JPWO2005065899A1 - カット装置、及びカット方法 - Google Patents

Abstract

刃を均一かつ適温に加熱でき、小さいカット抵抗で部材を低角度（鋭角）に切断することのできるカット装置を提供すること。
金属製の薄刃４６に通電を行い自己発熱させることで、未加硫ゴム部材１２を少ない抵抗で変形を抑えて切断出来る。薄刃４６は、帯状であるため耐久性があり、電流により自己発熱するので均一に加熱できる。

Description

本発明は、柔軟な未加硫のゴム部材等を切断するカット装置、及びカット方法に係り、特に、帯状の部材を変形を抑えながら厚さ方向に対して斜めに切断するカット装置、及びカット方法に関する。

従来、タイヤのトレッド等、帯状の未加硫のゴム部材の端部同士をジョイントする際に、ジョイント面が部材表面に対して斜めになるように、未加硫のゴム部材を厚さ方向に対してある角度を持ってカットすることが行なわれている。

これは、切断したゴム部材の長さに誤差があるため、ジョイント面を斜めにすることで、長さの誤差が重量バランスに与える影響を少なくでき、ジョイント作業も容易になるためである。

未加硫のゴム部材を厚さ方向に対して斜めにカットする従来の方法としては、電熱ヒーター等により加熱された刃によるカット（特許文献１参照。）、回転式リングカッターによるカット、超音波による振動式カッターによるカット等が一般的に採用されている。
特開平８―２０７０００号公報

ところで、ジョイント作業工程においては、より低角度化によるばらつき許容の拡大が求められている。

しかしながら、従来のカット方法では、部材表面に対して２５〜３０°の部材カット角が限界であり、それ以下でのカットでは、カット抵抗増により部材に変形が発生し、希望の角度を得るのは困難であった。

部材カット角を小さくすると、部材と刃との接触面積が増加し、滑り抵抗増による先端部のめくれ等が発生し、製品での不良発生要因となる。

このような状態でのジョイント作業では、ジョイントのばらつきによる製品への影響が大きく、また、作業者への負担も大きい。

低角度にカットする方式としては、カット抵抗を最小にすることが最良の方法と言える。

電熱ヒーターで刃を加熱する装置の場合、究極の形状としては直径が限りなく小さい糸状の刃でカットすることが理想であるが、剛性が小さい故に刃が切断し易く、現実的な形状としては、帯状の刃（板厚１〜３mm、幅１０〜２５mm）等が考えられる。

しかし、このような刃を加熱する上で、従来の電熱式では、加熱と放熱のバランスがとれず、刃先を要求される温度に加熱することは困難であった。

したがって、大きな熱容量を有したある程度の質量を持った刃（板厚５〜７mm、幅１００〜２００mm等）を使用せざるを得ないが、厚い板によるカット抵抗増で、カット角度の増大、ならびに刃質量大ゆえの昇温時間の増加による取り扱い難等の問題を抱えている。

また、超音波式振動カッターの場合、電熱式同様の問題以外に、コントロール不可能な摩擦熱により限界温度オーバーとなり易く、接触部の温度コントロールが困難で、カット面の焼け等による接着力低下等を生じる虞がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、刃を均一かつ適温に加熱でき、小さいカット抵抗で部材を切断することのできるカット装置を提供することが目的である。

請求項１に記載のカット装置は、金属製の帯状の薄刃と、前記薄刃に電流を流して発熱させる電源と、前記薄刃を被切断部材に対して接離する方向に移動する駆動手段と、を有することを特徴としている。

次に、請求項１に記載のカット装置の作用を説明する。

請求項１に記載のカット装置では、金属製の薄刃に電流を流すことで刃自身が発熱する。

例えば、未加硫ゴム等の熱可塑性の被切断部材は、熱を加えることで柔軟（或いは溶ける）になるため、発熱した帯状の薄刃を用いることで、被切断部材を変形を抑えて切断することが出来る。本実施形態のカット方式は、薄刃を厚さ方向に移動する所謂ギロチン方式である。

また、刃自身が電流により発熱するので、刃全体を均一に加熱できる。

さらに、薄刃は帯状であるため、糸状の刃に比較して耐久性が高い。

また、電流コントロールにより、刃全幅に渡り自在の温度設定が可能である。さらに、薄刃が自己発熱するため、刃厚を薄くでき、加熱、放熱が速くなることに起因するスピーディーな昇降温が可能となり、取り扱いが容易で、メインテナンス時間の短縮、安全性確保当の点で優位となる。

一定の刃形状の場合、一定の電流において刃温度がサチュレートし、ある一定の温度以上には上昇しないことを利用し、これにより上限温度を保証することができ、ゴム焼け等による品質トラブルの発生を防止することができる。

以上説明したように本発明のカット装置は上記の構成としたので、薄刃を均一かつ適温に加熱でき、小さいカット抵抗で未加硫ゴム部材等の被切断部材を低角度（鋭角）に切断することができる、という優れた効果を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカット装置は、前記薄刃の温度を非接触で計測する非接触温度計と、前記非接触温度計による温度検出信号に基づいて前記薄刃に流す電流を制御する制御装置と、を有することを特徴としている。

次に、請求項２に記載のカット装置の作用を説明する。

薄刃に所定値の電流を流すと薄刃の温度が序々に上がり、ある程度時間が経過すると温度上昇が止まり、一定の温度に保たれる。

請求項２に記載のカット装置では、温度計で薄刃の温度を計測することができるので、薄刃の温度を計測しながら制御装置で最初に大電流を流し、薄刃が所望の温度に達したら電流を下げることで、薄刃の温度を迅速に所望の温度に到達させることが出来る。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のカット装置において、前記薄刃の表面に、薄刃を構成している金属よりも摩擦抵抗の少ない低摩擦材料をコーティングした、ことを特徴としている。

次に、請求項３に記載のカット装置の作用を説明する。

薄刃の表面に、薄刃を構成している金属よりも摩擦抵抗の少ない低摩擦材料をコーティングすることで、切断抵抗をより減少させることができ、被切断部材の変形をより少なくできる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のカット装置において、前記薄刃に張力を付与する張力付与手段を設けた、ことを特徴としている。

次に、請求項４に記載のカット装置の作用を説明する。

薄刃を発熱させると薄刃が膨張する。したがって、張力付与手段により予め長手方向に張力を付与しておくことにより、発熱させた際や、切断時の抵抗で薄刃が曲がることを防止できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のカット装置において、前記被切断部材の厚さ方向と直交する方向を基準とした前記薄刃の移動方向であるカット角、及び前記被切断部材の長手方向と直交する方向を基準とした前記薄刃の傾きである斜め角を変更可能とするカット条件変更手段を有する、ことを特徴としている。

次に、請求項５に記載のカット装置の作用を説明する。

薄刃は、カット条件変更手段によって、被切断部材の厚さ方向と直交する方向を基準とした薄刃の移動方向であるカット角、及び被切断部材の長手方向と直交する方向を基準とした薄刃の傾きである斜め角を変更することが出来る。

したがって、薄刃を被切断部材に適した、カット角、及び斜め角に設定することができ、被切断部材を少ない抵抗で、所望のカット角で切断することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のカット装置において、前記薄刃の長さは、前記被切断部材の幅よりも長い、ことを特徴としている。

次に、請求項６に記載のカット装置の作用を説明する。

薄刃の長さを被切断部材の幅よりも長く設定したので、薄刃の厚み方向への移動により被切断部材を効率的に切断することができる。

請求項７に記載の発明は、被切断部材を、加熱された金属製の帯状の薄刃を用いて切断するカット方法であって、前記被切断部材の幅よりも長い薄刃を用い、前記被切断部材を切断する際には、前記薄刃は、前記被切断部材の長手方向と直交する幅方向に対して刃先長手方向をθb度の傾斜させると共に、前記被切断部材の厚み方向と直交する方向に対して前記薄刃をθa度に傾斜させて移動する、ことを特徴としている。

請求項７に記載のカット方法では、被切断部材の幅よりも長い薄刃が、被切断部材の長手方向と直交する幅方向に対して刃先長手方向をθb度の傾斜させると共に、被切断部材の厚み方向と直交する方向に対してθa度に傾斜させて移動する。

このため、被切断部材を、斜めに、かつ少ない抵抗でカットできる。

第１の実施形態に係るカット装置の要部の斜視図である。 第１の実施形態に係るカット装置の電気系のブロック図である。 薄刃及びアンビルのゴム部材搬送方向に沿った断面図である。 薄刃及びアンビルの平面図である。 第２の実施形態に係るカット装置の要部の斜視図である。 第２の実施形態に係るカット装置の電気系のブロック図である。 薄刃の温度、電流、時間の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態のカット装置１０は、例えば、タイヤのトレッドとなる未加硫ゴム部材１２を搬送する搬送経路に設けられている。

搬送経路の下方には、未加硫ゴム部材１２の下面を支持する平板状のアンビル１４が水平に配置されている。

アンビル１４の上方には、電動アクチュエーター１６にて移動されるカッターヘッド１８が配置されている。

電動アクチュエーター１６は、ガイドレール２０と、ガイドレール２０に沿って移動される移動部材２２を備えている。なお、カッターヘッド１８の移動は、電動モーター、エアシリンダ等の他の駆動装置で行なっても良い。

ガイドレール２０は、未加硫ゴム部材１２の搬送経路を跨ぐように配置された揺動フレーム２３に取り付けられている。

移動部材２２の下端には、軸２４が取り付けられており、この軸２４にカッターヘッド１８のベース２６が回転可能に支持されている。なお、ベース２６には、軸２４に対する回転を阻止する図示しないロック機構が設けられている。

ベース２６の側面には、支持部材２８を介して長尺フレーム３０が取り付けられている。

長尺フレーム３０は、水平方向に配置されており、一端側にはＬ字形状の第１の電極支持フレーム３２が取り付けられている。

第１の電極支持フレーム３２には、絶縁体３４を介して金属製の第１の帯刃取付部材３６が取り付けられている。

長尺フレーム３０の他端側には、直線スライドベアリング３８を介して第２の電極支持フレーム４０が取り付けられており、第２の電極支持フレーム４０は、長尺フレーム３０の長手方向にスライド自在とされている。

第２の電極支持フレーム４０には、絶縁体４２を介して金属製の第２の帯刃取付部材４４が取り付けられている。

第１の帯刃取付部材３６には帯状の薄刃４６の一端が、第２の帯刃取付部材４４の他端が図示しないボルト等で取り付けられている。

本実施形態の薄刃４６は、幅１２mm、長さ３５０mm、厚さ１．８ｍｍの鋼製であり、表面にフッ素樹脂がコーティングされている。

長尺フレーム３０と第２の電極支持フレーム４０とは、テンション装置４８を介して連結されている。

テンション装置４８は、トグルリンクを構成する、長尺フレーム３０に取り付けられる第１固定部材５０、固定部材５０に揺動可能に支持された第１リンク５２、第１リンク５２に揺動可能に支持された第２リンク５４、第２の電極支持フレーム４０に取り付けられて第２リンク５４を揺動可能に支持する第２固定部材５６を備えると共に、長尺フレーム３０に取り付けられ、第２リンク５４を押し引きする調整装置５８を備えており、第２リンク５４を押し引きすることで、第２の電極支持フレーム４０を第１の電極支持フレーム３２に対して接離する方向に移動し、薄刃４６に張力を付与することができる。

ここで、第１の帯刃取付部材３６には第１の電線６０の一端が、第２の帯刃取付部材４４には第２の電線６２の一端が接続されている。

図２に示すように、第１の電線６０の他端、及び第２の電線６２の他端は、電源６４に接続されている。

なお、電源６４は、薄刃４６に流す電圧、及び電流を可変可能となっている。

図１に示すように、ガイドレール２０を支持する揺動フレーム２３は、未加硫ゴム部材１２の長手方向（搬送方向）と直交する方向に延びるベースプレート２３Ａと、ベースプレート２３Aの両端部から下方に延びるサイドプレート２３Ｂとを備えている。

ベースプレート２３Ａの下面には、ガイドレール２０が未加硫ゴム部材１２の長手方向（搬送方向）に向けられて取り付けられている。

サイドプレート２３Ｂの下端付近には軸２５が回転自在に挿入されており、揺動フレーム２３は、軸２５を中心として揺動可能となっている。

一方のサイドプレート２３Ｂの両側には、それぞれ図示しない床面に固定されている本体フレームに取り付けられたボルト２７が互いに向き合うように設けられている。

夫々のボルト２７の先端は、サイドプレート２３Ｂの夫々の端部を押圧しており、搬送経路の側方から見て、ガイドレール２０が水平方向に対して角度（後述するカット角と同じ）θａで傾斜するように揺動フレーム２３を固定している。

ガイドレール２０に対して薄刃４６は平行に取り付けられているため、移動部材２２を移動することで、図３（Ａ）に示すように薄刃４６はカット角θａでアンビル１４の上面に載置された未加硫ゴム部材１２を切断することができる
本実施形態では、ボルト２７の調整でカット角θａを変更することができる。

図１、及び図３（Ａ）に示すように、アンビル１４には、上面に薄刃４６の逃げ６６が、その両側に第１の帯刃取付部材３６及び第２の帯刃取付部材４４の逃げ６８が形成されている。

また、カッターヘッド１８のベース２６は回転可能に支持されているため、図３（Ｂ）に示すように、未加硫ゴム部材１２を真上から見たときの搬送方向とは直交する方向に対する薄刃４６の斜め角度θｂを、例えば０〜４５°の範囲で変更することができる。
（作用）
次に、本実施形態のカット装置１０の作用を説明する。

未加硫ゴム部材１２を切断する場合、先ず、未加硫ゴム部材１２を搬送し、切断部位をアンビル１４の上部に配置する。

次に、薄刃４６に通電を行い、薄刃４６を自己発熱させる。

鋼製の薄刃４６に電流を流すと、薄刃４６の温度は序々に上昇し、加熱と放熱のバランスが取れてある温度で一定となる（所謂サチュレーション）。したがって、予め未加硫ゴム部材１２の切断に最適な温度となる電流値を調べておき、該電流値となるように電源６４の設定を行なう。

移動部材２２をガイドレール２０の傾斜下方向にスライドすることで、加熱された薄刃４６で未加硫ゴム部材１２が、表面に対して斜めに切断される。

薄刃４６は、全体的に加熱されており、また、表面が低摩擦材料でコーティングされているため、未加硫ゴム部材１２を少ない抵抗で変形を抑えて切断することが出来る。

本実施形態では、加熱した、薄く幅狭の薄刃４６を採用しているので、カット角θａを例えば１０°以下にして未加硫ゴム部材１２を変形させることなく切断することが可能である。

カット角θａを１０°以下の低角度にすることで、切断部分（テーパー部分）同士を重ね合わせるオーバーラップジョイント時に、ジョイント部の質量変化（タイヤ周方向）を低減でき、ユニフォミティのばらつき減少、製品凹凸、ベア等のジョイントに起因するタイヤ製品不良を減少させ、タイヤ性状の安定に寄与できる。

なお、薄刃４６に通電する電流値により、個々の刃形状、材質で固有のサチュレーション温度を持っており、電流値をコントロール、あるいは制限することで、最適カット温度、及び上限温度等自在に設定でき、最適カット条件、品質保証等を設定可能である。

ここで、カット角θａは、適性なジョイント性状を得るために設定され、２０°以下であれば良く、上述した様に１０°以下とすることが好ましい。

また、薄刃４６の斜め角度θｂは、０〜４５°程度に設定することが好ましい。斜め角度θｂが大きくなると、薄刃４６の移動ストロークは増加するが、カット抵抗の低減に対しては優位になる。

なお、カッターヘッド１８を旋回させ、薄刃４６を搬送経路の横方向に向けることで薄刃４６の交換を容易にできる。

本実施形態では、幅１２mm、長さ３５０mm、厚さ１．８ｍｍの鋼製の薄刃４６を用いたが、薄刃４６の幅、長さ、厚さ、及び材質はこれに限らない。

未加硫ゴム部材１２を切断する場合、薄刃４６は厚さ１．０〜３．０ｍｍ、幅１０〜２０ｍｍの範囲内が好ましい。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係るカット装置７２を図４乃至図６にしたがって説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態では、ベース２６に一対の薄刃４６を設けている。

また、各薄刃４６の上方には、非接触式の赤外線温度計７４が配置されている。

図５に示すように、赤外線温度計７４は、電源６４に接続されている。

本実施形態の電源６４は制御装置を内蔵しており、赤外線温度計７４で計測した薄刃４６の温度に基づいて電流を制御することが可能となっている。
（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態の幅１２mm、長さ３５０mm、厚さ１．８ｍｍの鋼製の薄刃４６の場合で、例えば、薄刃４６に付与する電圧及び電流を９Ｖ、３５Ａに設定すると、薄刃４６の温度は、図６に示すように徐々に上昇し、加熱と放熱のバランスが取れて２１０°Ｃで一定となる（所謂サチュレーション）。

本実施形態では、通電の初期に、電源６４が薄刃４６に付与する電圧及び電流を９Ｖ、５０Ａとするので、９Ｖ、３５Ａ時よりも急速に発熱させ、短時間で所望の温度（２１０°Ｃ）に到達できる。

赤外線温度計７４により薄刃４６の温度が所望の温度に到達したことが計測されると、電流を３５Ａに下げ、薄刃４６の温度を一定とする。

なお、その他の作用効果は第１の実施形態と同様である。

部材を小さいカット抵抗で切断する場合に用いられる。

Claims (7)

1. 金属製の帯状の薄刃と、
   前記薄刃に電流を流して発熱させる電源と、
   前記薄刃を被切断部材の厚み方向に移動させる駆動手段と、
   を有することを特徴とするカット装置。
2. 前記薄刃の温度を非接触で計測する非接触温度計と、
   前記非接触温度計による温度検出信号に基づいて前記薄刃に流す電流を制御する制御装置と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のカット装置。
3. 前記薄刃の表面に、薄刃を構成している金属よりも摩擦抵抗の少ない低摩擦材料をコーティングした、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカット装置。
4. 前記薄刃に張力を付与する張力付与手段を設けた、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のカット装置。
5. 前記被切断部材の厚さ方向と直交する方向を基準とした前記薄刃の移動方向であるカット角、及び前記被切断部材の長手方向と直交する方向を基準とした前記薄刃の傾きである斜め角を変更可能とするカット条件変更手段を有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のカット装置。
6. 前記薄刃の長さは、前記被切断部材の幅よりも長い、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のカット装置。
7. 被切断部材を、加熱された金属製の帯状の薄刃を用いて切断するカット方法であって、
   前記被切断部材の幅よりも長い薄刃を用い、
   前記被切断部材を切断する際には、前記薄刃は、前記被切断部材の長手方向と直交する幅方向に対して刃先長手方向をθb度の傾斜させると共に、前記被切断部材の厚み方向と直交する方向に対して前記薄刃をθa度に傾斜させて移動する、ことを特徴とするカット方法。
   

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