JP4567428B2 - ゴム部材成形設備及びゴム材料成形方法 - 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材料成形方法に関するものである。

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、連続的に成形される。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し出し装置が知られている（下記特許文献４参照）。

ゴムストリップを成形ドラムに所定量巻きつけてゴム部材を成形した後、ゴムストリップを切断する必要がある。例えば、特許文献１においては、ゴム押出機と成形ドラムの間に首振りカッターを備えており、このカッターにより巻き付け開始部と巻き付け終了部における不要なゴムを切除するようにしている。カッターを用いることで、確実にゴムストリップの切断を行うことはできるが、カッター及びその制御を行う必要があり、コスト上昇及び設備の大型化の問題が生じる。

また、カッターを用いないで巻き付け終了時におけるゴムストリップの切断を行う方法として、図６に示すような方法があるのでこれを簡単に説明する。図６において、押出装置１は押出機２とギアポンプ３と成型用口金４とを備えており、成型用口金４からは所定の断面形状のゴムストリップＳが押し出し成形される。成形ドラム７は、反時計方向Ｒに回転駆動されており、周囲にゴムストリップＳが巻き付けられる（図６（ａ）参照）。所定量のゴムストリップＳの巻き付けが終了すると、成形ドラム７と押出装置１（ギアポンプ３及び押出機２）の駆動を停止させる。ついで、成形ドラム７のみを再び反時計方向Ｒへ回転駆動させる。これにより、ゴムストリップＳが引っ張られ、引きちぎられるようにして切断される（図６（ｂ））。

このようなゴムストリップＳの切断方法によれば、カッターを設ける必要はないが、ゴムストリップＳがどの場所で切断されるか保証されない。ゴムストリップＳが成型用口金４の先端で切断されれば問題はないが、成形ドラム７と成型用口金４との間で切断されてしまうと、成型用口金４の先端にゴムが残ってしまい、次工程の成形においてゴムの貼り付けに影響を及ぼす。また、貼り付けられるゴムストリップＳの最後の部分が引っ張られるため、その部分が薄くなってしまい、ユニフォミティに対して影響を及ぼすという問題も生じる。
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

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ゴムストリップを回転支持体に巻き付けてゴム部材を成形するに際し、成形終了時におけるゴムストリップの切断を適切に行うことができるゴム部材成形設備及びゴム材料成形方法を提供することである。

上記課題を解決するため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駆動装置及び前記第２駆動装置の制御を行う制御装置とを備えたゴム部材成形設備において、
前記制御装置は、
ゴムストリップの回転支持体に対する貼り付け終了時において、回転支持体を停止させるのと同時もしくは直前にギアポンプを停止させ、その停止直後に所定量の逆回転をさせる手段と、
回転支持体が停止した後、成型用口金を回転支持体の方向へ移動させる手段と、
この成型用口金の移動に連動させて回転支持体を再度回転駆動させる手段と、
成型用口金が巻き付けられたゴムストリップの表面に接触するのと同時もしくはほぼ同時に回転支持体を再度停止させる手段と、
前記接触後、成型用口金をゴムストリップの表面から離間する方向に移動させる手段とを備えていることを特徴とするものである。

この構成によるゴム部材成形設備の作用・効果を説明する。押出機はゴム材料を混練して押し出し、この押し出されたゴム材料はギアポンプへと供給される。さらに、このギアポンプからゴム材料は成型用口金へと送り出され、この成型用口金からゴムストリップが押し出される。押し出されたゴムストリップは、回転支持体の周囲に巻き付けられ、所定の形状のゴム部材が成形される。ギアポンプは第１駆動装置により駆動され、回転支持体は第２駆動装置により駆動される。また、第１駆動装置と第２駆動装置とを制御する制御装置を備えており、ギアポンプや回転支持体の駆動を制御することができる。ゴムストリップの貼り付け終了時における制御装置による制御は次のように行われる。

まず、回転支持体を停止させると共にギアポンプも停止させる。これにより、ゴムストリップの押し出し動作も停止される。ギアポンプの停止は、回転支持体の停止と同時か直前である。その後、ギアポンプを逆回転させる。すなわち、ゴムストリップを押し出し成形する方向とは、逆方向に回転させる。これにより、ギアポンプ内における残圧をなくすことができ、ゴムストリップの切断を容易にさせる。この逆回転は所定量行われる。回転支持体が停止した後、成型用口金を回転支持体の方向へ移動させる。この動作に連動させて、回転支持体を再度回転駆動させる。これは、回転支持体と成型用口金の間に存在するゴムストリップのたるみを防止するためである。成型用口金が回転支持体に巻き付けられているゴムストリップの表面に接触すると、回転支持体を再度停止させる。次に、成型用口金をゴムストリップの表面から離間する方向に移動させる。このとき、ギアポンプの逆回転を行うことで残圧がなくなっており、成型用口金の先端部で確実にゴムストリップの切断を行うことができる。その結果、ゴムストリップを回転支持体に巻き付けてゴム部材を成形するに際し、成形終了時におけるゴムストリップの切断を適切に行うゴム部材成形設備を提供することができる。

本発明において、ギアポンプ内の出口側圧力を検出する圧力センサーを備え、ギアポンプの前記逆回転は、圧力値が所定レベルに低下されるまで行われることが好ましい。

ギアポンプの逆回転をさせる場合の所定量は、予め設定した固定値であってもよいが、圧力センサーによる制御を行うことがより好ましい。すなわち、ギアポンプ内の出口側圧力を圧力センサーにより検出し、この圧力値に基づいて残圧が所定レベルに低下されたことを検出することができる。これにより、ギアポンプの逆回転をより精度よく行うことができ、ゴムストリップの切断を確実に行うことができる。

上記課題を解決するため本発明に係るゴム材料成形方法は、
ゴム材料を押出機により混練して送り出し、この押出機から供給されるゴム材料をギアポンプにより成型用口金へと送り出し、この成型用口金を介して押し出され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材料成形方法において、
ゴムストリップの回転支持体に対する貼り付け終了時において、回転支持体を停止させるのと同時もしくは直前にギアポンプを停止させ、その停止直後に逆回転させる工程と、
回転支持体が停止した後、成型用口金を回転支持体の方向へ移動させる工程と、
この成型用口金の移動に連動させて回転支持体を再度回転駆動させる工程と、
成型用口金が巻き付けられたゴムストリップの表面に接触するのと同時もしくはほぼ同時に回転支持体を再度停止させる工程と、
その後、成型用口金をゴムストリップの表面から離間する方向に移動させる工程とを有することを特徴とするものである。

さらに、本発明において、ギアポンプ内の出口側圧力を圧力センサーにより検出する工程を更に備え、ギアポンプの前記逆回転工程は、圧力値が所定レベルに低下されるまで行われることが好ましい。

かかる構成による作用・効果は、すでに述べたとおりである。

本発明に係るゴム部材成形設備の好適な実施形態を図面を用いて説明する。

＜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を停止させた場合のギアポンプ３内の出口側の残圧を検出する。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。

また、圧力比較手段１７は、ゴムストリップＳの巻き付け終了時においてギアポンプ３が逆回転される場合に、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３設定値）と比較し、ギアポンプ３内の出口側における残圧が所定レベルにまで低下したかどうかを判定する。残圧が所定レベル以下に低下した場合には、ギアポンプ３の逆回転を停止させるような指令信号を、第１サーボモータ制御手段１３から第１サーボモータ６へと送出する。

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、前後駆動装置１８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の前後駆動装置制御手段１９によって制御される。

なお、成形ドラム７を紙面に垂直な方向に往復動させる構成に代えて、押出装置１を紙面に垂直な方向に往復動させるように構成してもよい。

＜ゴム部材成形方法（貼り付け開始時）＞
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（特に貼り付け開始時）について説明する。図２は、ゴム部材を成形開始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。

＜ゴム部材成形方法（貼り付け終了時）＞
次に、ゴム部材の成形終了時における工程を図４のフローチャート及び図５の概略図により説明する。図２のフローチャートのステップ＃９において、成形ドラム７の周囲に徐々にゴムストリップＳが巻き付けられていく。巻き付け工程を終了しようとするときは、終了工程開始指令が出される（図４の＃１０）。これにより、まずギアポンプ３が停止する（＃１１）。ギアポンプ３の停止は、成形ドラム７の回転停止の直前に行われる（図５（ａ）参照）。ギアポンプ３を停止させた直後に、ギアポンプ３を逆回転させる（＃１２）。また、この直後に成形ドラム７も回転停止される（＃１３、図５（ｂ））。ギアポンプ３を逆回転させる方向は、ゴムストリップＳの押し出し成形を行うときとは反対方向である。ギアポンプ３を逆回転させることで、ギアポンプ３内の出口側の残圧をなくすことができる。成形ドラム７の回転停止は、ギアポンプ３の回転停止の直後に行われるが、これに限定されるものではなく、同時に行ってもよい。

ギアポンプ３の逆回転を開始した後、圧力センサ１１によりギアポンプ３内の出口側の圧力を検出する。そして、この圧力値が予め設定した第３設定値（所定レベル）にまで低下したか否かを比較判断する（＃１４）。そして、所定レベルまで低下したことが検出されると、ギアポンプ３の逆回転を停止させる（＃１５）。次に、図５（ｃ）に示すように、押出装置１を成形ドラム７の方向に前進（接近）させる（＃１６）。

押出装置１を成形ドラム７の方向に近づけると、成形ドラム７と成型用口金４の間に位置するゴムストリップＳにたるみが生じるので、このたるみ現象を生じないようにするため、成形ドラム７を再び反時計方向Ｒに回転駆動させる（＃１７）。これにより、たるみが生じないように押出装置１を成形ドラム７に近づけることができる。次に、成型用口金４が成形ドラム７に巻き付けられているゴムの表面に接触する（＃１８、図５（ｄ））。ちょうど接触した位置で、押出装置１の前進駆動を停止させる（＃１９）。押出装置１をどの程度の距離だけ前進させれば、成型用口金４がゴム表面に接触するかは、予め計算しておくことができる。この計算値に基づいて、押出装置１を前進させる量を制御することができる。成型用口金４のゴム表面への接触と同時もしくはほぼ同時に、成形ドラム７の回転駆動を停止させる（＃２０）。このゴム表面への接触の程度は、軽く触れる程度でもよいが、少し表面を押し込む程度に接触させてもよい。これにより、ゴムストリップＳの切断をより確実に行うことができる。次に、押出装置１を成形ドラム７から離間する方向に後退させる（＃２１）。この後退動作のとき、成型用口金４の先端部でゴムストリップＳが切断される。残留圧力がない状態となっているため、確実にゴムストリップＳを切断させることができる。また、ゴムストリップＳを無理やり引っ張ることなく切断することができ、ユニフォミティに悪影響を及ぼすことがない。

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。

＜別実施形態＞
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。

本実施形態では、圧力センサ１１によりギアポンプ３の逆回転させる時間を制御しているが、圧力センサ１１を用いずに、予め決められた固定時間だけ逆回転するように構成してもよい。

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 ゴム部材の成形開始時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 ゴム部材の成形終了時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終了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

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（第１駆動装置）
７ 成形ドラム
８ 制御装置
９ 第２サーボモータ（第２駆動装置）
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
１８ 前後駆動装置
１９ 前後駆動装置制御手段

Claims (4)

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駆動装置及び前記第２駆動装置の制御を行う制御装置とを備えたゴム部材成形設備において、
   前記制御装置は、
   ゴムストリップの回転支持体に対する貼り付け終了時において、回転支持体を停止させるのと同時もしくは直前にギアポンプを停止させ、その停止直後に所定量の逆回転をさせる手段と、
   回転支持体が停止した後、成型用口金を回転支持体の方向へ移動させる手段と、
   この成型用口金の移動に連動させて回転支持体を再度回転駆動させる手段と、
   成型用口金が巻き付けられたゴムストリップの表面に接触するのと同時もしくはほぼ同時に回転支持体を再度停止させる手段と、
   前記接触後、成型用口金をゴムストリップの表面から離間する方向に移動させる手段とを備えていることを特徴とするゴム部材成形設備。
2. ギアポンプ内の出口側圧力を検出する圧力センサーを備え、ギアポンプの前記逆回転は、圧力値が所定レベルに低下されるまで行われることを特徴とする請求項１に記載のゴム部材成形設備。
3. ゴム材料を押出機により混練して送り出し、この押出機から供給されるゴム材料をギアポンプにより成型用口金へと送り出し、この成型用口金を介して押し出され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材料成形方法において、
   ゴムストリップの回転支持体に対する貼り付け終了時において、回転支持体を停止させるのと同時もしくは直前にギアポンプを停止させ、その停止直後に逆回転させる工程と、
   回転支持体が停止した後、成型用口金を回転支持体の方向へ移動させる工程と、
   この成型用口金の移動に連動させて回転支持体を再度回転駆動させる工程と、
   成型用口金が巻き付けられたゴムストリップの表面に接触するのと同時もしくはほぼ同時に回転支持体を再度停止させる工程と、
   その後、成型用口金をゴムストリップの表面から離間する方向に移動させる工程とを有することを特徴とするゴム材料成形方法。
4. ギアポンプ内の出口側圧力を圧力センサーにより検出する工程を更に備え、ギアポンプの前記逆回転工程は、圧力値が所定レベルに低下されるまで行われることを特徴とする請求項３に記載のゴム材料成形方法。

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