JP2017094511A - タイヤ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加硫工程中に発生するドレインによる温度差の発生を減じて、加硫バラツキ、加硫不足、加硫時間の延長などを抑制する。【解決手段】 加硫工程Ｓは、ブラダー３内にスチームを供給して未加硫タイヤＡを内側から加熱する加熱段階Ｓ１と、加硫成形後、バキュームによりブラダー３からスチームを排出するバキューム段階Ｓ３とを含む。ブラダー３内には、連続気泡を有する吸水性のスポンジ体２０が収容され、ブラダー３内のドレインをスポンジ体２０により吸水させる。またバキューム段階Ｓ３では、バキュームによりスポンジ体２０から吸水したドレインを吸い出し加熱媒体とともに排出する。【選択図】図２

Description

本発明は、スチームである加熱媒体によりブラダーを膨張させて未加硫タイヤを内側から加熱する加熱段階を有するタイヤ製造方法に関する。

一般に、空気入りタイヤの製造方法では、例えば図６に概念的に示すように、加硫装置を用いて未加硫タイヤＡを加硫成形する加硫工程が行われる。図中の符号ａは未加硫タイヤＡを装着する加硫金型、符号ｂはブラダー、符号ｃは前記ブラダーｂを保持する中心機構である。

そして加硫工程では、加硫金型ａ内に未加硫タイヤＡを装着した後、
・ブラダーｂ内に高温高圧の加熱媒体を供給し、未加硫タイヤＡを内側から加熱する加熱段階と、
・その後、例えば窒素ガスなどの不活性ガス、或いは不活性ガスとスチームとの混合ガスからなる高圧の加圧媒体を引き続いて供給し、加熱状態の未加硫タイヤＡを加硫金型内面に強く押し付ける加圧段階とが順次行われる。

しかし、加熱媒体に相変化時の潜熱放出が大きいスチームを用いた場合、熱交換したスチームが加硫工程中に液化し、ドレインＤとなってタイヤ下方側のサイドウォールＡｓの位置に溜まる。そのため、この位置と他の位置との温度差が大きくなり、タイヤ部位間の加硫バラツキ、低温部位の加硫不足、或いは加硫時間の延長などを招くという問題がある。

なお下記の特許文献１には、ブラダー内に高温高圧媒体（スチーム）を供給するための供給口の向きを特定し、供給口から噴出される高温高圧媒体（スチーム）の勢いによって、ドレインを排出口まで導いて排出させることが提案されている。また、特許文献２には、ブラダーの下開口縁を固定する下部クランプ部に傾斜部や排水溝を設け、ドレインを排出口に導くことも提案されている。

しかし、これらは何れも、前回の加硫工程において発生するドレインを、次回の加硫工程開始時の高温高圧媒体（スチーム）の噴出力によって排出するものであって、加硫工程中に発生するドレインを、その加硫工程中に排出するものではない。そのため、ドレインによる温度差の発生、及びそれに伴うタイヤ部位間の加硫バラツキ、低温部位の加硫不足、或いは加硫時間の延長などを、十分に抑制することはできなかった。

特開２０１４−２１０３５１号公報 特開２００５−２６２７６７号公報

そこで発明は、加硫工程中に加熱媒体が液状化して生成するドレインの少なくとも一部を、ブラダー内に収容する吸水性のスポンジ体に吸水させることを基本として、ドレインによる温度差の発生を減じることができ、タイヤ部位間の加硫バラツキ、低温部位の加硫不足、或いは加硫時間の延長などを十分に抑制しうるタイヤ製造方法を提供することを課題としている。

本発明は、加硫金型内に装着された未加硫タイヤの内側に配置されるブラダー、及び前記ブラダー内にスチームである加熱媒体を供給する供給口と排出する排気口とを有する中心機構を具えた加硫装置を用いて、前記未加硫タイヤを加硫成形する加硫工程を具えるタイヤ製造方法であって、
前記加硫工程は、
前記ブラダー内に前記加熱媒体を供給して該ブラダーを膨張させ、未加硫タイヤを内側から加熱する加熱段階と、
加硫成形後、バキュームにより前記ブラダーから加熱媒体を排出して該ブラダーを萎ませ、ブラダーを加硫後のタイヤから取り出すバキューム段階とを含むとともに、
前記ブラダーの内部には、連続気泡を有する吸水性のスポンジ体が収容されており、
前記加硫工程では、前記加熱媒体が潜熱放出に伴い液化してブラダー内の下部に溜まるドレインの少なくとも一部を、前記スポンジ体が吸水するとともに、
前記バキューム段階では、前記スポンジ体が吸水したドレインを、前記バキュームによりスポンジ体から絞り出し、かつ加熱媒体とともに前記排気口から排出することを特徴としている。

本発明に係るタイヤ製造方法では、前記スポンジ体は、固形成分としてセルロースを含有し、かつスポンジ体の比重が０．１０g/cc以下であることが好ましい。

本発明に係るタイヤ製造方法では、前記スポンジ体は、このスポンジ体の質量の１０倍以上の重さの水を吸水かつ保持可能であることが好ましい。

本発明に係るタイヤ製造方法では、前記スポンジ体の総体積は、加熱段階におけるブラダーの内部容積の１〜６０％であることが好ましい。

本発明に係るタイヤ製造方法では、前記加熱段階の工程時間は、加硫工程全体の工程時間の３％以上であることが好ましい。

本願において「バキューム」とは、大気圧より低い圧力に減圧することを意味する。

本発明は叙上の如く、ブラダーの内部に吸水性のスポンジ体が予め収容されている。そのため、加硫工程時において、加熱媒体が液化して生じるドレインの少なくとも一部を前記スポンジ体によって吸水させ、その水位を下げることができる。これにより、ドレインに起因するタイヤの温度差の発生を減じることができ、タイヤ部位間の加硫バラツキ、低温部位の加硫不足、或いは加硫時間の延長などを十分に抑制しうる。

本発明のタイヤ製造方法に用いる加硫装置の一例を示す断面図である。 加硫工程における加熱段階及び加圧段階を示す断面図である。 バューム段階を示す断面図である。 加硫装置の動作を説明する断面図である。 加硫装置における加熱媒体、加圧媒体の配管路を説明する概念図である。 従来の加硫工程における問題点を説明する概念図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のタイヤ製造方法は、加硫装置１を用いて未加硫タイヤＡを加硫成形する加硫工程Ｓを具える。

前記加硫装置１は、未加硫タイヤＡを装着する加硫金型２と、前記未加硫タイヤＡの内側に配置されるブラダー３と、該ブラダー３を保持する中心機構４とを含む。

加硫金型２としては、従来的な種々の構造のものが適宜採用しうる。本例の加硫金型２は、タイヤトレッド成形用のトレッドモールド５と、タイヤサイド成形用の上下のサイドモールド６Ｕ、６Ｌとを具える。下のサイドモールド６Ｌは、例えばプラテン板７Ｌを含む下部プレート８に固定される。また、上のサイドモールド６Ｕは、例えばプラテン板７Ｕを含む昇降自在な上部プレート９に支持される。そして前記上部プレート９の上昇により、金型開状態となり、加硫金型２内への未加硫タイヤＡの投入、及び加硫済みタイヤの取り出しが行われる。

前記トレッドモールド５は、周方向に分割された複数のトレッドセグメント５Ａからなり、各トレッドセグメント５Ａは、セクターシュー１０に交換可能に取り付く。

また前記上部プレート９には、各セクターシュー１０を吊り下げて支持する略円筒状のアクチェータ１１が取り付く。このアクチェータ１１は、その内周面に、下方に向かって拡径するコーン状の案内面１１Ｓを有し、各セクターシュー１０は、適宜のガイド手段（図示しない。）を介して、案内面１１Ｓに沿って摺動可能に保持される。

従って、未加硫タイヤＡの投入後、図４に示すように、セクターシュー１０は、アクチェータ１１に吊り下げられた状態にて上部プレート９と一体に下降する。そして、セクターシュー１０の下面が、下部プレート８の上面と当接した後、セクターシュー１０は、下部プレート８上を半径方向内側にスライド移動し、周方向で隣り合うトレッドセグメント５Ａ同士が互いに接合することで、金型閉状態Ｙ（図１に示す）となる。

前記中心機構４は、本例では、タイヤ軸心と同心に立ち上がる支持筒１２と、その中心孔に上下移動可能に内挿されるセンタ軸１３とを具える。

前記支持筒１２の上端部には、ブラダー３の下開口縁部３ａを狭持する円盤状の下クランプ板１４Ｌが固定される。またセンタ軸１３の上端部には、ブラダー３の上開口縁部３ｂを狭持する円盤状の上クランプ板１４Ｕが固定される。ブラダー３は、上下が開口する円筒状をなし、その上開口縁部３ｂ及び下開口縁部３ａは、それぞれ前記上クランプ板１４Ｕ及び下クランプ板１４Ｌの各外周部分で保持される。

また前記下クランプ板１４Ｌの上面には、前記ブラダー３内にスチームである加熱媒体を供給する供給口１５Ａと、加熱媒体を排出する排気口１５Ｂとが形成される。なお前記供給口１５Ａ及び排気口１５Ｂには、前記支持筒１２内を通る供給流路１６Ａ、及び排気流路１６Ｂが導通する。本例の場合、下クランプ板１４Ｌの上面に、加熱媒体の供給及び排気を兼ねる共通の給排口１５が形成されるとともに、この給排口１５に、共通の給排流路１６が導通している。しかし供給口１５Ａ及び排気口１５Ｂ、並びに供給流路１６Ａ及び排気流路１６Ｂをそれぞれ別々に形成することもできる。

本例では、図５に概念的に示すように、給排流路１６には、加熱媒体を供給する例えばボイラー等の加熱媒体供給源Ｑａと、加熱媒体をバキュームによって排気する例えば真空ポンプ等のバキューム装置Ｐとが、第１の切替弁Ｖ１を介して接続される。また本例では、前記給排流路１６には、ブラダー３内に、窒素ガスなどの不活性ガスからなる高圧の加圧媒体を加熱媒体の後に供給する加圧媒体供給源Ｑｂが、第１の切替弁Ｖ１と加熱媒体供給源Ｑａとの間に、第２の切替弁Ｖ２を介して接続される。

次に、前記加硫工程Ｓは、加熱媒体による加熱段階Ｓ１と、バキュームによって加熱媒体を排出するバキューム段階Ｓ３とを含む。本例では、加熱段階Ｓ１とバキューム段階Ｓ３との間に、加圧媒体による加圧段階Ｓ２を具える。

図２に示すように、前記加熱段階Ｓ１では、金型閉状態Ｙにおいて、ブラダー３内に供給口１５Ａ（本例では給排口１５）から高温の加熱媒体を供給して該ブラダー３を膨張させ、これにより未加硫タイヤＡを内側から加熱する。

加熱媒体として、液化時の潜熱を放出する意味で熱容量が大な高温気体である飽和蒸気状のスチームが使用される。加熱媒体の温度（供給時の温度）としては特に規制されないが、タイヤ加硫において通常用いられる１９０〜２１０℃の範囲、特には２００℃が好適に使用しうる。なお２１０℃を上回ると、圧力を２０．０２気圧（２０２８kPa）を越えて高くする必要があるため、配管設備等の耐久性や保全コストの上昇を招く。また１８０℃を下回ると、タイヤの昇温速度が遅くなって加硫時間の延長を招く。なお加熱段階Ｓ１では、ブラダー内で加熱媒体を拡販して均一化を図るため、ゴム流れを促進するため、及びスピュー切れの改善等のために、加熱媒体の圧力を途中で変更することもでき、この場合、圧力に伴って加熱媒体の温度も変化する。

また加熱段階Ｓ１の工程時間Ｔ１は、加硫工程Ｓ全体の工程時間Ｔ０の３％以上が好ましい。工程時間Ｔ１が工程時間Ｔ０の３％を下回ると、タイヤ内腔面側のインナーライナーゴムの加硫が不十分となって所定の粘弾性や空気保持性を保つことが難しくなる。また、サイドウォールゴム等の加硫量が少ない半生状態にて、加圧段階Ｓ２に移行するため、スピューが異常に長くなり、スピューが途中で切れたり、切れたゴムでスピュー穴が詰まる等のトラブルの発生傾向を招く。なお前記加硫工程Ｓ全体の工程時間Ｔ０は、金型閉から金型開までの時間であって、加硫が最も遅れる部位（通常、下側となるベルト端部分）に未加硫ポーラスを発生させない時間＋余裕率（１０〜１８％）にて設定される。

前記加圧段階Ｓ２では、加熱段階Ｓ１に引き続き、供給口１５Ａ（本例では給排口１５）から高温高圧の加圧媒体をブラダー３内に供給する。これにより、加熱状態の未加硫タイヤＡを、加硫金型２の内面に強く押し付けて加熱加圧が行われる。

加圧媒体は、窒素ガスなどの不活性ガス、或いは不活性ガスとスチームとの混合ガスからなり、前記高温媒体よりも高圧、例えば２４気圧で使用される。なお加圧媒体は、前記給排流路１６を通ることにより、例えば１５０℃程度にまで加熱されて供給される。なお加圧段階Ｓ２においては、加圧媒体は、ブラダー３内では加熱媒体との混合気体となって未加硫タイヤＡを加熱加圧する。加圧段階Ｓ２の工程時間Ｔ２は、実質的には、工程時間Ｔ０から工程時間Ｔ１を引いた値である。

なお加圧媒体による加圧段階Ｓ２を行わず、加熱媒体による加熱段階Ｓ１のみで加硫成形することもできる。この場合、前述の如く、加熱媒体の圧力を途中で多段階で変更することが好ましい。このとき、加熱段階Ｓ１の工程時間Ｔ１は、前記工程時間Ｔ０の１００％となる。

そして本発明では、前記ブラダー３の内部には、予め、連続気泡を有する吸水性のスポンジ体２０が収容されている。このスポンジ体２０は、加硫工程Ｓにおいて、加熱媒体が液化してブラダー３内の下部に溜まるドレインＤの少なくとも一部を吸水する。これにより、ドレインＤの水位を下げることができ、ドレインＤが生じるタイヤの部位である下方側のサイドウォールの温度と、その他の部位の温度との差を減じることができる。

図３に示すように、前記バキューム段階Ｓ３では、加硫成形後、バキュームにより前記ブラダー３から加熱媒体を排出して該ブラダー３を萎ませ、ブラダー３を加硫後のタイヤＡ０から取り出す。このときバキューム段階Ｓ３では、スポンジ体２０が吸水したドレインＤは、前記バキュームによってスポンジ体２０から絞り出され、加熱媒体とともに前記排気口１５Ｂ（本例では給排口１５）から排出される。

ここで、前記スポンジ体２０では、水との親和性の高い水酸基を多く含む化学組成を有することが好ましい。また比重が小さく、水の保持性が高く、２００℃付近の湿熱耐久性、耐薬品性、難溶性、及び絞り屈曲での耐久性に優れることも好ましい。このような観点から、スポンジ体２０として、固形成分としてセルロースを含有した連続気泡の発砲スポンジ（所謂セルローススポンジ）が好適に採用できる。なお、例えば綿等の植物繊維を、補強繊維としてさらに含有させることもできる。

前記セルローススポンジでは、水酸基を多く有するため水になじみやすく、かつ微小気泡による毛細管現象によって自己吸水性を発揮する。そのため、強制することなく素早く吸水することができる。また連続気泡のため、ほぼ全ての気泡に水分を取り込むことができ、吸水量を高めうる。なおスポンジ体２０では、比重が０．１０g/cc以下であることが好ましく、これを上回ると空隙率が過小となって、吸水速度及び吸水量の大幅な低下を招く。

またスポンジ体２０では、吸水した水の保持性に優れることも必要である。そのため本例では、スポンジ体２０の質量の１０倍以上の重さの水を吸水かつ保持可能なスポンジが使用される。このような保持性をうるために、前記セルローススポンジにおいて、気泡の平均孔径が０．７〜２．２mm（微粒〜中粒）の範囲のものが好適に採用される。このように親和性と平均孔径の最適化とによって、水の保持性を高めうる。

前記水の保持性は、スポンジ体２０に水を吸水させた後、１０分間静置し、液だれ分を除いた重量Ｇ１を測定し、吸水前のスポンジ体２０の重量Ｇ２との差に基づいて下記式（１）で示される。
（Ｇ１−Ｇ２）／Ｇ２ −−−（１）

ウレタンスポンジなどでは、上記の平均孔径を採用した場合にも、静置することで吸水した水が自重で流れ出し、上記の水の保持性をうることでできない。

また、ドレインＤの水位を減じるために、スポンジ体２０の総体積Ｖａは、加熱段階Ｓ１におけるブラダー３の内部容積Ｖｂの１〜６０％であるのが好ましい。前記総体積Ｖａは、大気中で放置させた自然状態における総体積である。総体積Ｖａが１％未満では、ドレインＤの水位を充分減じることが難しくなる。逆に６０％を越えると、未加硫タイヤＡの投入作業の妨げとなる。このような観点から、前記総体積Ｖａの下限は２％以上、上限は４０％以下がさらに好ましい。なお乗用車用タイヤの場合、例えば３４．５リッタのブラダー内部容積Ｖｂに対して、約２．０リッタのドレインが発生している。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明の効果を確認するため、吸水性のスポンジ体を収容したブラダーを有する加硫装置１（図１に示す）用いて、空気入りタイヤ（１９５／６５Ｒ１５）を、表１の仕様に基づき、プラテン温度、加熱段階の工程時間、スポンジ体の有無、及びスポンジ体の総体積Ｖａを変化させて加硫成形した。そして加硫工程中における、タイヤ上方側のベルト端位置における最高温度ｔＵ、タイヤ下方側のベルト端位置における最高温度ｔＬ、及びその温度差Δｔを測定して互いに比較した。また加硫後の各タイヤの転がり抵抗を測定して互いに比較した。なお加硫工程Ｓ全体の工程時間Ｔ０は、最も加硫が遅れるタイヤ下方側のベルト端位置における最高温度ｔＬが１７０〜１８０℃の範囲に入るように調整している。

スポンジ体として、東レファインケミカル（株）製のＳＦ１０７−１を使用した。比重は０．０４g/cc、水の保持性はスポンジ体の質量の２０〜３０倍である。スポンジ体として、実施例１，２、３、４、６では、それぞれ直径６ｃｍ×高さ３ｃｍの円柱体を使用し、実施例５では、縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ×高さ１０ｃｍの立方体を使用した。また加熱段階Ｓ１におけるブラダーの内部容積Ｖｂは、３４．５リッターである。

転がり抵抗は、転がり抵抗試験機を用い、内圧２００kPa、縦荷重４．５kN、速度８０km／Hの条件にて走行したときの転がり抵抗を測定し、比較例１を１００とする指数で評価した。数値が大きい方が転がり抵抗性能に優れている。

表の如く実施例では、温度差Δｔを２．０℃以下に抑えることができ、これにより加硫バラツキ、加硫不足、及び過加硫を抑制しうるのが確認できる。また温度が均一化されるため加硫時間を短縮することが可能となり、トレッド耐久性の制約である最高温度１８０°以下を確保しつつ、転がり抵抗性、及び生産性を両立させうる

１ 加硫装置
２ 加硫金型
３ ブラダー
４ 中心機構
１５Ａ 供給口
１５Ｂ 排気口
２０ スポンジ体
Ａ 未加硫タイヤ
Ｄ ドレイン
Ｓ１ 加熱段階
Ｓ３ バキューム段階
Ｓ 加硫工程

Claims (5)

1. 加硫金型内に装着された未加硫タイヤの内側に配置されるブラダー、及び前記ブラダー内にスチームである加熱媒体を供給する供給口と排出する排気口とを有する中心機構を具えた加硫装置を用いて、前記未加硫タイヤを加硫成形する加硫工程を具えるタイヤ製造方法であって、
   前記加硫工程は、
   前記ブラダー内に前記加熱媒体を供給して該ブラダーを膨張させ、未加硫タイヤを内側から加熱する加熱段階と、
   加硫成形後、バキュームにより前記ブラダーから加熱媒体を排出して該ブラダーを萎ませ、ブラダーを加硫後のタイヤから取り出すバキューム段階とを含むとともに、
   前記ブラダーの内部には、連続気泡を有する吸水性のスポンジ体が収容されており、
   前記加硫工程では、前記加熱媒体が潜熱放出に伴い液化してブラダー内の下部に溜まるドレインの少なくとも一部を、前記スポンジ体が吸水するとともに、
   前記バキューム段階では、前記スポンジ体が吸水したドレインを、前記バキュームによりスポンジ体から絞り出し、かつ加熱媒体とともに前記排気口から排出することを特徴とするタイヤ製造方法。
2. 前記スポンジ体は、固形成分としてセルロースを含有し、かつスポンジ体の比重が０．１０g/cc以下であることを特徴とする請求項１記載のタイヤ製造方法。
3. 前記スポンジ体は、このスポンジ体の質量の１０倍以上の重さの水を吸水かつ保持可能であることを特徴とする請求項１又は２記載のタイヤ製造方法。
4. 前記スポンジ体の総体積は、加熱段階におけるブラダーの内部容積の１〜６０％であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のタイヤ製造方法。
5. 前記加熱段階の工程時間は、加硫工程全体の工程時間の３％以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のタイヤ製造方法。

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