JP6431365B2 - タイヤ成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ成形用金型に関するものである。

タイヤを製造する際に用いられるタイヤ成形用金型において、タイヤの外表面を成形するタイヤ成形面に複数のベントホールが設けられている。このベントホールは、金型の内部と外部とを連通させるもので、タイヤ成形の際、タイヤの外表面とタイヤ成形面との間に位置する空気を金型外に排出することで、成形後のタイヤにゴムが充填されない成形不良部分ができることを防止する。

特許文献１に記載の金型では、ベントホールを形成するため、金型の本体を貫通して形成された下穴に、銅又はアルミニウムにより形成された筒状のベントピースが埋設されている。特許文献１の金型では、ベントピースが鉄系材料に比べて熱伝導率の高い材料で形成されている。このためタイヤ成形時には、金型内からベントホールに流入したゴムに熱を速やかに伝えることで加硫を促進し、ベントホール内にあるゴムの流動性を減少させることができる。よって、成形後にタイヤの表面から突出するベント（「ヒゲ」ともいう）が長くなり過ぎず、適切な長さで形成できる。

この特許文献１の金型では、タイヤ成形時に加えられたゴムの圧力により、下穴に対してベントピースが軸方向に位置ずれ（陥没）してしまうことを抑制するため、下穴の内径に対して大きい外径を有するベントピースを叩き込むことで嵌入していた。しかし、小径の下穴に相対的に大径のベントピースを叩き込むことから、この叩き込みの力によりベントピースが変形してしまうことがあった。ベントピースが変形すると、空気排出のためにベントピース内を軸方向に貫通する貫通穴（ベントピースが下穴に埋設された状態でベントホールとなる穴）に屈曲や絞り等の変形が生じ、タイヤ成形の際に形成されるベントが離型時に切れて長さが不揃いになったり、成形後にベントピースの前記貫通穴にドリル刃を通して清掃を行う際、ドリル刃が折れたりすることがあった。

特開２００９−２９２０１２号公報

そこで本発明は、下穴に対してベントピースを叩き込む際にベントピースが変形しにくいタイヤ成形用金型を提供することを課題とする。

本発明は、タイヤの外表面を成形するタイヤ成形面に、成形の際タイヤの外表面と前記タイヤ成形面との間に位置する空気を金型外に排出する複数のベントホールを形成するための複数の下穴が設けられた金型本体と、該金型本体の各下穴に埋設され、貫通穴が軸方向に貫通したベントピースとを備えるタイヤ成形用金型において、前記下穴は、前記金型本体における内側部分に大径とされた大径部を有し、外側部分に前記大径部に対して小径とされた小径部を有し、前記大径部と小径部との境界に段差を有する穴であり、前記ベントピースは、前記金型本体の前記下穴が形成された部分よりも硬度が大きく、前記下穴に埋設された際に前記段差に一致する部分に、前記金型本体における外側に向かうにつれ小径となるテーパ部を有しており、前記ベントピースは、埋設状態で、前記下穴に対して固着され、かつ、前記小径部に前記テーパ部が接した状態とされることを特徴とするタイヤ成形用金型である。

この構成によれば、下穴にベントピースを、金型本体における内側から外側へ向かって叩き込むと、ベントピースのテーパ部によって下穴の段差が圧縮されることにより、下穴に対してベントピースを固着できる。そして、ベントピースの硬度が金型本体の硬度よりも大きいため、下穴にベントピースを挿入する際の叩き込みによってもベントピースが変形しにくい。しかも、埋設状態で下穴の小径部にベントピースのテーパ部が接した状態となるので、タイヤ成形時に加えられたゴムの圧力により、ベントピースが前記状態よりも金型本体における外側に位置ずれ（陥没）することを防止できる。このため、陥没防止のために過大にベントピース外径に対し下穴の内径を小さく設定しなくてもよいので、この点からもベントピースが変形しにくい。

また、前記ベントピースは、前記下穴に埋設された際に前記テーパ部の金型本体における内側に隣接する位置に、軸方向に一定径である円筒部を有し、前記円筒部の外径は、前記下穴の前記大径部の内径よりも大きく、前記円筒部は、前記下穴へ前記ベントピースを挿入する際に、前記大径部に圧入されることもできる。

この構成によれば、ベントピースの円筒部が大径部に圧入されることにより、前記テーパ部に加えて円筒部においてもベントピースを固着できるため、挿入後にベントピースが確実に固定され、ベントピースが下穴から抜けたり陥没したりすることを有効に抑制できる。

また、前記テーパ部の直径は、前記円筒部側である基端において１．３〜３．３mm、先端において０．７〜２．７mmであり、該テーパ部の傾斜は軸方向に対して１〜１０°であるものとできる。

この構成によれば、ベントピースのテーパ部と下穴における段差とを適切な寸法関係とできる。このため、下穴へのベントピースの叩き込み易さと確実な固着とを両立できる。

また、前記ベントピースにおける前記貫通穴の内径は、０．２〜１．５mmであるものとできる。

この構成によれば、タイヤの表面に適切な太さのベントを形成できる。

また、前記ベントピースは、金型使用後に前記貫通穴へ付着した付着物を除去する際に用いられるドリル刃よりも硬度が大きいものとできる。

この構成によれば、金型使用後の清掃の際、ドリル刃に貫通穴の内面が削られることなく、貫通穴へ付着した付着物を除去できる。

また、前記金型本体は、前記ベントピースが埋設された部分において前記貫通穴へ付着した付着物を除去する際に用いられるドリル刃よりも硬度が小さく、前記ベントピースは、前記ドリル刃よりも硬度が大きいものとできる。

この構成によれば、金型使用後の清掃の際、ドリル刃に貫通穴の内面が削られることなく、貫通穴へ付着した付着物を除去できる。

また、前記ベントピースはニッケルを含む金属製とできる。

この構成によれば、叩き込みによっても変形しにくいベントピースをニッケルという汎用材料で形成できる。

本発明は、下穴にベントピースを挿入する際の叩き込みによってもベントピースが変形しにくい。このため、下穴に対してベントピースを叩き込む際にベントピースが変形しにくいタイヤ成形用金型を提供できる。

本発明の一実施形態に係るタイヤ成形用金型を示す径方向視の断面図である。 本実施形態のタイヤ成形用金型におけるベントピースの縦断面図である。 本実施形態のタイヤ成形用金型において、下穴にベントピースを埋設した状態を示す縦断面図である。 性能評価に供した下穴とベントピースの形状を示す縦断面図であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例１、（Ｄ）は比較例２、（Ｅ）は比較例３を示す。

次に、本発明につき、一実施形態に係るタイヤ成形用金型（以下、単に「金型」と表記する）を取り上げて説明を行う。

本実施形態の金型１の種類は「セグメンテッドモールド」に分類される。この金型１は、図１に示すように（図示の都合上ハッチング省略）、タイヤの成形時に周方向に配置される複数のセクター１ａと、成形時にセクター１ａの両側方に配置される一対のサイドプレート１ｂとを備える。セクター１ａ及びサイドプレート１ｂの内面には、タイヤの外表面を成形するタイヤ成形面２１が形成されており、このタイヤ成形面２１には、タイヤのリブ、溝、模様等を形成するための凹凸が形成されている。セクター１ａによりタイヤのトレッド部及びショルダー部が形成され、サイドプレート１ｂによりタイヤのサイド部及びビード部が形成される。

この金型１の使用に当たっては、環状である加硫前のタイヤ（グリーンタイヤ）を包むようにセクター１ａとサイドプレート１ｂとが組み立てられ、グリーンタイヤが径内側から拡張された状態で加熱及び加圧されることで、グリーンタイヤを組成するゴムが加硫される。このゴムはタイヤ成形面２１に押しつけられ、タイヤの外表面におけるリブ、溝、模様等が形成される。この後、セクター１ａ及びサイドプレート１ｂを分離することで、成形後のタイヤが取り出される。

この金型１（本実施形態では、セクター１ａ及びサイドプレート１ｂの両方）は、成形の際タイヤの外表面とタイヤ成形面２１との間に位置する空気を金型外に排出する複数のベントホール３３を形成するための複数の下穴２２が設けられた金型本体２と、図３に示すように、埋設母材である金型本体２の各下穴２２に埋設され、貫通穴３３が軸方向に貫通したベントピース３とを備える。金型本体２は、例えば母材に構造用鋼（ＳＳ４００等）が用いられ、少なくともタイヤ成形面２１に鋳鉄やアルミ合金が用いられて形成されている。本実施形態の金型本体２は、セクター１ａの部分がアルミ合金製であり、サイドプレート１ｂの部分がＳＳ４００製である。

図１に示すように、下穴２２はセクター１ａ及びサイドプレート１ｂに亘り、金型本体２を貫通して形成され、タイヤ成形面２１に対して垂直方向（ラジアル方向）に設けられている。ここで、本実施形態の純ニッケルのように、従来の材料（ステンレス合金等）よりも硬度の大きい材料でベントピース３が形成された場合、ベントピース３の基端面３ａを、従来のベントピースで行われていたように、タイヤ成形面２１の形状（具体的には、下穴２２の開口端における下穴２２の軸方向に対するタイヤ成形面２１の傾斜）に合わせて削り加工を行うことは非常に困難である。このため本実施形態では、削り加工を行わない場合であっても、金型本体２に対して径方向及び軸方向に沿って下穴２２を形成した場合に比べると、タイヤ成形面２１とベントピース３の基端面３ａとの角度差を小さくでき、成形後のタイヤ表面から突出するベントの美観を損ねることを抑制できる。

本実施形態の下穴２２は、図３に示すように、金型本体２における内側部分に大径とされた大径部２２１を有し、外側部分に大径部２２１に対して小径とされた小径部２２２を有し、大径部２２１と小径部２２２との境界に段差２２３を有する穴であって、金型本体２の内外に貫通している。

ベントピース３は、基端側がタイヤ成形面２１の側（金型本体２における内側）に、先端側がタイヤ成形面２１から離れた側（金型本体２における外側）に位置するように下穴２２に挿入される。この挿入は、打撃工具を用いてタイヤ成形面２１の側からベントピース３を下穴２２に叩き込むことによりなされる。ベントピース３が金型本体２に埋設された状態で、ベントピース３の貫通穴３３は金型１におけるベントホールとなる。このように、金型本体２の下穴２２へ、金型本体２に対して別体のベントピース３を挿入することで、金型本体２に直接穴明け加工することに比べ、内径の小さなベントホールを容易に金型１に形成できる。

ベントピース３は、図２に示すように、基端側が円筒部３１とされ、先端側がテーパ部３２とされている。円筒部３１とテーパ部３２とは隣接している。そして貫通穴３３が横断面の中心に軸方向へ沿い貫通している。貫通穴３３の基端側は、基端に向かうにつれ内径が拡大するテーパ穴３３１とされている。この貫通穴３３に成形時のゴムが入り込むことで、タイヤ表面から突出するベントが形成される。

本実施形態のベントピース３は純ニッケル製であり、鋳造により形成されている。このため、叩き込みによっても変形しにくい硬質材からなるベントピース３を、ニッケルという汎用材料で形成できる。

ベントピース３の硬度はビッカース硬さ（ＨＶ）で約１０００である。従来、ベントピース３の材料として一般的であったステンレス合金の硬度が約２００であるため、本実施形態のベントピース３は相対的に硬度が大きい。なお、金型本体２を構成する材料は、ビッカース硬さ（ＨＶ）で、鋳鉄の場合１６０〜１８０、アルミ合金の場合４５〜１００である。このため、本実施形態のベントピース３は、金型本体２の下穴２２が形成された部分よりも硬度が十分に大きい。よって硬度が大きい分、ベントピース３を下穴２２に叩き込む際に、ベントピース３に曲がり等の変形が発生することを抑制できる。これに伴い、ベントピース３が備える貫通穴３３の絞り等の変形も抑制できるため、タイヤのベントを美しく形成できるし、金型１の使用後に用いる清掃用のドリル刃Ｄ（図３参照）の折損も抑制できる。なお、ベントピース３を純ニッケル製以外とする場合、ベントピース３の硬度は金型本体２（下穴２２が形成された部分）の硬度の３倍以上とすることが好ましい。

ちなみに、純ニッケルの熱伝導率は９４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、ステンレス合金（ＳＵＳ３０３）の熱伝導率１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）に対して大きい。このため成形時には、金型内から貫通穴（ベントホール）３３に流入したゴムに熱を速やかに伝えることで加硫を促進し、ゴムの流動性を減少させることができる。このため、成形後のタイヤのベントが必要以上に長くなったり、ゴムが貫通穴（ベントホール）３３から飛び出てしまったりすることを抑制できる。

テーパ部３２は、ベントピース３が下穴２２に埋設された際、図３に示すように段差２２３に一致する部分に形成され、先端に向かうにつれ小径となる形状である。本実施形態のテーパ部３２は、縦断面形状が直線状とされているが、これに限らず、曲線状とすることもできる。また円筒部３１は、ベントピース３が下穴２２に埋設された際、テーパ部３２よりもタイヤ成形面２１の側（金型本体２における内側）となるように位置し、軸方向に一定径の形状である。円筒部３１の外径部は、下穴２２の大径部２２１の内径よりも大きい。このためベントピース３は、挿入時に下穴２２に圧入される。ただし、段差２２３とテーパ部３２とにより十分な固着強度が発揮できるため、従来のベントピースに比べると、下穴２２の大径部２２１の内径寸法に対する円筒部３１の外径寸法の差を小さくできる（本実施形態では０．０１〜０．０２mmである）。このため、下穴２２にベントピース３を挿入する際、ベントピース３が受ける抵抗を小さくでき、挿入時の叩き込みによるベントピース３の変形を抑制できる。

テーパ部３２の直径は基端において（ｄ３２ａ）１．３〜３．３mm、先端において（ｄ３２ｂ）０．７〜２．７mmであり、テーパ部３２の傾斜角度θ３２は軸方向に対して１〜１０°であることが好ましい。そして、円筒部３１の直径ｄ３１は１．３〜３．３mmであることが好ましい。また、下穴２２における大径部２２１の内径ｄ２２１は、円筒部３１の直径ｄ３１に対して０．０１〜０．０２mm小さい径であることが好ましく、下穴２２における小径部２２２の内径ｄ２２２は、ベントピース３の円筒部３１の直径ｄ３１に対して０．４〜０．６mm小さい径であることが好ましい。また、ベントピース３の全長に対する円筒部３１の長さの比は、１５％以上８０％以下とすることが好ましく、２５％以上６５％以下とすることがより好ましい。このような寸法関係とすることで、下穴２２へのベントピース３の叩き込み易さと確実な固着とを両立できる。なお、貫通穴３３の内径は０．２〜１．５mmとされる。これにより、タイヤの表面に適切な太さのベントを形成できる。

下穴２２にベントピース３を挿入するに伴い、まず、下穴２２の段差２２３にベントピース３のテーパ部３２が接触する。この状態でベントピース３を奥側、つまり金型本体２における外側に向かい叩き込むと、金型本体２の方がベントピース３よりも硬度が小さい（柔らかい）ため、段差２２３が圧縮されるように変形する。このように変形した段差２２３によって、ベントピース３のテーパ部３２が全周にわたって径内方向に押しつけられることになる。このため、ベントピース３が下穴２２に確実に固着される。しかも、金型本体２の硬度はベントピース３の硬度よりも小さいため、前記叩き込みの衝撃によってもベントピース３が変形しにくい。しかも、埋設状態で下穴２２の小径部２２２にベントピース３のテーパ部３２が接した状態とされるので、タイヤ成形時に加圧されたゴムの圧力により、ベントピース３が前記状態よりも金型本体２における外側に位置ずれ（陥没）してしまうことを防止できる。このため、ベントピース３の陥没防止のためにベントピース３の外径に対し下穴２２の内径をさほど（過大に）小さく設定しなくてもよく、緩目の圧入とできるので、この点でも、ベントピース３を挿入する際に生じる変形を抑制できる。

ここで、タイヤ成形後に貫通穴３３に付着した、加硫時にゴムから析出したカーボン等からなる付着物を除去するために、図３に示すように、ドリル刃Ｄ（破線で図示）が貫通穴３３に挿入される。ドリル刃Ｄによって貫通穴３３の内面が部分的に広げられてしまうと、次回成形時、離型の際にタイヤのベントが切れてしまう等の不都合が発生する。このようにドリル刃Ｄを清掃に用いることから、ベントピース３はドリル刃Ｄよりも硬度が大きいことが好ましい。ドリル刃Ｄは高速度鋼を用いる場合、ビッカース硬さ（ＨＶ）で７５０以下である。一方、本実施形態のベントピース３はビッカース硬さ（ＨＶ）で約１０００であって、高速度鋼よりも硬度が大きい。このため、清掃時にドリル刃Ｄを貫通穴３３に挿入しても、ドリル刃Ｄに貫通穴３３の内面が削られることがなく、貫通穴３３へ付着した付着物を有効に除去できる。

次に、本願の発明者が図４（Ａ）〜（Ｅ）に示す金型１Ａ〜１Ｅを試作して性能評価を行ったのでこの評価につき説明する。

試作した５種の金型１Ａ〜１Ｅにつき、前記実施形態の下穴２２とベントピース３（３Ａ）との組み合わせに係る金型１Ａを実施例１とする（図４（Ａ）参照）。実施例２の金型１Ｂは、下穴２２に対するベントピース３Ｂの接触長さ（ベントピース３の全長に対する円筒部３１の長さの比）を８０％（実施例１は５０％）とした例である（図４（Ｂ）参照）。比較例１の金型１Ｃは、ステンレス合金製のベントピース３Ｃで、前記接触長さが５０％であり、テーパ部３２Ｃが下穴２２の段差２２３に接触しない例である（図４（Ｃ）参照）。比較例２の金型１Ｄは、ステンレス合金製のベントピース３Ｄで、前記接触長さが５０％であり、テーパ部３２Ｄが下穴２２の段差２２３に接触する例である（図４（Ｄ）参照）。比較例３の金型１Ｅは、純ニッケル製のベントピース３で、前記接触長さが８０％であり、下穴２２Ｅには段差２２３が形成されておらず、テーパ部３２Ｅが下穴２２Ｅに接触しない例である（図４（Ｅ）参照）。

前記５種の金型１Ａ〜１Ｅを対象として、一つ目（評価１）に、下穴２２，２２Ｅへの叩き込み時におけるベントピース３Ａ〜３Ｅの変形を評価した。評価の数値は、比較例１を基準（１００）とした相対的な数値であって、数値が大きいほど良い評価である（以下同じ）。

また、二つ目（評価２）に、金型１Ａ〜１Ｅのタイヤ成形面２１とベントピース３Ａ〜３Ｅの基端面とが同一面となるようにベントピース３を埋設した状態で、加硫中の内圧に相当する荷重でベントピース３Ａ〜３Ｅを繰り返し加圧し、下穴２２に対するベントピース３Ａ〜３Ｅの陥没量を評価した。

また、三つ目（評価３）に、下穴２２にベントピース３Ａ〜３Ｅを叩き込むことによる、下穴２２，２２Ｅの開口穴径の変形を評価した（表１中の「はみ出し易さ」）。

前記各評価をまとめたものを表１に示す。

表１より、実施例１及び２が総合的に比較例１〜３よりも優れることが確認できた。よって、本発明に係る金型の優位性が裏付けられた。なお、評価３について実施例２よりも実施例１の方が優れることも確認できた。これは、接触長さが短い分（３０％分）、ベントピース３（３Ａ）を叩き込む際に下穴２２を押し広げる力が働く長さも短くなるためと推察される。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。

例えば、前記実施形態の金型１の種類は「セグメンテッドモールド」であった。しかし、本発明の適用対象はこれに限定されず、タイヤ幅方向に二分されたパーツが組み合わされる「ツーピースモールド」の金型にも適用可能である。

また、前記実施形態のベントピース３は純ニッケル製であったが、従来一般的にベントピースに用いられていた材料（ステンレス合金等）よりも硬度が大きければ種々の材料を用いることができる。よって、純ニッケル製ではなくニッケル合金製等、ニッケルを含む金属製であってもよい。なお、熱伝導率について、従来の材料よりも大きい材料を用いることが好ましい。

１ タイヤ成形用金型
２ 金型本体
２１ タイヤ成形面
２２ 下穴
２２１ 大径部
２２２ 小径部
２２３ 段差
３ ベントピース
３１ 円筒部
３２ テーパ部
３３ 貫通穴、（金型における）ベントホール
Ｄ ドリル刃

Claims (7)

1. タイヤの外表面を成形するタイヤ成形面に、成形の際タイヤの外表面と前記タイヤ成形面との間に位置する空気を金型外に排出する複数のベントホールを形成するための複数の下穴が設けられた金型本体と、該金型本体の各下穴に埋設され、貫通穴が軸方向に貫通したベントピースとを備えるタイヤ成形用金型において、
   前記下穴は、前記金型本体における内側部分に大径とされた大径部を有し、外側部分に前記大径部に対して小径とされた小径部を有し、前記大径部と小径部との境界に段差を有する穴であり、
   前記ベントピースは、前記金型本体の前記下穴が形成された部分よりも硬度が大きく、前記下穴に埋設された際に前記段差に一致する部分に、前記金型本体における外側に向かうにつれ小径となるテーパ部を有しており、
   前記ベントピースは、埋設状態で、前記下穴に対して固着され、かつ、前記小径部に前記テーパ部が接した状態とされることを特徴とするタイヤ成形用金型。
2. 前記ベントピースは、前記下穴に埋設された際に前記テーパ部の金型本体における内側に隣接する位置に、軸方向に一定径である円筒部を有し、
   前記円筒部の外径は、前記下穴の前記大径部の内径よりも大きく、
   前記円筒部は、前記下穴へ前記ベントピースを挿入する際に、前記大径部に圧入されることを特徴とする、請求項１に記載のタイヤ成形用金型。
3. 前記テーパ部の直径は、前記円筒部側である基端において１．３〜３．３mm、先端において０．７〜２．７mmであり、該テーパ部の傾斜は軸方向に対して１〜１０°であることを特徴とする、請求項２に記載のタイヤ成形用金型。
4. 前記ベントピースにおける前記貫通穴の内径は、０．２〜１．５mmであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ成形用金型。
5. 前記ベントピースは、金型使用後に前記貫通穴へ付着した付着物を除去する際に用いられるドリル刃よりも硬度が大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ成形用金型。
6. 前記金型本体は、前記ベントピースが埋設された部分において前記貫通穴へ付着した付着物を除去する際に用いられるドリル刃よりも硬度が小さく、
   前記ベントピースは、前記ドリル刃よりも硬度が大きいことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のタイヤ成形用金型。
7. 前記ベントピースはニッケルを含む金属製であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のタイヤ成形用金型。

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