JPWO2017068846A1 - ゴム物品用モールドの製造方法、ゴム物品用モールド、モールド部材の製造方法、及び、モールド部材 - Google Patents

ゴム物品用モールドの製造方法、ゴム物品用モールド、モールド部材の製造方法、及び、モールド部材 Download PDF

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Abstract

金属粉末の焼結により形成されたゴム成形部を備えたゴム物品用モールドの熱伝達特性を簡易に向上させる。ゴム物品用モールド(1)は、接触部(11)でゴム物品に接触してゴム物品を成形するゴム成形部(10)、及び、ゴム成形部(10)を保持する保持部(20)を備える。金属粉末を焼結してゴム成形部(10)を形成する。保持部(20)の鋳造時に、ゴム成形部(10)の接触部(11)を除く部分の一部又は全部を保持部(20)で鋳包み、保持部(20)と保持部(20)により鋳包まれるゴム成形部(10)の鋳包み部(14)とを接合する。

Description

本発明は、ゴム物品を成形するゴム物品用モールドの製造方法、ゴム物品用モールド、ゴム物品用モールドに用いられるモールド部材を製造するモールド部材の製造方法、及び、モールド部材に関する。
ゴム物品用モールドによりゴム物品を成形するときには、一般に、ゴム物品用モールドが加熱手段により加熱されて、ゴム物品用モールドの熱によりゴム物品が加熱される。ゴム物品用モールドは、ゴム物品を加熱しつつ、ゴム成形部によりゴム物品を成形する。ゴム物品用モールドのゴム成形部は、ゴム物品の形状に対応して様々な形状に形成され、ゴム物品の形状によっては、機械加工により形成し難い複雑な形状に形成される。例えば、ゴム物品であるタイヤを成形するタイヤ用モールドにおいては、ゴム成形部は、タイヤのトレッドパターンに対応して、薄肉な突出部(サイプブレード等)、又は、シャープなコーナー形状の凹部を有する。そのため、ゴム物品用モールドは鋳造により製造されることが多く、ゴム成形部を含むゴム物品用モールドの全部が一体に形成される。
これに対し、従来、金属粉末を焼結してゴム成形部(内張り組立体)を形成し、ゴム成形部を支持ブロックに取り付けるタイヤ用モールドが知られている(特許文献1参照)。
特許文献1に記載された従来のタイヤ用モールドでは、モールドの形状データに基づいて、レーザを用いた焼結により、ゴム成形部が様々な形状に直接形成される。
ところが、金属粉末を焼結すると、金属粉末の形状がゴム成形部の表面に残り、表面の粗さが大きくなることがある。また、金属粉末の大きさに対応して、ゴム成形部の表面の凹凸が大きくなることもある。金属粉末の焼結中に、ゴム成形部に歪みが生じる虞もあり、ゴム成形部の表面に金属の酸化物も付着する。この場合には、ゴム成形部と支持ブロックの間に空隙が生じるとともに、ゴム成形部と支持ブロックの間に酸化物層が形成される。その結果、支持ブロックからゴム成形部への伝熱ロスが増加し、タイヤ用モールドの熱伝達特性が低下する。
タイヤ用モールドの熱伝達特性が低下すると、タイヤの成形時間(加硫時間)が長くなり、タイヤの成形効率が低下する。従って、ゴム物品であるタイヤの成形効率を高くする観点から、タイヤ用モールドの熱伝達特性を向上することが求められる。また、コストの増加を抑制するためには、熱伝達特性を簡易に向上させる必要がある。
ところで、ゴム物品用モールドは、1つ又は複数のモールド部材からなり、ゴム物品の成形に用いられる。ゴム物品用モールドのモールド部材は、一般に、機械加工、又は、鋳造により製作され、ゴム物品用モールドの一部又は全体として用いられる。このモールド部材に関しては、ゴム物品の成形に繰り返し用いられるため、形状の変化と破損を抑制する必要があり、強度の向上が求められている。しかしながら、材料の変更によりモールド部材を強化すると、モールド部材の機械加工又は鋳造が行い難くなることがある。モールド部材の形状又は構造によっては、モールド部材の強化に複雑な加工を要することもある。
また、例えば、ゴム物品であるタイヤを成形するタイヤ用モールドにおいては、モールドは、タイヤにサイプを成形する複数のサイプブレードと、タイヤの加硫時に空気を逃がす複数のベントホール(又は、スリット)を有する。サイプブレードは、サイプ(微細な溝)の形状に対応する薄肉な突出部であり、ベントホールは、モールドを貫通する微細な孔部である。タイヤ用モールドに関しては、サイプブレードとベントホールの形成に手間と時間を要するため、製造時間とコストの増加を抑制する観点から、モールド部材を簡易に強化することが求められる。
特に、タイヤ成形時に受ける力により、モールド部材であるサイプブレードが短期間で破損することがあり、サイプブレードの強度の向上が求められている。また、サイプの形状に対応して、サイプブレードを複雑な形状に形成するときには、複数の部品の溶接、又は、特殊加工等に伴い、サイプブレードの形成に要する手間と時間が増加する。従って、サイプブレードの強度を向上するときには、サイプブレードの簡易な強化により、製造時間とコストの増加を抑制する必要がある。
タイヤ用モールドのモールド本体とサイプブレードは、それぞれモールド部材として、粉末積層造形により形成されることがある。粉末積層造形では、粉末を硬化して硬化層を形成し、複数の硬化層を順に積層して、モールド部材を造形する。ところが、このようにモールド部材を形成すると、表面粗さ、又は、粉末の連結性に起因して、モールド部材の強度に影響が生じる虞がある。この場合には、モールド部材を簡易に強化して、モールド部材の強度を向上させる必要がある。
なお、従来、表面に鉄メッキ被覆層を有するアルミニウム材料が知られている(特許文献2参照)。
特許文献2に記載された従来のアルミニウム材料では、鉄メッキ被覆層に亀裂を生じさせる。その後、熱可塑性樹脂を鉄メッキ被覆層に含浸し、或いは、固体潤滑剤を鉄メッキ被覆層に固着する。これにより、アルミニウム材料の摩耗特性を改善している。しかしながら、従来のアルミニウム材料は、摩耗特性のみを改善した材料であり、モールド部材の強度の向上とは関係がない。また、従来のアルミニウム材料の製造には手間と時間がかかり、製造時間とコストが増加する。
特表2012−512069号公報 特開平11−29892号公報
本発明は、前記従来の問題に鑑みなされ、その目的は、金属粉末の焼結により形成されたゴム成形部を備えたゴム物品用モールドの熱伝達特性を簡易に向上させることである。また、他の目的は、ゴム物品用モールドに用いられるモールド部材を簡易に強化して、モールド部材の強度を向上させることである。
本発明は、接触部でゴム物品に接触してゴム物品を成形するゴム成形部、及び、ゴム成形部を保持する保持部を備えるゴム物品用モールドを製造するゴム物品用モールドの製造方法である。ゴム物品用モールドの製造方法は、金属粉末を焼結してゴム成形部を形成する形成工程と、保持部の鋳造時に、ゴム成形部の接触部を除く部分の一部又は全部を保持部で鋳包み、保持部と保持部により鋳包まれるゴム成形部の鋳包み部とを接合する鋳造工程と、を有する。
本発明は、ゴム物品を成形するゴム物品用モールドである。ゴム物品用モールドは、接触部でゴム物品に接触してゴム物品を成形する、金属粉末の焼結体であるゴム成形部と、ゴム成形部の接触部を除く部分の一部又は全部を鋳包んだ状態の鋳造体であり、ゴム成形部を保持する保持部と、を備える。
本発明は、ゴム物品用モールドに用いられるモールド部材を製造するモールド部材の製造方法である。モールド部材の製造方法は、モールド部材をメッキ前の状態に形成する形成工程と、形成後のモールド部材の表面にメッキを施して、モールド部材の表面をメッキ皮膜で被覆するメッキ工程と、を有する。
本発明は、ゴム物品用モールドに用いられるモールド部材である。モールド部材は、表面を被覆するメッキ皮膜を有する。
本発明によれば、金属粉末の焼結により形成されたゴム成形部を備えたゴム物品用モールドの熱伝達特性を簡易に向上させることができる。また、ゴム物品用モールドに用いられるモールド部材を簡易に強化して、モールド部材の強度を向上させることができる。
第1実施形態のゴム物品用モールドを示す図である。 第1実施形態のゴム成形部を示す図である。 ゴム成形部の周辺を拡大して示す断面図である。 ゴム成形部の形状を模式的に示す斜視図である。 第2実施形態のゴム物品用モールドのゴム成形部を示す図である。 第2実施形態のゴム物品用モールドを示す図である。 第3実施形態のゴム物品用モールドのゴム成形部を示す図である。 第3実施形態のゴム物品用モールドを示す図である。 第4実施形態のゴム物品用モールドのゴム成形部を示す図である。 第4実施形態のゴム物品用モールドを示す図である。 第5実施形態のゴム物品用モールドの製造方法を示す図である。 第5実施形態のゴム物品用モールドの他の製造方法を示す図である。 第6実施形態のゴム物品用モールドに用いられるモールド部材を示す図である。 第7実施形態のゴム物品用モールドに用いられるモールド部材を示す図である。 第7実施形態のモールド部材を示す図である。 第8実施形態のゴム物品用モールドを示す図である。 第8実施形態のモールド部材の断面図である。 第9実施形態のモールド部材を示す図である。 第9実施形態のモールド部材を示す図である。 第9実施形態のモールド部材を示す図である。 メッキ前後のモールド部材の一部を示す断面図である。
(ゴム物品用モールドの製造方法、ゴム物品用モールド)
本発明のゴム物品用モールドの製造方法、及び、ゴム物品用モールドの一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態(第1〜第5実施形態)のゴム物品用モールドは、ゴム物品(ゴム製の物品)を成形するゴム成形用モールドであり、本実施形態のゴム物品用モールドの製造方法により製造される。以下では、ゴム物品用モールド(以下、単に、モールドという)がタイヤ用モールド(タイヤ成形用モールド)である場合を例にとり、モールドの製造方法、及び、モールドの複数の実施形態について説明する。従って、ゴム物品は、タイヤである。モールドは、タイヤの成形時(加硫時)にタイヤ用モールドとして用いられて、タイヤを成形する。例えば、モールドによりタイヤのトレッド部を成形するときには、モールドにより、トレッドパターンがトレッド部に成形される。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のモールド1を示す図であり、図1Aは、モールド1の正面図である。図1Bは、図1AのR1−R1線で切断したモールド1の断面図であり、図1Cは、図1Aの矢印R2方向からみたモールド1の平面図である。
図示のように、モールド1は、タイヤのトレッド部を成形するトレッドモールドであり、リング状部材を周方向に複数に分割した形状(セクター形状)に形成されている。複数のモールド1がリング状に組み立てられて、タイヤのトレッド部が複数のモールド1の内周部(ゴム成形部10)により成形される。
モールド1は、ゴム物品を成形するゴム成形部10と、ゴム成形部10を保持する保持部20を備えている。ゴム成形部10は、モールド1のゴム物品側の表層部であり、ゴム物品に接触する接触部11と、接触部11に形成された複数の突出部12を有する。ゴム成形部10は、接触部11でゴム物品に接触して、接触部11によりゴム物品を成形する。突出部12は、例えば、薄肉な板状部材、又は、突起であり、接触部11から突出する。保持部20は、ブロック状に形成され、ゴム成形部10の接触部11を除く部分の一部又は全部を包む。
ここでは、ゴム成形部10は、タイヤのトレッド部を成形するトレッド成形部であり、接触部11は、タイヤのトレッドパターンに対応する形状に形成されている。また、突出部12は、タイヤにサイプを成形する板状のサイプブレードであり、接触部11と一体に形成されている。タイヤの加硫時に、モールド1は、ゴム成形部10により、タイヤのトレッド部に接触して、タイヤのトレッド部にトレッドパターンを成形する。同時に、突出部12により、タイヤのトレッド部にサイプが成形される。
保持部20に比べて、ゴム成形部10の形状は複雑であり、タイヤのトレッドパターンに対応して、ゴム成形部10は様々な形状に形成される。また、モールド1の全体を焼結により形成するときには、モールド1のコストが高くなる。そのため、ゴム成形部10のみを金属粉末の焼結により形成して、形成後のゴム成形部10を保持部20により保持する。これにより、モールド1のコストの増加を抑制する。
図2は、第1実施形態のゴム成形部10を示す図であり、図1と同様にゴム成形部10を示している。また、図2Dは、図2BのS部を模式的に示している。
図示のように、モールド1の製造時には、金属粉末を焼結して、接触部11を含むゴム成形部10を形成する。具体的には、粉末積層造形により、金属粉末の焼結体であるゴム成形部10を形成する。粉末積層造形では、所定厚みの金属粉末層を形成して、金属粉末層に光ビーム(例えば、レーザ)を照射し、金属粉末を光ビームの熱により焼結する。これにより、金属粉末を焼結した焼結層(硬化層)を形成する。また、金属粉末層の形成と焼結層の形成を繰り返して、複数の焼結層を順に積層し、ゴム成形部10を立体形状に造形する。
このように、粉末積層造形により、焼結層を積層して、ゴム成形部10を造形し、ゴム成形部10を所定形状に形成する(図2A〜図2C参照)。ゴム成形部10の表面13には金属粉末の形状が残り(図2D参照)、金属粉末の大きさに対応した凹凸がゴム成形部10の表面13に生じる。続いて、保持部20を鋳枠内で鋳造するとともに、鋳枠内で、ゴム成形部10の接触部11を除く部分を保持部20で鋳包む。
保持部20の鋳造前に、ゴム成形部10を鋳枠に取り付け、ゴム成形部10の保持部20により鋳包まれる部分(鋳包み部14)を鋳枠の内部空間に露出させる。その状態で、溶融した保持部20の材料を鋳枠内に流し込み、流し込んだ材料を凝固させる。これにより、ゴム成形部10の鋳包み部14を包み込むように保持部20を鋳造し、形成後のゴム成形部10を保持部20で鋳包む。また、鋳包みにより、ゴム成形部10と保持部20を接合して、保持部20によりゴム成形部10を保持する。
保持部20の材料は、ゴム成形部10を鋳包み可能な金属材料(アルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金等)である。保持部20の材料の融点は、ゴム成形部10の材料の融点より低い。保持部20は、ゴム成形部10を溶かさない温度に加熱された溶融材料を用いて鋳造される。保持部20の鋳造時には、ゴム成形部10の接触部11を除く部分の一部又は全部を保持部20で鋳包み、保持部20と保持部20により鋳包まれるゴム成形部10の鋳包み部14とを接合する。これにより、ゴム成形部10と保持部20を一体化して、モールド1を製造する。保持部20は、機械加工により所定の外形形状に形成される。
図3は、ゴム成形部10の周辺を拡大して示す断面図であり、図2Dと同様に、ゴム成形部10を模式的に示している。また、図3Aは、第1実施形態のモールド1の一部を示し、図3Bは、比較例のモールド100の一部を示している。
図示のように、比較例のモールド100では、保持部101が機械加工により形成されている(図3B参照)。ゴム成形部10は、保持部101に取り付けられて、保持部101により保持される。その状態で、ゴム成形部10と保持部101の接触面において、ゴム成形部10と保持部101の間に空隙が生じる。空隙は、ゴム成形部10の表面13の凹部に対応する。この空隙により、保持部101からゴム成形部10へ熱が伝達されるときに、伝熱ロスが増加し、タイヤの加硫に必要な時間が長くなる。
これに対し、第1実施形態のモールド1では(図3A参照)、保持部20は、ゴム成形部10の接触部11を除く部分の一部又は全部を鋳包んだ状態の鋳造体である。保持部20の鋳造時に、溶融した保持部20の材料がゴム成形部10の表面13の凹部に入り、表面13の凹部が埋められる。そのため、ゴム成形部10と保持部20の接触面において、ゴム成形部10と保持部20の間に空隙が生じるのが抑制され、ゴム成形部10と保持部20が密着する。これにより、保持部20からゴム成形部10に熱が効率的に伝達され、保持部20からゴム成形部10への伝熱ロスが低減する。また、タイヤの成形時間(加硫時間)が短縮されて、タイヤの成形効率が高くなる。
従って、ゴム成形部10を焼結により形成することに伴う問題を簡易に解消して、モールド1の熱伝達特性を向上させることができる。また、保持部20の鋳造時に、ゴム成形部10の表面13の酸化物をなくして、ゴム成形部10と保持部20を直接密着させることができる。これにより、例えば、全体を鋳造により形成したモールドの熱伝達特性と同等の熱伝達特性をモールド1に持たせることができる。
なお、保持部20は、金属以外の材料を用いて、鋳造により形成してもよい。例えば、保持部20の材料は樹脂材料であってもよい。従って、鋳造には、樹脂材料の注型成形を含む。樹脂材料は、例えば、耐熱性と熱伝導率を改良した自己硬化型の樹脂材料(又は、加熱硬化型の樹脂材料)(金属粉末を含有するエポキシ樹脂等)である。
次に、他の実施形態のモールドの製造方法、及び、モールドについて説明する。他の実施形態のモールドの製造方法は、基本的には、第1実施形態のモールド1の製造方法と同様に構成され、同様の効果を発揮する。従って、以下では、既に説明した事項と相違する事項を説明し、既に説明した事項と同じ事項の説明は省略する。また、他の実施形態のモールドに関して、モールド1が備える構成に相当する構成には、モールド1の構成と同じ名称と符号を用いる。
(第2実施形態)
ゴム成形部10は、第1実施形態(図2参照)と同様に形成される。
図4は、ゴム成形部10の形状を模式的に示す斜視図である。図4Aは、変形していないゴム成形部10の形状(目標形状)を示し、図4B〜図4Fは、変形したゴム成形部10の形状を示している。図4B〜図4Fの記号(−X、+Y、+A、−B、−C、+D)は、ゴム成形部10の変形の仕方を示している。
図示のように、ゴム成形部10を焼結により形成したときには、目標形状(図4A参照)に対して、ゴム成形部10に歪み(反り、捩じれ等)が生じることがある(図4B〜図4F参照)。また、ゴム成形部10の歪みが所定の許容公差(例えば、0.1〜0.2mm)を超えることがある。特に、粉末積層造形では、焼結の繰り返しにより、ゴム成形部10に歪みが生じ易く、ゴム成形部10の歪みを制御するのが難しい。そこで、第2実施形態のモールドでは、ゴム成形部10の形状を矯正して、モールドを製造する。
図5は、第2実施形態のモールド2のゴム成形部10を示す図であり、図5Aは、ゴム成形部10の正面図である。図5Bは、図5AのR3−R3線で切断したゴム成形部10の断面図であり、図5Cは、図5Aの矢印R4方向からみたゴム成形部10の平面図である。
図示のように、矯正部21が、ゴム成形部10の鋳包み部14に設けられて、ゴム成形部10の形状を矯正する。矯正部21は、リブ状に形成された矯正部材であり、鋳包み部14の一端部から他端部まで配置されて、溶接により鋳包み部14に固定される。複数の矯正部21が、鋳包み部14に並列して配置され、鋳包み部14から突出する。ゴム成形部10が矯正部21に押し付けられた状態で、矯正部21が鋳包み部14に固定される。
矯正部21は、ゴム成形部10の歪みを矯正した状態で、ゴム成形部10を拘束し、ゴム成形部10の形状を所定の許容形状に矯正する。これに伴い、ゴム成形部10の寸法が矯正されて、ゴム成形部10の寸法の精度が向上する。また、矯正部21は、アンダーカット形状を有する。アンダーカット形状は、保持部20からの抜けを防止する抜け防止形状である。矯正部21は、鋳包み部14側の部分から突出端に向かって次第に厚くなるアンダーカット形状に形成されている。矯正部21は、アンダーカット形状に形成されたアンダーカット部(アンダーカット構造)22を有し、保持部20で鋳包まれる。
図6は、第2実施形態のモールド2を示す図であり、図5と同様にモールド2を示している。
図示のように、保持部20の鋳造時に、矯正部21によりゴム成形部10の形状を矯正した状態で、ゴム成形部10の鋳包み部14を矯正部21とともに保持部20で鋳包む。矯正部21は、保持部20に埋設されて、保持部20により保持される。
矯正部21により、ゴム成形部10の形状を矯正して、ゴム成形部10の形状と寸法の精度を向上させることができる。また、保持部20により矯正部21を保持することで、ゴム成形部10を保持部20により確実に保持して、ゴム成形部10が保持部20から抜け落ちるのを防止することができる。従って、矯正部21を2つの目的に有効に活用することができる。ゴム成形部10を矯正することで、ゴム成形部10の歪みを小さくして、歪みに伴うゴム成形部10の廃棄を削減することもできる。なお、ゴム成形部10の焼結による形成時に、矯正部21をゴム成形部10に一体に形成して、矯正部21によりゴム成形部10の形状を矯正してもよい。
(第3実施形態)
図7は、第3実施形態のモールド3のゴム成形部10を示す図であり、図7Aは、ゴム成形部10の正面図である。図7Bは、図7AのR5−R5線で切断したゴム成形部10の断面図であり、図7Cは、図7Aの矢印R6方向からみたゴム成形部10の平面図である。
図示のように、ゴム成形部10は、第1実施形態と同様に形成される。ただし、ゴム成形部10は、突出部12を有さず、突出部12に替えて、複数の貫通孔15を有する。貫通孔15は、ゴム成形部10を貫通して、ゴム成形部10の接触部11と鋳包み部14に開口する。
モールド3は、複数の突出部材30を備えている。ここでは、突出部材30は、板状のサイプブレードであり、ゴム成形部10の貫通孔15に挿入される。貫通孔15は、突出部材30を保持する保持孔であり、突出部材30の形状に対応した形状(ここでは、スリット形状)に形成されている。ゴム成形部10の形成時に、金属粉末を焼結して、貫通孔15を有するゴム成形部10を形成する。これにより、突出部材30用の貫通孔15がゴム成形部10に形成される。続いて、複数の突出部材30を、それぞれゴム成形部10の貫通孔15に挿入して、貫通孔15にはめ込む。突出部材30は、貫通孔15内に保持された状態で、貫通孔15の両端の開口から突出する。その状態で、保持部20を鋳造して、突出部材30を保持部20で鋳包む。
図8は、第3実施形態のモールド3を示す図であり、図7と同様にモールド3を示している。
図示のように、突出部材30は、ゴム成形部10の貫通孔15内に保持されて、ゴム成形部10の接触部11と鋳包み部14から突出する。その状態で、ゴム成形部10の鋳包み部14を、突出部材30の鋳包み部14から突出する部分とともに、保持部20で鋳包む。突出部材30は、鋳包み部14から保持部20に向かって突出し、保持部20内で保持部20に接合される。また、突出部材30は、ゴム成形部10と保持部20に固定されて、ゴム成形部10の接触部11から突出する。
突出部材30を保持部20で鋳包むことで、突出部材30をゴム成形部10と保持部20に強固に固定して、突出部材30の強度を向上させることができる。その結果、突出部材30の破損を抑制して、突出部材30の寿命を長くすることができる。突出部材30の交換の回数を減らして、交換のためのコストを削減することもできる。
(第4実施形態)
図9は、第4実施形態のモールド4のゴム成形部10を示す図であり、図9Aは、ゴム成形部10の正面図である。図9Bは、図9AのR7−R7線で切断したゴム成形部10の断面図であり、図9Cは、図9Aの矢印R8方向からみたゴム成形部10の平面図である。
図示のように、ゴム成形部10は、第1実施形態と同様に形成される。また、ゴム成形部10は、複数の貫通孔16を有する。貫通孔16は、ゴム成形部10を貫通して、ゴム成形部10の接触部11と鋳包み部14に開口する。
ゴム成形部10の形成時に、金属粉末を焼結して、貫通孔16を有するゴム成形部10を形成する。これにより、ベントホール用の貫通孔16がゴム成形部10に形成される。ベントホールは、タイヤの成形時(加硫時)に、接触部11とタイヤの間の空気をモールド4の外部に排気するための孔である。貫通孔16は、ゴム成形部10側のベントホールの端部であり、ベントホールの形状に対応した形状(例えば、円形状、スリット形状)に形成されている。ここでは、ベントホールと貫通孔16は、円形状の孔であり、ゴム成形部10の厚み方向に形成されている。
保持部20の鋳造前に、ベントホール成形用の複数の線材31が、それぞれ貫通孔16に挿入されて、貫通孔16の両端の開口から突出する。線材31は、保持部20の鋳造時に溶けない線状の部材(例えば、ピアノ線、ばね鋼線)である。線材31の長さは、ベントホールの長さより長い。離型剤が線材31の表面に塗布されて、線材31の表面に離型処理が施される。離型処理により、保持部20の鋳造時に、線材31と保持部20の接合が防止される。また、線材31がベントチューブ32に挿入されて、ベントチューブ32が線材31に装着される。ベントチューブ32は、例えば、鋼製のチューブであり、ゴム成形部10の貫通孔16内に取り付けられて、ゴム成形部10の鋳包み部14から突出する。
線材31とベントチューブ32をゴム成形部10の貫通孔16に挿入して、仮止め処理(例えば、点接着)により、線材31をゴム成形部10に仮止めする。線材31は、ゴム成形部10の貫通孔16内に配置されて、ゴム成形部10の接触部11と鋳包み部14から突出する。その状態で、ゴム成形部10の鋳包み部14を、鋳包み部14から突出する線材31とともに、保持部20で鋳包む。ゴム成形部10の反対側に位置する線材31の端部は、保持部20外に位置し、線材31は、ゴム成形部10と保持部20から突出する。ベントチューブ32は、鋳包み部14から保持部20に向かって突出し、保持部20内で保持部20に接合される。これにより、ベントチューブ32がゴム成形部10と保持部20に固定される。
図10は、第4実施形態のモールド4を示す図であり、図9と同様にモールド4を示している。
図示のように、保持部20の鋳造後に、線材31をゴム成形部10と保持部20から引き抜いて、ベントホール17をモールド4に形成する。モールド4内で線材31が位置していた部分がベントホール17になる。ベントホール17は、保持部20とゴム成形部10を貫通して、ゴム成形部10の接触部11に開口する。モールド4は、線材31により形成された複数のベントホール17を備える。複数のベントチューブ32は、それぞれベントホール17内でゴム成形部10と保持部20に固定される。
線材31により、ベントホール17をモールド4に容易に形成することができる。また、保持部20の鋳造後に、ベントホール17を形成するための加工を行う必要がなく、ベントホール17の形成工数を削減することができる。その結果、モールド4の製造時間とコストを削減することができる。
(第5実施形態)
図11は、第5実施形態のモールド5の製造方法を示す図である。図11Aは、製造中のモールド5を上方からみた断面図である。図11Bは、図11AのR9−R9線で切断したモールド5(ゴム成形部10を除く)の断面図であり、ゴム成形部10のみ側面図で示している。
図示のように、モールド5は、タイヤを成形するリング状のモールド組立体9の一部である。複数のモールド5が、周方向に沿って配置されて、リング状に組み立てられ、モールド組立体9を構成する。モールド組立体9は、内周側に位置する複数のモールド5のゴム成形部10により、タイヤを成形する。
保持部20の鋳造前に、予め、複数のモールド5のゴム成形部10をリング状に組み立てて鋳枠33内に配置する。その状態で、鋳枠33内で、複数のモールド5の保持部20を同時に鋳造するとともに、複数のゴム成形部10の鋳包み部14を同時に保持部20で鋳包む。複数の鋳包み部14は、複数のゴム成形部10の外周部であり、リング状に配置される。複数の保持部20は、複数のゴム成形部10の周囲にリング状に形成されて、複数の鋳包み部14を囲む。
保持部20の鋳造後に、複数のモールド5を鋳枠33から取り出す。複数のモールド5に歪みがあるときには、外力により、複数のモールド5を変形させて、複数のモールド5の形状を修正する。これにより、複数のモールド5の寸法が矯正される。また、複数のモールド5を加工機に取り付けて、複数のモールド5のリング状の保持部20を一度に加工する。例えば、旋盤加工により、複数の保持部20を所定の外形形状に形成する。
その後、複数のモールド5を分割加工により周方向に分割して、複数のモールド5を製造する。例えば、ワイヤカット(放電加工)により保持部20を切断して、複数のモールド5を分割する。或いは、エンドミルを用いた切削加工(ザグリ加工)により、保持部20を外周からゴム成形部10の近傍まで切削して、複数のモールド5を分割する。
このように、第5実施形態では、複数のモールド5を効率的に製造することができ、モールド5の製造工数を削減することができる。その結果、複数のモールド5の製造時間とコストを削減することができる。また、モールド5(トレッドモールド)と同様に、タイヤ幅方向に2分割されたモールド(2ピースモールド)を製造することもできる。この場合には、モールドを構成する複数のゴム成形部をリング状に組み立てて、複数のゴム成形部を1つの保持部で保持する。
図12は、第5実施形態のモールド5の他の製造方法を示す図であり、図11と同様にモールド5を示している。
図示のように、複数のゴム成形部10をリング状に組み立てるときに、ゴム成形部10の間に仕切り部材34を挟み込む。仕切り部材34は、板状の部材(仕切り板)である。線材31と同様に、離型処理が仕切り部材34の表面に施される。仕切り部材34は、ゴム成形部10の鋳包み部14から突出して、複数のゴム成形部10と鋳枠33の間の空間を仕切る。これにより、複数のモールド5の保持部20の鋳造空間が保持部20毎に仕切られる。その状態で、鋳枠33内で、複数のモールド5の保持部20を同時に鋳造するとともに、複数のゴム成形部10の鋳包み部14を保持部20で鋳包む。
その後、複数のモールド5を分割して、複数のモールド5を製造する。例えば、エンドミルを用いた切削加工により、保持部20を外周から仕切り部材34まで切削して、複数のモールド5を分割する。或いは、ワイヤカットにより、保持部20を外周から仕切り部材34まで切断して、複数のモールド5を分割する。複数のモールド5の分割後に、仕切り部材34がモールド5から取り外される。仕切り部材34により、複数のモールド5を容易に分割することができる。
なお、モールド5のゴム成形部10は、第1〜第4実施形態のモールド1〜4のいずれのゴム成形部10でもよい。また、第1〜第5実施形態のモールド1〜5の製造方法を任意に組み合わせて実施してもよい。以上、ゴム物品がタイヤである場合を例にとり、複数の実施形態について説明したが、ゴム物品は、タイヤに限定されず、他のゴム物品であってもよい。ゴム物品は、モールドにより成形されるゴム製の物品であり、例えば、ゴムのみからなる物品、又は、ゴムと他の部材からなる物品である。
(モールドの製造試験)
本発明の効果を確認するため、以上説明した製造方法によりモールドを製造して、各種の試験を行った。各試験(第1〜第4試験)の結果について順に説明する。
(第1試験)
第2実施形態の製造方法によりモールド2(図5、図6参照)を製造して、モールド2の熱伝達特性を評価した。その際、レーザを用いた粉末積層造形により、ステンレス鋼(JIS規格:SUS304)製のゴム成形部10を形成した。ゴム成形部10の形状は、リング(内径:φ600mm、全高:250mm、最小厚み:3mm)を9分割した形状である。ゴム成形部10は、約140個の突出部12(サイプブレード、厚み:0.4mm、幅:10mm、高さ:10mm)を有する。突出部12は、ゴム成形部10に直接形成された。
4つの矯正部21(突出高さ:10mm、厚み:10mm)をゴム成形部10の鋳包み部14に溶接により接合して、4つの矯正部21によりゴム成形部10の形状を矯正した。ゴム成形部10の鋳包み部14を鋳枠で囲み、鋳枠内で、アルミニウム合金(JIS規格:AC4C)製の保持部20(厚み:50mm)を鋳造した。その後、機械加工により、保持部20の外形形状を形成し、ベントホール(直径:φ1.6mm)をモールド2に形成した。
モールド2では、ゴム成形部10と保持部20の密着性が良く、アルミニウム合金製の鋳造モールドと同等の熱伝達特性が得られた。これに対し、比較例のモールドでは、保持部を機械加工で形成して、ゴム成形部10を保持部にはめ込み、ネジにより、ゴム成形部10を保持部に固定した。比較例のモールドでは、ゴム成形部10と保持部の密着性が悪く、熱伝達特性がモールド2の熱伝達特性よりも低くなった。モールド2と比較例のモールドにより、同じ条件でタイヤを加硫したところ、比較例のモールドでは、タイヤの加硫完了に要する時間(加硫時間)が、モールド2による加硫時間より2〜3分長くなった。これより、モールド2では、熱伝達特性が向上することが分かった。また、第1実施形態のモールド1(図1、図2参照)でも、熱伝達特性が向上することが分かる。
(第2試験)
第3実施形態の製造方法によりモールド3(図7、図8参照)を製造して、突出部材30(サイプブレード)の強度を評価した。その際、粉末積層造形により、ゴム成形部10を第1試験のゴム成形部10と同様に形成した。ただし、突出部12をゴム成形部10に形成せずに、突出部材30用のスリット状の貫通孔15をゴム成形部10に形成した。また、ステンレス鋼(JIS規格:SUS301(1/2H))製の突出部材30を貫通孔15にはめ込み、突出部材30をゴム成形部10の鋳包み部14から突出させた。突出部材30の突出長さは5mmである。その状態で、保持部20を鋳造して、モールド3を製造した。
試験では、第1試験のモールド2と第2試験のモールド3により、タイヤを繰り返し成形して、モールド2の突出部12とモールド3の突出部材30の使用可能回数(寿命)を調査した。その結果、第1試験のモールド2では、タイヤを約2000回成形したときに、モールド2の端部に近い突出部12で破損が生じた。これに対し、第2試験のモールド3では、タイヤを約20000回成形したときでも、突出部材30に破損が生じなかった。これより、モールド3では、突出部材30の強度が向上して、突出部材30の寿命が長くなることが分かった。
(第3試験)
第2試験のゴム成形部10の形成時に、第4実施形態のモールド4(図9、図10参照)と同様に、ベントホール用の貫通孔16をゴム成形部10に形成した。また、離型処理を線材31(直径:φ1.1mm、長さ:70mm、材料:ピアノ線)に施し、線材31をベントチューブ32(外径:3mm、内径:1.2mm、長さ:20mm)の内部に挿入した。線材31とベントチューブ32を貫通孔16に挿入し、線材31をゴム成形部10に仮止めした。その後、アルミニウム合金(JIS規格:AC4C)製の保持部20を鋳造して、モールドを製造した。
線材31をゴム成形部10と保持部20から引き抜いて、約1000個のベントホール17をモールドに形成した。このようにベントホール17を形成することで、機械加工によりベントホール17を形成したときに比べて、ベントホール17の形成時間が10時間ほど短縮した。これより、線材31により、ベントホール17を容易に形成できることが分かった。
(第4試験)
第5実施形態の製造方法によりモールド5(図12参照)を製造して、モールド5の製造効率を調査した。その際、9個のゴム成形部10をリング状に組み立て、仕切り部材34をゴム成形部10の間に挟み込んだ。仕切り部材34は、板状部材(厚み:0.6mm、JIS規格:SUS631)である。仕切り部材34の表面に離型剤(厚み:約30μm)を塗布して、仕切り部材34に離型処理を施した。リング状の複数のゴム成形部10を鋳枠33内に配置して、保持部20を鋳造した。
複数のモールド5を鋳枠33から取り出し、複数のモールド5の内側に矯正装置(例えば、エキスパンダー)を配置した。矯正装置により、複数のモールド5の幅方向の両側部で、複数のモールド5の直径を部分的に大きくして、複数のモールド5の形状を矯正した。続いて、複数のモールド5の保持部20を加工し、複数のモールド5を製造した。モールド5では、第3試験のモールド4に比べて、保持部20の加工時間が5時間ほど短縮した。これより、複数のモールド5を効率的に製造して、モールド5の製造工数を削減できることが分かった。
(モールド部材の製造方法、モールド部材)
次に、本発明のモールド部材の製造方法、及び、モールド部材の一実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態(第6〜第9実施形態)のモールド部材は、モールドに用いられる部材(モールド用の部材)であり、本実施形態のモールド部材の製造方法により製造される。また、モールド部材は、モールドの全体又は一部である。例えば、モールド部材は、モールドのモールド本体、モールド本体の一部、又は、モールド本体に取り付けられるモールドの部品である。モールド本体は、モールドの主要部であり、ゴム物品を成形する。
ここでは、モールドがタイヤ用モールドである場合を例にとり、モールド部材の製造方法、及び、モールド部材の複数の実施形態について説明する。例えば、モールドによりタイヤのトレッド部を成形するときには、モールドのモールド本体により、トレッドパターンがトレッド部に成形され、或いは、モールドのサイプブレードにより、サイプがトレッド部に成形される。
(第6実施形態)
図13は、第6実施形態のモールド6に用いられるモールド部材40を示す図であり、図13Aは、モールド部材40の正面図である。図13Bは、図13AのT1−T1線で切断したモールド部材40の断面図であり、図13Cは、図13Aの矢印T2方向からみたモールド部材40の平面図である。
図示のように、モールド6は、タイヤのトレッド部を成形するトレッドモールドであり、リング状部材を周方向に複数に分割した形状(セクター形状)に形成されている。複数のモールド6がリング状に組み立てられて、タイヤのトレッド部が複数のモールド6の内周に形成された成形部41により成形される。モールド部材40は、モールド6の本体(モールド本体)であり、モールド6は、1つのモールド部材40からなる。
モールド部材40は、ゴム物品に接触してゴム物品を成形する成形部41と、複数のベントホール42を有する。ここでは、モールド部材40の成形部41は、タイヤのトレッド部を成形するトレッド成形部であり、タイヤのトレッドパターンに対応する形状に形成されている。ベントホール42は、成形部41に開口し、モールド部材40を貫通する。タイヤの加硫時に、モールド6(モールド部材40)は、タイヤのトレッド部に接触して、成形部41により、タイヤのトレッド部にトレッドパターンを成形する。
モールド部材40の製造時には、モールド部材40を基本形状に形成して、モールド部材40の表面にメッキ(メッキ処理)を施し、モールド部材40を最終形状に形成する。具体的には、モールド部材40をメッキ前の状態に形成して、モールド部材40を製作する。例えば、モールド部材40は、アルミニウム合金製であり、機械加工、又は、鋳造により、メッキ前の状態(メッキ前の形状)に形成される。これにより、モールド部材40の外形形状を形成して、メッキを施す状態(メッキを施す形状)にモールド部材40を形成する。モールド部材40のメッキを施す部分は、メッキ(メッキ皮膜43)の厚み分だけ、最終形状の寸法よりも小さい寸法に形成される。
続いて、メッキ処理により、形成後のモールド部材40の表面にメッキを施して、モールド部材40の表面にメッキ皮膜43を形成し、モールド部材40の表面をメッキ皮膜43で被覆する。メッキ皮膜43は、所定厚みのメッキ層である。モールド部材40は、表面の全体又は一部を被覆するメッキ皮膜43を有する。ここでは、モールド部材40の表面全体にメッキを施して、モールド部材40の表面全体をメッキ皮膜43で被覆する。また、メッキは、鉄メッキであり、メッキ皮膜43は、鉄メッキ皮膜である。鉄メッキにより、鉄、又は、鉄合金のメッキ皮膜43が形成される。メッキ皮膜43の厚みは、10〜100μmである。
モールド部材40の表面にメッキを施すことで、モールド部材40を簡易に強化して、モールド部材40の強度を向上させることができる。また、形成し易い条件又は材料でモールド部材40を形成しても、モールド部材40を簡易に強化できる。そのため、モールド部材40の製造時間とコストの増加を抑制することができる。
メッキ皮膜43により、モールド部材40の表面を強化できるとともに、モールド部材40の耐食性を向上させることができる。これに伴い、モールド部材40の汚れ(付着ゴム等)を除去するクリーニング時に、浸食性の高いクリーニング手法(サンドブラスト等)を用いて、モールド部材40のクリーニングを行うことができる。モールド部材40の表面に微細な意匠形状(ケガキ線、微細文字等)があるときでも、クリーニングによる意匠形状の損傷を抑制することができる。また、化学洗浄によりモールド部材40をクリーニングするときでも、モールド部材40の腐食を防止することができる。
メッキ皮膜43により、モールド部材40の表面が滑らかになるため、表面の凹凸による応力集中を緩和して、モールド部材40の各部の強度を確実に向上させることができる。また、ゴム物品(ここでは、タイヤ)の加硫時には、モールド部材40と他の部材とが密着して、部材同士の伝熱ロスが低減する。その結果、部材同士の接触面で熱を効率的に伝達して、タイヤの加硫時間を短縮することができる。
なお、モールド部材40に施すメッキがニッケルメッキ又は銅合金メッキであるときには、タイヤの加硫時に、ゴムとメッキの反応により、タイヤのゴムとメッキ皮膜43とに密着が生じる虞がある。また、メッキがクロムメッキであるときには、メッキ処理のコストが高くなるとともに、メッキ皮膜43を厚くしたときに、メッキ皮膜43に割れが生じる虞がある。そのため、モールド部材40には鉄メッキを施すのが、より好ましい。
メッキが鉄メッキであるときには、タイヤの加硫時に、ゴムとメッキ皮膜43との密着を防止することができる。また、モールド部材40へのメッキを容易に行え、メッキ皮膜43の割れも抑制される。メッキ処理のコストを削減することもできる。加えて、モールド部材40のアルカリに対する耐食性が向上するため、モールド部材40をアルカリ溶液によりクリーニングすることができる。
メッキ皮膜43の厚みが10μmより薄いときには、充分な耐食性が得られ難い。また、メッキ皮膜43の厚みが100μmより厚いときには、メッキ処理の時間が長くなるとともに、モールド部材40の意匠形状の精度に影響が生じる虞がある。例えば、メッキ皮膜43が厚くなることで、意匠形状の角が丸くなり、意匠形状にコブができ、或いは、意匠形状の肉厚が不均一になる。従って、メッキ皮膜43の厚みは、10〜100μmであるのが、より好ましい。このようにすることで、メッキ皮膜43により充分な耐食性が得られ、かつ、意匠形状への影響が生じ難い。
次に、他の実施形態のモールド部材の製造方法、及び、モールド部材について説明する。他の実施形態のモールド部材の製造方法は、基本的には、第6実施形態のモールド部材の製造方法と同様に構成され、同様の効果を発揮する。従って、以下では、既に説明した事項と相違する事項を説明し、既に説明した事項と同じ事項の説明は省略する。
(第7実施形態)
図14は、第7実施形態のモールド7に用いられるモールド部材50を示す図であり、図14Aは、モールド部材50の正面図である。図14Bは、図14AのT3−T3線で切断したモールド部材50の断面図であり、図14Cは、図14Aの矢印T4方向からみたモールド部材50の平面図である。
図示のように、モールド7は、第6実施形態のモールド6と同様にトレッドモールドであり、モールド部材50からなる。
モールド部材50は、モールド7のモールド本体51と、モールド本体51に固定される固定部材52からなる。モールド本体51は、第6実施形態のモールド部材40と同様に、成形部53と、複数のベントホール54を有する。また、モールド本体51は、複数の挿入部55を有する。複数の固定部材52は、それぞれ挿入部55に挿入される。挿入部55は、モールド本体51を貫通するスリット(又は、長孔)であり、モールド本体51の成形部53に開口する。
固定部材52の一部が挿入部55に挿入されて、固定部材52がモールド本体51に取り付けられる。ここでは、固定部材52は、成形部53から突出する突出部材(例えば、薄肉な板状部材、突起)である。また、固定部材52は、タイヤにサイプを成形する板状のサイプブレードであり、挿入部55への挿入により、モールド本体51に植え込まれる。
モールド部材50の製造時には、モールド本体51と固定部材52のそれぞれを形成する。モールド本体51と固定部材52を組み合わせて、モールド部材50を基本形状に形成する。次に、モールド部材50の表面にメッキ(ここでは、鉄メッキ)を施して、モールド部材50を最終形状に形成する。具体的には、第6実施形態のモールド部材40と同様に、モールド本体51をメッキ前の状態に形成して、モールド部材50を製作する。また、固定部材52をモールド本体51に取り付けて、モールド本体51と固定部材52からなるモールド部材50をメッキ前の状態に形成する。その際、固定部材52の一部を挿入部55に挿入する。固定部材52が成形部53から突出する状態で、仮止め処理(例えば、点接着)により、固定部材52をモールド本体51に仮止めする。
図15は、第7実施形態のモールド部材50を示す図であり、モールド部材50を図14と同様に示している。
図示のように、モールド部材50の形成後に、モールド部材50の表面にメッキを施して、モールド部材50の表面にメッキ皮膜56を形成する。モールド本体51と固定部材52の表面にメッキを施すことで、モールド本体51と固定部材52の表面にメッキ皮膜56を被覆するとともに、メッキ(メッキ皮膜56)により、固定部材52をモールド本体51に接合して固定する。メッキ皮膜56の厚みは、10〜100μmである。メッキ皮膜56は、固定部材52とモールド本体51の接触箇所を覆うとともに、挿入部55内で、固定部材52とモールド本体51の間の隙間に形成される。
モールド部材50の表面にメッキを施すことで、固定部材52をモールド本体51に強固に固定することができる。これに伴い、固定部材52の固定作業(例えば、溶接、カシメ、ピン打ち)を行うことなく、固定部材52をモールド本体51に簡易に固定することができる。また、タイヤの成形時に破損し易い箇所の強度を確実に高くすることができる。従って、モールド部材50を簡易に強化して、モールド部材50の強度を向上させることができる。モールド部材50の製造工数とコストを削減することもできる。
(第8実施形態)
図16は、第8実施形態のモールド8を示す図であり、図16Aは、モールド8の正面図である。図16Bは、図16AのT5−T5線で切断したモールド8の断面図であり、図16Cは、図16Aの矢印T6方向からみたモールド8の平面図である。
図示のように、モールド8は、第6実施形態のモールド6と同様にトレッドモールドであり、モールド部材60と、ホルダー61と、複数のベントホール62を有する。モールド部材60は、ホルダー61に取り付けられて、ホルダー61により保持される。
モールド部材60は、ゴム物品を成形するモールド8のゴム成形部であり、ゴム物品であるタイヤに接触する接触部63と、接触部63に形成された突出部64を有する。モールド部材60は、モールド8のゴム物品側の表層部であり、複数の突出部64は、接触部63から突出する。また、突出部64は、タイヤにサイプを成形する板状のサイプブレードであり、接触部63と一体に形成されている。ベントホール62は、モールド部材60の接触部63に開口し、モールド部材60とホルダー61を貫通する。
モールド部材60の製造時には、モールド部材60を粉末積層造形により基本形状に形成して、モールド部材60の表面にメッキ(ここでは、鉄メッキ)を施し、モールド部材60を最終形状に形成する。粉末積層造形では、所定厚みの粉末(例えば、金属粉末)の層を形成して、粉末層に光ビーム(例えば、レーザ)を照射し、粉末を光ビームの熱により焼結する。これにより、粉末を硬化させて、粉末を焼結した硬化層(焼結層)を形成する。また、粉末層の形成と硬化層の形成を繰り返して、複数の硬化層を順に積層し、モールド部材60を立体形状に造形する。
このように、粉末を硬化した硬化層を積層して、粉末積層造形により、モールド部材60を造形する。これにより、モールド部材60をメッキ前の状態(形状)に形成して、モールド部材60を製作する。続いて、形成後のモールド部材60の表面にメッキを施して、モールド部材60の表面にメッキ皮膜65を形成し、モールド部材60の表面をメッキ皮膜65で被覆する。メッキ皮膜65の厚みは、10〜100μmである。メッキは、モールド部材60の表面全体に施される。その後、製造後のモールド部材60がホルダー61に取り付けられて、モールド8が製造される。
図17は、第8実施形態のモールド部材60の断面図である。図17Aは、図16Bに対応するモールド部材60を示し、図17B、図17Cは、図17AのT7部を模式的に示している。図17Bは、メッキ前のモールド部材60を示し、図17Cは、メッキ後のモールド部材60を示している。
図示のように、粉末積層造形によりモールド部材60を形成すると、粉末の形状がモールド部材60の表面66に残る(図17B参照)。粉末の大きさに対応して、表面66の粗さは比較的大きくなる。また、モールド部材60の表面66で粉末同士が完全には連結されずに、表面66の凹凸が比較的大きくなる。そのため、モールド部材60とホルダー61の接触面において、モールド部材60とホルダー61の間に空隙が生じる。空隙は、表面66の凹部に対応する。
モールド部材60とホルダー61の間の空隙により、ホルダー61からモールド部材60への伝熱ロスが大きくなる。そのため、モールド部材60の昇温速度が遅くなり、ゴム物品(ここでは、タイヤ)の加硫時間が長くなる。これに対し、モールド部材60の表面66にメッキを施すと(図17C参照)、メッキ皮膜65により、モールド部材60の表面66の凹部が埋められる。また、表面66が滑らかになり、表面66の粗さが小さくなる。その結果、モールド部材60とホルダー61が密着して、ホルダー61からモールド部材60に熱が効率的に伝達され、伝熱ロスが低減する。これにより、モールド部材60の昇温速度が速くなり、タイヤの加硫時間が短縮されて、タイヤ製造の生産性が高くなる。
また、メッキ皮膜65により、モールド部材60の表面66の凹凸による応力集中が緩和されて、モールド部材60が強化される。従って、メッキにより、モールド部材60を簡易に強化して、モールド部材60の強度を向上させることができる。特に、突出部64の強度が向上することで、突出部64の破損が抑制されて、モールド部材60の寿命が長くなる。そのため、モールド部材60の交換の回数を減らして、交換のためのコストを削減することができる。
粉末積層造形により、複雑な形状のモールド部材60を簡易に形成することができる。なお、モールド部材は、サイプブレードを含まないモールド部材であってもよい。粉末積層造形により、サイプブレード又はモールド本体を、モールド部材として形成してもよい。この場合には、形成後のサイプブレード又はモールド本体にメッキを施して、サイプブレード又はモールド本体を強化する。
(第9実施形態)
図18〜図20は、第9実施形態のモールド部材70、80、90を示す図であり、3つのモールド部材70、80、90の例を示している。以下、3つのモールド部材70、80、90について順に説明する。
図18Aは、メッキ前のモールド部材70を示す図であり、図18Bは、メッキ後のモールド部材70を示す図である。また、図18A2は、図18A1のW1−W1線で切断したモールド部材70の断面図であり、図18B2は、図18B1のW1−W1線で切断したモールド部材70の断面図である。
図示のように、モールド部材70は、第7実施形態の固定部材52と同様に、モールドのモールド本体に固定される固定部材(ここでは、突出部材であるサイプブレード)であり、モールド本体とともにモールドに用いられる。また、モールド部材70は、複数の部品71、72を有する。複数の部品71、72は、矩形状の板状部材(第1部品71)と、第1部品71の縁に沿って配置された棒状部材(第2部品72)からなる。
モールド部材70の製造時には、複数の部品71、72からなるモールド部材70を基本形状に形成して、モールド部材70の表面にメッキ(ここでは、鉄メッキ)を施し、モールド部材70を最終形状に形成する。具体的には、モールド部材70の複数の部品71、72を組み立てて、モールド部材70をメッキ前の状態に形成する(図18A参照)。その際、仮止め処理(例えば、点接着、点溶接)により、複数の部品71、72を仮止めして、モールド部材70を製作する。
続いて、形成後のモールド部材70の表面にメッキを施して(図18B参照)、モールド部材70の表面にメッキ皮膜73を形成する。組み立て後の複数の部品71、72の表面にメッキを施すことで、モールド部材70の表面をメッキ皮膜73で被覆するとともに、複数の部品71、72同士をメッキにより接合して一体化する。メッキは、モールド部材70の表面全体に施される。メッキ皮膜73は、複数の部品71、72の接触箇所を覆うとともに、部品71、72の間の隙間にも形成される。その後、製造後のモールド部材70がモールド本体に固定されて、モールドが製造される。
メッキにより、モールド部材70の複数の部品71、72を強固に接合することができる。そのため、モールド部材70を簡易に強化して、モールド部材70の強度を向上させることができる。また、モールド部材70の形状が複雑であるときでも、複数の部品71、72からモールド部材70を簡易に製造することができる。従って、モールド部材70の製造コストを削減することができる。
メッキの材質に関しては、加熱により硬化するメッキをモールド部材70の表面に施すのが、より好ましい。例えば、メッキの材質が窒素を含有する鉄であるときには、所定の硬化温度への加熱によりメッキが硬化して、メッキ皮膜73の硬度が高くなる。加熱により硬化するメッキ皮膜73をモールド部材70の表面に形成した後、モールド部材70を加熱して硬化させる。ここでは、モールド本体を鋳造により成形するときに、モールド部材70をモールド本体に鋳包み、モールド部材70をモールド本体に固定する。モールド本体の鋳造時には、モールド部材70を鋳型に取り付けた状態で、鋳型内でモールド本体を鋳造する。これにより、モールド部材70の一部をモールド本体に鋳包む。
モールド本体の鋳造時に、メッキ皮膜73が加熱されて硬化する。そのため、モールド部材70を簡易に強化できるとともに、モールド部材70の強度をより向上させることができる。また、部品71、72に強度が高い材料を用いることなく、強度の高いモールド部材70を簡易に製造できる。複雑なモールド部材70を簡易に製造することもできる。なお、1つの部品からなるモールド部材に、加熱により硬化するメッキを施してもよい。例えば、1つの板材から形成したモールド部材、又は、粉末積層造形により形成したモールド部材にメッキを施すことで、モールド部材を確実に強化することができる。
図19Aは、組み立て前のモールド部材80の複数の部品81、82を示す図である。図19Bは、組み立て後(メッキ前)のモールド部材80を示す図であり、図19Cは、メッキ後のモールド部材80を示す図である。図19B2は、図19B1の矢印W2方向からみたモールド部材80の平面図であり、図19C2は、図19C1の矢印W2方向からみたモールド部材80の平面図である。
図示のように、モールド部材80は、モールド部材70と同様に、モールド本体に固定される固定部材であり、複数の部品81、82を有する。複数の部品81、82は、それぞれ切れ込み83、84を有する矩形状の板状部材である(図19A参照)。
モールド部材80は、モールド部材70と同様に形成される。具体的には、モールド部材80の複数の部品81、82を組み立てて、モールド部材80をメッキ前の状態に形成する(図19B参照)。その際、複数の部品81、82を、相手側の切れ込み83、84に差し込むようにして、十字状に組み合わせる。また、仮止め処理により、複数の部品81、82を仮止めして、モールド部材80を製作する。
続いて、形成後のモールド部材80の表面にメッキを施して、モールド部材80の表面にメッキ皮膜85を形成する(図19C参照)。組み立て後の複数の部品81、82の表面にメッキを施すことで、モールド部材80の表面をメッキ皮膜85で被覆するとともに、複数の部品81、82同士をメッキにより接合して一体化する。これにより、モールド部材80では、モールド部材70と同様の効果が得られる。また、メッキの材質に関しては、加熱により硬化するメッキをモールド部材80の表面に施すのが、より好ましい。
図20Aは、組み立て前のモールド部材90の複数の部品91、92を示す図である。図20Bは、組み立て後(メッキ前)のモールド部材90を示す図であり、図20Cは、メッキ後のモールド部材90を示す図である。図20B2は、図20B1のW3−W3線で切断したモールド部材90の断面図であり、図20B3は、図20B1の矢印W4方向からみたモールド部材90の側面図である。図20C2は、図20C1のW3−W3線で切断したモールド部材90の断面図であり、図20C3は、図20C1の矢印W4方向からみたモールド部材90の側面図である。
図示のように、モールド部材90は、モールド部材70と同様に、モールド本体に固定される固定部材であり、複数の部品91、92を有する。複数の部品91、92は、それぞれ矩形状の板状部材である(図20A参照)。1つの部品92は、複数の孔93を有する。モールド部材90は、モールド部材70と同様に形成される。具体的には、モールド部材90の複数の部品91、92を組み立てて、モールド部材90をメッキ前の状態に形成する(図20B参照)。その際、複数の部品91、92を重ね合わせた状態で、仮止め処理により、複数の部品91、92を仮止めして、モールド部材90を製作する。
続いて、形成後のモールド部材90の表面にメッキを施して、モールド部材90の表面にメッキ皮膜94を形成する(図20C参照)。組み立て後の複数の部品91、92の表面にメッキを施すことで、モールド部材90の表面をメッキ皮膜94で被覆するとともに、複数の部品91、92同士をメッキにより接合して一体化する。これにより、モールド部材90では、モールド部材70と同様の効果が得られる。また、メッキの材質に関しては、加熱により硬化するメッキをモールド部材90の表面に施すのが、より好ましい。
以上、ゴム物品がタイヤである場合を例にとり、複数の実施形態について説明したが、ゴム物品は、タイヤに限定されず、他のゴム物品であってもよい。
(モールド部材の製造試験)
本発明の効果を確認するため、以上説明した製造方法によりモールド部材を製造して、各種の試験を行った。各試験(第5〜第9試験)の結果について順に説明する。
(第5試験)
第6実施形態の製造方法によりモールド部材40(図13参照)を製造して、モールド部材40の強化を評価した。その際、鋳造により、アルミニウム合金(JIS規格:AC4C)製のモールド部材40を形成した。モールド部材40の形状は、リング(内径:φ600mm、最小厚み:40mm、全高:300mm)を9分割した形状である。形成後のモールド部材40に鉄メッキ(厚み:30μm)を施して、モールド部材40の表面をメッキ皮膜43で被覆した。
試験では、モールド部材40(モールド6)によりタイヤの成形を繰り返した後、サンドブラスト(砂の粒径:約0.2mm)により、モールド部材40をクリーニングした。その結果、1回のクリーニングによるモールド部材40の表面の浸食量は0.01mm以下であり、浸食量は測定できなかった。即ち、サンドブラストにより、モールド部材40の表面の浸食は殆ど発生しなかった。これに対し、モールド部材40の表面に鉄メッキを施さないときには、1回のクリーニングにより、モールド部材40の表面に浸食(厚みの減少、表面の荒れ)が発生した。浸食は、0.02mm程度である。これより、メッキによりモールド部材40の表面が強化されたことが分かった。
(第6試験)
第7実施形態の製造方法によりモールド部材50(図14、図15参照)を製造して、モールド部材50の強化を評価した。その際、機械加工により、アルミニウム合金(JIS規格:A5052)製のモールド本体51を形成した。モールド本体51の形状は、リング(内径:φ600mm、最小厚み:20mm、全高:300mm)を9分割した形状である。また、約300個の固定部材52(サイプブレード)(厚み:0.3〜0.4mm、JIS規格:SUS631)をモールド本体51に取り付けた。モールド本体51の背面で、固定部材52をモールド本体51に仮止めした。形成後のモールド部材50に鉄メッキ(厚み:40μm)を施して、モールド部材50の表面をメッキ皮膜56で被覆した。
図21は、メッキ前後のモールド部材50の一部を示す断面図であり、1つの固定部材52の周辺部を模式的に示している。
図示のように、モールド本体51の背面で、挿入部55の縁に面取り(JIS規格:C1〜C2)を施して、切欠き部57を形成する。また、固定部材52を挿入部55に挿入して、固定部材52の端部を切欠き部57内に配置する。その状態で、メッキ皮膜56は、切欠き部57を埋めるように固定部材52の周囲に形成されて、アンダーカット効果を発揮する。
試験では、固定部材52のモールド本体51への固定について評価した。その結果、固定部材52にガタツキは生じなかった。また、固定部材52をモールド本体51から引き抜き、固定部材52の引き抜き抵抗値を測定した。固定部材52の引き抜き抵抗値は、150kgfより大きく、鋳包みによりモールド本体51に固定した固定部材の引き抜き抵抗値以上である。これより、メッキによりモールド部材50が強化されたことが分かった。
(第7試験)
第8実施形態の製造方法によりモールド部材60(図16、図17参照)を製造して、モールド部材60の強化を評価した。その際、粉末積層造形により、モールド部材60を形成した。粉末積層造形では、金属粉末(粒径:約30μm、材質:17%Ni系マルエージング鋼)をレーザにより焼結した。モールド部材60の形状は、リング(内径:φ600mm、最小厚み:3mm、全高:300mm)を9分割した形状である。また、モールド部材60は、約300個の突出部64(サイプブレード、厚み:0.3〜0.4mm)を有する。形成後のモールド部材60に鉄メッキ(厚み:40μm)を施して、モールド部材60の表面をメッキ皮膜65で被覆した。モールド部材60とホルダー61(材質:SS410(炭素鋼))で若干の摺り合わせを行い、モールド部材60をホルダー61にはめ込んだ。
試験では、モールド部材60を有するモールド8によりタイヤを成形して、タイヤの加熱・昇温特性を評価した。その結果、モールド8では、通常のアルミニウム合金製のモールドと同等のタイヤの加熱・昇温特性が得られた。また、突出部64の使用可能回数(寿命)は、3万回以上であった。これに対し、モールド部材60の表面に鉄メッキを施さないときには、タイヤの加熱・昇温特性が低下し、約1000回の使用で突出部64に破損が生じた。これより、メッキによりモールド部材60が強化されたことが分かった。
(第8試験)
第9実施形態の製造方法によりモールド部材70(図18参照)を製造して、モールド部材70の強化を評価した。第1部品71は、板状部材(厚み:0.5mm、長さ:20mm、高さ:15mm、JIS規格:SUS304)である。第2部品72は、棒状部材(直径:φ2mm、JIS規格:SUS304)である。第2部品72を第1部品71の縁に沿って配置し、パーカッション溶接により、第2部品72を第1部品71に仮止めした。形成後のモールド部材70に鉄メッキ(厚み:50μm)を施して、モールド部材70の表面をメッキ皮膜73で被覆した。モールド本体(材質:アルミニウム合金)の鋳造時に、モールド部材70をモールド本体に鋳包み、モールド部材70をモールド本体に固定した。
試験では、モールド部材70を有するモールドによりタイヤを成形した。その結果、タイヤのモールド部材70の周辺部に不具合は発生せず、タイヤを正常に成形できた。これに対し、モールド部材70の表面に鉄メッキを施さないときには、第1部品71と第2部品72の間に隙間が発生した。これより、メッキにより、モールド部材70を簡易に強化して、不具合の発生を防止できることが分かった。
(第9試験)
第9実施形態で説明したように、モールド部材の表面に、加熱により硬化する鉄メッキ(材質:窒素を含有する鉄)を施して、モールド部材を製造した。モールド部材は、板状のサイプブレード(厚み:0.2mm、長さ:20mm、高さ:15mm(鋳包み代の5mmを含む)、JIS規格:SUS304)である。形成後のモールド部材の表面に鉄メッキ(厚み:50μm)を施して、加熱により硬化するメッキ皮膜でモールド部材の表面を被覆した。モールド本体の鋳造時に、約300個のモールド部材をモールド本体に鋳包み、モールドを製造した。モールド本体は、アルミニウム合金(JIS規格:AC4C)製である。モールド本体の形状は、リング(内径:φ600mm、最小厚み:3mm、全高:300mm)を9分割した形状である。
試験では、モールドによりタイヤを繰り返し成形して、モールド部材の使用可能回数(寿命)を調査した。その結果、モールド部材の使用可能回数は3万回以上であり、モールド部材に永久変形が殆ど生じなかった。これに対し、モールド部材(厚み:0.3mm、長さ:20mm、高さ:15mm(鋳包み代の5mmを含む)、JIS規格:SUS304)に鉄メッキを施さずに、モールドを製造した。このモールドでは、タイヤの成形回数が100回未満であるときに、モールド部材に1mmより大きい撓み(永久変形)が生じた。これより、メッキによりモールド部材が強化されたことが分かった。
1〜8・・・モールド、9・・・モールド組立体、10・・・ゴム成形部、11・・・接触部、12・・・突出部、13・・・表面、14・・・鋳包み部、15・・・貫通孔、16・・・貫通孔、17・・・ベントホール、20・・・保持部、21・・・矯正部、22・・・アンダーカット部、30・・・突出部材、31・・・線材、32・・・ベントチューブ、33・・・鋳枠、34・・・仕切り部材、40・・・モールド部材、41・・・成形部、42・・・ベントホール、43・・・メッキ皮膜、50・・・モールド部材、51・・・モールド本体、52・・・固定部材、53・・・成形部、54・・・ベントホール、55・・・挿入部、56・・・メッキ皮膜、57・・・切欠き部、60・・・モールド部材、61・・・ホルダー、62・・・ベントホール、63・・・接触部、64・・・突出部、65・・・メッキ皮膜、66・・・表面、70・・・モールド部材、71、72・・・部品、73・・・メッキ皮膜、80・・・モールド部材、81、82・・・部品、83、84・・・切れ込み、85・・・メッキ皮膜、90・・・モールド部材、91、92・・・部品、93・・・孔、94・・・メッキ皮膜。

Claims (13)

  1. 接触部でゴム物品に接触してゴム物品を成形するゴム成形部、及び、ゴム成形部を保持する保持部を備えるゴム物品用モールドを製造するゴム物品用モールドの製造方法であって、
    金属粉末を焼結してゴム成形部を形成する形成工程と、
    保持部の鋳造時に、ゴム成形部の接触部を除く部分の一部又は全部を保持部で鋳包み、保持部と保持部により鋳包まれるゴム成形部の鋳包み部とを接合する鋳造工程と、
    を有するゴム物品用モールドの製造方法。
  2. 請求項1に記載されたゴム物品用モールドの製造方法において、
    鋳造工程で、ゴム成形部の鋳包み部に設けられたアンダーカット形状を有する矯正部によりゴム成形部の形状を矯正した状態で、ゴム成形部の鋳包み部を矯正部とともに保持部で鋳包むゴム物品用モールドの製造方法。
  3. 請求項1又は2に記載されたゴム物品用モールドの製造方法において、
    ゴム物品用モールドは、ゴム成形部の接触部と鋳包み部から突出し、ゴム成形部と保持部に固定される突出部材を備え、
    形成工程で、接触部と鋳包み部に開口する貫通孔を有するゴム成形部を形成し、
    鋳造工程で、突出部材がゴム成形部の貫通孔内に保持されて接触部と鋳包み部から突出する状態で、ゴム成形部の鋳包み部を突出部材の鋳包み部から突出する部分とともに保持部で鋳包むゴム物品用モールドの製造方法。
  4. 請求項1又は2に記載されたゴム物品用モールドの製造方法において、
    ゴム物品用モールドは、保持部とゴム成形部を貫通して接触部に開口するベントホールを備え、
    形成工程で、接触部と鋳包み部に開口する貫通孔を有するゴム成形部を形成し、
    鋳造工程で、ベントホール成形用の線材がゴム成形部の貫通孔内に配置されて接触部と鋳包み部から突出する状態で、ゴム成形部の鋳包み部を線材とともに保持部で鋳包んで、線材をゴム成形部と保持部から突出させ、
    線材をゴム成形部と保持部から引き抜いて、ベントホールを形成するゴム物品用モールドの製造方法。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載されたゴム物品用モールドの製造方法において、
    ゴム物品用モールドは、ゴム物品を成形するリング状のモールド組立体の一部であり、
    鋳造工程で、複数のゴム成形部がリング状に組み立てられた状態で、複数のゴム成形部の鋳包み部を保持部で鋳包むゴム物品用モールドの製造方法。
  6. ゴム物品を成形するゴム物品用モールドであって、
    接触部でゴム物品に接触してゴム物品を成形する、金属粉末の焼結体であるゴム成形部と、
    ゴム成形部の接触部を除く部分の一部又は全部を鋳包んだ状態の鋳造体であり、ゴム成形部を保持する保持部と、
    を備えたゴム物品用モールド。
  7. ゴム物品用モールドに用いられるモールド部材を製造するモールド部材の製造方法であって、
    モールド部材をメッキ前の状態に形成する形成工程と、
    形成後のモールド部材の表面にメッキを施して、モールド部材の表面をメッキ皮膜で被覆するメッキ工程と、
    を有するモールド部材の製造方法。
  8. 請求項7に記載されたモールド部材の製造方法において、
    モールド部材は、ゴム物品用モールドのモールド本体と、モールド本体に固定される固定部材からなり、
    形成工程は、固定部材をモールド本体に取り付ける工程を有し、
    メッキ工程で、モールド本体と固定部材の表面をメッキ皮膜で被覆するとともに、固定部材をモールド本体にメッキにより接合して固定するモールド部材の製造方法。
  9. 請求項7に記載されたモールド部材の製造方法において、
    モールド部材は、ゴム物品用モールドのモールド本体に固定される固定部材であり、
    形成工程は、固定部材の複数の部品を組み立てる工程を有し、
    メッキ工程で、固定部材の表面をメッキ皮膜で被覆するとともに、固定部材の複数の部品同士をメッキにより接合して一体化するモールド部材の製造方法。
  10. 請求項7に記載されたモールド部材の製造方法において、
    モールド部材は、ゴム物品用モールドのモールド本体に固定される固定部材であり、
    メッキ工程で、加熱により硬化するメッキを固定部材の表面に施し、
    モールド本体を鋳造により成形するときに、固定部材をモールド本体に鋳包むモールド部材の製造方法。
  11. 請求項7ないし10のいずれかに記載されたモールド部材の製造方法において、
    形成工程は、粉末を硬化した硬化層を積層してモールド部材を造形する工程を有するモールド部材の製造方法。
  12. 請求項7ないし11のいずれかに記載されたモールド部材の製造方法において、
    メッキは、鉄メッキであるモールド部材の製造方法。
  13. ゴム物品用モールドに用いられるモールド部材であって、
    表面を被覆するメッキ皮膜を有するモールド部材。
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