JP2000102986A - 繊維強化プラスチック製パイプの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マンドレルの両端部に突設されたピンによっ
て配列繊維の位置決めを行うとともに、樹脂が含浸され
た繊維がガイドからマンドレルの周面に対して接線的に
供給されずに繊維の巻付けが行われるフィラメントワイ
ンディング法において、繊維が一定方向にのみ偏った弛
みを有する状態で配列されることがないＦＲＰ製パイプ
を製造する。 【解決手段】 繊維Ｆがマンドレルの端部で折り返され
る毎に、マンドレルの回転方向を変更させながら配列繊
維を所定数積層する。第ｉ層の繊維Ｆの配列が完了した
後、次の層（（ｉ＋１）層）の繊維Ｆを配列する際は、
糸供給ヘッドの往動時と復動時とでマンドレルの回転方
向を逆にする。配列繊維の弛みの方向が交互に変化し、
全体として弛みの影響が相殺される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は繊維強化プラスチッ
ク（ＦＲＰ）製パイプの製造方法に係り、詳しくはマン
ドレルの両端部に突設された規制部（例えば、ピン）に
よって配列繊維の位置決めを行うとともに、繊維を案内
するガイドからマンドレルの周面に対して供給される繊
維が、マンドレルの周面に対して立った状態で供給され
て繊維の巻付けが行われるフィラメントワインディング
法によるＦＲＰ製パイプの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のパ
イプや容器を効率よく形成する方法としてフィラメント
ワインディング法がある。フィラメントワインディング
法では一般にマンドレルの周囲に樹脂を含浸させた繊維
を巻き付けた後、樹脂を硬化させることにより製品が製
造される。また、ワインディングの最中に樹脂を含浸さ
せる場合もある。フィラメントワインディング法で形成
された製品の強度は繊維の巻付け角度（配列繊維Ｆとマ
ンドレルの軸方向とのなす角度）や繊維の配列状態の影
響を大きく受ける。また、フィラメントワインディング
法においては、繊維の巻付け角度が４５°より大きい場
合は、円柱状のマンドレルに繊維を巻き付けても所定の
ピッチで巻き付けることができる。しかし、巻付け角度
が４５°以下になると、繊維の締め付け力が小さくな
り、繊維を所定巻付け角度で、かつ所定のピッチで巻き
付けるのが難しくなる。

【０００３】そのため、巻付け角度が小さな製品を製造
する場合は、両端にピンを突設したマンドレルを使用す
るか、ピンが突設された補助リングを両端部に嵌合した
マンドレルを使用する（例えば、特開昭５０−３３２６
３号公報、実開昭５８−１２００１６号公報）。ピンの
ピッチは配列繊維の太さ、一層当たりの配列繊維の本
数、ピン間に通す繊維の本数、巻付け角度等によって決
まる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】フィラメントワインデ
ィング法では、巻付け開始から終了までマンドレルが一
定方向に回転されながら繊維の巻付けが行われる。そし
て、図７（ａ）に示すように、樹脂が含浸された繊維Ｆ
を案内するガイド（糸供給ヘッド）６１からマンドレル
６２の周面に対して供給される繊維Ｆが、マンドレル６
２の周面に対して接線方向に延びる状態で巻き取られる
場合は、繊維Ｆはマンドレル６２の周面に対してマンド
レル６２の回転に遅れることなく巻き付けられる。しか
し、図７（ｂ）に示すように、繊維Ｆを案内するガイド
６１がマンドレル６２の周面から離れた位置で該周面と
垂直に配置された状態で巻付けが行われる場合は、配列
繊維をマンドレルに巻き付ける力が弱くなる。その結
果、図６に実線で示すように、繊維は鎖線で示す所望の
配列位置（直線状の配列位置）に対して、マンドレルの
回転方向に対して一定の経路差（弛み）を持った状態で
配列される。そして、この現象は製造されるパイプが長
い場合や、繊維Ｆの巻付け角度が小さいときに顕著に現
れる。

【０００５】そして、前記のような弛みを持った状態の
配列繊維で強化されたＦＲＰ製パイプはねじり剛性が正
方向と負方向とで異なる。従って、ねじり力を頻繁に受
ける状態で使用する場合は、弱い方の強度を基準として
所定の強度を確保する必要があり、パイプの肉厚や使用
繊維量をねじり剛性が正方向と負方向とで同じパイプに
比較して増加する必要があり、コスト増及び大型化を招
く。フィラメントワインディング法は製品を速く、効率
良く製作することが主目的であり、従来は前記のような
弛みの影響が問題となるような製品の製造にフィラメン
トワインディング法を適用することはあまりなく、前記
弛みに対する配慮はなされていなかった。ところが、製
品の軽量化が重要となり、車両のプロペラシャフト等の
駆動シャフトをＦＲＰで製造することが実施されてい
る。駆動シャフトの場合は繊維の巻付け角度が小さく、
ねじり強度や剛性も重要な物性となり、前記の問題点を
解消する必要がある。

【０００６】ガイド６１からマンドレル６２の周面に対
して供給される繊維Ｆが、マンドレル６２の周面に対し
て接線方向に延びる状態で巻き取られるようにガイド６
１を配置して往復移動させれば弛みは発生しない。しか
し、その場合はガイド６１の往復移動に必要な距離がマ
ンドレル６２に対する繊維の巻き付け箇所の長さよりか
なり大きくなる。また、ガイド６１がその移動方向を転
換する毎にガイド６１を反転させる必要があり、ガイド
６１の駆動構造が複雑になるという問題がある。

【０００７】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的はマンドレルの両端部に突設され
た規制部によって配列繊維の位置決めを行うとともに、
繊維を案内するガイドからマンドレルの周面に対して供
給される繊維が、マンドレルの周面に対して立った状態
で供給されて繊維の巻付けが行われるフィラメントワイ
ンディング法において、繊維が一定方向にのみ偏った弛
みを有する状態で配列されることがないＦＲＰ製パイプ
を製造することができる繊維強化プラスチック製パイプ
の製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、マンドレルの両端部に
突設された規制部によって配列繊維の位置決めを行うと
ともに、繊維を案内するガイドからマンドレルの周面に
対して供給される繊維が、マンドレルの周面に対して立
った状態で供給されて繊維の巻付けが行われるフィラメ
ントワインディング法による繊維強化プラスチック製パ
イプの製造方法であって、前記繊維がマンドレルの端部
で折り返される毎にマンドレルの回転方向を変更させな
がら配列繊維を所定層数積層する。

【０００９】請求項２に記載の発明では、マンドレルの
両端部に突設された規制部によって配列繊維の位置決め
を行うとともに、繊維を案内するガイドからマンドレル
の周面に対して供給される繊維が、マンドレルの周面に
対して立った状態で供給されて繊維の巻付けが行われる
フィラメントワインディング法による繊維強化プラスチ
ック製パイプの製造方法であって、前記繊維の一セット
分の配列が完了する毎にマンドレルの回転方向を変更さ
せて、配列繊維を所定層数積層する。

【００１０】請求項３に記載の発明では、マンドレルの
両端部に突設された規制部によって配列繊維の位置決め
を行うとともに、繊維を案内するガイドからマンドレル
の周面に対して供給される繊維が、マンドレルの周面に
対して立った状態で供給されて繊維の巻付けが行われる
フィラメントワインディング法による繊維強化プラスチ
ック製パイプの製造方法であって、前記マンドレルの長
手方向に沿って往復移動される前記ガイドの移動速度
と、マンドレルの回転速度との少なくとも一方を、前記
ガイドの移動中に変速制御して配列繊維を弛みなく直線
的に配列する。

【００１１】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記ＦＲ
Ｐ製パイプは車両のプロペラシャフトである。請求項５
に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前
記マンドレルの回転方向を、前記繊維がマンドレルの端
部で折り返される毎に変更させながら配列繊維を所定数
積層する。

【００１２】請求項１に記載の発明では、フィラメント
ワインディング法によって繊維強化プラスチック製パイ
プが製造される。繊維が巻き付けられるマンドレルには
その両端部に規制部が突設され、繊維は規制部によって
位置決めされながら配列されてマンドレルに巻き付けら
れる。繊維を案内するガイドからマンドレルの周面に対
して供給される繊維が、マンドレルの周面に対して立っ
た状態で供給されて繊維の巻付けが行われ、繊維がマン
ドレルの端部で折り返される毎にマンドレルの回転方向
が変更される。そして、繊維が所定層数積層される。マ
ンドレル上に配列された各層を構成する繊維は弛みの方
向が一定ではなく相互に打ち消し合う状態となり、ＦＲ
Ｐ製パイプの正負のねじり剛性を同じにすることが可能
になる。

【００１３】ここで、「マンドレルの周面に対して立っ
た状態」とは、ガイドからマンドレルの周面に対して供
給される繊維が、マンドレルの周面に対して接線方向に
延びずに接線方向に対して交差する方向に繰り出される
状態を意味する。

【００１４】請求項２に記載の発明では、繊維がガイド
を介してマンドレルに巻き付けられる際、前記繊維の一
セット分の配列が完了する毎にマンドレルの回転方向が
変更される点が請求項１に記載の発明と異なり、その他
は同じである。従って、所定層数積層された各層を構成
する繊維は同じ層内では全て同じ方向に弛んだ状態で配
列されているが、隣接する層同士では繊維が互いに逆方
向に弛んだ状態で配列される。その結果、ＦＲＰ製のパ
イプ全体としては正負のねじり剛性が同じになる。ここ
で、「１セット分」とは、繊維の巻付け角度が正（＋）
の配列ものと、負（−）の配列ものとが１層ずつ配列さ
れた状態を意味する。即ち、隣接する規制部の間から
は、それぞれ巻付け角度が正の繊維と負の繊維とが出て
いる状態で１セットの配列が完了する。

【００１５】請求項３に記載の発明では、繊維がガイド
を介してマンドレルに巻き付けられる際、マンドレルの
回転方向は特に限定されない点が請求項１及び請求項２
に記載の発明と大きく異なっている。そして、繊維の巻
付け時に、マンドレルの長手方向に沿って往復移動され
る前記ガイドの移動速度と、マンドレルの回転速度との
少なくとも一方が、ガイドの移動中に変速制御される。
そして、配列繊維が弛みなく直線的に配列される。

【００１６】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明によってプロペラシ
ャフトが製造される。請求項５に記載の発明では、請求
項３に記載の発明において、前記マンドレルの回転方向
は、前記繊維がマンドレルの端部で折り返される毎に変
更される。従って、理想的な交互積層を形成できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を具体化した第１の実施の形態を図１〜図３に従って
説明する。

【００１８】先ず、フィラメントワインディングに使用
するフィラメントワインディング機（以下、ＦＷ機と称
す）について説明する。ＦＷ機１は図１に示すようにベ
ースプレート２の第１端部寄り中央に支持ブラケット３
が立設され、支持ブラケット３にはベースプレート２の
長手方向に延びる回転軸４が装備されている。回転軸４
の基端寄りにはプーリ５が一体回転可能に固定され、先
端にはマンドレル６の軸７を支持するチャック８が設け
られている。

【００１９】ベースプレート２の第２端部側には第１の
支持プレート９がガイドレール（図示せず）に沿ってベ
ースプレート２の長手方向に移動可能に固定されてい
る。支持プレート９上にはレール１０がベースプレート
２の長手方向に沿って敷設され、その上に第２の支持プ
レート１１が摺動部材１２を介して摺動可能に支持され
ている。支持プレート９上にシリンダ１３が固定され、
そのピストンロッド１３ａが支持プレート１１の端部に
固定されている。そして、支持プレート１１はシリンダ
１３の作動によりベースプレート２の長手方向に移動さ
れる。

【００２０】支持プレート１１上には支持ブラケット１
４が立設され、支持ブラケット１４には支持軸１５が回
転軸４と同軸線上に配設されている。支持軸１５の先端
にはチャック１６が設けられ、両チャック８，１６間に
マンドレル６が支持されるようになっている。

【００２１】ベースプレート２上には正逆回転駆動可能
なモータ１７が固定されている。モータ１７の駆動軸に
は駆動プーリ１８が嵌着固定され、該駆動プーリ１８と
プーリ５との間にベルト１９が巻き掛けられている。即
ち、モータ１７の駆動により回転軸４が所定の方向に回
転されるようになっている。

【００２２】ベースプレート２には支持プレート１１に
対してモータ１７と反対側に第１のアクチュエータ２０
がベースプレート２の長手方向に沿って配設されてい
る。アクチュエータ２０にはボールネジを使用するとと
もに、ナットと一体移動可能な移動体を１軸方向に移動
させる構成の公知のものが使用されている。アクチュエ
ータ２０に装備された移動体２０ａ上には、樹脂が含浸
された繊維を案内するガイドとしての糸供給ヘッド２１
を備えた第２のアクチュエータ２２が固定されている。
第２のアクチュエータ２２は糸供給ヘッド２１をベース
プレート２の長手方向と直交する方向（前後方向）に移
動させるように固定されている。

【００２３】モータ１７、第１のアクチュエータ２０及
び第２のアクチュエータ２２は制御装置Ｃにより同期し
た状態で駆動されるようになっている。そして、回転軸
４の回転速度と、糸供給ヘッド２１の移動速度を調整す
ることにより、糸供給ヘッド２１から繰り出される繊維
Ｆを、巻付け角度を任意の角度に設定してマンドレル６
上に巻き付けることができるようになっている。

【００２４】ベースプレート２の側方、即ち第１のアク
チュエータ２０に対してモータ１７と反対側には樹脂槽
２３及びボビン２４が配置されている。樹脂槽２３には
ローラ２５が設けられ、樹脂槽２３の近傍にはボビン２
４から繰り出された繊維Ｆを樹脂槽２３の所定位置に案
内する第１のガイド２６と、樹脂槽２３で樹脂が含浸さ
れた後の繊維Ｆを案内する第２のガイド２７とが設けら
れている。

【００２５】マンドレル６は図２に示すように、金属円
筒で形成されたマンドレル本体６ａの両端に軸７が突設
されるとともに、マンドレル本体６ａの両端部に規制リ
ング２８がマンドレル本体６ａと一体回転可能かつ着脱
可能に固定されている。規制リング２８には周方向に沿
って所定の等ピッチで規制部としてのピン２９が突設さ
れている。ピン２９は金属製で、規制リング２８に着脱
可能に嵌合固定されている。

【００２６】次に前記のように構成されたＦＷ機１を使
用してプロペラシャフトのシャフト本体を製造する製造
方法を説明する。先ず、両支持ブラケット３，１４の距
離がシャフト本体に対応する所望の間隔となるように、
両支持プレート９，１１の位置を設定する。一度設定さ
れた状態から両支持ブラケット３，１４の距離を変更す
る場合、その変更量が小さな場合はシリンダ１３の作動
により第２の支持プレート１１を移動させる。変更量が
大きな場合は第１の支持プレート９を移動させる。両支
持プレート９，１１の位置設定が終了した後、両チャッ
ク８，１６間にマンドレル６をセットする。また、第２
のアクチュエータ２２が作動されて、糸供給ヘッド２１
の先端とマンドレル６との距離が製造するシャフト本体
に対応した所定の値となるように、糸供給ヘッド２１の
位置が設定される。次に糸供給ヘッド２１に連なる繊維
Ｆの先端を規制リング２８に固定することにより、製造
準備が完了する。このとき糸供給ヘッド２１は該規制リ
ング２８と対応する位置に配置されている。

【００２７】マンドレル６がセットされた状態でＦＷ機
１が作動され、モータ１７によりマンドレル６が所定方
向に回転され、第１のアクチュエータ２０により糸供給
ヘッド２１がマンドレル６の長手方向に沿って往復移動
される。そして、ボビン２４から順次繰り出されて樹脂
槽２３で樹脂が含浸された繊維Ｆがマンドレル６上に巻
き付けられる。この実施の形態では樹脂として熱硬化性
樹脂（例えばエポキシ樹脂）が使用され、繊維Ｆとして
炭素繊維のロービングが使用されている。

【００２８】繊維Ｆはピン２９の間を通過した後、軸７
に巻き掛けられて折り返すように配列され、マンドレル
６の両端に位置するピン２９間におけるマンドレル６の
軸方向となす角度（巻付け角度）が所定の角度となるよ
うに巻き付けられて、マンドレル６上に所定の厚さの繊
維層が形成される。巻付け角度は車両に組付けて使用さ
れる際に要求される、曲げ、ねじり、振動等の特性を満
足する所定の値に設定される。この実施の形態では巻付
け角度がほぼ±１０°前後に設定されている。

【００２９】マンドレル６は一定の回転速度で回転され
るが、その回転方向は繊維Ｆがマンドレル６の端部で折
り返される毎に変更される。例えば、モータ１７は糸供
給ヘッド２１の往動時に正転駆動され、糸供給ヘッド２
１の復動時に逆転駆動される。糸供給ヘッド２１の移動
速度は往動時及び復動時ともそれぞれ一定に保持され
る。

【００３０】マンドレル６上に配列される繊維Ｆの配列
状態は、層によって図３（ａ），（ｂ）に示す模式展開
図のいずれか一方になる。糸供給ヘッド２１がマンドレ
ル６の周面に対して垂直に配設されているため、繊維Ｆ
は糸供給ヘッド２１からマンドレル６の周面に対して接
線方向に延びずに、接線方向に対して交差する方向に繰
り出される。即ち、繊維Ｆはマンドレル６の周面に対し
て立った状態で供給されて、繊維Ｆの巻き付けが行われ
る。そのため、繊維Ｆをマンドレル６に巻き付ける力が
弱くなる。

【００３１】その結果、糸供給ヘッド２１が等速度で直
線的に移動しても、糸供給ヘッド２１から供給された繊
維Ｆは図３（ａ），（ｂ）に鎖線で示すように直線的に
配列されず、図３（ａ），（ｂ）に実線で示すようにマ
ンドレル６の回転方向に対して一定の経路差（弛み）を
持った状態で配列される。図３（ａ）は、糸供給ヘッド
２１が図の右側に向かって移動するときにマンドレル６
の回転方向が矢印Ａ方向となり、糸供給ヘッド２１が図
の左側に向かって移動するときにマンドレル６の回転方
向が矢印Ｂ方向となる場合の繊維Ｆの配列状態を示す。
図３（ｂ）は、糸供給ヘッド２１が図の右側に向かって
移動するときにマンドレル６の回転方向が矢印Ｂ方向と
なり、糸供給ヘッド２１が図の左側に向かって移動する
ときにマンドレル６の回転方向が矢印Ａ方向となる場合
の繊維Ｆの配列状態を示す。

【００３２】マンドレル６の回転方向は、繊維Ｆがマン
ドレル６の端部で折り返される毎に、より詳しく言えば
マンドレルの端部で折り返されるとともに、折り返され
た繊維がピン２９の間を通過した後に変更される。従っ
て、マンドレル６の両端間のピン２９間における配列繊
維Ｆの弛みは糸供給ヘッド２１の往動時と復動時とで逆
になる。そして、配列繊維層全体としてはプラス方向の
弛みとマイナス方向の弛みとが同じとなる。

【００３３】１層分の繊維Ｆの配列が完了すると、マン
ドレル６の回転方向を糸供給ヘッド２１の往動時と復動
時とで逆にして、即ちモータ１７が糸供給ヘッド２１の
往動時に逆転駆動され、糸供給ヘッド２１の復動時に正
転駆動される状態で繊維Ｆの巻付けが行われる。そし
て、図３（ｂ）に示すように、繊維Ｆの巻付け角度の正
負が図３（ａ）に示すものと逆の繊維層が形成される。

【００３４】以下、同様にして、隣接する繊維層は繊維
Ｆの巻付け角度の正負が互いに逆となるように巻き付け
られる。マンドレル６上に巻き付けられた繊維層の数が
所定数となるまで繊維Ｆが巻き付けられた後、ヨーク挿
入部と対応する部分に、その巻付け角度が９０°となる
状態で、所定の厚さの繊維層が形成されるまで繊維Ｆが
巻き付けられる。即ち、小さな巻付け角度で巻き付けら
れた繊維層の両端部付近にフープ巻きが形成された成形
体が形成される。

【００３５】繊維Ｆの巻付け終了後、マンドレル本体６
ａと対応する部分の成形体の外周面にプラスチック製の
テープがスパイラル状に巻き付けられる。テープの幅は
５０ｍｍ程度のものが使用される。プラスチック製のテ
ープとしてはポリエステルフィルム等の熱収縮性フィル
ムを使用するのが好ましい。

【００３６】次にマンドレル６がＦＷ機１から取り外さ
れ、さらにピン２９が規制リング２８から取り外され、
成形体が形成されたマンドレル６が加熱炉に入れられ、
所定温度で樹脂が硬化される。硬化温度は樹脂により異
なるが、例えばエポキシ樹脂の場合は１８０°Ｃ程度で
ある。加熱硬化によりＦＲＰ製のパイプ（円筒体）が、
マンドレル６上に形成される。冷却後、ＦＲＰ製パイプ
の両端がピン２９の抜き跡列より内側において切断され
た後、マンドレル６から規制リング２８及びＦＲＰ製パ
イプが取り外されて、所定寸法の長さのプロペラシャフ
トのシャフト本体が形成される。

【００３７】その後、シャフト本体のヨーク挿入部の内
周面と、金属製のヨークの基端外周面に接着剤が塗布さ
れ、ヨークがヨーク挿入部に挿入される。そして、接着
剤が加熱硬化されることにより、ヨークがシャフト本体
に強固に固着されて、プロペラシャフトが完成する。

【００３８】マンドレル６から取り外された規制リング
２８には硬化後のパイプの一部が嵌合されているが、硬
化前にピン２９が取り外されているため、簡単に規制リ
ング２８を硬化樹脂から取り外すことができる。そし
て、ピン２９が嵌合されて規制リング２８が再使用され
る。

【００３９】この実施の形態では以下の効果を有する。 （１） 繊維Ｆがマンドレル６の端部で折り返される毎
にマンドレル６の回転方向を変更させながら配列繊維を
所定層数積層するため、繊維Ｆが一定方向にのみ偏った
弛みを有する状態で配列されることがないＦＲＰ製パイ
プを製造することができる。従って、ＦＲＰ製パイプの
ねじり剛性が正方向と負方向とでほぼ同じ値となる。

【００４０】（２） 繊維Ｆがマンドレル６の端部で折
り返される毎にマンドレル６の回転方向を変更させなが
ら配列繊維を所定層数積層するため、同じ層に配列され
た繊維同士が交差せず、配列方向の異なる繊維層を組み
合わせているので、いわゆる交互積層となり、交差積層
と比較して強度が向上する。

【００４１】（３） 繊維Ｆが直接ピン２９（規制部）
に巻き掛けられて折り返すのではなく、繊維Ｆは軸７に
巻き掛けられて折り返されるため、ピン２９に掛かる力
が小さくなり、ピン２９を細くできる。従って、ピン２
９の配列ピッチをより小さくできる。また、繊維Ｆがピ
ン２９の近傍に集中せず、巻き付けに支障を来すことが
抑制される。

【００４２】（４） 糸供給ヘッド２１からは樹脂が含
浸された繊維Ｆがマンドレル６に供給される。従って、
樹脂が含浸されていない状態で繊維Ｆをマンドレル６に
巻き付けながら樹脂の含浸を行う方法に比較して、樹脂
の含浸が容易になる。

【００４３】（５） 規制部としてピン２９を規制リン
グ２８に取り外し可能に嵌合し、繊維Ｆの巻き付け完了
後にピン２９を取り外して樹脂の熱硬化を行う。従っ
て、熱硬化後に成形体から分離された規制リング２８か
ら硬化樹脂を容易に除去でき、規制リング２８を再使用
できる。

【００４４】（６） 所定の巻付け角度で巻き付けられ
た円筒状の繊維層の両端部にフープ巻きが形成されるた
め、ピン２９を取り外した後、熱硬化完了までの間に繊
維層の端部における繊維配列の乱れを防止することがで
きる。

【００４５】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を図４（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施の
形態ではフィラメントワインディングに使用するＦＷ機
１は同じで、繊維Ｆをマンドレル６に巻き付ける際にお
けるマンドレル６の回転方向の変更時期が異なってい
る。

【００４６】マンドレル６に繊維Ｆを巻き付ける際、糸
供給ヘッド２１の往動時と復動時とでマンドレルの回転
方向を変更する代わりに、１セット分の繊維Ｆの配列が
完了する毎にマンドレル６の回転方向が変更される。従
って、繊維Ｆの配列は、第ｉ層目が図４（ａ）に示す配
列となり、第（ｉ＋１）層目が図４（ｂ）に示す配列と
なる。即ち、マンドレル６が一定方向に回転している状
態では、糸供給ヘッド２１の往動時と復動時とで繊維Ｆ
の巻付け角度の正負が逆になる。そして、図４（ａ）に
示す配列と図４（ｂ）に示す配列とが交互に繰り返され
て所定数の繊維層が積層される。

【００４７】従って、この実施の形態においては、同一
層内に配列された繊維Ｆは同じ方向の弛みを持っている
が、隣接する層内に配列された繊維Ｆ同士は互いに逆方
向の弛みを持つ。従って、積層繊維層全体では弛みが相
殺され、ＦＲＰ製のパイプのねじり剛性が正方向と負方
向とでほぼ同じになる。

【００４８】この実施の形態においても、第１の実施の
形態の（３）〜（６）の効果を有する。さらに、この実
施の形態では１セット分の繊維Ｆの配列が完了するまで
は、マンドレル６の回転方向を変更しないため、前記実
施の形態に比較してマンドレル６の回転制御が簡単にな
る。

【００４９】なお、実施の形態は前記に限定されるもの
ではなく、例えば、次のように具体化してもよい。 ○ マンドレル６の回転方向は巻付け開始から終了まで
一定にし、マンドレル６の長手方向に沿って往復移動さ
れる糸供給ヘッド２１の移動速度と、マンドレル６の回
転速度との少なくとも一方を、糸供給ヘッド２１の移動
中に変速制御して配列繊維を弛みなく直線的に配列す
る。糸供給ヘッド２１の移動速度及びマンドレル６の回
転速度の両者を共に変速制御してもよい。しかし、両者
を共に変速制御する場合は制御が複雑になるため、例え
ばマンドレル６を一定速度で回転させ、糸供給ヘッド２
１を変速制御する方が好ましい。繊維Ｆの種類（太さ、
材質）、含浸樹脂の種類、含浸温度、マンドレルの回転
速度、巻付け角度等を適宜変えて予め試験を行い、繊維
Ｆが直線的に配列される変速条件を求める。そして、繊
維Ｆが直線的に配列される変速条件を制御装置Ｃの記憶
装置にデータベースとして記憶させる。制御装置Ｃはフ
ィラメントワインディングに使用される繊維Ｆ及び含浸
樹脂に対応した変速条件をデータベースに基づいて決定
し、モータ１７及び第１のアクチュエータ２０を制御す
る。従って、この実施の形態においては第１及び第２の
実施の形態と異なり、図５に示すように繊維Ｆは常に弛
みの無い状態で配列される。その結果、得られたＦＲＰ
製パイプはねじり剛性が正負でほぼ同じになる。

【００５０】○ 第１の実施の形態のように、繊維Ｆが
マンドレル６の端部で折り返される毎にマンドレル６の
回転方向を変更させながら配列繊維を所定層数積層する
構成において、糸供給ヘッド２１の移動速度と、マンド
レル６の回転速度との少なくとも一方を、糸供給ヘッド
２１の移動中に変速制御して配列繊維を弛みなく直線的
に配列してもよい。この場合は理想的な交互積層を形成
できる。

【００５１】○ 前記実施の形態において、糸供給ヘッ
ド２１は方向変換時を除いてほぼ一定速度で移動され、
マンドレル６の回転速度を糸供給ヘッド２１の位置に対
応して変更する。この場合も糸供給ヘッド２１の移動速
度及びマンドレル６の回転速度の両方を変速する構成よ
り制御が簡単になる。

【００５２】○ ピン２９が突設された規制リング２８
をマンドレル本体６ａの両端部に嵌合する構成に代え
て、ピン２９をマンドレル６に形成された孔に嵌合する
構成としてもよい。

【００５３】○ マンドレル６をＦＷ機１に位置決めし
た状態で固定するため、軸７に軸心と平行な平面部を設
ける。平面部の数は限定されないが、例えば３個を周方
向に等間隔で設ける。この場合、マンドレル６をＦＷ機
１に固定した状態で、巻き付け開始時の所定位置にマン
ドレル６を位置決めするのが容易になる。

【００５４】○ 樹脂が含浸された繊維Ｆを糸供給ヘッ
ド２１からマンドレル６に供給する構成に限らず、樹脂
が含浸されていない状態の繊維Ｆを糸供給ヘッド２１か
らマンドレル６に供給し、繊維Ｆをマンドレル６に巻き
付けながら樹脂を含浸させるフィラメントワインディン
グ法に適用してもよい。

【００５５】○ フープ巻きを行う前にマンドレル６に
巻き付けられる繊維Ｆの巻付け角度の絶対値を全ての層
で同じ角度にする必要はなく、層毎に巻付け角度を変更
してもよい。また、フープ巻きはなくてもよい。

【００５６】○ マトリックス樹脂として、エポキシ樹
脂に限らず他の熱硬化性樹脂（例えば、ポリイミド樹
脂）や、曲げ弾性率の高い熱可塑性樹脂（例えばポリエ
ーテルエーテルケトン）等を使用してもよい。しかし、
プロペラシャフトを形成する場合は、コストや要求性能
の点からエポキシ樹脂が好ましい。

【００５７】○ 車両のプロペラシャフト以外の駆動シ
ャフト用のパイプの製造に適用してもよい。使用回転速
度が遅い場合や、ねじり強度、耐熱性、耐湿性等の要求
性能が車両のプロペラシャフトに比較して低い場合に
は、強化繊維として炭素繊維にガラス繊維又はアラミド
繊維を混合したり、ガラス繊維又はアラミド繊維を単独
で使用してもよい。また、ＦＲＰを構成する繊維及びマ
トリックス樹脂の組合せとして、炭素繊維とビニルエス
テル樹脂、炭素繊維とフェノール樹脂等の組合せ等を採
用してもよい。この場合樹脂の価格がエポキシ樹脂より
安いのでコスト低減を図れる。

【００５８】○ 駆動シャフトに限らず任意のＦＲＰ製
パイプの製造に適用してもよい。強化繊維としては、カ
ーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等がある。マト
リックスとしては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬
化性樹脂がある。そして、要求特性に合うように適宜組
み合わせて使用される。前記強化繊維のうち、カーボン
繊維が強度及び軽量化の点で最も好ましく、次にガラス
繊維が良い。マトリックスとしては耐熱性、耐湿性の点
でエポキシ樹脂が最も好ましい。

【００５９】○ マンドレル６に設けられる規制部は必
ずしもピンに限らず、板状（フィン状）のものでもよ
い。 ○ 繊維の配列精度や製品の強度に対する要求程度が低
い成形体の場合は、繊維を規制リング２８の規制部に巻
き掛けた状態で折り返すように巻き付ける方法を採用し
てもよい。

【００６０】前記実施の形態から把握できる請求項記載
以外の発明（技術思想）について、以下にその効果とと
もに記載する。 （１） 請求項３又は請求項５に記載の発明において、
前記ガイドの移動速度及びマンドレルの回転速度のいず
れか一方を、前記ガイドの移動中に変速制御して配列繊
維を弛みなく直線的に配列する。この場合、ガイドの移
動速度及びマンドレルの回転速度の両方を変速する構成
より制御が簡単になる。

【００６１】（２） 請求項１〜請求項３及び請求項５
のいずれか一項に記載の発明において、前記ガイドは樹
脂が含浸された繊維を供給する。この場合、樹脂が含浸
されていない状態で繊維Ｆをマンドレル６に巻き付けな
がら樹脂の含浸を行う方法に比較して、樹脂の含浸が容
易になる。

【００６２】（３） 請求項１〜請求項５のいずれか一
項に記載の発明の方法によりＦＲＰ製のパイプを形成す
る際に、繊維を規制部に巻き掛けて折り返さず、マンド
レルの駆動軸に巻き掛けて折り返すようにしてマンドレ
ルに巻き付ける。この場合、ＦＲＰ製のパイプを構成す
る繊維が規制部の近くに密集することを抑制して巻付け
角度が小さな状態で繊維を精度良く配列できる。

【００６３】（４） 請求項１〜請求項３及び請求項５
のいずれか１項に記載の発明の方法により製造されたＦ
ＲＰ製パイプ。この場合、ねじり剛性がねじり方向に関
係なく一定のため、ＦＲＰ製パイプを構造材あるいは動
力伝達部材として使用した時の信頼性が高くなる。

【００６４】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
５に記載の発明によれば、繊維が一定方向にのみ偏った
弛みを有する状態で配列されることがなく、ねじり剛性
が正方向と負方向とで等しくなるＦＲＰ製パイプを製造
できる。

【００６５】請求項１に記載の発明によれば、同じ層に
配列された繊維同士が交差せず、配列方向の異なる繊維
層を組み合わせているので、いわゆる交互積層となり、
交差積層と比較して強度が向上する。

【００６６】請求項２に記載の発明によれば、１セット
分の繊維の配列が完了するまでは、マンドレルの回転方
向を変更しないため、繊維がマンドレルの端部で折り返
される毎にマンドレルノズル回転方向が変更される構成
に比較して、マンドレルの回転制御が簡単になる。

【００６７】請求項３に記載の発明によれば、マンドレ
ルを一方向に回転させた状態で繊維を巻き付けてもねじ
り剛性が正方向と負方向とで等しくなるＦＲＰ製パイプ
を製造できる。

【００６８】請求項４に記載の発明によれば、ねじり剛
性が正方向と負方向とで等しくなるプローラシャフトを
製造できる。請求項５に記載の発明によれば、理想的な
交互積層を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 フィラメントワインディング装置の概略斜視
図。

【図２】 繊維の巻き付け作用を説明する概略斜視図。

【図３】 第１の実施の形態の隣接する層の繊維の配列
を示す模式展開図。

【図４】 第２の実施の形態の隣接する層の繊維の配列
を示す模式展開図。

【図５】 第３の実施の形態の各層の繊維の配列を示す
模式展開図。

【図６】 従来の繊維の配列を示す模式展開図。

【図７】 ガイドの配置と巻付け繊維の関係を示す模式
斜視図。

【符号の説明】

６…マンドレル、２１…ガイドとしての糸供給ヘッド、
２９…規制部としてのピン、Ｆ…繊維。

フロントページの続き (72)発明者 宮下 康己 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 戸枝 稔 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3J033 AB01 AB02 AC01 BA03 4F205 AA39 AD16 AG08 AH17 HA02 HA23 HA33 HA34 HA35 HA37 HA46 HB01 HC02 HC17 HF05 HF23 HK02 HL03 HL07 HL14 HM03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マンドレルの両端部に突設された規制部
   によって配列繊維の位置決めを行うとともに、繊維を案
   内するガイドからマンドレルの周面に対して供給される
   繊維が、マンドレルの周面に対して立った状態で供給さ
   れて繊維の巻付けが行われるフィラメントワインディン
   グ法による繊維強化プラスチック製パイプの製造方法で
   あって、 前記繊維がマンドレルの端部で折り返される毎にマンド
   レルの回転方向を変更させながら配列繊維を所定層数積
   層する繊維強化プラスチック製パイプの製造方法。
2. 【請求項２】 マンドレルの両端部に突設された規制部
   によって配列繊維の位置決めを行うとともに、繊維を案
   内するガイドからマンドレルの周面に対して供給される
   繊維が、マンドレルの周面に対して立った状態で供給さ
   れて繊維の巻付けが行われるフィラメントワインディン
   グ法による繊維強化プラスチック製パイプの製造方法で
   あって、 前記繊維の一セット分の配列が完了する毎にマンドレル
   の回転方向を変更させて、配列繊維を所定層数積層する
   繊維強化プラスチック製パイプの製造方法。
3. 【請求項３】 マンドレルの両端部に突設された規制部
   によって配列繊維の位置決めを行うとともに、繊維を案
   内するガイドからマンドレルの周面に対して供給される
   繊維が、マンドレルの周面に対して立った状態で供給さ
   れて繊維の巻付けが行われるフィラメントワインディン
   グ法による繊維強化プラスチック製パイプの製造方法で
   あって、 前記マンドレルの長手方向に沿って往復移動される前記
   ガイドの移動速度と、マンドレルの回転速度との少なく
   とも一方を、前記ガイドの移動中に変速制御して配列繊
   維を弛みなく直線的に配列する繊維強化プラスチック製
   パイプの製造方法。
4. 【請求項４】 前記繊維強化プラスチック製パイプはプ
   ロペラシャフトである請求項１〜請求項３のいずれか一
   項に記載の繊維強化プラスチック製パイプの製造方法。
5. 【請求項５】 前記マンドレルの回転方向を、前記繊維
   がマンドレルの端部で折り返される毎に変更させながら
   配列繊維を所定数積層する請求項３に記載の繊維強化プ
   ラスチック製パイプの製造方法。