(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンドレルをクロスヘッド押出機のクロスヘッドダイに通し、前記マンドレルを軸芯方向に移動させながらその周囲にゴム配合物を押し出し被覆することにより、外径が一定のゴムホースを製造する製造装置であって、前記クロスヘッドダイよりも移動方向上流側で前記マンドレルを支持する回転体と、前記マンドレルの軸芯に対して前記回転体の位置を変化させる移動手段とが設けられ、前記マンドレルの移動に応じて前記移動手段を駆動して前記マンドレルの軸芯を一定位置に保持することを特徴とするゴムホースの製造装置。
【請求項２】
テーパ部を有するマンドレルをクロスヘッド押出機のクロスヘッドダイに通し、前記マンドレルを軸芯方向に移動させながらその周囲にゴム配合物を押し出し被覆することにより、内面にテーパ部を有し外径が一定のゴムホースを製造する製造装置であって、前記クロスヘッドダイよりも移動方向上流側で前記マンドレルを支持する回転体と、前記マンドレルの軸芯に対して前記回転体を近接離間させる移動手段とが設けられ、前記マンドレルの移動に応じて前記回転体を移動させて前記マンドレルの軸芯を一定位置に保持することを特徴とするゴムホースの製造装置。
【請求項３】
回転体は、クロスヘッド押出機よりも移動方向上流側においてマンドレルの周囲に配置された複数の支持ローラからなり、該支持ローラは前記マンドレルの軸芯に対して半径方向に移動自在とされたことを特徴とする請求項２記載のゴムホースの製造装置。
【請求項４】
回転体は、クロスヘッドダイの近傍に配置されマンドレルの下部を支持するガイドローラとされ、該ガイドローラは上面が傾斜した受台に転動自在に支持され、前記マンドレルの位置を検出する検知手段が設けられ、該検知手段の検出結果に基づいて前記ガイドローラを前記受台の上面に沿って移動させることによりガイドローラを前記マンドレルの軸芯に対して近接離間させることを特徴とする請求項２または３記載のゴムホースの製造装置。
【請求項５】
テーパ部を有するマンドレルを軸芯方向に移動させながらクロスヘッド押出機のクロスヘッドダイに通すとき、該クロスヘッドダイよりも上流側において前記マンドレルをその軸芯に対して近接離間するように移動自在とされた回転体によって支持しながら、前記マンドレルの進行に応じて前記回転体を移動させて前記マンドレルの軸芯を一定位置に保持し、前記マンドレルの周囲にゴム配合物を押し出し被覆して、内面にテーパ部を有し外径が一定のゴムホースを製造することを特徴とするゴムホースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロスヘッド押出機にマンドレルを通すことによって外径が一定なゴムホースを製造するための製造装置に関し、特に内面にテーパ部を有し外径が一定のゴムホースの製造に適した製造装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のクロスヘッド押出機を用いたゴムホースの製造装置を図９に示す。マンドレル１が公知なクロスヘッド押出機２のクロスヘッドダイ３を通過することにより、マンドレル１の周面にゴム配合物４が押し出し被覆されて、外径が一定なゴムホースＸが製造される。マンドレル１は、複数のローラを並べた送り込みコンベア５によってクロスヘッド押出機２に送り込まれ、先端が駆動コンベア６に取り付けられたベッド７に載置されて、軸芯方向に移動可能とされる。そして、押し出されたゴムの流動圧力によって推力が発生し、マンドレル１は移動される。また、真空ブーツ８内に固定された受けローラ９により、マンドレル１の軸芯を一定位置に保持するセンタリングが行われる。なお、図中、１０は速度センサである。
【０００３】
上記の製造装置においてストレートマンドレル１を用いると、外径および内径が一定なゴムホースＸを製造できる。ところで、土砂や生コンクリート等のスラリー圧送を行うスクイズ式ポンプに使用されるポンピングチューブとして、耐摩耗性に優れたテーパ状のゴムホースＸが使用されている。
【０００４】
このテーパ状のゴムホースＸとしては、特願平９−２３２１５４号に開示されているように、図１０に示す外面および内面がテーパ状とされたものがある。このゴムホースＸは、テーパ状のマンドレル１に既に押し出された外径が一定の未加硫のゴムホースＸを挿入して製造される。そのため、小径部では肉厚が厚く、大径部では肉厚が薄くなり、外面がテーパ状となる。
【０００５】
しかしながら、上記のテーパ状のゴムホースＸはクロスヘッド押出機２を用いて製造することができない。そこで、これを用いて製造したゴムホースＸとして、図１１に示すような内面にテーパ部Ｘａを有し外径が一定のゴムホースＸが特開平１０−１６０７５号公報に開示されている、このゴムホースＸは次のように製造される。すなわち、図１２に示すテーパ部１ａ、小径部１ｂおよび大径部１ｃからなるマンドレル１をクロスヘッド押出機２のクロスヘッドダイ３に通し、マンドレル１の周面に未加硫のゴム配合物４を押し出し被覆して外径が一定なゴム層を形成し、この周面に繊維補強したゴム層を形成した後、加硫している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般的にクロスヘッド押出機を用いた製造装置では、マンドレルをローラ等によって支持しながらマンドレルをその軸芯方向に移動させている。ストレートマンドレルでは、クロスヘッドダイの近傍において受けローラによって支持できるので、軸芯は一定位置に保持される。
【０００７】
しかしながら、テーパ状マンドレルでは、移動するにつれて外径が変化するので、この受けローラで大径部を支持することはできても小径部およびテーパ部を支持することはできず、両端を支持しなければならない。そのため、長尺や大径である製品の場合あるいは内面のテーパ角度が大きい製品の場合、例えばゴムホースの口径が１２５Ａを越えるとマンドレル１の重量が５０ｋｇを越えるようになり、マンドレルが大きくかつ重くなって撓みが生じやすくなって、軸芯方向中央部分では軸芯がクロスヘッド押出機の中心軸からずれてしまい、上下方向において肉厚の変動が生じて偏肉する。また、押出圧力の変動とともにマンドレルの撓みが変化するので、軸芯方向における肉厚精度がばらつく。したがって、製品の寸法精度を確保できず、品質が低下して、テーパ状のゴムホースの特性を活かすことができなくなってしまう。このように、１００Ａ以下の小さい口径で長さも３ｍ程度の製品では撓みも少ないので、従来の方法でも製造できるが、例えば１４０Ａで４ｍといった大径、長尺の製品ではマンドレルの撓みが品質に大きく影響を及ぼすことになる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記に鑑み、軸芯を一定位置に保持することによってセンタリングを行い、肉厚変動のないゴムホースＸを製造することができる製造装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、マンドレルの撓みによって軸芯がクロスヘッド押出機の中心軸からずれるのを防ぐためには、クロスヘッドダイの近傍において移動するマンドレルに応じてこれを支持すればよいことから、クロスヘッドダイよりも移動方向上流側にマンドレルを支持する回転体を設け、回転体を移動可能とし、マンドレルの移動に応じて回転体の位置を調整することによって、マンドレルのセンタリングを行うものである。ところで、センタリングの精度を高めるには、回転体はできるだけクロスヘッドダイに近接して配置するのが望ましい。あるいは、軸芯方向の複数箇所に回転体を設けて、マンドレルを支持してもよく、片持ち支持にならず軸芯のずれを防げる。
【００１０】
したがって、マンドレルがテーパ部を有するものであれば、その外径の変化に応じて回転体の位置を軸芯に対して近接あるいは離間するように変化させることにより、常に軸芯を一定位置に保持できる。これによって、マンドレルをクロスヘッド押出機のクロスヘッドダイに通すとき精度の高いセンタリングが行われ、マンドレルの周囲にゴム配合物を肉厚の変動がなく押し出し被覆することができ、内面にテーパ部を有し外径が一定な寸法精度の高いゴムホースを製造できる。また、ストレートマンドレルに対しても、同様に外径の微少な変化に対応して回転体の位置を微調整すれば、高精度なセンタリングを行え、肉厚変動のない外径が一定な高品質のゴムホースの製造が可能となる。なお、ゴム配合物としては、各種ゴム、熱可塑性エラストマーを含むものである。
【００１１】
ここで、回転体としては、クロスヘッド押出機よりも移動方向上流側においてマンドレルの周囲に配置された複数の支持ローラとされ、支持ローラはマンドレルの軸芯に対して半径方向に移動自在とされる。あるいは、クロスヘッドダイの近傍に配置されマンドレルの下部を支持するガイドローラとされ、ガイドローラはローラ受台に転動自在に支持される。そして、マンドレルの位置を検出する検知手段を設けておくと、マンドレルの外径の変化にすばやく対応することができ、高精度なセンタリングが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態のゴムホースＸの製造装置は、テーパ部１ａを有するマンドレル１をクロスヘッド押出機２のクロスヘッドダイ３に通し、マンドレル１を軸芯方向に移動させながらその周囲にゴム配合物４を押し出し被覆してゴム層を形成することにより、図１１に示すような内面にテーパ部Ｘａを有し外径が一定のゴムホースＸを製造するためのものである。そして、マンドレル１の軸芯を一定位置に保持するセンタリング機構として、図１に示すように、クロスヘッドダイ３よりも移動方向上流側でマンドレル１を支持する回転体と、マンドレル１の軸芯に対して回転体を近接離間させる移動手段とが設けられ、マンドレル１の軸芯を一定位置に保持するためにマンドレル１の移動に応じて回転体の移動制御を行う制御装置を備えている。なお、製造装置の基本的な構成および製造方法は従来と同じである。図１中、１１はシール、１２はスピンドル、１３はバイパスバルブである。
【００１３】
回転体は、マンドレル１の下部を支持する円形のガイドローラ２０とされ、ブーツ８内においてクロスヘッドダイ３の近傍に配置される。ガイドローラ２０の下方には、受台２１が設けられ、受台２１の上面はマンドレル１の移動方向下流側から上流側に向かって下り傾斜した平坦面に形成され、ガイドローラ２０を転動自在に支持する。そして、ブーツ８内に油圧あるいは空気圧シリンダ２２が支軸２３周りに回動自在に取り付けられ、ロッド２４の先端にガイドローラ２０が回転自在に取り付けられる。シリンダ２２はコントロールバルブ２５によって作動され、ロッド２４の伸縮によりガイドローラ２０は受台２１の上面に沿って軸芯方向に転動するので、マンドレル１の軸芯に対してガイドローラ２０が近接離間することになり、シリンダ２２および受台２１によって移動手段が構成される。
【００１４】
また、回転体の他の形態として、図２に示すように、マンドレル１に当接する上ガイドローラ２０ａと受台２１に当接する下ガイドローラ２０ｂとして、各ガイドローラ２０ａ，２０ｂを支軸２６に回動自在に支持されたアーム２７の先端に取り付ける。そして、移動手段として、受台２１を軸芯方向に移動自在として、シリンダ、モータ等によって移動させることにより、下ガイドローラ２０ｂが受台２１の上面に沿って転動して上ガイドローラ２０ａがマンドレル１の軸芯に対して近接離間する。このように、ガイドローラ２０ａ，２０ｂを複数にすると、それぞれにかかる抵抗が少なくなって移動がスムーズになる。
【００１５】
そして、クロスヘッド押出機２よりも上流側の外部には、マンドレル１を四方から支持して、上下方向および水平方向の位置決めを行う上下制御ローラ３０および水平制御ローラ３１がそれぞれ設けられている。各制御ローラ３０，３１は、一対の鼓形のローラをマンドレル１を挟んで上下あるいは左右に対向して配置されたもので、それぞれ上下方向あるいは水平方向に移動自在にフレーム（図示せず）に支持されている。制御ローラ３０，３１は、シリンダあるいはモータ等の移動手段によってマンドレル１の軸芯に対して近接離間するように移動される。したがって、ガイドローラ２０と上下制御ローラ３０によって異径なマンドレル１であっても２点支持することができ、撓みを減らすことができる。
【００１６】
ここで、クロスヘッド押出機２による押し出し中、マンドレル１は軸芯方向に移動するが、その推力は押し出されたゴム配合物４の流動圧力によって得られる。そのため、マンドレル１の外径によって流動圧力が変化して、押出速度（マンドレル移動速度）が変化する。図３にクロスヘッド押出機２のスクリュー回転数を一定にしたときの移動速度の変化を示す。すなわち、マンドレル１の外径が一定のときには移動速度は一定となるが、外径によって移動速度は異なり、小径部１ｂが通過するときにはゴム層の肉厚が大で断面積が大きいので移動速度は遅くなり、大径部１ｃが通過するときには肉厚が薄く断面積が小さいので移動速度は早くなる。また、テーパ部１ａでは、外径が徐々に大きくなっていくにつれて断面積が徐々に小さくなるので、移動速度は移動距離に応じて二次関数的に増加していく。
【００１７】
したがって、マンドレル１のセンタリングを行うためには、マンドレル１の外径に合わせてガイドローラ２０および制御ローラ３０，３１の位置を制御しなければならない。そこで、マンドレル１の位置を検出する検知手段として位置センサを設けるとともに、位置センサの検出結果に基づいて移動手段の作動を制御する制御装置を設ける。位置センサとしては、マンドレル１に検出ローラ３２を当接させて、マンドレル１の移動につれて回転する検出ローラ３２の回転数からマンドレル１の移動距離を検出するものであり、クロスヘッド押出機２の上流側近傍に配される。なお、この検出ローラ３２はばね等によって支持されており、マンドレル１の外径の変化に追従して半径方向に移動可能とされる。これに代わってマンドレル１の移動速度を検出する速度センサを利用してもよい。
【００１８】
ここで、検知手段は、ガイドローラ２０等の位置を制御するためにマンドレル１の形状を認識できるものであればよい。したがって、位置センサ以外にも、超音波、光を用いた距離センサでマンドレル１の外径の変化を検出したり、ＣＣＤカメラを用いた画像情報からマンドレル１の形状を検出する。これらを用いるときは、ガイドローラ２０等に近接して配置しておく必要がある。
【００１９】
そして、この位置センサはガイドローラ２０よりも上流側に離れて配置されているので、制御装置は、位置センサからの位置情報に基づいてガイドローラ２０の位置におけるマンドレル１の外径を推定して、軸芯が常に一定位置になるように移動手段のシリンダ等の作動を制御する。すなわち、位置センサによって現在のマンドレル１の移動距離が検出されれば、位置センサからほぼ一定距離離れたところにあるガイドローラ２０の位置でのマンドレル１の位置がわかり、その位置に対応するマンドレル１の外径を推定することができる。なお、制御ローラ３０，３１に対しても同様に上流側に位置センサを近接して設け、その検出結果に基づいて即座に制御ローラ３０，３１の移動を制御すればよい。
【００２０】
そこで、外径が一定な小径部１ｂあるいは大径部１ｃがガイドローラ２０を通過するとき、その外径に応じた位置にガイドローラ２０を移動させて、その位置に保持しておく。次に、テーパ部１ａが通過するときには、テーパ部１ａの長さと移動速度とからテーパ部１ａが通過するのに要する時間が決まり、その時間だけシリンダ２２を作動させればよく、テーパ部１ａの始端がクロスヘッドダイ３を通過するとき移動速度は遅いので、シリンダ２２のロッド２４をゆっくりと短縮させ、テーパ部１ａの終端に近づくにつれて移動速度が速くなるので、ロッド２４を徐々に速く短縮させる。これによって、マンドレル１のセンタリングが行われる。
【００２１】
したがって、クロスヘッド押出機２が一定のゴム押出量となっているとき、マンドレル１の軸芯が一定位置に保持された状態でクロスヘッド押出機２の中心軸とマンドレル１の軸芯とが一致され、マンドレル１の外周にゴム配合物４を押し出し被覆することができるので、ゴム層の肉厚精度が安定して偏肉も生じず、内面にテーパ部Ｘａを有し外径が一定の高品質なゴムホースＸを製造することができる。
【００２２】
（第２実施形態）
本実施形態では、図４に示すような大径部１ｃを挟んで両側にテーパ部１ａが形成されたマンドレル１が使用され、製造装置としては従来のものと基本的に同じ構成であるが、図５に示すように送り込みコンベア５とクロスヘッド押出機２との間にセンタリング機構が配されている。
【００２３】
このセンタリング機構は、第１実施形態と同様に、回転体および移動手段を備え、軸芯方向の２箇所に設けられており、１箇所でマンドレル１を支持するよりも安定した状態で支持できる。そして、図６、７に示すように、回転体としてマンドレル１の周囲に複数の鼓形の支持ローラ４０が設けられている。支持ローラ４０は、等間隔にマンドレル１を取り囲むように３箇所に配置され、マンドレル１の大径部１ｃの外径より少し大きな孔４１を有する取付板４２に半径方向に移動可能に取り付けられている。取付板４２は、軸芯方向と直交する方向に移動する移動台４３に固定されており、移動台４３はシリンダ等によってレール４４に沿って移動される。
【００２４】
この支持ローラ４０のローラ軸は、取付板４２に摺動自在に支持されたラックギア４５に取り付けられ、両端にピニオンギア４６が固定された回転軸４７が取付板４２を貫通して設けられている。一方のピニオンギア４６がラックギア４５と噛み合い、他方のピニオンギア４６は移動台４３に回転自在に支持されたリングギア４８と噛み合う。リングギア４８には、移動台４３に取り付けられたシリンダ４９のロッド５０が回転自在に取り付けられている。したがって、これらの各ギアおよびシリンダ４９によって移動手段が構成され、シリンダ４９が作動することにより、リングギア４８が回転し、さらにピニオンギア４６が回転して、ラックギア４５を半径方向に移動させ、それぞれの支持ローラ４０は同調してマンドレル１の軸芯に対して近接離間する。
【００２５】
また、マンドレル１の位置を検出するための位置センサが設けられ、この検出結果に基づいてシリンダ４９の作動を制御する制御装置も設けられ、これらは第１実施形態と同じものでよい。ただし、軸芯方向にずれて２箇所に支持ローラ４０が設けられているので、時間差をつけてシリンダ４９を作動させる。
【００２６】
これによって、マンドレル１がクロスヘッド押出機２に送り込まれるとき、マンドレル１の外径に応じてシリンダ４９が作動する。例えばマンドレル１の小径部１ｂに対応する場合、シリンダ４９のロッド５０を伸長させると、図６においてリングギア４８が時計周りに回転して、ピニオンギア４６を介して各ラックギア４５が軸芯に向かって同じだけ移動するので、各支持ローラ４０がマンドレル１を均等に挟み込む。そのため、マンドレル１の軸芯がクロスヘッド押出機２の中心軸に一致される。そして、マンドレル１のテーパ部１ａが差しかかると外径が徐々に大きくなるので、これに応じてシリンダ４９のロッド５０を短縮させる。すると、リングギア４８が反時計周りに回転して、ピニオンギア４６を介して各ラックギア４５が軸芯から離れるように同じだけ移動するので、各支持ローラ４０はマンドレル１の軸芯を一定位置に保持しながら外径の変化に応じて移動していく。
【００２７】
なお、位置センサの検出結果に基づいてシリンダ４９の作動制御を行う代わりに、シリンダ４９に一定の流体圧を供給しておき、マンドレル１の外径の変化にシリンダ４９が自動的に追従するようにしてもよい。すなわち、外径が徐々に小さくなっていく場合には、シリンダ４９の圧力により自ずと支持ローラ４０が軸芯に向かって移動し、外径が大きくなっていく場合には、支持ローラ４０がマンドレル１によって押し戻されるので、圧力逃がし弁等によってシリンダ４９から圧力を逃がすことにより対応して、外径に応じて支持ローラ４０は自動的に移動し、マンドレル１の軸芯を一定位置に保持することができる。したがって、検知手段を設けなくても支持ローラ４０の位置はマンドレル１の外径に応じて自己調整され、制御が不要となる。
【００２８】
したがって、マンドレル１がクロスヘッド押出機２に送り込まれる直前において、センタリング機構によってマンドレル１のセンタリングを行うことができ、クロスヘッド押出機２の中心軸とマンドレル１の軸芯とが一致する。そのため、マンドレル１の外周にゴム配合物４を均等に押し出し被覆することができ、内面にテーパ部Ｘａを有し外径が一定の高品質なゴムホースＸを製造することができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。第１実施形態において、受台２１の上面を図８に示すような曲面にしてもよく、マンドレルの移動に応じてシリンダのロッドを一定速度で移動させることにより、マンドレルのセンタリングを行え、シリンダの制御が容易となる。このような曲面はマンドレルの移動速度の二次曲線に合わせて形成するとよい。
【００３０】
第２実施形態において、クロスヘッド押出機内にガイドローラを設けてもよく、より精度の高いマンドレルのセンタリングを行うことができる。さらに、支持ローラをクロスヘッド押出機内に設けてもよく、逆にガイドローラをクロスヘッド押出機の外部に設けてもよい。
【００３１】
また、ガイドローラや支持ローラの移動をモータによって行ってもよく、さらに、ガイドローラを受台で支持する代わりに、ガイドローラをスクリュージャッキで直接保持して、このジャッキを上下させることによりガイドローラを軸芯に対して近接離間させる。
【００３２】
また、各実施形態の製造装置は、テーパ部を有するマンドレルを対象にしているが、ストレートマンドレルを使用してゴムホースを製造する場合にも適用可能なことは言うまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、マンドレルの外周にクロスヘッド押出機によりゴムを押し出し被覆させて外径の一定なゴムホースを製造する場合、マンドレルの外径に変化があってもマンドレルの支持位置を外径の変化に合わせて変更できるので、マンドレルの軸芯を常に一定位置に保持することができる。したがって、クロスヘッド押出機の中心軸に対してマンドレルの軸芯が精度よくセンタリングされ、肉厚精度が大幅に向上し、偏肉のない高品質なゴムホースを製造できる。
【００３４】
特に、テーパ部を有するマンドレルや長尺のマンドレルにおいて、その撓みを規制する効果が高まり、肉厚の寸法精度が安定して得られ、内面にテーパ部を有し外径が一定なゴムホースを高精度に製造するのに適している。しかも、ローラ等を現有の装置に取り付けるだけの簡単な構成であるので、コスト増大とならず、内面にテーパ部を有するゴムホースの量産化に容易に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のゴムホースの製造装置の要部構成図
【図２】他の形態のガイドローラを示す図
【図３】マンドレルの移動速度の変化を示す図
【図４】第２実施形態のマンドレルを示す図
【図５】同じくゴムホースの製造装置の概略構成図
【図６】センタリング機構の側面図
【図７】センタリング機構の正面図
【図８】他の形態の受台を示す図
【図９】従来のゴムホースの製造装置の概略構成図
【図１０】テーパ状のゴムホースの断面図
【図１１】内面にテーパ部を有し外径が一定なゴムホースの断面図
【図１２】テーパ部を有するマンドレルを示す図
【符号の説明】
１    マンドレル
１ａ    テーパ部
２    クロスヘッド押出機
３    クロスヘッドダイ
４    ゴム配合物
２０    ガイドローラ
２１    受台
２２    シリンダ
３２    検出ローラ
４０    支持ローラ
Ｘ    ゴムホース
Ｘａ    テーパ部
【図１】
0004068754.tif 000002
【図２】
0004068754.tif 000003
【図３】
0004068754.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004068754.tif 000008
【図８】
0004068754.tif 000009
【図９】
0004068754.tif 000010
【図１０】
0004068754.tif 000011
【図１１】
0004068754.tif 000012
【図１２】
0004068754.tif 000013