JPH07276538A - 炭素繊維強化プラスチック製ロール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭素繊維強化プラスチック製金属被覆ロール
に関し、メッキの容易な管体及び製造方法を提供する。 【構成】 フィラメント・ワインディング法により周方
向巻きされてなる炭素繊維強化プラスチック製管体層
と、外接する金属メッキ層よりなることを特徴とする炭
素繊維強化プラスチック製ロール。及び管体の表層の炭
素繊維が、フィラメント・ワインディング法によって、
周方向巻きされてなる炭素繊維強化プラスチック製管体
を成形し、電気メッキ法により該管体の外表面に金属を
被覆することを特徴とする炭素繊維強化プラスチック製
ロールの製造方法。 【効果】 最外層の炭素繊維が周方向巻きされることに
より、その上に直接電気メッキすることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化プラスチック
製金属被覆ロールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】印刷機、圧延機や製紙機械、フィルム製
造機械等に使用されるロールには、従来より鉄製ロール
が用いられており、低慣性や軽量性が要求される場合に
はアルミニウム製ロールが使用されている。

【０００３】最近では、更に回転慣性の低減や撓みの減
少、軽量化を目指して、比強度・比剛性に優れる炭素繊
維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いた、ＣＦＲＰ製
ロールが提供されている。

【０００４】ＣＦＲＰ製ロールは、フィラメント・ワイ
ンディング（ＦＷ）法と呼称される方法により製造され
る場合が多い。

【０００５】ＦＷ法は、炭素繊維ストランドを、液状の
熱硬化性樹脂を含浸しつつ芯金（マンドレル）に捲きつ
けた後、樹脂を加熱硬化し、芯金を抜き取る（脱芯）こ
とにより製造される。

【０００６】かかるＣＦＲＰ製ロールは、表面硬度向上
や平滑性向上の観点から、工業用クロムメッキ等の金属
被覆が行なわれる場合が多い。

【０００７】金属被覆は、電気メッキ法により行なわれ
ることが多く、例えば工業用クロムメッキの場合には、
下地メッキとして、銅メッキ、ニッケルメッキ、あるい
はその両方が施される場合が多い。

【０００８】ＣＦＲＰにメッキを施す方法としては、例
えば特開昭５０―５６３３１号公報や特開昭６０―７７
９７７号公報のように、金属等と樹脂の混合体をＣＦＲ
Ｐ管体の表層に塗布する方法や、特開昭５５―１１０６
４８号公報のように化学メッキを施す方法など、何らか
の下地処理を施すことが提案されている。

【０００９】しかしながら、このような方法は下地処理
工程が必要になる上に、処理自体が高価な場合が多いた
め、必然的に製造コストが高くなるという欠点を有して
いた。

【００１０】一方、炭素繊維の導電性を利用して直接Ｃ
ＦＲＰ上に電気メッキを施す方法も知られており、例え
ば特開昭５１―１５０５８１号公報などに開示されてい
る。

【００１１】しかしながら該方法は、簡便にメッキがで
きるという長所を有するものの、特開昭６０―７７９７
７号公報の中で言及されているように、ＣＦＲＰ表面が
不均一なため、メッキされない部分ができ易く、メッキ
が困難であるという欠点があった。

【００１２】これは、炭素繊維部分にのみメッキされ、
樹脂部分にはメッキされないことによる。これはロール
製造に適したＦＷ法を用いる場合では、特に顕著であっ
た。

【００１３】従って、全面をメッキ被膜が覆うために
は、非常に厚くメッキする必要があった。

【００１４】これは、時間と製造コストがかかる上、軽
量であるというＣＦＲＰロールの特性を損なうものであ
った。また、このように厚くメッキしても、最後までメ
ッキが覆われずに下地が残る場合も多かった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題に
鑑みてなされたものであり、管体表面に簡便且つ確実
に、直接電気メッキを施したＣＦＲＰ製金属被覆ロール
及びその製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、最外層の
炭素繊維が、フィラメント・ワインディング法により周
方向巻きされてなる炭素繊維強化プラスチック製管体層
と、該管体層に外接する金属メッキ層よりなることを特
徴とする炭素繊維強化プラスチック製ロール。

【００１７】及び、管体の表層の炭素繊維が、フィラメ
ント・ワインディング法によって、周方向巻きされてな
る炭素繊維強化プラスチック製管体を成形した後、機械
加工によって該管体の外表面の樹脂層を除いて周方向に
配向されてなる炭素繊維を露出せしめ、引き続いて電気
メッキ法により該管体の外表面に金属を被覆することを
特徴とする炭素繊維強化プラスチック製ロールの製造方
法である。

【００１８】以下、図面を用いて本発明の内容を詳細に
説明する。

【００１９】図１は、本発明のロールの断面の一部を示
す図である。１はＣＦＲＰの管体であり、その外周に
は、導電化処理層等を介することなく、直接、電気メッ
キによる金属被覆２が施されている。

【００２０】かかるロールは、以下の方法により製造さ
れる。

【００２１】図２は、本発明に供されるＣＦＲＰ製管体
１を示す斜視図である。表層の炭素繊維は、ＦＷ法によ
り周方向巻きされている。

【００２２】管体１は、表層部分の炭素繊維が、ＦＷ法
で周方向巻きされたものであればどのようなものでも使
用可能である。

【００２３】例えば、全体の繊維をＦＷ法で一体的に製
造されたもののほか、ＦＷ法、またはシート・ワインデ
ィング法などの他の方法で製造したＣＦＲＰ製管体の表
層に、必要に応じて研削加工した後、更にその上にＦＷ
法で炭素繊維を周方向巻きすることによっても製造する
ことができる。

【００２４】この場合、周方向巻きとは、マンドレル１
回転毎に、巻き付ける繊維束の幅（バンド幅）以下の幅
でトラバースさせる方法であり、通常は軸に対し９０°
に近い方向に巻き付けられる。

【００２５】管体１に用いられる炭素繊維は、どのよう
なものでも使用可能である。ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ
系炭素繊維や、その他の炭素繊維を使用することができ
る。また、その引張り強度、引張り弾性率等は、設計条
件により決定すれば良い。

【００２６】管体１に用いられる樹脂は、通常のＣＦＲ
Ｐに用いられるものであればどのようなものでも使用可
能であり、エポキシ樹脂を初めとして、不飽和ポリエス
テル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂といった熱
硬化性樹脂のほか、ポリエーテルエーテルケトンなどの
熱可塑性樹脂も用いることができる。

【００２７】管体１の外表面は、機械加工により、周方
向に配向されてなる炭素繊維が露出されるまで研削され
る。研削は、常法によれば良く、サンディング、ショッ
トブラスト、円筒研削盤、旋盤等が用いられる。

【００２８】周方向巻きされた表層の厚さは、研削後に
０．１ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上あれば本発
明の効果を有効に発揮することができる。

【００２９】表面を研削された管体１は、電気メッキ工
程に供される。電気メッキは、常法により、該管体１を
陰極として、メッキ液中で通電することにより行なわれ
る。

【００３０】本発明に用いられるメッキ金属は、通常電
気メッキ法として用いられるものであればどのようなも
のでも可能であり、例えば銅メッキ、ニッケルメッキ、
クロムメッキ、金メッキ、銀メッキ、鉄メッキなどがあ
る。

【００３１】また、銅―ニッケル―クロムといった複層
のメッキも可能である。使用されるメッキ金属は、その
要求される特性によって決定すれば良い。

【００３２】メッキにより金属被覆２がなされた管体１
は、必要に応じて研磨等の工程を経て、ロールが得られ
る。

【００３３】

【作用】本発明を用いることにより、従来に比べて容易
に、ＣＦＲＰ管体上に直接電気メッキを施したロールを
得ることができる。その理由は、以下の通りである。

【００３４】図３は、図１の拡大図であり、メッキ部分
を示す。ＣＦＲＰ１は炭素繊維３と樹脂４から構成され
ている。炭素繊維３は導電性を有し、樹脂４は導電性を
有しないため、表面を研削して炭素繊維を表面に露出せ
しめた管体を電気メッキ工程にかけた場合、初めは炭素
繊維上にのみメッキ被膜２が析出する（図３）。

【００３５】メッキ被膜２の成長と共に、次第に炭素繊
維上のメッキ被膜が結合して、最終的にＣＦＲＰの全面
を覆うことになる（図４）。

【００３６】しかしながら、従来のＦＷ法では、表層が
不均一であり、樹脂の多い部分にはメッキが結合せず、
不メッキが残った。

【００３７】表層の不均一性について調べた結果、炭素
繊維同士が３０〜４０μｍ程度離れている状態では、５
０μｍ程度の厚さにメッキするとメッキ被膜同士が結合
するが、炭素繊維同士が１ｍｍ以上離れていると、５０
０μｍあるいはそれ以上の厚さにメッキしてもメッキ被
膜同士は結合することがないことが明らかになった。

【００３８】従って、炭素繊維同士の間隔を常に２０〜
３０μｍ以下に保つことができれば、均一にメッキする
ことができる。

【００３９】しかしながら従来のＦＷ法でロールを製造
すると、図５に示すように、繊維を巻き付けたときに繊
維束同士の交叉部分を生じる。交叉部分の拡大図を図
６、そのａ―ａ’断面を図７に示す。

【００４０】交叉部分では繊維束が上から下、あるいは
下から上に移行するため、該移行部分には樹脂のみの部
分がおよそ幅１ｍｍから数ｍｍに亘って生成する。

【００４１】該樹脂部分はその後の機械的研磨によって
も消失しないため、管体表面が不均一になり、直接電気
メッキすることはできなかった。

【００４２】それに対し本発明は、管体の表層の繊維を
周方向巻きすることにより、繊維束の交叉部分の生成が
防がれるため、炭素繊維同士の間隔が常に２０〜３０μ
ｍ以下に保たれ、ＣＦＲＰへの電気メッキが容易であ
る。

【００４３】また、炭素繊維の表面密度が高いため、接
着部分の割合が高くなり、従来の方法よりも高い密着強
度が得られる。

【００４４】さらに、ＦＷ法では製造時に管体中に空気
を巻き込み易いため、それが気泡（ボイド）となって残
留し、表面を研削した場合にはそのボイドがＣＦＲＰ管
体表面に窪み（ピンホール）として表出する。

【００４５】この部分は、メッキがされにくく、また、
品質上も問題であった。本発明は、それに対し、管体製
造時に繊維を周方向に捲きつけるため、繊維に張力をか
けやすい。

【００４６】従って、空気を巻き込みつつ捲かれた管体
に、張力をかけつつ最外層を捲きつけることで、管体を
搾る効果が発生し、巻き込まれた空気を追い出すことが
でき、表層でのボイドの発生を非常に小さく抑えること
ができる。

【００４７】また、円筒研削盤での研削加工時にＣＦＲ
Ｐが欠落して溝状の欠陥になる場合があるが、周方向に
巻くことにより、研削方向に対する強度を増すため、欠
落はほとんど起こすことがない。

【００４８】このため表面性状の良好な管体を歩留り良
く得ることができる。従って、本管体は、メッキせず
に、ＣＦＲＰ管体の表面を研削しただけで用いられる用
途にも使用することができるものである。

【００４９】

【実施例】

【００５０】

【実施例１】直径９０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのマンド
レルに、ＰＡＮ系炭素繊維（東レ社製商品名トレカＴ３
００）を、液状エポキシ樹脂を含浸させながら、軸に対
し±１５゜の角度に、４ｍｍの厚さに捲き付けた。

【００５１】その上に、周方向に、２ｍｍの厚さに捲き
付けた後、加熱硬化し、マンドレルを脱芯して管体を得
た。表層は、樹脂が全面に覆っていた。

【００５２】その後、ステンレス（ＳＵＳ ３０４）製
ジャーナルを取り付け、円筒研削盤を用いた研削加工に
より、１ｍｍ研削して外径１００ｍｍとし、ロールとし
ての精度を出すと共に、周方向に巻いた炭素繊維を露出
させた。管体表面には、ピンホールはほとんど見られな
かった。

【００５３】これを常法により硫酸銅溶液中で５０μｍ
の厚さまで電気銅メッキを行なった。

【００５４】その結果、表層は完全に銅メッキ層に覆わ
れた。

【００５５】

【比較例】実施例１において、繊維を±１５°に６ｍｍ
巻き付けて、管体を作製し、以下、同様の工程を行なっ
た。

【００５６】研削後の管体の表面にはおよそ０．５ｍｍ
直径のピンホールが数箇所見られた。４００μｍ厚まで
メッキしても、２０箇所程度、幅１ｍｍから３ｍｍ程度
の不メッキ部分が残存した。

【００５７】

【発明の効果】本発明を用いることにより、簡便な方法
でＣＦＲＰ上に均一にメッキすることができ、導電化処
理が不要であるため、メッキロールの製造コストの低減
が可能である。また、密着強度の向上が可能である。

【００５８】さらに、本発明により表面性状が良好で且
つ研削歩留の高いＣＦＲＰ管体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロールの断面図である。

【図２】本発明のロールに用いるＣＦＲＰ製管体の斜視
図である。

【図３】ＣＦＲＰ上へのメッキ被膜の初期状態を示す概
念図である。

【図４】ＣＦＲＰ上へのメッキ被膜が成長した状態を示
す概念図である。

【図５】従来のＦＷ法の表層を示す模式図である。

【図６】図５の交叉部分の拡大図である。

【図７】図６のａ―ａ’断面図である。

【符号の説明】

１ ＣＦＲＰ ２ メッキ被膜 ３ 炭素繊維 ４ 樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０１Ｆ 9/12 Ｆ１６Ｃ 13/00 Ａ 8613−3Ｊ // Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｌ 31:32 (72)発明者 圓井 健敏 東京都中央区銀座五丁目13番16号 新日鐵 化学株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 最外層の炭素繊維が、フィラメント・ワ
   インディング法により周方向巻きされてなる炭素繊維強
   化プラスチック製管体層と、該管体層に外接する金属メ
   ッキ層よりなることを特徴とする炭素繊維強化プラスチ
   ック製ロール。
2. 【請求項２】 管体の表層の炭素繊維が、フィラメント
   ・ワインディング法によって、周方向巻きされてなる炭
   素繊維強化プラスチック製管体を成形した後、機械加工
   によって該管体の外表面の樹脂層を除いて周方向に配向
   されてなる炭素繊維を露出せしめ、引き続いて電気メッ
   キ法により該管体の外表面に金属を被覆することを特徴
   とする炭素繊維強化プラスチック製ロールの製造方法。