JP4910106B2 - Manufacturing method of carbon fiber reinforced plastic cutter roll - 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の製造方法に関する。
Technical Field This invention relates to a method of manufacturing a carbon fiber reinforced plastic cutter roll in a rotary cutter device for cutting the continuous predetermined length of paper or paperboard long.
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。 Conventionally, a rotary cutter device is used to continuously cut long paper or paperboard into a predetermined length. The rotary cutter device includes a cutter roll with a knife attached thereto and a bottom roll that faces the cutter roll and has a parallel rotation axis, and is driven by a driving device. Cutting is performed by passing paper or paperboard between the cutter roll and the bottom roll.
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。 In these rotary cutter devices, the outer peripheral surface of the bottom roll is made of hard metal so that it does not easily wear even when the cutter blade hits it, and the uncut portion is not left on the paper to be cut. You will receive a strong shock. Further, the cutter roll may be deformed by the impact and cannot be cut. Therefore, a metal roll is conventionally used for the cutter roll, and the strength (elastic modulus) is improved by quenching the metal.
このようなカッターロールは、金属製であるために重量が重く、全体の撓みが大きくなるとともに、慣性モーメント(GD2)も大きくなりスピードも上げられないとう問題がある Since such a cutter roll is made of metal, it is heavy and has a problem that the overall deflection becomes large and the moment of inertia (GD2) also increases and the speed cannot be increased.
そのために、出願人は、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を積層し、または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炭素繊維の層を積層して形成し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たカッターロールを提案した。
しかしながら、上記公報記載のカッターロールは、中空構造のロール本体の両端部にジャーナルを嵌合させて形成しているために、切断時の衝撃が大きいと嵌合部分に負荷が生じ、嵌合部分が緩むおそれがある。 However, since the cutter roll described in the above publication is formed by fitting journals at both ends of a roll body having a hollow structure, if the impact at the time of cutting is large, a load is generated on the fitting portion, and the fitting portion May loosen.
この発明は、かかる現状に鑑みてされたものであり、スチール製コアを使用するものの重量が比較的軽く、従って、慣性モーメント(GD2)も比較的小さい炭素繊維強化プラスチック製カッターロールとその製造方法を提供することを目的とする。
また、慣性モーメント(GD2)も比較的小さいために、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とその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、コアとジャーナルとを一体に形成することによって、ジャーナルが緩むことのない炭素繊維強化プラスチック製カッターロールとその製造方法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 a cutter roll made of carbon fiber reinforced plastic that uses a steel core is relatively light in weight and therefore has a relatively small moment of inertia (GD2), and a method for producing the same. The purpose is to provide.
Another object of the present invention is to provide a carbon fiber reinforced plastic cutter roll capable of increasing the line speed because the moment of inertia (GD2) is relatively small, and a method for producing the same.
It is another object of the present invention to provide a carbon fiber reinforced plastic cutter roll that does not loosen the journal and a manufacturing method thereof by integrally forming the core and the journal.
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の製造方法は、平面部を軸方向に対して平行に設けて略小判型断面形状としたスチール製コアの外面に、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する積層工程、炭素繊維層を加熱硬化させる硬化工程、冷却後表面を研磨する研磨工程、炭素繊維層を形成するためにジャーナルの先端に連設された追加軸を切り落とすジャーナル形成工程、表面にカッター刃を取り付けるカッター刃の取付工程を含み、
前記積層工程では、コアの両端部のジャーナルに炭素繊維層を形成する際の軸となる追加軸を連設し、前記追加軸のジャーナル側に押し型固定用穴を穿設した括れ部を設けてなるスチール製コアを用い、
前記硬化工程では、平面部を成型する2つの押圧板と、前記押圧板を固定し、突合せ面に前記括れ部を挟持する凹部を設けた2つ割りの連結板とからなる押し型を用い、前記連結板のうち一方の連結板の凹部に突設したピンを括れ部の押し型固定用穴に挿入して連結板を突き合わせるとともに、前記2つの押圧板を平面部に押し当てるようにして連結板に固定した後、加熱硬化炉で硬化させ、
前記ジャーナル形成工程では、括れ部の接合部分から切り落とすことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows. That is, in the method for producing a cutter roll made of carbon fiber reinforced plastic according to the present invention, a matrix resin is impregnated on the outer surface of a steel core having a plane portion provided parallel to the axial direction and having a substantially oval cross-sectional shape . Lamination process in which carbon fiber is wound and laminated, or a carbon fiber prepreg impregnated with carbon fiber is impregnated and laminated, a curing process in which the carbon fiber layer is heat-cured, a polishing process in which the surface is polished after cooling, carbon fiber A journal forming step of cutting off an additional shaft connected to the tip of the journal to form a layer, a cutter blade attaching step of attaching a cutter blade to the surface,
In the laminating step, an additional shaft serving as a shaft for forming the carbon fiber layer is connected to the journals at both ends of the core, and a constricted portion having a pressing die fixing hole is provided on the journal side of the additional shaft. Using a steel core
In the curing step, using a pressing die composed of two pressing plates for molding a flat portion, and a split plate that fixes the pressing plate and has a concave portion that sandwiches the constricted portion on the abutting surface, A pin protruding from the concave portion of one of the connecting plates is inserted into the pressing die fixing hole of the constricted portion to abut the connecting plate, and the two pressing plates are pressed against the flat portion. After fixing to the connecting plate, it is cured in a heat curing furnace,
The journal forming step is characterized by cutting off from the joint portion of the constricted portion .
積層工程と硬化工程の間に型締めによって炭素繊維層の外面形状を形成する成型工程を含むことが好ましい。It is preferable to include a molding step for forming the outer shape of the carbon fiber layer by clamping between the lamination step and the curing step.
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炭素繊維の層を形成すればよい。 Also, in the lamination step, the carbon fibers impregnated with the matrix resin are wound at about 90 degrees with respect to the axial direction and laminated, and then the carbon fibers impregnated with the matrix resin are set at a certain angle with respect to the axial direction. A carbon fiber layer may be formed by repeating a plurality of times by winding and laminating and repeating the layer wound at approximately 90 degrees with respect to the axial direction and the layer wound at a certain angle .
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することができる。In the laminating step, the carbon fibers impregnated with the matrix resin are wound at a certain angle with respect to the axial direction and laminated, and then the carbon fibers impregnated with the matrix resin are wound at about 90 degrees with respect to the axial direction. A layer of carbon fibers can be formed by repeating a plurality of times by laminating and winding the layer wound at a certain angle with respect to the axial direction and the layer wound at about 90 degrees.
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、スチール製コアと表面層の炭素繊維の層とからなるから、慣性モーメント(GD2)を比較的小さくすることができる。また、慣性モーメント(GD2)も比較的小さいために、ラインのスピードアップによる高速化と省力化を図ることができる。 Since the carbon fiber reinforced plastic cutter roll according to the present invention comprises a steel core and a carbon fiber layer as a surface layer, the moment of inertia (GD2) can be made relatively small. In addition, since the moment of inertia (GD2) is also relatively small, speeding up and labor saving can be achieved by speeding up the line.
また、コアとジャーナルとを一体に形成することによって、切断時の負荷を受けてもジャーナルが緩むことがなく、カッターロール全体としては軽すぎず、重すぎず適度な重量のために切断面をきれいに切断することができる。 In addition, by forming the core and journal integrally, the journal will not loosen even when subjected to a load during cutting, and the cutter roll as a whole is not too light, not too heavy, and the cutting surface is not too heavy. Can be cut cleanly.
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、スチール製コア2の両端部にはジャーナル3を取り付けてなり、スチール製コア2外表面に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4を形成してなる。前記コア2とジャーナル3とは一体に形成してなる。前記スチール製コア2は、表面に平らな平面部5を軸方向に対して平行に設けた略小判型断面形状に形成されている。
Below, the embodiment of the cutter roll made from carbon fiber reinforced plastics concerning this invention is described in detail. As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記炭素繊維の層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、スチール製コアは平らな平面部7を軸方向に対して平行に設けた略小判型断面形状としたが、コア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。このようにコアの断面形状を変形した場合でも、カッター刃6は頂点の位置に取り付けられる。
A
前記炭素繊維の層4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4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6a,6aを炭素繊維の層4の外周面上に対向して固定し、これらのカッターホルダー6a,6a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。
The attachment structure of the
この場合には、前記一対の略L字形カッターホルダー6a,6aは、炭素繊維の層4の外周面上に接着剤を用いて接着すると共に、ボルト6bによって固定することが好ましい。ボルト6b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6bの数を減らすことができる。
In this case, the pair of substantially L-
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の製造方法の実施形態について詳細に説明する。この発明に係るカッターロールの製造方法の概略は、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スチール製コアに巻き付けて炭素繊維の層4を形成する積層工程10と、炭素繊維の層4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、炭素繊維層を形成するためにジャーナルの先端に連設された追加軸を切り落とすジャーナル形成工程50と、カッター刃の取付工程60とからなる。
Next, an embodiment of a method for producing a carbon fiber reinforced plastic cutter roll according to the present invention will be described in detail. As shown in FIG. 3, the outline of the cutter roll manufacturing method according to the present invention includes a
積層工程10では、まず、カッターロール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に示すスチール製コア2とジャーナル3を備えたマンドレル11を示し、ジャーナル3の先端に炭素繊維の層を形成する際の軸となる追加軸12を連結することによって形成されている。追加軸12のジャーナル3側には、外周面に溝を形成することによって括れ部13が設けられており、括れ部13には、後述する押し型を固定するための穴14が穿設されている。
In the
スチール製コア2には、軸方向に対して平行な平面部7,7が対向するように形成されている。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。
The
積層工程10では、ボビン16から炭素繊維を引き出し、マトリックス樹脂含浸装置17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16は、図示する実施形態では、4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18によって引き出されて1本にまとめられる。前記マトリックス樹脂含浸装置17は、樹脂槽17a内にはボビン16から引き出した炭素繊維に槽内の樹脂液17bを付着させる付着ロール17cが配設されている。前記付着ロール17cは、樹脂液17bに直径の2分の1
以下、好ましくは3分の1程度を浸漬するように配設されている。
In the
In the following, it is preferably arranged so as to immerse about one third.
前記樹脂槽17a内の樹脂液17bには、電気絶縁用エポキシ樹脂を使用することが好ましい。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。
It is preferable to use an electrical insulating epoxy resin for the
前記構成によって、ボビン16から繰り出された炭素繊維は、引き出しロール18によって引き出されて付着ロール17c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17c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17a内の樹脂液17bを付着させる。
With the above-described configuration, the carbon fiber drawn out from the
マンドレル11への炭素繊維の巻き取りは、例えば、次のようにして行うことができる。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ステップと同様に巻きつけ、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プライ巻き付ければよい。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。
The winding of the carbon fiber around the
次の成型工程20では 平面部7,7を平行に成型するために、図5に示す押し型21を用いた。尚、押し型21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、追加軸12の括れ部13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板であって、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。
The
一方、連結板23は、2つに分割された一対の分割片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括れ部13を挟持するための凹部24a、24bが設けられている。前記分割片23a、23bの上下面には、前記長孔22cに挿通するボルト24と螺合するネジ穴25が穿設されている。さらに、分割片23bには側面に貫通する貫通孔26が設けられている。また、分割片23aの内側側面には、つき合わせたとき前記貫通孔26と一致するとともに、ボルトを螺合するネジ穴27が穿設されている。凹部24aには括れ部13の穴14に挿入されるピン28が突設されている。ボルト29は、貫通孔26に挿入され、先端部がネジ穴27に螺合する。
On the other hand, the connecting
上記構成に係る押し型21を用いるには、分割片23aのピン28を括れ部13の穴14に嵌入するとともに、分割片23aと分割片23bとを突き合わせて凹部24a、24bで括れ部13を挟持し、ボルト29を貫通孔26に挿入して先端部をネジ穴27に螺合することによって一体に組み立てる。ピン28が括れ部13の穴14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、両端部の長孔22cからボルト24を挿入してネジ孔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、しかも連結板23自体は回動することがない。そして、連結板23の高さは、中間ロール体1Aの表面の平行な平面部を押圧する高さに形成されている。したがって、中間ロール体1Aの表面には、押圧版22によって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、2段階に温度を上げて行うことが好ましく、例えば、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すればよい。
In the curing
中間ロール体1Aは研磨工程40で研磨される。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。
The
次に、ジャーナル形成工程50で、中間ロール体1Aの成型のために連設された追加軸12を切断して切り離す。追加軸12の切断は、ジャーナル先端面の接合部分12aから切り離し、正規の寸法のジャーナル3とすればよい。押し型21を取り付けるためにジャーナル3には穴を開けることができないから、押し型21の取り付け用として追加軸12を連設したものであり、追加軸12を切り落とすことによって正規の寸法のジャーナル3となる。
Next, in the
最後に、カッター刃の取付工程60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60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:スチール製コア
3:ジャーナル
4:炭素繊維の層
5:平面部
6:カッター刃
6a:カッターホルダー
6b:ボルト
7:平面部
10:積層工程
11:マンドレル
12:追加軸 13:括れ部
14:穴
16:ボビン
17:マトリックス樹脂含浸装置
18:引き出しロール
20:成型工程
21:押し型
22:押圧板
22c:長孔
23:連結板
24:ボルト
25:ネジ穴
26:貫通孔
27:ネジ穴
28:ピン
29:ボルト
30:硬化工程
40:研磨工程
50:ジャーナル形成工程
60:カッター刃取付工程
1: Cutter roll
2: Steel core
3: Journal 4: Carbon fiber layer
5: Plane portion
6: Cutter blade
6a:
12: Additional shaft 13: Constricted part
14: Hole 16: Bobbin
17: Matrix resin impregnation device 18: Draw roll 20: Molding step 21: Stamp
22: Press plate
22c: long hole
23: Connecting plate 24: Bolt
25: Screw hole
26: Through hole
27: Screw hole 28: Pin
29: Bolt 30: Curing process 40: Polishing process 50: Journal forming process 60: Cutter blade attaching process
Claims (4)
前記積層工程では、コアの両端部のジャーナルに炭素繊維層を形成する際の軸となる追加軸を連設し、前記追加軸のジャーナル側に押し型固定用穴を穿設した括れ部を設けてなるスチール製コアを用い、
前記硬化工程では、平面部を成型する2つの押圧板と、前記押圧板を固定し、突合せ面に前記括れ部を挟持する凹部を設けた2つ割りの連結板とからなる押し型を用い、前記連結板のうち一方の連結板の凹部に突設したピンを括れ部の押し型固定用穴に挿入して連結板を突き合わせるとともに、前記2つの押圧板を平面部に押し当てるようにして連結板に固定した後、加熱硬化炉で硬化させ、
前記ジャーナル形成工程では、括れ部の接合部分から切り落とすことを特徴とす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。 A carbon fiber impregnated with a matrix resin is wrapped around and laminated on the outer surface of a steel core having a plane portion parallel to the axial direction and having a substantially oval cross-sectional shape , or the carbon fiber is impregnated with a matrix resin. laminating step of laminating by winding carbon fiber prepreg, curing step of heat curing the carbon fiber layer, a polishing step of polishing the cooled surface, cut off an additional shaft provided continuously to the tip of the journal to form a carbon fiber layer Including a journal forming step, a cutter blade attaching step for attaching a cutter blade to the surface,
In the laminating step, an additional shaft serving as a shaft for forming the carbon fiber layer is connected to the journals at both ends of the core, and a constricted portion having a pressing die fixing hole is provided on the journal side of the additional shaft. Using a steel core
In the curing step, using a pressing die composed of two pressing plates for molding a flat portion, and a split plate that fixes the pressing plate and has a concave portion that sandwiches the constricted portion on the abutting surface, A pin protruding from the concave portion of one of the connecting plates is inserted into the pressing die fixing hole of the constricted portion to abut the connecting plate, and the two pressing plates are pressed against the flat portion. After fixing to the connecting plate, it is cured in a heat curing furnace,
In the said journal formation process, it cuts off from the junction part of a narrow part, The manufacturing method of the cutter roll made from a carbon fiber reinforced plastic characterized by the above-mentioned .
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