JP6348058B2 - タイヤ製造工程のシミュレーション装置、その方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、タイヤ製造工程におけるステッチャー工程をシミュレートするシミュレーション装置、その方法及びプログラムに関するものである。

一般に、空気入りタイヤは、成型ドラム上で生タイヤ（グリーンタイヤ）を成型した後に、該生タイヤをモールド内にセットして加硫成型することにより製造される。かかる生タイヤを成型する際に、生タイヤを構成するゴム部材間に空気溜まりが形成されるのを回避するため、タイヤ外側からステッチャーツールを押し当てて両部材を圧着させるステッチャー工程と称される工程がある。空気溜まりが形成されたまま加硫成型されたタイヤは不具合品となるので、ステッチャー工程におけるゴム部材間の圧着状態を評価して、空気溜まりが形成されないステッチャー条件を導出することが望ましい。

従来、タイヤの製造工程を、コンピュータを用いてシミュレートするシミュレーション方法が知られており、例えば、特許文献１には、生タイヤを構成するケースとビードフィラーとの間に空気溜まりが形成されないようにするため、コンピュータシミュレーションを用いて両者の貼着状態を評価し、適切な貼着を実現する成型条件を導出する方法が開示されている。特許文献２には、タイヤ製造工程のシミュレーション方法において、生タイヤケーシングモデルの内周面に圧力を与えて生タイヤケーシングモデルを膨張させ、トレッド／ベルトモデルに圧着させて生タイヤ完成モデルを作成すること、また、トレッド／ベルトモデルの外周面側から所定の分布荷重を与えて、タイヤケーシングモデルとトレッド／ベルトモデルを圧着させる点が開示されている。

特開２０１４−０９４４７９号公報 特開２００３−２２５９５２号公報

上記のように従来、生タイヤの成型工程をコンピュータシミュレーションにより解析することは知られていたものの、ステッチャー工程において、製品不具合に直結するステッチャーツール及びそのための機構をモデル化することはなされていなかった。そのため、ステッチャー工程におけるゴム部材間の圧着状態を必ずしも現実に即して再現しているとはいえず、また、ステッチャーツールの形状などを含めた適切なステッチャー条件を導出することも困難である。

本発明は、以上の点に鑑み、ステッチャー工程をより現実に近い形態で再現することができ、より適切なステッチャー条件を導出することができるシミュレーション装置、その方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係るシミュレーション装置は、タイヤ製造工程におけるステッチャー工程をシミュレートするシミュレーション装置であって； 生タイヤを構成するゴム部材であってステッチャー工程で圧着させる対象とする第１部材及び第２部材の断面形状をモデル化した第１部材モデル及び第２部材モデルを設定するタイヤ部材モデル設定部と； タイヤ軸を中心に回転する前記第１部材と前記第２部材を第２部材側からの押圧により圧着させる回転体であるステッチャーツールについて、当該ステッチャーツールの断面形状をモデル化したステッチャーツールモデルと、前記ステッチャーツールモデルを動作させる機構モデルとを設定するステッチャーモデル設定部と； 前記ステッチャーツールモデルが前記第１部材モデルと前記第２部材モデルとの圧着させる部位の一端側から他端側に向けて順次前記第２部材モデルを押圧するように、前記機構モデルにより、前記ステッチャーモデルを、前記第２部材モデルに対して荷重を負荷し、負荷した荷重を解除し、前記他端側に向けて移動させることを、前記圧着させる部位の一端から他端に至るまで繰り返して動作させるステッチャーモデル動作部と； を有するものである。

本発明によれば、従来はモデル化されていなかったステッチャーツールについて、その二次元断面モデルとその動きを再現する機構モデルを設定して上記の通り動作させることにより、ステッチャー工程をより現実に近い形態で再現することができる。そのため、ステッチャー工程での圧着状態をより適切に評価することができ、より適切なステッチャー条件を導出することができる。

一実施形態に係るシミュレーション装置のブロック図。 同シミュレーション装置のハードウェア構成を示すブロック図。 一実施形態に係るシミュレーション装置のフローチャート。 タイヤ部材モデルの図。 ステッチャーモデルをタイヤ部材モデルとともに示す図。 解析対象となるタイヤ部材モデルの図。 タイヤ部材モデルとステッチャーモデルの初期位置を示す図。 ステッチャーツールモデルによる荷重負荷状態を示す図。 ステッチャーツールモデルによる荷重解除状態を示す図。 ステッチャーツールモデルが移動した状態を示す図。 解析終了後の生タイヤモデルの図。 （ａ）圧着面の各部位における接触圧力を示すグラフ、（ｂ）は圧着面の各部位における接触圧力の最大値を示すグラフ。

本実施形態に係るシミュレーション装置は、タイヤ製造工程において生タイヤを構成するゴム部材を圧着するステッチャー工程をシミュレートする装置である。圧着するゴム部材としては、圧着させる部位がゴムで形成された部材であればよく、そのため、ゴム単独で構成される部材には限らず、内部にカーカスプライやベルト、ビードコアなどの補強材が埋設されたゴム部材であってもよい。

本実施形態に係るステッチャー工程では、生タイヤを構成する第１部材と第２部材を、タイヤ軸を中心に回転させながら、第２部材側からステッチャーツールにより押圧して圧着させる。ステッチャーツールは、これら第１及び第２部材とともに回転しつつ、移動しながら、第２部材を押圧することにより、両部材を圧着する。

かかるステッチャー工程としては、例えば、（１）内圧を負荷してトロイダル状としたタイヤケースとベルト／トレッド部材とを一体化した後、ベルト／トレッド部材のタイヤ軸方向端部をタイヤケースの外周面に圧着させる工程、（２）トロイダル状のタイヤケース本体に一部が連結されたサイドウォールゴムを、当該タイヤケース本体に圧着させる工程、（３）成型ドラム上で円筒状（トロイダル状にする前）のタイヤケースを作成する際におけるカーカスプライやゴムパッド、ゴムテープなどの各種ゴム部材間の貼り付け工程等が挙げられる。

ここで、ベルト／トレッド部材とは、ベルトとトレッド部を備えて構成される円筒状部材であり、タイヤケースとは、カーカスプライ、ビードコア、ビードフィラー及びサイドウォールゴムを備えて形成され、ベルト／トレッド部材の内周面側に配されるトロイダル状の部材である。タイヤケース本体は、該タイヤケースを構成するものであり、上記（２）ではサイドウォールゴムとともにタイヤケースを構成する。

上記（１）のステッチャー工程の場合、前記第１部材がトロイダル状のタイヤケースであり、前記第２部材が該タイヤケースに一部が連結されたベルト／トレッド部材である。タイヤケースとベルト／トレッド部材は、上記内圧負荷により、ベルト／トレッド部材のタイヤ軸方向両端部を除いて連結一体化されるので、連結されていない軸方向両端部において、上記第２部材であるベルト／トレッド部材の外表面側からステッチャーツールを押し当てることにより、タイヤケースとベルト／トレッド部材との圧着がなされる。この場合、ステッチャーツールは、上記連結されたベルト／トレッド部材の中央部側から、連結されてない端部に向かって、順次押圧していく。

上記（２）のステッチャー工程の場合、前記第１部材がトロイダル状のタイヤケース本体を含んでなり、前記第２部材が該タイヤケース本体に一部が連結されたサイドウォールゴムである。サイドウォールゴムはその一端部がタイヤケース本体のビード部に連結一体化されているので、連結されたビード部側から連結されていないトレッド部側に向かって、上記第２部材であるサイドウォールゴムの外表面側からステッチャーツールを押し当てることにより、タイヤケース本体とサイドウォールゴムとの圧着がなされる。

以下、上記（２）のステッチャー工程について、図面に基づいて詳細に説明するが、上記（１）やその他のステッチャー工程についても同様に適用することができる。

図１に示すように、一実施形態に係るシミュレーション装置１０は、入力部１１、ステッチャー条件設定部１２、タイヤ部材モデル設定部１４、ステッチャーモデル設定部１６、解析対象モデル生成部１８、遠心力負荷部２０、ステッチャーモデル動作部２２、接触圧力計算部２４、極小値抽出部２６、判定部２８、解析条件更新部３０、及び出力部３２を有する。

このシミュレーション装置１０は、汎用のコンピュータを基本ハードウェアとして用いることで実現することが可能である。図２は、シミュレーション装置１０のハードウェア構成の一例を表すブロック図である。シミュレーション装置１０は、プロセッサ（ＣＰＵ）１０１と、プログラムなどを記憶するロム（ＲＯＭ）１０２と、ラム（ＲＡＭ）１０３と、記憶装置であるＨＤＤ１０４と、ＨＤＤ１０４とのインターフェースであるＩ／Ｆ１０５と、マウスやキーボードなどの入力装置１０６と、入力装置１０６とのインターフェースであるＩ／Ｆ１０７と、ディスプレイやプリンタなどの出力装置１０８と、出力装置１０８とのインターフェースであるＩ／Ｆ１０９と、バス１１０とを備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、Ｉ／Ｆ１０５、Ｉ／Ｆ１０７、及びＩ／Ｆ１０９は、バス１１０を介して互いに接続されている。

シミュレーション装置１０では、ＣＰＵ１０１がＲＯＭ１０２からプログラムをＲＡＭ１０３上に読み出して実行することにより、上記各部（入力部１１、ステッチャー条件設定部１２、タイヤ部材モデル設定部１４、ステッチャーモデル設定部１６、解析対象モデル生成部１８、遠心力負荷部２０、ステッチャーモデル動作部２２、接触圧力計算部２４、極小値抽出部２６、判定部２８、解析条件更新部３０、出力部３２）がコンピュータ上で実現され、ＨＤＤ１０４に記憶されているデータ等を用いて処理を行う。なお、プログラムはＨＤＤ１０４に記憶されていてもよく、また、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、ＵＳＢメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供されるようにしてもよい。また、プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供又は配布するようにしてもよい。

以下、上記各部の構成と機能について順番に説明する。

［１］入力部１１
入力部１１は、解析対象となる生タイヤを構成するゴム部材及びステッチャーについてのデータを取得する。生タイヤを構成するゴム部材についてのデータとして、この例では、タイヤケースとベルト／トレッド部材について、それらのモデルを作成するために必要なデータが挙げられ、具体的には、それらの外形形状や内部構造（複合体である場合にはその内部に埋設された部材の形状および配置）等の各寸法諸元、及び材料物性値などが挙げられる。

また、ステッチャーについてのデータとしては、ゴム部材を押圧するステッチャーツールと、それを動作させるステッチャー装置をモデル化するために必要なデータが挙げられ、具体的には、複数種のステッチャーツールについて各形状、及びステッチャー装置の動作条件などが挙げられる。

これらのデータの入力は、キーボードやマウスを用いて行われてもよく、あるいはまたＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やネットワーク等を通じて行われてもよい。

［２］ステッチャー条件設定部１２
ステッチャー条件設定部１２は、入力部１１で取得したデータに基づき、ステッチャー工程で使用するステッチャーツールの形状を選定するとともに、ステッチャーツールを動作させるステッチャー装置の動作条件（ゴム部材に押し当てるときの角度、ゴム部材に負荷する荷重、移動速度）などを設定する。

［３］タイヤ部材モデル設定部１４
タイヤ部材モデル設定部１４は、入力部１１で取得したデータに基づき、ステッチャー工程で圧着させる対象とする第１部材及び第２部材の断面形状（タイヤ子午線断面の形状）をモデル化した二次元の第１部材モデル及び第２部材モデル（これらをまとめてタイヤ部材モデルという。）を設定する。ここでは、該断面形状を複数の有限要素に分割した有限要素モデルを作成する。このような有限要素モデルの作成方法は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。なお、予め作成された第１部材モデル及び第２部材モデルを入力部１１で取得し、これを解析対象とするタイヤ部材モデルとして設定してもよい（この点、後述するステッチャーツールモデル及び機構モデルについても同様）。

図４は、タイヤ部材モデルの一例を示したものである。ここでは、タイヤ赤道線ＣＬに対して一方側のみの半断面図を示したが、タイヤの全幅で作成してもよい。図４に示すように、タイヤケースをモデル化したタイヤケースモデルＴ１０と、ベルト／トレッド部材をモデル化したベルト／トレッド部材モデルＴ２０とが作成される。タイヤケースモデルＴ１０は、タイヤケース本体をモデル化したケース本体モデルＴ１１と、該タイヤケース本体に一部が連結されたサイドウォールゴムをモデル化したサイドウォールゴムモデルＴ１２とからなるものである。サイドウォールゴムモデルＴ１２は、そのビード部側の一端部Ｔ１２ａが、ケース本体モデルＴ１１のビード部に連結一体化されている。なお、符号Ｔ１３，Ｔ１４及びＴ１５は、それぞれケース本体モデルＴ１１を構成するカーカスプライ、ビードコア及びビードフィラーを示し、符号Ｔ２１及びＴ２２は、それぞれベルト／トレッド部材モデルＴ２０を構成するベルト及びトレッドゴムを示す。

なお、本実施形態において、ステッチャー工程の解析対象となるのは、後述する図６に示す、タイヤケースモデルＴ１０にベルト／トレッド部材モデルＴ２０を一体化させた後の解析対象モデルであるため、該解析対象モデルを生成する解析対象モデル生成部１８は、タイヤ部材モデル設定部１４の一部を構成する。

［４］ステッチャーモデル設定部１６
ステッチャーモデル設定部１６は、ステッチャーツールの断面形状をモデル化したステッチャーツールモデルと、該ステッチャーツールモデルを動作させる機構モデルとを設定する（両モデルをまとめてステッチャーモデルという。）。

図５は、その一例を、上記タイヤケースモデルＴ１０及びベルト／トレッド部材モデルＴ２０とともに示したものであり、符号Ａ１０がステッチャーツールモデルを示し、符号Ａ２０が機構モデルを示す。

ステッチャーツールは、タイヤ軸を中心に回転する上記第１部材及び第２部材（この例では、タイヤケース本体と、該タイヤケース本体に一部が連結されたサイドウォールゴム）を、第２部材（サイドウォールゴム）側からの押圧により圧着させる回転体であり、円板状ないし円筒状の部材である。この例では、図５に示すように、ステッチャーツールモデルＡ１０として、有限要素に分割しない解析的剛体を用いており、ステッチャーツールの断面形状（断面形状における外形線）を再現した線で構成されている。但し、ステッチャーツールモデルとしては、有限要素に分割した有限要素モデルを用いてもよく、その場合、変形体としてモデル化しても、剛体としてモデル化してもよい。

ステッチャーツールを動かすステッチャー装置は、ステッチャーツールを、上記生タイヤを構成する第１部材及び第２部材とともに回転させながら、タイヤケースの外形形状に沿ってビード部側からトレッド側に向かって移動させる。このような動きを二次元断面モデルにおいて再現するため、機構モデルＡ２０は、図５に示すように、一端Ａ２１にステッチャーツールモデルＡ１０の旋回中心を持つとともに、該一端Ａ２１と剛体結合された他端Ａ２２を持つ直線状の線形モデルである。これら一端Ａ２１と他端Ａ２２との間にはステッチャーツールモデルＡ１０がその先端Ａ１１を前記一端Ａ２１側に向けて設置されている。そして、上記他端Ａ２２とステッチャーツールモデルＡ１０との間にはエアシリンダに相当するトランスレータＡ２３が介設されており、トランスレータＡ２３の作用により、ステッチャーツールモデルＡ１０が線形モデルに沿って平行移動可能に構成されている。また、旋回中心である上記一端Ａ２１は、タイヤ径方向Ｘ及びタイヤ軸方向Ｙの双方にそれぞれ移動可能に構成されている。

なお、本明細書において、タイヤ軸方向Ｙはタイヤ軸Ｊに平行な方向であり、タイヤ径方向Ｘはタイヤ軸Ｊに垂直な方向である。

［５］解析対象モデル生成部１８
解析対象モデル生成部１８は、上記タイヤ部材モデルから、ステッチャー工程の解析対象となる解析対象モデルを生成する。この例では、図４に示すタイヤケースモデルＴ１０及びベルト／トレッド部材モデルＴ２０に対して、タイヤケースを成型する成型解析を実施する。かかる成型解析自体は公知のシミュレーション方法を用いることができる。

詳細には、図４に示す初期位置から、タイヤケースモデルＴ１０に内圧を負荷して膨張させ、タイヤケースモデルＴ１０の外周面をベルト／トレッド部材モデルＴ２０の内周面に圧着させて両者を一体化させる。これにより、ベルト／トレッド部材Ｔ２０はそのタイヤ軸方向両端部を除いて連結一体化されるので、次いで、連結されていない軸方向両端部に対して、上記連結された軸方向中央側から軸方向外側に向けて、タイヤ外表面側から所定の分布荷重の負荷と解除を繰り返すことにより、タイヤケースモデルＴ１０とベルト／トレッド部材Ｔ２０とを圧着させる。

これにより、図６に示すように、ステッチャー工程の解析対象となるタイヤ部材モデルである解析対象モデルが得られる。この例では、トロイダル状をなすタイヤケースモデルＴ１０の外周面にベルト／トレッド部材モデルＴ２０が連結一体化される一方、該タイヤケースモデルＴ１０を構成するサイドウォールゴムモデルＴ１２は、そのビード部側の一端部Ｔ１２ａでケース本体モデルＴ１１に連結され、トレッド部側の他端部Ｔ１２ｂは連結固定されていない自由端となっている。

［６］遠心力負荷部２０
遠心力負荷部２０は、上記第１部材モデル及び第２部材モデルに、ステッチャー工程での第１部材及び第２部材の回転角速度に相当する遠心力を負荷する。この例では、図６に示すタイヤケースモデルＴ１０とベルト／トレッド部材モデルＴ２０とからなる解析対象モデルに対して、ステッチャー工程での回転角速度に相当するタイヤ径方向外方に向かう遠心力を付与する。これにより、ケース本体モデルＴ１１だけでなく、該ケース本体モデルＴ１１に一部が連結されたサイドウォールゴムモデルＴ１２についてもその自由端Ｔ１２ｂが立ち上がるように変形し、回転中の生タイヤの形状をより正確に再現することができる。

［７］ステッチャーモデル動作部２２
ステッチャーモデル動作部２２は、ステッチャーツールモデルＡ１０が上記第１部材モデルと第２部材モデルとの圧着させる部位の一端側から他端側に向けて順次第２部材モデルを押圧するように、機構モデルＡ２０により、ステッチャーツールモデルＡ１０を、第２部材モデルに対して荷重を負荷し、負荷した荷重を解除し、その後、他端側に向けて移動させることを、圧着させる部位の一端から他端に至るまで繰り返して動作させる。

この例では、図６に示すように、圧着させる部位は、サイドウォールゴムモデルＴ１２とケース本体モデルＴ１１（より詳細には、ケース本体モデルＴ１１及びベルト／トレッドゴム部材モデルＴ２０のトレッドゴムＴ２２）との間であり、サイドウォールゴムモデルＴ１２のタイヤ外面側を、上記連結側の端部であるビード部側の一端部Ｔ１２ａ側から、非連結側の端部であるトレッド部側の他端部Ｔ１２ｂ側に向けて順次押圧する。

そのため、まず、機構モデルＡ２０を用いて、図７に示すように、ステッチャーツールモデルＡ１０を、サイドウォールゴムモデルＴ１２の上記一端部Ｔ１２ａ側に位置する初期位置に配置する。

次いで、機構モデルＡ２０のトランスレータＡ２３により、図８に示すように、ステッチャーツールモデルＡ１０をサイドウォールゴムモデルＴ１２に向かって変位させて、サイドウォールゴムモデルＴ１２に荷重を負荷する。

次いで、トランスレータＡ２３により、図９に示すように、ステッチャーツールモデルＡ１０を後退させて、サイドウォールゴムモデルＴ１２から離間させることにより、負荷した荷重を解除する。

その後、機構モデルＡ２０により、図１０に示すように、ステッチャーツールモデルＡ１０をトレッド部側に向かって一定の送り幅Ｗａで移動させる。この例では、送り幅Ｗａは、ステッチャーツールモデルＡ１０の先端Ａ１１の幅Ｗｔ以下に設定される。

ステッチャーモデル動作部２２は、このようなステッチャーツールモデルＡ１０による荷重負荷、荷重解除、及び移動を、上記初期位置からサイドウォールゴムモデルＴ１２のトレッド部側の他端部Ｔ１２ｂの先端に至るまで繰り返して行いながら、サイドウォールゴムモデルＴ１２、ケース本体モデルＴ１１及びベルト／トレッド部材モデルＴ２０の変形計算を行う。このような変形計算自体は、例えば、ダッソー・システムズ社製の「ＡＢＡＱＵＳ」、エムエスシーソフトウェア株式会社製の「ＭＡＲＣ」などの市販のＦＥＭ解析ソフトウェアを用いて行うことができ、また、汎用プログラム言語（フォートランなど）を用いて、独自のプログラムを作成し、実行することも可能である。

これにより、図１１に示すように、サイドウォールゴムモデルＴ１２がケース本体モデルＴ１１及びベルト／トレッドゴム部材モデルＴ２０に圧着された生タイヤモデルＴ３０が得られる。

［８］接触圧力計算部２４
接触圧力計算部２４は、第１部材モデル（ケース本体モデルＴ１１及びベルト／トレッド部材モデルＴ２０）と第２部材モデル（サイドウォールゴムモデルＴ１２）との圧着面Ｔ３１（図１１において太線で示している。）における各節点の接触圧力をステッチャーツールモデルＡ１０による荷重の負荷ごとに計算する。

図１２（ａ）は、圧着面Ｔ３１の有限要素を構成する各節点における接触圧力の計算結果の一例を示したものである。圧着面Ｔ３１のビード部側の一端Ｔ３１ａからトレッド部側の他端Ｔ３１ｂ（図１１参照）までの各節点において、サイドウォールゴムモデルＴ１２とそれに圧着されるケース本体モデルＴ１１及びベルト／トレッド部材モデルＴ２０との間の接触圧力を、ステッチャーツールモデルＡ１０の荷重負荷毎に算出してプロットした。

［９］極小値抽出部２６
極小値抽出部２６は、上記圧着面Ｔ３１の各節点における接触圧力の最大値を取得し、該最大値の圧着面Ｔ３１での極小値を抽出する。

図１２（ｂ）は、圧着面Ｔ３１の各節点における接触圧力の最大値をプロットした結果の一例を示すグラフである。該最大値の圧着面Ｔ３１上での極小値は、符号Ｍ１，Ｍ２及びＭ３で示す通りであり、このような極小値Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を抽出する。

［１０］判定部２８
判定部２８は、上記で抽出した極小値が閾値以上であることを満足するか否かを判定する。閾値としては、例えば、上記接触圧力の平均値の４０％とすることができ、極小値が該平均値の４０％以上であるか、否かを判定する。

［１１］解析条件更新部３０
解析条件更新部３０は、判定部２８において極小値が閾値を満足していないと判定したときに、ステッチャーツールの形状及びステッチャー装置の動作条件などのステッチャー条件、並びにゴム部材形状のうち、少なくとも１つを更新する。ステッチャー装置の動作条件としては、例えば、ゴム部材に押し当てるときの角度、押し当てる荷重（圧力）、移動速度（タイヤ回転速度に対する送り幅Ｗａ）などが挙げられる。ゴム部材形状としては、例えば、サイドウォールゴムの形状、タイヤケース本体の形状、ベルト／トレッド部材の形状などが挙げられる。

［１２］出力部３２
出力部３２は、上記により得られた図１１に示すステッチャー工程後の生タイヤモデルＴ３０を出力するとともに、最適化されたステッチャー条件を出力する。これらの出力は、ディスプレイによって表示したり、プリンタによって印刷したりすることにより行うことができる。

次に、本実施形態に係るシミュレーション装置１０の動作状態について、図３のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１において、入力部１１が、解析対象となる生タイヤを構成するゴム部材としてタイヤケースとベルト／トレッド部材についてのデータを取得するとともに、ステッチャーについてのデータを取得する。

次いで、ステップＳ２において、ステッチャー条件設定部１２が、ステッチャー工程で使用するステッチャーツールの形状を選定するとともに、ステッチャーツールを動作させるステッチャー装置の動作条件を設定する。そして、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３で、タイヤ部材モデル設定部１４が、ステッチャー工程で圧着させる対象とするタイヤ部材モデルを作成するために、図４に示すように、タイヤケースをモデル化したタイヤケースモデルＴ１０と、ベルト／トレッド部材をモデル化したベルト／トレッド部材モデルＴ２０を作成する。その際、タイヤケースモデルＴ１０については、サイドウォールゴムモデルＴ１２がそのビード部側の一端部Ｔ１２ａにおいてケース本体モデルＴ１１のビード部に連結一体化された形態にて作成する。

次いで、ステップＳ４において、ステッチャーモデル設定部１６が、図５に示すように、ステッチャーツールの断面形状をモデル化したステッチャーツールモデルＡ１０と、それを動作させる機構モデルＡ２０とを作成する。なお、ステップＳ２〜Ｓ４については、ステップＳ２がステップＳ４よりも先に実行される限り、順番は問わない。

次いで、ステップＳ５において、解析対象モデル生成部１８が、ステップＳ３で作成したタイヤ部材モデルから、成型解析を実施することにより、図６に示すようなステッチャー工程の解析対象となる解析対象モデルを生成する。解析対象モデルは、ベルト／トレッド部材モデルＴ２０が連結一体化されたケース本体モデルＴ１１と、該ケース本体モデルＴ１１に対してビード部側の一端部Ｔ１２ａが連結され他端部Ｔ１２ｂが自由端とされたサイドウォールゴムモデルＴ１２とを備える。そして、ステップＳ６以降のステッチャー工程解析に進む。

ステップＳ６において、遠心力負荷部２０が、上記解析対象モデルに遠心力を負荷する。そして、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、ステッチャーモデル動作部２２が、機構モデルＡ２０を用いて、図７に示すようにステッチャーツールモデルＡ１０をサイドウォールゴムモデルＴ１２の上記一端部Ｔ１２ａ側に位置する初期位置に配置する。次いで、ステップＳ８において、図８に示すように、ステッチャーツールモデルＡ１０をサイドウォールゴムモデルＴ１２に向かって変位させて、サイドウォールゴムモデルＴ１２のタイヤ外面側から荷重を負荷する。次いで、ステップＳ９において、図９に示すように、ステッチャーツールモデルＡ１０を後退させて、サイドウォールゴムモデルＴ１２から離間させることにより、ステップＳ８で負荷した荷重を解除する。次いで、ステップＳ１０において、図１０に示すように、ステッチャーツールモデルＡ１０をトレッド部側に向かって一定の送り幅Ｗａで移動させる。次いで、ステップＳ１１において、ステッチャーモデル動作部２２は、上記のステッチャーツールモデルＡ１０による荷重負荷、荷重解除及び移動が、上記初期位置からサイドウォールゴムモデルＴ１２のトレッド部側の他端部Ｔ１２ｂの先端に至るまで繰り返して実施されたか否かを判定する。すなわち、ステッチャーツールモデルＡ１０がステッチャー工程において圧着させる部位の終端である他端部Ｔ１２ｂの先端まで移動したか否かを判定し、移動していなければ、ステップＳ８に戻ってステップＳ８〜Ｓ１１を繰り返す。一方、終端まで移動していれば、ステッチャー工程は終了したと判断して、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、接触圧力計算部２４が、第１部材モデル（ケース本体モデルＴ１１及びベルト／トレッド部材モデルＴ２０）と第２部材モデル（サイドウォールゴムモデルＴ１２）との圧着面Ｔ３１における各節点の接触圧力をステッチャーツールモデルＡ１０による荷重の負荷ごとに計算して、図１２（ａ）に示すような計算結果を得る。

次いで、ステップＳ１３において、極小値抽出部２６が、図１２（ｂ）に示すような圧着面Ｔ３１の各節点における接触圧力の最大値を取得し、該最大値の圧着面Ｔ３１での極小値Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を抽出する。

次いで、ステップＳ１４において、判定部２８が、上記極小値が閾値を満足するか否かを判定し、閾値を満足していなければ、ステップＳ１５において、解析条件更新部３０が、ステッチャー条件及び／又はゴム部材形状を更新してから、ステップＳ３に進む。一方、ステップＳ１４において、閾値を満足していれば、ステップＳ１６に進む。このように、ステップＳ１４において、所定の閾値を満足するまで、解析を繰り返す。なお、このように解析を繰り返す場合において、ステップＳ１５でゴム部材形状に変更を加えない場合は、ステップＳ３及びＳ５は省略することができる。

ステップＳ１６において、出力部３２が、ステップＳ８〜Ｓ１１を経て得られた図１１に示すようなステッチャー工程後の生タイヤモデルＴ３０を出力するとともに、最適化されたステッチャー条件を出力する。

以上よりなる本実施形態によれば、従来はモデル化されていなかったステッチャーツールについて、その二次元断面モデルとその動きを再現する機構モデルを設定したので、ステッチャー工程をより現実に近い形態で再現することができる。また、ステッチャーツールの形状を含めた適切なステッチャー条件を導出することが容易である。

また、ステッチャーツールモデルＡ１０の荷重付与、除荷及び移動を順次繰り返し行うことで、生タイヤとステッチャーツールが互いに回転してステッチャーツールが移動しながらゴム部材を圧着する動きを二次元断面モデルで再現することができる。

また、圧着面Ｔ３１における各節点の接触圧力の最大値を取得し、これを評価指標とすることで、各節点における圧着状態を評価することができ、ステッチャーツールの適切な条件を見出すことができる。

以上より、ステッチャー工程において形成される空気溜まりの予測を行うことができ、また対応策を検討することが事前に可能となるので、タイヤの製品不具合の削減に繋がる。

なお、上記実施形態では、トレッドゴムの両端部の上にサイドウォールゴムのタイヤ径方向外端部を被せる、いわゆるＳＷＯＴ構造の場合について説明したが、サイドウォールゴムのタイヤ径方向外端部の上にトレッドゴムの両端部を被せる、いわゆるＴＯＳ構造においても同様に適用することができる。その場合、トレッドゴムの端部を被せる前に、サイドウォールゴムをタイヤケース本体に圧着されるステッチャー工程で上記実施形態を適用することができる。

上記では本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…シミュレーション装置、１４…タイヤ部材モデル設定部、１６…ステッチャーモデル設定部、２０…遠心力負荷部、２２…ステッチャーモデル動作部、２４…接触圧力計算部、２６…極小値抽出部、２８…判定部、Ｔ１０…タイヤケースモデル、Ｔ１１…ケース本体モデル、Ｔ１２…サイドウォールゴムモデル、Ｔ２０…ベルト／トレッド部材モデル、Ｔ３１…圧着面、Ａ１０…ステッチャーツールモデル、Ａ２０…機構モデル

Claims (7)

1. タイヤ製造工程におけるステッチャー工程をシミュレートするシミュレーション装置であって、
   生タイヤを構成するゴム部材であってステッチャー工程で圧着させる対象とする第１部材及び第２部材の断面形状をモデル化した第１部材モデル及び第２部材モデルを設定するタイヤ部材モデル設定部と、
   タイヤ軸を中心に回転する前記第１部材と前記第２部材を第２部材側からの押圧により圧着させる回転体であるステッチャーツールについて、当該ステッチャーツールの断面形状をモデル化したステッチャーツールモデルと、前記ステッチャーツールモデルを動作させる機構モデルとを設定するステッチャーモデル設定部と、
   前記ステッチャーツールモデルが前記第１部材モデルと前記第２部材モデルとの圧着させる部位の一端側から他端側に向けて順次前記第２部材モデルを押圧するように、前記機構モデルにより、前記ステッチャーツールモデルを、前記第２部材モデルに対して荷重を負荷し、負荷した荷重を解除し、前記他端側に向けて移動させることを、前記圧着させる部位の一端から他端に至るまで繰り返して動作させるステッチャーモデル動作部と、
   を有する、シミュレーション装置。
2. 前記第１部材モデルと前記第２部材モデルは、前記圧着させる部位の一端側において互いに連結され、他端側では連結されておらず、
   前記ステッチャーモデル動作部は、前記ステッチャーツールモデルが前記圧着させる部位を前記連結された一端側から前記連結されていない他端側に向けて順次前記第２部材モデルを押圧するように、前記機構モデルにより前記ステッチャーツールモデルを動作させる、請求項１記載のシミュレーション装置。
3. 前記第１部材がタイヤケース本体を含むものでありかつ前記第２部材が該タイヤケース本体に一部が連結されたサイドウォールゴムであるか、又は、前記第１部材がタイヤケースでありかつ前記第２部材が該タイヤケースに一部が連結されたベルトとトレッドゴムを含むベルト／トレッド部材である、請求項２記載のシミュレーション装置。
4. 前記第１部材モデルと前記第２部材モデルに、ステッチャー工程での前記第１部材と前記第２部材の回転角速度に相当する遠心力を負荷する、請求項３記載のシミュレーション装置。
5. 前記第１部材モデルと前記第２部材モデルとの圧着面における各節点の接触圧力を前記ステッチャーツールモデルによる荷重の負荷ごとに計算する接触圧力計算部と、前記圧着面の各節点における接触圧力の最大値を取得し、該最大値の前記圧着面での極小値を抽出する極小値抽出部と、抽出した前記極小値が閾値以上であることを満足するか否か判定する判定部と、を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシミュレーション装置。
6. タイヤ製造工程におけるステッチャー工程をシミュレートするシミュレーション方法であって、
   生タイヤを構成するゴム部材であってステッチャー工程で圧着させる対象とする第１部材及び第２部材の断面形状をモデル化した第１部材モデル及び第２部材モデルを設定するタイヤ部材モデル設定ステップと、
   タイヤ軸を中心に回転する前記第１部材と前記第２部材を第２部材側からの押圧により圧着させる回転体であるステッチャーツールについて、当該ステッチャーツールの断面形状をモデル化したステッチャーツールモデルと、前記ステッチャーツールモデルを動作させる機構モデルとを設定するステッチャーモデル設定ステップと、
   前記ステッチャーツールモデルが前記第１部材モデルと前記第２部材モデルとの圧着させる部位の一端側から他端側に向けて順次前記第２部材モデルを押圧するように、前記機構モデルにより、前記ステッチャーツールモデルを、前記第２部材モデルに対して荷重を負荷し、負荷した荷重を解除し、前記他端側に向けて移動させることを、前記圧着させる部位の一端から他端に至るまで繰り返して動作させるステッチャーモデル動作ステップと、
   を含む、シミュレーション方法。
7. タイヤ製造工程におけるステッチャー工程をシミュレートするプログラムであって、
   コンピュータに、
   生タイヤを構成するゴム部材であってステッチャー工程で圧着させる対象とする第１部材及び第２部材の断面形状をモデル化した第１部材モデル及び第２部材モデルを設定するタイヤ部材モデル設定機能と、
   タイヤ軸を中心に回転する前記第１部材と前記第２部材を第２部材側からの押圧により圧着させる回転体であるステッチャーツールについて、当該ステッチャーツールの断面形状をモデル化したステッチャーツールモデルと、前記ステッチャーツールモデルを動作させる機構モデルとを設定するステッチャーモデル設定機能と、
   前記ステッチャーツールモデルが前記第１部材モデルと前記第２部材モデルとの圧着させる部位の一端側から他端側に向けて順次前記第２部材モデルを押圧するように、前記機構モデルにより、前記ステッチャーツールモデルを、前記第２部材モデルに対して荷重を負荷し、負荷した荷重を解除し、前記他端側に向けて移動させることを、前記圧着させる部位の一端から他端に至るまで繰り返して動作させるステッチャーモデル動作機能と、
   を実現するためのシミュレーションプログラム。