JP3561092B2 - 高周波加熱性マンドレルおよびそれを用いた架橋ゴムホースの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴムホース製造用の高周波加熱性マンドレルおよび該マンドレルを用いるゴムホースの製造方法に関し、特に高周波加熱を利用するゴムホースの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムホースは、従来より、有機高分子性のマンドレルの上に架橋性ゴムを押出被覆してゴム層を形成し、該ゴムを外部から加熱して架橋する方法で製造されてきている。その場合、該ゴムを外部から加熱する方法に関しては、押出物を束取りして水蒸気架橋機内で加熱架橋する、所謂、バッチ方法が古くから行われている。しかしこの従来方法は、次の問題がある。
（１）非連続生産であるので、生産能率が低い。
（２）バッチ毎に製品の性能や品質にバラツキが生じる場合がある。
（３）束取り状態のままで加熱架橋されるので、架橋後のゴムホースにこの束取り癖が残存する。
ゴムホースは種々の用途に用いられるが、多くの用途において高度の寸法精度が要求される。従って前記した（２）や（３）の問題があると、この高度寸法精度の要求が満たされない場合が多く、またゴムホースの束取り癖の状態や程度が区々で一定しないので、ゴムホースの両端部への接続金具の取り付けが困難となる場合もある。
バッチ方法のかかる問題点を克服する目的で、ゴムホースを連続生産する提案はあるが、本発明者等の知る限りにおいて、それらのいずれもが実用されていないのが実情である。その理由は、ゴムホースは一般的に厚肉であってマンドレル上のゴム層をその外部から加熱するだけでは、厚肉のゴム層を内部まで十分に加熱架橋するのに長時間を要し、このために大がかりな連続製造機やそれを収納する大きな建屋が必要となるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、架橋ゴムホースの工業的な連続生産を可能にするマンドレル、およびそれを用いたゴムホースの製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、つぎの特徴を有する。
１．アスペクト比が少なくとも１００の金属体を少なくとも６０容量％含有する導電性層の上に、ポリ４−メチルペンテン−１からなる表面層を有することを特徴とする高周波加熱性マンドレル。
２．可撓性を有する上記１記載の高周波加熱性マンドレル。
３．導電性層の金属体が、金属線の編組である上記１または２に記載の高周波加熱性マンドレル。
４．ポリ４−メチルペンテン−１からなる表面層は、無機固形分を含有するものである上記１〜３のいずれかに記載の高周波加熱性マンドレル。
５．アスペクト比が少なくとも１００の金属体を少なくとも６０容量％含有する導電性層の上に有機高分子からなる表面層を有する高周波加熱性マンドレルの上に架橋性ゴムを押出被覆してゴム層を形成し、高周波加熱により導電性層が加熱された該高周波加熱性マンドレルの高温度により該ゴム層をその内表面側から加熱する工程を含むことを特徴とする架橋ゴムホースの製造方法。
６．高周波加熱性マンドレルが可撓性を有する、上記５記載の架橋ゴムホースの製造方法。
７．高周波加熱性マンドレルの導電性層の金属体が、金属線の編組である上記５または６記載の架橋ゴムホースの製造方法。
８．高周波加熱性マンドレルの表面層が、ポリ４−メチルペンテン−１、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマーからなる群から選ばれる少なくとも１種の有機高分子からなる、上記５〜７のいずれかに記載の架橋ゴムホースの製造方法。
９．有機高分子がポリ４−メチルペンテン−１である上記８記載の架橋ゴムホースの製造方法。
１０．高周波加熱性マンドレルの有機高分子からなる表面層は、無機固形分を含有するものである、上記５〜９のいずれかに記載の架橋ゴムホースの製造方法。
１１．高周波加熱性マンドレル上のゴム層をその外表面側から加熱する工程を含む上記５〜１０のいずれかに記載の架橋ゴムホースの製造方法。
１２．高周波加熱による高周波加熱性マンドレルの加熱が、ゴム層をその外表面側から加熱する工程の前に行われる上記１１記載の架橋ゴムホースの製造方法。
１３．ゴム層の上にさらに発泡防止用有機高分子層を設け、その外表面側から加熱する上記１１または１２記載の架橋ゴムホースの製造方法。
【０００５】
【作用】
本発明の高周波加熱性マンドレル（以下、本発明マンドレルという）においては、高周波により加熱される導電性層はアスペクト比が少なくとも１００の金属体からなり且つ該金属体を少なくとも６０容量％含有するので、通常の金属粉体のような低アスペクト比を使用した場合と異なって、導電性層中における金属体の集結密度が高く、しかして高周波による本発明マンドレル自体を素早く加熱することができる。この結果、本発明マンドレルの上に押出成形された架橋性ゴムをその内表面側から高速で加熱できるので、後記する理由からゴムの架橋時間を大幅に短縮できる。
マンドレルを用いる一般的なゴムホースの製造においては、ゴムの架橋工程の後は、架橋ゴム層からマンドレルを抜取る必要がある。ところでマンドレルの表面がアスペクト比が少なくとも１００の金属体、特に後記する金属繊維の編組のように凹凸に富むもので形成されていると、マンドレルと架橋ゴム層との界面における滑り性が悪いためにこの抜取りがすこぶる困難となる。これに対して本発明マンドレルは、その表面層は有機高分子からなっているので表面が平滑であって抜取が容易である。
本発明のゴムホース製造方法においては、上記の本発明マンドレルを使用するので、高周波加熱によりゴム層をその内表面側から加熱することができる。このため、従来方法において長時間架橋の主原因であったゴム層内部の加熱の問題が解決される。そして例えば架橋工程において、ゴム層をその内表面側からのみならず、必要により外部からも加熱することにより、該ゴム層の短時間加熱架橋が実現する。この結果、比較的小規模の連続架橋機によるゴムホースの工業的生産が可能となり、さらにまた連続架橋生産自体が束取り癖のないゴムホースの生産を可能とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図例により詳細に説明する。図１は、本発明マンドレルの実施例の斜視図である。図２は、本発明マンドレルの他の実施例の斜視図である。図３は、本発明のゴムホース製造方法において用いられる連続架橋装置例の側面図である。図４は、図３のＸ−Ｘにおける断面図である。図１〜図４において、同一部分は同一の数値にて示す。
【０００７】
【実施例】
図１、図２および図４において、Ｍは本発明マンドレルの実施例、１は該マンドレルの中心に設けられたテンションメンバ、２はテンションメンバ１上のコア層、３はコア２の上の導電性層、４は導電性層上の表面層、５はマンドレルＭの上に形成されたゴムホースとなるゴム層である。ゴム層５は、ゴム内層５１とゴム外層５２とからなり、その間に編組層５３を有する。６は、ゴム層５の上に被覆された発泡防止用の有機高分子層であり、ゴム層５の加熱架橋時における発泡を防止する作用をなす。図２においては、テンションメンバ１の直上に厚肉の導電性層３が設けられている。
図１および図２において、テンションメンバ１は、マンドレルＭの引張強さを所望の大きさ以上に保持するために設けられ、例えば金属線、ポリアミド繊維などの撚物が使用される。
【０００８】
図１において導電性層３は、高周波加熱により加熱されるための層であって導電性材として、アスペクト比が少なくとも１００の金属体が用いられる。該金属体を構成する金属種としては、例えば銅、ニッケル、鉄、鋼、アルミニウムなどの耐熱導電性金属が例示される。またそれら導電性金属からなる該金属体の基材は、線材、平板状粒子、板材などの高アスペクト比を有する形状のものである。線材の場合のアスペクト比は、線の平均断面直径に対する平均長さの比で表わされ、平板状粒子や板材などの場合のアスペクト比は、平均厚さに対する平均表面積の比で表わされる。いずれにせよアスペクト比が、１００未満の金属体例えば通常の粉体では導電性層中における金属体の集結密度が低く、このためにマンドレルを効果的に加熱することができず、本発明の課題を達成することが困難となる。しかして本発明においては、金属体としてアスペクト比が少なくとも２００、特に少なくとも５００の金属体の使用が好ましい。好ましい金属体を例示すると、編組、織布、不織布、あるいはエクスパンドメタルなどの線材加工物、直管状やコルゲート管状とされた金属板加工物などである。なお平板状粒子や短尺の線材は、有機高分子などに高濃度で配合した組成物として用いることができる。導電性層３は、かかる線材加工物、金属板加工物、平板状粒子や短尺線材の有機高分子組成物などの一種あるいはそれらの二種以上を組合わせた複合体にて形成することができる。
導電性層３における金属体の含有量は、少なくとも６０容量％である必要があるが、少なくとも８０容量％、特に線材加工物や金属板加工物などのみにて構成されていることが好ましい。
【０００９】
なお本発明においてマンドレルＭは、可撓性であることは必須ではない。しかし実際上の問題として、長尺のゴムホースを連続製造する場合には長尺のマンドレルＭが必要となり、それはドラム巻きや束取りされた状態でゴムホースの製造現場に持ち込まれ使用されるので可撓性であることが望ましく、そのために導電性層３は編組やエクスパンドメタルなどの可撓性の線材加工物にて形成されていることが望ましい。
【００１０】
図１のコア層２は、マンドレルＭの断面形状並びに外径を決定する、言わば芯部に該当する。その構成材料は、高周波加熱により加熱された導電性層３の高温度に耐える耐熱性を具備する各種の有機高分子、例えば後記の表面層４について例示されたものが使用される。
【００１１】
表面層４は、高周波加熱により加熱された導電性層３の高温度に耐える耐熱性を具備する各種の有機高分子にて構成されるとよい。例えばポリ４−メチルペンテン−１、ポリプロピレン、ポリエチレン、などのポリオレフィン類、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性エラストマーなどのその他の耐熱性有機高分子が例示される。
なお表面層４の構成材としては、ゴムホースとの離形性が良好で耐熱性にも優れているポリ４−メチルペンテン−１が特に好ましい。
表面層４は、その下の導電性材料層３の表面凹凸を覆い隠し、自ら平滑表面を形成し得る厚みであればよい。例えば層３が金属線編組である場合、０．５〜３ｍｍ程度である。なお表面層４を構成する有機高分子は、熱伝導性を高めるなどの目的から無機固形分を１〜５０重量％程度含有していても良い。無機固形分としては、例えばタルク、クレー、酸化アルミナ、炭酸カルシウム、酸化チタンなどが例示される。なお、特に良好な表面平滑な表面層４が必要となる場合には、該層の有機、無機の固形成分を含めてそれら固形成分の合計含有量が１重量％以下のもの、特に固形成分を含有しないものが好ましい。
【００１２】
図２の導電性層３は、平板状粒子や短尺線材の有機高分子組成物からなっており、しかして該層中の導電性材料が高周波加熱により加熱される機能を奏する。また有機高分子は、図１の実施例におけるコア２の構成材と同種のものであってよい。平板状粒子や短尺線材などの導電性材料の使用量は、該有機高分子組成物中において少なくとも６０容量％、好ましくは少なくとも８０容量％とされる。図２の導電性層３は、図１におけるコア層２の機能をも兼ねる。図２の表面層４の構成材は、図１の実施例におけるものと同じでよい。
【００１３】
本発明における架橋ゴムホースの製造においては、上記したマンドレルＭの上に架橋性ゴムを押出被覆して製造目的物たるゴムホースを構成することになる未架橋ゴム層を形成し、高周波加熱により導電性層が加熱された該マンドレルの高温度により該ゴム層をその内表面側から加熱する工程を含む。未架橋の該ゴム層は、マンドレルの高温度のみにて必要な架橋を完了してもよいが、適当な慣用の加熱架橋手段、例えば水蒸気架橋のような湿式法、あるいは、常圧式または加圧式の溶融塩浴（ソルトバス）架橋、高温窒素架橋、赤外線架橋、長尺加熱架橋管中架橋のような乾式法などの外表面からの加熱架橋法を併用して高速加熱架橋を行うことも好ましい。その場合、高周波加熱によるゴム層内表面側からの加熱工程を上記した外表面側から加熱する工程の前に行うことが好ましい。
【００１４】
溶融塩浴などの加熱架橋手段により常圧下で架橋する場合、ゴム層中に含まれている水分や架橋剤残渣によるゴムの忌むべき発泡を防止するために、加熱前の未架橋ゴム層の上に有機高分子からなる発泡防止用有機高分子層を形成することが好ましい。かかる目的を達成するのに適した有機高分子としては、ポリ４−メチルペンテン−１、ポリプロピレン、ポリエチレン、などのポリオレフィン類、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性エラストマーなどの耐熱性のものが用いられる。就中、ポリ４−メチルペンテン−１が特に好ましい。該発泡防止用の被覆厚みは、用いる有機高分子の軟化点、融点、あるいは加熱温度でのモジュラス値によって異なるが、一般的には２〜５ｍｍ程度である。
【００１５】
図３に、高周波加熱と常圧式溶融塩浴加熱とを併用した連続架橋装置例の側面図を示す。同図において、１１はマンドレルＭの供給ドラム、１２〜１４は押出機、１５は編組機、１６は水冷装置、１７は高周波加熱装置、１８は常圧式溶融塩浴、１９は水冷水洗装置、２０は皮剥装置、２１は巻取装置である。供給ドラム１１から連続的に送り出されるマンドレルＭは、図示する通り、押出機１２〜皮剥装置２０を順次経由し連続走行して巻取装置２１において巻取られ、高周波加熱装置１７中を経過する間に高温度に加熱される。
一方、ゴムホースを構成する架橋性ゴム組成物は、先ず押出機１２にてマンドレルＭの上に押出被覆され、ゴム内層５１が形成される。ゴム内層５１の上には編組機１５により例えばポリエステル繊維などの編組５３が形成され、その上に押出機１３にて編組５３上にゴム外層５２が形成される。かくして製造目的のゴムホースを構成することになり、且つ上記の層５１、５２、および５３からなる架橋性ゴム層５がマンドレルＭの上に形成される。さらに押出機１４にてゴム外層５２上に発泡防止用有機高分子層６が形成される。該発泡防止用層は、水冷装置１６により水冷される。
かくして水冷装置１６を経由した連続走行体Ｈは、図４にその断面図を示すように、マンドレルＭの上に架橋性ゴム層５およびその上に発泡防止用有機高分子層６が形成された状態となる。架橋性ゴム層５は、マンドレルＭと共に走行する間に、先ず高周波加熱装置１７において高温度に加熱されたマンドレルＭによりその内表面側から加熱されて昇温し、場合によっては架橋を開始し、常圧式溶融塩浴１８においては外表面側から加熱される。この結果、ゴム層５の全体は、その内外に存する熱源により極めて短時間内に効率よく加熱されることとなり、しかして短時間内に十分架橋するに至る。マンドレルＭ上の被覆層は、その後水冷水洗装置１９により表面に付着した溶融塩の溶解除去と同時に水冷され、次いで皮剥装置２０において、最外層の発泡防止用有機高分子層６が皮剥除去される。架橋したゴム層を有するマンドレルＭは、巻取装置２１において巻取られる。
【００１６】
マンドレルＭとその上に存在する架橋済のゴム層との一体物は、適当な長さに切断され、従来周知の方法によりマンドレルＭが抜取られ、かくして架橋ゴムホースが得られる。本発明においては、マンドレルＭはその表面が表面平滑な有機高分子からなっているので、架橋ゴム組成物層との分離性がよく、ためにこの抜取り作業が容易である。
【００１７】
本発明において高周波加熱装置１７によるマンドレルＭの加熱は、図３に示す実施例以外に、押出機１４に至る前の所望の箇所、例えば供給ドラム１１中、供給ドラム１１と押出機１４との間、あるいは架橋装置による外部架橋の途中、などで行ってもよい。
【００１８】
実施例１
ケブラー（東レ−デュポン社の芳香族ポリアミド繊維）繊維紐をテンションメンバとし、その上に順次、外径７．０ｍｍのポリ４−メチルペンテン−１（三井石油化学社の商品名ＴＰＸ）の押出被覆層、編組密度９０の構造を有するステンレス線編組からなり外径８．６ｍｍの導電性層（該層中におけるステンレス線編組の量は９０容量％）、および外径１４．０ｍｍのポリ４−メチルペンテン−１（同上）押出被覆層とからなるマンドレルを用意した。
このマンドレルを図３に示す連続架橋装置中を走行させ、ジクミルパーオキサイドを含むエチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴムからなる架橋性ゴム組成物をその上に押出被覆し、ポリエステル繊維の編組を施し、さらに上記と同じ架橋性ゴム組成物をその上に押出被覆してゴム層を形成した。さらにその上に厚さ３ｍｍのポリ４−メチルペンテン−１（同上）を被覆した。
マンドレルは、常圧式溶融塩浴の手前の間に設置された高周波加熱装置により約１８０℃の高温度に保持されており、その上の架橋性ゴム組成物層はマンドレルにより約０．３分間加熱され、その後該溶融塩浴において１９０℃で約２分間加熱され、ついで水冷され、ポリ４−メチルペンテン−１被覆が除去され、巻取ドラムに巻取られた。
かくして得られたマンドレルと架橋ゴム層との一体物を１１０ｍ間隔に切断し、各切断物の一端に５０ｋｇ／ｃｍ^２ の高水圧を付与してマンドレルを押し出し、かくして内径１４．４ｍｍ、外径２２ｍｍであり、ゴム層厚みの略中間に上記の編組を有する架橋ゴムホースを得た。
【００１９】
実施例２
ゴム層の上にポリ４−メチルペンテン−１の被覆を施さず、また常圧式溶融塩浴に代わって高圧水蒸気架橋装置（水蒸気温度：１９０℃）を使用した以外は実施例１と略同じ条件にて内径１４．４ｍｍ、外径２２ｍｍであり、ゴム層厚みの略中間に上記の編組を有する架橋ゴムホースを得た。
【００２０】
【発明の効果】本発明のマンドレルは、高周波加熱により高温に加熱することができるので、該マンドレルの上に押出成型された架橋性ゴムをその内表面側から加熱できる。したがってゴムの架橋時間を大幅に短縮することに大きく寄与する。また該マンドレルの表面層は、有機高分子層からなっているので、ゴムの架橋工程の後において架橋ゴム層からマンドレルの抜取が容易である。
本発明のゴムホース製造方法においては、上記のマンドレルを使用するので、従来方法において長時間架橋の主原因であったゴム層内部の加熱の困難性が解決され、しかして従来の外部加熱法を併用することにより、従来のバッチ架橋方法に特有であった忌むべき巻き癖のないゴムホースを連続的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマンドレルの実施例の斜視図である。
【図２】本発明のマンドレルの他の実施例の斜視図である。
【図３】本発明のゴムホース製造方法において用いられる連続架橋装置例の側面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘにおける断面図である。
【符号の説明】
Ｍ マンドレル
１ テンションメンバ
２ コア層
３ 導電性層
４ 表面層
５ ゴム層
６ 発泡防止用有機高分子層
１１ マンドレルの供給ドラム
１２〜１４ 押出機
１７ 高周波加熱装置
１８ 常圧式溶融塩浴

Claims (13)

1. アスペクト比が少なくとも１００の金属体を少なくとも６０容量％含有する導電性層の上に、ポリ４−メチルペンテン−１からなる表面層を有することを特徴とする高周波加熱性マンドレル。
2. 可撓性を有する請求項１記載の高周波加熱性マンドレル。
3. 導電性層の金属体が、金属線の編組である請求項１または２に記載の高周波加熱性マンドレル。
4. ポリ４−メチルペンテン−１からなる表面層は、無機固形分を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の高周波加熱性マンドレル。
5. アスペクト比が少なくとも１００の金属体を少なくとも６０容量％含有する導電性層の上に有機高分子からなる表面層を有する高周波加熱性マンドレルの上に架橋性ゴムを押出被覆してゴム層を形成し、高周波加熱により導電性層が加熱された該高周波加熱性マンドレルの高温度により該ゴム層をその内表面側から加熱する工程を含むことを特徴とする架橋ゴムホースの製造方法。
6. 高周波加熱性マンドレルが可撓性を有する、請求項５記載の架橋ゴムホースの製造方法。
7. 高周波加熱性マンドレルの導電性層の金属体が、金属線の編組である請求項５または６記載の架橋ゴムホースの製造方法。
8. 高周波加熱性マンドレルの表面層が、ポリ４−メチルペンテン−１、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマーからなる群から選ばれる少なくとも１種の有機高分子からなる、請求項５〜７のいずれかに記載の架橋ゴムホースの製造方法。
9. 有機高分子がポリ４−メチルペンテン−１である請求項８記載の架橋ゴムホースの製造方法。
10. 高周波加熱性マンドレルの有機高分子からなる表面層は、無機固形分を含有するものである、請求項５〜９のいずれかに記載の架橋ゴムホースの製造方法。
11. 高周波加熱性マンドレル上のゴム層をその外表面側から加熱する工程を含む請求項５〜１０のいずれかに記載の架橋ゴムホースの製造方法。
12. 高周波加熱による高周波加熱性マンドレルの加熱が、ゴム層をその外表面側から加熱する工程の前に行われる請求項１１記載の架橋ゴムホースの製造方法。
13. ゴム層の上にさらに発泡防止用有機高分子層を設け、その外表面側から加熱する請求項１１または１２記載の架橋ゴムホースの製造方法。

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