エアレスタイヤのスポーク注型装置

本発明は、トレッドリングとハブとを高分子材からなるスポークにより連結したエアレスタイヤにおける前記スポークを、トレッドリング及びハブと一体に注型成形する注型装置に関する。

近年、軽量かつ乗り心地性に優れるエアレスタイヤとして、接地面を有する円筒状のトレッドリングと、車軸に固定されるハブとの間を、放射状に配列する複数のスポーク板部からなるスポークによって連結させた構造のものが提案されている(特許文献1参照)。この特許文献1には、前記エアレスタイヤにおけるスポークを、トレッドリング及びハブと一体成形することも示唆されている。

他方、前記一体成形を行う場合、注型金型内にて、トレッドリングとハブとを高精度で位置決めすることが重要である。しかしトレッドリングは、その表面がゴムで形成されるため、トレッドリングを位置決めして固定する際に加わる外力により、その表面が変形しやすい。その結果、トレッドリングの真円度が損われたり同心性が低下し、タイヤのユニフォーミティの低下を招くという問題が生じる。

なお上下の金型に、トレッドリングの内周面と当接する環状突起を設けて位置決めすることが提案される。しかしトレッドリングの内周面は、スポーク注型用のキャビティを構成するため、十分な高さの当接面を確保することが困難である。その結果、位置決め精度を不十分とするとともに、トレッドリングの真円度や同心性を十分に高めることが難しい。また金型を閉じる際、上下の金型に設けた環状突起の一方がトレッドリングの内周面と嵌合不良を起こしてしまう危険性も招く。

特開2008−260514号公報

そこで発明は、トレッドリングの外周面と当接してトレッドリングを位置決めする外周面当接部を含む第1の位置決め手段を有することを基本として、金型閉時の嵌合不良を招くことなく、トレッドリングを高精度で位置決めでき、トレッドリングの真円度や同心性を高めてタイヤのユニフォーミティを向上しうるエアレスタイヤのスポーク注型装置を提供することを課題としている。

本発明は、接地面を有する円筒状のトレッドリング、このトレッドリングの半径方向内側に配されかつ車軸に固定されるハブ、及び前記トレッドリングとハブとを連結する高分子材からなるスポークを具えるエアレスタイヤにおける前記スポークを、前記トレッドリング及びハブと一体に注型成形する注型装置であって、 金型閉状態と金型開状態との間をタイヤ軸方向に相対移動しうる上下の金型を有し、かつ金型閉状態において、前記上下の金型間でトレッドリングとハブとを同心に保持するとともに、保持されたトレッドリングとハブとの間にスポーク注型用のキャビティを形成する注型金型、 前記ハブとトレッドリングとを同心に位置決めする位置決め手段、 及び金型開状態において、注型成形後のエアレスタイヤを前記下の金型から押し出す脱型手段を具えるとともに、 前記位置決め手段は、前記トレッドリングの外周面と当接してトレッドリングを位置決めする外周面当接部を含む第1の位置決め手段を有することを特徴とするエアレスタイヤのスポーク注型装置。

本発明に係る前記エアレスタイヤのスポーク注型装置では、前記外周面当接部は、トレッドリングの外周面の略全面と当接することが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤのスポーク注型装置では、前記第1の位置決め手段は、トレッドリングの内周面の一部と当接する内周面当接部を含むことが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤのスポーク注型装置では、前記キャビティに高分子材を注入する際に注型金型を振動させて高分子材中の気泡を排出する振動発生機を具えることが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤのスポーク注型装置では、前記振動発生機は、振幅が0.02〜0.5mmかつ周波数が30Hz以上の振動を発生させることが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤのスポーク注型装置では、前記キャビティの上面は、水平面に対して角度αで傾斜することが好ましい。

本発明に係る前記エアレスタイヤのスポーク注型装置では、前記角度αは2〜10度であることが好ましい。

本発明は叙上の如く、ハブとトレッドリングとを同心に位置決めする位置決め手段が、トレッドリングの外周面と当接してトレッドリングを位置決めする外周面当接部を含む第1の位置決め手段を具える。

トレッドリングの外周面は、スポーク注型用のキャビティを構成しない。そのため、トレッドリングと第1の位置決め手段との当接面の高さを十分に確保でき、位置決め精度を高めうる。また第1の位置決め手段は、トレッドリングの全周を外側から包むように押さえ付ける。そのためトレッドリングに力が加わっても、トレッドリングの縮径方向の変形はほとんど発生せず、しかもトレッドリング単体での真円度が低い場合にも、それを矯正しながら位置決めすることができる。その結果、注型時におけるトレッドリングの真円度や同心性を高めて、タイヤのユニフォーミティを向上できる。

また第1の位置決め手段では、外周面当接部を例えば2分割することで、トレッドリングに対して離接移動(半径方向内外への移動)させうる。そのため、金型閉時の嵌合不良を防止できる。また注型成形後に第1の位置決め手段をトレッドリングから離すことで、エアレスタイヤを金型から押し出す際の抵抗力を減じることも可能となる。

本発明のエアレスタイヤのスポーク注型装置の一実施例を示す正面図である。

その側面図である。

金型閉状態における注型金型を示す断面図である。

第1の位置決め手段の主要部を概念的に示す断面図である。

注型成形後のエアレスタイヤの押し出し状態を示す斜視図である。

その部分断面図である。

スポーク注型装置によって注型成形されたエアレスタイヤの一実施例を示す斜視図である。

その断面図である。

第1の位置決め手段の他の実施例を概念的に示す部分断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 図7、8に、本発明のスポーク注型装置1によって注型成形されたエアレスタイヤTの一例が示される。前記エアレスタイヤTは、接地面Tsを有する円筒状のトレッドリング2、このトレッドリング2の半径方向内側に配されかつ車軸Jに固定されるハブ3、及び前記トレッドリング2とハブ3とを連結する高分子材からなるスポーク4を具える。本例では、前記エアレスタイヤTが乗用車用タイヤとして形成される場合が示される。

前記トレッドリング2は、空気入りタイヤにおけるトレッド部に相当する部位であり、トレッドゴム部2Aと、その内部に埋設される補強コード層2Bとを具える。トレッドゴム部2Aとしては、接地に対する摩擦力、耐摩耗性に優れるゴム組成物が好適に採用される。また前記補強コード層2Bとしては、タイヤコードをタイヤ周方向に対して例えば10〜45度の角度で配列したベルトプライ2B1、及びタイヤコードをタイヤ周方向に螺旋状に巻回したバンドプライ2B2が適宜採用されうる。

このようなトレッドリング2は、予め、円筒状のドラム上で、補強コード層2B形成用のシート状部材及びトレッドゴム部2A形成用のシート状部材を順次周方向に巻回して生のトレッドリングを形成し、しかる後、この生のトレッドリングを加硫金型内で加硫成形することにより別途形成される。

前記ハブ3は、タイヤホイールに相当するもので、本例では、車軸Jに固定される円盤状のディスク部3Aと、このディスク部3Aの半径方向外端部に一体に形成される円筒状のスポーク取付け部3Bとを具える。前記ディスク部3Aの中央には、車軸Jの前端部Jaが挿通するハブ孔3A1が形成される。又ハブ孔3A1の周囲には、車軸側に配されるボルト部Jbをナット止めするための複数のボルト挿通孔3A2が設けられる。

このようなハブ3は、従来のタイヤホイールと同様、例えば、スチール、アルミ合金、マグネシウム合金等の金属材料によって別途形成される。

前記スポーク4は、高分子材からなる注型成形体であって、本例では、外側環状部4A、内側環状部4B、及び放射状に配され前記外側環状部4Aと内側環状部4Bとの間を継ぐ複数枚のスポーク板部4Cから形成される。前記高分子材として、例えばエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、メラミン系樹脂などの熱硬化樹脂が好適に採用されるが、特にポリウレタン系樹脂は弾性特性に優れるため、より好適に採用しうる。

前記外側環状部4Aおよび内側環状部4Bは、それぞれ車軸Jと同心な円筒状体であり、前記トレッドリング2の内周面およびハブ3の外周面とは、一体成型によって接合される。本例のスポーク板部4Cは、タイヤ軸方向に対して一方側に傾斜する第1のスポーク板部4C1と、他方側に傾斜する第2のスポーク板部4C2とから構成され、前記第1、第2のスポーク板部4C1、4C2はタイヤ周方向に交互に配される。本例では第1、第2のスポーク板部4C1、4C2がジグザグ状に連続する場合が示されるが、連続しなくても良い。

このようなスポーク4は、本発明のスポーク注型装置1により、前記トレッドリング2およびハブ3と一体に注型成形される。

図1、2に示すように、本実施形態のスポーク注型装置1は、 (a) 上下の金型5U、5Lを有しかつスポーク注型用のキャビティ6を形成する注型金型5、 (b) 前記トレッドリング2とハブ3とを同心に位置決めする位置決め手段7、及び (c) 金型開状態Y2において、注型成形後のエアレスタイヤTを下の金型5Lから押し出す脱型手段9を具える。

前記注型金型5は、金型閉状態Y1と金型開状態Y2との間をタイヤ軸方向に相対移動しうる上下の金型5U、5Lを有する。本例では、下の金型5Lが、テーブル状の支持フレーム10に固定されるとともに、上の金型5Uが、昇降装置11により上下動自在に支持される。

図3に示すように、本例の下の金型5Lは、ハブ3の下端を受ける受面12Sを有する第1の下金型部12と、トレッドリング2の下端を受ける受面13Sを有する第2の下金型部13とを具える。

第1の下金型部12は、前記支持フレーム10上に固定される。また第1の下金型部12は、前記受面12Sをなす上面を有するとともに、この上面には、ハブ3の前記ハブ孔3A1に挿入することによりハブ3を位置決めする位置決めピン14と、前記スポーク板部4C形成用のフィン15(図5に示す)とが突設される。

第2の下金型部13は、環状をなし、前記第1の下金型部12の半径方向外側に同心に配されるとともに、前記脱型手段9によって上下動自在に支持される。第2の下金型部13の上端には、トレッドリング2の下端部を支持する断面矩形状の切欠き部18が設けられる。この切欠き部18の底面が前記受面13Sをなす。また前記切欠き部18の側面18Sは、前記受面13Sから小高さで立ち上がり、トレッドリング2を下の金型5L内に投入する際の仮の位置決め、及び注型成形後のエアレスタイヤを下の金型5Lから押し出す際の位置ずれ防止かつ落下防止を行う。

前記上の金型5Uは、本例では円盤状をなし、その下面16Sにより、前記ハブ3の上端及びトレッドリング2の上端を受ける受面を形成している。また前記下面16Sには、前記スポーク板部4C形成用のフィン17(図1、2に示す)が突設される。

図1、2に示すように、前記上の金型5Uを上下動自在に支持する前記昇降装置11は、本例では、垂直な軸心i廻りで一端が旋回可能に支持されるアーム20と、このアーム20の他端に取り付く例えば一対のシリンダ21と、該シリンダ21のロッド下端に取り付く昇降台22とを具える。そしてこの昇降台22に、切り離し手段23を介して前記上の金型5Uが切り離し自在に連結される。本例の昇降台22は、スペーサを介して上下に隔たる一対の昇降台22A、22Bからなる。

また前記切り離し手段23は、上の金型5Uの上面で突出するピン23Aと、このピン23Aを脱着可能に係止するクランプ金具23Bと、前記クランプ金具23Bを係止位置と切離し位置との間で水平に進退移動させうる例えばシリンダである進退移動具23Cとを具える。前記ピン23Aは、小径な胴部の上端に、大径な頭部を具える。前記クランプ金具23Bは、前記胴部と係合することにより前記頭部を抜け止めしうる半円状の切欠き孔を具える。なお下の昇降台22Bには、前記ピン23Aが通過可能な挿通孔が形成されるとともに、その上面に前記進退移動具23Cが固定される。

このような注型金型5は、上の金型5Uが下降した金型閉状態Y1において、上下の金型5U、5L間でトレッドリング2とハブ3とを挟んで保持しうる。また保持されたトレッドリング2とハブ3との間に、スポーク注型用のキャビティ6が形成される。

なおスポーク板部4C形成用の前記フィン15,17は、本例では三角柱状をなし、前記キャビティ6内に配される。これによりキャビティ6は、図4に示すように、周方向で隣り合うフィン15,17間に配されるスポーク板部4C注型用のキャビティ部分d1、フィン15,17の半径方向外面とトレッドリング2の内周面との間に配される外側環状部4A注型用のキャビティ部分d2、及びフィン15,17の半径方向内面とハブ3の外周面との間に配される内側環状部4B注型用のキャビティ部分d3とに区画される。なお各キャビティ部分d1〜d3は互いに導通している。

次に、前記位置決め手段7は、図1、3に示すように、トレッドリング2を位置決めする第1の位置決め手段25と、ハブ3を位置決めする第2の位置決め手段26とを具える。本例の第2の位置決め手段26は、前記位置決めピン14によって形成される。

また前記第1の位置決め手段25は、トレッドリング2の外周面2Sと当接してトレッドリング2を位置決めする外周面当接部27を含む。

図4、5に示すように、本例の第1の位置決め手段25は、対向面28Sに半円状の切り欠き孔部28Hを設けた半割ブロック状の一対の位置決め片28と、各位置決め片28を対向面28Sが離接するX方向に移動させうる移動手段29とを具える。前記位置決め片28は、対向面28S同士が突き合わされる前進位置P1(図4に示す)では、各切り欠き孔部28H、28Hが協働して、一つの円形孔30を形成し、この円形孔30の内周面30Sが、トレッドリング2の外周面2Sと当接することによりトレッドリング2を同心に位置決めする。

従って、本例では、前記内周面30Sが外周面当接部27を形成する。この外周面当接部27は、前記外周面2Sと、その全周に亘って当接するのが好ましく、さらには前記外周面2Sの略全面と当接するのが好ましい。なお「略全面」とは、前記外周面2Sの全面積の90%以上を意味する。本例の外周面当接部27は、前記外周面2Sのうち、前記第2の下金型部13から上方にはみ出す面部2Saと当接しており、この面部2Saの面積は、全面積の90%以上をなしている。なお第2の下金型部13に設ける前記側面18Sを、トレッドリング2の外周面2Sと当接する当接面とすることもできる。この場合には、前記内周面30Sと側面18Sとにより、前記外周面2Sの全面と当接する外周面当接部27を形成することになる。

なお本例の位置決め片28には、切り欠き孔部28Hの下端部に、前進位置P1において、第2の下金型部13との衝合を避ける切り欠き部24(図3に示す)が形成されている。

図2、5に示すように、前記移動手段29は、各位置決め片28を前記X方向に案内する一対のガイド31と、このガイド31によって案内される位置決め片28をX方向に移動させる移動具32とを具える。前記ガイド31は、前記支持フレーム10上に敷設される。移動具32は、本例では、モータMによって回転駆動されるX方向のボールネジ軸32Aと、位置決め片28に設けられかつ前記ボールネジ軸32Aに螺合するナット孔32Bとを具える。

この第1の位置決め手段25は、金型開状態Y2、かつ下の金型5L上にトレッドリング2が投入された後に作動する。そして、各位置決め片28が待機位置P2から前進位置P1まで移動することにより、外周面当接部27がトレッドリング2の外周面2Sと当接し、トレッドリング2を同心に精度良く位置決めする。このとき、トレッドリング単体での真円度が低い場合にも、それを矯正しながら位置決めすることができるため、注型時におけるトレッドリング2の真円度や同心性を高めることができる。

本例のスポーク注型装置1には、前記キャビティ6内に注入される高分子材を加熱して熱硬化させる加熱手段8が配される。本例の加熱手段8は、所謂電気ヒータであって、上の金型5U、下の金型5L、位置決め片28、及び支持フレーム10のうちの少なくとも一つに配される。本例では図3に示すように、加熱手段8が、下の金型5Lと位置決め片28とに埋設される場合が示される。この加熱手段8により注型金型5を高分子材の硬化温度まで加熱する。加熱手段8としてスチームなども採用しうる。

次に、前記脱型手段9は、金型開状態Y2において、注型成形後のエアレスタイヤTを前記下の金型5Lから押し出す。図1に示すように、本例の脱型手段9は、シリンダ9Aと、そのロッド端に取り付き上下動可能な昇降板9Bと、昇降板9Bから立ち上がりかつ上端に前記第2の下金型部13を取り付けた複数の押出し軸9Cとを具える。そして図5、6に示すように、エアレスタイヤTを第2の下金型部13ごと持ち上げることで、エアレスタイヤTを第1の下金型部12から取り出すことができる。なお脱型手段9による押し出に先駆け、位置決め片28を待機位置P2まで後退させることで、押し出し力を軽減しうるとともに、エアレスタイヤTの金型との擦れ変形などを防止することができる。図1中の符号33は、前記昇降板9Bを上下に案内するガイド軸である。

また本例のスポーク注型装置1は、キャビティ6内に高分子材を注入する際に注型金型5を振動させて高分子材中の気泡を排出する振動発生機35(図3に示す)を具える。前記振動発生機35は所謂バイブレータであって、本例では、前記切り離し手段23によって昇降装置11から切り離された上の金型5U上に脱着可能に取り付く。

キャビティ6の壁面に付着する気泡を速やかに排出させるためには、前記振動発生機35により、振幅が0.02〜0.5mmかつ周波数が30Hz以上の振動を発生させることが好ましい。振幅が0.02mm未満、及び周波数が30Hz未満の場合、気泡の排出効果が十分発揮されなくなる。また振幅が0.5mmを超えると、トレッドリング2およびハブ3が位置ずれを起こしやすくなって、タイヤの形成精度が低下する。そのため振幅の下限として0.1mm以上がより好ましく、上限として0.3mm以下がより好ましい。なお周波数としては気泡の排出効果の観点から50Hz以上がより好ましい。

また高分子材中の気泡を排出するために、図3に示すように、キャビティ6の上面6Sを、水平面に対して角度α(図示しない)で傾斜させるのが好ましい。これにより気泡が流れやすくなって除去しやすくなる。なお前記角度αは2〜10度であるのが好ましく、2度を下回ると前記効果が十分発揮されない。逆に10度を超えると、エアレスタイヤTの品質やユニフォーミティの低下を招く傾向となる。そのため前記角度αの下限は3度以上、上限は7度以下がより好ましい。なお図3中の符号45は、キャビティ6内に高分子材を注入するとともに、及び浮上した気泡を除去するための開口である。

図9に第1の位置決め手段25の他の実施例を示す。本例では、第1の位置決め手段25は、前記外周面当接部27に加え、トレッドリング2の内周面の一部と当接する内周面当接部40をさらに含む。本例では、例えば第2の下金型部13に設ける切欠き部18の側面18Sが前記内周面当接部40を形成している。この内周面当接部40は、補助的にトレッドリング2を位置決めする。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

本発明の効果を確認するため、図1に示すスポーク注型装置を用い、スポークをトレッドリング及びハブと一体注型した乗用車用のエアレスタイヤ(タイヤサイズ145/70R12に相当する。)を表1の仕様に基づき試作した。そして各試作タイヤのユニフォーミティ、振動特性、外観性(気泡の跡)及び耐久性についてテストした。

各タイヤとも、トレッドリング、ハブは実質的に同一のものを使用している。また注型金型も実質的に同構成であり、スポークにはポリウレタン樹脂(熱硬化性樹脂)を用いている。

各実施例1〜15の第1の位置決め手段は、図3に示すように、一対の位置決め片28、28による外周面当接部27によりトレッドリング2を位置決めしている。また実施例16では、図9に示すように、第2の下金型部13に設ける切欠き部18の側面18Sによる内周面当接部40と、一対の位置決め片28、28による外周面当接部27とによりトレッドリング2を位置決めしている。また比較例1では、図9のうち、第2の下金型部13に設ける切欠き部18の側面18Sによる内周面当接部40のみによりトレッドリング2を位置決めしており、外周面当接部27は具えていない。

(1)ユニフォーミティ: 非接触のレーザー測定器を用い、タイヤトレッドにおけるタイヤ赤道上、及びショルダー部(トレッド端からタイヤ軸方向内側に20mm隔たった位置)において、それぞれRRO(ラジアルランナウト)を測定し、その測定値を平均した。

(2)振動特性: 試供タイヤを、車両(超小型EV:商品名CMOS)の4輪に装着し、ドライアスファルト路面のタイヤテストコースを走行し、振動性能についてドライバーの官能評価により4点法で評価した。 4---振動を感じない。 3---振動を感じるが、市場では問題にならない合格レベルである。 2---振動を感じる。一部のユーザから苦情が生じるレベルである。 1---大きな振動を感じ、ほとんど全てのユーザから苦情が生じるレベルである。

(3)外観性:(気泡の跡) ・スポークにおける気泡の跡を、検査官の目視検査による官能評価にて4点法で評価した。 4---大きな気泡の跡が無い。 3---小さな気泡の跡が多少残っている。 2---大きな気泡の跡、及び小さな気泡の跡がともに多少残っている。 1---大きな気泡の跡、及び小さな気泡の跡がともに多く残っている。

(4)耐久性: ドラム試験機を用い、試供タイヤを、荷重(1.17kN)、速度(40km/h)にてドラム上を走行させ、タイヤに故障が発生するまでの走行距離を、実施例5を100とする指数で表示した。指数が大きい方が耐久性能に優れている。

実施例は、外周面当接部によりトレッドリングを位置決めしているため、ユニフォーミティ(RRO)を向上しうるのが確認できる。

1 スポーク注型装置 2 トレッドリング 2S 外周面 3 ハブ 4 スポーク 5 注型金型 5U、5L 上下の金型 6 キャビティ 6S キャビティの上面 7 位置決め手段 9 脱型手段 25 第1の位置決め手段 27 外周面当接部 35 振動発生機 40 内周面当接部 T エアレスタイヤ Ts 接地面 Y1 金型閉状態 Y2 金型開状態