(57)【要約】  【課題】脱芯後の長尺ＦＲＰ筒体から複数個の製品を切り出す場合、切断工程だけで切断長と端部直角度に関し、所定の寸法、精度、品質を確保することが可能なＦＲＰ筒体の製造装置を提供することを目的とする。  【解決手段】長尺のＦＲＰ筒体から所定長さの複数個の製品を切り出すＦＲＰ筒体の製造装置において、前記長尺ＦＲＰ筒体の一端部の内径部分に挿入して保持するためのチャック機構を備え、下方側から上記長尺ＦＲＰ筒体を支持するための複数個のフリーローラをカッター部移動軸に対して並列で接続箇所が相対しないように千鳥配置して設け、さらに上方側からも長尺ＦＲＰ筒体を支持するためのフリーローラ設置するとともに、上記下方および上方側からフリーローラによって支持された上記長尺ＦＲＰ筒体を切断するダイヤモンド回転刃を軸方向に制御移動可能に設けたことを特徴とするＦＲＰ筒体の製造装置である。  【選択図】図１
2005288585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺のＦＲＰ筒体から所定長さの複数個の製品を切り出すＦＲＰ筒体の製造装置において、前記長尺ＦＲＰ筒体の一端部の内径部分に挿入して保持するためのチャック機構を備え、下方側から上記長尺ＦＲＰ筒体を支持するための複数個のフリーローラをカッター部移動軸に対して並列で接続箇所が相対しないように千鳥配置して設け、さらに上方側からも長尺ＦＲＰ筒体を支持するためのフリーローラを設けるとともに、上記下方および上方側からフリーローラによって支持された上記長尺ＦＲＰ筒体を切断するダイヤモンド回転刃を軸方向に制御移動可能に設けたことを特徴とするＦＲＰ筒体の製造装置。
【請求項２】
切断時に長尺ＦＲＰ筒体がダイヤモンド回転刃に対して、上方から下方へ押さえる方向に内径チャック部が回転するとともに、ダイヤモンド回転刃も長尺ＦＲＰ筒体に対して、上方から下方へ押さえる方向に回転することを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ筒体の製造装置。
【請求項３】
内径チャック部は、外径が長尺ＦＲＰ筒体内径よりも１ｍｍ以下の範囲で小さく、また長尺ＦＲＰ筒体を保持するための円周方向に複数のピン角状突起物が内蔵され、パイプ挿入後に該ピン角状突起物が突出可能に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のＦＲＰ筒体の製造装置。
【請求項４】
ダイヤモンド回転刃の粒度が＃４０〜＃１３０の範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＦＲＰ筒体の切断装置。
【請求項５】
ダイヤモンド回転刃の回転数が１０００〜５０００ｒｐｍ、切り込み速度が０．５〜２０ｍｍ／秒、内径チャック部の回転数が１０〜６００ｒｐｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＦＲＰ筒体の製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のＦＲＰ筒体の製造装置を用いることを特徴とするＦＲＰ筒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺の繊維強化プラスチック製筒体（以下、ＦＲＰ筒体と略称する。）の製造装置に関し、特に強化繊維に樹脂含浸させ、硬化成形させた後の長尺ＦＲＰ筒体を連続で精度良く、切断するＦＲＰ筒体の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、各種産業分野でＦＲＰ筒体が使われてきつつある。たとえば、近年、燃費の向上や環境保全といった観点から、自動車の軽量化が強く望まれているが、それを達成する一手段として、プロペラシャフトチューブのＦＲＰ化が検討され、一部で既に実用化されるに至っている。また、フィルム巻き取り用や新聞印刷輪転機など産業用ロールにおいても、同様に慣性モーメント低減のための軽量化の要望があり、ＦＲＰ製ロールが一部で既に採用されるに至っている。
【０００３】
そのようなＦＲＰ筒体の製造方法としては、種々の方法があるが、例えば代表的なフィラメントワインディング法では樹脂含浸強化繊維束がマンドレルに所定層巻き付けられ筒体が形成され、樹脂を加熱、硬化させることによって所定のＦＲＰ筒体が成形される。このような方法においては、マンドレル上で樹脂含浸させた強化繊維を軸方向に巻き付け、その後硬化させてＦＲＰ筒体を製造し、次工程で種々の用途に応じて定寸カットを行う。その際、長尺のＦＲＰ筒体からマンドレルを軸方向に引き抜き（以下、脱芯と略称する。）、その後に複数個の製品を、切断端部で軸心との直角度が出た状態で精度よくしかも一定長さに切断加工する必要がある。
【０００４】
しかし、プロペラシャフトや、産業用ロールの分野においては、完成体としての支点間長の精度が厳しく、そのため当然ＦＲＰ筒体自体の長さの精度（許容公差）も厳しく要求されている。
【０００５】
ＦＲＰ筒体の端面の直角度や凹凸においても、ＦＲＰ筒体の両端面に金属製の継手部材を圧入もしくは接着で接合する際、継手部材が傾いて挿入されないように、また挿入終了時、端部に欠陥を発生させないようにするため、その精度が厳しく要求されている。
【０００６】
複合材料の切断加工手段としては、「加工部の材料特性が低下したり、必要な精度が得られないので、大きなせん断力の作用する切削はあまり用いられない」、「切削切断、せん断切断のような切断加工の後は研磨による仕上げ加工が付随する」が一般的に知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
前記長尺ＦＲＰ筒体から所定の寸法、精度をもったパイプを採取する場合は、万力のようなもので固定させた状態で丸鋸、バンドソーなどを使用して最終寸法長の＋２〜３ｍｍに荒切りし、その後、旋盤加工、研磨、研削などで切断長と端部直角度を仕上げて、所定の寸法、精度を確保する。
【０００８】
ところが、上記のような長尺ＦＲＰ筒体の切断工程においては次のような問題があった。
【０００９】
まず、荒切り→仕上げ加工と２工程が必要で、最終製品ができるまでのリードタイムが長くなる上に、工数、設備、品質管理項目も増えて、コストアップの要因となってしまう。研磨、研削で仕上げる場合は特に顕著である。
【００１０】
また、荒切りで長尺のＦＲＰ筒体を固定させた状態にするとき、例えば万力のような構造のものでＦＲＰ筒体を挟み込んで固定し、ＦＲＰ筒体円周方向に過度な負荷をかけてＦＲＰ筒体を損傷する可能性がある。
【００１１】
仕上げの旋盤加工では、ＦＲＰ筒体を内面チャックで固定する際、過度な負荷をかけて内面に傷を発生させる可能性と、加工条件（切削速度、切り込み量など）不適による端面繊維めくれが発生してしまう。
【００１２】
さらに上記の方法では、長尺ＦＲＰ筒体にかなりの加工代を考慮しなければならず、ロス分が多くなるほど、歩留まりが悪化する。
【非特許文献１】「複合材料の辞典」（朝倉書店、１９９１年３月２０日発行、第２２３〜２２４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記のような問題点に着目し、脱芯後の長尺ＦＲＰ筒体から複数個の製品を切り出す場合、切断工程だけで切断長と端部直角度に関し、所定の寸法、精度、品質を確保することが可能なＦＲＰ筒体の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
（１）長尺のＦＲＰ筒体から所定長さの複数個の製品を切り出すＦＲＰ筒体の製造装置において、前記長尺ＦＲＰ筒体の一端部の内径部分に挿入して保持するためのチャック機構を備え、下方側から上記長尺ＦＲＰ筒体を支持するための複数個のフリーローラをカッター部移動軸に対して並列で接続箇所が相対しないように千鳥配置して設け、さらに上方側からも長尺ＦＲＰ筒体を支持するためのフリーローラを設けるとともに、上記下方および上方側からフリーローラによって支持された上記長尺ＦＲＰ筒体を切断するダイヤモンド回転刃を軸方向に制御移動可能に設けたことを特徴とするＦＲＰ筒体の製造装置。
【００１５】
（２）切断時に長尺ＦＲＰ筒体がダイヤモンド回転刃に対して、上方から下方へ押さえる方向に内径チャック部が回転するとともに、ダイヤモンド回転刃も長尺ＦＲＰ筒体に対して、上方から下方へ押さえる方向に回転することを特徴とする前記（１）に記載のＦＲＰ筒体の製造装置。
【００１６】
（３）内径チャック部は、外径が長尺ＦＲＰ筒体内径よりも１ｍｍ以下の範囲で小さく、また長尺ＦＲＰ筒体を保持するための円周方向に複数のピン角状突起物が内蔵され、パイプ挿入後に該ピン角状突起物が突出可能に設けられていることを特徴とする前記（１）または（２に記載のＦＲＰ筒体の製造装置。
【００１７】
（４）ダイヤモンド回転刃の粒度が＃４０〜＃１３０の範囲にあることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のＦＲＰ筒体の切断装置。
【００１８】
（５）ダイヤモンド回転刃の回転数が１０００〜５０００ｒｐｍ、切り込み速度が０．５〜２０ｍｍ／秒、内径チャック部の回転数が１０〜６００ｒｐｍの範囲にあることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のＦＲＰ筒体の製造装置。
【００１９】
（６）前記（１）〜（５）のいずれかに記載のＦＲＰ筒体の製造装置を用いることを特徴とするＦＲＰ筒体の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のＦＲＰ筒体の製造装置によるときは、長尺ＦＲＰ筒体の切断の際、内径チャックによる保持と下部ローラと上部ローラによる支持で確実に固定することができ、切断長と端部直角度に関し、所定の寸法、精度、品質を確保することができる。
【００２１】
また、長尺ＦＲＰ筒体とダイヤモンド回転刃を同時に回転させることにより、ダイヤモンド回転刃を長尺ＦＲＰ筒体に対して常に真っ直ぐ切り込んでいくことができるので常時安定した切断精度、品質を確保することができる。
【００２２】
さらにまた、ダイヤモンド回転刃の粒度や回転数および送り速度を上記の範囲にすることによっても、切断精度、品質を確保することができるとともに、ダイヤモンド回転刃の寿命を長くすることができる。
【００２３】
このように切断長と端部直角度に関し、所定の寸法、精度、品質を確保することができ、かつ、ダイヤモンド回転刃の寿命を長くすることができる、本発明に係るＦＲＰ筒体の製造装置は、ＦＲＰ製プロペラシャフトやＦＲＰ製産業用ロールの製造に適用してきわめて有用なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明のＦＲＰ筒体の製造装置について詳述する。
【００２５】
図１は本発明の製造装置の一例を示す正面図であり、図２はその平面図、図３はその側面図、図４は内径チャック部の拡大図、図５はダイヤモンドカッターの正面図と側面図であり、以下図面に基づいて説明する。
【００２６】
本発明のＦＲＰ筒体の製造装置は、長尺ＦＲＰ筒体１の片側内径を挿入保持するための内径チャック機構３、４を備えるとともに、下方からは長尺ＦＲＰ筒体１を支えるため複数個のフリーローラ（例えば、大きさφ１０〜φ５０のもの）２がカッター部移動軸（例えば、ボールネジ８）に対して、図２に示すとおり、並列で接続箇所１４が隣接するフリーローラ２と相対しないように千鳥配置され、上方からも長尺ＦＲＰ筒体１を支えるための複数個（例えば、１〜３個）のフリーローラである、上方押さえローラ９が反チャック端部に存在し、軸方向に制御移動することができるダイヤモンドカッター５を有しているものである。
【００２７】
フリーローラ２は、それ自体に駆動源を備えておらず、長尺ＦＲＰ筒体の回転により連れ回りする構造となっている。
【００２８】
ダイヤモンドカッター５は、ボールネジ８に連結されているスライドテーブル６に設置されており、ＮＣ制御（必要なデータ数値を入力することによりコンピュータ制御で作動させる）でボールネジ８に接続されているサーボモータ７を作動させることにより、長尺ＦＲＰ筒体１の軸方向に対して、切断させたい位置に精度良くダイヤモンドカッター５を移動させる構造となっている。
【００２９】
また、長尺ＦＲＰ筒体１の切り込み方向に対しても、エアーシリンダ等でスライドテーブル１３が前後方向に移動する構造となっており、長尺ＦＲＰ筒体１の厚み分に、ダイヤモンドカッター５が切り込みを入れて切断をし、切断完了後は後退するようになっている。
【００３０】
ダイヤモンドカッター５の回転は駆動モータ１１によって付与される。
【００３１】
下方フリーローラ２は長尺ＦＲＰ筒体１の外径に応じて上下方向の位置を調整するための機構を備えていたり、また切断終了後、ＦＲＰ筒体を取りやすくするため作業者側の各下方フリーローラ２が個別に下がる機構を備えていることが好ましい。
【００３２】
また、下方フリーローラ２はパイプが保持固定されている状態ではパイプの軸心がカッター部移動軸（ボールネジ８）に対して平行になるように上下方向の位置を調整されている。
【００３３】
フリーローラ２、９の材質に関しては、ＦＲＰ筒体を傷つけず、フリーローラ２、９の変形量を小さくするために高弾性のゴムなどが好ましい。
【００３４】
内径チャック機構３、４に関しては、長尺ＦＲＰ筒体１の内径に応じて容易に取り替えられるようにしておくことが好ましい。
【００３５】
このとき、内径チャック部３の外径をＦＲＰ筒体内径より０〜１ｍｍ小さく、また図４の内径チャック部の拡大図に示すとおり、ＦＲＰ筒体を確実に保持するため円周方向に複数のピン角状突起物４が内蔵され、ＦＲＰ筒体挿入後、ピン角状突起物４がエアー圧力等で突出してくる機構にすることにより、長尺ＦＲＰ筒体１が切断時、軸方向に緩みで移動せず、常時最適な状態で保持されるようにすることが好ましい。
【００３６】
また本発明に係るＦＲＰ筒体の製造装置は、切断時、長尺ＦＲＰ筒体１がダイヤモンド回転刃５に対して、上から下へ押さえる方向に内径チャック部３が駆動モータ１０を介して回転するとともに、ダイヤモンド回転刃５も駆動モータ１１を介して、長尺ＦＲＰ筒体１に対して、上から下へ押さえる方向に回転するようになっている。
【００３７】
上記ダイヤモンド回転刃５は切断精度、品質、ダイヤモンド回転刃寿命を考慮して、図５に示すダイヤモンドカッターのダイヤモンド砥粒１２の粒度を＃４０〜＃１３０の範囲に、また回転数を１０００〜５０００ｒｐｍ、切り込み速度を０．５〜２０  ｍｍ／秒、内径チャック部３の回転数を１０〜６００ｒｐｍの範囲にしておくことが好ましい。
【００３８】
粒度とは所定の目開きを備えたメッシュでふるいにかけることにより得られる粒もしくは粉の大きさを表す単位である。
【００３９】
このようなＦＲＰ筒体の製造装置においては、長尺ＦＲＰ筒体１の片側内径を挿入保持するためのチャック機構３、４を備え、下方からは長尺ＦＲＰ筒体１を支えるため複数個のゴム製フリーローラ２がカッター部移動軸（ボールネジ８）に対して、図２に示すとおり、並列で接続箇所１４が相対しないように千鳥配置され、上方からも長尺ＦＲＰ筒体１を支えるためのフリーローラ９が反チャック端部に設置されるているので、切断時に長尺ＦＲＰ筒体１に緩みやガタが発生することなく、切断長、端面直角度、切断面凹凸などの精度が確保される。
【００４０】
また、切断時、長尺ＦＲＰ筒体１がダイヤモンド回転刃５に対して、上から下へ押さえる方向に内径チャック部３が駆動モータ１０を介して回転すると共に、ダイヤモンド回転刃５も駆動モータ１１を介して、長尺ＦＲＰ筒体１に対して、上から下へ押さえる方向に回転するので、ダイヤモンド回転刃５の厚みを薄くしても絶えずダイヤモンド回転刃５は長尺ＦＲＰ筒体１に対して真っ直ぐ切り込みを入れることができるので切断不具合を防止することができる。
【００４１】
また、内径チャック部３は外径がパイプ内径より０〜１ｍｍ小さく、また図４の内径チャック部の拡大図に示すとおり、パイプを確実に保持するため、円周方向に複数のピン角状突起物４が内蔵され、パイプ挿入後、ピン角状突起物４がエアー圧力等で突出して保持するため、長尺ＦＲＰ筒体１が緩みで軸方向に移動することがないので切断長の不具合を防止することができる。
【００４２】
ダイヤモンド回転刃５は、図５に示すダイヤモンドカッターのダイヤモンド砥粒１２の粒度を＃４０〜＃１３０の範囲に、また回転数を１０００〜５０００ｒｐｍ、切り込み速度を０．５〜２０ｍｍ／秒、内径チャック部３の回転数を１０〜６００ｒｐｍの範囲に設定されることにより切断面の欠けを防止することができ、またダイヤモンド回転刃５の過度な発熱を防止することによりダイヤモンド回転刃５の寿命を長くすることができる。
【実施例】
【００４３】
以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係るＦＲＰ筒体の製造装置を示している。
【００４４】
図１において、マンドレルから引き抜かれた長尺ＦＲＰ筒体１（製品長１０００ｍｍ×２本取り）が、内径チャック部３に挿入把持された状態を示している。
【００４５】
このＦＲＰ筒体１の成形は、織物やシートのプリプレグ形態のものを巻き付けて成形するシートワインディング、またフィラメントワインディング法と呼ばれる成形法により、樹脂含浸強化繊維束をマンドレルに巻き付けていく方法によって成形されても良い。強化繊維としては炭素繊維に限らず、例えばガラス繊維、アラミド繊維など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。
【００４６】
ＦＲＰ筒体の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などの熱硬化性樹脂を使用する。ただし、他の樹脂や、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などの熱可塑性樹脂を使用することも可能である。
【００４７】
この長尺ＦＲＰ筒体１（製品長１０００ｍｍ×２本取り）を２列に千鳥配列されたゴム製フリーローラ２の上に置き、内径チャック部３に長尺ＦＲＰ筒体１の内径を挿入する。
【００４８】
内径チャック部３から複数のピン角状突起物４が突出し、上方押さえローラ９が下降し、長尺ＦＲＰ筒体１を保持した状態でＮＣ制御された粒度＃８０のダイヤモンドカッタ−刃５が左右方向移動軸（ボールネジ８）を介して所定位置に移動して、回転数３０００ｒｐｍ、切込速度２ｍｍ／秒、チャック回転数１００ｒｐｍで切断を開始した。
【００４９】
切断された１０００ｍｍのパイプの観察・測定を実施したところ、切断長は設定値１０００ｍｍに対し±０ｍｍ、端面直角度は両端共に０．０１ｍｍと非常に精度良く切断されており、また端面の切断状態も凹凸、欠け、繊維のはがれも見られず、充分に車両用のＦＲＰプロペラシャフトのパイプとして使用できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例に係るＦＲＰ筒体の製造装置の正面図である。
【図２】図１の装置の平面図である。
【図３】図１の装置の右側面図である。
【図４】内径チャック部の拡大図である。
【図５】ダイヤモンドカッターの正面図と側面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１：長尺ＦＲＰ筒体
２：フリーローラ
３：内径チャック部
４：ピン角状突起物
５：ダイヤモンドカッター
６：スライドテーブル
７：サーボモータ
８：ボールネジ
９：上方押さえローラ
１０：駆動モータ
１１：駆動モータ
１２：ダイヤモンド砥粒
１３：スライドテーブル
１４：接続箇所
【図１】
2005288585.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005288585.tif 000005
【図４】
2005288585.tif 000006
【図５】
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