JPH11125238A - 高剛性繊維強化樹脂複合材ロール - Google Patents

高剛性繊維強化樹脂複合材ロール

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JPH11125238A
JPH11125238A JP29294897A JP29294897A JPH11125238A JP H11125238 A JPH11125238 A JP H11125238A JP 29294897 A JP29294897 A JP 29294897A JP 29294897 A JP29294897 A JP 29294897A JP H11125238 A JPH11125238 A JP H11125238A
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JP
Japan
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composite material
fiber
reinforced composite
roll
rigidity
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JP29294897A
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English (en)
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Yuji Tamaki
裕士 玉木
Hideyuki Nibu
秀幸 丹生
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 荷重条件の厳しいロール形状繊維強化複合材
管体の周方向の剛性、強度を軽量化を図った高剛性繊維
強化複合材ロールを提供する。 【解決手段】 高剛性繊維強化複合材管体の内側断面方
向に円盤もしくはリング状の補強リブを配設するか、も
しくは金属管体の外周に高剛性繊維強化複合材管体を積
層した二重管構造とし、金属管体の内側断面方向に円盤
もしくはリング状の補強リブを有する構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば製鉄、製紙
等の各種工業用に使用されるロール、特に高荷重条件で
搬送、支持等に使用される高剛性繊維強化樹脂複合材産
業用ロールに関する。
【0002】
【従来の技術】高剛性繊維強化複合材ロールは、従来使
用されてきた鉄製ロールと比較して低慣性、軽量という
特徴を有するため、近年フィルム、製紙、印刷等の産業
分野で多用されている。この種のロールは主に炭素繊維
等の高強度、高剛性繊維をエポキシ樹脂を母材として結
合した高剛性繊維強化複合材をロール胴部に使用してお
り、その構造は、例えば実公平2-11407 号公報に記載さ
れているように、フィラメントワインディング法やシー
トワインディング法により製造した高剛性繊維強化複合
材管体の両端に金属製回転軸を接着接合し、ゴムライニ
ング等の後処理を行ってロールとする方法、または、特
公昭59-36133号公報に記載されているように、金属製の
ロールコアをマンドレルとしてフィラメントワインディ
ング法により金属管体の外周に高剛性繊維強化複合材を
成型・積層して、ゴムライニング等の後処理を行ってロ
ールとする方法等が提案されている。
【0003】前者は、ロール胴部がライニングを除けば
高剛性繊維強化複合材のみで構成されているため軽量化
の点で最も効果的である。また、後者は、金属製のロー
ルコアが存在するため高荷重下において比較的高い精度
で圧延・成形することができ、信頼性を得ることは容易
であるが、ロール胴部が金属管体と高剛性繊維強化複合
材の二重構造になるため平均の比重が増加する。従っ
て、軽量化の観点からは出来るだけ薄肉の金属管体を使
用することが望ましい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高剛性繊維強化複合材
は、特定の方向に高い弾性率、強度を有する特性があ
り、高剛性繊維強化複合材管体をロールに用いる場合、
軸方向に高い弾性率、強度を有する高剛性繊維強化複合
材管体を使用することが一般的であるが、同時に管体の
円周方向の剛性、強度が軸方向の1/10程度に低下
し、場合によっては樹脂並に低下するという問題が生じ
る。例えば、製鉄業において顕著に見られるように、20
00mm程度のロール幅に対して2 〜3 トン程度の比較的高
い曲げ荷重が付与される圧延ロールの場合、また、金属
板のように強度、剛性の高い材料が搬送される製造ライ
ンにおいて衝撃的な荷重が付与される搬送ロールの場
合、曲げ変形のみならず、ロール胴部の扁平状の変形も
問題になり、管体円周方向にも十分な剛性が求められ
る。
【0005】管体の円周方向の剛性、強度を向上させる
には、前者の構造の場合には、高剛性繊維強化複合材管
体の肉厚を増加することになるが、軽量化の観点から望
ましい方法とはいえず、また肉厚の増加にともない成型
時のクラックの発生等の問題が発生する場合がある。後
者の構造の場合には、金属管体部分の円周方向の剛性、
強度は高剛性繊維強化複合材の円周方向の剛性、強度に
比較して通常十分に大きいため金属管体が十分肉厚であ
れば例え二重管構造としても周方向の剛性、強度も確保
できるが、前述のように軽量化を達成するために金属管
体は薄肉にすることが望ましい。しかし、薄肉にした場
合、金属管体のみの剛性、強度の寄与では必ずしも二重
管構造にしても十分な円周方向に剛性、強度を持たせる
ことは困難である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述した種
々の問題点を解決すべく提案されたもので、軸方向の弾
性率、強度を保持しつつ、望ましい円周方向の剛性、強
度を有する高剛性繊維強化複合材ロールを提供するもの
である。すなわち、本発明は、高剛性繊維強化複合材管
体の内側断面方向に円盤もしくはリング状の補強リブを
管体軸方向に任意の間隔を設けて配設してロール胴部を
構成した高剛性繊維強化複合材ロールであり、また、金
属管体の外周に高剛性繊維強化複合材管体を積層した二
重管の内側断面方向に円盤もしくはリング状の補強リブ
を管体軸方向に任意の間隔を設けて配設してロール胴部
を構成した高剛性繊維強化複合材ロール、である。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明のロール構造においては、
管体の内部に配設された円盤もしくはリング状の補強リ
ブは管体の円周方向の剛性を高め、扁平変形を防止す
る。また、ロール軸方向の弾性率、強度は高剛性繊維強
化複合材により実現でき、かつ管体の内部に配設された
円盤もしくはリング状の補強リブはロール円周方向の剛
性、強度を十分確保することができる。
【0008】以下に本発明を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明による高剛性繊維強化複合材管体の内側
断面方向に円盤もしくはリング状の補強リブを有する高
剛性繊維強化複合材ロールの一例を示している。高剛性
繊維強化複合材管体1は、高剛性繊維強化複合材料で製
造される。高剛性繊維強化複合材料としては、例えば、
強化繊維としては、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊
維、等が望ましく、また母材としてはエポキシ樹脂、ビ
ニールエステル樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリフエニレ
ンサルファイド等の熱可塑性樹脂が望ましい。なお、本
発明で使用される高剛性繊維強化複合材料としては上述
したものに特定されるものでなく、この範疇に入いるも
のであれば十分使用可能である。
【0009】補強用リブ2は、上記管体1の管体軸方向
に任意の間隔を設けて配設されるが、これは高剛性繊維
強化複合材管体の扁平変形を防止するために必要な構成
要素である。材質としては、鋼材、アルミ等の所望の剛
性を有する材料、さらに軽量化を重視する場合にはフィ
ラメントワインディング法等で強化繊維を円周方向に巻
き付け、リング状、円盤状に成型した円周方向の剛性の
高い高剛性繊維強化複合材を使用してもよい。この補強
リブ2を設計上必要数高剛性繊維強化複合材管体内部へ
配設する。更に、本発明による高剛性繊維強化複合材ロ
ールの両側にはロール回転軸3を取付け、管体1の全周
にはゴム等のライニング4を施こす。
【0010】図2は、本発明による金属管体の外周に高
剛性繊維強化複合材管体を積層した二重管構造を有する
高剛性繊維強化複合材ロールを示したものである。図2
において高剛性繊維強化複合材ロールは、金属管体5の
内側断面方向に円盤もしくはリング状の補強リブ2を有
する構造とし、更に前記金属管体5の外周に高剛性繊維
強化複合材を積層して二重管構造としたものである。更
に、このようにして製造した高剛性繊維強化複合材ロー
ルの両側にはロール回転軸3を取付け、前記管体1の全
周にはゴム弁のライニング4を施す。本構造において
は、予め補強リブ2を金属管体に配設・装着後、回転軸
3を取り付け、これをマンドレルとして高剛性繊維強化
複合材管体1を成型する方法が望ましい。
【0011】図3は、本発明による高剛性繊維強化複合
材管体1の内側断面方向に円盤もしくはリング状の補強
リブ2を有する構造の高剛性繊維強化複合材ロールであ
り、回転軸3を利用して補強リブを取り付けた例を示し
ている。図3、図4は、本発明による高剛性繊維強化複
合材ロールの別の態様を示すもので、特にロール回転軸
を利用して補強リブを取り付けた構造を示したものであ
る。
【0012】図3において、高剛性繊維強化複合材管体
1の軸方向に管体1を貫通するロール回転軸3を挿入
し、次いで、前記管体1の断面方向でロール回転軸との
間に補強用リブ2を、前記管体軸方向に任意の間隔を設
けて複数配設し、更に、前記管体1の全周にはゴム弁の
ライニング4を施す。図4は、金属管体5の外周に高剛
性繊維強化複合材管体を積層した二重管をロール胴部に
用いた高剛性繊維強化複合材ロールを示したもので、金
属管体5の内側断面方向に円盤もしくはリング状の補強
リブ2をロール回転軸3を利用して補強リブを取り付け
た高剛性繊維強化複合材ロールである。
【0013】
【実施例】以下、実施例に基づいて、本発明を具体的に
説明する。 〈実施例1〉長さ3000mm、直径100mm のS45C製丸棒に20
5mm 間隔で厚さ4.5mm のSS400 の円盤状リブを7枚溶接
し、さらにその外側にロールの鏡板となる鋼製フランジ
を溶接した。旋盤加工により、リブ、フランジを外径30
0 mmφに仕上げた回転軸を用意した。別にSTKM12A 製の
BTA 加工により内径300 mmφ、肉厚5mm 、長さ2000mmに
仕上げた鋼管を用意した。回転軸を鋼管に挿入し、鏡板
を鋼管に溶接してマンドレルを製作した。
【0014】上記マンドレルの表面をサンドブラストで
処理し、MEKで洗浄、脱脂後風乾し、その表面に電蝕
防止のため、予めエポキシ樹脂が含浸されたガラススク
リームクロスを隙間なく一重に巻き付けた。次に、マン
ドレルをフィラメントワインディング機に取り付け東レ
(株)製炭素繊維T300-12K及び日本グラファイトファイ
バー製炭素繊維XN50-60Sを用いてエポキシ樹脂を含浸さ
せながら肉厚15mmまでフィラメントワインディングを行
った。フィラメントワインディング後、180 ℃で14時間
加熱して硬化した後、高剛性繊維強化複合材表面、回転
軸部分等を切削加工し外径338mm φに仕上げた。これに
より高剛性繊維強化複合材管体肉厚14mm、鋼管肉厚5mm
の二重管をロール胴部に用いるバレル長1950mmの高剛性
繊維強化複合材ロールを製作した。
【0015】予備試験として、上記高剛性繊維強化複合
材ロール胴部を支点間距離1950mmで支持し、支持間に25
00kgf の等分布荷重を付加してロール胴部の下部の曲げ
撓み量とロール胴部円周上の荷重付加方向と直角な2点
の変位を測定した。その結果、曲げ撓み量は0.1mm 、ロ
ール胴部円周上の荷重付加方向と直角な2点の変位は0.
04mmであった。次に高剛性繊維強化複合材ロールに150
℃加熱によりゴムをライニングし、静バランスをとって
製品に仕上げた。
【0016】製造されたゴムロールは、製鉄用錫メッキ
ラインのテンションリール前デフレクターロールとし
て、板幅1920mm、ライン速度250m/min、ライン張力4500
kgf 、鋼板温度70℃の条件で4000時間連続使用した場合
でも何ら異常は発生しなかった。 〈比較例1〉内径300mm φ、肉厚5mm 、長さ2000mmのST
KM12A の鋼管の両端部に鏡板と直径100mm φ、長さ500m
m の軸を溶接してマンドレルを製作した。上記マンドレ
ルの表面をサンドブラストで処理し、MEKで洗浄、脱
脂後風乾し、その表面に電蝕防止のため、予めエポキシ
樹脂が含浸されたガラススクリームクロスを隙間なく一
重に巻き付けた。次に、マンドレルをフィラメントワイ
ンディング機に取り付け東レ(株)製炭素繊維T300-12K
及び日本グラファイトファイバー製炭素繊維XN50-60Sを
用いてエポキシ樹脂を含浸させながら肉厚15mmまでフィ
ラメントワインディングを行った。フィラメントワイン
ディング後、180 ℃で14時間加熱して硬化した後、高剛
性繊維強化複合材表面、回転軸部分等を切削加工し外径
338mm φに仕上げた。これにより高剛性繊維強化複合材
管体肉厚14mm、鋼管肉厚5mm の二重管をロール胴部に用
いるバレル長1950mmの高剛性繊維強化複合材ロールを製
作した。
【0017】予備試験として、上記高剛性繊維強化複合
材ロール胴部を支点間距離1950mmで支持し、支持間に25
00kgf の等分布荷重を付加してロール胴部の下部の曲げ
撓み量とロール胴部円周上の荷重付加方向と直角な2点
の変位を測定した。その結果、曲げ撓み量は0.1mm 、ロ
ール胴部円周上の荷重付加方向と直角な2点の変位は0.
12mmであった。ロール胴部の扁平変形が大きいため実機
への適用を中止した。
【0018】
【発明の効果】上述したように、本発明の高剛性繊維強
化複合材ロールは、管体の内部に装着された円盤もしく
はリング状の補強リブが、円周方向の剛性を高め、扁平
変形を防止しする効果を有し、管体軸方向の弾性率、強
度を高剛性繊維強化複合材により実現するとともに、望
ましい円周方向の剛性、強度を実現することが可能とな
った。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高剛性繊維強化複合材管体の内側
にリング状の補強リブを有する高剛性繊維強化複合材ロ
ール実施例の断面図である。
【図2】本発明に係る金属管体の外側に高剛性繊維強化
複合材管体を配置した二重管をロール胴部に用いる高剛
性繊維強化複合材ロールにおいて、金属管体の内側にリ
ング状の補強リブを有する高剛性繊維強化複合材ロール
実施例の断面図である。
【図3】本発明に係る高剛性繊維強化複合材管体の内側
に円盤状の補強リブを有する高剛性繊維強化複合材ロー
ル実施例の断面図である。
【図4】本発明に係る金属管体の外側に高剛性繊維強化
複合材管体を配置した二重管をロール胴部に用いる高剛
性繊維強化複合材ロールにおいて、金属管体の内側に円
盤状の補強リブを有する高剛性繊維強化複合材ロール実
施例の断面図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高剛性繊維強化複合材管体の内側断面方
    向に円盤もしくはリング状の補強リブを管体軸方向に任
    意の間隔を設けて配設してロール胴部を構成したことを
    特徴とする高剛性繊維強化複合材ロール。
  2. 【請求項2】 金属管体の外周に高剛性繊維強化複合材
    管体を積層した二重管の内側断面方向に円盤もしくはリ
    ング状の補強リブを管体軸方向に任意の間隔を設けて配
    設してロール胴部を構成したことを特徴とする高剛性繊
    維強化複合材ロール。
JP29294897A 1997-10-24 1997-10-24 高剛性繊維強化樹脂複合材ロール Pending JPH11125238A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004244220A (ja) * 2003-02-12 2004-09-02 Kampf Gmbh & Co Mas Fab 巻取り機のためのローラ
KR100855223B1 (ko) 2008-01-30 2008-08-29 김수현 롤러 및 롤러제조방법
KR200451964Y1 (ko) * 2008-10-07 2011-01-25 김수현 롤러
CN103955125A (zh) * 2014-04-23 2014-07-30 佛山市埃申特科技有限公司 一种充电均匀的充电辊
CN105645190A (zh) * 2016-02-27 2016-06-08 浙江三信智能机械科技有限公司 一种纸钢轴

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