JPH0687570A - Bobbin holder - Google Patents

Bobbin holder

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Publication number
JPH0687570A
JPH0687570A JP23952492A JP23952492A JPH0687570A JP H0687570 A JPH0687570 A JP H0687570A JP 23952492 A JP23952492 A JP 23952492A JP 23952492 A JP23952492 A JP 23952492A JP H0687570 A JPH0687570 A JP H0687570A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ceramic
carbon fiber
bobbin holder
fiber reinforced
cfrp
Prior art date
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Pending
Application number
JP23952492A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeo Gomi
武夫 五味
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to JP23952492A priority Critical patent/JPH0687570A/en
Publication of JPH0687570A publication Critical patent/JPH0687570A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve characteristic frequency and reduce moment of inertia while improving surface hardness and reducing the coefficient of friction so as to enable super-high speed rotation by covering the surface of a body, formed of carbon fiber reinforced compound material, with a ceramic or metal flame- sprayed coat. CONSTITUTION:The surface of a body 1 made of carbon fiber reinforced compound material is covered with a ceramic or metal flame-sprayed coat 3. At this time, it is desirable to form a bond-coating layer 2 including a filler with complex unevenness between the body 1 and the flame-sprayed coat 3. Since the body 1 is formed of carbon fiber reinforced compound material, the characteristic frequency is improved, and moment of inertia is reduced. Also since the surface of the body 1 is covered with the ceramic or metal flame-sprayed coat 3, surface hardness is high, and the coefficient of friction is reduced so as to be fit for high speed rotation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は主に繊維産業で使用され
る高速巻取機のボビンホルダーに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bobbin holder for a high-speed winder mainly used in the textile industry.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、繊維の巻取りに使用されている巻
取機のボビンホルダーは鋼にて製作されているものがほ
とんどであった。
2. Description of the Related Art Conventionally, most bobbin holders of winding machines used for winding fibers are made of steel.

【0003】しかし近年、繊維の巻取速度が著しく高速
化される傾向にあり、従来の巻取機では種々の点で対応
できなくなってきた。特にポリエステル繊維の紡糸速度
の高速化にはめざましいものがあり、巻取機での速度と
して最高10000m/分程度の巻取りが可能なものが
要望されるようになってきている。このような高速化を
達成する上で従来の技術で最もネックとなっているもの
はボビンホルダーの材質に由来する固有振動数の限界で
ある。即ち従来のボビンホルダーは鋼にて製作されてい
るため固有振動数の値を決定づける比弾性率をもはや高
めることが不可能であり、このため高速回転の作動時に
共振のため使用不可能となっているのが現状である。
However, in recent years, the winding speed of fibers tends to be remarkably increased, and conventional winding machines cannot cope with various points. In particular, there is a remarkable increase in the spinning speed of polyester fibers, and there has been a demand for one capable of winding up to a maximum of about 10,000 m / min as a speed of a winding machine. The most bottleneck in the conventional technique for achieving such speeding up is the limit of the natural frequency derived from the material of the bobbin holder. That is, since the conventional bobbin holder is made of steel, it is no longer possible to increase the specific elastic modulus that determines the value of the natural frequency, and therefore it becomes unusable due to resonance at the time of operation at high speed. It is the current situation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
問題点を解消し、固有振動数の向上と慣性モーメントの
低減化、並びに表面の硬度向上と摩擦係数の低減化によ
り、超高速回転を可能にしたボビンホルダーの提供を目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and improves the natural frequency and the moment of inertia, as well as the surface hardness and the friction coefficient to achieve ultra-high speed rotation. The purpose is to provide a bobbin holder made possible.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、図1に示
す如く炭素繊維強化複合材料からなる本体1の表面がセ
ラミック又は金属の溶射皮膜3にて被覆されているボビ
ンホルダー、望ましくは本体1と溶射皮膜3との間に、
複雑な凹凸を有するフィラーを含むボンドコート層2が
介在しているボビンホルダーである。
That is, according to the present invention, as shown in FIG. 1, a bobbin holder in which the surface of a main body 1 made of a carbon fiber reinforced composite material is coated with a thermal spray coating 3 of ceramic or metal, preferably a main body. 1 and the thermal spray coating 3,
It is a bobbin holder in which a bond coat layer 2 containing a filler having complicated irregularities is interposed.

【0006】本発明のボビンホルダーは、本体を炭素繊
維複合材料で構成することにより、比弾性率を金属製の
ものに比べて著しく高めることができる。
In the bobbin holder of the present invention, the main body is made of the carbon fiber composite material, so that the specific elastic modulus can be remarkably increased as compared with that made of metal.

【0007】即ち、ここで問題となる横方向の固有振動
数は下式の如く比弾性率に比例するので、弾性率が高
く、且つ比重の小さい炭素繊維強化複合材料の使用が好
都合である。
That is, since the lateral natural frequency which is a problem here is proportional to the specific elastic modulus as shown in the following equation, it is convenient to use the carbon fiber reinforced composite material having a high elastic modulus and a small specific gravity.

【0008】f=α(ZIg/A)1/2 式中 f:固有振動数(Hz) α:支持条件で決まる係数(mm-2) Z:比弾性率(mm) I:パイプの断面2次係数(mm4 ) A:断面積(mm2 ) また、下表は金属材料と炭素繊維強化複合材料(CFR
P)の比弾性率を示したもので、いかに炭素繊維強化複
合材料の比弾性率が高いかが分かる。
F = α (ZIg / A) 1/2 formula f: natural frequency (Hz) α: coefficient determined by supporting conditions (mm -2 ) Z: specific elastic modulus (mm) I: cross section of pipe 2 Next coefficient (mm 4 ) A: Cross-sectional area (mm 2 ) The table below shows metallic materials and carbon fiber reinforced composite materials (CFR).
The specific elastic modulus of P) shows how the specific elastic modulus of the carbon fiber reinforced composite material is high.

【0009】 [材 質] [比弾性率(mm)] 鋼 2.67×109 アルミ 2.59×109 CFRP 9〜29×109 尚CFRPの軸方向比弾性率は鋼あるいはアルミニウム
の比弾性率よりも高い値であることが好ましいが、その
値については特に制限するものではない。また使用する
炭素繊維の種類、マトリクス樹脂の種類についても限定
するものではなく、更にCFRP製本体の製法について
も特に制限するものではなく、フィラメントワインディ
ング、シートラッピング、及びその他の方法にて製作で
きる。
[Material] [Specific elastic modulus (mm)] Steel 2.67 × 10 9 aluminum 2.59 × 10 9 CFRP 9 to 29 × 10 9 The axial specific elastic modulus of CFRP is the ratio of steel or aluminum. The value is preferably higher than the elastic modulus, but the value is not particularly limited. Further, the type of carbon fiber and the type of matrix resin used are not limited, and the manufacturing method of the CFRP main body is not particularly limited, and filament winding, sheet wrapping, and other methods can be used.

【0010】このようにCFRPを使用することによ
り、回転時の固有振動数の向上及び慣性モーメントの低
減化をはたすことは可能であるが、それのみではボビン
ホルダーとして実際に使用することは不可能である。す
なわち、ボビンホルダーの表面は金属製のボビン部品が
接触し擦れるため、高い硬度が要求され、従来の鋼製の
ボビンホルダーはその表面にクロームメッキを施して使
用されていた。また巻取りにおいては2〜8錘等の多錘
取りを行うため、全てのボビンに均一な軸方向の力が付
加される必要があり、このためボビンとの摩擦係数を最
低でも、従来のボビンホルダーと同様にクロームメッキ
並にする必要がある。この様な要求を満足させるために
本発明においてはセラミック又は金属の溶射皮膜を表面
にコートするのである。
By using the CFRP as described above, it is possible to improve the natural frequency and reduce the moment of inertia during rotation, but it is impossible to actually use the CFRP alone as a bobbin holder. Is. That is, since the surface of the bobbin holder is rubbed by the metal bobbin parts, high hardness is required, and the conventional steel bobbin holder has been used with its surface plated with chrome. In addition, since multiple bobbins such as 2 to 8 bobs are taken up in winding, it is necessary to apply a uniform axial force to all bobbins. Therefore, even if the coefficient of friction with bobbins is at least the conventional bobbins. It is necessary to make it chrome plated as well as the holder. In order to satisfy such requirements, in the present invention, a ceramic or metal spray coating is coated on the surface.

【0011】CFRP製本体の表面にセラミック又は金
属を溶射する方法としては、プラズマ溶射法が優れてい
るが、溶射温度が非常に高温であるためCFRP製本体
の表面が溶けてしまいCFRP表面を無処理のままでは
溶射不可能な場合がある。また例え溶射が可能であった
としても、超高速で回転する用途のため使用時に遠心力
により溶射皮膜に大きな引っ張り応力が発生し、溶射皮
膜の破壊がおこるおそれがある。このような問題を解決
するためには、CFRP層と溶射皮膜との間に、溶射時
におけるCFRP表面の熱の放散を行わしめる作用と、
CFRPとセラミック又は金属との強固な密着性を付与
せしめる作用を有するボンドコート層を介在させるのが
望ましい。
Plasma spraying is an excellent method for spraying a ceramic or metal on the surface of the CFRP body, but the surface of the CFRP body is melted because the spraying temperature is so high that the CFRP surface is not exposed. Spraying may not be possible if the treatment is left as it is. Even if thermal spraying is possible, a large tensile stress may be generated in the thermal spray coating due to centrifugal force during use because it is used at an extremely high speed, and the thermal spray coating may be destroyed. In order to solve such a problem, the action of dissipating heat on the CFRP surface during thermal spraying between the CFRP layer and the thermal spray coating,
It is desirable to interpose a bond coat layer having a function of imparting strong adhesion between CFRP and ceramic or metal.

【0012】このような作用を有するボンドコート材と
しては、三菱レイヨン(株)製ボンドコート NS−2
6あるいはNSU−26が優れた性能を発揮する。すな
わちこれらのボンドコート材は複雑な凹凸を有する微細
なNi粒子からなるフィラーを含有するため特に熱伝導
性が良好でありCFRP表面を溶融することなく、溶射
可能となるものである。またボンドコートの表面には無
数の凹凸が形成されるため非常に強固なアンカー効果を
発揮し、強固な密着強度を付与するものである。従って
超高速で回転する場合であってもセラミック又は金属の
変形による歪みはほとんどCFRPの歪みによって左右
されるためセラミック又は金属の破壊にまでは至らな
い。
As a bond coat material having such an action, there is a bond coat NS-2 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
6 or NSU-26 exhibits excellent performance. That is, since these bond coat materials contain a filler composed of fine Ni particles having complicated irregularities, they have particularly good thermal conductivity and can be sprayed without melting the CFRP surface. Further, since a myriad of irregularities are formed on the surface of the bond coat, it exerts a very strong anchoring effect and imparts a strong adhesion strength. Therefore, even when rotating at an ultra-high speed, the distortion due to the deformation of the ceramic or metal is almost influenced by the distortion of CFRP, so that the destruction of the ceramic or metal does not occur.

【0013】又、表面を被覆する溶射皮膜の材質につい
ては、上記せる如く高い硬度と低摩擦係数が要求され、
このような物性を満足するものとしては、アルミナ系、
アルミナ・チタニア系、チタニア系、クロミア系、ジル
コニア系、あるいはタングステンカーバイトまたはタン
グステン−コバルト等の炭化物系及びニッケル、クロ
ム、タングステン等の合金が有効である。
As for the material of the thermal spray coating that covers the surface, high hardness and low friction coefficient are required as described above.
Alumina type,
Alumina / titania-based, titania-based, chromia-based, zirconia-based, or carbide-based materials such as tungsten carbide or tungsten-cobalt and alloys such as nickel, chromium and tungsten are effective.

【0014】特にこれらの内で化学式 Al2 3 ・4
0TiO2 、Al2 3 、WC・Co、Cr2 3
で示されるものが特に好ましい。
In particular, among these, the chemical formula Al 2 O 3 .4
Those represented by 0TiO 2 , Al 2 O 3 , WC · Co, Cr 2 O 3 and the like are particularly preferable.

【0015】[0015]

【実施例】以下本発明を実施例にもとずき更に具体的に
説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on the following examples.

【0016】実施例1 本実施例では、長さ940mm、内径69mm、外径8
0mmのポリエステル巻取用で最高速度25000rp
mの超高速ボビンホルダーを製作した。
Example 1 In this example, a length of 940 mm, an inner diameter of 69 mm, and an outer diameter of 8
Maximum speed of 25,000 rp for winding 0 mm polyester
I made a super high speed bobbin holder of m.

【0017】まず鋼製のマンドレル上にフィラメントワ
インダーを用いてエポキシ樹脂を含浸させつつ炭素繊維
を90°,±10°,90°,±10°の巻付角度で順
次巻付け、硬化後マンドレルより脱型し所定の寸法に切
断し素管を製作した。次に素管内径にボスを接着した
後、ボス内径の仕上げ及びCFRP外径の研磨を行っ
た。次に三菱レイヨン(株)製ボンドコートNS−26
を厚さ0.1mm塗装機にて塗装しその表面にプラズマ
溶射法にてセラミック溶射を行った。
First, carbon fiber is sequentially wound on a steel mandrel at a winding angle of 90 °, ± 10 °, 90 °, ± 10 ° while being impregnated with an epoxy resin using a filament winder, and after curing, the mandrel is used. It was demolded and cut into a predetermined size to manufacture a blank tube. Next, after bonding the boss to the inner diameter of the raw tube, finishing of the inner diameter of the boss and polishing of the outer diameter of CFRP were performed. Next, bond coat NS-26 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
Was coated with a coating machine having a thickness of 0.1 mm, and its surface was subjected to ceramic spraying by a plasma spraying method.

【0018】セラミックの材質はアルミナ・チタニア
(Al2 3 ・40TiO2 )を用いた。この時のセラ
ミックの溶射皮膜の厚さは0.4mmであったが、これ
を研磨仕上して、厚さ0.25mmとした。最後に動バ
ランス調整を行い最終的なボビンホルダーとした。
Alumina / titania (Al 2 O 3 .40 TiO 2 ) was used as the material of the ceramic. The thickness of the ceramic sprayed coating at this time was 0.4 mm, but this was polished to a thickness of 0.25 mm. Finally, the dynamic balance was adjusted to obtain the final bobbin holder.

【0019】尚炭素繊維としては弾性率 E=4600
0kg/mm2 の三菱レイヨン(株)製高弾性炭素繊維
パイロフィル(商標登録)HS40を用いた。
The elastic modulus of the carbon fiber E = 4600
High-elasticity carbon fiber Pyrofil (registered trademark) HS40 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. having a weight of 0 kg / mm 2 was used.

【0020】でき上がったCFRP製本体の寸法及び物
性は以下の通りであった。
The dimensions and physical properties of the finished CFRP body were as follows.

【0021】 内径69mm、外径79.3mm、長さ940mm 軸方向弾性率 20900kg/mm2 円周方向弾性率 4000kg/mm2 軸方向比弾性率 13.2×109 mm 円周方向比弾性率 2.53×109 mm またこのボビンホルダーの固有振動数は先端より580
mmのところをボスで受けて空運転を行ったところ、3
0000rpmであり非常に高いもので、十分実用に耐
えるものであった。
The inner diameter of 69 mm, an outer diameter of 79.3mm, length 940mm axial elastic modulus 20900kg / mm 2 circumferentially elastic modulus 4000 kg / mm 2 axially specific modulus 13.2 × 10 9 mm circumferentially specific modulus 2.53 × 10 9 mm The natural frequency of this bobbin holder is 580 from the tip.
When I received a mm boss with a boss and did a dry run, it was 3
The speed was 0000 rpm, which was very high, and was sufficiently practical.

【0022】このアルミナ・チタニアの表面硬度をマイ
クロビッカースにて測定したところHV =760と非常
に高いものであった。
When the surface hardness of this alumina-titania was measured by a micro Vickers, it was H V = 760, which was very high.

【0023】更に相手金属(アルミニウム上でのタフラ
ム処理)との摩擦係数は現在市場で使用されているクロ
ームメッキ品より、小さく良好な性能を発揮した。
Further, the coefficient of friction with the mating metal (tough lam treatment on aluminum) was smaller than that of the chrome-plated products currently used in the market, and exhibited good performance.

【0024】またボビン基材及びボンドコート、更にセ
ラミックを合わせた重量は2.08kgであり、従来の
鋼にて製作した場合の9.5kgに比べ実に1/4.5
以下であり回転に要する動力も小さくできた。
The total weight of the bobbin base material, the bond coat, and the ceramic is 2.08 kg, which is 1 / 4.5 compared to 9.5 kg when the conventional steel is used.
The power required for rotation can be reduced as follows.

【0025】[0025]

【発明の効果】上述の如く構成された本発明によれば、
本体が炭素繊維複合材料で構成されているので、固有振
動数の向上と慣性モーメントの低減化が達成され、また
本体の表面がセラミック又は金属の溶射皮膜で被覆され
ているので、表面の硬度が高く、且つ摩擦係数の低い高
速回転に適したボビンホルダーが提供される。
According to the present invention constructed as described above,
Since the main body is made of carbon fiber composite material, the natural frequency is improved and the moment of inertia is reduced, and the surface of the main body is coated with a ceramic or metal spray coating, so the surface hardness is Provided is a bobbin holder suitable for high-speed rotation having a high friction coefficient and a low friction coefficient.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わるボビンホルダーの断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a bobbin holder according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 CFRP製ボビンホルダーの本体 2 ボビンコート層 3 セラミック溶射皮膜 4 軸受け用ボス 1 Main body of CFRP bobbin holder 2 Bobbin coat layer 3 Ceramic sprayed coating 4 Bearing boss

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭素繊維強化複合材料からなる本体の表
面がセラミック又は金属の溶射皮膜にて被覆されている
ことを特徴とするボビンホルダー。
1. A bobbin holder characterized in that the surface of a main body made of a carbon fiber reinforced composite material is coated with a ceramic or metal spray coating.
【請求項2】 本体と溶射皮膜との間に、複雑な凹凸を
有するフィラーを含むボンドコート層が介在しているこ
とを特徴とする請求項1記載のボビンホルダー。
2. The bobbin holder according to claim 1, wherein a bond coat layer containing a filler having complicated irregularities is interposed between the main body and the thermal spray coating.
JP23952492A 1992-09-08 1992-09-08 Bobbin holder Pending JPH0687570A (en)

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JP23952492A JPH0687570A (en) 1992-09-08 1992-09-08 Bobbin holder

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JP23952492A JPH0687570A (en) 1992-09-08 1992-09-08 Bobbin holder

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