(57)【要約】【課題】精度高く乾燥時間を予測するとともに、石膏鋳型の乾燥時間を調整することが可能なタイヤ金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算出方法及びタイヤ金型の製造方法を提供する。【解決手段】  半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量、及び半水石膏及び耐火物の質量に対して加える水の質量％である混水率に基づいて石膏鋳型の乾燥時間を算出する。なお、半水石膏の質量％（質量％）をＥ、生型質量（ｋｇ）をＦ、単位時間当たりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）をＧ、混水率（％）をHとした場合に、石膏鋳型の乾燥時間（ｈｒ）Ｙを、Ｙ＝（０．４±０．１）×Ｅ＋（１．８３±０．１）×Ｆ−（０．３９±０．１）×Ｇ＋（０．０８５３±０．００１）×Ｈ＋（４５．７３±０．１）の式により算出することが好ましい。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ成形用金型を製造するために用いる石膏鋳型の乾燥時間の算出方法であって、
半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、及び乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量に基づいて石膏鋳型の乾燥時間を算出することを特徴とするタイヤ成型用金型製造用石膏鋳型の乾燥時間の算出方法。
【請求項２】
半水石膏の質量％（質量％）をＡ、
生型質量（ｋｇ）をB、
単位時間当たりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）をC、
とし、
石膏鋳型の乾燥時間（ｈｒ）Ｘを、
Ｘ＝（０．４０±０．１）×A＋（１．８３±０．１）×B−（０．３９±０．１）×C＋（５１．５±０．５）の式により算出することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ成型用金型製造用石膏鋳型の乾燥時間の算出方法。
【請求項３】
タイヤ成形用金型を製造するために用いる石膏鋳型の乾燥時間の算出方法であって、
半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量、及び半水石膏及び耐火物の質量に対して加える水の質量％である混水率に基づいて石膏鋳型の乾燥時間を算出することを特徴とするタイヤ成型用金型製造用石膏鋳型の乾燥時間の算出方法。
【請求項４】
半水石膏の質量％（質量％）をＥ、
生型質量（ｋｇ）をＦ、
単位時間当たりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）をＧ、
混水率（％）をH、
とした場合に、
石膏鋳型の乾燥時間（ｈｒ）Ｙを、
Ｙ＝（０．４±０．１）×Ｅ＋（１．８３±０．１）×Ｆ−（０．３９±０．１）×Ｇ＋（０．０８５３±０．００１）×Ｈ＋（４５．７３±０．１）の式により算出することを特徴とする請求項３に記載の金型製造用石膏鋳型の乾燥時間の算出方法。
【請求項５】
マスターモデルの形状を母型に反転し、この母型に石膏スラリーを注入して複数の石膏鋳型を製造し、これを乾燥炉で乾燥させたうえリング状に組み立ててタイヤ成型用金型を鋳造するタイヤ成型用金型の製造方法において、
石膏鋳型の乾燥時間を、半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、及び乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量を変数とする予測式に基づいて決定することを特徴とするタイヤ成型用金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ成型用金型を製造するための石膏鋳型の乾燥時間算出方法及びタイヤ成型用金型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ金型はその分割方法から、タイヤ形状を幅方向に２分割するタイプの２ピースモールド（上下分割型）と、円周方向で７〜１３程度に分割する、セクショナルモールド（上下一体型）の２種類（特許文献１の図２０ａ、ｂ参照）に大別される。
【０００３】
２ピースモールドは、金型分割数が少なく型構造が簡易な為、金型コストは安価に済むと言うメリットが存在する一方で、成形後のタイヤを金型から脱型する際に、金型意匠面の突起形状（骨やサイプブレード）でアンダーカットを形成しやすく、複雑なデザインについては脱型困難となると言うデメリットが存在している。この不具合を克服する為、及び後述する寸法精度面での優位性の為に、セクショナルモールドが用いられることも多い。
【０００４】
これらの金型は、機械加工では対処しづらい形状（鋭い角を持った、凹ブロック形状やサイプブレードと称する薄肉凸形状）を多数有している事から、鋳造製法で製作されるのが普通である。鋳造製法の中でも、石膏鋳造法が使用される事が多いと言える。これは、鋳型が崩壊性を持ち、アンダーカット形状対応の自由度が高く、鋳型での組み立て加工が簡易に行なえ、金型分割形状分をほぼ一体形状で鋳造でき、かつ、寸法精度が高い上、鋳型コストが低い事がその理由として挙げられる。なお、石膏鋳造法以外にはセラミックモールド法やダイキャスト法があるが、少数派である。
【０００５】
石膏鋳造法により２ピースモールドタイプのタイヤ金型を製造する工程を示す説明図を図１２に示す。先ずタイヤ形状を上下に２分割した形状の原型１１１を作成する。原型１１１は石膏や樹脂等の加工し易い材質を用いて作成する。次に原型１１１の形状をゴム型１１２（母型）に反転する。次にこのゴム型１１２を用い、必要数分の石膏鋳型１１３を反転作成する。これらを乾燥（焼成）し、端面を角度切断する。
【０００６】
このようにして切断された石膏鋳型１１３を定盤１１４上に円形に配置し、リング状に組立てる。その周囲を鋳枠１１５、１１６で囲み、また内部に裏打ち材１１７を配置してアルミニウム合金１１８を鋳込む。その後、型ばらしを行い、外周形状を機械加工により仕上げる。上下の金型を同様の工程で製造し、型合わせを行なって完成品となる。
【０００７】
図１３、図１４は石膏鋳造法によりセクショナルモールドタイプのタイヤ金型を製造する工程を示す説明図である。先ず原型１１１を作成し、その形状をゴム型１１２に反転し、更に石膏鋳型１１３に反転した上で鋳型の乾燥（焼成）及び角度切断を行い、定盤１１４上に円形に配置し、リング状に組立てる。その周囲を鋳枠１１５、１１６で囲み、また内部に裏打ち材１１７を配置してアルミニウム合金等の合金溶湯１１９を鋳込む、その後、型ばらしを行い鋳物ブロックを取出し、セクター分割、倒れ補正、端面加工、外周加工等の機械加工を施し、リング状に組立て、型合わせを行なって完成品となる。なお、図１３はセクター端面に余肉を設定せず、石膏鋳型１３を真円に配置するセクター端面余肉無設定法であり、図１４は石膏鋳型１１３間にダミー鋳型１２０を挿入してセクターの両端面に余肉を設定するセクター端面余肉設定法である。
【０００８】
上述したように、タイヤ金型を製造するには、石膏鋳型１１３を製作する必要がある。この石膏鋳型１１３を製造する工程を詳しく説明すると、パウダー状のα石膏（ＣａＳｏ４・１／２Ｈ２Ｏ）に耐火物を混合したものを、適量の水に散布して撹拌してスラリー状にする。このスラリー状の混合物を、型内等の流し込み放置しておくと、凝結反応が進み、スラリー状から固体状に変化する。このままの状態では、硬化した石膏鋳型内に水（遊離水）が多量に含まれている為、鋳造に用いることはできない。このため、水分を含んだ石膏鋳型を、約１８０℃〜約２５０℃に保たれた乾燥炉内に投入して乾燥する乾燥工程により水分を除去することにしている。なお、前記乾燥工程については、本出願人によって出願された特許文献２に詳しく記載されている。
【０００９】
表１に石膏の水分状態を示す。
【表１】
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【００１０】
前記乾燥工程により、上表１の(2)凝結後の状態から(5)III型無水石膏の状態にまで水を除去する必要がある。パウダー状のα石膏は、水と混練されることで、分子構造の中にも水を取り込む（結晶水）ので、鋳造用の鋳型として用いるには、この結晶水も除去しなければならない。もし、石膏の乾燥が不十分で、遊離水や結晶水が石膏中に残留した状態で鋳造を行うと、金型にピンホールが発生や、最悪の場合には、鋳造時に水蒸気爆発が発生してしまう。このため、乾燥工程は非常に重要な工程となる。なお、乾燥工程において、石膏鋳型の状態を、II型無水石膏の状態まですることなく、III型無水石膏の状態にとどめているのは、II型無水石膏の状態まですると、大きく収縮することから、石膏鋳型が割れやすくなり、また、余分な熱エネルギーを要するからである。
【００１１】
図１５に乾燥工程の経過時間と温度の関係を示したグラフを示す。従来、石膏鋳型の乾燥工程は、図１５に示されるように、炉内雰囲気温度を１８０℃〜２５０℃の間のある一定温度で保持し、石膏鋳型から水分が除去が完全に除去されたか否かの判断は、石膏鋳型の温度が１８０℃以上になったことで判断していた。なお、石膏鋳型の温度は、鋳型中心に熱電対を設置することにより測定している。
【００１２】
前述したように１８０℃以上で石膏鋳型の乾燥が完了したと判断している根拠を以下に説明をする。石膏鋳型は、表１に示したように、石膏の状態により、状態維持可能な温度が存在する。つまり、石膏に遊離水が含まれている状態（表１の（２）の状態）の維持可能な温度は、室温〜約１００℃となっている。また、二水石膏の状態（表１の（３）の状態）の維持可能な温度は、約１００℃〜１２０℃となっていて、半水石膏の状態（石膏に結晶水が含まれている状態、表１の（４）の状態）の維持可能な温度は、約１２０℃〜約１８０℃となっている。また、III型無水石膏（表１の（５）の状態）の維持可能な温度は、約１８０℃〜約３５０℃となっている。つまり、石膏の温度が約１８０℃以上にまで昇温すると、石膏中の水分が完全に除去された無水石膏の状態であるといえるので、前述したように、１８０℃以上で石膏鋳型の乾燥が完了したと判断することにしている。
【００１３】
このように、石膏鋳型の温度を測定することにより、石膏鋳型が完全に乾燥したか否かを判断することができるようになっている。一方で、タイヤ金型の種類は、バイク用、乗用車用、トラック・バス用、建設・農耕車両用と多岐に渡ることから、石膏鋳型の大きさも様々である。このため、石膏鋳型の乾燥時間の長短も様々である。従来では、石膏鋳型の乾燥時間を予測することは、経験則で予測していて、正確な乾燥時間を前もって予測することができなかった。
【００１４】
危険防止のため、鋳造工程は夜間（例えば２２：００以降）行ってはならないという規則がある場合に、乾燥が鋳造可能な時間に間に合わなかった場合には、乾燥後の石膏鋳型を翌日まで放置しなければならない。しかし、乾燥後に石膏鋳型を放置すると、この石膏鋳型が、大気中の水分を吸収してしまい、半水石膏の状態に戻ってしまう。石膏鋳型が半水石膏に戻ってしまうと、前述したように、ピンホールや水蒸気爆発の発生の危険が生じてしまう。このため、乾燥後に、石膏鋳型を長時間放置することは、好ましくない。
【００１５】
石膏鋳型の乾燥時間は、乾燥炉の炉内雰囲気温度の高低により、調節することができる。しかしながら、従来では、経験則により乾燥時間を予測していたので、正確な乾燥時間を把握することができず、工程管理を適切に行うことができず、乾燥時間をコントロールして工程調整することが困難であった。
【００１６】
【特許文献１】特許第３１０２９９１号公報
【特許文献２】特開平２００４−２４３３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、上記問題を解決し、石膏鋳型の乾燥時間を予測することができるタイヤ成型用金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算出方法及び、石膏鋳型の乾燥時間を調整可能なタイヤ成型用金型の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するためになされた本発明は、タイヤ成形用金型を製造するために用いる石膏鋳型の乾燥時間の算出方法であって、
半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、及び乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量に基づいて石膏鋳型の乾燥時間を算出することを特徴とする。
【００１９】
なお、半水石膏の質量％（質量％）をＡ、
生型質量（ｋｇ）をB、
単位時間当たりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）をC、
とし、
石膏鋳型の乾燥時間（ｈｒ）Ｘを、
Ｘ＝（０．４０±０．１）×A＋（１．８３±０．１）×B−（０．３９±０．１）×C＋（５１．５±０．５）の式により算出することが好ましい。
【００２０】
あるいは、タイヤ成形用金型を製造するために用いる石膏鋳型の乾燥時間の算出方法は、
半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量、及び半水石膏及び耐火物の質量に対して加える水の質量％である混水率に基づいて石膏鋳型の乾燥時間を算出することを特徴とする。
【００２１】
なお、半水石膏の質量％（質量％）をＥ、
生型質量（ｋｇ）をＦ、
単位時間当たりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）をＧ、
混水率（％）をH、
とした場合に、
石膏鋳型の乾燥時間（ｈｒ）Ｙを、
Ｙ＝（０．４±０．１）×Ｅ＋（１．８３±０．１）×Ｆ−（０．３９±０．１）×Ｇ＋（０．０８５３±０．００１）×Ｈ＋（４５．７３±０．１）の式により算出することが好ましい。
【００２２】
本発明の金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算方法を用いた金型の製造方法は、
マスターモデルの形状を母型に反転し、この母型に石膏スラリーを注入して複数の石膏鋳型を製造し、これを乾燥炉で乾燥させたうえリング状に組み立ててタイヤ成型用金型を鋳造するタイヤ成型用金型の製造方法において、
石膏鋳型の乾燥時間を、半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、及び乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量を変数とする予測式に基づいて決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、及び乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量に基づいて石膏鋳型の乾燥時間を算出することにしたので、精度良く鋳型の乾燥時間を予測することが可能となった。
【００２４】
なお、半水石膏の質量％（質量％）をＡ、
生型質量（ｋｇ）をB、
単位時間当たりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）をC、
とし、
石膏鋳型の乾燥時間（ｈｒ）Ｘを、
Ｘ＝（０．４０±０．１）×A＋（１．８３±０．１）×B−（０．３９±０．１）×C＋（５１．５±０．５）の式により算出すると、確実に鋳型の乾燥時間を予測することが可能となる。
【００２５】
あるいは、半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量、及び半水石膏及び耐火物の質量に対して加える水の質量％である混水率に基づいて石膏鋳型の乾燥時間を算出することにすると、更に精度良く鋳型の乾燥時間を予測することが可能となる。
【００２６】
また、半水石膏の質量％（質量％）をＥ、
生型質量（ｋｇ）をＦ、
単位時間当たりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）をＧ、
混水率（％）をH、
とした場合に、
石膏鋳型の乾燥時間（ｈｒ）Ｙを、
Ｙ＝（０．４±０．１）×Ｅ＋（１．８３±０．１）×Ｆ−（０．３９±０．１）×Ｇ＋（０．０８５３±０．００１）×Ｈ＋（４５．７３±０．１）の式により算出することにすると、更に精度良く鋳型の乾燥時間を予測することが可能となる。
【００２７】
本発明の金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算方法を用いた金型の製造方法は、
マスターモデルの形状を母型に反転し、この母型に石膏スラリーを注入して複数の石膏鋳型を製造し、これを乾燥炉で乾燥させたうえリング状に組み立ててタイヤ成型用金型を鋳造するタイヤ成型用金型の製造方法において、
石膏鋳型の乾燥時間を、半水石膏及び耐火物からなる石膏鋳型中の半水石膏の質量％、乾燥前の石膏鋳型の質量である生型質量、及び乾燥炉への単位時間当たりのエネルギー投入量を変数とする予測式に基づいて決定することを特徴とする。このため、鋳型の乾燥時間を調整することが可能となった。また、前記予測式に石膏鋳型の乾燥時間に基づいて、石膏鋳型を乾燥することにしたので、石膏鋳型が乾燥不足になることを防止することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（一般的な石膏鋳型の製造方法の説明）
本発明を具体的に説明する前に、鋳造用の石膏鋳型を製造する際の、石膏鋳型の調合及びその乾燥の一般的な手法を説明する。まず質量比率で石膏パウダーと耐火物の混合物１００質量部に対して６５〜７０質量部の水を混合してスラリー化させ、石膏スラリー生成する。なお、前記石膏パウダーは、半水石膏（ＣａＳｏ４・１／２Ｈ２Ｏ）の状態であり、本実施形態では、α石膏を使用する。また、前記耐火物には、石英(ＳｉＯ２)やタルク(ＭｇＯ・ＳｉＯ２・ＣａＯ・Ｈ２Ｏ)等が含まれる。前記石膏スラリーを、母型（ゴム型）に流し込む。
【００２９】
表２に石膏の水分状態を示す。
【表２】
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【００３０】
前記石膏スラリーを、母型（ゴム型）に流し込んだ後に放置すると、凝結反応により、前記混合物がスラリー状から固体状に変化し生型となる（表２の（２）の状態）。
【００３１】
次に、乾燥工程にて、生型を乾燥炉内に導入し、乾燥させる。図１に乾燥工程における鋳型温度と時間の関係図を示す。生型の内部で最も熱が伝わるのが遅れる部位（中心部）に熱電対等の温度測定部を差し込み、乾燥工程における鋳型温度と時間の関係を計測すると、図１に示されるような温度履歴になる。図１において、曲線Ａは乾燥炉内の炉内雰囲気温度（最高温度１８０℃〜２５０℃）である。また、曲線Bは乾燥中の鋳型中心温度である。
【００３２】
遊離水が除去されている状態（表２の（２）の状態）では、図１の（１）に示されるように、石膏鋳型の温度は、約１００℃で維持されるようなっている。乾燥中の石膏鋳型から遊離水が除去されると、二水石膏（ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、表２の（３）の状態）となる。
【００３３】
更に、石膏鋳型を乾燥させると、石膏鋳型は二水石膏から半水石膏（ＣａＳＯ４・１／２Ｈ２Ｏ、表２の（４）の状態）に変態する。二水石膏から半水石膏への変態状態における石膏鋳型の温度は、約１２０℃で維持されるようになっている。
【００３４】
更に、石膏鋳型を乾燥させると、石膏鋳型は半水石膏からIII型無水石膏（ＣａＳＯ４（III）、表１の（５）の状態）に変態する。半水石膏からIII型無水石膏への変態状態における石膏鋳型の温度は、約１８０℃で維持されるようになっている。
【００３５】
そして、石膏鋳型中心温度が、３つの維持状態を経た後に、昇温した場合には（本実施形態では、石膏鋳型温度が１８０℃を超えて昇温した場合には）、石膏鋳型から水分が完全に除去できたと判断することができる。
【００３６】
石膏鋳型から水分が完全に除去されたと判断した場合には、乾燥炉の加熱を停止し、炉内雰囲気温度を降温させて、石膏鋳型を徐冷する。本実施形態では、乾燥後の石膏鋳型を、３０℃まで徐冷する。図１に示されるように、乾燥炉の加熱を開始してから乾燥炉の加熱を停止するまでの時間を、乾燥時間ＴＡとしている。また、本実施形態では、乾燥炉の加熱を停止してから、石膏鋳型中心温度が、３０℃にまで降温するまでの時間を、冷却時間Ｔｃとしている。
【００３７】
（金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算出方法）
以下、本発明の金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算出方法について説明をする。
表３に石膏鋳型の乾燥時間の試験データを示す。
【表３】
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【００３８】
表３において、石膏鋳型の乾燥時間は、乾燥炉内の加熱を開始してから、乾燥炉内の加熱を停止するまでの時間である（図１におけるＴＡの時間）。表３において、半水石膏分（質量％）は、石膏鋳型の半水石膏及び耐火物の混合物１００質量部に対する、半水石膏の質量％である。表３において、混水率（％）は、石膏パウダーと耐火物の混合物１００質量部に対して、加える水の質量％である。表３において、生型質量は、乾燥工程で乾燥する前の、石膏鋳型（生型）の質量である。
【００３９】
表３において、単位時間当たりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）は、図２に示されるように、乾燥炉の炉内雰囲気温度を時間で積分した値である投入エネルギーを総時間で除した数値である。つまり、単位時間当たりのエネルギー投入量は、乾燥炉の炉内雰囲気温度の平均値といえる。
【００４０】
なお、乾燥炉の炉内雰囲気温度を、高く設定すると、乾燥中の石膏鋳型が、急激な温度変化や変態により、割れたり歪んだりする危険性がある。また、石膏鋳型の温度が、高くなり過ぎ約３５０℃を超えると、II型無水石膏に変態し、大きく収縮してしまう。このため、本実施形態では、乾燥炉の炉内雰囲気温度の最高温度を、１８０℃〜２５０℃に設定している。
【００４１】
表３の試験データを用いて、多変量解析を行った。その結果、下式の予測式を得た。なお、石膏鋳型の乾燥時間に殆ど影響しない設定項目（変数）は除外し、定数項に含めることにした。
（数式１）
石膏鋳型の乾燥時間(ｈｒ)＝（０．４０±０．１）×半水石膏分（質量％）
＋（１．８３±０．１）×生型質量(ｋｇ)
−（０．３９±０．１）×単位時間当たりのエネルギー投入量（℃/ｈｒ）
＋（５１．５±０．５）（定数項）
混水率は、本実施形態において６５％〜７０％の間しか変化しないので、変数から除外し、定数項に含めることにした。
【００４２】
なお、数式１において半水石膏分の係数、生型質量の係数、及び位時間当たりのエネルギー投入量の係数の範囲を±０．１とし、定数項の範囲を±０．５としたのは、これらの係数の範囲が、実用上許容できる範囲であり、前述した係数の範囲を超えると実用上の信頼性が低下するからである。なお、石膏鋳型の乾燥時間を予測する際には、各係数は前述した各係数の範囲から、係数を決定する。
【００４３】
数式１の各変数に、乾燥する石膏鋳型の条件を入力すると、石膏鋳型の乾燥時間を予測することが可能となる。
【００４４】
更に好ましい、予測式を数式２に示す。
（数式２）
石膏鋳型の乾燥時間(ｈｒ)＝（０．４０±０．１）×半水石膏分（質量％）
＋（１．８３±０．１）×生型質量(ｋｇ)
−（０．３９±０．１）×単位時間当たりのエネルギー投入量（℃/ｈｒ）
＋（０．０８５３±０．００１）×混水率(％)
＋（４５．７３＋０．１）（定数項）
数式２では、混水率も変数に含めることにした。
【００４５】
なお、数式２において半水石膏分の係数、生型質量の係数、及び位時間当たりのエネルギー投入量の係数の範囲を±０．１とし、混水率の係数の範囲を±０．５とし、定数項の範囲を±０．１としたのは、これらの係数の範囲が、実用上許容できる範囲であり、前述した係数の範囲を超えると実用上の信頼性が低下するからである。数式２では、混水率も変数に含めることにしたので、定数項の範囲を小さくすることが可能となる。
【００４６】
以下に、数式２の各係数の範囲から係数を決定した数式３示す。
（数式３）
石膏鋳型の乾燥時間(ｈｒ)＝０．４０３×半水石膏分（質量％）
＋１．８３×生型質量(ｋｇ)
−０．３８９×単位時間当たりのエネルギー投入量（℃/ｈｒ）
＋０．０８５３×混水率(％)
＋４５．７３（定数項）
【００４７】
図３に、数式３の予測式を用いて算出された石膏鋳型の乾燥時間の予測値と、石膏鋳型の乾燥時間の実測値の相関図を示す。なお、石膏鋳型の乾燥時間の実測値は、前述したように、図１に示される乾燥時間ＴＡである。図３に示されるように、石膏鋳型の乾燥時間の予測値と、石膏鋳型の乾燥時間の実測値とは、非常に高い相関関係があるといえる。なお、本実施形態において、予測式である数式３の相関係数は０．９５６となり、決定係数は０．９１４となり、信頼性は非常に高いといえる。
【００４８】
（石膏鋳型の乾燥時間の設定方法）
以下、石膏鋳型の乾燥時間の設定方法について説明をする。
数式１〜数式３の予測式において、「単位時間当たりのエネルギー投入量」を変化させると、石膏鋳型の乾燥時間も変化する。例えば、「単位時間当たりのエネルギー投入量」を多くすると、石膏鋳型の乾燥時間は短くなる。つまり、「単位時間当たりのエネルギー投入量」を変化させてコントロールすることにより、石膏鋳型の乾燥時間をコントロールすることが可能となる。なお、「単位時間当たりのエネルギー投入量」は、「各段階の雰囲気温度」、「各段階の雰囲気温度の維持時間」、「各段階の雰囲気温度間の遷移時間」、「冷却時間」により算出される。
【００４９】
図４に、問題がある場合の石膏鋳型乾燥条件設定の説明図を示す。図４では数式３の予測式を用いた。なお、図４の「石膏鋳型乾燥条件設定」において、炉内雰囲気温度を数段階に設定して徐々に昇温させているのは、石膏は熱伝導率が小さく、石膏の表面と内部とで温度差が生じやすく、乾燥による収縮率が表面と内部とで異なることによるクラックの発生を防止するためである。このような数段階に炉内雰囲気温度を設定して徐々に昇温させる乾燥方法は、特開２００４−３３０２１５に詳細に説明され（特に段落００１５、図３）、従来から行われている手法である。本実施形態では、乾燥炉の炉内雰囲気温度を、１６０℃と１９０℃の２段階に設定しているが、大型の石膏鋳型場合には、乾燥炉の炉内雰囲気温度を、更に多い段階に設定して、徐々に昇温させることが好ましい。
【００５０】
図４の「石膏鋳型正味乾燥時間比較」に示される「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」は、「石膏鋳型乾燥条件設定」の全てのステップの「昇温時間（ｈｒ）」及び「キープ時間（ｈｒ）」を加算した時間である。なお、前記「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」には、「３０℃への降温時間」は含まれない。
【００５１】
図４の「石膏鋳型正味乾燥時間比較」に示される「予測式より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」は、数式３の予測式の各変数に、乾燥する石膏鋳型の条件を入力して得た乾燥時間である。
【００５２】
図４の「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」と「予測式より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」を比較すると、「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」が３５．００ｈｒであるのに対して、「予測式より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」が３６．４８ｈｒであることから、石膏鋳型の乾燥時間が不足していることが判明する。このように、石膏鋳型の乾燥時間が不足する場合には、石膏鋳型に水分が残存していることから、前述したように、鋳造時に水蒸気爆発を起こり、或いは、鋳造後の金型にピンホールが発生する恐れがある。このように、本発明の金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算出方法（数式１〜数式３の予測式）を用いると、石膏鋳型が乾燥不十分か否かを判定することが可能となる。
【００５３】
図４の「石膏鋳型乾燥スケジュール設定」の「石膏鋳型乾燥適用可能時間（ｈｒ）」は、石膏鋳型を乾燥するのに、適用可能な時間であり、つまり、タイヤ金型の納期計画により設定される石膏鋳型の乾燥時間である。図４の「石膏鋳型冷却を含めた総乾燥時間（ｈｒ）」は、「３０℃への降温時間（ｈｒ）」を含めた、石膏鋳型の総乾燥時間であり、つまり、前述した「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」と「３０℃への降温時間（ｈｒ）」を加算した時間である。
【００５４】
図４の「石膏鋳型乾燥適用可能時間（ｈｒ）」と「石膏鋳型冷却を含めた総乾燥時間（ｈｒ）」を比較すると、「石膏鋳型乾燥適用可能時間（ｈｒ）」が４２．００ｈｒであるのに対して、「石膏鋳型冷却を含めた総乾燥時間（ｈｒ）」が４４．００ｈｒであるので、「石膏鋳型冷却を含めた総乾燥時間（ｈｒ）」が「石膏鋳型乾燥適用可能時間（ｈｒ）」を２ｈｒ超過していることが判明する。このため、タイヤ金型の納期計画通りに、石膏鋳型を乾燥することができないことが判明する。
【００５５】
図５に、正常な場合の鋳型乾燥条件設定の説明図を示す。なお、図５では数式３の予測式を用いた。図５では図４に対して「石膏鋳型乾燥条件設定」の「第１ステップキープ温度」を、１６０℃から１７５℃に高く設定するとともに、「第１ステップキープ温度」を、１２ｈｒから１１ｈｒに短く設定した。また。「第２ステップキープ温度」を、１９０℃から２００℃に高く設定するとともに、「第２ステップキープ時間」を、１８ｈｒから１７ｈｒに短く設定することにした。このため、「単位時間あたりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）」は、１６９．４３℃／ｈｒから１８０．６８℃／ｈｒに上昇した。
【００５６】
図５の「石膏鋳型乾燥条件」で設定した場合の「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」は、３５．００ｈｒから３３．００ｈｒに減少する。また、図５の「石膏鋳型乾燥条件設定」で設定した場合の「予測式より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」は、３２．１１となる。図５の「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」と「予測式より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」を比較すると、「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」が３３．００ｈｒであるのに対して、「予測式より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」が３２．１１ｈｒであることから、石膏鋳型の乾燥時間が十分であることが判る。
【００５７】
図５の「石膏鋳型乾燥条件」で設定した場合の「石膏鋳型冷却を含めた総乾燥時間（ｈｒ）」は、４２．００ｈｒに減少する。図５の「石膏鋳型乾燥スケジュール設定」の「石膏鋳型乾燥適用可能時間（ｈｒ）」と「石膏鋳型冷却を含めた総乾燥時間（ｈｒ）」を比較すると、「石膏鋳型乾燥適用可能時間（ｈｒ）」が４２．００ｈｒであるのに対して、「石膏鋳型冷却を含めた総乾燥時間（ｈｒ）」が４２．００ｈｒであるので、タイヤ金型の納期計画通りに、石膏鋳型を乾燥可能であることが判る。
【００５８】
（金型の製造方法）
石膏鋳造法により２ピースモールドタイプのタイヤ金型を製造する工程を図６に示す。先ずタイヤ形状を上下に２分割した形状の原型１１を作成する。原型１１は石膏や樹脂等の加工し易い材質を用いて作成する。次に原型１１の形状を母型１２（本実施形態ではゴム型）に反転する。次にこの母型１２に石膏スラリーを注入し、必要数分の石膏鋳型１３の生型を反転作成する。乾燥炉での乾燥時間を、前述の数式１〜数式３の予測式で計算して算出する。算出された乾燥時間に基づいて、石膏鋳型１３の生型を乾燥し、端面を角度切断する。
【００５９】
このようにして切断された石膏鋳型１３を定盤１４上に円形に配置し、リング状に組立てる。その周囲を鋳枠１５、１６で囲み、また内部に裏打ち材１７を配置し、溶融したアルミニウム合金１８を流し込んで鋳造する。その後、型ばらしを行い、外周形状を機械加工により仕上げる。上下の金型を同様の工程で製造し、型合わせを行なって完成品となる。
【００６０】
（実施例）
半水石膏分（本実施例ではα石膏分）６５％、混水率６７％、生型質量６ｋｇのタイヤ金型製造用石膏鋳型において、鋳造前の鋳型が破損するトラブルが発生し、当該石膏鋳型を急遽再製作する場合を想定する。なお、石膏鋳型の再製作による納期遅延は許されないものとする。
【００６１】
従来の経験側に基づいた、工程スケジュールは、下記のようになる。
５／２６  ３：００（石膏鋳型造形完了・乾燥開始）→５／２７  １７：００（乾燥完了）→５／２８  １０：００（鋳造）
【００６２】
上記のように、従来の経験側に基づいた工程スケジュールにより、石膏鋳型の乾燥を行うと、１７：００に当該石膏鋳型乾燥が完了する。このため、夜間の鋳造作業が禁止されている場合には、乾燥させた石膏鋳型を翌日の１０：００まで放置することになってしまう。前述したように、乾燥させた石膏鋳型を長時間放置すると、当該石膏鋳型が大気中の水分を吸収して、III型無水石膏から半水石膏に変化してしまう。このため、鋳造時に水蒸気爆発を起こす危険性や、金型にピンホールが発生する恐れがある。また、石膏鋳型を乾燥後、翌日まで放置することから、タイヤ金型の納期の遅延が発生してしまう。
【００６３】
図７に製造時間短縮対応した場合の石膏鋳型乾燥条件設定の説明図を示す。図７では、数式３の予測式を用いた。タイヤ金型の納期が遅延しないように、前記した数式３の予測式を用いて、乾燥炉の炉内雰囲気温度を調整して、石膏鋳型の乾燥時間を調整（短縮）する。本実施例では、第１ステップキープ温度及び第２ステップキープ温度を、高く設定するとともに、第１ステップ昇温時間、第１ステップキープ時間、第２ステップ昇温時間、及び第２ステップキープ時間を短く設定して、単位時間当たりのエネルギー投入量を算出し、数式１の予測式に代入する。また、本実施例の半水石膏分、混水率、生型質量を、式１の予測式に代入して、石膏鋳型の乾燥時間を算出する。図７の「予測式より算出した石膏鋳型の乾燥時間（ｈｒ）」に示されるように、石膏鋳型の乾燥時間は、２２．１４ｈｒと算出される。
【００６４】
図７の「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」と「予測式より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」を比較すると、「上記設定より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」が２５．００ｈｒであるのに対して、前述したように「予測式より算出した石膏鋳型乾燥時間（ｈｒ）」が２２．１４ｈｒであることから、石膏鋳型の乾燥時間が十分であることが判る。
【００６５】
また、図７の「石膏鋳型乾燥スケジュール設定」の「石膏鋳型乾燥適用可能時間（ｈｒ）」と「石膏鋳型冷却を含めた総乾燥時間（ｈｒ）」を比較すると、「石膏鋳型乾燥適用可能時間（ｈｒ）」が３２．００ｈｒであるのに対して、「石膏鋳型冷却を含めた総乾燥時間（ｈｒ）」が３２．００ｈｒであるので、タイヤ金型の納期計画通りに、石膏鋳型を乾燥可能であることが判る。
【００６６】
図８に、本実施例の乾燥炉の炉内温度及び石膏鋳型温度の遷移データを示す。
【００６７】
本発明の金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算出方法を用いて石膏鋳型の乾燥時間を短縮した工程スケジュールは、下記のようになる。
５／２６  ３：００（石膏鋳型造形完了・乾燥開始）→５／２７  １１：００（乾燥完了）→５／２８  １７：００（鋳造）
【００６８】
このように、本発明の金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算出方法を用いて石膏鋳型の乾燥時間を短縮すると、石膏鋳型を乾燥直後に鋳造することが可能となる。石膏鋳型の乾燥時間を、６時間短縮することにより、その日のうちに鋳造することが可能となる。
【００６９】
（本発明を利用した乾燥炉の運転条件決定方法）
前述したように、石膏は熱伝導率が小さく、石膏の表面と内部とで温度差が生じやすく、乾燥による収縮率が表面と内部とで異なることによるクラックが発生しやすい。このことは、大型の石膏鋳型になる程顕著である。このため、乾燥する石膏鋳型が大型になる程、乾燥炉の雰囲気温度を多段階に設定して、炉内温度を徐々に昇温させることにしている。一方で、上記数式１〜３の予測式を用いて乾燥炉の運転条件を決定するには、「単位時間当たりのエネルギー投入量」を調整する必要があり、当該「単位時間当たりのエネルギー投入量」を調整するには、「各段階の雰囲気温度」、「各段階の雰囲気温度の維持時間」、「各段階の雰囲気温度間の遷移時間」等の複数の変数を、変化させる必要があり、大変手間がかかる。
【００７０】
そこで、本実施形態では、乾燥炉の運転条件を設定するにあたって、乾燥する生型質量に応じて数段階に分類し、各分類ごとに予め決定している「雰囲気温度の段階数」、「各段階の雰囲気温度」、「各段階の雰囲気温度の維持時間」に基づき、「単位時間あたりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）」を算出し、上記数式１〜３の予測式に代入し、石膏鋳型の乾燥時間が十分であるか否かを判断するようにしている。
【００７１】
例えば、半水石膏分（本実施例ではα石膏分）６５％、混水率７０％の生型を乾燥する場合には、乾燥する生型質量に応じて表４のように分類している。
【００７２】
【表４】
2009142893.tif 000006
【００７３】
そして、予め決定している表４の「各段階の雰囲気温度」、「各段階の雰囲気温度の維持時間」に基づいて算出された「単位時間あたりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）」を、上記数式１〜３の予測式に代入し、石膏鋳型の乾燥時間が十分であるか否かを判断する。なお、「各段階の雰囲気温度の遷移時間」は、２時間としている。
【００７４】
もし、予め決定している表４の「各段階の雰囲気温度」、「各段階の雰囲気温度の維持時間」に基づいてから算出された「単位時間あたりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）」を、上記数式１〜３の予測式に代入し、石膏鋳型の乾燥時間が十分でない場合には、「各段階の雰囲気温度の維持時間」を変化させて、又、場合によっては、「各段階の雰囲気温度の遷移時間」を変化させて、「単位時間あたりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）」を調整して、上記数式１〜３の予測式に代入し、石膏鋳型の乾燥時間が十分であるか否かを判断し、乾燥炉の運転条件を決定する。
【００７５】
図９〜図１１に上記方法で決定した乾燥炉の運転条件及びこの運転条件で乾燥させた実際の石膏鋳型温度の遷移データを示す。
なお、図９の小型タイヤ金型用石膏鋳型は、バイク用タイヤ（タイヤサイズ：１００／９０−１９）金型用石膏鋳型であり、その生型質量は７．５２ｋｇである。
図１０の中型タイヤ金型用石膏鋳型は、乗用車用タイヤ（タイヤサイズ：２２５／６０Ｒ１６）金型用石膏鋳型であり、その生型質量は１３．３２ｋｇである。
図１１の大型タイヤ金型用石膏鋳型は、大型トラック用タイヤ（タイヤサイズ：３９×１３．５Ｒ１７）金型用石膏鋳型であり、その生型質量は２４．７８ｋｇである。
【００７６】
図９〜図１１に示されるように、いずれの石膏鋳型温度も１８０℃に達していて、十分に乾燥されていることが分かる。
【００７７】
このように、乾燥する生型質量に応じて数多段階に分類し、各分類ごとに予め決定している「雰囲気温度の段階数」、「各段階の雰囲気温度」、「各段階の雰囲気温度の維持時間」に基づき「単位時間あたりのエネルギー投入量（℃／ｈｒ）」を算出し、上記数式１〜３の予測式に代入し、石膏鋳型の乾燥時間が十分であるか否かを判断し、乾燥時間が十分でない場合に、「各段階の雰囲気温度の維持時間」や「各段階の雰囲気温度の遷移時間」を変化させて、乾燥炉の運転条件を決定することにしたので、乾燥炉の運転条件を決定することが容易である。
【００７８】
以上、詳細に説明したように、本発明では、上記数式１〜３の予測式により、タイヤ金型製造用石膏鋳型の乾燥時間を算出することにしたので、従来では経験側により求めていた石膏鋳型の乾燥時間を、精度良く決定することが可能となり、また、石膏鋳型の乾燥時間を調整することが可能となった。
【００７９】
なお、単位時間当たりのエネルギー投入量を、増加させて、石膏鋳型の乾燥時間を短く調整する実施形態や実施例について本発明を説明したが、本発明はこの実施形態や実施例に限定されず、単位時間当たりのエネルギー投入量を減少させて、石膏鋳型の乾燥時間を長く調整することにも、本発明を適用することができることは言うまでもない。
【００８０】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うタイヤ成型用金型製造用石膏鋳型の乾燥時間算出方法及びタイヤ成形用金型の製造方法もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。     
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】乾燥工程における鋳型温度と時間の関係図である。
【図２】投入エネルギーの説明図である。
【図３】石膏鋳型の乾燥時間の予測値と石膏鋳型の乾燥時間の実測値の相関図である。
【図４】問題がある場合の石膏鋳型乾燥条件設定の説明図である。
【図５】正常な場合の石膏鋳型乾燥条件設定の説明図である。
【図６】２ピースモールドを製造する場合の工程説明図である。
【図７】製造時間短縮対応した場合の石膏鋳型乾燥条件設定の説明図である。
【図８】乾燥炉の炉内温度及び石膏鋳型温度の遷移データである。
【図９】乾燥炉の運転条件及び実際石膏鋳型温度の遷移データである。（小型タイヤ金型用石膏鋳型製作用）
【図１０】乾燥炉の運転条件及び実際の石膏鋳型温度の遷移データである。（中型タイヤ金型用石膏鋳型製作用）
【図１１】乾燥炉の運転条件及び実際の石膏鋳型温度の遷移データである。（大型タイヤ金型用石膏鋳型製作用）
【図１２】２ピースモールドを製造する場合の工程説明図である。
【図１３】セクター端面余肉無設定法でセクショナルモールドを製造する場合の工程説明図である。
【図１４】セクター端面余肉設定法でセクショナルモールドを製造する場合の工程説明図である。
【図１５】乾燥工程の経過時間と温度の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１１    原型
１２    母型
１３    石膏鋳型
１４    定盤
１５    鋳枠
１６    鋳枠
１７    裏打ち材
１１１    原型
１１２    ゴム型
１１３    石膏鋳型
１１４    定盤
１１５    鋳枠
１１６    鋳枠
１１７    裏打ち材
１１９    合金溶湯(アルミニウム合金)
【図１】
2009142893.tif 000007
【図２】
2009142893.tif 000008
【図３】
2009142893.tif 000009
【図４】
2009142893.tif 000010
【図５】
2009142893.tif 000011
【図６】
2009142893.tif 000012
【図７】
2009142893.tif 000013
【図８】
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【図９】
2009142893.tif 000015
【図１０】
2009142893.tif 000016
【図１１】
2009142893.tif 000017
【図１２】
2009142893.tif 000018
【図１３】
2009142893.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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