JP4424544B2 - タイヤ加硫装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明はタイヤ加硫装置及び方法に関し、特に、金型の構成部材の重量により加硫時に締付力を得ることのできる金型及びそれを用いたタイヤ加硫方法に関する。

タイヤの製造工程の最終段階である加硫工程では、グリーンタイヤ（生タイヤ）を加硫機の金型に入れ、ブラダーと呼ばれる内部に高温・高圧の流体を通したゴム風船状の圧縮部材によって、グリーンタイヤをその内側から金型の内面に向けて押しつける。このとき、ブラダーから加わる熱と圧力によってグリーンタイヤのゴムの分子と硫黄の分子とが結合し、ゴムに弾力性及び耐久性が付与される。タイヤの最終的な形状及びトレッドパターンもこのときに金型により形成される。加硫成形後のタイヤは金型から取り出され、タイヤが完成する。

この加硫工程で用いる金型としては、図４に示されているような、セグメンタルモールド又は割りモールドと呼ばれる金型がある。この金型は、タイヤのトレッド部を形成するための周方向に分割された複数個のトレッドモールド２１と、タイヤの一対のサイドウォール部からビード部に至る部分を形成する上下のサイドモールド２２，２３と、トレッドモールド２１を保持するセグメント２４と、セクメント２４の外周側において互いのテーパ面により摺動係合しているアウターリング２５と、上サイドモールドの上面を保持する上サイドモールドホルダ２６と、下サイドモールドの下面を保持する下サイドモールドホルダ２７と、上サイドモールドホルダ２６の上面を保持するトッププレート２８と、下サイドモールドホルダ２７の下面を保持するボトムプレート２９と、ボトムプレート２９上に立設された伸縮ロッド３０と、アウターリング２５の上面を保持するとともに、伸縮ロッド３０の先端（上端）が嵌合されたトッププレート３１を備えている（特許文献１参照）。

金型を開くときは、伸縮ロッド３０の上部３０ａをエアシリンダ等（図示せず）により伸長させ、その上端を上昇させることによりトッププレート３１を上昇させると、トッププレート３１に保持されているアウターリング２５が上昇する。アウターリング２５にテーパ面で摺動係合しているセグメント２４は、アウターリング２５が上昇すると外周方向へ移動して開く。このため、セグメント２４により保持されているトレッドモールド２１も外周方向上方へ移動し、同時にセグメント２４とトッププレート２８の爪部２８ａとで係合が解除され、図示されていないクレーン等の脱着手段によりトッププレート２８が上方へ移動するため、上サイドモールド２２も上方へ移動する。金型を閉じるときは逆に動作して図４の状態になる。
特開２００３−２００２４８号公報

しかしながら、前記従来の金型は、加硫時に外部から内部方向への加圧力（締付力）を加える締付機構を備えていないため、ブラダー内部に加わる内圧の反力（金型が開く方向に働く力）により、図５（ａ）の矢印２７〜２９に示されているように撓むため、トレッドモールド２１の両端と上下のサイドモールド２２，２３との接触部との間に隙間４１ａ，４１ｂが生じてしまう。このため、図５（ｂ）に示されているように、加硫成型後のタイヤ４２にはみ出し４２ａ，４２ｂが発生してしまうという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、タイヤ加硫用金型において、加硫時の内圧反力による撓みを防止することを目的とする。

請求項１に係る発明は、タイヤのトレッド部を形成するトレッドモールドと、前記タイヤの一対のサイドウォール部からビード部に至る部分を形成する上下のサイドモールドと、前記上サイドモールドを保持する上サイドモールド保持部材と、前記トレッドモールドの外側に固定された、前記トレッドモールドの上下動を案内するテーパ状の案内面を設けたアウターリングとを備え、前記トレッドモールドの上昇に伴って前記各モールドが開き、前記トレッドモールドの下降に伴って前記各モールドが閉じるタイヤ加硫装置であって、前記アウターリングを据付面に固定するとともに、前記トレッドモールド、上下のサイドモールド、及び上サイドモールド保持部材を前記据付面から浮かせ、前記各モールドが閉じたとき、前記トレッドモールド、上下のサイドモールド、及び上サイドモールド保持部材の重量を前記アウターリングにかけることで、前記トレッドモールド、上下のサイドモールド、及び上サイドモールド保持部材の自重により前記各モールドを締付けることを特徴とするタイヤ加硫装置である。
請求項２に係る発明は、請求項１記載のタイヤ加硫装置において、前記トレッドモールドの下面と前記下サイドモールドの上面とは摺動可能に係合することを特徴とするタイヤ加硫装置である。
請求項３に係る発明は、請求項２記載のタイヤ加硫装置において、前記下サイドモールドを押し上げる手段を設け、該手段により前記下サイドモールドを押し上げることで、前記トレッドモールドの下面を摺動させつつ上昇させることを特徴とするタイヤ加硫装置である。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ加硫装置を用いてタイヤを加硫成型することを特徴とするタイヤ加硫方法である。

本発明によれば、加硫装置の構成部材であるトレッドモールド、上下のサイドモールドと、及び上サイドモールド保持部材の重量によりモールドの締付力を得るため、特別な締付機構を設けずに、加硫時の内圧反力による撓みを防止できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るタイヤ加硫用金型が閉じている状態を説明するための左半断面図及び斜視図であり、図２はその金型が開いている状態を説明するための左半断面図であり、図３はその金型に加硫時に加わる力を説明するための左半断面である。

図１（ａ）、（ｂ）に示されているように、本実施形態に係るタイヤ加硫用金型は、内周側にタイヤのトレッド部を形成するためのトレッドモールド面１ａを有し、外周側に上方に向かうに従って径が広がるテーパ面１ｂを有する、周方向に分割された複数個のセグメント１と、タイヤの一対のサイドウォール部からビード部に至る部分を形成する上下のサイドモールド２，３と、内周側にテーパ面１ｂと摺動係合するテーパ面４ａを有し、タイヤ加硫装置の所定の据付面Ｄに固定されたアウターリング４と、上サイドモールド２の上面を保持する上部プラテン５と、下サイドモールド３の下面が載置される下部プラテン６と、上サイドモールド２及び上部プラテン５を保持するトッププレート７と、下部プラテン６の下面を保持するボトムプレート８と、ボトムプレート８上に立設されたタイロッド９とを備えている。ここで、トッププレート７及び上部プラテン５は、上サイドモールド２の保持部材を構成する。金型が閉じているときは、タイロッド９の先端部９ａはトッププレート７の外周側の縁部に形成された孔に挿入され、ロック部材９ｂでロックされている。アウターリング４の下端は、加硫機の所定の据付面Ｄに固定されている。また、それ以外の図示されている部材は固定されておらず可動である。

下部プラテン６の下側には、下サイドモールド３を昇降させる流体圧シリンダ１０が配置されている。このシリンダ１０内のピストンロッド１０ａは下部プラテン６を上下に貫通して下サイドモールド３の下端面に接触しており、このピストンを昇降させることで、下サイドモールド３を昇降させることができる。上部プラテン５及び下部プラテン６は、それぞれ上下の二つの部材から構成されており、それぞれのモールドに接触している側の部材には、加硫時に高温・高圧の加硫媒体が供給される媒体室５ａ，６ａが設けられている。

金型を開くときは、タイロッド９のロック部材９ｂのロックを解除するとともに、シリンダ１０のピストンロッド１０ａを上昇させる。ピストンロッド１０ａが上昇すると、図２に示されているように、セグメント１の内周側の下面１ｃが下サイドモールド３の外周縁付近の上面３ａにより上向きの力を受けるため、下面１ｃが下サイドモールド３の上面３ａの表面を摺動しつつ、セグメント１はアウターリング４のテーパ面４ａに沿って外周側上方へ移動する。このとき、トッププレート７は図示されていないクレーン等の脱着手段により吊り上げられ、トッププレート７に保持されている上側モールド２及び上側プラテン５も上方へ移動し、金型が開いた状態となる。また、このときボトムプレート８は図示されていない支持手段により支持されている。

グリーンタイヤの加硫成型を行うときは、図２のように金型が開いた状態にて、グリーンタイヤを金型内にセットし、次にトッププレート７をセグメント１上に載せる。セグメント１は、トッププレート７並びにそれに保持されている上部プラテン６及び上サイドモールドの重量によりピストンロッド１０a を下降させることで、セグメント１をアウターリング４のテーパ面４ａに沿って下降させ、金型を閉じる。同時に、トッププレート７の外周側縁部付近に形成された孔にタイロッド９の先端部９ａを挿入し、金型を閉じたときにロック部材９ｂでロックする。このとき、支持手段によるボトムプレート８の支持は解除されている。

この状態では、アウターリング４が据付面Ｄに固定されているのに対し、その他の構造物である、セグメント１、トッププレート７並びにそれに保持されている上サイドモールド２及び上部プラテン５、ボトムプレート８並びにそれに保持されている下部プラテン６及びタイロッド９、下部プラテン６の上に載っている下サイドモールド３は固定されずに浮かせた状態（フリーな状態）であるため、それらの構造物の重量がアウターリング４にかかり、上サイドモールド２及びセグメント１の締付力として働くことになる。

次に、この締付力について図３を参照しながら説明する。図３において、ブラダー（図示せず）によりセグメント１、上サイドモールド２、及び下サイドモールド３の内面に加わる圧力をＰ、ボトムプレート８が受ける鉛直方向下向きの力をＦ₁ 、トッププレート７が受ける鉛直方向上向きの力をＦ₂ 、セグメント１がアウターリング４のテーパ面から受ける抗力の鉛直成分をＦ₃ とする。また、トッププレート７並びにそれに保持されている上サイドモールド２及び上部プラテン５の重量の和をＷ₁ 、セグメント１の重量をＷ₂ 、ボトムプレート８並びにそれに保持されている下部プラテン６及びタイロッド９、下部プラテン６の上に載っている下サイドモールド３の重量の和をＷ₃ とし、ブラダーにより膨張している空間の金型の中心軸Ｃから上下のサイドモールド２、３の内周側迄の直径をｄ₁ 、その外周側迄の直径をｄ₂ 、上記空間のセグメント１の内周側と対向している部分の高さをＨ、セグメント４のテーパ面４ａと鉛直線とのなす角度をθとすると、下記［１］〜［３］の式が成立する。

Ｆ₁ ＝Ｐ×π（ｄ₂ ²−ｄ₁ ²）／４＋Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ＋Ｗ₃ ・・・式［１］
Ｆ₂ ＝Ｐ×π（ｄ₂ ²−ｄ₁ ²）／４−（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ＋Ｗ₃ ）・・・式［２］
Ｆ₃ ＝Ｐ×π×ｄ₂ ×Ｈ×tan θ×（１−μ）−（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ＋Ｗ₃ ）・・・式［３］
なお、式［３］において、μはテーパ面の摩擦係数である。

また、生タイヤ、ブラダー及びブラダーリング、さらに加硫のためにブラダー内に充填されている温水等を合わせた重量をＷ₄ とすると、重量と締付力とがバランスしていれば、
Ｆ₁ ＋Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ＋Ｗ₃ ＋Ｗ₄ ＝Ｆ₂ ＋Ｆ₃ ・・・式［４］
が成立する。そこで、この式を変形し、
Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ＋Ｗ₃ ＋Ｗ₄ ≧Ｐ×π×ｄ₂ ×Ｈ×tan θ×（１−μ）・・・式［５］
となるように各構成部材の重量等を定めれば、充分な締付力が得られる総重量を求めることが出来る。

例えば式［５］の左辺であるＷ₁ 、Ｗ₂ 、Ｗ₃ 、Ｗ₄ の合計を６１０トンとした場合は、式［５］の右辺のＨを１８０ｃｍ、ｄ₂ を４００ｃｍ、Ｐを２７kg／cm² 、θを６°、μを０．１５とすると、右辺は５４６トンになるから、式［５］が成立する。つまり、構成部材の重量により充分な締付力が得られる。しかし、θを９°にした場合には、右辺は８５０トンになるから、重量が不足する。

このように、本実施形態に係るタイヤ加硫用金型によれば、アウターリング４以外の構造物の自重により金型の締付力を得ているため、特別な締付機構を設けずに、加硫時の内圧反力による撓みを防止できる。

本発明の実施形態に係るタイヤ加硫用金型が閉じている状態を説明するための左半断面図及び斜視図である。 図１の金型が開いている状態を説明するための左半断面図である。 図１の金型の加硫時に加わる力を説明するための左半断面である。 従来の金型の構成を説明するための左半断面である。 従来の金型が加硫時に撓む様子、及びその撓みにより加硫成型後のタイヤに発生するはみ出しを示す図である。

符号の説明

１・・・セグメント、２・・・上サイドモールド、３・・・下サイドモールド、４・・・アウターリング、７・・・トッププレート、８・・・ボトムプレート、９・・・タイロッド、１０・・・流体圧シリンダ。

Claims (4)

1. タイヤのトレッド部を形成するトレッドモールドと、前記タイヤの一対のサイドウォール部からビード部に至る部分を形成する上下のサイドモールドと、前記上サイドモールドを保持する上サイドモールド保持部材と、前記トレッドモールドの外側に固定された、前記トレッドモールドの上下動を案内するテーパ状の案内面を設けたアウターリングとを備え、前記トレッドモールドの上昇に伴って前記各モールドが開き、前記トレッドモールドの下降に伴って前記各モールドが閉じるタイヤ加硫装置であって、
   前記アウターリングを据付面に固定するとともに、前記トレッドモールド、上下のサイドモールド、及び上サイドモールド保持部材を前記据付面から浮かせ、
   前記各モールドが閉じたとき、前記トレッドモールド、上下のサイドモールド、及び上サイドモールド保持部材の重量を前記アウターリングにかけることで、前記トレッドモールド、上下のサイドモールド、及び上サイドモールド保持部材の自重により前記各モールドを締付けることを特徴とするタイヤ加硫装置。
2. 請求項１記載のタイヤ加硫装置において、
   前記トレッドモールドの下面と前記下サイドモールドの上面とは摺動可能に係合することを特徴とするタイヤ加硫装置。
3. 請求項２記載のタイヤ加硫装置において、
   前記下サイドモールドを押し上げる手段を設け、該手段により前記下サイドモールドを押し上げることで、前記トレッドモールドの下面を摺動させつつ上昇させることを特徴とするタイヤ加硫装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ加硫装置を用いてタイヤを加硫成型することを特徴とするタイヤ加硫方法。

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