JPH0315522A - 強化プラスチック製中空材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、フィルムやシート等の比較的薄い祠料を巻取
るための強化プラスチック製中空材に関するものである
。

（従来の技術） フィルムやシート等の比較的薄い材料を巻取るためには
、通常管状の中空材が使用される。すなわち、この中空
材は、これに長尺なフイルムやシート等の端部を固定し
た後、この中空祠を回転させて当該フィルムやシート等
を巻取る作業に使用され、フィルム等の巻き取り及び保
護に重要な役割を果すものである。そして、このフイル
ムやシート等は当該中空祠に巻き取った状態のまま所定
の加工工程に運搬されるのである。

ところが、このフィルムやシート等が、近年のように非
常に薄いもの（ごく最近の技術によれば、０．５μｍの
ものも工場生産可能となってきている）や、カセットテ
ープやビデオテーブ等の磁気テープのように相当高度な
均質性及び高品質性が要求されるものにあっては、製品
化する前の中空材に巻取る際には、しわの発生防止及び
裂け防止等の相当な注意を必要としてきている。特に、
磁気テープの場合には、製造途中等において静電気が帯
電すると、完成後の製品に微妙な影響を与えるため、な
るべく巻き取り途中に帯電しないようにする必要がある
。しかも、この中空材に対する巻き取り作業にあっては
、効率化を図るために当該中空材は相当な高速で回転し
なければならない状況にある。

このようなフィルムやシート等の各製造工程のうちの特
に巻き取る作業にあっては、これらのフィルムやシート
等が上述したように非常に繊細なものになってくると、
従来では殆ど問題とならなかったことが我然クロースア
ップされてくる。

そのうちの幾つかを含めて、当該中空材に要求される性
質を列記してみると、次のようになる。

■この中空材は、上述したように高速回転されるが、巻
き取り時のフィルム等に対する追随性を良好にするため
には、回転させたときの慣性モーメントが小さい方がよ
く、従って当該中空拐の重量は軽いほうがよい。（軽量
性） ■この中空材には大量のフィルムやシート等を巻き取る
のであるから、巻き取り完戒後の全体重量は相当なもの
になるのであるが、これを運搬するに際しては当該中空
材を利用して行なわれる。

また、フィルムやシートをテープ等として製品化するに
あたっては、当該中空材を別の機械に架けて回転させる
が、その運搬や設置作業も当該中空材を利用して行なわ
れる。従って、この中空伺そのものには相当な強度が要
求される。（強度性）■この中空祠に対するフィルムや
シート等の巻き取り途中に、これらに「しわ」が発生し
てはならない。「しわ」が発生すると、この「しわ」自
体が製品価値を低下させるだけでなく、その部分におい
てフィルムやシート等の次に巻き取られる部分に破損を
生じることがある。このことは、特にフィルムやシート
等が薄いものの場合には顕著である。従って、このよう
な「しわ」が発生しないようにするには、当該中空材の
表面が完全な平滑性を有していて、しかもこの中空材自
体が回転途中において撓わむようなものであってはなら
ない。（平滑性） ■この中空材に対するフイルムやシート等の巻き取りの
初期から終期に至る間において、当該中空祠の温度が相
当変化する可能性がある。これは、搬送されてくるフィ
ルム等が熱を帯びていることや、高速回転という機械的
な条件によって発熱すること等が考えられる。ところが
、フィルム等は上述したように「しわ」が発生してはな
らないのであるが、当該中空材が熱によって伸縮すると
、これが上記の「しわ」の発生原因にもなる。この熱が
回避することができないものであれば、当該中空材は熱
によって伸縮しないもの、すなわち熱膨張係数の小さい
ものである必要がある。（非熱膨張性） ■また、フィルム等の中空材に対する巻き取り途中にお
いては、静電気が発生することがある。

この静電気がフィルム等に帯電すると、これが埃の吸着
を行なう。フィルム等の表面に埃が付着すると、これが
上述した「しわ」と同様な作用、すなわち次に搬送され
てくるフィルム等の破損を生じさせることになり、特に
フィルム等が薄いものの場合にはこれが顕著となる。従
って、静電気による埃の付着を考慮しなければならない
場合には、当該中空材は帯電しないものにする必要があ
る。

特に、フィルムがカセットテープやビデオテープ等の磁
性体である場合には、静電気の帯電は製品としての価値
を著しく損なう等の由々しき問題となる。従って、この
ような磁性体フィルムを巻き取るための中空祠の場合は
絶対に帯電するものであってはならず、少なくとも静電
気を他に逃すような性質を有するものでなければならな
い。

（帯電防止） 従来のこの種強化プラスチック製中空材としては、例え
ば特公昭５９−４５８４３号公報にて提案されたものが
ある。この公報にて提案された金属ロールは、 「金属製ロールシェルの内周面に、炭素繊維強化樹脂層
が、該炭素繊維の配列方向と前記金属製ロールシェル軸
方向とが一致する状態で貼り伺けられてなるロール本体
と、該ロール本体の端部に嵌着され、かつ、回転支持軸
に係合される金属製へツターとからなる金属ロール。」 である。ところが、この金属ロールは、その金属製ロ−
ルシェルの内周面に炭素樹脂繊維層を形成しなければな
らないのであるが、単純に考えてみても、管材の内周面
に別の部月を固定することは極めて困難なことである。

また、この金属ロールは、その金属製ロールシェルとし
て極薄のアルミニウム管を使用したとあるが、アルミニ
ウム管を基材とした場合には強度はそれ程確保すること
ができないと考えられる。さらに、この金属ロールは、
その金属製ロールシェルの内周面に炭素樹脂繊維層を形
或しなければならないが、当該金属ロールに熱が加えら
れたとき、両者の材質の差によって内部に応力が発生し
、これによって金属ロール自体が撓わむこともありうる
。このようなことになると、フィルム等の巻き取りは「
しわ」等が発生して良好に行なえないことになる。従っ
て、この金属ロールは、その金属製ロールシェル、及び
その内周面に形成される炭素樹脂繊維層の祠質について
相当な考慮を払わなければならない。

また、特開昭６０−６３１３７号公報には、炭素繊維強
化プラスチックス製パイプの製造方法が示されており、
この方法は、 「パイプの軸方向に対し３０度以下の低角巻きを５０％
以上含む構成の厚肉炭素繊維強化プラスチックス製パイ
プの製造方法について、含浸する樹脂量を２０〜３５重
量％にコントロールした炭素繊維を所望の構或比で巻き
つけた後、表面に熱収縮テープをラッピング巻きし、加
熱硬化させることを特徴とする炭素繊維強化プラスチッ
クス製パイプの製造方法。」 である。この炭素繊維強化プラスチックス製パイプは、
当該バイブの表面に熱収縮テープをラッピング巻きして
、これを加熱硬化させる必要があるのであるが、このラ
ソピング巻きされた熱収縮テープは加熱硬化されたとき
に完全に滑らかな表面となっている保障は全くない。従
って、上述した■〜■に示したことは、この方法におい
ては全く考慮されていない。

要するに、従来のこの種強化プラスチック製中空材にお
ける技術にあっては、上述した■〜■の問題点を全て解
決したものは未だ提案されていなかったのである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は以上の実状に鑑みてなされたもので、その解決
しようとする問題点は、巻き取り物であるフィルムやシ
ート等の薄肉化及び精密化等の高品質化に対する、従来
のこの種強化プラスチック製中空材の未対処である。

そして、本発明の目的とするところは、まず軽量化、硬
度化、耐摩耗性化、表面平滑化及び熱膨張率の低減化を
果すことができて、簡単に製造することのできる強化プ
ラスチック製中空祠を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、上述した性質を有すること
は勿論のこと、これらに加えて更に帯電防止を図った強
化プラスチック製中空材を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 以上の問題点を解決するために本発明が採った手段は、
実施例に対応する第ｌ図〜第４図を参照して説明すると
、 プリプレグ化した繊維を巻回して形成される強化プラス
チック製中空材であって、 芯金（ｌ１）にプリプレグ化したクロスを巻回すること
によって形成される基材層（１２）と、この基材層（ｌ
２）の表面に繊維（ｌ３）を芯金（１１）の軸方向に対
して所定の角度で傾斜させた状態で巻回することによっ
て形成される第一ワインディング層（ｌ４）と、 この第一ワインディング層（１４）の表面に、繊維（１
３）を前記角度とは異なる角度で傾斜させた状態で巻回
することによって形成される第二ワインディング層（１
５）と、 この第二ワインディング層（１５）の更に表面側に、導
電性を有する材料を混入した樹脂をコーティングするこ
とによって形成した導電層（１６）とを備え、これらの
基材層（１２）、第一ワインディング層（１４）、第二
ワインディング層（ｌ５）及び導電層（１６）を樹脂に
よって硬化させて芯金（ｌ１）を除去したことを特徴と
する強化プラスチック製中空材（１０）である。

すなわち、この強化プラスチック製中空材（ｌＯ）は、
金属材料を全く使用しないで、各基材層（ｌ２）、第一
ワインディング層（ｌ４）及び第二ワインディング層（
ｌ５）をガラス繊維あるいはカーボン繊維等を主として
使用し、これらを樹脂によって接合硬化させて形成した
ものであり、特に第一ワインディング層（１４）と第二
ワインディング層（１５）とのワインディング角度を変
えたものである。また、この強化プラスチック製中空祠
（１０）は、その表面に更に導電層（ｌ６）を形成した
ものである。

（発明の作用） 本発明が以上のような手段を採ることによって、この強
化プラスチック製中空材（１０）は次のような作用を有
している。

まず、この発明に係る強化プラスチック製中空祠（ＩＯ
）にあっては、その全体がガラスあるいはカーボン等か
らなる繊維と樹脂によって形成してあるので、その全体
の重量はこれらの材料によって決定されている、すなわ
ち従来の金属を使用したものに比して軽量化されている
のである。それだけではなく、この強化プラスチック製
中空材（１０）は基材層（ｌ２）の上面にガラスあるい
はカーボン繊維（１３）を順次巻回し、しかも第一ワイ
ンディング層（１４）と第二ワインディング層（１５）
とでそのワインディング角度を変えたから、各第一ワイ
ンディング層（１４）及び第二ワインディング層（１５
）の問の隙間が完全に埋められているとともに、その外
形が真円に近いものとなっている。従って、この強化プ
ラスチック製中空材（１０）の各部分にあっては均質な
質量を有していることになるからこれを高速回転させた
場合であっても「プレ」は全く生じないようになってい
る。

また、この第一の強化プラスチック製中空材（１０）は
、プリプレグ化したカーボンクロスあるいはガラスクロ
スによって形成される基材層（１２）と、この基材層（
１２）上にガラスあるいはカーボン等からなる繊維（１
３）によって形成される第一ワインディング層（１４）
及び第二ワインディング層（１５）とによって主に構威
されているから、これらの基材層（１２）、第一ワイン
ディング層（１４）及び第二ワインディング層（ｌ５）
によって全体としては高い強度を有したものとなってい
る。しかも、これらカーボンクロスあるいはガラスクロ
ス、ガラスあるいはカーボン等からなる繊維（１３）、
及びこれらを密着させる樹脂はそれぞれの熱膨張率か低
いものであるから、当該強化プラスチック製中空材（１
０）の各層における熱膨張率は低下されており、従って
熱が加えられ、あるいは温度差の激しい状態のもとにお
かれたとしても、その内部に応力を生じさせることはな
い。そして、この強化プラスチック製中空材（１０）は
、各材料を順次上方に巻回していくことにより形成可能
となっているから、その製造を容易に行なえるものとな
っている。なお、この強化プラスチック製中空材（ＩＯ
）は非常に高い強度を有していることから、耐摩耗性に
優れていることは勿論である。

さらに、この発明に係る強化プラスチック製中空材（１
０）にあっては、その導電層（１６）によって次のよう
な作用をも有している。すなわち、この強化プラスチッ
ク製中空材（１０）の導電層（ｌ６）にあっては、これ
が一番外層に位置しかつ導電性を有しているから、この
導電層（ｌ６）に直接触れるカセットあるいはビデオテ
ープ等の磁気テープに帯電した磁気を、当該磁気テープ
に直接何かを触れさせることなく、この導電層（１６）
を通して間接的に外部に逃すことが可能となっているの
である。しかも、この導電層（１６）を形成するに際し
ては、単に第二ワインディング層（ｌ５）の外層に位置
する樹脂材料中に導電性材料を混入するのみで可能であ
るから、それ自体の特性を変えることなく極めて容易に
製造可能となっているのである。

（実施例） 次に、本発明に係る強化プラスチック製中空材（ｌＯ）
の実施例について、その製造方法も加味しながら、図面
を参照して順次説明する。

第１図には、本発明に係る強化プラスチック製中空材（
１０）の部分破断斜視図が示してあり、この強化プラス
チック製中空材（１０）は主として基材層（１２）、第
一ワインディング層（１４）、及び第二ワインディング
層（ｌ５）及び導電層（１６）とからなっている。

基材層（ｌ２）は、中心物となる芯金（１１）に、プリ
プレグ化されたガラスクロスあるいはカーボンクロスを
２層に巻回して構威されているもので、この基材層（１
２）は完成後の強化プラスチック製中空材（ｌＯ）の内
面を滑らかにしかつ内径精度を上げるためのものである
。この場合、芯金（１１）は当然真円に近いものが使用
され、その表面には必要に応じて離型剤が塗布される。

離型剤を塗布するのは、完戊後の強化プラスチック製中
空材（１０）からこの芯金（１１）を抜き取って除去す
る場合に、その作業を容易に行なえるようにするためで
ある。

また、基材層（１２）を芯金（１１）に対して巻回する
には、その布目が芯金（１１）に対して斜めになるよう
に配置してなされる。その理由は、この基材層（１２）
上に後述の第一ワインディング層（１４）をその上に巻
回していく場合に、この巻回途中において基材層（１２
）がほぐれないようにするためである。

さらに、この実施例においては、基拐層（ｌ２）の巻き
数を２回としたがこれに限るものではなく、次に述べる
ように、１回でもよくまた３回以上であってもよい。こ
の基材層（１２）は、強化プラスチック製中空材（１０
）として完成した後における強度を保障するというより
はむしろ、次の第一ワインディング層（１４）及び第二
ワインディング層（１５）の巻回作業を容易かつ確実に
するものであり、例えば強化プラスチック製中空材（１
０）自体の径が小さい場合には１回でよいし、一方、当
該強化プラスチック製中空材（１０）の径が大きい場合
には３回以上巻回すればよいのである。なお、この強化
プラスチック製中空材（１０）としては、その最終的な
直径が５ｍｍ〜３００ｍｍと相当幅の広いものが製造さ
れるのである。

第一ワインディング層（１４）は、芯金（１１）ととも
に回転される基材層（１２）の上面に、繊維（１３）を
順次巻回（ワインディング）することによって形成され
る。この第一ワインディング層（ｌ４）を形成ずる繊維
（１３）は、ガラス、カーボン等の無機繊維あるいはナ
イロン等の合戊繊維によって形成されたものであり、巻
回される以前にプリプレグ化されている。勿論、この巻
回にあたっては、各繊維（１３）に所定の張力を付した
状態で行なわれる。そして、この第一ワインディング層
（１４）を形成する繊維（１３）の芯金（ｌ１）軸心に
対する傾斜角度は、本実施例の場合４５度である。この
傾斜角度で芯金（１ｌ）の一端側から他端側に向けて所
定の隙間で巻回し、他端に致ると今度は逆の傾斜角度（
１３５度）で同様な巻回作業を順次行なっていく。この
ような巻回によて形成された層（繊維（１３）の一回巻
きを１層とする）は、本実施例にあっては６層であった
。この第一ワインディング層（１４）が、当該強化プラ
スチック製中空材（１０）の強度等を出す主たる部分と
なるから、繊維（１３）によって形成される層の数はも
っと多くてもよいが、径の小さい強化プラスチック製中
空材（１０）を形成する場合には少なくてもよい。

第二ワインディング層（１５）は、基本的には第一ワイ
ンディング層（１４）を形或する場合と同様な方法によ
って形成されるが、その芯金（１ｌ）に対する傾斜角度
及び巻き数において異なる。す−なわち、この第二ワイ
ンディング層（１５）を形成する繊維（１３）の傾斜角
度は本実施例にあっては７５度であり、またその巻き数
は３層である。この傾斜角度で、上述の第一ワインディ
ング層（１４）の場合と同様に、芯金（１１）の一端側
から他端側に向けて所定の隙間で巻回し、他端に致ると
今度は逆の傾斜角度（１０５度）で同様な巻回作業を順
次行なっていく。このように、繊維（１３）の傾斜角度
を第一ワインディング層（１４）の場合に比較して変更
したのは、第一ワインディング層（１４）を形或してい
る繊維（１３）の各隙間を埋め尽くす必要があるからで
ある。すなわち、第一ワインディング層（１４）を形或
している繊維（１３）の交差部分以外の部分で何等かの
原因によって隙間が出きている場合であっても、その上
から傾斜角度の異なる繊維（１３）を巻回することによ
って、この隙間は完全に埋めることができるからである
。

また、第二ワインディング層（１５）の巻き数を３ｌ 層として、第一ワインディング層（１４）の場合より少
なくしたのは、この第二ワインディング層（ｌ５）は強
化プラスチック製中空材（１０）としての強度を保障す
るものではなく、後述の導電層（１６）を形成して完或
した後の強化プラスチック製中空材（１０）の表面が完
全に滑らかなものとするためのものであり、従ってこの
第二ワインディング層（１５）を介して強化プラスチッ
ク製中空材（１０）の表面が滑らかなものとなるのであ
れば本実施例の場合より少ない回数であってもよいもの
である。

そして、この発明に係る強化プラスチック製中空材（１
０）は、その第二ワインディング層（１５）の外側に導
電層（１６）を形成したものである。この導電層（１６
）は、エポキシ樹脂中にカーボン等の導電性材料を混入
したものを、第二ワインディング層（１５）の表面に吹
き付けコーティングすることによって形成される。ここ
で使用される導電性材料は、導電層（１６）の基材樹脂
への混入が容易でかつ必要な導電性を有するものであれ
ば、どのような材料を使用してもよいものである。本実
施例の場合には、エポキシ樹脂中にカーボンを２％含有
させたものを使用した。

この発明に係る強化プラスチック製中空材（１０）にあ
っては、最外層に導電層（１６）となる樹脂材料をコー
ティングして硬化させ、その厚さを０．　　３〜０．４
とした。また、この導電層（１６）の表面に機械的研磨
を施して、１３〜１。５Ｓの表面仕上げとした。このよ
うに構成した本発明に係る強化プラスチック製中空材（
ｌＯ）にあっては、その表面において１０Ω程度の導電
性を有するものとなった。

以上のように構成した当該強化プラスチック製中空材（
１０）の心円度は６／ｔｏｏであって従来のものの心円
度１５／１００よりその精度が向上しており、またその
ヤング率は１８００ｋｇｆ／ｍｍであった。また、繊維
（１３）としてカーボンフィラメントを使用し、これの
強化プラスチック製中空材（１ｏ）全体に占める割合を
変化させた場合の熱膨張係数を計測した結果、第４図に
示すようになった。

なお、以上のように形成した各強化プラスチック製中空
材（１０）にあっては、．その各表面仕上げをする前に
、すなわち各層及び各被膜が硬化した後において、芯金
（１１）が抜き出される。この芯金（ｌ１）の抜き出し
は、当該芯金（１１）に離型剤が塗布してあればより一
層良好に行なうことができるものであり、各層の端部を
係止部材に係止させた状態で芯金（１ｌ）を機械によっ
て強制的に引き抜くことによって行なわれる。その後に
これら各強化プラスチック製中空＋Ｊ’（１０）はその
表面仕上げがなされるとともに、各強化プラスチック製
中空材（１０）の不要な端部を切断して完戊品とされる
のである。

（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明に係る強化プラスチック製中
空材（１０）においては、上記実施例にて例示したごと
く、各基材層（１２）、第一ワインディング層（１４）
及び第二ワインディング層（１５）をカーボンあるいは
ガラス製の繊維（１３）を使用するとともに、これらの
各基材層（ｌ２）、第一ワインディング層（１４）及び
第二ワインディング層（ｌ５）を樹脂によって一体的に
硬化させ更に最外層に導電層（１６）を形或して構成し
たことにその特徴があり、これにより、この強化プラス
チック製中空材（１０）は比較的軽量でかつ高い強度を
有したものとなっているから、これを高速回転させてそ
の表面にフィルムやシート等を巻回するに際して撓んだ
りブレたりすることはなく、フィルムやシート等の巻同
時にこれらの追随性を良好にしている。また、この強化
プラスチック製中空材（１０）は、その全ての材料を熱
膨張係数の小さいものを使用したから、上記のこととも
合わせてフィルムやシート等に「シワ」や破損部分を生
じさせることなくこれらを確実に巻回することができる
のである。

また、この強化プラスチック製中空材（１０）にあって
は、第二ワインディング層（ｌ５）の外側に導電層（１
６）を形成したから、この導電層（１６）によって当該
強化プラスチック製中空材（１０）は導電性に優れたも
のとなっている。従って、この強化プラスチック製中空
材（１０）は静電気が帯電することはなく、その表面に
埃が付着するのを防止することができるとともに、当該
強化プラスチック製中空祠’（１０）はカセットテープ
やビデオテープ等の製造する場合に磁気材料をコーティ
ングする前の原反フィルム等を巻回するに際して最適な
芯材となっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る強化プラスチック製中空材の概略
構或を示す一部破断斜視図、第２図は本発明に係る強化
プラスチック製中空材を製造する場合に使用される装置
の概略構或を示した正面図第３図は本発明に係る強化プ
ラスチック製中空材の部分拡大断面図、第４図はカーボ
ン繊維の量による強化プラスチック製中空材の熱膨張変
化を示したグラフである。 符　　号　　の　　説　　明 １０・・・強化プラスチック製中空材、１１・・芯金、
１２・・・基材層、１３・・・繊維、１４・・・第一ワ
インディング層、１５・・・第二ワインディング層、ｌ
６・・・導電層。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プリプレグ化した繊維を巻回して形成される強化プラス
   チック製中空材であって、 芯金にプリプレグ化したクロスを巻回することによって
   形成される基材層と、 この基材層の表面に繊維を前記芯金の軸方向に対して所
   定の角度で傾斜させた状態で巻回することによって形成
   される第一ワインディング層と、この第一ワインディン
   グ層の表面に前記繊維を前記角度とは異なる角度で傾斜
   させた状態で巻回することによって形成される第二ワイ
   ンディング層と、 この第二ワインディング層の更に表面側に、導電性を有
   する材料を混入した樹脂をコーティングすることによっ
   て形成した導電層とを備え、これらの基材層、第一ワイ
   ンディング層、第二ワインディング層及び導電層を樹脂
   によって硬化させて前記芯金を除去したことを特徴とす
   る強化プラスチック製中空材。