WO2002020237A1

WO2002020237A1 - Procede de fabrication d'un corps cylindrique elastique, procede de fabrication d'un rouleau elastique, corps cylindrique elastique, et rouleau elastique

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Publication number: WO2002020237A1
Application number: PCT/JP2001/006992
Authority: WO
Inventors: Shunsuke Kato; Mitsuru Tsunokawa; Atsuo Tanaka
Original assignee: Yamauchi Corporation
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2002-03-14
Also published as: ATE419966T1; EP1872923B1; CA2419721C; JP3377780B2; EP1872923A1; CN100515712C; AU2001278723B2; EP1316401A1; EP1316401A4; JP2002079528A; EP1759825A2; CN1460055A; US20040023767A1; US6983540B2; KR20030046420A; EP1316401B1; KR100752488B1; DE60137344D1; CN1206091C; CN1569435A

Description

明細書弾性円筒体の製造方法、弾性ロールの製造方法、弾性円筒体および弹性ロール技術分野

この発明は、一般に、弾性円筒体の製造方法および弾性ロールの製造方法に関するものであり、より特定的には、内部にボイドを含まず、機械的強度に優れた弾性円筒体の製造方法および弾性ロールの製造方法に関する。

この発明はまた、製紙、製鉄、フィルム、繊維等の各種工業において使用される弾性円筒体および弾性ロールに関するものであり、より特定的には、製紙用力レンダーロール、製紙用プレスロール、繊維用カレンダーロール、磁気記録媒体用カレンダーロールとして使用される、大型で、硬質の弾性ロールおょぴその弾性被覆層として使用される弾性円筒体に関する。背景技術

特公平 3— 4 7 3 5 9号公報は、従来の注型成形法を用いる硬質ロールの製造方法を開示する。

まず、金属製ロール芯の外周面に、熱硬化性樹脂含浸繊維材を巻回して繊維補強下卷層を形成する。

上記工程とは別に充填材を含む熱硬化性合成樹脂原料を所定の大きさの筒体成形用型に注入して所定温度で硬化せしめて外層用筒体を形成する。

繊維捕強下卷層を有する金属製ロール芯に外層用筒体を嵌め被せ、該下卷層と筒体との間に形成された環状間隙部に低粘性の接着剤を注入し、これを所定温度で硬化せしめ、該下卷層と筒体とを接着剤層を介して接合一体化する。

上記筒体成形用型は、垂直に固定されていた。

従来の硬質ロールの製造方法は、以下の問題があった。すなわち、円筒度を出すために、成形した筒体の外表面および内表面を切削するが、製紙工業で使用されるような大型のロールの場合、成形した円筒体は表面が波打った状態となるため、余裕を見込んで切削代を大きくとる必要があった。この為、歩留まりが悪いという問題があった。

また、外層用筒体を成形する際、ボイドを除去するのが困難であるという問題があった。

さらに、円筒体の表面にボイドが現れると、弾性ロールによって処理される対象製品の品質に悪影響が及ぶという問題があった。

また、外層用筒体内部にボイドを含むと、ボイドがある部分で応力の集中が発生し、弾性口ールが破損する恐れがあるという問題があつた。

一方、特開平 8— 1 6 6 0 1 1、特公昭 6 2 - 4 0 4 7 6 , 特公昭 4 8 - 3 7 3 3 7、特開昭 5 6— 4 4 1 9は、従来の遠心成形法により円筒体を形成する方法を開示する。このような従来の遠心成形法によれば、遠心分離によってボイドを有効に除去でき、また円筒度にも優れた円筒体が成形できることは知られている。

従来の遠心成形による円筒体の成形方法は、何れも遠心分離作用を利用して充填材を所望の位置に集中させるというものであった。

このような従来の遠心成形法には以下の問題があった。すなわち、一般に、補強性充填材は比重が大きいため、遠心成形すると、充填材は外表面側へ集中する傾向にある。

充填材が外表面側へ集中すると、円筒体は、表面の硬度が高くなり、内径側へ行くにしたがって硬度が低くなる。また、厚さ方向で均一な物性が得られなくなる。 '

このため、切削や研磨をするに従って、硬度や物性が変化し、サイズが規定された口ールを所望の硬度や物性に仕上げるのが困難であるという問題があった。また、充填材が外表面側へ集中すると、径方向で、充填材の分散状態が不均一となる。このため、使用時に荷重がかかった状態で高速回転するロールでは、一般的に、無機系の充填材を使う場合、充填材の少ない部分が局所的に内部発熱を起こし易いという問題があった。内部発熱が進行すると、ロールが破損する危険 'I生があった。発明の開示この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、歩留まりを向上させることができるように改良された弾性円筒体の製造方法および弾性ローノレの製造方法を提供することを目的とする。

この発明の他の目的は、ポイドを除去し、なおかつ硬度等の物性を安定化させることができるように改良された弾性円筒体の製造方法および弾性ロールの製造方法を提供することにある。

この発明のさらに他の目的は、局所的な応力集中や内部発熱を防止して耐久性を向上させることができるように改良された、弾性円筒体の製造方法および弾性口ールの製造方法を提供することにある。

この発明のさらに他の目的は、そのような方法によって製造された弾性円筒体およぴ弾性口ールを提供することにある。図面の簡単な説明

図 1は、この発明において使用する遠心成形装置の断面図である。

図 2は、図 1における Π— ]！線断面図である。

図 3は、本努明における切削工程を図示したものである。

図 4は、本発明の他の実施例に係る、切削工程を経由しないで得られた弾性円筒体の新面図である。

図 5 A—5 Cは、本発明に係る弾性円筒体から大型ロールを製造する工程を図示した概念図である。

図 6は、サンプル 1の測定位置と、灰分および硬度との関係を示す図である。図 7は、サンプル 2の測定位置と、灰分および硬度との関係を示す図である。図 8は、サンプル 3の測定位置と、灰分おょぴ硬度の関係を示す図である。図 9は、サンプル 4の測定位置と灰分および硬度の関係を示す図である。

図 1 0は、サンプル 5の測定位置と、灰分および硬度の関係を示す図である。図 1 1は、サンプル 8の測定位置と、灰分および硬度の関係を示す図である。図 1 2は、サンプル 9の測定位置と、灰分おょぴ硬度の関係を示す図である。図 1 3は、サンプル 1 0の測定位置と、灰分および硬度の関係を示す図である。図 1 4は、サンプル 1 1の測定位置と、灰分および硬度の関係を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下本発明にかかる弾性円筒体の製造方法、弾性ロールの製造方法、弾性円筒体および弾性ロールを、その実施例を示す図面を参照しながら説明する。

液状高分子材料と充填材とを含む混合液から遠心成形によつて円筒体を製造する遠心成形工程において、ある条件の下で弾性材料の硬化が完了した場合には、外表面部に充填材が高密度で集中している層ができるが、それ以外の部分には充填材がほぼ均一に分散した層ができていることに着目し、本発明がなされた。特定条件で遠心成形することによって、ポイドをほぼ完全に除去でき、なおかつ充填材を弾性円筒体の外表面部または内表面部の僅かな高密度充填層を除いて全体にほぼ均一に分散させることが可能であることを見出した。そして、この高密度充填層を除去することにより、充填材が全体にほぼ均一に分散された弾性円筒体を得ることを見出し、本究明がなされた。

さらに限られた条件で遠心成形することにより、ボイドをほぼ完全に除去でき、しかも高密度充填層をごく僅かなスキン層とする力あるいは高密度充填層を形成することなく、充填材が全体にほぼ均一に分散された弾性円筒体を得ることができることを見出し、本発明がなされた。

この発明の第 1の局面に従う弾性円筒体の製造方法においては、まず、液状高分子材料と充填材とを含む混合液を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形し、それによって、高分子材料中に前記充填材が均一に分散された均一分散層と、前記均一分散層の外周面側または内周面側に形成され前記高分子材料中に前記充填材がより高密度に充填された高密度充填層とを含む円筒体を作成する。

上記高密度充填層を除去して前記均一分散層を表面に露出させる。

この発明によれば、充填材の比重が、液状高分子材料の比重よりも大きい場合、高密度充填層は均一分散層の外周面側に形成される。一方、充填材の比重が液状高分子材料の比重よりも小さい場合、高密度充填層は均一分散層の内周面側に形成される。

また、遠心成形することにより、円筒度が良くなる。ひいては、切削代を小さくできて、歩留まりが良くなる。

さらに、遠心成形することにより、比重の軽いボイドを内周面側に逃がしてポィドを除去することができる。

また、高密度充填層を除去することにより、全体に充填材がほぼ均一に分散された弾性円筒体が得られる。

さらに、使用時に荷重がかかった状態で高速回転しても、局所的な内部発熱が起こりにくくなり、耐久性が向上する。

また、高密度充填層が外周面側に形成される場合、高密度充填層を除去して均一分散層を表面に露出させてしまえば、それ以上は外表面部を削っても表面硬度は低下しない。ひいては、硬度等の物性の設定が容易となる。

この発明の第 2の局面に従う弾性円筒体の製造方法においては、上記高密度充填層の厚さは、それぞれ前記円筒体の厚さの 15%以下（ただし、 0%を含まない）である。

この発明によれば、歩留まりが良くなる。

この発明のより好ましい実施態様によれば、高密度充填層の厚さは、円筒体全体の厚さの 2%以下である。

この発明の第 3の局面に従う弾性円筒体の製造方法においては、上記除去工程は、少なくとも下記式【1】に表わされる Zに相当する厚みの分量だけ、前記円筒体の外周面または内周面を除去する。

Z = l.lx Y 【1】

•gp D_P ²(p_P-p)rN

Y = 6.1 xlO-⁷J' •dt 【2】

to

(上式において、 to=o、

tgp (s) は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、

Dp (mm) は、前記充填材の 80累積重量％粒子径を、

は、前記充填材の比重を、

Pは、前記液状高分子材料の比重を、

r (mm) は、前記円筒体の内周半径を、

Nt (r pm) は、前記遠心成形工程での時間 tにおける前記金型の回転数を、

( P a · s ) は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したときの、時間 t における前記液状高分子材料の粘度をそれぞれ表わす。）

高密度充填層の厚さは、遠心成形による充填材の移動距離と密接に関連すると考えられる。

遠心成形中での気泡や粒子の移動速度を求める一般式は公知であり、例えば「プラスチック加工技術便覧」第 6 0 4頁〜第 6 0 6頁（昭和 4 4年、プラスチック加工技術便覧編集委員会編）や、「化学計算法シリーズ 4、化学工学の計算法」第 1 8 0頁〜第 1 8 3頁（1 9 9 9年、東京電機大学発行）に記載されている。これら公知の文献を参考にした上で、遠心成形中に金型の回転数を変更すること、液状高分子材料が硬化するにつれて粘度が上昇すること等を考慮して、遠心成形による充填材の移動距離は、式【 2】で示した Yで近似できることを見出した。

実際に弾性円筒体を製造する場合、成形上の誤差等を考慮すれば、少なくとも 1 . 1 X Yに相当する厚みの分量だけ高密度充填層を除去することにより、全体に充填材がほぼ均一に分散された円筒体を得ることができる。

高密度充填層を除去する分量が Zに相当する厚みの分量より少ないと、出来あがった弾性円筒体に、充填材が高密度に充填された層が残ってしまい、全体に充填材がほぼ均一に分散された円筒体が得られなくなる恐れがあるため好ましくない。

一方、円筒体の外周面および内周面を除去する分量が必要以上に多過ぎても、非経済的であるので、除去する分量は、少ない方が良い。

本発明において、遠心成形の回転数 Ntは、終始一定のまま行なってもよいし、途中で回転数 Nt を変更させてもよい。遠心成形の途中で金型の回転数 Nt を変更する場合、回転数は段階的に、あるいは連続的に変化させることができる。各変数の値は、一般的には以下の範囲内である。

t gp ： 6 0 s〜 1 0 0 , 0 0 0 s

なお、本発明において、混合液がゲル化するまでの時間は、粘度一時間線図の屈曲点から求められるゲル化点とする。 Dp ： 1 X 10-5mm~ 5 X 10- 2mm

80累積重量％粒子径とは、粒度分布を測定した際、粒度の小さい粒子から累積して 80重量％に相当する粒子の粒子径である。換言すれば、当該粒子径以下の大きさの粒子が全粒子の 80重量⁰ /₀を占めることを意味する。

なお、本発明においては、粒状の充填材を使用することが好ましい。

PP ： 0. 03〜5. 3

P ： 0. 8〜2. 6

r ： 50mm~75 Oram

Nt ： 100 r pm〜2000 r pm

ΐ は媒体の粘度を表わす。実際の遠心成形は、液状高分子材料と充填材との混合液で行なわれるが、混合液中での充填材の移動を考えるとき、媒体は混合液から充填材を除いたものとなる。従って、 it は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したときの、液状高分子材料の時間 tにおける粘度とした。

この発明第 4の局面に従う弾 1"生円筒体の製造方法においては、上記遠心成形は、下記式【3】および式【4】を満足させる条件で行なう。

X≥T 【3】

Υ≤Τ/4 【4】

ここで、

Χ = 2.3χ10·⁷ [^{tgp Q}-^{22 mRN t} dt

Jt_{0 ηχ} 【5】

Y=₆lxl0-⁷ f^{tgp Dp2} 【6】

• Jt (^Pp - ^rNt dt

O

(上式において、 T (mm) は前記円筒体の厚さを、

to=o、

tgp (s) は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、

は前記混合液の比重を、

R (mm) は前記金型の内周半径を、 Nt (r pm) は、前記遠心成形工程での時間 tにおける前記金型の回転数を、

77 t (P a · s) は、時間 tにおける前記混合液の粘度を、

Dp (mm) は、前記充填材の 80累積重量。/。粒子径を、

ppは、前記充填材の比重を、

Pは、前記液状高分子材料の比重を、

r (mm) は、前記円筒体の内周半径を、

/zt (P a ■ s) は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したときの、時間 t における前記液状高分子材料の粘度をそれぞれ表わす。 )

本発明は、遠心成形の好ましい条件を規定している。

上記式【3】および式【4】を満足させることにより、硬化した円筒体中にボィドを含まず、なおかつ除去すべき高密度充填層が薄い円筒体を製造することができる。

式【3】は、直径 0. 2 mm以上のボイドが遠心成形によって円筒体の外部に抜け出すための条件を示している。 0. 2mm以上のポイドに着目した理由は、もし、 0. 2mm以上のポイが本発明が対象とする製品中に含まれると、製品としての機能が損なわれる可能性があるからである。

ここで、前記式【2】の場合と同様、遠心成形での気泡の移動速度を求める公知の一般式を参考にしながら、直径が 0. 2mmのポイドが遠心成形によって半径方向に移動する距離は、 Xで近似できることを見出した。

X Tを満たすことにより、混合液がゲル化するまでの間に円筒体からボイドをほぼ完全に除去することができる。

式【4】は、遠心成形工程によって作成された円筒体において、高密度充填層が好ましい薄さとなるための条件を示している。

充填材が遠心成形によって半径方向に移動する距離は、理論上は上記のとおり Yで近似できると考えられる。

実験の結果、 Y≤TZ4とすることで、除去工程において除去する必要のある高密度充填層の厚さを、遠心成形工程によって作成された円筒体の厚さの 15% 以下にすることができた。従って、そのようにすることで歩留まりが向上する。より好ましくは、 Y≤TZ10とし、さらに好ましくは Υ≤Τ/20とする。レ、ずれの場合も高密度充填層の厚さは円筒体の厚さの 10%以下とすることができた。

遠心成形工程によって作成される円筒体の厚さ Τは、一般的には 5mn！〜 50 mm程度である。

Yに関する各変数が一般的に取りうる値については、前記のとおりである。上記以外の Xに関する変数は、一般的には以下の範囲内である。

β m ： 0. o ~ 5

R ： o 0 mm~ 755 mm

金型の回転数 Nt は、上記条件を満足する範囲で遠心成形工程を通じて一定でもよいし、途中で段階的にあるいは連続的に変化させてもよい。

混合液は、金型に注入する前に予め脱泡しておけば、ボイドをより確実に除去できるので好ましい。

この発明の第 5の局面に従う弾性円筒体の製造方法は、液状高分子材料と充填材とを含む混合液を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形することによって、高分子材料中に前記充填材が分散された円筒体を作成する方法に係る。

上記遠心成形は、下記式【7】および式【8】を満足させる条件で行なう。

X≥T 【7】

Υ≤Τ/100 【8】

ここで、 dt 【9】

Y = 6.1 x 10-⁷ i^{tgp p}P²( p- )rNt² _dt 【10】

(上式において、 T (mm) は前記円筒体の厚さを、

t0= 0、

tgp (s) は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、は前記混合液の比重を、

R (mm) は前記金型の内周半径を、

Nt ( r p m) は、前記遠心成形工程での時間 tにおける前記金型の回転数を、

77 t ( P a · s ) は、時間 tにおける前記混合液の粘度を、

Dp (mm) は、前記充填材の 8 0累積重量％粒子径を、

P Pは、前記充填材の比重を、

Pは、前記液状高分子材料の比重を、

r (mm) は、前記円筒体の内周半径を、

/ t ( P a · s ) は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したときの、時間 t における前記液状高分子材料の粘度をそれぞれ表わす。）

この発明は、遠心成形の、特に好ましい条件を規定している。

上記式【7】および式【8】 .を満足させることにより、ボイドをほぼ完全に除去でき、しかも高密度充填層をごく僅かなスキン層とするか、あるいは高密度充填層を形成することなく、充填材が全体にほぼ均一に分散された弾性円筒体を得ることができる。

スキン層が形成されている場合には、切削やプラスト処理等の公知の方法で容易に除去することができる。

高密度充填層が形成されない場合は、前記のような除去工程は必ずしも必要なくなる。ただし、この場合でも、所定の寸法精度、表面精度を出すため、切削やブラスト処理等の表面加工を行なうことが好ましい。

X≥Tを満たすことにより、混合液がゲル化するまでの間に円筒体からボイドをほぼ完全に除去することができる。

Υ≤Τ/ 1 0 0を満たすことにより、高密度充填層をごく僅かなスキン層とするか、あるいは高密度充填層を形成することなく、充填材が全体にほぼ均一に分散された弾性円筒体を得ることができる。

Υ≤Τ/ 1 0 0とした場合には高密度充填層の厚さを円筒体の厚さの 2 %以下とすることができた。

この発明の第 6の局面に従う弾性円筒体の製造方法においては、上記充填材の 8 0累積重量％粒子径 [DP] は、 0 . 0 1 μ πι〜2 0 μ πιの範囲にある。

この発明によれば、上記条件により、ボイドを除去でき、かつ高密度充填層を薄くすることが容易となる。

充填材の 8 0累積重量％粒子径が 0 . Ο ΐ μ πιよりも小さいと、液状高分子材料に所定割合の充填材を混合した混合液の粘度が高くなり過ぎて、遠心成形によつてもボイドの除去が困難となる恐れがある。

充填材の 8 0累積重量。 /₀粒子径が 2 0 μ πιよりも大きいと、遠心成形したとき遠心力によって充填材が半径方向に移動しやすくなる。その結果、高密度充填層の厚さが薄くならず、除去工程で除去しなければならない分量が多くなるため、歩留まりが悪くなる。

充填材の 8 0累積重量。 /₀粒子径の特に好ましい範囲は、 1 . 0 m以上、 5 . 0 μ πι以下である。

8 0累積重量％粒子径が 1 . 0 μ m以上の充填材は、 .入手が容易である。また、 8 0累積重量％粒子径を 5 . 以下とすることにより、高密度充填層の厚さを特に薄くすることができる。

充填材は、できるだけ粒度のばらつきが少ないものを使用した方が、均一分散層内で粒子がより均一に分散するため好ましい。

この発明の第 7の局面に従う弾性円筒体の製造方法においては、上記遠心成形工程は、前記液状高分子材料からポイドを除去する A工程と、前記充填材の半径方向への移動を抑制しながら前記高分子材料の硬化を行なう B工程とを少なくとも含む。

この発明によれば、ポイドを除去することと、高密度充填層を薄くすることとの両方を達成することが容易となる。

A工程と B工程とは、例えば回転数、温度、気圧等を遠心成形工程中で変化させることにより区別することができる。

この発明の第 8の局面に従う弾性円筒体の製造方法においては、上記 B工程は、上記 A工程よりも低速回転で行なう。

高密度充填層の厚さを薄くするためには、遠心成形工程を通じて充填材が半径方向へ移動するのを出来るだけ抑制する必要がある。このため、 A工程でボイドを除去した後は、 B工程で回転数を遠心力が維持できる範囲で低速に落しながら高分子材料の硬化を行なうことが好ましい。こうすることにより、ボイドを除去することと、高密度充填層を薄くすることとの両方を達成することが容易となる。

遠心成形工程中に金型の回転数を変化させる場合、所定の回転数に段階的に変化させてもよい。

遠心成形工程中に金型の回転数を変化させる場合、金型の回転数は連続的に変化させてもよい。

この発明の第 9の局面に従う弾性円筒体の製造方法においては、上記遠心成形工程を通じて、前記金型の回転数を一定に保つ。

この発明によれば、遠心成形工程を通じて、金型の回転数を変化させず、一定に保ってもよい。液状高分子材料、充填材、混合液の配合、温度条件、金型の回転数等の選択の仕方によっては、遠心成形を通じて金型の回転数を一定に保っても、ボイドを除去することと、高密度充填層を薄くすることとの両方を達成することが可能である。この場合、製造工程が簡略化できる。

この発明の第 1 0の局面に従う弾性ロールの製造方法は、液状高分子材料と充填材とを含む混合液を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形し、それによつて、高分子材料中に前記充填材が均一に分散された均一分散層と、前記均一分散層の外周面側または内周面側に形成され前記高分子材料中に前記充填材がより高密度に充填された高密度充填層とを含む円筒体を作成する。上記高密度充填層を除去して前記均一分散層を表面に露出させる。上記除去工程前または除去工程後の上記円筒体を芯材の外側に被せて前記円筒体と前記芯材とを一体化する。

高密度充填層が円筒体の内周面側に形成される場合、除去工程は円筒体と芯材とを一体化する工程の前に行なう必要があるが、高密度充填層が円筒体の外周面側に形成される場合には、除去工程と、円筒体と芯材とを一体化する工程とは、 'どちらが先でも構わない。

なお、必要に応じて、円筒体の内周面は芯材と一体化する前に、円筒体の外周面は芯材と一体化する前または一体化した後に、所望の寸法精度、表面精度を出す為に切削やブラスト処理等の表面加工が施される。この表面加工中に前記除去工程を含ませても構わない。

この発明の第 11の局面に従う弾性ロールの製造方法は、液状高分子材料と充填材とを含む混合液を遠心成形用の金型に注入し、遠心成形し、それによつて、高分子材料中に前記充填材が分散された円筒体を作成する。上記円筒体を芯材の外側に被せて前記円筒体と前記芯材とを一体化する。

前記遠心成形は、下記式【11】および式【12】を満足させる条件で行なう。

X≥T 【11】

γ≤τ/ι ο ο [12]

ここで、

Χ = 2.3χ10- 0.2² _mRN_t ⁱ

•dt [13]

Y = 6.1xl0-^{7 Dp2}(^Pp— ^rN ■dt 【14】

(上式において、 T (mm) は前記円筒体の厚さを、

t0= 0、

tgp (s) は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、

は前記混合液の比重を、 .

R (mm) は前記金型の内周半径を、

(P a · s) は、時間 t.における前記混合液の粘度を、

Dp (mm) は、前記充填材の 80累積重量％粒子径を、

PPは、前記充填材の比重を、

10は、前記液状高分子材料の比重を、

r (mm) は、前記円筒体の内周半径を、

Ait (P a · s) は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したときの、時間 t における前記液状高分子材料の粘度をそれぞれまわす。 ) 上記のとおり、この条件で円筒体を遠心成形した場合、ポイドをほぼ完全に除去でき、しかも高密度充填層をごく僅かなスキン層とするか、あるいは高密度充填層を形成することなく、充填材が全体にほぼ均一に分散された弾性円筒体を得ることができる。

スキン層が形成されている場合には、切削やプラスト処理等の公知の方法で容易に除去することができる。スキン層が円筒体の内周面側に形成される場合、円筒体と芯材とを一体化する工程の前に除去する必要があるが、スキン層が円筒体の外周面側に形成される場合には、スキン層の除去と、円筒体と芯材とを一体化する工程とは、どちらが先でも構わない。

この発明の第 1 2の局面に従う弾性ロールの製造方法においては、上記弹性ロールは、製紙用カレンダーロールである。

本発明の製造方法は、大型ロール、特に製紙用カレンダーロールの製造に適用した場合に特に有効である。

この発明の第 1 3の局面に従う弾性円筒体は、高分子材料と充填材とを含み、遠心成形によって得られた弾性円筒体に係る。外表面の硬さと内表面の硬さとの差が 2度（J I S D) 以内であり、且つ、厚さ方向 l mm当りの硬さの差が 1 度（ J I S D) 以内である。

この発明によれば、切削や研磨をしても硬度が低下しない。また、表面および内部にボイドを含まない。

本発明による弾性円筒体は、芯材の外側に被せ、芯材と一体化することにより、表面特性に優れ、弾性円筒体内部での応力集中や内部発熱による破損を回避でき、なおかつ硬度の安定した弾性ロールとすることができる。

より好ましくは、外表面の硬さと内表面の硬さとの差が 1度以内であり、厚さ方向 1 mm当りの硬さの差が 0度である。

この発明の第 1 4の局面に従う弾性円筒体は、高分子材料と充填材とを含み、遠心成形によって得られた弾性円筒体 fc係る。外表面部分の灰分と内表面部分の灰分との差が 2 0 %以内であり、且つ、厚さ方向 l mm当りの灰分の差が 1 0 %以内である。この発明によれば、表面および内部にボイドを含まない。

この発明のより好ましい実施態様によれば、外表面部分の灰分と内表面部分の灰分との差が 1 0 %以内であり、厚さ方向 l mm当りの灰分の差が 0 . 5 %以内である。

この発明の第 1 5の局面に従う弾性ロールは芯材と、前記芯材の外側に位置し前記芯材と一体化した弾性円筒体とを含む弾性ロールに係る。

前記弾性円筒体は、高分子材料と充填材とを含み、遠心成形によって得られた弾性円筒体である。外表面の硬さと内表面の硬さとの差が 2度（J I S D) 以内であり、且つ、厚さ方向 l mm当りの硬さの差が 1度（J I S D) 以内である。この発明によれば、表面おょぴ内部にボイドを含まない。

この発明の第 1 6の局面に従う弾性ロールは、芯材と、前記芯材の外側に位置し前記芯材と一体化した弾性円筒体とを含む弾性ロールに係る。前記弾性円筒体は、高分子材料と充填材とを含み、遠心成形によって得られた弾性円筒体である。外表面部分の灰分と内表面部分の灰分との差が 2 0 %以内であり、且つ、厚さ方向 l mm当りの灰分の差が 1 0 %以内である。この発明によれば、表面および内部にボイドを含まない。

この発明の第 1 7の局面に従う弾性ロールにおいては、上記弾性ロールは、製紙用カレンダーロールである。

この発明に使用する高分子材料としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリイソシァヌレート、架橋ポリエステルアミド、不飽和ポリエステル、ジァリルフタレート樹脂等が挙げられる。中でも、耐久性、耐熱性、および成形容易性の観点からエポキシ樹脂および架橋ポリエステルアミドが好ましく、特にエポキシ樹脂の使用が好ましい。

この発明に使用する充填材として、カーボンブラッ^、シリカ、アルミナ、酸化チタン、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、クレー、硫酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化マグネシウム、ガラスビーズ、樹脂ビーズ等、通常使用される粒状の充填材が挙げられる。

充填材は 2種類以上"を併用しても構わない。充填材の混合割合は、混合液全体中に 1 0〜6 0重量⁰ /₀程度である。

上記充填材以外に、顔料、可塑剤等を適宜配合しても構わない。

図 1は、本発明に使用する遠心成形装置の断面図、図 2は図 1における Π— Π 線断面図である。図に示すように、チャンバ一 1 0内に、所定寸法を有する円筒状の金型 1 1力軸線が水平方向となるように配置されている。金型 1 1の一端は、外部の駆動機構（駆動部 1 2と駆動軸 1 3 ) と連結しており、金型 1 1を、軸線を中心に、任意の回転数で回転させることができる。金型 1 1の下部は、複数の支えローラ 1 4によって支持されている。外部の注型機 1 5から注型管 1 6 が金型 1 1の内部まで延びている。チャンバ一 1 0内は、液状高分子材料を加熱硬化できるように温度管理が可能となっている。

次に、遠心成形の手順について説明する。

液状高分子材料、充填材、そして所望により追加するその他の配合剤を混合し、攪拌して、液状高分子材料と充填材とを含む混合液を作成しておく。

所定の温度に加熱した金型 1 1を所定の回転数で回転させながら、注型機 1 5 より注型管 1 6を通して金型 1 1内部に前記混合液を注型する。

続いて金型 1 1の温度および回転数を所定値に管理し、混合液を遠心力によつて金型 1 1の内面に押しつけながら、高分子材料を一次加熱して硬化させる。一次加熱の間に比重の軽レ、気泡は混合液の内周面から除去される。一次加熱の終了時点で、既に高分子材料はゲル化して円筒体となっているため、以降の工程では充填材の移動は起こらない。

更に金型 1 1の温度および回転数を所定値に管理しながら、高分子材料を二次加熱して円筒体の物性を向上させる。

続いて、金型 1 1の回転を停止させるかまたは回転させたまま、金型 1 1および円筒体を自然冷却した後、円筒体を金型 1 1から取り出す。

所望により、円筒体を別の炉で三次加熱し、円筒体の物性を更に向上させる。次に、除去工程について説明する。

切削、プラスト処理等の公知の方法により除去すればよい。

図 3を参照して、遠心成形によって得られた円筒体から高密度充填層 1を除去し、均一分散層 2の表面を露出させることにより、全体に充填材がほぼ均一に分散された弾性円筒体が得られる。

多くの充填材は液状高分子材料よりも比重が大きいため、高密度充填層 1は均一分散層 2の外周面側に形成される。一方、中空ガラスビーズ、中空樹脂ビーズのような液状子分子材料よりも比重が小さい充填材を使用した場合は、高密度充填層 1は、均一分散層 2の内周面側に形成される。.

除去する量は、少なくとも前記式【1】で示した Zに相当する厚みの分量とすればよい。

なお、式【 7】 ~ 【 1 0】に従えば、除去工程は不要となり、図 4を参照して、高密度充填層を形成することなく、充填材が全体にほぼ均一に分散された弾性円筒体を得ることができる。

次に、高密度充填層の確認方法について説明する。

高密度充填層の厚さは、一般的には、円筒体の断面の電子顕微鏡写真により確認することができる。

円筒体の厚さ方向の所定間隔 (例えば l mm) ごとに硬さあるいは灰分を測定したとき、高密度充填層と均一分散層の境界で測定値が急激に変化することによつて確認することもできる。

本発明による製造方法は、特に、大型ロール、硬質弾性ロールを製造する場合に好適である。このような口ールは、例えば製紙用カレンダー口ールである。

大型ロール：外径 3ひ 0〜 1 5 0 O ram, 面長 1 5 0 0〜1 0 0 0 O mm 硬質弾性ロール： J I S K 6 2 5 3によるデュロメータ硬さが D 7 0〜D

9 9

本発明による弾性円筒体から大型口ールを製造するには、例えば特公平 3— 4 · 7 3 5 9に記載の方法に従って製造する。すなわち、図 5 A— 5 Cを参照して、繊維補強下卷層 4を有する金属製ロール芯 3に外層用筒体 5を嵌め被せ、該下卷層 4と筒体 5との間に形成された環状間隙部に接着剤を注入し、これを所定温度で硬化せしめ、該下巻層 4と筒体 5とを接着剤層 6を介して接合一体化することが可能である。

以下の手順でサンプル 1〜サンプル 1 1の小型サンプルを作成し、実験を行なつた。サンプル 1

ビスフエノール A型エポキシ樹脂（エポキシ当量 1 8 0〜2 0 0 g/eq) 1 0 0重量部、硬化剤（変性芳香族ポリアミン：ァミン当量 5 0〜70 gZe q) 2 7. ◦重量部おょぴシリカ（8 0累積重量。/。粒子径 4. 5 μ χη) 3 8. 5重量部を混合、攪拌し、混合液を作成した。遠心成形用の金型は、内周半径 1 3 0m m、内面長 3 4 5 mmのものを用意した。この金型を内部温度 70°Cに加熱した状態で、回転数 1 000 r pmで回転させながら前記混合液を注型機より金型内部に注型した。一次加熱は、比較的高速回転によってボイドを除去する A工程と、比較的低速回転によって充填材の半径方向の移動を抑制しながら高分子材料の硬化を行なう B工程とによって行なった。すなわち、金型内部の温度を 70°Cに保ちながら、注型開始から 3 6 0 0秒までの 1時間を 1 000 r p mで（A工程）、続いて 3 6 0 0秒から 1 440 0秒までの 3時間は回転数を 3 00 r pmに落して（B工程）行なった。続いて、二次加熱として、金型内部の温度を 1 2 0°Cとし、回転数を 3 (30 r p mで 1 440 0秒から 2 1 6 00秒までの 2時間行なつた。続いて回転数 300 r pmのまま金型内部を自然冷却した後、円筒体を金型から取り出した。

円筒体の厚さ（T) 、充填材の比重（pp) 、樹脂の比重（p) 、混合液の比重（pM) 、円筒体の内周半径 ( r) は表 1、 2、 3に記載のとおりであった。

表 2

表 3

(1) ビスフエノール A型エポキシ樹脂（エポキシ当量 1 8 0〜2 0 0 g/e q)

(2) ビスフエノール A型エポキシ樹脂（エポキシ当量 1 5 5〜1 7 5 _§ Θ q)

(3) ビスフエノール Α型エポキシ樹脂（エポキシ当量 2 20〜24 0 g/e q)

(4) 変性芳香族ポリアミン（ァミン当量 5 0〜7 0 g/e d)

(5) 変性芳香族ポリアミン（ァミン当量 60〜8 0 g e q)

(6) シリカ（8 0累積重量％粒子径 4. 5 μτη)

(7) シリカ（ 8 0累積重量⁰ /₀粒子径 1. 8 μ m)

(8) シリカ（8 0累積重量％粒子径 2 3 m)

(9) シリカ（8 0累積重量％粒子径 5 1 μ m)

この遠心成形の条件を式【5】に当てはめて計算すると、 Xの値は 1 9 9 1 m mとなる。また、式【6】に当てはめて計算すると、 Yの値は 5. 6 3 mmとなる。

作成した円筒体を軸線に対して垂直方向に切断した断面を電子顕微鏡写真により観察したところ、円筒体の外周面に、充填材が高密度に充填された高密度充填層が 3. Ommの厚さで形成されていることが確認できた。

また、円筒体の外周面から lmmごとに、硬さ（J I S K6 25 3に定義されるタイプ Dデュロメータ硬さ）および灰分（％) (測定装置名「TGZDTA 2 20」セイコー電子工業社製）を測定した。測定結果を図 6のグラフに示す。さらに、円筒体の外周面から軸線方向に向かって切削していきながら厚さ 1 m m削るごとにボイドの有無を目視で確認したが、円筒体の表面おょぴ内部にボイドは全く発見されなかった。

サンプノレ 2〜サンプノレ 1 1

サンプル 1に準じて、表 1、 2、 3に示す条件で各サンプルを作成した。

サンプル 5〜サンプル 7およびサンプル 9については、一次加熱の間、金型の回転数を一定のまま行なった。

評価 1 . ボイドの有無

円筒体の表面おょぴ内部でのポイドの有無を調べた結果、サンプル 1〜5、 8 〜1 1については円筒体の表面および内部にボイドは全く発見されなかった。これに対して、前記式【3】を満足しないサンプル 6、 7については、円筒体の内部に直径約 0 . 2 mmのボイドが多数発見されたため、本発明の要求を満たすものではなかった。

2 . 高密度充填層の厚さ

次に、ボイドが発見されなかったサンプル 1〜 5、 8〜1 1について、高密度充填層の厚さを調べた。電子顕微鏡写真による観察結果に基づき、高密度充填層の厚さ hの円筒体全体の厚さ Tに対する割合（h /T) を計算したところ、サンプノレ 1〜 5、 8、 9は 1 5 %以下であった為、従来の遠心成形によらない製造方法に比べて除去する分量を少なくすることで歩留まりの向上が期待できる。特に、サンプ Λ^ 2〜5、 8、 9については、 2 %以下となったため、歩留まりの向上効果が大きい。これに対して、前記式【4】を満たさないサンプル 1 0、 1 1については、 1 5 %を超えていたので、歩留まりの向上が期待できない。

3 . 弾性円筒体の均一性

それぞれのサンプルにつき、外周面から高密度充填層の厚さ分を除去し、内周面から表面精度を上げるために厚さ 0 . 5 mmを除去したときの、外表面の硬さ、外表面の硬さと内表面の硬さの差おょぴ厚さ方向 1 mm当りの硬さの最大差、さらに外表面部分の灰分（％) と内表面部分の灰分（％) の差および厚さ方向 l m m当りの灰分（％) の最大差を表 1に併記した。ただし、高密度充填層の厚さが円筒体全体の厚さの 1 5 %を超えている場合（サンプル 1 0、 1 1 ) は、円筒体全体の厚さの 1 5 %以上は除去しなかった。

サンプル 1〜サンプル 9は、得られた弾性円筒体全体に、充填材がほぼ均一に分散していることがわかる。特に、サンプル 3〜5、 8、 9は、厚さ方向での硬さおよび灰分（％) の差がほとんどないことがわかる。これに対して、サンプル 1 0， 1 1では、円筒体全体の厚さの 1 5 %を除去しても、充填材の分散割合が厚さ方向で不均一である。

図 6〜図 1 4に、サンプル 1〜 1 1 (サンプル 6 , 7を除く）の測定位置と灰分および硬度の関係を示す。測定位置 O mmは、高密度充填層の外表面を示す。 4 . 総合評価.

前記式【3】および式【4】を満たすサンプル 1〜 5、 8、 9は、ボイドを除去でき、しかも高密度充填層の厚さを、遠心成形工程によって作成された円筒体の厚さの 1 5 %以下にすることができた。特に、式【7】および式【8】を満たすサンプル 4、 5、 8、 9は、ポイドを除去でき、しかも高密度充填層を遠心成形工程によつて作成された円筒体の厚さの 1 %以下というごく僅かなスキン層とすることができた。

表 1に、総合評価を◎、〇、 Xで示した。

◎…特に優れている

〇…使用可

X…使用不可

以上説明したとおり、この発明に係る弾性円筒体の製造方法および弾性口ールの製造方法によれば、歩留まりが向上する。また、ボイドを除去し、なおかつ硬度等の物性を安定ィヒさせることができる。さらに、局所的な応力集中や内部発熱を防止して、耐久性を向上させることができる。

Claims

請求の範囲

1. 液状高分子材料と充填材とを含む混合液を遠心成形用の金型（1 1) に注入し、遠心成形し、それによつて、高分子材料中に前記充填材が均一に分散された均一分散層（2) と、前記均一分散層（2) の外周面側または内周面側に形成され前記高分子材料中に前記充填材がより高密度に充填された高密度充填層 ( 1 ) とを含む円筒体を作成する遠心成形工程と、

前記高密度充填層 (1) を除去し、前記均一分散層（2) の表面を露出させる除去工程とを備えた、弾性円筒体の製造方法。

2. 前記高密度充填層（1) の厚さは、前記円筒体の厚さの 15%以下（ただし、 ' 0%を含まない）である、請求填 1に記載の弾性円筒体の製造方法。

3. 前記除去工程は、少なくとも下記式【1】に表わされる Zに相当する厚みの分量だけ、前記円筒体の外周面または内周面を除去する、請求項 1に記載の弾性円筒体の製造方法。

Z = l.lx Y 【1】 Υ = ⁶·1 χ10-⁷广 ^{Dp2(P p} — ^P)rNt2 dt 【2】

(上式において、

、

tgp (s) は、前記混合液がゲノレ化するまでの時間を、

Dp (mm) は、前記充填材の 80累積重量％粒子径を、 .

PPは、前記充填材の比重を、

βは、前記液状高分子材料の比重を、

r (mm) は、前記円筒体の内周半径を、

Nt (r pm) は、前記遠心成形工程での時間 tにおける前記金型（1 1) の回転数を、

/zt (P a ■ s) は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したときの、時間 t における前記液状高分子材料の粘度をそれぞれ表わす。）

4. 前記遠心成形は、下記式【3】および式【4】を満足させる条件で行なう請求項 1に記載の弾性円筒体の製造方法。

X≥T 【3】

Υ≤Τ/4 [4]

ここで、

-7 ftgp 0.2 p_mRN

Χ = 2.3xl0-⁷ dt 【5】

Jto 77 dt 【6】

(上式において、 T (mm) は前記円筒体の厚さを、

to=o、

tgp (s) は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、

pmは前記混合液の比重を、

R (mm) は前記金型（1 1) の内周半径を、

(P a · _S) は、時間 tにおける前記混合液の粘度を、

Dp (mm) は、前記充填材の 80累積重量％粒子径を、

PPは、前記充填材の比重を、

pは、前記液状高分子材料の比重を、

r (mm) は、前記円筒体の内周半径を、

t (P a · s ) は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したときの、時間 t における前記液状高分子材料の.粘度をそれぞれ表わす。 )

5. 液状高分子材料と充填材とを含む混合液を遠心成形用の金型（11) に注入し、遠心成形することによって、高分子材料中に前記充填材が分散された円筒体を作成する弾性円筒体の製造方法において、

前記遠心成形は、下記式【7】および式【8】を満足させる条件で行なう弾性円筒体の製造方法。

X≥T 【7】

γ≤τ/ loo 【 8】

ここで、

0.2²O_mR

■dt 【9】

Y = 6.1 xlO"⁷ P -p)rN_t

J ft^tgp DP²(

n ■dt 【10】

(上式において、 T (mm) は前記円筒体の厚さを、

t0=O、

tgp (s) は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、

pmは前記混合液の比重を、

R (mm) は前記金型（1 1) の内周半径を、

(P a · s). は、時間 tにおける前記混合液の粘度を、

Dp (mm) は、前記充填材の 80累積重量％粒子径を、

PPは、前記充填材の比重を、

Pは、前記液状高分子材料の比重を、

r (mm) は、前記円筒体の内周半径を、

/it (P a · s) は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したときの、時間における前記液状高分子材料の粘度をそれぞれ表わす。 )

6. 前記充填材の 80累積重量％粒子径 [DP] は、 0. 01 /X π！〜 20 μ mの範囲にある、請求項 1に記載の弾性円筒体の製造方法。

7. 前記遠心成形工程は、前記液状高分子材料からポイドを除去する A工程と、前記充填材の半径方向への移動を抑制しながら前記高分子材料の硬化を行なう B工程とを少なくとも含む、請求項 1に記載の弾性円筒体の製造方法。

8. 前記 B工程は、前記 A工程よりも低速回転で行なう、請求項 7に記載の弾性円筒体の製造方法。

9. 前記遠心成形工程を通じて、前記金型の回転数を一定に保つ、請求項 1に記載の弾性円筒体の製造方法。

10. 液状高分子材料と充填材とを含む混合液を遠心成形用の金型（1 1) に注入し、遠心成形し、それによつて、高分子材料中に前記充填材が均一に分散された均一分散層（2) と、前記均一分散層（2) の外周面側または内周面側に形成され前記高分子材料中に前記充填材がより高密度に充填された高密度充填層 (1) とを含む円筒体を作成する遠心成形工程と、

前記高密度充填層（1) を除去して前記均一分散層（2) を表面に露出させる除去工程と、

前記除去工程前または前記除去工程後の前記円筒体を芯材 (3) の外側に被せて前記円筒体と前記芯材 (3) とを一体化する工程とを含む、弾性ロールの製造方法。

1 1. 液状高分子材料と充填材とを含む混合液を遠心成形用の金型（1 1) に注入し、遠心成形し、それによつて、高分子材料中に前記充填材が分散された円筒体を作成する遠心成形工程と、

前記円筒体を芯材 (3) の外側に被せて前記円筒体と前記芯材 (3) とを一体化する工程とを含む弾性ロールの製造方法において、

前記遠心成形は、下記式【1 1】および式【12】を満足させる条件で行なう弾性ロールの製造方法。

X≥T 【 1 1】

Υ≤Τ/100 【12】

ここで、

Χ = 2.3 χ UK⁷ f^{tgp 0 Ρτη}^ ' dt [13]

Jt₀ Y = ⁶.l xl0-^{7 Dp2(Pp}一 ^rNt2dt [14]

Jt0 li

(上式において、 T (mm) は前記円筒体の厚さを、

t0=0、 .， tgp (s) は、前記混合液がゲル化するまでの時間を、

P mは前記混合液の比重を、

R (mm) は前記金型（1 1) の内周半径を、

η1: (P a · s) は、時間 tにおける前記混合液の粘度を、

Dp (mm) は、前記充填材の 80累積重量％粒子径を、

PPは、前記充填材の比重を、

Pは、前記液状高分子材料の比重を、

r (mm) は、前記円筒体の内周半径を、

t (P a ■ s) は、当該遠心成形と同一の条件で加熱したときの、時間 t における前記液状高分子材料の粘度をそれぞれ表わす。）

12. 前記弾性口ールは、製紙用力レンダー口ールである、請求項 10に記載の弾性ロールの製造方法。

13. 高分子材料と充填材とを含み、

遠心成形によって得られた弾性円筒体であって、

外表面の硬さと内表面の硬さとの差が 2度（J I S D) 以内であり、且つ、厚さ方向 lmm当りの硬さの差が 1度（J I S D) 以内である、

弾性円筒体。

14. 高分子材料と充填材とを含み、

遠心成形によって得られた弾性円筒体であって、

外表面部分の灰分と内表面部分の灰分との差が 20%以内であり、且つ、厚さ方向 lmm当りの灰分の差が 10%以内である、

弾性円筒体。

15. 芯材 (3) と、前記芯材 (3) の外側に位置し前記芯材（3) と一体化した弾性円筒体とを含む弾性ロールにおいて、

前記弾性円筒体は、高分子材料と充填材とを含み、

遠心成形によって得られた弾性円筒体であって、

弾性口ール。

16. 芯材 (3) と、前記芯材 (3) の外側に位置し前記芯材 (3) と一体化した弾性円筒体とを含む弾性口ールにおいて、

前記弾性円筒体は、高分子材料と充填材とを含み、

遠心成形によって得られた弾性円筒体であって、

弾性ロール。

17. 前記弾性ロールは、製紙用カレンダーローノレである、請求項 15に記載の彈十生ローノレ。