JP6539798B1 - タイヤ加硫金型の熱変形を撮影する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ加硫金型におけるセクタの変形を撮影し、その結果をセクタの設計に反映する方法を提供する。
【解決手段】タイヤ加硫金型の熱変形を撮影する方法は、
上下方向の中心軸（１８）の周りに複数のセクタ（２８）を環状に配置する工程と、
前記複数のセクタ（２８）の外周にコンテナリング（３０）を配置して、前記複数のセクタ（２８）が前記中心軸（１８）から遠ざかる方向に移動するのを規制する工程と、
前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程と、
「前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程」中に、前記複数のセクタ（２８）の内側に形成されたモールド空間（４０）に、該モールド空間（４０）の開口部（５１）を通じて３Ｄレーザスキャナ（６０）を挿入し、前記複数のセクタ（２８）の内面形状の変化及び隣接するセクタ（２８）の間に形成されている隙間（５２）の変化を撮影して点群データを取得する工程を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤ加硫金型の熱変形を撮影する方法に関する。

乗物用タイヤの製造は、概略、ゴムの原料を混ぜ合わせる混練工程、トレッド部分とカーカス部分とビードワイヤ部分の３つパーツを作成するパーツ作成工程、３つのパーツを張り合わせてグリーンタイヤを作成する成形工程、グリーンタイヤを加熱加圧してタイヤの形に仕上げるとともにタイヤの外周面にトレッドパターンを形成する加硫工程を含む。

これら複数の工程のうち、加硫工程はタイヤに所望の形状を付与する重要な工程である。そのために、加硫工程では、タイヤの外観形状に対応した成形面を有する加硫金型が用いられる。

加硫金型は、例えば特許文献１に記載されているように、タイヤのトレッド部を形作る複数のセクタと、タイヤのサイドウォール部を形作る上下サイドモールドを含み、これら複数のセクタと上下サイドモールドによってタイヤの全体外観形状が形作られる。

この加硫金型を用いて、加硫工程では、タイヤゴムに所望のトレッドパターンを付与するために、グリーンタイヤの内側と外側から熱と圧力が加えられ、これによりグリーンタイヤの外周面を外周のセクタと上下サイドモールドに押し付けることで、所望形状のタイヤが製造される。

このとき、金型部品は熱によって変形するが、セクタはその周囲に配置されたコンテナリングや上下プレートに隠れているため、変形の様子、例えば、どのように変形し、どの部分から隣り合うセクタに当たり、どの部分に大きなストレスが加わって二次的変形を誘発しているか、を確認できない。

そのため、セクタには過剰に大きな力を加えることによって、例えば隣接するセクタ間に隙間が残らないように、そしてその隙間にゴムが侵入してオーバースピュー（はみ出し）等の不良箇所がタイヤ表面に出来ないようにしている。

例えば、１００トンの力を金型の上下から加えることで隣接するセクタが隙間なく互いに密着すると計算から予測される場合でも、安全を考慮して１２０トンの力が加えられている。そのため、セクタには過大な負荷が加わり、そのことがセクタの寿命を短くする原因になっていると考えられる。

もちろん、有限要素法等によってある程度はセクタの変形を予測することは可能であり、実際その計算結果を利用してセクタの設計が行われているが、複数の金型装置で異なるセクタ部分に過剰な変形が認められている。

特開２００４−５８３４０号公報

そこで、本願発明は、タイヤ加硫金型におけるセクタの変形を撮影し、その結果をセクタの設計に反映する方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の実施形態に係る方法は、
上下方向の中心軸（１８）の周りに複数のセクタ（２８）を環状に配置する工程と、
前記複数のセクタ（２８）の外周にコンテナリング（３０）を配置して、前記複数のセクタ（２８）が前記中心軸（１８）から遠ざかる方向に移動するのを規制する工程と、
前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程と、
「前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程」中に、前記複数のセクタ（２８）の内側に形成されたモールド空間（４０）に、該モールド空間（４０）の開口部（５１）を通じて３Ｄレーザスキャナ（６０）を挿入し、「前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程」中に前記３Ｄレーザスキャナ（６０）から前記複数のセクタ（２８）の内面にレーザを照射して前記複数のセクタ（２８）の膨張過程を撮影する工程と、
前記撮影で得られた、前記複数のセクタ（２８）の内面の３次元点群データを用いて、「前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程」中における、隣接するセクタ（２８）間の隙間の経時的変化を得る工程を有する、タイヤ加硫金型の熱変形を撮影するものである。

この方法によれば、３Ｄレーザスキャナ６０で取得された点群データを利用することで、各セクタの形状変化を視覚的に確認できる。具体的に、セクタのどの部分が最初に隣のセクタに接触し、接触面が時間の経過と共にどのように拡大していくかを知ることができる。また、撮影結果を設計に反映し、より過負荷のかからないセクタを得ることができる。さらに、セクタに加える力を最小限に留めることができる。

本発明に係る方法を適用するタイヤ加硫金型の構成を示す断面図。 図１に示す金型を加熱しながらセクタの変形を撮影する様子を示す断面図。 図１に示す金型に含まれるセグメントとセクタの斜視図。 図１に示す金型に含まれる別のセグメントとセクタの斜視図。

以下、添付図面を参照して本発明に係る「タイヤ加硫金型の形状変化を撮影する方法」の一実施形態を説明する。

［加硫金型］
図１は、タイヤ加硫金型（以下、適宜「金型」と略す。）の概略構成を示す。図示するように、金型１０は、図示しない基台の上に置かれる。基台の上には３つの部材−下部プラテン１２、下部プレート１４、及び下サイドモールド１６がこの順序で積層されている。

下部プラテン１２、下部プレート１４、及び下サイドモールド１６はそれぞれ、上下方向に向けられた金型の中心軸１８を中心とする開口２０，２２，２４を有する。図示しないが、基台にも、中心軸１８を中心とする開口が形成されている。これらの開口２０，２２，２４には、加硫時にタイヤを保持するブラダリングを支持するとともにタイヤの内側に高温高圧蒸気を供給するための流路が形成された昇降機構（いずれも図示せず）が配置される。

下サイドモールド１６の上には、中心軸１８を中心とする円周上に複数のセグメント２６が配置される。図２，３に示すように、複数のセグメントは同一形状を有する。図２，３に示す実施形態の金型１０は９個のセグメント２６を有する。

複数のセグメント２６によって囲まれた空間には、複数のセグメント２６の内周面に沿って複数のセクタ２８が配置される。図２，３に示すように、各セクタ２８の外周面は外側のセグメント２６の内周面形状に対応する形状を有する。

複数のセグメント２６の外周には環状のコンテナリング３０が配置される。

複数のセクタ２８の上には、３つの部材−上サイドモールド３２、上部プレート３４、及び上プラテン３６がこの順序で積層される。図示するように、上サイドモールド３２は、中心軸１８を中心とする円形の開口３８を有する。

このように、複数のセクタ２８の内周面、下サイドモールド１６の上面、及び上サイドモールド３２の下面によって、タイヤの外形を形作るモールド面が形成されている。具体的に、複数のセクタ２８の内周面にはタイヤのトレッド部に対応する形状が形成され、下サイドモールド１６の上面と上サイドモールド３２の下面にはタイヤのサイドウォール部に対応する形状が形成されている。

以上の構成を備えた金型１０を用いてタイヤを加硫する場合、セクタ２８と下サイドモールド１６と上サイドモールド３２に囲まれたモールド空間４０には、昇降機構に支持された上下ブラダリングとそれに支持されたタイヤ（グリーンタイヤ）が収容される。

タイヤには、その内側と外側から圧力が加えられる。例えば、タイヤの内面には、昇降機構に設けた流路を通じて、上下ブラダリングとタイヤに囲まれた空間に高温高圧蒸気が供給されることによって圧力が加えられる。一方、タイヤの外面に加わる力は、複数のセクタ２８を介してトレッド部に加えられる力と、下サイドモールド１６と上サイドモールド３２を介してサイドウォール部に加えられる力である。

実施形態では、上部プレート３４とコンテナリング３０の上に配置された上プラテン３６に上方から力が加えられる。上プラテン３６からコンテナリング３０に加わる力は、コンテナリング３０とセグメント２６の傾斜面４２，４４を介して中心軸１８に向かう加圧力に変換され、複数のセクタ２８からトレッド部に加えられる。一方、上プラテン３６から上部プレート３４に加わる力は、上サイドモールド３２と下サイドモールド１６がタイヤのサイドウォール部をその上下から加圧する力に変換される。

加硫時、コンテナリング３０の内部に形成されたジャケット４６と下プラテン１２と上プラテン３６の内部に形成されたジャケット４８，５０にそれぞれ高温高圧蒸気が供給されてタイヤはその外側から加熱され、昇降機構の流路を介してタイヤの内側に高温高圧蒸気が供給されてタイヤはその内側から加熱される。

このように、タイヤにはその内側と外側から熱と圧力が加えられ、金型１０のモールド面に対応した形状が付与される。

上述した加硫工程中、複数のセクタは加熱されて膨張する。セクタは例えばアルミニウムで形成されており、その熱膨張率は比較的大きい。そのため、複数のセクタは、必要な温度に加熱された状態で、隣接するセクタとの間に隙間が無くなるようにその寸法が設計されている。しかし、各セクタは、その複雑な形状故に、全体が均一温度に加熱されることはない。そのため、各セクタの隣接するセクタに対向する面の全体が同時に接触することはなく、対向面の一部がまず隣のセクタに当たり、そこから接触面が拡大するものと考えられる。しかし、このような現象は、セクタには局部的に大きな力がかかり、そこには他の部分よりも相当大きな力が加わる事態を招く。

一方、加硫時、隣接するセクタの間に隙間が残っていると、その隙間にゴムが侵入してオーバースピュー（はみ出し）を生じる。そのため、現状は各セクタ２８に過剰な力を加えることによって隙間を無くすことが行われているが、この過剰な力がセクタに更なる負荷を加えることになっている。

［金型の観察］
以上の問題を解消するため、本発明の実施形態は、複数のセクタ２８の熱変形を実際に撮影し、適切な金型設計（特に、セクタの設計）に役立てることができるデータを取得するものである。

図４を参照して、具体的な撮影状況を説明する。

図示するように、撮影は、金型１０から上サイドモールド３２、上部プレート３４、及び上部プラテン３６を外した状態で行われる。図示するように、この状態で、複数のセクタ２８で囲まれたモールド空間４０は、開口部５１を通じて外気に開放されている。

下部プラテン１２のジャケット４８とコンテナリング３０のジャケット４６には高温高圧の蒸気が供給される。これにより、セクタ２８が加熱される。

加熱された複数のセクタ２８はそれぞれ、徐々に膨張し、隣接するセクタとの間に存在する隙間５２が埋められる。上述のように、各セクタは、その複雑な形状と、隣接する部材との間に存在する不連続性の影響を受けて、その全体が一様に高温とならず、そのためにまず一部が隣接するセクタに接触した後、その周辺から次第に接触領域を拡大していく。

この状況を観察するために、上部開口部５１を通じて、モールド空間４０の中に３Ｄレーザスキャナ６０を挿入する。図示するように、３Ｄレーザスキャナ６０は、ロボットアーム６２を介して周囲の固定部（例えば、床面）に固定されており、ロボットアーム６２を手動又は自動で操作することによって任意の方向及び任意の位置に動かすことができる。

３Ｄレーザスキャナ６０とロボットアーム６２には、市販されている種々の型式のレーザスキャナとロボットアームが利用可能であるが、例えば、Hexagon Manufacturing Intelligence社から提供されている「ＲＳ５レーザスキャナー」とポータブル三次元測定アーム「Absolute Arm ７軸モデル」が利用可能である。

撮影時、ロボットアーム６２を操作して３Ｄレーザスキャナ６０を上下左右に動かし、また、中心軸の周りを回転する。また、金型の加熱中、連続的に又は断続的に撮影することで、セクタ２８の膨張過程、特に隣接するセクタ間の隙間の経時的変化、を撮影する。

３Ｄレーザスキャナ６０で撮影した画像は後に解析される。３Ｄレーザスキャナ６０で作成される画像は点群データである。点群データを構成する各点は３次元座標データを含む。したがって、３Ｄレーザスキャナ６０で取得された画像を解析することによって、任意の点の座標の他、隣接する２点間の距離、例えば、図２、３に示すように、各セクタ２８の側面（隣接するセクタに対向する面）７２の内縁７４を形成している各点の三次元座標、また、その座標を用いて隣接するセクタの対向面（図２、３参照）７２の内縁間隔（隙間の大きさ）が取得できる。

撮影中、セクタ２８の温度上昇と共にモールド空間４０の中の温度も上昇する。したがって、３Ｄレーザスキャナ６０を高温から保護するために、図４に点線で示すように、レーザ入出射部６４を除いて、３Ｄレーザスキャナ６０の本体部分を筒状のフード６６で覆い、このフード６６を通じてファン６８から供給される空気又は窒素ガス等の気体７０を３Ｄレーザスキャナ６０に吹き付けてもよい。

［点群データの利用］
３Ｄレーザスキャナ６０で取得された点群データを利用することで、上述のように、各セクタの形状変化を視覚的に確認できる。具体的に、セクタのどの部分が最初に隣のセクタに接触し、接触面が時間の経過と共にどのように拡大していくかを知ることができる。

そして、その知見を金型設計に反映し、より過負荷のかからないセクタが得られる。また、セクタに加える力を最小限に留めることができる。

１０：タイヤ金型
１８：中心軸
２０，２２，２４：開口
２６：セグメント
２８：セクタ
３０：コンテナリング
３２：上サイドモールド
４０：モールド空間
５１：開口部
５２：隙間
６０：３Ｄレーザスキャナ
６２：ロボットアーム
６４：レーザ入出射部
６６：フード
７０：気体

Claims (3)

1. 上下方向の中心軸（１８）の周りに複数のセクタ（２８）を環状に配置する工程と、
   前記複数のセクタ（２８）の外周にコンテナリング（３０）を配置して、前記複数のセクタ（２８）が前記中心軸（１８）から遠ざかる方向に移動するのを規制する工程と、
   前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程と、
   「前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程」中に、前記複数のセクタ（２８）の内側に形成されたモールド空間（４０）に、該モールド空間（４０）の開口部（５１）を通じて３Ｄレーザスキャナ（６０）を挿入し、「前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程」中に前記３Ｄレーザスキャナ（６０）から前記複数のセクタ（２８）の内面にレーザを照射して前記複数のセクタ（２８）の膨張過程を撮影する工程と、
   前記撮影で得られた、前記複数のセクタ（２８）の内面の３次元点群データを用いて、「前記複数のセクタ（２８）を加熱する工程」中における、隣接するセクタ（２８）間の隙間の経時的変化を得る工程を有する、タイヤ加硫金型の熱変形を撮影する方法。
2. 前記３Ｄレーザスキャナ（６０）のレーザ入出射部（６４）に向けて気体（７０）を流すことを特徴とする請求項１の方法。
3. 前記点群データを構成する各点のデータはその点の３次元座標データであることを特徴とする請求項１又は２の方法。

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