(57)【要約】【課題】ギアポンプからのゴム吐出量に脈動を生じさせず、押し出されたゴムストリップの中の脈動を抑制して一定形状のゴムストリップを安定して供給することができるゴム押し出し機およびそれを備えたゴム部材製造装置を提供する。【解決手段】混練された原料ゴムが投入されるゴム投入ホッパーと、ゴム投入ホッパーをゴム押出方向の上流側に設けた筒状のシリンダと、シリンダ内に設けられて原料ゴムを混練しながら下流側へ向けて押進するスクリューと、シリンダの下流側に設けられたギアポンプと、ギアポンプの下流側に設けられた原料ゴムを押し出す押し出しヘッドとを備えたゴム押し出し機であって、ギアポンプの回転に応じて、押し出しヘッドの容積を変化させる容積制御機構を備えているゴム押し出し機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混練された原料ゴムが投入されるゴム投入ホッパーと、前記ゴム投入ホッパーをゴム押出方向の上流側に設けた筒状のシリンダと、前記シリンダ内に設けられて前記原料ゴムを混練しながら下流側へ向けて押進するスクリューと、前記シリンダの下流側に設けられたギアポンプと、前記ギアポンプの下流側に設けられた原料ゴムを押し出す押し出しヘッドとを備えたゴム押し出し機であって、
前記ギアポンプの回転に応じて、前記押し出しヘッドの容積を変化させる容積制御機構を備えていること
を特徴とするゴム押し出し機。
【請求項２】
前記容積制御機構が、ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が高くなるに従って、前記押し出しヘッドの容積を減らすことを特徴とする請求項１に記載のゴム押し出し機。
【請求項３】
前記容積制御機構が、ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が低くなるに従って、前記押し出しヘッドの容積を増やすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のゴム押し出し機。
【請求項４】
前記容積制御機構が、前記押し出しヘッドの容積を正弦波状に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のゴム押し出し機。
【請求項５】
前記ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が、前記ギアポンプの回転に応じて一定の周期で正弦波状に脈動するのに対応して、前記容積制御機構は、前記押し出しヘッドの容積を、前記ギアポンプ出口側のゴム流路の圧力の脈動と周期が同じで、位相が１８０°異なる正弦波状に変化させることを特徴とする請求項４に記載のゴム押し出し機。
【請求項６】
テープ状ゴムを連続的に押し出すゴム押し出し方法であって、
未加硫のゴムを、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のゴム押し出し機を用い、ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が高くなるに従って、押し出しヘッドの容積を減らし、ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が低くなるに従って、前記押し出しヘッドの容積を増やすことで、前記ギアポンプからのゴム吐出量の脈動を抑制することを特徴とするゴム押し出し方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のゴム押し出し機と、
ゴム押し出し機から連続的に押し出されるテープ状の未加硫ゴム材料が連続的に巻き重ねられる円筒形状の成形ドラムとを備え、
ギアポンプは、未加硫ゴム材料を部材毎に、適切な形状となるように、連続的に巻き重ねる間に、ギアポンプの回転数が低速と高速との間を少なくとも１回往復して変化し、ギアポンプの回転数に応じて前記容積制御機構がギアポンプの出口側のゴム流路の容積を変化させることを特徴とするゴム部材製造装置。
【請求項８】
テープ状の未加硫ゴム材料が連続的に巻き重ねられた円筒形状のゴム部材の製造方法であって、
請求項７に記載のゴム部材製造装置を用いて製造することを特徴とするゴム部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム押し出し機、特にギアポンプを備えたゴム押し出し機、およびそれを備えたゴム部材製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気入りタイヤの生カバー（生タイヤ）に用いられるゴム部材を形成する方法として、ストリップワインド工法が知られている。ストリップワインド工法は、ゴム押し出し機から連続的に押し出されるテープ状の未加硫ゴム材料（ゴムストリップ）を、円筒状の成形ドラムに連続的に巻き重ねることにより、環状のゴム部材（例えば、トレッドゴムやサイドウォールゴムなど）を形成する。
【０００３】
このとき、ゴム押し出し機として、スクリューの後段にギアポンプを組み合わせることによって、ゴム吐出量の定量化を図るものが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７３５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ギアポンプを組み合わせたゴム押し出し機は、ギアポンプからのゴム吐出量に脈動が生じて、押し出されたゴムストリップの幅にも、脈動（周期的変動）が生じるため、ストリップ形状が一定にならないという不具合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、ギアポンプからのゴム吐出量に脈動を生じさせず、押し出されたゴムストリップの中の脈動を抑制して一定形状のゴムストリップを安定して供給することができるゴム押し出し機およびそれを備えたゴム部材製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題の解決について鋭意検討を行い、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、
混練された原料ゴムが投入されるゴム投入ホッパーと、前記ゴム投入ホッパーをゴム押出方向の上流側に設けた筒状のシリンダと、前記シリンダ内に設けられて前記原料ゴムを混練しながら下流側へ向けて押進するスクリューと、前記シリンダの下流側に設けられたギアポンプと、前記ギアポンプの下流側に設けられた原料ゴムを押し出す押し出しヘッドとを備えたゴム押し出し機であって、
前記ギアポンプの回転に応じて、前記押し出しヘッドの容積を変化させる容積制御機構を備えていること
を特徴とするゴム押し出し機である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、
前記容積制御機構が、ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が高くなるに従って、前記押し出しヘッドの容積を減らすことを特徴とする請求項１に記載のゴム押し出し機である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、
前記容積制御機構が、ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が低くなるに従って、前記押し出しヘッドの容積を増やすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のゴム押し出し機である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、
前記容積制御機構が、前記押し出しヘッドの容積を正弦波状に変化させるように構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のゴム押し出し機である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、
前記ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が、前記ギアポンプの回転に応じて一定の周期で正弦波状に脈動するのに対応して、前記容積制御機構は、前記押し出しヘッドの容積を、前記ギアポンプ出口側のゴム流路の圧力の脈動と周期が同じで、位相が１８０°異なる正弦波状に変化させることを特徴とする請求項４に記載のゴム押し出し機である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、
テープ状ゴムを連続的に押し出すゴム押し出し方法であって、
未加硫のゴムを、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のゴム押し出し機を用い、ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が高くなるに従って、押し出しヘッドの容積を減らし、ギアポンプの出口側のゴム流路の圧力が低くなるに従って、前記押し出しヘッドの容積を増やすことで、前記ギアポンプからのゴム吐出量の脈動を抑制することを特徴とするゴム押し出し方法である。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のゴム押し出し機と、
ゴム押し出し機から連続的に押し出されるテープ状の未加硫ゴム材料が連続的に巻き重ねられる円筒形状の成形ドラムとを備え、
ギアポンプは、未加硫ゴム材料を部材毎に、適切な形状となるように、連続的に巻き重ねる間に、ギアポンプの回転数が低速と高速との間を少なくとも１回往復して変化し、ギアポンプの回転数に応じて前記容積制御機構がギアポンプの出口側のゴム流路の容積を変化させることを特徴とするゴム部材製造装置である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、
テープ状の未加硫ゴム材料が連続的に巻き重ねられた円筒形状のゴム部材の製造方法であって、
請求項７に記載のゴム部材製造装置を用いて製造することを特徴とするゴム部材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ギアポンプからのゴム吐出量に脈動を生じさせず、押し出されたゴムストリップの中の脈動を抑制して一定形状のゴムストリップを安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るゴム押し出し機の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】ギアポンプの出口圧力の脈動に対するギアポンプのゴム流路の容積（出口側流路容積）の制御を示すグラフである。
【図３】（ａ）は従来のゴム押し出し機によって得られたゴムストリップ幅の変動を示すグラフであり、（ｂ）は本発明に係るゴム押し出し機によって得られたゴムストリップ幅の変動を示すグラフである。
【図４】ゴムストリップ幅の変動、および、ギアポンプの出口圧力の脈動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．本発明の基本的な考え方
図４は、ゴムストリップ幅の変動、および、ギアポンプの出口圧力の脈動を示すグラフである。グラフにおいて、ギアポンプの設定回転数は１．１ｒｐｍである。従って、ギアポンプは約５４秒で１回転し、この間に、ギア歯が１１枚分周回して１１回噛み合い、ギアポンプの出口圧力が１１回脈動する。一方、ゴムストリップ幅は、２０秒で４回即ち、約５４秒で１１回脈動している。つまり、ギア歯が１１回噛み合う間に、ゴムストリップ幅が１１回脈動することになり、ギア歯が噛み合う回数だけ、ゴムストリップ幅とギアポンプの出口圧力とに脈動が生じる。
【００１９】
すなわち、前述したように、ギアポンプの回転に伴って、ギアポンプの出口圧力に脈動が生じると、ギアポンプからのゴム吐出量に同様の脈動が生じる。ギアポンプの出口圧力の脈動周期およびゴムストリップ幅の脈動周期（Ｔ［ｓｅｃ］）はほぼ一致しており、使用するギアポンプのギア歯の数（Ｎ［枚］）と押し出し時の回転数（Ｒ［ｒｐｍ］）とによって、以下の式によって決定される。
Ｔ＝（６０／Ｒ）÷Ｎ
【００２０】
つまり、ギア歯の数Ｎと押し出し時の回転数Ｒが決定されると、ギアポンプの出口圧力の脈動の周期Ｔがわかるため、本発明者は、ギアポンプの出口圧力の脈動（周期Ｔ）を打ち消すように、押し出しヘッドの容積、即ちギアポンプの出口側のゴム流路の容積を周期的に制御することによって、上記課題が解決できることを見出した。
【００２１】
２．ゴム押し出し機の構成
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。図１は、本発明に係るゴム押し出し機の一実施の形態を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態に係るゴム押し出し機１は、従来と同様に混練された原料ゴムＧ１が投入されるゴム投入ホッパー１０と、筒状のシリンダ１２と、スクリュー１４と、ギアポンプ１６と、押し出しヘッド１８を備えるだけでなく、容積制御機構２０とを備えている点に特徴がある。
【００２３】
シリンダ１２は、スクリュー１４の軸方向に沿ってほぼ円筒形状であり、内部に原料ゴムＧ１を蓄える。シリンダ１２は、ゴム投入ホッパー１０をゴム押出方向Ｘの上流側（以下、単に「上流側」ということがある）に設けている。さらに、シリンダ１２は、ゴム押出方向Ｘの下流側（以下、単に「下流側」ということがある）に、スクリュー１４によって押進されてきた原料ゴムＧ１をギアポンプ１６内へと吐出する吐出口１３を有している。
【００２４】
スクリュー１４は、シリンダ１２の中に収納され、図示しないモーターによって回転駆動される。スクリュー１４は、回転駆動することによって、シリンダ１２の中の原料ゴムＧ１を、混練しながらゴム投入ホッパー１０側からギアポンプ１６側に（すなわち、ゴム押出方向Ｘの下流側に）押進する。
【００２５】
ギアポンプ１６は、シリンダ１２の下流側に設けられ、シリンダ１２の吐出口１３に接続されている。ギアポンプ１６は、ケーシング３０と、ケーシング３０の内部に形成された原料ゴムＧ１が流れるチャンバー３２と、チャンバー３２内に配置され、かつ、互いに噛み合う一対の押出ギア３４とを含んだ定容積型の押出ポンプである。
【００２６】
チャンバー３２は、ゴム押出方向Ｘの上流側に位置する入口３６と、下流側に位置する出口３７と、入口３６と出口３７との間に位置しかつ押出ギア３４を収容するギア収納空間３８と、ギア収納空間３８と出口３７との間に位置するゴム流路３９とを有している。
【００２７】
チャンバー３２の入口３６は、シリンダ１２の吐出口１３と連通している。従って、スクリュー１４によって押進されてきた原料ゴムＧ１は、チャンバー３２内へ供給される。
【００２８】
押出ギア３４は、図示しないモーターによって回転駆動される。これにより、入口３６からチャンバー３２内に流入した原料ゴムＧ１は、回転する押出ギア３４の歯溝内に満たされ、出口３７側へ圧送される。
【００２９】
ギアポンプ１６は、押出ギア３４が回転すると、ギア歯の噛み合いの回数に応じて、ギアポンプ１６の出口側のゴム流路３９の圧力が正弦波状に脈動する。
【００３０】
押し出しヘッド１８は、チャンバー３２の出口３７に接続されている。押し出しヘッド１８は、開口１９ａと、開口１９ａに接続されたゴム流路１９ｂとを有している。開口１９ａは横長矩形をなしている。従って、チャンバー３２の出口３７から圧送される原料ゴムＧ１は、押し出しヘッド１８の開口１９ａによって、開口１９ａとほぼ同じ断面形状のテープ状の未加硫ゴム材料（ゴムストリップ）として押し出される。
【００３１】
容積制御機構２０は、本実施の形態の場合、ギアポンプ１６のゴム流路３９に面して設けられ、ギアポンプ１６の回転に応じて押し出しヘッド１８内におけるゴム流路３９の容積を変化させる。
【００３２】
３．容積制御機構の詳細構成
容積制御機構２０は、ギアポンプ１６の出口３７側のゴム流路に設けられる。「ギアポンプ１６の出口３７側のゴム流路」とは、ギアポンプ１６の押出ギア３４の下流側と押し出しヘッド１８の開口１９ａの上流側との間のゴム流路を意味する。
【００３３】
従って、「ギアポンプ１６の出口３７側のゴム流路」は、ギアポンプ１６のゴム流路３９、および／または、押し出しヘッド１８のゴム流路１９ｂを含む。そして、容積制御機構２０は、ギアポンプ１６の押出ギア３４の下流側と押し出しヘッド１８の開口１９ａの上流側との間のゴム流路の容積を変化させる。
【００３４】
従って、本実施の形態では、容積制御機構２０が、ギアポンプ１６のケーシング３０内の押出ギア３４の下流側のゴム流路３９に面して設けられているけれども、仕様によっては、容積制御機構２０を押し出しヘッド１８のゴム流路１９ｂに面して設けてもよい。この場合、ギアポンプ１６の回転に応じて、押し出しヘッド１８内のゴム流路１９ｂの容積が変化される。また、ギアポンプ１６のゴム流路３９と押し出しヘッド１８のゴム流路１９ｂとの境界部分に面して両者に跨るように設けてもよい。この場合、ギアポンプ１６の回転に応じて、ギアポンプ１６のゴム流路３９の容積および押し出しヘッド１８のゴム流路１９ｂの容積が変化する。
【００３５】
容積制御機構２０は、駆動装置４６と、駆動装置４６を制御する制御装置４８とを備えている。駆動装置４６は、例えば、ゴム流路３９内に向けて原料ゴムＧ１の厚み方向Ｙに移動可能の突出部材４２と、突出部材４２の移動を駆動するシリンダ４４とを有する。突出部材４２は、その先端部がゴム流路３９内に若干突き出ている。制御装置４８は、押出ギア３４の回転に応じて、厚み方向Ｙに沿って突出部材４２の位置を制御することによって、押し出しヘッド１８内のゴム流路３９の容積を変化させる。
【００３６】
４．容積制御機構の動作
図２は、ギアポンプ１６の押出ギア３４の下流側のゴム流路３９内の圧力（出口圧力）の脈動に対する、ギアポンプ１６のゴム流路３９の容積（出口側流路容積）の制御を示すグラフである。実線が、ギアポンプ１６の出口圧力の脈動を示す。点線が、実線に対する、ギアポンプ１６のゴム流路３９の容積（出口側流路容積）の制御を示す。
【００３７】
ギアポンプ１６の出口３７側のゴム流路３９内の圧力、すなわち、ギアポンプ１６の出口圧力は、ギアポンプ１６の押出ギア３４のギア歯の噛み合いの回数に応じて、正弦波状に脈動する。
【００３８】
これに対して、容積制御機構２０は、押し出しヘッド１８の容積（ギアポンプ１６の出口３７側のゴム流路３９の容積）を正弦波状に変化させる。具体的には、容積制御機構２０の制御装置４８が、駆動装置４６を制御して、シリンダ４４を正弦波状に駆動することにより、突出部材４２は、ゴム流路３９内に向けて原料ゴムＧ１の厚み方向Ｙに正弦波状に往復移動する。このとき、制御装置４８は、突出部材４２の正弦波状の往復移動が、ギアポンプ１６の出口３７側のゴム流路３９の圧力の正弦波状の脈動と１８０°位相がずれているように、突出部材４２を正弦波状に往復移動させて、ギアポンプ１６の出口３７側のゴム流路３９の容積を変化させる。
【００３９】
つまり、容積制御機構２０は、ギアポンプ１６の出口圧力が高くなるに従って、ギアポンプ１６のゴム流路３９の容積を減らし、ギアポンプ１６の出口圧力が低くなるに従って、ギアポンプ１６のゴム流路３９の容積を増やす。
【００４０】
この結果、ギアポンプ１６の出口圧力の脈動（周期Ｔ）を打ち消すように、ギアポンプ１６のゴム流路３９の容積を周期的に制御することができ、これにより、ギアポンプ１６の出口圧力の脈動を抑制することができ、ゴム押し出し機１から押し出されるゴムストリップＧ２の幅変動を小さくできる。
【００４１】
なお、容積制御機構２０を押し出しヘッド１８内のゴム流路１９ｂに面して設けた場合も、同様にしてギアポンプ１６の出口圧力の脈動を打ち消すように、押し出しヘッド１８内のゴム流路１９ｂの容積を周期的に制御して、ギアポンプ１６の出口圧力の脈動を抑制することができるので、ゴム押し出し機１から押し出されるゴムストリップＧ２の幅変動を小さくできる。
【００４２】
５．ゴム部材製造装置の構成
本発明に係るゴム部材製造装置は、例えば、前記ゴム押し出し機１と、ゴム押し出し機１から連続的に押し出されるゴムストリップＧ２が連続的に巻き重ねられる円筒形状の成形ドラム（図示せず）とを備えている。成形ドラムは、ゴム押し出し機１の下流側に配置されている。
【００４３】
ゴム押し出し機１のギアポンプ１６は、未加硫ゴム材料を部材毎に、適切な形状となるように、連続的に巻き重ねる間に、例えば、ゴムストリップＧ２が前記成形ドラムに１回巻かれる間に、回転数が低速と高速との間を少なくとも１回往復して変化する。具体的には、ギアポンプ１６の回転数は、低速→高速→低速と変化し、または、高速→低速→高速と変化する。そして、ギアポンプ１６の回転数に応じて、容積制御機構２０がギアポンプ１６の出口３７側のゴム流路３９の容積を変化させる。
【００４４】
これにより、ギアポンプ１６の出口圧力の脈動を抑制することができ、ゴム押し出し機１から押し出されるゴムストリップＧ２の幅変動を小さくできるため、ゴム部材製造装置は、形状のバラツキの少ない環状のゴム部材（例えば、トレッドゴムやサイドウォールゴムなど）を形成することができる。
【実施例】
【００４５】
１．実施例、比較例
実施例は、本発明に係る図１に示した容積制御機構２０を備えたゴム押し出し機１を用いてゴムストリップＧ２を形成した。図２に示すように、ゴム押し出し機１のギアポンプ１６の出口圧力は、６．０±０．１７［ＭＰａ］の範囲を正弦波状に脈動する。そして、押し出しヘッドの容積、即ちギアポンプ１６のゴム流路３９の容積（出口側流路容積）は、容積制御機構２０によって、変化前の容積から±１０％で増減させると共に、出口圧力脈動周期Ｔから１８０度位相をずらして正弦波状に変化させた。
【００４６】
一方、比較例は、容積制御機構２０を備えていない従来のゴム押し出し機を用いてゴムストリップを形成した。
【００４７】
２．評価
実施例および比較例によってそれぞれ形成されたゴムストリップの幅の変動を比較して評価した。評価結果を図３に示す。図３（ａ）は、従来のゴム押し出し機によって得られたゴムストリップ幅の変動を示すグラフである（比較例）。図３（ｂ）は、本発明に係るゴム押し出し機によって得られたゴムストリップ幅の変動を示すグラフである（実施例）。
【００４８】
図３（ａ）に示す比較例のゴムストリップ幅の変動の値（最大値−最小値）は、２．２ｍｍであった。一方、図３（ｂ）に示す実施例のゴムストリップ幅の変動の値（最大値−最小値）は、０．７ｍｍであった。従って、ストリップ幅の脈動が、容積制御機構２０によって約３分の１以下に低減でき、ストリップ幅形状のばらつきが小さくなることが確認できた。
【００４９】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１        ゴム押し出し機
１０      ゴム投入ホッパー
１２      シリンダ
１３      吐出口
１４      スクリュー
１６      ギアポンプ
１８      押し出しヘッド
１９ａ    開口
１９ｂ    ゴム流路
２０      容積制御機構
３０      ケーシング
３２      チャンバー
３４      押出ギア
３６      入口
３７      出口
３８      ギア収納空間
３９      ゴム流路
４２      突出部材
４４      シリンダ
４６      駆動装置
４８      制御装置
Ｇ１      原料ゴム
Ｇ２      ゴムストリップ
Ｘ        ゴム押出方向
Ｙ        厚み方向
【図１】
2020110940.tif 000003
【図２】
2020110940.tif 000004
【図３】
2020110940.tif 000005
【図４】
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