JP2002544480A - 金属ロールと弾性カバー間の接着を検査する方法及び装置 - Google Patents

金属ロールと弾性カバー間の接着を検査する方法及び装置

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JP2002544480A JP2000616415A JP2000616415A JP2002544480A JP 2002544480 A JP2002544480 A JP 2002544480A JP 2000616415 A JP2000616415 A JP 2000616415A JP 2000616415 A JP2000616415 A JP 2000616415A JP 2002544480 A JP2002544480 A JP 2002544480A
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Abstract

(57)【要約】 可聴周波数波を弾性ロールカバー（２２）内に通過させ基体の鋼製ロール（２０）に取付けられたトランスデューサ（３８）において音波を受信、検出することにより、ロールカバー（２２）とロール（２０）間の接着を検査する。結果として得られた信号は、技能者が伝達された可聴周波数を聞くことにより解析することができる。周波数の可聴領域は約5000Hzとすることができる。ゴムの如き弾性材は、音が通過する時に大きな振巾ロスが生じる一方、鋼中においては音は高速で通過し減衰が少い。音響発信器(28)がロール(20)に接着されたロールカバー(22)の表面を走査し、音響発信器(28)直下のロール(20)に音を発信し、ロール(20)内を伝播させる。音はロール端部に取付けられたトランスデューサ(38)により検出される。ロールとロールカバー間の接着における欠陥又は大きな変化はゴムと鋼の境界面を通る音の品質に関わる効果として検出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、一般に接着状態を検査する方法及び装置、特に接着状態を検出する
ために音波を使用するもの、に関する。
【０００２】 製紙、その他の多くの分野において、ゴム、その他の弾性材によるコーティン
グを金属ロール、特に鋼製ロール、に接着したものが使用される。多くの産業用
途、特に製紙用途、において、ウェブ状材料が互いに対向する一対のロール間に
形成されるニップを通過させられて処理される。対向するロール同志の間のウェ
ブ移動方向に沿った接触巾がニップ巾として定義される。弾力がない場合、対向
する一対のロールは１つの接触線に沿ってのみ互いに接触する。鋼のような弾性
係数の高い実材料はほとんどニップ巾を形成しないため、結果としてニップ内に
は非常な高圧が形成される。多くの用途においてニップ巾を広くしてより低い圧
力を形成することが望ましい。広巾ニップはまた、ニップを通過するウェブがニ
ップ内でより長い滞留時間を有する結果をもたらす。ニップ滞留時間は、ニップ
巾に比例し、ウェブ速度に反比例する。弾力のあるロールカバーは、ニップ巾を
より広くする。弾力ロールカバーにより0.5 〜１インチ又はそれ以上のニップ巾
を達成することができる。多くの場合、弾力ロールカバーは、時に織物で補強さ
れた合成ゴム、又はエポキシ樹脂、その他の合成樹脂により製造される。
【０００３】 天然ゴム、合成ゴム、その他の弾力材料は、支持金属ロール、特に鋼製ロール
、に接着することが必要である。接着は、適正に実施されたことの実証が困難な
１つの産業プロセスである。接着に用いられる材料及び工程を注意深く制御する
ことが品質保証の拠り所とされる。しかしながら、新材料や新工程が開発された
場合、接着状態を非破壊により確認できることが高度に望まれる。既知の接着技
術においてさえ、その都度未知の変化による接着問題が生じており、金属ロール
と弾性ロールカバーの間に形成される接着の品質を検査する技術の必要性が生じ
ている。
【０００４】 弾性ロールカバーとその基体であるロール間の接着を検査する１つの既知の技
術は、接着されたロールカバーを木製の棒で叩き打って、生じる音の変化を聞く
ことである。これにより、熟練した技能者は接着の均一性の状態をいくらかは知
ることができる。
【０００５】 ロールと弾性ロールカバーの間の接着の品質を検査する解析的手法が必要とさ
れる。
【０００６】 本発明の検査方法は、弾性ロールカバーを通って伝達され、基体である鋼製支
持ロールに取付けられたトランスデューサによって受信される可聴周波数を採用
する。結果として生じる信号は、伝達された可聴周波数を聞く技能者によって解
析することができる。又は、結果として生じる信号は、ヘテロダイン回路によっ
て解析することができる。ヘテロダイン回路の出力は、電圧に変換されるか又は
高速フーリエ変換により処理されて、周波数領域において解析される。採用され
る周波数の可聴領域は、例えば約 5,000〜10,000 Hz とすることができる。弾性
材料は、弾性係数が比較的低く、従って金属よりも音を伝達しにくい。鋼は音の
通過が非常に速く、鋼中の音の減衰がほとんど生じない。音響発信器により、ロ
ールに接着された弾性カバーの表面を走査する。音は、音響発信器の直下から鋼
製ロール内に入り、ロール内を伝達される。伝達された音は、ロールの一端又は
両端に取付けられたセンサーによって検出される。ロールカバーとロール間の接
着における欠陥又は大きな変化は、ゴムと鋼の境界面を通って伝達された音の品
質に関わる効果として現われ、これによって検出される。
【０００７】 本発明の一特徴は、弾性ロールカバーと金属ロール間の接着状態を検査する解
析的方法を提供することである。
【０００８】 本発明の別の特徴は、弾性ロールカバーと支持金属ロール間の接着の品質を表
示するマップを形成する方法を提供することである。
【０００９】 本発明の更なる特徴は、音が弾性ロールカバーと支持金属ロール間の境界面を
通る時の状態を表示するマップを形成し、記録する装置を提供することである。
【００１０】 本発明の更なる目的、特徴及び利点は、付随する図面を参照して以下に行われ
る詳細説明により明らかにされる。
【００１１】 図１、図２を参照し、本発明の実施の形態を説明する。図１、図２において同
じ数字符号は同じ又は類似の部品を示す。
【００１２】 金属ロール２０は、弾性のロールカバー２２を有して、テスト用固定部材２４
に軸受２６により回転自在に取付けられている。音響発信器２８が往復台３０に
取付けられており、往復台３０は案内ねじに取付けられて、ロール２０の回転に
つれてロール２０の軸方向長さに亘って往復動することができる。ロール２０の
回転とこれに応じた往復台３０の動きは、熟練者には既知の方法による機械的リ
ンクにより実施することができ、これによって音響発信器２８はロールカバー２
２の表面３６上に螺旋状のパターン３４を描くように移動する。水又はその他の
音響伝達媒体を音響発信器２８とロールカバー２２の間に供給することにより、
音響発信器２８とロールカバー２２の間の音の伝達を良くすることが可能である
。
【００１３】 音響を受信するトランスデューサ（センサー）３８がロール２０に取付けられ
てあり、このトランスデューサ３８は無線、赤外線、又は電気的変換回路（図示
省略）によりコンピュータ４０に接続されている。コンピュータ４０は専用のも
のでも、又は、データ受信ボードを有する一般的なものでもよい。コンピュータ
４０は、ロールカバー２２の弾性表面３６の全体走査の結果を記憶することので
きるデータ記憶システム４２を内蔵するか、又は、これに接続される。トランス
デューサ３８から受信されたデータはコンピュータ４０で処理され、トランスデ
ューサ３８によって検出された音に関する１つ又はそれ以上のパラメータを示す
ロールカバー２２のマップ４１が形成される。
【００１４】 一般に音の伝達は、圧縮波が媒体密度の平方根に比例し、媒体弾性係数の平方
根に反比例する速度で媒体内を伝播するものであると考えられる。音響インピー
ダンスは媒体内の音の伝達に対する媒体の総反応力であり、これが媒体毎の音の
伝達に影響を与える。音響インピーダンスは、媒体内の任意の点における粒子速
度に対する音圧の比で表わされる。音響インピーダンスは、鋼では45.94 (kg/m2 /sec.)、真鍮では 36.64、合成ゴムでは約1.59、空気では約1.18である。図２に
おいて、ゴム製のロールカバー２２内を音波が通過する時、音波は下方に広がっ
てロールカバー２２と鋼製のロール２０の間の境界面４４（図１）に達する。ゴ
ム製のロールカバー２２と鋼製のロール２０の間の音響インピーダンスの変化に
より、音の相当量が境界面４４を通過し、又は、通過しない事態が生じる。図２
の右側に示したように、ロールカバー２２と金属ロール２０の間の接着部に欠陥
４６がある場合、ロールカバー２２を通過した音波は、鋼よりも音響インピーダ
ンスが相当に低い空気又は真空部分に遭遇し、その結果ここに達した音は完全に
、又は、ほぼ完全に反射されてしまう。
【００１５】 音がロールカバー２２から鋼製のロール２０内に侵入すると、音は急速かつ効
率的にロール２０内に伝播し、音響を受信するトランスデューサ３８に達する。
ゴム又はその他の弾性材料は低い弾性係数と音響インピーダンスの故に音の導体
としては適しない。その上、金属ロール２０に直接的に侵入しない音は境界面４
４に角度をもって到達するため、ゴム製コーティングを形成するロールカバー２
２内の通過距離が増大し、その分だけ減衰される。更に、角度がスネル(Snell)
の法則の範囲を越えた場合、音は境界面４４で反射されるため、音響発信器２８
から直接下方に発信されなかった音はそのほんの一部が鋼製のロール２０内に伝
達されるのみである。その結果として、音響を受信するトランスデューサ３８に
よって検出される音は、ロール２０とロールカバー２２の間の接着部における音
響発信器２８の直接下方の部分の接着品質を正しく指示するものとなる。
【００１６】 典型的な音響発信器２８は約１インチの直径のものとすることができ、また、
案内ねじはロール２０の一回転により 0.9インチの螺旋経路巾を有するものとす
ることができる。
【００１７】 音響を受信するトランスデューサ３８の出力は、多くの方法により解析するこ
とができる。その最も簡単なものは、センサー３８の出力を増巾して、スピーカ
（図示省略）又はヘッドホン４８によりこれを聴いて音の高さ又は音の品質的変
化により解析を行うことである。
【００１８】 より精巧な方法は、受信した信号を解析して、ロール２０の特定の位置に対す
る種々の信号パラメータをマップ化することである。ロール２０の特定位置に対
する信号出力をマップ化することの助けとして、通常、ロール２０上に、及び、
音響発信器２８を搬送する往復台３０上に位置エンコーダ（図示省略）を設ける
。また、走査を開始する開始マーク（図示省略）を表示して一つの走査から他方
の走査へのデータの整合化を可能とする。
【００１９】 トランスデューサ３８により受信された信号は、振巾に関して解析を行うこと
ができる。この際振巾は、音響発信器２８とトランスデューサ３８の間の距離に
応じて、解析学的かつ経験的手法により補正調整される。調整された信号振巾が
接着品質に直接的に対応し、これを表示する。伝達された音の波形に関して解析
を行うこともでき、また、音の伝達の結果として生じる周波数や誘発された周波
数シフトに関して解析することもできる。トランスデューサ３８の出力について
高速フーリエ変換を実施し、伝達された信号の周波数分布を解析することもでき
る。周波数シフトを検出する敏感なシステムは、ヘテロダイン解析装置であり、
ここにおいて、トランスデューサ３８からの電気信号は発振器（オシレータ）か
らの信号と合成、調整され、この調整によって形成された側波帯の１つが固定フ
ィルターを通過させられて検出される。
【００２０】 超音波装置を用いて実験が行われ、ここにおいて、超音波発信器は音響周波数
におけるパルスを発信し、この音響パルスがロールカバーを通過して支持金属ロ
ール内に入った後検出され、その周波数における変化によりロールカバーの接着
状態の変化を検出した。
【００２１】 この実験においては、200 KHz 超音波トランスデューサを使用し、これがオン
・オフ駆動されて約10 KHzの方形波を発生させた。60〜300 KHz の領域の超音波
受信器を、ゴム製ロールカバーが接着された鋼製ロールの端部に取付けた。超音
波受信器の出力を増巾して音響信号を検出し、この音響信号を可聴品質／周波数
にシフトした。超音波トランスデューサをロールカバー表面上で移動させ、テス
トした結果、検出された品質／周波数における変化は、超音波トランスデューサ
直下におけるロールカバーとロール間の接着品質に明白に関係づけられた。
【００２２】 本実験に使用した装置は次の通りである： 検出装置 クラウトクレーマ(Krautkramer) ＵＳＮ５２ ＵＴシステム 200 KHz （鋼中共振) ＵＴトランスデューサ付 パルス繰返し率＝（高）10,000 Hz 参照:http://www.krautkramer.com/products/products.htm 受信装置 フィジカル・アコースティックス（Physical Acoustics) 社 3104モジュール(100 - 300 KHzフィルター) 、 R61 センサー (ピーク共振60 KHz）付 参照:http://www.pacndt.com/Welcome.html この実験は、ゴム製ロールカバーを通して基体である鋼製支持ロール内に可聴
音を通過させて伝達された信号を検出することによりロールカバーの接着品質を
検査する方法の有効性を示すものである。この実験は、超音波搬送波の変調のた
めに可聴周波数を用いることにより特定の効用を提供する本発明の別の実施の形
態をも代表することができる。超音波搬送波信号を使用することにより超音波受
信器の使用を容易にし、かつ、接着状態の検出に関して異種の、むしろより有利
な、特性をもった信号を形成することができる。
【００２３】 製紙においては、400 インチまでの巾の紙が製造される。これは、紙ウェブを
処理するロールが33フィート超の長さを要することを意味する。このため、音響
発信器によりゴム製ロールカバーの中心部から音を供給した場合に、音を伝播さ
せる必要のある鋼の最大長さは約17フィートとなる。
【００２４】 上記においては、螺旋走査システムについて説明したが、ロールカバーの表面
を系統的に走査する機械的システムを用いることもできる。これには、音響発信
器２８及び／又はロール２０とこれに接着されたロールカバー２２の回転とこれ
に応じた並動の組合せを広く実施することのできる指標化（インデキシング）シ
ステムとロボットアームシステムが含まれる。
【００２５】 音を受信するトランスデューサは音波を検出するセンサーであり、このセンサ
ーが、ロールカバー表面が走査される間ロールに固定されている。このセンサー
は、作業の簡便さのため、基体である鋼製ロールの端部に取付けられている。ロ
ールヘッド又はその他のロール構造が基体であるロールと音響伝達に良好な関係
にある時は、センサーをロールヘッドに取付けることができる。
【００２６】 基体であるロールは、鋼、鋳鉄又は真鍮で作られ、ロール表面にグリットブラ
スト処理及び脱脂処理を施し、このロールの表面にカバー材料を押出し加工によ
り螺旋状に巻付けてロールカバーを形成する。この押出し加工の後、時にロール
ごと加硫工程に送り、その後ロールを回転させて最終寸法に削り加工を行う。ロ
ールカバーは弾性材であることを要し、本発明においては、天然ゴム、又はポリ
ウレタンを含む合成ゴム製であるが、その他の材料として、鋼よりも弾性係数が
大巾に低く、ロールとの馴染み性のある、エポキシ樹脂やフェノール樹脂を含む
、プラスチック材料を用いることができる。これらの材料の厚みは通常、0.5 〜
1.5 インチである。
【００２７】 なお、本発明は、ここに図示し、説明した特定の構成、配置に限定されず、付
随した特許請求の範囲内にある種々の修正をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の弾性ロールカバーと支持金属ロール間の接着を検査する方法を実施す
る一実施の形態としての装置を示す、部分的に切欠いた斜視図。
【図２】 図１の装置において接着状態を検査するためにロールカバーを通過する音の伝
達状況を示す略式側面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属ロールと弾性のロールカバー間の接着を検査する方法で
    あって、前記ロールカバーの外面に沿って音響発生源を移動させ、その間に音波
    を前記音響発生源から前記ロールカバーを通り、かつ、前記ロールカバーの接着
    部を通って基体である前記金属ロール内に通過させる工程と；前記金属ロールに
    固定されたセンサーにより前記音波を検出する工程；及び検出された前記音波を
    、前記音響発生源が前記ロールカバーの外面上を移動する時の変化について解析
    する工程；を備えてなる方法。
  2. 【請求項２】 前記変化の解析は、音の振巾に関わるものでなる請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 前記音響発生源が前記ロールカバーの外面に沿って移動する
    時に前記音響発生源の多数の位置について検出された前記音波を解析することに
    より得られた少くとも１つのパラメータに相当する値を記憶する工程を更に備え
    てなる請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記少くとも１つのパラメータを前記ロールカバーの物理的
    位置に関係づけるマップを表示する工程を更に備えてなる請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記変化の解析は、音波の形状に関わるものでなる請求項１
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記変化の解析は、音波の周波数に関わるものでなる請求項
    １記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記音響発生源を移動させる工程は、前記ロールカバーの実
    質的に全表面を系統的に走査する機械的システムを採用することを含んでなる請
    求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記音響発生源は、可聴周波数領域の音を採用してなる請求
    項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記音響発生源は、1,000 〜 10,000 Hzの周波数領域の音を
    採用してなる請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記音響発生源は、可聴波をもって変調された超音波音を
    採用してなる請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記超音波音は、ほぼ200 KHz の周波数を有し、かつ、前
    記変調された可聴波は、ほぼ10 KHzの周波数を有してなる請求項１０記載の方法
    。
  12. 【請求項１２】 製紙機械に使用される金属ロールとこれに接着された弾性
    のロールカバー間の接着を検査する装置であって、音響発生源と；前記音響発生
    源によって前記ロールカバーの実質的に全表面を系統的に走査する手段と；前記
    金属ロールに固定されたセンサーと；前記センサーとデータ受信関係にあるコン
    ピュータ；及び、前記コンピュータに接続されて前記センサーの出力に相当する
    データを受信するデータ記憶手段；を備えてなる装置。
  13. 【請求項１３】 前記センサーの出力を電圧に変換する手段を更に備えてな
    る請求項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記コンピュータに接続されて、前記センサーから受信し
    たデータに関する少くとも１つのパラメータを示す前記ロールカバーの接着のマ
    ップを表示する表示装置を更に備えてなる請求項１２記載の装置。
  15. 【請求項１５】 金属ロールと弾性のロールカバー間の接着を検査する方法
    であって、前記ロールカバーの外面に沿って、可聴周波数にパルス化された超音
    波音発生源を移動させる工程と；音波を前記超音波音発生源から前記ロールカバ
    ーを通り、かつ、前記ロールカバーの接着部を通って基体である前記金属ロール
    内に通過させる工程と；前記金属ロールに固定された超音波センサーにより前記
    パルス化された超音波を検出する工程；及び、検出された前記超音波を、前記超
    音波音発生源が前記ロールカバーの外面上を移動する時の前記可聴周波数の変化
    について解析する工程；を備えてなる方法。
  16. 【請求項１６】 前記変化の解析は、振巾に関わるものでなる請求項１５記
    載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記超音波音発生源が前記ロールカバーの外面に沿って移
    動する時に前記超音波音発生源の多数の位置について検出された前記超音波を解
    析することにより得られた少くとも１つのパラメータに相当する値を記憶する工
    程を更に備えてなる請求項１５記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記少くとも１つのパラメータを前記ロールカバーの物理
    的位置に関係づけるマップを表示する工程を更に備えてなる請求項１５記載の方
    法。
  19. 【請求項１９】 前記変化の解析は、音響パルスの周波数に関わるものでな
    る請求項１５記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記超音波音発生源を移動させる工程は、前記ロールカバ
    ーの実質的に全表面を系統的に走査する機械的システムを採用することを含んで
    なる請求項１５記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記超音波音は、ほぼ200 KHz の周波数を有し、かつ、変
    調された前記音響パルスは、ほぼ10 KHzの周波数を有してなる請求項１５記載の
    方法。
JP2000616415A 1999-05-11 2000-05-09 金属ロールと弾性カバー間の接着を検査する方法及び装置 Pending JP2002544480A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/309,856 1999-05-11
US09/309,856 US6134967A (en) 1999-05-11 1999-05-11 Detection of delamination of rubber covers from metal substrates
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