JP6915439B2 - ポストキュアインフレータ用リム、及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加硫金型から取り出された加硫直後の高温度の空気入りタイヤを、インフレート状態で冷却するためのポストキュアインフレータにおいて、空気入りタイヤを保持するポストキュアインフレータ用リム、及びその製造方法に関する。

空気入りタイヤでは、タイヤの骨格をなすカーカスのカーカスコードとして、有機繊維コードが広く使用されている。しかし、空気入りタイヤの製造工程において、加硫金型から取り出された高温度のタイヤをそのまま自然冷却すると、前記有機繊維コードが大きく収縮してタイヤが変形し、ユニフォミティを損ねるという問題が生じる。

そこで従来においては、加硫直後の高温度のタイヤは、ポストキュアインフレータを用い、タイヤ内部に圧縮空気を充填したインフレート状態を保ちながら、冷却することが行われている（例えば特許文献１参照。）。

ポストキュアインフレータは、支持軸部に取り付く上リムと、昇降手段によって昇降自在に支持される下リムとを具える。そして、下リムの上昇により、加硫直後のタイヤを上リムと下リムとの間で挟んで気密に保持する。なお支持軸部にはロッキングシャフトが連設されており、上リムと下リムとは、所定間隔（リム幅）を隔てて連結可能である。

ここで、ポストキュアインフレータでは、ビート径の異なるタイヤを冷却する場合、ビート径に合ったサイズの上下リムに交換する必要がある。しかし、特に上リムは、高所に位置する支持軸部に取り付けられている。そのため上リムの交換は、高所作業となり、しかもリム自体の重量も大であるため、交換作業性に問題がある。

なお従来においては、上下リムは、アルミニウム等の軽量金属にて形成されているが、交換作業性の向上のために、さらなる軽量化が望まれる。

特開平６−１０６５４８号公報

本発明は、ポストキュアインフレータ用リムにおいては、タイヤの加硫熱（例えば１８０℃程度）及びインフレート内圧（例えば２００kPa程度）において変形しない強度、剛性及び耐久性を有していれば良いことに着目してなされたものであり、繊維強化プラスチックで形成することを基本として、さらなる軽量化を達成でき、交換作業性を向上しうるポストキュアインフレータ用リム、及びその製造方法を提供することを課題としている。

本願の第１発明は、ポストキュアインフレータに用いられ、加硫直後の空気入りタイヤを保持するためのポストキュアインフレータ用リムであって、
前記空気入りタイヤの一方のビード部にタイヤ軸方向外側から装着される第１のリム体と、他方のビード部にタイヤ軸方向外側から装着される第２のリム体とを具えるとともに、
前記第１、第２のリム体は、繊維強化プラスチックから形成される。

本発明に係るポストキュアインフレータ用リムでは、前記繊維強化プラスチックは、１９０℃における曲げ弾性率が３GPa以上、最大曲げ応力が２０MPa以上であることが好ましい。

本発明に係るポストキュアインフレータ用リムでは、前記繊維強化プラスチックは、荷重たわみ温度が１９０℃以上であることが好ましい。

本発明に係るポストキュアインフレータ用リムでは、プラスチックとしての不飽和ポリエステル樹脂、及び強化繊維としてのガラス繊維を含むことが好ましい。

本発明に係るポストキュアインフレータ用リムでは、前記第１、第２のリム体は、表面に撥油性を有するコーティング層を有することが好ましい。

本発明に係るポストキュアインフレータ用リムでは、前記第１、第２のリム体は、前記コーティング層の形成前において、表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が２．５μm以下、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）が５０μm以下であることが好ましい。

本発明に係るポストキュアインフレータ用リムでは、前記コーティング層は、フッ素系樹脂を含むことが好ましい。

本願の第２発明は、第１発明のポストキュアインフレータ用リムの製造方法であって、
前記第１のリム体用及び第２のリム体用の樹脂成形体を、それぞれ繊維強化プラスチックを用いて成形する工程と、
前記樹脂成形体の表面に、撥油性を有するコーティング層を形成する工程とを具えるとともに、
前記樹脂成形体の表面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が２．５μmより大、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）が５０μmより大のとき、前記コーティング層の形成に先駆けて、前記樹脂成形体の表面を研磨処理し、該表面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を２．５μm以下、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）を５０μm以下とする工程を含む。

本発明は叙上の如く、第１、第２のリム体を繊維強化プラスチックで形成している。そのため、必要な耐熱性や強度を確保しながら、例えばアルミニウム製よりもさらに軽量化を図ることが可能であり、交換作業性を向上させることができる。

本発明の一実施形態のポストキュアインフレータ用リムが、ポストキュアインフレータに取り付けられた状態を示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はポストキュアインフレータ用リムの断面図及び底面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はポストキュアインフレータ用リムの製造方法の一例を示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はポストキュアインフレータに空気入りタイヤが装着される段階を示す断面図である。 表１の繊維強化プラスチックにおける、１９０℃での曲げ弾性率及び最大曲げ応力を示すグラフ。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１には、一実施形態のポストキュアインフレータ用リム（以下「ＰＣＩ用リム」という。）１が、ポストキュアインフレータ（以下「ＰＣＩ装置」という。）２に取り付けられた状態が示される。

図１に示すように、ＰＣＩ装置２は、加硫直後の高温度の空気入りタイヤＴをインフレート状態で横向きに保持するＰＣＩ用リム１と、このＰＣＩ用リム１を支持するリム保持手段３とを含む。

前記ＰＣＩ用リム１は、第１のリム体５と、第２のリム体６とを具える。第１のリム体５は、空気入りタイヤＴの一方のビード部（本例では上側のビード部）Ｔｂ１に、タイヤ軸方向外側から装着される。又第２のリム体６は、他方のビード部（本例では下側のビード部）Ｔｂ２に、タイヤ軸方向外側から装着される。なお一方、他方のビード部Ｔｂ１、Ｔｂ２を総称するとき、ビード部Ｔｂという。

図２に示すように、第１、第２のリム体５、６は、それぞれ円盤状の基体７と、この基体７の外周に配されるビード保持部８とを具える。

基体７には、その中心に、後述するロッキングシャフト９が通る挿通孔１０が形成されるとともに、前記挿通孔１０の半径方向外側には、複数のボルト挿通孔１１が形成される。又前記ビード保持部８は、ビード部Ｔｂを着座させて保持するビードシート部分８ａと、そのタイヤ軸方向外縁からタイヤ半径方向外側に立ち上がるリムフランジ部分８ｂとから構成される。

図１に示すように、リム保持手段３は、第１のリム体５を保持する第１の保持手段３Ａと、空気入りタイヤＴの脱着に際して、第２のリム体６を保持する第２の保持手段３Ｂとを具える。

第１の保持手段３Ａは、本例では、ＰＣＩ装置２のフレームＦに支持される支持軸１５を具える。この支持軸１５の下端部１５Ｅに、前記第１のリム体５の基体７がボルト１６を介して交換可能に取り付けられる。又支持軸１５の下端部１５Ｅには、ロッキングシャフト９が同心に連設される。このロッキングシャフト９は、第１、第２のリム体５、６を、所定間隔（リム幅）を隔てて連結しうる。

なお第２のリム体６の基体７には、ロッキングシャフト９の下端部９Ｅと連結可能なボス体１７が取り付いている。このボス体１７は、前記基体７の下面に、ボルト１６を介して固定される。ボス体１７には、前記下端部９Ｅに設ける係止部（図示省略）と、係脱可能な係合穴１８が凹設される。本例の係合穴１８は、前記下端部９Ｅが係合穴１８に挿入され、かつロッキングシャフト９が例えば９０度回転することで、前記係止部と連結できる。これにより、第１、第２のリム体５、６間で、空気入りタイヤＴを挟んで気密に保持しうる。又ボス体１７の下面には、第２の保持手段３Ｂに保持される保持穴１９が配される。

第２の保持手段３Ｂは、例えばシリンダ等の昇降手段（図示省略）に昇降自在に支持されるリム保持軸部２０を具える。このリム保持軸部２０は、前記保持穴１９と連結でき、前記第２のリム体６を、リム保持軸部２０と一体に昇降移動させうる。

従って、図４（Ａ）に示すように、リム保持軸部２０による第２のリム体６の下降位置において、第２のリム体６上に、加硫直後の空気入りタイヤＴを投入しうる。その後、リム保持軸部２０とともに第２のリム体６を上昇させる。これにより、図４（Ｂ）に示すように、ロッキングシャフト９とボス体１７とが、係合穴１８を介して連結できる。これにより、第１、第２のリム体５、６間で、空気入りタイヤＴを挟んで気密に保持できる。その後、リム保持軸部２０は、冷却が終了するまで、前記下降位置で待機する。

本発明では、第１、第２のリム体５、６は、繊維強化プラスチックから形成される。これにより軽量化を達成する。

ＰＣＩ用リム１では、タイヤの加硫熱（例えば１８０℃程度）及びインフレート内圧（例えば２００kPa程度）において変形しない強度、剛性、及び耐久性を有することが必要である。そのため、繊維強化プラスチックとして、１９０℃における曲げ弾性率が２GPa以上、さらには３GPa以上、最大曲げ応力が１５MPa以上、さらには２０MPa以上であることが好ましい。なお。前記曲げ弾性率、及び最大曲げ応力は、ＪＩＳ Ｋ７１７１の「プラスチック−曲げ特性の求め方」に準拠し、３点曲げ試験によって測定した値である。

このように、１９０℃における曲げ弾性率及び最大曲げ応力を上記範囲に規制することで、ポストキュアインフレートにおける第１、第２のリム体５、６の変形を抑制でき、かつ必要な耐久性を確保しうる。

又繊維強化プラスチックでは、荷重たわみ温度が１９０℃以上、さらには２００℃以上であることが好ましい。前記荷重たわみ温度は、試験方法規格（ASTM D648）に規定の荷重たわみ温度試験に準拠して測定した値である。

繊維強化プラスチックでは、マトリックス樹脂（プラスチック）として熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂が採用しうる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ナイロン樹脂（ＰＡ）、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）、（アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等が挙げられる。又熱硬化性樹脂として、例えば、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、ビニルエステル樹脂（ＶＥ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、フェノール樹脂（ＰＨ）等が挙げられる。

熱可塑性樹脂の場合、例えば射出成形が可能であるなど成形性で優れるものの、高温特性、特に高温での曲げ弾性率において不充分となる。従って、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂が好適に採用しうる。

また強化繊維としては、炭素繊維及びガラス繊維が好適に採用しうるが、コストの観点からガラス繊維がより好適に採用しうる。

ここで、マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂を採用した場合、例えばＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）プレス成形法、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）成形法、プリプレグプレス成形法等が採用可能である。特に、コスト、成形性の観点から、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）をマトリックス樹脂としたＳＭＣを用いたＳＭＣプレス成形法で形成することが好ましい。

ＳＭＣとは、周知のように、例えば２５〜５０mm程度に切断した強化繊維の層に、マトリックス樹脂と炭酸カルシウムなどの充填材を配合したコンパウンドを浸み込ませた、厚さ数ミリのシート状材料である。ＳＭＣプレス成形法では、まず、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、所定枚数のＳＭＣを所定形状にカットしかつ積層させ、所定形状の板状材料３５を形成する。しかる後、この板状材料３５を、上下の金型３０、３１間で加圧、加熱することにより、第１、第２のリム体用の樹脂成形体３６を形成する。本例では、挿通孔１０及びボルト挿通孔１１等を形成するために、樹脂成形体３６に切削加工を施す場合が示される。しかし金型３０、３１に、孔部形成用のピン等を設け、切削加工を要することなく、樹脂成形と同時に挿通孔１０及びボルト挿通孔１１等を形成してもよい。

ＢＭＣ成形法では、周知のように、切断した強化繊維と、マトリックス樹脂と炭酸カルシウムなどの充填材とをミキサーで混合させたバルク状材料であるＢＭＣを使用する。ＢＭＣは、トランスファー成形機のポットに装入され、プランジャを用いて、成型機のキャビティ内に圧入される。そしてキャビティ内で加圧、加熱することで樹脂成形体３６が形成される。

またプリプレグプレス成形法では、周知のように、強化繊維の織物にマトリックス樹脂を浸み込ませた薄いシート状材料であるプリプレグを用いる。所定枚数のプリプレグを所定形状にカットしかつ積層させて所定形状の板状材料３５を形成した後、上下の金型３０、３１間で加圧、加熱することで樹脂成形体３６を形成する。

前記ＢＭＣ成形法では、ＢＭＣの形成にミキサーを使用するため、ＳＭＣに比して強化繊維は短く、かつ強化繊維の配合量も低くなる。そのため、ＢＭＣ成形法で形成された第１、第２のリム体５、６は、ＳＭＣプレス成形法で形成されたものよりも、曲げ弾性率及び最大曲げ応力が低くなる。

またプリプレグプレス成形法では、強化繊維が織物状をなすため、補強に方向性が生じてしまい、第１、第２のリム体５、６に採用するのは好ましくない。

従って、第１、第２のリム体５、６の形成には、ＳＭＣプレス成形法がより好適である。特に、ＳＭＣに用いる熱硬化性樹脂として不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）が好適である。

なおガラス繊維と不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）とを用いたＳＭＣの場合、比重が１．８〜１．９程度であり、重量を、アルミニウム（比重２．６６）製の従来のＰＣＩ用リムの約７０％に軽減できる。

次に、加硫直後の高温度の空気入りタイヤＴでは、表面から、配合ゴム中の薬品の一部が気化して飛散する。この飛散物はヒュームと呼ばれ、その主成分の一つにオイルが挙げられる。ヒュームは、ＰＣＩ用リムにも付着する。そのため、ＰＣＩ用リムを頻繁に洗浄する必要がある。しかし、冷却によって固化したヒュームは、薄く広がって付着しているため、剥がれにくい。しかもＰＣＩ用リムの重量が大であるため、洗浄作業に多くの労力を要する。

そこで図２（Ａ）に示すように、第１、第２のリム体５、６の表面に、撥油性を有するコーティング層２１を設けるのが好ましい。本例では、コーティング層２１が表面全体に形成された場合が示されるが、少なくとも表面の一部に形成されればよい。

コーティング層２１としては、コーティング材料にフッ素系樹脂を含んだフッ素樹脂コート、及びコーティング材料にチタン、クロム、アルミ、ケイ素等の窒化物及び炭化物を含んだセラミックコートが適宜採用しうる。

このようなコーティング層２１を形成した場合、付着したヒュームが、弾かれて玉のような形状にまとまる。そのため固化したとき、コーティング層２１が有する剥離性と相俟って、より剥がれやすくなる。しかも繊維強化プラスチックによって軽量化が履かされるため、洗浄作業性をさらに高めることができる。

本発明者の研究の結果、ヒュームに対しては、フッ素樹脂コートが、より剥がれやすく洗浄作業性に優れることが確認された。

他方、本発明者の研究の結果、コーティング層２１を設けた場合であっても、第１、第２のリム体５、６の表面が粗面である場合、その凹部内にヒュームが入り込みやすい。そのためコーティング層２１の効果が十分に発揮されないことが確認された。そして、第１、第２のリム体５、６では、コーティング層２１の形成前の状態において、その表面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が２．５μm以下、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）が５０μm以下であることが、ヒューム等への汚損抑制のために好ましいことが判明した。

なお第１、第２のリム体５、６が粗面となる原因として、
Ａ）金型３０、３１の金型面自体が粗面であり、成形時にそれが転写されて樹脂成形体３６の表面が粗面となる場合：及び
Ｂ）金型３０、３１の金型面自体は鏡面であるが、成形後に樹脂成形体３６に切削加工が施され、繊維強化プラスチックの繊維に折れや抜けが発生し、これが樹脂成形体３６の表面に付着して粗面となる場合：
などが考えられる。

何れの場合にも、コーティング層２１を形成する工程前において、樹脂成形体３６の表面が粗面である時には、この樹脂成形体３６の表面に研磨処理を施し、その表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を２．５μm以下、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）を５０μm以下に減じることが好ましい。

前記ポストキュアインフレータ用リム１の製造方法は、前述したように
（ア）第１、第２のリム体用の樹脂成形体３６を、それぞれ繊維強化プラスチックを用いて成形する工程（樹脂成形工程という場合がある。）と、
（イ）前記樹脂成形体の表面に、撥油性を有するコーティング層２１を形成する工程（コーティング工程という場合がある。）とを具えるとともに、
（ウ）前記樹脂成形体の表面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が２．５μmより大、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）が５０μmより大のとき、前記コーティング層の形成に先駆けて、前記樹脂成形体の表面を研磨処理し、該表面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を２．５μm以下、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）を５０μm以下とする工程（研磨工程という場合がある。）
をさらに含むことが好ましい。

なお樹脂成形工程では、前述したように、ＳＭＣプレス成形法、ＢＭＣ成形法、プリプレグプレス成形法、及び射出成形法などの樹脂成形法が適宜採用しうる。研磨工程で行う研磨処理では、規定の表面粗さＲａ、Ｒｚを得るために、粒度１５００番（♯1500）より細かい、特には粒度２０００番（♯2000）より細かい研磨布紙を用いるのが好ましい。コーティング工程で形成するコーティング層２１として、前述したように、コーティング材料にフッ素系樹脂を含んだフッ素樹脂コート、及びコーティング材料にチタン、クロム、アルミ、ケイ素等の窒化物及び炭化物を含んだセラミックコートなどが適宜採用しうる。

なお特に、第１、第２のリム体５、６の粗面原因が上記Ａ）の場合、樹脂成形法に用いる金型の金型面に前記研磨工程と同様の研磨処理を行い、金型面の表面粗さＲａを２．５μm以下、又は表面粗さＲｚを５０μm以下に減じることにより第１、第２のリム体５、６の表面粗さＲａ、Ｒｚを規定値以下に減じることもできる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

（１）図２に示すＰＣＩ用リムを、表１の仕様で試作し、図１に示すＰＣＩ装置に装着してポストキュアインフレートを行った。表１の繊維強化プラスチックにおける、１９０℃での曲げ弾性率及び最大曲げ応力を測定し、その結果を図５に示す。なお実施例１〜５では、荷重たわみ温度（試験方法規格：ASTM D648）が２００℃以上であった。ポストキュアインフレートにおいて、空気入りタイヤの温度の最大は１８０℃、インフレート内圧は２００kPaであった。各ＰＣＩ用リムは、材料のみ相違し、形状は実質的に同一である。

表１中の繊維強化プラスチックは、以下の通りである。
ＰＰＳ--ポリフェニレンサルファイド樹脂
ＰＥＥＫ--ポリエーテルエーテルケトン樹脂
ＶＥ--ビニルエステル樹脂
ＵＰ--不飽和ポリエステル樹脂

実施例では、ポストキュアインフレートを問題なく行うことができた。なお実施例１〜３は軽量化に優れるが、射出成型が技術的に難しく、生産性では実施例４，５に劣る。

（２）
表２に示すように、コーティング工程前に研磨工程を行ったＰＣＩ用リム（実施例Ａ１〜Ａ５）と、研磨工程を行わないＰＣＩ用リム（実施例Ｂ１）とをそれぞれ試作した。そして各ＰＣＩ用リムを用いてポストキュアインフレートを行った後、表面に付着したヒュームの拭き取り作業を行った。

実施例Ａ１〜Ａ５、及び実施例Ｂ１ともに、ＳＭＣプレス成形法にて形成された樹脂成形体３６に、挿通孔１０及びボルト挿通孔１１を切削加工によって形成している。切削加工前に測定した樹脂成形体３６の表面粗さＲａは約０．８５μm、Ｒｚは約３５μmであった。

＜拭き取り作業＞
リム表面に付着したヒュームを、布を用いて拭き取りしたときの作業性を４段階で評価した。数値が大きい方が拭き取り作業に優れる。なお４点は、布にて軽く拭くだけで、ヒュームを除去することができるレベルである。１点は、ヒュームが表面の凹部内に入り込み、布による拭き取り作業のみでは完全に除去することが難しいレベルである。

１ ポストキュアインフレータ用リム
２ ポストキュアインフレータ
５ 第１のリム体
６ 第２のリム体
２１ コーティング層
Ｔ 空気入りタイヤ
Ｔｂ ビード部

Claims (8)

1. ポストキュアインフレータに用いられ、加硫直後の空気入りタイヤを保持するためのポストキュアインフレータ用リムであって、
   前記空気入りタイヤの一方のビード部にタイヤ軸方向外側から装着される第１のリム体と、他方のビード部にタイヤ軸方向外側から装着される第２のリム体とを具えるとともに、
   前記第１、第２のリム体は、繊維強化プラスチックから形成され、かつ、表面に撥油性を有するコーティング層を有するポストキュアインフレータ用リム。
   
2. 前記繊維強化プラスチックは、１９０℃における曲げ弾性率が３GPa以上、最大曲げ応力が２０MPa以上である請求項１記載のポストキュアインフレータ用リム。
3. 前記繊維強化プラスチックは、荷重たわみ温度が１９０℃以上である請求項１又は２記載のポストキュアインフレータ用リム。
4. 前記繊維強化プラスチックは、プラスチックとしての不飽和ポリエステル樹脂、及び強化繊維としてのガラス繊維を含む請求項１〜３の何れかに記載のポストキュアインフレータ用リム。
5. 前記第１、第２のリム体は、それぞれ円盤状の基体と、前記基体の外周に配されるビード保持部とを具え、
   前記基体は、その中心に、前記第１、第２のリム体を所定間隔を隔てて連結するロッキングシャフトが通る挿通孔１０が形成されるとともに、前記挿通孔の半径方向外側に複数のボルト挿通孔１１が形成される請求項１〜４の何れかに記載のポストキュアインフレータ用リム。
   
6. 前記第１、第２のリム体は、前記コーティング層の形成前において、表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が２．５μm以下、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）が５０μm以下である請求項１〜５の何れかに記載のポストキュアインフレータ用リム。
   
7. 前記コーティング層は、フッ素系樹脂を含む請求項１〜６の何れかに記載のポストキュアインフレータ用リム。
   
8. 請求項１〜７の何れかに記載のポストキュアインフレータ用リムの製造方法であって、
   前記第１のリム体用及び前記第２のリム体用の樹脂成形体を、それぞれ前記繊維強化プラスチックを用いて成形する工程と、
   前記樹脂成形体の表面に、前記コーティング層を形成する工程とを具えるとともに、
   前記樹脂成形体の表面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が２．５μmより大、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）が５０μmより大のとき、前記コーティング層の形成に先駆けて、前記樹脂成形体の表面を研磨処理し、該表面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）を２．５μm以下、又は表面粗さＲｚ（最大高さ粗さ）を５０μm以下とする工程を含むポストキュアインフレータ用リムの製造方法。

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