JP6511295B2 - ゴム部材の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転支持体の外周面に押出機により口金を介してゴムを帯状に押し出しながら貼り付けて、その帯状ゴムの端部同士を接合するゴム部材の成形方法及び成形装置に関するものである。

従来より、生産性や作業効率の観点から、成形ドラム（回転支持体）にストリップゴムを順次巻き付けることでタイヤを構成するゴム部材を形成するための連続成型設備及び連続成型方法が提案されている（例えば、下記特許文献１）。ストリップゴムを順次巻き付けて行なうゴム部材を形成する方法では、薄い帯状のストリップゴムを積層することから、従来のシート貼りによる形成方法に比べて、所望形状のゴム部材を容易に得ることができる。

下記特許文献１に開示される設備では、回転駆動する成形ドラム上に、ドラム軸と平行に移動可能な供給装置を有し、この供給装置は、ベース上にドラム軸と平行に横送り装置を介して移動可能なコラム等を備えている。これにより、回転駆動する成形ドラム上に、ストリップゴムを往復移動させながら連続して精度よく自動巻き付けを行なうことができる。

しかし、このようにストリップゴムを順次巻き付けてゴム部材を形成する場合、成型時間が長くなる上、巻き付け開始部と巻き付け終了部では、ゴム部材の厚みが不均一になりやすく、ユニフォミティの悪化に繋がる。

そこで、下記特許文献２には、押出機から連続的に押し出したゴムを回転支持体に巻き付けることでタイヤを成形するタイヤ成形方法であって、押出機を回転支持体に近接させ、押し出したゴムの先端部を回転支持体に貼り付けて巻き付けを開始する工程と、ゴムの巻き付け開始後、押出機を回転支持体から徐々に離隔させながら、ゴムの押出量を徐々に増加させる工程と、ゴムの巻き付け終了直前、ゴムの押出量を徐々に減少させる工程と、を備え、ゴムの巻き付け終了直前、押出機を回転支持体に近接させ、巻き付け開始部のゴムに対して巻き付け終了部のゴムを擦り付けることにより接合部を成形することを特徴とするタイヤ成形方法が記載されている。

特許文献２のタイヤ成形方法によれば、巻き付け開始部のゴムの厚みは徐々に厚くし、かつ、巻き付け終了部のゴムの厚みは徐々に薄くしているので、巻き付け開始部と巻き付け終了部でのゴムの厚みを非常に薄くすることができる。さらに、巻き付け開始部のゴムに対して巻き付け終了部のゴムを擦り付けることにより接合部を成形することで、ゴムの厚みが徐々に厚くなった巻き付け開始部と、ゴムの厚みが徐々に薄くなった巻き付け終了部とが重なり、接合部に段差がなくなるため、ユニフォミティは良好となる。

しかしながら、特許文献２の押出機に取り付けられた口金は、端面が平坦面となっているため、巻き付け開始部のゴムに対して巻き付け終了部のゴムを適切に擦り付けることができず、所望の断面形状のゴム部材を成形できない場合があった。具体的には、図９に示すように上面が平坦ではないゴム部材９を成形する場合、口金９１の端面が平坦面となっているため、ゴム部材９の両端部と口金９１の間に隙間９２が生じてゴムを適切に擦り付けることができない場合があった。

特開２００２−４６１９４号公報 特開２０１０−２３４７０７号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、押出機により押し出した帯状ゴムの端部同士を接合してゴム部材を成形する際、全周にわたっ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ゴム部材の成形方法及び成形装置を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成することができる。即ち、本発明に係るゴム部材の成形方法は、回転支持体の外周面に押出機により口金を介してゴムを帯状に押し出しながら貼り付けて、その帯状ゴムの端部同士を接合するゴム部材の成形方法であって、
前記口金を前記回転支持体の前記外周面に対して近接させて、吐出口から前記帯状ゴムの押し出しを開始し、前記口金からの押出量を所定量まで徐々に増加させるとともに、前記口金を前記回転支持体から所定距離まで徐々に離隔させる貼り始め工程と、
前記口金からの押出量を所定量に維持したまま前記帯状ゴムを前記回転支持体に貼り付けていく貼り付け工程と、
前記帯状ゴムの貼り付け終了直前には、前記口金からの押出量を所定量から徐々に減少させて、前記帯状ゴムの端部同士を接合する貼り終り工程とを備え、
前記回転支持体に対向する前記口金の端面には、前記帯状ゴムの断面形状と同じ断面形状を有し、かつ前記吐出口から前記回転支持体の回転方向前方側及び後方側に延びて前記帯状ゴムを受け入れ可能な受入凹部が形成されており、
貼り始め工程においては、前記吐出口よりも前記回転支持体の回転方向前方側の前記受入凹部を補助プレートで塞いで平坦面とし、貼り終り工程においては、前記補助プレートを取り外した前記受入凹部に前記帯状ゴムを受け入れることを特徴とするものである。

本発明のゴム部材の成形方法によれば、貼り始め工程において、口金からの押出量を所定量まで徐々に増加させるとともに、口金を回転支持体から所定距離まで徐々に離隔させることにより、帯状ゴムの貼り付け開始部の厚みを徐々に厚くすることができ、一方、貼り終り工程において、口金からの押出量を所定量から徐々に減少させることで、帯状ゴムの貼り付け終了部の厚みを徐々に薄くすることができる。これにより、帯状ゴムの端部同士を接合する際、接合部分での厚みがその他の部分の厚みと略同じとなり、端部同士を精度良く接合できる。また、貼り始め工程において、口金の吐出口よりも回転支持体の回転方向前方側の受入凹部を補助プレートで塞いで平坦面とすることで、押し出された帯状ゴムの上部を均しながら貼り付け開始部を成形するため、貼り付け開始部の厚みを線形的に増大できる。一方、貼り終り工程においては、補助プレートを受入凹部から取り外して受入凹部に帯状ゴムを受け入れることができ、受入凹部で帯状ゴムを擦り付けながら成形するため、接合部を所望の断面形状に成形できる。

また、本発明に係るゴム部材の成形装置は、ゴム材料を混練して送り出す押出機と、前記押出機の先端側に接続されたギアポンプと、前記ギアポンプの先端側に接続された口金と、前記口金の吐出口から押し出された帯状ゴムが外周面に貼り付けられる回転支持体と、前記回転支持体に対向する前記口金の端面に形成され、前記吐出口から前記回転支持体の回転方向前方側及び後方側に延びて前記帯状ゴムを受け入れ可能な受入凹部と、前記吐出口よりも回転方向前方側の前記受入凹部を塞いで平坦面を構成する補助プレートと、前記補助プレートを前記回転支持体の回転方向前方側に向かって前記受入凹部内をスライドさせるスライド機構と、を備える。

本発明に係るゴム部材の成形装置の口金は、回転支持体に対向する端面に帯状ゴムを受け入れ可能な受入凹部が形成されており、貼り終り工程においては、受入凹部で帯状ゴムを擦りながら成形するため、接合部を所望の断面形状に成形できる。一方、貼り始め工程において、口金の吐出口よりも回転支持体の回転方向前方側の受入凹部を補助プレートで塞いで平坦面とすることで、押し出された帯状ゴムの上部を均しながら貼り付け開始部を成形するため、貼り付け開始部の厚みを線形的に増大できる。

ゴム部材の成形装置の全体を示す概略構成図 口金の分解斜視図 口金の平面図及び正面図 ゴム部材を成形する際の手順を示すフローチャート ゴム部材の成形工程を説明するための説明図 （ａ）は成形ドラムの回転角度と押出量との関係を示すグラフ、（ｂ）は成形ドラムの回転角度と、口金から成形ドラムの外周面までの距離との関係を示すグラフ 貼り始め工程における口金を成形ドラムの回転方向から見た図 貼り終り工程における口金を成形ドラムの回転方向から見た図 貼り終り工程における従来の口金を成形ドラムの回転方向から見た図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

＜ゴム部材の成形装置＞
図１は、ゴム部材を成形するための成形装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、成形装置は、押出機１、ギアポンプ１０、口金１１、成形ドラム（回転支持体に相当）２、及び制御装置３を備えている。

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とを有する。スクリュー用モータ１ｄは、後述するように制御装置３により回転数が制御される。

押出機１の押出方向先端側にはギアポンプ１０が接続され、ギアポンプ１０の先端側には口金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、口金１１に対して定量のゴムを供給する。口金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、一対のギア１０ａを有しており、口金１１に向けて出口側にゴムを送り出す機能を有する。一対のギア１０ａは、それぞれギア用モータ１０ｂ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１０ｂ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、口金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、１対のギア１０ａ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１０ａの回転軸が図１の上下となる方向）に並べてもよい。

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、口金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は定量のゴムを口金１１へ供給でき、口金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、口金１１からの押出量にばらつきが生じ、所望の寸法の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ＰＩＤ制御は、特開２０１３−２２０５６９号公報に記載された制御方法と同様の制御を採用できるので、詳細な説明を省略する。

なお、本実施形態では、押出機１の押出方向先端側にギアポンプ１０が接続された、いわゆる外付けギアポンプを用いる例を示している。ただし、これに替えて、押出機内にギアポンプを内蔵したギアポンプ内蔵型押出機を用いるようにしてもよい。

制御装置３は、成形装置の各部の動作を制御する機能を有する。スクリュー用モータ制御手段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。ギア用モータ制御手段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。サーボモータ制御手段３３は、サーボモータ２０の回転数を制御する。

押出機１、ギアポンプ１０及び口金１１は、一体として前後駆動装置１４により押出方向の前後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ことができる。かかる前後の移動も、制御装置３の前後駆動装置制御手段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を移動可能に構成してもよい。また、押出機１及び成形ドラム２の双方を移動可能にすることで、押出機１と成形ドラム２とを相対的に近付けたり遠ざけたりしてもよい。

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の外周面には、口金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。なお、成形ドラム２に供給されたゴムを圧着する不図示の圧着ローラを設けてもよい。

図２は、口金１１の分解斜視図であり、図３は、口金１１の正面図及び平面図である（なお、図３には、後述する補助プレート１１５は示していない。）。本実施形態の口金１１は、ギアポンプ１０に取り付けられる長方体の取付部１１１と、取付部１１１から突出する突出部１１２とを備える。突出部１１２の端面１１２ａには、吐出口１１３が形成されており、吐出口１１３の形状と略同じ断面形状を有するゴムＳが吐出口１１３より押し出される。

成形ドラム２の外周面に対向する口金１１の端面、具体的には突出部１１２の端面１１２ａには、吐出口１１３から成形ドラム２の回転方向Ｒの前方側及び後方側に延びる受入凹部１１４が形成されている。受入凹部１１４は、端面１１２ａの中央部を彫り込むようにして形成されている。受入凹部１１４の断面形状は、図３に示すように吐出口１１３の形状と同じとなっている。すなわち、受入凹部１１４の断面形状は、押し出されたゴムＳの断面形状と同じとなっており、受入凹部１１４は、ゴムＳを受け入れ可能となっている。

また、口金１１は、図２に示すように、吐出口１１３の形状と同じ断面形状を有する補助プレート１１５を備える。すなわち、補助プレート１１５の断面形状は、受入凹部１１４の断面形状と同じとなっており、補助プレート１１５を受入凹部１１４に嵌めることで受入凹部１１４を塞ぐことができる。また、補助プレート１１５の成形ドラム２側の端面１１５ａは、平坦面となっている。

補助プレート１１５は、上方に設けたシリンダ１１６（スライド機構に相当）により受入凹部１１４内を往復動させることができる。シリンダ１１６の往復動も制御装置３により制御することができる。

＜ゴム部材の成形方法＞
上記のような成形装置を用いてゴム部材を成形する方法を説明する。本発明のゴム部材の成形方法は、成形ドラム２の外周面に押出機１により口金１１を介してゴムＳを帯状に押し出しながら貼り付けて、その帯状ゴムＳの端部同士を接合することでゴム部材を成形するものである。

図４は、ゴム部材を成形する際の手順の一例を示すフローチャートである。図５は、ゴムＳを成形ドラム２に貼り付ける様子を示す概略図である。図６（ａ）は、成形ドラム２の回転角度とゴムＳの押出量との関係を示す。また、図６（ｂ）は、成形ドラム２の回転角度と、口金１１から成形ドラム２の回転表面までの距離との関係を示す。この図６では、ゴムＳを貼り付け開始した時点での成形ドラム２の回転角度を０度としている。

まず、ステップＳＴ１において、押出機１、ギアポンプ１０、及び口金１１を一体として前進させ、図５（ａ）に示すように口金１１を成形ドラム２の外周面に対して垂直方向から近接させる。このとき、口金１１は、成形ドラム２との間の間隔がＤ１となるまで近付けられる。Ｄ１は、０．１〜０．５ｍｍ程度が好ましい。なお、口金１１を成形ドラム２に近接させるタイミングは、ゴムＳが口金１１から吐出されるまでに前記の間隔Ｄ１が設けられるものであれば、特に制限されない。

次のステップＳＴ２において、前工程にて調整されたゴムＳのゴム材料が、押出機１のホッパー１ｂに投入される。ホッパー１ｂに投入されたゴム材料は、押出機１のスクリュー１ｃによって混練される。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。

次のステップＳＴ３において、混練されたゴム材料が押出方向先端側に送り出されてギアポンプ１０に供給される。そして、次のステップＳＴ４において、ギアポンプ１０に供給されたゴム材料は、回転する一対のギア１０ａによって、口金１１に向けて吐出口側に送り出される。

次のステップＳＴ５において、口金１１の吐出口１１３より帯状ゴムＳの押し出しを開始する。図５（ｂ）のように押し出したゴムＳの先端部を成形ドラム２の外周面に貼り付け、ゴムＳの貼り付け開始部Ｓ１が固定された状態となると、成形ドラム２の回転駆動を開始する。

次のステップＳＴ６において、成形ドラム２の回転駆動の開始とほぼ同時に、スクリュー１ｃの回転数及びギア用モータ１２の回転数を制御することで、口金１１から押し出されるゴムＳの押出量を所定量まで徐々に増加させる。さらに、ゴムＳの押出量の増加とともに、図５（ｃ）のように口金１１を徐々に後退させ、口金１１を成形ドラム２から所定距離Ｄ２まで徐々に離隔させる。

より具体的には、図６（ａ）のように、成形ドラム２の回転角度がθ１度となるまで、ゴムＳの押出量を徐々に増加させ、Ｑ１とする。また、図６（ｂ）のように、成形ドラム２の回転角度がθ２度となるまで口金１１を徐々に後退させ、口金１１から成形ドラム２までの距離をＤ１から徐々に増加させてＤ２とする。ここで、Ｄ２は、成形される所望のゴム部材の厚みよりも大きくなっている。その後は、押出量、距離の両者を一定の値Ｑ１，Ｄ２に保つ。これにより、ゴムＳの貼り付け開始部Ｓ１の先端形状は斜めになり、その後は、ゴムＳの厚みが一定となる（図５（ｃ），（ｄ）を参照）。

前述のステップＳＴ１〜ＳＴ６を貼り始め工程と称する。この貼り始め工程においては、口金１１の吐出口１１３よりも成形ドラム２の回転方向Ｒの前方側にある受入凹部１１４は、補助プレート１１５により塞いでおく。この補助プレート１１５の端面１１５ａにより、吐出口１１３よりも成形ドラム２の回転方向Ｒの前方側にある端面１１２ａは平坦面となっている。このように端面１１２ａを平坦面とすることで、図７に示すように、押し出されたゴムＳの上部を均しながら貼り付け開始部Ｓ１を成形するため、貼り付け開始部Ｓ１の断面を偏平な三角形状に成形できる。

口金１１から成形ドラム２まで距離がＤ２になった後、次のステップＳＴ７において、補助プレート１１５を上方にスライドさせて受入凹部１１４から取り外す。

そして、ゴムＳの厚みを一定に保ったまま成形ドラム２の回転駆動を続け、図５（ｅ）に示すように、ゴムＳの貼り付け開始部Ｓ１が口金１１に近づくと、ステップＳＴ８において、口金１１を前進させ、口金１１を成形ドラム２に近接させる。これにより、貼り付け開始部Ｓ１に貼り付け終了部のゴムＳを擦り付けるようにすることができる。また、ステップＳＴ８において、スクリュー１ｃの回転数及びギア用モータ１２の回転数を制御することで、口金１１から押し出されるゴムＳの押出量を徐々に減少させる。

より具体的には、図６（ａ）のように、成形ドラム２の回転角度が３６０°となるまではゴムＳの押出量をＱ１に保ち、回転角度が（３６０＋θ１）度になるまでに、ゴムＳの押出量を徐々に減少させる。また、図６（ｂ）のように、成形ドラム２の回転角度が３６０°となる直前に、口金１１から成形ドラム２までの距離をＤ２からＤ３に変化させる。Ｄ３は１ｍｍ以下とし、Ｄ１と同じにしてもよい。これらの動作により、図５（ｆ）に示すように、貼り付け終了時には、口金１１から押し出されたゴムＳを貼り付け開始部Ｓ１に擦り付けるようにして接合する。また、ゴムＳの貼り付け終了部は、終端形状が斜めとなり、先端形状が斜めとなっている貼り付け開始部Ｓ１と重なることで接合部の厚みがその他の部分の厚みとほぼ同じとなる。

ステップＳＴ８の貼り終り工程においては、図８に示すように、受入凹部１１４にゴムＳを受け入れることができる。これにより、受入凹部１１４でゴムＳを擦り付けながら成形できるため、接合部を所望の断面形状に成形することができる。

次のステップＳＴ９において、図５（ｇ）に示すように、口金１１は後退して、成形ドラム２へのゴムＳの貼り付けが終了する。

＜別実施形態＞
（１）補助プレート１１５を受入凹部１１４から取り外すタイミングは、ステップＳＴ８の貼り終り工程が始まる前であればよく、図６の例であれば、成形ドラム２の回転角度がθ１度を超えて３６０度となる前であればよい。

（２）前述の実施形態では、ゴムＳの断面は、図８に示す形状となっているが、ゴムＳの断面形状はこれに限定されない。例えば、ゴムＳの断面は三角形状等でもよい。ただし、本発明のゴム部材の成形方法及び成形装置は、上面が平坦ではない断面形状を有するゴムＳを成形する場合に特に有用である。

１ 押出機
２ 成形ドラム
１０ ギアポンプ
１１ 口金
１１５ 補助プレート
Ｓ ゴム（帯状ゴム）

Claims (3)

1. 回転支持体の外周面に押出機により口金を介してゴムを帯状に押し出しながら貼り付けて、その帯状ゴムの端部同士を接合するゴム部材の成形方法であって、
   前記口金を前記回転支持体の前記外周面に対して近接させて、吐出口から前記帯状ゴムの押し出しを開始し、前記口金からの押出量を所定量まで徐々に増加させるとともに、前記口金を前記回転支持体から所定距離まで徐々に離隔させる貼り始め工程と、
   前記口金からの押出量を所定量に維持したまま前記帯状ゴムを前記回転支持体に貼り付けていく貼り付け工程と、
   前記帯状ゴムの貼り付け終了直前には、前記口金からの押出量を所定量から徐々に減少させて、前記帯状ゴムの端部同士を接合する貼り終り工程とを備え、
   前記回転支持体に対向する前記口金の端面には、前記帯状ゴムの断面形状と同じ断面形状を有し、かつ前記吐出口から前記回転支持体の回転方向前方側及び後方側に延びて前記帯状ゴムを受け入れ可能な受入凹部が形成されており、
   貼り始め工程においては、前記吐出口よりも前記回転支持体の回転方向前方側の前記受入凹部を補助プレートで塞いで平坦面とし、貼り終り工程においては、前記補助プレートを取り外した前記受入凹部に前記帯状ゴムを受け入れることを特徴とするゴム部材の成形方法。
2. 貼り終り工程の前までに、前記回転支持体の回転方向前方側に向かって前記受入凹部内をスライドさせて前記補助プレートを取り外すことを特徴とする請求項１に記載のゴム部材の成形方法。
3. ゴム材料を混練して送り出す押出機と、
   前記押出機の先端側に接続されたギアポンプと、
   前記ギアポンプの先端側に接続された口金と、
   前記口金の吐出口から押し出された帯状ゴムが外周面に貼り付けられる回転支持体と、
   前記回転支持体に対向する前記口金の端面に形成され、前記吐出口から前記回転支持体の回転方向前方側及び後方側に延びて前記帯状ゴムを受け入れ可能な受入凹部と、
   前記吐出口よりも回転方向前方側の前記受入凹部を塞いで平坦面を構成する補助プレートと、
   前記補助プレートを前記回転支持体の回転方向前方側に向かって前記受入凹部内をスライドさせるスライド機構と、を備えるゴム部材の成形装置。

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