ゴムの表層処理方法及び装置
【課題】グリーンタイヤなどのゴムの表層を効果的に加硫する。
【解決手段】未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理方法において、前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射する。
【解決手段】未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理方法において、前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ等を構成するゴムの表層処理方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等に使用されているタイヤは、種々の原材料を混合する「混合工程」、カーカス、ビード、トレッド、ベルトなどタイヤの各パーツを作る「材料加工工程」、できあがった各パーツを一本のタイヤの形に組み上げる「成型工程」、組み上がった生タイヤ（グリーンタイヤ）を加熱・加圧しゴムの弾力性を確保する「加硫工程」、そして最終的にできあがったタイヤをチェックする「検査工程」という工程を経て製造されている。
前記加硫工程では、成形されたグリーンタイヤを加硫機に装着し、内側をブラダ等で膨張した上で、高圧・高温下で加硫処理を行う。この際、グリーンタイヤとタイヤ金型間のエアを外部に放出しないと、タイヤ表面にエアによる欠陥が生じ不良品となる。エアを外部に放出する方法としては、金型に外側へ通じるベントホールを設け、このベントホールからエアを金型外部へ放出させる方法や、分割金型などを使用し、金型間の継目からエアを外部へ放出させる方法がある。
【０００３】
ところが、前述のベントホールを用いた方法では、該ベントホールに未加硫ゴムが流れ込み、加硫後のタイヤ表面にひげ状の突起物であるベントスピューが残るといった不都合が生じていた。分割金型を用いた場合であっても、金型間の継目に未加硫ゴムが流れ込み、加硫後のタイヤ表面にバリやフラッシュが残っていた。加硫成形後のタイヤを製品タイヤとするためには、前記ベントスピューやフラッシュを除去する必要があり、生産性低下の一因となっていた。
上記欠点を改善するために、原料ゴムのカーボンブラックの充填量を増量することにより、ゴムを硬質化して、ベントホール又は金型間の継目にゴム材が侵入し難くしたり、グリーンタイヤの加硫処理の前に、タイヤ表層に予備加硫を施し、ゴム流動を抑える技術が開発されている。
【０００４】
特許文献１〜特許文献３には、タイヤ表層に予備加硫を施す技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、加硫前のグリーンタイヤの表面に電子線を照射することで、ゴム分子間の炭素と炭素との有効架橋反応を促進させ、タイヤ表層を加硫させる技術が開示されている（放射線架橋方法）。
特許文献２や特許文献３には、成形前の未加硫ゴムシートの表面に６０００℃〜５００℃の熱源から放射される赤外線を照射し、タイヤ表層を加熱して予備的に加硫を促進させることで、金型成形加硫後のタイヤに発現するバリ、フラッシュ、ベントスピューなどのゴムのはみ出しを抑制させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１４７１号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開平８−１５５９７１号公報（第２頁〜第５頁、図１）
【特許文献３】特開平８−１５６５１１号公報（第２頁〜第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された放射線架橋方法では、電子線照射に伴う電子線の漏洩を防ぐ漏洩防止装置が大がかりなものとなり、設置スペースが過大となるばかりか設備費が高騰し、製造コストが嵩む原因となっていた。
特許文献２や特許文献３に開示された赤外線照射技術に関しては、温度６０００℃〜５００℃の熱源（例えばハロゲンランプ）により赤外線を発生させ、それを照射する装置は、比較的安価に製造・設置することが可能である。しかしながら、温度６０００℃〜５００℃の熱源から照射される赤外線は、ウィーンの変位則によれば、エネルギー密度が最も高くなる波長が０．４６μｍ〜３．７５μｍとなり、この波長帯はゴムに対する吸収率が低い（反射率が高い）ため、ゴムに効率よく吸収されず、ゴム表層を確実に加熱できなかった。
【０００６】
換言すれば、ゴムに対する赤外線吸収率を示した図１のグラフからわかるように、ゴムの赤外線吸収率が高いのは、３μｍ以上、好ましくは３μｍ〜１５μｍの領域であり、このことから特許文献２や特許文献３の熱源は、赤外線エネルギーを効率的にゴム部材表面に付与できないことがわかる。
加えて、熱源温度が６００℃程度であると、赤外線のエネルギー密度が最も高くなる波長は３μｍ程度であり、ゴムに対する吸収率は比較的よくなるが、赤外線エネルギーは、プランクの公式から考えて、熱源温度が６０００℃の時の１／１００００となり、加熱のための赤外線エネルギー量が極端に小さいものとなる。
【０００７】
これらのことより、特許文献２や特許文献３の技術では、グリーンタイヤ表層の効率的な予備加硫が行えない。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、グリーンタイヤなどのゴムの表層を効果的に加硫することのできるゴムの表層処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理方法において、前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射することを特徴とする。
この技術的手段によれば、未加硫状態のゴムに照射された赤外線は、ゴムに対する高い吸収率を備えた波長帯を有しているため、当該ゴムに確実に吸収されるようになる。加えて、赤外線は収斂された上でゴムに照射されるため、そのエネルギー密度は非常に大きくなり、短時間の照射でゴム表面を確実に高温とすることができる。ゆえに、該高温状況下で未加硫であるグリーンタイヤなどのゴム表層を効果的に加硫することが可能となる。
【０００９】
なお、前記赤外線の波長は、３μｍ以上１５μｍ以下とすることが好ましい。
図１は各種ゴムにおける赤外線吸収率の特性の分布を示したものであり、横軸が波長、縦軸はゴムに対する吸収率を示している。この図からわかるように、ゴムの赤外線吸収率は、照射された赤外線の波長が３μｍ以上、詳しくは３μｍ〜１５μｍの領域において非常に高い。ゆえに、ゴムに照射される赤外線を３μｍ〜１５μｍの波長とすることで、ゴム表層は効果的に赤外線を吸収し温度が確実に上昇するようになる。
更に好ましくは、前記赤外線は、コヒーレント性を有するレーザ光とするとよい。
【００１０】
コヒーレント性を有する光とは、一つの定まった波長を持ち、光の波形の山と山、谷と谷とが一致する規則正しく連続した光のことである。自然光、例えば、太陽光や熱源から放射される赤外線はこのような性質は持っていないので、コヒーレント性を有さない光（インコヒーレントな光）と呼ばれている。
インコヒーレントな光である太陽光をレンズ等を用いて光を収斂させるとする。太陽光は、いろいろな波長を含んでいるので鋭く焦点に集めることができず、そのため太陽の表面温度の６０００℃以上にはならない。しかし、コヒーレント性を有するレーザ光は、波長・位相がよく揃い収束性もよいので、狭い面積にきわめて高密度の光エネルギーを集中でき、焦点温度を数万度まで上げることができる。
【００１１】
ゆえに、コヒーレント性の高いレーザ光が照射されたゴム表層は、高いエネルギーを付与されて、極短時間で高温状態となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理装置において、前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射し、該ゴムの表面温度を上昇させてその加硫を行わせる加硫手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
かかる表面処理装置を用いることで、未加硫であるグリーンタイヤなどのゴムの表層を効果的に加硫することのでき、該表層を予備加硫状態とすることができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、未加硫状態のゴムの表層を効果的に加硫することができる。
特に、本発明をグリーンタイヤに適用した場合、タイヤ表面の必要な部位を均一厚みの予備加硫被膜で覆うことができ、金型を用いた成形加硫後のタイヤに発現するバリ、フラッシュ、ベントスピューなどのゴムのはみ出しを抑制すると共に、該金型の汚れを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかるゴムの表層処理方法及び装置を、図を基にして説明する。
自動車等に使用されているタイヤの製造工程中、加硫工程においては、赤外線をタイヤ表面に照射し、表層を加熱して予備的に加硫を促進させることで、金型を用いた本加硫後のタイヤに発現するバリ、フラッシュ、ベントスピューなどのゴムのはみ出しを抑制させるゴムの表層処理方法が採用されることがある。
本発明は、このような予備的加硫を行う方法にかかるものであり、未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理方法において、前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射するものである。
【００１５】
以下、赤外線を照射する対象となるゴムとして、グリーンタイヤ１やその構成材の一つであるゴムシート状のトレッド部材２を例示して説明を行う。
まず、予備加硫方法を行うにあたり、グリーンタイヤ１に使用されている未加硫状態のゴムの特性を調べるようにする。
グリーンタイヤ１の一部を採取し、反射率測定装置等により赤外線の反射率を測ることでグリーンタイヤ１に対する赤外線吸収率の特性を知ることができる。しかしながら、本実施形態の場合は、図１に示すような予め既知となっている吸収率データを利用している。
【００１６】
図１は、タイヤに対する赤外線の吸収率特性を示したものであり、「Y.S.Touloukian,D.P.DeWitt, Thermophysical Properties of Matter Volume8, Thermal Radiative Properties Nonmetallic Solids, IFI/PLENUM NewYork-Washington, 1972」の図６７４を基に作成したものである。図１の横軸は赤外線の波長を示し、縦軸はゴムに対する吸収率を示している。
この図からわかるように、波長が１μｍ近傍、０．８〜２μｍでのゴムに対する赤外線吸収率は、０．１〜０．８であって、最大でも照射した赤外線の８０％しか吸収しないことになる。ところが、赤外線の波長が３〜１５μｍの範囲では、９０％以上の吸収率を持ち、最大では９８％の吸収率を備える波長もある（例えば、９μｍ）。
【００１７】
これらのことより考えて、グリーンタイヤ１表層の予備加硫に用いる赤外線の波長は、赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する３〜１５μｍの範囲の波長帯、好ましくは６〜１０μｍであるようにするとよい。ゆえに、照射赤外線としてはＣＯ2レーザ光３を用いている。ＣＯ2レーザ光３は波長が９．４μｍまたは１０．６μｍのいずれかであり、ゴムへの吸収率が非常に高いものとなっている。
加えて、当該ＣＯ2レーザ光３はコヒーレント性が極めて高いため、収斂させることで高エネルギー密度とすることが可能である。すなわち、波長がそろっていると共に収束性もよいので、狭い面積に極めて多量の光エネルギーを集中でき、焦点温度を非常に高温とすることができる。ＣＯ2レーザ光３である照射赤外線を高エネルギー密度とするために収斂させる方法としては、集光レンズ４等を用いたり、シリンドリカルレンズ５を用いてスリット状に絞ったりすればよい。
【００１８】
なお、コヒーレント性が高い点に着目した場合、１．０６μｍの波長を有するＹＡＧレーザも照射赤外線として使用することもできる。ＹＡＧレーザ光であれは非常に高エネルギー密度にすることができるため、グリーンタイヤ１（ゴム）に対する吸収率が悪いにも関われず、グリーンタイヤ１表層を加硫可能な温度（約２００℃）まで極短時間で引き上げることが可能となる。
図２には、前述のような考え方に基づき、本加硫前のグリーンタイヤ１の構成材の一つであるトレッド部材２（ゴムシート）の表面に赤外線を照射して、表面を予備的に加硫させるゴムの表層処理装置の第１実施形態が示されている。
【００１９】
本表層処理装置は、長尺で未加硫状態のトレッド部材２を載置すると共に下流側に移送可能とする移送手段６を有し、トレッド部材２はその長手方向と移送方向とが略並行となるようになっている。
加えて、前記トレッド部材２に対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該トレッド部材２の表層に照射し、該トレッド部材２の表面温度を上昇させてその加硫を行わせる加硫手段７を備えている。
【００２０】
この加硫手段７は、レーザ発振部８と、この発振部で発振されたレーザ光を伝達する導光線９と、該導光線９の先端部に取り付けられているスリット光変換部１０とを有している。
レーザ発振部８は、ＣＯ2を励起状態にしてレーザ光を発生させるＣＯ2レーザ発振機構を備えるものであって、当該レーザ発振部８で発生したレーザ光３は、その波長が９．４μｍまたは１０．６μｍである。
前記発生したレーザ光３は、光ファイバーで構成された導光線９を通じてその先端部に導かれ、先端部に連結されたスリット光変換部１０内に導入されるようになっている。導入されたレーザ光３は、スリット光変換部１０のシリンドリカルレンズ５等により、スリット状（線状）に収斂され、収斂した部分では高エネルギー密度を有するようになる。
【００２１】
当該スリット光変換部１０は、発せられるスリット状の光がトレッド部材２の幅方向を向くように設置されており、スリット状のレーザ光３はトレッド部材２より幅広となっている。ゆえに、トレッド部材２の幅方向一端側から他端側の全てにレーザ光３は照射されるようになる。その照射状態で、トレッド部材２を下流側に移送することで、トレッド部材２の表面全てを加硫状態とすることができるようになる。
前記レーザ光３が照射されたトレッド部材２の表層部すなわち照射部１１は、効率よく照射レーザ光３を吸収し、その部位の温度が上昇するようになる。それに伴い、ゴムの加硫（架橋反応）が進むようになる。加硫の進む範囲は、レーザ光３の照射パワーや収斂幅により適切な値に設定可能である。
【００２２】
照射部１１における加硫反応を効率よく促進させるためには、照射部１１の温度を所定のものとする必要がある。そのために、本表層反応装置は、レーザ光３が照射された部位から放射される赤外線（放射電磁波）をサンプリングすることで、照射部１１の温度を遠隔で且つ高レスポンスで測る放射温度計１２（測温手段）を備えている。
この放射温度計１２は、レーザ光３の有する単一の波長以外の赤外線を捕らえるものとし、照射されたレーザ光３の影響を受けないようなものとなっている。加えて、レーザ光照射時に、該レーザ光３の照射部１１からの反射光が、放射温度計１２に進入して正確な温度測定を妨げることを防ぐべく、後述するようにレーザ光３をパルス状に発光させて、非照射時に照射部１１からの赤外線をサンプリングするようにしてもよい。レーザ光３の波長帯のみをカットするバンドパスフィルタ（図示せず）を放射温度計１２の赤外線採取口の前側に設けることも好ましい。
【００２３】
このような放射温度計１２により、赤外線照射部１１の温度をほぼリアルタイムで計測することができるようになる。図２に示すように、該放射温度計１２は、スリット光変換部１０の近傍に別体として設けるようにしてもよいが、スリット光変換部１０内に内蔵し一体型としてもよい。
さらに、本表層処理装置は、トレッド部材２上のレーザ光３の照射部１１における温度制御を行う制御部１３を有している。
この制御部１３では、放射温度計１２から得られた照射部１１の温度データを基に、例えばレーザ発振のフィードバック制御やフィードフォワード制御を行うことで、照射部１１の温度を加硫を行わせるに最適な値にしたり、照射部１１の最高到達温度をコントロールするようにしている。
【００２４】
図３〜図５には、前記制御部１３で実施される温度制御の方法を示している。各図の（ａ）はレーザ出力の時間推移を示しており、（ｂ）は照射部１１の温度時間推移を示している。
図３に示す温度制御方法は、まず、照射開始と共にδ関数的に一定出力のレーザ光３を照射すると、それに連動し、ゴムの赤外線が照射された部位の温度は上昇する。もし、レーザの出力が一定であれば、時間と共に、照射部１１の温度は上昇し続け、加硫に最適な温度より高温となる可能性やゴムが炭化する危険性がある。そこで、所定時間後にレーザ出力を減少させるようにする。すると、それに伴い、照射部１１の表面温度の上昇が止まりほぼ一定の温度（最高到達温度）のままで時間的に推移するようになる。レーザ出力が減衰しほぼ０になった後は、照射部１１の温度もすみやかに低下するようになる。
【００２５】
本温度制御方法は、レーザ出力の時間的推移を図３（ａ）の如く予め設定しておくフィードフォワード制御法を採用してもよく、照射部１１の温度変化を前記放射温度計１２でセンシングし、そのデータを当該制御部１３に入力させて、照射部１１の温度が図３（ｂ）の如く変化するようにフィードバック制御してもよい。特に、前記放射温度計１２は、非接触で且つ高速に温度データをサンプリングすることができため、フィードバック制御の場合、短時間加熱に対する正確な温度制御を可能とする。ゆえに、本表面処理装置は、トレッド部材２等の対象物に対して、オーバーキュアすることなく、所望の厚みの予備加硫薄皮を形成することができるようになる。
【００２６】
図４には、前記制御部１３で実施される温度制御の他の方法を示している。この制御方法は、図４（ａ）に示すように、照射開始からパルス状にレーザ光３を照射するものである。時間が経過すると共に、パルス状のレーザ出力を減少させるようにしているため、図３に示す方法と同様に、照射部１１に加えられるトータルエネルギーは減少し、表層部の温度はほぼ一定値で推移するようになる。当然、レーザ出力が０になった後は、照射部１１の表層温度はすみやかに低下するようになる。
図５には、前記制御部１３で実施される温度制御のさらに別の方法を示している。この制御方法は、図５（ａ）に示すように、照射開始からパルス状にレーザを照射するものであり、レーザ出力は常に一定である。しかしながら、トレッド部材２表面の照射部１１の温度を一定にするために、照射時間間隔（パルス周期）を徐々に長くするようにしている。
【００２７】
このように、パルス状のレーザ出力のパルス周期を徐々に長くするようにしているため、照射部１１に加えられる単位時間あたりのエネルギーは徐々に少ないものとなって、照射部１１の温度が上がりすぎることを防ぐと共に、ほぼ一定値で時間推移するようになる。レーザ出力が０になった後は、照射部１１の表層温度は低下するようになる。
図４，図５の温度制御方法のいずれにおいても、レーザ出力の時間推移を予め決めておくフィードフォワード制御を採用してもよく、照射部１１の最高到達温度を略一定とするためにレーザ出力をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００２８】
図６には、本発明にかかる表層処理装置の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、レーザ光３照射部１１として第１実施形態のようなスリット光変換部１０を有しておらず、導光線９を通ってきたレーザ光３を一点に収斂させる集光レンズ４を備えた集光部１４を有するものとなっている。該集光部１４で収束されたレーザ光３はビーム状となり、ガルバノミラー１５（照射角変更手段）に当てられ、かかるガルバノミラー１５がその回転軸芯方向に回動することで、レーザ光３はトレッド部材２の幅方向一端部から他端部まで走査するようになり、スリット光で照射するのと同様な照射状態となる。
【００２９】
放射温度計１２は、レーザ光３の照射部１１を向くようになっており、照射部１１からの赤外線を捕らえその部分の温度上昇を行うようにしている。加えて、前記測温部をレーザ光３の走査に連動して移動させるために、当該放射温度計１２は、トレッド部材２の幅方向に首降りする機構を備えている。
なお、トレッド部材２表面上において、レーザ光３が当たる照射部１１と温度を測る測温部とを完全に一致させず、両者を若干離した位置にすることで、レーザ光３が放射温度計１２に入り込み計測誤差をもたらす可能性を少なくすることができ、第１実施形態のように、バンドパスフィルタ等を設ける必要性を減らすことができる。
【００３０】
本実施形態の他の部分は、第１実施形態と略同様であり、制御部１３において図３〜図５に示すようなレーザ光３の照射制御を行うようなものとなっている。
図７には、本発明にかかる表層処理装置の第３実施形態を示している。本実施形態は、第１実施形態と同様なスリット光変換部１０を有しており、レーザ光照射対象が、グリーンタイヤ１となっている。
グリーンタイヤ１は、ホイール状の把持部材１６により上下方向から挟み込まれ、上下軸芯回りに回転自在となっている。その上で、前記スリット光変換部１０からのスリット状のレーザ光３を上下軸芯と略並行な状態で、当該グリーンタイヤ１のトレッド部１７や両ショルダー部１８，１８、両サイド部１９，１９に照射する。トレッド部１７に対する照射であれば、スリット光変換部１０を（Ａ）の位置に配置し、サイド部１９，１９であれば、（Ｂ）の位置に配置することが好ましい。
【００３１】
この時、グリーンタイヤ１を回転させることで、タイヤ外周全面の予備加硫を行うようにすることができるようになる。
このようにすることで、グリーンタイヤ１のような３次元形状を有する対象物であっても、必要な部位を均一厚みの予備加硫薄皮で覆うことが可能となる。
図８は、本発明にかかる表層処理装置の第４実施形態を示している。本実施形態は、第２実施形態と同様なビーム状のレーザ光３を照射可能な集光部１４を有し、赤外線照射対象がグリーンタイヤ１となっている。
【００３２】
グリーンタイヤ１は、リム状の把持部材１６により上下方向から挟み込まれ、上下軸芯回りに回転自在となっている。集光部１４はロボットハンド等のビーム走査機構２０の先端部に取り付けられており、ビーム走査機構２０を操作することにより、タイヤのトレッド部１７からサイド部１９，１９までレーザスポット光を当てることができるようになっている。
グリーンタイヤ１を回転させつつ、それに同期させて、前記ロボットアームを操作し、レーザスポット光をタイヤのトレッド部１７からサイド部１９，１９まで照射することにより、グリーンタイヤ１外周全面の予備加硫を行うことが可能となる。
【実施例】
【００３３】
前述した実施形態の方法により、レーザ光を加硫工程前のゴムやグリーンタイヤに照射した実験について述べる。
使用した加硫用の金型（図示せず）には、外径約２５ｍｍの円板状にゴムが充填されるようになっており、この金型の一方側には、充填されたゴムに通じる複数のベントが設けられている。これら複数のベントの径は、０．２〜１．３ｍｍである。
かかる金型に、レーザ光を照射し表層処理を行った未加硫ゴムと、表層処理を行っていない未加硫ゴムとを充填し、同一条件で加硫処理を行った。表層処理の条件としては、使用レーザはＣＯ2レーザであって、レーザ発振出力は８Ｗであり、走査速度は２５００ｍｍ／ｓｅｃとし、照射を４０回繰り返した。
【００３４】
その結果、レーザによる前処理を行っていないゴムの場合は、全てのベントにおいてベントスピューが発生しているものの、本実施形態にかかる表層処理を行った場合は、ベントの径が０．８ｍｍ以下のものについては全くベントスピューは発生しなかった。
また、他の実験例としてはグリーンタイヤ１に表層処理を施したものがあり、使用したレーザはＣＯ2レーザであって、レーザ発振出力は２０Ｗである。レーザ光３のビーム径φ１ｍｍで、該ビームをグリーンタイヤ１幅方向に速度５００ｍｍ／ｓｅｃで走査した場合、加硫が行われた表層の厚みは１００μｍ程度となった。このような予備加硫の結果、金型に形成されている直径φ1ｍｍのベントホールに起因する、本加硫後のベントスピューの発生はほとんど見られなかった。加えて、製品タイヤのトレッドパターンのエッジ部は丸みを帯びることなく金型パターンどおりに形成されていることが確認された。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、対象物であるトレッド部材２などのゴムシートやグリーンタイヤ１に対し、レーザ光３を走査させるようにしていたが、レーザ光３を固定とした上で、対象部を移動させるようにしてもよい。対象物がシート状であれば平行移動、円形又は環状であれば回転運動させるとよい。
また、加硫を行うゴムとして、グリーンタイヤ１やその構成材の一つであるトレッド部材２を例示しているが、それらに限定されるものではなく、本発明にかかるゴムの表層処理方法や装置は、ファンベルトや動力伝達ベルトなど加硫を行う必要性のあるゴムに適用可能である。
【００３６】
また、第２実施形態におけるガルバノミラー１５の代わりに、照射角変更手段としてポリゴンミラーを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ゴムに対する赤外線吸収率の特性を示した図である。
【図２】本発明にかかるゴムの表面処理装置の第１実施形態を示した図である。
【図３】制御部における温度制御方法である。
【図４】制御部における他の温度制御方法である。
【図５】制御部における他の温度制御方法である。
【図６】本発明にかかるゴムの表面処理装置の第２実施形態を示した図である。
【図７】第１実施形態をグリーンタイヤに適用した場合を示した図である。
【図８】第２実施形態をグリーンタイヤに適用した場合を示した図である。
【符号の説明】
【００３８】
３ レーザ光
７ 加硫手段
８ レーザ発振部
９ 導光線
１０ スリット光変換部
１２ 放射温度計
１３ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ等を構成するゴムの表層処理方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等に使用されているタイヤは、種々の原材料を混合する「混合工程」、カーカス、ビード、トレッド、ベルトなどタイヤの各パーツを作る「材料加工工程」、できあがった各パーツを一本のタイヤの形に組み上げる「成型工程」、組み上がった生タイヤ（グリーンタイヤ）を加熱・加圧しゴムの弾力性を確保する「加硫工程」、そして最終的にできあがったタイヤをチェックする「検査工程」という工程を経て製造されている。
前記加硫工程では、成形されたグリーンタイヤを加硫機に装着し、内側をブラダ等で膨張した上で、高圧・高温下で加硫処理を行う。この際、グリーンタイヤとタイヤ金型間のエアを外部に放出しないと、タイヤ表面にエアによる欠陥が生じ不良品となる。エアを外部に放出する方法としては、金型に外側へ通じるベントホールを設け、このベントホールからエアを金型外部へ放出させる方法や、分割金型などを使用し、金型間の継目からエアを外部へ放出させる方法がある。
【０００３】
ところが、前述のベントホールを用いた方法では、該ベントホールに未加硫ゴムが流れ込み、加硫後のタイヤ表面にひげ状の突起物であるベントスピューが残るといった不都合が生じていた。分割金型を用いた場合であっても、金型間の継目に未加硫ゴムが流れ込み、加硫後のタイヤ表面にバリやフラッシュが残っていた。加硫成形後のタイヤを製品タイヤとするためには、前記ベントスピューやフラッシュを除去する必要があり、生産性低下の一因となっていた。
上記欠点を改善するために、原料ゴムのカーボンブラックの充填量を増量することにより、ゴムを硬質化して、ベントホール又は金型間の継目にゴム材が侵入し難くしたり、グリーンタイヤの加硫処理の前に、タイヤ表層に予備加硫を施し、ゴム流動を抑える技術が開発されている。
【０００４】
特許文献１〜特許文献３には、タイヤ表層に予備加硫を施す技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、加硫前のグリーンタイヤの表面に電子線を照射することで、ゴム分子間の炭素と炭素との有効架橋反応を促進させ、タイヤ表層を加硫させる技術が開示されている（放射線架橋方法）。
特許文献２や特許文献３には、成形前の未加硫ゴムシートの表面に６０００℃〜５００℃の熱源から放射される赤外線を照射し、タイヤ表層を加熱して予備的に加硫を促進させることで、金型成形加硫後のタイヤに発現するバリ、フラッシュ、ベントスピューなどのゴムのはみ出しを抑制させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１４７１号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開平８−１５５９７１号公報（第２頁〜第５頁、図１）
【特許文献３】特開平８−１５６５１１号公報（第２頁〜第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された放射線架橋方法では、電子線照射に伴う電子線の漏洩を防ぐ漏洩防止装置が大がかりなものとなり、設置スペースが過大となるばかりか設備費が高騰し、製造コストが嵩む原因となっていた。
特許文献２や特許文献３に開示された赤外線照射技術に関しては、温度６０００℃〜５００℃の熱源（例えばハロゲンランプ）により赤外線を発生させ、それを照射する装置は、比較的安価に製造・設置することが可能である。しかしながら、温度６０００℃〜５００℃の熱源から照射される赤外線は、ウィーンの変位則によれば、エネルギー密度が最も高くなる波長が０．４６μｍ〜３．７５μｍとなり、この波長帯はゴムに対する吸収率が低い（反射率が高い）ため、ゴムに効率よく吸収されず、ゴム表層を確実に加熱できなかった。
【０００６】
換言すれば、ゴムに対する赤外線吸収率を示した図１のグラフからわかるように、ゴムの赤外線吸収率が高いのは、３μｍ以上、好ましくは３μｍ〜１５μｍの領域であり、このことから特許文献２や特許文献３の熱源は、赤外線エネルギーを効率的にゴム部材表面に付与できないことがわかる。
加えて、熱源温度が６００℃程度であると、赤外線のエネルギー密度が最も高くなる波長は３μｍ程度であり、ゴムに対する吸収率は比較的よくなるが、赤外線エネルギーは、プランクの公式から考えて、熱源温度が６０００℃の時の１／１００００となり、加熱のための赤外線エネルギー量が極端に小さいものとなる。
【０００７】
これらのことより、特許文献２や特許文献３の技術では、グリーンタイヤ表層の効率的な予備加硫が行えない。
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、グリーンタイヤなどのゴムの表層を効果的に加硫することのできるゴムの表層処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理方法において、前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射することを特徴とする。
この技術的手段によれば、未加硫状態のゴムに照射された赤外線は、ゴムに対する高い吸収率を備えた波長帯を有しているため、当該ゴムに確実に吸収されるようになる。加えて、赤外線は収斂された上でゴムに照射されるため、そのエネルギー密度は非常に大きくなり、短時間の照射でゴム表面を確実に高温とすることができる。ゆえに、該高温状況下で未加硫であるグリーンタイヤなどのゴム表層を効果的に加硫することが可能となる。
【０００９】
なお、前記赤外線の波長は、３μｍ以上１５μｍ以下とすることが好ましい。
図１は各種ゴムにおける赤外線吸収率の特性の分布を示したものであり、横軸が波長、縦軸はゴムに対する吸収率を示している。この図からわかるように、ゴムの赤外線吸収率は、照射された赤外線の波長が３μｍ以上、詳しくは３μｍ〜１５μｍの領域において非常に高い。ゆえに、ゴムに照射される赤外線を３μｍ〜１５μｍの波長とすることで、ゴム表層は効果的に赤外線を吸収し温度が確実に上昇するようになる。
更に好ましくは、前記赤外線は、コヒーレント性を有するレーザ光とするとよい。
【００１０】
コヒーレント性を有する光とは、一つの定まった波長を持ち、光の波形の山と山、谷と谷とが一致する規則正しく連続した光のことである。自然光、例えば、太陽光や熱源から放射される赤外線はこのような性質は持っていないので、コヒーレント性を有さない光（インコヒーレントな光）と呼ばれている。
インコヒーレントな光である太陽光をレンズ等を用いて光を収斂させるとする。太陽光は、いろいろな波長を含んでいるので鋭く焦点に集めることができず、そのため太陽の表面温度の６０００℃以上にはならない。しかし、コヒーレント性を有するレーザ光は、波長・位相がよく揃い収束性もよいので、狭い面積にきわめて高密度の光エネルギーを集中でき、焦点温度を数万度まで上げることができる。
【００１１】
ゆえに、コヒーレント性の高いレーザ光が照射されたゴム表層は、高いエネルギーを付与されて、極短時間で高温状態となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理装置において、前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射し、該ゴムの表面温度を上昇させてその加硫を行わせる加硫手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
かかる表面処理装置を用いることで、未加硫であるグリーンタイヤなどのゴムの表層を効果的に加硫することのでき、該表層を予備加硫状態とすることができるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、未加硫状態のゴムの表層を効果的に加硫することができる。
特に、本発明をグリーンタイヤに適用した場合、タイヤ表面の必要な部位を均一厚みの予備加硫被膜で覆うことができ、金型を用いた成形加硫後のタイヤに発現するバリ、フラッシュ、ベントスピューなどのゴムのはみ出しを抑制すると共に、該金型の汚れを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかるゴムの表層処理方法及び装置を、図を基にして説明する。
自動車等に使用されているタイヤの製造工程中、加硫工程においては、赤外線をタイヤ表面に照射し、表層を加熱して予備的に加硫を促進させることで、金型を用いた本加硫後のタイヤに発現するバリ、フラッシュ、ベントスピューなどのゴムのはみ出しを抑制させるゴムの表層処理方法が採用されることがある。
本発明は、このような予備的加硫を行う方法にかかるものであり、未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理方法において、前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射するものである。
【００１５】
以下、赤外線を照射する対象となるゴムとして、グリーンタイヤ１やその構成材の一つであるゴムシート状のトレッド部材２を例示して説明を行う。
まず、予備加硫方法を行うにあたり、グリーンタイヤ１に使用されている未加硫状態のゴムの特性を調べるようにする。
グリーンタイヤ１の一部を採取し、反射率測定装置等により赤外線の反射率を測ることでグリーンタイヤ１に対する赤外線吸収率の特性を知ることができる。しかしながら、本実施形態の場合は、図１に示すような予め既知となっている吸収率データを利用している。
【００１６】
図１は、タイヤに対する赤外線の吸収率特性を示したものであり、「Y.S.Touloukian,D.P.DeWitt, Thermophysical Properties of Matter Volume8, Thermal Radiative Properties Nonmetallic Solids, IFI/PLENUM NewYork-Washington, 1972」の図６７４を基に作成したものである。図１の横軸は赤外線の波長を示し、縦軸はゴムに対する吸収率を示している。
この図からわかるように、波長が１μｍ近傍、０．８〜２μｍでのゴムに対する赤外線吸収率は、０．１〜０．８であって、最大でも照射した赤外線の８０％しか吸収しないことになる。ところが、赤外線の波長が３〜１５μｍの範囲では、９０％以上の吸収率を持ち、最大では９８％の吸収率を備える波長もある（例えば、９μｍ）。
【００１７】
これらのことより考えて、グリーンタイヤ１表層の予備加硫に用いる赤外線の波長は、赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する３〜１５μｍの範囲の波長帯、好ましくは６〜１０μｍであるようにするとよい。ゆえに、照射赤外線としてはＣＯ2レーザ光３を用いている。ＣＯ2レーザ光３は波長が９．４μｍまたは１０．６μｍのいずれかであり、ゴムへの吸収率が非常に高いものとなっている。
加えて、当該ＣＯ2レーザ光３はコヒーレント性が極めて高いため、収斂させることで高エネルギー密度とすることが可能である。すなわち、波長がそろっていると共に収束性もよいので、狭い面積に極めて多量の光エネルギーを集中でき、焦点温度を非常に高温とすることができる。ＣＯ2レーザ光３である照射赤外線を高エネルギー密度とするために収斂させる方法としては、集光レンズ４等を用いたり、シリンドリカルレンズ５を用いてスリット状に絞ったりすればよい。
【００１８】
なお、コヒーレント性が高い点に着目した場合、１．０６μｍの波長を有するＹＡＧレーザも照射赤外線として使用することもできる。ＹＡＧレーザ光であれは非常に高エネルギー密度にすることができるため、グリーンタイヤ１（ゴム）に対する吸収率が悪いにも関われず、グリーンタイヤ１表層を加硫可能な温度（約２００℃）まで極短時間で引き上げることが可能となる。
図２には、前述のような考え方に基づき、本加硫前のグリーンタイヤ１の構成材の一つであるトレッド部材２（ゴムシート）の表面に赤外線を照射して、表面を予備的に加硫させるゴムの表層処理装置の第１実施形態が示されている。
【００１９】
本表層処理装置は、長尺で未加硫状態のトレッド部材２を載置すると共に下流側に移送可能とする移送手段６を有し、トレッド部材２はその長手方向と移送方向とが略並行となるようになっている。
加えて、前記トレッド部材２に対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該トレッド部材２の表層に照射し、該トレッド部材２の表面温度を上昇させてその加硫を行わせる加硫手段７を備えている。
【００２０】
この加硫手段７は、レーザ発振部８と、この発振部で発振されたレーザ光を伝達する導光線９と、該導光線９の先端部に取り付けられているスリット光変換部１０とを有している。
レーザ発振部８は、ＣＯ2を励起状態にしてレーザ光を発生させるＣＯ2レーザ発振機構を備えるものであって、当該レーザ発振部８で発生したレーザ光３は、その波長が９．４μｍまたは１０．６μｍである。
前記発生したレーザ光３は、光ファイバーで構成された導光線９を通じてその先端部に導かれ、先端部に連結されたスリット光変換部１０内に導入されるようになっている。導入されたレーザ光３は、スリット光変換部１０のシリンドリカルレンズ５等により、スリット状（線状）に収斂され、収斂した部分では高エネルギー密度を有するようになる。
【００２１】
当該スリット光変換部１０は、発せられるスリット状の光がトレッド部材２の幅方向を向くように設置されており、スリット状のレーザ光３はトレッド部材２より幅広となっている。ゆえに、トレッド部材２の幅方向一端側から他端側の全てにレーザ光３は照射されるようになる。その照射状態で、トレッド部材２を下流側に移送することで、トレッド部材２の表面全てを加硫状態とすることができるようになる。
前記レーザ光３が照射されたトレッド部材２の表層部すなわち照射部１１は、効率よく照射レーザ光３を吸収し、その部位の温度が上昇するようになる。それに伴い、ゴムの加硫（架橋反応）が進むようになる。加硫の進む範囲は、レーザ光３の照射パワーや収斂幅により適切な値に設定可能である。
【００２２】
照射部１１における加硫反応を効率よく促進させるためには、照射部１１の温度を所定のものとする必要がある。そのために、本表層反応装置は、レーザ光３が照射された部位から放射される赤外線（放射電磁波）をサンプリングすることで、照射部１１の温度を遠隔で且つ高レスポンスで測る放射温度計１２（測温手段）を備えている。
この放射温度計１２は、レーザ光３の有する単一の波長以外の赤外線を捕らえるものとし、照射されたレーザ光３の影響を受けないようなものとなっている。加えて、レーザ光照射時に、該レーザ光３の照射部１１からの反射光が、放射温度計１２に進入して正確な温度測定を妨げることを防ぐべく、後述するようにレーザ光３をパルス状に発光させて、非照射時に照射部１１からの赤外線をサンプリングするようにしてもよい。レーザ光３の波長帯のみをカットするバンドパスフィルタ（図示せず）を放射温度計１２の赤外線採取口の前側に設けることも好ましい。
【００２３】
このような放射温度計１２により、赤外線照射部１１の温度をほぼリアルタイムで計測することができるようになる。図２に示すように、該放射温度計１２は、スリット光変換部１０の近傍に別体として設けるようにしてもよいが、スリット光変換部１０内に内蔵し一体型としてもよい。
さらに、本表層処理装置は、トレッド部材２上のレーザ光３の照射部１１における温度制御を行う制御部１３を有している。
この制御部１３では、放射温度計１２から得られた照射部１１の温度データを基に、例えばレーザ発振のフィードバック制御やフィードフォワード制御を行うことで、照射部１１の温度を加硫を行わせるに最適な値にしたり、照射部１１の最高到達温度をコントロールするようにしている。
【００２４】
図３〜図５には、前記制御部１３で実施される温度制御の方法を示している。各図の（ａ）はレーザ出力の時間推移を示しており、（ｂ）は照射部１１の温度時間推移を示している。
図３に示す温度制御方法は、まず、照射開始と共にδ関数的に一定出力のレーザ光３を照射すると、それに連動し、ゴムの赤外線が照射された部位の温度は上昇する。もし、レーザの出力が一定であれば、時間と共に、照射部１１の温度は上昇し続け、加硫に最適な温度より高温となる可能性やゴムが炭化する危険性がある。そこで、所定時間後にレーザ出力を減少させるようにする。すると、それに伴い、照射部１１の表面温度の上昇が止まりほぼ一定の温度（最高到達温度）のままで時間的に推移するようになる。レーザ出力が減衰しほぼ０になった後は、照射部１１の温度もすみやかに低下するようになる。
【００２５】
本温度制御方法は、レーザ出力の時間的推移を図３（ａ）の如く予め設定しておくフィードフォワード制御法を採用してもよく、照射部１１の温度変化を前記放射温度計１２でセンシングし、そのデータを当該制御部１３に入力させて、照射部１１の温度が図３（ｂ）の如く変化するようにフィードバック制御してもよい。特に、前記放射温度計１２は、非接触で且つ高速に温度データをサンプリングすることができため、フィードバック制御の場合、短時間加熱に対する正確な温度制御を可能とする。ゆえに、本表面処理装置は、トレッド部材２等の対象物に対して、オーバーキュアすることなく、所望の厚みの予備加硫薄皮を形成することができるようになる。
【００２６】
図４には、前記制御部１３で実施される温度制御の他の方法を示している。この制御方法は、図４（ａ）に示すように、照射開始からパルス状にレーザ光３を照射するものである。時間が経過すると共に、パルス状のレーザ出力を減少させるようにしているため、図３に示す方法と同様に、照射部１１に加えられるトータルエネルギーは減少し、表層部の温度はほぼ一定値で推移するようになる。当然、レーザ出力が０になった後は、照射部１１の表層温度はすみやかに低下するようになる。
図５には、前記制御部１３で実施される温度制御のさらに別の方法を示している。この制御方法は、図５（ａ）に示すように、照射開始からパルス状にレーザを照射するものであり、レーザ出力は常に一定である。しかしながら、トレッド部材２表面の照射部１１の温度を一定にするために、照射時間間隔（パルス周期）を徐々に長くするようにしている。
【００２７】
このように、パルス状のレーザ出力のパルス周期を徐々に長くするようにしているため、照射部１１に加えられる単位時間あたりのエネルギーは徐々に少ないものとなって、照射部１１の温度が上がりすぎることを防ぐと共に、ほぼ一定値で時間推移するようになる。レーザ出力が０になった後は、照射部１１の表層温度は低下するようになる。
図４，図５の温度制御方法のいずれにおいても、レーザ出力の時間推移を予め決めておくフィードフォワード制御を採用してもよく、照射部１１の最高到達温度を略一定とするためにレーザ出力をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００２８】
図６には、本発明にかかる表層処理装置の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、レーザ光３照射部１１として第１実施形態のようなスリット光変換部１０を有しておらず、導光線９を通ってきたレーザ光３を一点に収斂させる集光レンズ４を備えた集光部１４を有するものとなっている。該集光部１４で収束されたレーザ光３はビーム状となり、ガルバノミラー１５（照射角変更手段）に当てられ、かかるガルバノミラー１５がその回転軸芯方向に回動することで、レーザ光３はトレッド部材２の幅方向一端部から他端部まで走査するようになり、スリット光で照射するのと同様な照射状態となる。
【００２９】
放射温度計１２は、レーザ光３の照射部１１を向くようになっており、照射部１１からの赤外線を捕らえその部分の温度上昇を行うようにしている。加えて、前記測温部をレーザ光３の走査に連動して移動させるために、当該放射温度計１２は、トレッド部材２の幅方向に首降りする機構を備えている。
なお、トレッド部材２表面上において、レーザ光３が当たる照射部１１と温度を測る測温部とを完全に一致させず、両者を若干離した位置にすることで、レーザ光３が放射温度計１２に入り込み計測誤差をもたらす可能性を少なくすることができ、第１実施形態のように、バンドパスフィルタ等を設ける必要性を減らすことができる。
【００３０】
本実施形態の他の部分は、第１実施形態と略同様であり、制御部１３において図３〜図５に示すようなレーザ光３の照射制御を行うようなものとなっている。
図７には、本発明にかかる表層処理装置の第３実施形態を示している。本実施形態は、第１実施形態と同様なスリット光変換部１０を有しており、レーザ光照射対象が、グリーンタイヤ１となっている。
グリーンタイヤ１は、ホイール状の把持部材１６により上下方向から挟み込まれ、上下軸芯回りに回転自在となっている。その上で、前記スリット光変換部１０からのスリット状のレーザ光３を上下軸芯と略並行な状態で、当該グリーンタイヤ１のトレッド部１７や両ショルダー部１８，１８、両サイド部１９，１９に照射する。トレッド部１７に対する照射であれば、スリット光変換部１０を（Ａ）の位置に配置し、サイド部１９，１９であれば、（Ｂ）の位置に配置することが好ましい。
【００３１】
この時、グリーンタイヤ１を回転させることで、タイヤ外周全面の予備加硫を行うようにすることができるようになる。
このようにすることで、グリーンタイヤ１のような３次元形状を有する対象物であっても、必要な部位を均一厚みの予備加硫薄皮で覆うことが可能となる。
図８は、本発明にかかる表層処理装置の第４実施形態を示している。本実施形態は、第２実施形態と同様なビーム状のレーザ光３を照射可能な集光部１４を有し、赤外線照射対象がグリーンタイヤ１となっている。
【００３２】
グリーンタイヤ１は、リム状の把持部材１６により上下方向から挟み込まれ、上下軸芯回りに回転自在となっている。集光部１４はロボットハンド等のビーム走査機構２０の先端部に取り付けられており、ビーム走査機構２０を操作することにより、タイヤのトレッド部１７からサイド部１９，１９までレーザスポット光を当てることができるようになっている。
グリーンタイヤ１を回転させつつ、それに同期させて、前記ロボットアームを操作し、レーザスポット光をタイヤのトレッド部１７からサイド部１９，１９まで照射することにより、グリーンタイヤ１外周全面の予備加硫を行うことが可能となる。
【実施例】
【００３３】
前述した実施形態の方法により、レーザ光を加硫工程前のゴムやグリーンタイヤに照射した実験について述べる。
使用した加硫用の金型（図示せず）には、外径約２５ｍｍの円板状にゴムが充填されるようになっており、この金型の一方側には、充填されたゴムに通じる複数のベントが設けられている。これら複数のベントの径は、０．２〜１．３ｍｍである。
かかる金型に、レーザ光を照射し表層処理を行った未加硫ゴムと、表層処理を行っていない未加硫ゴムとを充填し、同一条件で加硫処理を行った。表層処理の条件としては、使用レーザはＣＯ2レーザであって、レーザ発振出力は８Ｗであり、走査速度は２５００ｍｍ／ｓｅｃとし、照射を４０回繰り返した。
【００３４】
その結果、レーザによる前処理を行っていないゴムの場合は、全てのベントにおいてベントスピューが発生しているものの、本実施形態にかかる表層処理を行った場合は、ベントの径が０．８ｍｍ以下のものについては全くベントスピューは発生しなかった。
また、他の実験例としてはグリーンタイヤ１に表層処理を施したものがあり、使用したレーザはＣＯ2レーザであって、レーザ発振出力は２０Ｗである。レーザ光３のビーム径φ１ｍｍで、該ビームをグリーンタイヤ１幅方向に速度５００ｍｍ／ｓｅｃで走査した場合、加硫が行われた表層の厚みは１００μｍ程度となった。このような予備加硫の結果、金型に形成されている直径φ1ｍｍのベントホールに起因する、本加硫後のベントスピューの発生はほとんど見られなかった。加えて、製品タイヤのトレッドパターンのエッジ部は丸みを帯びることなく金型パターンどおりに形成されていることが確認された。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、対象物であるトレッド部材２などのゴムシートやグリーンタイヤ１に対し、レーザ光３を走査させるようにしていたが、レーザ光３を固定とした上で、対象部を移動させるようにしてもよい。対象物がシート状であれば平行移動、円形又は環状であれば回転運動させるとよい。
また、加硫を行うゴムとして、グリーンタイヤ１やその構成材の一つであるトレッド部材２を例示しているが、それらに限定されるものではなく、本発明にかかるゴムの表層処理方法や装置は、ファンベルトや動力伝達ベルトなど加硫を行う必要性のあるゴムに適用可能である。
【００３６】
また、第２実施形態におけるガルバノミラー１５の代わりに、照射角変更手段としてポリゴンミラーを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ゴムに対する赤外線吸収率の特性を示した図である。
【図２】本発明にかかるゴムの表面処理装置の第１実施形態を示した図である。
【図３】制御部における温度制御方法である。
【図４】制御部における他の温度制御方法である。
【図５】制御部における他の温度制御方法である。
【図６】本発明にかかるゴムの表面処理装置の第２実施形態を示した図である。
【図７】第１実施形態をグリーンタイヤに適用した場合を示した図である。
【図８】第２実施形態をグリーンタイヤに適用した場合を示した図である。
【符号の説明】
【００３８】
３ レーザ光
７ 加硫手段
８ レーザ発振部
９ 導光線
１０ スリット光変換部
１２ 放射温度計
１３ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理方法において、
前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射することを特徴とするゴムの表層処理方法。
【請求項２】
前記赤外線の波長は、３μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のゴムの表層処理方法。
【請求項３】
前記赤外線は、コヒーレント性を有するレーザ光であることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴムの表層処理方法。
【請求項４】
未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理装置において、
前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射し、該ゴムの表面温度を上昇させてその加硫を行わせる加硫手段を備えることを特徴とするゴムの表面処理装置。
【請求項１】
未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理方法において、
前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射することを特徴とするゴムの表層処理方法。
【請求項２】
前記赤外線の波長は、３μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のゴムの表層処理方法。
【請求項３】
前記赤外線は、コヒーレント性を有するレーザ光であることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴムの表層処理方法。
【請求項４】
未加硫状態のゴムの表層に赤外線を照射し、該ゴムの表面温度を上昇させて表層の加硫を行うゴムの表層処理装置において、
前記未加硫状態のゴムに対する赤外線吸収率の特性を求め、該特性を基に赤外線吸収率の最大値又はその近傍に対応する赤外線の波長帯を求め、該波長帯を有する赤外線を収斂させて当該ゴムの表層に照射し、該ゴムの表面温度を上昇させてその加硫を行わせる加硫手段を備えることを特徴とするゴムの表面処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−６２２０１（Ｐ２００６−６２２０１Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４７４４１（Ｐ２００４−２４７４４１）
【出願日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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