(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を含浸させた複数本の補強繊維を一方向に引き揃えて繊維束を形成するステップと、
前記繊維束を引っ張りながら、ブレイダーを用いて前記繊維束の外周面上に,樹脂を含浸させた別の補強繊維のブレイド層を組成するステップと、
前記ブレイド層を有する繊維束を引っ張りながら絞り金型に通して引き抜くステップと、
前記繊維束のブレイド層上に、樹脂を含浸させた別の補強繊維を前記繊維束の引っ張り方向に沿って配置して表面層を形成するステップと、
前記表面層および前記ブレイド層を有する繊維束を引っ張りながら加熱金型に通して引き抜き、成形硬化させるステップを順次実行する樹脂強化繊維の引抜成形法であって、
前記絞り金型を、前記加熱金型の断面形状に相似しかつそれと同等またはそれより小さい寸法の断面形状としたことを特徴とする前記引抜成形法。
【請求項２】
樹脂含浸した複数本の補強繊維を一方向に引き揃えてなる繊維束を張力が及ぼされた状態で連続供給する繊維供給装置と、前記繊維供給装置から供給された繊維束が通される加熱金型と、前記加熱金型から成形硬化された成形品を連続的に引き抜く引抜装置を備えた引抜成形機において、前記繊維供給装置と前記加熱金型の間に、前記繊維束上に樹脂含浸した別の補強繊維のブレイド層を組成するブレイダー装置と、前記ブレイダー装置の後方に配置され、前記加熱金型の断面形状に相似しかつそれと同等またはそれより小さい寸法の断面形状を有し、前記ブレイド層を有する前記繊維束が張力を及ぼされながら通される絞り金型と、前記絞り金型の後方に配置され、前記ブレイド層上に樹脂含浸した別の補強繊維を引き抜き方向に沿って供給する一方向材供給装置とが直列に配置されていることを特徴とする引抜成形機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数本の補強繊維に樹脂を含浸させるとともにこれを一方向に引き揃えて形成した繊維束を、張力を及ぼしながら加熱金型に通して引抜き、成形硬化させる樹脂強化繊維の引抜成形法および引抜成形機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂強化繊維の引抜成形法は、公知のように、複数本の補強繊維に樹脂を含浸させるとともにこれを一方向に引き揃えて繊維束を形成し、この繊維束を張力を及ぼしながら加熱金型に通して引抜き、成形硬化させることによって樹脂強化繊維成形品を得るものである。
ところが、こうして得られた成形品においては補強繊維が一方向にしか入っていないので、成形品はその軸に垂直な方向や周方向の強度が低下するという問題を生じていた。
【０００３】
そこで、成形品の軸に垂直な方向や周方向の強度を高めるため、ブレイダーを使用して繊維束の外周面上に別の補強繊維のブレイド層を組成し、繊維束からなる芯体と、ブレイド層との二重構造を有するプリフォームを形成し、このプリフォームに樹脂を含浸させ、加熱金型に通して引抜き、成形硬化させる方法が考えられる。この方法によれば、得られた成形品は、ブレイド層の作用によって、軸に垂直な方向や周方向の強度を高められる。
【０００４】
ところが、引抜成形法によれば、プリフォームの軸方向に４００〜５００ｋｇ程度の引抜き張力が常時及ぼされる。そして、この軸方向張力の作用によってプリフォームのブレイド層が径方向に収縮してしまう。このため、加熱金型に通すときには、プリフォームの断面の寸法は加熱金型の断面の寸法よりも小さくなってしまい、金型寸法通りの断面寸法、すなわち予め設計された断面寸法をもつ成形品を得ることはむづかしく、この場合、ブレイド層の径方向の収縮を予測してブレイド層の厚さを制御することも考えられるが、この制御は極めて困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、ブレイダーを使用する樹脂強化繊維の引抜成形法において、設計通りの外形寸法を有しかつ従来のものより強度が高められた樹脂強化繊維成形品が得られるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、樹脂を含浸させた複数本の補強繊維を一方向に引き揃えて繊維束を形成するステップと、前記繊維束を引っ張りながら、ブレイダーを用いて前記繊維束の外周面上に,樹脂を含浸させた別の補強繊維のブレイド層を組成するステップと、前記ブレイド層を有する繊維束を引っ張りながら絞り金型に通して引き抜くステップと、前記繊維束のブレイド層上に、樹脂を含浸させた別の補強繊維を前記繊維束の引っ張り方向に沿って配置して表面層を形成するステップと、前記表面層および前記ブレイド層を有する繊維束を引っ張りながら加熱金型に通して引き抜き、成形硬化させるステップを順次実行する樹脂強化繊維の引抜成形法であって、前記絞り金型を、前記加熱金型の断面形状に相似しかつそれと同等またはそれより小さい寸法の断面形状としたことを特徴とする前記引抜成形法が構成される。
【０００９】
また、上記課題を解決するため、本発明によれば、樹脂含浸した複数本の補強繊維を一方向に引き揃えてなる繊維束を張力が及ぼされた状態で連続供給する繊維供給装置と、前記繊維供給装置から供給された繊維束が通される加熱金型と、前記加熱金型から成形硬化された成形品を連続的に引き抜く引抜装置を備えた引抜成形機において、前記繊維供給装置と前記加熱金型の間に、前記繊維束上に樹脂含浸した別の補強繊維のブレイド層を組成するブレイダー装置と、前記ブレイダー装置の後方に配置され、前記加熱金型の断面形状に相似しかつそれと同等またはそれより小さい寸法の断面形状を有し、前記ブレイド層を有する前記繊維束が張力を及ぼされながら通される絞り金型と、前記絞り金型の後方に配置され、前記ブレイド層上に樹脂含浸した別の補強繊維を引き抜き方向に沿って供給する一方向材供給装置とが直列に配置されていることを特徴とする引抜成形機が構成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。
図１は、本発明の１実施例による樹脂強化繊維引抜成形機の全体構成を示す概略図である。図１に示したように、本発明による引抜成形機は、複数本の補強繊維１１を、これに張力を及ぼしながら連続供給するクリール１を有している。クリール１には、それぞれ補強繊維１１が巻装された複数本のボビン１２が備えられている。
補強繊維１１の供給時に張力を及ぼすために、クリール１には、図示しない適当な手段、例えば、各ボビン１２の回転支持部に配置されたトルクリミッタが設けられ、このトルクリミッタの回転抵抗に抗して各ボビン１２が回転するようになっている。
【００１２】
本発明による引抜成形機は、さらに、クリール１から張力が及ぼされた状態で供給された複数本の補強繊維１１に樹脂を含浸させるための第１の樹脂含浸装置２を備えている。第１の樹脂含浸装置２は、溶融状態の熱硬化性樹脂が貯蔵された樹脂貯蔵槽１３と、複数本の補強繊維１１を樹脂貯蔵槽１３内に案内するガイド１５および複数本のガイドローラ１４を備えている。
また、第１の樹脂含浸装置２の出口側には、所定の径を有するガイドリング１６が配置されている。ガイドリング１６は、樹脂貯蔵槽１３を通って樹脂含浸された複数本の補強繊維１１を一方向に引き揃えて繊維束１８を形成すると同時に、補強繊維１１に含浸された余分な樹脂を除去するように機能する。
【００１３】
クリール１および第１の樹脂含浸装置２は、樹脂含浸した複数本の補強繊維１１を一方向に引き揃えてなる繊維束１８を張力が及ぼされた状態で連続供給する繊維供給装置を構成している。
【００１４】
繊維供給装置の下流には、繊維供給装置から供給された繊維束１８が軸方向（補強繊維１１の引き揃え方向）に沿って通される加熱金型６と、加熱金型６によって成形硬化された成形品１７を加熱金型６から連続的に引き抜く引抜装置７が配置されている。
【００１５】
加熱金型６は、製造されるべき樹脂強化繊維成形品１７の断面形状に応じて種々の断面形状、例えば、Ｔ字状断面、Ｉ字状断面、Ｌ字状断面またはＣ字状断面等を有している。また、加熱金型６は、その全体が均一の温度、例えば２００°Ｃに加熱される構成となっていてもよいが、繊維束１８が通される方向に沿って、例えば１００°Ｃ、１５０°Ｃ、２００°Ｃ、あるいは逆に、２００°Ｃ、１５０°Ｃ、１００°Ｃとなるような温度勾配が生じるように加熱される構成とした方が、より特性の優れた成形品１７が得られる。
【００１６】
引抜装置７は、間隔をあけて配置された一対のローラコンベヤ７ａ、７ｂと、図示しないが、ローラコンベヤ７ａ、７ｂを互いに対して押しつけ得る適当な加圧装置とからなっている。そして、加熱金型６によって成形硬化された成形品１７は、一対のローラコンベヤ７ａ、７ｂの間に挟持されながら加熱金型６から連続的に引き抜かれる。クリール１からの補強繊維１１の張力を及ぼしながらの供給は、実質的にこの引抜装置７の引抜き力によって実現される。
【００１７】
第１の樹脂含浸装置２と加熱金型６の間には、樹脂含浸された繊維束１８の外周面上に別の補強繊維２１によるブレイド層を組成するためのブレイダー装置３が配置されている。
図２は、図１のＸ−Ｘ方向に沿った断面であって、下流側から見たブレイダー装置３の概略的な構成を示した図である。図２において、ブレイダー装置３は、円筒または球体を輪切りにした形状の軌道面１９を備えており、ブレイダー装置３の中心部は、組成中に繊維束１８が張力を及ぼされた状態で通過するために空洞になっている。
この場合、これとは別に軌道面を平面状に形成した形式のブレイダー装置を使用することも可能である。
【００１８】
ブレイダー装置３の軌道面１９には、図示はしないが、２つの交錯する溝状の環状軌道が形成され、各環状軌道の溝には、別の補強繊維２１を連続供給するための多数のボビンキャリア２０が案内され、軌道のそれぞれに沿って逆方向に交錯走行するようになっている。
さらに、ブレイダー装置３は、その出口側に、各ボビンキャリア２０から繊維束１８上の組成点に向けて供給される多数本の補強繊維２１に溶融状態の熱硬化性樹脂を含浸させるための第２の樹脂含浸装置８を備えている。第２の樹脂含浸装置８は、各ボビンキャリア２０と繊維束１８上の組成点の間に渡された補強繊維２１によって形成される実質上円錐形状の空間の外側上方に配置され、補強繊維２１に向けて樹脂を放出する樹脂放出器８ａと、前記円錐形状の空間の外側下方に配置され、樹脂放出器８ａから放出された樹脂を捕集する樹脂捕集槽８ｂとからなっている。樹脂捕集槽８ｂに補集された樹脂は、図示しない樹脂循環経路を通じて再び樹脂放出器８ａに供給され、再利用されるようになっている。
【００１９】
そして、各ボビンキャリア２０が環状軌道に沿って走行するとともに、繊維束１８が張力を及ぼされながらブレイダー装置３の中央空洞部を連続的に通過していく。この間に、各ボビンキャリア２０と繊維束１８の間に渡された多数本の補強繊維２１が、第２の樹脂含浸装置８によって樹脂を含浸されながら繊維束１８のまわりに交錯旋回することにより、ブレイディングが行われて繊維束１８上に樹脂含浸された補強繊維２１のブレイド層が組成される。こうして、繊維束１８からなる芯体と、芯体の外周面上に組成されたブレイド層からなる二重構造を有するプリフォーム１８’が連続的に形成される。図４（Ａ）はこのプリフォーム１８’の軸方向断面図である。図４（Ａ）において、Ｂはブレイド層である。
【００２０】
ブレイダー装置３と加熱金型６の間には、加熱金型６の断面形状に相似しかつそれと同等またはそれより小さい寸法の断面形状を有する絞り金型４が配置されており、プリフォーム１８’が張力を及ぼされながらこの絞り金型４に通されるようになっている。図４（Ｂ）は、絞り金型４に通された後のプリフォーム１８’軸方向断面図である。図４（Ｂ）に示したように、プリフォーム１８’が張力を及ぼされながら絞り金型４に通されると、ブレイド層Ｂが半径方向に縮み、プリフォーム１８’は加熱金型６の断面形状に相似し、それと同等またはそれより小さい寸法の断面形状をもつように成形される。この場合、絞り金型４が加熱される構成とすれば、プリフォーム１８’のこの成形がより容易になされるので好ましい。
【００２１】
絞り金型４と加熱金型６の間には、別の補強繊維２２をプリフォーム１８’のブレイド層Ｂ上に供給し、プリフォーム１８’の引抜きの方向に沿って配置することにより、プリフォーム１８’の表面層を形成する一方向材供給装置５が配置されている。
図３は、図１のＹ−Ｙ線に沿った断面であり、上流側から見た一方向材供給装置５の概略構成を示した図である。
【００２２】
図３に示したように、一方向材供給装置５は、四角形のフレーム２３を有し、フレーム２３の内側面には複数の支持部材２５が突設され、各支持部材２５にはボビン支持軸２６が取り付けられている。そして、各ボビン支持軸２６には、補強繊維２２が巻装されたボビン２４が回転自在に支持されている。
【００２３】
フレーム２３の中央には、各ボビン２４から供給される補強繊維２２を案内するための環状ガイド２７が配置されている。環状ガイド２７は、プラスチック製の小リング２８を複数個、環状に結合させたものからなっており、支持板２９を介してフレーム２３の一側部に支持されている。そして、環状ガイド２７の中央開口にプリフォーム１８’が張力を及ぼされながら通される一方、環状ガイド２７の各小リング２８には、対応するボビン２４から引き出された補強繊維２２が通されるようになっている。
【００２４】
そして、各ボビン２４から引き出された補強繊維２２は、環状ガイド２７を通って加熱金型６内に案内され、ここで、プリフォーム１８’のブレイド層Ｂ上にプリフォーム１８’の引抜きの方向に沿って配置され表面層を形成するようになっている。
【００２５】
この場合、プリフォーム１８’は、予め絞り金型４に通されることよって、加熱金型６に通されたとき、プリフォーム１８’と加熱金型６の間に補強繊維２２の入る隙間が生じるように成形されているので、補強繊維２２およびプリフォーム１８’が加熱金型６の入口で詰まることがない。
【００２６】
一方向材供給装置５は、その下流側に、各ボビン２４から環状ガイド２７を通ってプリフォーム１８’のブレイド層上に供給される補強繊維２２に溶融状態の熱硬化性樹脂を含浸させるための第３の樹脂含浸装置９を備えている。第３の樹脂含浸装置９は、環状ガイド２７と加熱金型６の入口の間に渡された補強繊維２２によって形成される実質上円錐形状の空間の外側上方に配置され、補強繊維２１に向けて樹脂を放出する樹脂放出器９ａと、前記円錐形状の空間の外側下方に配置され、樹脂放出器９ａから放出された樹脂を捕集する樹脂捕集槽９ｂとからなっている。この場合、樹脂捕集槽９ｂに補集された樹脂は、図示しない樹脂循環経路を通じて再び樹脂放出器９ａに供給され、再利用されるようになっている。
【００２７】
こうして、一方向材供給装置５の各ボビン２４から供給される補強繊維２２は、環状ガイド２７を通り、第３の樹脂含浸装置９によって樹脂を含浸された後、加熱金型６内に案内され、プリフォーム１８’のブレイド層Ｂ上に引抜き方向に沿って配置されて表面層を形成する。この表面層を有するプリフォーム１８’は、張力を及ぼされながら加熱金型６に連続的に通され、加熱硬化される。
【００２８】
図５は、表面層を有するプリフォーム１８’の軸方向断面図であり、図中、Ｓは表面層である。
プリフォーム１８’が加熱金型６に通されて引き抜かれる間に、プリフォーム１８’には張力が及ぼされ、それによってブレイド層Ｂは半径方向に縮むが、本発明によれば、ブレイド層Ｂの厚さに関係なく表面層Ｓによって引抜き成形品１７の外形寸法が得られるようにしたので、ブレイド層Ｂの半径方向の縮みは表面層Ｓによって補償され、金型寸法通りの成形品１７が得られる。
【００２９】
引抜装置７の下流側にはカッター装置１０が配置され、この装置１０によって、成形品１７が所定の長さに切断されるようになっている。
得られた成形品１７は、ブレイド層の作用により、従来の一方向に引き揃えられた補強繊維のみからなる成形品よりも強度が高められている。加えて、成形品１７の表面層Ｓを引抜き方向に沿って配置された補強繊維２２から形成したので、成形品１７の表面は凹凸がなく滑らかに形成され、成形品１７の表面状態も改善される。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、一方向に配向した補強繊維の繊維束と、繊維束の外周面上に組成された別の補強繊維のブレイド層からなるプリフォームのブレイド層上に、引抜き方向に沿って別の補強繊維を配置して表面層を形成し、ブレイド層の厚さに関係なくこの表面層によって引抜き成形品の外形寸法が得られるようにしたので、引抜き成形の間におけるブレイド層の半径方向の縮みは表面層によって補償され金型寸法通りの成形品が得られる。
【００３１】
得られた成形品は、ブレイド層の作用により、従来の一方向に配向した補強繊維のみからなる成形品よりも強度が高められている。さらには、引抜き方向に沿って配置された補強繊維から表面層を形成したので、成形品の表面に凹凸が現れず、得られた成形品の表面状態も改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例による樹脂強化繊維引抜成形機の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ方向に沿った断面であって、下流側から見たブレイダー装置の概略的な構成を示した図である。
【図３】図１のＹ−Ｙ線に沿った断面であり、上流側から見た一方向材供給装置の概略構成を示した図である。
【図４】プリフォームの軸方向断面図であり、（Ａ）は絞り金型に通される前のものを、（Ｂ）は絞り金型に通された後のものをそれぞれ示している。
【図５】表面層を有するプリフォームの軸方向断面図である。
【符号の説明】
１  クリール
２  第１の樹脂含浸装置
３  ブレイダー装置
４  絞り金型
５  一方向材供給装置
６  加熱金型
７  引抜装置
８  第２の樹脂含浸装置
９  第３の樹脂含浸装置
１０  カッター装置
１１  補強繊維
１２  ボビン
１３  樹脂貯蔵槽
１４  ガイドローラ
１６  ガイドリング
１７  成形品
１８  繊維束
１８’プリフォーム
２０  ボビンキャリア
２１  補強繊維
２２  補強繊維
２４  ボビン
２７  環状ガイド
【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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