CN104943190A - 输送辊及输送辊的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够在高温环境下以合适的状态输送卷筒料的输送辊。输送辊1具有：圆筒状的中空辊基部2，形成于中空辊基部2的外周面上的圆筒状的缓冲部3，以及形成于缓冲部的外周面上的镀层部4。缓冲部3的热膨胀系数α3大于等于镀层部4的热膨胀系数α4、α5。由于输送辊1即使在高温环境下，与卷筒料接触的镀层部4的表面也能够维持平滑，因此能够以合适的状态输送卷筒料W。

Description

输送辊及输送辊的制造方法

技术领域

本发明涉及连续地输送卷筒料(web)的输送辊及该输送辊的制造方法。

背景技术

在树脂薄膜等厚度相对较薄的长形物体(下面，仅称作“卷筒料”)的制造设备和印刷设备中，进行连续地输送卷筒料的操作。在这样的卷筒料的输送中，以往，使用了钢制的输送辊和铝制的输送辊。近年来，正在逐渐使用轻量的且比弹性模量相对较高的纤维增强塑料制的输送辊。通过纤维增强塑料制的输送辊，将在减轻设备维护作业、生产速度的高速化、制品的薄片化、高精度化及抑制卷筒料缺陷上产生效果。

关于这样的输送辊的技术，在专利文献1中，记载有金属辊涂层(roll coat)。该金属辊涂层具有辊芯体和施加于该辊芯体的外侧表面的金属镀层，该辊芯体是将由增强纤维和基质树脂制成的纤维增强塑料在2种以上的总接触弧(total arcof contact)下层压而形成的。

专利文献

专利文献1:日本专利特开2002-060105号公报

发明内容

可是，在近年的卷筒料的制造工序中，有时包括在高温环境中的处理工序。即使在实施这样的工序的地方，为了输送卷筒料也配置有输送辊。因此，人们期望着即使在高温环境下，也能够和在室温环境下一样地以合适的状态输送卷筒料的输送辊。

因此，本发明的目的在于提供能够在高温环境下以合适的状态输送卷筒料的输送辊。

本发明的一种实施方式涉及的输送辊具有：圆筒状的中空辊基部，形成于中空辊基部的外周面上的圆筒状的缓冲部，以及形成于缓冲部的外周面上的镀层部，缓冲部的热膨胀系数大于等于镀层部的热膨胀系数。

如果将输送辊配置于高温环境下，则缓冲部和镀层部会基于各自的热膨胀系数而发生热膨胀。该输送辊中，缓冲部的热膨胀系数被设为大于等于镀层部的热膨胀系数，因此缓冲部的热膨胀程度会与镀层部的热膨胀程度相同或在其以上。此外，该输送辊中，缓冲部的外周面上配置有镀层部。通过该配置，能够防止在高温环境下镀层部的热膨胀程度大于形成于镀层部内侧的缓冲部的热膨胀程度，因此镀层部不会产生剥离或皱纹等。因此，通过该输送辊，即使在高温环境下，与卷筒料接触的镀层部表面也能够维持平滑，因此能够以合适的状态输送卷筒料。

并且，缓冲部的热膨胀系数也可大于等于中空辊基部中的直径方向的热膨胀系数。在高温环境下，使缓冲部的热膨胀大于中空辊基部的热膨胀，能够降低中空辊基部中可能产生的热应力。

并且，中空辊基部可具有多个中空辊层，该多个中空辊层具有彼此不同的直径方向的热膨胀系数，该多个中空辊层可以直径方向的热膨胀系数阶段性地变大的方式而在直径方向被层压。通过这样的结构，能够使中空辊基部和缓冲部之间的热膨胀系数的差异变小。因此，能够抑制由热膨胀系数的差异而引起的破裂和剥离等问题的发生。

并且，镀层部可具有多个镀层，该多个镀层具有彼此不同的热膨胀系数，该多个镀层可以热膨胀系数阶段性地变小的方式而在直径方向上被层压。通过这样的结构，能够使镀层部和缓冲部之间的热膨胀系数的差异变小。因此，能够抑制由热膨胀系数的差异而引起的破裂和剥离等问题的发生。

并且，中空辊基部可设为具有碳纤维增强树脂制的第1中空辊层和形成于第1中空辊层上的玻璃纤维增强树脂制的中空辊层，缓冲部具有铝制的金属辊层，而镀层部具有形成于缓冲部上的含有镍的第1镀层和形成于第1镀层上的含有铬的第2镀层。通过纤维增强树脂制的中空辊基部，能够兼顾高刚性化和轻量化，因此能够抑制输送辊的挠曲的发生。此外，由于镀层部形成于金属辊层上，因此能够提高镀层部的粘着性。因此，通过输送辊整体的变形和镀层部的粘着性的提高，与卷筒料接触的镀层部表面的状态被维持为更加平滑，因此能够以更合适的状态输送卷筒料。

本发明的其他的实施方式所涉及的输送辊的制造方法为上述输送辊的制造方法，其具有如下工序：将增强纤维半固化片(prepreg)层压于心轴后，加热及加压而形成中空辊基部的第1工序，于中空辊基部的外周面上形成缓冲部的第2工序，以及于缓冲部的外周面上形成镀层部的第3工序。

通过该制造方法，能够制造具有上述效果的输送辊。

通过本发明，提供了能够在高温环境下以合适的状态输送卷筒料的输送辊、以及能够制造这样的输送辊的输送辊的制造方法。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式的输送辊所适用的纵切机的结构图。

图2的(a)部为表示本发明的一种实施方式的输送辊的立体图，图2的(b)部为将(a)部中的A部放大的端面图。

图3为表示输送辊中热膨胀系数的关系的图。

图4为表示制造输送辊的方法的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本发明的实施方式进行详细说明。在图的说明中，对同样的要素附上同样的符号，并省略重复的说明。

如图1所示，纵切机(slitter)10具有：从卷料辊(original fabric roll)R1中输出卷筒料W的输出部11，将输出的卷筒料W切断为规定宽度的纵切部12，以及，将被切断为规定宽度的卷筒料W卷取为制品辊R2的卷取部13。在纵切机10中，卷筒料W由多个输送辊1沿规定的输送路径进行输送。另外，卷筒料W例如为塑料薄膜、层压膜、金属箔、纺织品等。

在输出部11和纵切部12之间的卷筒料W的输送路径上，配置有作为导辊的对向辊15、以及与对向辊15一同夹持卷筒料W的作为压送辊的接压辊14。通过该对向辊15以及接压辊14来防止输出部11处的卷筒料W的张力变动传播至纵切部12。另外，对向辊15例如由铝合金、钢等金属、使用了高弹性碳纤维的碳纤维增强树脂等材料组成。

卷取部13设有接触辊(contact roll)16，该接触辊16通过卷取的卷筒料W而在规定压力下接触制品辊R2的芯子C。通过该接触辊16来防止空气被卷入制品辊R2内。另外，芯子C例如由铝合金、钢等金属、使用了高弹性碳纤维的碳纤维增强树脂、塑料、纸等组成。

下面，对输送辊1进行说明。如图2所示，输送辊1具有：圆筒状的中空辊基部2，形成于中空辊基部2的外周面上的圆筒状的缓冲部3，以及形成于缓冲部3的外周面上的镀层部4。

如图3所示，中空辊基部2形成为输送辊1的原管(element tube)，并具有第1中空辊层2a和第2中空辊层2b。第1中空辊层2a为碳纤维增强树脂制(以下，仅称作“CFRP”)(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)的具有4mm以上20mm以下程度的厚度的层，位于输送辊1中的最内侧。第1中空辊层2a的外周面上密接有第2中空辊层2b，第2中空辊层2b被夹入于第1中空辊层2a与缓冲部3之间。第2中空辊层2b为玻璃纤维增强树脂制(以下，仅称为“GFRP”)(GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastic)的具有0.1mm以上10mm以下程度的厚度的层。

另外，用于中空辊基部2的增强纤维中，除了玻璃纤维和碳纤维以外，也可以使用石墨纤维、芳族聚酰胺纤维等。

在此，第1中空辊层2a和第2中空辊层2b各自具有层压结构，在层压结构中，多个由彼此不同的材料组成的半固化片(prepreg)以相对输送辊的中心轴倾斜规定的角度的方式配置。作为增强纤维半固化片，优选碳纤维半固化片和玻璃纤维半固化片。尤其优选碳纤维半固化片和玻璃纤维半固化片的组合。并且，作为中空辊基部2的层压结构，最优选在层压碳纤维半固化片后，将玻璃纤维半固化片层压于中空辊基部2的最外层的结构。

这样的第1中空辊层2a的热膨胀系数α1和第2中空辊层2b的热膨胀系数α2能够通过层压结构来设计，在输送辊1中，第2中空辊层2b的热膨胀系数α2比第1中空辊层2a的热膨胀系数α1更大。第1中空辊层2a的热膨胀系数α1为3.0×10^-6(1/K)以上20.0×10^-6(1/K)以下的程度，作为一个例子可为5.0×10^-6(1/K)。在此，CFRP制的第1中空辊层2a在沿中心轴线的方向(CF纤维方向)和直径方向上热膨胀系数不同。上述的第1中空辊层2a的热膨胀系数α1为直径方向上的热膨胀系数。并且，第2中空辊层2b的热膨胀系数α2为12.0×10^-6(1/K)以上18.0×10^-6(1/K)以下的程度，作为一个例子可为15.1×10^-6(1/K)。即，位于外周侧的第2中空辊层2b中的热膨胀系数α2比位于内周侧的第1中空辊层2a的热膨胀系数α1更大。如此，中空辊基部2具有热膨胀系数从内周向外周阶段性变大的层压结构。并且，在中空辊基部2具有多层的情形下，中空辊基部2的热膨胀系数α1、α2以各自的层所具有的热膨胀系数的值来表示。

缓冲部3用于防止由中空辊基部2和镀层部4的热膨胀系数差引起的问题。缓冲部3具有形成于中空辊基部2中的第2中空辊层2b的外周面上的金属辊层3a。金属辊层3a为金属制的筒状部件，并具有1.0mm以上10.0mm以下程度的厚度。并且，中空辊基部2和金属辊层3a不通过粘着等接合处理，而是通过将金属辊层3a的内径尺寸与中空辊基部2的内径尺寸设定为过盈配合的关系而使中空辊基部2与金属辊层3a无法相对移动。

在此，金属辊层3a的材料中使用具有大于等于中空辊基部2的热膨胀系数α1、α2的热膨胀系数的金属材料。更详细而言，金属辊层3a的热膨胀系数α3大于等于在配置于中空辊基部2的最外周而形成中空辊基部2的外周面的第2中空辊层2b的热膨胀系数α2。本实施方式的金属辊层3a中使用以铝为主要成分的材料。铝材的热膨胀系数一般为23×10^-6(1/K)的程度。因此，缓冲部3的热膨胀系数α3以金属辊层3a中的热膨胀系数α3来表示。另外，作为其他的金属辊层3a的材料，也可以使用不锈钢(SUS)、铝合金、铜合金等。

镀层部4通过降低与卷筒料W的摩擦而将与卷筒料W的接触状态维持在良好的状态。镀层部4具有形成于缓冲部3的金属辊层3a的外周面上的第1镀层4a和形成于第1镀层4a上的第2镀层4b。第1镀层4a为镍(Ni)的镀层，并具有10μm以上200μm以下程度的厚度。并且，第2镀层4b为铬(Cr)的镀层，并具有10μm以上200μm以下程度的厚度。

在此，镀层部4的热膨胀系数以第1镀层4a的热膨胀系数α4和第2镀层4b的热膨胀系数α5来表示。第1镀层4a为镍层，因此热膨胀系数α4为12.8×10^-6(1/K)程度的值。第2镀层4b为铬层，因此热膨胀系数α5为6.8×10^-6(1/K)程度的值。即，位于外周侧的第2镀层4b的热膨胀系数α5比位于内周侧的第1镀层4a的热膨胀系数α4小。如此，镀层部4具有热膨胀系数从内周向外周阶段性变小的层压结构。并且，形成镀层部4的内周表面的第1镀层4a的热膨胀系数α4比构成缓冲部3的金属辊层3a的热膨胀系数α3小。

在上述的输送辊1的结构中，对各自的层所具有的热膨胀系数α1～α5的关系进行整理。在彼此不同的层之间，优选热膨胀系数的差较小。即，中空辊基部2中的第2中空辊层2b的热膨胀系数α2优选为大于第1中空辊层2a的热膨胀系数α1而小于缓冲部3的金属辊层3a的热膨胀系数α3的值。并且，镀层部4中的第1镀层4a的热膨胀系数α4优选为大于第2镀层4b的热膨胀系数α5而小于缓冲部3的金属辊层3a的热膨胀系数α3的值。总而言之，输送辊1优选以从内周侧向外周侧，热膨胀系数阶段性地变大，在缓冲部3中达到最大的热膨胀系数，再向外周侧热膨胀系数阶段性地变小的方式而形成各层。

下面，对上述的输送辊1的制造方法进行说明。如图4所示，实施形成中空辊基部2的工序(第1工序S1)。更详细而言，利用所谓的扁线绕组(sheet winding)法来形成用于形成中空辊基部2的中间物。首先，将多个半固化片层压而形成薄片状的增强纤维半固化片(工序S1a)。接着，将增强纤维半固化薄片缠于心轴上。然后，对缠于心轴上的增强纤维半固化薄片进行加热并加压而形成管状(工序S1b)。

接着，形成缓冲部3(第2工序S2)。更详细而言，准备铝制的管状的缓冲部3。然后，将在工序S1中形成的中空辊基部2压入缓冲部3的内部。接着，形成镀层部4(第3工序S3)。更详细而言，对缓冲部3的外周面实施了研磨及化学处理后，实施用于形成第1镀层4a的镀镍处理。接着，在第1镀层4a上实施用于形成第2镀层4b的镀铬处理。

通过实施以上的工序S1、S2、S3而得到输送辊1。

在此，如果将输送辊1配置于高温环境下，则缓冲部3和镀层部4将基于各自的热膨胀系数α3、α4、α5而发生热膨胀。在该输送辊1中，由于缓冲部3的热膨胀系数α3大于镀层部4的热膨胀系数α4、α5，因此缓冲部3的热膨胀的程度大于镀层部4的热膨胀的程度。此外，在该输送辊1中，缓冲部3的外周面上配置有镀层部4。通过该配置，在高温环境下，能够防止镀层部4的热膨胀程度大于形成于镀层部4的内侧的缓冲部3的热膨胀程度，因此镀层部4上不会发生剥离和皱纹等。因此，即使在高温环境下，与卷筒料接触的镀层部4的表面也能够维持平滑，因此能够以合适的状态输送卷筒料W。

此外，缓冲部3的热膨胀系数α3大于等于中空辊基部2中的直径方向的热膨胀系数α1、α2。在高温环境下，使缓冲部3的热膨胀系数α3大于中空辊基部2的热膨胀系数α1、α2中的任一个，能够降低中空辊基部2中可能产生的热应力。

中空辊基部2具有第1中空辊层2a和第2中空辊层2b，该第1中空辊层2a和第2中空辊层2b具有彼此不同的直径方向的热膨胀系数α1、α2，第1中空辊层2a和第2中空辊层2b以直径方向的热膨胀系数α1、α2阶段性地变大的方式在直径方向上被层压。通过这样的结构，能够使中空辊基部2的热膨胀系数α1、α2和缓冲部3的热膨胀系数α3之间的差异变小。因此，能够抑制由热膨胀系数α1、α2、α3的差异而引起的破裂和剥离等问题的发生。

镀层部4具有第1镀层4a和第2镀层4b，该第1镀层4a和第2镀层4b具有彼此不同的热膨胀系数α4、α5，第1镀层4a和第2镀层4b以热膨胀系数α4、α5阶段性地变小的方式在直径方向被层压。通过这样的结构，能够使镀层部4的热膨胀系数α4、α5和缓冲部3的热膨胀系数α3之间的差异变小。因此，能够进一步抑制由热膨胀系数α3、α4、α5的差异而引起的破裂和剥离等问题的发生。

并且，通过纤维增强树脂制的中空辊基部2，能够兼顾高刚性化和轻量化，因此能够在抑制输送辊1的挠曲的发生的同时使其长形化。并且，镀层部4形成于金属辊层3a上，因此能够提高镀层部4的粘着性。因此，通过输送辊1整体的变形和镀层部的粘着性的提高，与卷筒料W接触的镀层部4的表面的状态能够维持地更加平滑，因此能够以更合适的状态输送卷筒料W。

通过该输送辊的制造方法，能够容易地制造具有上述效果的输送辊1。

以上虽然对本发明的一种实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，在不超出本发明主旨的范围内可进行各种变形。

例如，构成中空辊基部2、缓冲部3和镀层部4的各自的材料除了上述材料以外，也可以使用满足热膨胀系数的关系的其他材料。并且，中空辊基部2和镀层部4可以为1层，也可以为3层以上的结构。并且，本发明的输送辊即使在高温环境下的处理卷筒料的其他各种工序中也能够优选使用。

以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定为以下的实施例。

准备具有表1所示材料及尺寸的实施例1及比较例1、2的输送辊。实施例1的输送辊为，在圆筒形的心轴上缠上碳纤维半固化片并层压后，将玻璃纤维半固化片层压于最外侧的层上并进行加热处理而使其固化，并且配置作为缓冲部的铝制的圆筒，并在该缓冲部的外侧表面上进行镀镍及镀铬。此外，比较例1的输送辊为在铝制的中空辊基部的外周面上进行镀铬。即，在中空辊基部为金属制这一点上与实施例1的输送辊不同。此外，比较例2的输送辊为在CFRP制的中空辊基部的外周面上进行镀镍。即，在CFRP制的中空辊基部的外周面上直接形成镀层部这一点上与实施例1的输送辊不同。

首先，在各自的输送辊中，对在沿中心轴线的长度方向的中央悬挂50kgf的砝码而使其负担载荷时产生的挠曲进行确认。接着，使各自的输送辊从室温升温至150℃，在150℃的高温环境下放置2小时，再降温至室温。然后，在降温至室温后，观察其外观。

如表1所示，在实施例1中，挠曲较小，加热至150℃后在外观上没有发现异常。在比较例1中，虽然在加热后的外观上没有发现异常，但由于中空辊基部的刚性较低因此挠曲较大。在比较例2中，虽然挠曲与实施例1大致相等，但在加热后确认有镀层部的剥离。

即，具有增强纤维树脂制的中空辊基部的实施例1及比较例2的输送辊比具有铝制的中空辊基部的实施例2的输送辊的挠曲更小。因此可知，中空辊基部的材料中，增强纤维树脂较为合适。此外，在镀层部的基体为增强纤维树脂制的辊的情形下(比较例2)，镀层部发生剥离，而在镀层部的基体为铝制的情形下(实施例1及比较例1)，镀层部没有发生异常。因此可知，使用金属制的层作为镀层部的基体能够防止镀层部异常的发生。

并且结果可知，实施例1的输送辊能够用作在150℃的高温环境下以合适的状态输送卷筒料的辊。

[表1]

应予说明，中空辊基部的热膨胀系数为直径方向的热膨胀系数。

符号说明

1…输送辊、2…中空辊基部、2a…第1中空辊层、2b…第2中空辊层、3…缓冲部、3a…金属辊层、4…镀层部、4a…第1镀层、4b…第2镀层、W…卷筒料、α1…第1中空辊层的热膨胀系数、α2…第2中空辊层的热膨胀系数、α3…缓冲部的热膨胀系数、α4…第1镀层的热膨胀系数、α5…第2镀层的热膨胀系数。

Claims (6)

1.输送辊，其具有：

圆筒状的中空辊基部，

形成于所述中空辊基部的外周面上的圆筒状的缓冲部，以及

形成于所述缓冲部的外周面上的镀层部；

所述缓冲部的热膨胀系数大于等于所述镀层部的热膨胀系数。

2.如权利要求1所述的输送辊，其中，

所述缓冲部的热膨胀系数大于等于所述中空辊基部中的直径方向的热膨胀系数。

3.如权利要求1或2所述的输送辊，其中，

所述中空辊基部具有多个中空辊层，所述多个中空辊层具有彼此不同的直径方向的热膨胀系数，

所述多个中空辊层以直径方向的热膨胀系数阶段性变大的方式在直径方向上被层压。

4.如权利要求1～3中任一项所述的输送辊，其中，

所述镀层部具有多个镀层，所述多个镀层具有彼此不同的热膨胀系数，

所述多个镀层以热膨胀系数阶段性变小的方式在直径方向上被层压。

5.如权利要求1～4中任一项所述的输送辊，其中，

所述中空辊基部具有：

碳纤维增强树脂制的第1中空辊层，以及

形成于所述第1中空辊层上的玻璃纤维增强树脂制的中空辊层；

所述缓冲部具有铝制的金属辊层；

所述镀层部具有：

形成于所述缓冲部上的含有镍的第1镀层，以及

形成于所述第1镀层上的含有铬的第2镀层。

6.如权利要求1～5中任一项所述的输送辊的制造方法，其具有：

将增强纤维半固化片层压于心轴后，加热及加压而形成中空辊基部的第1工序，

于所述中空辊基部的外周面上形成缓冲部的第2工序，以及

于所述缓冲部的外周面上形成镀层部的第3工序。