JP6912366B2 - 空気入りタイヤの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対のビード部と、ビード部の各々からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部と、サイドウォール部の各々のタイヤ径方向外側端に連なって踏面を構成するトレッド部とを備えた未加硫の生タイヤを、金型内で加熱加硫する加硫工程を含む空気入りタイヤの製造方法に関する。

ゴム製品である空気入りタイヤを製造する場合、その加硫工程はもっとも時間を要する工程となるため、加硫工程の時間短縮の努力が現在でも行われている。その一方で、加硫工程においてゴム部の加硫が不十分であると、ゴムの加硫反応により発生したエアが加硫ゴム内に残存し、かかる残存エアは製品段階でのタイヤ故障の原因となる場合がある。したがって、通常のタイヤ生産の現場では、季節要因などにより、例えば原料である未加硫の生タイヤの温度、金型内温度、雰囲気温度などがばらつく点を考慮し、加硫工程での全ばらつきを加味した余裕時間を加算して加硫工程に要する時間を設定している。

しかしながら、余裕時間の設定はタイヤの生産性向上の観点からは好ましくなく、タイヤ毎に加硫終了時を決定し、効率良く加硫工程を実行することが望まれていた。

下記特許文献１には、加硫工程が進行している間に加硫試料のインピーダンスを測定し、加硫試料の高分子抵抗値Ｒｐの増加速度が急激に緩慢になる時点を最適の加硫停止時間とする、加硫試料の実時間加硫調節方法が記載されている。しかしながら、この方法では、加硫試料に対するインピーダンス測定を、２個の電極の間に加硫試料を挟んで測定する必要があり、しかもタイヤは通常、複合材料の積層体であるため、この方法をタイヤ加硫時のタイヤに応用することは困難である。

特開２００３−２１１４５９号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤ毎に加硫工程の終了時点を確実に決定することにより、加硫時間を短縮し、生産性を著しく向上した空気入りタイヤの製造方法を提供することにある。

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。即ち本発明は、一対のビード部と、前記ビード部の各々からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部と、前記サイドウォール部の各々のタイヤ径方向外側端に連なって踏面を構成するトレッド部とを備えた未加硫の生タイヤを、金型内で加熱加硫する加硫工程を含む空気入りタイヤの製造方法であって、前記加硫工程が、前記生タイヤの加硫最遅部に温度測定プローブを埋設する第１段階と、前記温度測定プローブにより、１０秒以下の間隔で取得された温度値を所定数含む時系列データを複数取得する第２段階と、最小二乗法を用いて、前記時系列データが含む所定数の温度値を直線式に近似し、近似した直線式の傾きを前記時系列データ毎に算出し、加硫時間に対しプロットすることにより、係数曲線を作成する第３段階とを備え、前記係数曲線の、目標加硫温度近傍に到達する加硫時間に現れる変曲点を検出した時点で前記加硫工程を終了することを特徴とする空気入りタイヤの製造方法に関する。

本発明は、空気入りタイヤの加硫工程に特徴があり、第１〜第３段階を少なくとも有する。まず、一対のビード部と、ビード部の各々からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部と、サイドウォール部の各々のタイヤ径方向外側端に連なって踏面を構成するトレッド部とを備えた未加硫の生タイヤの加硫最遅部に、温度測定プローブを埋設し（第１段階）、温度測定プローブにより、１０秒以下の間隔で取得された温度値を複数含む時系列データを取得する（第２段階）。次いで、最小二乗法を用いて時系列データが含む所定数の温度値を直線式に近似し、近似した直線式の傾きを各時系列データ毎に算出し、加硫時間に対しプロットすることにより、係数曲線を作成する（第３段階）。そして、係数曲線の、目標加硫温度近傍に到達する加硫時間に現れる変曲点を検出した時点で加硫工程を終了する。これにより、空気入りタイヤの加硫工程において、容易に加硫終点を見極めることができる。その結果、余分な余裕時間の設定が不要となり、空気入りタイヤの生産性を高めることができる。加えて、空気入りタイヤ１本毎に加硫反応が確実に終了していることが確認できるため、品質保証体制を確立することができる。なお、「目標加硫温度近傍」とは、好ましくは設定した目標加硫温度の±２０℃の範囲を意味するものとし、より好ましくは設定した目標加硫温度の±１０℃の範囲を意味するものとする。

上記空気入りタイヤの製造方法において、前記時系列データにおける温度値の取得間隔が１秒以下であることが好ましく、前記所定数が１０〜３０であることが好ましい。これにより、空気入りタイヤの加硫終点をより確実に見極めることが可能となり、空気入りタイヤの生産性をさらに高めることができる。

上記空気入りタイヤの製造方法において、前記温度測定プローブが、プラチナ測温抵抗体であることが好ましい。温度測定プローブの感度が悪い場合、目標加硫温度の近傍で加硫反応による発熱を検出した時点に基づく加硫終点の検出、さらにはプロットした加硫温度曲線で目標加硫温度の近傍に最初に現れる、上に凸な変曲点に基づく加硫終点の検出が困難になる場合がある。一方、プラチナ測温抵抗体は温度変化に対する感度が非常に高いため、確実に加硫終点を見極めることが可能となるため、空気入りタイヤの生産性をさらに高めることができる。

上記空気入りタイヤの製造方法において、前記加硫最遅部が、前記トレッド部のショルダー部であることが好ましい。これにより、空気入りタイヤの加硫終点をより確実に見極めることが可能となり、空気入りタイヤの生産性をさらに高めることができる。

上記空気入りタイヤの製造方法において、前記目標加硫温度が１２０〜２００℃であることが好ましい。

本発明に係るタイヤの一例を示すタイヤ子午線断面図 タイヤの加硫に用いる金型を概念的に示す断面図 本発明の一実施形態における係数曲線および加硫温度曲線の一例

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１に示した生タイヤ９は、一対のビード部１と、ビード部１の各々からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部２と、サイドウォール部２の各々のタイヤ径方向外側端に連なって踏面を構成するトレッド部３とを備えた空気入りタイヤである。ビード部１には、環状のビードコア１ａが配されている。

カーカス層４は、トレッド部３からサイドウォール部２を経てビード部１に至り、その端部がビードコア１ａを介して折り返されている。カーカス層４は、少なくとも一枚のカーカスプライによって構成される。カーカスプライは、タイヤ周方向に対して略９０°の角度で延びるカーカスコードをトッピングゴムで被覆して形成されている。

ベルト層５は、トレッド部３でカーカス層４の外側に貼り合わされ、トレッドゴム６により外側から覆われている。ベルト層５は、複数枚（本実施形態では二枚）のベルトプライによって構成される。各ベルトプライは、タイヤ周方向に対して傾斜して延びるベルトコードをトッピングゴムで被覆して形成され、該ベルトコードがプライ間で互いに逆向きに交差するように積層されている。

トレッドゴム６は、１層のみで構成しても良く、タイヤ径方向内側のベーストレッドと、その外周側に位置するキャップトレッドとを有する、所謂キャップベース構造で構成しても良い。

図１に示した生タイヤ９は、未加硫状態の生タイヤであり、後述する加硫工程において、製品タイヤの形状にシェーピングされる（図２参照）とともに、そのトレッド表面には種々のトレッドパターンが形成される。

生タイヤ９の加硫成形では、図２に示すような金型１０が用いられる。この金型１０には、生タイヤ９が未加硫状態のままセットされ、その金型１０内の生タイヤ９に加熱加圧を施すことで加硫工程が行われる。

金型１０は、生タイヤ９の踏面に接するトレッド型部１１と、下方を向いたタイヤ外面に接する下型部１２と、上方を向いたタイヤ外面に接する上型部１３とを備える。これらは、周囲に設置された開閉機構（不図示）によって、型締め状態と金型開放状態との間で変位自在に構成され、かかる開閉機構の構造は周知である。トレッド型部１１はさらに周方向に複数個に分割されており、金型１０内に配設される生タイヤ９の径方向に移動可能となっている。また、金型１０には、電気ヒータや蒸気ジャケットなどの熱源を有するプラテン板（不図示）が設けられており、これによって各型部の加熱が行われる。

金型１０の中心部には、タイヤと同軸状に中心機構１４が設けられ、これの周囲にトレッド型部１１、下型部１２および上型部１３が設置されている。中心機構１４は、ゴム袋状のブラダー１５と、タイヤ軸方向に延びるセンターポスト１６とを有し、センターポスト１６には、ブラダー１５の端部を把持する上部クランプ１７と下部クランプ１８が設けられている。

中心機構１４には、ブラダー１５内への加熱媒体の供給を行うための媒体供給路２１が上下に延設され、その媒体供給路２１の上端に噴出し口２２が形成されている。媒体供給路２１には、加熱媒体供給源２３から供給された加熱媒体や、加圧媒体供給源２６から供給された加圧媒体が流れる供給配管２４が接続されている。加熱媒体は、バルブ２５の開閉操作に応じて供給され、加圧媒体は、バルブ２８の開閉操作に応じて供給される。

また、中心機構１４には、ブラダー１５内の加熱媒体と加圧媒体とが混合された高温高圧流体を排出するための媒体排出路３１が上下に延設され、その媒体排出路３１の上端に回収口３２が形成されている。媒体排出路３１には、高温高圧流体が流れる排出配管３４が接続され、その開閉を操作するブローバルブ３３を排出配管３４に設けている。ポンプ３５は、媒体排出路３１を通る高温高圧流体が媒体供給路２１を経由してブラダー１５の内部に再供給されるように、高温高圧流体を強制循環させる手法を用いても構わない。

以下、本発明の製造方法における加硫工程について具体的に説明する。

まず、図２のように金型１０内に生タイヤ９をセットし、膨張させたブラダー１５によって生タイヤ９を金型１０の内面形状近くまでシェーピングする。これにより、生タイヤ９は、ブラダー１５によって保持され、トレッド型部１１、下型部１２および上型部１３の各々に宛がわれる。この時点で、生タイヤ９の加硫最遅部に温度測定プローブを埋設する（第１段階）。加硫最遅部とは、タイヤの加硫が最も進行し難い部位を意味し、通常はトレッド部３のショルダー部を意味する。特にショルダー部の中でも、加硫後のトレッド部３の内表面の法線に沿って測定される、トレッド部３の厚みが最大になる位置を加硫最遅部とすることが好ましい。いずれにせよ、本発明においては、加硫最遅部における加硫温度を測定するため、温度測定プローブを生タイヤ９の加硫最遅部に埋設する。埋設方法としては、例えば温度測定プローブをトレッド型部１１のショルダー部に対応する位置に配設し、トレッド型部１１が生タイヤ９の径方向に移動して生タイヤ９が宛がわれる際、温度測定プローブが生タイヤ９内に押し込まれつつ埋設されるように設計することが考えられる。このように生タイヤ９内に埋設された温度測定プローブにより、加硫工程時には生タイヤの温度を測定し、加硫工程終了時にはトレッド型部１１を含む金型１０からタイヤを脱型する際に加硫最遅部から温度測定プローブを同時に抜き取れば良い。

本発明において、加硫温度を測定する際に使用する温度測定プローブとして、金属の電気抵抗が温度変化に対して変化する性質を利用した測温抵抗体を使用することができる。かかる金属としては、プラチナ、ニッケル、および銅などが例示可能であるが、本発明においては、温度変化に対する抵抗値変化（感度）が大きく、その結果、温度変化に対する感度が非常に高い白金測温抵抗体を特に好適に使用することができる。

続いて、金型１０を加熱してタイヤ９をタイヤ外面側から加熱する外側加熱と、金型１０内のブラダー１５に高温の加熱媒体を供給してタイヤ９をタイヤ内面側から加熱する内側加熱とからなる加熱を行い、生タイヤ９の加硫を実行する。金型１０は、上記の蒸気ジャケットなどにより予め加熱されていて、これにより外側加熱が行われる。内側加熱は、タイヤ９のシェーピング後に、媒体供給路２１を通じてブラダー１５内に加熱媒体を供給することで行われる。加熱媒体を所定時間供給した後、引き続いてブラダー１５内に加圧媒体を供給し、タイヤ９を高圧で加圧する。加熱媒体としては、例えばスチームや高温水が使用され、加圧媒体としては、例えば窒素ガスなどの不活性ガスやスチームが使用される。

温度測定プローブにより、１０秒以下の間隔で取得された温度値を複数含む時系列データを取得する（第２段階）。かかる時系列データの取得には、市場において一般に流通する高精度デジタルデータロガー（温度分解能０．００１℃程度、精度±０．００５℃程度、温度値の最小取得間隔１秒）を使用可能である。第２段階において、加硫中の生タイヤの温度の時系列データのデータ取得間隔が短い場合、最終的な加硫終点をより正確に決定することができるため好ましい。具体的には、時系列データ中の温度値の取得間隔は、５秒以下であることが好ましく、１秒以下であることが好ましい。一方、加硫中の生タイヤの温度の時系列データのデータ取得間隔が短すぎると、却ってノイズが大きくなり加硫終点を正確に決定し難くなる恐れがある。このため、時系列データ中の温度値の取得間隔は０．５秒以上が好ましい。

第２段階の後、最小二乗法を用いて時系列データが含む所定数の温度値を直線式に近似し、近似した直線式の傾きの値を時系列データ毎に算出し、加硫時間に対しプロットすることにより、係数曲線を作成する（第３段階）。図３に本発明の一実施形態における係数曲線および加硫温度曲線の一例を示す。図３中、横軸は金型１０の型締め完了時点を加硫開始点としたときの時間（秒）、縦軸は生タイヤの温度（℃）を表し、Ａは加硫温度曲線、Ｂは係数曲線を示す。本実施形態では、温度値の取得間隔を１秒とし、１つの時系列データが含む温度値を２０とする（（所定数）＝２０）。具体的には、１秒間隔で取得した２０の温度値を１つの時系列データとしてグループ化し、最小二乗法を用いてこの時系列データの傾きを算出し、時系列データ毎に加硫時間に対し、時系列的に算出した傾きをプロットする。図３では、各時系列データに基づき算出した傾きを加硫時間に対し、点でプロットしている。

最小二乗法を用いて直線式に近似する際、使用する温度値の所定数は、時系列的に連続する１０〜３０であることが好ましく、１５〜２５であることがより好ましい。所定数が５以下であると、係数曲線のノイズが大きくなり、変曲点の検出が困難になる場合があり、所定数が３０を超えると、変曲点の大きさが小さくなり、やはり検出が困難になる場合がある。

本実施形態では、目標加硫温度を１５０℃に設定したところ、加硫温度曲線が１４０℃を超えた辺りに変曲点Ｐが観測されている。この変曲点Ｐを検出した時点で加硫工程を終了する。本発明においては、目標加硫温度は１２０〜２００℃であることが好ましく、１４０〜１８０℃であることがより好ましい。

加硫工程終了後は、金型１０を解放状態としつつ、金型１０内に配設した温度測定プローブを加硫済タイヤから抜き取る。その結果、タイヤ毎に加硫終点を見極め、加硫時間を短縮しつつ空気入りタイヤを製造することができる。

本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

実施例１、比較例１
本発明の構成と効果を具体的に示すため、図２に記載の加硫金型１０を用いて、サンプルタイヤ（タイヤサイズ：２７５／７０Ｒ２２．５）の加硫を実施した。その際、高精度デジタルデータロガー（Ｆｌｕｋｅ社製、商品名「１５８６Ａ」）に接続されたプラチナ測温抵抗体（山里産業社製 「細管型測温抵抗体」）を金型１０内であって、空気入りタイヤのショルダー部に対応する位置に配設した。

加硫目標温度を１５０℃に設定し、図３に示す加硫温度曲線となるように、サンプルタイヤを加熱・加硫した。比較例１では変曲点Ｐの変曲始点時間５７分（＝３４２０秒）で加硫工程を終了し、実施例１では変曲点Ｐの変曲終点時間５９分（＝３５４０秒）で加硫工程を終了した。

得られたサンプルタイヤを解体したところ、比較例１ではプローブ先端付近のゴム部にブリスターと呼ばれる１〜２ｍｍの気泡が残存していた。一方、実施例１ではプローブ先端付近のゴム部にブリスターは残存しておらず、加硫反応が確実に終了していることがわかった。

Claims (6)

1. 一対のビード部と、前記ビード部の各々からタイヤ径方向外側に延びるサイドウォール部と、前記サイドウォール部の各々のタイヤ径方向外側端に連なって踏面を構成するトレッド部とを備えた未加硫の生タイヤを、金型内で加熱加硫する加硫工程を含む空気入りタイヤの製造方法であって、
   前記加硫工程が、前記生タイヤの加硫最遅部に温度測定プローブを埋設する第１段階と、前記温度測定プローブにより、１０秒以下の間隔で取得された温度値を所定数含む時系列データを複数取得する第２段階と、最小二乗法を用いて、前記時系列データが含む所定数の温度値を直線式に近似し、近似した直線式の傾きを前記時系列データ毎に算出し、加硫時間に対しプロットすることにより、係数曲線を作成する第３段階とを備え、
   前記係数曲線の、目標加硫温度近傍に到達する加硫時間に現れる変曲点を検出した時点で前記加硫工程を終了することを特徴とする空気入りタイヤの製造方法。
2. 前記時系列データにおける温度値の取得間隔が１秒以下である請求項１に記載の空気入りタイヤの製造方法。
3. 前記所定数が１０〜３０である請求項１または２に記載の空気入りタイヤの製造方法。
4. 前記温度測定プローブが、プラチナ測温抵抗体である請求項１〜３のいずれかに記載の空気入りタイヤの製造方法。
5. 前記加硫最遅部が、前記トレッド部のショルダー部である請求項１〜４のいずれかに記載の空気入りタイヤの製造方法。
6. 前記目標加硫温度が１２０〜２００℃である請求項１〜５のいずれかに記載の空気入りタイヤの製造方法。
   

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