JPH03150136A - 強化プラスチック製巻芯 - 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、フィルムやシート等の比較的薄い材料を巻取
るための強化プラスチック製巻芯に関するものである。

（従来の技術） フィルムやシート等の比較的薄い材料を巻取るためには
、通常管状の巻芯が使用される。すなわち、この巻芯は
、これに長尺なフィルムやシート等の端部を固定した後
、この巻芯を回転させて当該フィルムやシート等を巻取
る作業に使用され、フィルム等の巻き取り及び保護に重
要な？？　！、１１を果すものである。そして、このフ
ィルムやシート等は当該巻芯に巻き取った状態のまま所
定の加エニ程に運搬されるのである。

ところが、このフィルムやシート等が、近年のように非
常に薄いもの（ごく最近の技術によれば、０．５μｍの
ものも工場生産可能となってきている）や、カセットテ
ープやビデオテープ等の磁気テープのように相当高度な
均質性及び高品質性が要求されるものにあっては、製品
化する前の巻芯に巻取る際には、しわの発生防止及び裂
は防止等の相当な注意を必要としてきている。しかも、
この巻芯に対する巻き取り作業にあっては、効率化を図
るために当該巻芯は相当な高速で回転しなければならな
い状況にある。

このようなフィルムやシート等の各製造工程のうちの特
に巻き取る作業にあっては、これらのフィルムやシート
等が上述したように非常に繊細なものになって（ると、
従来では殆ど問題とならなかったことが状態クローズア
ップされてくる。

そのうちの幾つかを含めて、当該巻芯に要求される性質
を列記してみると、次のようになる。

■この巻芯は、上述したように高速回転されるが、巻き
取り時のフィルム等に対する追随性を良好にするために
は、回転させた−ときの慣性モーメントが小さい方がよ
く、従って当該巻芯の重量は軽いほうがよい。（軽量性
） ■この巻芯には大量のフィルムやシート等を巻き取るの
であるから、巻き取り完成後の全体重晴は相当なものに
なるのであるが、これを運搬するに際しては当該巻芯を
利用して行なわれる。また、フィルムやシートをテープ
等として製品化するにあたっては、当該巻芯を別の機械
に架けて回転させるが、その運搬や設置作業も当該巻芯
を利用して行なわれる。従って、この巻芯そのものには
相当な強度が要求される。（強度性） ■この巻芯に対するフィルムやシート等の巻き取り途中
に、これらに「しわ」が発生してはならない。「しわＪ
が発生すると、この「しわ」自体が製品価値を低下させ
るだけでなく、その部分においてフィルムやシート等の
次に巻き取られる部分に破損を生じることがある。この
ことは、特にフィルムやシート等が薄いものの場合には
顕著である。従って、このような「Ｌわ」が発生しない
ようにするには、当該巻芯の表面が完全な平滑性を有し
ていて、しかもこの巻芯自体が回転途中において撓わむ
ようなものであってはならない。

（平滑性） ■この巻芯に対するフィルムやシート等の巻き取りの初
期から終期に至る間において、当該巻芯の温度が相当変
化する可能性がある。これは、搬送されて（るフィルム
等が熱を帯びていることや、高速回転という機械的な条
件によって発熱すること等が考えられる。ところが、フ
ィルム等は上述したように「しわ」が発生してはならな
いのであるが、当該巻芯が熱によって伸縮すると、これ
が上記の「しわ」の発生原因にもなる。この熱が回避す
ることができないものであれば、当該巻芯は熱によって
伸縮しないもの、すなわち熱膨張係数の小さいものであ
る必要がある。（非熱膨張性）従来のこの種強化プラス
チック製巻芯としては、例えば特公昭５９−４５８４３
号公報にて提案されたものがある。この公報にて提案さ
れた金属ロールは、［金属製ロールシェルの内周面に、
炭素繊維強化樹脂層が、該炭素繊維の配列方向と前記金
属製ロールシェル軸方向とが一致する状態で貼り付けら
れてなるロール本体と、該ロール本体の端部に嵌着され
、かつ、回転支持軸に係合される金属製ヘッダーとから
なる金属ロール。」 である。ところが、この金属ロールは、その金属製ロー
ルシェルの内周面に炭素樹脂繊維層を形成しなければな
らないのであるが、単純に考えてみても、管材の内周面
に別の部材を固定することは極めて困難なことである。

また、この金属ロールは、その金属製ロールシェルとし
て極薄のアルミニウム管を使用したとあるが、アルミニ
ウム管を基材とした場合には強度はそれ程確保すること
ができないと考えられる。さらに、この金属ロールは、
その金属製ロールシェルの内周面に炭素樹脂繊維層を形
成しなければならないが、当該金属ロールに熱が加えら
れたとき、両者の材質の差によって内部に応力が発生し
、これによって金属ロール自体が撓わむこともありうる
。このようなことになると、フィルム等の巻き取りは「
しわ」等が発生して良好に行なえないことになる。従っ
て、この金属ロールは、その金属製ロールシェル及びそ
の内周面に形成される炭素樹脂繊維層の材質について相
当な考慮を払わなければならない。

また、特開昭６ｏ−ｓ３ｔ３７号公報には、炭素繊維強
化プラスチックス製バイブの製造方法が示されており、
この方法は、 「パイプの軸方向に対し３０度以下の低角巻きを５０％
以上含む構成の厚内炭素繊維強化プラスチックス製バイ
ブの製造方法について、含浸する樹脂量を２０〜３５重
量％にコントロールした炭素繊維を所望の構成比で巻き
つけた後、表面に熱収縮テープをラッピング巻きし、加
熱硬化させることを特徴とする炭素繊維強化プラスチッ
クス製バイブの製造方法。」 である。この炭素繊維強化プラスチックス製バイブは、
当該パイプの表面に熱収縮テープをラッピング巻きして
、これを加熱硬化させる必要があるのであるが、このラ
ッピング巻きされた熱収縮テープは加熱硬化されたとき
に完全に滑らかな表面となっている保障は全くない。従
って、上述した■に示したことは、この方法においては
全く考慮されていない。

要するに、従来のこの種強化プラスチック製巻芯におけ
る技術にあっては、上述した■〜■の問題点を全て解決
したものは未だ提案されていなかったのである。− （発明が解決しようとする問題点） 本発明は以上の実状に鑑みてなされたもので、その解決
しようとする問題点は、巻き取り物であるフィルムやシ
ート等の薄肉化及び精密化等の高品質化に対する、従来
のこの種強化プラスチック製巻芯の未対処である。

そして、本発明の目的とするところは、軽量化、硬度化
、耐摩耗性化、表面の平滑化及び熱膨張率。

の低減化を果すことができて、簡単に製造することので
きる強化プラスチック製巻芯を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために本発明が採った手段は、
実施例に対応する第１図〜第５図を参照して説明すると
、− 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（１１）にプリプレグ化したクロスを巻回すること
によって形成した基材層（１２）と、この基材層（１２
）の表面に繊維（１３）を芯金（１１）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（１４）と、 この第一ワインディング層（１４）の表面に、繊維（１
３）を前記角度とは異なる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二ワインディング層（１５
）と、 第二ワインディング層（１５）上に塗布した樹脂を硬化
させることにより形成されて最外層に位置するコーティ
ング層（１６）とを備え、 このコーティング層（１６）の表面を１〜１．５８の面
粗度の研摩面としたことを特徴とする強化プラスチック
製巻芯（１０）である。

すなわち、この強化プラスチック製巻芯（１０）は、金
属材料を全く使用しないで、各基材層（１２）、第一ワ
インディング層（１４）及び第二ワインディング層（１
５）をガラス繊維あるいはカーボン繊維等を主として使
用し、これらを樹脂によって接合硬化させて、最外層に
樹脂からなるコーティング層（１６）を形成したもので
ある。そして、この強化プラスチック製巻芯は、コーテ
ィング層（１６）の表面に積極的に研摩面を形成すると
ともに、第一ワインディング層（Ｉ４）と第二ワインデ
ィング層（１５）とのワインディング角度を変えたもの
である。

（発明の作用） 本発明が以上のような手段を採ることによって、強化プ
ラスチック製巻芯（１０）は次のような作用を有してい
る。

まず、本発明に係る強化プラスチック製巻芯（ｌＯ）に
あっては、その全体がガラスあるいはカーボン等からな
る繊維と樹脂によって形成しであるので、その全体の重
量はこれらの材料によって決定されている、すなわち従
来の金属を使用したものに比して軽量化されているので
ある。

それだけではなく、この強化プラスチック製巻芯（１０
）は基材層（１２）の上面にガラスあるいはカーボン繊
維（１３）を順次巻回し、しかも第一ワインディング層
（１４）と第二ワインディング層（１５）とでそのワイ
ンディング角度を変えたから、各第一ワインディング層
（１４）及び第二ワインディング層（１５）の間の隙間
が完全に埋められているとともに、最外層に樹脂からな
るコーティング層（１６）を形成してその表面を研摩面
としたから、その外形が真円に近いものとなっている。

従って、この強化プラスチック製巻芯（１０）の各部分
にあっては均質な質量を有していることになるからこれ
を高速回転させた場合であっても「ブレ」は全く生じな
いようになっている。

また、この強化プラスチック製巻芯（１０）は、プリプ
レグ化したカーボンクロスあるいはガラスクロスによっ
て形成される基材層（１２）と、この基材層（１２）上
にガラスあるいはカーボン等からなる繊維（１３）によ
って形成される第一ワインディング層（１４）及び第二
ワインディング層（１５）とによって主に構成されてい
るから、これらの基材層（１２）、第一ワインディング
層（１４）及び第二ワインディング層（１５）によって
全体としては高い強度を有したものとなっている。しか
も、これらカーボンクロスあるいはガラスクロス、ガラ
スあるいはカーボン等からなる繊維（１３）、及びこれ
らを密着させる樹脂はそれぞれの熱膨張率が低いもので
あるから、当該強化プラスチック製巻芯（ｌＯ）の各層
における熱膨張率は低下されており、従って熱が加えら
瓢あるいは温度差の激しい状態のもとにおかれたとして
も、その内部に応力を生じさせることはない。

特に重要なことは、最外層にコーティング層（！６）を
形成してその表面を、面粗度が１−１．５Ｓの研摩面と
したから、この強化プラスチック製巻芯の表面の平滑性
は優れたものとなっていることである。このコーティン
グ層（１６）の表面を研摩して研摩面とする場合に、コ
ーティング層（１６）は充分な厚さを有しているから、
内部の第二ワインディング層（１５）等が表面に露出し
ないようにし得るものである。

さらに、この強化プラスチック製巻芯（１Ｇ）は、各材
料を順次上方に巻回してい（ことにより形成可能となっ
ているから、その製造を容品に行なえるものとなってい
る。なお、この強化プラスチック製巻芯（１０）は非常
に高い強度を有していることから、耐摩耗性に優れてい
ることは勿論である。

（実施例） 次に、本発明に係る強化プラスチック製巻芯（ｌＯ）の
各実施例について、その製造方法も加味しながら、図面
を参照して順次説明する。

第１ｖ１には、本発明に係る強化プラスチック製巻芯（
１０）の部分破断斜視図が示してあり、この強化プラス
チック製巻芯（１Ｇ）は主として基材層（１２）、第一
ワインディング層（１４）、第二ワインディング層（１
５）及びコーティング層（１６）とからなっている。

この第１図には、説明上芯金（１１）を入れたままの状
態が示しであるが、この芯金（１１）は本発明の強化プ
ラスチック製巻芯を完成させた後に取外されるものであ
って、強化プラスチック製巻芯の構成要素ではない。

基材層（１２）は、中心物となる芯金（１１）に、プリ
プレグ化されたガラスクロスあるいはカーボンクロスを
２層に巻回して構成されているもので、この基材層（１
２）は完成後の強化プラスチック製巻芯（１０）の内面
を滑らかにしかつ内径精度を上げるためのものである。

この場合、芯金（１１）は当然真円に近いものが使用さ
れ、その表面には必要に応じて離型剤が塗布される。離
型剤を塗布するのは、完成後の強化プラスチック製巻芯
（ｌＯ）からこの芯金（１１）を抜き取る場合に、その
作業を容易に行なえるようにするためである。

また、基材層（１２）を芯金（１１）に対して巻回する
には、その布目が芯金（１１）に対して斜めになるよう
に配置してなされる。その理由は、この基材層（１２）
上に後述の第一ワインディング層（１４）をその上に巻
回していく場合に、この巻回途中において基材層（１２
）がほぐれないようにするためである。

さらに、この実施例においては、基材層（１２）の巻き
数を２回としたがこれに限るものではなく、次に述べる
ように、１回でもよくまた３回以上であってもよい。こ
の基材層（１２）は、強化プラスチック製巻芯（１０）
として完成した後における強度を保障するというよりは
むしろ、次の第一ワインディング層（１４）及び第二ワ
インディング層（１５）の巻回作業を容易かつ確実にす
るものであり、例えば強化プラスチック製巻芯（１０）
自体の径が小さい場合には１回でよいし、一方、当該強
化プラスチック製巻芯（１０）の径が大きい場合には３
回以上巻回すればよいのである。なお、この強化プラス
チック製巻芯（１０）としては、その最終的な直径が５
ｍｍ〜３００ｍｍと相当幅の広いものが製造されるので
ある。

第一ワインディング層（１４）は、芯金（１１）ととも
に回転される基材層（１２）の上面に、繊維（１３）を
順次巻回（ワインディング）することによって形成され
る。この第一ワインディング層（１４）を形成する繊維
（１３）は、ガラス、カーボン等の無機繊維あるいはナ
イロン等の合成繊維によって形成されたものであり、巻
回される以前にプリプレグ化されている。勿論、この巻
回にあたっては、各繊維（１３）に所定の張力を付した
状態で行なわれる。そして、この第一ワインディング層
（１４）を形成するｍＪｌｔ（ｏ）の立合（１１）軸心
に対する傾斜角度は、本実施例の場合４５度である。こ
の傾斜角度で芯金（１１）の一端側から他端側に向けて
所定のｍ間で巻回し、他端に散ると今度は逆の傾斜角度
（１３５度）で同様な巻回作業を順次行なっていく。こ
のような巻回によって形成された層（繊維（１３）の−
回巻きを１層とする）は、本実施例にあっては６層であ
った。この第一ワインディング層（１４）が、当該強化
プラスチック製巻芯（１０）の強度等を出す主たる部分
となるから、繊維（１３）によって形成される層の数は
もっと多くてもよいが、径の小さい強化プラスチック製
巻芯（１０）を形成する場合には少なくてもよい。

第二ワインディング層（１５）は、基本的には第一ワイ
ンディング層（１４）を形成する場合と同様な方法によ
って形成されるが、その芯金（１１）に対する傾斜角度
及び巻き数において異なる。すなわち、この第二ワイン
ディング層（１５）を形成する繊維（１３）の傾斜角度
は本実施例にあっては７５度であり、またその巻き数は
３層である。この傾斜角度で、上述の第一ワインディン
グ層（１４）の場合と同様に、芯金（１１）の一端側か
ら他端側に向けて所定の隙間で巻回し、他端に散ると今
度は逆の傾斜角度−（１０５度）で同様な巻回作業を順
次行なっていく。このように、繊維（１３）の傾斜角度
を第一ワインディング層（１４）の場合に比較して変更
したのは、第一ワインディング層（１４）を形成してい
る繊維（１３）の各隙間を埋め尽くす必要があるからで
ある。すなわち、第一ワインディング層（１４）を形成
している繊維（１３）の交差部分以外の部分で何等かの
原因によって隙間が出きている場合であっても、その上
から傾斜角度の異なる繊維（１３）を巻回することによ
って、この隙間は完全に埋めることができるからである
。また、第二ワインディング層（１５）の巻き数を３層
として、第一ワインディング層（１４）の場合より少な
くしたのは、この第二ワインディング層（１５）は強化
プラスチック製巻芯（１０）としての強度を保障するも
のではなく、完成後の強化プラスチック製巻芯（ｌＯ）
の表面が完全に滑らかなものとするためのものであり、
従ってこの第二ワインディング層（１５）によって強化
プラスチック製巻芯（１０）の表面が滑らかなものとな
るのであれば本実施例の場合より少ない回数であっても
よいものである。

そして、この発明に係る強化プラスチック製巻芯（ｌＯ
）にあっては、最外層にエポキシ樹脂によるコーティン
グ層（１６）が施されており、その厚さは０．３〜０．
４であった。また、このコーティング層（１６）の表面
に機械的研磨を施して、１８〜１．５８の表面仕上げし
、研摩面とした。

以上のように構成し・た当該強化プラスチック製巻芯（
ｌＯ）の心円度は６／１００であって従来のものの心円
度１５／１００よりその精度が向上しており、またその
ヤング亭は１８００ｋｇｆ／ｌ−であった。また、繊維
（１３）としてカーボンフィラメントを使用し、これの
強化プラスチック製巻芯（１層）全体に占める割合を変
化させた場合の熱膨張係数を計測した結果、第４図に示
すようになった。

なお、以上のように形成した強化プラスチック製巻芯（
ｌＯ）にあっては、その表面仕上げをする前に、すなわ
ち各層及び各被膜が硬化した後において、芯金（１１）
が抜き出される。この芯金（１１）の抜き出しは、当該
芯金（１１）に離型剤が塗布してあればより一層良好に
行なうことができるものであり、各層の端部を係止部材
に係止させた状態で芯金（１１）を機械によって強制的
に引き抜くことによって行なわれる。その後にこれら強
化プラスチック製巻芯（ｌＯ）はその表面仕上げがなさ
れるとともに、強化プラスチック製巻芯（１０）の不要
な端部を切断して完成品とされるのである。

（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明に係る強化プラスチック製巻
芯（ｌＯ）においては、上記実施例にて例示したごとく
、各基材層（１２）、第一ワインディング層（１４）及
び第二ワインディング層（ＩＳ）をカーボンあるいはガ
ラス製の繊維（１３）を使用するとともに、これらの各
基材層（１２）、第一ワインディング層（１４）及び第
二ワインディング層（１５）を樹脂によって一体的に硬
化させて、その外側に面粗度が１〜１．５８の研摩面を
有するコーティング層（１６）を形成して構成したこと
にその特徴があり、これにより、この強化プラスチック
製巻芯（１０）は比較的軽量でかつ高い強度を有したも
のとなっている（軽量性及び強度性の確保）から、これ
を高速回転させてその表面にフィルムやシート等を巻回
するに際して撓んだりブしたりすることはなく、フィル
ムやシート等の巻同時にこれらの追随性を良好にしてい
る。

また、本発明の強化プラスチック製巻芯によれば、その
最外層に樹脂からなるコーティング層（１６）を形成し
たから、これにより第一ワインディング層（１４）及び
第二ワインディング層（１５）による凹凸は平滑化され
るのであり、しかもコーティング層（１６）の表面に面
粗度が１〜１．５８の研摩面を積極的に形成したから、
最終外周面は真円に近い平滑性を有しており（平滑性の
確保）、これにより、強化プラスチック性巻芯に巻回さ
れるフィルム等に「シワ」や破損部分を生じさせること
はないのである。

さらに、この強化プラスチック製巻芯（１０）は、その
全ての材料を熱膨張係数の小さいものを使用したから全
体として熱膨張が少なく（非熱膨張性の確保）、上記の
こととも合わせてフィルムやシート等に「シワ」や破損
部分を生じさせることなくこれらを確実に巻回すること
ができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る強化プラスチック製巻芯の概略構
成を示す一部破断斜視図、第２図は本発明に係る強化プ
ラスチック製巻芯を製造する場合に使用される装置の概
略構成を示した正面図第３図は第１の発明に係る強化プ
ラスチック製巻芯の部分拡大断面図、第４図はカーボン
繊維の量による強化プラスチック製巻芯の熱膨張変化を
示したグラフである。 符号の説明 １０・・・強化プラスチック製巻芯、ｌｌ・・・芯金、
１２−・・基材層、１３・・・繊維、１４・・・第一ワ
インディング層、１５・・・第二ワインディング層、１
６・・・コーティング層。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   せた状態で巻回することによって形成した第二ワインデ
   ィング層と、 第二ワインディング層上に塗布した樹脂を硬化させるこ
   とにより形成されて最外層に位置するコーティング層と
   を備え、 このコーティング層の表面を１〜１．５Ｓの面粗度の研
   摩面としたことを特徴とする強化プラスチック製巻芯。