JP6053583B2 - タイヤ製造用金型 - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤ製造用金型に関し、特に樹脂材料を含んで構成されたタイヤ骨格部材を製造するためのタイヤ製造用金型に関する。
従来からゴム、有機繊維材料、及びスチール部材等で形成されているタイヤが知られているが、近年、軽量化やリサイクルのし易さ等の観点から、熱可塑性エラストマー(TPE)や熱可塑性樹脂等の熱可塑性材料をタイヤ材料として用いることが求められている。例えば高分子材料からなるタイヤ本体と、加硫金型内で加硫によってタイヤ本体と一体化したトレッド本体とを備えた空気入りタイヤが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、リムに装着されるタイヤにおいて、ビードコアが埋着される1つのビードと該ビードに連なるサイドウォールとを備えると共に、高分子材料により一体成形される一対の環状のタイヤ片を用い、該タイヤ片を互いに接合させることによりタイヤ本体を形成する構造が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特開平1−257606号公報 特開平3−79401号公報
上記のような環状のタイヤ片からなるタイヤ骨格部材を接合させるタイヤにおいて、その性能を調整する際にゲージ(タイヤ幅)を変更したり、タイヤ自体の形状を変更したりする時にはタイヤ骨格部材を成形する金型を変更する必要がある。
しかしながら、高分子材料によって一体成形される環状のタイヤ骨格部材を製造する際に用いられる射出成形用金型は高価であり、タイヤサイズや形状違いごとに専用の金型を用意することはコストの上昇を招く原因となる。
また、金型を溶接や切削などによって金型を変形できるが、タイヤの仕様ごとにこれらの加工を繰り返すのは金型の精度に影響する虞があるため、望ましくない。
本発明は、上記事実を考慮して、分割した金型の一部のみを交換し、タイヤ骨格部材の形状変化に対応する金型を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、樹脂材料で形成されるタイヤ骨格部材を、タイヤ径方向外側から形成する外金型と、タイヤ径方向内側から前記外金型との間にキャビティを形成する内金型と、前記外金型および前記内金型の少なくとも一方において、前記キャビティを形成する面を含む箇所を交換可能とした入子型と、を有し、前記外金型は複数の前記入子型を備え、複数の前記入子型が形成するキャビティの境界面が前記タイヤ骨格部材のパーティングラインを形成する
請求項1に記載のタイヤ製造用金型では、タイヤ骨格部材を形成する面を、入子型で交換可能としたことで、金型全体を交換することなくタイヤ骨格部材の形状やサイズを容易に変更することができる。
また、複数の入子型が形成するキャビティの境界面がタイヤ骨格部材のパーティングラインとなるため、タイヤ骨格部材同士の接合面など性能上の影響が少ない箇所にパーティングラインを設定することができる。
請求項の発明は、請求項1記載のタイヤ製造用金型において、前記外金型は前記タイヤ骨格部材のクラウン部を形成する複数の前記入子型を備え、前記キャビティのタイヤ幅方向サイズを可変とする。
請求項に記載のタイヤ製造用金型では、外金型においてクラウン部を複数の入子型が形成し、タイヤ骨格部材のタイヤ幅方向サイズを決定するため、入子型の交換によってタイヤ骨格部材の幅方向サイズを調節し、最終的に製造されるタイヤの幅方向外径を決めることができる。
請求項の発明は、請求項1又は請求項に記載の前記外金型は前記タイヤ骨格部材のクラウン部を形成する複数の前記入子型を備え、前記キャビティのタイヤ径方向外径を可変とする。
請求項に記載のタイヤ製造用金型では、外金型においてクラウン部を複数の入子型が形成し、タイヤ骨格部材のタイヤ径方向サイズを決定するため、入子型の交換によってタイヤ骨格部材の径方向外径すなわちタイヤ骨格部材の厚さを調節することができる。
請求項の発明は、請求項に記載のタイヤ製造用金型において、前記内金型は前記タイヤ骨格部材のクラウン部を形成する前記入子型を備え、前記キャビティのタイヤ径方向内径を可変とする。
請求項に記載のタイヤ製造用金型では、内金型においてクラウン部を入子型が形成し、タイヤ骨格部材のタイヤ径方向内径を決定するため、入子型の交換によってタイヤ骨格部材の径方向サイズすなわち厚さに加えて、クラウン部の凹凸などの形状を調節することができる。
以上説明したように、本発明に係タイヤ製造用金型によれば、分割した金型の一部のみを交換し、タイヤ骨格部材の形状変化に対応する金型とすることができるという優れた効果が得られる。
本願発明の実施形態に係るタイヤ製造用金型のタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図である。 本願発明の実施形態に係るタイヤ製造用金型で形成されたタイヤ骨格部材を用いたタイヤのタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図である。 (A)は本願発明の実施形態に係るタイヤ製造用金型で形成されたタイヤ骨格部材のタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す斜視図、(B)は当該タイヤ骨格部材を用いたタイヤのタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図である。 (A)は図1に示すタイヤ製造用金型で形成されるタイヤ骨格部材のタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図、(B)はタイヤ幅方向に長さLだけ縮小されたタイヤ骨格部材のタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図、(C)は(B)に示されるタイヤ骨格部材の成形に使用される本願発明の第1実施形態に係るタイヤ製造用金型を示すタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図である。 (A)は図1に示すタイヤ製造用金型で形成されるタイヤ骨格部材のタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図、(B)は部分的にタイヤ径方向に肉厚とされたタイヤ骨格部材のタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図、(C)は(B)に示されるタイヤ骨格部材の成形に使用される本願発明の第2実施形態に係るタイヤ製造用金型を示すタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図である。 (A)は図1に示すタイヤ製造用金型で形成されるタイヤ骨格部材のタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図、(B)は部分的にタイヤ径方向に拡大されたタイヤ骨格部材のタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図、(C)は(B)に示されるタイヤ骨格部材の成形に使用される本願発明の第3実施形態に係るタイヤ製造用金型を示すタイヤ径方向に沿って切断した断面を示す断面図である。
<第1実施形態>
以下、樹脂材料として熱可塑性材料を用いる実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施形態では、熱可塑性の溶融材料とは熱可塑性材の溶融状態のものをいい、熱可塑性材とは固化状態のものをいう。
本発明の一実施形態では、図1に示すようなタイヤ製造用金型の一例たる金型10を用いる。この金型10は、図3に示すように、タイヤのビード部Bからタイヤ径方向および幅方向にタイヤセンターCLまでを構成するタイヤ骨格部材20を成形することができるように、タイヤ外面側を成形する外金型12と、タイヤ内面側を成形する内金型14とを有する。外金型12と内金型14との間には、タイヤ骨格部材形状のキャビティS(空間)が形成されている。尚この金型10はタイヤ回転軸SSを中心として環状に形成されている。
キャビティSの一端には凹部17が形成されており、凹部17により成型品であるタイヤ骨格部材20の一端は拡幅されている。この凹部17によりビード部Bが形成される。凹部17にはゲート(樹脂注入路)18が開口し、溶融材料が注入される。
また、金型10のゲート18は、例えばスチールコードを樹脂皮膜加工して形成されたビード11が図示しない治具により保持されて凹部17に入った状態で、ビード11の側を熱可塑性の溶融材料が通過するように形成されている。この溶融材料は、例えば熱可塑性エラストマー(TPE)や熱可塑性樹脂の溶融状態のものである。
成形品であるタイヤ骨格部材20は略リング状をしているため、キャビティSもまた略リング状の形状とされている。ゲート18はリング状に開口したディスクゲートであり、キャビティSはリング状のゲート18に連通して、開口の一端が縮径した円筒状に広がるように形成されている。なお、ゲート18はピンゲートであってもよいが、成形性の観点からディスクゲートのほうが好ましい。なお、ゲート18の位置は特に限定されず、図中下側でなくともよい。例えば側面であってもタイヤ骨格部材20の仕上がりに影響し難い位置であればよい。
図2に示すように、金型10で成形されたタイヤ骨格部材20を使用してビード部BからタイヤセンターCLまでの骨格部分が形成される。すなわち、タイヤ半部を構成するタイヤ骨格部材20が形成され、次いで2つのタイヤ骨格部材20を、接合部材21を用いてタイヤセンターCLの部分で接合することにより、タイヤ全体の骨格となるタイヤ骨格部材Zを形成することができる。
図3(A)に示すように、形成されたタイヤ骨格部材20同士を矢印22のようにタイヤセンターCLで接合し、図3(B)に示すように、タイヤ骨格部材Zを形成する。タイヤ骨格部材20同士の接合方法は特に限定されないが、接合部材21として溶融樹脂を用いた溶接法、あるいは熱板溶着法などで行うことができる。熱板溶着法とは高温の熱源(熱板)に樹脂などを接触させて溶融し、溶融部分が冷えて固まる前に熱板で押し付けて接合する方法である。
タイヤセンターCLでタイヤ骨格部材20同士を接合する接合部材21としては、タイヤ骨格部材20と同じ種類の樹脂で形成されてもよいし、タイヤ骨格部材20とは異なる種類の樹脂で形成されてもよい。
また、本実施形態では、タイヤ半部を構成するタイヤ骨格部材20を形成することで説明したが、本発明はこれに限られず、チューブ状のタイヤ骨格部材を形成して、このタイヤ骨格部材内に空気を充填できる構造にしてもよい。また、最初からトロイダル状のタイヤ骨格部材として金型で形成してもよい。
本実施形態では、図1に示すように、この金型10を外金型12、内金型14ともに入れ子構造として、キャビティSを形成する面の一部を交換可能な入子型12B、12Cおよび14Bで形成することを特徴としている。外金型12の入子型12Bおよび12Cと、内金型14の入子型14Bは、タイヤ骨格部材20のクラウン部を形成する部材である。
金型10内には熱可塑性の溶融材料(溶融した熱可塑性高分子材料であることが多い)を注入して、タイヤの一方側半部を構成するタイヤ骨格部材20(図3(A)参照)を成形する。
さらに図3(B)に示すように、タイヤ一方側半部とタイヤ他方側半部とをタイヤセンターCLで接合して、タイヤ全体用のタイヤ骨格部材Zを形成する。
次いでタイヤ骨格部材Zにおけるクラウン部の補強として、スチールコードKを含む補強層G3を、図2に示すようにタイヤ周方向に螺旋巻きに巻き付け、周方向の剛性を上げる構成としてもよい。さらに、図3(B)に示すようにスチールコードKはタイヤ骨格部材Zに埋設されていてもよい。また、ホイール(リムフランジ)に嵌合する部位にゴム材G1を貼り付けて、リムへのフィット性を向上させてもよい。さらに路面に接する部位にゴム材(トレッドゴムG2)を貼り付けて、耐摩耗性、耐破壊性を向上させてもよい。
以下、金型10内に熱可塑性の溶融樹脂を射出成形してタイヤ骨格部材20を成形することの作用、効果について説明する。なお、本実施形態では熱可塑性の溶融樹脂を射出成形することで説明するが、熱可塑性の溶融材料を単に注入することでタイヤ骨格部材20を成形してもよい。
本実施形態では、まず予め製造された被覆スチールコード等を巻付け用ジグに巻き付ける等の方法で形成されたビード11を金型10の凹部17に入れて保持し、金型10を閉じて、図示しない補助ジグ等を用いてビード11を支える。次いでゲート18から熱可塑性の溶融材料を金型10内に注入して射出成形して、タイヤ骨格部材20を形成する。
このとき、従来の金型を使用していた場合は、外金型、内金型の間に形成されたキャビティの形状に従ってタイヤ骨格部材が形成される。
これに対して、本実施形態では図1に示すように、キャビティSの一部を外金型12に設けられた入子型挿入部12Fに挿入された入子型12B、12C、および内金型14に設けられた入子型挿入部14Fに挿入された入子型14Bで構成することにより、入子型12B、12Cおよび14Bを交換することで外金型12、内金型14全体を交換することなくキャビティSの形状を変更することができる。
すなわち、図1においては図2と同様の形状とされたキャビティSを形成する入子型12B、12C、14Bが使用されているが、このキャビティSの形状を変更する際には入子型12B、12C、14Bのうち変更が必要とされる箇所を交換することで、外金型12および内金型14の全体を交換せずキャビティSの形状変更が可能となる。
図4に例として示すように、例えば図4(A)のタイヤ骨格部材20の形状(キャビティSの形状)を、図4(B)に示すようにタイヤ幅方向(図中左右方向)に長さLだけ縮小したタイヤ骨格部材20Sとしたい場合は以下のように形状を変更できる。
すなわち図4(C)に示すように外金型12の入子型12Bは、タイヤ径方向サイズは同じだがタイヤ幅方向に長さLだけ短い入子型12B2と交換し、入子型12Cは逆にタイヤ幅方向に長さLだけ長い入子型12C2と交換する。これにより形成されるキャビティS2は、タイヤ幅方向に長さLだけ短い形状とされ、射出成形されるタイヤ骨格部材20Sもまたタイヤ幅方向に長さLだけ短い形状とされる。
このとき、キャビティS(タイヤ骨格部材20)の形状変更にらない外金型12の残りの部分は交換する必要がないため、外金型12は交換せず、そのまま使用可能となる。このため、外金型12全体を交換する場合に比較して必要コストを低減することができる。
すなわち入子型12B2、12C2は入子型12B、12Cと外形(この場合は入子型挿入部12Fと接触する箇所の形状)が等しく、入子型12B、12Cと交換で外金型12に設けられた入子型挿入部12Fに挿入することで、キャビティSの形状を変更することができる。またこの場合、内金型14の入子型14Bは交換する必要はない。
ここで、入子型12B2、12C2の突き当て面(境界面)は図4(C)に示すようにパーティングラインPとなる。このとき前述のようにタイヤセンターCLでタイヤ骨格部材20同士を接合することになる。2つのタイヤ骨格部材20を、接合部材21を用いてタイヤセンターCLの部分で接合することにより形成されるタイヤ骨格部材Zでは、接合部材21によりタイヤセンターCL部分はパーティングラインPにより生じる小突起と共に被覆される。このため、成型されたタイヤ骨格部材20の表面に不要な凹凸を残す虞はない。
<第2実施形態>
次に、図5に例として示すように、例えば図5(A)のタイヤ骨格部材20の形状(キャビティSの形状)を、図5(B)に示すようにタイヤ幅方向中央近傍に、タイヤ径方向外側(図中上)に厚さDだけ突出し斜面23C、23Dを含んで形成された台形断面の突出部23Bを備えたタイヤ骨格部材23としたい場合は、以下のようにキャビティSの形状を図5(C)に示すキャビティS3のように変更できる。
すなわち外金型12の入子型12Bはタイヤ径方向外側に厚さDだけ突出した突出部S3Bを備えた入子型12B3と交換し、入子型12Cは突出部23Bの斜面形状に合わせて形状を変更した入子型12C3と交換する。このとき入子型12B3、12C3のタイヤ径方向サイズは入子型12B、12Cと同じである。
これにより形成されるキャビティS3は、タイヤ径方向外側に突出した突出部S3Bを備えたキャビティS3とされ、これにより射出成形されるタイヤ骨格部材23もまたタイヤ径方向外側に突出した突出部23Bを備えた形状とされる。
このとき、図4と同様にキャビティS(タイヤ骨格部材20)の形状変更によらない外金型12の残りの部分は交換する必要がないため、外金型12の大部分を占める外金型12Aは交換せず、そのまま使用可能となる。このため、外金型12全体を交換する場合に比較して必要コストを低減することができる。入子型12B3、12C3の当接面が図5(C)に示すようにパーティングラインPとなるのは第1実施形態と同様である。
またこの場合においても、内金型14の入子型14BはキャビティS(タイヤ骨格部材20)の形状変更に関与しないので交換する必要はない。
<第3実施形態>
次に、図6に例として示すように、例えば図6(A)のタイヤ骨格部材20の形状(キャビティSの形状)を、図6(B)に示すようにタイヤ幅方向中央近傍に、タイヤ径方向外側(図中上)に内径、外径とも径Rだけ突出した突出部S4Bを備えたタイヤ骨格部材24としたい場合は以下のようにキャビティSの形状を図6(C)に示すキャビティS4のように変更できる。
すなわち外金型12の入子型12Bはタイヤ径方向外側に突出した(拡径した)突出部S4Bを備えた入子型12B4と交換し、入子型12Cは突出部S4Bの形状に合わせて、拡径するように形状を変更した入子型12C4と交換する。これにより形成されるキャビティS4は、タイヤ径方向外側に内径、外径とも突出した突出部S4Bを備えたキャビティS4とされ、射出成形されるタイヤ骨格部材20もまたタイヤ径方向外側に内径、外径とも突出した突出部S4Bを備えた形状とされる。
このとき、突出部S4Bにおいては内径も拡径しているため、内金型14の入子型14BはキャビティS(タイヤ骨格部材20)の形状変化に伴って当該部分が拡径した入子型14B2に交換される。
このとき、キャビティS(タイヤ骨格部材20)の形状変更にらない外金型12の残りの部分は交換する必要がないため、外金型12のうち各入子型を除く部分である外金型12Aは交換せず、そのまま使用可能となる。このため、外金型12全体を交換する場合に比較して必要コストを低減することができる。
この場合においても、図4、5と同様にキャビティS(タイヤ骨格部材20)の形状変更にらない外金型12、内金型14の残りの部分は交換する必要がないため、外金型12、内金型14は交換せず、そのまま使用可能となる。このため、外金型12、内金型14の全体を交換する場合に比較して必要コストを低減することができる。入子型12B4、12C4の当接面が図6(C)に示すようにパーティングラインPとなるのは第1実施形態と同様である。
すなわち第1実施形態と同様、入子型12B4、12C4は入子型12B、12Cと外形(この場合は入子型挿入部12Fと接触する箇所の形状)が等しく、また入子型14B2は入子型14Bと外形(この場合は入子型挿入部14Fと接触する箇所の形状)が等しい。このため入子型12B、12C、14Bと交換で外金型12、14に設けられた入子型挿入部12F、14Fに入子型12B4、12C4、14B2をそれぞれ挿入することで、キャビティSの形状を変更することができる。
以上、実施例を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
例えば、図1において、入子型12B、12C、14Bはタイヤ骨格部材20のクラウン部に相当する箇所のみを形成しているが、これに限定せず、ビード部やサイドウォールなど任意の箇所を形成するキャビティ面を入子型として交換可能な部品とすることができる。
さらに入子型14Bを複数の入子型に分割し、タイヤ径方向内側の形状変更に対応可能としてもよい。
あるいは樹脂材料として熱可塑性材料を用いる例を挙げて説明したが、ユリア樹脂、フェノール系樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてタイヤを製造してもよく、本発明では用いる樹脂材料は熱可塑性材料には限られない。
すなわち上記各実施形態において、タイヤ骨格部材20は樹脂材料で形成されているが、樹脂材料としては、熱可塑性樹脂(熱可塑性エラストマーを含む)、熱硬化性樹脂、及びその他の汎用樹脂のほか、エンジニアリングプラスチック(スーパーエンジニアリングプラスチックを含む)等が挙げられる。
熱可塑性樹脂(熱可塑性エラストマーを含む)とは、温度上昇と共に材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になる高分子化合物をいう。本明細書では、このうち、温度上昇と共に材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になり、かつ、ゴム状弾性を有する高分子化合物を熱可塑性エラストマーとし、温度上昇と共に材料が軟化、流動し、冷却すると比較的硬く強度のある状態になり、かつ、ゴム状弾性を有しない高分子化合物をエラストマーでない熱可塑性樹脂として、区別する。
熱可塑性樹脂(熱可塑性エラストマーを含む)としては、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー(TPO)、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー(TPS)、ポリアミド系熱可塑性エラストマー(TPA)、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー(TPU)、ポリエステル系熱可塑性エラストマー(TPC)、及び、動的架橋型熱可塑性エラストマー(TPV)、ならびに、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリスチレン系熱可塑性樹脂、ポリアミド系熱可塑性樹脂、及び、ポリエステル系熱可塑性樹脂等が挙げられる。
また、上記の熱可塑性材料としては、例えば、ISO75−2又はASTM D648に規定されている荷重たわみ温度(0.45MPa荷重時)が78℃以上、JIS K7113に規定される引張降伏強さが10MPa以上、同じくJIS K7113に規定される引張破壊伸び(JIS K7113)が50%以上JIS K7206に規定されるビカット軟化温度(A法)が130℃であるものを用いることができる。
熱硬化性樹脂とは、温度上昇と共に3次元的網目構造を形成し、硬化する高分子化合物をいう。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等が挙げられる。
なお、樹脂材料には、既述の熱可塑性樹脂(熱可塑性エラストマーを含む)及び熱硬化性樹脂のほか、(メタ)アクリル系樹脂、EVA樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等の汎用樹脂を用いてもよい。なお、ここでの樹脂材料には、加硫ゴムは含まれない。
10 金型(タイヤ製造用金型)
12 外金型
12B 入子型
12C 入子型
14 内金型
14B 入子型
20 タイヤ骨格部材
20S タイヤ骨格部材
23 タイヤ骨格部材
24 タイヤ骨格部材
112 外金型
114 内金型
CL タイヤセンター
P パーティングライン
S キャビティ
Z タイヤ骨格部材

Claims (4)

  1. 樹脂材料を含んで形成されるタイヤ骨格部材を、タイヤ径方向外側から形成する外金型と、
    タイヤ径方向内側から前記外金型との間にキャビティを形成する内金型と、
    前記外金型および前記内金型の少なくとも一方において、前記キャビティを形成する面を含む箇所を交換可能とした入子型と、を有し、
    前記外金型は複数の前記入子型を備え、複数の前記入子型が形成するキャビティの境界面が前記タイヤ骨格部材のパーティングラインを形成するタイヤ製造用金型。
  2. 前記外金型は前記タイヤ骨格部材のクラウン部を形成する複数の前記入子型を備え、これらの入子型の交換により前記キャビティのタイヤ幅方向サイズを可変とする請求項1記載のタイヤ製造用金型。
  3. 前記外金型は前記タイヤ骨格部材のクラウン部を形成する複数の前記入子型を備え、これらの入子型の交換により前記キャビティのタイヤ径方向サイズを可変とする請求項1又は請求項に記載のタイヤ製造用金型。
  4. 前記内金型は前記タイヤ骨格部材のクラウン部を形成する前記入子型を備え、これらの入子型の交換により前記キャビティのタイヤ径方向サイズを可変とする請求項に記載のタイヤ製造用金型。
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