轮胎硫化用模具及轮胎的制造方法与流程

1.本发明涉及轮胎硫化用模具及轮胎的制造方法，更详细而言，涉及能够长期地避免在轮胎产生橡胶缺损的不良情况并且能够确保良好的轮胎性能的轮胎硫化用模具及使用该轮胎硫化用模具的轮胎的制造方法。


背景技术：

2.在轮胎硫化用模具的成形面上，每当进行硫化时会附着有微少的源自橡胶成分、配合剂的污垢。由于模具的反复使用，该污垢逐渐累积，因此，如果直接放置污垢不管，则会对硫化后的轮胎的品质产生不良影响。因此，需要适当地对成形面进行清洗而去除污垢。作为清洗模具的方法，已知有喷丸清洗方法、等离子体清洗方法、激光清洗方法等。
3.在喷丸清洗方法中，成形面容易损伤，因此，为了防止由清洗带来的成形面的损伤，优选利用产生的等离子体使污垢发生化学反应而去除的等离子体清洗方法、或向成形面照射激光并利用该冲击波去除污垢的激光清洗方法。但是，等离子体清洗方法在单位时间能够清洗的面积小且维护作业也需要时间，因此若考虑效率性，则更优选激光清洗方法。
4.然而，当使用利用激光进行清洗后的模具进行硫化时，存在如下问题：在将硫化橡胶脱模后硫化橡胶附着残留于模具的胎面成形面，制造出的轮胎产生橡胶缺损(参照专利文献1)。针对该问题，在专利文献1中提出了以使成形面成为期望的凹凸状态的方式照射激光的方案。但是，确认是否使成形面成为在专利文献1中提出的期望的凹凸状态(相邻的2个凸部分之间的平均间隔为4.7μm以下)本身是困难的。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2016-34707号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的课题
9.本发明的目的在于，提供能够长期地避免在轮胎产生橡胶缺损的不良情况并且能够确保良好的轮胎性能的轮胎硫化用模具及使用该轮胎硫化用模具的轮胎的制造方法。
10.用于解决课题的手段
11.为了达成上述目的，本发明的轮胎硫化用模具具备胎面成形面，该胎面成形面具有槽成形部和陆部成形部，所述轮胎硫化用模具的特征在于，所述槽成形部的表面粗糙度ra小于所述陆部成形部的表面粗糙度ra，在所述槽成形部中，至少包含主槽成形部的范围的表面粗糙度ra为0.12μm以下且最小，所述陆部成形部的表面粗糙度ra为3.2μm以上。
12.本发明的轮胎的制造方法的特征在于，使用上述的轮胎硫化用模具对生胎进行硫化。
13.发明效果
14.根据本发明，通过使槽成形部的表面粗糙度ra比陆部成形部的表面粗糙度ra小，
在槽成形部中，使至少包含主槽成形部的范围的表面粗糙度ra为0.12μm以下且最小，从而在对生胎进行硫化后，容易牢固地密合的主槽成形部与硫化橡胶的脱模变得顺畅。伴随于此，能够避免如下不良情况：硫化橡胶附着残留于胎面成形面而在轮胎产生橡胶缺损。并且，通过这样减小主槽成形部的表面粗糙度ra，从而在胎面成形面的清洗时，即使照射激光，也能够抑制在该照射范围产生超微细的突起。因此，不仅在模具为新品时，而且即使在反复使用而进行清洗之后，主槽成形部与硫化橡胶的脱模也变得顺畅，能够避免在轮胎产生橡胶缺损的不良情况。
15.另外，通过使陆部成形部的表面粗糙度ra为3.2μm以上，从而能够避免制造出的轮胎的胎面陆部过度地平滑。伴随于此，轮胎的冰上行驶性能等不会降低而能够确保良好的轮胎性能。
附图说明
16.图1是以剖视例示轮胎硫化用模具的一部分的说明图。
17.图2是以平面视例示轮胎硫化用模具的说明图。
18.图3是以平面视例示图1的胎面成形面的说明图。
19.图4是以剖视例示制造出的轮胎的一部分的说明图。
20.图5是以主视例示图4的轮胎(胎面)的说明图。
21.图6是以剖视例示将模具闭模而对生胎进行着硫化的硫化装置的左半部分的说明图。
22.图7是以剖视例示将使模具开模并使硫化后的轮胎脱模了的状态的硫化装置的左半部分的说明图。
23.图8是以平面视例示模具的清洗装置的说明图。
24.图9是以侧视例示清洗扇形模具的状态的说明图。
25.图10是以主视例示清洗扇形模具的状态的说明图。
26.图11是以主视例示向由照射范围及其周边范围和罩包围的空间填充惰性气体并进行清洗的状态的说明图。
27.图12是以平面视例示图11的罩和扇形模具的说明图。
28.图13是以剖视例示利用别的清洗装置清洗扇形模具的状态的说明图。
29.图14是以平面视例示图13的罩的内部的说明图。
具体实施方式
30.基于附图所示的实施方式对本发明的硫化用模具及轮胎的制造方法进行说明。
31.图1～图3所例示的本发明的轮胎硫化用模具1(以下，称为模具1)具备具有胎面成形面3的扇形模具1a、和具有胎侧成形面6的胎侧模具1b。通过组装多个圆弧状的扇形模具1a而成为圆筒状。2个圆环状的胎侧模具1b组装于组装成圆筒状的扇形模具1a的两端。图中记载的c箭头、r箭头、w箭头的方向分别表示配置在模具1中并被硫化的生胎的周向、半径方向、宽度方向。
32.胎面成形面3具有凸状的槽成形部4、和陆部成形部5。槽成形部4具有主槽成形部4a及副槽成形部4b。在本实施方式中，槽成形部4还具有刀槽花纹成形部4c。刀槽花纹成形
部4c不是必需的。
33.主槽成形部4a、副槽成形部4b、陆部成形部5是与模具1的母材一体地铸造而成的，刀槽花纹成形部4c与模具1的母材分体地安装于胎面成形面3。模具1的母材的材质主要是铝，刀槽花纹成形部4c的材质是钢等。刀槽花纹成形部4c的厚度为0.4mm以上且1.2mm以下程度。
34.生胎tg的外表面被按压于模具1的成形面2(胎面成形面3及胎侧成形面6)。由此，生胎tg如图4、图5所例示的那样成为以成形面2的形状被转印的方式成形为预定形状的轮胎t。
35.即，利用胎面成形面3、胎侧成形面6分别对轮胎t的胎面tr、胎侧ts进行硫化成形。此外，在该图中，在胎面tr中还包括轮胎胎肩。在胎面成形面3中，利用主槽成形部4a、副槽成形部4b、刀槽花纹成形部4c分别对轮胎t的主槽tgm、副槽tgs、刀槽花纹tgp进行硫化成形，利用陆部成形部5对轮胎t的陆部th进行硫化成形。
36.主槽tgm是指具有jatma所规定的磨损指示器的显示义务的槽，一般是具有槽宽5.0mm以上且槽深6.5mm以上的槽。主槽tgm不仅在轮胎周向上延伸，而且有时会在轮胎宽度方向上延伸，有时也会在相对于轮胎宽度方向倾斜的方向上延伸。副槽tgs是槽宽比主槽tgm的槽宽小、以及/或者、槽深比主槽tgm的槽深小的槽(但是除了刀槽花纹tgp以外)。
37.在本发明中，对成形面2的表面粗糙度ra下了特别的工夫。该表面粗糙度ra是jis b0601：2001所规定的算术平均粗糙度。
38.槽成形部4的表面粗糙度ra比陆部成形部5的表面粗糙度ra小。另外，在槽成形部4中，至少包含主槽成形部4a的范围的表面粗糙度ra为0.12μm以下且最小。更优选的是，将该范围的表面粗糙度ra设为0.10μm以下。
39.在本实施方式中，副槽成形部4b及刀槽花纹成形部4c的表面粗糙度ra也为0.12μm以下，槽成形部4的全部范围的表面粗糙度ra为0.12μm以下。在槽成形部4中，也可以使除了刀槽花纹成形部4c以外的全部范围的表面粗糙度ra为0.12μm以下。或者，也可以仅使主槽成形部4a的表面粗糙度ra为0.12μm以下。
40.表面粗糙度ra为0.12μm以下是所谓的镜面精加工的水平，成为与一般的轮胎硫化用模具的成形面相比平滑性显著高的状态。为了精加工为该表面粗糙度ra，例如使用将在由特殊的高分子材料构成的芯的周围担载有磨粒而得到的媒介芯(英文：media core)喷射到对象部分而进行表面处理的公知的方法。
41.陆部成形部5的表面粗糙度ra为3.2μm以上。该表面粗糙度ra的上限例如为10μm。胎侧成形面6的表面粗糙度ra优选与陆部成形部5同样。
42.本发明不限于如该实施方式那样的所谓的组合型的模具1，对于二分割型的模具1也能够同样地进行应用。
43.为了使用该模具1来制造轮胎t，如图6所例示的那样，在设置于硫化装置17的模具1(1a、1b)中配置生胎tg。之后，将模具1闭模，在生胎tg的内侧使硫化气囊18膨胀而对生胎tg进行硫化。在该硫化工序中，生胎tg的外表面被成形面2(3、6)按压，以成形面2的形状被转印的方式被成形。在经过预定的硫化时间后，如图7所例示那样将模具1开模，使硫化气囊18收缩，使已硫化的轮胎t从模具1脱模。
44.轮胎t的外表面的表面粗糙度ra比对应的成形面2的表面粗糙度ra大(粗)，与成形
面2的表面粗糙度ra的程度大致成比例。即，成形面2的表面粗糙度ra越小，则与该成形面2对应的轮胎t的部位的表面粗糙度ra越小。因此，在胎面tr中，主槽tgm的表面粗糙度ra最小。在本实施方式中，副槽tgs及刀槽花纹tgp的表面粗糙度ra与主槽tgm同等。陆部th的表面粗糙度ra大于主槽tgm的表面粗糙度ra。在本实施方式中，胎侧ts的表面粗糙度ra与陆部th的表面粗糙度ra同等。
45.在本发明中，使容易与硫化后的橡胶牢固地密合的主槽成形部4a的表面粗糙度ra为0.12μm以下。即，由于主槽成形部4a的表面积为最小限度，因此能够使硫化橡胶(轮胎t)与模具1顺畅地脱模。伴随于此，能够避免如下不良情况：在脱模时硫化橡胶附着残留于胎面成形面3而在轮胎t产生橡胶缺损。
46.在该实施方式中，槽成形部4的全部范围的表面粗糙度ra为0.12μm以下，因此，轮胎t的脱模变得更加顺畅，更加有利于避免在轮胎t产生橡胶缺损的不良情况。为了避免该不良情况，优选使槽成形部4的更多部位的表面粗糙度ra为0.12μm以下，或者优选使表面粗糙度ra更小。
47.另一方面，由于使陆部成形部5的表面粗糙度ra为3.2μm以上，因此能够避免轮胎t的陆部th过度地平滑。伴随于此，轮胎t的冰上行驶性能等不会降低而能够确保良好的轮胎性能。在该实施方式中，胎侧ts也不会过度地平滑。当胎侧ts过度地平滑时，表面的凹凸不均等变得显著，容易对外观品质产生影响。因此，也有利于提高轮胎t的外观品质。
48.使用该模具1对多个生胎tg进行硫化而制造轮胎t。伴随于此，污垢x附着于成形面2。因此，通过使用图8所例示的清洗装置7，对成形面2(胎面成形面3)照射激光l来去除污垢x。然后，使用去除了污垢x的清洗后的模具1对生胎tg进行硫化而制造轮胎t。
49.该清洗装置7具备激光振荡器8、激光头9及供给惰性气体g的气体供给部13。激光振荡器8和激光头9通过光纤电缆8a连接。气体供给部13具有收容有惰性气体g的罐14、和经由软管与罐14连接的供给喷嘴15。此外，供给惰性气体g的机构(气体供给部13、罐14及供给喷嘴15)能够任意地设置。
50.该清洗装置7还具备安装有激光头9的臂11和控制臂11、激光头9的动作的控制部12。臂11旋转自如地安装于臂基部10，将多个臂部11a、11b旋转自如地连接而构成。在臂11的顶端部装卸自如地安装激光头9。
51.通过控制臂11的动作，能够使激光头9移动到三维的期望的位置。由于在臂11的顶端部也安装有供给喷嘴15，因此能够使供给喷嘴15的顶端始终朝向激光l的照射方向。
52.由激光振荡器8供给的激光l通过光纤电缆8a被输送到激光头9。激光l从激光头9向成为模具1的清洗对象部的胎面成形面3照射。
53.气体供给部13将收容于罐14的惰性气体g从供给喷嘴15朝向被照射激光l的胎面成形面3的照射范围或其周边供给。由此，使照射范围处于惰性气体g的环境下。
54.激光l能够使用在模具1的清洗中以往使用的激光l。照射的激光l的具体规格例如如下所述。激光l的种类没有特别指定，但优选为yb-yag激光(波长1030nm)、nd-yag激光(波长1064nm)。激光l的光源输出为1w以上且5kw以下，脉冲宽度为1ns以上且500ns以下，脉冲能量为1mj以上且0.1j以下，脉冲频率为1khz以上且100khz以下，注量为0.5j/m2以上且4.0j/m2以下，光束直径(直径)为0.1mm以上且3mm以下，脉冲重叠为0％以上且100％以下，线重叠(英文：line overlap)为0％以上且100％以下。
55.在该实施方式中，具备以针点(英文：pin point)照射激光l的激光头9，但激光头9不限于该类型。例如，也能够采用内置有电流镜而能够使激光l沿宽度方向扫描并宽幅地照射的类型的激光头9。激光头9不限于1个，也可以设为具有多个的规格。既能够设为具有多个相同类型的激光头9的规格，也能够设为组合地具有不同类型的激光头9的规格。
56.刀槽花纹成形部4c、薄壁的槽成形部4的表面及根部是在模具1的清洗时难以去除污垢x的部分。在清洗扇形模具1a时，在成为封闭空间的清洗室中进行。此外，胎侧模具1b也能够与扇形模具1a同样地照射激光l来进行清洗，但也能够利用公知的其他方法进行清洗。
57.在逐个清洗扇形模具1a的情况下，将1个扇形模具1a设置于预定位置。之后，控制臂11的动作，如图9、图10所例示的那样使激光头9沿着清洗的胎面成形面3移动。这样一边使激光头9移动一边将从激光振荡器8供给的激光l照射到胎面成形面3。
58.根据需要，从供给喷嘴15朝向被照射激光l的照射范围供给惰性气体g，使照射范围处于惰性气体g的环境下。作为惰性气体g，能够使用氮气、氩气等。从入手容易性、成本、操作性等观点出发，优选使用氮气作为惰性气体g。
59.利用所照射的激光l将附着于胎面成形面3的污垢x去除而进行清洗。一边以包罗成为清洗对象部的胎面成形面3的范围的方式使激光头9移动，一边在惰性气体g的环境下照射激光l来进行清洗。
60.本技术发明人确认到：在清洗的胎面成形面3的表面粗糙度ra如以往那样为3.2μm以上的等级的情况下，当在大气下将激光l照射到胎面成形面3来去除污垢x，并将该清洗后的胎面成形面3放大观察时，会形成有在其他清洗方法中不会产生的超微细的突起。该超微细的突起的高度为nm级(1nm以上且几百nm以下程度)。
61.另一方面，本技术发明人确认到：当在使胎面成形面3的表面粗糙度ra为0.12μm以下的状态下照射激光l来清洗胎面成形面3时，在清洗后的胎面成形面3上能够抑制上述的超微细的突起的产生。形成于照射激光l而清洗后的胎面成形面3的该超微细的突起被推定为是在硫化工序中使硫化橡胶脱模时使硫化橡胶附着残留于清洗后的胎面成形面3的一个原因。
62.因此，如果至少使主槽成形部4a的表面粗糙度ra为0.12μm以下，则即使照射激光l，也能够抑制在主槽成形部4a产生超微细的突起。伴随于此，在照射激光l来清洗胎面成形面3之后，即使使用该模具1对生胎tg进行硫化，也能够避免硫化橡胶附着残留于胎面成形面3而在轮胎t产生橡胶缺损的不良情况。
63.即，不仅在模具1为新品时，而且即使在反复使用模具1并利用激光l进行清洗之后，也能够避免硫化橡胶附着残留于胎面成形面3而在轮胎t产生橡胶缺损的不良情况。因此，能够长期地防止在轮胎t产生橡胶缺损同时制造轮胎t。
64.而且，本技术发明人还确认到：当在惰性气体g的环境下照射激光l来清洗胎面成形面3时，在清洗后的胎面成形面3上能够抑制上述的超微细的突起的产生。认为：通过在排除了空气(通常的大气成分)的环境下进行激光l的照射，能够抑制在利用激光l清洗后的胎面成形面3形成超微细的突起。因此，在对胎面成形面3照射激光l进行清洗时，更优选必须使照射范围处于惰性气体g的环境下。
65.在该清洗装置7中，一边将惰性气体g朝向激光l的照射范围或其周边范围供给一边照射激光l。由此，有利于较高地维持照射范围的惰性气体g的浓度并且抑制惰性气体g的
使用量。
66.惰性气体g在大气下容易积存于下方，因此，如图11、图12所例示的那样，也可以将覆盖照射范围及其周边范围的空间s设为填充有惰性气体g的状态来照射激光l。在该实施方式中，设置与照射范围及其周边范围一起包围空间s的罩16，成为向空间s供给并填充了惰性气体g的状态。
67.该罩16在顶面具有沿轮胎宽度方向延伸的开口部16a。激光头9一边沿着开口部16a的延伸方向移动一边照射激光l来清洗成形面2。该罩16能够相对于模具1移动，因此，通过伴随于激光头9的向轮胎周向的移动而使罩16移动，从而能够对成形面2的整体进行清洗。
68.通过设置这样的罩16，容易防止惰性气体g的扩散而将空间s的惰性气体g的浓度维持得高。但是，惰性气体g在大气下不会急剧地扩散，因此，也可以省略该罩16、单纯地向空间s供给惰性气体g而使空间s成为填充有惰性气体g的状态。
69.激光l的照射范围的惰性气体g的浓度设定适当的范围，以成为所设定的适当的浓度范围的方式控制来自气体供给部13的惰性气体g的供给量。惰性气体g的适当的浓度范围例如在使惰性气体g的浓度以多个水平而不同的环境下将激光l设为预定的照射条件来清洗胎面成形面3。对于在各个浓度水平的环境下进行清洗后的胎面成形面3，掌握在脱模时硫化橡胶附着残留的程度。并且，只要将在胎面成形面3没有附着残留硫化橡胶的情况下的惰性气体g的浓度设定为激光l的该预定的照射条件下的惰性气体g的适当的浓度范围即可。
70.此外，供给惰性气体g的主要目的在于，不使上述的超微细的突起形成于照射激光l而去除了污垢x的成形面2。因此，不需要利用从供给喷嘴15供给的惰性气体g的喷流吹掉去除了的污垢x。因此，只要以没有利用惰性气体g的喷流吹掉利用激光l的照射去除了的污垢x的方式供给惰性气体g，并使被照射激光l的照射范围处于惰性气体g的环境下就足够。
71.在图13、图14所例示的清洗装置7中，同时清洗多个扇形模具1a。即，对1个生胎tg进行硫化所需数量的扇形模具1a以使胎面成形面3处于内侧的方式配置成环状。各个扇形模具1a载置于支承台16b。各个扇形模具1a由在顶面具有开口部16a的罩16覆盖。
72.能够上下移动的臂11插通开口部16a，在配置成环状的模具1的环状中心部处上下延伸。在臂11的顶端部安装有激光头9。供给喷嘴15安装于罩16的顶面。臂11能够以其上下轴心为中心而旋转，激光头9也与臂11一起旋转。该激光头9能够向上下摆动。
73.在对各个模具1的胎面成形面3进行清洗时，一边使臂11旋转一边从激光头9照射激光l。另外，适当地进行臂11的上下移动和激光头9的上下的摆动，使激光头9移动到胎面成形面3的必要范围而进行利用激光l的清洗。
74.根据需要，从供给喷嘴15向罩16的内部供给惰性气体g，使覆盖胎面成形面3的被照射激光l的照射范围及其周边范围的空间s成为填充有惰性气体g的状态。这样一来，使激光l的照射范围在惰性气体g的环境下进行清洗。
75.在该清洗装置7中，具有能够同时清洗多个模具1的优点。也可以不是使臂11以其上下轴心为中心而旋转的构造，而是使支承台16b以臂11的上下轴心为中心而旋转的构造。另外，在该清洗装置7中，配置成环状的各个模具1防止供给到空间s的惰性气体g扩散。即，各个模具1也作为罩16发挥功能，因此即使省略罩16，也能够比较长时间地维持在空间s中
填充有惰性气体g的状态。
76.如上所述，通过在向成形面2照射激光l而进行清洗时，将照射范围必须设为惰性气体g的环境下，能够抑制在成形面2产生纳米级的超微细的突起。如果不仅这样使用惰性气体g，而且在照射激光l时还必须将包含照射范围的对象区域的每单位体积的氧量设为预先设定的基准值(0.3kg/m3左右)以下而使该对象区域成为低氧状态，则同样能够抑制纳米级的超微细的突起的产生。例如，如果将该对象区域的氧浓度在大气压下维持为5％以下，则能够设为该基准值以下的低氧状态。即，在上述的使用惰性气体g的清洗方法中，通过使照射范围在惰性气体g的环境下，从而包含照射范围的对象区域的每单位体积的氧量成为预先设定的基准值以下。
77.实施例
78.使模具的成形面的状态如表1所示那样以4种(情况1～4)而不同，对在一般的乘用车用轮胎的胎面中使用的未硫化橡胶进行硫化，测定了使硫化后的橡胶从模具的成形面剥离所需的剥离力(密合力)。将其结果示于表1。剥离力用指数表示，指数的数值越大，则意味着剥离力越大。激光照射(yb-yag激光)在大气下进行，设定为在轮胎硫化用模具的清洗中使用的一般的照射条件。
79.[表1]
[0080][0081]
根据表1的结果可知，模具的成形面的表面粗糙度ra越小，剥离力越小。另外，可知，如果该表面粗糙度ra为0.12μm，则即使对模具的成形面进行激光照射，剥离力也不会增大。
[0082]
附图标记说明
[0083]
1 轮胎硫化用模具
[0084]
1a 扇形模具
[0085]
1b 胎侧模具
[0086]
2 成形面
[0087]
3 胎面成形面
[0088]
4 槽成形部
[0089]
4a 主槽成形部
[0090]
4b 副槽成形部
[0091]
4c 刀槽花纹成形部
[0092]
5 陆部成形部
[0093]
6 胎侧成形面
[0094]
7 清洗装置
[0095]
8 激光振荡器
[0096]
8a 光纤电缆
[0097]
9 激光头
[0098]
10 臂基部
[0099]
11 臂
[0100]
11a、11b 臂部
[0101]
12 控制部
[0102]
13 气体供给部
[0103]
14 罐
[0104]
15 供给喷嘴
[0105]
16 罩
[0106]
16a 开口部
[0107]
16b 支承台
[0108]
17 硫化装置
[0109]
18 硫化气囊
[0110]
tg 生胎
[0111]
t 已硫化的轮胎
[0112]
tr 胎面
[0113]
ts 胎侧
[0114]
tgm 主槽
[0115]
tgs 副槽
[0116]
tgp 刀槽花纹
[0117]
th 陆部
[0118]
l 激光
[0119]
s 空间
[0120]
x 污垢