JPH05280531A - 耐熱弾性ロ−ルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 カレンダ−ロ−ル用の弾性ロ−ルの，高温，
高ニップ圧，高速回転下の破壊，人身事故等を無くし，
更に弾性ロ−ルとして必要な，高い表面硬度，表面の鏡
面仕上げの可能な，耐熱性弾性ロ−ルおよびその製造方
法を提供する。 【構成】 ロ−ルの外面層は有機繊維層が多く，内面層
に向けて無機繊維層が多くなるように，予め構成した繊
維積層筒体に，架橋硬化能力を有する液状樹脂を含浸し
て成形した繊維強化樹脂製スリ−ブを，表面を粗面化し
た金属ロ−ル芯に接着して製造する耐熱弾性ロ−ルにお
いて，繊維強化樹脂スリ−ブは，内面層の無機繊維強化
層から外面層の有機繊維強化層に向かって少なくとも三
層以上で構成された段階的に増加する熱膨張係数を有
し，かつ，気泡の混入を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は磁気記録媒体製造工
業，製紙工業，繊維工業において用いられる磁気記録媒
体製造用カレンダ−ロ−ル，製紙用カレンダ−ロ−ル，
繊維用カレンダ−ロ−ル等において弾性ロ−ルとして使
用される耐熱性弾性ロ−ル及びその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】少なくとも一対の表面を鏡面化した金属
ロ−ルと，弾性ロ−ルから成るカレンダ−処理装置では
金属ロ−ルを加熱し，金属ロ−ルと弾性ロ−ル間にニッ
プ圧をかけて磁気記録媒体，紙，繊維等を走行させなが
ら表面を平滑にすると共に艶出しを行っている。このよ
うなカレンダ−処理装置に使用される弾性ロ−ルは，表
面硬度が高く，表面が鏡面に仕上がり，高温，高ニップ
圧及び高速回転で使用出来ると共に長時間運転において
表面劣化及びひび割れ等が生じないことが要求されてい
る。

【０００３】近年カレンダ−処理条件は益々厳しくなっ
てきており，従来よりも温度，ニップ圧，回転速度の厳
しい条件で使用出来る弾性ロ−ルの開発が望まれてい
る。従来は，金属ロ−ル芯金に樹脂単体或いは充填剤を
添加して成形した樹脂スリ−ブを接着して製造した弾性
ロ−ルが使用されたが，芯金と樹脂製スリ−ブの熱膨張
係数が大幅に異なる為，６０℃以上の温度で使用すると
接着部で剥離を生じる問題があった。接着部での剥離防
止の為，芯金内部に冷却水を流し接着部の温度を６０℃
以下に保持する対策がとられているが，大型装置では冷
却が不均一になり，或いは冷却用治具を取り付けること
が出来ない等の問題があった。

【０００４】また金属ロ−ル芯と樹脂製スリ−ブの接着
部での剥離を防止した弾性ロ−ルとして金属ロ−ル芯の
外周に，樹脂を含浸させた無機或いは有機のロ−ビング
或いは布テ−プを張力をかけて巻締めて繊維強化層を予
め設ける方法がとられているが，（特公昭５９−２５８
８６，特公昭６１−１５８０７，特公平３−４７３５９
等）この場合でも，芯金と繊維強化層或いは繊維強化層
と表面の樹脂製スリ−ブの熱膨張の差による剥離は防止
できず，ロ−ル芯金を冷却する必要があった。

【０００５】弾性ロ−ルの表面層に使用される樹脂製ス
リ−ブ材料は，ロ−ル表面を鏡面に仕上げる必要から樹
脂単体，微細な充填剤又は補強材を添加した樹脂（特公
昭６１−１５８０７）及び不織布に樹脂を含浸させた強
化材料（ＵＳｐａｔ ３．５８８．９７８）等のように
一般に脆い材料しか使用出来ず，高温，高ニップ圧，高
速回転の厳しい条件で使用する場合，表面層の樹脂製ス
リ−ブが割れて飛散し人身事故を起こす危険があった。

【０００６】一方従来から，繊維強化樹脂（ＦＲＰ）の
成形方法として芯金に充填剤等を添加した樹脂を含浸さ
せた無機及び有機繊維のロ−ビング，布テ−プ，或いは
不織布（特公昭５９−２５８８６）を張力をかけながら
巻締めてロ−ルを成形する方法（フィラメントワインデ
ィング法）や，補強材や充填剤を含む樹脂を予め予備硬
化したプレプレグを作り，これを芯金に張力をかけて巻
締めた後，或いは巻締めながら加熱，加圧下で樹脂を硬
化させて弾性ロ−ルを得る方法が知られている。

【０００７】然しながらこれらの方法で成形された弾性
ロ−ルの表面は，何れも１０μｍ以上の微細な気泡を含
み，カレンダ−用弾性ロ−ルとして必要とされる Ｒｍ
ａｘ１０μｍ以下の粗さをもつ鏡面は得られず，運転に
際しても気泡部が欠陥として作用する為厳しい使用条件
には耐えないという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のカレンダ−ロ−
ルとして使用される弾性ロ−ルは，金属ロ−ル芯の外周
に直接或いは金属ロ−ル芯の外周に被覆した繊維強化層
を介して，表面層の樹脂製スリ−ブを接着した構造のた
め，金属ロ−ル芯或いは繊維強化層と樹脂製スリ−ブの
熱膨張係数，圧縮強度及び圧縮弾性率が大幅に異なり，
高温，高ニップ圧，高速回転で使用される場合，樹脂製
スリ−ブ内部に生じる繰り返し歪みの為接着界面で剥離
したり，運転中に短時間で破壊するという問題があっ
た。

【０００９】また弾性ロ−ルの表面層に使用される樹脂
製スリ−ブ材料は，ロ−ル表面を鏡面に仕上げる必要か
ら樹脂単体，微細な充填剤及び補強材を添加した樹脂，
不織布に樹脂を含浸した材料等，樹脂に対する補強効果
の小さい材料しか使用出来なかった為，運転中に割れて
飛散し，人身事故を起こす危険があった。又，補強効果
が小さい為材料強度が低く，必然的に温度，ニップ圧，
回転速度を高くできないという問題もあった。

【００１０】本発明は，表面層の樹脂製スリ−ブが，高
温では内部歪みをもつため，接着界面で剥離し易く，高
ニップ圧，高速回転下では短時間に破壊するという問題
を解消すると共に，割れに際し，人身事故の危険性を解
消するものである。更に又，カレンダ−ロ−ル用の弾性
ロ−ルとして必要な，表面硬度が高く，表面を鏡面に仕
上げることが出来ると共に，従来よりも高温，高ニップ
圧，高速回転で使用出来る耐熱性弾性ロ−ル及びその製
造方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段及びその作用】本発明の耐
熱性弾性ロ−ルは図１（ａ）に示すように，金属ロ−ル
芯に繊維強化樹脂製スリ−ブを接着した構造から成る。
繊維強化層は図１（ｂ）に示すように金属ロ−ル芯の外
周，例えば繊維含有量５０〜６５％の無機繊維層，外面
層は有機繊維層，中間層は複層からなる無機又は有機繊
維層となるように，予め強化用繊維を円筒層状に巻締め
ておき，液状樹脂を含浸，硬化させて製造する。

【００１２】この場合強化用繊維は，金属ロ−ル芯と無
機繊維強化層及び中間繊維強化層と外面層の有機繊維強
化層の硬化時及び高温使用時の熱膨張の差により生じる
界面に働く応力を緩和する為，金属ロ−ル芯から外面層
に向かって熱膨張係数が段階的に大きくなるように，繊
維含有量及び巻締め張力を調整して複層に巻締める。

【００１３】金属ロ−ル芯に巻締めた第１層は繊維含有
量５０〜６５％，厚み１〜１５ｍｍからなるガラス，カ
−ボン等の無機繊維強化層であり，繊維含有量が多く熱
膨張係数が小さい為高温でも金属ロ−ル芯から剥離しな
い。繊維層厚み１ｍｍ以下では高温に於いて表面層の膨
張量をおさえる効果が無く，１５ｍｍ以上では液状樹脂
を含浸させることが困難である。

【００１４】外面層を構成する有機繊維強化層は，ロ−
ルが割れた場合破片の飛散防止に有効な織物或いはロ−
ビング等の連続したフィラメントで製造した強化材を巻
締めて製造する。繊維の含有量は３〜５０％，好ましく
は５〜３０％とし，肉厚は５〜４０ｍｍとする。繊維含
有量３％以下では補強効果が小さく５０％以上では液状
樹脂の含浸が困難となる。又厚み５ｍｍ以下では表面の
磨滅のため寿命が短くなり４０ｍｍ以上ではコスト高と
なる。

【００１５】外面層の有機繊維としてアラミド繊維を使
用すると，アラミド繊維は融点が高いため高温，高ニッ
プ圧，高速回転等の厳しい条件で使用しても，溶融した
り，焼けたりせず補強効果が低下しない，硬度が高い，
繊維を構成する個々のフィラメントを樹脂で完全に被覆
することにより，繊維強化材の表面を表面粗さＲｍａｘ
０．３μｍ以下に研磨仕上げ出来る，高温において硬
度，圧縮強度，圧縮弾性率等の物性が高い等の特性が得
られる。アラミド繊維のかわりにガラス繊維，カ−ボン
繊維等を使用すると，硬度がマトリックス樹脂である液
状樹脂と大幅に異なる為表面の研磨仕上げに際し，繊維
が研磨されず凹凸を生じる。

【００１６】一方，ポリアミド繊維，ポリエステル繊
維，ビニロン繊維，ポリアリレ−ト繊維，ポリフェニレ
ンサルファイド繊維等の合繊繊維や綿，麻等の天然繊維
は，アラミド繊維と同様に研磨仕上げが出来，カレンダ
−ロ−ル用弾性ロ−ルの強化繊維として使用可能である
が，高温での硬度，圧縮強度，圧縮弾性率等の物性がア
ラミド繊維より低く，これらの強化繊維を使用した弾性
ロ−ルの使用条件はアラミド繊維強化弾性ロ−ルより低
く制限される。

【００１７】アラミド繊維の補強効果は，織物或いはロ
−ビングを使用する場合が大きいが，不織布と織物或い
はロ−ビングを予め重ね合わせて使用しても繊維含有量
が３〜５０％範囲にあれば充分に効果を有する。有機繊
維の織物としては，連続するフィラメントを使用する色
々な織物が使用出来るが，例えば平織，綾織，繻子織，
杉綾，綱，ニット等の織物がある。

【００１８】更に充填剤，補強材等を樹脂に添加するこ
とは，繊維への含浸性が悪くなるので好ましくないが，
粒子の大きさが０．５μｍ以下のシリカ，タルク，クレ
イ，炭酸カルシウム，カ−ボン等の微粒子を樹脂量に対
し１０％以下添加する場合，含浸性を妨げない。

【００１９】第１層の無機繊維強化層と外面層の有機繊
維強化層の間に使用する複層から成る無機及び有機の中
間繊維強化層は，樹脂製スリ−ブの内部応力緩和の為必
要なもので，図１（ｂ）２２に第２〜第ｎ層として示す
ように使用する。この中間繊維強化層の層数は硬化収縮
及び熱膨張により層間に働く歪応力を小さくするために
は，多いほど好ましいが製造上の効率を考えて、１〜５
層とするのが好ましい。中間繊維強化層の繊維含有量は
クロス，マット，不織布等の繊維の目付け量及び異種繊
維材料との組合せにより変えると共に，巻締め張力を調
整して設定するが，第１層の無機繊維強化層から外面層
の有機繊維強化層までの熱膨張係数が層毎に段階的に増
加するように設定する。

【００２０】中間繊維強化層の材料は，ガラス，カ−ボ
ン，金属等の無機繊維やアラミド，ポリイミド等の耐熱
性有機繊維を使用する。中間繊維強化層の肉厚は２〜１
５ｍｍとする。２ｍｍ以下では高温での剥離防止効果が
なく，１５ｍｍ以上は機能上必要でない。

【００２１】本発明で使用する樹脂としては常温又は加
熱下での樹脂の粘度が５０００センチポイズ以下であ
り，硬化後の樹脂単体の硬度がショアＤ７０以上，ガラ
ス転移温度８０℃以上の架橋能力を有する液状樹脂を用
いるが，例えばエポキシ樹脂，架橋ポリエステルアミド
樹脂，架橋アミノアミド樹脂，エポキシ官能基を含む化
合物を添加した架橋アミノアミド樹脂等の熱硬化性樹脂
を使用できる。

【００２２】次に本発明の弾性ロ−ルの製造方法につい
て説明する。本発明の耐熱性弾性ロ−ルを構成する繊維
強化樹脂製スリ−ブは，金属ロ−ル芯側に無機繊維強化
層，外面層側に有機繊維層，中間層に無機及び（又は）
有機の繊維層を配した繊維積層筒体に架橋硬化能力を有
する液状樹脂を含浸，硬化して製造する液状樹脂を真空
含浸させる方法を図２に示す。予めサンドブラストによ
り表面を粗にした金属ロ−ル芯，又は成形後に脱型する
ため１／１００〜５／１００のテ−パ−を付けたテ−パ
−付き芯金に，ロ−ル芯側に無機繊維，外面層に有機繊
維，中間層に無機及び（又は）有機繊維層を巻締めした
ものを図２に示す金型にセットする。金型を１５０〜２
００℃で１２〜２４時間乾燥後，６０℃〜１７０℃に保
持し型内を１ｍｍＨｇ以下の真空に保ちながら液状樹脂
を注入する。金型内を樹脂で満たした後，窒素ガスを導
入し１．０〜５．０ｋｇ／ｃｍ² で加圧しながら液状樹
脂を硬化させる。

【００２３】繊維のフィラメント間の気泡を除去するた
め，金型を振動させながら，樹脂を含浸させると効果が
ある。サンドブラストした芯金に直接繊維強化樹脂製ス
リ−ブを成形した場合は，冷却脱型後，外表面を加工，
研磨仕上げして弾性ロ−ルを得る。テ−パ−付き芯金を
使用した場合は繊維強化樹脂製スリ−ブを冷却脱型後，
内径を加工してサンドブラストした芯金に嵌合し隙間に
接着剤を注入硬化させる。外径加工，研磨仕上げして弾
性ロ−ルを得る。嵌合に際し繊維強化樹脂製スリ−ブの
内径は芯金の外径より０．１〜２．０ｍｍ大きく加工す
る。

【００２４】図３は繊維積層筒体に遠心成形により樹脂
を含浸させる他の成形方法を示す。高速回転可能な円筒
金型に繊維積層筒体を金型側が外面層の有機繊維，内面
側が無機繊維，中間層が無機及び（又は）有機繊維層と
なるように配し，１５０℃〜２００℃で１２〜２４時間
乾燥後，６０℃〜１７０℃に保持して繊維積層内面で３
０Ｇ以上の遠心力が作用するよう，金型を回転させなが
ら液状樹脂を注入，含浸させる。加熱硬化後脱型して得
た繊維強化樹脂製スリ−ブは真空含浸のテ−パ−芯金を
使用した場合と同様にして，金属ロ−ル芯に接着，加工
して弾性ロ−ルを得る。

【００２５】

【実施例】

実施例１ 表面をサンドブラストしたφ２３０，長さ３００ｍｍの
芯金に強化用繊維が表１の構成となるように巻締めた。
繊維を巻締めた鉄芯を図３に示す。φ２８５，長さ３１
０ｍｍの金型にセットし，１６０℃で２４時間乾燥し
て，そのまま金型内を１ｍｍＨｇ以下の真空に保持し
た。２，２´─（１．３フェニレン）ビス（２─オキサ
ゾリン）（武田薬品工業株式会社製 略称ＰＢＯ）とジ
アミノジフェニルメタン（保土谷化学工業株式会社製略
称ＤＤＭ）を原料とする架橋アミノアミド樹脂（武田薬
品工業株式会社 商品名ＣＰレジンＭタイプ）７．７５
ｋｇをＰＢＯ／ＤＤＭのモル比が１．３／１．０となる
割合で混合し，触媒としてノルマルオクチルブロマイド
２３．３ｇを添加して攪拌しながら加熱，溶解する。原
料樹脂が液状となり温度が１２０℃に上昇した後，真空
に保持した金型内に注入する。金型が樹脂で完全に満た
された後，窒素ガスを導入し金型内圧を５．０ｋｇ／ｃ
ｍ² に保持し予備硬化させる。３０分後常圧に戻し２０
０℃で２０時間加熱，硬化し，冷却後脱型して弾性ロ−
ルを得た。

【００２６】弾性ロ−ルの端部にて各繊維強化層から採
取した熱膨張係数は表２の通りであった。この弾性ロ−
ルを外径φ２８２，長さ２８０ｍｍに加工し，研磨仕上
げした表面は表面硬度ショアＤ９２，表面粗さＲｍａｘ
０．３μｍであった。仕上げした弾性ロ−ルを外径φ２
８０，長さ２８０ｍｍのクロムメッキした，スチ−ルロ
−ルを組合わせてロ−ル耐久性試験を行った結果，スチ
−ルロ−ル温度１００℃，ニップ圧４００ｋｇｆ／ｃ
ｍ，回転速度８００ＲＰＭで２４時間運転しても異常が
なかった。引続いて他の条件は同じで，ニップ圧４５０
ｋｇｆ／ｃｍに上げ運転した結果３０分で破壊した。破
壊の状態は，ロ−ル表面の一部約３０ｃｍ² の範囲で微
小なクラックが生じ僅かにふくれていた。破壊部を切り
出した断面は，表面からの深さ５〜７ｍｍまでアラミド
繊維層に沿ってクラッグが入っているのみで，表面層が
欠落する様子は全く見られなかった。

【００２７】実施例２ 実施例１で使用した金属ロ−ル芯のかわりに，上面φ２
３０下面φ２１５，長さ３００ｍｍのテ−パ−付円筒鉄
芯を使用し，円筒鉄芯の表面に離型剤を塗布し，実施例
１と同様にして成形した後，テ−パ−付円筒鉄芯を抜取
り，繊維強化樹脂製スリ−ブを得た。このスリ−ブの内
径をφ２３１，長さ２８０ｍｍに加工し，表面をサンド
ブラストしたφ２３０，長さ３００ｍｍの鉄芯の長さ方
向の中央に位置するように嵌合し，隙間に接着剤を注
入，硬化して弾性ロ−ルを得た。この弾性ロ−ルを外径
φ２８２，長さ２８０ｍｍに仕上げ実施例１と同じよう
にスチ−ルロ−ル温度１００℃ ニップ圧４００ｋｇｆ
／ｃｍ，回転速度８００ＲＰＭで２４時間運転しても異
常がなかった。

【００２８】実施例３ 高速回転可能なφ２８５，長さ３００ｍｍの円筒型内に
表１に示した強化繊維を金型面がアラミド繊維層となる
ようにセットし，１６０℃で２４時間乾燥した。そのま
ま金型を１０００ＲＰＭで回転させながら，実施例１と
同じようにして溶解した液状樹脂を回転型の中心部に注
入し，３０分間保持して繊維層に含浸させた。回転数を
２００ＲＰＭに下げ，２００℃，２時間加熱して硬化さ
せた。冷却後脱型し繊維強化樹脂製スリ−ブを得た。こ
のスリ−ブの内径をφ２３１．０ｍｍに加工し実施例２
と同じようにして弾性ロ−ルを得た。これを実施例１と
同じようにスチ−ルロ−ル温度１００℃，ニップ圧４０
０ｋｇｆ／ｃｍ，回転速度８００ＲＰＭで運転しても２
４時間異常がなかった。

【００２９】比較例１ 表面をサンドブラストしたφ２３０，長さ３００ｍｍの
鉄芯に表３に示す強化用繊維を巻締めた。これを実施例
１と同じように成形し，冷却後金型から脱型したところ
表面の樹脂単体層にはクラックが生じており，使用不能
であった。

【００３０】比較例２ 表面をサンドブラストしたφ２３０，長さ３００ｍｍの
鉄芯に表４に示す，強化用繊維を巻締めた。これを実施
例１と同じようにして弾性ロ−ルを製造し，スチ−ルロ
−ル温度１００℃，ニップ圧３００ｋｇｆ／ｃｍ，回転
速度８００ＲＰＭで運転したところ１０時間でガラス繊
維強化層とアラミド繊維強化層の界面で剥離し，破壊し
た。

【００３１】比較例３ 実施例３で使用した回転金型内に繊維含有量２７％にな
るようにアラミド繊維を２７ｍｍ厚さに配し，実施例３
と同じようにして弾性ロ−ルを製造した。これをスチ−
ルロ−ル温度９０℃，ニップ圧３５０ｋｇｆ／ｃｍ，回
転速度８００ＲＰＭで運転したところ，３０分間で鉄芯
から樹脂製スリ−ブが剥離して破壊した。

【００３２】

【発明の効果】本発明は，上記の発明の詳細な説明の欄
並びに実施例に示したように，弾性ロ−ルにおいて，外
面層の樹脂スリ−ブが，従来弾性ロ−ルの欠点たる高温
時の内部歪みによる接着面での剥離，高ニップ圧，高速
回転下の短時間の破壊を防止し，割れによる人身事故等
の危険性を解消したものであると共に，近時のカレンダ
−ロ−ル用の弾性ロ−ルに必須の要件たる表面硬度が高
く，鏡面仕上げ可能で，かつ高温，高ニップ圧，高速回
転で使用出来る，新規な耐熱性弾性ロ−ル及びその製造
方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る耐熱弾性ロ−ル実施例の
断面図，（ｂ）は同じく繊維強化層の部分拡大断面図で
ある。

【図２】本発明の弾性ロ−ル製造法の内，真空含浸成形
方法を示す断面図。

【図３】同じく遠心成形方法を示す断面図。

【符号の説明】

１ 金属ロ−ル芯 ２ 繊維強化樹脂製スリ−ブ 21 第１層無機繊維強化層 22 第２〜第ｎ層，中間繊維強化層 23 アラミド繊維強化層 ３ 繊維積層筒体 ４ 樹脂注入パイプ ５ 樹脂トラップタンク ６ 真空ポンプ ７ 窒素ガスボンベ ８ 金型 ９ 回転円筒金型 10 液状樹脂

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０６Ｃ 15/08 Ｄ２１Ｇ 1/02 7199−3Ｂ Ｆ１６Ｃ 13/00 Ａ 8613−3Ｊ Ｇ１１Ｂ 5/84 7303−5Ｄ 5/855 7303−5Ｄ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロ−ルの外面層は有機繊維層が多く，内
   面層に向けて無機繊維層が多くなるように，あらかじめ
   構成した繊維積層筒体に，架橋硬化能力を有する液状樹
   脂を含浸して成形した繊維強化樹脂製スリ−ブを，表面
   を粗面化した金属ロ−ル芯に接着して製造する耐熱弾性
   ロ−ルにおいて，繊維強化樹脂スリ−ブは，内面層の無
   機繊維強化層から外面層の有機繊維強化層に向かって少
   なくとも三層以上で構成された段階的に増加する熱膨張
   係数を有することを特徴とする耐熱弾性ロ−ル。
2. 【請求項２】 有機繊維としてアラミド織物を３〜５０
   ％使用する請求項１記載の耐熱弾性ロ−ル。
3. 【請求項３】 金属ロ−ル芯に接する内面層の無機繊維
   として，ガラス繊維或いはカ−ボン繊維を５０〜６５％
   使用する請求項１記載の耐熱弾性ロ−ル。
4. 【請求項４】 樹脂として樹脂単体の成形品のショアＤ
   硬度が，７０以上でガラス転移温度１００℃以上のエポ
   キシ樹脂，架橋ポリエステルアミド樹脂，架橋アミノア
   ミド樹脂，エポキシ官能基を含む化合物を添加した架橋
   アミノアミド樹脂等の熱硬化性耐熱樹脂を使用する請求
   項１記載の耐熱弾性ロ−ル。
5. 【請求項５】 真空下或いは遠心力作用下において，気
   泡を含まぬように，繊維強化樹脂スリ−ブを成形するこ
   とを特徴とする請求項１記載の耐熱弾性ロ−ルの製造方
   法。