JP6590010B2

JP6590010B2 - 加硫用モールドの洗浄装置および方法

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Publication number: JP6590010B2
Application number: JP2018022230A
Authority: JP
Inventors: 三雄辻; 善範和泉
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2019-10-16
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: EP3750680A4; WO2019155715A1; EP3750680A1; US11897218B2; US20210039345A1; JP2019136937A

Description

本発明は、レーザ光を用いた加硫用モールドの洗浄装置および方法に関し、さらに詳しくは、加硫工程における加硫ゴムの離型時に、レーザ光を用いて洗浄した洗浄対象部に加硫ゴムが付着残存して、ゴム製品にゴム欠損が生じることをより簡便に防止できる加硫用モールドの洗浄装置および方法に関するものである。

タイヤ等のゴム製品を製造する際に使用する加硫用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、プラズマ洗浄方法、レーザ光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、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や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くメンテナンス作業にも時間を要するため、効率性を考慮するとレーザ光洗浄方法がより望ましい。

しかしながら、レーザ光によって洗浄した加硫用モールドを用いて加硫を行うと、加硫ゴムを離型した際にモールドの成形面に加硫ゴムが付着残存して、ゴム製品にゴム欠損が生じるという問題がある（特許文献１参照）。この問題に対して特許文献１では、成形面を所望の凹凸状態にするようにレーザ光を照射することが提案されている。ところが、成形面を特許文献１で提案されている所望の凹凸状態（隣接する２つの凸部分の間の平均間隔が４．７μｍ以下）になっているか否かを確認すること自体が困難である。

特開２０１６−３４７０７号公報

本発明の目的は、加硫工程における加硫ゴムの離型時に、レーザ光を用いて洗浄した洗浄対象部に加硫ゴムが付着残存して、ゴム製品にゴム欠損が生じることをより簡便に防止できる加硫用モールドの洗浄装置および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加硫用モールドの洗浄装置は、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加硫用モールドの洗浄対象部に照射するレーザヘッドとを備えたモールドの洗浄装置において、前記洗浄対象部に前記レーザ光を照射する際には前記洗浄対象部の前記レーザ光が照射されている照射範囲を不活性ガスの雰囲気下にすることを必須条件として設定されたガス供給部を備えて、前記レーザ光の照射が前記不活性ガスの雰囲気下で行われることで、前記レーザ光の照射により洗浄された前記洗浄対象部の表面に突起高さがナノメータレベルの超微細な突起が発生することが抑制される構成にしたことを特徴とする。

本発明の加硫用モールドの洗浄方法は、加硫用モールドの洗浄対象部にレーザ光を照射して洗浄する加硫用モールドの洗浄方法において、前記洗浄対象部に前記レーザ光を照射する際には前記洗浄対象部の前記レーザ光が照射されている照射範囲を不活性ガスの雰囲気下にすることを必須条件にして、前記レーザ光の照射を前記不活性ガスの雰囲気下で行うことで、前記レーザ光の照射により洗浄された前記洗浄対象部の表面に突起高さがナノメータレベルの超微細な突起が発生することを抑制することを特徴とする。

本発明によれば、不活性ガスの雰囲気下で洗浄対象部にレーザ光を照射することで、洗浄対象部の汚れを除去し、かつ洗浄した洗浄対象部に、ナノレベルの大きさの超微細な突起が形成されることを抑制できる。これにより、加硫ゴムを離型する際、洗浄した洗浄対象部に加硫ゴムが付着残存して、ゴム製品にゴム欠損が生じることをより簡便に防止できる。

加硫用モールドの洗浄装置の実施形態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。モールドを洗浄している状態を側面視で例示する説明図である。モールドを洗浄している状態を正面視で例示する説明図である。照射範囲およびその周辺範囲とカバーとで囲んだ空間に不活性ガスを充填して洗浄している状態を正面視で例示する説明図である。図６のカバーとモールドを平面視で例示する説明図である。洗浄装置の別の実施形態によってモールドを洗浄している状態を断面視で例示する説明図である。図８のカバーの内部を平面視で例示する説明図である。

本発明の加硫用モールドの洗浄装置および方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。尚、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加硫用モールドの洗浄に用いることができる。

図１に例示する加硫用モールドの洗浄装置１の実施形態は、タイヤ加硫用モールド１１（以下、モールド１１という）の洗浄対象部に付着した汚れＸを、レーザ光Ｌを用いて除去する。この洗浄装置１は、レーザ発振器２と、レーザヘッド３と、不活性ガスＧを供給するガス供給部７とを備えている。レーザ発振器２とレーザヘッド３とは光ファイバーケーブル２ａによって接続されている。ガス供給部７は、不活性ガスＧが収容されているタンク８と、ホースを介してタンク８に接続されている供給ノズル９とを有している。

この洗浄装置１はさらに、レーザヘッド３が取り付けられるアーム５と、アーム５やレーザヘッド３の動きを制御する制御部６とを備えている。アーム５はアームベース４に回転自在に取り付けられていて、複数のアーム部５ａ、５ｂを回転自在に接続して構成されている。アーム５の先端部にレーザヘッド３が着脱自在に装着される。

アーム５の動きを制御することにより、レーザヘッド３を三次元の所望の位置に移動させることができる。アーム５の先端部に供給ノズル９も装着されているので、供給ノズル９の先端を常にレーザ光Ｌの照射方向に向けることができる。

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３に送られる。レーザ光Ｌはレーザヘッド３からモールド１１の洗浄対象部となる成形面１２に照射される。

ガス供給部７は、タンク８に収容されている不活性ガスＧを、供給ノズル９から、レーザ光Ｌが照射されている成形面１２の照射範囲またはその周辺に向かって供給する。これにより、照射範囲を不活性ガスＧの雰囲気下にする。

レーザ光Ｌには、モールド１１の洗浄に従来使用されているレーザ光Ｌを用いることができる。照射するレーザ光Ｌの具体的な仕様は、例えば以下のとおりである。レーザ光Ｌの種類は、特に指定はないが、Ｙｂ−ＹＡＧレーザ光（波長１０３０ｎｍ）、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ光（波長１０６４ｎｍ）が望ましい。レーザ光Ｌの光源出力は１Ｗ〜５ｋＷ、パルス幅は１ｎｓ〜５００ｎｓ、パルスエネルギーは１ｍＪ〜０．１Ｊ、パルス周波数は１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、フルエンスは０．５Ｊ／ｍ²〜４．０Ｊ／ｍ²、ビーム径（直径）は０．１ｍｍ〜３ｍｍ、パルスオーバラップは０〜１００％、ラインオーバーラップは０〜１００％である。

この実施形態では、ピンポイントでレーザ光Ｌを照射するレーザヘッド３を備えているが、レーザヘッド３はこのタイプに限らない。例えば、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タイプのレーザヘッド３を採用することもできる。レーザヘッド３は１本に限らず、複数本を有する仕様にすることもできる。同じタイプのレーザヘッド３を複数本有することも、異なるタイプのレーザヘッド３を組み合わせて有する仕様にすることもできる。

洗浄するモールド１１は通常タイプに限らず、図２に示すスタッドレスタイヤ加硫用モールドを例示できる。このモールド１１の成形面１２は、突設された溝成形突起１３およびサイプ成形突起１４を有している。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はモールド１１の母材と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。サイプ成形突起１４や薄肉の溝成形突起１３の表面および根元部分は、モールド１１の洗浄の際には汚れＸを除去し難い部分となる。尚、図中に記載されている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、洗浄する別の種類のモールド１１としては、図３に示す空気入りタイヤ加硫用鋳継ぎモールドを例示できる。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１８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１１を洗浄の際には汚れＸを除去し難い部分となる。

次に、モールド１１の洗浄方法を説明する。

モールド１１の洗浄は、閉空間となる洗浄ブースで行う。この実施形態では、セクターモールド１１を１個ずつ洗浄するので、図１に例示するように１つのセクターモールド１１を所定位置に設置する。その後、アーム５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３を洗浄する成形面１２に沿って移動させる。このようにレーザヘッド３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。ここで、レーザ光Ｌが照射されている照射範囲に向かって、供給ノズル９から不活性ガスＧを供給して、照射範囲を不活性ガスＧの雰囲気下にする。

不活性ガスＧとしては、窒素ガス、アルゴンガス等を用いることができる。入手し易さ、コストや取扱い性等の観点から、不活性ガスＧとして窒素ガスを用いることが好ましい。

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。洗浄対象部となる成形面１２の範囲を網羅するようにレーザヘッド３を移動させつつ、不活性ガスＧの雰囲気下でレーザ光Ｌを照射して洗浄を行う。

この実施形態では、不活性ガスＧをレーザ光Ｌの照射範囲またはその周辺範囲に向かって供給しながらレーザ光Ｌを照射している。これにより、照射範囲の不活性ガスＧの濃度を高く維持しつつ、不活性ガスＧの使用量を抑制するのに有利になっている。

不活性ガスＧは大気下では下方に溜まり易いので、図６、図７に例示するように、照射範囲およびその周辺範囲を覆う空間Ｓを不活性ガスＧが充填された状態にして、レーザ光Ｌを照射することもできる。この実施形態では、照射範囲およびその周辺範囲とで空間Ｓを囲むカバー１０を設けて、空間Ｓに不活性ガスＧを供給して充填した状態にしている。

このカバー１０は、上面にタイヤ幅方向に延在する開口部１０ａを有している。レーザヘッド３は開口部１０ａの延在方向に沿って移動しながらレーザ光Ｌを照射して成形面１２を洗浄する。このカバー１０はモールド１１に対して移動可能になっているので、レーザヘッド３のタイヤ周方向への移動に伴って、カバー１０を移動させることで成形面１２の全体を洗浄することが可能になっている。

このようなカバー１０を設けることによって、不活性ガスＧの拡散を防止して空間Ｓの不活性ガスＧの濃度を高く維持し易くなる。ただし、不活性ガスＧは大気下では急激に拡散することはないので、このカバー１０を省略して、単純に空間Ｓに不活性ガスＧを供給して空間Ｓを不活性ガスＧが充填された状態にすることもできる。

このように洗浄したモールド１１を用いて、未加硫ゴム（グリーンタイヤ）を加硫してタイヤを製造し、そのタイヤ（加硫ゴム）をモールド１１から離型させる。本発明によれば、レーザ光Ｌを用いて洗浄した成形面１２に加硫ゴムが付着残存して、タイヤにゴム欠損が生じるという不具合は発生しない。

従来のよう大気下でレーザ光Ｌを成形面１２に照射して汚れＸを除去し、その洗浄した成形面１２を拡大して観察すると、その他の洗浄方法では生じない超微細な突起が形成されていることを本願発明者らは確認した。この超微細な突起の高さはｎｍのレベル（１ｎｍ〜数百ｎｍ程度）である。一方、不活性ガスＧの雰囲気下でレーザ光Ｌを照射して成形面１２を洗浄すると、洗浄した成形面１２には上述した超微細な突起の発生を抑制できることを本願発明者らは確認した。

したがって、レーザ光Ｌを照射して洗浄した成形面１２に形成される超微細な突起が、加硫工程において加硫ゴムを離型させる時に、洗浄した成形面１２に加硫ゴムを付着残存させる一因と推定される。本発明では、レーザ光Ｌによる汚れＸの除去が、不活性ガスＧの濃度が濃い雰囲気下で行われる。即ち、レーザ光Ｌの照射が、空気（通常の大気成分）が排除された雰囲気下で行われることで、レーザ光Ｌで洗浄した成形面１２に超微細な突起が形成されることが抑制されると考えらえる。それ故、レーザ光Ｌの照射範囲を不活性ガスＧの雰囲気下にするという簡便な手段によって、レーザ光Ｌを用いて洗浄した洗浄対象部に加硫ゴムが付着残存して、ゴム製品にゴム欠損が生じるという不具合を防止できる。

レーザ光Ｌの照射範囲の不活性ガスＧの濃度は適切な範囲を設定し、設定した適切な濃度範囲になるように、ガス供給部７からの不活性ガスＧの供給量を制御する。不活性ガスＧの適切な濃度範囲は、例えば、不活性ガスＧの濃度を複数水準に異ならせた雰囲気下でレーザ光Ｌを所定の照射条件にして成形面１２を洗浄する。それぞれの濃度水準の雰囲気下で洗浄した成形面１２について、離型時に加硫ゴムが付着残存する程度を把握する。そして、成形面１２に加硫ゴムが付着残存しなかった場合の不活性ガスＧの濃度を、レーザ光Ｌのその所定の照射条件における不活性ガスＧの適切な濃度範囲に設定すればよい。

尚、不活性ガスＧを供給する主目的は、レーザ光Ｌを照射して汚れＸを除去した成形面１２に、上述した超微細な突起を形成させないことである。そのため、除去した汚れＸを、供給ノズル９から供給した不活性ガスＧの噴流によって吹き飛ばす必要はない。したがって、本発明では、レーザ光Ｌの照射により除去された汚れＸを、不活性ガスＧの噴流で吹き飛ばさないように不活性ガスＧを供給して、レーザ光Ｌが照射されている照射範囲を不活性ガスＧの雰囲気下にすれば十分である。

図８、図９に例示する洗浄装置１の実施形態では、複数のセクターモールド１１を一度に洗浄する。即ち、１本のグリーンタイヤを加硫するために必要な数のセクターモールド１１が成形面１２を内側にして環状に配置されている。それぞれのモールド１１は受け台１０ｂに載置されている。それぞれのモールド１１は上面に開口部１０ａを有するカバー１０によって覆われている。

上下移動可能なアーム５は開口部１０ａを挿通して、環状に配置されたモールド１１の環状中心部で上下に延在している。アーム５の先端部にはレーザヘッド３が取り付けられている。供給ノズル９はカバー１０の上面に取付けられている。アーム５はその上下軸心を中心にして回転可能になっていて、レーザヘッド３もアーム５とともに回転する。このレーザヘッド３は上下に首振り可能になっている。

それぞれのモールド１１の成形面１２を洗浄する際には、アーム５を回転させつつレーザヘッド３からレーザ光Ｌを照射する。また、適宜、アーム５の上下移動とレーザヘッド３の上下の首振りを行って、レーザヘッド３を成形面１２の必要範囲に移動させてレーザ光Ｌによる洗浄を行う。カバー１０の内部には供給ノズル９から不活性ガスＧを供給して、成形面１２のレーザ光Ｌが照射されている照射範囲およびその周辺範囲を覆う空間Ｓを不活性ガスＧが充填された状態にする。このようにして、レーザ光Ｌの照射範囲を不活性ガスＧの雰囲気下にして洗浄を行う。

この実施形態では、一度に多数のモールド１１を洗浄できるメリットがある。アーム５をその上下軸心を中心に回転させる構造ではなく、受け台１０ｂをアーム５の上下軸心を中心に回転させる構造にすることもできる。また、この実施形態では、環状に配置されたそれぞれのモールド１１が、空間Ｓに供給された不活性ガスＧが拡散することを防止する。即ち、それぞれのモールド１１が、カバー１０としても機能するのでカバー１０を省略しても、空間Ｓに不活性ガスＧを充填した状態を比較的、長時間維持することができる。

モールド１１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のような複雑な形状の成形面１２を有する場合であっても、本発明によれば、汚れＸを効率的に除去することができる。そして、加硫工程における加硫ゴムの離型時に、洗浄した成形面１２には加硫ゴムが付着残存してタイヤにゴム欠損が生じることを防止できる。

尚、本発明は成形面１２に限らず、隣接するモールド１１どうしの合わせ面（対向面）などを洗浄対象部として洗浄する場合に適用できる。

乗用車用のスタッドレスタイヤ加硫用モールドの成形面にレーザ光を照射して、照射範囲を大気下にした場合（従来例）、窒素ガスの雰囲気下にした場合（実施例）との２通りで成形面の洗浄を行った。従来例と実施例の相違点は、照射範囲が大気下であるか窒素ガス雰囲気下であるかのみであり、その他の条件は同じにした。実施例では、一般的な窒素ガスボンベ（容量４７Ｌ）から成形面に向かって窒素ガスを供給した。窒素ガスの供給量は１０ｃｃ／ｓｅｃ以上に設定した。

洗浄後のモールドを使用してグリーンタイヤを加硫し、離型時に加硫ゴムが成形面に付着残存して、タイヤにゴム欠損が発生したか否かを確認した（Ｎ数はそれぞれ５本）。その結果、従来例ではすべてのタイヤにゴム欠損が発生したが、実施例ではゴム欠損が発生したタイヤは無かった。

１洗浄装置
２レーザ発振器
２ａ光ファイバーケーブル
３レーザヘッド
４アームベース
５アーム
５ａ、５ｂアーム部
６制御部
７ガス供給部
８タンク
９供給ノズル
１０カバー
１０ａ開口部
１０ｂ受け台
１１加硫用モールド
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
１８鋳継ぎ部
Ｌレーザ光
Ｓ空間
Ｘ汚れ

Claims

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加硫用モールドの洗浄対象部に照射するレーザヘッドとを備えたモールドの洗浄装置において、前記洗浄対象部に前記レーザ光を照射する際には前記洗浄対象部の前記レーザ光が照射されている照射範囲を不活性ガスの雰囲気下にすることを必須条件として設定されたガス供給部を備えて、前記レーザ光の照射が前記不活性ガスの雰囲気下で行われることで、前記レーザ光の照射により洗浄された前記洗浄対象部の表面に突起高さがナノメータレベルの超微細な突起が発生することが抑制される構成にしたことを特徴とする加硫用モールドの洗浄装置。
前記ガス供給部が、前記照射範囲またはその周辺範囲に向かって前記不活性ガスを供給する供給ノズルを有する請求項１に記載の加硫用モールドの洗浄装置。
前記ガス供給部が、前記照射範囲およびその周辺範囲とで、前記照射範囲およびその周辺範囲を覆う空間を囲むカバーと、前記空間に前記不活性ガスを供給する供給ノズルとを有する請求項１に記載の加硫用モールドの洗浄装置。
加硫用モールドの洗浄対象部にレーザ光を照射して洗浄する加硫用モールドの洗浄方法において、
前記洗浄対象部に前記レーザ光を照射する際には前記洗浄対象部の前記レーザ光が照射されている照射範囲を不活性ガスの雰囲気下にすることを必須条件にして、前記レーザ光の照射を前記不活性ガスの雰囲気下で行うことで、前記レーザ光の照射により洗浄された前記洗浄対象部の表面に突起高さがナノメータレベルの超微細な突起が発生することを抑制することを特徴とする加硫用モールドの洗浄方法。
前記不活性ガスを、前記照射範囲またはその周辺範囲に向かって供給しながら前記レーザ光を照射する請求項４に記載の加硫用モールドの洗浄方法。
前記照射範囲およびその周辺範囲を覆う空間を前記不活性ガスが充填された状態にして、前記レーザ光を照射する請求項４に記載の加硫用モールドの洗浄方法。
前記照射範囲およびその周辺範囲とで前記空間を囲むカバーを設けて、前記空間に前記不活性ガスを供給して充填した状態にする請求項６に記載の加硫用モールドの洗浄方法。
前記不活性ガスとして窒素ガスを使用する請求項４〜７のいずれかに記載の加硫用モールドの洗浄方法。
前記加硫用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４〜８のいずれかに記載の加硫用モールドの洗浄方法。