KR100991587B1 - 환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법 - Google Patents

환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법 Download PDF

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코흐브라이언리차드
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더 굿이어 타이어 앤드 러버 캄파니
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Abstract

환형의 탄성중합체 타이어 콤포넌트를 형성하는 방법 및 장치(100)는 적어도 하나의 탄성중합체 재료를 지지 표면(60)상에 환형으로 압출하는 단계와, 탄성중합체 재료의 적어도 하나의 스트립(2)을 성형 다이(84)와 지지 표면(60) 사이에 형성하여 상기 스트립을 소망의 윤곽으로 스미어링하고 펼침으로써 탄성중합체 재료의 적어도 하나의 스트립(2)을 소정의 윤곽으로 성형하는 단계를 갖는다. 상기 방법은 다층 콤포넌트를 형성하도록 추가적인 스트립(2)을 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 지지 표면(60)은 타이어 제조 스테이션(200)으로부터 분리될 수 있거나, 또는 타이어 성형 스테이션(200)과 일체형일 수 있다. 형성된 스트립은 측벽(20), 체이퍼(30), 비드 아펙스(10), 플라이 스톡 코팅(40), 내부 라이너(50) 또는 트레드(22)와 같은 하나 또는 그 이상의 타이어 콤포넌트를 포함할 수도 있다.

Description

환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법{A METHOD AND APPARATUS FOR FORMING AN ANNULAR ELASTOMERIC TIRE COMPONENT}
도 1은 본 발명의 비드 아펙스 조립체의 단면도,
도 2는 본 발명의 다층 타이어 콤포넌트의 단면도,
도 3은 본 발명의 장치의 사시도,
도 4는 본 발명의 지지 표면상에 탄성중합체 스트립을 부착하는 압출기 헤드 및 성형 다이의 확대도,
도 4a는 나선형으로 층이 형성된 스트립을 나타내는 도 4와 유사한 도면,
도 5는 도 4의 장치의 단면도,
도 6 내지 도 13은 형성된 스트립이 원환체 형상의 제조 코어 또는 블래더상에 직접 부착되어 완전한 타이어 콤포넌트를 형성하는 본 발명의 실시예를 나타내는 도면으로서,
도 6은 타이어 제조 드럼, 및 로봇 장치에 연결된 로봇 제어식 압출기 헤드 및 성형 다이를 도시하는 도면,
도 7은 압출기 헤드 및 다이 조립체의 확대도,
도 8은 성형 다이 조립체의 단면도,
도 9는 성형 다이 조립체의 확대 사시도,
도 10은 완전한 내부 라이너를 부착시키도록 접촉된 로봇 제어식 압출기 헤드 및 성형 다이를 도시하는 도면,
도 11은 플라이 코팅층을 부착하는 로봇 제어식 압출기 헤드 및 성형 다이를 도시하는 도면,
도 12는 한쌍의 아펙스를 부착하는 로봇 제어식 압출기 헤드 및 성형 다이를 도시하는 도면,
도 13은 벨트층이 부착된 카커스를 도시하는 도면,
도 14는 측벽 및 크라운 쿠션층을 부착하는 로봇 제어식 압출기 헤드 및 성형 다이를 도시하는 도면,
도 15는 트레드를 카커스 벨트 조립체에 부착하는 로봇 제어식 압출기 헤드 및 성형 다이를 도시하는 도면,
도 16은 타이어를 몰딩하기 위한 타이어 경화 몰드를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 스트립 10 : 탄성중합체 스트립(비드 아펙스)
20 : 측벽 22 : 트레드
25 : 벨트 보강 구조체 30 : 체이퍼
40 : 플라이 스톡 코팅 40 : 내부 라이너
60 : 지지 표면 70 : 회전 수단
80 : 압출기 수단 82, 84 : 성형 다이
90 : 로봇 200 : 타이어 제조 스테이션
본 발명은 소정 윤곽을 갖는 환형 탄성중합체 타이어 콤포넌트를 형성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
타이어 콤포넌트의 제조에 있어서, 고무의 탄성중합체 스트립은, 전형적으로 소정 길이로 절단되어 원통형 제조 드럼상에서 겹쳐지거나 또는 끝이 맞붙거나 접합되는 긴 연속 스트립으로 압출함으로써 준비된다.
다음에, 타이어 제조 드럼은 중앙에서 반경방향으로 팽창되며, 단부는 축방향으로 드로잉되어, 타이어를 원환체 형태로 성형한다. 코드 보강층의 벨트 및 트레드 고무의 스트립은 그린 카커스의 크라운 위에 부착되어 "그린(green)" 또는 미가황 타이어 조립체를 형성한다.
그후에, 최종 타이어 조립체는 타이어 몰드내에 배치되고 가황처리로 불리는 공정에서 경화되어 타이어를 제조한다.
타이어 콤포넌트가 원통형 타이어 제조 드럼상에 편평하게 조립된 후에 원환체 형상으로 팽창되기 때문에, 각 콤포넌트는 몰딩하기 전에 인장 또는 압축 상태로 배치되어야 한다. 여러 부분의 이러한 신장은 이 콤포넌트가 가황처리중에 가열될 때 여러 고무 부분 사이에서의 슬립(slippage)을 유발한다.
여러 부분의 슬립을 최소화하기 위한 시도가 있어 왔다.
특히 중요한 하나의 영역이 비드 아펙스이다. 비드 아펙스는 보통 비드 코어로 불리는 환형의 인장 부재 위에 직접 놓이는 고무 콤포넌트이다. 비드 아펙스의 형상은 대체로 기다란 삼각형 형상이다. 타이어의 카커스 플라이는 비드 아펙스의 반경방향 내측 표면에 인접하여 위치되며, 대체로 비드 코어 주위를 감싸며, 플라이 턴업(ply turnup)으로 통상 불리는 비드 아펙스의 축방향 외측 표면을 따라 연장한다.
타이어가 편평하게 제조된 경우, 아펙스는 직립 위치에 대해 90° 회전되어야 한다. 이에 의해, 비드 아펙스의 반경방향 최외측 팁이 원주방향으로 다량 신장되어, 높은 응력을 야기하고 비드 아펙스가 국소적으로 얇아지게 한다.
바난(Vannan)에게 허여된 미국 특허 제 6,298,893 호에 있어서, 카커스의 플라이 경로가 보다 신뢰성있게 제어될 수 있도록 사전 경화된 비드 아펙스가 제조된다. 바난이 지적한 바와 같이, 플라이 코드의 장력 및 타이어의 정상적인 플라이 경로에 대한 상대 위치는 비드 아펙스에 의해 대부분 제어된다. 바난의 해결책은 비드 코어 및 비드 아펙스를 사전 조립하여 사전 경화하는 것이다. 이러한 방법이 비드 아펙스의 안정성을 크게 향상시키지만, 그린 또는 미경화 콤포넌트가 조립될 경우에 나타나는 접착 특성이 부족한 주요 단점을 갖는다.
비드 아펙스의 미경화 스트립을 제조하려는 시도가 있어 왔지만, 환형 링으로 형성된 경우에 이들 아펙스의 신장된 팁은, 압출물이 수축하고 장력을 감소시키고 냉각함에 따라 뒤틀리고 휘는 경향이 있다. 이러한 뒤틀림 및 휨은 그 부분을 쓸모 없게 한다. 따라서, 매우 짧고 굵은 아펙스만이 이러한 유형의 사전 성형에 도움이 된다.
본 발명의 하나의 목적은 팁의 원치않는 신장 또는 뒤틀림 없이 아펙스 콤포넌트와 같은 환형 탄성중합체 스트립을 형성할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최종 몰딩된 타이어의 형상에 매우 가깝게 배향된 윤곽으로 타이어 재료의 기다란 아펙스 또는 다른 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상이한 재료의 다층 콤포넌트 또는 유사한 재료의 다층 콤포넌트를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 환형 콤포넌트의 개시부와 콤포넌트의 단부의 매끄러운 중첩부를 이음매가 없는 것 같이 보이도록 형성하는 방법을 제공한다.
환형의 탄성중합체 타이어 콤포넌트의 형성 방법은 탄성중합체 재료의 적어도 하나의 스트립을 지지 표면, 또는 미리 형성된 스트립 또는 콤포넌트상에 환형으로 압출하는 단계와, 탄성중합체 재료의 적어도 하나의 스트립을 성형 다이와 지지 표면 사이에서 성형 또는 스미어링하여 적어도 하나의 스트립을 소망의 윤곽으로 매끄럽게 하거나 성형함으로써 탄성중합체 재료의 적어도 하나의 스트립을 소정의 윤곽으로 성형하는 단계를 갖는다.
소정의 윤곽은 평행하지 않는 대향 표면 또는 비선형의 평행 표면을 가질 수 있다. 바람직하게, 형성된 스트립 각각은 형성 스트립의 회전축을 중심으로 중심설정되는 반경방향 내측 단부를 구비한다.
상기 방법은 스트립이 지지 표면상에 부착될 때 탄성중합체 재료의 스트립을 회전축을 중심으로 회전시켜 스트립을 환형으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 지지 표면은 스트립이 지지 표면의 외형을 환형으로 따르는 스트립을 형성하도록 부착될 때 회전축을 중심으로 회전될 수 있으며, 성형 다이는 적당한 콤포넌트 치수를 달성하도록 이격된다.
스트립이 지지 표면에 부착되는 경우에, 스트립은 제 1 단부를 가지면서 형성되며, 약 360° 회전시에 말단 단부는 압출물의 유동을 정지시킴으로써 형성될 수 있다. 말단 단부는 상기 재료와 성형 다이의 상대 운동의 결과로서 제 1 단부에 겹쳐질 수 있고 바람직하게는 겹쳐져서, 이음매가 없는 것 같이 보이는 중첩 결합부를 형성한다. 스트립 단면 윤곽의 균일성은 성형 다이와 지지 표면, 및 압출/사출 속도에 의해 유지된다.
또한, 상기 방법은 적어도 하나의 제 1 스트립 또는 다른 미리 부착된 스트립의 적어도 일부에서 환형으로 중첩함으로써 탄성중합체 재료의 추가 스트립을 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방법에서, 미경화 타이어 콤포넌트의 소조립체는 서로 적층될 수 있다.
다음에, 탄성중합체 재료의 이들 추가 스트립은 성형 다이와, 중첩된 미리 형성된 스트립 및 지지 표면 사이에서 재료의 추가 스트립을 압축함으로써 소정의 단면 윤곽으로 성형될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 거의 모든 전체 그린 타이어는 이러한 방법을 사용하여 조립된다.
하나의 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 방법은 미경화된 탄성중합체 재료의 기다란 비드 아펙스를 제조하는데 사용된다. 환형 비드 코어는 지지 표면상에 배치되며, 회전축이 지지 표면 또는 압출기의 원형 경로의 회전축과 일치하도록 유지된다. 다음에, 비드는 반경방향 내측 단부에서 재료 유동 정지부로서 작용한다. 압출된 스트립이 비드 코어에 인접한 지지 표면상에 환형으로 배치될 때, 성형 다이는 재료의 스트립을 소정의 윤곽으로 동시에 압축하여 상기 스트립을 비드 코어에 결합함으로써 비드 코어 및 미경화 아펙스 소조립체를 형성한다.
상기 방법은 탄성중합체 스트립을 형성하기 위한 압출기 수단과, 반경방향 내측 지지 림을 구비한 지지 표면과, 지지 림의 축을 중심으로 압출기 수단을 회전시키기 위한 수단 또는 대안적으로 지지 림의 축을 중심으로 지지 표면을 회전시키기 위한 수단에 의해 수행된다. 회전 수단은 압출기 수단과 지지 표면 사이의 상대 운동을 야기하여 스트립을 환형으로 형성할 수 있게 한다. 압출기 수단의 출구 단부 또는 배출 단부의 바로 근처에 성형 다이가 있다. 지지 표면과 조합하여 성형 다이는 캐비티를 형성하고, 캐비티를 통해 탄성중합체 스트립이 압축되어 최종 부분의 소망의 윤곽 또는 형상을 부여한다. 바람직하게, 다이는 지지 표면에 대해 약 30° 미만의 작은 개시각으로 배향되도록 설계된다. 성형 다이의 전연부는 스트립 부분에 윤곽을 부여하는 성형 다이의 단부로 재료의 스트립을 향하게 한다. 다이는 스트립 부분에 대해 360 약간 이상의 회전에 의해 완성된 윤곽을 달성할 수 있다. 비드 아펙스 소조립체의 제조에 있어서, 반경방향 내측 림은 비드 코어 직경 내측에 끼워맞추어지기 적합하여 비드 코어용 지지부를 제공한다. 비드 직경을 변경하기 위해, 동심의 링 스페이서 또는 조절가능한 링 메커니즘은 지지 림을 신속하고 효과적으로 부착시킬 수 있다.
지지 표면은 편평하고 회전축에 수직하거나, 편평하고 원추형일 수 있지만, 성형 다이는 임의의 소망의 윤곽 또는 외형을 가질 수 있다. 대안적으로, 지지 표면 및 성형 다이 모두가 바람직하다면 윤곽 형성될 수도 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 다수의 형성된 부분은 회전축에 실질적으로 수직하게 배향된 것으로 고려된다. 몇 개의 성형 부분은 실질적으로 수직하게 형성된 부분만을 갖는다. 원추형 및 윤곽지어진 표면이 축에 정확하게 수직하지는 않지만, 조립을 위해 타이어내에 배치되는 경우에 타이어의 측벽 영역의 타이어의 크라운 아래에 놓이는 부분내의 성형된 부분을 통과하는 직선을 따라 성형된 부분을 상기 표면이 양분한다면, 축에 대한 각도는 회전축에 대해 45°보다 큰 각도로, 대체로 거의 90°로 배향되는 것이 바람직하다.
이러한 특징부는, 통상의 또는 종래의 타이어 제조 드럼과 같이 회전축에 수평으로 형성된 후에 보다 수직 배향으로 바뀌는 부분과 비교하면 상기 부분의 장력을 크게 감소시킨다.
실제로, 성형된 부분을 별도 보관 및 취급 없이 타이어 제조 스테이션에 직접 이송하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 형성된 비드 아펙스 소조립체는 지지 표면으로부터 제거되어 타이어 제조 기계로 직접 이송될 수 있다. 가장 바람직 하게, 상기 방법은 지지 표면이 원환체 형상의 제조 드럼 또는 코어가 되도록 구성될 수 있다. 이러한 방법에 있어서, 성형된 스트립은 원환체 형상의 카커스 구조체에 직접 부착된다. 이러한 방법을 사용하여, 라이너, 측벽, 체이퍼, 검 스트립, 플라이 코트, 아펙스 및 다른 중합체 스트립을 형성할 수 있다.
정 의
타이어의 "종횡비(aspect ratio)"는 그의 단면 높이(SH) 대 단면 폭(SW)의 비를 의미한다.
"축방향의" 및 "축방향으로"는 타이어의 회전축에 대하여 평행한 선 또는 방향을 의미한다.
"비드(bead)"는 디자인 림을 끼워맞추기 위해 플리퍼(flipper), 칩퍼(chipper), 아펙스, 토 가드(toe guard) 및 체이퍼(chaper)와 같은 다른 보강요소와 함께 또는 이러한 보강요소 없이 형성된 환형 인장 부재를 포함하는 타이어의 부분을 의미한다.
"벨트 보강 구조체(belt reinforcing structure)"는 비드에 고정되지 않고 트레드 아래에 놓이는 짜여진(woven) 또는 짜여지지 않은(unwoven) 평행한 코드의 적어도 2개의 플라이층을 의미하는 것으로서, 상기 코드는 타이어의 적도면에 대해 17°내지 27°범위의 좌우 코드각을 갖는다.
"카커스(carcass)"는 벨트 구조체로부터 이격된 타이어 구조체, 트레드, 하부 트레드 및 플라이상의 측벽 고무를 의미하지만, 비드를 포함하지는 않는다.
"원주방향"은 축방향에 수직한 환형 트레드의 표면의 외주를 따라 연장되는 선 또는 방향을 의미한다.
"체이퍼(chafer)"는 코드 플라이를 림으로부터 보호하고 림 위에서의 굽힘을 분산시키며 타이어를 밀봉시키기 위해 비드의 외측 주위에 배치된 재료의 좁은 스트립을 의미한다.
"칩퍼(chipper)"는 타이어의 비드부에 위치된 보강 구조체를 의미한다.
"코드(cord)"는 타이어의 플라이를 구성하는 보강 스트랜드(strand)중 하나를 의미한다.
"디자인 림(design rim)"은 특정 형상 및 폭을 갖는 림을 의미한다. 이러한 특정화를 위해, 디자인 림 및 디자인 림 폭은 타이어가 제조되는 지역에서 유효한 공업 규격에 의해 규정된다. 예를 들면, 미국에서는 디자인 림이 타이어 및 림 협회(Tire and Rim Association)에 의해 규정된다. 유럽에서는 림이 유럽 타이어 및 림 기술 기구의 표준 매뉴얼(European Tyre and Rim Technical Organization-Standards Manual)에 규정되어 있으며, 용어 디자인 림은 표준 치수 림과 동일한 것을 의미한다. 일본에서는 표준 기구로서 일본 자동차 타이어 제조자 협회(Japan Automobile Tire Manufacture's Association)가 있다.
"적도면(equatorial plane; EP)"은 타이어의 회전축에 수직하고 타이어 트레드의 중심을 통과하는 평면을 의미한다.
"접지영역(footprint)"은 정상 부하 및 압력하에서 속도가 0 일 때 타이어 트레드가 편평한 표면과 접촉하는 접촉 패치 또는 영역을 의미한다.
"내부 라이너(innerliner)"는 튜브레스(tubeless) 타이어의 내측 표면을 형 성하고 타이어내에 팽창 유체를 내포하는 탄성중합체 또는 기타 재료의 층 또는 층들을 의미한다.
"네트 대 그로스 비율(net-to-gross ratio)"은 접지영역에 있으면서 도로 표면과 접촉하는 타이어 트레드 고무의 비율을 의미하며, 홈과 같은 비접촉부를 포함하는 접지영역내의 트레드의 면적으로 나누어진 것이다.
"정상 림 직경(normal rim diameter)"은 타이어의 비드부가 설치된 위치에서 림 플랜지의 평균 직경을 의미한다.
"정상 팽창 압력(normal inflation pressure)"은 타이어의 서비스 상태에서 적당한 표준 기구에 의해 규정된 특정 디자인 팽창 압력 및 부하를 의미한다.
"정상 부하(normal load)"는 타이어의 서비스 상태에서 적당한 표준 기구에 의해 규정된 특정 디자인 팽창 압력 및 부하를 의미한다.
"플라이(ply)"는 고무 코팅된 평행 코드의 연속층을 의미한다.
"반경방향의" 및 "반경방향으로"는 타이어의 회전축을 반경방향으로 향하거나 또는 회전축으로부터 반경방향으로 멀어지는 방향을 의미한다.
"레이디얼 플라이 타이어(radial-ply tire)"는 비드에서 비드로 연장하는 플라이 코드가 타이어의 적도면에 대해 65°내지 90° 사이의 코드각으로 놓이는 벨트식 또는 원주방향 제한식 공기 타이어를 의미한다.
"단면 높이(section hight; SH)"는 타이어의 적도면에서 명목 림 직경으로부터 타이어의 외경까지의 반경방향 거리를 의미한다.
"단면 폭(section width; SW)"은 정상 압력으로 24시간 동안 팽창될 때 및 팽창된 후에 무부하 상태에서 타이어 측벽의 외부 사이의 타이어 축에 평행한 최대 선형 거리(라벨링, 장식 또는 보호 밴드로 인한 측벽의 높이를 제외함)를 의미한다.
본 발명은 예로서 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적인 타이어 콤포넌트가 도시되어 있다. 도시된 타이어 콤포넌트는 탄성중합체 재료로 제조된 비드 아펙스(10)이며, 비드 아펙스의 반경방향 내측에는 비드 코어(6)로 보통 불리는 환형 인장 부재가 있다. 도 2에 있어서, 비드 아펙스(10)는 적어도 2개의 별개 고무 화합물(8A, 8B, 8C)에 의해 형성된 다층 탄성중합체 콤포넌트로서 도시되어 있다. 예를 들면, 이러한 다층 아펙스 콤포넌트(10)는 상용 트럭 타이어의 제조에 사용된다.
실제로, 이들 콤포넌트는 카커스 플라이 코드를 플라이 턴업으로부터 이격 배치하며, 타이어 구조체를 구조적으로 강화시키는 경향이 있다. 비드 아펙스(10)를 사용함으로써, 사용중 타이어내의 응력 및 변형량을 실제로 감소시킬 수 있다. 이상적으로, 아펙스는 기다란 삼각형 형상의 단면으로 형성되어 있다.
종래의 타이어 제조에 있어서, 비드 아펙스 및 고무 측벽과 같은 이러한 콤포넌트는 대체로 편평한 단면의 압출된 스트립으로서 형성된다. 이 콤포넌트는 타이어 제조 드럼상에서 접합되며, 타이어 제조 드럼의 축에 평행한 회전축을 갖는다. 다음에, 조립된 콤포넌트는 플라이 턴업 단계로서 통상 공지된 타이어 제조 방법으로 접혀진다. 그후에, 이들 비경화 부분은 카커스 조립체에 스티칭된다. 이러한 방법은 이들 부분을 180° 롤링하며, 축방향 외측 단부가 축방향 내측으로 향하게 된다. 그후에, 타이어 제조 블래더는 카커스의 비드부가 고정 위치에 유지될 때 도우넛 또는 원환체 형상으로 팽창한다. 비드는 축방향 내측으로 이동하게 되어 카커스가 팽창된 블래더에 의해 원환체 형상으로 되도록 한다. 다음에, 아펙스 및 측벽과 같은 콤포넌트는 거의 수직 방향으로 또는 반경방향 외측으로 연장하는 방향으로 힘이 가해지며, 콤포넌트의 회전축은 제조 드럼의 축에 평행한 방향에서 거의 수직 방향까지 이동된다. 이들 그린 또는 미경화 고무 부분을 실제 성형하면, 타이어 가황처리 동안에 여러 콤포넌트가 경화중에 연화됨에 따라 슬립되게 하는 잔류 응력을 발생한다. 이러한 슬립은 고유의 변형 및 응력을 완화시키지만, 최종 제품에서의 플라이 및 벨트 코드의 위치 및 장력이 훨씬 더 예측가능하지 않아서 타이어 불균일성을 유발하게 한다.
이상적으로, 균일한 타이어를 제조하기 위해, 고유의 내부 응력이 없는 콤포넌트가 제조되어야 한다. 따라서, 이러한 응력의 저감이 소망하는 디자인 목표이다.
미경화된 고무 스트립의 이들 얇고 기다란 부분은 일반적으로 타이어 제조 스테이션에 대해 별도 라인에서 제조된다. 이러한 별도 라인에서 압출하는 것은 상기 부분이 재료 취급을 견디기에 충분한 내구성이 있어야 한다는 것을 의미한다.
비드 아펙스의 경우에 있어서, 이것은 얇은 반경방향 외측 팁 부분이 완성되어야 한다는 것을 의미한다. 얇은 단부는 손상, 및 조기 신장 및 수축에 너무 민 감하다. 수축이 발생하는 경우에, 콤포넌트는 주름 없이 스티칭될 수 없다.
이들 문제를 해결하기 위해, 많은 설계자들이 비드 아펙스 조립체를 사전 경화하려고 시도하여 왔다. 이러한 방법으로, 몰딩된 비드 아펙스는 내구성이 훨씬 더 커지지만, 그러나 사전 경화된 콤포넌트는 다른 미경화된 타이어 콤포넌트에 부착되기에 훨씬 더 어렵다. 따라서, 가황처리 동안에 경화된 부분과 미경화된 부분 사이의 슬립 문제가 커지게 되어 다른 형태의 타이어 균일성 문제를 야기한다.
본 발명은 탄성중합체 타이어 콤포넌트를 신속하고 효과적으로 형성하는 새로운 방법을 제공한다. 이 방법은 콤포넌트가 미경화 상태에서 환형으로 제조되게 하며, 환형 콤포넌트의 축은 그 부분의 원주방향 길이에 평행하지 않을 수 있다. 사실상, 상기 부분은 축에 대해 임의의 바람직한 각도로 제조될 수 있다. 최종 제품이 타이어의 축에 대해 45° 이상으로 배향된 경우에, 상기 부분은 소망의 최종 제품의 각도로 형성될 수 있다. 상기 방법은 타이어의 축에 실질적으로 수직한 각도가 용이하게 달성될 수 있게 하며, 이것은 콤포넌트가 몰드와 같은 형상 및 배향에 매우 가깝게 형성될 수 있다는 것을 의미한다.
이러한 콤포넌트 구성은 타이어 제조 장비에 결합되도록 용이하게 순응되어 보관 문제를 회피한다. 이에 의해, 매우 얇고 약한 팁은 재료 취급 문제의 우려 없이 이용될 수 있다.
대안적으로, 고무 부분의 취급 및 노화와 관련된 문제를 인정하여, 이 부분은 제조되어 나중 사용을 위해 보관될 수도 있다.
이러한 타입의 부분을 성취하기 위한 방법이 예시적인 장치를 나타내는 도 3 내지 도 5를 참조하여 가장 잘 설명된다.
도시된 바와 같이, 예시적인 장치(100)는 탄성중합체 스트립(10)을 형성하기 위한 압출기 수단(80)과, 지지 표면(60)과, 지지 림(62)의 회전축을 중심으로 압출기 수단 또는 대안적으로 지지 표면을 회전시키기 위한 수단(70)을 구비한다.
도시된 바와 같이, 지지 표면(60)은 반경방향 내측 지지 림(62)을 구비한다. 지지 림(62)은 리지와 같이 작용하여 형성된 구성요소(10)용 단부를 제공한다. 서술되는 바와 같이, 지지 림(62)은 제위치에 비드 코어(6)를 유지시킬 수 있고, 그에 따라 아펙스(10)는 비드 코어(6)에 직접 형성 및 부착될 수 있다.
동일한 지지 표면(60)을 사용하여 상이한 비드 직경의 타이어를 제조하기 위해, 이 지지 표면은 지지 림(62)상에 동심의 지지 링을 단순히 추가하여 직경을 증대시킬 수 있다.
지지 표면(60)은 편평한 원추형 형상일 수 있거나, 또는 만곡 표면을 갖는 윤곽을 가질 수 있다. 이러한 지지 표면(60)이 성형된 스트립의 반경방향 연장 표면중 하나를 형성한다는 것은 이해되어야 한다. 지지 표면(60)은 스트립을 형성하는데 요구되는 윤곽에 따라 축방향 내측 표면 또는 축방향 외측 표면, 또는 양 표면 모두일 수 있다. 재료가 원환체 형상의 그린 또는 미경화 타이어에 매우 가까운 배향으로 형성 및 부착된다는 것은 특히 형성된 부분의 반경방향 외측 단부에서의 잔류 응력이 사실상 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 형성된 콤포넌트의 전체 품질 및 균일성을 크게 향상시킨다.
압출기 수단(80)은 단일 압출기만일 수 있거나, 또는 기어 펌프 또는 인젝터와 조합한 압출기일 수도 있다. 도시된 바와 같이, 압출기 수단은 탄성중합체 재 료, 전형적으로 고무를 지지 표면(60)상에 직접 부착한다. 압출기 수단(80)은 도 7에 도시된 바와 같이 지지 표면(60)의 배향에 따라 수직 배출 또는 수평 배출하도록 장착될 수 있다. 압출기의 팁 또는 배출 단부(81)는 최종 제품의 형상에 대체로 가깝게 그 부분을 형성하는 거친 초기 윤곽 성형 다이(82)를 구비하는 것이 바람직하다. 따라서, 압출식 초기 윤곽 성형 다이(82)는 얇은 장방형 스트립의 성형 형상일 수 있다.
실제로, 압출기는 초기 개시점에서 배출하며, 스트립은 회전축을 중심으로 압출기 수단(80) 또는 지지 표면(60)을 회전시킴으로써 환형으로 부착된다.
최종 성형 다이(84)는 압출기 팁 뒤에 바로 있으며, 고무 재료가 지지 표면(60)상에 배출될 때 최종 성형 다이(84)는 소망 형상의 단면 윤곽으로 고무 재료를 압축한다.
실제로, 압출기(80)의 배출 단부(81) 및 최종 성형 다이(84) 모두는 지지 표면에 대해 90° 미만의 각도로 배향된다. 압출기 배출 단부(81)는 도시된 바와 같이 각도가 재료를 보다 균일하게 부착하도록 수직이 아닌 임의의 각도로 될 수 있다. 최종 성형 다이(84)는 45° 미만의 선단각 또는 초기 접촉각을 갖는 훨씬 더 작은 개시각으로 경사질 수 있으며, 최종 성형이 이루어지는 후단각 또는 종단부에서 0° 내지 20°의 폴리싱(polishing) 또는 스미어링(smearing) 각도를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 보다 정교한 실시예가 도 6 내지 도 16에 도시되어 있다. 이러한 실시예에 있어서, 다축 이동가능한 아암(92)을 갖는 로봇(90)은 압출기 수단(80)에 연결되며, 탄성중합체 압출물은 가요성 호스(94)를 통해 압출기 성형 조립체(80A)로 통과하며, 이 압출기 성형 조립체(80A)는 배출 단부(81), 초기 윤곽 다이(82) 및 최종 성형 다이(84)를 포함한다.
도 3 내지 도 5의 전술된 장치(100)에서와 같이, 압출물은 스트립(2) 형태로 지지 표면(60)상으로 공급된다. 도시된 바와 같이, 지지 표면(60)은 원환형으로 팽창된 제조 드럼(66)이다. 이 드럼(66)은 비압축성 유체 매체 또는 고압 공기를 사용하여 도시된 바와 같이 반경방향으로 팽창가능할 수 있으며, 대안적으로 원환체 형상은 강체 또는 중실형 코어로 형성될 수도 있다. 스트립(2)을 원환체 형상의 표면에 부착하는 주 장점은, 스트립을 초기에 형성한 조건에서 어떠한 배향 변화도 필요 없이 몰딩되도록 최종 부분이 그린 미경화 상태에서 적당한 배향으로 정확하게 위치된다는 것이다.
도시된 바와 같이, 장치(200)는 타이어 제조 스테이션(200)이다. 예시적인 로봇은, 배출 팁(81)에 적당한 화합물을 이송하기 위한 별도의 공급 채널을 갖는 가요성 호스 조립체(94)를 통해 다중 화합물을 공급할 수 있는 단일의 만능 성형 조립체(80A)를 이용한다. 스트립 재료(2)가 초기 윤곽 성형 다이(82)내로 공급될 때, 지지 표면(60)은 회전하여 스트립(2)이 환형으로 될 수 있게 한다. 로봇 아암(92)은 최종 성형 다이(84)가 탄성중합체 재료를 정확한 형상 및 소망의 두께로 펼치는 것을 보장하는데 필요한 정도로 정밀하게 이동한다. 이것은 작고 폭이 좁은 콤포넌트에 대해서 지지 표면의 1회 회전 정도로 달성될 수 있거나, 두껍고 매우 폭이 넓은 콤포넌트에 대해서 몇회 회전을 필요로 할 수 있다. 각각의 형성 된 콤포넌트의 윤곽은 단면 두께가 아펙스의 팁에서와 같이 매우 얇고 비드 코어 근방에서 두껍게 하는 방식으로 변화될 수 있다. 또한, 전체 윤곽은 라이너 콤포넌트에서와 같이 얇을 수도 있다. 로봇 아암은 관절로 형성되어 여러 방향으로 이동할 수 있으며, 많은 자유도는 재료가 펼쳐짐에 따라 성형 다이가 편평한 볼록 또는 오목 만곡부를 형성할 수 있게 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 성형 조립체(80A)는 브래킷(93)에 의해 로봇에 물리적으로 부착된다. 레이저 센서(120)는 지지 표면(60)으로부터의 거리를 검출한다. 이렇게 측정된 거리는, 정확한 양의 스트립 재료를 지지 표면상에 또한 미리 성형된 콤포넌트상에 직접 배치시킬 때 유로를 따라 축방향 및 반경방향으로 이동하도록 로봇 아암을 지향시키도록 프로그래밍된 컴퓨터로 보내진다. 도시된 바와 같이, 압력 센서(130)는 성형 다이(82)내에 매설되며, 압력 센서(130)는 성형 다이에 인가된 압력을 판독하여 압출물이 적절하게 스미어링되도록 한다. 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 스트립의 스미어링은 스트립 부분이 부착될 표면에 대하여 재료를 과도하게 압착하지 않는 압력을 필요로 한다.
도 10 내지 도 16에 있어서, 타이어 조립체를 성형하는 장치(200)가 도시되어 있다. 장치(200)를 사용하여 부착되는 많은 콤포넌트가 도시되어 있지만, 벨트, 카커스 플라이 및 칩퍼와 같은 몇몇 코드 보강 콤포넌트는 미리 캘린더링된 재료를 사용하여 부착될 수 있다. 유사하게, 트레드는 보다 전형적인 방식으로 스트립 또는 환형 링에 제공될 수도 있다. 중요한 것은 이들 타이어 콤포넌트의 일부 또는 모두가 이러한 본 발명의 기술을 사용하여 형성될 수 있다는 것이다. 타이어 제조자들은 이러한 기술을 사용하여 가장 효과적으로 제조될 수 있는 것을 단순히 선택할 수 있다.
도 10에 있어서, 내부 라이너(50)가 지지 표면(60)에 부착되고 있다. 내부 라이너(50)는 일반적으로 할로부틸(halobutyl) 고무로 제조되며, 튜브레스 타이어용 공기 불투과성 배리어를 제공한다.
도 11에 있어서, 플라이 스톡 코팅(40)이 내부 라이너상에 스미어링되는 것으로 도시되어 있다. 코드 보강물이 사용된다고 가정하면, 코드 보강물은 시트로서 플라이 스톡상에 부착되거나, 또는 다른 방식으로 부착될 것이다.
도 12에 있어서, 아펙스(10)는 비드 코어(6) 위에 직접 그리고 플라이 스톡에 대항하여 부착되는 것으로 도시되어 있다.
도 13에 있어서, 벨트 보강 구조체(25)는 종래의 방식으로 부착되는 것으로 도시되어 있다. 벨트 구조체는 반대로 배향된 층을 갖는 2개의 층(27, 28)을 갖는다.
도 14는 본 발명을 사용하여 부착되는 측벽(20) 및 크라운 쿠션층을 도시한다. 각 측벽은 비드 아펙스 및 플라이 코팅(40) 위에 부착된다.
도 15는 본 발명을 사용하여 부착되는 트레드(22)를 도시한다. 종종, 트레드는 다층을 갖는 복잡한 구조체이다. 이러한 경우에, 트레드(22)는 전술된 윤곽 형성 기술을 사용하여 다중 패스로 부착될 수 있다.
도 16에 있어서, 미경화 그린 타이어(5)는 타이어 제조 스테이션 코어에서 우측으로 몰드에 의해 덮여있는 것으로 도시되어 있다. 몰드(4)는 다수의 반경방 향 외측 세그먼트(4A) 및 한쌍의 측면 플레이트(4B, 4C)를 구비한다. 다음에, 타이어는 열 및 압력하에서 경화될 수 있다. 도 10 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 전체 타이어 제조 공정은 콤포넌트의 스트립을 취하고 지지 표면(60)상에 부착하여 콤포넌트를 소망의 윤곽으로 성형함으로써 효과적으로 완성될 수 있다.
본 발명에서의 변형이 본 명세서에 제공된 상세한 설명의 요지내에서 가능하다. 특정의 대표적인 실시예 및 세부 사항이 본 발명을 나타내기 위한 목적으로 도시되었지만, 다양한 변경 빛 변형이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 그내에서 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 의도된 전체 범위내에 있는 설명된 특정 실시예에서 변형이 이루어질 수 있다는 것은 이해되어야 한다.
본 발명에 따르면, 팁의 원치않는 신장 또는 뒤틀림 없이 아펙스 콤포넌트와 같은 환형 탄성중합체 스트립을 형성할 수 있고, 최종 몰딩된 타이어의 형상에 매우 가깝게 배향된 윤곽으로 타이어 재료의 기다란 아펙스 또는 다른 스트립을 제조할 수 있으며, 또한 상이한 재료의 다층 콤포넌트 또는 유사한 재료의 다층 콤포넌트를 제조할 수 있으며, 환형 콤포넌트의 개시부와 콤포넌트의 단부의 매끄러운 중첩부를 이음매가 없는 것 같이 보이도록 형성할 수 있다.

Claims (12)

  1. 사전결정된 프로파일(profile)을 갖는 환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법에 있어서,
    비드 코어(bead core)를 지지 표면 위에 장착하는 단계와;
    아펙스 탄성중합체 물질의 상기 사전결정된 프로파일을 압출하기 위한 압출기를 제공하는 단계로서, 상기 압출기는 상기 압출기에 연결된 성형 다이를 갖는 배출 팁을 구비하는, 상기 압출기를 제공하는 단계와;
    상기 아펙스 탄성중합체 물질이 상기 비드 코어, 상기 지지 표면 및 상기 성형 다이의 사이에 둘러싸이도록 상기 성형 다이를 상기 아펙스 탄성중합체 물질에 대해서 압축함으로써 상기 아펙스 탄성중합체 물질을 상기 사전결정된 프로파일로 동시에 성형하면서, 상기 아펙스 탄성중합체 물질을 상기 비드 코어 및 상기 지지 표면 위에 바로 압출하여, 상기 비드 코어에 접합된 환형 아펙스를 포함하는 단일 피스(one piece) 소조립체를 형성하는 단계를 포함하는
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 표면은 회전하는
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형 다이는 상기 지지 표면의 둘레를 회전하는
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    성형된 상기 아펙스는 삼각형 형상의 단면을 갖는
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    성형된 상기 아펙스는 기다란 삼각형 형상의 단면을 갖는
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형 다이의 일부분은 평평한 표면을 갖는
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 표면은 평평한 플레이트인
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 표면은 곡면을 갖는
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 아펙스 탄성중합체 물질의 스트립을 압출하는 단계는, 복수의 패스(pass)를 나선형으로 적용하는 것을 포함하는
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    나선형으로 감긴 상기 스트립을 성형하는 단계는, 상기 스트립이 적용될 때 상기 성형 다이를 반경방향 바깥쪽으로 이동시키는 단계를 포함하는
    환형 아펙스 및 비드 소조립체를 형성하는 방법.
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