JP5270419B2 - 空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金および押出機 - Google Patents

Description

本発明は、空気入りタイヤ用ゴム部材を押出成形するための押出用口金、およびその口金を備える押出機に関し、特に空気入りタイヤ用ゴム部材に予め溝形状を形成するための押出用口金、およびその口金を備える押出機に関する。

一般に、空気入りタイヤは、ビードコアを備える一対の環状ビードと、一対の環状ビードで両端が巻き返されたカーカス層と、カーカス層のタイヤ半径方向外側に配設され、カーカス層を補強するベルト層と、ベルト層のタイヤ半径方向外側に配設されたトレッド部と、一対の環状ビードからタイヤ半径方向外側に延び、トレッド部に連設されたサイドウォール部と、を備えている。このトレッド部の踏面には、空気入りタイヤと路面との間の摩擦係数を高め、制動性能や駆動性能、さらには操縦安定性能を高め、かつ排水性能などを高めるために、周方向や幅方向などに延びる各種の溝やサイプなどからなるトレッドパターンが形成されている。

上記溝の代表的なものに、周方向に連続して延び、リブパターンやブロックパターンを区画する周方向溝がある。この周方向溝は、特に湿潤路面にて後方に水を排出する性能が優れており、その摩擦力を十分に確保できるため、多くの空気入りタイヤで採用されている。

ところで、空気入りタイヤは、一般に以下の工法にて製造されている。
（１）未加硫ゴム組成物、あるいはゴムでトッピングしたスチールコードなどで構成された、環状ビード、カーカス層、ベルト層、サイドウォール部、およびトレッド部などを構成する各部材を各々作製する。
（２）これらの各部材を、ドラム軸を中心として回転可能な成形ドラム上で、タイヤ半径方向内側よりカーカス層、ベルト層およびトレッド部の順番で、順次貼り合わせて未加硫のグリーンタイヤを成形する。
（３）このグリーンタイヤを、加硫用金型（以下、「モールド」という）内に投入し、所定の温度および圧力で一定時間加硫を行うことにより、所定のタイヤ形状に成形する。

ここで、トレッド部の踏面に周方向溝を形成する場合は、グリーンタイヤと接するモールドの内周面に、周方向に連続して延びる骨部（突条部）が配設されており、加硫成形時にこの骨部がグリーンタイヤのトレッド部を構成するゴム部材（以下、「トレッドゴム」という）に食い込むことで、対応する周方向溝がトレッド部の踏面に形成される。従来、このトレッドゴムとして、凹凸のないフラットな表面形状を有するものを使用することが多く、したがってグリーンタイヤの外周面も平坦状に形成されていた。このようなトレッドゴムは、一般に押出機を使用して、未加硫ゴムやカーボンブラックなどの補強剤、さらには硫黄などの配合剤を含有する未加硫ゴム組成物を、所定の開口部を有する押出用口金から連続的に押出し、所定の長さに裁断して成形していた。

しかしながら、このようなフラットな表面形状を有するトレッドゴムを外周面に有するグリーンタイヤに周方向溝を形成する場合、上述したモールドの骨部は、多量のゴムを排除しながらトレッドゴムに食い込む必要がある。これに伴い、モールドの骨部の突出方向（タイヤ半径方向内側方向）にゴムが押されることとなり、その方向に押圧力が作用して、トレッドゴムに形成された溝部の裏側（トレッドゴムのタイヤ半径方向内側）にて当接するベルト層に凹みが生じる傾向があった。このような凹みがベルト層に生じると、ベルト層を構成するスチールコードなどの補強コードに歪みが生じて補強性能が発揮されず、タイヤの接地性能などが低下するという問題があった。

このような問題を改善するために、下記特許文献１では、モールドの骨部に対応する凸部が配設された口金を備えた押出機を使用してトレッドゴムを製造することにより、トレッドゴムに溝形状を予め形成し、これによりベルト層の凹み変形を防止することが記載されている。図２はトレッドゴムに予め溝形状を形成する従来の押出用口金の断面図である。

図２に示すとおり、この従来の押出用口金１０は、トレッドゴム１１の上面に溝形状１２を形成するための複数の凸部１３が配設された上型１０Ａと、トレッドゴム１１の下面をフラット状に形成するための下型１０Ｂとを有し、これらの上型１０Ａと下型１０Ｂとを組み合わせて形成された開口部を有する。押出用口金１０は、押出機（不図示）の先端に備えられ、その開口部から未加硫ゴム組成物を押出して、トレッドゴム１１をその開口部と略同一の断面形状に成形する。この押出用口金１０より押出されるトレッドゴム１１には、モールドの骨部に対応する溝形状１２が予め形成されるため、加硫成形時にモールドの骨部が食い込んで排除するゴムの量を少なくすることができる。その結果、モールドの骨部の突出方向にてゴムに作用する押圧力が低減されるため、ベルト層に凹みが生じるのを抑制することができる。

しかしながら、本発明者らの検討の結果、この特許文献１に記載の押出用口金を使用してトレッドゴムを押出した場合、その下型の内面がフラット状であっても、未加硫ゴム組成物が押出用口金の開口部を通過する際、その開口部内の各部位にて、未加硫ゴム組成物の流速が不均一になることが判明した。このような未加硫ゴム組成物の流速の不均一さに起因して、この特許文献１に記載の押出用口金を使用して成形されたトレッドゴムは、溝形状の頂部近傍の下面にて凹みが生じる傾向があった。このような凹みがトレッドゴムの下面に生じた場合、ベルト層と貼り合わせる際、凹みに存在するエアが排出されずに残留し、製品不良に至るという問題があった。

また、下記特許文献２では、対向する一方の面に製品タイヤの周方向溝に対応した溝を形成する複数の溝形成用突起を備え、他方の面に該溝形成用突起と対向して該溝形成用突起よりも突出長さが短い複数の矯正溝形成用突起を備えた開口部を有することを特徴とする、空気入りタイヤのトレッドゴムの押出用口金が記載されている。この押出用口金を使用することにより、トレッドゴムに溝形状を予め形成した場合における、上述した特許文献１での問題を解決することが記載されている。

しかしながら、本発明者らの検討の結果、この特許文献２に記載の押出用口金を使用して製造されたトレッドゴムでは、特許文献１で見られた未加硫ゴム組成物の流速の不均一さが解消されておらず、むしろ押出用口金の開口部内の各部位にて未加硫ゴム組成物の流速がさらに不均一になる。その結果、この特許文献２に記載の押出用口金を使用して成形されたトレッドゴムは、溝形状の頂部近傍の下面にて、より大きな凹みが生じる傾向があった。このように、上面に溝形状を有し、下面はフラット形状である空気入りタイヤ用ゴム部材を製造することは非常に難しく、押出用口金の形状に関して、さらなる改良が必要であることがわかった。

特開平０９−１５０４６５号公報 特開２００７−３０３１０号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、上面に溝形状を有し、下面はフラット形状である空気入りタイヤ用ゴム部材を製造するための空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金、およびこの押出用口金を備える押出機を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく、上型と下型とを組み合わせて形成された開口部を有する空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金において、未加硫ゴム組成物が凹凸形状の内面を有する開口部を通過する際の流速と、押出成形後の空気入りタイヤ用ゴム部材の形状について鋭意検討を行った。その結果、開口部を通過する未加硫ゴム組成物に流速差がある場合、開口部と略同一の断面形状を有する空気入りタイヤ用ゴム部材を製造することはできず、流速の速い部分では空気入りタイヤ用ゴム部材が膨らみ、流速の遅い部分では逆に凹む傾向があることを見出した。本発明は、上記の検討の結果なされたものであり、下記の如き構成により上述の目的を達成するものである。

即ち、本発明に係る空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金は、上型と下型とを組み合わせて形成された開口部を有する空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金において、前記上型の内面には、溝形状を形成するための複数の凸部が配設され、前記下型の内面には、前記凸部と対向する位置にて複数の凹部が配設されていることを特徴とする。

上記空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金の構成部材の一つである上型の内面には、溝形状を形成するための複数の凸部が配設されているため、この口金より押出される空気入りタイヤ用ゴム部材には、モールドの骨部に対応する溝形状が予め形成される。これにより、加硫成形時にモールドの骨部が食い込んで排除するゴムの量を少なくすることができ、モールドの骨部の突出方向に作用する押圧力を低減し、空気入りタイヤ用ゴム部材の変形を防止することができる。

ここで、本発明者らは、上型の内面に溝形状を形成するための複数の凸部が配設され、かつ下型の内面がフラット状である押出用口金を使用して空気入りタイヤ用ゴム部材を成形する場合（図２に示す押出用口金を使用する場合に相当）において、開口部内の各部位を通過する未加硫ゴム組成物の流速を計測したところ、以下の現象を見出した。つまり、図２に示す押出用口金の開口部において、凸部１３の頂部と下型１０Ｂの内面との間の領域であって、厚み（図２では上下方向）が小さい領域Ｓ’では、未加硫ゴム組成物の流速が遅く、複数の凸部１３の間の領域であって、厚みが大きい領域Ｌ’では、未加硫ゴム組成物の流速が速いことがわかった。したがって、図２に示す押出用口金１０を使用した場合、開口部を通過する未加硫ゴム組成物に流速差が大きいため、厚みが小さい領域Ｓ’で凹みが生じる。その結果、下面がフラット状の空気入りタイヤ用ゴム部材（図２では、トレッドゴム１１）を製造することができない。

しかしながら、本発明に係る空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金では、下型の内面に、凸部と対向する位置にて複数の凹部が配設されていることから、凸部の頂部と下型の内面との間の領域を通過する未加硫ゴム組成物の流速が速くなる。このため、凸部の頂部と下型の内面との間の領域と、その他の領域と、において、未加硫ゴム組成物が通過する際の流速差を減じることができる。これにより、本発明に係る空気入りタイヤ用ゴム部材では、相対的に流速の遅い領域（凸部の頂部と下型の内面との間の領域）において、凹部により形成される突出部分を消滅させる程度に、凹み度合いを適度に減じることができる。その結果、所望の断面形状、具体的には上面に溝形状を有し、下面はフラット形状である空気入りタイヤ用ゴム部材を製造することができる。

上記空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金において、前記凹部の表面形状は、滑らかな凹曲面状に形成されたものであることが好ましい。かかる構成によれば、空気入りタイヤ用ゴム部材の各部位にて、上面に溝形状を有し、下面はフラット形状である空気入りタイヤ用ゴム部材を、より確実に製造することができる。

本発明に係る押出機は、前記記載の空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金を備えたものである。かかる押出機を使用することにより、所望の断面形状、具体的には上面に溝形状を有し、下面はフラット形状である空気入りタイヤ用ゴム部材を製造することができる。

本発明に係る空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金の一例を示す断面図 トレッドゴムに予め溝形状を形成する従来の押出用口金の断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金を示す断面図である。図１では、押出用口金１が中心線ＣＬを挟んで左右対称である（中心線ＣＬを挟んで、右側に２つの凸部３、左側に２つの凸部３を配設している）ため、中心線ＣＬの片側（図１では右側）のみを示している。しかしながら、本発明では押出用口金１が、中心線ＣＬを挟んで必ずしも左右対称でなくてもよく、例えば一方の側に２つの凸部、もう一方の側に３つの凸部を配設するものであってもよい。

図示を省略するが、本発明に係る空気入りタイヤは、ビードコアを備える一対の環状ビードと、一対の環状ビードで両端が巻き返されたカーカス層と、カーカス層のタイヤ半径方向外側に配設され、カーカス層を補強するベルト層と、ベルト層のタイヤ半径方向外側に配設されたトレッド部と、一対の環状ビードからタイヤ半径方向外側に延び、トレッド部に連設されたサイドウォール部と、を備える。このような空気入りタイヤは、未加硫ゴム組成物、あるいはゴムでトッピングしたスチールコードなどで構成された各部材を、ドラム軸を中心として回転可能な成形ドラム上で、順次貼り合わせて未加硫のグリーンタイヤを成形し、モールド内に投入して、所定の温度および圧力で一定時間加硫を行うことにより製造することができる。

本発明の空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金は、空気入りタイヤを構成する各部材の製造に使用可能であるが、本実施形態では空気入りタイヤ用ゴム部材として、トレッド部を構成するゴム部材であるトレッドゴムを製造する例を挙げて説明する。本実施形態では、未加硫ゴムやカーボンブラックなどの補強材、さらには硫黄などの配合剤などを含有する未加硫ゴム組成物を、図１に示す押出用口金１を備える押出機により連続的に押出し、所定の長さに裁断してトレッドゴムを成形する。

図１に示すとおり、本実施形態で使用する押出用口金１は、上型１Ａと下型１Ｂとを組み合わせて形成された開口部を有する。上型１Ａの内面には、溝形状４を形成するための複数の凸部３が配設されているため、この押出用口金１より押出されるトレッドゴム２には、モールドの骨部に対応する溝形状４が予め形成される。これにより、加硫成形時にモールドの骨部が食い込んで排除するゴムの量を少なくすることができ、モールドの骨部の突出方向に作用する押圧力を低減し、トレッドゴム２の変形を防止することができる。本実施形態では、上型１Ａの内面に配設する凸部３の数を、左右両側に２つずつ、計４つとしているが、この凸部３の数は、トレッド部に配設する周方向溝の本数に対応して、適宜設定することができる。

凸部３の突出高さＨ１および上辺幅Ｗ１は、トレッド部に配設する周方向溝の溝深さおよび溝幅に対応して適宜設定することができる。具体的には、凸部の突出高さＨ１は５〜１５ｍｍ、上辺幅Ｗ１は５〜２５ｍｍが例示される。なお、「凸部３の突出高さ」とは、未加硫ゴム組成物の押出方向と直行する方向の高さ（図１では上下方向の高さ）を意味し、「凸部３の上辺幅」とは、未加硫ゴム組成物の押出方向と直行する方向の幅（図１では左右方向の幅）を意味する。また、凸部３の下辺幅は、トレッド部に配設する周方向溝の形状に応じて、適宜設定可能である。

一方、下型１Ｂの内面には、凸部３と対向する位置にて、凸部３と同数の凹部５が配設されている。これにより、本実施形態では、凸部３の頂部と下型１Ｂの内面との間の領域Ｓにおいて、未加硫ゴム組成物の流速を速めることができ、凸部３の頂部と下型１Ｂの内面との間の領域Ｓと、その他の領域と、において、未加硫ゴム組成物が通過する際の流速差を減じることができる。このため、本実施形態のトレッドゴムでは、流速の遅い領域Ｓにおいて、凹部５により形成される突出部分６を消滅させる程度に、凹み度合いを適度に減じることができる。その結果、所望の断面形状、具体的には上面に溝形状を有し、下面はフラット形状であるトレッドゴムを製造することができる。

本実施形態では、凹部５の表面形状は、滑らかな凹曲面状であって、かつ凸部３と対向する面が断面円弧状に形成されている。これにより、上面に溝形状を有し、下面はフラット形状であるトレッドゴムを、より確実に製造することができる。さらに、凹部５の角部についても、断面円弧状に形成することが好ましい。

また、本実施形態の凹部５は、凸部３と対向する位置であって、上型１Ａの内面に配設された凸部３と中心線が略一致する位置に配設されている。この凸部３と凹部５とは、凸部３の頂部と下型１Ｂの内面との間の領域Ｓと、その他の領域と、において、未加硫ゴム組成物が通過する際の流速差を減じるように設定する。具体的には、凸部３と凹部５との形状を以下の範囲に設定することが好ましい。
（１）０．４≦Ｈ１／Ｔ≦０．８
（２）１．２≦Ｗ２／Ｗ１≦３．０
（３）０．１５≦Ｈ２／Ｈ１≦０．３５
（４）１．５≦Ｒ１／Ｗ１≦３．０
（５）Ｒ２／Ｒ１≦２．５
ここで、Ｗ２は凹部５の上辺幅であり、凹部５の角部を断面円弧状に形成した場合は、凹部５の角部と押出用口金１の平坦部分との両側接点間の距離を意味する。Ｔは押出用口金１の全厚み、Ｒ１は断面円弧状に形成された凹部５の曲率半径、Ｒ２は断面円弧状に形成された凹部５の角部の曲率半径、Ｈ２は凹部５の深さを意味する。これらの比が上記範囲外であると、押出用口金１の開口部内の各部位にて、未加硫ゴム組成物の流速差が大きくなり、これに伴い、トレッドゴムの下面に凹凸が発生する場合がある。

上記のとおり、本実施形態で例示した押出用口金、およびその口金を備える押出機を使用することにより、上面に溝形状を有し、下面はフラット形状であるトレッドゴムを製造することができる。このトレッドゴムを使用することにより、ベルト層との貼り合わせ面にエア溜りが発生するのを防止することができる。さらに、貼り合わせ時に、ベルト層への不要な力が作用しないため、ベルト層を構成するスチールコードなどの補強コードに歪みが発生するのを防止することができる。

［他の実施形態］以下、本発明の他の実施の形態について説明する。

（１）前述の実施形態では、凸部３として断面が台形状に形成されたものを示したが、凸部３は断面が三角形状、矩形状、あるいは円弧状に形成されたものであってもよい。

１：押出用口金
１Ａ：上型
１Ｂ：下型
２：トレッドゴム
３：凸部
５：凹部

Claims (3)

1. 上型と下型とを組み合わせて形成された開口部を有する空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金において、
   前記上型の内面には、溝形状を形成するための複数の凸部が配設され、前記下型の内面には、前記凸部と対向する位置にて複数の凹部が配設されていることを特徴とする空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金。
2. 前記凹部の表面形状は、滑らかな凹曲面状に形成されたものである請求項１に記載の空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金。
3. 請求項１または２に記載の空気入りタイヤ用ゴム部材の押出用口金を備えた押出機。

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