JP2020044653A

JP2020044653A - ゴム製品の加硫温度測定方法及び加硫温度測定装置

Info

Publication number: JP2020044653A
Application number: JP2018172103A
Authority: JP
Inventors: 集平長谷川; Shuhei Hasegawa
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】温度測定用の専用モールドを不要にし、ゴム製品の加硫中の温度を確実に測定することを可能にすると共に、薄肉化された軽量タイヤ等においても温度測定を行うことを可能にしたゴム製品の加硫温度測定方法及び装置を提供する。【解決手段】筐体２１と、該筐体内に断熱領域２３を形成する断熱層２２と、断熱領域の外側であって筐体の内側に収容された温度センサ２５と、断熱領域内に配置されていて温度センサの検出温度を経時的に取得する処理回路２７と、温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶する記憶媒体２８と、動作用の電源３０とを備えた加硫温度測定装置２０を未加硫状態のゴム製品の内部に埋設し、ゴム製品のモールド内での加硫中の温度を温度センサにより検出し、温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶媒体に記憶させ、ゴム製品の加硫が終了してモールドを開型した後、記憶媒体から温度データを取り出す。【選択図】図３

Description

本発明は、空気入りタイヤに代表されるゴム製品の加硫中の温度を測定する方法及び装置に関し、更に詳しくは、温度測定用の専用モールドを不要にし、ゴム製品の加硫中の温度を確実に測定することを可能にすると共に、薄肉化された軽量タイヤ等においても温度測定を行うことを可能にしたゴム製品の加硫温度測定方法及び加硫温度測定装置に関する。

ゴム製品の開発において、加工条件の決定は近年ますます重要になっている。特に、空気入りタイヤの加硫条件については、生産性を高めると共に、要求されるゴム物性を最大限に発現させるために、製品毎に最適な条件を決定することが非常に重要なプロセスである。空気入りタイヤの加硫条件を決定する場合、一般に、生タイヤに対して熱電対を埋め込み、加硫モールドに加工された孔を通して熱電対を加硫機外部のデータロガーに接続し、加硫中の各部の温度データを取得する手法が用いられている。

しかしながら、生タイヤに埋め込まれた熱電対を外部に接続するための孔が加工された温度測定用の専用モールドを使用する場合、高価なモールドへの加工が必要となり、設備コストが大幅に増大するという問題がある。また、温度測定用の専用モールドが用意された１つのタイヤサイズでしか加硫中の温度測定を行うことができず、タイヤサイズ毎に最適な加硫条件を見出すことができないという問題がある。

これに対して、無線発信機付きの温度センサチップをタイヤの温度測定箇所に埋設する一方で、その温度センサチップから発信される温度データをモールド外部に設置された受信装置で受信することにより、加硫中の温度データを取得する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、無線通信によりデータの受け渡しを行うにあたって、金属製の加硫モールドの内外で安定した通信を行うことができない場合があり、加硫中の温度を確実に測定することができないという問題がある。

また、温度センサで測定された温度データを記憶する計測器を耐熱耐圧容器の中に収容し、この耐熱耐圧容器をタイヤ内部に埋設する一方で、計測器に接続された多数の温度センサをタイヤの温度測定箇所に埋設することにより、加硫中の温度データを取得する手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この場合、多数の温度センサが接続される計測器が収容された比較的大きな耐熱耐圧容器をタイヤビード部等に埋設する必要がある。しかしながら、近年では薄肉化された軽量タイヤが開発されており、そのような軽量タイヤ等においては温度測定用のデバイスを埋め込む空間を十分に確保することができないという問題がある。

特開２０１５−１０１００５号公報特開２００６−１８９３７３号公報

本発明の目的は、温度測定用の専用モールドを不要にし、ゴム製品の加硫中の温度を確実に測定することを可能にすると共に、薄肉化された軽量タイヤ等においても温度測定を行うことを可能にしたゴム製品の加硫温度測定方法及び加硫温度測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のゴム製品の加硫温度測定方法は、筐体と、該筐体内に断熱領域を形成する断熱層と、前記断熱領域の外側であって前記筐体の内側に収容された温度センサと、前記断熱領域内に配置されていて前記温度センサの検出温度を経時的に取得する処理回路と、前記断熱領域内に配置されていて前記温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶する記憶媒体と、前記断熱領域内に配置された動作用の電源とを備えた加硫温度測定装置を未加硫状態のゴム製品の内部に埋設し、前記ゴム製品のモールド内での加硫中の温度を前記温度センサにより検出し、前記温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして前記記憶媒体に記憶させ、前記ゴム製品の加硫が終了して前記モールドを開型した後、前記記憶媒体から前記温度データを取り出すことを特徴とするものである。

また、本発明のゴム製品の加硫温度測定装置は、ゴム製品のモールド内での加硫中の温度を測定する装置であって、筐体と、該筐体内に断熱領域を形成する断熱層と、前記断熱領域の外側であって前記筐体の内側に収容された温度センサと、前記断熱領域内に配置されていて前記温度センサの検出温度を経時的に取得する処理回路と、前記断熱領域内に配置されていて前記温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶する記憶媒体と、前記断熱領域内に配置された動作用の電源とを備えることを特徴とするものである。

本発明では、筐体と、該筐体内に断熱領域を形成する断熱層と、断熱領域の外側であって筐体の内側に収容された温度センサと、断熱領域内に配置されていて温度センサの検出温度を経時的に取得する処理回路と、断熱領域内に配置されていて温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶する記憶媒体と、断熱領域内に配置された動作用の電源とを備えた加硫温度測定装置を用い、このような加硫温度測定装置を未加硫状態のゴム製品の内部に埋設し、ゴム製品のモールド内での加硫中の温度を温度センサにより検出し、温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶媒体に記憶させ、ゴム製品の加硫が終了してモールドを開型した後に記憶媒体から温度データを取り出すようにしたので、温度測定用の専用モールドが不要になる。そのため、設備コストの増大を抑制し、タイヤサイズ毎に最適な加硫条件を見出すことができる。また、加硫中に無線通信を行うのではなく、筐体内の記憶媒体に温度データを一旦保持するので、通信障害の影響を受けることなく、加硫中の温度を確実に測定することができる。更に、温度センサと処理回路と記憶媒体と電源とを筐体内に巧みに収容することにより、高温かつ高圧に晒される加硫温度測定装置の小型化が可能になるので、薄肉化された軽量タイヤ等においても温度測定を行うことができる。

本発明において、記憶媒体が筐体に対して着脱自在であることが好ましい。この場合、筐体内に無線通信装置を組み込む必要がないため装置の更なる小型化が可能になると共に、筐体から取り外された記憶媒体から温度データを確実かつ容易に取り出すことができる。

また、温度センサにより測定される温度は０℃〜２００℃の範囲であり、ゴム製品の加硫中に筐体が受ける荷重は２２．４ｋｇｆ／ｃｍ²以下の範囲であることが好ましい。このような温度条件及び荷重条件を満足することにより、空気入りタイヤの加硫中の温度を確実に測定することができる。

更に、ゴム製品がトレッド部、サイドウォール部及びビード部を備えた空気入りタイヤである場合、トレッド部、サイドウォール部及びビード部の各々に上述の加硫温度測定装置を埋設し、これらトレッド部、サイドウォール部及びビード部における加硫中の温度を測定することが好ましい。つまり、小型化された加硫温度測定装置はトレッド部、サイドウォール部及びビード部の任意の部位に埋設することが可能であり、各部位の加硫中の温度を正確に測定することができる。

本発明のゴム製品の加硫温度測定方法を実施するためのタイヤ加硫装置の一例を示す子午線断面図である。本発明で使用されるゴム製品の加硫温度測定装置の一例を示す斜視図である。図２のゴム製品の加硫温度測定装置を示す断面図である。図２のゴム製品の加硫温度測定装置の内部構造を示す平明図である。

以下、本発明の構成について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明のゴム製品（空気入りタイヤ）の加硫温度測定方法を実施するためのタイヤ加硫装置の一例を示し、図２〜図４は本発明で使用されるゴム製品の加硫温度測定装置の一例を示すものである。

図１に示すように、このタイヤ加硫装置は、タイヤのサイドウォール部を成形するための下側サイドプレート１及び上側サイドプレート２と、タイヤのビード部を成形するための下側ビードリング３及び上側ビードリング４と、タイヤのトレッド部を成形するための複数のセクター５とを備え、これら下側サイドプレート１、上側サイドプレート２、下側ビードリング３、上側ビードリング４及びセクター５からなるモールドＭの内側でタイヤＴを加硫成形するようになっている。加硫時において、タイヤＴの内側にはブラダー１０が挿入される。

ブラダー１０は、その下端部が下側クランプリング６と下側ビードリング３との間に把持され、その上端部が上側クランプリング７と補助リング８との間に把持されている。図１に示すような加硫状態において、ブラダー１０はタイヤＴの径方向外側に拡張した状態にあるが、加硫後にタイヤＴをモールド内から取り出す際には上側クランプリング７が上方に移動し、それに伴ってブラダー１０がタイヤＴの内側から抜き取られるようになっている。

このようなタイヤ加硫装置を用いて空気入りタイヤＴを加硫する場合、未加硫状態の空気入りタイヤＴをモールドＭ内に挿入し、ブラダー１０の内部に加熱加圧媒体を導入し、ブラダー１０により空気入りタイヤＴをモールドＭの成形面に押し付けると共にモールドＭを加熱することにより、空気入りタイヤＴの加硫を行う。空気入りタイヤＴの加硫条件について、生産性を高めると共に、要求されるゴム物性を最大限に発現させるために、製品毎に最適な条件を決定する必要がある。そのため、加硫工程における空気入りタイヤＴの各部位の熱履歴を調べることが必要である。このような熱履歴を調査するために、空気入りタイヤＴの温度測定部位には所定の機能を有する加硫温度測定装置２０（図２〜図４参照）が予め埋め込まれる。

図２〜図４に示すように、加硫温度測定装置２０は、円筒状の筐体２１と、該筐体２１内に断熱領域２３を形成する断熱層２２とを備えている。筐体２１は、互いに分離可能な本体２１Ａと蓋２１Ｂとから構成されている。蓋２１Ｂはその縁部に爪部２１Ｃを有し、この爪部２１Ｃにより本体２１Ａに対して弾性的に係合するようになっている。一方、断熱層２２は本体２１Ａ側に固定された断熱層２２Ａと蓋２１Ｂ側に固定された断熱層２２Ｂとを有し、これら断熱層２２Ａ，２２Ｂが組み合わされて断熱領域２３を形成する。また、筐体２１の本体２１Ａは断熱層２２Ａの外側に非断熱領域２４を形成するように膨出部２１Ｄを備えている。そして、膨出部２１Ｄの内部、即ち、断熱領域２３の外側であって筐体２１の内側には温度センサ２５が収容されている。温度センサ２５は、その構成が特に限定されるものではないが、熱電対が好適である。

一方、断熱領域２３の内側には基板２６が配設されている。この基板２６には、温度センサ２５の検出温度を経時的に取得する処理回路２７と、温度センサ２５の検出温度を時系列的な温度データとして記憶する記憶媒体２８（メモリカード）と、該記憶媒体２８が着脱自在に差し込まれるスロットを備えた媒体保持部２９と、処理回路２７等に給電する動作用の電源３０とが設置されている。電源３０としては、リチウム金属電池等の電池が好適である。温度センサ２５は断熱層２２Ａを貫通する配線３１を介して処理回路２７に接続されている。

上述のように構成される加硫温度測定装置２０を用いて空気入りタイヤＴ（ゴム製品）のモールドＭ内での加硫中の温度を測定する場合、加硫温度測定装置２０を未加硫状態の空気入りタイヤＴの内部に埋設し、モールドＭ内での加硫中の温度を温度センサ２５により検出し、温度センサ２５の検出温度を時系列的な温度データとして記憶媒体２８に記憶させる。そして、空気入りタイヤＴの加硫が終了してモールドＭを開型した後、空気入りタイヤＴから加硫温度測定装置２０を摘出し、記憶媒体２８から温度データを取り出すようにする。より具体的には、筐体２１を開き、筐体２１の内部から記憶媒体２８を取り外し、所定の読み取り装置を用いて記憶媒体２８に記憶された時系列的な温度データを取得する。

上述のように加硫温度測定装置２０を未加硫状態の空気入りタイヤＴの内部に埋設し、空気入りタイヤＴのモールドＭ内での加硫中の温度を温度センサ２５により検出し、温度センサ２５の検出温度を時系列的な温度データとして記憶媒体２８に記憶させ、空気入りタイヤＴの加硫が終了してモールドＭを開型した後に記憶媒体２８から温度データを取り出すようにした場合、従来のような温度測定用の専用モールドが不要になる。そのため、設備コストの増大を抑制し、タイヤサイズ毎に最適な加硫条件を見出すことができる。

また、加硫中に無線通信を行うのではなく、筐体２１内の記憶媒体２８に温度データを一旦保持するので、通信障害の影響を受けることなく、加硫中の温度を確実に測定することができる。更に、温度センサ２５と処理回路２７と記憶媒体２８と電源３０とを筐体２１の内部に巧みに収容することにより、高温かつ高圧に晒される加硫温度測定装置２０の小型化が可能になるので、薄肉化された軽量タイヤ等においても温度測定を行うことができる。つまり、空気入りタイヤＴのトレッド部、サイドウォール部、ビード部の各々が薄肉化された場合であっても、その薄肉化された各部位に小型化された加硫温度測定装置２０を埋め込んで温度測定を行うことができる。

加硫温度測定装置２０において、記憶媒体２８は筐体２１に対して着脱自在であると良い。この場合、筐体２１内に無線通信装置を組み込む必要がないため装置の更なる小型化が可能になると共に、筐体２１から取り外された記憶媒体２８から温度データを確実かつ容易に取り出すことができる。なお、記憶媒体２８を筐体２１に対して一体的に固定する一方で、記憶媒体２８に対する接続端子を筐体２１に設けることも可能である。或いは、記憶媒体２８に記憶された温度データを筐体２１の外部に送信するための無線通信装置を筐体２１に内蔵することも可能である。

また、加硫温度測定装置２０において、温度センサ２５により測定される温度は０℃〜２００℃の範囲であり、空気入りタイヤＴ（ゴム製品）の加硫中に筐体が受ける荷重は０ｋｇｆ／ｃｍ²〜２２．４ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲であると良い。このような温度条件及び荷重条件を満足することにより、空気入りタイヤＴの加硫中の温度を確実に測定することができる。また、加硫温度測定装置２０の直径は例えば１７ｍｍ〜２０ｍｍであると良い。

筐体２１の構成材料としては、耐熱性を有する材料であるステンレス鋼、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、シリコーン樹脂等が挙げられる。特に、耐熱性と耐圧性の観点から、ステンレス鋼が好適である。

また、断熱層２２の構成材料としては、発泡ポリウレタン、ケイ酸カルシウム、発泡フェノール樹脂、グラスウール等が挙げられる。このような材料からなる断熱層２２により断熱領域２３を形成することにより、加硫時の高温状態においても処理回路２７、記憶媒体２８及び電源３０等の電子部品を保護することができる。

上述した実施形態では空気入りタイヤを加硫する際の温度を測定する場合について説明したが、本発明はコンベヤベルト、防舷材、ホース等の各種ゴム製品に適用可能である。いずれの場合も、ゴム製品の加硫中の温度を確実に測定することができる。

空気入りタイヤをモールド内で加硫する際の時系列的な温度データを取得するにあたって、その温度データの取得方法を種々異ならせた従来例、比較例１，２及び実施例１の方法をそれぞれ実施した。測定タイヤとしては、タイヤサイズ１１Ｒ２２．５の大型タイヤ（リムクッションゲージ：３０ｍｍ）とタイヤサイズ２０５／５５Ｒ１６の薄型タイヤ（リムクッションゲージ：７．５ｍｍ）の２種類を用いた。いずれの場合も、温度測定箇所はビード部の外表面位置、トレッド部の外表面位置、ショルダー部の内表面位置、ベルトエッジ近傍の内部位置とした。

従来例：
未加硫状態のタイヤに対して熱電対を埋め込み、熱電対の束を引き出すための孔をモールドに加工し、その孔を通して熱電対を加硫機外部のデータロガーに接続し、加硫中の各部の温度データを取得した。

従来例の方法においては、空気入りタイヤの加硫中の温度を確実に測定することが可能であるものの、高価なモールドへの加工が必要となるため設備コストが大幅に増大した。しかも、温度測定用の専用モールドは特定のタイヤサイズにしか適用できないという欠点がある。また、断線により温度データの一部を取得することができなかった。

比較例１：
未加硫状態のタイヤに対して無線発信機付きの温度センサチップを埋め込み、その温度センサチップから発信される温度データをモールド外部に設置された受信装置で受信することにより、加硫中の温度データを取得することを試みた。

比較例１の方法においては、温度測定用の専用モールドを加工する必要性が無くなるものの、モールドを閉めた際に無線発信機付きの温度センサチップが通信圏外となり、データの受信が不可能であった。

比較例２：
未加硫状態のタイヤに対して温度センサを埋め込み、多数の温度センサで測定された温度データを一括して記憶するための計測器が収容された耐熱耐圧容器度をビード部に埋め込み、加硫中の温度データを計測器に記憶させ、タイヤの加硫が終了してモールドを開型した後、計測器から温度データを取り出した。

比較例２の方法においては、温度測定用の専用モールドを加工する必要性が無くなるものの、薄型タイヤでは多数の温度センサに繋がる計測器が収容された大型の耐熱耐圧容器度をビード部に埋め込むことができず、温度測定を行うことができなかった。

実施例１：
ステンレス鋼製の筐体と、該筐体内に断熱領域を形成する断熱層と、断熱領域の外側であって筐体の内側に収容された温度センサと、断熱領域内に配置されていて温度センサの検出温度を経時的に取得する処理回路と、断熱領域内に配置されていて温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶する記憶媒体と、断熱領域内に配置された動作用の電源とを備えた加硫温度測定装置を未加硫状態の空気入りタイヤに埋め込み、温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶媒体に記憶させ、タイヤの加硫が終了してモールドを開型した後、記憶媒体から温度データを取り出した。

実施例１の方法においては、温度測定用の専用モールドを加工する必要性が無くなると共に、大型タイヤ及び薄型タイヤのいずれの場合においても加硫温度測定装置をタイヤの任意の位置に埋め込むことが可能であり、空気入りタイヤの加硫中の温度を確実かつ安定的に測定することができた。

評価結果は、以下の通りである。

２０加硫温度測定装置
２１筐体
２２断熱層
２３断熱領域
２４非断熱領域
２５温度センサ
２６基板
２７処理回路
２８記憶媒体
２９媒体保持部
３０電源
３１配線
Ｍモールド
Ｔ空気入りタイヤ

Claims

筐体と、該筐体内に断熱領域を形成する断熱層と、前記断熱領域の外側であって前記筐体の内側に収容された温度センサと、前記断熱領域内に配置されていて前記温度センサの検出温度を経時的に取得する処理回路と、前記断熱領域内に配置されていて前記温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶する記憶媒体と、前記断熱領域内に配置された動作用の電源とを備えた加硫温度測定装置を未加硫状態のゴム製品の内部に埋設し、前記ゴム製品のモールド内での加硫中の温度を前記温度センサにより検出し、前記温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして前記記憶媒体に記憶させ、前記ゴム製品の加硫が終了して前記モールドを開型した後、前記記憶媒体から前記温度データを取り出すことを特徴とするゴム製品の加硫温度測定方法。
前記記憶媒体が前記筐体に対して着脱自在であることを特徴とする請求項１に記載のゴム製品の加硫温度測定方法。
前記温度センサにより測定される温度が０℃〜２００℃の範囲であり、前記ゴム製品の加硫中に前記筐体が受ける荷重が２２．４ｋｇｆ／ｃｍ²以下の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム製品の加硫温度測定方法。
前記ゴム製品がトレッド部、サイドウォール部及びビード部を備えた空気入りタイヤであり、前記トレッド部、サイドウォール部及びビード部の各々に前記加硫温度測定装置を埋設し、これらトレッド部、サイドウォール部及びビード部における加硫中の温度を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゴム製品の加硫温度測定方法。
ゴム製品のモールド内での加硫中の温度を測定する装置であって、筐体と、該筐体内に断熱領域を形成する断熱層と、前記断熱領域の外側であって前記筐体の内側に収容された温度センサと、前記断熱領域内に配置されていて前記温度センサの検出温度を経時的に取得する処理回路と、前記断熱領域内に配置されていて前記温度センサの検出温度を時系列的な温度データとして記憶する記憶媒体と、前記断熱領域内に配置された動作用の電源とを備えることを特徴とするゴム製品の加硫温度測定装置。
前記記憶媒体が前記筐体に対して着脱自在であることを特徴とする請求項５に記載のゴム製品の加硫温度測定装置。
前記温度センサにより測定される温度が０℃〜２００℃の範囲であり、前記ゴム製品の加硫中に前記筐体が受ける荷重が２２．４ｋｇｆ／ｃｍ²以下の範囲であることを特徴とする請求項５又は６に記載のゴム製品の加硫温度測定装置。