KR940009009B1 - 타이어 트레드 슬랩용 탄성 중합체 띠 형성방법 및 그 장치 - Google Patents

타이어 트레드 슬랩용 탄성 중합체 띠 형성방법 및 그 장치 Download PDF

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오우 토우로닌 에릭
제이 터브 클리포드
지이 기이즈브레크트 조오지
에이 윈즈 죤
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유니로 이알 굿리치 캐나다 인코포레이팃드
엘런 엠 오브라이언
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Abstract

내용 없음.

Description

타이어 트레드 슬랩용 탄성 중합체 띠 형성방법 및 그 장치
제1도는 본 발명에 따른 장치의 측면도.
제2도는 본 발명에 따른 장치의 정면도.
제3도는 로울 프레임(roll frame)과 관련 부품들이 본 발명에 따른 장치의 나머지 부분에서 떨어져 이동된 상태의 정면도.
제4도는 제1도에서 점선으로 나타낸 특정 요소들을 생략한 채로 도시된 제1도와 유사한 측면도.
제5도는 관련 작동 기구들과 함께 폐쇄 위치에 있는 측면 클램프(clamp)의 평면도.
제6도는 개방 위치에 있는 제5도의 측면 클램프의 평면도.
제7도는 내부 유동 체임버들이 점선으로 도시된 헤드 조립체의 측면도.
제8도는 비고정 위치에 있는 로울 프레임 고정 장치 조립체의 확대 평면도.
제9도는 고정 위치에 있는 로울 프레임 고정 장치 조립체의 확대 평면도.
제10도는 예비 성형 다이, 최종 다이, 다이 호울더(holder) 및 그 다이들을 통해 로울러 위로 유동하는 재료를 제2도의 10－10선을 따라 취한 확대 단면도.
제11도는 헤드 조립체의 일부를 절개한 부분 단면도.
제12도는 상부 헤드부가 상방으로 회전되고 하부 헤드부는 하방으로 회전된 상태의 제11도의 헤드 조립체를 나타낸 단면도.
제13도는 본 발명의 조립된 상태의 예비 성형 다이 및 최종 다이의 사시도.
제14도는 다이들이 부분적으로 분해된 상태의 제13도의 예비 성형 다이와 최종 다이의 분해 사시도.
제15도는 예비 성형 다이의 제1부분의 평면도.
제16도는 예비 성형 다이의 제1부분의 정면도.
제17도는 예비 성형 다이의 제2부분의 평면도.
제18도는 예비 성형 다이의 제2부분의 정면도.
제19도는 최종 다이의 평면도.
제20도는 최종 다이의 정면도, 및
제21도는 본 발명에 따른 일 실시예에서 압출된 탄성 중합체 제품의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 띠 형성 장치 20,28 : 압출기
26 : 탄성 중합체 재료 30 : 헤드 조립체
31 : 다이 호울더 40 : 예비 성형 다이
42 : 공통 교차부 44 : 예비 성형 다이 출구 체임버
45: 분할선 47,48 : 유동 체임버
50 : 최종 다이 54 : 최종 체임버
56 : 제한 오리피스(orifice) 70 : 회전 로울러
73 : 로울 프레임(roll frame) 74 : 로울러 위치 조정 조립체
76 : 로울러 조정 조립체 90,91 : 헤드 삽입판
92,93 : 천이 체임버 94 : 압력 변환기
102 : 잠금 장치 조립체 110 : 다이 호울더 체결기구
116 : 공기 실린더 120 : 측면 클램프
122 : 가동 측면 클램프 조립체 128,129 : 측면 실린더
140 : 타이어 트레드 슬랩(tire tread slab) 142 : 트레드 베이스
144 : 날개 146 : 캡 부분
본 발명은 타이어 트레드 슬랩과 같은 연속적인 탄성중합체 띠 형성 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 다른 조성물로 된 탄성중합체 재료를 서로 결합하여, 로울러 다이를 통해 연속적인 탄성중합체 띠로 압출되는 다수 재료의 슬랩을 형성하는 예비 성형 다이로 공급하는 다수의 압출기들로 구성된 조립체를 이용하는 탄성중합체 띠 형성 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 종래의 타이어 트레드 슬랩 생산 방법에 있어서, 트레드 슬랩을 구성하는 탄성중합체 재료에 바람직한 단면형상을 적절하게 부여할 수 있는 윤곽을 가진 슬릿(slit) 다이들을 통해 가압상태의 탄성중합체 재료를 압출하는 장치가 이용되고 있다.
또한, 제한 오리피스와 로울러 다이 사이에서 가압된 탄성중합체 재료를 압출하는 로울러－다이 조합체를 이용하는 방법도 있다. 이러한 형태의 장치가 유니로열사(UNIROYAL, Inc.)에 양도된 미합중국 특허 제3,871,810호에 개시되어 있다.
이러한 형식의 압출 방법들은 두가지 이상의 다른 재료로 구성된 탄성중합체 띠를 형성하도록 최근에 개조되어 왔다. 보통 이 경우에는 두개 이상의 분리된 압출기에서 연유하는 두개 이상의 분리된 유동 채널로서 시작하여, 각각의 재료들을 결합하여 궁극적으로 타이어 트레드로 성형될 단일 슬랩을 형성하도록, 결국에는 함께 합쳐지는 내부 유동통로들이 필요하다. 다른 형태의 탄성중합체 재료들을 조합하여 단일 타이어 트레드로 형성할때의 잇점은 타이어 트레드의 전반적인 성능을 개선하는데 가장 유리한 물리적 성질을 가진 각각의 재료를 트레드의 특정 물리적 부분에 사용할 수 있다는 점이다. 특히 평상시 노면과 접하고 있는 트레드의 반경방향 바깥쪽 중심 부분인 캡(cap) 부분에 단일의 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이 재료는 차량 조작 특성을 개선하도록 큰 마찰 계수를 가져야 한다. 또한, 타이어 트레드 수명을 개선하도록 내마모성이 뛰어난 재료이어야 한다.
이와는 대조적으로, 버트레스(BUTTRESS)라고 알려진 타이어 트레드의 측방부분은 차량의 급속한 방향 전환시 발생되는 주요 응력들을 흡수할 수 있도록 탄성 및 내굴곡성이 우수한 다른 재료로 만들어야 한다. 또한, 그 화합물은 예정된 사용기간 동안 타이어 측벽과 트레드간에 분리되지 않는 경화 접합을 형성하도록 타이어 측벽들과 화합성을 잘 이루어야만 한다. 또한, 트레드의 버트레스 부분은 타이어 트레드“날개”라고도 불리운다.
또한, 내마모성 표면 아래에 있으며, 때로 캡 베이스(cap base) 또는 트레드 재피막이라 불리는 트레드부분은“날개”와 동일한 재료로 만들거나 또는 타이어 카아카스(carcass)의 바깥쪽 스톡(stock)에 들러붙어 트레드 부분과 카아카스 상부 스킴코우트(skimcoat) 부분 사이에 적당한 천이부를 제공하도록 설계된 제3재료로 만들어야 한다. 만약 이 제3재료가 저(低) 히스테리시스(hysteresis)를 가진다면, 타이어 구름 저항을 감소시켜서 차량 연료 효율을 높이도록 타이어 동력 소모를 개선시키기 위해, 그 재료의 윤곽과 양을 조절하는 것이 바람직하다.
이러한 다른 재료들이 대개 크게 다른 점성을 가지고 있지마는, 이들은 단일 접착성 탄성중합체 띠를 형성하도록 함께 합쳐져야 한다. 보통 이와 같은 과정은 어느 특정지점에서 서로 결합되는 다수의 유동 채널들을 가진 압출 헤드 안에서 이루어질 것이다.
종래의 당 분야에서는, 탄성중합체 띠가 이동 벨트나 회전 로울러 위로 압출되기 직전의 물리적 지점에서 다수의 재료나 성분들을 합치는 것이 일반적이었다. 탄성중합체 띠의 다른 재료들 사이의 경계를 조절하는 것이 어렵거나 불가능하기 때문에 다수 재료의 압출물의 최종 출구 또는 그 근처에서 다른 재료들을 결합해야 할 필요가 있었다. 또한, 압출물 최종 출구보다 훨씬 상류 지점에서 다른 재료들을 결합함으로써 얻어지는 잇점에 대해서 알려진 바 없었다.
종래의 기술은 유동 채널의 방향이 최종 압출된 외형에 필요한 형상으로 서서히 변해야만 한다는 가정에 근거를 두고 있다. 왜냐하면, 급격한 방향 변화는 압출상의 어려움을 야기하기 때문이다. 특히, 교차점이 형성되기 전에 통로의 커다란 선회나 방향 전환이 발생되면 최종 압출물을 불안정하게 하여 경계부 위치의 변형을 야기한다고 믿어왔다. 또한, 다른 재료들은 동일한 속도와 압력을 가지고 교차가 이루어지는 지점으로 이동되어야 한다고 믿어왔다.
이러한 가정들로 인하여 불필요하게 장비들이 복잡해졌으며 다이 설계의 어려움과 압축물이나 타이어 트레드 설계의 한계성이 야기되었다.
재료의 적절한 경계부 위치를 유지하는 문제와 관련하여 압출 장비의 다이들을 바꾸지 않고 적은 범위내에서 경계부 위치를 바꿀 수 있는 것이 타이어 제조업자들의 바램이었다. 이처럼 적은 범위내에서 조절할 수 있다면, 다이 교체를 위해 기계를 정지시키지 않고도, 장치 작동도중에 좀더 정교하게 재료의 경계부 위치를 조절할 수 있도록 장비의 미세 조정이 가능할 것이다.
타이어 트레드 압출 장비 제조업자들의 계속적인 또 하나의 관심사는 작업자가 장비를 효율적으로 청소할 수 있도록 장비의 유동통로에 쉽게 접근할 수 있게 하는 문제이다. 이 문제는 통상적인 예상보다 더 큰 문제이다. 왜냐하면 타이어의 크기가 달라져 다이들을 바꾸거나, 방향 전환 또는 생산 방해 요소를 해결하도록 압출 작업을 중단해야 하기 때문이다. 이러한 중단이 일어날 때마다. 기계내에 이미 있었던 탄성중합체 재료가 유동통로안에서 경화되는 경향이 있다. 다음 작업을 시작하기 전에 이것들을 제거해야만 한다. 이러한 일은 노동력을 필요로 한 뿐만 아니라 고가의 장비를 필요이상으로 오랜동안 멈추어야 한다.
이러한 문제들을 최소화하기 위해, 압출 장비의 제조업자들은 내부 유동통로의 청소를 쉽게 할 수 있도록 점점 더 많은 특색들을 장비에 가미해 왔다. 이러한 노력에도 불구하고, 청소하는 동안의 기계 정지는 압출 장비 제작업자들에게 주요 문제점으로 남아있다.
마지막으로, 두가지 이상의 재료를 그들 사이의 경계부 위치에서 고도의 접착력을 지닌 띠로 압출하는 방법 및 장치를 구비하는 것이 타이어 트레드 압출 장비 제조업자들의 계속적인 관심사가 되어 왔다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 된 것으로, 본 발명의 주 목적은 다수의 탄성중합체 재료들을 압출전에 로울러－다이 조합체를 이용하여, 최종 압출된 탄성중합체 띠의 각각 다른 재료들 사이에 일관성 있게 배치된 경계부를 제공하는 방식으로 상기한 다수의 탄성중합체 재료를 결합하는 새롭고 개선된 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 장비를 멈추거나 다이를 물리적으로 교체하지 않고 압출된 탄성중합체 띠의 재료의 경계부 위치를 변경시킬 수 있는 압출 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각각 다른 재료들의 경계부 위치에서 고도의 접착력을 갖는 다수의 재료들의 압출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 공기 타이어용 타이어 트레드 슬랩과 같이 다수의 재료로 만들어진 연속적인 탄성중합체 띠 성형 방법 및 장치를 제공한다. 이 장치는 가압된 상태의 별개의 탄성중합체 재료들을 별개의 유동 체임버들을 통해 전진시키는 다수의 압출수단과, 내부에 유동 체임버들이 모여드는 공통의 교차점을 가진 예비 성형 다이를 포함한다. 다수의 재료들은 공통 교차점으로부터 압출기의 출구 체임버를 통해 최종 다이로 유동된다. 예비 성형 다이의 출구 체임버는 다수의 재료들이 서로 들러붙어, 로울러 및 그 로울러와 마주보며 로울러 쪽으로 수렴하는 최종 다이 사이에 있는 최종 체임버안에서 탄성중합체 띠가 최종으로 성형되기 전에 재료 경계부 위치를 이루도록 하는 형상으로 되어 있으며, 탄성중합체 띠는 회전하는 로울러상에 타이어 트레드 슬랩 형태로 적층된다. 또한, 공통 교차점이 최종 다이의 상류쪽에 위치함으로써, 작업자가 각 유동통로내에 있는 재료들의 압력과 압출속도를 제어하여 압출된 띠의 재료 경계부 위치를 조정할 수 있게 된다.
이하 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명 전체 또는 일부의 정면도인 제1도－7도, 제11도 및 12도를 참조하면, 제1도는 본 발명에 따른 띠 형성 장치(10)의 주요 구성 기구를 나타내는 측면도이다. 그 장치(10)는 다 조성 탄성중합체 띠를 회전 로울러(70)위로 압출하는 기계이며, 로울러에서 나온 띠는 다음 가공 또는 저장을 위해 벨트(도시안됨)나 그와 유사한 전달장치위에 적재된다. 다수의 기구들이 로울러(70)와 연관되어 있으며, 로울러를 정위치에서 회전시키도록 로울 프레임(73)안에 장착되어 있다. 제3도에서, 로울 프레임(73)은 장치(10)에서 횡방향으로 이동되었다. 로울 프레임의 운동에 대해서는 이하 본 명세서에서 기술하겠다.
제1도, 7도, 11도 및 12도에 나타낸 장치(10)는 탄성중합체 재료가 빠져나오는 2개의 압출기들(20, 28)을 장치안에 장착하고 있다. 압출기들(20, 28)은 각각 제11도에 도시된 바와같이 종래의 방식대로 통상의 나선형 나삿니를 가진 압출 나사(23)가 회전가능하도록 배치된 압출 통(21)을 포함한다. 각각의 압출 나사(23)는 회전됨에 따라 탄성중합체 재료(26)(제10도에는 도시되어 있으나 제1도 또는 제11도에는 도시안됨)를 헤드 조립체(30)쪽으로 화살표 방향(A)으로 압출 및 이송시킨다.
압출기 헤드 조립체(30)는 탄성중합체 재료의 내부 유동통로 내지 체임버를 구비한 요소들의 조립체이며, 그의 목적은 압출기로부터 탄성중합체 재료를 모아 이를 원하는 최종 형상으로 성형하는 하나 이상의 성형 다이들로 보내는 것이다. 제1도－4도, 7도, 11도 및 12도에 도시된 장치에서, 원하는 최종 형상은 공기 타이어용 타이어 트레드이다. 도시된 장치에서는 2개의 압출기를 이용하고 있지만, 다른 실시예들에서는 각각 다른 재료 또는 임의적인 재료들의 조합물을 압출하는 3개 이상의 압출기를 이용할 수 있다. 탄성중합체 재료는 천연 또는 합성고무, 천연고무와 합성고무의 혼합물, 합성 탄성중합체 수지, 천연고무와 합성수지의 조합물이거나 또는 트레드 슬랩과 같은 탄성중합체 제품 제조에 일반적으로 사용되는 임의의 다른 적합한 조성물을 이용할 수 있다.
다시 제11도를 참조하면, 압축기들(20, 28)에는 각각의 압출기에서 나오는 재료의 공급량을 변화시킬 수 있는 공지의 수단이 마련되어 있어서 장치 운전자가 장치로 들어가는 압출량을 조정할 수 있고 또한, 운전자는 장치에서 나오는 압출량도 제어할 수 있다.
압출기 자체는 상업적으로 여러곳에서 구입가능한 임의의 형태나 종류이어도 된다. 제11도에 도시된 장치에서, 상부 또는 제1압출기(20)는 직경이 25.4cm(10인치)이고 하부 또는 제2압출기(28)는 직경이 11.4cm(4.5인치)이다.
제1도 및 11도에 도시된 바와 같이, 상부 또는 제1압출기(20)의 직경은 그 아래에 있는 제2압출기(28)의 직경보다 크다. 일반적으로, 이들 압출기 각각에는 서로 다른 탄성중합체 재료가 공급된다. 제1압출기(20)의 직경이 큰 이유는 제2압출기(28)에서 배출되는 재료보다 제1압출기(20)에서 배출되는 재료를 최종 압출된 탄성중합체 띠에 더 많이 포함시키려고 하기 때문이다. 타이어 트레드 슬랩의 경우, 정확한 비율의 재료를 장치에 공급하는 것이 중요하다. 즉, 최종 압출된 트레드가 정확한 비율로 갖가지의 재료를 포함하는 것이 중요하다. 또한, 각 재료 사이의 경계 위치가 압출된 슬랩안에 적절히 놓이는 것도 매우 중요하다. 전술한 바와같이, 본 발명의 목적은 별개의 압출기들로부터 각기 다른 탄성중합체 재료를 받아 이 재료를 적절하게 결합하여 최종 압출된 탄성중합체 띠로 만드는 것이다.
다시 제11도를 참조하면, 장치의 작동시 회전하며 그 위에 압출된 탄성중합체 띠가 적재되는 로울러(70)가 압출기(20) 반대편의 장치의 단부에 도시되어 있다. 로울러를 회전시키고 정위치에 배치시키는 것과 관련된 장치에 대해서는 후술된다.
압출기들과 로울러(70) 사이에서, 모두 일련의 유동 관계를 가진 헤드 조립체(30), 예비 성형 다이(40) 및 최종 다이(50)를 통하여 탄성중합체 재료가 흐른다. 다이 호울더(31)가 예비 성형 다이와 최종 다이를 도시된 바와 같이 위치시킨다. 장치(10)의 헤드 조립체(30)를 통하여 흐르는 탄성중합체 재료의 유동통로들이 제11도에 실선으로 나타나 있다. 다이들(40, 50)을 통한 유동통로들은 상당히 복잡하기 때문에 제11도에서는 상세히 도시되지 않았지만, 이하 본 명세서에서 자세히 후술될 것이다.
제7도 및 11도를 참조하면, 헤드 조립체(30)의 하단부에 상부표면(37)과 하부표면(38)이 제공되어 이들이 헤드 조립체(30) 표면들과 함께 작동하여 다이 호울더(31)를 장치(10)의 나머지 부분에 대해 적절히 위치시킨다. 다이 호울더(31)가 상부표면(37)과 하부표면(38) 위에 적절히 위치할 때, 다이들을 통한 유동통로들이 헤드 조립체(30)를 통한 유동통로들과 바르게 정렬될 것이다.
다이들(40, 50)의 목적은 각기 다른 탄성중합체 재료의 다수의 유동통로들을 단일 유동통로로 합쳐 탄성중합체 재료를 최종 다이(50)내에서 최종 성형시킨 후 로울러(70)위로 압출시키는 것이다.
제7도와 11도에 도시된 바와 같이, 압출기들(20, 28)은 상부 및 하부 헤드 삽입판들(90, 91) 각각에 대하여 제위치에 고정되며, 그 판들 모두는 가압상태로 압출기에서 압출되는 탄성중합체 재료를 수용하기에 적합한 형태로 되어 있다. 상부 및 하부 압출기 삽입판들(90, 91)에서 나온 재료는 각각 상부 및 하부 천이 체임버들(92, 93)로 들어간다. 천이 체임버들은 로울러(70) 방향으로 진행함에 따라(제7 및 11도에서 오른쪽으로부터 왼쪽으로) 측방으로 넓어진다. 다시 말하면 수평 치수가 증가한다. 또한, 체임버들 각각은 높이가 감소한다. 즉, 동일 방향으로 수직 치수가 감소한다. 천이 체임버들(92, 93)의 길이를 제한하는 것이 바람직하지만, 각기 다른 재료들의 교차가 이루어질 때 체임버들(92, 93)내의 최종 유동방향이 결합된 유동방향의 90°내에 있는 한 이들 체임버내의 재료 유동은 다이쪽으로 이동할때 원하는 임의의 방향으로 회전될 수 있다. 또한, 천이 체임버들의 단면적이 변한다면 서서히 점진적으로 증가하거나 감소하는 것이 중요하다. 왜냐하면 만약 단면적이 서서히 변한다면 재료 유동 속도도 또한 서서히 그리고 점진적으로 변하기 때문이다. 재료 속도가 잘못 변하면 압출 온도의 증가를 초래할 수도 있는 과다한 헤드 압력이 형성될 것이다. 제7도 및 11도의 천이 체임버에서, 단면적은 재료 유동방향으로 서서히 감소되며, 이는 매우 작동성이 좋은 물리적 형상임이 밝혀졌다.
제7도 및 제11도에서, 상부 및 하부 헤드 삽입판들(90, 91)의 바로 하류에, 압출기에서 나와 헤드 조립체(30)로 들어가는 재료의 유동 속도를 감시하고 제어하는 압력 변환기(94)가 마련되어 있다.
헤드 조립체(30)에는 장치의 작동시 냉각 또는 가열수를 헤드 조립체(30)로 공급하는 물 연결 구멍들(95)(제7도)이 마련될 수도 있다. 이는 종종 연속 작동으로 인한 고압과 고온 때문에 필요해진다.
재료가 천이 체임버들(92, 93)을 통하여 계속 유동함에 따라, 체임버들 자체는 서로를 행해 수렴하지만 헤드 조립체(30)안에서 실제로 서로 교차하지는 않는다. 헤드조립체(30)의 하류측 단부에서, 재료는 별개의 유동 통로를 통해 예비성형 다이(40)로 들어간다(제11도).
제3도를 참조하면, 로울 프레임(73)과 로울러(70)가 측방으로 이동되고 헤드 조립체(30)에서 다이 호울더(31)와 다이들(40, 50)이 제거된 장치(10)가 도시되어 있다. 도시된 장치는 단일 탄성 중합체 띠를 압출하는 구조로 되어 있다는 것을 알 수 있다. 이 장치는 또한 다수의 띠를 압출하는 형상으로도 될 수 있다. 예를 들어, 만약 2개의 띠를 압출하려면, 2개의 별도의 제1유동 체임버들(47)과 2개의 별도의 제2유동 체임버들(48)이 있어야 할 것이다. 이러한 유동 체임버 세트 각각은 별도로 한 세트의 다이들(40, 50)과 소통하게 될 것이다. 각각의 다이 세트는 분리된 탄성중합체 띠를 최종 성형하여 로울러(70)위로 최종 압출시킨다.
[헤드부 운동]
제1도, 7도, 11도 및 12도에서, 장치(10)에는 헤드 조립체(30)의 위와 아래에 상부 및 하부 유압 실린더들(14, 15)이 마련되어 있으며, 그 실린더의 작용에 따라 상부 헤드부(16)와 하부 헤드부(17) 각각을 개폐할 수 있다. 상부 및 하부 헤드부들(16, 17)의 운동은 피봇 지점들(18, 19) 각각을 중심으로 하는 피봇 운동이다.
제1도, 7도, 및 11도에서, 폐쇄 위치에 있는 상부 및 하부 헤드부가 실선으로 나타나 있다. 개방 위치에 있는 상부 및 하부 헤드부가 제7도에서는 점선으로, 제12도에서는 실선으로 나타나 있다. 상부 및 하부 헤드부를 개폐하는 목적은 필요할 때 재료 유동통로를 개방하기 위한 것이다. 도시된 형상에 있어서, 실린더들(14, 15)은 행정이 20.3cm(8인치)인 강력 실린더이다. 물론, 다른 형태의 실린더를 이용할 수도 있다.
장치(10)내의 여러가지 기계적인 운동은 다른 유압 및 공기 실린더들에 의해 제어된다. 왜냐하면 장치(10)내의 여러가지 주요 구조물들은 그들의 운동에 있어서 기계적인 도움이 필요하고 수동 조작으로 쉽게 움직이거나 제 위치에 놓일 수 없는 크기와 무게를 가지기 때문이다. 또한, 그러한 구조물들의 자동적인 기계 운동은 육체 노동을 감소시키는데 효과적이며 기계의 효율을 증가시킬 수도 있다. 이러한 구조물의 대부분의 운동은 헤드 조립체 내부 청소와 같은 청소 작업 및 그와 유사한 기능을 위한 길을 제공하도록 장치(10)의 특정 부위를 개방하기 위한 것이다. 다음에 , 관련 운동등이 기술될 것이다.
[로울 프레임 운동]
장치가 정상적인 상태에서 작동되고 특정 크기의 타이어 트레드 작업이 끝난다면, 다른 크기의 타이어 트레드 작업이 개시되기 전에 장치는 멈추고 개방되어 청소된다. 장치를 개방하기 위한 일련의 작동을 로울러(70)를 움직임으로써 시작된다. 제1도, 2도, 및 3도에서, 로울러(70) 및 로울러를 회전시키는 수단(71)을 그들의 정상적인 작동 위치로부터 제거하여 반드시 청소해야만 되는 중요한 기계 부품들인 헤드 조립체(30)와 다이들(40, 50)에 접근할 수 있어야 한다. 로울러(70)와 이를 회전시키는 수단(71)은 로울 프레임(73) 근처 또는 그 내부에 장착되며, 로울 프레임(71)은 로울러 트랙(78)위에 장착된다. 로울러 트랙은 통로(79)로 구성되며, 로울 프레임(73)은 통로를 따라서 로울 프레임을 움직이는 수단(72)에 의해 미끄럼 운동할 수 있다(제1도). 제1도와 제2도에 통로(79)가 가장 잘 나타나 있다.
특정 작업을 위한 작동이 완료되었을 때, 우선 로울러(70)가 헤드 조립체(30)로부터 약 0.5cm(0.2인치) 이동된다. 이와 같은 로울러(70)의 이동을 로울러 조정 조립체(76)의 휘일(75)을 회전시킴으로써 기계적으로 시작된다.
로울러 조정 조립체(76)가 제1도에 부분적으로 나타나 있다. 이 조립체는 로울러(70)를 수평으로 이동시키는 통상의 워엄 기어 장치를 포함한다. 다이얼 눈금판이 있는 위치 게이지(77)가 로울러(70)의 위치를 나타내도록 로울 프레임(73)의 측면에 장착되어 있다. 기계 조작자는 압출 작업을 시작하기 전에 로울러가 올바른 위치로 복귀했다는 것을 확인하도록 이 게이지(77)를 이용한다.
그후에, 4개의 별도의 잠금 장치 조립체들(102)과 함께 작동하는 4개의 소형 실린더들(101)이 로울러 프레임(73)의 구속을 해제하도록 작동되어 로울 프레임이 로울러 트랙(78)을 따라서 움직일 수 있도록 한다.
제8도 및 제9도를 단일 잠금 장치 조립체(102)의 평면도가 도시되어 있다. 제8도와 제9도는 장치(10)를 아래에서 볼 때 제1도의 하부 조립체(102)의 평면도를 나타내고 있다. 제8도는 비체결 위치에 있는 조립체(102)를 나타내며 제9도는 체결위치에 있는 조립체를 나타내고 있다. 체결 위치에 있어서, 로울 프레임(73)이 헤드 프레임(36)에 대하여 움직이지 못하도록 잠금 손잡이(105)가 소형 실린더(101)에 의해 연장된다. 로울 프레임(73)의 이동방향이 화살표로 나타나 있다. 제8도에서, 잠금 손잡이(105)는 로울 프레임(73)이 움직일 수 있도록 후퇴한다. 로울 프레임(73)이 장치(10)의 헤드 프레임(36)으로부터 분리되는 것을 돕기위해, 잠금 장치 조립체(102) 각각에 유압 가압점(103)이 마련되어 있으며, 이 가압점에서 로울 프레임(73)의 협동 부재(107)에“충격”을 가하여 체결위치에서 벗어나게 함으로써 로울 프레임이 로울러 트랙을 따라서 움직일 수 있도록 바깥쪽으로 튀어나온다. 다시 제1도－3도를 참조하면, 강력 실린더(104)가 작용되어 로울 프레임(73)을 로울러 트랙을 따라서 측방으로(제2도에서 왼쪽으로부터 오른쪽으로) 이동시킨다. 이 작용으로 압출 작업동안 로울러가 차지하고 있던 공간에서 로울러(70)를 제거함으로서 장치의 중요 부품에 장애받지 않고 접근할 수 있게 된다.
장치(10)를 개방하기 위한 일련의 작업중, 이 단계에서, 다이 호울더(31)를 제거한 후 헤드 조립체를 개방한다.
[다이 호울더 제거]
상부 및 하부 헤드부들(16, 17)이 개방되기 전에, 다이 호울더와 다이들 그 자체를 헤드 조립체(30)와 로울러(70) 사이의 그들의 정상적인 위치로부터 제거해야 한다. 제11도를 참조하면, 전방으로(제11도에서 왼쪽으로) 연장되어 압출 작업시 다이 호울더(31)를 제위치에 유지시키도록 하방으로 가압되는 가동 플랜지(114)를 포함하는 다이 호울더 고정기구(110)가 도시되어 있다. 제1도에서, 다이 호울더(31)를 제거할 수 있도록 후퇴 위치에 있는 플랜지(114)가 실선으로 도시되어 있다. 그 플랜지(114)를 연장시키기 위해, 공기 실린더(116)가 플랜지를 앞쪽으로 밀도록 작용된다. 플랜지가 연장된 후, 2개의 고정 블록들(118)(그중 하나가 제11도에 도시됨)이 하방으로 연장되어 플랜지(114)를 다이 호울더(31)에 거슬러 하방으로 밀어냄으로써, 다이 호울더를 제위치에 유지시킨다.
만약 기계 운전자가 다이를 제거하고 싶다면, 상기 과정을 역으로 시행하고 플랜지(114)를 상부 헤드(16)안으로 다시 후퇴시키면 된다. 이같은 작용으로 다이들을 헤드 조립체(30)로부터 제거하고 상부 및 하부 헤드부(16, 17)이 이동 통로를 청소할 수 있다.
[헤드 조립체 개방]
전술한 바와 같이, 헤드 조립체 안에 있는 유동 체임버들(60)에 접근하여 축적된 압출 재료를 소거할 수 있도록 상부 및 하부 헤드부들(16, 17)이 각각 개방된다. 제3도, 4도, 5도 및 6도를 참조하면, 로울 프레임(73)이 제3도에서와 같이 측방으로 이동되고 다이들이 장치(10)에서 제거된 후, 상부 및 하부 헤드부들이 회전하기 전에 먼저 한상의 측면 클램프들(120)을 재배치해야 한다.
측면 클램프들(120)의 운동을 이해하기 위해서는, 먼저 각 측면 클램프가 헤드부에 대하여 앞쪽 및 뒷쪽으로(제4도에 오른쪽과 왼쪽) 이동할 수 있는 대형 가동 측면 클램프 조립체(122)의 일부임을 알아야 한다(제4도, 5도 및 6도에 가장 잘 도시됨). 또한, 측면 클램프 조립체(122)는 대형 측면 실린더(128) 및 소형 측면 실린더(129)와 함께 실린더 장착 브래키트(124), 2개와 연결축(126)으로 구성된다. 2개의 연결축(126)은 실린더 장착 브래키트(124)를 측면 클램프들(120)에 연결시킨다. 또한, 그 축(126)은 헤드 프레임(36)에 고정되어 있는 슬리이브(127) 안에 미끄럼 이동 가능하게 장착된다. 축들(126)을 장착하여 그 축이 슬리이브(127) 안쪽에서 미끄럼 이동함에 의해 측면 클램프 조립체 전체가 그 축과 함께 앞쪽 및 뒷쪽으로 움직일 수 있다.
각각의 측면 클램프 조립체는 대형 측면 실린더(128)에 의해 이동되는데, 그 실린더의 피스톤 로드 단부가 실린더 장착 브래키트(124)에 고정되고 실린더 단부는 헤드 프레임(36)에 고정된다. 이와 같은 장치에서, 대형 측면 실린더(128)로부터 연장된 피스톤 로드가 측면 클램프 조립체 전체를 후방으로 즉 로울러(70)에서 멀어지는 쪽으로(제4도에서 왼쪽으로) 민다. 대형 측면 실린더의 피스톤 로드가 후퇴하면 측면 클램프 조립체(122)는 측면 클램프들(120)과 함께 제4도에 화살표로 나타낸 바와 같이 전방위치로, 로울러(70)를 향해 복귀된다.
제1도에서, 연장되지 않은, 즉 로울러에서 멀어진 후방위치에 있는 측면 클램프(120)가 도시되어 있다. 이같은 위치에서 측면 클램프는 상부 및 하부 헤드부들(16, 17)을 압출 작업동안 제위치에 유지시킨다. 로울러(70)가 전술한 바와 같이 측방으로 이동된 후, 측면 클램프 조립체가 제4도, 5도, 6도에 도시된 위치로 앞쪽으로 연장되어 상부 및 하부 헤드부를 해제한다.
제3도, 4도 및 6도에서, 측면 클램프들(120)에는“이중 경사”즉, 제3도에서 볼 수 있듯이 양쪽 수평면으로 기울어져 있으며 제4도에서 볼 수 있듯이 양쪽 수직 평면으로 기울어져 있는 접촉 표면(150)이 제공된다. 그 접촉표면(150)은 상부 및 하부 헤드부들(16, 17)에 형성된 상대 표면(152)과 함께 작동되어진다. 이러한 표면들의 이중 경사에 의해 헤드 조립체가 제위치에 유지된다. 또한, 제3도 및 제4도에서, 측면 클램프들을 측방으로 회전시키기 전에 먼저 측면 클램프들(120)을 앞쪽으로 이동시킬 필요가 있다.
제4도, 5도 및 6도에서, 측면 클램프 조립체(122)가 앞쪽으로 연장된 후, 소형 측면 실린더(129)는 측면 클램프를 헤드 조립체(30)로부터 멀어지는 쪽으로 회전시키는 회전 조인트(123)를 중심으로 상기 측면 클램프가 회전하도록 후퇴하여, 헤드부가 완전히 자유롭게 움직일 수 있도록 함으로써 상대적으로 제한받지 않고 헤드 조립체(30)와 유동 체임버(60)에 접근하여 청소를 할 수 있다. 측면 클램프들(120)이 측면으로 움직인 후, 전술한 바와 같이 상부 및 하부 헤드부들(16, 17)이 각각 상방과 하방으로 회전한다.
작업자가 청소를 끝마치고 압출 작업을 다시 시작하려고 할 때, 전술한 절차를 역으로 행하여 장치(10)를 그 작동 위치로 복귀시킨다.
[로울 프레임의 복귀]
헤드 조립체 부분을 청소하고, 다이들을 교체하였으며 측면 클램프들이 헤드 조립체를 제위치에 고정하도록 작동된 후, 로울 프레임(73)이 평상시의 작동 위치를 복귀되어야 한다. 제1도, 2도 및 3도를 참조하면, 로울러(70)를 측방으로 움직이는 대형 강력 실린더(104)가 다시 작용함으로써 로울 프레임(73)이 로울러 트랙(78)을 따라 평상시 위치로 복귀한다. 그 다음, 로울 프레임(73)을 헤드 조립체(30)에 대한 적정 위치에 고정시키는 4개의 실린더들(101)이 작용됨으로써 로울 프레임(73)이 헤드 조립체(30)에 대해 고정된다. 그후, 로울러(70)가 핸드 휘일(75)과 조정 조립체(76)에 의해 헤드 조립체(30) 근처의 최종 위치를 향해 반경 방향으로 이동된다.
제1도, 2도 및 3도에서, 4개의 잠금 장치 조립체들(102)은 서로에 대해“4지점”즉, 로울 프레임(73)을 압출기 헤드 조립체(30)에 고정하는 장방형 하중 지지 구조를 형성한다. 이“4지점”하중 지지 구조는 장치(10)의 작동시 생기는 힘을 흡수하고 로울러(10)를 다이들에 대하여 적절한 위치에 유지시키려는 목적에 있어서 매우 중요하다. 압출이 진행되는 동안 최종 압출몰의 크기와 형상을 정확히 유지하기 위해 로울러(70)를 적절하게 위치시키는 것이 필수적이다. “4지점”하중 지지 구조를 형성함으로써, 4개의 잠금 위치 조립체들(102)은 압출이 진행되는 동안 다이들과 로울러(70) 사이에서 발생한 비틀림 및 토오크 하중을 흡수할 수 있도록 배치된다. 4지점 구조는 원래 수직 토오크 하중 수평 토오크 하중 또는 그들이 결합된 하중을 흡수하게 되어 있다.
따라서, 로울 프레임 구조(73)는 장치(10)의 다이들과 헤드 조립체를 쉽게 청소할 수 있도록 측방으로 움직이며, 또한 압출이 진행되는 동안 발생한 힘들에도 불구하고 로울러(70)를 제위치에 유지시키도록 압출시 제위치에 적절히 고정되게 하는 독특한 구조로 설계된다.
기계 작동중에 로울러(70)가 원래 차지하고 있던 위치(74)(제3도)로 측방으로 이동되어, 로울러 위치 조정 조립체(74)에 의해 제위치로 복귀한 후, 장치는 정상적인 압출 작업을 다시 시작할 준비가 된다.
[다이 호울더와 다이드]
제10도를 참조하면, 다이 호울더(31)에 의해 제위치에 유지되는 예비성형 다이(40) 및 최종 다이(50)와 함께 다이 호울더(31)가 장치의 압출 작업시 다이들에 의해 점유되는 위치에서 로울러(70)에 대해 도시되어 있다. 기계 작동시 다이 호울더(31)를 제위치에 고정시키도록 헤드 조립체(30)의 상부 표면(37) 위에 걸리는 상부 플랜지(39)가 다이 호울더(31)에 제공되어 있다.
다이들(40, 50)과 로울러(70) 사이에는 매우 밀접하고 중요한 물리적 관계가 있음을 제10도에서 쉽게 알 수 있다. 탄성 중합체 띠를 다이로부터 로울러(70) 위로 적절하게 압출하기 위해서는 다이들의 로울러에 대한 위치가 특정 허용 오차 내에 유지되어야 한다. 이와 같은 물리적 관계를 유지하기 위해, 다이들의 표면에는 제13도에 도시된 닐라트론(nylatron) 패드(68)가 마련되어 있으며, 그 패드의 단부는 로울러(70)의 반경과 거의 동일한 반경으로 형성되어 있다. 장치(10)의 작동시, 탄성 중합체 띠가 로울러 위로 압출되는 동안 닐라트론 패드(68)의 단부들이 회전하는 로울러(70)에 대해 실질적으로 마찰하게 된다.
제10도에서, 다이들 안에 있는 제1 및 제2유동 체임버들(47, 48)의 형상과 더불어 예비성형 다이(40)외 최종 다이(50)의 단면을 알 수 있다. 또, 다이들은 제10도에 일부만 나타난 로울러(70)에 대하여 장치의 압출 작동시 이용되는 물리적 관계를 이루도록 배치되어 있다. 전술한 바와 같이, 탄성 중합체 재료는 특정 온도와 압력에서 헤드부(30)를 통해 예비성형 다이(40)로 압출된다.
제10도에 나타난 다이 형상에 있어서, 제1탄성 중합체 재료는 약 2070-6200kg/m2(300-900ℓb/in2) 압력에서 제1유동 체임버(47)로 압출된다. 이 유동 체임버(47)로 압출되는 재료는 주 트레드인 캡(cap) 부분의 재료이며 로울러(70) 위로 최종 압출되는 트레이드 슬랩 단면 형상의 대부분을 이룬다.
제1유동 체임버 아래에 제2유동 체임버(48)가 있다. 이 유동 체임버(48)는 다른 탄성 중합체 재료 예를 들면, 트레드 베이스 부분 또는 날개 부분의 재료를 특정 압력에서 수용한다. 도시된 장치에 있어서, 그 재료는 약 2070-6200kg/m2(300-900ℓ b/in2) 범위의 압력에서 유동 체임버(48)로 들어간다.
제10도에 도시된 형상은 다른 탄성 중합체 재료를 각각 공급받는 2개의 분리된 유동 체임버들(47, 48)을 예시하고 있지마는, 본 발명은 2가지 이상의 재료 예를 들면, 트레드의 특정 부위에 있어서 3가지 또는 4가지의 서로 다른 재료로 된 트레드 슬랩을 생산하도록 3가지 또는 4가지의 별도의 재료들을 이용할 수 있도록 고려되었다.
또한, 큰 범위에서 변하는 압출물의 온도와 압력을 이용할 수 있도록 고려되었다. 상기한 압력은 한 예일 뿐이다.
제1 및 제2유동 체임버들(47, 48)을 포함하고 있는 예비성형 다이(40) 부분이 예비성형 다이의 제1부분(62)이며 일체 성형된다. 제1부분(62)의 하류 단부에서(제10도에서 왼쪽), 재료 유동 통로들의 공통 교차부(42)가 예비성형 다이(40) 안에 형성된다. 즉, 분할선(45)과 같은 각각의 불연속 분할선을 따라서 트레드캡과 베이스 흐름이 함께 결합하며, 날개와 캡 흐름도 함께 결합된다. 유동 체임버(60)에 대하여 전술한 지침들이 제1 및 제2유동 체임버들(47, 48)에도 똑같이 적용된다.
유동 체임버 형상과 압출된 재료의 유동 방향에 대한 이러한 지침들이 2가지 재료를 결합하여 만족스러운 타이어 형성 요소로 만드는데 적당하다는 것이 밝혀졌다. 다수의 탄성 중합체 화합물로 타이어 형성 요소들을 제조할 때 요구되는 상기한 지침들 및 다른 기술적, 공학적 고려 사항들을 요약하면 다음과 같다.
첫째, 가공하지 않은 타이어 카아카스에 쓰일 띠에 얼마나 많은 탄성 화합물들을 포함시킬 것인지 결정하는 것이 필요하다. 각 화합물의 갯수와 대략의 위치를 알때, 압출기, 예비성형 다이와 최종 다이 형상을 설계할 수 있다. 주름과 균열을 방지하기 위해 타이어 바깥쪽 면에 매끄러운 윤곽과 예정된 주름을 가지며, 타이어 카아카스 내에 공기가 갇히지 못하게 하고 카아카스 결함을 감소시키기 위해 매끄러운 바닥 표면을 제공하도록 여러가지 재료들로 이루어진 단일 띠를 최종 다이에서 형성될 수 있게끔 모든 재료를 정확한 분량으로 띠의 적절한 위치들에 배치하는 것이 최종 목적이다.
둘째로, 유동 체임버들의 길이는 최소로 되어야 한다. 긴 유동 체임버는 재료 압력을 증가시키는 경향이 있으며 따라서 압출 온도를 증가시키는 경향이 있다. 고압 및 고온은 설계상의 어려움을 초래하므로 가능한 그런 것들은 피해야 한다.
세째, 재료의 유동 속도를 서서히 그리고 점차적으로 변경시키도록 유동 체임버의 단면적을 서서히 증가 내지 감소시키는 것이 바람직하다. 재료의 속도 변경이 잘못되면 과다한 압력이 형성되어 재료 온도를 증가시키며 압출물을 손상시킬 수 있다. 최소한 높이가 1.27cm(0.5inch), 폭은 압출물의 폭 ＋0.95cm(3/8inch)인 최소 통로 구멍을 예비성형 다이(40)의 입구에 마련하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 유동 체임버의 구멍은 원한다면 더 두꺼운 압출물을 수용할 수 있도록 높이가 1.27cm(0.5inch) 이상으로 될 수 있다. 일반적으로, 최종 압출물의 최종 두께보다 0.64cm(0.25inch) 더 두꺼운 유동 통로를 그 지역에 마련하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이같은 형상으로 인하여 재료가 불합리한 마찰 손실없이 유동할 수 있다.
각 체임버내의 재료가 체임버 벽 근처보다 체임버 중앙에서 더 빨리 흐르는 경향이 있다는 것은 주목할 만하다. 벽에서의 재료 유동은 통상의 재료에 대해 약 3500-8300kg/m2(500-1200ℓb/in2)의 압력을 가하는 마찰력에 의해 느려진다. 이로 인하여 각 체임버내의 재료 평균 속도가 중요하다. 왜냐하면 유동 체임버의 모서리에서 더 느린 속도로 이동되어 쌓이면서 교차부(42)에서 접착이 발생하기 때문이다.
네째, 최종 유동 방향이 재료가 결합된 직후의 유동 통로방향의 90°내에 있는 한 체임버들(47, 48)내의 재료 유동은 교차부를 향해 진행함에 따라 임의 방향으로 꺽일 수 있다.
다섯째, 재료들의 교차는 한꺼번에 이루어지는 것이 가장 좋음이 밝혀졌다. 2개의 별도 재료들이 공통 통로로 함께 들어와, 결합된 후 재료들 사이의 교차나 경계는 그 후로 바뀔 수 없다. 각기 다른 재료들이 마치 단일 탄성 중합체 재료 요소인 양 그들의 공통 유동 통로를 통하여 유동할 것이다.
여섯째, 탄성 중합체 화합물들은 본질적으로 강철 지지 강도를 지닌 비압축성이므로, 이들은 헤드 조립체, 예비성형 다이와 최종 다이 크기에 의한 기계적인 경계내에서 일정 체적에 근거한 압출의 일치성을 나타내는 방식으로 흐른다. 본 발명의 이러한 특징은 압출기에서 나오는 체적을 바꾸거나 최종 다이의 구멍을 바꿈으로써 다양할 외형 크기를 가진 다수의 슬랩들을 압출할 수 있다는 것을 의미한다. 이 특징은 최종적으로 압출된 트레드 슬랩이나 탄성 중합체 띠에서 최종 압출물에 있는 각기 다른 재료의 단면적을 각 압출기에 공급되는 체적비로 결정할 수 있다는 것이다. 따라서, 장치 조작자는 단지 압출기로의 공급 속도를 변화시킴으로써 최종 압출물에 있는 각 재료들의 단면적을 바꿀 수 있다. 또한, 각 재료들 사이의 경계 위치(제21도에 도시됨)을 특정 한계내에서 조절할 수 있다. 경계 위치(45)를 조절할 수 있다는 것은 트레드 슬랩 생산업자에 있어서 매우 중요하며, 타이어 트레드 부분애의 재료의 경계의 일체성을 유지하기위해 타이어 제조업자에게 매우 중요하다. 경계 위치(45)가 급격히 변하면 대게 예비성형 다이를 바꿀 필요가 있다.
예비성형 다이의 제1부분(62)에 관한 부가적인 도면들이 제14도, 15도 및 제16도에 예시되어 있다. 특히 제16도는 정면에서 즉, 장치의 정면에서 바라본 제1부분(62)을 예시한다. 제16도에 도시된 제2유동 체임버(48)는 최종 타이어 트렌드 슬랩의 트레드 베이스와 날개에 쓰일 탄성 중합체 재료를 포함하고 있다. 전술한 바와 같이, 이 재료는 타이어의 조작 특성을 개선하고 부가적으로 구름 저항 특성을 개선할 목적으로 더 유연하거나 더 큰 점성을 갖고 있다. 제1유동 체임버(47)는 최종 트레드 슬랩의 주 트레드나 캡 부분에 쓰이는 재료를 공급받는다. 이 재료는 보통 타이어의 수명을 개선할 목적으로 더 작은 점성을 가지고 있다. 제1부분(62)의 길이를 통한 각 체임버들(47, 48)의 내부 유동 통로 외형이 제15도 및 16도에 점선으로 도시되어 있다.
제15도는 제1부분(62)의 평면도이며 제10도 및 제16도와 어울러 보면 이 제1부분을 통한 재료의 유동 체임버 형상을 더 쉽게 이해할 수 있다.
제10도에서, 2개의 유동 체임버들(47, 48)은 예비성형 다이의 제1부분의 하류 단부에서 여전히 분리되어 있다. 예비성형 다이(40)의 제2부분(64)은 제1부분(62)의 2개의 유동 체임버에서 흘러나오는 2가지의 서로 다른 재료들을 받아 공통 교차부(42)에서 이들을 결합시킨다. 제2유동 체임버에서 나온 재료의 유동통로는 제1유동 체임버를 통해 나온 재료와 결합되기 위해 2번의 방향 전환을 한다. 각각의 방향 전환은 90°보다 작다.
2개의 통로들이 하나의 최종 통로로 계속이어지는 교차점에서 2개의 서로 다른 재료들이 함께 합쳐질 때, 출구 통로는 교차점에 이르는 처음의 2개의 통로 면적의 합 보다 약간 더 커야 한다. 통로 단면적의 점차적인 증가 또는 감소가 바라는 형태에 따라 교차점에서 전방으로 계속하여 재개된다.
압출이 진행됨에 따라 재료가 최종 다이로 빠져 나갈 때 내부 압력이 급속하게 감소하듯이 유동 통로 안에 있는 재료의 압력도 재료가 최종 다이(50)에 도달함에 따라 감소된다. 재료의 교차가 최종 다이(50)에서 출구의 상류쪽으로 최소한 2.54cm(1inch) 떨어진 위치에서 이루어지지 않는다면 만족할만한 성과를 이룰 수 없다는 것이 밝혀 졌다. 재료들을 최종 다이 출구의 최소한 2.54cm(1inch) 상류 지점에서 결합함으로써 매우 다양한 재료들을 성공적으로 압출할 수 있고 또, 다이들 안에 있는 유동 통로들의 형상을 복잡하게 하지 않으면서도 만족스러운 방식으로 압출을 실행할 수 있다.
교차부(42)와 최종 다이(50) 사이의 구역에 예비성형 다이 출구 체임버(44)가 있다. 그 출구 체임버(44)의 공통 통로 안에 있는 재료들 사이의 경계부는 그의 일반적 형상 및 물리적 치수가 유지될 수 있음이 밝혀졌다. 예비성형 다이 출구 체임버(44)의 목적은 2가지이다. 첫째, 출구 체임버는 공통 교차부(42)와 최종 체임버(54)를 물리적으로 분리한다. 물리적 분리때문에 재료들이 결합된 후 압력이 급속하게 떨어지지 못하며 각각의 내료들이 최종 체임버(54)에서 생기는 압력과 유동 방향의 변화를 받기 전에 서로 점착될 수 있다. 둘째, 예비성형 다이 출구 체임버(44)로 인해 최종 압출된 탄성 중합체 띠 안에 있는 각각의 재료들을 체적 크기에 따라 배열할 수 있다. 각각의 재료들은 예비성형 다이 출구 체임버를 지나면서 서로 점착되어 최종 다이를 지나는 동안 그 위치가 변하지 않을 정도로 강력한 재료 경계부를 형성한다.
재료 경계부가 확고하게 자리잡을 수 있을 정도로 예비성형 다이 출구 체임버가 충분히 길다면, 최종 압출된 탄성 중합체 띠의 각 재료들의 상대적인 체적도 확실하게 정해진다. 이로 인하여 소위“체적 크기 배열”이 가능하다. 체적 크기 배열과 더불어 기계 조작자는 공통 교차점으로 들어가는 재료들중의 하나의 유동속도를 변경시킴으로써 재료 경계부의 위치를 바꿀 수 있다. 이러한 작용은, 타이어 트레드의 요건상, 재료 경계부가 특정 오차 한계내에 유지되면서도 원한다며 변경될 수 있도록 요구될 때, 그와 같은 사항이 타이어 제조업자에게 있어서 중요하게 된다.
전술한 바와 같이, 압출기에서 나오는 각 재료들의 상대적 공급 비율을 변화시킴으로써 재료들 사이의 경계부를 변화시키거나 상당히 이동시킬 수 있음이 밝혀졌다. 재료 경계부의 위치를 변경시킬 수 있는 이같은 능력은 매우 바람직하다. 왜냐하면 다이들을 바꾸기 위해 기계를 멈추는 일이 없이 기계 사용자가 경계부 위치를 소망하는 위치에 유지할 수 있기 때문이다. 이것은 또한 더 적은 갯수의 다이들을 가지고 성공적으로 기계를 작동할 수 있게 하면서도 재료 경계부의 위치를 넓은 범위에서 변화시킬 수 있게 하기 때문이다.
제18도를 참조하면, 점선으로 대략 그려진 공통 교차부(42)에서 예비성형 다이의 출구 체임버(44)를 지나 예비성형 다이(40)의 제2부분(64)의 하류 단부(49)로 가는 재료의 유동 체임버들을 정면도로서 나타낸다. 하류 단부(49)에서, 재료의 단면 형상은 최종 다이를 통해 회전하는 로울러 위로 압출될 준비가 된 대략 장방형을 띠고 있다. 2개의 별도의 재료들이 공통 유동 통로내에 적절히 위치하며, 상당히 단순한 바깥쪽 윤곽 때문에 불필요하게 복잡하지 않으면서 로울러 다이를 통해 압출될 수 있다.
제17도는 예비성형 다이의 제2부분(64)의 평면도를 나타내며, 유동통로의 양측면상에 있는 닐라트론 패드(68)의 위치를 도시하고 있다. 이 닐라트론 패드(68)는 재료 유동 통로에 대한 경계부를 제공할 뿐만 아니라, 압출이 진행되는 동안 다이들을 그들의 적절한 위치에 원래대로 유지하는 회전 로울러에 대하여 마찰되는 표면을 제공한다.
제10도에서, 압출공정의 마지막 단계가 최종 다이(50)와 로울러(70) 사이에 형성되어 있는 최종 체임버(54) 안에서 이루어진다. 재료가 제2부분(64)의 하류 단부(49)를 통하여 흐름에 따라, 재료는 최종 체임버(54)로 들어가서 제한 오리피스(56)를 통해 로울러(70) 위로 압출되면서 30°－90°로 꺽인다. 제한 오리피스(56)의 크기와 형상이 압출이 완료된 후의 최종 압출물의 두께를 결정한다. 본 발명의 장치(10)는 재료경계부의 일체성을 유지한 채 탄성 중합체로 된 다수의 재료의 유동을 최종 체임버(54)를 통해 로울러 위로 압출할 수 있음이 밝혀졌다. 그러나, 최종 다이는 대략 장방형인 압출물의 형상을 트레드 윤곽과 같이 상대적으로 약간 변화된 장방형으로 밖에 바꿀 수 없다.
제21도에 한 예로서 타이어 트레드 슬랩(140) 형태의 전형적인 최종 압출물의 단면이 도시되어 있다. 제1재료가 트레드 슬랩의 트레드 베이스(142)와 날개(144)에 분포되어 있다. 제2재료가 트레드 슬랩의 주몸체 즉, 캡 부분(146)에 분포되어 있다. 서로 다른 재료 사이의 전형적인 경계 위치가 보이고 있다. 전술한 바와 같이, 재료 유동 속도를 변화시킴으로써 그 경계부의 위치를 바꿀 수 있다.
최종 체임버(54)로부터 나온 후 재료 유동의 두께 변화가 일어난다. 제10도에 도시된 바와 같이, 재료 유동은 최종 체임버를 떠난 후“팽창”하거나 약 10% 정도 두꺼워진다. 보통“다이 팽창”이라 불리는 이 두께 변화를 감소시키는 것이 바람직하다.
왜냐하면 심한 다이 팽창은 최종 압출물의 치수 변형을 증대시키는 경향이 있기 때문이다.
본 발명에 따른 장치가 다이 팽창을 최소화하는 이유중의 하나는 최종 체임버(54)에 있는 로울러－다이와 더불어 재료들이 초기에 점진적으로 교차함으로써 종전의 타이어 트레드 압출기 경우보다 일반적으로 더 작은 압력에서 압출작업을 할 수 있다는 것이다. 더 작은 압력에서 작업이 가능한 이유는 로울러(70)가 압출물을 최종 다이(50)로부터 끌어내는 경향이 있어, 재료들이 높은 압력을 가진 채 최종 다이로부터 강제로 끌려나올 필요가 없기 때문이다.
제19도 및 20도에, 최종 다이(50)의 평면도와 정면도가 각각 도시되어 있다. 제10도에서 알 수 있듯이, 제한 오리피스(56)가 닐라트론 측면 요소들(53)과 더불어 최종 다이(50)의 한측면과 로울러(70)의 다른쪽 측면에 형성되어 있다.
타이어 형성 띠를 다수 재료로 준비하는 것은 반경 방향 주름 형성 요소의 개발에 있어서 매우 타당하고 바람직하다. 최소한 1개의 완성 트레드를 따로따로 압출한다면, 13개의 별도 띠들이 8개의 서로 다른 묶음으로 된 것이 현재 특징이다. 비록 이 장비가 개발되지 않았지만, 현재 반경 방향 주름 트레드를 요구하는 타당한 목적은, (1) 림 플랜지, 흑색 측벽 및 브레이커 쿠션(breaker cushion)에 사용되는 3가지의 서로 다른 재료들로 된 흑색 측벽을 만들기 위한 3중 압출기 장치 ; (2) 림 플랜지, 백색 측벽, 커버 띠, 흑색 측벽 및 브레이커 쿠션에 사용되는 5가지의 서로 다른 재료로 된 백색 측벽을 만들기 위한 5중 압출기 장치 ; (3) 트레드, 날개, 트레드 베이스 및 재피막 층에 사용되는 4가지의 서로 다른 재료로 된 트레드용 4중 압출기 장치를 이용하기 위한 것이다.
그 기계들은 각각 본 명세서에 기술된, 다수의 재료들을 결합하여 로울러 다이 조립체를 통해 압출하는 본 발명의 원리를 이용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 로울러(70), 상기 로울러에서 떨어진 채 마주보면선 그 로울러쪽으로 수렴하며, 상기 로울러와, 함께 제한 오리피스 내로 종결하는 최종 체임버를 형성하는 최종 다이(50), 2가지 이상의 탄성 중합체 재료를 가압 상태에서 상기 최종 체임버쪽으로 전진시키는 압출수단(20, 28), 예비성형 다이(40), 상기 압출 수단과 최종 다이 사이에 배치되어 그들 사이의 재료들을 배출시키도록 그 압출 수단 및 최종 체임버를 서로 소통시키는 제1 및 제2헤드 조립체 유동 체임버들(47, 48)을 포함하는 헤드 조립체, 및 상기 제1헤드 조립체 유동 체임버 및 제2헤드 조립체 유동 체임버에서 유동되는 재료를 함께 수용하여 상기 함께 수용된 2가지의 재료들이 상기 최종 체임버 안으로 통과하기 전에 그 재료들을 소정량의 상기 2가지 재료들 각각으로 형성된 탄성 중합체 띠로 형성하며, 상기 최종의 체임버와 소통되어 상기 탄성 중합체 띠를 최종 체임버 안으로 배출하고 그 최종 체임버에서 상기 다수의 재료로 형성되는 탄성 중합체 띠가 그 탄성 중합체 띠를 형성하고 있는 2가지 재료들 각각의 상대적인 소정량을 변경시키지 않고 상기 로울러 상에서 최종 성형되어 그 로울러 위에 적층되게 하는 단일의 다이 출구 체임버(44)를 포함하는, 탄성중합체 띠 형성 장치.
  2. 로울러 : 상기 로울러에서 떨어진 채 마주보면서 그 로울러쪽으로 수렴하며, 상기 로울러와 함께 제한 오리피스 내로 종결하는 최종 체임버를 형성하는 최종 다이, 2가지 이상의 탄성 중합체 재료를 가압 상태에서 상기 최종 체임버쪽으로 전진시키는 압출수단 : 상기 압출 수단과 상기 최종 다이 사이에 연속적인 유동이 이루어지도록 위치한 헤드조립체와 예비성형 다이 ; 상기 헤드 조립체와 상기 예비성형 다이내에 형성되어 상기 압출 수단과 최종 체임버를 상호 연결하는 유동 체임버들로서, 상기 헤드 조립체의 유동 체임버들은 상기 헤드 조립체와 상기 압출 수단의 접촉면에서 시작하여 상기 예비성형 다이 안으로 계속되며, 상기 예비성형 다이의 유동 체임버들은 상기 예비성형 다이 안에 있는 하나 이상의 공통 교차점으로 수렴하여 상기 탄성 중합체 재료들이 서로 들러붙어 탄성 중합체 띠내에 재료 경계부 위치를 설정하는 단일의 예비성형 다이 출구 체임버를 형성하며, 상기 예비성형 다이 출구 체임버가 상기 최종 체임버와 소통되어 상기 탄성 중합체 띠가 상기 로울러상에서 최종 성형되어 그 로울러 위에 적층되게 하는 유동 체임버들을 포함하는, 탄성 중합체 띠 형성 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 재료들이 상기 예비성형 다이 출구 체임버를 지나면서 서로 둘러붙으며, 상기 탄성 중합체 띠가 상기 최종 체임버를 지나는 동안 상기 띠의 상기 재료의 경계부 위치가 유지되는, 탄성 중합체 띠 형성 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 예비성형 다이 출구 체임버가 본래 직선 유동 통로를 가진, 탄성 중합체 띠 형성 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 예비성형 다이 출구 체임버의 길이가 최소한 2.54cm인, 탄성 중합체 띠 형성 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 로울러가 로울 프레임 안에 장착되며, 상기 로울 프레임에는 그 로울 프레임을 상기 로울러의 회전 축선의 방향을 따라 충분한 거리만큼 이동시켜서 상기 장치의 압출 작업중에 상기 로울러가 통상적으로 차지하고 있는 공간으로부터 상기 다이들쪽으로 접근할 수 있게 하는 수단이 제공되어 있는, 탄성중합체 띠 형성 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 로울 프레임과 헤드 조립체에는 압출 작업시 상기 로울 프레임을 상기 헤드 조립체에 고정하는 4개의 고정 장치 조립체들이 제공되는, 탄성 중합체 띠 형성 장치.
  8. 제7항에 있어서, 압출 작업시 발생한 토오크 하중을 흡수하도록 상기 로울 프레임의 상기 로울러 주위에 상기 4개의 고정 장치 조립체들이 장착되는, 탄성 중합체 띠 형성 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 헤드 조립체의 상기 유동 체임버들에는 각각 상기 압출 수단에서 다른 종류의 탄성 중합체 재료가 공급되며, 상기 각 재료는 원하는 체적 유동 속도로 압출되고 재료의 유동 속도비가 곧 최종으로 압출된 탄성 중합체 띠의 재료의 최종 비율에 해당하는 탄성 중합체 띠 형성 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 예비성형 다이에는 그의 상류 단부에 제1 및 제2유동 체임버들이 제공되며, 상기 제1유동 체임버는 제1탄성 중합체 재료를 수용하고 상기 제2유동 체임버는 제2탄성 중합체 재료를 수용하며, 상기 제1 및 제2유동 체임버들이 상기 공통 교차점으로 수렴하며 그 곳에서 상기 탄성 중합체 띠가 타이어 트레드 슬랩으로 되는데, 상기 제1탄성 중합체 재료는 상기 타이어 트레드 슬랩의 주트레드 부분을 형성하고 상기 제2탄성 중합체 재료는 상기 타이어 트레드 슬랩의 캡 베이스와 날개 부분을 형성하는, 탄성 중합체 띠 형성 장치.
  11. a. 가압된 상태의 2가지 이상의 탄성 중합체 재료를 헤드 조립체의 분리된 유동 체임버들 안으로 압출하는 단계 ; b. 상기 탄성 중합체 재료들을 예비성형 다이에 있는 공통 교차점으로 점진적으로 함께 모아서 예비성형 다이 출구 체임버 내에서 단일의 다수 재료의 유동을 형성하는 단계 ; c. 상기 예비성형 다이 출구 체임버에 있는 상기 다수 재료의 유동을 최종 다이와 회전 로울러 사이에 형성된 최종 체임버 안으로 보내는 단계 ; 및 d. 탄성 중합체 띠를 제한 오리피스 통하여 상기 로울러 위로 압출하는 단계들로 구성되는, 탄성 중합체 띠 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 탄성 중합체 재료들이 상기 예비 성형 다이 출구 체임버 안에서 서로 들러붙어 상기 탄성 중합체 띠내에 재료 경계부 위치를 형성하는 단계를 더 포함하는, 탄성 중합체 띠 형성 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 헤드 조립체의 상기 유동체임버들 안에 있는 재료들의 체적 유동 속도를 변경시킴으로써 탄성 중합체 띠안의 서로 다른 재료들의 상대적 비율을 그에 상응하게 변경시키는 단계를 더 포함하는, 탄성중합체 띠 형성 방법.
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