(57)【要約】【課題】大型化が容易な円筒部材を提供する。【解決手段】  円筒部材１００は、円筒形状の繊維強化プラスチック１の表面に第１の金属膜２を有する第１の円筒部材と、円筒形状の繊維強化プラスチック１１の表面に第２の金属膜１２を有する第２の円筒部材と、を備え、第１の金属膜２と第２の金属膜１２とが接合したことを特徴とする。第１の金属膜２と第２の金属膜１２とが溶接されていてもよい。接合部材２０は、第１の金属膜５と第２の金属膜１５を貫通していてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の繊維強化プラスチックの表面に第１の金属膜を有する第１の円筒部材と、
円筒形状の繊維強化プラスチックの表面に第２の金属膜を有する第２の円筒部材と、を備え、
前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とが接合したことを特徴とする円筒部材。
【請求項２】
前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とが溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒部材。
【請求項３】
前記第１の円筒部材の端部から円筒中心に突出した第１の屈曲部と、
前記第２の円筒部材の端部から円筒中心に突出した第２の屈曲部と、
前記第１の屈曲部と、前記第２の屈曲部と、を貫通する接合部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載の円筒部材。
【請求項４】
前記第１の円筒部材の端部から円筒中心に突出した第１の屈曲部と、
前記第１の屈曲部表面に第３の金属膜を有し、
前記第２の円筒部材の端部から円筒中心に突出した第２の屈曲部と、
前記第２の屈曲部表面に第４の金属膜を有し、
前記第３の金属膜と、前記第４の金属膜と、が接合したことを特徴とする請求項１に記載の円筒部材。
【請求項５】
前記第１の金属膜と前記第３の金属膜とが一体的に形成されためっき膜であり、
前記第２の金属膜と前記第４の金属膜とが一体的に形成されためっき膜であることを特徴とする請求項４に記載の円筒部材。
【請求項６】
前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部を貫通して、前記第１の円筒部材と前記第２の円筒部材を接合する接合部材を備えることを特徴とする請求項４に記載の円筒部材。
【請求項７】
前記第１の金属膜と前記第２の金属膜を貫通する接合部材を有することを特徴とする請求項１に記載の円筒部材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の円筒部材を用いた構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属で表面を被覆された繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと称することがある）の円筒部材および円筒部材を用いた構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、建築物や航空機等を含んだ飛翔体など各種構造体の構造材料や印刷機、圧延機や製紙機械、フィルム製造機械等（ロール回転装置）に使用されるロール等の円筒部材として使用されている。
【０００３】
耐摩耗性の向上や静電気等に対して導電性を付与するために円筒部材の表面に金属膜を形成することが知られている。
【０００４】
特許文献１ではフィラメントワインディング（ＦＷ）によって成形されたＣＦＲＰ製ロールに金属めっきを施した炭素繊維強化プラスチックロールの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７-２７６５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載される方法やその他の方法でも大型の円筒部材を作成する場合には、大きな生産設備が必要で円筒部材の大型化は容易ではなかった。
【０００７】
本発明は、大型化の容易な円筒部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決する為に、本発明における円筒部材は、円筒形状の繊維強化プラスチックの表面に第１の金属膜を有する第１の円筒部材と、円筒形状の繊維強化プラスチックの表面に第２の金属膜を有する第２の円筒部材と、を備え、前記第１の金属膜と前記第２の金属膜とが接合したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上述のような構成とすることで、大型化が容易な円筒部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る円筒部材の外観図。
【図２】（ａ）第１の実施形態の拡大断面図。（ｂ）第２の実施形態の拡大断面図。
【図３】（ａ）第３の実施形態の拡大断面図。（ｂ）第４の実施形態の拡大断面図。
【図４】（ａ）第５の実施形態の拡大断面図。（ｂ）第６の実施形態の拡大断面図。
【図５】（ａ）第７の実施形態の拡大断面図。（ｂ）第８の実施形態の拡大断面図。
【図６】（ａ）第９の実施形態の拡大断面図。（ｂ）第１０の実施形態の拡大断面図。
【図７】（ａ）第１１の実施形態の拡大断面図。（ｂ）第１２の実施形態の拡大断面図。
【図８】径の異なる円筒部材を重ねて引き抜く方法の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明において、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の円筒部材の成形に用いられる強化繊維は負荷時の撓み量を少なくし、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等が挙げられる。さらにこれらを２種以上組み合わせてもよい。また比重が軽く、比強度が高い繊維の方が軽量化の効果が顕著であるので好ましく、セルロースナノファイバー、炭素繊維が挙げられる。
【００１２】
また、ＦＲＰ製円筒部材の成形に用いられる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、ポリイミド樹脂、エステル系樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂、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、その他に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。さらに樹脂および繊維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。  
【００１３】
図１は、本発明の円筒体の外観を示す図である。１はＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）の円筒部材であり、その外周には、導電化処理層等を介することなく、直接、電気めっきによる金属膜（被膜）２が施されている。金属膜１２によって隠されているが、１１はＣＦＲＰの円筒部材であり、その外周には、円筒部材１と同様に導電化処理層等を介することなく、直接、電気めっきによる金属膜（被膜）１２が施されている。
【００１４】
上述した円筒部材は、以下の方法により製造することができる。ＣＦＲＰの円筒部材１表層の炭素繊維は、プリプレグを積層する方法により成形する。他にＦＷ法やシート・ワインディング法などの他の方法で成形することもできる。さらに、これらの成形法を２種以上組み合わせてもよい。
【００１５】
円筒部材１、１１の外表面は、機械加工により、炭素繊維が露出されるまで研削される。研削は、サンディング、ショットブラスト、円筒研削盤、旋盤等でもよく、表層の炭素繊維の状態やマトリックス樹脂の導電性等により、研削を行わなくてもよい。また、導電性を確保するためマトリックス樹脂にカーボンブラック、グラフェンやカーボンナノチューブを付与してもよい。
【００１６】
表面を研削された円筒部材１、１１は、電気めっき工程に供される。電気めっきは、円筒部材１、１１を陰極として、めっき液中で通電することにより行われる。本発明に用いられるめっき金属は、通常電気めっき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、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｐｔ等のめっき可能単体金属及びこれらを２種類以上組み合わせた合金めっきなどがある。他にめっき金属は、無電解めっき法を用いて形成してもよい。
【００１７】
また、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒといった複層のめっきも可能である。使用されるめっき金属は、その要求される特性によって決定すれば良い。複層のめっき金属の形成には電気めっき後に無電解めっきを行う、もしくは無電解めっき後に電気めっきを行うなど組み合わせてめっきしてもよい。
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について図１〜４を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図１において円筒部材１００は、円筒形状の繊維強化プラスチック１の表面に第１の金属膜２を有する第１の円筒部材と、円筒形状の繊維強化プラスチック１１の表面に第２の金属膜１２を有する第２の円筒部材と、を備え、第１の金属膜２と第２の金属膜１２とが接合部１０を介して接合している。接合部１０の導電性を確保するためには、接合部１０を溶接、接着、部分めっきしてもよい。また、ハンダ等の異種金属で接合してもよい。
【００２０】
図２〜４は、図１の接合部１０（１１０、１１１、２１１）が分かり易いように示した各実施例の拡大断面図である。
【００２１】
＜第１の実施形態＞
図２（ａ）は、円筒部材１、１１に電気めっきにて、金属膜２、１２を形成し、金属膜２と金属膜１２が接合部１０を介して接合している。
【００２２】
＜第２の実施形態＞
図２（ｂ）は、円筒部材１、１１に電気めっきにて、円筒部材１、１１の外表面を覆う金属膜３、１３と、円筒部材１、１１の端部を覆うように金属膜３ａ、１３ａを一体的に形成し、金属膜３ａと金属膜１３ａが接合部１０を介して接合している。このとき、円筒部材１、１１の端部に繊維が露出するように切削や研磨すれば、円筒部材１、１１の端部を覆うようにめっきすることができる。第１の実施形態に対してめっき層が繊維樹脂複合層に対して剥がれにくくできる。
円筒部材の長手方向の端部を覆うように金属膜が形成され、金属膜に折り返し部が形成されて面積が広くなっているため、金属膜の接触可能な面積を広くとることができるため、組み立て易い。
【００２３】
＜第３の実施形態＞
図３（ａ）は、円筒部材４、１４の端部に折り返し部分の屈曲部４ａ、１４ａを形成し、円筒部材４、１４に電気めっきにて、金属膜２、１２を形成し、金属膜２と金属膜１２とが接合部１０を介して接合している。さらに円筒部材４、１４の端部から円筒中心に突出した屈曲部４ａと円筒部材１４の端部から円筒中心に突出した屈曲部１４ａを接合部材であるリベット２０にて接合している。これにより、第１の実施形態に対して接合が補強されて外れにくくすることができる。
【００２４】
＜第４の実施形態＞
図３（ｂ）は、円筒部材４、１４の端部に折り返し部分の屈曲部４ａ、１４ａを形成し、円筒部材４、１４に電気めっきにて、円筒部材４の外表面を覆う金属膜５、１５と、屈曲部４ａ、１４ａの円筒部材の長手方向の端部側を覆うように金属膜５ａ、１５ａと、を一体的に形成する。そして、金属膜５ａと金属膜１５ａとが接合部１０を介して接合し、さらに円筒部材４、１４の端部から円筒中心に突出した屈曲部４ａ、１４ａをリベット２０にて接合したものである。金属膜５ａと金属膜１５ａはリベット２０にて貫通されている。第１の実施形態に対してめっき層が繊維樹脂複合層に対して剥がれにくくできるとともに、接合が補強されて外れにくくすることができる。
円筒部材の長手方向の端部を覆うように金属膜が形成され、金属膜に折り返し部が形成され、面積が広くなっているため、金属膜の接触可能な面積を広くとることができるため、組み立て易い。
【００２５】
＜第５の実施形態＞
図４（ａ）は、凹凸部材６、１６を円筒部材１、１１の端部に取り付けた状態で硬化させ、円筒部材１、１１に電気めっきにて、金属膜２、１２を形成した。金属膜２と金属膜１２とが接合部１０を介して接合し、さらに部材６、１６の凹部に樹脂３０を充填し、加熱硬化させ凹凸部材６、１６を、樹脂３０を介して接着している。第１の実施形態に対して接合が補強されて外れにくくすることができる。
【００２６】
＜第６の実施形態＞
図４（ｂ）は、凹凸部材６、１６を円筒部材１、１１の端部に取り付けた状態で硬化させ、円筒部材１、１１に電気めっきにて、金属膜２、１２を形成した。金属膜２と金属膜１２との間に隙間を開けた状態で樹脂３０を加熱硬化させて接着したものに、金属膜２と金属膜１２を電気的に接合する接合部１１０をハンダ等によって接合したものである。第１の実施形態に対して円筒部材同士の接合が補強されて外れにくくすることができる。
【００２７】
また、第５の実施形態、第６の実施形態においては、ＣＦＲＰの円筒部材を硬化させる際に、円筒部材の長手方向の端部に円筒状の金属部６、１６（凹凸部材）を配置し、円筒状の金属部６、１６を一体的に成形してもよい。円筒状の金属部６、１６を円筒部材の長手方向の端部に接着する場合には、円筒状の金属部６、１６の表面を陽極酸化等により凹凸を形成しているとアンカー効果により剥がれにくくすることができる。好ましくは、ジュラルミンを陽極酸化した凹凸のある部材を用いるとよく、金属部６、１６は金属膜であってもよい。また、この円筒状の金属部６を介して他の円筒部材と接着してもよいし、他の円筒部材にも長手方向の端部に金属部１６を接着して、金属部６と金属部１６の間に樹脂を充填して円筒部材を接着してもよい。なお、金属部６と円筒部材を含んだ円筒部材全体の断面積よりも接合用の凹凸部材の断面積を小さくすると重くなりすぎることなく円筒部材同士を接合することができる。
上述した各実施形態をそれぞれ組み合わせてもよい。
【００２８】
＜第７の実施形態＞
図５（ａ）は、径の異なる円筒部材１、１７に電気めっきにて、円筒部材１、１７の外表面を覆う金属膜３、１８と、円筒部材１、１７の端部を覆うように金属膜３ａ、１８ａを一体的に形成し、金属膜３ａと金属膜１８が接合面１１１を介して接合している。第１の実施形態に対してめっき層が繊維樹脂複合層に対して剥がれにくくできる。
また接合面が広いため、外れにくく、金属膜の接触面積も広いため、組み立て易い。
【００２９】
＜第８の実施形態＞
図５（ｂ）は、径の異なる円筒部材１、１７に電気めっきにて、円筒部材１、１７の外表面を覆う金属膜３、１８と、円筒部材１、１７の端部を覆うように金属膜３ａ、１８ａを一体的に形成し、金属膜３ａと金属膜１８が接合面１１１を介して接合し、さらに金属膜３と金属膜１８ａをリベット２０にて接合したものである。円筒部材１，１７と金属膜３ａ、１８はリベット２０にて貫通されている。第１の実施形態に対してめっき層が繊維樹脂複合層に対して剥がれにくくできるとともに、接合が補強されて外れにくくすることができる。
また接合面が広いため、より外れにくく、金属膜の接触面積も広いため、組み立て易い。
【００３０】
＜第９の実施形態＞
図６（ａ）は、段付き円筒部材７と径の異なる円筒部材１７に電気めっきにて、円筒部材７、１７の外表面を覆う金属膜８、１８と、円筒部材７、１７の端部を覆うように金属膜８ａ、１８ａを一体的に形成し、金属膜８ａと金属膜１８が接合面１１１を介して接合している。第１の実施形態に対してめっき層が繊維樹脂複合層に対して剥がれにくくできる。
また接合面が広いため、外れにくく、金属膜の接触面積も広く、且つ突き当てて位置決めできるため、組み立て易い。
【００３１】
＜第１０の実施形態＞
図６（ｂ）は、段付き円筒部材７と径の異なる円筒部材１７に電気めっきにて、円筒部材７、１７の外表面を覆う金属膜８、１８と、円筒部材７、１７の端部を覆うように金属膜８ａ、１８ａを一体的に形成し、金属膜８ａと金属膜１８が接合面１１１を介して接合し、さらに金属膜８と金属膜１８ａをリベット２０にて接合したものである。円筒部材７，１７と金属膜８ａ、１８はリベット２０にて貫通されている。第１の実施形態に対してめっき層が繊維樹脂複合層に対して剥がれにくくできるとともに、接合が補強されて外れにくくすることができる。
また接合面が広いため、より外れにくく、金属膜の接触面積も広く、且つ突き当てて位置決めできるため、組み立て易い。
【００３２】
＜第１１の実施形態＞
図７（ａ）は、円筒部材の長手の方向に対して、テーパー角度を持った、径の異なる円筒部材９、１９に電気めっきにて、円筒部材９、１９の外表面を覆う金属膜２１、３１と、円筒部材９、１９の端部を覆うように金属膜２１ａ、３１ａを一体的に形成し、金属膜２１ａと金属膜３１が接合面２１１を介して接合している。第１の実施形態に対してめっき層が繊維樹脂複合層に対して剥がれにくくできる。
またテーパー角度を持っているため円筒部材同士を重ねて引き抜くだけで位置が決まり、組み立て易い。
【００３３】
＜第１２の実施形態＞
図７（ｂ）は、円筒部材の長手の方向に対して、テーパー角度を持った、径の異なる円筒部材９、１９に電気めっきにて、円筒部材９、１９の外表面を覆う金属膜２１、３１と、円筒部材９、１９の端部を覆うように金属膜２１ａ、３１ａを一体的に形成し、金属膜２１ａと金属膜３１が接合面２１１を介して接合し、さらに金属膜２１と金属膜３１ａをリベット２０にて接合したものである。円筒部材９，１９と金属膜２１ａ、３１はリベット２０にて貫通されている。第１の実施形態に対してめっき層が繊維樹脂複合層に対して剥がれにくくできるとともに、接合が補強されて外れにくくすることができる。
またテーパー角度を持っているため円筒部材同士を重ねて引き抜くだけで位置が決まり、組み立て易い。
【００３４】
なお、図８に、図５、７に示したような径の異なる円筒部材を重ねて引き抜く方法を示す。円筒部材１７は、円筒部材１よりも径が小さい。図８（ａ）は、図５に示したような、円筒部材１の外表面を覆う金属膜３の内側に、円筒部材１７の外表面を覆う金属膜１８が位置するように配置してから円筒部材１７を引き上げる。所定の位置まで、円筒部材１７を引き上げた後に、円筒部材１と円筒部材１７を接合する。
【００３５】
テーパー角度を持った円筒部材１９は、テーパー角度を持った円筒部材９よりも径が小さい。図８（ｂ）は、円筒部材９の外表面を覆う金属膜２１の内側に、円筒部材１９の外表面を覆う金属膜３１が位置するように配置してから円筒部材１９を引き上げる。所定の位置まで、円筒部材１９を引き上げた後に、円筒部材９と円筒部材１９を接合する。
【００３６】
このとき、引き上げる手段に対して円筒部材を固定する固定部は一つであっても複数であってもよい。鉛直方向に沿って、外側または内側の少なくともいずれか一方の円筒部材を動かすことで、重力方向への撓みを抑えた状態で、径の異なる円筒部材を接合することができる。なお、径の小さな円筒部材を動かす方がより撓みを抑えて接合することができる。
【００３７】
＜実施例１＞
直径１９０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのマンドレルに、ＣＦＲＰプリプレグ（三菱ケミカル製ＴＲ３８０Ｇ２５０Ｓ）を軸方向、軸に交差する方向、螺旋方向などの所望の方向に配列した後に加熱硬化し、マンドレルを脱芯して直径２００ｍｍ、長さ１０００ｍｍのＣＦＲＰ管体を得た。
【００３８】
その後、ＣＦＲＰ管体の表面及び内面をサンディングによって、炭素繊維を露出させた。
このＣＦＲＰ表面及び内面の導電性はテスターで確認し、判定した。
このＣＦＲＰ管体を陰極として、常法により硫酸銅溶液中で５０μｍの厚さまで電気銅めっきを行い、金属被覆されたＣＦＲＰ管体を得た。
【００３９】
同様の方法を用いて、金属被覆されたＣＦＲＰ管体をもう一つ作製し、これらを接合面で接着して直径２００ｍｍ、長さ２０００ｍｍの金属被覆されたＣＦＲＰ管体が得られる。
【００４０】
本実施例のような円筒部材を用いると、ＦＲＰ管体を製作する工程において必要なマンドレルの長さを大幅に短くすることができさらにＦＲＰ管体を金属被覆する工程においても、めっき浴槽サイズを小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１、４、７、９、１１、１４、１７、１９  ＦＲＰ円筒部材
２、３、３ａ、５、５ａ、８、８ａ、１２、１３、１３ａ、１５、１５ａ、１８、１８ａ、２１、２１ａ、３１、３１ａ  金属膜
１０  １１０、１１１、２１１  接合面（接合部）  
２０  接合部材
３０  樹脂
６，１６  凹凸部材
１００  金属被覆されたＦＲＰ円筒部材同士を接合したもの
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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