JPH07214726A - 複合筒およびその製造方法 - Google Patents

複合筒およびその製造方法

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JPH07214726A
JPH07214726A JP6011797A JP1179794A JPH07214726A JP H07214726 A JPH07214726 A JP H07214726A JP 6011797 A JP6011797 A JP 6011797A JP 1179794 A JP1179794 A JP 1179794A JP H07214726 A JPH07214726 A JP H07214726A
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JP
Japan
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cylinder
outer cylinder
thermosetting resin
composite
frp
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JP6011797A
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English (en)
Inventor
Masashi Matsuura
正史 松浦
Yasushi Iida
靖 飯田
Kazuo Oyori
和男 大依
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】FRP製内筒と金属製外筒との結合が強固で、
しかも、使用中に温度上昇があってもその強固な結合を
維持できる複合筒と、そのような複合筒を簡単に製造す
る方法を提供する。 【構成】FRP製の内筒と、その内筒に外装された金属
製の外筒とを有し、外筒の内表面にはリング状の溝が形
成され、その溝に内筒を形成しているFRPのマトリク
ス樹脂が満たされている複合筒を、熱硬化性樹脂を含浸
した強化繊維をマンドレルに巻き付け、巻付体を、熱硬
化性樹脂が硬化する前に、内表面にリング状の溝を有す
る金属製の外筒に挿入し、熱硬化性樹脂を硬化させるこ
とによって得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、フィルムや紙、布帛
等のシート状物を搬送するための工業用FRPロールを
構成するような場合に好適な、FRPと金属との複合筒
に関する。また、この発明は、そのような複合筒を製造
する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】FRPロールは、金属ロールにくらべて
軽量で取り扱いやすく、また、軽量であるがゆえに慣性
が小さくて正確な速度制御が可能であること等、多くの
特長を有する。
【0003】ところで、工業用ロールは、高速のフィル
ムや紙、布帛等のシート状物と接触するため、表面の耐
摩耗性が優れている必要がある。この点、金属ロールは
ともかく、FRPロールは、FRPは樹脂をその構成要
素としているために耐摩耗性がそれほど高くない。その
ため、表面に、実公平2−32431号公報に記載され
ているように金属メッキ被膜を形成したり、特開昭61
−217566号公報に記載されているように金属溶射
被膜を形成したりして耐摩耗性の向上を図っているが、
本質的に樹脂であるFRPの表面にこれらの被膜を直接
形成しても、被膜の接着力は弱く、剥離や割れを生じや
すい。
【0004】一方、FRP製の内筒に金属製の外筒を外
装し、その外筒の表面に金属メッキ被膜や金属溶射被膜
を施してなる工業用ロールも提案されている。このロー
ルは、被膜が金属製の外筒の上に形成されているので、
上述したものにくらべて被膜の接着力は強く、剥離や割
れを生じにくい。ところが、一方で、使用中に内筒と外
筒との結合が緩み、著しい場合には外筒が空回りしたり
筒軸方向にずれたりするという問題がある。これは、工
業用ロールは、一般に、使用中にシート状物との接触や
雰囲気等による温度上昇を伴うが、FRPと金属とでは
熱線膨脹係数が大きく異なるため、内筒よりも外筒がよ
り大きく膨脹するためである。しかるに、上記従来のロ
ールは、結合が緩んできても、その緩みを機械的に拘束
するものが何もないので、著しい場合には外筒が空回り
したり筒軸方向にずれたりするのである。
【0005】以上においては、工業用ロールを例として
内筒と外筒との結合の緩みの問題を説明したが、このよ
うな問題は、工業用ロールに限らず、FRP製内筒と金
属製外筒とを有する複合筒においては共通して起こり得
るものであることはいうまでもない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来の複合筒の上述した問題点を解決し、FRP製内筒と
金属製外筒との結合が強固で、しかも、使用中に温度上
昇があってもその強固な結合を維持することができる複
合筒を提供するにある。
【0007】また、この発明の他の目的は、そのような
複合筒を簡単に製造する方法を提供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、FRP製の内筒と、その内筒に外装さ
れた金属製の外筒とを有し、かつ、上記外筒の内表面に
は凹部が形成されており、その凹部に上記内筒を形成し
ているFRPのマトリクス樹脂が満たされていることを
特徴とする複合筒を提供する。凹部は、外筒の周方向に
延びるリング状の溝であってよく、外筒の筒軸方向に延
びるら旋状の溝であってもよい。また、外筒の周方向に
おける熱線膨脹係数は、内筒のそれと等しいかそれより
も大きいのが好ましい。さらに、用途等によっては、外
筒の外表面に、メッキや溶射による被膜が形成されてい
るのも好ましい。
【0009】また、この発明は、そのような複合筒を製
造する方法として、熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維を
マンドレルに巻き付け、巻付体を、熱硬化性樹脂が硬化
する前に、内表面に凹部を有する金属製の外筒に挿入
し、しかる後熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とす
る、複合筒の製造方法を提供する。もっとも、巻付体
を、熱硬化性樹脂が硬化する前に金属製の外筒に挿入
し、その外筒に所望のピッチで縮径加工を施した後、熱
硬化性樹脂を硬化させ、さらに外筒の表面を仕上加工す
るようにしてもよい。
【0010】この発明の複合筒をその製造方法とともに
詳細に説明するに、まず、図1に示すように、所望の外
径を有するマンドレル1に、周知のフィラメントワイン
ディング法やテープワインディング法、シートワインデ
ィング法等を用いて、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した
強化繊維を、マンドレル1の軸方向に対する配列角度
が、周方向の剛性が必要な場合には±70〜90゜にな
るように、また、筒軸方向の剛性が必要な場合には±3
0゜以下の角度になるように、両者が必要な場合にはこ
れらが組み合わさるように巻き付け、後に内筒を形成す
ることになる巻付体2を形成する。このとき、後に外筒
に挿入しやすいように、図示するように挿入側を少しば
かり先細りにしておくのが好ましい。この挿入は、最外
層における強化繊維の配列角度を上記軸方向に対して±
30°以下にしておくと一層容易になる。熱硬化性樹脂
は、FRP製内筒のマトリクスを形成することになるも
ので、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂等を用いることができる。
また、強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ポリ
アラミド繊維等の高強度、高弾性率繊維を用いることが
できる。
【0011】一方、金属製の外筒を用意しておく。この
外筒は、アルミニウム合金やチタニウム合金等の軽合金
からなるものであるのが好ましいが、炭素鋼やステンレ
ス鋼等からなるものを用いることもできる。厚みは、用
途等にもよるが、0.3〜3mm程度でよい。
【0012】外筒の内表面には、凹部が形成されてい
る。この凹部は、図2に示すように、適当な間隔で形成
された、外筒3の周方向に延びる溝4であってよいし、
図3に示すように、外筒3の筒軸方向にら旋状に延びる
溝5として形成することもできる。また、図4に示すよ
うに、外筒3自身を電磁加工等によって所望のピッチで
縮径加工して得た溝6であってもよい。ただ、このよう
な外筒を用いるときは、外表面にできた凸部を研削加工
等によって除去し、平滑に仕上げることが必要になる。
もっとも、図1に示す巻付体2をそのような縮径加工を
施していない外筒に挿入した後、外筒に縮径加工を施し
て結果的に図4に示すような外筒を用いるのと同じ状態
を作り出すこともできる。この場合も後に外表面の仕上
加工が必要である。なお、溝の深さは、用途等にもよる
が、0.1〜0.5mm程度でよい。さて、この発明にお
いては、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維の巻
付体2を、その熱硬化性樹脂が硬化する前にマンドレル
ごと外筒に挿入する。この挿入は、熱硬化性樹脂が硬化
していないので簡単に行うことができ、挿入に伴って外
筒の凹部に熱硬化性樹脂が侵入し、その凹部が熱硬化性
樹脂によって満たされるようになる。挿入後は、熱硬化
性樹脂を加熱、硬化させて内筒を成形し、マンドレル1
を抜き取る。すると、図5に示すような、FRP製の内
筒7と、その内筒7に外装された金属製の外筒3との複
合筒が得られる。この図5に示すものは、図4に示した
外筒を使用している。なお、巻付体2の外径よりもやや
小さい内径の外筒を用いると、挿入に伴う外筒の凹部へ
の熱硬化性樹脂の侵入がより確実に行われるようになる
ので好ましい。
【0013】かくして得られた複合筒は、それを所望の
長さに切断して本体筒を作り、その本体筒の両端部にヘ
ッダと呼ばれる軸を取り付けてロールとすることができ
る。特に、この場合は、表面の耐摩耗性を向上させるた
めに、外筒の外表面に硬質クロムメッキ等によるメッキ
被膜を施したり、セラミックスの溶射被膜を施したりす
るのが好ましい。
【0014】なお、外筒と内筒との組み合せとして、外
筒の周方向における熱線膨脹係数が内筒のそれと等しい
か、それよりも大きい組み合せとすると、熱硬化性樹脂
の加熱、硬化、冷却後において外筒と内筒との密着性が
より向上するようになるので好ましい。このような組み
合せは、内筒における強化繊維の配列方向を選択した
り、外筒を構成する金属の種類を選択することで達成す
ることができる。
【0015】
【実施例】マンドレルに、未硬化の油化シェルエポキシ
株式会社製エポキシ樹脂“エピコート”807を含浸し
た、東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”T300(平均
単糸径:7μm、引張強度:3,530MPa 、引張弾性
率:230GPa )を図1に示すように巻き付け、外径9
9.8mm、内径92mm、長さ2,500mmの巻付体を形
成した。なお、マンドレルの軸方向に対する炭素繊維の
配列角度は±10゜と90゜の組み合せとし、前者と後
者の厚み比を5:1とするとともに、最外層には±10
゜の層を配した。この巻付体のエポキシ樹脂の硬化後に
おける周方向の熱線膨脹係数は、設計値として10.1
6×10-6/℃である。
【0016】一方、内径100mm、厚み2mm、長さ2,
400mmのアルミニウム合金筒(A5052、周方向の
熱線膨脹係数:24×10-6/℃)に、電磁加工機を用
いて、図4に示すような幅25mm、ピッチ75mmの縮径
加工を施し、加工部分における内径を99.5mmにし
た。
【0017】次に、上記アルミニウム合金筒に、油圧を
利用して、上記巻付体をその先細り端からマンドレルご
と挿入した後、炉に入れ、マンドレルを回転させながら
100℃で2時間、さらに140℃で4時間加熱してエ
ポキシ樹脂を硬化させ、内筒を成形した。
【0018】エポキシ樹脂の硬化後、マンドレルを引き
抜いて、内筒がFRP、外筒がアルミニウム合金である
複合筒を抜き出し、長さ2,400mmに切断し、両端部
にスチール製のヘッダを取り付け、さらに外径が10
2.0mmになるように外筒の外表面を研削加工した後、
電気メッキによってニッケル下地層を形成し、その下地
層の上に電気メッキによって硬質クロムメッキを施し、
ロールを得た。
【0019】このロールを80℃のオーブン中でシート
状物のガイドロールとして用いたところ、内筒と外筒と
の間の緩みはなく、筒軸方向のずれも全くなかった。
【0020】
【発明の効果】この発明の複合筒は、FRP製の内筒に
外装された外筒の内表面に凹部が加工され、その凹部が
内筒を構成しているFRPのマトリクス樹脂で満たされ
ている、すなわち、内筒と外筒との結合に機械的な拘束
力を併用しているから、内筒と外筒との結合が強固で、
しかも、使用中に温度上昇があってもその強固な結合を
維持することができるようになる。
【0021】また、そのような複合筒は、熱硬化性樹脂
を含浸した強化繊維をマンドレルに巻き付け、巻付体
を、熱硬化性樹脂が硬化する前に、内表面に凹部を有す
る金属製の外筒に挿入し、しかる後熱硬化性樹脂を硬化
させるか、熱硬化性樹脂が硬化する前に金属製の外筒に
挿入し、その外筒に所望のピッチで縮径加工を施した
後、熱硬化性樹脂を硬化させ、さらに外筒の表面を仕上
加工することによって得られるから、製造が極めて簡単
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維をマ
ンドレルに巻き付けた状態を示す概略正面図である。
【図2】この発明で用いる外筒の一例を示す概略縦断面
図である。
【図3】この発明で用いる外筒の他の例を示す概略縦断
面図である。
【図4】この発明で用いる外筒のさらに他の例を示す概
略縦断面図である。
【図5】この発明の一実施態様に係る複合筒の概略縦断
面図である。
【符号の説明】
1:マンドレル 2:未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維の巻付体 3:外筒 4:溝(凹部) 5:溝(凹部) 6:溝(凹部) 7:内筒

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】FRP製の内筒と、その内筒に外装された
    金属製の外筒とを有し、かつ、上記外筒の内表面には凹
    部が形成されており、その凹部に上記内筒を形成してい
    るFRPのマトリクス樹脂が満たされていることを特徴
    とする複合筒。
  2. 【請求項2】凹部が、外筒の周方向に延びるリング状の
    溝である、請求項1の複合筒。
  3. 【請求項3】凹部が、外筒の筒軸方向に延びるら旋状の
    溝である、請求項1の複合筒。
  4. 【請求項4】外筒の周方向における熱線膨脹係数が、内
    筒のそれと等しいかそれよりも大きい、請求項1、2ま
    たは3の複合筒。
  5. 【請求項5】外筒の外表面に、メッキまたは溶射による
    被膜が形成されている、請求項1、2、3または4の複
    合筒。
  6. 【請求項6】請求項1、2、3、4または5の複合筒を
    本体筒とするロール。
  7. 【請求項7】熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維をマンド
    レルに巻き付け、巻付体を、熱硬化性樹脂が硬化する前
    に、内表面に凹部を有する金属製の外筒に挿入し、しか
    る後熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする、複合
    筒の製造方法。
  8. 【請求項8】熱硬化性樹脂を含浸した強化繊維をマンド
    レルに巻き付け、巻付体を、熱硬化性樹脂が硬化する前
    に金属製の外筒に挿入し、その外筒に所望のピッチで縮
    径加工を施した後、熱硬化性樹脂を硬化させ、さらに外
    筒の表面を仕上加工することを特徴とする、複合筒の製
    造方法。
JP6011797A 1994-02-03 1994-02-03 複合筒およびその製造方法 Pending JPH07214726A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11207817A (ja) * 1998-01-23 1999-08-03 Sekisui Chem Co Ltd 成形用ロール
JP2021011051A (ja) * 2019-07-04 2021-02-04 株式会社都ローラー工業 Dlc膜被覆カーボンロール

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH11207817A (ja) * 1998-01-23 1999-08-03 Sekisui Chem Co Ltd 成形用ロール
JP2021011051A (ja) * 2019-07-04 2021-02-04 株式会社都ローラー工業 Dlc膜被覆カーボンロール
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