KR20170039761A - 부유 주형 정렬 기구를 갖는 비-공압식 타이어를 주조하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 타이어의 일부분을 회전시키면서 성형하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 주형의 일부분이 적어도 부분적으로 형성하는 타이어의 방사 방향으로 이동할 수 있게 하여, 주형 장치가 타이 바들의 사용을 생략할 수 있게 하는 부유 정렬 기구를 갖는 장치에 관한 것이다. 상기 기구는 주형의 일부분의 방사상 이동이 가능하도록 직교로 배치되는 2 세트의 니들 롤러 베어링들을 포함할 수 있다.

Description

부유 주형 정렬 기구를 갖는 비-공압식 타이어를 주조하는 장치{APPARATUS FOR CASTING A NON-PNEUMATIC TIRE HAVING A FLOATING MOLD ALIGNMENT MECHANISM}

본 발명은 일반적으로 타이어의 일부분을 회전시키면서 주조하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 주형의 일부분이 적어도 부분적으로 형성하는 타이어의 방사 방향으로 이동할 수 있게 하여, 주형 장치가 타이 바(tie bar)들의 사용을 생략할 수 있게 하는 부유 정렬 기구를 갖는 장치에 관한 것이다.

타이어 개발에서 최근에 부상하는 분야는 타이어를 구조적으로 지지하기 위해 가스에만 의존하지 않는 비-공압식 또는 하이브리드 타이어들의 제조 및 사용을 포함하는데, 이러한 타이어들은 일반 공압 타이어들을 작동불능으로 만들 수 있는 공기압 저하가 쉽게 발생하지 않기 때문이다. 그러한 타이어의 일례는 본 출원의 출원인이 공동으로 소유한 미국 특허 번호 7,201,194에 개시되어 있다. 이 특허의 내용은 그 전문이 본 명세서에 참조로 포함되어 있다. '194 특허의 예시적인 구현예에서, 비-공압식 타이어는 외부 고리형 전단 밴드 및 복수의 웹 스포크들을 포함하며, 이들 복수의 웹 스포크들은 고리형 전단 밴드를 가로질러 연장하고, 그리고 고리형 전단 밴드로부터 방사상 안쪽으로 연장하고, 휠 또는 허브에 고정된다. 특정 구현예들에서, 고리형 전단 밴드는 전단 층과, 전단 층의 방사상 안쪽의 지역에 접착된 적어도 제 1 막과, 전단 층의 방사상 바깥쪽의 지역에 접착된 적어도 제 2 막을 더 포함할 수 있다. 요구된 팽창 압력 없이 작동할 수 있는 능력 외에도, 미국 특허 번호 7,201,194의 발명은 또한 접촉 영역의 길이 전체에 더 균일한 지상 접촉 압력을 포함하는 장점들을 제공한다. 따라서, 이러한 타이어는 공압식 타이어의 성능과 유사하다.

도 1은 방사상 방향(R)을 한정하는 그러한 타이어를 도시한다. 참고를 위해, 본 명세서에 사용된 100번대의 모든 도면 부호들은 타이어 형태부들을 언급하는 한편, 본 명세서에 사용된 200번대의 모든 도면 부호들은 그러한 타이어를 제조하기 위한 주형 장치를 언급하고, 본 명세서에 사용된 300번대의 도면 부호들은 본 발명의 구현예에 따른 부유 주형 정렬 기구의 형태부들을 언급한다. 타이어(100)는 스포크(106)의 바깥쪽 지역(104)에 부착되는 트레드(tread)(102)를 포함하고, 스포크는 다시, 폴리우레탄에 적합한 접착(bonding)을 위해 조제된, 허브(108)와 트레드(102) 사이에 스포크들을 성형하는 것과 같이 종래 기술에 알려진 수단에 의해 안쪽의 지역(110)에서 허브 또는 휠(108)에 연결된다. 외부 고리형 밴드(105)는 스포크들의 바깥쪽 지역과 트레드 사이에 위치하고, 내부 고리형 밴드(107)는 스포크들의 안쪽의 지역에서 이 스포크들을 함께 연결시킨다. 이러한 내부 고리형 밴드(107)는 타이어를 허브 또는 휠에 부착하는 데 사용될 수 있다.

도시된 타이어(100)의 버전에 대해, 고리형 밴드들(105, 107) 및 스포크(106)들은 회전 주형에 폴리우레탄 액체를 부어서 원심 분리를 통해 확산시킨 후 경화하거나 단단하게 함으로써 형성된다. 또한 스포크(106)들이 쌍들로 그룹화되고, 각 쌍 내의 개별적인 스포크들(106', 106")이 서로 일관되게 이격되고, 각 쌍이 타이어의 원주 주위에서 인접 쌍으로부터 일관되게 이격되는 것을 알 수 있다. 각 쌍 내의 이격과 각 인접 쌍 사이의 이격은 동일할 필요가 없다. '194 특허의 요약 및 컬럼 2, 라인들 28-41에 의해 기재된 바와 같이, 스포크(106)들은 압축이 아니라 타이어(100)의 상부 근처의 응력으로 타이어(100)를 지지한다. 그 대신, 타이어(100)의 트레드(102)가 도로에 접촉하는 접촉 패치(patch) 근처에 타이어의 하부에서의 스포크(106)들은 쉽게 압축되거나 뒤틀린다. 이것은 타이어가 공압식 타이어의 공압 지지 기능을 유사하게 발휘하는 데 도움을 준다.

고리형 밴드들(105, 107)이 작용하는 민감하고 중요한 기능으로 인해, 즉 트레드와 허브 또는 휠 사이의 접착을 생성하는 것뿐만 아니라 미적인 고려 사항들로 인해, 밴드들의 두께가 일정하게 남아있는 것도 바람직하다. 도 2를 참조하면, 하부 주형 절반부(234)에서 발견된 주형 코어(238")들은 고리형 밴드들의 내부 표면들(101) 및 스포크들을 형성하는 것을 보여주고 있다. 이들 주형 코어들은, 주형의 한 면으로부터 나오는 주형 코어들이 다른 절반부(아래에 더 구체적으로 설명됨)으로부터 나오는 유사하게 구성된 주형 코어들과 상호절합식으로 형성(interarticulate)되어, 스포크들을 자체적으로 형성하는 표면들(237) 상에 드래프트되므로(drafted), 심지어 드래프트로 제공하는 경우에도 스포크들의 두께가 일정하게 남아있을 수 있다. 하지만, 이들 주형 코어들은 고리형 밴드들의 내부 표면들을 형성하는 표면들(235) 상에서 드래프트되지 않는다. 외부 고리형 밴드(105)의 내부 표면의 경우에, 트레드의 내부 표면은 실질적으로 원통형이어서, 외부 고리형 밴드의 내부 표면이 또한 고리형 밴드의 두께를 유지하고 타이어의 한 면으로부터 다른 면으로 외부 고리형 밴드 상의 미적인 비일관성들을 회피하기 위해 원통형인 것을 요구한다. 유사한 상황은 내부 고리형 밴드에 대해서도 존재한다.

주형 코어들의 깊이는 150mm 이상이고, 이것은 일반적인 것보다 더 깊은 드로우(draw)이다. 드래프트가 없는 표면들이 있다는 점에 추가된 이것은, 스포크들이 탈형될 때 종종 접착되는 경향이 있다는 것을 의미한다. 이것은 스포크들 및 고리형 밴드들의 비틀림 및/또는 바람직하지 않고 비-균일한 외관을 야기할 수 있다. 방사 방향으로의 주형 절반부들의 임의의 오정렬은 이러한 문제를 더 악화시킨다. 그러므로, 이러한 문제의 해결에는, 높은 정도의 주형 정렬이 제공되어 주형 절반부들 및 이와 관련된 주형 코어들의 이동이 주형 개방 및 탈형이 발생했을 때 순수하게 병진 운동이라는 것을 확인하는 경우 도움이 될 수 있다. 이것은 주형 가압판들을 연결하고 그 이동을 안내하는 기존의 타이 바들(tie bars)을 사용하여 용이하게 될 수 있다. 하지만, 주형 프레스 및 관련된 가압판들은 수직축 및 수평축 주위에서 회전하면서 개방할 뿐 아니라 주형을 개방 및 폐쇄하기 위해 병진 운동을 하도록 설계된다. 주형의 구성요소들뿐만 아니라 주형에서 만들어지는 타이어에 접근하기 위해 주형의 내부로의 자유로운 접근부를 갖기를 원하는 것 외에도 이러한 광범위한 이동은 그러한 타이 바들의 사용을 비실용적으로 만든다. 더욱이, 타이 바들이 없으면, 주형 가압판들 및 주형 절반부들이 오정렬될 수 있고, 이 오정렬은 탈형이 되는 동안 타이어 스포크들의 비틀림을 야기시킬 수 있다.

그 결과, 타이어에 대한 손상이 종종 발생한다. 따라서, 그러한 타이어가 오정렬 기구의 몇몇 분류를 이용하여 드래프트되지 않은 표면들을 갖는 주형 코어들을 이용하여 제조되도록 하는 장치를 찾아내는 것이 바람직하다. 그러한 장치가 타이 바들을 사용하지 않고 구성될 수 있는 경우 특히 유용하다. 마지막으로, 타이어의 방사 방향으로 주형 절반부를 조정 또는 이동할 수 있게 하는 수단을 제공하는 것은 도움이 될 수 있다.

발명의 요약

본 발명의 특정 구현예들은 주형 프레스 및 주형을 포함하는 장치로서, 방사 방향을 갖는 타이어를 성형하는 장치를 포함한다. 주형 프레스는 가압판들에 부착되는 주형을 개방 및 폐쇄하기 위해 서로에 대해 그 위치를 변경하기 위해 프레스와 작동식으로 결합되는 제 1 및 제 2 가압판들을 가질 수 있다. 주형은 각각 주형 프레스의 제 1 및 제 2 가압판들에 부착되는 제 1 및 제 2 부분들을 가질 수 있다. 장치는 주형의 제 1 부분, 제 1 가압판 및 주형 프레스와 작동식으로 결합되는 부유 주형 정렬 기구를 더 포함할 수 있고, 상기 부유 주형 정렬 기구는, 주형의 제 1 부분이 미리 결정된 양으로 상기 방사 방향으로 자유롭게 이동하도록 하는 적어도 하나의 슬라이딩 부재를 포함한다.

특정한 경우들에서, 모터는 주형의 제 2 부분을 구동할 수 있고, 주형의 제 1 부분의 캡 및 외부 링은, 주형이 폐쇄될 때 주형의 제 2 부분에 결합될 수 있어서, 주형의 제 1 부분이 회전하도록 한다.

다른 구현예들에서, 제 1 주형 부분은 주형 절반부이다.

종종, 주형의 제 1 부분은 제 1 가압판에 고정되게 부착되고, 상기 프레스는 프레임을 갖고, 상기 주형 정렬 기구는 프레임에 미끄러지기 쉽게(slidably) 부착되고, 또한 제 1 가압판에 미끄러지기 쉽게 부착된다.

특정한 구현예들에서, 주형 정렬 기구는 제 1 가압판, 제 1 주형 부분 및 주형 프레스와 작동식으로 결합되는 제 1 슬라이드 및 제 2 슬라이드를 포함하고, 상기 슬라이드들은 서로에 대해 직교 이동을 위해 배치된다.

또 다른 구현예들에서, 주형 정렬 기구는 하나의 슬라이드의 이동을 안내하는 한 세트의 니들 베어링들과, 다른 슬라이드의 이동을 안내하는 다른 세트의 니들 베어링들을 더 포함한다. 그러한 경우에, 제 1 및 제 2 슬라이드들은 2개의 측부 면들 상에 V-형 돌출부들을 갖게 유사하게 구성될 수 있다. 주형 정렬 기구는 슬라이드의 V-형 돌출부들과 짝을 이루는 레이스들의 반대편 면들 상에 있는 니들 베어링들의 세트들을 갖는 4개의 V-형 레이스들을 더 포함할 수 있고, 상기 V-형 레이스들 중 2개는 각 슬라이드들과 짝을 이루어, 각 슬라이드를 안내하기 위한 니들 베어링들의 4개의 세트들을 제공한다. 장치는 각 슬라이드의 이동을 안내하기 위해 각 슬라이드에 대해 2개의 지브들(gibs)을 더 포함할 수 있고, 지브들은 슬라이드들의 V-형 돌출부들을 유지하기 위한 V-형 홈들을 갖는다.

미리 결정된 양의 방사상 이동은 적어도 0.5mm일 수 있고, 1 내지 2.5mm의 범위를 가질 수 있다.

특정 응용들에서, 주형 프레스는 수직 주형 프레스일 수 있고, 제 1 가압판은 상부 가압판일 수 있고, 제 2 가압판은 하부 가압판이다. 상부 가압판은 주형이 폐쇄될 때 주입 슬롯(pouring slot)으로서 작용하는 개구부(opening)를 포함할 수 있다. 상부 가압판은 주형 프레스에 선회가능하게 연결될 수 있고, 하부 가압판은 주형 프레스에 수직 방향으로 병진 이동가능하게 연결될 수 있다.

다른 응용들에서, 장치는 적어도 한 방향으로 부유 주형 정렬 기구의 이동을 한정하는 유격(freeplay) 조정 기구를 더 포함할 수 있다. 이러한 유격 조정 기구는 개구(aperture) 및 스터드(stud)를 갖는 부착 부재를 포함할 수 있다. 스터드는 나사산 형성된(threaded) 단부들 및 플랜지를 가질 수 있고, 나사산 형성된 단부들 중 하나는 슬라이드 상에 위치된 나사산 형성된 구멍과 짝을 이루도록 구성될 수 있다. 스터드가 슬라이드에 고정되고 부착 부재의 개구를 통과한 후에, 플랜지가 슬라이드 및 부착 부재에 인접하게, 즉 이들 사이에 위치하도록, 스터드는 추가로 구성될 수 있다. 이 기구는 부착 부재를 지나 연장하는 스터드의 나사산 형성된 단부들 중 자유 단부에 부착되는 너트를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 전술한 및 다른 목적들, 특징들 및 장점들은, 유사한 도면 부호들이 본 발명의 유사한 부분들을 나타내는 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 특정 구현예들이 다음의 더 상세한 설명들로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 장치를 이용하여 주형될 수 있는 스포크들을 갖는 비-공압식 타이어의 사시도.
도 2는 도 1의 타이어의 스포크들을 형성하는 주형 절반부 및 관련 코어들의 사시도.
도 3은 본 발명의 제 1 구현예에 따른 주형 장치를 위에서 본 평면도.
도 3a는 도 3의 라인 3A-3A를 따라 취한 도 3의 주형 장치의 단면도.
도 3b는 도 3a의 주형 장치의 주형 및 상부 부분의 확대도.
도 3c는 주형 프레스의 상부 가압판과 주형의 상부 부분의 외부 링 조립체 사이에서 발견된 간격을 더 명백하게 도시하기 위해 도 3b로부터 취한 확대도.
도 4는 명확성을 개선하기 위해 상부 주형 절반부의 일부가 제거된, 본 발명의 일 구현예에 따라 주형 프레스의 상부 가압판 및 아암에 부착된 부유 주형 정렬 기구의 사시도.
도 4a는 레이스들이 지브들과 슬라이드 사이에 어떻게 삽입(trapped)되는지를 보여주기 위해 노출된 상황에서, 명확성을 개선하기 위해 상부 조립체만이 도시되는, 라인 4A-4A를 따라 취한 도 4의 주형 정렬 기구의 단면도.
도 4b는, 주형 정렬 기구의 하부 조립체가 도시되고, 유격 조정기 조립체가 단면으로 도시되어, 부착 부재, 플랜지를 갖는 이중 단부를 갖는 나사산 형성된 스터드, 및 너트를 이용하여 어떻게 조정기 조립체가 작용하는지를 보여주는, 도 4a의 주형 정렬 기구의 확대된 단면도.
도 5는 레이스, 및 레이스의 반대편 면들의 만입부들(depressions)에 놓인 니들 롤러 베어링들의 사시도.

특정 구현예의 상세한 설명

도 3 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 방식으로 타이어(100)의 부분을 성형하기 위한 장치(200)가 도시된다. 특히 도 3 및 도 3a에서 가장 잘 알 수 있듯이, 이 장치(200)는 수직 주형 프레스(202)를 포함하며, 이러한 수직 주형 프레스(202)는 하부 가압판(204), 상부 가압판(206), 유압 실린더(208), 아암(210), 기어(212) 및 프레임(214)을 포함한다. 프레임(214)은 고정되고, 하부 가압판(204)은 수평면에 병진 이동가능하게 고정되지만, 수직으로 자유롭게 병진 이동하는 반면, 상부 가압판(206)은 핀(211)을 통해 프레임(214)에 선회가능하게 연결된다. 상부 가압판(206)은 유압 실린더(208)에 의해 하부 가압판(204)과 평행하게 정렬되거나 정렬에서 벗어나게 이동된다. 양쪽 가압판들은 또한 전술한 바와 같이 수평축 주위를 회전할 수 있다. 기어(212)는 모터(미도시)에 의해 동력 공급되는 구동 피니온(미도시)과 짝을 이루어서, 나중에 설명되는 바와 같이, 스포크들(106)을 형성하기 위해 하부 가압판(204) 및 상기 하부 가압판에 부착된 주형(216)을 회전하기에 적절할 때, 구동 피니언이 기어(212)와 맞물리고 해제(disengage)할 수 있다.

상부 가압판(206)이 프레임(214)에 병진 이동가능하게 연결될 수 있고, 공압, 기계적 또는 종래 기술에 공통적으로 알려진 다른 수단과 같이, 유압 이외의 수단에 의해 이동될 수 있는 것으로 생각된다. 이와 마찬가지로, 하부 가압판(204)의 회전은, 하부 가압판(204)이 부착되는 샤프트(218)에 직접 결합되는 전기 모터와 같이 종래 기술에 알려진 다른 수단에 의해 달성될 수 있다. 하부 가압판의 병진 이동은 상부 가압판(206)을 이동시키기 위해 전술한 동일한 방법들을 이용하여 달성될 수 있다. 롤러 베어링들(220)은 또한 하부 가압판(204)의 회전을 안내하고 이 회전과 관련된 마찰을 최소화하기 위해 제공된다. 부유 주형 정렬(도 3 내지 도 3c에는 미도시됨) 기구는 상부 가압판을 주형 프레임의 아암에 부착하지만, 이러한 정렬 기구가 상부 주형 절반부(236)와 상부 주형 가압판(206) 사이에 삽입될 수 있는 것으로 생각된다. 이러한 정렬 기구에 대한 세부사항들은 이후에 추가로 설명된다.

도 3에 의해 제공된 위에서 본 평면도는, 상부 가압판(206)이 가능한 한 적은 물질을 요구하는 효과적인 방식으로 아암(210)을 이용하여 프레임(214)에 어떻게 부착되는지를 도시한다. 상부 가압판(206)은 중앙 부분(222) 및 외부 고리형 부분(224)으로 분리되는 일반적으로 얇은 원통형 형태를 갖는다. 주형 프레스(202)의 아암(210)은 프레임(214)으로부터 수평으로 그리고 작은 거리를 수직 아래로 연장하여 상부 가압판(206)의 중앙 부분(222)에 연결된다. 원형 어레이로 배치된 5개의 얇은 연결 부재들(226)은 중앙 부분(222)으로부터 연장하고, 외부 고리형 부분(224)에 연결된다. 상부 가압판(206)의 내부 및 외부 부분들(222, 224)은 이들과 연결 부재들 사이에 위치된 5개의 개구부들(228)과 동심으로 구성되고, 이들 5개의 개구부들(228) 중 하나는 주입 슬롯(230) 위에 위치한다.

상부 가압판 및 주형 프레스의 프레임에 대한 상부 가압판의 부착부의 구성은 다른 방식들로 달성될 수 있는 것으로 생각된다. 예를 들어, 개별적인 아암들은 상부 가압판의 내부 및 외부 부분들을 주형 프레스의 프레임에 연결시키는 데 사용될 수 있다. 또한, 상부 가압판의 상부 표면 상에 위치되는 개구부들은, 주형 가압판의 측면 표면을 통해 또는 주입 슬롯에 도달할 정도로 충분히 먼 주형의 측면 표면을 통해 연장하는 단일 개구로 대체될 수 있다.

이제 도 3a 및 도 3b에 의해 도시된 주형(216)에 대한 세부사항들에 초점을 맞추면, 주형(216)은 하부 부분(234)과 상부 부분(236)을 포함하고, 이 하부 부분 및 상부 부분 각각은 코어들(238)을 가지며, 코어들이 주형의 원주 주위에 교대로 주형의 한 면으로부터 다른 면으로 연장할 때 스포크들(106)을 형성하는 공동들(cavities)을 한정하도록 코어들이 상호절합식이 되어 있는 것을 알 수 있다. 직경상에서 반대편에 있는 코어들은, 도면의 좌측 상의 코어(238')가 주형(216)의 상부 부분(236)으로부터 연장하고, 도면의 우측 상의 코어(238")가 주형(212)의 하부 부분(234)으로부터 연장하는 상태로 도시되어 있다. 코어들(238)은 약간 윤곽이 있는(contoured) 표면들(240) 상에서 폐쇄되지만, 이들 코어들이 신축성 방식(telescoping manner)으로 대향하는 주형 절반부로 연장할 수 있는 것이 구상된다. 통풍구들과 같은 다른 공통적인 주형 형태부들은 본 발명에 중요하지 않지만, 종종 사용된다. 코어들은 주형 절반부들의 일체형 연장부들로서 도시되지만, 이들 중 하나가 손상되는 경우 교체의 용이함을 위한 개별적인 인서트(insert)들일 수 있다. 테이퍼 핀들(239)의 형태인 주형 정렬 형태부들은 도 2에 도시되어 있다.

타이어(100)의 트레드(102)는, 주형이 하부 가압판(204)으로부터 멀어지게 위로 상부 가압판(206)을 선회시킴으로써 개방되고 하부 가압판이 중간 위치로 아래로 병진 이동한 후에, 주형(216)의 원주 표면을 따라 위치된 고리형 홈(242)에 배치된다. 약간의 간섭(명확히 도시되지 않음)은 트레드(102)와 코어들(238) 사이의 고리형 홈(242)의 하부 근처에 제공되어, 로봇형 아암이 트레드를 주형에 위치시킬 때, 트레드를 코어 상에 프레스할 수 있어서, 작은 압력 끼워맞춤을 국부적으로 야기하고, 이것은 주형 프로세스 동안 트레드(102)를 놓인 상태로 유지하는 경향이 있다. 틈새 홈(clearance groove)(244)은, 트레드(102)의 내부 표면을 따라 폴리우레탄의 흐름을 허용하기 위해 코어들(238)의 외부 표면들을 따라 또한 제공되어, 전술한 바와 같이 스포크들(106)을 트레드(102)에 접착하는 것과, 외부 고리형 밴드(105)를 형성하는 것을 용이하게 한다. 트레드(102)가 주형(216)의 하부 부분(234)에 위치될 때, 거의 동시에 허브(108)는 로봇형 아암 또는 종래 기술에 공통적으로 알려진 다른 수단에 의해 주형(216)의 중심에서 발견된 포켓(pocket)(246)에 위치되고, 인입 표면(lead-in surface)(250)을 갖는 슬리브(248)에 의해 적소에 안내된다.

상부 주형 부분(236)은 회전 캡 조립체(252)를 포함하고, 회전 캡 조립체(252)는 주형 프레스(202)에 회전가능하게 부착되고, 롤러 베어링들(254)에 의해 안내된다. 이 경우에 사용된 롤러 베어링들(254)은 SIMPLY BEARINGS LTD.(SKF)에 의해 판매된 모델 번호들 42687/42620이다. 물론, 이러한 조립체를 자유롭게 회전할 수 있게 허용하는 경우 제공된 응용에 따라 저널 베어링 또는 자기 베어링과 같은 다른 회전가능 부착물들이 실행가능하다. 조립체가 회전할 때 생성되는 마찰량을 한정하기 위해 프레스(202)와 이러한 조립체(252) 사이에 간격(251)이 제공된다. 이러한 회전 캡 조립체(252)는 샤프트(256)를 포함하고, 이러한 샤프트(256)는 베어링들에 의해 안내되고, 하부 단부에 부착된 플랜지(258)를 갖는다. 캡(260)은 적어도 1개, 때로는 4개의 볼트 및 압축 스프링 하위 조립체들(262)에 의해 플랜지(258) 아래에 연결된다. 캡(260)은, 주형 프레스의 상부 가압판이 아래로 선회되어 하부 가압판과 평행한 정렬 상태로 되고 하부 가압판이 주형이 폐쇄되는 상부 위치로 위로 병진 이동하기 때문에, 캡(260)을 허브(108)에 적절히 정렬시키기 위해 하부 에지 상에 위치된 챔퍼(chamfer)(264)를 갖는다. 이제, 캡(260)의 챔퍼형 부분은 도 3b에 도시된 바와 같이 허브(108)의 최상위 부분을 지나 아래로 연장하여 허브의 내부로 연장한다.

더욱이, 주형(216)의 상부 부분(236)은 주형의 방사 방향(R)(주형 내에 포함된 타이어의 좌표축들과 일치하는)으로 주입 슬롯(230)의 외부에서 발견되는 대직경 선회(slewing) 베어링(266)을 이용하여 주형 프레스(202)의 상부 가압판(206)에 회전가능하게 부착되는 외부 링 조립체(232)를 포함한다. 회전에 대한 저항의 양, 즉 마찰을 적합한 양으로 감소시키는 다른 회전가능 부착물(예를 들면, 저널 베어링 또는 자기 베어링)들은, 제공된 응용에 따라 선회 베어링 대신에 사용될 수 있다. 또한, 청동 또는 플라스틱과 같은 물질들은, 이들 물질들이 서로에 대해 낮은 마찰 슬라이드 계수를 갖는 경우 회전 부착을 생성하는 데 사용될 수 있다. 이 구현예에 대해, 모델 번호 VSU 200544 하에서 SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GmbH & Co. KG-(INA)에 의해 판매되는 선회 베어링이 사용된다.

도 3c에서 가장 잘 알 수 있듯이, 주형 프레스(202)의 다수의 상부 가압판(206)과 외부 링 조립체(232) 사이에 작은 간격(270)이 위치하고, 이 간격은 외부 링 조립체(232)가 선회 베어링(266) 상에서 회전할 때 틈새를 제공한다. 하지만, 이러한 간격(270)은 주형(216)으로부터 프레스(202)의 상부 가압판(206)으로 전달될 수 있는 열의 양을 엄격하게 한정한다. 이것은, 상이한 열팽창계수들을 갖는 알루미늄 및 스틸로 만들어진 외부 링 조립체(232)의 온도 드리프트를 초래한다. 이것은, 외부 링 조립체의 부분들이 상이한 양들로 성장할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 외부 링 조립체의 이들 상이한 부분들을 유지하기 위한 종래의 볼트형 조인트들은, 주형이 냉온 상태(cold state)에 있을 때 조여진 볼트들이 주형이 열을 받게 될 때 부러질(snap) 수 있으므로 실용적이지 않다.

따라서, 압축 스프링들(268) 또는 대안적으로 디스크 스프링들은, 볼트의 헤드와 볼트의 헤드가 위치하는 대향 보어(counterbore)의 하부 표면 사이에 제공되어, 스프링이 열팽창 효과들을 흡수하도록 하고, 볼트의 부러짐을 방지할 수 있게 한다. 이와 유사한 기술은 동일한 이유로 인해 주형(216)의 하부 부분(234)을 하부 가압판(204)에 부착하는 데 사용된다.

다시, 주형(216)의 하부 부분(234)의 회전이 외부 링 조립체(232)와 주형(216)의 하부 부분(234) 사이의 몇가지 종류의 결합에 의해 외부 링 조립체(232)로 전달될 수 있는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 외부 링 조립체(232)의 코어들은 주형(216)의 하부 부분(234)의 코어들에 충돌할 수 있고 및/또는 스포크들의 두께가 일관되지 않을 것이다. 이러한 결합은, 마찰을 통해 또는 하나의 주형 절반부로부터 대향하는 주형 절반부로 신축하는 코어들과 같은 구조적 상호 연동 특징부들을 통해 및/또는 테이퍼 핀들(290)과 같은 주형 정렬 특징부들을 통해 달성될 수 있다(도 2에서 가장 잘 도시됨). 상부 주형 절반부의 캡 조립체(252) 및 외부 링 조립체(232)의 회전가능한 부착물들이 서로 분리되어, 각 조립체가 다른 조립체와 독립적으로 자유롭게 회전한다는 것에 주의해야 한다.

다시 도 3을 참조하면, 주형(216)이 폐쇄되고 회전될 때, 노즐(미도시)은 폴리우레탄과 같은 액체를 주형(216)에 주입하기 위해 주형(216)의 주입 슬롯(230) 및 상부 가압판(206)의 개구부(228) 위에 위치될 수 있다. 위에 언급된 구조에서 알 수 있듯이, 캡과 외부 링 사이에 제공되어 주입 슬롯(230)으로서 작용하는 작은 간격과 함께 주형 프레스(202)에 캡(260) 및 외부 링 조립체(232)를 회전가능하고 동심으로 부착하는 것은, 이들 구성요소들이 회전하게 하며 폴리우레탄과 같은 액체를 확산시키고, 또한 회전되는 몇몇 구조적 특징부에 의해 주형의 충전(fill)을 중단시키지 않고도 타이어의 스포크들을 형성하도록 허용한다. 이것은 폴레우레탄이 주형으로 들어가는 것으로부터 전환될 때 폴리우레탄의 소비를 회피하고, 또한 주형으로의 폴리우레탄의 흐름을 중단시키는 구조적 구성요소의 회전에 의해 야기되는 교란에 의해 폴리우레탄 내로 주입되는 기포들을 형성함이 없이 모든 스포크들을 일관되고 균일하게 형성하는 데 도움을 준다.

일단 타이어(100)가 주형(216)에서 허브(108) 및 트레드(102)에 접착되는 스포크를 가지면, 하부 가압판(204)은 아래로 하부 위치로 병진이동할 수 있고, 하부 위치에서 프레스의 하부 가압판 아래의 바닥(floor)에 부착되는 핀들(미도시)이 하부 가압판 및 주형(216)의 하부 부분(234)의 구멍들을 통과하여 트레드(102)의 하부를 밀어서, 타이어가 상승하도록 하고 주형의 하부 부분으로부터 연장하는 코어들로부터 탈형되도록 한다. 대안적으로, 하부 가압판을 처음에 언급된 트레드가 주형에 위치되는 중간의 수직 위치를 지나 이동시키지 않고도, 주형으로부터 타이어를 밀어내는 배출 시스템이 작동될 수 있다. 이때, 상부 가압판(206)은 그 경로를 벗어나 회전되어, 로봇형 아암이 타이어를 집어 올릴 정도로 충분한 공간을 생성한다. 스포크들을 다른 타이어에 추가하는 프로세스는 원하는 경우 이제 시작될 수 있다.

전술한 바와 같이, 이러한 탈형 공정이 진행되는 동안, 부적절한 주형 정렬로 인해 폴리우레탄 부분에 대한 손상이 발생할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 발명자들은, 상부 주형 부분이 주형/타이어의 방사 방향으로 부유하도록 하여, 스포크들과 외부 및 내부 고리형 링들의 임의의 비틀림을 방지하는 데 도움을 주는 새롭고 유용한 부유 정렬 기구(300)를 발명하였다.

이제 도 4에 초점을 맞추면, 방금 설명한 주형 장치와 함께 사용될 수 있는 본 발명의 일 구현예에 따른 부유 주형 정렬 기구(300)의 사시도가 명백히 도시되어 있다. 이것은 2개의 슬라이딩 조립체들(302', 302")을 포함하고, 이들 2개의 슬라이딩 조립체들은 서로 연결되고, 서로 직교하는 방향으로 슬라이딩할 수 있다. 이 구현예에서, 하부 조립체(302')는 상부 가압판(206)에 미끄러지기 쉽게 부착되고, 주형 프레스의 프레임의 아암(210)이 연장하는 방향에 수직인 방향으로 슬라이딩할 수 있다. 하부 조립체(302')의 상부에는 상부 조립체(302")가 근접하는 데, 이러한 상부 조립체(302")는 아암(210)에 미끄러지기 쉽게 부착되고, 아암이 연장하는 방향에 평행한 방향으로 슬라이딩할 수 있다. 이들 조립체들이 상이한 직교 방향들로 슬라이딩할 수 있기 때문에, 전체 상부 가압판(206) 및 상부 주형 절반부(236)는 동시에 양쪽 방향으로 이동할 수 있어서, 상부 주형 절반부가 타이어의 방사 방향으로 부유하도록 하여, 필요한 임의의 방사 방향으로의 자연스럽고 자유로운 이동을 허용함으로써 임의의 주형 오정렬을 효과적으로 보상할 수 있다.

양쪽의 조립체들은 유사하게 구성되고, 2개의 돌출하는 V-형 부분들(306), 2개의 V-형 가이드들 또는 지브들(308), V-형 레이스들(310) 및 니들 롤러 베어링들(312)을 갖춘 슬라이드(304)를 포함한다. 슬라이드(304)의 V-형 부분들(306)은 지브들(308) 상에 위치된 홈들과 짝을 이루도록 상호 보완적으로 구성되고, V-형 레이스들(310)은 슬라이드의 V-형 부분들과 지브들의 홈들 사이에서 꼭 맞게 설치된다. 도 5에서 가장 잘 알 수 있듯이 레이스들 상에 위치된 만입부들(314) 내에 놓인 복수의 니들 롤러 베어링들(312)은 레이스들과 슬라이드들 사이에 삽입된다. 이 구현예에 대해, 모델 번호 LWHW 15x358 하에 SKF에 의해 판매되는 니들 롤러 베어링들이 사용된다. 롤러 베어링들의 세트들은 각 레이스의 상부 및 하부 상에서 발견되고, 이것은 슬라이드의 각 면 상에 2개의 세트들이 있는 4개의 세트들이 병진 이동하면서 각 슬라이드를 안내한다는 것을 의미한다(도 4a에서 가장 잘 보여짐). 하부 조립체(302')에 대한 지브들(308')은 상부 가압판(206)에 볼트 연결(bolted)되고, 맞춤핀(dowel pin)들 또는 종래 기술에 공통적으로 알려진 다른 수단을 이용하여 이에 정렬된다.

볼트들 및 맞춤핀들을 이용하여, 또는 종래 기술에 공통적으로 알려진 다른 수단에 의해 이에 부착되는 캡 플레이트(316)는 하부 조립체의 슬라이드(304')의 상부에 부착된다. 상부 조립체의 부분인 다른 슬라이드(304")는 캡 플레이트(316)에 볼트 연결되고, 맞춤핀 연결(dowel pinned)되고, 전술한 바와 같이 직교 이동을 제공하기 위해 하부 조립체의 슬라이드에 수직으로 배치된다. 이번에는, 상부 조립체의 슬라이드는 전술한 것과 유사한 방식으로 볼트들 및 맞춤핀들을 이용하여 아암에 부착되는 지브들(308")을 통해 주형 프레스의 아암(210)에 다시 슬라이딩가능하게 부착된다. 하부 조립체의 슬라이드, 상부 조립체의 캡 플레이트 및 슬라이드가 단일 세트의 볼트들 및 맞춤핀들을 이용하여 함께 볼트 연결되고, 맞춤핀 연결될 수 있는 것이 가능하다.

상상될 수 있듯이, 이들 슬라이딩 조인트들은 상부 주형 가압판, 부유 주형 정렬 기구 및 주형 프레스가 서로 분리되게 할 수 있는데, 이것은 기기의 손상을 초래할 수 있다. 또한, 이들 조인트들이 허용하는 상당한 이동과 너무 많은 이동은 주형의 한 면의 코어들이 주형의 다른 면 상에 충돌할 수 있고, 이것은 또한 손상을 초래한다. 그 결과, 유격 조정기 또는 정지 조립체들(318)이 제공되고, 이들은 슬라이드들의 이동을 제한하여, 과다 이동으로부터 초래될 수 있는 기기에 대한 임의의 손상을 방지한다. 도 4b에서 가장 잘 알 수 있듯이, 이러한 조립체는 용이한 조립을 위한 슬롯과 같은 개구(322)를 갖는 부착 부재(320)를 포함하고, 이러한 부착 부재는 하부 조립체와 함께 사용하기 위해 상부 가압판(206)에 볼트 연결될 수 있다. 각 단부 상에 나사산들을 갖는 스터드(324)와 플랜지(326)는 슬라이드(304')의 면에 나사 연결(screwed)될 수 있고, 플랜지는 슬라이드와 부착 부재 사이에 위치된다. 슬롯을 통해 부착 부재를 지나 연장하는 스터드의 자유 단부는 그 위에 조여진 너트(328)를 가질 수 있고, 모든 이들 부분들은, 간격들(330)이 한 면 상에서 플랜지와 부착 부재 사이에, 다른 면 상에서 너트와 부착 부재 사이에 위치하도록 구성되고 위치설정될 수 있다.

동작시, 슬라이드는, 플랜지가 부재에 충돌하여 이 방향으로 임의의 추가 이동을 중단할 때까지 부착 부재쪽으로 자유롭게 이동한다. 슬라이드는, 또한 너트가 부재에 충돌하여 이 방향으로 임의의 추가 이동을 중단할 때까지 부착 부재로부터 멀어지게 자유롭게 이동한다. 이러한 앞뒤의 이동은 플랜지 또는 너트의 두께를 감소시킴으로써 또는 와셔들을 간격에 추가함으로써 조정될 수 있다. 이 구현예에 대해, 간격은 1.0 내지 1.5mm의 범위를 갖고, 이것은 임의의 한 방향으로의 상대 이동이 거의 동일한 범위를 갖는다는 것을 의미한다.

유사하게 구성된 시스템이, 부착 부재가 상부 조립체의 슬라이드의 상부에 볼트 연결되고 스터드가 주형 프레임의 아암에 부착되는 상부 조립체와 연계하여 사용되는 것에 주의해야 한다. 이것은 하부 조립체에 대해 제공된 바와 같이 상부 조립체에 대한 유사한 이동을 제공한다. 이 구현예에 대해, 부유 정렬 기구에 의해 허용된 이동량이 기존의 주형 정렬을 보상하기 위해 임의의 방사 방향으로 적어도 0.5mm에 있지만, 이것이 원하는 타이어를 제조하는 데 필요한 드로우의 깊이뿐만 아니라 주형 및 주형 프레스와 같은 기기의 특성 및 설계에 따라서도 좌우될 수 있는 것이 바람직하다. 더욱이, 발명자들은 폴리우레탄 스포크 상의 스트레인(strain)의 양을 5% 이하로 한정하는 것이 바람직하다는 것을 실험적으로 발견하였다. 본 명세서에서 구상된 타이어의 대부분의 스포크들이 대략 10mm의 두께를 갖기 때문에, 이것은 0.5mm의 원하는 방사상 유격으로 병진 이동한다.

다른 유형들의 기구가 더 많은 기존의 롤러 베어링들, 볼 베어링들 및 슬라이딩 마찰 베어링들을 포함하는 니들 롤러 베어링들 대신에 사용될 수 있는 것으로 생각된다. 또한, 자기, 유체 역학 및 유체 정역학적 원리들 상에서 작용하는 기구들이 또한 이용될 수 있다. 사실상, 충분한 방사상 이동을 허용하는 임의의 기구는 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 그러므로, 롤러 베어링들을 이용하는 기구의 상세 사항들에 대한 설명은 본 발명을 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 예를 들어, 발명자들은, 구성요소들이 유체 역학, 유체 정역학 및 자기 베어링들과 같이 서로에 대해 부유하고 이동하도록 하는 베어링들과 유사한 기구들이 이용될 수 있다는 것을 구상한다. 특히, 볼 베어링들 상에서 자유롭게 미끄러지고 원하는 방사상 이동을 허용할 정도로 충분한 양으로 너무 큰 크기의 원형 포켓에 놓이는 둥근 플레이트 형태의 슬라이딩 부재가 사용될 수 있다. 유사한 슬라이딩 부재들은 자석들을 이용하여, 또는 마찰을 감소시키도록 가압되는 묽은 액체를 제공함으로써 부유할 수 있고, 방사 방향으로의 자유로운 이동을 허용할 수 있다. 더욱이, 병진 이동 부재는 주형/타이어의 방사 방향으로 약간의 유격을 허용하는 고무, 겔 또는 다른 물질과 같은 유연한 물질에 놓일 수 있다. 임의의 구현예에서, 기구는 수백 파운드와 같은 무거운 중량 하에서도 자유롭게 부유할 수 있을 필요가 있다.

비-공압식 타이어의 부분인 스포크들로 형성된 트레드만이 본 명세서에서 구체적으로 설명되었지만, 이러한 프로세스가 타이어에 가해진 부하를 지지하기 위해 스포크들과 함께 가스를 이용하는 타이어들(종종 하이브리드 타이어로서 언급됨)과 함께 사용될 수 있다는 것이 구상된다. 타이어는 전단 층으로 구성되거나 미국 특허 번호 7,201,194에 포함된 타이어와 같은 다른 특성들 또는 특징부들을 가질 필요가 없다. 또한, 타이어에 가해진 부하들을 지지하도록 적합한 내구성이 있고 강력한 임의의 열경화성 물질과 같은 다른 물질들이 폴리우레탄 대신에 사용될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 논의된 구현예들은 스포크들을 타이어에 추가하는 것에 초점을 맞추었지만 본 발명은 또한 타이어의 다른 영역들을 형성하는 것에 적용가능하다.

하나의 그러한 주형 정렬 기구는 완전한 주형와 함께 사용하기 위해 도시되고 설명되었지만, 타이어의 부분들에 접착될 수 있는 각 코어와 작동식으로 결합되는 다중 기구들이 이용될 수 있다는 것이 구상된다. 즉, 다중 주형 정렬 기구들은 다중 주형 부분들에 사용될 수 있다. 부유 주형 정렬 기구가, 하나의 슬라이딩 부재가 주형의 제 1 절반부와 작동식으로 결합되고 다른 슬라이딩 부재가 주형의 제 2 절반부와 작동식으로 결합되도록 슬라이딩 부재들의 직교 병진 운동을 분리시킴으로써 달성될 수 있다는 것이 추가로 구상된다.

본 발명이 본 발명의 특정한 구현예들을 참조하여 설명되었지만, 그러한 설명이 한정이 아닌 예시로서 이루어지는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 수직 주형 프레스가 설명되었지만, 수평 주형 프레스가 또한 편향 수단이 중력을 담당하기 위해 정렬 기구를 구비하는 경우 사용될 수 있다는 것이 구상된다. 예를 들어, 스프링 수단은 기구를 중심 위치로 편향시키기 위해 유격 조정기 조립체들에 포함될 수 있다. 이러한 스프링 수단은 또한 주형 차단 동안 주형 충돌을 방지하는데 도움을 주기 위해 수직 주형 프레스 응용에 사용될 수 있다. 유사한 방식으로, 주형은 원통형 형태를 갖는 것으로 설명되었지만, 정사각형 또는 직사각형 큐브와 같은 다른 형태들을 가질 수 있다. 또한, 본 발명은 타이 바들을 제거할 수 있게 하였지만, 타이 바들도 갖는 프레스들과 함께 사용될 수 있다는 것이 구상된다.

일반적으로, 주형 및 프레스 세부사항들을 포함하는 주형 장치에 대한 많은 세부사항들은 본 발명을 위한 정황을 제공하기 위해 본 명세서에서 설명되었지만, 이들이 부유 주형 정렬 기구의 이용에 주로 고려되는 본 발명과 조합될 수 있더라도 본 발명의 실시에 필수적이지 않다. 더욱이, 편의를 위해, 이 기구는 수직 주형 프레스의 상부 가압판에 부착되었지만, 프레스의 구성 또는 배향(orientation)에 상관없이 프레스의 임의의 가압판과 작동식으로 결합될 수 있다는 것이 구상된다. 이와 같이, 부유 기구는 가압판과 주형 사이, 또는 가압판과 프레스의 프레임 사이를 포함하는 다수의 장소들에 위치될 수 있다. 마지막으로, 본 명세서에 논의된 구현예들 중 몇몇 구현예들의 상이한 양상들 및 특징들은 추가 구현예들을 산출하기 위해 다른 구현예들의 다른 특징들로 대체될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주 및 내용은 첨부된 청구항들에 의해서만 한정될 것이다.

Claims (1)

1. 주형 프레스 및 주형을 포함하며, 방사 방향을 갖는 타이어의 일부분을 성형하기 위한 성형 장치의 타이어 성형 용도로서, 상기 성형 장치는,
   제 1 및 제 2 가압판들(platens)로서, 상기 가압판들은 상기 프레스와 작동식으로 결합되어, 상기 가압판들에 부착되는 상기 주형을 개방 및 폐쇄하기 위해 상기 가압판들의 위치를 서로에 대해 변경시키는, 상기 제 1 및 제 2 가압판들;
   상기 주형 프레스의 상기 제 1 가압판에 부착되는 상기 주형의 제 1 부분과, 상기 주형 프레스의 상기 제 2 가압판에 부착되는 상기 주형의 제 2 부분; 및
   상기 주형의 상기 제 1 부분, 상기 제 1 가압판 및 상기 주형 프레스와 작동식으로 결합되는 부유 주형 정렬 기구로서, 상기 기구는 상기 주형의 상기 제 1 부분이 미리 결정된 양으로 상기 방사 방향으로 자유롭게 병진 이동하는 것을 허용하는 적어도 하나의 슬라이딩 부재를 구비하는, 상기 부유 주형 정렬 기구;를 포함하는 성형 장치의 타이어 성형 용도.

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