WO2013021478A1 - ガイドローラ及びその製造方法 - Google Patents

ガイドローラ及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2013021478A1
WO2013021478A1 PCT/JP2011/068244 JP2011068244W WO2013021478A1 WO 2013021478 A1 WO2013021478 A1 WO 2013021478A1 JP 2011068244 W JP2011068244 W JP 2011068244W WO 2013021478 A1 WO2013021478 A1 WO 2013021478A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber reinforced
reinforced resin
resin layer
guide roller
layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/068244
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
憲司 井前
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Priority to PCT/JP2011/068244 priority Critical patent/WO2013021478A1/ja
Priority to KR1020147003278A priority patent/KR20140037949A/ko
Priority to CN201180072725.6A priority patent/CN103717518A/zh
Publication of WO2013021478A1 publication Critical patent/WO2013021478A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B1/00—Layered products having a non-planar shape
    • B32B1/08—Tubular products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/12—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer characterised by the relative arrangement of fibres or filaments of different layers, e.g. the fibres or filaments being parallel or perpendicular to each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H27/00—Special constructions, e.g. surface features, of feed or guide rollers for webs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2401/00—Materials used for the handling apparatus or parts thereof; Properties thereof
    • B65H2401/10—Materials
    • B65H2401/11—Polymer compositions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2401/00—Materials used for the handling apparatus or parts thereof; Properties thereof
    • B65H2401/10—Materials
    • B65H2401/11—Polymer compositions
    • B65H2401/112—Fibre reinforced
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2402/00—Constructional details of the handling apparatus
    • B65H2402/80—Constructional details of the handling apparatus characterised by the manufacturing process

Definitions

  • the present invention relates to a guide roller employed when, for example, a belt-shaped plastic film, a paper sheet, a ceramic green sheet or the like is conveyed, and a method for manufacturing the guide roller.
  • rollers used when transporting belt-shaped plastic films, paper sheets, etc. require weight reduction, mechanical strength, wear resistance of the roller surface due to friction with carrier film or sheet, etc. Therefore, in recent years, a roller body made of carbon fiber reinforced resin having a metal film having excellent wear resistance, metal plating, or the like is used on the outer surface.
  • Patent Document 1 there is a first carbon fiber layer in which each carbon fiber has a first predetermined angle with respect to the axial direction of the roller, and each carbon fiber of the first carbon fiber layer.
  • the surface of the carbon fiber layer composed of the second carbon fiber layer where each carbon fiber intersects at a second predetermined angle is integrated with a resin cured layer in order to smooth the unevenness caused by each carbon fiber.
  • a roller having a plated layer has been proposed.
  • the rigidity can be increased without impeding weight reduction by intersecting carbon fibers at a predetermined angle (paragraph numbers 0028, 0029, etc.).
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-60922
  • a carbon fiber sheet impregnated with a thermosetting resin into a prepreg is wound around the mold so as to form a number of layers, heat-cured, and the surface is further fixed with an epoxy adhesive.
  • Patent Document 3 discloses a guide roller that does not require a base treatment during chrome plating, and an inner layer made of fiber-reinforced plastic having a resin content of less than 50% by weight, and a resin content of A roller having an outer layer made of 50 to 95% by weight of a fiber reinforced plastic and having a metal plating layer on the surface is disclosed.
  • the prepregs A and B in which the carbon fibers are aligned in one direction and impregnated with the epoxy resin are laminated so that the alignment directions of the carbon fibers are orthogonal (paragraph number 0053, Table 1)
  • the outer layer a resin cured product of a prepreg sheet in which a polyester fiber nonwoven fabric is impregnated with a resin so that the resin content is 50% by weight is used (Table 2).
  • the metal plating layer a metal plating layer formed by electroless plating having a thickness of 10 to 100 ⁇ m or a chromium plating having a thickness of 55 to 150 ⁇ m has been proposed.
  • the fiber reinforced plastic tube By making the fiber reinforced plastic tube a fiber reinforced plastic having a resin content of less than 50% by weight, mechanical properties such as strength and rigidity are ensured, while the outer layer is a fiber reinforced plastic having a resin content of 50 to 95% by weight. By doing so, the surface accuracy is improved.
  • the predetermined surface smoothness is ensured by grinding and polishing the outer layer, and there is no influence of waviness of the inner layer, and in order to obtain a uniform surface, the outer layer thickness is 0.2 to 1.5 mm. It has been proposed to do.
  • the thickness of the electroless plating layer is most preferably 30 to 60 ⁇ m. Preferred is described.
  • the epoxy resin is further fixed to the polished surface of the fiber reinforced resin layer to smooth the unevenness of the polished surface, or the fiber reinforced with high resin content (low fiber content). A resin layer is formed and the fiber reinforced resin layer is polished. In these methods, the thickness of the resin layer is increased as a precondition for thinning the metal plating layer and the metal sprayed layer, and it is difficult to further reduce the weight.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a guide roller that can be further reduced in weight compared to the conventional one and a manufacturing method thereof.
  • the present inventor tried to adopt a diamond-like carbon film instead of metal plating or metal spraying in order to further reduce the weight while ensuring mechanical strength such as wear resistance.
  • diamond-like carbon thin film it has been found that it is necessary to solve a new problem that the surface roughness of the underlying fiber reinforced resin layer is more easily reflected than metal plating or metal spraying. .
  • the inventor completed the present invention as a result of various further studies.
  • the guide roller of the present invention includes a first fiber reinforced resin layer; a second fiber reinforced resin layer provided on the first fiber reinforced resin layer; and a diamond shape provided on the second fiber reinforced resin layer.
  • a cylindrical guide roller provided with a carbon film, wherein the orientation direction of the reinforcing fibers in the first fiber reinforced resin layer is not aligned in the axial direction of the guide roller, and in the second fiber reinforced resin layer The orientation direction of the reinforcing fibers is the axial direction of the guide roller.
  • the second fiber reinforced resin layer is formed by winding a prepreg sheet in which reinforcing fibers are aligned in one direction so that the orientation direction of the reinforcing fibers is the axial direction, and then thermosetting.
  • the first fiber reinforced resin layer is wound so as to include at least one winding step in which the orientation direction of the reinforcing fibers of the prepreg sheet is not the axial direction. It is preferably formed by thermosetting.
  • the prepreg sheet used for forming the second fiber reinforced resin layer is preferably a carbon fiber sheet in which carbon fibers are aligned in one direction, impregnated with an epoxy resin.
  • the surface roughness of the second fiber reinforced resin layer is preferably 1.0 ⁇ m or less as an average roughness (Ra), and the thickness of the diamond-like resin film is preferably 1 to 10 ⁇ m.
  • the second reinforcing fibers are aligned in one direction on the wound body of the first prepreg sheet in which the orientation direction of the first reinforcing fibers is not aligned with the longitudinal direction of the cylindrical body.
  • a wound body obtained by winding 2 prepreg sheets so that the orientation direction of the second reinforcing fibers is the longitudinal direction of the cylindrical body was heat-cured, and the reinforcing fibers were oriented in the longitudinal direction of the cylindrical body.
  • the polishing step is preferably performed by advancing an abrasive along the longitudinal direction of the fiber reinforced resin cylindrical body while rotating the fiber reinforced resin cylindrical body, and the diamond-like carbon film forming step Is preferably performed by an ion implantation method.
  • the fiber reinforced resin is oriented in one direction in the fiber reinforced resin layer that becomes the lower ground of the diamond-like carbon film that is the sliding surface, the fiber reinforced resin layer is polished at the time of polishing. , The reinforcing fiber does not flicker with the resin. Accordingly, a smooth base surface can be secured even after polishing, and as a result, a sliding surface made of a thin and smooth diamond-like carbon film can be provided.
  • FIG. Fig.1 (a) is a longitudinal direction (axial direction) sectional drawing of the guide roller of this invention, (b) is a side view.
  • the roller body 1 of the guide roller is a cylindrical body composed of a first fiber reinforced resin layer 3 and a second fiber reinforced resin layer 4 provided on the outer surface thereof.
  • the outer surface of the roller body 1 (the outer surface of the second fiber reinforced resin layer 4) may be abbreviated as a diamond-like carbon film (hereinafter referred to as “DLC film”). ) 5 covered.
  • DLC film diamond-like carbon film
  • thermoset of a prepreg sheet in which a fiber sheet made of reinforcing fibers is impregnated with a thermosetting resin to be in a semi-cured state is preferably used.
  • CFRP Carbon fiber, glass fiber, an alumina fiber, polyester fiber, nylon fiber etc.
  • carbon fiber excellent in specific strength and specific rigidity is used preferably.
  • the reinforcing fiber one having a diameter of 5 to 13 ⁇ m is usually used.
  • the fiber sheet a nonwoven fabric of reinforcing fibers; a woven fabric such as plain weave, twill weave and satin weave; a fiber sheet arranged in parallel in one direction can be used.
  • thermosetting resin an epoxy resin, unsaturated polyester resin, a phenol resin etc. are used, Of these, an epoxy resin is preferably used from the point that the thermal contraction rate at the time of thermosetting is small.
  • the thickness per sheet of the prepreg sheet having the above configuration is not particularly limited, but it is usually preferable to use a thickness of about 0.1 to 0.3 mm, more preferably 0.1 to 0.2 mm. Use things.
  • the first fiber reinforced resin layer 3 is formed by winding the prepreg sheet as described above around a columnar or cylindrical core and then thermosetting it.
  • the winding is preferably performed so that the orientation direction of the reinforcing fibers included in the prepreg sheet does not coincide with the longitudinal direction of the core material, that is, the axial direction of the guide roller to be manufactured. .
  • the guide roller in which the orientation direction of the reinforcing fibers coincides with the longitudinal direction of the cylindrical body is likely to be twisted as a cylindrical shape.
  • the alignment direction of the reinforcing fibers is the longitudinal direction of the roller (axial direction), the circumferential direction, and a direction oblique to the axis, It is preferable to change for each layer. More preferably, the orientation direction of the reinforcing fiber is intersecting with the axial direction of the core material (corresponding to the axial direction of the roller body to be formed). In order to prevent this, the predetermined angle is shifted. In the case of using a prepreg sheet in which reinforcing fibers are aligned in one direction, it is most preferable to stack them while shifting by 90 ° (that is, orthogonal).
  • the thickness of the first fiber reinforced resin layer 3 is not particularly limited, but is usually 0.4 to 2 mm, preferably 0.5 to 1.5 mm because the prepreg sheet having the above thickness is wound so as to be laminated. . Therefore, when the prepreg sheet having the above thickness is used, it is preferably wound and used so that about 2 to 15 layers, preferably about 5 to 10 layers are laminated.
  • thermosetting treatment of the prepreg sheet constituting the first fiber reinforced resin layer 3 is performed using the second fiber reinforced resin layer 4. It is preferable to perform simultaneously with the heat treatment performed after winding the prepreg sheet to be formed.
  • the second fiber reinforced resin layer 4 is a cured product of a prepreg sheet obtained by impregnating a thermosetting resin into a fiber sheet in which reinforcing fibers are aligned in the longitudinal direction (axial direction) of the roller body 1.
  • the same reinforcing fibers and thermosetting resin as those used for the first fiber reinforced resin layer 3 can be used. That is, carbon fibers having a diameter of 5 to 13 ⁇ m are preferably used as reinforcing fibers, and epoxy resins are preferably used as thermosetting resins.
  • the prepreg sheet used for the second fiber reinforced resin layer 4 differs from the prepreg sheet used for the first fiber reinforced resin layer 3 in the following points. That is, the second fiber reinforced resin layer 4 is limited to a fiber sheet type prepreg sheet in which the reinforcing fibers are aligned in one direction (hereinafter referred to as “one-way type prepreg sheet”), and this
  • the unidirectional type prepreg sheet is that the orientation direction of the reinforcing fibers of the prepreg sheet is provided so as to be the axial direction of the roller body (longitudinal direction of the cylindrical body).
  • the thickness of the second fiber reinforced resin layer 4 is equal to the thickness of the first fiber reinforced resin layer 3 or the prepreg sheet having the above thickness is laminated and wound so as to be thinner than the first fiber reinforced resin layer 3. .
  • the thickness is preferably about 0.4 to 1.5 mm, more preferably 0.5 to 1 mm. Therefore, when using the prepreg sheet having the above normal thickness, it is wound so as to be laminated in about 2 to 10 layers, preferably about 5 to 8 layers.
  • the fiber content in the second fiber reinforced resin layer 4 is usually 40 to 95% by mass, preferably 50 to 95% by mass, depending on the basis weight of the prepreg sheet.
  • the second fiber reinforced resin layer 4 is formed by winding a prepreg sheet for the first fiber reinforced resin, and then converting the unidirectional type prepreg sheet into the reinforcing fiber direction of the prepreg sheet and the longitudinal direction of the core (corresponding to the axial direction of the roller). ) And then, by heating and thermosetting the thermosetting resin of these prepreg sheets, it is formed together with the first fiber reinforced resin layer.
  • the surface roughness of the second fiber reinforced resin layer is preferably 1.0 ⁇ m or less, more preferably 0.8 ⁇ m or less, and even more preferably about 0.7 ⁇ m, as an average roughness (Ra). Such smoothness is achieved by polishing the surface after curing.
  • Ra average roughness
  • the carbon fibers of the fiber sheet used in the second fiber reinforced resin layer are aligned in the longitudinal direction of the roller, a plurality of prepreg sheets are laminated.
  • the polishing direction and the alignment direction for adjusting the roundness can be made constant. Accordingly, it is possible to minimize the unevenness of the surface of the second fiber reinforced resin layer caused by polishing, removal, dropout, breakage of the reinforcing fiber due to polishing, and to obtain a mirror surface.
  • a diamond-like carbon film (DLC film) is laminated on the second fiber reinforced resin layer 4 having the above-described configuration.
  • a diamond-like carbon film is a carbon thin film with high hardness, electrical insulation, infrared transmission, etc. similar to diamond. It contains some hydrogen, has an amorphous structure, diamond bond, graphite bond, etc.
  • Such a DLC film can be formed by a CVD method, a plasma CVD method, a PVD method, an ion implantation method, or the like, but is preferably formed by an ion implantation method.
  • the thickness of the DLC film 5 is not particularly limited, but is about 1 to 10 ⁇ m, preferably about 3 to 5 ⁇ m. Even with this thickness, wear resistance and slidability can be secured. Since the outer surface of the second fiber reinforced resin layer 4 has achieved high smoothness (preferably, an average roughness (Ra) of 1.0 ⁇ or less) over the entire length in the longitudinal direction of the roller, the thickness described above. However, the DLC film can be uniformly formed on the entire outer surface of the guide roller.
  • Ra average roughness
  • the DLC film 5 is a thin film, a film reflecting the surface state of the base surface is formed. Moreover, since the DLC film 5 is a thin film, it is difficult to adjust the smoothness and roundness by polishing the DLC film 5 itself. For these reasons, there is a significance that the roundness is sufficiently increased and the smoothness of the substrate surface is increased before the DLC film 5 is formed.
  • the DLC film 5 constituting the outer surface of the guide roller is formed of a thin film having a thickness of about 1 to 10 ⁇ m or less, and therefore satisfies the requirements for weight reduction and wear resistance. Can do.
  • the conventional metal sprayed film requires a thickness of about 200 ⁇ m, and even in the case of a metal plating layer, it is necessary to form a plating layer of 50 ⁇ m or more in order to form a stable plating layer. .
  • a DLC film having a thickness of about 1 to 10 ⁇ m and having a high hardness and excellent wear resistance can be formed.
  • the guide roller as described above may be used by inserting a bearing or the like at both ends of the roller body 1 and inserting the shaft.
  • the manufacturing method of the guide roller of this invention is not specifically limited, It can manufacture suitably with the manufacturing method of this invention demonstrated below.
  • the second reinforcing fibers are aligned in one direction on the wound body of the first prepreg sheet in which the orientation direction of the first reinforcing fibers is not aligned with the longitudinal direction of the cylindrical body.
  • a wound body obtained by winding 2 prepreg sheets so that the orientation direction of the second reinforcing fibers is the longitudinal direction of the cylindrical body was heat-cured, and the reinforcing fibers were oriented in the longitudinal direction of the cylindrical body.
  • a metal column such as an iron core or a cylindrical core material is used, and the prepreg sheet is wound around the core material.
  • a fiber-reinforced resin cylindrical body produced by winding can be made close to a perfect circle.
  • a wound body of the first prepreg sheet is formed by winding the first prepreg sheet constituting the first fiber reinforced resin layer on the core, and then the prepreg constituting the second fiber reinforced resin layer What is necessary is just to wind a sheet
  • the second prepreg sheet may be wound at least twice or more. Preferably, it is preferably about 5 to 10 turns from the viewpoint of sufficiently dealing with the adjustment of roundness.
  • first and second prepreg sheets those mentioned in the guide roller of the present invention can be used. That is, carbon fibers, glass fibers, alumina fibers, polyester fibers, nylon fibers, etc. having a diameter of about 5 to 13 ⁇ m are usually used as reinforcing fibers, and epoxy resins, unsaturated polyester resins, phenol resins are used as thermosetting resins. Etc. are used.
  • the first prepreg sheet is not particularly limited, but a unidirectional type prepreg sheet is used as the second prepreg sheet.
  • This unidirectional type prepreg sheet is wound so that the orientation direction of the reinforcing fibers is the longitudinal direction of the cylindrical body (the axial direction of the roller body).
  • the resin of the first and second prepreg sheets is cured by heating.
  • a wound body is formed in which the first fiber reinforced resin layer, which is the cured body of the first prepreg sheet, is laminated and integrated with the second fiber reinforced resin layer, which is the cured body of the second prepreg sheet.
  • the core is extracted after curing, a fiber-reinforced resin cylindrical body is obtained.
  • the surface of the obtained fiber reinforced resin cylindrical body that is, the second fiber reinforced resin layer is polished.
  • the thickness with respect to the axis may vary, it is required to be close to a perfect circle by polishing.
  • the DLC film formed on the second fiber reinforced layer is a thin film, and the surface roughness of the second fiber reinforced resin layer as a base is easily reflected, so that the smooth surface has few irregularities. It is necessary to keep.
  • a bearing is internally fitted in the both ends of the fiber reinforced resin cylindrical body 10, and the axis
  • the reinforcing fiber is oriented in the axial direction while rotating the fiber reinforced resin cylindrical body 10 of the first fiber reinforced resin layer and the second fiber reinforced resin layer.
  • the second fiber reinforced resin layer is preferably moved by being moved along the longitudinal direction (axial direction) of the fiber reinforced resin cylindrical body 10 as an outer layer.
  • the surface layer part of the hardening body of the 2nd prepreg sheet laminated body which comprises the 2nd fiber reinforced resin layer is grind
  • the average surface roughness (Ra) is preferably 1.0 ⁇ m or less, more preferably 0.8 ⁇ m or less, and even more preferably about 0.7 ⁇ m. In this respect, when a prepreg sheet using a woven fabric type fiber sheet is used as the outermost layer or a unidirectional prepreg sheet is provided so as to intersect the axial direction of the roller, polishing is performed in the same manner.
  • a DLC film is formed.
  • a plasma CVD method, a sputtering method, an ion plating method, and the like can be used as a method for forming the film in the temperature range so as not to cause thermal damage to the roller body 10.
  • the ion implantation method is particularly preferable.
  • the ion implantation method is a method in which a plasma is generated by applying a high-frequency voltage around a substrate, and a high voltage pulse is further applied to implant and form a film of ions around the substrate. Specifically, plasma is formed around the base roller (roller on which the second fiber reinforced resin layer is formed), and a negative pulse voltage is applied to the roller to extract ions from the plasma and accelerate it. Then, ion implantation is performed on the second fiber reinforced resin layer.
  • a DLC film is formed.
  • a carbon compound As a plasma raw material to be used, a carbon compound is used.
  • saturated hydrocarbons such as methane, ethane, propane and butane, unsaturated hydrocarbons such as ethylene, propylene and butadiene, and aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene can be used.
  • hydrogen is contained in the DLC film.
  • the hydrogen content in the DLC film depends on the manufacturing method and film forming conditions.
  • the plasma forming method is not particularly limited, and examples thereof include a high frequency discharge method, a microwave discharge method, and a hot filament discharge method.
  • the film formation using ion implantation has a feature that a film having excellent adhesion can be formed because a mixing layer is formed at the interface between the second fiber reinforced resin layer and the thin film. Further, the ion implantation method can form a film at a lower temperature than the CVD method, the plasma CVD method, and the like, and can form a dense film similar to the CVD method with high adhesion to the substrate. There is a feature.
  • the second fiber reinforced resin layer may be exposed to a pretreatment gas such as a plasma containing a fluorine-containing gas, a hydrogen-containing gas, or an oxygen-containing gas.
  • a pretreatment gas such as a plasma containing a fluorine-containing gas, a hydrogen-containing gas, or an oxygen-containing gas.
  • the pretreatment may be performed a plurality of times.
  • the DLC film is formed to a thickness of about 1 to 10 ⁇ m, preferably 3 to 5 ⁇ m. Even with this thickness, the conditions required for the guide roller can be satisfied from the inherent wear resistance and sliding properties of the DLC film. Furthermore, as described above, the polished surface of the second fiber reinforced resin layer serving as the base achieves an average surface roughness (Ra) of 1.0 ⁇ m or less, preferably 0.8 ⁇ m or less, and more preferably about 0.7 ⁇ m. Therefore, even with a DLC film having such a thickness, the reinforcing fibers in the underlying second fiber reinforced resin layer are not broken and exposed together with the resin.
  • Ra average surface roughness
  • the method of the present invention after polishing the second fiber reinforced resin layer to ensure roundness, it is not necessary to fix the resin for smoothing the uneven surface. Since there is no need for treatment or polishing after the formation of a wear-resistant film like a metal sprayed film, the number of work steps can be reduced as compared with the conventional method, and productivity can be improved.
  • Example 1 As a prepreg sheet as a constituent material of the first fiber reinforced resin layer and the second fiber reinforced resin layer, a fiber sheet in which carbon fibers (diameter 5 to 7 ⁇ m) are aligned in one direction is impregnated with an epoxy resin. Used. The thickness of each prepreg sheet is 0.1 to 0.17 mm.
  • the above-mentioned prepreg sheet was wound around an iron pipe having an outer diameter of 57 mm so as to be inclined with respect to the axial direction of the iron pipe, and was wound so as to have eight layers in a reciprocating manner.
  • the resin was heat-cured at 120 ° C. after winding 6 times (six layers) so that the orientation direction of the carbon fibers was the axial direction of the iron pipe. After curing, the pipe was pulled out to obtain a fiber reinforced resin cylindrical body.
  • bearings are attached to both ends of the fiber reinforced resin cylindrical body 10 and the shaft 12 is inserted.
  • the surface of the second fiber reinforced resin layer was polished by moving the polishing member 11 along the axial direction while rotating the shaft 12 in the arrow direction.
  • the surface roughness after polishing was measured using a surface roughness measuring instrument E35A manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., the average roughness (Ra) was 0.7.
  • a DLC film was formed on this polished surface by ion implantation.
  • the thickness of the formed DLC film was 3 to 5 ⁇ m.
  • the DLC film (thickness average 4 ⁇ m) was formed on the outer surface of the cylindrical body composed of the first fiber reinforced resin layer (about 0.85 mm) and the second fiber reinforced resin layer (thickness 0.65 mm).
  • a guide roller was produced.
  • the surface after the DLC film was formed was observed with an electron microscope. An electron micrograph is shown in FIG. In FIG. 3, it can be seen that the white lines that serve as the reinforcing fibers are oriented in one direction.
  • the guide roller of the present invention is lightweight and has excellent wear resistance and sliding properties, it can be used as various conveying rollers such as plastic sheets, paper sheets, and ceramic green sheets.
  • it is not necessary to perform a base treatment for plating or smooth the uneven surface after polishing, so that the number of work steps can be reduced as compared with the conventional method.
  • the guide roller is highly productive.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

円筒状のガイドローラは、第１ 繊維強化樹脂層（ ３ ）；第１層（ ３ ）上に設けられた第２繊維強化樹脂層（ ４ ）；及び第２層（ ４ ） 上に設けられたダイヤモンド状炭素膜（ ５ ） を備える。第１層（ ３ ） における強化繊維の配向方向は、ローラの軸方向とは異なる。第２層（ ４ ） における強化繊維の配向方向は、ローラの軸方向である。このローラの製造方法は、第１プリプレグシートの巻回体を形成する工程、巻回体の上に第２プリプレグシートを巻回する工程； 巻回体を加熱硬化する工程； 巻回体表面の研磨により巻回体表面の表面粗さ及び真円度を調節する工程； 及びイオン注入法で巻回体表面にダイヤモンド状炭素膜を形成する工程を含む。第２プリプレグシートは、炭素繊維シートにエポキシ樹脂を含浸することにより形成される。

Description

ガイドローラ及びその製造方法
　本発明は、例えば、帯状のプラスチックフィルム、紙製シート、セラミックグリーンシート等を搬送する際に採用されるガイドローラ及び該ガイドローラの製造方法に関する。
　帯状のプラスチックフィルム、紙製シート等を搬送する際に採用されるガイドローラには、軽量化、機械的強度、キャリアフィルムまたはシートとの摩擦に起因するローラ表面の耐摩耗性などが求められることから、近年、炭素繊維強化樹脂製のローラ本体の外表面に、耐摩耗性に優れた金属皮膜、金属メッキなどを施したものが用いられている。
　例えば、特許第３７９３６５２号（特許文献１）には、ローラの軸心方向に対して各カーボン繊維が第１所定角度となる第１カーボン繊維層と、この第１カーボン繊維層の各カーボン繊維に対して、第２所定角度で各カーボン繊維が交差することになる第２カーボン繊維層とからなるカーボン繊維層の表面を、各カーボン繊維による凹凸を平滑化するために、樹脂硬化層で一体化させた後、樹脂硬化層の表面を研削または研磨仕上げし、さらに研磨面に、耐摩耗性を向上させるために、メッキ層を形成したローラが提案されている。
　ここでは、カーボン繊維を所定角度で交差させることにより、軽量化を阻害しないで、剛性を上げることができると説明されている（段落番号００２８、００２９など）。
　耐摩耗性に優れた金属メッキとしては、一般にクロムメッキが有効であることが知られている。しかしながら、クロムメッキは、下地メッキが必要であるなど、一般に重量が重くなり、作業工程数が増えるなど、ローラの軽量化を図ることは困難である。このため、金属メッキに代えて、金属溶射を採用したガイドローラが、特開２００２－６０９２２号（特許文献２）に開示されている。具体的には、以下のようにして製造される。
　炭素繊維シートに熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグ（半硬化状態）にしたものを、金型に多数の層をなすように巻きつけ、熱硬化した後、さらにエポキシ接着剤で表面を固着して平面度を確保して形成したローラ本体の表面に、研磨加工を施し（段落番号００４４）、次いで、研磨面に、低融点金属をフレーム溶射により吹きつけて、厚さ３００μｍからなる金属溶射層を形成、この後、金属溶射層の厚さが２００μｍとなるように研磨する（段落番号００４５）。
　ここでは、金属溶射層の厚さを所定範囲とすることで、下地処理が不要となり、生産性の向上を図ることができると説明している（段落番号００１０）。
　また、クロムメッキに際しての下地処理を不要にしたガイドローラとして、特開２００６－９０５２５号（特許文献３）では、樹脂含有量が５０重量％未満の繊維強化プラスチックからなる内層と、樹脂含有量が５０～９５重量％の繊維強化プラスチックからなる外層とを有し、表面に金属メッキ層を有するローラが開示されている。
　ここで、内層については、炭素繊維を一方向に引き揃えてエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグＡ、Ｂを、炭素繊維の引き揃え方向が直交するように積層し（段落番号００５３、表１）、外層としては、樹脂含量が５０重量％となるように、ポリエステル繊維不織布に樹脂を含浸したプリプレグシートの樹脂硬化物が用いられている（表２）。
　また、金属メッキ層としては、厚み１０～１００μｍの無電解メッキにより形成される金属メッキ層、または厚み５５～１５０μｍのクロムメッキが提案されている。
　繊維強化プラスチック管を、樹脂含有量５０重量％未満の繊維強化プラスチックとすることで、強度、剛性などの機械的性質を確保し、一方、外層を樹脂含有量５０～９５重量％の繊維強化プラスチックとすることで、表面精度の向上を図っている。また、所定の表面平滑性は、外層を研削、研磨することにより確保しており、内層のうねりの影響がなく、均一な表面を得るためには、外層厚みを０．２～１．５ｍｍとすることが提案されている。
　さらに、メッキ前に行った円筒研磨の精度（円筒度、真円度）が低下し、再度円筒研磨が必要になる場合があるので、無電解メッキ層の厚みは３０～６０μｍとすることが最も好ましいと説明されている。
特許第３７９３６５２号公報 特開２００２－６０９２２号公報 特開２００６－９０５２５号公報
　金属メッキ、金属溶射のいずれを採用する場合であっても、軽量化を図るためには、下地メッキの省略、メッキ層、金属溶射層の薄膜化が必要となるが、所望の耐摩耗性を実現するためには、これらの薄膜化には限界がある。
　また、薄膜で、平滑性に優れた金属メッキ層、金属溶射層を得るために、下地となる繊維強化樹脂層の鏡面化が必要となる。しかしながら、従来の方法では、繊維強化樹脂層の研磨面に、更にエポキシ樹脂を固着することで、研磨面の凹凸の平滑化を図ったり、樹脂含有率が高い（繊維含有率が低い）繊維強化樹脂層を形成し、その繊維強化樹脂層を研磨している。
　これらの方法では、金属メッキ層や金属溶射層を薄くするための前提として、樹脂層の厚みを分厚くすることになり、更なる軽量化が困難となっている。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来よりも更なる軽量化を図ることができるガイドローラ及びその製造方法を提供することにある。
　本発明者は、耐摩耗性等の機械的強度を確保しつつ、更なる軽量化を図るために、金属メッキ、金属溶射に代えて、ダイヤモンド状炭素膜を採用することを試みた。しかしながら、ダイヤモンド状炭素薄膜を採用する場合、金属メッキや金属溶射よりも下地となる繊維強化樹脂層の表面粗さがより反映されやすくなるといった、新たな課題を解決する必要があることが判明した。本発明者は、さらなる検討を種々行った結果、本発明を完成した。
　すなわち、本発明のガイドローラは、第１繊維強化樹脂層；該第１繊維強化樹脂層上に設けられた第２繊維強化樹脂層；及び該第２繊維強化樹脂層上に設けられたダイヤモンド状炭素膜を備えた円筒状のガイドローラであって、前記第１繊維強化樹脂層における強化繊維の配向方向が前記ガイドローラの軸方向に引き揃っておらず、且つ前記第２繊維強化樹脂層における強化繊維の配向方向は、前記ガイドローラの軸方向となっている。
　前記第２繊維強化樹脂層は、強化繊維が一方向に引き揃えられているプリプレグシートを、該強化繊維の配向方向が前記軸方向となるように巻回した後、熱硬化することにより形成されたものであることが好ましく、前記第１繊維強化樹脂層は、プリプレグシートの強化繊維の配向方向が前記軸方向となっていない巻回工程を少なくとも１回含んでなるように巻回した後、熱硬化することにより形成されたものであることが好ましい。
　また、前記第２繊維強化樹脂層の形成に用いるプリプレグシートは、炭素繊維が一方向に引き揃えられた炭素繊維シートにエポキシ樹脂を含浸したものであることが好ましい。また、前記第２繊維強化樹脂層の表面粗さは、平均粗さ（Ｒａ）として１．０μｍ以下であり、前記ダイヤモンド状樹脂膜の厚みは１～１０μｍであることが好ましい。
　本発明のガイドローラの製造方法は、第１強化繊維の配向方向が円筒体の長手方向に引き揃っていない第１プリプレグシートの巻回体上に、第２強化繊維が一方向に並列した第２プリプレグシートを、該第２強化繊維の配向方向が前記円筒体の長手方向となるように巻回してなる巻回体を加熱硬化して、前記円筒体の長手方向に強化繊維が配向された繊維強化樹脂層が表層となっている繊維強化樹脂製円筒体を形成する工程；前記繊維強化樹脂製円筒体の表面を研磨する工程；及び前記研磨工程により得られた研磨面に、ダイヤモンド状炭素膜を形成する工程を含む、。
　前記研磨工程は前記繊維強化樹脂製円筒体を回転しつつ、研磨材を、該繊維強化樹脂製円筒体の長手方向に沿って進行させることにより行われることが好ましく、前記ダイヤモンド状炭素膜形成工程は、イオン注入法により行うことが好ましい。
　本発明のガイドローラは、摺動面であるダイヤモンド状炭素膜の下地面となる繊維強化樹脂層において、繊維強化樹脂が一方向に配向されているので、該繊維強化樹脂層の研磨の際に、強化繊維が樹脂とともにケバ立ったりすることない。従って、平滑な下地面を研磨後も確保でき、ひいては、薄膜で平滑なダイヤモンド状炭素膜からなる摺動面を提供できる。
本発明一実施形態のガイドローラの構成を示す図である。 本発明の製造方法を説明するための図である。 本実施例で得られたガイドローラ表面の電子顕微鏡写真である。 比較例で得られたガイドローラ表面の電子顕微鏡写真である。 比較例で得られたガイドローラの電子顕微鏡で撮影した部分の表面粗さの測定結果を示すチャートである。
　以下に本発明の実施の形態を説明するが、今回、開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
〔ガイドローラ〕
　はじめに、本発明一実施形態のガイドローラについて、図１に基づいて説明する。
　図１（ａ）は、本発明のガイドローラの長手方向（軸方向）断面図であり、（ｂ）は、側面図である。
　ガイドローラのローラ本体１は、第１繊維強化樹脂層３と、その外表面に設けられた第２繊維強化樹脂層４とからなる円筒体である。本発明のガイドローラは、このようなローラ本体１の外表面（第２繊維強化樹脂層４の外表面）がダイヤモンド状炭素膜（Diamond　like　carbon膜：以下「ＤＬＣ膜」と略記することがある）５で覆われたものである。
　第１繊維強化樹脂層３としては、具体的には、強化繊維からなる繊維シートに熱硬化性樹脂を含浸し、半硬化状態としてなるプリプレグシートの熱硬化物が好ましく用いられる。
　上記強化繊維としては、特に限定しないが、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維などが挙げられ、これらのうち、比強度、比剛性に優れた炭素繊維が好ましく用いられる。強化繊維としては、径５～１３μｍのものが通常用いられる。
　上記繊維シートとしては、強化繊維の不織布；平織り、綾織り、朱子織等の織布；一方向に並行に引き揃えた繊維シートなどを用いることができる。
　また、上記熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などが用いられ、これらのうち、熱硬化時の熱収縮率が小さいという点から、エポキシ樹脂が好ましく用いられる。
　以上のような構成を有するプリプレグシートの１枚あたりの厚みは、特に限定しないが、通常０．１～０．３ｍｍ程度のものを用いることが好ましく、より好ましくは０．１～０．２ｍｍのものを用いる。
　第１繊維強化樹脂層３は、上記のようなプリプレグシートを円柱ないし円筒状芯材に巻きつけた後、熱硬化することにより形成される。
　巻き付け（円筒状の巻回作業）については、プリプレグシートに含まれる強化繊維の配向方向が、前記芯材の長手方向、すなわち作製しようとするガイドローラの軸方向と一致しないように行うことが好ましい。強化繊維の配向方向が円筒体の長手方向と一致したガイドローラでは、円筒状として捩じれが発生しやすくなるからである。プリプレグシートが複数枚積層される場合、該プリプレグシートの強化繊維の配向方向とガイドローラの軸方向とが一致しないような層を少なくとも１層、含んでいることが好ましい。従って、強化繊維が一方向に引き揃えられた繊維シートや織布を用いる場合には、配向方向を層ごとに変える様に積層することが好ましい。例えば、１層目、２層目、３層目…を構成するプリプレグシートとして、強化繊維の引き揃え方向を、ローラの長手方向（軸方向）、周方向、軸に対して斜めの方向と、各層毎に、変えることが好ましい。より好ましくは、強化繊維の配向方向が芯材の軸方向（形成されるローラ本体の軸方向に該当）と交差していることであり、剛性を持たせたり、円筒状とした場合の捩じれを防止するために、所定角度をずらして積層されることである。強化繊維が一方向に引き揃えられたプリプレグシートを用いる場合には、９０°ずらして（すなわち、直交するように）積層することが最も好ましい。
　第１繊維強化樹脂層３の厚みは、特に限定しないが、上記厚みのプリプレグシートを積層されるように巻回するので、通常０．４～２ｍｍ、好ましくは０．５～１．５ｍｍである。従って、上記厚みのプリプレグシートを用いる場合、２～１５層程度、好ましくは５～１０層程度積層されるように巻回して用いることが好ましい。
　第１繊維強化樹脂層３を構成するプリプレグシートの熱硬化処理は、第１繊維強化樹脂層３と第２繊維強化樹脂層４との密着一体化の観点から、第２繊維強化樹脂層４を構成するプリプレグシートを巻き付けた後に行う加熱処理と同時に行うことが好ましい。
　第２繊維強化樹脂層４は、強化繊維がローラ本体１の長手方向（軸方向）に引き揃えられた繊維シートに、熱硬化性樹脂を含浸してなるプリプレグシートの硬化物である。
　第２繊維強化樹脂層４の構成に用いるプリプレグシートにおいて、強化繊維及び熱硬化性樹脂は、第１繊維強化樹脂層３に用いたものと同様のものを用いることができる。すなわち、強化繊維としては、径５～１３μｍの炭素繊維が好ましく用いられ、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂が好ましく用いられる。
　ただし、第２繊維強化樹脂層４に用いるプリプレグシートは、第１繊維強化樹脂層３に用いるプリプレグシートと、次のような点が異なっている。すなわち、第２繊維強化樹脂層４では、強化繊維が一方向に引き揃えられてなる繊維シートタイプのプリプレグシート（以下、「一方向タイププリプレグシート」という）に限定されるという点、そして、この一方向タイププリプレグシートは、該プリプレグシートの強化繊維の配向方向が、ローラ本体の軸方向（円筒体の長手方向）となるように設けられているという点である。
　第２繊維強化樹脂層４の厚みは、第１繊維強化樹脂層３の厚みと同等若しくは第１繊維強化樹脂層３よりも薄くなるように、上記厚みのプリプレグシートを積層巻回することが好ましい。具体的には、０．４～１．５ｍｍ程度となるようにすることが好ましく、より好ましくは０．５～１ｍｍである。従って、上記の通常の厚みのプリプレグシートを用いる場合、２～１０層程度、好ましくは５～８層程度、積層するように巻きつけられる。
　第２繊維強化樹脂層４における繊維含有率は、プリプレグシートにおける目付によるが、通常４０～９５質量％であり、好ましくは５０～９５質量％である。
　第２繊維強化樹脂層４は、第１繊維強化樹脂用のプリプレグシートを巻き付けた後、一方向タイププリプレグシートを、該プリプレグシートの強化繊維方向と芯材の長手方向（ローラの軸方向に相当）とが一致するように巻き付けた後、加熱して、これらのプリプレグシートの熱硬化性樹脂を熱硬化することにより、第１繊維強化樹脂層とともに形成される。
　第２繊維強化樹脂層の表面粗さは、平均粗さ（Ｒａ）として、１．０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．８μｍ以下、さらに好ましくは０．７μｍ程度である。このような平滑度は、硬化後、表面を研磨することによって、達成される。特に、本発明のガイドローラでは、第２繊維強化樹脂層で用いている繊維シートの炭素繊維が、ローラの長手方向に引き揃えられているので、プリプレグシートが複数積層されている場合であっても、真円度を調整するための研磨の方向と引き揃え方向とを一定にすることができる。従って、研磨による強化繊維のケバ立ち、抜け、脱落、折損、これらに伴う、第２繊維強化樹脂層表面のミクロな凹凸を最小にすることができ、鏡面を得ることができる。
　本発明のガイドローラは、以上のような構成を有する第２繊維強化樹脂層４上に、ダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ膜）が積層されている。
　ダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ膜）とは、ダイヤモンドに類似した高硬度、電気絶縁性、赤外線透過性などをもつカーボン薄膜のことで、若干の水素を含み、アモルファス構造で、ダイヤモンド結合やグラファイト結合などをもっている。
　このようなＤＬＣ膜は、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＰＶＤ法、イオン注入法などにより作製できるが、好ましくはイオン注入法により形成する。
　ＤＬＣ膜５の厚みは、特に限定しないが、１～１０μｍ程度であり、好ましくは３～５μｍ程度である。
　この程度の厚みでも、耐摩耗性、摺動性を確保することができる。第２繊維強化樹脂層４の外表面は、ローラの長手方向長さ全体にわたって、高い平滑度（好ましくは、平均粗さ（Ｒａ）として、１．０μ以下）が達成されているので、上記厚みでも、ガイドローラ外表面全体に満遍なくＤＬＣ膜を形成できる。
　一方、ＤＬＣ膜５は薄膜であるため、下地面の表面状態が反映された膜が形成されてしまう。しかも、ＤＬＣ膜５は薄膜であるため、ＤＬＣ膜５自体を研磨することによって、平滑度、真円度を調整することは困難である。このような理由から、ＤＬＣ膜５の形成前の状態で、真円度を十分に高めておき、且つ基板面の平滑度を上げておく意義がある。
　以上のような構成を有するガイドローラは、ガイドローラの外表面を構成するＤＬＣ膜５が厚み１～１０μｍ程度以下の薄膜で構成されているので、軽量化、耐摩耗性の要求を満足することができる。
　この点、従来の金属溶射膜では、２００μｍ程度の厚みが必要であり、また金属メッキ層の場合でも、安定的なメッキ層を形成するためには、５０μｍ以上のメッキ層を形成する必要がある。しかしながら、ＤＬＣ膜では、１～１０μｍ程度の厚みで、高硬度、耐摩耗性に優れた膜を形成できる。
　以上のようなガイドローラは、ローラ本体１の両端に軸受け等を嵌挿し、軸を挿通して用いればよい。本発明のガイドローラの製造方法は特に限定しないが、次に説明する本発明の製造方法により、好適に製造することができる。
〔ガイドローラの製造方法〕
　本発明のガイドローラの製造方法は、第１強化繊維の配向方向が円筒体の長手方向に引き揃っていない第１プリプレグシートの巻回体上に、第２強化繊維が一方向に並列した第２プリプレグシートを、該第２強化繊維の配向方向が前記円筒体の長手方向となるように巻回してなる巻回体を加熱硬化して、前記円筒体の長手方向に強化繊維が配向された繊維強化樹脂層が表層となっている繊維強化樹脂製円筒体を形成する工程；
　前記繊維強化樹脂製円筒体の表面を研磨する工程；及び
　前記研磨工程により得られた研磨面に、ダイヤモンド状炭素膜を形成する工程
を含む。
　プリプレグシートを巻回して繊維強化樹脂製円筒体を作製する工程では、鉄芯等の金属製円柱ないしは円筒状芯材を使用し、この芯材にプリプレグシートを巻きつけることにより行う。予め断面形状が真円に近い芯材を用いることで、巻回により作製される繊維強化樹脂製円筒体も真円に近いものとすることが可能となる。まず、芯材に、第１繊維強化樹脂層を構成する第１プリプレグシートを巻回することで、第１プリプレグシートの巻回体を形成し、次いで、第２繊維強化樹脂層を構成するプリプレグシートを巻回すればよい。
　強化繊維の配向方向がガイドローラの軸方向となる繊維強化樹脂層が表層となっている繊維強化樹脂製円筒体を作製するためには、第２プリプレグシートを少なくとも２回以上巻回することが好ましく、真円度の調整に十分に対応するという点からは、５～１０巻き程度とすることが好ましい。
　第１及び第２プリプレグシートとしては、上記本発明のガイドローラで挙げたものを用いることができる。すなわち、強化繊維としては、径５～１３μｍ程度の炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維などが通常用いられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などが用いられる。
　但し、第１プリプレグシートは特段限定しないが、第２プリプレグシートに一方向タイププリプレグシートを用いる。この一方向タイププリプレグシートを、強化繊維の配向方向が円筒体の長手方向（ローラ本体の軸方向）となるように巻回する。
　巻回後、加熱して、第１及び第２プリプレグシートの樹脂を硬化させる。これにより、第1プリプレグシートの硬化体である第１繊維強化樹脂層に、第２プリプレグシートの硬化体である第２繊維強化樹脂層が積層一体化した巻回体が形成される。硬化後、芯材を抜き出すと、繊維強化樹脂製円筒体が得られる。
　次に、得られた繊維強化樹脂製円筒体の表面、すなわち第２繊維強化樹脂層を研磨する。円筒状ローラ本体の作製にあたり、軸心に対する厚みがばらついている場合があるので、研磨により真円に近づけることが求められる。さらに、本発明のガイドローラでは、第２繊維強化層上に形成されるＤＬＣ膜が薄膜で、下地となる第２繊維強化樹脂層の表面粗さが反映されやすいので、凹凸が少ない平滑面としておく必要がある。
　研磨方法としては特に限定しないが、図２に示すように、繊維強化樹脂製円筒体１０の両端に軸受けを内嵌し、軸１２を挿通する。次いで、軸１２を回転させることにより、第１繊維強化樹脂層と第２繊維強化樹脂層との繊維強化樹脂製円筒体１０を回転させつつ、研磨部材１１を、強化繊維が軸方向に配向されている第２繊維強化樹脂層が外層となっている繊維強化樹脂製円筒体１０の長手方向（軸方向）に沿って移動させることにより行うことが好ましい。
　このような研磨により、詳細な理由は不明であるが、第２繊維強化樹脂層を構成している第２プリプレグシート積層体の硬化体の表層部分が研磨され、その下にある層が露出するような場合でも、繊維の抜け、ケバ立ちをほとんど生じることがなく、優れた平滑面を保持できる。具体的には、表面の平均粗さ（Ｒａ）として、１．０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．８μｍ以下、さらに好ましくは０．７μｍ程度とすることができる。この点、最外層に、織布タイプの繊維シートを用いたプリプレグシートを用いたり、一方向プリプレグシートをローラの軸方向に交差するように設けられている場合、同様の方法で研磨を行っても、研磨により繊維がケバ立ったり、抜け、脱落が生じるなどにより、研磨後表面の凹凸が大きくなることとは対照的である。また、従来の方法では、繊維強化樹脂層を研磨した後、さらにエポキシ樹脂等を固着させることにより、凹凸面を平滑化する工程が必要であったが、本発明の製造方法では、これらの作業工程を省略できるという利点がある。
　次に、ＤＬＣ膜を形成する。
　ＤＬＣ膜の形成方法としては、ローラ本体１０に熱的損傷を与えないように温度範囲で膜形成できる方法として、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等を挙げることができる。こらのうち、特にイオン注入法が好ましい。
　イオン注入法とは、基材周囲に、高周波電圧をかけてプラズマを発生させ、更に高電圧パルスを印加し、基材の周囲にあるイオンを注入及び成膜する方法である。具体的には、基材となるローラ（第２繊維強化樹脂層が形成されたローラ）の周囲にプラズマを形成し、ローラに負のパルス電圧を印加することにより、プラズマからイオンを引き出し、加速して、第２繊維強化樹脂層にイオン注入を行う。カーボンを含有するガスを使用してプラズマを形成すると、ＤＬＣ膜が形成される。
　使用するプラズマ原料としては、炭素化合物を用いる。炭素化合物としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の飽和炭化水素、エチレン、プロピレン、ブタジエン等の不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素を用いることができる。このような炭化水素を原料として用いることにより、ＤＬＣ膜中に水素が含まれることになる。ＤＬＣ膜中の水素含有量は、製法や成膜条件に依存する。プラズマ形成法としては、特に限定せず、高周波放電、マイクロ波放電、熱フィラメント放電による方法が挙げられる。
　イオン注入を用いた成膜は、第２繊維強化樹脂層と薄膜との界面にミキシング層が形成されるため、密着性に優れた膜を形成できるという特徴がある。さらに、イオン注入法は、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などと比べて、低温で製膜することができ、ＣＶＤ法と同程度の緻密な膜を、高い基板との密着力で形成することができるという特徴がある。
　なお、ＤＬＣ膜形成に先立って、前処理として、第２繊維強化樹脂層を、前処理用ガス、例えば、フッ素含有ガス、水素含有ガス、酸素含有ガスなどのプラズマに曝してもよい。前処理は複数回行っても良い。
　ＤＬＣ膜は、厚み１～１０μｍ程度、好ましくは３～５μｍとなるように形成する。この程度の厚みでも、ＤＬＣ膜本来の有する耐摩耗性、摺動特性から、ガイドローラとして要求される条件を充足することができる。
　さらに、前述のとおり、下地となる第２繊維強化樹脂層の研磨面は、平均表面粗さ（Ｒａ）として、１．０μｍ以下、好ましくは０．８μｍ以下、さらに好ましくは０．７μｍ程度を達成できているので、この程度の厚みのＤＬＣ膜でも、下地の第２繊維強化樹脂層における強化繊維が樹脂とともに破断して露出することもない。
　さらにまた、本発明の方法は、真円度を確保するために行う第２繊維強化樹脂層の研磨後に、さらに凹凸面の平滑化のために樹脂を固着する必要がなく、メッキのように下地処理や金属溶射膜のように耐摩耗性膜形成後の研磨なども不要であることから、従来よりも作業工程数を減らすことができ、生産性の向上を図ることができる。
（１）実施例
　第１繊維強化樹脂層、第２繊維強化樹脂層の構成材料となるプリプレグシートとして、炭素繊維（径５～７μｍ）を一方向に引き揃えた繊維シートにエポキシ樹脂が含浸されたものを用いた。このプリプレグシートの１枚あたりの厚みは、０．１～０．１７ｍｍである。
　外径５７ｍｍの鉄製パイプに、上記プリプレグシートを、前記鉄製パイプの軸方向に対して斜めになるように巻きつけていき、往復で８層となるように巻きつけた。次いで、炭素繊維の配向方向が、前記鉄製パイプの軸方向となるようにあわせて、６回（６層）、巻回した後、１２０℃で樹脂を加熱硬化した。硬化後、パイプを抜き取ることにより、繊維強化樹脂製円筒体を得た。
　図２に示すように、繊維強化樹脂製円筒体１０の両端に軸受けを取り付け、軸１２を挿通する。軸１２を矢印方向に回転させながら、研磨部材１１を軸方向に沿って移動させることにより、第２繊維強化樹脂層表面を研磨した。
　研磨後の表面粗さを、株式会社東京精密製表面粗さ測定器Ｅ３５Ａを用いて測定したところ、平均粗さ（Ｒａ）０．７であった。
　この研磨面に、イオン注入法により、ＤＬＣ膜を形成した。形成されたＤＬＣ膜の厚みは３～５μｍであった。このようにして、第１繊維強化樹脂層（約０．８５ｍｍ）、第２繊維強化樹脂層（厚み０．６５ｍｍ）からなる円筒体の外表面に、ＤＬＣ膜（厚み平均４μｍ）が形成されたガイドローラを作製した。
　ＤＬＣ膜形成後の表面を、電子顕微鏡により観察した。電子顕微鏡写真を図３に示す。図３において、強化繊維となる白線が一方向に配向されていることがわかる。
（２）比較例
　実施例で用いたものと同種類のプリプレグシートを用いた。
　鉄製パイプ上に、第１繊維強化樹脂層として、プリプレグシートを８層となるように巻回した後、第２繊維強化樹脂層として、１層目と２層目で強化繊維の配向方向が直交するように順に、６層積層巻回した。
　樹脂を加熱硬化した後、実施例と同様の条件で、第２繊維強化樹脂層を研磨した。この研磨面に、実施例と同様にして、イオン注入法により、ＤＬＣ膜を形成した。このようにして、第１繊維強化樹脂層（約０．８５ｍｍ）、第２繊維強化樹脂層（厚み０．６５ｍｍ）からなる円筒体の外表面に、ＤＬＣ膜（厚み平均４μｍ）が形成されたガイドローラを作製した。
　ＤＬＣ膜形成後の表面を、電子顕微鏡により観察した。電子顕微鏡写真を図４に示す。図４において、強化繊維となる白線が交差する部分においてと推定されるが、ケバ立ちのためか、ＤＬＣ膜の突起が認められた。
　顕微鏡写真で撮影した部分のＤＬＣ膜の表面粗さを、株式会社東京精密製表面粗さ測定器Ｅ３５Ａを用いて測定した結果を図５に示す。突起として観察された部分では、高さ２１３．７μｍの凸部となっていることが確認できた。これは、第２繊維強化樹脂層の強化繊維の一部が樹脂とともに切断されてケバ立ったためと考えられる。
　従って、炭素繊維の配向を特定方向としていない繊維強化樹脂層を用いたガイドローラにおいて、平滑度の高いＤＬＣ膜を達成するためには、ＤＬＣ膜形成後、さらにＤＬＣ膜表面の加工処理が必要となる。
　本発明のガイドローラは、軽量で、しかも耐摩耗性、摺動特性に優れているので、プラスチックシート、紙製シート、セラミックグリーンシートなど、種々の搬送用ローラとして、利用できる。
　また、本発明のガイドローラの製造方法によれば、メッキの下地処理や、研磨後の凹凸面を平滑化するといった作業が不要となるにで、従来の方法よりも作業工程数を減らすことができ、ガイドローラの生産性に優れる。
　１　ローラ本体
　３　第１繊維強化樹脂層
　４　第２繊維強化樹脂層
　５　ＤＬＣ膜
　１０　繊維強化樹脂製円筒体
　１１　研磨部材

Claims (8)

  1. 第１繊維強化樹脂層；該第１繊維強化樹脂層上に設けられた第２繊維強化樹脂層；及び該第２繊維強化樹脂層上に設けられたダイヤモンド状炭素膜を備えた円筒状のガイドローラであって、
    　前記第１繊維強化樹脂層における強化繊維の配向方向が前記ガイドローラの軸方向に引き揃っておらず、且つ前記第２繊維強化樹脂層における強化繊維の配向方向は、前記ガイドローラの軸方向となっているガイドローラ。
  2. 前記第２繊維強化樹脂層は、強化繊維が一方向に引き揃えられているプリプレグシートを、該強化繊維の配向方向が前記軸方向となるように巻回した後、熱硬化することにより形成されたものである請求項１に記載のガイドローラ。
  3. 前記第１繊維強化樹脂層は、プリプレグシートの強化繊維の配向方向が前記ガイドローラの軸方向となっていない巻回工程を少なくとも１回含んでなるように巻回した後、熱硬化することにより形成されたものである請求項１又は２に記載のガイドローラ。
  4. 前記第２繊維強化樹脂層の形成に用いるプリプレグシートは、炭素繊維が一方向に引き揃えられた炭素繊維シートにエポキシ樹脂を含浸したものである請求項２又は３に記載のガイドローラ。
  5. 前記第２繊維強化樹脂層の表面粗さは、平均粗さ（Ｒａ）として１．０μｍ以下であり、前記ダイヤモンド状樹脂膜の厚みは１～１０μｍである請求項１～４のいずれかに記載のガイドローラ。
  6. 第１強化繊維の配向方向が円筒体の長手方向に引き揃っていない第１プリプレグシートの巻回体上に、第２強化繊維が一方向に並列した第２プリプレグシートを、該第２強化繊維の配向方向が前記円筒体の長手方向となるように巻回してなる巻回体を加熱硬化して、前記円筒体の長手方向に強化繊維が配向された繊維強化樹脂層が表層となっている繊維強化樹脂製円筒体を形成する工程；
    　前記繊維強化樹脂製円筒体の表面を研磨する工程；及び
    　前記研磨工程により得られた研磨面に、ダイヤモンド状炭素膜を形成する工程
    を含む、ガイドローラの製造方法。
  7. 前記研磨工程は前記繊維強化樹脂製円筒体を回転しつつ、研磨材を、該繊維強化樹脂製円筒体の長手方向に沿って進行させることにより行われる請求項６に記載のガイドローラの製造方法。
  8. 前記ダイヤモンド状炭素膜形成工程は、イオン注入法により行う請求項６または７に記載のガイドローラの製造方法。
PCT/JP2011/068244 2011-08-10 2011-08-10 ガイドローラ及びその製造方法 WO2013021478A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/068244 WO2013021478A1 (ja) 2011-08-10 2011-08-10 ガイドローラ及びその製造方法
KR1020147003278A KR20140037949A (ko) 2011-08-10 2011-08-10 가이드 롤러 및 그 제조방법
CN201180072725.6A CN103717518A (zh) 2011-08-10 2011-08-10 导辊及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/068244 WO2013021478A1 (ja) 2011-08-10 2011-08-10 ガイドローラ及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013021478A1 true WO2013021478A1 (ja) 2013-02-14

Family

ID=47668029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/068244 WO2013021478A1 (ja) 2011-08-10 2011-08-10 ガイドローラ及びその製造方法

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR20140037949A (ja)
CN (1) CN103717518A (ja)
WO (1) WO2013021478A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103878985A (zh) * 2014-04-04 2014-06-25 常州神鹰碳塑复合材料有限公司 一种用于切割硅片的碳纤维导轮制备方法及碳纤维导轮
GB2565186A (en) * 2017-05-25 2019-02-06 Hexcel Composties Ltd Improvements in or relating to slitting

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105216378A (zh) * 2015-10-08 2016-01-06 淄博朗达复合材料有限公司 一种高刚度碳纤维辊轴及其制备方法
JP6935733B2 (ja) * 2017-11-24 2021-09-15 トヨタ自動車株式会社 電極積層体の製造装置及び方法
CN108046026A (zh) * 2017-12-01 2018-05-18 常德金德新材料科技股份有限公司 一种导辊

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310135A (ja) * 2001-04-10 2002-10-23 Nippon Oil Corp 搬送用ロール素管および該素管を備えた搬送用ロール
JP2008024467A (ja) * 2006-07-24 2008-02-07 Miyako Roller Industry Co ガイド用、搬送用ロール
JP2010275114A (ja) * 2010-09-14 2010-12-09 Miyako Roller Industry Co ロール製造方法、被膜形成ロール、被膜形成装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10218418A (ja) * 1997-02-14 1998-08-18 Noritsu Koki Co Ltd 搬送用ローラおよびその製造方法
JP4285299B2 (ja) * 2004-03-30 2009-06-24 住友ゴム工業株式会社 紙送りローラ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002310135A (ja) * 2001-04-10 2002-10-23 Nippon Oil Corp 搬送用ロール素管および該素管を備えた搬送用ロール
JP2008024467A (ja) * 2006-07-24 2008-02-07 Miyako Roller Industry Co ガイド用、搬送用ロール
JP2010275114A (ja) * 2010-09-14 2010-12-09 Miyako Roller Industry Co ロール製造方法、被膜形成ロール、被膜形成装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103878985A (zh) * 2014-04-04 2014-06-25 常州神鹰碳塑复合材料有限公司 一种用于切割硅片的碳纤维导轮制备方法及碳纤维导轮
GB2565186A (en) * 2017-05-25 2019-02-06 Hexcel Composties Ltd Improvements in or relating to slitting

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140037949A (ko) 2014-03-27
CN103717518A (zh) 2014-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013021478A1 (ja) ガイドローラ及びその製造方法
JP5738567B2 (ja) 耐摩耗性の繊維強化複合材及びその製造方法
JP5501033B2 (ja) ガイドローラ及びその製造方法
WO2013099040A1 (ja) 耐摩耗性の繊維強化複合材及びその製造方法
US20050153821A1 (en) Method of making a metal outer surface about a composite or polymer cylindrical core
EP3279510B1 (en) Screw shaft, manufacturing method thereof, and ball screw device
JP2011179580A5 (ja)
WO2018235547A1 (ja) コンタクトロール
JP2005040963A (ja) 巻き取りコア
JP6253957B2 (ja) セラミックコーティングローラの製造方法
JP6312491B2 (ja) ウェブ製造用ロール
JPH068354A (ja) 繊維強化樹脂製ロールおよびその製造方法
JP5287200B2 (ja) ゴルフクラブ用シャフトの製造方法
JP2014219066A (ja) 複合容器、複合容器の製造方法、及び複合容器の製造システム
JP7169105B2 (ja) 接圧ロール
JP6193431B2 (ja) 耐熱用繊維強化プラスチックロール
JPH10252742A (ja) 炭素繊維強化樹脂製ロール
JP2002363855A (ja) 繊維束の開繊装置および開繊方法ならびにプリプレグの製造方法
CN104943190A (zh) 输送辊及输送辊的制造方法
EP0736369A1 (en) Metallized fiber-reinforced resin roll and production thereof
JP4390114B2 (ja) 印刷原版支持用のドラム
JP2014005580A (ja) 炭素繊維束の開繊・搬送方法、および炭素繊維一方向性プリプレグの製造方法
JP2005089161A (ja) 繊維強化複合材料の製造装置、同製造方法及び圧力容器
JPH0587123A (ja) 繊維強化樹脂製ロール
JPH06210797A (ja) 金属被覆繊維強化プラスチック製ロール

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11870747

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20147003278

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11870747

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP