JP2018089937A - 螺旋状層構造体、及び螺旋状層構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の形状に自在に変形させることができる可撓性を備えるとともに、錆や腐蝕等の発生を抑え、長期間に亘って耐久性を維持し、使用環境等が制限されることのない螺旋状層構造体及びその製造方法の提供を課題とする。
【解決手段】螺旋状層構造体１は、可撓性を有する長尺平板状の芯部材で形成された鉄等の金属材料の鋼板で形成された螺旋状芯部材２と、熱硬化性弾性材料や熱可塑性弾性材料等の高分子材料７で形成され、螺旋状芯部材２を被覆した高分子被覆層３とを具備する。螺旋状層構造体の製造方法は、可撓性の芯部材４を搬送する搬送工程と、流動性を有する高分子材料７を供給する供給工程と、芯部材４を高分子材料７で被覆する被覆工程と、高分子材料７で被覆された被覆中間体を冷却する冷却工程と、被覆中間体を螺旋状にねじり加工し、螺旋状層構造体を形成する螺旋形成工程とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、螺旋状層構造体、及び螺旋状層構造体の製造方法に関する。更に詳しくは、少なくとも二層以上の層構造で形成された螺旋状層構造体、及び螺旋状層構造体の製造方法に関する。

従来、螺旋状（スパイラル状、或いはねじり状）の構造を有する部材や製品等が製造され、種々の用途において使用されている。例えば、角パイプや平板状の鋼板（平板鋼板）をねじり加工したねじり角パイプやねじり鋼板等が庭園や建築物等に設置するための装飾用部材として用いられている（特許文献１参照）。

更に、建造物や塀などの地盤補強材として、所謂「螺旋杭」が用いられている（特許文献２参照）。この螺旋杭は、平板鋼板をねじり加工して螺旋体を形成した後、予め規定された長さにカットし、地中に挿入する側の一端を杭形状にする加工が施されている。螺旋状にねじり加工することで所定方向から加わる圧力に抗する強度を増すことができる。

一方、その他の螺旋状の製品等としては、例えば、被搬送物を所定方向に搬送するスクリューや、螺旋状の形態を利用して気体や液体の流れを整える整流部材の一部、或いは、単位体積当たりの面積が大となる特性を活かし、熱交換部材の一部として用いられている。

特許第３０２３５８３号公報 特開２０１４−１４８３７号公報

従来の螺旋状の製品等の多くは、主に金属材料から構成され、補強等の使用目的や用途などから、当該螺旋状の形態を維持する必要があった。すなわち、製品等に強い応力が加わった場合でも、螺旋状の形態（特に螺旋軸方向の形態）が変化することがなかった。換言すれば、可撓性に乏しく、任意の形状に自在に変形させられなかった。

そのため、補強等の用途以外の整流部材や熱交換部材の一部として使用する場合、複雑に曲がった形状のパイプや配管等への設置が困難になるなど、ハンドリング性が悪く、作業に時間がかかる等の作業効率を低下させる要因となることがあった。

加えて、上記の螺旋状の製品等は、角パイプや平板鋼板等を単にねじり加工したり、直線状の金属棒に螺旋状の羽根を溶接等で取り付けたりしたものである。したがって、鉄やステンレス等の金属材料が製品表面にそのまま露出したものであった。その結果、外気等に直接晒された螺旋状の製品等は、大気中の酸素や雨水等と接触する機会が大きくなり、長期間の使用によって製品表面に錆などが発生したり、腐蝕したりするなどの不具合を生じる可能性が高かった。

そのため、屋外等での使用が制限されるなどの課題を有していた。また、例えば、整流部材や熱交換部材の一部等として使用する場合であっても、強酸性、強アルカリ性、或いはその他腐蝕性のガスや液体と接する可能性のある環境での使用ができないことがあった。その結果、螺旋状の構造を有するものの、その特性を十分に活かすことができず、使用環境が大幅に制限されることがあった。

そこで、本発明は上記実情に鑑み、任意の形状に自在に変形させることができる可撓性を備えるとともに、錆や腐蝕等の発生を抑え、長期間に亘って耐久性を維持し、使用環境等が制限されることのない螺旋状層構造体、及び当該螺旋状層構造体の製造方法の提供を課題とするものである。

本発明によれば、上記課題を解決した、螺旋状層構造体、及び螺旋状層構造体の製造方法が提供される。

［１］ 可撓性を有する長尺平板状の芯部材で形成され、前記芯部材の長手方向を螺旋軸として螺旋状を呈する螺旋状芯部材と、高分子材料で形成され、前記螺旋状芯部材の全面を被覆した高分子被覆層とを具備する螺旋状層構造体。

［２］ 前記螺旋状芯部材は、鉄、ステンレス、及びアルミニウムのいずれか一つの金属材料で形成された鋼板である前記［１］に記載の螺旋状層構造体。

［３］ 前記螺旋状芯部材は、前記芯部材の芯部材表面及び芯部材裏面の間を貫通及び前記芯部材の一部を切り欠いたスリット部の少なくとも一方を有する前記［１］または［２］に記載の螺旋状層構造体。

［４］ 前記螺旋状芯部材または前記芯部材の芯部材厚さは、０．２５ｍｍ〜３．００ｍｍの範囲であり、前記螺旋状芯部材または前記芯部材の芯部材幅は、３ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲である前記［１］〜［３］のいずれかに記載の螺旋状層構造体。

［５］ 前記高分子被覆層の層厚さは、０．３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である前記［１］〜［４］のいずれかに記載の螺旋状層構造体。

［６］ 前記高分子被覆層を形成する前記高分子材料は、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、及び水素添加ニトリルゴムのいずれか一つの熱硬化性弾性材料である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の螺旋状層構造体。

［７］ 前記高分子被覆層を形成する前記高分子材料は、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、動的架橋熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、及びエステル系熱可塑性エラストマーのいずれか一つの熱可塑性弾性材料である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の螺旋状層構造体。

［８］ 前記高分子被覆層は、ショアＡ硬度が３５〜９５の範囲である前記［１］〜［７］のいずれかに記載の螺旋状層構造体。

［９］ 前記「１」〜［８］のいずれかに記載の螺旋状層構造体の製造方法であって、可撓性を有する長尺平板状の芯部材を前記芯部材の長手方向に沿って搬送する搬送工程と、流動性を有する高分子材料を前記芯部材の搬送経路の途中に設けられた被覆領域に供給する供給工程と、前記被覆領域で、前記供給工程によって供給された前記高分子材料と前記芯部材とを接触させ、前記芯部材を前記高分子材料で被覆する被覆工程と、前記高分子材料で前記芯部材が被覆された被覆中間体を冷却する冷却工程と、前記冷却工程を通過した前記被覆中間体の長手方向を螺旋軸として、前記被覆中間体を螺旋状にねじり加工し、螺旋状層構造体を形成する螺旋形成工程とを具備する螺旋状層構造体の製造方法。

［１０］ 前記冷却工程及び前記螺旋形成工程の間に実施され、前記冷却工程を通過した前記被覆中間体を緩衝領域に一時的に滞留させる中間体滞留工程と、前記螺旋形成工程を通過した切断前螺旋状層構造体を所定長さに切断するねじり加工後切断工程とを更に具備し、前記螺旋形成工程は、所定長さに切断される前の前記被覆中間体を螺旋状にねじり加工する前記［９］に記載の螺旋状層構造体の製造方法。

［１１］ 前記冷却工程及び前記螺旋形成工程の間に実施され、前記冷却工程を通過した前記被覆中間体を所定長さに切断するねじり加工前切断工程を更に具備し、前記螺旋形成工程は、所定長さに切断された後の前記被覆中間体を螺旋状にねじり加工する前記［９］に記載の螺旋状層構造体の製造方法。

［１２］ 前記供給工程で供給される前記高分子材料は、エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、及び水素添加ニトリルゴムのいずれか一つの熱硬化性弾性材料であり、前記被覆工程及び前記冷却工程の間に実施され、前記被覆中間体を加熱し、前記芯部材を被覆した前記高分子材料を熱硬化処理をする熱硬化工程を更に具備する前記［９］〜［１１］のいずれかに記載の螺旋状層構造体の製造方法。

［１３］ 前記供給工程は、３０℃〜１２０℃の範囲の温度で加熱処理され、流動性を有する前記高分子材料を供給し、前記熱硬化工程は、１５０℃〜２５０℃の範囲の熱硬化温度、及び、１２０ｓ〜６００ｓの熱硬化時間で熱硬化処理をする前記［１２］に記載の螺旋状層構造体の製造方法。

［１４］ 前記供給工程で供給される前記高分子材料は、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、動的架橋熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、及びエステル系熱可塑性エラストマーのいずれか一つの熱可塑性弾性材料であり、前記供給工程は、１５０℃〜２７０℃の範囲の温度で加熱処理され、流動性を有する前記高分子材料を供給する前記［９］〜［１１］のいずれかに記載の螺旋状層構造体の製造方法。

本発明の螺旋状層構造体によれば、金属材料で構成される芯部材の全面を高分子被覆層で被覆した層構造で構成され、芯部材が可撓性を有する素材で形成されている。これにより、応力に対して自在に変形可能な螺旋状層構造体とすることができ、ハンドリング性や作業効率の向上を図ることができる。

加えて、螺旋状芯部材の全面を被覆した熱硬化性弾性材料（ゴム）や熱可塑性弾性材料（エラストマー）等の高分子材料からなる高分子被覆層によって、螺旋状芯部材が大気等に直接晒されることがない。これにより、優れた耐久性を発揮し、長期間の使用に耐え、使用環境が制限されるおそれが少なくなる。

本発明の螺旋状層構造体の製造方法によれば、長尺平板状の芯部材を高分子材料で被覆した後、螺旋状にねじり加工することで、上記の優れた効果を奏することが可能な螺旋状層構造体を効率的に製造することができる。

本実施形態の螺旋状層構造体の概略構成を模式的に示す斜視図である。 ねじり加工前の被覆中間体の概略構成を示す平面図である。 ねじり加工前の被覆中間体の概略構成を示す、図２のＡ−Ａ線断面図である。 ねじり加工前の芯部材のスリット部の別例構成を示す平面図である。 ねじり加工前の芯部材のスリット部の別例構成を示す平面図である。 高分子材料として熱硬化性弾性材料を用いた本実施形態の螺旋状層構造体の製造方法の流れの一例を示す説明図である。 被覆領域に設置される被覆ヘッドの概略構成を示す模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の螺旋状層構造体、及び螺旋状層構造体の製造方法の実施の形態について詳述する。なお、本実施形態の螺旋状層構造体、及び螺旋状層構造体の製造方法は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の設計の変更、修正、及び改良等を加え得るものである。

１．螺旋状層構造体
本発明の一実施形態の螺旋状層構造体１は、図１〜５等に示すように、螺旋状を呈する螺旋状芯部材２と、当該螺旋状芯部材２の全面を高分子材料７で被覆した高分子被覆層３とを具備し、少なくとも二つの層で構成された層構造体である。なお、図１は、螺旋状層構造体１の構成を説明するために、一端側の一部を螺旋状にねじり加工する前の芯部材４が露出した状態のものを示している。図２及び図３は、螺旋状層構造体１にねじり加工する前の芯部材４の全面に高分子被覆層３を設けた被覆中間体５の構成をそれぞれ示している。

螺旋状層構造体１の構成について、更に詳細に説明すると、螺旋状芯部材２は、可撓性を有する長尺平板状または長尺薄板状の芯部材４から形成され、所定のピッチ等で等間隔に螺旋状をねじり加工して構築されたものである。

ここで、螺旋状芯部材２及び螺旋状芯部材２を構成する芯部材４は、鉄、ステンレス、及びアルミニウム等の金属材料からなる平板状の鋼板や圧延鋼板が主に用いられている。前述した芯部材４の長手方向は、螺旋状芯部材２及び螺旋状層構造体１の長手方向と一致し、螺旋状層構造体１の螺旋軸Ｘ（図１における二点鎖線参照）と一致する。

本実施形態の螺旋状層構造体１は、可撓性を有し、かつ平板状の圧延鋼板等の金属材料を用いて芯部材４が形成されているため、周知のねじり加工装置（図示しない）を用いることで、螺旋状の形態を容易にねじり加工することができる。ここで、ねじり加工装置とは、例えば、長尺状の芯部材４の一端及び他端をそれぞれ挟んで固定した（チャッキング）後、芯部材４の他端側のみを所定方向に回転させることで、芯部材４の長手方向に一致する螺旋軸Ｘ（図１参照）に従って、螺旋状の形態が構築されるものである。なお、実際のねじり加工は、芯部材４に高分子材料７を被覆し、高分子被覆層３を形成した後に実施される（詳細は後述する）。

ねじり加工後の螺旋状芯部材２は、金属材料の芯部材４から形成されるため、特に強い応力が加えられない限り、当該螺旋状の形態を維持することができる。しかしながら、例えば、人の手の力等で螺旋軸Ｘを屈曲させるような方向に応力を加えることで、当該形状を変形させることができる程度の可撓性を螺旋状芯部材２及び芯部材４は有している。

螺旋状芯部材２または芯部材４（以下、単に「螺旋状芯部材２等」と称す。）が、上記のような可撓性の性状を備えるためには、鉄、ステンレス、アルミニウム等の金属材料を主原料として用い、かつ、その螺旋状芯部材２等の芯部材厚さＴ及び芯部材幅Ｗを所定の範囲に設定する必要がある。

すなわち、螺旋状芯部材２等の芯部材厚さＴ（図３参照）は、本発明の螺旋状層構造体１において、０．２５ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲に設定されている。芯部材厚さＴを上記範囲に設定することで、ねじり加工後の螺旋状の形態を維持し、かつ応力が加わった場合の変形を容易にすることができる。

加えて、螺旋状芯部材２等の芯部材幅Ｗ（図２参照）は、本発明の螺旋状層構造体１において、３ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲に設定されている。芯部材幅Ｗを上記範囲に設定することで、同様に、ねじり加工後の螺旋状の形態を維持し、かつ応力が加わった場合の変形を容易にすることができる。

ここで、芯部材厚さＴが０．２５ｍｍより薄い場合、螺旋状層構造体１の螺旋状の形態を維持する基本骨格となる螺旋状芯部材２が十分な強度を有していないことになる。その結果、自重、高分子被覆層３の重量、及び重力等によって螺旋状の形態を十分に維持することができなくなる可能性がある。更に、螺旋状にねじり加工する際に強度不足から、螺旋状芯部材２等が破断または切断するおそれがある。

一方、芯部材厚さＴが３．００ｍｍより厚い場合、芯部材４を螺旋状にねじり加工するための力（負荷）が大きくなり、ねじり加工の作業性が悪化する可能性が高く、かつ、螺旋状の形態を応力を加えて変形させる力も多く必要となる。すなわち、可撓性が乏しくなる。

更に、芯部材幅Ｗを３ｍｍより狭くした場合、螺旋状の形態が小さくなりすぎ、係る形態を採用したことの効果を十分に発揮することができない。一方、芯部材幅Ｗを１５０ｍｍより広くした場合、可撓性が乏しくなり、ねじり加工性や任意の形状への変形性が損なわれるおそれがある。更に、芯部材４の被覆幅が広くなるため、芯部材４を被覆する高分子被覆層３を形成するための装置（被覆ヘッド１３：図７参照）が必然的に大きくなる。その結果、係る被覆ヘッド１３のための設備コストが増大する可能性があった。したがって、芯部材厚さＴ及び芯部材幅Ｗが本発明において規定した範囲に設定される。

本実施形態の螺旋状層構造体１の螺旋状芯部材２等は、図１〜３等に示すように、更なる構成として、螺旋状芯部材２等の芯部材表面２ａ，４ａ及び芯部材裏面２ｂ，４ｂの間を貫通、または、螺旋状芯部材２等の一部を切り欠いた複数のスリット部６を有している。ここで、スリット部６は、略平板状の螺旋状芯部材２等の一部を除去した空隙であり、実際には螺旋状にねじり加工する前の芯部材４の状態で設けられる。なお、スリット部６の形状やレイアウト、更に、スリット部６の形成後の螺旋状芯部材２等の形態は特に限定されるものではない。

例えば、図１〜３に示すように、螺旋状芯部材２等の中央部分及び両側部分にそれぞれ略長方形状の複数のスリット部６ａ，６ｂを設け、螺旋状芯部材２等の全体が略「井」型状を呈するようにしたものが挙げられる。ここで、中央部分のスリット部６ａは、芯部材表面２ａ，４ａ及び芯部材裏面２ｂ，４ｂの間を貫通して形成されており、両側部分の一対のスリット部６ｂは、芯部材側面４ｃを合わせて切り欠いて形成されている。

更に、螺旋状芯部材２等の両側部分に一対の略直方体形状の複数のスリット部６ｃを設け、螺旋状芯部材２等の中央部分を直線状に残した略「魚の骨」形状を呈するようにしたもの（図４参照）であっても構わない。この場合、一対のスリット部６ｃは、芯部材側面４ｃを合わせて切り欠いて形成されている。

なお、スリット部６は、本明細書において広義に捉えることができ、例えば、芯部材表面２ａ，４ａ及び芯部材裏面２ｂ，４ｂの間を孔形状に打ち抜いた複数の打抜部６ｄ（所謂「パンチング孔」）を等間隔に配したものを含むものとする（図５参照）。更に、上記した複数のスリット部６ａ，６ｂ，６ｃ、或いは、スリット部６の一部である打抜部６ｄ等を各種組み合わせて配置したものであっても構わない。

加えて、上記スリット部６ａ等及び打抜部６ｄは、芯部材表面２ａ，４ａ及び芯部材裏面２ｂ，４ｂの間を貫通したものを示したが、必ずしも貫通させることなく、芯部材表面２ａ等の一部を刳抜いた刳抜部（図示しない）を含むものであっても構わない。なお、スリット部６は、パンチング加工やレーザー加工等の周知の金属加工技術を用いることによって形成することができる。

上記の通り、螺旋状芯部材２等が複数のスリット部６を備えることにより、更に螺旋状芯部材２等の可撓性を高めることができる。加えて、係るスリット部６の形状やレイアウトによって、可撓性の程度の調整を図ることができ、螺旋状の形態を維持し、かつ応力によって適度に変形させることが可能な螺旋状層構造体１を構築することができる。これにより、複雑な形状の場所に設置する際の作業性を向上させることができる。

更に、螺旋状芯部材２等が、上記スリット部６を備えることで、高分子被覆層３（詳細は後述する）との間の密着性や接着性等を強固にすることができる。スリット部６を備える芯部材４の全面に高分子材料７を接触させ、高分子被覆層３を形成した場合、高分子材料７の一部は芯部材４に設けられた空隙としてのスリット部６に充填される（例えば、図３等参照）。

これにより、螺旋状層構造体１から螺旋状芯部材２のみを抜脱しようとする力が加わっても、スリット部６に充填された高分子被覆層３が当該動きを規制する。これにより、螺旋状層構造体１は、螺旋状芯部材２及び高分子被覆層３の二層の層構造を安定して維持することができる。

一方、本実施形態の螺旋状層構造体１における高分子被覆層３は、流動性を有する高分子材料７を螺旋状芯部材２等の全面に亘って接触させ、熱硬化または冷却によって形成したものである。これにより、金属材料の螺旋状芯部材２等が高分子被覆層３によって完全に覆われ、大気等に直接晒されることがない。

なお、螺旋状芯部材２を被覆する高分子被覆層３は、図１及び図３に示すような一層のみに限定されるものでなく、複数の層から構成されるものであっても構わない。そのため、本発明の螺旋状層構造体１は、螺旋状芯部材２等及び高分子被覆層３の少なくとも二層からなる層構造を備え、それ以上の多層構造を呈するものであってもよい。

高分子被覆層３は、弾性を有する高分子材料７が使用される（詳細は後述する）。そのため、芯部材４を螺旋状芯部材２にねじり加工する場合、或いは、螺旋状層構造体１に応力を加えて変形する場合に、それぞれの曲げや加工に応じて伸縮することができる。そのため、高分子被覆層３の表面に亀裂やひび割れ等が発生するおそれが少ない。

ここで、高分子被覆層３の層厚さＨは、螺旋状芯部材２等の芯部材表面２ａ，４ａ、芯部材裏面２ｂ，４ｂ、及び芯部材側面（図示しない）から０．３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に設定される。層厚さＨが０．３ｍｍより薄いと、均一の層厚さＨで芯部材４を被覆することが困難となり、螺旋状芯部材２等の一部が外気等に直接晒される等の問題が生じる。

一方、層厚さＨが１０ｍｍより厚い場合、芯部材４を螺旋状ねじり加工する際、或いは、螺旋状層構造体１を変形する際に分厚い高分子被覆層３によって加工や変形が阻害される可能性が高い。更に、ねじり加工後であっても、弾性材料で形成された高分子被覆層３による復元力が大きいため、螺旋状の形態を保つことができず、ピッチや形態が崩れる可能性がある。そのため、高分子被覆層３の層厚さＨは、上記数値範囲内に規定される。

高分子被覆層３に使用される高分子材料７は、例えば、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム（ＶＭＱ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、及び水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）のいずれか一つの熱硬化性弾性材料を挙げることができる。特に、エチレン−プロピレンゴムの使用が好適である。

更に、高分子材料７として、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、ウレタン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、動的架橋熱可塑性エラストマー（ＴＰＶ）、アミド系熱可塑性エラストマー（ＴＰＡ）、及びエステル系熱可塑性エラストマー（ＴＰＣ）のいずれか一つの熱可塑性弾性材料を使用することもできる。特に、オレフィン系熱可塑性エラストマー、動的架橋熱可塑性エラストマー、及びスチレン系熱可塑性エラストマーの使用が好適である。

上記の通り、高分子被覆層３は、応力に対して弾性変形可能な素材である熱硬化性弾性材料であるゴムや、熱可塑性弾性材料であるエラストマー等の高分子材料７（広義において樹脂材料）を用いて形成することができる。

更に、本実施形態の螺旋状層構造体１における高分子被覆層３は、ショアＡ硬度が３５〜９５の範囲のものが使用される。ここで、ショアＡ硬度は、ゴム（弾性体）の硬さを測定するための規格であり、被測定物の表面に圧子（押針）を押し込み、被測定物を変形させることで、その変形量（または押し込み深さ）を測定するものである。

具体的には、ＪＩＳ Ｋ６２５３に基づき、デュロメータ（スプリング式ゴム硬度計）を用いて測定される。ショアＡ硬度を３５〜９５の範囲とすることにより、ねじり加工時の作業性や螺旋状層構造体１の変形性を損なうことがなく、かつ高分子被覆層３にひび割れ等の不具合を生じることがない。

２．螺旋状層構造体の製造方法
本発明の第一実施形態の螺旋状層構造体の製造方法１０（以下、単に「製造方法１０」と称す。）は、芯部材４を搬送する搬送工程Ｓ１と、高分子材料７を供給する供給工程Ｓ２と、芯部材４を高分子材料７で被覆する被覆工程Ｓ３と、被覆中間体５を所定の熱硬化温度で加熱し、熱硬化処理を行う熱硬化工程Ｓ４と、熱硬化処理後の被覆中間体５を冷却する冷却工程Ｓ５と、冷却後の被覆中間体５を緩衝領域Ｂに一時的に滞留させる中間体滞留工程Ｓ６と、緩衝領域Ｂに貯留された被覆中間体５の一部を巻出した後、螺旋状にねじり加工する螺旋形成工程Ｓ７と、ねじり加工後の切断前螺旋状層構造体１ａを所定長さに切断するねじり加工後切断工程Ｓ８とを具備している。以下、高分子材料としてエチレン−プロピレンゴム等の熱硬化性弾性材料を使用した場合について説明を行うものとする。

また、本実施形態の製造方法１０は、長尺平板状の芯部材４を繰り出して長手方向に沿って搬送する搬送工程Ｓ１から螺旋状にねじり加工する螺旋形成工程Ｓ７までを連続的に実施するものである。すなわち、螺旋形成工程Ｓ７までは、芯部材４、被覆中間体５、及び切断前螺旋状層構造体１ａ（図６参照）が一つにつながった状態であり、螺旋形成工程Ｓ７の後に、所定の長さの螺旋状層構造体１に切断している。

製造方法１０について、更に詳細に説明すると、可撓性を有する金属材料からなる長尺平板状の芯部材４は、予めロール状に巻き取られたロール体１１として巻出装置（図示しない）にセットされ、芯部材４を略水平方向（図６における紙面左右方向）に沿って繰り出すことで、搬送方向Ｆに沿って搬送される（搬送工程Ｓ１）。

芯部材４の搬送速度、換言すれば、ロール体１１からの繰出速度は、特に限定されるものではないが、例えば、２ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍ／ｍｉｎの間で設定することができる。これにより、後述する被覆工程Ｓ３によって、芯部材４に対して適量の高分子材料７を接触させ、芯部材４を被覆することができ、かつ製造効率を良好にすることができる。

芯部材４は、既に述べた鉄等の金属材料の鋼板を用いることができ、例えば、鉄を主原料とする芯部材厚さＴ：０．５ｍｍ及び芯部材幅Ｗ：２５ｍｍの冷間圧延鋼板が挙げられる。また、芯部材４には、予め打ち抜き加工やレーザー加工等によって、芯部材４の全体が略「井」型形状（図２参照）となるように、複数のスリット部６が設けられている。

一方、熱硬化性弾性材料からなる高分子材料７は、予め所定の温度（例えば、３０℃〜１２０℃）で加熱処理され、流動性を有する状態に調整される。ここで、温度が３０℃を下回る場合、流動性が損なわれ、芯部材４の搬送経路Ｒに向けて供給（吐出）することが困難となる。一方、温度が１２０℃を超える場合、熱硬化性弾性材料である高分子材料７（ゴム）の硬化反応が進行してしまうおそれがある。そのため、流動性を有する高分子材料７とするための温度は上記数値範囲内に規定される。

高分子材料７には、上記したエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）以外にその他の成分を配合することができる。例えば、カーボン、炭酸カルシウム等の充填剤、油分、加硫剤等の各種材料をそれぞれの配合比で添加することができる。これにより、流動性や芯部材４に対する付着性、高分子被覆層３の弾性を調整することができる。

加熱され、流動性を有する状態の高分子材料７は、供給装置１２から混練されながら芯部材４の搬送経路Ｒに所定の圧力で供給される（供給工程Ｓ２）。ここで、搬送経路Ｒの途中に設けられた被覆領域Ｃには、供給装置１２に連結された被覆ヘッド１３が設置されている。係る被覆ヘッド１３を通過することで、芯部材４と高分子材料７とが接触する。そして、被覆ヘッド１３に設けられた口金１４から被覆ヘッド１３の外部に一緒に押し出される。

これにより、芯部材４と高分子材料７とが接触し、芯部材４の全面に亘って高分子材料７が付着し、芯部材４を被覆する（被覆工程Ｓ３）。図７は被覆ヘッド１３の概略構成を示す模式断面図である。被覆ヘッド１３の形状、或いは、被覆ヘッド１３の口金１４の形状を変更することで、高分子材料７の口金１４からの吐出量や使用可能な芯部材４の芯部材幅Ｗを変更することができる。その結果、最終的に高分子被覆層３の層厚さＨの調整を図ることができる。本実施形態の製造方法１０において、芯部材４を被覆し、熱硬化工程Ｓ４及び冷却工程Ｓ５を経た高分子被覆層３の層厚さＨは、最終的に１．０ｍｍとなるように設定されている。

芯部材４に高分子材料７が付着し、当該高分子材料７が未硬化の状態の被覆中間体５は、高分子材料７の流動性を得るための温度よりも更に高温の熱硬化温度に硬化炉（図示しない）内が調整された熱硬化装置１５に送られる（熱硬化工程Ｓ４）。ここで、熱硬化温度は、１５０℃〜２５０℃の範囲に設定され、更に当該熱硬化装置１５の硬化炉内を通過するまでに要する時間（熱硬化時間）は、１２０ｓ〜６００ｓの間に設定される。

本実施形態の製造方法１０において使用する高分子材料７は、上記の通り、１５０℃〜２５０℃の間の高温の熱硬化温度で熱硬化処理されることで硬化反応が促進される。その結果、高分子材料７は流動性を失い、弾性を有する高分子被覆層３として構成される。熱硬化工程Ｓ４を通過した後の被覆中間体５は、次工程の冷却工程Ｓ５まで搬送され、冷媒（例えば、水など）の中を通される。これにより、被覆中間体５の温度が冷やされ、弾性を有する高分子被覆層３の形成が完成する（冷却工程Ｓ５）。

冷却工程Ｓ５を通過した被覆中間体５は、次工程の中間体滞留工程Ｓ６が実施される緩衝領域Ｂまで搬送され、一時的に滞留した状態となる。ここで、緩衝領域Ｂには、図６に示すように、冷却工程Ｓ５の後の被覆中間体５を複数の緩衝用ローラ１７の間で支持することで、螺旋形成工程Ｓ７に被覆中間体５を送り出すまでのタイムラグを与え、被覆中間体５の移動時間を長く確保することができる。

なお、中間体滞留工程Ｓ６は特に限定されないが、図６に示すように複数の緩衝ローラを交互に配し、緩衝領域Ｂを通過するための時間を長くするものであればよい。これにより、ねじり加工を行う前に被覆中間体５がつながった状態で滞留するため、螺旋形成工程Ｓ７のための加工時間を確保することができる。その結果、本発明の螺旋状層構造体１を連続的に形成することができる。

緩衝領域Ｂにおける中間体滞留工程Ｓ６では、緩衝領域Ｂに滞留した状態の被覆中間体５は、その後所定の長さだけ引き出され、螺旋形成工程Ｓ７に送られる。螺旋形成工程Ｓ７では、被覆中間体５の下流側の一端５ａ及び上流側の他端５ｂをそれぞれ挟持可能な固定部１８ａ，１８ｂを用いてチャッキングする。

その後、一端５ａをチャッキングした固定部１８ａはそのままで、他端５ｂをチャッキングした固定部１８ｂのみを、搬送方向Ｆを螺旋軸Ｘとする軸周りに回転させる（図６におけるねじり加工方向Ｓ参照）。

これにより、被覆中間体５を螺旋状にねじり加工することができる（螺旋形成工程Ｓ７）。その結果、螺旋状芯部材２及び高分子被覆層３の二層からなる層構造の切断前螺旋状層構造体１ａが得られる。この状態では、緩衝領域Ｂに滞留した被覆中間体５と切断前螺旋状層構造体１ａとはつながっている。

ここで、ねじり加工によって形成される螺旋状のピッチは、特に限定されるものではなく、本実施形態の製造方法１０では、例えば、１５０ｍｍ間隔とすることができる。更に、下流側の一端５ａ側の近傍に設置された切断装置１９を作動させることにより、緩衝領域Ｂの被覆中間体５とねじり加工を行った切断前螺旋状層構造体１ａとを切断する（ねじり加工後切断工程Ｓ８）。これにより、螺旋状層構造体１の製造が完了する。

上記示すように、第一実施形態の製造方法１０は、芯部材４及び高分子材料７から被覆中間体５を形成し、更に熱硬化処理、冷却処理、及びねじり加工処理を連続的に実施し、最後に切断することで螺旋状層構造体１を製造することができる。これにより、各工程をその都度停止させることなく、連続的な製造を行うことが可能となり、螺旋状層構造体１の製造効率を高めることができる。

ここで、本発明の螺旋状層構造体の製造方法は、上記した本実施形態の製造方法１０に限定されるものではない。すなわち、本実施形態の製造方法１０において、螺旋形成工程Ｓ７の後にねじり加工後切断工程Ｓ８を実施するものを示したがこれに限定されるものではなく、例えば、冷却工程Ｓ５に所定の長さに被覆中間体５を切断するねじり加工前切断工程（図示しない）を実施するものであっても構わない。

この場合、切断後の被覆中間体５に対して、上記装置を用いたねじり加工が実施される（螺旋形成工程Ｓ７）。この場合、被覆中間体５を一時的に滞留させる緩衝領域Ｂ及び緩衝領域Ｂに設置される複数の緩衝用ローラ１７等の各種設備及び構成を必要とすることがなく、設備コストの増大を抑え、かつ螺旋状層構造体１を製造する製造スペースをコンパクトにすることができる。

なお、ねじり加工前に被覆中間体５を所定の長さに切断し、切り離す必要があるため、図６に示した切断装置１９は、緩衝領域Ｂ（緩衝用ローラ１７）と固定部１８ａとの間に設置する必要がある。所定長さに切断後であって、ねじり加工前の被覆中間体５は、その後に固定部１８ａ及び固定部１８ｂの間に架設及び固定され、螺旋形成工程Ｓ７が行われる。

ここで、本実施形態の製造方法１０において、高分子材料７として熱硬化性弾性材料であるエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等を使用する例を示したが、これに限定されるものではなく、熱可塑性弾性材料である熱可塑性スチレン系エラストマーや動的架橋熱可塑性エラストマー等を使用する螺旋状層構造体の製造方法であっても構わない。

熱可塑性弾性材料を使用する場合、流動性を有する高分子材料７を供給装置１２から供給するために、高分子材料７の温度を１５０℃〜２７０℃の範囲で加熱処理する必要がある。温度が１５０℃より低いと、流動性が低下し、良好な高分子材料７の供給及び芯部材４の安定した被覆を行えない可能性がある。一方、温度が２７０℃よりも高温の場合、熱可塑性弾性材料自体が分解するおそれがある。そのため、上記温度の数値範囲内に設定する必要がある。

更に、熱可塑性弾性材料を使用する場合、本実施形態の製造方法１０において、被覆工程Ｓ３後に実施した熱硬化工程Ｓ４が不要となる。すなわち、熱可塑性弾性材料（エラストマー）の場合、熱硬化性弾性材料（ゴム）のような熱硬化処理を行う必要がなく、高分子材料７を芯部材４に被覆した後、そのまま冷却槽１６に送り、冷却することができる。

冷却工程Ｓ５の後は、上記示した通り、緩衝領域Ｂに被覆中間体５を一時的に滞留させ、螺旋状にねじり加工後に切断するものであっても、或いは、冷却工程Ｓ５の通過後に所定長さに切断し、その後に螺旋状にねじり加工を行うものであっても構わない。

以上説明したように、本実施形態の製造方法１０によれば、長尺平板状の芯部材４に高分子材料７を接触させ、高分子被覆層３を形成した後に、螺旋状にねじり加工する螺旋形成工程Ｓ７が実施される。すなわち、芯部材４を螺旋状に形成した螺旋状芯部材２に高分子材料７を接触させ、高分子被覆層３を形成する場合に比べ、作業性が良好となる。

特に、高分子被覆層３が弾性を有する高分子材料７を用いて形成されるため、高分子被覆層３の形成後にねじり加工しても、高分子被覆層３の表面等にひび割れや亀裂等が入ることがなく、螺旋状層構造体１を良好に製造することができる。

本発明の螺旋状層構造体は、従来の装飾用や地盤補強材としての使用に加え、螺旋状の形態及び高分子被覆層３による層構造を活かし、特に、作業効率や耐久性等が求められる車両搭載用のエアコンディショナーの配管内に設置し、配管内を流通する冷風や温風等の流体を整流する整流部材の一部として使用することができる。或いは、単位体積当たりの表面積が広い点を活かして熱交換部材の一部としての使用が可能となる。

１：螺旋状層構造体、１ａ：切断前螺旋状層構造体、２：螺旋状芯部材、２ａ，４ａ：芯部材表面、２ｂ，４ｂ：芯部材裏面、４ｃ：芯部材側面、３：高分子被覆層、４：芯部材、５：被覆中間体、５ａ：一端、５ｂ：他端、６，６ａ，６ｂ，６ｃ：スリット部、６ｄ：打抜部（スリット部）、７：高分子材料、１０：螺旋状層構造体の製造方法、１１：ロール体、１２：供給装置、１３：被覆ヘッド、１４：口金、１５：熱硬化装置、１６：冷却槽、１７：緩衝用ローラ、１８ａ，１８ｂ：固定部、１９：切断装置、Ｂ：緩衝領域、Ｃ：被覆領域、Ｆ：搬送方向、Ｈ：層厚さ、Ｒ：搬送経路、Ｓ：ねじり加工方向、Ｔ：芯部材厚さ、Ｘ：螺旋軸、Ｗ：芯部材幅、Ｓ１：搬送工程、Ｓ２：供給工程、Ｓ３：被覆工程、Ｓ４：熱硬化工程、Ｓ５：冷却工程、Ｓ６：中間体滞留工程、Ｓ７：螺旋形成工程、Ｓ８：ねじり加工後切断工程。

Claims (14)

1. 可撓性を有する長尺平板状の芯部材で形成され、前記芯部材の長手方向を螺旋軸として螺旋状を呈する螺旋状芯部材と、
   高分子材料で形成され、前記螺旋状芯部材の全面を被覆した高分子被覆層と
   を具備する螺旋状層構造体。
2. 前記螺旋状芯部材は、
   鉄、ステンレス、及びアルミニウムのいずれか一つの金属材料で形成された鋼板である請求項１に記載の螺旋状層構造体。
3. 前記螺旋状芯部材は、前記芯部材の芯部材表面及び芯部材裏面の間を貫通及び前記芯部材の一部を切り欠いたスリット部の少なくとも一方を有する請求項１または２に記載の螺旋状層構造体。
4. 前記螺旋状芯部材または前記芯部材の芯部材厚さは、
   ０．２５ｍｍ〜３．００ｍｍの範囲であり、
   前記螺旋状芯部材または前記芯部材の芯部材幅は、
   ３ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲である請求項１〜３のいずれか一項に記載の螺旋状層構造体。
5. 前記高分子被覆層の層厚さは、
   ０．３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である請求項１〜４のいずれか一項に記載の螺旋状層構造体。
6. 前記高分子被覆層を形成する前記高分子材料は、
   エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、及び水素添加ニトリルゴムのいずれか一つの熱硬化性弾性材料である請求項１〜５のいずれか一項に記載の螺旋状層構造体。
7. 前記高分子被覆層を形成する前記高分子材料は、
   オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、動的架橋熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、及びエステル系熱可塑性エラストマーのいずれか一つの熱可塑性弾性材料である請求項１〜５のいずれか一項に記載の螺旋状層構造体。
8. 前記高分子被覆層は、
   ショアＡ硬度が３５〜９５の範囲である請求項１〜７のいずれか一項に記載の螺旋状層構造体。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の螺旋状層構造体の製造方法であって、
   可撓性を有する長尺平板状の芯部材を前記芯部材の長手方向に沿って搬送する搬送工程と、
   流動性を有する高分子材料を前記芯部材の搬送経路の途中に設けられた被覆領域に供給する供給工程と、
   前記被覆領域で、前記供給工程によって供給された前記高分子材料と前記芯部材とを接触させ、前記芯部材を前記高分子材料で被覆する被覆工程と、
   前記高分子材料で前記芯部材が被覆された被覆中間体を冷却する冷却工程と、
   前記冷却工程を通過した前記被覆中間体の長手方向を螺旋軸として、前記被覆中間体を螺旋状にねじり加工し、螺旋状層構造体を形成する螺旋形成工程と
   を具備する螺旋状層構造体の製造方法。
10. 前記冷却工程及び前記螺旋形成工程の間に実施され、
    前記冷却工程を通過した前記被覆中間体を緩衝領域に一時的に滞留させる中間体滞留工程と、
    前記螺旋形成工程を通過した切断前螺旋状層構造体を所定長さに切断するねじり加工後切断工程と
    を更に具備し、
    前記螺旋形成工程は、
    所定長さに切断される前の前記被覆中間体を螺旋状にねじり加工する請求項９に記載の螺旋状層構造体の製造方法。
11. 前記冷却工程及び前記螺旋形成工程の間に実施され、
    前記冷却工程の後の前記被覆中間体を所定長さに切断するねじり加工前切断工程を更に具備し、
    前記螺旋形成工程は、
    所定長さに切断された後の前記被覆中間体を螺旋状にねじり加工する請求項９に記載の螺旋状層構造体の製造方法。
12. 前記供給工程で供給される前記高分子材料は、
    エチレン−プロピレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、及び水素添加ニトリルゴムのいずれか一つの熱硬化性弾性材料であり、
    前記被覆工程及び前記冷却工程の間に実施され、
    前記被覆中間体を加熱し、前記芯部材を被覆した前記高分子材料を熱硬化処理をする熱硬化工程を更に具備する請求項９〜１１のいずれか一項に記載の螺旋状層構造体の製造方法。
13. 前記供給工程は、
    ３０℃〜１２０℃の範囲の温度で加熱処理され、流動性を有する前記高分子材料を供給し、
    前記熱硬化工程は、
    １５０℃〜２５０℃の範囲の熱硬化温度、及び、１２０ｓ〜６００ｓの熱硬化時間で熱硬化処理をする請求項１２に記載の螺旋状層構造体の製造方法。
14. 前記供給工程で供給される前記高分子材料は、
    オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、動的架橋熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー、及びエステル系熱可塑性エラストマーのいずれか一つの熱可塑性弾性材料であり、
    前記供給工程は、
    １５０℃〜２７０℃の範囲の温度で加熱処理され、流動性を有する前記高分子材料を供給する請求項９〜１１のいずれか一項に記載の螺旋状層構造体の製造方法。

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