高周波誘電加熱装置、及び高周波誘電加熱方法
【課題】円筒状の被加熱材を厚さ方向、軸方向の両方において、均一に加熱する。
【解決手段】加硫成型装置１０は、内型２０と外型４０を備える。内型２０の外周面２７には、筒状に形成された被加熱材３０を装着する。外型４０は、略円筒形の収納室を有し、その内周面に沿うように円筒形の電極材６５を備える。電極材６０の内部には、被加熱材３０を装着した内型２０を配置する。外型４０のゴムジャケット４３は、圧力媒体によって、電極材６０を介して、被加熱材３０を加圧する。電極材６５と内型２０の間に高周波電圧を印加し、高周波誘電によって被加熱材３０を加熱する。内型２０内の中空部２８には、加熱媒体を供給し、被加熱材３０を加熱する。外型４０の外周を取り囲むように補助加熱装置９０を設け、補助加熱装置９０によっても被加熱材３０を加熱する。
【解決手段】加硫成型装置１０は、内型２０と外型４０を備える。内型２０の外周面２７には、筒状に形成された被加熱材３０を装着する。外型４０は、略円筒形の収納室を有し、その内周面に沿うように円筒形の電極材６５を備える。電極材６０の内部には、被加熱材３０を装着した内型２０を配置する。外型４０のゴムジャケット４３は、圧力媒体によって、電極材６０を介して、被加熱材３０を加圧する。電極材６５と内型２０の間に高周波電圧を印加し、高周波誘電によって被加熱材３０を加熱する。内型２０内の中空部２８には、加熱媒体を供給し、被加熱材３０を加熱する。外型４０の外周を取り囲むように補助加熱装置９０を設け、補助加熱装置９０によっても被加熱材３０を加熱する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばワンポット式の加硫成型装置等に適用される高周波誘電加熱装置及び高周波誘電加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スリーブ状の被加熱材を加圧・加熱するための装置として、例えばワンポット式の加硫成型装置が知られている（例えば特許文献１）。この加硫成型装置においては、被加熱材は、筒状の外型と、外型内部に同心的に配置される内型の間に配置され、外型および内型の内部に供給される熱媒体により加熱されるとともに、外型と内型によって挟圧され、加熱・加圧されることにより加硫成型される。
【０００３】
このワンポット式の加硫成型装置においては、外型または内型に供給される熱媒体の熱エネルギーが、被加熱材の外周面および内周面から被加熱材の内部に熱伝導され、これにより被加熱材全体が加熱される。しかし、被加熱材は、例えばゴムや樹脂で構成される場合、一般的にその熱伝導率が低く、熱伝導による加熱では、被加熱材内部には充分に熱エネルギーが伝導されない。
【０００４】
そこで、近年、被加熱材をその内部から加熱する方法が検討されつつあり、その方法の一つとして被加熱材を電極間に配置して、高周波誘電加熱により加熱する方法が提案されつつある。
【０００５】
例えば筒状形状を呈する被加熱材を高周波誘電加熱により加熱する場合、上部電極と下部電極の間に、被加熱材を保持したホルダーを配置させ、ホルダーとともに被加熱材を回転させながら、被加熱材を加熱する方法が知られている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−８２４号公報
【特許文献２】特開平１１−１２３７５８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、特許文献２に記載の高周波誘電加熱によれば、ホルダーを回転させるために余計な動力が必要な上に、ホルダーも高周波電圧により加熱されるので、加熱効率が低下させられる。また、被加熱材はホルダーによって保持されているので、被加熱材に圧力を付勢することは困難である。
【０００７】
したがって、特許文献２に記載の高周波誘電加熱においては、ホルダーを省略することが考えられる。しかし、ホルダーによって被加熱材が回転されないと、円筒形の被加熱材には均一に高周波電圧が印加されないので、被加熱材を均一に加熱することが困難である。
【０００８】
そこで、本願発明においては、上記問題点に鑑みて成されたものであり、筒状形状を呈する被加熱材を加圧しながら効率よく加熱するとともに、被加熱材を軸方向において均一に加熱することができる高周波誘電加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る高周波誘電加熱装置は、外周面に筒状の被加熱材が取り巻かれて装着される内型と、被加熱材の外周面に沿うように配置される電極材と、内型を内部に配置させると共に、その一部が高圧空気によって内側に膨張し、被加熱材を、その外周側から電極材を介して押圧して内型とともに挟圧し、被加熱材を加圧する外型と、電極材と内型の間に高周波電圧を印加し、被加熱材を高周波誘電によって加熱する電圧印加手段と、被加熱材を外周側から加熱し、又は外型を加熱する第１の補助加熱手段とを備える。
【００１０】
被加熱材を内周側から加熱し、又は内型を加熱する第２の補助加熱手段を備えることが好ましい。例えば、内型は、内部が中空部に形成され、中空部に加熱媒体が供給され、被加熱材を内周側から加熱する第２の補助加熱手段である。例えば、外型は、有底円筒形状を呈し、その内周面の一部が高圧空気によって内側に向けて膨張するジャケット部に形成される。
【００１１】
第１の補助加熱手段は、例えば、外型の外周を取り巻くように配置されても良いし、外型の内部には、高圧空気が供給されるために中空部が形成されると共に、第１の補助加熱手段が、中空部の内部に配置されても良い。さらに、本発明に係る高周波誘電加熱装置は、第１の補助加熱手段の外周を被覆する保温材を備えていたほうが良い。
【００１２】
第１の補助加熱手段は、被加熱材の軸方向において、不均一に加熱制御可能であることが好ましく、例えば、第１の補助加熱手段は、軸方向に沿って並べられた独立加熱制御可能な複数の加熱部を備える。
【００１３】
被加熱材の軸方向において上側及び下側に設けられた加熱部は、相対的に高温に設定されると共に、中央に設けられた加熱部は相対的に低温に設定されることが好ましい。例えば、第１の補助加熱手段は第１乃至第３の加熱部を有し、第１、第２、第３の加熱部は、それぞれ、外型の軸方向において、相対的に上側部分、中央部分、下側部分に設けられる。また、第１の補助加熱手段、すなわち、各加熱部は、電熱線から形成されることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る高周波誘電加熱方法は、内型の外周面に筒状の被加熱材を装着するとともに、内型を外型内に配置させ、電極材を被加熱材の外周面に沿うように配置させる工程と、外型の一部を高圧空気によって内側に膨張させ、被加熱材を、その外周側から電極材を介して押圧して、外型と内型によって挟圧する工程と、電極材と内型の間に高周波電圧を印加し、被加熱材を高周波誘電によって加熱すると共に、高周波誘電及び高圧空気とは異なる手段によって、被加熱材を外周側から加熱し、又は外型を加熱する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、高周波誘電加熱と共に、被加熱材を加圧するための手段とは異なる手段によって、被加熱材を外周側から補助的に加熱することにより、被加熱材をその軸方向において均一に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る加硫成型装置を示す。加硫成型装置１０は、内型２０と、内型２０を内部に収納する外型４０を有する。内型２０は、略円柱状に金属で形成され、その内型２０内部には熱媒体や冷却水が通過できるように中空部２８が形成され、中空部２８に熱媒体が供給されることにより、内型２０が加熱させられる。内型２０の上面２２および下面２３にはそれぞれ、内型２０内部に熱媒体を送入出するための入出管２４、２５が設けられる。入出管２４、２５は、上面２２および下面２３の中心から、それぞれ上方および下方に突出する。なお、熱媒体としては、水蒸気が使用されるが、オイル等も使用可能である。
【００１７】
図２は、内型２０の外周面に装着される被加熱材３０を示す。内型２０の外周面２７には、織布、編布等の基布８０が巻き付けられた後、心線８２が周長方向に沿って螺旋状に巻き付けられ、その心線８２の上にはさらにゴムシート８１が巻き付けられる。このように巻き付けられて装着された基布８０、心線８２、ゴムシート８１は、略円筒形状を呈し、後述する高周波誘電によって加熱されるための被加熱材３０となる。略円筒状の被加熱材３０は、その軸方向の長さが、図１に示すように内型２０の軸Ｘ方向の長さより短く、内型２０の下端部、上端部においては、被加熱材３０が巻きつけられていない。なお、被加熱材３０は、この構成に限定されず、高周波誘電により加熱され得るものを含めば良く、例えば各種樹脂、エラストマー、高分子天然材料を含むものであれば良い。
【００１８】
外型４０は、有底の略円筒形状を呈する外枠部４１と、外枠部４１の上面に覆うように接続される上蓋部４２と、外枠部４１の内側に設けられるゴムジャケット４３とを備える。外枠部４１および上蓋部４２は、電流が導通可能なように金属で形成される。外枠部４１の底部５０は、その中央部に入出管２５が挿通するための貫通孔４６が設けられる。上蓋部４２は、内型２０を挿入するための円形の開口部４５が形成される。上蓋部４２の下面および底部５０の上面には、それぞれ下方および上方に突出する環状の上蓋突出部５６および底部突出起部５７が連接される。
【００１９】
ゴムジャケット４３は、円筒形状を呈し外枠部４１と同心的に配設されるとともに、その円筒形状の両端部が拡径するように広げられ、上蓋突出部５６および底部突出部５７の外周側の側面に嵌合されて上蓋部４２および底部５０に固定される。ゴムジャケット４３は、これら突出部に嵌合することにより、その径方向内側に向かって膨張された場合でも、ゴムジャケット４３の上蓋部４２および底部５０に対する固定状態は維持される。
【００２０】
ゴムジャケット４３と外枠部４１の内周面７２の間には、底部５０を底面とし、上蓋部４２を上面とする中空部５４が形成される。ゴムジャケット４３の内周面は、突出部５６、５７の内周面、開口部４５の内周面とともに、略同一曲面を形成し、これにより、外型４０は、この同一曲面を内周面とし、底部５０を底面とする有底円筒状の収納室６７を形成する。
【００２１】
ゴムジャケット４３（すなわち収納室６７）の内部には、電極材６０が配置される。電極材６０は、円筒形に形成される電極部６５と、電極部６５の上端部から外側に向かって広がる鍔部６６を有する。電極部６５は、収納室６７の内周面に沿うように外枠部４１に同心的に設けられ、鍔部６６は上蓋部４２の上面に沿って設けられる。電極材６０の鍔部６６は上蓋部４２の上面に固定され、これにより電極材６０は、外型４０に取り付けられている。また、電極材６５の下端部は、後述するように、突出部５７の内周面に上下方向に移動可能に支持されている。外枠部４１には、注入口５１、５２が設けられ、注入口５１、５２から中空部５４に高圧空気である圧力媒体が注入・排出される。
【００２２】
被加熱材３０の上には、基部６１ａ及び突出部６１ｂによって一体に形成され、断面Ｌ字状を呈する第１絶縁ブロック６１が設けられる。基部６１ａは、円筒状を呈すると共に、突出部６１ｂは基部６１ａの外周に沿って、基部６１ａの下面から下方に向けて突出し、円筒状を呈する。内型２０が外型４０内に収納されるとき、基部６１ａは、図３に示すように、内型２０の上面２２に載せられ、突出部６１ｂは内型２０と外型４０の間に配置され、被加熱材３０の上面近傍まで突出する。第１絶縁ブロック６１には、外周部近傍において、内型２０の軸方向に貫通したエア抜き穴７１が設けられる。
【００２３】
底部５０の上面には、内径が挿通孔４６の径に一致する円筒状の基部６２ａと、基部６２ａの外周に沿って上方に突出し、外周が電極部６５の内周面に沿うように形成される円筒状の突出部６２ｂから構成される断面Ｌ字状の第２絶縁ブロック６２が設けられる。第１及び第２の絶縁ブロック６１、６２は、シリコン、またはフッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン）等の絶縁体で形成される。
【００２４】
外枠部４１のさらに外周側には、補助加熱装置９０が設けられる。補助加熱装置９０は、外型４０の軸方向に沿うように並べられた第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３から構成される。第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３それぞれは、電気を通電することにより発熱する電熱線から形成されると共に略円筒形状を呈し、それぞれ独立に加熱制御可能である。第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３は、それぞれ、外型４０の軸方向における、外枠部４１（外型４０）の外周面の上側部分、中央部分、及び下側部分を取り囲むように配置される。第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３の外周面は、石綿等で形成される保温材９４で被覆されている。
【００２５】
図３は、内型２０が外型４０内に収納されたときの加硫成型装置を示す。被加熱材３０が装着された内型２０が、外型４０内に収納されると、内型２０の入出管２５が第２絶縁ブロック６２の基部６２ａの内側、及び貫通孔４６の内部に挿通され、内型２０の下面２３が基部６２ａの上面に載置される。これにより、被加熱材３０の下面は、突出部６２ｂの上面に接触し、または近接される。このように内型２０が収納されると、内型２０の軸Ｘと外型４０（外枠部４１）の軸が一致し、被加熱材３０は電極部６５の径方向内側に配置され、その外周面が電極部６５の内周面に沿うように配置される。すなわち、内型２０が外型４０内に収納されると、内型２０、外型４０、被加熱材３０および電極部６５は、同心的に設けられ、それぞれの軸は一致する。
【００２６】
内型２０が、収納室６７内に収納されると、内型２０および外型４０には、それぞれ導線（不図示）が接続され、これら導線は、電圧供給のための不図示の電源に接続される。電源は０．５〜１００ｋＷの範囲で高周波誘電のための電圧を出力することが可能である。外型４０は、電極材６０が取り付けられた上蓋部４２を介して、電極部６５に電気的に接続されており、電極部６５と内型２０の間には、高周波電圧が印加可能になる。
【００２７】
次に、本実施形態における加熱・加硫方法について説明する。内型２０が外型４０内に収納された状態において、内型２０の中空部２８内には、熱媒体が供給され、内型２０が加熱されると共に、補助加熱装置９０が通電されて加熱される。補助加熱装置９０は、第３の加熱部９３が最も高温に設定され、外型４０及び被加熱材３０に最も多いエネルギーを供給する共に、第２の加熱部９２が最も低温に設定され、外型４０及び被加熱材３０に最も少ない熱エネルギーを供給する。
【００２８】
次いで、外型４０に設けられた中空部５４内部に圧力媒体が供給され、ゴムジャケット４３がその径方向内側に膨張させられる。ゴムジャケット４３の膨張により、円筒形の電極部６５は縮径し、内側に撓んで変位させられ、被加熱材３０に密着する。そして、被加熱材３０は、電極部６５を介してゴムジャケット４３に押圧され、これにより被加熱材３０は、ゴムジャケット４３と内型２０に挟圧され、所定圧力が付勢される。
【００２９】
このように所定圧力が付勢された状態で、内型２０と外型４０の間には、電力が供給され、電極部６５と、内型２０の間には、高周波電圧が印加され、被加熱材３０は高周波誘電により加熱される。また、上述したように、内型２０内は熱媒体により加熱されると共に、補助加熱装置９０は通電して加熱されている。したがって、被加熱材３０は、高周波誘電加熱、内型２０内の加熱、及び補助加熱装置９０の加熱によって所定時間加熱され、加硫成型される。
【００３０】
被加熱材３０の加熱が終了すると、高周波電圧の印加及び補助加熱装置９０への通電が停止されると共に、内型２０内には、冷却水が供給され、被加熱材３０が冷却された後、外型４０から内型２０が取り出される。内型２０は、外部に取り出された後、被加熱材３０が内型２０から取り外され、これにより加硫成型された円筒状の被加熱材が得られる。なお、本実施形態においては、加硫成型された被加熱材は、基布８０と、基布８０に巻き付けられた心線８２と、心線８２に加硫接着されたゴム層とを備えるベルトスラブとなる。ベルトスラブは、研磨加工された後、周方向に沿って切断され、無端状の平ベルト、Ｖベルト等の各種ベルトと成る。勿論、被加熱材３０は、加熱・加圧されることにより、ベルトスラブ以外のものに成型されても良い。
【００３１】
以上のように、円筒形状の被加熱材３０は厚さ方向に高周波電圧が印加され、その厚さ方向において略均一に加熱される。一方、高周波誘電によって加えられた熱エネルギーは被加熱材３０の上面及び下面から放出されるので、被加熱材３０は、その軸方向において均一に加熱されないおそれがある。しかし、高周波誘電加熱と共に、内型２０内部の熱媒体及び第１〜第３の加熱部９１〜９３によっても、被加熱材３０が加熱されているので、被加熱材３０は軸方向においても、均一に加熱されることが可能である。
【００３２】
特に、被加熱材３０には、第１及び第３の加熱部９１、９３によって、軸Ｘ方向における上側部分及び下側部分に相対的に多量の熱エネルギーが供給される。したがって、被加熱材３０の下側部分及び上側部分は、高周波誘電によって供給された熱エネルギーを放出するが、その放出分は補助加熱装置９０の加熱によって補うことが可能である。さらに、本実施形態においては、第１乃至第３の加熱部９１〜９３の外周は、保温材９４が被覆されているため、第１乃至第３の加熱部９１〜９３の熱エネルギーは効率的に被加熱材３０及び外型４０に伝播される。
【００３３】
また、内型２０及び外型４０それぞれは、熱媒体及び補助加熱装置９０によって、加熱されるので、被加熱材３０の内周面及び外周面から放出されて損失される熱エネルギーは減少される。
【００３４】
なお、本実施形態において、被加熱材３０は、外型４０を支持する土台部分によって吸熱されるため、被加熱材３０の下側部分の熱損失は、上側部分に比べて高くなる。したがって、上述したように、第３の加熱部９３の方が、第１の加熱部９１より高く加熱されている。なお、本実施形態では、高周波電圧の印加は、被加熱材３０の加熱が終了するまで、継続して行われたが、途中で停止されても良い。
【００３５】
なお、被加熱材３０とゴムジャケット４３の間、および内型２０と被加熱材３０の間、並びに被加熱材３０内に内在される空気は、ゴムジャケット４３の加圧により、第１絶縁ブロック６１に設けられたエア抜き穴７１より加硫成型装置１０の外部に放出される。さらに、本実施形態では、内型２０は、第２絶縁ブロック６２を介して、外型４０上に載置され、これにより内型２０と外型４０の接触が有効に防止され、ショートが防止される。また、ゴムジャケット４３と、外型４０との固定部分から、圧力媒体が漏れるおそれがあるが、補助加熱は第１〜第３の加熱部によってなさるので、圧力媒体を水蒸気にする必要がなく、圧力媒体が原因でショートするおそれもない。
【００３６】
図４は、外型４０に設けられた電極材６０を示す。電極材６０は、上述したように略円筒形状を呈する電極部６５と、電極部６５の上端部に接続され、外側に向けて広がる鍔部６６が設けられる。電極材６０は、例えば、鉄、アルミニウム、銅、その他の導電性の高い金属、又はこれらの合金により一体的に形成される。
【００３７】
電極部６５には、その軸方向に平行に延びる矩形の複数のスリット７５が設けられ、これら複数のスリット７５によって電極部６５は、その軸方向に延びる複数の薄板部７６として、周方向に分離されている。ここで、各スリット７５は、電極部６５の上端から所定の距離おいた位置から、下端から所定の距離おいた位置まで延び、電極部の下端部と上端部においては、電極部６５は周方向に分離されてない。すなわち、複数の軸方向に延びる薄板部７６は、その両端部が、周方向全周に亘って延びる環状の固定部７７により、連接されている。ここで、各薄板部７６はその厚さが非常に薄く可撓性を有し、径方向に押圧されると、固定部７７を支点としてその押圧される方向に撓みつつ変位される。
【００３８】
薄板部７６の下端部を連接する固定部７７には、電極材６０の軸方向に延び、スリット７５より幅及び長さが短い２以上の支持スリット９７が設けられる。底部突出部５７（図１参照）の内周面の支持スリット９７に対向する位置には、幅長さが支持スリット９７にほぼ等しく、軸方向の長さが支持スリット９７より短い突起（不図示）が設けられている。接続部４８に設けられた突起は、支持スリット９７内に挿通され、これにより電極材６０は、周方向には変位できないが、軸方向に所定量以上変位しようとすると、突起によりその変位が規制される。すなわち、電極材６０は、軸方向に変位可能に接続部４８により支持される。なお、電極材６０には、支持スリット９７が設けられず、接続部４８によって支持されていなくても良い。
【００３９】
なお、電極材６０の電極部６５および鍔部６６の厚さ、すなわち各薄板部７６の厚さは、ゴムジャケット４３の押圧により変形可能な範囲であれば良く、例えば０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍである。また、各スリットは、同一の矩形形状を呈し、等間隔に設けられ、その幅が例えば１〜５ｍｍ、好ましくは２ｍｍである。一方、各薄板部の幅は、例えば１５〜２５ｍｍ、好ましくは２０ｍｍである。
【００４０】
電極材６０が加硫成形装置１０に取り付けられている場合、電極材６０の固定部７７は、上蓋部４２の側面４５および、底部５０の接続面４８に対向する位置に設けられる。一方、各薄板部７６はゴムジャケット４３に対向する位置に設けられる。したがって、ゴムジャケット４３がその径方向内側に向けて膨張させられると、固定部７７は、ゴムジャケット４３によりほとんど押圧されないが、各薄板部７６はゴムジャケット４３により押圧される。
【００４１】
各薄板部７６は押圧されると、径方向内側に変形しつつ変位し、電極部６５が縮径して、各薄板部７６が接近させられる。したがって、電極部６５が押圧される前に離間されていた各薄板部７６は、押圧されるとほとんど接するような状態になる。すなわち、被加熱材３０の外周面のほぼ全ての領域は、電極部６５によって覆われることとなる。
【００４２】
以上の構成により、円筒形状の被加熱材３０は、その内周面のほぼ全ての領域が内型２０に、外周面のほぼ全ての領域が電極部６５に密着させられている。したがって、被加熱材３０は、高周波誘電加熱により、効率よく加熱される。また、複数に分割された各薄板部７６は、固定部７７によって連接されることにより、固定部７７から容易に電力供給を受けることができる。
【００４３】
また、被加熱材３０が加熱により膨張・収縮し、その外周面の径が大きく（または小さく）なる場合でも、電極材６０は、その拡径（または縮径）に追随して拡径（または縮径）し、加熱中継続して被加熱材３０に密着させられる。ここで、各薄板部７６は、接近し重なる場合もあるが、そのような場合でも、各薄板部７６は薄いので、被加熱材３０に充分に密着させられる。同様の理由により、被加熱材３０の外周径が異なるような場合でも、各薄板部７６は、被加熱材３０に密着可能であり、本実施形態に係る加硫成型装置１０では、周径の異なる被加熱材を加熱可能である。
【００４４】
さらに、電極材６０は可撓性を有し、変形して外周面に密着するので、ゴムジャケット４３からの押圧力を被加熱材に伝播させやすい。そして、被加熱材３０の外周面のほぼ全ての領域は電極部６５に密着させられるので、被加熱材には均一に圧力が付勢しやすい。なお、スリットは軸方向に対して、傾いていても良く、また例えばジグザグ、Ｚ字状、Ｓ字状に蛇行して延びていても良い。また、電極部６５は、被加熱材３０の外周面に沿うように配置されれば、ゴムジャケット４３の内部に埋設されていても良い。この場合、電極材６０において、鍔部６６は省略される。さらには、電極材６０は外型４０に取り付けられていなくても良く、被加熱材３０の外周に巻かれていても良い。また、電極部６５は可撓性を有する金属板で形成され、スリット７５が設けられていなくても良い。
【００４５】
図５は、第２の実施形態に係る加硫成型装置を示す。第１の実施形態と第２の実施形態との相違点は、補助加熱装置９０及び保温材９４の配置位置のみであるので、以下その相違点について説明する。図５に示すように、補助加熱装置９０は、外型４０の内部であって、ゴムジャケット４３と内周面７２の間に形成された中空部５４内に配置される。補助加熱装置９０は、第１の実施形態と同様に、軸方向Ｘにおける、ゴムジャケット４３の上側部分、中央部分、及び下側部分それぞれを取り囲む第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３を備える。第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３の外周面には、さらに保温材９４が被覆されている。
【００４６】
以上のような構成によれば、被加熱材４３に近接する位置に補助加熱装置９０を配置させることができるので、より効率的に被加熱材４３を加熱することができる。
【００４７】
なお、第１及び第２の実施形態において、補助加熱装置９０を構成する独立に加熱制御可能な加熱部は複数あることが好ましいが、１つ以上であればいくつであっても良い。また、各加熱部の軸方向の高さは互いに同一であっても良いし、異なっていても良い。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明について、実施例を用いて具体的に説明する。ただし、本発明は以下説明する実施例によって何ら限定されるものではない。
【００４９】
［実施例］
実施例においては、第１の実施形態の製造方法に倣って平ベルトを製造し、円柱形の内型に織布、心線及び、天然ゴムから形成される未加硫ゴムシートを順に巻き付けた。未成型ベルトスリーブを装着した内型を外型に挿入した後、電極部と内型の間に、加熱設定温度を１７０℃とし、高周波電圧を印加した。また、内型内には１７０℃の水蒸気を供給するとともに、外型内には、高圧空気を供給し、高圧空気によりゴムジャケットを膨張させ、外型と内型により未成型ベルトスリーブを挟圧した。さらに、電熱線から構成され、軸方向に並べられる第１、第２、第３の加熱部は、それぞれ、１９０℃、１７０℃、２００℃に加熱した。以上の加熱によって、被加熱材を加硫し、筒状のベルトスラブを得た。得られたベルトスラブを冷却した後、内型を外型から取り出し、ベルトスラブを内型から取り外した。ベルトスラブは、厚さ７ｍｍ、周長長さ４００ｍｍ、軸方向の高さ（スラブ高さ）４５０ｍｍのものであった。
【００５０】
［比較例］
比較例においては、内型内に熱媒体を供給せず、補助加熱装置を設けなかった以外は、実施例と同様の条件によりベルトスラブを製造した。
【００５１】
［ベルトの評価方法］
得られた実施例及び比較例のベルトスラブにおいて、軸方向における最上部、中央部、最下部から試験サンプルを取り出し評価した。
【００５２】
［ピコ摩耗試験］
ピコ摩耗試験は、ＪＩＳＫ６２６４に準拠して行った。具体的には、ゴム層の厚さ方向における外表面部分から取り出した厚さ２ｍｍ、径２５ｍｍの円盤形状の試験片を、ＪＩＳＫ６２６４に記載される方法に従って摩耗させ、摩耗量を測定した。ピコ摩耗試験において、摩耗された摩耗量を表１に示す。
【００５３】
［剥離強度］
図６は、剥離強度の試験方法を示すための模式図である。本試験では、試験機として島津製作所製オートグラフＡＧＳ−５ＫＮを用いた。試験サンプル１００はベルトスラブを周方向に沿って幅２５ｍｍに切断した後、幅方向に沿って切断した帯状の平ベルトを用いた。図６に示すように、試験サンプル１００において、織布１８０及び心線１８２からゴム層１８１を５０ｍｍ以上剥離させ、織布１８０及び心線１８２を共に第１のチャック１９１で掴み、ゴム層１８２を第２のチャック１９２で掴んだ。第１及び第２のチャック１９１、１９２を、サンプルの長手方向に沿って、それぞれ反対方向に引っ張ることにより、ゴム層１８２を５０ｍｍ／分で剥離させ、剥離強度を測定した。
【００５４】
［破断強度及び破断伸度］
破断強度及び破断伸度の測定は、試験機として島津製作所製オートグラフＡＧＳ−５ＫＮを用いて行った。試験サンプルはベルトスラブを周方向に沿って幅１０ｍｍに切断した後、幅方向に沿って切断した帯状の平ベルトを用いた。試験サンプルは、測定部が２００ｍｍになるように長さ方向における両端それぞれをチャックで挟み、長さ方向に５００ｍｍ／分で引っ張り、破断強度及び破断伸度を測定した。
【００５５】
［硬さ］
実施例、比較例に係るベルトスラブのゴム層のゴム硬さを、ＪＩＳ Ｋ６２５３−１９９７ ＴｙｐｅＡの測定方法に従って測定した。
【００５６】
［耐屈曲性］
実施例及び比較例のベルトスラブを周長方向に沿って切断して得られた幅１０ｍｍの無端状の平ベルトを試験サンプルとし、図７に示すベルトレイアウトで取り付け、耐屈曲性を評価した。本試験では、図７から明らかなように、原動及び従動平プーリ２０１、２０２に実施例又は比較例の平ベルト１００を掛け回し、テンショナ２０３でベルトの外周側からテンションを付勢した。平ベルト１００は、１５．７ｍ／ｓの速度で半時計回りに回転させ、ベルトが破壊されるまでの屈曲回数を測定した。なお、本試験においては、平ベルトは、１回転毎に、プーリを３回通過するので、ベルト１回転毎に屈曲回数は３回とカウントする。
【００５７】
【表１】
※耐屈曲試験において、１×１０８回以上とあるのは、１×１０８回屈曲されてもベルトが破断しなかったことを示す。
【００５８】
表１に示すように、比較例のベルトスラブにおいては、軸方向における最上部、最下部の摩耗量に比べて、中央部の摩耗量が多くなった。これは、中央部が最下部及び最上部に比べ、充分に加熱されなかったことによるものである。それに対して、実施例における軸方向における最上部、中央部、最下部はピコ磨耗が略同一であり、被加熱材は均一に加熱されたと理解できる。
【００５９】
同様に、実施例のベルトスラブについてのその他の測定値も、軸方向における位置が異なってもほぼ同一になった。それに対して、比較例のベルトスラブにおいては、最上部及び最下部の各測定値が、スラブ中央部の各測定値より低く、スラブ上部及び下部は、強度が低下していたことが理解できる。これは、実施例のベルトスラブは、軸方向の位置が異なっていても均一に加熱されているが、比較例のベルトスラブは、軸方向における上部、及び下部が、中央部に比べ充分に加熱されず、加硫不足であったためと考えられる。
【００６０】
以上の実施例から明らかなように、本発明においては、高周波誘電加熱とは別の媒体で、外周側及び内周側から被加熱材を加熱することにより、軸方向において温度むらなく均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施形態に係る加硫成型装置の内型と外型の断面図である。
【図２】被加熱材の模式的な断面図である。
【図３】内型が外型内に挿入されたときの加硫成型装置を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る電極材を示す斜視図である。
【図５】第２の実施形態に係る加硫成型装置の内型と外型の断面図である。
【図６】剥離強度の試験方法を示すための模式図である。
【図７】耐屈曲試験におけるベルトレイアウトを示すための模式図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 加硫成型装置
２０ 内型
２７ 外周面
３０ 被加熱材
４０ 外型
４３ ゴムジャケット（ジャケット部）
２８、５４ 中空部
６０ 電極材
９０ 補助加熱装置
９１〜９３ 第１〜第３の加熱部
９４ 保温材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばワンポット式の加硫成型装置等に適用される高周波誘電加熱装置及び高周波誘電加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スリーブ状の被加熱材を加圧・加熱するための装置として、例えばワンポット式の加硫成型装置が知られている（例えば特許文献１）。この加硫成型装置においては、被加熱材は、筒状の外型と、外型内部に同心的に配置される内型の間に配置され、外型および内型の内部に供給される熱媒体により加熱されるとともに、外型と内型によって挟圧され、加熱・加圧されることにより加硫成型される。
【０００３】
このワンポット式の加硫成型装置においては、外型または内型に供給される熱媒体の熱エネルギーが、被加熱材の外周面および内周面から被加熱材の内部に熱伝導され、これにより被加熱材全体が加熱される。しかし、被加熱材は、例えばゴムや樹脂で構成される場合、一般的にその熱伝導率が低く、熱伝導による加熱では、被加熱材内部には充分に熱エネルギーが伝導されない。
【０００４】
そこで、近年、被加熱材をその内部から加熱する方法が検討されつつあり、その方法の一つとして被加熱材を電極間に配置して、高周波誘電加熱により加熱する方法が提案されつつある。
【０００５】
例えば筒状形状を呈する被加熱材を高周波誘電加熱により加熱する場合、上部電極と下部電極の間に、被加熱材を保持したホルダーを配置させ、ホルダーとともに被加熱材を回転させながら、被加熱材を加熱する方法が知られている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−８２４号公報
【特許文献２】特開平１１−１２３７５８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、特許文献２に記載の高周波誘電加熱によれば、ホルダーを回転させるために余計な動力が必要な上に、ホルダーも高周波電圧により加熱されるので、加熱効率が低下させられる。また、被加熱材はホルダーによって保持されているので、被加熱材に圧力を付勢することは困難である。
【０００７】
したがって、特許文献２に記載の高周波誘電加熱においては、ホルダーを省略することが考えられる。しかし、ホルダーによって被加熱材が回転されないと、円筒形の被加熱材には均一に高周波電圧が印加されないので、被加熱材を均一に加熱することが困難である。
【０００８】
そこで、本願発明においては、上記問題点に鑑みて成されたものであり、筒状形状を呈する被加熱材を加圧しながら効率よく加熱するとともに、被加熱材を軸方向において均一に加熱することができる高周波誘電加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る高周波誘電加熱装置は、外周面に筒状の被加熱材が取り巻かれて装着される内型と、被加熱材の外周面に沿うように配置される電極材と、内型を内部に配置させると共に、その一部が高圧空気によって内側に膨張し、被加熱材を、その外周側から電極材を介して押圧して内型とともに挟圧し、被加熱材を加圧する外型と、電極材と内型の間に高周波電圧を印加し、被加熱材を高周波誘電によって加熱する電圧印加手段と、被加熱材を外周側から加熱し、又は外型を加熱する第１の補助加熱手段とを備える。
【００１０】
被加熱材を内周側から加熱し、又は内型を加熱する第２の補助加熱手段を備えることが好ましい。例えば、内型は、内部が中空部に形成され、中空部に加熱媒体が供給され、被加熱材を内周側から加熱する第２の補助加熱手段である。例えば、外型は、有底円筒形状を呈し、その内周面の一部が高圧空気によって内側に向けて膨張するジャケット部に形成される。
【００１１】
第１の補助加熱手段は、例えば、外型の外周を取り巻くように配置されても良いし、外型の内部には、高圧空気が供給されるために中空部が形成されると共に、第１の補助加熱手段が、中空部の内部に配置されても良い。さらに、本発明に係る高周波誘電加熱装置は、第１の補助加熱手段の外周を被覆する保温材を備えていたほうが良い。
【００１２】
第１の補助加熱手段は、被加熱材の軸方向において、不均一に加熱制御可能であることが好ましく、例えば、第１の補助加熱手段は、軸方向に沿って並べられた独立加熱制御可能な複数の加熱部を備える。
【００１３】
被加熱材の軸方向において上側及び下側に設けられた加熱部は、相対的に高温に設定されると共に、中央に設けられた加熱部は相対的に低温に設定されることが好ましい。例えば、第１の補助加熱手段は第１乃至第３の加熱部を有し、第１、第２、第３の加熱部は、それぞれ、外型の軸方向において、相対的に上側部分、中央部分、下側部分に設けられる。また、第１の補助加熱手段、すなわち、各加熱部は、電熱線から形成されることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る高周波誘電加熱方法は、内型の外周面に筒状の被加熱材を装着するとともに、内型を外型内に配置させ、電極材を被加熱材の外周面に沿うように配置させる工程と、外型の一部を高圧空気によって内側に膨張させ、被加熱材を、その外周側から電極材を介して押圧して、外型と内型によって挟圧する工程と、電極材と内型の間に高周波電圧を印加し、被加熱材を高周波誘電によって加熱すると共に、高周波誘電及び高圧空気とは異なる手段によって、被加熱材を外周側から加熱し、又は外型を加熱する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、高周波誘電加熱と共に、被加熱材を加圧するための手段とは異なる手段によって、被加熱材を外周側から補助的に加熱することにより、被加熱材をその軸方向において均一に加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る加硫成型装置を示す。加硫成型装置１０は、内型２０と、内型２０を内部に収納する外型４０を有する。内型２０は、略円柱状に金属で形成され、その内型２０内部には熱媒体や冷却水が通過できるように中空部２８が形成され、中空部２８に熱媒体が供給されることにより、内型２０が加熱させられる。内型２０の上面２２および下面２３にはそれぞれ、内型２０内部に熱媒体を送入出するための入出管２４、２５が設けられる。入出管２４、２５は、上面２２および下面２３の中心から、それぞれ上方および下方に突出する。なお、熱媒体としては、水蒸気が使用されるが、オイル等も使用可能である。
【００１７】
図２は、内型２０の外周面に装着される被加熱材３０を示す。内型２０の外周面２７には、織布、編布等の基布８０が巻き付けられた後、心線８２が周長方向に沿って螺旋状に巻き付けられ、その心線８２の上にはさらにゴムシート８１が巻き付けられる。このように巻き付けられて装着された基布８０、心線８２、ゴムシート８１は、略円筒形状を呈し、後述する高周波誘電によって加熱されるための被加熱材３０となる。略円筒状の被加熱材３０は、その軸方向の長さが、図１に示すように内型２０の軸Ｘ方向の長さより短く、内型２０の下端部、上端部においては、被加熱材３０が巻きつけられていない。なお、被加熱材３０は、この構成に限定されず、高周波誘電により加熱され得るものを含めば良く、例えば各種樹脂、エラストマー、高分子天然材料を含むものであれば良い。
【００１８】
外型４０は、有底の略円筒形状を呈する外枠部４１と、外枠部４１の上面に覆うように接続される上蓋部４２と、外枠部４１の内側に設けられるゴムジャケット４３とを備える。外枠部４１および上蓋部４２は、電流が導通可能なように金属で形成される。外枠部４１の底部５０は、その中央部に入出管２５が挿通するための貫通孔４６が設けられる。上蓋部４２は、内型２０を挿入するための円形の開口部４５が形成される。上蓋部４２の下面および底部５０の上面には、それぞれ下方および上方に突出する環状の上蓋突出部５６および底部突出起部５７が連接される。
【００１９】
ゴムジャケット４３は、円筒形状を呈し外枠部４１と同心的に配設されるとともに、その円筒形状の両端部が拡径するように広げられ、上蓋突出部５６および底部突出部５７の外周側の側面に嵌合されて上蓋部４２および底部５０に固定される。ゴムジャケット４３は、これら突出部に嵌合することにより、その径方向内側に向かって膨張された場合でも、ゴムジャケット４３の上蓋部４２および底部５０に対する固定状態は維持される。
【００２０】
ゴムジャケット４３と外枠部４１の内周面７２の間には、底部５０を底面とし、上蓋部４２を上面とする中空部５４が形成される。ゴムジャケット４３の内周面は、突出部５６、５７の内周面、開口部４５の内周面とともに、略同一曲面を形成し、これにより、外型４０は、この同一曲面を内周面とし、底部５０を底面とする有底円筒状の収納室６７を形成する。
【００２１】
ゴムジャケット４３（すなわち収納室６７）の内部には、電極材６０が配置される。電極材６０は、円筒形に形成される電極部６５と、電極部６５の上端部から外側に向かって広がる鍔部６６を有する。電極部６５は、収納室６７の内周面に沿うように外枠部４１に同心的に設けられ、鍔部６６は上蓋部４２の上面に沿って設けられる。電極材６０の鍔部６６は上蓋部４２の上面に固定され、これにより電極材６０は、外型４０に取り付けられている。また、電極材６５の下端部は、後述するように、突出部５７の内周面に上下方向に移動可能に支持されている。外枠部４１には、注入口５１、５２が設けられ、注入口５１、５２から中空部５４に高圧空気である圧力媒体が注入・排出される。
【００２２】
被加熱材３０の上には、基部６１ａ及び突出部６１ｂによって一体に形成され、断面Ｌ字状を呈する第１絶縁ブロック６１が設けられる。基部６１ａは、円筒状を呈すると共に、突出部６１ｂは基部６１ａの外周に沿って、基部６１ａの下面から下方に向けて突出し、円筒状を呈する。内型２０が外型４０内に収納されるとき、基部６１ａは、図３に示すように、内型２０の上面２２に載せられ、突出部６１ｂは内型２０と外型４０の間に配置され、被加熱材３０の上面近傍まで突出する。第１絶縁ブロック６１には、外周部近傍において、内型２０の軸方向に貫通したエア抜き穴７１が設けられる。
【００２３】
底部５０の上面には、内径が挿通孔４６の径に一致する円筒状の基部６２ａと、基部６２ａの外周に沿って上方に突出し、外周が電極部６５の内周面に沿うように形成される円筒状の突出部６２ｂから構成される断面Ｌ字状の第２絶縁ブロック６２が設けられる。第１及び第２の絶縁ブロック６１、６２は、シリコン、またはフッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン）等の絶縁体で形成される。
【００２４】
外枠部４１のさらに外周側には、補助加熱装置９０が設けられる。補助加熱装置９０は、外型４０の軸方向に沿うように並べられた第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３から構成される。第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３それぞれは、電気を通電することにより発熱する電熱線から形成されると共に略円筒形状を呈し、それぞれ独立に加熱制御可能である。第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３は、それぞれ、外型４０の軸方向における、外枠部４１（外型４０）の外周面の上側部分、中央部分、及び下側部分を取り囲むように配置される。第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３の外周面は、石綿等で形成される保温材９４で被覆されている。
【００２５】
図３は、内型２０が外型４０内に収納されたときの加硫成型装置を示す。被加熱材３０が装着された内型２０が、外型４０内に収納されると、内型２０の入出管２５が第２絶縁ブロック６２の基部６２ａの内側、及び貫通孔４６の内部に挿通され、内型２０の下面２３が基部６２ａの上面に載置される。これにより、被加熱材３０の下面は、突出部６２ｂの上面に接触し、または近接される。このように内型２０が収納されると、内型２０の軸Ｘと外型４０（外枠部４１）の軸が一致し、被加熱材３０は電極部６５の径方向内側に配置され、その外周面が電極部６５の内周面に沿うように配置される。すなわち、内型２０が外型４０内に収納されると、内型２０、外型４０、被加熱材３０および電極部６５は、同心的に設けられ、それぞれの軸は一致する。
【００２６】
内型２０が、収納室６７内に収納されると、内型２０および外型４０には、それぞれ導線（不図示）が接続され、これら導線は、電圧供給のための不図示の電源に接続される。電源は０．５〜１００ｋＷの範囲で高周波誘電のための電圧を出力することが可能である。外型４０は、電極材６０が取り付けられた上蓋部４２を介して、電極部６５に電気的に接続されており、電極部６５と内型２０の間には、高周波電圧が印加可能になる。
【００２７】
次に、本実施形態における加熱・加硫方法について説明する。内型２０が外型４０内に収納された状態において、内型２０の中空部２８内には、熱媒体が供給され、内型２０が加熱されると共に、補助加熱装置９０が通電されて加熱される。補助加熱装置９０は、第３の加熱部９３が最も高温に設定され、外型４０及び被加熱材３０に最も多いエネルギーを供給する共に、第２の加熱部９２が最も低温に設定され、外型４０及び被加熱材３０に最も少ない熱エネルギーを供給する。
【００２８】
次いで、外型４０に設けられた中空部５４内部に圧力媒体が供給され、ゴムジャケット４３がその径方向内側に膨張させられる。ゴムジャケット４３の膨張により、円筒形の電極部６５は縮径し、内側に撓んで変位させられ、被加熱材３０に密着する。そして、被加熱材３０は、電極部６５を介してゴムジャケット４３に押圧され、これにより被加熱材３０は、ゴムジャケット４３と内型２０に挟圧され、所定圧力が付勢される。
【００２９】
このように所定圧力が付勢された状態で、内型２０と外型４０の間には、電力が供給され、電極部６５と、内型２０の間には、高周波電圧が印加され、被加熱材３０は高周波誘電により加熱される。また、上述したように、内型２０内は熱媒体により加熱されると共に、補助加熱装置９０は通電して加熱されている。したがって、被加熱材３０は、高周波誘電加熱、内型２０内の加熱、及び補助加熱装置９０の加熱によって所定時間加熱され、加硫成型される。
【００３０】
被加熱材３０の加熱が終了すると、高周波電圧の印加及び補助加熱装置９０への通電が停止されると共に、内型２０内には、冷却水が供給され、被加熱材３０が冷却された後、外型４０から内型２０が取り出される。内型２０は、外部に取り出された後、被加熱材３０が内型２０から取り外され、これにより加硫成型された円筒状の被加熱材が得られる。なお、本実施形態においては、加硫成型された被加熱材は、基布８０と、基布８０に巻き付けられた心線８２と、心線８２に加硫接着されたゴム層とを備えるベルトスラブとなる。ベルトスラブは、研磨加工された後、周方向に沿って切断され、無端状の平ベルト、Ｖベルト等の各種ベルトと成る。勿論、被加熱材３０は、加熱・加圧されることにより、ベルトスラブ以外のものに成型されても良い。
【００３１】
以上のように、円筒形状の被加熱材３０は厚さ方向に高周波電圧が印加され、その厚さ方向において略均一に加熱される。一方、高周波誘電によって加えられた熱エネルギーは被加熱材３０の上面及び下面から放出されるので、被加熱材３０は、その軸方向において均一に加熱されないおそれがある。しかし、高周波誘電加熱と共に、内型２０内部の熱媒体及び第１〜第３の加熱部９１〜９３によっても、被加熱材３０が加熱されているので、被加熱材３０は軸方向においても、均一に加熱されることが可能である。
【００３２】
特に、被加熱材３０には、第１及び第３の加熱部９１、９３によって、軸Ｘ方向における上側部分及び下側部分に相対的に多量の熱エネルギーが供給される。したがって、被加熱材３０の下側部分及び上側部分は、高周波誘電によって供給された熱エネルギーを放出するが、その放出分は補助加熱装置９０の加熱によって補うことが可能である。さらに、本実施形態においては、第１乃至第３の加熱部９１〜９３の外周は、保温材９４が被覆されているため、第１乃至第３の加熱部９１〜９３の熱エネルギーは効率的に被加熱材３０及び外型４０に伝播される。
【００３３】
また、内型２０及び外型４０それぞれは、熱媒体及び補助加熱装置９０によって、加熱されるので、被加熱材３０の内周面及び外周面から放出されて損失される熱エネルギーは減少される。
【００３４】
なお、本実施形態において、被加熱材３０は、外型４０を支持する土台部分によって吸熱されるため、被加熱材３０の下側部分の熱損失は、上側部分に比べて高くなる。したがって、上述したように、第３の加熱部９３の方が、第１の加熱部９１より高く加熱されている。なお、本実施形態では、高周波電圧の印加は、被加熱材３０の加熱が終了するまで、継続して行われたが、途中で停止されても良い。
【００３５】
なお、被加熱材３０とゴムジャケット４３の間、および内型２０と被加熱材３０の間、並びに被加熱材３０内に内在される空気は、ゴムジャケット４３の加圧により、第１絶縁ブロック６１に設けられたエア抜き穴７１より加硫成型装置１０の外部に放出される。さらに、本実施形態では、内型２０は、第２絶縁ブロック６２を介して、外型４０上に載置され、これにより内型２０と外型４０の接触が有効に防止され、ショートが防止される。また、ゴムジャケット４３と、外型４０との固定部分から、圧力媒体が漏れるおそれがあるが、補助加熱は第１〜第３の加熱部によってなさるので、圧力媒体を水蒸気にする必要がなく、圧力媒体が原因でショートするおそれもない。
【００３６】
図４は、外型４０に設けられた電極材６０を示す。電極材６０は、上述したように略円筒形状を呈する電極部６５と、電極部６５の上端部に接続され、外側に向けて広がる鍔部６６が設けられる。電極材６０は、例えば、鉄、アルミニウム、銅、その他の導電性の高い金属、又はこれらの合金により一体的に形成される。
【００３７】
電極部６５には、その軸方向に平行に延びる矩形の複数のスリット７５が設けられ、これら複数のスリット７５によって電極部６５は、その軸方向に延びる複数の薄板部７６として、周方向に分離されている。ここで、各スリット７５は、電極部６５の上端から所定の距離おいた位置から、下端から所定の距離おいた位置まで延び、電極部の下端部と上端部においては、電極部６５は周方向に分離されてない。すなわち、複数の軸方向に延びる薄板部７６は、その両端部が、周方向全周に亘って延びる環状の固定部７７により、連接されている。ここで、各薄板部７６はその厚さが非常に薄く可撓性を有し、径方向に押圧されると、固定部７７を支点としてその押圧される方向に撓みつつ変位される。
【００３８】
薄板部７６の下端部を連接する固定部７７には、電極材６０の軸方向に延び、スリット７５より幅及び長さが短い２以上の支持スリット９７が設けられる。底部突出部５７（図１参照）の内周面の支持スリット９７に対向する位置には、幅長さが支持スリット９７にほぼ等しく、軸方向の長さが支持スリット９７より短い突起（不図示）が設けられている。接続部４８に設けられた突起は、支持スリット９７内に挿通され、これにより電極材６０は、周方向には変位できないが、軸方向に所定量以上変位しようとすると、突起によりその変位が規制される。すなわち、電極材６０は、軸方向に変位可能に接続部４８により支持される。なお、電極材６０には、支持スリット９７が設けられず、接続部４８によって支持されていなくても良い。
【００３９】
なお、電極材６０の電極部６５および鍔部６６の厚さ、すなわち各薄板部７６の厚さは、ゴムジャケット４３の押圧により変形可能な範囲であれば良く、例えば０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍである。また、各スリットは、同一の矩形形状を呈し、等間隔に設けられ、その幅が例えば１〜５ｍｍ、好ましくは２ｍｍである。一方、各薄板部の幅は、例えば１５〜２５ｍｍ、好ましくは２０ｍｍである。
【００４０】
電極材６０が加硫成形装置１０に取り付けられている場合、電極材６０の固定部７７は、上蓋部４２の側面４５および、底部５０の接続面４８に対向する位置に設けられる。一方、各薄板部７６はゴムジャケット４３に対向する位置に設けられる。したがって、ゴムジャケット４３がその径方向内側に向けて膨張させられると、固定部７７は、ゴムジャケット４３によりほとんど押圧されないが、各薄板部７６はゴムジャケット４３により押圧される。
【００４１】
各薄板部７６は押圧されると、径方向内側に変形しつつ変位し、電極部６５が縮径して、各薄板部７６が接近させられる。したがって、電極部６５が押圧される前に離間されていた各薄板部７６は、押圧されるとほとんど接するような状態になる。すなわち、被加熱材３０の外周面のほぼ全ての領域は、電極部６５によって覆われることとなる。
【００４２】
以上の構成により、円筒形状の被加熱材３０は、その内周面のほぼ全ての領域が内型２０に、外周面のほぼ全ての領域が電極部６５に密着させられている。したがって、被加熱材３０は、高周波誘電加熱により、効率よく加熱される。また、複数に分割された各薄板部７６は、固定部７７によって連接されることにより、固定部７７から容易に電力供給を受けることができる。
【００４３】
また、被加熱材３０が加熱により膨張・収縮し、その外周面の径が大きく（または小さく）なる場合でも、電極材６０は、その拡径（または縮径）に追随して拡径（または縮径）し、加熱中継続して被加熱材３０に密着させられる。ここで、各薄板部７６は、接近し重なる場合もあるが、そのような場合でも、各薄板部７６は薄いので、被加熱材３０に充分に密着させられる。同様の理由により、被加熱材３０の外周径が異なるような場合でも、各薄板部７６は、被加熱材３０に密着可能であり、本実施形態に係る加硫成型装置１０では、周径の異なる被加熱材を加熱可能である。
【００４４】
さらに、電極材６０は可撓性を有し、変形して外周面に密着するので、ゴムジャケット４３からの押圧力を被加熱材に伝播させやすい。そして、被加熱材３０の外周面のほぼ全ての領域は電極部６５に密着させられるので、被加熱材には均一に圧力が付勢しやすい。なお、スリットは軸方向に対して、傾いていても良く、また例えばジグザグ、Ｚ字状、Ｓ字状に蛇行して延びていても良い。また、電極部６５は、被加熱材３０の外周面に沿うように配置されれば、ゴムジャケット４３の内部に埋設されていても良い。この場合、電極材６０において、鍔部６６は省略される。さらには、電極材６０は外型４０に取り付けられていなくても良く、被加熱材３０の外周に巻かれていても良い。また、電極部６５は可撓性を有する金属板で形成され、スリット７５が設けられていなくても良い。
【００４５】
図５は、第２の実施形態に係る加硫成型装置を示す。第１の実施形態と第２の実施形態との相違点は、補助加熱装置９０及び保温材９４の配置位置のみであるので、以下その相違点について説明する。図５に示すように、補助加熱装置９０は、外型４０の内部であって、ゴムジャケット４３と内周面７２の間に形成された中空部５４内に配置される。補助加熱装置９０は、第１の実施形態と同様に、軸方向Ｘにおける、ゴムジャケット４３の上側部分、中央部分、及び下側部分それぞれを取り囲む第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３を備える。第１乃至第３の加熱部９１、９２、９３の外周面には、さらに保温材９４が被覆されている。
【００４６】
以上のような構成によれば、被加熱材４３に近接する位置に補助加熱装置９０を配置させることができるので、より効率的に被加熱材４３を加熱することができる。
【００４７】
なお、第１及び第２の実施形態において、補助加熱装置９０を構成する独立に加熱制御可能な加熱部は複数あることが好ましいが、１つ以上であればいくつであっても良い。また、各加熱部の軸方向の高さは互いに同一であっても良いし、異なっていても良い。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明について、実施例を用いて具体的に説明する。ただし、本発明は以下説明する実施例によって何ら限定されるものではない。
【００４９】
［実施例］
実施例においては、第１の実施形態の製造方法に倣って平ベルトを製造し、円柱形の内型に織布、心線及び、天然ゴムから形成される未加硫ゴムシートを順に巻き付けた。未成型ベルトスリーブを装着した内型を外型に挿入した後、電極部と内型の間に、加熱設定温度を１７０℃とし、高周波電圧を印加した。また、内型内には１７０℃の水蒸気を供給するとともに、外型内には、高圧空気を供給し、高圧空気によりゴムジャケットを膨張させ、外型と内型により未成型ベルトスリーブを挟圧した。さらに、電熱線から構成され、軸方向に並べられる第１、第２、第３の加熱部は、それぞれ、１９０℃、１７０℃、２００℃に加熱した。以上の加熱によって、被加熱材を加硫し、筒状のベルトスラブを得た。得られたベルトスラブを冷却した後、内型を外型から取り出し、ベルトスラブを内型から取り外した。ベルトスラブは、厚さ７ｍｍ、周長長さ４００ｍｍ、軸方向の高さ（スラブ高さ）４５０ｍｍのものであった。
【００５０】
［比較例］
比較例においては、内型内に熱媒体を供給せず、補助加熱装置を設けなかった以外は、実施例と同様の条件によりベルトスラブを製造した。
【００５１】
［ベルトの評価方法］
得られた実施例及び比較例のベルトスラブにおいて、軸方向における最上部、中央部、最下部から試験サンプルを取り出し評価した。
【００５２】
［ピコ摩耗試験］
ピコ摩耗試験は、ＪＩＳＫ６２６４に準拠して行った。具体的には、ゴム層の厚さ方向における外表面部分から取り出した厚さ２ｍｍ、径２５ｍｍの円盤形状の試験片を、ＪＩＳＫ６２６４に記載される方法に従って摩耗させ、摩耗量を測定した。ピコ摩耗試験において、摩耗された摩耗量を表１に示す。
【００５３】
［剥離強度］
図６は、剥離強度の試験方法を示すための模式図である。本試験では、試験機として島津製作所製オートグラフＡＧＳ−５ＫＮを用いた。試験サンプル１００はベルトスラブを周方向に沿って幅２５ｍｍに切断した後、幅方向に沿って切断した帯状の平ベルトを用いた。図６に示すように、試験サンプル１００において、織布１８０及び心線１８２からゴム層１８１を５０ｍｍ以上剥離させ、織布１８０及び心線１８２を共に第１のチャック１９１で掴み、ゴム層１８２を第２のチャック１９２で掴んだ。第１及び第２のチャック１９１、１９２を、サンプルの長手方向に沿って、それぞれ反対方向に引っ張ることにより、ゴム層１８２を５０ｍｍ／分で剥離させ、剥離強度を測定した。
【００５４】
［破断強度及び破断伸度］
破断強度及び破断伸度の測定は、試験機として島津製作所製オートグラフＡＧＳ−５ＫＮを用いて行った。試験サンプルはベルトスラブを周方向に沿って幅１０ｍｍに切断した後、幅方向に沿って切断した帯状の平ベルトを用いた。試験サンプルは、測定部が２００ｍｍになるように長さ方向における両端それぞれをチャックで挟み、長さ方向に５００ｍｍ／分で引っ張り、破断強度及び破断伸度を測定した。
【００５５】
［硬さ］
実施例、比較例に係るベルトスラブのゴム層のゴム硬さを、ＪＩＳ Ｋ６２５３−１９９７ ＴｙｐｅＡの測定方法に従って測定した。
【００５６】
［耐屈曲性］
実施例及び比較例のベルトスラブを周長方向に沿って切断して得られた幅１０ｍｍの無端状の平ベルトを試験サンプルとし、図７に示すベルトレイアウトで取り付け、耐屈曲性を評価した。本試験では、図７から明らかなように、原動及び従動平プーリ２０１、２０２に実施例又は比較例の平ベルト１００を掛け回し、テンショナ２０３でベルトの外周側からテンションを付勢した。平ベルト１００は、１５．７ｍ／ｓの速度で半時計回りに回転させ、ベルトが破壊されるまでの屈曲回数を測定した。なお、本試験においては、平ベルトは、１回転毎に、プーリを３回通過するので、ベルト１回転毎に屈曲回数は３回とカウントする。
【００５７】
【表１】
※耐屈曲試験において、１×１０８回以上とあるのは、１×１０８回屈曲されてもベルトが破断しなかったことを示す。
【００５８】
表１に示すように、比較例のベルトスラブにおいては、軸方向における最上部、最下部の摩耗量に比べて、中央部の摩耗量が多くなった。これは、中央部が最下部及び最上部に比べ、充分に加熱されなかったことによるものである。それに対して、実施例における軸方向における最上部、中央部、最下部はピコ磨耗が略同一であり、被加熱材は均一に加熱されたと理解できる。
【００５９】
同様に、実施例のベルトスラブについてのその他の測定値も、軸方向における位置が異なってもほぼ同一になった。それに対して、比較例のベルトスラブにおいては、最上部及び最下部の各測定値が、スラブ中央部の各測定値より低く、スラブ上部及び下部は、強度が低下していたことが理解できる。これは、実施例のベルトスラブは、軸方向の位置が異なっていても均一に加熱されているが、比較例のベルトスラブは、軸方向における上部、及び下部が、中央部に比べ充分に加熱されず、加硫不足であったためと考えられる。
【００６０】
以上の実施例から明らかなように、本発明においては、高周波誘電加熱とは別の媒体で、外周側及び内周側から被加熱材を加熱することにより、軸方向において温度むらなく均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の実施形態に係る加硫成型装置の内型と外型の断面図である。
【図２】被加熱材の模式的な断面図である。
【図３】内型が外型内に挿入されたときの加硫成型装置を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る電極材を示す斜視図である。
【図５】第２の実施形態に係る加硫成型装置の内型と外型の断面図である。
【図６】剥離強度の試験方法を示すための模式図である。
【図７】耐屈曲試験におけるベルトレイアウトを示すための模式図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 加硫成型装置
２０ 内型
２７ 外周面
３０ 被加熱材
４０ 外型
４３ ゴムジャケット（ジャケット部）
２８、５４ 中空部
６０ 電極材
９０ 補助加熱装置
９１〜９３ 第１〜第３の加熱部
９４ 保温材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に筒状の被加熱材が取り巻かれて装着される内型と、
前記被加熱材の外周面に沿うように配置される電極材と、
前記内型を内部に配置させると共に、その一部が高圧空気によって内側に膨張し、前記被加熱材を、その外周側から前記電極材を介して押圧して内型とともに挟圧し、前記被加熱材を加圧する外型と、
前記電極材と前記内型の間に高周波電圧を印加し、前記被加熱材を高周波誘電によって加熱する電圧印加手段と、
前記被加熱材を外周側から加熱し、又は前記外型を加熱する第１の補助加熱手段と
を備える高周波誘電加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱材を内周側から加熱し、又は前記内型を加熱する第２の補助加熱手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項３】
前記内型は、内部が中空部に形成され、前記第２の補助加熱手段は前記中空部に供給される加熱媒体であることを特徴とする請求項２に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項４】
前記外型は、有底円筒形状を呈し、その内周面の一部が前記高圧空気によって内側に向けて膨張するジャケット部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項５】
前記第１の補助加熱手段は、外型の外周を取り巻くように配置されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項６】
前記外型の内部には、高圧空気が供給されるために中空部が形成され、前記第１の補助加熱手段は、前記中空部の内部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項７】
前記第１の補助加熱手段の外周を被覆する保温材を備えることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項８】
前記第１の補助加熱手段は、前記被加熱材の軸方向において、不均一に加熱制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項９】
前記第１の補助加熱手段は、独立に加熱制御可能な複数の加熱部を有し、前記複数の加熱部は前記軸方向に沿って並べられることを特徴とする請求項８に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項１０】
前記軸方向において上側及び下側に設けられた前記加熱部は、相対的に高温に設定されると共に、中央に設けられた加熱部は相対的に低温に設定されることを特徴とする請求項９に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項１１】
前記第１の補助加熱手段は、電熱線から形成されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項１２】
内型の外周面に筒状の被加熱材を装着するとともに、前記内型を外型内に配置させ、電極材を被加熱材の外周面に沿うように配置させる工程と、
前記外型の一部を高圧空気によって内側に膨張させ、前記被加熱材を、その外周側から前記電極材を介して押圧して、前記外型と内型によって挟圧する工程と、
前記電極材と前記内型の間に高周波電圧を印加し、前記被加熱材を高周波誘電によって加熱すると共に、前記高周波誘電及び高圧空気とは異なる手段によって、前記被加熱材を外周側から加熱し、又は前記外型を加熱する工程と
を備える高周波誘電加熱方法。
【請求項１】
外周面に筒状の被加熱材が取り巻かれて装着される内型と、
前記被加熱材の外周面に沿うように配置される電極材と、
前記内型を内部に配置させると共に、その一部が高圧空気によって内側に膨張し、前記被加熱材を、その外周側から前記電極材を介して押圧して内型とともに挟圧し、前記被加熱材を加圧する外型と、
前記電極材と前記内型の間に高周波電圧を印加し、前記被加熱材を高周波誘電によって加熱する電圧印加手段と、
前記被加熱材を外周側から加熱し、又は前記外型を加熱する第１の補助加熱手段と
を備える高周波誘電加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱材を内周側から加熱し、又は前記内型を加熱する第２の補助加熱手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項３】
前記内型は、内部が中空部に形成され、前記第２の補助加熱手段は前記中空部に供給される加熱媒体であることを特徴とする請求項２に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項４】
前記外型は、有底円筒形状を呈し、その内周面の一部が前記高圧空気によって内側に向けて膨張するジャケット部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項５】
前記第１の補助加熱手段は、外型の外周を取り巻くように配置されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項６】
前記外型の内部には、高圧空気が供給されるために中空部が形成され、前記第１の補助加熱手段は、前記中空部の内部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項７】
前記第１の補助加熱手段の外周を被覆する保温材を備えることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項８】
前記第１の補助加熱手段は、前記被加熱材の軸方向において、不均一に加熱制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項９】
前記第１の補助加熱手段は、独立に加熱制御可能な複数の加熱部を有し、前記複数の加熱部は前記軸方向に沿って並べられることを特徴とする請求項８に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項１０】
前記軸方向において上側及び下側に設けられた前記加熱部は、相対的に高温に設定されると共に、中央に設けられた加熱部は相対的に低温に設定されることを特徴とする請求項９に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項１１】
前記第１の補助加熱手段は、電熱線から形成されることを特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項１２】
内型の外周面に筒状の被加熱材を装着するとともに、前記内型を外型内に配置させ、電極材を被加熱材の外周面に沿うように配置させる工程と、
前記外型の一部を高圧空気によって内側に膨張させ、前記被加熱材を、その外周側から前記電極材を介して押圧して、前記外型と内型によって挟圧する工程と、
前記電極材と前記内型の間に高周波電圧を印加し、前記被加熱材を高周波誘電によって加熱すると共に、前記高周波誘電及び高圧空気とは異なる手段によって、前記被加熱材を外周側から加熱し、又は前記外型を加熱する工程と
を備える高周波誘電加熱方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１３２７１６（Ｐ２００８−１３２７１６Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２１７８７（Ｐ２００６−３２１７８７）
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００１１１０８５）ニッタ株式会社 (588)
【Ｆターム（参考）】
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