JP5030763B2

JP5030763B2 - ゴムの押出方法

Info

Publication number: JP5030763B2
Application number: JP2007327981A
Authority: JP
Inventors: 卓山村
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: JP2009148953A

Description

本発明は、所定の開口形状を有する押出ヘッド、相互に噛合して回転する一対の後段ギアよりなるゴム吐出ユニット、これらの後段ギアの一方に噛合する前段ギアと、この前段ギアおよび他方の後段ギアの両方にそれぞれ隙間を挟んで対向し前段ギアと反対向きに回転するフラットロールとよりなるゴム可塑化ユニット、および、隙間を挟んで相互に対向し逆方向に回転する一対のフィードロールよりなるゴム供給ユニットで構成されたゴム押出装置を用いて、前記ゴム供給ユニットから供給されたゴムを前記ゴム可塑化ユニットで可塑化したあとゴム吐出ユニットから押出ヘッドを通過させて押し出す方法に関し、特に、ゴム吐出量を安定化させ、ゴム押出し量を増大させることのできることができるものに関する。

ゴム部材を、既に形成済みのタイヤ構成部材の外側に貼り付けるに際し、一定の断面を有する連続したゴムリボンを複数回巻回して所定の断面形状に仕上げる方法が用いられており、また、このようなゴムリボンを連続して押し出すゴム押出装置としては、相互に噛合して回転する一対のギアよりなりゴム吐出ユニットが知られている。

そして、このようなゴム吐出ユニットへのゴムの供給に関しては、従来から、スクリューでゴムを可塑化しながら押し出す手段が用いられているが、このようなスクリューによる供給方法は、ゴム材料が変動したり温度が変動したりするとゴムの粘弾性特性が変化し、その結果、スクリューからゴム吐出ユニットへ供給するゴムの量が変動してしまい、それに伴ってゴム吐出ユニットから吐出されるゴムの吐出量が一定ではなくなってしまう。このことは、ゴム吐出ユニットから押し出されるゴムリボンの断面が変化し均一な断面のゴム部材を形成することができなくなるという問題を招くことになる。

一方、フィードロールを用いてゴムを供給する方法も知られているが、フィードロールは、ゴムを可塑化する能力が低いため、フィードロールに供給するゴム材料の特性変動が直接影響してフィードロールからゴム吐出ユニットへのゴムの供給量が変化し、この場合も、ゴム吐出ユニットから吐出されるゴムの吐出量が一定ではなくなってしまう。

そこで、相互に噛合して回転する一対の後段ギアよりなるゴム吐出ユニットと、隙間を挟んで相互に対向し逆方向に回転する一対のフィードロールよりなるゴム供給ユニットとの間に、それらの後段ギアの一方に噛合する前段ギアと、この前段ギアおよび他方の後段ギアの両方にそれぞれ隙間を挟んで対向し前段ギアと反対向きに回転するフラットロールとよりなるゴム可塑化ユニットを設けて構成されたゴム押出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−３３８４１１号公報

しかしながら、このような構成によっても、押出ヘッドから押し出されるゴムの量、および、量の安定度は未だ十分なものではなかった。発明者は、上記構成の押出装置における量の不安定債の要因を鋭意調査してきた結果、ゴム供給ユニットから前記可塑化ユニットに供給されるゴムの充填率、すなわち、密度が変化することによって問題が発生することを突き止め、本発明を考案するに至った。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、前記構成のゴム押出装置を用いてゴムを押し出すに際し、ゴム吐出量を安定化させ、そのことによって、押出し量を増大させることのできるゴム押出方法を提案することを目的とする。

本発明は、所定の開口形状を有する押出ヘッド、相互に噛合して回転する一対の後段ギアよりなるゴム吐出ユニット、これらの後段ギアの一方に噛合する前段ギアと、この前段ギアおよび他方の後段ギアの両方にそれぞれ隙間を挟んで対向し前段ギアと反対向きに回転するフラットロールとよりなるゴム可塑化ユニット、および、隙間を挟んで相互に対向し逆方向に回転する一対のフィードロールよりなるゴム供給ユニットで構成されたゴム押出装置を用いて、前記ゴム供給ユニットから供給されたゴムを、前記ゴム可塑化ユニットで可塑化したあとゴム吐出ユニットから押出ヘッドを通過させて押し出すに際し、
ゴム吐出ユニットとゴム可塑化ユニットとの駆動の開始を、前記ゴム供給ユニットの駆動の開始よりあとに行うことを特徴とするゴムの押出方法である。

本発明は、好ましくは、前記後段ギアの回転数に応じて前記フィードロールの回転数を制御し、もしくは、前記ゴム供給ユニットから前記ゴム可塑化ユニットに供給されるゴムの圧力が一定となるよう前記フィードロールの回転数を制御するものである。

本発明によれば、ゴム吐出ユニットとゴム可塑化ユニットとの駆動の開始を、前記ゴム供給ユニットの駆動の開始よりあとに行うので、間欠押出プロセスにおけるゴム可塑化ユニットの立ち上がり時の、前記可塑化ユニットに供給されるゴムの充填率の低下を防止し、その結果、吐出量を増大させるともにその精度を向上させることができる。

さらに、本発明は、ゴム可塑化ユニットの定常作動において、前記後段ギアの回転数に応じて前記フィードロールの回転数を制御することにより、定常作動での前記可塑化ユニットに供給されるゴムの充填率を均一にすることができ、その結果、吐出量の精度をさらに向上させることができ、また、前記ゴム供給ユニットから前記ゴム可塑化ユニットに供給されるゴムの圧力が一定となるよう前記フィードロールの回転数を制御することによっても同様の効果を得ることができる。

本発明のゴム押出方法において用いるゴム押出装置について、まず、説明する。図１は、本発明に係る実施形態のゴム押出装置を示す断面図であり、ゴム押出装置１は、ゴムＧを吐出する押出ヘッド３と、相互に噛合して回転する一対の後段ギア１１、１２よりなり、ゴムＧを押出ヘッド３に吐出するゴム吐出ユニット１０、後段ギア１１、１２の一方１１に噛合する前段ギア２１Ａと、前段ギア２１Ａおよび他方の後段ギア１２の両方にそれぞれ隙間２３を挟んで対向し前段ギア２１Ａと反対向きに回転するフラットロール２２Ａとよりなるゴム可塑化ユニット２０、および、隙間３３を挟んで相互に対向して逆方向に回転する一対のフィードロール３１、３２よりなるゴム供給ユニット３０を具えて構成される。

ここで、後段ギア１１、１２、前段ギア２１Ａ、フラットロール２２Ａ、フィードロール３１、３２は、温調されたケーシング２内に配置される。

図２は、この装置１を、図１に示す平面と平行な別の平面に対応する断面図であり、この断面において、ゴム可塑化ユニット２０を構成する前段ギア２１Ｂは、他方の後段ギア１２に噛合し、フラットロール２２Ｂは、前段ギア２１Ｂおよび一方の後段ギア１１の両方にそれぞれ隙間２３を挟んで対向して配置され前段ギア２１Ｂと反対向きに回転するよう構成されている。

図３は、ゴム吐出ユニット１０を構成する後段ギア１１、１２を示す正面図（図１のＡ−Ａ矢視に対応）であり、これらのギア１１、１２はダブルヘリカルギア（山歯歯車）の歯形形状をなすのが好ましく、ヘリカルにすることによってゴムを連続的に吐出することができ、押出ヘッド３から吐出されるゴムリボンＲの、長さ方向の質量の脈動を抑え、また、歯をダブルにすることによってゴムを左右対称に流し、ゴムリボンＲの幅方向の均一性を保持させることができる。

図４は、ゴム可塑化ユニット２０を示す正面図（図１のＢ−Ｂ矢視に対応）であり、また、図５は、図１のＣ−Ｃ矢視に対応するギアの正面図であり、ゴム可塑化ユニット２０は一対の平行な軸２５、２６に、後段ギア１１、１２の半分の幅でヘリカルギア（はす歯歯車）の歯形を有する前段ギア２１Ａ、２１Ｂと、後段ギア１１、１２の半分の幅で周面に歯が設けられていないフラットロール２２Ａ、２２Ｂとを取り付けてなり、軸２５には、前段ギア２１Ａとフラットロール２２Ｂとが軸方向に並べて取り付けられ、軸２６には、前段ギア２１Ｂとフラットロール２１Ａとが、同様に軸方向に並べて取り付けられ、前段ギア２１Ａとフラットロール２２Ａとが対向し、前段ギア２１Ｂとフラットロール２２Ｂとが対向するよう配置され、また、前段ギア２１Ａは後段ギア１１に、前段ギア２１Ｂは後段ギア１２に、それぞれ噛合するよう配置される。

なお、図１は、図５のＤ−Ｄ矢視に対応する断面、そして、図２は、図５のＥ−Ｅ矢視に対応する断面を表す。

このように構成されたゴム押出装置１において、例えばゴムリボンＲを押し出すには、まず、ゴム材料Ｍをゴム供給ユニット３０の入り口、すなわち、フィードロール３１、３２間にゴム材料Ｍを供給してバンク４２を形成するとともに、フィードロール３１、３２を回転してゴム供給ユニット３０からゴム材料Ｍを、ゴム供給ユニット３０とゴム可塑化ユニット２０との間に位置する第一のチャンバ４３に供給しここにゴム材料Ｍを充填する。

このとき、バンク４２のゴム材料Ｍが減少すれば自動的にゴム材料Ｍを補給してバンク４２の量が一定となるよう制御を行う。

次いで、第一チャンバ４３のゴム材料Ｍの充填率が所定の値Ｙとなった時点で、ゴム可塑化ユニット２０とゴム吐出ユニット１０とを駆動してゴムを押出ヘッド３から連続的に押し出す。この連続吐出工程においては、第1チャンバ４３のゴムの充填率が前記所定の値Ｙに保たれるようゴム供給ユニット３０からゴム材料Ｍを供給する。

第一チャンバ４３のゴム材料Ｍを押出ヘッド３から連続的に押し出す際の、ゴム吐出ユニット１０およびゴム可塑化ユニット２０の作用は以下の通りである。

ゴム吐出ユニット１０を構成する後段ギア１１、１２は、図６に示すように、ギア１１、１２の噛合点１８の近傍を表す詳細図で示すように、第三のチャンバ４５内で相互の歯１５が接近し、これらの歯１５が噛み合う噛合点１８を過ぎたあと、第二のチャンバ４４内で相互の歯１５が離隔するよう回転するので、第二のチャンバ４４のゴムＧは、噛合点１８を過ぎて空になった、後段ギア１１、１２それぞれの相互に隣接する歯１５と歯１５との間の歯間空間１６に収容されてケーシング内面２ａに近づく方向に運ばれる。

しかし、ギア１１の、ギア２１Ａと噛合する半幅側の歯間空間１６に収容されたゴムＧは、ギア１１とギア２１Ａとの噛合点２８よりは先には進むことができず、同様に、ギア１２の、ギア２１Ｂと噛合する半幅側の歯間空間１６に収容されたゴムＧは、ギア１２のギア２１Ｂとの噛合点よりは先には進むことができず、これらのギア１１、１２の歯間空間１６に収容されたゴムＧのうち、これらのギア１１、１２の、フラットロール２２Ａ、２２Ｂに対向する半幅側（図１の、ギア１２のフラットロール２２Ａに対向する半幅側、および、図２の、ギア１１のフラットロール２２Ｂに対向する半幅側）に収容されたものだけが、ケーシング内面２ａとの間の空間３５、３６を通過して第三のチャンバ４５に搬送されることとなる。

このように、第二のチャンバ４４内でゴムＧは複雑な流れを形成するので可塑化され、また、一部のゴムＧは、フラットロール２２Ａ、２２Ｂとケーシング内面２ａとの間の空間をフラットロール２２Ａ、２２Ｂの回転に合わせて移動するが、このときケーシング内面２ａとの間の摩擦により可塑化される。可塑化ユニット２０は、このようにして、ゴム材料Ｍを可塑化することができる。

ここで、押出ヘッド３から押し出されるゴム量の変動を抑え高精度の押出を行うためには、第一チャンバ４３のゴム材料Ｍの充填率をいつも高い所定の値Ｙとなるようにすることが重要である。

これを実現するための第1の要件は、ゴム可塑化ユニット２０の駆動を開始したその時点から、第一チャンバ４３のゴム材料Ｍの充填率がすでに所定の値Ｙとなっている必要があり、このため、本発明は、ゴム吐出ユニット１０とゴム可塑化ユニット２０との駆動の開始に先立って、ゴム供給ユニット３０を駆動させ第一チャンバ４３のゴム材料Ｍの充填率を所定の値Ｙまで高めたあと、ゴム可塑化ユニット２０を駆動するものであり、このことによって、ゴム可塑化ユニット２０並びにゴム吐出ユニット１０の立ち上がり時のゴム吐出量を均一化することができる。

もし、ゴム吐出ユニット１０とゴム可塑化ユニット２０との駆動を、ゴム供給ユニット３０の駆動と同時に行った場合には、間欠押出の終了後、第一チャンバ４３では、ゴム材料Ｍがゴム供給ユニット３０側に戻ってその圧力が低下してしまい、ゴム供給ユニット３０の駆動と同時に駆動開始されるゴム可塑化ユニット２０には充填率の低いゴム材料Ｍが供給され、その結果、間欠押出の立ち上がり時における吐出量が低下し、吐出量の不安定を招いてしまう。

この第1の要件は、タイヤ成型ドラム上にトレッドゴム等のゴム部材形成用ゴムリボンを巻回する場合のように、間欠的にゴムを押し出す際に特に重要なものであり、この場合、ゴム吐出ユニット１０とゴム可塑化ユニット２０との立ち上がりが頻繁に発生するからである。

さらに、第２の要件として、ゴム可塑化ユニット２０並びにゴム吐出ユニット１０が立ち上がったあと、定常状態で押出を行っている間も、第一チャンバ４３のゴム材料Ｍの充填率を所定の値Ｙに保つことが好ましい。

第２の要件に対する方策の一つは、ゴム供給ユニット３０のフィードロール３１、３２の回転数を、後段ギア１１、１２の回転数に応じて制御することであり、特に、これらの回転数の比率が一となるよう制御するのがよく、例えば、フィードロール３１、３２を後段ギア１１、１２の1.2倍の回転数で回転させ、第1チェンバ４３にゴム材料Ｍを押し込むようにしておけばよい。

そして、この中には、後段ギア１１、１２の定常状態における回転数を一定にしてゴム押出装置１を作動させる場合には、フィードロール３１、３２の定常状態における回転数を後段ギア１１、１２の回転数に対して予め定められた回転数にセットすることも含む。

第２の要件に対する他の方策として、第一チャンバ４３に圧力センサ４を設置しそこでの圧力が一定となるように制御することもできる。

具体的には、予め実験を行い、第一チャンバ４３内の検出圧力に対して、ゴム材料Ｍの密度（充填度）を一定にするのに最適なフィードロール３１、３２の回転数を求め、この検出圧力と、フィードロール回転数とを対比したグラフ（実際にはデジタル的に表現できるテーブル）を作成しておく。そして、実際の制御にあたっては、ＲＯＭ等に記憶された前記テーブルをメモリ上に配置して、入力した圧力値に応じて、メモリ上の対応するフィードロール回転数の出力値をリアルタイムで読み出し、この出力値をゴム供給ユニット３０に出力し、その回転数でフィードロール３１、３２を回転するようゴム供給ユニット３０に指令すればよい。この場合、ゴム供給ユニット３０のフィードロール３１、３２の駆動は、それらの回転数を可変に制御できるよう、サーボモータ等によって駆動する必要がある。

このとき、ゴム供給ユニット３０のフィードロール３１、３２を駆動するに際しての加減速特性も考慮することにより、より正確な制御を行うことができる。

ゴム可塑化ユニット２０と、ゴム可塑化ユニット２０と同時にもしくはこれに先だって駆動されるゴム供給ユニット３０との駆動開始の時間差ｔ（sec）、および、ゴム供給ユニット３０のフィードローラ３１、３２の回転数ω（rpm）を変えて、間欠押出の開始から停止までの間の吐出量の時間変化を測定し、その結果を、平均吐出量μ（cm³/min）、吐出効率（平均実吐出量/理論吐出量）、吐出バラツキ（吐出量の標準偏差σ/平均吐出量μ）、吐出量レンジ（最大吐出量−最小吐出量：cm³/min）で表した。

また、前記駆動開始の時間差ｔは、0secと3secとの２水準とし、フィードローラ回転数ωは、300 rpmと600 rpm との２水準とし、これらの条件を組み合わせて、図７に、フィードローラ３１．３２の回転数の時間変化をグラフで示すような、比較例、実施例１および実施例２の３種類の押出方法を試行した。これらの条件および結果を表１に示す。

そして、間欠押出の押出継続時間は1.5分、押出ヘッドの口金のサイズは30mmｘ2.5mmの長方形とした。

本発明に係る実施形態のゴム押出装置の断面図である。別の断面におけるゴム押出装置を示す部分断面図である。前段ギアを示す正面図である。後段ギアおよびフラットロールを示す正面図である。図１のＣ−Ｃ矢視に対応する断面図である。後段ギアの噛合点近傍を表す詳細図である。フィードローラの回転数の時間変化を模式的に表すグラフである。

符号の説明

１ゴム押出装置
２ケーシング
３押出ヘッド
４圧力センサ
１０ゴム吐出ユニット
１１、１２後段ギア
１６歯間空間
１８後段ギア相互の噛合点
２０ゴム可塑化ユニット
２１Ａ、２１Ｂ前段ギア
２２Ａ、２２Ｂフラットロール
２３隙間
２５、２６可塑化ユニットの軸
２８、２９前段ギアと後段ギアとの噛合点
３０ゴム供給ユニット
３１、３２フィードロール
３５、３６ケーシング内面との間の空間
４２バンク
４３第一のチャンバ
４４第二のチャンバ
４５第三のチャンバ
Ｇゴム
Ｍゴム材料
Ｒゴムリボン

Claims

所定の開口形状を有する押出ヘッド、相互に噛合して回転する一対の後段ギアよりなるゴム吐出ユニット、これらの後段ギアの一方に噛合する前段ギアと、この前段ギアおよび他方の後段ギアの両方にそれぞれ隙間を挟んで対向し前段ギアと反対向きに回転するフラットロールとよりなるゴム可塑化ユニット、および、隙間を挟んで相互に対向し逆方向に回転する一対のフィードロールよりなるゴム供給ユニットで構成されたゴム押出装置を用いて、前記ゴム供給ユニットから供給されたゴムを、前記ゴム可塑化ユニットで可塑化したあとゴム吐出ユニットから押出ヘッドを通過させて押し出すに際し、
ゴム吐出ユニットとゴム可塑化ユニットとの駆動の開始を、前記ゴム供給ユニットの駆動の開始よりあとに行うことを特徴とするゴムの押出方法。
前記後段ギアの回転数に応じて前記フィードロールの回転数を制御する請求項１に記載のゴムの押出方法。
前記ゴム供給ユニットから前記ゴム可塑化ユニットに供給されるゴムの圧力が一定となるよう前記フィードロールの回転数を制御する請求項１に記載のゴムの押出方法。