JPH06305049A - 繊維強化樹脂製ロールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】軽量で、寸法精度に優れ、耐久性があり、しか
も製造工程が簡略化されて製造コストも低い繊維強化樹
脂製ロールの製造方法を提供する。 【構成】内型の外側に内圧保持体およびその両端部にヘ
ッダーを配置し、その外側に未硬化の繊維強化樹脂層を
フィラメントワインディング法で形成する。円筒状の内
面を有する外型の内側に内型を設置し、内圧保持体に空
気圧を導入して内圧保持体を膨張させ、その膨張圧で未
硬化の繊維強化樹脂層を外型に密着させ、その状態を維
持しつつ繊維強化樹脂層を硬化させることにより、両端
部のヘッダーが同時に成形された繊維強化樹脂製ロール
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は繊維強化樹脂（以下、Ｆ
ＲＰと称することがある）製ロールの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰは金属材料と比較して比強度、比
剛性が高いという特徴を有するので、工業分野での使用
が活発化し、ロールにも使用され始めた。しかしなが
ら、ＦＲＰ製ロールは金属製ロールと比較して、ヘッダ
ーの取付が困難で、その接合の信頼性にも乏しいという
問題点があった。なお、本発明においてヘッダーとは、
図２において（４）として示されるフランジ部材を言
う。

【０００３】これらの問題点を解決するために、ＦＲＰ
製ロールを構成するＦＲＰ製管状体の端部内面とヘッダ
ーの外面をそれぞれテーパー加工した後、接着剤を用い
て取りつける方法などが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの従来のＦＲＰ
製ロールは、両端部のヘッダーの取付に煩雑な工程を含
み、取付後の信頼性に難点があり、また、ロール外面の
精度を出すために、旋削、研削或いは研磨といった機械
加工の工程を多く必要とするため、原材料の歩留りが悪
く、製造コストが高く経済性において問題があった。

【０００５】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
ことにあり、軽量で、ＦＲＰ製管状体と両端部のヘッダ
ーが成形時に一体化して、信頼性も高く、ロ−ルの寸法
精度に優れ、原材料の歩留りが良く、機械加工工程を極
力削減して製造工程を簡略化した製造方法により、長期
の使用に安定的に耐えることにある。本発明の方法はよ
り軽量化したＦＲＰ製ロール、特にＦＲＰ製フリーロー
ルの製造に適するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はつぎの発明から
なる。 １．次の工程を、この順で行うことを特徴とする繊維強
化樹脂製ロールの製造方法。 （１）内型の外側に内圧保持体を配置し、その両端部に
ヘッダーを設置する工程。 （２）内圧保持体および両端部のヘッダーの外側に未硬
化の繊維強化樹脂層を形成する工程。 （３）円筒状のキャビティを有する外型の内側に、内圧
保持体、ヘッダーおよび繊維強化樹脂層を有する内型を
設置する工程。 （４）内圧保持体の内部に流体圧を作用させることによ
り内圧保持体を膨張させて、その膨張圧により未硬化の
繊維強化樹脂層を外型の内面に密着させる工程。 （５）未硬化の繊維強化樹脂層を硬化させる工程。 ２．上記項（１）の工程３において、外型としてその内
面に金属箔を配置したものを用いる項（１）記載の繊維
強化樹脂製ロールの製造方法。 ３．上記項（１）の工程２において、未硬化の繊維強化
樹脂層の外側に金属箔を配置する項（１）記載の繊維強
化樹脂製ロールの製造方法。

【０００７】以下に本発明について詳細に説明する。本
発明の方法は前記のとおりの工程を行うことを特徴とす
るが、各工程の前後に付加的な別の工程を含んでもよ
い。また、本発明の方法を基本として、ＦＲＰ製ロール
のＦＲＰ層を導電層とする方法或いは機能性を有した樹
脂層とする方法等のさまざまな応用も随時可能である。

【０００８】本発明において、ＦＲＰ製管状体の成形に
用いられる強化繊維は負荷時の撓み量を少なくし、回転
時の共振周波数を高める必要から弾性率、強度の高い繊
維が望ましい。そのような繊維として、例えば、炭素繊
維、ガラス繊維、アラミド繊維、およびセラミック繊維
を挙げることかできる。またこれらの繊維を２種以上組
み合わせてもよい。比強度、比剛性が多い繊維の方が軽
量化の効果が顕著であるので好ましく、弾性率として好
ましくは１５０ＧＰａ以上、より好ましくは２００ＧＰ
ａ以上有する繊維がよい。繊維の弾性率が１５０ＧＰａ
以上である繊維として、例えば炭素繊維を挙げることが
できる。

【０００９】また、ＦＲＰ製管状体の成形に用いられる
マトリックス樹脂は特に制限されるものではなく、エポ
キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹
脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、
キシレン樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、シリコン樹
脂等の熱硬化性樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレ
ン樹脂、ポリ塩化ビニール樹脂、ポリメタクリレート樹
脂、ＡＢＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン６，６．
６，６．１０，６．１１，６．１２など）、ポリフェニ
レンサルファイド樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエー
テルスルフォン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹
脂、ポリフェニレンオキシド樹脂等の熱可塑性樹脂を挙
げることができる。これらの中でエポキシ樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂が取扱い性の面
から好ましい。これらの樹脂および強化繊維は必要に応
じてそれぞれ２種以上を組み合わせることができる。

【００１０】本発明に用いられる内型は特に限定されな
いが、外面が円筒形状をした金型、例えば、ＦＲＰ製、
鋼製或いはアルミニウム製のマンドレルを用いることが
好ましい。

【００１１】内型の外面に配置される内圧保持体とは、
その内部に流体圧を作用させることにより、例えば、圧
縮空気などを導入することにより、膨張する機能を有す
るものである。具体的には、円筒状をした内型にチュー
ブを被せ、このチューブの両端部を内型の表面に密着さ
せて、流体圧を作用させたときのシールとし、流体圧の
導入口を設けたもの、或いは流体圧の導入口を有する袋
を内型の周囲に内型を包むように配置したものなどを例
示することができるが、この限りではない。

【００１２】この内圧保持体の材質は弾力性のある材料
がよく、例えば、シリコーンゴム、天然ゴム、ポリ塩化
ビニール、ポリアミド（ナイロン）、ポリエステル、ポ
リプロピレン、ポリエチレンなどの熱可塑性合成樹脂製
のフィルム、またはこれらを組み合わせてラミネートし
たフィルムなどが例示される。

【００１３】内圧保持体の外側に未硬化の繊維強化樹脂
層を形成するには従来公知の種々の方法を用いることが
できる。例えば、強化繊維の繊維トウに未硬化の前記マ
トリックス樹脂を含浸させた後に、フィラメントワイン
ディング法を用いて後述する本発明の方法に従って製造
することができる。フィラメントワインディング法の代
わりに、引き揃えられた繊維束に未硬化樹脂が含浸され
たシート状プリプレグを巻き回す方法を用いることもで
きる。

【００１４】本発明において、ＦＲＰ製ロール両端部の
ヘッダーの材質や構造は特に限定されない。材質として
は、鋼、銅、アルミニウム等の金属、およびその上に金
属めっきが施されたもの、あるいは、特に軽量化が望ま
れる用途には、炭素繊維やガラス繊維等を強化繊維とす
るＦＲＰ製のもの、またはその上に金属めっきが施され
たものを用いることができる。ＦＲＰ製ヘッダーを使用
する場合は、上記のＦＲＰ製管状体の製造に用いられる
強化繊維、およびマトリックス樹脂を組み合わせて用い
ることができるが、ＦＲＰ製管状体の製造に用いた素材
と必ずしも同一である必要はない。構造としては、ヘッ
ダーの外面に凹凸を有する、ローレット目を有する等と
してＦＲＰ製管状体との接合強度を向上させることがで
きる。ヘッダーの内面はＦＲＰ製ロールの軸方向で中心
部に向かって内径がテーパー状に広がっている構造が望
ましい。内径が均一の場合は内圧保持体を膨張させて、
未硬化の繊維強化樹脂層を外型内面に密着させる際に、
内圧保持体に無理な力が掛かり、内圧保持体を損傷させ
るため望ましくない。

【００１５】本発明において用いられる円筒状のキャビ
ティを有する外型とは、ＦＲＰ製ロールの円筒状の外表
面を精度よく形成するための内側のキャビティが円筒形
状をした型であり、ＦＲＰ、鋼、アルミニウムなど従来
より公知の各種材料を用いて製造することができるもの
である。外型の外側の形状は特に限定されるものではな
い。原材料の軽量化のため、外型としてＦＲＰ製のパイ
プを用いることが好ましい。

【００１６】上記のようにして準備された外型の内側
に、内圧保持体、両端部のヘッダーおよび未硬化の繊維
強化樹脂層を配置、形成した円型を設置し、内圧保持体
に流体圧を作用させる。内圧保持体に作用させる流体は
特に限定されないが、圧縮空気が取扱易いために好まし
い。作用させる流体の圧力は、予め構造設計により決め
られたＦＲＰ製管状体の肉厚、積層構成および積層角度
などに依存するので必ずしも限定されないが、好ましく
は少なくとも０．２ＭＰａ、より好ましくは０．３ＭＰ
ａ以上である。また、流体圧を作用させる前に、外型の
内部全体を密封して真空で吸引すれば、ボイドの混入の
無いＦＲＰ製管状体が得られるのでより好ましい。

【００１７】内圧保持体を流体圧の作用により膨張させ
ることにより、繊維強化樹脂層を外型の内面に密着させ
る。ついで通常の方法に従って繊維強化樹脂層を硬化さ
せ、外型、内型および内圧保持体を取り除くことによ
り、外表面の精度の良好な繊維強化樹脂製ロールを得
る。

【００１８】本発明において、ＦＲＰ製ロールの最外層
の材質は特に限定されない。最外層をふっ素樹脂微粒子
を含有する樹脂等の機能性を有した樹脂層とする場合
は、内圧保持体および両端部のヘッダーの外側に未硬化
の繊維強化樹脂層を形成した後にその外表面に機能性樹
脂を施すことにより得られる。

【００１９】ＦＲＰ製ロールの最外層を金属化する場合
は、予め金属箔をＦＲＰ製管状体の成形工程において、
この管状体の外面に密着させることにより可能となる。
具体的には、外型の内面に金属箔を配置する方法、また
は、未硬化の繊維強化樹脂層の外側に金属箔を配置する
方法が挙げられる。また、電解めっきが必要な場合に
は、その後電解めっきを行うことができる。

【００２０】金属箔の材質は、ステンレス、銅、ニッケ
ル、ニッケル／銅の２層構造、ニッケル／銅／ニッケル
の３層構造のものが挙げられるが、これらは用途に応じ
て適宜選択され、特に限定されるものではない。具体的
には金属箔として、電解金属箔、圧延金属箔等が挙げら
れ、その形態はパイプ全面を一層の箔で覆うことのでき
る大きさの四角形状、またはチューブ状、孔開きのチュ
ーブ状が好ましい。また、金属箔を四角形状とした場
合、その金属箔はＦＲＰ製パイプの外表面に形成される
際に、金属箔同志が重なる場合がある。金属箔同志およ
び金属箔と繊維強化樹脂との接合面で高い接合強度を得
るために、少なくとも繊維強化樹脂層と接触する面か粗
面化されていることが好ましい。このような材料として
片面、または両面の全面もしくは部分的に粗面化された
電解金属箔が挙げられる。金属箔の厚みは、取扱い性の
面から１５０μｍ以下が好ましい。さらに好ましくは２
０〜１００μｍである。１５０μｍを越えると重量が増
し、また金属箔材料の剛性が増すため、それを重ね合わ
せる場合、ＦＲＰ製パイプの表面に凹凸ができるため好
ましくない。

【００２１】最外層に無電解めっき層を行うこともでき
る。その場合は、前記した機能性樹脂を無電解めっき用
樹脂として施し、ついで無電解めっきを行う。最外層を
ゴム質とする場合はゴム質チューブをＦＲＰ製管状体の
外面に配置することにより可能となる。繊維強化樹脂層
の硬化の方法は必ずしも限定されない。内型および外型
を一体化し、内圧保持体に流体圧を作用させたまま、熱
硬化炉に入れ加熱硬化させる方法、室温にて硬化させる
方法などを用いることができる。

【００２２】

【実施例】以下、実施例によって具体的に説明するが、
本発明はこれらの実施例によって限定されるものではな
い。

【００２３】炭素繊維としては住化ハーキュレス社製商
品名マグナマイト（登録商標）ＩＭ６（引張弾性率２７
６ＧＰａ、引張強度４．４ＧＰａ）を用いた。エポキシ
樹脂組成物としてはエポキシ樹脂としてビスフェノール
Ａ（住友化学工業（株）製スミエポキシ（登録商標）Ｅ
ＬＡ１２８）、硬化剤としてはヘキサヒドロ無水フタル
酸（日立化成工業（株）製ＨＮ５５００）、硬化助剤と
しては２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フ
ェノール（住友化学工業（株）製スミキュア（登録商
標）ＤＭＰ３０）を化学量論量配合したものを用いた。

【００２４】実施例１ 外径１００ｍｍ、長さ２５００ｍｍのステンレス製マン
ドレルをフィラメントワインディング装置に装着し、該
マンドレルに離型剤を塗布した後、炭素繊維を液状のエ
ポキシ樹脂組成物に含浸しつつその上にまきつけ、熱硬
化炉に入れ、１５０℃で２時間加熱し硬化させた。繊維
の巻き付けは角度±５５°で３ｍｍ、角度８９°で０．
５ｍｍとし繊維強化樹脂製の外型を製作した。この外型
は図１において（１）で表される。

【００２５】内型としての外径４０ｍｍ、長さ２０００
ｍｍのステンレス製特殊マンドレル（２）をフィラメン
トワインディング装置に装着し、該マンドレルに内圧保
持体（３）としてシリコンチューブ（信越化学工業
（株）製熱収縮ゴムチューブＳＴ−３５０ＤＧ）を被
せ、該シリコンチューブの両端部を該ステンレス製特殊
マンドレルに密着させ、空気圧を作用させた場合のシー
ルとし、さらにその両端部に外径８５ｍｍ、内径４５ｍ
ｍ／７５ｍｍのテーパー、長さ５０ｍｍの鋼製ヘッダー
（４）を設置した。この内型外面とシリコンチューブよ
り形成される空隙部分に流体圧導入口（８）を介して
０．１ＭＰａの空気圧を作用させて、シリコンチューブ
を外径７５ｍｍに膨張させた。炭素繊維を液状のエポキ
シ樹脂組成物に含浸しつつ、両端部のヘッダーを含め
て、膨張させたこのシリコンチューブの外周全面に巻き
つけた。繊維の巻きつけ角度は±１０°、巻きつけ厚み
は８．５ｍｍとした。繊維と樹脂の体積割合は繊維が６
０±２％となるように樹脂の付着量を調整した。図１に
おいてこの未硬化の繊維強化樹脂層は（５）で表され
る。

【００２６】シリコンチューブ、両端部のヘッダー、繊
維強化樹脂を巻きつけられた内型を、内面に電解銅箔
（６）を密着せしめた繊維強化樹脂製の外型（１）の内
側に入れ、この繊維強化樹脂製の外型の内側を真空吸引
口（７）を通して３０分間真空圧にて吸引し、さらに真
空吸引しながらこの内型外面とシリコンチューブより形
成される空隙部分に流体圧導入口（８）を介して０．３
ＭＰａの空気圧を３０分間作用させてシリコンチューブ
を膨張させることにより、繊維強化樹脂製の外型内面に
密着した電解銅箔に、内型に巻き付けられた繊維強化樹
脂を密着させ、繊維強化樹脂と電解銅箔を一体化した。

【００２７】上記の一体化した繊維強化樹脂と電解銅箔
を外型、内型ごと空気圧を作用させながら熱硬化炉に入
れ、１２０℃で２時間回転させながら加熱し硬化させ
た。硬化後外型、内型から脱型し、両端部分の不要部分
を切断除去し表層が電解銅箔に覆われた炭素繊維強化樹
脂製ロールを得た。

【００２８】両端にヘッダー（４）が同時成形され、表
層が電解銅箔（６）で覆われた炭素繊維強化樹脂製管状
体（１０）に電解銅めっきを行い、７００μｍの厚みの
下層めっき層（１２）を形成した。この外周を旋盤で研
削した後、研磨盤にて表面粗度１Ｓまで研磨し、電解ク
ロムめっきを行い、上層めっき層（１３）を形成した。
膜厚４０μｍまで電着したものの表面を表面粗度０．４
Ｓまで研磨し、動バランスを修正して、繊維強化樹脂製
ロール（９）を得た。これは搬送用フリーロールとして
好適に使用できる。

【００２９】本発明の方法により得られるロールは、フ
ィルム搬送、製紙、印刷などの様々な工業分野におい
て、特に搬送用のフリーロールとして用いて、生産性の
向上および省力化に寄与するものである。

【００３０】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂製ロールの製造方
法は従来の方法に比して、繊維強化樹脂管状体と両端部
のヘッダーが一体で成形されているため、その接合部の
信頼性が高く、機械加工工程が削減されており、原材料
の歩留りも向上し、製造工程の簡略化によりロールの製
造コストが低減されている。また本発明の方法により得
られる繊維強化樹脂製ロールは従来の繊維強化樹脂製ロ
ールと比較して、寸法精度が優れ、同等以上の表面性能
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】両端部ヘッダーが同時に成形され、金属箔を外
表面に有する繊維強化樹脂製管状体の成形時の状態を表
す内型、外型、内圧保持体、両端部ヘッダーおよび金属
箔、繊維強化樹脂層の配置の一例の断面図。

【図２】本発明の方法を用いて製造された繊維強化樹脂
製ロールの一例の部分断面図。

【符号の説明】

１：外型 ２：内型 ３：内圧保持体 ４：ヘッダー ５：未硬化の繊維強化樹脂層 ６：金属箔 ７：真空吸引口 ８：流体圧導入口 ９：繊維強化樹脂製ロール １０：繊維強化樹脂製管状体 １１：金属箔層 １２：下層めっき層 １３：上層めっき層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｌ 9:00 4Ｆ 31:32 4Ｆ (72)発明者 山蔦 浩治 茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株式 会社内 (72)発明者 松岡 祥樹 茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株式 会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】次の工程を、この順で行うことを特徴とす
   る繊維強化樹脂製ロールの製造方法。 １．内型の外側に内圧保持体を配置し、その両端部にヘ
   ッダーを設置する工程。 ２．内圧保持体および両端部のヘッダーの外側に未硬化
   の繊維強化樹脂層を形成する工程。 ３．円筒状のキャビティを有する外型の内側に、内圧保
   持体、ヘッダーおよび繊維強化樹脂層を有する内型を設
   置する工程。 ４．内圧保持体の内部に流体圧を作用させることにより
   内圧保持体を膨張させて、その膨張圧により未硬化の繊
   維強化樹脂層を外型の内面に密着させる工程。 ５．未硬化の繊維強化樹脂層を硬化させる工程。
2. 【請求項２】請求項１の工程３において、外型としてそ
   の内面に金属箔を配置したものを用いる請求項１記載の
   繊維強化樹脂製ロールの製造方法。
3. 【請求項３】請求項１の工程２において、未硬化の繊維
   強化樹脂層の外側に金属箔を配置する請求項１記載の繊
   維強化樹脂製ロールの製造方法。