JP2017213811A - ゴム製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】未加硫ゴムを成型モールドの中に注入してゴム製品を製造する際に、成型モールド内のゴム圧を適切は範囲に維持して製造不良を抑制するゴム製品の製造方法を提供する。
【解決手段】未加硫ゴムＲを注入機２から流路６を通じて成型モールド７の中に注入する際に、注入している未加硫ゴムＲの流動方向に間隔をあけた第１測定位置Ｄ１および第２測定位置Ｄ２で未加硫ゴムＲの注入圧Ｐ１、Ｐ２を測定し、測定した注入圧Ｐ１、Ｐ２と、注入圧Ｐ１、Ｐ２の間の圧力勾配Ａとに基づいて、成型モールド７内のゴム圧を予め設定した所定範囲に維持して未加硫ゴムＲを成型モールド７により加硫成形する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ゴム製品の製造方法に関し、さらに詳しくは、未加硫ゴムを成型モールドの中に注入してゴム製品を製造する際に、成型モールド内のゴム圧を適切な範囲に維持して製造不良の発生を抑制することができるゴム製品の製造方法に関するものである。

ゴム製品には、成型モールドの中に未加硫ゴムを、押出機により押出して、または、射出機により射出して製造する製品がある（例えば、特許文献１参照）。例えば、タイヤ加硫用ブラダ等は、成型モールドの中に未加硫ゴムを射出して注入して、所定形状に成形するとともに加硫して製造される。このようなゴム製品を製造する際には一般に、注入機（押出機や射出機）における未加硫ゴムの注入圧を所定圧力に制御している。

この製造方法では、未加硫ゴムの配合や成型モールドの温度のばらつき等に起因して未加硫ゴムの流動性に異常が発生しても、注入機における注入圧が所定圧力の範囲内であれば、その異常を検知することができない。この異常を検知できるのは、ゴム製品を製造した後で成型モールドを開型した時になる。それ故、この時に製造したゴム製品は不良品となり、使用した材料や時間は無駄になる。

成型モールド内のゴム圧を直接検知して、このゴム圧を適切な範囲に制御することも考えられるが、成型モールド内のゴム圧を検知する圧力計を設置することは難しい。仮に、このゴム圧を検知できたとしても、このゴム圧を検知してから注入機における注入圧を適切な圧力に変更するのでは間に合わないことがある。

そこで、成型モールド内のゴム圧の不足を回避するために、注入圧を意図的に高めに設定していることが多い。しかし、注入圧が必要以上に高くなると、成型モールドの継ぎ目に未加硫ゴムが流出して、いわゆるバリが発生し易くなる。また、注入圧を高くすると、成型モールドやその付随設備の歪み等の原因になったり、より大型で強度の高い成型モールドや設備が必要となる。

特開２００１−２３９５６５号公報

本発明の目的は、未加硫ゴムを成型モールドの中に注入してゴム製品を製造する際に、成型モールド内のゴム圧を適切な範囲に維持して製造不良の発生を抑制することができるゴム製品の製造方法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ゴム製品の製造方法は、未加硫ゴムを注入機から流路を通じて成型モールドの中に注入し、この未加硫ゴムを前記成型モールドにより成形加硫するゴム製品の製造方法において、注入している前記未加硫ゴムの流動方向に間隔をあけた第１測定位置および第２測定位置で前記未加硫ゴムの注入圧を測定し、第１測定位置および第２測定位置の両方を前記流路における所定の位置に設定し、または、いずれか一方を前記注入機における所定位置、いずれか他方を前記流路における所定位置に設定して、測定した第１測定位置および第２測定位置での注入圧と、第１測定位置と第２測定位置の間の注入圧の圧力勾配とに基づいて、前記成型モールド内のゴム圧を予め設定した所定範囲に維持することを特徴とする。

第１測定位置および第２測定位置の両方を流路における所定の位置に設定し、または、いずれか一方を注入機における所定位置、いずれか他方を流路における所定位置に設定することで、注入している未加硫ゴムの流動方向に間隔をあけた第１測定位置および第２測定位置で未加硫ゴムの注入圧を測定し、これら注入圧と、第１測定位置と第２測定位置の間の注入圧の圧力勾配とに基づいて、成型モールド内のゴム圧を精度よく予測することができる。そのため、成型モールド内のゴム圧を予め設定した適切な所定範囲に維持して未加硫ゴムを加硫成型することが可能になる。これに伴い、ゴム製品の製造不良の発生を抑制することができる。

ゴム製品の製造装置の主要部を縦断面視で例示する説明図である。 図１の成型モールドを平面視で例示する説明図である。 図１の流路に未加硫ゴムが流れている状態を例示する説明図である。 未加硫ゴムを図１の成型モールドで加硫成型している状態を例示する説明図である。 製造された加硫用ブラダを縦断面視で例示する説明図である。 図５の加硫用ブラダを平面視で例示する説明図である。 未加硫ゴムの注入開始からの経過時間（注入時間）と注入圧との関係を例示するグラフ図である。 未加硫ゴムの流動方向の位置と注入圧との関係を例示するグラフ図である。 未加硫ゴムの注入先端位置と第１測定位置での注入圧との関係を例示するグラフ図である。 未加硫ゴムの注入先端位置と第２測定位置での注入圧との関係を例示するグラフ図である。 未加硫ゴムの注入先端位置と、第１測定位置と第２測定位置との間の注入圧の圧力勾配との関係を例示するグラフ図である。 別の製造装置を縦断側面視で例示する説明図である。

以下、本発明のゴム製品の製造方法を、ゴム製品がタイヤ加硫用ブラダである場合を例にして図に示した実施形態に基づいて説明する。

本発明のゴム製品の製造方法には、図１〜図２に例示するゴム製品の製造装置１を使用する。製造装置１は未加硫ゴムＲの注入機２を備えていて、この実施形態では注入機２がゴム射出機になっている。注入機２としては、その他にゴム押出機を用いることもできる。

注入機２は、未加硫ゴムＲが収容される筒状のシリンダ３と、シリンダ３の内部に配置されるプランジャー４と、プランジャー４を移動させる駆動機構５とを有している。駆動機構５の動作は演算部１０により制御される。演算部１０としては、各種コンピュータ等を用いることができる。シリンダ３の先端には流路６の一端が接続されている。流路６の他端は成型モールド７に接続されている。

成型モールド７は、中子型７ｂと、この中子型７ｂの外側で上下に組み付けられる２つの分割型７ａとで構成されている。それぞれの分割型７ａの内周面と、中子型７ｂの外周面との間に形成されたすき間がキャビティ７ｃになっている。成型モールド７はこの形態に限らず、様々な形態を採用することができる。

この実施形態では、流路６がシリンダ３の先端から延びる直線部６ａと、この直線部６ａに連結して一方の分割型７ａの内周面と中子型７ｂの外周面との間に形成されている円盤状部６ｂとで構成されている。この円盤状部６ｂの外縁がキャビティ７ｃの上端部に接続している。シリンダ３の内部とキャビティ７とは流路６を通じて連通した状態になる。

流路６の延在方向に間隔をあけた所定の位置（第１測定位置Ｄ１および第２測定位置Ｄ２）にはそれぞれ、圧力センサ９ａ、９ｂが設置されている。圧力センサ９ａ、９ｂはそれぞれ、第１測定位置Ｄ１、第２測定位置Ｄ２における未加硫ゴムＲの注入圧Ｐ１、Ｐ２を逐次、測定する。圧力センサ９ａ、９ｂが測定した注入圧Ｐ１、Ｐ２は逐次、演算部１０に入力される。

成型モールド７には加熱部８が設けられている。成型モールド７に対する加熱部８による加熱および加熱停止、加熱の程度は演算部１０により制御される。また、注入機２での未加硫ゴムＲの注入圧、キャビティ７ｃへの未加硫ゴムＲの注入時間（プランジャー４の移動速度）等は演算部１０により制御される構成になっている。

次に、本発明によりゴム製品ＲＰを製造する手順を説明する。

図１に例示するように、中子型７ｂの外側に上下２つの分割型７ａを組み付けてキャビティ７ｃを形成する。ゴム注入機２のシリンダ３には未加硫ゴムＲを収容しておく。

次いで、図３に例示するように、プランジャー４を下方移動させて未加硫ゴムＲをシリンダから流路６に送り出す。流路６に送り出された未加硫ゴムＲは、図４に例示するようにキャビティ７ｃに射出され、キャビティ７ｃは未加硫ゴムＲで充填される。

この時、分割型７ａは所定温度で加熱されている。充填された未加硫ゴムＲは成型モールド７によって所定形状に成型されるとともに加硫される。この状態が所定時間経過すると未加硫ゴムＲの加硫が完了する。

次いで、組み付けた分割型７ａを上下に分離する。これにより、中子型７ｂを被覆している状態のゴム製品ＲＰが現れる。次いで、ゴム製品ＲＰの中から中子型７ｂを抜き出す。その後、余分な部分（円盤状部６ｂに充填された未加硫ゴムＲが加硫成型された部分）を除去する等の工程を経て、図５、図６に例示するゴム製品ＲＰの製造が完了する。

ここで、注入機２からキャビティ７ｃに未加硫ゴムＲを注入した時の第１測定位置Ｄ１、第２測定位置Ｄ２、キャビティ７ｃの所定位置（図４では符号Ｄ３とする）のそれぞれの位置での未加硫ゴムＲの注入圧Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の経時変化を図７に例示する。図７では、良品が製造される場合の圧力曲線を実線で示し、不良品が製造される場合の圧力曲線を破線で示している。符号Ｄ３の位置は、図４ではキャビティ７ｃの上端になっているが、キャビティ７ｃの任意の位置にすることができる。

注入機２からキャビティ７ｃに対して注入している未加硫ゴムＲの注入圧（ゴム圧）は、その流動方向に対して直線的に低下する特性を有している。本発明は、この特性を利用する。図７の横軸を経過時間から注入圧の測定位置に書き換えると図８に例示するとおりである。

図８では、良品が製造される場合の未加硫ゴムＲの注入が完了した時のデータを太線実線で示し、完了前の任意の時点Ｘでのデータを細線実線で示している。一方、不良品が製造される場合の未加硫ゴムＲの注入が完了した時のデータを太線破線で示し、完了前の任意の時点でのデータを細線破線で示している。

図８の太線実線では、未加硫ゴムＲがキャビティ７ｃに充填されて注入が完了した時点（Ｅ）の位置Ｄ３での注入圧（ゴム圧）がＰ３（Ｅ）になっている。このＰ３（Ｅ）は、必要なゴム圧に達していることになる。一方、図８の太線破線では、未加硫ゴムＲの注入が完了した時点（Ｅ）の位置Ｄ３での注入圧（ゴム圧）がＰ３’（Ｅ）になっている。このＰ３’（Ｅ）は、必要なゴム圧に達していないことになる。

図８を参照すると、注入機２から未加硫ゴムＲの注入を開始してから任意の時点Ｘでの第１測定位置Ｄ１、第２測定位置Ｄ２における注入圧Ｐ１（Ｘ）、Ｐ１’（Ｘ）、Ｐ２（Ｘ）、Ｐ２’（Ｘ）に基づいて、注入している未加硫ゴムＲの注入先端位置Ｄ（Ｘ）、Ｄ’（Ｘ）および注入完了時のキャビティ７ｃ（位置Ｄ３）での注入圧Ｐ３（Ｅ）、Ｐ３’（Ｅ）を予測することが可能になる。即ち、任意の時点Ｘにおける第１測定位置Ｄ１および第２測定位置Ｄ２での注入圧と、これら位置の間の注入圧の圧力勾配とに基づいて、注入している未加硫ゴムＲの注入先端位置を予測することが可能になる。

図９に例示するように、注入している未加硫ゴムＲの注入先端位置と、第１測定位置Ｄ１における未加硫ゴムＲの注入圧との関係は、注入初期の注入圧毎に異なる関係線になり、初期の注入圧が大きい程、グラフの上側にシフトする。図１０に例示するように、注入している未加硫ゴムＲの注入先端位置と、第２測定位置Ｄ２における未加硫ゴムＲの注入圧との関係も、注入初期の注入圧毎に異なる関係線になり、初期の注入圧が大きい程、グラフの上側にシフトする。

図１１は、注入している未加硫ゴムＲの注入先端位置と、第１測定位置Ｄ１と第２測定位置Ｄ２との間の注入圧Ｐ１、Ｐ２の圧力勾配Ａとの関係を示している。即ち、圧力勾配Ａ＝（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｄ２とＤ１との間の距離）である。

初期の注入圧が同じであれば、第１測定位置Ｄ１と第２測定位置Ｄ２の注入圧Ｐ１、Ｐ２の状態は常に同じである。それ故、任意の位置での注入圧とおよびこれら位置の間の注入圧の圧力勾配は、初期の注入圧と、第１測定位置Ｄ１と第２測定位置Ｄ２との間の注入圧Ｐ１、Ｐ２の圧力勾配Ａとに基づいて、予測することが可能である。

そこで、具体的には以下の手順を行う。まず、良品が製造される場合の図７に例示する圧力曲線（実線で示すデータ）を予め取得する。次いで、第１測定位置Ｄ１および第２測定位置Ｄ２と、それぞれの位置Ｄ１、Ｄ２での注入完了時の注入圧Ｐ１（Ｅ）、Ｐ２（Ｅ）とに基づいて、キャビティ７ｃ（位置Ｄ３）での注入圧Ｐ３（Ｅ）と、注入圧がゼロになる未加硫ゴムの注入先端位置Ｄ（Ｅ）を算出する。

そして、ゴム製品ＰＲを製造する際に、未加硫ゴムＲの注入を開始した後の任意の時点Ｘで、第１測定位置Ｄ１、第２測定位置Ｄ２において注入圧Ｐ１’（Ｘ）、Ｐ２’（Ｘ）を測定する。第１測定位置Ｄ１と第２測定位置Ｄ２との間の距離と、注入圧Ｐ１’（Ｘ）、Ｐ２’（Ｘ）とに基づいて、注入圧がゼロになる未加硫ゴムの注入先端位置Ｄ’（Ｘ）を演算部１０により算出する。

次いで、図９、１０、１１の関係線において、算出した注入先端位置Ｄ’（Ｘ）に対するＰ１’（Ｘ）、Ｐ２’（Ｘ）、圧力勾配Ａ’（Ｘ）をプロットして、対応するそれぞれの関係線を決定する。次いで、良品が製造される場合の位置Ｄ（Ｅ）での注入圧Ｐ１’（Ｅ）を演算部１０により算出する。

次いで、注入圧Ｐ３’（Ｅ）を演算部１０により算出する。この注入圧Ｐ３’（Ｅ）は下記（１）式により算出される。
Ｐ３’（Ｅ）＝Ａ’（Ｅ）×（Ｄ３とＤ１と間の距離）・・・（１）
ここで、Ａ’（Ｅ）＝Ｐ１’（Ｅ）／（Ｄ（Ｅ）とＤ１との間の距離）

次いで、算出した注入圧Ｐ３’（Ｅ）と注入圧Ｐ３（Ｅ）とを演算部１０により比較する。注入圧Ｐ３（Ｅ）は下記（２）式により算出される。
Ｐ３（Ｅ）＝Ａ（Ｅ）×（Ｄ３とＤ１との間の距離）・・・（２）
ここで、Ａ（Ｅ）＝Ｐ１（Ｅ）／（Ｄ（Ｅ）とＤ１との間の距離）

そして、注入圧Ｐ３’（Ｅ）が注入圧Ｐ３（Ｅ）以上の時は、キャビティ７ｃ内のゴム圧は十分であると判断して、その製造条件を維持する。一方、算出した注入圧Ｐ３’（Ｅ）が注入圧Ｐ３（Ｅ）未満の時はキャビティ７ｃ内のゴム圧は不十分であると判断して、注入機２での注入圧を高くする等、製造条件を変更する。或いは、製造を中止する。

例えば、測定した注入圧Ｐ１、Ｐ２と、予め設定している第１測定位置Ｄ１および第２測定位置Ｄ２における注入圧Ｐ１、Ｐ２の目標値との偏差に基づいて、製造条件を変更する。即ち、測定した注入圧Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ目標値に近づくように、製造条件を変更する制御を行う。注入圧Ｐ１、Ｐ２の目標値は演算部１０に入力して記憶させておく。

具体的には、これら測定したデータに基づいて演算部１０により、加熱部８を制御して成型モールド７（それぞれの分割型７ａ）の温度を変更する。或いは、未加硫ゴムＲの粘度、注入機２による未加硫ゴムＲの注入時間、注入機２での注入圧のうちの少なくとも１つの製造条件を変更する。このように本発明では、未加硫ゴムＲを注入機２から成型モールド７に対して注入している初期段階で測定した注入圧Ｐ１、Ｐ２と、注入圧Ｐ１、Ｐ２の圧力勾配Ａとに基づいて、成型モールド７内のゴム圧を予め設定した適切な所定範囲、即ちＰ３（Ｅ）以上に維持して製造を行う。

本発明によれば、測定した注入圧Ｐ１、Ｐ２の間の圧力勾配（圧力差）とに基づいて、成型モールド７内のゴム圧を精度よく予測することができるので、成型モールド７内のゴム圧を予め設定した適切な所定範囲に維持して未加硫ゴムＲを加硫成型することが可能になる。これに伴い、ゴム製品ＲＰの製造不良の発生を抑制することができる。即ち、ゴム製品ＲＰが製造される前に成型モールド７内のゴム圧を適切な所定範囲に維持できるので、成型モールド７内でのゴム圧不足に起因して不良品になることを回避できる。

それ故、本発明によれば、不良品の製造に使用された材料（未加硫ゴムＲ）や時間等が無駄になるという従来方法における不具合も回避できるので、生産性向上に有利になる。また、従来方法のように未加硫ゴムＲの注入圧を意図的に高く設定する必要がないので、製造したゴム製品ＰＲにはいわゆるバリが発生し難くなるという利点もある。未加硫ゴムＲの高い注入圧に起因して成型モールド７やその付随設備に歪みが生じる等の不具合回避にも有利になる。

尚、樹脂成型の場合は、射出速度や押出速度がゴム成型に比して著しく速い。そのため、本発明のように注入圧Ｐ１、Ｐ２を測定しても、即座に射出や押出が完了してしまう。それ故、測定した注入圧Ｐ１、Ｐ２と、これら注入圧Ｐ１、Ｐ２の圧力勾配とに基づいて、成型モールド７内の樹脂圧を予め設定した所定範囲に維持することは実質的に不可能である。即ち、本発明は専ら、未加硫ゴムＲを成型モールド７に注入する場合に適用する発明になっている。

圧力センサ９ａ、９ｂにより未加硫ゴムＲの注入圧Ｐ１、Ｐ２を測定する位置（第１測定位置Ｄ１、第２測定位置Ｄ２）は、この実施形態で例示した位置に限らず、その他の位置に設定することもできる。例えば図１２に示すように、圧力センサ９ａ、９ｂをそれぞれ、注入機２における第１測定位置Ｄ１と流路６における第２測定位置Ｄ２に設置することもできる。ただし、図１に例示した実施形態にように、断面積が一定の流路６に第１測定位置Ｄ１、第２測定位置Ｄ２を設定した方が、注入圧Ｐ１、Ｐ２を安定して測定することができる。

本発明はタイヤ加硫用ブラダに限らず、未加硫ゴムＲを射出または押出して加硫成型する様々なゴム製品ＲＰに適用することができる。

１ 製造装置
２ 注入機
３ シリンダ
４ プランジャー
５ 駆動機構
６ 流路
７ 成型モールド
７ａ 分割型
７ｂ 中子型
７ｃ キャビティ
８ 加熱部
９ａ、９ｂ 圧力センサ
１０ 演算部
Ｒ 未加硫ゴム
ＲＰ ゴム製品

Claims (4)

1. 未加硫ゴムを注入機から流路を通じて成型モールドの中に注入し、この未加硫ゴムを前記成型モールドにより成形加硫するゴム製品の製造方法において、
   注入している前記未加硫ゴムの流動方向に間隔をあけた第１測定位置および第２測定位置で前記未加硫ゴムの注入圧を測定し、第１測定位置および第２測定位置の両方を前記流路における所定の位置に設定し、または、いずれか一方を前記注入機における所定位置、いずれか他方を前記流路における所定位置に設定して、
   測定した第１測定位置および第２測定位置での注入圧と、第１測定位置と第２測定位置の間の注入圧の圧力勾配とに基づいて、前記成型モールド内のゴム圧を予め設定した所定範囲に維持することを特徴とするゴム製品の製造方法。
2. 測定した第１測定位置および第２測定位置での注入圧と、予め設定している第１測定位置および第２測定位置における注入圧の目標値との偏差に基づいて、製造条件を変更する請求項１に記載のゴム製品の製造方法。
3. 前記製造条件が、前記成型モールドの温度、前記未加硫ゴムの粘度、前記注入機による注入時間、前記注入機での注入圧のうちの少なくとも１つである請求項２に記載のゴム製品の製造方法。
4. 前記ゴム製品がタイヤ加硫用ブラダである請求項１〜３のいずれかに記載のゴム製品の製造方法。

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