(57)【要約】【課題】  高い内圧で固液混合体を加圧して分離する用途にも実用上十分に耐え得、製造コストの低減可能な絞り用繊維補強ゴム成形体とその製造方法を提供する。【解決手段】  内側ゴム層５と外側ゴム層との間に補強層を有する略角板状をした繊維補強ゴム成形体。補強層は、破断伸びが少なくとも２０％以上である補強繊維６を傾斜させて配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側ゴム層と外側ゴム層との間に補強層を有する略角板状をした繊維補強ゴム成形体において、前記補強層は、破断伸びが少なくとも２０％以上である補強繊維を傾斜させて配置されていることを特徴とする絞り用繊維補強ゴム成形体。
【請求項２】
前記補強層は、破断伸びが３０％以上である繊維を平織りした補強繊維からなり、この補強繊維が外形に対して互いに略４５度の角度で斜交させて配置されている請求項１の絞り用繊維補強ゴム成形体。
【請求項３】
芯材表面に未加硫の内側ゴム層を巻き付け、その外表面に、補強層として、破断伸びが少なくとも２０％以上である補強繊維を前記芯材の軸芯方向に対し傾斜して配置し、ついでその外表面から未加硫の外側ゴム層を被覆した後、これを前記芯材から外し、加硫する絞り用繊維補強ゴム成形体の製造方法。
【請求項４】
前記補強層に、破断伸びが３０％以上である繊維を平織りした補強繊維を用い、この補強繊維を前記芯材の軸芯方向に対し互いに略４５度の角度で斜交するように配置する請求項３の絞り用繊維補強ゴム成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は絞り用繊維補強ゴム成形体とその製造方法に関し、詳しくは、内側ゴム層と外側ゴム層との間に補強層を有する板状をした繊維補強ゴム成形体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブ、燃料ポンプ、ガス圧力調節器などに用いられるダイヤフラムの弁体として、ゴム膜が多く使用されている。このゴム膜は耐圧補強のため、通常、内側ゴム層と補強層と外側ゴム層とを有して、中心層を形成する補強層として補強繊維を用いており、補強繊維を直交配列して配置した平織構造のものが一般的である。
【０００３】
しかし、高圧で固液混合体を絞って分離する、例えばフィルタープレスのような用途に対しては、以下のような問題がある。
【０００４】
フィルタープレスは、図４に示すように、角形をしたろ板１と角板状をしたゴム製ダイヤフラム（ゴム膜）３との間に、被処理物である固液混合体を注入可能な空間２を形成しており、これらを多数並列して一体化されていて、ダイヤフラム３を水圧あるいは空気圧によって膨張させることにより、固液混合体を圧搾して液体部分を絞り出して排出しつつ固液分離するようになっている。
【０００５】
この絞り用ダイヤフラムは、図４（ａ）にその正面構造を示すように、角形をしたろ板１に接触・固定される外周部３ａと、多数の突起が形成され、加圧時に固液混合体から液体部分をろ板１外に排出すると共に、脱水固体（ケーキ）を形成する本体部３ｂとからなっている。このようなフィルタープレスは、特に加圧力が大きい大形の装置の場合、ダイヤフラムの寿命が短く、問題であった。
【０００６】
すなわち、図４（ｂ）に絞り用ダイヤフラム装置の断面構造を示すように、ろ板１にダイヤフラム３の外周部３ａを重ね合わせ、ろ板１とダイヤフラム３の外周部３ａとを固定する。この固定箇所には、内圧をシールするため荷重が掛けられるようになっている。ろ板１とダイヤフラム３間に形成される空間２には、固液混合体が図外の注入口から圧入され、その後加圧される。加圧されると、ダイヤフラム３の変形状態の断面構造を示す図４（ｃ）に表されるように、ゴム製ダイヤフラム３はろ板１の内面形状に沿う形状にろ板１に接触するまで変形され、ろ板１の内面形状に沿って大きなひずみの集中を受ける。このひずみは、内圧に比例して大きくなり、固定箇所も同様に大きな力を受ける。
【０００７】
例えば、内圧が１ＭＰａ以下の比較的低圧で使用される場合、ろ板１とダイヤフラム３間の固定箇所におけるシール力は約３ＭＰａ程度で十分であり、このときのダイヤフラム３に負荷される圧縮ひずみ率は、ゴム製ダイヤフラムとしてショアＡ硬度６０度のゴムを使用した場合に、３０〜４０％程度であり、短期間のうちにダイヤフラムに損傷を与えるものではない。したがって、実用上は、十分な耐久性を有すると言える。
【０００８】
しかしながら、最近は、より小形化、耐高圧化の要請が強くなっており、その場合、従来のゴム製ダイヤフラムでは短期間で破損するといった事態が生じる。例えば、内圧２ＭＰａ以上が負荷される用途に使用される場合には、ろ板１とダイヤフラム３の外周部の固定箇所でのシール力は６ＭＰａ以上が必要になり、ダイヤフラム３に繰り返され負荷される最大圧縮ひずみ率は５０％を越え、比較的少ない繰り返し負荷により、外周部に位置する中心層の補強繊維は切断され、破損するに至る。のみならず、従来技術で使用されている、補強繊維を直交配列した平織構造のものでは、加圧時に本体部の変形が均一にならず、機能的に不均一になるという問題も生じる。
【０００９】
かかる問題点を解消するため、ダイヤフラム３の外周部のみを硬質のゴムとすることは、コストが高くなり好ましくない。また、補強繊維に強度の高い繊維を用いると、ダイヤフラム全体が高剛性となり、加圧される圧力が減殺されて固液分離するためのエネルギー効率が低下するだけでなく、高コストになるという問題がある。もとより、補強材を用いず、ゴムのみとすると、より一層弱くなり過大ひずみによって外周部、本体部ともに早期に破損する。
【００１０】
かかる事情から、本発明者らは、より耐圧強度の高い補強ゴム成形体として、放射状に補強繊維を配列した構造を有する膨出円盤状のもの（特許文献１）を発明した。
【特許文献１】特開２００２−４５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来技術の膨出円盤状繊維補強ゴム成形体は、耐圧強度は高いものの生産性は必ずしも高いとは言えず、製造コストは高くならざるをえない、という問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の解決しようとする課題は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、内圧２ＭＰａ以上が負荷されるような高い内圧のかかる用途、例えば固液混合体を加圧して分離する用途にも実用上十分に耐え得、しかも製造コストを低減可能な絞り用繊維補強ゴム成形体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】
【００１３】
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、本発明に係る絞り用繊維補強ゴム成形体の特徴構成は、内側ゴム層と外側ゴム層との間に補強層を有する略角板状をした繊維補強ゴム成形体において、前記補強層は、破断伸びが少なくとも２０％以上である補強繊維を傾斜させて配置されていることにある。
【００１４】
この構成によれば、高い加圧力が負荷されるフィルタープレスのような用途に使用される場合でも、略角板状をした繊維補強ゴム成形体が変形されるにつれて、傾斜させて配置された補強繊維が追随し、損傷したり破断し難くなり、実用上、十分に耐え得るものとなる。しかも、補強繊維を傾斜させて配置させることは、製造上比較的容易であるため、製造コストを低減することができる。
【００１５】
その結果、内圧２ＭＰａ以上が負荷されるような高い内圧のかかる用途、例えば固液混合体を加圧して分離する用途にも実用上十分に耐え得、しかも製造コストを低減可能な絞り用繊維補強ゴム成形体を提供することができた。
【００１６】
前記補強層は、破断伸びが３０％以上である繊維を平織りした補強繊維からなり、この補強繊維が外形に対して互いに略４５度の角度で斜交させて配置されていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、内圧２ＭＰａ以上が負荷されるような高い内圧が負荷される過酷な用途に用いたとしても、一層確実に耐え得、しかも加圧時に本体部の変形が一層均一になり、機能的にも均一に作用する。のみならず、平織りした補強繊維を使用しているので、他のからみ織り、網織り等した補強繊維よりも安価であり、製造コストを一層低減できる。
【００１８】
内側ゴム層と外側ゴム層は、ショア硬度５０〜７０度程度の天然あるいはＳＢＲなどの合成ゴムを用いることができ、この内、特に天然ゴムを使用することが安価かつ製造上好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る絞り用繊維補強ゴム成形体の製造方法の特徴構成は、芯材表面に未加硫の内側ゴム層を巻き付け、その外表面に、補強層として、破断伸びが少なくとも２０％以上である補強繊維を前記芯材の軸芯方向に対し傾斜して配置し、ついでその外表面から未加硫の外側ゴム層を被覆した後、これを前記芯材から外し、加硫することにある。
【００２０】
この構成によれば、内圧２ＭＰａ以上が負荷されるような高い内圧が負荷される用途、例えば固液混合体を加圧して分離する用途にも実用上十分に耐え得、しかも製造コストを低減可能な絞り用繊維補強ゴム成形体の製造方法を提供することができる。特に、芯材として円筒状のマンドレルを用いると、このマンドレルにテンションを掛けながら補強繊維を巻き付けることができるので、しわ等が生じることなく形状が安定すると共に、未加硫の内側ゴム層との接着を強固にでき、しかも空気を巻き込むことを防止できるので、高品質な絞り用繊維補強ゴム成形体を製造できる。
【００２１】
前記補強層に、破断伸びが３０％以上である繊維を平織りした補強繊維を用い、この補強繊維を前記芯材の軸芯方向に対し互いに略４５度の角度で斜交するように配置することが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、一層高い内圧が負荷される用途にも実用上十分に耐え得、しかも製造コストを低減可能な絞り用繊維補強ゴム成形体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る絞り用繊維補強ゴム成形体の製造装置を示す。
【００２４】
この製造装置は、芯材である鋼製マンドレル４の周囲に、内側ゴム層として未加硫の天然ゴム層５を巻き付け、その外表面に、補強層として所定幅にスリットされ、トッピングモノコードを直交状態に織って平織りした補強繊維６を、マンドレル４の軸芯方向に対して約４５度傾けて斜交方向になるように、テンションをかけながら巻き付ける。このテンションは、補強繊維６にしわが入らない程度でよく、例えば、３００ｍｍ幅の平織りした補強繊維に対して約１ｋｇ程度のテンションをかける。ここにトッピングモノコードは、未加硫ゴム組成物を被覆した１本の連続した被覆補強線をいう。また、補強繊維６しては、結び目を有する網織、からみ織、紗織りなど種々の織り方のものを用いてもよく、簾状のものでもよいが、平織りしたものは安価であるだけでなく、耐疲労強度も高いため好ましい。
【００２５】
更に、補強繊維６の上から外側ゴム層として未加硫の天然ゴム層を巻き付けて３層構造とする。内外層ゴム層を構成する未加硫の天然ゴムは粘着性があるため、平織補強繊維６を中心層とした３層構造に一体化することができる。この場合、中心に位置する補強層の平織補強繊維６を、更に複数層に重ねた多層構造としてもよく、本実施形態は３層構造に限定されるものではない。
【００２６】
ついで、マンドレルの軸方向に沿ってカッター装置７により切断すると、平織補強繊維６が斜交方向に配置され、角板状をした繊維補強ゴム成形体が得られる。最終的に、これを所定条件によって加硫し、ゴム硬度５０〜７０度程度になるようにする。加硫方法は、従来の方法を採用できる。更に、加圧時に固液混合体から液体部分をろ板１外に排出すると共に脱水固体（ケーキ）を形成する本体部３ｂに相当する箇所に、多数の円柱状突起３ｃを固着することにより、フィルタープレスのような絞り用ダイヤフラム装置のダイヤフラムとして使用することができる。
【００２７】
本実施形態の絞り用繊維補強ゴム成形体は、このような構造を有していることから、絞り用ダイヤフラム装置に用いられ、その外周部３ａが角形をしたろ板１に接触・固定されたとしても、大きい変形抵抗を発揮することになり、２ＭＰａ以上の内圧が負荷されるような用途に使用する場合であっても、補強繊維に負荷される伸張率を低く押えることができて、結果的に実用上十分な耐久力を発揮することになる。
【００２８】
このことを、本実施形態に従って配置した平織補強繊維６を有する外周部３ａでの作用を、図２により説明する。図２は、補強繊維６を配置した外周部３ａの断面構造を模式的に示したものである。図２において、６ａは外周部３ａに対して互いに４５度に斜交させて配置した本実施形態に係る補強繊維であり、６ｂは直角方向に配置した、従来技術の補強繊維である。
【００２９】
外周部３ａの幅ｗを５０ｍｍとすると、前者６ａは外周部３ａ中において７０ｍｍの長さを有しており、後者６ｂは５０ｍｍの長さを占める。この外周部３ａに圧縮力が作用し、５０％の伸張率（ひずみ率に相当）が作用したとすると、外周部３ａは幅方向に伸張されて幅ｗ１になるが、その場合の補強繊維は、点線で表されるように、互いに４５度に斜交させた補強繊維６ａ１は９０ｍｍとなり、約２８％の伸張率に止まるのに対して、直角方向に配置した補強繊維６ｂ１は、７５ｍｍとなり５０％の伸張率となる。このように、４５度に斜交させた補強繊維は、外周部３ａに大きな圧縮力が作用して５０％の伸張率が生じたとしても、従来技術のように外周部に対して直角方向に配置した補強繊維に比べて、約２２％も低い伸張率で済み、耐久性が顕著に向上できることになる。
【００３０】
従って、３０％程度の破断伸びを有する補強繊維を使用すれば、このような過酷な圧縮力が作用するような用途にも、十分に耐え得ることがわかる。もっとも、絞り用繊維補強ゴム成形体としてのサイズ、特に外周部の幅、外周部に係るシール圧力などにより、実際の補強繊維は少なくとも２０％程度の破断伸びを有するものであればよく、より好ましくは３０％程度の破断伸びを有することである。
【実施例】
【００３１】
上記した製造方法により、図３に示すような形状の絞り用ダイヤフラムを製造した（実施例１）。大きさは、１０００ｍｍ角、厚み１０ｍｍの角板状とし、本体部には高さ９ｍｍの円柱状突起を密に配置した。外周部の幅は５０ｍｍである。ゴム材料として天然ゴム（加硫後のショア硬度約６０度）を用い、補強繊維として１６０ｄ  ｔｅｘのナイロン６を外形に対して約４５度傾斜するように２方向に交差させて配置させた。この補強繊維は、破断強度３０ｋｇ／５ｃｍ、破断伸び５０％の特性を有する。
【００３２】
比較例として、上記実施例１と同じ形状、大きさを有し、補強繊維を有しないゴム膜のみのダイヤフラム（比較例１）、外形に対して縦横の直交方向に補強繊維を配置したダイヤフラム（比較例２）を製造した。
【００３３】
これらを実施例と共に２ＭＰａの繰り返し内圧を負荷して、外周部での破断回数を調べた。その結果を、表１に示す。
【００３４】
【表１】
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表１より、実施例１のダイヤフラムは、比較例に比べて格段に耐久性が優れていることがわかる。
〔別実施の形態〕
（１）補強用繊維としては、上記技術分野において補強層として使用される公知の繊維は限定なく使用できる。具体的には、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、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド繊維、アラミド繊維やＰＢＯ繊維などの高強力繊維などの有機繊維などが例示される。これらの内、特に高強力繊維の使用が好ましい。このような繊維の使用により、より高い内圧に耐える繊維補強ゴム成形体を得ることができる。
【００３５】
繊維は、モノフィラメントであってもマルチフィラメントであってもよいが、マルチフィラメント糸は強度と柔軟性に優れていて好ましい。
（２）内側ゴム層を構成するゴムと外側ゴム層を構成するゴムとは、同一ゴム材料であってもよく、異なるゴム材料であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る絞り用繊維補強ゴム成形体は、汚泥のような固液混合体を含む下水処理に適用できるだけでなく、味噌、醤油製造などの食品工業、化学工業、半導体製造工業などにおいて固液混合体を使用する分野での処理に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る絞り用繊維補強ゴム成形体の製造方法を説明する概略斜視図
【図２】絞り用維補強ゴム成形体の外周部での作用を説明する模式的断面図
【図３】本発明の一実施形態に係る絞り用繊維補強ゴム成形体を示す図、（ａ）部分破断正面図、（ｂ）側面図
【図４】従来の絞り用ダイヤフラム装置を説明する図、（ａ）正面図、（ｂ）断面図、（ｃ）ダイヤフラムの変形状態を示す断面図
【符号の説明】
【００３８】
４        芯材
５        内側ゴム層
６        補強繊維（補強層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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