(57)【要約】【課題】角形をしたダイヤフラムの縁部において、補強繊維の切断端面が現れるのを極力少なくでき、それでいて袋網のような専用の織り機械を必要とせず、ダイヤフラムの所定の変位に追随可能に角度を有して配置したすだれ状補強繊維を備える角形ダイヤフラムとその製造方法を提供する。【解決手段】本体ゴム３の内部に、２方向に交差する補強繊維コード２を有する。２方向に交差する補強繊維コード２が、周辺端部から折り返され連続して繋がっている複数の補強繊維２ａを有する角形ダイヤフラム。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ゴムの内部に、２方向に交差する補強繊維コードを有する角形ダイヤフラムにおいて、２方向に交差する前記補強繊維コードが、周辺端部から折り返され連続して繋がっている複数の補強繊維を有することを特徴とする角形ダイヤフラム。
【請求項２】
前記本体ゴムが天然ゴムまたはフッ素ゴムからなり、前記補強繊維コードが高強度繊維をすだれ状に配置した構造を有する請求項1の角形ダイヤフラム。
【請求項３】
円筒状ドラムに所定角度でゴム被覆したすだれ状補強繊維コードを巻き付け、その上から更に未加硫ゴムを被覆し、前記円筒状ドラムから脱型した後、円周方向から押圧して平板状としてダイヤフラム基体を作製し、このダイヤフラム基体に締結具を装着するための開口を形成する角形ダイヤフラムの製造方法。
【請求項４】
前記未加硫ゴムが天然ゴムまたはフッ素ゴムからなり、前記補強繊維コードが高強度繊維をすだれ状に配置した構造を有する請求項３の角形ダイヤフラムの製造方法。
【請求項５】
前記すだれ状補強繊維コードを、前記円筒状ドラムに対して４５°±１０°であり、前記円筒状ドラムの径が４０〜１００ｍｍである請求項３又は４の角形ダイヤフラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角形ダイヤフラムとその製造方法に関し、詳しくは、本体ゴムの内部に、２方向に交差する補強繊維コードを有する角形ダイヤフラムとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤフラムバルブは、容易かつ確実、安価に流体をシールすることができるため、多くの分野で使用されている（例えば、特許文献１、２）。ダイヤフラムバルブに用いるダイヤフラムはゴム又は樹脂を主材料としているが、補強繊維を内包している場合もある。この補強繊維は、ダイヤフラムの変形を規制して、ゴム又は樹脂の早期破損を防止するもので、特に最近のように長寿命を要求されたり、高温、高圧環境など過酷な環境条件下で使用されたりする場合に効果的である。
【０００３】
ダイヤフラムの形状はバルブ自体の製作のし易さから、円盤形が多いが、繊維補強のし易さから四角形、長方形のものもあり、いずれの形状のものも外周部に、バルブ本体に締結するための開口が形成されており、更に作動用の開口を中心部に形成したものもある。
【０００４】
円盤状のダイヤフラムに繊維補強を施す場合、単一線からなるシングルコードを放射状に配置しない限りは外周端面に繊維が露出する。端部に繊維が露出すると、その近傍にて固定するボルト部分での繊維補強効果は低下する。補強繊維を、平織り、網織り、絡み織り、すだれ２層構造などにする場合も、端面にて繊維が露出するのを防止することは極めて困難である。
【０００５】
かかる事情から、繊維補強は、角形のダイヤフラムに施すことが一般的である。これは、角形が円盤形に比べて交差した繊維を裁断する際の裁断ロスが少ないこと、裁断精度を高くできること、積層することが容易であること等による。
【特許文献１】特開平１１−２１０９０２号公報
【特許文献２】特開平５−１９６２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、角形のダイヤフラムに補強繊維を施す場合であっても、四周の縁部は、繊維の切断面が現れるのは避けられず、この部分の補強効果の低下は免れない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、角形をしたダイヤフラムの縁部において、補強繊維の切断端面が現れるのを極力少なくでき、それでいて袋網のような専用の織り機械を必要とせず、しかもダイヤフラムの所定の変位に追随可能に角度を有して配置したすだれ状補強繊維を備える角形ダイヤフラムとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る角形ダイヤフラムの特徴構成は、本体ゴムの内部に、２方向に交差する補強繊維コードを有していて、２方向に交差する前記補強繊維コードが、周辺端部から折り返され連続して繋がっている複数の補強繊維を有することにある。
【０００９】
この構成によれば、補強繊維コードが、周辺端部から折り返され連続して繋がっている複数の補強繊維を有することから、本発明に係るダイヤフラム周辺縁部では切断端面を有することのない補強繊維コードがかなりの部分を占めることになり、このダイヤフラムがダイヤフラムバルブに締結され装着された場合には、過酷な条件に対しても、周辺縁部および締結具周辺で高い強度を発揮し、耐久性を向上させる。
【００１０】
その結果、角形をしたダイヤフラムの縁部において、補強繊維の切断端面が現れるのを極力少なくでき、それでいて袋網のような専用の織り機械を必要とせず、しかもダイヤフラムの所定の変位に追随可能に角度を有して配置したすだれ状補強繊維を備える角形ダイヤフラムを提供することができた。
【００１１】
前記本体ゴムが天然ゴムまたはフッ素ゴムからなり、前記補強繊維コードが高強度繊維をすだれ状に配置した構造を有することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、高温、高圧の過酷な環境下で使用された場合にも、一層耐久性を高めることができる。
【００１３】
また、本発明に係る角形ダイヤフラムの製造方法の特徴構成は、円筒状ドラムに所定角度でゴム被覆したすだれ状補強繊維コードを巻き付け、その上から更に未加硫ゴムを被覆し、前記円筒状ドラムから脱型した後、円周方向から押圧して平板状としてダイヤフラム基体を作製し、このダイヤフラム基体に締結具を装着するための開口を形成することにある。
【００１４】
この構成によれば、角形をしたダイヤフラムの縁部において、補強繊維の切断端面が現れるのを極力少なくでき、それでいて袋網のような専用の織り機械を必要とせず、しかもダイヤフラムの所定の変位に追随可能に角度を有して配置したすだれ状補強繊維を備える角形ダイヤフラムの製造方法を提供することができる。
【００１５】
のみならず、２方向に交差した補強繊維を含むダイヤフラムを製造するのに、未加硫ゴム−補強繊維コードの積層工程で済み、従来技術のように、未加硫ゴム−補強繊維コード−補強繊維コード−未加硫ゴムの順に積層する工程（４工程）を採る必要がなく、高い生産性を達成できる。しかも、積層した際の寸法精度を高くでき、ドラムの外周にテンションをかけながら積層することになるので、層間に空気が入る余地がなく、ダイヤフラムとしての製品品質は高いものとなる。さらに、４辺の内、少なくとも２辺は全く裁断する必要がないため、裁断による材料ロスが少なくなり、歩留りを大幅に向上することができ、結局、製造コストの顕著な低減を達成できる。
【００１６】
前記未加硫ゴムが天然ゴムまたはフッ素ゴムからなり、前記補強繊維コードが高強度繊維をすだれ状に配置した構造を有することが好ましい。
【００１７】
前記すだれ状補強繊維コードを、前記円筒状ドラムに対して４５°±１０°であり、前記円筒状ドラムの径が４０〜１００ｍｍであることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、すだれ状補強繊維コードを円筒状ドラムに対して４５°±１０°とすることにより、ダイヤフラムドラムに装着して使用する際、ダイヤフラムの変位に追随し易くなって、コードずれが生じ難くなり、均質で高い強度を維持できることになる。さらに、円筒状ドラムの径が４０ｍｍ未満であると撓み易く、高い精度ですだれ状補強繊維コードを巻き付け難くなり、逆に、円筒状ドラムの径が１００ｍｍを超えると、円筒状ドラムのコストが高くなると共に、偏平加工も行い難くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１Ａ，Ｂは、本実施形態に係るダイヤフラムの製造方法を説明する図であり、図２は締結具を挿入する開口を形成したダイヤフラムを示す。
【００２０】
図１Ｂ（ニ）〜（ホ）に示すように、このダイヤフラムＤは、本体ゴム３として天然ゴム、フッ素ゴム等を使用し、その内部に補強繊維２ａをゴムで被覆した補強繊維コード２が２方向に略直交するように交差した構成を有する。補強繊維２ａは、アラミド繊維など高強度繊維が用いられ、これに本体ゴムと同質のゴム材料が被覆されて補強繊維コード２が構成されている。この場合、補強繊維２ａは所定角度で短辺側から直線状に延設された後、長辺側端部で裏面に折り返され、裏面側においても直線状に延設された後、反対側の長辺側端で折り返されて、表面側に現れるようになっており、補強繊維２ａは平面視でジグザグ状に配置された構造となっている。そして、少なくとも長辺側端部では補強繊維が表裏面に連続して繋がっていて、補強繊維の切断端面が現れない特徴を有する。結局、２方向に交差する補強繊維コード２が、周辺端部から折り返されて連続して繋がっていることになる。また、周辺箇所近傍には、ダイヤフラムバルブ本体に締結具を用いて締結する際、締結具を挿通させるための開口５が複数個形成されている。
【００２１】
次に、本実施形態に係るダイヤフラムＤの製造方法を説明する。まず、図１Ａ（イ）に示すように、所定の径を有する長尺の円筒状ドラム１（以下、単に「ドラム」ということがある。）に、略４５°の角度θとなるようにフッ素ゴム被覆したすだれ状補強繊維コード２を巻き付ける。この角度θは、略４５°になっていることが好ましいが、４５°±１０°程度であればよい。その場合、ドラム１の径は、４０〜１００ｍｍ程度であることが好ましい。ドラム１の径が４０ｍｍ未満であると撓み易く、高い精度ですだれ状補強繊維コード２を巻き付け難くなり、逆に、ドラム１の径が１００ｍｍを超えると、ドラム１のコストが高くなると共に、偏平加工も行い難くなる。なお、すだれ状補強繊維コード２は、すだれ状補強繊維に対して未加硫ゴムをトッピングしながらカレンダーロールにて成形する等、従来の方法により製造することができる。
【００２２】
すだれ状補強繊維コード２の表面から、図１Ａ（ロ）に示すように、未加硫の天然ゴム、フッ素ゴム等３を外層ゴムとして巻き付ける。次に、ドラム１を引き抜いて脱型し、図１Ａ（ハ）に示すように、外周面方向から押圧して偏平状にして、長尺状のダイヤフラム基体４を形成する。なお、脱型は、ドラム１を引き抜くことに代えて、ダイヤフラム基体をドラムから取り外してもよい。
【００２３】
このダイヤフラム基体４を、図１Ｂ（ニ）に示すように、所定長さに切断して、ダイヤフラム基体片４ａを作製し、次いで、図１Ｂ（ホ）にその平面構造を示すように、締結具を装着するための開口５を、穿孔工具を用いるなどして穿孔し、その後加熱して加硫する。加硫条件は、従来技術の条件を採用することができる。このようにして、ダイヤフラムＤが作製される。
【００２４】
このように本実施形態によれば、２方向に交差した補強繊維を含むダイヤフラムを製造するのに、未加硫ゴム−補強繊維コードの積層工程で済み、従来技術のように、未加硫ゴム−補強繊維コード−補強繊維コード−未加硫ゴムの順に積層する工程（４工程）を採る必要がない。しかも、積層した際の寸法精度を高くでき、ドラム１の外周にテンションをかけながら積層することになるので、層間に空気が入る余地がなく、ダイヤフラムとしての製品品質は高いものとなる。
【００２５】
のみならず、従来技術では、４周を裁断して成形する必要があり、１０％以上の材料ロスが発生して、少なくない歩留りの低下が生じるが、本実施形態では、長辺側は全く裁断する必要がなく、短辺側の裁断による材料ロスも少ないため、歩留りを大幅に向上することができる。
【００２６】
そして、補強繊維コードは、周辺部において表面側から裏面側へと折り返され、表裏の補強繊維コードが平面視で互いに交差するように配置されており、周縁部で補強繊維コードが切断された端面を露出しておらず、補強繊維の端面が四周に露出する従来技術のダイヤフラムとは異なる構造を有する。つまり、多くの補強繊維が折り返されているため、特に角形の長辺側では切断端面が現れない構造となる。このため、ダイヤフラム本体にこのダイヤフラムＤを装着した際、締結具の周辺での補強効果が大きく、強度が顕著に向上し、高温、高圧の過酷な作業環境においても優れた耐久性を発揮し得る。
【００２７】
さらに、図２に示すように、図１Ｂ（ニ）に示すダイヤフラム基体片４ａの２枚を互いに９０゜回転させて重ねることにより、角形ダイヤフラムの四辺に補強繊維の切断端面が現れるのを少なくしてもよい。
【実施例】
【００２８】
以下に、本実施形態に係るダイヤフラムを実施例として、比較例と共に耐久テストを実施した結果を説明する。
（実施例１）
補強繊維として、破断強度約２００Ｎ、破断伸び約１８％、径約０．７ｍｍのナイロン６６（１４００ｄｔｅｘ、２本縒り）を、密度１５本／２５ｍｍのすだれ状とし、これに天然ゴムで被覆して、幅約１５０ｍｍ、厚み約１ｍｍの補強繊維コード２を作製して、この補強繊維コード２を、その繊維方向が円筒状ドラム（長さ約５ｍ、径約７０ｍｍのマンドレル）の長手方向Ｒに対して約４５°の角度θとなるように、ドラムの周りに巻回すると共に、上記した製造方法により、厚み約２ｍｍの未加硫天然ゴムをさらに被覆した後、ドラムを引き抜き、さらに円周方向から押しつぶして加硫し、図３に示すような形状のダイヤフラム（一辺の長さ約１１０ｍｍ、厚み約６ｍｍ）を作製した。この場合、天然ゴムの硬度は約６０°（ショアＡ）であった。
【００２９】
そして、ダイヤフラム本体に締結するための開口５を、中央部１箇所および四隅近くの４箇所と合わせて計５箇所設けて、ダイヤフラム本体にボルトを用いて締結・装着し、温度（８０℃、１２０℃）および圧力を変えて破断するまでの負荷回数を測定することにより、耐久試験を行った。
（比較例１）
図４に示すように、上下に本体ゴム１３の間に、４５°に裁断した補強繊維コード１２を互いに交差するように配置し、２枚重ねてダイヤフラムとした以外は、実施例１と同様な構成とした。図番１２ａは、補強繊維である。
【００３０】
上記実施例、比較例のダイヤフラムを夫々ダイヤフラム本体に装着し、約１５０℃の蒸気にて接触させ、１ＭＰａのシール圧力を繰り返し負荷したとき、シール漏れを生じるに至るまでの回数を測定した。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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表１の結果より、実施例１のダイヤフラムは、比較例１に比べてシール漏れを生じるに至る繰り返し回数が格段に多く、耐久性に優れていることがわかる。のみならず、実施例１のダイヤフラムは、比較例１に比べて製造工数（人数×時間）比が１／５であり、生産性が格段に高く、しかも材料ロスは１／１５となり、歩留りが著しく高いことがわかる。
【００３２】
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、補強繊維としてアラミド繊維、ポリアミド繊維（ナイロン６６）を用いた例を示したが、本発明に適用される補強繊維はこれに限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル繊維、ＰＢＯ繊維などの高強力繊維、その他の有機繊維などを使用できる。この場合、被覆ゴムとの接着力を強化するため、補強繊維に接着剤を塗布して補強繊維コードを作製してもよい。
（２）上記実施形態では、補強繊維のアラミド繊維、ポリアミド繊維をダイヤフラムの本体ゴムと同質のゴム材料で被覆した例を示したが、これに限定されるものではなく、本体ゴムと異質のゴム材料で被覆してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】（イ）〜（ハ）本発明の一実施形態に係るダイヤフラムの製造方法を説明する図
【図１Ｂ】（ニ）〜（ホ）本発明の一実施形態に係るダイヤフラムの製造方法を説明する図
【図２】本発明の一実施形態に係るダイヤフラムの製造方法の変形例を説明する図
【図３】実施例に係るダイヤフラムを説明する（イ）部分破断平面図、（ロ）ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図
【図４】比較例のダイヤフラムを説明する分解斜視図
【符号の説明】
【００３４】
１        円筒状ドラム
２        補強繊維コード
２ａ      補強繊維
３        本体ゴム
５        開口
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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