JP5913270B2

JP5913270B2 - タイヤ加硫金型の製造方法

Info

Publication number: JP5913270B2
Application number: JP2013251221A
Authority: JP
Inventors: 勉高屋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: JP2015107589A

Description

本発明は、タイヤを加硫成形するための加硫金型に関するもので、特に、石膏鋳型を用いてタイヤ加硫金型を製造する方法に関する。

従来、タイヤ加硫金型を製造する方法としては、３次元データ等に基づいて切削加工によりマスターモデルを作製し、そのマスターモデルをゴムで転写してゴム型を作製し、そのゴム型を石膏で転写して石膏鋳型を作製し、その石膏鋳型にアルミ溶湯を流し込んで製作する方法が一般的である。
また、３次元ＣＡＤ上で入力されたタイヤ加硫金型の形状データから直接金型を作製する方法として、金属材料やゼラミック系材料などの焼結可能な微粉末をレーザーなどの加熱手段により加熱・焼結して積層する粉末焼結法などがある（例えば、特許文献１参照）。
このような、３次元データからスライスデータを作成し、このスライスデータに基づいて、金属材料や樹脂材料を一層ずつ積層しながら立体モデルを生成する方法はＲＰ法（Rapid Prototyping Process；ラピッドプロトタイピング法）と呼ばれており、ＲＰ法としては、上記の粉末焼結法の他に光硬化樹脂にレーザーを照射して硬化させる光造形法などがある。

ＷＯ２００４／０４８０６２

しかしながら、上記従来のマスターモデルから石膏鋳型を作製する方法では工程が多いため、多大な工期とコストがかかるといった問題点があった。
また、ＲＰ法により直接金型を作製する方法では積層による段差が発生してしまうため、段差を除去するのに工期とコストがかかるといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤ加硫金型を短期間でかつ容易に製造する方法を提供することを目的とする。

本発明は、タイヤ加硫金型を製造する方法であって、加硫金型の３次元データを用いて粉末状の石膏を一層毎に硬化させて積層するラピッドプロトタイピング法（以下、ＲＰ法という）により前記石膏鋳型を作製する工程と、前記石膏鋳型の積層段差を除去する工程と、前記積層段差を除去した石膏鋳型を鋳枠に組付け、前記鋳枠内に金属もしくは合金の溶湯を注入して固化する工程とを備え、前記石膏鋳型が、前記溶湯に接する表面層と、前記表面層の前記溶湯に接する側とは反対側に配置される内側層とを備えることを特徴とする。
これにより、従来の中間工程であるマスターモデル作製工程、及び、ゴム型作製工程を省略することができるので、工期の短縮とコストの削減とをともに図ることができる。
また、ＲＰ法で直接加硫金型を製造した場合には積層段差を除去するのに手間と時間がかかったが、石膏鋳型をＲＰ法で作製した場合には紙やすり等の一般的かつ簡易な表面研磨法で積層段差を除去できるので、従来の粉末焼結法や光造形法などのように、工期やコストがかかることもない。
また、前記石膏鋳型を、前記溶湯に接する表面層と、前記表面層の前記溶湯に接する側とは反対側に配置される内側層とから構成したので、石膏鋳型の内側層を共通化できる。
なお、内側層は１層であってもよいし、複数層あってもよい。

また、前記表面層のみをＲＰ法により作製したので、石膏鋳型を作製する工程を更に短期間で行うことができる。
また、前記表面層の厚さを２ｍｍ以上３０ｍｍ以下としたので、石膏鋳型の強度を確保しつつ、素材の使用量を削減できる。
また、前記表面層と前記内側層とにそれぞれボルトなどの締結用冶具を収納する穴を形成し、前記表面層と前記内側層とを前記締結冶具にて締結したので、表面層と内側層とを容易に一体化できる。
また、前記石膏鋳型に、金型のブレード埋め込み用の溝に対応する対応する溝を形成する工程と、前記石膏鋳型に形成された溝にブレード板部材を、先端が前記石膏鋳型から突出するように埋め込んで固定する工程とを更に設けたので、金型を機械加工することなくブレード埋め込み用の溝を形成することができる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本発明の製造方法により製造されるタイヤ加硫金型を示す図である。本実施の形態１に係る石膏鋳型の製造方法を示す図である。ピースの鋳造方法の一例を示す図である。本実施の形態２に係る分割型の石膏鋳型を示す図である。分割型の石膏鋳型を一体化する方法を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
実施の形態１．
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の製造方法により製造されるタイヤ加硫金型１０を示す図で、タイヤ加硫金型１０は、複数個のセクターモールド１１を円環状に配列して構成される。セクターモールド１１は、加硫されるタイヤのクラウン部に接するクラウン部モールド１２と、サイド部に接する上，下モールド１３，１４と、クラウン部モールド１２を保持するホルダー１５とを備える。
クラウン部モールド１２は、複数の加硫金型ピース（以下、ピースという）１６Ａ，１６Ｂを備える。ピース１６Ａ，１６Ｂは、クラウン部モールド１２を周方向に複数（ここでは、４つ）に分割するとともに、幅方向（上下方向）に２分割したもので、以下、上モールド１３側のピース１６Ａを上側ピース、下モールド１４側のピース１６Ｂを下側ピースという。各ピース１６Ａ，１６Ｂの内周面（ホルダー１５とは反対側の面）には、それぞれ、トレッドの縦溝のパターンに対応するリブ用突起部や、横溝のパターンに対応するラグ用突起部などの突起部が形成される。なお、図１（ｂ），（ｃ）では周方向溝に対応する突起部のみ図示している。
本例では、上側ピース１６Ａと下側ピース１６Ｂとを石膏鋳型を用いた鋳造にて作製し、上，下モールド１３，１４とホルダー１５とを機械加工にて作製する。

次に、上側ピース１６Ａを鋳造するための石膏鋳型である上側石膏鋳型を、ＲＰ法を用いて作製する方法について説明する。
上側石膏鋳型の作製工程は、スライスデータ作成工程と、積層工程と、粉末除去工程と、トリミング工程とを備える。
スライスデータ作成工程では、タイヤの３次元形状データをタイヤ幅方向中心を通りタイヤ軸方向に垂直な平面で２分割して、上側形状データと下側形状データの２組の形状データを作成し、この作成した上側及び下側形状データのそれぞれをタイヤ軸方向に垂直な平面でスライスした上側及び下側スライスデータを作成する。上側及び下側スライスデータはそれぞれｎ層ずつで、各スライスデータの１層目がタイヤ幅方向中心に位置しているものとする。
なお、上側石膏鋳型と下側石膏鋳型とは、用いるスライスデータが異なるだけで他は同様に製造されるので、以下、上側石膏鋳型と下側石膏鋳型を区別しない場合には、上側石膏鋳型と下側石膏鋳型とを石膏鋳型という。
積層工程では、図２（ａ）に示すように、作製台１７の表面に石膏粉末を所定の厚さに敷詰めた後、石膏粉末を固めたい箇所である、作製台１７のスライスデータの第１層のデータに対応する領域に、噴射ノズルを備えた塗布手段１８を用いて接着剤を塗布して上記領域の石膏粉末を固化させて、石膏鋳型の第１層目の石膏薄板Ｐ_１を形成する。なお、石膏薄板Ｐ_１の周りの領域Ｑ_１は、固化していない石膏粉末の層である。
第１層目の石膏粉末が固化した後には、図２（ｂ）に示すように、作製台１７を昇降機構１９にて一層分の厚さに相当する高さだけ下降させた後、石膏粉末を再度所定の厚さに敷詰め、スライスデータの第２層のデータに対応する領域に接着剤を塗布して上記領域の石膏粉末を固化させて第２層目の石膏薄板Ｐ_２を形成する。図２（ｂ）は、第ｋ層目までを積層したときの図で、Ｐ_ｋは石膏薄板、Ｑ_ｋは固化していない石膏粉末の層である。
このように、粉末敷き詰め−接着剤塗布−石膏固化−作製台下降という一連の操作を、固化した石膏粉末の高さが所定の高さ、すなわち、スライスデータの第ｎ層が形成されるまで繰り返すことで、固化された石膏粉末から成る石膏鋳型を造形する。

粉末除去工程では、固化していない石膏粉末を払い落すなどして除去する。これにより、図２（ｃ）に示すようなｎ枚の石膏薄板Ｐ_１〜Ｐ_ｎが積層された石膏鋳型２０を得る。本例では、石膏薄板Ｐ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ）の厚さを０．１ｍｍとした。
なお、石膏鋳型２０はタイヤの３次元形状データを用いて作製されるので、溝部２１，２２が加硫後のタイヤの周方向溝に対応し、溝部２１，２２以外の部分（以下、陸部対応部２３という）が加硫後のタイヤの陸部に対応する。
図２（ｃ）の石膏鋳型２０は板状の石膏が積層されたものなので、当然のことながら積層段差が存在する。本例ではトリミング工程を設け、紙やすり等で表面を研磨して積層段差を除去する。これにより、図２（ｄ）に示すような積層段差のない石膏鋳型２０を得ることができる。

なお、タイヤにサイプを形成する場合には、図２（ｄ）に示すように、予め石膏鋳型２０の陸部対応部２３に、金型に設けられるサイプ形成用のブレードを埋め込むための溝に対応する溝（ブレード用溝２４）を３次元データを用いたプロトタイピング法やその他の手加工により形成した後、このブレード用溝２４に金属板などのブレード板部材２５を先端が陸部対応部２３から突出するように埋め込んで固定しておくことが好ましい。なお、溝部にサイプを設ける場合には、石膏鋳型２０の溝部対応部にブレード用溝２４を設ければよい。
鋳造時には、上記ブレード板部材２５の突出部分が金型のブレード埋め込み用溝を形成する部材となるので、機械加工することなく、上側ピース１６Ａと下側ピース１６Ｂとにブレードを埋め込むことができる。
なお、石膏鋳型に金型に設けられるサイプ形成用のブレードを埋め込むための溝にブレード板部材を埋め込まないで、金属もしくは合金の溶湯を流し込んでサイプを形成することもできるが、肉厚の薄いサイプの強度を大きくする必要があることからピース鋳造金属もしくは合金のコストを大幅に高くしてしまうので、ブレード板部材を埋め込んでピースを鋳造することが好ましい。

上側石膏鋳型と下側石膏鋳型とを作製した後には、上側石膏鋳型を用いて上側ピース１６Ａを鋳造し、下側石膏鋳型を用いて下側ピース１６Ｂを鋳造する。
図３は、上側及び下側ピース１６Ａ，１６Ｂを鋳造するための鋳型３０の一例を示す図で、鋳型３０は、石膏鋳型２０と、下型３１と、枠型３２と、上型３３とを備える。下型３１と、枠型３２と、上型３３とは、例えば鉄などの金属もしくは合金で構成される。
上側ピース１６Ａ（または、下側ピース１６Ｂ）は、下型３１に石膏鋳型２０を固定した後上型３３を閉じ、上型３３に設けられた注入孔３３ｈから石膏鋳型２０と下型３１と枠型３２と上型３３とに囲まれた空間（キャビティＣ）に、アルミ合金の溶湯を注入して固化させて鋳造することで得られる。

実施の形態２．
図４（ａ），（ｂ）は実施の形態２に係る石膏鋳型４０を示す図で、本例では、石膏鋳型４０を、溶湯に接する表面層４１と表面層４１の溶湯に接する側とは反対側に配置される内側層４２とから構成するとともに、表面層４１のみをＲＰ法により作製した。なお、内側層４２については機械加工により作製した。
このように、石膏鋳型４０を表面層４１と内側層４２とに分割した後一体化する構成とすれば、内側層４２を共通化できる。すなわち、トレッド形成面を有する表面層４１のみをタイヤ毎に作製すればよいので、石膏鋳型を効率よく作製することができる。
このとき、表面層４１の厚さを２ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることが好ましい。表面層４１の厚さを２ｍｍ未満とすると、運搬時や内側層４２と一体化させる際に破損するおそれがある。また、厚さが３０ｍｍを超えると素材使用量が多くなり、コスト高となる。

表面層４１と内側層４２とを一体化するには、例えば図５（ａ）に示すように、表面層４１の下面側（鋳型３０の下型３１に接する側）に締結冶具であるボルト４３を収納するための収納穴４１ｈを形成するとともに、内側層４２の下面側にもボルト締結用穴４２ｈを形成する（図５（ｃ）参照）。
本例では、図５（ｂ）に示すような頭部４３ａが長方形板状であるボルト４３を用いている。そして、表面層４１の収納穴４１ｈにボルト４３の頭部４３ａを挿入した後、ボルト４３を回転させることでボルト４３を収納穴４１ｈ内に収納する。次に、図５（ｃ）に示すように、表面層４１と内側層４２とを当接させながらボルト４３のネジ部４３ｂを内側層４２のボルト締結用穴４２ｈに挿入し、ナット４４に締結することにより、表面層４１と内側層４２とを一体化する。
なお、表面層４１の収納穴４１ｈは積層工程にて形成する方がカケや割れなどが発生しないので好ましい。
また、表面層４１に収納穴４１ｈを形成する場合には、収納穴４１ｈの形成部の厚さを１０ｍｍ以上とすることが好ましい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

例えば、前記実施の形態１，２では石膏粉末を接着剤で固めることで石膏鋳型を作製したが、水溶性硬化剤樹脂によって石膏粉末を硬化させることで石膏鋳型を作製してもよい。

また、前記実施の形態１，２では、クラウン部モールド１２を周方向に４分割するとともに幅方向に２分割したが、クラウン部モールド１２を複数のピースに分割する方法はこれに限るものではない。すなわち、石膏鋳型は、クラウン部モールド１２の分割の仕方に応じて適宜作製すればよい。
また、前記実施の形態２では、石膏鋳型４０を表面層４１と内側層４２の２層に分割したが、内側層４２を更に複数の内側層部材に分割してもよい。これにより、表面層４１に隣接しない内側層部材を簡単な形状にできるので、内側層４２を容易に作製できる。

１０タイヤ加硫金型、１１セクターモールド、１２クラウン部モールド、
１３上モールド、１４下モールド、１５ホルダー、
１６，１６Ａ，１６Ｂピース、１７作製台、１８塗布手段、１９昇降機構、
２０、４０石膏鋳型、２１，２２溝部、２３陸部対応部、２４ブレード用溝、
２５ブレード板部材、３０鋳型、３１下型、３２枠型、３３上型、
３３ｈ注入孔、
４１表面層、４２内側層、Ｃキャビティ。

Claims

石膏鋳型を用いてタイヤ加硫金型を製造する方法であって、
加硫金型の３次元データを用いて粉末状の石膏を一層毎に硬化させて積層するラピッドプロトタイピング法により前記石膏鋳型を作製する工程と、
前記石膏鋳型の積層段差を除去する工程と、
前記積層段差を除去した石膏鋳型を鋳枠に組付け、前記鋳枠内に金属もしくは合金の溶湯を注入して固化する工程と、
を備え、
前記石膏鋳型が、
前記溶湯に接する表面層と、前記表面層の前記溶湯に接する側とは反対側に配置される内側層とを備えることを特徴とするタイヤ加硫金型の製造方法。
前記表面層のみをラピッドプロトタイピング法により作製することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ加硫金型の製造方法。
前記表面層の厚さを２ｍｍ以上３０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタイヤ加硫金型の製造方法。
前記表面層と前記内側層とにそれぞれ締結冶具を収納するための穴を形成し、前記表面層と前記内側層とを締結冶具により締結することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のタイヤ加硫金型の製造方法。
前記石膏鋳型に、金型のブレード埋め込み用の溝に対応する溝を形成する工程と、
前記石膏鋳型に形成された溝にブレード板部材を、先端が前記石膏鋳型から突出するように埋め込んで固定する工程と、を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のタイヤ加硫金型の製造方法。