JP7192341B2 - 加硫用モールドおよびタイヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加硫用モールドおよびタイヤの製造方法に関し、さらに詳しくは、ベントホールに流入した未加硫ゴムが加硫されて形成されるスピューの長さを一段と抑制できる加硫用モールドおよびタイヤの製造方法に関するものである。

空気入りタイヤ等のゴム製品は、未加硫のゴム成形体を加硫用モールドの中で加熱および加圧する加硫工程を経て製造される。モールドのゴム成形体に接触して型付けする成形面には排気用のベントホールが形成されている。成形面とゴム成形体の間に存在するエアは、ベントホールを通じてモールドの外部に排出されるので、両者の間に残留するエアに起因する加硫故障を抑制することができる。

加硫工程では、ベントホールに流入した未加硫ゴムが加硫されることで、いわゆるスピューが形成される。スピューは加硫後のゴム製品から切除される無駄な部分なので、極力小さくすることが望まれる。ベントホールの横断面積を小さくすることでスピューを小さくすることができるが、エアの排出機能が損なわれるデメリットがある。

ベントホールの形状については種々提案されている。例えば、加硫されたタイヤをモールドから離型させる際にスピューに作用するせん断力に注目して、ベントホールの開口端周辺の横断面形状を決定することが提案されている（特許文献１の段落００１８等を参照）。特許文献１で提案されている横断面形状は、一般的なベントホールの円形断面と比較すると、横断面積に対するその断面周長が長い。そのため、ベントホールの開口端周辺では、流入した未加硫ゴムがベントホールの周壁から受ける流動抵抗が大きくなり、また、その周壁から付与される熱量も多くなる。これにより、ベントホールの開口端周辺では未加硫ゴムの流入速度を一時的に遅くすることができる。しかしながら、この提案は、タイヤを離型させる時のスピュー切れを抑制することを目的としているため、スピューの長さを抑制することが十分に検討されていない。それ故、スピューの長さを一段と抑制するには改善の余地がある。

特開２０１０－１７９８６号公報

本発明の目的は、ベントホールに流入した未加硫ゴムが加硫されて形成されるスピューの長さを一段と抑制できる加硫用モールドおよびタイヤの製造方法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加硫用モールドは、未加硫のゴム成形体に接触して型付けをする成形面に開口して所定の深さで延在するベントホールを有する加硫用モールドにおいて、前記開口から少なくとも２０ｍｍまでの所定深さ範囲での前記ベントホールの横断面形状を、前記横断面形状を区画する区画線の全長Ｌに対するその横断面積Ｓの比率Ｓ／Ｌが、前記横断面形状と同じ横断面積Ｓを有する円形状を区画する区画線の全長Ｌｃに対するその横断面積Ｓの比率Ｓ／Ｌｃの８０％以下になる形状で、かつ、角がない形状である環形状にして、前記ベントホールが、円形横断面形状の穴部とこの穴部に挿入される円柱状の芯部とを有していて、前記穴部の周壁に少なくとも前記所定深さ範囲に延在して周方向に間隔をあけて配置された複数本の係合溝を有し、前記芯部が縮径部を有し、この縮径部で前記芯部に連結して前記芯部の外周方向に突設されている複数本の係合突起を有し、前記係合溝と前記係合突起の対応するどうしが係合することで前記芯部が前記穴部に不動状態で固定されていることを特徴とする。

本発明のタイヤの製造方法は、上記の加硫用モールドを用いてグリーンタイヤを加硫することによりタイヤを製造することを特徴とする。

本発明の加硫用モールドによれば、成形面に形成されているベントホールの開口から少なくとも２０ｍｍまでの所定深さ範囲でのベントホールの横断面形状を、前記比率Ｓ／Ｌが、前記横断面形状と同じ横断面積Ｓを有する円形状を区画する区画線の全長Ｌｃに対するその横断面積Ｓの比率Ｓ／Ｌｃよりも小さい形状にしている。そのため、同じ横断面積Ｓを有する円形横断面形状のベントホールに比して、この所定の深さ範囲では、横断面積Ｓに対するその断面周長が長くなり、これに伴い周壁面積が広くなる。この広くなった周壁面積によって、ベントホールに流入した未加硫ゴムに対する流動抵抗を十分に大きくできる。加えて、この広くなった周壁面積によって、ベントホールに流入した未加硫ゴムに対して十分な熱量を付与することができる。そのため、円形断面形状のベントホールに比して横断面積を小さくすることなく、ベントホールに流入した未加硫ゴムの進行速度を遅くするとともに早期に加硫させることができるので、スピューの長さを一段と抑制できる。

加硫装置に設置された加硫用モールドを左半分の断面視で例示する説明図である。 図１のベントホールの周辺を拡大して縦断面視で例示する説明図である。 図２のベントホールのＡ－Ａ断面図である。 図２のベントホールのＢ－Ｂ断面図である。 図１のベントホールの所定深さ範囲での横断面形状の変形例を示す説明図である。 図５（Ｄ）のベントホールを構成する穴部を例示し、図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）は縦断面図である。 図５（Ｄ）のベントホールを構成する芯部を例示し、図７（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）は縦断面図である。 図６の穴部に図７の芯部を挿入して形成されたベントホールを例示し、図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）は縦断面図である。 図１のモールドを用いてグリーンタイヤを加硫している状態を断面視で例示する説明図である。 図９のベントホールの周辺を拡大して縦断面視で例示する説明図である。 タイヤに形成されたスピューを縦断面視で例示する説明図である。

以下、本発明の加硫用モールドおよびタイヤの製造方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。この実施形態では、タイヤを製造する際にグリーンタイヤを加硫するために使用される加硫用モールドを例にして説明する。

図１に例示する加硫用モールド１（以下、モールド１という）は、複数のセクタモールド１ａ、円環状の上側サイドモールド１ｂおよび下側サイドモールド１ｃで構成されている。モールド１は、加硫用ブラダ８ｂが装着された中心機構８ａを備えた加硫装置８に設置されている。図中の一点鎖線は中心機構８ａの軸中心を示している。

モールド１の内側表面は、グリーンタイヤＧ（未加硫のゴム成形体）に接触して型付けをする成形面２になる。セクタモールド１ａはグリーンタイヤＧのショルダ部およびトレッド部を型付けし、上側サイドモールド１ｂおよび下側サイドモールド１ｃはそれぞれ、グリーンタイヤＧのサイド部を型付けする。モールド１は例えば、アルミニウムやアルミニウム合金によって形成されている。図１は、モールド１が開型された状態（型閉めされる前の状態）を例示している。

図２に例示するように、モールド１には、成形面２に開口５を有して所定の深さで延在するベントホール３が形成されている。開口５から少なくとも２０ｍｍまでの所定深さ範囲４ａでのベントホール３の横断面形状は、図３に例示するように楕円形状になっている。所定深さ範囲４ａに接続して連続する接続範囲４ｂでのベントホール３の横断面形状は図４に例示するように半径Ｒの円形状になっている。尚、本願明細書での円形状とは、実質的な真円形状を意味している。

本発明では、所定深さ範囲４ａでのベントホール３の横断面形状を特別な仕様にしている。即ち、図３に例示するベントホール３の横断面形状は以下のとおり決定されている。

所定深さ範囲４ａでの横断面形状を区画する区画線の全長Ｌによってその横断面積Ｓを除して、全長Ｌに対する横断面積Ｓの比率Ｓ／Ｌを算出する。また、この横断面形状と同じ横断面積Ｓを有する図３の破線で示す円形状Ｃを区画する区画線の全長Ｌｃによってその横断面積Ｓを除して、全長Ｌｃに対する横断面積Ｓの比率Ｓ／Ｌｃを算出する。なお、この円形状の半径ｒは、（Ｓ／π）^1/2となる（Ｓ＝πｒ²）。所定深さ範囲４ａでのベントホール３の横断面形状は、比率Ｓ／Ｌが比率Ｓ／Ｌｃよりも小さく設定されている。

尚、適切な横断面積Ｓは、ゴム種や加硫条件等によって多少異なるので、テスト加硫等を行うことにより、加硫故障を生じさせないベントホール３の適切な横断面積として予め把握しておく。横断面積Ｓは例えば０．５ｍｍ²～２０ｍｍ²である。

接続範囲４ｂでのベントホール３の横断面積は、所定深さ範囲４ａの横断面積Ｓと同じ大きさ、または、それ以上の大きさに設定される。したがって、接続範囲４ｂでの半径Ｒは、上述した半径ｒと同じ寸法またはそれ以上の寸法に設定される。

所定深さ範囲４ａでのベントホール３の横断面形状は楕円形状に限らず、上述した条件を満たす種々の形状を採用できる。例えば、図５（Ａ）に示す矩形形状、図５（Ｂ）に示す菱形形状、図５（Ｃ）に示す星形形状、図５（Ｄ）に示す環形状（円環形状）を採用することができる。

図３、図５（Ａ）～（Ｄ）に例示した横断面形状のベントホール３は、鋳造やポンチ加工等によって形成することができる。図４に例示した円形横断面形状は、ドリル加工によっても形成できる。図５（Ｄ）に例示したベントホール３は、以下のように形成することもできる。

図６に例示するように、モールド１には成形面２に開口５を有する円形横断面形状の穴部３ａを形成する。この穴部３ａの周壁には深さ方向に延在する係合溝７を形成する。この実施形態では係合溝７が穴部３ａの周方向に等間隔で４か所に形成されている。係合溝４ａは少なくとも所定深さ範囲４ａに延在させる。

そして、図７に例示する芯部６を用意する。穴部３ａに挿入される芯部６は、先端側に縮径部６ｂを有する円柱体と、この円柱体から外周方向に突設された係合突起６ａを有している。係合突起６ａは係合溝７に係合するので、係合溝７と同数の係合突起６ａが円柱体の長手方向に延在している。それぞれの係合突起６は縮径部６ｂで円柱体と連結している。この芯部６は鋳造等によって製造することができる。

図７に例示した芯部６を、図６に例示した穴部３ａに挿入して不動状態で固定することで、図８に例示するベントホール３が形成される。このベントホール３の所定深さ範囲４ａの横断面形状は円環形状になる。円環形状の場合の上述した比率Ｓ／Ｌを算出する際に用いる全長Ｌは、芯部６を構成する円柱体の外周長と、穴部３ａの内周長との合計値となる。

芯部６を構成する円柱体と係合突起６ａとを連結している深さ位置では、両者を連結している部材によってベントホール３の横断面積が小さくなる。この横断面積が小さくなる分は、縮径部６ｂを設ける（円柱体を縮径させる）ことで補われている。これにより、円柱体と係合突起６ａとを連結している深さ位置でのベントホール３の横断面積が、所定深さ範囲４ａでの横断面積Ｓ以上になっている。

次に、このモールド１を用いてグリーンタイヤＧを加硫してタイヤを製造する方法の一例を説明する。

図１に例示するようにグリーンタイヤＧは横倒し状態でモールド１の中に配置されて、モールド１が型閉めされる。モールド１が型閉めされた状態で、図９に例示するように加硫用ブラダ８ｂの内部に例えばスチーム等の加熱媒体と窒素ガス等の加圧媒体を順次注入して膨張させる。これにより、グリーンタイヤＧの内側は主に加硫用ブラダ８ｂによって加熱され、グリーンタイヤＧの外側は主にモールド１によって加熱される。グリーンタイヤＧは、型閉めされたモールド１の中で所定時間、加熱および加圧される。

この加硫工程では、成形面２とグリーンタイヤＧとの間に存在していたエアはベントホール３を通じてモールド１の外部へ排出される。また、図１０に例示するように、グリーンタイヤＧの表面の未加硫ゴムＧｒが流動して、開口５からベントホール３に流入する。ベントホール３に流入し未加硫ゴムＧｒはその後、加硫される。これにより、図１１に例示するように、加硫したタイヤＴの表面にスピューＰが形成される。

このベントホール３は、所定深さ範囲４ａでのベントホール３の横断面形状を、比率Ｓ／Ｌが比率Ｓ／Ｌｃよりも小さい形状にしている。そのため、同じ横断面積Ｓを有する円形横断面形状のベントホールに比して、この所定深さ範囲４ａでは、横断面積Ｓに対するその断面周長が長く、これに伴い周壁面積が広くなっている。この広くなった周壁面積によって、ベントホール３に流入した未加硫ゴムＧｒに対する流動抵抗を十分に大きくすることができる。加えて、この広くなった周壁面積によって、ベントホール３に流入した未加硫ゴムＧｒに対して十分な熱量を付与することができる。即ち、未加硫ゴムＧｒに対する流動抵抗を十分に大きくし、かつ、十分な熱量を付与するには、所定深さ範囲４ａの長さ（即ち、２０ｍｍ以上）が必要になる。所定深さ範囲４ａの長さはより好ましくは３０ｍｍ以上である。

したがって、このベントホール３を用いることで、従来の一般的な円形横断面形状のベントホールに対して、横断面積を小さくすることなく、ベントホール３に流入した未加硫ゴムＧｒの進行速度を遅くするとともに早期に加硫させることができる。その結果、エアの排出機能を損なうことなく、スピューＰの長さｄを一段と抑制することが可能になる。

不要な部分であるスピューＰの長さｄをより効果的に抑制できるので、廃棄される加硫ゴム（スピューＰ）の量を削減することができる。また、形成されるスピューＰを見込んで算出されているグリーンタイヤＧにおける未加硫ゴムの量を削減できるので、原材料を削減できるメリットもある。

スピューＰの長さｄを十分に短くする効果を得るには、比率Ｓ／Ｌは比率Ｓ／Ｌｃの８０％以下（比率Ｓ／Ｌ≦０．８×比率Ｓ／Ｌｃ）にすることが好ましく、７０％以下にすることがより好ましい。

また、所定深さ範囲４ａでのベントホール３の横断面形状が楕円形状であると、角がないため、流入する未加硫ゴムＧｒがベントホール３の周壁にすき間なく接触くし易くなる。これに伴い、スピューＰの長さｄを短くするには有利になる。

また、この横断面形状が環形状であると、比率Ｓ／Ｌを小さくし易くなるのでスピューＰの長さｄを短くするには益々有利になり、円環形状にすることがより好ましい。芯部６と穴部３ａとのすき間は例えば０．４ｍｍ～１．６ｍｍ程度にする。

所定深さ範囲４ａでのベントホール３の横断面形状が、深さが異なるに連れて漸変している仕様にすることもできる。この仕様によれば、ベントホール３に流入した未加硫ゴムＧｒの流動挙動を変化させることができるので、未加硫ゴムＧｒに対する流動抵抗を大きくし易くなる。例えば、接続範囲４ｂでのベントホール３の横断面形状を円形状にして、開口５での横断面形状を、上述した条件を満たす形状にする。そして、所定深さ範囲４ａの間で、開口５での横断面形状を接続範囲４ｂに向かうに連れて徐々に円形状に変化させる。

接続範囲４ｂのベントホール３の横断面形状は、所定深さ範囲４ａと同じ形状にすることもできる。ただし、接続範囲４ｂのベントホール３の横断面形状を円形状にすると、ドリル加工等によって形成できるので製造工数を削減するには有利になる。

この実施形態では、所定深さ範囲４ａでのベントホール３が、そのベントホール３が形成されている位置での成形面２に対して直交している。そのため、形成されるスピューＰは製造されたタイヤＴの表面に対して直交した状態になる（タイヤ表面の法線方向に突設される）。本発明を用いることで、形成されるスピューＰの長さｄは従来よりも短くなるので、スピューＰがタイヤＴの表面に直交した状態になっていると、切除し易くなる。

既述した説明では、グリーンタイヤＧを加硫してタイヤＴを製造する場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明のモールド１は、タイヤを製造するために使用されるモールドに限らず、未加硫の成形体を加硫して種々のゴム製品を製造するために使用されるモールドに適用できる。したがって、本発明のモールド１を用いて、未加硫のゴム成形体を加硫することにより、タイヤ以外の様々なゴム製品を製造することができる。

同一仕様の未加硫ゴムを同じ加硫条件で、表１に示すように、ベントホールの横断面形状のみを異ならせて加硫し、形成されたスピューの長さを測定した。その測定結果は表１に示すとおりである。従来例はベントホールの全長に渡って同じ横断面形状（円形状）にした。表１に示した全長Ｌは横断面形状を区画する区画線の全長である。実施例１～７は開口から２０ｍｍまでの深さ範囲でそれぞれの横断面形状にして、それよりも深い範囲では比較例１と同じ横断面形状（円形状）にした。また、従来例および実施例１～７では、ベントホールが形成されている位置での成形面に対して直交した方向にベントホールを延在させた。

表１の結果から、実施例１～７は比較例に比して、スピューの長さを２０％以上抑制できることが分かる。

１（１ａ、１ｂ、１ｃ） モールド
２ 成形面
３ ベントホール
３ａ 穴部
４ａ 所定深さ範囲
４ｂ 接続範囲
５ 開口
６ 芯部
６ａ 係合突起
６ｂ 縮径部
７ 係合溝
８ 加硫装置
８ａ 中心機構
８ｂ 加硫用ブラダ
Ｇ グリーンタイヤ（成形体）
Ｇｒ 未加硫ゴム
Ｔ 加硫されたタイヤ
Ｐ スピュー

Claims (5)

1. 未加硫のゴム成形体に接触して型付けをする成形面に開口して所定の深さで延在するベントホールを有する加硫用モールドにおいて、
   前記開口から少なくとも２０ｍｍまでの所定深さ範囲での前記ベントホールの横断面形状を、前記横断面形状を区画する区画線の全長Ｌに対するその横断面積Ｓの比率Ｓ／Ｌが、前記横断面形状と同じ横断面積Ｓを有する円形状を区画する区画線の全長Ｌｃに対するその横断面積Ｓの比率Ｓ／Ｌｃの８０％以下になる形状で、かつ、角がない形状である環形状にして、
   前記ベントホールが、円形横断面形状の穴部とこの穴部に挿入される円柱状の芯部とを有していて、前記穴部の周壁に少なくとも前記所定深さ範囲に延在して周方向に間隔をあけて配置された複数本の係合溝を有し、前記芯部が縮径部を有し、この縮径部で前記芯部に連結して前記芯部の外周方向に突設されている複数本の係合突起を有し、前記係合溝と前記係合突起の対応するどうしが係合することで前記芯部が前記穴部に不動状態で固定されていることを特徴とする加硫用モールド。
2. 前記横断面形状が、深さが異なるに連れて漸変している請求項１に記載の加硫用モールド。
3. 前記所定深さ範囲に接続して連続する接続範囲の前記ベントホールの断面形状が円形状である請求項１または２に記載の加硫用モールド。
4. 前記所定深さ範囲での前記ベントホールが、そのベントホールが形成されている位置での前記成形面に対して直交している請求項１～３のいずれかに記載の加硫用モールド。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の加硫用モールドを用いてグリーンタイヤを加硫することによりタイヤを製造するタイヤの製造方法。

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