(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチック製の長尺品の作製に用いられる工作機械であって、
心棒と、
前記心棒の両端を把持するチャックと、
前記チャックを離す方向に力を加え、前記把持している心棒に張力を与える張力付与機構と、
前記チャックを回転駆動する駆動機構と、
強化用繊維の織物を、前記駆動機構により回転される心棒へと繰り出し、前記織物が螺旋状に巻き付くように、繰り出す位置を変更する、繰り出し機構と、
前記チャックを相対的に回転させて、前記心棒にねじりトルクを加えるトルク付与機構と、
を含む工作機械。
【請求項２】
請求項１に記載の工作機械であって、
前記駆動機構は、前記心棒両端の二つのチャックを同時に駆動可能であり、かつ一方のみの駆動も可能であり、
前記トルク付与機構は、前記駆動機構により一方のチャックを駆動すると同時に、他方に制動力を発生させるものである、
工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと記す）製の管などの長尺品およびそれの製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化プラスチックは、軽量、高強度という利点のために、様々な分野でその使用が広まっている。長尺のＦＲＰ製品を作製する方法として、強化用の繊維により織られた織物を心棒に巻き付け、樹脂を含浸し、樹脂を硬化させた後、心棒を引き抜く方法が知られている。この方法は、多様な軸直交断面および軸を含む断面の形状に対応できる。また、巻回数を変えることで長手方向の厚さを変えることも容易に対応できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の方法においては、強化用繊維の屈曲性が悪い場合、心棒の側面形状に沿って巻き付けることができず、所望の断面形状を得られないという問題があった。また、巻き付け始めの部分の固定がうまくできない場合があるという問題があった。特に、細い管を作製しようとする場合は、強化用繊維の屈曲性が不十分で、また織物の一辺を心棒に固定することが困難であり、ある程度以下の細い管は、前述の方法で作製されていない。
【０００４】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであり、強化用繊維の織物の屈曲性に対して細く、長尺なＦＲＰ製品を作製することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明においては、ＦＲＰの強化用の繊維で織った織物を心棒に螺旋状に巻き付けている。螺旋状に巻き付けることによって、強化用繊維の曲率半径を大きくすることができ、繊維の屈曲性が悪い場合であっても小径の心棒に巻き付けることが可能となる。
【０００７】
前記織物には、巻き付け前または後に樹脂が含浸され、続いてこの樹脂を硬化させる。この後、心棒を引き抜く。この脱芯の際には、心棒に張力を付与することができ、またはすでに張力が付与されている場合は、さらに張力を増すことができる。また、心棒をねじることも好ましい。張力、ねじりの少なくとも一方を加えることにより、心棒表面と硬化した樹脂が引き剥がされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、ＦＲＰ製長尺品の例としての管を製作する工程の概略を示す図である。心棒１０は、図１（ａ）に示すように、その両端をチャック１２，１４に把持され、さらにチャック１２，１４により張力が付与されている。この張力によって、心棒１０は真直な状態に保持される。強化用繊維で織られた織物１６は、図示するように縦横の繊維が、斜めに交差している。横糸１８は心棒１０の軸に沿って配置されている。また、縦糸２０は、後述する織物１６の螺旋状の巻き付け方向に沿うように配置されている。織物１６は、縦横の糸の方向に沿って辺が形成されており、よって、図において上端左側の角は鋭角となっている。この織物１６の上端左側部分を心棒１０に固定する。固定の方法は、例えば織物１６の上からベルト状のものを巻き付け、締める。
【００１０】
この状態で、チャック１２，１４を回転駆動し、心棒１０を回転させる。この回転と同期して、織物１６を送り出し、順次心棒１０に巻き付けていく。織物１６は、図示するように平行四辺形状であり、言い換えれば、織物が送られる方向に対し側方の辺が心棒１０の軸方向に対し斜めになっている。よって、織物１６を心棒１０に巻き付けると、前記側方の辺が螺旋を描くように巻き付けられている。また、縦糸２０も同様に螺旋を描くように巻き付けられる。縦糸２０が螺旋状に巻き付けられることによって、糸の曲率半径が心棒１０の半径より大きくなり、屈曲性の低い繊維であっても巻き付けることができる。このときのリード角θ、（心棒１０に巻き付けられた縦糸２０の、心棒１０と同心の円筒面上での接線と、心棒１０の軸直交平面のなす角）は、５〜４５°程度が好ましい。また、前述のように織物１６の先端の鋭角側の一端のみ心棒１０に固定したため、巻き付け初期においては浮き上がりが発生するが、巻き付けが進むに従って心棒に沿って巻き付けられるようになる。
【００１１】
図１（ｂ）に示すように、織物１６には、心棒１０に巻き付けられた状態で、硬化前の樹脂２２が含浸される。さらに、図１（ｃ）において加熱器２４で加熱して樹脂が硬化し、素材２６を得る。樹脂硬化後、図１（ｄ）に示すように、チャック１２，１４により、心棒１０に加わる張力をさらに増加させる。また、心棒１０をひねるように、ねじりトルクを加える。これらの張力およびねじりにより、心棒１０と、これと接着状態にあった樹脂の内周面とが剥離する。そして、図１（ｅ）に示すように心棒１０を素材２６から引き抜く（脱芯）。さらに素材２６の両端の、織物１６が規定回数巻き付けられていない部分、または織物１６が浮く可能性がある部分については切り落とし、間の部分を製品として切り出す。
【００１２】
得られた製品は、管または円筒のＦＲＰ製品であり、強化繊維の方向は軸方向に沿うものと、螺旋状に巻かれたものと二つとなる。特に、軸方向に延びる強化繊維が曲げ、引張り強度の増加に貢献する。
【００１３】
図１の製造工程においては、織物１６を巻いた後、樹脂を含浸したが、樹脂と織物の特性に応じて、巻き付ける前に含浸するようにしてもよい。具体的には、硬化前の樹脂の粘度が高い場合や、織物の繊維の密度が高い場合などは、巻き付け前に含浸させる。また、樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができ、特に限定されるものではない。強化用の繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維またはセラミック繊維などが使用可能である。
【００１４】
また、樹脂と心棒の接着についての問題は、心棒が太い場合、大きなものとならない。この場合、加熱器２４の熱により心棒が膨張した状態で樹脂が硬化し、その後、心棒が冷却されて収縮するので、このときに樹脂と心棒が剥離する。しかし、心棒が細い場合など、心棒の収縮量が小さく十分な剥離が起きない場合、前述したような張力、ねじりトルクの一方、または双方を加えることで、剥離させることができる。心棒と樹脂を剥離させることにより、比較的容易に心棒を抜くことができる。
【００１５】
図２には、強化繊維の織物１６を巻き付けるための装置の例が示されている。図１に示す構成要素と同様のものについては、同一の符号を付し、説明を省略する。左側のチャック（以下、固定チャック）１４は、フレーム２８上に固定されており、右側のチャック（以下、可動チャック）１２は、フレーム２８上に、心棒１０の軸方向に移動可能に配置されている。可動チャック１２は、送りねじ３０により移動され、また心棒１０に張力が付与可能となっている。すなわち、二つのチャック１２，１４で心棒１０を把持した状態で、可動チャック１２を固定チャック１４から離す向きに送りねじ３０を回転させると、心棒１０に張力が付与される。よって、フレーム２８や送りねじ３０などが張力付与機構として機能する。心棒１０の材質として、細径であっても張力に対し十分な強度があること、樹脂を硬化させる際の加熱に対して耐性（耐熱性）があることが要求される。一般的には、ピアノ線、アルミ線、チタン線などの金属線を用いるが、他の材料を用いてもよい。
【００１６】
固定チャック１４は減速機を内蔵したモータ３２により回転駆動される。一方、可動チャック１２は、ギア列３４と伝動軸３６を介して、前述のモータ３２により回転駆動される。チャック１２，１４の回転により心棒１０も回転し、強化用繊維の織物１６が巻き付けられる。心棒１０は、チャック１２，１４に把持され張力が付与された状態で、すなわちフレーム２８と一体となった状態で、モータなどの他の構成から分離可能となっている。したがって、織物１６に含浸された樹脂を硬化する際にも心棒１０には張力が付与され、真直な状態が維持される。
【００１７】
樹脂硬化後、再び図２の状態にセットされる。送りねじ３０により心棒１０にさらに張力が付与される。ギア列３４中のひとつのギアを抜いてモータ３２の駆動力が可動チャック１２に伝達しないようにする。さらに、可動チャック１２と同期して回転するギアにロックギア３８を噛み合わせる。ロックギア３８は、回転しない、または回転する角度の範囲が限定されているギアであり、これによって、可動チャック１２は回転が制限される。この状態でモータ３２により固定チャック１４を回転すると、心棒１０にねじりトルクが付与される。すなわち、モータ３２やロックギア３８などが、ねじりトルク付与機構として機能する。前述の張力と、ねじりトルクにより、硬化した樹脂と心棒１０が剥離される。
【００１８】
樹脂と心棒１０の剥離をした後、チャック１２を開き、図３に示すように、素材２６の外周を把持する。そして、送りねじ３０によってチャック１２を図中右方向に移動させ、素材２６を引き抜くことができる。
【００１９】
図４には、強化用繊維の織物１６の供給機構の例が示されている。織物１６が巻かれたロール４０が、ロールホルダ４２に保持されている。ロールホルダ４２は、モータ４６に駆動される送りねじ４４とねじ結合している。送りねじ４４は、図示するように心棒１０と略平行に配置され、よってロールホルダ４２は、モータ４６の回転駆動により心棒１０と略平行に移動させることができる。心棒１０の回転によって織物１６がロール４０から繰り出され、また心棒１０の回転に同期してモータ４６が回転し、織物１６が螺旋状に巻き付けられる。
【００２０】
以上の説明においては、管状のＦＲＰ製品について説明したが、管の断面形状は円以外に、楕円、多角形など様々な形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態のＦＲＰ製の長尺部品の製造工程の概略を示す工程図である。
【図２】  織物を心棒に巻き付ける工作機械の一例を示す図である。
【図３】  素材から心棒を引き抜く際の動作説明図である。
【図４】  織物を繰り出す機構の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０  心棒、１２  チャック（可動チャック）、１４  チャック（固定チャック）、１６  織物、２６  素材、２８  フレーム、３０  送りねじ、３２  モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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