(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂を含浸させるかこれによってプリプレグ化したカーボン繊維を、離型される芯金の表面に貼り付けまたは巻回して、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させることによりカーボン繊維層を形成し、このカーボン繊維層の上に絶縁層を形成し、この絶縁層のさらに表面側に、溶射、蒸着またはメッキ処理によってアルミニウム層を形成して、
このアルミニウム層の表面側に電荷を付与するようにして、この表面をアルマイト処理することによりアルマイト処理層とすることを特徴とする巻芯、ドラム、ローラ等の回転支持体の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁層は、熱硬化性樹脂を含浸させるかこれによってプリプレグ化したガラス繊維を前記カーボン繊維層の表面に貼り付けまたは巻回して、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより形成したことを特徴とする請求項１に記載の巻芯、ドラム、ローラ等の回転支持体の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記カーボン繊維層の表面に形成したセラミックス層としたことを特徴とする請求項１に記載の巻芯、ドラム、ローラ等の回転支持体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、巻芯、ドラム、ローラ等の回転支持体の製造方法に関し、特に、強度と軽量性をカーボン繊維層によって確保するようにした回転支持体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転支持体の一種である巻芯は、紙原反や磁気テープ用原反等の非常に長尺な可撓性シートを巻回するものであって、その巻回は非常に高速でなされるものであり、巻回が完了した場合には非常に大きな重量を支えることになるものである。従って、この種の巻芯では、高速回転を無理なく行えるようにするために軽量なものでなければならず、重量物を支えるためには高い強度を必要とするものである。
【０００３】
また、回転支持体の一種であるドラムは、たとえば印刷する輪転機の一部として採用されることもあるものであるが、このドラムは、前述の巻芯と同様に高速回転されるものであり、しかも鮮明な印刷を行うには、その高速回転中に変形してはならないものである。従って、この種のドラムも、高速回転を無理なく行えるようにするために軽量なものでなければならないし、高い強度のものである必要がある。
【０００４】
さらに、回転支持体の一種であるローラは、たとえばベルトコンベアのベルトを支えるものとして使用されることがあるが、当然搬送物が重くかつ高速輸送する場合には、前述した巻芯やドラムと同様に、軽量なものである必要があり、かつ高い強度を有したものでなければならない。
【０００５】
以上のような軽量でかつ高強度の回転支持体として、出願人は、特許第１６４４９８８号、特許第１６９００９１号、あるいは特許第１７０４４５８号等において種々提案してきているのであるが、その基本的構成は、ガラス繊維やカーボン繊維、あるいは合成樹脂繊維から糸を形成し、これに樹脂を含浸させながら芯金に「フィラメントワインディング」し、樹脂を硬化させるか、ガラス繊維やカーボン繊維、あるいは合成樹脂繊維からクロスを形成し、これに樹脂を含浸させて「プリプレグ化」したシートを芯金に巻回し、樹脂を硬化させるというものである。
【０００６】
また、ローラに限って言えば、例えば特開昭６１−２１７５６６号公報において提案されており、この公報に記載されたローラは、従来のそれが、表面のカーボン繊維を固めている樹脂が摩耗し易いものであったり、十分な軽量化が図られていないことを改善するためになされたものであって、
「炭素繊維トウ強化複合材料からなる円筒状物の表面が、内装より溶射のための下地処理層、金属溶射処理層で構成されてなるローラー」
という構成を有したものである。
【０００７】
そして、この特開昭６１−２１７５６６号公報に示された「ローラー」は、「金属溶射処理層の外層が硬質金属メッキ層で被覆処理」されたものともなる。
【０００８】
しかしながら、上記公報に示された「ローラー」にあっては、その基本的構成が、炭素繊維トウ強化複合材料からなる円筒状物表面に金属を溶射によって被覆するものであり、表面が十分な平滑性を有するものではない。
【０００９】
仮りに、溶射金属の表面に硬質金属メッキ層を形成したとしても、下地が溶射によって形成されるものであるから、平滑性が十分になるとは考えにくい。それよりもむしろ、メッキによる表面処理を行うためには、当該物をメッキ液中に浸漬して両者間に通電しなければならないが、その際、導電材料である炭素繊維や金属下地層及び溶射層があればこれから電気がメッキ液中に逃げてしまうため、被処理表面に電荷が集中しにくくなって効率のよいメッキ表面処理が行えなくなってしまうという問題がある。この「電気の逃げ」は、アルミニウムに対するアルマイト処理においても同様に言えることである。
【００１０】
そこで、本発明者は、この種の回転支持体についてその内部に炭素繊維（カーボン繊維）を使用することは、全体の軽量化及び高強度を確保する上で必要であるが、この層の存在によってアルマイト処理やメッキ処理が十分行えないことを解消するにはどうしたらよいか、について種々検討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような経緯に基づいてなされたもので、その解決しようとする課題は、通電によるメッキ処理やアルマイト処理が確実に行える構造とすることであり、これによって、軽量で高強度を有し、かつ表面の平滑性が十分保たれた回転支持体の製造方法を提供することにある。
【００１２】
すなわち、請求項１〜３に係る発明の目的とするところは、表面のアルマイト処理を効率よく行うことができて、軽量で高強度を有し、かつ表面の平滑性が十分保たれた回転支持体の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、後述する実施の形態の説明中において使用する符号を付して説明すると、図９にも示すように、
「熱硬化性樹脂を含浸させるかこれによってプリプレグ化したカーボン繊維を、離型される芯金２０の表面に貼り付けまたは巻回して、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させることによりカーボン繊維層１１を形成し、このカーボン繊維層１１の上に絶縁層１２を形成し、この絶縁層１２のさらに表面側に、溶射、蒸着またはメッキ処理によってアルミニウム層１３を形成して、
このアルミニウム層１３の表面側に電荷を付与するようにして、この表面をアルマイト処理することによりアルマイト処理層１３ｂとすることを特徴とする巻芯、ドラム、ローラ等の回転支持体１０の製造方法」
である。
【００１４】
すなわち、この請求項１に係る回転支持体１０の製造方法は、その内部の基体部分を、軽量でかつ高強度のカーボン繊維層１１を主材として形成し、かつ最外面はアルミニウム層１３の表面をアルマイト処理することにより形成したアルマイト処理層１３ｂとするものである。
【００１５】
このような回転支持体１０のカーボン繊維層１１を形成するには、図６に示すようなフィラメントワインディング方法、図７及び図８に示すようなクロス貼り方法あるいはシート巻回方法が採用される。図６に示すフィラメントワインディング方法では、カーボン繊維糸を樹脂槽中に引き込むことにより、カーボン繊維糸に樹脂（熱硬化性のものがよい）を含浸させ、これを芯金２０上に巻回していくものである。この場合、カーボン繊維層１１の強度を高めるために、図６に示すように、各巻回は交差状態でするのがよい。
【００１６】
図７及び図８に示すクロス貼り方法では、カーボン繊維糸によって形成したカーボン繊維クロス（カーボン繊維をクロス状に織り込んだシート）を、これに熱硬化性樹脂を含浸させながら芯金２０に所定枚数貼り付けまたは巻回し、これに含浸させた熱硬化性樹脂を加熱することにより、カーボン繊維クロスと熱硬化性樹脂からなる円筒状のカーボン繊維層１１が完成される。また、図７及び図８に示すシート巻回方法では、カーボン繊維糸によって形成したカーボン繊維シートに熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグ化してシートを形成しておき、このシートを芯金２０に所定枚数貼り付けまたは巻回するのである。そして、シート中の熱硬化性樹脂を加熱することにより、カーボン繊維シートと熱硬化性樹脂からなる円筒状のカーボン繊維層１１が完成される。
【００１７】
つまり、カーボン繊維クロスは、芯金２０上に対して貼り付けることを基本とするものであるが、芯金２０上に対して巻回していってもよいものである。同様に、カーボン繊維シートは、芯金２０上に対して巻回することを基本とするものであるが、芯金２０上に対して貼り付けていってもよいものである。なお、この段階で筒状のカーボン繊維層１１が後の加工工程での力に耐え得るものであれば、芯金２０を引き抜けばよい。
【００１８】
なお、カーボン繊維クロスまたはカーボン繊維シートを形成するにあたっては、図８にも示すように、二枚のカーボン繊維クロスまたはカーボン繊維シートを、これを構成している各カーボン繊維糸が所定角度（例えば４５°）で交差するようにして重ねてバイアス方向に切断し、これを芯金２０に貼り付けまたは巻回するようにしてもよい。勿論、これらのカーボン繊維クロスまたはカーボン繊維シートに、上記カーボン繊維糸をさらに追加することもできるものである。
【００１９】
いずれにしても、熱硬化性樹脂によって固めたものであるカーボン繊維層１１は、その中のカーボン繊維糸、カーボン繊維クロスまたはカーボン繊維シート、あるいはこれらの存在によって、軽量でしかも高い高度を有するものとなっているのである。
【００２０】
さて、この請求項１の回転支持体１０の製造方法は、最終的な表面をアルマイト処理層１３ｂとするものであるが、そのアルマイト処理を行うには、後述するアルミニウム層１３の表面に電荷を付与するようにしなければならない。ところが、上述したカーボン繊維糸やカーボン繊維クロスまたはカーボン繊維シートは、導電性のある物質であり、これ等を主材料とするカーボン繊維層１１は、これらのカーボン繊維糸やカーボン繊維クロスまたはカーボン繊維シートによる導電性を無くさなければならない。何故なら、カーボン繊維層１１が導電性のものであると、アルマイト処理の際、その表面に形成したアルミニウム層１３表面に十分な電荷が貯まらないからである。
【００２１】
そこで、この請求項１の回転支持体１０の製造方法では、図５に示すように、カーボン繊維層１１の外面側に絶縁層１２を形成しているのであるが、この絶縁層１２は、具体的には、後述する請求項２または３におけるように、ガラス繊維層１２ａまたはセラミックス層１２ｂによって形成すればよいものである。
【００２２】
この絶縁層１２の上には、図５に示すように、さらにアルミニウム層１３が形成されるのであるが、このアルミニウム層１３の絶縁層１２上への形成方法としては溶射によるのが最も効果的であるが、アルミニウムの蒸着やメッキ等の他の方法で形成してもよい。
【００２３】
このアルミニウム層１３の表面はそのままでは軟質であるため硬化しなければならないが、その硬化のもっとも簡便な方法は、当該アルミニウム層１３のアルマイト処理である。このアルマイト処理は、処理液槽内にカーボン繊維層１１の表面にアルミニウム層１３を形成した円筒状物を浸漬し、このアルミニウム層１３表面と処理液間に通電することによりなされる。この通電時において、導電性を有するカーボン繊維層１１には絶縁層１２によって電力が供給されていないから、アルミニウム層１３の表面にのみ電荷が集中して、効果的なアルマイト処理がなされ、これにより完全なアルマイト処理層１３ｂが形成されることになるのである。
【００２４】
従って、この請求項１の回転支持体１０の製造方法では、カーボン繊維層１１とアルミニウム層１３との間に絶縁層１２が存在していることにより、アルミニウム層１３の表面に十分なアルマイト処理を施すことができてアルマイト処理層１３ｂが形成できるのであるから、このアルマイト処理層１３ｂによって、回転支持体１０の表面の硬度を非常に高いものとすることができて、例えばこの回転支持体１０を印刷用のドラムとした場合に、印刷用原版の取付作業を、表面に傷を付けることなく何度でも行えるものとすることができる。勿論、この製造方法によって製造した回転支持体１０は、その内部のカーボン繊維層１１によって、十分な強度と軽量化が図られており、高速輪転機等に使用するものとして非常に適したものとなっている。
【００２５】
上記課題を解決するために、請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１の回転支持体１０の製造方法について、
「絶縁層１２は、熱硬化性樹脂を含浸させるかこれによってプリプレグ化したガラス繊維をカーボン繊維層１１の表面に貼り付けまたは巻回して、熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより形成したこと」
である。
【００２６】
すなわち、この請求項２の回転支持体１０の製造方法は、上記請求項１の回転支持体１０の製造方法における絶縁層１２を絶縁性を有するガラス繊維を熱硬化性樹脂によってカーボン繊維層１１上に硬化させてガラス繊維層１２ａを形成したものである。
【００２７】
このガラス繊維層１２ａのカーボン繊維層１１上への形成方法としては、前述したカーボン繊維層１１の場合と同様に、図６に示したようにガラス繊維からなる糸をカーボン繊維層１１上にフィラメントワインディングしたり、図７に示したようにガラス繊維クロスをカーボン繊維層１１上に貼り付けまたは巻回した後、これに含浸させた熱硬化性樹脂を硬化することができる。あるいは、このガラス繊維層１２ａの形成方法としては、含浸させた熱硬化性樹脂を半硬化状態（プリプレグ化）にしたガラス繊維シートをカーボン繊維層１１上に貼り付けまたは巻回した後、シート中の樹脂を完全に硬化させる方法もある。勿論、これらのガラス繊維糸、ガラス繊維クロス、またはガラス繊維シートは、熱硬化性樹脂を含んでいるものであり、この熱硬化性樹脂を、上述したように完全に熱硬化させることによりガラス繊維層１２ａとなるものである。
【００２８】
そして、このガラス繊維層１２ａ上には、アルミニウム層１３となるべきアルミニウムの溶射、蒸着またはメッキがなされるのであり、このアルミニウム層１３の表面をアルマイト処理することによりアルマイト処理層１３ｂが形成されることは前述した請求項１の回転支持体１０の製造方法と同様である。
【００２９】
アルミニウム層１３の表面をアルマイト処理するにあたって重要な働きをするのが絶縁層１２であるガラス繊維層１２ａである。つまり、ガラス繊維層１２ａはその上のアルミニウム層１３と内部のカーボン繊維層１１とを絶縁しているのであるから、アルマイト処理時に、電荷がアルミニウム層１３の表面にのみ集中し、導電性を有するカーボン繊維層１１が存在していても、このアルマイト処理を効果的に行うことができるのである。
【００３０】
従って、この請求項２の回転支持体１０の製造方法は、上記請求項１のそれと同様な機能を発揮する他、絶縁層１２であるガラス繊維層１２ａによって、アルマイト処理を十分なものとしているのである。
【００３１】
また、請求項３に係る発明の採った手段は、上記請求項１の回転支持体１０の製造方法について、
「絶縁層１２は、カーボン繊維層１１の表面に形成したセラミックス層としたこと」
である。
【００３２】
すなわち、この請求項３に係る回転支持体１０の製造方法は、上記請求項１の回転支持体１０の製造方法における絶縁層１２を、絶縁性を有するセラミックスからなりカーボン繊維層１１上に形成したセラミックス層１２ｂとしたものであり、このセラミックス層１２ｂ上には上述したアルミニウム層１３及びアルマイト処理層１３ｂを形成したものである。
【００３３】
セラミックス層１２ｂの形成は、カーボン繊維層１１の表面が円形であるため、セラミックスの溶射によって形成するのが最も効果的である。このように形成されたセラミックス層１２ｂの表面にはアルミニウム層１３が形成されるが、このアルミニウム層１３の形成方法は溶射や蒸着、あるいはメッキ等、種々な方法が採用できる。このセラミックス層１２ｂも、前述した請求項２におけるガラス繊維層１２ａと同様に、カーボン繊維層１１とアルミニウム層１３との間の絶縁を行うものであるから、アルミニウム層１３の表面をアルマイト処理するにあたって、電荷をアルミニウム層１３の表面にのみ集中させることになるものである。
【００３４】
従って、この請求項３の回転支持体１０の製造方法は、そのセラミックス層１２ｂの存在によってアルマイト処理を十分行うのであり、上記請求項１の回転支持体１０の製造方法と同様な機能をも有しているものである。
【発明の実施の形態】
【００３５】
次に、以上のように構成した各請求項に係る発明を、図面に示した回転支持体１０を製造する場合について説明するが、この回転支持体１０は、具体的には、印刷原版を支持するためのドラムである。つまり、この回転支持体１０は、主として請求項１〜３に係るものを例示するものであり、その最外表面をアルマイト処理層１３ｂとするものである。
【００３６】
この回転支持体１０は、図１〜図３に示したように、基本的には筒状のものであって、両端開口部は蓋体３０によって覆うようにしてある。この蓋体３０には、当該回転支持体１０が「巻芯」であれば巻取り、巻戻し駆動源（軸）に連結するための切込等が形成されるものであり、「ローラ」として使用されるものであれば、その軸受部分が形成されることになるものである。この回転支持体１０は、印刷用のドラムであるから、各蓋体３０には内部を減圧するための配管が接続され、この内部の減圧によって当該回転支持体１０表面の印刷原版を、回転支持体１０に形成した図示しない吸引口からの吸引によって保持するようにするものである。
【００３７】
つまり、印刷原版を保持して回転させる回転支持体１０は、図１及び図２に示したように、その表面の半径方向には複数の周溝１６ａが、また軸芯方向にも複数の軸溝１６ｂが形成してあるものであり、これらの周溝１６ａ及び軸溝１６ｂによって印刷原版の表面への吸着が行えるようにしてある。
【００３８】
さて、この回転支持体１０の拡大断面を見てみると、図５に示すようになっていて、一番内側にカーボン繊維層１１、その上にガラス繊維層１２ａまたはセラミックス層１２ｂからなる絶縁層１２、そしてこの絶縁層１２の上に、アルミニウム層１３及びアルマイト処理層１３ｂとからなるアルミニウム層１３を形成したものとなっている。
【００３９】
カーボン繊維層１１を形成するには、図６に示したようなフィラメントワインディング方法、図７及び図８に示したようなクロス貼り方法あるいはシート巻回方法が採用される。図６に示すフィラメントワインディング方法では、カーボン繊維糸を樹脂槽中に引き込むことにより、カーボン繊維糸に樹脂（熱硬化性のものがよい）を含浸させ、これを芯金２０上に貼り付けまたは巻回していくものである。この場合、カーボン繊維層１１の強度を高めるために、図６に示すように、各貼り付けまたは巻回は交差状態でするのがよい。
【００４０】
図７及び図８に示すクロス貼り方法では、カーボン繊維糸によって形成したカーボン繊維クロス（カーボン繊維をクロス状に織り込んだシート）を、これに熱硬化性樹脂を含浸させながら芯金２０に所定枚数貼り付けまたは巻回し、これに含浸させた熱硬化性樹脂を加熱することにより、カーボン繊維クロスと熱硬化性樹脂からなる円筒状のカーボン繊維層１１が完成される。また、図７及び図８に示すシート巻回方法では、カーボン繊維糸によって形成したカーボン繊維シートに熱硬化性樹脂を含浸させてプリプレグ化してシートを形成しておき、このシートを芯金２０に所定枚数貼り付けまたは巻回するのである。そして、シート中の熱硬化性樹脂を加熱することにより、カーボン繊維シートと熱硬化性樹脂からなる円筒状のカーボン繊維層１１が完成される。なお、この段階で、芯金２０は引き抜かれる。
【００４１】
絶縁層１２は、その内側のカーボン繊維層１１と、外側に形成されるアルミニウム層１３との間の絶縁を行うものであり、ガラス繊維を使用したガラス繊維層１２ａ、またはセラミックスを溶射して形成したセラミックス層１２ｂが採用される。カーボン繊維層１１上にガラス繊維層１２ａを形成するには、前述したカーボン繊維層１１と同様な方法で形成されるものである。
【００４２】
この回転支持体１０を構成している絶縁層１２の上には、溶射によってまずアルミニウム層１３が形成されるが、このアルミニウム層１３の形成は他の手段によってもよいものである。本実施形態の回転支持体１０では、このアルミニウム層１３を形成した段階で、図１〜図４に示したような周溝１６ａ及び軸溝１６ｂが研削等の手段により形成されるものであり、これらの周溝１６ａ及び軸溝１６ｂは絶縁層１２を突き抜けないように、つまり絶縁層１２を全周に残留する状態で形成される。また、各軸溝１６ｂ及び絶縁層１２の所定位置に空気吸引のための小孔が穿孔される。
【００４３】
以上の周溝１６ａ及び軸溝１６ｂが完成すれば、アルミニウム層１３の表面処理を行うのであるが、この表面処理は、導電性を有するカーボン繊維層１１と、アルミニウム層１３との間が、ガラス繊維層１２ａまたはセラミックス層１２ｂからなる絶縁層１２により絶縁されているため、確実かつ十分になされることになる。
【００４４】
なお、この回転支持体１０のように、周溝１６ａ及び軸溝１６ｂを形成した場合には、これらによって囲まれたアルミニウム層１３は、電気的に独立したものとなるから、１つの電源接点では全体のアルマイト処理等の表面処理が行えなくなる。そこで、各周溝１６ａ及び軸溝１６ｂ間に導電材料を嵌め込むことにより、アルミニウム層１３の全表面に導通が取れるようにしておき、１つの電源接点によるアルマイト処理等の表面処理を行うとよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明においては、
「熱硬化性樹脂を含浸させるかこれによってプリプレグ化したカーボン繊維を、離型される芯金２０の表面に貼り付けまたは巻回して、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させることによりカーボン繊維層１１を形成し、このカーボン繊維層１１の上に絶縁層１２を形成し、この絶縁層１２のさらに表面側に、溶射、蒸着またはメッキ処理によってアルミニウム層１３を形成して、
このアルミニウム層１３の表面側に電荷を付与するようにして、この表面をアルマイト処理することによりアルマイト処理層１３ｂとすることを特徴とする巻芯、ドラム、ローラ等の回転支持体１０の製造方法」
にその主たる構成上の特徴があり、これにより、表面のアルマイト処理を効率よく行うことができて、軽量で高強度を有し、かつ表面の平滑性が十分保たれた回転支持体の製造方法を提供することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る回転支持体の一例であるドラムの正面図である。
【図２】同回転支持体の縦断面図である。
【図３】同回転支持体の側面図である。
【図４】図１中の１−１線に沿ってみた回転支持体の断面図である。
【図５】本発明に係る製造方法によって製造した回転支持体の部分拡大断面図である。
【図６】カーボン繊維糸を使用してカーボン繊維層を形成する状態を示す模式図である。
【図７】カーボン繊維クロスまたはカーボン繊維シートを使用してカーボン繊維層を形成する状態を示す模式図である。
【図８】カーボン繊維クロスまたはカーボン繊維シートの組み合わせ方の他の例を示す模式図である。
【図９】芯金上にカーボン繊維層を形成してから最外表面にアルマイト処理層またはメッキ層を形成する各段階を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０    回転支持体
１１    カーボン繊維層
１２    絶縁層
１２ａ  ガラス繊維層
１２ｂ  セラミックス層
１３    アルミニウム層
１３ｂ  アルマイト処理層
１６ａ  周溝
１６ｂ  軸溝
２０    芯金
３０    蓋体
【図１】
0004049613.tif 000002
【図２】
0004049613.tif 000003
【図３】
0004049613.tif 000004
【図４】
0004049613.tif 000005
【図５】
0004049613.tif 000006
【図６】
0004049613.tif 000007
【図７】
0004049613.tif 000008
【図８】
0004049613.tif 000009
【図９】
0004049613.tif 000010