積を変化させる押出口可変部材や、押出流路に出入りする整流体を用いることも提案されている（特許文献１参照）。この提案では、押出口可変部材や整流体のような可動部品をダイに対して設置する必要がある。それ故、より簡素な構成にするには改善の余地がある。

特開２０１８−１３０８９６号公報

本発明の目的は、より簡素な構成にしつつ、ゴム押出物のスウェルを考慮して所望の断面形状のゴム押出物を得られるようにしたゴム押出物の製造装置および方法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押出物の製造装置は、未加硫のゴム押出物を押し出す押出機と、この押出機の押出口の前方に配置されて前記ゴム押出物を搬送する引き取り手段とを備えたゴム押出物の製造装置において、前記押出機の押出流路の前後方向に間隔をあけた少なくとも２か所の検知位置での圧力を検知する圧力センサと、それぞれの検知位置での圧力が入力される制御部とを有し、少なくとも２か所の前記検知位置での検知圧力の比に基づいて、前記押出機による前記ゴム押出物の押出速度と前記引き取り手段による搬送速度との相対速度を前記制御部によって制御することにより前記ゴム押出物のスウェルの程度が調整される構成にしたことを特徴とする。

本発明のゴム押出物の製造方法は、押出機から未加硫のゴム押出物を押し出して、このゴム押出物を前記押出機の押出口の前方に配置された引き取り手段により搬送するゴム押出物の製造方法において、前記押出機の押出流路の前後方向に間隔をあけた少なくとも２か所の検知位置で圧力を検知し、この少なくとも２か所の前記検知位置での検知圧力の比に基づいて、前記押出機による前記ゴム押出物の押出速度と前記引き取り手段による搬送速度との相対速度を制御して前記ゴム押出物のスウェルの程度を調整することを特徴とする。

本発明によれば、押出流路の前後方向に間隔をあけた少なくとも２か所の検知位置での検知圧力の比に基づいて、ゴム押出物のスウェルの程度を予測できる。そして、ゴム押出物の押出速度と引き取り手段による搬送速度との相対速度を制御することで、ゴム押出物に付与する張力を適切に設定してスウェルの程度を許容範囲内に調整することができる。このように少なくとも２か所の検知位置での検知圧力の比を利用することで、より簡素な構成でありながらも、ゴム押出物がスウェルしても所望の断面形状のゴム押出物を得ることが可能になる。

本発明のゴム押出物の製造装置を平面視で例示する説明図である。図１のゴム押出物の製造装置を側面視で例示する説明図である。スウェルの程度を調整していない場合のゴム押出物を平面視で例示し、図３（Ａ）は短い押出流路、図３（Ｂ）は長い押出流路の場合を示す説明図である。スウェルの程度を調整した場合のゴム押出物を平面視で例示し、図４（Ａ）は短い押出流路、図４（Ｂ）は長い押出流路の場合を示す説明図である。押出流路での前後方向に間隔をあけた検知位置の圧力比とゴム押出物のスウェルの程度との関係を例示するグラフ図である。

以下、本発明のゴム押出物の製造装置および方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図２に例示する本発明のゴム押出物の製造装置１は、押出機２と、圧力センサ８ａ、８ｂと、引取りコンベヤ９と、制御部１０とを備えている。押出機２は、筒状のシリンダ２ａと、シリンダ２ａの内部に配置されるスクリュー４と、スクリュー４を回転させる駆動モータ４ａと、シリンダ２ａの先端に設置されるヘッド３とを備えている。ヘッド３の先端にはダイ５が取り付けられている。ダイ５には所定形状の押出口６が形成されている。ヘッド３およびダイ５には、シリンダ前後方向に押出流路７が貫通している。押出流路７とシリンダ２ａの内部とは連通している。

シリンダ２ａの内部には、後方側上部に突設されたホッパを通じてゴム材料Ｒが投入される。投入されたゴム材料Ｒは、回転するスクリュー４によってシリンダ４の内部で前方に送られつつ粘度を低くされて（可塑化されて）、押出口６から型付けされた未加硫のゴム押出物Ｒｆとしてシート状に押し出される。

駆動モータ４ａの動きは制御部１０により制御される。即ち、制御部１０からに指令によって、スクリュー４（駆動モータ４ａ）の回転および回転停止、回転速度が制御される。スクリュー４の回転速度に応じてゴム押出物Ｒｆの押出速度Ｖ１が変化し、回転速度を速くすると押出速度Ｖ１は速くなり、回転速度が遅くすると押出速度Ｖ１は遅くなる。

圧力センサ８ａ、８ｂは、押出流路７の前後方向に間隔をあけた検知位置での圧力を検知する。この実施形態では、ヘッド３とダイ５とにそれぞれ１個ずつ圧力センサ８ａ、８ｂが配置されていて、ヘッド３とダイ５とで押出流路７の圧力を検知する。圧力センサ８ａ、８ｂと制御部１０とは有線または無線によって通信可能に接続されている。圧力センサ８ａ、８ｂにより検知された検知圧力は逐次、制御部１０に入力される。押出流路７の前後方向に間隔をあけた少なくとも２か所の検知位置での圧力を検知できればよいので、検知位置を３か所以上にして検知位置に対応する数の圧力センサを設けることもできる。

押出口６の前方には引き取りコンベヤ９が配置されている。引取りコンベヤ９は、押出口６から押出されたゴム押出物Ｒｆを搬送する。この実施形態では、ゴム押出物Ｒｆの押出方向と同じ方向に引き取りコンベヤ９が延在していて、押出方向と同じ方向にゴム押出物Ｒｆが引き取りコンベヤ９によって搬送される。引取りコンベヤ９に限らず、ゴム押出物Ｒｆを能動的に搬送できる引取り手段を採用することができる。引取りコンベヤ９の動きは制御部１０により制御される。即ち、制御部１０からに指令によって、引取りコンベヤ９による搬送および搬送停止、搬送速度Ｖ２が制御される。

制御部１０は、押出流路７の少なくとも２か所の検知位置での検知圧力の比に基づいて、スクリュー４と引き取りコンベヤ９の少なくとも一方を制御することで、ゴム押出物Ｒｆの押出速度Ｖ１と引き取りコンベヤ９による搬送速度Ｖ２との相対速度Ｖ（Ｖ＝搬送速度Ｖ２−押出速度Ｖ１）を制御する。押出速度Ｖ１を一定にして搬送速度Ｖ２を変化させることで相対速度Ｖを制御することも、搬送速度Ｖ２を一定にして押出速度Ｖ１を変化させることで相対速度Ｖを制御することもできる。或いは、押出速度Ｖ１および搬送速度Ｖ２を変化させることで相対速度Ｖを制御することもできる。

押出機２を稼働して押出口６から単純にゴム押出物Ｒｆを押出すと、図３に例示するようにゴム押出物Ｒｆはスウェルして、押出口６の開口形状よりも大きくて若干異なる断面形状になる。このスウェルの程度は、図３（Ａ）に例示する短い押出流路７の場合、図３（Ｂ）に例示する長い押出流路７の場合とで異なる。ゴム押出物Ｒｆのゴム特性（粘度）によってもスウェルの程度は異なる。また、押出速度Ｖ１もスウェルの程度に影響する。このようにスウェルの程度は、様々な要因に影響を受けるので予測することが難しい。

本願発明者の種々の検討、分析の結果、押出流路７の前後方向に間隔をあけた位置での圧力比がスウェルの程度に大きく影響することを見出した。即ち、この圧力比の大きさが概ね普遍的にスウェルの程度と相関することが判明した。そこで、上述したように押出流路７の前後方向に間隔をあけた少なくとも２か所の検知位置での圧力センサ８ａ、８ｂにより圧力を検知する。圧力センサ８ａ、８ｂによる検知圧力の比とゴム押出物Ｒｆのスウェルの程度（断面積の変化具合）との相関関係Ｒ１は予め把握して制御部１０に入力、記憶しておく。

ゴム押出物Ｒｆのシュリンクを無視すれば、相対速度Ｖがゼロよりも大きい場合は、引き取りコンベヤ９にゴム押出物Ｒｆが引っ張られるのでゴム押出物にＲｆには張力が発生する。相対速度Ｖがゼロ以下の場合は、ゴム押出物にＲｆには張力は発生しない。ゴム押出物Ｒｆは未加硫ゴムなので張力が作用することで伸び変形し、これに伴い幅寸法および厚み寸法は小さくなる。即ち、相対速度Ｖの大きさ（ゴム押出物Ｒｆに付与する張力の大きさ）によってゴム押出物Ｒｆの単位長さ当たりの体積の大きさを変えることができるので、ゴム押出物Ｒｆのスウェルの程度（断面積の大きさ）を調整できる。

そこで制御部１０には、相対速度Ｖの大きさとゴム押出物Ｒｆの変形具合（断面積の変化具合）の相関関係Ｒ２を予め把握しておき、この相関関係Ｒ２データを制御部１０に入力、記憶しておく。また、制御部１０には、製造するゴム押出物Ｒｆの目標とする断面形状（寸法または断面積）の許容範囲データ、換言するとスウェルの程度の許容範囲データを入力、記憶しておく。

押出機２を稼働してゴム押出物Ｒｆを製造する際には、圧力センサ８ａ、８ｂによる検知圧力の比と相関関係Ｒ１とを用いて、制御部１０によってゴム押出物Ｒｆのスウェルの程度が予測される。そして、予測されたスウェルの程度と、予め入力されているスウェルの程度の許容範囲データとを比較して、予測されたスウェルの程度が許容範囲に入るように制御部１０によって上述した相対速度Ｖが制御されて、図４に例示するようにゴム押出物Ｒｆが製造される。

予測されたスウェルの程度が許容範囲を超える場合は、その超える程度と相対関係Ｒ２とを用いて制御部１０は適切な相対速度Ｖを算出する。そして、予測されたスウェルの程度が許容範囲を超える程度に応じて相対速度Ｖを大きくしてゴム押出物Ｒｆのスウェルを抑制する。予測されたスウェルの程度が許容範囲内の場合は、ゴム押出物Ｒｆに積極的に張力を付与して変形させる必要がないので相対速度Ｖは概ねゼロにする。

その結果、ゴム押出物Ｒｆのスウェルの程度は予め設定された許容範囲内に入る。これに伴い、所望の断面形状のゴム押出物Ｒｆを製造することができる。本発明を適用することで、図４（Ａ）、（Ｂ）に例示するように押出流路７の長さが異なる場合であっても、ゴム押出物Ｒｆのゴム特性（粘度）が異なる場合であっても、押出速度Ｖ１が異なる場合であっても、所望の断面形状のゴム押出物Ｒｆを得ることが可能になる。

上述したように、圧力センサ８ａ、８ｂによる検知圧力の比を利用することで、多くの要因を考慮することなくゴム押出物Ｒｆのスウェルの程度を予測できる。そして、押出速度Ｖ１と搬送速度Ｖ２との相対速度Ｖを制御することで、ゴム押出物Ｒｆに付与する張力を適切に設定してスウェルの程度を許容範囲内に調整することができる。それ故、より簡素な構成でありながらも、ゴム押出物Ｒｆがスウェルしても所望の断面形状のゴム押出物を得ることができる。

圧力を検知する検知位置は、１か所をヘッド３に設定し、もう１か所をダイ５に設定して、できるだけ前後間隔を大きくするとよい。これにより、検知圧力の比を明確に検知し易くなる。

ダイ５では押出流路７の断面が一方方向に延在する幅広の押出流路になっていることが多いので、この場合はダイ５で圧力を検知する検知位置は、幅広の押出流路７の幅方向中央部にするとよい。押出流路７の幅端部は流路壁面との接触抵抗によって検知圧力にばらつきが生じ易くなる。したがって、それぞれの圧力センサ８ａ、８ｂが圧力を検知する検知位置は、押出流路７においてゴムの流れがより安定している位置にすることが好ましい。これにより、ゴム押出物Ｒｆのスウェルの程度をより精度よく予測するには有利になる。

同じ押出機を用いて、粘度が異なる同種類の未加硫ゴムＡ、Ｂを用いて表１に示すように押出条件を４種類（ケース１〜４）に異ならせて、ゴム押出物を単純に押し出して製造し、その際に押出流路の前後方向に間隔をあけた２か所の検知位置で圧力を検知した。それぞれの検知位置での検知圧力の圧力比とゴム押出物のスウェルの程度とを表１に示し、この圧力比とスウェルの程度との関係を図５に示す。上流側の検知位置はヘッドに設定し、下流側の検知位置はダイに設定した。また、押出流路長さは、図３に例示したようにダイの長さを異ならせることで短い押出流路（ケース１、３）と長い押出流路（ケース２、４）とにした。

表１中の上流側圧力指数は、ヘッドでの検知圧力をケース１〜４におけるヘッドでの検知圧力の平均値で除した値である。下流側圧力指数は、ダイでの検知圧力をケース１〜４におけるダイでの検知圧力の平均値で除した値である。上流側圧力指数、下流側圧力指数はそれぞれの数値が大きい程、検知圧力が大きいことを意味する。
表１、図５中の圧力比とは、ダイでの検知圧力をヘッドでの検知圧力で除した値である。表１、図５中のスウェル指数とは、（ゴム押出物の断面積Ａｒ−ダイの押出口の開口面積Ａｏ）／（ダイの押出口の開口面積Ａｏ）×１００（％）をケース１〜４のそれぞれについて算出し、それぞれのケースでの算出値を、ケース１〜４の算出値の平均値で除した値である。スウェル指数の数値が大きい程、スウェルの程度が大きい（膨張具合が大きい）ことを意味する。

表１、図５の結果から、押出流路の前後方向に間隔をあけた２か所の検知位置での検知圧力の圧力比と、ゴム押出物のスウェルの程度とには高い相関関係があることが分かる。したがって、この圧力比に基づいてゴム押出物のスウェルの程度を把握することができる。

１ゴム押出物の製造装置
２押出機
２ａシリンダ
３ヘッド
４スクリュー
４ａ駆動モータ
５ダイ
６押出口
７押出流路
８ａ、８ｂ圧力センサ
９引取りコンベヤ（引取り手段）
１０制御部
Ｒゴム材料
Ｒｆゴム押出物

Claims

未加硫のゴム押出物を押し出す押出機と、この押出機の押出口の前方に配置されて前記ゴム押出物を搬送する引き取り手段とを備えたゴム押出物の製造装置において、
前記押出機の押出流路の前後方向に間隔をあけた少なくとも２か所の検知位置での圧力を検知する圧力センサと、それぞれの検知位置での圧力が入力される制御部とを有し、少なくとも２か所の前記検知位置での検知圧力の比に基づいて、前記押出機による前記ゴム押出物の押出速度と前記引き取り手段による搬送速度との相対速度を前記制御部によって制御することにより前記ゴム押出物のスウェルの程度が調整される構成にしたことを特徴とするゴム押出物の製造装置。
前記検知位置の１か所が前記押出機の前端部に配置されているヘッドに設定され、前記検知位置の１か所が前記ヘッドの前方に配置されているダイに設定されている請求項１に記載のゴム押出物の製造装置。
前記ダイでは前記押出流路の断面が一方方向に延在する幅広の押出流路になっていて、前記ダイに設定されている前記検知位置が前記幅広の押出流路の幅方向中央部に位置している請求項１または２に記載のゴム押出物の製造装置。
押出機から未加硫のゴム押出物を押し出して、このゴム押出物を前記押出機の押出口の前方に配置された引き取り手段により搬送するゴム押出物の製造方法において、
前記押出機の押出流路の前後方向に間隔をあけた少なくとも２か所の検知位置で圧力を検知し、この少なくとも２か所の前記検知位置での検知圧力の比に基づいて、前記押出機による前記ゴム押出物の押出速度と前記引き取り手段による搬送速度との相対速度を制御して前記ゴム押出物のスウェルの程度を調整することを特徴とするゴム押出物の製造方法。