JPH02122918A - 中空筒状複合体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、中空筒状複合体とその製造方法に関し、産業
用ロールやロホツアーム等として好適に使用される中空
筒状複合体とその製造方法に関するものである。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］従来、種
々の筒状成形体、例えば、芯部が中空の組紐製筒状成形
体が提案されている。この組紐製筒状成形体は、所定の
繊維フィラメントからなる糸状のストランドを、組紐機
を用いて、大きな打ち数、例えば１０以上の打ち数で編
成し、組紐内に所定の成形型を挿入して成形することに
より得られる。

しかしながら、糸状のストランドを用いた上記の組紐製
筒状成形体では、打ち数を大きくしても、口径の小さな
筒状成形体、例えば、５０〜７０　ｍＩｎφ程度の筒状
成形体しか得られず、大きな口径を有する筒状成形体を
得ることが困難である。また上記の組紐製筒状成形体で
は、口径が大きくなるにつれて、肉厚が大きくなるとい
う問題がある。

一方、中空間状成形体を製造する方法として、フィラメ
ントワインディング法が知られている。

このフィラメントワインディング法では前記糸状ストラ
ンドなどに樹脂を付着させながら、筒状等の所定の成形
型に巻回し、上記樹脂を硬化させることにより、中空筒
状成形体を製造している。しかしながら、このフィラメ
ントワインディング法では、生産性が十分でないばかり
か、装置が大型化するという問題がある。

また上記糸状ストランドに代えて、紙、編織布などを所
定の型に巻き付ける巻き付は法も知られているが、この
方法では複雑な形状の筒状成形体を得るのが困難である
。また巻き付けに伴ない成形品に継目ができるので、継
目部分の強度、特に薄物の紙などを使用したとき、継目
部分の強度が著しく低下するという問題がある。

また他の方法として、九ｈａにより、中空筒状成形体を
製造することも知られている。しかしながら、この場合
、機械的強度の大きな炭素繊維などを用いて中空筒状成
形体を製造することが困難であり、使用可能なフィラメ
ントが制限される。

本発明の目的は、薄肉かつ大口径で、複雑な形状にも成
形できると共に、機械的強度に優れる中空筒状複合体を
提供することを目的とする。

また本発明の他の目的は、炭素繊維などであっても、薄
肉かつ大口径で複雑な形状にも成形できる中空筒状に編
成することができると共に、生産性に優れた中空筒状複
合体の製造方法を提供することを目自勺とする。

［課題を解決するための手段および作用］第１の発明は
、引張強度の大き′な素材で構成された中空の組紐が結
合剤により一体化した中空槽遺体であって、上記素材が
テープ状物であり、中空の組紐が２４以上の打ち数で形
成されている中空筒状複合体により、上記課題を解決す
るものである。

上記構成の第１の発明によれば、引張強度の大きな素材
がテープ状物であるため、薄肉の中空筒状体となる。し
かも２４以上の打ち数で中空筒状複合体が構成されてい
るので、大口径の中空筒状体となる。より詳細には、ス
トランドの直径をｄ、打ち数をｎとすると、中空状組紐
の口径Ｄ１は、Ｄｌ　＝ｆ　（ｄ、ｎ） で表わされると共に、Ｄｌはｄおよびｎと略比例関係に
ある。従って、従来の糸状ストランドに代えて幅広のテ
ープ状素材を用い、打ち数を大きくすることにより、口
径ＤＩの大きな中空状組紐が得られる。

また組紐は幅方向に応力を作用させることにより拡径す
る性質を有しており、幅方向に引張力を作用させたとき
の中空状組紐の口径をＤ２、組紐のピッチをｐとすると
、 Ｄ２／ＤＩ”Ｐ の関係にある。従って、組紐のピッチｐを調整すること
により、幅方向に応力を作用させたときの組紐の拡径度
を制御でき、組紐よりも大きな径を有する筒状などの所
定形状の成形型も組紐内に収容でき、所定形状に成形で
きる。

しかも、上記中空筒状体はマトリックスとじて機能する
結合剤により一体化しているため、機械的強度に優れる
。

また第２の発明は、引張強度の大きなテープ状素材を、
２４以上の打ち数で編成して中空の組紐を作製し、該組
紐に結合剤を含浸させた後、上記結合剤を硬化し成形し
たり、引張強度の大きなテープ状素材に結合剤を塗布ま
たは含浸してテープ状プリプレグを作製し、該テープ状
プリプレグを２４以上の打ち数で編成して中空の組紐を
作製した後、上記結合剤を硬化し成形する中空筒状複合
体の製造方法により、上記課題を解決するものである。

上記構成の第２の発明によれば、引張強度の大きなテー
プ状素材やテープ状プリプレグを、２４以上の打ち数で
編成するので、前記のように、薄肉で大口径の中空状組
紐が得られる。また含浸された中空状組紐の結合剤を硬
化し成形するので、マトリックスとして機能する結合剤
で一体化した所定形状の中空筒状複合体が得られる。そ
の際、テープ状素材の編成、結合剤の含浸を連続的に行
なえるため、生産性に優れる。

なお、本明細書において、硬化とは熱硬化性樹脂の硬化
に限らず、熱可塑性樹脂の固化をら含む意味に用いる。

以下に本発明の詳細な説明する。

引張強度の大きなテープ状物を構成する素材としては、
引張強度の大きな繊維、例えば、ポリアクリロニトリル
、フェノール樹脂、レーヨンなどの高分子、ピッチ、液
晶ピッチなどを素材とする種々の炭素繊維、ガラス繊維
、芳香族ポリアミド繊維、高強度ポリエチレン繊維、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
トなどの飽和ポリエステル繊維など：引張強度の大きな
有機高分子、例えば、延伸ポリエチレン、延伸ポリプロ
ピレン、延伸ポリエステル、高強度ポリエチレン、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート
などの飽和ポリエステル、芳香族ポリアミド、芳香族ポ
リイミドなどのテープ状物などが例示される。上記炭素
繊維は、炭素質や黒鉛質であってもよく、炭素繊維とし
ては、高強度タイプ、高伸度タイプ、高弾性タイプ、汎
用タイプなど種々のらのが使用できる。

上記素材はテープ状に形成されている。より詳細には、
上記素材が繊維状であるときは、繊維径５〜２０μｍな
ど適宜の繊維径を有する繊維が結合剤などを用いて一方
向に揃えられ、テープ状物に加工されている。なお、前
記繊維で形成されたテープ状物は、適宜本数、例えば、
２〜５０００本程度の繊維フィラメントが結束されたス
トランドを一方向に揃えたテープ状物であってもよい。

また素材が有機高分子であるときは、種々の成形手段に
よりテープ状に加工されている。なお、上記素材からな
るテープ状物は一種または二種以上使用され、前記繊維
とテープ状有機高分子とが複合−体止していてもよい。

なお、上記素材のうち、引張強度が大きな芳香族ポリア
ミド、特に炭素繊維が好ましい。

また上記テープ状物は、中空筒状複合体の機械的強度を
低下させない範囲で適宜の引張強度を有していればよい
が、１５０ｈ／−程度以上の引張強度を有するものが好
ましい。

上記テープ状物の幅は、所望する中空の組紐の口径に応
じて適宜設定することができるが、通常、１〜５０ｍｍ
程度で十分である。なお、テープ状物は、組紐製造時の
作業性および中空の組紐の大口径化に支障を来さない範
囲で適宜の厚みを有していればよいが、通常、５０〜５
００　／／ＩＩ程度の厚みを有している。

また上記テープ状物は打ち数２４以上で編成され、中空
の組紐を形成している。打ち数は２４以上であればよく
、中空の組紐の大口径化を損わない範囲で適宜設定でき
るが、打ち数２４〜９６、特に４８〜９６であるのが好
ましい、上記打ち数が２４未満であると大口径化するの
が困難であり、９６を越えると組紐編成作業が煩雑化す
る。

なお、上記組紐は、所望する組紐の拡径度に応じて適宜
のピッチで編成されていてもよいが、筒状成形型に限ら
ず複雑な形状を有する成形型にも対応できるようにする
ため、組紐のピッチは５０〜２００間、特に７５〜１５
０ｎｏｎであるのが好ましい。組紐のピッチが５０開未
満であると、幅方向に応力を作用させたときの拡径度が
小さく、複雑な形状に成形するのが困難であり、２００
關を越えると、一般に組紐の編成密度が小さくなり機械
的強度が低下する。より具体的には、幅２　ｎｕｎのテ
ープ状物を用い、打ち数４８の条件で、幅２２ｍａｎ、
長さ５０ｆｆｌｆｆｌの組紐を編成すると、ピッチ９０
１１１１１の組紐は、幅方向に最大的３８ｍｍに拡幅し
、最小長さが約３７胴となり、ピッチ１１０．５＋ｎｍ
の組紐は、幅方向に最大的６０ｎｕｎに拡幅し、最小長
さが約３３ｍｍとなる。従って、前記のように、テープ
状物の幅、打ち数およびピッチを調整することにより、
円筒形状や角形状などの種々の成形型を収容し、所定形
状に成形することができる。

上記中空の組紐は、結合剤で一体化し中空筒状複合体を
構成している。

上記結合剤としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹
脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタ
レート樹脂、ウレタンプレポリマー不飽和ポリエステル
、ポリイミドなどの熱硬化性樹脂：ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエチレ
ンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどの
飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリ
スルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスル
フィド、ポリフェニレンオキサイド、ボリアリレート、
ポリエーテルスンジレン、ポリエーテルエーテルケトン
、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミノ
ビスマレイミド、芳香族ポリアミドなどの熱可塑性樹脂
が例示される。上記結合剤は一種または二種以上使用さ
れる。上記例示の結合剤のうち、熱硬化性樹脂は、特に
、耐熱性だけでなく、機械的強度に優れているため好適
に使用される。なお、上記結合剤が熱硬化性樹脂である
場合、通常、熱硬化性樹脂の種類に応じた硬化剤や、硬
化促進剤などの助剤を含有している。

結合剤の量は、前記中空の組紐を一体化できる範囲で適
宜選択されるが、１〜５０重量％、好ましくは２〜３０
重量％である。結合剤の量が１重量％未満であると、中
空筒状複合体を一体化するのが困難であり、５０重量％
を越えると、組紐の割合が低下して中空筒状複合体の機
械的強度が低下する。

なお、前記結合剤が炭素含有Ｔｈ質であるときは、一体
性および強度などを高めるため、結合剤を必要に応じて
前記テープ状物と共に炭化または黒鉛化してもよい、上
記結合剤などの炭化または黒鉛化は、窒素などの不活性
雰囲気中または真空下で適宜の温度、例えば約８００〜
３０００℃の温度で行なうことができる。

上記組成の発明によれば、テープ状素材が２４以上の打
ち数で形成されているため、中空筒状組紐は薄肉で口径
か大きい。しがも拡径する性質を有しているため、複雑
な形状にも成形できる。また引張強度の大きなテープ状
物が結合剤で一体化されているため、中空筒状複合体は
機械的強度に優れている。

以下に、本発明の構造用補強材の製造方法について説明
する。なお、理解を助けるため、関連する工程には同一
の符号を１寸して説明する。

本発明の製造方法における１つの方法は、引張強度の大
きなテープ状素材を、２４以上の打ち数で編成して中空
の組紐を作製する編成工程（八１）と、該組紐に結合剤
を含浸させる含浸工程（Ｂ１）と、上記結合剤を硬化し
成形する硬化成形工程ｆｃ）とを含んでいる。

また他の方法は、上記と同様のテープ状素材に結合剤を
塗布または含浸する塗布含浸工程（Ｂ２）と、塗布含浸
工程（Ｂ２）で得られたテープ状プリプレクを２４以上
の打ち数で編成して中空の組紐を作製する編成工程（八
２）と、上記結合剤を硬化し成形する硬化成形工程（Ｃ
）とを含んでいる。

上記第１の方法および第２の方法における引張強度の大
きなテープ状素材や結合剤としては、前記例示のものが
使用できる。

上記第１の方法における編成工程（八１）では、前記テ
ープ状素材を用い、２４以上の打ち数で編成して中空の
組紐を作製する。

上記編成工程（Ａ１）は、通常、テープ状素材をボビン
ワインダーに巻き取り、組紐機で編成することにより行
なわれる。その際、テープ状素材に作用させる張力や打
ち数を調整することにより、組紐のピッチや凹凸部の大
きさなどを制御することができると共に、前記のように
、テープ状素材の幅′や打ち数を大きくすることにより
、薄肉で大口径の組紐が得られる。

上記の編成工程（Ａ１）で得られた組紐に結合剤を含浸
させる含浸工程（Ｂ１）は、溶剤非含有の液状、溶融状
の結合剤や、溶剤含有の溶液、分散液の結合剤をディッ
ピング、噴霧などの種々の手段で含浸させることにより
行なうことができる。

また結合剤の含浸量は、結合剤が溶剤含有の溶液状など
の形態で使用される場合は、結合剤の含有量などを調整
し、結合剤が溶剤を含有していない液状、溶融状などの
形態で使用される場合は、組紐に該結合剤を含浸させた
後、過剰の結合剤をスキージングすることにより、調整
することができる。また上記結合剤を含浸させた後、ロ
ールにより絞ることによっても含浸樹脂量を容易に調整
できる。

結合剤の含浸量は、適宜選択することができるが、一体
性を高めるため、前記のように、組紐に対して１〜５０
重量％、特に２〜３０重量％であるのが好ましい。

また第２の方法において、テープ状素材に結合剤を塗布
または含浸する塗布含浸工程（８２）は、前記第１の方
法の含浸工程（Ｂ１）と同様にして行なうことができる
外、ローラーコーティングなどの塗布手段により行なう
こともできる。また上記塗布含浸工程（Ｂ２）では、前
記と同様に、テープ状素材に対して結合剤を１〜５０重
量％、特に２〜３０重量％塗布または含浸させ、テープ
状プリプレグ作製する。なお、編成工程（Ａ２）におい
てボビンワインダなどへの汚染を防止するため、テープ
状プリプレグの結合剤を乾燥または硬化させていてもよ
い。

また編成工程（八２）は、前記第１の方法で使用される
テープ状素材に代えて、テープ状プリプレグを用い、前
記第１の方法と同様にして、２４以上の打ち数で編成し
て中空の組紐を作製する。

なお、上記結合剤は、前記第２に方法の塗布含浸工程（
Ｂ２）のように、組紐作製前のテープ状素材に塗布また
は含浸させてもよいが、結合剤による組紐機の汚染を防
止すると共に、作業性を高めるため、前記第１の方法の
ように、組紐を作製した後、組紐に含浸させるのが好ま
しい。

また上記第１の方法における編成工程（Ａ１）および含
浸工程（Ｂ１）、第２の方法における塗布含浸工程（Ｂ
２）および編成工程（Ａ２）は連続的に行なうことがで
きる。

上記第１の方法における含浸工程（Ｂ１）の後、または
前記第２の方法における編成工程（Ａ２）の後、硬化成
形工程［Ｃ）では結合剤を硬化し、所定形状に成形する
。より詳細には、上記含浸工程（Ｂ１）または編成工程
（Ａ２）で得られた組紐は前記のように、薄肉で大口径
であると共に、幅方向に拡径する性質を有しているため
、組紐に所定形状、例えば、断面円筒状、断面三角形状
、断面四角形状などの多角形状、断面り状、断面Ｈ状、
膨出形状などの種々の成形型を収容することができる。

また成形型を収容した状態では、組紐の収縮力が成形型
に作用する。従って、成形型を組紐内に収容し、前記結
合剤を硬化させることにより、所定形状に成形された中
空筒状複合体が得られる。

前記結合剤の硬化は、結合剤が熱硬化性樹脂である場合
、硬化温度などに応じて、熱可塑性樹脂である場合、熱
変形温度などに応じて適宜の温度条件下で行なうことが
でき、通常、室温〜３００℃程度の温度で行なわれる。

なお、生産性を高めるため、加熱条件下、例えば、５０
〜３００℃程度の温度条件下で加熱硬化するのが好まし
い。

また上記結合剤の硬化は、成形型の形状に応じて、中空
状組紐を加圧した状態で行なうこともできる。

なお、中空筒状複合体は、結合剤の硬化と共に種々の形
状のパイプなどと一体化していてもよい。

中空筒状複合体と上記パイプなどとを被覆、−本化する
には、パイプを成形型として使用し、パイプなどを被覆
した状態で硬化すればよい。この場合、中空筒状複合体
が機械的強度に優れるので、パイプに補強性を付与する
ことができる。

なお、前記結合剤が炭素含有物質であるときは、一体性
、強度および補強性などを高めるため、結合剤を必要に
応じて前記炭素繊維と共に炭化または黒鉛化してもよい
、上記結合剤の炭化または黒鉛化は、窒素などの不活性
雰囲気中または真空下で適宜の温度、例えば約８００〜
３０００℃の温度で行なうことができる。

本発明の中空筒状複合体の製造方法によれば、引張強度
の大きなテープ状素材を編成工程（Ａ１）で、２４以上
の打ち数で編成し組紐を作製した後、含浸工程（Ｂ１）
で前記結合剤を含浸させたり、塗布含浸工程（Ｂ２）で
テープ状プリプレグを作製し、編成工程（Ａ２）で、２
４以上の打ち数で編成するので、薄肉で大口径の中空状
組紐が得られる。また硬化工程（Ｃ）で結合剤を硬化し
、所定形状に成形するので、マトリックスとして機能す
る結合剤で一体化し、機械的強度に優れた所定形状の中
空筒状複合体を得ることができる。

なお、本発明の中空筒状複合体は、ｎ械的強度に優れる
ため、産業用ロールやロボットアームなど種々の用途に
使用することができる。

［実施例］ 以下に、実施例に基づいて、本発明をより詳細に説明す
る。

実施例１ ピッチ系炭素繊維（大阪瓦斯■製、商品名ドナカーボＦ
−１８０、引張弾性率１８ｘ１０３１ｑ／−）を、エポ
キシ樹脂（油化シェル■製、商品名エピコート１００１
）１００重量部と硬化剤であるジシアンジアミド５重量
部との割合からなるエポキシ樹脂組成物中に浸漬し、炭
素繊維が一方向に揃ったテープ状プリプレグ（含浸量３
０重量％、厚さ約１００μｍ、幅１０ｎ＋ｍ）を作製し
た。

次いで、上記テープ状プリプレグを組紐装置にかけ、ボ
ビン数（打ち数）９６、一回転のストランド長４０ｃｍ
の条件で組紐を作製した。得られた組紐の幅は、長手方
向に張力を掛けたとき４５０市、幅方向に張力を掛けた
とき９００ｍ＋ｌ＋であった。

そして、シリコーンゴム製のチューブを上記組紐の中空
部に挿入し、１６０°Ｃ１１時間の条件で加熱硬化させ
たところ、口径２５０　ｍｍφの中空筒状複合体が得ら
れた。

実施例２ 上記実施例の組紐の中空部に、径１５０ｍｍの中空筒部
と径２００　ｌ１１ｍの中空筒部とが最大径４５０ｎｍ
の中空膨出部に連設されたシリコーンゴム製チューブを
挿入し、実施例１と同様にして加熱硬化させたところ、
上記チューブの形状に対応した円筒状複合体が得られた
。

［発明の効果コ 以上のように、第１の発明の中空筒状複合体によれば、
引張強度の大きな素材がテープ状物が、２４以上の打ち
数で形成されているため、薄肉かつ大口径で複雑な形状
にも成形できる中空筒状体となるだけでなく、上記中空
筒状体がマトリックスとして機能する結合剤により一体
化しているため、機械的強度に優れる。

また第２の発明の中空筒状複合体の製造方法によれば、
引張強度の大きなテープ状素材やテープ状プリプレグを
、２４以上の打ち数で編成するので、炭素繊維などであ
っても、薄肉かつ大口径で複雑な形状にも成形できる中
空状組紐が得られると共に、中空状組紐の結合剤を硬化
し成形するので、マトリックスとして機能する結合剤で
一体化した所定形状の中空筒状複合体が得られる。また
テープ状素材の編成、結合剤の含浸などを連続的に行な
えるため、生産性に優れる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、引張強度の大きな素材で構成された中空の組紐が結
   合剤により一体化した中空構造体であって、上記素材が
   テープ状物であり、かつ中空の組紐が２４以上の打ち数
   で形成されていること特徴とする中空筒状複合体。 ２、引張強度の大きなテープ状素材を、２４以上の打ち
   数で編成して中空の組紐を作製し、該組紐に結合剤を含
   浸した後、上記結合剤を硬化し成形すること特徴とする
   中空筒状複合体の製造方法。 ３、引張強度の大きなテープ状素材に結合剤を塗布また
   は含浸してテープ状プリプレグを作製し、該テープ状プ
   リプレグを２４以上の打ち数で編成して中空の組紐を作
   製した後、上記結合剤を硬化し成形することを特徴とす
   る中空筒状複合体の製造方法。