JP3946310B2 - 未加硫ゴム加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未加硫ゴムと金属板を交互に積層した積層体を、電磁誘導を利用して加熱する未加硫ゴム加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般にタイヤや免震部材等に使用される加硫ゴム成形品は、未加硫ゴムをモールド内に装着したあと、ゴムが架橋構造のゴム組織となるように蒸気などの高温媒体により加熱して加硫成形なされている。近年では、未加硫ゴムを高効率で加熱および加硫可能な電磁誘導式の加硫方法が提案されている（未公開）。
【０００３】
この電磁誘導加熱による加硫成形は、図６に示されるように、未加硫ゴムと金属板を交互に積層した積層体６１の外周に誘導コイル６３を配置し（図６に示されるように、モールド６２を介して誘導コイル６３を配置したものもある）、誘導コイル６３に交流電流を通電して積層体６１内部の積層方向に磁界を発生させ、積層体６１内部の金属板（一般には鋼板）にジュール熱を発生させて、積層体６１内部の未加硫ゴムを加熱する。このとき、積層体６１を矢印方向に加圧して、加熱と同時に加硫ができるようにしたものもあり、そのばあい、その加熱装置は、図６に示されるように、枠６８に固定される支柱６６と、その支柱６６に固定される固定プラテン６４と、加圧シリンダ６７に連結される可動プラテン６５を有しており、モールド６２に外周を拘束された積層体６１が、固定プラテン６４と可動プラテン６５のあいだに載置される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この積層体６１の形状は、円柱または円筒状のもののほか角柱状のものもあり、大きさも、円筒状のもので、外径：約５００〜１３００ｍｍ 高さ：約２００〜５００ｍｍ と様々である。したがって、設備コストなどを低減するため、１つの誘導コイルを用いて各種サイズの加硫ゴム成形品を製造しようとすると小さなサイズの加硫ゴム成形品を製造する際に加熱効率が低下することがある。
【０００５】
即ち、誘導コイルは、モールドの周囲に配置されており、各種サイズの加硫ゴム成形品に対応させようとすると、最大径のモールドに対応した径および形状に設定する必要がある。ところが、電磁誘導加熱は、誘導コイルにより生成された磁界の磁束密度に比例して加熱効率が増減するものであり、磁束密度は、誘導コイルから離れる程低下するという性質を有している。従って、最大径のモールドを用いて加硫成形する場合には、モールドが誘導コイルに近接しているため、大きな磁束密度により高い加熱効率を得ることができるが、小さな径のモールドを用いて加硫成形する場合には、モールドが誘導コイルから離隔するため、磁束密度の減少により加熱効率が低下することになる。これにより、図６に示される従来の構成では、小さなサイズの加硫ゴム成形品を製造する際に、未加硫ゴムを効率良く加熱することができないものとなっている。
【０００６】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、どのような形状および大きさの未加硫ゴムでも効率よく電磁誘導で加熱できる未加硫ゴム加熱装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の未加硫ゴム加熱装置は、未加硫ゴムと金属板を交互に積層した積層体に対して、積層方向に交番磁界を浸透させ、積層体内部の金属板にジュール熱を発生させることによって未加硫ゴムの加熱を行う装置であって、積層体から離れた位置に設置された誘導コイルと、前記積層体を積層方向に挟み込み、該誘導コイルで発生した磁界を積層体の積層方向両端面略中央部に導き、積層方向に交番磁界を浸透させるように閉ループを形成する磁気回路手段を設けてなることを特徴とするものである。誘導コイルを積層体から離れた位置に設置しており、積層体が、誘導コイルに干渉されないので、加熱装置の仕様を変更することなく、積層体の大きさ、高さ、および形状を自由に変更することができる。
【０００８】
また、本発明の未加硫ゴム加熱装置は、前記磁気回路手段が、珪素鋼板を磁界方向と平行となるように積層してなるものである。珪素鋼板は、透磁性があり、積層することにより渦電流の発生を抑えることができる。積層の方法は、非被磁性体（例えば、樹脂）を間に挟んで積層することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の未加硫ゴム加熱装置は、未加硫ゴムと金属板を交互に積層した積層体に対して、積層方向に交番磁界を浸透させ、積層体内部の金属板にジュール熱を発生させることによって未加硫ゴムの加熱及び加硫を行う装置であって、積層体から離れた位置に設置された誘導コイルと、該誘導コイルで発生した磁界を積層体の積層方向両端面略中央部に導き、積層方向に交番磁界を浸透させるように閉ループを形成する磁気回路手段と、モールドにより少なくとも外周を拘束された前記積層体を積層方向端面側から加圧できる固定プラテンおよび可動プラテンとを設けてなり、前記磁気誘導回路手段が、前記固定プラテンおよび可動プラテンに連結されているものである。固定プラテンおよび可動プラテンは、上下プラテンのうちのどちらかである。図示例では、下プラテンが加圧シリンダに連結されているので可動プラテンであり、上プラテンはフレームに固定されているので固定プラテンである。この上プラテンは、積層体の高さの変更に伴って上下方向の位置を変更できるものもあるが、加硫中には移動しないので固定プラテンである。モールドは、少なくとも外周側から拘束するモールド胴部を必要とするが、積層方向両端面側を拘束するモールド蓋部とモールド底部を有しているものでもよい。
【００１０】
また、本発明の未加硫ゴム加熱装置は、前記磁気回路手段が、前記固定プラテンに連結される固定部と、前記可動プラテンに連結される可動部とからなり、前記固定部と可動部を分断し、前記可動プラテンを移動可能としたものである。
【００１１】
また、本発明の未加硫ゴム加熱装置は、前記固定プラテンが前記固定部によって装置に固定され、前記可動部が前記可動プラテンを駆動させる駆動手段を兼ねているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図示例とともに説明する。
図１は本発明の未加硫ゴム加熱装置の一実施例の概略説明図、図２は図１の平面図、図３は動作説明図、図４は他の実施例の概略説明図、図５は図４の平面図である。
【００１３】
図１において、本発明の未加硫ゴム加熱装置は、誘導コイル１を積層体２０の外周ではなくて、離れた位置に設け、誘導コイル１の内周を貫通する磁気回路手段２を設けて積層体２０に対して交番磁界を積層方向に浸透させるよう構成されたものである。
【００１４】
図１において、この加熱装置は、加圧装置が並設されて予熱およびその後の加硫も行うことのできるものであり、誘導コイル１、固定部３、４および可動部５からなる磁気回路手段２、固定および可動プラテン６、７、支柱８、シリンダ９枠型フレーム１０を備えており、積層体２０は、モールド２１により外周を拘束されている。
【００１５】
誘導コイル１は、積層体２０から離れた位置に設置される。つまり、従来のように、積層体２０の外周に配置されないので、積層体２０の、形状、大きさの変化に対応して付け変える必要がない。誘導コイル１の内周には、磁気回路手段２が貫通状に設けられ、誘導コイル１で発生する交番磁界を固定および可動プラテン６、７を介して積層体２０に作用させる。なお、誘導コイル１の位置は、磁気回路手段２の一部分を取り囲む位置であれば何処でもよく、固定部３、４の他、可動部５に設けることも可能である。誘導コイル１には、交流電源が接続されて所定の周波数で誘導コイルの周囲に任意の強度の磁界を発生させる。
【００１６】
磁気回路手段２は、誘導コイル１で発生した磁界を積層体に導くものであり、積層体２０を固定および可動プラテン６、７を介して積層方向に挟み込み、全体として閉回路を構成する。可動プラテン７を可動可能とするために、固定部３、４のほか、可動部５を有している。第１固定部３は、固定プラテン６の上面中央に積層方向（矢印２２方向）上向きに延設されており、可動部５は、可動プラテン７の下面中央に積層方向に積層方向下向きに延設される。第２固定部４は、第１固定部３の上端付近と、可動部５の下端付近を連結するものであり、コの字形を有し、垂直部４ａの略中央に誘導コイル１を配設している。第１固定部３の上端付近と第２固定部は接触して取付けられるか、固定部３、４は一体ものであってもよい。可動部５の下端付近と第２固定部４の間には、これらを分断するギャップｇが設けられている。このギャップｇは、可動方向（積層方向）２２に平行で、可動部５が固定部３、４に対して移動できるように設けられるものであり、磁界に影響を与えないように非常に狭くなっている。なお、図示されないが、固定部３、４は枠型フレーム１０に支持されるように構成されることが好ましい。
【００１７】
磁気回路手段２は、図２に示されるように、４角柱形状であり、０．１ｍｍ厚程度の珪素鋼板を樹脂で接合しながら積層することにより形成されており、交番磁界で励起される渦電流が極力小さくなるようになっている。また、各珪素鋼板の板面は、磁界方向に対して平行となるように設定されている。なお、磁気回路手段２としては、このほかに、いわゆる非晶質構造のアモルファスリボン等の板材を積層したものによっても形成することができる。また、珪素鋼板の表面には、渦電流を抑えるため、Ｓｉ系樹脂、テフロン等の電気絶縁被膜を施すようにしてもよい。
【００１８】
固定プラテン６は、積層体２０の上側にあって、加熱および加圧時にはモールド蓋部１５と接触するように、支柱８により枠型フレーム１０に固定される。可動プラテン７は積層体２０の下側にあって、モールド底部１７と接触し、積層体２０およびモールド２１を載置する。可動プラテン７は、油圧等の流体圧を利用した加圧シリンダ９に支持されている。加圧シリンダ９は、軸心が鉛直方向に設定された加圧ロッドを有しており、加圧ロッドを進退移動させることによって、下部プラテン７を昇降させるようになっている。固定および可動プラテン６、７は、磁性材料から形成されるのが好ましい。磁性材料の方が珪素鋼板で形成される磁気回路の磁性抵抗を少なくすることができるため、非磁性材料よりも好ましい。
【００１９】
支柱８は、図２に示されるように、円柱であり、固定プラテン６の４隅に設けられてこれを支持するように、枠型フレーム１０から垂下されている。加圧シリンダー９は枠型フレーム１０の底面側に立設されている。支柱８および加圧シリンダー９は非磁性材料（ＳＵＳ等）である。その理由は、誘導した磁界が支柱や加圧シリンダに集束し、積層体を通過する磁界が低下することを防ぐためである。なお、図示されないが、支柱８の長さを容易に変更可能な変更手段を設けて、積層体２０の高さの変化に容易に対応できるように構成されていることが好ましい。
【００２０】
積層体２０は、厚みが数ｍｍの金属板１２の多数と、厚みが数ｍｍの未加硫ゴム１１とを平行状態に保ったまま交互に積層し、金属板１２を未加硫ゴム１１で挟んで埋設状態とし、さらに、積層方向（矢印２２方向）の両端にフランジ１３、１４を張り付けたものである。積層体２０の積層方向と直行する方向の平面形状は、円、円環、角、角筒など、用途、設置場所によって様々であり、本発明では、高さや大きさも含めて限定されない。図６に示されるような従来例では、積層体は、誘導コイルの内周側にあり、積層体の大きさ、形状、高さが、誘導コイルの大きさ、形状、幅に影響されていたが、本発明では、誘導コイルを積層体から離して設置したため、誘導コイルに干渉されずに、同一の加熱装置で、加熱装置の仕様を変更することなく、様々な形状、大きさおよび高さの積層体を加熱することができる。
【００２１】
金属板１２は、鉄板、鋼板など、磁性板であり、断熱材でもある未加硫ゴム３に埋設された良好な熱伝導体である。したがって、積層体２０の積層方向に発生する交番磁界によって、まず、外周側が加熱され、中心部に向かって昇温が進み、全体が発熱しているのと略等価な状態になる。そして、金属板１２の全体からじわじわと断熱材でもある未加硫ゴム１１に向かって熱伝導が行われ、積層体２０はその内部から全体が加熱される。
【００２２】
フランジ１３、１４は、金属板１２と同様に磁性板からなるが、取付けプレート等をネジ止めするための取付け接続板として機能する。そのため、金属板１２よりも厚く、径も大きくなっている。金属板１２は、加硫成形品の積層方向の剛性を高めるためのものであり、未加硫ゴム１１と略同等の厚みを有している。また、金属板１２は、図１に示されるように、外周に配設された筒状ゴム１１ａによって未加硫ゴム１１内に埋設状態になるようにされることが、防錆の観点から好ましいが、所定に間隔を隔てて積層されていればよく、外周端面が露出していてもよい。外周端面が露出してモールド胴部に接触するようなものであれば、モールド胴部の加熱によっても昇温させることができ、冷却時においても効率良く冷却することができる。なお、積層体２０の形状としては、図示の中実円柱に限らず、中空円筒柱、四角柱や立方体柱であってもよい。
【００２３】
モールド２１は、円板状のモールド蓋部１５と、円筒状のモールド胴部１６と、円板状のモールド底部１７の三分割になっている。尚、三分割に限らず四分割、六分割又は八分割とすることもできる。モールド底部１７とモールド胴部１６との間にて、積層体２０のフランジ１４が保持され、モールド胴部１６の内周にて、金属板１２と未加硫ゴム１１の交互積層部分の外周が規制されている。モールド蓋部１５とモールド胴部１６との間にて積層体２０のフランジ１５が保持されるともに、これらモールド胴部１６とモールド蓋部１５の間には押し込み可能な加圧代ε（図３参照）が設けられている。
【００２４】
モールド２１の材質は、磁気回路の磁気抵抗を少なくする観点より、磁性材料（銅など）であることが好ましい。モールド蓋部１５とモールド底部１７は、固定および可動プラテン６、７との相互関連性も含めて、磁気回路手段２によって導かれた磁界を積層体２０に浸透させやすいように、材料および厚さが選定される。モールド胴部１６は、蒸気等の加熱媒体や電気ヒータなどによって昇温可能な構成としてもよい。その場合、磁気回路手段によって導かれる積層方向の交番磁界によるジュール熱を外周側から補って、加熱が促進される。モールド蓋部１５とモールド底部１７、固定および可動プラテン６、７にも、磁界を弱めない範囲で同様に加熱手段を設けてもよい。
【００２５】
次に、図１の加熱装置における未加硫ゴムの加硫成形を説明する。図３に示されるように、加硫前の積層体２０は、その外周をモールド２１で拘束されて、矢印２３に示される水平方向から、下方に下げられた可動プラテン７の上に載置され、そののち、加圧シリンダ９により上方に移動し、固定プラテン６と接触状態になる。未加硫ゴムを適温まで昇温させる予熱工程では、加圧を伴わず、加圧代εを残したまま、誘導コイル１に所定周波数の交流を通電する。誘導コイル１は、交流と同期して向きが変わる磁束を形成し、形成された磁界は、磁気回路手段２により固定・可動プラテン６、７およびモールド２１を介して積層体２０に導かれ、積層体２０の積層方向に浸透する。この磁界は、積層体２０内部における未加硫ゴム１１の上面および下面に接合されたフランジ１３、１４および未加硫ゴム１１中に埋設された金属板１２に印加され、これらのフランジ１３、１４および金属板１２に渦電流を発生させてジュール熱が発生し、加熱する。そして、このフランジ１３、１４および金属板１２の加熱により未加硫ゴム１１を上下面および内部から加熱する。さらに固定プラテン６、可動プラテン７、およびモールド２１に加熱手段が設けられている場合には、これらにより未加硫ゴム３への加熱が促進され、未加硫ゴム１１を外部および内部から加熱する。未加硫ゴム１１が適温に昇温したところで、加圧シリンダ９を稼動し、モールド胴部１６とモールド蓋部１５が密着して図１の状態になるまで加圧し加硫工程に入る。この後、積層体２０の加硫成形が完了すると、モールド２１と共に積層体を加熱装置から搬出し、冷却工程等の次工程に移行する。
【００２６】
つぎに、図４および図５に基づいて、本発明の他の実施例を説明する。
本発明では、図１に示される支柱８のかわりに、磁気回路手段２の固定部３を用いて固定プラテン６を枠型フレーム１０に固定するようにしてもよい。その場合、図５に示されるように、固定部３０は、強度の観点から角柱の磁性体を用いて、スリット３１を中心から固定部４に向けて開口するように形成し、大きな渦電流の発生を防止するようにすることが好ましい。このスリット３１は、図４に示されるように、枠型フレーム１０から固定プラテン６まで連続している。なお、図１および図２のものと同様に、渦電流の発生を防ぐという観点からは、固定部３０も、珪素鋼板などの磁性板を磁界と平行な向きに並べて、磁界に垂直な方向に積層したものであることが好ましい。また、磁気回路手段２の固定部５０も同様に、図１に示される加圧シリンダ９と兼ねさせることもできる。その場合も、固定部３０と同様に、可動部５０にスリット５１を設けるなどして、渦電流の発生を防止する構成であることが好ましい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明の未加硫ゴム加熱装置は、誘導コイルを、積層体の形状および大きさに干渉しないように、積層体から離れた位置に設置したので、形状および大きさの異なる積層体に対応して、誘導コイルを交換する必要がなく、設備コストが低減される。
【００２８】
本発明の未加硫ゴム加熱装置は、誘導コイルで発生した交番磁界を積層体に導く磁気回路手段として、珪素鋼板を積層したものを用いており、渦電流の発生を抑えることができる。
【００２９】
本発明の未加硫ゴム加熱装置は、加熱装置に加圧装置を付加して、予熱のみならず加硫も行えるようにしたので、装置の簡略化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の未加硫ゴム加熱装置の一実施例の説明図である。
【図２】図１の装置の平面図である。
【図３】図１の装置の動作説明図である。
【図４】本発明の未加硫ゴム加熱装置の他の実施例の説明図である。
【図５】図４の装置の平面図である。
【図６】従来の未加硫ゴム加熱装置の説明図である。
【符号の説明】
１ 誘導コイル
２ 磁気回路手段
３、３０ 第１固定部
４ 第２固定部
５、５０ 可動部
６ 固定プラテン
７ 可動プラテン
８ 支柱
９ シリンダ
１１、１１ａ 未加硫ゴム
１２ 金属板
１３、１４ フランジ（金属板）
１５ モールド蓋部
１６ モールド胴部
１７ モールド底部
２０ 積層体
２１ モールド
２２ 積層方向
ｇ ギャップ

Claims (5)

1. 未加硫ゴムと金属板を交互に積層した積層体に対して、積層方向に交番磁界を浸透させ、積層体内部の金属板にジュール熱を発生させることによって未加硫ゴムの加熱を行う装置であって、
   積層体から離れた位置に設置された誘導コイルと、
   前記積層体を積層方向に挟み込み、該誘導コイルで発生した磁界を積層体の積層方向両端面略中央部に導き、積層方向に交番磁界を浸透させるように閉ループを形成する磁気回路手段を設けてなることを特徴とする未加硫ゴム加熱装置。
2. 未加硫ゴムと金属板を交互に積層した積層体に対して、積層方向に交番磁界を浸透させ、積層体内部の金属板にジュール熱を発生させることによって未加硫ゴムの加熱及び加硫を行う装置であって、
   積層体から離れた位置に設置された誘導コイルと、
   該誘導コイルで発生した磁界を積層体の積層方向両端面略中央部に導き、積層方向に交番磁界を浸透させるように閉ループを形成する磁気回路手段と、
   モールドにより少なくとも外周を拘束された前記積層体を積層方向端面側から加圧できる固定プラテンおよび可動プラテンと
   を設けてなり、
   前記磁気回路手段が、前記固定プラテンおよび可動プラテンに連結されていることを特徴とする未加硫ゴム加熱装置。
3. 前記磁気回路手段が、前記固定プラテンに連結される固定部と、前記可動プラテンに連結される可動部とからなり、
   前記固定部と可動部を分断し、前記可動プラテンを移動可能とした請求項２記載の未加硫ゴム加熱装置。
4. 前記固定プラテンが前記固定部によってフレームに固定され、前記可動部が前記可動プラテンを駆動させる駆動手段を兼ねている請求項３記載の未加硫ゴム加熱装置。
5. 前記磁気回路手段が、珪素鋼板を磁界方向と平行となるように積層してなるものである請求項１〜４の何れかに記載の未加硫ゴム加熱装置。

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