JP2020082550A - タイヤ加硫金型の設計方法、コンピュータプログラム及び設計装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤ加硫金型の設計コストを低減する。【解決手段】 タイヤ加硫金型の設計方法である。この設計方法では、生タイヤをモデリングした生タイヤモデルを入力する工程Ｓ１と、タイヤ成形面を有するタイヤ加硫金型モデルを入力する工程Ｓ２と、タイヤ加硫金型モデル内に生タイヤモデルを配置して、生タイヤモデルを膨張変形させることにより、タイヤ成形面に生タイヤモデルを接触させる工程Ｓ５と、生タイヤモデルとタイヤ成形面との接触状態に関するパラメータに基づいて、タイヤ成形面を改修する工程Ｓ６と、改修されたタイヤ成形面に基づいて、タイヤ加硫金型を設計する工程Ｓ７とを含む。【選択図】図３

Description

本発明は、タイヤ加硫金型を、コンピュータを用いて設計するための方法等に関する。

下記特許文献１は、タイヤ製造時のタイヤの断面形状を予測するための方法を提案している。この種の方法では、先ず、カーカスの構造仕様情報と、製造条件情報とに基づいて、カーカスの断面形状が求められる。次に、求めたカーカス断面形状を基準として、前記カーカス以外のタイヤ構成部材が、前記カーカスの内外に配される。これにより、タイヤの断面形状が描かれる。そして、前記タイヤの断面形状と、加硫モールド（加硫用金型）とのマッチングを確認して、気抜き穴の設置場所等が決定される。

特開２００６−１６８２９４号公報

上述の方法では、予め定められた関数を用いて、前記カーカスの断面形状等が求められており、タイヤ製造時に、各部材に生じる応力、歪み及び張力等が考慮されていない。このため、前記タイヤの断面形状を高い精度で予測することができず、所望の性能を有する加硫金型を設計するには、さらなる改善の余地があった。したがって、設計された加硫金型を製造した後に、その加硫金型を改造する修正工程が必要となり、設計コストが増加するという問題があった。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、設計コストを低減しうるタイヤ加硫金型の設計方法、コンピュータプログラム及び設計装置を提供することを主たる目的としている。

本発明は、タイヤ加硫金型を設計するための方法であって、コンピュータに、加硫前の生タイヤを有限個の要素でモデリングした生タイヤモデルを入力する工程と、前記コンピュータに、前記生タイヤモデルを成形するためのタイヤ成形面を有するタイヤ加硫金型モデルを入力する工程と、前記タイヤ加硫金型モデル内に前記生タイヤモデルを配置して、前記生タイヤモデルを徐々に膨張変形させることにより、前記タイヤ成形面に前記生タイヤモデルを徐々に接触させる工程と、前記膨張変形した前記生タイヤモデルと前記タイヤ成形面との接触状態に関するパラメータに基づいて、前記タイヤ成形面の少なくとも一部を改修する工程と、前記改修された前記タイヤ成形面に基づいて、タイヤ加硫金型を設計する工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る前記タイヤ加硫金型の設計方法において、前記パラメータは、前記膨張変形した前記生タイヤモデルと前記タイヤ成形面との間の隙間の大きさを含み、前記改修する工程は、前記隙間の大きさに基づいて、前記タイヤ成形面にベントホールを設ける工程を含んでもよい。

本発明に係る前記タイヤ加硫金型の設計方法において、前記改修する工程は、前記生タイヤモデルの前記膨張変形の過程において、前記隙間の大きさの変化率が相対的に小さい位置に対応する前記タイヤ成形面に、前記ベントホールを設ける工程を含んでもよい。

本発明に係る前記タイヤ加硫金型の設計方法において、前記タイヤ成形面は、模様形成用の形成部が適用される領域を有し、前記改修する工程は、前記タイヤ成形面の前記領域を除いて、前記ベントホールを設ける工程を含んでもよい。

本発明に係る前記タイヤ加硫金型の設計方法において、前記タイヤ成形面は、溝形成用の凸部を有し、前記パラメータは、前記凸部と前記生タイヤモデルとの接触によって、前記凸部に作用する応力を含んでもよい。

本発明に係る前記タイヤ加硫金型の設計方法において、前記改修する工程は、前記応力が小さくなるように、前記凸部の形状を変更する工程を含んでもよい。

本発明に係る前記タイヤ加硫金型の設計方法において、前記凸部の根本には、面取を形成可能なコーナ部を有し、前記改修する工程は、前記応力が大きいほど、前記コーナ部に前記面取を形成するか、又は、その面取の曲率半径を大きくする工程を含んでもよい。

本発明は、タイヤ加硫金型を設計するためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、加硫前の生タイヤを有限個の要素でモデリングした生タイヤモデルを入力する手段と、前記生タイヤモデルを成形するためのタイヤ成形面を有するタイヤ加硫金型モデルを入力する手段と、前記タイヤ加硫金型モデル内に前記生タイヤモデルを配置して、前記生タイヤモデルを徐々に膨張変形させることにより、前記タイヤ成形面に前記生タイヤモデルを徐々に接触させる手段と、前記膨張変形した前記生タイヤモデルと前記タイヤ成形面との接触状態に関するパラメータに基づいて、前記タイヤ成形面の少なくとも一部を改修する手段と、前記改修された前記タイヤ成形面に基づいて、タイヤ加硫金型を設計する手段として機能させることを特徴とする。

本発明は、タイヤ加硫金型を設計する演算処理装置を有する設計装置であって、前記演算処理装置は、加硫前の生タイヤを有限個の要素でモデリングした生タイヤモデルを入力する手段と、前記生タイヤモデルを成形するためのタイヤ成形面を有するタイヤ加硫金型モデルを入力する手段と、前記タイヤ加硫金型モデル内に前記生タイヤモデルを配置して、前記生タイヤモデルを徐々に膨張変形させることにより、前記タイヤ成形面に前記生タイヤモデルを徐々に接触させる手段と、前記膨張変形した前記生タイヤモデルと前記タイヤ成形面との接触状態に関するパラメータに基づいて、前記タイヤ成形面の少なくとも一部を改修する手段と、前記改修された前記タイヤ成形面に基づいて、タイヤ加硫金型を設計する手段とを含むことを特徴とする。

本発明のタイヤ加硫金型の設計方法は、生タイヤを有限個の要素でモデリングした生タイヤモデルの膨張変形が計算されるため、実際の生タイヤやタイヤ加硫金型の各部材に生じる応力、歪み及び張力等を考慮することができる。これにより、前記設計方法は、前記膨張変形した前記生タイヤモデルと前記タイヤ成形面との接触状態を、高い精度で求めることができる。そして、前記設計方法では、前記接触状態に関するパラメータを用いて改修された前記タイヤ成形面に基づいて、前記タイヤ加硫金型が設計されることにより、従来必要とされていた修正工程を最小限に抑えることができる。したがって、前記設計方法では、設計コストを低減することができる。

タイヤ加硫金型の設計方法を実行するためのコンピュータの一例を示す斜視図である。 生タイヤの加硫工程の一例を示す断面図である。 タイヤ加硫金型の設計方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 生タイヤモデルの一例を示す概念図である。 タイヤ加硫金型モデルの一例を示す概念図である。 ブラダーモデルの一例を示す概念図である。 膨張したブラダーモデルの一例を示す概念図である。 金型モデル内に配置された生タイヤモデルの一例を示す概念図である。 膨張変形した生タイヤモデルの一例を示す概念図である。 図９の部分拡大図である。 凸部に作用する応力の一例を示すコンター図である。 形状変更後の凸部の一例を示す図である。 形状変更後の凸部に作用する応力の一例を示すコンター図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本実施形態のタイヤ加硫金型の設計方法（以下、単に「設計方法」ということがある。）では、コンピュータを用いて、タイヤを加硫成形するためのタイヤ加硫金型（以下、単に「金型」と記載する場合がある。）が設計される。図１は、タイヤ加硫金型の設計方法を実行するためのコンピュータ１の一例を示す斜視図である。

コンピュータ１は、本体１ａ、キーボード１ｂ、マウス１ｃ及びディスプレイ装置１ｄが含まれる。この本体１ａには、演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、作業用メモリー、磁気ディスクなどの記憶装置及びディスクドライブ装置１ａ１、１ａ２などが設けられている。なお、記憶装置には、本実施形態の設計方法を実行するための処理手順（タイヤ加硫金型を設計するためのコンピュータプログラム）が予め記憶されている。コンピュータプログラムは、演算処理装置によって実行される。これにより、コンピュータ１は、タイヤ加硫金型を設計するための手段として機能し、コンピュータ１を設計装置として構成させている。

図２は、生タイヤの加硫工程の一例を示す断面図である。本実施形態の加硫工程では、先ず、生タイヤＴを成形するためのタイヤ成形面２を有する金型Ｍ内に、生タイヤＴが配置される。次に、ゴム風船状のブラダーＢによって、生タイヤＴを膨張変形させる。これにより、生タイヤＴの外面３を、金型Ｍに接触させることができ、生タイヤＴを加硫成形することができる。

本実施形態の生タイヤＴは、未加硫の複数のタイヤ部材４が積層されることで製造されている。ここで、未加硫とは、完全な加硫に至っていない全ての態様を含むもので、いわゆる半加硫の状態はこの「未加硫」に含まれる。タイヤ部材４は、ビードコア５と、カーカスプライ６と、ベルトプライ７Ａ、７Ｂと、ゴム部材８とを含んでいる。

ビードコア５は、例えば、スチール製のビードワイヤを螺旋巻きにしたものを、ゴム被覆することによって形成される。本実施形態のビードコア５は、断面矩形状に形成されている。

本実施形態のカーカスプライ６は、トレッド部１１からサイドウォール部１２を経てビード部１３のビードコア５に至る本体部６ａと、この本体部６ａに連なりビードコア５の廻りを軸方向内側から外側に折り返されたはみ出し部（折り返し部）６ｂとを含んでいる。カーカスプライ６には、カーカスコード（図示省略）が設けられている。

本実施形態のベルトプライ７Ａ、７Ｂは、タイヤ赤道Ｃにおいて、タイヤ半径方向内側に配置される内側ベルトプライ７Ａと、内側ベルトプライ７Ａのタイヤ半径方向外側に配置される外側ベルトプライ７Ｂとに区分されている。内側ベルトプライ７Ａ及び外側ベルトプライ７Ｂは、カーカスプライ６のタイヤ半径方向外側、かつ、トレッド部１１の内部に配されている。内側ベルトプライ７Ａ及び外側ベルトプライ７Ｂには、ベルトコード（図示省略）が設けられている。

ゴム部材８は、トレッドゴム８ａ、サイドウォールゴム８ｂ、クリンチゴム８ｃ、ビードエーペックスゴム８ｄ、及び、インナーライナーゴム８ｅを含んで構成されている。

本実施形態の金型Ｍは、第１金型片Ｍ１と、第２金型片Ｍ２とを含んで構成されている。第１金型片Ｍ１は、トレッド部１１を成形するための第１成形面２ａを有している。第２金型片Ｍ２は、サイドウォール部１２及びビード部１３を成形するための第２成形面２ｂを有している。これらの第１金型片Ｍ１及び第２金型片Ｍ２が組み立てられることにより、金型Ｍには、第１成形面２ａと第２成形面２ｂとを連続させたタイヤ成形面２が形成される。

本実施形態のタイヤ成形面２には、凸部１５が設けられている。凸部１５は、生タイヤＴの外面３に、溝１６を形成するためのものである。凸部１５は、主溝１６ａを形成するための第１凸部１５ａと、細溝１６ｂを形成するための第２凸部１５ｂとを含んでいる。このような凸部１５は、加硫成形時の生タイヤＴとの接触によって、生タイヤＴの外面３に溝１６を形成することができる。本実施形態の凸部１５は、第１金型片Ｍ１に設けられているが、第２金型片Ｍ２にも設けられてもよい。

凸部１５の根本には、コーナ部１７が形成されている。このコーナ部１７には、面取１８が形成されてもよい。本実施形態の面取１８は、円弧状に形成されている。このような面取１８は、生タイヤＴとの接触時において、凸部１５に作用する応力を小さくすることができ、凸部１５の破損等の防止に役立つ。

本実施形態のタイヤ成形面２には、模様形成用の形成部（図示省略）が設けられている。このような形成部は、加硫成形時の生タイヤＴとの接触によって、生タイヤＴの外面３に、模様（図示省略）を形成することができる。模様の一例としては、ロゴマークやブランド名等を表す文字等である。本実施形態の形成部は、第２金型片Ｍ２に設けられているが、第１金型片Ｍ１に設けられてもよい。

本実施形態の金型Ｍには、ベントホール１９が設けられている。ベントホール１９は、金型Ｍのタイヤ成形面２と、生タイヤＴの外面３との間の空気を、金型Ｍの外部に排出するためのものである。ベントホール１９は、その一端１９ａがタイヤ成形面２で開口し、その他端１９ｂが金型Ｍの外部に連通する流路として構成されている。ベントホール１９の他端１９ｂ側には、例えば、図示しないポンプ等が接続され、ベントホール１９内を負圧にしている。これにより、ベントホール１９は、生タイヤＴの外面３を、金型Ｍのタイヤ成形面２に密着させることができ、ベア等の成形不良を防ぐことができる。

ベントホール１９は、タイヤ周方向に隔設されるのが望ましい。これらのベントホール１９は、タイヤ周方向の広範囲に亘って、生タイヤＴの外面３を、金型Ｍのタイヤ成形面２に効果的に密着させることができる。

ベントホール１９は、タイヤ成形面２のうち、模様形成用の形成部（図示省略）を除いて形成されるのが望ましい。これにより、模様（図示省略）に、髭状のスピュー（図示省略）が形成されるのを防ぐことができる。

図３は、タイヤ加硫金型の設計方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。本実施形態の設計方法では、先ず、コンピュータ１に、加硫前の生タイヤＴ（図２に示す）を有限個の要素でモデリングした生タイヤモデルが入力される（工程Ｓ１）。工程Ｓ１では、コンピュータプログラムが、演算処理装置によって実行されることにより、コンピュータ１を、生タイヤモデルを入力する手段として機能させている。

本実施形態の生タイヤモデル２１は、図２に示した生タイヤＴの子午線断面について、タイヤ赤道面Ｃｓに対してタイヤ軸方向の一方側のみがモデル化されている。なお、生タイヤモデル２１は、一方側と他方側とがモデル化されてもよい。また、本実施形態の生タイヤモデル２１は、タイヤ周方向に厚さを有する三次元モデルである場合が例示されるが、二次元モデルであってもよい。なお、生タイヤモデル２１のタイヤ周方向の厚さについては、適宜設定することができる。本実施形態では、生タイヤの軸心を中心とする回転角度において、例えば、０．１〜２．０°（本実施形態では、０．４°）に相当する厚さに設定される。なお、生タイヤモデル２１は、実際の生タイヤＴに基づいて、タイヤ周方向に連続するものでもよい。

生タイヤモデル２１は、図２に示した各タイヤ部材４をモデリングしたタイヤ部材モデル２２が含まれる。タイヤ部材モデル２２は、ビードコア５（図２に示す）をモデリングしたビードコアモデル２３、カーカスプライ６（図２に示す）をモデリングしたカーカスプライモデル２４、ベルトプライ７Ａ、７Ｂ（図２に示す）をモデリングしたベルトプライモデル２５、２６、及び、ゴム部材８をモデリングしたゴム部材モデル２７を含んで構成されている。ゴム部材モデル２７は、トレッドゴムモデル２７ａ、サイドウォールゴムモデル２７ｂ、クリンチゴムモデル２７ｃ、ビードエーペックスゴムモデル２７ｄ、及び、インナーライナーゴムモデル２７ｅを含んで構成されている。

これらのタイヤ部材モデル２２は、有限個の要素Ｆ（ｉ）（ｉ＝１、２、…）でモデリングされている。要素Ｆ（ｉ）は、数値解析法により取扱い可能なものである。数値解析法としては、例えば、有限要素法、有限体積法、差分法、又は、境界要素法を適宜採用することができる。本実施形態では、有限要素法が採用されている。

三次元に展開された要素Ｆ（ｉ）としては、三次元のソリッド要素又はビーム要素等として定義されている。また、各要素Ｆ（ｉ）には、要素番号、節点２９の番号、節点２９の座標値、及び、材料特性（例えば、密度、引張剛性、圧縮剛性、せん断剛性、曲げ剛性、又は、捩り剛性など）等の数値データが定義される。

なお、未加硫ゴムの材料特性としては、例えば、文献（針間浩、「未加硫ゴムの一定伸長速度下での大変形挙動」、日本レオロジー学会誌、社団法人日本レオロジー学会、１９７６年、Ｖｏｌ．４、ｐ．３−９）や、文献（戸崎近雄、外３名、「グリーンストレングス指標、降伏応力の粘弾性的取扱い」、日本ゴム協会誌、一般社団法人日本ゴム協会、１９６９年、第４２巻、第６号、ｐ．４３３−４３８）等に開示されている。本実施形態では、これらの文献に基づいて、未加硫ゴムの材料特性が定義される。

工程Ｓ１では、例えば、特開２０１８−１０６２８０号公報に記載の手順と同様に、タイヤ部材モデル２２がそれぞれ積層される。これにより、工程Ｓ１では、加硫前の生タイヤＴを、有限個の要素Ｆ（ｉ）でモデリングした生タイヤモデル２１を設定することができる。このように、本実施形態の工程Ｓ１では、実際の生タイヤＴの成形工程と同様の手順に基づいて、タイヤ部材モデル２２がそれぞれ積層されるため、精度の高い生タイヤモデル２１を定義することができる。生タイヤモデル２１は、コンピュータ１に記憶される。

次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ１に、タイヤ加硫金型モデルが入力される（工程Ｓ２）。工程Ｓ２では、コンピュータプログラムが、演算処理装置によって実行されることにより、コンピュータ１を、タイヤ加硫金型モデルを入力する手段として機能させている。図５は、タイヤ加硫金型モデル３１の一例を示す概念図である。

本実施形態の工程Ｓ２では、図２に示した金型Ｍのタイヤ成形面２の輪郭を含む設計データに基づいて、金型Ｍを有限個の要素Ｇ（ｉ）（ｉ＝１、２、…）でモデリングしている。これにより、工程Ｓ２では、生タイヤモデル２１（図４に示す）を成形するためのタイヤ成形面３２を有するタイヤ加硫金型モデル（以下、単に「金型モデル」と記載する場合がある。）３１を定義することができる。

本実施形態の要素Ｇ（ｉ）は、図４に示した生タイヤモデル２１の要素Ｆ（ｉ）と同様に、有限要素法が採用されており、三次元のソリッド要素として定義されている。さらに、要素Ｇ（ｉ）には、要素番号、節点３３の番号、節点３３の座標値、及び、金型Ｍ（図２に示す）の材料特性等の数値データが定義される。

本実施形態の金型モデル３１は、第１金型片Ｍ１（図２に示す）をモデリングした第１金型片モデル３１Ａ、及び、第２金型片Ｍ２（図２に示す）をモデリングした第２金型片モデル３１Ｂを含んで構成されている。第１金型片モデル３１Ａは、図４に示した生タイヤモデル２１のトレッド部３５を成形するための第１成形面３２Ａを有している。第２金型片モデル３１Ｂは、図４に示した生タイヤモデル２１のサイドウォール部３６及びビード部３７を成形するための第２成形面３２Ｂを有している。これらの第１金型片モデル３１Ａ及び第２金型片モデル３１Ｂが組み立てられることにより、金型モデル３１には、第１成形面３２Ａと第２成形面３２Ｂとを連続させたタイヤ成形面３２が形成される。

本実施形態のタイヤ成形面３２には、図２に示した金型Ｍと同様に、溝形成用の凸部３８が設けられている。凸部３８は、主溝を形成するための第１凸部３８ａと、細溝を形成するための第２凸部３８ｂとを含んでいる。凸部３８の根本には、面取（図示省略）を形成可能なコーナ部３９を有している。さらに、タイヤ成形面３２には、模様形成用の形成部（図示省略）が適用される領域４０を有している。本実施形態の領域４０は、形成部の形状をタイヤ成形面３２に定義したものではなく、タイヤ成形面３２において形成部が設けられる位置を特定するための座標値として定義されている。なお、本実施形態の金型モデル３１には、図２に示した金型Ｍのベントホール１９が省略されている。金型モデル３１は、コンピュータ１に記憶される。

次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ１に、ブラダーモデルが入力される（工程Ｓ３）。工程Ｓ３では、コンピュータプログラムが、演算処理装置によって実行されることにより、コンピュータ１を、ブラダーモデルを入力する手段として機能させている。図６は、ブラダーモデル４１の一例を示す概念図である。

本実施形態の工程Ｓ３では、図２に示したブラダーＢの設計データに基づいて、ブラダーＢを有限個の要素Ｈ（ｉ）（ｉ＝１、２、…）でモデリングしている。これにより、工程Ｓ３では、ブラダーモデル４１を定義することができる。

本実施形態の要素Ｈ（ｉ）は、図４に示した生タイヤモデル２１の要素Ｆ（ｉ）や、図５に示した金型モデル３１の要素Ｇ（ｉ）と同様に、有限要素法が採用されており、三次元のソリッド要素として定義されている。さらに、要素Ｈ（ｉ）には、要素番号、節点４２の番号、節点４２の座標値、及び、図２に示したブラダーＢの材料特性等の数値データが定義される。ブラダーモデル４１は、コンピュータ１に記憶される。

次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ１が、金型モデル３１内に、生タイヤモデル２１を配置する（工程Ｓ４）。工程Ｓ４では、コンピュータプログラムが、演算処理装置によって実行されることにより、コンピュータ１を、金型モデル３１内に、生タイヤモデル２１を配置するための手段として機能させている。図７は、膨張したブラダーモデル４１の一例を示す概念図である。図７では、図４、図５及び図６に示した要素Ｆ（ｉ）、Ｇ（ｉ）及びＨ（ｉ）等を省略し、金型モデル３１及びブラダーモデル４１を色付けして示している。

本実施形態の工程Ｓ４では、先ず、生タイヤモデル２１の半径方向の内側に、ブラダーモデル４１が配置される。次に、工程Ｓ４では、ブラダーモデル４１の半径方向の内面に、第１等分布荷重ｗ１が定義される。第１等分布荷重ｗ１としては、加硫成形前において、実際にブラダーＢ（図２に示す）に充填される内圧（例えば、０．０５〜０．０８ＭＰａ程度）が設定される。これにより、工程Ｓ４では、ブラダーモデル４１を膨張変形させて、ブラダーモデル４１の半径方向の外面と、生タイヤモデル２１の内腔面２１ｉとを接触させることができる。本実施形態の工程Ｓ４では、第１等分布荷重ｗ１と、ブラダーモデル４１及び生タイヤモデル２１の応力とが釣り合うまで、ブラダーモデル４１及び生タイヤモデル２１の変形が計算される。

生タイヤモデル２１、金型モデル３１、及び、ブラダーモデル４１等の変形計算は、図４、図５及び図６に示した各要素Ｆ（ｉ）、Ｇ（ｉ）及びＨ（ｉ）の形状や材料特性などに基づいて、微小時間（単位時間Ｔｘ（ｘ＝０、１、…））ごとに実施される。このような変形計算は、例えば、JSOL社製のLS-DYNAなどの市販の有限要素解析アプリケーションソフトを用いて計算することができる。

次に、工程Ｓ４では、生タイヤモデル２１の半径方向の外側に、第１金型片モデル３１Ａが配置される。さらに、工程Ｓ４では、生タイヤモデル２１の軸方向の外側に、第２金型片モデル３１Ｂが配置される。そして、工程Ｓ４では、第１金型片モデル３１Ａを半径方向内側に移動させ、かつ、第２金型片モデル３１Ｂを軸方向内側に移動させて、第１金型片モデル３１Ａと第２金型片モデル３１Ｂとを連結する。図８は、金型モデル３１内に配置された生タイヤモデル２１の一例を示す概念図である。図８では、図４、図５及び図６に示した要素Ｆ（ｉ）、Ｇ（ｉ）及びＨ（ｉ）等を省略し、金型モデル３１及びブラダーモデル４１を色付けして示している。

このように、工程Ｓ４では、金型モデル３１のタイヤ成形面３２に、生タイヤモデル２１の外面２８の一部を接触させつつ、生タイヤモデル２１を半径方向及び軸方向に変形させながら、金型モデル３１内に、生タイヤモデル２１を配置した状態（金型を閉じた状態）を計算することができる。

次に、本実施形態の設計方法では、コンピュータ１が、生タイヤモデル２１を徐々に膨張変形させることにより、金型モデル３１のタイヤ成形面３２に、生タイヤモデル２１を徐々に接触させる（工程Ｓ５）。工程Ｓ５では、コンピュータプログラムが、演算処理装置によって実行されることにより、コンピュータ１を、生タイヤモデル２１を徐々に膨張変形させることにより、金型モデル３１のタイヤ成形面３２に、生タイヤモデル２１を徐々に接触させるための手段として機能させている。図９は、膨張変形した生タイヤモデル２１の一例を示す概念図である。図９では、図４、図５及び図６に示した要素Ｆ（ｉ）、Ｇ（ｉ）及びＨ（ｉ）等を省略し、金型モデル３１及びブラダーモデル４１を色付けして示している。

工程Ｓ５では、ブラダーモデル４１の半径方向の内面に、第２等分布荷重ｗ２が定義される。第２等分布荷重ｗ２としては、加硫成形時に、実際にブラダーＢ（図２に示す）に充填される内圧（例えば、２．０〜２．４ＭＰａ程度）が設定される。これにより、工程Ｓ５では、ブラダーモデル４１を介して、生タイヤモデル２１を徐々に膨張変形させることができる。このような生タイヤモデル２１の膨張変形により、図２に示した実際の加硫工程と同様に、金型モデル３１のタイヤ成形面３２に、生タイヤモデル２１の外面２８を徐々に接触させることができる。

本実施形態の工程Ｓ５では、第２等分布荷重ｗ２と、生タイヤモデル２１、金型モデル３１及びブラダーモデル４１の応力とが釣り合うまで、生タイヤモデル２１の膨張変形が、シミュレーションの微小時間（単位時間Ｔｘ）毎に計算される。

本実施形態の工程Ｓ５では、図２に示した生タイヤＴを、図４に示した有限個の要素Ｆ（ｉ）でモデリングした生タイヤモデル２１の膨張変形が計算されるため、図２に示した実際の生タイヤＴや金型Ｍの各部材に生じる応力、歪み及び張力等を考慮することができる。これにより、本実施形態の設計方法は、膨張変形した生タイヤモデル２１とタイヤ成形面３２との接触状態を、高い精度で求めることができる。計算結果は、コンピュータ１に記憶される。

工程Ｓ５では、膨張変形した生タイヤモデル２１と、タイヤ成形面３２との接触状態に関するパラメータが計算される。パラメータについては、前記接触状態を示すものであれば、適宜設定することができる。図１０は、図９の部分拡大図である。

本実施形態のパラメータは、膨張変形した生タイヤモデル２１とタイヤ成形面３２との間の隙間４３の大きさを含んでいる。なお、複数の隙間４３が形成される場合には、それぞれの隙間４３の大きさが計算される。大きさとしては、隙間４３の断面積であってもよいし、隙間４３の体積であってもよい。本実施形態では、隙間４３の体積である場合が例示される。

本実施形態の工程Ｓ５では、生タイヤモデル２１の膨張変形が開始してから（図８に示す）、膨張変形が終了するまでの間（図９に示す）、予め定められた時間間隔ごとに、接触状態に関するパラメータが計算される。時間間隔については、適宜設定することができる。本実施形態の時間間隔は、シミュレーションの微小時間（単位時間Ｔｘ）に設定される。パラメータは、コンピュータ１に記憶される。

次に、本実施形態の設計方法では、パラメータに基づいて、タイヤ成形面３２の少なくとも一部を改修する（工程Ｓ６）。工程Ｓ６では、コンピュータプログラムが、演算処理装置によって実行されることにより、コンピュータ１を、パラメータに基づいて、タイヤ成形面３２の少なくとも一部を改修するための手段として機能させている。

タイヤ成形面３２の改修対象としては、適宜選択することができる。本実施形態の工程Ｓ６では、隙間４３の大きさに基づいて、タイヤ成形面３２にベントホール４５が設けられる。なお、工程Ｓ６において、ベントホール４５の設定は、タイヤ成形面３２でのベントホール４５の位置を示す座標値を特定してもよいし、タイヤ成形面３２（金型モデル３１）を貫通させたベントホール４５が設定されてもよい。本実施形態では、ベントホール４５の位置の座標値を特定しており、図１０において、ベントホール４５の位置を二点鎖線で示している。

本実施形態の工程Ｓ６では、工程Ｓ５での生タイヤモデル２１の膨張変形の過程（即ち、図８に示した膨張変形が開始してから、図９に示した膨張変形が終了するまでの間）において、隙間４３の大きさの変化率が相対的に小さい位置に対応するタイヤ成形面３２に、ベントホール４５が設けられている。このような変化率が相対的に小さい隙間４３は、タイヤ成形面３２に、生タイヤモデル２１の外面２８が密着しにくい部分を示しており、図２に示した実際の加硫工程では、その部分でベア等の成形不良が生じやすいと考えられる。本実施形態の工程Ｓ６では、変化率が相対的に小さい隙間４３に対応するタイヤ成形面３２に、ベントホール４５の一端が開口するように設けられることで、ベア等の成形不良を効果的に防ぐことが可能なタイヤ成形面３２に改修している。

変化率については、適宜設定することができる。本実施形態では、図８に示した工程Ｓ５での生タイヤモデル２１の膨張変形開始時の隙間４３の大きさＶ１と、図９に示した膨張変形終了時の隙間４３の大きさＶ２との比Ｖ２／Ｖ１が、５％以上である隙間４３の位置に対応するタイヤ成形面３２に、ベントホール４５が設けられている。これにより、ベア等の成形不良を効果的に防ぐこと可能なタイヤ成形面３２に改修することができる。

本実施形態では、隙間４３の大きさの変化率が相対的に小さい位置に対応するタイヤ成形面３２に、ベントホール４５が設けられたが、このような態様に限定されない。例えば、工程Ｓ５での生タイヤモデル２１の膨張変形が終了したとき（図９及び図１０に示す）において、予め定められた基準よりも大きい隙間４３に対応するタイヤ成形面３２に、ベントホール４５が設けられてもよい。これにより、工程Ｓ６では、ベア等の成形不良を効果的に防ぐことが可能なタイヤ成形面３２に改修することができる。基準については、例えば、生タイヤモデル２１のサイズ等に基づいて、適宜設定することができる。

工程Ｓ６では、隙間４３が大きいほど、タイヤ周方向に隔設されるベントホール４５の個数を多くしてもよい。このように、多くのベントホール４５が設けられることにより、図２に示した金型Ｍでは、隙間４３が大きい部分に対応する位置において、空気を効率よく排出できるため、ベア等の成形不良を効果的に防ぐことが可能なタイヤ成形面３２に改修することができる。

上述したように、模様形成用の形成部（図示省略）に、ベントホール４５が設けられると、タイヤの模様（図示省略）に、髭状のスピュー（図示省略）が形成される恐れがある。このため、工程Ｓ６では、タイヤ成形面３２のうち、形成部が適用される領域４０（図５に示す）を除いて、ベントホール４５が設けられるのが望ましい。なお、ベントホール４５を設けるべき隙間４３と、領域４０とが重複する場合には、タイヤ周方向において、模様が途切れた部分に、ベントホール４５が設けられるのが望ましい。一方、模様がタイヤ周方向に連続している場合には、領域４０の半径方向の内側又は外側に位置ずれした位置に、ベントホール４５が設けられるのが望ましい。ベントホール４５は、コンピュータ１に記憶される。

次に、本実施形態の設計方法では、改修されたタイヤ成形面３２に基づいて、図２に示したタイヤ加硫金型Ｍが設計される（工程Ｓ７）。工程Ｓ７では、コンピュータプログラムが、演算処理装置によって実行されることにより、改修されたタイヤ成形面３２に基づいて、タイヤ加硫金型Ｍを設計するための手段として機能させている。

本実施形態の工程Ｓ７では、工程Ｓ６後の金型モデル３１のタイヤ成形面３２でのベントホール４５の位置に基づいて、金型Ｍの設計データ（例えば、ＣＡＤデータ）が作成される。なお、金型Ｍの設計データが既に存在する場合には、その設計データが更新されてもよい。設計データは、コンピュータ１に記憶される。

設計データは、金型Ｍ（図２に示す）の製造に用いられる。製造された金型Ｍは、タイヤの製造ラインにおいて、タイヤの加硫成形に用いられる。

上述したように、本実施形態の設計方法では、膨張変形した生タイヤモデル２１とタイヤ成形面３２との接触状態を、高い精度で求めることができる。このため、本実施形態の設計方法では、接触状態に関するパラメータに基づいて、タイヤ成形面３２が改修されることにより、所望の性能を有する金型Ｍを設計することができる。これにより、本実施形態の設計方法では、従来必要とされていた金型Ｍの修正工程（本実施形態では、ベントホール４５の位置の修正等）を最小限に抑えることができる。したがって、本実施形態の設計方法では、金型Ｍの設計コストを低減することができる。

これまでの実施形態の改修する工程Ｓ６では、隙間４３の大きさに基づいてタイヤ成形面３２にベントホール４５が設けられる態様が例示されたが、このような態様に限定されない。例えば、ベントホール４５に代えて、金型モデル３１（金型Ｍ）の分割面３０（図８に示す）が設けられてもよい。図２に示されるように、分割面２０は、ベントホール１９と同様に、金型Ｍのタイヤ成形面２と、生タイヤＴの外面３との間の空気を、金型Ｍの外部に排出することができる。したがって、この実施形態の設計方法でも、ベア等の成形不良を効果的に防ぐこと可能なタイヤ成形面３２に改修することができる。

これまでの実施形態の改修する工程Ｓ６では、ベントホール４５や分割面３０が設けられたが、このような態様に限定されない。改修する工程Ｓ６では、図５に示した凸部３８の形状が改修されてもよい。なお、この実施形態において、これまでの実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略することがある。

この実施形態の設計方法では、膨張変形した生タイヤモデル２１と、タイヤ成形面３２との接触状態に関するパラメータとして、凸部３８と生タイヤモデル２１との接触によって、凸部３８に作用する応力を含んでいる。図１１は、凸部３８に作用する応力の一例を示すコンター図である。

図１１は、図９に示した膨張変形終了時の凸部３８の応力（本例では、ミーゼス応力）を示している。この例では、凸部３８（第２凸部３８ｂ）の内部からコーナ部３９、３９にかけて、応力が高い部分４６が存在している。このような応力は、図２に示した生タイヤＴとの接触時での凸部１５（第２凸部１５ｂ）の破損のしやすさを予測するのに役立つ。応力は、全ての凸部３８において計算されるのが望ましい。

この実施形態の工程Ｓ５では、前実施形態と同様に、図８に示した生タイヤモデル２１の膨張変形が開始してから、図９に示した膨張変形が終了するまでの間、予め定められた時間間隔（本例では、単位時間Ｔｘ）ごとに、凸部３８に作用する応力が計算される。応力は、コンピュータ１に記憶される。

この実施形態の改修する工程Ｓ６では、凸部３８に作用する応力に基づいて、凸部３８の形状が変更される。この実施形態では、応力が小さくなるように、凸部３８の形状を変更している。図１２は、形状変更後の凸部３８の一例を示す図である。図１２では、図５に示した要素Ｇ（ｉ）を省略している。

凸部３８の形状を変更する手順については、適宜設定することができる。上述したように、凸部３８のコーナ部３９に面取４８を形成することで、凸部３８に作用する応力を小さくすることができる。このため、この実施形態の工程Ｓ６では、応力が大きいほど、コーナ部３９に、円弧状の面取４８を形成している。これにより、凸部３８の破損等を効果的に防止しうるタイヤ成形面３２に改修することができる。面取４８の曲率半径については、例えば、凸部３８の大きさ等に基づいて、適宜設定することができる。

この実施形態の工程Ｓ６では、応力が予め定められた閾値以上の場合に、面取４８が形成されている。閾値については、例えば、図２に示した金型Ｍを構成する材料の破損に関するパラメータ（例えば、引張強さ等）に基づいて、適宜設定することができる。図２に示した凸部１５の破損等を効果的に防ぐために、閾値は、凸部１５の引張強さの７０％〜９０％に設定されるのが望ましい。

工程Ｓ６において、コーナ部３９に面取４８が既に形成されている場合には、その面取４８の曲率半径Ｒを大きくするのが望ましい。これにより、凸部３８に作用する応力を効果的に小さくすることができる。

工程Ｓ６では、凸部３８のコーナ部３９に面取４８を形成した後、又は、面取４８の曲率半径を大きくした後に、応力が閾値未満になった否かを確認するためのシミュレーションが実施されるのが望ましい。このシミュレーションは、改修した凸部３８を適用した金型モデル３１を用いて、図８及び図９に示したように、生タイヤモデル２１を膨張変形させる工程Ｓ５が再度実施されてもよいし、改修した凸部３８のみを取り出し、その取り出した凸部３８の表面に、生タイヤモデル２１の膨張変形時の圧力を定義したシミュレーションが実施されてもよい。そして、工程Ｓ６では、応力が閾値未満になるまで、凸部３８が改修されるのが望ましい。

図１３は、形状変更後の凸部に作用する応力の一例を示すコンター図である。この例では、応力が高い部分４６が小さくなっており、コーナ部３９、３９での応力も小さくなっている。この実施形態の設計方法では、凸部３８の破損等を効果的に防止しうるタイヤ成形面３２に改修することができる。

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。

［実施例Ａ］
図３に示した手順に基づいて、タイヤ加硫金型が設計された（実施例１）。実施例１では、膨張変形した生タイヤモデルとタイヤ成形面との間の隙間の大きさに基づいて、タイヤ成形面にベントホールが設けられた。また、比較のために、上記特許文献１の方法に基づいて、タイヤ加硫金型が設計された（比較例１）。比較例１では、タイヤ製造時に生じる応力、歪み及び張力等を考慮せずに求められたタイヤの断面形状に基づいて、ベントホール（気抜き穴）の設置場所が決定された。

実施例１のベントホールが設けられたタイヤ加硫金型と、比較例１のベントホールが設けられたタイヤ加硫金型が製造された。そして、実施例１及び比較例１のタイヤ加硫金型を用いて、１０本のタイヤ（サイズ：２０５／６０Ｒ１４）を加硫成形し、ベア等の成形不良の有無が目視にて確認された。

テストの結果、比較例１では、一部のタイヤでベアが発生し、加硫金型を改造する修正工程が必要となった。一方、実施例１では、ベアが発生しなかったため、修正工程が必要なかった。これにより、実施例１の設計コストは、比較例１の設計コストに比べて、１５％低減することができた。

［実施例Ｂ］
図３に示した手順に基づいて、タイヤ加硫金型が設計された（実施例２）。実施例２では、タイヤ成形面に形成された凸部に作用する応力に基づいて、凸部の形状が変更された。そして、実施例２では、凸部の形状を変更したタイヤ加硫金型が製造された。また、比較のために、凸部の形状を変更する工程を省略して、タイヤ加硫金型が製造された（比較例２）。そして、実施例２及び比較例２のタイヤ加硫金型を用いて、１０００本のタイヤ（サイズ：２０５／６０Ｒ１４）を加硫成形し、凸部の破損の有無が目視にて確認された。

テストの結果、比較例２では、凸部の一部で破損し、加硫金型を改造する修正工程が必要となった。一方、実施例２では、凸部が破損しなかったため、修正工程が必要なかった。これにより、実施例２の設計コストは、比較例２の設計コストに比べて、２０％低減することができた。

Ｓ１ 生タイヤモデルを入力する工程
Ｓ２ タイヤ加硫金型モデルを入力する工程
Ｓ５ タイヤ成形面に生タイヤモデルを徐々に接触させる工程
Ｓ６ タイヤ成形面の少なくとも一部を改修する工程
Ｓ７ タイヤ加硫金型を設計する工程

Claims (9)

1. タイヤ加硫金型を設計するための方法であって、
   コンピュータに、加硫前の生タイヤを有限個の要素でモデリングした生タイヤモデルを入力する工程と、
   前記コンピュータに、前記生タイヤモデルを成形するためのタイヤ成形面を有するタイヤ加硫金型モデルを入力する工程と、
   前記タイヤ加硫金型モデル内に前記生タイヤモデルを配置して、前記生タイヤモデルを徐々に膨張変形させることにより、前記タイヤ成形面に前記生タイヤモデルを徐々に接触させる工程と、
   前記膨張変形した前記生タイヤモデルと前記タイヤ成形面との接触状態に関するパラメータに基づいて、前記タイヤ成形面の少なくとも一部を改修する工程と、
   前記改修された前記タイヤ成形面に基づいて、タイヤ加硫金型を設計する工程とを含む、
   タイヤ加硫金型の設計方法。
2. 前記パラメータは、前記膨張変形した前記生タイヤモデルと前記タイヤ成形面との間の隙間の大きさを含み、
   前記改修する工程は、前記隙間の大きさに基づいて、前記タイヤ成形面にベントホールを設ける工程を含む、請求項１記載のタイヤ加硫金型の設計方法。
3. 前記改修する工程は、前記生タイヤモデルの前記膨張変形の過程において、前記隙間の大きさの変化率が相対的に小さい位置に対応する前記タイヤ成形面に、前記ベントホールを設ける工程を含む、請求項２記載のタイヤ加硫金型の設計方法。
4. 前記タイヤ成形面は、模様形成用の形成部が適用される領域を有し、
   前記改修する工程は、前記タイヤ成形面の前記領域を除いて、前記ベントホールを設ける工程を含む、請求項２又は３記載のタイヤ加硫金型の設計方法。
5. 前記タイヤ成形面は、溝形成用の凸部を有し、
   前記パラメータは、前記凸部と前記生タイヤモデルとの接触によって、前記凸部に作用する応力を含む、請求項１ないし４のいずれかに記載のタイヤ加硫金型の設計方法。
6. 前記改修する工程は、前記応力が小さくなるように、前記凸部の形状を変更する工程を含む、請求項５記載のタイヤ加硫金型の設計方法。
7. 前記凸部の根本には、面取を形成可能なコーナ部を有し、
   前記改修する工程は、前記応力が大きいほど、前記コーナ部に前記面取を形成するか、又は、その面取の曲率半径を大きくする工程を含む、請求項５又は６記載のタイヤ加硫金型の設計方法。
8. タイヤ加硫金型を設計するためのコンピュータプログラムであって、
   コンピュータを、
   加硫前の生タイヤを有限個の要素でモデリングした生タイヤモデルを入力する手段と、
   前記生タイヤモデルを成形するためのタイヤ成形面を有するタイヤ加硫金型モデルを入力する手段と、
   前記タイヤ加硫金型モデル内に前記生タイヤモデルを配置して、前記生タイヤモデルを徐々に膨張変形させることにより、前記タイヤ成形面に前記生タイヤモデルを徐々に接触させる手段と、
   前記膨張変形した前記生タイヤモデルと前記タイヤ成形面との接触状態に関するパラメータに基づいて、前記タイヤ成形面の少なくとも一部を改修する手段と、
   前記改修された前記タイヤ成形面に基づいて、タイヤ加硫金型を設計する手段として機能させる、
   タイヤ加硫金型を設計するためのコンピュータプログラム。
9. タイヤ加硫金型を設計する演算処理装置を有する設計装置であって、
   前記演算処理装置は、加硫前の生タイヤを有限個の要素でモデリングした生タイヤモデルを入力する手段と、
   前記生タイヤモデルを成形するためのタイヤ成形面を有するタイヤ加硫金型モデルを入力する手段と、
   前記タイヤ加硫金型モデル内に前記生タイヤモデルを配置して、前記生タイヤモデルを徐々に膨張変形させることにより、前記タイヤ成形面に前記生タイヤモデルを徐々に接触させる手段と、
   前記膨張変形した前記生タイヤモデルと前記タイヤ成形面との接触状態に関するパラメータに基づいて、前記タイヤ成形面の少なくとも一部を改修する手段と、
   前記改修された前記タイヤ成形面に基づいて、タイヤ加硫金型を設計する手段とを含む、
   タイヤ加硫金型の設計装置。