JP2022066038A - タイヤ成型金型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元形状部分を有するサイプブレードを含み、かつ寿命の長いタイヤ成型金型を提供する。【解決手段】タイヤのトレッド部を成型する成型面１２ａを有する成型部材と、前記トレッド部にサイプを形成するために成型面１２ａから突出して設けられたサイプブレード３０とが設けられ、サイプブレード３０が、前記成型部材に嵌め込まれる嵌め込み部分３２と、成型面１２ａから突出する突出部分３４とを有し、突出部分３４が、成型面１２ａからの突出方向に形状が変化する３次元形状部分であり、突出部分３４の耐力が嵌め込み部分３２の耐力より小さいことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明はタイヤ成型金型及びその製造方法に関する。

空気入りタイヤのトレッド部には細い溝であるサイプが設けられている。トレッド部のサイプは、サイプブレードと呼ばれる、タイヤ成型金型のセクター（トレッド部を成型するための成型部材）の成型面から突出して設けられた金属製の板状部材によって形成される。サイプブレードは、セクターに嵌め込まれる部分と、上記のようにセクターの成型面から突出する部分とからなる。

トレッド部のサイプの１つとして、３Ｄ（３次元）サイプと呼ばれる、踏面（タイヤ表面）上だけでなく、深さ方向にも形状が変化するサイプが知られている。３Ｄサイプを形成するためのサイプブレードでは、セクターに嵌め込まれる部分は平面状だが、セクターの成型面から突出する部分は複雑な３次元形状部分となっている。このようなサイプブレードは、１枚の金属板をプレスすることにより成形されている。

ところで、特許文献１に記載されているように、タイヤ成型金型を構成する部品を３Ｄプリンタで製造する方法が提案されている。

特開２０１６－８９２４７号公報

複雑な３次元形状部分を有するサイプブレードでは、曲げ部に裂け等の不具合が発生しやすい。そのような不具合を防ぐためには、サイプブレードに機械的特性として伸びが要求される。

ところが、伸びの優れる金属材料は耐力が低い。金型からのタイヤの取り出しが行われる時には、サイプブレードにおけるセクターへの嵌め込み部分に力がかかる。そのため、サイプブレードが耐力の低い金属材料からなる場合、金型からのタイヤの取り出しによって、セクターへの嵌め込み部分に塑性変形が発生しやすい。

このように、サイプブレードをどのような金属材料で作成しても、３次元形状部分を有するサイプブレードを含む金型は、寿命が短くなりやすかった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、３次元形状部分を有するサイプブレードを含み、かつ寿命の長いタイヤ成型金型及びその製造方法を提供することを目的とする。

実施形態のタイヤ成型金型は、タイヤのトレッド部を成型する成型面を有する成型部材と、前記トレッド部にサイプを形成するために前記成型面から突出して設けられたサイプブレードとが設けられ、前記サイプブレードが、前記成型部材に嵌め込まれる嵌め込み部分と、前記成型面から突出する突出部分とを有し、前記突出部分が、前記成型面からの突出方向に形状が変化する３次元形状部分である、タイヤ成型金型において、前記突出部分の耐力が前記嵌め込み部分の耐力より小さいことを特徴とする。

また、実施形態のタイヤ成型金型の製造方法は、タイヤのトレッド部を成型する成型面を有する成型部材に、前記トレッド部にサイプを形成するためのサイプブレードを前記成型面から突出させて設け、前記成型部材にはめ込まれる嵌め込み部分と、前記成型面から突出する突出部分とを接合して前記サイプブレードとし、前記突出部分を、前記成型面からの突出方向に形状が変化する３次元形状部分とする、タイヤ成型金型の製造方法において、少なくとも前記突出部分を積層造形法により作成することを特徴とする。

実施形態のタイヤ成型金型は、サイプブレードにおいて突出部分の耐力が小さく嵌め込み部分の耐力が大きいため、寿命が長い。また、実施形態のタイヤ成型金型の製造方法によれば、寿命の長いタイヤ成型金型を製造することができる。

タイヤ成型金型の断面図。 サイプブレードを成型面に垂直な方向から見た図。 サイプブレードを図２の矢印Ａの方向から見た図。 図２のＢ－Ｂ断面図。 積層造形装置の正面図。 処理制御装置の構成図。

図１に本実施形態のタイヤ成型金型１０を示す。タイヤ成型金型１０は、円周状に並べられた複数のセクター１２と、複数のセクター１２が形成する円周の軸方向両側に設けられた一対のサイドプレート１４と、同じく一対のビードリング１６とを備えている。サイドプレート１４及びビードリング１６は前記軸方向から見て円形である。

セクター１２、サイドプレート１４及びビードリング１６は、空気入りタイヤ（以下「タイヤ」）を成型するための成型面１２ａ、１４ａ、１６ａを有する成型部材である。複数のセクター１２の成型面１２ａは主にタイヤのトレッド部を、一対のサイドプレート１４の成型面１４ａは主にタイヤのサイド部を、一対のビードリング１６の成型面１６ａは主にタイヤのビード部を、それぞれ成型する。

セクター１２の材質は、限定されないが、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金（例えばＡｌ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｓｉ系の合金）である。またサイドプレート１４及びビードリング１６の材質は、限定されないが、例えば、一般構造用圧延鋼材（例えばＳＳ４００）等の鋼材である。セクター１２、サイドプレート１４、ビードリング１６は、加硫成型時には、図示しない電気ヒータや高温蒸気により加硫成型温度（例えば１３０～２００℃）に熱せられる。

セクター１２には、金型内部に向かって突出した凸条部２０が形成されている。凸条部２０はタイヤのトレッド部に溝を形成するためのものである。図１に示されている凸条部２０はタイヤ周方向に延びる主溝を形成するためのものだが、他にタイヤ幅方向に延びる横溝を形成するための凸条部も金型内部に向かって突出して形成されている。そして、複数の凸条部によって囲まれた凹部が形成されている。この凹部は、タイヤのトレッド部にブロックを形成するためのブロック形成部２２である。

ブロック形成部２２の成型面１２ａから金型内部に向かって、サイプブレード３０が突出している。サイプブレード３０はタイヤのブロックにサイプを形成するためのものである。ここでサイプとは、タイヤのトレッド部が接地したときに閉じる程度に細い溝のことである。そのようなサイプを形成するためのサイプブレード３０の厚みは、例えば０．２～１．２ｍｍである。サイプブレード３０は、その一部がセクター１２に形成された溝（不図示）に嵌め込まれることによって、セクター１２に取り付けられている。

図２～図４に、セクター１２に嵌め込まれる前のサイプブレード３０を示す。サイプブレード３０は、セクター１２に嵌め込まれる嵌め込み部分３２と、セクター１２に嵌め込まれたときに成型面１２ａから突出する突出部分３４とからなる。なお、図2の二点鎖線は、サイプブレード３０がセクター１２に嵌め込まれたときの成型面１２ａの位置を示している。成型面１２ａより上の部分が嵌め込み部分３２であり、セクター１２に嵌め込まれて隠れる部分である。

嵌め込み部分３２は表裏両面が平面である板状の部分である。一方、突出部分３４は、セクター１２に嵌め込まれたときの成型面１２ａからの突出方向に形状が変化する３次元形状部分である。従って、このサイプブレード３０は、タイヤのトレッド部にいわゆる３Ｄサイプを形成するためのものである。

ここで、突出部分３４における嵌め込み部分３２と反対側の端部を、サイプブレード３０の頂部３６とする。頂部３６はタイヤのサイプの底部を形成する部分である。また、図２及び図４の上下方向を、以下の説明における上下方向とする。

図３はサイプブレード３０を頂部３６側から見た図である。この図から分かるように、頂部３６はサイプブレード３０の延長方向に延びる波形となっている。また、図４は図２のＢ－Ｂ断面図である。この図から分かるように、突出部分３４には、サイプブレード３０を片面から見たときに山となる山部３８と、サイプブレード３０を片面から見たときに谷となる谷部４０とが交互に形成されている。サイプブレード３０を片面から見たときの山部３８は、その裏面から見ると谷部４０である。図２には、谷部４０を斜線を引いて示してある。

図２に示すように、山部３８は、第１屈曲部４２及び第２屈曲部４４において屈曲しながら上下方向へ延びている。山部３８は、嵌め込み部分３２と突出部分３４との境界から第１屈曲部４２までの範囲において上下方向に対して傾斜する方向に延び、第１屈曲部４２から第２屈曲部４４までの範囲において上下方向に対して傾斜する別の方向に延び、第２屈曲部４４から頂部３６までの範囲においてさらに別の方向に延びている。また、谷部４０も山部３８と同様に屈曲しながら上下方向へ延びている。

山部３８及び谷部４０がこのように屈曲しながら延びているため、図４に示すように、突出部分３４は上下方向（セクター１２に嵌め込まれたときの成型面１２ａからの突出方向）に形状が変化する３次元形状部分となっている。

このようなサイプブレード３０において、３次元形状部分である突出部分３４の耐力が、嵌め込み部分３２の耐力よりも小さくなっている。具体的数値としては、突出部分３４の耐力は２００～３５０Ｎ／ｍｍ^２であることが好ましい。また、嵌め込み部分３２の耐力は８００～１２００Ｎ／ｍｍ^２であることが好ましい。ここで、耐力とは、ＪＩＳ Ｚ ２２４１：２０１１（金属材料引張試験方法）の「3.10.3 耐力（オフセット法）（proof strength, plastic extension），Rp」に規定されている、「塑性伸びが，伸び計標点距離Le（3.5）に対する規定の百分率に等しくなったときの応力」のことである。

このような耐力の違いは、例えば、突出部分３４と嵌め込み部分３２とを異なる材質とすることによって実現できる。より具体的な例としては、突出部分３４の材質も嵌め込み部分３２の材質も鉄ベースでクロムを１５質量％以上含む合金としつつ、突出部分３４の材質と嵌め込み部分３２の材質とでクロムの割合や他の添加元素（例えばニッケル）の割合を異なるものとする。例えば、突出部分３４の材質をＳＵＳ３０４又はそれと同程度の組成の合金とし、嵌め込み部分３２の材質をＳＵＳ６３１又はそれと同程度の組成の合金とする。

このようなサイプブレード３０を製造するための積層造形装置５０を図５に示す。積層造形装置５０は、積層造形法により金属部品を製造することのできるいわゆる３Ｄプリンタである。

積層造形装置５０は、離して配置された２つのステージ５１、５２と、２つのステージ５１、５２の間に配置されたテーブル５３とを有している。テーブル５３は不図示のシリンダによって昇降可能となっている。２つのステージ５１、５２にはそれぞれ粉末貯留部５４、５５として上下方向に延びる穴が形成され、その穴の内側にピストン５６、５７が設けられている。ピストン５６、５７は不図示のシリンダによって昇降可能となっている。粉末貯留部５４、５５のピストン５６、５７の上の場所には、サイプブレード３０の材料である金属粉末６０が、ステージ５１、５２の上面にまで充填される。

また、ステージ５１、５２の上には、これらのステージ５１、５２の間を往来するローラ５８が設けられている。このローラ５８は、ステージ５１、５２の間を往来することによって、ステージ５１、５２の粉末貯留部５４、５５に貯留されている金属粉末６０をテーブル５３の上に供給する。

粉末貯留部５４、５５の金属粉末６０が減少すると、ピストン５６、５７が上昇し、再び金属粉末６０がステージ５１、５２の上面にまで現れる。そのため、金属粉末６０が再びローラ５８によってテーブル５３の上に供給できるようになる。

テーブル５３及びステージ５１、５２の上方には、レーザを照射するレーザガン６１と、レーザガン６１から発せられたレーザをテーブル５３に向かって反射させるミラー６２とが設けられている。ミラー６２の向きが変化することにより、テーブル５３上でのレーザの照射位置が移動する。レーザがテーブル５３上の金属粉末６０に照射されることにより、金属粉末６０が焼結されて焼結層が形成される。

積層造形装置５０には、積層造形装置５０の制御等を行う処理制御装置７０が接続されている。処理制御装置７０は、図示省略するが、演算処理を行う演算処理部、データやプログラム等が記憶される記憶部、入力装置及び表示装置と接続される入出力インターフェイス、積層造形装置５０との通信を行う通信部等を備えるコンピュータである。

演算処理部は、記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、図６に示すように設計手段７１、造形データ変換処理手段７２及び積層造形装置制御手段７３として機能する。

設計手段７１は３ＤＣＡＤからなり、入力装置からの入力に従ってサイプブレード３０の３Ｄモデルを生成する。造形データ変換処理手段７２は３Ｄモデルを造形データに変換する。ここで造形データとは、３Ｄモデルが複数のスライスデータに変換されたものである。

積層造形装置制御手段７３は、造形データ変換処理手段７２が出力した造形データと、オペレータが入力装置から入力した製造条件とに基づき、積層造形装置５０を制御する。ここで、オペレータが入力する製造条件としては、レーザの強度や捜査パターンといったレーザ照射条件や、金属粉末６０のテーブル５３への堆積の厚み等の積層条件が挙げられる。

積層造形装置制御手段７３は、ローラ５８によってテーブル５３に堆積された金属粉末６０に対し、造形データ及び製造条件に基づきレーザガン６１及びミラー６２を制御してレーザを照射し、金属粉末６０の焼結層を形成する。焼結層が１層形成される毎にテーブル５３が所定距離だけ下降し、前の焼結層の上に次の焼結層が形成される。そのようにして焼結層が順次積層されることにより、立体的な金属部品が製造される。

サイプブレード３０の製造においては、まず、処理制御装置７０により制御された積層造形装置５０によって、嵌め込み部分３２と突出部分３４とがそれぞれ製造される。次に、嵌め込み部分３２と突出部分３４とが、レーザ溶接や突き合わせ抵抗溶接等の接合方法で接合され、サイプブレード３０が完成する。

また、サイプブレード３０とは別に、セクター１２、サイドプレート１４、ビードリング１６等のタイヤ成型金型１０を構成する各部材が既知の方法で製造される。そして、セクター１２のブロック形成部２２に形成された溝にサイプブレード３０の嵌め込み部分３２が嵌め込まれる。その後、各部材が組み立てられてタイヤ成型金型１０が完成する。

以上のように、本実施形態のサイプブレード３０では、突出部分３４の耐力が嵌め込み部分３２よりも耐力が小さい。そして、３次元形状部分である突出部分３４の耐力が小さいため、３次元形状部分の屈曲部に裂け等の不具合が生じにくい。また、セクター１２に嵌め込まれる嵌め込み部分３２の耐力が大きいため、タイヤ成型金型１０からのタイヤの取り出しが繰り返されても嵌め込み部分３２に塑性変形が発生しにくい。これらのことから、本実施形態のサイプブレード３０を含むタイヤ成型金型１０は寿命が長い。

また、嵌め込み部分３２の耐力が８００Ｎ／ｍｍ^２以上であることにより、タイヤ成型金型１０からのタイヤの取り出しが繰り返されても、嵌め込み部分３２が塑性変形しにくい。また、嵌め込み部分３２の耐力が１２００Ｎ／ｍｍ^２以下であることにより、嵌め込み部分３２が脆くなりにくい。

また、突出部分３４の耐力が２００Ｎ／ｍｍ^２以上であることにより、突出部分３４に適度な耐久性が備わる。また、突出部分３４の耐力が３５０Ｎ／ｍｍ^２以下であることにより、突出部分３４の屈曲部に裂け等の不具合が生じにくい。

また、突出部分３４を３Ｄプリンタで作成することにより、屈曲部の多い複雑な形状の部分も容易に作成することができる。

また、嵌め込み部分３２と突出部分３４を別々に作成した後、これらを接合してサイプブレード３０とすることにより、嵌め込み部分３２と突出部分３４とを異なる材質とすることができる。

以上の実施形態は例示であり、発明の範囲は以上の実施形態に限定されない。以上の実施形態に対し、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、様々な変更を行うことができる。

サイプブレード３０は、その少なくとも突出部分３４が３Ｄプリンタを利用した積層造型法により作成されれば良い。例えば、嵌め込み部分３２がプレス成形で作成され、突出部分３４が３Ｄプリンタにより作成され、嵌め込み部分３２と突出部分３４とが接合されても良い。また、始めに嵌め込み部分３２がプレス成形で作成され、その嵌め込み部分３２の縁に３Ｄプリンタにより金属粉末６０が積層されることにより、突出部分３４が積層造形されても良い。

また、始めに嵌め込み部分３２が３Ｄプリンタにより作成され、嵌め込み部分３２の縁から続けて突出部分３４が３Ｄプリンタにより積層造形されても良い。この場合、嵌め込み部分３２と突出部分３４との接合部が、嵌め込み部分３２の材質と突出部分３４の材質とが混合した層となっていても良い。そのような混合層の厚みは０．８～１．２ｍｍであることが好ましい。

また、サイプブレード３０の少なくとも突出部分３４を作成する装置としては、３Ｄプリンタに分類される様々なタイプのものが利用でき、パウダーヘッド方式のものの他、指向性エネルギー堆積法のもの等も利用可能である。いずれの方式も金属材料を積層するので積層造形法に分類される。

また、サイプブレード３０の突出部分３４の上記の３次元形状は一例に過ぎず、他にも様々な３次元形状があり得る。

また、嵌め込み部分３２と突出部分３４との耐力の違いは、３Ｄプリンタによる積層造形時のレーザ照射条件を適宜設定することにより生じさせても良い。

１０…タイヤ成型金型、１２…セクター、１２ａ…成型面、１４…サイドプレート、１４ａ…成型面、１６…ビードリング、１６ａ…成型面、２０…凸条部、２２…ブロック形成部、３０…サイプブレード、３２…嵌め込み部分、３４…突出部分、３６…頂部、３８…山部、４０…谷部、４２…第１屈曲部、４４…第２屈曲部、５０…積層造形装置、５１…ステージ、５２…ステージ、５３…テーブル、５４…粉末貯留部、５５…粉末貯留部、５６…ピストン、５７…ピストン、５８…ローラ、６０…金属粉末、６１…レーザガン、６２…ミラー、７０…処理制御装置、７１…設計手段、７２…造形データ変換処理手段、７３…積層造形装置制御手段

Claims (4)

1. タイヤのトレッド部を成型する成型面を有する成型部材と、前記トレッド部にサイプを形成するために前記成型面から突出して設けられたサイプブレードとが設けられ、
   前記サイプブレードが、前記成型部材に嵌め込まれる嵌め込み部分と、前記成型面から突出する突出部分とを有し、
   前記突出部分が、前記成型面からの突出方向に形状が変化する３次元形状部分である、タイヤ成型金型において、
   前記突出部分の耐力が前記嵌め込み部分の耐力より小さいことを特徴とする、タイヤ成型金型。
2. 前記嵌め込み部分の耐力が８００～１２００Ｎ／ｍｍ^２で、前記突出部分の耐力が２００～３５０Ｎ／ｍｍ^２である、請求項１に記載のタイヤ成型金型。
3. 少なくとも前記突出部分が積層造形法により形成された、請求項１又は２に記載のタイヤ成型金型。
4. タイヤのトレッド部を成型する成型面を有する成型部材に、前記トレッド部にサイプを形成するためのサイプブレードを前記成型面から突出させて設け、
   前記成型部材にはめ込まれる嵌め込み部分と、前記成型面から突出する突出部分とを接合して前記サイプブレードとし、
   前記突出部分を、前記成型面からの突出方向に形状が変化する３次元形状部分とする、タイヤ成型金型の製造方法において、
   少なくとも前記突出部分を積層造形法により作成することを特徴とする、タイヤ成型金型の製造方法。
   
   

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