JP2023095547A - タイヤ製造用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイド成型材の離型抵抗を低減することができるタイヤ製造用金型を提供する。【解決手段】タイヤ製造用金型２２は、トレッド表面を成型するための金型本体４０と、金型本体４０とは異なる材料からなりトレッド表面にサイプなどのボイドを成型するためのボイド成型材４２と、を備える。ボイド成型材４２は３Ｄプリンタによる金属造形により作製され、金属造形により形成された凹凸を持つ表面４６の凹み５０にフッ素樹脂５２が配されている。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、タイヤ製造用金型に関する。

トレッド表面にサイプなどのボイドを有するタイヤがある。そのようなボイドを有するタイヤのトレッド表面を製造するための金型では、ボイドを成型するためのボイド成型材が、金型本体とは異なる材料で作製される。例えば、軽量性のため金型本体をアルミニウムなどの軟質金属で作製する一方、強度等の観点からボイド成型材は鉄系金属で作製される。

特許文献１には、サイプが形成されたブロックの剛性向上を図ることを目的として、サイプを成型するブレードの表面に特定の凹凸面を形成すること、及び、該ブレードを積層造形法により製造できることが記載されている。

特開２０１７－１８５９０１号公報

タイヤ要求性能の高まりにより、タイヤ製造用金型においては、複雑な溝形状を求められる傾向にある。トレッド意匠を構成する要素のうち、特に厚み２ｍｍ以下のサイプを成型するためのボイド成型材としては、鉄系金属をプレス成型したもののほか、上記特許文献１に記載のように積層造形法、即ち３Ｄプリンタを利用したものもある。

このようなボイド成型材を用いたタイヤ製造において、ボイド成型材の表面の凹凸は、加硫後におけるタイヤからのボイド成型材の離型抵抗を高めると考えられる。特に複雑な形状を有するサイプを成型するためのボイド成型材においては、離型抵抗の増大によるタイヤの脱型不良など、生産性を損なう要因となる。

本発明の実施形態は、以上の点に鑑み、ボイド成型材の離型抵抗を低減することができるタイヤ製造用金型を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るタイヤ製造用金型は、トレッド表面を成型するための金型本体と、前記金型本体とは異なる材料からなり前記トレッド表面にボイドを成型するためのボイド成型材と、を備えるタイヤ製造用金型であって、前記ボイド成型材が３Ｄプリンタによる金属造形により作製されたものであり、前記金属造形により形成された凹凸を持つ表面の凹みにフッ素樹脂が配されたものである。

一実施形態において、前記金属造形により形成された算術平均粗さＲａが３．０～７．０μｍかつスキューネスがＲｓｋ＞０である表面の凹みに前記フッ素樹脂が配されてもよい。

一実施形態において、前記金属造形により形成された表面の凹凸のうち突起の上部が平坦化されて平坦な頂面が形成されてもよい。この場合、前記金属造形により形成された前記突起の上部を削り取ることで平坦な前記頂面が形成されてもよい。

一実施形態において、前記ボイド成型材は、前記凹凸を持つ表面における突起の頂面と凹みの底との間に狭窄部を有してもよい。

一実施形態において、前記ボイド成型材がステンレス鋼からなるものでもよい。

本発明の実施形態であると、ボイド成型材の離型抵抗を低減することができ、加硫後におけるタイヤの脱型不良を低減することができる。

タイヤ加硫装置の半断面図 一実施形態に係るタイヤ製造用金型の断面図（図３のＩＩ－ＩＩ線に対応する断面図） 一実施形態に係るタイヤトレッドの一部平面図 一実施形態に係るボイド成型材の側面図 第１実施形態に係るボイド成型材の表面の断面形状を示す模式図 金属造形により形成される凹凸の断面形状を示す模式図 金属造形により作製されたボイド成型材の樹脂配置前の表面を拡大して示す画像 第２実施形態に係るボイド成型材の表面の断面形状を示す模式図 第２実施形態において金属造形により作製されたボイド成型材の表面に切削加工を施して平坦な頂面を形成した段階での断面形状を示す模式図 図９に示す段階におけるボイド成型材の表面を示す平面図 第３実施形態に係るボイド成型材の表面の断面形状を示す模式図 第３実施形態において金属造形により作製されたボイド成型材の表面にプレス加工を施した段階での断面形状を示す模式図 第３実施形態においてプレス加工後に切削加工を施した段階での断面形状を示す模式図

以下、一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、空気入りタイヤを加硫成型するためのタイヤ加硫装置１０の一例を示す。タイヤ加硫装置１０は、加硫金型１２と、加硫金型１２が取り付けられるコンテナ１４と、ブラダー１６とを備え、未加硫タイヤを所定形状に成型しつつ加硫する。

加硫金型１２は、上下一対のサイドプレート１８，２０と、周方向に分割された複数のセクタ２２と、上下一対のビードリング２４，２６とを備え、タイヤＴの外表面を成型する。セクタ２２は、タイヤＴのトレッド表面Ｔ１を成型するための金型であり、タイヤ周方向に複数に分割され、タイヤ半径方向に拡縮変位可能に設けられている。

コンテナ１４は、セクタ２２を保持する複数のセグメント２８と、セグメント２８をタイヤ半径方向に移動させるジャケットリング３０と、上下一対の取付プレート３２，３４とを備える。ジャケットリング３０は、セグメント２８に対して相対的に上下動することで、セグメント２８をタイヤ半径方向に移動させ、これによりセクタ２２がタイヤ半径方向に拡縮変位可能に構成されている。上側の取付プレート３２は、不図示の昇降装置により下側の取付プレート３４に対して上下動するように構成されている。

ブラダー１６は、トロイダル状をなす拡縮可能なゴム弾性体からなり、タイヤＴの内面側に配置されて加圧気体の供給によって膨らむことによりタイヤＴを内側から加圧する。

以下、タイヤＴのトレッド表面Ｔ１（即ち、トレッドの意匠面）を成型するための金型であるセクタ２２について説明する。以下の説明においては、セクタ２２を「タイヤ製造用金型２２」または単に「金型２２」という。

金型２２は、図２に示すように、トレッド表面Ｔ１を成型するための金型本体４０と、トレッド表面Ｔ１にボイドを成型するためのボイド成型材４２とを備える。通常は複数のボイド成型材４２が金型本体４０に鋳ぐるみされている。鋳ぐるみとは、一般に異種部材のまわりに溶融金属を流し込んで本体と一体化した鋳造品を得ることをいい、ここではボイド成型材４２をインサートとして溶融金属を流し込むことにより、金型本体４０にボイド成型材４２が一体化された金型２２を得ることをいう。

金型本体４０は、アルミニウムやアルミニウム合金などの軟質金属からなる。金型本体４０は、トレッド表面Ｔ１を成型するためのトレッド成型面４０Ａを備える。トレッド成型面４０Ａには、トレッド表面Ｔ１に主溝（即ち、周方向溝）を成型するためのリブ４４が設けられている。リブ４４は、トレッド成型面４０Ａから突出してタイヤ周方向に延びる凸条であり、金型本体４０に一体に形成されている。

ボイド成型材４２は、金型本体４０とは異なる材料からなり、強度等の観点から鉄系金属により形成されることが好ましい。より好ましくは、ボイド成型材４２は、ステンレス鋼により形成されることである。ステンレス鋼であれば、鉄製の場合よりも防錆性にすぐれ、また、加硫ゴムとの密着も鉄製に比べて低減することができる。更に好ましくは、ボイド成型材４２は、ニッケル（Ｎｉ）の含有量が８質量％以下（より好ましくは５質量％以下）のステンレス鋼からなることである。ニッケルの含有量が少ないことにより、加硫ゴムとの密着をより一層低減することができる。

ボイド成型材４２により成型されるボイドとしては、トレッド表面Ｔ１に設けられる様々な凹みが例示されるが、好ましくは溝状の凹み、例えばサイプや細溝が挙げられる。ここで、サイプは、溝幅２ｍｍ以下の切れ込みであり、カーフとも称される。細溝は、主溝よりも溝幅の狭い溝であり、例えば溝幅５ｍｍ以下の溝をいう。サイプや細溝は、タイヤ周方向に延びるものでもよく、タイヤ幅方向に延びるものでもよい。

図３は、金型２２により成型されるトレッド表面Ｔ１の一例を示す平面図である。トレッド表面Ｔ１には、複数の主溝Ｔ２が設けられるとともに、主溝Ｔ２により区画されたタイヤ周方向に延びるリブＴ３に、タイヤ幅方向に延びる複数のサイプＴ４が設けられている。一実施形態におけるボイド成型材４２は、該サイプＴ４を成型するためのものである。図２及び図３において、符号ＣＬはタイヤ赤道面を示す。

なお、ボイド成型材４２は、溝状の凹みを成型する場合、板状をなす。図３に示すサイプＴ４を成型する場合、ボイド成型材４２は長手方向の両端部に湾曲部を持つ平板状をなす。ボイド成型材４２の形状は、これに限定されず、例えば、成型する凹みが平面視（開口形状）で直線状である場合、ボイド成型材４２は長手方向の全体が平板状でもよい。また、成型する凹みが平面視で湾曲線状である場合、ボイド成型材４２は湾曲した板状でもよい。成型する凹みが平面視で屈曲部を持つ線状の場合、ボイド成型材４２は屈曲部を持つ板状でもよい。成型する凹みが平面視で波形である場合、ボイド成型材４２は波板状でもよい。

図４はボイド成型材４２の一例を示す図である。ボイド成型材４２のうち、金型本体４０から突出してボイドを成型する部分を成型部４２Ａといい、金型本体４０に埋め込まれる部分を埋設部４２Ｂという。図４では、埋設部４２Ｂにハッチングを入れて示している。

本実施形態においてボイド成型材４２は、３Ｄプリンタによる金属造形（金属積層造形ともいう。）により作製される。金属造形は、金属粉末を層ごとに融合し積み重ねて立体形状を作製する技術をいう。金属造形としては、例えば、ＳＬＳ（Selective laser sintering：レーザー焼結法）、ＳＬＭ（Selectivelaser melting：レーザー溶融法）等が挙げられ、レーザービームの照射により支持板上で金属粉末を選択的に焼結または溶融することによって、成型すべき物体の形状に従い一層ずつ造形していく。

このようにして作製されるボイド成型材４２の表面４６には、金属造形による微小な凹凸が形成される。すなわち、図６に模式的に示すように、ボイド成型材４２の表面４６は、複数の突起４８と複数の凹み５０とを含む凹凸面に形成されている。図７は、金属造形により形成されたボイド成型材４２の表面４６を示す画像である。色が白い部分ほど高く、即ち隆起しており、色が濃くなるに従って低く、即ち凹んでいることを示す。

第１実施形態では、図５に示されるように、上記金属造形により形成された凹凸を持つ表面４６の凹み５０にフッ素樹脂５２が配されている。このようにボイド成型材４２の表面４６の凹み５０に低摩擦樹脂であるフッ素樹脂５２を配することにより、タイヤＴの加硫後におけるボイド成型材４２の離型抵抗を低減することができる。また、金属造形により形成される表面４６には適度な凹凸があり、凹み５０にフッ素樹脂５２が食い込んで充填されやすいという利点がある。また、フッ素樹脂５２は、摩擦抵抗が小さいだけでなく、耐熱性に優れるため、加硫温度（例えば１５０～１８０℃）に耐えることができる。

フッ素樹脂５２としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ，ＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等が挙げられ、これらはいずれか１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。

ボイド成型材４２の表面４６の凹み５０にフッ素樹脂５２を配する方法としては、特に限定されないが、ショットブラスト法が好ましい。金属造形により形成された凹凸を持つ表面４６に対して、フッ素樹脂の粉体を投射材として衝突させることにより、当該粉体が凹み５０に入り込み、これにより凹み５０にフッ素樹脂５２が充填される。

なお、図５では、フッ素樹脂５２は凹み５０にのみ配されているが、凹み５０に配されていれば、それ以外の部位、即ち突起４８を覆うように設けられてもよい。また、フッ素樹脂５２は、必ずしも全ての凹み５０に配されていなくてもよく、離型抵抗を低減する効果が奏される限りフッ素樹脂５２が配されていない凹み５０が存在してもよい。

一実施形態において、金属造形による成型後（樹脂配置前）の表面４６は、算術平均粗さＲａが３．０～７．０μｍであり、かつ、粗さパラメータのスキューネスＲｓｋが正（Ｒｓｋ＞０）であることが好ましい。すなわち、金属造形により形成された算術平均粗さＲａが３．０～７．０μｍかつスキューネスがＲｓｋ＞０である表面４６に対し、その凹み５０にフッ素樹脂５２が配されることが好ましい。これにより、ボイド成型材４２の離型抵抗を効果的に低減することができる。

本明細書において、算術平均粗さＲａ及びスキューネスＲｓｋは、２００１年版のＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠して測定される。

一実施形態において、凹み５０の間隔Ｇは、特に限定されず、例えば０．２～１．５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．５～１．０ｍｍである。凹み５０の間隔Ｇをこのような範囲に設定することにより、フッ素樹脂５２を配した低密着領域が適当な間隔で配置されることになり、離型抵抗の更なる低減を図ることができる。ここで、凹み５０の間隔Ｇは、凹み５０の配設間隔であり、図５に示されるように、隣接する凹み５０，５０の中心間距離である。

なお、フッ素樹脂５２を配する表面４６は、成型部４２Ａにおける表面（即ち、板状のボイド成型材４２の場合、成型部４２Ａの両側面）であればよく、埋設部４２Ｂの表面においてはフッ素樹脂５２を付与してもよく、付与しなくてもよい。

図８は、第２実施形態に係るボイド成型材４２Ｘの表面４６の断面形状を示す模式図である。第２実施形態では、突起４８の上部が平坦化されて平坦な頂面４８Ａが形成されている点で第１実施形態とは相違する。

第２実施形態では、金属造形により形成された表面４６の凹凸のうち突起４８の上部（即ち、頂部）が平坦化されており、即ち突起４８の頂面４８Ａは平坦面（平滑面）に形成されている。より詳細には、図９に示されるように、金属造形による凹凸面に対して、突起４８の上部を削り取ることで、当該上部を平坦化しており、平坦な頂面４８Ａを持つ截頭形状の突起４８を形成する。そのため、ボイド成型材４２の表面４６は、截頭形状の突起４８の頂面４８Ａと凹み５０により形成されている。このようにして截頭形状の突起４８を設けた上で、図８に示すように、凹み５０にフッ素樹脂５２を配している。

突起４８の上部を削り取る方法としては、突起４８の上部を除去して平坦面を形成することができれば、特に限定されず、切削加工でもよく、研削加工でもよい。

図１０は、平坦化加工後、フッ素樹脂５２を配置する前における、ボイド成型材４２の表面４６の一例を示す平面図であり、截頭形状の突起４８の頂面４８Ａの間に凹み５０が配置されている。

上記のように突起４８に平坦な頂面４８Ａを形成したうえで凹み５０にフッ素樹脂５２を配することにより、ボイド成型材４２の離型抵抗をより効果的に低減することができる。その理由は次のとおりである。タイヤの加硫初期において、未加硫ゴムがボイド成型材４２の表面４６上を流動する際に、突起４８の平坦な頂面４８Ａでの受熱により、未加硫ゴムの極表面部の加硫が促進される。そのため、ゴムの粘着性が低減され、凹み５０内に入り込みにくくなる。しかも、凹み５０にはフッ素樹脂５２が充填されているため、凹み５０領域での密着力を更に低減することができる。そのため、ボイド成型材４２の離型抵抗を大幅に低減することができる。

第２実施形態において、突起４８の上部を平坦化した段階でのボイド成型材４２の表面４６のスキューネスＲｓｋは負（Ｒｓｋ＜０）であることが好ましい。Ｒｓｋ＜０とすることにより、平坦な頂面４８Ａと凹み５０との割合が適値となり、ボイド成型材４２の離型抵抗をより効果的に低減することができる。突起４８の頂面４８Ａの算術平均粗さＲａは２．０μｍ以下であることが好ましい。

第２実施形態において、各凹み５０は、その開口面の長寸値５０Ｂが短寸値５０Ｃの２倍～１０倍であることが好ましい（図１０参照）。このように凹み５０の開口形状を細長い形状にすることにより、凹み５０へのゴムの侵入をより低減することができる。ここで、凹み５０の長寸値５０Ｂとは、図１０に示すように、凹み５０の開口面の輪郭を検出し、該輪郭を長方形５３に対して内接フィッティングさせたときの当該長方形５３の縦寸法をいう。短寸値５０Ｃとは、当該長方形５３の横寸法をいう。

第２実施形態について、その他の構成は第１実施形態と同様であり、説明は省略する。

図１１は、第３実施形態に係るボイド成型材４２Ｙの表面４６の断面形状を示す模式図である。第３実施形態では、凹凸を持つ表面４６における突起４８の頂面４８Ａと凹み５０の底５０Ａとの間に狭窄部５４を設けており、この点で第２実施形態と相違する。

狭窄部５４とは、凹み５０の底５０Ａから頂面４８Ａに至るまでに凹み５０の外形が一旦広がった後にすぼまって狭まる形状をなしている当該狭まった部分をいう。狭窄部５４は、図１１に示すように、凹み５０の開口面（即ち、頂面４８Ａ）近傍に設けられていることが好ましく、凹み５０の深さ方向においてその深さの半分よりも開口面側に設けられていることが好ましい。

フッ素樹脂５２による離型抵抗の軽減効果は、凹み５０に配されるフッ素樹脂５２の表面積に左右され、表面積の増加とともに効果が高まるが、その一方でフッ素樹脂５２が剥離しないような工夫が望まれる。これに対し、狭窄部５４を設けることで、凹み５０に配したフッ素樹脂５２の脱落を効果的に抑制することができる。

このような狭窄部５４を持つボイド成型材４２Ｙは、次のようにして作製することができる。金属造形により形成された突起４８の上部にその高さを減ずるように圧力を加えて塑性変形させることで狭窄部５４を形成する。さらに狭窄部５４を残しながら突起４８の上部を削り取ることで平坦な頂面４８Ａを形成する。その後、凹み５０にフッ素樹脂５２を配置する。ここで、該塑性変形は、金属造形により形成された凹凸を持つ表面４６に対して、プレス加工やショットピーニング加工を施すことにより行うことができる。

詳細には、図６に示す金属造形後の凹凸を持つ表面４６に対してプレス加工を行うと、突起４８の上部にはその高さを減ずるように圧力が加えられ、当該上部が圧縮されて塑性変形することにより庇状に広がり、図１２に示すように突起４８の上部に狭窄部５４が形成される。ショットピーニング加工についても同様であり、無数の球体を高速で衝突させることにより、突起４８の上部にはその高さを減ずるように圧力（無数の球体が衝突することによる瞬間的に押す力）が加えられ、当該上部が塑性変形して庇状に広がり、狭窄部５４が形成される。

次いで、狭窄部５４を残しながら、その上部を切削加工や研削加工等により平坦に削って除去することにより、図１３に示すように平坦な頂面４８Ａが形成される。このように、プレス加工等により塑性変形させた後、切削加工等で上部を除去することにより、狭窄部５４を持つ所望の形状を簡便に得ることができる。

その後、図１１に示すように、フッ素樹脂５２を凹み５０に充填させる。フッ素樹脂５２は、狭窄部５４よりも内側（即ち、凹み５０の底側）に入り込み、凹み５０から脱落しないように狭窄部５４によって係止されていることが好ましい。これによりフッ素樹脂５２の脱落をより効果的に抑制することができる。なお、フッ素樹脂５２はその全体が狭窄部５４よりも内側に配されている必要はなく、一部が狭窄部５４よりも外側にはみ出していてもよい。

第３実施形態について、その他の構成は第２実施形態と同様であり、説明は省略する。

第２及び第３実施形態において、ボイド成型材４２Ｘ，４２Ｙを製造する場合、金属造形で全体形状を形成した後、溶体化熱処理を実施し硬度を低下させることが好ましい。これにより、上記のプレス加工やショットピーニング加工、切削加工や研削加工などにおける加工性を向上することができる。これらの加工によりボイド成型材４２Ｘ，４２Ｙの表面４６を所望の形状に形成した後、時効硬化熱処理を施すことが好ましく、これにより、表面４６の凹凸形状の強度を向上させることができる。

以上の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

２２…タイヤ製造用金型、４０…金型本体、４２，４２Ｘ，４２Ｙ…ボイド成型材、４６…ボイド成型材の表面、４８…突起、４８Ａ…頂面、５０…凹み、５２…フッ素樹脂、５４…狭窄部

Claims (6)

1. トレッド表面を成型するための金型本体と、前記金型本体とは異なる材料からなり前記トレッド表面にボイドを成型するためのボイド成型材と、を備えるタイヤ製造用金型であって、
   前記ボイド成型材が３Ｄプリンタによる金属造形により作製されたものであり、前記金属造形により形成された凹凸を持つ表面の凹みにフッ素樹脂が配された、
   タイヤ製造用金型。
2. 前記金属造形により形成された算術平均粗さＲａが３．０～７．０μｍかつスキューネスがＲｓｋ＞０である表面の凹みに前記フッ素樹脂が配された、請求項１に記載のタイヤ製造用金型。
3. 前記金属造形により形成された表面の凹凸のうち突起の上部が平坦化されて平坦な頂面が形成された、請求項１又は２に記載のタイヤ製造用金型。
4. 前記金属造形により形成された前記突起の上部を削り取ることで平坦な前記頂面が形成された、請求項３に記載のタイヤ製造用金型。
5. 前記ボイド成型材は、前記凹凸を持つ表面における突起の頂面と凹みの底との間に狭窄部を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のタイヤ製造用金型。
6. 前記ボイド成型材がステンレス鋼からなる、請求項１～５のいずれか１項に記載のタイヤ製造用金型。
   
   

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