JP2011136527A - 加硫機 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー効果が高い加硫機の提供。
【解決手段】本発明の加硫機は、モールド、上側プラテン、下側プラテン、上側遮熱体及び下側遮熱体を有している、上記上側遮熱体１２は、上記上側プラテンの上側に配置されている。上記下側遮熱体１４は、上記下側プラテンの下側に配置されている。上記遮熱体１２、１４は、本体２６と断熱部２８とを有している。上記断熱部２８は、上記本体２６によって覆われている。上記断熱部２８の物質が、上記本体２６の物質とは異なる。好ましくは、上記断熱部２８の熱伝導率λ１が、上記本体２６の熱伝導率λ２よりも小さい。好ましくは、上記断熱部２８がガスである。好ましくは、上記本体２６は、凹部を有する基体３１と蓋３２とを備えている。好ましくは、上記凹部の開口が上記蓋３２によって塞がれることにより空洞が形成され、この空洞が上記ガスで満たされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤ用の加硫機に関する。

タイヤの製造工程は、加硫工程を含む。この加硫工程は、加硫機によってなされる。加硫機は、モールドを備えている。予備成形によって得られたローカバー（未加硫タイヤ）が、モールドに投入される。このローカバーが、モールド内において、加圧されつつ加熱される。加圧と加熱とにより、ゴム組成物が流動する。加熱によりゴムが架橋反応を起こし、タイヤが得られる。

モールドは、通常、水蒸気等の熱媒体によって加熱される。典型的な加硫機では、モールドの上側に上部プラテン板が取り付けられており、モールドの下側に下部プラテン板が取り付けられている。これらのプラテン板が水蒸気によって加熱され、プラテン板からの熱がモールドに伝達される。また、モールドの外側に配置されたジャケットにも、水蒸気が通される。このジャケットからの熱がモールドに伝達される。

モールドを加熱するために供給される熱エネルギーは、膨大である。熱エネルギーの損失が抑制され、省エネルギーが達成されるのが好ましい。特開平９−１３１７３２号公報は、モールドの上側及び下側に断熱材層を有し、且つ断熱室を有するタイヤ加硫機を開示する。

特開平９−１３１７３２号公報

本発明者は、従来とは異なる観点に基づき、省エネルギーを可能としうるタイヤ加硫機を発明するに至った。

本発明の目的は、省エネルギー効果が高い加硫機の提供にある。

本発明の加硫機は、モールド、上側プラテン、下側プラテン、上側遮熱体及び下側遮熱体を有している。上記上側遮熱体は、上記上側プラテンの上側に配置されている。上記下側遮熱体が、上記下側プラテンの下側に配置されている。上記遮熱体は、本体と断熱部とを有している。上記断熱部は、上記本体によって覆われている。上記断熱部の物質が、上記本体の物質とは異なる。

好ましくは、上記断熱部の熱伝導率λ１が、上記本体の熱伝導率λ２よりも小さい。

好ましくは、上記断熱部がガスである。

好ましくは、上記本体は、凹部を有する基体と蓋とを備えている。好ましくは、上記凹部の開口が上記蓋によって塞がれることにより空洞が形成され、この空洞が上記ガスで満たされている。

好ましくは、上記基体と上記蓋とが、接着剤により接着されている。好ましくは、この接着は、部分的な接着である。

好ましくは、上記ガスが空気である。

タイヤの製造において、省エネルギーが達成されうる。

図１は、本発明の一実施形態に係る加硫機の概略構成を示す図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る遮熱体の平面図である。 図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。 図４は、図２のIV−IV線に沿った断面図である。 図５は、本発明の他の実施形態に係る遮熱体の平面図である。 図６は、図５のVI−VI線に沿った断面図である。 図７は、図５のVII−VII線に沿った断面図である。 図８は、本発明の更に他の実施形態に係る遮熱体の平面図である。 図９は、図８のIX−IX線に沿った断面図である。 図１０は、サンプル１の断面図である。 図１１は、サンプル２及びサンプル３の断面図である。 図１２は、サンプル４の断面図である。 図１３は、テスト１における、サンプル１の表面温度分布を示すグラフである。 図１４は、テスト１における、サンプル２の表面温度分布を示すグラフである。 図１５は、テスト１における、サンプル３の表面温度分布を示すグラフである。 図１６は、テスト１における、サンプル４の表面温度分布を示すグラフである。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態に係る加硫機２の概略構成を示す図である。加硫機２は、タイヤ用の加硫機である。加硫機２は、空気入りタイヤ用の加硫機である。

加硫機２は、ベース４、モールド６、ブラダー（図示されず）、上側プラテン８、下側プラテン１０、上側遮熱体１２、下側遮熱体１４、上側支持部１６、スライダ１８及び軸２０を有する。

モールド６は、上型２２と、下型２４とを有する。なおモールド６は限定されない。モールド６は、例えば割モールドであってもよい。

ベース４に、下側遮熱体１４、下側プラテン１０及び下型２４が固定されている。上側支持部１６に、上側遮熱体１２、上側プラテン８及び上型２２が固定されている。上側支持部１６は、スライダ１８に固定されている。スライダ１８は、軸２０の下端に固定されている。

軸２０の上部は、シリンダ（図示されず）に連結されている。このシリンダにより、スライダ１８が上下に移動する。このシリンダ１８の移動により、上型２２が上下に移動する。このシリンダ１８の上下動により、モールド６が開閉する。

下側プラテン１０は、モールド６の下側に配置されている。下側プラテン１０は、下型２４の下側に配置されている。

下側遮熱体１４は、下側プラテン１０の下側に配置されている。下側遮熱体１４は、下側プラテン１０に接している。

上側プラテン８は、モールド６の上側に配置されている。上側プラテン８は、上型２２の上側に配置されている。

上側遮熱体１２は、上側プラテン８の上側に配置されている。上側遮熱体１２は、上側プラテン８に接している。

図示されないが、上側プラテン８の内部には、水蒸気を通すための流路が設けられている。この流路を、熱源である水蒸気が通る。熱エネルギーは、水蒸気から上側プラテン８に移動する。水蒸気からの熱で、上側プラテン８は加熱される。

図示されないが、下側プラテン１０の内部には、水蒸気を通すための流路が設けられている。この流路を、熱源である水蒸気が通る。熱エネルギーは、水蒸気から下側プラテン１０に移動する。水蒸気から供給される熱で、下側プラテン１０は加熱される。

上側プラテン８の熱エネルギーは、モールド６に移動する。上側プラテン８の熱エネルギーは、上型２２に移動する。加熱された上側プラテン８により、モールド６が加熱される。

下側プラテン１０の熱エネルギーは、モールド６に移動する。下側プラテン１０の熱エネルギーは、下型２４に移動する。加熱された下側プラテン１０により、モールド６が加熱される。

図示されないが、モールド６の外周は、ジャケットで覆われている。即ち、上型２２の外周はジャケットで覆われており、下型２４の外周はジャケットで覆われている。このジャケットにも水蒸気が通される。モールド６は、ジャケットからの熱エネルギーによっても加熱される。

このモールド６を用いて、タイヤが製造される。このタイヤの製造方法では、予備成形によってローカバー（未加硫タイヤ）が得られる。このローカバーが、モールド６が開いておりブラダーが収縮している状態で、モールド６に投入される。モールド６が閉じられ、ブラダーが膨張する。ローカバーはブラダーによってモールド６のキャビティ面に押しつけられ、加圧される。同時にローカバーは、加熱される。加圧と加熱とによりゴム組成物が流動する。加熱によりゴムが架橋反応を起こし、タイヤが得られる。上記キャビティ面に存在する凹凸模様（図示されず）により、タイヤにトレッドパターンが形成される。ローカバーが加圧及び加熱される工程は、加硫工程と称される。この加硫工程が、加硫機２によってなされる。

図２は、上側遮熱体１２を上側から見た平面図であり、図３は図２のIII−III線に沿った断面図である。図４は図２のIV−IV線に沿った断面図である。

なお、下側遮熱体１４は、上側遮熱体１２と同じである。下側遮熱体１４の説明は省略される。

上側遮熱体１２は、本体２６と、断熱部２８とを有する。図２が示すように、断熱部２８は、周方向の複数箇所に配置されている。断熱部２８は、周方向において均等に分配されている。

本体２６の材質は限定されない。好ましい本体２６の材質として、フェノール樹脂、セラミック、ケイ酸カルシウム等が例示される。加硫工程において、遮熱体１２、１４は、圧縮される。遮熱体１２、１４は、この圧力に耐えうる必要がある。この加熱及び加圧に耐えうるとの観点、及び断熱性の観点から、本体２６の材質は、フェノール樹脂が好ましく、ガラス繊維を基材としたフェノール樹脂がより好ましい。ガラス繊維を基材としたフェノール樹脂では、好ましくは、ガラス繊維が５０質量％以上含まれ、フェノール樹脂が５０質量％未満含まれる。より好ましくは、フェノール樹脂の割合は、３０質量％以上４０質量％以下である。このガラス繊維を基材としたフェノール樹脂は、耐熱性及び強度に優れる。

本体２６は、凹部３０を有する基体３１と、蓋３２とを有する（図４参照）。また本体２６は、上側遮熱体１２を固定するための小孔３４と、スライダ１８から延びる軸体（図示されず）が通されている中央孔３６とを有する（図２及び図３参照）。小孔３４及び中央孔３６は、貫通孔である。

図４が示すように、凹部３０の開口は、蓋３２によって塞がれている。凹部３０及び蓋３２により、空洞ｋ１が形成されている。本実施形態では、この空洞ｋ１が、断熱部２８である。空洞ｋ１は、中空部である。

基体３１の材質と蓋３２の材質とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。蓋３２の外れを抑制する観点から、基体３１と蓋３２とで、熱膨張係数を一致させるのが好ましい。この観点から、基体３１の材質と蓋３２の材質とは同じであるのが好ましい。

空洞ｋ１は、ガスによって満たされている。即ち、本実施形態では、断熱部２８がガスによって形成されている。本実施形態では、このガスが、空気である。

ガスの存在により、遮熱体１２、１４の断熱性が向上する。ガスによって形成された断熱部２８は、放熱を抑制する。

好ましいガスとして、空気の他、例えば、窒素等の不活性ガスが例示される。

蓋３２を固定するための手段は限定されない。蓋３２は、接着剤により接着されていてもよい。他の固定手段として、嵌め込み及びネジ止めが例示される。

接着剤により接着された場合、断熱性が向上することが判明した。接着剤により、空洞ｋ１の気密性が高くなる。この気密性により、ガスの移動（ガスの漏れ及び流入）が抑制される。高い気密性に起因して、断熱性が向上する。

接着剤の種類は限定されない。接着剤として、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤、フェノール系接着剤等が例示される。加熱冷却サイクルの繰り返しに対する追従性、耐熱性及び接合強度の観点から、好ましい接着剤として、フェノール系接着剤が挙げられる。

気密性を高めるべく、基体３１と蓋３２との接触部のすべてを接着剤によって接着したところ、蓋３２の割れが生じうることが判明した。即ち、全体的な接着は、部分的な接着に比較して、蓋３２の割れが生じやすいことが判明した。加硫機２では、２００℃程度までの加熱と、３０℃程度までの冷却が繰り返される。全体的な接着の場合、この加熱及び冷却により、蓋３２の割れが生じうることが判明した。

この割れのメカニズムは、次のように考えられる。高温から低温に移行する際に、本体２６は、ガス（断熱部２８）よりも冷えやすい傾向にある。この結果、ガス（断熱部２８）が、本体２６よりも高温であるという状態が生じうる。この場合、比較的高温であるガスに接している蓋３２は、基体３１よりも、高温になる。よって、基体３１と蓋３２との間に温度差が生じうる。同様に、低温から高温に移行する際にも、基体３１と蓋３２との間で温度差が生じうる。これらの温度差に起因して圧力差が生じ、蓋３２が基体３１の変形に追従しきれず、割れが生じると考えられる。

全体的な接着ではなく、部分的な接着とすることにより、蓋３２の割れが抑制されることが判った。この部分的な接着では、基体３１と蓋３２との接触部に、接着されていない部分が存在する。この非接着部分は、ガスが出入りするための隙間を確保する。このガスの出入りにより、前述した基体３１と蓋３２との間の温度差が縮小し、蓋３２の割れが抑制されたと考えられる。蓋３２の割れにくさと気密性との両立の観点から、基体３１と蓋３２とが接着剤により接着され、且つ、基体３１と蓋３２との間に非接着部分が存在しており、この非接着部分が、上記ガスの出入りのための隙間を確保しているのが好ましい。ガスの出入りと気密性との両立の観点から、より好ましくは、基体３１と蓋３２との接触部に沿って、接着部分と非接着部分とが交互に配置されるのがよい。即ち、基体３１と蓋３２との接触部に沿って、ガスが通過できない接着部分と、ガスが通過できる非接着部分とが交互に配置されているのが好ましい。

断熱性の観点から、断熱部２８（ガス等）の熱伝導率λ１が、上記本体２６の熱伝導率λ２よりも小さいのが好ましい。温度によって上記熱伝導率λ１及び上記熱伝導率λ２は変動する。好ましくは、３０℃以上２００℃以下の全ての温度において、上記熱伝導率λ１が上記熱伝導率λ２よりも小さいのが好ましい。

熱伝導率の測定方法として、公知の方法が用いられうる。この測定方法として、レーザーフラッシュ法、定常熱流法、平板熱流計法及び熱線法が用いられうる。多くの物質について、熱伝導率の値は公知である。

図５は、第２実施形態に係る上側遮熱体４０を上側から見た平面図である。図６は図５のVI−VI線に沿った断面図である。図７は図５のVII−VII線に沿った断面図である。

なお、第２実施形態に係る下側遮熱体は、上側遮熱体４０と同じである。この下側遮熱体の説明は省略される。

上側遮熱体４０は、本体４２と、断熱部４４とを有する。図５が示すように、断熱部４４は、周方向の複数箇所に配置されている。断熱部４４は、周方向において不均等に分配されている。本体４２は、複数の欠け部４６、複数の小孔４８及び中央孔５０を有する。これらの欠け部４６、小孔４８及び中央孔５０は、上側遮熱体４０を固定するために設けられている。欠け部４６、小孔４８及び中央孔５０が設けられている領域を避けつつ、多くの断熱部４４が設けられている。

本体４２は、凹部５２を有する基体５４と、蓋５６とを備えている（図７参照）。

図７が示すように、凹部５２の開口は、蓋５６によって塞がれている。凹部５２及び蓋５６により、空洞ｋ１が形成されている。本実施形態では、この空洞ｋ１が、断熱部４４である。空洞ｋ１は、中空部である。

空洞ｋ１は、ガスによって満たされている。即ち、本実施形態では、断熱部４４がガスによって形成されている。本実施形態では、このガスが、空気である。この上側遮熱体４０は、断熱性に優れる。

図８は、第３実施形態に係る上側遮熱体６０を上側から見た平面図である。図９は図８のIX−IX線に沿った断面図である。

なお、第３実施形態に係る下側遮熱体は、上側遮熱体６０と同じである。この下側遮熱体の説明は省略される。

上側遮熱体６０は、本体６２と、断熱部６４とを有する。図８が示すように、断熱部６４は、周方向の全体に亘って配置されている。単一の断熱部６４が、周方向の全体に延在している。断熱部６４は、環状である。

本体６２は、凹部６６を有する基体６８と、蓋７０とを備えている（図８参照）。

図８が示すように、凹部６６の開口は、蓋７０によって塞がれている。凹部６６及び蓋７０により、空洞ｋ１が形成されている。本実施形態では、この空洞ｋ１が、断熱部６４である。空洞ｋ１は、中空部である。単一の蓋７０が、周方向の全体に延在している。蓋７０は、環状である。

空洞ｋ１は、ガスによって満たされている。即ち、本実施形態では、断熱部６４がガスによって形成されている。本実施形態では、このガスが、空気である。環状の断熱部６４によって、断熱部６４の設置範囲が広くされている。この上側遮熱体６０は、断熱性に優れる。

以上に説明されたように、断熱部の位置及び範囲に関して、多くのバリエーションが可能である。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

本発明の効果を確認するため、５種類のサンプルを作製し、テストを行った。これらのサンプルの仕様は、上記実施形態と相違しているが、本発明の効果を確認するには十分である。

［サンプル１］
サンプル１として、直径が３００ｍｍである円盤ｓｐ１を作製した。図１０は、この円盤ｓｐ１の断面図である。円盤ｓｐ１は、厚みが一定の円盤である。円盤ｓｐ１の厚みは、１０ｍｍとされた。円盤ｓｐ１は、単一の材質によって形成された。円盤ｓｐ１の材質は、ガラス繊維を基材としたフェノール樹脂とされた。

［サンプル２］
サンプル２の断面図が、図１１に示される。上記サンプル１の中央部を取り除き、中央部に円形の凹部７８を有する基体８０を得た。凹部７８の周縁部には段差７９が設けられた。別途、この凹部７８の開口の形状に対応した円盤状の蓋８２を作製した。蓋８２を凹部７８の開口に嵌め込み、サンプル２を得た。基体８０の材質はガラス繊維を基材としたフェノール樹脂とされ、蓋８２の材質はガラス繊維を基材としたフェノール樹脂とされた。このサンプル２では、断熱部８４が空気である。蓋８２は嵌め込みのみによって装着されているため、内部空気（断熱部８４）の気密性は低い。加熱及び冷却に起因して、断熱部８４である内部空気の一部は、外気と入れ替わりうる。

［サンプル３］
基体８０と蓋８２との接触部が接着剤により接着された他は、上記サンプル２と同様にして、サンプル３を得た。接着剤による接着は、基体８０と蓋８２との接触部のうちの一部とされた。基体８０と蓋８２との接触部に沿って、ガスが通過できない接着部分と、ガスが通過できる非接着部分とが交互に配置された。接着剤として、東亜合成社製の商品名「アロンアルファ」が用いられた。

［サンプル４］
サンプル４の断面図が、図１２に示される。上記段差７９を有さない他は、上記サンプル２の基体８０と同様にして、サンプル４を得た。サンプル４の凹部８６は下方に解放されている。凹部８６は、外気、即ち空気で満たされている。

［テスト１：断熱性テスト］
上記サンプル１、２、３及び４を、単一のプラテンの上に載置した。サンプル４は、図１２に示されるように、凹部８６の開口を下向きにして、プラテンの上に載置された。このプラテンの直径（外径）が約１０００ｍｍであったため、このプラテンの上に４つのサンプルを同時に置くことができた。４つのサンプルは、プラテンの周方向において、均等に配置された。即ち４つのサンプルは、周方向の９０°おきに配置された。従って、４つのサンプルの加熱条件は、同一である。

４つのサンプルが載置されたプラテンの温度が１７８℃とされ、このときの上記各サンプルの上面における表面温度の分布が測定された。表面温度分布の測定には、赤外線サーモグラフィ装置が用いられた。

図１３は、サンプル１の表面温度分布を示すグラフである。図１４は、サンプル２の表面温度分布を示すグラフである。図１５は、サンプル３の表面温度分布を示すグラフである。図１６は、サンプル４の表面温度分布を示すグラフである。これらのグラフは、サンプルの中心を通る直線における温度分布を示す。グラフの左端及びグラフの右端が、サンプルの外縁の温度を示す。グラフの左右方向の中心が、サンプルの中心の温度を示す。表面温度が低いほど、断熱性が高い。

これらの温度分布から理解されるように、断熱性が高い順は、サンプル３（接着有り：蓋有り）、サンプル２（接着無し：蓋有り）、サンプル４（凹部有り：蓋無し）、サンプル１（凹部無し）であった。断熱部が空気とされたサンプル２及びサンプル３は、他のサンプルと比較して断熱性に優れることが判った。

なお、サンプル４がサンプル１よりも断熱性に優れる理由は、凹部内の空気層が断熱に寄与しているためであると考えられる。

また、サンプル２とサンプル３とを比較すると、サンプル２のほうが断熱性に優れることが判った。接着剤による接着に起因して気密性が高まった結果、内部空気の移動（出入り）が制約され、断熱性が向上したと考えられる。

［テスト２：冷熱サイクルテスト］
上記サンプル１から４に加えて、次のサンプル５を作製し、テストを行った。

［サンプル５］
接着剤による接着が、基体８０と蓋８２との接触部の全体とされ、空洞部（断熱部）の気密性がより一層高められた他は上記サンプル３と同様にして、サンプル５を得た。

サンプル１、２、３、４及び５を単一のプラテンの上に載置し、プラテンの温度を３０℃から２００℃にまで上げ、次いで２００℃から３０℃に冷却した。この加熱及び冷却を繰り返したところ、サンプル５の蓋に割れが生じた。この時点で、他のサンプルには割れが生じなかった。サンプル５の割れの原因は、前述の通りであると考えられる。

これらの評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

以上に説明された方法は、タイヤの製造に用いられる加硫機に適用されうる。

２・・・加硫機
４・・・ベース
６・・・モールド
８・・・上側プラテン
１０・・・下側プラテン
１２、４０、６０・・・上側遮熱体
１４・・・下側遮熱体
１６・・・上側支持部
１８・・・スライダ
２０・・・軸
２２・・・上型
２４・・・下型
２６、４２、６２・・・本体
２８、４４、６４・・・断熱部
３０、５２・・・凹部
３１、５４・・・基体
３２、５６、７０・・・蓋
ｋ１・・・空洞

Claims (7)

1. モールド、上側プラテン、下側プラテン、上側遮熱体及び下側遮熱体を有し、
   上記上側遮熱体が、上記上側プラテンの上側に配置されており、
   上記下側遮熱体が、上記下側プラテンの下側に配置されており、
   上記遮熱体が、本体と断熱部とを有し、
   上記断熱部が、上記本体によって覆われており、
   上記断熱部の物質が、上記本体の物質とは異なる加硫機。
2. 上記断熱部の熱伝導率λ１が、上記本体の熱伝導率λ２よりも小さい請求項１に記載の加硫機。
3. 上記断熱部がガスである請求項１又は２に記載の加硫機。
4. 上記本体が、凹部を有する基体と蓋とを備え、
   上記凹部の開口が上記蓋によって塞がれることにより空洞が形成され、この空洞が上記ガスで満たされている請求項３に記載の加硫機。
5. 上記基体と上記蓋とが、接着剤により接着されている請求項４に記載の加硫機。
6. 上記接着が、部分的な接着である請求項５に記載の加硫機。
7. 上記ガスが空気である請求項３から６のいずれかに記載の加硫機。

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