JP4915784B2 - ゴム成形装置及びゴム部材の成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層（ゴム断面領域）からなるゴム部材を一体成形するゴム成形装置及びゴム部材の成形方法に関する。

ゴム複合体、例えば空気入りタイヤは、一般に、スチールや有機繊維等のコードやゴム等からなる複数の部材により構成されるとともに、タイヤ各部のそれぞれに要求される性能に応じて、各部毎に異なる配合の複数種類のゴムが使用されている。例えば、路面と接するトレッドゴムには、タイヤ踏面側のキャップゴム、内周側のベースゴム、及び、それらの両側部に配置されるサイドゴム等、各部毎に異なる種類のゴムを配置して、使用環境や目的等に応じた各要求を満足させている。

ところで、このような構造のトレッドゴムを備えたグリーンタイヤ（生タイヤ）を成型するときに、トレッドゴムを、各ゴム部材毎に成形してグリーンタイヤへ貼り付ける場合には、タイヤの構成部材数が増加して、ゴム部材の形成や貼り付け等に多大な手間と時間が必要となる。従って、このようなトレッドゴムは、予め一体化させて複層構造に形成するのが生産性向上の点で有利である。同様に、生産性の観点から、例えばサイドウォールゴムとゴムチェーファ等のような、グリーンタイヤに相隣接して配置されるゴム部材も、予め一体に成形して同時に貼り付け等を行うのが望ましい。

そこで、従来、複数種類の未加硫ゴムを押出ヘッドから同時に押し出して、複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形するゴム成形装置が提案されており、上記した各タイヤ構成部材等を代表として、種々のゴム部材の製造に使用されている（特許文献１参照）。

図３は、この従来のゴム成形装置の押出ヘッドを模式的に示す要部拡大断面図である。
このゴム成形装置は、それぞれ異なる配合組成のゴムを供給する複数台のゴム押出機（図示せず）を備え、それら各押出機先端部のゴム吐出口を押出ヘッド３０に接続している。押出ヘッド３０は、図示のように、ゴムの押出先端部に、ダイホルダ３１と、ダイホルダ３１により着脱可能に固定・保持されたインサート２０、及びインサート２０に隣接して配置された口金３２とを備えている。これら押出ヘッド３０及びダイホルダ３１には、押出機から供給される各ゴムをインサート２０の背面（ゴムの押出方向後方側の面、図では右面）に導く複数（ここでは４本）のゴム流路４１〜４４が形成されている。

また、インサート２０には、前記ゴム流路４１〜４４を通って供給されるゴムのそれぞれを、口金３２の所定位置に向かって導くための複数のゴム流路（図示せず）が形成されている。このインサート２０の各ゴム流路を通過して押し出された各ゴムは、その各ゴム流路の口金３２側の開口部形状に対応した断面形状に形成されて、インサート２０と口金３２間に設けられたゴム合流部（図示せず）で合流し、口金３２の開口部３２Ｂから同時に押し出されて一体化し、複数のゴム層からなるゴム部材が成形される。

図４は、以上のようにして成形されるゴム部材の構造の一例を示す断面図であり、図５は、このゴム部材を成形するためのインサート２０の要部を模式的に示す口金３２側から見た正面図である。
なお、これら各図は、例えばタイヤのサイドウォールゴムとゴムチェーファとの複合ゴム部材のような、異形状かつ異容積の２種類のゴム５１、５２からなるゴム部材５０を形成する場合の例である。

このゴム部材５０は、図４に示すように、断面略台形形状の第１ゴム５１と、その傾斜した一方（図では左方）の側面（境界面５３）に接合し、他方側（図では左側）に向かって延びて途中で厚さが変化する第２ゴム５２とから構成されており、第２ゴム５２に対して第１ゴム５１の断面積（容積）が小さくなっている。このゴム部材５０の構造（断面形状）に対応して、インサート２０の口金３２側の面には、図５に示すように、各ゴム５１、５２のそれぞれを導く前記各ゴム流路の開口部２１、２２が、所定位置に所定形状で形成されている。

即ち、ゴム部材５０内の各ゴム５１、５２の位置に対応して、インサート２０の一方側（図では右側）に、第１ゴム５１を押し出す第１開口部２１が、他方側（図では左側）に、第２ゴム５２を押し出す第２開口部２２が、境界部（境界壁）２３を挟んで隣接して形成されている。また、これら各開口部２１、２２は、ゴム部材５０の断面における各ゴム５１、５２の占める断面積の割合、及び断面形状に応じて、第１開口部２１は小さく、第２開口部２２は横長形状に大きく、それぞれ形成されている。更に、このインサート２０では、各開口部２１、２２間の境界部２３を、ゴム部材５０における各ゴム５１、５２の境界面５３に対応した形状に形成しており、ここでは、境界面５３と略同程度の角度で傾斜した直線状に形成している。

ゴム成形装置は、このインサート２０の各開口部２１、２２から、口金３２（開口部３２Ｂ）に向かって、必要な位置に必要な量のゴム５１、５２を供給し、口金３２の開口部３２Ｂから一体に押し出して所定形状のゴム部材５０を連続して成形する。このとき、このゴム成形装置では、口金３２に供給する各ゴム５１、５２を、インサート２０の各開口部２１、２２から押し出して、それぞれ各開口部２１、２２と略同一の断面形状に形成する。また、開口部２１、２２間の境界部２３により、各ゴム５１、５２の対向する面を、ゴム部材５０の境界面（接合ライン）５３に対応した形状（ここでは、傾斜面）に形成し、ゴム部材５０の境界面５３が所定形状及び所定位置になるようにしている。

しかしながら、このような従来のゴム成形装置では、各ゴム５１、５２の粘度差や容積の違いによる膨張量差、及び各ゴム５１、５２を押し出す押出機の能力や押出量の過不足等に起因して、合流した各ゴム５１、５２間に圧力差が生じ、合流したゴム５１、５２の一方が他方に向かって流れる、いわゆるゴム流れが生じることがある。

図６は、このゴム流れが生じた状態のゴム部材５０を示す模式図であり、ここでは、第１ゴム５１の圧力（図の矢印Ｐ１）が第２ゴム５２の圧力（図の矢印Ｐ２）よりも高い場合の例を示す。
インサート２０の各開口部２１、２２から出たゴム５１、５２は、上記したように、インサート２０と口金３２間のゴム合流部で合流して口金３２から押し出されるが、その間に、図示のように、境界面５３において、圧力の高い第１ゴム５１が第２ゴム５２を圧力差に応じた力で圧迫する。

その結果、このゴム部材５０では、第１ゴム５１が第２ゴム５２側に向かって流れ、境界面５３が第２ゴム５２側に向かって膨出して変位（図では、点線から太線に変位）する等、境界面５３の位置や角度、及び形状等の精度が低下する傾向がある。また、この横方向のゴム流れに伴い、第１ゴム５１の押出方向に向かうゴム量が少なくなって、第２ゴム５２の押出方向速度（図の矢印Ｖ２）に対して第１ゴム５１の押出方向速度（図のＶ１）が遅くなることもある。これにより、ゴム部材５０が第１ゴム５１側に向かって引っ張られるように変形し、押出方向（長手方向）に沿った湾曲（カール）が生じる恐れがある。以上のゴム流れ及び、それに伴う種々の現象は、ゴム合流部の長さ、即ち、インサート２０（開口部２１、２２）と口金３２間の距離に応じて大きくなる傾向がある。

特開２００１−４７４９４号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、複数種類のゴムを同時に押し出して一体成形する複数のゴム層からなるゴム部材の外形やゴム層の境界面の精度を高め、ゴム部材の品質を向上させることである。

請求項１の発明は、押出ヘッドの口金から複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形するゴム成形装置であって、前記押出ヘッドは、前記複数種類のゴムのそれぞれを前記口金に向かって導く複数のゴム流路を有するインサートと、該インサートから前記口金側に向かって延び、該インサートの複数のゴム流路を通過した前記ゴムを互いに隔てる隔壁とを備え、前記隔壁の前記口金側の先端が、前記口金の位置又は前記口金から５ｍｍ以下の距離に配置され、前記隔壁により前記複数種類のゴムを前記口金に向かって導いて前記口金側で合流させることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載されたゴム成形装置において、前記隔壁の前記口金側の先端が、前記ゴム部材のゴム層の境界面の形状に対応する形状に形成され、かつ前記口金における前記ゴム部材のゴム層の境界面に対向する位置に配置されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載されたゴム成形装置において、前記隔壁の厚さが、前記口金側に向かって次第に薄くなるように形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載されたゴム成形装置において、前記隔壁が、前記インサートと一体に、又は着脱可能に構成されていることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載されたゴム成形装置において、前記隔壁の前記口金側の先端が、前記口金から離して配置されていることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載されたゴム成形装置において、前記隔壁の前記口金側の先端の厚さが、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の厚さに形成されていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載されたゴム成形装置によりゴム部材を成形するゴム部材の成形方法であって、前記口金から、各ゴム間に圧力差がある前記複数種類のゴムを同時に押し出すことを特徴とする。

（作用）
複数種類のゴムを、押出ヘッドのインサートに設けたゴム流路を通過させて口金に向かって導き、口金の開口部から同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形する。このとき、インサートのゴム流路を通過したゴムを、インサートから口金側に向かって延びる隔壁により、互いに隔てた状態で口金に向かって移動させ、より口金に近い位置で合流させる。これにより、各ゴム間の圧力差によるゴム間の境界面の変位、及び押出量低下による押出方向速度の低下等を抑制する。

本発明によれば、複数種類のゴムを同時に押し出して一体成形した複数のゴム層からなるゴム部材の外形やゴム層の境界面の精度を高めることができ、ゴム部材の品質を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態のゴム成形装置は、上記した従来のゴム成形装置と同様に、押出ヘッド３０の口金３２から複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層（ゴム断面領域）からなるゴム部材を一体成形する装置であり、図３に示す前記従来の押出ヘッド３０と同様に、複数種類のゴムのそれぞれを所定の断面形状に形成して口金３２に向かって導くインサート２０を有する。

即ち、このゴム成形装置の押出ヘッド３０（図３参照）には、それぞれ異なる配合組成のゴムを混練して押し出す複数台のゴム押出機のゴム吐出口が接続されるとともに、ゴムの押出先端部に、ダイホルダ３０と、ダイホルダ３０により着脱可能に固定・保持されたインサート２０、及びインサート２０の開口部２１、２２（ゴム吐出口）側に配置された口金３２とが設けられている。また、押出ヘッド３０等には、押出機から供給される各ゴムを、インサート２０の背面に導く複数のゴム流路が形成されている。

なお、本実施形態では、上記した図４に示すゴム部材５０、即ち、例えばタイヤのサイドウォールゴムとゴムチェーファとの複合ゴム部材等の、境界面５３で接合された異形状かつ異容積の２種類の第１ゴム５１及び第２ゴム５２からなる複層構造のゴム部材５０を成形する場合を例に採り説明する。

図１は、本実施形態のゴム成形装置が備えるインサート２０の要部を模式的に示す口金３２側から見た正面図であり、図２は、図１のＸ方向から見たインサート２０を含む押出ヘッド３０の要部を示す模式図である。
このインサート２０は、図１、２に示すように、押出ヘッド３０等のゴム流路を通って供給されるゴム５１、５２のそれぞれを、口金３２の所定位置に向かって導く複数（ここでは２本）のゴム流路２１Ｒ、２２Ｒを有し、その口金３２側の面には、各ゴム流路２１Ｒ、２２Ｒの開口部２１、２２が、所定位置に所定形状で形成されている。なお、この各開口部２１、２２は、ゴム部材５０の構造（図４参照）に対応して、境界部２３を挟んで形成されている等、上記した図５に示すものと同様であり、既に説明したためここでは説明を省略する。

しかしながら、本実施形態のゴム成形装置（押出ヘッド３０）では、インサート２０に、そこから口金３２側（図２参照）に向かって延びる隔壁２７を、両開口部２１、２２間の境界部２３（図１参照）に沿って取り付けて付加している。この隔壁２７は、インサート２０の複数のゴム流路２１Ｒ、２２Ｒを通過して各開口部２１、２２から押し出された複数種類の各ゴム５１、５２を互いに隔てるためのものであり、それら各ゴム５１、５２を非接触状態で口金３２に向かって導いて移動させ、口金３２側で互いに合流させるようになっている。

具体的には、このゴム成形装置では、図２に示すように、互いに所定の距離を隔てて配置されたインサート２０と口金３２とを、ダイホルダ３１で固定・保持し、それらにより、インサート２０から口金３２に向かって移動するゴム５１、５２の合流部３５を区画している。隔壁２７は、このゴム合流部３５を分断可能な形状に形成され、インサート２０に取り付けられて、ゴム合流部３５を、ゴム部材５０を構成するゴムの種類（ここでは、第１ゴム５１と第２ゴム５２の２種類）に応じた数に分断する。ゴム成形装置は、この隔壁２７により、ゴム合流部３５をさらに区画して、各ゴム５１、５２の口金３２側に向かう移動経路を形成するとともに、口金３２側の部分を除いて連通不能にし、各ゴム５１、５２の接触を防止しつつ口金３２に向かって隔壁２７の先端２７Ａまで導いて移動させて、各ゴム５１、５２を口金３２に近い位置で合流させるようになっている。

また、この隔壁２７は、少なくとも口金３２側の先端２７Ａが、成形するゴム部材５０（図４参照）のゴム層の境界面５３の形状に対応する形状、例えば、その断面における角度や方向等に応じた形状に形成され、かつ口金３２におけるゴム部材５０の境界面５３の位置に対向する位置に配置されている。ここでは、隔壁２７は、全体がゴム部材５０の境界面５３の形状に対応した正面視直線形状（図１参照）に形成されて、境界面５３と略同一角度及び方向になるようにインサート２０の境界部２３に沿って傾斜させて取り付けられている。加えて、この隔壁２７は、インサート２０側から口金３２側に向かって先細り状（ここでは、厚さ方向断面が略三角形状）（図２参照）に、即ち、その厚さ（壁厚）が、口金３２に向かって次第に薄くなるように形成されて、先端２７Ａが、口金３２の開口部３２Ｂにおけるゴム部材５０の境界面５３部分に沿って斜めに傾斜するよう、対向して配置されている。更に、隔壁２７は、口金３２側の先端２７Ａが、口金３２から所定の距離（図２のＷ）（ここでは口金３２の位置、又は口金３２から５ｍｍ以下の距離）に配置されるとともに、その先端２７Ａの厚さが、所定の厚さ（ここでは、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の厚さ）に形成されている。

以上説明した本実施形態のゴム成形装置によりゴム部材５０を成形するときには、まず、複数台（ここでは２台）の押出機から各ゴム５１、５２を押出ヘッド３０に供給し、その各ゴム流路を通してインサート２０のゴム流路２１Ｒ、２２Ｒまで導く。続いて、各ゴム５１、５２を、インサート２０の各開口部２１、２２から押し出して、境界面５３部分を含む所定の断面形状に形成する。次に、この各ゴム５１、５２を、隔壁２７により口金３２側に導いて隔壁２７の先端２７Ａまで移動させ、その先端２７Ａを超えたところで合流させる。その後、合流したゴム５１、５２を、口金３２の開口部３２Ｂから同時に押し出して一体化し、２層のゴム５１、５２からなるゴム部材５０を、所定の断面形状に連続して成形する。

このとき、このゴム成形装置では、インサート２０のゴム流路２１Ｒ、２２Ｒを通過したゴム５１、５２を、隔壁２７により、互いに隔てた状態（非接触状態）で口金３２に向かって導いて移動させるため、各ゴム５１、５２を、従来よりも口金３２に近い位置で合流させることができる。その結果、合流後のゴム５１、５２が口金３２（開口部３２Ｂ）まで移動する距離を短くでき、上記した各ゴム５１、５２間の圧力差により生じる、低圧力側のゴムに向かうゴム流れ（図６参照）を抑制することができる。これにより、境界面５３が低圧力側のゴムに向かって膨出等して変位するのを抑制でき、その位置や角度、及び形状等を、より正確に形成することができる。同時に、ゴム流れに伴う一方のゴムの押出量、及び押出方向速度の低下を抑制することもでき、ゴム部材５０の長手方向に沿った湾曲を防止できる等、内部の境界面５３に加えて、ゴム部材５０の外形形状の変形を抑制することもできる。

従って、本実施形態によれば、複数のゴム層からなるゴム部材５０の外形やゴム層の境界面５３の精度を高めることができ、ゴム部材５０の品質を向上させることができる。また、このゴム成形装置では、隔壁２７の先端２７Ａを、ゴム部材５０の境界面５３の形状に対応した形状に形成し、かつ口金３２側で境界面５３に対向する位置に配置するため、境界面５３を構成する各ゴム５１、５２の面（ここでは、対向面）を、境界面５３に対応した形状に形成して、口金３２の適切な位置に向かって導くことができる。その結果、ゴム部材５０内の境界面５３の精度を効果的に向上させることができる。更に、隔壁２７の厚さを、口金３２側に向かって次第に薄くなるように形成したため、ゴム５１、５２の合流を緩やかに行うことができ、境界面５３の移動等を防止して、ゴム部材５０の断面形状をより正確に形成することもできる。

ここで、隔壁２７は、インサート２０とは異なる部材として形成して、その所定位置に取り付ける等、インサート２０と別体にして着脱可能に構成してもよく、インサート２０の境界部２３等を口金３２側に向かって突出させて形成する等、インサート２０と一体に構成してもよい。隔壁２７をインサート２０に対して着脱可能に構成した場合には、摩耗や損傷等が生じたときに、隔壁２７のみを交換すればよく、新たな作製等に要するコストを低減できるとともに、ゴム部材５０の境界面５３の位置の変更や調整等に対して柔軟に対応することができる。また、既存のインサート２０を改造等して使用することができ、実施に伴うコストや無駄等を低く抑えることもできる。一方、隔壁２７をインサート２０と一体に構成した場合には、隔壁２７の取り付けや調整等に要する労力を低減できるとともに、その配置等をより正確に行うことができる。

また、隔壁２７の口金３２側の先端２７Ａは、上記したゴム流れ等の抑制効果を高めるため、口金３２からできるだけ近い位置に配置するのが望ましく、口金３２の位置又は口金３２から５ｍｍ以下の距離（即ち、０ｍｍ以上５ｍｍ以下の距離）に配置するのがより望ましい。隔壁２７の先端２７Ａを口金３２から５ｍｍよりも遠い位置に配置した場合には、各ゴム５１、５２が隔壁２７の先端２７Ａを超えて合流し口金３２まで移動する間に、その圧力差等により比較的大きなゴム流れが生じる恐れがある。一方、０ｍｍは、隔壁２７の先端２７Ａを口金３２に最も接近させ得る距離、即ち、それらが接触した状態である。

更に、この隔壁２７の先端２７Ａの厚さは、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の厚さに形成するのが望ましい。これは、その厚さが０．３ｍｍよりも薄い場合には、隔壁２７の先端部が薄くなり過ぎて、ゴム５１、５２の圧力や接触等による損傷や摩耗等が生じ易くなる恐れがあり、１．５ｍｍよりも厚い場合には、ゴム５１、５２の合流時の衝撃が大きくなり、その境界面５３が移動等してゴム部材５０の断面を含む形状の精度が低下等する恐れがあるからである。

なお、本実施形態では、隔壁２７を、正面視略直線状に、かつインサート２０から口金３２に向かって断面略三角形状に延びる形状に形成したが、インサート２０の開口部２１、２２と口金３２の開口部３２Ｂとの相対位置、及び成形するゴム部材５０やその境界面５３の形状等に応じて、全体的に湾曲又は屈曲させる等、他の形状に形成してもよい。

また、本実施形態では、２種類のゴム５１、５２からなるゴム部材５０を形成する場合を例に採り説明したが、この隔壁２７は、例えば上記したタイヤのトレッドゴム等の、２種以上のゴム（ゴム層）からなる他のゴム部材の成形にも当然に適用することができる。即ち、このゴム成形装置では、１つの隔壁２７をインサート２０に設けたが、成形するゴム部材５０の構成ゴム数等に応じて、複数の隔壁をインサート２０に設けてもよい。その際、複数の隔壁は、ゴム部材を構成する各ゴム同士を隔てるように形成して配置すればよく、従って、ゴム部材の境界面等に対応して、互いに接するように形成してもよく、又は、それらを一体に形成して、１つの隔壁により、複数のゴムを口金３２に向かって非接触状態で導くようにしてもよい。

本実施形態のゴム成形装置が備えるインサートの要部を模式的に示す口金側から見た正面図である。 図１のＸ方向から見たインサートを含む本実施形態の押出ヘッドの要部を示す模式図である。 従来のゴム成形装置の押出ヘッドを模式的に示す要部拡大断面図である。 複数のゴム層からなるゴム部材の構造の一例を示す断面図である。 図４に示すゴム部材を成形するための従来のインサートの要部を模式的に示す口金側から見た正面図である。 ゴム流れが生じた状態のゴム部材を示す模式図である。

符号の説明

２０・・・インサート、２１・・・第１開口部、２２・・・第２開口部、２３・・・境界部、２７・・・隔壁、３０・・・押出ヘッド、３１・・・ダイホルダ、３２・・・口金、３２Ｂ・・・開口部、３５・・・ゴム合流部、５０・・・ゴム部材、５１・・・第１ゴム、５２・・・第２ゴム、５３・・・境界面。

Claims (7)

1. 押出ヘッドの口金から複数種類のゴムを同時に押し出して複数のゴム層からなるゴム部材を一体成形するゴム成形装置であって、
   前記押出ヘッドは、前記複数種類のゴムのそれぞれを前記口金に向かって導く複数のゴム流路を有するインサートと、
   該インサートから前記口金側に向かって延び、該インサートの複数のゴム流路を通過した前記ゴムを互いに隔てる隔壁とを備え、
   前記隔壁の前記口金側の先端が、前記口金の位置又は前記口金から５ｍｍ以下の距離に配置され、
   前記隔壁により前記複数種類のゴムを前記口金に向かって導いて前記口金側で合流させることを特徴とするゴム成形装置。
2. 請求項１に記載されたゴム成形装置において、
   前記隔壁の前記口金側の先端が、前記ゴム部材のゴム層の境界面の形状に対応する形状に形成され、かつ前記口金における前記ゴム部材のゴム層の境界面に対向する位置に配置されていることを特徴とするゴム成形装置。
3. 請求項１または２に記載されたゴム成形装置において、
   前記隔壁の厚さが、前記口金側に向かって次第に薄くなるように形成されていることを特徴とするゴム成形装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載されたゴム成形装置において、
   前記隔壁が、前記インサートと一体に、又は着脱可能に構成されていることを特徴とするゴム成形装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載されたゴム成形装置において、
   前記隔壁の前記口金側の先端が、前記口金から離して配置されていることを特徴とするゴム成形装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載されたゴム成形装置において、
   前記隔壁の前記口金側の先端の厚さが、０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の厚さに形成されていることを特徴とするゴム成形装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載されたゴム成形装置によりゴム部材を成形するゴム部材の成形方法であって、
   前記口金から、各ゴム間に圧力差がある前記複数種類のゴムを同時に押し出すことを特徴とするゴム部材の成形方法。
   

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