JP5091349B2 - 硬化用ピン材料の最適化 - Google Patents

Description

本発明は、ゴム物品の硬化分野、詳細には、非一様なゴム物品、例えばタイヤ及びタイヤのトレッドの硬化分野に関する。

ゴム物品、例えばタイヤは、長年にわたり、プレスを用いて加硫され又は硬化されており、このプレスでは、熱を外部からタイヤ金型中に加えると共に物品を加硫させる或る特定の長さの時間にわたり硬化用ブラダ（袋）又は他の装置によって内部から加える。タイヤ用のプレスは、この技術分野において周知であり、一般に、シェーピング及び硬化機構体を備えた分離可能な金型半部又は部分（セグメント化金型部分を含む）を採用すると共にタイヤの硬化のためにシェーピング、加熱及び冷却用流体又は媒体が導入されるブラダを利用している。上述の硬化用プレスは、典型的には、機械式タイマ又はプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）によって制御され、このＰＬＣは、プレスを種々のステップにわたってサイクル動作させ、このステップ中、タイヤをシェーピングし、加熱し、そして幾つかのプロセスでは冷却し、その後プレスから取り出す。硬化プロセス中、タイヤにタイヤの最も一様ではない部分の十分な硬化をもたらすようあらかじめ設定された期間にわたり高い圧力及び高い温度を加える。硬化プロセスは、通常、プレスの外部での完了まで続く。

ゴム研究者は、ゴム物品の各部分を満足の行くほど硬化させる期間を予測できるかどうかという課題に直面しており、このような期間がいったん確立されると、物品をその期間にわたって加熱する。これは、比較的薄く且つ一様な幾何学的形状及び／又は全体的にほぼ同じ組成を有するゴム物品を硬化させる上で比較的容易なプロセスである。こうした状況ではない場合、タイヤのような複雑な物品を硬化させることは、極めて困難なプロセスである。これは、大型タイヤ、例えばトラック用タイヤ、オフロード車用タイヤ、農業車両用タイヤ、飛行機用タイヤ及びアースムーバ用タイヤを硬化させる場合には特にそうである。これら形式のタイヤにおける硬化の状態及び程度は、タイヤの部品ごとの幾何学的形状のばらつきだけでなく、組成の変化及び積層構造によっても影響を受ける。時間制御方法を用いて数百万本のタイヤを硬化させていたが、タイヤの組成及び幾何学的形状のばらつきにより、タイヤの幾つかの部分は硬化度が他の部分よりも高い傾向がある。硬化させるのが最も困難な部分を硬化させるための期間を設定することにより、幾つかの部分の過剰硬化が生じる場合があり、加硫機械に関する生産時間が無駄になると共に生産効率が低下する。

一様な加熱を厚手のゴム物品に提供するために硬化用プレスの種々の設計及び種々の硬化方法が提案された。これらの幾つかの方法は、様々な金型の構成材料、断熱材、タイヤの幾つかの部分についての様々な組成、多数の硬化ゾーンを用いて、熱を長い時間にわたって加えることができるようにし、又はゴム物品の最も厚い又は最も複雑な部分に、より多くの熱を差し向ける方法が存在する。しかしながら、上述の方法及び装置のうちで完全に満足の行くものはなく、しかも時間制御は、非一様な厚手のゴム物品を硬化させる典型的な方法のままである。このため、タイヤ製造業界は、一様に硬化されたタイヤを短期間で製造する課題に直面している。

本発明は、ゴム物品、特に非一様なゴム物品、例えばタイヤ又はタイヤのトレッドを硬化させる改良方法に関する。この方法は、熱を物品の制限部分まで物品中に伝える金型内の場所に配置される少なくとも１本の高い温度拡散率のピンを用いる。この方法の利用の結果として、物品についての硬化時間が非常に短くなると共にゴム物品の一様な硬化状態が得られる。ピンの使用の結果として、基本的には物品中にピンホールとして見える小さな孔が作られ、ピンは、これら孔を通って物品中に突き出る。これら孔は小さいので、これら孔は、物品の相対的な機能及び性能を変えることはない。

従来型硬化用金型及びプレスを採用することができる。ゴム物品の硬化制限部分に熱を差し向けるよう設けられた金型内の少なくとも１つの位置に配置される少なくとも１本の高温度拡散率ピンを追加することにより従来型金型が改造され又は新規な金型が作られる。金型及び硬化用装置は、全体として、僅かな変更が加えられるに過ぎず、ゴム物品の組成は、変化せず又は調節されない。最高２０％以上の金型内における全硬化時間の短縮が達成され、それにより高価な金型及び硬化用プレスを追加しないで生産率が高くなる。

ピンの構成材料を試験するために用いられるアルミニウム金型（１４，１６）を示す図であり、ピンの配設場所（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）が金型（１４）の頂部上に位置している状態を示す図である。 ゴムブロック（１５）中のピン（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）の配設場所及びブロック中の種々の位置のところの温度を記録するためのゴムブロック（１５）中の熱電対（５〜１１）の配設場所を示す図である。 互いに異なる材料で作られたピンを用いる場合にピンから所与の距離を置いたところのゴムブロック中の温度に達するまでの時間を示す図である。 互いに異なる材料で作られたピンを用いた場合にピンから種々の距離を置いたところでゴムブロック中のアルファ＝０．９の硬化状態に達するまでの時間の短縮度を示す図である。 タイヤの非一様性を示す典型的なタイヤ用トラックショルダ領域の部分斜視図である。 従来型時間制御方法を利用してタイヤを硬化した場合の図５のトラック用タイヤの輪郭形状のショルダ中の温度分布状態図である。 高さが約２２ｍｍの多数本のピン（１０００）を含むよう改造されたタイヤのショルダ領域のための金型部分を示す図であり、ショルダのところに側方溝を形成する金型部分の高さが約２４ｍｍ（６１０）であることを表す図である。 降伏強さが高く且つ温度拡散率が低い材料のシース（１０１０）によって少なくとも側部が包み込まれた高い温度拡散率材料のコア（１０２０）を有する断面図である。 ピンを用いて硬化された場合のトラック用タイヤのトレッドの外観図であり、ピンホール（５０）がショルダブロック（７０）に容易に見える図である。 溝（６０）及びピンホール（５０）の断面図であり、各々の相対的深さを示す図である。

ゴム物品、特に非一様なゴム物品、例えばタイヤ又はタイヤのトレッドを硬化させるプロセスにおいて、課題は、十分な量の熱エネルギーをゴム物品の硬化制限部分に与えてこれら部分の実質的な硬化を生じさせ、この場合、物品の他の部分を過剰に硬化させず、そして、生産的且つ時間効率の良い仕方でこのような硬化を行わせる硬化方法を提供することにある。

本発明の方法は、金型内における硬化時間の最高２０％以上の短縮をもたらすよう金型の表面から突き出てゴム物品の硬化制限部分中に侵入する高温度拡散率材料で作られた１本又は２本以上のピンを用いる。

ピンは、高温度拡散率材料で作られる。この材料の温度拡散率値は、「熱伝導率÷（密度×比熱）」として定義される。ピンの構成材料の温度拡散率値は、４×１０^-5ｍ²／ｓ（１秒当たりの平方メートル）以上である。高温度拡散率値を持つ材料の例は、銀、金、銅、マグネシウム、アルミニウム、タングステン、モリブデン、ベリリウム及び亜鉛である。これら金属の合金も又、このような合金の温度拡散率値が４×１０^-5ｍ²／ｓ以上である限り使用できる。

ピンは、ゴム物品用の金型に用いられ、高い圧力、高い熱及び高い水分を受けるので、ピンは、特に硬化中、金型又はゴム物品及びその成分と反応しないように選択されなければならない。このことは、ピンの構成材料が（ａ）金型の構成材料と適合性があり、ピンと金型のインターフェイスのところに酸化又は電解腐食を生じさせず、しかも（ｂ）特にタイヤ用金型に見受けられるような高温多湿環境においてゴム及びその成分と反応しないことが必要であることを意味している。それ故、幾つかの状況において、温度拡散率の高い材料、例えば実質的に純粋な銅、マグネシウム及び亜鉛は、ピンの構成材料として最適な選択肢ではない場合がある。というのは、これら材料は、未硬化状態の物品及びその成分と反応する場合があるからである。しかしながら、高温度拡散率材料がゴム物品及びその成分と反応可能である場合であっても、このような材料が非反応性材料、例えばステンレス鋼のシース内に完全に包み込まれる場合にはこのような反応性材料は、依然としてピンの構成材料として使用できる。非反応性シースは、反応性の高温度拡散率材料コアをゴム物品及びその成分から遮蔽し、しかもこの場合にも、硬化時間の短縮を可能にする。

また、幾つかの状況において、高温度拡散率材料、例えば、銀、金、マグネシウム、モリブテン及びベリリウムは、ピンの構成材料として最適な選択肢ではない場合がある。というのは、これら材料で作られたピンは、高温度拡散率材料の低降伏強さ又は脆性に起因して成形及び脱型圧力に耐えることができない場合があるからである。しかしながら、低降伏強さ又は脆弱な高温度拡散率材料は、このような材料が高い降伏強さの機械的に弾性の材料、例えばスチールのシースで完全に包み込まれ又はその側部が包み込まれる場合にはピンの構成材料として使用できる。シースは、高温度拡散率材料コアを支持すると共にこのようなシースにより、このコアは、成形及び脱型力に耐えることができる。

さらに、高温度拡散率材料の化学的及び機械的性質にもかかわらず、高温度拡散率材料を低温度拡散率、即ち７×１０^-6ｍ²／ｓ未満の温度拡散率を有する材料で作られたシースで包み込むことは、有利な場合がある。このような材料の例としては、チタン、クロム鋼（Ｃｒ２０％）、ニッケルクロム合金、ステンレス鋼が挙げられる。非金属、例えばセラミックも又適している場合がある。このやり方では、ピンの頂部ではなくその側部にのみシースを施すことが有利である。低温度拡散率シースは、断熱材としての役目を果たし、ピンの側部からの熱の損失を減少させると共にピンの頂部のところ及び物品の硬化制限部分への熱伝達を向上させる。図７Ｂは、高温度拡散率材料、例えばアルミニウム合金で作られ、側部が高い降伏強さの低い温度拡散熱材料、例えばステンレス鋼で包み込まれたコアを備えたピンを示している。

シースにより包み込まれた高温度拡散率材料で作られたコアを有するピンは、シースとして用いられている材料に穴をあけ、この穴に高温度拡散率材料を充填することによって製造できる。また、高温度拡散率コアを機械加工し又は違ったやり方で成形し、次にシース構成材料の管中に押し込んでピンを形成するのが良い。さらに、高温度拡散率材料コアを電気めっき又は他の手段によりシース材料で被覆することによりピンを製造することができる。

ゴム物品中の反応性成分及び金型内における機械的力が懸念されるので、より好ましい高い温度拡散率材料は、タングステン及びアルミニウム合金である。より好ましいシース構成材料は、高い降伏強さ、非反応性及び低温度拡散率の組み合わせによりステンレス鋼である。

高温度拡散率温度のうちの１本又は２本以上を例えばこれらピンを金型の内面に溶接し、金型に穴をあけ、そしてピンを金型中に差し込んでこれが金型の表面から外方に突き出るようにすることにより公知の仕方で金型に追加するのが良く又はピンを新規な金型の一部として作るのが良い。ピンは又、金型に設けられた穴の中に配置されてピン先端部が金型の内面の近くに位置する箇所に維持可能であり、金型を閉鎖した後、ピンを圧力又は機械的手段、例えばピストンによってゴム物品中に挿入することができる。

ピンは、任意の断面形状のものであって良く、例えば、丸形、正方形、三角形、六角形、八角形、長方形又は楕円形である。ピンをこれらの名目上の“ｘ‐ｙ”幾何学（即ち、２つの寸法“ｘ及びｙ”方向の平面におけるピンの形状）の観点で考えることができる。水平“ｘ及びｙ”平面寸法形状が実質的に対称である場合（即ち、“ｘ及びｙ”寸法がほぼ等しい場合）、ピンは、基本的に丸形であり、正方形であり、六角形であり、八角形等である。ピンが非対称の形状のものである場合（即ち、“ｘ及びｙ”寸法が実質的に異なる場合）、ピンは、基本的に長方形、楕円形等である。

金型の内面のところのピンの断面積は、作用を受ける部分、例えばタイヤブロック（又はリブ）の約０．１％〜約１．０％である。ピンを物品から取り出すと、小さな孔が物品の表面上に生じ、この孔は、ピンのサイズに一致している。２本以上のピンが用いられる場合、ピンの全ての断面積の合計は、依然として、作用を受ける部分、例えばタイヤブロック又はリブの全表面積の約０．１％〜約１．０％である。

ピンに対する上述の断面積の制限を例示するため、ブロック型トレッドパターンを有するトラック用タイヤは、約９００ｍｍ²（即ち、約３０ｍｍ×３０ｍｍ）〜約５６２５ｍｍ²（即ち、７５ｍｍ×７５ｍｍ）のトレッドブロックに関して典型的な公称表面積を有する。この場合、断面積がトレッドブロックの表面積の約０．１％〜約１．０％である単一のピンは、約１ｍｍ〜約７ｍｍのピンに関する“ｘ及び／又はｙ”寸法を有するのが良い。多数本のピンが用いられる場合、ピンの断面積の合計は、依然として、作用を受けるトレッドブロックの表面積の約０．１％〜約１．０％でなければならない。それ故、６本のピンが１つのブロックについて用いられる場合、各ピンに関する“ｘ及び／又はｙ”寸法は、約１ｍｍ〜約３ｍｍである。

垂直“ｚ”寸法方向（即ち、作用を受けているゴム物品の部分中への方向）におけるピンの長さは、これらピンが作用を受ける物品の部分の全厚の約２５％〜約６０％にわたり物品中に延びるようなものである。

タイヤのトレッドに関し、トレッドの全厚の約２５％〜約５０％だけタイヤブロック中に突き出るような“ｚ”寸法を有する１本又は２本以上のピンを用いることが効率的である。それ故、全厚が２８ｍｍである典型的なトレッドキャップの場合、ピンは、約７ｍｍ〜約１４ｍｍの“ｚ”寸法（長さ）を有することになる。

タイヤの場合、トレッド深さの約２５％〜約１１０％、特にトレッド深さの約５０％〜約９０％にわたって延びる“ｚ”寸法を備えた１本又は２本以上のピンを用いることが効率的である。例えば、公称トレッド深さが約２６ｍｍの典型的なトラック用タイヤの場合、ピンの“ｚ”寸法（長さ）は、約５ｍｍ〜約２８ｍｍ、好ましくは約１３ｍｍ〜約２４ｍｍである。

“ｚ”寸法のピンは、“ｘ及びｙ”寸法方向に垂直に物品中に突き出ても良く又はこれを傾けても良い。ピンは又、頂部又は底部のところがテーパしていても良く或いは“ｚ”方向に、マッシュルーム形状のように頂部のところが「ステップダウン」又は丸形の「ヘッド」を示す形状を有しても良い。

金型の内面のところに大きな断面積を有する（即ち、作用を受ける部分の表面積の約０．５％〜約１．０％である）１本のピンを用いる場合よりも、各々が金型の内面のところに小さな断面積を有する（即ち、各断面積が作用を受ける部分の表面積の約０．１％〜約０．４％である）２本以上のピンを用いることが好ましい場合がある。これは、大きな断面積のピンを用いることにより、ブロックの表面の孔がデブリを集めるのに十分大きいままである場合又はブロック設計とは逆のリブ設計を備えたタイヤを硬化させる場合にそうであるのが良い。２本以上のピンが所与の部分に作用するよう用いられる場合、これらピンをピンの平均寸法の約５倍の距離だけ互いに離隔させることが好ましい。それ故、典型的なトラック用タイヤトレッドブロックの場合、３ｍｍピン相互間の距離は、約１５ｍｍであろう。非常に大型のタイヤ、例えばアースムーバ用タイヤを硬化させる場合、大きな寸法の２本以上のピンを用いることが実用的である場合がある。

タイヤのブロックの表面積及び剛性に対するピンの使用の影響
上述したように、タイヤリブ又はトレッドブロック中へのピンの突き出しにより、リブ又はブロックの表面に孔が生じる。タイヤの機能及び性能に対するピンの使用の影響を最小限に抑えるため、１本のピン又は多数本のピンが作用するタイヤリブ又はトレッドブロックの全表面積の減少度は、作用を受けるトレッドブロック又はリブの表面積の約０．１％〜約１％、好ましくは約０．１％〜約０．５％である。

さらに、タイヤがその意図した仕方で機能するようにするためには、タイヤトレッドブロック又はリブの剛性をピンにより生じる孔によっては実質的に劣化させないようにすべきである。タイヤトレッドに関し、このことは、トレッドブロックがピンの使用後に、ピンが用いられなかった場合の剛性とほぼ同じ剛性を維持すべきであることを意味している。剛性の変化は、ピンの使用により生じる作用を受けた部分のパーセント体積減少度に関連している。本発明の場合、ピンのうちの１本又は２本以上の使用により、トレッドブロックの計算された剛性の全減少度が６％以下、好ましくは２％以下であるようにすべきである。

ピンにより生じる剛性の減少率は、「ピンにより作られた孔の容積」を「ピンの作用を受けた物品の部分の全体積」で除算するという公式によって計算される。

剛性の計算をタイヤトレッドブロックに適用する場合、乗数が使用されていた。乗数値は、深さ１〜５ｍｍの第１の増分について“１”であり、深さ５ｍｍを超えて１０ｍｍまでの第２の増分については“２”であり、深さ１０ｍｍを超えて１５ｍｍまでの第３の増分については“４”であり、深さ１５ｍｍを超える任意他の増分については“８”であった。

２つ以上の増分が関与する場合（これは、長いピンに関する場合である）、各増分について剛性を計算し、得られた値を加えて剛性の全減少度が得られるようにする。例えば、トレッドブロック中に１４ｍｍだけ突き出た円筒形ピンが用いられる場合、これにより後には、ピンの直径及び長さに対応した円筒形の穴がブロックに残る。したがって、剛性の計算は、最初の５ｍｍ増分で孔の容積について行われ、乗数は、“１”である。第２の５ｍｍ増分の場合、別の剛性の計算を第２の増分で孔の容積について行い、乗数は、“２”である。最後の４ｍｍ増分の場合、別の剛性計算をこの増分について行い、乗数は、“４”である。次に、３つの計算結果を互いに加えると、ピンにより生じた剛性の全減少度が得られる。２本以上のピンが用いられる場合、各ピンについて剛性の計算を行う。次に、計算結果を互いに加えると、減少度に関する値の合計が得られる。同じプロセスをピンに関する形状の全てについて用いる。

典型的なトラック用タイヤ（図５参照）に用いられるピンは、約１４ｍｍ〜約２９ｍｍ（トレッド深さの５０％〜約１１０％）の様々な長さを有すると共に約２ｍｍ〜約４ｍｍの様々な直径を有することができる。

典型的なトラック用タイヤのトレッドブロックの公称表面積は、約４２００ｍｍ²である。それ故、ピンにより生じるトレッドブロックの表面積の減少度の計算値は、約０．１％〜約０．７％であり、ピンにより生じるトレッドブロックの剛性の減少度の計算値は、約０．２％〜約６．０％である。種々のサイズのピンに関する計算結果が以下の表にまとめられている。

〔表１〕
表１．ピンが種々の寸法を有する場合の剛性及び表面積の計算の概要
場 合 ブロックの剛性の減少度 ブロックの表面積の減少度
Ａ）基本の場合
ピンなし ‐‐ ‐‐
Ｂ）直径２ｍｍの１本のピン
１）長さ１４ｍｍ ０．３％ ０．１％
２）長さ１８ｍｍ ０．８％ ０．１％
３）長さ２２ｍｍ １．０％ ０．１％
４）長さ２６ｍｍ １．２％ ０．１％
５）長さ２９ｍｍ １．２％ ０．１％
Ｃ）直径４ｍｍ長さ２６ｍｍ
の１本のピン ５．５％ ０．４％
Ｄ）直径２ｍｍ長さ１４ｍｍ
の８本のピン ２．１％ ０．７％

その目的は、互いの性能又は機能をそれほど劣化させないでプレス内における硬化時間を短縮することにある。それ故、ピンの寸法は、表面積の減少度を１％未満に保ち、剛性の減少度の計算値を６％未満に保つよう選択される。

高い温度拡散率ピンを別個独立に加熱するのが良い。このことは、ピンを金型からの熱伝導によりピンに伝達された熱に加えてそれ自体加熱するのが良いことを意味している。ピンの別個独立の加熱は、金型内における硬化時間を更に短縮することができる。ピンを別個独立に加熱する実用的な仕方は、電気抵抗の使用を含む。ピンの加熱は、物品の硬化中に続行するのが良い。ピンを硬化のために選択された金型温度の最高約１１０％までの温度まで別個独立に加熱するのが良い。タイヤ及びタイヤトレッドの場合、通常、ピンをタイヤ又はトレッドの硬化温度に応じて、約１１０℃〜約１７０℃に加熱する。

それ故、本発明の方法により、所望の硬化結果を最適化するために、高温度拡散率ピンの“ｘ”、“ｙ”及び“ｚ”寸法並びにピンの形状及び本数を選択する際に実施者に融通性を与えることができるということは、容易に明らかである。

ゴム物品の“硬化制限”部品の所在場所の突き止め
従来型金型を用いた硬化方法では、ゴム物品の全ての部分に生じる熱伝達速度の分析を行うのが良い。しかしながら、これが分かったとしても、物品を硬化させるための全硬化期間は、伝統的には、ゴム物品の“硬化制限”部品を硬化させるのに要する時間によって決まる。“硬化制限”部品は、硬化するのに最も長い時間を有する物品の部分を意味している。それ故、伝統的な方法を用いて、金型内における全硬化期間は、硬化制限部品を硬化するために設定され、その結果、硬化時間が長くなると共に硬化用装置の使用が非効率的になる。また、物品の他の部分を過剰硬化させないよう注意しなければならず、その結果、これら過剰硬化部分のところでの物品の性能が低下する。

硬化中に生じる熱伝達量を求める一方法は、ゴム物品を成型し、熱電対を物品内に配置し、硬化プロセス中における温度分布状態を記録することである。これにより、低温の部分、即ち、物品の“硬化制限”部品を識別される。温度分布状態を知ることにより、化学反応速度論を用いて物品全体における硬化状態を求めることができる。

別の方法は、有限要素分析法（ＦＥＡ）を用いてゴム物品の硬化制限部分を識別することであり、このＦＥＡは、外部からの荷重（即ち、熱負荷）を受け、結果について分析される物品のコンピュータモデルを用いる。熱伝達分析は、物品の熱力学をモデル化する。ＦＥＡ分析法を用いた一例がジェイン・トング等（Jain Tong et al.），「ファイナイト・エレメント・アナリシス・オブ・タイヤ・キュアリング・プロセス（Finite Element Analysis of Tire Curing Process）」，ジャーナル・オブ・レインフォースド・プラスチックス・アンド・コンポジッツ（Journal of Reinforced Plastics and Composites），２００３年，第２２巻，第１１号，ｐ．９８３−１００２に見受けられる。

硬化状態
アルファは、ゴムコンパウンドに関する硬化状態の測度である。これは、以下の方程式によって与えられる。

〔数１〕
アルファ＝（硬化時間）／ｔ９９
上式において、ｔ９９は、レオメータ曲線によって示されているようなトルクで測定された曲線の９９％の完了に要する時間である。ASTM D2084及びISO 3417は、振動形レオメータを用いてゴムコンパウンドについて硬化時間（硬化の開始について時刻ｔ０、硬化の９９％完了については時刻ｔ９９）を測定する仕方を記載している。これら規格を参照により引用し、これらの内容を本明細書の一部とする。

本発明の方法は、非一様なゴム物品の硬化に特に利用できる。というのは、これらゴム物品は、典型的には、硬化制限部分を有しているからである。

「非一様な」という表現は、（ａ）物品の厚さ、特に、物品の幾何学的厚さの変化、（ｂ）物品の材料組成上のばらつき、（ｃ）物品中の積層構造の存在及び／又は（ｄ）上述の全て（ａ）〜（ｃ）を意味している。典型的な大型タイヤ、例えばトラック用タイヤ、オフロード車用タイヤ、農業車両用タイヤ、飛行機用タイヤ又はアースムーバ用タイヤは、非一様なゴム物品の良好な例である。しかしながら、どのような非一様なゴム物品であっても、例えばホース、ベルト、振動マウント、バンパ等を本発明の方法を用いて効果的に硬化させることができる。

本発明の好ましい実施形態は、タイヤのトレッドを硬化させる方法である。この方法は、（ａ）未硬化タイヤを金型内に配置するステップと、（ｂ）１本又は２本以上の高い温度拡散率ピンをトレッドの１つ又は２つ以上の硬化制限部分中にトレッドの全厚の約２５％〜約６０％の深さまで挿入するステップと、（ｃ）タイヤが規定された硬化状態に達するまで、熱を金型及びピンに加えるステップと、（ｄ）１本又は２本以上のピンをトレッドから取り出し、硬化したトレッドを金型から取り出すステップとを有する。１本又は２本以上のピンは、金型の内面のところに、１本又は２本以上のピンを挿入したトレッドの硬化制限部分の全表面積の約０．１％〜約１．０％の全断面積を有する。

本発明の別の好ましい実施形態は、タイヤを硬化させる方法として特に利用できる。この方法は、（ａ）未硬化物品を金型内に配置するステップと、（ｂ）１本又は２本以上の高い温度拡散率ピンをタイヤの硬化制限トレッドブロック又はリブ中にブロック又はリブのトレッド深さの約５０％〜約１１０％の深さのところまで挿入するステップと、（ｃ）熱を金型及びピンに加えて、ついには、タイヤが規定された硬化状態に達するようにするステップと、（ｄ）１本又は２本以上のピンをタイヤから取り出し、硬化したタイヤを金型から取り出すステップとを有する。１本又は２本以上のピンは、金型の内面のところに、１本又は２本以上のピンが挿入された１つ又は２つ以上の硬化制限トレッドブロック又はリブの全表面積の約０．１％〜約１．０％の全断面積を有する。

金型内における硬化時間のそれ以上の短縮は、金型の高温度拡散率ピンを別個独立に加熱し、即ち、金型を介する熱の伝導によってではなく源によって加熱できる場合に達成できる。

実施例１．ピンの種々の構成材料の試験
ピンを製造するために用いることができる種々の材料を試験にするために金型装置を構成した。アルミニウム金型を取り外し可能な頂部を備えた状態で製作した。金型のキャビティは、長さが１７０ｍｍ、幅が１９０ｍｍ、深さが４０ｍｍであった。共通の硬化可能なゴムコンパウンドを金型内に配置した。熱盤式プレスを用いて金型を１５０℃に加熱した。種々の材料で作られたピンを金型の頂部の内面に取り付け、ゴムブロックの硬化時間の短縮に当たってこれらの効率について評価した。熱電対を金型の内部に配置すると共にピンから選択された深さ及び選択された距離のところまでゴムブロック中に差し込むことができた。硬化中、金型を１０トンの力で閉鎖した。

図１は、金型（１４，１６）、ゴムブロック（１５）及び金型（１４）の頂部上の３つのピン（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）の配設場所を示している。

各ピンは、円形であり、直径が３ｍｍ、長さ２０ｍｍであった。ピンは、ゴムブロック中に頂面からほぼ半ばまで（５０％）侵入した。熱電対も又、約２０ｍｍの深さ、即ち、ピンから種々の距離のところでピンの深さのところに設置した。図２は、金型内におけるゴムブロック（１５）中のピン（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）及び熱電対（５〜１１）の配設場所を示している。

金型及びゴムブロックを加熱した。熱の変化状況（時間の関数としての温度）を各熱電対について記録した。次に、ゴムブロックがアルファ＝０．９の硬化状態に達するのに要する時間を計算した。図３は、熱電対位置６のところにピンを用いた場合に得られる硬化曲線を示している。以下の結果が得られた。

結果の示すところによれば、高温度拡散率材料、アルミニウム（ＡＬ）及びタングステン（ＴＵ）で作られたピンは、熱電対の位置のところで２０％を超える硬化時間の短縮を生じさせた。炭素鋼（ＣＳ）ピン及びステンレス鋼（ＳＳ）ピンは、低い温度拡散率材料で作られていた。図３は、熱電対位置６のところでこの試験により得られた硬化曲線を示している。

アルミニウム合金の側部をステンレス鋼で外装した。図７Ｂは、アルミニウム６０６１の高温度拡散率コア（１０２０）の側部が高強度低温度拡散率材料であるステンレス鋼３１６のシース（１０１０）で包み込まれたこの構成例を示している。シースは、プレス内におけるアルミニウムピンに対する損傷を阻止すると共に熱をピンの先端部に導くよう作用した。

硬化時間の短縮の際の同一パターンが他の熱電対配設場所で観察された。図４は、ゴムブロック中の種々の熱電対位置におけるタングステン（ＴＵ）ピン、アルミニウム合金（ＡＬ）ピン、炭素鋼（ＣＳ）ピン及びステンレス鋼（ＳＳ）ピンについてアルファ＝０．９の硬化状態に達するまでの時間を示している。この図は、高温度拡散率材料であるタングステン（ＴＵ）及びアルミニウム合金（ＡＬ）で作られたピンが各熱電対配設場所のところで交換温度に達するまでの時間を短縮させたことを示している。

ピンの別個独立加熱
タイヤを金型から取り出すと、金型の加熱を停止させ、金型が所与の期間にわたり開いたままにする。金型が冷え、金型内にピンが存在している場合、ピンも冷える。別のタイヤを金型内に配置し、金型を閉鎖すると、金型の加熱が始まり、ピンを金型を介する熱の伝導により加熱する。しかしながら、短い加熱時間を得るため、別個独立の熱源、例えば電気抵抗を用いてピンを別個独立に加熱するのが良い。物品の硬化のために選択された金型温度の約１１０％までの温度にピンを別個独立に加熱するのが良い。タイヤ又はトレッドに関し、この温度範囲は、通常、約１１０℃〜約１７０℃である。

実施例２．代表的なトラック用タイヤのブロックに対するピンの影響
本発明の方法をトラック用タイヤに利用することができる。金型硬化時間の短縮は、ピンを代表的な空気圧トラック用タイヤ（図５は、このようなタイヤのショルダ領域を示している）のためのショルダトレッドブロック中にピンを配置することにより達成できる。トレッドブロック深さは、２８ｍｍであり、全厚は、５０ｍｍである。このタイヤの硬化は、ショルダ領域内における硬化制限部分によって制限される。例えば、従来方法を用いた場合の代表的なトラック用タイヤの通常の硬化時間は、約５６分であり、ビードがアルファ＝０．９の硬化状態を得るのに要する代表的な時間は、約３９分であり、サイドウォールがアルファ＝０．９の硬化状態に達するのに要する代表的な時間は、約２２分である。それ故、タイヤのビード部については、追加の加熱時間が約１７分であり、タイヤのサイドウォール部については、追加の加熱時間が約３４分である。

図６は、タイヤを従来方法で硬化させた場合における図５に示されたタイヤのショルダ領域で生じる熱又は温度分布状態を示している。理解されるように、硬化の終わりにおいては、トレッドショルダブロックの中心の温度は、トレッドブロックの表面の温度よりも約１５℃低い。それ故、ショルダトレッドブロックの内部は、このタイヤの硬化制限部分である。

図７Ａは、熱をタイヤの硬化制限ショルダトレッドブロック中に導入するためのピン（１０００）を備えた改良型金型の一例を示している。図７Ｂは、高い降伏強さの低い温度拡散率材料のシース（１０１０）で積み込まれた高い温度拡散率コア（１０２０）で作られたピンの一例を示している。

図８Ａは、ピンがショルダブロック内における硬化時間を短縮するために用いられたトラック用タイヤのトレッドの外観を示している。ピン穴（５０）がショルダトレッドブロック（７０）に容易に見える。図８Ｂは、タイヤ溝（６０）及びピン穴（５０）の相対深さを示している。この場合、ピンは、溝深さの約９０％までトレッドブロック中に侵入している。

本発明の方法をタイヤ及びタイヤトレッドの硬化の際におけるその使用に関して説明した。しかしながら、この方法は、他の非一様なゴム物品に使用できることはいうまでもない。

Claims (14)

1. タイヤを硬化させる方法であって、
   （ａ）未硬化タイヤを金型内に配置するステップと、
   （ｂ）温度拡散率が４×１０ ^-5 ｍ ² ／ｓ以上の１本又は２本以上のピンをタイヤ中に前記タイヤの１つ又は２つ以上の硬化制限トレッドブロック又はリブのところで前記ブロック又はリブのトレッド深さの約５０％〜約１１０％の深さまで挿入するステップと、
   （ｃ）熱を前記金型及び前記１本又は２本以上のピンに加えて、ついには、前記タイヤが規定された硬化状態に達するようにするステップと、
   （ｄ）前記１本又は２本以上のピンを前記タイヤから取り出し、硬化した前記タイヤを前記金型から取り出すステップと、を備えている、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記１本又は２本以上のピンは、前記金型の内面のところに、前記１本又は２本以上のピンを挿入した前記タイヤの前記１つ又は２つ以上の硬化制限トレッドブロック又はリブの全表面積の約０．１％〜約１．０％の全断面積を有する、
   請求項１記載の方法。
3. 前記１本又は２本以上のピンは、前記金型の内面のところに、約０．１％〜約０．５％の全断面積を有する、
   請求項２記載の方法。
4. 前記１本又は２本以上のピンは、約１ミリメートル〜約７ミリメートルの直径を有すると共に前記トレッド深さの約５０％〜約９０％にわたり前記トレッドブロック又はリブの硬化制限部分中に突き出るような長さを有する円筒形ピンである、
   請求項１記載の方法。
5. 前記１本又は２本以上のピンは、別個独立に、金型温度の最高約１１０％まで加熱される、
   請求項１記載の方法。
6. 前記ピンは、ステンレス鋼のシースによって少なくとも側部が包み込まれた温度拡散率が４×１０ ^-5 ｍ ² ／ｓ以上の材料で作られている、
   請求項１記載の方法。
7. 非一様なゴム物品を硬化させる方法であって、
   （ａ）未硬化物品を金型内に配置するステップと、
   （ｂ）温度拡散率が４×１０ ^-5 ｍ ² ／ｓ以上の１本又は２本以上のピンを前記物品の硬化制限部分中に前記物品の全厚の約２５％〜約６０％の深さのところまで挿入するステップと、
   （ｃ）熱を前記金型及び前記ピンに加えて、ついには、前記物品が規定された硬化状態に達するようにするステップと、
   （ｄ）前記１本又は２本以上のピンを前記物品から取り出し、硬化した前記物品を前記金型から取り出すステップと、を備えている、
   ことを特徴とする方法。
8. 前記物品は、タイヤのトレッドである、
   請求項７記載の方法。
9. 前記１本又は２本以上のピンは、前記金型の内面のところに、前記１本又は２本以上のピンが挿入された前記１つ又は２つ以上の硬化制限トレッドブロック又はリブの全表面積の約０．１％〜約１．０％の全断面積を有する、
   請求項７記載の方法。
10. 前記１本又は２本以上のピンは、前記金型の内面のところに、約０．１％〜約０．５％の全断面積を有する、
    請求項７記載の方法。
11. 前記１本又は２本以上のピンは、約１ミリメートル〜約７ミリメートルの直径を有すると共に前記物品の硬化制限部分中に前記物品の前記硬化制限部分の厚さの約２５％〜約５０％にわたり突き出るような長さを有する円筒形ピンである、
    請求項７記載の方法。
12. 前記１本又は２本以上のピンは、別個独立に、前記金型以外の源によって硬化温度の最高約１１０％の温度に加熱される、
    請求項７記載の方法。
13. 前記ピンは、ステンレス鋼のシースによって少なくとも側部が包み込まれた温度拡散率が４×１０ ^-5 ｍ ² ／ｓ以上の材料で作られている、
    請求項７記載の方法。
14. タイヤを硬化させる金型であって、前記タイヤの硬化中、前記タイヤの硬化制限部分のところまで前記タイヤ中に侵入する前記金型の表面上の位置に配置された少なくとも１本のピンを有し、前記ピンは、温度拡散率が４×１０ ^-5 ｍ ² ／ｓ以上の材料で作られている、
    ことを特徴とする金型。

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