JP5056119B2 - タイヤ補強層の変形挙動測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ製造時にカーカス層やベルト層などのタイヤ補強層に生じる引張りや圧縮などの変形状態を測定するタイヤ補強層の変形挙動測定方法に関し、さらに詳しくは、高い精度でタイヤ補強層の変形状態を測定することができるタイヤ補強層の変形挙動測定方法に関する。

空気入りタイヤには、補強コードをゴム被覆したカーカス層やベルト層などのタイヤ補強層が埋設されている。これらカーカス層やベルト層はタイヤの骨格の役割を果たし、タイヤ内での配置や補強コードの分布状態などがタイヤ性能に大きく影響する。

一般に、空気入りタイヤの製造は、インナーライナー層やカーカス層などを成形ドラム上に巻き付けて成形したカーカスバンドをトロイダル状に膨張変形させて、ベルト層上にトレッドゴム層を巻き付けたベルトバンドの内周側に圧着し、続いてベルトバンドを外周側からステッチングローラによりカーカスバンドの外周面に押し付けて圧着し、グリーンタイヤを成形する。次いで、このグリーンタイヤを加硫工程に搬送し、それを金型内にセットし、ブラダーにより内側からグリーンタイヤにリフトを加えて金型内面に押し当てた状態で加硫する。

このような空気入りタイヤの製造工程では、カーカス層やベルト層などのタイヤ補強層に多くの引張りや圧縮などの変形が加わるが、上記したタイヤ内での配置や補強コードの分布状態を知るには、このタイヤの製造工程においてタイヤ補強層がどうように変形したかを把握することが極めて重要である。

従来、未加硫のトレッド部材などの歪み変形を検出する方法として、ストレインゲージを使用することが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、空気入りタイヤの製造工程中に多くの引張りや圧縮などの変形が加わるタイヤ補強層にストレインゲージを使用すると、その変形に追従できないため、タイヤ補強層の正確な変形挙動のデータを得ることができないという問題があった。
特開２００２−６７１８３号公報

本発明の目的は、タイヤ製造時に変形するタイヤ補強層の変形状態を精度良く測定することが可能なタイヤ補強層の変形挙動測定方法を提供するものである。

上記目的を達成する本発明のタイヤ補強層の変形挙動測定方法は、補強コードをゴム被覆したタイヤ補強層を有する空気入りタイヤを製造する際にタイヤ補強層に生じる変形状態を測定するタイヤ補強層の変形挙動測定方法であって、前記タイヤ補強層のゴムの弾性率以下の弾性率を有する弾性導電性材料からなる変形検出素子と前記タイヤ補強層のゴムの弾性率以下の弾性率を有する接着剤を使用し、未加硫タイヤの成形工程において前記タイヤ補強層に前記接着剤を介して前記変形検出素子を貼着し、該貼着した変形検出素子により前記空気入りタイヤを製造するまでの工程において前記タイヤ補強層の変形状態を検出することを特徴とする。

上述した本発明によれば、タイヤ補強層のゴムの弾性率以下の弾性率を有する弾性導電性材料からなる変形検出素子と同様の接着剤を使用して、タイヤ補強層の変形状態を検出するようにしたので、変形検出素子がタイヤ補強層の変形に伴って容易に変形し、追従するため、タイヤ製造時に変形するタイヤ補強層の変形状態を精度良く測定することができる。それにより、タイヤ補強層の正確な変形挙動のデータを得ることができるので、この情報を用いてタイヤの製造工程における成形条件や加硫条件を適正化することで、タイヤ性能の向上や不良品の低減に大きく寄与することができる。

以下、本発明の実施の形態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は補強コードをゴム被覆したタイヤ補強層を有する空気入りタイヤの一例を示し、１はトレッド部、２はサイドウォール部、３はビード部である。タイヤ内側には左右のビード部３間に延在するインナーライナー層４が配置され、その外側にタイヤ径方向に延在する補強コードをタイヤ周方向に所定の間隔で配列してゴム被覆したカーカス層５が配置されている。カーカス層５は左右のビード部３間に延在し、その両端部がビード部３に埋設したビードコア６の周りにタイヤ軸方向内側から外側に向けてビードフィラー７を挟み込むようにして折り返されている。

トレッド部１のカーカス層５の外周側にはタイヤ周方向に対して傾斜配列した補強コードをゴム被覆した複数のベルト層８が設けられている。ベルト層８の外周側には、アンダートレッドゴム層９を介してキャップトレッドゴム層１０が配設されている。サイドウォール部２には、カーカス層５のタイヤ軸方向外側にサイドゴム層１１が配置され、ビード部３にはリムクッションゴム層１２が設けられている。

本発明のタイヤ補強層の変形挙動測定方法は、上記のようなカーカス層５やベルト層８などの補強コードをゴム被覆したタイヤ補強層を有する空気入りタイヤを製造する際に、未加硫のタイヤ補強層に生じる変形状態を測定するのに使用されるものである。

以下、図２〜１２を参照しながら、タイヤ補強層としてカーカス層５を例にとって、本発明のタイヤ補強層の変形挙動測定方法の一実施形態を説明するが、ベルト層８などのタイヤ補強層の場合も同様に行うことができる。

先ず、タイヤ成形ドラム２１に未加硫のインナーライナー層４’を円筒状に巻き付け、次いでその上に未加硫のカーカス層５’を円筒状に巻き付ける（図２）。カーカス層５’の巻き付け後、図３に示すように、カーカス層５’の外周面５’ａに接着剤層２２を介して変形検出素子２３を貼り付ける。

ここで使用する変形検出素子２３は、カーカス層５’のゴムの弾性率以下の弾性率を有する弾性導電性材料からなる弾性導電性層２４と、この弾性導電性層２４の表面に所定の間隔をおいて配置した一対の電極端子２５を有している。一対の電極端子２５はリード線２６を介して定電流電源２７に接続されている。変形検出素子２３は、図４に示すように、一対の電極端子２５間に歪みが発生すると、その間の電気抵抗が変化し、一対の電極端子２５間に印加される電圧（出力）が変化するようになっている。

変形検出素子２３には、一対の電極端子２５間の電圧を測定し、かつ測定された電圧情報を記憶する測定記憶手段２８がリード線２９を介して並列に接続されている。この測定記憶手段２８を後で不図示の処理手段に接続して測定された電圧情報を処理手段に入力し、その処理手段で入力された電圧情報に基づいて、予めインプットされたプログラムに従って、一対の電極端子２５間の変形量を時系列的に算出するようにしている。

また、処理手段の表示部には変形量とそれが時系列的に変化する推移が表示されるようになっている。変形量の推移は一対の電極端子２５間にかかる電圧の変化に比例するため、変形量の推移に代えて、測定された時系列の電圧の変化をそのまま時系列的な変形の推移として示すようにしてもよい。

ここでは、定電流電源２７を用いたが、それに代えて定電圧電源を使用してもよい。その場合、一対の電極端子２５間の流れる電流を測定し、測定された電流情報を記憶する測定記憶手段が直列に接続される。

接着剤層２２に使用する接着剤も、弾性導電性材料と同様に、カーカス層５’のゴムの弾性率以下の弾性率を有するものである。接着剤は、接着性と柔軟性と耐熱性の高い、ゴム系やシリコーン系接着剤が良く、例えばセメダイン社製の「スーパーＸ」シリーズ（アクリル変成シリコーン樹脂系接着剤）が好適に使用される。このようにカーカス層５’の変形を検出する変形検出素子２３及びそれを貼着する接着剤に、検出対象であるカーカス層５’のゴムの弾性率以下の弾性率を有するものを使用することにより、カーカス層５’が変形した際に、その変形に接着剤層２２と検出素子２３が追従できるようにしている。カーカス層５’のゴムの弾性率をａ、弾性導電性材料の弾性率をｂ、接着剤の弾性率をｃとすると、ａ≧ｃ≧ｂの関係を満足するようにするのが、変形検出素子２３を一層追従し易くする上でよい。

変形検出素子２３は、リード線２６がカーカス層５’の巻き付けに邪魔にならないようにしてあれば、カーカス層５’に先に貼り付け、それをインナーライナー層４’に巻き付けるようにしてもよい。

変形検出素子２３の貼り付けが終了すると、それ以降、貼着した変形検出素子２３によりカーカス層５’の変形状態の検出が開始される。

変形検出素子２３の貼り付け後は、従来と同様にして、未加硫タイヤを成形する。即ち、図５に示すように、未加硫のビードフィラー７’を取り付けたビードコア６、未加硫のクッションゴム層１２’、未加硫のサイドゴム層１１’を貼り付けて、カーカスバンド１５を成形する。

カーカスバンド１５の成形後、カーカスバンド１５をタイヤ成形ドラム２１から取り外す。図６に示すように、シェーピングドラム３０に取り付けて内圧を付与し、カーカスバンド１５をトロイダル状に膨張変形させ、外周側に配置した、未加硫のベルト層８’の外周側に未加硫のアンダートレッドゴム層９’とキャップトレッドゴム層１０’を貼り合わせたベルトバンド１６の内周側に圧着する。次いで、図７に示すように、ステッチングローラ３２によりベルトバンド１６を外周側からカーカスバンド１５の外周面に押し付けて圧着し、未加硫タイヤを成形する。

図８に、この未加硫タイヤの成形工程において変形検出素子２３により検出された変形検出素子貼着位置でのカーカス層５’の時系列的な変形の推移の一例を概念的に表すグラフ図を示す。なお、図８では、カーカス層５’の時系列的な変形の推移を変形量に代えて、変形検出素子２３に加わる電圧で示している。また、変形検出素子２３は、図９に示すように、トレッド部１のセンター部１Ａと両ショルダー部１Ａ、及び左右のサイドウォール部２に対応するカーカス層５’の各領域に配置され、実線がセンター部１Ａ、破線がショルダー部１Ｂ、一点鎖線がサイドウォール部２に対応する領域に配置した変形検出素子２３で検出されるものである。

図８のグラフ図において、領域Ｘ１はタイヤ成形ドラム２１にカーカスバンド１５を成形する工程、領域Ｘ２はタイヤ成形ドラム２１からカーカスバンド１５を取り外し、シェーピングドラム３０まで搬送する工程、領域Ｘ３はシェーピングドラム３０によりカーカスバンド１５をトロイダル状に膨張変形させてベルトバンド１６に圧着するシェーピング工程、領域Ｘ４はステッチングローラ３１によりベルトバンド１６をトロイダル状に変形させたカーカスバンド１５に対して押圧し圧着するステッチング工程である。

成形された未加硫タイヤは、搬送手段により加硫工程に搬送されるが、未加硫タイヤの成形終了直後、即ちステッチング工程終了直後からから加硫工程に入る直前までの工程においても、変形検出素子２３によりカーカス層５’の変形状態の検出が行われる。

次いで、加硫工程において未加硫タイヤを加硫する。図１０に示すように、ローダのフック３２に吊設された未加硫タイヤＴを開型したタイヤ加硫機３３のブラダー３３Ａの外周側まで搬入する。続いて、センターポスト３３Ｂを降下させながら、ブラダー３３Ａ内に窒素ガスなどの圧力媒体を加えてインフレートさせ、未加硫タイヤＴをタイヤ内周側から保持すると共にトロイダル状にシェーピングし、下型３４Ａに下側のサイドウォール部をセットする。

図１１に示すように、上型３５Ｂを閉じ、未加硫タイヤＴを金型３５内にセットする。次いで、スチームなどの加熱媒体をブラダー３３Ａ内に供給し、加硫を開始する。加硫終了後、加硫されたタイヤをタイヤ加硫機３３から取り出し、測定記憶手段２８を取り外す。測定記憶手段２８を上記した処理手段に接続し、カーカス層５’の変形量を時系列的に算出する。また、処理手段の表示部には変形量とその時系列的な推移が表示され、タイヤの製造工程においてカーカス層５’がどうように変形したかを把握することができる。

図１２に、未加硫タイヤＴの加硫工程において変形検出素子２３により検出されたカーカス層５’の時系列的な変形の推移（変形過程）の一例を概念的に表すグラフ図を示す。なお、図１２でも、カーカス層５’の時系列的な変形の推移を変形量に代えて、変形検出素子２３に加わる電圧で示している。実線がトレッド部１のセンター部１Ａ、破線がトレッド部１のショルダー部１Ｂ、一点鎖線がサイドウォール部２に対応する領域に配置した変形検出素子２３によりそれぞれ検出されるものである。

図１２のグラフにおいて、領域Ｙ１はローダのフック３２に保持された未加硫タイヤＴを開型したタイヤ加硫機３３のブラダー３３Ａの外周側まで搬入する工程、領域Ｙ２はブラダー３３Ａ内に圧力媒体を供給してインフレートさせてから下型３４Ａに下側のサイドウォール部をセットするまでの工程、領域Ｙ３は金型３５を閉じる工程、領域Ｙ４は加熱媒体をブラダー３３Ａ内に供給して加硫する工程である。

このように本発明では、カーカス層５’やベルト層８’などのタイヤ補強層の変形状態（変形量や変形の推移）を検出するのに、タイヤ補強層のゴムの弾性率以下の弾性率を有する弾性導電性材料からなる変形検出素子２３と、同様の接着剤を使用したので、変形検出素子２３がタイヤ補強層の変形に容易に追従することができる。そのため、タイヤ製造時に変形するタイヤ補強層の変形状態を精度良く測定することが可能になり、タイヤ補強層の正確な変形挙動のデータを得ることができる。この情報を用いてタイヤの製造工程における成形条件や加硫条件を適正化することで、タイヤ性能の向上や不良品の低減に大きく寄与する。

本発明において、上記実施形態では、タイヤの製造工程全般にわたって変形検出素子２３によりタイヤ補強層の変形状態を検出するようにしたが、空気入りタイヤを製造するまでの工程において、未加硫タイヤの成形工程だけであってもよく、また未加硫タイヤの加硫工程だけであってよく、更には未加硫タイヤの成形終了直後から加硫工程に入る直前までの工程だけであってよく、必要に応じて適宜選択することができる。

タイヤ補強層の変形状態を全体的に把握するには、上記したように複数の領域にそれぞれ変形検出素子２３を配置するのが好ましいが、把握したい箇所が限定されているのであれば、少なくともその１箇所に変形検出素子２３を接着剤を介して貼り付けてタイヤ補強層の変形状態を検出することができる。

また、例えば図１３に示すように、変形検出素子２３を複数箇所に貼着する場合には、その複数の変形検出素子２３により、貼着した箇所において変形が発生する順序をタイヤ補強層の変形状態として検出するようにしてもよい。この変形が発生する順序は、その複数の変形検出素子２３に加わる電圧に変化が生じた順序から判断することができる。好ましくは、発生する順序と上述した変形量及び変形の時系列的推移を共に検出するのがよい。

変形検出素子２３の貼り付ける方向（一対の電極端子２５間を結ぶ直線の方向）は、変形挙動を把握した方向であり、タイヤ径方向、タイヤ周方向、タイヤ周方向に傾斜した方向の中から適宜選択される。

上述した変形検出素子２３に使用される弾性導電性材料としては、加硫工程でも使用ができる、即ち温度０〜２００℃、圧力０〜２．５ＭＰａの使用条件下で性能保持可能な弾性導電性材料を用いるのがよい。このような弾性導電性材料としては、シリコンゴムやフッ素ゴムにカーボンブラックや金属粉などの導電性フィラーを配合したものなどを好ましく用いることができる。当然のことながら、未加硫タイヤの成形工程や未加硫タイヤの成形終了直後から加硫工程に入る直前までの工程でタイヤ補強層の変形状態を検出するのであれば、上記した温度や圧力条件は不要であり、弾性導電性材料として、天然ゴムなどの通常のゴムなどにカーボンブラックや金属粉などの導電性フィラーを配合したものを使用することができる。

変形検出素子２３の弾性導電性層２４は、ゴムであれば加硫済のものから構成されるが、その厚さとしては０．５ｍｍ以下にするのが、良好な測定精度を確保する上でよい。弾性導電性層２４の電気抵抗変化を用いて変形量を検出するため、変形検出素子２３の出力感度は断面積に反比例する。このため弾性導電性層２４が厚いと、断面積変化によって変形検出素子２３からの出力が変わる恐れがあるからである。厚さの下限値としては、弾性導電性層２４の変形強度の点から０．２ｍｍ以上にするのがよい。

一対の電極端子２５間の距離Ｌとしては、１０〜５０ｍｍの範囲にするのがよい。距離Ｌが１０ｍｍ未満であると、一対の電極端子２５間の間隔が狭すぎて、変形検出素子２３の出力感度が低下する。逆に距離Ｌが５０ｍｍを超えると、一対の電極端子２５間のどこの箇所で変形が発生したかがわかり難く、測定精度が低下する。

本発明で使用する変形検出素子２３は、上述したようにタイヤ補強層の変形状態を検出するのに用いられるが、未加硫タイヤの内表面や外表面に貼り付けて、未加硫タイヤの成形終了直後から加硫工程に入る直前までの工程において、その表面に発生する歪みを検出するのにも使用することができる。

本発明で変形状態を検出するタイヤ補強層は、上述したカーカス層５’やベルト層８’に限定されず、補強コードをゴム被覆した層状のものであれば、いずれのタイヤ補強層であってもよい。

なお、本発明で言う弾性率は、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して測定する。

補強コードをゴム被覆したタイヤ補強層を有する空気入りタイヤの一例を示す部分断面図である。 タイヤ成形ドラムに未加硫のカーカス層を円筒状に巻き付けた状態を示す説明図である。 変形検出素子を貼り付けた状態を示す部分拡大斜視図である。 変形検出素子の歪みと出力（電圧）の関係を概念的に示すグラフ図である。 カーカスバンドを成形した状態を示す説明図である。 シェーピング工程を示す説明図である。 ステッチング工程を示す説明図である。 未加硫タイヤの成形工程において変形検出素子により検出された未加硫のカーカス層の時系列的な変形の推移の一例を概念的に示すグラフ図である。 変形検出素子の配置を示す断面説明図である。 未加硫タイヤをタイヤ加硫機に搬入する工程を示す断面説明図である。 閉型する工程を示す断面説明図である。 未加硫タイヤＴの加硫工程において変形検出素子により検出された未加硫のカーカス層の時系列的な変形の推移の一例を概念的に示すグラフ図である。 変形検出素子を複数箇所に貼着する例を示す説明図である。

符号の説明

５，５’カーカス層（タイヤ補強層）
８，８’ベルト層（タイヤ補強層）
１５ カーカスバンド
１６ ベルトバンド
２１ タイヤ成形ドラム
２２ 接着剤層
２３ 変形検出素子
２４ 弾性導電性層
２５ 電極端子
２８ 測定記憶手段
３０ シェーピングドラム
３２ ステッチングローラ
３３ タイヤ加硫機
３３Ａ ブラダー
３４Ａ 下型
３４Ｂ 上型
Ｔ 未加硫タイヤ

Claims (11)

1. 補強コードをゴム被覆したタイヤ補強層を有する空気入りタイヤを製造する際にタイヤ補強層に生じる変形状態を測定するタイヤ補強層の変形挙動測定方法であって、
   前記タイヤ補強層のゴムの弾性率以下の弾性率を有する弾性導電性材料からなる変形検出素子と前記タイヤ補強層のゴムの弾性率以下の弾性率を有する接着剤を使用し、
   未加硫タイヤの成形工程において前記タイヤ補強層に前記接着剤を介して前記変形検出素子を貼着し、該貼着した変形検出素子により前記空気入りタイヤを製造するまでの工程において前記タイヤ補強層の変形状態を検出するタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
2. 前記空気入りタイヤを製造するまでの工程が、前記未加硫タイヤの成形工程を含む請求項１に記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
3. 前記空気入りタイヤを製造するまでの工程が、前記未加硫タイヤの加硫工程を含む請求項１または２に記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
4. 前記弾性導電性材料が、温度０〜２００℃、圧力０〜２．５ＭＰａの使用条件下で性能保持可能な弾性導電性材料からなる請求項３に記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
5. 前記空気入りタイヤを製造するまでの工程が、未加硫タイヤの成形終了直後から加硫工程に入る直前までの工程を含む請求項１乃至４のいずれかに記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
6. 前記変形検出素子により検出する前記タイヤ補強層の変形状態が変形量である請求項１乃至５のいずれかに記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
7. 前記変形検出素子により検出する前記タイヤ補強層の変形状態が時系列的な変形の推移である請求項１乃至６のいずれかに記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
8. 前記変形検出素子を複数箇所に貼着した請求項１乃至７のいずれかに記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
9. 前記複数の変形検出素子により検出する前記タイヤ補強層の変形状態が、貼着した箇所において変形が発生する順序である請求項８に記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
10. 前記変形検出素子が、弾性導電性材料からなる厚さ０．５ｍｍ以下の弾性導電性層と、この表面に所定の間隔をおいて配置した、電源に接続される一対の電極端子とを有する請求項１乃至９のいずれかに記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。
11. 前記タイヤ補強層がカーカス層及び／またはベルト層である請求項１乃至１０のいずれかに記載のタイヤ補強層の変形挙動測定方法。

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