JP3662908B2 - タイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤを鋳造によって成形するためのタイヤ金型を石膏鋳造法によって作製する場合における石膏鋳型の乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤを成形するタイヤ金型は、複数に分割された金型ピースを組み付けることにより形成されており、タイヤ形状を幅方向に２分割することにより構成される上下分割型（２ピースモールド）と、半径方向（円周方向）に７〜１３程度に分割することにより構成される上下一体型（セクショナルモールド）との２種類のタイヤ成形用金型が使用されている。
【０００３】
いずれの金型においても、鋭い角を有した凹ブロック形状部分やサイプ金属薄板などの薄肉凸形状部分を多数有していることから、機械加工による製造が不向きであり、このため、鋳造によって製造されている。鋳造においては、鋳型が崩壊性を有し、アンダーカット等の複雑応への自由度が高く、鋳型での組立加工を簡易に行うことができ、金型の分割形状を略一体形状で鋳造でき、かつ、寸法精度が高い上、鋳型コストが低いメリットがあることから石膏鋳造法が用いられている。
【０００４】
図１７は、石膏鋳造法によって２ピースモールドを作製する手順を示す。まず、（ａ）に示すように石膏、樹脂などを用いてタイヤの原形（マスターモデル）１を機械加工で作製し、（ｂ）で示すようにシリコーンゴムなどによって原形１を反転した母型（ゴム型）２を作製する。そして、（ｃ）で示すように母型２を上下に分割した鋳型３を石膏によって反転作製し、この鋳型（石膏鋳型）３を焼成乾燥した後、（ｄ）で示すように複数角度で切断し、（ｅ）で示すように組み立ててリング状の鋳型４とする。そして、この鋳型４を鋳枠５で囲み、鋳枠５内にアルミニウム合金等の合金溶湯６を充填して鋳造することにより鋳物とし、この鋳物に対して不要部分の除去のための機械加工を行い、その後、（ｇ）で示すように型合わせを行ってタイヤ成形用のタイヤ金型７とする。
【０００５】
図１８は、石膏鋳造法によってセクショナルモールドを作製する手順を示し、図１７と同ように、（ａ）で示すタイヤの原形１を反転した（ｂ）の母型（ゴム型）２を作製した後、（ｃ）及び（ｄ）で示すように石膏によって鋳型（石膏鋳型）３を作製し、（ｅ）で示すように組み立てて鋳型４とする。その後は、図１７と同ように、アルミニウム合金等の鋳造金属による鋳造を行い、鋳物を型合わせして（ｆ）で示すタイヤ金型７とする。
【０００６】
一方、タイヤの外周面に対して溝を形成する場合、タイヤ金型の金型本体に対し、溝を形成するための骨部を鋳出しによって突出するように形成するが、厚さが２〜３ｍｍ程度以下の肉薄の骨部（サイプ）では、強度不足となるため、金型本体の金属材料よりも強度の大きな材料からなる金属薄板を用い、この金属薄板を鋳包みすることによって金型本体に付与することがなされている。例えば、金型本体がアルミニウム合金の場合には、高強度の金属薄板として鉄系合金やニッケル系合金が用いられる。これらの金属は、タイヤを構成するゴムと融着することがないと共に、アルミニウム合金の鋳包みの際に溶損しないためである。
【０００７】
図１９は、金属薄板を鋳包みによって金型本体に付与する手順を示す。まず、（ａ）で示すように、金属薄板に対応したモデル用金属薄板１０を原形１に設置した状態で、反転して（ｂ）で示す母型（ゴム型）２を作製し、この母型２に（ｃ）で示すように金属薄板１１を差し入れる。そして、（ｄ）で示すように石膏によって母型２を反転して鋳型４を作製する際に、金属薄板１１を鋳型（石膏鋳型）４に移し換える。このとき、金属薄板１１はその一部が鋳型４から露出しており、この状態の鋳型４に対して鋳造を行うことにより金属薄板１１を金型本体１２に鋳包む。鋳包まれた金属薄板１１は（ｅ）で示すように、その一部が金型本体１２から露出しており、この露出部分でタイヤの外周面に溝を形成することができる。
【０００８】
以上のような石膏鋳型は、石膏スラリーを母型２に流し込んで所定の形状に成形するが、そのままでは鋳造に用いることができない。このため、成形された石膏鋳型を乾燥して水分を除去することがなされている。この乾燥は、熱風加熱炉内で行われるが、石膏鋳型として使用可能となるまでに通常、１〜３日の長い時間を必要としている。
【０００９】
このように石膏鋳型の乾燥に長い時間を必要とするのは、石膏鋳型の熱伝導性が低く、かつ石膏鋳型が乾燥時に変態する収縮特性を有しているために乾燥割れが発生し易いためであり、これを防ぐ必要上、昇温，降温を緩やかに行い、かつ必要最低限近傍の温度（１８０〜２３０℃）で石膏鋳型の中心部まで確実に熱が届くように長時間に渡って加熱状態をキープしなければならないからである。
【００１０】
通常の鋳造鋳型用の石膏材料は、α石膏に種々の耐火材を混合した状態となっており、これを適量の水に散布して攪拌し、型内などに流し込み放置しておくことにより凝結反応が進行してスラリー状から固体状に変化する。このままの状態では、硬化した石膏鋳型内に水が多量に含まれているため、鋳造に用いることができないことから、乾燥により水分を除去する必要がある。この乾燥工程における石膏の水分状態は、表１に示すような状態に区分分けされる。すなわち、表１に示すように、パウダー（石膏材料）を水に分散させることにより生型となり、この生型から遊離水（余剰水）を除去することにより二水石膏となり、以下、乾燥が進行するにつれて半水石膏、III型無水石膏、II型無水石膏となるものである。
【００１１】
【表１】
また、石膏材料（パウダー）は水と混練されることにより、分子構造の中に水を取り込む（結晶水）ので、鋳造用の鋳型として用いるためには、この結晶水をも除去する必要がある。鋳造に使用可能な石膏鋳型の状態は、上述のIII型無水石膏以降であるが、約１８０℃を下回る大気中で放置すると、速やかに再吸湿して半水石膏の状態に戻る特性も有している。このため、石膏鋳型を用いて鋳造する場合は、鋳造直前まで約１８０℃以上の雰囲気温度内で保持しておく必要がある。以上のことから、実用可能となる石膏鋳型の乾燥は、III型無水石膏となるまで結晶水を除去することである。なお、II型無水石膏まで乾燥しても良いが、ここまで乾燥する場合には、寸法変化が大きく割れやすい上、余計な熱エネルギーと乾燥時間を要するため実用的とはならないものである。
【００１２】
以上の石膏鋳型の乾燥時間を短縮するため、従来では、マイクロウェーブを用いて石膏鋳型を加熱することが行われている（非特許文献１参照）。
【００１３】
【非特許文献１】
刊行物「鋳物」第４９巻 第２号、１９７６年、８２〜８７頁
論文「マイクロ波による石こう鋳型の急速乾燥法」
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロウェーブを用いた従来の石膏鋳型の乾燥では、次のような問題点を有している。
【００１５】
（１） 市販の鋳造用の石膏材料では、誘電体損失が小さいためにIII型無水石膏まで充分に乾燥することが難しい。
【００１６】
（２） マイクロウェーブ加熱だけで強引に乾燥すると、鋳型割れを発生しやすい。
【００１７】
（３）誘電体損失の大きい黒鉛粉やＦｅ３Ｏ４粉を石膏材に混入することにより、これらの問題を解決できるが、鋳型としての耐熱性が劣化したり、鋳造時に溶湯と反応し鋳造欠陥を生じ易いなどの問題が存在する。
【００１８】
（４）遊離水を含んだ石膏鋳型をマイクロウェーブで加熱すると、鋳型内に含まれているアルカリ金属系の添加剤や不純物が、遊離水と共に加熱初期に鋳型中心部から鋳型表面に移動して濃縮されやすい。これにより、鋳型表面に析出物が出る場合が有り、鋳型の表面欠陥となりやすい。
【００１９】
（５）鋳型にサイプのための金属薄板（ブレード）が埋め込まれている場合、これを起点に放電を起しやすく、鋳型が局所的に溶損する不具合を生じる。
【００２０】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、市販の鋳造用の石膏鋳型材料に何ら添加材を加えることなく、マイクロウェーブ乾燥を用いて石膏鋳型の乾燥時間を短縮することが可能な乾燥方法を提供することを目的とする。また、本発明は、マイクロウェーブ加熱の際に、石膏鋳型に割れが発生することのない乾燥方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、マイクロウェーブ加熱を用いても、石膏鋳型の表面に析出物が生じることのない乾燥方法を提供することを目的とする。また、さらに本発明は、石膏鋳型にサイプブレード等の金属薄板が包れた状態でマイクロウェーブ加熱を行っても放電による鋳型損傷を防止することが可能な乾燥方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法は、タイヤ金型を鋳造によって作製するために用いる石膏鋳型の乾燥方法であって、石膏スラリーの母型への流し込みによって成形された石膏鋳型に対しマイクロウェーブ加熱を行って遊離水のみを除去した後、加熱雰囲気内での加熱を行って結晶水を除去することを特徴とする。
【００２２】
請求項１の発明では、石膏鋳型から遊離水だけが除去されるようにマイクロウェーブ加熱を行い、その後は、通常の加熱雰囲気内での加熱を行うため、マイクロウェーブによる強引な乾燥が必要以上に継続することがなく、鋳型割れの発生を防止することができる。このため、誘電体損失の大きな添加材を加える必要がなくなる。また、遊離水をマイクロウェーブ加熱によって除去するため、乾燥時間を短縮することができる。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１記載のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法であって、石膏材料を石膏スラリーとするための調合条件と、母型からの脱型直後の重量と、マイクロウェーブ加熱直前の石膏鋳型の重量とに基づいて除去すべき遊離水の重量を算出し、算出した遊離水重量に基づいてマイクロウェーブ加熱の出力及び時間を決定することを特徴とする。
【００２４】
請求項２の発明では、除去すべき遊離水の重量を予め算出し、その後に、石膏材料に応じたマイクロウェーブ加熱を行うため、過剰なマイクロウェーブ加熱を防止することができる。このため、石膏鋳型に割れが発生することを確実に防止することができる。
【００２５】
請求項３の発明は請求項１または２記載のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法であって、前記石膏鋳型を発泡増量５％以上の発泡石膏を用いて成形することを特徴とする。
【００２６】
このように５％以上の発泡増量の石膏鋳型とし、この石膏鋳型に対してマイクロウェーブ加熱を行うことにより、析出物が発生することを防止することができる。これにより、表面欠陥のない石膏鋳型を作製することができる。
【００２７】
請求項４の発明は、請求項１または２記載のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法であって、前記石膏鋳型に包れた金属薄板の石膏鋳型内への包れ側または露出側に電気伝導性の線材を取り付け、この線材をアース接続した状態で前記マイクロウェーブ加熱を行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項４の発明では、金属薄板をアースした状態でマイクロウェーブ加熱を行うため、放電が起きることがなくなり、鋳型の局所的な溶損を防止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明を具体的に説明する前に、石膏鋳型の調合及びその乾燥の一般的な手法を説明する。
【００３０】
市販されている鋳造用の石膏材料を用いて石膏鋳型を作製する場合、まず重量比率で石膏パウダー１００部に対して３０〜１００部の水（室温〜４０℃）を混合してスラリー化し、母型（ゴム型）に流し込むことで行われる。このときの石膏パウダーと水の調合比率が混水率であり、この混水率を管理することにより、作製される石膏鋳型の強度や寸法特性を安定化させることが一般的に行われている。このようにして作製された石膏鋳型の乾燥は、従来より熱風乾燥等の外熱方式で行われるが、その乾燥状態管理には、次の２つの方法が用いられている。
【００３１】
（１）重量減少確認法
石膏パウダー中の石膏分の比率がＸ重量％、混水率をＹ重量％として、石膏パウダーＺ（ｋｇ）を用いて調合された石膏鋳型は次のような重量特性を有する。
【００３２】
ａ．石膏鋳型（生型）総重量…ＷW＝（１＋Ｙ／１００）・Ｚ （ｋｇ）
ｂ．石膏鋳型（生型）中の結晶水・遊離水の重量
ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ（分子量：１３６＋９＝１４５）の（Ｘ／１００）・Ｚ（ｋｇ）がＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ（分子量：１３６＋３６＝１７２）に変態することから、結晶水として取り込まれる水の重量ＷＣ（ｋｇ）は、
１４５：（１７２−１４５）＝（Ｘ／１００）・Ｚ：ＷＣ から求められる。従って、ＷＣ≒０．１８６２・（Ｘ／１００）・Ｚ（ｋｇ）となる。
【００３３】
石膏鋳型中で遊離水として存在している水の重量 ＷＦ（ｋｇ）は、
ＷＦ≒（Ｙ／１００）・Ｚ−０．１８６２・（Ｘ／１００）・Ｚ
として表わされる。市販されている鋳造用の石膏鋳型材料は、通常、Ｘ＝３０〜８０重量％，Ｙ＝３０〜８０重量％が殆どである。
【００３４】
この生型をIII型無水石膏（ＣａＳＯ４（III））まで乾燥させると、乾燥後の石膏鋳型の重量は、次のようになる。
【００３５】
ｃ．III型無水石膏状態での重量 ＷIII（ｋｇ）は、ＣａＳＯ４ III（分子量１３６）から、
１４５：１３６＝（Ｘ／１００）・Ｚ：ＷIII により求められ、ＷIII≒０．９３７９・（Ｘ／１００）・Ｚとなる。
この重量減少確認法における石膏鋳型の乾燥状態は、乾燥後の重量ＷDと生型重量ＷWを用いて次の式で表わされる減水率Ｒで判断される。
【００３６】
Ｒ（％）＝｛（ＷW−ＷD）／ＷW｝×１００
重量減少確認法では、この減水率Ｒ（％）がIII型無水石膏に完全に変態したときの理論値、
（ＷW−ＷIII）／ＷW×１００＝｛０．９３７９・（Ｘ／１００）・Ｚ｝／｛（１＋Ｙ／１００）・Ｚ｝×１００＝（０．９３７９・Ｘ）／（１００＋Ｙ）×１００
に近い数値になっていれば、乾燥完了と見なすものである。
【００３７】
（２）鋳型中心温度確認法
石膏鋳型の乾燥が結晶水除去という変態を伴うことを利用した方法であり、結晶水除去が行われている間は、該当反応が進行する理論温度で鋳型温度が変化しない現象を利用するものである。
【００３８】
図１は、この特性図を示す。石膏鋳型の内部で最も熱が伝わるのが遅れる部位（中心部）に熱電対等の温度測定器具を差し込み、鋳型乾燥時の温度−時間変化を観測すると、図１のような温度履歴となる。同図において、曲線Ａが乾燥炉内の加熱雰囲気温度（Ｍａｘ．１８０〜２３０℃）、曲線Ｂが鋳型中心温度であり、遊離水が除去されている状態では、約１００℃の温度が継続し（Ｂ１部分）、二水石膏から半水石膏への変態状態では、約１２０℃の温度が継続し（Ｂ２部分）、半水石膏からIII型無水石膏への変態状態では、約１８０℃の温度が継続する（Ｂ３部分）する３段階で温度が変化する。そして、 鋳型中心温度が、３つの階段状の段階を経た後、温度上昇を開始していれば、鋳型中心部までIII型無水石膏への変態が完了していることが判る。この方法は、石膏鋳型の乾燥状態を精度良く確認できる方法である。
【００３９】
この方法では、各変態段階で必要とされる乾燥時間を次のように定義する。
【００４０】
▲１▼遊離水除去に必要な乾燥時間：ＴF（ｈｒ）
▲２▼二水石膏から半水石膏に変態するのに必要な乾燥時間：Ｔ2 → 1/2（ｈｒ）
▲３▼半水石膏からIII型無水石膏に変態するのに必要な乾燥時間：Ｔ1/2 →Ｏ III（ｈｒ）
その条件の雰囲気温度の乾燥炉内で必要な石膏鋳型の乾燥時間ＴTOTALは、ＴTOTAL＝ＴＦ＋Ｔ2 → 1/2＋Ｔ1/2 →Ｏ III＋｛冷却時間（４〜１２ｈｒ）｝となる。
【００４１】
なお、一般的な傾向として、ＴF＞Ｔ2 → 1/2＞Ｔ1/2 →Ｏ III の関係が成り立つものである。
【００４２】
［第１実施形態］
この実施形態では、石膏鋳型に対しマイクロウェーブ加熱を行って遊離水のみを除去し、その後、加熱雰囲気内での加熱を行って結晶水を除去するものである。
【００４３】
本発明者は、市販の石膏材を用いて作製した石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱する際に、どの時点で鋳型割れの不具合が発生するかを確認実験した。その結果、鋳型中心温度が１００℃を超えた時点、即ち遊離水除去が完了した時点で、その発生確率が急増することを確認した。
【００４４】
表２〜表５及び図２〜図５は、商品名「ハイドロパーム（以下、Ｈ．Ｐ．）」（ＵＳジプサム（社）製）の発泡石膏材を６２．５重量％、商品名「Ｇ・６」（ノリタケジプサム（社）製）の非発泡石膏材を３７．５重量％の割合で混合したパウダーを混水率７０重量％で調合し、攪拌時にスラリー中に空気を巻き込ませ（すなわち発泡させ）、体積増量率３５〜５０体積％で発泡増量させたものを母型（ゴム型）に流し込み、約５０分の放置後、脱型した生型をマイクロウェーブ加熱したときの結果を示す。表２は重量４．７５ｋｇの生型、表３は重量５．７０ｋｇの生型、表４は重量７．４５ｋｇの生型、表５は重量６．１２ｋｇの生型に対する加熱処理である。また、図２は表２、図３は表３、図４は表４、図５は表５をグラフ化したものであり、各図において、（ａ）はマイクロウェーブ（Ｍ／Ｗ）処理時間−減衰率曲線、（ｂ）はマイクロウェーブ（Ｍ／Ｗ）処理時間−鋳型中心温度である。
【００４５】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
この実験におけるマイクロウェーブ加熱は、所定の時間に区切り、断続的に行い、その間に鋳型重量（重量減少量）と鋳型中心温度を測定してデータを採取した（マイクロウェーブ加熱出力は１５００Ｗ，周波数は２４５０ＭＨｚ）。表２では鋳型の中心温度が１６３℃、表３では１００℃、表４では１０１℃、表５では１７７℃のときに鋳型割れが確認されている。図２〜図５において、矢印がこの鋳型割れを確認した時点を示している。
【００４６】
以上のデータから、鋳型中心温度が１００℃を超えた時点、即ち遊離水除去完了時点で鋳型の割れが急増している。すなわち、石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱する際には、鋳型中の遊離水を除去することに限定した使用を行うことにより、鋳型割れを生ずることのない乾燥を行うことができるものである。第１実施形態では、これに基づいて、石膏鋳型の遊離水除去まではマイクロウェーブ加熱を用いて急速に乾燥し、残りの結晶水は従来方式の外熱式の加熱炉（熱風乾燥炉など）で加熱・除去することにより、鋳型を割ることなく、乾燥時間を短縮することを可能としたものである。
【００４７】
表６は、表２〜表５における４種類の鋳型を用いて、マイクロウェーブ（Ｍ／Ｗ）加熱の有無の条件分けをして、室温から２００℃まで２ｈｒで昇温した後、２００℃でキープする条件の熱風乾燥を行い、結晶水完全除去に必要な時間ＴTOTAL（ｈｒ）がどのように変化するかを調べた結果を示す。なお、表６における乾燥完了の判断は、鋳型中心温度確認法によって行った。表６に示すように、いずれの石膏鋳型も、乾燥後に割れが発生がしていないと共に、遊離水除去に限定してマイクロウェーブ加熱を行うことにより、鋳型のトータル乾燥に要する時間を大幅に低減することが可能となっている。
【００４８】
【表６】
［第２実施形態］
この実施形態では、第１実施形態をベースとし、さらに、石膏材料を石膏スラリーとするための調合条件と、母型からの脱型直後の重量と、マイクロウェーブ加熱直前の石膏鋳型の重量とに基づいて除去すべき遊離水の重量を算出し、算出した遊離水重量に基づいてマイクロウェーブ加熱の出力及び時間を決定するものである。すなわち、この実施形態では、石膏材料の含水率や石膏スラリーへの調合さらには、マイクロウェーブ加熱までの条件に基づいてマイクロウェーブ加熱の終了時点を予め設定するものである。
【００４９】
本発明者は、数多くの石膏鋳型についてマイクロウェーブ加熱実験を行い、必要なマイクロウェーブ加熱時間を石膏鋳型の生型重量から定量的に精度高く予測できることを見出した。
【００５０】
すなわち、本発明者は上述した、「Ｈ．Ｐ．」発泡石膏材６２．５重量％に対し「Ｇ・６」非発泡石膏材を３７．５重量％の比率で混合したパウダーを混水率７０重量％で調合し、攪拌時にスラリー中に空気を巻き込ませ（すなわち発泡させ）、体積増量率３５〜５０体積％で発泡増量させたものを母型に流し込み、約５０分の放置後、脱型して生型とし、この生型をマイクロウェーブ加熱する実験を繰り返した。マイクロウェーブ加熱は、所定の時間に区切って断続的に行い、その間に鋳型重量（重量減少量）を測定した（マイクロウェーブ加熱出力は１５００Ｗ及び３０００Ｗの２水準，周波数２４５０ＭＨｚ）。
【００５１】
図６は、このように石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱した場合における加熱時間−減水量（鋳型から飛散した水分の重量）の関係を示し、全体でＳ字型曲線となっている。同図における「区間I」は石膏鋳型全体を１００℃まで昇温させるための予熱区間であり、「区間II」は石膏鋳型の遊離水が大気中に飛散（蒸発）していく区間であり、「区間III」は結晶水除去が行われる区間である。この実施形態では、石膏鋳型の遊離水を除去する区間である「区間II」の最終点を予測するものである。
【００５２】
「区間II」では、概ね線形となっているところから、Ｍ／Ｗ加熱時間と減水率とを一次関数として取り扱うことができる。表７及び表８は、上述した調合によって作製した各種重量の鋳型に基づいた「区間II」のデータを示す。
【００５３】
【表７】
【表８】
表７及び表８のデータの中で、減水率実測値（重量％）｛＝（減水量kg）／（生型重量kg）×１００｝を目的変数とし、マイクロウェーブ加熱時間ＴＭ／Ｗ（ｍｉｎ）、同マイクロウェーブ出力α（W）、生型重量 Ｗ（kg）を説明変数とした多変量解析（重回帰分析）を行うと、図７が得られ、図７に基づいて次のような減水率予測値が得られる。なお、これは、上述した「Ｈ．Ｐ．」及び「Ｇ・６」の調合の場合に得られるものである。
【００５４】
｛減水率予測値（重量％）｝＝−３．２０７１５３＋０．５０４３１４・ＴＭ／Ｗ−１．４５６６０２・Ｗ＋０．００６８２１・α
ここで、重相関係数：０．８７９、決定係数（寄与率）：０．７７２６である。
【００５５】
このように石膏鋳型に対するマイクロウェーブ加熱時のデータの内、区間IIのデータに基づき、減水率を目的変数とし、マイクロウェーブ加熱時間とその出力値及びマイクロウェーブ加熱した石膏鋳型の生型重量を説明変数として多変量解析することにより、鋳型を割ることなく遊離水だけを除去できるマイクロウェーブ加熱時間を予測することが可能となる。
【００５６】
区間IIの最終点での減水率は、使用した石膏材と、その調合条件（混水率）によって異なるものであり、上述した重量減少確認法での記述を参照すると、次のようにして求められる。
【００５７】
｛区間IIの最終点での減水率（重量％）｝＝ ＷＦ／ＷＷ ×１００
＝｛（Ｙ／１００）・Ｚ−０．１８６２・（Ｘ／１００）・Ｚ｝／｛（１＋Ｙ／１００）・Ｚ｝＝（Ｙ−０．１８６２・Ｘ）／（１００＋Ｙ）
上式において、
Ｘ ： 鋳型に使用した石膏材パウダー中の石膏分比率（重量％）
Ｙ ： 鋳型を作製するのに設定した混水率（重量％）
Ｚ ： 鋳型を作製するのに使用した石膏材パウダーの重量（kg）
この実施形態においては、Ｘ＝約６５重量％，Ｙ＝７０重量％であるところから、
解析データでの区間IIの最終点での減水率＝３４．１（重量％）となる。
【００５８】
この３４．１％（または、さらに鋳型割れを起こり難くしたい場合はこれより小さな値）を上記減水率予測式に代入して、ＴＭ／Ｗを求めることにより、生型重量Ｗ（ｋｇ）の石膏鋳型を出力α（Ｗ）のマイクロウェーブによる加熱時間を算出することができ、石膏鋳型を割らずに急速乾燥することが可能となる。
【００５９】
なお、実際の石膏鋳型は、硬化完了時には『凝結発熱』しており、４０〜６０℃程度の温度となっていることが多い。このため、硬化直後から、僅かながら水分が蒸発している。
【００６０】
上述した減水率予測式の生型重量は、石膏鋳型を母型から脱型した直後の数値（鋳型を調合した時の総重量）であり、その後の自己発熱による自然減水量が考慮されていない。
【００６１】
マイクロウェーブ加熱によって遊離水の急速除去を行う場合、僅かな重量誤差がマイクロウェーブ加熱設定時間に影響を与え、過剰な時間設定となって、結果的に鋳型が割れる可能性が有るため、この自己発熱による自然減水量を考慮する必要がなる。
【００６２】
このためには、石膏鋳型の脱型直後重量 ＷＷ０に加えて、Ｍ／Ｗ加熱直前重量ＷＷ１を測定し、この差分（ＷＷ０−ＷＷ１）をＭ／Ｗ乾燥までの間に自発的に飛散した減水量とする。即ち、この実施形態においては、
｛区間IIの最終点での減水率（重量％）｝＝｛ＷＦ−（ＷＷ０−ＷＷ１）｝／ＷＷ０×１００＝｛ＷＦ／ＷＷ０×１００｝−｛（ＷＷ０−ＷＷ１）／ＷＷ０×１００＝３４．１％−｛（ＷＷ０−ＷＷ１）／ＷＷ０×１００｝
として扱い、これを上述したＭ／Ｗ加熱時間予測式の左辺に代入し、ＴＭ／Ｗを求める。この場合、予測式のＷには、ＷＷ０を代入する。
【００６３】
なお、マイクロウェーブの出力設定，鋳型材料として用いる石膏の種類の差やその調合条件の差によって、マイクロウェーブ加熱時の減水量特性は異なるが、上述した基本構成は共通するものである。表９〜表１３は、石膏材料として上記「Ｇ・６」を用い非発泡で石膏鋳型を作製し、マイクロウェーブ加熱を行った際のＭ／Ｗ加熱時間に対する減水量を測定したものである。表９は６５重量％の混水率で作製した３．６８５ｋｇの生型の場合、表１０は同混水率の３．５ｌｋｇの生型の場合、表１１は同混水率の２．２９ｋｇの生型の場合、表１２は５０重量％の混水率で作製した３．７９ｋｇの生型の場合のデータを示す。図８〜図１２はこれらをグラフ化したものであり、図８は表９に、図９は表１０に、図１０は表１１に、図１１は表１２に、図１２は表１３にそれぞれ対応している。これらの図に示すように、非発泡の石膏鋳型の場合も、「区間II」では、略直線となっており、発泡の石膏鋳型と同様に一次関数として取り扱うことが可能となっている。
【００６４】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
［第３実施形態］
この実施形態では、マイクロウェーブ加熱で石膏鋳型に発生する不具合としての割れに加えて、石膏鋳型表面への析出物の発生（凸状欠陥の発生）を防止するものである。
【００６５】
すなわち、タイヤ金型鋳造用に用いる石膏材料の中には、種々の水溶性の添加剤が加えられおり、石膏鋳型の状態でも、これらの添加剤は遊離水に溶け込んだ状態で存在している。この添加剤としては、凝結時間調整剤や凝結膨張抑止剤、発泡剤などがあり、これに類する不純物も含まれるものである。このような石膏鋳型に対して内部加熱も行うマイクロウェーブ加熱を行うと、鋳型の内部から沸騰した水が水蒸気となって鋳型表面側に移動しようとする際に、表面側の鋳型によって再び冷却され、液体の状態に戻り、あたかも鋳型から水が染み出てきたような状態となる。このような現象が起こると、上述した水溶性の添加剤及び／又は不純物が、鋳型表面側で濃縮され、全ての遊離水が鋳型から取り除かれた後に、これらの濃縮成分が鋳型表面に固体として析出したような状態となる。これにより、鋳型表面への析出物欠陥（凸状欠陥）となり、このままの状態で鋳造すると、鋳物（即ちタイヤ金型）に凹欠陥として現われてタイヤ金型の表面の不具合となるため、この石膏鋳型表面への析出物の発生（凸状欠陥の発生）を防止する必要がある。かかる現象は、鋳型内部からも加熱を行うマイクロウェーブ加熱を用いた場合に特に顕著に発生する。
【００６６】
これに対し、本発明者は、石膏鋳型を意図的に発泡させて、鋳型の通気性を向上させることにより、この問題を解決したものである。具体的には、石膏スラリーを作製する際に、大気中から空気を巻き込ませることにより発泡石膏鋳型とするものであり、より具体的には、発泡増量５％以上の発泡石膏を用いて石膏鋳型を成形するものである。
【００６７】
図１３は、本発明者が作製した発泡石膏を用いた石膏鋳型２０を示す。この石膏鋳型２０は、セクショナルモールドタイプにおける１セクター分を構成し、図１３における数値は、ｍｍである。表１４は、この石膏鋳型１０を作製する石膏材料や発泡・非発泡、混水率及び発泡増量を数字別に示し、その結果を併記してある。表１４における石膏スラリーの撹拌は、特開２０００−２３３９８０号公報に記載されるように円筒容器内でのゴム円板の回転によって行った。また、マイクロウェーブ加熱後の析出物有無の評価は、石膏鋳型の意匠面を縦に５分割、横に１０分割し、合計で５０区画に区分けし、析出物が発生した区画数をカウントするとにより行った。表１４における「マイクロウェーブ加熱後の析出物有無」欄における括弧内の数値は、（析出物が発生した区画数）／（全区画数）である。
【００６８】
表１４から、この実施形態のように発泡増量５％以上の発泡石膏を用いて石膏鋳型を成形することにより、析出物の発生を効果的に防止することが可能となっている。
【００６９】
【表１４】
［第４実施形態］
この実施形態では、石膏鋳型にステンレス鋼などの金属薄板であるブレードが包れた石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱する際の放電現象を防止するものである。金属薄板が包れた石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱すると、遊離水が除去されるにつれて、金属薄板を起点として放電現象が発生する。この放電現象は、マイクロウェーブの出力値が大きいほど、また金属薄板が近い距離で隣接しているほど発生しやすく、放電現象が起きると、石膏鋳型における該当部分が溶損したり、熱分解して、鋳型としての形状を損ねる。
【００７０】
図１４及び図１５は、かかる放電現象を防止するための構造を示す。これらの図において、石膏鋳型２１には、ブレードとしての金属薄板２２が包れている。この石膏鋳型２１はマイクロウェーブ（Ｍ／Ｗ）加熱機のテーブル２３上に設置された状態でマイクロウェーブ加熱が行われる。
【００７１】
図１４においては、金属薄板２２における石膏鋳型２１からの露出部分に、銅線等の電気伝導性の線材２４が接続され、図１５においては、石膏鋳型２１に包れている金属薄板２２の埋設部分に電気伝導性の線材２４が接続されている。線材２４と金属薄板２２との接続は、電気伝導性のクリップ２５を用いることにより簡単に行うことができる。これに限ることなく、線材２４を金属薄板２２に溶接しても良い。
【００７２】
いずれの図においても線材２４の引き出し部分は、アース２６に接続されている。これにより、マイクロウェーブ加熱時の放電をアース２６に流すことができ、金属薄板２２における放電現象を防止することができる。従って、放電に基づく石膏鋳型２１の溶損や熱分解が起こることがなく、石膏鋳型２１としての良好な形状を保持することが可能となる。
【００７３】
【実施例】
実施例１及び２では、発泡石膏材料「Ｈ．Ｐ．」を６２．５重量％、非発泡石膏材料を３７．５重量％の割合で混合したパウダーを用い、このパウダーに対し混水率７０重量％で水を調合して撹拌した。撹拌時には、スラリー中に空気を巻き込ませることにより、体積増量率４０体積％で発泡増量させた。図１６は、以上により作製された石膏鋳型２１を示し、その意匠面には金属薄板２２が包れている。寸法数値はｍｍである。この石膏鋳型２１は、約３６ｄｅｇ分であり、石膏鋳型２１を連結することにより構成される鋳型全体には、合計で６７枚の金属薄板２２が約３ｍｍ間隔で包れている。金属薄板２２としては、板厚０．３ｍｍのＳＵＳ３０４を用いた。
【００７４】
（実施例１）
この実施例では、脱型直後生型重量（ＷＷ０）４．５１ｋｇの石膏鋳型２１（発泡増量は約４２体積％）を６個作製した。石膏鋳型２１を作成した後、石膏鋳型２１に包れた金属薄板２２周辺に付着した石膏材を取り除いた後、金属薄板２２の鋳型２１から露出している側に対して直径（φ）０．６ｍｍの純銅線をクリップ固定することにより結線した。この一連の作業完了後の鋳型重量（ＷＷ１）は４．３０ｋｇとなっていた。
【００７５】
まず、鋳型の自発的減水量の考慮することなく、第２実施形態における式
｛減水率予測値（重量％）｝＝−３．２０７１５３＋０．５０４３１４・ＴＭ／Ｗ−１．４５６６０２・Ｗ＋０．００６８２１・αを用い、同式のＷに脱型直後の生型重量（ＷＷ０＝４．５１ｋｇ）を代入し、目的の減水率（上記予測式の左辺）に、遊離水除去限界の理論値である３４％を代入し、マイクロウェーブ出力を３０００Ｗとして、マイクロウェーブ処理時間を計算した。その結果、約４２分の加熱時間となった。なお、上式において、 Ｗ は生型重量（脱型直後重量）（kg）、ＴＭ／Ｗはマイクロウェーブ加熱時間（ｍｉｎ）、αはマイクロウェーブ出力 （Ｗ）である。
【００７６】
そして、作製した石膏鋳型６個の内の２個を、この数値に基づき、３０００Ｗ出力で４２分のマイクロウェーブ加熱を行った（なお、一個ずつ個別にマイクロウェーブ加熱を行った）。この際、金属薄板２２間を結線した銅線は、アースした状態でマイクロウェーブ加熱した。
【００７７】
その結果、ブレードの放電現象は発生しなかったが、２個の内の一つの鋳型に割れが発生した。このとき、マイクロウェーブ加熱後の減水率は、２個とも約３６．８％で、石膏材の遊離水除去限界の理論値である３４．１％をオーバーしていた。これは、脱型後の鋳型の大気中放置による自発的減水量を考慮しなかったために、鋳型が割れたものである。
【００７８】
（実施例２）
この実施例では、マイクロウェーブ加熱の目的とする減水率に対し、自発的減水量（ＷＷ０−ＷＷ１）を考慮した。すなわち、｛目的の減水率（重量％）｝＝３４．１％ −｛（ＷＷ０−ＷＷ１）／ＷＷ０×１００｝＝３４．１％ −（４．５１−４．３０）／４．５１×１００＝２９．４％ とした。そして、第２実施形態における式
｛減水率予測値（重量％）｝＝−３．２０７１５３＋０．５０４３１４・ＴＭ／Ｗ−１．４５６６０２・Ｗ＋０．００６８２１・α
の左辺に２９．４％を代入し、ＷとしてＷＷ０＝４．５１ｋｇを代入し、αとして３０００Ｗを代入してマイクロウェーブ加熱時間を計算した。その結果、加熱時間は約３７分となった。
【００７９】
残り４個の鋳型の内の２個を、この数値に基づき、３０００Ｗ出力で３７分のマイクロウェーブ加熱を行った（なお、一個ずつ個別にマイクロウェーブ加熱を行った）。この際、金属薄板２２間を結線した銅線は、アースした状態でマイクロウェーブ加熱した。
【００８０】
その結果、ブレードの放電現象も鋳型に割れも発生せず、遊離水除去ができた。また、マイクロウェーブ加熱後の減水率は、２個とも約３４％で、目的の減水率となっていた。すなわち、この実施例では、脱型後の鋳型の大気中放置による自発的減水量を考慮することにより、マイクロウェーブ加熱による急速乾燥が可能となったものである。
【００８１】
（比較例１）
この比較例１では、残りの２個の鋳型も、実施例２と同ような条件でマイクロウェーブ加熱した。この場合、最後の２個は、金属薄板２２間に結線した銅線を外し、アース接続しない状態でマイクロウェーブ加熱した。その結果、２個の鋳型のいずれもが、加熱時間の最終段階（約３０分ほど経過した時点）で、金属薄板２２に放電現象が発生した。
【００８２】
なお、比較例１では、所定の加熱時間のマイクロウェーブ処理が終了した時点で、鋳型の状態を確認したところ、鋳型割れが発生することなく、減水率も約３４％と乾燥状態に問題はなかった反面、それぞれの鋳型で３箇所、２箇所の放電現象による鋳型溶損が確認され、形状損傷で不良となっていた。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、石膏鋳型から遊離水だけが除去されるようにマイクロウェーブ加熱を行うため、強力な乾燥が必要以上に継続することがなく、鋳型割れの発生を防止することができ、誘電体損失の大きな添加材を加える必要がなくなると共に、乾燥時間を短縮することができる。
【００８４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、除去すべき遊離水の重量を算出して石膏材料に応じたマイクロウェーブ加熱を行うため、過剰なマイクロウェーブ加熱を防止することができ、石膏鋳型に割れが発生することを確実に防止することができる。
【００８５】
請求項３の発明によれば、請求項１及び２の発明の効果に加えて、マイクロウェーブ加熱の際に析出物が発生することを防止することができ、表面欠陥のない石膏鋳型を作製することができる。
【００８６】
請求項４の発明によれば、請求項１及び２の発明の効果に加えて、マイクロウェーブ加熱の際に、放電が起きることがなく、鋳型の局所的な溶損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】石膏鋳型を加熱して乾燥する際における鋳型中心温度確認法での時間と温度との関係を示す特性図である。
【図２】（ａ）は表２に対応したマイクロウェーブ加熱時間と減水量との特性図、（ｂ）はマイクロウェーブ加熱時間と鋳型中心温度との特性図である。
【図３】（ａ）は表３に対応したマイクロウェーブ加熱時間と減水量との特性図、（ｂ）はマイクロウェーブ加熱時間と鋳型中心温度との特性図である。
【図４】（ａ）は表５に対応したマイクロウェーブ加熱時間と減水量との特性図、（ｂ）はマイクロウェーブ加熱時間と鋳型中心温度との特性図である。
【図５】（ａ）は表６に対応したマイクロウェーブ加熱時間と減水量との特性図、（ｂ）はマイクロウェーブ加熱時間と鋳型中心温度との特性図である。
【図６】第２実施形態におけるマイクロウェーブ加熱時間と減水量との関係を示す特性図である。
【図７】第２実施形態における減水率の予測値を算出するための特性図である。
【図８】表９に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図９】表１０に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図１０】表１１に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図１１】表１２に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図１２】表１３に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図１３】石膏鋳型の一例の斜視図である。
【図１４】第４実施形態に用いるマイクロウェーブ加熱時の断面図である。
【図１５】第４実施形態に用いるマイクロウェーブ加熱時の別の断面図である。
【図１６】実施例１及び２に用いる石膏鋳型の断面図である。
【図１７】石膏鋳造法によって２ピースモールドを作製する手順を示す断面図である。
【図１８】石膏鋳造法によってセクショナルモールドを作製する手順を示す断面図である。
【図１９】金属薄板を鋳包みによって金型本体に付与する手順を示す断面図である。
【符号の説明】
２１ 石膏鋳型
２２ 金属薄板
２４ 線材
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤを鋳造によって成形するためのタイヤ金型を石膏鋳造法によって作製する場合における石膏鋳型の乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タイヤを成形するタイヤ金型は、複数に分割された金型ピースを組み付けることにより形成されており、タイヤ形状を幅方向に２分割することにより構成される上下分割型（２ピースモールド）と、半径方向（円周方向）に７〜１３程度に分割することにより構成される上下一体型（セクショナルモールド）との２種類のタイヤ成形用金型が使用されている。
【０００３】
いずれの金型においても、鋭い角を有した凹ブロック形状部分やサイプ金属薄板などの薄肉凸形状部分を多数有していることから、機械加工による製造が不向きであり、このため、鋳造によって製造されている。鋳造においては、鋳型が崩壊性を有し、アンダーカット等の複雑応への自由度が高く、鋳型での組立加工を簡易に行うことができ、金型の分割形状を略一体形状で鋳造でき、かつ、寸法精度が高い上、鋳型コストが低いメリットがあることから石膏鋳造法が用いられている。
【０００４】
図１７は、石膏鋳造法によって２ピースモールドを作製する手順を示す。まず、（ａ）に示すように石膏、樹脂などを用いてタイヤの原形（マスターモデル）１を機械加工で作製し、（ｂ）で示すようにシリコーンゴムなどによって原形１を反転した母型（ゴム型）２を作製する。そして、（ｃ）で示すように母型２を上下に分割した鋳型３を石膏によって反転作製し、この鋳型（石膏鋳型）３を焼成乾燥した後、（ｄ）で示すように複数角度で切断し、（ｅ）で示すように組み立ててリング状の鋳型４とする。そして、この鋳型４を鋳枠５で囲み、鋳枠５内にアルミニウム合金等の合金溶湯６を充填して鋳造することにより鋳物とし、この鋳物に対して不要部分の除去のための機械加工を行い、その後、（ｇ）で示すように型合わせを行ってタイヤ成形用のタイヤ金型７とする。
【０００５】
図１８は、石膏鋳造法によってセクショナルモールドを作製する手順を示し、図１７と同ように、（ａ）で示すタイヤの原形１を反転した（ｂ）の母型（ゴム型）２を作製した後、（ｃ）及び（ｄ）で示すように石膏によって鋳型（石膏鋳型）３を作製し、（ｅ）で示すように組み立てて鋳型４とする。その後は、図１７と同ように、アルミニウム合金等の鋳造金属による鋳造を行い、鋳物を型合わせして（ｆ）で示すタイヤ金型７とする。
【０００６】
一方、タイヤの外周面に対して溝を形成する場合、タイヤ金型の金型本体に対し、溝を形成するための骨部を鋳出しによって突出するように形成するが、厚さが２〜３ｍｍ程度以下の肉薄の骨部（サイプ）では、強度不足となるため、金型本体の金属材料よりも強度の大きな材料からなる金属薄板を用い、この金属薄板を鋳包みすることによって金型本体に付与することがなされている。例えば、金型本体がアルミニウム合金の場合には、高強度の金属薄板として鉄系合金やニッケル系合金が用いられる。これらの金属は、タイヤを構成するゴムと融着することがないと共に、アルミニウム合金の鋳包みの際に溶損しないためである。
【０００７】
図１９は、金属薄板を鋳包みによって金型本体に付与する手順を示す。まず、（ａ）で示すように、金属薄板に対応したモデル用金属薄板１０を原形１に設置した状態で、反転して（ｂ）で示す母型（ゴム型）２を作製し、この母型２に（ｃ）で示すように金属薄板１１を差し入れる。そして、（ｄ）で示すように石膏によって母型２を反転して鋳型４を作製する際に、金属薄板１１を鋳型（石膏鋳型）４に移し換える。このとき、金属薄板１１はその一部が鋳型４から露出しており、この状態の鋳型４に対して鋳造を行うことにより金属薄板１１を金型本体１２に鋳包む。鋳包まれた金属薄板１１は（ｅ）で示すように、その一部が金型本体１２から露出しており、この露出部分でタイヤの外周面に溝を形成することができる。
【０００８】
以上のような石膏鋳型は、石膏スラリーを母型２に流し込んで所定の形状に成形するが、そのままでは鋳造に用いることができない。このため、成形された石膏鋳型を乾燥して水分を除去することがなされている。この乾燥は、熱風加熱炉内で行われるが、石膏鋳型として使用可能となるまでに通常、１〜３日の長い時間を必要としている。
【０００９】
このように石膏鋳型の乾燥に長い時間を必要とするのは、石膏鋳型の熱伝導性が低く、かつ石膏鋳型が乾燥時に変態する収縮特性を有しているために乾燥割れが発生し易いためであり、これを防ぐ必要上、昇温，降温を緩やかに行い、かつ必要最低限近傍の温度（１８０〜２３０℃）で石膏鋳型の中心部まで確実に熱が届くように長時間に渡って加熱状態をキープしなければならないからである。
【００１０】
通常の鋳造鋳型用の石膏材料は、α石膏に種々の耐火材を混合した状態となっており、これを適量の水に散布して攪拌し、型内などに流し込み放置しておくことにより凝結反応が進行してスラリー状から固体状に変化する。このままの状態では、硬化した石膏鋳型内に水が多量に含まれているため、鋳造に用いることができないことから、乾燥により水分を除去する必要がある。この乾燥工程における石膏の水分状態は、表１に示すような状態に区分分けされる。すなわち、表１に示すように、パウダー（石膏材料）を水に分散させることにより生型となり、この生型から遊離水（余剰水）を除去することにより二水石膏となり、以下、乾燥が進行するにつれて半水石膏、III型無水石膏、II型無水石膏となるものである。
【００１１】
【表１】
【００１２】
以上の石膏鋳型の乾燥時間を短縮するため、従来では、マイクロウェーブを用いて石膏鋳型を加熱することが行われている（非特許文献１参照）。
【００１３】
【非特許文献１】
刊行物「鋳物」第４９巻 第２号、１９７６年、８２〜８７頁
論文「マイクロ波による石こう鋳型の急速乾燥法」
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロウェーブを用いた従来の石膏鋳型の乾燥では、次のような問題点を有している。
【００１５】
（１） 市販の鋳造用の石膏材料では、誘電体損失が小さいためにIII型無水石膏まで充分に乾燥することが難しい。
【００１６】
（２） マイクロウェーブ加熱だけで強引に乾燥すると、鋳型割れを発生しやすい。
【００１７】
（３）誘電体損失の大きい黒鉛粉やＦｅ３Ｏ４粉を石膏材に混入することにより、これらの問題を解決できるが、鋳型としての耐熱性が劣化したり、鋳造時に溶湯と反応し鋳造欠陥を生じ易いなどの問題が存在する。
【００１８】
（４）遊離水を含んだ石膏鋳型をマイクロウェーブで加熱すると、鋳型内に含まれているアルカリ金属系の添加剤や不純物が、遊離水と共に加熱初期に鋳型中心部から鋳型表面に移動して濃縮されやすい。これにより、鋳型表面に析出物が出る場合が有り、鋳型の表面欠陥となりやすい。
【００１９】
（５）鋳型にサイプのための金属薄板（ブレード）が埋め込まれている場合、これを起点に放電を起しやすく、鋳型が局所的に溶損する不具合を生じる。
【００２０】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、市販の鋳造用の石膏鋳型材料に何ら添加材を加えることなく、マイクロウェーブ乾燥を用いて石膏鋳型の乾燥時間を短縮することが可能な乾燥方法を提供することを目的とする。また、本発明は、マイクロウェーブ加熱の際に、石膏鋳型に割れが発生することのない乾燥方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、マイクロウェーブ加熱を用いても、石膏鋳型の表面に析出物が生じることのない乾燥方法を提供することを目的とする。また、さらに本発明は、石膏鋳型にサイプブレード等の金属薄板が包れた状態でマイクロウェーブ加熱を行っても放電による鋳型損傷を防止することが可能な乾燥方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法は、タイヤ金型を鋳造によって作製するために用いる石膏鋳型の乾燥方法であって、石膏スラリーの母型への流し込みによって成形された石膏鋳型に対しマイクロウェーブ加熱を行って遊離水のみを除去した後、加熱雰囲気内での加熱を行って結晶水を除去することを特徴とする。
【００２２】
請求項１の発明では、石膏鋳型から遊離水だけが除去されるようにマイクロウェーブ加熱を行い、その後は、通常の加熱雰囲気内での加熱を行うため、マイクロウェーブによる強引な乾燥が必要以上に継続することがなく、鋳型割れの発生を防止することができる。このため、誘電体損失の大きな添加材を加える必要がなくなる。また、遊離水をマイクロウェーブ加熱によって除去するため、乾燥時間を短縮することができる。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１記載のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法であって、石膏材料を石膏スラリーとするための調合条件と、母型からの脱型直後の重量と、マイクロウェーブ加熱直前の石膏鋳型の重量とに基づいて除去すべき遊離水の重量を算出し、算出した遊離水重量に基づいてマイクロウェーブ加熱の出力及び時間を決定することを特徴とする。
【００２４】
請求項２の発明では、除去すべき遊離水の重量を予め算出し、その後に、石膏材料に応じたマイクロウェーブ加熱を行うため、過剰なマイクロウェーブ加熱を防止することができる。このため、石膏鋳型に割れが発生することを確実に防止することができる。
【００２５】
請求項３の発明は請求項１または２記載のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法であって、前記石膏鋳型を発泡増量５％以上の発泡石膏を用いて成形することを特徴とする。
【００２６】
このように５％以上の発泡増量の石膏鋳型とし、この石膏鋳型に対してマイクロウェーブ加熱を行うことにより、析出物が発生することを防止することができる。これにより、表面欠陥のない石膏鋳型を作製することができる。
【００２７】
請求項４の発明は、請求項１または２記載のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法であって、前記石膏鋳型に包れた金属薄板の石膏鋳型内への包れ側または露出側に電気伝導性の線材を取り付け、この線材をアース接続した状態で前記マイクロウェーブ加熱を行うことを特徴とする。
【００２８】
請求項４の発明では、金属薄板をアースした状態でマイクロウェーブ加熱を行うため、放電が起きることがなくなり、鋳型の局所的な溶損を防止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明を具体的に説明する前に、石膏鋳型の調合及びその乾燥の一般的な手法を説明する。
【００３０】
市販されている鋳造用の石膏材料を用いて石膏鋳型を作製する場合、まず重量比率で石膏パウダー１００部に対して３０〜１００部の水（室温〜４０℃）を混合してスラリー化し、母型（ゴム型）に流し込むことで行われる。このときの石膏パウダーと水の調合比率が混水率であり、この混水率を管理することにより、作製される石膏鋳型の強度や寸法特性を安定化させることが一般的に行われている。このようにして作製された石膏鋳型の乾燥は、従来より熱風乾燥等の外熱方式で行われるが、その乾燥状態管理には、次の２つの方法が用いられている。
【００３１】
（１）重量減少確認法
石膏パウダー中の石膏分の比率がＸ重量％、混水率をＹ重量％として、石膏パウダーＺ（ｋｇ）を用いて調合された石膏鋳型は次のような重量特性を有する。
【００３２】
ａ．石膏鋳型（生型）総重量…ＷW＝（１＋Ｙ／１００）・Ｚ （ｋｇ）
ｂ．石膏鋳型（生型）中の結晶水・遊離水の重量
ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ（分子量：１３６＋９＝１４５）の（Ｘ／１００）・Ｚ（ｋｇ）がＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ（分子量：１３６＋３６＝１７２）に変態することから、結晶水として取り込まれる水の重量ＷＣ（ｋｇ）は、
１４５：（１７２−１４５）＝（Ｘ／１００）・Ｚ：ＷＣ から求められる。従って、ＷＣ≒０．１８６２・（Ｘ／１００）・Ｚ（ｋｇ）となる。
【００３３】
石膏鋳型中で遊離水として存在している水の重量 ＷＦ（ｋｇ）は、
ＷＦ≒（Ｙ／１００）・Ｚ−０．１８６２・（Ｘ／１００）・Ｚ
として表わされる。市販されている鋳造用の石膏鋳型材料は、通常、Ｘ＝３０〜８０重量％，Ｙ＝３０〜８０重量％が殆どである。
【００３４】
この生型をIII型無水石膏（ＣａＳＯ４（III））まで乾燥させると、乾燥後の石膏鋳型の重量は、次のようになる。
【００３５】
ｃ．III型無水石膏状態での重量 ＷIII（ｋｇ）は、ＣａＳＯ４ III（分子量１３６）から、
１４５：１３６＝（Ｘ／１００）・Ｚ：ＷIII により求められ、ＷIII≒０．９３７９・（Ｘ／１００）・Ｚとなる。
この重量減少確認法における石膏鋳型の乾燥状態は、乾燥後の重量ＷDと生型重量ＷWを用いて次の式で表わされる減水率Ｒで判断される。
【００３６】
Ｒ（％）＝｛（ＷW−ＷD）／ＷW｝×１００
重量減少確認法では、この減水率Ｒ（％）がIII型無水石膏に完全に変態したときの理論値、
（ＷW−ＷIII）／ＷW×１００＝｛０．９３７９・（Ｘ／１００）・Ｚ｝／｛（１＋Ｙ／１００）・Ｚ｝×１００＝（０．９３７９・Ｘ）／（１００＋Ｙ）×１００
に近い数値になっていれば、乾燥完了と見なすものである。
【００３７】
（２）鋳型中心温度確認法
石膏鋳型の乾燥が結晶水除去という変態を伴うことを利用した方法であり、結晶水除去が行われている間は、該当反応が進行する理論温度で鋳型温度が変化しない現象を利用するものである。
【００３８】
図１は、この特性図を示す。石膏鋳型の内部で最も熱が伝わるのが遅れる部位（中心部）に熱電対等の温度測定器具を差し込み、鋳型乾燥時の温度−時間変化を観測すると、図１のような温度履歴となる。同図において、曲線Ａが乾燥炉内の加熱雰囲気温度（Ｍａｘ．１８０〜２３０℃）、曲線Ｂが鋳型中心温度であり、遊離水が除去されている状態では、約１００℃の温度が継続し（Ｂ１部分）、二水石膏から半水石膏への変態状態では、約１２０℃の温度が継続し（Ｂ２部分）、半水石膏からIII型無水石膏への変態状態では、約１８０℃の温度が継続する（Ｂ３部分）する３段階で温度が変化する。そして、 鋳型中心温度が、３つの階段状の段階を経た後、温度上昇を開始していれば、鋳型中心部までIII型無水石膏への変態が完了していることが判る。この方法は、石膏鋳型の乾燥状態を精度良く確認できる方法である。
【００３９】
この方法では、各変態段階で必要とされる乾燥時間を次のように定義する。
【００４０】
▲１▼遊離水除去に必要な乾燥時間：ＴF（ｈｒ）
▲２▼二水石膏から半水石膏に変態するのに必要な乾燥時間：Ｔ2 → 1/2（ｈｒ）
▲３▼半水石膏からIII型無水石膏に変態するのに必要な乾燥時間：Ｔ1/2 →Ｏ III（ｈｒ）
その条件の雰囲気温度の乾燥炉内で必要な石膏鋳型の乾燥時間ＴTOTALは、ＴTOTAL＝ＴＦ＋Ｔ2 → 1/2＋Ｔ1/2 →Ｏ III＋｛冷却時間（４〜１２ｈｒ）｝となる。
【００４１】
なお、一般的な傾向として、ＴF＞Ｔ2 → 1/2＞Ｔ1/2 →Ｏ III の関係が成り立つものである。
【００４２】
［第１実施形態］
この実施形態では、石膏鋳型に対しマイクロウェーブ加熱を行って遊離水のみを除去し、その後、加熱雰囲気内での加熱を行って結晶水を除去するものである。
【００４３】
本発明者は、市販の石膏材を用いて作製した石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱する際に、どの時点で鋳型割れの不具合が発生するかを確認実験した。その結果、鋳型中心温度が１００℃を超えた時点、即ち遊離水除去が完了した時点で、その発生確率が急増することを確認した。
【００４４】
表２〜表５及び図２〜図５は、商品名「ハイドロパーム（以下、Ｈ．Ｐ．）」（ＵＳジプサム（社）製）の発泡石膏材を６２．５重量％、商品名「Ｇ・６」（ノリタケジプサム（社）製）の非発泡石膏材を３７．５重量％の割合で混合したパウダーを混水率７０重量％で調合し、攪拌時にスラリー中に空気を巻き込ませ（すなわち発泡させ）、体積増量率３５〜５０体積％で発泡増量させたものを母型（ゴム型）に流し込み、約５０分の放置後、脱型した生型をマイクロウェーブ加熱したときの結果を示す。表２は重量４．７５ｋｇの生型、表３は重量５．７０ｋｇの生型、表４は重量７．４５ｋｇの生型、表５は重量６．１２ｋｇの生型に対する加熱処理である。また、図２は表２、図３は表３、図４は表４、図５は表５をグラフ化したものであり、各図において、（ａ）はマイクロウェーブ（Ｍ／Ｗ）処理時間−減衰率曲線、（ｂ）はマイクロウェーブ（Ｍ／Ｗ）処理時間−鋳型中心温度である。
【００４５】
【表２】
【００４６】
以上のデータから、鋳型中心温度が１００℃を超えた時点、即ち遊離水除去完了時点で鋳型の割れが急増している。すなわち、石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱する際には、鋳型中の遊離水を除去することに限定した使用を行うことにより、鋳型割れを生ずることのない乾燥を行うことができるものである。第１実施形態では、これに基づいて、石膏鋳型の遊離水除去まではマイクロウェーブ加熱を用いて急速に乾燥し、残りの結晶水は従来方式の外熱式の加熱炉（熱風乾燥炉など）で加熱・除去することにより、鋳型を割ることなく、乾燥時間を短縮することを可能としたものである。
【００４７】
表６は、表２〜表５における４種類の鋳型を用いて、マイクロウェーブ（Ｍ／Ｗ）加熱の有無の条件分けをして、室温から２００℃まで２ｈｒで昇温した後、２００℃でキープする条件の熱風乾燥を行い、結晶水完全除去に必要な時間ＴTOTAL（ｈｒ）がどのように変化するかを調べた結果を示す。なお、表６における乾燥完了の判断は、鋳型中心温度確認法によって行った。表６に示すように、いずれの石膏鋳型も、乾燥後に割れが発生がしていないと共に、遊離水除去に限定してマイクロウェーブ加熱を行うことにより、鋳型のトータル乾燥に要する時間を大幅に低減することが可能となっている。
【００４８】
【表６】
この実施形態では、第１実施形態をベースとし、さらに、石膏材料を石膏スラリーとするための調合条件と、母型からの脱型直後の重量と、マイクロウェーブ加熱直前の石膏鋳型の重量とに基づいて除去すべき遊離水の重量を算出し、算出した遊離水重量に基づいてマイクロウェーブ加熱の出力及び時間を決定するものである。すなわち、この実施形態では、石膏材料の含水率や石膏スラリーへの調合さらには、マイクロウェーブ加熱までの条件に基づいてマイクロウェーブ加熱の終了時点を予め設定するものである。
【００４９】
本発明者は、数多くの石膏鋳型についてマイクロウェーブ加熱実験を行い、必要なマイクロウェーブ加熱時間を石膏鋳型の生型重量から定量的に精度高く予測できることを見出した。
【００５０】
すなわち、本発明者は上述した、「Ｈ．Ｐ．」発泡石膏材６２．５重量％に対し「Ｇ・６」非発泡石膏材を３７．５重量％の比率で混合したパウダーを混水率７０重量％で調合し、攪拌時にスラリー中に空気を巻き込ませ（すなわち発泡させ）、体積増量率３５〜５０体積％で発泡増量させたものを母型に流し込み、約５０分の放置後、脱型して生型とし、この生型をマイクロウェーブ加熱する実験を繰り返した。マイクロウェーブ加熱は、所定の時間に区切って断続的に行い、その間に鋳型重量（重量減少量）を測定した（マイクロウェーブ加熱出力は１５００Ｗ及び３０００Ｗの２水準，周波数２４５０ＭＨｚ）。
【００５１】
図６は、このように石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱した場合における加熱時間−減水量（鋳型から飛散した水分の重量）の関係を示し、全体でＳ字型曲線となっている。同図における「区間I」は石膏鋳型全体を１００℃まで昇温させるための予熱区間であり、「区間II」は石膏鋳型の遊離水が大気中に飛散（蒸発）していく区間であり、「区間III」は結晶水除去が行われる区間である。この実施形態では、石膏鋳型の遊離水を除去する区間である「区間II」の最終点を予測するものである。
【００５２】
「区間II」では、概ね線形となっているところから、Ｍ／Ｗ加熱時間と減水率とを一次関数として取り扱うことができる。表７及び表８は、上述した調合によって作製した各種重量の鋳型に基づいた「区間II」のデータを示す。
【００５３】
【表７】
【００５４】
｛減水率予測値（重量％）｝＝−３．２０７１５３＋０．５０４３１４・ＴＭ／Ｗ−１．４５６６０２・Ｗ＋０．００６８２１・α
ここで、重相関係数：０．８７９、決定係数（寄与率）：０．７７２６である。
【００５５】
このように石膏鋳型に対するマイクロウェーブ加熱時のデータの内、区間IIのデータに基づき、減水率を目的変数とし、マイクロウェーブ加熱時間とその出力値及びマイクロウェーブ加熱した石膏鋳型の生型重量を説明変数として多変量解析することにより、鋳型を割ることなく遊離水だけを除去できるマイクロウェーブ加熱時間を予測することが可能となる。
【００５６】
区間IIの最終点での減水率は、使用した石膏材と、その調合条件（混水率）によって異なるものであり、上述した重量減少確認法での記述を参照すると、次のようにして求められる。
【００５７】
｛区間IIの最終点での減水率（重量％）｝＝ ＷＦ／ＷＷ ×１００
＝｛（Ｙ／１００）・Ｚ−０．１８６２・（Ｘ／１００）・Ｚ｝／｛（１＋Ｙ／１００）・Ｚ｝＝（Ｙ−０．１８６２・Ｘ）／（１００＋Ｙ）
上式において、
Ｘ ： 鋳型に使用した石膏材パウダー中の石膏分比率（重量％）
Ｙ ： 鋳型を作製するのに設定した混水率（重量％）
Ｚ ： 鋳型を作製するのに使用した石膏材パウダーの重量（kg）
この実施形態においては、Ｘ＝約６５重量％，Ｙ＝７０重量％であるところから、
解析データでの区間IIの最終点での減水率＝３４．１（重量％）となる。
【００５８】
この３４．１％（または、さらに鋳型割れを起こり難くしたい場合はこれより小さな値）を上記減水率予測式に代入して、ＴＭ／Ｗを求めることにより、生型重量Ｗ（ｋｇ）の石膏鋳型を出力α（Ｗ）のマイクロウェーブによる加熱時間を算出することができ、石膏鋳型を割らずに急速乾燥することが可能となる。
【００５９】
なお、実際の石膏鋳型は、硬化完了時には『凝結発熱』しており、４０〜６０℃程度の温度となっていることが多い。このため、硬化直後から、僅かながら水分が蒸発している。
【００６０】
上述した減水率予測式の生型重量は、石膏鋳型を母型から脱型した直後の数値（鋳型を調合した時の総重量）であり、その後の自己発熱による自然減水量が考慮されていない。
【００６１】
マイクロウェーブ加熱によって遊離水の急速除去を行う場合、僅かな重量誤差がマイクロウェーブ加熱設定時間に影響を与え、過剰な時間設定となって、結果的に鋳型が割れる可能性が有るため、この自己発熱による自然減水量を考慮する必要がなる。
【００６２】
このためには、石膏鋳型の脱型直後重量 ＷＷ０に加えて、Ｍ／Ｗ加熱直前重量ＷＷ１を測定し、この差分（ＷＷ０−ＷＷ１）をＭ／Ｗ乾燥までの間に自発的に飛散した減水量とする。即ち、この実施形態においては、
｛区間IIの最終点での減水率（重量％）｝＝｛ＷＦ−（ＷＷ０−ＷＷ１）｝／ＷＷ０×１００＝｛ＷＦ／ＷＷ０×１００｝−｛（ＷＷ０−ＷＷ１）／ＷＷ０×１００＝３４．１％−｛（ＷＷ０−ＷＷ１）／ＷＷ０×１００｝
として扱い、これを上述したＭ／Ｗ加熱時間予測式の左辺に代入し、ＴＭ／Ｗを求める。この場合、予測式のＷには、ＷＷ０を代入する。
【００６３】
なお、マイクロウェーブの出力設定，鋳型材料として用いる石膏の種類の差やその調合条件の差によって、マイクロウェーブ加熱時の減水量特性は異なるが、上述した基本構成は共通するものである。表９〜表１３は、石膏材料として上記「Ｇ・６」を用い非発泡で石膏鋳型を作製し、マイクロウェーブ加熱を行った際のＭ／Ｗ加熱時間に対する減水量を測定したものである。表９は６５重量％の混水率で作製した３．６８５ｋｇの生型の場合、表１０は同混水率の３．５ｌｋｇの生型の場合、表１１は同混水率の２．２９ｋｇの生型の場合、表１２は５０重量％の混水率で作製した３．７９ｋｇの生型の場合のデータを示す。図８〜図１２はこれらをグラフ化したものであり、図８は表９に、図９は表１０に、図１０は表１１に、図１１は表１２に、図１２は表１３にそれぞれ対応している。これらの図に示すように、非発泡の石膏鋳型の場合も、「区間II」では、略直線となっており、発泡の石膏鋳型と同様に一次関数として取り扱うことが可能となっている。
【００６４】
【表９】
この実施形態では、マイクロウェーブ加熱で石膏鋳型に発生する不具合としての割れに加えて、石膏鋳型表面への析出物の発生（凸状欠陥の発生）を防止するものである。
【００６５】
すなわち、タイヤ金型鋳造用に用いる石膏材料の中には、種々の水溶性の添加剤が加えられおり、石膏鋳型の状態でも、これらの添加剤は遊離水に溶け込んだ状態で存在している。この添加剤としては、凝結時間調整剤や凝結膨張抑止剤、発泡剤などがあり、これに類する不純物も含まれるものである。このような石膏鋳型に対して内部加熱も行うマイクロウェーブ加熱を行うと、鋳型の内部から沸騰した水が水蒸気となって鋳型表面側に移動しようとする際に、表面側の鋳型によって再び冷却され、液体の状態に戻り、あたかも鋳型から水が染み出てきたような状態となる。このような現象が起こると、上述した水溶性の添加剤及び／又は不純物が、鋳型表面側で濃縮され、全ての遊離水が鋳型から取り除かれた後に、これらの濃縮成分が鋳型表面に固体として析出したような状態となる。これにより、鋳型表面への析出物欠陥（凸状欠陥）となり、このままの状態で鋳造すると、鋳物（即ちタイヤ金型）に凹欠陥として現われてタイヤ金型の表面の不具合となるため、この石膏鋳型表面への析出物の発生（凸状欠陥の発生）を防止する必要がある。かかる現象は、鋳型内部からも加熱を行うマイクロウェーブ加熱を用いた場合に特に顕著に発生する。
【００６６】
これに対し、本発明者は、石膏鋳型を意図的に発泡させて、鋳型の通気性を向上させることにより、この問題を解決したものである。具体的には、石膏スラリーを作製する際に、大気中から空気を巻き込ませることにより発泡石膏鋳型とするものであり、より具体的には、発泡増量５％以上の発泡石膏を用いて石膏鋳型を成形するものである。
【００６７】
図１３は、本発明者が作製した発泡石膏を用いた石膏鋳型２０を示す。この石膏鋳型２０は、セクショナルモールドタイプにおける１セクター分を構成し、図１３における数値は、ｍｍである。表１４は、この石膏鋳型１０を作製する石膏材料や発泡・非発泡、混水率及び発泡増量を数字別に示し、その結果を併記してある。表１４における石膏スラリーの撹拌は、特開２０００−２３３９８０号公報に記載されるように円筒容器内でのゴム円板の回転によって行った。また、マイクロウェーブ加熱後の析出物有無の評価は、石膏鋳型の意匠面を縦に５分割、横に１０分割し、合計で５０区画に区分けし、析出物が発生した区画数をカウントするとにより行った。表１４における「マイクロウェーブ加熱後の析出物有無」欄における括弧内の数値は、（析出物が発生した区画数）／（全区画数）である。
【００６８】
表１４から、この実施形態のように発泡増量５％以上の発泡石膏を用いて石膏鋳型を成形することにより、析出物の発生を効果的に防止することが可能となっている。
【００６９】
【表１４】
この実施形態では、石膏鋳型にステンレス鋼などの金属薄板であるブレードが包れた石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱する際の放電現象を防止するものである。金属薄板が包れた石膏鋳型をマイクロウェーブ加熱すると、遊離水が除去されるにつれて、金属薄板を起点として放電現象が発生する。この放電現象は、マイクロウェーブの出力値が大きいほど、また金属薄板が近い距離で隣接しているほど発生しやすく、放電現象が起きると、石膏鋳型における該当部分が溶損したり、熱分解して、鋳型としての形状を損ねる。
【００７０】
図１４及び図１５は、かかる放電現象を防止するための構造を示す。これらの図において、石膏鋳型２１には、ブレードとしての金属薄板２２が包れている。この石膏鋳型２１はマイクロウェーブ（Ｍ／Ｗ）加熱機のテーブル２３上に設置された状態でマイクロウェーブ加熱が行われる。
【００７１】
図１４においては、金属薄板２２における石膏鋳型２１からの露出部分に、銅線等の電気伝導性の線材２４が接続され、図１５においては、石膏鋳型２１に包れている金属薄板２２の埋設部分に電気伝導性の線材２４が接続されている。線材２４と金属薄板２２との接続は、電気伝導性のクリップ２５を用いることにより簡単に行うことができる。これに限ることなく、線材２４を金属薄板２２に溶接しても良い。
【００７２】
いずれの図においても線材２４の引き出し部分は、アース２６に接続されている。これにより、マイクロウェーブ加熱時の放電をアース２６に流すことができ、金属薄板２２における放電現象を防止することができる。従って、放電に基づく石膏鋳型２１の溶損や熱分解が起こることがなく、石膏鋳型２１としての良好な形状を保持することが可能となる。
【００７３】
【実施例】
実施例１及び２では、発泡石膏材料「Ｈ．Ｐ．」を６２．５重量％、非発泡石膏材料を３７．５重量％の割合で混合したパウダーを用い、このパウダーに対し混水率７０重量％で水を調合して撹拌した。撹拌時には、スラリー中に空気を巻き込ませることにより、体積増量率４０体積％で発泡増量させた。図１６は、以上により作製された石膏鋳型２１を示し、その意匠面には金属薄板２２が包れている。寸法数値はｍｍである。この石膏鋳型２１は、約３６ｄｅｇ分であり、石膏鋳型２１を連結することにより構成される鋳型全体には、合計で６７枚の金属薄板２２が約３ｍｍ間隔で包れている。金属薄板２２としては、板厚０．３ｍｍのＳＵＳ３０４を用いた。
【００７４】
（実施例１）
この実施例では、脱型直後生型重量（ＷＷ０）４．５１ｋｇの石膏鋳型２１（発泡増量は約４２体積％）を６個作製した。石膏鋳型２１を作成した後、石膏鋳型２１に包れた金属薄板２２周辺に付着した石膏材を取り除いた後、金属薄板２２の鋳型２１から露出している側に対して直径（φ）０．６ｍｍの純銅線をクリップ固定することにより結線した。この一連の作業完了後の鋳型重量（ＷＷ１）は４．３０ｋｇとなっていた。
【００７５】
まず、鋳型の自発的減水量の考慮することなく、第２実施形態における式
｛減水率予測値（重量％）｝＝−３．２０７１５３＋０．５０４３１４・ＴＭ／Ｗ−１．４５６６０２・Ｗ＋０．００６８２１・αを用い、同式のＷに脱型直後の生型重量（ＷＷ０＝４．５１ｋｇ）を代入し、目的の減水率（上記予測式の左辺）に、遊離水除去限界の理論値である３４％を代入し、マイクロウェーブ出力を３０００Ｗとして、マイクロウェーブ処理時間を計算した。その結果、約４２分の加熱時間となった。なお、上式において、 Ｗ は生型重量（脱型直後重量）（kg）、ＴＭ／Ｗはマイクロウェーブ加熱時間（ｍｉｎ）、αはマイクロウェーブ出力 （Ｗ）である。
【００７６】
そして、作製した石膏鋳型６個の内の２個を、この数値に基づき、３０００Ｗ出力で４２分のマイクロウェーブ加熱を行った（なお、一個ずつ個別にマイクロウェーブ加熱を行った）。この際、金属薄板２２間を結線した銅線は、アースした状態でマイクロウェーブ加熱した。
【００７７】
その結果、ブレードの放電現象は発生しなかったが、２個の内の一つの鋳型に割れが発生した。このとき、マイクロウェーブ加熱後の減水率は、２個とも約３６．８％で、石膏材の遊離水除去限界の理論値である３４．１％をオーバーしていた。これは、脱型後の鋳型の大気中放置による自発的減水量を考慮しなかったために、鋳型が割れたものである。
【００７８】
（実施例２）
この実施例では、マイクロウェーブ加熱の目的とする減水率に対し、自発的減水量（ＷＷ０−ＷＷ１）を考慮した。すなわち、｛目的の減水率（重量％）｝＝３４．１％ −｛（ＷＷ０−ＷＷ１）／ＷＷ０×１００｝＝３４．１％ −（４．５１−４．３０）／４．５１×１００＝２９．４％ とした。そして、第２実施形態における式
｛減水率予測値（重量％）｝＝−３．２０７１５３＋０．５０４３１４・ＴＭ／Ｗ−１．４５６６０２・Ｗ＋０．００６８２１・α
の左辺に２９．４％を代入し、ＷとしてＷＷ０＝４．５１ｋｇを代入し、αとして３０００Ｗを代入してマイクロウェーブ加熱時間を計算した。その結果、加熱時間は約３７分となった。
【００７９】
残り４個の鋳型の内の２個を、この数値に基づき、３０００Ｗ出力で３７分のマイクロウェーブ加熱を行った（なお、一個ずつ個別にマイクロウェーブ加熱を行った）。この際、金属薄板２２間を結線した銅線は、アースした状態でマイクロウェーブ加熱した。
【００８０】
その結果、ブレードの放電現象も鋳型に割れも発生せず、遊離水除去ができた。また、マイクロウェーブ加熱後の減水率は、２個とも約３４％で、目的の減水率となっていた。すなわち、この実施例では、脱型後の鋳型の大気中放置による自発的減水量を考慮することにより、マイクロウェーブ加熱による急速乾燥が可能となったものである。
【００８１】
（比較例１）
この比較例１では、残りの２個の鋳型も、実施例２と同ような条件でマイクロウェーブ加熱した。この場合、最後の２個は、金属薄板２２間に結線した銅線を外し、アース接続しない状態でマイクロウェーブ加熱した。その結果、２個の鋳型のいずれもが、加熱時間の最終段階（約３０分ほど経過した時点）で、金属薄板２２に放電現象が発生した。
【００８２】
なお、比較例１では、所定の加熱時間のマイクロウェーブ処理が終了した時点で、鋳型の状態を確認したところ、鋳型割れが発生することなく、減水率も約３４％と乾燥状態に問題はなかった反面、それぞれの鋳型で３箇所、２箇所の放電現象による鋳型溶損が確認され、形状損傷で不良となっていた。
【００８３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、石膏鋳型から遊離水だけが除去されるようにマイクロウェーブ加熱を行うため、強力な乾燥が必要以上に継続することがなく、鋳型割れの発生を防止することができ、誘電体損失の大きな添加材を加える必要がなくなると共に、乾燥時間を短縮することができる。
【００８４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、除去すべき遊離水の重量を算出して石膏材料に応じたマイクロウェーブ加熱を行うため、過剰なマイクロウェーブ加熱を防止することができ、石膏鋳型に割れが発生することを確実に防止することができる。
【００８５】
請求項３の発明によれば、請求項１及び２の発明の効果に加えて、マイクロウェーブ加熱の際に析出物が発生することを防止することができ、表面欠陥のない石膏鋳型を作製することができる。
【００８６】
請求項４の発明によれば、請求項１及び２の発明の効果に加えて、マイクロウェーブ加熱の際に、放電が起きることがなく、鋳型の局所的な溶損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】石膏鋳型を加熱して乾燥する際における鋳型中心温度確認法での時間と温度との関係を示す特性図である。
【図２】（ａ）は表２に対応したマイクロウェーブ加熱時間と減水量との特性図、（ｂ）はマイクロウェーブ加熱時間と鋳型中心温度との特性図である。
【図３】（ａ）は表３に対応したマイクロウェーブ加熱時間と減水量との特性図、（ｂ）はマイクロウェーブ加熱時間と鋳型中心温度との特性図である。
【図４】（ａ）は表５に対応したマイクロウェーブ加熱時間と減水量との特性図、（ｂ）はマイクロウェーブ加熱時間と鋳型中心温度との特性図である。
【図５】（ａ）は表６に対応したマイクロウェーブ加熱時間と減水量との特性図、（ｂ）はマイクロウェーブ加熱時間と鋳型中心温度との特性図である。
【図６】第２実施形態におけるマイクロウェーブ加熱時間と減水量との関係を示す特性図である。
【図７】第２実施形態における減水率の予測値を算出するための特性図である。
【図８】表９に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図９】表１０に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図１０】表１１に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図１１】表１２に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図１２】表１３に対応したマイクロウェーブ加熱量との減水量との関係を示す特性図である。
【図１３】石膏鋳型の一例の斜視図である。
【図１４】第４実施形態に用いるマイクロウェーブ加熱時の断面図である。
【図１５】第４実施形態に用いるマイクロウェーブ加熱時の別の断面図である。
【図１６】実施例１及び２に用いる石膏鋳型の断面図である。
【図１７】石膏鋳造法によって２ピースモールドを作製する手順を示す断面図である。
【図１８】石膏鋳造法によってセクショナルモールドを作製する手順を示す断面図である。
【図１９】金属薄板を鋳包みによって金型本体に付与する手順を示す断面図である。
【符号の説明】
２１ 石膏鋳型
２２ 金属薄板
２４ 線材
Claims (4)
- タイヤ金型を鋳造によって作製するために用いる石膏鋳型の乾燥方法であって、
石膏スラリーの母型への流し込みによって成形された石膏鋳型に対しマイクロウェーブ加熱を行って遊離水のみを除去した後、加熱雰囲気内での加熱を行って結晶水を除去することを特徴とするタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法。 - 石膏材料を石膏スラリーとするための調合条件と、母型からの脱型直後の重量と、マイクロウェーブ加熱直前の石膏鋳型の重量とに基づいて除去すべき遊離水の重量を算出し、算出した遊離水重量に基づいてマイクロウェーブ加熱の出力及び時間を決定することを特徴とする請求項１記載のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法。
- 前記石膏鋳型を発泡増量５％以上の発泡石膏を用いて成形することを特徴とする請求項１または２記載のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法。
- 前記石膏鋳型に包れた金属薄板の石膏鋳型内への包れ側または露出側に電気伝導性の線材を取り付け、この線材をアース接続した状態で前記マイクロウェーブ加熱を行うことを特徴とする請求項１または２記載のタイヤ金型用石膏鋳型の乾燥方法。
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