JP2014518790A - 完全平面状の非熔融部品を熔融させることにより、モールド要素を製造する方法、及び、対応するモールド要素 - Google Patents

完全平面状の非熔融部品を熔融させることにより、モールド要素を製造する方法、及び、対応するモールド要素 Download PDF

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Abstract

本発明は、タイヤ成形のためのモールド要素を製造する方法に関する。モールド要素は、焼結部分（１１）と、焼結部分に取り付けられた非焼結（１３）とを備える。焼結部分は、シェル（１５）と、シェルの内側に設けられ、シェルと一体に形成されたコアとを備える。コアは複数の空隙（２１）を有するメッシュ構造を有する。この方法は、支持板の平坦面上に配置され、積層熔融された金属粉末からモールド要素の焼結部分を製造するステップを含み、焼結部分は熔融された金属粉末により、支持板に取り付けられる。この方法は、また、支持板を機械加工することによりモールド要素の非焼結部分を形成するステップを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、焼結することによりモールド要素を製造することに関し、より詳細には、タイヤのモールド内、特に、セグメントタイプのモールド内に配置されるモールド要素の製造に関する。
セグメント化されたモールドは、いくつかの別れた部分からなり、これら部分はともに近くに配置されることにより、円環状の全形を有する成形空間を画成する。特に、セグメント化されたモールドは、タイヤのサイドウォールを成形するための二つの側方シェルと、タイヤのトレッドを成形するためのシェルの間に配置された、いくつかの周縁セグメントを備える。これらの全ての部品は、所定の機構を用いて、好適な運動により、相互に近くに配置される。
トレッドを成形するため、モールドセグメントは、モールド要素を備える。モールド要素は、成形されるタイヤのトレッドの一部に割り当てられた成形面を備えた全てのモールドの要素を意味する。したがって、モールド要素は、モールドの径方向内面に取り付けられた、例えば、ブレード又はストリップなどのモールドセグメント又は突起上に組立られるブロックであってもよい。
モールド要素を、一般的に焼結と呼ばれる、選択された熔融方法により製造することができる。この方法は、エネルギービームを用いて金属粉を熔融させる。「エネルギービーム」とは、電磁放射（例えば、レーザービーム）又は粒子ビーム（例えば、電子ビーム）である。
以降、レーザー焼結方法として参照する、レーザーを用いた焼結方法は、欧州特許第１６４１５８０号明細書からよくわかる。この文献では、金属粉の第１層が平板上に広げられる。そして、この粉末の第１層の全て又は一部の粒子が、得ようとしている物体の形状に応じたレーザーのビームにより塊状にされる。一度このステップが行われると、粉末の第１層上に粉末の第２層が広げられ、次に、この第２層がレーザーにより選択的に熔融される。これら、層を広げる操作と、この層をレーザーを用いて熔融させる操作とを繰り返すことにより、焼結された物体が積層製造される。
レーザー熔融は焼結された物体内に温度の拡散を発生させ、これにより、物体が大気温度に戻った後に応力を生じさせる。例えば、ワイヤを用いた高速切断中に、焼結された物体が支持板から取り外された場合に、応力により焼結された物体に変形が生じる。焼結された物体が中実な物体であると、そのような変形はより拡散する。
このような変形を制限するため、国際公開第２０１０／０７６５０４号は、レーザー焼結により製造され、特定の内部構造を有するモールド要素を開示されている。モールド要素は、内側容積を画成する緻密なシェルと、シェルの内側のコアとを備える。シェルは中実であり、内部コアは複数の空隙を有するメッシュ構造を有する。モールド要素の熱伝導を改良するため、コアの空隙は非熔融金属粉末が充填されている。
国際公開第２０１０／０７６５０４号のモールド要素は、支持板から取り外された場合により小さな変形を示すが、シェルの領域には依然として応力集中が存在する。それゆえ、支持板からのモールド要素の取り外し操作は、シェルにいくらかの変形を生じさせ、ある極端な変形の場合では、クラックがこのシェルに現れる。このようにして、非熔融粉末がこれらのクラックから漏れ出る可能性があり、工具及びこれゆえ成形されたタイヤが汚染されるリスクが生じ、作業員がモールド要素を取り扱うことによりこの粉末が吸引されるリスクが生じる。
独国特許第１０２００４０２８４６２号明細書には、焼結部分と、この焼結部分に取り付けられた非焼結部分とからなるモールド要素が開示されている。非焼結要素は接合面を有し、この接合面において、完全に平坦な非焼結部分を結合し、これにより、欧州特許第１６４１５８０号明細書に開示されている焼結方法を使用することを防止できる。
欧州特許第１６４１５８０号明細書 国際公開第２０１０／０７６５０４号 独国特許第１０２００４０２８４６２号明細書
このように、シンプルで経済的であり、製造後のモールド要素の変形が制限され、モールド要素内のいかなる非焼結粉末に対しても高レベルの安全性が保証されるレーザー焼結によりモールド要素を製造する方法を提供する必要がある。
本発明は、タイヤ成形のためのモールド要素を製造する方法に関する。モールド要素は、焼結部分と、焼結部分に取り付けられた非焼結部分とを備える。焼結部分は、シェルと、シェルの内側に設けられたシェルと一体に形成されたコアとを備える。コアは、複数の空隙からなるメッシュ構造を有する。本製造方法は、支持板の平坦面に配置され、積層熔融された金属粉末からモールド要素の焼結部分を製造するステップであって、焼結部分は熔融金属粉末により支持板に取り付けられるステップを有する。本方法は、支持板を機械加工してモールド要素の非焼結部分を成形するステップを有する。
かくして、本発明は、二つ別個のステップによるモールド要素の製造を提案する。
第１のステップは、モールド要素の成形面、すなわち、タイヤのトレッド部分を成形するための表面を成形する。この第１のステップは、レーザー焼結を用いて行われ、複雑なコンポーネントを達成することができる。
第２のステップは、モールド内におけるモールド要素を位置決めするための基部を形成する。この基部は、達成することが特に難しいような形状を有していない。これゆえ、フライス削り、旋削、研磨などの慣用されている方法を用いることで、支持板から機械加工することができる。
モールド要素の製造方法は、成形面を有する焼結部分を、基部を形成する非焼結部分から取り外すステップを含まない。このため、モールド要素の焼結部分は、この要素の非焼結部分に取り付けられたままであり、熔融金属粉末を使用し、これら二つの部分の結合が得られる。そして、モールド要素の非焼結部分は、焼結部分を強化する。これにより、モールド要素は、製造後の変形のリスクを低くすることができ、シェルが漏れを生じないことが保証される。
好ましくは、粉末はレーザー手段により熔融される。
好ましくは、支持板は、機械加工により形成された非焼結部分が基部を構成し、この基部上にモールド要素の焼結部分が完全に残るように、機械加工される。
内側コアと基部との間にシェル部分を設ける必要なく、内側コアが基部上に直接位置することが可能である。これにより、焼結部分を製造するのに要する時間が改良される。さらに、基部は、その底部に内側コアを画成し、非焼結粉末がこのコアから抜け出るのを防止する。
他の実施形態では、非焼結部分を製造するステップは、焼結部分と支持板との結合を生成する。この支持板から機械加工された非焼結部分及びモールド要素の焼結部分は、正確にこの結合部で一体となる。
これにより、これら二つの部分の結合部の領域において、焼結部分の外面と、非焼結部分の外面との間の表面の連続性が存在する。これゆえ、構成部品は統一性のある全体外観を有する。
好ましくは、焼結部分を製造するステップの間、焼結部分の全厚さにわたって延びる熔融金属粉末の壁面が形成される。この壁面は、コアのキャビティから隔離された通路を画成することができる。焼結部分を製造するステップに続いて、焼結部分に存在する通路の反対側の非焼結部分に孔を穿孔する。孔は、モールド要素内にベンチを形成するように、前記通路を延長する。
このようにして、シンプルかつ実践的な方法で、シェルを穿孔することなく、モールド要素にベントを製造する。特に、焼結部分にある通路は、この焼結部分と同じ回数積層されて形成されている。このように、通路は、コアに属する空隙から隔離された壁面により画成される。空隙内に存在する非焼結金属粉末は、これにより、この通路を通って抜け出る。さらに、この通路を、非焼結部分に孔を穿孔するための例えばドリルビットなどの穿孔手段のガイド手段として使用することができる。そして、これにより、形成された孔は、ベントの排気能力を最適化するように、通路と真に連続となることを保証する。
好ましくは、本方法は、モールド要素を他のモールド要素と組み立てるステップを有する。
経済的な理由から、モールド要素を製造する元の支持板は、基準の寸法を有する。大型タイヤを製造するためには、モールド要素には、これに従った寸法が必要である。今日、このようなモールド要素の寸法は、使用されている支持板の寸法よりもはるかに大きい。本発明によれば、使用される支持板に適応した寸法のさまざまなモールド副要素を製造することができる。そして、これらのモールド副要素は、大型タイヤを成形するのに適した完全なモールド要素を形成するために組み立てられる。
好ましくは、本方法は、支持板の平坦面に複数の条痕を機械加工するステップであって、前記条痕は相互に平行であり、前記平坦面にわたって均一に分配されているステップを有する。
条痕は粉末が貯蔵される領域を形成し、これにより、支持板にわたるこの粉末の分配を改良することができる。かくして、一定の厚さの粉末の層を得ることが容易になる。
本発明の他の対象は、上述した製造方法により製造されたモールド要素に関する。かくして、モールド要素は熔融積層された金属粉末から製造された焼結部分を備える。焼結部分は、シェルと、このシェルと一体に形成され、シェルの内側に位置するコアとを備える。コアは、さらに、複数の空隙を有するメッシュ構造を備える。本発明において、モールド要素は、熔融金属粉末によりモールド要素の焼結部分に取り付けられた非焼結部分を備える。モールド要素の焼結部分と、非焼結部分との接合部は完全に平坦である。
好ましくは、非焼結部分は基部を備え、モールド要素の焼結部分はこの基部上に位置する。
好ましくは、非焼結部分と、焼結部分とは、これらの結合部分において正確に一体となる。
好ましくは、モールド要素は、少なくとも一つのベントを備える。ベントは、モールド要素の焼結部分と焼結することにより形成された通路からなり、この通路は、熔融金属粉末の壁によりコアの空隙から隔離されている。ベントは、さらに、モールド要素の非焼結部分に属する孔を有し、この孔は通路を延長する。
好ましくは、モールド要素は、上述の製造方法により予め製造されたモールド要素の少なくとも二つの部分を組み立てることにより形成される。
本発明の他の対象は、タイヤを成形、加硫するためのモールドである。このモールドは、少なくとも一つの上述したモールド要素を備える。
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照し、非限定的な例示による、以下の記載から明らかになるであろう。
本発明のモールド要素の斜視図である。 図１のモールド要素の断面概略図である。 図２のモールド要素のＩ−Ｉ断面概略図である。 図１のモールド要素を製造する方法の様々なステップを示す。 図１のモールド要素を製造する方法の様々なステップを示す。 図１のモールド要素を製造する方法の様々なステップを示す。 図１のモールド要素を製造する方法の様々なステップを示す。 図１のモールド要素を製造する方法の様々なステップを示す。 複数のモールド要素が焼結された支持板を示す。 図４Ａ−４Ｅの製造方法により、予め製造された二つのモールド半要素を組み立てることにより形成されたモールド要素を示す。
以下の記載において、実質的に同一または類似の要素は、同一の参照番号により表示する。
本記載において、本発明を、モールド要素がモールドセグメントのブロックである例として記載する。しかしながら、本発明はこの特的の実施形態に限定されず、モールド要素が、モールドの径方向内面に付加されるブレードやストリップのような突起であるような例にも適用されることをまず理解すべきである。
同様に、本発明は、ここでは、粉末を焼結させるために用いられるエネルギービームがレーザービームである場合について記載する。もちろん、電子ビームのような他のエネルギービームを用いることが可能である。
図１は、全体参照番号１で示される、タイヤを加硫するためのセグメント化されたモールドのブロックを示す。
ブロック１は、タイヤのトレッド部分を成形することができる成形面３を備える。
より具体的には、成形面３は複数の突起７、９を備え、突起の数はここでは図１を理解しやすいように制限している。この図１は、このように、二つのストリップ７及びブレード９を示す。ストリップ７は、トレッドの溝、すなわち幅が２ｍｍ以上の切れ込みを成形するためのものである。ブレード９は、幅が２ｍｍよりも小さい切れ込みであるトレッドのサイプを成形するためのものである。
ブロック１は、成形面３を有する上方部分１１と、モールド内でモールド要素を位置決めするための基部を形成する下方部分１３とを備える。ブロックの上方部分１１及び下方部分１３は、結合平面に沿って接している。側方視において、結合平面は完全に長方形の結合線１４を形成している。
さらに具体的には、上方部分１１は金属粉末からレーザー焼結により製造され、金属粉末はレーザー手段を用いて熔融積層されている。下方部分１３は、中実な要素であり、上方部分１１を強化している。モールド要素の部分１１、１３の良好な結合を保証するため、下方部分１３は、上方部分１１を製造するのに用いられる金属粉末に適合性を有する材料から形成される。この材料は、例えば鉄である。
図２は、図１のブロック１の断面図を示す。この断面図において、上方部分１１の内部構成を見ることができる。上方部分１１は、かくして、緻密なシェル１５と、シェルの内側のコアとを備える。本実施例のシェル１５は、中実であり、０．２５〜２ｍｍの厚さを有する。シェル１５は、これにより、タイヤ加硫成形に用いるのに十分な剛性を有する。
「中実なシェル」により意味するのは、シェル１５が完全に熔融金属粉末のみから形成されていることを意味する。
シェル１５の内側のコアは、非中実構造である。より具体的には、コアは、空隙２１を画成する複数のパーティション１９を備えるメッシュ構造を有する。パーティション１９は、レーザー熔融により塊状となった粉末により形成されている。空隙２１は非焼結粉末を含む。
図示により、図３は、空隙２１の断面が正方形であり、空隙の側辺の長さが０．１〜２ｍｍであるメッシュ構造を示す。例えば、空隙が、三角形状、長方形状、ハチの巣状である断面などの、他の形状を予見することができる。
メッシュ構造を使用することにより、コアの金属粉末の全てを熔融させる必要がないため、モールド要素の製造において時間を節約できることがわかるだろう。かくして、コアのパーティションは、コアがタイヤを成形するのに伴う機械的応力に充分に抵抗することができるように寸法決めされる。例示によれば、パーティションの厚さは、０．１〜０．２ｍｍである。
すでに特定したように、空隙２１には非焼結粉末が存在する。非焼結粉末の存在は、モールド要素の熱伝達を改良し、これにより、加硫操作における未加硫タイヤの加熱の程度が改良される。
図２のブロック１は、また、通路２５及び孔２７を備える少なくとも一つのベントを有する。
通路２５は、モールド要素の上方部分１１を延び、シェル１５へ開口する。壁面２６がコアの空隙２１から通路２５を隔離する。この壁面２６は、上方部分１１の厚さにわたって延びている。
孔２７は、モールド要素の下方部分１３の通路２５を延長する。この孔２７は、下方部分１３の外面に開口する。
かくして、ベントは空気をモールド外部へと排気することを可能にする。
図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅは、ブロック１を製造する方法における様々なステップを示す。
図４Ａに見られる第１のステップにおいて、金属粉末の第１の層３１が支持板２９上に広げられる。ここで、支持体２９は、粉末が広げられる平坦面を有する平行六面体状の全体形状を有する。支持板２９は製造機械に属する、３３で参照されるベッド上に位置する。
この第１ステップでは、第１層の全て又はある粒子が、ブロック１の上方部分１１に与えられる形状に応じて、レーザー手段により塊状化される。これらレーザー手段３５は、レーザービームを発生して粉末を熔融させることができるレーザーと、レーザーを制御するコンピュータ（図４Ａには示さず）とを備える。コンピュータは、例えば、ブロック１の上方部分１１のモデルを含む。
これら、層を広げる操作と、レーザーを用いて熔融さえる操作を繰り返すことにより、図４Ｂに見られる、ブロック１の上方部分１１を形成する熔融粉末と、この上方部分１１を部分的に又は全体を覆う非熔融粉末４１とを含む、粉末組立体が得られる。
図４Ｃに見られるステップでは、非熔融粉末４１が取り除かれ、ブロック１の上方部分１がきれいに保たれる。
図４Ｄに見られるステップでは、支持板２９が機械加工され、ブロック１の下方部分１３が形成される。支持板２９は、下方部分１３が完全に上方部分１１を延びるように機械加工される。ブロック１はこのようにして一体形状を有する。
図４Ｅに見られるステップでは、ブロックの下方部分１３が穿孔手段４３により穿孔され、ブロック内に少なくとも一つのベントを形成する。
図４Ａ〜４Ｅは、単一の支持板上に単一のブロックが製造されるのを表していることがわかるだろう。もちろん、図５に示されたように、同一の支持板２９上にいくつかのブロック１Ａ、１Ｂ、１Ｃのいくつかの焼結部分を形成することができる。
本発明は、記載及び示された例示に限定されることなく、その範囲から逸脱することなく、様々な修正が可能である。
特に、モールド要素のコアにより複雑なメッシュ構造を用いることができる。例えば、このコアの構造を強化するため、コアのパーティションの間に針のネットワークを付加することができる。
図２の例示において、コアは、下方部分１３に直接取り付けられている。これに代えて、シェル１５は、コアと下方部分１３の間を連続する。これにより、シェル１５は、コアを完全に包囲する。
他の実施形態では、ブロック１を製造する方法は、焼結部分を製造するステップの前に、支持板の平坦面上に複数の条痕を機械加工するステップを含む。条痕は、互いに平行であり、この平坦面にわたって均等に分布している。例示によれば、条痕は、２〜４ミクロンの深さであり、条痕の間隔は１〜５０ミクロンである。条痕は、例えば、研磨ホイールを用いて機械加工される。条痕が、粉末が配置される支持面の寸法に対して、極端に浅い深さを有しているため、支持面の表面がこれら条痕の存在にかかわらず、平坦であると考えることができることがわかるだろう。
図６に見られる他の実施形態では、ブロック１は、いくつかのブロック部分４５Ａ、４５Ｂの組立体からなる。各ブロック部分は、焼結部分（図６のハッチング部分）と、非焼結部分（図６の影部）とを備える。この例では、これらのブロック部分は、組立手段（ここでは図示せず）を用いてねじ止めにより組み立てられる。これに代えて、これらのブロックは、接着、溶接、又は他の手段により組み立てられる。

Claims (13)

  1. タイヤ成形のためのモールド要素を製造する方法であって、
    前記モールド要素は、焼結部分（１１）と、前記焼結部分に取り付けられた非焼結部分（１３）とを備え、前記焼結部分は、シェル（１５）と、前記シェルの内側に設けられ、前記シェルと一体に形成されたコアとを備え、前記コアは複数の空隙（２１）を有するメッシュ構造を有し、
    前記方法は、
    非焼結支持板（２９）の完全に平坦な面上に配置された金属粉末（３１）から前記モールド要素の焼結部分を製造するステップを有し、前記粉末は積層熔融され、前記焼結部分は熔融した金属粉末により前記支持板に取り付けられ、
    前記支持板を機械加工して前記モールド要素の非焼結部分（１３）を形成するステップを有する、方法。
  2. 前記粉末は、レーザー手段（３５）により熔融されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  3. 機械加工により形成された非焼結部分が基部を構成し、この基部上にモールド要素の焼結部分が完全に配置されるように、前記支持板は機械加工されることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
  4. 前記非小径部分を製造するステップは、焼結部分と支持板との間の接合を形成し、前記支持板から機械加工された非焼結部分とモールド要素の焼結部分とは、この接合部で正確に一体となっていることを特徴とする請求項３記載の製造方法。
  5. 前記焼結部分（１１）を製造するステップ中に、前記焼結部分の全厚さにわたって延びる熔融された金属粉末の壁面（２６）が形成され、前記壁面（２６）は前記コアの空隙（２１）から隔離された通路（２５）を画成することができ、
    前記焼結部分を製造するステップに続いて、前記非焼結部分（１３）の前記焼結部分に存在する前記通路の反対に孔（２７）が穿孔され、前記孔は前記通路（２５）を延長し、前記モールド要素のベントを形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 前記モールド要素と、他のモールド要素とを組み立てるステップを含む請求項１乃至５のいずれか１項に記載の製造方法。
  7. 前記焼結部分を製造するステップの前に、前記支持板（２９）の平坦面に複数の条痕を機械加工するステップを含み、前記条痕は互いに平行かつ、前記平坦面にわたって均等に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の製造方法。
  8. タイヤ成形のためのモールド要素であって、
    熔融積層された金属粉末から製造された焼結部分（１１）を備え、前記焼結部分はシェル（１５）と、前記シェルの内側に配置され、前記シェルと一体に形成されたコアとを備え、前記コアは複数の空隙（２１）を有するメッシュ構造を有し、
    前記モールド要素は、熔融した金属粉末により前記モールド要素の焼結部分（１１）に取り付けられた非焼結部分（１３）を備え、
    前記モールド要素の焼結部分（１１）と非焼結部分（１３）との接合部は完全に平坦であることを特徴とするモールド要素。
  9. 前記非焼結部分は基部を構成し、前記モールド要素の焼結部分は完全に前記基部上に位置することを特徴とする請求項８に記載のモールド要素。
  10. 前記非焼結部分及び焼結部分は、これらの接合部分で正確に一体になっていることを特徴とする、請求項９記載のモールド要素。
  11. 前記モールド要素は、少なくとも一つのベントを有し、前記ベントは前記モールド要素の焼結部分（１１）に焼結されることにより形成された通路（２５）と、前記モールド要素の非焼結部分（１３）に属し、前記通路を延長する孔（２７）とを備え、前記ベントの通路（２５）は熔融された金属粉末からなる壁面（２６）により、前記コアの空隙（２１）から隔離されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のモールド要素。
  12. 前記モールド要素は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の製造方法により製造された少なくとも二つのモールド要素を組み立てることにより形成されていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のモールド要素。
  13. 請求項８乃至１２のいずれか１項に記載のモールド要素を少なくとも一つ含む、タイヤの加硫及び成形にためのモールド。
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