JP5058441B2 - 複合材料からなる管の製造方法および得られた管 - Google Patents

Description

本発明は、特に印刷の分野でスリーブの支持シリンダを構成するための、複合材料からなる管の製造方法と、このように得られた複合材料からなる管とに関する。

新聞および／または包装材の商業印刷ならびに織物の仕上げの、紙および／またはプラスチックの加工産業では、生産性を向上させ、したがって機械を大型化して作業速度を上げることが必要である。

このような機械は、主にフレームとシリンダとを含み、これらは、加工材料のスプールの駆動またはガイドに用いられる一方、前記加工材料を塗装、表示、圧延、または印刷することにより、こうした加工を一緒に行うために用いられる。

これらのシリンダは、鋼またはアルミニウムで製造されるが、こうした材料では、加工品質を保持しながら生産を改善していくことに必要な、質量／慣性／剛性の限界に達してしまう。

カーボンファイバーを用いた場合、速度と紙幅との制約に部分的に対応することができた。

そのため、フレキソ印刷では、速度が１５０ｍ／分から２５０ｍ／分に、紙幅が９００ｍｍから１２００ｍｍになった。

新聞印刷用の輪転機の場合、１５ｍ／秒の速度で、幅６ページ、すなわち幅２０００ｍｍに作業する。

それに対して、カーボンファイバーを主成分とするシリンダの製造は、多数のステップを必要とするフィラメント巻き（ｅｎｒｏｕｌｅｍｅｎｔ ｆｉｌａｍｅｎｔａｉｒｅ）と呼ばれる方法を用いている。コストは高く、製造は一般に単品で行われるので、製造期間が輪転機のユーザの需要とかみ合わない。

本発明による特定の実施形態を説明するために考慮された例は、限定的ではないが特に紙の加工業、中でも包装材の印刷に適用可能な、複合材料からなるシリンダの製造方法である。

このようなシリンダは、印刷スリーブを受容するように構成される。この分野では、凸版の支持体が変形するとすぐに受入不良な欠陥となり、殊に、装置の作業速度が超高速である場合、たちまち著しい材料損失となる。

特にフレキソ印刷の分野では、一つまたは複数の凸版を支持するシリンダを１色につき１個設けている。これらの凸版は、インキローラと接する非常に正確なインキ量を受容する。インキは、紙、カートン、またはポリマーフィルム上に接触により印刷される。凸版は、一般に、同じく複合材料から構成可能なスリーブに嵌め込まれる。

そのため、インキづけとも呼ばれるこうした接触は、非常に正確であり、凸版とスリーブとに関する多数のパラメータに依存する。

スリーブが取り付けられる支持シリンダは、機械の一部をなし、駆動手段により駆動される。このようなシリンダは、悉くスリーブにもたらされて印刷品質を損なう、変形とくに負荷による変形と円形からの狂いを、最小限にとどめなければならないことから、一般に中空で、鋼製である。

こうした欠陥は、シリンダの回転速度が速いことによって拡大される。同様に、印刷の場合、紙幅を広くすると、たわみも大きくなる。

さらに、鋼製のシリンダは重量があり、設置用のリフト手段が一般に必要とされる。

紙幅が狭い場合、主に、接触圧の作用によるシリンダ壁の不均質な磨耗によって変形が生じる。

こうした問題に対して、本発明は、従来技術の欠点を解消し、特に剛性の高い複合材料からなる管の製造方法を提案する。

この方法によって得られる管の他の長所については、考慮された実施形態で説明する。

このため、本発明による管の製造方法は、
−第一の材料からなる外管を調製するステップと、
−第二の材料からなる少なくとも一つの内管を調製するステップと、
−少なくとも外管と第一の内管との間にスペーサを配置するステップとを含み、これらのスペーサが複合材料からなることを特徴とする。

スペーサは、管と管の間の一つまたは複数の空間に強制導入される。

改良によれば、樹脂または樹脂混合物を２個の管の間に導入して、２個の管を回転させて、スペーサを埋め込み、隙間を塞ぐとともに、２個の管を結合させる。

後述する結果を得るために、管とスペーサとが、引抜成形によって得られた、弾性率の非常に高いカーボンファイバーを主成分とする複合材料から構成される。

この方法は、また、樹脂を射出する場合に、円形からの狂いを解消するステップを設けている。この場合、前記樹脂の射出後で重合前に、円形からの狂いの最大地点を突き止め、この地点に的を絞って応力を及ぼして所望の正確さに管を戻し、樹脂の網状化を待ち、的を絞った応力を遮断し、管を取り出す。

好適には、引抜成形により成形され、管と管の間の空間に応じてカットされた、弾性率の非常に高いカーボンファイバーから偏平形材を構成し、この偏平形材からスペーサを得る。

スペーサは、管と管の間の空間に応じて適切な形状で構成可能であり、複数区間を形成する。

本発明は、また、このように得られた管に関する。

次に、概略図を参照しながら、本発明による方法を詳しく説明する。

図１では、本発明による方法の実施結果を示した。

この方法は、適切な種類の外管を受容可能な剛性の高い支持芯を備えた複合管を構成することからなる。

この方法は、
−第一の材料からなる外管１０を調整し、
−第二の材料からなる少なくとも一つの内管１２を調製し、
−少なくとも外管１０と、第一の内管、すなわち、外側から内側に直接隣接する管との間にスペーサ１４を配置することからなる。スペーサは、管と管の間のこうした空間の全部または一部に規則正しく配分される。スペーサは、複合材料から構成される。

スペーサは、場合によっては他の複数の内管の間に同様の仕方で形成された、管と管の間の空間に配置可能であり、これらのスペーサも同様に複合材料からなる。

特に、スペーサは、引抜成形により得られたカーボンファイバーから構成される。

第一の実施形態によれば、調製された外側と内側の２個の管が、同様に引抜成形により得られたカーボンファイバーを主成分とする同一材料から構成される。

この特許の長所は、既に工業的に生産されている標準直径の管を使用できることにある。このため、本発明の方法により得られる複合管を工業生産で検討可能であり、市場に存在する標準管を組み立てれば、少量生産の場合、直接引抜成形で製造される同じ厚さで同じ特徴をもつ管よりも、コストをずっと安くすることができる。

第一の実施形態では、カーボンファイバーを主成分とする複合材料からなる偏平形材からスペーサをカットする。スペーサの厚さと幅は、２個の同軸管で直径差により生じる自由空間に合わされる。

外管１０と第一の内管１２との間にスペーサ１４を嵌め込むことによって組立が行われる。

この配置は必然的に対称であるが、所望の剛性に応じて変えてもよい。

そのため、自由空間の許容量いっぱいに、あるいは、均等な配分でも自由空間を残し続けながらスペーサを配置可能である。

このことから、用途に応じて剛性を調整し、最終管を補強できる。

管と管のこうした空間にスペーサを固定可能にするために、この方法は、２個の管の間に樹脂または樹脂混合物を射出するステップを設けており、樹脂は、２個の管を回転させて、スペーサを埋め、隙間を塞ぐとともに、２個の管を完全に結合して、あらゆるせん断作用を除去する。

ここでは、ポリマーが取り上げられているので樹脂という表現を用いているが、最終機能であるので接着剤と表すこともできる。樹脂という表現は、限定的なものではなく、特にポリマー族に関するものとみなすべきである。

このようにして得られた管は、とりわけ均質である。第一の実施形態では、管の重量が最小化されており、得られた特徴が目覚しく、非常に有効な値に達する。図２の比較表にまとめられている収集結果を確認することができる。

試験は、外径１６０ｍｍ、同様に内径１３０ｍｍ、一回転で進む距離（ｄｅｖｅｌｏｐｐｅｍｅｎｔ）が同じ管で、紙幅２５００ｍｍについて行ったものである。

比較材料は、鋼、アルミニウム、炭素である。

本発明に記載されたスペーサは、Ｃａｒｂｏｌａｍ商標ＴＨＭ４００として市販されている、いわゆる弾性係数が非常に高いカーボンファイバーから、引抜成形により製造される。

カーボンファイバーは、本発明による構成により、後述する例外的な目覚しい特徴に達することができる。

本発明による方法により得られる全炭素管は、鋼製の同じ管よりも５倍軽量であり、弾性率Ｅが１．７倍高く、３５０ＧＰａに達することが比較により確認される。

全炭素管とアルミニウム管とを比較すると、全炭素管は、アルミニウム管よりも２倍軽量であり、弾性率Ｅは５倍高い。

変形率に関しては、試験条件、すなわち、それ自体の量に加えて紙幅に３０００Ｎを配分する試験条件で測定される。

こうした変形率は、全炭素の製造に対して０．１１未満であって、断然低い。鋼では０．２３、アルミニウムでは０．５５にもなる。

図３の場合、実施形態は、スペーサ１４−１を所定の形状に引抜成形することからなる。この形状は、２個の管だけで構成する場合、管１０−１と管１２−１との間に設けられた、管と管の間の空間に合わせるように、内径および外径に応じて最適化しなければならない。

この場合、材料の充填が最適化され、樹脂量は、最小限に減らされる。樹脂をなくすことも全く可能であり、これは第一の実施形態よりもずっと容易である。何故なら、スペーサと、外側および内側の２個の外装管との接触面積がさらに増すからである。

全炭素管の場合、正確化を可能にする表面樹脂を外面に塗布して、高い精度の直径を得るとともに、円形からの狂いを同じ許容度で低減する。

本発明による方法の長所は、少なくとも一つの内管を備えた支持体を構成し、管と管の間の空間にスペーサを形成可能なことにあり、スペーサは、引抜成形された炭素から製造される。

外管の材料に関して、ユーザは、仕上げ製品の特徴を著しく損失することなく、その種類を選択できる。

そのため、用途に応じて、特に外管がセラミックコーティングまたは表面処理等のコーティングを受容することになっている場合、金属材料の外管を選択できる。このようにして、外管の外面のクロムメッキが、複合材料からなる凸版の支持スリーブをそれ自体受容するのに全く適合することが明らかになる。

実際、支持管へのスリーブの組立は、支持管を介して設けられた調節手段によって支持管を加圧し、前記支持管とスリーブとの間に加圧空気膜を形成することによって行われる。加圧空気膜は、外管の外面の状態とスリーブの内面の状態とが完全であるという条件で、空気クッションにスリーブを取り付け可能にするのに十分なだけ、スリーブをごくわずかに膨張させる。

さらに、こうした表面状態の品質は経時的に持続し、クロムの硬度は完全に適正でなければならない。

外管の種類を選択できるということは、非常に重要な長所である。

実際、管の内法と外法とを変えることなく、従来技術の支持管の長所を生かしながら、現行の剛性値を超えられるようにしなければならない。スリーブの総数は非常に多く、標準化されており、これらを再利用可能にすることが必要である。

本発明による構成の利点は、また、製造の時からすぐ、樹脂の注入のステップの間、該ステップが実施されるときに、円形からの狂いの低減を可能ならしめることにもある。

図４を参照すると、樹脂を射出可能にするために２個の管の位置を完全に同軸に保持する型板（ｇａｂａｒｉｔ）が示されている。

この型板は、射出後で重合前に円形からの狂いの最大地点を決定するために、回転駆動手段１６に取り付けられている。

その場合、この地点に的を絞った応力を及ぼして所望の正確さに管を戻さなければならない。樹脂を網状化後、的を絞った応力を遮断可能であり、管は、製造時の正確さを保持する。

様々な試験によれば、従来のモノリシック管で得られる精度３／１０が１／１０に縮められることが示された。

正確化は、いずれの場合にも上部の仕上げ層内でごくわずかな材料を除去しながら非常に正確に行えるので、これは、全く申し分のない精度である。

本発明の方法によって形成される管が解決できる別の問題は、シリンダ壁の不均質な磨耗による変形である（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐａｒ ｏｖａｌｉｓａｔｉｏｎ）。メートル単位の狭い紙幅の場合、管の母線に大きい応力が及ぼされると、管のシリンダ壁が磨耗する。

スペーサは、管の断面を剛性にし、円形断面を保持できる。

たとえ、たわみがそれほど重大なパラメータでなくても、多少とも高密度の放射状部材（ｒａｙｏｎｎａｇｅ）を形成するスペーサを用いた構成により、応力によるこうした変形を補正することができる。

そのため、用途に応じて、最適コストで満足のいく結果を得られるように、スペーサの数と配置、および形状を調整できる。

本発明による管は、また、回転機械の事例で発生する妨害振動の問題の解決に寄与する。

既に述べたように、線形移動速度は１５００メートル／分にも及ぶことがあり、そうすると回転速度が速くなって振動を避けられなくなる。

たとえば印刷機の場合、振動は、品質を甚だしく損なう欠陥を生じ、さらには製品が不良品になってしまう。

ところで、少なくとも一つの内管と、外管を支持するスペーサとを備えた構造は、破損を伝播させ、材料の性質を変えただけでも、モノリシック材料でみられるような同じ周波数の伝播が少なくとも回避される。

本発明は、２個の管と、管と管の間の空間に配置されるスペーサとを含む構造について説明したが、別の内管を設けて、このように形成された管と管の間の新たな空間に一組の新しいスペーサを配置することも可能である。

この構成は、振動を抑え、たとえばクロムメッキされた表面状態を有する内側と外側の金属材料を、他の方法では達成できない上記の機械特性を得ながら使えるという長所を提供できる。

管の数をさらに多くして、もっと複雑な他の構成も検討できるが、本発明の事例における所望の工業化の範囲を逸脱しないようにするために、これらは例外的な事例とすべきであろう。

本発明による構成は、また、幾つかの用途において、大いなる有用性を発揮する。実際、それは、たわみ、変形からの狂い、重量および振動に対する抵抗を可能ならしめることに加えて、別の問題たる過熱の問題に関わるものである。幾つかの用途では、摩擦により過熱が引き起こされ、管に使用される炭素材料は、簡単には放熱できない。この問題は、たとえばエラストマー材料を充填したスリーブなどの他のタイプのスリーブの場合にも既にみられる。

事実、管を介して放熱してスリーブを適温に保持するために、スリーブ内で冷却液を循環させる手段が存在する。

本発明の方法により製造されるスリーブの場合、管と管の間の空間にスペーサと循環管路を交互に配置可能である。

循環管路は、これらの管路を画定するスペーサ自体によって、あるいは管と管の間の空間でスペーサ間に嵌め込まれる配管によって、形成可能である。

このような配管の製造に用いられる材料の種類は、この材料の様々な機械特性、たとえば熱伝達あるいは重量に応じて当業者が選択する。

本発明による第一の実施形態の斜視図と断面図である。 得られた特徴を示す一覧表である。 成形されたスペーサを備える第二の実施形態を示す図である。 ２個の管のセンタリング手段を示す図である。

符号の説明

１０ 外管
１２ 内管
１４ スペーサ
１６ 回転駆動手段

Claims (11)

1. −第一の材料からなる外管（１０）を製造するステップと、
   −第二の材料からなる少なくとも一つの内管（１２）を製造するステップと、
   −少なくとも外管（１０）と第一の内管（１２）との間にスペーサ（１４）を配置するステップとを含み、
   これらのスペーサが複合材料からなり、管の断面を剛性にし、円形断面を保持でき；
   前記スペーサ（１４）は、管と管の間の空間に強制導入されることを特徴とする剛性の高い複合材料からなる管の製造方法において、
   前記スペーサ（１４）が、こうした管と管の間の空間の全部または一部に均等に分配されることを特徴とする、管の製造方法。
2. −第一の材料からなる外管（１０）を製造するステップと、
   −第二の材料からなる少なくとも一つの内管（１２）を製造するステップと、
   −少なくとも外管（１０）と第一の内管（１２）との間にスペーサ（１４）を配置するステップとを含み、
   これらのスペーサが複合材料からなり、管の断面を剛性にし、円形断面を保持でき；
   前記スペーサ（１４）は、管と管の間の空間に強制導入されることを特徴とする剛性の高い複合材料からなる管の製造方法において、
   樹脂または樹脂混合物を２個の管（１０、１２）の間に導入して、２個の管を回転させて、スペーサ（１４）を埋め込み、隙間を塞ぐとともに、２個の管を結合させることを特徴とする、管の製造方法。
3. 引抜成形によって得られた、カーボンファイバーを主成分とする複合材料を、スペーサの製造のために用いることを特徴とする請求項１または２に記載の管の製造方法。
4. 引抜成形によって得られた、カーボンファイバーを主成分とする複合材料を、少なくとも一つの管の製造のために用いることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の管の製造方法。
5. 樹脂を射出する場合、前記樹脂の射出後で重合前に円形からの狂いを除去するために、円形からの狂いの最大地点をつきとめ、この地点に的を絞って応力を及ぼして所望の正確さに管を戻し、樹脂の網状化を待ち、的を絞った応力を遮断し、管を取り出すことを特徴とする請求項３から４のいずれか一項に記載の管の製造方法。
6. 引抜成形により成形され、管と管の間の空間に応じてカットされた、カーボンファイバーから偏平形材を構成し、この偏平形材からスペーサを得ることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の管の製造方法。
7. 管と管の間の空間に応じて所定の形状にスペーサを成形し、複数区間を形成することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の管の製造方法。
8. −金属材料または複合材料からなる外管（１０）と、
   −金属材料または複合材料からなる内管（１２）と、
   −２個の管の間で均等に配分されるスペーサ（１４）とを含み、前記スペーサが、引抜成形により得られた、カーボンファイバーを主成分とする複合材料から構成され、管の断面を剛性にし、円形断面を保持できることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法の実施により得られる剛性の高い複合材料からなる管。
9. 外管（１０）または内管（１２）の少なくとも一方が、引抜成形によって得られた、カーボンファイバーを主成分とする複合材料から構成されることを特徴とする請求項８に記載の管。
10. スペーサ（１４）に空間を設けて、冷却液の循環路を画定することを特徴とする請求項８または９に記載の管。
11. 冷却液の循環路が、管の間の空間でスペーサの間に配置されることを特徴とする請求項８または９に記載の管。

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