JP2024061419A - タイヤ加硫金型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ成形面に微細な凹凸模様を適切に設けることができるタイヤ加硫金型の製造方法を提供する。【解決手段】タイヤ加硫金型１０としてのサイドモールド１３の素材１３Ｍに、タイヤのプロファイル形状に対応したタイヤ成形面１３ｆを形成する工程と、そのタイヤ成形面１３ｆを被加工面とした形彫放電加工によってタイヤ成形面１３ｆに凹凸模様１５を付与する工程と、を備える。これにより、タイヤ成形面１３ｆに微細な凹凸模様１５を適切に設けることができる。【選択図】図２

Description

本開示は、微細な凹凸模様が設けられたタイヤ成形面を備えるタイヤ加硫金型の製造方法に関する。

空気入りタイヤの外表面には、トレッドパターンを構成する比較的大きな凹凸形状とは別に、美観性や装飾性の向上などを目的とした微細な凹凸形状が形成されることがある。例えば、特許文献１に記載されたタイヤのサイドウォールの外表面には、カーカスの継ぎ目による局部的な膨らみを目立たなくさせるために、微細な凹凸形状からなる帯状の装飾模様が形成されている。かかる装飾模様は、タイヤ加硫金型であるサイドモールドのタイヤ成形面に設けられた凹凸模様によって加硫成形時に形成される。

サイドモールドは、エンドミルなどの切削工具を用いた機械加工によって作製される。一般には、荒加工や仕上げ加工を含む複数の加工が、それぞれＮＣ（数値制御）加工によって段階的に実行される。かかる機械加工により、所望形状のタイヤ成形面が形成されるとともに、そのタイヤ成形面に微細な凹凸模様が設けられる。微細な凹凸模様を加工する際には、その凹凸模様における凹凸高さなどのサイズに応じて、先端の小さい切削工具が用いられる。

切削工具の先端が小さくなるほど、加工時に微妙な位置ずれを生じやすくなり、加工精度を確保することが難しくなる。そのため、機械加工では、微細な凹凸模様を設けるのに難儀することがあった。また、機械加工に代わる技術としてレーザ加工が知られているが、レンズで収束させたレーザ光を照射して加工することから、凹部が先鋭な凹凸模様には適しているものの、そうではない形状、例えば凹部が半円形をなす凹凸模様には不向きであった。

特許文献２には、放電加工によって平板状の金属板に凹凸加工を施し、それをワイヤーカットやレーザーカットなどで切り抜くことにより、タイヤ成形面に植設されるサイピングブレードを製造する方法が記載されている。しかし、これは、あくまでサイプの内壁面に対応した凹凸形状を有するサイピングブレードを製造するための方法であり、サイドウォールの装飾模様などに対応した微細な凹凸模様をタイヤ成形面に加工する技術に関して、その解決手段を示唆するものではない。

特開２０１４－１３６４８７号公報 特開２００７－２７６６６２号公報

本開示は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤ成形面に微細な凹凸模様を適切に設けることができるタイヤ加硫金型の製造方法を提供することにある。

本開示のタイヤ加硫金型の製造方法は、タイヤ加硫金型の素材に、タイヤのプロファイル形状に対応したタイヤ成形面を形成する工程と、前記タイヤ成形面を被加工面とした形彫放電加工によって前記タイヤ成形面に凹凸模様を付与する工程と、を備える。

加硫機の構成の一例を示す模式図 サイドモールドの製造過程を示す模式図 工具電極の一例を示す斜視図 工具電極の凹凸形状に含まれる凸部の変形例を示す断面図 工具電極の凹凸形状の変形例を示す（Ａ）正面図、（Ｂ）Ａ－Ａ矢視断面図、（Ｃ）Ｂ－Ｂ矢視断面図及び（Ｄ）Ｃ－Ｃ矢視断面図、 工具電極の凹凸形状の変形例を示す（Ａ）正面図及び（Ｂ）Ｄ－Ｄ矢視断面図

本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。

［加硫機の構成］
まずは、加硫機の構成の一例について説明する。図１は、タイヤ子午線断面に沿った加硫機１の断面を模式的に示している。この加硫機１は、タイヤ加硫金型１０（以下、単に「金型１０」と呼ぶ場合がある）として、トレッドモールド１１と、一対のサイドモールド１２，１３と、一対のビードリング１４，１５とを備える。図１では、これらの金型１０を互いに密着させた型閉め状態にあり、空気入りタイヤＴがタイヤ軸方向を上下に向けてセットされている。図１における左方向はタイヤ径方向外側であり、右方向はタイヤ径方向内側である。

トレッドモールド１１は、タイヤＴのトレッドを成形する金型１０である。トレッドモールド１１は、タイヤ周方向に分割された複数のセクターで構成されており、型閉め状態ではそれらが寄り集まって環状に連なっている。サイドモールド１２，１３は、タイヤＴのサイドウォールを成形する金型１０である。ビードリング１４，１５は、タイヤＴのビード部を成形する金型１０である。本実施形態では、トレッドモールド１１が複数のセクターで構成されたセグメンテッドモールドの例を示すが、これに限られず、例えばトレッドモールドの中央部で上下に二分割された２ピースモールドであってもよい。

金型１０は、金属材によって形成されている。トレッドモールド１１の素材としては、アルミニウム材が例示される。このアルミニウム材は、純アルミ系の材料のみならずアルミニウム合金を含む概念であり、例えばＡｌ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｓｉ系が挙げられる。サイドモールド１２，１３及びビードリング１４，１５の素材としては、一般構造用圧延鋼材（例えばＳＳ４００）などの鋼材が例示される。

トレッドモールド１１及びサイドモールド１２，１３には、それぞれタイヤＴの外表面に接するタイヤ成形面１１ｆ，１２ｆ，１３ｆが形成されている。タイヤ成形面１１ｆは、タイヤＴのトレッドのプロファイル形状に対応した湾曲形状を有する。図示を省略しているが、タイヤ成形面１１ｆには、トレッドパターンを形成するための比較的大きな凹凸形状が設けられている。タイヤ成形面１２ｆ，１３ｆは、タイヤＴのサイドウォールのプロファイル形状に対応した湾曲形状を有する。タイヤ成形面１２ｆ，１３ｆには、装飾模様を形成するための微細な凹凸模様１５が設けられている。

凹凸模様１５は、タイヤ周方向に沿って帯状に設けられている。凹凸模様１５は、タイヤ周方向に沿って円弧状（非環状）に延びているが、円環状に延びていてもよい。タイヤ子午線断面における凹凸模様１５の幅Ｗ１５は、例えば５～６５ｍｍ（タイヤ断面高さの５～６０％の範囲内に相当）である。タイヤＴのサイドウォールの外表面には、凹凸模様１５によって帯状の装飾模様が形成される。装飾模様は、トレッドパターンを形成する凹凸形状と比べてサイズ（例えば、凹凸高さ）の小さい、微細な凹凸形状からなる。装飾模様は、カーカスの継ぎ目による局部的な膨らみを目立たなくさせるなど、主としてタイヤＴの美観性や装飾性を高める機能を有する。

加硫機１は、金型１０を保持するコンテナ２０と、ゴム製の袋体であるブラダ３０と、中心部に設けられた中心機構４０とを備える。コンテナ２０は、セクターを保持する複数のセグメント２１と、そのセグメント２１のタイヤ径方向外側に配置されたアウターリング２２とを備える。セグメント２１の外周面と、それに係合するアウターリング２２の内周面とは、互いに同じ傾斜を有するテーパ面によって形成されている。これらのテーパ面は、それぞれ下方に向かってタイヤ径方向外側に傾斜している。トレッドモールド１１は、アウターリング２２の昇降に伴ってタイヤ径方向に移動自在に構成されている。

コンテナ２０は、更に、サイドモールド１２を支持する上側プラテン２３と、サイドモールド１３を支持する下側プラテン２４と、アウターリング２２を支持するアーム２５とを備える。上側プラテン２３は昇降可能に構成されており、その下面にはセグメント２１がタイヤ径方向に沿って摺動可能に支持されている。アーム２５は、上側プラテン２３の上面に立設されたガイド２６に昇降可能に取り付けられている。ガイド２６に対してアーム２５が相対的に昇降することで、セグメント２１に対してアウターリング２２が相対的に昇降し、セグメント２１に保持された各セクターがタイヤ径方向に移動する。

タイヤの加硫成形は、図１に示した型閉め状態において行われる。コンテナ２０は、電気ヒータや蒸気ジャケットなどの熱源を有しており、それによって高温に保持された金型１０がタイヤＴを外側から加熱する。加硫成形が終了したら、上述したコンテナ２０の機構によってトレッドモールド１１を拡径させる（各セクターをタイヤ径方向外側に移動させる）と共に、トレッドモールド１１とサイドモールド１２を上昇させて、型開き状態に移行する。型開き状態では、加硫成形後のタイヤを取り出したり、未加硫のタイヤをセットしたりすることが可能となる。

ブラダ３０は、金型１０にセットされたタイヤＴの内側に配置されている。ブラダ３０は、圧力や温度が調整された加硫媒体が供給されることにより膨張変形し、その内部に充填された加硫媒体が排出されることにより収縮変形する。加硫成形時には、膨張変形したブラダ３０によってタイヤＴが金型１０に押し付けられる。ブラダ３０は、中心機構４０によって支持されている。中心機構４０は、上下方向に延びるセンターポスト４１と、ブラダ３０の上端部を支持する上部クランプ４２と、ブラダ３０の下端部を支持する下部クランプ４３とを備える。

［タイヤ加硫金型の製造方法］
次に、タイヤ加硫金型１０としてのサイドモールド１３の製造方法について説明する。図２は、サイドモールド１３を製造する過程を模式的に示している。本実施形態におけるサイドモールド１３の製造方法は、図２（Ａ）～（Ｃ）に示した第１の工程と、図２（Ｄ）及び（Ｅ）に示した第２の工程と、を備える。第１の工程は、サイドモールド１３の素材１３Ｍに、タイヤＴのプロファイル形状に対応したタイヤ成形面１３ｆを形成する工程である。第２の工程は、タイヤ成形面１３ｆを被加工面とした形彫放電加工によってタイヤ成形面１３ｆに凹凸模様１５を付与する工程である。

第１の工程では、図２（Ａ）～（Ｃ）のように、サイドモールド１３の素材１３Ｍを加工してタイヤ成形面１３ｆを形成する。この工程は、エンドミルなどの切削工具を用いた機械加工によって行われ、荒加工や仕上げ加工を含む複数の加工が、それぞれＮＣ（数値制御）加工によって段階的に実行される。ここで、仕上げ加工は、第２の工程で必要とされるタイヤ成形面１３ｆを仕上げるための加工を指し、凹凸模様１５の加工は含まない。図２（Ｃ）のタイヤ成形面１３ｆは、タイヤＴのサイドウォールのプロファイル形状に対応した湾曲形状を有しつつ、後述する形彫放電加工による加工代を含んでいる。

第２の工程では、図２（Ｄ）及び（Ｅ）のように、第１の工程で形成したタイヤ成形面１３ｆに形彫放電加工を施して凹凸模様１５を形成する。形彫放電加工では、加工槽５１に溜めた絶縁性の加工液５２にサイドモールド１３を浸し、所要の電圧を印加したまま工具電極５３をタイヤ成形面１３ｆに接近させて、導電体であるサイドモールド１３との間に放電を発生させる。かかる放電をパルス状に繰り返し発生させ、その放電による火花の熱（約６０００℃）で被加工面を部分的に溶解させる。これにより、工具電極５３の凹凸形状５４（図３参照）がタイヤ成形面１３ｆへ転写されたように加工される。

形彫放電加工における加工条件は、特に制約されるものではないが、パルス放電における放電持続時間（パルスオン時間、τｏｎ（タウオン））は、例えば１０～１０００μｓｅｃの範囲で設定される。また、断続的に発生する放電のインターバルとなる放電休止時間（パフルオフ時間、τｏｆｆ（タウオフ））は、例えば１０～１０００μｓｅｃの範囲で設定される。工具電極５３と工作物（即ち、サイドモールド１３）との間に印加する電圧は、例えば５０～３００Ｖ程度の範囲で設定される。ピーク電流値は、例えば１０～５００Ａ程度の範囲で設定される。

図３に示すように、工具電極５３は、微細な凹凸形状５４が形成された加工部５５を有する。主軸５６（図２（Ｄ）参照）は、その加工部５５をタイヤ成形面１３ｆに向けて工具電極５３を保持する。タイヤ成形面１３ｆには、凹凸形状５４に対応した凹凸形状からなる凹凸模様１５が付与される。凹凸模様１５の表面粗さを小さくする観点から、加工部５５の面積は１０ｍｍ×１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ×５ｍｍ以下がより好ましい。凹凸形状５４は、溶解に伴う寸法ギャップを考慮して、凹凸模様１５を１～１０％ほど縮小した形状としてもよい。但し、加工後のタイヤ成形面１３ｆが寸法ギャップを許容する場合は、この限りでない。

本実施形態において、工具電極５３の凹凸形状５４は、線状に延びた凸部５４ａが一定間隔で並設された縞模様に形成されている。また、凸部５４ａは半円形に形成されており、これによって半円形の凹部１５ｂが形成される（図２（Ｅ）参照）。微細な凹凸模様１５を設ける観点から、凹凸高さＨ（本実施形態では凹部１５ｂの深さに相当）は０．１～０．６ｍｍであることが好ましい。また、凹凸模様１５の微細形状とコントラスト効果を両立するうえで、凹部１５ｂの幅Ｗは０．１～１．２ｍｍであることが好ましく、凹部１５ｂの間隔Ｐは０．５ｍｍ≦Ｗ＋Ｐ／Ｈ≦８．０ｍｍの関係を満足することが好ましい。

加工部５５と対向した領域の形彫放電加工が完了したら、タイヤ成形面１３ｆに対して工具電極５３を相対移動させて加工部５５が未加工の領域と対向する状態とし、同様に形彫放電加工を実施する。このように工具電極５３を走査しながら形彫放電加工を繰り返し実施して、サイドウォールの装飾模様に対応した帯状の凹凸模様１５を形成する。凹凸模様１５は、図３の如き単純なセレーション模様に限られず、もっと複雑な模様であっても構わない。必要に応じて、異なる凹凸形状を有する複数の工具電極を組み合わせて使用することも可能である。

本実施形態では、凸部５４ａが半円形に隆起した形状を有する例を示したが、これに限られず、図４に例示したような様々な形状を採用することが可能である。したがって、凸部５４ａの転写によって形成される凹部１５ｂ（図２（Ｅ）参照）においても、様々な形状が適用されうる。工具電極５３の凹凸形状５４が凹部を含んでいる場合は、その凹部に対応した形状の凸部がタイヤ成形面１３ｆに形成されるが、そのような凹部や凸部においても種々の形状を採用可能である。

図５，６は、それぞれ工具電極５３の凹凸形状５４の変形例を示している。図５は、凹凸形状５４が波形状に形成されているとともに、その凹凸高さＨが凸部５４ａの延在方向に沿って変化する例である。かかる工具電極５３によれば、機械加工では難しい多様な湾曲面を含んだ凹凸模様をタイヤ成形面１３ｆに精度良く形成できる。図６は、凹凸形状５４が凹部５４ｂを含んだ例である。凹部５４ｂは、カップ状に窪んだディンプルにより形成されている。かかる構成によれば、機械加工では難しいドーム状に隆起した凸部をタイヤ成形面１３ｆに精度良く形成できる。

本実施形態では、凹凸模様１５を付与する工程（第２の工程）において、三次元造形装置により作製した工具電極５３を用いて形彫放電加工を施す。このため、凹凸模様１５を付与する工程の前に、三次元造形装置によって工具電極５３を作製する工程を備える。作業者は、工具電極５３の三次元モデルに関するデータを作成し、そのデータを三次元造形機に入力して工具電極５３を三次元造形する。三次元造形としては、レーザ方式または電子ビーム方式によるパウダー焼結が例示される。三次元造形を利用することで、機械加工では難しい微細な凹凸形状５４を有する工具電極５３を高精度に作製できる。

工具電極５３の素材としては、銅や銅合金（例えば、銅－タングステン合金）、銀、銀合金（例えば、銀－タングステン合金）などが例示される。このうち、形彫放電加工を実施するうえで有利な銅、または、レーザ方式によるパウダー焼結を実施するうえで有利な銅合金であることが好ましい。但し、形彫放電加工に使用できるものであれば上記に限られず、工具電極５３の素材は特に制約されない。

本実施形態では、タイヤ成形面１３ｆを形成する工程（第１の工程）を機械加工で実施する例を示したが、これに代えて形彫放電加工で実施してもよい。その場合、タイヤ成形面１３ｆを形成する工程に含まれる荒加工、仕上げ加工、または、それらの両方において形彫放電加工を施すことが考えられる。荒加工と仕上げ加工の両方に適用する場合は、後述のように少なくとも２種の工具電極を作製して、形彫放電加工による分割加工を行うことが好ましい。荒加工は、タイヤ成形面１３ｆを仕上げるまでに加工の余地を残す加工であり（図２（Ｂ）参照）、仕上げ加工は、タイヤ成形面１３ｆを仕上げる加工である（図２（Ｃ）参照）。

荒加工で形彫放電加工を施す場合は、荒加工用の工具電極が用いられる。作業者は、荒加工後のプロファイル形状の三次元モデルに関するデータを作成し、それに基づいて荒加工用の工具電極を三次元造形すればよい。仕上げ加工で形彫放電加工を施す場合は、仕上げ加工用の工具電極が用いられる。作業者は、仕上げ加工後のプロファイル形状の三次元モデルに関するデータを作成し、それに基づいて仕上げ加工用の工具電極を三次元造形すればよい。仕上げ加工用の工具電極における加工部の面積は、前述した加工部５５の面積よりも大きいことが好ましいが、加工後の表面粗さが粗くならないよう、５０×５０ｍｍ以下であることが好ましい。

本実施形態では、下側に配置されるサイドモールド１３を製造する例について示したが、上側に配置されるサイドモールド１２についても同様にして製造することができる。これにより、タイヤ加硫金型１０としてのサイドモールド１２のタイヤ成形面１２ｆに、機械加工やレーザ加工では難しい微細な凹凸模様１５を適切に設けることができる。

タイヤＴのトレッドの外表面に微細な凹凸模様が設けられる場合は、既述の要領によりトレッドモールド１１（を構成するセクター）を製造してもよい。これにより、タイヤ加硫金型１０としてのトレッドモールド１１のタイヤ成形面１１ｆに微細な凹凸模様を適切に設けることができる。トレッドの外表面に設けられる微細な凹凸模様としては、騒音性の低減を目的として溝壁面に設けられる凹溝（サイレントウォール）、ロゴなどによる装飾を目的として溝底面に設けられる凹凸形状、慣らし走行前の初期状態での性能確保を目的として陸部表面に設けられる浅溝（ファーストエッジ）などが挙げられる。

トレッドモールド１１は鋳造によって作製することが一般的であり、タイヤ成形面１１ｆを形成する工程（第１の工程）は鋳造によって実施することができる。但し、タイヤ成形面１１ｆに凹凸模様を付与する工程（第２の工程）に関しては、鋳造では難儀する場合がある。凹凸模様が微細になるほど、湯流れの確保が難しくなり、湯回り不良を引き起こしやすいためである。それ故、鋳造で形成したタイヤ成形面１１ｆを被加工面として形彫放電加工を施し、上記のような微細な凹凸模様を形成する手法が有用となる。

［１］
以上のように、本実施形態のタイヤ加硫金型の製造方法は、サイドモールド１３（タイヤ加硫金型１０の一例）の素材１３Ｍに、タイヤＴのプロファイル形状に対応したタイヤ成形面１３ｆを形成する工程と、タイヤ成形面１３ｆを被加工面とした形彫放電加工によってタイヤ成形面１３ｆに凹凸模様１５を付与する工程と、を備える。かかる方法によれば、サイドモールド１３のタイヤ成形面１３ｆに微細な凹凸模様１５を適切に設けることができる。

［２］
上記［１］のタイヤ加硫金型の製造方法において、凹凸模様１５を付与する工程では、三次元造形装置により作製した工具電極５３を用いて形彫放電加工を施すことが好ましい。これにより、微細な凹凸形状５４を有する工具電極５３を高精度に作製できる。

［３］
微細な凹凸模様１５を設ける観点から、上記［１］または［２］のタイヤ加硫金型の製造方法において、凹凸模様１５における凹凸高さＨは０．１～０．６ｍｍであることが好ましい。

［４］
上記［１］～［３］いずれか１つのタイヤ加硫金型の製造方法では、タイヤ成形面１３ｆを形成する工程に含まれる荒加工、仕上げ加工、または、それらの両方において形彫放電加工を施す、としてもよい。これにより、機械加工やレーザ加工では難しい形状が含まれている場合であっても、タイヤ成形面１３ｆを適切に形成することができる。

［５］
上記［１］～［４］いずれか１つのタイヤ加硫金型の製造方法において、タイヤ加硫金型１０が、タイヤＴのサイドウォールを成形するサイドモールド１３（またはサイドモールド１２）であり、凹凸模様１５を付与する工程では、タイヤ周方向に沿って延びる帯状の装飾模様に対応した凹凸模様１５をタイヤ成形面１３ｆ（またはタイヤ成形面１２ｆ）に付与することが好ましい。これにより、サイドウォールの装飾模様を形成するための微細な凹凸模様１５が精度良く設けられる。

本開示の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、この実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、更に、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

本開示のタイヤ加硫金型の製造方法は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、そ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。また、上述した実施形態で採用されている各構成を、任意に組み合わせて採用することが可能である。

１０ タイヤ加硫金型
１１ トレッドモールド（タイヤ加硫金型の一例）
１１ｆ タイヤ成形面
１２ サイドモールド（タイヤ加硫金型の一例）
１２ｆ タイヤ成形面
１３ サイドモールド（タイヤ加硫金型の一例）
１３ｆ タイヤ成形面
１３Ｍ 素材
１５ 凹凸模様
５３ 工具電極
５４ 凹凸形状
５５ 加工部
Ｔ タイヤ

Claims (5)

1. タイヤ加硫金型の素材に、タイヤのプロファイル形状に対応したタイヤ成形面を形成する工程と、
   前記タイヤ成形面を被加工面とした形彫放電加工によって前記タイヤ成形面に凹凸模様を付与する工程と、を備えるタイヤ加硫金型の製造方法。
2. 前記凹凸模様を付与する工程では、三次元造形装置により作製した工具電極を用いて形彫放電加工を施す、請求項１に記載のタイヤ加硫金型の製造方法。
3. 前記凹凸模様における凹凸高さが０．１～０．６ｍｍである、請求項１に記載のタイヤ加硫金型の製造方法。
4. 前記タイヤ成形面を形成する工程に含まれる荒加工、仕上げ加工、または、それらの両方において形彫放電加工を施す、請求項１に記載のタイヤ加硫金型の製造方法。
5. 前記タイヤ加硫金型が、タイヤのサイドウォールを成形するサイドモールドであり、
   前記凹凸模様を付与する工程では、タイヤ周方向に沿って延びる帯状の装飾模様に対応した凹凸模様を前記タイヤ成形面に付与する、請求項１～４いずれか１項に記載のタイヤ加硫金型の製造方法。
   

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