(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一のプレス成形加硫装置内で行うプレス成形加硫方法であって、
ゴム組成物が流動可能でかつゴム組成物中の加硫系配合薬品の分解が起きない低温度領域で、該ゴム組成物を加硫成形型によりプレス成形するプレス工程；
このプレス工程でのプレス成形後、成形状態を維持したまま加硫成形型の温度を加硫を促進させる温度に上昇させる昇温工程；及び
昇温させた高温度領域で、所定時間加硫を進行させる加硫工程；
を有することを特徴とするゴム組成物のプレス成形加硫方法。
【請求項２】
請求項１記載のゴム組成物のプレス成形加硫方法において、全ての工程は、真空雰囲気下で行われるゴム組成物のプレス成形加硫方法。
【請求項３】
対をなすゴム加硫成形型の一方を保持する固定盤；
この固定盤に対して接離移動可能で、ゴム加硫成形型の他方を保持する可動盤；
上記ゴム加硫成形型の加熱温度を、上記ゴム組成物が流動可能でかつゴム組成物中の加硫系配合薬品の分解が起きない低温度領域と、加硫を促進させる高温度領域との高低の２段階に変化させる成形型温度調節機構；
可動盤を固定盤に対して接離移動させるリニアアクチュエータ；
上記可動盤を固定盤に対して押圧する型締めプレス機構；
上記可動盤の固定盤に対する位置を検出するリニアスケール；
上記型締めプレス機構の加圧力を検出するロードセル；
上記リニアスケールとリニアアクチュエータによる可動盤の位置及び速度制御機構；及び
上記ロードセルと型締めプレス機構による可動盤の加圧力制御機構；
を有することを特徴とするゴム組成物のプレス成形加硫装置。
【請求項４】
請求項３記載のゴム組成物のプレス成形加硫装置において、対をなすゴム加硫成形型の周囲には、真空雰囲気中で加硫及びプレス成形を進行させるための真空ボックスが進退するゴム組成物のプレス成形加硫装置。
【請求項５】
請求項３または４記載のゴム組成物のプレス成形加硫装置において、リニアアクチュエータは、油圧シリンダ装置であるゴム組成物のプレス成形加硫装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、ゴム組成物のプレス成形加硫方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
ゴム組成物のプレス成形加硫方法は従来、所定温度に加熱した加硫成形型内にゴム組成物を入れて加圧成形し、そのまま所定時間保持することによって加硫を進行させるものであった。しかし、この方法では、ゴム組成物が有する、加温によって可塑性が増すという性質と、加硫（架橋）の進行によって可塑性を消失するという相反する性質を踏まえ、加硫成形型の温度を選択せざるを得ず、必ずしも、成形性と加硫性の両者を満足するものではなかった。
【０００３】
また、従来のゴム組成物（ゴム材料）用のプレス成形加硫装置は、成形するゴム組成物の材質、形状等に応じて、加圧（型締め）圧力を制御するものであった。加圧圧力は、ゴム組成物の材質、形状に応じて、加硫成形中にゴム組成物内部のガスが可及的に排出されるように定められるが、加圧圧力の制御だけでは、このガス抜きを確実に行うことが困難であり、ガス排出不良による歩留まりの低下を余儀なくされているのが実状である。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、従来のゴム組成物の成形加硫についての以上の問題意識に基づき、ゴム組成物の成形性に優れ、しかも十分に加硫を進行させて優れた物性値を示すゴムが得られるゴム組成物のプレス成形加硫方法及び装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、方法の態様では、同一のプレス成形加硫装置内で行うプレス成形加硫方法であって、ゴム組成物が流動可能でかつゴム組成物中の加硫系配合薬品の分解が起きない低温度領域で、該ゴム組成物を加硫成形型によりプレス成形するプレス工程；このプレス工程でのプレス成形後、成形状態を維持したまま加硫成形型の温度を加硫を促進させる温度に上昇させる昇温工程；及び昇温させた高温度領域で、所定時間加硫を進行させる加硫工程；を有することを特徴としている。
この成形加硫方法によると、プレス工程では加硫の進行を抑える一方ゴム組成物の可塑性を高めて良好な成形を行うことができ、その後の昇温加硫工程で十分に加硫を進行させることができる。本プレス成形加硫方法は、ゴム組成物中のガス抜きを十分に行うために、全ての工程を、真空雰囲気下で行うことが好ましい。
【０００６】
また本発明は、装置の態様では、加硫成形型の温度調節機構を設けるとともに、従来の型締め圧力の制御に加えて、対をなすゴム加硫成形型の接近位置を制御することで、ゴム組成物の材質、形状に応じ、ゴム組成物中のガス抜きを行うことができるプレス装置を得ることに成功したものである。
【０００７】
本発明に係るゴム加硫プレス装置は、対をなすゴム加硫成形型の一方を保持する固定盤；この固定盤に対して接離移動可能で、ゴム加硫成形型の他方を保持する可動盤；上記ゴム加硫成形型の加熱温度を、上記ゴム組成物が流動可能でかつゴム組成物中の加硫系配合薬品の分解が起きない低温度領域と、加硫を促進させる高温度領域との高低の２段階に変化させる成形型温度調節機構；可動盤を固定盤に対して接離移動させるリニアアクチュエータ；上記可動盤を固定盤に対して押圧する型締めプレス機構；上記可動盤の固定盤に対する位置を検出するリニアスケール；上記型締めプレス機構の加圧力を検出するロードセル；上記リニアスケールとリニアアクチュエータによる可動盤の位置及び速度制御機構；及び上記ロードセルと型締めプレス機構による可動盤の加圧力制御機構；を有することを特徴としている。
【０００８】
ゴム組成物からのガス抜きを確実にするため、対をなすゴム加硫成形型の周囲には、真空雰囲気中で加硫及びプレス成形を進行させるための真空ボックスを進退可能に設けることが好ましい。可動盤を固定盤に対して接離移動させるリニアアクチュエータは、例えば、油圧シリンダ装置から構成することができる。
【０００９】
【発明の実施形態】
図１、図２は本発明によるゴム加硫プレス装置の機械構成の一例を示す概略図である。基礎上に固定される固定枠１１には、その上方の固定盤１１ａに、対をなすゴム加硫成形型の上型１２が固定され、この上型１２の周囲に位置させて、真空ボックス１３が昇降可能に支持されている。真空ボックス１３は、真空ボックス昇降用シリンダ１４により昇降可能である。
【００１０】
固定枠１１の下部には、リニアアクチュエータとしての油圧シリンダ装置１５を介して昇降可能に昇降台１６が設けられている。リニアアクチュエータとしては油圧シリンダ装置１５に代えてサーボモータによる駆動機構を採用してもよい。昇降台１６上には、ロードセル１７を介して可動盤１８が位置しており、可動盤１８上には、ゴム加硫成形型の下型１９が載置されている。下型１９は、図１に示すスライド機構２０によって、可動盤１８上への進退が可能である。
【００１１】
固定枠１１（基礎）と昇降台１６との間には、型締め用プレス機構（油圧機構）２１が位置している。この型締め用プレス機構２１は、上型１２と下型１９との間に型締め力（加圧力）を及ぼすものである。型締め圧力は、可動盤１８上の所定位置に下型１９を載置し、下型１９の各キャビティに加硫ゴム組成物を収納した上で、油圧シリンダ装置１５により昇降台１６、可動盤１８を上昇させて上型１２と下型１９を接触させた後、与えられる。この加圧力は、ロードセル１７の出力を受けるマイコン２２が、加圧力制御手段２３を介して制御する。
【００１２】
一方、固定枠１１と可動盤１８の間には、可動盤１８の昇降方向の位置を正確に検出するリニアスケール２５が設けられている。このリニアスケール２５の出力はマイコン２２に入力され、速度制御手段２６を介して油圧シリンダ装置１５が制御される。速度制御手段２６は、例えば、可変流量弁によって構成できる。
【００１３】
上型１２と下型１９はそれぞれ、上型二段階加熱装置２７と下型二段階加熱装置２８によって、高低の二段階の温度に加熱される。図３、図４は、二段階加熱装置２７と下型二段階加熱装置２８の構成例を示すもので、上型１２と下型１９はそれぞれ、内部に加熱流体（例えばサーミックオイル）の流通路（図示せず）と、この流通路に連通する入口穴１２Ｉ、１９Ｉと出口穴１２Ｏ、１９Ｏを有している。入口穴１２Ｉと１９Ｉには、それぞれ供給管路２７ａと２８ａが接続され、出口穴１２Ｏと１９Ｏには、それぞれ排出管路２７ｂと２８ｂが接続されている。供給管路２７ａは、三方弁２７ｃを介して高温供給管路Ｈ１と低温供給管路Ｌ１に接続され、排出管路２７ｂは三方弁２７ｄを介して高温排出管路ＨＲ１と低温供給管路ＬＲ１に接続されている。同様に、供給管路２８ａは、三方弁２８ｃを介して高温供給管路Ｈ２と低温供給管路Ｌ２に接続され、排出管路２８ｂは三方弁２８ｄを介して高温排出管路ＨＲ２と低温供給管路ＬＲ２に接続されている。三方弁２７ｃは、供給管路２７ａを高温供給管路Ｈ１と低温供給管路Ｌ１のいずれか一方に択一して接続し、三方弁２７ｄは、排出管路２７ｂを高温排出管路ＨＲ１と低温排出管路ＬＲ１のいずれか一方に択一して接続する周知の電磁弁である。同様に、三方弁２８ｃは、供給管路２８ａを高温供給管路Ｈ２と低温供給管路Ｌ２のいずれか一方に択一して接続し、三方弁２８ｄは、排出管路２８ｂを高温排出管路ＨＲ２と低温排出管路ＬＲ２のいずれか一方に択一して接続する電磁弁である。
【００１４】
上型二段階加熱装置２７と下型二段階加熱装置２８は、共通の高温流体加熱器３０Ｈと低温流体加熱器３０Ｌを有している。高温流体加熱器３０Ｈは、高温排出管路ＨＲ１と高温排出管路ＨＲ２から流入する流体を、所定高温（例えば１７０℃）に加熱し、低温流体加熱器３０Ｌは、低温排出管路ＬＲ１と低温排出管路ＬＲ２から流入する流体を所定低温（例えば１４０℃）に加熱する。高温流体加熱器３０Ｈと低温流体加熱器３０Ｌの出口管路は、三方弁３１を介してポンプＰに接続され、ポンプＰは、吐出流体を高温供給管路Ｈ１、低温供給管路Ｌ１、高温供給管路Ｈ２、低温供給管路Ｌ２に供給する。三方弁３１は、高温流体加熱器３０Ｈと低温流体加熱器３０Ｌを択一してポンプＰに接続する電磁弁である。以上の三方弁２７ｃ、２７ｄ、２８ｃ、２８ｄ、高温流体加熱器３０Ｈ、低温流体加熱器３０Ｌ及び三方弁３１は、マイコン２２によって制御され、上型１２と下型１９の内部通路には、高温流体加熱器３０Ｈからの高温流体と低温流体加熱器３０Ｌからの低温流体が選択供給される。その結果、上型１２と下型１９を、高低二段階の温度に選択加熱することができる。
【００１５】
真空ボックス１３は、上型１２と下型１９が接近したとき、真空ボックス昇降用シリンダ１４を介し上型１２と下型１９の周囲に下降して、閉じられた加硫空間（真空空間）を形成するもので、その加硫空間の真空度（真空雰囲気を作るか否かを含む）は真空装置２９及びマイコン２２を介して制御される。
【００１６】
以上の機械構成において特徴的な点は、上型二段階加熱装置２７と下型二段階加熱装置２８によって、上型１２と下型１９とを高低の二段階に加熱できる点、及び可動盤１８が、ロードセル１７と型締め用プレス機構２１による加圧力だけでなく、リニアスケール２５とリニアアクチュエータ（油圧シリンダ装置）１５による位置制御によって制御される点にある。第一の点については、ゴム組成物を加熱していくと、最初は可塑性（流動性）が増し、加硫（架橋）が進行するに従って可塑性が失われていくことが知られている。成形のためには、可塑性が得られ、ゴム組成物中の加硫系配合薬品の分解が起きない低温度領域であることが好ましく、一方、ゴムとしての性能を得るためには、加硫をより促進させる所定の高温とする必要がある。そこで、最初の成形の段階では、可塑性を重視して低温加熱し、成形終了後に高温加熱すれば、加硫を効果的に進行させて、ゴムとして必要な性能を得ることができる。なお、ゴム組成物中に予め添加する加硫系配合薬品（加硫剤）については、ゴムの種類に応じて多数が知られており、本発明はこれら加硫系配合薬品を問うものではない。加硫剤としては、ゴムの種類に応じて、例えば、硫黄系加硫剤、過酸化物、金属酸化物、多官能アミン、キノンジオキシム、メチロール樹脂、塩素化合物、アゾ化合物、ポリイソシアナート、有機金属（珪素）化合物、放射線加硫等が用いられている。
【００１７】
第二の点については、リニアスケール２５とリニアアクチュエータ１５によって、上型１２と下型１９の間隔を任意に設定することができ、この間隔設定（制御）により、加硫ゴム組成物をその性質、形状に応じて徐々に潰していくことができる。また、上型１２と下型１９とが機械的に接触した後は、ロードセル１７と型締め用プレス機構２１による加圧力制御により、同様に、加硫ゴム組成物を潰して成形することができる。すなわち、ゴム組成物を潰すには、上型１２と下型１９が機械的に接触する前から、ゴム組成物の硬度に応じた力が必要であり、このために、リニアスケール２５とリニアアクチュエータ１５によって、上型１２と下型１９の間隔を制御する。そして、接触後は、金型、ベース等の熱膨張の変形等を解消し、余分なゴムをオーバフローさせて正しい製品形状を出すためにロードセル１７と型締め用プレス機構２１による加圧力制御を行う。このように、リニアスケール２５とリニアアクチュエータ１５による上型１２と下型１９の位置（間隔）制御と、ロードセル１７と型締め用プレス機構２１による加圧力制御とを組み合わせることにより、加硫プレス成形の自由度が広がり、ゴム組成物の性質、形状等に応じた適当なバンピングパターンでの成形ができる。
【００１８】
図８は、バンピングパターンの例である。これらの図において、横軸は時間、細線Ｍは、固定されている上型１２に対する下型１９の位置（横線Ｈより下方）と、上型１２と下型１９との間に加えられる加圧力（横線Ｈより上方）を示している。横線Ｈは、上型１２と下型１９の機械的な接触点を示す。また、上昇圧力（加圧力）の単位はトン、時間の単位は秒、位置の単位はｍｍである。下降位置、上昇位置は、下型１９の上型１２との機械的接触点からの距離を意味する。上型１２と下型１９の間に保持されるゴム組成物の形状によって、上型１２と下型１９が離れていても（上昇位置、下降位置が０でない場合）でも、バンピングが開始されることがある点に注意を要する。このバンピングパターンは、あくまで例示であり、加硫成形すべきゴム組成物の性質、形状に応じて、任意の適当なパターンを採用することができる。
【００１９】
図５は、スライド機構２０による下型１９の出し入れ、上型１２と下型１９の二段階加熱装置２７と下型二段階加熱装置２８による二段階加熱、可動盤１８の昇降に連動する真空ボックス１３の昇降動作を含むバンピング動作の一例を示している。成形開始前には、上型二段階加熱装置２７と下型二段階加熱装置２８により、上型１２と下型１９を低温（ゴム組成物の可塑性が増し、ゴム組成物中の加硫系配合薬品の分解が起きない低温度領域、例えば１４０℃）に保持しておく。このときには、全ての三方弁２７ｃ、２７ｄ、２８ｃ、２８ｄ及び三方弁３１は、上型１２と下型１９の内部通路に連なる管路を全て低温流体加熱器３０Ｌに接続している。
【００２０】
この上型１２と下型１９の低温加熱状態において、区間ｙにおいて、スライド機構２０により下型１９が可動盤１８上に載置される。下型１９を載置した可動盤１８は、区間ａにおいて高速上昇し、真空待機位置で停止する（ｂ）。この可動盤１８の停止中に（ｃ）、真空ボックス１３が下降して（ｕ）上型１２と下型１９の周囲に密閉空間を作り、この密閉空間内の空気を真空装置２９を介して排気する（ｖ）。真空度が所定値に達すると、１回目のバンピング型締め力まで可動盤１８が上昇し（ｄ）、その型締め力位置で停止してその位置を保持する（ｅ、ｆ）。
【００２１】
例えば、この１回目のバンピングが開始された時点で、上型二段階加熱装置２７と下型二段階加熱装置２８の全ての三方弁２７ｃ、２７ｄ、２８ｃ、２８ｄ及び三方弁３１を、上型１２と１９の内部通路が高温流体加熱器３０Ｈに連なるように切り換える。すると、上型１２と１９の温度は、所定時間（例えば１〜２分程度）で、高温（加硫が進行する温度、例えば１７０℃）に達する。
【００２２】
次いで１回目のバンピング下降（型開き）（ｇ）、型開き保持（ｈ）を経て、同様に、２回目のバンピング型締め力まで可動盤１８が上昇し（ｉ）、その型締め力位置で停止してその型締め位置を保持する（ｊ、ｋ）。その後２回目のバンピング下降（型開き）（ｌ）、型開き保持（ｍ）を経て、型締め上昇に移り（ｎ）、トータルの加硫時間（ｏ）だけ加圧力を保持する（ｑ）。この間、真空ボックス１３は、可動盤１８の動きに追従し、上型１２と下型１９の周囲空間を所定の真空度に保持する。以上で加硫成形が終了すると、離型下降（ｒ）、高速下降（ｓ）、及び低速下降（ｔ）を経て、可動盤１８が元の位置に復帰する。そしてバンピング完了後、ある待機時間を過ぎると真空ボックス１３内に徐々に大気が導入され（ｗ）、その後、真空ボックス１３が上昇して上型１２と下型１９の周囲の真空雰囲気が解除される。スライド機構２０は、その後可動盤１８上の下型１９を取り出し（ｚ）、下型１９から加硫成形の終了したゴム製品が取り出される。
【００２３】
上型１２と下型１９を低温状態（例えば１４０℃）から高温状態（例えば１７０℃）に移行させるタイミングは、図５の例とは異ならせてもよい。要は、ゴム組成物が流動可能でかつゴム組成物中の加硫系配合薬品の分解が起きない低温度領域でプレス成形し、成形終了後に、成形状態を維持したまま加硫をより促進させる高温度領域に昇温させ、そのまま所定時間加硫を進行させればよい。
【００２４】
表１は、以上の成形パターンでゴム組成物としてのＥＰゴムとフロロシリコーンを二段階加熱した製造例である。比較例として、同一ゴム組成物を１７０℃の一段階加熱で成形加硫した場合を示した。いずれもサンプル数は２０で、表中の物性値は、平均値である。ＥＰゴムについては、比較例に比して引張強さと圧縮永久歪について有意な差が認められ、フロロシリコーンについては、比較例に比して、硬度と圧縮永久歪について有意な差が認められる。ゴムの評価には、多数の物性値が用いられているが、中でも圧縮永久歪は、重要な指標であり、本願発明の製造例によれば、圧縮永久歪が小さいゴムを成形加硫することができる。以上の製造例は、特定のバンピングパターンによるものであるが、二段階加熱によれば、バンピングパターンによらず、好ましい性質のゴムを成形加硫できることが確認された。
【００２５】
【表１】
0003885858.tif 000002
【００２６】
以上のゴム組成物の加硫プレス装置は、マイコン２２によって制御される。このマイコン２２は、データの入力と各種設定及び動作状態のモニターができるように、例えばタッチパネルを使用する。また、データ収集を可能にするため、各計器類はデータ転送できるものを使用する。図６は、マイコン２２の構成例であり、受注Ｎｏ．と作業条件の設定が可能である。作業条件は、標準品番コードＳＳＣＤを基準として、適宜変更するもので、変更要素としては、二段階加熱温度条件、型締め離型条件、バンピングパターン、真空条件、作業標準等がある。
【００２７】
具体的には、二段階加熱温度条件としては、上型１２と下型１９の表面温度設定、その二段階加熱温度、各加熱温度の上限と下限の設定、加熱源の温度設定、その上限と下限の設定等がある。型締め離型条件としては、型締め力（加圧力）、その上限と下限、可動盤１８の上昇速度、加硫時間、離型距離（可動盤１８の下降位置、上昇位置）、離型速度等がある。バンピングパターンは、例えば図８に例示したバンピングパターンの選択である。真空条件としては、真空の有無、真空ボックス１３の真空待機位置の設定、真空待機時間、真空引き時間、真空到達時間等がある。作業標準には、品番、ゴム配合名、ゴム重量、離型剤、取数等がある。本実施形態において特に重要な点は、マイコン２２の記憶手段に複数のバンピングパターンが記憶されていて、受注Ｎｏ．を入力すると自動的に、あるいは任意に複数のバンピングパターンから特定の一つを選択できる点にある。勿論、バンピングパターンは新たに作成し、作成したものを記憶して選択リストに加えることができる。
【００２８】
マイコン２２はまたデータ検索機構を持っていて、標準品番コードＳＳＣＤから、生産管理データと日報データを取り出すことができ、同様に、標準品番コードＳＳＣＤの変更履歴も記録される。これらは登録一覧に登録される。
【００２９】
図７は、本ゴム加硫プレス装置の動作例を示すフローチャートである。標準品番コードＳＳＣＤ、作業者ＣＤ、ゴムロットＮｏ．を入力した後、作業条件を入力する。作業条件は、前述の二段階加熱温度条件、型締め離型条件、バンピングパターン、真空条件、作業標準等であり、変更がなければ、変更なしを入力し、変更があればその変更を入力する。準備が完了すると、例えば図５で説明した動作によりプレス加工を実行し、必要回数を繰り返す。以下、必要な標準品番コードＳＳＣＤの生産を実行する。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ゴム組成物を高い成形性で成形した後十分に加硫を進行させて、優れた形状と物理的性質を有するゴム製品を得ることができる。また複数の成形するゴム組成物の材質、形状に応じて、リニアスケールとリニアアクチュエータによる可動盤の位置及び速度制御機構と、ロードセルと型締めプレス機構による可動盤の加圧力制御機構とを選択し、併用することにより、確実にゴム組成物中のガス抜きを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるゴム組成物のプレス成形加硫装置の一例を示す外観斜視図である。
【図２】図１のプレス成形加硫装置の駆動制御系の系統図である。
【図３】本発明によるプレス成形加硫装置の上型と下型の加熱系統図である。
【図４】図３の加熱系統図の加熱流体の加熱系統図である。
【図５】図１のプレス成形加硫装置の動作例を示すタイムチャート図である。
【図６】図１のプレス成形加硫装置を制御するコンピュータの構成ツリー図である。
【図７】同フローチャート図である。
【図８】本発明によるプレス成形加硫装置のバンピングパターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１１  固定枠
１１ａ  固定盤
１２  上型（加硫成形型）
１３  真空ボックス
１４  真空ボックス昇降用シリンダ
１５  油圧シリンダ装置（リニアアクチュエータ）
１６  昇降台
１７  ロードセル
１８  可動盤
１９  下型（加硫成形型）
２０  スライド機構
２１  型締め用プレス機構
２２  マイコン
２３  加圧力制御手段
２５  リニアスケール
２７  上型二段階加熱装置
２８  下型二段階加熱装置
２９  真空装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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