JP6006513B2 - 耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
繊維強化プラスチック基材層と、前記繊維強化プラスチック基材層の表層に積層されたガラス繊維強化プラスチック層と、前記ガラス繊維強化プラスチック層の表層に溶射により被覆された溶射皮膜層とを有し、
前記溶射皮膜層は、前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面に溶射により被覆された下部溶射皮膜層と、前記下部溶射皮膜層の表面に溶射により被覆され、前記搬送用ロールの表面層を形成する上部溶射皮膜層とを有し、前記下部溶射皮膜層の気孔率は、前記上部溶射皮膜層の気孔率より大とされ、
前記下部溶射皮膜層の気孔率は、10%以上、30%以下であり、前記上部溶射皮膜層の気孔率は、1%以上、10%未満とされ、
前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成するための溶射材料は、線膨張係数が3×10 −6 〜12×10 −6 (1/℃)であり、
前記下部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.02〜1.0mmであり、
前記上部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.03〜1.0mmであり、ビッカース硬度HVが400〜1200、表面の平均粗さRaが0.05〜1.0μmである、
ことを特徴とする耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールである。
前記繊維強化プラスチック基材層及び前記ガラス繊維強化プラスチック層の樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、若しくは、フェノール樹脂、又は、ナイロン若しくはビニロンが使用される。
(a)マンドレルに、ロール基材となる繊維強化プラスチック基材層を形成するために所定の強化繊維を所定の樹脂を用いて巻き付けて基材となる強化繊維層を形成し、引き続いて、前記基材となる強化繊維層の上に、ガラス繊維強化プラスチック層を形成するために所定の樹脂を用いてガラス繊維を巻き付けてガラス繊維層を積層する工程、
(b)前記基材となる強化繊維層及び前記ガラス繊維層の樹脂を同時に加熱硬化させる工程、
(c)前記ガラス繊維層の樹脂が硬化して形成された前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面を粗面化処理する工程、
(d)前記粗面化処理された前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面に所定の溶射材料を溶射して下部溶射皮膜層を形成する工程、
(e)前記下部溶射皮膜層の表面に所定の溶射材料を溶射して、気孔率が、前記下部溶射皮膜層の気孔率より小さくなるようにして上部溶射皮膜層を形成する工程、
を有し、
前記下部溶射皮膜層の気孔率は10%以上、30%以下であり、前記上部溶射皮膜層の気孔率は、1%以上、10%未満とされ、
前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成するための溶射材料は、線膨張係数が3×10 −6 〜12×10 −6 (1/℃)であり、
前記下部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.02〜1.0mmであり、
前記上部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.03〜1.0mmであり、ビッカース硬度HVが400〜1200、表面の平均粗さRaが0.05〜1.0μmである、
ことを特徴とする耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法である。
(a)マンドレルに、ロール基材となる繊維強化プラスチック基材層を形成するための所定の強化繊維を使用した基材となるプリプレグを巻き付け、引き続いて、前記基材となるプリプレグの上に、ガラス繊維強化プラスチック層を形成するためのガラス繊維プリプレグを巻き付けて積層する工程、
(b)前記基材となるプリプレグ及び前記ガラス繊維プリプレグの樹脂を同時に加熱硬化させる工程、
(c)前記ガラス繊維プリプレグが硬化して形成された前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面を粗面化処理する工程、
(d)前記粗面化処理された前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面に所定の溶射材料を溶射して下部溶射皮膜層を形成する工程、
(e)前記下部溶射皮膜層の表面に所定の溶射材料を溶射して、気孔率が、前記下部溶射皮膜層の気孔率より小さくなるようにして上部溶射皮膜層を形成する工程、
を有し、
前記下部溶射皮膜層の気孔率は10%以上、30%以下であり、前記上部溶射皮膜層の気孔率は、1%以上、10%未満とされ、
前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成するための溶射材料は、線膨張係数が3×10 −6 〜12×10 −6 (1/℃)であり、
前記下部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.02〜1.0mmであり、
前記上部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.03〜1.0mmであり、ビッカース硬度HVが400〜1200、表面の平均粗さRaが0.05〜1.0μmである、
ことを特徴とする耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法である。
図1に、本発明に係る溶射皮膜層4を有する耐摩耗性、耐熱性、更には、SF研磨を施すことによりすぐれた表面平滑性をも有することができる繊維強化複合材1の概略断面構成を示す。本発明の繊維強化複合材1は、繊維強化プラスチック基材層2と、この繊維強化プラスチック基材層2の表層に積層されたガラス繊維強化プラスチック層3と、このガラス繊維強化プラスチック層3の表層に溶射により被覆された溶射皮膜層4とを有している。本発明の特徴ある構成によれば、溶射皮膜層4は、下部溶射皮膜層5と上部溶射皮膜層6とにて構成される。
本実施例によれば、下部溶射皮膜層5は、皮膜厚さt5が0.02〜1.0mmとされ、下部溶射皮膜層5の気孔率は、上部溶射皮膜層6より大とされ、10%以上、30%以下とされる。皮膜厚さt5が0.02mm未満では、ガラス繊維強化プラスチック層3の凹部が埋まりきらず、ガラス繊維強化プラスチック層3が露出してしまう個所ができて十分な密着力を得ることができず、耐熱200℃を達成することができない。また、1.0mmを超えるとコスト高の問題がある。更に、気孔率が10%未満の場合は、溶射皮膜の残留応力が大きくなり、使用温度が200℃では皮膜の割れといった問題がある。気孔率が30%を超えると、下部溶射皮膜層5内の密着力が低下し、研磨時に皮膜割れという問題がある。下部溶射皮膜層5の最適な仕様は、皮膜厚さt5が0.05〜0.1mmとされ、気孔率が15〜20%とされる。
本実施例によれば、上部溶射皮膜層6は、皮膜厚さt6が0.03〜1.0mmとされ、上部溶射皮膜層6の気孔率は、下部溶射皮膜層5よりも小さくされ、1%以上、10%未満とされる。更に、表面粗さが平均粗さRaで0.05〜1.0μm、表面硬度がビッカース硬度HVで400〜1200、とされる。
本発明の繊維強化複合材の一実施例である繊維強化複合材ロールの場合について説明する。また、基材となる繊維強化プラスチック層2の強化繊維としては、炭素繊維を使用するものとして説明する。
CFRPロールをフィラメントワインディング法にて作製する場合を、図2(b)を参照して説明する。本実施例では、先ず、マンドレル100に炭素繊維を所定の樹脂を用いて巻き付け、ロール基材となる繊維強化プラスチック基材層2のための基材となる強化繊維層2A、即ち、本実施例では、炭素繊維強化プラスチック基材層2のための炭素繊維層(基材となる炭素繊維層)2Aを形成する。
シートワインディング法は、シート状のプリプレグ繊維シートを使用する点を除けば、上記フィラメントワインディング法と同様にして実施される。
(A)下部溶射皮膜層の形成
上記粗面化されたガラス繊維強化プラスチック層3の表面は、プラズマ溶射装置を用いて所定の溶射材料を厚さt5が0.02〜1.0mmとなるように溶射して下部溶射皮膜層5が形成(被覆)される。この時、下部溶射皮膜層5の気孔率が10%以上、30%以下となるようにする。方法は特に限定しないが、例えば溶射距離を適正に調節することにより達成することができる。
(B)上部溶射皮膜層の形成
上述の下部溶射皮膜層5の表面には、プラズマ溶射装置を用いて所定の溶射材料を厚さt6が0.03〜1.0mmとなるように溶射して上部溶射皮膜層6が形成(被覆)される。この時、上部溶射皮膜層6の気孔率が1%以上、10%未満となるようにする。方法は特に限定しないが、例えば溶射距離を適正に調節することにより達成することができる。
フィラメントワインディング法により、本発明に従った構成とされるCFRPロールを作製した。
比較のために、上記実験例1の場合と同じ材料及び製造条件により、ブラスト処理によりガラス繊維強化プラスチック層3の表面の粗面化を行ったロール素管1Aを得た。表面粗さRaは、7.6μmであった。
比較のために、上記実験例1の場合と同じ材料及び製造条件により、ブラスト処理によりガラス繊維強化プラスチック層3の表面の粗面化を行ったロール素管1Aを得た。表面粗さRaは、7.6μmであった。
1A ロール状素管、板状素材
2 繊維強化プラスチック基材層
2A 基材となる強化繊維層、基材となるプリプレグ
3 ガラス繊維強化プラスチック層
3A ガラス繊維層、ガラス繊維プリプレグ
4 溶射皮膜層
5 下部溶射皮膜層
6 上部溶射皮膜層
30 ガラス部分
Claims (19)
- 最外層に溶射皮膜層を有する耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールであって、
繊維強化プラスチック基材層と、前記繊維強化プラスチック基材層の表層に積層されたガラス繊維強化プラスチック層と、前記ガラス繊維強化プラスチック層の表層に溶射により被覆された溶射皮膜層とを有し、
前記溶射皮膜層は、前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面に溶射により被覆された下部溶射皮膜層と、前記下部溶射皮膜層の表面に溶射により被覆され、前記搬送用ロールの表面層を形成する上部溶射皮膜層とを有し、前記下部溶射皮膜層の気孔率は、前記上部溶射皮膜層の気孔率より大とされ、
前記下部溶射皮膜層の気孔率は、10%以上、30%以下であり、前記上部溶射皮膜層の気孔率は、1%以上、10%未満とされ、
前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成するための溶射材料は、線膨張係数が3×10 −6 〜12×10 −6 (1/℃)であり、
前記下部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.02〜1.0mmであり、
前記上部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.03〜1.0mmであり、ビッカース硬度HVが400〜1200、表面の平均粗さRaが0.05〜1.0μmである、
ことを特徴とする耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロール。 - 前記下部溶射皮膜層の気孔率は、15〜20%であり、前記上部溶射皮膜層の気孔率は、1〜3%とされることを特徴とする請求項1に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロール。
- 前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成するための溶射材料は、線膨張係数が7×10−6〜10×10−6(1/℃)であることを特徴とする請求項1又は2に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロール。
- 前記下部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.05〜0.1mmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロール。
- 前記上部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.1〜0.3mmであり、ビッカース硬度HVが600〜1000、表面の平均粗さRaが0.05〜0.15μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロール。
- 前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成する溶射材料は、粒状のセラミックス、サーメット、金属、又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロール。
- 前記繊維強化プラスチック基材層の強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維;ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維;アラミド、PBO(ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール)、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維;が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用され、
前記繊維強化プラスチック基材層及び前記ガラス繊維強化プラスチック層の樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、若しくは、フェノール樹脂、又は、ナイロン若しくはビニロンが使用されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロール。 - 耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法であって、
(a)マンドレルに、ロール基材となる繊維強化プラスチック基材層を形成するために所定の強化繊維を所定の樹脂を用いて巻き付けて基材となる強化繊維層を形成し、引き続いて、前記基材となる強化繊維層の上に、ガラス繊維強化プラスチック層を形成するために所定の樹脂を用いてガラス繊維を巻き付けてガラス繊維層を積層する工程、
(b)前記基材となる強化繊維層及び前記ガラス繊維層の樹脂を同時に加熱硬化させる工程、
(c)前記ガラス繊維層の樹脂が硬化して形成された前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面を粗面化処理する工程、
(d)前記粗面化処理された前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面に所定の溶射材料を溶射して下部溶射皮膜層を形成する工程、
(e)前記下部溶射皮膜層の表面に所定の溶射材料を溶射して、気孔率が、前記下部溶射皮膜層の気孔率より小さくなるようにして上部溶射皮膜層を形成する工程、
を有し、
前記下部溶射皮膜層の気孔率は10%以上、30%以下であり、前記上部溶射皮膜層の気孔率は、1%以上、10%未満とされ、
前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成するための溶射材料は、線膨張係数が3×10 −6 〜12×10 −6 (1/℃)であり、
前記下部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.02〜1.0mmであり、
前記上部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.03〜1.0mmであり、ビッカース硬度HVが400〜1200、表面の平均粗さRaが0.05〜1.0μmである、
ことを特徴とする耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。 - 前記基材となる強化繊維層の強化繊維は、炭素繊維であることを特徴とする請求項8に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
- 前記工程(a)にて、前記ガラス繊維は、前記マンドレルに同一の角度方向で巻き付けることを特徴とする請求項8又は9に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
- 耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法であって、
(a)マンドレルに、ロール基材となる繊維強化プラスチック基材層を形成するための所定の強化繊維を使用した基材となるプリプレグを巻き付け、引き続いて、前記基材となるプリプレグの上に、ガラス繊維強化プラスチック層を形成するためのガラス繊維プリプレグを巻き付けて積層する工程、
(b)前記基材となるプリプレグ及び前記ガラス繊維プリプレグの樹脂を同時に加熱硬化させる工程、
(c)前記ガラス繊維プリプレグが硬化して形成された前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面を粗面化処理する工程、
(d)前記粗面化処理された前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面に所定の溶射材料を溶射して下部溶射皮膜層を形成する工程、
(e)前記下部溶射皮膜層の表面に所定の溶射材料を溶射して、気孔率が、前記下部溶射皮膜層の気孔率より小さくなるようにして上部溶射皮膜層を形成する工程、
を有し、
前記下部溶射皮膜層の気孔率は10%以上、30%以下であり、前記上部溶射皮膜層の気孔率は、1%以上、10%未満とされ、
前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成するための溶射材料は、線膨張係数が3×10 −6 〜12×10 −6 (1/℃)であり、
前記下部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.02〜1.0mmであり、
前記上部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.03〜1.0mmであり、ビッカース硬度HVが400〜1200、表面の平均粗さRaが0.05〜1.0μmである、
ことを特徴とする耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。 - 前記基材となるプリプレグの強化繊維は、炭素繊維であることを特徴とする請求項11に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
- 前記ガラス繊維プリプレグは、ガラス繊維が一方向に引き揃えて形成されたUD形状プリプレグであるか、又は、ガラス繊維織物を使用して形成されたガラスクロスプリプレグであることを特徴とする請求項11又は12に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
- 前記工程(c)にて、前記ガラス繊維強化プラスチック層の表面は、ブラスト処理により平均粗さRaが2〜10μmに粗面化処理されることを特徴とする請求項8〜13のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
- 前記下部溶射皮膜層の気孔率は、15〜20%であり、前記上部溶射皮膜層の気孔率は、1〜3%とされることを特徴とする請求項8〜14のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
- 前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成するための溶射材料は、線膨張係数が7×10−6〜10×10−6(1/℃)であることを特徴とする請求項8〜15のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
- 前記下部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.05〜0.1mmであることを特徴とする請求項8〜16のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
- 前記上部溶射皮膜層は、皮膜厚さが0.1〜0.3mmであり、ビッカース硬度HVが600〜1000、表面の平均粗さRaが0.05〜0.15μmであることを特徴とする請求項8〜17のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
- 前記下部溶射皮膜層及び前記上部溶射皮膜層を形成する溶射材料は、粒状のセラミックス、サーメット、金属、又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項8〜18のいずれかの項に記載の耐摩耗性、耐熱性の搬送用ロールの製造方法。
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