JP2017113996A

JP2017113996A - タイヤ加硫用金型

Info

Publication number: JP2017113996A
Application number: JP2015252103A
Authority: JP
Inventors: 元佐藤; Hajime Sato; 登瀧田; Noboru Takita
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-06-29

Abstract

【課題】タイヤ加硫用金型の本体温度の影響を受けにくい遮熱構造を採用すると共に、加硫中のグリーンタイヤの加工点表面への熱供給不足を回避しつつ、加工点表面に近い位置での温度測定を可能にしたタイヤ加硫用金型を提供する。【解決手段】グリーンタイヤＧを加硫する際に使用されるタイヤ加硫用金型１において、グリーンタイヤＧに当接する成形面Ｍを有する金型本体１１と、金型本体１１の内部に配設されていて感温部２１が成形面Ｍに配置されたシース熱電対２と、感温部２１を取り囲むように金型本体１１とシース熱電対２との間に配置された遮熱材層３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ加硫用金型に関し、更に詳しくは、タイヤ加硫用金型における金型本体の温度の影響を受けにくい遮熱構造を採用すると共に、加硫中のグリーンタイヤの加工点表面への熱供給不足を回避しつつ、加工点表面に近い位置での温度測定を可能にしたタイヤ加硫用金型に関する。

グリーンタイヤを加硫する際、タイヤの加硫状況を把握するためにグリーンタイヤ各部の温度を測定することが種々試みられている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の提案では、加硫中のゴム製品の温度を検出する温度センサーと、温度センサーで検出した温度データを記憶部に記憶し応答信号として送信するトランスポンダとをゴム製品内に埋設して、加硫中のゴム製品の温度を測定するようにしている。しかしながら、得られたゴム製品の温度測定結果をトランスポンダにより加硫後に送信する方式であるため、得られた温度測定結果を加硫中の温度調節に利用することができない。

一方、グリーンタイヤの温度を測定する際、加硫に使用される金型の本体温度とグリーンタイヤのゴム表面温度（以下、加工点温度という）は同一として見做すことが一般的である。しかしながら、実際には金型の本体温度とグリーンタイヤの加工点温度には隔たりがあるため、より加工点表面に近い位置での温度測定が必要となる。また、正確な加工点温度の測定を行うため、金型の本体温度の影響を受けにくい構造が必要となる。

ここで、金型の本体温度の影響を受けずに加工点温度を測定する方法として、タイヤ表面と金型の間に挟まれた熱電対（露出タイプ）が考えられる。これにより、タイヤ表面に近い位置での温度測定ができるため、精度の高いタイヤ表面温度を測定することが期待できる。しかしながら、実際の生産工程においては、そのような熱電対はその配線等の取り回しが煩雑であることから熱電対を金型側に取り付けざるを得ず、金型の温度の影響を受けて正確な加工点温度を測定することが困難であった。

特開２００７−２２５５５２号公報

本発明の目的は、タイヤ加硫用金型の本体温度の影響を受けにくい遮熱構造を採用すると共に、加硫中のグリーンタイヤの加工点表面への熱供給不足を回避しつつ、加工点表面に近い位置での温度測定を可能にしたタイヤ加硫用金型を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のタイヤ加硫用金型は、グリーンタイヤを加硫する際に使用されるタイヤ加硫用金型において、前記グリーンタイヤに当接する成形面を有する金型本体と、該金型本体の内部に配設されていて感温部が前記成形面に配置されたシース熱電対と、前記感温部を取り囲むように前記金型本体と前記シース熱電対との間に配置された遮熱材層とを備えたことを特徴とするものである。

本発明では、グリーンタイヤを加硫する際に使用されるタイヤ加硫用金型において、グリーンタイヤに当接する成形面を有する金型本体と、金型本体の内部に配設されていて感温部が成形面に配置されたシース熱電対と、感温部を取り囲むように金型本体とシース熱電対との間に配置された遮熱材層とを備えることにより、グリーンタイヤの加硫中に、加工点温度を測定する感温部が金型本体の温度の影響を受けにくくなると共に、グリーンタイヤの成形面に近い位置での温度を測定することが可能となる。その結果、精度の高い測定が可能となる。

本発明では、遮熱材層の２００℃での熱伝導率は２５Ｗ／ｍｋ以下であることが好ましい。これにより、遮熱材層が熱伝導率の比較的低い材料により構成されるため、感温部に対して金型本体の温度の影響をより一層受けにくくすることが可能となる。

本発明では、感温部によるグリーンタイヤの加工点温度に対する感度は金型本体の温度に対する感度の１０倍以上であることが好ましい。これにより、感温部において測定される温度の精度を向上させることが可能となる。

本発明では、遮熱材層の直径はシース熱電対の直径に対して２倍以上であることが好ましい。これにより、遮熱材層の遮熱性能が向上するため、感温部に対して金型本体の温度の影響をより一層受けにくくすることが可能となる。

本発明では、遮熱材層の直径はグリーンタイヤにおける感温部と当接する部位の厚さの１／３以下であることが好ましい。遮熱材層を過度に厚くするとタイヤ加硫用金型の加熱能力を低下させることに繋がるため、遮熱材層の直径をグリーンタイヤの厚さに対して３分の１以下とすることにより、グリーンタイヤへの加熱を妨げることなく、加硫工程を実施できる。

本発明では、グリーンタイヤの加工点温度に対する感温部において測定される温度の時定数は３０秒以下であることが好ましい。これにより、グリーンタイヤの加硫時に必要とされる反応速度を有する感温部を用いて、感温部において測定される温度の精度を向上させることが可能となる。

本発明のタイヤ加硫用金型を模式的に示す断面図である。本発明のタイヤ加硫用金型の金型本体を模式的に示す断面図である。本発明のタイヤ加硫用金型に用いるシース熱電対を模式的に示す断面図である。本発明のタイヤ加硫用金型に用いるシース熱電対を模式的に示す断面図である。本発明のタイヤ加硫用金型に用いるシース熱電対の感温部の応答性を表すグラフである。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明のタイヤ加硫用金型１を示すものであり、加硫機４において加硫時にブラダー５でグリーンタイヤＧを金型本体１１の成形面Ｍに押し付けている状態を示している。グリーンタイヤＧは、クラウン部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３からから構成されている。

タイヤ加硫用金型１は、グリーンタイヤＧのクラウン部Ｇ１に当接する成形面Ｍを有する金型本体１１と、金型本体１１の内部に配設されていて感温部２１が成形面Ｍに配置されたシース熱電対２と、感温部２１を取り囲むように金型本体１１とシース熱電対２との間に配置された遮熱材層３とを備えている。

金型本体１１は、３つの金型本体１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから構成されている。金型本体１１Ａには、図２に示すように、金型本体１１Ａ内を貫通してグリーンタイヤＧに当接する成形面Ｍまで達する孔１２が形成されている。金型本体１１Ａ内の成形面Ｍ付近には孔１２に隣接して遮熱材層３が配設される空間１３が形成されている。また、金型本体１１の材料としては、例えば、鉄やアルミ合金等が挙げられる。

シース熱電対２は、孔１２内に配置されている。このシース熱電対２は、図３に示すように、金属製の筒状のシース２２と、該シース２２内に保持された熱電対２３とを有している。熱電対２３は一対の電極２３Ａ，２３Ｂから構成されており、これら電極２３Ａ，２３Ｂの先端同士が接合されている。そして、熱電対２３における電極２３Ａ，２３Ｂの先端の接合点が感温部２１となっている。また、熱電対２３にはリード線２５が接続され、このリード線２５がシース２２を通して金型本体１１Ａの外部に引き出されている。

電極２３Ａ，２３Ｂはそれぞれ異なる金属材料からなる。電極２３Ａ，２３Ｂに使用する異なる金属材料としては、ＪＩＳ規格（ＪＩＳＣ１６０２−１９９５等）に記載されている金属材料の種類から適宜選択することができる。例えば、ＪＩＳ規格における種類の記号Ｋ、Ｔなどが挙げられる。また、電極２３Ａ，２３Ｂは、絶縁体であるグラウト２４により表面をそれぞれ被覆されている。グラウト２４の材料としては、例えば、石英ガラス等が用いられる。

遮熱材層３は、金型本体１１Ａ内の成形面Ｍ付近に形成された空間１３に配置されている。また、遮熱材層３はシース熱電対２に隣接し、かつ感温部２１を取り囲むように配置されている。遮熱材層３の材料としては、金型本体１１の材料（鉄、アルミ合金等）の熱伝導率よりも小さい熱伝導率の材料であれば良く、例えば、石英ガラス等が用いられる。特に、遮熱材層３の２００℃での熱伝導率は、２５Ｗ／ｍｋ以下、より好ましくは、５Ｗ／ｍｋ以下であると良い。遮熱材層３の熱伝導率を上記範囲内にすることにより、遮熱材層３の遮熱性能が向上するため、感温部２１に対して金型本体１１の温度の影響をより一層受けにくくすることが可能となる。

上述したタイヤ加硫用金型においては、グリーンタイヤＧを加硫する際に使用されるタイヤ加硫用金型１において、グリーンタイヤＧに当接する成形面Ｍを有する金型本体１１と、金型本体１１の内部に配設されていて感温部２１が成形面Ｍに配置されたシース熱電対２と、感温部２１を取り囲むように金型本体１１とシース熱電対２との間に配置された遮熱材層３とを備えることにより、グリーンタイヤＧの加硫中に、加工点温度を測定する感温部２１が金型本体１１の温度の影響を受けにくくなると共に、グリーンタイヤＧの成形面Ｍに近い位置での温度を測定することが可能となる。

本発明では、感温部２１においてグリーンタイヤＧの加工点温度を測定する際に、その測定される温度の精度を表す指標として感度を用いる。感温部２１によるグリーンタイヤＧの加工点温度に対する感度が、金型本体１１の温度に対する感度よりも高いほど、感温部２１において測定される温度の精度が高いことを示している。

本発明における感度の範囲としては、感温部２１によるグリーンタイヤＧの加工点温度に対する感度は、金型本体１１の温度に対する感度の１０倍以上であることが好ましい。即ち、感温部２１において測定される温度とグリーンタイヤＧの加工点温度との差を温度差ａとし、金型本体１１の温度と感温部２１において測定される温度との差を温度差ｂとしたとき、温度差ａに対する温度差ｂの比（ｂ／ａ）が１０以上であることが好ましい。例えば、金型本体１１の温度が１００℃、グリーンタイヤＧの加工点温度が２０℃、感温部２１において測定される温度が２５℃である場合、温度差ａに対する温度差ｂの比（ｂ／ａ）は、（１００−２５）／（２５−２０）で計算され１５となる。

このように感温部２１によるグリーンタイヤＧの加工点温度に対する感度を用いることで、感温部２１において測定される温度の精度の指標とすることができ、より感度が高い感温部２１を用いて温度測定の精度を向上させることが可能となる。

図４は、シース熱電対２の直径、遮熱材層３の直径及びグリーンタイヤＧの厚みを示している。図４に示すように、シース熱電対２の直径をΦ₂とし、遮熱材層３の直径をΦ₃とし、グリーンタイヤＧにおける感温部２１と当接する部位の厚さを厚さｔとする。グリーンタイヤＧの厚さｔは、感温部２１の中心位置からグリーンタイヤＧに対して垂線を下ろし、その長さを測定したものとする。

この場合に、遮熱材層３の直径Φ₃はシース熱電対２の直径Φ₂に対して２倍以上であることが好ましい。このように遮熱材層３の直径Φ₃をシース熱電対２の直径Φ₂に対して２倍以上とすることで、遮熱材層３の遮熱性能が向上するため、感温部２１に対して金型本体１１の温度の影響をより一層受けにくくすることが可能となる。

また、遮熱材層３の直径Φ₃はグリーンタイヤＧにおける感温部２１と当接する部位の厚さｔの１／３以下であることが好ましい。このように遮熱材層３の直径Φ₃をグリーンタイヤＧの厚さｔに対して３分の１以下とすることで、遮熱材層３がグリーンタイヤＧへの加熱を妨げることなく、加硫工程を実施することが可能となる。ここで、遮熱材層３を過度に厚くするとタイヤ加硫用金型１の加熱能力を低下させることに繋がる。

本発明では、感温部２１において測定される温度の精度を表す指標として時定数を用いる。時定数とは、感温部を温度測定の対象物に接触させる前において、感温部で測定される温度と温度測定の対象物の温度との温度差を初期の温度差として、温度測定開始後に感温部で測定される温度が初期の温度差の６３．２％に達するまでの時間とする。

図５は、感温部２１において測定される温度Ａと、グリーンタイヤＧと金型本体１１の間に設置して測定した温度Ｂの関係を示すグラフである。温度Ｂは、熱電対をグリーンタイヤＧと金型本体１１の間（図４の点Ｘ）に設置して測定した温度をとし、即ち、温度Ａと対比する温度ＢはグリーンタイヤＧの加工点温度である。なお、縦軸は温度Ｔ（℃）、横軸は時間Ｓ（秒）を示す。

図５の上図は、加硫時にグリーンタイヤＧを金型本体１１の成形面Ｍに押し付ける際に、その開始時点からの温度Ａ及び温度Ｂの温度変化をそれぞれ示している。図５の上図に示すように、温度Ａについては金型本体１１がグリーンタイヤＧに当接すると同時に急激にその温度が低下していき、一定の温度を境に上昇をし、その後横ばいとなっている。一方、温度Ｂについては金型本体１１がグリーンタイヤＧに当接すると同時に急激にその温度が上昇していき、その後温度Ａと同一の温度となっている。このように、加硫時にグリーンタイヤＧを金型本体１１の成形面Ｍに押し付ける際、金型本体１１からグリーンタイヤＧへ熱が移動していることが見て取れる。

また、図５の下図において、温度差Ｔ_AはグリーンタイヤＧを金型本体１１に押し付ける前の温度Ａと温度Ｂの初期の温度差（初期の温度差Ｔ_Aを１００％とする）を示し、温度差Ｔ_Bはその初期の温度差Ｔ_Aに対して６３．２％となる温度差を示している。つまり、加硫時にグリーンタイヤＧを金型本体１１の成形面Ｍに押し付ける際、グリーンタイヤＧの加工点温度が上昇していくことで温度差が縮まっていき、温度差Ｔ_Bに達する時間が時間Ｓ１である。その時間Ｓ１が、グリーンタイヤＧの加工点温度に対する感温部２１において測定される温度の時定数となる。

図１〜図４のいずれの場合も、グリーンタイヤＧの加工点温度に対する感温部２１において測定される温度の時定数は３０秒以下であることが好ましい。これにより、グリーンタイヤＧの加硫時に必要とされる反応速度を有する感温部２１を用いて、感温部２１において測定される温度の精度を向上させることが可能となる。

上述した実施形態では、金型本体１１Ａの中央部においてシース熱電対２を設置して温度測定をする場合について説明したが、温度測定が必要とされる金型本体１１の部位に対してシース熱電対２を適宜設置するようにすれば良い。

１タイヤ加硫用金型
１１金型本体
１２孔
１３空間
２シース熱電対
２１感温部
２２シース
２３Ａ，２３Ｂ電極
２４グラウト
２５リード線
３遮熱材層
４加硫機
５ブラダー
Ｇグリーンタイヤ
Ｇ１クラウン部
Ｇ２サイド部
Ｇ３ビード部
Ｍ成形面

Claims

グリーンタイヤを加硫する際に使用されるタイヤ加硫用金型において、前記グリーンタイヤに当接する成形面を有する金型本体と、該金型本体の内部に配設されていて感温部が前記成形面に配置されたシース熱電対と、前記感温部を取り囲むように前記金型本体と前記シース熱電対との間に配置された遮熱材層とを備えたことを特徴とするタイヤ加硫用金型。
前記遮熱材層の２００℃での熱伝導率が２５Ｗ／ｍｋ以下であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ加硫用金型。
前記感温部による前記グリーンタイヤの加工点温度に対する感度が前記金型本体の温度に対する感度の１０倍以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ加硫用金型。
前記遮熱材層の直径が前記シース熱電対の直径に対して２倍以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のタイヤ加硫用金型。
前記遮熱材層の直径が前記グリーンタイヤにおける前記感温部と当接する部位の厚さの１／３以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のタイヤ加硫用金型。
前記グリーンタイヤの加工点温度に対する前記感温部において測定される温度の時定数が３０秒以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のタイヤ加硫用金型。