JP2005040963A

JP2005040963A - Winding core

Info

Publication number: JP2005040963A
Application number: JP2003199698A
Authority: JP
Inventors: 英樹 ▲ぬで▼島; Hideki Nudeshima; Shigeru Kawashima; 茂川嶋; Takeshi Nishizawa; 健西澤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a winding core made of a fiber reinforced plastic having a cylindrical outer shape and enhanced in compression rigidity in its peripheral direction and bending rigidity in its axial direction in a well-balanced state not only to prevent the occurrence of wirinkles when a thin sheetlike material is taken up but also to well hold the surface grade of a sheet. <P>SOLUTION: The winding core 1 is made of the fiber reinforced plastic wherein reinforcing fibers are impregnated with a matrix resin and has the cylindrical outer shape. The compression modulus Eθ in the peripheral direction of this winding core 1 is 80 GPa or above and the bending modulus E<SB>L</SB>in the axial direction thereof is 20 GPa or above. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフィルムや紙、織物などのシート状材料を巻き取るための巻き取りコアに関するもので、特に薄膜のフィルムを巻き取る巻き取りコアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、フィルムや紙、織物などシート状材料を巻き取る巻き取りコアとして、主としてガラス繊維からなる強化繊維に、不飽和ポリエステル樹脂や低温で比較的短時間に硬化させることのできるエポキシ樹脂がマトリックス樹脂として含浸された繊維強化プラスチック製の巻き取りコアが用いられてきた。このような巻き取りコアは、鉄やアルミ等の金属製コアと比較して軽量で、適度な剛性を有することから一般的なフィルムや紙、織物を巻き取る用途に広く用いられてきた。
【０００３】
ところが、最近の新しいフィルムの中には厚みが数ミクロン程度と極めて薄いものが出てきており、このように極薄のフィルムを従来の巻き取りコアに巻き取ると、フィルムの巻き締りによるコアの変形やコア両端を支持した際のコアの自重撓みによるフィルム皺が発生し、皺になった部分は製品としては使用することができず多くの製品ロスが発生するという問題が生じていた。
【０００４】
また、フィルムの後処理工程においても高温の加熱処理を必要とする用途が多々あり、従来コアに巻き取った状態でこのような加熱処理を行うと、コアが変形し製品に皺が発生するなど収率が低下していた。また、コア表面の硬度が十分でないとコア表面に傷が付きやすく、傷が付いたままフィルムを巻き取ると傷がフィルムに転写する為、製品の収率が低下するいう問題も発生していた。
【０００５】
さらに、コア表面の表面抵抗が大きいと、コア表面に帯電した静電気により、周囲の粉塵がコア表面に引き寄せられ、そのままフィルムを巻き取った際には粉塵がフィルムに転写し、多くの製品ロスが発生するという問題も生じていた。
【０００６】
上述したコア変形や、自重撓みの発生等の問題は、結局フィルムの巻き締り力に対するコアの周方向の圧縮剛性が不十分である点や、コア及び巻き取ったフィルムの自重に対するコアの筒軸方向の曲げ剛性が不十分である点に起因すると思われる。
【０００７】
かかる従来コアの巻き取ったシート状材料の皺発生の問題点を解消せんとして、例えば特許文献１には、「プリプレグ化した繊維を巻回して形成される強化プラスチック製巻芯であって、芯金にプリプレグ化したクロスを巻き回することによって形成した基材層と、この基材層の表面に繊維を前記芯金の軸方向に対して所定の角度で傾斜させた状態で巻回することによって形成した第一ワインディング層と、この第一ワインディング層の表面に前記繊維を前記角度とは異なる角度で傾斜させた状態で巻き回することによって形成した第二ワインディング層と、この第二ワインディング層の更に表面側に、導電性を有する材料を混入した樹脂をコーティングすることによって形成した導電層とを備え、これらの基材層、第一ワインディング層、第二ワインディング層及び導電層は樹脂によって硬化したものであることを特徴とする強化プラスチック製巻芯」が提案されているが、シート状材料の巻き締りによるコアの変形防止や、コアの自重撓みの防止の点で不十分であり、上記問題点の解決にまでは至らなかった。
【０００８】
【特許文献１】特公平３−８９３８号公報（請求項１、第１、２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、フィルム等のシート状材料の巻き取りコアにおいて、コア自体の軽量性を保持したままで、周方向の圧縮剛性と筒軸方向の曲げ剛性とに優れ、かつ表面の硬度と導電性にも優れた巻取りコアを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次の手段を採用するものである。すなわち、本発明の外形が筒状体からなる繊維強化プラスチック製の巻き取りコアは、周方向の圧縮弾性率Ｅθが８０ＧＰａ以上で、かつ筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌが２０ＧＰａ以上であることを特徴とする。また、該巻き取りコアにおいて、引張弾性率が２８０ＧＰａ以上の炭素繊維の含有率が、巻き取りコアの重量に対して４０〜８０重量％の範囲内であり、かつマトリックス樹脂は、そのガラス転移温度が１２０℃以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、周方向の圧縮弾性率Ｅθと筒肉厚ｔとの積Ｅθ・ｔが、０．８〜３．０ＧＰａ・ｍの範囲内であることを特徴とし、さらに、周方向の圧縮弾性率Ｅθと筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌとの比Ｅθ／Ｅ_Ｌが、１．０〜４．０の範囲内であることを特徴とする。
【００１２】
また、該構成に加えてさらに、外周表面は１層〜３層の範囲の外被層が設けられ、かつこの最表層の表面が次の［Ａ］及び［Ｂ］のいずれの条件をも満足することを特徴とする。
【００１３】
［Ａ］表面粗さが０．２μｍＲａ以下であること。
【００１４】
［Ｂ］ひっかき硬度が鉛筆硬度４Ｈ以上であること。
【００１５】
さらに最表層の表面が次の［Ｃ］及び［Ｄ］の条件を同時に満足することを特徴とする。
【００１６】
［Ｃ］材質が樹脂製であること。
【００１７】
［Ｄ］表面抵抗が１０^９Ω／ｓｑ以下であること。
【００１８】
また、該繊維強化プラスチック製の巻き取りコアは膜厚が２０μｍ以下の薄膜フィルムを巻き取ることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施態様を一実施例の図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の巻き取りコア１でシート状材料２を巻き取っている様子を示した斜視図、図２は、図１の巻き取りコア１の肉厚部分断面の拡大斜視図である。
【００２１】
図１において、巻き取りコア１は、外形が円筒状をした繊維強化プラスチック製の筒体であり、その厚みｔ方向の断面は、図２に示すように、強化繊維６にマトリックス樹脂７が含浸された繊維強化プラスチック層８が複数層積層された本体筒４と、この本体筒の外側に被覆された外被層５とから構成されている。
【００２２】
本体筒４は、コアの軽量性を保持したまま高い剛性を確保するためのもので、その強化繊維６としては、炭素繊維やガラス繊維、有機高弾性率繊維（たとえば、米国デュポン（株）社製のポリアラミド繊維“ケブラー”）、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、ボロン繊維等の高強度、高弾性繊維が好ましい。また、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維等の合成繊維、さらには有機天然繊維も使用でき、それぞれの強化繊維を単独または複数組み合わせてもよい。また、その繊維形態も連続繊維や不連続繊維のものを使用でき、両者を組み合わせても良い。具体的な強化繊維しては、軽量性を保持したまま高い剛性を確保する為に、弾性率と密度との比である比弾性率が高い炭素繊維を使用することが好ましく、引張弾性率が２８０ＧＰａ以上の炭素繊維が、本体筒４の全体に対して４０〜８０重量％の範囲内で含まれているものが好ましい。引張弾性率が２８０ＧＰａ未満の強化繊維を使用した場合には、軽量性を保持したまま、巻き取ったシート状材料の皺を防止する為に必要な高い剛性を確保することができない。また所望の弾性率を有する炭素繊維を使用しても、その含有率が４０％未満の場合には、上記同様に軽量性を保持したまま高い剛性を確保することができない。逆に含有率が８０％を超える場合には、強化繊維にマトリックス樹脂を均一に含浸することが困難となり、成形した後のコアの強度不足や外観不良等の品質上の問題が発生する可能性がある。
【００２３】
マトリックス樹脂７としては、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が使用できるが、比較的高い耐熱性を得られる、ガラス転移温度が１２０℃以上のものが好ましい。その理由は、本発明の巻き取りコアの製造工程において、コアにシート状材料を巻き取ったまま１００℃前後の雰囲気中でシート状材料を加熱処理する後工程を付加することもあるため、マトリックス樹脂のガラス転移温度が１２０℃未満であると、加熱処理中にコアの剛性が低下し、巻き締り力及び自重によってコアが変形しやすくなり、シート状材料に皺が発生するからである。本実施態様では、上記強化繊維６とマトリックス樹脂７とは、説明の便宜上、別々の層をなして分離、積層されているがごとく図示したが、実際は両者が一体となって一つの層を形成し、複数層が積層されて本体筒４を構成している。
【００２４】
外被層５は、フィルム、紙などのシート状材料２に直接接する部分で、必須ではないが本実施態様では最表層５ａと、内側外被管５ｂとで構成され、巻き取りコアにおける十分な表面平滑性及び表面硬度を確保して、巻き取ったシート状材料２の表面平滑性保持の機能を有している。外被層５ａとしては、アルミニウムの素管や、これにメッキ、蒸着、イオンプレーティング等をしたもの、あるいはアルミナ、チタン等のセラミック材料をコーティングしたり、溶射したものが挙げられる。中でも軽量性を保持し、かつ表面粗さを小さくするために、塗装やフィルムコーティング等の樹脂材料によるものが好ましい。かかる樹脂材料としては、アクリル系、アクリルウレタン系、ポリエステル系、不飽和ポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、エナメル系、エポキシ系、メラミン系、シリコン系、ラッカー系、フッ素系、無機系等が適用できる。これら外被層材料は同一層内で単独または複数混合して使用してもよいし、上記材料から形成される異なる層を１〜３層の範囲内で適宜積層してもよい。
【００２５】
ところで、本発明の巻き取りコア１は、シート状材料２を巻き取った際に皺発生を防止し、また、周方向と筒軸方向の両方向に適度のバランスで高い剛性を与えるために、周方向の圧縮弾性率Ｅθが８０ＧＰａ以上、かつ筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌが２０ＧＰａ以上となっている。Ｅθが８０ＧＰａ未満であると、周方向の圧縮剛性が不足し、シート状材料を巻き取った際のシート状材料の巻き締りにより、コアの筒断面が大きく変形する。この場合には巻き取ったシート状材料の軸方向に皺が発生し、製品ロスが生じるため好ましくない。またＥ_Ｌが２０ＧＰａ未満であると、筒軸方向の曲げ剛性が不足し、シート状材料を巻き取った際にコア及びシート状材料の自重によって、コアが筒軸方向に沿って大きく撓む。この場合にも巻き取ったシート状材料の周方向に皺が発生し、製品ロスが生じるため好ましくない。ここで、周方向の圧縮弾性率Ｅθ及び軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌは、繊維強化プラスチック製の本体筒４と外被層５とから構成される複合体の弾性率であり、上記範囲の周方向の圧縮弾性率Ｅθと軸方向の圧縮弾性率Ｅ_Ｌの具体的実現手段としては、強化繊維の材質、引張弾性率、繊度等の素材を適宜選定するとともに、繊維強化プラスチック積層体８の積層数、巻き付け角度、繊維含有率、外被層の構成を工夫することにより得られる。具体的には、周方向の圧縮弾性率を上記範囲に実現するには、周方向に配向した高弾性率の強化繊維の層を、所定の含有率以上にて積層することで可能であり、軸方向のそれは筒軸方向に平行配向であるか、ヘリカル配向した高弾性率の強化繊維の層を、所定の含有率以上にて積層することで可能である。
【００２６】
また、巻き取ったシート状材料２の皺発生をより一層防止する為には、周方向の圧縮弾性率Ｅθと筒肉厚ｔとの積Ｅθ・ｔが、０．８〜３．０ＧＰａ・ｍの範囲内にあることが好ましい。Ｅθ・ｔが０．８ＧＰａ・ｍ未満である場合には、周方向の圧縮剛性が不足するため、巻き取ったシート状材料の巻き締りによってコアが変形し、シート状材料に皺が発生するため好ましくない。Ｅθ・ｔが３．０ＧＰａ・ｍを超える場合には、超高弾性のコア材料を使用するか、コアを厚肉化する必要があるため、コスト増大及び重量増大となり好ましくない。さらに、周方向の圧縮弾性率Ｅθと筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌとの比Ｅθ／Ｅ_Ｌが、１．０〜４．０の範囲内であることが好ましい。Ｅθ／Ｅ_Ｌが、１．０〜４．０の範囲外である場合には、周方向の圧縮剛性及び筒軸方向の曲げ剛性をバランス良く構成することができないため、巻き取ったシート状材料において筒軸方向及び／または周方向の皺が発生するので、好ましくない。
【００２７】
以上が本発明の巻き取りコア１の基本構成であるが、本発明の巻き取りコアの適用装置との関係で、さらに以下に述べる種々の実施態様とすることができる。
【００２８】
まず、コア１自体の外形形状としては、図のものは円筒形状のものを示したが、これに限定されることはなく、四角形や五、六角形等の角筒状としても勿論良い。また、図示したコアの外径は、軸方向に一様であるが、０．３〜１．０ｍｍ程度のクラウンを施すか、逆クラウンを施してもよい。また、コアの固定方法についても、固定または駆動させるためにその両端部または片端部にキー溝や孔等の加工を施してもよい。さらに、図１に示したように適当材質のジャーナル３を両端部または片端部に結合しても良い。この場合の結合方法としては、接着、冷やし嵌めや焼き嵌め、圧入、ねじ止め、ピン止め等の公知の方法を用いることができる。
【００２９】
外被層５は、図のものは２層としたが、軽量性を保持したままで、剛性に優れた巻き取りコアにおいて、優れた表面平滑性を得るためには、１層〜３層とするのが好ましい。また、その巻き取ったシート状材料２の表面品位を確保する為に、コアの最表層５ａの表面粗さは、０．２μｍＲａ以下であることが好ましい。０．２μｍＲａを越える場合には、コア表面の微小な凹凸が巻き取ったシート状材料の表面に転写され、シート状材料の表面の平滑さが損なわれる傾向があるからである。ここで、コア最表層５ａの表面粗さの定義は、ＪＩＳＢ０６０１に準拠し、測定方法はＪＩＳＢ０６５１またはＪＩＳＢ０６５２に準拠する。さらに、コア最表層５ａのひっかき硬度は鉛筆硬度４Ｈ以上であることが好ましい。これはコア表面のひっかき傷やすり傷、圧痕を防止するために有効である。コア表面のひっかき硬度が鉛筆硬度４Ｈ未満であると、コアが鋭利な金属等の硬い物質に接触した場合や、金属粉等がコアに付着したまま使用された場合には、コア表面に傷が生じるからである。もし、コア表面に傷を生じたままシート状材料を巻き取った際には、傷の凹凸がシート状材料の表面に転写され、シート状材料の表面の平滑さが損なわれ製品ロスとなるため好ましくない。ここで、コア最表層のひっかき硬度の定義及び測定方法は、ＪＩＳＫ５６００−５−４に準拠する。
また、コア材質は帯電防止体であることが好ましく、そのためには外被層の最表層５ａの表面抵抗は１０^９Ω／ｓｑ以下であることが好ましい。最表層の表面抵抗が１０^９Ω／ｓｑを超える場合には、コア表面には静電気が帯電しやすくなり、雰囲気中の粉塵が付着しやすくなる。粉塵がコア表面に付着したまま、シート状材料を巻き取ると、粉塵がシート状材料に付着したり、凹凸が転写したりして表面品位を損なうため好ましくない。外被層に帯電防止性を付与させる具体的手段としては、樹脂材料中に銀系やニッケル系、銅系等の金属や炭素系のフィラーやウィスカー等を付加することにより得られる。
【００３０】
本発明の巻き取りコアの用途は、特に限定されるものではなく、例えば製膜された長尺フィルム製品や、製紙された長尺紙製品の工程間の搬送や保管、織物の搬送や保管の用途に適用でき、特に従来のコアで巻き取った際に皺が発生しやすい膜厚２０μｍ以下のシート状材料を巻き取るコアとして用いることができる。
【００３１】
【実施例】
〈実施例１〉
図１および図２の巻き取りコア１において、強化繊維として引張弾性率が約４３６ＧＰａ、密度が約１．８４ｇ／ｃｍ^３の炭素繊維を使用し、マトリックス樹脂としてガラス転移温度約１８０℃、比重が約１．１６ｇ／ｍｌのエポキシ樹脂を使用して、フィラメントワインディング法により、外径が１２０ｍｍ、内径が１００ｍｍ、厚みが１０ｍｍの円筒形状の本体筒４を製作した。その際、上記フィラメントワインディングは、外径１００ｍｍのマンドレルにマトリックス樹脂を含浸した炭素繊維を、マンドレルに対して±１０°及び±４５°の巻き付け角度のヘリカル巻と、約９０°の巻き付け角度のフープ巻とで巻き付け、さらにこれら両層を適当な比率で配合して複数層、積層、加熱硬化、脱型することにより得た。この場合の炭素繊維の含有率は約６５重量％である。
【００３２】
次に、本体筒４の外周表面全体を円筒研磨機にて加工し、表面凹凸の除去及び外径を調整した。その後カーボンブラックを添加することによって導電性を高めた硬化時比重約１．３ｇ／ｍｌのセラミック系無機塗料を約４０μｍの膜厚で塗装して内側外被層５ｂを形成した。硬化後の内側外被層５ｂの体積固有抵抗をＪＩＳＫ６９１１に準拠し、試験片を用いて絶縁抵抗計で測定したところ、１０^４Ω・ｃｍであった。最後に硬化時比重約１．２ｇ／ｍｌのシリコン系ハードコート塗料を約５μｍの膜厚で塗装して、最表層５ａを得た。
【００３３】
上記工程を経て製造した繊維強化プラスチック製巻き取りコアに対し、周方向の圧縮弾性率と円筒軸方向の曲げ弾性率を、ＪＩＳＫ７０７６及びＪＩＳＫ７０７４に準拠し、実施例と同様の積層構成及び塗装を施した試験片を用いて３点曲げ試験法により、測定したところ、周方向の圧縮弾性率Ｅθが１１６ＧＰａ、円筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌが７８ＧＰａであった。また、Ｅθと円筒肉厚ｔとの積Ｅθ・ｔが、１．１６ＧＰａ・ｍ、ＥθとＥ_Ｌとの比Ｅθ／Ｅ_Ｌが、１．４９であった。そして、上記コアを用いてポリエステルフィルムを、引張応力５ＭＰａの条件で巻き取り、その結果を表１に示した（詳細後述）。また、最表層の表面粗さを、触針式表面粗さ測定器で測定したところ、０．０３μｍＲａであり、最表層のひっかき硬度は鉛筆硬度４Ｈであった。また、最表層の表面抵抗は１０^７Ω／ｓｑであった。
【００３４】
〈実施例２〉
フィラメントワインディング法によって円筒状体の本体筒４を得る際に、マトリックス樹脂を含浸した炭素繊維の±１０°及び±４５°のヘリカル層と約９０°のフープ層との配合比率が異なる他は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック製巻き取りコアを得た。その巻き取りコアの寸法、製作条件を表１に示す。実施例２は、円筒状体の周方向の圧縮弾性率Ｅθが１０５ＧＰａ、円筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌが２８ＧＰａであり、Ｅθと円筒肉厚ｔとの積Ｅθ・ｔが、１．０５ＧＰａ・ｍ、ＥθとＥ_Ｌとの比Ｅθ／Ｅ_Ｌが、３．７５であった。最表層の表面粗さは０．０３μｍＲａであり、最表層のひっかき硬度は鉛筆硬度４Ｈであった。また、最表層の表面抵抗は１０^７Ω／ｓｑであった。
【００３５】
〈実施例３〉
フィラメントワインディング法によって円筒状体の本体筒４を得る際に、マトリックス樹脂を含浸した炭素繊維の±１０°及び±４５°のヘリカル層と約９０°フープ層との配合比率が異なる他は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック製巻き取りコアを得た。その巻き取りコアの寸法、製作条件を表１に示す。実施例３は、円筒状体の周方向の圧縮弾性率Ｅθが８４ＧＰａ、円筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌが８１ＧＰａであり、Ｅθと円筒肉厚ｔとの積Ｅθ・ｔが、０．８４ＧＰａ・ｍ、ＥθとＥ_Ｌとの比Ｅθ／Ｅ_Ｌが、１．０４であった。最表層の表面粗さは０．０３μｍＲａであり、最表層のひっかき硬度は鉛筆硬度４Ｈであった。また、最表層の表面抵抗は１０^７Ω／ｓｑであった。
【００３６】
〈比較例１〉
フィラメントワインディング法によって円筒状体の本体筒４を得る際に使用するマトリックス樹脂として、ガラス転移温度約１００℃、比重が約１．１４ｇ／ｍｌのエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維の±１０°及び±４５°のヘリカル層と約９０°のフープ層との配合比率が異なる他は、実施例１と同様にして繊維強化プラスチック製巻き取りコアを得た。その巻き取りコアの寸法、製作条件を表１に示す。比較例１は、円筒状体の周方向の圧縮弾性率Ｅθが３２ＧＰａ、円筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌが１５９ＧＰａであり、Ｅθと円筒肉厚ｔとの積Ｅθ・ｔが、０．３２ＧＰａ・ｍ、ＥθとＥ_Ｌとの比Ｅθ／Ｅ_Ｌが、０．２０であった。最表層の表面粗さは０．０３μｍＲａであり、最表層のひっかき硬度は鉛筆硬度４Ｈであった。また、最表層の表面抵抗は１０^７Ω／ｓｑであった。
【００３７】
〈比較例２〉
フィラメントワインディング法によって円筒状体の本体筒４を得る際に使用する強化繊維として、引張弾性率が約７３ＧＰａ、密度が約２．５４ｇ／ｃｍ^３のガラス繊維を使用した他は、実施例１と同様にして、円筒状体の本体筒４を得た。ガラス繊維の含有率は約７２重量％である。次に、本体筒の外周表面全体を円筒研磨機にて加工し、表面凹凸の除去及び外径を調整した。その後カーボンブラックを添加することなく硬化時比重約１．３ｇ／ｍｌのセラミック系無機塗料を約４０μｍの膜厚で塗装して内側外被層５ｂを得た。硬化後の内側外被層５ｂの体積固有抵抗は１０^１２Ω・ｃｍであった。最後に硬化時比重約１．２ｇ／ｍｌのシリコン系ハードコート塗料を約５μｍの膜厚で塗装して最表層５ａを得た。上記工程を経て繊維強化プラスチック製巻き取りコアを製作した。その巻き取りコアの寸法、製作条件を表１に示す。比較例２は、円筒状体の周方向の圧縮弾性率Ｅθが２６ＧＰａ、円筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌが２２ＧＰａであり、Ｅθと円筒肉厚ｔとの積Ｅθ・ｔが、０．２６ＧＰａ・ｍ、ＥθとＥ_Ｌとの比Ｅθ／Ｅ_Ｌが、１．１８であった。最表層の表面粗さは０．０３μｍＲａであり、最表層のひっかき硬度は鉛筆硬度４Ｈであった。また、最表層の表面抵抗は１０^１２Ω／ｓｑであった。
【００３８】
〈比較例３〉
フィラメントワインディング法によって円筒状体の本体筒４を得る際に使用する強化繊維として、引張弾性率が約７３ＧＰａ、密度が約２．５４ｇ／ｃｍ^２のガラス繊維を使用し、マトリックス樹脂としてガラス転移温度約１００℃、比重が約１．１４ｇ／ｍｌのエポキシ樹脂を使用した他は、実施例１と同様にして、円筒状体の本体筒４を得た。ガラス繊維の含有率は約７２重量％である。次に、本体筒の外周表面全体を円筒研磨機にて加工し、表面凹凸の除去及び外径を調整した。その後カーボンブラックを添加することなく硬化時比重約１．３ｇ／ｍｌのセラミック系無機塗料を約４０μｍの膜厚で塗装して最表層５ａを得た。上記工程を経て繊維強化プラスチック製巻き取りコアを製作した。その巻き取りコアの寸法、製作条件を表１に示す。比較例３は、円筒状体の周方向の圧縮弾性率Ｅθが２６ＧＰａ、円筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌが２２ＧＰａであり、Ｅθと円筒肉厚ｔとの積Ｅθ・ｔが、０．２６ＧＰａ・ｍ、ＥθとＥ_Ｌとの比Ｅθ／Ｅ_Ｌが、１．１８であった。最表層の表面粗さは０．１５μｍＲａであり、最表層のひっかき硬度は鉛筆硬度Ｈであった。また、最表層の表面抵抗は１０^１２Ω／ｓｑであった。
【００３９】
以上の実施例と比較例の結果を纏めたのが、次の表１であり、巻き取りコアの巻き締り量、自重撓み、巻き取ったシート状材料の皺発生状態等の測定方法とともに各例の効果について解説する。
【００４０】
【表１】

【００４１】
実施例１、２、３と比較例１、２、３の円筒状体からなる巻き取りコアの周方向の圧縮剛性を評価するために、円筒状巻き取りコアの両端をコア内側にてチャック支持した上で回転駆動させ、巻き取りコアの外周面上に、厚み１０μｍ、幅９８０ｍｍのポリエステルフィルムを引張応力５ＭＰａで重量１２０ｋｇ分を巻きつけた。その後フィルムを巻き取ったコアをチャックからはずし、９９０ｍｍのスパンにて両端を自由支持した。その際の円筒軸中心位置での円筒断面の巻き締り量を、コア両端を支持したまま室温２５℃の雰囲気中でコア内径の変化をダイヤルゲージで測定して、表１の結果を得た。実施例１、２、３の巻き締り量は、比較例１、２、３のそれと比べて極めて小さく、高い圧縮剛性が得られていることがわかる。
【００４２】
次に実施例１、２、３と比較例１、２、３の円筒状体からなる巻き取りコアの円筒軸方向の曲げ剛性を評価するために、フィルムを巻き取らずにコアを９９０ｍｍのスパンにて両端を自由支持し、外径１４０ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、重量約１２０ｋｇの鉄製重りを、幅９８０ｍｍのベルトで吊るした。その際の円筒軸中心位置での撓み量をダイヤルゲージで、コア両端を支持したまま２５℃の雰囲気中で測定して、表１の結果を得た。実施例１、２、３及び比較例１の撓み量は、比較例２、３のそれと比べて極めて小さく、高い曲げ剛性が得られていることがわかる。
【００４３】
また、この状態で巻き取られたフィルムの皺の発生状態を評価するために、円筒状巻き取りコアの両端をコア内側にてチャック支持した上で回転駆動させ、巻き取りコアの外周面上に、厚み１０μｍ、幅９８０ｍｍのポリエステルフィルムを引張応力５ＭＰａで重量１２０ｋｇ分を巻きつけた。その後チャック支持したまま２５℃の雰囲気中で２４時間放置した後、フィルムを巻き剥がした。その際のフィルムの皺の発生状態を目視で確認して、表１の結果を得た。実施例１、２、３の巻き取りコア上のフィルムでは皺の発生はなく、製品として使用する際に支障はない。対して比較例１、２、３の巻き取りコア上のフィルムでは皺が発生しており、製品として使用する際に支障がある。
【００４４】
さらに、巻き取りコアの耐熱性を評価するために、円筒状巻き取りコアの両端をコア内側にてチャック支持した上で回転駆動させ、巻き取りコアの外周面上に、厚み１０μｍ、幅９８０ｍｍのポリエステルフィルムを引張張力５ＭＰａで重量１２０ｋｇ分を巻きつけた。その後フィルムを巻き取ったコアをチャックからはずし、９９０ｍｍのスパンにて両端を自由支持し、１１０℃の雰囲気中で２４時間加熱放置した。その後２５℃の雰囲気中で十分に自然冷却した後、フィルムを巻き剥がした。その際のフィルムの皺の発生状態を目視で確認して、表１の結果を得た。実施例１、２、３の巻き取りコア上のフィルムでは加熱処理を施さなかった場合と変わらず皺の発生はなく、製品として使用する際に支障はない。対して比較例１、２、３の巻き取りコア上のフィルムでは皺が発生しており、製品として使用する際に支障がある。
【００４５】
また、加熱処理してフィルムを引き剥がした後のコア表面の状態を目視にて確認した結果、実施例１、２、３、比較例１、２について、傷及び圧痕は見られなかったが、比較例３では圧痕が見られた。
【００４６】
上記表１から、筒状体からなる繊維強化プラスチック製巻き取りコアにおいて、巻き取ったシート状材料の皺を防止するためには、周方向の圧縮弾性率Ｅθが８０ＧＰａ以上で、筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌが２０ＧＰａ以上であり、かつ使用する強化繊維が引張弾性率２８０ＧＰａ以上の炭素繊維であると、本発明の巻き取りコアは、巻き締り量と自重撓みとが低減され、巻き取ったシート状材料の皺防止が達成できることが分かる。この場合、実施例１と比較例２の結果から、さらに炭素繊維の含有率が４０〜８０重量％の範囲内であり、かつ周方向の圧縮弾性率Ｅθと円筒肉厚ｔとの積Ｅθ・ｔが、０．８〜３．０ＧＰａ・ｍの範囲内で、周方向の圧縮弾性率Ｅθと円筒軸方向の曲げ弾性率Ｅ_Ｌとの比Ｅθ／Ｅ_Ｌが、１．０〜４．０の範囲内であると、軽量性を保持したまま、周方向の圧縮剛性と筒軸方向の曲げ剛性とが同時に優れるので、軽量なコアによってシート状材料の皺が防止できる点がより一層良くなることが分かった。またさらに、巻き取ったシート状の材料を加熱処理する際には、繊維強化プラスチックを構成するマトリックス樹脂のガラス転移温度が１２０℃以上であると好ましいことがわかった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の巻取りコアによれば、本体筒が繊維強化プラスチック製であり、しかも周方向の圧縮剛性と筒軸方向の曲げ剛性とに優れるので、軽量性を保持したままで、巻き締りによるコア変形やコア両端を支持した際のコアの自重撓みを防止することができ、よって巻き取ったシート状材料の皺を防止することができる。また、繊維強化プラスチック製本体筒４の表面に樹脂材料からなる外被層５を配置した場合には、コア表面の硬度及び帯電防止性に優れた巻き取りコアを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る巻き取りコアの一実施例の斜視図である。
【図２】図１の巻き取りコアの肉厚部分断面の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１：巻き取りコア
２：シート状材料
３：ジャーナル
４：本体筒
５：外被層
５ａ：最表層
５ｂ：内側外被層
６：強化繊維
７：マトリックス樹脂
８：繊維強化プラスチック積層体
Ｅθ：円筒周方向の圧縮弾性率
Ｅ_Ｌ：円筒軸方向の曲げ弾性率
ｔ：肉厚[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a winding core for winding a sheet-like material such as a film, paper, or woven fabric, and more particularly to a winding core for winding a thin film.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a winding core for winding a sheet-like material such as film, paper, or fabric, a matrix is formed of an unsaturated polyester resin or an epoxy resin that can be cured at a low temperature in a relatively short time to a reinforcing fiber mainly made of glass fiber. A winding core made of fiber reinforced plastic impregnated as a resin has been used. Such a winding core has been widely used for winding a general film, paper, or fabric because it is lighter than a metal core such as iron or aluminum and has an appropriate rigidity.
[0003]
However, some recent new films are very thin with a thickness of about a few microns. When an ultra-thin film is wound on a conventional winding core, the core of the film is tightened. The film wrinkles due to deformation or deformation of the core when supporting both ends of the core occurs, and the wrinkled portion cannot be used as a product, resulting in a problem that a lot of product loss occurs.
[0004]
In addition, there are many uses that require high-temperature heat treatment in the film post-treatment process, and when such heat treatment is performed while being wound around a conventional core, the core deforms and wrinkles occur in the product. The yield was reduced. In addition, if the hardness of the core surface is not enough, the core surface is easily scratched, and if the film is wound with the scratch being wound, the scratch is transferred to the film, resulting in a problem that the yield of the product is lowered. .
[0005]
Furthermore, if the surface resistance of the core surface is large, the surrounding dust is attracted to the core surface by static electricity charged on the core surface, and when the film is wound up as it is, the dust is transferred to the film, resulting in a lot of product loss. There was also a problem that occurred.
[0006]
The above-mentioned problems such as deformation of the core and the occurrence of deflection of the self-weight are due to the fact that the compressive rigidity in the circumferential direction of the core with respect to the film tightening force is insufficient, This is probably due to the insufficient bending rigidity in the direction.
[0007]
In order to eliminate the problem of wrinkling of the sheet-like material wound up by the conventional core, for example, Patent Document 1 discloses a “reinforced plastic core formed by winding a prepreg fiber, A base material layer formed by winding a prepreg cloth on gold, and a fiber is wound around the surface of the base material layer in a state inclined at a predetermined angle with respect to the axial direction of the core metal. A first winding layer formed by winding the fiber around the surface of the first winding layer at an angle different from the angle, and the second winding layer. And a conductive layer formed by coating a resin mixed with a conductive material on the surface side of the base material layer, the first winding layer, A reinforced plastic core characterized in that the two winding layers and the conductive layer are hardened with a resin '' has been proposed, but it prevents the deformation of the core by tightening the sheet-like material and prevents the core from being bent by its own weight. This is insufficient in terms of prevention, and the above problems have not been solved.
[0008]
[Patent Document 1] Japanese Patent Publication No. 3-8938 (Claim 1, FIGS. 1 and 2)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the disadvantages of the conventional technology, the present invention is excellent in the circumferential compression rigidity and the bending rigidity in the cylinder axis direction while maintaining the lightness of the core itself in the winding core of the sheet-like material such as a film. In addition, an object of the present invention is to provide a winding core having excellent surface hardness and conductivity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, the winding core made of fiber-reinforced plastic whose outer shape of the present invention is a cylindrical body has a circumferential compression elastic modulus Eθ of 80 GPa or more and a bending elastic modulus E in the cylindrical axis direction. _L Is 20 GPa or more. In the winding core, the content of carbon fibers having a tensile modulus of 280 GPa or more is in the range of 40 to 80% by weight with respect to the weight of the winding core, and the matrix resin has a glass transition temperature thereof. Is 120 ° C. or higher.
[0011]
Further, the product Eθ · t of the circumferential compressive elastic modulus Eθ and the cylindrical wall thickness t is in the range of 0.8 to 3.0 GPa · m, and further the compressive modulus Eθ in the circumferential direction And bending elastic modulus E in the cylinder axis direction _L Ratio Eθ / E _L Is in the range of 1.0 to 4.0.
[0012]
Further, in addition to the configuration, the outer peripheral surface is provided with an outer layer in the range of 1 to 3 layers, and the surface of the outermost layer satisfies any of the following conditions [A] and [B]. It is characterized by doing.
[0013]
[A] The surface roughness is 0.2 μmRa or less.
[0014]
[B] The scratch hardness is a pencil hardness of 4H or more.
[0015]
Furthermore, the surface of the outermost layer satisfies the following conditions [C] and [D] simultaneously.
[0016]
[C] The material is resin.
[0017]
[D] Surface resistance is 10 ⁹ Must be Ω / sq or less.
[0018]
The winding core made of fiber reinforced plastic is characterized by winding a thin film having a thickness of 20 μm or less.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings of one embodiment.
[0020]
FIG. 1 is a perspective view showing a state where a sheet-like material 2 is being wound up by the winding core 1 of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged perspective view of a thick partial cross section of the winding core 1 of FIG. .
[0021]
In FIG. 1, a winding core 1 is a cylindrical body made of fiber reinforced plastic whose outer shape is cylindrical, and the cross section in the thickness t direction is impregnated with reinforcing resin 6 and matrix resin 7 as shown in FIG. The main body cylinder 4 in which a plurality of fiber reinforced plastic layers 8 are laminated and the outer cover layer 5 covered on the outer side of the main body cylinder.
[0022]
The main body cylinder 4 is for ensuring high rigidity while maintaining the lightness of the core. As the reinforcing fiber 6, carbon fiber, glass fiber, organic high-modulus fiber (for example, DuPont, USA) High-strength, high-elasticity fibers such as polyaramid fibers (“Kevlar”), alumina fibers, silicon carbide fibers, boron fibers and the like are preferable. Also, synthetic fibers such as polyamide fiber, polyester fiber, acrylic fiber, polyolefin fiber, vinylon fiber, and organic natural fiber can be used, and each reinforcing fiber may be used alone or in combination. Moreover, the fiber form can use the thing of a continuous fiber or a discontinuous fiber, and you may combine both. As a concrete reinforcing fiber, in order to ensure high rigidity while maintaining light weight, it is preferable to use carbon fiber having a high specific elastic modulus, which is a ratio of elastic modulus and density, and having a tensile elastic modulus. It is preferable that carbon fiber of 280 GPa or more is contained in the range of 40 to 80% by weight with respect to the entire main body cylinder 4. When a reinforcing fiber having a tensile modulus of less than 280 GPa is used, it is impossible to ensure high rigidity necessary for preventing wrinkling of the wound sheet-like material while maintaining lightness. Even when carbon fibers having a desired elastic modulus are used, if the content is less than 40%, high rigidity cannot be secured while maintaining the lightness as described above. On the other hand, when the content exceeds 80%, it is difficult to uniformly impregnate the reinforcing fibers with the matrix resin, which may cause quality problems such as insufficient strength of the core after molding and poor appearance. There is.
[0023]
As the matrix resin 7, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, an unsaturated polyester resin, and a vinyl ester resin can be used, but a glass transition temperature of 120 ° C. or higher can be obtained with relatively high heat resistance. Is preferred. The reason is that in the manufacturing process of the winding core of the present invention, a post-process may be added in which the sheet-like material is heat-treated in an atmosphere at around 100 ° C. while the sheet-like material is wound around the core. This is because if the glass transition temperature of the resin is less than 120 ° C., the rigidity of the core is lowered during the heat treatment, the core is easily deformed by the tightening force and its own weight, and wrinkles are generated in the sheet-like material. In the present embodiment, the reinforcing fiber 6 and the matrix resin 7 are illustrated as being separated and laminated as separate layers for convenience of explanation, but in actuality, they are united to form a single layer. A plurality of layers are laminated to constitute the main body cylinder 4.
[0024]
The jacket layer 5 is a portion that directly contacts the sheet-like material 2 such as a film or paper, but is not essential, but in the present embodiment, it is composed of the outermost layer 5a and the inner jacket tube 5b, and is sufficient for the winding core. The surface smoothness and surface hardness are ensured, and the wound sheet-like material 2 has a function of maintaining the surface smoothness. Examples of the outer cover layer 5a include an aluminum base tube, a tube obtained by plating, vapor deposition, ion plating, or the like, or a ceramic material such as alumina or titanium coated or thermally sprayed. Among them, a resin material such as paint or film coating is preferable in order to maintain light weight and reduce the surface roughness. Examples of such resin materials include acrylic, acrylic urethane, polyester, unsaturated polyester, polyolefin, polyamide, enamel, epoxy, melamine, silicon, lacquer, fluorine, and inorganic. it can. These coating layer materials may be used alone or in combination in the same layer, or different layers formed from the above materials may be appropriately laminated within a range of 1 to 3 layers.
[0025]
By the way, the winding core 1 of the present invention prevents wrinkling when the sheet-like material 2 is wound, and also provides high rigidity with an appropriate balance in both the circumferential direction and the cylinder axis direction. Compression elastic modulus Eθ in the direction of 80 GPa or more and bending elastic modulus E in the cylinder axis direction _L Is 20 GPa or more. If Eθ is less than 80 GPa, the circumferential compressive rigidity is insufficient, and the cylindrical cross section of the core is greatly deformed by winding the sheet material when the sheet material is wound. In this case, wrinkles are generated in the axial direction of the wound sheet-like material, resulting in a product loss. E _L Is less than 20 GPa, the bending rigidity in the cylinder axis direction is insufficient, and when the sheet-like material is wound, the core is greatly bent along the cylinder axis direction by the weight of the core and the sheet-like material. Also in this case, wrinkles are generated in the circumferential direction of the wound sheet-like material, and product loss occurs, which is not preferable. Here, the compressive elastic modulus Eθ in the circumferential direction and the bending elastic modulus E in the axial direction _L Is the elastic modulus of the composite composed of the main body cylinder 4 and the jacket layer 5 made of fiber reinforced plastic, and the compressive modulus Eθ in the circumferential direction and the compressive modulus E in the axial direction within the above range. _L As specific means for realizing the above, the material of the reinforcing fiber, the tensile modulus, the fineness, and the like are appropriately selected, and the number of layers of the fiber reinforced plastic laminate 8, the winding angle, the fiber content, and the configuration of the jacket layer Obtained by devising. Specifically, in order to achieve the compressive modulus in the circumferential direction in the above range, it is possible by laminating a layer of high-modulus reinforcing fibers oriented in the circumferential direction at a predetermined content or more, The axial direction can be achieved by laminating a layer of high-modulus reinforcing fibers that are oriented parallel to the cylindrical axis direction or helically oriented at a predetermined content or more.
[0026]
In order to further prevent wrinkling of the wound sheet-like material 2, the product Eθ · t of the circumferential compression elastic modulus Eθ and the tube thickness t is 0.8 to 3.0 GPa · m. It is preferable to be within the range. When Eθ · t is less than 0.8 GPa · m, since the compression rigidity in the circumferential direction is insufficient, the core is deformed by winding of the wound sheet-like material, and wrinkles are generated in the sheet-like material. It is not preferable. When Eθ · t exceeds 3.0 GPa · m, it is necessary to use an ultra-high elastic core material or to increase the thickness of the core. Furthermore, the compression elastic modulus Eθ in the circumferential direction and the bending elastic modulus E in the cylinder axis direction _L Ratio Eθ / E _L Is preferably in the range of 1.0 to 4.0. Eθ / E _L However, when it is outside the range of 1.0 to 4.0, the compression rigidity in the circumferential direction and the bending rigidity in the cylinder axis direction cannot be configured in a balanced manner. And / or circumferential wrinkles are not preferable.
[0027]
The basic configuration of the winding core 1 of the present invention has been described above, but various embodiments described below can be made in relation to the application device of the winding core of the present invention.
[0028]
First, the outer shape of the core 1 itself is shown as a cylindrical shape in the figure, but is not limited to this, and may be a square tube shape such as a quadrangle, five, or a hexagon. Further, the outer diameter of the core shown in the figure is uniform in the axial direction, but a crown of about 0.3 to 1.0 mm or a reverse crown may be applied. Also, with respect to the fixing method of the core, processing such as a key groove or a hole may be performed on both ends or one end in order to fix or drive the core. Further, as shown in FIG. 1, a journal 3 made of an appropriate material may be coupled to both ends or one end. As a coupling method in this case, a known method such as adhesion, cold fitting, shrink fitting, press fitting, screwing, pinning, or the like can be used.
[0029]
In order to obtain excellent surface smoothness in the winding core having excellent rigidity while maintaining the lightness, the jacket layer 5 has two layers in the figure. It is preferable to do this. Moreover, in order to ensure the surface quality of the wound sheet-like material 2, the surface roughness of the outermost layer 5a of the core is preferably 0.2 μmRa or less. This is because when the thickness exceeds 0.2 μmRa, fine irregularities on the core surface are transferred to the surface of the wound sheet-like material, and the smoothness of the surface of the sheet-like material tends to be impaired. Here, the definition of the surface roughness of the core outermost layer 5a conforms to JIS B 0601, and the measurement method conforms to JIS B 0651 or JIS B 0652. Furthermore, the scratch hardness of the outermost core layer 5a is preferably a pencil hardness of 4H or more. This is effective for preventing scratches, scratches and indentations on the core surface. If the scratch hardness of the core surface is less than 4H, the core surface will be scratched if the core comes into contact with a hard metal such as a sharp metal, or if metal powder is used while attached to the core. Because it occurs. If the sheet material is wound with the core surface scratched, the unevenness of the scratches is transferred to the surface of the sheet material, resulting in loss of the surface smoothness of the sheet material and resulting in product loss. It is not preferable. Here, the definition and measuring method of the scratch hardness of the core outermost layer are based on JIS K 5600-5-4.
Further, the core material is preferably an antistatic body, and for this purpose, the surface resistance of the outermost layer 5a of the jacket layer is 10 ⁹ It is preferable that it is below Ω / sq. The surface resistance of the outermost layer is 10 ⁹ If it exceeds Ω / sq, static electricity is likely to be charged on the core surface, and dust in the atmosphere tends to adhere. If the sheet-like material is wound while the dust is attached to the core surface, the dust adheres to the sheet-like material or the unevenness is transferred to impair the surface quality. Specific means for imparting antistatic properties to the jacket layer can be obtained by adding a silver-based, nickel-based, copper-based metal, carbon-based filler, whisker, or the like to the resin material.
[0030]
The use of the winding core of the present invention is not particularly limited. For example, a long film product formed into a film, a conveyance and storage between processes of a long paper product formed into a paper, a conveyance and storage of a fabric. It can be applied to applications, and can be used as a core for winding a sheet-like material having a film thickness of 20 μm or less, which is particularly susceptible to wrinkling when wound with a conventional core.
[0031]
【Example】
<Example 1>
In the winding core 1 shown in FIGS. 1 and 2, the tensile elastic modulus is about 436 GPa and the density is about 1.84 g / cm as the reinforcing fiber. ³ Carbon fiber, an epoxy resin having a glass transition temperature of about 180 ° C. and a specific gravity of about 1.16 g / ml as a matrix resin, and an outer diameter of 120 mm, an inner diameter of 100 mm, and a thickness of 10 mm by a filament winding method. A cylindrical main body cylinder 4 was manufactured. At that time, the filament winding is performed by using a carbon fiber in which a mandrel having an outer diameter of 100 mm is impregnated with a matrix resin, a helical winding having a winding angle of ± 10 ° and ± 45 ° with respect to the mandrel, and a hoop having a winding angle of approximately 90 °. It was obtained by winding with a roll and further blending these layers in an appropriate ratio to form a plurality of layers, lamination, heat curing, and demolding. In this case, the carbon fiber content is about 65% by weight.
[0032]
Next, the entire outer peripheral surface of the main body cylinder 4 was processed with a cylindrical grinder to remove surface irregularities and adjust the outer diameter. Thereafter, a ceramic inorganic coating having a specific gravity of about 1.3 g / ml at the time of curing, which was improved in conductivity by adding carbon black, was applied in a film thickness of about 40 μm to form the inner covering layer 5b. When the volume resistivity of the inner covering layer 5b after curing was measured with an insulation resistance meter using a test piece in accordance with JIS K 6911, 10 ⁴ It was Ω · cm. Finally, a silicon-based hard coat paint having a specific gravity of about 1.2 g / ml at the time of curing was applied with a film thickness of about 5 μm to obtain the outermost layer 5a.
[0033]
Laminated configuration similar to the example in accordance with JIS K7076 and JIS K7074 for the compression elastic modulus in the circumferential direction and the bending elastic modulus in the cylindrical axis direction for the fiber-reinforced plastic winding core manufactured through the above steps. And a coated test piece measured by a three-point bending test method, the compression elastic modulus Eθ in the circumferential direction was 116 GPa, and the bending elastic modulus E in the cylindrical axis direction. _L Was 78 GPa. The product Eθ · t of Eθ and the cylindrical wall thickness t is 1.16 GPa · m, Eθ and E _L Ratio Eθ / E _L Was 1.49. And the polyester film was wound up on the conditions of 5 MPa of tensile stress using the said core, and the result was shown in Table 1 (detailed later). Moreover, when the surface roughness of the outermost layer was measured with a stylus type surface roughness measuring instrument, it was 0.03 μm Ra, and the scratch hardness of the outermost layer was a pencil hardness of 4H. The surface resistance of the outermost layer is 10 ⁷ It was Ω / sq.
[0034]
<Example 2>
When the cylindrical body cylinder 4 is obtained by the filament winding method, the carbon fiber impregnated matrix resin is different in the blending ratio of the ± 10 ° and ± 45 ° helical layers and the about 90 ° hoop layer, A fiber-reinforced plastic winding core was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the dimensions and manufacturing conditions of the winding core. In Example 2, the compression elastic modulus Eθ in the circumferential direction of the cylindrical body is 105 GPa, and the bending elastic modulus E in the cylindrical axis direction. _L Is 28 GPa, and the product Eθ · t of Eθ and the cylindrical wall thickness t is 1.05 GPa · m, Eθ and E _L Ratio Eθ / E _L Was 3.75. The surface roughness of the outermost layer was 0.03 μmRa, and the scratch hardness of the outermost layer was a pencil hardness of 4H. The surface resistance of the outermost layer is 10 ⁷ It was Ω / sq.
[0035]
<Example 3>
When the cylindrical body 4 is obtained by the filament winding method, the carbon fiber impregnated with the matrix resin is different in the blending ratio of the ± 10 ° and ± 45 ° helical layers and the about 90 ° hoop layer. A fiber-reinforced plastic winding core was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the dimensions and manufacturing conditions of the winding core. In Example 3, the compressive modulus Eθ in the circumferential direction of the cylindrical body is 84 GPa, and the flexural modulus E in the cylindrical axis direction. _L Is 81 GPa, and the product Eθ · t of Eθ and the cylindrical wall thickness t is 0.84 GPa · m, Eθ and E _L Ratio Eθ / E _L Was 1.04. The surface roughness of the outermost layer was 0.03 μmRa, and the scratch hardness of the outermost layer was a pencil hardness of 4H. The surface resistance of the outermost layer is 10 ⁷ It was Ω / sq.
[0036]
<Comparative example 1>
The matrix resin used when obtaining the cylindrical body cylinder 4 by the filament winding method is ± 10 ° and ± 10 ° C. of carbon fiber impregnated with an epoxy resin having a glass transition temperature of about 100 ° C. and a specific gravity of about 1.14 g / ml. A fiber-reinforced plastic winding core was obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio of the 45 ° helical layer and the 90 ° hoop layer was different. Table 1 shows the dimensions and manufacturing conditions of the winding core. In Comparative Example 1, the cylindrical body has a compression elastic modulus Eθ in the circumferential direction of 32 GPa and a bending elastic modulus E in the cylindrical axis direction. _L Is 159 GPa, and the product Eθ · t of Eθ and the cylindrical wall thickness t is 0.32 GPa · m, Eθ and E _L Ratio Eθ / E _L However, it was 0.20. The surface roughness of the outermost layer was 0.03 μmRa, and the scratch hardness of the outermost layer was a pencil hardness of 4H. The surface resistance of the outermost layer is 10 ⁷ It was Ω / sq.
[0037]
<Comparative example 2>
As a reinforcing fiber used when the cylindrical body 4 is obtained by the filament winding method, the tensile elastic modulus is about 73 GPa and the density is about 2.54 g / cm. ³ A cylindrical main body tube 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the glass fiber was used. The glass fiber content is about 72% by weight. Next, the entire outer peripheral surface of the main body cylinder was processed with a cylindrical grinder to remove surface irregularities and adjust the outer diameter. Thereafter, without adding carbon black, a ceramic inorganic coating having a specific gravity of about 1.3 g / ml at the time of curing was applied to a film thickness of about 40 μm to obtain an inner covering layer 5b. The volume resistivity of the inner envelope layer 5b after curing is 10 ¹² It was Ω · cm. Finally, a silicon hard coat paint having a specific gravity of about 1.2 g / ml at the time of curing was applied with a film thickness of about 5 μm to obtain the outermost layer 5a. A fiber-reinforced plastic winding core was manufactured through the above steps. Table 1 shows the dimensions and manufacturing conditions of the winding core. In Comparative Example 2, the cylindrical body has a circumferential elastic modulus Eθ of 26 GPa and a cylindrical elastic modulus E in the axial direction. _L Is 22 GPa, and the product Eθ · t of Eθ and the cylindrical wall thickness t is 0.26 GPa · m, Eθ and E _L Ratio Eθ / E _L Was 1.18. The surface roughness of the outermost layer was 0.03 μmRa, and the scratch hardness of the outermost layer was a pencil hardness of 4H. The surface resistance of the outermost layer is 10 ¹² It was Ω / sq.
[0038]
<Comparative Example 3>
As a reinforcing fiber used when the cylindrical body 4 is obtained by the filament winding method, the tensile elastic modulus is about 73 GPa and the density is about 2.54 g / cm. ² In the same manner as in Example 1, except that an epoxy resin having a glass transition temperature of about 100 ° C. and a specific gravity of about 1.14 g / ml was used as the matrix resin, Obtained. The glass fiber content is about 72% by weight. Next, the entire outer peripheral surface of the main body cylinder was processed with a cylindrical grinder to remove surface irregularities and adjust the outer diameter. Thereafter, without adding carbon black, a ceramic inorganic coating having a specific gravity of about 1.3 g / ml at the time of curing was applied to a film thickness of about 40 μm to obtain the outermost layer 5a. A fiber-reinforced plastic winding core was manufactured through the above steps. Table 1 shows the dimensions and manufacturing conditions of the winding core. Comparative Example 3 has a cylindrical elastic modulus Eθ of 26 GPa in the circumferential direction and a bending elastic modulus E in the cylindrical axis direction. _L Is 22 GPa, and the product Eθ · t of Eθ and the cylindrical wall thickness t is 0.26 GPa · m, Eθ and E _L Ratio Eθ / E _L Was 1.18. The surface roughness of the outermost layer was 0.15 μmRa, and the scratch hardness of the outermost layer was a pencil hardness H. The surface resistance of the outermost layer is 10 ¹² It was Ω / sq.
[0039]
The results of the above examples and comparative examples are summarized in Table 1 below, together with measuring methods such as the amount of tightening of the winding core, self-weight deflection, and the state of wrinkling of the wound sheet-like material. Explain the effect of.
[0040]
[Table 1]

[0041]
In order to evaluate the compressive rigidity in the circumferential direction of the winding core composed of the cylindrical body of Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1, 2, and 3, both ends of the cylindrical winding core are chucked inside the core. The polyester film having a thickness of 10 μm and a width of 980 mm was wound on the outer peripheral surface of the winding core with a tensile stress of 5 MPa and a weight of 120 kg. Thereafter, the core on which the film was wound was removed from the chuck, and both ends were freely supported by a span of 990 mm. The amount of tightening of the cylindrical cross section at the center position of the cylindrical axis at that time was measured with a dial gauge in the atmosphere at room temperature of 25 ° C. while supporting both ends of the core, and the results shown in Table 1 were obtained. It can be seen that the amount of tightening in Examples 1, 2, and 3 is extremely small as compared with those in Comparative Examples 1, 2, and 3, and high compression rigidity is obtained.
[0042]
Next, in order to evaluate the bending rigidity in the cylindrical axial direction of the winding cores formed of the cylindrical bodies of Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1, 2, and 3, the core was spanned at 990 mm without winding the film. Both ends were freely supported by, and an iron weight having an outer diameter of 140 mm, a length of 1000 mm, and a weight of about 120 kg was suspended by a belt having a width of 980 mm. The amount of deflection at the center of the cylindrical axis at that time was measured with a dial gauge in an atmosphere at 25 ° C. while supporting both ends of the core, and the results shown in Table 1 were obtained. It can be seen that the bending amounts of Examples 1, 2, 3 and Comparative Example 1 are extremely small compared to those of Comparative Examples 2, 3, and high bending rigidity is obtained.
[0043]
In addition, in order to evaluate the occurrence of wrinkles on the film wound in this state, both ends of the cylindrical winding core are chuck-supported on the inner side of the core and are driven to rotate on the outer peripheral surface of the winding core. A polyester film having a thickness of 10 μm and a width of 980 mm was wound with a weight of 120 kg at a tensile stress of 5 MPa. Thereafter, the film was left for 24 hours in an atmosphere at 25 ° C. while being supported by the chuck, and then the film was peeled off. At that time, the state of occurrence of wrinkles on the film was visually confirmed, and the results shown in Table 1 were obtained. In the films on the winding cores of Examples 1, 2, and 3, no wrinkle is generated, and there is no problem when used as a product. On the other hand, wrinkles are generated in the films on the winding cores of Comparative Examples 1, 2, and 3, and there is a problem when used as a product.
[0044]
Further, in order to evaluate the heat resistance of the winding core, both ends of the cylindrical winding core are chuck-supported on the inner side of the core, and are driven to rotate. On the outer peripheral surface of the winding core, the thickness is 10 μm and the width is 980 mm. The polyester film was wound with a weight of 120 kg at a tensile tension of 5 MPa. Thereafter, the core on which the film was wound was removed from the chuck, and both ends were freely supported by a span of 990 mm, and left to stand in a 110 ° C. atmosphere for 24 hours. Thereafter, the film was naturally cooled in an atmosphere at 25 ° C., and then the film was wound off. At that time, the state of occurrence of wrinkles on the film was visually confirmed, and the results shown in Table 1 were obtained. The films on the winding cores of Examples 1, 2, and 3 do not cause wrinkles as in the case where the heat treatment is not performed, and there is no problem when used as a product. On the other hand, wrinkles are generated in the films on the winding cores of Comparative Examples 1, 2, and 3, and there is a problem when used as a product.
[0045]
In addition, as a result of visually confirming the state of the core surface after the heat treatment and peeling off the film, for Examples 1, 2, 3, and Comparative Examples 1 and 2, no scratches and indentations were seen, In Comparative Example 3, indentations were observed.
[0046]
From Table 1 above, in the fiber-reinforced plastic winding core made of a cylindrical body, in order to prevent wrinkling of the wound sheet-like material, the circumferential compression elastic modulus Eθ is 80 GPa or more, and the cylindrical axial direction Flexural modulus E _L Is 20 GPa or more and the reinforcing fiber to be used is a carbon fiber having a tensile modulus of 280 GPa or more, the winding core of the present invention has a reduced amount of tightening and self-weight deflection, and the wound sheet-like material It can be seen that prevention of wrinkles can be achieved. In this case, from the results of Example 1 and Comparative Example 2, the carbon fiber content is further in the range of 40 to 80% by weight, and the product Eθ · When t is in the range of 0.8 to 3.0 GPa · m, the compression elastic modulus Eθ in the circumferential direction and the bending elastic modulus E in the cylindrical axis direction _L Ratio Eθ / E _L However, if it is in the range of 1.0 to 4.0, the compressive rigidity in the circumferential direction and the bending rigidity in the cylinder axis direction are excellent at the same time while maintaining the light weight. It has been found that the point that can be prevented becomes even better. Furthermore, when heat-treating the wound sheet-like material, it has been found that the glass transition temperature of the matrix resin constituting the fiber-reinforced plastic is preferably 120 ° C. or higher.
[0047]
【The invention's effect】
According to the winding core of the present invention, the main body cylinder is made of fiber reinforced plastic, and is excellent in compression rigidity in the circumferential direction and bending rigidity in the cylinder axis direction. It is possible to prevent deformation and self-weight bending of the core when supporting both ends of the core, thereby preventing wrinkling of the wound sheet-like material. Further, when the outer cover layer 5 made of a resin material is disposed on the surface of the fiber reinforced plastic main body cylinder 4, it is possible to provide a take-up core having excellent core surface hardness and antistatic properties.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a winding core according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a thick partial cross section of the winding core of FIG.
[Explanation of symbols]
1: Rewind core
2: Sheet material
3: Journal
4: Body cylinder
5: Jacket layer
5a: outermost layer
5b: Inner jacket layer
6: Reinforcing fiber
7: Matrix resin
8: Fiber reinforced plastic laminate
Eθ: compression elastic modulus in the circumferential direction of the cylinder
E _L : Bending elastic modulus in the cylindrical axis direction
t: wall thickness

Claims

In a winding core made of fiber reinforced plastic, the outer shape of which is impregnated with a matrix resin in a reinforcing fiber, the circumferential compressive elastic modulus Eθ is 80 GPa or more and the bending elastic modulus E _{L in the} cylindrical axis direction is A winding core characterized by being 20 GPa or more.

The content of carbon fibers having a tensile modulus of 280 GPa or more is in the range of 40 to 80% by weight with respect to the weight of the winding core, and the matrix resin has a glass transition temperature of 120 ° C. or more. The winding core according to claim 1, wherein the winding core is a core.

The product Eθ · t of the circumferential compression elastic modulus Eθ and the cylindrical wall thickness t of the winding core is in the range of 0.8 to 3.0 GPa · m, according to claim 1 or 2. Winding core.

The ratio Eθ / E _L between the circumferential elastic modulus Eθ and the bending elastic modulus E _{L in} the cylinder axis direction is in the range of 1.0 to 4.0. The winding core according to crab.

Further, the outer peripheral surface of the core is provided with a covering layer in the range of 1 to 3 layers, and the surface of the outermost layer satisfies any of the following conditions [A] and [B]. The winding core according to any one of claims 1 to 4.
[A] The surface roughness is 0.2 μmRa or less.
[B] The scratch hardness is a pencil hardness of 4H or more.

The winding core according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface of the outermost layer further satisfies the following conditions [C] and [D].
[C] The material is resin.
[D] The surface resistance is 10 ⁹ Ω / sq or less.

The winding core according to any one of claims 1 to 6, wherein a thin film having a film thickness of 20 µm or less is wound.