JP2023091336A - タイヤ加硫金型及びそれを用いたタイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スピューによるベントホールの目詰まりを効果的に抑制することを可能にしたタイヤ加硫金型及びそれを用いたタイヤの製造方法を提供する。【解決手段】 タイヤ外表面を成形する成形面３１と、該成形面３１に開口するベントホール３２とを備えたタイヤ加硫金型１０において、ベントホール３２の奥側であってベントホール３２内に形成されるスピューＳが届かない位置に、ベントホール３２内の空気の流れにより開閉可能な構造を有する弁３３が配設されている。このタイヤ加硫金型１０の内側に未加硫状態のタイヤＴを投入し、タイヤＴを内側から加圧しつつ加硫を行う。【選択図】 図２

Description

本発明は、ベントホールを備えたタイヤ加硫金型及びそれを用いたタイヤの製造方法に関し、更に詳しくは、スピューによるベントホールの目詰まりを効果的に抑制することを可能にしたタイヤ加硫金型及びそれを用いたタイヤの製造方法に関する。

空気入りタイヤの製造工程においては、タイヤ加硫金型の内側に未加硫状態のタイヤを投入し、そのタイヤをブラダーにより内側から加圧しながら加熱することにより、タイヤの加硫を行っている。その際、タイヤ加硫金型の成形面と未加硫タイヤとの間にエアが残っていると、その残留エアに起因してタイヤ表面故障が発生する。このようなタイヤ表面故障を防止するために、タイヤ加硫金型には成形面に開口するエア抜き用の多数のベントホールが設けられている。

しかしながら、加硫時にベントホール内に形成されたスピュー（髭状のゴム片）の少なくとも一部が離型時にベントホール内に残存し、ベントホールに目詰まりを生じると、次の加硫においてベントホールによるエア抜きを行うことができず、その部分にタイヤ表面故障が生じることになる。また、スピューによるベントホールの目詰まりが発生した場合、ベントホールを掃除するためにタイヤの生産を一時的に停止する必要があり、このことはタイヤの生産性を大幅に低下させる要因となる。

そこで、ベントホールの目詰まりを防止するために、金型の外部に連通しない非貫通のベントホールを配置することが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。しかしながら、非貫通のベントホールは本質的にエアを排出する機能を有していないので、残留エアに起因するタイヤ表面故障を防止する効果を十分に確保することができないという欠点がある。

また、ベントホールの内部に通気孔を有するベントピースとその通気孔を弾性的に閉止する弾性部材を設置し、ベントピースと弾性部材とに隙間から空気を排出する一方で、弾性部材によりゴムを堰き止めるようにした構造が提案されている（例えば、特許文献３参照）。同様に、ベントホールの入り口付近に弁部材を設置し、この弁部材によりゴムの流出を阻止するようにした構造が提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、いずれの場合も、スピューを短くするという目的のために弾性部材や弁部材をベントホールの入り口付近に設置する必要があり、そのような部位では加硫時にベントホール内に流入するゴムの圧力が高いため、弾性部材や弁部材の隙間にゴムが流入し易く、それによって弁機能が低下することがある。そのため、弾性部材や弁部材の清掃や交換を頻繁に行う必要があるという欠点がある。

更に、ベントホールの流路に電磁弁等の弁を設置し、その弁を外部からの信号で開閉することにより、残留エアの排出性能を確保しつつスピューの形成を抑制するようにした構造が提案されている（例えば、特許文献５参照）。しかしながら、この場合、複雑な機構が必要となり、設備費用やメンテナンス費用が増大するという欠点がある。

特開平９－９４８３０号公報 特許第６４９５２３９号公報 特許第５２２７２６６号公報 特許第６８８０８１７号公報 特開２０１４－８７９５８号公報

本発明の目的は、スピューによるベントホールの目詰まりを効果的に抑制することを可能にしたタイヤ加硫金型及びそれを用いたタイヤの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のタイヤ加硫金型は、タイヤ外表面を成形する成形面と、該成形面に開口するベントホールとを備えたタイヤ加硫金型において、前記ベントホールの奥側であって前記ベントホール内に形成されるスピューが届かない位置に、前記ベントホール内の空気の流れにより開閉可能な構造を有する弁が配設されていることを特徴とするものである。

また、本発明のタイヤの製造方法は、上述のタイヤ加硫金型の内側に未加硫状態のタイヤを投入し、前記タイヤを前記成形面に向かって加圧しながら該タイヤの加硫を行うことを特徴とするものである。

本発明者は、ベントホールを備えたタイヤ加硫金型について鋭意研究した結果、このようなタイヤ加硫金型を用いて加硫を繰り返し行う場合、ベントホール内に形成されるスピューの先端部付近に汚れが徐々に堆積し、その堆積物に起因してスピューの先端部が破断するという現象を認識した。また、スピューの物性について調査したところ、ベントホール内ではスピューの根元側から先端部側に向かって徐々に圧力が低下し、スピューの先端部は大気圧に近い状態で加熱されるため発泡が顕著に生じることを知見した。そして、スピューの先端部では、ゴムの密度が低下し、破断強度も低下し、このことが汚れの堆積やスピューの破断を生じ易くすることを知見した。本発明者は、このような状況に鑑みて、スピューの先端部におけるゴムの発泡を抑制することでベントホールの目詰まりを効果的に抑制可能であることを知見し、本発明に至ったのである。

即ち、本発明では、タイヤ外表面を成形する成形面と、該成形面に開口するベントホールとを備えたタイヤ加硫金型において、ベントホールの奥側であってベントホール内に形成されるスピューが届かない位置に、ベントホール内の空気の流れにより開閉可能な構造を有する弁が配設されているので、その弁を加硫時に空気の流れにより閉じることにより、ベントホール内に流入するゴムと弁との間に形成される空間の圧力を確保し、スピューの先端部におけるゴムの発泡を抑制することができる。そのため、ベントホール内に形成されるスピューの先端部付近に汚れが堆積することを防止し、そのような堆積物に起因するスピューの先端部の破断を防止することができる。これにより、スピューによるベントホールの目詰まりを効果的に抑制することができる。その結果、残留エアに起因するタイヤ表面故障を防止すると共に、ベントホールの清掃頻度を低減してタイヤの生産性を改善するという優れた効果を得ることができる。

本発明によれば、ベントホールは金型の外部に連通するものであるため、残留エアの排気性能を十分に確保することができる。更に、弁はベントホールの奥側であってスピューが届かない位置に配設されているので、弁の隙間にゴムが流入することはなく、その交換や清掃の頻度を低くすることができる。また、弁はベントホール内の空気の流れにより開閉可能な構造を有するものであるので、複雑な機構を必要とせず、設備費用やメンテナンス費用の増大を生じることもない。

本発明において、弁は成形面からベントホール内に形成されるスピューの平均長さの１５０％～２００％の位置に配置されていることが好ましい。或いは、弁は成形面からベントホールの軸方向に沿って１８ｍｍ～３０ｍｍの位置に配置されていることが好ましい。このようにベントホールの成形面から適度に離れた位置に弁が配設されていることにより、ベントホール内に流入するゴムと弁との接触を確実に回避しつつ、ベントホール内に流入するゴムと弁との間に形成される空間の圧力を確保し、スピューの先端部におけるゴムの発泡を抑制し、スピューによるベントホールの目詰まりを効果的に抑制することができる。

本発明において、ベントホールの少なくとも一部を包含すると共に金型の本体から分離可能であるベントピースを備えることが好ましい。金型の本体から分離可能であるベントピースを採用することにより、ベントホールに対して弁を容易に配設することができる。

本発明の実施形態からなるタイヤ加硫装置を示す子午線断面図である。 本発明に係るタイヤ加硫金型のベントホール部分を示す断面図である。 本発明に係るタイヤ加硫金型における弁の動作状態を示し、（ａ）～（ｂ）は各段階での弁の動作状態を示す断面図である。 本発明に係るタイヤの製造方法においてベントホール内に形成されるスピューの長さとスピューの成長速度との関係を示すグラフである。 本発明に係るタイヤの製造方法においてベントホール内に流入するゴムと弁との間に形成される空間の圧縮長さと発生圧力との関係を示すグラフである。 従来のベントホール内に形成されるスピューを示す断面図である。 従来のベントホールにおける目詰まりの発生メカニズムを示し、（ａ）～（ｃ）は各段階でのベントホールの状態を示す断面図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態からなるタイヤ加硫装置を示し、図２は本発明に係るタイヤ加硫金型のベントホール部分を示し、図３は本発明に係るタイヤ加硫金型における弁の動作状態を示すものである。

図１に示すように、このタイヤ加硫装置は、空気入りタイヤＴの外表面を成形するタイヤ加硫金型（以下、「金型」と称す）１０と、空気入りタイヤＴの内側に挿入される筒状のブラダー２０とを備えている。また、このタイヤ加硫装置は、該ブラダー２０の内側にスチーム等の加熱加圧媒体を供給するための加熱加圧媒体供給手段（不図示）や、金型１０を加熱するための加熱手段（不図示）を備えている。

金型１０は、空気入りタイヤＴのサイドウォール部を成形するための下側サイドプレート１１及び上側サイドプレート１２と、空気入りタイヤＴのビード部を成形するための下側ビードリング１３及び上側ビードリング１４と、空気入りタイヤＴのトレッド部を成形するための複数のセクター１５とから構成され、その金型１０の内側で空気入りタイヤＴを加硫成形するようになっている。なお、金型１０の構造は特に限定されるものではなく、図示のようなセクショナルタイプのモールドのほか、二つ割りタイプのモールドを使用することも可能である。

ブラダー２０は、その下端部が下側ビードリング１３と下側クランプリング２１との間に把持され、その上端部が上側クランプリング２２と補助リング２３との間に把持されている。図１に示すような加硫状態において、ブラダー２０は空気入りタイヤＴの径方向外側に向かって拡張した状態にあるが、加硫後に空気入りタイヤＴを金型１０内から取り出す際には上側クランプリング２２が上方に移動し、それに伴ってブラダー２０が空気入りタイヤＴの内側から抜き取られるようになっている。

上述したタイヤ加硫装置において、図１及び図２に示すように、金型１０は、タイヤ外表面を成形する成形面３１と、該成形面３１に開口するベントホール３２とを備えている。ベントホール３２は、一端が成形面３１に開口する一方で、他端が金型１０の外部に連通している。図１においては、ベントホール３２が金型１０を構成するセクター１５に形成される構造を描写しているが、ベントホール３２は下側サイドプレート１１、上側サイドプレート１２、下側ビードリング１３又は上側ビードリング１４に形成することも可能であり、金型１０の全体において多数のベントホール３２を配設することが可能である。金型１０は、本体１０Ａと、ベントホール３２の少なくとも一部を包含すると共に金型１０の本体１０Ａから分離可能であるベントピース１０Ｂを備えている。ベントピース１０Ｂは金型１０の本体１０Ａに対して着脱自在に構成されている。

金型１０において、図２に示すように、ベントホール３２の奥側であってベントホール３２内に形成されるスピューＳが届かない位置に、ベントホール３２内の空気の流れにより開閉可能な構造を有する弁３３が配設されている。より具体的には、ベントホール３２内に嵌め込まれていて成形面３１側に弁座を備える外筒体３３Ａと、該外筒体３３Ａの内側に挿入された弁体３３Ｂと、該弁体３３Ｂを外筒体３３Ａの弁座から離れる方向に付勢するバネ部材３３Ｃ（例えば、コイルバネ）とから構成されている。外筒体３３Ａの弁座はベントホール３２の軸方向に対して４５°～８０°の角度、より好ましくは、６０°～８０°の角度で傾斜し、更に好ましくは、成形面３１の方向に凸となるように湾曲しており、弁体３３Ｂと外筒体３３Ａの弁座との隙間は０．０５ｍｍ～０．２ｍｍの範囲、より好ましくは、０．０５ｍｍ～０．１ｍｍの範囲に設定されている。また、バネ部材３３Ｃのバネ定数は０．３Ｎ／ｍｍ～１．３Ｎ／ｍｍの範囲、より好ましくは、０．３Ｎ／ｍｍ～０．６Ｎ／ｍｍの範囲に設定されている。

上述したタイヤ加硫装置を用いて空気入りタイヤＴを加硫する場合、金型１０の内側に未加硫状態の空気入りタイヤＴを投入し、その空気入りタイヤＴの内側にブラダー２０を挿入し、ブラダー２０内に加熱加圧媒体を導入する一方で金型１０を外側から加熱することにより、空気入りタイヤＴを成形面３１に向かって加圧しながら該空気入りタイヤＴの加硫を行う。

このような加硫工程において、金型１０の成形面３１と未加硫状態の空気入りタイヤＴとの間に残留するエアはベントホール３２を介して金型１０の外部に排出される。そして、図３（ａ）～（ｂ）に示すように、空気入りタイヤＴを構成する未加硫ゴムＧがベントホール３２内に侵入し、ベントホール３２内にスピューＳが形成される。加硫済の空気入りタイヤＴが金型１０から取り外される際に、スピューＳはベントホール３２から引き抜かれる。そして、スピューＳは必要に応じて切除される。

ここで、図６及び図７（ａ）～（ｃ）を用いて、従来のベントホールにおける目詰まりの発生メカニズムについて詳しく説明する。本発明者の知見によれば、図６に示すように、従来のベントホール３２内では、スピューＳの根元側から先端部側に向かって徐々に圧力が低下し、スピューＳの先端部は大気圧に近い状態で加熱されるため発泡が顕著に生じる。このような発泡はゴムに含まれる発泡剤のみならず水分等にも起因する。その結果、スピューＳの先端部では、ゴムの密度が低下し、破断強度も低下し、このことが汚れの堆積やスピューＳの破断を生じ易くする要因となる。

このような状況において加硫工程を繰り返し行うと、図７（ａ）に示すように、金型１０のベントホール３２内に形成されるスピューＳの先端部付近に汚れが堆積し、堆積物Ｘが徐々に成長する。次いで、図７（ｂ）に示すように、加硫時にベントホール３２内に未加硫ゴムＧが進入し、それが堆積物Ｘを越える位置まで到達する。そして、図７（ｃ）に示すように、加硫後にスピューＳが引き抜かれた際に、堆積物Ｘと一体化したスピューＳの先端部が千切れてベントホール３２を閉塞する。

これに対して、上述した金型１０では、ベントホール３２の奥側であってベントホール３２内に形成されるスピューＳが届かない位置に、ベントホール３２内の空気の流れにより開閉可能な構造を有する弁３３が配設されているので、図３（ａ）に示すように、加硫時に弁３３を空気の流れにより閉じるようにし、図３（ｂ）に示すように、ベントホール３２内に流入する未加硫ゴムＧと弁３３との間に形成される空間の圧力Ｐを確保し、スピューＳの先端部におけるゴムＧの発泡を抑制することができる。ここで、弁３３を閉じるために必要となる空気の流れは、ゴムＧの流入によりベントホール３２内に生じるものであっても良く、或いは、金型１０の外部に設置された吸引装置等により意図的に生じさせたものであっても良い。このようにしてスピューＳの先端部におけるゴムＧの発泡を抑制することにより、ベントホール３２内に形成されるスピューＳの先端部付近に汚れが堆積することを防止し、その堆積物Ｘに起因するスピューＳの先端部の破断を防止することができる。これにより、スピューＳによるベントホール３２の目詰まりを効果的に抑制することができる。その結果、残留エアに起因するタイヤ表面故障を防止すると共に、ベントホール３２の清掃頻度を低減して空気入りタイヤＴの生産性を改善することができる。

また、上述した金型１０によれば、ベントホール３２は金型１０の外部に連通するものであるため、残留エアの排気性能を十分に確保することができる。更に、弁３３はベントホール３２の奥側であってスピューＳが届かない位置に配設されているので、弁３３の隙間にゴムＧが流入することはなく、その交換や清掃の頻度を低くすることができる。また、弁３３はベントホール３２内の空気の流れにより開閉可能な構造を有するものであるので、複雑な機構を必要とせず、設備費用やメンテナンス費用の増大を生じることもない。

上述した金型１０は、ベントホール３２の少なくとも一部を包含すると共に金型１０の本体１０Ａから分離可能であるベントピース１０Ｂを備えているので、ベントホール３２に対して弁３３を容易に配設することができる。即ち、弁３３はベントホール３２の奥側の部位に配置されるので、ベントピース１０Ｂの単体状態でベントホール３２内に弁３３を挿入し、弁３３を備えたベントピース１０Ｂを本体１０Ａに対して装着することができる。或いは、ベントピース１０Ｂを外した状態で、金型１０の本体１０Ａにおいてベントホール３２内に弁３３を挿入し、弁３３を備えた本体１０Ａに対してベントピース１０Ｂを装着するようにしても良い。

金型１０において、弁３３は、成形面３１からベントホール３２内に形成されるスピューＳの平均長さＬの１５０％～２００％の位置に配置されていると良い。つまり、弁３３が閉じた状態における成形面３１から弁３３の閉止面までの距離ＹはスピューＳの平均長さＬの１５０％～２００％の位置に配置されていると良い。スピューＳの平均長さＬは予備的な加硫試験を通じて求めても良く、或いは、ゴム特性（粘度と加硫速度）から見積もっても良い。例えば、弁３３は、成形面３１からベントホール３２の軸方向に沿って１８ｍｍ～３０ｍｍの位置に配置されていると良い。つまり、弁３３が閉じた状態における成形面３１から弁３３の閉止面までの距離Ｙは成形面３１からベントホール３２の軸方向に沿って１８ｍｍ～３０ｍｍの位置に配置されていると良い。

このようにベントホール３２の成形面３１から適度に離れた位置に弁３３が配置されていることにより、ベントホール３２内に流入するゴムＧと弁３３との接触を確実に回避しつつ、ベントホール３２内に流入するゴムＧと弁３３との間に形成される空間の圧力Ｐを確保し、スピューＳの先端部におけるゴムＧの発泡を抑制し、スピューＳによるベントホール３２の目詰まりを効果的に抑制することができる。ここで、弁３３が成形面３１に近過ぎると、弁３３にゴムＧが流入し易くなり、逆に弁３３が成形面から遠過ぎると、ベントホール３２内に流入するゴムＧと弁３３との間に形成される空間の圧力Ｐを確保することが困難になる。スピューＳの先端部におけるゴムＧの発泡を抑制するために、ベントホール３２内に流入するゴムＧと弁３３との間に形成される空間の圧力Ｐは例えば０．１ＭＰａ以上であることが必要である。

図４は本発明に係るタイヤの製造方法においてベントホール内に形成されるスピューの長さとスピューの成長速度との関係を示すものである。図４において、実線は弁なしの場合を示し、破線は弁ありの場合を示す。図４に示すように、例えば、弁なしの場合（実線）、ベントホール３２内に形成されるスピューＳの成長速度はスピューＳの長さが約２ｍｍであるときに最大となり、スピューＳの長さは約１５ｍｍとなる。一方、弁ありの場合（破線）、スピューＳの成長速度が大きくなった際に弁３３が閉じ、ベントホール３２内に流入するゴムＧと弁３３との間に形成される空間の圧力Ｐが高くなることにより、スピューＳの長さは約１３ｍｍと短くなる。このことから判るように、ベントホール３２内に流入するゴムＧによって生じる空気の流れは弁３３の開閉に利用可能である。なお、金型１０の外部から空気の流れを形成することで弁３３の開閉を行う場合、ベントホール３２内へのゴムＧの流入によって生じる空気の流れでは弁３３が閉止しない構造とし、外部からの吸引によりベントホール３２内に弁３３を閉止するための空気の流れを作れば良い。

図５は本発明に係るタイヤの製造方法においてベントホール内に流入するゴムと弁との間に形成される空間の圧縮長さと発生圧力との関係を示すものである。これは、直径１ｍｍのベントホールにおいて、成形面からベントホールの軸方向に沿って２５ｍｍの位置（平均ベント長さの１５０％の位置）に弁３３を配置した場合の関係である。図５に示すように、ベントホール３２内に流入するゴムＧと弁３３との間に形成される空間の圧縮長さ、即ち、弁３３が閉じてから弁３３とゴムＧとの間で圧縮される部分のストロークが大きくなると、それに伴って圧力Ｐが増大する。図５から判るように、ベントホール３２内に流入するゴムＧと弁３３との間に形成される空間の圧縮長さを１２ｍｍ以上確保することにより、０．１ＭＰａ以上の圧力Ｐを確保することができる。

空気入りタイヤの加硫を行うにあたって、ベントホールの構造だけを異ならせたタイヤ加硫金型を用いた。

従来例では、成形面に開口する多数のベントホールを備えたタイヤ加硫金型を使用した。比較例では、成形面に開口する多数のベントホールを備え、各ベントホールの入り口付近であってスピューが届く位置に弁が配設されたタイヤ加硫金型を使用した。実施例では、成形面に開口する多数のベントホールを備え、各ベントホールの奥側であってスピューが届かない位置に、ベントホール内の空気の流れにより開閉可能な構造を有する弁が配設されたタイヤ加硫金型を使用した。比較例及び実施例において、弁はそれぞれ成形面からベントホールの軸方向に沿って２ｍｍ及び２５ｍｍの位置に配置した。

上述したタイヤ加硫金型を用いて空気入りタイヤの加硫を繰り返し行い、ベントホール又は弁の目詰まりに起因して清掃作業が必要となるまでの加硫回数を調べ、その結果を表１に示した。加硫回数は、従来例を１００とする指数にて示した。この指数値が大きいほどベントホール及び弁の目詰まりが少ないことを意味する。

表１から判るように、実施例のタイヤ加硫金型を用いた場合、従来例との対比において、スピューによるベントホールの目詰まりを効果的に抑制することができたため、清掃作業が必要となるまでの加硫回数が増えていた。一方、比較例のタイヤ加硫金型を用いた場合、弁の隙間にゴムが流入し、弁の目詰まりが生じたため、その清掃作業が必要となった。

１０ タイヤ加硫金型
１０Ａ 本体
１０Ｂ ベントピース
２０ ブラダー
３１ 成形面
３２ ベントホール
３３ 弁
３３Ａ 外筒体
３３Ｂ 弁体
３３Ｃ バネ部材
Ｔ 空気入りタイヤ
Ｓ スピュー

Claims (5)

1. タイヤ外表面を成形する成形面と、該成形面に開口するベントホールとを備えたタイヤ加硫金型において、前記ベントホールの奥側であって前記ベントホール内に形成されるスピューが届かない位置に、前記ベントホール内の空気の流れにより開閉可能な構造を有する弁が配設されていることを特徴とするタイヤ加硫金型。
2. 前記弁は、前記成形面から前記ベントホール内に形成されるスピューの平均長さの１５０％～２００％の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ加硫金型。
3. 前記弁は、前記成形面から前記ベントホールの軸方向に沿って１８ｍｍ～３０ｍｍの位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ加硫金型。
4. 前記ベントホールの少なくとも一部を包含すると共に前記金型の本体から分離可能であるベントピースを備えることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のタイヤ加硫金型。
5. 請求項１～４のいずれかに記載のタイヤ加硫金型の内側に未加硫状態のタイヤを投入し、前記タイヤを前記成形面に向かって加圧しながら該タイヤの加硫を行うことを特徴とするタイヤの製造方法。

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