JP2018030345A - ゴム部材の製造装置および空気入りタイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車レース用タイヤのゴム部材として配合されたゴムを用いたストリップワインド工法においても、ストップマークを含まないゴム部材を製造することができるゴム部材の製造技術を提供する。【解決手段】ゴム押出装置から連続的に押し出されるゴムストリップを成形ドラムに連続的に巻き重ねてタイヤ用のゴム部材を製造するゴム部材の製造装置であって、未加硫ゴムを混練しながら進むスクリュー軸を有するゴム押出機本体と押出機本体の吐出口に接続されたギアポンプとを有する押出装置と、押出装置から押し出されたゴムストリップを所定断面形状に加工するカレンダーヘッドと、カレンダーヘッドからゴムストリップを受取り、成形ドラムへ搬送して所定の長さ巻き重ねるアプリケータとを備えており、成形ドラムが、中央部にトーラス部が形成されており、トーラス部の両側に円筒部が形成されているゴム部材の製造装置。【選択図】図１

Description

本発明は、ストリップワインド工法を用いたゴム部材の製造装置および空気入りタイヤの製造方法に関する。

空気入りタイヤの製造に際しては、近年、押出装置から連続的に押し出されるテープ状の未加硫ゴム材料（ゴムストリップ）を円筒状の成形ドラムに連続的に巻き重ねることにより、ゴム部材を形成させるストリップワインド工法が用いられている。

このとき、押出装置としてはスクリューを備えたタイプが従来から主流であったが、頻繁に押出装置の停止、運転を行うと安定したゴム押出をすることができないため、解決策として、スクリュー出口にフェスツーンを設けることが行われている。しかし、フェスツーンを導入した場合には、押出されたゴムストリップは成形まで長期間放置されることになるため、ゴムの物性が変化してしまう恐れがある。

そこで、フェスツーンに替えてギアポンプを組み合わせることにより、吐出量の安定を図ることが提案されている（特許文献１）。

しかし、この場合には、断続的にゴムストリップを押出す際、ゴムストリップの厚みが倍近く厚くなり、巻き重ね始端部に所謂ストップマークが形成される恐れがある。このようなストップマークが形成された箇所は、高速耐久性試験での破損の起点となる恐れがある。

そこで、このようなストップマークの発生を防止する方法として、押出停止時に抑え圧力を減少させると共に減速時間を遅らせるように、カレンダロールの制御を変更したり（特許文献２）、形状が変化した部分をタイヤ溝底に配置して、加硫時、金型の凸部分で押しつぶされるようにして、形状の変化に伴う影響を小さくしたりしている。

特開２０１４−７３５９０号公報 特許第５８６９９９８号公報

しかしながら、上記した各方法は、一般路で使用されるタイヤには有効であるものの、自動車レース用タイヤのトレッド部材の場合には十分とは言えず、さらなる改善が求められていた。

そこで、本発明は、自動車レース用タイヤのゴム部材として配合されたゴムを用いたストリップワインド工法においても、ストップマークを含まないゴム部材を製造することができるゴム部材の製造技術を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討を行い、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

請求項１に記載の発明は、
ゴム押出装置から連続的に押し出されるゴムストリップを成形ドラムに連続的に巻き重ねてタイヤ用のゴム部材を製造するゴム部材の製造装置であって、
未加硫ゴムを混練しながら進むスクリュー軸を有するゴム押出機本体と、前記押出機本体の吐出口に接続されたギアポンプとを有する押出装置と、
前記押出装置から押し出されたゴムストリップを所定断面形状に加工するカレンダーヘッドと、
前記カレンダーヘッドから前記ゴムストリップを受取り、前記成形ドラムへ搬送して所定の長さ巻き重ねるアプリケータとを備えており、
前記成形ドラムが、中央部にトーラス部が形成されており、前記トーラス部の両側に円筒部が形成されていることを特徴とするゴム部材の製造装置である。

請求項２に記載の発明は、
前記成形ドラムが、前記トーラス部と前記円筒部の境界付近に凹状の周溝を有していることを特徴とする請求項１に記載のゴム部材の製造装置である。

請求項３に記載の発明は、
請求項１または請求項２に記載のゴム部材の製造装置を用いて、ストリップワインド方式により、空気入りタイヤを製造する空気入りタイヤの製造方法であって、
前記アプリケータを用いて、前記ゴムストリップを前記成形ドラムへ搬送して、前記円筒部の一方から巻き重ねを開始して、所定の長さ巻き重ねた後、
連続して前記ゴムストリップの先端を前記トーラス部に巻き重ねて、前記円筒部の他方で巻き重ねを終了し、
巻き重ねられた前記ゴムストリップを前記トーラス部と前記円筒部の境界でカットし、前記トーラス部に巻き重ねられた前記ゴムストリップを用いて、生タイヤの成形を行うことを特徴とする空気入りタイヤの製造方法である。

請求項４に記載の発明は、
請求項２に記載のゴム部材の製造装置を用いて、ストリップワインド方式により、空気入りタイヤを製造する空気入りタイヤの製造方法であって、
前記アプリケータを用いて、前記ゴムストリップを前記成形ドラムへ搬送して、前記円筒部の一方から巻き重ねを開始して、所定の長さ巻き重ねた後、
連続して前記ゴムストリップの先端を前記トーラス部に巻き重ねて、前記円筒部の他方で巻き重ねを終了し、
巻き重ねられた前記ゴムストリップを前記凹状の周溝上で円盤状の刃によりカットし、前記トーラス部に巻き重ねられた前記ゴムストリップを用いて、生タイヤの成形を行うことを特徴とする空気入りタイヤの製造方法である。

請求項５に記載の発明は、
前記ゴム部材の製造装置に用いる前記成形ドラムの前記凹状の周溝が、ゴムストリップ幅の２分の１以下の溝幅、５ｍｍ以上の深さに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の空気入りタイヤの製造方法である。

請求項６に記載の発明は、
製造される空気入りタイヤが、自動車レース用タイヤであることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の空気入りタイヤの製造方法である。

本発明によれば、自動車レース用タイヤのゴム部材として配合されたゴムを用いたストリップワインド工法においても、ストップマークを含まないゴム部材を製造することができるゴム部材の製造技術を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るゴム部材の製造装置の一部断面を含む全体側面図である。 本発明の一実施の形態に係る成形ドラムを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る成形ドラムにゴムストリップを巻き重ねた状態の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施の一形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態に係るゴム部材の製造装置の一部断面を含む全体側面図である。図１に示すように、このゴム部材の製造装置１は、未加硫ゴムからなるテープ状のゴムストリップＧＳを供給し、成形ドラム６の外周に巻き重ねて空気入りタイヤ用のゴム部材を製造する。

本実施の形態に係るゴム部材の製造装置１は、成形ドラム６に特徴を有している。即ち、図２は、成形ドラム６を示す斜視図であり、成形ドラム６が、中央部に設けられ、両側から中央部に向けて径が大きくなるトーラス部６aと、トーラス部６aの両側に設けられた一対の円筒部６ｂ、６ｃとを備えている。

そして、ゴムストリップを成形ドラム６に搬送し、成形ドラム６の円筒部６ｂへ所定の長さ巻き重ねた後、ゴムストリップの押出を停止せず、ゴムストリップの先端をトーラス部６ａに巻き重ね、他方の円筒部６ｃで巻き重ねて完了する。

これにより、ストップマークは、円筒部６ｂ、６ｃに形成されるが、トーラス部６ａには形成されない。そして、円筒部６ｂ、６ｃとトーラス部６ａとの境で巻き重ねられたゴムストリップをカットし、トーラス部６ａのゴムストリップのみを使用して生タイヤを成形することにより、自動車レース用タイヤ用に配合されたゴムを用いて行うストリップワインド工法においても、ストップマークが生タイヤに形成されることを防止することができ、優れた高速耐久性を発揮させることができる。

以下、本実施の形態に係るゴム部材の製造装置および空気入りタイヤの製造方法について詳細に説明する。

まず、ゴム部材の製造装置について説明する。

図１に示すように、ゴム部材の製造装置１は、ゴム押出装置２と、ゴム押出し方向Ｘの下流側に配されたカレンダーヘッド３と、カレンダーヘッド３の下流側に設けられたアプリケータ５と、アプリケータ５の下流側に設けられた成形ドラム６とを備えている。

ゴム押出装置２は、投入されたゴムＧ１を予備成形して押出すものであり、ゴム押出機本体７と、その下流側に設けられたギアポンプ８と、ギアポンプ８の下流側に設けられた押出しヘッド９とを備えている。

ゴム押出機本体７は、ゴムＧ１の投入口７ｃが設けられたシリンダ７ａと、シリンダ７ａ内に配されたスクリュー軸７ｂとを備えている。スクリュー軸７ｂは、電動機（図示せず）により回転駆動され、投入されたゴムＧ１を混練しながらシリンダ７ａ前端の吐出口Ｊから吐出させる。

ギアポンプ８は、ケーシング８ａ内に配された一対の押出しギヤ８ｂを備えた定容積ポンプである。ギアポンプ８の上流側は、ゴム押出機本体７の吐出口Ｊと連通している。また、ギアポンプ８の下流側は、押出しヘッド９に連通している。

押出しギヤ８ｂは、電動機（図示省略）により回転駆動される。これにより、ゴムＧ１は、押出しギヤ８ｂの歯溝とケーシング８ａとの間に満たされ、出口から定量的に圧送される。

押出しヘッド９は、ギアポンプ８のケーシング８ａに交換可能に連結されたブロック状のヘッド本体９ａと、ヘッド本体９ａに交換自在に取り付けられた口金９ｂとを備えている。口金９ｂには、予備成形口が開口されている。従って、混練りされたゴムＧ１は、押出しヘッド９の所定形状の予備成形口からゴム成形体Ｇ２として押出しされる。

カレンダーヘッド３は、上下に配された一対のカレンダロール３ａ、３ｂを備えている。各カレンダロール３ａ、３ｂは、電動機により、それぞれ逆方向に回転駆動可能に構成されている。カレンダーヘッド３では、ゴム成形体Ｇ２をカレンダロール３ａ、３ｂ間で、かつ、予め定められたカレンダー圧で圧延することにより、ゴムストリップＧＳを製造する。

アプリケータ５は、コンベア５ａを含み、ゴムストリップＧＳを成形ドラム６まで搬送する。

図１から明らかなように、本実施の形態に係るゴム部材の製造装置は、フェスツーンを使用していない。これは以下の理由による。

即ち、自動車レース用タイヤに使用されるトレッドコンパウンドは、高グリップを実現させるために、一般のタイヤコンパウンドと比較して多くのオイルが含まれており、物性の変化を招きやすく、かつ非常に粘着性が高いためフェスツーンで搬送するのが困難であるからである。

具体的に、タックメーターで測定したところ、レースコンパウンドの粘着性は５．０〜７．０であるのに対して、一般コンパウンドでは１．０〜３．０であるため、自動車レース用タイヤのトレッドのストリップワインドに際しては、フェスツーンを使用することができず、またカレンダーヘッドの制御を変更すると密着トラブルが続発する恐れがあるからである。

図２は成形ドラムを示す斜視図であり、図３はこの成形ドラムにゴムストリップを巻き重ねた状態の要部を示す断面図である。上記したように、成形ドラム６は、中央部に設けられ、両側から中央部に向けて径が大きくなるトーラス部６ａと、トーラス部６ａの両側に設けられた一対の円筒部６ｂ、６ｃとを備えている。そして、成形ドラム６は、成形ドラム支持装置１０（図１）により支持され、かつ、回転駆動される。

成形ドラム６は、トーラス部６ａと円筒部６ｂ、６ｃの境界付近に凹状の周溝６ｄが周方向に連続して形成されていることが好ましい。この凹状の周溝６ｄは、ゴムストリップ幅Ｗ２の２分の１以下、より好ましくは、ゴムストリップ幅Ｗ２の３分の１〜５分の１の溝幅Ｗ１で、５ｍｍ以上、より好ましくは、５〜１０ｍｍの深さＨに形成されていることが好ましい。

次に、上記した本実施の形態に係るゴム部材の製造装置１を使用した空気入りタイヤの製造方法について説明する。

図１に示すように、ゴム押出装置２から押出しされたゴム成形体Ｇ２は、カレンダーヘッド３で圧延される。この圧延により、予め設定された寸法の薄いゴムストリップＧＳが連続して得られる。ゴムストリップＧＳは、フェスツーンなどを介在させることなく、アプリケータ５へと供給される。

アプリケータ５では、コンベヤ５ａによってゴムストリップＧＳが成形ドラム６まで搬送される。

ゴムストリップＧＳの一端部（先端）は、成形ドラム６の一方の円筒部６ｂに固着され、成形ドラム６の回転により、ゴムストリップＧＳを順次巻き重ねていく。円筒部６ｂに所定長さ巻き重ねた後に、トーラス部６ａに連続して巻き重ねる（図３参照）。仮に、ゴムストリップＧＳにストップマークが形成されていた場合であっても、ストップマークは、ゴムストリップＧＳの端部に形成されているため、ストップマークは円筒部６ｂに巻き取られ、トーラス部６ａでは安定した厚さにゴムストリップＧＳが巻き重ねられる。

特に、自動車レース用タイヤのトレッドゲージは４ｍｍ以下と薄く、自動車レース用配合のゴムをギアポンプ方式で押し出しただけでは、３〜４ｍｍ厚さのストップマークが形成されて、局所的に倍近い厚みの部分ができ、これがタイヤの高速耐久試験では破損の起点になってしまう。そこで、上記のようにすることにより、自動車用タイヤのゴムストリップＧＳの場合特に顕著な効果を発揮する。

なお、必要により、成形ドラム６を適宜移動させることにより、ゴムストリップＧＳの巻き重ねピッチなどを変化させ、種々の断面形状のゴム部材を形成することができる。

成形ドラム６は、トーラス部６ａと円筒部６ｂ、６ｃの境界付近に周溝６ｄを有しているため、この周溝６ｄでゴムストリップＧＳ巻付け終了後に円盤状の刃１１でカットする。この結果、トーラス部６ａ上のゴムストリップＧＳは、円筒部６ｂ、６ｃ上のゴムストリップＧＳから分離され、タイヤ部材としてはトーラス部６ａ上のゴムストリップＧＳを使用する。その後は、既設の装置により空気入りタイヤを製造する。

以上のように、本実施の形態のゴムストリップの製造装置および空気入りタイヤの製造方法によれば、従来と異なり、従来では採用できなかった非常に粘着性が高いコンパウンドであっても、好適に使用することができるため、自動車レース用タイヤのゴム部材として配合されたゴムを用いたストリップワインド工法においても、ストップマークが形成されることがない。

以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。

１．試験体の作製
表１に示す幅のゴムストリップを成形ドラムに巻き重ねて生タイヤを成形した後、加硫することにより、タイヤサイズ３００／６８０Ｒ１８ＳＬＩＣＫのレースタイヤを１０本ずつ製造した。

なお、使用したゴムストリップのタックは、東洋精機製タックメーターを用いて、ＪＩＳ Ｔ ９２３３に準拠して、圧着荷重：４．９Ｎ、引きはがし速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ、基準試料寸法：１２．７ｍｍ×１５２ｍｍ、圧着時間：１０秒の条件で測定したところ、７．０であった。

（１）実施例１
最大径部の径が６８８ｍｍで幅３１８ｍｍのトーラス部の両側に、径６４８ｍｍで長さ１００ｍｍの円筒部が設けられた成形ドラムを用いて、一方の円筒部に４ｍ巻き重ねた後、トーラス部に６ｍｍのピッチで重なるように１２０ｍ巻き重ね、他方の円筒部を終端部として巻き重ねを終え、図３に示すように、径１００ｍｍの円盤状の刃を用いてトーラス部の両側でカットし、これをトレッド部材として生タイヤを成形した。

（２）実施例２〜５
トーラス部と円筒部との境に表１に示す幅、深さに凹状の周溝が形成されており、この溝でカットしたこと以外は実施例１と同様にして、生タイヤを成形した。

（３）比較例１
円筒部が設けられていないこと以外は実施例１と同様にして、生タイヤを成形した。

２．評価
（１）カット不良およびストップマークの有無
生タイヤの成形工程におけるカット不良の発生およびストップマークの発生について、目視により発生の有無を観察した。

（２）高速耐久性
製造された各タイヤを装着して、２３０ｋｍ／ｈで１０分間走行後、１分おきに１０ｋｍ／ｈ加速させた。３１０ｋｍ／ｈで１分以上走行できた場合、高速耐久性に適合と判定した。

（３）評価結果
評価結果を表１に示す。

表１より、比較例１においては、押出後２．５ｍの地点に存在していたストップマークが生タイヤ成形後も残っていたのに対し、成形ドラムに円筒部が設けられた実施例１〜５においてはストップマークがなくなっていることが分かる。また、比較例１においては高速耐久性が不適合であったのに対して、実施例１〜５においては適合となっていることが分かる。

そして、実施例１、２、５では、カット不良が発生していたが、ゴムストリップ幅の２分の１以下の溝幅および５ｍｍ以上の深さに凹状の周溝が形成された実施例３、４ではカット不良の発生もないことが分かる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１ ゴム部材の製造装置
２ ゴム押出装置
３ カレンダーヘッド
３ａ、３ｂ カレンダロール
５ アプリケータ
５ａ コンベア
６ 成形ドラム
６ａ トーラス部
６ｂ、６ｃ 円筒部
６ｄ 周溝
７ ゴム押出機本体
７ａ シリンダ
７ｂ スクリュー軸
７ｃ ゴムの投入口
８ ギアポンプ
８ａ ケーシング
８ｂ 押出しギヤ
９ 押出しヘッド
９ａ ヘッド本体
９ｂ 口金
１０ 成形ドラム支持装置
１１ 円盤状の刃
Ｇ１ ゴム
Ｇ２ ゴム成形体
ＧＳ ゴムストリップ
Ｈ 深さ
Ｊ 吐出口
Ｗ１ 溝幅
Ｗ２ ゴムストリップ幅
Ｘ ゴム押出し方向

Claims (6)

1. ゴム押出装置から連続的に押し出されるゴムストリップを成形ドラムに連続的に巻き重ねてタイヤ用の環状ゴム部材を製造するゴム部材の製造装置であって、
   未加硫ゴムを混練しながら進むスクリュー軸を有するゴム押出機本体と、前記押出機本体の吐出口に接続されたギアポンプとを有する押出装置と、
   前記押出装置から押し出されたゴムストリップを所定断面形状に加工するカレンダーヘッドと、
   前記カレンダーヘッドから前記ゴムストリップを受取り、前記成形ドラムへ搬送して所定の長さ巻き重ねるアプリケータとを備えており、
   前記成形ドラムが、中央部にトーラス部が形成されており、前記トーラス部の両側に円筒部が形成されていることを特徴とするゴム部材の製造装置。
2. 前記成形ドラムが、前記トーラス部と前記円筒部の境界付近に凹状の周溝を有していることを特徴とする請求項１に記載のゴム部材の製造装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のゴム部材の製造装置を用いて、ストリップワインド方式により、空気入りタイヤを製造する空気入りタイヤの製造方法であって、
   前記アプリケータを用いて、前記ゴムストリップを前記成形ドラムへ搬送して、前記円筒部の一方から巻き重ねを開始して、所定の長さ巻き重ねた後、
   連続して前記ゴムストリップの先端を前記トーラス部に巻き重ねて、前記円筒部の他方で巻き重ねを終了し、
   巻き重ねられた前記ゴムストリップを前記トーラス部と前記円筒部の境界でカットし、前記トーラス部に巻き重ねられた前記ゴムストリップを用いて、生タイヤの成形を行うことを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。
4. 請求項２に記載のゴム部材の製造装置を用いて、ストリップワインド方式により、空気入りタイヤを製造する空気入りタイヤの製造方法であって、
   前記アプリケータを用いて、前記ゴムストリップを前記成形ドラムへ搬送して、前記円筒部の一方から巻き重ねを開始して、所定の長さ巻き重ねた後、
   連続して前記ゴムストリップの先端を前記トーラス部に巻き重ねて、前記円筒部の他方で巻き重ねを終了し、
   巻き重ねられた前記ゴムストリップを前記凹状の周溝上で円盤状の刃によりカットし、前記トーラス部に巻き重ねられた前記ゴムストリップを用いて、生タイヤの成形を行うことを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。
5. 前記ゴム部材の製造装置に用いる前記成形ドラムの前記凹状の周溝が、ゴムストリップ幅の２分の１以下の溝幅、５ｍｍ以上の深さに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の空気入りタイヤの製造方法。
6. 製造される空気入りタイヤが、自動車レース用タイヤであることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の空気入りタイヤの製造方法。

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