JP3586919B2 - ゴムロール及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばプラスチックフィルム、紙等のシート状物のガイドロールや巻取機におけるタッチロールとして用いられている、いわゆるコンポジット製ゴムロールとその製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば、合成樹脂製フィルム、紙等のシート状物の製造工程において、その搬送速度の高速化や速度変動、振動等に対する追従性の改善、或は軽量化によるハンドリングの容易化を目的として、ロールの主要構成部材であるロールシェルに繊維強化金属或は繊維強化樹脂等のコンポジット材料を用いた、いわゆるコンポジット製ゴムロールが用いられている。
【０００３】
例えば、実公平２−１１４０７号公報では、フイルム、紙等のウェブの搬送ロール或いは巻取機のコンタクトロール用として、炭素繊維強化樹脂からなる円筒体（ロールシェル）の外周面に、ゴム或は合成樹脂等からなる外被筒を被覆し、接着剤によって接合したウエブ搬送ロールを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来ロールにおいては、円筒体の外周面へのゴム、外被筒等の接着時にトラブルを発生し易いという欠点を有していた。その理由は、
（１）第１に繊維強化金属或は繊維強化樹脂等のコンポジット材は、主として固形状物である繊維束と、液状物である溶融金属或は液状樹脂の二つの材料から構成されるため、その内部に完全にボイドを無くすことは困難であることである。 このことは、かかるコンポジット製ゴムロールの代表的な製造方法である、炭素繊維に合成樹脂を塗布しつつマンドレルに巻き付け、円筒状の繊維強化プラスチックを成型するフィラメントワインディング法においても例外ではなく、数ミクロンから数百ミクロンの小さなボイドが必ず存在する。この繊維強化プラスチックを荷重を受けるロールシェルとして用いる場合、通常その表面は切削或は研削加工がなされるが、図３に示すように、切削や研削加工後のコンポジット製ロールシェル１の外周面には、当然の結果として底部から開口部に向けて末広がり状のボイド５ａや末狭まり状のボイド５ｂが存在する。
【０００５】
（２）第２に上記ロールシェル１へのゴム層２のライニングの際にロールシェル１の表面には、ゴムライニングのため接着剤３が塗布されるが、シェル表面に開口するボイドが仮に末狭まり状のボイド５ｂである場合、その開口部が内部よりも先に閉塞されてしまうため、ボイド内部にまで接着剤が十分に充填されない欠点が生じることである。
【０００６】
このようにボイド内部にまで十分接着剤が充填されない接着層３の上に加硫前のゴムシートが巻かれ、更にその上からテーピング処理がされた後に１５０〜１６０℃の雰囲気にてゴム加硫が施されるのであるが、この場合、加硫時の温度上昇によりボイド内の空気や水分に膨張が生じ、接着層３が半径方向に押し剥がされ、図に示すようにロールシェル１と接着層３との境界面で剥離部７等の接着不良が生じる。かかる境界層での接着不良が生じるとロールの再製作をせねばならず、ユーザへの納期遅れや製作費の大きな損失となる。なお、接着不良の程度が軽度の場合には、ゴムロールが生産装置に組み込まれてしまい、ロールの稼動時間の経過と共に徐々に上記剥離部が拡大し、ロールの部分的な真円度狂いによる振れが生じ、シート状物に皺、破れ、蛇行等が発生する等の重大な被害を及ぼすことになる。
【０００７】
本発明は、かかる従来ロールの問題点に鑑みてなされたもので、ゴムライニング時にロールシェルとゴム層との境界部においてゴム層の接着不良や剥離等の生じにくい高品質のコンポジット製ゴムロールを提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のゴムロールは、炭素繊維強化アルミニューム又は炭素繊維強化エポキシ樹脂からなるロールシェルの外周面に、ゴムロール成形後の厚みが０．０３〜１ｍｍとなる硬化したレジンコート層を予め設け、該レジンコート層の上にゴム層を接着剤で接着被覆してなることを特徴とするもので、かかるゴムロールの製造方法は、炭素繊維強化アルミニューム又は炭素繊維強化エポキシ樹脂からなるロールシェルの外周面にレジンコート層を形成し、硬化させ、その後ゴム層を接着剤で接着被覆することを特徴とする。
【０００９】
以下、本発明のゴムロールをその一実施例を示す図面を参照して説明する。図１は、本発明のゴムロール６の一部を断面にした全体図である。
【００１０】
図において１は、曲げ、捩り等の機械的荷重に耐える部材である円筒状のコンポジット製ロールシェル、２は、ゴム層、３は、ロールシェル１の外周面にゴム層２を被覆するために塗布された接着剤層、４は、ゴム層２をロールシェル外周面に被覆する前に予めロールシェル表面に形成したエポキシ樹脂系レジンコート層である。５は、圧入又は接着等の手段によってロールシェル両端部に固定された回転軸である。
【００１１】
ここで、コンポジット製ロールシェルとしては、その構成材料として例えば炭素繊維強化アルミニュームや炭素繊維強化エポキシ樹脂を用いることができ、これらを用いると比強度、比剛性、耐熱性の点で優れた特性のものを得ることができる。いずれの場合においてもコンポジット製ロールシェル１は、まず、ゴム層２のゴムライニングのためにその外径を切削又は研削して真円度を高め、表面を平滑に仕上げる。
【００１２】
次に、予め形成したシート状のゴム層２をロールシェル１外周面に巻き付け、樹脂系、ゴム系などの接着剤により、接着して一体化する。樹脂系接着剤としては、エポキシ系以外のものが好ましい。この際、ローラシェル１とゴム層２間の境界面に、上記した接着不良に起因する剥離部７が生じないようにするための工夫が必要である。その１つの方法として、表面が研磨されたコンポジット製ロールシェル１を例えば、オーブン等の加熱装置内で加熱し、ロールシェル表面がおよそ６０〜８０℃程度の温度に加熱された時点で、ロールシェル表面に仕上寸法が０．０３〜１ｍｍとなる厚さのエポキシ系合成樹脂によるレジンコート層４を形成する。このレジンコート層４としては、合成ゴム系、合成樹脂系であってもよいが、接着強度の点からエポキシ系合成樹脂が好ましい。その形成方法としては、例えば、公知の手作業によるヘラ塗り法、機械によりヘラ塗り後その表層にテーピングする方法等を用いることができる。このようにして形成されたエポキシ樹脂系レジンコート層４は、ロールシェル１の材質が炭素繊維強化エポキシ樹脂からなる場合には、マトリックス樹脂と同系の合成樹脂であるから当然のことながら強固な接着力が得られる。一方、ロールシェル１の材質が炭素繊維強化アルミニュームからなる場合にも、接着の適合性は良く、同様に強固な接着力が得られる。又、エポキシ系合成樹脂は、通常炭素繊維強化アルミニユームや一般金属に対しても接着性は良く、耐熱性も１５０〜１６０℃のゴム加硫時温度に十分耐えるものであるから、ロールシェル１とゴム層２の接着一体化に適している。なお、エポキシ樹脂系合成樹脂をロールシェル外周面に塗布する際、ロールシェル１を上記加熱装置内で約６０〜８０℃程度の温度に加熱する理由は、下記によるものである。
【００１３】
（１）シエル全体の加熱により、ロールシェル１表面に開口したボイド５ａ、５ｂ内に混入している水分や油分が蒸散すること。
【００１４】
（２）エポキシ樹脂系合成樹脂は、常温では粘度が高いため、ロールシェル表面の微細なボイドに入り込みにくい。しかし、ロールシェルを加熱すると表面に塗布された合成樹脂粘度が大幅に低下するため、ボイドの開口寸法が微細なものであってもその内部に容易に入り込み易くなる。但し、加熱温度が８０℃程度を越えると合成樹脂粘度が下がり過ぎて合成樹脂がロールシェル表面から流れ落ちたり、早く硬化し過ぎたりし、かえってコート作業が困難になる。逆に加熱温度が６０℃未満と低くなり過ぎると、合成樹脂粘度が充分に下がらずコート作業がしずらくなる。この合成樹脂の適当な粘度低下をもたらす温度範囲が前述の温度範囲である。
【００１５】
（３）加熱されたロールシェル表面のボイド５ａ、５ｂ上に合成樹脂が塗布されると、ボイド内に封じ込められた空気が一時的に熱膨張により泡状となってロールシェル表面に顕在化するため、ロールシェル表面からボイドが消滅したかどうかの確認が容易になる。
【００１６】
また、エポキシ樹脂系レジンコート層の厚みを０．０３〜１ｍｍとした理由は、
（１）被膜の確実性と、
（２）ムダの排除であり、この場合、厚みが０．０３ｍｍ未満となると、被膜が不確実となって好ましくなく、逆に１ｍｍを越えると無用な重量増加や、作業負担、コストアップとなってこれも好ましくない結果となる。
【００１７】
以上のようにして塗布された合成樹脂を１００〜１６０℃の温度で一旦硬化させると、強固なレジンコ−ト層となるので、ボイド５ａ、５ｂの少い良好なロールシェル表面が得られる。更に２度、３度と本塗布作業を繰り返すことにより、より確実にボイドの消滅した良好なロールシェル表面を得ることができる。
【００１８】
他のもう１つの合成樹脂塗布方法は、前述したのと同程度の表面仕上げ状態のロールシェル１表面に、室温下で合成樹脂を０．３〜０．７ｍｍの厚みのレジンコート層４をヘラ塗り形成し、この上に更に剥離性が良く、かつ、耐熱性に優れた例えばポリプロピレン製テープ、ポリエチレン製テープ等を複数回巻回して強固にテーピングし、そのままオーブン内で１００〜１６０℃にて１０分〜６０分間程度加熱・硬化してもよい。この場合はテーピングの締め付け圧力により、一度の塗布作業でボイドの無い良好なロールシェル表面が得られる。
【００１９】
このようにしてレジンコート層４が表面に形成されたロールシェル１に、ゴム接着用の例えば、エポキシ系樹脂以外の樹脂系接着剤を塗布してゴム層２を形成した場合、後の加硫工程で１５０〜１６０℃もの加硫温度に達してもボイドが原因の接着不良はほとんど発生しない。よって高品質のロールが製作可能となる。
【００２０】
【作用】
本発明のゴムロールの製造方法は、ゴムライニング前に、ロールシェル表面にレジンコート層を形成し、硬化させ、その後、その上に接着剤を塗布するので、コンポジット材のボイドが消滅するか、もし僅か残ってもその外表面が強固にコートされるので、ロールシェル表面が緻密且つ平滑な状態になる。したがって、ゴムライニング時にロールシェル表面とゴム層間の剥離等のゴム接着トラブルが発生しない。かくして製造されたゴムロールは、上記接着トラブルに起因する欠点がない。
【００２１】
【実施例１】
ポリアクリロニトリル系炭素繊維にエポキシ系マトリックス樹脂を含浸させ、フィラメントワインディング法で成型した炭素繊維強化樹脂製パイプの表面を研削加工で真円状に仕上げることにより、仕上り寸法が外径１００ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのコンポジット製ロールシェル１を得た。
【００２２】
そしてこのロールシェル１をオーブン内で９０℃に加熱し、すばやく取り出してエポキシ系合成樹脂をヘラ塗りで外表面全体に塗布した。この作業時間には、約５分間を要し、作業後のシェル温度は約７０℃にまで低下していたが、その間、合成樹脂は適当な粘度低下によりほぼシェル全体に均一な厚みで塗布することができた。この段階でロールシェル１を再度オーブン内で１２０℃の温度で約６０分間加熱し、エポキシ系合成樹脂を硬化させた。より確実にシェル外周面上のボイド５ａ、５ｂを消滅させるために以上のような塗布工程を更に３回繰返して、ロールシェル外周面に強固なレジンコート層４を形成した。次にレジンコート層４の上にゴムライニング用の樹脂系からなる接着剤を塗布し、成型後の厚みが８ｍｍ、ＪＩＳショア硬度５０°のクロロプレンゴムをライニングして本発明のゴムロール６を得た。このロールに対し、ロールを回転しつつ触手で遠心力によって生じるゴム剥離部分の浮き上がりを確認する非破壊手段により、ロールシェル１とゴム層２との境界面に剥離、空気溜まり等が生じていないか検査したところ、全数ともゴム接着トラブルなく、高品質のゴムロールを得ることができた。
【００２３】
【実施例２】
実施例１で用いたのと同程度にロールシェル１表面を研削仕上げした炭素繊維強化エポキシ樹脂製のロールシェル１をフィラメントワインディング装置で得た。そして、ロールシェル表面に硬化後の合成樹脂厚みが約０．５ｍｍとなるようにエポキシ系合成樹脂を外表面全体にヘラ塗りしてレジンコート層４を形成した。次にこの上から幅２０ｍｍのポリプロピレン製テープを約５ｍｍ幅の重ね巻きをしつつ、ロール表面全体を強固にテーピングした。この状態のロールシェルをオーブン内で１２０℃にて約６０分間加熱し、シェル内のエポキシ系合成樹脂を硬化させた。エポキシ系合成樹脂が硬化後、テーピングを除去して、ロールシェル外周面に実施例１と同様のゴムライニング加工を施し、実施例１と同様の手段で剥離、空気溜まり等の有無を検査したところ、製造本数１０本中全数がゴム接着トラブルなく、高品質のゴムロールを得ることができた。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１のゴムロールは、ロールシェル外周面にゴムロール成形後の厚みが０．０３〜１ｍｍとなる硬化したレジンコート層を予め設け、該レジンコート層の上にゴム層を接着剤で接着被覆してなるので、経時的なロール振れや真円度の狂い、ゴム剥れ等のトラブル等が生じない優れたロールが得られる。したがって、本発明の製造方法で製造したゴムロールを生産設備に組み込んだ場合、ゴムロールのゴム剥離によるロールの振れ増大や製品への傷付きが解消され、安定したシート状物の生産が可能となる。
【００２５】
また、請求項３のゴムロールの製造方法は、コンポジット材表面にボイドが消滅した状態となるので、ゴムライニング時にロールシェル表面に対するゴム接着不良等のトラブルがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るゴムロールを一部断面にした全体図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】従来のコンポジット製ロールの軸方向の部分断面図である。
【符号の説明】
１…コンポジット製ロールシェル
２…ゴム層
３…接着剤層
４…レジンコート層
５…回転軸
６…ゴムロール
７…剥離部

Claims (7)

1. 炭素繊維強化アルミニューム又は炭素繊維強化エポキシ樹脂からなるロールシェルの外周面に、硬化したレジンコート層を設け、該レジンコート層の上にゴム層を接着剤で接着被覆してなることを特徴とするゴムロール。
2. 前記レジンコート層は、ゴムロール成形後の厚みが０．０３〜１ｍｍの範囲内のものであることを特徴とする請求項１のゴムロール。
3. 前記レジンコート層は、エポキシ系合成樹脂が硬化してなるものであることを特徴とする請求項１または２のゴムロール。
4. 炭素繊維強化アルミニューム又は炭素繊維強化エポキシ樹脂からなるロールシェルの外周面にレジンコート層を形成し、硬化させ、その後ゴム層を接着剤で接着被覆することを特徴とするゴムロールの製造方法。
5. 前記レジンコート層を形成するに際し、前記ロールシェル外周面を６０〜８０℃の温度に加熱し、レジンコート材をロールシェル外周面に塗布することを特徴とする請求項４のゴムロールの製造方法。
6. 前記レジンコート層を形成するに際し、レジンコート材を、前記レジンコート層のゴムロール成形後の厚みが０．０３〜１ｍｍの範囲内となるように塗布することを特徴とする請求項４または５のゴムロール製造方法。
7. 請求項４〜６のいずれかに記載のゴムロールの製造方法によって製造されてなるゴムロール。

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