JPH068354A - 繊維強化樹脂製ロールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】軽量で、寸法精度に優れ、しかも耐久性があ
り、製造コストも低い繊維強化樹脂製ロール、特に搬送
用のフリーロールおよびその製造方法を提供する。 【構成】繊維強化樹脂製管状体５の外表面に巻き付けら
れた金属箔層６と、該金属箔層６の上に電解めっき層
７、８を有する繊維強化樹脂製管状体と該管状体の両端
部に取り付けられた軸受け３および／または軸２からな
る繊維強化樹脂製ロール１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属で表面を被覆され
た繊維強化樹脂（以下、ＦＲＰということがある）製ロ
ールおよびその製造方法に関する。特に、紙または有機
フィルムの搬送用に好適なフリーロールに関する。

【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製ロールは金属に比べて硬度が低いために被
接触物により傷を受ける、耐摩耗性に劣るために寿命が
短い、さらに電気の不良導体であるため紙または有機フ
ィルムの場合には静電気が発生しやすいという問題点が
あった。

【０００３】したがって、ＦＲＰ製ロール表面を金属化
して使用することが多い。この種のロールとしては、Ｆ
ＲＰ製円筒状物の表面が内層より導電処理材層、銅また
はニッケル層および硬質クロム層で被覆されているロー
ル、あるいはＦＲＰ製ロール素管の表面および金属ジャ
ーナル部にエポキシ樹脂等の樹脂被覆層を１０〜１００
μｍの厚みで設け、該被覆層の表面にめっきにより複数
層のメタルコート層を設けたＦＲＰ製メタルコートロー
ル等が知られている。

【０００４】しかしながら、前者では銀などの導電性の
金属粉末を入れて導電性を付与した樹脂をＦＲＰ製ロ−
ル素管表面に配置し、直接電気めっきするものであり、
後者では化学めっき用の特定の樹脂をロール素管表面に
配置してから無電解めっき、電解めっきを行うものであ
った。これらの場合、めっき層とロール表面の接合が悪
く、高性能なロールが得られなかったり、機械加工工程
が多く、製造コストが高くなるなどの問題点があった。

【０００５】また、特開平２−２８６２３７号公報に
は、未硬化の繊維強化樹脂層の外周面に金属テープを巻
き付け被覆し、それを硬化して得られた金属テープ被覆
ＦＲＰ製棒状成形体が具体的に記載されている。しかし
ながら、未硬化の繊維強化樹脂層の外周面に金属テープ
を巻き付けるのでは、どうしても凹凸ができるので、寸
法精度の高い成形体を得ることは難しい。該ＦＲＰ製棒
状成形体は、土木分野、石油開発等におけるボーリング
機械の掘削用連結管、自動車、船舶等の動力伝達用プロ
ペラシャフト等の回転トルクあるいは衝撃伝達用途に好
適に使用されたり、建築分野等における引張力、圧縮力
のかかる高強度構造用材料に好適に使用されると記載さ
れている。さらに、金属テープ被覆ＦＲＰパイプの外表
面に硬質クロムめっきを施すこともでき、一層耐蝕性お
よび耐摩耗性を向上させることができると記載されてい
る。しかしながら、ここには回転トルクあるいは衝撃伝
達用ではなく、また引張力、圧縮力もあまりかからない
自由回転ロールいわゆるフリーロールについての記載は
ない。また、金属テープについては、ステンレス製のテ
ープが例示されているにすぎない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点を解決するためになされたものであり、性能的に
ＦＲＰ層とめっき層の安定した高い接着強度を確保する
とともに、軽量で、寸法精度に優れ、長期の使用に安定
的に耐え、製造工程を簡略化できたＦＲＰ製ロール、特
にＦＲＰ製フリーロールを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、繊維強化樹脂
製管状体の外表面に巻き付けられた金属箔層と該金属箔
層の上に電解めっき層を有する繊維強化樹脂製管状体お
よび該管状体の両端面に取り付けられた軸受けおよび／
または軸からなる繊維強化樹脂製ロールおよびその製造
方法に関する。

【０００８】本発明において、繊維強化樹脂製管状体に
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種以上組合せてもよい。比強
度、比剛性が大きい繊維の方が軽量化の効果が顕著であ
るので好ましい。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。

【０００９】また、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、フッソ樹脂、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, ６．６，６．１０，６．１１，６．１
２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】繊維強化樹脂製管状体の外表面に巻き付け
られる金属箔は、巻き付ける操作性から金属テープ状の
ものが好ましい。該金属箔の材質は、伸びがあり、かつ
腐食の発生がなく、高い電流密度を得られるものが好ま
しい。そのようなものとしては銅、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。金属箔としては、電解金属箔、圧延
金属箔等が挙げられる。金属テープとしては電解金属テ
ープ、圧延金属テープ等が挙げられる。特に電解金属
箔、電解金属テープが好ましい。また、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
強化樹脂と接触する金属箔の面が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、または両面が
粗面化された金属箔、特に金属テープが好ましい。

【００１１】ここで、粗面化とは、金属箔の表面を凹凸
状、こぶ状またはキノコ状とすることである。粗面化の
方法としては、電気化学的な処理、エッチング等の化学
的処理、ワイヤブラシ等で擦る等の機械的処理等が挙げ
られる。

【００１２】金属箔の厚みは取扱い性の面から１０〜１
５０μｍが好ましい。さらに好ましくは２０〜１００μ
ｍである。厚みが１０μｍ未満では巻き付け時に皺が寄
ったり、巻き付け張力により、破断してしまうので好ま
しくない。また、厚みが１５０μｍを越えると材料の剛
性が増すため、管状体の表面に均一な巻き付け層を形成
することが困難になるので好ましくない。

【００１３】金属箔の幅は特に限定されるものではな
い。管状体全面を一層の箔で巻き付けることも可能であ
る。しかし加工性の面から箔の幅は１０〜２００ｍｍが
好ましく、さらに好ましくは２０〜１００ｍｍである。

【００１４】電解めっき層については、金属箔の上に直
接クロムめっきをすることもできるが、下地材として最
下層に銅またはニッケルをめっきすることが好ましく、
最上層としては、クロムめっきを施すことが好ましい。
銅およびニッケルは、クロムに比べて弾性率が低く、柔
軟であり、その上にクロムめっきを施したときに、応力
緩和層となり、表面のクラックの発生を防ぐ働きをする
ので好ましい。最上層として、クロムめっきを施すと高
い硬度が得られるので好ましい。電解めっき層が、下層
に銅またはニッケル、上層にクロムの二重構造を有する
繊維強化樹脂製ロールが特に好ましい。

【００１５】本発明に用いられる軸および／または軸受
け部は、その材質に限定はなく、鋼、アルミニウム等の
金属、または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
状体製造に用いた素材と必ずしも同一である必要はな
い。製造には従来公知の種々の方法を用いることができ
るが、例えば前記フィラメントワインディング法や、シ
ート状プリプレグを型材に積層して加熱、加圧賦形した
り、ハンドレイアップ法にて製造することができる。金
属製軸受け部を用いると静電気除去の効果が著しいので
好ましい。

【００１６】繊維強化樹脂製管状体の製造は特に限定さ
れるものではない。例えば、強化繊維の繊維トウに未硬
化の樹脂を含浸させた後、フィラメントワインディング
法で成形し、硬化して製造することができる。また、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
プリプレグをマンドレルに巻き付け、加熱、加圧して管
状体を製造することもできる。

【００１７】繊維強化樹脂製管状体の表面は、めっき後
の表面の精度を保持するために、金属箔を巻き付ける前
に、旋削および／または研削加工を行うことが好まし
い。これにより真円度、鉛直度も容易に出すことができ
る。旋削または研削の精度は要求性能により適宜定める
ことができる。このように、硬化した繊維強化樹脂製管
状体そのまま、好ましくは旋削および／または研削加工
を行った管状体に金属箔を巻き付ける方が、未硬化の繊
維強化樹脂製管状体に金属箔を巻き付けるよりも、寸法
精度の高いものが得られるので好ましい。

【００１８】金属箔を繊維強化樹脂製管状体に巻き付け
る際に、金属箔と管状体を密着させるためにその間に接
着剤を施工することが好ましい。接着剤は常温硬化型の
ものが好ましい。硬化時に温度をかけると管状体の変
形、寸法変化が起こり、精度が落ちる。また工程が繁雑
化するため良くない。接着剤の粘度は５００センチポイ
ズ以下が好ましい。さらに好ましくは１００センチポイ
ズ以下であり、特に好ましくは５０センチポイズ以下で
ある。５００センチポイズを越えると、金属箔巻付時に
箔の隙間から接着剤が表面に滲出して、表面を汚染す
る。これにより、次工程の電解めっきが乗りにくくなる
問題が発生するので好ましくない。

【００１９】金属箔を繊維強化樹脂性管状体に巻き付け
る際、隙間が発生しないように金属箔の側面部を突き合
わせるように密に巻き付けるか、金属箔の一部が重なる
ように巻き付けることが好ましい。隙間が発生すると次
工程の電解めっきがその部分に乗らず、良好な製品が得
られないので好ましくない。金属箔の一部が重なる場合
は重なり代としては０．１〜１０ｍｍ程度が好ましい。
０．１ｍｍ未満の場合、隙間が生じないようにするため
には厳重な工程管理が必要になるので好ましくない。１
０ｍｍを越えると材料ロスが大きくなるので好ましくな
い。

【００２０】また、金属箔を巻き付ける際に箔が０．１
〜２％伸長するような張力を箔に付加しながら巻き付け
ることが好ましい。箔の伸びが０．１％未満では、箔が
蛇行したり、表面に凹凸が残り、良好な製品を得られな
いので好ましくない。また、箔の伸びが２％を越えると
金属箔が破断する危険性があるので好ましくない。

【００２１】金属箔を巻き付けられた繊維強化樹脂製管
状体への下地層の電解めっきの厚みは５０〜２０００μ
ｍが好ましい。さらに好ましくは１００〜１０００μｍ
である。５０μｍより薄い場合は、下地材としての効果
が充分ではなく、クロムめっきをするための表面平滑化
加工ができないので好ましくない。２０００μｍより厚
い場合は軽量化効果が減殺されてしまい、ＦＲＰ化のメ
リットが小さくなるので好ましくない。

【００２２】最上層のめっき層付着時の表面精度を確保
するため、下地層を付着させた後、表面を旋削、研削ま
たは研磨することが好ましい。これらの機械加工によ
り、金属箔を含めた下地層の厚みを１００〜１０００μ
ｍに調整することが好ましい。この調整により、表面の
平滑性および下地材としての強度の保持が得られる。

【００２３】最上層のめっきは通常クロムが用いられる
が、厚みは要求仕様により適宜定められる。通常は５〜
１００μｍ程度が用いられる。この層の機械加工は通常
研磨が行われるが、特に限定されるものではない。

【００２４】本発明の繊維強化樹脂製ロールにおいてＦ
ＲＰ製管状体と軸受け部分とは、公知の接着剤により接
合することができる。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
受け部分を一体で成形することもできる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるも
のではない。

【００２６】炭素繊維としては、住化ハ−キュレス社製
商品名マグナマイトＡＳ４（弾性率２３５ＧＰａ、強度
３．８２ＧＰａ）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住友化学工業（株）製商品名スミ
エポキシＥＬＡ１２８（ビスフェノ−ルＡのジグリシジ
ルエ−テル）、硬化剤としてはユニロイヤル社製商品名
トノックス６０−４０（メタフェニレンジアミンとジア
ミノジフェニルエ−テルの共融混合物）を化学量論量配
合したものを用いた。

【００２７】実施例１ 外径８０ｍｍ、長さ２０００ｍｍ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巻き付けた。繊維
の巻き付け角度は±１６°、巻き付け厚みは１０ｍｍと
した。繊維と樹脂の体積割合は繊維が６０±２％となる
ように樹脂の付着量を調整した。

【００２８】上記のマンドレル上に巻き付けられた樹脂
含浸された炭素繊維を、マンドレルごと熱硬化炉に入
れ、１５０℃で２時間硬化させた。硬化後マンドレルか
ら脱型し、両端部分の不要部分を切断除去した。さらに
旋盤を用いて表面を切削し炭素繊維強化樹脂製管状体を
得た。

【００２９】炭素繊維の目付が３００ｇ／ｍ² の平織布
を半径４０ｍｍの円状に切り出し、上記管状体製造の場
合と全く同様の樹脂を含浸させて、１６枚積層し熱プレ
ス中で１２０℃、１５気圧で２時間加熱加圧成型し厚さ
５ｍｍの円盤２ケを成型した。該炭素繊維強化樹脂製円
盤をロ−ルの軸受け（ヘッダ−）部分とするため円盤の
中心に半径１０ｍｍの円孔を空けた。また、円盤の円周
部分に付着した成型時に湧き出した不要樹脂を切削除去
し、精度良く半径４０ｍｍの炭素繊維強化樹脂製軸受け
を得た。

【００３０】上記軸受け３に長さ２００ｍｍ、半径１０
ｍｍの鋼製軸（ジャ−ナル）２を図１に示した通り炭素
繊維織布と接着剤を用いて取り付けた。軸／軸受け接合
部を符号４で示す。接着剤としては、上記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分硬化させて金属製軸２が取り付け
られた炭素繊維強化樹脂製軸受け３を２ケ作製した。

【００３１】続いて、上記金属製軸２が取りつけられた
軸受け３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、炭素繊維強化
樹脂製管状体５の両端部に嵌合し、８０℃で３０分硬化
し接着した。

【００３２】このＣＦＲＰ製管状体を旋盤に取り付け、
幅５０ｍｍ、厚み３５μｍの電解ニッケル箔製テープを
その表面に巻き付け、金属箔層６を形成した。その際接
着剤として、東亜合成化学工業（株）製シアノアクリレ
ート系接着剤３０１を薄くＣＦＲＰ製管状体上に塗布し
つつ、テープに１５ｋｇの張力を与えながら金属テープ
が１ｍｍ重なり合うように巻き付けた。

【００３３】重なりあった部分から滲み出した接着剤を
エメリーペーパにて除去した後、電解銅めっきを行い、
７００μｍ厚みの下層めっき層７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
した後、電解クロムめっきを行い、上層めっき層８を形
成した。膜厚４０μｍまで電着したものの表面を表面粗
度０．５Ｓ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１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。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、フィルム搬送、製紙、印刷等
のさまざまな工業分野において、既知の繊維強化樹脂製
ロールと比較して、同等の表面性能、静電気除去性を有
し、かつ軽量で、寸法精度に優れ、しかも耐久性があ
り、製造コストも安く、生産性の向上、省力化等の目的
にも有用な繊維強化樹脂製ロール、特に搬送用のフリー
ロールを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】繊維強化樹脂製ロールの一部断面図。

【符号の説明】

１．繊維強化樹脂製ロール。 ２．軸（ジャーナル）。 ３．軸受け（ヘッダー）。 ４．軸／軸受け接合部。 ５．繊維強化樹脂製管状体。 ６．金属箔層。 ７．下層めっき層。 ８．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 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維強化樹脂製管状体の外表面に巻き付け
   られた金属箔層と該金属箔層の上に電解めっき層を有す
   る繊維強化樹脂製管状体および該管状体の両端部に取り
   付けられた軸受けおよび／または軸からなる繊維強化樹
   脂製ロール。
2. 【請求項２】金属箔の片面または両面が粗面化処理され
   ていることを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂製
   ロール。
3. 【請求項３】金属箔が、銅、ニッケル、ニッケル／銅の
   ２層構造、またはニッケル／銅／ニッケルの３層構造よ
   りなることを特徴とする請求項１または２記載の繊維強
   化樹脂製ロール。
4. 【請求項４】繊維強化樹脂製管状体の表面に、接着剤を
   塗布しながら金属箔を巻き付けた後、または接着剤が塗
   布された金属箔を巻き付けた後、電解めっきを行うこと
   を特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂製ロールの製
   造方法。