JP2022030611A

JP2022030611A - 成型ドラム

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Publication number: JP2022030611A
Application number: JP2020134731A
Authority: JP
Inventors: 和輝大谷; Kazuki Otani
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2040-08-07
Also published as: JP7511414B2

Abstract

【課題】成型ドラムの外形寸法の拡径動作においてスライダを移動させるために必要とされる駆動力を一定とするとともに、拡縮動作の精度を維持可能な成型ドラムを提供する。【解決手段】ドラム軸の軸周りに円周方向に均等な間隔で設けられ、１つの円周面を構成する複数のセグメントを有し、複数のセグメントにより形成される円周面を拡縮可能な成型ドラムであって、ドラム軸の軸方向に移動可能に該ドラム軸に外嵌され、一端側にテーパー状の傾斜面を有するスライダと、スライダの円周方向に沿って均等な間隔で傾斜面に配置され、可動方向が半径方向となるように取り付けられる複数の直動機構と、直動機構及びセグメントが個別に取り付けられるブラケットと、ブラケットのドラム軸の軸方向への移動を規制する規制体とを備える構成とした。【選択図】図２

Description

本発明は、成型ドラムに関し、特に、加硫前のグリーンタイヤの成型に用いられる外径が拡縮可能な成型ドラムに関する。

従来、タイヤは、成型ドラムの外周に複数の部材を巻き付けてグリーンタイヤを成型し、加硫成型することで製造される。複数の部品が巻き付けられる成型ドラムの外周は、円周方向に均等な間隔で複数のセグメントを配置することで１つの円周面として形成され、各セグメントを半径方向内外に同期して移動させることで外周面の外形寸法を拡縮可能に構成されている。各セグメントは、ドラム軸の外周に外嵌され、ドラム軸の軸方向に沿って移動可能に取り付けられたスライダに、一端が揺動自在に取り付けられた揺動アームの他端に揺動自在に接続される。これにより、成型ドラムは、スライダをドラム軸の軸方向に沿って進退させ、揺動アームに所謂リンク動作をさせることで、セグメントを半径方向内外に移動させる拡縮機構により、外形寸法を拡縮可能となっている。このように外形寸法が拡縮可能な成型ドラムでは、種々の内径の異なるタイヤを成型することができる。

特開２０１４－１７２３６１号公報

しかし、前述の拡縮機構では、成型ドラムの外形寸法の拡径につれてスライダを移動させるために必要とされる駆動力が変化するという問題がある。外形寸法を最も縮径した状態では、ドラム軸の延長方向と、揺動アームの延長方向とが交差する挟角の角度が小さいが、拡径させるにつれて挟角の角度が大きくなり、揺動アームを押圧するスライダの移動に必要とされる駆動力も大きくなっている。したがって、スライダを移動させる駆動機構には、少なくとも最大拡径したときに必要とされる駆動力を出力可能な能力が必要とされる。このため、内径の小さなタイヤを成型するときには、成型ドラムの能力として過剰であり、不要な電力を消費することになる。
また、前述のように、揺動アームにかかる負荷が変化するため、揺動アームのリンク動作に伴ない、揺動アームが連結されるセグメントやスライダの接続部にがたつきが生じ易く、成型ドラムの拡縮径の精度が低下する虞があり、耐久性に懸念がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、成型ドラムの外形寸法の拡径動作においてスライダを移動させるために必要とされる駆動力を一定とするとともに、拡縮動作の精度を維持可能な成型ドラムを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための成型ドラムの構成として、ドラム軸の軸周りに円周方向に均等な間隔で設けられ、１つの円周面を構成する複数のセグメントを有し、複数のセグメントにより形成される円周面を拡縮可能な成型ドラムであって、ドラム軸の軸方向に移動可能に該ドラム軸に外嵌され、一端側にテーパー状の傾斜面を有するスライダと、スライダの円周方向に沿って均等な間隔で傾斜面に配置され、可動方向が半径方向となるように取り付けられる複数の直動機構と、直動機構及びセグメントが個別に取り付けられるブラケットと、ブラケットのドラム軸の軸方向への移動を規制する規制体とを備える構成とした。
本構成によれば、スライダを規制体方向に移動させることで、成型ドラムの外形寸法の拡径動作においてスライダを移動させるために必要とされる駆動力を一定とすることができ、結果として、成型ドラムの稼働に要する電力を最小化することができる。
また、従来のように拡縮動作において、リンク機構のような揺動動作がなく、揺動動作を可能とするあそびや、あそびの摩耗に伴うガタが生じないため、拡縮動作にともなう耐久性が向上し、拡縮動作における精度を長期にわたり維持することができる。
また、直動機構は、重ねて設けると良い。また、直動機構は、レールと、レールに沿って移動するブロックとを備え、レールがブラケット側に、ブロックが傾斜面側に取り付けると良い。
また、成型ドラムは、ブラケットと、規制体との間に、ブラケットの半径方向への移動を可能にする径方向ガイドを備える構成としても良い。

なお、上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、特徴群を構成する個々の構成もまた発明となり得る。

タイヤ成型装置のブロック図である。成型ドラムの構成を示す断面図及び平面図である。成型ドラムの半断面拡大図である。スライダの平面図である。成型ドラムの動作を示す図である。成型ドラムの動作を示す図である。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、タイヤ成型装置１の模式図である。図１に示すように、タイヤ成型装置１は、成型ドラム１０と、成型ドラム１０を回転させる回転駆動機構１２と、成型ドラム１０を拡縮させる拡縮駆動機構１４とを備える。

図２は、本実施形態に係る成型ドラム１０の概略構成図である。図２に示すように、成型ドラム１０は、基軸１８と、ドラム軸２０と、スライダ２２と、傾斜ガイド２４と、ブラケット２６と、垂直ガイド２８と、ストッパ３０と、セグメント３２と、を備える。

基軸１８は、例えば、外形寸法が一定の中空、或いは中軸等の軸体から構成され、成型ドラム１０によるタイヤの成型作業における中心軸である。基軸１８は、軸線Ｃが水平方向に延長するように設けられる。

ドラム軸２０は、内周を基軸１８が貫通する中空の筒体として形成され、基軸１８の外周を回転可能に設けられる。ドラム軸２０の一端側には、ドラム軸２０を回転させる回転駆動機構１２が接続される。ドラム軸２０は、回転駆動機構１２の駆動により、基軸１８の軸線Ｃを回転中心軸として回転する。

回転駆動機構１２には、例えば、駆動モータの回転をドラム軸２０に伝動するチェーンスプロケット機構やベルトプーリー機構等の伝動機構などのように、成型ドラム１０を回転駆動できるものであればどのような機構でも良い。

スライダ２２は、概略、内周をドラム軸２０が貫通する中空の筒体として形成され、ドラム軸２０の外周を軸方向に沿って移動可能にドラム軸２０の外周に外嵌される。スライダ２２は、一端側において拡縮駆動機構１４と接続され、拡縮駆動機構１４の駆動により、ドラム軸２０の軸方向に沿って往復移動する。

拡縮駆動機構１４には、例えばシリンダ機構又はネジ伝動機構などの直線運動機構を用いることができる。

図４は、スライダ２２の平面図である。スライダ２２は、前述の拡縮駆動機構１４が接続された端部の逆側の他端側にテーパー部３４を備える。テーパー部３４は、端部に向かうにつれて漸次縮径する錐面状に形成される。図４に示すように、テーパー部３４は、例えば、軸線Ｃに沿う断面視において軸線Ｃに交差するように傾斜する傾斜面３４ａを有するように、例えば、正多角錘状に形成される。傾斜面３４ａは、正多角錐における角錐面に対応し、平面状に形成される。

図２乃至図４では、傾斜面３４ａは、例えば、軸線Ｃに対して４５°の角度で交差するように設定されたものを示している。なお、傾斜面３４ａの角度は、４５°に限定されず、スライダ２２の軸方向への往復移動するストローク量や、ストローク量に対するセグメント３２の拡縮比、スライダ２２の移動を制御する拡縮駆動機構１４の駆動力等に応じて適宜変更すると良い。テーパー部３４には、傾斜ガイド２４が取り付けられる。

傾斜ガイド２４は、複数のリニアガイド機構４０により構成される。リニアガイド機構４０は、直線的に延長するレール４２と、レール４２に沿って移動するブロック４４とで構成され、レール４２とブロック４４との間に転動するボールを介在させてボールの転がりを利用することで、レール４２に対するブロック４４のスライドを可能に構成される。

リニアガイド機構４０は、例えば、２つの部品間において、一方の部材にレール４２、他方の部材をブロック４４に取り付けることで、一方の部品に対する他方の部品の直動運動を可能にする。各部品は、レール４２及びブロック４４にそれぞれ設けられた取付面に取り付けられる。レール４２及びブロック４４に設けられた取付面は、例えば、それぞれ平面状に形成され、互いに平行の関係にある。

リニアガイド機構４０は、各傾斜面３４ａに設けられる。本実施形態では、図２，図３に示すように、各傾斜面３４ａにおいて２段重ねて取り付けられる。なお、各傾斜面３４ａに重ねて取り付けられるリニアガイド機構４０の段数は、２段に限定されず、２段以上の複数や重ねずに１段等としても良い。

以下の説明では、傾斜面３４ａに直接取り付けられるリニアガイド機構４０を第１ガイド部４０Ａ、第１ガイド部４０Ａに重ねられるリニアガイド機構４０を第２ガイド部４０Ｂという。また、第１ガイド部４０Ａを構成するレール４２をレール４２Ａ、ブロック４４をブロック４４Ａ、第２ガイド部４０Ｂを構成するレール４２をレール４２Ｂ、ブロック４４をブロック４４Ｂという。なお、第１ガイド部４０Ａ及び第２ガイド部４０Ｂには、同一のリニアガイド機構４０を用いた。

第１ガイド部４０Ａは、レール４２Ａがスライダ２２の半径方向に延長するようにブロック４４Ａを前述の傾斜面３４ａに固定することでスライダ２２に取り付けられる。ブロック４４Ａは、傾斜面３４ａの半径方向外側に取り付けられ、例えば、図２（ａ）に示すように、軸線Ｃよりも上方において、レール４２Ａに重力が作用したときに、自重によりブロック４４Ａに対してスライド（移動）可能とされる。

このように、第１ガイド部４０Ａを傾斜面３４ａに取り付けることにより、レール４２Ａを移動するブロック４４Ａの移動量を大きくすることができる。即ち、前述のように、レール４２Ａが自重によりブロック４４Ａに対して移動したときに、レール４２Ａの半径方向内側の端部がドラム軸２０に接触するまでの距離を長くすることができる。
各傾斜面３４ａに取り付けられたブロック４４Ａは、軸線Ｃを中心とする同一円周上に位置するように配置される。

第２ガイド部４０Ｂは、各傾斜面３４ａに取り付けられた第１ガイド部４０のレール４２Ａとレール４２Ｂが平行に延長するように、ブロック４４Ｂがレール４２Ａに取り付けられる。ブロック４４Ｂは、レール４２Ａの半径方向外側に固定される。即ち、第２ガイド部４０Ｂは、第１ガイド部４０Ａが軸線Ｃよりも上方に位置するときに、ブロック４４Ａに対して自重により移動したレール４２Ａの一端側に重なるように固定される。第２ガイド部４０Ｂのレール４２Ｂには、セグメント３２を取り付けるためのブラケット２６が取り付けられる。

ブラケット２６は、各傾斜面３４ａに取り付けられた第２ガイド部４０Ｂ毎に設けられる。ブラケット２６は、第２ガイド部４０Ｂのレール４２Ｂに取り付けられる傾斜ガイド取付部５０と、垂直ガイド２８が取り付けられる垂直ガイド取付部５２と、セグメント３２が取り付けられるセグメント取付部５４とを備える。

傾斜ガイド取付部５０、垂直ガイド取付部５２、セグメント取付部５４は、例えば、それぞれ平面状に形成され、次の関係が設定される。ブラケット２６は、傾斜ガイド取付部５０をレール４２Ｂに取り付けたときに、垂直ガイド取付部５２が軸線Ｃと直交する平面として形成され、セグメント取付部５４が軸線Ｃと平行に延長するとともに垂直ガイド取付部５２に直交する平面として形成され、直角三角形状をなす。

垂直ガイド２８は、複数のリニアガイド機構６０により構成される。リニアガイド機構６０は、前述のリニアガイド機構４０と同様に、直線的に延長するレール６２と、レール６２に沿って移動するブロック６４とで構成され、レール６２とブロック６４との間に転動するボールを介在させてボールの転がりを利用することで、レール６２に対するブロック６４のスライドを可能に構成される。

リニアガイド機構６０は、例えば、２つの部品間において、一方の部材にレール６２、他方の部材をブロック６４に取り付けることで、一方の部品に対する他方の部品の直動運動を可能にする。各部品は、レール６２及びブロック６４にそれぞれ設けられた取付面に取り付けられる。レール６２及びブロック６４に設けられた取付面は、例えば、それぞれ平面状に形成され、互いに平行の関係にある。

リニアガイド機構６０は、各ブラケット２６の垂直ガイド取付部５２に設けられる。本実施形態では、図２，図３に示すように、各ブラケット２６の垂直ガイド取付部５２において２段重ねて取り付けられる。なお、垂直ガイド取付部５２に重ねて取り付けられるリニアガイド機構６０の段数は、２段に限定されず、２段以上の複数や重ねずに１段等としても良い。

以下の説明では、垂直ガイド取付部５２に直接取り付けられるリニアガイド機構６０を第１ガイド部６０Ａ、第１ガイド部６０Ａに重ねられるリニアガイド機構６０を第２ガイド部６０Ｂという。また、第１ガイド部６０Ａを構成するレール６２をレール６２Ａ、ブロック６４をブロック６４Ａ、第２ガイド部６０Ｂを構成するレール６２をレール６２Ｂ、ブロック６４をブロック６４Ｂという。なお、第１ガイド部６０Ａ及び第２ガイド部６０Ｂには、同一のリニアガイド機構６０を用いた。

第１ガイド部６０Ａは、レール６２Ａがスライダ２２の半径方向に延長するようにブロック６４Ａを前述の垂直ガイド取付部５２に固定することでブラケット２６に取り付けられる。

第２ガイド部６０Ｂは、レール６２Ｂが第１ガイド部６０Ａのレール６２Ａと平行に延長するように第１ガイド部６０Ａのブロック６４Ａに取り付けられ、ブロック６４Ｂがストッパ３０に取り付けられる。

第１ガイド部６０Ａ及び第２ガイド部６０Ｂは、成型ドラム１０が最も縮径している状態で、ブラケット２６とストッパ３０との間において、ブロック６４Ａ及びブロック６４Ｂが、半径方向外側に位置するように配置される。半径方向外側のスライダ２２の半径方向に延長するようにブロック６２Ａを前述の垂直ガイド取付部５２に固定することでブラケット２６に取り付けられる。

各ブラケット２６に取り付けられた第１ガイド部６０Ａのブロック６４Ａや第２ガイド部６０Ｂのブロック６４Ｂは、それぞれ軸線Ｃを中心とする同一円周上に位置するように配置される。

ストッパ３０は、ドラム軸２０の外周に不動に固定され、前述のスライダ２２の移動に伴うブラケット２６の軸方向への移動を規制する規制体として機能する。ストッパ３０は、例えば環状体として構成され、ドラム軸２０に固定された状態において、一端側が軸線Ｃと直交する平面状に形成される。ブラケット２６に取り付けられた第２ガイド部６０Ｂは、この平面状の端部に、レール６２Ｂの取付面を接触させて固定される。

セグメント３２は、ブラケット２６のセグメント取付部５４に取り付けられる。セグメント３２は、例えば、一方長尺の板状部材、或いは棒状部材からなり、延長方向が軸線Ｃに沿って平行に延長するように各ブラケット２６に取り付けられる。セグメント３２は各ブラケット２６に取り付けられた状態において、軸方向視したときに一つの円周面を形成するように、半径方向外側に位置する面が円弧状に形成される。

図５及び図６は、成型ドラム１０の拡径動作を示す図である。以下、成型ドラム１０の拡径動作について説明する。
成型ドラム１０は、図２に示すように、最も縮径した状態から拡縮駆動機構１４を駆動させてスライダ２２をストッパ３０に近接させることで拡径される。

図５（ｂ），図６（ｂ）に示すように、拡縮駆動機構１４によりスライダ２２に加えられた押圧力Ｐは、スライダ２２から傾斜ガイド２４→ブラケット２６→垂直ガイド２８→ストッパ３０に伝達される。ストッパ３０は、ドラム軸２０に固定されているため、傾斜ガイド２４、ブラケット２６、垂直ガイド２８の軸線Ｃ方向への移動を規制する。一方で、スライダ２２から傾斜ガイド２４への押圧力Ｐの伝達は、テーパー部３４の傾斜により、傾斜ガイド２４を軸方向に押す力ｐ１と、半径方向外側に押し上げる力ｐ２とに分解されて伝達される。

テーパー部３４には、傾斜面３４ａに沿って移動可能なレール４２Ａ；４２Ｂを有する傾斜ガイド２４が取り付けられているため、スライダ２２は、例えば、図５（ｂ）に示すように、スライダ２２に取り付けられた第１ガイド部４０Ａのブロック４４Ａに対して第２ガイド部４０Ｂとともにレール４２Ａを半径方向外側に移動させながら、ストッパ３０に向けて軸方向に移動させる。これにより、第２ガイド部４０Ｂのレール４２Ｂに取り付けられたブラケット２６とともにセグメント３２を半径方向外側に移動させる。また、ブラケット２６は、垂直ガイド２８を介してストッパ３０に力ｐ１により押し付けられるものの、ストッパ３０に固定された第２ガイド部６０Ｂのブロック６４Ｂに対してレール６２Ｂとともに第１ガイド部６０Ａが半径方向外側に移動することで、ブラケット２６の半径方向への移動を円滑にさせることができる。その結果、図５（ａ）に示すように、複数のセグメント３２により形成される円周面の外径が拡径されることになる。

図５に示す状態から、さらにスライダ２２をストッパ３０に向けて移動させることにより、図６（ｂ）に示すように、スライダ２２は、第１ガイド部４０Ａのレール４２Ａに取り付けられた第２ガイド部４０Ｂのブロック４４Ｂに対してレール４２Ｂを半径方向外側に移動させながら、ストッパ３０に向けて軸方向に移動させる。これにより、第２ガイド部４０Ｂのレール４２Ｂに取り付けられたブラケット２６とともにセグメント３２をさらに半径方向外側に移動させる。また、ブラケット２６は、垂直ガイド２８を介してストッパ３０に力ｐ１により押し付けられるものの、ストッパ３０に固定された第２ガイド部６０Ｂのレール６２Ｂに固定された第１ガイド部６０Ａのブロック６４Ａに対してレール６２Ａが半径方向外側に移動することで、ブラケット２６の半径方向外側への移動を円滑にさせることができる。その結果、図６（ａ）に示すように、複数のセグメント３２により形成される円周面の外径がさらに拡径されることになる。

また、スライダ２２をストッパ３０から離間するように動作させることで、複数のセグメント３２により形成される円周面の外径が縮径するように、傾斜ガイド２４や垂直ガイド２８が動作することは言うまでもない。

なお、上記実施形態では、説明の便宜上、傾斜ガイド２４を構成する第１ガイド部４０Ａ、第２ガイド部４０Ｂの順に動作するものとして説明したが、実際には、第２ガイド部４０Ｂの次に第１ガイド部４０Ａが動作したり、或は両方が同時に動作したりするものである。

以上説明したように、本実施形態に係る成型ドラム１０は、傾斜ガイド２４による直動運動に基づいて、複数のセグメント３２により形成される円周面（成型面）の外径が拡縮されるため、拡径量によらず一定の力で拡径動作をさせることができる。即ち、従来のリンク機構により拡径動作させるように駆動力に変化がないので、成型ドラムの稼働において省電力化することができる。
また、リンク機構による揺動運動がないので、揺動運動に必要とされるあそびや、あそびに起因する摩耗がなくなるため、拡縮動作に伴う耐久性が向上し、拡縮動作の精度を長期的に維持することができる。

即ち、ドラム軸２０の軸周りに円周方向に均等な間隔で設けられ、１つの円周面を構成する複数のセグメント３２により形成される円周面を拡縮可能な成型ドラム１０において、ドラム軸２０の軸方向に移動可能に該ドラム軸２０に外嵌され、一端側にテーパー状の傾斜面３４ａを有するスライダ２２と、スライダ２２の円周方向に沿って均等な間隔で傾斜面３４ａに配置され、可動方向が半径方向となるように取り付けられる複数の直動機構と、直動機構及びセグメント３２が個別に取り付けられるブラケット２６と、ブラケット２６のドラム軸２０の軸方向への移動を規制する規制体とを備える構成とした。
本構成によれば、スライダ２２を規制体方向に移動させることで、成型ドラム１０の外形寸法の拡径動作においてスライダ２２を移動させるために必要とされる駆動力を一定とすることができ、結果として、成型ドラム１０の稼働に要する電力を最小化することができる。また、従来のように拡縮動作において、リンク機構のような揺動動作がなく、揺動動作を可能とするあそびや、あそびの摩耗に伴うガタが生じないため、拡縮動作にともなう耐久性が向上し、拡縮動作における精度を長期にわたり維持することができる。
前述の直動機構は、各傾斜面３４ａに重ねて設けるようにしても良い。このように、直動機構を重ねて設けることにより、成型ドラム１０の拡縮動作の範囲を大きくすることができる。また、重ねることで、例えば、ストロークの長い１つの直動機構を用いるよりも、これよりもストロークの短い直動機構を重ねることで、傾斜面３４ａに取り付けたときの軸方向に突出する長さを短くすることができ、コンパクト化することができる。
直動機構には、例えば、レール４２と、レール４２に沿って移動するブロック４４とを備えるものを用いることができ、レール４２をブラケット２６に、ブロック４４を傾斜面３４ａに取り付けると良い。また、前述のように、重ねて設ける場合には、傾斜面側に取り付けられた直動機構のレール４２にこれに重なる直動機構のブロック４４を取り付け、最終的にレールがブラケットに固定されるように重ねると良い。
さらに、ブラケットと、規制体との間に、ブラケットの半径方向への移動を可能にする径方向ガイドを備えることで、規制体に対してブラケットを円滑に移動させることができる。

１０成型ドラム、１２回転駆動機構、１４拡縮駆動機構、１８基軸、
２０ドラム軸、２２スライダ、２４傾斜ガイド、２６ブラケット、
２８垂直ガイド、３０ストッパ、３２セグメント、３４テーパー部、
４０；６０リニアガイド機構。

Claims

ドラム軸の軸周りに円周方向に均等な間隔で設けられ、１つの円周面を構成する複数のセグメントを有し、前記複数のセグメントにより形成される前記円周面を拡縮可能な成型ドラムであって、
前記ドラム軸の軸方向に移動可能に該ドラム軸に外嵌され、一端側にテーパー状の傾斜面を有するスライダと、
前記スライダの円周方向に沿って均等な間隔で前記傾斜面に配置され、可動方向が半径方向となるように取り付けられる複数の直動機構と、
前記直動機構及び前記セグメントが個別に取り付けられるブラケットと、
前記ブラケットの前記ドラム軸の軸方向への移動を規制する規制体と、
を備えることを特徴とする成型ドラム。
前記直動機構は、重ねて設けられたことを特徴とする請求項１に記載の成型ドラム。
前記直動機構は、レールと、前記レールに沿って移動するブロックとを備え、
前記レールが前記ブラケットに、前記ブロックが前記傾斜面に取り付けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の成型ドラム。
前記ブラケットと、前記規制体との間に、前記ブラケットの半径方向への移動を可能にする径方向ガイドを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の成型ドラム。