JPH02238930A - 中空円筒状成形物 - 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） 本発明は軽量にしてかつ高剛性を要求されるロール、例
えばフィルム、箔、紙、布等の加工工程に於いて使用せ
られる搬送ロール、ガイドロール又は印刷ロール等の各
種ロール、或いは３次元測定器用ロボットアーム等に適
性を有する中空円筒状成形物に関するものである．（従
来の技術） 従来、フィルム、箔、紙、布等の搬送ロールは一般に鋼
製又はアルミニウム製のものが用いられてきた．中でも
アルミニウム製のものは比重が小さく、比弾性率も高い
ため比較的軽量なロールが製作可能であると言うことか
ら、現在この種のロールが主流を占めている．しかし、
アルミニウムのヤング率は約７０００ｋｇ／一で、比重
は２．７ｇ／ｃｄであるため比弾性率は２．５９　Ｘ　
１０’朋となるのに対して、炭素繊維複合材料（以下、
ＣＦＲＰと称する．）製のロールを想定すると、繊維積
層角度及び樹脂の種類によって異なるが、高強度炭素繊
維を使用した場合、軸方向ヤング率は８０００〜１００
００ｋｇ／一となり、また高弾性炭素繊維を使用した場
合では１３０００〜１６０００ｋｇ／一となる．しかも
比重は１．５〜１、ｓ　ｒ／ｄと小さいため、比弾性率
は（５〜１０）　Ｘ　１０’ｍｓとなりアルミの場合の
２〜４倍となる。

一方、繊維機械用ロールの場合、主に鋼鉄にて製作され
ているが、近年ポリエステル繊維等紡糸速度の大巾な向
上及び捲取機スピードの著しい増加に伴ない、これら鋼
鉄製ロールでは回転に要する動力が著しく増加すること
、共振点が低いためロールが振動すること等の不都合が
生じてきた．こうした点を解決するために従来もＣＦＲ
Ｐの上記した有利な特徴を利用したロールが、例えば特
公昭５９−４５８４３号、特開昭６１−１９４１９７号
、特開昭６１−２１７５６６号等にて捷案されている。

このうち、特公昭５９−４５８４３号では薄肉のアルミ
ニウム管からなるローラシェルの内周面に、シェルの軸
方向に配列した炭素繊維ブリプレグを貼着し、ロール全
体の軽量化と剛性を確保しようとしている．また、例え
ば特開昭６１−２１７５６６号では炭素繊維複合材料で
ロール母材を作成し、表面処理して金属溶射を可能にし
、更には金属メッキ処理をも可能にして、ロールの軽量
化及び高剛性化を図ると共に表面の強度及び硬度を確保
しようとしている．（発明が解決し゛ようとする課題） しかるに、上記特公昭５９−４５８４３号に開示された
技術では、その構造上軽量化、剛性共に限度があり、十
分であるとはいい難い。また、一方の特開昭６１−２１
７５６６号により提案されている技術は、ロール母材が
高剛性でかつ比重の小さいＣＦＲＰにより構成されてい
るため、十分な軽量化が実現でき、またその表面が金属
で強固に被覆されるため、強固でかつ高硬度のロールが
得られる点では極めて有用な提案ではあるが、ＣＦＲＰ
の繊維積層構造については殆んど言及されておらず、炭
素繊維の捲付構造に対し更なる検討が必要となってきた
。

すなわち、炭素繊維はヤング率及び線膨張係数に於いて
非常に極端な異方性を有するため、単にヤング率の発現
性のみで積層構成を決定したのでは、積層内部での応力
のアンバランスが発生し、極端な場合にはクランクの発
生をきたすことになる。また成形品の精度、特に外周機
械加工後の真直精度についても問題が発生し、適切な積
層構成を選定することが必要である．更に成形品は一般
に何らかの表面処理を施して使用される場合が多く、表
面処理材料との適合性に於ても、特に線膨張係数の点か
ら問題が発生することがある．すなわちＣＦＲＰ製ロー
ルの場合、従来の金属製ロールの場合と異なり、各部に
わたる各方向の線膨張係数の規定及びそれを決定する特
殊な積層構成とすることが不可欠である． 従って本発明が解決しようとする課題は、従来の金属あ
るいはＣＦＲＰ材料では製作が不可能であった軽量でか
つ高精度のＣＦＲＰ製中空円筒状成形物を製作すること
であり、そのための積層構成及びその表面処理、並びに
詳細に捗る各部の線膨張係数を決定することである． （課題を解決するための手段及び作用）本発明の要旨は
特許請求の範囲に記載したとおりであり、更にその基本
思想は炭素繊維複合材料からなり、炭素繊維の巻付角度
及びそれらの積層順序を選定することによってＣＦＲＰ
素管の軸方向及び周方向のヤング率を適切な値に確保し
つつ、素管の内部応力を半径方向について見たとき、常
に圧縮応力が働く様にし、眉間に於けるクランクの発生
、歪の発生を押えること、またＣＦＲＰ外層の軸方向線
膨張係数を該層を除いた他の層の平均的軸方向線膨張係
数より小にすることによって、成形品の外周研磨後の真
直精度を著しく向上させることである。またこの様にし
て成形された成形品に表面処理を施す場合、特に金属溶
射やセラミック溶射もしくは金属メッキ処理を行う場合
、ＣＦＲＰの全体平均の線膨張係数を適切に設定するこ
とによって表面処理材料との適合性を向上させるように
する．以下本発明を作用と共に詳細に説明する。

表１は三菱レイヨン製炭素繊維パイ口フィル＠　Ｔ−　
１　（強度３６０ｋｇ／一、弾性率２４ｔｏｎ／ｔｍＡ
）について計算されたもので、繊維配向角度とラミネー
トのヤング率及び線膨張係数を示したものである．配向
角度は軸芯からの繊維の配向角度をとったもので、ヤン
グ率は軸芯方向の値、線膨張係数は円周方向の値である
． 表ｌ 表１から分かる様にヤング率は繊維配向角度の変化につ
れて急激に減少する．実際に成形品を商品価値の点から
見るならば、特にローノレ等の様に直径に比べて長さが
長い場合には、軸方向のヤング率を出来るだけ高めるこ
とによって使用時に於ける撓みを極力押えたいわけであ
るが、このためには繊維巻付角としては０＠を選ぶこと
が最も好ましい．しかし繊維巻付角度が０〜±１５＠付
近まではさほどヤング率を犠牲にすることはないので、
フィラメントワインデイング等を用いてワインデイング
するときは、むしろマンドレルへの巻付を考慮して若干
繊維を傾けて巻くことがしばしばである。

以上は軸方向について述べたが、同様のことは円筒状成
形物の周方向についても言えることで、周方向の円管剛
性を増すためには周巻すなわち繊維巻付角度を９０°〜
±７５″にすることによってこの目的を達成することが
出来る．したがって、この様な円筒状成形物の積層角度
の基本は軸方向剛性を確保するための０゜〜±１５°の
軸方向巻と、±７５°〜９０°の円周方向巻が基本とな
る． しかしながら表１から理解できる様に繊維線゛膨張係数
も極端な異方性を示すため積層構成の設計が不適切な場
合、成形品内部に半径方向に引張応力が働くことになり
、成形品内部にクラックが発生する。この内部応力の大
きさ及び正負（圧縮、引張）の決定は、それぞれの繊維
配向角度に基づくヤング率と線膨張係数によって決まっ
てくる． 本発明者等は、この積層の配向角度、配向順序及び各層
の厚さと成形品の内部応力及び成形品の精度との関係に
ついて鋭意検討した結果、本発明に至ったものである．
すなわち成形品の「最内層」は周方向のヤング率が高《
、しかも周方向の線膨張係数が小なる９０°〜±７５″
巻が好適であり、「内層」は軸方向ヤング率を確保する
ための軸方向巻とし、『最外層」は０″〜±３５°のワ
インディングを行うが、まづ第１にこの最外層の巻付角
の周方向線膨張係数は成形品の内部応力を圧縮とするた
めに、該層を除いた他の層の平均的周方向線膨張係数よ
り大か又は少なくとも同一なることが必要である．角度
の異なる積層数はここでは３層の場合について述べたが
、２層又は４層以上よりなるときもこの条件を満足する
様にワインディング出来ることは明らかである． また４層以上の多層の構成の場合も、内部応力を圧縮と
することはヤング率及び線膨張係数の値から計算出来る
が、最内層の巻角を９０°〜±７５°とし最外層の巻角
を０゜〜±３５°とすることが必要である． しかし、本発明者等の提案する円筒状成形物の特徴はこ
の性質のみに止まらない．すなわちロールの場合は、当
然のことながら一般にＣＦＲＰ製円筒状成形物は直径に
比べて長さを長く、しかも自重を出来るだけ小さくする
ことが最も大切な要件となるが、成形品の肉厚も薄く、
かつ精度特に真直精度を高精度に確保することは、最も
困難な技術である．一般にこれら円筒状成形物が極度に
精度を要求される場合は、機械加工すなわち外径研磨後
にその精度を要求されるものであるが、この点に関して
も本発明者等は゛鋭意検討を重ねた結果、要求される性
能の成形物を得ることに成功した．すなわち上述した内
部応力の関係を満足させつつ、ＣＦＲＰ製成形物の最外
層の軸方向線膨張係数を咳層を除いた他の層の平均的軸
方向線膨張係数より小または少なくとも同一になるよう
にすることである．成形品は熱硬化性樹脂、熱可ヅ性樹
脂のいかんを問わず一度温度をかけて成形される場合が
掻ク一殼的であり、成形時と成形後の温度差があるため
に線膨張係数の相違によって成形品内部には圧縮又は引
張の応力が働くわけであるが、この性質を有効に利用す
ることによって極めて高精度な製品を得ることが出来る
。

すなわち、最外層の軸方向の線膨張係数を該層を除いた
他の層の平均的軸方向線膨張係数より小にすることによ
って、成形品最外層には軸方向に圧縮応力を発生させる
ことが出来る．（以下余白） 表２ 表２は繊維配向角度と軸方向ヤング率及び軸方向線膨張
係数及びこれらの掛け合せたものを掲げたものであるが
、この表から理解できるように繊維配向角が００〜±４
０″の範囲にあってはヤング率と線膨張係数を掛け合せ
たものは負の値となる．最外層を除いた他の層の平均的
線膨張係数あるいはヤング率と線膨張係数を掛け合せた
ものが、最外層の軸方向線膨張係数あるいはヤング率と
線膨張係数を掛け合せたものより大であるならば、成形
品最外層には軸方向に圧縮応力が働くことになる．した
がって、もし成形上りで成形品の真直性が損なわれてい
る様な場合には、この様な成形品を研磨することによっ
て常に圧縮側が多く研磨されるため圧縮応力が開放され
成形品は真直性を確保することになる．更に表２から分
かることは、Ｅｔ・α，が最小になるのは壱角が±２０
°前後となるため、細長比の大なる成形品を製作するに
は、内層に於いて配向角がθ°〜±１５°の積層を行い
軸方向のヤング率を上げておき、最内層に於いて周巻い
わゆる±７５°〜９０°巻にて円管剛性の増大を図り、
こうした最内層と内層の組合せによって軸方向線膨張係
数を最外層の軸方向線膨張係数より大ならしめる方法は
非常に合理的な方法であると言うことが出来る．すなわ
ち軸方向の剛性の確保、円周方向の剛性の確保、成形品
精度に対する配慮が同時に行い得ることである．表２か
ら成形品の真直精度を向上させようと思えば、最外層の
繊維配向角として±２０＠近辺をとることが最も好適で
あることが分かる． 本発明者等はかかる成形品に表面処理を施した場合につ
いても検討を進めた結果、特に高速回転が要求されるロ
ール外周面の一部又は全部を、内層より銀粉等の導電材
料とエボキシ樹脂等からなる導電処理材層５〜２０μｍ
，ｗ４又はニッケル層２００〜５００μ蹴及び硬質クロ
ム層又はニッケル層ｌＯ〜１００μ履で構成されるよう
な金属メッキで被覆するのが好ましいことを見出した。

更に上記金属メッキ被覆の改良法として特に超高速で回
転するロール類を対象とする時は外周面の構成を第３図
に示すような構成とするのがよいことも見出した． 第３図はＣＦＲＰが３層１，２．３からなる素管の表面
に、内層より溶射のための下地処理層５、金属溶射処理
層６、中間メッキ層７、及び最外メッキ層８を順次形成
し、母材であるＣＦＲＰと金属溶射層との密着強度を向
上させつつ、これに表面メッキを施すことによって、従
来の金属ロールと同一の表面状態を得るものである．一
般に金属溶射処理層は金属微粒子のノズルガンより噴出
させて被処理物体に溶着させるため、この層を研摩した
場合多数のマイクロボイドが存在し、ここに例えばクロ
ムメッキを行った場合には完全にはマイクロボイドが被
覆されず、表面に若干のピンホールとなって残る場合が
多い．従って、本発明者等はこのビンホールを解消すべ
く鋭意検討した結果、金属溶射処理層と最外メッキ層８
との間に封孔の目的で中間メッキ層７を設けることが有
効な方法であることを見出した． 一方、溶射のための上記下地処理層５とは、例えば熱伝
導率が０．００１ｃａｌ　−　ＣＩ１−　’　・ｓｅｃ
−　’　・ｄｅｇ−１以上でλ・Ｓ≧０．０５（λ：熱
伝導率、Ｓ：４／ｇで表わされる表面積）を満足する扁
平状でない無機フィラー、あるいは表面が複雑な凹凸を
有する無機フィラーなどの特殊形状の金属又は無機粉を
熱硬化型樹脂と配合して炭素繊維複合材表面に塗布し、
熱硬化させて形成される．特殊形杖の金属又は無機粉の
具体例は、例えば特開昭６１−１０６６１４号公報に記
載されているようにカルボニルニッケル、珪藻土セライ
ト等が挙げられるが、これに限定されない．また、金属
溶射処理層の材質はＣｕ，Ｎｉ，ＡＬ，Ｆｅ等表面に電
気メッキが出来るものであればよく、特に制限するもの
ではない．更に、中間メッキ層７の材質については封孔
性能と耐蝕性の点より選ばれるが、この様な目的で種々
実験した結果、Ｃｕ又はＮ蓋が特に有効であることを見
出した．また最外メッキ層８の材質にしても用途によっ
て適宜選ばれるが、Ｎｉ及びＣｒが一般的に採用され、
特に表面硬度が要求される場合はＣｒメッキが好都合で
ある． この他、上述した成形品の表面被覆処理にセラミック溶
射がある． このセラミック溶射や上述した金属溶射を考えた場合、
ＣＦＲＰ全体の線膨張係数と溶射材の線膨張係数の差が
あまり大き過ぎないこと、特にＣＦＲＰの線膨張係数が
溶射材の線膨張係数を大きく上回らないことが重要であ
ることを見出した．この考えに於いてもＣＦＲＰの異方
性の特徴を十分有効に利用することによって目的とする
積層構成を得ることが出来る．すなわちＣＦＲＰの全体
的周方向及び軸方向線膨張係数としてＩＯＸＩＯ−’（
１／”Ｃ）以下、好ましくは８　ＸＩＯ−”（１／”Ｃ
）以下にすることによって好ましい製品の得られること
を見出している．即ち、ＣＦＲＰＯ線膨張係数が上記値
より大きくなった場合、溶射条件にもよるが、溶射部に
クラックが発生する場合がある．本発明に係る中空円筒
状成形物の外周面被覆は、金属メッキやセラミック溶射
に限らず、その外周面の二部又は全部を金属管、セラミ
ック管、ゴム等で被覆しても良い． 本発明の重要な点は、先に詳述した成形品内部に於ける
クラック及び成形品の曲りに対する積層構成の配慮と全
体的線膨張係数に対する配慮を両立させうろことである
． 以上に於いて炭素繊維の種類は高強度タイプ、中弾性タ
イプ、高弾性タイプのいずれでも良いが、高弾性炭素繊
維を用いた方が剛性の高い成形品を得ることが出来る．
また高強度、中弾性、高弾性繊維を組合せて使用するこ
とも出来る．またマトリックス樹脂についても特に制限
するものではなく、熱硬化性樹脂の場合、エボキシ樹脂
、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ビニルエステル
樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、また熱可
塑性樹脂としてはナイロン６及び６６、ポリカーボネー
ト樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ＰＥＥＫＳＰＥ
Ｋ　，　ＰＰＳ，　ＰＥＩなどを代表的な樹脂として挙
げることが出来る． また成形方法も特に限定するものではなく、フィラメン
トワインディング法、シ一トラッピング法を代表的な成
形法として挙げることが出来る． （実施例） 以下実施例により本発明を具体的に説明する．実施例１ 内径５０ａ＋ｍ、外径５７ａ＋ａ、長さ２４５０ｓ＋ｍ
の極めて細長比の大なるＣＦＲＰ素管をフィラメントワ
インディング法で成形した．炭素繊維は高強度タイプ炭
素繊維（三菱レイヨン製パイロフィル０Ｔ−１）を用い
、マトリックスはエポキシ樹脂を用いた。

この素管を円筒研磨機にて外径研磨し、外径を５６．３
４ｍｍとした．しかる後に真直度を測定したところ全長
で０．０３１ＩＩＩＩ１と極めて小さく、非常に真直性
の優れたものであった．この素管の外径研磨後の積層構
成は内層より９０°／±１０”／±２０°＝０．７５／
１．９／０．５２　ａｍであり、これによる各層間での
半径方向の応力は総て圧縮応力となり、全く内部クラッ
クの心配のない成形品であった．また最外層軸方向線膨
張係数は−２，５Ｘ１０−″（１／゜Ｃ）となり、この
層の軸方向線膨張係数と軸方向ヤング率を掛け合せたも
のは−２３．０３ｘｌＯ−’（ｋｇ／一．″Ｃ）となり
、最外層を除いた内層及び最内層の平均軸方向線膨張係
数は−〇．０３３　ＸＩＯ−’（１／’Ｃ）となり、最
外層の軸方向線膨張係数−２．５ｘｌＯ−’（１／”Ｃ
）より大であった．また内層及び最内層に於ける平均の
軸方向線膨張係数とヤング率を掛け合せたものは−〇．
３２７　ｘ　１０−　’　（ｋｇ／一．″Ｃ）となり、
最外層の値−２３．０３Ｘ１０−３（ｋｇ／一．″Ｃ）
より大であって最外層は軸方向の圧縮応力となり、研磨
に際して素管の真直性を確保するのに好都合であること
が分かった。

また、この成形品の軸方向のヤング率はほぼＥ．−９８
７２ｋｇ／一となり、これはアルミと比弾性率を比較す
ると２．４６倍であり、非常に軽量なロールが製作出来
ることが分かった。

実施例２ 内径９３ＩＩＪＩ、外径１００ｍＩＩ１、長さ２４００
酎で表面がハードＣｒメッキされた、フィルム搬送用ロ
ールを製作した．このロールの全体的構成としては内層
よりＣＦＲＰ層、銅メッキ層、及びハードＣｒメフキ層
となっており、銅メッキは特開昭６１−１９４１９７号
にて開示されている如＜　ＣＦＲＰの外周に銀粉体を配
合したエボキシ樹脂の導電樹脂を塗布硬化せしめて円筒
周面に導電処理を施し、その上より電解銅メッキを行っ
た。しかる後銅メッキ表面を研磨し、続いて工業用ハー
ドＣｒメッキを行った．Ｃｒメッキの方法としては極く
一般的に行なわれている如く液組成としてはクロム酸を
用いたものであり、電流密度は５０４／ｄａ”にて行っ
た． ＣＦＲＰ層は炭素繊維として高強度タイプ炭素繊維（三
菱レイヨン製パイロフィル＠Ｔ−１）を用い、フィラメ
ントワインディング法で成形した．マトリックスはエポ
キシ樹脂を用いた．積層構成は、ＣＦＲＰの外層研磨後
で内層より９０”／±ｌＯ°／±２０”＝０．７５／２
．０／０．５２　ｍａｍとした。この時、表１から内層
より円周方向線膨張係数を計算すると、第２層目（±ｌ
θ°層）と第３層目（±２０″層）の平均的周方向線膨
張係数は３１．４　Ｘ　１０−’（１／゜Ｃ）となり、
最内層（９０°）の線膨張係数Ｏより大となる．また、
最内層（９０°）と第２層目（±ｌθ°層）の平均的周
方向線膨張係数は５．１３ｘｌＯ−ｈ（１／”Ｃ）とな
り、最外層の周方向線膨張係数２８×１０−ｈ（１／”
Ｃ）より小となる．従って、各層間での半径方向の応力
は総て圧縮応力となり、全く内部クラックの心配のない
成形品であった．また最外層の軸方向線膨張係数は−２
．５　ＸＩＯ−’（１／’Ｃ）となり、この層の軸方向
線膨張係数と軸方向ヤング率を掛け合せたものは−２３
．０３Ｘ１０−３（ｋｇ／ａＪ．″Ｃ）であり、この層
を除いた内層及び最内層の平均的軸方向線膨張係数は−
〇．０３３　Ｘ　１０−”（１／”Ｃ）となり、最外層
の軸方向線膨張係数−２．５　ＸＩＯ−”（１／’Ｃ　
）より大であった。また、内層と最内層を組み合わせた
平均的軸方向線膨張係数とヤング率を掛け合せたものは
−〇．３２７ｘｌＯ−３（ｋｇ／一．″Ｃ）であり、最
外層の値−２３．０３ＸＩＯ−３（ｋｇ／ａｄ．″Ｃ）
より大となって、最外層は軸方向に圧縮応力となり研磨
に際してはぶれの減少が速く成形品研磨後のぶれは２／
１００ａｓと高精度なものであった． またこの成形品の軸方向のヤング率は略ぼＥＬ−９７６
７ｋｇ／一となり、アルミと比弾性率を比較すると２．
３８倍となり、非常に軽量なロールが製作出来た． 実施例３ 内径９０ｓｕＩ＋，外径ｌＯ抛転長さ２０００ａ＋ａで
表面がセラミック溶射（ＡＬ＊Ｏｓ　　４０ＴｉＯｔ　
）されたフィルム搬送用ロールをＣＦＲＰで製作した．
炭素繊維、マトリックス樹脂及び成形法は実施例２と同
一であった． 積層構成はＣＦＲＰの外層研磨後、内層より９０＠／±
１０”／±２０”＝１．０／３．０／０．６７ａ＋ａと
した。このとき各層間での半径方向応力は総て圧縮応力
となり、全く内部クラックの心配のない成形品であった
．また最外層の軸方向線膨張係数は実施例１と同様に−
２．５　Ｘ　１０−”　（１／　’Ｃ　’）となり、こ
の層の軸方向線膨張係数と軸方向ヤング率を掛け合せた
ものは同様に実施例２と同じ−２３．０３ｘ　１０−”
（ｋｇ／一．”ｃ）であった．最外層を除いた内層及び
最内層の平均的軸方向線膨張係数は−０．１３８ｘｌＯ
−”（１／”ｃ）となり、最外層の軸方向線膨張係数−
２．５ｘｌＯ−”（１／’ｃ）より大であった。

また内層及び最内層を組合わせた平均的軸方向線膨張係
数とヤング率を掛け合せたものは−１．４０　Ｘ　１０
−　３（ｋｇ／一．″Ｃ）となり、最外層の値−２３．
０３　ｘｌＯ−３（ｋｇ／一．″Ｃ）より大となる．こ
のため最外層は軸方向に圧縮応力となり、研慶に於ける
真直精度の点で非常に有利であった．この成形品の全体
の軸方向線膨張係数は−〇．４５Ｘ　１０”’（１／’
Ｃ　）　、周方向線膨張係数は６．３４Ｘ１０−’（１
／”Ｃ）となり、ともに８　ＸＩＯ−”（１／”Ｃ）よ
り小さい値となって溶射部のクランクが発生しない非常
に良好なロールが製作された。

このロールの研磨仕上後のぶれを測定したところ２／１
００ａｍと非常に高精度なものであった。

またＣＦＲＰ全体の軸方向ヤング率は８８３４ｋｇ／一
となり、アルミに比べると比弾性率は２．１６倍となり
軽量なロールが製作出来た． 実施例４ 内径９０龍、外径１００ａｓ＋、面長１０００ａｍで表
面がハードＣｒメッキされた超高速回転ロールを製作し
た．ロールシェルＢの構成は内層より以下の通りである
． ＣＦＲＰ製素管　　　　　　４．６５ａｇ＋下地処理層
厚さ　　　１０ｕａ 銅溶射処理層厚さ　　１５０μ履 銅メッキ層厚さ　　　１００　μ履 最外Ｃｒメッキ厚さ　　　３０ａ纜 更にＣＦＲＰ製素管の積層は内層より以下の通りである
． ９０°／±ｌＯ＠／±２０°＝　１．０／２．９／０．
７５ａｍ＋炭素繊維は三菱レイヨン製炭素繊維パイロフ
ィル０Ｔ−１を用い、またマトリックス樹脂はエポキシ
樹脂を用いてフィラメントワイングー法にて素管を製作
した． この素管の周方向の線膨張係数は第２層目（±ｌθ°層
）と第３゜層目（±２０゜層）の平均的周方向線膨張係
数は３１．４Ｘ　１０−’（１／”Ｃ）となり、最内層
（９０°層）線膨張係数０より大となる．また最内層（
９０°）と第２層目（±ｌＯ゜層）の平均的周方向線膨
張係数は５．５６Ｘ１０−”（１／”Ｃ）となり、最外
層の周方向線膨張係数２８Ｘ１０−”（１／’Ｃ　）よ
り小となる．したがって、この素管の内部応力は半径方
向に見たとき全て圧縮応力となり、内部でのクランク発
生の全く心配のないものであった。

また、最外層の軸方向の線膨張係数は実施例２と同様に
−２．５　Ｘ　１０−”　（１／　’Ｃ　）となり、こ
の層の軸方向線膨張係数と軸方向ヤング率を掛け合せた
ものは同様に実施例２と同じ−２３．０３　ＸＩＯ−”
（ｋｇ／一・κ》である， 最外層を除いた内層及び最内層の平均的軸方向線膨張係
数は−〇．１４５ＸＩＯ−’（１／’Ｃ）となり、最外
層の軸方向線膨張係数−２．５　Ｘ　１０−’　（１　
／　”Ｃ　）より大であった．また内層及び最内層の平
均的軸方向線膨張係数とヤング率を掛け合せたものは−
１．４７ｘｌＯ−”（ｋｇ／一．″Ｃ）となり、最外層
の値一２３．０３　Ｘ　１０−　”　（ｋｇ／ａ＋４．
″Ｃ）より大となる．このため最外層軸方向の応力は圧
縮応力となり、素管研磨後の真直精度が非常に得られや
すいものであった．またこのロールのＣＦＲＰ全体平均
の軸方向ヤング率は１０００７ｋｇ／一となる．次にこ
のロールの製作法を順を追って説明すると、まず鉄のマ
ンドレル上にフィラメントワイングーを用いて樹脂の含
浸された炭素繊維を所定の巻付角度で内層から順次巻き
つけ、加熱硬化後マンドレルより素管を抜き取り、素管
表面を研磨した．この上にエボキシ樹脂をバインダーと
したカルボニルニッケルフィラーを用いて溶射用下地処
理を行い、その上に銅溶射をプラズマ溶射法によって行
った．この銅溶射処理層を研磨後、銅メッキを行い、更
にこれを研磨した．これにＣｒメッキを施し最．終研磨
を行って製品とした。出来上がったロールを２５０００
ｙｐａまで回転させたが全く振動現象は見られず、回転
性能の良好なロールであった． また、Ｃｒメッキ表面は全くピンホールのない表面状態
が良好なロールであった． このロールの表面を第５図にＣで示す約５０１ＩＩｓＩ
×５０１程度の方形状に炭素繊維素管が見えるまで溝を
切り、この溝からドライバーにて銅熔射部を剥離するよ
うにしたが、まったく強固に接着していて剥離出来るも
のではなかった．比較例ｌ 内径９３ａｍ＋、外径１００ａ＋ａ＋，長さ２４００ｓ
ｕｎで表面がハードＣｒメッキされたフィルム搬送用ロ
ールをＣＦＲＰで製作した． 炭素繊維、マトリックス樹脂、成形法とも実施例２と同
一であった．積層構成はＣＦＲＰの外層研磨後で内層よ
り９０’／±１０”／９０”＝０．４／２．３５／０．
５２龍とした。この時内層±１０″層と外層９０″層の
眉間の半径方向応力は引張応力が働き、±ｌθ°層と最
外層９０゜層の間にクラックが発生した．また最外層軸
方向線膨張係数は３４Ｘ１０−’（１／℃）となり、内
層及び最内層の平均的軸方向線膨張係数−０．５５ｘｌ
Ｏ−’（１／”ｃ　）より大き＜：　ＣＦＲＰの研磨時
に成形品は曲りを発生し、要求される精度の製品が製作
出来なかった． 比較例２ 内径６３ａ＋ａ＋、外径７１．６ａ＋ａ、長さ１０００
ｍｍで表面セラミック（Ａｌｔ（Ｊｈ　　４０ＴｉＯｔ
　）？容射されたフィノレム搬送用ロールをＣＦＲＰで
製作した．使用炭素繊維、マトリックス樹脂成形法とも
実施例２と同一とした．積層構成は内層より９０゜／±
ｌＯ゜／４５゜／±１０９＝±０．４／１．７／０．２
／１．７　ｍｓ＋であった．この成形品の周方向線膨張
係数は１１．６Ｘ１０−”（１／”Ｃ）となるが、周方
向の線膨張係数が大きいため溶射時に溶射部にクラック
が発生し良好な製品が得られなかった． 〔付記〕 （１）炭素繊維複合材料製成形物の最外層の軸方向線膨
張係数が該層を除いた他の層の平均的軸方向線膨張係数
より小または少なくとも同一なることを特徴とする請求
項ｌ記載の成形物． （２）炭素繊維複合材料製成形物の最外層の周方向線膨
張係数が該層を除いた他の層の平均的周方向線膨張係数
より大または少なくとも同一なることを特徴とする請求
項１記載の成形物． （３）炭素繊維複合材料製成形物の平均的周方向及び軸
方向線膨張係数が８　ＸＩＯ−ｂ（１／”Ｃ）以下なる
ことを特徴とする請求項ｌ記載の成形物。

（４）外周面の一部又は全部が金属メッキで被覆されて
いる請求項ｌ記載の成形物。

（５）外周面の一部又は全部が金属管で被覆されている
請求項ｌ記載の成形物。

（６）外周面がセラミック溶射で被覆されている請求項
１記載の成形物。

（７）外周面がセラミック管で被覆されている請求項１
記載の成形物。

（８）外周面がゴムで被覆されている請求項１記載の成
形物． （９）請求項ｌ記載の成形物からなるロール。

（発明の効果） 以上、詳細に説明した如く本発明は真直精度が高くかつ
クラックが発生しないＣＦＲＰ製中空円筒状成形物であ
り、また例えば従来の金属製ロールに比べ軽量なロール
が製作出来るため、被処理物（フィルム）のスリキズ等
が解消され、ラインスピード向上を図ることも可能とな
り、特に上述の如き表面処理法を経て製作される円筒状
成形物は、母材と表面処理層との密着強度が高く、超高
速回転ロールや摩擦あるいは衝撃力を受ける機械部品に
適するものであって、更に表面にピンホールがないため
、磁気テープ等の高品質が要求される製造ロール等に特
に適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＣＦＲＰ製素管の積層構成を模式
的に示した部分破断立体図、第２図は同素管に金属メッ
キ被覆をした部分断面図、第３図は本発明の他の実施例
であるロールシェルを模式的に表わした部分破断立体図
、第４図は本発明を適用して製作される超高速回転ロー
ルの断面図、第５図はロール表面処理の密着強度をテス
トするためにロール表面に矩形溝を切り込んだロール正
面図である． 図の主要部分の説明 １．２．３　−一一炭素繊維層 ４・・一金属メッキ層 ５・・・下地処理層 ６−・金属溶射処理層 ７・一中間メッキ層 ８一最外メッキ層 ９・・・・ジャーナル 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素繊維の巻付角度が少なくとも２種類からなり、
   最内層の巻付角度が軸方向に対して±７５゜〜９０゜の
   範囲にあり、最外層の巻付角度が０〜±３５゜の範囲に
   あることを特徴とする中空円筒状成形物。 ２、外周面の一部又は全部に、内層より溶射のための下
   地処理層、金属溶射処理層、中間金属メッキ層及び最外
   金属メッキ層が順次被覆されている請求項１記載の成形
   物。