(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維束をマンドレル上に案内し、マンドレルに巻き付けてＦＲＰ筒体を製造するに際し、マンドレル直前の強化繊維束案内手段とマンドレルとの間で、走行中の強化繊維束に、加圧押し出しされる樹脂が流延する面上で樹脂を付与した後、樹脂が付与された強化繊維束を他の案内手段に触れさせることなくマンドレル上に巻き付けることを特徴とする、ＦＲＰ筒体の製造方法。
【請求項２】
強化繊維束をマンドレル上に案内し、マンドレルに巻き付けてＦＲＰ筒体を製造する装置において、マンドレル直前の強化繊維束の案内手段とマンドレルとの間に、走行中の強化繊維束に、加圧押し出しされる樹脂が流延する面上で樹脂を付与する手段を設けるとともに、樹脂が付与された強化繊維束を他の案内手段に触れさせることなくマンドレル上へと送る構成としたことを特徴とする、ＦＲＰ筒体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）筒体の製造方法および製造装置に関し、とくに、フィラメントワインディング成形法によるＦＲＰ筒体の製造方法および製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強化繊維束をマンドレルに巻き付けてＦＲＰ筒体を製造する、いわゆるフィラメントワインディング成形法と呼ばれる方法が知られている。このフィラメントワインディング成形法においては、通常、樹脂含浸バスで強化繊維束に樹脂を含浸し、樹脂含浸強化繊維束を回転中のマンドレルに所定の角度で巻きつけていく。樹脂含浸バスとマンドレルとの間には、樹脂含浸強化繊維束を案内するために、ガイドローラが複数設けられている。
【０００３】
ところが、このような成形法においては、未硬化、未固化の樹脂が粘着性をもっているため、樹脂を含浸した強化繊維束が各ガイドローラで案内される際、該ガイドローラに巻き付くことがある。巻き付きが生じると、生産を中断しなければならないばかりか、その復旧に多大な手間と時間を要し、生産性を大幅に低下させることになる。
【０００４】
そこで本発明は、このような問題点に着目し、強化繊維束のガイドローラへの巻き付きが生じない、ＦＲＰ筒体のフィラメントワインディング成形法およびその装置を提供し、生産性を大幅に高めることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的に沿う本発明のＦＲＰ筒体の製造方法は、強化繊維束をマンドレル上に案内し、マンドレルに巻き付けてＦＲＰ筒体を製造するに際し、マンドレル直前の強化繊維束案内手段とマンドレルとの間で、走行中の強化繊維束に、加圧押し出しされる樹脂が流延する面上で樹脂を付与した後、樹脂が付与された強化繊維束を他の案内手段に触れさせることなくマンドレル上に巻き付けることを特徴とする方法からなる。
【００１１】
また、本発明に係るＦＲＰ筒体の製造装置は、強化繊維束をマンドレル上に案内し、マンドレルに巻き付けてＦＲＰ筒体を製造する装置において、マンドレル直前の強化繊維束の案内手段とマンドレルとの間に、走行中の強化繊維束に、加圧押し出しされる樹脂が流延する面上で樹脂を付与する手段を設けるとともに、樹脂が付与された強化繊維束を他の案内手段に触れさせることなくマンドレル上へと送る構成としたことを特徴とするものからなる。
【００１２】
樹脂付与手段としては、前述の如く、たとえばギヤポンプ等により加圧押し出しされる樹脂が流延する面（たとえば案内溝面）を有する手段、樹脂を吐出するノズル手段、樹脂スプレイ手段、表面に樹脂が塗布されたロール、樹脂滴下手段、等を用いることができる。
【００１３】
【作用】
このようなＦＲＰ筒体の製造方法および製造装置においては、強化繊維束がマンドレルへと送られる際、上記樹脂付与手段に至るまでは強化繊維束には樹脂が付与されておらず、マンドレル直前にて樹脂付与手段により樹脂が付与される。そして、樹脂が付与された強化繊維束は、他のガイド手段等に触れることなく、マンドレル上に巻き付けられていく。したがって、従来方法のように、樹脂含浸強化繊維束がガイドローラに案内されることはなく、強化繊維束は、ガイドローラに案内される段階では樹脂を含まないので、粘着性は有しておらず、該粘着性に起因する強化繊維束のガイドローラへの巻き付きは生じない。その結果、強化繊維束の安定した搬送状態が維持され、巻き付きに伴う生産性の低下が防止される。
【００１４】
【実施例】
以下に、本発明のＦＲＰ筒体の製造方法および製造装置の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。
図１ないし図３は、本発明の一実施例に係るＦＲＰ筒体の製造装置を示している。図１において、１は、強化繊維糸（例えば炭素繊維糸）を巻いたボビン２を多数設置したクリールスタンドを示している。クリールスタンド１の各ボビン２から繰り出された強化繊維糸３は、所定本数引き揃えられて強化繊維束４とされ、セパレートロール５へと送られる。強化繊維としては、炭素繊維に限らず、たとえばガラス繊維、アラミド繊維等を使用することが可能であり、これらを併用することも可能である。
【００１５】
セパレートロール５は、本実施例では、実質的に水平方向に延びる一対のフリー回転ロール６ａ、６ｂと、その下流側の、実質的に上下方向に延びる一対のフリー回転ロール７ａ、７ｂと、からなっている。このセパレートロール５により、概ね所定断面形状に引き揃えられた強化繊維束４は、フリー回転ローラからなるガイドロール８を介してフィードローラ９へと送られる。
【００１６】
本実施例では、フィードローラ９は、強化繊維束４の送り方向に配列された一対のローラ９ａ、９ｂからなっている。一対のローラ９ａ、９ｂは、ブラケット１０に回転自在に支持されており、ブラケット１０は、キャリッジスタンド１１に回転自在に支持されたシリンダ１２上に固定されている。強化繊維束４は、シリンダ１２の中空部１２ａを挿通された後、一対のフィードローラ９ａ、９ｂを介して、マンドレル１３上へと送られるようになっている。フィードローラ９ａ、９ｂは、シリンダ１２、キャリッジスタンド１１とともに、マンドレル１３の回転軸に沿う方向に移動されるようになっている。
【００１７】
マンドレル１３は、マンドレル回転駆動手段１４により、所定の回転速度で回転駆動される。マンドレル回転駆動手段１４は、たとえばモータ、あるいはモータと減速機との組合せ等からなっている。強化繊維束４は、マンドレル１３上に所定の角度で所定の層数巻き付けられていく。
【００１８】
マンドレル１３直前の強化繊維束４の案内手段であるフィードローラ９ｂとマンドレル１３との間には、走行中の強化繊維束４に樹脂を付与する手段１５が設けられている。
【００１９】
この樹脂付与手段１５は、本実施例では、樹脂１６を収容した樹脂槽１７と、樹脂槽１７中の樹脂１６を定量的に汲み上げ所定流量で吐出するギヤポンプ１８と、ギヤポンプ１８により加圧押し出しされる樹脂１６が流延される横断面コ字状の溝１９を有する樹脂供給部材２０とからなる。ギヤポンプ１８からの樹脂１６は、部材２０に設けられた略スリット状の孔２１から溝１９の底面上に、ガイド溝２２により主として強化繊維束４の走行方向下流側に流延されるようになっている。この流延された樹脂１６上を強化繊維束４が、その幅を溝１９の両側面によって規制されながら、走行し、強化繊維束４に樹脂１６が付与されるようになっている。
【００２０】
なお、上記強化繊維束４に付与されるマトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用するが、他の樹脂、たとえば、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド等の熱可塑性樹脂でもよい。
【００２１】
上記のように構成された実施例装置においては、クリールスタンド１から送り出されてきた強化繊維糸３が、複数本引き揃えられて強化繊維束４が形成される。強化繊維束４は、セパレートロール５を通過した後、ガイドロール８、フィードローラ９ａ、９ｂを介してマンドレル１３上に巻き付けられていく。このマンドレル１３上への巻き付けの直前に、樹脂付与手段１５により走行中の強化繊維束４に樹脂１６が付与される。
【００２２】
強化繊維束４には、樹脂付与手段１５に至るまでは樹脂は付与されないので、途中のガイドロール、つまり、ガイドロール８やフィードローラ９ａ、９ｂに、樹脂の粘着性に起因して強化繊維束４が巻き付くことはない。また、樹脂１６が付与された後には、ガイドロールに触れることなくマンドレル１３に巻き付けられる。したがって、強化繊維束４の巻き付きに伴うトラブルの発生はなく、安定した所望の生産状態が継続される。
【００３１】
なお、上記のフィラメントワインディング成形においては、樹脂を付与した強化繊維束４をマンドレル１３に巻き付ける際に、樹脂の温度を下げてその粘度を上げることが好ましい。樹脂の粘度が低いと、巻き込みボイド（気泡）がある場合、それを押し出しにくいが、粘度を上げて巻き付け、径方向に圧力を加えることにより、容易にそのようなボイドが外部に排出されるようになり、品質が向上する。
【００３２】
すなわち、熱硬化性樹脂においては、未硬化の状態では、一般に図４に示すような特性を有する。樹脂を強化繊維束に付与して含浸させるには、適正な粘度にするため温度をコントロールするが、概して低粘度に設定される。次いで成形のため樹脂を硬化させる場合には、温度を上げて矢印Ｂで示すように粘度を高めるが、上記においては、ボイド排出のため、矢印Ｃで示すように一旦温度を下げ、粘度を上げるのである。温度を下げるには、マンドレルへの巻き付け直前に樹脂含浸強化繊維束４に冷風を吹き付ければよい。また、注水による冷却も可能である。
【００３３】
また、フィラメントワインディング成形法においては、所定径のマンドレル１３上に樹脂含浸強化繊維束４を巻き付けていくので、形成されるＦＲＰ筒体は、内径律則で成形される。ＦＲＰ筒体は、現実には、外径の仕上り径が所定の径となるように要求されることが多い。これを達成するために、図５に示すような方法が挙げられる。
【００３４】
すなわち、マンドレル１３上に形成された樹脂未硬化状態のＦＲＰ筒体７１の外表面に、複数のローラ７２（図示例では３本）からなる組合せローラを、それぞれＦＲＰ筒体７１の表面上に径方向に押圧しながら、ＦＲＰ筒体７１の回転軸に沿う方向に走行させる。このとき、マンドレル１３およびＦＲＰ筒体７１は矢印方向に回転しているので、ＦＲＰ筒体７１の周方向には、ＦＲＰ筒体７１の外表面と各ローラ７２の表面との間には滑りが生じる。各ローラ７２は、自身の回転軸を含む断面でみたとき、ＦＲＰ筒体７１の目標成形外径（目標仕上げ径）に相当する円弧面を有している。
【００３５】
このように組合せローラ７２を押しつけることにより、未硬化状態のＦＲＰ筒体７１の樹脂が絞られ、押圧力およびＦＲＰ筒体７１表面上の走行回数を調整することにより、外径律則の成形が可能となり、正確に目標とする外径仕上げ寸法が得られるようになる。また、ローラ７２の押圧により、たとえ巻き込みボイドがあったとしても排出され、成形されるＦＲＰ筒体７１の強度が向上し、品質が向上する。
【００３６】
なお、ローラ７２の表面仕上状態は、鏡面仕上および梨地仕上のいずれでもよいが、切断糸等がローラ表面にもっていかれにくい点で、梨地仕上がより好ましい。
【００３７】
さらに、図６に示すように、ＦＲＰ筒体７１の目標仕上径に相当する内径を有するリング７３を、たとえばキャリッジスタンド１１と一体的に走行させることもできる。樹脂含浸強化繊維束４は、リング７３に対し所定の角度を保ちながら接しつつ、マンドレル１３に巻き付けられていく。樹脂含浸強化繊維束４は、リング７３により樹脂が絞られながら巻き付けられていくとともに、空気の巻き込みが抑えられる。また、成形されつつある未硬化のＦＲＰ筒体７１の外径が目標径近くになると、部分的に目標径をオーバーした部分が生じたとしても、その部分はリング７３によって絞られ目標径に納められるので、最終的に外径律則の成形が可能となり、目標とする仕上げ径が正確に得られる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マンドレル直前に設けられた樹脂付与手段に至るまでは強化繊維束に樹脂を付与せず、マンドレル上への巻き付け直前位置で強化繊維束に初めて樹脂を付与するようにしたので、樹脂付与手段に至るまでのガイドロールへの強化繊維束の巻き付きを確実に防止することができ、ＦＲＰ筒体の生産性の向上をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係るＦＲＰ筒体の製造装置の概略構成図である。
【図２】  図１の装置の樹脂付与手段部分の拡大概略構成図である。
【図３】  図２の装置の拡大部分斜視図である。
【図４】  未硬化状態の熱硬化性樹脂の温度と粘度との関係図である。
【図５】  マンドレル上での好ましいＦＲＰ筒体成形法を示す概略縦断面図である。
【図６】  マンドレル上での別の好ましいＦＲＰ筒体成形法を示す部分概略斜視図である。
【符号の説明】
１  クリールスタンド
２  ボビン
３  強化繊維糸
４  強化繊維束
５、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ  セパレートロール
８  ガイドロール
９、９ａ、９ｂ  フィードローラ
１０  ブラケット
１１  キャリッジスタンド
１２  シリンダ
１２ａ  中空部
１３  マンドレル
１４  マンドレル回転駆動手段
１５  樹脂付与手段
１６  樹脂
１７  樹脂槽
１８  ギヤポンプ
１９  溝
２０  樹脂供給部材
２１  孔
２２  ガイド溝
７１  ＦＲＰ筒体
７２  ローラ
７３  リング
【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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