JP4534225B2 - ゴム部材成形設備及びゴム部材成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、ゴムストリップを回転支持体に巻き付けて、所望の断面形状を有するゴム部材を成形するためのゴム部材成形設備及びゴム部材成形方法に関する。

従来、リボン状のゴムストリップを周方向に巻き付けてゴム部材を成形する、いわゆるストリップビルド法が知られている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。かかるストリップビルド法によれば、ゴムストリップを成形ドラム等の回転支持体に巻き付け、順次積層することにより、所望の断面形状を有するゴム部材を成形することができる。かかるゴム部材は、例えば空気入りタイヤのサイドウォール部を構成するゴム部材として用いられる。

ゴムストリップは、押出機のスクリューにより混練したゴム材料を、所定の断面形状を有する成型用口金を介して押し出すことにより連続的に成型される。これに関し、ゴムストリップの吐出量のばらつきを抑えることを目的として、ギアポンプを用いて成型用口金にゴム材料を供給するように構成された押出装置が知られている（下記特許文献４参照）。

図３（ａ）〜（ｄ）は、ストリップビルド法によるゴム部材の成形開始時の様子を示す概略図である。まず、押出装置１を成形ドラム７に近付け、成型用口金４と成形ドラム７の外周面との間に数ミリ程度の間隔を設ける。次に、押出機２のスクリューを回転させてゴム材料を混練すると共に、ギアポンプ３を駆動してゴムストリップＳを吐出する。ある程度の量のゴムストリップＳが吐出され、それが成形ドラム７の外周面に貼り付いたら、成形ドラム７をＲ方向に回転させ、ゴムストリップＳを周方向に沿って巻き付ける。そして、押出装置１を少し後退させた後、所望の断面形状が得られるように成形ドラム７を軸方向に往復動させ、ゴム部材を成形する。

上記のとおり、成形ドラムの回転を開始する際には、その外周面にゴムストリップが貼り付いている必要がある。従来、かかるゴムストリップの貼り付き状態は、ゴムストリップの吐出時間を制御することで確保していた。即ち、例えば、設定時間を５秒間とした場合、ゴムストリップを吐出し始めてからギアポンプを５秒間駆動させた時点で、吐出されたゴムストリップが成形ドラムの外周面に貼り付いているものとして、成形ドラムの回転を開始するように制御していた。

しかしながら、上記のような制御によると、ゴム材料の種類や混練条件等が変化した場合、温度や粘度等のゴム性状の変化に起因して、ゴムストリップの吐出時間が一定であってもゴムストリップの吐出量が変動することがあった。また、ギアポンプ内にゴム材料が十分に充填されていない場合には、ゴムストリップの吐出量が不足することがあった。更に、そのような吐出量不足を避けるため、ゴムストリップの吐出時間を長めに設定すると、ゴムストリップの吐出量が過剰になる場合もあった。これらの理由によりゴムストリップの吐出量が不足した場合、成形ドラムの外周面にゴムストリップが貼り付かないことがあり、図４に示すように、成形ドラム７を回転させたときにゴムストリップＳが巻き付かないという不具合があった。一方、ゴムストリップの吐出量が過剰である場合、図５に示すように、吐出開始時のゴムストリップＳが塊状となり、ゴム部材のユニフォミティや重量バランスを悪化させることがあった。

なお、下記特許文献４には、ギアポンプの入口側の圧力を圧力センサにより検出し、その検出結果に基づいて押出機のスクリュー回転数を制御するという構成が開示されているが、かかる構成は、押出機によるゴム材料の供給量を安定させるものであり、成形開始時にゴムストリップの吐出量が変動するという問題を解消しうるものではない。
特開平９−２９８５８号公報 特開２００２−１７８４１５号公報 特開２００２−２０５５１２号公報 特開２００３−２６６５２３号公報

そこで、本発明の目的は、回転支持体にゴムストリップを巻き付けることによってゴム部材を成形する際に、成形開始時のゴムストリップを過不足なく吐出することができるゴム部材成形設備及びゴム部材成形方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成することができる。即ち、本発明に係るゴム部材成形設備は、ゴム材料を混練して送り出す押出機と、その押出機から供給されるゴム材料を成型用口金へと送り出すギアポンプと、その成型用口金を介して押し出されたゴムストリップが巻き付けられる回転支持体と、前記ギアポンプを駆動する第１駆動装置と、前記回転支持体を回転駆動する第２駆動装置と、前記第１駆動装置および前記第２駆動装置の制御を行う制御装置と、を備えるゴム部材成形設備において、前記ギアポンプ内の出口側圧力を検出する圧力センサを備え、前記制御装置は、前記ギアポンプの駆動開始後に前記圧力センサが検出した圧力が所定圧力以上になった時点を基準として、前記ギアポンプを所定時間駆動してから前記回転支持体の回転を開始するように制御を行うことを特徴とする。

上記構成によれば、まず、ギアポンプ内の出口側圧力を検出する圧力センサを備えることにより、ギアポンプの出口側におけるゴム材料の充填具合を確認することができる。そして、制御装置が、ギアポンプの駆動開始後にその圧力センサが検出した圧力が所定圧力以上になった時点を基準として、ギアポンプを所定時間駆動してから回転支持体の回転を開始するように制御を行うことにより、ギアポンプ内にゴム材料が充填された状態になった時点を基準として、一定量のゴムストリップを吐出してから回転支持体の回転を開始することができる。このとき、ギアポンプ内の圧力に基づいて制御を行うため、温度や粘度等のゴム性状が変化した場合であっても、一定量のゴムストリップを吐出することができる。その結果、ゴム部材の成形開始時においてゴムストリップが過不足なく吐出され、吐出開始時のゴムストリップが塊状にならずに、回転支持体の外周側に貼り付いている状態が確保される。

なお、本明細書において、「回転支持体にゴムストリップを巻き付ける」という表現は、回転支持体の外周面にゴムストリップを直接巻き付ける場合に限られず、すでに回転支持体の外周面にゴムストリップを巻き付けてある場合は、その外周側から重ねて巻き付けるという態様も含まれる。

また、本発明に係るゴム部材成形方法は、成型用口金を介して押し出したゴムストリップを、回転支持体に巻き付けることによってゴム部材を成形するゴム部材成形方法において、押出機によりゴム材料を混練し、ギアポンプに供給する工程と、前記ギアポンプに供給されたゴム材料を、前記成型用口金に向けて前記ギアポンプの出口側に送り出す工程と、前記ギアポンプ内の出口側圧力を検出する工程と、その検出した圧力が所定圧力以上になった時点を基準として、前記ギアポンプを所定時間駆動してから前記回転支持体の回転を開始する工程と、を備える。

上記構成によれば、まず、ギアポンプ内の出口側圧力を検出する工程を備えることにより、ギアポンプの出口側におけるゴム材料の充填具合を確認することができる。そして、その検出した圧力が所定圧力以上になった時点を基準として、ギアポンプを所定時間駆動してから回転支持体の回転を開始する工程を備えることにより、ギアポンプ内にゴム材料が充填された状態になった時点を基準として、一定量のゴムストリップを吐出してから回転支持体の回転を開始することができる。このとき、ゴム性状が変化した場合でも一定量のゴムストリップが吐出されることや、吐出開始時のゴムストリップが塊状にならずに、回転支持体の外周側に貼り付いている状態が確保されることは上述のとおりである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

＜ゴム部材成形設備の構成＞
図１は、本発明に係るゴム部材成形設備の構成の一例を示す模式図である。図１に示すゴム部材成形設備は、押出装置１と、成形ドラム７（前記回転支持体に相当する。）と、制御装置８とを備えている。

押出装置１は、押出機２と、押出機２の押出方向先端側に接続されたギアポンプ３と、更にその先端側に接続された成型用口金４とを備えている。押出機２は、円筒形のバレル２ａと、バレル２ａの供給口に接続されたホッパー２ｂと、ゴム材料を混練して先端側に送り出すスクリュー２ｃと、スクリュー２ｃを回転駆動させる駆動装置としての第３サーボモータ２ｄとを有する。第３サーボモータ２ｄの回転数は、制御装置８が有する第３サーボモータ制御手段１５により制御される。

ギアポンプ３は、一対のギア５を有しており、成型用口金４に向けて出口側にゴム材料を送り出す機能を有する。ギア５は、それぞれ第１サーボモータ６（前記第１駆動装置に相当する。）によって回転駆動され、それらの回転数は、制御装置８が有する第１サーボモータ制御手段１３により制御される。なお、図示の都合上、一対のギア５は図１の上下方向に並べられているが、実際は平面方向（ギア５の回転軸が図１の上下となる方向) に並べられる。

ギアポンプ３の出口側には圧力センサ１１が設けられており、ギアポンプ３内の出口側圧力、即ちギアポンプ３がゴム材料を送り出すときの圧力を検出する。また、ギアポンプ３の入口側には圧力センサ１２が設けられており、ギアポンプ３内の入口側圧力、即ち押出機２からギアポンプ３にゴム材料が供給されるときの圧力を検出する。

本実施形態では、圧力センサ１２による検出結果が制御装置８の圧力調整手段１６に送られる。圧力調整手段１６は、圧力センサ１２により検出された圧力の値が、予め設定された圧力値（第１設定値）と一致するように、第３サーボモータ制御手段１５に指令を与える。かかる第１設定値は、不図示の入力手段を介して適宜に設定することができる。圧力調整手段１６は、例えば、圧力センサ１２から受け取った信号に対応してアナログ電圧値を出力する圧力支持調節計を有し、その電圧値に応じた速度指令を、第３サーボモータ制御手段１５を介して第３サーボモータ２ｄに送るように構成してもよい。つまり、第３サーボモータ制御手段１５は、ギアポンプ３内の入口側圧力に応じて、スクリュー２ｃを駆動する第３サーボモータ２ｄの回転数を制御する。これにより、ギアポンプ３内の入口側圧力が一定に保持され、押出機２によるゴム材料の供給量の安定化が図られる。

成型用口金４は所定の断面形状を有し、ギアポンプ３から成型用口金４に供給されたゴム材料は、所定の断面形状を有するゴムストリップＳの形態で連続的に押出成型される。ゴムストリップＳは、小幅かつ小厚さでリボン状をなし、タイヤの種類等に応じて種々のサイズのものが採用できる。また、ゴムストリップＳの断面形状は、特定のものに限られず、例えば三角形や三日月形、円形、矩形など、仕上げ断面形状に応じて種々の且つ好ましい形状が採用できる。

成形ドラム７は、第２サーボモータ９（第２駆動装置に相当する。）によりＲ方向に回転可能に構成されている。第２サーボモータ９の回転数は、制御装置８が有する第２サーボモータ制御手段１４により制御される。成形ドラム７には、成型用口金４を介して押出成型されたゴムストリップＳが直接供給され、ゴムストリップＳが貼り付いた状態で成形ドラム７をＲ方向に回転駆動することにより、ゴムストリップＳを周方向に沿って巻き付けることができる。圧着ローラ１０は、成形ドラム７に供給されたゴムストリップＳを圧着する機能を有する。

ギアポンプ３に設けられた圧力センサ１１による検出結果は、制御装置８の圧力比較手段１７に送られる。圧力比較手段１７は、ギアポンプ３の駆動開始後に、圧力センサ１１により検出された圧力の値を、予め設定された圧力値（第２設定値）と比較し、その検出された圧力の値が第２設定値以上になった時点を基準として、所定時間が経過してから、第２サーボモータ制御手段１４に成形ドラム７の回転を開始するための指令を与える。即ち、成形ドラム７は、ギアポンプ３内の出口側圧力が所定圧力以上になった時点を基準として、ギアポンプ３を所定時間駆動してから回転を開始する。かかる所定圧力（第２設定値）および所定時間は、不図示の入力手段を介して適宜に設定することができる。

成形ドラム７は、不図示の駆動装置により軸方向（図１において紙面に垂直な方向）に往復動可能に構成されており、かかる往復移動は制御装置８によって制御される。回転する成形ドラム７を押出装置１に対して軸方向に相対移動させることにより、ゴムストリップＳを周方向に沿ってらせん状に巻き付けて、所望の断面形状を有するゴム部材を成形することができる。一方、押出装置１は、不図示の駆動装置により押出方向の前後に移動可能に構成されており、かかる移動も制御装置８によって制御される。

＜ゴム部材成形方法＞
次に、上記のゴム部材成形設備を用いてゴム部材を成形する方法について説明する。図２は、ゴム部材を成形する際の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、押出装置１が前進し（＃１）、図３（ａ）に示すように成形ドラム７に近づけられる。このとき、成型用口金４と成形ドラム７の外周面との間には、所定の間隔が設けられる。なお、押出装置１が成形ドラム７に近づけられるタイミングは、ゴムストリップＳが吐出されるまでに前記の所定間隔が設けられるものであれば、特に制限されない。

次に、前工程にて調整されたゴム材料が、押出機２のホッパー２ｂに投入される。ここで、ゴム材料としては特に制限がなく、例えば、天然ゴム、スチレンーブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）などの汎用のゴム原料に、配合材料を常法にて混練し、加熱架橋を可能に調製したものが挙げられる。また、投入されるゴム材料の形状としては、特に制限がなく、例えば、リボン状、シート状、ペレット状などの形状が挙げられる。投入されたゴム材料は、押出機２のスクリュー２ｃによって混練され、押出方向先端側に送り出されてギアポンプ３に供給される（＃２、３）。そして、ギアポンプ３に供給されたゴム材料は、回転する一対のギア５によって、成型用口金４に向けて出口側に送り出される（＃４）。

ギアポンプ３の出口側にゴム材料が送り出されると、圧力センサ１１によりギアポンプ３内の出口側圧力が検出される（＃５）。かかる検出結果は制御装置８に送られ、圧力比較手段１７によって予め設定された圧力値（第２設定値）と比較される。そして、検出された圧力の値が第２設定値以上になった場合、その時点より所定時間が経過してから第２サーボモータ制御手段１４に指令が与えられ、成形ドラム７の回転が開始される（＃６、７）。

即ち、検出された圧力の値が所定圧力値以上になった時点を基準として、ギアポンプ３を所定時間駆動してから成形ドラム７の回転が開始される。かかるギアポンプ３の所定時間の駆動によって、図３（ｂ）に示すように成形ドラム７に対して一定量のゴムストリップＳが吐出される。更に、その後に成形ドラム７の回転が開始されることによって、図３（ｃ）に示すように、吐出開始時のゴムストリップＳが塊状にならずに、成形ドラム７に貼り付いた状態が確保される。

押出装置１は、成形ドラム７が数周回転された後または１周回転する前に後退し（＃８）、成形ドラム７と押出装置１との間には所定の間隔が設けられる。成形ドラム７は、Ｒ方向に回転駆動されつつ、所望のゴム部材の断面形状に合わせて軸方向に往復移動される（＃９）。これにより、ゴムストリップＳは、周方向に沿ってらせん状に巻き付けられる。かかる成形ドラム７および押出装置１の駆動は、制御装置８により制御され、そのための制御プログラムは制御装置８に予め入力される。

ゴムストリップＳが連続的に押出成型される間、圧力センサ１２によりギアポンプ３内の入口側圧力が検出される。かかる検出結果は制御装置８に送られ、圧力調整手段１６によって、検出された圧力の値が予め設定された圧力値（第１設定値）と一致するように第３サーボモータ制御手段１５に指令が与えられ、第３サーボモータの回転数が制御される。ゴムストリップＳの巻き付けが終了すると、押出機２、ギアポンプ３および成形ドラム７の駆動が停止される。そして、成型用口金４から成形ドラム７に架け渡されたゴムストリップＳがカットされ、成形されたゴム部材が次工程に移される。

次のゴム部材を続けて成形する場合、前記＃１に戻り、押出装置１が成形ドラム７に近づけられ、上述した手順に沿ってゴム部材の成形が行われる。かかる場合、ギアポンプ３の出口側にはゴム材料がある程度充填された状態となっているが、そのような状態においても、本発明に係るゴム部材成形方法によれば、ゴム部材の成形開始時においてゴムストリップＳを過不足なく吐出することができる。

以上のように、本発明のゴム部材成形方法は、いわゆるストリップビルド法での成形開始時において、ゴムストリップＳを吐出して成形ドラム７の回転を開始する際の制御に関するものであり、成形ドラム７の回転開始後は、従来のストリップビルド法と同様にしてゴム部材を成形することができる。なお、本発明によって成形されるゴム部材としては、空気入りタイヤのトレッド部やサイドウォール部等を構成するゴム部材、ソリッドタイヤ、空気入りゴムローラ等が例示されるが、これらに限られるものではない。

本発明に係るゴム部材成形設備の構成の一例を示す模式図 ゴム部材を成形する際の手順の一例を示すフローチャート ストリップビルド法によるゴム部材の成形開始時の様子を示す概略図 従来のゴム部材成形設備を用いた場合に生じる不具合を説明する図 従来のゴム部材成形設備を用いた場合に生じる不具合を説明する図

符号の説明

１ 押出装置
２ 押出機
２ｃ スクリュー
２ｄ 第３サーボモータ
３ ギアポンプ
４ 成型用口金
５ ギア
６ 第１サーボモータ
７ 成形ドラム
８ 制御装置
９ 第２サーボモータ
１１ 圧力センサ
１２ 圧力センサ
１６ 圧力調整手段
１７ 圧力比較手段

Claims (2)

1. ゴム材料を混練して送り出す押出機と、その押出機から供給されるゴム材料を成型用口金へと送り出すギアポンプと、その成型用口金を介して押し出されたゴムストリップが巻き付けられる回転支持体と、前記ギアポンプを駆動する第１駆動装置と、前記回転支持体を回転駆動する第２駆動装置と、前記第１駆動装置および前記第２駆動装置の制御を行う制御装置と、を備えるゴム部材成形設備において、
   前記ギアポンプ内の出口側圧力を検出する圧力センサを備え、
   前記制御装置は、前記ギアポンプの駆動開始後に前記圧力センサが検出した圧力が所定圧力以上になった時点を基準として、前記ギアポンプを所定時間駆動してから前記回転支持体の回転を開始するように制御を行うことを特徴とするゴム部材成形設備。
2. 成型用口金を介して押し出したゴムストリップを、回転支持体に巻き付けることによってゴム部材を成形するゴム部材成形方法において、
   押出機によりゴム材料を混練し、ギアポンプに供給する工程と、
   前記ギアポンプに供給されたゴム材料を、前記成型用口金に向けて前記ギアポンプの出口側に送り出す工程と、
   前記ギアポンプ内の出口側圧力を検出する工程と、
   その検出した圧力が所定圧力以上になった時点を基準として、前記ギアポンプを所定時間駆動してから前記回転支持体の回転を開始する工程と、を備えることを特徴とするゴム部材成形方法。

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