JP2013154596A - タイヤの加硫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの転がり抵抗を低減し、加硫時間が長くなることを防いで、尚且つゴム同士の接着性の低下を抑制できるタイヤの加硫方法を提供する。
【解決手段】生タイヤ９を金型１０内で加熱加硫するタイヤの加硫方法において、金型１０を加熱して生タイヤ９をタイヤ外面側から加熱する外側加熱と、金型１０内のブラダー１５に高温の加熱媒体を供給して生タイヤ９をタイヤ内面側から加熱する内側加熱とを含む加熱工程を備え、前記外側加熱では、生タイヤ９の踏面に接する金型の温度を１３０〜１６０℃の範囲に制御し、前記内側加熱では、加硫サイクルの前半でブラダー１５内の温度を１８５〜２０５℃の範囲に保持し、加硫サイクルの後半でブラダー１５内の温度を前半よりも低下させるように制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、生タイヤを金型内で加熱加硫するタイヤの加硫方法に関する。

一般に、タイヤの加硫では、金型内に装着した生タイヤを加熱する工程において、金型を加熱して生タイヤをタイヤ外面側から加熱する外側加熱と、金型内のブラダーに高温の加熱媒体を供給して生タイヤをタイヤ内面側から加熱する内側加熱とが利用されている。

また、近年では、環境保護に対する意識の高まりもあって、低燃費タイヤに対する需要が増える傾向にあり、転がり抵抗を低減するための種々の手法が提案されているが、それらは主にゴム配合やトレッド構造に関するものである。

本発明者は、転がり抵抗を低減しうる手法について、タイヤの加硫条件の観点から研究し、その結果、外側加熱において生タイヤの踏面に接する金型の温度を従来よりも低くすることで、転がり抵抗が低減される点に着目した。これは、外側加熱による熱履歴を低減することで、転がり抵抗に対して寄与の高いトレッド表面部が過加硫になることを防止できるためと考えられる。

しかし、外側加熱の温度を低くすると、トレッド内部に十分な熱量を与えるのに時間を要し、加硫時間が延びて生産性が低下してしまう。これに対し、内側加熱においてブラダー内の温度を高く設定すれば、トレッド内部に与える熱量を増やして加硫時間を短縮できるものの、その場合には、加硫サイクルの後半においてゴムの乖離反応が促進され、ベルト層やカーカス層におけるトッピングゴム同士の接着性が低下し、耐久性の悪化を招来するという問題が生じる。

特許文献１には、ベルトコードの剥離の抑制を目的として、外側加熱の温度を１６５〜１９０℃の範囲に制御し、内側加熱の温度を１８０〜２１０℃の範囲に制御するタイヤの加硫方法が記載されている。しかし、外側加熱の温度が然程に低いわけではないため、転がり抵抗の低減効果は十分でないと考えられる。また、コード近傍領域の温度が金型開放まで上昇し続けており（図４参照）、内側加熱による高い熱量が加硫サイクルにおいて定常的に付与されるため、上述のようなゴム同士の接着性の低下が懸念される。

特許文献２には、外側加熱の温度を１４０〜１６５℃の範囲に制御し、内側加熱の温度を１８０〜２１０℃とするタイヤの加硫方法が記載されている。しかし、上記と同様に、コード近傍領域の温度は金型開放まで上昇し続けており、内側加熱による高い熱量が加硫サイクルにおいて定常的に付与されるため、上述のようなゴム同士の接着性の低下が懸念される。尚、当該文献では、転がり抵抗の低減効果が、ベルト層のトッピングゴムにおける補強剤の配合量を低減したことによる効果と位置付けられている。

特開２００７−８３７０３号公報 特開２０１０−４２５６１号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤの転がり抵抗を低減し、加硫時間が長くなることを防いで、尚且つゴム同士の接着性の低下を抑制できるタイヤの加硫方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成することができる。即ち、本発明に係るタイヤの加硫方法は、生タイヤを金型内で加熱加硫するタイヤの加硫方法において、前記金型を加熱して前記生タイヤをタイヤ外面側から加熱する外側加熱と、前記金型内のブラダーに高温の加熱媒体を供給して前記生タイヤをタイヤ内面側から加熱する内側加熱とを含む加熱工程を備え、前記外側加熱では、前記生タイヤの踏面に接する金型の温度を１３０〜１６０℃の範囲に制御し、前記内側加熱では、加硫サイクルの前半で前記ブラダー内の温度を１８５〜２０５℃の範囲に保持し、加硫サイクルの後半で前記ブラダー内の温度を前半よりも低下させるように制御するものである。

本発明では、外側加熱の温度を上記の如く低い温度範囲に制御することにより、トレッド表面部が過加硫になることを防いで、タイヤの転がり抵抗を低減できる。また、加硫サイクルの前半では、内側加熱の温度を上記の如く高い温度範囲に制御することにより、トレッド内部に与える熱量を増やして、加硫時間が長くなることを防止できる。しかも、加硫サイクルの後半では、内側加熱の温度を低下させることにより、ゴムの乖離反応を抑えて、ベルト層やカーカス層におけるトッピングゴム同士の接着性の低下を抑制できる。

ゴムは、加硫初期に活性化エネルギーを多く必要とし、加硫が進むにつれて必要なエネルギー量は小さくなる。また、加硫後期に乖離反応が始まると、活性化エネルギーが大きくなるため、加硫サイクルの後半では、付与するエネルギー量を抑えることが望ましい。本発明では、外側加熱の温度を低くしながらも、加硫サイクルの前半で内側加熱の温度を高くすることにより、加硫時間を長引かせることなく、加硫の進行に必要なエネルギーを賄える。それでいて、加硫サイクルの後半で内側加熱の温度を下げることにより、上述のようなゴム同士の接着性の低下を抑制できる。

本発明では、前記内側加熱では、加硫サイクルの後半で前記ブラダー内の温度を徐々に下げることが好ましい。この場合、ブラダー内の温度を一挙に下げる方式と比べて、トレッド内部に与える熱量を確保しやすくなり、加硫時間の短縮に有利となる。

本発明では、前記内側加熱では、加硫サイクルの後半で前記ブラダー内の温度を下げる際に、前記加熱媒体を含む前記ブラダー内の高温高圧流体を強制循環させることが好ましい。かかる方法によれば、ブラダー内の温度をより円滑に且つ均一に下げられるため、内側加熱の温度制御に対する精度を向上できる。

本発明のタイヤの加硫方法に用いる金型を概念的に示す断面図 生タイヤの一例を示す断面図 外側加熱及び内側加熱の温度の推移を示すグラフ 外側加熱及び内側加熱の温度の推移を示すグラフ

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明のタイヤの加硫方法は、図１に示すように、生タイヤ９を金型１０内で加熱加硫する方法であって、後述するような外側加熱と内側加熱とを含む加熱工程を備える。

生タイヤ９は、図２に示すように、一対のビード部１と、ビード部１の各々からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部２と、サイドウォール部２の各々のタイヤ径方向外側端に連なって踏面を構成するトレッド部３とを備えた未加硫の空気入りタイヤである。ビード部１には、環状のビードコア１ａが配されている。

カーカス層４は、トレッド部３からサイドウォール部２を経てビード部１に至り、その端部がビードコア１ａを介して折り返されている。カーカス層４は、少なくとも一枚のカーカスプライによって構成される。カーカスプライは、タイヤ周方向に対して略９０°の角度で延びるカーカスコードをトッピングゴムで被覆して形成されている。

ベルト層５は、トレッド部３でカーカス層４の外側に貼り合わされ、踏面を形成するトレッドゴム６により外側から覆われている。ベルト層５は、複数枚（本実施形態では二枚）のベルトプライによって構成される。各ベルトプライは、タイヤ周方向に対して傾斜して延びるベルトコードをトッピングゴムで被覆して形成され、該ベルトコードがプライ間で互いに逆向きに交差するように積層されている。

金型１０は、図１のように、生タイヤ９の踏面に接するトレッド型部１１と、下方を向いたタイヤ外面に接する下型部１２と、上方を向いたタイヤ外面に接する上型部１３とを備える。これらは、周囲に設置された開閉機構（不図示）によって、型締め状態と金型開放状態との間で変位自在に構成され、かかる開閉機構の構造は周知である。また、金型１０には、電気ヒータや蒸気ジャケット等の熱源を有するプラテン板（不図示）が設けられており、これによって各型部の加熱が行われる。

金型１０の中心部には、タイヤと同軸状に中心機構１４が設けられ、これの周囲にトレッド型部１１、下型部１２及び上型部１３が設置されている。中心機構１４は、ゴム袋状のブラダー１５と、タイヤ軸方向に延びるセンターポスト１６とを有し、センターポスト１６には、ブラダー１５の上端部を把持する上部クランプ１７と、ブラダー１５の下端部を把持する下部クランプ１８とが設けられている。また、ブラダー１５の内方には、温度センサーと圧力センサー（何れも不図示）が設置されている。

中心機構１４には、ブラダー１５内への加熱媒体の供給を行うための媒体供給路２１が上下に延設され、その媒体供給路２１の上端に噴出し口２２が形成されている。媒体供給路２１には、加熱媒体供給源２３から供給された加熱媒体や、加圧媒体供給源２６から供給された加圧媒体が流れる供給配管２４が接続されている。加熱媒体は、バルブ２５の開閉操作に応じて供給され、加圧媒体は、バルブ２８の開閉操作に応じて供給される。

また、中心機構１４には、ブラダー１５内の加熱媒体（厳密には、加熱媒体と加圧媒体を含む高温高圧流体）の排出を行うための媒体排出路３１が上下に延設され、その媒体排出路３１の上端に回収口３２が形成されている。媒体排出路３１には、高温高圧流体が流れる排出配管３４が接続され、その開閉を操作するブローバルブ３３が排出配管３４に取り付けられている。バルブ２５，２８及びブローバルブ３３の操作は、上記の温度センサー等による検出結果に応じて、制御回路（不図示）により制御される。

金型１０には、ブラダー１５内の高温高圧流体を強制循環させるための循環装置として、ポンプ３５が設けられている。このポンプ３５の作動によって、媒体排出路３１を通る高温高圧流体が媒体供給路２１を経由してブラダー１５の内部に再供給される。本実施形態では、媒体供給路２１と媒体排出路３１との間での差圧により、ブラダー１５内の圧力を保持しながら、高温高圧流体が循環できるように構成されている。

以下、金型１０を用いて生タイヤ９を加硫成形する手順について説明する。まず、図１に示すように、金型１０内に生タイヤ９を装着し、膨張させたブラダー１５によって生タイヤ９を金型１０の内面形状近くまでシェーピングする。これにより、生タイヤ９は、ブラダー１５によって保持されるとともに、トレッド型部１１、下型部１２及び上型部１３の各々に宛てがわれた状態となる。

続いて、金型１０を加熱して生タイヤ９をタイヤ外面側から加熱する外側加熱と、金型１０内のブラダー１５に高温の加熱媒体を供給して生タイヤ９をタイヤ内面側から加熱する内側加熱とからなる加熱工程を行う。

金型１０は、上記の蒸気ジャケット等により予め加熱されていて、これにより外側加熱が行われる。内側加熱は、生タイヤ９のシェーピング後に、媒体供給路２１を通じてブラダー１５内に加熱媒体を供給することで行われる。加熱媒体を所定時間供給した後、引き続いてブラダー１５内に加圧媒体を供給し、生タイヤ９を高圧で加圧する。加熱媒体としては、例えばスチームや高温水が使用され、加圧媒体としては、例えば窒素ガスなどの不活性ガスや低温水が使用される。

このような外側加熱と内側加熱により生タイヤ９を加熱加硫するに際し、外側加熱では、生タイヤ９の踏面に接する金型（即ち、トレッド型部１１）の温度を１３０〜１６０℃の範囲に制御し、乗用車用タイヤであれば１５０〜１６０℃が好適な範囲とされる。この制御は、加硫サイクルの開始（型締め）から終了（金型開放）まで終始適用される。外側加熱の温度制御は、金型１０に設けた電気ヒータや蒸気ジャケット等の熱源の温度を制御することにより行いうる。

このように、外側加熱の温度を低い温度範囲に制御することにより、トレッド表面部が過加硫になることを防いで、タイヤの転がり抵抗を低減できる。これに対し、外側加熱の温度が１６０℃を上回ると、トレッド表面部の過加硫が十分に抑えられない場合があり、転がり抵抗の低減効果が十分でない。また、外側加熱の温度が１３０℃を下回ると、加硫時間が大幅に延びてしまい、生産性の著しい低下を招く。

そして、内側加熱では、加硫サイクルの前半でブラダー１５内の温度を１８５〜２０５℃の範囲に保持し、加硫サイクルの後半でブラダー１５内の温度を前半よりも低下させるように制御する。加硫サイクルの前半における内側加熱の温度制御は、例えば加熱媒体の供給時間を調整することにより行いうる。また、加硫サイクルの後半における内側加熱の温度制御は、ブローバルブ３３の操作により加熱媒体を適度に排出し、加熱媒体から供給される熱量を低く調整することにより行いうる。

このように、加硫サイクルの前半において内側加熱の温度を高い温度範囲に制御することにより、外側加熱の温度を低くしながらも、トレッド内部に与える熱量を増やして、加硫時間が長くなることを防止できる。これに対し、内側加熱の温度が１８５℃を下回ると、トレッド内部に十分な熱量を与えにくくなり、加硫時間が長くなる傾向にある。また、内側加熱の温度が２０５℃を上回ると、加熱媒体としてのスチームが非常に高圧となるため、高耐圧性に対応した設備や保守が必要となり、コストの上昇を招いてしまう。

加硫サイクルの後半では、内側加熱の温度を前半よりも低下させることによって、加硫サイクルの後半に起こりがちなゴムの乖離反応を抑えることができる。その結果、ベルト層５やカーカス層４におけるトッピングゴム同士の接着性、即ちベルトプライ間の接着性や、カーカスプライとベルトプライとの接着性に対して、それらの低下を抑制でき、延いてはタイヤの耐久性の確保に資することができる。

かかる温度制御を適用した加硫サイクルの一例を、図３のグラフに示す。温度Ｔｏは、生タイヤ９の踏面で計測したトレッド型部１１の温度である。温度Ｔｉｆ及び温度Ｔｉｓは、上記の温度センサーで検出したブラダー１５内の温度である。既述のように、温度Ｔｏは、加硫サイクルにおいて終始１３０〜１６０℃の範囲に制御される。また、加硫サイクルの前半では温度Ｔｉｆが１８５〜２０５℃の範囲に保持され、加硫サイクルの後半では温度Ｔｉｓが前半の温度Ｔｉｆよりも低下するように制御される。

内側加熱では、図３のような段階的な温度低下に代えて、加硫サイクルの後半でブラダー１５内の温度を徐々に下げてもよい。これによって、トレッド内部に与える熱量を確保しやすくなり、加硫時間の短縮に有利となる。かかる温度制御を適用した加硫サイクルの一例を、図４のグラフに示す。図４の例では、加硫サイクルの後半において、温度Ｔｉｓが時間の経過につれて緩やかに減少しており、金型を開放する直前の温度は図３の例と同じである。

金型を開放する直前において、後半の温度Ｔｉｓは、例えば、１５５〜１７５℃の範囲であって、前半の温度Ｔｉｆに対する差が１５℃以上となるように制御される。このことは、図３及び図４の何れの制御パターンにおいても同じである。また、図４に例示した制御パターンにおいて、後半の温度Ｔｉｓは、例えば０．５〜８．５℃／分の温度勾配を以て、より好ましくは１．５〜３．５℃／分の温度勾配を以て低下するように制御される。

内側加熱の温度低下を開始するタイミングは、トレッド内部において熱量の伝達が最も遅くなる部分（以下、最遅部）の加硫速度に影響を生じないように、最遅部に対して十分な熱量が与えられた時期とされる。最遅部は、踏面から概ね６ｍｍの位置となり、キャップ・ベース構造を有するトレッドゴム６では、該ベースの部分に相当する。温度低下を開始するタイミングは、例えば、加硫サイクルの開始から５〜１０分後、或いは加硫サイクルタイムにおける５０±１５％の時点に設定される。

内側加熱では、加硫サイクルの後半でブラダー１５内の温度を下げる際に、加熱媒体を含むブラダー１５内の高温高圧流体を強制循環させることが好ましい。これにより、ブラダー１５内の温度分布を均一化し、円滑な温度低下を実現せしめて、内側加熱の温度制御に対する精度を向上することができる。

本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

本発明の構成と効果を具体的に示すため、表１に示した温度条件に基づき、乗用車用タイヤ（タイヤサイズ：１９５／６５Ｒ１５）の加硫を実施し、下記の性能評価を行った。加熱工程においては、加熱媒体としてスチーム（飽和水蒸気）を使用し、加圧媒体として窒素ガスを使用した。

（１）転がり抵抗
加硫後のタイヤに対し、国際規格ＩＳＯ２８５８０（ＪＩＳＤ４２３４）に準じて、時速８０ｋｍ／ｈにおける転がり抵抗を測定した。比較例１の結果を１００として指数で評価し、数値が小さいほど転がり抵抗に優れていることを示す。

（２）トッピングゴム同士の接着性
加硫後のタイヤに対し、ＪＩＳＫ６２５６に準拠して、オートグラフにて剥離力を測定し、ベルトプライ間の接着性（ベルト接着性）と、カーカスプライとベルトプライとの接着性（プライ接着性）を調べた。試験片の幅は２５ｍｍとし、長さは８０ｍｍとした。オートグラフは、インストロン製の万能試験機を用いた。比較例１の結果を１００として指数で評価し、数値が大きいほど性能に優れていることを示す。

（３）加硫時間（加硫サイクルタイム）
加硫サイクルの開始（型締め）から終了（金型開放）に要した時間を計測し、生産性の指標とした。

各例におけるタイヤ構造やゴム配合は共通であり、外側加熱及び内側加熱の温度条件のみが異なる。比較例１〜４は、内側加熱の温度を終始一定にした例である。実施例１は、図３のように内側加熱の温度を段階的に低下させた例であり、実施例２〜４は、図４のように内側加熱の温度を連続的に低下させた例である。実施例２は、１９０℃一定を５分間続けた後、１７０℃まで３分かけて温度を漸減させたものである。実施例４は、内側加熱において強制循環を行ったこと以外は、実施例２と同じである。

表１に示すように、比較例１では転がり抵抗の低減効果が十分でなく、比較例２，４では加硫時間が相対的に長く、比較例３ではトッピングゴム同士の接着性の低下が抑制できていない。これに対し、実施例１〜４では、タイヤの転がり抵抗を低減し、加硫時間が長くなることを防いで、尚且つトッピングゴム同士の接着性の低下を抑制できている。中でも実施例２〜４では、加硫サイクルの後半での内側加熱の制御パターンに基づき、実施例１よりも加硫時間を短縮できている。

９ 生タイヤ
１０ 金型
１１ トレッド型部
１２ 下型部
１３ 上型部
２１ 媒体供給路
２３ 加熱媒体供給源
２４ 供給配管
３１ 媒体排出路
３４ 排出配管

Claims (3)

1. 生タイヤを金型内で加熱加硫するタイヤの加硫方法において、
   前記金型を加熱して前記生タイヤをタイヤ外面側から加熱する外側加熱と、前記金型内のブラダーに高温の加熱媒体を供給して前記生タイヤをタイヤ内面側から加熱する内側加熱とを含む加熱工程を備え、
   前記外側加熱では、前記生タイヤの踏面に接する金型の温度を１３０〜１６０℃の範囲に制御し、
   前記内側加熱では、加硫サイクルの前半で前記ブラダー内の温度を１８５〜２０５℃の範囲に保持し、加硫サイクルの後半で前記ブラダー内の温度を前半よりも低下させるように制御することを特徴とするタイヤの加硫方法。
2. 前記内側加熱では、加硫サイクルの後半で前記ブラダー内の温度を徐々に下げる請求項１に記載のタイヤの加硫方法。
3. 前記内側加熱では、加硫サイクルの後半で前記ブラダー内の温度を下げる際に、前記加熱媒体を含む前記ブラダー内の高温高圧流体を強制循環させる請求項１又は２に記載のタイヤの加硫方法。

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