(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維混入ゴムをシリンダーの押出スクリューで混練りした後、環状拡張ダイによって押出し、得られた短繊維入り筒状のゴム成形体を切開してシートに仕上げる短繊維入りゴムシートの製造方法において、
シリンダーに連結した内ダイを吐出口に向って徐々に径を拡張させた円錐形としてこれを外ダイに収容し、短繊維を含むゴムを上記内ダイと外ダイの間を移動させながら円周方向へ引き伸ばして、短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体に押出成形し、
該筒状成形体を相対向した位置に発生した２個所のウェルドラインに沿って直線状に切開しながら２枚のシートにし、
上記２枚のシートを個別に巻き取る、
ことを特徴とする短繊維入りゴムシートの製造方法。
【請求項２】
ゴムの流れを水平方向から直角方向へ変換して筒状成形体を押出し、かつ筒状成形体を重力に抗する方向に押出すようにした請求項１記載の短繊維入りゴムシートの製造方法。
【請求項３】
筒状成形体を切開するとき、圧縮気体を筒状成形体内部に吹き付けながら円周方向へ張力を与える請求項１または２記載の短繊維入りゴムシートの製造方法。
【請求項４】
短繊維混入ゴムをシリンダーの押出スクリューで混練りした後、環状拡張ダイによって押出し、得られた短繊維入り筒状のゴム成形体を切開してシートに仕上げる短繊維入りゴムシートの製造装置において、
押出スクリューの回転により短繊維を含むゴムを混練するシリンダーと、
該シリンダーに連結した内ダイを外ダイに収容し、該内ダイの径を吐出口へ向って徐々に拡張させるとともに、短繊維を含むゴムを上記内ダイと外ダイの間を移動させながら円周方向へ引き伸ばして短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体に押出する環状拡張ダイと、
押出された直後の筒状成形体に相対向した位置に発生した２個所のウェルドラインの位置に切断部材を配置し、筒状成形体を切開しながら２枚のシートにする切断手段と、
上記２枚のシートを個別に巻き取る巻き取り手段と、
を備えたことを特徴とする短繊維入りゴムシートの製造装置。
【請求項５】
ゴムの流れを水平方向から直角方向へ変換して筒状成形体を押出し、かつ筒状成形体を重力に抗する方向に押出すように環状拡張ダイを配置した請求項４記載の短繊維入りゴムシートの製造装置。
【請求項６】
押出された直後の筒状成形体内部に圧縮気体を吹き付けながら円周方向へ張力を与える気体吹き付け装置を設けた請求項４または５記載の短繊維入りゴムシートの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は短繊維入りゴムシートの製造方法及びその製造装置に係り、詳しくは内ダイを吐出口に向って径を拡張させて円錐形とし、短繊維混入ゴムを吐出口へ向って徐々に大きくなる円周方向へ引き伸ばして、短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体に押出し、更に押出された直後の筒状成形体を発生した２個所のウェルドラインに沿って切開して２枚シートに仕上げ、これらを個別に巻付ける短繊維入りゴムシートの製造方法及びその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、未加硫ゴム中に短繊維を一定方向へ配向させる方法としては、図５（ａ）に示す圧延シート作製工程のように、回転速度を変えた一対のカレンダーロールに短繊維入り未加硫ゴムを投入し、圧延されたゴムシート中の短繊維をシートの圧延方向に配向させ、そして成形するベルト幅に応じて切断していた。その後、図５（ｂ）に示す積層工程のようにカットした圧延シートを数枚重ね合わせて所定厚みに積層し、続いて図５（ｃ）に示す巻付け工程のように短繊維が幅方向に配向した積層物を成形ドラムに巻き付けて伝動ベルトの作製に使用していた。
【０００３】
即ち、ＶリブドベルトやローエッジＶベルトの伝動ベルトの製造方法では、円筒状の成型ドラムの周面に１〜複数枚のカバー帆布と接着ゴム層とを巻き付けた後、この上にコードからなる心線を螺旋状にスピニングし、更に圧縮ゴム層を順次巻き付けて積層体を得た後、これを加硫してベルトスリーブにしていた。ここで使用する圧縮ゴム層は、上記の図５（ｂ）に示すように３〜４枚重ね合わせた厚みのもので、シート幅方向に短繊維が配向したものを成型ドラムに巻き付けていた。
【０００４】
しかし、圧延シートは、厚みを薄くしなければ、短繊維をシート圧延方向に充分に配向させることができないために、やむを得ずシートを重ねていたためにベルト成形用シートを得るには多大の工数を要していた。
【０００５】
これを改善する方法として、特公平６−９８４７号公報には、拡張ダイを取付けた押出機を用い、短繊維を押出円筒体の円周方向に配向させるもので、中間空間に、入口空間の所定の流路幅から出口空間の所定の流路幅まで流路幅が変化する拡大空間部を設け、拡張ダイの出口空間の断面積を入口空間の断面積より所定量大きく形成し、さらに入口部分の流路幅が中間部分の流路幅よりも狭く、出口部分の流路幅が中間部分の流路幅以下に設定したものが、提案された。
【０００６】
そして、特開平６−１０６６０２号公報には、押出した短繊維を円周方向に配向させた円筒状エラストマーを軸方向に切開する切断装置と、切開されたエラストマーを平板状に展開する展開装置を設け、更に押出装置と切断装置との間に案内装置を設けて、ここから空気を吹出すようにして、円筒状エラストマーの円周方向への収縮を抑えながら冷却し、不均一な収縮に起因する短繊維を配向の乱れを阻止し、またシートの両端と中央との距離が等しくなるように展開機構の傾きを調節できるようにしてフレアの発生を阻止した製造装置が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の拡張ダイを使用する方法では、入口空間／中間空間、中間空間／出口空間の流路幅比率、入口部分／出口部分の半径、断面積の制御により３次元的に配向率の調整を行うものであるが、ダイ形状に起因する流れの力で配向率を制御しているため、ダイを交換しなければ配向率を変えることができなかった。
【０００８】
また、シリンダーの先端に接続したダイによってゴムの流れを水平方向から直角方向へ変換して押出したクロスヘッドにした場合、ダイ部は垂直方向に配置されるために撓み等の内部歪みが小さいため円筒押出成形品の厚み等の寸法精度が向上する。しかし、円筒押出成形品の円周方向の厚み分布を均一化させるためのクロスヘッド内のゴム流路設計（フローガイド）により、通常、ウェルドラインが押出機側およびこれと１８０°対角の反対側の２ヶ所に発生し、塑性流動しているゴムの衝突領域となって、短繊維がランダムに配向した。
【０００９】
そのため、どちらか一方のウェルドラインで切断しても、切開したシートの中央部に短繊維が配向していない部分が存在するために、ウェルドラインを１ヶ所にするためには、より複雑で設計自由度の低いフローガイドの設計を余儀なくされていた。
【００１０】
本発明はかかる問題に着目し、鋭意研究した結果、押出された直後の筒状成形体を２個所のウェルドラインに沿って切開して、一度に必要幅の２枚シートを品質的に良好に仕上げることができる短繊維入りゴムシートの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成すべく本願請求項１記載の発明は、短繊維混入ゴムをシリンダーの押出スクリューで混練りした後、環状拡張ダイによって押出し、得られた短繊維入り筒状のゴム成形体を切開してシートに仕上げる短繊維入りゴムシートの製造方法において、
（１）シリンダーに連結した内ダイを吐出口に向って徐々に径を拡張させた円錐形としてこれを外ダイに収容し、短繊維を含むゴムを上記内ダイと外ダイの間を移動させながら円周方向へ引き伸ばして、短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体に押出成形し、（２）該筒状成形体を相対向した位置に発生した２個所のウェルドラインに沿って直線状に切開しながら２枚のシートにし、（３）上記２枚のシートを個別に巻き取る、短繊維入りゴムシートの製造方法にある。
【００１２】
この製造方法では、筒状成形体を発生した２個所のウェルドラインに沿って直線状に切開しながら２枚のシートにし、これらのシートを個別に巻き取るものであり、一度に所定幅の２枚シートを合理的にかつ品質的に良好なものに仕上げることができる。
【００１３】
本願請求項２記載の発明は、ゴムの流れを水平方向から直角方向へ変換して筒状成形体を押出し、かつ筒状成形体を重力に抗する方向に押出すようにした短繊維入りゴムシートの製造方法にあり、筒状成形体が重力により変形せず、寸法変化の少ない状態で押出が可能になる。
【００１４】
本願請求項３記載の発明は、筒状成形体を切開するとき、圧縮気体を筒状成形体内部に吹き付けながら円周方向へ張力を与える製造方法であり、切開を容易にしてシート化することができる。
【００１５】
本願請求項４記載の発明は、短繊維混入ゴムをシリンダーの押出スクリューで混練りした後、環状拡張ダイによって押出し、得られた短繊維入り筒状のゴム成形体を切開してシートに仕上げる短繊維入りゴムシートの製造装置において、
押出スクリューの回転により短繊維を含むゴムを混練するシリンダーと、
該シリンダーに連結した内ダイを外ダイに収容し、該内ダイの径を吐出口へ向って徐々に拡張させるとともに、短繊維を含むゴムを上記内ダイと外ダイの間を移動させながら円周方向へ引き伸ばして短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体に押出する環状拡張ダイと、
押出された直後の筒状成形体に相対向した位置に発生した２個所のウェルドラインの位置に切断部材を配置し、筒状成形体を切開しながら２枚のシートにする切断手段と、
上記２枚のシートを個別に巻き取る巻き取り手段と、
を備えた短繊維入りゴムシートの製造装置にある。
【００１６】
本願請求項５記載の発明は、ゴムの流れを水平方向から直角方向へ変換して筒状成形体を押出し、かつ筒状成形体を重力に抗する方向に押出すように環状拡張ダイを配置した短繊維入りゴムシートの製造装置にあり、筒状成形体が重力により変形せず、寸法変化の少ない状態で押出が可能になる。
【００１７】
本願請求項６記載の発明は、押出された直後の筒状成形体内部に圧縮気体を吹き付けながら円周方向へ張力を与える気体吹き付け装置を設けた短繊維入りゴムシートの製造装置にあり、切開を容易にしてシート化することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１は本発明に係る短繊維入りゴム成形体の製造装置の概略図、そして図２はＡ−Ａ方向から見た図である。
本発明の短繊維入りゴム成形体の製造装置１では、押出スクリュー３の回転により短繊維を含むゴムを混練するシリンダー２と、短繊維混入ゴム７を次の工程へ移動させる連結管４からなる押出機６を有し、この押出機６から押出された短繊維混入ゴム７を内ダイ９と外ダイ１０の間隙を通過させ、吐出口１１へ向って徐々に大きくなる円周方向への伸張を付与して、短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体１３を押出する環状拡張ダイ１５と、押出された直後の筒状成形体１３の１８０°対角に発生する２個所のウェルドライン１４上に切断部材２１を配置し、２個所切開しながら２枚のシート１８にする切断手段２０と、そして上記２枚のシート１８を個別に巻き取る巻き取り手段３０とを備えている。
【００１９】
押出機６のシリンダー２は、この中に回転可能に押出スクリュー３を収容し、短繊維を含むゴム配合物を原料投入口１７から入れて押出スクリュー３の回転によって短繊維とゴムとを混練して短繊維混入ゴム７にする。この時にシリンダー２内の空気やゴム配合物から発生したガス等は排気口（図示せず）から排出される。シリンダー２の温度はゴム種に応じて変更するが、通常４０〜１００°Ｃに調節され、短繊維とゴムはミキシングされやすい温度に加熱して熱可塑化し、押出成形しやすい状態にする。また、この場合の混練時間はゴムの加硫が進行しない程度に調節する。連結管４は、短繊維混入ゴム７を環状拡張ダイ１５までガイドするものである。
【００２０】
環状拡張ダイ１５は内ダイ９を吐出口１１へ向って径を徐々に拡張させた円錐形とし、これを外ダイ１０に収容し、内ダイ９と外ダイ１０の間に所定厚みの間隙を設けている。短繊維混入ゴム７は吐出口１１へ向って徐々に大きな円周方向への引き伸ばしを受けながら短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体１３に押出成形する。
【００２１】
環状拡張ダイ１５は水平に配置された押出機６に垂直に固定され、しかも吐出口１１から押出される筒状成形体１３が重力に抗するように置かれているため、筒状成形体１３が重力により変形せず、寸法変化の少ない状態で押出できる。また、垂直方向に配置した環状拡張ダイ１５は内ダイ９の自重によって撓みにくく、内ダイ９と外ダイ１０との間隙が一定に保持され、これによって厚み変形量の小さな筒状成形体１３に仕上げることができる。
【００２２】
内ダイ９と外ダイ１０の流路幅（ニップル）は、内ダイ９が押出機６に連結した根元部１９から吐出口１１まで均一になり、筒状成形体１３の押出にブレーキをかけることなく長手方向Ｄへスムーズに流し、内部歪みのない均一な厚みの筒状成形体１３に仕上げる。
【００２３】
内ダイ９の形状は、根元部１９から吐出口１１へ向って徐々に径が拡張し、そのテーパー角度θが３０°≦θ＜９０°である。ゴム流路入口径が２０〜６０ｍｍ、ゴム流路出口径が１００〜４４０ｍｍ、そしてその比率である拡張比（ゴム流路出口径／ゴム流路入口径）が１．５〜１２．５に設定される。この設定範囲未満であれば、内ダイ９の吐出口１１付近での円周方向への引き伸ばしが小さくて、厚みの大きな筒状成形体１３の内外層では短繊維が円周方向に配向しにくくなり、一方この設定範囲を越えると、円周方向への引き伸ばしが大きくなり過ぎて、押出圧力が劣る場合には、筒状成形体１３が裂けやすい。
【００２４】
内ダイ９と外ダイ１０間の短繊維混入ゴム７の内部発熱を抑制するために、内ダイ９の内部に冷却水を循環させた冷却装置（図示せず）を設けることもできる。冷却装置では、冷却水を内ダイ９の外部から入れ、ポンプによって内ダイ９に設けた通路を通過させて内ダイ９から排出して循環させる。
【００２５】
切断手段２０では、一対の切断部材２１が押出された直後の筒状成形体１３を押出し方向に沿って１８０°対角に発生する２個所のウェルドライン１４上に配置され、２個所切開しながら２枚のシートにする。このウェルドライン１４は、水平方向に配置された押出機６とこれに直角方向に配置された環状拡張ダイ１５との連結部であって、短繊維混入ゴム７が水平方向から垂直方向へ変換する環状拡張ダイ１５への入口部、及びこれと１８０°対角の位置であって押出方向に沿って線状に出現する。このラインは塑性流動した短繊維混入ゴム７が衝突領域あるいは流れ難い領域であり、短繊維がランダムに配向し、品質的に不具合のある部位となる。
【００２６】
上記切断部材２１は、カッター、ナイフといった刃物、あるいはレーザーナイフ、超音波振動からなり、２ヶ所のウェルドライン１４を引裂くように切断し、２枚の所定幅を有するシート１８に仕上げる。ウェルドライン１４では、短繊維がランダムに配向しているために、切断部材２１によって比較的切断しやすくなる。無論、刃物のような切断部材２１を加熱保温すれば、筒状成形体１３の切開を容易にすることもできる。
【００２７】
また、図３に示すように、押出し直後の筒状成形体１３に円周方向へ張力を与えて切開しやすくする拡張手段３５を用いることもできる。具体的には、圧縮空気を排出する気体吹き付け装置３６があり、押出された直後の筒状成形体１３を膨張させて円周方向へ引張り、また同時に筒状成形体１３を早期に冷却する機能を備えている。この気体吹き付け装置３６は、筒状成形体１３の内部に配置され、圧縮空気を供給するコンプレッサー（図示せず）と、これに接続し筒状成形体１３の内部に設置されたノズルからなり、圧縮空気をノズルから多方向へ排出して筒状成形体１３を膨張させて円周方向へ張力を与え、これによって切開作業を容易にし、また早期に冷却して、ゴムのスコーチを阻止して品質を安定化させる。
【００２８】
巻き取り手段３０は、切断された２枚のシート１８を個別にガイドロール３１を経由し、ライナー３２に重ねて巻取ロール３３に巻付ける。
【００２９】
ここで使用するゴムは、天然ゴム、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、アルキル化クロロスルファン化ポリエチレン、水素化ニトリルゴム、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマー、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）やエチレン−プロピレン−ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）からなるエチレン−α−オレフィンエラストマー等のゴム材の単独、またはこれらの混合物が使用される。ジエンモノマーの例としては、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、シクロオクタジエンなどがあげられる。
【００３０】
上記ゴムには、アラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、綿等の繊維からなり繊維の長さは繊維の種類によって異なるが、１〜１０ｍｍ程度の短繊維が用いられ、例えばアラミド繊維であると３〜５ｍｍ程度、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、綿であると５〜１０ｍｍ程度のものが用いられる。その添加量はゴム１００重量部に対して１０〜４０重量部である。
【００３１】
更に、本発明のゴムには、軟化剤、カーボンブラックからなる補強剤、充填剤、老化防止剤、加硫促進剤、加硫剤等が添加される。
【００３２】
上記軟化剤としては、一般的なゴム用の可塑剤、例えばジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）等のフタレート系、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）等のアジペート系、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）等のセバケート系、トリクレジルホスフェート等のホスフェートなど、あるいは一般的な石油系の軟化剤が含まれる。
【００３３】
本発明では、予めゴム少なくとも短繊維をオープンロール、混練機などによって荒練してマスターバッチを作製する。この方法では、オープンロールによってポリマー１００重量部に１０〜４０重量部の短繊維を投入して混練した後、混練したマスターバッチをいったん放出し、これを２０〜５０°Ｃまで冷却する。これはゴムのスコーチを防止するためである。
【００３４】
尚、短繊維とともに１〜１０重量部の軟化剤を投入することができる。これによって短繊維とゴムのなじみが良くなり、ゴム中への分散が良くなるばかりか、短繊維自体が絡み合って綿状になるのを防ぐ効果がある。即ち、軟化剤が短繊維に浸透し、素繊維同士の絡み合いがほぐれるための潤滑剤としての役割をはたし、短繊維が綿状になるのを阻止し、かつ短繊維とゴムのなじみが良くなって短繊維の分散が良くなる
【００３５】
続いて、短繊維を含んだゴムをシリンダー２の押出スクリュー３で混練りした後、シリンダー２の先端に垂直方向に接続した環状拡張ダイ１５から押出して筒状成形体１３を製造するが、内ダイ９を外ダイ１０に収容して所定間隔（ニップル）を設け、短繊維混入ゴム７を吐出口１１へ向って徐々に大きくなる円周方向へ引き伸ばして、短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体１３を押出成形する。
【００３６】
その後、連続して押出成形された筒状成形体１３は、短繊維が内層から外層にかけて円周方向に均一に配向した厚さ１〜１０ｍｍのものであり、筒状成形体を１８０°対角に発生する２個所のウェルドライン１４に沿って直線状に切開しながら所定幅の２枚のシート１８にし、該シート１８を個別に巻き取る。これを次工程の成型ドラムの周面に巻付け、その後伝動ベルトの成形に使用することができる。
【００３７】
【実施例】
次に、短繊維入りゴム成形体の製造方法の具体的実施例を以下に示す。
実施例１、比較例１
表１に示すＥＰＤＭゴム配合物を用い、予めオープンロールによってゴムに短繊維を投入して混練した後、混練したマスターバッチをいったん放出し、これを常温まで冷却する。このマスターバッチと他の配合剤を図１に示す短繊維入りゴム成形体の製造装置のシリンダーに投入し、押出スクリューの回転により短繊維を混入した。
【００３８】
【表１】
0003999490.tif 000002
【００３９】
そして、表２に示す環状拡張ダイの寸法条件、押出機の温度条件によって短繊維混入ゴムを吐出口へ向って徐々に大きくなる円周方向へ引き伸ばして筒状成形体に押出成形した。更に、切断部材としてナイフを、押出された筒状成形体の１８０°対角に発生する２個所のウェルドライン上に配置し、該ウェルドラインを切断して２枚のシートに切開し、これを帆布製ライナーに重ねて個々の巻取ロールに巻付けた。
【００４０】
【表２】
0003999490.tif 000003
【００４１】
かくして得られたシートでは、ウェルドラインが連続してトラブルなく切断された。また、シートの短繊維配向性の評価を行なった。この評価では、図４に示すようにシートを３枚にスライスして外層、中層、内層の３層に区分した。これらの各シートの円周方向と軸方向のそれぞれの引張強度（ＴＢ）をＪＩＳ  Ｋ６２５１に準じて測定し、引張強度比（ＴＢ比）（円周方向／軸方向）を求めた。円周方向の引張強度が軸方向の引張強度に比べて大きい程、即ち引張強度比が大きいほど、短繊維の円周方向への配向性が良好になっている。
【００４２】
これによると、実施例１の場合には、ＴＢ比の大きさは中層、外層、内層の順になっているが、その差は僅かである。比較例１の１枚取りの場合には、拡張比が実施例１に比べて小さいため、ＴＢ比も小さくなっている。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本願請求項に係る発明では、（１）シリンダーに連結した環状拡張内ダイを吐出口に向って径を徐々に拡張させた円錐形としてこれを環状拡張外ダイに収容し、短繊維を含むゴムを上記内ダイと外ダイの間を移動させながら吐出口へ向って徐々に大きくなる円周方向へ引き伸ばして短繊維を円周方向に配向させた筒状成形体に押出成形し、（２）筒状成形体を相対向した位置に発生した２個所のウェルドラインに沿って直線状に切開しながら２枚のシートにし、（３）上記２枚のシートを個別に巻き取る短繊維入りゴムシートの製造方法及び装置にあり、筒状成形体を発生する２個所のウェルドラインに沿って直線状に切開しながら２枚のシートにし、これらのシートを個別に巻き取るものであり、一度に必要幅の２枚シートを合理的にかつ品質的に良好なものに仕上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る短繊維入りゴム成形体の製造装置の概略図である。
【図２】図１をＡ−Ａ方向から見た図である。
【図３】押出し直後の筒状成形体を拡張手段により円周方向へ張力を与えるところを示す図である。
【図４】筒状成形体をナイフで切開して得たシートを外層から内層にかけて３層にスライスした状態を示す図である。
【図５】従来における未加硫ゴム中に短繊維を一定方向へ配向させる圧延シート作製工程を（ａ）に、カットした圧延シートを数枚重ね合わせて所定厚みに積層する積層工程を（ｂ）に、そして積層物を成形ドラムに巻き付ける巻付け工程を（ｃ）に示す。
【符号の説明】
１    短繊維入りゴム成形体の製造装置
２    シリンダー
３    押出スクリュー
６    押出機
７    短繊維混入ゴム
９  内ダイ
１０  外ダイ
１３  筒状成形体
１４  ウェルドライン
１５  環状拡張ダイ
１８  シート
２０  切断手段
２１  切断部材
３０  巻き取り手段
【図１】
0003999490.tif 000004
【図２】
0003999490.tif 000005
【図３】
0003999490.tif 000006
【図４】
0003999490.tif 000007
【図５】
0003999490.tif 000008