JP4218105B2

JP4218105B2 - ロールおよび動バランスの調整方法

Info

Publication number: JP4218105B2
Application number: JP36940398A
Authority: JP
Inventors: 茂川嶋; 和男大依
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000193153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軽量且つ高剛性を有するロールに関し、具体的にはフィルムや紙の製造、加工設備や印刷機に用いるロールやコアなどに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来フィルムや紙の製造、加工装置や印刷機に用いるロールやコアの材料として、鉄やアルミ合金などの金属が多く用いられてきた。しかし最近軽量で比弾性率の高い繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が用いられるようになってきた。これはＦＲＰの前記特性が保守作業の軽減だけでなく、生産速度のアップや製品品位の向上に効果があるためである。特にフィルムや紙の製造、加工分野では装置が大型化し、それに用いられるロールも大型、長尺になってきため、ロール自身の重量によるたわみが大きくなり、ＦＲＰの比弾性率が高いという特性が極めて重要になってきた。
【０００３】
ロールは製品の製造、加工速度にあわせて高速に回転するため、遠心力による振れまわりや振動を生じることがあり、これを防ぐためはに動バランス（不釣り合い）を正確に調整しておくことが必要である。一般にＦＲＰ製ロールは両端に接合された金属製ジャーナルに修正錘を取り付けることにより動バランス修正を行う。この金属製ジャーナルはベアリングの取り付けや、駆動力の伝達などに用いるものである。このようにロールの両端面など任意の二面に修正錘を取り付け動バランス修正を行う方法を二面修正といい、修正されるロールが剛体と見なせる場合には正確なバランス修正が可能である。ところが、ロールの長尺化、高速化が進むと動バランスを正確に調整しても振れまわりや振動が発生することがある。これは、ロールの中央部と両端部が互いに逆位相に不釣り合いを有していた場合、回転系全体では不釣り合い量がキャンセルされ、アンバランスは検出されないが、部分的に考えればロール各部に不釣り合いによる加振力が働いていることによる。ロールが長尺になると、あるいは、且つ、回転速度が速くなると、もはや剛体とは近似できなくなり、加振力の影響を受けるため、振れまわりや振動が発生するのである。
【０００４】
これに対してバランス修正錘をロール中央部付近にも取り付ける三面修正や四面修正を行うことにより長尺ロールや高速回転体でも振れや振動を押さえることができる。ロール中央付近に修正錘を取り付ける方法としては、シェル内面にネジで固定する方法や接着剤でシェル内面に直接張り付ける方法が試されている。しかしながら、ネジで修正錘を固定するためにはシェル自体に穴をあけ、シェルの外側から皿ビスなどで固定する必要があるためシェル表面にメッキやゴム巻きを行った後から作業することができないという問題点があった。また、接着剤で修正錘を固定する方法は、接着強度が安定せず使用中に修正錘がはずれてしまうことがあった。これは、充分な接着力を得るためには被接着面を粗面加工や脱脂など充分な接着前処理をしておくことが必要であるが、ロール中央部は端部からの距離が遠いために充分な研磨・脱脂ができないことによる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は従来のロールの上述した問題点を解決し、高速でも安定した回転精度を有するロールを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的を達成するために、以下の構成により基本的に達成される。即ち、「繊維強化プラスチック製の円筒状シェルと前記シェルの両端に取り付けられた金属製ジャーナルからなるロールにおいて、前記シェルの内側に網状部材または織物からなる付設物を有することを特徴とするロール。」である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
このようなロールにおいてはロールシェル中央部付近にバランス修正するために錘を熱硬化製樹脂などで固定する場合、あるいは熱硬化性樹脂自身をバランス修正錘として用いる場合に、熱硬化製樹脂が網状部材を巻き込むようにして固まるため、単なる接着接合に比べ高い接合力が得られる。また、ガラスクロスなどの織物と低粘度の熱硬化性樹脂を組み合わせて用いると、該熱硬化性樹脂が織物に含浸するため、同様に高い接合力を得ることができる。
【０００８】
したがって、ロールにメッキやゴム巻きなどの表面処理を行った後でも、三面修正や四面修正による正確なバランス修正が可能となり、長尺ロールや高速回転ロールにおいても振れまわりすることのない高精度ロールを提供することができる。
【０００９】
さて、本発明に用いる繊維強化プラスチック製シェルは軽量で高剛性が得られるように炭素繊維を主に用いることが好ましいが、他の補強繊維を用いても良いし２種類以上の補強繊維を併用しても良い。また、マトリックス樹脂はエポキシ樹脂が好ましいが、コストや耐食性の点からフェノール樹脂やビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを用いても良い。繊維体積含有率は筒状体の性能を十分発揮させるには含浸に支障の無い範囲で出来るだけ高く設定する必要があり４５％〜７０％が好ましい。積層構成はロールや長尺コアなど軸方向の強度や弾性率、固有振動数を重視する必要のある場合には、軸方向に対して０゜〜±２０゜の層を繊維全体の体積の８０％以上含有すると良い。ロール径に対してロール長さが短い場合には±４０゜〜５０゜の層も加えて剪断変形を防止することも有効である。軸方向に対して±７５゜〜９０゜の周方向成分は座屈強度や機械加工性の向上、また、シェル成形後、金属製の、一般にはスチールでできているマンドレルを容易に引き抜くためにも少量必要である。つまり、軸方向に対して±７５゜〜９０゜となる層を加えると周方向の強度・剛性が向上するだけでなく、周方向の線膨張係数がスチールより小さくなるため、成形後にマンドレルとの間にわずかながら隙間を生じさせることができるのである。
【００１０】
シェルの両端に金属製のジャーナルを取り付ける場合、その材質は強度や剛性、コストの点から炭素鋼あるいはクロムモリブテン鋼などの低合金鋼が好ましい。また軽量化や耐食性の点からアルミやステンレス鋼を用いてもよく、焼きバメなどにより炭素鋼あるいは低合金鋼と組み合わせて用いても良い。
【００１１】
本発明の網状部材または織物からなる付設物は、バランス修正のための錘を取り付けるのにシェル内面に固定するできるならば特に限定されるものではないが、金網などの網状物やガラスクロスなどの織物を用いると良い。また、金網の代わりにエキスパンダーシートなどの有孔シート状物を用いることもできる。金網を用いる場合には熱硬化性樹脂の回り込みやすい溶接金網が形態的に好ましい。耐食性の点からはステンレス製のものを用いると好ましい。また、金網を構成する線材の太さは０．５〜３ｍｍ、線材の打ち込み本数は幅１００ｍｍあたり３本〜５０本程度が好ましい。これは金網は５０〜５００ｍｍ程度の幅に切った物をシェル内面に沿わせるように丸めて挿入するが、線材が細すぎると剛性不足のために曲がってしまいシェルの内面にうまく沿わすことができないし、線材が太すぎると剛性が高すぎるために挿入しにくくなるためである。また、線材の打ち込み本数が多く網目が細かすぎると修正錘として後から送り込まれる熱硬化性樹脂が粘度によっては金網の上に乗ってしまい線材に回り込んで包み込むことができない場合がある。逆に線材の打ち込み本数が少なく網目が粗いと熱硬化性樹脂が網目の中に落ち込んで線材をうまく包み込めなくなることがある。織物を用いる場合には含浸性が良く安価なことからガラスロービングクロスが好ましい。このバランス修正錘固定部材をシェル内面に取り付け固定する方法は、シェルの内面に接着してもよいし、ビスなどで取り付けてもよい。そしてこれらのバランス修正するための錘を固定する付設物はロールの外周を被覆仕上げする前に、さらにはロール両端の金属ジャーナルを取り付ける前の工程でロールのシェルの内面に取り付けられていることが好ましい。
【００１２】
なお、本発明の網状部材または織物からなる付設物は、ロールの内径や長さにより異なるが、例えば内径が１００ｍｍ程度、長さが２０００ｍｍ程度のロールの場合、ロール中央部付近に５０ｍｍ〜２００ｍｍの幅で、内径が５００ｍｍ程度、長さが６０００ｍｍ程度のロールの場合、ロール中央部付近に３００ｍｍ〜８００ｍｍの幅で設けることが好ましい。幅が狭すぎるとバランス修正用の錘を固定する位置の自由度が制限される。また、幅が広すぎるとると取付が難しくなる、重量が重くなる等の問題が起きるからである。また、この付設物は５０００ｍｍを越えるような長いロールについては面長中央部１ヶ所だけでなくの２ヶ所以上に設けても良い。なお、ロール端部へのバランス修正の錘を固定する場合は、金属製ジャーナルにボルトなどで金属などの部材を固定して、バランス修正できる。
【００１３】
バランス修正用の錘の材質としては、簡便に接着できる熱硬化性樹脂が良い。熱硬化性樹脂としては接着力が強いことからエポキシ樹脂が好ましい。また、熱硬化性樹脂の比重は一般的には１．２〜１．５程度と修正錘として利用するには低いため、ステンレスやニッケルなどの金属粉末を混ぜ、比重を２．０〜５．０程度に高めると好ましい。さらに比重の高い修正錘が必要な場合には、金属製の錘を予めバランス修正錘固定部材上に置き熱硬化性樹脂で金属製錘とバランス修正錘固定部材を一体的に包み込んで硬化させても良い。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を実施例にて具体的に説明する。
【００１５】
（実施例１）
フィラメントワインディング法によりＣＦＲＰ製筒状体を成形した。炭素繊維を２０本引き揃え、エポキシ樹脂を含浸させながら、直径３００ｍｍ、長さ３．５ｍのマンドレルに、その軸方向に対して±１０゜と±８５゜の角度で交互に巻き付けた後、回転させながら１００℃で４時間、１８０℃で６時間加熱してエポキシ樹脂を硬化させた。さらにマンドレルを引き抜き、切断して外径３５２ｍｍ長さ１ｍのＣＦＲＰパイプを得た。バランス修正錘固定部材としては線径１．５ｍｍ、幅１００ｍｍ当たりの打ち込み本数５本の溶接金網を幅２５０ｍｍに切り、これを円筒状にして前記ＣＦＲＰパイプ内側に挿入した。このとき金網は金網自身の広がろうとする弾性力によってパイプの内面に押しつけられており、簡単に位置がずれてしまうことはないが、位置決めを確実にするため接着剤により金網を接着固定した。さらに、バランス修正錘として耐熱性接着剤とステンレス粉末を重量比率で２：１の割合で混合し、５００ｇを金網の上に盛り、常温で２４時間放置し硬化させた。このＣＦＲＰパイプをゴム加硫釜に入れ、５気圧（約１５０℃）で約５時間の温度履歴を１０回与えた後、高さ５０ｃｍからパイプを落下させ衝撃を加えたが、バランス修正錘はパイプ内面から外れることはなかった。
【００１６】
（実施例２）
直径３００ｍｍ長さ３．５ｍのマンドレルに目付８００ｇ／ｍ２、幅３００ｍｍのガラスロービングクロスを１層巻き付け、その上に幅２２０ｍｍの直径３ｍｍの穴が５０ｍｍピッチで空けられている有孔ポリエステルフィルムを１層巻き付けた。この上から実施例１と同様にフィラメントワインディング成形を行った。ガラスクロスは直径３ｍｍの穴より流入した樹脂により点溶接したようになりフィルムで隔絶された部分のガラスクロスは未含浸の状態であった。硬化後ガラスロービングクロスを巻き付けた部分を中心に切断して外径３５２ｍｍ長さ１ｍのＣＦＲＰパイプを得た。さらにバランス修正錘として耐熱性接着剤を４００ｇガラスロービングクロスの上に流し込み、含浸させ、常温で２４時間放置し硬化させた。このＣＦＲＰパイプをゴム加硫釜に入れ、５気圧（約１５０℃）で約５時間の温度履歴を１０回与えた後、高さ５０ｃｍからパイプを落下させ衝撃を加えたが、バランス修正錘はパイプ内面から外れることはなかった。
【００１７】
【比較例１】
実施例１と同様にＣＦＲＰパイプを製作した。このパイプの内面に実施例１と同様のバランス修正錘を直接盛り、常温で硬化させた。このＣＦＲＰパイプをゴム加硫釜に入れ５気圧（約１５０℃）で約５時間の温度履歴の繰り返しを加えたが、８回目の加硫履歴を与えている途中で、バランス修正錘がＣＦＲＰパイプの内面から外れてしまった。
【００１８】
【発明の効果】
本発明のロールおよび不釣り合いの調整方法は繊維強化プラスチック製の円筒状シェルの内側に網状部材または織物からなるバランスウエイト取り付け部材を有し、熱硬化性樹脂を含むバランス修正錘が網状部材を巻き込む、あるいは、織物に含浸することにより固定されることから、従来の３面修正や４面修正のように接着剤でＦＲＰよりなるパイプの内側に接着されていたバランス修正錘が簡単に外れてしまうことがない。また、ロール外部から穴を空けてビス止めしないことから、ロール表面にゴム巻きや、メッキ加工を行った後でも３面修正や４面修正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るロールの一実施態様を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係るロールのバランス修正錘取付部の一実施態様を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ＦＲＰ製シェル
２：金属ジャーナル
３：バランス修正錘固定部材
４：バランス修正錘

Claims

繊維強化プラスチック製の円筒状シェルと前記シェルの両端に取り付けられた金属製ジャーナルからなるロールにおいて、前記シェルの内側に網状部材または織物からなる付設物を有することを特徴とするロール。
該シェルの内側において、錘が少なくとも該付設物に固定されていることを特徴とする請求項１のロール。
該錘が主として熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２のロール。
該円筒状シェルが炭素繊維を含む繊維強化プラスチック製からなることを特徴とする請求項１乃至は３のいずれかに記載のロール。
繊維強化プラスチック製の円筒状シェルと前記シェルの両端に取り付けられた金属製ジャーナルからなるロールにおいて、前記シェルの内側に網状部材または織物からなる付設部物を予め固定し、前記付設物の上に熱硬化性樹脂を含む錘をのせた後、前記熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とするロールの動バランス調整方法。