JP5027206B2 - 加硫成形方法およびその加硫機 - Google Patents

Description

本発明は、生タイヤを加硫成型する加硫成形方法およびその加硫機に関するものである。

従来、例えばブラダ方式の加硫機においては、生タイヤをモールドの型締めによりモールド内に装填した後、タイヤ穴に挿入されたブラダ内に高温、高圧の窒素ガスを供給し、ブラダを伸展させてタイヤ内壁面に密接させる。そして、生タイヤ内（ブラダ内）の窒素ガスを撹拌機構により撹拌しながら、撹拌径路中に配置されたヒーターで窒素ガスを加熱することによって、ブラダを介して生タイヤを加硫温度で加熱しながらモールド方向に押圧し、加硫成形を行うようになっている（例えば特許文献１参照）。

特開平７−３２９０６６号公報

ところで、窒素ガスを短時間で加硫温度にまで昇温させるためには、窒素ガスに対して高い熱交換率で熱量が付与されるように、撹拌される窒素ガスをヒーターに対して高速で流動させることが望ましい。しかしながら、上記従来のように、撹拌径路中に配置されたヒーターにより窒素ガスを加熱する構成では、窒素ガスが撹拌途中で流速を低下させた後にヒーターに到達するため、十分に高い熱交換率で窒素ガスを加熱することが困難である。従って、例えば撹拌機構による撹拌能力を増大させることによって、窒素ガスの流速を高めることにより流速の低下分を補う方法が考えられるが、この場合には、撹拌機構を作動させるランニングコストの高騰や大型化を招来するという問題が生じる。また、ヒーターと窒素ガスの接触面積を大きくするようにヒーター径を大きくしたり、フィンを取り付けたりすることも考えられるが、ヒーターの熱容量も大きくなり、十分な効果は得られない。

本発明は上記問題を鑑みなされたものであって、その目的とするところは、ランニングコストの高騰および大型化を招来することなく窒素ガスである加熱加圧媒体を高い熱交換率で加熱することができる加硫成形方法およびその加硫機を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の加硫機は、生タイヤを着脱可能に収容するモールド手段と、前記生タイヤを前記モールド手段に押圧しながら加熱することにより該生タイヤを加硫成形する加熱加圧媒体を前記生タイヤに対して供給可能に収容しながら予備加熱する媒体収容手段と、前記加硫成形後に排気される加熱加圧媒体の圧力エネルギーを利用して該加熱加圧媒体の高温成分を取り出す温熱冷熱分離手段と、前記媒体収容手段に補給される加熱加圧媒体を前記高温成分により熱交換して加熱する熱交換器と、を有することを特徴とする。

本発明の加硫機によると、前記加硫成形後に排気される加熱加圧媒体の高温成分を加熱加圧媒体の予備加熱に利用することができるため、熱利用効率を向上することができる。

本発明の加硫機において、前記媒体収容手段には、前記加熱加圧媒体を断熱圧縮する断熱圧縮手段が設けられていることが好ましい。

本発明の加硫機によると、予備加熱時・加硫成形初期時において、断熱圧縮手段により加熱加圧媒体を断熱圧縮させて加熱するため、より速やかに加熱加圧媒体を昇温できる。

本発明の加硫機においては、前記媒体収容手段には、前記断熱圧縮手段の上流に設けられ、開度を調節することで前記断熱圧縮手段に流入する前記加熱加圧媒体の流量を増減させる流量制御手段が設けられることが好ましい。これによると、流量制御手段が絞りの役目を果たすため、断熱圧縮手段による昇温効果を顕著にできる。

本発明の加硫機においては、前記流量制御手段の開度と前記断熱圧縮手段の動力は、前記断熱圧縮手段の上流と下流との圧力差が設定差圧となるように調節されることが好ましい。これによると、予備加熱時・加硫成形初期時において、流量制御手段と断熱圧縮手段は設定差圧を保つように作動するため、加熱加圧媒体を速やかに昇温できる。

本発明の加硫機においては、前記生タイヤから前記媒体収容手段へ供給される前記加熱加圧媒体の流量は前記生タイヤ内の温度が設定温度に達すれば増加され、その後、加硫後半では、前記断熱圧縮手段の動力は前記生タイヤから前記媒体収容手段へ供給される前記加熱加圧媒体の流量減少に基づいて減少することが好ましい。これによると、加硫成形時において、断熱圧縮手段の動力が無駄な加熱に使用されることを抑えて、加硫時間の短縮、ランニングコストの削減ができる。

本発明の加硫機においては、前記熱交換器を通過して前記媒体収容手段に補給される高圧の加熱加圧媒体の充填量は、前記媒体収容手段を流れる前記加熱加圧媒体の圧力を一定に保つように増減されることが好ましい。これによると、加硫成形時において、媒体収容手段に補給される高圧の加熱加圧媒体の充填量を容易に加減でき、生タイヤ内の加熱加圧媒体の圧力を安定できる。

本発明の加硫成形方法は、加熱加圧媒体を生タイヤに対して供給可能に媒体収容機構に収容しながら予備加熱し、予備加熱された前記加熱加圧媒体を前記生タイヤに供給することにより該生タイヤをモールドに押圧しながら均一に加熱することによって、該生タイヤを加硫成形し、前記加硫成形後に排気される加熱加圧媒体の圧力エネルギーを利用して該加熱加圧媒体の高温成分を温熱冷熱分離機構により取り出し、前記媒体収容機構に補給される加熱加圧媒体を前記高温成分により熱交換して加熱することを特徴とする。

本発明の加硫成形方法によると、前記加硫成形後に排気される加熱加圧媒体の高温成分を加熱加圧媒体の予備加熱に利用することができるため、熱利用効率を向上することができる。

本発明の加硫成形方法においては、加熱加圧媒体を媒体収容機構内で断熱圧縮機構により循環させ、該断熱圧縮機構の上流と下流との圧力差が設定差圧となるように前記加熱加圧媒体の圧力を流量制御機構で増減させることが好ましい。

本発明の加硫成形方法によると、流量制御機構と断熱圧縮機構は設定差圧を保つように作動するため、加熱加圧媒体を速やかに昇温できる。

本発明の加硫成形方法においては、前記生タイヤ内の温度が設定温度に達すれば前記生タイヤから前記媒体収容機構へ供給される前記加熱加圧媒体の流量を増加し、その後、加硫後半では、前記生タイヤから前記媒体収容機構へ供給される前記加熱加圧媒体の流量減少に基づいて前記断熱圧縮機構の動力を減少させることが好ましい。これによると、加硫成形時において、断熱圧縮機構の動力が無駄な加熱に使用されることを抑えて、加硫時間の短縮、ランニングコストの削減ができる。

本発明の加硫成形方法においては、熱交換されて前記媒体収容機構に補給される高圧の加熱加圧媒体の充填量は前記媒体収容機構を流れる前記加熱加圧媒体の圧力を一定に保つように増減されることが好ましい。これによると、加硫成形時において、媒体収容機構に補給される高圧の加熱加圧媒体の充填量を容易に加減でき、生タイヤ内の加熱加圧媒体の圧力を安定できる。

第１実施形態に係る加硫機の要部を示す概略構成図である。 撹拌機構の平面図である。 ハネ集合体の要部を示す斜視図である。 加硫成形時における窒素ガスの流れを示す説明図である。 第１実施形態に係るガス供給装置のブロック図である。 第２実施形態に係るガス供給装置のブロック図である。 送風機の差圧−流量曲線である。 第３実施形態に係る加硫機の要部を示す概略構成図である。 （ａ）（ｂ）はプレートの要部を示す平面図である。 ハネ集合体の要部を示す斜視図である。 ハネ集合体の要部を示す斜視図である。 ハネ集合体の要部を示す斜視図である。 ハネ集合体の要部を示す斜視図である。 図１３におけるハネ集合体のＸ−Ｘ線断面図である。 ハネ集合体の要部を示す斜視図である。 ハネ集合体の要部を示す斜視図である。 図１６における縦断面図である。 加硫成形時における窒素ガスの流れを示す説明図である。 加硫機の要部を示す概略構成図である。 第１実施形態に係るガス供給装置のブロック図の変形図である。 第２実施形態に係るガス供給装置のブロック図の変形図である。

本発明に係る加硫成形方法およびその加硫機について、図１ないし図２１に基づいて以下に説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る加硫機は、図１に示すように、所定の高さ位置に設定されたモールド固定部２と、モールド固定部２に対して昇降するモールド昇降部３とを有している。モールド昇降部３は、生タイヤ４の上サイドウォール４ｂ’に当接する上サイドモールド２５と、生タイヤ４のトレッド部４ａの外周方向に位置する割りモールド２６と、上サイドモールド２５を所定温度に加熱する上加熱機構２８とを有している。一方、モールド固定部２は、生タイヤ４の下サイドウォール４ｂに当接する下サイドモールド５と、下サイドモールド５を所定温度に加熱する下加熱機構９と、下加熱機構９および下サイドモールド５の中心部に貫設された中心機構１０と、中心機構１０および下加熱機構９を支持する図示しないベースプレートとを有している。

上記の中心機構１０は、下サイドモールド５の上方に配置された下部リング１２を有している。下部リング１２は、生タイヤ４の下ビード部４ｃに当接するように形成されていると共に、ブラダ２０の下縁部を挟持するように形成されている。また、下部リング１２の内周部には、加熱加圧媒体である窒素ガスを流通させる図示しないガス給排路が形成されている。ガス給排路は、図５に示すように、ガス供給装置５０に連絡されている。尚、ガス供給装置の詳細については後述する。

また、下部リング１２の中心部には、センターポスト２２が上下方向に摺動自在および気密状態に立設されている。センターポスト２２の上端部には、上部リング１９が設けられている。上部リング１９は、上ブラダリング２１を有しており、上ブラダリング２１は、ブラダ２０の上縁部を挟持している。一方、センターポスト２２の下端部には、センターポスト２２を任意の高さ位置に昇降可能な図示しないポスト昇降機構が連結されている。そして、ポスト昇降機構は、加硫済タイヤの搬出時において、ブラダ２０の上縁部を持ち上げてブラダ２０をタイヤ４のタイヤ穴よりも小さな径に設定するようにセンターポスト２２を上限位置に上昇させる一方、生タイヤ４の加硫成形時において、ブラダ２０を生タイヤ４のタイヤ内壁面に当接可能な径に拡大させるようにセンターポスト２２を下降させる。

また、センターポスト２２により拡縮されるブラダ２０は、生タイヤ４の加硫成形時に、窒素ガスが供給されることによりタイヤ内壁面をモールド方向に押圧するものであり、例えばブチルゴムにより形成されている。ブラダ２０の内部には、ガス供給装置５０から供給される窒素ガスを撹拌する撹拌機構３０が設けられている。撹拌機構３０は、強磁性材料により一部または全部が形成されている。尚、強磁性材料としては、鋼材やＳＵＳ４２０等を挙げることができるが、電磁誘導加熱される材質であれば、特にこれら材料に限定されるものではない。

具体的に説明すると、撹拌機構３０は、図２および図３にも示すように、窒素ガスを流動させる複数のハネ部材３１を有している。これらのハネ部材３１は、銅やアルミニウム等の高熱伝導性材料により形成されている。ハネ部材３１は、センターポスト２２の軸芯を中心点とした円周方向に沿って等間隔で環状に配設されており、全体としてハネ集合体３２を構成している。

上記のハネ集合体３２は、ハネ支持部材３３により支持されている。ハネ支持部材３３は、上述の強磁性材料で形成されている。また、ハネ支持部材３３は、ハネ部材３１を支持する環状部３４と、環状部３４の内周端から中心点方向に突出された棒状支持部３５とを有している。環状部３４は、環状の円板形状に形成されており、各ハネ部材３１の高さ方向の中心部を支持している。尚、環状部３４とハネ部材３１との接続形態は、ハネ部材３１と環状部３４とに切欠部をそれぞれ形成しておき、両者を嵌合することにより組み合わせた後、溶接により接合した形態であっても良いし、或いは、ハネ部材３１を２分割した状態で準備し、各分割片を環状部３４の上面および下面に溶接により接合した形態であっても良い。

一方、棒状支持部３５は、ハネ部材３１よりも大きなピッチで等間隔に配設されている。棒状支持部３５は、先端部が第１円筒部材３６に連結されている。第１円筒部材３６は、図１に示すように、ハネ集合体３２を周方向に回転させるハネ集合体回転機構３７の一部を構成している。ハネ集合体回転機構３７は、センターポスト２２に回転自在に外挿された第２円筒部材３８と、第２円筒部材３８の上端部に外挿された上述の第１円筒部材３６と、第１円筒部材３６と第２円筒部材３８とを固定するキー部材３９および締結部材４５と、中心機構１０の内部において第２円筒部材３８を所定の回転速度で回転駆動する回転駆動装置４０とを有している。そして、このように構成されたハネ集合体回転機構３７は、回転駆動装置４０により第２円筒部材３８および第１円筒部材３６を介してハネ集合体３２を回転させることによって、ブラダ２０内における窒素ガスを主に周方向に撹拌し、さらに図４の断面内については矢符方向の２次流れを誘起するようになっている。

また、図１に示すように、撹拌機構３０の下方には、撹拌機構３０を優先的に加熱する誘導加熱機構４１が下部リング１２に支持された状態で設けられている。誘導加熱機構４１は、ハネ集合体３２および環状部３４に対向配置されたコイル部材４２と、コイル部材４２の上面を覆った断熱部材４３とを有している。コイル部材４２は、センターポスト２２を中心とした環状に形成されており、内周側から外周側にかけてコイルを巻回することにより形成されている。

上記のコイル部材４２は、内周側および外周側の各端部が電力用ケーブル４４・４４を介して図示しない電源装置に接続されている。電源装置は、高周波数の電流を出力可能にされている。そして、コイル部材４２は、電源装置からの高周波電流の供給により交番磁場を生成し、この交番磁場により環状部３４を電磁誘導加熱することによって、ハネ集合体３２等の撹拌機構３０全体を高温に加熱するようになっている。また、断熱部材４３は、撹拌機構３０からの輻射熱によるコイル部材４２の過熱を防止するようになっている。

上記のように構成された加硫機は、図５に示すように、ガス供給装置５０から窒素ガスが供給されるようになっている。ガス供給装置５０は、シェーピング用の窒素ガスを供給する低圧ガス供給系５１と、シェーピング用の窒素ガスを排気する低圧ガス排気系５２と、加硫成形時に使用される窒素ガスを予熱する高圧ガス予熱系５３と、加硫成形に使用された窒素ガスを排気する高圧ガス排気系５４と、排気された窒素ガスの圧力エネルギーと顕熱を利用して高圧ガス予熱系５３に補給される窒素ガスを加熱する熱回収系５５とを有している。

上記の低圧ガス供給系５１は、低圧の窒素ガスを供給するガス供給源６１と、ガス供給源６１と生タイヤ４との間に設けられた第１バルブ６２とを有している。第１バルブ６２は、ガス供給源６１から生タイヤ４への供給および停止を切替え可能になっており、シェーピング時に開栓される。また、低圧ガス排気系５２は、生タイヤ４と図示しない回収装置との間に設けられた第２バルブ６３を有している。

また、高圧ガス予熱系５３は、予熱用ヒーター６４とチャンバー６５とを直列状態で備えていると共に、送風機６６を備えている。予熱用ヒーター６４は、窒素ガスを加熱して予熱する。チャンバー６５は、所定量の窒素ガスを蓄積する。送風機６６は、吸気口６６ａから窒素ガスを取り込んで排気口６６ｂから排出する。送風機６６は、吸気口６６ａ側がチャンバー６５に連絡されている一方、排気口６６ｂ側が予熱用ヒーター６４に連絡されている。これにより、高圧ガス予熱系５３は、予熱用ヒーター６４とチャンバー６５と送風機６６とが循環径路中に存在した状態にされている。

また、送風機６６の吸気口６６ａとチャンバー６５との間には、第３バルブ６７が設けられている。第３バルブ６７の前後には、第４バルブ６８および第５バルブ６９が接続されている。第４バルブ６８は、チャンバー６５および第３バルブ６７間と生タイヤ４との間に設けられている。第５バルブ６９は、第３バルブ６７および送風機６６間と生タイヤ４との間に設けられている。そして、これらの第３〜第５バルブ６７・６８・６９は、予熱時において第４バルブ６８と第５バルブ６９とが閉栓状態、第３バルブ６７が開栓状態になることによって、高圧ガス予熱系５３を閉鎖された循環系とするようになっている。また、加硫成形時においては、第４バルブ６８と第５バルブ６９とが開栓状態、第３バルブ６７が閉栓状態になることによって、高圧ガス予熱系５３を生タイヤ４に開放するようになっている。

また、高圧ガス排気系５４は、熱回収系５５を介して図示しないガス回収装置に接続されている。高圧ガス排気系５４は、生タイヤ４と熱回収系５５との間に設けられた第６バルブ７０を有している。第６バルブ７０は、加硫成形が完了したときに開栓状態にされることによって、生タイヤ４内の窒素ガスを熱回収系５５を介して排出するようになっている。

上記の高圧ガス排気系５４から窒素ガスが排気ガスとして流入される熱回収系５５は、排気ガス（窒素ガス）から温熱分と冷熱分とに分離するボルテックスチューブ７１と、高圧ガス予熱系５３のチャンバー６５に補給される窒素ガスを排気ガスの高温成分により熱交換して加熱する熱交換器７２とを有している。熱交換器７２は、ボルテックスチューブ７１に接続された高温径路７２ａと、高圧ガス予熱系５３に接続された低温径路７２ｂとを有している。高温径路７２ａの前後（上流側および下流側）には、第７バルブ７３と第８バルブ７４とがそれぞれ設けられており、第８バルブ７４は、図示しないガス回収装置に接続されている。一方、低温径路７２ｂの前後には、高圧ガス予熱系５３に接続された第９バルブ７５と、第１０バルブ７６とがそれぞれ設けられている。第１０バルブ７６は、高圧の窒素ガスを供給するガス供給源７７に接続されている。そして、これらの第７〜第１０バルブ７３〜７６は、生タイヤ４から窒素ガスを排気ガスとして排出しながら、ガス供給源７７から高圧の窒素ガスを高圧ガス予熱系５３に補給するときに開栓状態にされる。尚、排出タイミングと補給タイミングは、必ずしも一致させる必要はない。

上記の構成において、第１実施形態に係る加硫機の動作を通じて加硫成形方法を説明する。

先ず、図１に示すように、モールド昇降部３を上昇させることによって、モールド固定部２の上方にモールド昇降部３を位置させる。この後、中心機構１０のセンターポスト２２を上昇させることによって、上部リング１９を介してブラダ２０の上縁部を持ち上げ、ブラダ２０を生タイヤ４のタイヤ穴よりも小さな径に縮小させる。この後、生タイヤ４のタイヤ穴がセンターポスト２２の上方に位置するように、図示しない搬送装置により生タイヤ４をモールド固定部２とモールド昇降部３との間に搬送する。そして、生タイヤ４を下降させ、生タイヤ４のタイヤ穴にセンターポスト２２およびブラダ２０を挿通させながら、生タイヤ４を下サイドモールド５上に保持する。

この後、図５に示すように、低圧ガス供給系５１の第１バルブ６２を開栓し、ガス供給源６１から低圧の窒素ガスをブラダ２０（生タイヤ４）内に供給する。そして、ブラダ２０を膨らませて生タイヤ４をシェーピングして保持する。

次に、図１に示すように、モールド昇降部３を下降させることによって、生タイヤ４のトレッド部４ａに対応した筒形状のモールドを形成すると共に、このモールドの上部および下部に上サイドモールド２５および下サイドモールド５をそれぞれ当接させることによってモールドを全閉状態にする。そして、モールド昇降部３とモールド固定部２とを図示しないロック保持機構でロックし、モールドの型締を完了する。

上記のようにしてモールドの型締が完了すると、図５に示すように、低圧ガス供給系５１の第１バルブ６２を閉栓状態にする。このとき、第２バルブ６３は、閉栓状態となっている。

この後、高圧ガス予熱系５３における第３バルブ６７を閉栓状態にする一方、第４バルブ６８および第５バルブ６９を開栓状態にすると共に、第９バルブ７５および第１０バルブ７６を開栓状態にすることによって、高圧ガス予熱系５３において予熱された窒素ガスおよびガス供給源７７からの高圧の窒素ガスをブラダ２０に供給する。

また、熱回収系５５の第９バルブ７５および第１０バルブ７６が開栓され、ガス供給源７７から高圧の窒素ガスが熱交換器７２の低温径路７２ｂに流入される。そして、高圧の窒素ガスは、排気ガスにより高温に暖められた蓄熱体との熱交換により加熱された後、ブラダ２０内へ供給される。これにより、加硫成形後に排気される窒素ガスの高温成分を補給用の窒素ガスの予備加熱に利用することができるため、熱利用効率が向上したものになる。よって、ブラダ２０に供給される窒素ガスは、加硫温度に或る程度近づいた予熱温度から加熱を開始することができるため、短時間で加硫温度にまで昇温可能になる。

また、高圧ガス予熱系５３から窒素ガスがブラダ２０に供給される際には、図１に示すように、撹拌機構３０および誘導加熱機構４１が作動される。即ち、撹拌機構３０は、回転駆動装置４０の駆動力により撹拌機構３０が回転される。これにより、窒素ガスは、主に周方向に撹拌され、さらに図４の断面内についてはハネ部材３１によりトレッド部４ａ方向である外周方向に押し出されるような２次流れが誘起される。

また、誘導加熱機構４１においては、コイル部材４２に高周波数の電流が通電される。これにより、コイル部材４２の周囲に交番磁場が生成される。交番磁場は、撹拌機構３０の強磁性材料からなるハネ支持部材３３に電磁誘導により渦電流を発生させることによって、ハネ支持部材３３を電磁誘導加熱する。ハネ支持部材３３が加熱されると、ハネ支持部材３３の熱が熱伝導性に優れたハネ部材３１に急速に伝導する。この結果、撹拌機構３０は、誘導加熱機構４１により優先的に加熱されることによって、加硫成形の開始初期においては、撹拌機構３０が窒素ガスよりも急速に昇温することになる。

従って、窒素ガスが撹拌機構３０により撹拌されるときに、窒素ガスと高温の撹拌機構３０とが高速で接触することによって、撹拌機構３０から高効率で熱量が付与される。これにより、相対速度が高速である分、高効率の熱交換で窒素ガスが短時間で加硫温度にまで昇温される。そして、窒素ガスの供給によりブラダ２０が進展することにより生タイヤ４の内壁面に密接し、生タイヤ４をモールド方向に押圧しながら加熱することによって、生タイヤ４の加硫成形が行われる。

加硫成形が完了すると、図５に示すように、高圧ガス予熱系５３の第４バルブ６８および第５バルブ６９が閉栓されると共に、第９バルブ７５、第１０バルブ７６および第３バルブ６７が開栓されることによって、高圧ガス予熱系５３が閉鎖状態にされる。そして、送風機６６および予熱用ヒーター６４が作動されることによって、窒素ガスが循環されながら加熱および予熱される。

また、高圧ガス排気系５４の第６バルブ７０が開栓されると共に、この高圧ガス排気系５４に連絡された熱回収系５５のバルブ７３・７４が開栓される。尚、第６バルブ７０は、全開とせずに或る程度の時間をかけて排気する。これにより、ブラダ２０内の窒素ガスがボルテックスチューブ７１を通過し、低温成分と高温成分とに分離される。低温成分の窒素ガスは、そのまま排気される一方、高温成分の窒素ガスは、熱交換器７２の高温径路７２ａを通過し、熱交換器７２中の蓄熱体に熱を与えた後に排気される。熱交換器７２は、蓄熱体を備えた蓄熱式熱交換器が好ましいが、通常の間接式熱交換器であっても良い。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る加硫機の構成を図６及び図７に基づいて説明する。尚、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付記してその説明を省略する。第２実施形態の構成が第１実施形態と異なる点は、図６において、送風機６６の上流と下流との圧力差を測定する差圧計ＤＰが設けられ、差圧計ＤＰが第３バルブ６７と第５バルブ６９の開度を制御している点と、予熱用ヒーター６４の上流に窒素ガスの圧力を測定する圧力計Ｐが設けられ、圧力計Ｐが第１０バルブ７６の開度を制御している点と、ブラダ２０の内部温度を測定する温度計Ｔが設けられ、温度計Ｔが第５バルブ６９の開度を制御している点である。

上記の構成において、第２実施形態に係る加硫機の動作を通じて加硫成形方法を説明する。

まず、高圧ガス予熱系５３を循環する窒素ガスを理想気体とみなす。すると、次のような関係式が成り立つ。
（式１）ＰＶ＝ＲＴ
ここで、Ｐは圧力、Ｖは体積、Ｔは温度、Ｒは気体定数である。
また、気体の内部エネルギーをＵ、外部からの熱量をＱとすると、
（式２）Ｈ＝Ｕ＋ＰＶ＝Ｕ＋ＲＴ
（式３）ｄＳ＝ｄＱ／Ｔ
となる。Ｈはエンタルピであり、ｄＳは比エントロピである。

図６において、予熱時において第４バルブ６８と第５バルブ６９とを閉栓状態、第３バルブ６７を半開に絞った開栓状態（絞り）にする。窒素ガスは送風機６６にて断熱圧縮されることにより、（式３）の比エントロピを一定とした状態で、体積が圧縮されて圧力が増し、圧力の上昇により温度が上がる（（式１）参照）。そして、窒素ガスは第３バルブ６７の絞りにて等エンタルピ変化（（式２）参照）し、温度を一定に保った状態で第３バルブ６７を通過していく。この窒素ガスは更に送風機６６にて昇温されることにより、段階的に昇温していく。絞り現象にて等エンタルピ変化することは公知である。

しかし実際には温度損失、圧力損失が発生する。つまり、送風機６６においては体積の圧縮分だけ圧力は上がらず、第３バルブ６７ではエンタルピは変化し温度が下がる。しかし、第３バルブ６７にて絞りを設けることにより、送風機６６の昇温効果は顕著となり、窒素ガスは速やかに昇温し、加硫温度に近い温度まで予備加熱される。

送風機６６の上流と下流との圧力差は差圧計ＤＰにて計測され、この圧力差が設定差圧となるように第３バルブ６７の絞りの開度が差圧計ＤＰにより制御される。即ち、窒素ガスの温度が低ければ圧力差を大きくするよう送風機６６の回転数を高めると伴に第３バルブ６７の開度を小さくして窒素ガスの昇温を促すように差圧計ＤＰが送風機６６と第３バルブ６７を制御し、逆に窒素ガスの温度が加硫に最適な温度近くまで高くなれば、圧力差を小さくするよう送風機６６の回転数を落とすと伴に第３バルブ６７の開度を大きくして窒素ガスの昇温をなだらかにするように差圧計ＤＰが送風機６６と第３バルブ６７を制御する。

また、加硫成形開始時においても、第４バルブ６８又は第５バルブ６９の一方を半開の開栓状態（絞り）とし、他方を全開の開栓状態とし、第３バルブ６７を閉栓状態とすることによって、送風機６６の昇温効果は顕著となる。図６では、第４バルブ６８が全開の開栓状態、第５バルブ６９が半開の開栓状態（絞り）となる構成となっており、差圧計ＤＰは送風機６６と第５バルブ６９を制御する。第４バルブ６８を半開の開栓状態（絞り）とし、第５バルブ６９を全開の開栓状態としても良い。また、第４バルブ６８と第５バルブ６９の両方を絞りとする構成であっても良い。

また、高圧ガス予熱系５３を循環する窒素ガスの圧力は、予熱用ヒーター６４の上流に設けられた圧力計Ｐにて計測される。そして、加硫成形時にガス供給源７７から高圧の窒素ガスを高圧ガス予熱系５３に補給するときに、高圧の窒素ガスの補給量を圧力計Ｐが制御することにより、高圧ガス予熱系５３内の圧力の変動をなだらかにし、ブラダ２０内の圧力を一定に保っている。即ち、熱変換器７２の上流と下流に設けられた第９バルブ７５および第１０バルブ７６の開度を調節すると伴に、三方弁である第１０バルブ７６から高圧の窒素ガスを一部外部に排気することにより、ガス供給源７７から一定の割合で高圧ガス予熱系５３に補給される高圧の窒素ガスの充填量を加減して、加硫に最適な圧力を一定に維持するように圧力計Ｐが第９バルブ７５と第１０バルブ７６を制御する。

また、ブラダ２０内の温度は、ブラダ２０内部に設けられた温度計Ｔにて計測される。そして、加硫成形時には第４バルブ６８、好ましくは第５バルブ６９の開度を温度計Ｔが制御することでブラダ２０内の加硫状態を変動させる。即ち、図７において、加硫成形初期の段階（ステップＡ）では第５バルブ６９を半開の開栓状態（絞り）とすることで、ブラダ２０から高圧ガス予熱系５３へ供給される窒素ガスの温度損失を減らして、ブラダ２０内の温度を急速に上昇させるように温度計Ｔが第５バルブ６９を制御する。
そして、窒素ガス温度が閾値（加硫温度上限）付近の値になれば、加硫成形後期の段階（ステップＢ）に移行するよう温度計Ｔが制御を行う。具体的には、温度計Ｔが第５バルブ６９を徐々に全開にして送風機６６へ供給する窒素ガスの流量を増やしていくと伴に、送風機６６の上流と下流との圧力差（差圧計ＤＰの値）を小さくしていくことで、送風機６６の断熱圧縮による昇温効果を弱めていく。これによりブラダ２０内の温度変化はなだらかとなる。

そして加硫成形終期の段階（ステップＣ）に移行するよう温度計Ｔが制御して、送風機６６の上流と下流との圧力差を一定に保ちながら、送風機６６へ供給する窒素ガスの流量を徐々に減らし、差圧計ＤＰは送風機６６の回転数を所定値まで徐々に落とすよう制御する。そして加硫成形が完了する。
その他の点については第１実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る加硫機の構成を図８及び図９に基づいて説明する。尚、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付記してその説明を省略する。第３実施形態の構成が第１実施形態と異なる点は、窒素ガスをブラダ２０内で拡散する拡散手段が撹拌機構３０ではなく、図８に示すような吹き出しノズル機構９０である点である。

吹き出しノズル機構９０は、強磁性材料により一部または全部が形成されており、図９（ａ）（ｂ）のような中空の円板形状のプレート９３，９４を２枚重ねにした構造をしている。また、プレート９３，９４には、複数のノズル９５が周方向に等間隔に設けられている。図９（ａ）のように、ノズル９５は径方向と一致する方向に向いており、その吹き出し方向はプレート９３の外部方向で、プレート９３の平面に対してある角度をもって斜めに向いている。また、図９（ｂ）のように、ノズル９５は径方向と一致する方向から３０度傾いた方向に向いていても良い。尚、ノズルの傾斜角度は３０度に限られず、任意の角度に設定できる。

吹き出しノズル機構９０は図８のように、ブラダ２０の中心に位置し、２枚重ねのプレート９３，９４の内、上方のプレート９３，９４のノズル９５が斜め上方、下方のプレート９３，９４のノズル９５が斜め下方に向くように構成されている。そのため、第１実施形態のように拡散手段を回転させなくても複数のノズル９５からまんべんなく窒素ガスが吹き出ることによりブラダ２０内を均一に加熱できる。上下のプレート９３，９４は同種のもので組み合わされても、異種のもので組み合わされても良い。

また、第１実施形態に比して回転機構が不要なため、中心機構１０の内部には、窒素ガスを流通させるガス給排路９１，９２が形成されているのみである。ガス給排路９１，９２は、図５又は図６に示すように、ガス供給装置５０に連絡されている。プレート９３，９４の内部にはガス給排路９１，９２から窒素ガスが供給される。また、センターポスト２２は下部リング１２の中心部に立設されている。

吹き出しノズル機構９０の下方には、吹き出しノズル機構９０を優先的に加熱する図示しない誘導加熱機構が下部リング１２に支持された状態で設けられている。この誘導加熱機構がプレート９３，９４を電磁誘導加熱することによって、吹き出しノズル機構９０全体を高温に加熱するようになっている。

上記の構成において、第３実施形態に係る加硫機の動作を通じて加硫成形方法を説明する。

生タイヤ４を下サイドモールド５上に保持した後、高圧ガス予熱系５３から窒素ガスがガス給排路９１，９２を通じて供給される。このとき、図示しない誘導加熱機構により吹き出しノズル機構９０は窒素ガスよりも急速に昇温されている。従って、窒素ガスが吹き出しノズル機構９０により吹き出されるときに、窒素ガスと高温の吹き出しノズル機構９０とが高速で接触することによって、吹き出しノズル機構９０から高効率で熱量が付与される。これにより、相対速度が高速である分、高効率の熱交換で窒素ガスが短時間で加硫温度にまで昇温される。そして、窒素ガスの供給によりブラダ２０が進展することにより生タイヤ４の内壁面に密接し、生タイヤ４をモールド方向に押圧しながら加熱することによって、生タイヤ４の加硫成形が行われる。
その他の点については第１実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

以上のように、第１〜第３実施形態の加硫成形方法は、窒素ガス等の加熱加圧媒体を撹拌機構３０や吹き出しノズル機構９０等の拡散手段により拡散すると共に、拡散手段自体の熱量で加熱加圧媒体を加熱し、加熱加圧媒体により生タイヤ４をモールドに押圧しながら均一に加熱することによって、生タイヤ４を加硫成形するものである。尚、第１〜第３実施形態の撹拌機構３０や吹き出しノズル機構９０等の拡散手段は、電磁誘導加熱、ヒーター加熱およびランプ加熱の少なくとも一つ以上の加熱形態により加熱することができるものであり、各種の加熱形態を選択および組み合わせることによって、拡散手段自体の構造や周辺機器の構成に応じて最適な加熱方法により拡散手段を昇温させることができる。

また、第１〜第３実施形態における加硫機は、上記の加硫成形方法を実施可能にするため、図１又は図８に示すように、生タイヤ４を着脱可能に収容する下サイドモールド５や上サイドモールド２５等のモールド機構（モールド手段）と、生タイヤ４をモールド機構に押圧しながら加熱することにより生タイヤ４を加硫成形する窒素ガス等の加熱加圧媒体を拡散する拡散手段と、拡散手段を優先的に加熱する誘導加熱機構（加熱手段）とを有した構成にされている。

上記の構成によれば、窒素ガス等の加熱加圧媒体を拡散する拡散手段が誘導加熱機構により優先的に加熱されることによって、加硫成形の開始初期においては、拡散手段が加熱加圧媒体よりも急速に昇温する。従って、加熱加圧媒体が拡散手段により拡散されるときに、加熱加圧媒体と高温の拡散手段とが高速で接触することによって、拡散手段から高効率で熱量が付与される。この結果、従来のように、加熱加圧媒体の撹拌径路中に配置されたヒーターに加熱加圧媒体を流動させることにより加熱する場合よりも、接触速度が高速である分、高効率の熱交換で加熱加圧媒体を短時間で加硫温度にまで昇温させることができる。これにより、加熱加圧媒体で加熱される生タイヤ４を短時間で加硫成形することができる。

尚、第１〜第３実施形態においては、ブラダ２０を用いたブラダ方式を採用した加硫機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラダ２０を用いないブラダレス方式の加硫機に採用されても良い。また、モールド機構として複数のモールド部品を組み合わせて型締する割りモールド方式を用いて説明したが、これに限定されるものでもなく、上モールドと下モールドとで型締めする２ピースモールド方式であっても良い。また、本実施形態においては、加熱加圧媒体として窒素ガスを採用した場合について説明したが、これに限定されるものでもなく窒素ガス以外の不活性ガス、空気、蒸気等であっても良い。

また、第１〜第３実施形態において、例えば鋼材、ＳＵＳ４２０等の強磁性材料により、拡散手段である撹拌機構３０又は吹き出しノズル機構９０の一部または全部が形成されており、これら拡散手段を電磁誘導加熱する誘導加熱機構を有した構成にされている。これにより、誘導加熱機構が拡散手段の強磁性材料を電磁誘導加熱することによって、拡散手段が直接的に加熱される。これにより、拡散手段を簡単な構成で優先的に加熱することができる。

また、第１実施形態において、撹拌機構３０は、加熱加圧媒体を流動させる複数のハネ部材３１（強磁性材料および高熱伝導性材料、例えば銅やアルミニウム等の何れであっても良い）を環状に備えたハネ集合体３２と、ハネ集合体３２を周方向に回転させるハネ集合体回転機構３７（ハネ集合体回転手段）と、ハネ部材３１を周方向に支持し、強磁性材料で形成されたハネ支持部材３３とを有した構成にされている。これにより、簡単な構成で高い強度を有した撹拌機構３０を得ることができると共に、ハネ支持部材３３への電磁誘導加熱によりハネ集合体３２全体を簡単に昇温させることができる。

尚、第１実施形態におけるハネ部材３１は、例えば銅やアルミニウム等の高熱伝導性材料を用いた場合について説明したが、強磁性材料で形成されていても良い。また、撹拌機構３０は、ハネ集合体３２（熱伝導体）と誘導加熱用のハネ支持部材３３（発熱体）とを組み合わせた場合について説明したが、ハネ集合体３２およびハネ支持部材３３の両方が発熱体としての機能を持つように形成されていても良い。尚、後述のように、発熱体は、電磁誘導加熱により加熱される場合に限らず、ヒーター加熱やランプ加熱による加熱であっても良い。

また、撹拌機構３０は、図１０に示すように、ハネ支持部材３３の上面にハネ部材３１をビスやボルト等の締結部材で固定することにより形成されていても良い。この場合には、ハネ部材３１の交換を容易に行うことができる。

さらに、撹拌機構３０は、図１１に示すように、加熱加圧媒体を流動させる複数のハネ部材３１を環状に備えたハネ集合体３２と、ハネ部材３１を周方向に支持するハネ支持部材３３とを有し、ハネ支持部材３３は、高熱伝導性材料からなる基材８１と、この基材８１に溶着やリベット止めにより接合された強磁性材料からなる強磁性部材８２とを有した構成にされていても良い。

また、撹拌機構３０は、図１２に示すように、ハネ集合体３２の上面および下面にハネ支持部材３３を設けた構成であっても良い。また、撹拌機構３０は、図１３および図１４に示すように、ハネ部材３１およびハネ支持部材３３が高熱伝導性材料からなる基材８１と、この基材８１に強磁性材料を溶射して形成された強磁性材料層８３とを有した構成にされていても良い。この場合には、複雑な形状であっても容易に撹拌手段を得ることができる。また、撹拌機構３０は、図１５に示すように、誘導加熱による温度分布を均一にするように、ハネ支持部材３３にスリットが形成されていても良い。この場合には、撹拌機構３０の温度分布をより均一にでき、投入熱量をさらに大きくできる。

また、第１実施形態においては、誘導加熱機構４１を用いた加熱機構について説明しているが、これに限定されるものではない。即ち、加硫機は、図１６および図１７に示すように、ハネ支持部材３３にシースヒーター８４が埋め込まれた撹拌機構３０を備えた構成であっても良い。また、加硫機は、図１８に示すように、撹拌機構３０に熱放射するランプ８５を有した構成であっても良い。尚、ランプ８５の下方に反射板８６を配置して熱放射をハネ集合体３２の所望位置に集光することが望ましい。

さらに、第１実施形態においては、図１に示すように、ハネ集合体３２の下方に誘導加熱機構４１が配置された構成について説明したが、これに限定されるものでもない。即ち、図１９に示すように、ハネ集合体３２の内部に誘導加熱機構４１を配置した構成であっても良い。また、第３実施形態の図示しない誘導加熱機構の配置位置も下部リング１２に支持された状態に限定されるものではない。

また、第１，第２実施形態における加硫機は、窒素ガス等の加熱加圧媒体を生タイヤ４に対して供給可能に収容しながら予備加熱するチャンバー６５等を備えた高圧ガス予熱系５３（媒体収容手段）と、記加硫成形後に排気される加熱加圧媒体の高温成分を取り出すボルテックスチューブ７１と、低圧ガス供給系５１に補給される加熱加圧媒体を前記加熱加圧媒体の高温成分により熱交換して加熱する熱交換器７２とを有した構成にされている。この構成によれば、加硫成形後に排気される加熱加圧媒体の高温成分を加熱加圧媒体の予備加熱に利用することができるため、熱利用効率を向上することができる。

また、第２実施形態における加硫機は、窒素ガスを送風機６６にて断熱圧縮することにより、比エントロピを一定とした状態で、圧力の上昇により昇温させ、第３バルブ６７の絞りにて等エンタルピ変化させることで、温度を一定に保った状態で第３バルブ６７を通過させ、更に送風機６６にて昇温することにより、窒素ガスを段階的に昇温できる。よって、第３バルブ６７にて絞りを設けることにより、送風機６６の昇温効果は顕著となり、窒素ガスは速やかに昇温し、加硫温度に近い温度まで予備加熱することができる。また、加硫成形開始時においても、第４バルブ６８又は第５バルブ６９の一方を半開の開栓状態（絞り）とし、他方を全開の開栓状態とすることによって、送風機６６の昇温効果を顕著なものとできる。また、加熱ヒーターの小型化が図れる。

また、第２実施形態における加硫機は、送風機６６の上流と下流との圧力差を計測する差圧計ＤＰを有した構成にされている。この構成によれば、送風機６６の上流と下流との圧力差が設定差圧となるように第３バルブ６７の絞りの開度と送風機６６の回転数を差圧計ＤＰが制御することで、送風機６６の動力削減が図れる。

また、第２実施形態における加硫機は、高圧ガス予熱系５３を循環する窒素ガスの圧力を計測する圧力計Ｐを有した構成にされている。この構成によれば、加硫成形時にガス供給源７７から高圧の窒素ガスを高圧ガス予熱系５３に補給するときに、高圧の窒素ガスの補給量を圧力計Ｐが制御することにより、高圧ガス予熱系５３内の圧力の変動をなだらかにし、ブラダ２０内の圧力を一定に保つことができる。

また、第２実施形態における加硫機は、ブラダ２０内の温度を計測する温度計Ｔを有した構成にされている。この構成によれば、窒素ガス温度が閾値（加硫温度上限）付近の値になれば、温度計Ｔが第５バルブ６９を徐々に全開にするように制御し、差圧計ＤＰが送風機６６の回転数を所定値まで徐々に落としていくように制御することで、送風機６６の動力削減が図れる。よって、送風機６６の動力が無駄な加熱に使用されることを抑えて、加硫時間の短縮、ランニングコストの削減ができる。

尚、第１，第２実施形態における加硫機は、図２０又は図２１に示すように、熱交換器７２を高圧ガス予熱系５３の内部に配置し、高圧ガス予熱系５３に収容された加熱加圧媒体を、排気された加熱加圧媒体の高温成分により熱交換して加熱するように構成されていても良い。

尚、第２実施形態における加硫機において、予備加熱時の第３バルブ６７の開度は差圧計ＤＰにより制御される構成に限られず、一定値に固定する構成であっても良い。また、加硫成形時の第５バルブ６９の開度も一定値に固定する構成であっても良い。

また、第２実施形態における加硫機において、ステップＡからステップＢへの切替えタイミングは、窒素ガス温度の閾値に基づいて温度計Ｔが制御を行う構成に限られず、時間で切り替える構成であっても良い。また、ステップＢにおいて送風機６６の回転数を落とすタイミングは、第５バルブ６９の開度を広げるタイミングと同じでも良いし、第５バルブ６９が全開してから任意時間経過後であっても良い。

尚、第２実施形態における加硫機は、図６、図２１に示すように、送風機６６の上流に流量計Ｆが設けられた構成であっても良い。この構成によれば、設定流量を設け、流量計Ｆがその測定値を元に流量が設定流量となるように第３バルブ６７又は第５バルブ６９の開度を制御し、流量の測定値に基づいて送風機６６の回転数を制御することで、差圧計ＤＰの代わりとすることができ、送風機６６の動力削減が図れる。

２ モールド固定部
３ モールド昇降部
４ 生タイヤ
５ 下サイドモールド
１０ 中心機構
１２ 下部リング
１９ 上部リング
２０ ブラダ
３０ 撹拌機構
３１ ハネ部材
３２ ハネ集合体
３３ ハネ支持部材
３４ 環状部
３５ 棒状支持部
４０ 回転駆動装置
４１ 誘導加熱機構
４２ コイル部材
４３ 断熱部材
４５ 締結部材
５０ ガス供給装置
５１ 低圧ガス供給系
５２ 低圧ガス排気系
５３ 高圧ガス予熱系
５４ 高圧ガス排気系
５５ 熱回収系
７１ ボルテックスチューブ
７２ 熱交換器
８１ 基材
８２ 強磁性部材
８３ 強磁性材料層
８４ シースヒーター
８５ ランプ
８６ 反射板
９０ 吹き出しノズル機構
９３，９４ プレート
９５ ノズル

Claims (10)

1. 生タイヤを着脱可能に収容するモールド手段と、
   前記生タイヤを前記モールド手段に押圧しながら加熱することにより該生タイヤを加硫成形する加熱加圧媒体を前記生タイヤに対して供給可能に収容しながら予備加熱する媒体収容手段と、
   前記加硫成形後に排気される加熱加圧媒体の圧力エネルギーを利用して該加熱加圧媒体の高温成分を取り出す温熱冷熱分離手段と、
   前記媒体収容手段に補給される加熱加圧媒体を前記高温成分により熱交換して加熱する熱交換器と、
   を有することを特徴とする加硫機。
2. 前記媒体収容手段には、前記加熱加圧媒体を断熱圧縮する断熱圧縮手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載の加硫機。
3. 前記媒体収容手段には、前記断熱圧縮手段の上流に設けられ、開度を調節することで前記断熱圧縮手段に流入する前記加熱加圧媒体の流量を増減させる流量制御手段が設けられることを特徴とする請求項２に記載の加硫機。
4. 前記流量制御手段の開度と前記断熱圧縮手段の動力は、前記断熱圧縮手段の上流と下流との圧力差が設定差圧となるように調節されることを特徴とする請求項３に記載の加硫機。
5. 前記生タイヤから前記媒体収容手段へ供給される前記加熱加圧媒体の流量は前記生タイヤ内の温度が設定温度に達すれば増加され、
   その後、加硫後半では、前記断熱圧縮手段の動力は前記生タイヤから前記媒体収容手段へ供給される前記加熱加圧媒体の流量減少に基づいて減少することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の加硫機。
6. 前記熱交換器を通過して前記媒体収容手段に補給される高圧の加熱加圧媒体の充填量は、前記媒体収容手段を流れる前記加熱加圧媒体の圧力を一定に保つように増減されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の加硫機。
7. 加熱加圧媒体を生タイヤに対して供給可能に媒体収容機構に収容しながら予備加熱し、
   予備加熱された前記加熱加圧媒体を前記生タイヤに供給することにより該生タイヤをモールドに押圧しながら均一に加熱することによって、該生タイヤを加硫成形し、
   前記加硫成形後に排気される加熱加圧媒体の圧力エネルギーを利用して該加熱加圧媒体の高温成分を温熱冷熱分離機構により取り出し、
   前記媒体収容機構に補給される加熱加圧媒体を前記高温成分により熱交換して加熱することを特徴とする加硫成形方法。
8. 加熱加圧媒体を前記媒体収容機構内で断熱圧縮機構により循環させ、
   該断熱圧縮機構の上流と下流との圧力差が設定差圧となるように前記加熱加圧媒体の圧力を流量制御機構で増減させることを特徴とする請求項７に記載の加硫成形方法。
9. 前記生タイヤ内の温度が設定温度に達すれば前記生タイヤから前記媒体収容機構へ供給される前記加熱加圧媒体の流量を増加し、
   その後、加硫後半では、前記生タイヤから前記媒体収容機構へ供給される前記加熱加圧媒体の流量減少に基づいて前記断熱圧縮機構の動力を減少させることを特徴とする請求項８に記載の加硫成形方法。
10. 熱交換されて前記媒体収容機構に補給される高圧の加熱加圧媒体の充填量は前記媒体収容機構を流れる前記加熱加圧媒体の圧力を一定に保つように増減されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の加硫成形方法。
    

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