(57)【要約】【課題】筒状に形成された補強用繊維に熱硬化性の合成樹脂を含浸、硬化させて固め、一体化した繊維強化合成樹脂管を製造する場合、樹脂を繊維強化合成樹脂管の軸方向に沿って流動させ、繊維に含浸させているため、樹脂が繊維全体に含浸していくまで時間がかかり、その結果、繊維強化合成樹脂管の生産性が低く、また、樹脂を上方から繊維上に滴下して含浸させるような場合、樹脂が浸透していく方向と繊維内部の空気が上昇する方向が対向するため気泡、ボイドがきれにくいという課題がある。【解決手段】貫通孔９ａ、９ｂ、９ｃ…または溝１４を形成した巻芯８に補強用繊維３を巻き付け、前記貫通孔９ａ、９ｂ、９ｃ…または溝１４を利用して補強用繊維３に対して、繊維強化合成樹脂管の厚み方向に沿って熱硬化性樹脂５を流動させて含浸、硬化させる。【選択図】  図１
2005047079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成された補強用繊維に熱硬化性の合成樹脂を含浸、硬化させて固め、一体化した繊維強化合成樹脂管において、補強用繊維に対して、繊維強化合成樹脂管の厚み方向に沿って熱硬化性樹脂を流動させて含浸、硬化させたこと特徴とする繊維強化合成樹脂管。
【請求項２】
補強用繊維が織物であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化合成樹脂管。
【請求項３】
補強用繊維が短繊維状にした繊維を積み重ねて構成した不織布であることを特徴とする請求項１記載の繊維強化合成樹脂管。
【請求項４】
筒壁に筒壁の内側と外側とを連通する貫通孔を形成した筒状の巻芯に補強用繊維を巻付け、巻芯の軸方向の一端を塞ぎ、巻芯と補強用繊維とを熱硬化性樹脂が満たされた容器内に浸漬し、前記貫通孔を通して熱硬化性樹脂を補強用繊維に含浸させることを特徴とする繊維強化合成樹脂管の製造方法。
【請求項５】
外側表面に軸方向に沿って溝を形成した円柱状の巻芯に補強用繊維を巻き付け、巻芯と補強用繊維とを熱硬化性樹脂が満たされた容器内に浸漬し、前記溝を通して熱硬化性樹脂を補強用繊維に含浸させることを特徴とする繊維強化合成樹脂管の製造方法。
【請求項６】
巻芯の中空部あるいは溝内を加圧、減圧させながら熱硬化性樹脂を補強用繊維に含浸させることを特徴とする請求項４または５記載の繊維強化合成樹脂管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高強度構造部材や、高電圧電気機器の絶縁部材などに用いられる繊維強化合成樹脂管およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工業的に製造された繊維に熱硬化性の合成樹脂を含浸、硬化させて固め、一体化して繊維の強度を強化に利用した繊維強化合成樹脂（ＦＲＰ）は、成形性に優れ、高強度化が図れるために、建築、土木、自動車を始めとする各種機械の構造部材として、また、電気機器などにおいては配管、構造部材、絶縁部材として幅広く使用されている。
【０００３】
特に、変圧器、開閉装置に代表される高電圧電気機器に用いる場合は、高い絶縁性能と耐電圧性能が要求されるため、完成された繊維強化合成樹脂材料としては樹脂中に気泡やボイド等の樹脂で満たされない空間が少ないことが望まれる。
【０００４】
従来実施されている管状の繊維強化合成樹脂の製造手段を図４を参照して説明する。
図４において、１は円柱状の巻芯で、２は前記巻芯１の周囲に適宜間隔をおいて同心状に配置した外枠、３は巻芯１と外枠２との間の空間内で巻芯１の周囲に筒状に巻き付けられた補強用繊維（以下単に繊維と称する）である。４は液状の熱硬化性樹脂（以下単に樹脂と称する）５が満たされ容器で、前記巻芯１と繊維３および外枠２とを一体的にして巻芯１の円柱が立つような姿勢でその下端部が容器４内の樹脂５中に浸漬されている。６は前記容器４内の樹脂５の上面に圧力をかける押し板である。
【０００５】
このような構成において、押し板６で樹脂５に矢印で示すような圧力をかけることにより、樹脂５が徐々に繊維３に下端から上方に向かって含浸していく。その後、繊維３に加熱処理を施すことにより含浸された樹脂５が硬化し、最終的に繊維強化合成樹脂管が完成される。
【０００６】
また別の製造手段として、図５に示すように樹脂５を繊維３の下部から含浸させる手段に代わって、繊維３の上端からロート７などを使って液状の樹脂５を滴下し、樹脂５を徐々に繊維３に上端から下方に向かって含浸させていき、その後、繊維３に加熱処理を施すことにより含浸された樹脂５が硬化し、繊維強化合成樹脂管を完成させる手段も考えられている（例えば、特許文献１参照）。
また、上記いずれの方法においても、必要に応じて外枠２の内部を減圧し、気泡、ボイドの発生を防ぐような手段も行われている。
【０００７】
補強用の繊維３としては、ガラス繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維等の無機物繊維や、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維等の有機系繊維が使用され、その他樹脂５と組み合わせることにより、機械的な補強効果を示す繊維であれば、適宜使用することができる。
【０００８】
また、熱硬化性の樹脂５としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂など、繊維３へ含浸中は液体状態を保ち、含浸後、加熱することにより固体状態に硬化することができる樹脂であれば良い。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２８９１１７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記した従来の繊維強化合成樹脂管の製造方法であると図４に示す加圧式、あるいは図５に示す滴下式のいずれの方法においても、繊維強化合成樹脂管の軸方向に沿って樹脂５を繊維３に浸透させ、含浸させている。このため、樹脂５が繊維３全体に含浸していくまで時間がかかり、その結果、繊維強化合成樹脂管の生産性は極めて低い。
【００１１】
また、図５に示すように、樹脂５を上方から繊維３上に滴下した場合、樹脂５によって置換された繊維２内部の空気は上方に向かって上昇する。この結果、樹脂５が浸透していく方向と繊維２内部の空気が上昇する方向が対向するため気泡、ボイドがきれにくく、強度的、電気絶縁的に性能が劣るという欠点がある。
【００１２】
また、前記の方法以外で繊維強化合成樹脂管を製造する方法としては、ライン上に樹脂を満たした容器を配置し、この容器内の樹脂中に長尺シート状の繊維を連続的に通過させて樹脂を含浸させ、その後樹脂が含浸した繊維を円筒管に巻きつけていくフィラメントワインディング法と呼ばれる方法がある。しかし、この方法では、装置全体を真空下に置かない限り、前述の一連の工程は全て大気中で実施されため、樹脂中に繊維を通した時や、樹脂が付着した繊維を円筒に巻きつける時に気泡やボイドが形成され易く、後工程で真空引きなどの特別な工程を行わない限り、繊維強化樹脂管中に気泡、ボイドが残ってしまう。このため、特に耐高電圧性能を要求される絶縁体の製造には、前述のフィラメントワインディング法は適さない。
【００１３】
本発明は以上の課題を解決し、気泡やボイドの発生が少なく、優れた強度、電気絶縁性などの性能を備え、生産性の高い繊維強化合成樹脂管およびその製造方法を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、筒状に形成された補強用繊維に熱硬化性の合成樹脂を含浸、硬化させて固め、一体化した繊維強化合成樹脂管において、補強用繊維に対して、繊維強化合成樹脂管の厚み方向に沿って熱硬化性樹脂を流動させて含浸、硬化させたこと特徴とする。
この発明によれば、熱硬化性樹脂が短い距離で流動し、補強用繊維に含浸され、硬化する。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、筒壁に筒壁の内側と外側とを連通する貫通孔を形成した筒状の巻芯に補強用繊維を巻付け、巻芯の軸方向の一端を塞ぎ、巻芯と補強用繊維とを熱硬化性樹脂が満たされた容器内に浸漬し、前記貫通孔を通して熱硬化性樹脂を補強用繊維に含浸させることを特徴とする。
この発明によれば、貫通孔を通して熱硬化性樹脂が短い距離で流動し、補強用繊維に含浸され、硬化する。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、外側表面に軸方向に沿って溝を形成した円柱状の巻芯に補強用繊維を巻き付け、巻芯と補強用繊維とを熱硬化性樹脂が満たされた容器内に浸漬し、前記溝を通して熱硬化性樹脂を補強用繊維に含浸させることを特徴とする。
この発明によれば、溝を通して熱硬化性樹脂が短い距離で流動し、補強用繊維に含浸され、硬化する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明において、図４、５に示す従来の繊維強化合成樹脂管およびその製造方法と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１において、８は繊維３が巻付けられた筒状の巻芯で、図２に示すように、筒壁８ａに筒壁８ａの外部と内部とを連通する複数個の貫通孔９ａ、９ｂ、９ｃ…が形成されている。
【００１９】
１０は前記筒状の巻芯８の下方の開口端を閉塞する着脱自在な蓋、１１は同様に前記筒状の巻芯８の上方の開口端を閉塞する蓋で、中央部に巻芯８の外部と内部とを連通する孔１２が形成されている。
【００２０】
４は容器で、前記巻芯８、この巻芯８に巻き付けられた繊維３および下方の蓋１０などを収納し、内部に樹脂５を満たしている。したがって、巻芯８に巻き付けられた繊維３および下方の蓋１０などはこの樹脂５の中に浸漬されている。
【００２１】
次に本発明による繊維強化合成樹脂管の製造方法について説明する。
図１に示すように、巻芯８、この巻芯８に筒状に巻き付けられた繊維３および下方の蓋１０などを容器４内の樹脂５の中に浸漬する。巻芯８の筒壁８ａには筒壁８ａの外部から内部に亘って貫通孔９ａ、９ｂ、９ｃ…が形成されているのでこの貫通孔９ａ、９ｂ、９ｃ…を通して樹脂５の流れをつくることができる。そして、樹脂５は繊維２に対して繊維強化合成樹脂管の厚み方向に沿って流動し、含浸していく。その後、繊維３に加熱処理を施すことにより含浸された樹脂５が硬化し、最終的に繊維強化合成樹脂管が完成される。
【００２２】
このように、繊維３に対して、繊維強化合成樹脂管の厚み方向に沿って樹脂５を流動させ含浸させることにより、軸方向に沿って含浸させる場合と比べ樹脂の流動距離が短いため、短時間で繊維３に樹脂５を含浸させることができる。
【００２３】
更に、樹脂５の流動する距離が短いため繊維３中のボイドや気泡も抜け易くなり、ボイド、気泡が残留する可能性を減少でき、完成した繊維強化合成樹脂管として優れた強度的、電気絶縁的に優れた性能が得られ、かつ生産性も向上する。
【００２４】
また、本発明が対象とする繊維強化合成樹脂管の製造方法では、補強用の繊維３を布状にした繊維３を巻芯８に巻きつけて型を整え、その後樹脂を含浸させるので、完成した繊維強化合成樹脂管中の繊維３の含有率を容易に一定にでき、一定の品質を保ちつつ、高い生産性で製造することができる。
【００２５】
更に図１に示す本発明の実施の形態において、巻芯８の上方の開口端を閉塞する蓋１１に形成した孔１２を利用して、外部に設けた圧力調整装置１３により中空の巻芯８内を減圧すると、容器４内の樹脂５は繊維３と複数個の貫通孔９ａ、９ｂ、９ｃ…を通して中空の巻芯８内に向かって強制的に流れるようになり、その結果、樹脂５を繊維３の厚み方向に沿って効率的に浸透、含浸することができる。
【００２６】
更に、孔１２を利用して圧力調整装置１３により巻芯８の中空の内部を加圧することにより、樹脂５は巻芯８内部から外部に向かって強制的に流れるようになり、一方向に流したことで取り除くことが出来なかった気泡やボイドが生じた場合、これらを取り除くことができる。
【００２７】
更に、前記圧力調整装置１３により加圧、減圧を交互に繰り返すことによって樹脂の流れが活発になり、繊維３に十分含浸され、樹脂中の気泡やボイドの発生を抑えて製品の品質を向上させることができる。
【００２８】
次に本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図３は本発明の第２の実施の形態における巻芯を示す図で、補強用の繊維を巻付ける巻芯８として、中実の円柱状を成し、外側表面に軸方向に沿って複数条の溝１４を形成している。このような巻芯の構成であると、この溝１４を介して巻芯８の表面に巻き付けた繊維３の表面から内側へ、厚み方向に沿って樹脂５を流動させることができる。これによって樹脂５は繊維２に対して繊維強化合成樹脂管の厚み方向に沿って流動し、含浸していく。その後、繊維３に加熱処理を施すことにより含浸された樹脂５が硬化し、最終的に繊維強化合成樹脂管が完成される。
【００２９】
この場合、溝１４は巻芯８の下端まで達しないように設けることが望ましい。これは、樹脂５が繊維３に浸透せず溝１４を通して巻芯８の端部から流れ出るのを防ぎ、必ず繊維３を通るようにするためである。
【００３０】
本発明の第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に溝１４を通して加圧、減圧を繰り返して実施することにより、樹脂５を容器４側から繊維２を通って溝１４内に、またその逆方向に浸透させることができ、ボイド、気泡低減による電気性能の高い製品を、短時間で製造することが可能である。
【００３１】
図１に示す本発明の第１の実施の形態によって製造した繊維強化合成樹脂管と、樹脂の液を真空下で滴下含浸して製造した繊維強化合成樹脂管と、及びフィラメントワインディング法で製造した繊維強化合成樹脂管について、ＪＩＳ、Ｋ７０５３「ガラス繊維強化プラスチックの空洞率測定方法」に従って、空洞率を測定した。その結果を表１に示す。この結果、フィラメントワインディング法で製造した繊維強化合成樹脂管が一番高い値を示したのに対し、図１に示す本発明の第１の実施の形態によって製造した繊維強化合成樹脂管と樹脂の液を真空下で滴下含浸して製造した繊維強化合成樹脂管については、空洞率はほぼ同じであった。しかし、樹脂の液を真空下で滴下含浸する方法は含浸時間が本発明による方法に比べて長時間かかる結果となった。
このように本発明は高い製造性を持ちながら、樹脂中の気泡、ボイドをほぼなくすことができる。
【００３２】
【表１】
2005047079.tif 000003
【００３３】
以上のように製造された繊維強化合成樹脂管は各種機械の構造部材として使用されるほか、絶縁特性が優れているため高電圧電気機器の絶縁部材としても用いられる。
【００３４】
樹脂中の気泡やボイドが低減されたことにより、更に絶縁特性が向上し、高電圧導体の支持物や、高電圧導体の収納容器などに用いることにより、より硬化を発揮する。
【００３５】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、筒状に形成された補強用繊維に熱硬化性の合成樹脂を含浸、硬化させて固め、一体化した繊維強化合成樹脂管およびその製造方法において、補強用繊維に対して、繊維強化合成樹脂管の厚み方向に沿って熱硬化性樹脂を流動させて含浸、硬化させるようにしたので、、気泡やボイドの発生が少なく、優れた強度的、電気絶縁的性能を備えた繊維強化合成樹脂管およびその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による繊維強化合成樹脂管およびその製造方法を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態による繊維強化合成樹脂管の製造方法における補強用繊維の巻芯を示す斜視図。
【図３】本発明の第２の実施の形態による繊維強化合成樹脂管の製造方法における補強用繊維の巻芯を示す斜視図。
【図４】従来の繊維強化合成樹脂管の製造方法を示す断面図。
【図５】従来の別の繊維強化合成樹脂管の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
３…補強用繊維、４…容器、５…熱硬化性樹脂、６…押し板、７…ロート、８…巻芯、９ａ、９ｂ、９ｃ…貫通孔、１０、１１…蓋、１２…孔、１２…圧力調整装置、１４…溝。
【図１】
2005047079.tif 000004
【図２】
2005047079.tif 000005
【図３】
2005047079.tif 000006
【図４】
2005047079.tif 000007
【図５】
2005047079.tif 000008