JP2023018199A - ゴム部材成形方法、ゴム部材成形装置、成形ドラム、及びプログラム - Google Patents

ゴム部材成形方法、ゴム部材成形装置、成形ドラム、及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】口金と成形面との間のクリアランスを高精度に設定することができるゴム部材成形方法、ゴム部材成形装置、成形ドラム、及びプログラムを提供する。【解決手段】口金と成形面を成形面に沿った方向に相対移動させながら口金から吐出されたゴムを成形面に貼り付けることで帯状のゴム部材を成形するゴム部材成形方法であって、成形開始前に、口金と成形面のうち一方を他方に近付く方向に移動させて他方に当接した位置を当接位置とし、この当接位置から成形開始時の所望のゴム部材の厚み分だけ一方を他方から離れる方向に移動させた位置を成形開始位置に設定する。【選択図】図8

Description

本開示は、ゴム部材成形方法、ゴム部材成形装置、成形ドラム、及びプログラムに関する。
成形面を移動させながら押出機の口金から吐出されたゴムを成形面に貼り付けることで帯状のゴム部材を成形する方法が知られている(例えば下記特許文献1)。この方法では、口金から吐出されたゴムが口金と成形面とのクリアランスを通過することで、所望の厚みを有するゴム部材を成形している。そのため、口金と成形面との間のクリアランスが、ゴム部材の貼り付け精度や寸法に大きく影響する。
従来、口金と成形面との間のクリアランスは、手動で設定されていた。具体的には、口金を成形面に少しずつ近付けて、隙間ゲージ等でクリアランスを実測して口金の位置を決定していた。しかしながら、隙間ゲージ等でクリアランスを実測する場合、個人差によるバラつきが起こり、口金と成形面との間のクリアランスを高精度に設定することが困難であった。
特開2020-185760号公報
本開示の目的は、口金と成形面との間のクリアランスを高精度に設定することができるゴム部材成形方法、ゴム部材成形装置、成形ドラム、及びプログラムを提供することである。
本開示のゴム部材成形方法は、口金と成形面を前記成形面に沿った方向に相対移動させながら前記口金から吐出されたゴムを前記成形面に貼り付けることで帯状のゴム部材を成形するゴム部材成形方法であって、
成形開始前に、前記口金と前記成形面のうち一方を他方に近付く方向に移動させて前記他方に当接した位置を当接位置とし、この当接位置から成形開始時の所望のゴム部材の厚み分だけ前記一方を前記他方から離れる方向に移動させた位置を成形開始位置に設定する。
本実施形態のゴム部材成形装置を模式的に示す正面図 本実施形態のゴム部材成形装置を模式的に示す平面図 ゴム部材成形装置の制御システムの機能を示すブロック図 ゴム部材成形方法の一例を示すフローチャート 押出機、成形ドラム、及びセンサの位置関係を示す図 押出機、成形ドラム、及びセンサの位置関係を示す図 押出機、成形ドラム、及びセンサの位置関係を示す図 押出機、成形ドラム、及びセンサの位置関係を示す図 押出機、成形ドラム、及びセンサの位置関係を示す図 押出機、成形ドラム、及びセンサの位置関係を示す図
以下、ゴム部材成形方法およびゴム部材成形装置における一実施形態について、図1A~図9を参照しながら説明する。なお、各図において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致しておらず、また、各図面の間での寸法比も、必ずしも一致していない。
<ゴム部材成形装置の構造>
図1A及び図1Bは、ゴム部材成形装置の一例を示す模式図であり、図1Aは正面図、図1Bは平面図である。図2は、ゴム部材成形装置の制御システムの機能を示すブロック図である。
図1A及び図1Bに示すように、ゴム部材成形装置1は、ゴムを混練して口金21に向けて押し出す押出機2と、成形ドラム3と、押出機2を前後に駆動する前後駆動装置4と、成形ドラム3を回転駆動するサーボモータ5と、成形ドラム3の変位を測定するセンサ6と、制御装置7(図1A及び図1Bでは不図示)とを備える。
以下の説明においては、図1A及び図1Bに示すように、押出機2によるゴムの押出方向をX方向、円筒状の成形ドラム3の円筒軸方向をY方向、X方向及びY方向に直交する方向をZ方向とする。そして、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「+X方向」、「-X方向」のように、正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「X方向」と記載される。
押出機2は、筒状のバレル2aと、バレル2aの供給口に接続されたホッパー2bと、バレル2a内でゴムを混練して先端側(+X方向側)に送り出すスクリュー(不図示)と、スクリューを回転駆動させるスクリュー用モータ2cとを有する。スクリュー用モータ2cの作動は、制御装置7によって制御される。
押出機2の先端側には、押出機2から供給されるゴムを口金21へと送り出すギアポンプ20が接続されている。ギアポンプ20は、その先端側に接続された口金21に向けて定量のゴムを送り出す。ギアポンプ20は、ギア用モータ(不図示)によって回転駆動される一対のギア20aを内蔵している。ギア用モータの作動は、制御装置7によって制御される。ゴムは、ギアポンプ20及び口金21を介して所定の吐出量で押し出される。
押出機2は、前後駆動装置4によって押出方向(X方向)の前後に移動可能に構成されている。押出機2は、前進することによって成形ドラム3に接近し、後退することによって成形ドラム3から遠ざかる。押出機2に接続されているギアポンプ20と口金21は、それぞれ押出機2と一体的に前後に移動する。前後駆動装置4は、本開示の移動機構に相当する。前後駆動装置4の作動は、制御装置7によって制御される。
成形ドラム3は、周方向に沿って配列されて円筒状の成形面3sを形成する複数のセグメント30を有する。本実施形態では、成形ドラム3が十二個のセグメント30を有する例を示す。なお、セグメント30の個数はこれに限られるものではなく、例えば六個や八個であってもよい。各セグメント30は、成形ドラム3の円筒軸方向から見て円弧状に湾曲した板状に形成されている。
各セグメント30は、不図示のシリンダ装置によってそれぞれ径方向に変位する。これにより、成形ドラム3は、セグメント30の変位に応じて拡縮可能に構成されている。このような成形ドラム3のセグメント構造は従来公知であり、例えば特開2004-358680号公報などに開示されている。
成形ドラム3は、サーボモータ5によって円筒軸3aの周りに回転可能に構成されている。成形ドラム3は、サーボモータ5に片持ち支持されている。ただし、成形中に成形ドラム3の不要な変位が起きないように、サーボモータ5とは反対側の成形ドラム3の円筒軸3aは、成形時には不図示のテールストックにより固定される。サーボモータ5の作動は、制御装置7によって制御される。成形ドラム3の成形面3sには、口金21から吐出されたゴムが巻き付けられる。成形ドラム3は、サーボモータ5とともに、揺動駆動装置31(図1A参照)により円筒軸方向(Y方向)に揺動(往復動)可能に構成されている。揺動駆動装置31の作動は、制御装置7によって制御される。成形ドラム3を回転させながら押出機2に対して相対的に揺動させることにより、ゴムを周方向に沿って螺旋状に巻き付け、所望の断面形状を有する環状ゴム部材を成形することができる。なお、成形ドラム3を押出機2に対して揺動させることなく、回転する成形ドラム3にゴムを1周のみ巻き付けることで環状ゴム部材を成形することもできる。
センサ6は、成形ドラム3の変位を測定する。前述のように、成形ドラム3は、サーボモータ5に片持ち支持されているため、外力によって微小な変位が起こる。センサ6は、この成形ドラム3の微小な変位を測定し得る。センサ6の種類は特に限定されず、レーザ変位計やプロファイル測定器であっても構わないが、接触式センサが好ましい。
センサ6は、成形ドラム3を挟んで押出機2の反対側に配置されている。センサ6、成形ドラム3の円筒軸3a、及び口金21は、成形ドラム3の円筒軸方向から見て直線上に配置される。言い換えると、成形ドラム3の円筒軸方向から見たとき、センサ6は、口金21が成形ドラム3の成形面3sに向かって接近する方向の延長線上(具体的には口金21と円筒軸3aを通る直線上)に配置される。また、センサ6は、図1Bに示すように、成形ドラム3の-Y方向側に対向して配置されている。この構成によれば、成形ドラム3は、+Y方向側で片持ち支持されており、-Y方向側の変位が大きくなるため、センサ6で成形ドラム3の微小な変位を測定しやすい。
センサ6は、センサ駆動装置60(図2参照)によって押出機2の押出方向(X方向)の前後に移動可能に構成されている。センサ6は、前進することによって成形ドラム3に接近し、後退することによって成形ドラム3から遠ざかる。センサ駆動装置60の作動は、制御装置7によって制御される。
制御装置7は、図2に示す生産管理部8から送信される生産指令をもとに、前後駆動装置4、サーボモータ5、センサ駆動装置60等の作動を制御する。また、図2には示していないが、制御装置7は、押出機2のスクリュー用モータ2c、およびギアポンプ20のギア用モータの作動も制御する。制御装置7は、データ取得部71と、記憶部72と、成形位置算出部73と、指示部74とを有する。
データ取得部71は、生産管理部8からの生産指令を受信する。また、データ取得部71は、ドラムエンコーダ3e、押出機エンコーダ2e、およびセンサ6の測定データを取得する。ドラムエンコーダ3eは、サーボモータ5による成形ドラム3の変位を測定し、電気信号として位置情報を出力する。押出機エンコーダ2eは、前後駆動装置4による押出機2の変位を測定し、電気信号として位置情報を出力する。
記憶部72は、ドラム位置(後述する)、押出機待機位置(後述する)、押出機前進位置(後述する)、および部材形状を記憶する。部材形状は、成形するゴム部材の形状に関するデータである。
成形位置算出部73は、ドラム位置算出部73a、押出機当接位置算出部73b、および押出機成形開始位置算出部73cを含む。ドラム位置算出部73aは、成形ドラム3の位置を算出する。成形ドラム3の位置には、成形ドラム3の円筒軸方向(Y方向)の位置、および成形ドラム3の回転方向(周方向)の位置が含まれる。押出機当接位置算出部73bは、押出機2と成形ドラム3、具体的には口金21と成形面3sとが当接するときの押出機2の位置(当接位置)を算出する。押出機成形開始位置算出部73cは、口金21からゴムの吐出が開始されるときの押出機2の位置(成形開始位置)を算出する。
指示部74は、成形位置算出部73で算出されたデータと、記憶部72に保存されたデータとに基づいて、サーボモータ5、前後駆動装置4、及びセンサ駆動装置60に指示信号を送信する。
<ゴム部材成形方法>
次に、ゴム部材成形方法について、図3~図9を参酌して説明する。図3は、ゴム部材成形方法の一例を示すフローチャートである。図4~図9は、ゴム部材成形方法を実行中の押出機2、成形ドラム3、及びセンサ6の位置関係を示す図である。
図4は、成形開始前の押出機2、成形ドラム3、及びセンサ6の位置関係を示している。押出機2及び口金21は待機位置P1にある。この待機位置P1は、押出機エンコーダ2eからの位置情報として予め記憶部72に保存されている。また、センサ6も、成形ドラム3から離れた待機位置Q1にある。
成形ドラム3は、揺動駆動装置31によって円筒軸方向(Y方向)に移動し、押出機2の口金21に対向する停止位置R1に停止する。この成形ドラム3の停止位置R1は、ドラム位置算出部73aによって算出される。成形ドラム3が停止した信号は制御装置7に送信される。
まず、ステップS100において、センサ6は、センサ駆動装置60によって待機位置Q1から前進する。センサ6は、先端が成形ドラム3の成形面3sに接触するまで前進し続ける。
次に、ステップS101において、センサ6が変位を検出するか否かを判定する。センサ6は、成形面3sに接触すると、変位を検出する。センサ6が変位を検出しない場合(ステップS101のNo)、すなわちセンサ6が成形面3sにまだ接触していない場合、センサ6は、ステップS101に戻って前進し続ける。
一方、センサ6が変位を検出した場合(ステップS101のYes)、すなわち図5に示すようにセンサ6の先端が成形面3sに接触した場合、ステップS102において、センサ6は停止する。記憶部72は、センサ6の停止位置Q2を記憶する。また、停止位置Q2におけるセンサ6の検出値をセンサ6のゼロ点に設定する。
次に、ステップS103において、押出機2は、前後駆動装置4によって待機位置P1から前進する。押出機2は、口金21と成形面3sとが当接するまで前進し続ける。口金21と成形面3sとが当接したか否かの判断は、成形ドラム3の停止位置R1からの変位で行う。具体的には、押出機2の前進によって、口金21が図6に示す接触開始位置P2で成形面3sに接触し始めてから、接触状態のまま口金21が成形ドラム3を押して成形ドラム3を停止位置R1から微小変位させたときに、口金21と成形面3sとが当接したと判断する。本実施形態では、成形ドラム3が停止位置R1から0.01mm変位されたときに口金21と成形面3sとが当接したと判断する。
ステップS104において、センサ6で測定された変位が規定値より小さいか否かを判定する。規定値は0.10mm以下とするのが好ましく、0.01mm以下とするのがより好ましい。本実施形態においては、規定値を上記のように0.01mmに設定している。センサ6で測定された変位が規定値よりも小さい場合(ステップS104のYes)、押出機2は、ステップS103に戻って前進し続ける。
一方、センサ6で測定された変位が規定値に達した場合(ステップS104のNo)、ステップS105において、押出機2は停止する。このときの押出機2及び口金21の位置を図7に示す当接位置P3とする。なお、押出機2の前進によって成形ドラム3も停止位置R1から当接位置R2に僅かに移動している。口金21と成形面3sとが当接したと判断すると、押出機2の前進位置L1が記憶部72に記憶される。この前進位置L1は、押出機2が待機位置P1から当接位置P3まで前進した距離である。前進位置L1が記憶されると、センサ6は停止位置Q2から後退して待機位置Q1に戻る。押出機2の当接位置P3は、待機位置P1と前進位置L1に基づいて押出機当接位置算出部73bによって算出される。なお、後述のステップS106以降において、センサ6は停止位置Q2のままでもよい。
次に、ステップS106において、押出機2の成形開始位置P4を設定する。成形開始位置P4は、口金21から吐出したゴムを成形面3sへ貼り付け始める位置である。図8に示すように、成形開始位置P4は、当接位置P3を起点として、この起点から成形開始時の所望のゴム部材の厚みt分だけ後退した位置である。所望のゴム部材の厚みtのデータは、記憶部72に部材形状の一つとして記憶されている。ゴム部材の厚みtは、例えば0.10~0.50mmである。成形開始位置P4は、当接位置P3と厚みtに基づいて押出機成形開始位置算出部73cによって算出される。
その後、図9に示すように、押出機2は成形開始位置P4にてゴム9の吐出を開始し、これと略同時に成形ドラム3の回転を開始する。これにより、口金21から吐出されたゴム9の成形面3sへの貼り付けが開始される。口金21から吐出されたゴム9は、口金21と成形面3sとの間のクリアランスを通過することで、所望の厚みtを有するゴム部材が成形される。
以上のように、本実施形態に係るゴム部材成形方法は、口金21と成形面3sを成形面3sに沿った方向に相対移動させながら口金21から吐出されたゴム9を成形面3sに貼り付けることで帯状のゴム部材を成形するゴム部材成形方法であって、
成形開始前に、口金21を成形面3sに近付く方向に移動させて成形面3sに当接した位置を当接位置P3とし、この当接位置P3から成形開始時の所望のゴム部材の厚みt分だけ口金21を成形面3sから離れる方向に移動させた位置を成形開始位置P4に設定するものである。
この構成によれば、口金21が成形面3sに実際に当接した当接位置P3を起点とし、この起点から成形開始時の所望のゴム部材の厚みt分だけ口金21を成形面3sから離しているため、口金21と成形面3sとの間のクリアランスを所望のゴム部材の厚みtとなるように高精度に設定することができる。
また、本実施形態に係るゴム部材成形方法においては、当接位置P3は、口金21が成形面3sに接触し始めてから接触状態のまま成形面3sを微小変位させた位置である、という構成である。
この構成によれば、口金21が成形面3sに実際に当接した位置を当接位置P3に正確に設定することができる。
また、本実施形態に係るゴム部材成形方法においては、微小変位の測定は、成形面3sの変位を測定する接触式センサにより行われる、という構成である。
この構成によれば、成形面3sの微小変位を確実に測定することができる。
また、以上のように、本実施形態に係るゴム部材成形装置は、帯状のゴム部材を成形するゴム部材成形装置1であって、
ゴム9を吐出する口金21と、口金21に対して相対移動しながら口金21から吐出されたゴム9が貼り付けられる成形面3sと、口金21を成形面3sに対して接近または離間させる移動機構4と、口金21が成形面3sに接近して当接したことを検出するセンサ6と、移動機構4を制御する制御装置7と、を備え、
制御装置7は、成形開始前に、口金21を成形面3sに向かって接近させ、センサ6から当接検出信号を受信すると、口金21が成形面3sに当接した当接位置P3から成形開始時の所望のゴム部材の厚みt分だけ口金21を成形面3sから離間させるものである。
この構成によれば、口金21が成形面3sに実際に当接した当接位置P3を起点とし、この起点から成形開始時の所望のゴム部材の厚みt分だけ口金21を成形面3sから離しているため、口金21と成形面3sとの間のクリアランスを所望のゴム部材の厚みtとなるように高精度に設定することができる。
また、本実施形態に係るゴム部材成形装置1においては、センサ6は、成形面3sの変位を測定する接触式センサである、という構成である。
この構成によれば、センサ6は、成形面3sの微小変位を確実に測定することができる。
また、本実施形態に係るゴム部材成形装置1においては、センサ6は、口金21から見て成形面3sの後方に配置される、という構成である。
この構成によれば、センサ6は、口金21が変位させた成形面3sの微小変位を確実に測定することができる。
また、本実施形態に係るゴム部材成形装置1においては、センサ6は、口金21が成形面3sに向かって接近する方向の延長線上に配置される、という構成である。
この構成によれば、成形ドラム3の変位方向とセンサ6の向きが対向するため、センサ6として信頼性の高い接触式センサを使用することができる。
また、本実施形態に係る成形ドラム3は、口金21から吐出されたゴム9が貼り付けられる円筒状の成形面3sと、成形面3sを円筒軸周りに回転させるモータ5と、口金21が成形面3sに接近して当接したことを検出するセンサ6と、備えるものである。この構成によれば、口金21が成形面3sに実際に当接したことを検出することができる。
また、本実施形態に係るプログラムは、上記のゴム部材成形方法をコンピュータに実行させる。これらプログラムを実行することによっても、上記方法の奏する作用効果を得ることが可能となる。言い換えると、上記方法を使用しているとも言える。
以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
以上、本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現できる。特許請求の範囲、明細書、および図面中のフローに関して、便宜上「まず」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実行することが必須であることを意味するものではない。
上記実施形態に係るゴム部材成形方法においては、成形開始前に、口金21を成形面3sに近付く方向に移動させて成形面3sに当接した位置を当接位置P3とし、この当接位置P3から成形開始時の所望のゴム部材の厚みt分だけ口金21を成形面3sから離れる方向に移動させた位置を成形開始位置P4に設定する、という構成である。しかしながら、ゴム部材成形方法は、かかる構成に限られない。例えば、成形面3sを口金21に対して接近させたり離間させたりするようにしてもよい。すなわち、成形開始前に、成形面3sを口金21に近付く方向に移動させて口金21に当接した位置を当接位置とし、この当接位置から成形開始時の所望のゴム部材の厚みt分だけ成形面3sを口金21から離れる方向に移動させた位置を成形開始位置に設定する、という構成でもよい。このとき、センサ6は、口金21の変位を測定する。
上記実施形態に係るゴム部材成形方法およびゴム部材成形装置においては、成形ドラム3は、周方向に沿って配列される複数のセグメント30で構成されているが、これに限定されない。成形ドラム3は、セグメントに分割されず、一体として構成されてもよい。
また、上記実施形態に係るゴム部材成形方法およびゴム部材成形装置においては、成形面を成形ドラム3の円筒状の成形面3sとしているが、これに限定されない。成形面としては、回転するディスクの円盤状の成形面でもよい。
1…ゴム部材成形装置、2…押出機、2e…押出機エンコーダ、3…成形ドラム、3e…ドラムエンコーダ、3s…成形面、4…前後駆動装置(移動機構)、5…サーボモータ、6…センサ、7…制御装置、9…ゴム、21…口金、60…センサ駆動装置、P1…口金の待機位置、P2…口金の接触開始位置、P3…口金の当接位置、P4…口金の成形開始位置、Q1…センサの待機位置、Q2…センサの停止位置、R1…成形ドラムの停止位置、R2…成形ドラムの当接位置、t…所望のゴム部材の厚み

Claims (9)

  1. 口金と成形面を前記成形面に沿った方向に相対移動させながら前記口金から吐出されたゴムを前記成形面に貼り付けることで帯状のゴム部材を成形するゴム部材成形方法であって、
    成形開始前に、前記口金と前記成形面のうち一方を他方に近付く方向に移動させて前記他方に当接した位置を当接位置とし、この当接位置から成形開始時の所望のゴム部材の厚み分だけ前記一方を前記他方から離れる方向に移動させた位置を成形開始位置に設定する、ゴム部材成形方法。
  2. 前記当接位置は、前記口金と前記成形面のうち前記一方が前記他方に接触し始めてから接触状態のまま前記他方を微小変位させた位置である、請求項1に記載のゴム部材成形方法。
  3. 前記微小変位の測定は、前記口金と前記成形面のうち前記他方の変位を測定する接触式センサにより行われる、請求項2に記載のゴム部材成形方法。
  4. 帯状のゴム部材を成形するゴム部材成形装置であって、
    ゴムを吐出する口金と、前記口金に対して相対移動しながら前記口金から吐出されたゴムが貼り付けられる成形面と、前記口金と前記成形面のうち一方を他方に対して接近または離間させる移動機構と、前記一方が前記他方に接近して当接したことを検出するセンサと、前記移動機構を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、成形開始前に、前記一方を前記他方に向かって接近させ、前記センサから当接検出信号を受信すると、前記一方が前記他方に当接した当接位置から成形開始時の所望のゴム部材の厚み分だけ前記一方を前記他方から離間させる、ゴム部材成形装置。
  5. 前記センサは、前記他方の変位を測定する接触式センサである、請求項4に記載のゴム部材成形装置。
  6. 前記センサは、前記一方から見て前記他方の後方に配置される、請求項4または5に記載のゴム部材成形装置。
  7. 前記センサは、前記一方が前記他方に向かって接近する方向の延長線上に配置される、請求項6に記載のゴム部材成形装置。
  8. 口金から吐出されたゴムが貼り付けられる円筒状の成形面と、
    前記成形面を円筒軸周りに回転させるモータと、
    前記口金が前記成形面に接近して当接したことを検出するセンサと、備える、成形ドラム。
  9. 請求項1~3の何れかに1項に記載のゴム部材成形方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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