JP3857844B2

JP3857844B2 - 巻芯及びその製造方法

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Publication number: JP3857844B2
Application number: JP33029199A
Authority: JP
Inventors: 崇吉田
Original assignee: 天龍工業株式会社
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2019-11-19
Also published as: JP2001145957A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂フィルム、樹脂シート、ゴムシート、紙、布等の薄い（可撓性のある）柔軟素材を巻き取るための巻芯とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
磁気記録テープ用のスリッティング前の樹脂フィルム、建材としての樹脂シート又は紙、包材としての樹脂フィルム又は紙、サイジング前の印画紙、その他の各種材料よりなる薄い柔軟素材は、巻芯に巻き取られて保管・移送等され、巻芯から巻き解かれて加工・使用等される。従って、巻芯には、▲１▼真円度、円筒度等の精度や、▲２▼曲げ強さ、ねじり強さ等の強度や、▲３▼回転性や移送性を高めるための軽量性や、▲４▼材料コスト、加工コスト、量産効率等により決まる安価性、といった性能が要求される。従来の主な巻芯は次の３種であるが、それぞれに一長一短があり、要求される全ての性能を満たしたものは見当たらない。
【０００３】
（１）紙製のいわゆる紙コア
軽量性と安価性に優れる反面、精度と強度には限界がある。また、ほとんど全数がワンウェイ使用され、一回使用された後は回収されずに廃棄されているため、近年の産業廃棄物による環境問題の一因となっている。今後は、回収システムが構築されて、ワンウェイ使用からリターナブル化が進むことが予想されるが、紙コアでは、耐久性に問題がある。
【０００４】
（２）樹脂で成形されたプラスチックコア（いわゆるプラコア）
安価性に優れる反面、軽量性と精度と強度には限界がある。また、塩化ビニル樹脂製のものが主流であり、近年のダイオキシン発生による環境問題から、減少傾向にある。
【０００５】
（３）ＦＷ（フィラメント・ワインディング）法による繊維強化樹脂製のいわゆるＦＷＰコア
ＦＷ法とは、芯金の外周に樹脂を付着させた強化繊維を巻き付け、これを硬化炉に入れて樹脂を加熱硬化させた後、芯金を引き抜くという方法である。このＦＷＰコアは精度と強度と軽量性に優れる反面、製造・加工コストがかかるため非常に高価である。
【０００６】
以上の通り、従来の巻芯にあっては、要求される全ての性能を満たしたものはなく、環境問題の点からも問題のあるものが多い。そこで、本発明の目的は、精度、強度、軽量性及び安価性をバランス良く満たすことができ、しかも、繰り返し使用に耐える耐久性を有し、環境問題に対応することができる巻芯を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る巻芯は、樹脂フィルム、樹脂シート、ゴムシート、紙又は布を巻き取るための巻芯において、前記巻芯は内径が３インチ（７６．２ｍｍ）である３インチコアないし内径が６インチ（１５２．４ｍｍ）である６インチコアであって、前記内径の真直円筒状に２〜２０回巻かれたＳＭＣ（シート・モールディング・コンパウンド）シートが型内で加圧及び加熱硬化されて形成されたものである。
【０００８】
ここで「ＳＭＣシート」とは、樹脂と強化繊維（さらに必要に応じて充填材等）とを含むコンパウンドからなる連続状シートである。樹脂は、特定の種類に限定されず、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂を例示することができる。強化繊維は、特定の種類に限定されず、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等を例示することができる。また、ＳＭＣシートは、成形収縮率の極力低いものが好ましい。ＳＭＣシートの巻き回数は、特に限定されず、２〜２０回を例示できる。
【０００９】
巻かれたＳＭＣシートの内周又は中間層に、該ＳＭＣシートより比重の小さい嵩高部材が挿入されていてもよい。嵩高部材としては、紙・樹脂・金属等よりなるハニカム構造体、発泡樹脂・発泡金属等よりなる発泡構造体、各種繊維よりなるマット体又は布等を例示できる。
【００１０】
（２）本発明に係る巻芯の製造方法は、樹脂フィルム、樹脂シート、ゴムシート、紙又は布を巻き取るための巻芯の製造方法において、前記巻芯は内径が３インチ（７６．２ｍｍ）である３インチコアないし内径が６インチ（１５２．４ｍｍ）である６インチコアであって、分割型の成形内面と芯金の成形外面との間に円筒状のキャビティを形成するように構成された成形装置を使用し、芯金にＳＭＣシートを前記内径の真直円筒状に２〜２０回巻き付ける工程と、分割型を開き、成形内面にＳＭＣシートを芯金と共にセットする工程と、分割型を締め、成形内面及び成形外面でキャビティ内のＳＭＣシートを加圧するとともに、加熱した分割型及び芯金からの熱でＳＭＣシートを加熱硬化させることにより巻芯を形成する工程と、分割型を開き、成形内面から巻芯を芯金と共に脱型する工程と、巻芯から芯金を抜脱する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
ＳＭＣシートを巻き付ける工程で、該ＳＭＣシートの内周又は中間層に該ＳＭＣシートより比重の小さい嵩高部材を挿入することもできる。嵩高部材としては、上記と同じく紙・樹脂・金属等よりなるハニカム構造体、発泡樹脂・発泡金属等よりなる発泡構造体、各種繊維よりなるマット体又は布等を例示できる。
【００１２】
分割型及び芯金の加熱は、特定の方法に限定されないが、分割型及び芯金に設けられた流路に加熱媒体を流すことにより行うことができる。加熱媒体としては、水、水蒸気、油、グリセリン等を例示することができる。
【００１３】
加圧時に、キャビティを真空引きすることが好ましい。キャビティ内に残る空気やＳＭＣシートから発生するガスを真空引きにより抜いて、円筒体の表面における気泡等の欠陥の発生を防止することができる。
【００１４】
巻芯の脱型後かつ芯金の抜脱前に、巻芯を冷却する工程を含むことが好ましい。巻芯を芯金に支えられているうちに冷却することにより、巻芯のヒケや曲がりを防止することができる。
【００１５】
巻芯の冷却は、特定の方法に限定されないが、芯金に設けられた流路に冷却媒体を流すことにより行うことができる。冷却媒体としては、水、油、グリセリン等を例示することができる。
【００１６】
芯金の抜脱前又は抜脱後に、加圧によりＳＭＣシートの一部が分割型の型割面にはみ出して生じたバリを巻芯から除去する工程を含むことが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をシート体を巻き取るための巻芯とその製造方法に具体化した実施形態例について、図面を参照して説明する。
【００１９】
図９（ａ）に示すように、本実施形態の巻芯１は所定の内径、外径及び肉厚を備えたいわゆる３インチコアであり、長さはシート体の幅に応じて適宜決定される。この巻芯１は、円筒状に巻かれたＳＭＣシートが型内で加圧及び加熱硬化されて形成されたものである。ＳＭＣシート２は、図９（ｂ）に示すように、例えば不飽和ポリエステル樹脂に配向性のランダムなチョップド・ガラス繊維２ａと充填材とが加えられたコンパウンドからなる、例えば厚さ１〜３ｍｍの連続状シートであり、使用前は図２（ａ）に示すように巻回されている。このＳＭＣシート２の成形収縮率は極めて低い。
【００２０】
図１〜図５に示すように、巻芯１の成形装置は、二分割型である下型１０及び上型２０と、芯金３０と、両型１０，２０及び芯金３０の加熱装置（図示略）と、芯金３０の冷却装置（図示略）と、真空引き装置５０と、両型１０，２０の型締装置（図示略）と、脱型装置４０とを含んでいる。
【００２１】
下型１０の上面には、短手方向の中央から両側へ順に（図１（ｂ）参照）、半円柱凹面である成形内面１１と、その両側のランド面１３と、さらに両側の嵌合凸部１４とが設けられ、さらに成形内面１１の長手方向の両端に（図１（ａ）参照）セット用凹所１２が設けられている。また、上型２０の下面には、短手方向の中央から両側へ順に（図１（ｂ）参照）、半円柱状凹面である成形内面２１と、その両側のランド面２３と、さらに両側の嵌合凹部２４とが設けられ、さらに成形内面２１の長手方向の両端に（図１（ａ）参照）セット用凹所２２が設けられている。
【００２２】
下型１０及び上型２０を型締めしたときに、両ランド面１３，２３は当接し、嵌合凸部１４の上面と嵌合凹部２４の内天面とは隙間をつくり、嵌合凸部１４の外側面と嵌合凹部２４の内側面との間は、例えば嵌合凸部１４側に（嵌合凹部２４側でもよい）設けられたシールリング１５によりシールされるようになっている。
【００２３】
芯金３０は、円柱面である成形外面３１と該面３１の両端のテーパー面３２とを有する円筒部３３と、各テーパー面３２に外嵌される支持リング３４と、該円筒部３３の両端に設けられた接続部３５とからなる。そして、下型１０及び上型２０の型締時に、成形内面１１，２１と芯金３０の成形外面３１との間に円筒状の間隙が形成されるように構成されている。
【００２４】
加熱装置は、両型１０，２０の内部に設けられた流路（図示略）と、芯金３０の円筒部３３中心の流路３６と、これらの流路に加熱媒体を流すポンプ（図示略）と、加熱媒体を加熱する加熱器（図示略）とからなる。
冷却装置は、芯金３０の円筒部３３中心の流路３６と、この流路３６に冷却媒体を流す供給部と、必要な場合に冷却媒体を冷却する冷却器（図示略）とからなる。
【００２５】
真空引き装置５０は、嵌合凸部１４の上面に開口するように下型１０（上型２０でもよい）に設けられた通気孔５１と、該通気孔５１から間隙を真空引きする真空ポンプ５２とからなる。
型締装置は、本例では下型１０を固定し、上型２０を昇降させるように構成されている。
脱型装置４０は、下型１０のセット用凹所１２の底にイジェクトピン４１を突出させるように配設されている。
【００２６】
巻芯１は、上記成形装置を使用して、次のような工程で製造される。
【００２７】
（１）加熱装置を作動させ、下型１０及び上型２０に設けられた流路に加熱媒体を流すことにより、下型１０及び上型２０を例えば１２０〜１６０℃に加熱する。
【００２８】
（２）図１に示すように、下型１０及び上型２０を開き、成形内面１１，２１に離型剤をスプレーガン等により塗布する。
【００２９】
（３）図２（ａ）に示すように、ＳＭＣシート２を巻き解き、１本の巻芯１の形成に必要な分を計量して裁断する。ＳＭＣシート２の厚さにはバラツキがあり、シート長さを計測して切断すると過不足が生じるので、シート重量を計測して切断する方が好ましい。図２（ｂ）に示すように、切断したＳＭＣシート２を芯金３０の成形外面３１に円筒状に巻き付ける。ＳＭＣシート２は、形成する巻芯１の肉厚に応じて、所定回数（例えば３〜１０回）巻き付けることになる（図１０（ａ））。
【００３０】
（４）図３に示すように、芯金３０のテーパー面３２に支持リング３４を外嵌し、該支持リング３４を下型１０のセット用凹所１２に嵌合することにより、下型１０の成形内面１１にＳＭＣシート２を芯金３０と共にセットする。また、芯金３０の接続部３５に加熱装置のプラグ３７を接続して、流路３６に加熱媒体を流すことにより、芯金３０を例えば１２０〜１６０℃に加熱する。
【００３１】
（５）図４に示すように、下型１０及び上型２０を締め、成形内面１１，２１及び成形外面３１で前記円筒状の間隙内のＳＭＣシート２を加圧するとともに、この状態を例えば５〜２０分間保持し、加熱した下型１０、上型２０及び芯金３０からの熱でＳＭＣシート２を加熱硬化させることにより巻芯１を形成する。
ＳＭＣシート２のシート表面にはもともと凹凸があるが、該シート表面は加圧力によって成形内面１１，２１及び成形外面３１に強く押し付けられて凹凸が無くなるので、巻芯１の表面は滑らかとなる。
また、下型１０及び上型２０が接近して型締めが終わる直前には、嵌合凸部１４の外側面と嵌合凹部２４の内側面との間がシールリング１５によりシールされるので、真空引き装置５０により、嵌合凸部１４の上面と嵌合凹部２４の内天面との隙間を経て、前記円筒状の間隙が真空引きされる。これにより、該間隙内に残る空気やＳＭＣシート２から発生するガスが抜かれて型締めされるので、巻芯１の表面における気泡等の欠陥の発生を防止することができる。
但し、この加圧によりＳＭＣシート２の一部が下型１０及び上型２０の型割面にはみ出してバリ３が生じることがある。
【００３２】
（６）図５に示すように、下型１０及び上型２０を開き、脱型装置４０のイジェクトピン４１を突出させて支持リング３４を押し上げることにより、成形内面１１から巻芯１を芯金３０と共に脱型する。
【００３３】
（７）図６に示すように、芯金３０の接続部３５に冷却装置のプラグ３８を接続して、流路３６に冷却媒体を流すことにより、巻芯１を室温程度にまで強制冷却する。巻芯１を芯金３０に支えられているうちに冷却することにより、巻芯１のヒケや曲がりを防止することができる。
【００３４】
（８）図７に示すように、巻芯１から芯金３０を抜脱する。
【００３５】
（９）図８（ａ）に示すように巻芯１に生じたバリ３を切削・研削・研磨等して、図８（ｂ）に示すように巻芯１から除去する。このバリ取りは、芯金３０の抜脱前に行ってもよい。
【００３６】
（１０）切断機により巻芯１を各種長さに切断する。
【００３７】
（１１）各種検査（精度、物性（特に強度）、重量）を行う。
【００３８】
表１に、本実施形態の巻芯１の検査結果と、比較例としての紙コア及びＦＷＰコア（いずれもいわゆる３インチコア）の検査結果とを示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
この結果から分かるように、本実施形態の巻芯１は、精度及び物性（強度）の多くの項目において、紙コアとＦＷＰコアとの中間的な値を示しており、バランス良く満たしていることが分かる。しかも、本実施形態の巻芯１は、繰り返し使用に耐える耐久性を有し、環境問題に対応することができる。
【００４１】
また、重量は、紙コアよりは大きいものの、ＦＷＰコアとほぼ同程度の軽量性を示している。さらに、本実施形態の巻芯１は、ＦＷＰコアと比べて特に加工コストを大幅に削減することができるため、安価性においても優れている。
【００４２】
（１２）巻芯１の内外面を洗浄する。
【００４３】
（１３）必要に応じて、巻芯１の表面に導電層を形成することもできる。導電層としては、カーボン被覆、金属被覆（メッキを含む）、導電性塗膜等を例示できる。
【００４４】
次に、前記実施形態の変更例について、図１０を参照して説明する。前記実施形態は、図１０（ａ）に示すようにＳＭＣシート２を芯金３０の成形外面３１に所定回数巻き付けるだけであったが、変更例では、ＳＭＣシート２を巻き付ける工程で、図１０（ｂ）〜（ｄ）に示すようにＳＭＣシート２の内周に、又は図１０（ｅ）（ｆ）に示すように中間層に、該ＳＭＣシート２より比重の小さい嵩高部材４を挿入する。嵩高部材４は、上記の通り紙・樹脂・金属（例えばＡｌ）等よりなるハニカム構造体（目の形状は特に限定されない）、発泡樹脂・発泡金属等よりなる発泡構造体、各種繊維よりなるマット体又は布等のいずれでもよい。
【００４５】
巻き付け後は、前記実施形態と同様の工程で巻芯１を形成する。下型１０及び上型２０を締め、成形内面１１，２１及び成形外面３１で前記円筒状の間隙内のＳＭＣシート２及び嵩高部材４を加圧するとき、嵩高部材４はほとんど圧縮変形しないか又はＳＭＣシート２より比重が大きくならない程度に圧縮変形する（その程度の剛性を備えている）ので、形成される巻芯１の重量が前記実施形態よりも小さくなり、軽量化を図ることができる。
【００４６】
図１０（ｂ）〜（ｅ）は、巻芯１の端部となる所はＳＭＣシート２のみを巻き付けて、嵩高部材４が端面に現れないようにした例であり、図１０（ｆ）は、嵩高部材４が端面に現れるようにした例である。また、図１０（ｂ）〜（ｄ）の場合、巻芯１の形成後に嵩高部材４を除去することもできる。
【００４７】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）巻芯１の寸法は適宜変更でき、例えば内径が１５２．４ｍｍのいわゆる６インチコアに適用することもできる。
（２）充填材を工夫して軽量化を図ったり、ＦＲＰ廃材を砕いて充填材として再利用したりすること。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明に係る巻芯及びその製造方法によれば、精度、強度、軽量性及び安価性をバランス良く満たすことができ、しかも、繰り返し使用に耐える耐久性を有し、環境問題に対応することができる、という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に使用する成形装置の下型及び上型を開いた時を示し、（ａ）は長手方向に切断した断面図、（ｂ）は（ａ）の中央部における横断面図である。
【図２】（ａ）は同成形装置の芯金とＳＭＣシートの正面図、（ｂ）は同芯金にＳＭＣシートを巻き付けたときの一部破断正面図である。
【図３】同下型にＳＭＣシートを芯金と共にセットした時を示し、（ａ）は長手方向に切断した断面図、（ｂ）は（ａ）の中央部における横断面図である。
【図４】同下型及び上型を締めてＳＭＣシートを加圧し巻芯を形成する時を示し、（ａ）は長手方向に切断した断面図、（ｂ）は（ａ）の中央部における横断面図である。
【図５】同下型及び上型を開いて巻芯を脱型した時を示し、（ａ）は長手方向に切断した断面図、（ｂ）は（ａ）の中央部における横断面図である。
【図６】脱型した同巻芯を冷却する時の断面図である。
【図７】同巻芯から芯金を抜脱する時の断面図である。
【図８】（ａ）はバリのある同巻芯の部分斜視図、（ｂ）はバリを除去した同巻芯の部分斜視図である。
【図９】（ａ）は同巻芯の斜視図、（ｂ）はＳＭＣシートの部分斜視図である。
【図１０】同実施形態及びその変更例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１巻芯
２ＳＭＣシート
２ａチョップド・ガラス繊維
４嵩高部材
３バリ
１０下型
１１成形内面
２０上型
２１成形内面
３０芯金
３１成形外面
３６流路

Claims

樹脂フィルム、樹脂シート、ゴムシート、紙又は布を巻き取るための巻芯において、前記巻芯は内径が３インチ（７６．２ｍｍ）である３インチコアないし内径が６インチ（１５２．４ｍｍ）である６インチコアであって、前記内径の真直円筒状に２〜２０回巻かれたＳＭＣシートが型内で加圧及び加熱硬化されて形成されたものであることを特徴とする巻芯。
前記巻かれたＳＭＣシートの内周又は中間層に該ＳＭＣシートより比重の小さい嵩高部材が挿入されている請求項１記載の巻芯。
樹脂フィルム、樹脂シート、ゴムシート、紙又は布を巻き取るための巻芯の製造方法において、
前記巻芯は内径が３インチ（７６．２ｍｍ）である３インチコアないし内径が６インチ（１５２．４ｍｍ）である６インチコアであって、
分割型の成形内面と芯金の成形外面との間に円筒状のキャビティを形成するように構成された成形装置を使用し、
前記芯金にＳＭＣシートを前記内径の真直円筒状に２〜２０回巻き付ける工程と、
前記分割型を開き、前記成形内面に前記ＳＭＣシートを芯金と共にセットする工程と、
前記分割型を締め、前記成形内面及び成形外面でキャビティ内のＳＭＣシートを加圧するとともに、加熱した分割型及び芯金からの熱でＳＭＣシートを加熱硬化させることにより巻芯を形成する工程と、
前記分割型を開き、前記成形内面から前記巻芯を芯金と共に脱型する工程と、
前記巻芯から前記芯金を抜脱する工程と、
を含むことを特徴とする巻芯の製造方法。
前記ＳＭＣシートを巻き付ける工程で、該ＳＭＣシートの内周又は中間層に該ＳＭＣシートより比重の小さい嵩高部材を挿入する請求項３記載の巻芯の製造方法。
前記分割型及び芯金の加熱は、前記分割型及び芯金に設けられた流路に加熱媒体を流すことにより行う請求項３又は４記載の巻芯の製造方法。
前記加圧時に、前記キャビティを真空引きする請求項３〜５のいずれか一項に記載の巻芯の製造方法。
前記巻芯の脱型後かつ芯金の抜脱前に、前記巻芯を冷却する工程を含む請求項３〜６のいずれか一項に記載の巻芯の製造方法。
前記巻芯の冷却は、前記芯金に設けられた流路に冷却媒体を流すことにより行う請求項７記載の巻芯の製造方法。
前記加圧により前記ＳＭＣシートの一部が分割型の型割面にはみ出して生じたバリを前記巻芯から除去する工程を含む請求項３〜８のいずれか一項に記載の巻芯の製造方法。