JP4436669B2 - タイヤ用のインナーライナーを深さ方向に部分的に加硫する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明はタイヤのインナーライナーを深さ方向に部分的に加硫する方法に関する。さらに本発明は、改良された、タイヤのインナーライナーを加硫する装置に関する。

普通のタイヤ製造方法では加硫ブラダが用いられる。このブラダは、グリーンタイヤをタイヤ金型の壁に押し付けるために、蒸気や熱水のような加熱流体で膨らませられる。タイヤ加硫工程でのブラダの使用についてはいくつかの問題がある。特に、ブラダが、成形中にタイヤをゆがめて金型内のタイヤの位置に影響を及ぼす可能性がある。これは重大な品質問題をもたらす結果となることがある。ブラダの使用の他の問題点は、ブラダが磨耗をこうむることである。これは結果的に、ブラダ交換に関わる手間と時間に加えてブラダ交換に関するコストを追加することになる。その上、ピンホール漏れのようなブラダの欠陥が生じることがある。ピンホール漏れにより高温の蒸気が漏出し、タイヤのインナーライナーに接触するようになるであろう。このことは、蒸気がインナーライナーを通って他のゴム／補強部材間の層内に浸透して欠陥を招く原因となることがある。加硫ブラダの使用に伴う潤滑剤もタイヤを汚染することがある。

ブラダの使用によるその他の不利益としては、ブラダの壁の厚さが熱流束を減少させるので（加硫媒体からタイヤへの）熱伝達率が低くなり、その結果加硫時間がより長くなり、それによって時間とエネルギーが増加して余分なコストが追加されることがある。加硫ブラダの使用の問題点と不利益とは、トラクタータイヤのような大型タイヤの製造時に増大する。

ブラダを用いない成形工程が、加硫ブラダに関わる作業コストを減らし、大型タイヤを製造するために用いられている。ブラダを用いない成形方法は、米国特許第４，４００，３４２号、同第５，１２７，８１１号、および同第５，５９７，４２９号に開示されている。ブラダを用いない成形方法の使用は利点がある一方で、この方法では問題が起こるかもしれない。グリーンタイヤと加圧されている流体とが直接接触することが、流体の未加硫タイヤへの浸透による問題を引き起こす可能性が有る。この流体の浸透は、隣接する層の間の分離、あるいはエラストマー材と補強構造との間の接着工程に不利な妨げとなり得る。

流体の浸透の問題を取り上げているタイヤ加硫方法が、タイヤの内表面に下塗りを施し、エラストマーの第１の層を加硫して、加圧された流体のタイヤの内部への浸透を防止する層を形成するためにタイヤを加熱することによるタイヤ加硫工程を開示している米国特許第６，４０９，９５９号に開示されている。この不浸透層が形成されると、加圧流体はグリーンタイヤの加硫を終えることとなる。

ブラダを用いない成形のための他の方策は、これらの加硫流体に対して不浸透性のタイヤのインナーライナーを作ることである。タイヤの製造において部分的に加硫されたゴム層を作る方法が、ゴム層の加硫または部分的な加硫を行わせる放射線の使用を教示している米国特許第４，１３９，４０５号に開示されている。加硫された層はインナーライナーでもトレッド層でもよい。加硫の量すなわち深さは、使用される放射線の強度により制御される。インナーライナーは、グリーンタイヤがインナーライナーと共に成形された後で加硫されてもよく、または別個に加硫されて、その後にグリーンタイヤを組み立てる際に内層として用いられてもよい。放射線はグリーンタイヤのインナーライナーを処理するのに使用してよい。タイヤの一部を遮蔽することで、放射される領域が制御される。しかし放射線は、ブチルゴムおよびブチル誘導体を含む他の特定のゴムには有利な効果が無い。

部分的に加硫されたゴムストリップを製造する他の方法が、タイヤトレッド用のような表面デザインを有する、加硫されたゴムストリップの連続生産用の装置を教示している米国特許第４，２３３，０１３号に開示されている。この装置は、ゴムを押し出して柔らかく粘性のある連続するゴムストリップにする手段と、ゴムを加圧状態で成形面内に押し付ける手段と、粘性ゴムを加圧状態に保ちながらそれに放射線または熱を加える手段とを含む。要するに、ゴムがベルト上に押し出されて連続するストリップになった後に、成形手段はこのゴムに圧力を加え、ゴムはゴムシートを部分的に加硫するために放射線または熱に曝される。

さらに他の、部分的に加硫する方法が、トレッドパッケージを成形し部分的に加硫するために、加熱されたパターンリングを用いるタイヤ製造方法を教示している米国特許第５，２０１，９７５号に開示されている。未加硫のトレッドパッケージは、トレッドゴムにパターンを与えるためのパターンリング内に組立てられ、次にトレッドゴムが加熱されて部分的に加硫状態となり、タイヤは、未加硫カーカスがトレッドパッケージの未加硫部分に接触するように、この未加硫カーカスをパターンリング内に配置することによりさらに組立てられる。
米国特許第４，４００，３４２号 米国特許第５，１２７，８１１号 米国特許第５，５９７，４２９号 米国特許第６，４０９，９５９号 米国特許第４，１３９，４０５号 米国特許第４，２３３，０１３号 米国特許第５，２０１，９７５号 米国特許第４，２７９，２８４号

本発明は、ブラダを用いないタイヤ成形工程に有用な、部分的に加硫されたインナーライナーを製造する方法および装置を提供することを目的とする。

ゴム層の深さ方向の部分的な加硫は、インナーライナーの１つの面に所定の時間だけ、圧力と熱とを組み合わせて加えることによって得られる。特に、本発明によると、熱と圧力が、加硫の深さ、すなわち加硫部分の深さ方向の輪郭形状を制御できるように加硫工程を制御するために、タイヤに加えられる。一方の側でより十分に加硫されるインナーライナーは、インナーライナーを加硫流体に対して不浸透性にすることにより、従来の加硫ブラダの目的に役立つ。一方、インナーライナーの他方の側は加硫程度が小さく、または未加硫である。このようにして、トレッド層、カーカスプライ、およびビードなど、グリーンタイヤの他の構成要素が、タイヤ組み立て工程中にインナーライナーの粘性のある未加硫面に接着され得る。グリーンタイヤが、部分的に加硫されたインナーライナー上に組立てられると、このタイヤは加硫ブラダを用いることなくタイヤ成形キャビティ内で加硫され得る。

本発明の一態様は、タイヤ用のインナーライナーを設ける方法が、第１の面とその反対側の面とを有する未加硫ゴム層を形成する工程と、ゴム層を加圧する工程と、ゴム層を、反対側の面上よりも第１の面上でより十分に加硫するように、第１の面から加熱する工程と、ゴム層を冷却する工程と、ゴム層を加硫が著しくは起こらない温度にまで冷却した後に、ゴム層に加えられている圧力を解除する工程とを含む。

本発明のより具体的な実施態様においては、ゴム層が支持体の上に設けられて、加圧される加硫室内に入れられる。この圧力は、加硫工程中に加硫による副産物がゴム層を発泡させるのを防ぐように選択される。加硫室が加圧された後、ゴム層は一方の側から所望の加硫温度まで加熱され、加熱された側は十分に加硫され他方の側の加硫は不十分または未加硫である、所望の加硫部分の輪郭形状を達成するために、ある時間だけ所望の温度に保たれる。ゴム層は所望の製造時間内に所望の加硫部分の輪郭形状をもたらすのに適した温度に加熱される。この温度は約２５０°Ｆ（１２１．１１℃）ないし４５０°Ｆ（２３２．２２℃）の温度でよい。一般的には支持体はドラムである。所望の加硫部分の輪郭形状が一旦完成すると、それからゴム層は、もう加硫が進まない温度にまで冷却される。通常、この温度は約１００°Ｆ（３７．７７６℃）未満である。最後に加硫室が減圧される。ゴム層がそれ以上加硫されない温度に冷却されるまで、ゴム層の圧力を保つことによって、加硫の副産物は圧力が解除されたときにゴム層を発泡させない。

本発明の他の態様は、内表面と外表面とを有する加硫用のドラムと、ドラムの内表面上の熱交換室と、ドラムを囲むハウジングと、ドラムの外表面とハウジングの間のスペースと、膨張させられることで拡大しドラムとハウジングの間のスペースを取り囲むように、ハウジングの内部の両端にある膨張可能なシールと、スペースにガスを供給してスペースを加圧するガス流入口と、ドラムの熱交換室を加熱する熱源と、ドラムの熱交換室を冷却する冷却剤源とを有する、タイヤ用のインナーライナーの加硫装置である。

本発明の他の実施態様は、内表面と外表面とを有するドラムと、ドラムの内表面上の熱交換室と、ドラムを囲むハウジングと、ドラムの外表面とハウジングの間のスペースと、膨張させられることで拡大しドラムとハウジングの間のスペースを取り囲むように、ハウジングの内部の両端にある膨張可能なシールと、スペースにガスを供給してスペースを加圧するガス流入口と、ドラムを加熱するために熱交換室を加熱する熱源と、ドラムを冷却するために熱交換室を冷却する冷却剤源とを有する、タイヤのインナーライナーの加硫装置を設ける工程と、
ドラムの外表面に隣接する一つの面を有する未加硫のゴム層を設ける工程と、
ドラムとハウジングの間のスペースを取り囲むようにシールを膨張させる工程と、
ハウジングとドラムの間のスペースを加圧する工程と、
ドラムを加熱し、それによってゴム層を、ドラムの外表面に隣接する面を、その反対側の面上よりも十分に加硫するように加熱する工程と、
ドラムを冷却し、それによってゴム層を冷却する工程と、
ゴム層が冷却された後にスペース内の圧力を解除する工程とを含む方法である。

本発明の詳細な実施態様では、装置は、ゴム層が外表面上に張り付けられるドラムを有している。ドラムの内表面には、加硫領域の場所を制御するために複数の領域、すなわち複数の分室に分割できる熱交換室が設けられている。ハウジングは、ハウジングから延びる脚で軌道上に載せられており、ハウジングが、ゴム層がドラムに張り付けられる第１の位置と、ハウジングがドラムを囲んでハウジングとドラム間にスペースを設ける第２の位置とに位置し得るように、ドラムに対して移動可能である。スペースは、ハウジングの両端にあるシールを膨張させることによってシールされる。スペースがシールされると、ガスが、スペースを加圧するためにスペース内に供給され、その結果ゴム層が加圧される。ゴム層の加圧後に、ゴムは加熱によって加硫され得る。本発明の一実施態様では、ドラム内の熱交換室が加熱流体または冷却剤を受け入れる流路を備え、これによりドラムは加熱および冷却がそれぞれ可能である。ゴム層のドラムに隣接する側は所望の深さまでゴムを加硫するために加熱され、ゴムへの加硫が所望の深さに達したらドラムと共に冷却される。これが終了するとゴム層への圧力は解除できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態において、装置１０は、軌道上すなわちスライド１６上に載せられた加硫用のドラム１２およびハウジング１４を有している。ハウジング１４は、ロッド１７に沿って移動する、ハウジング１４を支える１対の脚１８を有する。ドラム１２は、穴１５ａに受け入れられているボルトによりフレーム１３にしっかりと取り付けられたハブ１５（図３）によって、垂直なフレーム１３上に取付けられている。図示されている実施形態ではドラム１２は固定されているが、ドラム１２をハウジング１４に対して動けるように取り付け可能でありハウジング１４を固定させることができ、あるいはドラム１２およびハウジング１４は共に相互に動けるように取り付けることもできる。

ドラム１２には外表面２０と内表面２２とがある。外表面２０は、タイヤの内側に成形による所望の外観を作り出すために、織り目が付けられていてもよく、または平滑であってもよく、通気孔が設けられていてもよい。複数の流体供給管２４が蒸気または熱水のような熱交換媒体を、ドラム１２の内表面２２上の閉じられた熱交換室２６に供給する。流体供給管２４はホース２５によって、熱交換媒体が供給されるタンクまたはマニホールド２７に接続されている。加熱流体はドラム１２を加熱するのに便利な手段であるが、電気加熱コイルまたは電気誘導装置のような他の熱源を用いることもできる。

ハウジング１４は、ハウジング１４がドラム１２を取り囲み、スペース２８がドラム１２の外表面２０とハウジング１４との間にできるように、図２に示すようにドラム１２の周りの位置に動かされる。スペース２８は、サイズをさまざまに変えられるが、ドラム１２に取り付けられるインナーライナーの厚さを受け入れるのに必要なサイズよりも僅かに広くなければならない。例えばスペース２８は、幅が約０．２５インチ（６．３５ｍｍ）から１．０インチ（２５．４ｍｍ）までであろう。

ハウジング１４の両端に、第１の環状の膨張可能なシール３０と第２の環状の膨張可能なシール３２が有る。シール３０、３２は、シール圧調整器３８に接続されたパイプ４０、４２から各シール３０，３２上に位置する注入ステム３４，３６に供給される加圧ガスのガス源と流体の流通が可能な円形ブラダにより作られている。シール圧調整器３８はパイプ４４を経てガス／空気源と接続している。

シール３０、３２は、加硫温度に耐え得るシリコンゴムまたは他の適切な材料から作ることができる。各シール３０，３２は、調節リング４８，４９，５０，５１により適切な位置に保持される。各シールは、ここに示しているようにシール３０，３２をスペース２８の膨張加圧時に適切な位置に保持するために、外側調節リング４８、５１を外側端部上に、内側調節リング４９、５０を内側端部上にそれぞれ有している。調節リング４８，４９，５０，５１は、通常、堅固な鋼のような金属で作られ、ボルト５３でハウジング１４の内表面上にボルト留めされる。図４Ａは非膨張状態のシール３０を図示している。図４Ｂは膨張状態のシール３０を図示している。膨張したときにシール３０はドラム１２の外表面２０に接触する。シール３０，３２は、通常、スペース２８に加えられる圧力よりも約５ｐｓｉ（約３４４７４Ｐａ）大きい圧力に膨張させられる。これによって、シール３０，３２は閉じられたスペース２８に加えられる圧力に耐えることができる。そこで、スペースが４５ｐｓｉ（約３１０２６４Ｐａ）に加圧されればシールは４５ｐｓｉ（約３１０２６４Ｐａ）よりも大きい圧力、例えば５０ｐｓｉ（約３４４７３８Ｐａ）にまで膨張させられるであろう。また、ハウジング１４は、ハウジング圧力バルブ５２を有している。加圧ガスはハウジング圧力バルブ５２により制御され、ハウジング圧力バルブ５２を開くことによってスペース２８を加圧できるように、ハウジング１４とドラム１２の間のスペース２８内に供給される。

インナーライナーを作るため、未加硫のゴム１１がドラム１２の外表面２０上に張り付けられる。ドラム１２上にインナーライナー１１を作るいかなる従来の方法も使用可能である。１つの方法としては、インナーライナーが別途にシートとして作られて、当業者には公知のやり方で、このシートがドラムの周りに巻きつけられて接合される。ゴム層はタイヤのインナーライナーを作るのに有用な、どのような合成物からでも作ることができる。この目的に有用なゴムの調合物は当業者には公知である。この調合物についてはインナーライナーを用いて構成されるタイヤの性質とサイズ次第で変わるだろう。インナーライナーを作るのに有用な１つのゴム合成物はブチルゴム合成物である。その他の例は、Spadone氏の米国特許第４，２７９，２８４号に記載されている。このゴム層の厚さはおよそ０．０５０インチ（１．２７ｍｍ）から０．２５０インチ（６．３５ｍｍ）であるが、これに限定されない。

ハウジング１４の端部にあるシール３０，３２は膨らまされてスペース２８を囲み，加圧され得る密封室を作る。スペース２８を囲むと、空気または他のガスがスペース２８内に供給される。これはスペース２８内に圧力を加え、これによってゴム層１１は加圧される。一実施形態では、加えられる圧力は、通常、少なくとも４０ｐｓｉ（約２７５７９０Ｐａ）である。この圧力は、加硫された製品に、インナーライナーの発泡（すなわち、インナーライナー内の気泡の生成）が生じるのを防ぐのに十分な高さで、かつ、膨張シール作用の限界内に留まるのに十分な低さの圧力に選択される。ゴムの加圧に際しては、加えられる圧力は、ドラム１２の熱交換室２６に加熱流体が供給されるように維持される。一実施形態では、加熱流体は供給管２４を経て熱交換室２６に供給できる蒸気である。図示されている実施形態では１８度ずつ間隔を置いて２０の流入口４がある。しかし、その個数と間隔とは任意である。熱源は蒸気のような流体か、熱油のような他の熱交換流体でよい。他の実施形態では熱交換室は電気加熱エレメントで加熱できるであろう。

熱源はドラム１２を加熱し、ドラム１２は次に、ドラム１２の外表面２０に隣接するゴム層１１を加熱する。通常、ゴムは約２５０°Ｆ（１２１．１１℃）から４５０°Ｆ（２３２．２２℃）、より一般的には約２８０°Ｆ（１３７．７８℃）から３２０°Ｆ（１６０℃）に加熱される。ドラム１２に隣接するゴム層１１は、熱が一方の側からゴム層１１へ入り込むにつれて、この熱による加硫が始まる。実際の加熱条件は、加硫されているゴム組成の調合物や、その厚さおよび所望の加硫部分の深さ方向の輪郭形状次第であろう。

インナーライナー内に作り出される加硫部分の輪郭形状は、タイヤのサイズおよび形状と、インナーライナーが使用されるタイヤの成形工程に応じて変化するであろう。インナーライナーの外表面はドラムに隣接する内表面よりも加硫されていない。外表面の加硫の程度は、基本的に未加硫の状態から殆ど完全に加硫された状態まで、例えば約０％の加硫状態から約９８％の加硫状態までの範囲に亘る。内表面は基本的に十分に加硫され、すなわち６０％の加硫状態から１００％の加硫状態までの範囲に加硫される。１つの目標は、インナーライナーがブラダを用いない成形工程で使用できるように内表面が十分に加硫され、外表面が、タイヤ組み立て工程でタイヤの他の構成要素をインナーライナーに付着させるために十分なだけ未加硫のまま残されるような加硫部分の輪郭形状を選択することである。

所望の加硫部分の輪郭形状が完成すると熱源が外され、冷却剤が、ドラムを冷却するために熱交換室２６内に供給され、その結果、ゴム層１１を冷却し、それ以上のゴムの加硫を実際上停止し、または加硫を僅かな速度まで減速させる、一実施形態では、冷却剤源はドラムの内表面２２上にある供給管２４を通して熱交換室２６内に供給され得る。冷却剤源は水であってもよい。水は、所望されるように加硫を迅速に止めるのに有効な温度にまで冷却され得る。ゴム層の冷却によって加硫が一旦停止すると、ゴムに加えられる圧力を解除できる。これは、一実施形態では、ハウジング圧力バルブ５２を止め、シール３０，３２をしぼませることで達成される。その後、ハウジング１４はドラム１２に隣接する元の位置に動かされる。部分的に加硫されたゴム層１１はドラム表面から剥ぎ取られて取り除かれ、タイヤ組み立て工程の次のステップに用いられる。インナーライナーの加硫されている側はガスや液体を通さなくなり、一方、加硫の程度が低い側、すなわち未加硫の側は、タイヤ組み立て工程でタイヤにさらに構成要素を追加するのに役立つ粘着性を依然として保持している。インナーライナーの加硫された部分は成形工程で加硫流体に耐え得るので、ブラダを使用せずにゴムを成形できる。インナーライナーの加硫された部分は、事実上、加硫ブラダの代替物として作用する。このように、部分的に加硫されたインナーライナーは、加硫ブラダの特性を有するとともに、タイヤの組み立てのための構成要素をさらに追加するのに望まれる粘着性をまだ保持している。

本発明の一実施態様による加硫装置の側面斜視図である。 ハウジングがドラムの周りに位置している図１に示す加硫装置の斜視図である。 本発明の一実施態様による加硫装置の断面図である。 膨張していない状態のシールを示す拡大図である。 膨張した状態のシールを示す拡大図である。 ハウジングの断面図である。 ハウジングの分解図である。 ドラムの断面図である。

符号の説明

４ 流入口
１０ 装置
１１ ゴム層
１２ ドラム
１３ フレーム
１４ ハウジング
１５ ハブ
１５ａ 穴
１６ スライド
１７ ロッド
１８ 脚
２０ 外表面
２２ 内表面
２４ 流体供給管
２５ ホース
２６ 熱交換室
２７ マニホールド
２８ スペース
３０，３２ シール
３４，３６ 注入ステム
３８ シール圧調整器
４０，４２，４４ パイプ
４８，４９，５０，５１ 調節リング
５２ ハウジング圧力バルブ
５３ ボルト

Claims (3)

1. タイヤ用のインナーライナーの製造方法において、
   第１の面とその反対側の面とを有する未加硫ゴム層を形成する工程と、
   前記ゴム層を加圧する工程と、
   前記ゴム層を、前記反対側の面上よりも前記第１の面上でより十分に加硫するように前記第１の面から加熱する工程と、
   前記ゴム層を冷却する工程と、
   前記ゴム層の冷却後に、前記ゴム層に加えられている圧力を解除する工程とを含むことを特徴とするタイヤ用のインナーライナーの製造方法。
2. タイヤ用のインナーライナーの加硫装置において、
   内表面と外表面とを有するドラムと、
   前記ドラムの内表面上の熱交換室と、
   前記ドラムを囲むハウジングと、
   前記ドラムの前記外表面と前記ハウジングの間のスペースと、
   膨張させられることで拡大し前記ドラムと前記ハウジングの間の前記スペースを取り囲むように、前記ハウジングの内部の両端にある膨張可能なシールと、
   前記スペースにガスを供給して前記スペースを加圧するガス流入口と、
   熱交換室と連通する、前記ドラムを加熱する熱源と、
   前記熱交換室と連通する、前記ドラムを冷却する冷却剤源とを有することを特徴とするタイヤ用のインナーライナーの加硫装置。
3. タイヤ用のインナーライナーの加硫方法において、
   内表面と外表面とを有するドラムと、前記ドラムの内表面上の熱交換室と、前記ドラムの前記外表面とハウジングの間にスペースをおいて前記ドラムを囲むハウジングと、膨張させられることで拡大し前記ドラムと前記ハウジングの間の前記スペースを取り囲むように、前記ハウジングの両端にある膨張可能なシールと、前記スペースにガスを供給して前記スペースを加圧するガス流入口と、熱交換室と連通する、前記ドラムを加熱する熱源と、前記熱交換室と連通する、前記ドラムを冷却する冷却剤源とを有する装置を設ける工程と、
   前記ドラムの外表面上に未加硫のゴム層を設ける工程と、
   前記ドラムと前記ハウジングの間の前記スペースを取り囲むように前記シールを膨張させる工程と、
   前記スペースと前記ゴム層とを加圧するために前記スペースにガスを供給する工程と、
   前記ドラムを加熱し、それによって前記ゴム層を該ドラムに隣接する面上で、その反対側の面上よりも十分に加硫するように、前記ドラムに隣接する面から加熱する工程と、
   前記ドラムを冷却し、それによって前記ゴム層を冷却する工程と、
   前記ゴム層の冷却時に前記スペース内の圧力を解除する工程とを含むことを特徴とするタイヤ用のインナーライナーの加硫方法。

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