JP4589566B2 - タイヤ用発泡チューブを成型するためのモールド及びタイヤ用発泡チューブの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気入りタイヤの中空のゴムチューブの代わりに用いられるタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールド及びタイヤ用発泡チューブの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、モトクロス用モーターサイクルに装着するタイヤには、パンクを防止するために、エアーチューブの代わりにドーナツ状円環状のゴム等の弾性体からなるスポンジをタイヤ内に充填する場合がある。
【0003】
従来、このような円環状のスポンジは以下にようにして製造されていた。
(1) 先ず、発泡剤、発泡助剤等を含んだゴム組成物を押出機で押し出して円柱状ゴム素材を作り、両端を接合して図2に示すようなドーナツ状円環体14を成型する。
(2) 次に、図12(A)に示すような上型102Aと下型102Bとからなるモールド102を用い、図12(A)に示すようにドーナツ状円環体14をモールド102内に充填し、図示しない締付金具で上型102Aと下型102Bとを固定した後、モールド102を熱盤で挟持して加硫する。
【0004】
なお、この従来のモールド102では、上型102Aの合せ面103A及び下型102Bの合せ面103Bが共に水平であった。
【0005】
加硫後、モールド102を熱盤から外し、締付金具を外すと、ドーナツ状円環体14が膨張し、スポンジ状のタイヤ用発泡チューブが得られる。
【0006】
なお、このようにして得られたタイヤ用発泡チューブは、室温にて自然冷却されるが、発泡倍率が低下して安定するまで保管され、寸度が安定した状態のものが使用される。
【0007】
ところで、加硫後、モールドを開けて大気圧開放すると、ゴム中に発生したガスが気泡となって膨張し、モールド102を開くとほぼ同時にゴム組成物は急激に膨張し(体積が500〜1200%に急激に膨張する)、膨張したゴム組成物は、わずかに開いた上型102Aと下型102Bとの合せ面の狭い隙間に進入し、モールド102の外に飛び出す。
【0008】
この時点では、ゴム組成物の膨張は部分的であり、その膨張部の外面の伸びは非常に大きいために、図13に示すように、飛び出して膨張したゴム組成物の表面に裂け104、106を生じ、図14に示すように、最終的に得られたタイヤ用発泡チューブ(ドーナツ状円環体14)に裂け104、106が残ることが多いという問題があるため、従来では、モールド102を取り付ける加硫プレスの開き速度をゴム組成物の膨張に対応すべく非常に速くしたり、上型102A及び下型102Bの合せ面103A及び合せ面103Bを非常に広くし、ゴム組成物のモールド外への飛び出しを抑制したり、裂けない程度に発泡倍率を低めに設定したり、モジュラスを高くしたり出来るようにゴム組成物の配合を調整したりしていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モールド102の開き速度をゴム組成物の膨張速度に劣らなく速くすることは加硫プレスが大型の設備仕様となり、その価格は非常に高くなると共に、広い設置場所をも必要とする。
【0010】
一方、モールド102の水平合せ面を広くすることは加硫金型の外形寸法を大きくすることになり、モールド102の価格を高くすると共に、取扱い作業性を困難なものとする。
【0011】
また、ゴム組成物の配合で対応することは、その性質を制限することになり、望ましい製品性能を得られない場合がある。
【0012】
本発明は上記事実を考慮し、従来技術が抱えていた上記の問題を解決することの出来るタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールド及びタイヤ用発泡チューブの製造方法を提供することが目的である。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、環状のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールドであって、環状のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールドであって、前記タイヤ用発泡チューブの軸方向の一方の片側を成型する第1の環状凹部を備えた第1のモールドと、前記第1のモールドとは軸方向に接近させて組み合わされ、前記タイヤ用発泡チューブの軸方向の他方の片側を成型すると共に、前記第1の環状凹部と共にタイヤ用発泡チューブを成型するための環状空間を構成する前記第2の環状凹部を備えた第2のモールドと、を有し、前記第1のモールド及び前記第2のモールドの前記環状空間の径方向内側及び外側に位置する接合面は、前記環状凹部側に設けられて軸方向と直交する方向に直線状に延びる第1接合面と、前記第1接合面の径方向外側端から前記第1の接合面に対して傾斜した第2接合面と、を有する。
【0014】
次に請求項1に記載のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールドの作用を説明する。
【0015】
先ず最初に、円環形状に形成した発泡剤入りのゴム組成物を予め予熱したモールドの第1の環状凹部(または第2の環状凹部)に位置決めし、第1のモールドと第2のモールドとを閉じる。
【0016】
その後、モールドをヒーターで加熱してゴム組成物の加硫を行う。
【0017】
これにより、発泡剤によってガスが発生して無数の独立気泡がゴム組成物中に形成され、内圧が上昇する。
【0018】
所定時間加熱した後、モールドを開いてゴム組成物を取り出す。
【0019】
モールドを開けると気泡が膨張し、ゴム組成物が膨張して発泡ゴムとなる。
【0020】
このモールドでは、第1のモールドと第2のモールドとを組み合わせたときの接合面が、環状凹部側に設けられて軸方向と直交する方向に延びる第1接合面と、第1接合面の半径方向外側に設けられ第1の接合面に対して傾斜した第2接合面とを有しているので、モールドを開けた時の初期の段階では、第1のモールドと第2のモールドとの離間寸法に対して傾斜した第2接合面部分の隙間は狭いままである。
【0021】
ゴム組成物の加硫成型終了直後にモールドを開くと、ほぼ同時にゴム組成物は急速に膨張し、先ず最初に第1接合面部分の隙間に進入し、第1接合面部分の隙間に進入した発泡したゴム組成物は、外側の第2接合面に当って停止する。
【0022】
モールドを開いた直後では、第2接合面部分の隙間は上記のように非常に狭いままであり、その第2接合面部分の隙間の方向が第1接合面部分の隙間に進入したゴム組成物の膨張の方向と異なっており、モールドが開くに連れてその隙間は大きくなるが、第1接合面部分の隙間において同時に膨張するゴム組成物の大きさは大きくなっているため、第2接合面部分の隙間に進入する力は小さく。
【0023】
そして、膨張する発泡したゴム組成物は、モールドが開ききるまで傾斜した第2接合面に自身の膨張力で押し付けられ、滑り抵抗が生じるがため、モールド内部で動くことはなく、膨張する発泡したゴム組成物は、モールドが開ききるまで、第2接合面部分の隙間からモールド外へはみ出すことが無い。
【0024】
このようにして、ゴム組成物の先端部分の急激な膨張、即ち表面の伸びが抑えられるため、膨張したゴム組成物の表面に裂けが生じない。
【0025】
なお、モールドを完全に開き、発泡した円環状のゴム組成物を取り出し、室温にて発泡倍率が安定するまで放置した後、タイヤ用発泡チューブが完成する。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールドにおいて、前記第1のモールドの第2接合面及び前記第2モールドの第2接合面の内の外側に位置する第2接合面には凹部が形成されている。
【0026】
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のモールドにおいて、前記第1のモールドの第2接合面及び前記第2のモールドの第2接合面の内で少なくとも外側に位置する第2接合面は、第1の接合面に対する角度が90〜120度であることを特徴としている。
【0027】
次に、請求項3に記載のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールドの作用を説明する。
【0028】
外側に位置する第2接合面が第1の接合面に対して120度以上では、モールドの外形が大きくなりすぎ効果的でない。
【0029】
第2接合面が第1の接合面に対して90度未満では、第1のモールド及び第2のモールドの少なくとも一方を複数に分割しなければ第1のモールドと第2のモールドとを開閉できなくなる。
【0030】
また、第1のモールドの第2接合面の角度と第2のモールドの接合面の角度を異ならせれば、第1のモールドと第2のモールドとを開閉可能であるが、外側に位置する第2接合面が第1の接合面に対して90度未満では、発泡したゴム組成物が引っ掛かり、取りだし困難となる。
【0031】
なお、外側に位置する第2接合面の第1の接合面に対する角度は、93〜105度が好ましい。
【0032】
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールドにおいて、前記環状空間を軸に沿った断面で見たときの形状が円形であり、前記環状空間の半径をR、前記第2接合面の前記軸方向の長さをHとしたときに、1.25R≦H≦2.5Rを満足することを特徴としている。
【0033】
次に、請求項4に記載のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールドの作用を説明する。
【0034】
R>Hになると、発泡倍率が6倍以上になったときに発泡したゴム組成物に亀裂を発生する虞がある。
【0035】
H>3Rになると、発泡したゴム組成物に亀裂を生じさせない効果の進展は認められず(効果の頭打ち)、モールドが大型化する。
【0036】
なお、2.0R≦H≦2.5Rを満足させることが更に好ましい。
【0037】
また、環状空間の断面形状が円形以外の形状(例えば、楕円形)である場合には、断面積を同一に設定した円の半径を求め、求めた半径と長さHとの関係が上記の規定となるように各部の寸法を決定することが好ましい。
【0038】
請求項4に記載のタイヤ用発泡チューブの製造方法は、請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のモールドの少なくとも環状空間に加熱することによりガスを発生する発泡剤入りのゴム組成物を充填し、前記発泡剤入りゴム組成物を加熱して加硫することを特徴としている。
【0039】
請求項4に記載のタイヤ用発泡チューブの製造方法は、請求項1の作用で述べた内容と同じであるので、説明は省略する。
【0040】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
【0041】
本実施形態では、モーターサイクルの空気入りタイヤに用いるタイヤ用発泡チューブの製造方法を説明する。
【0042】
先ず、発泡剤を含んだゴム組成物を、押出し機の円形の開口を有する口金から押出し、長手方向直角断面が円形の長尺状押出しゴム組成物を得る。押出し機を用いることにより、一定断面形状で一定寸法の均質な長尺状押出しゴム組成物を連続して得ることができる。
【0043】
なお、発泡剤を含んだゴム組成物は、一例として、ブチルゴム100重量部、充填剤20〜50重量部、プロセス油0〜20重量部、加硫剤1〜5重量部、加硫促進剤1〜3重量部、発泡剤4〜15重量部、発泡助剤0〜8重量部等からなる。
【0044】
発泡剤としては、ジニトロソペンタメチレンテトラアミン(DPT)、アゾジカルボンアミド(ADCA)、ジニトロソペンタスチレンテトラミンやベンゼンスフォニルヒドラジド誘導体、オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド(OBSH)等を用いることができる。
【0045】
発泡助剤としては、尿素、ステアリン酸亜鉛、ベンゼンスルフィン酸亜鉛や亜鉛華等、通常発泡製品の製造に用いられる助剤が好ましく適用される。
【0046】
なお、発泡剤及び発泡助剤は、上記のもの以外を用いても良い。
【0047】
次に、押し出された長尺状押出しゴム組成物10をカッタ等で所定の長さに切断する。
【0048】
図1(A)に示すように、長尺状押出しゴム組成物10の切断面12は長手方向に対して直角よりも傾斜していることが好ましく、切断面12の角度θを30°程度とすることが好ましい。こうすることで、切断面12の面積、即ち、接合面積を大きくとることができる。
【0049】
次に、図1(B)に示すように両端の切断面12同士を接合し、長尺状押出しゴム組成物10を図2に示すようにドーナツ状円環体14とする。
【0050】
巻き皺や巻き縞の無い均一で新鮮な斜めの切断面12同士をジョイントするので、ジョイント部分15の強度は他の部分(ジョイントしていない部分)と同等近くまで増加でき、エアー入りや加硫後のジョイント外れを防止できる。
【0051】
このようにして形成されたドーナツ状円環体14を、以下に説明するモールド16で加硫する。
(モールドの構造)
図3(A)に示すように、モールド16は、互いに鉛直方向に開閉可能な第1のモールドとしての上型16Aと第2のモールドとしての下型16Bとから構成されており、上型16Aと下型16Bとを閉じたとき、内部に断面が円形状とされた環状空間としてのドーナツ状円環状の空間18(図3(B),4参照。中心部の径DA が980mm、半径Rが40mm)が形成されるように、上型16Aには、断面半円形の環状凹部18Aが形成され、下型16Bには断面半円形の環状凹部18Bが形成されている。
【0052】
図3(A)に示すように、上型16Aには、環状凹部18Aの径方向内側に内側合せ面24、径方向外側に外側合せ面25が形成されている。
【0053】
内側合せ面24は、水平合せ面24Aと、この水平合せ面24の径方向内端に接続される斜め合せ面24Bを有している。
【0054】
図4に示すように、水平合せ面24Aに対する斜め合せ面24Bの角度α1
は、90°〜120°の範囲内が好ましく、93°〜105°の範囲内が更に好ましい。本実施形態では、角度α1が、95°に設定されている。
【0055】
斜め合せ面24Bの鉛直方向の寸法H1は、空間18の半径Rの1〜3倍の範囲内が好ましく、2.0〜2.5倍の範囲内が更に好ましい。本実施形態では、寸法H1が半径Rの1.25倍に設定されている。
【0056】
また、水平合せ面24Aの径方向の幅W1は、5〜30mmの範囲内が好ましい。本実施形態では、幅W1が15mmに設定されている。
【0057】
図3(A)に示すように、一方、外側合せ面25は、水平合せ面25Aと、この水平合せ面25Aの径方向外側端に接続される斜め合せ面25Bを有している。
【0058】
図4に示すように、水平合せ面25Aに対する斜め合せ面25Bの角度α2は、60°〜90°の範囲内が好ましく、93°〜105°の範囲内が更に好ましい。本実施形態では、角度α2が、95°に設定されている。
【0059】
斜め合せ面25Bの鉛直方向の寸法H1は、空間18の半径Rの1〜3倍の範囲内が好ましく、2.0〜2.5倍の範囲内が更に好ましい。本実施形態では、寸法H2が半径Rの1.25倍に設定されている。
【0060】
また、水平合せ面25Aの径方向の幅W2は、5〜30mmの範囲内が好ましい。本実施形態では、幅W2が15mmに設定されている。
【0061】
図3(A)に示すように、下型16Bには、環状凹部18Bの径方向内側に内側合せ面26、径方向外側に外側合せ面27が形成されている。
【0062】
内側合せ面26は、水平合せ面26Aと、この水平合せ面26の径方向内端に接続される斜め合せ面26Bを有している。
【0063】
本実施形態では、図3(B)、図4に示すように、上型16Aと下型16Bとを閉じたとき、下型16Bの水平合せ面26Aは上型16Aの水平合せ面24Aと密着し、下型16Bの斜め合せ面26Bは上型16Aの斜め合せ面24Bと密着し、下型16Bの水平合せ面27Aは上型16Aの水平合せ面25Aと密着し、下型16Bの斜め合せ面27Bは上型16Aの斜め合せ面25Bと密着する。
【0064】
次に、図5にしたがって、モールド16の取り付けられているプレス機28を説明する。なお、普通はピストンロッドがモールド16の下側に配置される突上げ型であるが、ここでは押下げ型のものを説明する。
【0065】
プレス機28の基台30及び、この基台30の上方に配置されて上下移動するピストンロッド32の下端には、各々内部にヒータ等の熱源(図示省略)を有する熱盤34が取り付けられており、上側の熱盤34には上型16Aが、下側の熱盤34には下型16Bがそれぞれ図示しない取付金具によって固定されている。
【0066】
なお、このプレス機28では、ピストンロッド32の移動速度は自由に変更可能とされている。
(作用)
次に、ドーナツ状円環体14の加硫方法を説明する。
【0067】
モールド16を予め与熱しておき、下型16Bの環状凹部18Bにドーナツ状円環体14を配置し、ピストンロッド32を下降させて上型16Aと下型16Bとを密着させる(図3(B)参照。なお、図3(B)ではドーナツ状円環体14は図示せず。)。
【0068】
その後、ドーナツ状円環体14を予め設定した所定温度で所定時間加熱して加硫する。
【0069】
加硫を行うと、発泡剤によりドーナツ状円環体14のゴム中にガスが発生して空間18内のドーナツ状円環体14が膨張する。
【0070】
所定時間経過後、ピストンロッド32を上昇させてモールド16を開く。
【0071】
モールド16を開くと、ゴム中のガスの気泡が膨張し、ゴム組成物が発泡する。
【0072】
このモールド16では、水平合せ面24A及び水平合せ面25Aの外側が斜め合せ面24B及び斜め合せ面25B、水平合せ面26A及び水平合せ面27Aの外側が斜め合せ面26B及び斜め合せ面27Bとなっているので、図6(A)に示すように、開き始めの段階では上型16Aと下型16Bとの離間寸法SA に対して斜め合せ面部分の隙間SB は極めて狭いままであり、しかも発泡したゴム組成物が水平合せ面間から直接大気中に急激にせり出さない様に、発泡したゴム組成物のせり出しが上型16Aの斜め合せ面24B,25Bで押さえられる。
【0073】
なお、発泡したゴム組成物のモールド外へのせり出しは、モールド16が完全に開いて取り外されるまで抑えられる(図6(B)〜(C)参照)。
【0074】
図6(D)に示すように、モールド16を完全に開いてドーナツ状円環体14をモールド16から取り出すと、ドーナツ状円環体14は更に膨張し、亀裂の無い断面円形状となる。
【0075】
その後、ドーナツ状円環体14を室温にて発泡倍率が安定するまで放置すると図7に示すような亀裂の一切無いタイヤ用発泡チューブ44が完成する。
(試験例)
本発明の効果を確かめるために、従来のモールドと本発明のモールドを用い、それぞれのモールドにてタイヤ用発泡チューブの加硫成型を行った。
【0076】
従来のモールドは、図12に示すモールドであり、空間の半径Rが40mm、発泡倍率が800%であり、速いモールドの開き速度(200mm/秒)でも加硫成型後のモールド開き時のタイヤ用発泡チューブの裂けを防止することは出来なかったが、実施形態のモールド16(α1,α2=5°、W1,W2=15mm、H1,H2=50mm)によれば、遅い開き速度(120mm/秒)でも裂けのない、表面の外観が良好なタイヤ用発泡チューブが得られた。
【0077】
また、実施形態のモールド16によれば、モールド16の開き速度が200mm/秒であれば、発泡倍率を1400%まで上げることが可能であった。
【0078】
なお、加硫前の体積をV0 (cm3)、加硫膨張後の体積をV1 (cm3)とすると、発泡倍率Vsは、Vs=V1 /V0 ×100(%)で表される。
[その他の実施形態]
なお、上記実施形態のモールド16では、斜め合せ面24Bと斜め合せ面25Bとが全面的に密着し、斜め合せ面26Bと斜め合せ面27Bとが全面的に密着していたが、本発明はこれに限らず、図8乃至図11に示すように、斜め合せ面間の一部分に隙間36が形成されていても良い。
【0079】
また、斜め合せ面24Bと斜め合せ面25B、または斜め合せ面26Bと斜め合せ面27Bは、上型16Aと下型16Bとを芯合わせする際のガイドの役目をするが、水平面同士が密着し、かつ他の部分に芯合わせ機能を有していれば、斜め合せ面24Bと斜め合せ面25Bとの間、及び斜め合せ面26Bと斜め合せ面27Bとの間の全ての部分に狭い隙間36が形成されていても良い。
【0080】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールド及びタイヤ用発泡チューブの製造方法では、裂けのないタイヤ用発泡チューブを製造できる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は、長尺状押出しゴム組成物の切断面付近を示す側面図であり、(B)は長尺状押出しゴム組成物の接合部分を示す側面図である。
【図2】ドーナツ状円環体の斜視図である。
【図3】(A)は開いたモールドの断面図であり、(B)は閉じたモールドの断面図である。
【図4】閉じたモールドの部分拡大断面図である。
【図5】モールドを取り付けたプレス機の要部の正面図である。
【図6】(A)乃至(D)は、モールドを開ける工程を示す説明図である。
【図7】タイヤ用発泡チューブの斜視図である。
【図8】他の実施形態に係るモールドの部分拡大断面図である。
【図9】更に他の実施形態に係るモールドの部分拡大断面図である。
【図10】更に他の実施形態に係るモールドの部分拡大断面図である。
【図11】更に他の実施形態に係るモールドの部分拡大断面図である。
【図12】(A)は従来の開いたモールドの断面図であり、(B)は従来の閉じたモールドの断面図である。
【図13】少し開いた従来のモールドの断面図である。
【図14】従来のモールドの及び裂けの生じたタイヤ用発泡チューブの断面図である。
【符号の説明】
10 長尺状押出しゴム組成物
14 ドーナツ状円環体
16 モールド
16A 上型(第1のモールド)
16B 下型(第2のモールド)
18 空間(環状空間)
18A 環状凹部(環状凹部)
18B 環状凹部(環状凹部)
24A 水平合せ面(第1接合面)
24B 斜め合せ面(第2接合面)
25A 水平合せ面(第1接合面)
25B 斜め合せ面(第2接合面)
26A 水平合せ面(第1接合面)
26B 斜め合せ面(第2接合面)
27A 水平合せ面(第1接合面)
27B 斜め合せ面(第2接合面)
44 タイヤ用発泡チューブ
Claims (5)
- 環状のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールドであって、
前記タイヤ用発泡チューブの軸方向の一方の片側を成型する第1の環状凹部を備えた第1のモールドと、
前記第1のモールドとは軸方向に接近させて組み合わされ、前記タイヤ用発泡チューブの軸方向の他方の片側を成型すると共に、前記第1の環状凹部と共にタイヤ用発泡チューブを成型するための環状空間を構成する前記第2の環状凹部を備えた第2のモールドと、
を有し、
前記第1のモールド及び前記第2のモールドの前記環状空間の径方向内側及び外側に位置する接合面は、前記環状凹部側に設けられて軸方向と直交する方向に直線状に延びる第1接合面と、前記第1接合面の径方向外側端から前記第1の接合面に対して傾斜した第2接合面と、を有することを特徴とするタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールド。 - 前記第1のモールドの第2接合面及び前記第2モールドの第2接合面の内の外側に位置する第2接合面には凹部が形成されている、請求項1に記載のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールド。
- 前記第1のモールドの第2接合面及び前記第2モールドの第2接合面の内で少なくとも外側に位置する第2接合面は、第1の接合面に対する角度が90〜120度であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールド。
- 前記環状空間を軸に沿った断面で見たときの形状が円形であり、前記環状空間の半径をR、前記第2接合面の前記軸方向の長さをHとしたときに、1.25R≦H≦2.5Rを満足することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のタイヤ用発泡チューブを成型するためのモールド。
- 請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のモールドの少なくとも環状空間に加熱することによりガスを発生する発泡剤入りのゴム組成物を充填し、前記発泡剤入りゴム組成物を加熱して加硫することを特徴とするタイヤ用発泡チューブの製造方法。
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