JP6002635B2 - 生タイヤの加熱方法とその装置 - Google Patents

Description

本発明は、加硫前の生タイヤを予備加熱する方法とその装置に関するもので、特に、高周波誘電加熱方式を用いた生タイヤの加熱方法に関する。

従来、加硫前の生タイヤを予め加熱し、生タイヤの温度を上げた後にタイヤ加硫機に導入することで、加硫時間の短縮を図る方法が提案されている。
生タイヤの加熱方法としては、生タイヤの内部にヒーターランプを配置し、ヒーターランプの熱輻射により生タイヤを加熱する方法（例えば、特許文献１参照）や、生タイヤ内のスチールコードを電磁誘導加熱により加熱し、この熱を利用して生タイヤを加熱する方法（例えば、特許文献２，３参照）などが提案されている。
また、電磁波を利用した加熱方法としては、マグネトロンで発生させた電磁波の一つであるマイクロ波を導波管により生タイヤを入れた加熱室に導入し、ゴム配合物の誘電損失による自己発熱を利用して生タイヤを加熱する方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００６−０６２２１３号公報 特開２００６−２８９９９５号公報 特許第３７６４３６６号公報 特開２００７−０２２０１０号公報

しかしながら、前記ヒーターランプによる加熱方法では、ゴム配合物は熱伝導率が低いためエネルギー効率が低いだけでなく、タイヤの肉厚部分の加熱に長時間を要するといった問題点があった。
また、電磁誘導による加熱方法では、スチールコードのみが加熱されるので、スチールコードを高温にする必要がある。しかし、スチールコードを高温にするとスチールコードと周囲のゴム配合物との接着性が阻害される虞があるので、スチールコードの温度を接着性が阻害されない程度の温度（例えば、１００℃以下）にする必要があり、その結果、加熱時間が長くなってしまっていた。
また、マイクロ波による加熱方法では、利用している波長が短いため、誘電損失体であるゴム配合物の誘電損失率が高い場合には、マイクロ波のエネルギーがタイヤの表層部で消費されやすいことから局部発熱し易く、その結果、生タイヤ全体を均一に加熱することできなかった。また、波長が短いため、タイヤ構成材料であるスチール部材近傍で過剰発熱が発生することがあった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、厚さの厚い生タイヤであっても、生タイヤを損傷することなく、内部まで均一に加熱する方法とその装置を提供することを目的とする。

本発明者は鋭意検討の結果、ゴム配合物の径方向外側に高周波発生装置の一方の電極を配置するとともに、ゴム配合物の径方向内側に配置されている導電性部材を高周波発生装置の他方の電極として誘電加熱すれば、電磁波（高周波）を誘電損失体であるゴム配合物の内部まで到達させてゴム配合物を有効に加熱できることを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本願発明は、加硫前の生タイヤを高周波誘電加熱方式により加熱する際に、生タイヤの内部の導電性部材を高周波発生装置の一方の出力端子を接続して高周波誘電加熱を行うことを特徴とする。

また、本願発明は、前記生タイヤを構成するゴム配合物の一部を除去して導電性部材を露出させる工程と、前記露出された導電性部材を高周波発生装置の一方の出力端子に接続し、生タイヤの外側に高周波発生装置の他方の出力端子に接続された電極板を配置する工程と、前記電極板と前記導電性部材との間に高周波電圧を印加して、前記電極板と前記導電性部材との間に配置された前記生タイヤの加熱予定部分に高周波を照射する工程とを備えたことを特徴とする。
このような工程により生タイヤを加熱したので、高周波をゴム配合物の内部まで確実に到達させることができ、生タイヤを効率よく加熱することができる。

また、トレッド部の径方向内側に配置されたビード、プライ、ベルトのいずれかに高周波発生装置の一方の出力端子を接続したので、トレッド部を有効に加熱することができる。
また、高周波発生装置の一方の出力端子を、ビード、プライ、ベルトのスチールコードに接続したので、トレッド部を確実に加熱することができる。
また、前記高周波の波長を１ｍ〜１００ｍの範囲として、高周波の電力半減深度を大きくしたので、トレッド部の厚さが厚い場合でも内部まで容易に加熱することができる。
また、高周波のエネルギーもマイクロ波よりも低いので、トレッド部表層での局部発熱やスチール部材近傍での過剰発熱の発生を抑制できる。したがって、生タイヤを損傷することなく、内部まで均一に加熱することができる。
また、本願発明は、前記生タイヤの加熱温度を１００℃以上１３０℃以下としたことを特徴とする。
これにより、加硫開始時の温度を確保できるとともに、生タイヤの加硫が進行することを抑制することができる。

また、本願発明は、高周波発生装置により発生した高周波を生タイヤに照射して前記生タイヤを加熱する生タイヤの加熱装置であって、前記生タイヤの径方向外側に配置された電極板を備え、前記電極板は前記高周波発生装置の一方の出力端子に接続され、前記生タイヤの内部のスチールコードと前記高周波発生装置の他方の出力端子とが接続されていることを特徴とする。
このような構成を採ることにより、高周波を誘電損失体であるゴム配合物の内部まで到達させてゴム配合物を有効に誘電加熱させることができる。
また、本願発明は、高周波発生装置の発生する高周波の波長が１ｍ〜１００ｍの範囲にあることを特徴とする。
これにより、生タイヤの内部まで容易に加熱することができるとともに、生タイヤの表層での局部発熱やスチール部材近傍での過剰発熱の発生を抑制できるので、生タイヤを内部まで均一に加熱することができる。

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。

本実施の形態に係る生タイヤの加熱装置の構成を示す図である。 電極板の配置例を示す図である。 接続端子をタイヤに取り付ける方法を説明するための図である。 接続端子の他の取付位置を示す図である。

以下、実施の形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また、実施の形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施の形態に係る生タイヤの加熱装置１０の構成を示す図で、同図において、１１は電極板、１２は接続端子、１３は高周波発生装置、１４は保持部材、１５は基台、１６は空気供給装置、１７はエアホースである。
電極板１１は金属板から構成され、生タイヤ２０の径方向外側でトレッド部２１を覆うように配置されて、高周波発生装置１３の（＋）側の出力端子とケーブル線１１ｃを介して接続される。電極板１１は高周波発生装置１３の電源電極として機能する。
接続端子１２は、生タイヤ２０のプライ２２のスチールコード２２ｃに電気的に接触する金属製の接触子１２ｋを有し、高周波発生装置１３の（−）側の出力端子と、ケーブル線１２ｃを介して接続される。これにより、プライ２２のスチールコード２２ｃを高周波発生装置１３のアース電極として機能させることができる。
高周波発生装置１３は、電極板１１とスチールコード２２ｃとの間に高周波電流を流して高周波を発生させることで、電極板１１とスチールコード２２ｃとの間に配置された生タイヤ２０のトレッド部２１に高周波を照射する。照射する高周波の波長としては、１ｍ〜１００ｍの範囲にあることが好ましく、５ｍ〜５０ｍの範囲であれば更に好ましい。
本例では、図２に示すように、電極板１１と接続端子１２とを複数準備し、電極板１１を生タイヤ２０の全周に配置するとともに接続端子１２を複数本のスチールコード２２ｃにそれぞれ接続して、生タイヤ２０を周方向に均一に加熱するようにしている。

保持部材１４は円盤状の部材で、外周面を構成するリム部１４ａとディスク部１４ｂとを備え、固定部材である基台１５上に固定される。
リム部１４ａはホイールリムと同様の構造で、生タイヤ２０の一対のビード部２３ａ，２３ｂを固定する。また、ディスク部１４ｂには空気供給装置１６から送られてきた空気を保持部材１４の中空部１４ｓに供給するための空気供給孔１４ｐが設けられ、リム部１４ａにはリム部１４ａに取付けられたときの生タイヤ２０の内部と前記中空部１４ｓとを連通させるための空気導入孔１４ｑが設けられている。
空気供給装置１６は生タイヤ２０の内部に所定の圧力の空気を供給する。
エアホース１７は、一端が空気供給装置１６の空気供給口１６ｐに連結され、他端が保持部材１４の空気供給孔１４ｐに取付けられて、空気供給装置１６から供給される空気を保持部材１４の中空部１４ｓに供給する。なお、空気供給孔１４ｐは図示しない開閉弁により開閉可能である。

次に、生タイヤの加熱装置１０を用いて生タイヤ２０のトレッド部２１を加熱する方法について説明する。
まず、生タイヤ２０を保持部材１４のリム部１４ａに装着する。
次に、空気供給装置１６と保持部材１４とをエアホース１７で連結し、生タイヤ２０の内部に空気を供給する。空気供給装置１６から供給される空気はエアホース１７から保持部材１４の空気供給孔１４ｐを通って中空部１４ｓに入り、リム部に設けられた空気導入孔１４ｑから生タイヤ２０内に導入される。
これにより、生タイヤを所定の内圧で膨張させることができるので、生タイヤ２０の形状を保持することができる。したがって、加熱時における電極板１１と生タイヤ２０との距離を一定に保つことができる。
生タイヤ２０を所定の内圧に保持した後には、開閉弁を閉じてエアホース１７を保持部材１４から取り外した後、電極板１１をトレッド部２１の表面から所定距離離して配置するとともに、接続端子１２をプライ２２のスチールコード２２ｃに接触させて固定する。
本例では、図３（ａ）に示すように、予めプライ２２外側を覆うサイドトレッド２４の一部を除去し、更に、プライ２２を被覆しているトリートゴム２２ｔを除去してプライ２２のスチールコード２２ｃを露出させた状態にしてある。そして、図３（ｂ）に示すように、この露出されたスチールコード２２ｃに接続端子１２の接触子１２ｋを接触させて固定した後、接続端子１２とケーブル線１２ｃとを接続する。
加熱後には、図３（ｃ）に示すように、露出部に別途成形したゴム部材２４ｍ（ここでは、サイドトレッド２４のゴム部材と同じ特性を有するゴム部材）を貼り付けてから加熱された生タイヤ２０を加硫する。
なお、接続端子１２の取り付けは、スチールコード２２ｃを露出させる作業の後に予め行っておき、加熱準備時には、接続端子１２とケーブル線１２ｃの接続作業のみを行う方が作業効率は良い。
また、電極板１１及び接続端子１２と高周波発生装置１３との接続は電極板１１及び接続端子１２の配置前に行ってもよいし、配置後に行ってもよい。

次に、高周波発生装置１３を稼働させて電源電極である電極板１１とアース電極であるスチールコード２２ｃとの間に高周波電流を流して、生タイヤ２０のトレッド部２１に高周波を照射する。
本例では、生タイヤ２０に波長が１ｍ〜１００ｍの範囲にある高周波を照射するため、高周波発生装置１３を、例えば、１３．５６ＭＨｚ，２７．１２ＭＨｚなどの３ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲の発振周波数で発振させている。
電極板１１は送信アンテナに相当し、導電性材料であるスチールコード２２ｃは受信アンテナに相当するので、電極板１１から照射された高周波は、図１の一点鎖線に示すようにトレッド部２１の表層からトレッド部２１の内部まで達した後、プライ２２のスチールコード２２ｃに達するような伝播路を伝播する。

高周波のエネルギーは誘電損失体であるトレッド部２１のゴム配合物に吸収されて熱に変わり、その結果、ゴム配合物が自己発熱して、トレッド部２１は加熱される。加熱によって発生する熱量Ｐは、以下の式（１）により表わされる。

式（１）から、熱量Ｐは誘電損失体の損失係数に比例し、吸収する高周波の周波数の二乗に比例して大きくなることがわかる。
一方、誘電損失体に高周波を照射したときに、エネルギーが半減するときの深さ（電力半減深度）Ｄは、以下の式（２）より表わせる。

つまり、誘電損失体の損失係数が同じならば、高周波の周波数が高い（波長が短い）ほど、ゴム配合物の発熱量は多くなる。
従来のマイクロ波による加熱方法では、主に、２．４５ＧＨｚ，５．８ＧＨｚなどの周波数のマイクロ波が用いられている。マイクロ波は周波数が高いので発熱量は大きいものの、電力半減深度Ｄが浅いため、トレッド部２１のような厚いゴム部材を均一に加熱することが困難であったが、本例では、波長が１ｍ〜１００ｍ（周波数；３ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の範囲にある波長の長い（周波数の低い）電磁波である高周波を用いているので、トレッド部２１のゴム配合物の誘電損失率が高い場合でも、トレッド部２１の表層での損失が大きくなって局所加熱を起こすようなことがない。したがって、トレッド部２１を内部まで均一に加熱することができる。また、厚みが厚いトレッド部２１であっても、従来のヒーターランプ等による外部加熱方式と比べてトレッド部２１の表層から内部までを短時間で効率的に加熱できるだけでなく、エネルギー効率も高いので、生産性を大幅に改善できる。

また、誘電損失体であるゴム配合物を直接加熱しているので、スチールコードと周囲のゴム配合物との接着状態が劣化せず、高品質を維持できる。
また、本例では、電極板１１を生タイヤ２０の全周に配置して生タイヤ２０を加熱しているので、生タイヤ２０を周方向に均一に加熱することができる。
高周波の照射を開始してから所定時間経過後には、高周波発生装置１３を停止させ、生タイヤ２０の加熱を終了する。
このとき、生タイヤ２０の加熱温度としては、１００℃以上１３０℃以下とすることが好ましい。加熱温度を１００℃以上としたのは、加熱後から加硫開始までの時間に生タイヤ２０の温度が低下しないようにするためであり、１３０℃以下としたのは、生タイヤ２０の加硫が進行することを抑制するためである。

加熱終了後には、生タイヤ２０の温度を測定し、予め求めておいた生タイヤ温度と必要加硫時間との関係式から加硫時間を設定し加硫機で生タイヤ２０を加硫する。
生タイヤの温度と必要加硫時間との関係は、例えば、加硫後のタイヤの加硫遅れが発生する部分の温度を針式温度センサーで測定し、予め求めておいた加熱後の生タイヤの温度と加硫時間との関係を調べるなどして求めることができる。
本発明の生タイヤ２０は、タイヤ加硫において伝熱の遅いトレッド部２１が均一に加熱されているので、加硫温度を上げることなく加硫時間を短縮できる。加熱時間を短縮できれば、モールドに直接接するトレッド部２１の表層のゴム配合物が過剰な熱履歴を受けることがないので、タイヤの熱劣化を抑制することができる。
また、加硫時間だけでなく、加硫温度についても調整すれば、タイヤの品質を更に向上させることができる。

本実施の形態では、高周波発生装置１３の一方の電極に接続された電極板１１をトレッド部２１の表面から所定距離離して配置するとともに、予め露出させておいたプライ２２のスチールコード２２ｃを高周波発生装置１３の他方の電極に接続し、電極板１１とプライ２２との間のトレッド部２１を構成するゴム配合物に高周波を照射してゴム配合物を自己発熱させることで、生タイヤ２０を加熱するようにしたので、ゴム配合物を有効に加熱することができるとともに、生タイヤ２０を内部まで均一に加熱することができる。

なお、前記実施の形態では、プライ２２のスチールコード２２ｃをアース電極としたが、図４に示すように、第１ベルト２４ａもしくは第２ベルト２４ｂのスチールコード２４ｃをアース電極にしてもよいし、ビード部２３ａ，２３ｂに設けられたビードコア２３ｃなどのスチール部材をアース電極としてもよい。
なお、プライ２２や第１ベルト２４ａ及び第２ベルト２４ｂを覆っているトリートゴムは厚さが薄いので、スチールコード２２ｃ，２４ｃを露出させなくてもアース電極として使用可能であるが、トレッド部２１を確実に加熱するには、本例のように、導電性部材であるスチールコード２２ｃに直接接続端子１２を接触させる方が好ましい。
また、前記例では、プライ２２外側を覆うサイドトレッド２４の一部を除去してから、スチールコード２２ｃを露出させたが、除去箇所は図３に示した箇所に限定されるものではなく、図３の射線で示すような、折り返し部を含むプライ２２を覆っている部分であればどこを除去してもよい。
また、前記例では、肉厚なゴム配合物で形成されたトレッド部２１に高周波を照射したが、本発明はこれに限るものではなく、ビード部２３ａ，２３ｂなど生タイヤ２０の他の肉厚部位を加熱する場合にも適用可能である。

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。

本発明によれば、生タイヤの内部の導電性部材を高周波発生装置の一方の出力端子を接続して高周波誘電加熱を行うようにしたので、簡単な構成で生タイヤを内部まで均一に加熱することができる。

１０ 生タイヤの加熱装置、１１ 電極板、１２ 接続端子、１３ 高周波発生装置、１４ 保持部材、１４ａ リム部、１４ｂ ディスク部、１４ｐ 空気供給口、
１４ｑ 空気導入孔、１５ 基台、１６ 空気供給装置、１７ エアホース、
２０ 生タイヤ、２１ トレッド部、２２ プライ、２２ｃ スチールコード、
２３ａ，２３ｂ ビード部、２４ａ，２４ｂ ベルト。

Claims (8)

1. 加硫前の生タイヤを高周波誘電加熱方式により加熱する際に、生タイヤの内部の導電性部材を高周波発生装置の一方の出力端子を接続して高周波誘電加熱を行うことを特徴とする生タイヤの加熱方法。
2. 前記生タイヤを構成するゴム配合物の一部を除去して前記導電部材を露出させる工程と、
   前記露出された導電性部材を高周波発生装置の一方の出力端子に接続し、生タイヤの外側に高周波発生装置の他方の出力端子に接続された電極板を配置する工程と、
   前記電極板と前記導電性部材との間に高周波電圧を印加して、前記電極板と前記導電性部材との間に配置された前記生タイヤの加熱予定部分に高周波を照射する工程とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の生タイヤの加熱方法。
3. 前記導電性部材がビード、プライ、ベルトのいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生タイヤの加熱方法。
4. 前記導電性部材がスチールコードであることを特徴とする請求項３に記載の生タイヤの加熱方法。
5. 前記高周波の波長が１ｍ〜１００ｍの範囲にあ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生タイヤの加熱方法。
6. 前記生タイヤの加熱温度を１００℃以上１３０℃以下としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の生タイヤの加熱方法。
7. 高周波発生装置により発生した高周波を生タイヤに照射して前記生タイヤを加熱する生タイヤの加熱装置であって、
   前記生タイヤの径方向外側に配置された電極板を備え、
   前記電極板は前記高周波発生装置の一方の出力端子に接続され、
   前記生タイヤの内部のスチールコードと前記高周波発生装置の他方の出力端子とが接続されていることを特徴とする生タイヤの加熱装置。
8. 前記高周波発生装置の発生する高周波の波長が１ｍ〜１００ｍの範囲にあることを特徴とする請求項７に記載の生タイヤの加熱装置。

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