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技術 タイヤ加硫金型の熱変形を撮影する方法

出願人 新興金型工業株式会社
発明者 中村芳信
出願日 2019年2月18日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-026751
公開日 2020年8月31日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-131525
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等の加熱、冷却、硬化一般 プラスチック等の成形用の型
主要キーワード モールド空間 上下プレート 軸モデル モールド面 内周面形状 高温高圧蒸気 三次元測定 乗物用
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年8月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

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。

概要

背景

乗物用イヤの製造は、概略、ゴム原料を混ぜ合わせる混練工程、トレッド部分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。

概要

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。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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項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)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、タイヤ加硫金型熱変形を撮影する方法。

請求項2

前記3Dレーザスキャナ(60)のレーザ出射部(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。

請求項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。

技術分野

0001

本発明は、タイヤ加硫金型熱変形撮影する方法に関する。

背景技術

0002

乗物用イヤの製造は、概略、ゴム原料を混ぜ合わせる混練工程、トレッド部分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トレッドパターンを形成する加硫工程を含む。

0003

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。

0004

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。

0005

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。

0006

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。

0007

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。

0008

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。

0009

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。

先行技術

0010

特開2004−58340号公報

発明が解決しようとする課題

0011

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。

課題を解決するための手段

0012

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)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、タイヤ加硫金型の熱変形を撮影するものである。

発明の効果

0013

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。

図面の簡単な説明

0014

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。

実施例

0015

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。

0016

[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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

[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。

0031

図4を参照して、具体的な撮影状況を説明する。

0032

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を通じて外気開放されている。

0033

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には高温高圧蒸気が供給される。これにより、セクタ28が加熱される。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

3Dレーザスキャナ60で撮影した画像は後に解析される。RSレーザスキャナ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、RSレーザスキャナー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。

0039

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点線で示すように、レーザ出射部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。

0040

[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。

0041

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。

0042

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

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