JP4617192B2 - 内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法に関するものである。

上記のテーパ部を有する筒状ゴムは、高圧補強が必要なゴム製品或いは高圧ホースにおける基本的な構成要素として用いられることが多い。例えば、これの外周にゴム被覆コードを巻付けて加硫処理することにより、スクイーズ式ポンプのポンピングチューブとなる繊維補強ゴムホースとして使用される。また、ドッキングホースの下地材として用いられることもある。

従来におけるテーパー部を有する筒状ゴムの成型方法としては、（１）ゴムをチューブ状に押出してマンドレルに挿入する方法、（２）クロスヘッド押出しによって成型する方法、（３）ゴムシートを円筒体に巻付けて成型する方法、という三種類のものがある。（１）の製造方法は特許文献１において開示されたものが知られており、（２）の製造方法は特許文献２において開示されたものが知られており、（３）の製造方法は特許文献３において開示されたものが知られている。

前記従来例（１）の製造方法では、チューブの押出しによって内径のゴム厚を増減制御させることが可能ではあるが、内径及び外径を共に変化させて成型することは不可能である。前記従来例（２）の製造方法でも（１）の製造方法と同様であり、内外径を共に変化させての成型はできない。前記従来例（３）の製造方法では、ゴムを巻付ける円筒体の形状に合わせてシート形状を変化させれば円錐台状の成型が可能ではある。しかしながら、単層で成型するゴム厚は最大でも３ｍｍ程度が限界であり、２０ｍｍ程度の厚みを有する円錐台状の円筒体を成型することはできない。

また、前記従来例（３）の製造方法による薄いゴム厚のものを積層させて厚手のものとすることも考えられるが、その方法では積層工程に多大な時間とコストが必要になるとともに、数ｍに及ぶ長尺のゴムシートを巻付けるという作業は困難なものであるため、やはり現実的な方法とはならない。このように、従来技術による製造方法では、内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムをある程度の厚みを有するものとして作成することが困難なものであった。
特開平０８−０４７９６１号公報 特開２０００−２８０３２２号公報 特開平１０−２６４２６５号公報

本発明の目的は、所定形状のゴムを押出して円錐台状の円筒体（マンドレル）に巻付けることにより作成される内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムを、全長に亘って精度良く厚み一定のものや、一端の厚みが厚く、かつ、他端の厚みが薄くなるように厚みを変化させるといった具合に、所望の状態に制御できる内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法において、所定の断面形状で押出機３から押出されるベルト状のゴム１１を、軸心Ｐ方向に移動するに従って外周長さが変化するテーパ部１Ｔを有するマンドレル１に螺旋状に巻き付ける成形工程を行なうにあたり、前記マンドレル１を回転させ、かつ、前記押出機３と前記マンドレル１とを前記マンドレル１の回転軸心Ｐ方向に相対移動させるとともに、前記押出機３によるゴムの押出速度Ｖｇ、前記マンドレル１の回転速度Ｖｒ、前記相対移動速度Ｖｉのうちの何れか一つ以上の速度を可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにしたことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法において、前記成形工程においては、前記相対移動速度Ｖｉ及び前記マンドレル１の回転速度Ｖｒは一定に維持しながら前記押出速度Ｖｇを可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにしたことを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法において、前記成形工程においては、前記マンドレル１の回転速度Ｖｒ及び前記押出速度Ｖｇは一定に維持しながら前記相対移動速度Ｖｉを可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにしたことを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法において、前記成形工程においては、前記相対移動速度Ｖｉ及び及び前記押出速度Ｖｇは一定に維持しながら前記回転速度Ｖｒを可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにしたことを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法において、前記押出機３から押出されたゴムをギヤポンプ４を介して前記マンドレル１に巻付けるとともに、前記押出機３の押出速度Ｖｇを前記ギヤポンプ４の吐出速度Ｖｅに同調させて可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにしたことを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法において、前記成形工程によって前記マンドレル１に巻き付けられたゴムを、前記マンドレル１の内径側方向に押圧することを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、所定の断面形状で押出機から押出されるベルト状のゴムをテーパ部を有するマンドレルに巻付けることで内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムを作成するに当り、ゴムの押出速度、マンドレルの回転速度、押出機とマンドレルとの相対移動速度のうちの何れか一つ以上の速度を可変制御するから、マンドレルに巻付けられるゴムの厚みをマンドレルの軸心方向の位置に関して如何様にも可変設定することが可能になる。その結果、所定形状のゴムを押出して円錐台状の円筒体（マンドレル）に巻付けることにより作成される内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムを、全長に亘って精度良く厚み一定のものや、一端の厚みが厚く、かつ、他端の厚みが薄くなるように厚みを変化させるといった具合に、所望の状態に制御できる内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法を提供することができる。

この場合の制御手段としては、請求項２のように、相対移動速度とマンドレルの回転速度は一定に維持してゴムの押出速度のみを可変制御する手段、請求項３のように、ゴムの押出速度とマンドレルの回転速度は一定に維持して相対移動速度のみを可変制御する手段、請求項４のように、相対移動速度とゴムの押出速度とは一定に維持してマンドレルの回転速度のみを可変制御する手段、等が可能である。

請求項５の発明によれば、押出機から押出されるゴムを定量供給ポンプであるギヤポンプを用いてダイスに供給する手段であるから、押出機によるゴムの単位時間当たりの供給量の精度をより高いものにすることができ、それによって内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの厚み寸法のばらつきや寸法誤差が改善され、製品としての精度向上が図れる内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法を提供することができる。

請求項６の発明によれば、マンドレルに巻付けられたベルト状ゴムを内径側に押圧することで積極的に養生するような作用が生じて、成形時間差やゴム温度の低下等の種々の要因によってゴム厚みが部位によってばらつこうとすることが抑制されるようになり、より精度の高い内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムを作成することが可能になる。

以下に、本発明による内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造装置を示す原図、図２，３はそれぞれ内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの作成例１，２を示す図、図４，５は作成例１，２それぞれと従来製法によるものとの各種特性を示す比較表である。

〔実施例１〕
図１に、内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造装置Ａの原理図が示されている。この製造装置Ａは、全長に亘ってテーパ形状を為す円筒体であるマンドレル１と、軸心Ｐで回転自在なマンドレル１を駆動回転させる回転機構２と、ゴムの押出機３と、押出機３から押出されるゴムを送り出すギヤポンプ４と、ギヤポンプ４から吐出されるゴムを所定形状に成形して出すためのダイス１０と、マンドレル１を回転機構２と共に軸心Ｐ方向に移動自在な移動機構５と、を有して構成されている。

マンドレル１は、径の小さい小径側端１ａと、これよりも径の大きい大径側端１ｂと、軸心Ｐ方向に移動するに従って外周長さが変化するテーパ部１Ｔを有する円筒体に形状されている。マンドレル１の形状としては、図１に示すように、円錐台状のものや、図示は省略するが、小径側端１ａの径を有する若干長さの小径円筒部と、大径側端１ｂの径を有する若干長さの大径筒部と、これら両者に跨るテーパ部１Ｔとを有するものでも良く、これら以外の形状も可能である。

回転機構２は、例えば第１電動モータ等を用いてマンドレル１を正逆方向に任意の速度で駆動回転できるように構成する。移動機構５は、例えば、マンドレル１を回転自在に支承するベッド６を軸心Ｐ方向に平行移動自在に支持する一対のレール７，７と、ベッド６に螺合されるネジ軸８と、ネジ軸８を駆動回転させる第２電動モータ９とを備え、第２電動モータ９の正逆駆動により、ベッド６を、即ちマンドレル１を矢印イ或いはロ方向に平行移動自在に構成する。つまり、移動機構５により、押出機３とマンドレル１とはマンドレル１の回転軸心Ｐ方向に移動速度Ｖｉでもって相対移動されるのである。

押出機３、ギヤポンプ４、第１及び第２電動モータ２，９は制御装置１２に接続されており、押出機３によるゴムの押出速度（単位時間当たりの押出し量）Ｖｇ、ギヤポンプ４によるゴムの吐出速度（単位時間当たりの送り出し量）Ｖｅ、マンドレル１の回転方向及び回転速度（単位時間当たりの回転数）Ｖｒ、マンドレル１の（ベッド６の）平行移動速度Ｖｉを任意に制御できるように構成されている。そして、制御装置１２が有する押出速度制御手段１２Ａにより、マンドレル１の移動速度Ｖｉ及びマンドレル１の矢印ハ方向の回転速度Ｖｒは一定に維持しながら、押出機３によるゴムの押出速度Ｖｇをギヤポンプ４によるゴムの吐出速度Ｖｅに追従させ、かつ、押出機３による押出速度Ｖｇ及びギヤポンプ４による吐出速度Ｖｅが可変制御されるようになる。これにより、マンドレル１に均等厚みで、かつ、一定の巻付け角度θでもってギヤポンプ４から吐出される帯状のゴム、即ちゴム帯１１を巻付けることが可能である。

この場合、押出機３とダイス１０との間にギヤポンプ４を配置することにより、ダイス１０から所定形状で連続的に押出されるゴム帯（ベルト状のゴム）１１の単位時間当りの供給量の精度をより高めて安定的に供給することができる。また、ゴム帯１１をマンドレル１に巻付ける際には、ステッチャーを用いて一定圧力で巻き付けられたゴム帯１１を押えるか、或いは、ゴム帯１１の巻付けに追従して合成樹脂テープ（ポリエチレンテープ等）を巻付けて押えること（マンドレル１に巻き付けられたゴム帯１１を、マンドレル１の内径側方向に押圧すること）により、より精度の高い円錐台状円筒ゴム（内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴム）１３を作成することが可能である。

次に、本製造装置Ａによる内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの作成要領について説明する。まず、マンドレル１を矢印ロ方向に動かす等して、小径側端１ａがギヤポンプ４の前に位置する開始状態にセットする。そして、マンドレル１を矢印ハ方向に駆動回転させるとともにベッド６を矢印イ方向に平行移動させ、ギヤポンプ４から繰り出される所定形状のゴム帯１１を小径側端１ａからマンドレル１に巻付けて行く。

このとき、押出速度制御手段１２Ａの機能により、マンドレル１の矢印イ方向の平行移動速度Ｖｉ及び矢印ハ方向の回転速度Ｖｒは一定としながら、押出機３のスクリュー回転数及びギヤポンプ４の回転数が、即ち押出速度Ｖｇ及び吐出速度Ｖｅが、ゴム帯１１のマンドレル１への巻付け箇所が大径側に移行するに従って増すように制御されるので、ダイス１０から押出されてマンドレル１に巻付けられたゴム帯１１による円錐台状円筒ゴム１３を、均等厚みのものとして作成することができる。

つまり、製造装置Ａによる内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法は、所定の断面形状で押出機３から押出されるベルト状のゴム１１を、軸心Ｐ方向に移動するに従って外周長さが変化するテーパ部１Ａを有するマンドレル１に螺旋状に巻き付ける成形工程を行なうにあたり、マンドレル１を回転させ、かつ、押出機３とマンドレル１とをマンドレル１の回転軸心Ｐ方向に相対移動させるとともに、押出機３によるゴムの押出速度Ｖｇ、マンドレル１の回転速度Ｖｒ、相対移動速度Ｖｉのうちの何れか一つ以上の速度を可変制御することを特徴としている。実施例１では、成形工程においては、相対移動速度Ｖｉ及びマンドレル１の回転速度Ｖｒは一定に維持しながら押出速度Ｖｇ及び吐出速度Ｖｅを可変制御している。次に、円錐台状円筒ゴム１３の作成例１及び２について説明する。

〔作成例１〕
作成例１の円錐台状円筒ゴム１３は、次のような条件で作成される。即ち、押出速度制御手段１２Ａの働きにより、ダイス１０から押出されるゴム帯１１は、幅７０ｍｍで厚さ２ｍｍの断面形状を有するものである。これを、平行移動速度が２．８ｍｍ／ｓで回転速度が２３ｒｐｍで共に一定に維持されるマンドレル１に巻付けるに当り、ギヤポンプ４の回転数が、巻付け開始時（小径側端）の１３０ｒｐｍから巻付け終了時（大径側端）の２１０ｒｐｍに可変制御される。当然ながら押出機３の押出速度Ｖｇはギヤポンプ４の吐出速度Ｖｅに同調して増減制御される。つまり、押出機３から押出されたゴムをギヤポンプ４を介してマンドレル１に巻付けるに当り、押出機３の押出速度Ｖｇをギヤポンプ４の吐出速度Ｖｅに同調させながらこれら両速度Ｖｇ，Ｖｅを可変制御するのである。

その結果、図２に示すように、全長３０００ｍｍ、大径側の外径１２２ｍｍで厚さ７．０ｍｍ、かつ、小径側の外径が１０４ｍｍで厚さ５．５ｍｍの円錐台状円筒ゴム１３が作成される。この作成例１による円錐台状円筒ゴム１３は、例えばセメント供給機（ポンプ車）におけるドッキングホースとして用いられる繊維補強ゴムホースのインナーゴム筒に好適なものである。参考として図４に、作成例１による円錐台状円筒ゴム１３と、ゴムチューブ押出し品をマンドレルに挿入する製造方法［前記（１）の従来方法］による円錐台状円筒ゴム１３との各特性比較表を記す。

〔作成例２〕
作成例２の円錐台状円筒ゴム１３は、次のような条件で作成される。即ち、押出速度制御手段１２Ａの働きにより、ダイス１０から押出される幅７０ｍｍで厚さ２ｍｍの断面形状を有するゴム帯１１を、平行移動速度が２．８ｍｍ／ｓで回転速度が２３ｒｐｍで共に一定に維持されるマンドレル１に巻付けるに当り、ギヤポンプ４の回転数が、巻付け開始時（小径側端）の４３０ｒｐｍから巻付け終了時（大径側端）の５３０ｒｐｍに制御される。但し、マンドレル１（図１参照）は、全長が３３００ｍｍ超で、小径側端の直径が１１６ｍｍ、大径側端の直径が１３６ｍｍのものを使用する。

その結果、図３に示すように、全長３３００ｍｍ、小径側端の内径（１１６＋α）ｍｍ、大径側端の内径（１３６−α）ｍｍの円錐台状円筒ゴム１３を、ゴム厚１８ｍｍ一定のものとして作成することができる。この作成例２による円錐台状円筒ゴム１３は、例えばセメント供給機（ポンプ車）におけるポンピングチューブとして用いられる繊維補強ゴムホースのインナーゴム筒に好適なものである。先端ホース参考として図５に、作成例２による円錐台状円筒ゴム１３と、前述の従来例（１）〜（３）による円錐台状円筒ゴムとの各特性比較表を記す。図４，５から分かるように、従来技術に比べて、本発明による円錐台状円筒ゴム１３の製造方法では、全ての面において優れているとともに、成型時には特別な技術は必要とせず、巻付け後に仕上げ等の後工程を一切必要としない利点がある。また、従来技術に比べて、材料ロスの大幅な低減並びに時間短縮によるコストダウン、加工可能なゴムの多様化等多くの利点もある。

以上説明したように、本発明の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法によれば、次のような作用や効果を得ることができる。
１．所定の断面形状を有するゴムを連続的に押出してマンドレルに巻付けるようにすることにより、内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムを、厚み精度の高い状態で厚み一定のものとして、或いは一端側で厚みが小さく、かつ、他端側で厚みが大となるものとして提供することが可能になる利点がある。

２．比較的安価な設備（製造装置Ａ）を用いて、今まで成形が困難であった内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴム１３の成形が可能になるばかりでなく、押出機３によるゴムの押出速度Ｖｇやマンドレル１の回転速度Ｖｒ、移動速度Ｖｉを制御することにより、内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴム１３の自動成形が可能になる。それによって労務費や管理費の節減も可能となる。また、マンドレル１の形状を変更することにより、様々な形状、サイズの内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴム１３を成形することも可能である。

３．本発明による内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法によれば、製造装置Ａを運転しさえすれば、所望の「内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴム１３」が得られるので、予めゴムシートを作成するといった予備工程等が不要であり、高度な技術を必要としない利点がある。

４．ダイス１０から押出されるゴムをマンドレル１に巻付ける際に、内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴム１３としての厚みが軸心Ｐ方向に進むに従って増す又は減るという成形に限られるものではなく、例えば、ゴムの押出速度Ｖｇの増減を繰り返したり、マンドレル１の回転速度Ｖｒの増減を繰り返すことにより、軸心Ｐ方向においてゴム厚みの増減が繰り返される状態の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムや、その他特殊形状の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの成形も可能になる。

〔実施例２〕
実施例２による製造方法は、成形工程においては、マンドレル１の回転速度Ｖｒ及び押出機３によるゴムの押出速度Ｖｇは一定に維持しながらマンドレル１の相対移動速度Ｖｉを可変制御する方法である。つまり、図１に示す制御装置１２において、押出速度制御手段１２Ａに代えて移動速度制御手段１２Ｂを用いて製造するのである。

例えば、小径側端からゴム帯１１の巻付けを開始する場合において、マンドレル１の矢印イ方向（図１参照）への移動速度Ｖｉが次第に遅くなるように制御すれば、大径側端に行くに従って厚みが増す円錐台状円筒ゴム１３（図２参照）や、厚み一定の円錐台状円筒ゴム１３（図３参照）を作成自在である。また、移動速度Ｖｉを漸減又は不変又は増するように設定すれば、大径側端に行くに従って厚みが薄くなる円錐台状円筒ゴムを作成することが可能である。

〔実施例３〕
実施例３による製造方法は、成形工程においては、マンドレル１の相対移動速度Ｖｉ及び及び押出機３によるゴムの押出速度Ｖｇは一定に維持しながらマンドレル１の回転速度Ｖｒを可変制御する方法である。つまり、図１に示す制御装置１２において、押出速度制御手段１２Ａに代えて回転速度制御手段１２Ｃを用いて製造するのである。

例えば、小径側端からゴム帯１１の巻付けを開始する場合において、マンドレル１の矢印ハ方向（図１参照）への回転速度Ｖｒを、マンドレル１の矢印イ方向への移動量が増えるに従って遅くなるように制御すれば、大径側端に行くに従って厚みが増す円錐台状円筒ゴム１３（図２参照）や、厚み一定の円錐台状円筒ゴム１３（図３参照）を作成自在である。また、回転速度Ｖｒを、マンドレル１の矢印イ方向への移動量が増えるに従って漸増又は不変又は減るように設定すれば、大径側端に行くに従って厚みが薄くなる円錐台状円筒ゴムを作成することが可能である。

〔実施例４〕
実施例４による製造方法は、成形工程においては、マンドレル１の回転速度Ｖｒ、押出機３によるゴムの押出速度Ｖｇ、及びマンドレル１の相対移動速度Ｖｉという三つのゲインのうちの二つ以上のゲインを可変制御する方法である。つまり、図１に示す制御装置１２において、押出速度制御手段１２Ａに代えて複合制御手段１２Ｄを用いて製造するのである。この複合制御手段１２Ｄを用いることにより、複雑な形状の円錐台状円筒ゴムの成形や、よりきめ細かで高精度な制御を行うことが可能である。

〔別実施例〕
ギヤポンプ４を持たない構成の製造装置Ａでも良い。相対移動速度Ｖｉが、マンドレル１は（ベッド６は）位置固定で、押出機３側が移動することで生じる構成でも良い。また、ゴム帯１１をマンドレル１の大径側端１ｂがわから巻き始める方法を採用することも可能である。

円錐台状円筒ゴムの製造装置の構造を示す原理図 作成例１の円錐台状円筒ゴムの断面図 マンドレルから外される前の作成例２の円錐台状円筒ゴムを示す平面図 作成例１と従来品との特性の比較を示す図 作成例２と各種従来品との特性の比較を示す図

１ マンドレル
１Ｔ テーパ部
３ 押出機
４ ギヤポンプ
１１ ベルト状のゴム
Ａ 内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造装置
Ｐ 軸心
Ｖｇ ゴムの押出速度
Ｖｉ 押出機とマンドレルとの相対移動速度
Ｖｒ マンドレルの回転速度

Claims (6)

1. 所定の断面形状で押出機から押出されるベルト状のゴムを、軸心方向に移動するに従って外周長さが変化するテーパ部を有するマンドレルに螺旋状に巻き付ける成形工程を行なうにあたり、前記マンドレルを回転させ、かつ、前記押出機と前記マンドレルとを前記マンドレルの回転軸心方向に相対移動させるとともに、前記押出機によるゴムの押出速度、前記マンドレルの回転速度、前記相対移動速度のうちの何れか一つ以上の速度を可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにした、内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法。
2. 前記成形工程においては、前記相対移動速度及び前記マンドレルの回転速度は一定に維持しながら前記押出速度を可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにした、請求項１に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法。
3. 前記成形工程においては、前記マンドレルの回転速度及び前記押出速度は一定に維持しながら前記相対移動速度を可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにした、請求項１に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法。
4. 前記成形工程においては、前記相対移動速度及び前記押出速度は一定に維持しながら前記回転速度を可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにした、請求項１に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法。
5. 前記押出機から押出されたゴムをギヤポンプを介して前記マンドレルに巻付けるとともに、前記押出機の押出速度を前記ギヤポンプの吐出速度に同調させて可変制御することにより、全長に亘って厚みを制御することができるようにした、請求項１〜４の何れか一項に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法。
6. 前記成形工程によって前記マンドレルに巻き付けられたゴムを、前記マンドレルの内径側方向に押圧する請求項１〜５の何れか一項に記載の内外面にテーパ部を有する円錐台状円筒ゴムの製造方法。

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