JP2017193079A - タイヤ加硫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加硫状態の揃ったタイヤを、殊に金型温度の浮動する状況下でも効率よく生産するために、タイヤを傷つけることなく脱型の時期までタイヤの内表面及び外表面の温度を測定し、その測定した温度データに基づいてタイヤの加硫状態を高い精度で把握することにより、タイヤ毎に最適な加硫操作を実現することを可能にしたタイヤ加硫方法を提供する。【解決手段】 タイヤＧの加硫中に、タイヤＧを代表する複数の主要な部位における内表面及び外表面の温度を測定し、これら測定された温度データに基づいて計算された、架橋反応の進行度を示す等価加硫度に応じて脱型の時期を決める。【選択図】 図１

Description

本発明は、タイヤ加硫方法に関し、更に詳しくは、加硫状態の揃ったタイヤを、殊に金型温度の浮動する状況下でも効率よく生産するために、タイヤを傷つけることなく脱型の時期までタイヤの内表面及び外表面の温度を測定し、その測定した温度データに基づいてタイヤの加硫状態を高い精度で把握することにより、タイヤ毎に最適な加硫操作を実現することを可能にしたタイヤ加硫方法に関する。

タイヤを加硫する際に加硫状態の揃った良好な加硫品質を得るため、タイヤ毎に加硫速度に影響する主たる因子を把握し、それらの影響を加味して、例えば、１本毎に加硫時間を調節して、個々のタイヤに適した加硫操作を実施し、ロットを構成するタイヤの品質を均質化することが行われている。このタイヤ毎の加硫操作は、加硫されるタイヤの各部位の温度を加硫の最中に精度良く把握することが重要である。

加硫中のタイヤの温度を測定するために、無線発信機付きの温度センサチップを加硫前のタイヤの所望する温度測定箇所に予め埋設し、温度センサチップにより、温度測定箇所における温度データを取得することが提案されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、２００℃近くまで温度上昇するタイヤに埋め込まれ、温度を測りそれを無線信号で金型外部に通信する機能を持つチップや、加硫機に付帯する受信システムは、技術的にもコスト的にもハードルが高い上、温度センサチップをタイヤに埋設することで、タイヤに傷や耐久性を悪化させる可能性のある異物を残すという問題がある。

また、加硫中のタイヤ内部の温度分布を把握する方法として、ジャケット、金型及びブラダーの温度に基づいて、解析モデルによりタイヤ内部の温度を推定し、その推定された温度から最遅点を決定することが提案されている（例えば、特許文献２）。しかしながら、タイヤ表面から離れた箇所で測定された温度に基づき、しかも金型とゴムの間の言わば熱的には非連続な界面を介してタイヤ内部の温度を推定するため、この非連続な界面の性質が高温の影響などで変化すると、十分な精度で加硫状態を把握し続けることができないという問題がある。

特開２０１５−１０１００５号公報 特開平７−４０３５５号公報

本発明の目的は、タイヤを傷つけることなく加硫プレス中の最初から最後までタイヤの内表面及び外表面の温度を測定し、その測定した温度データに基づいてタイヤの加硫状態を十分な精度で把握することにより、タイヤ毎に最適な加硫操作を実現することを可能にしたタイヤ加硫方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明のタイヤ加硫方法は、タイヤの加硫中に、該タイヤを代表する複数の主要な部位における内表面及び外表面の温度を測定し、これら測定された温度データに基づいて計算された、架橋反応の進行度を示す等価加硫度に応じて脱型の時期を決めることを特徴とするものである。

本発明では、タイヤの加硫中に、タイヤを代表する複数の主要な部位の内表面及び外表面の温度を継続的に測定し、その温度データに基づいてタイヤ断面の温度及び等価加硫度を計算することで、タイヤを損傷することなく、タイヤの加硫状態を十分な精度で把握することができる。そのタイヤの加硫状態に応じて加硫時における脱型の時期を決定することにより、タイヤ毎に最適な加硫操作を実現することが可能となる。

本発明では、タイヤの各部位に要求される品質に基づいて製品として受容できる適正な加硫状態の指標を特定し、タイヤの各部位の温度データに基づく加硫状態のすべてが指標を満たしたときを脱型の時期とすることが好ましい。トレッド部、サイド部及びビード部の各部位が最良の加硫状態となる時期は必ずしも一致しないが、タイヤ全体として最良の品質となるように各部位の品質バランスを見て加硫状態の指標を特定して加硫時における脱型の時期を決定することにより、タイヤ全体として最良の品質であると共にタイヤの各部位における適正な加硫品質を有するタイヤを得ることができる。

本発明では、加硫時における脱型の時期を決定するのに際して優先された事項をコード化し、タイヤに付与することが好ましい。このように加硫時における脱型の時期を決定するに際して優先された事項に関する加硫情報をタイヤ属性として記録することで、タイヤを装着する車両の運用などのニーズにおける性能発揮に対して、より好ましい性能を優先したタイヤを選択することで、タイヤの利用価値の増進を担保することができる。

本発明のタイヤ加硫方法で使用されるタイヤ加硫装置の一例を示す断面図である。 図１の未加硫タイヤ及びブラダーを拡大して示す断面図である。 本発明のタイヤ加硫方法において、タイヤの各部位で測定された温度データに基づいて計算された加硫状態（等価加硫度）と経過時間ｔの関係を示すグラフである。 本発明のタイヤ加硫方法において、タイヤの各部位における加硫品質（性能指標）と経過時間ｔの関係を示すグラフである。 本発明のタイヤ加硫方法において、加硫時に脱型に至るまでを示すフローチャートである。

以下、本発明の構成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は本発明のタイヤ加硫方法で使用される加硫装置１を示すものであり、加硫時にブラダー３により未加硫のタイヤＧを金型２の成形面に押し付けている状態を示している。金型２は、金型２１，２２，２３から構成されている。タイヤＧは主にトレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３からなり、加硫時に、ブラダー３と当接する面が内表面Ｇａであり、金型２と当接する面が外表面Ｇｂである。

タイヤＧの加硫中に、少なくともトレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３の各部位を代表する箇所における表面温度を、内表面Ｇａ及び外表面Ｇｂのそれぞれ２箇所、計６箇所において測定する。タイヤ内外の対となる測定点は、幾何学的位置が互いに近接することが好ましいが、同等の温度経過を示す熱的に類似な箇所であれば、これに代えても良い。これは、例えば、タイヤ上の位置を子午線で表す時に、同緯度の温度はその対称性から同等の温度経過を示す熱的に類似な箇所と見做し得る。緯度の多少のずれも、熱源との距離関係や位置的関係や未加硫タイヤのゲージ厚さが同等であれば、同等の温度経過を示す熱的に類似な箇所と見做し得る。

図２に示すように、トレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３の各部位におけるタイヤＧの内表面Ｇａに位置する測定点Ｐ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａにおいて、加硫中のブラダー３の加工点温度を経時的に測定する。これら測定点Ｐ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａでの温度測定機構が特に限定されるものではないが、例えば、ブラダー３の内部に熱電対等の温度測定機器を配設するようにした構造を採用することができる。また、ブラダーはタイヤと同じくカーボンブラックで補強されたゴムで構成されているので、熱的性質は未加硫タイヤと同質故に、ブラダー内面の温度を測定し、ブラダーの厚さを加味してタイヤ内面の温度を推定することも許される。但し、この場合でも、ブラダー内部の温度は窒素ガスと水蒸気の混合熱媒体を用いる場合には上下に顕著な温度差を生じる場合があるので、少なくとも高さ(子午線緯度)は同等であることが必要となる。一方、トレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３の各部位におけるタイヤＧの外表面Ｇｂに位置する測定点Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ｂにおいて、加硫中の金型２の加工点温度を経時的に測定する。これら測定点Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ｂでの温度測定機構が特に限定されるものではないが、例えば、金型２の内部に空洞を設け、感温部(例えば熱電対の接点)が熱的には金型温度の影響を受けがたく、直接タイヤ表面と接するような該空洞内に遮熱ゾーンを介して熱電対等の温度測定機器を配設するようにした構造を採用することができる。このように金型２及びブラダー３の内部に温度測定機構を設けることにより、タイヤＧを損傷することなくタイヤＧの各部位における内表面Ｇａ及び外表面Ｇｂの温度を測定することが可能となり、タイヤ製品の製造時において好適である。

本発明では、加硫時に最も加硫の遅れる可能性のある部位に属する箇所、所謂、最遅加硫箇所であるタイヤＧの厚さ方向の略中央部における温度及び架橋反応の進行度を示す等価加硫度を推定する。このタイヤＧの厚さ方向の略中央部の位置は、例えば、トレッド部Ｇ１において、タイヤＧの内表面Ｇａの測定点Ｐ１ａと、外表面Ｇｂの測定点Ｐ１ｂとを結ぶ線分の略中点であり、図２に示す中点Ｐ１ｃと見做すことができる。サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３においても、同様に、それぞれの中点をＰ２ｃ，Ｐ３ｃとする。即ち、タイヤＧの厚さ方向の略中央部に位置する中点Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃ，Ｐ３ｃにおける温度及び等価加硫度を推定する。

加硫時の中点Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃ，Ｐ３ｃにおける温度の推定する場合、初期条件（タイヤＧの初期温度）、タイヤＧの内表面Ｇａの温度（測定点Ｐ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａでのブラダー３の加工点温度）及び外表面Ｇｂの温度（測定点Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ｂでの金型２の加工点温度）を境界条件として設定し、熱伝導方程式を数値的に解く方法がある。この熱伝導方程式を数値的に解く方法は種々あり、例えば、上述する境界条件、タイヤＧの厚さ及びタイヤＧの熱拡散係数に基づいて市販のソフト等を用いてフーリエの熱伝導方程式を数値的に解くことができる。或いは、熱伝導方程式から差分方程式を作成して、シュミット法と呼ばれる図形解法をコンピュータに実行させる方法がある。この場合、例えば、表計算用のソフトウェア（例えばエクセル（登録商標））等を用いて差分方程式を解くことができる。上述するいずれかの方法により熱伝導方程式を数値的に解くことで、中点Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃ，Ｐ３ｃの各点における温度を算出することができる。

等価加硫度とは周知のとおり加硫反応量を意味する。加硫温度が異なれば加硫速度が変化するため、加硫温度毎の加硫速度を求めてこれに時間を乗じ、時間積分することで算出される。加硫速度を示す加硫反応速度定数Ｋは、以下の（１）式によって算出される。
Ｋ＝Ａ・ｅｘｐ｛？Ｅ／（Ｒ・Ｔ）｝・・・（１）
Ａはゴム特有の定数、Ｅは活性化エネルギー、Ｒは気体定数、Ｔは加硫温度である。

上記タイヤ加硫方法において、タイヤＧの加硫中に、タイヤＧの複数の部位の内表面Ｇａ及び外表面Ｇｂの温度を測定し、その温度データに基づいてタイヤＧの断面の温度及び等価加硫度を算出することで、タイヤＧの加硫状態を高い精度で把握することが可能となる。

図３はタイヤＧの各部位で測定された温度データに基づいて計算された加硫状態（等価加硫度）と経過時間ｔの関係を示すものである。縦軸は等価加硫度、横軸は経過時間ｔ（分）である。図３に示すように、タイヤＧのトレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３の各部位は、加硫が進むにつれて部位毎の表面温度や厚みや熱拡散率の違いに応じてトレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２、ビード部Ｇ３は一般に異なる等価加硫度を有する。

タイヤＧの各部位において要求される品質及び使用される未加硫ゴムはそれぞれ異なるため、その品質に達する加硫時間もそれぞれ異なる。例えば、トレッド部Ｇ１の場合、加硫が進むにつれて徐々に等価加硫度は上昇していき、ある時点においてトレッド部Ｇ１に要求される品質を満たす等価加硫度に達する。その要求される品質を満たす時点がｔ１であり、この時点ｔ１の以降（図３に示す等価加硫度曲線の太線部）の時点で脱型することにより、トレッド部Ｇ１に要求される品質を満たしたタイヤＧが得られる。更に時点ｔ１から加硫が進むと、トレッド部Ｇ１における最適な品質を満たす等価加硫度に達する。このトレッド部Ｇ１における最適な品質を満たす時点がｔ_tであり、この時点ｔ_tで脱型することにより、トレッド部Ｇ１における最適な加硫品質を有するタイヤを得ることができる。

サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３の場合も上述するトレッド部Ｇ１と同様であり、時点ｔ２，ｔ３は各部位に要求される品質を満たす時点を示し、時点ｔ_s，ｔ_bは各部位における最適な品質を満たす時点を示している。時点ｔｓ，ｔｂで脱型することにより、サイド部Ｇ２、ビード部Ｇ３における最適な加硫品質を有するタイヤを得ることができる。

一方、加硫時間を可及的に短くすることは、タイヤの生産性の観点から好ましい。そのため、タイヤＧのトレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３に要求される品質を全て満たした時点が、最も加硫時間を短くできる時点であり、かつ生産性が最も良い時点となる。タイヤＧの各部位の要求される品質を満たす時点ｔ１，ｔ２，ｔ３のうち、最も経過時間ｔが長いのは、トレッド部Ｇ１である。従って、トレッド部Ｇ１の要求される品質を満たす時点ｔ１が、生産性の観点からは最も好ましい時点となる。また、生産性の観点からは時点ｔ２以降が脱型可能な範囲であり、その範囲において脱型した場合はタイヤＧの生産性が担保された状態であることを意味する。

このようにタイヤＧの各部位に要求される品質に基づいて製品として受容できる適正な加硫状態の指標を特定し、タイヤＧの各部位の温度データに基づく加硫状態のすべてが指標を満たしたときを脱型の時期とすることで、タイヤＧ全体として最良の品質であると共にタイヤＧの各部位における適正な加硫品質を有するタイヤを得ることができる。

図４は温度データに基づき計算されたタイヤＧの各部位の加硫品質（性能指標）と経過時間ｔの関係を示すものである。図４に示す性能指標は、上述するタイヤの各部位において要求される品質を満たすタイヤを前提とするものであり、最低限満たすべき水準に対して、各経過時間における加硫品質が未達であるか、上回っているかを分かり易く示した指標である。縦軸は性能指標、横軸は経過時間ｔ（分）である。

タイヤＧの各部位において最適な品質を満たす時点はそれぞれ異なるため、その品質に達する時間もそれぞれ異なる。例えば、図３で説明した様に、トレッド部Ｇ１において、加硫開始後、ある程度の時間が経過するまでトレッド部Ｇ１の要求される品質に達しないため性能指標の値がゼロのまま推移する。その後、トレッド部Ｇ１の要求される品質に達した時点ｔ１から性能指標曲線が右上がりに推移していき、最適な品質を満たす時点ｔ_tでピークを迎える。更に加硫が進み、時点ｔ_t以降になるとトレッド部Ｇ１の加硫品質は徐々に低下していく。サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３においてもトレッド部Ｇ１と同様であり、要求される品質に達した時点ｔ２，ｔ３から性能指標曲線が右上がりに推移していき、最適な品質を満たす時点ｔ_s，ｔ_bでピークを迎え、時点ｔ_s，ｔ_b以降になるとサイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３の加硫品質は徐々に低下していく。こうした加硫品質の低下は、過加硫によるゴム品質の劣化などが一因である。

ここで、図４に示すように、タイヤの設計上要求される性能を満足し、受け入れ可能な性能範囲をＬとする。トレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３のうち、この性能範囲Ｌに達するのが最も遅いのはトレッド部Ｇ１であり、その性能指標曲線が最初に性能範囲Ｌの下限に達する時点をｔ４とし、次に性能範囲Ｌの下限に達する時点をｔ６とする。たとえ、タイヤの各部位に要求される品質を満たしていても、タイヤの設計上要求される性能を満たしていない場合に脱型することは好ましくない。そのため、性能範囲Ｌに達するのが最も遅いトレッド部Ｇ１の性能指標曲線が性能範囲Ｌを満たしている間、即ち、ｔ４〜ｔ６の間がトレッド部Ｇ１に要求される品質を満たし、かつ性能範囲Ｌを満たす加硫時間の範囲となり、脱型可能な加硫時間の範囲を意味する。

また、性能範囲Ｌを担保した上で脱型することが可能となる加硫時間の範囲ｔ４〜ｔ６において、トレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３の性能指標の調和が取れている時点をｔ５とする。この時点ｔ５で脱型することにより、タイヤの全ての部位の性能指標において最もバランスの取れたタイヤを得ることができる。バランスや調和の良し悪しは、タイヤを使用する状況、即ち、そのタイヤを装着した車両の運用状況との組み合わせで判断される場合もあり、タクシーとサンデードライバーの保有する自家用車とでは、前者が摩耗性能を、後者がサイドの紫外線劣化性能を重視した方が、使用価値が増大する蓋然性が高く顧客の利益に繋がるものである。

本発明では、このように指標の特定に際して優先された事項に関する加硫情報をコード化し、そのコード化された優先事項をタイヤ属性として加硫されたタイヤに記録する。優先事項に関する加硫情報をコード化する際、例えば、生産性を優先させて脱型の時期を決定した場合（時点ｔ４を脱型の時期とした場合）、表１に示すように、その付帯コードは「Ｐ」であり、その付帯コードをタイヤに付与する。タイヤに付帯コードを付与する方法として、例えば、ＱＲコード（登録商標）を利用することができる。

このように加硫時における脱型の時期を決定するのに際して優先された事項に関する加硫情報をコード化しタイヤに付帯コードとして付与することで、タイヤを装着する車両の運用などのニーズにおける性能発揮に対して、より好ましい性能を優先したタイヤを選択することで、タイヤ毎の利用価値の増進を担保することができる。

上記加硫装置１を用いてタイヤＧを加硫する場合、加硫中に脱型の時期を決定するまでの過程について、図５を参照して説明する。先ず、ステップＳ１において、タイヤＧのトレッド部Ｇ１、サイド部Ｇ２及びビード部Ｇ３の各部位の内表面Ｇａの測定点Ｐ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａでブラダー３の加工点温度を測定し、外表面Ｇｂの測定点Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂ，Ｐ３ｂで金型２の加工点温度を測定する。

次いで、ステップＳ２において、ステップＳ１で測定した温度データを利用してタイヤＧの厚さ方向中央部に位置する中点Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃ，Ｐ３ｃにおける温度及び等価加硫度を上述する計算方法を用いて算出する。

次いで、ステップＳ３において、ステップＳ２で得られた中点Ｐ１ｃ，Ｐ２ｃ，Ｐ３ｃにおける温度及び等価加硫度に基づくタイヤＧの加硫状態が、タイヤの各部位に要求される品質又は生産性に基づく指標を満たしているか否かを判断する。指標を満たしていると判断した場合はステップＳ４に進む。一方、指標を満たしていないと判断した場合はステップＳ１に戻る。

そして、ステップＳ４において、加硫時における脱型可能な時点が決定し、加硫装置１において脱型を行う。以上により、加硫時においてタイヤＧの脱型の時期を決定することができる。

１ 加硫装置
２ 金型
３ ブラダー
Ｇ タイヤ
Ｇ１ トレッド部
Ｇ２ サイド部
Ｇ３ ビード部
Ｇａ 内表面
Ｇｂ 外表面

Claims (3)

1. タイヤの加硫中に、該タイヤを代表する複数の主要な部位における内表面及び外表面の温度を測定し、これら測定された温度データに基づいて計算された、架橋反応の進行度を示す等価加硫度に応じて脱型の時期を決めることを特徴とするタイヤ加硫方法。
2. 前記タイヤの各部位に要求される品質又は生産性に基づいて製品として受容できる適正な加硫状態の指標を特定し、前記タイヤの各部位の前記温度データに基づく加硫状態のすべてが前記指標を満たしたときを脱型の時期とすることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ加硫方法。
3. 加硫時における前記脱型の時期を決定するのに際して優先された事項に関する加硫情報をコード化し、前記タイヤに付与することを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ加硫方法。

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