JP3961081B2 - 未加硫ゴムと金属板の積層体の加熱方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴムと金属板とを交互に積層した積層体構造の加硫ゴム成形品、この加硫ゴム成形品の原形である未加硫ゴムと金属板とを交互に積層した積層体を加熱する方法及び加熱装置、上記加硫ゴム成形品の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゴムと金属板の積層体構造の加硫ゴム成形品としては、例えば免震装置に用いられるものがある。この免震装置は、ビル、建物、橋梁、機械装置等の構造物の基礎に取り付けられるものであり、地震等による加振力に対する応答加速度を減少させ、被害を最小限にとどめるためのものである。建物用の大型の免震装置では、設計荷重が５００トン以上にもなり、その直径は１ｍ前後の大きさになる。
【０００３】
このようなゴムと金属板の積層体は、加硫済ゴムと金属板を接着するか、未加硫ゴムと金属板の積層体を加圧しながら加硫温度まで加熱することによって製造される。加硫済ゴムと金属板を接着する方法としては、金属を電磁誘導で加熱して接着剤層部分を主として加熱する方法（特公昭５９−１９０１８号公報）が提案されているが、未加硫ゴムを１枚ずつ加硫して加硫済ゴムを製造する工程や、金属板との間に接着剤を塗布して積層する工程などを必要とするため、とくに、免震装置などのように大型の積層体では、好ましい方法とはいえない。
【０００４】
そこで、未加硫ゴムと金属板の積層体を加熱し、加圧しながら加硫できる加熱方法が望まれる。一般的に、未加硫ゴムの加熱方法としては、蒸気や温水を使用した熱板プレスやホットプレスが用いられているが、モールド（金型）を電磁誘導で発熱させ、モールドからの熱伝達で未加硫ゴムを加熱する方法（特開昭５７−１９３３４０号公報）も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、未加硫ゴムは一種の断熱材であり、熱板プレス、ホットプレスおよびモールドの発熱などによる外部からの加熱だけでは内部まで熱がいきわたるまでに時間がかかり、生産性が著しく劣るという問題があった。この問題はとくに大型の免震装置などでは、顕著なものとなる。
【０００６】
例えば、前述の設計荷重が約５００トンで直径が約１ｍの建物用の大型の免震装置では、加硫するのにおよそ１０〜２０時間かかっている。また、このように長時間にわたって大型の積層体を加熱加圧状態のまま保持することは、エネルギーコストの面からも好ましいものではない。
【０００７】
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、未加硫ゴムと金属板からなる積層体を短時間で加熱することができる加熱方法を提供することである。また、昇温中の積層体内で温度差が生じないように加熱できる加熱方法を合わせて提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、未加硫ゴムと金属板を交互に積み重ねて電磁誘導加熱により加熱成形された積層体構造の加硫ゴム成形品であって、前記金属板は導電性材料により形成されていることを特徴とするものである。前記金属板は導電性材料であるので渦電流により発熱させることができる。したがって、電磁誘導加熱に供することができる。導電性材料としては、鉄板、鋼板の他、アルミニウムおよびその合金、銅およびその合金などがある。金属板が鉄板を除く上記のような材料により形成された積層体では、耐腐食性が鉄よりも良好であることから、鉄板で形成した場合よりも腐食による設計荷重の低下を招来し難いものとなる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明に加えて、前記金属板が磁性を有するものである。磁性体は磁界を強め渦電流を大きくする。
【００１０】
第３の発明は、未加硫ゴムと金属板とを交互に積層してなる未加硫積層体を誘導コイルの影響下に配置し、該誘導コイルに交流を通電して前記未加硫積層体を構成する複数の金属板の各々に渦電流を発生せしめて各金属板を発熱させ、昇温された各金属板からの熱伝導によって前記未加硫ゴムを加熱することを特徴とする加熱方法である。金属板は導電性材料であり、磁束変化により内部に渦電流が発生する。誘導コイルにより発生する磁束密度を大きくするためには、金属板の磁性が大きいほうが好ましい。また、強度およびコストの観点からは鋼板であることが好ましい。積層体は、薄板状の未加硫ゴムと金属板とを交互に積層したものであるが、その積層方向の両端は金属板である。両端の金属板は、未加硫ゴムに挟まれている金属板と異なり、完成品を所定箇所に取り付けるためのネジ孔などが設けられるため、フランジ部分だけ幅広となっている。これら積層体の形状は、中実円柱または中空円筒柱などが一般的であるが、３角柱以上の多角柱（中空のものも含む）なども可能である。
【００１１】
第４の発明は、第３の発明に加えて、前記誘導コイルを少なくとも未加硫ゴムに挟まれた各金属板に対して積層方向と直交する方向に渦電流を発生させるように配設したものである。未加硫ゴムに挟まれた金属板の積層方向と直交する方向（径方向）に渦電流を発生させる方法としては、誘導コイルの内部に積層体を置く方法が構成が簡素であり好ましいが、複数の誘導コイルを積層体の周辺に配置することによっても可能である。金属板は良好な熱伝導体であり、例えば、径方向の端付近の局所的な発熱であってもすぐに全体に伝導し全面が昇温する。このように全面が昇温された金属板により未加硫ゴムが加熱される。径方向の端付近とは、積層体が中実柱の場合外周を指し、積層体が中空柱の場合、外周または内周を指す。外周と内周は何れか一方を発熱させてもよいし、両方を発熱させてもよい。内周を発熱させるには、内周の中空部分に誘導コイルを挿入する方法などがある。
【００１２】
第５の発明は、第３又は第４の発明に加えて、前記金属板が、磁性材料により形成されてなるものである。磁性体は磁界を強め渦電流を大きくし、大きな発熱量が得られる。もっとも、他の熱源との併用などによって補うようにすることも可能である。
【００１３】
第６の発明は、第３乃至５の何れかの発明に加えて、前記誘導コイルに通電される交流電流の周波数が１ＫＨｚ以下であるものである。周波数を１ＫＨｚ以下の低周波数とすることによって、積層方向の両端と中央との温度差がなくなる。すなわち、周波数が高くなる程、積層方向の上端および下端にあるものに加熱が集中する傾向がある。低周波数の磁界を積層体に印加することによって、積層体中の金属板のそれぞれに磁界を十分に印加して発熱させることができ、積層方向に温度勾配を生じさせることなく均一に積層体全体の加熱を短時間で行うことができる。
【００１４】
第７の発明は、第３乃至６の何れかの発明に加えて、前記周波数が２０Ｈｚ以下であるものである。積層体内部の金属板に面内温度差を生じさせないように温度を上昇させることができる。したがって、積層体の積層方向だけでなく径方向の温度差が緩和される。
【００１５】
第８の発明は、第３乃至７の何れかの発明に加えて、前記周波数が１Ｈｚ以上であるものである。周波数を下げると加熱効率が下がる傾向にある。温度の均一性と加熱効率の２つを考慮して、所定温度に到達する時間を下げない程度に、均一な温度で加温されるような最適な周波数を決定することが好ましい。が、概して１Ｈｚ未満では、所定温度に到達させるのに時間がかかるようになるため好ましくない。
【００１６】
第９の発明は、第３乃至８の何れかの発明に加えて、前記誘導コイルに通電される交流電流の周波数を変化させながら加熱するものである。周波数を変えることによって、外周と内部の金属板の発熱量の大小を制御できるため、温度差をより均一にできる。
【００１７】
第１０の発明は、第３乃至９の発明に加えて、前記加熱方法が、前記積層体内の未加硫ゴムを所定温度まで昇温させる予熱工程に適応されるものである。未加硫ゴムを加硫する場合、予熱工程と、予熱されたゴムを所定温度に保ちながら加圧する加硫工程とを要する。予熱工程で誘導加熱を行ったのち、加硫工程で熱盤プレスやホットプレスなど従来の方法を用いて加硫してもよい。
【００１８】
第１１の発明は、第３乃至１０の何れかの発明に加えて、前記加熱方法が、前記積層体を積層方向に加圧しながら加熱する加硫工程に適応されるものである。予熱工程を熱盤プレスやホットプレスなど従来の方法での加熱とし、加硫工程を電磁誘導加熱としてもよい。また、両方の工程を電磁誘導加熱としてもよい。
【００１９】
第１２の発明は、第３乃至１１の何れかの発明に加えて、前記積層体の外周をモールドで拘束して加熱するものである。加硫工程では、加圧するためのモールド内に未加硫ゴムと金属板の積層体を収納する。モールド内に収めたまま加熱できるようにすることにより、モールドへの出し入れの手間が省け、予熱工程から加硫工程への移行が容易になる。
【００２０】
第１３の発明は、第１２の発明に加えて、前記モールドが、非または弱磁性体であるものである。モールドが磁束を引きつけないので筒状のモールドの中空部に、良好な磁界を生成する。したがって、その中空部に収納される積層体の金属板を透過する磁束が減少することなく、効率のよい電磁誘導加熱が可能になる。非磁性体であることが好ましいが弱磁性体でもよい。非または弱磁性体としては、ＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス、コンクリート、各種セラミックなどがある。
【００２１】
第１４の発明は、第１２または１３の発明に加えて、前記モールドが、導電性を有しているものである。モールド内に渦電流を発生させることができる。したがって、モールドも昇温し、モールドからの熱伝導によって積層体を外周からも加熱することができる。これにより、積層体内部と外周との温度差をなくすことができる。
【００２２】
第１５の発明は、第１２、１３または１４の発明に加えて、前記モールドが、オーステナイト系ステンレス製であるものである。オーステナイト系ステンレスは、非（または弱）磁性体であり、導電性を有することから、モールド内の積層体に作用する磁力に悪影響を与えることがない。その上、耐腐食性があり、機械的強度も強く、低コストである。
【００２３】
第１６の発明は、第１２乃至１５の発明に加えて、前記モールドを加熱する加熱手段を設け、当該モールドからの熱伝導によって積層体を外周からも加熱するものである。モールドの加熱手段としては、モールド内に設けられた空洞に加熱媒体を供給するもの、電熱線を内設したものなど、従来から一般に用いられる手段を適宜採用することができる。これにより、積層体内部と外周との温度差（径方向の温度勾配）をなくすことができる。
【００２４】
第１７の発明は、第３乃至１６の発明に加えて、前記未加硫積層体を積層方向両端側から加熱または保温する加熱・保温手段が設けられてなるものである。積層方向両端の加熱・保温手段としては、内部に加熱媒体が供給される熱盤、電熱線を内設された熱盤など、従来から一般に用いられる手段を適宜採用することができる。これにより、積層体の積層方向の温度勾配をなくすことができる。
【００２５】
第１８の発明は、第１又は２の発明に記載の加硫ゴム成形品の製造方法であって、前記未加硫ゴムと金属板とを交互に積層してなる積層体を誘導コイルの影響下に配置し、該誘導コイルに交流を通電して前記積層体を構成する複数の金属板の各々に渦電流を発生せしめて各金属板を発熱させ、昇温された各金属板からの熱伝導によって前記未加硫ゴムを加熱しながら、前記積層体の積層方向に加圧力を作用させて加硫することを特徴とするゴムと金属板の積層体構造の加硫ゴム成形品の製造方法である。未加硫ゴムと金属板の積層体を加硫して加硫ゴム成形品を製造する場合に、予熱工程と加硫工程に誘導加熱が適応されるものである。両工程を一つの設備で連続して行なうことが出来るので効率的である。
【００２６】
第１９の発明は、第１８の発明に加えて、前記積層体を少なくとも外側の外周が拘束されるモールド内に収納して行なうものである。モールド内に収めたまま加熱できるようにすることにより、モールドへの出し入れの手間が省け、製造工程が簡素化できる。
【００２７】
第２０の発明は、第１又は２の発明に記載の加硫ゴム成形品の製造方法であって、前記未加硫ゴムと金属板とを交互に積層してなる積層体を誘導コイルの影響下に配置し、該誘導コイルに交流を通電して前記積層体を構成する複数の金属板の各々に渦電流を発生せしめて各金属板を発熱させることで前記積層体を予熱した後、該積層体の積層方向に加圧力を作用させながら適宜加熱しながら加硫することを特徴とするゴムと金属板の積層体構造の加硫ゴム成形品の製造方法である。未加硫ゴムを加硫する場合、予熱工程と、予熱されたゴムを所定温度に保ちながら加圧する加硫工程とを要する。予熱工程で誘導加熱を行ったのち、加硫工程で熱盤プレスやホットプレスなど従来の方法を用いて加硫してもよい。
【００２８】
第２１の発明は、第２０の発明に加えて、前記積層体を少なくとも外側の外周が拘束されるモールド内に収納して行なうものである。モールド内に収めたまま加熱できるようにすることにより、モールドへの出し入れの手間が省け、製造工程が簡素化できる。
【００２９】
【本発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１乃至図３は、本発明の積層体の実施態様例を示す積層方向の断面図である。本発明において、積層体の代表的な形状としては、中実円柱や中空円筒が挙げられるが、これに限らず、三角柱以上の多角柱（中空のものも含む）も可能である。しかしながら、便宜上本明細書では、積層方向と直交する方向を径方向という。
【００３０】
図１において、積層体１は、金属板２、４、５とゴム３を平行状態を保ったまま交互に積み重ねたものである。金属板２、４、５のうち、金属板２は内部板２とも呼ばれ、金属板４、５は連結板４、５とも呼ばれる。内部板２の両面はゴム３と接しており、連結板４、５は、積層体１の両端面にあってフランジ部分４ａ、５ａを有している。内部板２とゴム３はそれぞれ、厚みが数ミリメートルであり、数枚〜数十枚を交互に積み重ねられている。連結板４、５は、取付けプレート等をネジ止めするためのフランジとして機能する。そのため、内部板２よりも厚く、径も大きくなっている。内部板２はゴム３の積層方向の剛性を高めるためのものであり、ゴム３と略同等の厚みであることが好ましい。
【００３１】
また、図１において、内部板２は、環状のゴム３ａによってその外周２ａもゴム３、３ａ内に完全に埋設された状態になっている。このように、内部板２がゴム３に完全に埋設された構成であれば、１回の加硫成形により内部板２を完全に防錆した加硫ゴム成形品とすることができるので好ましい。
【００３２】
図２では、図１の環状のゴム３ａにあたるものがなく、全ての内部板２の外周２ａは露出している。また、図３では、一部の内部板２の外周２ａが露出している。このように、全てまたは一部の内部板２の外周２ａが露出された構成であれば、露出した外周２ａにモールドを当接させて、加熱したモールドからの熱伝導により内部板２を加熱でき、その内部板２からの熱伝導により未加硫ゴム３を一層効率よく加熱することができる。また、冷却時において、内部板２の外周２ａを冷媒などによって強制的に冷やすことができ、冷却時間を短縮化することができる。
【００３３】
金属板２、４、５は導電性材料から形成されており、磁束が変化する環境に置かれると内部に渦電流が発生し、発熱する。したがって、この積層体１は、電磁誘導加熱により金属板２、４、５を加熱することができる。また、磁束の通り道にある金属板２、４、５が磁性を有するものであれば、磁界を強めることができ、発生する渦電流が大きくなり、発熱量が大きくなる。金属板が加熱されると、それと接するゴム３が昇温された金属板２、４、５からの熱伝導により加熱される。また、積層体１は、主に免震ゴムとして建築物の柱下にて何百トンというオーダーの荷重に何十年と耐えなければならない。そのため、鉄よりも耐腐食性が良好な材料により形成されることが好ましい。そのような材料として、ステンレスなどの鋼板、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などを挙げることができ、腐食による設計荷重の低下を招来し難いものとすることができる。以上のほか、強度があり低コストであるという観点も含めて本発明では、金属板２、４、５の最も好ましい材料の一例としてマルテンサイト系ステンレスを挙げることができる。
【００３４】
次に、図４に基づいて前述の積層体を加熱する方法を説明する。
【００３５】
図４において、積層体１の外周には、誘導コイル６がらせん状に巻回されて配設されており、周波数調整器７が接続されて誘導コイル６に交流が通電されている。周波数調整器７は例えばインバータ装置で構成され、１ＫＨｚ以下の任意の周波数の交流を発生させることができるものである。誘導コイル６は、上下の連結板４，５の間であって、内部板２の端（径方向の外周）２ａにできるだけ近づけて配設されることが好ましい。誘導コイル６によって形成される磁束は点線のように、上側の連結板４の下側をはって、内部板２の外周２ａ付近の各々を貫き、下側の連結板５の上側をはうというループを形成する。すると、内部板２の外周２ａ付近に渦電流が発生する。この渦電流によるＩ２Ｒ損失によって内部板２の外周２ａ付近が発熱する。
【００３６】
内部板２は良好な熱伝導体であり、かつ、その両面に接している未加硫ゴム３は断熱材である。したがって、内部板２の外周２ａ付近での発熱はゴムへ拡散されることなく、矢印丸１に示されるように速やかに中央部へ向かいすぐに、内部板２の全体が発熱しているのと略等価な状態になる。ついで、このように昇温された内部板２の全体からじわじわと未加硫ゴム３に向かって矢印丸２のように熱伝導が行われる。このような熱伝導が内部板２の各々で生じるため、積層体１はその内部から全体が加熱される。したがって、速やかで均一な加熱が可能である。
【００３７】
次に本発明の電磁誘導による加熱方法と、従来のスチームによる加熱方法を、シミュレーションテストの結果を示すグラフ図において比較する。
【００３８】
図５において、誘導加熱は、積層体１に６０Ｈｚの交流を作用させて１００°Ｃまで加熱した場合であり、スチーム加熱は、積層体１をスチーム室の中に入れて外部から加熱した場合である。中央部は、図４に示される積層体１のゴムのＡ部分を示し、径方向の中心であり、かつ積層方向の中央にあたる。また、上端部は、図４に示される積層体１のゴムのＢ部分を示し、径方向の外周２ａ付近であり、かつ積層方向の上端にあたる。
【００３９】
図５において、●印と■印で示される誘導加熱では、◆印と▲印で示されるスチームに比べて昇温カーブが急であり、短時間で所定温度に昇温できることがわかる。また、誘導加熱では、中央部●印と、上端部■印とで温度差が比較的少なく、似たようなカーブで昇温しているのに比べて、スチーム加熱では、中央部▲印と上端部◆印とで温度差が激しく、均一に昇温されていないことがわかる。すなわち、電磁誘導加熱では、内部から加熱されるので、早く均一な加熱が可能であり、およそ１００分で、中央部Ａおよび上端部Ｂの両方が１００°Ｃ近くになって安定に向かっている。これに対し、スチーム加熱では、外部から順に内部に向かって加熱されるため、中央部Ａと上端部Ｂとで温度差が大きく、およそ２０時間以上経ってようやく、中央部Ａおよび上端部Ｂの両方が約１００°Ｃになって安定に向かう。このことから、積層体１に本実施形態の電磁誘導加熱を施すと、加硫時間を１／１０程度に短縮できる可能性があることが判る。
【００４０】
次に、金属板２、４、５の材料として好ましいマルテンサイト系ステンレスを用いた場合を、鉄と比較する。
【００４１】
図６は、図４の内部板２および連結板４・５に耐腐食性の良好なマルテンサイト系ステンレス（ＳＵＳ）を用いた構成した積層体１に６０Ｈｚの交流を作用させて１５０°Ｃまで加熱する場合のシミュレーションテストの結果“○”を示すグラフ図である。尚、比較例として、内部板２および連結板４・５に耐腐食性の低い鉄（ｓｔｅｅｌ）を用いた場合のシミュレーションテストの結果“●”と、従来方法である蒸気（１７０°Ｃ）を用いて加熱した場合のシミュレーションテストの結果“△”も併せて求めた。
【００４２】
この結果、加熱を開始してから１５０°Ｃに到達するまでに要する時間は、ステンレス（ＳＵＳ）の積層体１において４４０分、鉄（ｓｔｅｅｌ）の積層体１において２６０分、蒸気加熱において５２０分であることが判明した。また、最高温度と最低温度との関係は、鉄（ｓｔｅｅｌ）の積層体１において最も温度差が小さく、蒸気加熱において最も温度差が大きく、ステンレス（ＳＵＳ）の積層体１がこれらの場合の中間の温度差であることが判明した。これにより、ステンレス（ＳＵＳ）を用いた場合には、電気伝導度が鉄（ｓｔｅｅｌ）よりも小さいため、鉄（ｓｔｅｅｌ）を用いた場合よりも加熱に時間を要しているが、蒸気で積層体１の外部から加熱する場合よりも、積層体１の内部から加熱しているため、短時間で加熱を行うことができることが判明した。
【００４３】
ところで、先の図５などに示されるシミュレーション結果では、スチーム加熱に比べて誘導加熱が格段に優れていることがわかるが、中央部Ａと上端部Ｂとで全く温度差がないわけではない。すなわち、中央部Ａ（●印）の昇温カーブのほうが、上端部Ｂ（■印）の昇温カーブより急であり、積層体１の内部の方が上下端よりもわずかながらも加熱され易い傾向にあることを示している。内部板２の端部２ａから内部に向かう熱量の方が積層体１の上下端での放熱を上回って、熱量が内部にこもっていることを示唆している。
【００４４】
そこで、誘導コイル６の周波数を変えて発熱量を制御し、全体が同一な昇温カーブを描くようにすることが好ましい。
【００４５】
一方で、交流発生器７からの交流の周波数を上げすぎると、内部板２のうち積層方向の上端および下端にあるものが外周の端Ｃ、Ｄ（図４参照）だけで発熱しようとする傾向があり、積層方向および径方向に温度勾配を生じることがわかっている。内部板２の外周２ａの端付近をそれぞれ発熱させるためには、１ＫＨｚ以下の低周波数にする必要がある。
【００４６】
また、１ＫＨｚ以下の周波数であっても、金属板の内部で径方向の温度勾配が生じる場合がある。その場合、さらに低い周波数にすると、金属板（内部板）における磁束の径方向に浸透深さ（表皮深さ）が大きくなる。このため、金属板に誘導されるジュール発熱の径方向分布が周波数を下げることによってよりブロードになるために、面内温度差が小さくなる。
【００４７】
図７において、コイル周波数と加熱時間との関係、および、コイル周波数と温度差との関係を比較する。図７は、直径５００ｍｍの積層体（厚さ３ｍｍの鋼板を２５層、厚さ５ｍｍの加硫済ゴムを２６層交互に積層したもの）に交番磁界を印加したときのシミュレーション結果である。
【００４８】
図７において、破線▲印で示されるカーブは、鋼板（内部板２）の面内温度差を示しており、周波数が低いほど温度差が少ないことがわかる。したがって、周波数を低くすればそれだけ、積層体の内部で温度差が生じないように均一に昇温できる。一方で、実線●印で示されるカーブは、積層体１の全体が１５０℃に到達する時間を示しており、周波数が低いほど加熱に時間がかかることがわかる。したがって、この図６を用いて、ゴムの加硫に影響の出ない範囲の面内温度差で、なるべく速く温度が上昇して加硫ができるように、適宜周波数を決定することができる。そのような範囲として、周波数を１Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下とすることが好ましい。この範囲で、面内温度差は５０℃〜７０℃、１５０℃到達時間は１０分〜１００分である。
【００４９】
さらに、金属板（鋼板）の面内温度差を緩和する方法として積層体の外周と接するモールドの温度を制御する方法が挙げられる。この方法としては、モールドを導電体で形成し、内部板と同様に電磁誘導で発熱させる方法が好ましい。
【００５０】
モールド８は、図８に示されるように、積層体１の径方向を拘束するために積層体１の外径に等しい内径を有する中空体であり、積層体１が積層方向に加圧されるように、加圧代εだけ連結板４と連結板５との間の間隔よりもモールド８の段差８ａ、８ｂ間の間隔の方が小さくされている。積層体１をこの様なモールド８に収納した状態で加熱する場合には、誘導コイル６は、モールド８の外周に配設される。
【００５１】
図９に、図８に示されるようなモールド８をオーステナイト系ＳＵＳで、径方向の厚さを２５ｍｍとして形成した場合のモールドの昇温速度を周波数との関係においてシミュレーションで調べた結果を示す。破線●印で示されるモールドの昇温速度は周波数の増加に伴い大きく増加しているが、実線○印で示される鋼板の昇温速度はほぼ横ばいである。両者は３Ｈｚ近辺で一致する。したがって、モールドをオーステナイト系ステンレス製とした場合、誘導加熱の周波数を３Ｈｚ近辺とすれば、積層体の内部と、モールドに接する境界とで温度差が生じない。
【００５２】
また、図９の関係を用いれば、加熱の途中で周波数を切り換えることにより、モールド、内部の金属板、それぞれの昇温速度を制御することができる。
【００５３】
なお、モールド８は、非（または弱）磁性体で形成されることが好ましい。誘導コイル６による磁束がモールド８を透過して内部板２に及びやすいからである。このような観点からもモールドをＳＵＳ３０４などのオーステナイト系ステンレス製とすることが好ましいことがわかる。
【００５４】
このように、積層体に接するモールドを加熱することによっても、温度格差を緩和できることがわかる。モールドを用いない加熱（予熱など）の場合は、これと同形にされたオーステナイト系ステンレス製の治具を積層体の外周に接触させればよい。また、後述するように、温度の上がりにくいところに他の加熱方法を補助的に使用することによっても温度格差を無くすようにすることができる。
【００５５】
次に、図１０に基づいて、未加硫ゴムと金属板とを交互に積層した積層体を加硫するシステムの一例を説明する。図１０に示される加硫システムでは、予熱工程（第１・第２予熱ステーションＳ２、Ｓ３）で本発明の電磁誘導加熱が行われ、加硫工程（加圧加熱ステーションＳ１）では従来のスチーム加熱が行われる。この加硫システムは、この他に、モールドを着脱するための第１・第２組立・分解ステーションＳ４、Ｓ５（組立ステーションＳ４と分解ステーションＳ５に別けてもよい）と、これら各ステーションＳ１〜Ｓ５の間をモールドおよび積層体を載置して走行する搬送台車３０を備えている。
【００５６】
一般に、上記積層体を加熱するだけならばモールド内に収納しなくてもできるが、加圧を必要とする加硫工程ではモールド内に収納した状態での加熱が必要である。したがって、上記積層体を加硫する場合には、予熱工程から加硫工程までモールド内に収納した状態で流れ作業的に行われることが好ましい。すなわち、図１０において、積層体は、先ず、モールド組立ステーションＳ４に搬送され、モールドを装着されて予熱ステーションＳ２またはＳ３で予熱され、加圧加熱ステーションＳ１で加硫され、モールド分解ステーションＳ５に搬送されてモールドから取り出される。
【００５７】
また、通常、積層体の温度を加硫可能な所定温度まで昇温させる予熱工程の方が、一定温度を保った状態で加圧する加硫工程よりも時間を要する。また、モールドの組立・分解にも時間を要する。そこで、予熱工程を行う予熱ステーションの数を、加硫工程を行う加圧加熱ステーションの数よりも多くすることによって、加硫サイクルを短縮し、生産性を上げることができる。モールドの組立・分解ステーションも複数設けることが好ましい。図１０において、予熱ステーションは２つ設けられており、加圧加熱ステーションは１つである。なお、これらの数の比は、時間の差によって適宜決められることが好ましい。
【００５８】
図１１および図１２に示される装置は、図１０のシステムに用いられる装置であり、予熱を電磁誘導（図１１参照）で、加硫をスチーム加熱（図１２参照）で別の装置でそれぞれ行うように構成されたものである。
【００５９】
図１１において、モールド１０は、積層体１の径方向を拘束する円筒状のモールド本体１２と、積層体１の積層方向両端面と接する下蓋部１１および上蓋部１３から構成されている。下蓋部１１とモールド本体１２との間にて、積層体１の連結板５が保持され、上蓋部１３とモールド本体１２との間にて積層体１の連結板４が保持されるともに、これら上蓋部１３とモールド本体１２の間には押し込み可能な加圧代εが設けられている。誘導コイル６はモールド本体１２の外周であって、連結板４，５の間に位置するように配設されている。また、モールド本体１２内部には、加硫工程で作用させるべき加熱ジャケット１２ａが設けられている。さらに、モールド本体１２は、縦割り可能な構成とすることによって積層体１の出し入れが容易となる。同様に、上下蓋部１１、１３を分解可能にしてもよい。また、上下蓋部１１、１３は省略することも可能である。
【００６０】
モールド本体１２は、前述したように、ＳＵＳ３０４の如き非（または弱）磁性体で形成されることが好ましく、誘導コイル６による磁束がモールド１０を透過して内部板２に及ぶようになっている。したがって、誘導コイル６に上述した低周波の交流を通電すると、積層体１の全体が内部から短時間に加熱されて加硫前の予熱が行われる。また、ＳＵＳ３０４は導電性材料であり、電磁誘導によって加熱されるので、モールド本体１２と接する端面からも積層体１は加熱され、内部との温度差が生じないように均一に加熱される。
【００６１】
図１２において、加硫プレス２０は、プレスフレーム２１内の上部に、上プラテン２２を高さ調整機構２３を介して保持し、プレスフレーム２１内の下部に、下プラテン２４を加圧シリンダ２５を介して保持する構造になっている。加圧シリンダ２５を短縮した状態にして、予熱された積層体１を収納するモールド１０を例えば紙面厚み方向から横滑りして所定位置にして装着する。その後、加圧シリンダ２５を伸長すると、モールド１０即ち積層体１は上下プラテン２２，２４の間で加圧される。同時に、中間部１２の加熱ジャケット１２ａにスチームを導入すると、加圧と加熱が同時に行われ、所定形状に加圧したままで硬化させるという加硫が進行する。なお、上下プラテン２２、２４の内部にも加熱ジャケット２２ａ、２４ａを設け、スチームを導入して加熱ができるように構成してもよい。
【００６２】
なお、加硫工程に本発明の電磁誘導による加熱方法を用いることもできる。そのばあい、１つの装置内で予熱と加硫の両工程を行えるように構成することが好ましい（図１３参照）。また、予熱を従来のスチームなどによる加熱方法で行い、加硫工程における加熱のみを電磁誘導加熱で行うように構成することも可能である。
【００６３】
次に、図１３に基づいて予熱と加硫の両工程を一度に行える加熱装置を詳細に説明する。
【００６４】
この加熱装置は、モールド４３内に装填された積層体１を上下方向に押圧する加圧プレス４０と、積層体１を加熱する電磁誘導加熱装置４１とを有している。加圧プレス４０は、内部が開口された枠型フレーム３１を有している。枠型フレーム３１は、複数枚の枠板３２…を積層してボルト３３…で締結することにより形成されており、枠板３２…の積層数を調整することによって、所望の応力や歪み量を容易に得ることができるようになっている。
【００６５】
上記の枠型フレーム３１の内部には、スペーサ部材３４が上面に設けられており、スペーサ部材３４の下端には、プラテンサポート３５を介して中空部３６ａを有した上部プラテン３６が設けられている。また、上部プラテン３６の下方には、上部プラテン３６と同様に中空部３７ａを有した下部プラテン３７が配置されている。そして、これらの上部および下部プラテン３６・３７の中空部３６ａ・３７ａには、図示しない熱供給源が接続されており、熱供給源は、蒸気等の加熱媒体を中空部３６ａ・３７ａに供給することによって、上部および下部プラテン３６・３７を所定温度以上に昇温させるようになっている。
【００６６】
上記の下部プラテン３７は、プラテンサポート３８を介して油圧等の流体圧を利用した加圧シリンダ３９に支持されている。加圧シリンダ３９は、軸心が鉛直方向に設定された加圧ロッド３９ａを有しており、加圧ロッド３９ａを進退移動させることによって、下部プラテン３７を昇降させるようになっている。これらの上部プラテン３６および下部プラテン３７の間には、モールド４３および積層体１が搬入されるようになっている。モールド４３は、積層体１の側周面に当接するように筒形状に一体的に形成されている。そして、このモールド４３内には、中空部４３ａが形成されており、中空部４３ａには、加硫成形時において上述の図示しない熱供給源が接続されるようになっている。これにより、モールド４３は、熱供給源から蒸気等の加熱媒体が中空部４３ａに供給されることによって、所定温度以上に加熱されるようになっている。また、モールド４３は、ＳＵＳ３０４等の非磁性体を用いて形成されており、モールド４３内において磁界を良好に生成させるようになっている。
【００６７】
上記のモールド４３内に装填される積層体１は、円柱形状の未加硫ゴム３を有している。未加硫ゴム３の内部には、金属板からなる内部板２…が所定間隔をおいて上下方向に積層されながら水平配置されている。また、未加硫ゴム３の上面および下面には、内部板２と同様に金属板からなる連結板４・５が接合されており、これらの連結板４・５および内部板２…は、電磁誘導により加熱されることによって、未加硫ゴム３を上下面および内部から加熱するようになっている。
【００６８】
上記の内部板２…および連結板４・５に対する加熱は、図１３に示すように、モールド４３の周囲に配置された電磁誘導加熱装置４１により行われるようになっている。電磁誘導加熱装置４１は、環状の誘導コイル４７と、誘導コイル４７を空気や水により強制冷却する図示しない冷却装置とを有している。誘導コイル４７には、図４の周波数調整器７（電源手段）が接続されており、周波数調整器７は、誘導コイル４７に通電される交流電流の周波数を調整することで、誘導コイル４７の周囲に任意の強度の磁界を発生させるようになっている。
【００６９】
上記の構成において、加熱装置の動作について説明する。先ず、モールド４３および誘導コイル４７を加圧プレス４０にセットし、加圧シリンダ３９に対して加圧ロッド３９ａを進出させることによって、モールド４３および積層体１を下部プラテン３７および上部プラテン３６により挟持して押圧する。この後、上部プラテン３６、下部プラテン３７、およびモールド４３に蒸気等の加熱媒体を供給して加熱すると共に、誘導コイル４７に対して所定の周波数で交流電流を通電し、誘導コイル４７の周囲に磁界を発生させる。
【００７０】
上記の磁界は、積層体１における未加硫ゴム３の上面および下面に接合された連結板４、５および未加硫ゴム３中に埋設された内部板２…に印加され、これらの連結板４、５および内部板２…に渦電流を発生させて加熱する。そして、この連結板４、５および内部板２…の加熱により未加硫ゴム３を上下面および内部から加熱し、さらに、上部プラテン３６、下部プラテン３７、およびモールド４３により未加硫ゴム３への加熱を促進することによって、未加硫ゴム３を外部および内部から加熱して加硫成形することになる。この後、積層体１の加硫成形が完了すると、モールド４３を誘導コイル４７と共に加圧装置４０から搬出した後、モールド４３を加硫済みの積層体１と共に冷却工程等の次工程に搬送する。
【００７１】
なお、上部プラテン３６、下部プラテン３７、およびモールド４３には、蒸気等の加熱媒体による加熱のほか、電熱方式など従来一般に用いられる加熱手段を適宜選択して利用することができる。また、これらは、電磁誘導による加熱により温度格差が生じた場合に、温度が上がりにくいところの加熱を補うように制御されることが、より均一で迅速な加熱を実現するという観点から好ましい。
【００７２】
以上説明した実施形態では、誘導コイルは積層体１の外周に沿ってらせん状に巻回されたものを例示したが、積層体１の外周にじゃばら状になった誘導コイルを数分割にして張りつけるものであってもよい。また、凹字型の鉄心に誘導コイルを巻き、凹字型鉄心の磁束の影響下に積層体を配置するものであってもよい。要は、積層体１を構成する内部板の各々に対して磁束を浸透させ、好ましくは、内部板の径方向の端部を発熱させることができればよい。
【００７３】
さらに、積層体は、中空のものでもよい。次に、図１４および図１５に基づいて、中空円筒柱状の積層体５０を加熱する方法を説明する。
【００７４】
図１４に示される積層体５０は、中空円板状の内部板５２を未加硫ゴム５３で埋設して中空円筒柱にし、未加硫ゴム５３の上下端に未加硫ゴム５３と同径の連結板５４，５５を密着させたものである。このような積層体５１にあっては、積層体の内周と外周のそれぞれに誘導コイル６１、６２を配設し、両端部（外周と内周）を発熱させるようにすることができる。
【００７５】
図１５では、図１４の積層体５１をモールド６３に収納し、モールド６３を介して電磁誘導加熱する状態を示している。モールド６３は、外筒６４と中心柱６５が立設された下モールド６６と、下モールド６６に対して締め込み代εを残して蓋をする上モールド６７とからなっている。このモールド６３はＳＵＳ３０４の如き非磁性体で形成されており、下モールド６６の外筒部６４の外周に誘導コイル６を配設することにより、積層体５１を加熱することができる構造になっている。また、外筒６４と中心柱６５は内部に加熱ジャケット６４ａ、６５ａを有しており、スチーム加熱などの方法により補助的な加熱もできるようになっている。
【００７６】
また、図２および図３に示されるように、内部板２が露出した積層体１では、加硫後の冷却工程において、前述の加熱方法とは逆に、内部板２の露出部（端部）を強制的に冷却し内部板２の全体の温度を下げ、熱伝導により内部から冷却することができる。これにより、冷却時間の短縮を図ることができる。
【００７７】
ここで、放熱の方法としては、図１６に示すように、積層体１を放置して自然放熱する方法を挙げることができると共に、送風ファン１４により空気（冷媒）を内部鋼板２の露出部に吹き当てて強制的に冷却する方法がある。また、空気を冷媒として用いる代わりに、気体状の冷媒として窒素ガスを用いても良いし、液体状の冷媒として水や油を用いても良い。また、積層体１を放置していても露出部を強制的に冷却できるように、冷却用フィン１５を露出部に取り付け、この冷却用フィン１５を介して露出部を強制的に冷却する方法であっても良い。さらに、冷却用フィン１５に上述の気体状や液体状の冷媒を接触させることによって、冷却用フィン１５を介して強制的に冷却するものであっても良い。尚、空気や水を冷媒として用いる場合には、内部板２が耐腐食性に良好なステンレス鋼板であることが望ましく、このような構成にすることによって、積層体１を冷却する際において内部板２に腐食を生じさせ難くすることができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように、第１又は２の発明では、ゴムと金属板を交互に積み重ねてなる積層体を電磁誘導により加硫成形したものである。金属板は、導電性材料であり、電磁誘導により短時間で高熱にすることができるので、加熱時間（加硫時間）の短縮を図ることができる。強磁性体であれば、電磁誘導時に大きな磁束変化を捉えて発熱量を大きくすることができ、より好ましい。
【００７９】
第３乃至５の発明では、積層体を電磁誘導により内部から加熱するので、加熱時間を短縮することができる。
【００８０】
第６乃至９の発明では、誘導コイルの周波数を低くしたので、積層体の一部のみが高温になることを防ぐことができ、内部で温度勾配が生じないように均一に昇温させることができる。したがって、加硫後の製品が均一で優れたものとなる。さらに、周波数を変えながら加熱すると、加熱時間の短縮化を図ることができる。
【００８１】
第１０及び１１の発明では、予熱工程または加硫工程のうちのいずれか一方、または両方に電磁誘導加熱を用いるものであり、加硫システムにおいて生産性の向上を図ることができる。
【００８２】
第１２乃至１５の発明では、積層体をモールドに収納した状態で加熱するものであり、予熱工程から加硫工程への移行作業を容易にすることができる。モールドが非または弱磁性体であれば、積層体への磁束の浸透を妨げることなく、積層体を構成する金属板の発熱状態が良好なものとなる。また、モールドが導電性を有していれば、電磁誘導によってモールド自身も発熱し、積層体の外周からの加熱を補助する。そのような材料としてモールドをオーステナイト系ステンレス製とすることによってコストの低減も図れる。
【００８３】
第１６および１７の発明では、積層体を径方向および積層方向から加熱する手段（電磁誘導以外のもの）を、さらに設けているので、電磁誘導のみでは温度の上がり難い部分を補助的に加温して、積層体の内部で温度勾配が生じないように均一に昇温させることができる。径方向からの加熱手段はモールドに設け、積層方向の加熱手段はプレス機のプラテンなどに設けることが容易であり安価である。
【００８４】
第１８乃至１９の発明では、予熱から加硫まで１つの装置で、モールド内に収めたままできるので、製造工程が簡素化できる。
【００８５】
第２０乃至２１の発明では、予熱工程と加硫工程を異なる装置で行うものであり、そのような場合も、モールド内に収めておくと、一方の装置から他方の装置への移動が容易であり、製造工程が簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層体の一実施例の縦断面説明図である。
【図２】本発明の積層体の他の実施例の縦断面説明図である。
【図３】本発明の積層体のさらに他の実施例の縦断面説明図である。
【図４】本発明の加熱方法の概念図である。
【図５】本発明の加熱方法による昇温カーブを従来の方法によるものとの比較において示すグラフ図である。
【図６】本発明の加熱方法による昇温カーブを従来の方法によるものとの比較において示すグラフ図である。
【図７】周波数と加熱時間および鋼板面内温度差を示すグラフである。
【図８】モールドに収納され状態での加熱方法の説明図である。
【図９】モールドを鋼板と同様にステンレス製とした場合の周波数と昇温速度との関係を鋼板との比較において示す図である。
【図１０】本発明の加熱方法を予熱工程に用いた場合のシステムの一例を示す説明図である。
【図１１】モールド内に収納した積層体を電磁誘導で予熱する場合に用いられる装置の概略説明図である。
【図１２】電磁誘導で予熱したのちに用いられる加硫装置の一例を示す図である。
【図１３】予熱と加硫を行うことができる装置の概略説明図である。
【図１４】中空円筒状の積層体を電磁誘導で加熱する工程を示す図である。
【図１５】中空円筒状の積層体をモールド内に収納して電磁誘導で加熱する工程を示す図である。
【図１６】冷却工程の一例を示す図である。
【符号の説明】
１、５０ 積層体
２ 内部板（金属板）
３ 未加硫ゴム
４、５ 連結板（金属板）
６、４７ 誘導コイル
７ 低周波発生器（電源手段）
８ モールド
１０、４３、６３ モールド（加熱手段を内蔵）
１５ 冷却用フィン
２０、４０ 加硫プレス
２１、３１ 枠型フレーム
２２、３６ 上部プラテン（熱盤を兼用）
２４、３７ 下部プラテン（熱盤を兼用）
３５、３８ プラテンサポート
４１ 電磁誘導加熱装置

Claims (11)

1. 未加硫ゴムと金属板とを交互に積層してなる積層体の外周を、非または弱磁性体で且つ導電性を有しているモールドで拘束し、
   誘導コイルを、前記積層体が当該誘導コイルの影響下となるように前記モールドの外周に配置し、
   該誘導コイルに周波数が１ＫＨｚ以下の交流を通電して前記積層体を構成する複数の金属板の各々に渦電流を発生せしめて各金属板を発熱させ、
   昇温された各金属板からの熱伝導によって前記未加硫ゴムを加熱することを特徴とする未加硫ゴムと金属板の積層体の加熱方法。
2. 前記金属板が、磁性材料により形成されてなる請求項１記載の加熱方法。
3. 前記周波数が２０Ｈｚ以下である請求項１又は２に記載の加熱方法。
4. 前記周波数が１Ｈｚ以上である請求項１乃至３のいずれかに記載の加熱方法。
5. 前記誘導コイルに通電される交流電流の周波数を変化させながら加熱する請求項１乃至４のいずれかに記載の加熱方法。
6. 前記加熱方法が、前記積層体内の未加硫ゴムを所定温度まで昇温させる予熱工程に適応されるものである請求項１乃至５のいずれかに記載の加熱方法。
7. 前記加熱方法が、前記積層体を積層方向に加圧しながら加熱する加硫工程に適応されるものである請求項１乃至６のいずれかに記載の加熱方法。
8. 前記モールドが、オーステナイト系ステンレス製である請求項１乃至７のいずれかに記載の加熱方法。
9. 前記誘導コイルは、少なくとも未加硫ゴムに挟まれた各金属板に対して積層方向と直交する方向に渦電流を発生させるように配設したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の加熱方法。
10. 前記モールドを加熱する加熱手段を設け、当該モールドからの熱伝導によって積層体を外周からも加熱する請求項１乃至９のいずれかに記載の加熱方法。
11. 前記積層体を積層方向両端側から加熱または保温する加熱・保温手段が設けられ、該加熱・保温手段にて加熱または保温しつつ加熱する請求項１乃至１０のいずれかに記載の加熱方法。

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