| 【発明の名称】 |
炭素繊維強化プラスチック製カッターロールとその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】江里口 誠
【氏名】有村 勝信
【氏名】大村 悟
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| 【要約】 |
【課題】軽量で慣性モーメント（ＧＤ２）が小さく堅牢な炭素繊維強化プラスチック製カッターロールとその製造方法を提供する。
【構成】炭素繊維強化プラスチック製カッターロールは、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維またはマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグをスチール製コアの外周面に巻き付けて炭素繊維が積層されたコア表面層にカッター刃６を取り付ける。その製造方法は、スチール製コアの外面にマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維または炭素繊維プリプレグを巻き付けて積層する積層工程１０と、加熱硬化させる硬化工程３０と、冷却後表面を研磨する研磨工程４０と、ジャーナルの先端に連結された追加軸を切り落とすジャーナル形成工程５０と、表面にカッター刃を取り付けるカッター刃取付工程６０とからなる。積層工程と硬化工程の間に型締めによって外面形状を形成する成型工程２０を設けることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スチール製コアにマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を巻き付けて炭素繊維の層を積層し、またはマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグを巻き付けて炭素繊維の層を積層してコアの外周面に表面層を形成し、前記表面層にカッター刃を取り付けてなることを特徴とする炭素繊維強化プラスチック製カッターロール。
【請求項２】
表面層は、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略９０度に巻き付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付け巻き付けて積層し、このように軸方向に対して略９０度に巻き付けた層と一定の角度を付けて巻き付けた層とを複数回繰り返して形成してなることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック製カッターロール。
【請求項３】
表面層は、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付け巻き付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略９０度に巻き付けて積層し、このように軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けた層と略９０度に巻き付けた層とを複数回繰り返して形成してなることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維強化プラスチック製カッターロール。
【請求項４】
表面層を研磨した後に、マトリックス樹脂をコーティングしたコーティング層を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素繊維強化プラスチック製カッターロール。
【請求項５】
軸方向に対して１つ以上の平面部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の炭素繊維強化プラスチック製カッターロール。
【請求項６】
スチール製コアの外面に、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を巻き付けて積層し、または炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグを巻き付けて積層する積層工程、加熱硬化させる硬化工程、冷却後表面を研磨する研磨工程、炭素繊維層を形成するためにジャーナルの先端に連設された追加軸を切り落とすジャーナル形成工程、表面にカッター刃を取り付けるカッター刃の取付工程を含むことを特徴とする炭素繊維強化プラスチック製カッターロールの製造方法。
【請求項７】
積層工程と硬化工程の間に型締めによって外面形状を形成する成型工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維強化プラスチック製カッターロールの製造方法。
【請求項８】
積層工程では、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略９０度に巻き付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けて積層し、このように軸方向に対して略９０度に巻き付けた層と一定の角度を付けて巻き付けた層とを複数回繰り返して炭素繊維の層を形成することを特徴とする請求項６又は７に記載の炭素繊維強化プラスチック製カッターロールの製造方法。
【請求項９】
積層工程では、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略９０度に巻き付けて積層し、このように軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けた層と略９０度に巻き付けた層とを複数回繰り返して炭素繊維の層を形成することを特徴とする請求項６又は７に記載の炭素繊維強化プラスチック製カッターロールの製造方法。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
技術分野
この発明は、長尺の紙又は板紙を連続的に所定の長さに切断するロータリーカッター装置における炭素繊維強化プラスチック製カッターロールとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長尺の紙又は板紙を連続的に所定の長さに切断するには、ロータリーカッター装置が用いられている。ロータリーカッター装置は、ナイフを取り付けたカッターロールとそのカッターロールに対向し、回転軸が平行なボトムロールによって構成され、駆動装置によって駆動される。前記カッターロールとボトムロールとの間を紙又は板紙を通すことによって裁断するようにしている。
【０００３】
これらのロータリーカッター装置では、ボトムロールの外周面はカッター刃が当たっても摩耗し難く、しかも裁断する紙に切り残しが出ないように硬い金属で形成されているから、裁断する際にカッター刃には強い衝撃を受けることになる。また、その衝撃によってカッターロールが変形し裁断できなくなるおそれもある。そのために、従来カッターロールには金属製ロールが用いられ、かつ金属には焼き入れを行って強度（弾性率）を向上させている。
【０００４】
このようなカッターロールは、金属製であるために重量が重く、全体の撓みが大きくなるとともに、慣性モーメント（ＧＤ２）も大きくなりスピードも上げられないとう問題がある
【０００５】
そのために、出願人は、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を巻き付けて炭素繊維の層を積層し、またはマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグを巻き付けて炭素繊維の層を積層して形成した中空構造のロール本体の両端部にジャーナルを取り付けたカッターロールを提案した。
【特許文献１】特開２００６−１０２８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記公報記載のカッターロールは、中空構造のロール本体の両端部にジャーナルを嵌合させて形成しているために、切断時の衝撃が大きいと嵌合部分に負荷が生じ、嵌合部分が緩むおそれがある。
【０００７】
この発明は、かかる現状に鑑みてされたものであり、スチール製コアを使用するものの重量が比較的軽く、従って、慣性モーメント（ＧＤ２）も比較的小さい炭素繊維強化プラスチック製カッターロールとその製造方法を提供することを目的とする。
また、慣性モーメント（ＧＤ２）も比較的小さいために、ラインスピードもアップできる炭素繊維強化プラスチック製カッターロールとその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、コアとジャーナルとを一体に形成することによって、ジャーナルが緩むことのない炭素繊維強化プラスチック製カッターロールとその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記目的を達成するために次のような構成とした。即ち、この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロールは、スチール製コアにマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を巻き付けて炭素繊維の層を積層し、またはマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグを巻き付けて炭素繊維の層を積層してコアの外周面に表面層を形成し、前記表面層にはカッター刃を取り付けてなることを特徴とする。
【０００９】
炭素繊維からなる表面層は、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略９０度に巻き付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付け巻き付けて積層し、このように軸方向に対して略９０度に巻き付けた層と一定の角度を付けて巻き付けた層とを複数回繰り返すことによって形成してなる。また、炭素繊維からなる表面層は、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付け巻き付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略９０度に巻き付けて積層し、このように軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けた層と略９０度に巻き付けた層とを複数回繰り返すことによって形成してなる。
【００１０】
ロール本体の表面を研磨した後に、マトリックス樹脂をコーティングしたコーティング層を形成してもよい。また、スチール製コアには、軸方向に対して１つ以上の平面部を有するものを用いることができる。
【００１１】
また、この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロールの製造方法は、スチール製コアの外面に、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を巻き付けて積層し、または炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグを巻き付けて積層する積層工程、加熱硬化させる硬化工程、冷却後表面を研磨する研磨工程、炭素繊維層を形成するためにジャーナルの先端に連設された追加軸を切り落とすジャーナル形成工程、表面にカッター刃を取り付けるカッター刃の取付工程を含むことを特徴とする。積層工程と硬化工程の間に型締めによって外面形状を形成する成型工程を設けることができる。
【００１２】
前記積層工程では、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略９０度に巻き付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けて積層し、このように軸方向に対して略９０度に巻き付けた層と一定の角度を付けて巻き付けた層とを複数回繰り返して炭素繊維の層を形成することができる。また、積層工程では、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けて積層した後、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略９０度に巻き付けて積層し、このように軸方向に対して一定の角度を付けて巻き付けた層と略９０度に巻き付けた層とを複数回繰り返して炭素繊維の層を形成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロールは、スチール製コアと表面層の炭素繊維の層とからなるから、慣性モーメント（ＧＤ２）を比較的小さくすることができる。また、慣性モーメント（ＧＤ２）も比較的小さいために、ラインのスピードアップによる高速化と省力化を図ることができる。また、コアとジャーナルとを一体に形成することによって、切断時の負荷を受けてもジャーナルが緩むことがなく、カッターロール全体としては軽すぎず、重すぎず適度な重量のために切断面をきれいに切断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロールの実施形態について詳細に説明する。図１及び図２に示すように、カッターロール１は、スチール製コア２の両端部にはジャーナル３を取り付けてなり、スチール製コア２外表面にマトリックス樹脂を含浸させながら巻き付けて積層した炭素繊維の層４を形成してなる。前記コア２とジャーナル３とは一体に形成してなる。前記スチール製コア２は、表面に平らな平面部５を軸方向に対して平行に設けた略小判型断面形状に形成されている。
【００１５】
前記炭素繊維の層４の表面には軸方向にカッター刃６を取り付けてなる。この実施形態では、スチール製コアは平らな平面部７を軸方向に対して平行に設けた略小判型断面形状としたが、コアの断面形状は種々に変形させることができる。例えば、断面が円形である場合の他、断面が正三角形のもの、正方形のもの、正五角形のもの等とすることができる。このようにコアの断面形状を変形した場合でも、カッター刃６は頂点の位置に取り付けられる。
【００１６】
前記炭素繊維の層４は、炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させながら巻き付けて形成してもよいし、あるいは炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグを巻き付けて形成してもよい。炭素繊維の層４を炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させながら巻き付けて形成する場合には、樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して略９０度に巻き付けて積層した後、樹脂を含浸させた炭素繊維を軸方向に対して一定の角度を付けながら巻き付けて積層し、このように軸方向に対して略９０度に巻き付けた層と一定の角度を付けて巻き付けた層とを交互に複数回繰り返して形成することが好ましい。
【００１７】
カッター刃６の取り付け構造は、特に限定されるものではなく公知の構造によって取り付ければよい。例えば、図２に示すように、一対の略Ｌ字形カッターホルダー６ａ，６ａを炭素繊維の層４の外周面上に対向して固定し、これらのカッターホルダー６ａ，６ａ間にカッター刃６を介装する取り付け構造とすることができる。
【００１８】
この場合には、前記一対の略Ｌ字形カッターホルダー６ａ，６ａは、炭素繊維の層４の外周面上に接着剤を用いて接着すると共に、ボルト６ｂによって固定することが好ましい。ボルト６ｂだけではなく接着剤を用いることによって一層強固に固定することができると共に、ボルト６ｂの数を減らすことができる。
【００１９】
次に、この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロールの製造方法の実施形態について詳細に説明する。この発明に係るカッターロールの製造方法の概略は、図３に示すように、マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維をスチール製コアに巻き付けて炭素繊維の層４を形成する積層工程１０と、炭素繊維の層４の外周面の形状を整える成型工程２０と、加熱炉による硬化工程３０と、表面を平滑にする研磨工程４０と、炭素繊維層を形成するためにジャーナルの先端に連設された追加軸を切り落とすジャーナル形成工程５０と、カッター刃の取付工程６０とからなる。
【００２０】
積層工程１０では、まず、カッターロールの外面形状に応じたマンドレル１１を用意する。図４は、図１及び図２に示すスチール製コア２とジャーナル３を備えたマンドレル１１を示し、ジャーナル３の先端に炭素繊維の層を形成する際の軸となる追加軸１２を連結することによって形成されている。追加軸１２のジャーナル３側には、外周面に溝を形成することによって括れ部１３が設けられており、括れ部１３には、後述する押し型を固定するための穴１４が穿設されている。
【００２１】
スチール製コア２には、軸方向に対して平行な平面部７，７が対向するように形成されている。この実施形態では、炭素繊維にマトリックス樹脂を含浸させながらマンドレルに巻き付けて炭素繊維の層を形成するフィラメントワインディング製法に基づいている。
【００２２】
積層工程１０では、ボビン１６から炭素繊維を引き出し、マトリックス樹脂含浸装置１７によって樹脂を含浸させながらマンドレル１１に巻き取られる。ボビン１６は、図示する実施形態では、４列三段に配列されており、炭素繊維は一対の引き出しロール１８によって引き出されて１本にまとめられる。前記マトリックス樹脂含浸装置１７は、樹脂槽１７ａ内にはボビン１６から引き出した炭素繊維に槽内の樹脂液１７ｂを付着させる付着ロール１７ｃが配設されている。前記付着ロール１７ｃは、樹脂液１７ｂに直径の２分の１以下、好ましくは３分の１程度を浸漬するように配設されている。
【００２３】
前記樹脂槽１７ａ内の樹脂液１７ｂには、電気絶縁用エポキシ樹脂を使用することが好ましい。マトリックス樹脂としては、前記エポキシ樹脂の他に、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を使用することができる。
【００２４】
前記構成によって、ボビン１６から繰り出された炭素繊維は、引き出しロール１８によって引き出されて付着ロール１７ｃに接触しながらマンドレル１１に巻き取られる。付着ロール１７ｃは炭素繊維の巻き取り速度とほぼ同調して回転しており、樹脂槽１７ａ内の樹脂液１７ｂを付着させる。
【００２５】
マンドレル１１への炭素繊維の巻き取りは、例えば、次のようにして行うことができる。まず、第１ステップでは、軸方向に対して９０度方向に６プライ巻き付け、その上に軸方向に対して２０度傾けたヘリカル巻きを４プライ巻き付け、第２ステップでは、軸方向に対して９０度方向に４プライ巻き付け、その上に軸方向に対して１２度傾けたヘリカル巻きを４プライ巻き付け、第３ステップでは、第２ステップと同様に巻きつけ、第４ステップでは、軸方向に対して９０度方向に４プライ巻き付け、その上に軸方向に対して１５度傾けたヘリカル巻きを４プライ巻き付ければよい。このようにして、炭素繊維の層を形成した中間ロール体１Ａを得た。
【００２６】
次の成型工程２０では 平面部７，７を平行に成型するために、図５に示す押し型２１を用いた。尚、押し型２１は、図示する実施形態に限定されるものではなく、ロール本体の外面形状に応じて変更されることは当然である。
【００２７】
押し型２１は、平面部を成型する押圧板２２、２２と、前記押圧板２２、２２を固定するとともに、追加軸１２の括れ部１３に取り付けられる連結板２３とからなる。前記押圧板２２、２２は、長尺板２２ａの両端部にリブ２２ｂ、２２ｂを直角に立設した断面凹状板であって、長尺板２２ａの両端部にボルト挿通用の長孔２２ｃが穿設されている。
【００２８】
一方、連結板２３は、２つに分割された一対の分割片２３ａと分割片２３ｂとからなり、それぞれの分割片の突き合わせ面には括れ部１３を挟持するための凹部２４ａ、２４ｂが設けられている。前記分割片２３ａ、２３ｂの上下面には、前記長孔２２ｃに挿通するボルト２４と螺合するネジ穴２５が穿設されている。さらに、分割片２３ｂには側面に貫通する貫通孔２６が設けられている。また、分割片２３ａの内側側面には、つき合わせたとき前記貫通孔２６と一致するとともに、ボルトを螺合するネジ穴２７が穿設されている。凹部２４ａには括れ部１３の穴１４に挿入されるピン２８が突設されている。ボルト２９は、貫通孔２６に挿入され、先端部がネジ穴２７に螺合する。
【００２９】
上記構成に係る押し型２１を用いるには、分割片２３ａのピン２８を括れ部１３の穴１４に嵌入するとともに、分割片２３ａと分割片２３ｂとを突き合わせて凹部２４ａ、２４ｂで括れ部１３を挟持し、ボルト２９を貫通孔２６に挿入して先端部をネジ穴２７に螺合することによって一体に組み立てる。ピン２８が括れ部１３の穴１４に嵌入しているから、連結板２３は回動することなく、一体に取り付けられている。
【００３０】
次いで、押圧板２２を前記連結板２３の上下面に対峙させ、両端部の長孔２２ｃからボルト２４を挿入してネジ孔２５と螺合させて緊締すればよい。押圧板２２は、連結板２３に平行に固定され、しかも連結板２３自体は回動することがない。そして、分割片２３の高さは、中間ロール体１Ａの表面の平行な平面部を押圧する高さに形成されている。したがって、中間ロール体１Ａの表面には、押圧版２２によって平行な平面部を成型することができる。
【００３１】
硬化工程３０は、前記押し型２１で型締めされた中間ロール体１Ａを加熱硬化炉３１で硬化させる。加熱硬化炉３１での硬化は、２段階に温度を上げて行うことが好ましく、例えば、約１時間かけて８０℃まで上げて約４時間加熱した後、さらに１時間かけて１４０℃まで上げて約４時間加熱し、その後加熱硬化炉３１から取り出して自然冷却すればよい。
【００３２】
中間ロール体１Ａは研磨工程４０で研磨される。中間ロール体１Ａの表面は、均一な平滑面ではないために、表面を研磨加工することが必要である。研磨後は、表面の炭素繊維が脱落するおそれがあり、表面をコーティングすることが好ましい。表面のコーティングは、炭素繊維に含浸させたマトリックス樹脂をそのまま用いてもよいし、マトリックス樹脂にフッ素系パウダーやシリコーン樹脂を混ぜて紙粉がカッターロール表面に付着し難くしたり、マトリックス樹脂にセラミックス系パウダーを混ぜてカッターロール表面の耐磨耗性を向上させることも可能である。
【００３３】
次に、ジャーナル形成工程５０で、中間ロール体１Ａの成型のために連設された追加軸１２を切断して切り離す。追加軸１２の切断は、ジャーナル先端面の接合部分１２ａから切り離し、正規の寸法のジャーナル３とすればよい。押し型２１を取り付けるためにジャーナル３には穴を開けることができないから、押し型２１の取り付け用として追加軸１２を連設したものであり、追加軸１２を切り落とすことによって正規の寸法のジャーナル３となる。
【００３４】
最後に、カッター刃の取付工程６０でカッター刃６を取り付ければよい。このカッター刃の取付工程６０では、カッター刃６を公知の手段によって取り付ければよく、特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明に係る炭素繊維強化プラスチック製カッターロールの正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】製造工程を示す説明図である。
【図４】マンドレルの一例を示す斜視図である。
【図５】成型工程における押し型を分解し、組み立て前の状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１：カッターロール
２：スチール製コア
３：ジャーナル
４：炭素繊維の層
５：平面部
６：カッター刃
６ａ：カッターホルダー
６ｂ：ボルト
７：平面部
１０：積層工程
１１：マンドレル
１２：追加軸 １３：括れ部
１４：穴
１６：ボビン
１７：マトリックス樹脂含浸装置
１８：引き出しロール
２０：成型工程
２１：押し型
２２：押圧板
２２ｃ：長孔
２３：連結板
２４：ボルト
２５：ネジ穴
２６：貫通孔
２７：ネジ穴
２８：ピン
２９：ボルト
３０：硬化工程
４０：研磨工程
５０：ジャーナル形成工程
６０：カッター刃取付工程
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９１０４７８５７
【氏名又は名称】旭マシナリー株式会社
【識別番号】０００１５５２２９
【氏名又は名称】株式会社明治ゴム化成
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| 【出願日】 |
平成１８年９月６日（２００６．９．６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８１３２９
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 光生
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| 【公開番号】 |
特開２００８−６２３２７（Ｐ２００８−６２３２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年３月２１日（２００８．３．２１） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−２４１５０９（Ｐ２００６−２４１５０９） |
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