JP4514126B2 - Mold for cutter roll made of carbon fiber reinforced plastic - Google Patents
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Description
技術分野
この発明は、長尺の紙又は板紙を連続的に所定の長さに切断するロータリーカッター装置における炭素繊維強化プラスチック製カッターロール用成形型に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon fiber reinforced plastic cutter roll forming die in a rotary cutter device that continuously cuts long paper or paperboard into a predetermined length.
従来、長尺の紙又は板紙を連続的に所定の長さに切断するには、ロータリーカッター装置が用いられている。ロータリーカッター装置は、ナイフを取り付けたカッターロールとそのカッターロールに対向し、回転軸が平行なボトムロールによって構成され、駆動装置によって駆動される前記カッターロールとボトムロールとの間を紙又は板紙を通すことによって裁断するようにしている。これらのロータリーカッター装置としては、例えば、特開平11−123694号公報あるいは特許第2981405号公報に記載されているものがある。 Conventionally, a rotary cutter device is used to continuously cut long paper or paperboard into a predetermined length. The rotary cutter device is composed of a cutter roll having a knife attached thereto and a bottom roll facing the cutter roll and having a parallel rotation axis, and paper or paperboard is interposed between the cutter roll and the bottom roll driven by a driving device. It cuts by passing. Examples of these rotary cutter devices include those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-123694 or Japanese Patent No. 2981405.
これらのロータリーカッター装置では、ボトムロールの外周面はカッター刃が当たっても摩耗し難くしかも裁断する紙に切り残しが出ないように硬い金属で形成されているから、裁断する際にカッター刃には強い衝撃を受けることになる。また、その衝撃によってカッターロールが変形し裁断できなくなるおそれもある。そのために、従来カッターロールには金属製ロールが用いられ、かつ金属には焼き入れを行って強度(弾性率)を向上させている。
上記のように、カッターロールは、硬い金属で形成されているために、重量が非常に重くなってロール全体の撓みが大きくなる。また、重くなると、慣性モーメント(GD2)も大きくなり、駆動にも非常に大きなエネルギーが必要となる。また、慣性モーメント(GD2)が大きくなると、ラインスピードも上げられないという問題がある。 As described above, since the cutter roll is formed of a hard metal, the weight becomes very heavy and the deflection of the entire roll increases. Moreover, when it becomes heavier, the moment of inertia (GD2) also increases, and a very large energy is required for driving. Further, when the moment of inertia (GD2) increases, there is a problem that the line speed cannot be increased.
この発明は、かかる現状に鑑みてされたものであり、重量が軽く、従って、慣性モーメント(GD2)も小さい炭素繊維強化プラスチック製カッターロール用成形型を提供することを目的とする。また、この発明は、軽量化によって駆動エネルギーが小さく、ラインスピードもアップできる炭素繊維強化プラスチック製カッターロール用成形型を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the present situation, and an object of the present invention is to provide a carbon fiber reinforced plastic cutter roll mold that is light in weight and therefore has a small moment of inertia (GD2) . It is another object of the present invention to provide a carbon fiber reinforced plastic cutter roll mold that can reduce driving energy and increase line speed.
この発明は上記目的を達成するために次のような構成とした。即ち、この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロール用成形型は、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を巻き付けるマンドレルとマンドレルを固定する押し型とからなり、前記マンドレルは、成形するカッターロールの外形と同一形状の外形に形成された本体の両端面に、押し型に固定するための穴を穿設したジャーナルを設けてなり、前記押し型は、マンドレルの本体に炭素繊維を巻き付けて積層した積層体を対向する両側から押圧する2つの押圧板と前記押圧板とマンドレルを固定する連結板とからなり、押圧板の両端部には連結板に固定するボルト用挿通孔が穿設されており、連結板は、2つの分割片に分割され、それぞれの突合せ面にはジャーナルを挟持するための凹部が設けられているとともに、分割片の上下面には前記ボルト用挿通孔から挿通されたボルトを螺合するネジ穴が穿設されており、一方の分割片には突合せ面から反対側の側面に貫通する貫通孔が設けられ、他方の分割片突合せ面には前記貫通孔から挿入されたボルトを螺合するネジ穴が穿設されており、いずれか一方の分割片の凹部にはジャーナルの穴に挿入するピンが突設されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, the carbon fiber reinforced plastic cutter mold roll according to the present invention is composed of a pressing mold for fixing the Rumandoreru and mandrel wound carbon fibers impregnated with a matrix resin, the mandrel, the cutter roll for molding The both ends of the main body formed in the same outer shape as the outer shape are provided with journals having holes for fixing to the pressing mold, and the pressing mold is laminated by winding carbon fibers around the main body of the mandrel. It consists of two pressing plates that press the laminated body from opposite sides, and a connecting plate that fixes the pressing plate and the mandrel. Bolt insertion holes for fixing the connecting plate are drilled at both ends of the pressing plate. The connecting plate is divided into two divided pieces, and a concave portion for holding the journal is provided on each butt surface, and the upper and lower surfaces of the divided pieces are provided. Is provided with a screw hole for screwing a bolt inserted through the bolt insertion hole, and one of the divided pieces is provided with a through hole penetrating from the butted surface to the opposite side surface, and the other divided piece. A screw hole for screwing a bolt inserted from the through hole is formed on the abutting surface, and a pin to be inserted into the hole of the journal is projected on the concave portion of one of the divided pieces. Features.
前記2つの押圧板のうち少なくとも一方の押圧板は、長尺板の両側端部にリブを立設して断面凹状に形成してもよいし、2つの押圧板とも長尺板の両側端部にリブを立設して断面凹状に形成してもよい。 At least one of the two pressing plates may be formed to have a concave cross section by providing ribs on both side end portions of the long plate, and both the two pressing plates have both side end portions of the long plate. A rib may be erected to form a concave cross section.
前記成形型を用いて炭素繊維強化プラスチック製カッターロールを製造するには、マンドレルの外面に、マトリックス樹脂を含浸させながら巻き付けた炭素繊維を積層し、または炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグを巻き付けて積層し、次いで、加熱硬化させ、冷却後表面を研磨し、マンドレルを抜き取った中空構造のロール本体の両端部にジャーナルを取り付け、表面にはカッター刃を取り付ければよい。炭素繊維を積層する際には、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略90度に巻き付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けて積層し、このように軸方向に対して略90度に巻き付けた層と一定の角度を付けて巻き付けた層とを複数回繰り返して積層することが好ましい。また、積層工程では、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を略90度に巻き付けて積層し、このように軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けた層と略90度に巻き付けた層とを複数回繰り返して炭素繊維の層を形成してもよい。前記ロール本体の炭素繊維層の肉厚は、35〜55mm、好ましくは40〜48mmとする。 In order to manufacture a cutter roll made of carbon fiber reinforced plastic using the mold , carbon fibers are laminated on the outer surface of a mandrel while being impregnated with a matrix resin, or carbon fibers are impregnated with a matrix resin. prepregs were laminated wound, following Ide, heated and cured, polished after cooling surface, attached to the journal at both ends of the roll body of the hollow structure was withdrawn mandrel, the surface may be Kere Attach the cutter blade . When laminating carbon fibers, the carbon fibers impregnated with the matrix resin are wound around and laminated at about 90 degrees with respect to the axial direction, and then the carbon fibers impregnated with the matrix resin are fixed at an angle with respect to the axial direction. It is preferable that the layer wound around the axis direction and the layer wound at about 90 degrees with respect to the axial direction and the layer wound at a certain angle are repeatedly laminated a plurality of times. Further, in the laminating step, the carbon fibers impregnated with the matrix resin are laminated at a certain angle with respect to the axial direction, and then the carbon fibers impregnated with the matrix resin are wound and laminated at about 90 degrees. A carbon fiber layer may be formed by repeating a plurality of layers wound at a certain angle with respect to the axial direction and a layer wound at approximately 90 degrees. The wall thickness of the carbon fiber layer of the roll body is 35 to 55 mm, preferably 40 to 48 mm.
この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロールは、軽量でかつ慣性モーメント(GD2)が小さいために、駆動エネルギーが少量でよいとともに、ランニングコストの低減を図ることができる。また、軽量でかつ慣性モーメント(GD2)が小さいために、ラインのスピードアップによる高速化を図ることができる。
また、この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロール用成形型によれば、加熱硬化後にマンドレルを抜き取って中空構造のロール本体を得るようにしたから、炭素繊維層のみによる軽量な中空構造のロール本体を製造することができる。
Since the carbon fiber reinforced plastic cutter roll according to the present invention is lightweight and has a small moment of inertia (GD2), a small amount of drive energy is required and a running cost can be reduced. In addition, since it is lightweight and has a small moment of inertia (GD2), it is possible to increase the speed by increasing the line speed.
Also, according to the carbon fiber reinforced plastic cutter roll mold according to the present invention, the mandrel is extracted after heat-curing to obtain a hollow structure roll body. The body can be manufactured.
以下に、この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロール用成形型により成形されるカッターロールの実施形態について詳細に説明する。図1及び図2に示すように、カッターロール1は、マトリックス樹脂を含浸させながら巻き付けて積層した炭素繊維の層2の内部を中空3としたロール本体4の両端部にジャーナル5を取り付けると共に、ロール本体4の表面には軸方向にカッター刃6を取り付けてなる。この実施形態では、ロール表面に平らな平面部7を軸方向に対して平行に設けた略小判型断面のロール本体4について説明したが、ロール本体の断面形状は種々に変形させることができる。例えば、断面が円形である場合の他、断面が正三角形のもの、正方形のもの、正五角形のもの等とすることができる。この場合、カッター刃6は、いずれも断面で頂点の位置に取り付けられる。
Below, the embodiment of the cutter roll shape | molded by the shaping | molding die for carbon fiber reinforced plastics cutter rolls concerning this invention is described in detail. As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記炭素繊維の層2は、炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させながら巻き付けて形成してもよいし、あるいは炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグを巻き付けて形成してもよい。炭素繊維の層2を炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させながら巻き付けて形成する場合には、樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略90度に巻き付けて積層した後、樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付けながら巻き付けて積層し、このように軸方向に対して略90度に巻き付けた層と一定の角度を付けて巻き付けた層とを交互に複数回繰り返して形成することが好ましい。
The
カッター刃6の取り付け構造は、特に限定されるものではなく公知の構造によって取り付ければよい。例えば、図2に示すように、一対の略L字形カッターホルダー7a,7bをロール本体4の外周面上に対向状に固定し、これらのカッターホルダー7a,7b間にカッター刃6を介装する取り付け構造とすることができる。この場合には、前記一対の略L字形カッターホルダー7a,7bは、ロール本体4の外周面上に接着剤を用いて接着すると共に、ボルト9によって固定することが好ましい。ボルト9だけではなく接着剤を用いることによって一層強固に固定することができると共に、ボルト9の数を減らすことができる。
The attachment structure of the
次に、この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロール用成形型によるカッターロールの製造方法について詳細に説明する。カッターロールの製造は、図3に示すように、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を巻き付けて炭素繊維の層2を形成する積層工程10と、ロール本体の外周面の形状を整える成型工程20と、加熱炉による硬化工程30と、表面を平滑にする研磨工程40と、カッター刃の取付工程50とからなる。
Next, the manufacturing method of the cutter roll by the carbon fiber reinforced plastic cutter roll mold according to the present invention will be described in detail. As shown in FIG. 3 , the cutter roll is manufactured by laminating a carbon fiber impregnated with a matrix resin to form a
積層工程10では、まず、ロール本体の外面形状に応じたマンドレル11を用意する。図4は、図1及び図2に示すロール本体4を成形するためのマンドレル11を示し、軸方向に対して平面部11a,11aが平行に設けられ、ジャーナル11bには前記平面部11a,11aと同一方向に、後述する押し型を固定するための穴11cが穿設されている。前記構成のマンドレル11は、外径寸法が190mm、長さ寸法が1500mmである。この実施形態では、炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させながらマンドレルに巻き付けて炭素繊維の層を形成するフィラメントワインディング製法に基づいている。
In the
積層工程10では、ボビン12から炭素繊維を引き出し、マトリックス樹脂含浸装置13によって樹脂を含浸させながらマンドレル11に巻き取られる。ボビン12は、5列三段に配列されており、炭素繊維は一対の引き出しロール14によって引き出されて1本にまとめられる。この実施形態では、炭素繊維としてピッチ系炭素繊維である三菱化学産資製のダイヤリードK63712(商品名)を使用した。前記マトリックス樹脂含浸装置13は、図5に示すように、樹脂槽13a内の樹脂に直径の2分の1以下、好ましくは3分の1程度を浸漬する付着ロール13bを配設することによって構成されている。
In the laminating
前記マトリックス樹脂含浸装置13とマンドレル11との間には、炭素繊維を前記付着ロール13bに押し付ける押付ロール15、ガイドロール16が配設されている。前記樹脂槽13a内の樹脂には、電気絶縁用エポキシ樹脂としてハンツマン・アドバンストマテリアルズ社製のアラルダイトCY179(商品名)100重量部に対して、硬化剤としてアラルダイトHY917(商品名)を115重量部、促進剤としてアラルダイトDY070(商品名)を0.8重量部混合したものを使用した。
マトリックス樹脂としては、前記エポキシ樹脂の他に、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を使用することができる。
Between the matrix
As the matrix resin, in addition to the epoxy resin, phenol resin, unsaturated polyester resin, or the like can be used.
前記構成によって、ボビン12から繰り出された炭素繊維は、引き出しロール14によって引き出されて付着ロール13bに接触しながらマンドレル11に巻き取られる。付着ロール13bは炭素繊維の巻き取り速度とほぼ同調して回転しており、樹脂槽13a内の樹脂を付着させる。マンドレル11への炭素繊維の巻き取りは次のようにして行った。
With the above configuration, the carbon fiber drawn out from the
まず、第1ステップでは、軸方向に対して90度方向に6プライ巻き付け、その上に軸方向に対して20度傾けたヘリカル巻きを4プライ巻き付け、第2ステップでは、軸方向に対して90度方向に4プライ巻き付け、その上に軸方向に対して12度傾けたヘリカル巻きを4プライ巻き付け、第3ステップでは、第2ステップと同様とし、第4ステップでは、軸方向に対して90度方向に4プライ巻き付け、その上に軸方向に対して15度傾けたヘリカル巻きを4プライ巻き付けた。このようにして、炭素繊維の層を形成した中間ロール体1aを得た。前記中間ロール体1aの外径寸法は282mmであった。この場合、先に炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付けながら巻き付けて積層し、その後に炭素繊維を軸方向に対して略90度に巻き付けて積層してもよいが、先に炭素繊維を軸方向に対して略90度に巻き付けて積層した方が、中間ロール体1aからマンドレル11を引き抜く際の抵抗が小さいため、マンドレル11に接する炭素繊維が挫屈するおそれがない。
First, in the first step, 6-ply is wound in the 90-degree direction with respect to the axial direction, and then the helical winding tilted by 20 degrees with respect to the axial direction is wound on the 4-ply. In the second step, 90-ply is wound with respect to the axial direction. 4 ply wound in the direction of the angle, and then the helical winding tilted 12 degrees with respect to the axial direction is wound on the 4 ply. The third step is the same as the second step, and the fourth step is 90 degrees with respect to the axial direction. Four plies were wound in the direction, and a helical ply that was inclined 15 degrees with respect to the axial direction was wound on the four plies. In this way, an
次の成型工程20では 平面部11a,11aを平行に成型するために、図6及び図7に示す押し型21を用いた。尚、押し型は、図示する実施形態に限定されるものではなく、ロール本体の外面形状に応じて変更されることは当然である。
In the
押し型21は、平面部を成型する押圧板22、22と、前記押圧板22、22を固定するとともに、マンドレルのジャーナルに取り付けられる連結板23とからなる。前記押圧板22、22は、長尺板22aの両端部にリブ22b、22bを直角に立設した断面凹状であって、長尺板22aの両端部にボルト挿通用の長孔22cが穿設されている。一方、連結板23は、2つに分割された分割片23aと分割片23bとからなり、それぞれの分割片の突き合わせ面にはジャーナル11bを挟持するための凹部24が設けられている。
The
前記分割片23a、23bの上下面には、ボルトと螺合するネジ穴25が穿設されており、分割片23aの側面には反対の突き合わせ面に貫通する貫通孔26が設けられている。一方の分割片23bの凹部24にはジャーナル11bの穴11cに挿入されるピン27が突設されており、前記貫通孔26と対向する面にボルトを螺合するネジ穴28が穿設されている。
The upper and lower surfaces of the divided
上記構成に係る押し型21を用いるには、分割片23bのピン27をジャーナル11bの穴11cに嵌入するとともに、分割片23aを分割片23bに突き合わせて凹部24でジャーナル11bを挟持し、ボルト29aを貫通孔26に挿入して先端部をネジ穴28に螺合することによって一体に組み立てる。ピン27がジャーナル11bの穴11cに嵌入しているから、連結板23は回動することなく、一体に取り付けられている。
In order to use the
次いで、押圧板22を前記連結板23の上下面に対峙させて両端部の長孔22cからボルト29bを挿入させてネジ孔25と螺合させて緊締すればよい。押圧板22は、連結板23に平行に固定されており、しかも連結板23自体は回動することがないから、中間ロール体1aの表面に平行な平面部を成型することができる。
Next, the
硬化工程30は、前記押し型21で型締めされた中間ロール体1aを加熱硬化炉31で硬化させる。加熱硬化炉31での硬化は、約1時間かけて80℃まで上げて約4時間加熱した後、さらに1時間かけて140℃まで上げて約4時間加熱し、その後加熱硬化炉31から取り出して自然冷却した。冷却後、押し型を取り外し、中間ロール体1aを得た。
In the curing
次に、中間ロール体1aは研磨工程40に移される。中間ロール体1aの表面は、均一な平滑面ではないために、表面を研磨加工することが必要である。研磨後は、表面の炭素繊維が脱落するおそれがあり、表面をコーティングすることが好ましい。表面のコーティングは、炭素繊維に含浸させたマトリックス樹脂をそのまま用いてもよいし、マトリックス樹脂にフッ素系パウダーやシリコーン樹脂を混ぜて紙粉がカッターロール表面に付着し難くしたり、マトリックス樹脂にセラミックス系パウダーを混ぜてカッターロール表面の耐磨耗性を向上させることも可能である。実施形態では、エポキシ樹脂をコーティングした。この種のカッターロールに要求される曲げ弾性率が200GPaであるのに対して、この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロールの製造方法によって得られたロール本体4の曲げ弾性率は220GPaであった。
Next, the
最後に、カッター刃の取付工程50でカッター刃6を取り付ければよい。このカッター刃の取付工程50では、カッター刃6を公知の手段によって取り付ければよく、特に限定されるものではない。
Finally, the
1:カッターロール
2:炭素繊維の層
3:中空
4:ロール本体
5:ジャーナル
6:カッター刃
7a,7b:カッターホルダー
9:ボルト
10:積層工程
11:マンドレル
11b:ジャーナル
11c:穴
12:ボビン
13:マトリックス樹脂含浸装置
14:引き出しロール
15:押付ロール
16:ガイドロール
20:成型工程
21:押し型
22:押圧板
23:連結板
30:硬化工程
40:研磨工程
50:カッター刃の取付工程
1: Cutter roll 2: Carbon fiber layer 3: Hollow 4: Roll body 5: Journal 6:
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