JP2012040764A - タイヤ加硫方法及び加硫システム - Google Patents

Abstract

【課題】分散型の加硫システムを構築するにあたって、小型ボイラの能力不足を適切に補うことのできるタイヤの加硫方法を提供する。
【解決手段】昇温工程において、ボイラで生成された飽和蒸気を生タイヤＷの内部空間に供給して生タイヤを昇温するステップと、生タイヤＷの温度が加熱開始温度Ｔ１に達したならば、当該飽和蒸気を加熱することで加硫目標温度以上の温度の過熱蒸気にして内部空間に供給するステップと、を備える。加圧工程は、過熱蒸気と加圧媒体とからなる加硫媒体を内部空間に供給して、加硫に必要な温度、圧力を与える。
【選択図】図３

Description

本発明は、生タイヤを加硫する方法及びそのシステムに関する。

通常、生タイヤを加硫するには、内部に生タイヤが装填されたモールド（金型）を加熱媒体により加熱するとともに、生タイヤの内部空間に高温・高熱容量の蒸気からなる加熱媒体と、不活性ガス、窒素ガス等の不凝縮性ガスからなる加圧媒体とを供給することによって、生タイヤを外側および内側から加熱することが広く行われている（例えば、特許文献１）。なお、加熱媒体と加圧媒体を総称して、以下では加硫媒体ということがある。
一般に、図９に示されるように、複数（例えば２０〜１００台）の加硫機１０１が設置されている建屋１０４の外部にあるボイラ１０２と加硫機１０１とを配管１０３を介して接続することによって、ボイラ１０２で生成した蒸気を加硫機１０１に供給する加硫システム３００が構成されている。そしてこの場合、一台のボイラ１０２から建屋１０４内の全ての加硫機１０１に対して蒸気を供給しているのが通常である。このボイラ１０２は大型であることから加硫機１０１の近くに設置することができないため、ボイラ１０２との間の配管１０３の総延長が数１００ｍにもなる。

しかしながら、上述したような構成では、ボイラ１０２から配管１０３を介して加硫機１０１に蒸気を供給する際に、配管１０３からの放熱により蒸気の熱量の相当の部分が失われるため、大きなエネルギーロスを生じる。本発明者等の検討によると、ボイラ１０２から投入される熱量の１／３程度が放熱するという試算がある。

エネルギーロスを抑えるために、加硫機の近くに置くことのできる小型のボイラを使用することが想定される。例えば、一台の大型ボイラが蒸気を供給する加硫システムを、小型のボイラに置き換えて蒸気を供給する加硫機の台数を数台程度に抑えると、加硫機の近くにボイラを置くことができる。この場合、全ての加硫機に対応するために、複数台の小型のボイラが必要になる。ここで、大型のボイラから加硫機に蒸気を供給する加硫システムを集合型といい、また、複数台の小型のボイラから加硫機に蒸気を供給する加硫システムを分散型ということにする。

特許第３６９９２０６号公報

ところが、タイヤの加硫には１５０〜２００℃程度の温度（加硫目標温度）及び１．０〜２．０ＭＰａ程度の圧力（加硫目標圧力）が必要とされているが、小型のボイラから供給できる蒸気の温度は１００℃程度であり、かつ圧力も低い。
そこで本発明は、分散型の加硫システムを構築するにあたって、小型ボイラの能力不足を適切に補うことのできるタイヤの加硫方法を提供することを目的とする。
また、本発明はそのような加硫方法を適用した加硫システムを提供することを目的とする。

小型ボイラの能力不足を補うために、加熱媒体（蒸気）とともに加圧媒体（不凝縮ガス）を導入することによって加硫媒体の全圧を上げ、さらに加熱器を用いて加熱媒体及び加圧媒体を昇温することが考えられる。しかし、加硫媒体の全圧は上がるものの、蒸気の分圧は上がらないため、蒸気がブラダ内で凝縮して生成される凝縮水の温度が低くなり、加硫の進行を妨げるおそれがある。例えば、小型ボイラから供給される飽和蒸気が１５０℃程度（０．５ＭＰａにおける飽和蒸気温度）とすれば、凝縮水の温度は加硫の後半に必要な温度（例えば、１８０℃程度）よりも低くなる。

そこで本発明は、以下の手順でタイヤの加硫を行う。
タイヤの加硫工程は大きく、昇温工程と加圧工程に区分できる。
昇温工程は、加硫目標温度に向けて、通常は常温から生タイヤを昇温させる。この昇温工程の過程で、加硫反応は開始される。
加圧工程では、加硫目標温度に向けた昇温の過程で加圧媒体を生タイヤの内部空間に供給して、加硫に必要な温度に加えて、圧力を与える。

本発明は、昇温工程を以下の手順で行う。
ボイラで生成された飽和蒸気を加熱することで生成される過熱蒸気を生タイヤの内部空間（以下、単に内部空間ということがある）に供給して生タイヤを昇温する。この過熱蒸気の供給は、加硫の当初から行ってもよいが、当初には飽和蒸気を供給し、その後に飽和蒸気を加熱することで生成される過熱蒸気を供給するという手順を採用することもできる。
小型のボイラを使用する場合、当初に供給される飽和蒸気は、温度、圧力が、加硫目標温度、加硫目標圧力を満たさない。しかし、加硫を始める当初から加硫目標温度及び加硫目標圧力を与える必要はなく、生タイヤをある程度の温度まで昇温することができれば足りる。そこで、当初には、ボイラで生成される飽和蒸気のみを供給することで、省エネルギを図るとともに生産コストの低減を図ることができる。
飽和蒸気の供給を受けながら生タイヤは昇温し加硫は進行するが、飽和蒸気の温度が低いことに起因して凝縮水の温度も低く、加硫の進行を妨げる恐れがある。そこで、途中で飽和蒸気を加熱して温度の高い過熱蒸気とすることで、加硫の進行、換言すれば生タイヤの昇温速度が低下するのを阻止する。

前述したように、加圧工程は、過熱蒸気に加圧媒体を加えて生タイヤの内部空間に供給するが、加圧媒体を加えるタイミングは、以下のようにいくつかの選択肢がある。本発明はいずれをも包含する。
一つめは、飽和蒸気を加熱して得られる過熱蒸気を内部空間へ先行して供給するのを開始した後に、加圧媒体をこの過熱蒸気に加える、というものである。
二つめは、飽和蒸気と加圧媒体とからなる加硫媒体を内部空間へ先行して供給するのを開始した後に、この加硫媒体を加熱して加硫媒体中に含まれる飽和蒸気を過熱蒸気にする、というものである。
三つめは、飽和蒸気と加圧媒体とからなる加硫媒体の内部空間への供給を開始すると同時に、この加硫媒体を加熱して加硫媒体中に含まれる飽和蒸気を過熱蒸気にする、というものである。
いずれの場合であっても、過熱蒸気と加圧媒体とからなる加硫媒体は、昇温工程の過程で生タイヤの内部空間に供給が開始される。

タイヤの加硫は、加硫目標温度に達したならば終了するが、加硫を確実に完了させるために、加硫目標温度に達した後に、当該温度を所定時間保持することがある。この場合、タイヤが加硫目標温度を超えて必要以上の温度まで加熱されるのを防ぐ必要がある。必要以上の温度まで加熱されると、生産されたタイヤの品質に悪影響が生じる。

そこで、本発明は、加硫対象の生タイヤが加硫目標温度を基準に定められた温度に達した後に、温度制御を行うことが好ましい。温度制御は、冷却制御と加熱制御とを交互に繰り返すことで実行される。
この冷却制御には、二つの選択肢がある。
一つめの選択肢は、供給されている加硫媒体に含まれる過熱蒸気を飽和蒸気に切り替えることである。この場合、供給される加硫媒体は、飽和蒸気と加圧媒体とからなり、温度が低くなる。
二つめの選択肢は、供給されている加硫媒体に含まれる加圧媒体の比率を高くすることである。この場合、加硫媒体の熱伝達率が低くなり、タイヤの昇温が抑制される。

一方、冷却制御のみでは温度が低くなりすぎるおそれがある。したがって、冷却制御を行う場合には、加熱制御を伴うことが必要である。加熱制御は、冷却制御における二つの選択肢を行う前の状態に加硫媒体を戻すことを要旨とする。つまり、一つめの選択肢に対応し、供給されている加硫媒体に含まれる飽和蒸気を過熱蒸気に切り替えることである。また、二つめの選択肢に対応し、供給されている加硫媒体に含まれる加圧媒体の比率を低くすることもできる。

生タイヤを加硫成形するときには、モールドにも蒸気を供給し生タイヤを外側から加熱する。しかし、モールドに供給される蒸気は加圧を目的としておらず圧力が低くても構わないので、加圧媒体を含む加硫媒体とする必要がない。そこで、モールドに供給される分については、飽和蒸気又は過熱蒸気を単独でモールドに供給することが好ましい。そうすることで、加圧媒体の使用量を低減することができる。

本発明のタイヤ加硫方法は、一台のボイラで生成される飽和蒸気を複数の加硫機の各々に並行して供給するタイヤ加硫システムに適用できる。
このシステムは、複数の加硫機の各々のモールドに保持される生タイヤの内部空間に向けて、飽和蒸気を供給する第１供給路と、第１供給路から分岐され、生タイヤを外側から加熱するためにモールドに向けて飽和蒸気を供給する第２供給路とを備える。
またこのシステムは、第１供給路に設けられ、ボイラで生成される飽和蒸気を加熱して過熱蒸気とする第１加熱器と、第１供給路に加圧媒体を供給する加圧媒体供給路と、タイヤ加硫システムの動作を制御する制御部と、をさらに備える。
この制御部は、加硫目標温度に向けて生タイヤを昇温させる昇温工程と、加硫目標温度に向けた昇温の過程で加圧媒体を生タイヤの内部空間に供給して、加硫に必要な温度及び圧力を与える加圧工程と、をタイヤ加硫システムに実行させる。
制御部は、昇温工程において、ボイラで生成された飽和蒸気を加熱することで生成される過熱蒸気を、第１供給路を介して内部空間に供給して生タイヤを昇温するように制御する。制御部は、好ましくは、ボイラで生成された飽和蒸気を生タイヤの内部空間に供給し、次いで、飽和蒸気を加熱することで生成される過熱蒸気を内部空間に供給して生タイヤを昇温するように制御する。
制御部はまた、加圧工程において、加圧媒体供給路から第１供給路に加圧媒体を導入して、過熱蒸気と加圧媒体とからなる加硫媒体を内部空間に供給して、加硫に必要な温度、圧力を与える。

制御部は、加硫対象の生タイヤが加硫目標温度を基準に定められた温度に達したならば、冷却制御と加熱制御とを交互に行う温度制御を行うことができる。
この冷却制御は、第１加熱器の動作を停止することで、供給されている加硫媒体に含まれる過熱蒸気を飽和蒸気に切り替える第１冷却制御、及び、加圧媒体供給路から導入する加圧媒体の量を増やすことで、供給されている加硫媒体に含まれる加圧媒体の比率を高くする第２冷却制御の一方又は双方を行うことができる。
また、加熱制御は、第１冷却制御に対応し、第１加熱器を動作させることで、供給されている加硫媒体に含まれる飽和蒸気を過熱蒸気に切り替える第１加熱制御、及び、第２冷却制御に対応し、加圧媒体供給路から導入する加圧媒体の量を減らすことで、供給されている加硫媒体に含まれる加圧媒体の比率を低くする第２加熱制御の一方又は双方を行うことができる。

飽和蒸気又は過熱蒸気を単独でモールドに供給するための構成として、本発明の加硫システムは、ボイラを上流側とすると、第１加熱器よりも上流側の第１供給路に第２加熱器を設けることとし、第２供給路は、第１加熱器と第２加熱器の間であって、加圧媒体供給路よりも上流側の第１供給路から分岐する。

本発明のタイヤの加硫方法によれば、昇温過程において、温度の低い飽和蒸気に起因して凝縮水の温度が低くなり、加硫の進行を妨げる恐れがある場合に、飽和蒸気を加熱して過熱蒸気とすることで小型ボイラの能力不足を補い、加硫を順調に進行させることかできる。

第１実施形態における加硫システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態における加硫システムの制御手順の一例を示すフローチャートである。 図２に示す制御手順によるタイヤの温度挙動イメージを示す図である。 第１実施形態における加硫システムの制御手順の他の例を示すフローチャートである。 図４に示す制御手順によるタイヤの温度挙動イメージを示す図である。 第１実施形態において、複数台の加硫機に一台のボイラから蒸気を供給する加硫システムの構成を示すブロック図である。 第２実施形態における加硫システムの構成を示すブロック図である。 第２実施形態において、複数台の加硫機に一台のボイラから蒸気を供給する加硫システムの構成を示すブロック図である。 従来の集合型の加硫システムの一例を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。なお、本実施の形態の要旨を明らかにするために、第１実施形態として、一台の加硫機１０と一台のボイラ３０からなるタイヤ加硫システム１００について説明するが、分散型の加硫システムを想定する複数の加硫機に一台のボイラが繋がるシステムにできることは言うまでもない。
本実施の形態に係るタイヤ加硫システム１００は、図１に示すように、加硫機１０と、飽和蒸気を生成するボイラ３０と、ボイラ３０で生成された飽和蒸気を加硫機１０のブラダＢに向けて流す第１供給路４０と、第１供給路４０から分岐してボイラ３０で生成された飽和蒸気を加硫機１０のモールド２０のボトムプラテン２４とボルスタープラテン２５に向けて流す第２供給路４１と、第１供給路４０に繋がるガス供給路５０と、第１供給路４０を流れる流体の温度を上昇させる第１加熱器６０と、を備えている。
タイヤ加硫システム１００は制御部７０を備え、制御部７０からの指示により、ボイラ３０から加硫機１０に向けて供給される蒸気（飽和蒸気）の量、ガス供給路５０から加硫機１０に向けて供給される窒素ガスの量、及び第１加熱器６０の出力が制御される。
なお、以下では加圧媒体の例として窒素ガスを示すが、不凝縮性のその他のガス（不活性ガス、空気等）を用いることができることは言うまでもない。

＜加硫機１０＞
加硫機１０は、ベース１１と、ベース１１と間隔を空けて対向配置されるボルスタープレート１２とを備えており、ボルスタープレート１２はベース１１上に建てられたコラム１３により支持されている。
ベース１１とボルスタープレート１２の間には、生タイヤＷが充填されるキャビティＣを形成するモールド２０が配置される。モールド２０は、下金型２１と、下金型２１の上方に配置される上金型２２と、下金型２１と上金型２２の間に配置され生タイヤＷの接地面を成形するトレッド型２３を備える。トレッド型２３は、円周方向に分割された複数のセグメントから構成される。下金型２１、上金型２２及びトレッド型２３が組み合わされて、キャビティＣが構成される。モールド２０はさらに、ボトムプラテン２４とボルスタープラテン２５を備える。ボトムプラテン２４は下金型２１の下面に接し固定されており、ボルスタープラテン２５は上金型２２の上面に接し固定されている。

ボトムプラテン２４は、ボトムインシュレータ１４を介して油圧シリンダ１５により昇降可能なボトムプレート１８に支持されている。また、ボルスタープラテン２５は、ボルスターインシュレータ１６を介してボルスタープレート１２に固定されている。加圧保持機構１５及び中心機構１７を動作させて下金型２１と上金型２２の間を開放している状態で、加硫される生タイヤＷをキャビティＣに充填する。キャビティＣ内には生タイヤＷを内側から加硫するための加硫媒体が導入されるブラダＢが配置される。

ブラダＢ内には、詳細は省略するが、中心機構１７を通って加硫媒体（蒸気、窒素ガス）が供給される。加硫機１０の中心機構１７には、第１供給路４０から加硫媒体が供給される。なお、加硫の当初には蒸気のみを供給することがあるが、この蒸気のみも加硫媒体を構成する。
モールド２０内にも加硫媒体が供給される。モールド２０内の経路は、ボルスタープラテン２５、ボトムプラテン２４、トレッド型２３の順に加硫媒体が流れるように形成されている。ボルスタープラテン２５には、後述する第２供給路４１から加硫媒体が供給される。
ブラダＢ、モールド２０に供給された加硫媒体の中の蒸気は凝縮水となって、加硫機１０から排出配管４５に排出される。
モールド２０内には、加硫過程の生タイヤＷの温度を測定する温度センサ２６が設けられている。温度センサ２６で測定された温度Ｔは制御部７０に送られる。なお、温度センサ２６を用いる生タイヤＷの温度測定は、生タイヤＷの温度を直接測定する場合に限らず、間接的に測定する場合を含む。ここで必要なのは生タイヤＷの絶対的に正確な温度ではないからである。

＜ボイラ３０＞
ボイラ３０は、能力の小さい小型のものを用いるものとする。加硫機１０の近くにボイラ３０を置くためである。分散型の加硫システムに適用する場合には、対応する加硫機１０の台数に応じて具体的な能力を設定すればよい。この小型のボイラ３０により生成される蒸気（飽和蒸気）は、加硫目標温度、加硫目標圧力を満たさない。したがって、タイヤ加硫システム１００は、温度、圧力を補うための要素を備えている。
ボイラ３０には、水配管４３を介して、図示しない供給源から水が供給される。

＜第１供給路４０，第２供給路４１＞
図１に示すように、加硫機１０とボイラ３０は第１供給路４０で繋がれており、ボイラ３０で生成された蒸気は第１供給路４０を通って加硫機１０のブラダＢ内に供給される。第１供給路４０には弁４２が設けられ、蒸気、または、蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体を加硫機１０に供給する量を調整することができる。また、第１供給路４０には圧力センサ４４が設けられ、第１供給路４０を介して加硫過程における生タイヤＷ内部の圧力を測定する。測定された圧力は、タイヤ内情報Ｐとして制御部７０に送られる。圧力センサ４４の代わりに温度センサを設け、測定された温度をタイヤ内情報Ｐとすることができる。

第１供給路４０にはガス供給路５０が繋がれており、図示しない供給源から供給される窒素ガスはガス供給路５０を通って第１供給路４０に流入する。ガス供給路５０には、窒素ガスが第１供給路４０に流入する量を調整するガス流量調整弁５１が設けられている。ガス流量調整弁５１を閉じると、窒素ガスが第１供給路４０に流入するのを阻止される。窒素ガスの流量は、制御部７０からの指示に基づくガス流量調整弁５１の開度により制御される。
ボイラ３０を第１供給路４０の最上流にあるものとすると、ガス供給路５０の接続位置よりも下流の第１供給路４０に第１加熱器６０が設けられている。第１加熱器６０は、制御部７０の指示に基づいて、第１供給路４０を流れる蒸気、または、蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体を昇温する。第１加熱器６０は、電気ヒータ、火炎バーナ等の各種の昇温手段を用いることができる。
第２供給路４１は、第１加熱器６０よりも下流において第１供給路４０より分岐する。第２供給路４１は、加硫機１０のモールド２０に加硫媒体を供給する。第２供給路４１には弁４６が設けられ、蒸気、または、蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体を加硫機１０に供給する量を調整することができる。

＜制御部７０＞
制御部７０は、タイヤ温度Ｔに基づいて、ボイラ３０から加硫機１０に向けて供給される蒸気（飽和蒸気）の流量を調整するように、ボイラ３０に対して蒸気の生成量を指示する。つまり、温度Ｔが低ければ蒸気の流量を多くして生タイヤＷを昇温し、温度Ｔが高ければ蒸気の流量を少なくして生タイヤＷを降温することで、加硫温度を最適化して製造されるタイヤの品質向上を図るとともに、生産性の向上を図る。

また、制御部７０は、タイヤ温度Ｔに基づいて、ガス供給路５０から加硫機１０に向けて供給される窒素ガスの流量を調整するように、ガス流量調整弁５１に対してその開度を指示する。つまり、温度Ｔが低ければ窒素ガスの流量を少なくして生タイヤＷを昇温し、温度Ｔが高ければ窒素ガスの流量を多くして生タイヤＷを降温することで、加硫温度を最適化して製造されるタイヤの品質向上を図るとともに、生産性の向上を図る。

制御部７０は、タイヤ内情報Ｐに基づいて、ガス供給路５０から加硫機１０に向けて供給される窒素ガスの流量を調整するように、ガス流量調整弁５１に対してその開度を指示する。なお、本実施形態では圧力、温度の制御については特徴部分でないため、具体的な記載は省略する。

＜タイヤ加硫システム１００の運転＞
さて、タイヤ加硫システム１００で生タイヤＷの加硫を行う際の制御要旨を加硫の進行に応じて示すと以下のとおりである。
（ａ）加硫初期
加硫の初期は、生タイヤＷの昇温を目的として、ボイラ３０で生成された飽和蒸気のみをそのまま供給する。したがって、ガス供給路５０のガス流量調整弁５１は閉じられている。なお、加硫開始前の生タイヤＷの温度は、常温（Ｔ０とする）である。

（ｂ）タイヤ温度Ｔが飽和蒸気温度（例えば、１５０℃）以上となった場合
加硫目標温度まで生タイヤＷを昇温することを目的として、ボイラ３０で生成された飽和蒸気を第１加熱器６０で昇温して過熱蒸気とする。加硫機１０に供給される蒸気が、例えば、２００℃以上まで昇温されると、ブラダＢ内で生ずる凝縮水の温度を高温に保つことができるので、凝縮水による生タイヤＷの温度低下を防止することができる。

（ｃ）窒素ガス導入
加硫目標温度まで昇温するのに加えて、生タイヤＷ内の圧力を上昇させることを目的として、さらにガス供給路５０を介して第１供給路４０に導入する。
なお、上記（ｂ）より先行して、ガス供給路５０を介して第１供給路４０に導入（制御（ｃ））した後に、第１加熱器６０を動作させることもできる。さらに、（ｂ）の制御と（ｃ）の制御を同時に開始することもできる。

（ｄ）タイヤ温度Ｔが加硫目標温度（例えば、１８０℃）以上となった場合
生タイヤＷの内圧を維持しながら、高くなりすぎた生タイヤＷの温度を下げることを目的として、冷却制御が行われる。冷却制御は、飽和蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体を加硫機１０に供給する。より具体的には、第１加熱器６０の出力を停止して過熱蒸気を飽和蒸気に切り替えて導入することにより、加硫機１０の内部に低温（例えば、１５０℃）の凝縮水を敢えて発生させ、生タイヤＷを冷却する。または、窒素ガスの混合割合を増加させて、加硫機１０に供給される加硫媒体の伝熱性を低下させることで生タイヤＷを冷却することもできる。
ただし、冷却制御のみでは、タイヤ温度Ｔが加硫目標温度よりも低くなりすぎるため、そのような場合には、過熱蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体を加硫機１０に供給して凝縮水の温度を高温に保ちながら生タイヤＷを昇温する加熱制御を行う。
つまりここでは、冷却制御と加熱制御と必要に応じて選択的に実行し、加硫条件（タイヤ温度及び内圧）を適正に制御する。

次に、図２及び図３を参照しながら、タイヤ加硫システム１００の具体的な制御手順の例を示す。なお、以下のように温度（℃）及び圧力（ＭＰａ）に関する記号を定義する。
［温度の定義］
タイヤ温度：Ｔ
加硫開始前のタイヤ初期温度：Ｔ０（例えば、２５℃）
タイヤ加硫反応（発熱）開始温度：Ｔｆ（例えば、１２０℃）
加熱開始温度：Ｔ１（Ｔｆ＜Ｔ１＜Ｔｓ）
飽和蒸気温度：Ｔｓ（＞Ｔｆ）（ボイラ性能に依存，例えば１５０℃）
ガス導入開始温度：Ｔ２（Ｔｓ＜Ｔ２＜Ｔｖ）
過熱蒸気温度：Ｔｈ（＞Ｔｖ，例えば２５０℃）
加硫目標温度：Ｔｖ（＞Ｔｓ，例えば１８０℃）
以上より、Ｔ０＜Ｔｆ＜Ｔ１＜Ｔｓ＜Ｔ２＜Ｔｖ＜Ｔｈが成り立つ。

［圧力の定義］
タイヤ（ブラダ）内部圧力（全圧）：Ｐ
大気圧：Ｐａ（０．１ＭＰａ）
飽和蒸気圧力：Ｐｓ（＞Ｐａ）（ボイラ性能に依存，例えば０．５ＭＰａ）
加硫目標圧力：Ｐｖ（＞Ｐｓ，例えば２．０ＭＰａ）
以上より、Ｐａ＜Ｐｓ＜Ｐｖが成り立つ。

加硫を開始した当初は、ボイラ３０のみを運転することで、第１供給路４０及び第２供給路４１を介して飽和蒸気を加硫機１０に供給する（図２ Ｓ１０１）。生タイヤＷは、飽和蒸気の導入により加硫反応開始温度Ｔｆに向けて昇温される。
加硫は発熱反応であるから、加硫反応開始温度Ｔｆに達して加硫が始まると、生タイヤＷの昇温速度はそれまでよりも増加する。しかし、生タイヤＷの温度が飽和蒸気温度Ｔｓに近づくにつれて、生タイヤＷの昇温速度は低下する。このタイヤ内圧力は、飽和蒸気圧力Ｐｓまで上がっている。

制御部７０は、温度センサ２６から送られてくる情報に基づいて、生タイヤＷの温度Ｔが加熱開始温度Ｔ１に達するか否かを判断している（図２ Ｓ１０３）。
そして、生タイヤＷが加熱開始温度Ｔ１に達すると（図２ Ｓ１０３のＹ）、制御部７０から指示を受けた第１加熱器６０が運転を開始する（図２ Ｓ１０５）。そうすると、加硫機１０には、飽和蒸気に代えて、温度Ｔｈの過熱蒸気が供給される。したがって、生タイヤＷの昇温速度は増加に転ずる。また、過熱蒸気の導入により、凝縮水を高温に保つことができる。また、過熱蒸気の温度Ｔｈは、加硫目標温度Ｔｖを超えることが好ましいが、タイヤの品質に悪影響を与える温度になるほどに高い温度にしないことは言うまでもない。
生タイヤＷが加熱開始温度Ｔ１に達していなければ（図２ Ｓ１０３のＮ）、制御部７０は、飽和蒸気を加硫機１０に供給する指示を継続する。
加熱開始温度Ｔ１は、タイヤ加硫反応（発熱）開始温度Ｔｆと飽和蒸気温度Ｔｓの間の温度から選択されるが、概念的には、タイヤ温度が飽和蒸気温度Ｔｓに近づき、タイヤ昇温速度が低下し始めたときから加熱が開始されるのが好ましい。

第１加熱器６０の運転を開始した後に、制御部７０は、生タイヤＷの温度Ｔがガス導入開始温度Ｔ２に達するか否かを判断している（図２ Ｓ１０７）。
そして、生タイヤＷがガス導入開始温度Ｔ２に達すると（図２ Ｓ１０７のＹ）、制御部７０から指示を受けたガス流量調整弁５１を所定の開度まで開き、窒素ガスが第１供給路４０に導入される（図２ Ｓ１０９）。そうすると、加硫機１０には、過熱蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体が供給され、タイヤ内圧力がタイヤ加硫目標圧力Ｐｖに達する。ただし、窒素ガスを導入したことにより、生タイヤＷの昇温速度は低下する。
生タイヤＷがガス導入開始温度Ｔ２に達していなければ（図２ Ｓ１０７のＮ）、制御部７０は、過熱蒸気のみを加硫機１０に供給する指示を継続する。
ガス導入開始温度Ｔ２は、飽和蒸気温度Ｔｓと過熱蒸気温度Ｔｈの間の温度から選択される。

窒素ガスの導入を開始した後に、制御部７０は、生タイヤＷの温度Ｔが加硫目標温度Ｔｖに達するか否かを判断している（図２ Ｓ１１１）。
そして、生タイヤＷが加硫目標温度Ｔｖに達すると（図２ Ｓ１１１のＹ）、制御部７０は、冷却制御を実施する（図２ Ｓ１１３）。冷却制御は、制御部７０から指示を受けた第１加熱器６０が運転を停止することで、それまでの過熱蒸気に代えて、飽和蒸気を窒素ガスとともに加硫機１０に供給する。または、過熱蒸気はそのままとするが、窒素ガスの混合割合を増加させる。この場合、制御部７０は開度を大きくするようガス流量調整弁５１に指示する。もちろん、過熱蒸気に代えて、飽和蒸気を窒素ガスとともに加硫機１０に供給するとともに、窒素ガスの混合割合を増加させてもよい。
生タイヤＷが加硫目標温度Ｔｖに達するまでは（図２ Ｓ１１１のＮ）、制御部７０は、過熱蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体の導入を継続させる。
なお、ここでは生タイヤＷが加硫目標温度Ｔｖに達すると冷却制御をすることとしているが、加硫目標温度Ｔｖを超えた所定の温度Ｔｖ’に達すること、あるいは加硫目標温度Ｔｖ未満の所定の温度Ｔｖ”に達することを、冷却制御を開始する条件とすることもできる。温度Ｔｖ’及びＴｖ”は、本発明における加硫目標温度を基準に定められた温度である。

冷却制御を行うと生タイヤＷ内の温度は低下するが、制御部７０はその温度が加熱制御開始温度Ｔ３に達するか否かを判断している（図２ Ｓ１１５）。
そして、生タイヤＷが加熱制御開始温度Ｔ３に達すると（図２ Ｓ１１５のＹ）、制御部７０は、加熱制御を実施する（図２ Ｓ１１７）。加熱制御開始温度Ｔ３は、加硫目標温度Ｔｖを基準にして適宜定められるべきであるが、例えば、加硫目標温度Ｔｖ（℃）−５℃、好ましくはＴｖ（℃）−２℃にすることができる。
加熱制御は、冷却制御の内容に応じて選択される。つまり、冷却制御が過熱蒸気に代えて飽和蒸気を窒素ガスとともに加硫機１０に供給するものであれば、飽和蒸気に代えて過熱蒸気を窒素ガスとともに加硫機１０に供給する。この場合、制御部７０は、第１加熱器６０に運転の再開を指示する。冷却制御が窒素ガスの混合割合を増加させる（過熱蒸気は従前のまま）ものであれば、窒素ガスの混合割合を増加前の値に戻す。この場合、制御部７０は、開度を元に戻すようにガス流量調整弁５１に指示する。

制御部７０は、以上の制御を行いながら、加硫が必要な時間Ｈだけ生タイヤＷを加熱及び加圧したか否かを判断している（図２ Ｓ１１９）。この時間は、生タイヤＷが加硫目標温度Ｔｖに達してからの経過時間で判断される。
制御部７０は、時間Ｈだけ生タイヤＷを加硫目標温度で加熱し加硫目標圧力で加圧したものと判断すると（図２ Ｓ１１９のＹ）、ボイラ３０、第１加熱器６０の運転を停止するとともに、ガス流量調整弁５１を閉じるよう、指示する。これで、生タイヤＷの加硫は完了する。
時間Ｈだけ生タイヤＷの加熱及び加圧をしていなければ、制御部７０は、冷却制御及び加熱制御を繰り返すことで、生タイヤＷの温度を加硫目標温度Ｔｖに維持するように制御される。

本実施の形態では、前述したように、第１加熱器６０の運転（制御（ｂ））と窒素ガスの導入（制御（ｃ））の順番を入れ替えることができる。この場合の制御手順を、図４及び図５を参照して説明する。ただし、図２及び図３と同じ部分については、説明を省略する。

制御部７０は、温度センサ７１から送られてくる情報に基づいて、生タイヤＷの温度Ｔがガス導入開始温度Ｔ２に達するか否かを判断している（図４ Ｓ１２３）。
そして、生タイヤＷがガス導入開始温度Ｔ２に達すると（図４ Ｓ１２３のＹ）、制御部７０から指示を受けたガス流量調整弁５１を所定の開度まで開き、窒素ガスが第１供給路４０に導入される（図４ Ｓ１２５）。そうすると、加硫機１０には、飽和蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体が供給され、タイヤ内圧力がタイヤ加硫目標圧力Ｐｖに達する。ただし、窒素ガスを導入したことにより、生タイヤＷの昇温速度は低下する。

制御部７０は、窒素ガスを導入した後に、温度センサ７１から送られてくる情報に基づいて、生タイヤＷの温度Ｔが加熱開始温度Ｔ１に達するか否かを判断している（図４ Ｓ１２７）。
そして、生タイヤＷが加熱開始温度Ｔ１に達すると（図４ Ｓ１２７のＹ）、制御部７０から指示を受けた第１加熱器６０が運転を開始する（図４ Ｓ１２９）。そうすると、加硫機１０には、飽和蒸気に代えて、温度Ｔｈの過熱蒸気が供給される。したがって、加硫機１０には、過熱蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体が供給され、生タイヤＷの昇温速度は増加に転ずる。また、過熱蒸気の導入により、凝縮水を高温に保つことができる。
生タイヤＷが加熱開始温度Ｔ１に達していなければ（図２ Ｓ１２７のＮ）、制御部７０は、飽和蒸気と窒素ガスとの加硫媒体を加硫機１０に供給する指示を継続する。

タイヤ加硫システム１００は、分散型の加硫システムへ適用できることは前述の通りであるが、その場合の構成について言及する。
このタイヤ加硫システム１１０は、図６に示すように、一台のボイラ３０により、複数台の加硫機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、…１０ｎ（ｎは例えば６〜１０）で生タイヤＷの加硫を行うことができる。
一端がボイラ３０に繋がる第１供給路４０は、他端が加硫機１０ａ…の台数に応じて分岐第１供給路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…４０ｎに分岐されており、分岐第１供給路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…４０ｎは対応する各加硫機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、…１０ｎに繋がれている。
分岐第１供給路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…４０ｎには、各々、弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、…４２ｎが設けられ、蒸気、または、蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体を加硫機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、…１０ｎに供給する量を調整することができる。
分岐第１供給路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…４０ｎには、各々、ガス供給路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、…５０ｎが、また、第１加熱器６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、…６０ｎが設けられている。ガス供給路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、…５０ｎには、窒素ガスが分岐第１供給路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…４０ｎに流入する量を調整するガス流量調整弁５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、…５１ｎが設けられている。
分岐第１供給路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…４０ｎから各々分岐した第２供給路４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…４１ｎは、加硫機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、…１０ｎの各モールドに繋がれており、蒸気、または、蒸気と窒素ガスとからなる加硫媒体を供給する。

タイヤ加硫システム１１０は、制御部７０によるボイラ３０も、ガス供給路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、…５０ｎからの窒素ガスの導入、第１加熱器６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、…６０ｎの運転は、タイヤ加硫システム１００と同様に行われる。ただし、制御部７０は、加硫機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、…１０ｎごとに独立して、これらの運転を制御する。

タイヤ加硫システム１１０のように、例えば６〜１０台の加硫機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、…１０ｎを一つのグループとし、このグループを工場建屋内に複数設置することで、分散型のタイヤ加硫システムを構築することができる。この場合、グループごとに蒸気を供給するボイラ３０が割り当てられる。したがって、ボイラ３０と加硫機１０ａ…１０ｎの間の配管長を短くできるので、配管放熱を低減できる。また、タイヤ加硫システム１１０は、各加硫機１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、…１０ｎに、ガス供給路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、…５０ｎ及び第１加熱器６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、…６０ｎが設けられているので、加硫機毎に最適な加硫条件を設定できるとともに、例えば運転しない加硫機に対して出力を停止することで省エネ運転が可能である。

＜第２実施形態＞
本発明による第２実施形態を図７に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同じ構成要素については、図１と同じ符号を付して説明を省略する。
第２実施形態による加硫システム２００は、ガス供給路５０よりも上流の第１供給路４０に第２加熱器６１が設けられている。また、加硫システム２００は、ガス供給路５０よりも上流でかつ第２加熱器６１よりも下流の第１供給路４０から分岐する第２供給路４１が設けられている。一端が第１供給路４０に繋がる第２供給路４１は、他端が加硫機１０のモールド２０（プラテン、ジャケット）に繋がれている。
ボイラ３０で生成された蒸気（飽和蒸気）は、第２加熱器６１で昇温され、その一部は第２供給路４１を通ってモールド２０のボトムプラテン２４とボルスタープラテン２５に供給され、生タイヤＷを外側から加熱する。

集合型の加硫システムの場合、大型ボイラで得られる高温・高圧（例えば、１９８℃、１．５ＭＰａ）の蒸気をそのまま生タイヤＷを外側から加熱する媒体として使用しているが、この媒体には圧力は必要ない。したがって、分散型の加硫システムを想定した小型ボイラからの蒸気を生タイヤＷの外側から加熱する媒体に用いる場合、加圧媒体を加えて昇圧する必要がない。そこで、ガス供給路５０よりも上流に第２加熱器６１を設け、第２供給路４１を介して昇温だけされた蒸気をモールド２０のボトムプラテン２４とボルスタープラテン２５に供給する。

第２実施形態による加硫システム２００は、第１加熱器６０及び第２加熱器６１という２つの加熱器を備えることで以下の効果を奏する。
第１加熱器６０及び第２加熱器６１の各々の出力を制御することで、生タイヤＷを内部からだけではなく外部から温度を調節することができる。したがって、最適な条件で生タイヤＷを加硫することで、品質の安定化に寄与できる。
また、加硫の後半にタイヤ温度が１５０℃以上になったときには、第２加熱器６１の出力を上げて蒸気を２００℃以上まで昇温する。そうすることで、第１加熱器６０から供給される蒸気による凝縮水を高温に保持し、凝縮水の温度低下による加硫の妨げを防止できる。
一方、生タイヤＷの温度が上がりすぎてしまう場合には、第２加熱器６１の出力を抑える。そうすることで、生タイヤＷの内部で敢えて低温の凝縮水を発生させて、生タイヤＷを冷却する。

加硫システム２００もまた、図８に示すように、分散型のタイヤ加硫システム２１０へ適用できる。
図６に示すタイヤ加硫システム１１０との相違点は、各ガス供給路５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、…５０ｎよりも上流の分岐第１供給路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、…４０ｎの各々に第２加熱器６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、…６１ｎが設けられている点である。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明の範囲内で、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは他の構成に適宜変更することが可能である。

１００，１１０，２００，２１０…タイヤ加硫システム
１０，１０ａ〜１０ｎ…加硫機
２０…モールド、２６…温度センサ
３０…ボイラ
４０，４０ａ〜４０ｎ…第１供給路、４１，４１ａ〜４１ｎ…第２供給路、４４…圧力センサ
５０，５０ａ〜５０ｎ…ガス供給路
５１，５１ａ〜５１ｎ…ガス流量調整弁
６０，６０ａ〜６０ｎ…第１加熱器、６１，６１ａ〜６１ｎ…第２加熱器
７０…コントローラ
Ｂ…ブラダ、Ｃ…キャビティ、Ｗ…生タイヤ

Claims (8)

1. 加硫目標温度に向けて生タイヤを昇温させる昇温工程と、
   前記加硫目標温度に向けた昇温の過程で加圧媒体を前記生タイヤの内部空間に供給する加圧工程と、を備え、
   前記昇温工程は、
   ボイラで生成された飽和蒸気を加熱することで生成される過熱蒸気を前記生タイヤの内部空間に供給して前記生タイヤを昇温し、
   前記加圧工程は、
   前記過熱蒸気と前記加圧媒体とからなる加硫媒体を前記内部空間に供給して、加硫に必要な温度、圧力を与える、
   ことを特徴とするタイヤの加硫方法。
2. 前記昇温工程は、
   前記ボイラで生成された前記飽和蒸気を前記生タイヤの内部空間に供給して前記生タイヤを昇温し、次いで、前記飽和蒸気を加熱することで生成される前記過熱蒸気を前記内部空間に供給する、
   請求項１に記載のタイヤの加硫方法。
3. 前記加硫目標温度を基準に定められた温度に達すると、冷却制御と加熱制御とを交互に行う温度制御を行い、
   前記冷却制御は、
   供給されている前記加硫媒体に含まれる前記過熱蒸気を前記飽和蒸気に切り替える第１冷却制御、及び、
   供給されている前記加硫媒体に含まれる前記加圧媒体の比率を高くする第２冷却制御、
   の一方又は双方を行い、
   前記加熱制御は、
   前記第１冷却制御に対応し、供給されている前記加硫媒体に含まれる前記飽和蒸気を前記過熱蒸気に切り替える第１加熱制御、
   及び、
   前記第２冷却制御に対応し、供給されている前記加硫媒体に含まれる前記加圧媒体の比率を低くする第２加熱制御、
   の一方又は双方を行う、
   請求項１又は２に記載のタイヤの加硫方法。
4. 前記生タイヤを保持するモールドを備え、
   前記モールドには、飽和蒸気又は過熱蒸気が単独で供給される、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のタイヤの加硫方法。
5. 一台のボイラで生成される飽和蒸気を複数の加硫機の各々に並行して供給するタイヤ加硫システムであって、
   複数の前記加硫機の各々のモールドに保持される生タイヤの内部空間に向けて、前記飽和蒸気を供給する第１供給路と、
   前記第１供給路から分岐され、前記生タイヤを外側から加熱するために前記モールドに向けて前記飽和蒸気を供給する第２供給路と、
   前記第１供給路に設けられ、前記ボイラで生成される前記飽和蒸気を加熱して過熱蒸気とする第１加熱器と、
   前記第１供給路に加圧媒体を供給する加圧媒体供給路と、
   前記タイヤ加硫システムの動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   加硫目標温度に向けて前記生タイヤを昇温させる昇温工程と、
   前記加硫目標温度に向けた昇温の過程で前記加圧媒体を前記生タイヤの内部空間に供給する加圧工程と、を実行させ、
   前記昇温工程は、
   前記ボイラで生成された前記飽和蒸気を加熱することで生成される前記過熱蒸気を前記第１供給路を介して前記内部空間に供給し、
   前記加圧工程は、
   前記加圧媒体供給路から前記第１供給路に前記加圧媒体を導入して、前記過熱蒸気と前記加圧媒体とからなる加硫媒体を前記内部空間に供給して、加硫に必要な温度、圧力を与える、
   ことを特徴とするタイヤ加硫システム。
6. 前記昇温工程は、
   前記ボイラで生成された前記飽和蒸気を前記生タイヤの内部空間に供給して前記生タイヤを昇温し、次いで、前記飽和蒸気を加熱することで生成される前記過熱蒸気を前記内部空間に供給する、
   請求項５に記載のタイヤ加硫システム。
7. 前記制御部は、前記加硫目標温度を基準に定められた温度に達したならば、冷却制御と加熱制御とを交互に行う温度制御を行い、
   前記冷却制御は、
   前記第１加熱器の動作を停止することで、供給されている前記加硫媒体に含まれる前記過熱蒸気を前記飽和蒸気に切り替える第１冷却制御、及び、
   前記加圧媒体供給路から導入する前記加圧媒体の量を増やすことで、供給されている前記加硫媒体に含まれる前記加圧媒体の比率を高くする第２冷却制御、
   の一方又は双方を行い、
   前記加熱制御は、
   前記第１冷却制御に対応し、前記第１加熱器を動作させることで、供給されている前記加硫媒体に含まれる前記飽和蒸気を前記過熱蒸気に切り替える第１加熱制御、及び、
   前記第２冷却制御に対応し、前記加圧媒体供給路から導入する前記加圧媒体の量を減らすことで、供給されている前記加硫媒体に含まれる前記加圧媒体の比率を低くする第２加熱制御、
   の一方又は双方を行う、
   請求項５又は６に記載のタイヤ加硫システム。
8. 前記ボイラを上流側とすると、前記第１加熱器よりも上流側の前記第１供給路に第２加熱器を設け、
   前記第２供給路は、前記第１加熱器と前記第２加熱器の間であって、前記加圧媒体供給路よりも上流側の前記第１供給路から分岐する、
   請求項５〜７のいずれか一項に記載のタイヤ加硫システム。

Images