JP6509587B2 - ゴム部材成形装置、及びゴム部材成形方法。 - Google Patents

Description

本開示は、押出機により金型を介して押し出したゴムを回転支持体に巻き付けてゴム部材を形成するゴム部材成形装置、及びゴム部材成形方法に関する。

特許文献１には、タイヤ構成部材としての円筒状のゴム部材を成形する方法が開示されている。具体的には、押出機により金型を介して押し出したゴムを回転支持体に巻き付けてゴム部材を成形する。この工法では、金型と回転支持体とのクリアランスに応じてゴム部材の厚みをコントロールしている。

特開２０１３−２２０５６９号公報

上記工法では、金型と回転支持体とのクリアランスの精度が求められるので、回転支持体が真円でなければならない。しかしながら、実際には回転支持体を真円に成型することが難しく、成型精度が悪ければ表面が凹凸していることがあり、回転角度に応じて径が若干異なることになる。その結果、目標クリアランスに対する実クリアランスの誤差が生じ、ゴム部材の成形精度が損なわれる。

本開示は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、押出機の金型と回転支持体とのクリアランスを調整して、ゴム部材の成形精度を向上させたゴム部材成形装置及びゴム部材成形方法を提供することである。

本開示は、上記目的を達成するために、次のような手段を講じている。

すなわち、本開示のゴム部材成形装置は、金型を有する押出機と、前記金型から押し出されるゴムを巻き付ける回転支持体と、前記押出機と前記回転支持体の少なくともいずれか一方を遠近移動させる遠近駆動装置と、前記回転支持体に設定された基準径と前記金型とのクリアランスが目標値となるように、前記遠近駆動装置の駆動を制御する遠近駆動制御部と、前記回転支持体の回転角度毎の径に関する径データを記憶するメモリと、を備え、前記遠近駆動制御部は、前記径データに基づいて、前記基準径に対して過不足となるクリアランスを補正する遠近動作を、前記回転支持体へのゴムの巻き付け中に前記遠近駆動装置に実行させる。

本開示のゴム部材成形方法は、回転支持体に設定された基準径と押出機の金型とのクリアランスが目標値となるように、前記押出機と前記回転支持体の少なくともいずれか一方を遠近移動させ、前記金型から押し出されるゴムを前記回転支持体に巻き付ける工程を含み、前記工程において、前記回転支持体の回転角度毎の径に関する径データに基づいて、前記基準径に対して過不足となるクリアランスを補正する遠近動作を、前記回転支持体へのゴムの巻き付け中に実行する。

このように、回転支持体の回転角度毎の径に関する径データをメモリに記憶しており、径データに基づいて、回転支持体に設定された基準径に対して過不足となるクリアランスを補正する遠近動作を遠近駆動装置に実行させるので、回転支持体の成型精度が悪くとも、補正動作によって基準径に対して過不足となるクリアランスが補正されるので、目標クリアランスと実クリアランスが一致し、ゴム部材の成形精度を向上させることが可能となる。

第１実施形態のゴム部材成形装置を模式的に示す構成図。 目標となるクリアランスと回転角度との関係に関する説明図。 回転支持体の基準径と実際の径とを回転角度毎に示す図。 回転支持体の基準径と実際の径との差を回転角度毎に示す図。 第２実施形態のゴム部材成形装置を模式的に示す構成図。

＜第１実施形態＞
以下、本開示の第１実施形態のゴム部材成形装置及びゴム部材成形方法について、図面を参照して説明する。

図１は、円筒状のゴム部材を成形する成形装置の構造を模式的に示す図である。図1に示すように、ゴム部材成形装置は、回転支持体である成形ドラム２と、成形ドラム２に対して遠近移動可能に構成された押出機１と、押出機１を遠近移動させる遠近駆動装置１４と、各部（１、２、１４等）を制御する制御装置３と、を有する。

押出機１は、円筒形のバレル１ａと、バレル１ａの供給口に接続されたホッパー１ｂと、ゴムを混練して先端側に送り出すスクリュー１ｃと、スクリュー１ｃを回転駆動させるスクリュー用モータ１ｄと、ギアポンプ１０と、金型１１と、を有する。スクリュー用モータ１ｄは、制御装置３により回転数が制御される。

押出機１は、押出方向先端側にギアポンプ１０が接続され、ギアポンプ１０の先端側には金型１１が接続されている。押出機１により混練されたゴム材料は、ギアポンプ１０に供給され、ギアポンプ１０は、金型１１に対して定量のゴムを供給する。金型１１からは所定の押出量でゴムＳが押し出される。

ギアポンプ１０は、ギア１０ａを有しており、金型１１に向けて出口側にゴムを送り出す機能を有する。ギア１０ａは、それぞれギア用モータ（不図示）によって回転駆動され、その回転数は、制御装置３により制御される。ギア用モータの回転数、及びスクリュー用モータ１ｄの回転数を制御装置３により連動させて制御することで、金型１１から押し出されるゴムＳの押出量を制御することができる。なお、図示の都合上、ギア１０ａは、図１の上下方向に並べられているが、実際は遊星ギア方式など、ギア１０ａの配置はこれに限らない。

ギアポンプ１０の入口側、すなわち押出機１に近い側には、第１圧力センサー１２が設けられ、押出機１から供給されてくるゴムの圧力を検出する。また、ギアポンプ１０の出口側には、第２圧力センサー１３が設けられ、金型１１から押し出されるゴムＳの圧力を検出する。

ギアポンプ１０の入口側の圧力は、ギアポンプ１０のギア１０ａと押出機１のスクリュー１ｃによるゴム送り量によって決定される。この入口側の圧力を一定に保つことで、ギアポンプ１０は定量のゴムを金型１１へ供給でき、金型１１からの押出量も安定する。しかし、入口側の圧力が不安定であると、金型１１からの押出量にばらつきが生じ、所望の寸法の円筒状ゴム部材を成形することが困難となる。

ギアポンプ１０の入口側の圧力を制御する方法としては、ギアポンプ１０のギア１０ａの回転数と押出機１のスクリュー１ｃの回転数とをＰＩＤ制御することが知られている。この制御方法は、特許文献１に記載と同様の制御を採用できるので、詳細な説明を省略する。

成形ドラム２は、サーボモータ２０によりＲ方向に回転可能に構成されている。サーボモータ２０の回転数は、制御装置３により制御される。成形ドラム２には、金型１１を介して押し出されたゴムが供給され、ゴムが貼り付いた状態で成形ドラム２をＲ方向に回転駆動することにより、ゴムを周方向に沿って巻き付けることができる。サーボモータ２０は、回転角度検出器及び原点検出器が設けられており、現時点での回転角度を検出して制御装置３へフィードバックしている。本実施形態では、成形ドラム２を回転させる駆動源としてサーボモータ２０を用いているが、回転角度を駆動パルスで指定できるステッピングモータを用いてもよい。

制御装置３は、スクリュー用モータ制御部３１と、ギア用モータ制御部３２と、サーボモータ制御部３３と、遠近駆動制御部３４と、メモリ３５と、を有する。

スクリュー用モータ制御部３１は、第１圧力センサー１２で検出されたギアポンプ１０の入口側の圧力に基づいて、押出機１のスクリュー用モータ１ｄの回転数を制御する。ギア用モータ制御部３２は、予め定められた（時間の係数による）制御プログラムに基づいて、ギア用モータ１０ｂの回転数を制御する。サーボモータ制御部３３は、サーボモータ２０の回転数を制御する。

押出機１は、遠近駆動装置１４により押出方向の前後（図中ではＸ方向）に移動可能に構成されており、成形ドラム２に対して近付いたり遠ざかったりする遠近移動が可能である。かかる遠近移動も、制御装置３の遠近駆動制御部３４によって制御される。本実施形態では、成形ドラム２の位置を固定し、成形ドラム２に対して押出機１を遠近移動可能に構成しているが、これに限定されない。例えば、押出機１の位置を固定し、押出機１に対して成形ドラム２を遠近移動可能に構成してもよい。また、押出機１および成形ドラム２の双方をＸ方向に沿って移動可能にすることで、押出機１と成形ドラム２とを相対的に遠近移動可能にしてもよい。

メモリ３５は、成形ドラム２の回転角度毎の径に関するデータである径データ３５ａと、金型１１と成形ドラム２との目標クリアランスに関するデータである目標クリアランスデータ３５ｂと、を記憶している。

目標クリアランスデータ３５ｂは、ゴム部材を所望の厚みにするために、金型１１と成形ドラム２とのあるべきクリアランスを回転角度毎に表すデータである。具体的な一例を図２に示す。図２の例では、回転角度０°から回転角度θ°までクリアランスをＤ１からＤ２まで増大させ、回転角度θ°から３６０°までクリアランスをＤ２に維持している。勿論、これは一例であり、これに限定されない。目標クリアランスデータ３５ｂは、成形するゴム部材に応じてユーザがメモリ３５に記憶する。

成形ドラム２の径Ｒ^actは、一定であることが好ましい。しかし、図３Ａに示すように、実際には成形ドラム２の製造誤差があるため、厳密には径Ｒ^actが一定ではなく、原点（０度）からの回転角度に応じて径Ｒ^actが異なる。図３Ｂは、成形ドラム２の径Ｒ^actと基準径Ｒ^baseとの差（Ｒ^base−Ｒ^act）を回転角度毎に示す。本実施形態では、径データ３５ａは、成形ドラム２の径Ｒ^actと基準径Ｒ^baseとの差（Ｒ^base−Ｒ^act）を回転角度毎に表すデータであるが、これに限定されない。例えば、図３Ａに示すように、成形ドラム２の成形ドラム２が基準径Ｒ^baseの真円であると仮定した場合に、成形ドラム２の実径Ｒ^actを回転角度毎に表すデータであってもよい。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、制御単位となる角度は１０度であるが、これに限定されず、例えば５度などのように適宜変更可能である。

図１に示す遠近駆動制御部３４は、成形ドラム２に設定された基準径Ｒ^baseと押出機１の金型１１とのクリアランスが図２に示す目標値となるように、押出機１を遠近移動させ、金型１１から押し出されるゴムを成形ドラム２に巻き付ける制御を行う。また、遠近駆動制御部３４は、径データ３５ａに基づいて、基準径Ｒ^baseに対して過不足となるクリアランスを補正する遠近動作を、成形ドラム２へのゴムの巻き付け中に遠近駆動装置１４に実行させる。例えば、成形ドラム２の基準径Ｒ^baseが３２０ｍｍであり、回転角度が９０度である時点において、成形ドラム２に設定された基準径Ｒ^baseと金型１１とのクリアランスが目標値（１０ｍｍ）になるように遠近駆動装置１４の動作を制御するとする。この場合、成形ドラム２の実径Ｒ₉₀ ^actが３１９ｍｍであれば、基準径に対して実径が１ｍｍ足りないことになり、実際のクリアランスは１１ｍｍになってしまう。これを補正するためには、成形ドラム２と押出機１との距離を１ｍｍ近づける動作を行い、実際のクリアランスを目標値である１０ｍｍに補正する。

遠近駆動制御部３４は、このような動作を実現するために、成形ドラム２に設定された基準径Ｒ^baseと金型１１とのクリアランスを目標値（例えば１０ｍｍ）にする駆動値Ｉｄを算出する駆動値算出部３４ａと、基準径Ｒ^baseに対して過不足となるクリアランス（Ｒ^base−Ｒ^act）を補正する補正値Ｉａを径データ３５ａに基づき算出する補正値算出部３４ｂと、を有する。

駆動値算出部３４ａが算出する駆動値Ｉｄは、直前の時点（直前の制御角度）における目標クリアランスと次の時点（次の制御角度）における目標クリアランスとの差に対応している。具体的には、直近の制御角度８０度の時点で目標クリアランスが１０ｍｍであり、次の制御角度９０度の時点で目標クリアランスが１０ｍｍであれば、クリアランスに変化がないので、駆動値Ｉｄは、遠近駆動装置１４を駆動させない値（０）となる。一方、直近の制御角度８０度の時点で目標クリアランスが９ｍｍであり、次の制御角度９０度の時点で目標クリアランスが１０ｍｍであれば、クリアランスを大きくしなければならないので、駆動値Ｉｄは、押出機１を１ｍｍ後退させる値（−１）となる。逆に、押出機１を１ｍｍ前進させる値は（＋１）となる。

補正値算出部３４ｂが算出する補正値Ｉａは、直近の時点（直前の制御角度）における基準径Ｒ^baseと実径Ｒ^actとの差から、次の時点（次の制御角度）における基準径Ｒ^baseと実径Ｒ^actとの差への変化量に対応している。具体的には、直近の制御角度８０度の時点における基準径Ｒ^baseと実径Ｒ^actとの差（Ｒ^base−Ｒ^act）が０ｍｍであり、次の制御角度９０度の時点における基準径Ｒ^baseと実径Ｒ^actとの差（Ｒ^base−Ｒ^act）が＋１ｍｍであれば、補正値Ｉａは、押出機１を１ｍｍ前進させる値（＋１）となる。また、直近の制御角度８０度の時点における基準径Ｒ^baseと実径Ｒ^actとの差（Ｒ^base−Ｒ^act）が＋１ｍｍであり、次の制御角度９０度の時点における基準径Ｒ^baseと実径Ｒ^actとの差（Ｒ^base−Ｒ^act）が−１ｍｍであれば、押出機１を２ｍｍ後退させる値（−２）となる。

遠近駆動制御部３４は、駆動値Ｉｄと補正値Ｉａを合わせた値（Ｉｄ＋Ｉａ）を用いて遠近駆動装置１４を制御する。その結果、押出機１は、基準径Ｒ^baseに対して過不足となるクリアランス（Ｒ^base−Ｒ^act）を補正する遠近動作を行うことになる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、径データ３５ａは、メモリ３５に予め記憶されている。第２実施形態では、ゴム部材の成形前の所定のタイミング（所定数の成形を行ったこと、所定時間経過したこと、操作部を介してユーザから指示されたこと等の条件）で径データ３５ａを自動で生成する。

図４に示すように、第２実施形態の成形装置は、成形ドラム２（回転支持体）の外径を計測する計測センサ４と、所定のタイミングで成形ドラム２を回転させ且つ計測センサ４で成形ドラム２の外径を計測し、計測結果に基づき径データ３５ａを生成する径データ生成部３６と、を有する。本実施形態では、計測センサ４としてレーザ変位計を用いているが、成形ドラム２の外径を計測できれば、これに限定されない。

第１実施形態及び第２実施形態において、図示していないが、成形ドラム２は、外周面を形成する複数のセグメントを有し、各セグメントを径方向に移動させることで拡縮可能に構成されている。これにより、成形ドラム２に成形した円筒状のゴム部材を抜くことができるからである。また、複数種類の径の円筒状ゴム部材に対応可能となる。ここで、メモリ３５は、成形ドラム２の複数の拡縮状態に対応する複数の径データ３５ａを記憶するように構成され、遠近駆動制御部３４は、現在の拡縮状態に対応する径データを選択して用いるように構成されていてもよい。複数の拡縮状態は、例えば、第１の基準径に対応する第１の拡縮状態と、第２の基準径に対応する第２の拡縮状態とを含むことが挙げられる。

以上のように、上記実施形態のゴム部材成形装置は、金型１１を有する押出機１と、金型１１から押し出されるゴムを巻き付ける回転支持体としての成形ドラム２と、押出機１と成形ドラム２の少なくともいずれか一方を遠近移動させる遠近駆動装置１４と、成形ドラム２に設定された基準径Ｒ^baseと金型１１とのクリアランスが目標値となるように、遠近駆動装置１４の駆動を制御する遠近駆動制御部３４と、成形ドラム２の回転角度毎の径に関する径データ３５ａを記憶するメモリ３５と、を有する。遠近駆動制御部３４は、径データ３５ａに基づいて、基準径Ｒ^baseに対して過不足となるクリアランス（Ｒ^base−Ｒ^act）を補正する遠近動作を、成形ドラム２へのゴムの巻き付け中に遠近駆動装置１４に実行させる。

上記実施形態のゴム部材成形方法は、回転支持体としての成形ドラム２に設定された基準径Ｒ^baseと押出機１の金型１１とのクリアランスが目標値となるように、押出機１と成形ドラム２の少なくともいずれか一方を遠近移動させ、金型１１から押し出されるゴムを成形ドラム２に巻き付ける工程を含む。この工程において、成形ドラム２の回転角度毎の径に関する径データ３５ａに基づいて、基準径Ｒ^baseに対して過不足となるクリアランス（Ｒ^base−Ｒ^act）を補正する遠近動作を、成形ドラム２へのゴムの巻き付け中に実行する。

この構成及び方法によれば、成形ドラム２の成型精度が悪くとも、補正動作によって基準径Ｒ^baseに対して過不足となるクリアランス（Ｒ^base−Ｒ^act）が補正されるので、目標クリアランスと実クリアランスが一致し、ゴム部材の成形精度を向上させることが可能となる。

上記実施形態では、遠近駆動制御部３４は、成形ドラム２に設定された基準径Ｒ^baseと金型１１とのクリアランスを目標値にする駆動値Ｉｄと、径データ３５ａに基づき定まるクリアランスであって基準径Ｒ^baseに対して過不足となるクリアランス（Ｒ^base−Ｒ^act）を補正する補正値Ｉａと、を合わせた値（Ｉｄ＋Ｉａ）を用いて、遠近駆動装置１４を駆動している。

上記実施形態では、成形ドラム２の外径を計測する計測センサ４と、所定のタイミングで成形ドラム２を回転させ且つ計測センサ４で成形ドラム２の外径を計測し、計測結果に基づき径データ３５ａを生成する径データ生成部３６と、を有する。

この構成によれば、経年劣化や摩耗、偏心などによって成形ドラム２（回転支持体）の径が変化した場合でも、回転支持体の外径を計測して径データを生成するので、ゴム部材の成形精度を向上させることが可能となる。

上記実施形態では、成形ドラム２は拡縮可能に構成されており、メモリ３５は、成形ドラム２の複数の拡縮状態に対応する複数の径データ３５ａを記憶し、遠近駆動制御部３４は、現在の拡縮状態に対応する径データ３５ａを用いる。

この構成によれば、複数の拡縮状態、すなわち複数の径に対応したゴム部材に成形において補正動作を実現可能となる。

上記の各実施形態で採用している構造を他の任意の実施形態に採用することは可能である。各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、駆動値Ｉｄ及び補正値Ｉａは、制御の概念を説明するために用いているので、実装にあたり種々変形可能である。

１…押出機
１１…金型
１４…遠近駆動装置
２…成形ドラム（回転支持体）
３４…遠近駆動制御部
３５…メモリ
３５ａ…径データ
３６…径データ生成部
４…計測センサ
Ｒ^base…基準径
Ｒ^act…実径
Ｉｄ…駆動値
Ｉａ…補正値

Claims (5)

1. 金型を有する押出機と、前記金型から押し出されるゴムを巻き付ける回転支持体と、前記押出機と前記回転支持体の少なくともいずれか一方を遠近移動させる遠近駆動装置と、前記回転支持体に設定された基準径と前記金型とのクリアランスが目標値となるように、前記遠近駆動装置の駆動を制御する遠近駆動制御部と、前記回転支持体の回転角度毎の径に関する径データを記憶するメモリと、を備え、
   前記遠近駆動制御部は、前記径データに基づいて、前記基準径に対して過不足となるクリアランスを補正する遠近動作を、前記回転支持体へのゴムの巻き付け中に前記遠近駆動装置に実行させる、ゴム部材成形装置。
2. 前記遠近駆動制御部は、前記回転支持体に設定された基準径と前記金型とのクリアランスを目標値にする駆動値と、前記径データに基づき定まるクリアランスであって前記基準径に対して過不足となるクリアランスを補正する補正値と、を合わせた値を用いて、前記遠近駆動装置を駆動する、請求項１に記載のゴム部材成形装置。
3. 前記回転支持体の外径を計測する計測センサと、
   所定のタイミングで前記回転支持体を回転させ且つ前記計測センサで前記回転支持体の外径を計測し、計測結果に基づき前記径データを生成する径データ生成部と、
   を有する、請求項１又は２に記載のゴム部材成形装置。
4. 前記回転支持体は拡縮可能に構成されており、
   前記メモリは、前記回転支持体の複数の拡縮状態に対応する複数の径データを記憶し、
   前記遠近駆動制御部は、現在の拡縮状態に対応する径データを用いる、請求項１〜３のいずれかに記載のゴム部材成形装置。
5. 回転支持体に設定された基準径と押出機の金型とのクリアランスが目標値となるように、前記押出機と前記回転支持体の少なくともいずれか一方を遠近駆動装置が遠近移動させ、前記金型から押し出されるゴムを前記回転支持体に巻き付ける工程を含み、
   前記工程において、メモリに記憶された前記回転支持体の回転角度毎の径に関する径データに基づいて前記遠近駆動装置の駆動を制御し、前記基準径に対して過不足となるクリアランスを補正する遠近動作を、前記回転支持体へのゴムの巻き付け中に実行する、ゴム部材成形方法。

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