JP5059358B2 - エラストマータイヤ構成部材およびタイヤを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、エラストマータイヤ構成部材およびタイヤを製造する方法に関する。

従来技術において、ゴムのエラストマーシートからタイヤ構成部材を製造することが公知であり、この場合、エラストマーシートは、所定の長さに切断され、円筒形の組立てドラム上に折り重ねられるかまたは突合せ継ぎされる。次に、タイヤ組立てドラムは中心部が半径方向に伸ばされ、端部は軸線方向に延伸されてタイヤが環状に形作られる。コードで補強された層のベルトおよびトレッドゴムのストリップがグリーンカーカスのクラウン上に貼り付けられ、「グリーン」、すなわち未加硫タイヤ組立体が製造される。完成したタイヤ組立体は次に、タイヤ型に入れられ、加硫と呼ばれるプロセスで硬化させられ、タイヤが製造される。

タイヤ構成部材は、円筒形のタイヤ組立てドラム上で平坦に組み立てられ、次に環状に伸ばされるので、各構成部材には、成形する前に張力または圧縮をかけておく必要がある。様々な部品をこのように伸ばすと、加硫時に構成部材が加熱されたときに様々のゴム部品同士が滑るようになる。様々な部品の滑りを最小限に抑えることが試みられている。他の欠点は、タイヤが、継ぎ合わされてタイヤの非一様性の原因になる構成部材を有することである。

タイヤ製造業者は、タイヤの非一様性を解消することに多大な努力を払うようになっている。最近、タイヤ製造業者は、未加硫ゴムの連続したストリップからタイヤ構成部材を製造している。未加硫ゴムの薄く狭いストリップが、回転ドラムまたは環状コア上に周方向に複数回巻かれ、これらストリップは、タイヤ構成部材の所望の形状を製造するために、連続的に層またはスタック状に積み重ねられる。たとえば、特許文献１および特許文献２を参照されたい。ゴムのストリップは通常、押出し装置を使用してタイヤ組立てドラムまたは環状コア上に直接押し出される。あるいは、ストリップをカレンダー加工で製造し、次にタイヤドラムまたはコアに運んでもよい。

タイヤ構成部材を製造するこのストリップ積層方法は、環状のタイヤ構成部材が通常、１つの連続ストリップで製造されるため、重ね継ぎを無くすという利点を有する。ストリップ積層は、タイヤ構成部材の形状がタイヤごとに異なるため、融通に富んだ製造を可能にするという他の利点を有する。しかし、ストリップ積層にはいくつかの欠点がある。まず、閉じ込められた空気、すなわちエアポケットがストリップ同士の間に製造され、完成したタイヤ構成部材に隙間を生じることがある。ストリップ積層の第２の欠点は、タイヤ構成部材の輪郭が、一定の幾何学的形状を有するストリップが積み重ねられるために近似的な輪郭になることである。また、積み重ねの結果として、タイヤ構成部材の外面は平滑ではない。構成部材の輪郭は通常、上面と底面がずれており、そのため、一般に「ライト」、すなわち変色と呼ばれる表面欠陥が生じる可能性がある。第３の欠点は、加圧ローラまたはステッチャ（ｓｔｉｔｃｈｅｒ）を使用してストリップをドラムまたはコアに縫い付ける必要があり、ゴムがローラに付着しようとすることである。他の欠点は、構成部材が複数のストリップで製造されるため、所望の形状の近似的な形状に過ぎないことである。
米国特許第６，３７２，０７０号 米国特許第４，９６３，２０７号

しかし、ストリップ積層にはいくつかの欠点がある。まず、閉じ込められた空気、すなわちエアポケットがストリップ同士の間に製造され、完成したタイヤ構成部材に隙間を生じることがある。ストリップ積層の第２の欠点は、タイヤ構成部材の輪郭が、一定の幾何学的形状を有するストリップが積み重ねられるために近似的な輪郭になることである。また、積み重ねの結果として、タイヤ構成部材の外面は平滑ではない。構成部材の輪郭は通常、上面と底面がずれており、そのため、一般に「ライト」、すなわち変色と呼ばれる表面欠陥が生じる可能性がある。第３の欠点は、加圧ローラまたはステッチャ（ｓｔｉｔｃｈｅｒ）を使用してストリップをドラムまたはコアに縫い付ける必要があり、ゴムがローラに付着しようとすることである。他の欠点は、構成部材が複数のストリップで製造されるため、所望の形状の近似的な形状に過ぎないことである。

本発明の目的は、ストリップ積層の持つこれらの欠点を解消する、エラストマー材料のタイヤ構成部材を製造する方法を提供することにある。

本発明の、エラストマータイヤ構成部材を製造する方法は、
ノズルに接続された回転アプリケータヘッドと、歯車ポンプと流体連絡された第１の端部と前記回転アプリケータヘッドの第１の流路と流体連絡された第２の端部を有する内部流路を備えた非回転部分とを有し、第１の端部に入るエラストマー材料の流れが、歯車ポンプの長手方向軸であるＹ軸に平行である、装置を設けるステップを有する、エラストマータイヤ構成部材を製造する方法であって、
回転アプリケータヘッドは、該回転アプリケータヘッドの回転軸で、Ｙ軸に直交するＺ軸の周りに回転可能であり、第１の流路はＺ軸にほぼ揃えられ、回転アプリケータヘッドは、Ｙ軸に対して角度αをなし、かつノズルと流体連絡した第２の流路を有し、αは、Ｙ軸に対して１２０度から１５０度の範囲にあり、
エラストマー材料のストリップを、内部流路を通り、第１および第２の流路に入り、ノズルの出口を通って表面上に送り込み、
前記装置は、アプリケータヘッドに回転可能に取り付けられ、かつノズルに隣接して位置し、エラストマー材料のストリップを表面に対して圧縮する舌状体組立て体をさらに有する。

定義
タイヤの「アスペクト比」は、タイヤの断面高さ（ＳＨ）のタイヤの断面幅（ＳＷ）とのの比を意味する。

「軸線方向の」および「軸線方向に」は、タイヤの回転軸に平行なラインまたは方向を意味する。

「ビード」は、タイヤの、環状の引張り部材を有する部分を意味し、設計リムに合うように、フリッパ、チッパ、エイペックス、トウガード、チェーファーのような他の補強部材を有する場合と有さない場合がある。

「ベルト補強構造」は、織物または不織布である互いに平行なコードのプライの少なくとも２つの層を意味し、トレッドの下に位置し、ビードに固定されず、かつタイヤの赤道面に対して１７°から２７°の範囲の左右のコード角度を有する。

「カーカス」は、プライ上のベルト構造、トレッド、アンダートレッド、およびサイドウォールゴムとは異なり、ビードを含むタイヤ構造を意味する。

「周方向」は、軸線方向に垂直な環状トレッドの表面の周囲に沿って延びるラインまたは方向を意味する。

「チェーファー」は、ビードの外側の周りに配置され、コードプライをリムから保護し、たわみをリムの上方に分散させ、タイヤを密封する材料の狭いストリップを指す。

「チッパ」は、タイヤのビード部に配置された補強構造を意味する。

「コード」は、タイヤ内のプライを構成する補強ストランドの１つを意味する。

「設計リム」は、規定された構成および幅を有するリムを意味する。この明細書では、設計リムおよび設計リム幅は、タイヤが製造される地域で有効な工業標準規格で規定されているものである。たとえば、米国では、設計リムはタイヤおよびリム協会（ＴＲＡ）によって規定されている。ヨーロッパでは、リムは欧州タイヤおよびリム技術機構（ＥＴＲＯＴ）の標準マニュアルで規定され、設計リムという用語は、標準寸法リムと同じである。日本では、標準化機構は日本自動車タイヤ協会である。

「赤道面（ＥＰ）」は、タイヤの回転軸に垂直であり、かつタイヤのトレッドの中心を通過する平面を意味する。

「フットプリント」は、速度が零で標準荷重および空気圧を受けたときにタイヤトレッドが平坦な表面と接触する接触部分または接触領域を意味する。

「インナーライナ」は、チューブレスタイヤの内面を製造し、かつタイヤ内に膨張流体を閉じ込める、エラストマまたは他の材料の１つまたは複数の層を意味する。

「ネット対グロス比」は、フットプリントの間に路面に接触するタイヤトレッドゴムを、溝などの非接触部分を含むフットプリント内のトレッドの面積で割った比を意味する。

「標準リム径」は、タイヤのビード部が位置する場所でのリムフランジの平均直径を意味する。

「標準空気圧」は、タイヤの使用条件についての然るべき標準化機構によって決められた特定の設計空気圧および荷重を指す。

「標準荷重」は、タイヤの使用条件についての然るべき標準化機構によって決められた特定の設計空気圧および荷重を指す。

「プライ」は、ゴムで被覆された互いに平行な複数のコードの連続層を意味する。

「半径方向の」および「半径方向に」は、タイヤの回転軸に半径方向に向かう方向またはタイヤの回転軸から半径方向に離れる方向を意味する。

「ラジアルプライタイヤ」は、ビードからビードへ延びるプライコードがタイヤの赤道面に対して６５°から９０°の間のコード角度で配置された、ベルトが巻かれるかまたは周方向に制限された空気入りタイヤを意味する。

「断面高さ（ＳＨ）」は、公称リム直径からタイヤの赤道面の所のタイヤの外径までの半径方向距離を意味する。

「断面幅（ＳＷ）」は、タイヤが荷重を受けずに標準空気圧で２４時間にわたって膨張させられているときとその後の、ラベル、装飾品、または保護バンドによるサイドウォールの高さを除く、タイヤの軸に平行な、タイヤのサイドウォールの外側間の最大線形距離を意味する

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

ゴムアプリケータ（ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）装置１００の第１の実施形態が図１〜１３に示されている。アプリケータ装置１００は、エラストマータイヤ構成部材を迅速にかつ効率的に製造する新規の方法および装置を提供する。アプリケータ装置１００は、タイヤ構成部材を未加硫ゴムの単一の連続的な巻かれたストリップまたは複数のストリップから迅速にかつ効率的に製造するのを可能にする。未加硫ゴムの連続的な１つまたは複数のストリップをタイヤ組立てドラムＡや環状コア（不図示）などのタイヤ組立て面上に直接貼り付けることができる。

図１に示されているように、アプリケータ装置１００は、支持フレーム１１０（図を明確にするために一部が取り除かされている）とゴムアプリケータサブ組立体２００とを含んでいる。支持フレーム１１０は、アプリケータ装置１００全体をＸ、Ｙ、およびＺ方向（不図示）に並進させる複数の支持レールをさらに含んでよい。

アプリケータ装置１００は、押出し成形機、歯車ポンプ、歯車ポンプ−押出し成形機、ゴムインジェクタ（不図示）などのゴム注入手段１０３に連結される取付けフランジ１０２を有している。本発明に使用するのに適した押出し成形機は、ドイツ、ミュンヘンのVMI AZ Formen und Maschienenbauによって製造されている。ゴム注入手段１０３から出たゴム、すなわちエラストマーは、遷移部材１２０に送り込まれる。図５に最もよく示されているように、遷移部材１２０は、入口端部１２２と出口端部１２４を有する内側流路１２６を有している。入口端部１２２は、出口端部１２４より広い面積を有し、したがって、漏斗状流路１２６の面積が狭くなっていくことが好ましい。流路１２６はまた、下向きに傾斜しており（角度θ）、ここで、θはＹ軸に対して約１２０°から約１６５°、より典型的には約１３５°〜１５０°の範囲にある。遷移部材１２０の出口端部１２４は、Ｚ軸の周りを回転する、回転可能に取り付けられたアプリケータヘッド１３０に連結されている。アプリケータヘッド１３０は、中心位置から約３６０°、より典型的には約＋／−１５０°の範囲で回転することができる。

回転可能なアプリケータヘッド１３０は、漏斗状流路１２６と流体連通している内側流路１３２をさらに有している。流路１３２は、アプリケータヘッド１３０の回転軸、すなわちＺ軸にほぼ揃えられた第１の部分１３３を有している。押出し成形機から遷移部材１２０の入口端部１２２までのゴム流またはエラストマー流は主としてＹ方向を向いている。したがって、内側流路１２６、１３２内を流れるゴム、すなわちエラストマー材料は、主としてＹ軸に沿った流れから、回転軸に平行な第２の方向への流れ、たとえば、Ｚ軸に沿った流れに移り、その後回転可能なアプリケータ入口１３４に入る。ゴム材料が回転可能なアプリケータヘッド１３０に入る前に方向を変えるので、流れはアプリケータヘッド１３０の回転の影響をずっと受けない。ゴム、すなわちエラストマーは形状を記憶するため、回転の前にゴム材料の方向を変えることで、材料がカールしたり、あるいは他の点で望ましくない非一様な流れを有するのが防止される。

アプリケータ流路１３２は、面積がアプリケータノズル１５０へ向かって小さくなる第２の部分１３６をさらに有している。アプリケータ流路１３２はまた傾斜しており、Ｙ軸に対して約１２０°〜１５０°の範囲、より典型的には約１３５°の角度αをなしている。険しい傾斜の１つの流路（約９０°）ではなく傾斜した２つの流路１２６、１３５を使用することによって、流れ抵抗が小さく、その結果より効率的なシステムが得られる。さらに、面積が小さくなる流路を使用することで、システムの効率がさらに向上し、ゴム流をシステムから押し出すのに必要なエネルギーが少なくなる。

アプリケータ流路の出口端部はノズル１５０の入口と流体連通している。ノズル１５０は、図６〜７に最もよく示されているように、１つまたは２つ以上の傾斜面１５２、１５４、１５６、１５８を有する概ね円筒形の外形を有している。しかし、以下に詳しく説明するように、他のノズル形状を本発明で使用してもよい。内側流路１６０は、ノズル１５０の出口オリフィス１６２に向かって面積が小さくなっていく。ノズル流路１６０は、長さ／直径比が２〜１５、好ましくは約５〜７、より好ましくは約６〜７である。ノズル流路１６０は任意に、流れ方向を横切る傾斜した縁部の形をした流れ絞り１６５を含んでよい。流れ絞り１６５はノズル１５０の内側の中心に位置し、ノズル１５０の中心にあるゴム流の速度を小さくし、ノズル１５０の最外部の所のゴムの速度を大きくするように働くことが好ましい。この機能は、ゴムのうねり（ｓｗｅｌｌ）を低減する働きをする。流れ絞り１６５の後にある内側流路１６０は、短い管１６８になっている。ノズル１５０の出口オリフィス１６２は台形を有するように示されているが、それらに限られず、方形、矩形、三角形などでの他の形状を使用してよい。ノズルオリフィス１６２から出るゴムストリップの幅は通常、約１５ｍｍであるが、約５ｍｍから約３０ｍｍの範囲にあってよい。ノズル１５０は任意に、外部または内部ヒータ（不図示）を使用して、約−１８℃から約１１０℃（約０°Ｆから約２３０°Ｆ）の範囲、好ましくは約−１８℃から約９３℃（約０°Ｆから約２００°Ｆ）の範囲の温度に加熱されてよい。

ノズル１５０は、たとえば図１４〜１６に示されているような他の外側形状を有してもよい。図１４は、面取りされた縁部１７２と台形オリフィス１７４を有する概ね円筒形のノズル１７０を示している。図１５および１６は、側端部１７８が丸められている点を除いて図１４のノズルと形状が類似しているノズル１７６、１８０を示している。

図１３に示されているように、ノズル１５０は、タイヤ組立てドラムＡ、コア（不図示）、または他の貼付け面に対して、通常約０°から９０°の範囲、より典型的には約３５°〜９０°の範囲の角度βの方向を向いている。ノズル１５０から出たゴムが貼付け面に対して約９０°の方向を向いていることが好ましいが、βは約３５°〜９０°の範囲であってよい。

ノズル１５０にはオプションの舌状体組立体３００が隣接している。舌状体組立体３００は、アプリケータ装置１００に回転可能に取り付けられた二股端部３１２を有するフレーム３１０に回転可能に取り付けられている。さらに、舌状体組立体３００をアプリケータ面に押し当てると共に、衝撃吸収または減衰機能を有する二重油圧または空気圧シリンダ３２０が、舌状体支持フレーム３１０に取り付けられている。舌状体３００は、支持フレーム１１０上にばねで取り付けてもよい。シリンダ３２０は、舌状体３００が、ドラムの振れ（ｒｕｎｏｕｔ）が生じるかまたは表面に凹凸があるために重要であるドラムの上で「浮いた状態になる」のを可能にする。舌状体押し当て圧力は可変であってよく、約０ｐｓｉから約１００ｐｓｉの範囲であってよい。図９〜１２に示されている舌状体３００は、丸められた縁部を含む全体的に外側が凸状の表面３０３と、アプリケータ面に当たる面取りされたリップ３３０とを有している。舌状体３００は、平坦な表面、凸状の外面または丸い外面、凹状の表面のような他の形状を有してもよい。

舌状体組立体は、外面を好ましくは約９３℃から約２０４℃（約２００°Ｆから約４００°Ｆ）の範囲、より好ましくは約１７７℃から約２０４℃（約３５０°Ｆから約４００°Ｆ）の範囲で加熱する複数の内部ヒータを有している。したがって、舌状体３００は、堆積したばかりのゴムを平滑にして塗りつけ、隣接するゴムストリップを溶融させて混合し均質な塊にするホットナイフ（ｈｏｔ ｋｎｉｆｅ）として働く。舌状体３００の温度が高くなっても、舌状体３００がゴム上に滞留する時間が短いため、ゴムの硬化がこれによって影響を受けることはない。舌状体組立体は、エアポケットを平滑にする、舌状体３００がドラムに当たることによるステッチャ機能も有する。舌状体３００の外面は、製造済みの構成部材を形製造するのをも助ける。

以下の工程では、サイドウォール、チェーファー（ｃｈａｆｅｒ）、ライナー、またはその他のエラストマー物品などのタイヤ構成部材の製造について記述する。ゴムまたはエラストマーは、インジェクタ、歯車ポンプ、押出し成形機、それらの組合せなどの注入手段１０３に送られる。押出し物は次にアプリケータヘッド１００に入る。アプリケータヘッド１００内で、エラストマー材料は、第１の静止流路、遷移流路、次に第２の流路を通して送られる。第１の流路は固定されており、一方、遷移流路および第２の流路は、回転可能なヘッド１３０に収容されている。各流路は、入口端部から出口端部へと面積が小さくなり、下向きに傾斜しており、重力を利用している。第１の流路と第２の流路との間に短い垂直な遷移流路がある。この短い遷移流路内を、押出し物は垂直方向に流れる。この構成の利点は、回転可能なヘッド１３０がゴムの流体力学特性に影響を与えずにピボット運動できることである。この流れは第２の流路を出てノズル１５０に入る。ノズル１５０は、徐々に小さくなる面積と流れ絞り１６５とを有している。ノズル１５０は、タイヤ組立て面またはコアに対してある角度の方向を向いている。ノズル組立体は、ゴムを正確に組立て面に貼り付けるために、互いに別れた割出し位置において３つの方向に並進ことができる。支持面は、環状コアであっても、円筒形タイヤ組立てドラムであっても、あるいは他の任意の所望の形状であってもよい。ストリップを環状の表面に貼り付けることの主要な利点は、完成した部品が、ストリップが最初に製造された状態から向きを変える必要なしに、グリーン未硬化状態で、成形するのに適切な向きに正確に位置させられることである。

押出し物は、ノズル１５０の出口オリフィスの所望の形状を有するストリップ形態でノズル１５０を出る。ドラムまたはトロイドをアプリケータ面として使用する場合、ドラム１５０またはコアが回転するにつれて、連続的な環状のストリップを製造することができる。ノズル１５０は、構成部材の所望の形状を製造するように軸線方向に割り出すことができる。ノズル１５０は、ノズル１５０の移動、したがって、複数のストリップ層の移動によって所望のタイヤ構成部材の形状が決定される制御システムによって制御することができる。

加熱されるのが好ましいオプションの舌状体がノズル１５０に隣接して位置している。舌状体は、ノズル１５０の近くでフレーム１１０に回転可能に取り付けられている。舌状体組立体は、ドラムの直径の変動（ドラムの振れ）に応答して舌状体の運動を減衰させる空気圧シリンダや油圧シリンダなどの減衰装置に連結することもできる。舌状体組立体は、固体の一体的な塊を製造するためにストリップを平滑にし、圧縮しつつ、舌状体が隣接するゴムストリップを加熱するような温度に加熱されることが好ましい。

作られた各構成部材の形状は、断面厚さがエイペックスの先端と同様に非常に薄くなるかまたはビードコアの近くで厚くなるように変えることができる。さらに、形状全体を、ライナー構成部材と同様に薄くすることができる。ノズルおよび／または舌状体組立体は、連結されて多数の方向に移動することができ、多数の自由度は、ノズル／舌状体組立体が、材料が広げられるにつれて平坦な、凸状の、または凹状の湾曲部を製造することを可能にする。さらに、高い自由度は、サイドウォールなどの構成部材を組み立てるのを可能にする。注意すべき重要なことは、本発明のこの技術を使用してこれらのタイヤ構成部材のうちのいくつかまたはすべてを製造することができることである。タイヤ製造業者は、この技術を使用してどの構成部材を最も効率的に製造できるかを選択するだけでよい。

本発明のゴムアプリケータ装置の側面斜視図である。 図１のゴムアプリケータ装置の背面斜視図である。 二点鎖線のタイヤ組立体装置と一緒に示された、図１の装置の一部の側面図である。 図１のゴムアプリケータ装置の正面図である。 ゴムアプリケータ装置の、図４の方向５−５に沿った断面図である。 ノズルの斜視図である。 方向７−７における図６のノズルの断面図である。 舌状体組立体の側面図である。 舌状体組立体の正面図である。 舌状体組立体の側面図である。 舌状体組立体の背面図である。 舌状体組立体の上面図である。 ゴムアプリケータ装置および舌状体組立体がタイヤ組立てドラムにゴムを貼り付ける様子を示す側面図である。 他のノズル組立体の斜視図である。 他のノズル組立体の斜視図である。 他のノズル組立体の斜視図である。

符号の説明

１００ ゴムアプリケータ装置
１０２ 取付けフランジ
１０３ ゴム注入手段
１１０ 支持フレーム
１２０ 遷移部材
１２２ 入口端部
１２４ 出口端部
１２６ 漏斗型流路
１３０ アプリケータヘッド
１３２ 内側流路
１３６ 第２の部分
１５０ ノズル
１５２、１５４、１５６、１５８ 傾斜面
１６０ 内部流路
１６５ 流れ絞り
１７０、１７６ ノズル
１７２ 面取りされた縁部
１７４ オリフィス
１７８ 側端部
２００ ゴムアプリケータ部分組立体
３００ 舌状体組立体
３１０ フレーム
３１２ 二股端部
３２０ 油圧または空気圧シリンダ
３３０ リップ

Claims (4)

1. ノズルに接続された回転アプリケータヘッドと、歯車ポンプと流体連絡された第１の端部と前記回転アプリケータヘッドの第１の流路と流体連絡された第２の端部を有する内部流路を備えた非回転部分とを有し、前記第１の端部に入るエラストマー材料の流れが、前記歯車ポンプの長手方向軸であるＹ軸に平行である、装置を設けるステップを有する、エラストマータイヤ構成部材を製造する方法であって、
   前記回転アプリケータヘッドは、該回転アプリケータヘッドの回転軸で、前記Ｙ軸に直交するＺ軸の周りに回転可能であり、前記第１の流路は前記Ｚ軸にほぼ揃えられ、前記回転アプリケータヘッドは、前記Ｙ軸に対して角度αをなし、かつ前記ノズルと流体連絡した第２の流路を有し、前記αは、前記Ｙ軸に対して１２０度から１５０度の範囲にあり、
   エラストマー材料のストリップを、前記内部流路を通り、前記第１および第２の流路に入り、前記ノズルの出口を通って表面上に送り込み、
   前記装置は、前記アプリケータヘッドに回転可能に取り付けられ、かつ前記ノズルに隣接して位置し、エラストマー材料の前記ストリップを前記表面に対して圧縮する舌状体組立て体をさらに有する、
   エラストマータイヤ構成部材を製造する方法。
2. 前記エラストマー材料を前記舌状体組立て体の前記外側表面によって同時に圧縮および加熱し、前記外側表面を、約９３℃〜２０４℃の範囲の温度に加熱する、請求項１に記載の、エラストマータイヤ構成部材を製造する方法。
3. 前記表面が回転ドラムである、請求項１に記載の、エラストマータイヤ構成部材を製造する方法。
4. 前記舌状体組立体が、該舌状体組立体に加えられた衝撃を吸収または減衰させる減衰装置に接続されている、請求項１に記載の、エラストマータイヤ構成部材を製造する方法。

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