JP4264682B2

JP4264682B2 - 硬質スポンジゴム成形品の製造方法

Info

Publication number: JP4264682B2
Application number: JP13726399A
Authority: JP
Inventors: 強 ▲高▼久; 政夫横井
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: JP2000327820A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質スポンジゴム成形品の製造方法に関し、更に詳細には、加硫・発泡によりスポンジ形態にされたゴムを硬化(エボナイト化)させて、一定以上の大きさを有する硬質スポンジゴム成形品を製造するに際し、該成形品の内部にクラックを生ずることのない製造方法の提案に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
例えば高圧下に液体を貯留するタンクのバルブに使用されるボールは、一定の条件下で弁座から浮上する必要があるので、該タンク内に貯留される液体より低い比重を有すると共に、該貯留液体により加わる高い圧力に対し充分な耐圧性を備えなければならない。前述した低比重の条件を達成するには、内部に気泡構造を有する所謂発泡材料が好適である。また前記発泡材料であれば、樹脂またはゴム等の主材料に加えられる発泡助剤等の添加量を調整することで、容易に発泡の程度、すなわち比重を適宜調整させることができる。
【０００３】
前述の発泡材料のうち、樹脂を主原料とする発泡材料については、一定以上の硬度、すなわち耐圧性を持たせるのは困難である。これに対し、ゴムを主原料とする発泡材料であれば、発泡工程とは別にＥＰ、ＮＲ、ＢＲ、ＳＢＲまたはＮＢＲ等の汎用ゴムを主原料にするゴム組成物については１７０℃程度の加熱処理を施すことで、硬化(以下「エボナイト化」という)させることが可能であり、加えて加熱時間等の条件を制御することで、そのエボナイト化の程度を制御し得る利点がある。
【０００４】
従って前述の利点を有するゴムが比重および硬度を両立する点で、前記弁体としてのボールの成形材料に好適に使用可能である。前記ゴムを発泡させて所謂スポンジゴムを製造には、以下の製造方法が一般に使用されている。
▲１▼１段成形法：原料であるゴム生地および各添加物を、所定の型に入れ発泡化に必要な温度で所定時間加熱する。この操作により、一気に発泡および加硫を行なう方法。
▲２▼２段成形法(１)：原料であるゴム生地および各添加物を、製品形状より一回り小さい第１の型に入れ、所定温度、時間で加熱する(第１段階)。次に前記第１の型より大きく、製品形状より小さな第２の型に前記第１段階での中間成形品を入れ該第１段階より高温で加熱する(第２段階)。
▲３▼２段成形法(２)：前記２段成形法(１)と略同じであるが、第２段階で使用される第２の型の寸法が製品寸法と同一となっている。
なお、前記▲２▼および▲３▼の製造方法は、第１段階で加硫先行で発泡を行ない、第２段階で加硫および発泡を完了させるものである。
【０００５】
前述の１段成形法には、製造工程が単段であり容易であるが、成形時に発泡ガスをゴム生地から脱気させながら成形するため、この脱気のために発泡した各セルが連通し合って所謂連泡状態となり、かつ該セルの大きさが不揃いとなって成形品の目が粗くなる欠点がある。また２段成形法(１)では、製造工程が多段となって手間が掛るが、各セルが均一で、連泡率の低い良好な製品が得られる。しかし、最終的な製品寸法に加工する最終加工が不可欠となる難点がある。２段成形法(２)は、先の２段成形法(１)と同様であるが、かつ最終的な製品寸法の加工は必要ない。従って高品質な製品を手間なく製造するには、前記▲３▼の２段成形法(２)が最も好適である。
【０００６】
そこで前記▲３▼の２段成形法(２)で硬質スポンジゴムのボール弁を製造する方法を、図５および図６を参照にして説明する。製造工程は、基本的に発泡工程Ｓ１と、硬化工程Ｓ２とからなり、前記発泡工程Ｓ１は更に第１段階Ｓ１１、予熱段階Ｓ１３および第２段階Ｓ１２からなる。先ず第１段階Ｓ１１として、ゴム生地および硫黄等の各添加物を所定の混合割合で混合した原料１０を、電気ヒーター等の加熱手段３０を有する上型２２ａおよび下型２２ｂなる第１型２２の内部に画成した第１キャビティ２２ｃに所定量注入する(図６(ａ)参照)。続いて前記加熱手段３０を用いて、前記第１キャビティ２２ｃ内に貯留されている原料１０の加熱を開始する。この第１段階Ｓ１１の加熱条件は１２５℃前後で８０分間程度である。
【０００７】
前記第１段階Ｓ１１で加硫・発泡されて第１中間成形品１２となった原料１０は、前記第１型２２から取出され、予熱のための予熱段階Ｓ１３を経て、後述の第２型２４を使用する第２段階Ｓ１２へ移行する(図６(ｂ)参照)。なお予熱段階Ｓ１３は、前記第１中間成形品１２の状態や、製造工程の進行等の各要素に応じて必要により施されるものである。
【０００８】
前記第２段階Ｓ１２で第１中間成形品１２は、第２上型２４ａおよび第２下型２４ｂからなる第２型２４内に画成される製品と同じ寸法の第２キャビティ２４ｃに載置され、１４０℃前後で６０分間加熱処理されて製品と同寸法の第２中間成形品１４となる(図６(ｃ)参照)。ここで使用される第２型２４の内部に画成される第２キャビティ２４ｃは、第１型２２の第１キャビティ２２ｃより大きい以外は、その構成に基本的な差違はない。この第２段階Ｓ１２を経て、最終成形品と同寸法の第２中間成形品１４が得られる。この製造工程全般でいわれる加硫とは、主原料であるゴム生地に添加剤である硫黄等を混合して、該ゴム生地の分子間に架橋反応を起させることをいう。
【０００９】
続いて硬化工程Ｓ２は、前記第２中間成形品１４をエボナイト化させるための工程であり、１７０℃の雰囲気に維持したオーブン２６内に前記第２中間成形品１４を載置して４５分加熱することで完了する(図６(ｄ)参照)。この硬化工程Ｓ２を経ることで、前記第２中間成形品１４がエボナイト化され、所定の硬度を有する最終成形品１６が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の方法で完全な最終成形品を製造するには、第１中間成形品および第２中間成形品が充分に加硫・発泡およびエボナイト化される必要があり、このためには所定温度まで充分な加熱およびその維持がなされる必要がある。すなわち中実な形状の最終成形品１６を製造する両型２２,２４およびオーブン２６は、外部から熱を供給する構成となっているので、該最終成形品１６の大きさが小さければ問題がないが、一定以上の寸法の大きなものの場合には中心部まで充分に加熱し得なくなることがある。
【００１１】
この加熱および温度維持が充分でなく、成形品の表面部と中心部とで温度差を生じると、発泡工程Ｓ１では加硫・発泡が上手く進行せず充分な発泡が困難となり、また硬化工程Ｓ２では、エボナイト化時に最終成形品内部にクラックを生じる重大な欠点が指摘される。殊に前記硬化工程Ｓ２で、前記発泡工程Ｓ１の完了後に一度型２２から取出されて放熱がなされるので、更に表面部と中心部との温度差が大きくなって、該表面部および中心部での収縮率の差によりクラックの発生確率が高くなってしまう。
【００１２】
前述の欠点を回避するために、第２段階Ｓ１２や硬化工程Ｓ２での温度保持時間を延長する方法も考えられるが、この場合、製造時間の延長に伴って製造コストが増大する欠点が指摘される。また表面部および中心部の温度差を短時間で解消するべく、処理温度を上げる方法も考えられるが、この場合も製造コストの増大および過度の熱のために最終成形品の表面部が熱劣化するので、前述したクラックの原因となったり、表面部が汚れたりする等の欠点が考えられる。
【００１３】
【発明の目的】
この発明は、従来技術に係る硬質スポンジゴム成形品の製造方法が内在していた問題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、発泡工程の温度保持時間を延長して第３段階を発泡工程として利用すると共に、スポンジゴムをエボナイト化させる硬化工程としても利用することで、加硫・発泡およびエボナイト化を充分に達成させ、これにより内部にクラックを生じることがない良好な硬質スポンジゴム成形品を製造する方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明の硬質スポンジゴム成形品の製造方法は、ゴム生地を主とする原料を型内で加硫・発泡させて硬質スポンジゴム成形品を製造するに際し、
前記原料を第１型内で第１の所定温度下に加硫・発泡させ、得られた中間成形品を第２型に移し、
前記中間成形品を第２型内で、前記第１の温度より高い第２の所定温度下に加硫・発泡を進行させ、
次いで同じく第２型内で前記中間成形品を前記第２の温度から、これより高い第３の所定温度まで漸次昇温させ、
この第３の所定温度を所定時間に亘り維持して、この間に加硫・発泡を引続き進行させると共に、前記中間成形品のエボナイト化を併せて進行させ、その後に脱型することで最終成形品を得るようにしたことを特徴とする。そして前記第２型から脱型された最終成形品は、室温放置により除冷されるか、例えば空気吹付けにより急速冷却されるか、または前記第２型での第３所定温度維持の完了後に、この第２型を液冷手段で急速冷却し、この冷却完了後に該第２型から脱型することで前記最終成形品を得るようにしたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る硬質スポンジゴム成形品の製造方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。なお、図５および図６を参照して説明した従来の技術に既出の同一部材については、同じ符号を付して本実施例に用いている。
【００１６】
本発明の好適な実施例に係る製造方法は、図１に示す如く、第１段階Ｓ１、第２段階Ｓ２および第３段階Ｓ３の３つの段階から基本的になる。前記第１段階Ｓ１は、第１の加硫・発泡化を行なう段階で、前記第２段階Ｓ２は第２の加硫・発泡化を行なう段階であり、この第１段階Ｓ１および第２段階Ｓ２は前述した従来技術とほぼ同一である。前記第３段階Ｓ３は、前記第２段階Ｓ２に引続き連続的に行なわれ、加硫・発泡を引続き行ないつつ、エボナイト化を行なう段階である。すなわち前記第１段階Ｓ１、第２段階Ｓ２および第３段階Ｓ３は、発泡工程として機能し、該第３段階Ｓ３については、硬化工程としても機能するものである。
【００１７】
前記第１段階Ｓ１は、図２に示す如く、製品寸法(φ９０球形状)より小さい寸法(φ４５球形状)の第１型２２を用いて、原料１０から第１中間成形品１２を製造する段階である。ここで使用される第１型２２は、密閉的に閉成することで第１キャビティ２２ｃを画成する第１上型２２ａおよび第１下型２２ｂから構成され、図示しない制御機構により開閉および温度制御自在になっている。前記第１型２２は、夫々に電気ヒーター等の加熱手段３０を備える熱板３２,３２により狭持されるように構成されており、該熱板３２,３２を介して加熱される。また前記第１型２２を構成する第１上型２２ａおよび第１下型２２ｂは、前記第１キャビティ２２ｃに合わせるように板部材を所要形状に加工することで構成されており、従来技術の如き中実部材ではなく熱容量が小さくなっているので、加熱および冷却に必要とされる時間および総エネルギーは低減されている。前記原料１０としては、例えば主原料であるゴム生地としてのＳＢＲ(スチレンブタジエンゴム)生地１００重量部に対して、カーボン３０重量部、オイル１０重量部、亜鉛華１０重量部、脂肪酸１重量部、イオウ１５重量部、加硫助剤Ａ０.１重量部、加硫助剤Ｂ０.５重量部、発泡剤４重量部、発泡助剤０.５重量部および消泡剤５部からなる各添加物が混入され、充分に混合されることで得られるものが利用されている。
【００１８】
前記第１段階Ｓ１は、前記第１型２２内(第１下型２２ｂ内)に前記原料１０を所定量注入し(図２(ａ)参照)、該第１型２２を密閉後、１２５℃まで昇温させ８０分間維持することで行われる。この第１段階Ｓ１を経ることで、前記原料１０が加硫・発泡化され、前記第１型２２と同一寸法の第１中間成形品１２が得られる(図２(ｂ)参照)。
【００１９】
次の第２段階Ｓ２は、図３に示す如く、前記第１型２２と同一の構造を有し、夫々に電気ヒーター等の加熱手段３０を備える熱板３２,３２に狭持されると共に、密閉的に閉成することで第２キャビティ２４ｃを画成する第２上型２４ａおよび第２下型２４ｂから構成され、図示しない制御機構により開閉および温度制御自在になっている第２型２４を用いて行なわれる。ここで前記第２キャビティ２４ｃの大きさは、製品寸法(φ９０球形状)と同一に設定されている。前記第１段階Ｓ１で得られた第１中間成形品１２を、前記第２キャビティ２４ｃ内に入れて(図３(ａ)参照)、１４０℃に加熱して１時間維持することで、ほぼ加硫・発泡化が完了した第２中間成形品１４が得られる(図３(ｂ)参照)。
【００２０】
続いて、前記第２型２４内に第２中間成形品１４を保持したまま、硬化工程である第３段階Ｓ３に移行する。この第３段階Ｓ３は、前記第２段階Ｓ２引続いて、処理温度を漸次昇温させて連続的に行なわれる段階である。この第３段階Ｓ３は、保持温度は１７０℃を４５分間保持することで行なわれ、前記第２段階Ｓ２の保持温度である１４０℃から該第３段階Ｓ３の保持温度である１７０℃までは５分で昇温される。この第３段階Ｓ３は、前記第２中間成形品１４をエボナイト化させて最終成形品１６とする段階であるが、他にその大きさ故に前記第２段階Ｓ２で中心部まで熱が充分に伝わらず、加硫・発泡化が完全でなかった部位の加硫・発泡化を更に促進・完了させる作用も期待できる。
【００２１】
また、第２段階Ｓ２から第３段階Ｓ３への移行は、実質的に温度の漸次昇温のみで行なわれるものであるので、処理対象物である第２中間成形品１４を前記第２型２４からの取外す必要がない。すなわち第２中間成形品１４は、第２段階Ｓ２から第３段階Ｓ３への移行に際して熱を放出することがないので、放冷後の再加熱による表面部および中心部の温度差が解消し、結果不完全な発泡やエボナイト化時のクラックを発生させることがない。
【００２２】
そして最終的に蓄熱状態にある最終成形品１６を、前記第２型２４内から取外して、例えば空気を強制的に吹付ける等して急速冷却して製品とするものである。またこの急速冷却に代えて室温中に放置して徐冷してもよい。他に図４に示す如く、前記最終成形品１６を前記第２型２４内に保持したまま、この第２型２４を狭持している熱板３２,３２間から取外して該第２型２４ごと水槽等の液冷手段３４に入れることで水冷することで冷却してもよい。前記液冷手段３６としては、他にシャワー等を利用した噴霧冷却や、水の代りに油等を利用する方法も採用し得る。このように液冷手段３６によって冷却を施した場合、前記最終成形品１６の寸法の安定性向上が期待できる。
【００２３】
前述の第１段階Ｓ１および第２段階Ｓ２は、その生産工程によっては一定時間の間隔を開けて行なわれることがある。この場合、常温状態の前記第１中間成形品１２は、急激に前記第２段階Ｓ２の処理温度である１４０℃に昇温されることになるので、加硫・発泡不良等の弊害が起ることが考えられる。このため前述のように第１段階Ｓ１および第２段階Ｓ２の間に一定時間以上の間隔がある際には、予め前記第１中間成形品１２を恒温槽にて予熱する予備加熱段階Ｓ４を施すようにしてもよい。この予備加熱段階Ｓ４は７０℃前後で１時間程度行なわれるものである。
【００２４】
本実施例では、ゴムの主原料としてＳＢＲを用いたが、これに限定されるものではなく、加熱等の手段によってエボナイト化が可能なゴムであれば好適に採用し得る。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明した如く、本発明に係る硬質スポンジゴム成形品の製造方法によれば、これまで別工程であった発泡工程および硬化工程を連続的に行なうようにしたので、加硫および発泡を完全に完了させると共に、該加硫および発泡で用いられた熱エネルギーを無駄にすることなくエボナイト処理を施し得る長所を有する。従って一定以上の大きな寸法の製品であっても、その内部にクラックを生じることのない硬質スポンジゴム成形品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る硬質スポンジゴム成形品の製造方法の温度−時間グラフである。
【図２】硬質スポンジゴム成形品の製造方法の第１段階を示す概略図である。
【図３】硬質スポンジゴム成形品の製造方法の第２および第３段階を示す概略図である。
【図４】従来技術に係る硬質スポンジゴム成形品の製造方法の温度−時間グラフである。
【図５】従来技術に係る硬質スポンジゴム成形品の製造方法を示す概略図である。
【図６】従来技術に係る硬質スポンジゴム成形品の製造方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１０原料
１２第１中間成形品(中間成形品)
１４第２中間成形品(中間成形品)
１６最終成形品
２２第１型(第１の型)
２４第２型(第２の型)
３６液冷手段

Claims

ゴム生地を主とする原料(10)を型内で加硫・発泡させて硬質スポンジゴム成形品を製造するに際し、
前記原料(10)を第１の型(22)内で第１の所定温度下に加硫・発泡させ、得られた中間成形品(12)を第２の型(24)に移し、
前記中間成形品(12)を第２の型(24)内で、前記第１の温度より高い第２の所定温度下に加硫・発泡を進行させ、
次いで同じく第２の型(24)内で前記中間成形品(14)を前記第２の温度から、これより高い第３の所定温度まで漸次昇温させ、
この第３の所定温度を所定時間に亘り維持して、この間に加硫・発泡を引続き進行させると共に、前記中間成形品(14)のエボナイト化を併せて進行させ、その後に脱型することで最終成形品(16)を得るようにした
ことを特徴とする硬質スポンジゴム成形品の製造方法。
前記第２の型(24)から脱型された最終成形品(16)は、室温放置により徐冷される請求項１記載の硬質スポンジゴム成形品の製造方法。
前記第２の型(24)から脱型された最終成形品(16)は、空気吹付けにより急速冷却される請求項１記載の硬質スポンジゴム成形品の製造方法。
前記第２型(24)での第３所定温度維持の完了後に、この第２型(24)を液冷手段(34)で急速冷却し、この冷却完了後に該第２型(24)から脱型することで前記最終成形品(16)を得るようにした請求項１記載の硬質スポンジゴム成形品の製造方法。