JP6516193B2 - ゴム部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主として義肢装具の表面材や靴底、クッション部材、その他に用いる、ゴム部材の製造方法に関する。

従来、ゴム部材は、その弾性やクッション性を利用して、自動車のタイヤや靴底、建築材など、様々な用途で用いられている。また、様々な用途に合わせて、ゴムをそのまま用いる場合や、ゴムの内部に空気を含ませて柔軟性や伸縮性の高い発泡ゴムを用いる場合がある。そして、発泡ゴムが用いられる例として、ウェットスーツなどがある。ウェットスーツには、柔軟性や伸縮性のほか、気密性が高い点に着目されて、発泡ゴムが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−３３１３０９号公報

しかしながら、ウェットスーツなどに用いられる発泡ゴムは、まだ柔軟性が十分とは言えず、例えばウェットスーツに用いた場合、脱ぎ履きがしづらい。また、従来のゴムや発泡ゴムでは、全ての用途に最適なものが見つかるとは言えず、柔軟性や表面の質感などについて様々な要望がある。

そこで、本願の発明者は、従来よりも柔軟性が高い、つやのある質感のゴム部材を開発すべく鋭意研究を行った。その結果、発泡ゴムの成形品をさらに加工することにより、従来にない、柔軟性が高く、表面につやのある質感のゴム部材を製造することに成功した。

発明者は、当初ゴム材料の選別、発泡剤や架橋剤の選別などにより、一から新規の発泡ゴム部材の製造を試みたが、所望の性能を有するゴム部材には至らなかった。そこで、発明者は、既に成形品となった発泡ゴムを加工することに新たに着目し、所定の発泡ゴム成形品を加工することで所望の性能を有するゴム部材を製造することに成功し、本発明を成すに至ったものである。

本発明に係る一の態様のゴム部材の製造方法は、クロロプレンゴムの発泡ゴム成形品を、所定形状にカットして型枠に入れる工程と、前記型枠内の発泡ゴム成形品を加熱及び圧縮する工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、柔軟性が高く、表面につやのある質感のゴム部材を製造することができる。ここで、発泡ゴム成形品を所定形状にカットとは、発泡ゴム成形品を型枠の型と略同形状とするなど、型枠に収まるように発泡ゴム成形品をカットすることをいう。なお、型枠がない状態で、発泡ゴム成形品を加熱及び圧縮する工程を行うと、当該工程後のゴム部材が柔軟性を帯びず固くなる。

また、このゴム部材の製造方法は、前記発泡ゴム成形品が、クロロプレンゴムの原料ゴムに少なくとも発泡剤と架橋剤を混練する工程と、混練したゴムを密閉された型内に流し込み加硫を行う工程と、を含む工程により成形されている。

また、このゴム部材の製造方法は、前記加熱及び圧縮する工程において、加熱温度が１２０℃から１８０℃までの間であり、圧力が３００ｇ／ｃｍ²から１２００ｇ／ｃｍ²までの間であり、加熱及び圧縮する時間が６分から１２分の間である。この構成により製造されたゴム部材は、従来よりも柔軟性が高く、表面につやのある質感を有する。また、このゴム部材は粘弾性を有し、グリップ力も高い。

また、このゴム部材の製造方法は、前記加熱及び圧縮する工程において、加熱温度が５０℃から３００℃までの間であり、圧力が２００ｇ／ｃｍ²から４０００ｇ／ｃｍ²までの間であり、加熱及び圧縮する時間が５分から６０分の間である。

また、このゴム部材の製造方法は、前記加熱及び圧縮する工程が、エア抜きを行う工程を有する。

本発明に係る一の態様の義肢装具の表面材の製造方法は、上記いずれかの製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備えることを特徴とする。ここで、所定形状にカットするとは、義肢装具の形状に基づき、義肢を装着する人体部分の形状に合うようにカットする。この構成によれば、ゴム部材が柔軟性が高く、かつ、人肌のような表面であるため、これを義肢装具に取り付けることで、フレキシブルで人の体のような自然な義肢装具とできる。

本発明に係る一の態様の靴底の製造方法は、上記いずれかの製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備えることを特徴とする。また、靴底以外にもその他スリッパなどに適用してもよい。

本発明に係る一の態様のクッション材の製造方法は、上記いずれかの製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備えることを特徴とする。ここで、クッション部材とは、例えばレバーやハンドルなどの把持部に取り付けるものをいう。また、このゴム部材は、その他マットやサドルカバー、階段、つり革や杖の把持部などに適用してもよい。

本発明に係る一の態様の服飾生地の製造方法は、上記いずれかの製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備えることを特徴とする。そして、この服飾生地を用いて、例えばウェットスーツや登山用スーツ、その他の装身具を製造することができる。これにより、柔軟性が高く、遮熱性が高い装身具となる。

本発明に係る一の態様の輸送器機の表面材の製造方法は、上記いずれかの製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備えることを特徴とする。ここで、輸送器機には、例えば潜水艦や船などの海上輸送器機が含まれる。海上輸送器機の表面材にこのゴム部材を使用することで、水の抵抗を低減することができる。

本発明のゴム部材によれば、柔軟性が高く、表面につやのある質感のゴム部材を製造することができる。

プレス機械の概略図である。 靴底に適用したゴム部材の写真である。 ゴム部材の製造に用いる発泡ゴム成形品の写真である。 ゴム部材と発泡ゴム成形品を比較した写真である。 ゴム部材を用いた下腿義足の斜視図である。 靴を履いた状態の下腿義足を示す図である

以下、本発明に係る一実施形態について説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。本実施形態のゴム部材の製造方法について、一例として、１０ｍｍの板状の発泡ゴム成形品を用いて、３ｍｍのゴム部材を製造する方法を説明する。

＜１．発泡ゴム成形品＞
本実施形態に用いた発泡ゴム成形品は、板状のクロロプレンの発泡ゴムであって、硬度が約５、密度が約０．２４、厚さ１０ｍｍの成形品である。なお、この発泡ゴム成形品は、例えば次のようにして製造される。まず、クロロプレンの原料ゴムに、有機発泡剤、架橋剤、軟化剤、補強剤を入れて混練する。そして、これらが混練された原料ゴムを密閉された型に入れ、型内で加硫を行いながら発泡剤の分解によって、内部に気泡が入った発泡ゴム成形品が製造される。

＜２．ゴム部材の製造方法＞
続き、本実施形態のゴム部材の製造方法について説明する。図１は、発泡ゴム成形品を加熱及び圧縮する金属製のプレス機械の概略図である。図１に示すように、金属製のプレス機械の型枠にはまる形状に発泡ゴム成形品をカットする。そして、この発泡ゴム成形品を型枠にはめこむ。

次に、このプレス機械の温度を一例として１６５℃に設定して、型枠の上方からプレス部を下方におろし、型枠内にある発泡ゴム成形品を押圧する。なお、この時のプレス圧は一例として４００ｇ／ｃｍ²である。

そして、型枠内の発泡ゴム成形品をプレスした状態を所定時間維持する。なお、この所定時間は一例として８分である。また、プレスした状態の間、定期的にエア抜きを行う。そして、プレスした状態を８分間維持した後、プレス部を上にあげてプレスを終了する。

そして、プレスされたゴム部材を型枠から取り出し、一部はみ出した余分な部分をカットして、厚さ３ｍｍのゴム部材が完成する。そして、この工程により製造されたゴム部材は、従来よりも柔軟性が高く、表面につやのある質感のゴム部材となる。また、このゴム部材は粘弾性を有し、グリップ力も高い。

図２に、靴底に適用したゴム部材の写真を示す。図３に、ゴム部材の製造に用いる発泡ゴム成形品の写真を示す。図４に、ゴム部材と発泡ゴム成形品を比較した写真を示す。図２、図３に示すように、発泡ゴム成形品とこれにより製造されるゴム部材の表面の質感が全くことなり、ゴム部材の表面がつやのある人肌のような質感であることがわかる。また、図４に示すように、ゴム部材の柔軟性が大幅に向上していることがわかる。

＜３−１．靴底の製造方法＞
上記が本実施形態のゴム部材の製造方法であるが、上記のプレス機械の型枠を、靴底の形状にすることにより、上記の工程でこのゴム部材を用いた靴底となる。なお、本実施形態の靴底は、単体で靴底として用いるものでなく、アウトソールの底に接着して用いる。そして、この柔軟性の高いゴム部材の靴底を接着することにより、歩行時にクッション材として機能することで、足への負担を減少させることができる。

＜３−２．義肢装具の製造方法＞
次に、義肢装具にこのゴム部材を用いた例を説明する。一例として、義肢装具の１つである下腿義足について説明する。下腿義足にゴム部材を用いる場合、上記のプレス機械の型枠を例えば矩形の板状にして、薄い矩形のゴム部材を製造し、このゴム部材を下腿義足の表面材として用いる。

まず、下腿義足の構造について説明する。図５は、下腿義足用カバー１０を取り付けた状態の下腿義足の斜視図であって、下腿義足用カバー１０を透過させ、下腿義足の構造を示す斜視図である。なお、この図において下腿義足用カバーは点線で示す。

図５に示すように、下腿義足２０は、ソケット２１と、足部２３と、これらを繋ぐ板バネ２２とを主要な構成として備える。

図５に示すように、ソケット２１は、後方に板バネ２２を取り付ける取り付け部２１ａを備え、上方に人の膝及び大腿下方を入れる空間部２１ｂを備える。取り付け部２１ａは、ソケット２１の後方で、人のふくらはぎの最も膨らんだ部分からふくらはぎの上部あたりに配されている。取り付け部２１ａは、上方が滑らかに丸くなっていて、ソケット２１から滑らかに繋がっている。

図５に示すように、板バネ２２は、上部がソケット２１の取り付け部２１ａに埋設されて固定されている。板バネ２２は、ソケット２１の取り付け部２１ａから後方に延在し、下方の踵部付近で湾曲して、前方に延在している。板バネ２２の前方の裏面が、足部２３の底部２３ａにしっかりと固定されている。また、板バネ２２の前方の表面には、足型の外装部２３ｂが設けられている。

図５に示すように、足部２３は、底部２３ａと外装部２３ｂと踵部２３ｃとを備えている。底部２３ａは、靴のソールのような足裏型の形状であり、弾性部材で構成されている。弾性部材とは例えばゴムである。底部２３ａの後方には、踵部２３ｃが設けられている。踵部２３ｃは、前方から後方にかけて高くなっている。踵部２３ｃは底部２３ａ同様、弾性部材で構成されている。

そして、本実施形態の矩形板状のゴム部材を、下腿義足用カバー１０の表面形状に沿うようにカットし、下腿義足用カバー１０の表面に接着する。これにより、柔軟性があり、表面につやのある人肌のような質感を備えた下腿義足となる。さらに、このゴム部材の元となる発泡ゴム成形品に、肌色の発泡ゴム成形品を用いることで、柔軟性を備え、かつ、人の足のような美観を備える下腿義足とすることができる。なお、図６は、靴を履いた状態の下腿義足を示す図であり、下腿義足の表面材に使用したゴム部材１を墨黒で示す。

＜３−３．その他の製造方法＞
このゴム部材は、上記した靴底や義肢装具の表面材に適用できるほか、次のようなものに適用してもよい。例えば、スリッパやレバーやハンドルなどの把持部に取り付けるクッション部材、その他マットやサドルカバー、階段、つり革や杖の把持部などに適用してもよい。この場合、これらに適合する型枠を使用して製造してもよいし、一旦矩形板状のゴム部材を製造した後、それぞれの形状にカットして製造してもよい。

また、このゴム部材は、非常に柔軟性が高いため、ウェットスーツの素材として用いることで、従来よりも脱ぎ履きがしやすく、動きやすいウェットスーツとなる。さらに、このゴム部材は、遮熱性も高いため、ウェットスーツに好適である。また、ウェットスーツ以外にも、冬山や登山などで使用される防寒具、例えばアウターなどとしても好適である。

また、このゴム部材は、非常に柔軟性が高く、かつ、粘弾性を有しているので、潜水艦や船などの海上輸送機の表面を覆う表面材として使用してもよい。その理由は、このゴム部材は、柔軟性が高いため様々な表面形状に沿ってフレキシブルに装着することができる。もう１つの理由は、このゴム部材は粘弾性を有するため、海上輸送機の表面材として使用することで、走行時に乱流遷移遅延効果及び摩擦抵抗軽減効果を奏し、水の抵抗を低減することができる。このことは、イルカがサメに比べて筋肉量が十分でないにも関わらず、粘弾性皮膜（柔軟な肌）を有するイルカが水中で高速走行できることと同じ原理である（非特許文献：遠藤誉英・姫野龍太郎ら「粘弾性皮膜による流体制御の数値シミュレーション」）。

＜４．ゴム部材の製造方法の検証＞
また、本願の発明者は、ゴム部材の製造方法について、種々の条件で製造方法を検証した。

（温度について）
まず、加熱及び圧縮時の温度について、２０℃から５００℃の範囲で製造方法を検証した。検証方法は、温度以外の条件を一定にして、温度条件を変更してゴム部材を製造することにより行った。

その結果、２０℃から５０℃未満では、加熱圧縮後のゴム部材はほとんど圧縮されることなく、柔軟性や表面の質感に変化はなかった。また、３００℃を超えると加熱圧縮時に発泡ゴム成形品が溶解してゴム部材とすることは困難であった。

そして、５０℃から３００℃の間においては、一定程度圧縮され、柔軟性や表面の質感が向上した。特に、１２０℃から１８０℃の間において、十分に圧縮され、柔軟性が高く、表面がつやのある質感のゴム部材となることがわかった。

（圧力について）
次に、加熱及び圧縮時の圧力について、４０ｇ／ｃｍ²から１２０００ｇ／ｃｍ²の範囲で製造方法を検証した。検証方法は、圧力以外の条件を一定にして、圧力条件を変更してゴム部材を製造することにより行った。

その結果、４０ｇ／ｃｍ²から２００ｇ／ｃｍ²未満では、加熱圧縮後のゴム部材はほとんど圧縮されることなく、柔軟性や表面の質感に変化はなかった。また、４０００ｇ／ｃｍ²を超えると加熱圧縮後のゴム部材の硬度が高すぎ、柔軟性を得られなかった。

そして、２００ｇ／ｃｍ²から４０００ｇ／ｃｍ²の間においては、一定程度圧縮され、柔軟性や表面の質感が向上した。特に、３００ｇ／ｃｍ²から１２００ｇ／ｃｍ²の間において、十分に圧縮され、柔軟性が高く、表面につやのある質感のゴム部材となることがわかった。

（時間について）
次に、加熱及び圧縮時の時間について、１分から１００分の範囲で製造方法を検証した。検証方法は、時間以外の条件を一定にして、時間条件を変更してゴム部材を製造することにより行った。

その結果、１分から５分未満では、加熱圧縮後のゴム部材はあまり圧縮されず、柔軟性や表面の質感に変化は十分でなかった。また、６０分を超えると加熱圧縮後のゴム部材の硬度が高すぎ、柔軟性を得られなかった。

そして、５分から６０分の間においては、一定程度圧縮され、柔軟性や表面の質感が向上した。特に、６分から１２分の間において、十分に圧縮され、柔軟性が高く、表面がつやのある質感のゴム部材となることがわかった。

（型枠について）
次に、型枠について製造方法を検証した。検証方法は、周囲を囲む側壁のある型枠を用いた製造と、型枠なし（すなわち、広い鉄板の上に発泡ゴム成形品を置いて、上からプレスするイメージ）での製造について、それぞれ検証した。

その結果、型枠なしで発泡ゴム成形品を加熱圧縮すると、加熱圧縮後のゴム部材の硬度が非常に高くなり、柔軟性のないゴム部材となった。これにより、本発明において、型枠を用いることが極めて重要であることがわかった。

（まとめ）
以上から、本発明においては、温度と圧力と時間と型枠が重要であり、その中でも温度と圧力と型枠が重要で、とりわけ型枠の存在が極めて重要であることがわかった。

以上のとおり、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、本実施形態では、一例として厚さ１０ｍｍの発泡ゴム成形品を用いた厚さ３ｍｍのゴム部材の製造について説明したが、これに限られず、発泡ゴム成形品の厚さは１０ｍｍ以上や以下でもよく、製造されるゴム部材の厚さも３ｍｍ以上や以下でもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ ゴム部材（下腿義足の表面材）
１０ 下腿義足用カバー
２０ 下腿義足
２１ ソケット
２１ａ 取り付け部
２１ｂ 空間部
２２ 板バネ
２３ 足部
２３ａ 底部
２３ｂ 外装部
２３ｃ 踵部

Claims (9)

1. クロロプレンゴムの発泡ゴム成形品を、所定形状にカットして型枠に入れる工程と、
   前記型枠内の発泡ゴム成形品を加熱及び圧縮する工程と、を備え、
   前記加熱及び圧縮する工程は、
   エア抜きを行う工程を有する、
   ゴム部材の製造方法。
2. 前記発泡ゴム成形品は、
   クロロプレンゴムの原料ゴムに少なくとも発泡剤と架橋剤を混練する工程と、
   混練したゴムを密閉された型内に流し込み加硫を行う工程と、
   を含む工程により成形されている、
   請求項１に記載のゴム部材の製造方法。
3. 前記加熱及び圧縮する工程は、
   加熱温度が１２０℃から１８０℃までの間であり、
   圧力が３００ｇ／ｃｍ²から１２００ｇ／ｃｍ²までの間であり、
   加熱及び圧縮する時間が６分から１２分の間である、
   請求項１又は２に記載のゴム部材の製造方法。
4. 前記加熱及び圧縮する工程は、
   加熱温度が５０℃から３００℃までの間であり、
   圧力が２００ｇ／ｃｍ²から４０００ｇ／ｃｍ²までの間であり、
   加熱及び圧縮する時間が５分から６０分の間である、
   請求項１又は２に記載のゴム部材の製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備える、
   義肢装具の表面材の製造方法。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備える、
   靴底の製造方法。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備える、
   クッション材の製造方法。
8. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備える、
   服飾生地の製造方法。
9. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の製造方法により製造されたゴム部材を、所定形状にカットする工程を備える、
   輸送器機の表面材の製造方法。