JPH05193047A - 炭素繊維強化複合材の電食防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、炭素繊維強化プラスチックからな
る部材と金属製部材を組み合わせた炭素繊維強化複合材
において、金属部品の電食を防止する方法を提供するも
のである。さらにはこれにより、複合材料商品の耐用年
数の増加を図るものである。 【構成】 炭素繊維強化プラスチックからなる部材と金
属製部材との間に、絶縁性の繊維を強化材としたプラス
チック層を配したことを特徴とする炭素繊維強化複合材
の電食防止方法で、耐用年数の長い金属製ジャーナルを
有する炭素繊維強化プラスチック製ロールを供給するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、炭素繊維強化プラス
チックからなる部材と金属製部材を組み合わせた炭素繊
維強化複合材において、両者が物理的に接触する締結部
または接合部における金属製部材の電食を防止する方法
に関するものである。

【０００２】本発明は、例えばロール本体に炭素繊維強
化プラスチックを用い、軸受けジャーナル部に金属を用
いるような産業用ロールの製造法に適用することができ
る。

【０００３】また、この他の応用分野としては、例え
ば、炭素繊維強化プラスチック製パイプに金属製ヨーク
を接合したドライブシャフト、炭素繊維強化プラスチッ
ク製パイプに金属金具を接合した自転車フレーム及びハ
ンドルバー、金属製関節部を接合した炭素繊維強化プラ
スチック製ロボットアーム、金属製口金を接合した炭素
繊維強化プラスチック製タンク等に本発明を適用するこ
とができる。

【０００４】

【従来の技術】炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）
を用いた複合材料商品群は、金属部品との併用が実際上
不可避である。

【０００５】このような場合、炭素繊維強化プラスチッ
クと金属材料が物理的に接触する締結部または接合部で
は、金属が鉄鋼、アルミニウムといった卑金属の場合に
は、金属製部材が電気的に腐食することが知られてい
る。

【０００６】すなわち、導電性を有するＣＦＲＰが低合
金鋼やアルミニウムのような卑金属と接触するとそのイ
オン化傾向の差により起電力が発生し、陽極側が腐食さ
れる。これが電食と呼ばれる現象である。

【０００７】これを防止するためには両者の物理的接触
を回避することが必要となる。つまり、両者の間に絶縁
物を挿入することで、電流の流れを阻止すれば電食は発
生しないことになる。

【０００８】従来は、両者の物理的接触を回避するた
め、炭素繊維強化プラスチックからなる部材と金属材料
の間に、フィルム接着剤（特開平２―４８９３１号公
報）、液状接着剤または高分子シート（例えばポリサル
フォン：Ｇ．Ｒ．Ｊｏｈｎｓｔｏｎ，ｅｔａｌ，”Ｇａ
ｌｖａｎｉｃ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｅｆｆｅｃｔｓ
Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｇｒａｐｈｉｔｅ
Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ／Ｍｅｔａｌ Ｊｏｉｎｔｓ”，Ｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａ
ｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅ， ＡＤ―７７６４２５，Ｎ
ｏｖ．１９７３、例えばポリアラミドシート：特開昭６
０―６１６７１号公報）等を挿入することが行なわれて
きた。

【０００９】しかしながら、この方法では産業用ロール
等の回転機器部品の接合には応用できない。

【００１０】例えばＣＦＲＰ製管体と金属製ジャーナル
の接合部を接着接合する場合、両部材を接着接合する目
的のほかに、電食防止をも接着剤に期待すると、接着層
の厚みを大きくせざるをえなくなる。

【００１１】その結果、両者の同芯度が損なわれ、回転
機器の最も重要な特性の一つである、回転中の振れ回り
が大きくなってしまうのである。

【００１２】つまり、回転中の振れ回りを小さくするに
は接着層の厚みは最小限にすべきであるが、その場合、
両者の物理的接触を回避することが不十分となり電食が
発生してしまう。

【００１３】また確実な電食防止のためには接着層をな
るべく厚くする必要があるが、この場合には、パイプと
金属製ジャーナルの中心ずれが大きくなり、回転中の振
れ回りが大きくなってしまう。

【００１４】このようないわば二律背反の状況が問題と
なっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、炭素
繊維強化プラスチックからなる部材と金属製部材を組み
合わせた炭素繊維強化複合材において、金属部品の電食
を防止する方法を提供するものである。さらにはこれに
より、複合材料商品の耐用年数の増加を図るものであ
る。

【００１６】特に、回転体であるＣＦＲＰパイプに金属
製部材を端部に接合したロール等において、金属部材の
電食を防止し、同時に回転中の振れ回り特性の優れたロ
ールを作製する方法を提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、炭素繊維強化
プラスチックからなる部材と金属製部材を組み合わせる
に際して、炭素繊維強化プラスチック部材と金属製部材
との問に、絶縁性の繊維を強化材としたプラスチック層
を配したことを特徴とする炭素繊維強化複合材の電食防
止方法である。

【００１８】例えば中空パイプを炭素繊維強化プラスチ
ックで形成し、金属部材として金属ジャーナルを組み合
わせるような場合には、両部材を接着接合する目的のほ
かに、電食防止をも接着剤に期待すると、接着層の厚み
を大きくせざるをえなくなる。

【００１９】その結果、両者の同芯度が損なわれ、回転
機器の最も重要な特性の一つである、回転中の振れ回り
が大きくなってしまうのである。

【００２０】炭素繊維強化プラスチックからなるパイプ
と金属製部材両者の間に、通常の液状接着剤の接着層と
比較して厚みが多い絶縁層を設けることで、両者の物理
的接触を確実に回避し、かつまた絶縁性の繊維を強化材
としたプラスチック層と金属製部材の間の接着層の厚み
を最小限にすることで、炭素繊維強化プラスチックから
なるパイプと金属製部材の中心のずれを最小限にするこ
とができ、回転中の振れ回り特性の優れたロールを作製
することが可能となる。

【００２１】図１は本発明の基本的な構成の説明図であ
り、金属と炭素繊維強化複合材料の間に絶縁繊維強化プ
ラスチック層がある構成部材の断面概要図である。

【００２２】例えば、図１に示すように、金属部品１と
炭素繊維強化複合材料３との間に、絶縁繊維を強化材と
したプラスチック層２を設けることにより前二者間の電
食を防止することができる。

【００２３】すなわち本発明は炭素繊維強化プラスチッ
クからなる部材と金属製部材の両者の物理的接触を回避
するため、炭素繊維強化プラスチックからなる部材と金
属材料との間に、絶縁繊維強化プラスチック層を配し、
電流の流れを阻止することによって、電食の発生を防止
するようにしたものである。

【００２４】絶縁性の繊維としては、直径数μｍ〜１ｍ
ｍ程度で、長さは数ｍｍから長いものは連続繊維でもよ
い。また繊維の形態は織物、不織布、一方向に引きそろ
えた物等のいずれを用いてもよい。

【００２５】すなわち、電気を通さないものならば繊維
の形態をとわず何でもよく、ガラス繊維、あるいはポリ
エチレン等の高分子系の繊維などが使用できる。

【００２６】これらの絶縁性の繊維を混入するプラスチ
ックとしては、不飽和ポリエステル、エポキシ等の熱硬
化型樹脂が適当である。

【００２７】絶縁性の繊維を強化材としたプラスチック
層の厚みは電食を防止できればよく、特に規定はない
が、実用的には０．１〜１０ｍｍ程度が適当である。

【００２８】炭素繊維強化プラスチックからなる部材、
金属製部材及び絶縁性の繊維を強化材としたプラスチッ
ク層の三者の接合方法としては、３つの方法が考えら
れ、いずれを採用してもよい。

【００２９】１つめは炭素繊維強化複合材料、絶縁繊維
強化プラスチック及び金属製部材３者を別途作製し、液
状またはフィルム状接着剤を用いて接着接合する方法、
２つめは炭素繊維強化複合材料又は金属製部材どちらか
一方の面上に絶縁繊維強化プラスチックを成形し、残り
の部材を接着剤を用いて接着接合する方法、３つめは絶
縁繊維強化プラスチックを成形する際に、上下に炭素繊
維強化複合材料及び金属製部材を配し、絶縁繊維強化プ
ラスチックのマトリックスを構成する熱硬化型樹脂を接
着剤として兼用し、接着接合する方法である。

【００３０】例えば中空パイプを炭素繊維強化プラスチ
ックで作製し、金属部材として金属ジャーナルを組み合
わせるような場合には、金属製部材が回転体形状である
ため、これを回転させながら絶縁性の繊維を強化材とし
たプラスチック層を巻付けていく手順が考えられる。

【００３１】この方法は非常に簡便な工程であり、かつ
また、金属製部材の外側にほぼ均一厚みでプラスチック
層を作製することができ、そのため後工程の外径加工等
に費やす時間が短縮できる。

【００３２】したがってこのようなケースでは前述の接
合方法の２つめが最適な接合方法である。以下に本接合
法の概略を述べる。

【００３３】図２は金属製ジャーナルにエポキシ樹脂を
含浸させたガラスマットを巻き付ける工程を示す図であ
る。

【００３４】図３は炭素繊維強化プラスチックからなる
パイプと金属製ジャーナルを組み合わせたロール接合部
の図である。図４は図３に示した接合部の側面から見た
拡大図である。

【００３５】まず図２に示すように、絶縁性の繊維の巻
物１１から基材を引き出し、これを液状樹脂１２のなか
を通し、ガイドローラー１３を用いて樹脂を基材に含浸
させる。

【００３６】樹脂を含浸した基材を金属製ジャーナル１
４に、所望の厚みと機械加工代を考慮した厚み相当を巻
き付け、乾燥機等を用いて液状樹脂を硬化させる。

【００３７】金属製ジャーナル１４に巻き付ける基材は
あらかじめ樹脂を含浸したいわゆるプリプレグでもよ
い。

【００３８】金属製ジャーナルは接着に適した表面とす
るため、あらかじめショットブラスト等を用いて表面を
荒らし、活性面を露出させ、有機溶剤例えばメチルエチ
ルケトン、アセトン等で油分を除去（脱脂）しておくこ
とが望ましい。

【００３９】液状樹脂を硬化させた後、表面を機械加工
して外径寸法ならびに表面性状を所望のものとする。

【００４０】そして別途作製済みの炭素繊維強化プラス
チック製のパイプ１５に挿入・接合する。この一連の操
作によって、図３に示すような耐用年数の長い金属製ジ
ャーナルを有する炭素繊維強化プラスチック製ロールを
供給することができる。

【００４１】

【実施例】プラスチックフィルムのスリッター向けのテ
ンションセンサーロール及びダンサーロールの金属製ジ
ャーナル接合工程を例にとって本発明を説明する。

【００４２】図２は金属製ジャーナルにエポキシ樹脂を
含浸させたガラスマットを巻き付ける工程を示す図であ
る。

【００４３】図３は炭素繊維強化プラスチックからなる
パイプと金属製ジャーナルを組み合わせたロール接合部
の図である。図４は図３に示した接合部の側面から見た
拡大図である。

【００４４】まず図２に示すように、絶縁性の繊維（ガ
ラス繊維マット）の巻物１１からマットを引き出し、こ
れを液状樹脂（エポキシ）１２のなかを通し、ガイドロ
ーラー１３を用いて樹脂をマットに含浸させる。

【００４５】樹脂を含浸したマットを外径約４５０ｍｍ
の金属製ジャーナル１４に、所望厚み１．０ｍｍと機械
加工代同じく１．０ｍｍを考慮した厚み相当を巻き付
け、乾燥機を用いて液状樹脂を硬化させた。

【００４６】金属製ジャーナルは、接着に適した表面と
するため、あらかじめショットブラストを用いて表面を
荒らし、活性面を露出させ、メチルエチルケトンで脱脂
した。

【００４７】液状樹脂を硬化させた後、表面を機械加工
して外径寸法ならびに表面性状を所望のものとする。

【００４８】そして別途作製済みの内径約４５０ｍｍの
炭素繊維強化プラスチック製のパイプ１５に挿入・接合
する。

【００４９】この一連の操作によって、図３に示すよう
な耐用年数の長い金属製ジャーナルを有する炭素繊維強
化プラスチック製ロールを作製した。

【００５０】金属腐食の進行状況は今までの経験から、
腐食の程度を目視観察すると、電食対策を施していない
ものは、電食対策を施したものと比較して金属腐食が進
行していた。

【００５１】本実施例は今までの経験と比較して、金属
製ジャーナル１４と炭素繊維強化プラスチック製のパイ
プ１５の間の電気抵抗値が大きく、電食対策は十分であ
ると判断できる。

【００５２】また、ロールの回転ブレは従来の金属ロー
ルと同等もしくはそれ以上であった。

【００５３】

【発明の効果】本発明により、金属部品を併用した炭素
繊維強化複合材料を用いた製品において、耐用年数の長
いものを供給することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属と炭素繊維強化複合材料の間に、絶縁繊維
強化プラスチックがある構成部材の断面概要を示す説明
図。

【図２】金属製ジャーナルに樹脂を含浸させたマットを
巻き付ける工程を示す立面図である。

【図３】炭素繊維強化プラスチックからなるパイプと金
属製ジャーナルを組み合わせたロール接合部の説明図で
ある。

【図４】図３に示した接合部（Ａ）の側面から見た拡大
図である。

【符号の説明】

１ 金属部品 ２ 絶縁性の繊維を強化材としたプラスチック層 ３ 炭素繊維強化複合材料 １１ 絶縁性の繊維基材の巻物 １２ 液状樹脂 １３ ガイドローラー １４ 金属製ジャーナル １５ 炭素繊維強化プラスチック製のパイプ １６ 絶縁性の繊維を強化材としたプラスチック層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素繊維強化プラスチックからなる部材
   と金属製部材を組み合わせるに際して、炭素繊維強化プ
   ラスチック部材と金属製部材との間に、絶縁性の繊維を
   強化材としたプラスチック層を配したことを特徴とする
   炭素繊維強化複合材の電食防止方法。
2. 【請求項２】 炭素繊維強化プラスチックからなる部材
   がパイプで、金属製部材が金属ジャーナルである請求項
   １記載の炭素繊維強化複合材の電食防止方法。