JP5737331B2 - 加硫制御方法および加硫制御システム - Google Patents

Description

本発明は、加硫制御方法および加硫制御システムに関し、さらに詳しくは、簡便な解析モデルを用いながらも、加硫不足を回避しつつ加硫時間の短縮を図ることができ、最適な加硫時間を即座に得ることができる加硫制御方法および加硫制御システムに関するものである。

タイヤを製造する際には、未加硫ゴムを用いて成形したグリーンタイヤを所定時間加硫する。一般に、加硫時間は、未加硫ゴム（ゴム組成物）のブローポイント時間を基準に決定されている。ブローポイント時間とは、加圧下で加硫されるゴム組成物を、脱型して加硫工程を終了させるために大気圧に戻した時点で、ゴム組成物の内部に気泡を発生させなくするのに必要な最低限の時間である。成形工程や加硫工程では様々なばらつきが生じるので、加硫時間は、これらのばらつきを考慮して、タイヤの加硫律速部における未加硫ゴムのブローポイント時間に対比される等価加硫度を基準に、これに到達するためのタイヤとしてのブローポイント時間を定め、所定の安全時間を加算して加硫不足にならないように設定されている。一方で、加硫時間が長くなれば生産性が低下するとともに、過加硫によってゴム物性に悪影響が生じる。そのため、加硫不足を回避しつつ、できるだけ加硫時間を短縮することが要求されている。

例えば、事前に個別のタイヤ毎の最適な加硫時間を取得しておき、この最適な加硫時間で加硫する制御を行なうことにより、過加硫によるタイヤ性能の低下を無くして、均一なタイヤを高効率で得る制御システムが提案されている（特許文献１参照）。具体的に特許文献１の制御システムでは、加硫時間に影響を与える複数種類の特性値の基準値に基づいて基準加硫時間を算出しておく。そして、加硫するタイヤ１本毎に、各特性値について測定して得た測定値を、それぞれの基準値と比較して差を求めて、その差に相当する加硫時間で基準加硫時間を補正して実際に加硫する際の加硫時間を算出する。しかしながら、補正して加硫時間を算出するために、それぞれの特性値について、加硫時間に及ぼす影響度を予め実験やＦＥＭ計算によって把握する必要がある。しかも、この影響度は異なるタイヤスペック毎に把握しなければならないため多大な作業工数を要し、膨大なデータベースを作成する必要がある。

また、タイヤの加硫工程における熱伝導の状態を把握するために、３次元の熱伝導・加硫反応度解析モデルも用いられている。しかしながら、３次元の解析モデルを作成するためには高度な技術と時間を要する。また、解析する際の計算に多大な時間が必要になり、即座に最適な加硫時間を得ることができないという問題もある。

特開２００７−９８７５６号公報

本発明の目的は、簡便な解析モデルを用いながらも、加硫不足を回避しつつ加硫時間の短縮を図ることができ、最適な加硫時間を即座に得ることができる加硫制御方法および加硫制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の加硫制御方法は、加硫時間に影響する加硫影響因子に基づいて設定されている安全時間を含んだ加硫時間を算出し、この算出した加硫時間でグリーンタイヤを加硫する加硫制御方法において、グリーンタイヤを加硫する前に所定種類の加硫影響因子のデータを演算装置に入力し、入力した前記データを使用して前記演算装置により、前記グリーンタイヤの加硫律速部を貫くタイヤ断面の１次元熱伝導モデルを用いてタイヤ断面の温度分布の経時変化を算出し、この算出結果に基づいて加硫時間を即座に算出し、この加硫時間の算出の際に、それぞれの加硫影響因子に基づいて設定されている前記安全時間を、入力した個別の加硫影響因子のデータに基づいて短縮することを特徴とする。

本発明の加硫制御システムは、加硫時間に影響する加硫影響因子に基づいて設定されている安全時間を含んだ加硫時間を算出する演算装置を備え、この算出した加硫時間でグリーンタイヤを加硫する加硫制御システムにおいて、前記演算装置に、加硫するグリーンタイヤの加硫律速部を貫くタイヤ断面の１次元熱伝導モデルを記憶させておくとともに、グリーンタイヤを加硫する前に所定種類の加硫影響因子のデータを前記演算装置に入力する入力装置を設け、この入力装置により入力された前記データを使用して前記１次元熱伝導モデルを用いてタイヤ断面の温度分布の経時変化を算出し、この算出結果に基づいて加硫時間を即座に算出し、この加硫時間の算出の際に、それぞれの加硫影響因子に基づいて設定されている前記安全時間を、前記入力装置により入力された個別の加硫影響因子のデータに基づいて短縮する構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、加硫時間を算出するための解析モデルとして簡便な１次元熱伝導モデルを用いるので、解析モデルの作成に要する工数を低減させることができ、解析に要する計算も短時間で完了する。しかも、加硫によりグリーンタイヤに付与される熱は、高温の部位から低温の部位に伝導されるという単純な挙動であり、加硫時間には瞬時の熱量ではなく付与された熱量に応じた化学反応の累積が大きく影響する。そのため、３次元ＦＥＭモデルのような複雑な解析モデルを用いなくとも、加硫律速部を貫く１次元熱伝導モデルによって精度よく最適な加硫時間を即座に算出することが可能である。また、加硫時間の算出の際に、それぞれの加硫影響因子に基づいて設定されている安全時間を、入力した個別の加硫影響因子の、例えば、分散に応じた重みに比例させて短縮するので、加硫不足を回避しつつ論理的に加硫時間の短縮を図ることができる。

本発明の加硫制御システムの全体概要を例示する説明図である。 加硫されているタイヤの子午線半断面図である。 本発明で使用するタイヤ断面の１次元熱伝導モデルの作成についての説明図である。

以下、本発明の加硫制御方法および加硫制御システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示する本発明の加硫制御システム１は、演算装置２と、加硫時間に影響する所定種類の加硫影響因子ＸのデータＸｉを演算装置２に入力する入力装置６を備えている。この演算装置２には、加硫装置５を制御する加硫制御装置７が接続されている。この実施形態では、演算装置２はモニタ３とともに中央管理室４に配置されている。入力装置６、加硫制御装置７は加硫装置５とともに、中央管理室４とは異なる場所にある加硫工場８に配置されている。加硫工場８に配置された入力装置６および加硫制御装置７と、中央管理室４に配置された演算装置２とは、無線または有線の通信回線９によって接続されている。

演算装置２は、様々な加硫影響因子Ｘに基づいて設定されている安全時間Ｔｓを含んだ加硫時間Ｔｃを算出する。この演算装置２には、加硫する空気入りタイヤＴ（グリーンタイヤＧ）の加硫律速部を貫くタイヤ断面の１次元熱伝導モデル１０が記憶されている。また、未加硫ゴム（ゴム組成物）の等価加硫度を計算するためのデータ等も記憶されている。尚、加硫律速部とは、加硫が一番遅い箇所であり、タイヤセンター部、タイヤショルダー部またはタイヤビード部近傍が一般的であり、各タイヤに応じて既知である。

空気入りタイヤＴを加硫している状態を図２に例示する。空気入りタイヤＴは、タイヤ周方向に延在する環状のトレッド部１１ａと、トレッド部１１ａの両側に配置された一対のサイドウォール部１１ｂと、これらサイドウォール部１１ｂのタイヤ径方向内側に配置された一対のビード部１３とを備えている。一対のビード部１３間にはカーカス層１２が装架され、カーカス層１２の内周側にはインナーライナ１１ｃが配置されている。カーカス層１２は、タイヤ径方向に延びる複数本の補強コードを含み、それぞれのビード部１３に配置されたビードコア１３ａの廻りにタイヤ内側から外側へ折り返されている。ビードコア１３ａの外周上には断面三角形状のゴム組成物からなるビードフィラーが配置されている。トレッド部１１ａにおけるカーカス層１２の外周側には複数層のベルト層１４が埋設されている。ベルト層１４はタイヤ周方向に対して傾斜する複数本の補強コードを含み、かつ層間で補強コードが互いに交差するように配置されている。トレッド部１１ａ、サイドウォール部１１ｂおよびインナーライナ１１ｃは大部分がゴム組成物で形成されている。このタイヤ内部構造は空気入りタイヤにおける代表的な例を示すものであるが、これに限定されるものではない。

この空気入りタイヤＴは、加硫装置５を構成する加硫モールド５ａの内部に配置したグリーンタイヤＧを加硫して製造される。加硫の際には、熱媒体によって膨張する加硫ブラダ５ｂがグリーンタイヤＧの内周面（インナーライナ１１ｃ）を押圧しつつ熱を付与する。これに伴ない、グリーンタイヤＧの外周面が加硫モールド５ａに押し付けられた状態になり、グリーンタイヤＧの外周面には加硫モールド５ａから熱が付与される。したがって、加硫律速部（加硫が最も遅れる部分）になるのは、概ね、グリーンタイヤＧの外周面および内周面の両方から最も遠い位置になる。

この空気入りタイヤＴの加硫する場合に、本発明では、図３に例示するようにして作成するタイヤ断面の１次元熱伝導モデル１０を用いて最適な加硫時間Ｔｃを算出し、この算出した加硫時間ＴｃでグリーンタイヤＧの加硫を行なう。図３では、タイヤ半径方向を矢印ＲＬで示している。

この１次元熱伝導モデル１０は、加硫律速部ＰＡを貫いていて、タイヤ断面上で加硫律速部中心Ｐからタイヤの内周面および外周面に下したそれぞれの垂線をつなげて構成する。加硫律速部中心Ｐは、経験的、実験的、断面（二次元）温度計算のいずれに基づいて設定してもよい。図中の符号Ｐ１はタイヤ外周側熱源、符号Ｐ２はタイヤ内周側熱源であり、それぞれに温度境界条件が設定される。

１次元熱伝導モデル１０を用いて加硫時間Ｔｃを算出する際には、境界条件および初期条件を与えて加硫律速部ＰＡを貫くタイヤの１次元断面における温度分布の経時変化を把握する。そこで、入力装置６によって、必要な所定種類の加硫影響因子ＸのデータＸｉを入力することにより、１次元熱伝導モデル１０に境界条件や初期条件を付与する。所定種類の加硫影響因子Ｘとしては、例えば、グリーンタイヤＧの加硫前の温度、グリーンタイヤＧの加硫律速部位のゲージ厚さ、加硫律速部位に対応するタイヤのトレッドパターンの幅および溝深さ、グリーンタイヤＧの加硫律速部位を構成する未加硫ゴムの加硫速度およびブローポイント時間、加硫モールド５ａの加硫前の温度、加硫ブラダ５ｂの加硫前の温度などを用いる。加硫影響因子ＸのデータＸｉは、各工程において管理データ等として取得されているデータを利用することもできる。これにより、新たにデータＸｉを取得する工数を低減することができる。

入力装置６により入力されたデータＸｉを使用して、１次元熱伝導モデル１０にて、例えば差分法を用いてタイヤ断面における経時の温度を計算して、温度分布の経時変化を算出する。次いで、この算出した温度分布の経時変化のデータを使用して、アレニウスの反応速度式を用いてタイヤ断面における経時の等価加硫度を計算して、加硫度分布の経時変化を算出する。次いで、把握した加硫度分布の経時変化のデータと未加硫ゴムのブローポイント時間とに基づいて、加硫するグリーンタイヤＧのブローポイント時間Ｔｂを算出する。タイヤ断面における温度分布の経時変化、加硫度分布の経時変化等のデータは、モニタ３に表示させて確認することができる。

加硫する際に設定される加硫時間Ｔｃには、算出したブローポイント時間Ｔｂに、様々な加硫影響因子Ｘの代表値に基づいて設定された安全時間Ｔｓ（Ｔｓ＝ΣＴｓｉ）が加算される。即ち、加硫時間Ｔｃ＝Ｔｂ＋Ｔｓとなる。本発明では、加硫時間Ｔｃを算出する際に、この安全時間Ｔｓの内、入力装置６により入力された個別の加硫影響因子ＸのデータＸｉのみに基づいて設定されている安全時間Ｔｓｉを差し引く。即ち、入力装置６により入力された加硫影響因子ＸのデータＸｉは、ブローポイント時間Ｔｂを算出する際に考慮されているので、その加硫影響因子Ｘのみに基づいて設定されている安全時間Ｔｓｉは不要になる。そこで、その不要になる安全時間Ｔｓｉを基準となる安全時間Ｔｓから差し引く。これにより、グリーンタイヤＧを加硫する際に設定される加硫時間Ｔｃを短縮する。

算出された加硫時間Ｔｃは通信回線９を通じて加硫制御装置７に入力される。加硫制御装置７は、加硫装置５を制御してグリーンタイヤＧを加硫時間Ｔｃで加硫する。

加硫によりグリーンタイヤＧに付与される熱は、高温の部位から低温の部位に伝導されるだけであり、加硫時間には瞬時の熱量ではなく付与された熱量に基づく化学反応の累積が大きく影響する。そのため、３次元モデル等の複雑な解析モデルを用いなくとも、１次元熱伝導モデル１０によって精度よく最適な加硫時間Ｔｃを算出することが可能である。したがって、簡便な１次元熱伝導モデル１０を用いながらも、加硫不足を回避しつつ加硫時間の短縮を図ることができる。

また、解析モデルとして１次元熱伝導モデル１０を用いているので複雑大量な計算が不要になり、計算時間が大幅に短縮される。これにより、演算装置２によって最適な加硫時間Ｔｃを即座に算出することが可能になる。解析モデルの作成に要する工数を低減させることもできる。

本発明は例えば、同じスペックのタイヤを加硫する際にロット毎に適用して、最適な加硫時間Ｔｃを算出する。或いは、加硫するタイヤ１本毎に本発明を適用することも可能である。

１次元熱伝導モデル１０を用いて計算する際に、例えば、演算装置６に入力する加硫影響因子ＸのデータＸｉとして、加硫モールド５ａの加硫前の温度、加硫ブラダ５ｂの加硫前の温度およびグリーンタイヤＧの加硫前の温度を用いる。加硫モールド５ａの加硫前の温度は、１次元熱伝導モデル１０のタイヤ半径方向ＲＬの一方側の境界条件に反映させる。加硫ブラダ５ｂの加硫前の温度は、１次元熱伝導モデル１０のタイヤ半径方向ＲＬの他方側に境界条件に反映させる。グリーンタイヤＧの加硫前の温度は、初期条件に反映させる。これにより、温度分布の経時変化および加硫度分布の経時変化、ひいては最適な加硫時間Ｔｃを精度よく算出し易くなる。

演算装置６に入力する加硫影響因子ＸのデータＸｉとして、グリーンタイヤＧの加硫律速部位（加硫律速部位近傍も含む）のゲージ厚さおよびグリーンタイヤＧの加硫律速部位を構成する未加硫ゴムの加硫速度を用いることもできる。この場合、グリーンタイヤＧの加硫律速部位のゲージ厚さは、１次元熱伝導モデル１０の両端の長さ（例えば、タイヤ半径方向ＲＬの長さ）に反映させる。グリーンタイヤＧの加硫律速部位を構成する未加硫ゴムの加硫速度は、タイヤ断面の温度分布の経時変化に基づいて加硫時間を算出する際の等価加硫度の到達基準に反映させる。即ち、等価加硫度の計算基準に反映させて、加硫速度が遅い未加硫ゴムは、より高温にならなければ等価加硫度が上がらない設定にする。これにより、温度分布の経時変化および加硫度分布の経時変化、ひいては最適な加硫時間Ｔｃを精度よく算出し易くなる。

１次元熱伝導モデル１０を用いてタイヤ断面における温度分布の経時変化を高精度で把握するには、演算装置６に入力する加硫影響因子ＸのデータＸｉとして、少なくとも、グリーンタイヤＧの加硫前の温度、グリーンタイヤＧの加硫律速部位のゲージ厚さ、加硫律速部位に対応するタイヤのトレッドパターンの幅および溝深さ、グリーンタイヤＧの加硫律速部位を構成する未加硫ゴムの加硫速度およびブローポイント時間、加硫モールド５ａの加硫前の温度、加硫ブラダ５ｂの加硫前の温度を用いることが好ましい。

ところで、グリーンタイヤＧを構成するベルト層１４、ビードコア１３ａ等の金属部材はゴム組成物に比して熱伝導性が非常に優れている。また、トレッドパターンによっては、熱伝導性が大きく増進されることがある。そこで、金属部材またはトレッドパターンによって、タイヤ実寸の１次元熱伝導モデル１０では、実際のグリーンタイヤＧにおける熱伝導性と整合性が得られない場合も生じる。このような場合は、金属部材またはトレッドパターンの熱伝導性に対する影響の大きさを予め把握しておき、その影響の大きさに基づいて、１次元熱伝導モデルの半径方向ＲＬの長さを実測の熱伝導に合致するように調整する。これにより、算出結果の精度を損なうことなく、簡易な解析モデルにすることができる。

この実施形態のように、グリーンタイヤＧを加硫する加硫工場８に入力装置６を配置し、演算装置２を加硫工場８とは異なる場所に配置すると、演算装置２を配置した場所（中央管理室４）で加硫情報を集中的にコントロールできるので、加硫情報を管理し易くなる。例えば、中央管理室４に配置した演算装置２をハブにして、この演算装置２と複数のそれぞれの加硫工場８に配置した入力装置６とを、通信回線９を通じて接続する。演算装置２と入力装置６とを同一国内に配置するだけでなく、加硫工場８が別の国にある場合は、国内に配置した演算装置２と別に国に配置された入力装置６とを通信回線９で接続する。

１ 加硫制御システム
２ 演算装置
３ モニタ
４ 中央管理室
５ 加硫装置
５ａ 加硫モールド
５ｂ 加硫ブラダ
６ 入力装置
７ 加硫制御装置
８ 加硫工場
９ 通信回線
１０ １次元熱伝導モデル
１１ａ トレッド部
１１ｂ サイドウォール部
１１ｃ インナーライナ
１２ カーカス層
１３ ビード部
１３ａ ビードコア
１４ ベルト層
Ｇ グリーンタイヤ
Ｔ 加硫したタイヤ

Claims (8)

1. 加硫時間に影響する加硫影響因子に基づいて設定されている安全時間を含んだ加硫時間を算出し、この算出した加硫時間でグリーンタイヤを加硫する加硫制御方法において、
   グリーンタイヤを加硫する前に所定種類の加硫影響因子のデータを演算装置に入力し、入力した前記データを使用して前記演算装置により、前記グリーンタイヤの加硫律速部を貫くタイヤ断面の１次元熱伝導モデルを用いてタイヤ断面の温度分布の経時変化を算出し、この算出結果に基づいて加硫時間を即座に算出し、この加硫時間の算出の際に、それぞれの加硫影響因子に基づいて設定されている前記安全時間を、入力した個別の加硫影響因子のデータに基づいて短縮することを特徴とする加硫制御方法。
2. 前記演算装置に入力する加硫影響因子のデータとして、加硫モールドの加硫前の温度、加硫ブラダの加硫前の温度および前記グリーンタイヤの加硫前の温度を使用し、前記加硫モールドの加硫前の温度と加硫ブラダの加硫前の温度をそれぞれ、前記１次元熱伝導モデルのタイヤ半径方向の境界条件に反映させ、前記グリーンタイヤの加硫前の温度を、前記１次元熱伝導モデルの初期条件に反映させる請求項１に記載の加硫制御方法。
3. 前記演算装置に入力する加硫影響因子のデータとして、少なくとも、前記グリーンタイヤの加硫前の温度、前記グリーンタイヤの加硫律速部位のゲージ厚さ、前記加硫律速部位に対応するタイヤのトレッドパターンの幅および溝深さ、前記グリーンタイヤの加硫律速部位を構成する未加硫ゴムの加硫速度およびブローポイント時間、加硫モールドの加硫前の温度、加硫ブラダの加硫前の温度を使用し、前記グリーンタイヤの加硫律速部位のゲージ厚さを、前記１次元熱伝導モデルの両端の長さに反映させ、前記グリーンタイヤの加硫律速部位を構成する未加硫ゴムの加硫速度を、前記タイヤ断面の温度分布の経時変化に基づいて加硫時間を算出する際の等価加硫度の到達基準に反映させる請求項１または２に記載の加硫制御方法。
4. 前記グリーンタイヤを構成する金属部材またはトレッドパターンの熱伝導に対する影響の大きさに基づいて、前記１次元熱伝導モデルのタイヤ半径方向の長さを実測の熱伝導に合致するように調整する請求項１〜３のいずれかに記載の加硫制御方法。
5. 前記加硫影響因子のデータを入力する入力装置を前記グリーンタイヤを加硫する工場に配置し、前記演算装置を前記工場とは異なる場所に配置する請求項１〜４のいずれかに記載の加硫制御方法。
6. 加硫時間に影響する加硫影響因子に基づいて設定されている安全時間を含んだ加硫時間を算出する演算装置を備え、この算出した加硫時間でグリーンタイヤを加硫する加硫制御システムにおいて、
   前記演算装置に、加硫するグリーンタイヤの加硫律速部を貫くタイヤ断面の１次元熱伝導モデルを記憶させておくとともに、グリーンタイヤを加硫する前に所定種類の加硫影響因子のデータを前記演算装置に入力する入力装置を設け、この入力装置により入力された前記データを使用して前記１次元熱伝導モデルを用いてタイヤ断面の温度分布の経時変化を算出し、この算出結果に基づいて加硫時間を即座に算出し、この加硫時間の算出の際に、それぞれの加硫影響因子に基づいて設定されている前記安全時間を、前記入力装置により入力された個別の加硫影響因子のデータに基づいて短縮する構成にしたことを特徴とする加硫制御システム。
7. 前記演算装置に入力する加硫影響因子のデータが、少なくとも、前記グリーンタイヤの加硫前の温度、前記グリーンタイヤの加硫律速部位のゲージ厚さ、前記加硫律速部位に対応するタイヤのトレッドパターンの幅および溝深さ、前記グリーンタイヤの加硫律速部位を構成する未加硫ゴムの加硫速度およびブローポイント時間、加硫モールドの加硫前の温度、加硫ブラダの加硫前の温度である請求項６に記載の加硫制御システム。
8. 前記入力装置が前記グリーンタイヤを加硫する工場に配置され、前記演算装置が前記工場とは異なる場所に配置される請求項６または７に記載の加硫制御システム。

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