JP3179885U

JP3179885U - 耐摩耗性ロール

Info

Publication number: JP3179885U
Application number: JP2012005554U
Authority: JP
Inventors: 由孝吉田; 賢司野村
Original assignee: YOSHIDA S.K.T & CO., LTD.
Current assignee: YOSHIDA S.K.T & CO., LTD.
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2022-09-11

Abstract

【課題】ロールの材料に制限されることがなく、製造コストの安価な耐摩耗性ロールを提供することを課題としている。
【解決手段】ロール状基材１と、ロール状基材１の表面に積層された有機樹脂層２ａと有機樹脂層２ａの硬化前に有機樹脂層２ａの表面に単層付着された略球状無機粒子２ｂとからなる単層粒子樹脂層２と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本考案は、耐摩耗性に優れるロールに関する。詳しくは、物品の搬送等に使用される耐摩耗性ロールに関する。

ロール表面の耐摩耗性を向上させる方法として、溶射やメッキ等がある（例えば、特許文献１参照。）。

一方、カーボンにTiNやTiC粒子を混ぜて押し出し、焼成した耐摩耗性ロールが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−１６９１７３号公報特開平７−９０３５５号公報

溶射では処理できるロールの材料が溶射温度に耐える材料に限られる。また、メッキではメッキ材料との密着性や線膨張係数などによる割れ等から処理できるロールの材料に制限がある。

一方、従来の上記耐摩耗性ロールは、カーボンにTiNやTiC粒子を混ぜて押し出し焼成するもので、ロールの材料に制限があり、材料コスト、製造コストが高くなる問題を有している。

本考案は、上記の問題に鑑みてなされたもので、ロールの材料に制限されることがなく、材料コスト及び製造コストの安価な耐摩耗性ロールを提供することを課題としている。

上記の課題を解決するためになされた本考案の耐摩耗性ロールは、ロール状基材と、前記ロール状基材表面に積層された有機樹脂層と前記有機樹脂層の硬化前に該有機樹脂層表面に単層付着された略球状無機粒子とからなる単層粒子樹脂層と、を有することを特徴とする。

耐摩耗性ロールは、ロール状基材の表面に単層粒子樹脂層が積層されてなるのでロール状基材の材質は金属、樹脂、ゴム等、なんでもよい。ロールの使用目的、使用環境に合った材料を任意に選定することができる。また、耐摩耗性ロールは、略球状無機粒子が有機樹脂層の硬化前に付着されてなるだけであるので、製造コストが安価である。また、搬送される物品が略球状無機粒子に接するので、耐摩耗性が良好である。また、無機粒子が略球状であるので、搬送される物品を傷つけることが抑制される。

ロール状基材は、軸心がない円筒状基材及び軸心がある円柱状基材等を含むものとする。

上記の耐摩耗性ロールにおいて、前記単層粒子樹脂層は、少なくとも１層以上積層された複数層の前記単層粒子樹脂層をもつものとすることができる。

略球状無機粒子が複数層固定されているので、耐摩耗性を長期間維持することができる。

また、前記ロール状基材の前記有機樹脂層が積層される表面の平均表面粗さ（Ｒａ）は０．２〜２０μｍであるとよい。これにより、ロール状基材と有機樹脂層との接着性が向上する。

また、前記略球状無機粒子の硬度が前記ロール状基材の硬度より約２倍以上高いとよい。これにより、ロール状基材に硬度の低い材料を使用することができる。その結果、物品を二つのロールで挟持して搬送するタイプのロールの場合、搬送時の応力によりロール状基材が弾性変形するので硬度の高い無機粒子の損傷が抑制される。

また、前記ロール状基材のハードビッカース硬度（Ｈｖ）が１３０以下であるとよい。略球状無機粒子の硬度Ｈｖが２００以上であるので、ロール状基材のＨｖが１３０以下であると、基材より略球状無機粒子の硬度を約２倍以上にすることができる。

また、前記略球状無機粒子の平均粒径は１０〜２００μｍであるとよい。前記略球状無機粒子の平均粒径は、好ましくは２０〜１５０μｍ、より好ましくは３０〜６０μｍである。

粒径を１０μｍ以上とする理由は、１０μｍ以上にすると、粒子がロール状基材表面に積層された有機樹脂層に埋もれない割合が増えるからである。粒径を２００μｍ以下とする理由は、２００μｍ以下にすると、有機樹脂層から剥離する割合が減るからである。

また、前記略球状無機粒子はガラス粒子を除くとよい。略球状無機粒子がガラス粒子を含まないので、ガラス粒子の割れ等により搬送される物品を傷つけることが一層抑制される。

本考案の耐摩耗性ロールの表面にオイルやワックス等の潤滑剤単体或いは混合物をコートするとよい。搬送する物品との間の潤滑性が向上し耐摩耗性が一層向上する。

本考案に係る実施形態の耐摩耗性ロールの断面模式図である。図１の点線円内の拡大模式図である。変形態様の耐摩耗性ロールの断面模式図である。図３の点線円内の拡大模式図である。実施例１の耐摩耗性ロールの拡大断面写真である。実施例３の耐摩耗性ロールの拡大断面写真である。比較例６の耐摩耗性ロールの拡大断面写真である。

本考案の耐摩耗性ロールは、図１に示すように、ロール状基材１と、ロール状基材１の表面に積層された有機樹脂層２ａと有機樹脂層２ａの表面に単層固定された略球状無機粒子２ｂとからなる単層粒子樹脂層２と、を有する。

ロール状基材１としては金属材料、高分子材料、ゴム材料などを用いることができる。

金属材料としては、アルミニウム及びその合金、銅及びその合金、マグネシウム及びその合金、軟鉄等のハードビッカース硬度（Ｈｖ）が１３０以下の低硬度金属材料が好ましい。物品を二つのロールで挟持して搬送するタイプのロールの場合、搬送時の応力によりロール状基材１が弾性変形するので硬度の高い無機粒子２ｂの損傷が抑制される。

後述の略球状無機粒子２ｂの多くがＨｖ２００程度であるので、ロール状基材１のＨｖが１３０以下であると、略球状無機粒子２ｂの硬度をロール状基材１の硬度の約２倍にすることができる。

ロール状基材１が高分子材料の場合、Ｈｖ１３０以下を満たす高分子材料としては、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、酢酸セルロース（MS）、ポリカーボネート（PC）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリアミド（PA）、ポリウレタン（PU）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ塩化ビニリデン（PVdC）、ポリビニルアルコール（PVA）、ポリスチレン（PS）、スチレン・アクリルニトリル共重合体（AS）、スチレン・ブタジエン・アクリルニトリル共重合体（ABS）、ポリエチレン（PE）、エチレン・酢酸ビニル共重合体（EVA）、ポリプロピレン（PP）、ポリアセタール（POM）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、結晶性ポリマー（LCP）、ポリアリエート（PAR）、ポリサルフォン（PSF）、ポリアミドイミド（PAI）、ポリエーテルイミド（PEI）、ポリイミド（PI）、フェノール（PF）、ユリア（UF）、メラミン（MF）、エポキシ（EP）、フラン（FF）、アルキド、不飽和ポリエステル（UP）、ジアリフタレート（PDAP）、シリコーン等のプラスチック、及び、天然ゴム（NR）、イソプレンゴム（IR）、スチレンゴム（SBR）、ブチルゴム（IIR）、エチレン・プロピレンゴム（EPDM・EPM）、クロロピレンゴム（CR）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（CSM）、エチレン・酢酸ビニルゴム（EVA）、エピクロルヒドリンゴム（CO・ECO）、ニトリルゴム（NBR）、アクリルゴム（ACM・ANM）、ウレタンゴム（U）、多硫化ゴム（T）、シリコーンゴム（Si）、フッ素ゴム（FKM）等のゴム材料が好ましい。

上記材料のロール状基材１に例えばエポキシ樹脂をスプレー塗装して有機樹脂層２ａを形成し、ウエットな有機樹脂層２ａの上に略球状無機粒子を降り掛け付着させ、余分な（有機樹脂層２ａに付着しない）略球状無機粒子を除去し、乾燥・焼成すると、図１、２に示すように略球状無機粒子２ｂが単層となるように固定される。

上記工程を繰り返すことにより図３、４に示すような単層粒子樹脂層２が２_１と２_２の２層からなる耐摩耗性ロールが製造される。

略球状無機粒子を降り掛けて付着させる代わりに静電植毛等で用いられる静電付着を用いて付着させてもよい。

有機樹脂層２ａを形成する有機樹脂としては、汎用樹脂、熱硬化性樹脂、エンジニアリング樹脂単独及び無機充填材添加やFRPなどの複合物を用いることができる。

有機樹脂層２ａを形成する具体的な有機樹脂は、上記エポキシ樹脂の他にポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリビスマレイド・トリアジン樹脂、ポリアミドイミド樹脂等を用いることができる。

有機樹脂層２ａの厚さは１〜２００μｍの範囲、好ましくは５〜３０μｍの範囲である。厚さを１μｍ以上とする理由は、１μｍ以上にすると略球状無機粒子２ｂの固定力が増すからである。厚さを２００μｍ以下とする理由は、厚さを２００μｍ以下にすると、ロール状基材１の反りや変形が抑制されるからである。

有機樹脂バインダーとしては、熱硬化性樹脂が好ましい。有機樹脂バインダーが熱硬化性樹脂の場合、ロール状基材１が低耐熱性でも或いは摩擦熱や加温による樹脂の変形と軟化があっても、略球状無機粒子２ｂの離脱や重なり等が抑制される。

有機樹脂バインダーを塗装する前に、ロール状基材１を化学処理やサンドブラスト等で粗面化するとよい。粗面化されたロール状基材１の表面粗さ（Ｒａ）は０．２〜２０μｍであるとよい。これにより、有機樹脂層２ａとロール状基材１の結合を強固にすることができる。ここで、表面粗さ（Ｒａ）は、JIS B0601:2001の中心線平均粗さを示す。

略球状無機粒子２ｂの例として、セラミックビーズや無機材料の溶射粒子が挙げられるが、無機材料の溶射粒子が機能的（耐摩耗性・高硬度性）、経済的に好ましい。ガラスビーズは衝撃により割れやすく、搬送する物品を傷つけるため好ましくない。ここで、略球状粒子とは、角張った部位のない球状粒子、非球状粒子或いは球状粒子が複数個連結した繭状粒子、瓢箪状粒子、楕円体状粒子を含むものとする。

溶射無機材料としては、金属（アルミ及びその合金、コバルト合金、銅及びその合金、鉄合金、モリブデン及びその合金、ニッケル及びその合金、チタン、タンタル、タングステン等）、サーメット（クロムカーバイト系、タングステンカーバイト系、チタンカーバイト系）、セラミック（Al₂O₃、SiO₂、TiO₂、Cr₂O₃、MgO、ZrO₂、Y₂O₃の単体及び混合物）等から選ばれたロール状基材１より硬度が高いものを１種類又は複数選択して使用することができる。

以下、実施例を挙げて本考案を更に詳しく説明する。

（実施例１）
ＪＩＳ規格A5052（アルミニウムの純度：９９．５２％、硬度：Hv55）の60ｍｍ（外径）×200ｍｍ(長さ)×10ｍｍ（厚さ）をアセトン溶剤で脱脂して乾燥したものをロール状基材とした。このロール状基材の外周面にポリイミド（宇部興産（株）製、Ｕ−ワニスＡ）を１２μｍ塗装し、その上に全面に亘って略球状NiCrBSiFe粒子（日本ユテク（株）製、1275H、硬度：Hv544、粒径：20〜53μｍ）を振り掛けて、付着しない粒子をエアーで払い、ローラで均した。その後、８０℃で３０分乾燥した。このポリイミドを塗装しその上に全面に亘って略球状NiCrBSiFe粒子を降り掛けて付着しない粒子をエアーで払い、ローラで均し、その後、８０℃で３０分乾燥する工程を３回繰り返し、３５０℃×３０分焼成した。これを実施例１の耐摩耗性ロールとする。

この実施例１の試料の場合、図５に示すように略球状NiCrBSiFe粒子が３層に積層されている。

（実施例２）
CFRP（不飽和ポリエステル）の60ｍｍ（外径）×180ｍｍ（長さ）×0.7ｍｍ（厚さ）をアセトン溶剤で脱脂して乾燥したものをロール状基材とした。このロール状基材の外周面にエポキシ（ナガセケムテック（株）製、AV138）を２５μｍ塗装し、その上に全面に亘って略球状NiFeCo粒子（日本ユテク（株）製、10680、硬度：Hv213、粒径：45〜150μｍ）を降り掛けて、付着しない粒子をエアーで払い、ローラで均した。その後、常温で２４時間乾燥した。これを実施例２の耐摩耗性ロールとする。

（実施例３）
PVC（ポリ塩化ビニル）の76ｍｍ（外径）×200ｍｍ（長さ）×2.2ｍｍ（厚さ）をアセトン溶剤で脱脂して乾燥したものをロール状基材とした。このロール状基材の外周面にエポキシ（ナガセケムテック（株）製、AV138）を２５μｍ塗装し、その上に全面に亘って略球状NiCrBSiFe粒子（日本ユテク（株）製、1275H 、硬度：Hv544、粒径：20〜53μｍ）を降り掛けて、付着しない粒子をエアーで払い、ローラで均した。その後、常温で２４時間乾燥した。これを実施例３の耐摩耗性ロールとする。

この実施例３の耐摩耗性ロールは、図６に示すように、略球状NiCrBSiFe粒子はエポキシ表面を介して埋設されること無く、表面に単層となるように個々に分散固定されている。

（実施例４）
PC（ポリカーボネート）の60ｍｍ（外径）×200ｍｍ（長さ）×4ｍｍ（厚さ）をアセトン溶剤で脱脂して乾燥したものをロール状基材とした。このロール状基材の外周面にエポキシ（ナガセケムテック（株）製、AV138）を２５μｍ塗装し、その上に全面に亘って略球状NiFeCo粒子（日本ユテク（株）製、10680、硬度：Hv213、粒径：45〜150μｍ）を降り掛けて、付着しない粒子をエアーで払い、ローラで均した。その後、常温で２４時間乾燥した。これを実施例４の耐摩耗性ロールとする。

（実施例５）
天然ゴムの48ｍｍ（外径）×210ｍｍ（長さ）の円柱（心材無）をアセトン溶剤で脱脂して乾燥したものをロール状基材とした。このロール状基材の外周面にエポキシ（ナガセケムテック（株）製、AV138）を２５μｍ塗装し、その上に全面に亘って略球状NiCrBSiFe粒子（日本ユテク（株）製、1275H 、硬度：Hv544、粒径：20〜53μｍ）を降り掛けて、付着しない粒子をエアーで払い、ローラで均した。その後、常温で２４時間乾燥した。これを実施例５の耐摩耗性ロールとする。

（実施例６）
発泡ウレタンゴムの60ｍｍ（外径）×100ｍｍ（長さ）×3ｍｍ（厚さ）をアセトン溶剤で脱脂して乾燥したものをロール状基材とした。なお、この基材には厚さ12ｍｍのアルミ芯材が嵌装されている。このロール状基材の外周面にエポキシ（ナガセケムテック（株）製、AV138）を２５μｍ塗装し、その上に全面に亘って略球状NiFeCo粒子（日本ユテク（株）製、10680、硬度：Hv213、粒径：45〜150μｍ）を降り掛けて、付着しない粒子をエアーで払い、ローラで均した。その後、常温で２４時間乾燥した。これを実施例６の耐摩耗性ロールとする。

（比較例１）
実施例１と同じＪＩＳ規格A5052（アルミニウムの純度：９９．５２％、硬度：Hv55）の60ｍｍ（外径）×200ｍｍ(長さ)×10ｍｍ（厚さ）を380℃×30分空焼き脱脂して、その表面を＃36ブラストで0.4MPaの圧力で粗面化した。これを比較例１の耐摩耗性ロールとする。

（比較例２）
実施例２と同じCFRP（不飽和ポリエステル）の60ｍｍ（外径）×180ｍｍ（長さ）×0.7ｍｍ（厚さ）の表面に溶射を行い粗面化した。これを比較例２の耐摩耗性ロールとする。

（比較例３）
実施例２と同じCFRP（不飽和ポリエステル）の60ｍｍ（外径）×180ｍｍ（長さ）×0.7ｍｍ（厚さ）をアセトン溶剤で脱脂して乾燥したものをロール状基材とした。このロール状基材の外周面に実施例２と同じエポキシ（ナガセケムテック（株）製、AV138）を２５μｍ塗装し、その上に全面に亘って略角状NiAl粒子（日本ユテク（株）製、29029、硬度：Hv150、粒径：35〜130μｍ）を降り掛けて、付着しない粒子をエアーで払い、ローラで均した。その後、実施例２と同じように常温で２４時間乾燥した。これを比較例３の耐摩耗性ロールとする。

（比較例４）
比較例３の「略角状NiAl粒子（日本ユテク（株）製、29029、硬度：Hv150、粒径：35〜130μｍ）」を「SiCパウダー（昭和電工(株)製、A-4、硬度：Hv2150、粒径：５μｍ未満）」に変更した以外は比較例３と同じである。これを比較例４の耐摩耗性ロールとする。

（比較例５）
比較例３の「略角状NiAl粒子（日本ユテク（株）製、29029、硬度：Hv150、粒径：35〜130μｍ）」を「ZrSiO₄粒子（不二製作所製、不二ジルコンビーズFZS-300、硬度：Hv1250、粒径：300〜425μｍ）に変更した以外は比較例３と同じである。これを比較例５の耐摩耗性ロールとする。

（比較例６）
実施例２と同じCFRP（不飽和ポリエステル）の60ｍｍ（外径）×180ｍｍ（長さ）×0.7ｍｍ（厚さ）をアセトン溶剤で脱脂して乾燥したものをロール状基材とした。このロール状基材の外周面にエポキシ（ナガセケムテック（株）製、AV138）に略球状NiCrBSiFe粒子（日本ユテク（株）製、1275H、硬度：Hv544、粒径：20〜53μｍ）を１００部添加してスプレー塗装した。その後、常温で２４時間乾燥した。これを比較例６の耐摩耗性ロールとする。

この比較例６の耐摩耗性ロールは図７に示すように、塗膜中の球状NiCrBSiFe粒子は不均一で隣り合う粒子と粒子の間隔も広い。しかも、搬送する物品と当接する最表面は粒子でなく塗膜樹脂である。

上記実施例１〜６の耐摩耗性ロール及び比較例１〜６の耐摩耗性ロールの耐摩耗性及び相手材への傷つき性を次のようにして評価した。

耐摩耗性は、２種類のサンドペーパでの研磨後と研磨前の粗さの変化量で評価した。すなわち、研磨前の中心線平均粗さRaと♯４００及び♯１８０サンドペーパ（KOVAX社製、ABRASIVE PAPER ♯400、♯180）での２０回研磨後の中心線平均粗さRaを、表面粗さ測定器（東京精密機器(株)、表面粗さ形状測定機、HANDY-SURF E-35A）で測定することで評価した。

相手材への傷つき性は、ＪＩＳ規格A5052（アルミニウムの純度：９９．５２％）の100ｍｍ×100ｍｍ×1ｍｍ（厚さ）を１Kgの荷重を掛けて押し付け、２０回擦り付けた後の表面粗さRaを、表面粗さ測定器（東京精密機器(株)、表面粗さ形状測定機、HANDY-SURF E-35A）で測定することで評価した。

各測定結果、評価結果を表１に示す。

実施例１の耐摩耗性ロール（図５）、実施例３の耐摩耗性ロール（図６）及び比較例６の耐摩耗性ロール（図７）を比較すると、次のことがわかる。すなわち、本考案の耐摩耗性ロールの場合、略球状無機粒子は有機樹脂層に均一且つ高密度に分散されており、最表面の略球状無機粒子は有機樹脂に覆われることがないのに対し、比較例６の耐摩耗性ロールの場合、塗膜中の略球状無機粒子は不均一で隣り合う粒子と粒子の間隔も広く、搬送する物品と当接する最表面は粒子でなく塗膜樹脂であることがわかる。

また、表１からわかるように、例えば♯１８０ペーパテストのように、実施例の耐摩耗性ロールの研磨前後の変化量が０．５μｍ未満であるのに対し、比較例の耐摩耗性ロールのそれが１〜３μｍ程度である。したがって、実施例の耐摩耗性ロールは耐摩耗性に優れていることがわかる。そして、その理由は、略球状無機粒子が本考案の耐摩耗性ロールの場合、表面に露出しており、比較例６の耐摩耗性ロールの場合、樹脂で覆われているためであると云うことができる。また、比較例３の耐摩耗性ロールの場合、無機粒子が略角状をしているためである。また、比較例４の耐摩耗性ロールの場合、無機粒子の粒径が小さすぎるためである。また、比較例５の耐摩耗性ロールの場合、無機粒子の粒径が大きすぎて研磨テストで欠落するためである。

また、相手材への傷つき性は、相手材の粗さRaが実施例の耐摩耗性ロールの場合、０．７〜０．８μｍであるのに対し、比較例の耐摩耗性ロールの場合、１．５〜２μｍと約２倍或いは約３倍大きい。したがって、実施例の耐摩耗性ロールは相手材への傷つき性に優れていることがわかる。

１・・・・・・ロール状基材
２・・・・・・単層粒子樹脂層
２ａ・・・・有機樹脂層
２ｂ・・・・略球状無機粒子

Claims

ロール状基材と、
前記ロール状基材表面に積層された有機樹脂層と前記有機樹脂層の硬化前に該有機樹脂層表面に単層付着された略球状無機粒子とからなる単層粒子樹脂層と、を有することを特徴とする耐摩耗性ロール。
前記単層粒子樹脂層は少なくとも１層以上積層された複数層の前記単層粒子樹脂層をもつ請求項１に記載の耐摩耗性ロール。
前記ロール状基材の前記有機樹脂層が積層される表面の平均表面粗さ（Ｒａ）は０．２〜２０μｍである請求項１又は２のいずれか１項に記載の耐摩耗性ロール。
前記略球状無機粒子の硬度が前記ロール状基材の硬度より約２倍以上高い請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐摩耗性ロール。
前記ロール状基材のハードビッカース硬度（Ｈｖ）が１３０以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐摩耗性ロール。
前記略球状無機粒子の平均粒径は１０〜２００μｍである請求項１〜５のいずれか1項に記載の耐摩耗性ロール。
前記略球状無機粒子はガラス粒子を除く請求項１〜６のいずれか１項に記載の耐摩耗性ロール。