JP2015214076A - モールドの洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な形状の成形面を有するモールドであっても、人手をかけずに、成形面の損傷を防止しつつ汚れを効率よく除去できるモールドの洗浄システムを提供する。
【解決手段】モールド１１を洗浄する際にマーク検知器３ａにより検知されたこのモールド１１に付された識別マークＤに基づいて、データベース８に記憶されているこのモールド１１の成形面１２の形状データを取得し、取得した形状データに基づいてアーム６ａ、６ｂの動きを制御装置７によって制御して、レーザヘッド４をその成形面１２に沿って移動させつつ、レーザ発振器２から供給されるレーザ光Ｌを照射してその成形面１２に付着した汚れＸを除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モールドの洗浄システムに関し、さらに詳しくは、複雑な形状の成形面を有するモールドであっても、人手をかけずに、成形面の損傷を防止しつつ汚れを効率よく除去できるモールドの洗浄システムに関するものである。

タイヤ等のゴム製品を加硫するためのモールドの成形面には、加硫する度に、僅かながらゴム成分や配合剤に由来する汚れが付着する。モールドの繰り返し使用によって、この汚れが徐々に累積するので、そのまま汚れを放置すれば、加硫する製品の品質に悪影響が生じる。そのため適宜、成形面を洗浄して汚れを除去する必要がある。モールドを洗浄する方法としては、ショットブラスト洗浄方法、レーザ光洗浄方法、プラズマ洗浄方法等が知られている。

ショットブラスト洗浄方法では、成形面が損傷し易いので、洗浄による成形面の損傷を防止するには、レーザ光を成形面に照射してその衝撃波によって汚れを除去するレーザ光洗浄方法や、発生させたプラズマによって汚れを化学反応させて除去するプラズマ洗浄方法が望ましい。ただし、プラズマ洗浄方法は、単位時間に洗浄できる面積が小さいので、効率性を考慮するとレーザ光洗浄方法がより望ましい。

レーザ光を用いたモールドの洗浄方法は種々提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載の洗浄方法では、レーザ発振器から供給されるレーザ光（ＣＯ₂レーザ光）をレーザヘッドからモールドの成形面に照射して汚れを除去する。この際に、レーザヘッドを移動させるアーム（マニピュレータ）は、モールドの原形状データ（キャドデータなど）とレーザヘッドの位置補正手段によって制御され、レーザヘッドを成形面の凹凸に沿って移動させる（特許文献１の段落００１１、００２１〜００２５等参照）。

しなしながら、モールドの成形面は同じ形状に形成されているとは限らず、様々な形状に形成されている。そのため、特許文献１に記載の方法では、成形面が異なる形状のモールドを洗浄するには、モールドの洗浄を行なうに度に制御装置に記憶されているこのモールドの原形状データを呼び出す作業が必要になる。成形面の形状が膨大な種類になるタイヤ加硫用モールドの場合は、洗浄の都度、洗浄するモールドと原形状データとが対応していることを確認する必要があり、作業が煩雑になるという問題がある。

特許文献２に記載の洗浄方法では、レーザ照射器を所定位置に固定して、モールドを移動させてモールド表面がレーザ光の光軸に対して垂直な姿勢から傾斜した姿勢になるようにモールドを回動させる。モールドをこのように回動させるには、この動きを事前にティーチングする等の工程が必要なる。

特開２００８−６２６３３号公報 特開２００４−１６７７４４号公報

本発明の目的は、複雑な形状の成形面を有するモールドであっても、人手をかけずに、成形面の損傷を防止しつつ汚れを効率よく除去できるモールドの洗浄システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のモールドの洗浄システムは、レーザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ光をモールドの成形面に照射するレーザヘッドと、このレーザヘッドを３次元に自在移動させるアームと、このアームの動きを制御する制御装置とを備えたモールドの洗浄システムにおいて、洗浄するモールド毎に付されたそのモールドを示す識別マークと、この識別マークが付されたモールドの成形面の形状データとが関連付けて予め記憶されているデータベースと、前記識別マークを検知するマーク検知器とを備え、モールドを洗浄する際に前記マーク検知器により検知されたこのモールドに付された識別マークに基づいて、前記データベースに記憶されているこのモールドの成形面の形状データを取得し、この取得した形状データに基づいて前記アームの動きを制御することにより、前記レーザヘッドをその成形面に沿って移動させつつ、レーザ光を照射してその成形面を洗浄することを特徴とする。

本発明によれば、モールドを洗浄する際に、洗浄するモールドに付された識別マークをマーク検知器により検知し、検知した識別マークに基づいて、データベースに記憶されているこのモールドの成形面の形状データを自動的に取得するので、洗浄する度に洗浄対象となるモールドの成形面の形状データを呼び出し、さらに、モールド実物と形状データとの対応関係を確認する人手を介した作業が不要になる。そして、データベースから取得した形状データに基づいて、レーザヘッドをその成形面に沿って移動させつつ、レーザ光を照射してその成形面を洗浄するので、複雑な形状の成形面を有するモールドであっても、人手をかけることなく、成形面の損傷を防止しつつ汚れを効率よく除去することが可能になる。

ここで、例えば、前記成形面の画像データを取得するカメラを備え、このカメラにより取得された前記画像データに基づいてその成形面の洗浄状態を把握し、この把握した洗浄状態およびその成形面の位置情報を前記制御装置に記憶し、前記把握した洗浄状態が予め設定されている基準に満たない成形面の位置に対して、再度、前記レーザヘッドから前記レーザ光を照射して洗浄を行なう設定にすることもできる。この設定にすると、特に汚れている位置（範囲）だけを後から再洗浄するので、汚れを効率よく綺麗に除去するには有利になる。

前記レーザヘッドとして、レーザ照射幅が異なる複数のレーザヘッドを備え、予め設定されている特定の部位に対しては、相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッドを用いて、または、相対的にレーザ照射幅が大きいレーザヘッドに加えて相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッドを用いて洗浄を行なう設定することもできる。この設定にすると、比較的平坦で広い部位に対しては相対的にレーザ照射幅が大きいレーザヘッドを用いることで洗浄を短時間で完了することができる。一方、成形面の狭い範囲に凹凸が複雑に入り込んだ部位に対しては、相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッドを用いることで、複雑な形状の部分にもムラなくレーザ光を照射できるので、汚れを綺麗に除去することができる。

前記レーザ光が照射されている前記成形面の温度を逐次検知する温度センサを備え、この温度センサによる検知温度が予め設定されている許容温度を超えた場合には、前記レーザ光の照射を中断する設定にすることもできる。この設定の場合には、照射するレーザ光によって成形面が過度に加熱されることが回避できる。即ち、成形面がレーザ光によって熱変形する不具合を防止できる。

スタッドレスタイヤ加硫用モールドは成形面が複雑な形状であり、空気入りタイヤ加硫用鋳継ぎモールドは成形面に微小なすき間が形成されているが、本発明を適用することにより、成形面の損傷を防止しつつ汚れを効率よく除去できる。

本発明のモールドの洗浄システムを平面視で例示する説明図である。 スタッドレスタイヤ加硫用モールドの成形面を平面視で例示する説明図である。 鋳継ぎモールドの成形面を拡大して断面視で例示する説明図である。 レーザヘッドと洗浄するモールドとを側面視で例示する説明図である。 レーザヘッドと洗浄するモールドとを正面視で例示する説明図である。

本発明のモールドの洗浄システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

以下の説明では、タイヤ加硫用モールドを洗浄対象としているが、本発明はタイヤに限らずゴム製品を加硫するためのモールドの洗浄に用いることができる。

図１に例示する本発明のモールドの洗浄システム１は、レーザ発振器２と、レーザヘッド４と、レーザヘッド４が取り付けられるアーム６と、アーム６の動きを制御する制御装置７と、データベース８と、マーク検知器３ａとを備えている。この実施形態では、更にモールド１１の成形面１２の画像データを取得するカメラ３ｂと、レーザ光Ｌが照射されている成形面１２の温度を逐次検知する温度センサ３ｃとを備えている。マーク検知器３ａによる検知データ、カメラ３ｂが取得した画像データ、温度センサ３ｃが検知した温度データは制御装置７に入力される。

レーザ発振器２を除いて洗浄システム１の主な構成要素は、閉空間となる洗浄ブース９の内部に配置されている。洗浄ブース９には入口扉９ａと出口扉９ｂとが設けられていて、入口扉９ａおよび出口扉９ｂが閉じられると閉空間になり、レーザ光Ｌを遮蔽できる構造になっている。

入口扉９ａには搬入用コンベヤ装置１０ａが接続され、出口扉９ｂには搬出用コンベヤ装置１０ｃが接続されている。搬入用コンベヤ装置１０ａと搬出用コンベヤ装置１０ｃとの間は洗浄ブース９の内部空間になり、この位置には処理用コンベヤ装置１０ｂが配置されている。この実施形態では処理用コンベヤ装置１０ｂは円弧状に曲がって延設されている。搬入用コンベヤ装置１０ａには洗浄されるモールド１１が載置され、搬出用コンベヤ装置１０ｃには洗浄されたモールド１１が載置される。処理用コンベヤ装置１０ｂはモールド１１を洗浄する際の処理台として機能する。

レーザ発振器２とレーザヘッド４とは光ファイバーケーブル２ａによって接続されている。レーザ発振器２により供給されたレーザ光Ｌは光ファイバーケーブル２ａを通じてレーザヘッド４に送られる。本発明で使用するレーザ光ＬとしてはＹＡＧレーザ光が好ましい。

レーザヘッド４により、レーザ光Ｌがモールド１１の成形面１２に照射される。アーム６はアームベース５に回転自在に取り付けられていて、複数のアーム部６ａ、６ｂを回転自在に接続して構成されている。アーム６の先端部にレーザヘッド４が着脱自在に装着される。したがって、アーム６の動きを制御することにより、レーザヘッド４を３次元に自在移動させることができる。

この実施形態では、レーザ照射幅が異なる複数のレーザヘッド４ａ、４ｂを備えている。一方は相対的にレーザ照射幅が大きいレーザヘッド４ａであり、他方は相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッド４ｂである。一方のレーザヘッド４ａは、ガルバノミラーを内蔵していてレーザ光Ｌを幅方向にスキャンして幅広に照射できる構成になっている。レーザ照射幅は可変（例えば４ｍｍ〜７０ｍｍ）になっている。他方のレーザヘッド４ｂは、ピンポイントにレーザ光Ｌを照射する。レーザ照射幅が可変のレーザヘッド４ａを複数備えて、互いのレーザ照射幅を異ならせてもよい。レーザ発振器２の発振周波数は例えば、１０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚである。レーザヘッド４ａからレーザ光Ｌを幅方向にスキャンする周波数は例えば２０Ｈｚ〜１５０Ｈｚである。

データベース８は、制御装置７の記憶部に配置されている。洗浄するモールド１１にはモールド１１毎にそのモールド１１であることを示す識別マークＤが付されている。識別マークＤは、刻印やラベル等を貼付することによりモールド１１に付される。識別マークＤは例えば、数字や文字またはこれらの組み合わせで構成される。

データベース８には、それぞれのモールド１１の成形面１２の形状データが記憶されている。また、それぞれの形状データはその形状データの成形面１２を有するモールド１１に付された識別マークＤとともにデータベース１１に記憶されている。即ち、データベース８には、識別マークＤが付されたモールド１１の成形面１２の形状データと識別マークＤとが関連付けられて予め記憶されている。

洗浄対象となるモールド１１は通常タイプのモールドだけでなく、例えば図２に示すスタッドレスタイヤ加硫用モールドである。このモールド１１は、成形面１２に溝成形突起１３、サイプ成形突起１４が突設されている。溝成形突起１３はモールド１１の母材と一体的に鋳造されたものであり、サイプ成形突起１４は別体として成形面１２に取付けられたものである。モールド１１の母材の材質は主にアルミニウム、サイプ成形突起１４の材質は鋼等である。

サイプ成形突起１４の厚さは、０．４ｍｍ〜１．２ｍｍ程度である。溝成形突起１３は、タイヤのトレッドバターンによって、例えば、複雑なトレッドパターンの場合には薄くなることがある。そのため、サイプ成形突起１４や薄肉の溝成形突起１３は、モールド洗浄の際には損傷し易い部分となる。尚、図２、図４、図５に記載されているＣ矢印、Ｒ矢印、Ｗ矢印は、それぞれ、モールド１１に挿入して加硫するタイヤの周方向、半径方向、幅方向を示す。

その他、洗浄対象となる別の種類のモールド１１としては、例えば図３に示す空気入りタイヤ加硫用鋳継ぎモールドである。このモールド１１は、第１鋳造部１５を鋳造した後に第２鋳造部１６を鋳造するいわゆる鋳継ぎによって製造されたものである。鋳込まれた溶融金属の凝固収縮によって第１鋳造部１５と第２鋳造部１６との鋳継ぎ部Ｍには微小すき間ｇが形成されている。この微小すき間ｇの大きさは例えば５μｍ〜８０μｍである。微小すき間ｇに連通させて排気穴１７が形成されている。このモールド１１では、タイヤ加硫時の不要なエアやガスは、成形面１２から微小すき間ｇを通じて排気穴１７に排出され、排気穴１７を通じてモールド１１の外部に排出される。この微小すき間ｇはモールド洗浄の際には損傷し易い部分となる。

次に、この洗浄システム１を用いてモールド１１の成形面１２を洗浄する手順を説明する。

まず、洗浄するモールド１１を搬入用コンベヤ装置１０ａに載置する。次いで、入口扉９ａを開き、搬入用コンベヤ装置１０ａおよび処理用コンベヤ装置１０ｂを稼働して洗浄するモールド１１を処理用コンベヤ装置１０ｂの上に移動させて所定位置に位置決めする。その後、入口扉９ａを閉めて洗浄ブース９を閉空間にする。洗浄ブース９が閉空間にならなければレーザ発振器２が作動しないインターロック構造になっている。

次いで、マーク検知器３ａによってモールド１１に付されている識別マークＤを検知する。この検知した識別マークＤに基づいて、データベース８に記憶されているこのモールド１１の成形面１２の形状データを自動的に取得する。

次いで、取得したそのモールド１１の成形面１２の形状データに基づいてアーム６の動きを制御して、図４、図５に例示するようにレーザヘッド４をその成形面１２に沿って移動させる。このようにレーザヘッド４を移動させつつ、レーザ発振器２から供給されたレーザ光Ｌを成形面１２に照射する。照射したレーザ光Ｌによって成形面１２に付着していた汚れＸは除去されて洗浄される。

ここで、レーザ光Ｌの照射ムラを抑えるために、レーザヘッド４の先端と、これに対向する成形面１２との間隔がなるべく一定になるように維持しつつ、レーザヘッド４の移動方向およびレーザ光Ｌの照射方向を制御する。レーザヘッド４の移動速度はなるべく一定の速度にして洗浄対象範囲を網羅するように移動させる。

この実施形態では、２つのレーザヘッド４ａ、４ｂを一緒に使用してレーザ光Ｌを照射しているが、いずれか一方のレーザヘッド４を使用した後に他方のレーザヘッド４を使用することもできる。例えば、相対的にレーザ照射幅が大きいレーザヘッド４ａを洗浄対象範囲を網羅するように移動させてレーザ光Ｌを照射した後に、相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッド４ｂを用いてレーザ光Ｌを照射する。

上述したように、本発明によれば、モールド１１を洗浄する際に、マーク検知器３ａにより検知した識別マークＤに基づいて、データベース８に記憶されているこのモールド１１の成形面１２の形状データを自動的に取得する。それ故、成形面１２の異なる多数のモールド１１が洗浄対象であったとしても、洗浄する度に洗浄対象となるモールド１１の成形面１２の形状データを呼び出し、さらに、モールド実物と形状データとの対応関係を確認する人手を介した作業が不要になる。

そして、データベース８から取得した形状データに基づいて、レーザヘッド４をその成形面１２に沿って移動させつつ、レーザ光Ｌを照射するので、スタッドレスタイヤ加硫用モールドや空気入りタイヤ加硫用鋳継ぎモールドのような複雑な形状の成形面１２を有するモールド１１であっても、人手をかけることなく、成形面１２の損傷を防止しつつ汚れＸを効率よく除去することが可能になる。

この実施形態では、洗浄した成形面１２の画像データをカメラ３ｂによって取得し、この取得した画像データに基づいてその成形面１２の洗浄状態を把握する。把握した洗浄状態およびその成形面の位置情報は制御装置７に記憶しておく。成形面１２のすべての範囲にレーザ光Ｌを照射した後に、把握した洗浄状態が予め設定されている基準に満たない成形面１２の位置に対しては、再度、レーザヘッド４をその位置に移動させてレーザ光Ｌを照射して洗浄を行なう。マーク検知器３ａにこのカメラ３ｂの機能を持たせて兼用させた構成にすることもできる。

制御装置７には洗浄状態が適切（汚れＸが除去されている）か不適切（汚れＸが残っている）かを判断する基準が予め入力、設定されている。そこで、制御装置７により、把握した洗浄状態が予め設定されている基準を満たしているか否かを判断する。

洗浄状態を判断する基準は、例えば、カメラ３ｂにより取得した成形面１２の画像データの色の濃淡に基づいて設定される。ある一定以上の濃度の場合は汚れＸが残っていると設定する。或いは、レーザ光Ｌが照射される直前と照射された直後の成形面１２の画像データを取得し、両画像データを比較して色の濃淡の変化に基づいて基準を設定することもできる。色の濃淡が変化していない、または変化の度合いが小さい場合は、汚れＸが残っていると設定する。このような設定にすると、特に汚れている位置（範囲）だけを後から再洗浄するので、汚れＸを効率よく綺麗に除去するには有利になる。

予め特定の部位を制御装置７に入力、設定しておき、この設定されている特定の部位に対しては、相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッド４ｂを用いて、または、相対的にレーザ照射幅が大きいレーザヘッド４ａに加えて相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッド４ｂを用いて洗浄を行なうこともできる。特定の部位としては、例えば、図２に例示したサイプ成形突起１４の根元周辺範囲などの複雑な形状の範囲や図３に例示した鋳継ぎ部Ｍの微小すき間ｇの内周面とする。

この設定にすると、比較的平坦で広い部位に対しては相対的にレーザ照射幅が大きいレーザヘッド４ａを用いることで洗浄を短時間で終えることができる。一方、成形面１２の狭い範囲に凹凸が複雑に入り込んだ部位に対しては、相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッド４ｂを用いることで、複雑な形状の部分にもムラなくレーザ光Ｌを照射できるので、汚れＸを綺麗に除去することができる。

レーザ光Ｌが照射されている成形面１２の温度を温度センサ３ｃによって逐次検知することもできる。制御装置７には許容温度を予め入力、設定しておく。この許容温度は、モールド１１の溶融温度に満たない所定温度にする。温度センサ３ｃによる検知温度が予め設定されている許容温度を超えた場合には、レーザ光Ｌの照射を中断する。例えば、意図しない要因によってレーザヘッド４の移動速度が遅くなる、停止する等の不具合があった場合であっても、この設定にしておくと、照射するレーザ光Ｌによって成形面１２が過度に加熱されることがなくなる。即ち、成形面１２がレーザ光Ｌによって熱変形や損傷する不具合を防止できる。

モールド１１の洗浄が完了した後は、出口扉９ｂを開き、処理用コンベヤベルト１０ｂおよび搬出用コンベヤベルト１０ｃを稼働させて洗浄が完了したモールド１１を洗浄ブース９の内部から外部に移動させる。この際に、入口扉９ａを開き、搬入用コンベヤベルト１０ａを稼働させて次に洗浄するモールド１１を洗浄ブース９の外部から内部に移動させて、処理用コンベヤ１０ｂ上の所定位置に位置決めする。このようにして、順次連続的にモールド１１を洗浄する。

１ 洗浄システム
２ レーザ発振器
２ａ 光ファイバーケーブル
３ａ マーク検知器
３ｂ カメラ
３ｃ 温度センサ
４、４ａ、４ｂ レーザヘッド
５ アームベース
６ アーム
６ａ、６ｂ アーム部
７ 制御装置
８ データベース
９ 洗浄ブース
９ａ 入口扉
９ｂ 出口扉
１０ａ 搬入用コンベヤ装置
１０ｂ 処理用コンベヤ装置（処理台）
１０ｃ 搬出用コンベヤ装置
１１ モールド
１２ 成形面
１３ 溝成形突起
１４ サイプ成形突起
１５ 第１鋳造部
１６ 第２鋳造部
１７ 排気穴
Ｄ 識別マーク
Ｍ 鋳継ぎ部
Ｌ レーザ光
Ｘ 汚れ
ｇ 微小すき間

しかしながら、モールドの成形面は同じ形状に形成されているとは限らず、様々な形状に形成されている。そのため、特許文献１に記載の方法では、成形面が異なる形状のモールドを洗浄するには、モールドの洗浄を行なう度に制御装置に記憶されているこのモールドの原形状データを呼び出す作業が必要になる。成形面の形状が膨大な種類になるタイヤ加硫用モールドの場合は、洗浄の都度、洗浄するモールドと原形状データとが対応していることを確認する必要があり、作業が煩雑になるという問題がある。

特許文献２に記載の洗浄方法では、レーザ照射器を所定位置に固定して、モールドを移動させてモールド表面がレーザ光の光軸に対して垂直な姿勢から傾斜した姿勢になるようにモールドを回動させる。モールドをこのように回動させるには、この動きを事前にティーチングする等の工程が必要になる。

Claims (5)

1. レーザ発振器と、このレーザ発振器から供給されるレーザ光をモールドの成形面に照射するレーザヘッドと、このレーザヘッドを３次元に自在移動させるアームと、このアームの動きを制御する制御装置とを備えたモールドの洗浄システムにおいて、
   洗浄するモールド毎に付されたそのモールドを示す識別マークと、この識別マークが付されたモールドの成形面の形状データとが関連付けられて予め記憶されているデータベースと、前記識別マークを検知するマーク検知器とを備え、モールドを洗浄する際に前記マーク検知器により検知されたこのモールドに付された識別マークに基づいて、前記データベースに記憶されているこのモールドの成形面の形状データを取得し、この取得した形状データに基づいて前記アームの動きを制御することにより、前記レーザヘッドをその成形面に沿って移動させつつ、レーザ光を照射してその成形面を洗浄することを特徴とするモールドの洗浄システム。
2. 前記成形面の画像データを取得するカメラを備え、このカメラにより取得された前記画像データに基づいてその成形面の洗浄状態を把握し、この把握した洗浄状態およびその成形面の位置情報を前記制御装置に記憶し、前記把握した洗浄状態が予め設定されている基準に満たない成形面の位置に対して、再度、前記レーザヘッドから前記レーザ光を照射して洗浄を行なう設定にした請求項１に記載のモールドの洗浄システム。
3. 前記レーザヘッドとして、レーザ照射幅が異なる複数のレーザヘッドを備え、予め設定されている特定の部位に対しては、相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッドを用いて、または、相対的にレーザ照射幅が大きいレーザヘッドに加えて相対的にレーザ照射幅が小さいレーザヘッドを用いて洗浄を行なう設定にした請求項１または２に記載のモールドの洗浄システム。
4. 前記レーザ光が照射されている前記成形面の温度を逐次検知する温度センサを備え、この温度センサによる検知温度が予め設定されている許容温度を超えた場合には、前記レーザ光の照射を中断する設定にした請求項１〜３のいずれかに記載のモールドの洗浄システム。
5. 前記モールドがスタッドレスタイヤ加硫用モールドまたは空気入りタイヤ加硫用鋳継ぎモールドである請求項１〜４のいずれかに記載のモールドの洗浄システム。

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