JPH01113211A - 加硫物体の内部温度測定方法およびタイヤ加硫制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はゴムまたはプラスチックより成る物体を加硫す
る技術に関するものであり、特に加硫中のゴムまたはプ
ラスチック物体の内部温度を測定する方法および空気入
りタイヤの加硫制御方法に関するものである。

（従来の技術） 空気入りタイヤの製造過程においては、生タイヤを加硫
機内部に入れ、加熱するとともに加圧している。この場
合所望の性能を有するタイヤを製造するためには、加硫
過程を正確にかつ高い信頼度を以て制御する必要がある
。従来の加硫法においては、加硫用モールドの温度およ
びブラダ内部の温度、圧力を一定に保ち、予め決めた時
間に亘って加熱および加圧を行っている。実際には、タ
イヤ内部の種々の点の温度は、生タイヤの構造の差異、
モールド温度、圧力の変動等の種々の要因のために変動
することになる。これらの変動は日によって変化すると
ともに季節によっても変化することになる。したがって
、従来の加硫法においては加硫不足を起こさないように
加硫時間を必要以上に長く設定しているのが普通であっ
た。したがって、不所望な過剰加硫が生ずる恐れがあり
、所望の性能を有するタイヤが得られない恐れがあった
。さらに加硫時間を長くすると製造効率が悪くなるとと
もにより多量の加熱媒体を必要とし、コスト高となる欠
点もあった。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した欠点を除去するために種々の加硫制御方法が提
案されている。例えば米国特許第３．８１９゜９１５号
明細書には、加硫機にセットしたタイヤに温度計を差込
んでタイヤ内部の温度を実測し、この温度に基づいてタ
イヤの加硫状態を制御するようにしたタイヤ加硫制御方
法が記載されている。

しかしながら、この方法ではタイヤに差込んだ温度計を
引き抜いたときに形成される孔が加硫後のタイヤ表面に
残存し、タイヤの商品価値を著しく損なう欠点がある。

さらに温度計をタイヤに差込んでもタイヤの内部温度を
正確に測定することは困難である。また、タイヤ内部の
予め決められた点の温度しか測定できないので、加硫が
最も遅く行われるタイヤ内部の点（最小加硫点）の温度
を知ることができず、したがって加硫を精度良く制御す
ることができない欠点もある。また、温度計をタイヤに
対して挿脱することは面倒な作業であるとともに温度計
も破損し易いという欠点もある。さらに、この既知の方
法では温度計をタイヤの外表面から挿入するようにして
いるので、タイヤ内部の種々の点の温度を測定すること
ができないものである。

米国特許第３．６４９．７２９号明細書には、タイヤと
モールドとの境界の温度およびタイヤとブラダとの境界
の温度を測定し、これらの温度からタイヤ内部の温度を
演算により求め、この温度から加硫度を推定するように
した加硫制御方法が開示されている。

この既知の方法では、タイヤとモールドおよびブラダと
の間の境界に配置できる温度センサを用いる必要がある
が、タイヤの内側表面とブラダの外側表面との間に温度
センサを配置することは実際上著しく困難である。例え
ばゴムのような伸縮するブラダを用いるときには、温度
センサをブラダの表面に取付けることはできない。また
、折畳み式のブラダを用いるときは、その外表面に温度
センサを取付けることはできるが、一般にブラダは数日
間使用した後新しいものと交換するようにしているので
温度センサも廃棄されることになる。

したがってこの既知の方法はコスト高となるとともに温
度センサのメインテナンスも非常に厄介なものとなる欠
点がある。

上述した２つの既知の方法では、タイヤ内部の最小加硫
点は一点に固定されているものと仮定して周知のアルレ
ニュウスの式にしたがって加硫度を演算している。しか
しながら、実際には最小加硫点は加硫中タイヤ内部で移
動するものであるから、加硫度を正確に検出することが
できないという致命的欠点がある。

さらに米国特許第４．３７１．４８３号明細書には、測
定した温度からタイヤ内部の温度分布を導出し、これか
ら最小加硫点を求めるようにした加硫制御方法が開示さ
れている。このような方法によれば、加硫中タイヤ内部
で移動する最小加硫点を追跡することができる。

しかしながら、この方法では、タイヤと、モールドおよ
びブラダとの境界の温度を正確に測定できない。すなわ
ち、モールドとタイヤ外表面との境界の温度を、モール
ド外表面の温度を実測して推定しているが、モールド外
表面の温度は周囲温度に応じて変化するので、このモー
ルド外表面の温度はタイヤ外表面の温度を反映するもの
とはならない。さらに、この既知の方法ではタイヤ内側
表面とブラダとの境界面の温度を、ブラダ内部に加熱媒
体を供給する供給パイプまたはブラダから加熱媒体を排
出する排出パイプの位置で測定した温度から推定してい
るが、ブラダ外部の温度はタイヤとブラダとの境界の温
度を表わすものではない。特に加熱媒体としてスチーム
やガスを用いる場合には、ブラダに連結したパイプで温
度を測定してもタイヤとブラダとの境界の温度を知るこ
とは不可能である。このように、この既知の方法ではタ
イヤ内部の温度を正確に推定することができないので、
加硫を正確に制御することができない欠点がある。

さらに、上述した米国特許第４．３７１．４８３号明細
書には、有限個の規則または手順を用いる有限要素法に
よってタイヤショルダの加硫状態を演算により求めるよ
うにしているが、加硫すべき多数の種類のタイヤの各々
に対して多くの係数を含む多数の式を計算する必要があ
り、演算作業が非常に面倒で時間が掛かるものとなるの
で、所定の時間内で演算を行うためには大型のコンピュ
ータが必要となり、コストも著しく高（なることになる
。

さらに、最小加硫点は常にタイヤショルダ部に存在する
とは限らないので、この方法は限られた種類のタイヤの
加硫制御にしか適用できないものである。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、加硫中のゴムま
たはプラスチックの内部の温度を正確にかつ高い信頼度
を以て測定することができる方法を提供しようとするも
のである。

本発明の他の目的は、生タイヤの構造およびタイヤの種
類の差異、モールド温度、ブラダの温度および圧力の変
動等の種々の変動要因に影響されることなく、加硫不足
は勿論のこと過剰加硫をも有効に除去し、タイヤの加硫
を正確に制御することができる方法を提供しようとする
ものである。

（問題点を解決するための手段および作用）本発明の温
度測定方法は、ゴムまたはプラスチック物体を加熱する
とともにその外形を規定するモードユニットと、この物
体を加熱するとともにモールドユニットに押圧するブラ
ダおよびセンタボストアッセンブリィを有するブラダユ
ニットとを具える加硫機によって加硫される物体の内部
の少なくとも１点の温度を測定するに当り、前記モール
ドユニットと物体との界面またはその近傍に配置された
第１の温度センサにより第１の温度を求める温度測定工
程と、 前記ブラダユニットのセンタポストアッセンブリィに配
置された第２の温度センサによって第２の温度を求める
温度測定工程と、 前記第１および第２の測定温度に基づいて物体内部の点
の温度を演算する工程とを具えることを特徴とするもの
である。

また、本発明のタイヤ加硫制御方法は、モールドユニッ
トと、ブラダおよびセンタポストアッセンブリィを有す
るブラダユニットとを具えるタイヤ加硫機への熱の供給
を制御してタイヤの加硫を制御するに当り、 第１の温度センサによって前記モールドユニットとタイ
ヤとの境界またはその近傍における少なくとも１点の第
１の温度をタイヤ加硫中測定する工程と、 第２の温度センサによって前記ブラダユニットのセンタ
ポストアッセンブリィにおける第２の温度をタイヤ加硫
中測定する工程と、 前記第１および第２の温度からタイヤ内部の温度分布を
演算する工程と、 前記温度分布からタイヤ内部の加硫度分布を推定する工
程と、 このタイヤ内部の加硫度分布からその最小加硫度を検出
する工程と、 この最小加硫度に応じて加硫機への熱の供給を停止する
タイミングを決定する工程とを具えることを特徴とする
ものである。

このような本発明の方法によれば、ブラダユニットのセ
ンタポストアッセンブリィに設けた第２の温度センサで
測定した温度から、タイヤとブラダとの境界の温度を測
定したり、タイヤ内部に温度センサを挿入したりするこ
となく、タイヤ内部の温度を演算により正確に求めるこ
とができる。

したがってタイヤ内部の加硫情況をきわめて正確に推定
することができ、タイヤを最良の状態に加硫することが
でき、したがって所望の性能を有するタイヤを高い再現
性を以て製造することができる。

（実施例） 第１図は本発明によるタイヤ加硫制御方法を実施する装
置の一例を示すものである。この装置は、制御ユニット
１、外部から種々のデータを人力するためのキーボード
、入力カード、ディスプレイハネル等の入カニニット２
およびセンサユニット３とを具えている。センサユニッ
ト３はタイヤとモールドユニットとの境界の温度を測定
する第１のｉ度センサユニット４、ブラダユニットのセ
ンタポストアッセブリイの温度を測定する第２の温度セ
ンサユニット５、ブラダ内部の圧力を測定する圧力セン
サユニット６とを具えている。

第２図は加硫機の構成を示す線図的断面図である。加硫
機はモールドユニット７と、変形可能なブラダ８ａを有
するブラダユニット８とを具えている。モールドユニッ
ト７は上側および下側モールド半ｉ７ａおよび７ｂを有
している。モールドユニット７を加熱するために、これ
らの上側および下側モールド半部の上側および下側にそ
れぞれ上側および下側プラテン９および１０を配置する
。これらのプラテン９ふよび１０には通路９ａおよび１
０ａをそれぞれ形成し、第２図において両矢印で示すよ
うにバイブ１１を経てこれらの通路に加熱媒体を循環さ
せるように構成する。ブラダ８ａは上側および下側リン
グ１２および１３に取付け、上側リングはセンタポスト
１４に固着し、このセンタポストをスリーブ１５により
移動自在に支承する。したがって、ブラダ８ａはセンタ
ポスト１４の上下動に応じて移動することができる。下
側リング１３には、ブラダ８ａを経てスチーム、ガスお
よび温水のような加熱流体を循環させるためのパイプ１
６および１７を連結する。

第１の温度センサユニット４はタイヤのショルダ部に沿
って等間隔に配置した複数の温度センサ４ａと、ビード
部に沿って等間隔に配置した複数の温度センサ４ｂと、
トレッド部に沿って等間隔に配置した複数の温度センサ
４Ｃとを有している。

第２の温度センサ５はブラダ８ａ内部の加熱媒体の温度
を測定するための１個の温度センサ５ａを具えている。

本発明ではこの温度センサ５ａをブラダユニット８のセ
ンタポストアッセンブリィ、すなわち下側リング１３に
取付ける。圧力センサユニット６は同じくセンタポスト
アッセンブリィに取付けた圧力センサ６ａを有している
。

第３図は加硫機の詳細な構成を示す断面図であり、特に
温度センサ５ａのセンタポストアッセンブリィに対する
取付は方法を明瞭に示している。上側リング１２をセン
タポスト１４の先端に固着してセンタポストと一緒に上
下動するようにする。ブラダ８ａの上側縁は上側リング
１２と上側クランプリング１８との間に嵌着し、ブラダ
８の下側縁は下側リング１３と下側クランプリング１９
との間に嵌着する。

下側リング１３はマニホルドブロック２０に固着し、こ
のブロックにはスリーブ２１およびバグシリンダ２２を
取付ける。このマニホルドブロック２０に形成した通路
２０ａを経てパイプ１７をブラダ８ａの内部空間と連通
ずる。温度センサ５ａはスリーブ２１に形成した孔２１
ａおよびマニホルドブロック２０に形成した通路２０ｂ
に通す。また、圧力センサ６ａも同様の方法で取付ける
。

上側モールド半部７ａおよび上側プラテン９を上側ドー
ム２３ａに連結し、下側ドーム２３ｂはベース２４に取
付け、このベースには下側モールド半部７ｂおよび下側
プラテン１０をも固着する。

第４図は温度センサ５ａをセンタポストアッセンブリィ
に取付ける構成をさらに詳細に示すものである。バグシ
リンダ２２にはマニホルドブロック２０を熔接し、この
ブロックにスリーブ２１を熔接する。

スリーブ２１には孔２１ａを形成し、この孔にはボルト
２５を挿入する。このボルト２５はマニホルドブロック
２０に螺合する。マニホルドブロック２０の下端にはリ
ング２６を熔接し、このリングにはボルト２７を螺着す
る。このボルト２７には貫通孔２７ａを形成し、これを
マニホルドブロック２０に形成した孔２０ｂと連通させ
る。ボルト２７の先端にはシール用リング２９を介して
ボルト２８を螺合する。温度センサ５ａはポル）２５．
２７および２８にあけた貫通孔およびマニホルドブロッ
ク２０にあけた孔を通して外部からブラダユニットのセ
ンタポストに剛固にかつ気密に取付けることができ、し
かもこの際既存のブラダユニットを大幅に変更する必要
はない。また、温度センサ５ａはブラダユニットを分解
することなく容易に交換することができ、したがってそ
のメインテナンスは非常に容易となる。

加硫すべき生タイヤ３０を加硫機に入れた後、上側およ
び下側モールド半部７ａおよび７ｂを閉じ、プラテン９
および１０の通路９ａおよび１０ａを経て加熱媒体を通
し、タイヤ３０をその外側から加熱するようにする。こ
れと同時に加熱媒体をパイプ１６および１７を介してブ
ラダ８ａの内部空間を経て循環させてブラダをモールド
ユニット７に向は拡張させ、タイヤ３０をその内側から
加熱するようにする。ブラダ８ａが伸張すると、タイヤ
３０はモールドユニット７の内壁に押し付けられ、これ
によりタイヤの外側形状が規定されることになる。

本実施例においては、第１および第２の温度センサユニ
ット４および５によってタイヤ３０とモールドユニット
７との境界の温度およびブラダユニット８のセンタポス
トアッセンブリィの温度を加硫中測定する。これと同時
に圧力センサユニット６によってブラダ８ａの内部圧力
を測定する。これらの温度センサユニット４．５および
圧力センサユニット６によって測定した温度および圧力
を表わす信号Ｃ，，Ｃ２およびＣ３を制御ユニット１に
供給する。

第１図に示すように、制御ユニット１はＣＰＵ（中央処
理装置）３１、ＲＯＭ　（リードオンリーメモリ）３２
、ＲＡＭ　（ランダムアクセスメモリ）３３、Ａ／Ｄ変
換器３４、およびＩ１０ポート３５を具えている。ＣＰ
Ｕ３１はＲＯＭ３２に格納されているプログラムにした
がってＩ１０ポート３５から必要なデータを入力し、Ｃ
ＰＵ３１　とＲＡ　Ｍ　３３との間でデータのやり取り
を行いながら種々の演算処理を行ってタイヤ加硫を制御
するための種々の信号を導出する。このようにして求め
た信号はＩ１０ポート３５に供給する。

また、Ａ／Ｄ変換器３４はＩ１０ポート３５に供給され
るアナログ信号を、ＣＰＵ３１からの指令の下でデジタ
ル信号に変換する。ＲＯＭ３２はＣＰＵ３１に対して必
要な動作プログラムを記憶し、ＲＡＭ３３は演算プログ
ラムおよびデータをマツプの形態で記憶する。

種々の初期データはデータ入カニニット２によって制御
ユニット１に入力する。すなわち、タイヤ３０およびブ
ラダ８ａの厚さを表わすゲージデータ、熱拡散係数デー
タ、初期温度データを入カニニット２を介して制御ユニ
ット１に入力する。

制御ユニット１は後述する手法により、予め決めた時間
毎にタイヤ３０内部の温度分布を演算により求め、最小
加硫点を求める。所定の加硫が達成されたら制御ユニッ
ト１は加硫停止ユニット３６に制御信号Ｃ４を供給する
。また、制御ユニット１が何んらかの異常を検出したと
きは警報ユニット３７に信号Ｃ５を供給して警報を発生
させる。

次に、タイヤ内部の温度分布および最小加硫点を求める
方法について説明する。

第５図はこのような方法の順次のステップを示すフロー
チャートである。実際に加硫を行う前に、ステップＰ、
で示すように、演算および制御に必要なデータを入カニ
ニット２により制御ユニット１に入力する。すなわち、
タイヤ、ブラダおよび境膜層の厚さおよび熱拡散係数お
よびタイヤの初期温度を初期データとして入力する。さ
らに実時間制御モードおよび予測制御モードの識別デー
タを制御ユニッ）１に読込む。加硫開始から温度および
圧力を実測するとともに経過時間を計測する。

ステップＰ２において、実時間制御モードでタイヤを加
熱し、加硫する。すなわち、加熱媒体をプラテン９，１
０の通路９ａ、　１０ａに供給し、スチームおよびガス
のような加熱流体を圧力下でブラダ８ａを経て循環させ
、タイヤ３０をその内、外から加熱するとともにタイヤ
をモールドユニット７の内壁に圧押する。

加硫中は、モールドユニット７とタイヤ３０との境界の
温度およびブラダユニット８のセンタポストアッセンブ
リィの温度を実測して、単位時間隔Δθ毎に制御ユニッ
ト１に人力する。この単位時間隔Δθは制御の精度に応
じて任意に選定することができる。本例ではタイヤ３０
のショルダ部、ビード部およびトレッド部の温度を温度
センサ４ａ。

４ｂおよび４Ｃによって測定する。

ステップＰ３において、タイヤ３０の内部の点における
温度を計算により求め、各時間隔Δθ毎の開始瞬時にシ
ョルダ部、ビード部およびトレッド部における、タイヤ
内部の温度分布を求める。以下、ショルダ部における温
度分布を求める方法について説明する。

本例ではモールドユニット７とタイヤ３０との境界の温
度を、この境界位置に配置した温度センサ４ａ、　４ｂ
、４ｃによって測定する。本発明者は種々の実験の結果
、この境界にふける真の温度を正確に測定することはき
わめて困難であることを確かめた。

第６図は温度センサを種々の位置に配置したときに測定
される温度のばらつきを示すグラフである。温度センサ
を、その温度感知先端をモールドの内側表面から０．５
ｎ＋ｍ内方に引込めてモールド内に配置したときの温度
変化を第６図の曲線Ａ１で示す。第６図において、温度
Ｔ＞１は初期モールド温度、ＴＴは初期タイヤ温度、ｔ
Ｃはモールドをタイヤと接触させたときの時刻を示すも
のである。

一方、温度センサを、その温度感知先端をモールド内側
表面と整列するようにモールド内に配置したときの温度
変化を曲線Ａａで示す。また、温度センサを、その感知
先端をモールド内壁面と整列させるようにタイヤに取付
けたときの温度変化を曲線Ａ３で示す。さら、曲線Ａ、
は、温度センサを、その温度感知先端をタイヤ表面から
０．５ｍｍ引込めてタイヤに装着したときの温度変化を
示すものである。さらに第６図においては、タイヤとモ
ールドとの境界に右ける真の温度変化（推測したもの）
をも破線曲線Ａ、で示す。一般に、温度センサをモール
ド側に取付けると測定温度は真の温度よりも高くなり、
タイヤ内に装填するときは真の温度よりも低くなること
がわかる。いずれにしてもモールドとタイヤとの境界の
真の温度を実測することは実際上不可能である。したが
って本例においては、モールドとタイヤとの間に境膜層
を導入する。

同様の理由により温度センサ５ａとブラダ８ａとの間に
も境膜層を導入する。

第７図は上述したようにして導入した境膜層を加味した
熱伝達モデルを示す図である。すなわち、温度センサ４
ａとタイヤ３０との間に第１の境膜層Ｂ１を導入し、ブ
ラダ８ａと温度センサ５ａとの間に第２の境膜層Ｂ２を
導入している。第１境膜層Ｂ１の厚さはモールドユニッ
ト７の材質、温度センサ４ａの種類および感度、モール
ドの内壁面と温度センサ４ａの温度感知先端との間の距
離によって決まる。また、第２境膜層Ｂ２の厚さは、温
度センサ５ａの種類、感度および位置と、加熱流体の状
態、すなわち材料、撹拌の程度等によって決まる。この
ような第１および第２の境膜層Ｂ、およびＢ２の厚さは
予め実験的に決めることができる。

次に、ステップＰ３においては、タイヤ３０の内部の温
度分布を、以下に述べる要素ａ）〜ｅ）を考慮して熱拡
散理論により演算して求める。

要素ａ）　ゲージデータ タイヤ３０およびブラダ８ａのゲージ、すなわち厚さは
実測または計算により求める。また、第１および第２の
境膜層Ｂ１およびＢ２のゲージは、モールドの材質、温
度センサ４ａ、　５ａの種類、感度および位置、スチー
ム、ガス、水等の加熱流体の種類、供給時間、混合割合
といった加熱流体の供給状態等の種々の要因によって決
めることができる。

実際には、境膜層Ｂ、、　Ｂ２のゲージは実験的に決め
る。これらのゲージデータは入カニニット２を用いて制
御ユニット１に入力する。

要素ｂ）　熱拡散係数データ 後述するように、タイヤ３０内部の温度は有限差分法に
よって推定するが、タイヤは複数の異なる材料で構成さ
れている複合構造を有しているので、そのままでは有限
差分法により温度分布を求めることはできない。そこで
本例においては、平均熱拡散係数を導入する。この平均
熱拡散係数を計算により求めるために、タイヤを構成す
る種々の材料の熱拡散係数を人カニニット２により制御
ユニット１に入力する。今、α１〜α５およびＧ＋”Ｇ
ｓを第１境膜層６１、タイヤトレッドおよびカーカス、
ブラダ８ａおよび第２境膜層Ｂ２のそれぞれ熱拡散係数
および厚さであるとすると、平均熱拡散係数冴は次式に
より計算することができる。

また、熱拡散係数α１は次式により計算することができ
る。

Ｋ＋ ここで、 Ｋ１・・・熱伝導率 ＣＰ□・・・比熱 ρ１・・・密度 である。

要素Ｃ）　初期温度データ 加硫を行う前に、ブラダ８ａおよび生タイヤ３０の表面
温度を非接触形の赤外温度計または接触形の温度計によ
り測定して入カニニット２を介して制御ユニット１に入
力する。

要素ｄ）　測定データ モールドユニット７とタイヤ３０との境界の温度および
ブラダユニット８のセンタポストアッセンブリィにおけ
る温度を温度センサ４ａおよび５ａによって測定し、測
定した温度を表わす信号ＣＩおよびＣ２を制御ユニット
に供給する。

本例では圧力センサ６ａで測定したブラダ内圧を表わす
信号Ｃ３も制御ユニッ）１に供給する。

要素ｅ〉　タイヤ内部温度の推定 制御ユニット１に入力された上述したデータに基づいて
タイヤ３０の内部の温度分布を制御ユニットにより推定
する。この演算は有限要素法（ＦＢＭ）または有限差分
法（ＦＤＭ）　によって行うことができる。

以下、有限差分法について説明する。演算時間の短縮を
図るために、第７図に示すように１次元モデルを考え、
タイヤ３０内部の有限個数の点Ｐ　ＩｎＦ３−ｍ−の温
度を計算により求める。第７図に示すようにこれらの点
は一定の間隔ΔＸだけ相互に離間させる。本例では、温
度センサ４ａと５ａとの間の距離りを１０個の区間に等
分し、これらの区間の境界の温度を単位時間隔Δθの各
開始瞬時において計算する。この単位時間隔Δθは０．
５〜１０．０秒の範囲内で任意に設定できるようになっ
ている。第１の点Ｐ０から距離Ｘだけ離れた点Ｐｔ　に
おける、時刻θから単位時間隔Δθだけ経過したときの
温度ｔ　（Ｘ、θ＋Δθ）は以下の差分式により計算す
ることができる。

ｔ（ｘ、　　θ＋Δθ）　＝　ｔ（ｘ、θ）　＋　Ｃ，
（ｔ（Ｘ−ΔＸ、θ）−２ｔ（ｘ、　　θ）＋ｔ（Ｘ＋
ΔＸ、θ））ここに τ：平均熱拡散係数 である。

上述した演算を行うに当たっては、タイヤ内部の点およ
び第１境膜層Ｂ、の内部の点の初期温度は初期タイヤ温
度に設定し、ブラダおよび第２境膜層Ｂ２の内部の点の
初期温度は初期ブラダ温度に設定する。上述したように
、これらの初期タイヤ温度および初期ブラダ温度は入カ
ニニット２により制御ユニット１に予め人力しである。

このようにして、各単位時間隔Δθの開始瞬時において
、タイヤ３０の内部の温度分布を推定することができる
。

周知のように加硫中のゴムの架橋反応は発熱反応であり
、温度推定の精度を向上するには発生される熱を無視す
ることはできない。特にゴムの肉厚が薄いときにはこの
熱の影響を無視することはできない。しかし、一般のＦ
ＤＭにおいては発生される熱を計算に取込むことはでき
ない。本例においては、発熱の影響を除去するために加
硫の進行に応じて平均熱拡散係数訝の値を変化させるよ
うにする。すなわち、加硫度Ｖの増大とともに平均熱拡
散係数ｉの値を増大させることにより実際の温度分布を
一層正確に表わす温度分布を推定することができる。本
例では平均熱拡散係数五の値を次式に従って変化させる
ようにする。

２ン＝１゜　（１＋ｃｆｆ）″　） ここに ７ｘｏ＝初期平均熱拡散係数 Ｃ，ｎ：ゴムの組成により決まる定数 Ｖ：演算した最小加硫度 上述した差分方程式におけるｄの値を上式にしたがって
変化させることにより、タイヤ内部の温度分布を一層正
確に求めることができる。

架橋反応により発生する熱の影響は上述した方法以外の
他の種々の方法で補償することができる。

例えば演算により求めた加硫度から最小加硫度の変化Δ
Ｖを求め、次にこのΔＶから反応熱量ΔＱを計算により
求め、この熱量ΔＱから反応による温度上昇Δｔを計算
し、このΔｔを用いる直線近似により、演算して求めた
温度分布を補正することができる。

また、タイヤ内部の温度分布の推定は、ＦＤＭの代わり
にＦＥＭによって行うこともでき、この場合にも同様の
結果が得られる。しかし、ＦＢＭはＦＤＭよりも演算ス
テップ数が多くなるので、ＦＤＭの方が望ましい。

ステップＰ、において、タイヤ内部の最低温度を所定の
限界温度、例えば１００℃と比較し、最低温度が限界温
度を超えるときは、ステップＰ５において温度分布から
加硫度分布を計算する。すなわち、温度が低い間は加硫
度分布は求めず、成る限界温度を超えてから加硫度分布
を求めるようにすることにより必要な演算工数を少なく
するようにしている。第７図に示すように、タイヤショ
ルダ部においてはタイヤゲージ内に７個の測定点Ｐ２〜
Ｐ８を設定しており、これらの点における加硫度の値を
、これらの点の推定した温度から計算により求めている
。すなわち、各単位時間隔Δθの初期において、これら
の点における等価加硫度Ｖを以下のアルレニウスの式に
より計算する。

ここに Ｅ：活性化エネルギー Ｒ：気体定数 Ｔｏ：標準温度 Ｔ：反応温度 θ：時間 である。このようにして各単位時間隔Δθの開始瞬時に
おいて第８図に示すような加硫度分布が得られる。第８
図において横軸はタイヤの厚み方向における位置を表わ
し、縦軸は加硫度Ｖを表わしている。加硫度演算ステッ
プＰ５の開始瞬時θ１において、第１の加硫度分布Ｍｎ
＋が得られ、単位時間隔Δθの経過後、時刻θ２におい
て次の加硫度分布Ｍ。２が得られる。このようにして各
時刻θ１゜θ２．　θ３−−−において、加硫度分布Ｍ
。ｌ　＋　　Ｍ　ｈ　２　＋！Ａｎ３−一が得られるこ
とになる。

次に、ステップＰ６において、最小自乗法を用いて最小
加硫度を計算する。この最小加硫度の求め方について次
に説明する。一般に、最小加硫度が現われる点は温度測
定点と一致していないので、各測定点Ｐ２〜Ｐ８におけ
る加硫度の中の最小値を最小加硫度として用いることは
できない。第８図に示すように最小加硫度が現われる点
は一定しておらず、時間の経過とともにモールド側にず
れて行くことになる。

各加硫度分布における最小加硫度Ｖ　Ｔ　ｌは最小自乗
法により次のようにして計算する。本例では加硫度分布
は次の２次関数によって表わされるものであるとする。

Ｖ＝ＡＸ”＋　ＢＸ　＋　Ｃ 各点における加硫度値の２次曲線からの誤差ｄ１となる
ように係数Ａ、　ＢおよびＣを決める。次に最小加硫度
Ｖ　ｔ　ｔとその点の位置ＸＴＩを以下のようにして求
める。

ｖＴｔ・Ａ（−８／２Ａ）２４　Ｂ（−８／２Ａ）　＋
　ＣＸｔｔ＝−８／２Ａ 最小加硫度の値は、２次関数よりも高次の関数を用いる
最小自乗法によって求めることも勿論可能である。

上述したようにして、各単位時間隔Δθの開始時に加硫
度分布から最小加硫度を求める。本例では、上述したよ
うに、タイヤの複数個所において同時に温度測定を行っ
ているので、各単位時間隔Δθで複数の最小加硫度が求
められることになるので、これらの中の最小値をタイヤ
内部の最小加硫度として選択する。

ステップＰ７においては、上述したようにして求めた最
小加硫度ｖ７が所定の範囲内に入っているか否かを所定
のタイミングθ７において判定する。

すなわち、最小加硫度Ｖｒを最大および最小加硫度ＶＭ
ＡＸおよびＶＭＩＮと比較する。これと同時に所定の圧
力が所定の期間θアだけブラダに与えられたか否かを判
定する。ここでｖ、ＡＸ　＞　ｖ、　＞ｖ１４．。

が満足していることおよびブラダ内に所定の圧力が所定
の期間θ、与えられたことが確認されたときは、ステッ
プＰ、において実時間モードを予測モードに切換える。

一方、Ｖ　）ＩＡＸ　＞　ＶＴ　＞Ｖｌｌ［１１が満足
されないときは、第５図のステップＰ３で示すように予
め決めた期間だけ実時間モードで加硫制御を行う。

本発明によれば、最小加硫度が予め決めた値に達したと
きに加硫を停止することができる。しかし、本例におい
ては加硫状態をさらに正確に制御するために、加硫機へ
の加熱媒体の供給を停止した後に、加硫の進行を予測す
る予測モードを導入する。すなわち、加圧された加熱流
体のブラダへの供給を時刻θ１において停止した後もタ
イヤの内部温度は第９図に示すように高温に維持される
ので、第１０図に示すように加硫はさらに進行すること
になる。第９図においては最小加硫点の温度を示し、通
常の加硫において実時間モードから予測モードに切換え
られる時刻をθ９で示す。この予測モードにおいては、
ステップＰｌｏで示すように最小加硫度を連続的に予測
する。

予測モードにおいては、加熱流体の供給を停止してから
時間ｔｋだけ経過した後に到達するであろう最小加硫度
ｖｋを、時刻θ、における最小加硫度ｖ１　と、この時
刻θ、よりもｎ回前のサンプリングを行った時刻θｌ−
ｈにおける最小加硫度ｖｉ−ｎを用いる直線的外挿によ
り予測する。この直線的外挿は次式で行うことができる
。

ｋ Ｖｋ−（Ｖｔ　−Ｖｔ−ｈ）　　　＋　Ｖｔここにｔ、
　＝　ｎ・Δθである。

予測される最小加硫度ｖｋが所望の加硫度Ｖ。

に達したら、ステップＰ１□で示すように時刻θ１にお
いて加熱を停止する。次に、ステップＰ１３において加
硫工程を終了し、予測モードを再び実時間モードに切換
える。制御ユニッ）ｌは加硫停止指令を検知したら加硫
停止信号Ｃ４を加硫停止ユニット３６に供給する。これ
により加硫停止ユニット３６は通常のように冷却および
タイヤの加硫機からの取出し工程を行う。第９図におい
てはブラダ内部の圧力の変化およびブラダに供給される
加熱流体の温度変化を示す。異常が検知された場合には
、実時間モードを強制的に選択し、予め決めた期間に亘
って加硫を継続する。

第１１図の曲線Ａで示すように所定の時刻θ、において
最小加硫度が上限値Ｃ１を越えているときは、警報を発
生し、予め設定したタイミングで加硫を停止する。この
ような場合には、実時間モードを予測モードに切換えな
い。

曲線Ｂで示すように所定のタイミングθ、において最小
加硫度が上限および下限値Ｃ１およびＣ２の間にあると
きは警報を発生して、予測モードで制御を継続する。

曲線Ｃで示すように、予め決めた加硫停止時刻θ０にお
いて、最小加硫度が下限値Ｃ３よりも小さいときは、警
報を発生し、実時間モードのままで加硫を終了する。

また、曲線りで示すように時刻θ０において最小加硫度
が下限値Ｃ２は越えているが下限値Ｃ４は越えていない
場合には警報を発生するとともに予測モードで加硫を継
続する。第１１図において、正常な加硫動作を曲線Ｅで
示す。

上述した予測モードを導入することにより、加硫をきわ
めて精度良く制御することができ、加硫不足や加硫過剰
を有効に防ぐことができ、したがって加硫時間を短縮す
ることができる。予測モードを導入しないと、第１０図
に示すように加硫度にＶ、の誤差が生ずる恐れがある。

上述したように、本発明の加硫制御方法によれば、タイ
ヤとモールドとの境界の温度およびブラダユニットのセ
ンタポストアッセンブリィの温度からタイヤ内部の温度
分布を推定し、この推定した温度分布から加硫度分布を
計算し、この加硫度分布から最小加硫度を求めている。

したがって、最小加硫点がタイヤゲージ方向に移動して
も最小加硫度を正確に検出することができ、したがって
加硫を正確にかつ高い信頼度を以て制御することができ
る。

さらに本例においては、最小加硫度が予め決めた値に達
した後は実時間モードを予測モードに切換え、加熱流体
の供給を停止した後に到達するであろう最小加硫度の値
を予測するようにしている。

このような予測モードを導入することにより、冷却およ
びモールドからのタイヤの取出し中の加硫の進行をも考
慮することができ、したがってさらに正確な加硫制御が
でき、しかも過剰加硫を有効に防止することができる。

したがって、本発明によれば加硫時間を最短とすること
ができ、加熱媒体の量を大幅に減少することができ、し
かも加硫されたタイヤの特性を正確かつ信頼性高く所望
のものとすることができる。

さらに、ブラダ８ａ内部の温度を測定する温度センサ５
ａをブラダユニットのセンタポストアッセンブリィに取
付けたため、タイヤとブラダとの境界の温度を正確に推
定することができ、さらに温度センサは破損しにくくな
るとともにメインテナンスも改善されることになる。

本発明者等は種々の実験を行った結果、ブラダユニット
に対する加熱流体としてガスやスチームを用いるガス加
硫を行う場合には、タイヤの円周方向だけでなく軸方向
にも温度差が生ずることを確かめた。特にタイヤの軸方
向には１０℃程度の温度差が現われることがある。した
がって、最小加硫点は一般にタイヤの下側部分に現われ
ることになる。この場合には加硫時間は一般に長くなり
易く、加硫工程を十分改善できない場合もある。本発明
による加硫制御方法の好適例においては上述した問題を
簡単に解決することができる。

第１２図は加硫機の別の例を示す線図的断面図である。

本例において第２図に示した部分と同じ部分には第２図
と同じ符号を付けて示す。本例ではブラダ８ａ内部での
温度差を軽減するために、加熱流体を４本の噴出ノズル
４５からブラダ内部に噴射する。これらのノズル４５は
円周方向に見て互いに９０°ずつ離間させて下側ブラダ
リングアッセンブリィ４６に取付ける。第１３図に示す
ように、中央孔４５ａを有する噴射ノズル４５をマウン
ト４７に螺着し、このマウントを、それに形成した通路
４７ａが下側ブラダリングアッセンブリィ４６に形成し
た通路４６ａと連通ずるようにアッセンブリィに溶接す
る。

このように構成するとスチームやガスのような加熱流体
は約３０〜４５°の拡散角βに亘ってノズル４５から噴
射されることになり、したがって流体はブラダ内で十分
に撹拌され、ブラダ内の温度は均一となる。

第１４図はブラダ８ａの上側部分Ｈと下側部分Ｇとの温
度差を示すグラフである。曲線Ａは従来の方法を示し、
この場合の温度差は１０℃よりも大きくなっている。一
方、本発明では曲線Ｂで示すように温度差を大幅に減少
することができる。

第１５図は本発明の方法におけるタイヤビード部とブラ
ダユニットのセンタポストアッセンブリィの温度変化を
示すグラフである。これらの部位の温度の差はきわめて
小さくなっていることがわかる。また、第１６図は従来
の方法におけるこれらの部位の温度差を示すものであり
、大きな温度差が現われている。上述した噴射ノズル４
５を用いることによってタイヤのトレッド部およびショ
ルダ部の温度と、ブラダユニットのセンタポストアッセ
ンブリィの温度との差を著しく減少させることができた
。

次に、ＰＳＲ１７５Ｒ１４のタイヤを加硫する際の本発
明の加硫制御方法の数例を比較例とともに説明する。こ
れらの例においては加硫以外の条件は同一とした。また
、タイヤの品質性能としては、通常のドラム試験装置を
用いてタイヤのベルトおよびカーカスの耐久性能を測定
した。所定の時間に亘って所定の速度で、所定の負荷を
与えながらタイヤを回転させた後ベルトおよびカーカス
のエツジに剥離が生ずるか否かおよび剥離が生じた場合
その程度がどの位であるかを検査した。この試験の結果
を次の表■に示す。

この表Ｉにおいては、既知の方法にによって製造したタ
イヤの性能を１００に正規化して表示した。

表　　　■ 上表■から明らかなように、本発明によれば高い再現性
を以てタイヤを製造することができるとともに製造した
タイヤの性能はきわめて優れている。

次の表■は本発明による加硫制御方法のいくつかの例を
従来の加硫制御方法による比較例とともに示すものであ
る。

上述した表■においてＮ０１１〜３０例が本発明の方法
によって製造したタイヤであり、Ｎα４〜１２の例が従
来の方法によって製造したタイヤである。

表Ｈの温度実測点は第１７図に示す通りである。ここで
点Ａはモールドとタイヤとの境界であり、点Ｃはタイヤ
表面内である。したがって点Ｃで温度測定を行うとタイ
ヤ表面に小さな孔が残るが、成るタイヤではそのように
小さな孔は無視できる。

本発明によれば、ブラダ側の温度はブラダユニットのセ
ンタポスト位置Ｈで測定する。また、点Ｍはブラダユニ
ットに連結された導入パイプまたは導出パイプの内部で
ある。良好なタイヤ性能を得るためにはトレッド表面お
よび最小加硫点の温度変動は上１゜０℃よりも小さいも
のとする必要があるとともにプライの温度差は上２゜０
℃よりも小さくする必要がある。また、最小加硫度の変
動は、理想的加硫度を１０．０とするとき±０．５以内
でなければならない。加硫時間は理想的な加硫時間から
のずれをパーセントで表わしている。この加硫時間のず
れは±２．０％以内とする必要がある。上述した幾つか
のパラメータがそれぞれの限界値を外れるときは制御の
精度および信頼度が劣゛化することになる。ｋ４．５お
よび６の例から分かるよ−うに境膜層を導入しないと、
タイヤ内部の温度分布を正確に推定することができず、
したがって加硫度に大きな誤差が生じてしまう。また、
Ｎｏ、１１の例のように有限要素法（ＦＥＭ＞を用いる
と温度変動を小さな値に抑えることができるが、演算工
数が非常に多くなり実際の製造に適用できない。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、幾
多の変更や変形を加えることができる。

上述した実施例ではタイヤのそれぞれショルダ部、ビー
ド部およびトレッド部の複数点における温度を温度セン
サ４ａ、　４ｂおよび４Ｃによって実測したが、本発明
では少なくとも１点において温度を測定すればよい。例
えばショルダ部の温度を測定したり、ショルダ部とビー
ド部の温度を測定するだけでもよい。

また、上述した実施例では、第２の温度センサユニット
５は、センタポストアッセンブリィに配置した１個の温
度センサを具えるだけであるが、このセンタボストアッ
センブリィに複数の温度センサを取付けてもよい。

さらに、上述した実施例では温度センサの間に９個の点
Ｐ１〜Ｐ、を割当てたが、この点の個数は達成すべき精
度や実行すべき演算に応じて任意に決めることができる
。

また、上述した実施例では加硫機への熱の供給を停止し
た後の最小加硫度ｖｋを直線近似法によって予測したが
、他の方法で予測することもできる。

（発明の効果） 上述した本発明の温度測定方法によれば、モールドユニ
ットとタイヤとの間の境界で測定した温度と、ブラダユ
ニットのセンタボストアッセンブリィにおいて測定した
温度とから、タイヤ内部の温度を演算により推定してい
るので、タイヤ内部の温度を正確かつ信頼性をもって測
定することができる。また、温度センサをブラダユニッ
トのセンタボストアッセンブリィに取付けるので、温度
センサを破損から有効に守ることができるとともにメイ
ンテナンスも非常に容易となり、その結果としてコスト
を低減することができる。

さらに本発明のタイヤ加硫制御方法によれば上述したよ
うにしてタイヤ内部の温度分布を求めた後、これからタ
イヤ内部の加硫度分布を求め、次にこれから最小加硫度
を求め、この最小加硫度に基づいて加硫機への熱の供給
を制御するようにしているため、タイヤ内部において最
小加硫点が移動しても常に正しいタイミングで熱の供給
を停止することができ、所望の性能を有するタイヤを高
い信頼度で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタイヤ加硫制御方法を実施する装
置の構成を示すブロック図、 第２図は加硫機の構成を示す線図的断面図、第３図は同
じくその詳細な構成を示す断面図、第４図は同じくその
ブラダユニットのセンタボストアッセンブリィの構成を
示す断面図、第５図は本発明のタイヤ加硫制御方法の一
実施例の順次の工程を示すフローチャート、第６図は温
度センサを種々の部位に配置したときの温度変動を示す
グラフ、 第７図は本発明により導入した熱拡散モデルを示す図、 第８図はタイヤ内部の加硫度分布の変化を示すグラフ、 第９図は最低温度の変化を示すグラフ、第１０図は最小
加硫度の変化を示すグラフ、第１１図は種々の異常状態
下での最小加硫度の変化を示すグラフ、 第１２図は加硫機の他の実施例の構成を示す断面図、 第１３図は同じくその噴射ノズルの構成を示す断面図、 第１４図はブラダ内部の温度差を示すグラフ、第１５図
は本発明の方法におけるブラダ内部の温度差を示すグラ
フ、 第１６図は従来の方法におけるブラダ内部の温度差を示
すグラフ、 第１７図は種々の温度測定点を示す線図である。 ■・・・制御ユニット　　　２・・・入カニニット３・
・・センサユニット ４・・・第１温度センサユニット ５・・・第２温度センサユニット ６・・・圧力センサユニット ４ａ、　４ｂ、　４ｃ・・・温度センサ５ｃ・・・温度
センサ　　　　７・・・モールドユニット訃・・ブラダ
ユニット　　８ａ・・・ブラダ特許出願人　株式会社　
ブリヂストン 第１図 第４図 第５図 第６図 ル フ“ラグ゛ケ゛Σシ゛ 第９図 第１１図 びＶ　　　吻　　弓間θ 第１２図 第１３図 ７、″ ４６σ 第１４図 Ｏ悦泉９かム 、木発日只の力３ム イ夫糸りン ４婿号

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ゴムまたはプラスチック物体を加熱するとともにそ
   の外形を規定するモールドユニットと、この物体を加熱
   するとともにモールドユニットに押圧するブラダおよび
   センタポストアッセンブリィを有するブラダユニットと
   を具える加硫機によって加硫される物体の内部の少なく
   とも１点の温度を測定するに当り、前記モールドユニッ
   トと物体との界面また はその近傍に配置された第１の温度センサにより第１の
   温度を求める温度測定工程と、 前記ブラダユニットのセンタポストアッセ ンブリィに配置された第２の温度センサによって第２の
   温度を求める温度測定工程と、 前記第１および第２の測定温度に基づいて 物体内部の点の温度を演算する工程とを具えることを特
   徴とする加硫物体の内部温度測定方法。 ２、前記演算工程が、物体を通る直線に沿った複数の点
   の温度を演算により導出して物体内部の温度分布を求め
   るものであって、第１の温度センサと物体との間に第１
   の境膜層を導入し、前記第２温度センサとブラダとの間
   に第２の境膜層を導入し、これら第１および第２の境膜
   層を通る熱拡散を考慮して前記複数点の温度を演算によ
   り求めることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   温度測定方法。 ３、前記演算工程が、前記物体、第１および第２の境膜
   層の熱拡散係数および厚さから平均熱拡散係数を演算す
   る工程と、この平均熱拡散係数を用いる有限要素法によ
   って物体内部の複数点の温度を演算して求める工程とを
   含む特許請求の範囲第２項記載の温度測定方法。 ４、モールドユニットと、ブラダおよびセンタポストア
   ッセンブリィを有するブラダユニットとを具えるタイヤ
   加硫機への熱の供給を制御してタイヤの加硫を制御する
   に当り、 第１の温度センサによって前記モールドユ ニットとタイヤとの境界またはその近傍における少なく
   とも１点の第１の温度をタイヤ加硫中測定する工程と、 第２の温度センサによって前記ブラダユニ ットのセンタポストアッセンブリィにおける第２の温度
   をタイヤ加硫中測定する工程と、前記第１および第２の
   温度からタイヤ内部 の温度分布を演算する工程と、 前記温度分布からタイヤ内部の加硫度分布 を推定する工程と、 このタイヤ内部の加硫度分布からその最小 加硫度を検出する工程と、 この最小加硫度に応じて加硫機への熱の供 給を停止するタイミングを決定する工程とを具えること
   を特徴とするタイヤ加硫制御方法。 ５、前記最小加硫度が予め決めた上限および下限加硫度
   の範囲内に入ったときに実時間制御モードを予測制御モ
   ードに切換え、加硫機への熱の供給を停止した後の冷却
   期間およびタイヤを加硫機から取出す期間中に到達する
   であろう最小加硫度を予測し、この予測される最小加硫
   度が所望の値に到達すると判断されるときに加硫機への
   熱の供給を停止するタイミングを決定することを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載のタイヤ加硫制御方法。