CN103648756A - 刚性芯及使用该刚性芯的轮胎制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是通过抑制由硫化期间的热膨胀引起的芯体（1）的变形来提高轮胎的均匀度。形成芯体（1）的多个芯节段（9）由径向方向上的外侧上的外节段（18）和径向方向上的内侧上的内节段（19）构成，外节段（18）由铝或铝合金制成并具有高热膨胀，内节段（19）由不锈钢合金制成并具有低热膨胀，并且内节段（19）附接至外节段（18）。当芯单元（1）处于加热前的常温下时，沿周向方向彼此相邻的芯节段（9）在内节段（19）的周向方向上的端面之间没有间隙，而在外节段（18）的周向方向上的端面之间具有用于热膨胀的间隙（G）。

Description

刚性芯及使用该刚性芯的轮胎制造方法

技术领域

本发明涉及一种刚性芯，该刚性芯能够减小硫化时由热膨胀引起的变形并能够提高轮胎的均匀度，本发明还涉及一种使用该刚性芯制造轮胎的方法。

背景技术

近来，如图9（B）中所示，存在一种提出的所谓芯式硫化法，该方法采用具有中空环形芯主体a1的刚性芯（例如，专利文献1）。为了提高充气轮胎的成型精度，芯主体a1设置有与轮胎内表面形状对应的外部形状。在该使用刚性芯a的硫化方法中，例如内衬、胎体帘布层、带束层、胎侧胶和胎面胶之类的轮胎组成部件相继粘附到芯主体a1即芯a上，以便形成未硫化的轮胎T。生胎T和刚性芯a一起放置到硫化模具b中并被硫化。

如图9（A）中所示，为了分成几部分地从硫化成形后的硫化轮胎上取下，芯主体a1包括沿轮胎周向方向划分的多个芯节段c。具体地，芯节段c包括：多个第一芯节段c1，该多个第一芯节段c1具有位于周向端部处的划分面，该划分面倾斜成使得第一芯节段的宽度随着其沿径向方向向内而变窄；以及多个第二芯节段c2，该多个第二芯节段c2具有位于周向端部处的划分面，该划分面倾斜成使得第二芯节段的宽度随着其沿径向方向向内而变宽。第一芯节段c1和第二芯节段c2沿周向方向交替布置。通过从第二芯节段c2开始沿径向方向向内相继地移动而将芯主体a1分成几部分地从硫化轮胎上取下。

为了提高硫化时的能效，芯主体a1由具有良好导热性的铝或其合金（铝合金）制成。然而，存在的问题是，由于铝或铝合金还具有高的热膨胀系数，因此，硫化时的热量引起每一个芯节段c热膨胀并引起芯主体a1的变形，从而并没有充分地提高充气轮胎的成型精度。

因此，本发明提出预想到热膨胀系数而将芯节段c的周向宽度构造得较小并在常温下预备地在相邻的芯节段c、c之间形成间隙。然而在该情形中，存在的问题是，难以在组装芯主体a1时保持每个芯节段c、c之间的间隙的宽度恒定，并且芯主体a1自身应变变形，从而降低了生胎的成型精度。而且，同样在硫化时，每个间隙受热不均匀，因而硫化轮胎的成型精度容易降低。

相关技术文献

专利文献

专利文献1：日本未审专利申请公报No.2006-160236。

发明内容

本发明要解决的问题

在本发明中，每一个芯节段包括：径向外节段部，该径向外节段部由铝或铝合金制成并具有高的热膨胀系数；以及径向内节段部，该径向内节段部由不锈钢合金制成，该径向内节段部附接至外节段部并且具有低的热膨胀系数。在加热前处于常温下的芯主体基于包括周向彼此相邻的芯节段；其中，在内节段部的周向端部处不存在间隙，而在外节段部的周向端部处存在用于热膨胀系数的间隙G。本发明提供一种能够提高充气轮胎的成型精度的刚性芯以及一种使用该刚性芯制造轮胎的方法。

解决问题的手段

为了解决上述问题，在权利要求1的发明中，刚性芯包括中空且环形的轮状芯主体，所述芯主体用以在外表面上形成生胎并与所述生胎一起放置到硫化模具中以便与所述硫化模具协作加热并硫化所述生胎。所述刚性芯包括沿轮胎的周向方向划分的多个芯节段。所述芯节段包括：径向外节段部，所述外节段部由铝或铝合金制成并具有高的热膨胀系数；以及径向内节段部，所述内节段部由不锈钢合金制成，所述内节段部附接至所述外节段部并具有低的热膨胀系数。在加热前的常态下的所述芯主体中，沿所述周向方向彼此相邻的所述芯节段在所述内节段部的周向方向的端面之间没有间隙并且在所述外节段部的周向方向的端面之间具有用于热膨胀的间隙G。

在权利要求2的发明中，所述外节段部的周向方向的端面之间的所述间隙G在0.03mm到0.15mm之间的范围内。

在根据权利要求1或2所述的权利要求3的发明中，提出一种轮胎的制造方法，所述方法使用所述刚性芯来硫化生胎，所述方法包括：用于在所述刚性芯中的所述芯主体的外表面上形成所述生胎的生胎形成步骤；用于将所述生胎与所述刚性芯一起放置到硫化模具中并加热和硫化所述生胎的硫化步骤；以及在所述硫化步骤之前，用于对外表面上带有所形成的生胎的所述刚性芯进行预加热以通过热膨胀减小所述外节段部的周向端面之间的所述间隙G的预加热步骤。

在权利要求4的发明中，在所述轮胎的制造方法中，在所述预加热步骤中，所述芯主体被预加热至80摄氏度到100摄氏度，以便使所述周向端面之间的所述间隙G减小至0。

有益效果

如上所述，每个芯节段包括具有高热膨胀系数的径向外节段部以及附接至外节段部并具有低热膨胀系数的径向内节段部。在加热前处于常温下的芯主体中，沿周向彼此相邻的芯节段在内节段部的周向端面之间没有间隙，而在外节段部的周向端面之间具有用于热膨胀的间隙G。

这样，相邻的内节段部无任何间隙地紧密布置，附接至内节段部的外节段部能够使其间的间隙G保持恒定且固定，因此能够以高精度且稳定地组装该芯主体。而且，内节段部由具有低的热膨胀系数的不锈钢合金制成，因此在硫化时受热膨胀的影响较小。并且，在具有高的热膨胀系数的外节段部中，间隙G能够吸收外节段部的热膨胀；综合地，能够抑制硫化时由热膨胀引起的芯主体的变形。因此，生胎本身的成型精度提高，并且减小了硫化时芯主体的变形；因此，提高了硫化并最终完成的轮胎的成型精度。

附图说明

图1为示出本发明的刚性芯的实施方式的截面图。

图2为分解立体图。

图3为从轴心方向观察的示出芯主体的侧视图。

图4为芯主体的局部放大图。

图5为示出连接装置的卡盘部的截面图。

图6为示出的芯节段的截面图。

图7为示出芯节段的另一实施方式的截面图。

图8为示出在硫化过程中的刚性芯与硫化模具的截面图。

图9（A）为从轴心方向观察的传统刚性芯的侧视图；而图9（B）为示出包括该刚性芯的充气轮胎的成型方法的截面图。

具体实施方式

在后文中，将对本发明的实施方式进行描述。

如图1和2中所示，刚性芯1包括芯主体2，该芯主体2在外表面上设置有轮胎成形表面S。在轮胎成形表面S上，相继粘附有轮胎组成部件，例如内衬、胎体帘布层、带束层、胎侧胶和胎面胶，从而形成生胎T。接着，将生胎T与刚性芯1一起放置到硫化模具40中（在图8中示出）以便与硫化模具40协作对生胎T进行硫化。

更为具体地，本实施方式的刚性芯1包括：芯主体2;圆筒形芯部4，该圆筒形芯部4插入到芯主体2的中心孔2H中;以及一对侧板5L、5U，这对侧板5L、5U设置在芯主体2的在轴心方向的两侧上。

芯主体2在包括轮胎成形表面S的环形主要部分2A的径向内端部中设置有凸起部2B，该凸起部2B沿轴心方向向外突出并包括减缩表面6，该减缩表面6沿轴心方向向外朝着径向方向的内侧倾斜。芯主体2包括腔体7，该腔体7与芯主体2同心地形成。在腔体7中，存在用以从内侧对生胎T进行加热的加热装置8，例如电加热器。

如图2和3中所示，芯主体2包括沿轮胎周向方向划分的多个芯节段9。芯节段9包括沿周向方向交替布置的多个第一芯节段9A和多个第二芯节段9B。第一芯节段9A中的每一个第一芯节段具有位于周向端部处的划分面9S，划分面9S倾斜成使得第一芯节段的宽度随着其沿径向方向向内而变窄。第二芯节段9B中的每一个第二芯节段具有位于周向端部处的划分面9S，划分面9S倾斜成使得第二芯节段的宽度随着其沿径向方向向内而变宽。因此，在芯节段9中，能够沿径向方向向内相继地移动第二芯节段9B。并且接着，能够沿径向方向向内相继地移动第一芯节段9A。通过从第二芯节段9B开始沿径向方向向内相继地移动，能够分成几部分地从轮胎的胎圈孔上取下芯主体2。

圆筒形芯部4具有圆筒形形状并且插入到芯主体2的中心孔2H中。因此，能够防止芯节段9中的每一个芯节段的径向向内的运动。圆筒形芯部4沿轴心方向的第一端部固定在第一侧板5L的沿轴心方向的内侧表面上。在本实施方式中，第一侧板5L与圆筒形芯部4由螺栓10（在图1中示出）固定。然而，在分成几部分地从轮胎上取下刚性芯1时，没有必要将第一侧板5L与圆筒形芯部4拆开。因此，侧板5L和圆筒形芯部4能够以焊接等方式被固定。

第一侧板5L包括侧板主体11，该侧板主体11包括盘状基础板部11A，以及凸缘部11B，凸缘部11B设置在侧板主体11的周向外边界中并与芯主体2的减缩表面6接触。在基础板部11A的外表面上，存在沿轴心方向同心地向外突出的支撑轴部12。凸缘部11B包括具有与减缩表面6相同倾斜度的内表面。这有助于同心地调节侧板5L和芯主体2的位置。

本实施方式的圆筒形芯部4在沿中心孔4H的轴心方向的第二侧上设置有内螺纹部13。在圆筒形芯部4的外周表面上，存在第一燕尾部16，第一燕尾部16由沿轴心方向连续地延伸的榫槽14和凸榫15中的一者形成。在芯节段9的内周表面上，存在第二燕尾部17，第二燕尾部17由沿轴心方向延伸的榫槽14和凸榫15中的另一者形成并且第二燕尾部17与第一燕尾部16互锁。

在本实施方式中，榫槽14形成为第一燕尾部16，而凸榫15形成为第二燕尾部17。然而，凸榫15也可形成为第一燕尾部16，而榫槽14可形成为第二燕尾部17。如在图4中近距离地示出的，榫槽14和凸榫15中的每一者具有大致为梯形的形状，其中，如众所周知那样，梯形形状的两个侧表面沿着宽度增加的方向朝着凹槽底部和凸榫头部倾斜。这些榫槽14和凸榫15彼此填充并且以仅能够沿轴心方向相对移动的方式连接。

如图2中所示，第二侧板5U包括侧板主体20，该侧板主体20包括盘状基础板部20A以及凸缘部20B，凸缘部20B设置在侧板主体20的周向外边界中并与芯主体2的减缩表面6接触。在基础板部20A的外侧表面上，存在沿轴心方向同心地向外突出的支撑轴部21，支撑轴部21具有与支撑轴部12相同的构成。在基部板部20A的内侧表面上，存在突出的凸台部段22（在图1中示出），该凸台部段20能够与内螺纹部13同心地螺纹接合。因此，由于凸台部段22与内螺纹部13的螺纹接合，第二侧板5U可移除地附接至圆筒形芯部4。凸缘部20B包括内表面，该内表面具有与减缩表面6相同的倾斜度。因此，在把侧板5U附接到圆筒形芯部4上时，就和侧板5L一样，侧板5U与芯主体2同心地被调节。

如图1中所示，支撑轴部12、21通过载运装置保持刚性芯1，并且作为传送给生胎形成装置和硫化模具的抓握器来工作，或作为将传送的刚性芯1附接至例如生胎形成装置、硫化模具、冷却单元等的施加部来工作。在本实施方式中，支撑轴部12、21经由具有球锁机构的连接装置25以一触式的方式与抓持支撑轴部12的载运装置的卡盘部24可移除地连接，或者与硫化模具的卡盘部24或生胎形成装置可移除地连接以便附接支撑轴部12、21。

具体地，如图5中所示，本实施方式的连接装置25包括：连接孔26，该连接孔26在支撑轴部12、21中的每一者的外端部部分中同心地凹入并且在内表面上设置有周向凹槽26A；连接圆筒形部分27，该连接圆筒形部分27在卡盘部24的外端部部分中同心地突出并且插入到连接孔26中；以及球锁工具28，该球锁工具28用以将连接孔26与连接圆筒形部分27锁定。球锁工具28包括：刚性球30，每个刚性球30保持在疏散地布置在连接圆筒形部分27中且径向贯穿的通孔29中；活塞件33，该活塞件33容纳在卡盘部24中的保持室31中，并且，该活塞件33通过压缩空气供给到保持室31中和从保持室31中排出而能够在保持室31中沿轴心方向移动；以及柱塞34，该柱塞34设置在连接圆筒形部分27的中心孔27H中并且与活塞件33可一体移动地连接。

柱塞34能够连同活塞件33在圆筒形部分27的中心孔27H中沿轴心方向向外移动。该运动使柱塞34的外周表面接触并沿径向方向向外推升每个刚性球30，从而挤压每一个刚性球30抵靠周向凹槽26A而锁定。由于该活塞件33，柱塞34能够在连接圆筒形部分27的中心孔27H中沿轴心方向向内移动。这样能够释放对刚性球30的径向向外的推升，以便使连接孔26与连接圆筒形部分27解锁。柱塞34的外表面具有沿轴心方向朝外减缩的形式。支撑轴部12、21中的每一个支撑轴部在外端表面上设置有锁定部36（在图2中示出），该锁定部36由用于回转止动的键状突出部和键槽中的一个形成。在卡盘部24的外端部中，布置有形成用以与锁定部36（未示出）进行互锁的互锁部的键槽和键状突出部中的另一个。

在本实施方式的刚性芯1中，为了防止由于硫化时的热膨胀造成的芯主体2的变形，如图6中所示，每个芯节段9包括：径向外节段部18，该径向外节段部18由具有高的导热系数的铝或铝合金制成；以及径向内节段部19，该径向内节段部19由具有低的热膨胀系数的不锈钢合金制成，并且该径向内节段部19附接至外节段部18。在本实施方式中，外节段部18和内节段部19经由螺栓B连接成一体。

如图3和4中所示，在加热前的常温下的本实施方式的刚性芯1中，周向相邻的芯节段9、9在内节段部19的周向端面19S、19S之间不具有间隙，而在外节段部18的周向方向的端面18S、18S之间具有用于热膨胀的间隙G。

因此，在芯节段9中，内节段部19无间隙地紧密布置，而在附接至内节段部19的外节段部18、18之间，间隙G为恒定且固定的。而且，内节段部19由具有低的热膨胀系数的不锈钢合金制成因此在硫化时对热膨胀具有更低的影响。然而，由于该间隙G，由具有高的热膨胀系数的铝类金属制成的外节段部18能够吸收外节段部18的热膨胀；因此，总体上看，能够减弱由热膨胀引起的芯主体2的变形。

如图6中所示，铝或铝合金具有高的热传导性，并且在如传统做法那样采用到外节段部18上时能够有效地从生胎的内侧进行加热，并且能够提高硫化时的能量效率。因此，优选的是将外节段部18形成为包括整个的轮胎成形表面S。轮胎成形表面S包括形成生胎T的胎面内表面的胎面成形表面部S1以及形成生胎T的侧壁内表面和胎圈内表面的侧部成形表面部S2。形成内节段部19的不锈钢合金在硬度和强度上超过铝合金而且更不易由热应力而引起变形。而且，难以使内节段部19彼此接触，具有更小的磨损或损坏发生率，即使与圆筒形芯部4接触时亦如此；因此，这有助于提高芯主体2的耐久性。

如图4中所示，间隙G取决于芯节段9的划分数量。例如，当芯节段9的划分数量在8至12之间时，在硫化之前的常温下（例如25摄氏度下）的间隙G优选地在0.03和0.15mm的范围内。当间隙G小于0.03mm时，对热膨胀的吸收不充分。当间隙G大于0.15mm时，即使是达到硫化温度（例如180摄氏度）时，间隙G也不会闭合，不仅如此由于在硫化成形过程中橡胶的流动还容易在成品轮胎的内表面上产生毛边。因此，间隙G的下限优选地为0.08mm，而上限优选地为0.13mm。

在芯节段9中，如图7中所示，内节段部19、19例如能够用由不锈钢合金制成的加固支架32连接。在该情形中，可以不在内节段部19中设置任何凸榫15（第二燕尾部17），而是在加固支架32中设置凸榫15（第二燕尾部17）。

接下来，将对使用上文中提到的刚性芯1的轮胎制造方法的实施方式进行描述。该制造方法包括生胎形成步骤、硫化步骤，以及预加热步骤。生胎形成步骤和硫化步骤分别与传统步骤相同。在生胎形成步骤中，例如内衬、胎体帘布层、带束层、胎侧胶和胎面胶之类的轮胎组成部件相继粘附到芯主体2的外表面（轮胎成形表面S）上，从而形成生胎T。在硫化步骤中，如图8中所示，生胎T和硫化刚性芯1一起放置到硫化模具40中，并且被加热以便硫化。硫化模具40具有传统结构。在硫化模具的内部，存在用于加热生胎T的加热装置，例如蒸汽夹套、电加热器等（未示出）。

在预加热步骤中，在外表面上形成有生胎T的刚性芯1在硫化步骤之前被预加热并热膨胀，以便减小外节段部18的周向端面18S、18S的间隙G（在图4中示出）。这有助于减小硫化成型时流动到间隙G中的橡胶的量，也就是说，这有助于减小成品轮胎上的挤出量。

作为预加热步骤的例子，鉴于防止出现挤出，优选的是在80到100摄氏度的范围内对芯主体2进行预加热并使外节段部18的间隙减小到0，即，闭合该间隙G。为此，在上述温度范围下为0的间隙G在常温下的值是限定的，从而形成芯主体2。同时，温度范围指的是芯主体2的外表面的温度。当预加热的温度超过100摄氏度时，硫化在该预加热步骤中进行；因此，硫化成型被不恰当地执行。当预加热的温度低于80摄氏度时，减少挤出的效果不足。该预加热步骤通过在芯主体2中的加热装置8（在图1中示出）执行。

虽然已经详细地描绘了本发明的特别优选的实施方式，但不必说，本发明不限于图中示出的上述具体实施方式，而是能够做出各种修改。

附图标记说明

1 刚性芯

2 芯主体

9 芯节段

18 外节段部

19 内节段部

40 硫化模具

T 生胎

Claims (4)

1.一种刚性芯，所述刚性芯包括中空且环形的轮状芯主体，所述芯主体用以在外表面上形成生胎并与所述生胎一起放置到硫化模具中以便与所述硫化模具协作加热并硫化所述生胎，其中，

所述刚性芯包括沿轮胎的周向方向划分的多个芯节段，

每个所述芯节段包括：

径向外节段部，所述外节段部由铝或铝合金制成并具有高的热膨胀系数；以及

径向内节段部，所述内节段部由不锈钢合金制成，所述内节段部附接至所述外节段部并具有低的热膨胀系数，并且

在加热前的常态下的所述芯主体中，沿所述周向方向彼此相邻的所述芯节段在所述内节段部的周向方向的端面之间没有间隙并且在所述外节段部的周向方向的端面之间具有用于热膨胀的间隙G。

2.根据权利要求1所述的刚性芯，其中，所述外节段部的周向方向的端面之间的所述间隙G在0.03mm到0.15mm之间的范围内。

3.一种轮胎的制造方法，所述方法使用根据权利要求1或2所述的刚性芯来硫化生胎，

所述方法包括：

用于在所述刚性芯中的所述芯主体的外表面上形成所述生胎的生胎形成步骤；

用于将所述生胎与所述刚性芯一起放置到硫化模具中并加热和硫化所述生胎的硫化步骤；以及

在所述硫化步骤之前，用于对外表面上带有所形成的生胎的所述刚性芯进行预加热以通过热膨胀减小所述外节段部的周向端面之间的所述间隙G的预加热步骤。

4.根据权利要求3所述的轮胎的制造方法，其中，在所述预加热步骤中，所述芯主体被预加热至80摄氏度到100摄氏度，以便使所述周向端面之间的所述间隙G减小至0。

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