JPS604765B2 - ゴムシートの放射線硬化 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、表面デザインを有する硬化ゴムシートを連続
的に製造する方法および装置に関する。

表面デザインとは、たとえば深さが数分の何ィンチかの
ェンボス・デザイン、装飾デザインとか、あるいは深さ
が１インチまでまたはそれ以上にもなるタイヤのトレツ
ドとかを意味する。最近、硬化剤としてたとえば過酸化
物、硫黄あるいは硫黄誘導体を用いてゴムを完全に硬化
させる熱硬化工程を省略することにかなりの努力が費や
されている。

その理由の主なものは、工程で発生する臭気や、完全硬
化に要する時間や、熱硬化で普通用いる温度で配合する
油類の揮発性である。かなり注目を集めた硬化方法の１
つに、天然および合成のゴム（種々の添加剤を配合して
いることもある）を放射線硬化することがある。

この方法では、ゴムは、高ェネルギの電離線、たとえば
電子ビームにさらされて少なくとも部分的に硬化される
。本発明は、天然ゴム、合成ゴムおよびゴム化合物（以
後、便宜上単にゴムと呼ぶ）の部分硬化あるいは完全硬
化をなすのにこのような放射線を用いる新規な方法およ
び装置に関する。本発明は、表面デザインを有するシー
ト（必ずしも最終形態がシ…トである意味ではない）と
して製造する広い範囲のゴム製品を製造するのに応用で
きる。これらの製品としては、たとえば、音響調節用シ
ート材、床タイル、装飾用シート材、床マット、自動車
マット等がある。本発明は、特に、摩耗したタイヤを再
生するのに用いるような、タイヤ・トレッドを連続生産
するのに応用できる。

本発明によれば、表面デザインを持った硬化ゴムシート
を連続的に製造する方法は、柔軟で粘性のあるゴムスト
リツプを押出し、このゴムストリッブを回転式型の表面
に選定デザインに合わせて形成したくぼみに押付け、ゴ
ム表面に形成したデザインを乱すことなく硬化したゴム
を型から引きはがす工程を包含し、型内にある内にゴム
を少なくとも部分的に硬化させることを特徴とする。

このようにして、タイヤ・トレツド表面デザインを有し
、タイヤの再生に有効であるゴムシートを、連続したタ
イヤ・トレッド・ストリップあるいはほぼ円筒状リング
の形態で製造することができ、このゴムシートは新品、
中古を問わずタイヤ・カーカスに取付けることができる
。かなり意外であったのは、本発明による放射線処理を
含む方法で形成したタイヤ・トレツドは、従来の熱硬化
した製品よりも耐摩耗性が大きいということである。以
下、本発明を添付図面を参照しながら一層詳しく説明す
る。

第１図において、１０は普通の押出ユニットであり、１
層またはそれ以上の層で熱い粘性のあるゴムのシートま
たはストリップを押出すものである。

この押出ユニットは、単段二段あるいは複段のねじ式の
ものであっても、ラム式のものであってもよい。トレツ
ド・ストリップ１２（充分な結合性があるので支えをな
んら必要としない）が、軸線１６のまわり‘こ回転して
いる円筒状の型１４の周囲を通る。デザイン（たとえば
、くぼんだタイヤ・トレッド・デザイン）が型の周囲に
形成してあり、熱いゴムストリップ１２が案内ロール２
０を通る圧力ベルト１８によって型の溝やくぼみに向っ
て押付けられる。このトレツド・ストリップ１２は、圧
力ベルト１８の作用から外れた後、型をまたぐナイフ２
２を通過し、成形時にオーバフローした余分なゴムを除
かれる。除いたゴム材は押出ユニット１０にもどしても
よい。トレツド・ストリップ１２は、次に、放射線発生
器２４の発する放射ビームを通過する。ここで、ゴムは
急速に硬化されて型１４からはがれる。第１図は、また
、熱硬化を行う工程も示している。

この実施例において、トレツドは、熱硬化剤を配合した
ゴム素材から形成される。トレツドは、ヒータ２６を通
過し、圧力ベルト１８によって型１４に押付けられなが
ら部分的に熱硬化する。この構造では、放射線源２４を
用いない。

その代りに、部分的に硬化したトレッド１２の両側に設
置した放射線ユニット２８から向けられたビームによっ
て硬化を行う。ヒータ２６を用いずに、型１４を硬化温
度に加熱してもよい。

熱硬化を行なわないにしても、型を加熱することは、ゴ
ムの流れを促進するために有益なことがあり、放射線の
効率を高めることにもなる。第２図は、型周囲の種々の
位置で型にゴムを押付ける圧力を維持するのに適したベ
ルトの配置を示している。

第２Ａ，２Ｂ，２Ｃ図において、第１図の符号と同一の
符号は同じ部分を示している。真直ぐな矢印３０は放射
線ビームを示している。曲つた矢印３２は、第２Ａ，２
Ｂ図では硬化ゴムのはがれるところを示し、第２Ｃ図で
は曲つた矢印３４が硬化ゴムの離れるところを示してい
る。曲つた矢印３６は、型１４の側緑の平面からやや外
れたトレッド１２の源を示している。通常、第２Ａ図に
示す配置は、特に粘性の低い材料にとっては満足の行く
ものである。しかしながら、粘性の高い材料はいまいま
かなりの程度の復元性を持っているから、圧力でゴムを
型内に保持する時間を延ばさなければならない。さもな
くば、圧力を除くと直ちにゴムが型のデザインを失うこ
とになる。第２Ｃ図で電子ビームがベルト１８を通過す
ることに注目されたい。

ビームがベルトを貫通してゴムに達する必要がある場合
、ェネルギ損失が最少で電子が通過できる材料でベルト
を構成しなければならない。チタン製のベルトが連続使
用強度が充分なので役に立ち、電子の通過にも過剰なェ
ネルギを要しない。本発明では、従来の電離線源をどれ
でも用いうる。

好ましい例としては、高ェネルギ高鰭射照度の電子ビー
ムを発生する電子加速器がある。この加速器のェネルギ
需要は硬化すべきゴムの厚さに依存する。１０Ｋｅｖ乃
至１■Ｍｅｖのェネルギ等級の電子加速器を本発明で用
いてもよい。

ゴムストリップを、１〜５０Ｎｈａｄ、好ましくは５〜
皿 Ｍｒａｄの照射量を与える状態で電子ビームを通過
させることによって硬化が実施されうる。

ェネルギ源、照射量および照射率の選定は当業者が容易
に算定できるいくつかのフアクタに依存する。これらの
フアク外ま、硬化すべきゴムに基づく所望の生産率と生
産コストとをつり合わせるように選定する。適当な硬化
剤、促進剤その他の配合剤を配合して放射線製造技術の
使用を容易にした多くのゴム化合物または混合物も役に
立つ。特に型において完全な硬化を行うつもりならば、
ゴムの厚みおよび密度が重要となる。電子の後方散乱を
最少限に抑えるように電子ェネルギおよび型成分を選定
することにかなり考慮を払わねばならない。ェネルギが
高すぎ、型材料をいいかげんに選定した場合、放射線ビ
ームの多数の電子がゴムを完全に貫通して型表面からゴ
ムに向って反射し（後方散乱）、硬化作用を進加する。
この問題は、ゴムシートのある部分がかなり厚く、他の
部分が比較的薄いタイヤ・トレッド型では特に大きくな
る。この場合、薄い部分は、特に型表面に隣接した区域
で過硬化することになる。したがって最善の結果を得る
ためには、電子反射率が最少の材料で型を作らねばなら
ない。

また、型が連続作業のきびしさに耐えるに充分な強さを
持つようにする必要もある。これらの条件を留意して、
通常型はアルミニウムまたはその合金で作ってあるが、
セラミックあるいは特別の重合材のような他の材料を使
ってもよい。代表的には、１ミル乃至１．５インチの厚
さの天然または合成のゴムを硬化するための、本発明に
よるような型を用いた場合、電子ェネルギ源は皿Ｋｅｖ
乃至１０Ｍｅｖのものである。

本発明の重要な点は、型の面によってゴム面に与えたデ
ザインを乱すことなくゴムを型から外すということであ
る。

これは、ゴムが型内にある間に放射線ェネルギによって
ゴムを完全に硬化することによつてなしうる。本発明の
範囲内の任意の技術として、普通の熱硬化剤をゴムに配
合したり、型からの引きはがし中デザイン結合性を維持
するに充分な部分熱硬化を行なったり、その後型の外部
にある放射線ェネルギで硬化を完了させたりすることが
ある。

この任意技術にはいくつかの製造上の利点がある。その
１つは、型の構成材料を放射線反射に関する性質を考え
て選択する必要がないということである。もう１つの利
点は、放射線に対してゴムシ−トの両面をさらすことに
よって全体的なェネルギ需要を減じてより安価な放射線
装置を用いることができるということにある。第３図は
、本発明の別の実施例を示しており、押出機１０からの
ゴムシート１２は、軸４２上で回転しているロール４０
を通過するにつれて表面デザインを設けた連続金属シー
ト３８と接触する。

圧力ベルト４４が案内ロール４６のまわりを通ってゴム
を金属シートに押付ける。デザインを付けたゴムは、ナ
イフ５０、放射線源５２および軸５６上で回転している
案内ロール５４を通り、次に型面からはがれる。部分的
な熱硬化を望む場合には、熱源、たとえば超短波発生器
を押出機１０と圧力ベルト４４の間に組込んでもよい。

ベルト４４と案内ロール４６の下方コースの間に剛性の
金属シートを設置することによってゴムへの圧力をより
均一に分布させることができる。

第３図の実施例は、くぼみが比較的浅いヱンボス式デザ
インを製作するのに特に有効である。もちろん、この実
施例でも他の実施例と同様に、区画線を形成するに充分
な深さのェンポス加工をすることもできる。その後、硬
化シートをこの区画線に沿って引裂いて別個の片々とす
ることができる。この操作は特に床タイルの形成に有効
である。第３図の実施例は、少し修正して、比較的深い
デザインを持った製品を作るのにも有効である。

これは、回転式ベルト型の代りに回転する分割式型を設
け、型部分をヒンジ止めして案内ロ−ル４０，４４のま
わりを通過できるようにすることによって達成できる。
比較的柔らかい区域、たとえば他の部分よりも柔らかい
中央部分を持った床タイルは、タイル上を歩いている人
間がすべったり足を踏外したりするのを防ぐのに役立つ
。

このようなタイルおよびその他の同様の異なったデザイ
ンを用いている製品を本発明の方法では容易に製造しう
る。こうするには、マスキングベルト、プレートその他
のマスキング手段を通して放射線ビームをゴムシートに
向ける。最も簡単な場合は、プレートに、任意形状の多
数の孔を形成することである。

このデザインではプレート本体部を全体的に電子ビーム
に対して不透過性としてもよい。このプレートは、ゴム
がプレートを通過したビーム部分のみを横切るように配
置する。プレートを通過した後ゴムはビーム残部に完全
にさらされる。このようにして、ゴムの選定平行部分が
他の部分よりも多く放射線にさらされる。前者の部分は
より完全な硬化が行なわれ、したがって、放射線の量が
少なかった部分よりも硬くなる。より複雑なデザインで
は、所望のパターンに形成した空隙を持つベルトを通し
て放射線ビームをゴムシートに向ける。最適な処置を行
うには、ゴムシートと同じ線形速度でベルトを移動させ
るとよい。あるいは、ベルトを固定して、放射線ビーム
を点滅してもよい。しかしながら、後者のやり方は好ま
しくない。第４図は、継目無しのトレツドを製造するの
に通した実施例を示す。

この図において、多数の別個の型５８が軌道またはレー
ル装置６０（１部がフレーム６２として示してある）に
装着してある。円筒状の型はアーム６４のまわりに回転
できる。ゴムストリップ１２は、押出ステーションで押
出機１０から出て重力によって円筒状の型５８上に落ち
る。押出機と型の間に修正装置を設けてストリップが付
着する速度を制御するようにしてもよい。ゴムストリツ
プは圧力ベルト６６によって型くぼみに押付けられる。
型を満たしたならば、感知装置（図示せず）が押出機を
止め、型を次の、放射線ステーションに移動させる。型
は、その軸まわりに少なくとも１回、好ましくは数回、
回転して継目を消す。次に、感知装置（図示せず）が放
射線源６８を付勢して硬化を行う。完全硬化回転サイク
ルの終りで、感知装置が放射線源を沼勢し、型を第４Ａ
図に示す敬出ステーションまで移動させ、この取出ステ
ーションにおいて普通の手段によって型を分離して継目
無しトレッドを取外す。ベルトおよび型は図示しない普
通の手段によって駆動する。

押出ステーションで示すナイフ７０は余分なゴムを取除
くためのものである。

ナイフは型から離して装着し、動けるようにして型が放
射線ステーションに動くのを妨げないようにする。第５
図はまた別の実施例を示しており、ここでは、圧力ベル
トの代りに圧力ロールを用いている。

この実施例は、比較的粘性が低い材料から薄いシートを
製造するのに特に有効である。第５図において、１０は
ゴムのシートまたはストリップ１２を１層または多層の
状態で同時に押出す押出機である。

ストリップ１２は軸７４のまわりを回転する円筒状の型
７２のまわりを通る。デザインは型の岡面に形成してあ
り、ストリップ１２が圧力ロール７６によって型の溝、
くぼみに押付けられる。高ェネルギの電離線源７８が用
いられて高ェネルギ電離線ビーム、たとえば電子ビーム
を、ゴムが型においてその表面と接触している間にこの
ゴムに向けて硬化を行う。硬化したシートは図示のよう
に取外す。ストリップが自分で支える能力がない場合に
は、ロール・ベルト組立体８０で支えてもよい。

今まで述べてきたものは、表面デザインを有する硬化ゴ
ムシートを連続的に製造する装置および方法である。こ
の装置および方法は、特に、ェンボス・ゴム・シートお
よびタイヤ・トレツドの製造に有効である。この装置は
、大ざっぱに言って、選定デザインを有する型に押付け
られる柔らかいシートまたはストリップにゴムを形成す
るための押出機を包含する。この型はだいたいにおいて
円弧状となっている。ゴムが型内にある間に、熱または
高ェネルギ電離線によって部分的に硬化される。その後
型からゴムが外される。必要ならば、型の外部でさらに
放射線処理を行うことによって硬化を完全にしてもよい
。上述したように、本発明の放射線硬化ゴムは、完全に
熱で硬化させた製品よりも摩耗抵抗が大きい。

これは、特別に作ったタイヤで道路摩耗テストを行なっ
て確認した。実験用のタイヤは、放射線硬化を行なった
トレッドと熱硬化を行なったトレッドを交互に設けた。

各システムのためにタイヤあたり３つの実験用トレッド
部分があった。各タイヤは、１層のレーヨン・ボデー層
と４層のレーヨン・トレッド層を持った７．３５−１４
タイヤであった。これらのタイヤをテスト車に装着し、
２４１戊．′ｐｓｉに空気を入れた。前輪タイヤのテス
ト荷重は１０９０１ｂｓ．′ｐｓｉ．であり、後輪タイ
ヤのそれは９６５１は．′ｐｓｉ．であった。タイヤ・
トレツドは全体にＳＰｒｅｏｎ一７００ブタジェン・ス
チレン・ポリマーで作った。硫黄硬化用または熱硬化用
のゴムに、各々、１０唯邦のＳＰｒｅｏｎと、５０部の
中間超耐摩耗性ファーネスブラツク（ＩＳＡＦ）と、３
部の酸化悪金６と、２部のステアリン酸と、１．７部の
硫黄と、一部のＳａｎｂｆｌｅｘ−１３〔Ｎ（１・３ー
ジメチルーブチル）−Ｎ′ーフエニールーＰーフェニレ
ンジアミン〕と、０．８部のＣｙｃｌｅｘ Ｂ〔ｔーブ
チルベンザチアゾールサルフェンアミド〕とを配合した
。放射線硬化したタイヤは、各々、１００部のＳにｒｅ
ｏｎと、５０部のＩＳＡＦと、３部の酸化亜鉛と、２部
のステアリン酸とを含んでいた。テスト車は、これらの
タイヤを装着して、６０マイル／時までの速度でハイウ
ェイを走行し、所定回数の停止と発進をくり返した。

テストコースはなめらかな、じやりの無い面であった。
タイヤは、マィルあたりの摩耗量に基いた耐摩耗性で分
類した。４４５７マイルのテストドライブの後の最初の
点検で、放射線硬化トレッドの摩耗等級は７２で、硫化
トレッドはほんの５７の等級であった。

７９６３マイルの終りには、比較できる等級は７０５５
であった。

以下にほんの説明のためにいくつかの実施例を示す。

これらの実施例で用いたＳにｒｅｏｎ−７００は、Ｔｈ
ｅＦｉｒｅｓｔｏ肥Ｔｉｒｅ＆Ｒ地戊ｒＣｏｍｐａｎｙ
で製造しているプタジエンースチレン・コポリマーであ
る。

これは１８乃至２１％の結合スチレンを含んでいる。そ
の溶液粘度（スチレンにおいて５％）は５０一７比ｐｓ
である。ムーニー粘度（２１？ＦでＭ山一４）は５０一
６０である。分子量分布は、重量平均分子量（Ｍｗ）が
２８００００で、数平均分子量（Ｍｎ）が１１２０００
であり、Ｍｗ対Ｍｎの比が２．５であるようにしてある
。実施例 １ Ｓｔｅｒｅｏｎ−７００ポリマーを、１００あたりの部
（ｐｈｒ）で７の部のＨＡＦブラックと、４岬ｈｒのナ
フテン・オイル（Ｓ肌ｔｈｅｎｅオイル４２４０）と、
沙ｈｒのｐージク。

ロベンゼン（放射線促進剤）と混合した。配合剤の素材
を第１図の１０インチ型スクリュー式押出機を通して２
１？Ｆで押出した。ストリップ断面は１／２インチ×７
インチであり、線形速度は毎分２３フィートである。押
出機のダイスは圧力ロールからほんの１フィートのとこ
ろにある。ダイスが接近しているということは、押出聯
奏材のブロークン・ダウン性の点で有利である。圧力ベ
ルトはホイール・デザインへの流れが生じるようにギャ
ップを設けてセットしてある。トレッド・デザインはホ
イールの外周にある。ホイールは、直径２０インチで、
約４．４ｒｐｍの速度で回転する。ホイール温度は２５
００Ｆである。ベルトはゴム配合物が回復するのを防ぎ
、素材に長時間にわたってトレツド・デザインをとらせ
る。ベルトはホイールを６時の位置から１時の位置まで
覆っている。照射の直前に、ナイフが型からのオーバフ
ロー分を切り取り、押出機の供給ラインにもどす。ベル
トの下を通過してから、トレッドに１幼時の位置で母Ｍ
ｒａｄが照射された。放射線源は４．９ＭｅｖａｈａＬ
ｉｎａｃである。硬化はほとんど瞬間的であり、硬化し
たトレッド‘ま製造済のカーカスに貼るために照射直後
に敬出される。実施例 ２ 実施例１で用いた同じゴム配合物を、０．２５インチ×
７インチの横断面をもつて２１２０Ｆで第１図の押出機
から押出した。

線形速度は毎分４６フィートである。ホイールのデザイ
ンは、エンボス・シート材が製品なので簡単である。押
出機ダイスは、実施例１と同じ理由のために圧力ロール
から１フィートである。圧力ロールはゴム配合物にホイ
ールのエンボス・デザインをとらせるようにセットして
ある。ホイールは直径２０インチであり、８．＆ｐｍで
回転して２５００Ｆに加熱される。ベルトが回復を防ぎ
、シート上へのデザインの定着を助ける。ベルトは６時
の位置から１時の位置にかけてホイール周面を覆ってい
る。ナイフが型からのオーバフ。−分を切り取り、押出
機供給ラインにもどす。ベルト通過後、２．９Ｍｅｖ１
２ｈａダイナマトロン（ＤｙＭｍａｔｒｏｎ）から１独
特の位置で劉心ａｄの放射量をシートに与えた。照射直
後、硬化シートを取出した。実施例 ３ ０．５ｐｈｒの硫黄と１．８ｐｈｒのテトラーメチルチ
ワラムジスルフィド（加速剤として）を実施例１、２の
ゴム配合物の各々に添加した。

トレツド断面、押出機特性、圧力ロール条件、ホイール
直径、ホイール回転数は実施例１と同じである。ホイー
ル温度は３０００Ｆに高めて配合物の部分的な熱硬化を
生じさせた。ベルトは、６時の位置から８時の位置まで
ホイールのほぼ全周にわたって延びている。これは、部
分熱硬化中トレツド上に圧力を加え続けることになる。
ホイールから外れた後、トレッドは型からのオーバフロ
ー分を切り取られ、２．８Ｍｅｖｌａｍａダイナマトロ
ンからの乳Ｍｒａｄで両側から照射されて完全に硬化さ
れた。次に、照射の直後取出されて次の工程の準備をし
た。実施例 ４ Ｓにｒｅｏｎ一７００ポリマーを７政ｈｒのＨＡＦブラ
ックとも１蛇ｈｒのＳ肌仇ｅｎｅオイルと、本ｈｒのｐ
ージクロロベンゼンと混合し、実施例１と同様に処理し
たＱこの素材は先の素材よりも粘性が大きいので、圧力
ベルトの下に留まる時間を、第２Ｃ図のベルトを用いて
延ばした。

この素材をベルトの下に置いたまま照射したので、硬化
前に回復する時間はこの素材にはない。ベルトは、０．
００２５インチの厚さのチタンで作ってある。このベル
トは、ほんの少しの電子を吸収する。照射後、素材をホ
イールから外した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体例の概略図、第２Ａ，２Ｂ，２Ｃ
図は第１図のベルトのいろいろな配置を示す図、第３図
は別の具体例の概略図、第４図はまた別の具体例の概略
図、第４Ａ図は第４図の型装置の端面図、第５図はさら
に別の具体例の概略図である。 １０…・・・押出機、１２・・…・ストリップ、１４・
・・…型、１８……圧力ベルト、２０……案内ロール、
２２・・・…ナイフ、２４…・・・放射線源、２６・・
・…ヒータ。 Ｆ三『ｅＡ． 下三『乱・ 下中．ｅＣ‐ Ｔｉ『・１・ 下５『・３・ 下三『５・ 下『．４． 下『‐４Ａ‐

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表面デザインを有する硬化ゴムシートを連続的に製
   造する方法であって、柔らかくて粘性のあるゴムストリ
   ツプを押出し、このゴムストリツプを表面に選定したデ
   ザインで形成したくぼみを有する回転式型に押付け、ゴ
   ムの表面に形成されたデザインを乱すことなく選定デザ
   インを持った硬化ゴムを型から引きはがすことから成る
   方法において、前記ゴムをまだ型内にある間に少なくと
   も部分的に硬化させることを特徴とする方法。 ２ ゴムストリツプを多層状態で押出すことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記ゴムを高エネルギ電離線のビームにさらすこと
   によって型のところで完全に硬化させ、前記型が前記電
   離線の反射を最小限に抑える材料で作ってあることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法
   。 ４ ゴムを型のところで部分的に熱硬化させ、そして型
   から離れた後この部分的に硬化したゴムを高エネルギ電
   離線にさらすことによって硬化を完全にすることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 高エネルギ電離線のビームをマスキング手段を通し
   てゴムシートに向けることを特徴とする特許請求の範囲
   第３項または第４項記載の方法。 ６ 前記マスキング手段が型と同じ速度で回転するベル
   トを包含する特許請求の範囲第５項記載の方法。 ７ ゴムを回転シリンダの周面に設けたくぼみに押付け
   、このくぼみがタイヤ・トレツドのデザインとなってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第
   ３項、第４項、第５項または第６項記載の方法。