(57)【要約】  【課題】強化繊維束をボビンから芯材まで連結した状態で搬送させているとき、簡単な構造でありながら、強化繊維束の擦過のために生じる毛羽、擦過傷、破損などを確実に防止することができるとともに、搬送中に生じる強化繊維束の強度の低下を確実に防止することを可能とした繊維強化複合材料の製造装置、同製造方法及び圧力容器を提供する。  【解決手段】搬送中の強化繊維束(30)が接触するガイド(6〜21) における繊維束接触面の表面粗さは、ＪＩＳ規格に基づく工業製品の表面粗さを表す「最大高さの標準数列」によって定められた３０Ｓ以下に設定されている。更に好ましくは、ガイド(6〜21) の繊維束接触面に１００μｍ以下の厚みとしたメッキ処理層を有していることが望ましく、ガイド(6〜21) における繊維束接触面の表面硬度がブリネル硬度３００以上を有していることが望ましい。  【選択図】図１
2005089161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに強化繊維束が巻かれた多数本のボビンと、
各ボビンから引き出された複数本の強化繊維束を巻付けて製品を成形する芯材と、
前記各ボビンから前記芯材への強化繊維束搬送路中に配され、前記各強化繊維束を誘導案内するガイドと、
を備えた繊維強化複合材料の製造装置であって、
前記強化繊維束が接触する前記ガイドにおける繊維束接触面の表面粗さが、ＪＩＳ規格
に基づく工業製品の表面粗さを表す最大高さの標準数列によって定められた３０Ｓ以下で
あることを特徴とする繊維強化複合材料の製造装置。
【請求項２】
前記ガイドにおける繊維束接触面に１００μｍ以下の厚みとしたメッキ処理層を有して
なることを特徴とする請求項１記載の製造装置。
【請求項３】
前記ガイドにおける繊維束接触面の表面硬度が、ブリネル硬度３００以上を有してなる
ことを特徴とする請求項１又は２記載の製造装置。
【請求項４】
前記ガイドが、前記強化繊維束搬送路上に配された支持部材に片持ち支持されてなるこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造装置。
【請求項５】
多数本のボビンからそれぞれ強化繊維束を同時に引き出すこと、
引き出した各強化繊維束をガイドにより同一平面上に間隔を保って搬送すること、
前記各強化繊維束間の間隔を保ってトラバース部に搬入すること、
同トラバース部にて各強化繊維束を整列させて誘導案内すること、及び
整列した各強化繊維束を芯材に対して同時に送り出し、同整列した強化繊維束を芯材に巻付けて成形すること、
を含んでなる繊維強化複合材料の製造方法であって、
前記各強化繊維束が接触する前記ガイドにおける繊維束接触面の表面粗さが、ＪＩＳ規
格に基づく工業製品の表面粗さを表す最大高さの標準数列によって定められた３０Ｓ以下
であるガイドを前記各ボビンから前記芯材への強化繊維束搬送路中に配し、
前記各ボビンから引き出した各強化繊維束を前記ガイドの繊維束接触面に接触して搬送
することを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
【請求項６】
上記請求項５記載の繊維強化複合材料の製造方法を用い、内面側から外面側に向けて径方向、軸方向及び周方向に異なる配向を有し、三層構造の繊維強化樹脂層より成形された圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂を含浸した強化繊維を連続的に芯材に巻付けて製品を成形する繊維強化複合材料の製造装置、同製造方法及び圧力容器に係わり、特に、強化繊維の強度発現性に優れた繊維強化複合材料の製造装置、同製造方法及び圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維にて繊維強化複合材料を成形する方法の一つとして、フィラメントワインディング成形法（以下、ＦＷ法という。）がある。この方法は、樹脂を含浸した強化繊維束をマンドレルやライナーなどに連続的に巻付け、その後、含浸した樹脂を硬化することで成形体を得る方法である。
【０００３】
このＦＷ法で成形される成形体としては、例えば輪転機に使用される強化繊維性のロー
ル、自動車の駆動伝達に用いられるプロペラシャフト、ゴルフクラブ用シャフトや圧力容器等がある。従来、強化繊維としては金属線材が用いられており、成形体としては金属製のものとなっていた。
【０００４】
しかし、金属材からなる成形体では重量が重くなり、この成形体をプロペラシャフト等
のような回転体として使用する場合はエネルギーロスが多かった。また、圧力容器等のよ
うな圧力貯蔵用の用途として使用する場合では、強度上の問題で充填圧力が上げられず、
十分な充填量が得られなかった。このことから、近年においては、ＦＷ法により成形され
る成形体を軽量化するため、繊維強化された高強度の成形体が多用されるようになってき
た。
【０００５】
ＦＷ法にて成形体を得る場合は、容易に製品を成形できる反面、強化繊維の強度を如何
に発現させるかが肝要となる。強化繊維がもつ本来の強度を十分に発揮することができな
い場合は、ＦＷ法による工程において、必要以上に強化繊維束をマンドレルに厚く巻くこ
とが余儀なくなされてしまい、その結果として成形体の重量が必要以上に重くなるという
問題等が発生していた。更に、ＦＷ法による工程によっては、強化繊維束のハンドリング
性が悪くなり、成形に要する時間が長くなったり、強化繊維束がガイドを通過する際に発
生する擦過によるダメージなどの問題があった。
【０００６】
上記不具合を解消するために、強化繊維束に与える擦過によるダメージを少なくし、こ
れにより強化繊維束の強度を高めることを可能にしたフィラメントワインディングマシン
（以下、ＦＷマシンという。）の繊維束送り機構（例えば特許文献１、図２、図６参照）
が提案されている。
【０００７】
上記特許文献１に記載されたＦＷマシン６０の繊維束送り機構５１は、図２に示すよう
に、第１繊維ガイド部材５２と第２繊維ガイド部材５３と第３繊維送り部材５４とを備え
ている。第１繊維ガイド部材５２は、ＦＷマシン６０の固定部６１に設けられかつ揺動中
心線Ｑから離れた第１繊維送りローラ５５を有している。第２繊維ガイド部材５３は、揺
動部６２に設けられかつ揺動中心線Ｑから離れた第２繊維送りローラ５６を有している。
第３繊維ガイド部材５４に設けられた第３繊維送りローラ５７は、揺動中心線Ｑに沿う方
向の第１回転軸５８と揺動中心線Ｑと交差する方向の第２回転軸５９を中心に回動自在に
支持されている。
【０００８】
第３繊維送りローラ５７の両端と第１及び第２繊維送りローラ５５，５６の両端との間
には、引張りばね６３，６４がそれぞれ張架されている。各引張りばね６３，６４は、第
３繊維送りローラ５７を第１繊維送りローラ５５と第２繊維送りローラ５６との方向に起
立させ、かつ、第３繊維送りローラ５７を第１繊維送りローラ５５と第２繊維送りローラ
５６との間の角度を保つような張力を発生している。
【０００９】
この従来の繊維束送り機構５１は、図３に示すように、第１繊維送りローラ５５を有す
る固定部６１に対して、第２繊維送りローラ５６を有する揺動部６２を図３の上下方向に
揺動させることで繊維束の搬送方向を大きく方向転換させると、第３繊維ガイド部材５４
における第３繊維送りローラ５７が、第１繊維送りローラ５５と第２繊維送りローラ５６
とのなす角度の中間の角度まで傾いて図３の矢印方向Ｒに首を振ることになり、これによ
って繊維束の方向転換をスムーズに行っている。
【００１０】
その結果、繊維束が前記第１〜第３繊維送りローラ５５〜５７から脱落することはなく
、かつ、繊維束に対して擦過によるダメージを与えることもなくなり、繊維束をマンドレ
ルに向けて円滑に送り出すことができる。
【特許文献１】特開平１０−９５５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１に開示されたような従来のＦＷマシンの繊維束送り機構においては、搬
送中の繊維束をマンドレルに対して所望の位置や方向に向けて送り出すうえで、繊維束の
搬送方向を転換させる部材や張力コントロール設備などを繊維束送り機構に付加する必要
がある。このため、その構造が複雑となり、高い加工精度が求められ、製作及び組付けの
作業性に大きく影響を与えている。
【００１２】
また、繊維束送り機構の構造が複雑化することと相まって、繊維の導糸や繊維束送り機
構の品質を保持するための整備点検、保守及び交換等のメンテナンス作業に手間がかかり
、しかも生産性を損ない、維持管理費等が増大するという諸々の課題が残っている。
【００１３】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、強化繊維束をボビンから芯材まで連結した状態で搬送させているとき、簡単な構造でありながら、強化繊維束の擦過のために生じる毛羽、擦過傷、破損等を確実に防止することができるとともに、搬送中に生じる強化繊維束の強度の低下を確実に防止することを可能とした繊維強化複合材料の製造装置、同製造方法及び圧力容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本件請求項１に係る発明は、それぞれに強化繊維束が巻かれた多数本のボビンと、各ボ
ビンから引き出された複数本の強化繊維束を巻付けて製品を成形する芯材と、前記各ボビンから前記芯材への強化繊維束搬送路中に配され、前記各強化繊維束を誘導案内するガイドとを備えた繊維強化複合材料の製造装置であって、前記強化繊維束が接触する前記ガイドにおける繊維束接触面の表面粗さが、ＪＩＳ規格に基づく工業製品の表面粗さを表す最大高さの標準数列によって定められた３０Ｓ以下であることを特徴とする繊維強化複合材料の製造装置にある。
【００１５】
なお、本発明における「芯材」は、具体的には、マンドレルやライナーなどである。すなわち、ＦＷ法を用いる際に、樹脂を含浸した強化繊維束を連続的に巻付け、強化繊維束に含浸した樹脂を硬化した後、製品から除くことができるもの、または、成形後にそれ自身が強化繊維複合材料と一体化されるものいずれも含む。
【００１６】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の発明にあって、前記ガイドにおける繊維束
接触面に１００μｍ以下の厚みとしたメッキ処理層を有していることを特徴としている。
【００１７】
請求項３に係る発明は、上記請求項１又は２記載の発明にあって、前記ガイドにおける
繊維束接触面の表面硬度が、ブリネル硬度３００以上を有していることを特徴としている
。
【００１８】
請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３のいずれかに記載の発明にあって、前記ガイ
ドが、前記強化繊維束搬送路上に配された支持部材に片持ち支持されていることを特徴と
している。
【００１９】
請求項５に係る発明は、多数本のボビンからそれぞれ強化繊維束を同時に引き出すこと
、引き出した各強化繊維束をガイドにより同一平面上に間隔を保って搬送すること、前記
各強化繊維束間の間隔を保ってトラバース部に搬入すること、同トラバース部にて各強化
繊維束を整列させて誘導案内すること、及び整列した各強化繊維束を芯材に対して同時に送り出し、同整列した強化繊維束を芯材に巻付けて製品を成形することを含んでなる繊維強化複合材料の製造方法であって、前記各強化繊維束が接触する前記ガイドにおける繊維束接触面の表面粗さが、ＪＩＳ規格に基づく工業製品の表面粗さを表す最大高さの標準数列によって定められた３０Ｓ以下であるガイドを前記各ボビンから前記芯材への強化繊維束搬送路中に配し、前記各ボビンから引き出した各強化繊維束を前記ガイドの繊維束接触面に接触して搬送することを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法にある。
【００２０】
請求項６に係る発明は、上記請求項５に記載の繊維強化複合材料の製造方法を用い、内面側から外面側に向けて径方向、軸方向及び周方向に異なる配向を有し、三層構造の繊維強化樹脂層より成形された圧力容器にある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の繊維強化複合材料の製造装置は、上記請求項１に係る発明のように、搬送中の
強化繊維束が接触するガイドにおける繊維束接触面の表面粗さを３０Ｓ以下の値に設定す
るように構成されている。この表面粗さは、ＪＩＳ規格に基づく工業製品の表面粗さを表
す「最大高さの標準数列」を用いており、その最大高さによって前記ガイドの繊維束接触
面の表面粗さを規定している。
【００２２】
本発明の対象とするガイドの母材の材質としては、ＪＩＳ記号ＳＵＳ３０４として材質
規格されたステンレス鋼やＳＣＭ鋼などの一般的な鋼材を使用することができる。このガ
イドは、このガイドは、例えば円形断面を有する円筒体や中実体からなる自由回転可能な
ガイドローラと、等ピッチの櫛歯状をなす複数のコームピンが立設された長尺棒材や円形
断面を有する円筒体や中実体からなるバー部材等の固定型のガイド部材とを含んでいる。
なお、本発明は、上記自由回転可能なガイドローラと固定型のガイド部材とに適用できる
ものである。
【００２３】
前記ガイドの繊維束接触面の表面粗さとしては、３５Ｓ以下（Ｒｍａｘで３５μｍ）が
有効である。好ましくは上限値として２５Ｓ（Ｒｍａｘで２５μｍ）、下限値として３Ｓ
（Ｒｍａｘで３μｍ）の範囲が特に望ましい。前記表面粗さを３５Ｓ以下に設定すること
により、強化繊維束とガイドとの間の摩擦抵抗を低く抑えることができる。これにより、
前記ガイドによる強化繊維束の擦過のために生じる毛羽の発生や強化繊維束の破断、擦過
傷、破損等を確実に防止することができるようになり、強化繊維束へのダメージを大幅に
減少することができる。
【００２４】
前記表面粗さが３５Ｓを超える場合は、前記ガイドの繊維束接触面と強化繊維束との間
に異常磨耗を発生しやすくなる。この異常磨耗により強化繊維束に与えるダメージを増加
させ、最終的に得られる成形体の強度が低下するため好ましくない。
【００２５】
上記作用効果を顕著に現出させるには、本発明の対象とするガイドの母材には、被覆層
が形成されることが好ましい。その被覆層の膜厚寸法、材質や前記ガイドの母材の材質を
適宜に組み合わせることが特に有用である。前記ガイドの母材は、前述の鋼材以外に、例えば一般的な炭化物被覆処理、侵炭窒化処理又は侵炭焼き入れ処理を施した鋼材、例えば侵炭鋼、炭素鋼や炭窒化鋼等が有効に採用できる。
【００２６】
これを受けて、前記ガイドの繊維束接触面は、上記請求項２に係る発明のように、厚み
が１００μｍ以下であるメッキ処理層を有している。このメッキ処理としては、電気、溶
融、蒸着によるメッキ処理を含んでおり、例えば前記ガイドの繊維束接触面にハードクロ
ムメッキを施すことが好ましく、そのメッキ処理層の膜厚寸法は、１００μｍ以下である
ことが望ましい。
【００２７】
前記ガイドの繊維束接触面に１００μｍ以下の厚みとしたメッキ処理層を施すことによ
り、搬送中の強化繊維束を小さな接触抵抗で円滑に接触して搬送させることができるよう
になり、摩擦抵抗を軽減することができる。
【００２８】
これにより、前記繊維束接触面の異常磨耗を低減することができるようになり、同繊維
束接触面に接触する強化繊維束に対して擦過傷などによるダメージを大幅に減少させるこ
とができる。従って、強化繊維束が本来もつ強度を十分に確保することができ、最終的に
得られる成形体の強度発現性を極めて向上することができる。
【００２９】
その膜厚寸法が１００μｍを越える場合は、成膜生成時間がかかりすぎ、更には平滑で
均一な膜厚寸法をなす薄膜体を効果的に形成することができないおそれがあるため、あま
り実用的ではない。
【００３０】
前記ガイドにおける繊維束接触面の表面硬度は、上記請求項３に係る発明のように、ブ
リネル硬度３００以上を有している。前記ガイドの繊維束接触面がブリネル硬さ３００以
上の表面硬度をもつ場合は、前記繊維束接触面に対して、搬送中の強化繊維束の擦過によ
って生じる磨耗を防止することができるとともに、前記繊維束接触面に発生した磨耗に基
づく強化繊維束へのダメージを減少させることができる。
【００３１】
前記表面硬度が３００よりも小さい場合は、前記ガイドとその繊維束接触面に接触して
搬送させる強化繊維束との間の摩擦によって、前記ガイドの繊維束接触面に対する磨耗が
激しくなり、同繊維束接触面に凹凸が形成される。その凹凸により強化繊維束のダメージ
がさらにいっそう増加し、最終的に得られる成形体の強度発現性が悪くなるため好ましく
ない。
【００３２】
前記ガイドは、上記請求項４に係る発明のように、前記強化繊維束搬送路上に配された
支持部材に片持ち支持されていることが好ましい。前記ガイドの片側を支持することによ
り、強化繊維束のハンドリング性を向上することができるようになる。これにより、工程
準備や終了作業に要する時間を低減することができ、繊維強化複合材料の製造時間を大幅
に短縮することができる。
【００３３】
本発明の繊維強化複合材料の製造方法は、例えば、本発明の代表的な上記製造装置を使って実施できる。その代表的な繊維強化複合材料の製造方法が、上記請求項５に係る発明である。本発明の繊維強化複合材料の製造方法においては、強化繊維束搬送路中に配された樹脂槽を介して、各ボビンから引き出された複数本の強化繊維束にそれぞれ樹脂を塗布すること、あるいは強化繊維束搬送中から前記樹脂槽を排除して、予め樹脂を含浸した強化繊維束を搬送することのいずれの方法を採用してもよい。
【００３４】
繊維強化複合材料を製造するにあたり、前記ガイドとして、前記強化繊維束が接触する
ガイドにおける繊維束接触面の表面粗さが、ＪＩＳ規格に基づく工業製品の表面粗さを表
す最大高さの標準数列によって定められた３０Ｓ以下であるガイドを前記各ボビンから前
記マンドレルへの強化繊維束搬送路中に配設している。
【００３５】
前記ガイドの繊維束接触面の表面粗さを３０Ｓ以下に規定することにより、前記各ボビ
ンから引き出した各強化繊維束と前記ガイドとの間の摩擦抵抗を低く抑えながら、同ガイ
ドの繊維束接触面に各強化繊維束を円滑に接触して搬送することができるようになる。こ
りにより、各強化繊維束の工程通過性が良好となり、繊維強化複合材料の製造時間を大幅
に短縮することができる。
【００３６】
上記繊維強化複合材料の製造方法を用いることにより、内面側から外面側に向けて径方
向、軸方向及び周方向に異なる配向を有する三層構造の繊維強化樹脂層が成形され、請求
項６に係る発明のような圧力容器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明の代表的な実施形態である繊維強化複合材料の製造装置の一例を模式的に
示す構成説明図である。
【００３８】
本発明に適用される強化繊維として、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、Ｐ
ＢＯ繊維等が使用できるが、特に限定されるものではない。また、ボビンに巻かれた強化繊維は、樹脂が含浸されていないものも、予め樹脂を含浸させてプリプレグ状にした強化繊維のいずれも使用することができる。本発明に適用される樹脂としては、特に限定されるものではないが、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、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂やアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することができる。
【００３９】
図１による繊維強化複合材料の製造装置１の基本構成は、必要本数の強化繊維束３０，
…，３０の長手方向の強化繊維束搬送路に沿って多数本のボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ）
、樹脂含浸装置３（樹脂槽３ａ）、トラバース部４、芯材５が順次直列に並設されている。
【００４０】
これらのトラバース部４及び芯材５の駆動は、特に限定されるものではないが、例えば前記トラバース部４は、図示せぬ制御部からの指令に基づきＸ−Ｙ−Ｚ軸方向に制御駆動される。前記芯材５は、その中心軸線回りに回転駆動する。このようなトラバース部４及び芯材５は、例えば上記特許文献１に記載された繊維束送り機構と一部において同様の構成を備えた装置が使用できる。
【００４１】
各ボビン２から芯材５へ搬送する強化繊維束搬送路中には各強化繊維束３０の引出し方向に直交して並ぶ複数本の固定式のガイド６〜１５及び回転式のガイド１６〜２１が各強化繊維束３０を芯材５へ誘導案内しながら搬送するように構成されている。また、これらのガイド６〜２１は、強化繊維束搬送路上に配された図示せぬ支持部材の左右両側、若しくは片側に保持する構造となっている。
【００４２】
本実施形態では、ガイド６〜２１の片側端部が図示せぬ支持部材の取付金具を介して片
持ち状態で固設支持されるように構成されている。前記ガイドの片側を支持することによ
り、強化繊維束３０のハンドリング性を向上することができるようになる。しかも、工程
準備や終了作業に要する時間を低減することができ、強化繊維束３０の製造時間を大幅に
短縮することができる。
【００４３】
本発明の主要な特徴部は、搬送中の強化繊維束３０が接触するガイド６〜２１における
繊維束接触面の表面粗さを３０Ｓ以下に設定することにある。この表面粗さは、ＪＩＳ規
格に基づく工業製品の表面粗さを表す「最大高さの標準数列」を用い、その最大高さによ
って前記ガイドの繊維束接触面の表面粗さを規定している。
【００４４】
前記ガイド６〜２１の母材の材質としては、ＪＩＳ記号ＳＵＳ３０４として材質規格さ
れたステンレス鋼やＳＣＭ鋼などの一般的な鋼材を使用することができる。このガイド６
〜２１は、円形断面を有する円筒体や中実体からなる自由回転可能なガイドローラ、等ピ
ッチの櫛歯状をなす複数のコームピンが立設された長尺棒材、円形断面を有する円筒体や
中実体からなるバー部材などの固定型のガイド部材を含んでいる。本発明は、これらのガ
イド６〜２１の繊維束接触面に適用できる。
【００４５】
前記ガイド６〜２１における繊維束接触面の表面粗さとしては、３５Ｓ以下（Ｒｍａｘ
で３５μｍ）が有効である。好ましくは上限値として２５Ｓ（Ｒｍａｘで２５μｍ）、下
限値として３Ｓ（Ｒｍａｘで３μｍ）の範囲が特に望ましい。
【００４６】
前記表面粗さを３５Ｓ以下に設定することにより、強化繊維束３０とガイド６〜２１と
の間の摩擦抵抗を低く抑えることができる。これにより、前記ガイド６〜２１に接触して
搬送されるとき、強化繊維束３０の擦過のために生じる毛羽の発生や強化繊維束３０の破
断、擦過傷、破損等を確実に防止することができるようになり、強化繊維束３０へのダメ
ージを大幅に減少させることができる。
【００４７】
前記表面粗さが３５Ｓを超える場合は、前記ガイド６〜２１の繊維束接触面と強化繊維
束３０との間に異常磨耗を発生する。この異常磨耗により強化繊維束３０に与えるダメー
ジを増加させ、最終的に得られる成形体の強度が低下するため好ましくない。
【００４８】
本発明にあっては、前記ガイド６〜２１の母材には、メッキ処理層などの被覆層が成形
されていることが好ましい。この被覆層の膜厚寸法、材質や前記ガイド６〜２１の母材の
材質を適宜に組み合わせることが特に有効である。前記ガイド６〜２１の母材は、前述のステンレス鋼やＳＣＭ鋼以外の鋼材として、一般的な炭化物被覆処理、侵炭窒化処理又は侵炭焼き入れ処理を施した鋼材、例えば侵炭鋼、炭素鋼や炭窒化鋼等を使用することができる。
【００４９】
本実施形態にあっては、前記ガイド６〜２１の繊維束接触面に対する表面処理としてメ
ッキ処理を施している。このメッキ処理としては、電気、溶融、蒸着によるメッキ処理を
含んでおり、例えばガイド６〜２１の繊維束接触面にハードクロムメッキを施すことが好
ましい。そのメッキ処理層の膜厚寸法は、１００μｍ以下であることが望ましい。
【００５０】
前記ガイド６〜２１の繊維束接触面に１００μｍ以下の厚みとしたメッキ処理層を施す
ことにより、搬送中の強化繊維束３０を小さな接触抵抗で円滑に接触して搬送させること
ができるようになり、強化繊維束３０とガイド６〜２１の繊維束接触面との間の摩擦抵抗
を軽減することができる。これにより、前記繊維束接触面の異常磨耗を低減することがで
きるようになり、接触する強化繊維束３０に対して擦過傷などによるダメージを大幅に減
少させることができる。従って、強化繊維束３０が本来もつ強度を十分に確保することが
でき、最終的に得られる成形体の強度発現性を向上することができる。
【００５１】
その膜厚寸法が１００μｍを越える場合は、成膜生成時間がかかりすぎ、更には平滑で
均一な膜厚寸法をなす薄膜体を効果的に形成することができないおそれがあるため、あま
り実用的ではない。
【００５２】
また、前記ガイド６〜２１における繊維束接触面の表面硬度は、ブリネル硬度３００以
上を有していることが好ましい。前記ガイド６〜２１の繊維束接触面にブリネル硬さ３０
０以上の表面硬度をもつ場合は、前記繊維束接触面に対して、搬送中の強化繊維束３０の
擦過によって生じる磨耗を防止することができる。これにより、前記繊維束接触面に発生
した磨耗に基づく強化繊維束３０へのダメージを減少させることができる。
【００５３】
前記表面硬度が３００よりも小さい場合は、前記ガイド６〜２１の繊維束接触面に接触
して搬送される強化繊維束３０との間の摩擦によって前記繊維束接触面に対する磨耗が激
しくなり、前記繊維束接触面に凹凸が形成される。その凹凸により強化繊維束３０のダメ
ージがさらにいっそう増加し、最終的に得られる成形体の強度発現性が悪くなるため好ま
しくない。
【００５４】
上記のように構成されたガイド６〜２１のうち、前記固定式のガイド６，７，９，１０
，１３，１５は、長尺の円筒形をなすガイド部材から構成されている。前記固定式のガイ
ド８，１１，１２，１４は、各強化繊維束３０が独立して通過できるように櫛状に形成さ
れている。各櫛状の固定式のガイド８，１１，１２，１４には、強化繊維束３０の本数に
見合った数をもつ等ピッチの櫛歯状をなす図示せぬ複数のコームピンが立設されており、
強化繊維束３０が所定の位置を通過するように誘導案内することができる構成とされてい
る。
【００５５】
前記固定式のガイド８〜１５は、円筒状のガイド部材と櫛状のガイド部材とを一組とし
て構成されていることが好ましい。円筒状のガイド部材と櫛状のガイド部材とを組み合わせることにより、強化繊維束３０の目付を安定化させることができるとともに、最終的に得られる成形体の強度を高めることができる。なお、前記円筒状の固定式のガイド９，１０，１３，１５と前記櫛状の固定式のガイド８，１１，１２，１４との組み合わせは、図示例に限定されるものではなく、例えば二組以上の組み合わせであってもよい。
【００５６】
前記回転式のガイド１６〜２０は、強化繊維束３０の本数に合致した数をもつ独立回転
可能な円筒形のガイドローラから構成されている。前記回転式のガイド（デリバリーヘッ
ド）２１は、１本の円筒形のガイドローラからなる。この回転式のガイド２１は、各強化
繊維束３０を平面状に収束させて芯材５へ送り出す機能をもっている。この回転式のガイド２１の回転部分の両側端部は、強化繊維束３０の脱落を防止するために、回転部分の直径よりも大きく設定された図示せぬ一対の円盤状のフランジ部を有している。
【００５７】
上記のように構成されたガイド６〜２１を用いることにより、本発明の代表的な繊維強
化複合材料の製造方法が実施される。
【００５８】
各ボビン２から引き出された図示例では都合３本の強化繊維束３０は、各強化繊維束３
０の引出し方向に直交して高低差をもって並ぶ２本のガイド６，７のうち、高位のガイド
６の上を跨いだのち、次位のガイド７の下を潜るようにして互い違いに巻き掛けられ、各
ボビン２から強化繊維束３０を所定の張力下で同時に引き出す。なお、ボビン２の本数は
３本に限定されるものではなく、所望本数のボビン２を配することができる。
【００５９】
続いて、引き出した各強化繊維束３０をガイド８，９を介して同一平面上に間隔を保っ
て搬送し、樹脂槽３ａを介して各強化繊維束３０に樹脂を塗布する。この樹脂槽３ａは、
各強化繊維束３０が１本の回転ドラム３ｂと同回転ドラム３ｂの上下流側の近傍に固設支
持された独立回転形のガイドローラ１６，１７とによって上下から挟み込むようにして押
し付けられる。これにより、樹脂槽３ａは各強化繊維束３０に規定量の樹脂を塗布できる
構造になっている。
【００６０】
樹脂を塗布した各強化繊維束３０は、その下流側に固設支持されたガイド１０，１１、
トラバース部４の入口部に固設支持されたガイド１２，１３から独立回転形のガイド１８
〜２０を介して各強化繊維束３０間の間隔を一定に保ちながら搬送される。このとき、初
期の強化繊維束３０の張力を維持しながら、各強化繊維束３０を搬送することによりトラ
バース部４に搬入される。同トラバース部４では、一体回転形のガイドローラ２１を介し
て各強化繊維束３０を整列させて円滑に誘導案内する。
【００６１】
このとき、強化繊維束搬送路上に各強化繊維束３０を誘導案内するガイド６〜２１は、
その繊維束接触面の表面粗さを３０Ｓ以下に設定し、その繊維束接触面に１００μｍ以下
の厚みをもつメッキ処理層を施し、その繊維束接触面の表面硬度をブリネル硬さ３００以
上に設定している。このため、各ボビン２から引き出した各強化繊維束３０の搬送を小さ
な接触抵抗で円滑に行うことができる。これにより、ガイド６〜２１と各強化繊維束３０
との間の摩擦抵抗を低く抑えることができるようになり、各強化繊維束３０の工程通過性
が良好となる。
【００６２】
なお、少なくともガイド６〜２１における繊維束接触面の表面粗さを３０Ｓ以下に設定
しさえすれば、上述のように前記繊維束接触面にメッキ処理層を施したり、あるいは前記
繊維束接触面の表面硬度を厳格に設定する必要はない。
【００６３】
続いて、整列した各強化繊維束３０を芯材５に同時に送り出し、整列した各強化繊維束３０を芯材５に巻付けて、図示せぬ成形体の前駆体が形成される。得られた成形体の前駆体は所定の硬化条件で硬化され、最終製品としての成形体が得られる。
【００６４】
以下に、本発明の更に具体的な実施例について比較例とともに表１を参照しながら説明
する。
先ずに、実施例及び比較例において説明する評価方法に関して説明する。
（１）評価用圧力容器サンプルの製造手順
エンテック・コンポジットマシンズ・インク（Entec Composite Machines Inc. ）社製のフィラメントワインディング機に本発明の対象とする上記ガイドを装着し、実際の成形体を成形する場合と同一構成とした。こうして、そのガイド上に張力３０Ｎにて強化繊維束を約１０，０００ｍ通過させることにより、前記ガイドに磨耗条件を与えた。その後、充填圧３０ＭＰａの圧力容器を以下の手順で製造した。
【００６５】
芯材となる容量９リットルのアルミニウム製容器本体（全長５４０ｍｍ、胴部長さ４１５ｍｍ、胴部外径１６３ｍｍ、胴部の中央での肉厚３ｍｍ）に樹脂を含浸した強化繊維束３０を巻き付け、繊維強化樹脂層を形成し、中間体容器とした。
【００６６】
繊維強化樹脂層は、内面側から外面側に向けて、径方向配向層／軸方向配向層／周方向
配向層を有する３層構造とした。
【００６７】
中間体容器を加熱炉に入れ、加熱炉内の温度を室温から１３５°Ｃまで１°Ｃ／分で上
昇させた。繊維強化樹脂層の表面温度が１３５°Ｃに到達したことを確認した後、１時間
に放置した。その後、炉内温度を１°Ｃ／分で６０°Ｃまで降下させ、容器を加熱炉から
取り出して室温と同一温度になるまで放冷し、評価用の圧力容器を得た。
【００６８】
（２）破壊圧力の測定方法（破裂特性）
三菱レイヨン（株）製の水圧破壊試験機に評価用圧力容器をセットし、昇圧速度１. ４ＭＰａ以下で水圧を負荷し、破裂したときの破裂圧力を測定した。
実施例及び比較例において使用した材料は次の通りである。
【００６９】
（３）強化繊維
（ａ）強化繊維：三菱レイヨン（株）製の炭素繊維ＴＲＨ５０１２Ｌを使用した。この炭素繊維は、単繊維直径７μｍ、フィラメント数１２，０００本で、ストランド強度４，９００ＭＰａ、同弾性率２５５ＧＰａ、伸度１. ９％である。
【００７０】
（４）マトリックス樹脂
樹脂：三菱レイヨン（株）製エポキシ樹脂＃７００Ｂ（組成エピコート８２８／ＸＮ１０４５／ＢＹＫＡ５０６）の樹脂を使用した。
【００７１】
（５）トウプリプレグ
（ａ）トウプリプレグ：１本のトウからなるプリプレグとして、ニューポートアドヘシブ
スアンドコンポジットインク．（ＮｅｗｐｏｒｔＡｄｈｅｓｉｖｅｓａｎｄＣｏｍｐｏｓ
ｉｔｅｓｉｎｃ．）社製のＷＤＥ−３Ｄ−１（ＴＲＨ５０  １２Ｋ）を使用した。
【００７２】
このトウプリプレグは、三菱レイヨン（株）製の炭素繊維ＴＲＨ５０-１２Ｋに、予めマトリックス樹脂を含浸したものであり、幅が約４ｍｍ、樹脂含有率が約２８質量％である。用いられた炭素繊維は、単繊維直径７μｍ、フィラメント数１２，０００本であり、ストランド強度４９００ＭＰａ、同弾性率２５５ＧＰａである。
【００７３】
【表１】
2005089161.tif 000003
【実施例１】
【００７４】
充填圧３０ＭＰａの圧力容器を以下の製造手順で形成した。
ブリネル硬さが約２００のＳＵＳ３０４のステンレス鋼からなるガイドの繊維束接触面
上に厚み約３０μｍのハードクロムメッキを施した。その後、その繊維束接触面の表面に
サンドブラスト処理を施し、その表面粗さを約１０Ｓに仕上げた。このガイドを図１に示
す繊維強化複合材料の製造装置（ＦＷ）に装着し、上記樹脂（４）を含浸した強化繊維（
３）を用いて評価用圧力容器サンプルを得た。
【００７５】
このとき、ＦＷ工程において各強化繊維束の毛羽の発生はほとんどなく、各強化繊維束
の工程通過性が良好に得られた。次に、破壊圧力の測定を実施したところ、１１６ＭＰａ
であった。この結果を表１に示している。
【実施例２】
【００７６】
充填圧３０ＭＰａの圧力容器を以下の製造手順で形成した。
ブリネル硬さが約２００のＳＵＳ３０４のステンレス鋼からなるガイドの繊維束接触面
上に厚み約３０μｍのハードクロムメッキを施した。その後、その繊維束接触面の表面に
研磨処理を施し、その表面粗さが約２Ｓ以下になるように仕上げた。このガイドを図１に
示す繊維強化複合材料の製造装置に装着し、上記樹脂（４）を含浸した強化繊維（３）を用いて評価用圧力容器サンプルを得た。
【００７７】
このとき、ＦＷ工程において各強化繊維束に若干量の毛羽が発生したが、各強化繊維束
の工程通過性が良好に得られた。次に、破壊圧力の測定を実施したところ、１１３ＭＰａ
であった。この結果を表１に示している。
【実施例３】
【００７８】
充填圧３０ＭＰａの圧力容器を以下の製造手順で形成した。
ブリネル硬さが約３２０以上のＳＣＭ鋼からなるガイドの繊維束接触面にサンドブラス
ト処理を施し、その表面粗さが約１０Ｓ程度に仕上げた。このガイドを図１に示す繊維強
化複合材料の製造装置（ＦＷ）に装着し、上記樹脂（４）を含浸した強化繊維（３）を用
いて評価用圧力容器サンプルを得た。
【００７９】
このとき、ＦＷ工程において各強化繊維束の毛羽の発生はほとんどなく、各強化繊維束
の工程通過性が良好に得られた。次に、破壊圧力の測定を実施したところ、１１４ＭＰａ
であった。この結果を表１に示している。
【実施例４】
【００８０】
充填圧３０ＭＰａの圧力容器を以下の製造手順で形成した。
ブリネル硬さが約２００のＳＵＳ３０４のステンレス鋼からなるガイドの繊維束接触面
上に、厚みが約３０μｍのハードクロムメッキを施した。その後、その繊維束接触面の表
面にサンドブラスト処理を施し、その表面粗さを約５Ｓに仕上げた。このガイドを図１に
示す繊維強化複合材料の製造装置（ＦＷ）に装着し、上記トウプリプレグ樹脂（５）を用
いて評価用圧力容器サンプルを得た。
【００８１】
このとき、ＦＷ工程において各強化繊維束の毛羽の発生はほとんどなく、各強化繊維束
の工程通過性が良好に得られた。次に、破壊圧力の測定を実施したところ、１１７ＭＰａ
であった。この結果を表１に示している。
【比較例１】
【００８２】
充填圧３０ＭＰａの圧力容器を以下の製造手順で形成した。
ブリネル硬さが約２００のＳＵＳ３０４のステンレス鋼からなるガイドの繊維束接触面
の表面に研磨処理を施し、その表面粗さを約２Ｓ以下に仕上げた。このガイドを図１に示
す繊維強化複合材料の製造装置（ＦＷ）に装着し、上記トウプリプレグ樹脂（５）を用い
て評価用圧力容器サンプルを得た。
【００８３】
このとき、ＦＷ工程において各強化繊維束にかなりの毛羽が発生した。サンプル作成後
、強化繊維束が接触したガイドの繊維束接触面に無数の引っかき傷が確認された。
【００８４】
次に、破壊圧力の測定を実施したところ、１０８ＭＰａであった。この結果を表１に示
している。
【比較例２】
【００８５】
充填圧３０ＭＰａの圧力容器を以下の製造手順で形成した。
ブリネル硬さが約２００のＳＵＳ３０４のステンレス鋼からなるガイドの繊維束接触面
上に、厚みが約３０μｍのハードクロムメッキを施した。その後、その繊維束接触面の表
面にサンドブラスト処理を施し、その表面粗さを約３５Ｓに仕上げた。このガイドを図１
に示す繊維強化複合材料の製造装置（ＦＷ）に装着し、上記樹脂（４）を含浸した強化繊
維（３）を用いて評価用圧力容器サンプルを得た。
【００８６】
このとき、ＦＷ工程において各強化繊維束の毛羽の発生が極めて多くなり、各強化繊維
束の工程通過性がかなり悪化した。次に、破壊圧力の測定を実施したところ、９８ＭＰａ
であった。この結果を表１に示している。
【００８７】
このように、本発明の繊維強化複合材料の製造装置に備えられたガイドの繊維束接触面
の表面を上述のように管理することにより強化繊維束に及ぼすダメージを大幅に減らすこ
とができ、強度発現性の高い成形体を得ることができるということが理解できる。また、
上記ガイドを上記強化繊維束上に配することによって各強化繊維束の工程通過性も良好で
あることから、工程の省力化を実現することができ、最終的に得られる成形体のコストを
大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の代表的な実施形態である繊維強化複合材料の製造装置の一例を模式的に示す構成説明図である。
【図２】従来の繊維束送り機構の断面図である。
【図３】芯材の軸線に沿う方向に繊維束を巻付ける時の前記繊維束送り機構の側面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１                繊維強化複合材料の製造装置
２（2a,2b,2c）    ボビン
３                樹脂含浸装置
３ａ              樹脂槽
４                トラバース部
５                芯材
６〜１５，２２    固定式のガイド
１６〜２１        回転式のガイド
３０              強化繊維束
【図１】
2005089161.tif 000004
【図２】
2005089161.tif 000005
【図３】
2005089161.tif 000006