(57)【要約】本発明は、超音波によりゴム織布を切断する方法であって、ソノトロードはゴム織布と接触し、且つ、ゴム織布およびソノトロードは、ソノトロードが超音波振動で励起され乍ら、相互に対して移動されるという方法に関する。本発明に依れば、本明細書の冒頭部分に示された種類の方法であって、ゴム織布の確実な切断を許容すると同時に、工具および変換器の摩耗が顕著に減少されることを確実にするという方法を提供するために、鋼鉄、好適には硬化鋼を備えて成るソノトロードが使用されることが提案される。
2020531303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波によりゴム織布を切断する方法であって、ソノトロードはゴム織布と接触し、且つ、ゴム織布およびソノトロードは、該ソノトロードが超音波振動で励起されながら相互に対して移動する方法において、
鋼鉄、好適には硬化鋼を備えるソノトロードが使用されることを特徴とする方法。
【請求項２】
楔形状尖端を有するソノトロードが使用され、
前記楔形状尖端は好適には、所定の幅および長さを備えた矩形状の切離表面を有し、
特に好適には、前記矩形状の切離表面の幅は１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記切離表面の長さは、６０ｍｍ未満、好適には５０ｍｍ未満、特に好適には２５〜３５ｍｍであることを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ソノトロードは、少なくとも、ゴム織布と接触することが意図される部分にて被覆され、好適には該被覆はテフロン（登録商標）被覆であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ソノトロードは切断操作の間において冷却され、好適には、前記ソノトロードの冷却は、該ソノトロード上へと導向される冷却空気流により行われることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ソノトロードは、３８ｋＨｚ未満の超音波周波数により励起され、
好適には該超音波周波数は、３２〜３７ｋＨｚ、特に好適には３４〜３６ｋＨｚであることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ソノトロードは、選択的に、振幅変成器を経由して変換器に対して接続され、
挟持デバイスが使用され、該挟持デバイスにより前記変換器または前記振幅変成器に対して保持要素が挟持されることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ソノトロードおよび前記変換器は、工具軸上に配置され、
該工具軸は、ゴム織布上で法線に対し、３０°〜７０°、好適には４０°〜６０°、特に好適には約５０°の角度を画成することを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記切離表面の長手方向は、ゴム織布に対し、１０〜２０°、好適には１２〜１６°、特に好適には１４〜１５°の角度を画成することを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法は、１．５〜４ｍｍ／ｓ、特に好適には２〜３ｍｍ／ｓ、最適には約２．５ｍｍ／ｓの切断速度にて実施されることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波によりゴム織布（ｒｕｂｂｅｒ  ｗｅｂ）を切断する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゴム織布は、たとえば、タイヤの製造のために切断される。タイヤの製造においては、先ず、製造されるべきタイヤの要件に依存する組成のゴム混合物が生成される。概略的に、ゴム混合物は、約４０％の天然または合成のゴムを含有している。たとえば、カーボンブラック、ケイ酸塩、および、化学添加剤、ならびに、チョーク、オイル、樹脂、硬化促進剤、凝固遅延剤、混合助剤、活性剤および硫黄などの、更なる充填物を添加することが通常である。
【０００３】
その混合物は、成形ノズルを通して所謂る押出し成形器内へと注入されることで、本発明に係るゴム織布に帰着する。故に、ゴム織布という語句は、ゴムと、選択的に更なる充填物とを含有する材料織布を意味している。
【０００４】
そのゴム織布は、タイヤのトレッド、側壁部、および他の構造要素を生成するために、所定サイズへと切断されなければならない。
【０００５】
ゴム織布を所定サイズへと切断するために、超音波振動を生成すべく起動される切れ刃を有する工具を使用することは、既に知られている。その目的のために使用される工具は、チタン合金を含んでいる。それらは、４０ｋＨｚの作動周波数で作動するように設計かつ操作されることが珍しくない。
【０００６】
しかし、ゴム織布を切断する公知の超音波切断機においては、工具、および、工具を駆動する変換器の高度の摩耗が観察されるものである。これに加え、上記工具により達成され得る切断は、切断されたゴム織布の各端部を正しい位置関係で重なり合わせることが困難さを以てのみ可能である様に、相当に不規則的である。
【０００７】
これに加え、工具上にはゴム残留物が残ることが多く、それらは、別体的な清浄化段階において除去されるべきである。基本的に、超音波によるゴム織布の切断は良好に機能するが、記述された問題によれば、切断操作に関連するコストが大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
故に、記述された技術状況を基本的な出発点と考えると、本発明の目的は、本明細書の冒頭部分に示された種類の方法であって、ゴム織布の確実な切断を許容すると同時に、工具および変換器の摩耗が顕著に減少されることを確実にするという方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に依れば、その目的は、工具として、鋼鉄、実に好適には硬化鋼製のソノトロードが使用されることで達成される。
【００１０】
その用途に対してこれまでに使用されてきたチタン合金は、比較的に不十分な熱伝導率であると共に、ソノトロードは、切断材料の接触により相当に加熱されることが見出されている。ソノトロードの高い作動温度の故に、それに対して密着する材料残留物が残存すると共に、それによれば、切断品質が低下し、機器の汚染にも帰着する。
【００１１】
これに加え、処理されるべき比較的に柔軟な材料にも関わらず、チタン合金は明らかに柔軟すぎる、と言うのも、実際には、相当量の摩耗が生ずることが見出され、特に、ソノトロードの切れ刃において破断した断片に帰着するからである。
【００１２】
超音波切断機器の摩耗は、鋼鉄、好適には、ＣＰＭ、すなわち粉末冶金鋼の使用により、顕著に減少され得る。
【００１３】
更なる好適実施例においては、楔形状尖端を有するソノトロードが使用される。切断中において、上記楔形状尖端は、切断されるべきゴム織布と係合されると共に、ゴム織布およびソノトロードは、上記楔形状尖端がゴム織布を切り開く様に、相互に対して移動される。
【００１４】
上記楔形状尖端は好適には、所定の幅および長さを備えた矩形状の切離表面を有する。上記切離表面は、ゴム織布に対向して導向される表面である。好適実施例において、上記矩形状の切離表面の幅は、０．２ｍｍ未満、最適には０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍである。
【００１５】
使用される鋼鉄の熱伝導率が、公知のチタン合金の熱伝導率よりも顕著に大きいという事実に依れば、切断操作の間におけるソノトロードの温度上昇は僅かである結果、ソノトロードに対して密着したままの材料は少なくなる。
【００１６】
そのとき、鋼鉄の使用はまた、切離表面の長さが、好適実施例において、それは、６０ｍｍ未満、好適には５０ｍｍ未満、特に好適には２５〜３５ｍｍである様に減少され得る、という利点も有する。
【００１７】
上記切れ刃または切離表面における熱の生成は、実質的に切断速度に依存することから、切離表面の長さが減少すると、熱伝導率に関して作用する材料断面積が、ソノトロードにより材料織布から更に少ない熱が放散され得る様に減少される結果、ソノトロードが更に大きく加熱されることになる。故に、切離表面の長さは、過剰に小さく選択されるべきでもない。いずれの場合でも、ソノトロードの長さは、切断されるべきゴム織布の厚み以上とされるべきである。
【００１８】
ソノトロードに対して付着する材料の可能性は、少なくとも、ゴム織布と接触することが意図される部分にて被覆されたソノトロードであって、好適には上記被覆として、たとえばテフロン（登録商標）被覆などの非付着性の被覆が使用されるというソノトロードを使用することにより、更に減少され得る。
【００１９】
更なる好適実施例において、上記ソノトロードは、切断操作の間に冷却されることが実現される。たとえば、上記ソノトロードの冷却は、ソノトロード上へと導向される冷却空気流により行われ得る。たとえば、上記変換器に対しては、適切な冷却空気ノズルが固定され得る。
【００２０】
ソノトロードを冷却する上記方法は、ゴム材料が焦がされると共に、対応するゴム残留物がソノトロードに付着する可能性を減少する。
【００２１】
更なる好適実施例において、上記ソノトロードは、３８ｋＨｚ未満の超音波周波数により励起され、好適には上記超音波周波数は、３２〜３７ｋＨｚ、特に好適には３４〜３６ｋＨｚである。
【００２２】
基本的に、一定の振動振幅においては、超音波ソノトロードの励起周波数が高いほど、切断操作における超音波処理効果の寄与が対応して大きくなることが事実である。
【００２３】
故に、本明細書の冒頭部分にて既に言及された如く、４０ｋＨｚの範囲の励起周波数が通常である。しかし、ゴム織布を取り扱うとき、斯かる周波数は不都合と思われる。そのことは、これまでは十分には研究されてこなかったとしても、４０ｋＨｚの超音波周波数の使用は明らかに、ソノトロード、および、超音波振動系全体の深刻な応力付加に繋がる。上記超音波振動系は、既に言及されたソノトロード、および、変換器、および、選択的には、ソノトロードと変換器との間に配設された振幅変成器を含む。上記超音波振動系は、全体として、音響的な超音波振動状態に置かれる。上記変換器内に配置されて、電気的なＡＣ電圧を機械的振動へと変換する圧電モジュールは、ゴム織布を切断するときに４０ｋＨｚの振動周波数にては過剰に負荷されると共に、早期的な破損に帰着する。此処では、励起周波数を指定された範囲まで減少することにより、顕著な改善が観察される。
【００２４】
更なる好適実施例においては、上記変換器または上記振幅変成器に対して保持要素を挟持すべく使用される挟持デバイスが配設される。故に、上記保持要素は、上記超音波振動ユニットに対してねじ止めされるのではなく、それに対して挟持のみされる。そのとき、上記保持要素は、超音波振動ユニットが、保持要素の移動によりゴム織布に対して送り移動され得る様に、機械スタンドまたは送り移動ユニットに対して固定され得る。
【００２５】
更なる好適実施例において、上記ソノトロードおよび上記変換器は、工具軸上に配置され、上記工具軸は、ゴム織布上で法線に対し、３０°〜７０°、好適には４０°〜６０°、特に好適には約５０°の角度を画成する。これにより、切断されたゴム織布の更なる処理に対して有用であることが見出されている傾斜切れ刃がもたらされる。
【００２６】
更なる好適実施例において、上記切離表面の長手方向は、ゴム織布に対し、１０〜２０°、好適には１２〜１６°、特に好適には１４〜１５°の角度を画成する。今、ソノトロードが、横方向に移動され、すなわち、工具軸と、工具軸に対して直交する切離表面の長手方向とにより画成される平面内で移動されるなら、上記特定の角度範囲と一致する切断角度が与えられる。
【００２７】
更なる好適実施例において、上記方法は、１．５〜４ｍｍ／ｓ、特に好適には２〜３ｍｍ／ｓ、最適には約２．５ｍｍ／ｓの切断速度にて実施される。
【００２８】
本発明の更なる利点、特徴、および、可能的な用法は、好適実施例に関する以下の説明および添付図面から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る方法のために使用されるソノトロードの斜視図である。
【図２】図１のソノトロードの側面図である。
【図３】超音波切断装置の分解図である。
【図４】図３の超音波処理装置の斜視図である。
【図５】図３の超音波処理装置の他の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明に係る方法において使用され得るソノトロード１の斜視図を示している。それは、鋼鉄、更に詳細にはＣＰＭ  ４２０Ｖから作製される。ソノトロード１は、ソノトロード１に付随する変換器または振幅変成器が固定され得るねじ孔１２を有する。ねじ孔１２とは逆の関係にて、ソノトロード１の側面上には、長さｌの切離表面が配設される。
【００３１】
図２は、図１のソノトロード１の側面図を示している。ソノトロード１は、本体２と、幅ｂの上記切離表面が尖端に配置される付随する楔形状部分３とを有している。楔形状部分３は、最適には８〜１５°であるテーパ角αを有する。
【００３２】
図３は、ゴム織布８を切断する超音波処理装置の分解図である。図１および図２に詳細に示されると共に、振幅変成器４により変換器５に対して接続されたソノトロード１を視認することが可能である。変換器５は、電気的なＡＣ電圧を、機械的振動へと変換する。概略的に、その目的のために圧電素子が使用される。
【００３３】
上記変換器により生成された機械的振動は、上記振幅変成器において、同じ周波数の、但し一定の状況下では異なる振幅の、振動へと変換される。それはその後、音響的な超音波が変換器５から振幅変成器４を経由してソノトロード１へと伝搬される様に、ソノトロード１へと伝達される。故に、上記切離表面、すなわち、楔形状要素３の尖端は、ゴム織布８の切断を支援する振動を呈する。変換器５、振幅変成器４およびソノトロード１から成る超音波振動ユニットを保持するために、それに対してねじ止めはされない保持要素６が在る。代わりに、保持要素６は、外方に突出するフランジを有する中空シリンダ７に対して接続される。上記フランジ内には、一方では挟持要素１３を、他方では保持要素６を保持する一連のネジが配置される。
【００３４】
この場合、挟持は、挟持動作により超音波振動系に対する影響がその振動特性において可及的に小さくなる様に、超音波振動の振動節点が形成される上記振幅変成器の領域において行われる。故に上記振幅変成器は、その領域において保持フランジ９を有する。挟持要素１３は（不図示の）段状内孔を有し、それの小径の内孔部分は、組立て状態において振幅変成器４はその保持フランジ９にて挟持要素１３と中空シリンダ７の固定フランジとの間に挟持される様に、振幅変成器４の保持フランジ９の直径より小さい直径である。
【００３５】
図４および図５は、２つの斜視図を示している。図４からは、切離表面が、ゴム織布８の平面に対し、好適には４〜５°であるべき切断角度ｙを画成することが視認される。
【００３６】
図５は、超音波振動系の長手軸が、ゴム織布８の平面上で法線に関して角度βだけ傾斜されることを示している。
【符号の説明】
【００３７】
１    ソノトロード
２    本体
３    楔形状部分
４    振幅変成器
５    変換器
６    保持要素
７    中空シリンダ
８    ゴム織布
９    保持フランジ
１１    固定フランジ
１２    ねじ孔
１３    挟持要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2020531303.tif 000010
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