JP2000052442A - 強化繊維からなる環状体およびその製造方法 - Google Patents

強化繊維からなる環状体およびその製造方法

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JP2000052442A
JP2000052442A JP10227307A JP22730798A JP2000052442A JP 2000052442 A JP2000052442 A JP 2000052442A JP 10227307 A JP10227307 A JP 10227307A JP 22730798 A JP22730798 A JP 22730798A JP 2000052442 A JP2000052442 A JP 2000052442A
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JP
Japan
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reinforcing fibers
frp
wound
ring
fibers
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JP10227307A
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Kazuyuki Sasaki
一之 佐々木
Hisashi Sekimoto
恒 関本
Makoto Kondo
近藤  誠
Kazuhiro Goto
和宏 後藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のFRPリングはFRP繊維が円周方向
に配向されているので、円周方向の引張強度は強いが半
径方向の引張強度は弱く、半径方向の引張応力が過剰に
作用するとクラックを生じる恐れがある。 【解決手段】 環状とされたFRP繊維10aの束の表
面に、円周方向の軸線lまわりに全周にわたってFRP
繊維10bを巻き付け、FRP繊維10aを円周方向に
配向するとともにFRP繊維10bを半径方向に配向す
ることで半径方向の引張強度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、FRP(繊維強化
プラスチック)繊維等により構成される環状体とその製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】FRPリングは、例えば、電力貯蔵用フ
ライホイールのリングとして使用されるものである。
【0003】図7は、FRPリングを製作する従来の方
法として一般的なフィラメントワインディング製法の実
施状態を示している。図において、符号1はボビン(糸
巻き)、2はFRP繊維、3はマトリックス材、4はマ
ンドレル、5はFRPリングである。ボビン1から出た
FRP繊維2は、エポキシ樹脂等のマトリックス材3を
満たした槽中に通されてマトリックス材3を含浸された
後、マンドレル4に巻き取られてFRPリング5を形成
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、FRPリン
グ5には円周方向にFRP繊維2が配設されているの
で、円周方向の引張強度は強いが、FRP繊維2に対し
て直角方向となるので半径方向には引張強度が弱くなっ
ている。このため、FRPリング5を回転させた場合に
は、回転に伴って発生する半径方向の引張応力が過剰に
作用すれば円周方向にクラックが発生する恐れがある。
【0005】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、FRPリングについて半径方向の引張強度の向
上を図ることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、請求項1記載の強化繊維からなる環状
体は、円を描くように巻回されて環状とされた強化繊維
の束に、円周方向の軸線を周回するように強化繊維が巻
き付けられ、該強化繊維には硬化性樹脂材が含浸されて
いることを特徴としている。
【0007】この強化繊維からなる環状体では、円周方
向に強化繊維が配向されて円周方向の引張強度が高めら
れることに加え、半径方向にも強化繊維が配向されて半
径方向の引張強度が高められる。
【0008】請求項2記載の強化繊維からなる環状体の
製造方法は、円を描くように巻回されて環状とされた強
化繊維の束を円周方向の軸線方向に回転可能に支持して
おき、硬化性樹脂材を含浸させた強化繊維が巻き付けら
れたボビンを前記軸線まわりに周回させて前記束に強化
繊維を巻き付けながら、前記束を前記軸線方向に除々に
回転させることを特徴としている。
【0009】この強化繊維からなる環状体の製造方法で
は、強化繊維が巻き付けられたボビンを円周方向の軸線
まわりに周回させることで、環状とされた強化繊維の束
に強化繊維が巻き付けられて半径方向に配向される。さ
らに、ボビンを周回させながら前記束を円周方向に除々
に回転させることで環状体の全周に強化繊維が巻き付け
られる。
【0010】請求項3記載の強化繊維からなる環状体
は、円を描くように巻回されて環状とされた強化繊維の
束に、円周方向の軸線を周回するように強化繊維が巻き
付けられてなる小環状体が複数重ね合わされ、該小環状
体に、前記軸線を周回するように強化繊維が巻き付けら
れ、該強化繊維には硬化性樹脂材が含浸されていること
を特徴としている。
【0011】この強化繊維からなる環状体では、円周方
向に強化繊維が配向されて円周方向の引張強度が高めら
れることに加え、環状とされた強化繊維の束の内部に強
化繊維が半径方向に配向され、小環状体の表面には強化
繊維が半径方向に配向されて半径方向の引張強度が高め
られる。
【0012】請求項4記載の強化繊維からなる環状体の
製造方法は、円を描くように巻回されて環状とされた強
化繊維の束に、円周方向の軸線を周回するように強化繊
維が巻き付けられてなる小環状体を複数重ね合わせ、該
小環状体を前記軸線方向に回転可能に支持しておき、硬
化性樹脂材を含浸させた強化繊維が巻き付けられたボビ
ンを前記軸線まわりに周回させて前記複数の小環状体に
強化繊維を巻き付けながら、前記小環状体を前記軸線方
向に除々に回転させることを特徴としている。
【0013】この強化繊維からなる環状体の製造方法で
は、環状とされた強化繊維の束に強化繊維が巻き付けら
れてなる小環状体を複数重ね合わせ、強化繊維が巻き付
けられたボビンを該複数の小環状体の円周方向の軸まわ
りに周回させることで、重ね合わされた複数の小環状体
にの強化繊維が巻き付けられる。さらに、ボビンを周回
させながら小環状体の集まりを円周方向に除々に回転さ
せることで小還状体の全周に強化繊維が巻き付けられ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明に係る環状体およびその製
造方法の第1の実施形態を図1ないし図4に示して説明
する。図1ないし図3は、本発明に係る環状体、すなわ
ちFRPリングの製造方法を実施するための装置構成を
示している。図において、符号10は従来のフィラメン
トワインディング製法により作られたFRPリング、1
1は垂直ローラ、12は平行ローラ、13はレール、1
4はボビンである。
【0015】FRPリング10は、円周方向に配向され
たFRP繊維(強化繊維)10aから構成されている。
FRPリング10は外周の3点を回転自在な垂直ローラ
11に支持されるとともに下側の面を垂直ローラ11と
組みになって設けられた水平ローラ12に支持されて回
転可能に支持されている。垂直ローラ11ならびに水平
ローラ12は水平な基盤上に配置されたブロック15に
取り付けられ、ブロック15とともにバネ16によって
FRPリング10の半径方向内方に向けて付勢されてい
る。
【0016】レール13は円形無端の形状を有し、FR
Pリング10の半径方向に平行かつFRPリング10の
円周方向の軸線lに垂直となる仮想の面内に配置されて
いる。ボビン14にはマトリックス材を含浸させたFR
P繊維10bが巻き付けられており、レール13に沿っ
て軸線lまわりを回動可能に支持されるとともにFRP
繊維10bをFRPリング10の半径方向と平行な向き
に繰り出せるように自転可能に支持されている。
【0017】上記の製造装置を利用して半径方向にも高
い引張強度を有するFRPリングを製作する手順を示
す。まず、ボビン14に巻き付けられたFRP繊維10
bの先端をFRPリング10に係止した状態とする。続
いて、レール13に沿ってボビン14を回動させると、
ボビン14からFRP繊維10bが繰り出され、フィラ
メントワインディング製法で形成されたFRPリング1
0について軸線lを周回するようにFRP繊維10bが
巻き付けられる。
【0018】ボビン14がレール13のまわりを1回転
したら、垂直ローラ11または水平ローラ12に付設さ
れたステッピングモータ(図示せず)を駆動させてFR
Pリング10を円周方向に僅かに回転させ、再びレール
13に沿ってボビン14を周回させると、軸線lまわり
にFRP繊維10bが巻き付けられる。なお、マトリッ
クス材は熱硬化性の樹脂材であるので常温で硬化するこ
とはなく、FRP繊維10bの巻き付け作業中に硬化す
るようなことはない。
【0019】このように、レール13に沿うボビン14
の回転とFRPリング10の回転とを繰り返し行うこと
でFRP繊維10bが巻き付けられていき、図4に示す
FRPリング10'が得られる。
【0020】上記の手順で製造されたFRPリング1
0'には、FRP繊維10aが円周方向に配向されるこ
とで円周方向について十分な引張強度が与えられる。こ
れに加え、FRP繊維10aの束の表面に、FRP繊維
10bが半径方向に配向された状態となることで、半径
方向について十分な引張強度が与えられる。
【0021】したがって、上記の製造方法によれば、フ
ィラメントワインディング製法で作られた従来のFRP
リングの欠点であった半径方向の引張強度の弱さを克服
し、円周方向にも半径方向にも高い引張強度を有するF
RPリング10'を得ることができる。
【0022】本発明に係るFRPリングおよびその製造
方法の第2の実施形態を図5および図6に示して説明す
る。なお、第1の実施形態において既に説明した構成要
素には同一の符号を付して説明を省略する。図5は、本
発明に係る環状体、すなわちFRPリングの製造方法の
実施状態を示している。図において、FRPリング1
0'A,10'Bは、前記第1の実施形態におけるFRP
リング10'と同じ構造を有するものである。FRPリ
ング10'A,10'Bは、上下に重ね合わされている。
【0023】上下に重ね合わされたFRPリング10'
A,10'Bについて、上記第1の実施形態と同様の構
成を有する製造装置を利用し、軸線lを周回するように
FRP繊維10cを巻き付けることで図6に示すFRP
リング10''が得られる。
【0024】上記の手順で製造されたFRPリング1
0''には、FRP繊維10aが円周方向に配向されるこ
とで円周方向について十分な引張強度が与えられる。こ
れに加え、FRP繊維10aの束の内部ならびに表面
に、FRP繊維10b、10cが半径方向に配向された
状態となることで、半径方向について十分な引張強度が
与えられる。
【0025】したがって、上記の製造方法によれば、フ
ィラメントワインディング製法で作られた従来のFRP
リングの欠点であった半径方向の引張強度の弱さを克服
し、円周方向にも半径方向により高い引張強度を有する
FRPリング10''を得ることができる。
【0026】ところで、上記第2の実施形態においては
FRPリングを2段重ねにした例を示しているが、3
段、4段と多段重ねにすると上記の効果をさらに高める
ことが可能である。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1記載の強化繊維からなる環状体によれば、強化繊維
が円周方向に配向されて円周方向の引張強度が高められ
ていることに加え、強化繊維が半径方向に配向されるの
で、半径方向の引張強度を高めることができ、円周方向
にも半径方向にも高い引張強度を有する環状体が得られ
る。この環状体を電力貯蔵用フライホイールのリングと
して使用すれば、フィラメントワインディング製法で作
られた従来のリングの欠点であった半径方向の引張強度
の弱さを克服し、円周方向にも半径方向にも高い引張強
度を備えるリングを提供することができる。
【0028】請求項2記載の強化繊維からなる環状体の
製造方法によれば、強化繊維が巻き付けられたボビンを
円周方向の軸まわりに周回させることで、環状とされた
強化繊維の束に強化繊維が巻き付けられる。さらに、ボ
ビンを回動させながら前記束を円周方向に除々に回転さ
せることで強化繊維が巻き付けられる。これにより、半
径方向に強化繊維の配向を設けることができる。
【0029】請求項3記載の強化繊維からなる環状体に
よれば、強化繊維が円周方向に配向されて円周方向の引
張強度が高められていることに加え、環状とされた強化
繊維の束の内部には強化繊維が半径方向に配向され、強
化繊維の束の表面には強化繊維が環状体の半径方向に配
向されるので、半径方向の引張強度をさらに高めること
ができ、円周方向にも半径方向にもより高い引張強度を
有する環状体が得られる。この環状体を電力貯蔵用フラ
イホイールのリングとして使用すれば、フィラメントワ
インディング製法で作られた従来のリングの欠点であっ
た半径方向の引張強度の弱さを克服し、円周方向にも半
径方向にも高い引張強度を備えるリングを提供すること
ができる。
【0030】請求項4記載の強化繊維からなる環状体の
製造方法によれば、環状とされた強化繊維の束に強化繊
維が巻き付けられてなる環状体を複数重ね合わせ、強化
繊維が巻き付けられたボビンを該複数の環状体の円周方
向の軸まわりに周回させることで、重ね合わされた複数
の環状体に強化繊維が巻き付けられる。さらに、ボビン
を回動させながら前記複数の環状体を円周方向に除々に
回転させることで強化繊維が巻き付けられる。これによ
り、強化繊維の束の内部にも強化繊維の半径方向の配向
を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る強化繊維からなる環状体および
その製造方法の第1の実施形態を示す平面図である。
【図2】 図1におけるI−I線矢視断面図である。
【図3】 図1におけるII−II線矢視断面図である。
【図4】 FRPリングの構造を示す断面斜視図であ
る。
【図5】 本発明に係る強化繊維からなる環状体および
その製造方法の第2の実施形態を示す平面図である。
【図6】 FRPリングの構造を示す断面斜視図であ
る。
【図7】 FRPリングを製作する従来の方法として一
般的なフィラメントワインディング製法の実施状態を示
す説明図である。
【符号の説明】
10' FRPリング(環状体) 10a,10b FRP繊維(強化繊維) 13 レール 14 ボビン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 誠 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 後藤 和宏 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Fターム(参考) 4F100 AK01A BA01 DA11 DG04A DH01A EH902 GB41 JA20 JB12A JK02 4F205 AD16 AD18 AG03 AG13 HA02 HA14 HA23 HA33 HA37 HA43 HB01 HB11 HC10 HK02 HK16 HK17 HL03 HL12 HT02 HT22

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円を描くように巻回されて環状とされた
    強化繊維の束に、円周方向の軸線を周回するように強化
    繊維が巻き付けられ、該強化繊維に硬化性樹脂材が含浸
    されていることを特徴とする強化繊維からなる環状体。
  2. 【請求項2】 円を描くように巻回されて環状とされた
    強化繊維の束を円周方向の軸線方向に回転可能に支持し
    ておき、 硬化性樹脂材を含浸させた強化繊維が巻き付けられたボ
    ビンを前記軸線まわりに回動させて前記束に強化繊維を
    巻き付けながら、前記束を前記軸線方向に除々に回転さ
    せることを特徴とする強化繊維からなる環状体の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 円を描くように巻回されて環状とされた
    強化繊維の束に、円周方向の軸線を周回するように強化
    繊維が巻き付けられてなる小環状体が複数重ね合わさ
    れ、該小環状体に、前記軸線を周回するように強化繊維
    が巻き付けられ、該強化繊維には硬化性樹脂材が含浸さ
    れていることを特徴とする強化繊維からなる環状体。
  4. 【請求項4】 円を描くように巻回されて環状とされた
    強化繊維の束に、円周方向の軸線を周回するように強化
    繊維が巻き付けられてなる小環状体を複数重ね合わせ、
    該小環状体を前記軸線方向に回転可能に支持しておき、 硬化性樹脂材を含浸させた強化繊維が巻き付けられたボ
    ビンを前記軸線まわりに回動させて前記複数の小環状体
    に強化繊維を巻き付けながら、前記小環状体を前記軸線
    方向に除々に回転させることを特徴とする強化繊維から
    なる環状体の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105415653A (zh) * 2015-12-30 2016-03-23 西安航天复合材料研究所 一种环形容器纤维缠绕设备
CN117754846A (zh) * 2024-02-22 2024-03-26 太原理工大学 开裂式纤维缠绕机械手与自行走装置、纤维缠绕方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105415653A (zh) * 2015-12-30 2016-03-23 西安航天复合材料研究所 一种环形容器纤维缠绕设备
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040330