JP2006327211A - タイヤ加硫金型の加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性材料からなる内型を用いる加硫成形の利点はそのままに、型付け不良の発生を有効に防止できるタイヤの加硫成形のための、タイヤ加硫金型の加熱装置を提供する。
【解決手段】周面上にゴム素材１１を配設した高剛性の内型を収納する加熱室１６を設けるとともに、この加熱室１６に熱媒を流入させる供給通路１８および、加熱室１６から流出した熱媒の循環通路２１を設けてなる。
【選択図】図３

Description

この発明は、タイヤの内表面を規定する高剛性の内型と、タイヤの外表面を規定する外型とで画成されるキャビティ内で、内型上に配設したゴム素材を加硫成形するに用いるタイヤ加硫金型、とくにはそれの内型の加熱装置に関するものである。

従来のこの種の加硫成形方法としては、例えば特開昭６２−２７０３０８号公報に開示されたものがある。
これは、図５に、加硫金型の要部断面図で示すように、タイヤの内側表面を成形する、複数の剛体のセグメントよりなる後退自在な剛体の芯型ａと、タイヤのサイドウォール部を成形するための２つの側部割型ｂ，ｂと、タイヤトレッド部の外側部分を成形するための複数のセグメントに分割された外周クラウン割型ｃとを有する剛体の金型内でタイヤに最終形状横断面寸法を付与するゴムタイヤの製造方法において、先ず、組み立てた剛体の芯型ａ上にタイヤ素材を配置し、次いで、外周クラウン割型ｃの互いに隣接するセグメントの横断面をピッタリ合った状態で摺動させ、しかも、外周クラウン割型ｃと側部割型ｂとが接触する面がピッタリ合った状態で摺動させながら２つの側部割型ｂおよび外周クラウン割型ｃの各セグメントを閉じるものであり、これによれば、タイヤの最終的幾何学形状に関与する金型の全ての部材が剛体であるので、可撓性の膜を用いた従来の成形法で製造されるタイヤに比べて、幾何学形状の精度がはるかに優れたタイヤを成形・加硫することができるとしている。

しかるに、かかる従来技術にあっては、タイヤ素材を配置した状態の剛体の芯型ａが、所定の加硫成形温度よりはるかに低い常温（２０〜３０℃）にあって、加硫成形時に比して熱収縮した状態にあるため、この芯型ａを内型として用いた加硫の開始に当たり、それぞれの側部割型ｂ，ｂと外周クラウン割型ｃとからなる外型が、１８０℃前後の所定の加硫成形温度に予め加熱されている場合には、内型と外型との型締めによって図示のように画成されるキャビティＣＡの容積が加硫成形時の所定の容積よりも大きくなり、これがため、加硫の開始当初には、内型としての芯型ａ上の所定体積のタイヤ素材が、外型内表面に所要の力で押圧されず、それの実現のためには、その芯型ａが所定の加硫成形温度に加熱されて、所期した通りに熱膨張するまでの時間遅れが不可避となる。

それ故に、芯型ａ上のタイヤ素材は、この時間遅れの間に、外型側から加熱されて加硫を開始し、それが成形表面としての外型内表面に完全に密着されるより先に、タイヤ素材の外表面側から加硫硬化が進行することになるため、芯型ａが所定の加硫成形温度に加熱されてそれの熱膨張が完了し、タイヤ素材が成形表面に所要の力で押圧された時点においては、タイヤ素材は既に、塑性変形域から弾性変形域に移行しているので、加硫成形が終了して加硫金型を型開きすると、製品タイヤの、とくには複雑な凹凸を有するトレッド表面が、弾性変形前の形状に復帰することになり、これにより、トレッド表面等が成形表面に正確に倣って成形されない型付け不良が発生するという成形精度上の重大な問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、剛性材料からなる内型を用いる加硫成形の利点はそのままに、上述の如き型付け不良の発生を有効に防止できるタイヤの加硫成形のためのタイヤ加硫金型、なかでもそれの内型の加熱装置を提供するにある。

この発明に係る、タイヤ加硫金型、なかでもそれの内型の加熱装置は、周面上にゴム素材を配設した高剛性の内型を収納する加熱室を設けるとともに、この加熱室に熱媒を流入させる供給通路および、加熱室から流出した熱媒の循環通路を設けたものである。

そして、かかる加熱装置においてより好ましくは、加硫成形終了後の内型から残留熱を回収する回収室および、この回収室での回収熱を加熱室へ流入させる導入通路を付設する。
なおこの装置では、前記循環通路と導入通路とのいずれか一方を選択的に使用する切換え手段を設けることもできる。

この発明に係るタイヤ加熱金型の加熱装置によれば、内型の予めの加熱によって、加硫の開始時のキャビティ容積を、従来技術に比して小さくして加硫成形時の所定のキャビティ容積に近付けることができるので、加硫金型の型締め時に、ゴム素材に大きな押圧力を作用させて、それの円滑にして迅速な塑性流動をもたらして、ゴム素材と金型成形面との間への隙間の残存を十分に防止し、常に高い成形精度を実現することができる。

この場合、この発明に係る加熱装置によれば、供給通路から加熱室へ流入して内型の加熱に寄与した熱媒を、循環通路を介して加熱室へ再流入させることで、熱媒の有する熱量をより有効に利用することができる。
ここで、加硫成形終了後の内型から残留熱を回収する回収室および、この回収室での回収熱を加熱室へ流入させる導入通路を付設した場合には、熱量の一層の有効利用を図ることができる。
そしてまた、前記循環通路と導入通路とのいずれか一方を選択的に使用する切換え手段を設けた場合には、通常は、循環通路から熱媒を加熱室へ再流入させておき、回収室にホット状態のコアが戻ってきたときは、直ちに、ホットコアからの熱回収に切換えることができる一方、コアが冷えて戻ってきたときは、循環通路に戻すこともでき、切換えにより、その時点の最適な加熱効率を実現することができる。

ところで、以上のような加熱装置によって予め加熱した内型を用いるタイヤの加硫成形は、タイヤの内表面を規定する高剛性の内型と、タイヤの外表面を規定する外型とで画成されるキャビティ内で、内型上に配設したゴム素材を加硫成形して製品タイヤを製造するに当たって、加硫の開始時のキャビティ容積を、内型の予めの加熱に基いて加硫成形時の所定のキャビティ容積に近付けることによって行うことができる。

このようにして、加硫の開始時のキャビティ容積を加硫成形時の所定のキャビティ容積に十分に近付けたときには、加硫金型の型締めに際して、内型上のゴム素材を、外型内表面に大きな力で速やかに押圧して、そのゴム素材の、円滑にして優れた塑性流動をもたらすことができ、これにより、ゴム素材の加硫の進行に先立って、それを金型キャビティに充満させて、ゴム素材と外型内表面との間から隙間を十分に除去することができるので、そのゴム素材に所期した通りの型付けを常に正確に施すことができる。

また、このようにして加硫成形を行う場合は、加硫の開始に先立って、ゴム素材を周面上に配設した内型を、ゴム素材の加硫が始まったり、それの形状が崩れたりするおそれのない温度まで加熱して膨張させることによって、加硫の開始時のキャビティ容積を、加硫成形時の所定のキャビティ容積に近付けることが好ましい。

このことによれば、加硫の開始時のキャビティ容積の減少と相俟って、内型上のゴム素材の流動性を高めることもできるので、加硫金型の型締めに際するそのゴム素材の塑性流動をより円滑ならしめることができ、従って、ゴム素材の成形精度を一層高めることが可能となる。ここで、内型の加熱温度は、加硫成形時の所定のキャビティ容積と、室温時の実際のキャビティ容積とに基づいて決定することが好ましく、一般的には、その加熱温度を７５〜１１０℃の範囲とすることが好ましい。

ところで、内型の加熱は、それの内部に設けた熱媒通路に熱媒を流動させて内型外表面を全体的にほぼ均一に加熱することによって行うことが好ましく、これによれば、熱媒が、内型上のゴム素材に与える影響を極力小さくすることができる。なおこの場合、内型を、それを納めた加熱室への熱媒の流動によって加熱することが、熱効率を高める上で好ましく、また、内型を、加熱室への熱媒の循環によって加熱するときは、先にも述べたように、熱媒の有する熱量をより有効に利用することができる。

そしてここで、加熱室から流出した熱媒を再加熱して内型の加熱に供する場合には、すぐれた熱効率の下で、内型を短時間のうちに所要の加熱温度とすることができる。さらに、熱効率の一層の向上のためには、加硫成形を終了して製品タイヤを取外した後の内型の残留熱を、加熱室内の他の内型の加熱に寄与させることが好適である。

そしてまた、予め加熱した内型を用いる加硫成形は、周面上にゴム素材を配設した内型を加熱室内で所要の温度に加熱した状態で、その内型を、加硫機内で、外型との間に画成されるキャビティ内でのゴム素材の加硫成形に供し、次いで、加硫成形済みの製品タイヤを内型とともに加硫機外へ搬出し、その後、内型を分解してそれを製品タイヤから取出すとともに、その内型の再組立てを行い、さらに、再組立て後の内型から残留熱を回収して、それを他の内型の加熱室へ供給することによっても行うことができる。
これによれば、少ない消費熱量の下で、内型を効率良く迅速に加熱して所要に応じて熱膨張させることができ、しかも、その内型をもってタイヤの加硫成形を行うことで、すぐれた成形精度を実現することができる。

以下この発明の実施の形態を図面に示すところに基づいて説明する。図１は、この発明に係る加熱装置に用いて好適な内型を示す図であり、この内型１は、全体としてほぼドーナツ状をなし、複数個、たとえば１０個の弧状セグメントの相互を周方向に密着させて組立ててなる。

ここで、これらの弧状セグメントは、周方向に交互に配置されて、半径方向外方に向けて周長が次第に増加する扇形セグメント２と、逆に周長が次第に減少するもしくは、周長が実質的に変化しない等長セグメント３との二種類からなり、このようなセグメント２，３からなる内型１の分解は、各個の等長セグメント３を所要の順序で半径方向内方へ変位させるとともに、軸線方向に抜き出し、しかる後、各個の扇形セグメント３をもまた所要の順序で半径方向内方へ変位させるとともに軸線方向に抜き出すことにより行うことができる。

この一方で、内型１の、図示の組立状態への保持は、それぞれのセグメント２，３の各側部に、密着姿勢の全てのセグメント２，３に突条４ａ，５ａをもって掛合するとともに、それらのセグメント２，３の、半径方向内向き変位を筒状フランジ４ｂ，５ｂをもって拘束するリング４，５を嵌め合わせるとともに、これらの両リング４，５の相互を、それらの内側へはめ込んだ筒状連結部材６によって締付け連結することにより行うことができる。

ところでここでは、全体としてほぼ中空状をなし、周方向の両端に補強隔壁７を有するそれぞれのセグメント２，３において、各補強隔壁７に貫通穴８を形成してそれぞれのセグメント２，３に連通する熱媒通路を設けるとともに、各セグメント２，３の内周壁に、筒状連結部材６に形成した貫通穴９を介して内型１の内周側で大気に連通する熱媒の給排口１０を設ける。

このような構成とした内型１を、この発明に係る加熱装置をもって加熱する場合には、好ましくは図１（ｂ）に仮想線で示すように、その外表面上に、各種の補強層を含む所要体積のゴム素材１１を所要の形状に予めに配設した状態で、たとえば図２に示すように、内型１の軸線を上下に向けた姿勢で台車１２上に位置決め載置し、そして、この内型１の下側面に、熱風発生機１３で発生された熱媒としての熱風の供給通路１４を連結するとともに、内型１の上面側に、内型１を通過した熱風を熱風発生機１３に環流させる循環通路１５を連結する。

これによれば、熱風発生機１３で発生された熱風を、供給通路１４を介して内型１の中央貫通穴へ供給し、そこで、図示しないそらし板等の作用の下に、熱風を半径方向外方へ分散させて、筒状連結部材６の貫通穴９から内型内周面の給排口１０を経て、それぞれのセグメント２，３によって画成される熱媒通路に流入させるとともに、そこにて流動させることで、内型１を、それの外表面が所要の温度に達するまで、全体的にほぼ均一に加熱することができる。

なおこの一方で、図示しない整流板の作用下で、各セグメント内を循環して内型１の加熱に寄与した熱媒通路内の熱風は、前記給排口１０から内型１の中央貫通穴内へ流出し、そこで、整流板をもって供給熱風から分離されて、循環通路１５を経て熱風発生機１３に環流される。そしてこの環流熱風は、熱風発生機１３で再加熱された後内型１へ供給される。

これらのことによって、内型１、とくにその外表面が所要の温度に十分均一に加熱され、これにより、その内型１が、加硫成形時の熱膨張状態に十分近接した膨張状態となったときには、内型１とそれぞれの通路１４，１５との連結を解くとともに、その内型１を、台車１２から取外して図外の加硫機に装着し、続いて、その内型１上のゴム素材１１に、外型との協働作用に基づく加硫成形を施す。

この場合において、内型１と外型とを、図５に示すような型締め状態としたときは、所定の加硫成形温度に加熱されている外型と、上述のように予め加熱した内型１とによって画成されるキャビティ容積は、その内型が常温であるときのキャビティ容積に比して有効に低減され、加硫成形時の所定のキャビティ容積に十分に近づくことになるので、その型締めに際しては、内型１上のゴム素材１１はその全体が大きな力で外型成形面に押圧され、それにより、ゴム素材１１が加熱軟化されていることとも相俟って、そのゴム素材１１の加硫が始まる以前に、円滑にかつ迅速に、外型成形面の隅々まで確実に流動して高い精度で成形されることになる。

かくして、ゴム素材１１に、それの成形が完了するより先に加硫が始まることに起因する型付け不良が発生するおそれはなく、その後に続く加硫の進行に基づき、常に高品質の製品タイヤを製造することができる。

ところで内型１に予めの加熱を施す加熱装置は、図３に略線断面図で示すように構成することもできる。これは、ゴム素材１１を配設した内型１を収納する加熱室１６を設けて供給熱量の散逸を防止するとともに、この加熱室１６に、熱風発生機１７にて発生された、熱媒としての熱風を流入させる供給通路１８を設け、より好ましくは、この供給通路１８を、図示のように、アタッチメント１９を介して内型１に直接的に連結し、そして、その加熱室１６から流出した、より好ましくは、他のアタッチメント２０を介して内型１から流出した熱風の循環通路２１を設けて、その熱風を熱風発生機１７に環流可能とし、さらに、残留熱の回収室２２と、回収した残留熱を熱風発生機１７へ流入させる導入通路２３とを具える熱回収回路２４を、前記循環通路２１と並列に配置したものである。

ここで、熱風発生機１７は、たとえば電気ヒータを用いる構成とすることができ、その出口に、内型１への熱風の入口および出口等と併せて温度センサを設けることができ、また、熱風の流量調整手段を設けることもできる。

そしてまたこの装置では、循環通路２１と熱回収回路２４との少なくとも分岐部に、図に示すところではそれらの合流部にもまた流路切換弁２５を設けて、流路の選択使用を可能ならしめる。これに対し、いずれか一方のみの流路だけを専ら使用する場合には、図示の装置から循環通路２１または熱回収回路２４を省くことも可能である。

なお図示の熱回収回路２４の、好ましくは断熱した回収室２２は、加硫成形を終了し、製品タイヤの取外しを行った後の内型を収納してそこへの残留熱を輻射等させるべく機能し、導入通路２３は、回収室２２内の輻射熱等を、そこへの送風下で熱風発生機１７へ供給すべく機能する。

以上のような加熱装置をタイヤの加硫成形ラインに適用した場合には、たとえば図４に略線斜視図で例示するように、予めゴム素材を配設した内型１を、熱風発生機１７からの熱風の供給に基づいて、加熱室１６内で所要の温度に加熱し、次いで、加熱室１６から取出したその内型１を加硫機２６に装着して、それと外型との協働の下で、前述したように、ゴム素材１１に対する成形および加硫を施して製品タイヤとし、そして、内型１とともに加硫機２６から取出したその製品タイヤ２７を、アクチュエータ２８の作用に基づく、内型１の各セグメント単位への分解によってその内型１から分離して、製品タイヤ２７は次工程へ、また、各個のセグメントはセグメント組立治具２９へそれぞれ搬送し、その後、セグメント組立治具２９をもって再組立てしてなる内型を、加熱装置の残留熱回収室２２へ搬入し、この回収室２２で上記内型から回収した残留熱を加熱室１６へ供給して他の内型１の加熱に寄与させることによってタイヤの加硫成形を行うことができ、かかる加硫成形によれば、とくには、内型１の事前の加熱膨張に基づき、ゴム素材、ひいては、タイヤの成形精度を大きく向上させることができる。

従来技術で述べたように、室温状態にある内型を用いて加硫金型の型締めを行い、そのときのゴム素材のキャビティ充填率を８４％、９１％および９６％のそれぞれに変化させて加硫成形を行ったところ、いずれの場合も、ゴムのボリューム不足を生じ、溝のエッジがラウンド状になり、接地面積、接地圧不足を生じたり、ブロック形状の四隅のボリューム不足となるなどの型付け不良が発生した。ここでキャビティ充填率とは、加硫成型温度（１７５℃）におけるキャビティ容積を１００とする、室温状態でのゴム素材の充填体積の割合を示す。

これに対し、図４に関連して述べた成形方法に従って、内型を８０℃まで予め加熱して加硫成形を行った場合には、キャビティ充填率を９１％としてなお、型付け不良の発生を十分に防止して高い成形精度を得ることができた。８４％ではボリューム不足で型付け不良が発生した。９６％ではゴムの食み出しを生じながらも、型付けは良好であり、９４％では、ゴムの食み出しもなく、型付けも良好で丁度よかった。なお、ゴムの食み出しは、外型の割モードを細分化する（例：１６分割）ことにより十分に抑制することができた。

この発明に係る加熱装置に用いて好適な内型を示す図である。 内型の事前の加熱態様を示す部分断面図である。 内型加熱装置を示す略線縦断面図である。 図３に示す装置の、加硫成形ラインへの適用例を示す略線斜視図である。 加硫金型の要部断面図である。

符号の説明

１ 内型
２，３ セグメント
４，５ リング
６ 筒状連結部材
７ 補強隔壁
８，９ 貫通穴
１０ 給排口
１１ ゴム素材
１２ 台車
１３，１７ 熱風発生機
１４，１８ 供給通路
１５，２１ 循環通路
１６ 加熱室
１９，２０ アタッチメント
２２ 回収室
２３ 導入通路
２４ 熱回収回路
２５ 流路切換弁
２６ 加硫機
２７ 製品タイヤ
２８ アクチュエータ
２９ セグメント組立治具

Claims (3)

1. 周面上にゴム素材を配設した高剛性の内型を収納する加熱室を設けるとともに、この加熱室に熱媒を流入させる供給通路および、加熱室から流出した熱媒の循環通路を設けてなるタイヤ加硫金型の加熱装置。
2. 加硫成形終了後の内型から残留熱を回収する回収室およびこの回収室での回収熱を加熱室へ流入させる導入通路を設けてなる請求項１に記載のタイヤ加硫金型の加熱装置。
3. 前記循環通路と導入通路との切換え手段を設けてなる請求項２に記載のタイヤ加硫金型の加熱装置。

Images