Oリングの配合設計解析

〈一〉 配合設計の基本原則 　　

ゴム配合は一般に、生ゴム・加硫防老剤・補強剤システム・保護システム・柔軟化システムで構成される。配合設計の目的は、各種配合成分の最適比率組み合わせを追求し、優れた総合性能を得ることにある。配合設計は最終的に以下の目的を達成しなければならない： 　　

1. シールリングの使用性能要求を満たすこと。 　　

2. ゴム材料の加工プロセス特性が良好であること。 　　

3. 製品品質を確保する前提で、可能な限り安価で入手容易、無毒または低毒、特性が安定した原材料を選択すること。 　　

ゴム配合は用途により実験用配合と実用配合に分類される。前者は特定の原材料と加硫ゴム・混練ゴムの特性関係を研究・評価するためのもので、組成は簡素化される。実用配合は主に加硫ゴムの性能と製品の実際の使用性能、および混練ゴムの加工性能との関連性を研究する。実用配合の策定プロセスは以下の通り： 　　

製品の使用環境条件・製造工程の分析→ゴム種選定および配合剤の選定による実験配合の作成→性能評価試験→成分調整による改良→スケールアップ試験を経て実用配合を確定する。

〈二〉Oリングゴム材料配合設計

Oリングゴムシールは複雑で多様な使用環境下で動作するため、材料には特定の特殊性能が要求される。油圧システムでは、優れた耐油性・耐熱性・低圧縮永久歪み・一定の引張強度が求められる。動的シールとして使用される場合、上記の要件に加え、優れた耐摩耗性と耐裂傷性も必要となる。特殊媒体用のシール材には、媒体中での体積変化や硬度変化が少ないことが求められる。要するに、配合設計は具体的な使用条件・媒体の種類・使用温度・作動圧力・使用状態などを総合的に考慮して行うべきである。

〈三〉 Oリングゴム材料の加工

　　現在、Oリングゴムシールリングの製造方法は依然として主にプレス成形法による生産が主流であり、その成形品の加硫方法としては主に平板プレス成形、トランスファー成形、射出成形の三種類がある。平板プレス法は歴史が長い。トランスファー成形は約1950年代前後から使用され始め、射出成形は1960年代からプラスチック産業を経てゴム産業に徐々に導入された。現在の開発傾向は射出成形法の段階的な発展にあるが、それぞれの適応範囲が異なるため、三者が共存し発展を続けるのが現実である。Oリングはその特性上、依然として平板プレス成形が主要な成型方法である。

　　プレス加硫工程では、加硫温度・時間・圧力を厳密に正確に管理し、加硫過程における温度などのパラメータ変化を随時監視し、適切な処置を行う必要がある。さもなければ製品の加硫不足または過硫化を引き起こす。自動制御システムを採用すれば、加硫プロセス全体が自動記録・制御され、製品が適正な加硫状態に達することを保証できる。

　　加硫温度はゴムOリングの加硫反応が発生する基本条件の一つであり、加硫速度と製品品質に直接影響する。加硫温度が高いほど加硫速度は速く、生産効率も向上する。加硫温度が低いと加硫速度は遅くなる。加硫温度は配合に基づいて決定され、中でもゴムの種類と使用する加硫システムが重要である。天然ゴムに適した加硫温度は通常143℃～150℃、合成ゴムは通常150℃～180℃である。加硫時間は、設定した加硫温度に基づき実験によって決定される。

　　ゴム製品は加硫工程で加圧されるが、その目的はゴム材料の流動性を高め、型腔を充填し、加硫工程での気泡発生を防止し、製品の緻密性を向上させることにある。加硫圧力の大きさはゴム材料の硬度と金型のサイズによって決まる。ゴム材料の硬度が高く金型サイズが大きい場合は圧力を高く設定でき、逆にそれ以外の場合は圧力を適切に低減すべきである。