JP2016045054A - 金型内周面測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定的であり且つ連続した金型内周面の測定を可能にする測定装置２の提供。【解決手段】この測定装置２は、タイヤ加硫成形用のトレッドセグメントＴＳを固定保持するためのコンテナ４と、上記トレッドセグメントＴＳの内部に設置されうる測定部６とを備えており、上記コンテナ４が、トレッドセグメントＴＳの外周を把持するリング部８を有しており、上記測定部６が、トレッドセグメントＴＳの内周面までの距離を測定する距離センサ１２と、この距離センサ１２をトレッドセグメントＴＳの内面の周方向に沿って回転させる回転駆動部２８と、この距離センサ１２を上記リング部８の中心軸に平行な方向に昇降させる昇降駆動部４２とを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ成形用金型の内周面を測定するための金型内周面測定装置に関する。

ユニフォーミティの良いタイヤを製造するために、一般的に、タイヤ加硫用金型として割りモールドが採用されている。この割りモールドは、周方向に沿って複数個に分割されたセグメントモールドを備えている。このセグメントモールドは、タイヤのトレッドパターンを成形するトレッドセグメントを有している。ところで、ラジアルタイヤのＲＲＯ（ Radial Run Out ）と、割りモールドの内面（トレッドセグメントの内面）の凹凸量とは、高い相関にあることが知られている。従って、割りモールドのＲＲＯに対する十分な配慮が不可欠とされている。このため、従来、割モールドの内周面の測定が行われている。

このような測定を目的とした測定装置が、特開２００２−２５７５３７公報に開示されている。この測定装置は、使用状態である円筒状に整列されたトレッドセグメントの内面の凹凸量を測定するものである。この測定装置は、トレッドセグメントを保持する保持体と、この保持体の底部の中心部に鉛直状に立設された回転軸と、この回転軸に上下動可能に設けられた非接触距離センサとを備えている。上記回転軸は、自軸回りに回転可能にされている。

特開２００６−２８９９０２公報には、トレッドセグメントの内面の真円度を測定する装置が開示されている。この測定装置では、非接触変位測定器によってトレッドセグメントの内周面までの距離が測定される。この非接触変位測定器は、モータによって回転駆動される。また、このモータに傘歯車とラックとを組み合わせることにより、非接触変位測定器の上下動駆動を可能にすることが提案されている。

特開２００２−２５７５３７公報 特開２００６−２８９９０２公報

本発明の目的は、測定用センサの自動回転及び自動昇降により、安定的であり且つ連続した測定を可能にする金型内周面測定装置の提供にある。

本発明に係る金型内周面測定装置は、
タイヤ加硫成形用の金型を固定保持するためのコンテナと、
上記金型の内部に設置されうる測定部とを備えており、
上記コンテナが、金型の外周を把持するリング部を有しており、
上記測定部が、金型の内周面までの距離を測定する距離センサと、この距離センサを金型内面の周方向に沿って回転させる回転駆動部と、この距離センサを上記リング部の中心軸に平行な方向に昇降させる昇降駆動部とを有している。

好ましくは、上記測定部が、上記距離センサの回転角度を検出する回転角度検出部と、距離センサの昇降距離を検出する昇降距離検出部とを有している。

好ましくは、上記コンテナが、上記金型が載置されうる底部を有しており、
上記測定部が、上記底部における上記リング部の中心位置に立設された固定軸と、この固定軸と同軸状に回転可能に配設された回転筒とを有しており、
この回転筒に、上記距離センサと、上記回転駆動部と、上記昇降駆動部とが設置されている。

好ましくは、上記回転駆動部が、上記回転筒を回転駆動するモータを有しており、
上記回転角度検出部が、回転筒の回転角度を検出するロータリーエンコーダを有しており、
上記昇降駆動部が、モータと、このモータによって回転駆動されるボールねじと、このボールねじに螺合する雌ねじ部とを有しており、
上記昇降距離検出部が、上記ボールねじの回転角度を検出するロータリーエンコーダを有している。

好ましくは、上記固定軸と上記回転筒との電気接続機構として、スリップリングが備えられている。

好ましくは、上記距離センサから送られる測定データのアナログ信号を処理するＰＬＣを内蔵した制御盤と、
この制御盤において処理されたデータを次数解析する機能を備えたコンピュータとを備えている。

好ましくは、上記コンピュータが、上記距離センサ、上記回転角度検出部及び上記昇降距離検出部によって得られたデータから、金型の内周面の表面形状をマッピングする機能を備えている。

好ましくは、上記コンピュータが、その内部に設定された金型内周面自動測定の条件を、上記測定部に指示する機能を備えている。

本発明に係る金型内周面測定装置によれば、タイヤ成形用の金型の内周面を、その軸方向の各位置において、周方向に沿って、安定的且つ連続して測定することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る金型内周面測定装置を、金型のトレッドセグメントと共に示す一部断面正面図である。 図２は、図１の金型内周面測定装置の左側面図である。 図３は、測定データを演算する手段をも含めた金型内周面測定装置を示すブロック図である。 図４は、図１の金型内周面測定装置による測定の結果の一例を示す波形図である。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１に示された金型内周面測定装置（以下、単に測定装置ともいう）２は、コンテナ４と、測定部６とを備えている。このコンテナ４によって固定されているのは、測定対象であるタイヤ加硫成形用金型のトレッドセグメントＴＳである。複数のトレッドセグメントＴＳが、使用状態である円筒状に整列されている。

コンテナ４は、トレッドセグメントＴＳの外周を把持するリング部８と、トレッドセグメントＴＳが載置される底部１０とを有している。リング部８は円柱状の内周面を有する。底部１０は平面上の上面を有する。リング部８と底部１０とは、一体に形成されてもよく、別体に形成された上で連結されてもよい。

測定部６は、トレッドセグメントＴＳの内周面までの距離を測定する距離センサ１２を備えている。測定部６は底部１０の中央に取り付けられる。この底部１０には、設置された測定部６の水平面内位置を調整するための位置決めブロック１１が備えられている。測定部６は、この位置決めブロック１１に着脱可能に取り付けられる。測定部６は、この位置決めブロック１１により、リング部８の中央に位置するように調整されうる。

距離センサ１２は、トレッドセグメントＴＳの内周面の周方向に沿って回転しうるようにされている。距離センサ１２としては、本実施形態のように、非接触式のレーザー変位計が用いられうる。距離センサ１２がトレッドセグメントＴＳの内周面までの距離を測定し、これに既知である距離センサ１２の回転軸（後述する固定軸１６の中心軸）から距離センサ１２までの距離が合算されて、トレッドセグメントＴＳの内周面の半径が得られる。この半径の取得方法は、前述した特開２００２−２５７５３７公報にも紹介されている。

測定部６は、距離センサ１２を支持するための支持部１４を有している。この支持部１４は、固定軸１６と回転筒１８とを有している。固定軸１６は、上記底部１０におけるリング部８の中心位置に、着脱可能に垂直に立設されている。固定軸１６は円柱状を呈している。回転筒１８は、この固定軸１６に対し、軸受２０を介して同軸状に固定されている。回転筒１８は、固定軸１６の中心軸回りに回転可能にされている。回転筒１８は円筒状を呈している。

回転筒１８には、距離センサ１２が、ガイドレール２２、スライドブロック２４及び支持アーム２６を介して取り付けられている。ガイドレール２２は、回転筒１８に固定されている。ガイドレール２２は、固定軸１６の中心軸方向、すなわち回転筒１８の回転軸に平行な方向に延在している。このガイドレール２２には、スライドブロック２４が、ガイドレール２２の長手方向に昇降自在に係合している。このスライドブロック２４には、上記支持アーム２６が取り付けられている。この支持アーム２６に、距離センサ１２が取り付けられている。これにより、距離センサ１２は、回転筒１８の回転軸に平行な方向に昇降可能である。図２では距離センサ１２の図示が省略されている。

回転筒１８には、固定軸１６の軸回りに距離センサ１２を回転するための回転駆動部２８が取り付けられている。この回転駆動部２８は、回転筒１８を、固定軸１６の軸回りに回転させうる。回転駆動部２８も、回転筒１８と一体で回転する。回転駆動部２８は、回転筒１８を回転駆動するモータ３０を有している。このモータ３０の出力軸３０ａは、固定軸１６の中心軸に平行に延びている。この出力軸３０ａには、電磁クラッチ３２を介して、ギア３４が設けられている。このギア３４は、固定軸１６の下端側の全周にわたって形成された固定ギア３６に咬合している。固定ギア３６は、固定軸１６の中心軸に垂直な面内に形成されている。

電磁クラッチ３２がつながった状態でモータ３０が駆動すると、回転筒１８は、固定ギア３６からの反力により、回転駆動部２８を介して回転する。従って、距離センサ１２も回転する。電磁クラッチ３２が切られると、回転体１８の回転が停止する。なお、電磁クラッチ３２の採用に代えて、ブレーキを設けてもよい。また、サーボモータ、ステッピングモータを使用してもよい。

回転筒１８には、回転駆動部２８による距離センサ１２の回転角度を検出する回転角度検出部３８が設けられている。この回転角度検出部としては、本実施形態のように、ロータリーエンコーダ３８が採用されうる。このロータリーエンコーダ（以下、第一エンコーダという）３８の本体は、固定台３７を介して回転筒１８に固定されている。第一エンコーダ３８の入力軸には、ギア３９が設けられている。このギア３９にノンバックラッシュで咬合する固定ギア４０が、固定軸１６の周囲に設けられている。回転筒１８が回転すると、咬合した上記両ギアを介して、相対回転力が第一エンコーダ３８の図示しない入力軸に入力される。このようにして、回転筒１８の回転角が検出される。回転力伝達手段としては、ギアに代えてタイミングベルトが採用されてもよい。

図２も併せて参照すれば明らかなように、回転筒１８には、スライドブロック２４をガイドレール２２に沿って昇降させるための昇降駆動部４２が取り付けられている。この昇降駆動部４２は、電磁ブレーキ付きモータ４４と、このモータ４４によって回転駆動されるボールねじ４６と、このボールねじ４６に螺合する雌ねじ部４８とを有している。このボールねじ４６は、昇降不能、回転可能な状態で取り付けられている。雌ねじ部４８は、スライドブロック２４に固定されている。ボールねじ４６は、ガイドレール２２に平行に延在している。ボールねじ４６は、その上端近傍が、回転筒１８の上端部に、図示しない軸受を介して支持されている。図１には、このボールねじ４６の図示が省略されている。図２は、昇降駆動部４２及び後述の昇降距離検出部５６を示すための図である。図２には、理解容易のため、図１に示された部位のうち、その図示が省略されている部位が存在する。

上記モータ４４は、回転筒１８の上端に取り付けられている。モータ４４の出力軸にはギア５０が設けられている（図１）。このギア５０に螺合するギア５２が、ボールねじ４６の上端近傍に設けられている（図２）。この構成により、モータ４４の回転駆動力がボールねじ４６に伝達される。上記電磁ブレーキ付きモータ４４に代えて、サーボモータを採用することができる。この場合、昇降距離検出部５６としての機能がサーボモータに含まれるので、エンコーダを省くことが可能となる。

回転筒１８には、昇降駆動部４２による距離センサ１２の昇降距離を検出する昇降距離検出部５６が設けられている。この昇降距離検出部５６としては、本実施形態のように、ロータリーエンコーダ５６が採用されうる。このロータリーエンコーダ（以下、第二エンコーダという）５６の本体は、前述の固定台３７を介して回転筒１８に取り付けられている。第二エンコーダ５６の入力軸５６ａには、ボールねじ４６の上端部が接続されている。モータ４４によってボールねじ４６が回転駆動されると、ボールねじ４６から直接に、回転力が第二エンコーダ５６の入力軸５６ａに入力される。このようにして、ボールねじ４６の回転角が検出される。この回転角と、ボールねじ４６のねじピッチとから、スライドブロック２４の昇降距離、すなわち、距離センサ１２の昇降距離が検出される。

図１に示されるように、この測定部６では、固定軸１６と回転筒１８との電気接続機構として、スリップリング６０が採用されている。換言すれば、回転筒１８に取り付けられた各機器と外部との電気接続のために、スリップリング６０が採用されている。このスリップリング６０は、固定軸１６の上部に嵌合されている。そして、このスリップリング６０では、その内側固定部６０ｉは固定状態にあり、その外側回転部６０ｏが、図示しないベアリングを介して、内側固定部６０ｉの外周に回転自在に装着されている。

回転駆動部２８、昇降駆動部４２、回転角検出部（第一エンコーダ）３８及び昇降距離検出部５６と、測定部６の外部の制御装置及び電源との電気接続は、上記スリップリング６０を介してなされる。スリップリング６０の外側回転部６０ｏには、上記回転駆動部２８、昇降駆動部４２、第一エンコーダ３８及び昇降距離検出部５６からの図示しない電気ケーブルが接続されている。また、内側固定部６０ｉには、測定部６の外部の制御装置及び電源に接続される電気ケーブル６２が接続されている。もちろん、このスリップリング６０の固定部と回転部とを逆に構成することも容易である。すなわち、外側回転部６０ｏを固定状態にして外部の制御装置等と電気接続し、内側固定部６０ｉを回転可能にして上記内部機器２８、３８、４２、５６と電気接続してもよい。

このように、測定部６の回転部分と外部との電気接続をスリップリング６０を介して行うことにより、従来のように測定部の各機器から外部に電気ケーブルで直接接続する必要がない。このため、従来のごとく、測定部の回転に伴うケーブルの絡まりを防止するために、センサの周回ごとに逆回転による原点復帰をする必要がない。自動的な連続測定が可能となる。

図３に示されるとおり、この測定装置２は、コンピュータ７０、タッチパネル操作盤７２、及び、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を装備した制御盤７４を備えている。本実施形態では、これらコンピュータ７０、タッチパネル操作盤７２及び制御盤７４は全てコンテナ４の外部に配置されている。制御盤７４は、前述の電気ケーブル６２によって測定部６に電気接続されている。コンピュータ７０及びタッチパネル操作盤７２はそれぞれ、この制御盤７４に電気接続されている。このコンピュータ７０には、自動測定の測定条件設定機能が備わっている。

以下、この測定装置２によるトレッドセグメントＴＳ内周面の測定要領が説明される。まず、コンテナ４の底部１０の中央位置に、測定部６が設置される。距離センサ１２により、リング部８内周面における周方向に沿った任意の複数位置の、距離センサ１２からの距離が測定される。この各測定値がタッチパネル操作盤７２に表示される。この複数の測定値に基づいて、位置決めブロック１１を調整することにより、測定部６の固定軸１６の中心軸と、リング部８の中心位置とを一致させる。

次いで、トレッドセグメントＴＳが使用時の姿勢でリング部８の内周面に取り付けられる。タッチパネル操作盤７２の操作により、距離センサ１２を軸方向に移動させながら、トレッドセグメントＴＳの内周面までの距離を測定する。この距離センサ１２の軸方向移動は、タッチパネル操作盤７２によって指示される。この測定値と、距離センサ１２の軸方向の移動距離とに基づいて、トレッドセグメントＴＳの内周面の軸方向中央位置（センター位置、赤道位置）が特定される。タッチパネル操作盤７２に、距離センサ１２の軸方向位置を示す軸方向座標値（Ｚ軸座標値）が表示される。この座標値を確認した上でコンピュータ７０に入力する。

機械原点から測定原点までの周方向角度を、距離センサ１２を移動させることによって測定する。この測定された角度（測定原点角度）が、タッチパネル操作盤７２に表示される。この測定原点角度を確認した上で、コンピュータ７０に入力する。

トレッドセグメントＴＳ同士の境目を検出して境目間の中心角度、すなわち、各トレッドセグメントＴＳの中心角度を求め、これをコンピュータ７０に入力する。予め定められているＺ軸方向の測定位置をコンピュータ７０に入力する。距離センサ１２を機械原点に戻す（原点復帰）。以上で予備作業が完了する。

タッチパネル操作盤７２により、コンピュータ７０から制御盤７４に対して自動測定の指示がなされる。これにより、制御盤７４は、測定部６をこの指示通りに動作させる。距離センサ１２が、予め指定されているＺ軸方向の各測定位置について、自動的且つ連続的に、順次３６０°回転して距離を測定する。距離センサ１２からの測定データが、アナログ電気信号として、制御盤７４に入力される。同時に、回転角度検出部３８及び昇降距離検出部５６の各ロータリーエンコーダ３８、５６からの測定データ（回転電気信号）がパルス信号として、制御盤７４に入力される。

制御盤７４内の上記ＰＬＣは、上記アナログ信号をデジタル信号に変換してこれを処理する。この処理の結果がコンピュータ７０に入力される。コンピュータ７０では、Ｚ軸方向の各測定位置における１周（３６０°）の測定結果が、順次演算処理（フーリエ級数解析による次数解析）される。測定の終了後、コンピュータ７０において、全測定位置における演算結果が確認される。さらに、トレッドセグメントＴＳの内周面の真円度及びＲＲＯ（Radial Run Out）、並びに、１次から３０次の次数振幅が評価される。

この演算結果により、図４に示されるように、トレッドセグメントＴＳの内周面３６０°について、生波形ＯＷ、１次波形Ｗ１、２次波形Ｗ２、３次波形Ｗ３、１次から３０次までの合成波形ＣＷ等が得られる。図４には、９分割された各トレッドセグメントＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉが示されている。セグメントの平均半径を有する円が符号ＡＣで示され、最大の半径を有する円が符号ＬＣで示され、最小の半径を有する円が符号ＳＣで示されている。また、図示されていないが、各次数成分の振幅値、合成波形の振幅、ピーク位置、平均直径等が数値化されて表示されうる。トレッドセグメントＴＳの内周面の凹凸（ＲＲＯ）が円周上に特定されうる。コンピュータ７０において、測定データにより、トレッドセグメントＴＳの内周面の形状のマッピングが行われる。このトレッドセグメントＴＳのマッピングデータと、このトレッドセグメントＴＳを用いて加硫成形されたタイヤのトレッド面のマッピングデータとを照合することができる。この照合により、トレッドセグメントＴＳから成形品であるタイヤへのトレッドの変化を分析することができる。

この測定装置２の適用金型は、特に割モールドには限定されない。この測定装置２によれば、金型の内周面を、自動的に連続して測定することができる。この自動連続測定において、測定者の作業を必要とするのは、測定条件の設定である。金型内周面のＺ軸方向に沿った複数位置での全周の測定結果を、一括して処理することができるため、測定後のデータを個別に解析する時間が削減される。金型のマッピングデータと、タイヤのマッピングデータとを、照合して分析しうるようになる。

以上説明された方法は、タイヤ成形用金型の内周面の測定に適している。

２・・・測定装置
４・・・コンテナ
６・・・測定部
８・・・リング部
１０・・・底部
１２・・・距離センサ
１６・・・固定軸
１８・・・回転筒
２４・・・スライドブロック
２８・・・回転駆動部
３０・・・モータ
３８・・・回転角度検出部（第一エンコーダ）
４２・・・昇降駆動部
４４・・・モータ
４６・・・ボールねじ
４８・・・雌ねじ部
５６・・・昇降距離検出部（第二エンコーダ）
６０・・・スリップリング
７０・・・コンピュータ
７２・・・タッチパネル操作盤
７４・・・制御盤

Claims (8)

1. タイヤ加硫成形用の金型を固定保持するためのコンテナと、
   上記金型の内部に設置されうる測定部とを備えており、
   上記コンテナが、金型の外周を把持するリング部を有しており、
   上記測定部が、金型の内周面までの距離を測定する距離センサと、この距離センサを金型内面の周方向に沿って回転させる回転駆動部と、この距離センサを上記リング部の中心軸に平行な方向に昇降させる昇降駆動部とを有している金型内周面測定装置。
2. 上記測定部が、上記距離センサの回転角度を検出する回転角度検出部と、距離センサの昇降距離を検出する昇降距離検出部とを有している請求項１に記載の金型内周面測定装置。
3. 上記コンテナが、上記金型が載置されうる底部を有しており、
   上記測定部が、上記底部における上記リング部の中心位置に立設された固定軸と、この固定軸と同軸状に回転可能に配設された回転筒とを有しており、
   この回転筒に、上記距離センサと、上記回転駆動部と、上記昇降駆動部とが設置されている請求項１又は２に記載の金型内周面測定装置。
4. 上記回転駆動部が、上記回転筒を回転駆動するモータを有しており、
   上記回転角度検出部が、回転筒の回転角度を検出するロータリーエンコーダを有しており、
   上記昇降駆動部が、モータと、このモータによって回転駆動されるボールねじと、このボールねじに螺合する雌ねじ部とを有しており、
   上記昇降距離検出部が、上記ボールねじの回転角度を検出するロータリーエンコーダを有している請求項２又は３に記載の金型内周面測定装置。
5. 上記固定軸と上記回転筒との電気接続機構として、スリップリングが備えられている請求項３又は４に記載の金型内周面測定装置。
6. 上記距離センサから送られる測定データのアナログ信号を処理するＰＬＣを内蔵した制御盤と、
   この制御盤において処理されたデータを次数解析する機能を備えたコンピュータとを備えている請求項１から５のいずれかに記載の金型内周面測定装置。
7. 上記コンピュータが、上記距離センサ、上記回転角度検出部及び上記昇降距離検出部によって得られたデータから、金型の内周面の表面形状をマッピングする機能を備えている請求項６に記載の金型内周面測定装置。
8. 上記コンピュータが、その内部に設定された金型内周面自動測定の条件を、上記測定部に指示する機能を備えている請求項１から７のいずれかに記載の金型内周面測定装置。

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