JP3377780B2 - 弾性円筒体の製造方法、弾性ロールの製造方法、弾性円筒体および弾性ロール - Google Patents
弾性円筒体の製造方法、弾性ロールの製造方法、弾性円筒体および弾性ロールInfo
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Description
筒体の製造方法および弾性ロールの製造方法に関するも
のであり、より特定的には、内部にボイドを含まず、機
械的強度に優れた弾性円筒体の製造方法および弾性ロー
ルの製造方法に関する。
繊維等の各種工業において使用される弾性円筒体および
弾性ロールに関するものであり、より特定的には、製紙
用カレンダーロール、製紙用プレスロール、繊維用カレ
ンダーロール、磁気記録媒体用カレンダーロールとして
使用される、大型で、硬質の弾性ロールおよびその弾性
被覆層として使用される弾性円筒体に関する。
注型成形法を用いる硬質ロールの製造方法を開示する。
性樹脂含浸繊維材を巻回して繊維補強下巻層を形成す
る。
成樹脂原料を所定の大きさの筒体成形用型に注入して所
定温度で硬化せしめて外層用筒体を形成する。
外層用筒体を嵌め被せ、該下巻層と筒体との間に形成さ
れた環状間隙部に低粘性の接着剤を注入し、これを所定
温度で硬化せしめ、該下巻層と筒体とを接着剤層を介し
て接合一体化する。
た。従来の硬質ロールの製造方法は、以下の問題があっ
た。すなわち、円筒度を出すために、成形した筒体の外
表面および内表面を切削するが、製紙工業で使用される
ような大型のロールの場合、成形した円筒体は表面が波
打った状態となるため、余裕を見込んで切削代を大きく
とる必要があった。この為、歩留まりが悪いという問題
があった。
除去するのが困難であるという問題があった。
と、弾性ロールによって処理される対象製品の品質に悪
影響が及ぶという問題があった。
ボイドがある部分で応力の集中が発生し、弾性ロールが
破損する恐れがあるという問題があった。
2−40476、特公昭48−37337、特開昭56
−4419は、従来の遠心成形法により円筒体を形成す
る方法を開示する。このような従来の遠心成形法によれ
ば、遠心分離によってボイドを有効に除去でき、また円
筒度にも優れた円筒体が成形できることは知られてい
る。
は、何れも遠心分離作用を利用して充填材を所望の位置
に集中させるというものであった。
題があった。すなわち、一般に、補強性充填材は比重が
大きいため、遠心成形すると、充填材は外表面側へ集中
する傾向にある。
は、表面の硬度が高くなり、内径側へ行くにしたがって
硬度が低くなる。また、厚さ方向で均一な物性が得られ
なくなる。
度や物性が変化し、サイズが規定されたロールを所望の
硬度や物性に仕上げるのが困難であるという問題があっ
た。
方向で、充填材の分散状態が不均一となる。このため、
使用時に荷重がかかった状態で高速回転するロールで
は、一般的に、無機系の充填材を使う場合、充填材の少
ない部分が局所的に内部発熱を起こし易いという問題が
あった。内部発熱が進行すると、ロールが破損する危険
性があった。
な問題点を解決するためになされたもので、歩留まりを
向上させることができるように改良された弾性円筒体の
製造方法および弾性ロールの製造方法を提供することを
目的とする。
なおかつ硬度等の物性を安定化させることができるよう
に改良された弾性円筒体の製造方法および弾性ロールの
製造方法を提供することにある。
力集中や内部発熱を防止して耐久性を向上させることが
できるように改良された、弾性円筒体の製造方法および
弾性ロールの製造方法を提供することにある。
方法によって製造された弾性円筒体および弾性ロールを
提供することにある。
とを含む混合液から遠心成形によって円筒体を製造する
遠心成形工程において、ある条件の下で弾性材料の硬化
が完了した場合には、外表面部に充填材が高密度で集中
している層ができるが、それ以外の部分には充填材がほ
ぼ均一に分散した層ができていることに着目し、本発明
がなされた。
イドをほぼ完全に除去でき、なおかつ充填材を弾性円筒
体の外表面部または内表面部の僅かな高密度充填層を除
いて全体にほぼ均一に分散させることが可能であること
を見出した。そして、この高密度充填層を除去すること
により、充填材が全体にほぼ均一に分散された弾性円筒
体を得ることを見出し、本発明がなされた。
より、ボイドをほぼ完全に除去でき、しかも高密度充填
層をごく僅かなスキン層とするか、あるいは高密度充填
層を形成することなく、充填材が全体にほぼ均一に分散
された弾性円筒体を得ることができることを見出し、本
発明がなされた。
製造方法においては、まず、液状高分子材料と充填材と
を含む混合液を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形
し、それによって、高分子材料中に前記充填材が均一に
分散された均一分散層と、前記均一分散層の外周面側ま
たは内周面側に形成され前記高分子材料中に前記充填材
がより高密度に充填された高密度充填層とを含む円筒体
を作成する。
層を表面に露出させる。この発明によれば、充填材の比
重が、液状高分子材料の比重よりも大きい場合、高密度
充填層は均一分散層の外周面側に形成される。一方、充
填材の比重が液状高分子材料の比重よりも小さい場合、
高密度充填層は均一分散層の内周面側に形成される。
良くなる。ひいては、切削代を小さくできて、歩留まり
が良くなる。
軽いボイドを内周面側に逃がしてボイドを除去すること
ができる。
り、全体に充填材がほぼ均一に分散された弾性円筒体が
得られる。
速回転しても、局所的な内部発熱が起こりにくくなり、
耐久性が向上する。
る場合、高密度充填層を除去して均一分散層を表面に露
出させてしまえば、それ以上は外表面部を削っても表面
硬度は低下しない。ひいては、硬度等の物性の設定が容
易となる。
製造方法においては、上記高密度充填層の厚さは、それ
ぞれ前記円筒体の厚さの15%以下(ただし、0%を含
まない)である。
この発明のより好ましい実施態様によれば、高密度充填
層の厚さは、円筒体全体の厚さの2%以下である。この
発明の第3の局面に従う弾性円筒体の製造方法において
は、上記除去工程は、少なくとも下記式(1)に表わさ
れるZに相当する厚みの分量だけ、前記円筒体の外周面
または内周面を除去する。
前記混合液がゲル化するまでの時間を、Dp(mm)
は、前記充填材の80累積重量%粒子径を、ρpは、前
記充填材の比重を、ρは、前記液状高分子材料の比重
を、r(mm)は、前記円筒体の内周半径を、Nt(r
pm)は、前記遠心成形工程での時間tにおける前記金
型の回転数を、μt(Pa・s)は、当該遠心成形と同
一の条件で加熱したときの、時間tにおける前記液状高
分子材料の粘度をそれぞれ表わす。) 高密度充填層の厚さは、遠心成形による充填材の移動距
離と密接に関連すると考えられる。
める一般式は公知であり、例えば「プラスチック加工技
術便覧」第604頁〜第606頁(昭和44年、プラス
チック加工技術便覧編集委員会編)や、「化学計算法シ
リーズ4、化学工学の計算法」第180頁〜第183頁
(1999年、東京電機大学発行)に記載されている。
これら公知の文献を参考にした上で、遠心成形中に金型
の回転数を変更すること、液状高分子材料が硬化するに
つれて粘度が上昇すること等を考慮して、遠心成形によ
る充填材の移動距離は、式(2)で示したYで近似でき
ることを見出した。
の誤差等を考慮すれば、少なくとも1.1×Yに相当す
る厚みの分量だけ高密度充填層を除去することにより、
全体に充填材がほぼ均一に分散された円筒体を得ること
ができる。
る厚みの分量より少ないと、出来あがった弾性円筒体
に、充填材が高密度に充填された層が残ってしまい、全
体に充填材がほぼ均一に分散された円筒体が得られなく
なる恐れがあるため好ましくない。
する分量が必要以上に多過ぎても、非経済的であるの
で、除去する分量は、少ない方が良い。
tは、終始一定のまま行なってもよいし、途中で回転数
Ntを変更させてもよい。遠心成形の途中で金型の回転
数Ntを変更する場合、回転数は段階的に、あるいは連
続的に変化させることができる。
ある。 tgp : 60s〜100,000s なお、本発明において、混合液がゲル化するまでの時間
は、粘度−時間線図の屈曲点から求められるゲル化点と
する。
度の小さい粒子から累積して80重量%に相当する粒子
の粒子径である。換言すれば、当該粒子径以下の大きさ
の粒子が全粒子の80重量%を占めることを意味する。
使用することが好ましい。 ρp : 0.03〜5.3 ρ : 0.8〜2.6 r : 50mm〜750mm Nt : 100rpm〜2000rpm μtは媒体の粘度を表わす。実際の遠心成形は、液状高
分子材料と充填材との混合液で行なわれるが、混合液中
での充填材の移動を考えるとき、媒体は混合液から充填
材を除いたものとなる。従って、μtは、当該遠心成形
と同一の条件で加熱したときの、液状高分子材料の時間
tにおける粘度とした。
造方法においては、上記遠心成形は、下記式(3)およ
び式(4)を満足させる条件で行なう。
の厚さを、t0=0、tgp(s)は、前記混合液がゲル化
するまでの時間を、ρmは前記混合液の比重を、R(m
m)は前記金型の内周半径を、Nt(rpm)は、前記
遠心成形工程での時間tにおける前記金型の回転数を、
ηt(Pa・s)は、時間tにおける前記混合液の粘度
を、Dp(mm)は、前記充填材の80累積重量%粒子
径を、ρpは、前記充填材の比重を、ρは、前記液状高
分子材料の比重を、r(mm)は、前記円筒体の内周半
径を、μt(Pa・s)は、当該遠心成形と同一の条件
で加熱したときの、時間tにおける前記液状高分子材料
の粘度をそれぞれ表わす。)本発明は、遠心成形の好ま
しい条件を規定している。
ことにより、硬化した円筒体中にボイドを含まず、なお
かつ除去すべき高密度充填層が薄い円筒体を製造するこ
とができる。
が遠心成形によって円筒体の外部に抜け出すための条件
を示している。0.2mm以上のボイドに着目した理由
は、もし、0.2mm以上のボイドが本発明が対象とす
る製品中に含まれると、製品としての機能が損なわれる
可能性があるからである。
成形での気泡の移動速度を求める公知の一般式を参考に
しながら、直径が0.2mmのボイドが遠心成形によっ
て半径方向に移動する距離は、Xで近似できることを見
出した。
化するまでの間に円筒体からボイドをほぼ完全に除去す
ることができる。
れた円筒体において、高密度充填層が好ましい薄さとな
るための条件を示している。
する距離は、理論上は上記のとおりYで近似できると考
えられる。
去工程において除去する必要のある高密度充填層の厚さ
を、遠心成形工程によって作成された円筒体の厚さの1
5%以下にすることができた。従って、そのようにする
ことで歩留まりが向上する。
に好ましくはY≦T/20とする。いずれの場合も高密
度充填層の厚さは円筒体の厚さの10%以下とすること
ができた。
厚さTは、一般的には5mm〜50mm程度である。
ついては、前記のとおりである。上記以外のXに関する
変数は、一般的には以下の範囲内である。
形工程を通じて一定でもよいし、途中で段階的にあるい
は連続的に変化させてもよい。
ておけば、ボイドをより確実に除去できるので好まし
い。
製造方法は、液状高分子材料と充填材とを含む混合液を
遠心成形用の金型に注入し、遠心成形することによっ
て、高分子材料中に前記充填材が分散された円筒体を作
成する方法に係る。
(8)を満足させる条件で行なう。 X≧T (7) Y≦T/100 (8) ここで、
の厚さを、 t0=0、 tgp(s)は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、
ρmは前記混合液の比重を、R(mm)は前記金型の内
周半径を、Nt(rpm)は、前記遠心成形工程での時
間tにおける前記金型の回転数を、ηt(Pa・s)
は、時間tにおける前記混合液の粘度を、Dp(mm)
は、前記充填材の80累積重量%粒子径を、ρpは、前
記充填材の比重を、ρは、前記液状高分子材料の比重
を、r(mm)は、前記円筒体の内周半径を、μt(P
a・s)は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したとき
の、時間tにおける前記液状高分子材料の粘度をそれぞ
れ表わす。) この発明は、遠心成形の、特に好ましい条件を規定して
いる。
ことにより、ボイドをほぼ完全に除去でき、しかも高密
度充填層をごく僅かなスキン層とするか、あるいは高密
度充填層を形成することなく、充填材が全体にほぼ均一
に分散された弾性円筒体を得ることができる。
やブラスト処理等の公知の方法で除去する。
のような除去工程は必ずしも必要なくなる。ただし、こ
の場合でも、所定の寸法精度、表面精度を出すため、切
削やブラスト処理等の表面加工を行なうことが好まし
い。
化するまでの間に円筒体からボイドをほぼ完全に除去す
ることができる。
度充填層をごく僅かなスキン層とするか、あるいは高密
度充填層を形成することなく、充填材が全体にほぼ均一
に分散された弾性円筒体を得ることができる。
層の厚さを円筒体の厚さの2%以下とすることができ
た。
製造方法においては、上記充填材の80累積重量%粒子
径[DP]は、0.01μm〜20μmの範囲にある。
ドを除去でき、かつ高密度充填層を薄くすることが容易
となる。
μmよりも小さいと、液状高分子材料に所定割合の充填
材を混合した混合液の粘度が高くなり過ぎて、遠心成形
によってもボイドの除去が困難となる恐れがある。
よりも大きいと、遠心成形したとき遠心力によって充填
材が半径方向に移動しやすくなる。その結果、高密度充
填層の厚さが薄くならず、除去工程で除去しなければな
らない分量が多くなるため、歩留まりが悪くなる。
しい範囲は、1.0μm以上、5.0μm以下である。
充填材は、入手が容易である。また、80累積重量%粒
子径を5.0μm以下とすることにより、高密度充填層
の厚さを特に薄くすることができる。
ないものを使用した方が、均一分散層内で粒子がより均
一に分散するため好ましい。
製造方法においては、上記遠心成形工程は、前記液状高
分子材料からボイドを除去するA工程と、前記充填材の
半径方向への移動を抑制しながら前記高分子材料の硬化
を行なうB工程とを少なくとも含む。
と、高密度充填層を薄くすることとの両方を達成するこ
とが容易となる。
度、気圧等を遠心成形工程中で変化させることにより区
別することができる。
製造方法においては、上記B工程は、上記A工程よりも
低速回転で行なう。
遠心成形工程を通じて充填材が半径方向へ移動するのを
出来るだけ抑制する必要がある。
は、B工程で回転数を遠心力が維持できる範囲で低速に
落しながら高分子材料の硬化を行なうことが好ましい。
こうすることにより、ボイドを除去することと、高密度
充填層を薄くすることとの両方を達成することが容易と
なる。
る場合、所定の回転数に段階的に変化させてもよい。
る場合、金型の回転数は連続的に変化させてもよい。
製造方法においては、上記遠心成形工程を通じて、前記
金型の回転数を一定に保つ。
て、金型の回転数を変化させず、一定に保ってもよい。
液状高分子材料、充填材、混合液の配合、温度条件、金
型の回転数等の選択の仕方によっては、遠心成形を通じ
て金型の回転数を一定に保っても、ボイドを除去するこ
とと、高密度充填層を薄くすることとの両方を達成する
ことが可能である。この場合、製造工程が簡略化でき
る。
の製造方法は、液状高分子材料と充填材とを含む混合液
を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形し、それによっ
て、高分子材料中に前記充填材が均一に分散された均一
分散層と、前記均一分散層の外周面側または内周面側に
形成され前記高分子材料中に前記充填材がより高密度に
充填された高密度充填層とを含む円筒体を作成する。上
記高密度充填層を除去して前記均一分散層を表面に露出
させる。上記除去工程前または除去工程後の上記円筒体
を芯材の外側に被せて前記円筒体と前記芯材とを一体化
する。
れる場合、除去工程は円筒体と芯材とを一体化する工程
の前に行なう必要があるが、高密度充填層が円筒体の外
周面側に形成される場合には、除去工程と、円筒体と芯
材とを一体化する工程とは、どちらが先でも構わない。
材と一体化する前に、円筒体の外周面は芯材と一体化す
る前または一体化した後に、所望の寸法精度、表面精度
を出す為に切削やブラスト処理等の表面加工が施され
る。この表面加工中に前記除去工程を含ませても構わな
い。
の製造方法は、液状高分子材料と充填材とを含む混合液
を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形し、それによっ
て、高分子材料中に前記充填材が分散された円筒体を作
成する。上記円筒体を芯材の外側に被せて前記円筒体と
前記芯材とを一体化する。
(12)を満足させる条件で行なう。
の厚さを、 t0=0、 tgp(s)は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、
ρmは前記混合液の比重を、R(mm)は前記金型の内
周半径を、Nt(rpm)は、前記遠心成形工程での時
間tにおける前記金型の回転数を、ηt(Pa・s)
は、時間tにおける前記混合液の粘度を、Dp(mm)
は、前記充填材の80累積重量%粒子径を、ρpは、前
記充填材の比重を、ρは、前記液状高分子材料の比重
を、r(mm)は、前記円筒体の内周半径を、μt(P
a・s)は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したとき
の、時間tにおける前記液状高分子材料の粘度をそれぞ
れ表わす。) 上記のとおり、この条件で円筒体を遠心成形した場合、
ボイドをほぼ完全に除去でき、しかも高密度充填層をご
く僅かなスキン層とするか、あるいは高密度充填層を形
成することなく、充填材が全体にほぼ均一に分散された
弾性円筒体を得ることができる。
やブラスト処理等の公知の方法で除去する。スキン層が
円筒体の内周面側に形成される場合、円筒体と芯材とを
一体化する工程の前に除去する必要があるが、スキン層
が円筒体の外周面側に形成される場合には、スキン層の
除去と、円筒体と芯材とを一体化する工程とは、どちら
が先でも構わない。
のような除去工程は必ずしも必要なくなる。ただし、こ
の場合でも、所定の寸法精度、表面精度を出すため、切
削やブラスト処理等の表面加工を行なうことが好まし
い。
の製造方法においては、上記弾性ロールは、製紙用カレ
ンダーロールである。
紙用カレンダーロールの製造に適用した場合に特に有効
である。
は、高分子材料と充填材とを含み、遠心成形によって得
られた弾性円筒体に係る。外表面の硬さと内表面の硬さ
との差が2度(JIS D)以内であり、且つ、厚さ方
向1mm当たりの硬さの差が1度(JIS D)以内で
ある。上記充填材の80累積重量%粒子径[DP]は、
0.01μm〜20μmの範囲にある。
度が低下しない。また、表面および内部にボイドを含ま
ない。
被せ、芯材と一体化することにより、表面特性に優れ、
弾性円筒体内部での応力集中や内部発熱による破損を回
避でき、なおかつ硬度の安定した弾性ロールとすること
ができる。
硬さとの差が1度以内であり、厚さ方向1mm当りの硬
さの差が0度である。この発明の第14の局面に従う弾
性円筒体は、高分子材料と充填材とを含み、遠心成形に
よって得られた弾性円筒体に係る。外表面部分の灰分と
内表面部分の灰分との差が20%以内であり、且つ、厚
さ方向1mm当りの灰分の差が10%以内である。この
発明によれば、表面および内部にボイドを含まない。
ば、外表面部分の灰分と内表面部分の灰分との差が10
%以内であり、厚さ方向1mm当りの灰分の差が0.5
%以内である。上記充填材の80累積重量%粒子径[D
P]は、0.01μm〜20μmの範囲にある。
は芯材と、前記芯材の外側に位置し前記芯材と一体化し
た弾性円筒体とを含む弾性ロールに係る。
を含み、遠心成形によって得られた弾性円筒体である。
外表面の硬さと内表面の硬さとの差が2度(JIS
D)以内であり、且つ、厚さ方向1mm当りの硬さの差
が1度(JIS D)以内である。上記充填材の80累
積重量%粒子径[DP]は、0.01μm〜20μmの
範囲にある。この発明によれば、表面および内部にボイ
ドを含まない。
は、芯材と、前記芯材の外側に位置し前記芯材と一体化
した弾性円筒体とを含む弾性ロールに係る。前記弾性円
筒体は、高分子材料と充填材とを含み、遠心成形によっ
て得られた弾性円筒体である。外表面部分の灰分と内表
面部分の灰分との差が20%以内であり、且つ、厚さ方
向1mm当りの灰分の差が10%以内である。上記充填
材の80累積重量%粒子径[DP]は、0.01μm〜
20μmの範囲にある。この発明によれば、表面および
内部にボイドを含まない。
においては、上記弾性ロールは、製紙用カレンダーロー
ルである。
しては、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリイソシアヌ
レート、架橋ポリエステルアミド、不飽和ポリエステ
ル、ジアリルフタレート樹脂等が挙げられる。中でも、
耐久性、耐熱性、および成形容易性の観点からエポキシ
樹脂および架橋ポリエステルアミドが好ましく、特にエ
ポキシ樹脂の使用が好ましい。
ンブラック、シリカ、アルミナ、酸化チタン、水酸化ア
ルミニウム、炭酸カルシウム、クレー、硫酸バリウム、
酸化亜鉛、水酸化マグネシウム、ガラスビーズ、樹脂ビ
ーズ等、通常使用される粒状の充填材が挙げられる。
い。充填材の混合割合は、混合液全体中に10〜60重
量%程度である。
配合しても構わない。図1は、本発明に使用する遠心成
形装置の断面図、図2は図1におけるA−A’線断面図
である。図に示すように、チャンバー10内に、所定寸
法を有する円筒状の金型11が、軸線が水平方向となる
ように配置されている。金型11の一端は、外部の駆動
機構(駆動部12と駆動軸13)と連結しており、金型
11を、軸線を中心に、任意の回転数で回転させること
ができる。金型11の下部は、複数の支えローラ14に
よって支持されている。外部の注型機15から注型管1
6が金型11の内部まで延びている。チャンバー10内
は、液状高分子材料を加熱硬化できるように温度管理が
可能となっている。
液状高分子材料、充填材、そして所望により追加するそ
の他の配合剤を混合し、攪拌して、液状高分子材料と充
填材とを含む混合液を作成しておく。
転数で回転させながら、注型機15より注型管16を通
して金型11内部に前記混合液を注型する。
値に管理し、混合液を遠心力によって金型11の内面に
押しつけながら、高分子材料を一次加熱して硬化させ
る。一次加熱の間に比重の軽い気泡は混合液の内周面か
ら除去される。一次加熱の終了時点で、既に高分子材料
はゲル化して円筒体となっているため、以降の工程では
充填材の移動は起こらない。
に管理しながら、高分子材料を二次加熱して円筒体の物
性を向上させる。
たは回転させたまま、金型11および円筒体を自然冷却
した後、円筒体を金型11から取り出す。
し、円筒体の物性を更に向上させる。次に、除去工程に
ついて説明する。
除去すればよい。図3を参照して、遠心成形によって得
られた円筒体から高密度充填層1を除去し、均一分散層
2の表面を露出させることにより、全体に充填材がほぼ
均一に分散された弾性円筒体が得られる。
が大きいため、高密度充填層1は均一分散層2の外周面
側に形成される。一方、中空ガラスビーズ、中空樹脂ビ
ーズのような液状子分子材料よりも比重が小さい充填材
を使用した場合は、高密度充填層1は、均一分散層2の
内周面側に形成される。
示したZに相当する厚みの分量とすればよい。
工程は不要となり、図4を参照して、高密度充填層を形
成することなく、充填材が全体にほぼ均一に分散された
弾性円筒体を得ることができる。
明する。高密度充填層の厚さは、一般的には、円筒体の
断面の電子顕微鏡写真により確認することができる。
m)ごとに硬さあるいは灰分を測定したとき、高密度充
填層と均一分散層の境界で測定値が急激に変化すること
によって確認することもできる。
ル、硬質弾性ロールを製造する場合に好適である。この
ようなロールは、例えば製紙用カレンダーロールであ
る。
10000mm 硬質弾性ロール:JIS K6253によるデュロメー
タ硬さがD70〜D99 本発明による弾性円筒体から大型ロールを製造するに
は、例えば特公平3−47359に記載の方法に従って
製造する。すなわち、図5を参照して、繊維補強下巻層
4を有する金属製ロール芯3に外層用筒体5を嵌め被
せ、該下巻層4と筒体5との間に形成された環状間隙部
に接着剤を注入し、これを所定温度で硬化せしめ、該下
巻層4と筒体5とを接着剤層6を介して接合一体化する
ことが可能である。
型サンプルを作成し、実験を行なった。
〜200g/eq)100重量部、硬化剤(変性芳香族
ポリアミン:アミン当量50〜70g/eq)27.0
重量部およびシリカ(80累積重量%粒子径4.5μ
m)38.5重量部を混合、攪拌し、混合液を作成し
た。遠心成形用の金型は、内周半径130mm、内面長
345mmのものを用意した。この金型を内部温度70
℃に加熱した状態で、回転数1000rpmで回転させ
ながら前記混合液を注型機より金型内部に注型した。一
次加熱は、比較的高速回転によってボイドを除去するA
工程と、比較的低速回転によって充填材の半径方向の移
動を抑制しながら高分子材料の硬化を行なうB工程とに
よって行なった。すなわち、金型内部の温度を70℃に
保ちながら、注型開始から3600秒までの1時間を1
000rpmで(A工程)、続いて3600秒から14
400秒までの3時間は回転数を300rpmに落して
(B工程)行なった。続いて、二次加熱として、金型内
部の温度を120℃とし、回転数を300rpmで14
400秒から21600秒までの2時間行なった。続い
て回転数300rpmのまま金型内部を自然冷却した
後、円筒体を金型から取り出した。
(ρp)、樹脂の比重(ρ)、混合液の比重(ρM)、円
筒体の内周半径(r)は表1、2、3に記載のとおりで
あった。
ポキシ当量180〜200g/eq) (2) ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量1
55〜175g/eq) (3) ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量2
20〜240g/eq) (4) 変性芳香族ポリアミン(アミン当量50〜70g/
eq) (5) 変性芳香族ポリアミン(アミン当量60〜80g/
eq) (6) シリカ(80累積重量%粒子径4.5μm) (7) シリカ(80累積重量%粒子径1.8μm) (8) シリカ(80累積重量%粒子径23μm) (9) シリカ(80累積重量%粒子径51μm) この遠心成形の条件を式(5)に当てはめて計算する
と、Xの値は1991mmとなる。また、式(6)に当
てはめて計算すると、Yの値は5.63mmとなる。
切断した断面を電子顕微鏡写真により観察したところ、
円筒体の外周面に、充填材が高密度に充填された高密度
充填層が3.0mmの厚さで形成されていることが確認
できた。
硬さ(JIS K6253に定義されるタイプDデュロ
メータ硬さ)および灰分(%)(測定装置名「TG/D
TA220」セイコー電子工業社製)を測定した。測定
結果を図6のグラフに示す。
かって切削していきながら厚さ1mm削るごとにボイド
の有無を目視で確認したが、円筒体の表面および内部に
ボイドは全く発見されなかった。
プルを作成した。
については、一次加熱の間、金型の回転数を一定のまま
行なった。
果、サンプル1〜5、8〜11については円筒体の表面
および内部にボイドは全く発見されなかった。これに対
して、前記式(3)を満足しないサンプル6、7につい
ては、円筒体の内部に直径約0.2mmのボイドが多数
発見されたため、本発明の要求を満たすものではなかっ
た。
11について、高密度充填層の厚さを調べた。電子顕微
鏡写真による観察結果に基づき、高密度充填層の厚さh
の円筒体全体の厚さTに対する割合(h/T)を計算し
たところ、サンプル1〜5、8、9は15%以下であっ
た為、従来の遠心成形によらない製造方法に比べて除去
する分量を少なくすることで歩留まりの向上が期待でき
る。特に、サンプル2〜5、8、9については、2%以
下となったため、歩留まりの向上効果が大きい。これに
対して、前記式(4)を満たさないサンプル10、11
については、15%を超えていたので、歩留まりの向上
が期待できない。
厚さ分を除去し、内周面から表面精度を上げるために厚
さ0.5mmを除去したときの、外表面の硬さ、外表面
の硬さと内表面の硬さの差および厚さ方向1mm当りの
硬さの最大差、さらに外表面部分の灰分(%)と内表面
部分の灰分(%)の差および厚さ方向1mm当りの灰分
(%)の最大差を表1に併記した。ただし、高密度充填
層の厚さが円筒体全体の厚さの15%を超えている場合
(サンプル10、11)は、円筒体全体の厚さの15%
以上は除去しなかった。
円筒体全体に、充填材がほぼ均一に分散していることが
わかる。特に、サンプル3〜5、8、9は、厚さ方向で
の硬さおよび灰分(%)の差がほとんどないことがわか
る。これに対して、サンプル10,11では、円筒体全
体の厚さの15%を除去しても、充填材の分散割合が厚
さ方向で不均一である。
プル6,7を除く)の測定位置と灰分および硬度の関係
を示す。測定位置0mmは、高密度充填層の外表面を示
す。
8、9は、ボイドを除去でき、しかも高密度充填層の厚
さを、遠心成形工程によって作成された円筒体の厚さの
15%以下にすることができた。特に、式(7)および
式(8)を満たすサンプル4、5、8、9は、ボイドを
除去でき、しかも高密度充填層を遠心成形工程によって
作成された円筒体の厚さの1%以下というごく僅かなス
キン層とすることができた。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
性円筒体の製造方法および弾性ロールの製造方法によれ
ば、歩留まりが向上する。また、ボイドを除去し、なお
かつ硬度等の物性を安定化させることができる。さら
に、局所的な応力集中や内部発熱を防止して、耐久性を
向上させることができる。
面図である。
る。
しないで得られた弾性円筒体の断面図である。
造する工程を図示した概念図である。
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
関係を示す図である。
係を示す図である。
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
度の関係を示す図である。
度の関係を示す図である。
Claims (17)
- 【請求項1】 液状高分子材料と充填材とを含む混合液
を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形し、それによっ
て、高分子材料中に前記充填材が均一に分散された均一
分散層と、前記均一分散層の外周面側または内周面側に
形成され前記高分子材料中に前記充填材がより高密度に
充填された高密度充填層とを含む円筒体を作成する遠心
成形工程と、 前記高密度充填層を除去し、前記均一分散層の表面を露
出させる除去工程とを備えた、弾性円筒体の製造方法。 - 【請求項2】 前記高密度充填層の厚さは、前記円筒体
の厚さの15%以下(ただし、0%を含まない)であ
る、請求項1に記載の弾性円筒体の製造方法。 - 【請求項3】 前記除去工程は、少なくとも下記式
(1)に表わされるZに相当する厚みの分量だけ、前記
円筒体の外周面または内周面を除去する、請求項1また
は請求項2に記載の弾性円筒体の製造方法。 【数1】 (上式において、t0=0、 tgp(s)は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、 Dp(mm)は、前記充填材の80累積重量%粒子径
を、 ρpは、前記充填材の比重を、 ρは、前記液状高分子材料の比重を、 r(mm)は、前記円筒体の内周半径を、 Nt(rpm)は、前記遠心成形工程での時間tにおけ
る前記金型の回転数を、 μt(Pa・s)は、当該遠心成形と同一の条件で加熱
したときの、時間tにおける前記液状高分子材料の粘度
をそれぞれ表わす。) - 【請求項4】 前記遠心成形は、下記式(3)および式
(4)を満足させる条件で行なう、請求項1〜請求項3
のいずれかに記載の弾性円筒体の製造方法。 X≧T (3) Y≦T/4 (4) ここで、 【数2】 (上式において、T(mm)は前記円筒体の厚さを、 t0=0、 tgp(s)は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、 ρmは前記混合液の比重を、 R(mm)は前記金型の内周半径を、 Nt(rpm)は、前記遠心成形工程での時間tにおけ
る前記金型の回転数を、 ηt(Pa・s)は、時間tにおける前記混合液の粘度
を、 Dp(mm)は、前記充填材の80累積重量%粒子径
を、 ρpは、前記充填材の比重を、 ρは、前記液状高分子材料の比重を、 r(mm)は、前記円筒体の内周半径を、 μt(Pa・s)は、当該遠心成形と同一の条件で加熱
したときの、時間tにおける前記液状高分子材料の粘度
をそれぞれ表わす。) - 【請求項5】 液状高分子材料と充填材とを含む混合液
を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形することによっ
て、高分子材料中に前記充填材が分散された円筒体を作
成する弾性円筒体の製造方法において、 前記遠心成形は、下記式(7)および式(8)を満足さ
せる条件で行ない、 高密度充填層が前記円筒体にスキン層として形成されて
いる場合には、該スキン層を除去する工程をさらに含
む、 弾性円筒体の製造方法。 X≧T (7) Y≦T/100 (8) ここで、 【数3】 (上式において、T(mm)は前記円筒体の厚さを、 t0=0、 tgp(s)は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、 ρmは前記混合液の比重を、 R(mm)は前記金型の内周半径を、 Nt(rpm)は、前記遠心成形工程での時間tにおけ
る前記金型の回転数を、 ηt(Pa・s)は、時間tにおける前記混合液の粘度
を、 Dp(mm)は、前記充填材の80累積重量%粒子径
を、 ρpは、前記充填材の比重を、 ρは、前記液状高分子材料の比重を、 r(mm)は、前記円筒体の内周半径を、 μt(Pa・s)は、当該遠心成形と同一の条件で加熱
したときの、時間tにおける前記液状高分子材料の粘度
をそれぞれ表わす。) - 【請求項6】 前記充填材の80累積重量%粒子径[D
P]は、0.01μm〜20μmの範囲にある、請求項
1〜請求項5のいずれかに記載の弾性円筒体の製造方
法。 - 【請求項7】 前記遠心成形工程は、前記液状高分子材
料からボイドを除去するA工程と、 前記充填材の半径方向への移動を抑制しながら前記高分
子材料の硬化を行なうB工程とを少なくとも含む、 請求項1〜請求項6のいずれかに記載の弾性円筒体の製
造方法。 - 【請求項8】 前記B工程は、前記A工程よりも低速回
転で行なう、請求項7に記載の弾性円筒体の製造方法。 - 【請求項9】 前記遠心成形工程を通じて、前記金型の
回転数を一定に保つ、請求項1〜請求項6のいずれかに
記載の弾性円筒体の製造方法。 - 【請求項10】 液状高分子材料と充填材とを含む混合
液を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形し、それによ
って、高分子材料中に前記充填材が均一に分散された均
一分散層と、前記均一分散層の外周面側または内周面側
に形成され前記高分子材料中に前記充填材がより高密度
に充填された高密度充填層とを含む円筒体を作成する遠
心成形工程と、 前記高密度充填層を除去して前記均一分散層を表面に露
出させる除去工程と、 前記除去工程前または前記除去工程後の前記円筒体を芯
材の外側に被せて前記円筒体と前記芯材とを一体化する
工程とを含む、弾性ロールの製造方法。 - 【請求項11】 液状高分子材料と充填材とを含む混合
液を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形し、それによ
って、高分子材料中に前記充填材が分散された円筒体を
作成する遠心成形工程と、高密度充填層が前記円筒体にスキン層として形成されて
いる場合には、該スキン層を除去する工程と、 前記円筒体を芯材の外側に被せて前記円筒体と前記芯材
とを一体化する工程とを含む弾性ロールの製造方法にお
いて、 前記遠心成形は、下記式(11)および式(12)を満
足させる条件で行なう弾性ロールの製造方法。 X≧T (11) Y≦T/100 (12) ここで、 【数4】 (上式において、T(mm)は前記円筒体の厚さを、 t0=0、 tgp(s)は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、 ρmは前記混合液の比重を、 R(mm)は前記金型の内周半径を、 Nt(rpm)は、前記遠心成形工程での時間tにおけ
る前記金型の回転数を、 ηt(Pa・s)は、時間tにおける前記混合液の粘度
を、 Dp(mm)は、前記充填材の80累積重量%粒子径
を、 ρpは、前記充填材の比重を、 ρは、前記液状高分子材料の比重を、 r(mm)は、前記円筒体の内周半径を、 μt(Pa・s)は、当該遠心成形と同一の条件で加熱
したときの、時間tにおける前記液状高分子材料の粘度
をそれぞれ表わす。) - 【請求項12】 前記弾性ロールは、製紙用カレンダー
ロールである、請求項10または請求項11に記載の弾
性ロールの製造方法。 - 【請求項13】 高分子材料と充填材とを含み、 遠心成形によって得られた弾性円筒体であって、 外表面の硬さと内表面の硬さとの差が2度(JIS
D)以内であり、且つ、 厚さ方向1mm当りの硬さの差が1度(JIS D)以
内であり、 前記充填材の80累積重量%粒子径[DP]は、0.0
1μm〜20μmの範囲にある 、弾性円筒体。 - 【請求項14】 高分子材料と充填材とを含み、 遠心成形によって得られた弾性円筒体であって、 外表面部分の灰分と内表面部分の灰分との差が20%以
内であり、且つ、 厚さ方向1mm当りの灰分の差が10%以内であり、 前記充填材の80累積重量%粒子径[DP]は、0.0
1μm〜20μmの範囲にある、 弾性円筒体。 - 【請求項15】 芯材と、前記芯材の外側に位置し前記
芯材と一体化した弾性円筒体とを含む弾性ロールにおい
て、 前記弾性円筒体は、高分子材料と充填材とを含み、 遠心成形によって得られた弾性円筒体であって、 外表面の硬さと内表面の硬さとの差が2度(JIS
D)以内であり、且つ、厚さ方向1mm当りの硬さの差
が1度(JIS D)以内であり、 前記充填材の80累積重量%粒子径[DP]は、0.0
1μm〜20μmの範囲にある 、弾性ロール。 - 【請求項16】 芯材と、前記芯材の外側に位置し前記
芯材と一体化した弾性円筒体とを含む弾性ロールにおい
て、 前記弾性円筒体は、高分子材料と充填材とを含み、 遠心成形によって得られた弾性円筒体であって、 外表面部分の灰分と内表面部分の灰分との差が20%以
内であり、且つ、 厚さ方向1mm当りの灰分の差が10%以内であり、 前記充填材の80累積重量%粒子径[DP]は、0.0
1μm〜20μmの範囲にある 弾性ロール。 - 【請求項17】 前記弾性ロールは、製紙用カレンダー
ロールである、請求項15または請求項16に記載の弾
性ロール。
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