JP4783145B2 - タイヤの三次元モデル作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤの三次元モデル作成方法に関し、詳しくは、予め作成されたタイヤの三次元サンプルモデルを用いて異なるサイズのタイヤの三次元モデルを作成し、タイヤの設計変更を容易とするものである。

従来、特開２００５−２３５１１４号公報（特許文献１）等において、コンピュータ上で三次元画像を作成する三次元ＣＡＤシステムが提供されている。
このような三次元ＣＡＤシステムでは、作成した三次元プロファイルに基づいて異なるサイズの三次元プロファイルを作成する場合、作成した三次元プロファイル上で所要の修正を行わなければならない。しかし、三次元プロファイルは複雑であるため、修正作業に手間がかかり、かつ、間違いが生じることが多い問題がある。

特に、タイヤの三次元モデルを作成する場合、タイヤ表面に設けられる多数の溝は非常に複雑な形状で、これらの溝は三次元で円弧状に変化していくため、三次元形状の変更を簡単に行うことはできない。
よって、タイヤを設計する際には、溝パターンが略同様でもタイヤサイズが異なる場合には、それぞれサイズ毎に三次元プロファイルを別個に作成しており、非常に手間がかかる問題がある。

特開２００５−２３５１１４号公報

本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、溝を有する複雑な形状をしたタイヤであっても、三次元サンプルモデルを用いてタイヤサイズを変更した三次元モデルを容易に作成することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、トレッド領域に基本パターンの溝を備えた基本サイズのタイヤの三次元サンプルモデルを用いて、タイヤサイズを変更した三次元モデルをコンピュータで作成する方法であって、
前記三次元サンプルモデルおよびサイズ変更した三次元モデルは、タイヤを周方向に複数に分割した分割体から構成され、該三次元サンプルモデルの各分割体毎に、三次元プロファイルを画像表示するための三次元データと、該三次元データに変換される二次元データとしてサンプルモデルの多数の寸法データが格納されている記録部を備え、該記録部にタイヤサイズ毎に前記多数の寸法データは予め設計テーブルとして記録されており、
前記コンピュータに入力されるタイヤサイズの変更に対応して前記設計テーブルから自動的に前記寸法データが変更され、
前記変更された寸法データと前記サンプルモデルで記録されている寸法データとから前記サンプルモデルの三次元データが自動的に変更処理され、
前記変更処理された三次元データに基づいてサイズ変更された三次元モデルが自動的に作成されることを特徴とするタイヤの三次元モデル作成方法を提供している。

前記のように、本発明では、三次元サンプルモデルは三次元データに変換される二次元データを備えていると共に、タイヤサイズが相違する場合における対応する二次元データの寸法データを備えた設計テーブルを予め記録している。
よって、サンプルモデルのタイヤサイズと相違するタイヤを設計する場合には、変更するタイヤサイズを前記設計テーブル上で指定すると、自動的に二次元データが変更され、この変更された二次元データに基づいて、サンプルモデルの三次元データが変更されて、タイヤサイズを相違させた三次元モデルを極めて簡単に作成することができる。

前記寸法データは、分割体の個数、各分割体の長さ・角度・トレッド領域の寸法・サイドウオール領域の寸法・溝パターン・溝底アールを含み、
前記溝パターンは、溝の表面位置、該表面位置から所要寸法の深さ位置、溝底面位置における所要の地点が寸法データで規定され、規定された地点を取り込んだ関係式に基づいてラインが設定され、これらラインを連続させて溝形状が構成されることが好ましい。

前記のように、分割体の個数、各分割体の長さ・角度・トレッド領域の寸法・サイドウオール領域の寸法を特定することで、分割体の全体的な形状を特定することができ、また、溝パターン・溝底アールを特定することで、各分割体に設ける溝形状を特定することができる。
前記溝パターンは、詳しくは、前記したように、表面、表面からの所要深さ位置、および溝底面位置において、それぞれ特定する必要があり、そのため、各深さ位置での寸法を特定している。
かつ、各位置での寸法は二次元の座標上での地点であるため、この地点を連続させてラインを形成する必要がある。そのため、特定した地点を取り込んだ関係式に基づいてラインを描き、これらラインを連続させて溝表面、溝底面、表面と底面間の中間位置の溝形状を二次元で特定し、これらを深さ方向に連続させることで、溝形状を三次元で特定している。また、複雑な形状である溝の各ラインが関係式に基づいて形成されるため、関係式を変更することで溝ラインも容易に変更することができる。
さらに、寸法データは角度および溝底面のアール等も含むため、三次元サンプルモデルに対して角度やアール等を変更も自動的になされる。

このように、複雑な三次元形状の溝を特定できる寸法データが、タイヤサイズの変更に応じて、設計テーブルから自動的に取り出されて変更されるため、非常に簡単にタイヤサイズが変更された三次元モデルを作成することができる。

また、前記溝を形成するための連続させたラインは平滑化されると共に所要領域では曲線ラインに自動修正されようにしている。
溝の形状を作成する際、指定した点を結ぶだけでは滑らかな溝形状にならないが、連続させたラインを平滑化したり、曲線ラインに修正することにより溝を滑らかに連続させた形状とすることができる。

前記各分割体は更に複数のエリアに分割され、これらエリアに跨がる溝の前記ラインはエリア間で接合させて平滑化させていることが好ましい。
溝の形状は、タイヤ表面のエリアによってタイヤサイズを変更した場合の拡大・縮小の比率が異なるため、タイヤ表面を複数のエリアに分割してエリア毎にそれぞれ拡大・縮小することが好ましい。しかし、このようにエリア毎にそれぞれ異なる比率で拡大・縮小するとエリアを跨る溝のラインがズレてしまう場合がある。よって、ズレた溝のラインを接合させて平滑化されることにより、サイズ変更後の三次元モデルでも溝のラインが自動修正されて滑かに連続したものとなる。

前記作成された溝パターンを三次元サンプルモデルのプロファイルに投影し、サイズ変更後の三次元モデルを作成することが好ましい。
前記構成によれば、三次元サンプルモデルの分割体のプロファイルと溝パターンとを分けて、それぞれ別個にサイズ変更が行われ、その後、三次元サンプルモデルのプロファイルに溝パターンを投影しているため、複雑な三次元モデルも容易に作成することができる。

前述したように、本発明によれば、タイヤの三次元モデルを作成するために、基本サイズの三次元のサンプルモデルが予め設けられ、該サンプルモデルは三次元データと、該三次元データに変換される二次元データを備えると共に、サイズ変更した場合の寸法データの設計テーブルを予め用意している。
よって、タイヤをサイズ変更する場合、設計テーブル上で変更するサイズを特定するだけで、設計テーブル上の二次元データに自動的に変更され、該二次元データに基づいて前記サンプルモデルの三次元データが自動的に変更されて、サイズ変更したタイヤの三次元モデルが簡単に形成される。
特に、タイヤのような、全体的に曲面部が多く且つ複雑な三次元形状の溝が設けられる場合においても、予め用意された設計テーブルの寸法データが自動変更されるため、三次元サンプルモデルを用いてタイヤサイズを変更した三次元モデルを作業手数がかかる事なく簡単に作成することができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態のタイヤの三次元モデル作成方法では、従来から用いられているキーボードやマウス等からなる入力装置と、所要の演算処理を行なう演算装置と、後述する設計テーブル等を記録する記録装置（記録部）と、作成した三次元モデルのプロファイル等を表示する表示装置を備えたコンピュータを用いている。

本発明の三次元モデル作成方法では、図１に示すように基本パターンの溝を備えた基本サイズのタイヤの三次元サンプルモデル１０を用いて、タイヤサイズを変更した三次元モデル１０’を作成している。作成された三次元モデル１０’は実際のタイヤ製造用金型のキャビティの設計に用いられるものである。

三次元サンプルモデル１０およびサイズ変更後の三次元モデル１０’とも、図１に示すように、タイヤを周方向に略均等分割した多数の分割体を組み合わせて構成している。これら分割体毎に、それぞれ前記表示装置に三次元画像として表示されるサンプルモデル１０、１０’のプロファイルを形成するのに必要な三次元データと、該三次元データに変換される二次元データである寸法データ（パラメータ）を必要としている。

本実施形態のタイヤでは、タイヤ軸方向においてトレッド領域の中心（赤道位置）を挟んで対象形状としているため、図１に示すように、分割体は赤道位置で２分割した一側半部を示す構成としている。
なお、赤道位置を挟んで両側部の溝パターンが相違する場合には、両側部を含む分割体を設ける必要がある。

各分割体は、トレッド領域１１−１とサイドウオール領域１１−２を備えた本体１１に溝パターン１２が設けられており、タイヤサイズに応じて、各分割体自体の大きさが拡大・縮小される。よって、分割体のトレッド領域１１ー１、サイドウオール領域１１ー２の寸法も当然に夫々拡大・縮小され、周方向の曲率、軸線方向の曲率も変わる。また、溝パターン１２も拡大・縮小されるが、溝パターン自体が複雑な三次元形状であると共に、曲率が変更されるサイドウオール領域からトレッド領域へと延在しているため、拡大・縮小に角度調整が必要となる。

以下に、本発明の三次元モデルの作成手順について説明する。
なお、１つのタイヤは前記したように複数の分割体を組み合わせて完成しており、１つの分割体についてのみ説明し、他の分割体については同様であるため説明を省略する。

まず、基本サイズからなるタイヤの三次元サンプルモデル１０を作成する。
三次元モデルを形成するに必要な寸法データ（パラメータ）は、分割体の個数、各分割体の長さ・周方向角度・軸方向角度・トレッド領域の寸法・サイドウオール領域の寸法・溝パターン・溝深さ・溝底アール等からなる。
さらに、溝パターンでは、各分割体を５〜６程度の複数エリアに分割し、各エリア毎に、表面（ＳＯ）、表面から所定深さ位置（Ｓ１、Ｓ２…）および溝底面（Ｓｎ）における所要地点の座標からなる。
基本サイズを含めて各種サイズの前記寸法データは、予め表計算ソフトにより作成された図２に示す設計テーブル２０として記録している。

設計テーブル２０には、前記のように、三次元サンプルモデルの寸法データだけでなく、タイヤサイズを変更した場合の寸法データがタイヤサイズ毎に記録されている。
本実施形態では、行番号２の欄には三次元サンプルモデルの寸法データが記載されている一方、行番号３〜７の欄にはタイヤサイズを変更するための三次元モデルの寸法データが各行毎に記載されている。

基本サイズのサンプルモデル作成時には、前記パラメータに基づいて、図３（Ａ）に示すように、まず、分割体の本体１１の外形ラインを形成する複数の点１１ａが規定され、これらの点が図３（Ｂ）に示すようにライン１１ｂとして連続される。このライン１１ｂは、図４に示すように、プログラム処理により平滑化され、ライン１１ｂの所要箇所は滑らかな曲線に修正される。

前記平滑化したライン１１ｂ上に原点Ｒ０及び該原点Ｒ０から所要距離離れた点Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…に基点として、原点Ｒ０、点Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…間のＸ方向の距離Ｌ１〜Ｌ１０、Ｚ方向の距離Ｌ１１、Ｌ１２や各点間の角度・アール等も前記設計テーブル２０で設定し、記録している。
前記外形ラインの形成後、本体１１の周方向の長さ、表面の周方向の曲率、軸方向の曲率等に基づいて、図５に示すような、三次元でプロファイルが表示される本体１１が作成される。

一方、溝パターン１２のプロファイルの作成方法は、本体１１と同様、まず、図６に示すように、二次元モデル作成画面上で溝の表面形状に沿う点１３ａが規定され、これら点１３ａがライン１３ｂで連続され、該ライン１３ｂが平滑化されて所要領域では曲線ラインに修正され、図６（Ａ）に示す二次元で示された溝パターン１２の表面形状１３が作成される。
このとき、後述する溝のサイズ変更を考慮して、各ラインの両端を実際の溝よりも長く設定している。また、表面形状１３は、図７に示すように、Ｘ方向にＡ部〜Ｅ部までエリア分けし、エリアを跨ぐライン１３ｂ同士を接合して連続させている。
次いで、二次元で示された溝パターン１２の表面形状１３が、図６（Ｂ）に示すように、本体１１の表面Ｓ０の寸法データを用いて本体１１の表面Ｓ０に沿う形状に変換される。

次いで、溝パターン１２の表面形状１３のライン１３ｂに合わせて、図８に示すように、溝側面１４、溝底面１５のラインが作成される。
前記溝底面１５の作成には、本体１１の表面Ｓ０をＺ方向にｄｍｍ下降させた図９に示す面Ｓｄが用いられる。例えば、溝１３Ａの溝深さを８．３ｍｍに設定する場合、本体１１の表面Ｓ０をＺ方向に８．３ｍｍ下降させた面Ｓｄが、溝１３Ａの底面として選択される。
溝パターン１２は、前記表面形状１３、溝側面１４、溝底面１５を組み合わせて、図１０に示すように作成される。

前記のように作成した三次元からなる本体１１に溝パターン１２を投影し、本体１１から溝パターン１２を抜き取って、図１０および図１に示すプロファイルを有する三次元サンプルモデル１０を作成している。

タイヤサイズの変更時には、変更するタイヤサイズの寸法データを前記設計テーブル２０から選択して変更すると、変更された寸法データと前記三次元サンプルモデルで記録されている寸法データとから三次元サンプルモデルの三次元データが変更処理され、該三次元データに基づいて、三次元モデルが自動的に作成され、表示装置には図１に示すサイズ変更されたプロファイルを有する三次元モデル１０’が表示される。

詳細には、変更するタイヤサイズが指定されると、設計テーブル２０とリンクされ、サンプルモデルの寸法データが、設計テーブル２０で規定されている変更サイズの寸法データに自動的に変更される。
変更された寸法データを取り込んだ関係式に基づいてプログラム処理されて、前記図４に示す本体１１’の外形を示す二次元曲線が描かれ、それに基づいて本体の三次元プロファイルが作成される。

溝パターン１２に関しても、表面形状１３は前記図７に示したエリアＡ部〜Ｅ部ごとにそれぞれ拡大または縮小される。
其の際、サンプルモデルの基本サイズと変更サイズとの長さの相違については、夫々のエリア毎に基本サイズの長さを基準として、サイズ拡大後および縮小後の長さとの間に比に基づいた式が与えられている。この式に基づいて各エリア毎に拡大・縮小がなされる。
エリアＡ部では上端中央を原点Ｏとし、原点Ｏに接しているエリアＡ部はそのままの位置でサイズ変更に対応した所要の比率で拡大または縮小される。
原点Ｏに接していないエリアＢ部〜Ｅ部では原点Ｏに接する位置まで移動され、所要の比率で拡大または縮小される。
エリアＡ部〜Ｅ部までの拡大または縮小を終えた後、エリアＢ部からエリアＥ部をサイズ変更後の幅が考慮されて、それぞれ所要の位置に戻され、エリアを跨ぐライン１３ｂはそれぞれ接合されて平滑化される。

溝パターン１２の溝側面１４および溝底面１５のラインは、各深さ位置で変更された寸法データに基づいて、図１１に示すように、表面形状１３に自動的に追従されて作成される。また、溝の底面形状も自動的に追従され、前記サンプルモデルと同様な手順で自動作成される。
このようにして、作成されたサイズ変更後の溝パターン１２’がサイズ変更後の本体１１’に投影されて、図１に示す三次元プロファイルを有する変更モデル１０’が作成される。

前記したタイヤサイズ変更の処理は、全て、コンピュータの演算装置においてプログラム処理されるため、サイズ変更にリンクする設計テーブル２０の寸法データが変更されると、自動的に三次元モデルが作成されることとなる。

前記方法により作成した三次元モデルの分割体は、所要個数を連続させてタイヤの複数のセグメントを構成するものとし、セグメント毎に作成するタイヤ成形用金型の設計に利用している。即ち、タイヤ成形用金型のキャビテイを前記セグメントの外形に対応させた形状として、タイヤ成形用金型を設計している。

このように、本発明では、三次元サンプルモデルを基本とし、サイズ変更する場合に、変更サイズの寸法データを予め規定している設計テーブルを用意しておくことで、サイズ変更と設計テーブルとがリンクされ、該設計テーブルの二次元データが、サンプルモデルの二次元データとして自動変更され、該二次元データに基づいて三次元データも自動変更されて、サイズ変更したタイヤの三次元モデルが作成される。
よって、溝を設けたタイヤのように複雑な形状のモデルであっても、三次元サンプルモデルを用いてタイヤサイズを変更した三次元モデルを簡単に作成することができる。

基本サイズの三次元サンプルモデルとサイズ変更後の三次元モデルを示す図面である。 本発明方法で用いる設計テーブルを示す図面である。 （Ａ）（Ｂ）はタイヤの分割体の一側面を二次元画像で作成する方法を示す図面である。 タイヤの分割体の一側面の二次元プロファイルである。 タイヤの分割体の本体の三次元プロファイルである。 （Ａ）（Ｂ）は溝パターンの表面形状の作成方法を示す図面である 溝パターンの表面形状をエリア分けした図面である。 溝パターンの溝側面を示す図面である。 （Ａ）（Ｂ）はタイヤの分割体の表面および溝底面を示す図面である。 溝パターンの三次元プロファイルである。 タイヤサイズの変更後の溝の側面ラインの作成状態を示す図面である。

符号の説明

１０ 三次元サンプルモデル
１０’ サイズ変更後の三次元モデル
１１ 分割体の本体
１２ 溝パターン
１３ 溝の表面形状
１４ 溝側面
１５ 溝底面
２０ 設計テーブル

Claims (5)

1. トレッド領域に基本パターンの溝を備えた基本サイズのタイヤの三次元サンプルモデルを用いて、タイヤサイズを変更した三次元モデルをコンピュータで作成する方法であって、
   前記三次元サンプルモデルおよびサイズ変更した三次元モデルは、タイヤを周方向に複数に分割した分割体から構成され、該三次元サンプルモデルの各分割体毎に、三次元プロファイルを画像表示するための三次元データと、該三次元データに変換される二次元データとしてサンプルモデルの多数の寸法データが格納されている記録部を備え、該記録部にタイヤサイズ毎に前記多数の寸法データは予め設計テーブルとして記録されており、
   前記コンピュータに入力されるタイヤサイズの変更に対応して前記設計テーブルから自動的に前記寸法データが変更され、
   前記変更された寸法データと前記サンプルモデルで記録されている寸法データとから前記サンプルモデルの三次元データが自動的に変更処理され、
   前記変更処理された三次元データに基づいてサイズ変更された三次元モデルが自動的に作成されることを特徴とするタイヤの三次元モデル作成方法。
2. 前記寸法データは、分割体の個数、各分割体の長さ・角度・トレッド領域の寸法・サイドウオール領域の寸法・溝パターン・溝底アールを含み、
   前記溝パターンは、溝の表面位置、該表面位置から所要寸法の深さ位置、溝底面位置における所要の地点が寸法データで規定され、規定された地点を取り込んだ関係式に基づいてラインが設定され、これらラインを連続させて溝形状が構成される請求項１に記載のタイヤの三次元モデル作成方法。
3. 前記連続させたラインは平滑化されると共に所要領域では曲線ラインに自動修正される請求項２に記載のタイヤの三次元モデル作成方法。
4. 前記各分割体は更に複数のエリアに分割され、これらエリアに跨がる溝の前記ラインはエリア間で接合させて平滑化される請求項２または請求項３に記載のタイヤの三次元モデル作成方法。
5. 前記作成された溝パターンが三次元サンプルモデルのプロファイルに投影され、サイズ変更後の三次元モデルが自動的に作成される請求項２乃至請求項４のタイヤの三次元モデル作成方法。

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