JP5304866B2 - タイヤ加硫用ブラダおよびタイヤ加硫装置 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ加硫用ブラダおよびタイヤ加硫装置に関し、さらに詳しくは、温水加硫またはガス加硫によりグリーンタイヤを加硫する際に、ブラダの温度差を大幅に小さくすることができるタイヤ加硫用ブラダおよびタイヤ加硫装置に関するものである。

従来、大型のＯＲタイヤなどの大型タイヤを加硫する際には、ブラダ内部に温水を注入、充填してグリーンタイヤを加硫する温水加硫が用いられている。温水加硫によれば、スチーム加硫に比べて温度設定範囲が広く、また、圧力を高くすることができるためである。また、温水は単位体積当たりのエネルギー密度が高いので、相対的に肉厚になる大型タイヤの加硫には適している。

しかしながら、温水加硫の場合はブラダ内壁に接触した温水が熱を奪われて温度が低下する。これに伴って密度が高くなり、冷水塊として下方に移動して、ほぼ同じ温度の高さで留まる。そのため、ブラダ内部では上下温度差が生じ、これに伴い、グリーンタイヤに接するブラダの外表面にも温度差が生じる。例えば、加硫温度の最大温度差が５０℃程度になることもある。

スチーム加硫の場合は、ブラダ内壁に熱を与えた飽和水蒸気は直ちに凝縮して、内壁を流れ落ちる。連鎖的に飽和水蒸気はブラダ内壁に接触して同じことを繰り返すので、ブラダ内壁は常に飽和水蒸気の温度に保たれる。したがって、凝縮水が溜まるドレイン部を除けば均一な温度が確保できる。

上述した加硫ブラダの上下温度差が過大であると、加硫したタイヤの品質がばらつくので、ブラダの温度差を極力小さくすることが重要である。上述したブラダの温度差の問題は、水蒸気を熱媒体とし窒素ガス等を加圧媒体とするガス加硫の場合も同様に生じる。

温水加硫ではないが、グリーンタイヤを加硫する際に、ブラダ内部の熱媒体を攪拌して温度差を小さくする方法、装置が種々提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。しかしながら、これら従来の方法、装置では十分にブラダの温度差を小さくすることが出来なかった。

特開昭５６−２８８４３号公報 特開平６−２３８６７０号公報

本発明の目的は、温水加硫またはガス加硫によりグリーンタイヤを加硫する際に、ブラダの温度差を大幅に小さくすることができるタイヤ加硫用ブラダおよびタイヤ加硫装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のタイヤ加硫用ブラダは、筒状のブラダの内壁面に、その円周方向に対して斜めに傾斜して断続した状態または連続した状態で延びる突状部を備えて、この突状部の高さが、その厚さの３倍〜５倍の範囲に設定されていて、グリーンタイヤ加硫時に内部に熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスが充填されることを特徴とする。

本発明のタイヤの加硫装置は、上記したタイヤ加硫用ブラダと、このブラダの上側ビード部および下側ビード部を保持するビード保持部を有する中心機構とを備え、この中心機構に、ブラダの内部に熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスを注入する注入ノズルと、注入された熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスをブラダの外部に排出する排出口とが設けられたことを特徴とする

本発明によれば、筒状のブラダの内壁面に、その円周方向に対して斜めに傾斜して断続した状態または連続した状態で延びる突状部を備えているので、グリーンタイヤ加硫時にブラダ内部に熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスが注入、充填されると、突状部に沿って誘導されて環状のブラダの円周方向に流動するとともに、ブラダの上下方向に旋回して流動する。この熱媒体のブラダ円周方向の円環流とブラダ上下方向の旋回流とが相乗的に作用することにより、熱媒体が攪拌されてブラダの温度差を十分に小さくすることが可能になる。

突状部が断続した状態で延びる仕様では、突状部を設けることによるブラダの過大な剛性上昇を抑制するには有利になる。それ故、ブラダの膨張伸縮性の低下を抑えることができる。突状部が連続した状態で延びる仕様では、熱媒体のブラダ上下方向の旋回流が生じ易くなり、ブラダの温度差を小さくするには一段と有利になる。

本発明のタイヤ加硫用ブラダでは、前記突状部のブラダ円周方向に対する傾斜角度は、例えば、マイナス３０°〜プラス３０°の範囲に設定する。この傾斜角度範囲にすることで、突状部によって熱媒体をブラダの円周方向および上下方向に円滑に誘導し易くなり、ブラダの温度差を小さくするには有利になる。

前記突状部の厚さは、例えば、膨張した際のブラダの厚さ以下に設定する。これにより、熱伝導性の低下およびブラダの伸縮膨張性の低下を抑制するには有利になる。

本発明では、前記突状部の高さは、ブラダ上下方向の旋回流の生じ易さおよび突状部の製造し易さを考慮して、突状部の厚さの３倍〜５倍の範囲に設定する。

本発明のタイヤ加硫装置では、前記注入ノズルおよび排出口の少なくとも一方が複数設けられている仕様にすることもできる。前記注入ノズルから熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスを注入する注入圧力が、前記排出口から熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスを排出する排出圧力に対して、２００ｋＰａ〜５００ｋＰａ高く設定されている仕様にすることもできる。これらの仕様によれば、ブラダ内部で熱媒体を円滑に流動させ易くなり、ブラダの温度差を小さくするには有利になる。

前記注入ノズルの注入方向が、平面視で、膨張した環状のブラダの接線方向に設定されている仕様にすることもできる。この仕様によれば、ブラダ内部に注入される熱媒体や圧力媒体によるブラダ内壁面に対する衝撃を緩和し易くなる。それ故、ブラダ内壁面が熱媒体による機械的作用で侵食する現象（エロージョン）や化学的作用で侵食する現象（コロージョン）によって減肉、劣化することを抑え易くなる。これに伴い、ブラダの耐用期間を長くすることが可能になる。

本発明のタイヤ加硫用ブラダを備えた加硫装置の全体概要を縦断面視で例示する説明図である。 加硫装置の内部を横断面視で例示する説明図である。 タイヤ加硫用ブラダの内壁面を側面視で例示する説明図である。 タイヤ加硫用ブラダ内部の熱媒体の流れを横断面視で例示する説明図である。 タイヤ加硫用ブラダ内部の熱媒体の流れを縦断面視で例示する説明図である。 タイヤ加硫用ブラダの一部拡大縦断面図である。 別の突状部を備えたタイヤ加硫用ブラダの内壁面を側面視で例示する説明図である。

以下、本発明のタイヤ加硫用ブラダおよびタイヤ加硫装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１、図２に例示するように本発明のタイヤの加硫装置１は、本発明のタイヤ加硫用ブラダ２（以下、ブラダ２という）と、ブラダ２の上側ビード部３ａ、下側ビード部３ｂをそれぞれ保持する円盤状の上側ビード保持部６ａ、下側ビード保持部６ｂを有する中心機構５とを備えている。中心機構５のセンターポストには、ブラダ２の内部に熱媒体Ｈを注入する注入ノズル７と、ブラダ２の内部に注入された熱媒体Ｈをブラダ２の外部に排出する排出口８とが設けられている。

注入ノズル７に接続されている注入ライン、排出口８に接続されている排出ラインにはそれぞれ、制御弁７ａ、８ａが設置されている。この制御弁７ａ、８ａを開閉制御することにより、熱媒体Ｈの注入および排出操作が行われる。

グリーンタイヤＧはモールド９の内部に配置され、グリーンタイヤＧの内側にゴム製の筒状のブラダ２が配置される。したがって、注入ノズル７および排出口８は、ブラダ２の内周側に配置される。ブラダ２は、グリーンタイヤＧを加硫する際には、その内部に熱媒体Ｈが注入、充填されてグリーンタイヤＧの内壁面に沿って環状に膨張してグリーンタイヤＧの内周面を押圧しつつ加熱する。熱媒体Ｈ（および加圧媒体）としては温水が用いられる。この実施形態では、モールド９が上側のモールド９ａ、下側のモールド９ｂ、環状の上部プレート９ｃ、環状の下部プレート９ｄで構成されている。

注入ノズル７は、熱媒体Ｈの注入方向が、平面視で、膨張した環状のブラダ２の接線方向になるように設定されている。注入ノズル７および排出口８は複数設けられているが、それぞれ任意の数を設けることができる。

図３に例示するように、ブラダ２の内壁面には、その水平に延びる円周方向に対して斜めに傾斜して断続した状態で延びる突状部４を備えている。この実施形態では、ブラダ２の環状の中心位置からの側面視で熱媒体Ｈの注入される方向の水平方向に対して上方に傾斜した突状部４が延びている。即ち、この実施形態では、突状部４は熱媒体Ｈの進行方向に対して、環状のブラダ２の内壁面に右ネジ方向に螺旋状に断続的に形成されている。突状部４の延設方向長さは例えば、５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度、延設方向に隣合う突状部４の間隔は５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。

この加硫装置１を用いてグリーンタイヤＧを加硫する際には、モールド９を閉型した状態で、グリーンタイヤＧの内側に配置されたブラダ２の内部に熱媒体Ｈを注入、充填してブラダ２を膨張させる。熱媒体Ｈの温度は、１２０℃〜１８０℃程度である。そして、膨張したブラダ２によってグリーンタイヤＧの内周面を押圧してグリーンタイヤＧをモールド９に押圧しつつ加熱する。加硫中はグリーンタイヤＧを所定圧力で押圧しつつ、所定温度に加熱するため、熱媒体Ｈを注入ノズル７からブラダ２内部に注入しつつ、排出口８から排出する。

本発明によれば、環状のブラダ２の内壁面に、その円周方向に対して斜めに傾斜して断続した状態で延びる突状部４が設けられているので、ブラダ２内部に注入された熱媒体Ｈが突状部４に沿って誘導されて、図４に例示するように環状のブラダ２の円周方向に流動するとともに、図５に例示するようにブラダ２の上下方向に旋回して流動する。即ち、熱媒体Ｈのブラダ円周方向の円環流とブラダ上下方向の旋回流とが発生して、円環流と旋回流とが相乗的に作用することにより、ブラダ２内部の熱媒体Ｈが十分に攪拌されてブラダ２の上下方向の温度差および円周方向の温度差を十分に小さくすることができ、ブラダ２全体をほぼ均一な温度にすることが可能になる。

突状部４のブラダ円周方向に対する傾斜角度Ａは、例えば、マイナス３０°〜プラス３０°の範囲（０°を除く）に設定する。この傾斜角度範囲にすることで、突状部４によって熱媒体Ｈをブラダ２の円周方向および上下方向に円滑に誘導し易くなり、ブラダ２の温度差を小さくするには有利になる。プラスの傾斜角度Ａ、マイナスの傾斜角度Ａとはそれぞれ、突状部４が左ネジ方向に形成される場合、右ネジ方向に形成される場合の傾斜角度である。

注入ノズル７からブラダ２の内部に注入された熱媒体Ｈは、ブラダ２の内壁面に接することにより温度低下して密度が高くなるため、その熱媒体Ｈには下方移動しようとする力が作用する。そのため、この実施形態のように、突状部４がマイナスの傾斜角度Ａで延設されていると、注入された熱媒体Ｈは、突状部４に誘導されて流動し易くなる。これに伴なって、ブラダ２の縦断面において熱媒体Ｈが上方から下方に旋回する右ネジ方向に旋回流が生じ易くなるため、ブラダ２の温度差を小さくするには有利になる。したがって、突状部４の傾斜角度Ａは、より好ましくはマイナス１５°〜マイナス５°に設定するとよい。即ち、突状部４は、左ネジ方向よりも右ネジ方向に形成するとよい。ただし、円環流の向きが逆になれば、同じ突状部４であっても右ネジと左ネジの関係は逆転するので、右ネジ左ネジの判別は熱媒体Ｈの円環流の向きと突状部４の傾斜角度の組み合わせで規定するとよい。

図６に例示するように突状部４の厚さｔは、例えば、膨張した際のブラダ２の厚さＴ（１０ｍｍ程度である）以下に設定する。厚さｔの下限は３ｍｍ程度である。突状部４の厚さｔが過大であると、その部分の熱伝導性が局部的に低下する。また、その部分のブラダ２の剛性が局部的に大きくなり、ブラダ２が膨張し難くなって膨張伸縮性に悪影響が生じる。そのため、突状部４の厚さｔを厚さＴ以下にすることにより、ブラダ２の熱伝導性の低下および膨張伸縮性の低下を十分に抑制することが可能になる。

突状部４の高さｈは高くする程、熱媒体Ｈの旋回流を生じさせ易くなる。一方、突状部４の高さｈが高くなる程、ブラダ２を製造し難くなる。そのため、これらを考慮して、突状部４の高さｈは、その厚さｔの３倍〜５倍の範囲に設定する。

加硫中のブラダ２の内部容積は一定になるため、熱媒体Ｈの注入量と排出量は同等となる。注入ノズル７から注入する熱媒体Ｈは、効果的に上下方向の撹拌を行なうために一定方向に集中的に注入し、一方で、熱媒体Ｈの流れがブラダ２の全体に及ぶように分散的に低速で排出口８から排出して撹拌の死空間を作らないことが好ましい。

そこで、熱媒体Ｈの流動方向で隣り合う注入ノズル７から排出口８までの周方向間隔は、図２、図４に例示するようになるべく大きくするとよい。また、注入ノズル７から熱媒体Ｈを注入する注入圧力が、排出口８から熱媒体Ｈを排出する排出圧力に対して、２００ｋＰａ〜５００ｋＰａ高く設定すると、ブラダ２内部で熱媒体Ｈを円滑に流動させ易くなり、ブラダ２の温度差を小さくするには有利になる。

注入ノズル７および排出口８は複数設けられていると、ブラダ内部で熱媒体を円滑に流動させ易くなり、ブラダ２の温度差を小さくするには有利になる。注入ノズル７を複数設ける場合は、注入ノズル７を円周方向で等間隔になるように設けるとよい。排出口８を複数設ける場合も、排出口８を円周方向で等間隔になるように設けるとよい。

例えば、注入ノズル７と排出口８をそれぞれ１つ設ける場合は、排出口８を注入ノズル７から熱媒体Ｈの流動方向で周方向に１８０°以上間隔をあけて配置する。注入ノズル７と排出口８をそれぞれ２つ設ける場合は、互いの注入ノズル７を周方向に１８０°間隔をあけて配置し、互いの排出口８を周方向に１８０°間隔をあけて配置する。

この実施形態では、突状部４が断続した状態で延設されているので、連続した状態で延設される仕様に比してブラダ２の剛性が過大になるのを抑制するには有利になる。それ故、ブラダ２の膨張伸縮性の低下を抑えることができる。

突状部４は、図７に例示するように、環状のブラダ２の内壁面に、その円周方向に対して斜めに傾斜して連続した状態で延設することもできる。このように突状部４が連続して延設されていると、断続的した状態で延びる仕様に比して、熱媒体Ｈを誘導し易くなるので熱媒体Ｈの旋回流が生じ易くなり、ブラダ２の温度差を小さくするには一段と有利になる。尚、本発明は、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となる窒素ガス、アルゴンガス、脱酸素した空気等の各種不活性ガスを使用したガス加硫に適用することもできる。

注入ノズル７の熱媒体Ｈの注入方向は、実施形態で例示するように、平面視で、膨張した環状のブラダ２の接線方向に設定することが好ましい。この仕様によれば、ブラダ２内部に注入される熱媒体Ｈによってブラダ２内壁面が受ける衝撃を緩和し易くなる。即ち、注入される熱媒体Ｈがブラダ２の内壁面を直撃しなくなる。

それ故、ブラダ２内壁面が熱媒体Ｈの機械的な作用で侵食される現象（エロージョン）や化学的な作用で侵食される現象（コロージョン）によって減肉、劣化するという不具合を抑制できる。これに伴い、ブラダ２の耐用期間を長くするには有利になる。

同じ仕様のＯＲのタイヤグリーンタイヤ（サイズ２７００Ｒ４９（外径２７００ｍｍ、リム径４９インチ））を、ブラダの内壁面の突状部の有無だけを異ならせて温水加硫し、加硫中のグリーンタイヤのインナーライナでの最大温度差を測定した。実施例は、図３に例示するように突状部をブラダの内壁面に、その円周方向に対してマイナス１５°の傾斜角度で断続した状態で延設した。その結果、実施例の最大温度差は８℃であり、突状部を有していない比較例の最大温度差は２８℃であった。

１ 加硫装置
２ ブラダ
３ａ 上側ビード部
３ｂ 下側ビード部
４ 突状部
５ 中心機構
６ａ 上側ビード保持部
６ｂ 下側ビード保持部
７ 注入ノズル
７ａ 制御弁
８ 排出口
８ａ 制御弁
９（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ） モールド
Ｇ グリーンタイヤ
Ｈ 熱媒体

Claims (6)

1. 筒状のブラダの内壁面に、その円周方向に対して斜めに傾斜して断続した状態または連続した状態で延びる突状部を備えて、この突状部の高さが、その厚さの３倍〜５倍の範囲に設定されていて、グリーンタイヤ加硫時に内部に熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスが充填されることを特徴とするタイヤ加硫用ブラダ。
2. 前記突状部のブラダ円周方向に対する傾斜角度が、マイナス３０°〜プラス３０°の範囲に設定されている請求項１に記載のタイヤ加硫用ブラダ。
3. 前記突状部の厚さが、膨張した際のブラダの厚さ以下に設定されている請求項１または２に記載のタイヤ加硫用ブラダ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ加硫用ブラダと、このブラダの上側ビード部および下側ビード部を保持するビード保持部を有する中心機構とを備え、この中心機構に、ブラダの内部に熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスを注入する注入ノズルと、注入された熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスをブラダの外部に排出する排出口とが設けられたことを特徴とするタイヤ加硫装置。
5. 前記注入ノズルおよび排出口の少なくとも一方が複数設けられている請求項４に記載のタイヤ加硫装置。
6. 前記注入ノズルから熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスを注入する注入圧力が、前記排出口から熱媒体および加圧媒体となる温水、または、熱媒体となる水蒸気と加圧媒体となるガスを排出する排出圧力に対して、２００ｋＰａ〜５００ｋＰａ高く設定されている請求項４または５に記載のタイヤ加硫装置。

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