JP4157910B2 - 炭素繊維強化樹脂内張り金属管の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量、高剛性で外表面を金属である管に関し、従来より安価で薄肉な金属管を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維を補強材に使った炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）の管は、その軽量、高剛性の特徴を生かし、フィルム製造機、印刷機、製紙機械等のロールに使用され、各製品の生産性・歩留・品質が改善されるようになった。また、その軽量性により、ロール交換時の労力軽減・回転抵抗の軽減による動力軽減が可能になった。更に、従来 細径長尺ロールは自重撓みの関係で使用が不可能であったり、高速回転では共振点の関係で使用することができなかったが、ＣＦＲＰ管の開発により細管長尺ロールや高速回転のロールも産業上使用可能になってきた。
【０００３】
ところで、産業用のロールで、表面の硬度を上げるために、外表面を金属にする必要がある場合がある。従来、ＣＦＲＰ管の表面を金属に被覆する方法として金属管の内側を高精度に機械加工し、ＣＦＲＰ管の外側も高精度に機械加工し、ＣＦＲＰ管の接着剤を塗布して金属薄管をＣＦＲＰ管に圧入する方法が実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法は、金属管の内面とＣＦＲＰ管の外面を高精度に機械加工する必要がありこのコストが高額になるという欠点がある。また、ＣＦＲＰの剛性が高いことを生かした肉厚が薄く軽いロールを製作する場合に、圧入加工の関係で、通常、ＣＦＲＰ管の肉厚は５ｍｍ以上が必要であり、一方、金属管の肉厚は外径が５０ｍｍφ以下では１ｍｍ以上、５０φを越える場合は２ｍｍ以上が必要になり薄肉化は困難である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、上記のような問題点に鑑み、表面が金属で、内側に軽量で高剛性のＣＦＲＰを組み合わせた薄肉の管を安価に得る方法を提供することにある。
そして、かかる課題は、本発明の、金属管の内側にＣＦＲＰを巻いた芯棒を挿入し、次いで、ＣＦＲＰの樹脂が軟化する温度まで昇温して芯棒を膨張させることにより金属管の内側に押しつけ、更に、温度を上げ、前記樹脂を硬化させることを特徴とするＣＦＲＰ内張り金属管の製造方法により達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明で使用する金属管の材質としては、用途に応じて、アルミ合金、軟鋼、ステンレス、チタン等が例示される。
また、ＣＦＲＰに用いる樹脂は、熱硬化性であり、耐熱性の面では熱変形温度が高く、内部応力の小さい樹脂が好ましいが、具体的にはエポキシ樹脂が最も一般的であるが、他に、ポリエステル樹脂や、難燃性が要求される場合にはフェノール樹脂等も使用される。本発明の方法では、初めに、金属管の内側にＣＦＲＰを巻いた芯棒を挿入するが、芯棒にＣＦＲＰを巻く方法としては、予め樹脂を炭素繊維に含浸、半硬化状態としたプリプレグシートを捲回積層するシートワインデイング法や、樹脂を炭素繊維に含浸させながら所定形状の型に捲回するフィラメントワインデイング法などを用いることができる。
【０００７】
次に、薄肉の金属管にＣＦＲＰ管を内張りする方法として、ＣＦＲＰを巻いた芯棒を挿入後 温度を上げ、ＣＦＲＰの樹脂を軟化させた状態で芯棒を膨張させてＣＦＲＰを金属管内面に押し付ける。更に、温度を上げることで樹脂を硬化させる。樹脂の硬化後、温度を常温付近まで下げ、ＣＦＲＰを巻いた芯棒を元の太さまで収縮させる。この際、ＣＦＲＰの樹脂は硬化しており、ＣＦＲＰの部分は収縮しなく芯棒だけを抜くことができる。また、前記の温度を挙げた際に金属管は熱膨張しているが、硬化したＣＦＲＰは殆ど熱膨張しないため、温度の低下により収縮しないＣＦＲＰ管に収縮する薄肉金属管が締め付け、焼きバメしたと同じ状況でＣＦＲＰ管から薄肉金属管が樹脂を硬化した以上の温度にならなければ外れない強固な内面への内張りができる。
【０００８】
なお、芯棒の材質としては、ゴム管、あるいは熱膨張率の高いナイロン樹脂性の棒が好ましい。この場合、金属管の熱膨張率が１／１０００００〜３／１０００００／℃であるのに対し、ナイロン樹脂の熱膨張率は約１／１００００／℃でＳある。よって、ＣＦＲＰを巻いた状態での芯棒の外径は、金属管内径Ｒに対して好ましくは０．９９４Ｒ〜０．９９９Ｒである。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
１０２ｍｍφ外径、１００ｍｍφ内径で、長さ３ｍのＳＵＳ管の内側に９０ｍｍφ外径で８０ｍｍφ内径のシリコンゴム管に、炭素繊維補強エポキシ樹脂プリプレグを９０°層２層、０°層６層、９０°層２層、０°層６層の層構成で外径９４ｍｍまで巻き付けた状態で挿入した。
【００１０】
次に、こののＳＵＳ管を１００°Ｃまで昇温した状態でシリコンゴム管の一方の端を封じ、もう片方の端から圧縮空気を吹き込む事でシリコンゴムを膨張させた。シリコンゴムの膨張で樹脂が軟化したプリプレグを薄肉ＳＵＳ管の内側に押し付けた状態で樹脂の硬化温度である１２０℃まで上昇させて１２時間放置し、樹脂を硬化させた。常温まで冷却後、シリコンゴム管の空気を抜き収縮させた後シリコンゴム管を抜いた。この結果、外径１００ｍｍのＳＵＳ肉厚１ｍｍの内面に４ｍｍの肉厚のＣＦＲＰ内張りライニング管が得られた。
実施例２
外径１００φｍｍ、肉厚５ｍｍで２５００ｍｍ長のＳＵＳ管は重量が約３０Ｋｇである。一方、本発明の方法により、ＳＵＳ薄管の肉厚１ｍｍでその内面に肉厚４ｍｍのＣＦＲＰとすることで、前記ＳＵＳ管に対して、重量が約１１Ｋｇと約１／３に軽くなり、管交換の作業性の改善、管の回転抵抗の軽減が図れる。
実施例３
実施例２と同様の大きさの管をアルミで製作した場合で、張力が１５０Ｋｇの条件では自重撓みが０．２ｍｍ、荷重撓みが２．５ｍｍである。一方、本発明の方法により、アルミ外管肉厚１ｍｍでＣＦＲＰ部４ｍｍの管を作成した場合、自重撓みが０．０４ｍｍ、荷重撓みが１．０ｍｍで、撓みは半分以下となり、重量も約１／３に軽減される。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量で高剛性である、従来より薄肉な金属管が提供できる。また、軽量と同時に精度を要求される 管に有効である。また、表面がチタン製や金属に高級表面処理が必要でかつ剛性・軽量が必要な管の場合は、本発明により特に安価な管が提供できる。

Claims (1)

1. 金属管の内側に炭素繊維強化樹脂を巻いた芯棒を挿入し、次いで、炭素繊維強化樹脂中の樹脂が軟化する温度まで昇温して芯棒を膨張させることにより金属管の内側に押しつけ、更に、温度を上げ、前記樹脂を硬化させることを特徴とする炭素繊維強化樹脂内張り金属管の製造方法。