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。