JPH07108617A - 繊維強化樹脂製管状体およびロールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表面に凹凸部を有する、軽量で、寸法精度に優
れ、耐久性がある繊維強化樹脂製管状体およびロールの
生産性の高い製造方法を提供する。 【構成】内型の外側に内圧保持体を配置し、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
法で形成したのち、その表層に繊維強化樹脂製管状体お
よびロールの凹部を形成するためのフィルムを配置す
る。ついで、円筒状の内面を有する外型の内側に上記の
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、
凹部を形成するためのフィルムを外型の内面に密着さ
せ、その状態を維持しつつ繊維強化樹脂層を硬化させ、
硬化後フィルムを剥離することにより、表層に凹凸を有
する繊維強化樹脂製管状体を得る。該管状体の両端に軸
を取り付けてロールを得る。

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）製の管状体およびロールの製
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、広く産業分野での
使用が活発化し、ロールの素管にも使用され始めてい
る。一方、ロールにはその全表面が均一に平滑に仕上げ
られているものの他に、用途に応じて様々な表面形状を
要求される場合がある。そのなかでも表層に凹凸を有す
るロール、例えば、表面に規則的な段（凸部）もしくは
溝（凹部）を有するロールは、被搬送物のシワの発生防
止や空気の巻き込み防止に有効であり、フィルム搬送用
ロールや新聞輪転機用ロール等に多く使用されている。

【０００３】これらの従来の表層に凹凸を有するＦＲＰ
製ロールは、ロール外面の表面精度を出すために、旋
削、研削或いは研磨といった多くの機械加工工程を経た
後に、さらに段もしくは溝、すなわち凹凸部の形成のた
めの機械加工を施して製造されている。しかしながら、
この方法は多くの機械加工工程を必要とするため、原材
料の歩留りが悪く、寸法精度がでにくい上に、製造コス
トが高く経済性も劣るという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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、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
安定的に耐える表層に凹凸を有するＦＲＰ製管状体およ
びロールを製造することにある。すなわち、本発明の製
造方法は、より軽量化した表層に凹凸を有するＦＲＰ製
管状体およびロールの製造に適するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、次に記す発明
からなる。 １．次の工程を、この順で行うことを特徴とする表層に
凹凸を有する繊維強化樹脂製管状体の製造方法。 （１）内型の外側に内圧保持体を配置し、その外側に未
硬化の繊維強化樹脂層を形成する工程。 （２）未硬化の繊維強化樹脂層の表面の、製品としての
繊維強化樹脂製管状体の表層の凹部を形成しようとする
箇所に、フィルムを設置する工程。 （３）内圧保持体が配置され、未硬化の繊維強化樹脂層
が形成され、フィルムが設置された該内型を、円筒状の
キャビティを有する外型の内側に設置する工程。 （４）該内圧保持体の内部に流体圧を作用させて内圧保
持体を膨張させて、その膨張圧により、該未硬化の繊維
強化樹脂層を外型内面に密着させる工程。 （５）該未硬化の繊維強化樹脂層を硬化させ、フィルム
を除去する工程。 ２．前記１記載の工程に軸を取り付ける工程を付加する
表層に凹凸を有する繊維強化樹脂製ロールの製造方法。 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この順で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。

【０００６】本発明において、繊維強化樹脂層の成形に
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主に炭素繊維、ガ
ラス繊維、アラミド繊維、およびセラミック繊維が挙げ
られる。またこれらを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１５０ＧＰａ以上、好ま
しくは２００ＧＰａ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炭素繊維が挙げ
られる。

【０００７】また、繊維強化樹脂層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。さらに樹脂および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。

【０００８】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、例えば鋼製、アルミ
ニウム製のマンドレルを用いることが好ましい。

【０００９】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て、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、
該チューブの両端部を該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。

【００１０】該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。

【００１１】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。

【００１２】繊維強化樹脂製管状体およびロールの表面
に凹部を形成するために、本発明において用いられるフ
ィルムとは、薄いシートまたはフィルム状の物質を総称
するものであり、それらの材質は特に限定されず、各種
樹脂類やゴム類の薄いシートやフィルム、金属箔等が例
示される。それらの材質としては、アルミニウム、ステ
ンレス等の金属類、シリコーンゴム、ポリエステル、ポ
リアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン等の各種樹脂
類およびゴム類を用いることができる。フィルムの形状
は目的とする繊維強化樹脂製管状体およびロールの用途
や表面形状により定められるもので特に限定されない。
表面形状としては、例えば、円周方向に規則的な複数の
段（凸部）もしくは溝（凹部）を有するもの、または，
螺旋状に連続的な段（凸部）もしくは溝（凹部）を有す
るもの等を挙げることができが、必ずしもこれらに限定
されない。

【００１３】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、繊維強化樹脂製管状体およびロ
ールの円筒状の外表面を精度よく形成するために、内面
が精度よく仕上げられた円筒形状をした型が好ましく、
鋼、アルミニウム等の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、
外型として繊維強化樹脂製のパイプを用いることもで
き、好ましいものである。

【００１４】上記のようにして準備された外型の内側
に、内圧保持体を配置し、凹部を形成するためのフィル
ムを有した未硬化の繊維強化樹脂層を形成した内型を設
置した後、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
取扱い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繊維強化樹脂製管状体の
肉厚、積層構成および積層角度等に依存するので必ずし
も限定されないが、少なくとも０．２ＭＰａ、好ましく
は０．３ＭＰａ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
イドの混入の無い繊維強化樹脂製管状体が得られるので
より好ましい。

【００１５】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、ロール表層の凹部に相当する部分にフィ
ルムを有した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。外型に内型を挿入し、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。外型、
繊維強化樹脂製管状体の表層の凹部に相当する部分のフ
ィルム、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、表層に凹凸を有する繊維強化樹
脂製管状体を得る。

【００１６】このようにして得られた繊維強化樹脂製管
状体の両端に軸を取り付けて繊維強化樹脂製ロールを製
造することができる。本発明において、繊維強化樹脂製
ロールの両端部を形成する軸および軸受け部の材質や構
造は特に限定されない。材質としては、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製軸受け部を成形する場合は、上記のＦ
ＲＰ製管状体の製造に用いられた強化繊維、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、Ｆ
ＲＰ製管状体製造に用いた素材と必ずしも同一である必
要はない。本発明において、繊維強化樹脂製管状体と軸
受け部の接合は、公知の接着剤により行うことができ
る。あるいはピン止め等の機械的な接合と接着接合の併
用も可能である。また、前述のフィラメントワインディ
ング法等により、ＦＲＰ製管状体と軸受け部を一体で成
形することもできる。

【００１７】本発明において、繊維強化樹脂製管状体お
よびロールの最外層の材質は特に限定されない。繊維強
化樹脂製およびロールの最外層を導電層とする方法、機
能性を有する樹脂層とする方法等の応用は随時可能であ
る。例えば、最外層に無電解めっき層が必要な場合は、
機能性を有する樹脂を無電解めっき用樹脂層として施
し、ついで無電解めっきを行うことができる。また、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
する樹脂層とすることもできる。この場合は内圧保持体
の外側に未硬化の繊維強化樹脂層を形成した後、該繊維
強化樹脂層の外面に、該ふっ素樹脂微粒子を含有する樹
脂等の機能性を有する樹脂を施すことにより得られる。

【００１８】

【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。

【００１９】実施例１ 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ＩＭ６（引張弾性率２７６ＧＰａ、引張強度４．
４ＧＰａ）を用いた。未硬化の熱硬化性樹脂組成物とし
ては、エポキシ樹脂としてビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂（商品名、スミエポキシＥＬＡ１２８、住友化学工
業（株）製）、硬化剤としてヘキサヒドロ無水フタル酸
（商品名、ＨＮ５５００、日立化成工業（株）製）、硬
化助剤として２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチ
ル）フェノール（商品名、スミキュアＤＭＰ３０、住友
化学工業（株）製）を化学量論量配合したものを用い
た。

【００２０】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の２層構造とした。得られたＦＲＰ
製管状体を外型として用いた。該外型は図１において
（１）で表される。

【００２１】一方、内型としての外径６５ｍｍ、長さ２
０００ｍｍ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
ルとした。ついで炭素繊維を液状のエポキシ樹脂組成物
に含浸しつつ、該シリコンチューブの外周全面に巻き付
けた。炭素繊維の巻き付け角度は±１０°で、巻き付け
厚みは８．５ｍｍとした。炭素繊維と樹脂の体積割合は
炭素繊維が６０±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
（４）で表される。

【００２２】厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製フィルム
（５）を１００ｍｍ×３１５ｍｍの四角形状に３枚切断
し、未硬化の繊維強化樹脂層の外周に、１００ｍｍ幅、
４５０ｍｍピッチで巻き付けた。

【００２３】シリコンチューブ、繊維強化樹脂、アルミ
ニウム製フィルムが巻き付けられた内型を、繊維強化樹
脂製の外型の内側に入れ、該外型の内側を真空吸引口
（６）を通して３０分間真空圧にて吸引し、さらに真空
吸引しながら該内型の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（７）を介して０．３
ＭＰａの空気圧を３０分間作用させることにより内圧保
持体を膨張させて、その膨張圧により繊維強化樹脂層を
外型の内面にアルミニウム製フィルムも含めて密着させ
た。

【００２４】内圧保持体に空気圧を作用させながら、外
型およびアルミニウム製フィルムと繊維強化樹脂層を設
置した内型を一体として熱硬化炉に入れ、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
層のアルミニウム製フィルムを除去することによって、
表面に深さ０．２ｍｍ、幅１００ｍｍの凹部を円周方向
に有する炭素繊維強化樹脂製管状体を得た。

【００２５】実施例２ 炭素繊維の目付が３００ｇ／ｍ² の平織布を半径３０ｍ
ｍの円状に切り出し、上記管状体製造の場合に用いたの
と同じ樹脂を含浸させて、それを１６枚積層して熱プレ
ス中で１２０℃、１５気圧で２時間加熱加圧成型し、厚
さ５ｍｍの円盤を２ケ作製した。この円盤をロールの軸
受け（ヘッダー）部分とするため円盤の中心に半径１０
ｍｍの円孔を空けた。また、円盤の円周部分に付着した
成形時に湧き出した不要樹脂を切削除去し、精度良く半
径３０ｍｍの炭素繊維強化樹脂製の軸受けを得た。

【００２６】この軸受け（８）に長さ２００ｍｍ、半径
１０ｍｍの鋼製軸（ジャーナル）（１０）を炭素繊維織
布と接着剤を用いて取り付けた。接着剤としては、上記
のスミエポキシＥＬＡ１２８にトリエチレンテトラミン
を化学量論量配合したものを用い、８０℃で３０分硬化
させて鋼製軸（１０）と炭素繊維強化樹脂製の軸受け
（８）を接合した。

【００２７】続いて、上記の鋼製軸（１０）が取り付け
られた軸受け（８）の円盤の周部分に軸を軸受けに取り
付ける際に用いた接着剤と全く同様のものを塗布し、上
記の繊維強化樹脂製管状体（９）の両端部分に嵌合し、
８０℃で３０分硬化し接着した。ついで、その表面を研
削盤にて研削し、動バランスを修正して、表面に凹凸を
有する繊維強化樹脂製ロールを得た。これは各種の産業
用ロール、特に搬送用のフリーロールとして好適に使用
できるものであった。

【００２８】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂製ロールの製造方
法によれば、ロールの表面の凹凸の形成がロール素管で
ある繊維強化樹脂製管状体の成形と同時に出来るため、
機械加工工程が削減され、製造工程が簡略になり、しか
も原材料の歩留りが向上するので、ロールの製造コスト
が低減される。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製造方法により得られる繊維強
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。本発明の方法により得られるロー
ルは、軽量で、寸法精度に優れ、耐久性が高く、被搬送
物のシワの発生の防止や空気の巻き込みの防止に有効で
あるので、フィルム搬送、製紙、印刷などの様々な産業
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】表層に凹凸部を有する繊維強化樹脂製管状体の
成形の状態を示す、内型、外型、内圧保持体、フィル
ム、未硬化の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：未硬化の繊維強化樹脂層 ５：フィルム ６：真空吸引口 ７：流体圧導入口 ８：軸受け ９：繊維強化樹脂製管状体 １０：軸

Claims (2)

【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
   る表層に凹凸を有する繊維強化樹脂製管状体の製造方
   法。 １．内型の外側に内圧保持体を配置し、該内圧保持体の
   外側に未硬化の繊維強化樹脂層を形成する工程。 ２．未硬化の繊維強化樹脂層の表面の、製品としての繊
   維強化樹脂製管状体の表層の凹部を形成しようとする箇
   所に、フィルムを設置する工程。 ３．内圧保持体が配置され、未硬化の繊維強化樹脂層が
   形成され、フィルムが設置された該内型を、円筒状のキ
   ャビティを有する外型の内側に設置する工程。 ４．該内圧保持体の内部に流体圧を作用させて内圧保持
   体を膨張させて、その膨張圧により、該未硬化の繊維強
   化樹脂層を外型内面に密着させる工程。 ５．該未硬化の繊維強化樹脂層を硬化させ、フィルムを
   除去する工程。
2. 【請求項２】請求項１記載の工程に軸を取り付ける工程
   を付加する表層に凹凸を有する繊維強化樹脂製ロールの
   製造方法。