JP2006175602A - 繊維補強ゴム成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な装置、方法により、裁断ロスが発生することなく、均一性の高い補強コード層を有する繊維補強ゴム成形体を製造することができる製造方法を提供する。
【解決手段】補強コード層２０の直径をD、コード角をα、補強コード層の長さをLとしたとき、L≦（πD・tanα）/2であり、第１未加硫ゴム層形成工程、トッピングコードベルト14を、バイアス構造を構成するようにらせん状に複数層巻回する補強コード層20形成工程、第２未加硫ゴム層形成工程、及び加硫工程を有し、トッピングコードベルト14の幅をWとしたとき、W=(πD・cosα)/nであり、補強コード層形成工程は、トッピングコードベルトをコード角がαとなるように巻回配設する第１ベルト巻回工程、折返し工程、及び折り返したトッピングコードベルトを巻回してバイアス構造を構成するように巻回配設する第２ベルト巻回工程を有している繊維補強ゴム成形体の製造方法とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、バイアスコード補強層を有する繊維補強ゴム成形体の製造方法に関するものである。

繊維補強層を有する可とう管や空気バネなどのゴム成形体における繊維補強層は、一般的に、図１３に示したように、すだれ状のコードにカレンダーロールを使用して未加硫ゴム組成物を被覆（トッピング）した後にバイアスカットをして補強コードが長手方向軸(成形時の管の軸芯方向)に対して４０〜６０°傾斜するようにバイアスカットしたシート状トッピングコードを作製し、このシート状トッピングコードを互いに相対する２方向に２層あるいは４層以上に積層することによるバイアスコード層として形成されている。
特開２００３−１７６８８０号公報（段落０００３〜０００６）

しかし、係るバイアスカットしたシート状トッピングコードは、長尺の有機繊維コードの原反を使用して製造する場合には裁断ロスが発生するという問題があり、また有機繊維コード、スチールコードのいずれの場合においても、大型の空気バネや大口径管継ぎ手などの管径の大きな成形品の製造においては、トッピング補強コードを接ぎ合わせて積層面外周長さを有する接合原料コードとする必要があって、トッピングコードを接合して原料コードを作製する工程が別に必要であるという問題を有する。さらに、内側ゴム層を形成する未加硫ゴム組成物層の外周に巻回積層する場合に、わずかなコード間隔の伸び変形によって1周巻回後の端部の重なりが大きく変動し、製品の均一性が低下するという問題や、接合した原料コード自体の重量が大きく、そのため積層時にすだれコードに作用する伸長応力が変動しやすく、コードの角度や間隔の均一性が十分でないという問題をも有する。

本発明は、簡便な装置、方法により、裁断ロスが発生することなく、均一性の高い補強コード層を有する繊維補強ゴム成形体を製造することができる繊維補強ゴム成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、内側ゴム層、補強コード層、及び外側ゴム層とを備えた繊維補強ゴム成形体の製造方法であって、
前記補強コード層の直径をＤ（ｍｍ）、コード角をα、補強コード層の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、Ｌ≦（πＤ・ｔａｎ α）／２であり、
円筒状成形型の外面に前記内側ゴム層を形成する第１未加硫ゴム組成物を積層する第１未加硫ゴム層形成工程、前記第１未加硫ゴム層の上に複数本のコードを含むトッピングコードベルトを、少なくとも１層のバイアス構造の補強コード層を構成するようにらせん状に複数層巻回する補強コード層形成工程、外側ゴム層を形成する第２未加硫ゴム組成物を被覆して未加硫円筒状ゴム成形体とする第２未加硫ゴム層形成工程、及び前記未加硫円筒状ゴム成形体を加熱加硫して繊維補強ゴム成形体とする加硫工程を有し、
前記トッピングコードベルトの幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
Ｗ＝（πＤ・ｃｏｓ α）／ｎ（ｎは整数）
であり、
前記補強コード層形成工程は、前記トッピングコードベルトをコード角がαとなるように前記未加硫ゴム層の第１端部側から第２端部側にｎ本を周方向に並列に巻回配設する第１ベルト巻回工程、前記第２端部側にて前記トッピングコードベルトを折り返す折返し工程、及び折り返した前記トッピングコードを前記第１端部側に巻回してバイアス構造の補強コード層を構成するように巻回配設する第２ベルト巻回工程を有していることを特徴とする。

係る構成の繊維補強ゴム成形体の製造方法により、簡便な装置、方法により、裁断ロスが発生することなく、均一性の高い補強コード層を有する繊維補強ゴム成形体を製造することができる。即ち、幅の狭いトッピングコードベルトを接合することなく、そのまま使用するので、工程が簡単であり、またサイズが異なる繊維補強ゴム成形体の製造においても、トッピングコードの幅を変更するだけで対応可能である。上記製造方法によれば、Ｗ＝（πＤ・ｃｏｓ α）／ｎの幅のトッピングコードベルトを製造すればよく、大きな外周径の繊維補強ゴム成形体の場合にはｎを大きく、小さな外周径の繊維補強ゴム成形体の場合にはｎを小さく設定することにより、幅をそれほど大きくすることなく、また大きく変化させることなくトッピングコードベルトを製造することができ、小型の比較的低コストの装置で種々のサイズの繊維補強ゴム成形体を製造することができるという効果が得られる。ｎは特に限定されるものではなく、補強コード層の周長とトッピングコードベルト製造装置の能力に応じて適宜設定されるものであるが、２０以下であることが好ましく、１６以下であることがより好ましく、１０以下であることがさらに好ましい。下限は５以上であることが好ましい。Ｄは１００ｍｍ以上であることが好ましい。

上述の発明によれば、さらに、トッピングコードの周方向（幅方向）端部の重なりを小さくすることができ、コード間隔も安定したものとなるという効果や、周方向に巻回するすだれコードの長さが短く、個々の重量も小さいために貼り付け時の応力が小さく、コード間隔が安定するという効果も得られる。

Ｌが（πＤ・ｔａｎ α）／２よりも長くなると、不要なコード層の重なりが発生し、大きな変位が発生する繊維補強ゴム成形体においては、コード層の疲労が短期で発生するという問題を生じる。

上記の繊維補強ゴム成形体の製造方法においては、前記折返し工程は、折返し位置においてトッピングコードベルトの周方向に高剛性補強部を設けた後に前記高剛性補強部を被覆して前記トッピングコードベルトを折り返すことが好ましい。

係る構成によって、開口端部が高剛性の可とう管、とりわけ管継ぎ手などの繊維補強ゴム成形体を製造することができる。

また前記加硫工程を、成形金型内で前記未加硫円筒状ゴム成形体の内部を加圧して膨張させ、加熱加硫する工程とすることによって、空気バネなどの異径部を有する繊維補強ゴム成形体を製造することができる。この場合、高剛性補強部は、スチールコードやアラミドコードを使用し、これを複数回巻回して形成してもよく、スチールのモノフィラメントの１種であるビードワイヤを巻回するか、もしくは予め外周径と同じサイズに形成したリング状のビード部材を嵌着することにより形成することができる。

上記の繊維補強ゴム成形体の製造方法においては、前記補強コード層形成工程に次いで、フランジ金具を挿入するフランジ金具挿入工程、固定リングを挿入する固定リング挿入工程、前記補強コード層の端部を折り返して前記固定リングを被覆して前記補強コード層に接着して固定リング部を形成するコード層折返し工程、前記フランジ金具を端部方向に移動させて前記固定リング部に当接させるフランジ金具固定工程を有することが好ましい。

係る製造方法により、少なくとも一端側にフランジを有する管継ぎ手などの繊維補強ゴム成形体を製造することができる。

本発明の繊維補強ゴム成形体の製造において使用するコード材料としては、繊維補強ゴム成形体において使用される公知のコードが限定なく使用可能である。具体的には、ＰＥＴコード等のポリエステルコード、ナイロン６，６等のポリアミドコード、アラミドコード、カーボンファイバーコード等が例示される。これらの繊維は、必要に応じてゴム材料との接着性を高めるＲＦＬ処理等を行って使用してもよい。

折返し部において設けられる高剛性補強部を構成する高剛性材料としては、上記の高剛性コードや公知のビードワイヤを使用することができる。リング状のビード部材は、ビードワイヤを使用して公知の方法にて作製する。

上述のコードやビードワイヤは、未加硫ゴム組成物にてトッピングして使用することが好ましい。

内側ゴム層並びに外側ゴム層を構成するゴム材料としては、公知のゴム材料から目的に応じて適宜選択して使用する。またコードやビードワイヤをトッピングする未加硫ゴム組成物を構成するゴム材料も公知のゴム材料から限定なく選択使用可能であるが、天然ゴムの使用が最も一般的である。内側ゴム層、外側ゴム層及び補強コード層、高剛性補強部に使用するゴム材料は、層間接着力の良好な組合せを使用する。ゴム材料には、カーボンブラック、シリカ等の補強剤、加工助剤、プロセスオイル又は可塑剤、充填剤、加硫剤、加硫促進剤等の公知の添加剤を必要に応じて添加して未加硫ゴム組成物とする。未加硫ゴム組成物は、ゴム材料と添加剤とを公知の方法により加工して製造する。例えば、反応性を有する加硫剤、加硫促進剤を除く添加剤とゴム材料とをバンバリーミキサーで混練してマスターバッチとし、該マスターバッチを冷却した後にニーダーを使用して加硫剤と加硫促進剤とを添加して混練し、加熱により反応架橋する未加硫ゴム組成物とする方法が例示される。

コード材料やビードワイヤをトッピングする方法としては、公知の方法を限定なく使用することができ、カレンダーロールによる方法、コードを１本ずつボビンから巻き戻して所定本数を押出機のダイスに揃えて供給し、未加硫ゴム組成物を押し出してトッピングする方法などが例示され、使用するコードなどに応じて適宜選択して使用可能である。

図１は、マンドレル１１の外周面に内側ゴム層を構成する未加硫ゴム組成物層を形成した（第１未加硫ゴム層形成工程）状態を示した断面図である。

図２〜図５は、補強コード層形成工程を例示したものである。図２に正面図にて、図３に斜視図にて示したように、トッピングコードベルト１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，・・・）は、第１未加硫ゴム層の外周面の中央より図における第１端部としての左端部近傍のＡ位置から該左端部方向に周方向に隙間なく並べて積層する。ここに例示したトッピングコードベルトは、所定のコード角αにて巻回した場合に端部が周方向の線を形成するようにバイアスカットされているが、ベルトの幅方向に直角に裁断されていてもよい。この場合には、コード層の端部は、ジグザグ状となる。かかる構成によれば、バイアスカットの必要がないという効果が得られる。

トッピングコードベルトの幅をＷ（ｍｍ）、補強コード層の内周径（内側ゴム層の外径）をＤとしたとき、
Ｗ＝（πＤ・ｃｏｓ α）／ｎ（ｎは整数）
の場合に、ｎ本のトッピングコードベルトの使用により、周方向に隙間なく並べて積層することができる。トッピングコードベルトは、製造後、ロール状に巻き取ったものを使用する。トッピングコードベルトにおいては、コードはベルトの長さ方向に所定間隔で並列配設されている。コード角αは、通常４５〜６０度である。

図４には、折返し工程を斜視図にて示した。折返し工程は、図３に示したトッピングコードベルト１４の外周面に高剛性補強部構成部材であるビードワイヤ１７を端部所定位置に配設した後に、該ビードワイヤ１７を包み込むようにしてトッピングコードベルト１４を折返し、第２端部（図において右端部方向）方向に巻回・積層して第1層目のコード層１６を形成する(第1ベルト巻回工程)。かかる工程により、高剛性補強部が形成される。トッピングコードの巻回が第２端部に達したときに、ビードワイヤをトッピングコードベルト１４の外周面に挿入、配設し、折り返して元の第１端部側にトッピングコードベルト１４を巻回、積層し、図５に断面図にて、また図６に斜視図にて示したように巻回開始位置Ａよりも第１端部側の位置にて巻回を終了し第2層目のコード層１８を形成する(第2ベルト巻回工程)。係る補強コード層形成工程によって、図６に示したように、第１層目のコード層１６と第２層目のコード層１８とからなるバイアス構造の補強コード層２０が形成される。

上記本発明により形成される高剛性補強部は、コード層１層の巻回により形成されており、従来のように２層のバイアスコード層を折り返して形成する場合と比較すると、折り返し時のコード層間のずれやコード間隔の乱れが発生せず、かかる端部の動的変形による疲労が抑制される。また、コードの裁断端部が減少し、この部分からの水などの浸透によるコードの劣化が防止される。

図２、図３においては、予め製造したビードリングを第１未加硫ゴム層の外周に挿入した例を示したが、ビードリングは、一旦補強コード層の第１層を形成した後にロール状のテープを該ビードリングの内部を通過させてマンドレルの外側から挿入してもよい。

図７は外側ゴム層を形成する第２未加硫ゴム組成物を被覆して未加硫円筒状ゴム成形体とする第２未加硫ゴム層形成工程を示したものである。まず第１未加硫ゴム層をビードワイヤ１７を包み込むように折り返して（折返し工程）、折り返した端部を補強コード層の上に貼着し、次いで第１端部と第２端部のビード部の間に第２未加硫ゴム層を積層形成する（第２未加硫ゴム層形成工程）。これらの工程によって、未加硫円筒状ゴム成形体が得られる。

図７にて得られた未加硫円筒状ゴム成形体を加熱加硫することによって、繊維補強ゴム成形体が得られる（加硫工程）。加硫工程において未加硫円筒状ゴム成形体の内部を加圧して膨張させると共に外面を金型により成形すると、例えば図８に断面図にて例示したような空気バネが得られる。未加硫円筒状ゴム成形体の内部の加圧には、公知の技術を使用することができ、例えばブラダの使用が好ましい。

図９〜１２には、少なくとも１端側にフランジを有する例えば可とう管のような繊維補強ゴム成形体の製造方法を例示した。

図９はマンドレル３１の外周面に第１未加硫ゴム組成物を被覆して内側ゴム層を形成し（第１未加硫ゴム層形成工程）、次いでビードワイヤなどを使用することなく図２〜５にて示したのと同様にして第１端部側のＥ位置で折り返して形成した３５Ｌ，３５Ｅの２層からなるバイアス構造の補強コード層３５を形成した状態を示したものである。

図１０は、フランジ金具挿入工程、固定リング挿入工程を示したものであり、図９の第１端部側から最初にフランジ部材３９を、次いで固定リング３７を挿通した状態を示したものである。

図１１には、補強コード層３５の端部を折り返して固定リング３７を包み込み、補強コード層３５に貼着して固定リング部を形成した状態を示した（折返し工程）。次いでフランジ部材３９を矢印方向に移動させて固定リング３７を被覆する補強コード層を介して固定リング３７に押し付けて固定する（フランジ金具固定工程）。

その後図１２に示したように第１未加硫ゴム組成物からなる内側ゴム層の端部を、固定リング３７と補強コード層３５を被覆するように折返して貼着し、さらに外側ゴム層を形成して（第２未加硫ゴム層形成工程）未加硫円筒状ゴム成形体とする。該未加硫円筒状ゴム成形体を加熱加硫することによりフランジを有する可とう管、とりわけ大口径管継ぎ手等の繊維補強ゴム成形体を製造することができる。この繊維補強ゴム成形体も、コード層の切断端部が従来より大幅に少なく、水などの浸入によるコードの劣化が防止されたものである。

本発明の繊維補強ゴム成形体の外周面は、外側ゴム層のさらに外周面に、又は外側ゴム層に代えて、ゴム／繊維層を設けてもよい。ゴム／繊維層は、織布に未加硫ゴム組成物をトッピングした原料布を巻回した未加硫円筒状ゴム成形体を作製し、これを加熱加硫することにより得られる。この成形体は最外層は膨張しないので、可とう管などの未加硫円筒状ゴム成形体をそのままの形状で加硫する製品の製造に使用可能である。本発明の繊維補強ゴム成形体には、その他の補強層を設けてもよい。

異径部を有する繊維補強ゴム成形体の製造においては、トッピングコードベルトの幅を調整し、大径部ではコード間隔を広く、小径部では狭くすることにより、均一なコード間隔を有する繊維補強ゴム成形体を製造することができる。

マンドレル上に第１未加硫ゴム層形成工程にて形成した内側ゴム層を示した断面図 第１未加硫ゴム層の外周面の第１端部としての左端部近傍から該左端部方向に周方向に隙間なく並べてトッピングコードベルトを積層した状態を示した正面図 トッピングコードベルトを積層した状態を示した斜視図 折返し工程を示した斜視図 補強コード層形成工程によって形成されたバイアス構造の補強コード層を例示した断面図 補強コード層形成工程によって形成されたバイアス構造の補強コード層を例示した斜視図 未加硫円筒状ゴム成形体とする第２未加硫ゴム層形成工程を示した断面図 空気バネを例示した断面図 マンドレルの外周面に形成した内側ゴム層の外側にバイアス構造の補強コード層を形成した状態を示した断面図 第１端部側から最初にフランジ部材を、次いで固定リングを挿通した状態を示した断面図 補強コード層の端部を折り返して固定リングを包み込み、補強コード層に貼着した状態を示した断面図 内側ゴム層の端部を折返して貼着し、第２未加硫ゴム層形成工程により外側ゴム層を形成して得られた未加硫円筒状ゴム成形体を示した断面図 従来のバイアスコード層を形成する工程を示した斜視図

符号の説明

１３ 内側ゴム層
１４ トッピングコードベルト
２０ 補強コード層
２２ 外側ゴム層

Claims (4)

1. 内側ゴム層、補強コード層、及び外側ゴム層とを備えた繊維補強ゴム成形体の製造方法であって、
   前記補強コード層の直径をＤ（ｍｍ）、コード角をα、補強コード層の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、Ｌ≦（πＤ・ｔａｎ α）／２であり、
   円筒状成形型の外面に前記内側ゴム層を形成する第１未加硫ゴム組成物を積層する第１未加硫ゴム層形成工程、前記第１未加硫ゴム層の上に複数本のコードを含むトッピングコードベルトを、少なくとも１層のバイアス構造の補強コード層を構成するようにらせん状に複数層巻回する補強コード層形成工程、外側ゴム層を形成する第２未加硫ゴム組成物を被覆して未加硫円筒状ゴム成形体とする第２未加硫ゴム層形成工程、及び前記未加硫円筒状ゴム成形体を加熱加硫して繊維補強ゴム成形体とする加硫工程を有し、
   前記トッピングコードベルトの幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
   Ｗ＝（πＤ・ｃｏｓ α）／ｎ（ｎは整数）
   であり、
   前記補強コード層形成工程は、前記トッピングコードベルトをコード角がαとなるように前記未加硫ゴム層の第１端部側から第２端部側にｎ本を周方向に並列に巻回配設する第１ベルト巻回工程、前記第２端部側にて前記トッピングコードベルトを折り返す折返し工程、及び折り返した前記トッピングコードベルトを前記第１端部側に巻回してバイアス構造の補強コード層を構成するように巻回配設する第２ベルト巻回工程を有していることを特徴とする繊維補強ゴム成形体の製造方法。
2. 前記折返し工程は、折返し位置において前記トッピングコードベルトの外周に周方向に高剛性補強部を設けた後に前記高剛性補強部を被覆して前記トッピングコードベルトを折り返すことを特徴とする請求項１に記載の繊維補強ゴム成形体の製造方法。
3. 前記加硫工程が、成形金型内で前記未加硫円筒状ゴム成形体の内部を加圧して膨張させ、加熱加硫する工程であることを特徴とする請求項２に記載の繊維補強ゴム成形体の製造方法。
4. 前記補強コード層形成工程に次いで、フランジ金具を挿入するフランジ金具挿入工程、固定リングを挿入する固定リング挿入工程、前記補強コード層の端部を折り返して前記固定リングを被覆して前記補強コード層に接着し、固定リング部を形成する折返し工程、及び前記フランジ金具を端部方向に移動させて前記固定リング部に当接させるフランジ金具固定工程を有することを特徴とする請求項１に記載の繊維補強ゴム成形体の製造方法。

Images