(57)【要約】【課題】フィラメントワインディング法によるＦＲＰ成形体の製造方法において、繊維束の巻き付け易さを損なわないように繊維束を接合する。【解決手段】繊維束を回転部材に巻き付けるフィラメントワインディング法において用いられる繊維束の接合方法であって、繊維束ｆ１の後端部と、繊維束ｆ５の先端部とを重ねる工程（ａ）と、繊維束ｆ１と繊維束ｆ５との重なり部分１を縫合する工程（ｂ）とを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維束を回転部材に巻き付けるフィラメントワインディング法において用いられる繊維束の接合方法であって、
第１の繊維束の一方の端部と、第２の繊維束の一方の端部とを重ねる工程（ａ）と、
前記第１の繊維束と前記第２の繊維束との重なり部分を縫合する工程（ｂ）と、
を備える繊維束の接合方法。
【請求項２】
工程（ｂ）が、前記第１及び第２の繊維束と同じ材料を含有する糸によって前記重なり部分を縫合することを含む、請求項１記載の繊維束の接合方法。
【請求項３】
工程（ｂ）が、ミシンを用いて前記重なり部分を縫合することを含む、請求項１又は２記載の繊維束の接合方法。
【請求項４】
第１の繊維束と、
第２の繊維束であって、一方の端部が前記第１の繊維束の一方の端部に縫合されている第２の繊維束と、
を備える繊維束。
【請求項５】
前記第２の繊維束は、前記第１及び第２の繊維束と同じ材料を含有する糸によって縫合されている、請求項４記載の繊維束。
【請求項６】
繊維束を回転部材に巻き付けるフィラメントワインディング法によるＦＲＰ成形体の製造方法であって、
巻き付けに使用中の第１の繊維束の後端部と、次に使用される第２の繊維束の先端部とを重ねる工程（ａ）と、
前記第１の繊維束と第２の繊維束との重なり部分を縫合する工程（ｂ）と、
を備えるＦＲＰ成形体の製造方法。
【請求項７】
工程（ｂ）が、前記第１及び第２の繊維束と同じ材料を含有する糸によって前記重なり部分を縫合することを含む、請求項６記載のＦＲＰ成形体の製造方法。
【請求項８】
工程（ｂ）が、ミシンを用いて前記重なり部分を縫合することを含む、請求項６又は７記載のＦＲＰ成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維束を回転部材に巻き付けるフィラメントワインディング法によるＦＲＰ（繊維強化プラスチック）成形体の製造方法、並びに、そこで用いられる繊維束とその接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰ成形体の製造方法の１つとして、フィラメントワインディング（ＦＷ）法がある。ＦＷ法とは、樹脂を含浸させた繊維束をワーク（回転部材）に巻き付けることによって成形体を作製する方法である。さらに、この成形体を加熱して樹脂を硬化させることにより、ＦＲＰ成形体が完成する。ＦＷ法によれば、円柱や球等の回転体形状を有するＦＲＰ製品を効率良く作製できるので、パイプや高圧ガスタンク等の製造工程において利用されている。
【０００３】
ＦＷ装置には、カーボンファイバ（ＣＦ）等の繊維束が巻かれたボビンが備えられており、そこからワークに対して繊維束が連続的に供給される。そのため、ボビンに巻かれた繊維束を使い終えると、新しいボビンに交換する交換作業が行われる。
【特許文献１】特開２０００−９４４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つのＦＲＰ成形体を作製している途中でボビンを交換する場合には、使用済みのボビンの繊維束の巻き終わりと新しいボビンの繊維束の巻き始めとを接合しなければならない。その際に、両者を結索すると、結び目付近が開繊されない状態で成形体内に取り込まれてしまう。すると、成形体表面から結び目部分が盛り上がる等、形状が不均一になってしまい、美観上好ましくない。また、結び目周辺の強度が低下する等、部分的に物性が低下するおそれもある。
【０００５】
或いは、エアスプライサ等を用いて２つの繊維束の端部にエアを吹き付け、繊維同士を互いに絡ませることにより両者を接合する場合もある。しかし、この場合においても、成形体内に取り込まれた纏絡部が表面から盛り上がり、成形体の形状が不均一になるので、美観及び物性等の観点から好ましくない。
【０００６】
さらに、１つのＦＲＰ成形体の作製中にボビン交換をしないで済むように、区切りの良いタイミングで、新しいボビンに交換してからＦＷ装置の動作を開始させる場合もある。しかし、この場合には、ボビンに残った繊維束が無駄になり、材料の歩留まりが低下してしまう。特に、カーボンファイバは高価なので、材料コストが上昇して好ましくない。また、ボビン交換の際に糸（繊維束）通し等の手間が生じるため、装置の稼働率が低下するという問題も生じる。
【０００７】
関連する技術として、特許文献１には、射出成形同時絵付装置で用いられるシート巻出装置において、ロールシートの終了端と新しいロールシートの開始端とを接着剤によって接合することが開示されている。
【０００８】
しかしながら、この方法をＦＷ法に適用し、単に接着剤を用いて繊維束同士を接合すると、接合部における柔軟性が低下してしまうので、繊維束をワークに巻き付け難くなってしまう。また、硬化した接合部はワークの形状に沿い難くなるので、やはり、形状の不均一や部分的な物性の低下を招くことになる。
【０００９】
そこで、上記の問題点に鑑み、本発明は、ＦＷ法によるＦＲＰ成形体の製造方法において、繊維束の巻き付け易さを損なわないように繊維束を接合すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の１つの観点に係る繊維束の接合方法は、繊維束を回転部材に巻き付けるフィラメントワインディング法において用いられる繊維束の接合方法であって、第１の繊維束の一方の端部と、第２の繊維束の一方の端部とを重ねる工程（ａ）と、前記第１の繊維束と前記第２の繊維束との重なり部分を縫合する工程（ｂ）とを備える。
かかる構成とすることにより、繊維束の接合部（縫合部）の柔軟性を保つことができる。
【００１１】
ここで、工程（ｂ）において、前記第１及び第２の繊維束と同じ材料を含有する糸によって前記重なり部分を縫合することにより、縫合された繊維束が取り込まれた成形体において糸が与える影響を少なくすることができる。
また、工程（ｂ）において、ミシンを用いて前記重なり部分を縫合することにより、高速且つ効率良く繊維束を接合することができる。
【００１２】
本発明の１つの観点に係る繊維束は、第１の繊維束と、第２の繊維束であって、一方の端部が前記第１の繊維束の一方の端部に縫合されている第２の繊維束とを備える。
前記第２の繊維束は、前記第１及び第２の繊維束と同じ材料を含有する糸によって縫合されていても良い。
【００１３】
本発明の１つの観点に係るＦＲＰ成形体の製造方法は、繊維束を回転部材に巻き付けるフィラメントワインディング法によるＦＲＰ成形体の製造方法であって、巻き付けに使用中の第１の繊維束の後端部と、次に使用される第２の繊維束の先端部とを重ねる工程（ａ）と、前記第１の繊維束と第２の繊維束との重なり部分を縫合する工程（ｂ）とを備える。
【００１４】
かかる構成とすることにより、繊維束の接合部の柔軟性が保たれるので、繊維束を回転部材に巻き付ける際に、接合部についても巻き付け易さを維持することができる。また、接合部が繊維束から突出しないので、表面が均一な成形体を形成することができる。それにより、接合部及びその周辺における強度等の物性を、他の部分と同程度に維持することができる。
【００１５】
ここで、工程（ｂ）において、前記第１及び第２の繊維束と同じ材料を含有する糸によって前記重なり部分を縫合することにより、ＦＲＰ成形体内に取り込まれた糸が及ぼす物理的又は化学的な影響を少なくすることができる。
【００１６】
また、工程（ｂ）において、ミシンを用いて前記重なり部分を縫合することにより、高速に繊維束を接合できるので、効率良くＦＲＰ成形体を製造することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、繊維束の接合部の柔軟性を維持できるので、回転部材に対して容易に巻き付けを行うことができ、また、繊維束を巻き付けた成形体の表面を、回転部材の形状に沿ってほぼ均一にすることができる。そのため、接合部においても、他の部分と同様の物性を維持することができるようになり、そのようなＦＲＰ成形体が適用される製品の性能を十分に発揮させることが可能になる。
【００１８】
また、本発明によれば、使用中の繊維束を使い切ることができるので、材料の歩留まりを向上させることが可能になる。さらに、繊維束を使い切った後で連続して次の繊維束を供給するので、ＦＷ装置への糸通し作業等の手間及び時間を省いて、装置の稼働率を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＦＲＰ成形体の製造方法を示すフローチャートである。図１に示すように、この方法は、フィラメントワインディング（ＦＷ）法によりＦＲＰ成形体を製造する方法であり、必要に応じて繊維束の接合動作（工程Ｓ２１〜Ｓ２３）が挿入されることを特徴としている。
【００２０】
また、図２は、ＦＷ装置の概略的な構成を示す図である。このＦＷ装置は、繊維束供給部１０と、樹脂含浸部２０と、給糸部３０と、ワーク（回転部材）４０とを含んでいる。ワーク４０としては、円筒形状の型（マンドレル）や、多層構造の内側の容器（ライナ）等が取り付けられ、図２においては、ワーク４０として高圧タンクのライナが示されている。
【００２１】
まず、工程Ｓ１０において、繊維束供給部１０に備えられたボビン１１ａ〜１１ｄに、繊維束ｆ１〜ｆ４が十分に残っているか否かを確認する。そして、繊維束ｆ１〜ｆ４が残っている場合には、ＦＷ装置の動作を開始させ、繊維束（繊維）ｆ１〜ｆ４を繊維束供給部１０から樹脂含浸部２０に供給する。
【００２２】
次に、工程Ｓ１１において、含浸ローラ２２及び２３によって案内することにより、繊維束ｆ１〜ｆ４を樹脂槽２１内の樹脂に浸す。樹脂を含浸した繊維束ｆ１〜ｆ４は、給糸部３０に送られる。なお、繊維束ｆ１〜ｆ４としては、ドライ（樹脂を含浸させていない繊維束）及びプリプレグ（予め樹脂を含浸させてある繊維束）のいずれを使用しても良いが、後者を用いる場合には、工程Ｓ１１は省略される。
【００２３】
次に、工程Ｓ１２において、給糸部３０において繊維束ｆ１〜ｆ４を１列に束ねることにより繊維束Ｆを形成し、これをワーク４０に供給する。ここで、給糸部３０は、ワーク４０の長手方向に往復移動可能な状態で設置されている。一方、ワーク４０は、回転駆動部４１により駆動されて、回転運動している。このような給糸部３０の往復運動とワーク４０の回転運動とを同期させることにより、繊維束Ｆをワーク４０に対して所定の角度で巻き付ける。
【００２４】
さらに、工程Ｓ１３において、繊維束Ｆを巻き終えたワーク４０をＦＷ装置から取り外し、加熱炉において所定の温度で加熱する。それにより、繊維束Ｆに含浸している樹脂が硬化し、ＦＲＰ製の高圧タンクの本体が完成する。
【００２５】
一方、工程Ｓ１０において、ボビン１１ａ〜１１ｄのいずれかにおいて繊維束ｆ１〜ｆ４の残りが僅かとなっている場合には、交換用の新しい繊維束を用意する（工程Ｓ２１）。
そして、工程Ｓ２２において、図３に示すように、使用中の繊維束ｆ１の後端部と、次に使用される新しい繊維束ｆ５の先端部とを重ねる。
【００２６】
さらに、工程Ｓ２３において、図４に示すように、繊維束ｆ１及びｆ５の重なり部分１を、針５１、表糸５２及び裏糸５３が備えられたミシン５０を用いて縫合する。このとき、表糸５２及び裏糸５３としては、繊維束ｆ１及びｆ５となるべく同じ材料によって形成されたものを用いることが望ましい。ＦＲＰ成形体の作製中やＦＲＰ成形体が完成した後で、縫合用の糸が周囲に与える物理的影響（例えば、樹脂の含浸度合い）や、化学的影響（例えば、樹脂材料との相互作用）等を抑制するためである。
さらに、新しい繊維束ｆ５が巻かれたボビンをボビン１１ａ（図２）の代わりに取り付け、ＦＷ装置の動作を開始させる。
【００２７】
ここで、接合部（縫合部）の引っ張り強度は、重なり部分１の幅ｄ（図３）を大きくするほど強くなるので、ＦＷ装置において要求される引っ張り強度に応じて、幅ｄを設定すれば良い。
【００２８】
また、重なり部分１を縫合するパターンは、特に限定されない。例えば、図５に示すジグザグパターンや、図６に示す螺旋パターンや、図７に示すトライアングルパターンや、図８に示す鋸歯パターン等のいずれを適用しても良い。このような縫合パターンは、繊維束又は糸の素材や太さ（幅）や要求される引っ張り強度等に応じて、適切なものを選択すれば良い。
さらに、繊維束の重なり部分１の幅ｄと適切な縫合パターンとを組み合わせることにより、接合部において所望の引っ張り強度を得るようにしても良い。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態においては、繊維束を縫合により接合するので、例えば、接着剤を用いる場合には必要であった待ち時間が不要となり、接合作業の効率化を図ることができる。また、接合部に対して所望の引っ張り強度を容易に付与することもできる。さらに、ＦＷ法により、接合部及びその周辺の表面が均一なＦＲＰ成形体を作製できると共に、接合部及びその周辺の強度を他の部分と同程度に維持することが可能になる。
【００３０】
加えて、縫合の際にミシンを用いることにより、簡単且つ高速に繊維束を接合できるだけでなく、繊維束の接合機構としてミシンをＦＷ装置に組み込むことにより、ＦＷ装置の自動化にも対応し易くなる。その結果、作業工数を削減できるようになるので、ＦＷ法によるＦＲＰ成形体の製造効率を向上させることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るＦＲＰ成形体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】フィラメントワインディング装置の概略的な構成を示す図である。
【図３】繊維束の端部を重ねた様子を示す平面図である。
【図４】繊維束をミシンで縫合する様子を示す模式図である。
【図５】繊維束の縫合パターンの第１の例を示す平面図である。
【図６】繊維束の縫合パターンの第２の例を示す平面図である。
【図７】繊維束の縫合パターンの第３の例を示す平面図である。
【図８】繊維束の縫合パターンの第４の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…重なり部分、５０…ミシン、５１…針、５２…表糸、５３…裏糸、ｆ１〜ｆ５…繊維束
【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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