JP4587469B2

JP4587469B2 - ゴム押出装置及びゴム押出量の変動を抑制する方法

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Publication number: JP4587469B2
Application number: JP2005148450A
Authority: JP
Inventors: 太郎東出
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: JP2006321186A

Description

本発明は、タイヤ構成部材であるトレッドゴム、サイドウォールゴム等に用いるための未加硫ゴムを押出すゴム押出機、及びそのゴム押出機から押出されたゴムを引き取って移送する引出しコンベアを備えたゴム押出装置に関し、詳細には、ゴム押出機のスクリューの回転速度を変化させたときのゴム押出量の変化の応答の遅れによる単位長当たりのゴムの押出量の変動を抑制する技術に関する。

空気入りタイヤの構成部材であるトレッドゴムやサイドウォールゴム等は、通常、シリンダ内にスクリューを備えたゴム押出機から押出された未加硫ゴムを成型することで製造される。このようなゴム押出機において、成型されるトレッドゴム等の品質を維持するには、トレッド成型等の成型部に供給される未加硫ゴムの単位重量（単位長当たりの重量）を安定化することが重要である。そこで、従来は、例えばゴム押出機から押出された直後の帯状ゴム材料を引出しコンベアで引き取って移送し、引出しコンベアの下流側で帯状ゴム材料の幅及び単位長当たりの重量を計量した後、予め設定した帯状ゴム材料の幅に対応する基準単位重量との値を比較して、差がある場合には、計量値が基準単位重量となるように、引出しコンベアの速度を補正するようにした「帯状ゴム材料の押出し制御方法」が提案されている（特許文献１参照）。

ところで、このようなゴム押出装置をタイヤ製造ラインに直結した場合には、タイヤの生産タクト等の変更に伴って、帯状ゴム材料の移送速度を移送中に変更することが必要となる。このとき、移送速度の変更は、所定の変更時間内に引出しコンベアの移送速度をＶb1からＶb2へ変更すると共に、ゴム押出機のスクリューの回転速度をＶa1からＶa2へ変更することによって行われる。ここで、Ｖb2／Ｖb1＝Ｖa2／Ｖa1である。
特開平７−１５５８号公報

しかしながら、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ゴム押出機のスクリューの回転数及び引出しコンベアの移送速度を同時に同じ比率でリニアに変化させても、ゴム押出機のゴム吐出量（押出量）がスクリューの回転数の変化に即応できずに遅れるため、図４（ｃ）に示すように、加速時には単位長当たりの吐出量（単位長当たりの重量に対応）にアンダーシュートＰが発生し、減速時にはオーバーシュートＱが発生してしまう。これを防止する方法として、単位重量を測定し、その測定値が一定になるように、スクリューの回転数又は引出しコンベアの引出し速度をフィードバック制御することが考えられるが、事後制御であるため、制御ループが安定になる迄の間の単位重量を一定に保つことはできない。このため、現状では、ゴム押出機は速度変化が発生する工程（タイヤ製造の場合は成型）と切り離されており、一定速度での押出しを外段取りで実施し、在庫を保有している。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、スクリューの回転速度を変化させることで単位時間当たりのゴムの押出量を変化させることが可能なゴム押出機と、そのゴム押出機から押出されたゴムを引き取って移送すると共にその移送速度を変化させることで単位時間当たりのゴムの移送量を変化させることが可能なコンベアとを備えたゴム押出装置において、スクリューの回転速度を変更したときのゴム押出量の変化の応答の遅れによる単位長当たりのゴム押出量の変動を抑制することである。

請求項１に係る発明は、スクリューの回転速度を変化させることで単位時間当たりのゴムの押出量を変化させることが可能なゴム押出機と、該ゴム押出機から押出されたゴムを引き取って移送すると共にその移送速度を変化させることで単位時間当たりの前記ゴムの移送量を変化させることが可能なコンベアとを備えたゴム押出装置において前記スクリューの回転速度を変更したときの前記押出量の変化の応答の遅れによる単位長当たりの前記押出量の変動を抑制する方法であって、予め取得した前記押出量の変動情報に応じて、加速時には前記回転速度を変更後の速度設定値よりも高い補正速度に立ち上げ、減速時には前記回転速度を変更後の速度設定値よりも低い補正速度に立ち下げる工程と、前記立ち上げ又は立ち下げ後に、前記回転速度を前記変更後の設定値に到達させる工程とを有することを特徴とするゴム押出量の変動を抑制する方法である。
請求項２に係る発明は、請求項１記載のゴム押出量の変動を抑制する方法において、変更前後の回転速度の間に１つ以上の中間速度を設定する工程と、前記予め取得した前記押出量の変動情報に応じて、加速時には前記回転速度を前記中間速度よりも高い補正速度に立ち上げ、減速時には前記回転速度を前記中間速度よりも低い補正速度に立ち下げる工程と、前記立ち上げ又は立ち下げ後に、前記回転速度を前記中間速度に到達させる工程とを有することを特徴とするゴム押出量の変動を抑制する方法である。
請求項３に係る発明は、スクリューの回転速度を変化させることで単位時間当たりのゴムの押出量を変化させることが可能なゴム押出機と、該ゴム押出機から押出されたゴムを引き取って移送すると共にその移送速度を変化させることで単位時間当たりの前記ゴムの移送量を変化させることが可能なコンベアとを備えたゴム押出装置において、前記スクリューの回転速度の設定値を変更したときの前記押出量の変化の応答の遅れによる前記押出量の変動を補正するための補正パラメータを記憶する手段と、前記補正パラメータを用いて、前記スクリューの回転速度を制御する手段とを備え、前記補正パラメータは、予め取得した前記押出量の変動情報に応じて、加速時には前記回転速度を変更後の速度設定値よりも高い補正速度に立ち上げ、減速時には変更後の速度設定値よりも低い補正速度に立ち下げるための速度補正パラメータと、前記立ち上げ又は立ち下げ後に、前記回転速度を前記変更後の設定値に到達させる迄の時間を定める補正時間パラメータとからなることを特徴とするゴム押出装置である。

（作用）
請求項１、３に係る発明によれば、予め取得した、スクリューの回転速度を変更したときのゴム押出機の押出量の変動情報に応じて、加速時にはスクリューの回転速度を変更後の速度設定値よりも高い補正速度に立ち上げた後に変更後の設定値に到達させ、減速時には変更後の速度設定値よりも低い補正速度に立ち下げた後に変更後の設定値に到達させる。
請求項２に係る発明によれば、変更前後の回転速度の間に１つ以上の中間速度を設定しておき、加速時にはスクリューの回転速度を中間速度よりも高い補正速度に立ち上げた後に中間速度に到達させ、減速時には中間速度よりも低い補正速度に立ち下げた後に中間速度に到達させる。

本発明によれば、スクリューの回転速度を変化させることで単位時間当たりのゴムの押出量を変化させることが可能なゴム押出機と、そのゴム押出機から押出されたゴムを引き取って移送すると共にその移送速度を変化させることで単位時間当たりのゴムの移送量を変化させることが可能なコンベアとを備えたゴム押出装置において、スクリューの回転速度を変更したときのゴム押出量の変化の応答の遅れによる単位長当たりのゴム押出量の変動を抑制できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係るゴムシート押出装置は、ゴム押出機１と、ゴム押出機１から押出された未加硫ゴムを所定の幅及び厚みのゴムシートに成型するカレンダ装置２と、カレンダ装置２で成型されたゴムシートＲＳを引き取って移送する引出しコンベア３と、引出しコンベア３により移送されたゴムシートＲＳを図示されていない処理装置（ベルト・トレッド成型ドラム等）へ搬送する搬送コンベア４と、引出しコンベア３と搬送コンベア４との間に配置され、引出しコンベア３により移送されたゴムシートＲＳの単位重量を連続的に計測する秤量器５とを備えている。

ゴム押出機１は、モータ９により駆動されるスクリュー８を内蔵し、かつ後部上端にゴム投入口７を有し、先端に成型口10を有するシリンダ６を備えており、ゴム投入口７から投入されたゴム材料を混練し、成型口10から押出す。カレンダ装置２は、モータ11により駆動されるローラ対12，13を備えており、ゴム押出機１の成型口10から押出されたゴムをローラ対12，13により圧延してゴムシートＲＳに成型する。引出しコンベア３は、その移送速度がローラ対12，13の周速度に等しくなるように、モータ14により駆動される。搬送コンベア４は、その移送速度が引出しコンベア３の移送速度と等しくなるように、図示されていないモータにより駆動される。秤量器５は、引出しコンベア３により引出されたゴムシートＲＳが載せられ、その単位重量を連続的に測定し、測定値を後述する制御部15へ供給する。

また、本発明の実施形態に係るゴムシート押出装置は、この装置全体の制御等を行う、マイクロコントローラ等で構成された制御部15と、制御部15の制御によりそれぞれモータ９、11、及び14を駆動するモータ駆動部16、17、18と、制御部15がモータ９、11、14の回転数を所要の値に制御するときにモータ駆動部16、17、18に供給する速度制御データ（各モータの回転数と駆動電流との対応関係を示すデータ等）を記憶するためのモータ速度設定データ記憶部19と、制御部15がモータ９の回転速度を加速又は減速するときにモータ駆動部16に供給する速度制御データを補正するスクリュー回転数補正パラメータを記憶するための補正パラメータ記憶部20とを備えている。そして、このゴムシート押出装置は、モータ９、11、14の回転数を同じ比率で同時に変更することにより、ゴム押出機１から押出される未加硫ゴムの単位時間当たりの量を変化させると共に、カレンダ装置２で成型され、引出しコンベア３により引出されるゴムシートＲＳの単位時間当たりの量を変化させることができる。

以上の構成を有するゴムシート押出装置について、［１］定速運転時の動作、［２］速度変更時の動作の順に説明する。

［１］定速運転時の動作
制御部15は、図示されていない操作部等から入力された設定速度に対応する制御データをモータ速度設定データ記憶部19から読み出し、モータ駆動部16、17、18に供給しており、モータ９、11、14はそれぞれの設定回転数で回転し、スクリュー８、ローラ対12，13、及び引出しコンベア３は、それぞれの設定速度で動作する。このとき、ゴム投入口７からからシリンダ６へ供給されたゴムは、シリンダ６内のスクリュー８の作用により混練されながらシリンダ６の先端へ移送され、成型口10ら押出される。成型口10から押出されたゴムはカレンダ装置２のローラ対12，13により所定の幅及び厚みを有するゴムシートＲＳとされ、引出しコンベア３により引き取られて移送され、秤量器５の上を通過し、搬送コンベア４により後段の処理装置（ベルト・トレッド成型ドラム等）へ搬送される。このとき、秤量器５で測定された単位重量を制御部15に供給し、その測定値が一定になるようにモータ9、11、14にフィードバック制御を行ってもよい。

［２］速度変更時の動作
上述した定速運転状態において、図示されていない操作部等から速度変更指令が制御部15に入力されると、制御部15は変更前後の速度に応じて、モータ駆動部16、17、18の駆動電流を定めるため、モータ速度設定データ記憶部19からモータ駆動部16、17、18の駆動電流を示すデータを読み出すと共に、速度変化時のアンダーシュート及びオーバーシュートに応じてモータ９の回転数を補正するためのスクリュー回転数補正パラメータを補正パラメータ記憶部20から読み出す。そして、カレンダ装置２のローラ対12，13を駆動するモータ11の駆動電流、及び引出しコンベア３を駆動するモータ14の駆動電流は、モータ速度設定データ記憶部19から読み出したデータに基づいて決定し、スクリュー８を回転させるモータ９の駆動電流は、モータ速度設定データ記憶部19から読み出したデータを補正パラメータ記憶部20から読み出した補正パラメータを用いて補正した補正済データにより決定する。

図２（ａ）は上記補正済データにより定められたスクリュー８の回転数（モータ９の回転数に対応）の時間的変化の一例を示すグラフであり、図２（ｂ）はモータ速度設定データ記憶部19から読み出されたデータにより定められた引出しコンベア３の移送速度（モータ14の回転数に対応）の時間的変化の一例を示すグラフである。これらのグラフの縦軸はモータの回転数に対応するものであり、モータ駆動電流に対応している。ここでは、設定速度”30”の定常状態で動作していた時刻t₀において設定速度”100”に加速する指示が入力され、設定速度”100”で定常状態になった後に時刻t₁において元の速度である”30”に減速する指示が入力された場合を示している。

引出しコンベア３を駆動するモータ14の駆動電流については、図２（ｂ）に示すように、加速時及び減速時の何れも駆動電流はリニアに変化し、加速時には時刻ｔ₂で設定速度”100”に到達し、減速時には時刻ｔ₃で設定速度”30”に到達している。なお、カレンダ装置２のローラ対12，13を駆動するモータ11の駆動電流及び搬送コンベア４を駆動するモータ（図示せず）についても同様である。

一方、スクリュー８を回転させるモータ９の駆動電流については、加速時には時刻ｔ₂で設定速度”100”に補正速度ΔＶ₁（ここでは約”15”）を加算した値に到達し、時刻ｔ₂からリニアに減速し、補正時間ΔＴ₁経過した時点で設定速度”100”に到達している。また、減速時には時刻ｔ₃で設定速度”30”から補正速度ΔＶ₁を減算した値に到達し、時刻ｔ₃からリニアに加速し、補正時間ΔＴ₁経過した時点で設定速度”30”に到達している。つまり、加速時の時刻ｔ₀からｔ₂迄の間及び減速時の時刻ｔ₁からｔ₃迄の間はモータ駆動電流の対時間特性の傾斜が補正しない場合(図２（ａ）の破線)よりも大きくなっており、傾斜が大きいことにより設定値を越えた分（補正速度ΔＶ₁）を補正時間ΔＴ₁かけて設定値に戻していると言える。また、スクリュー８の回転数に対し、加速時には傾斜を大きくすると共にオーバーシュートを付加し、減速時には傾斜を大きくすると共にアンダーシュートを付加しているとも言える。補正パラメータ記憶部20には、補正パラメータとして、変更前後の速度毎に補正速度ΔＶ_i及び補正時間ΔＴ_iが予め記憶されている。

ここで、補正パラメータである補正速度ΔＶ_i及び補正時間ΔＴ_iは、図４に示すアンダーシュートＰ及びオーバーシュートＱを可能な限り小さくできる値に設定する。これらのパラメータは、例えば予め補正速度及び補正時間を様々な値に設定して、その設定値によりスクリュー８の回転数を補正した状態で、秤量器５によりゴムシートＲＳの単位重量を測定し、重量変動が最小になる補正速度及び補正時間の組合せをコンピュータで予測し、その予測値を用いた実験を行うことで設定できる。

以上説明したように、本実施形態に係るゴムシート押出装置によれば、ゴム押出機のスクリューの回転速度の変化に対するゴム押出量又は移送量の変化の応答の遅れ（アンダーシュート、オーバーシュート）を抑制するように、加速時にはスクリュー８の回転速度を設定値よりも補正速度ΔＶ₁だけ高くなる迄リニアに上昇させた後に補正時間ΔＴ₁かけて設定値迄リニアに低下させ、減速時にはスクリュー８の回転速度を設定値よりも補正速度ΔＶ₁だけ低くなる迄リニアに低下させた後に補正時間ΔＴ₁かけて設定値迄リニアに上昇させることにより、ゴム押出機１から押出されるゴム又は引出しコンベア3で移送されるゴムの単位長当たりの重量のアンダーシュート及びオーバーシュートを抑制することができる。このため、タイヤ製造ラインに直結した場合に、生産タクト等の変更に伴って、ゴムシートの移送速度を変更したとしても、トレッド等の成型部に供給するゴムシートの単位重量を安定化することができるため、成型されるトレッドゴム等の品質を維持することが可能になる。実験によれば、ゴム押出機１のスクリューの回転数を下限から上限迄３倍高くした場合、従来制御で発生していた質量のバラツキσ＝1.42％が本実施形態に係る制御によりσ＝0.79％に低下したこと、つまり44％の低減効果が確認できた。

なお、以上の説明では、設定速度”30”と”100”との間を一気に加速又は減速する場合を例示したが、速度変更前後の速度差が大きくなると、単位重量の変動を抑制できなくなるため、図４に示すように、２段階で加速及び減速を行うと共に、各段階において補正速度（ΔＶ₂,ΔＶ₃）及び補正時間（ΔＴ₂,ΔＴ₃）を設定することが好適である。また、この実施形態では、スクリュー８の回転速度を補正しているが、スクリュー８の回転速度を補正する代わりに、ローラ対12，13の回転速度及び引出しコンベア３の引出し速度を補正してもよい。さらに、補正後の回転速度（図２（ａ）における時刻ｔ₀からｔ₂＋ΔＴ₁、及び時刻ｔ₁からｔ₃＋ΔＴ₁）は補正前と同様、リニアに変化するものであるが、補正後の回転速度がノンリニアに変化するように構成してもよい。また、加速時の補正パラメータの値と減速時の補正パラメータの値とが同じ場合を例示したが、必要に応じて異なる値に設定にしてもよい。

本発明の実施形態に係るゴムシート押出装置の構成を示す図である。本発明の実施形態に係るゴムシート押出装置の速度変更時のスクリュー回転数及び引出しコンベアの速度の時間的変化の一例を示す図である。本発明の実施形態に係るゴムシート押出装置の速度変更時のスクリュー回転数、引出しコンベアの速度、及び押出されたゴムの単位重量の時間的変化の別の一例を示す図である。従来のゴムシート押出装置の速度変更時のスクリュー回転数、引出しコンベアの速度、及び押出されたゴムの単位重量の時間的変化を示す図である。

符号の説明

１・・・ゴム押出機、３・・・引出しコンベア、５・・・秤量器、８・・・スクリュー、９，11，14・・・モータ、15・・・制御部、16，17，18・・・モータ駆動部、19・・・モータ速度設定データ記憶部、20・・・補正パラメータ記憶部。

Claims

スクリューの回転速度を変化させることで単位時間当たりのゴムの押出量を変化させることが可能なゴム押出機と、該ゴム押出機から押出されたゴムを引き取って移送すると共にその移送速度を変化させることで単位時間当たりの前記ゴムの移送量を変化させることが可能なコンベアとを備えたゴム押出装置において前記スクリューの回転速度を変更したときの前記押出量の変化の応答の遅れによる単位長当たりの前記押出量の変動を抑制する方法であって、
予め取得した前記押出量の変動情報に応じて、加速時には前記回転速度を変更後の速度設定値よりも高い補正速度に立ち上げ、減速時には前記回転速度を変更後の速度設定値よりも低い補正速度に立ち下げる工程と、
前記立ち上げ又は立ち下げ後に、前記回転速度を前記変更後の設定値に到達させる工程と
を有することを特徴とするゴム押出量の変動を抑制する方法。
請求項１記載のゴム押出量の変動を抑制する方法において、
変更前後の回転速度の間に１つ以上の中間速度を設定する工程と、
前記予め取得した前記押出量の変動情報に応じて、加速時には前記回転速度を前記中間速度よりも高い補正速度に立ち上げ、減速時には前記回転速度を前記中間速度よりも低い補正速度に立ち下げる工程と、
前記立ち上げ又は立ち下げ後に、前記回転速度を前記中間速度に到達させる工程と
を有することを特徴とするゴム押出量の変動を抑制する方法。
スクリューの回転速度を変化させることで単位時間当たりのゴムの押出量を変化させることが可能なゴム押出機と、該ゴム押出機から押出されたゴムを引き取って移送すると共にその移送速度を変化させることで単位時間当たりの前記ゴムの移送量を変化させることが可能なコンベアとを備えたゴム押出装置において、
前記スクリューの回転速度の設定値を変更したときの前記押出量の変化の応答の遅れによる前記押出量の変動を補正するための補正パラメータを記憶する手段と、
前記補正パラメータを用いて、前記スクリューの回転速度を制御する手段とを備え、
前記補正パラメータは、
予め取得した前記押出量の変動情報に応じて、加速時には前記回転速度を変更後の速度設定値よりも高い補正速度に立ち上げ、減速時には変更後の速度設定値よりも低い補正速度に立ち下げるための速度補正パラメータと、
前記立ち上げ又は立ち下げ後に、前記回転速度を前記変更後の設定値に到達させる迄の時間を定める補正時間パラメータとからなることを特徴とするゴム押出装置。