【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラメントワインディング法及び繊維束折り返し用部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のパイプ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樹脂含浸繊維束を回転するマンドレルの周囲にマンドレルの軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻と、軸方向とほぼ直交するように巻き付けるフープ巻とが行われる。ヘリカル巻を行う場合は、巻付け角度を一定に保持して繊維束をマンドレルの端部で折り返す必要がある。
【０００３】
繊維束を折り返す方法として、マンドレルの端部にピンを設け、このピンに繊維束を引っかける方法や、マンドレルの端部に直接繊維束を巻き付ける方法がある。しかし、これらの方法ではマンドレルの端部で繊維束の滑りや緩みが生じ、繊維束の巻付け角度が乱れることがある。この乱れを防止する方法として、マンドレルの端部に２種類のピン付きリングを取り付ける方法がある（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の方法では、図９に示すように、マンドレル５１の端部に巻角度保持用ピン付きリング５２及び折り返し時拘束用ピン付きリング５３が、折り返し時拘束用ピン付きリング５３がマンドレル５１の外側に位置するように取り付けられている。巻角度保持用ピン付きリング５２にはできる限り細いピン５４が、できる限り狭い間隔で放射状に植設され、折り返し時拘束用ピン付きリング５３には繊維束Ｒの引っ張り力に耐える比較的太いピン５５が広い間隔で植設されている。そして、マンドレル５１に巻き付けられる繊維束Ｒは、巻角度保持用ピン付きリング５２のピン５４により巻付け角度が保持された状態で、折り返し時拘束用ピン付きリング５３のピン５５に引っ掛かった状態で折り返される。
【０００５】
また、生産性を高めるため、被巻付け部材（マンドレル）に対して複数本の繊維束で同時にヘリカル巻を行うヘリカル巻部と、繊維束を被巻付け部材に対してフープ巻を行うフープ巻部とを備えたフィラメントワインディング装置が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載のフィラメントワインディング装置で使用するマンドレル５１は、図１０に示すように、その端部に繊維束規制用のピン５６が周方向に一定間隔で配列されている（図１０では２本のみ図示）。そして、ヘリカル巻で巻き付けられる繊維束Ｒは、マンドレル５１の軸部５１ａに巻き付けられて折り返される際に繊維束Ｒの配列が乱れても、ピン５６の存在により製品になる部分の配列の乱れが防止されるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２５４０２８号公報（明細書の段落［０００５］〜［０００８］、図５）
【特許文献２】
特開２００２−２８３４６７号公報（明細書の段落［００１２］、［００１３］、［００５１］、図１、図５、図７、図１６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２で提案された、ヘリカル巻層を構成する全ての樹脂含浸繊維束の巻付けを同時に行う方法では、繊維束をマンドレル５１の軸部５１ａに巻き付けて折り返す際に繊維束の配列が乱れるのを防止するため、繊維束を規則的に配列させるためのピン５６が必要になる。しかし、ピン５６に係合させて繊維束の配列を規制する構成では、ピン５６の近傍において、繊維束と繊維束との間に隙間が開くので、ピン５６の位置は製品端から一定距離以上離す必要がある。従って、軸部５１ａに巻き付ける部分と合わせて、廃棄する繊維束の量が多くなる。その結果、強化繊維に炭素繊維やポリアラミド繊維等の比較的高価なものを使用した場合、コストアップの大きな要因となる。
【０００８】
一方、特許文献１に記載の方法では、繊維束をマンドレルの軸部に巻き付けて折り返す場合に比較して繊維束の廃棄量を少なくできる。特許文献２に記載されたヘリカル巻層を構成する１層分の繊維束の巻付け（配列）を同時に行うフィラメントワインディング法に特許文献１に記載の方法を適用することができれば、廃棄する繊維束の量を少なくすることが可能になる。しかし、特許文献１に記載の方法では、１本の繊維束をマンドレルに巻き付ける場合は繊維束の折り返しが円滑に行われるが、ヘリカル巻層を構成する１層分の繊維束の巻付けを同時に行う場合には、繊維束の折り返しが円滑に行われない。
【０００９】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、従来のフィラメントワインディング法に比較して廃棄する繊維束の量を少なくでき、製造コストを低減できるフィラメントワインディング法を提供することにある。また、第２の目的は、前記フィラメントワインディング法を実施するのに適した状態にマンドレルを容易に変更できる繊維束折り返し用部材を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、被巻付け部材をフィラメントワインディング装置の回転支持部に支持し、その状態で少なくともヘリカル巻層を形成するフィラメントワインディング法である。ヘリカル巻層を構成する繊維束は各層毎に同時に配列されるとともに、その折り返しは、締付け部材により前記被巻付け部材又は前記被巻付け部材に一体回転可能に固定された繊維束折り返し用部材の周面に締付け固定した状態で行う。
【００１１】
この発明では、フィラメントワインディングによりマンドレル等の被巻付け部材の表面にヘリカル巻層を形成する際は、ヘリカル巻層を構成する繊維束は各層毎に同時に配列される。繊維束を折り返す際は、締付け部材により前記被巻付け部材又は前記被巻付け部材に一体回転可能に固定された繊維束折り返し用部材の周面に、締付け固定された状態で行われる。従って、繊維束を被巻付け部材の軸部に巻き付ける必要がなく、繊維束の廃棄量を少なくできる。また、締付け部材による締付け固定によるだけで繊維束が被巻付け部材の周面に相対移動不能に固定される場合は、繊維束の配列を規制するピンを設けなくても、繊維束の配列の乱れが防止される。その結果、ピンを設ける場合に比較して、繊維束の廃棄量を少なくできる。
【００１２】
第２の目的を達成するため、請求項２に記載の発明は、フィラメントワインディング装置の回転支持部に一体回転可能に支持される被巻付け部材の端部に固定される繊維束折り返し用部材である。繊維束折り返し用部材は、前記被巻付け部材の繊維束被巻付け部の外径とほぼ同じ外径の繊維束案内部と、前記繊維束案内部に連続して形成され、その周方向に沿って延びる複数の環状の繊維束締付け部とを備えている。
【００１３】
この発明の繊維束折り返し用部材は、被巻付け部材の端部に固定されて使用される。そして、請求項１に記載の発明の方法でヘリカル巻を行う際、繊維束を締付け部材により環状の繊維束締付け部の周面に締付け固定することで、繊維束が前記繊維束締付け部に押圧された状態で締め付け固定される。そして、繊維束は、その折り返し毎に、異なる繊維束締付け部に別の締付け部材によって締め付け固定されるため、締付け部材による繊維束の締付けが良好に行われる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記繊維束締付け部は溝で構成され、前記溝は前記繊維束案内部に近いものほど径が小さく形成されている。この発明では、前記締付け部材により繊維束を前記繊維束締め付け部に締め付け固定する際、締付け部材が溝内に収容されることで繊維束の締め付けが良好に行われる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記繊維束締付け部は段部で構成され、前記段部は前記繊維束案内部に近いものほど外径が大きく形成されている。この発明では、段部は前記繊維束案内部に近いものほど外径が大きく形成されているため、即ち、繊維束案内部側から順に外径が小さくなるため、繊維束の巻き付けが終了した後、製品となる以外の部分の繊維束を除去する際、除去作業が容易となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明をフィラメントワインディング装置の回転支持部に支持される被巻付け部材としてのマンドレルに取り付けられる繊維束折り返し用部材に具体化した第１の実施の形態を図１〜図４に従って説明する。図１（ａ）は繊維束折り返し用部材の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図、（ｃ）は繊維束が巻き付けられた状態の模式断面図である。図２（ａ）は閉じた状態の締付け部材の正面図、（ｂ）は開いた状態の締付け部材の正面図、（ｃ）は係止部の詳細図である。
【００１７】
図１（ａ），（ｃ）に示すように、繊維束折り返し用部材１１は、マンドレル１２の繊維束被巻付け部１２ａの外径とほぼ同じ外径の繊維束案内部１３と、繊維束案内部１３に連続して形成され、周方向に沿って延びる複数の環状の繊維束締付け部としての環状溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃとを備えた筒状に形成されている。繊維束案内部１３の周面にはピン１５が一定ピッチで周方向に沿って環状に設けられている。ピン１５は取り外し可能に設けられている。なお、図１（ａ），（ｃ）では、一部のピン１５は繊維束案内部１３に対する突設位置のみ示している。
【００１８】
繊維束折り返し用部材１１にはマンドレル１２の軸部１２ｂが挿通される孔１１ａが形成され、内周面には軸方向に沿って延びるキー溝１１ｂが形成され、キー溝１１ｂに嵌合されるキー１６を介してマンドレル１２に対して相対回転不能に固定されるように構成されている。
【００１９】
環状溝１４ａ〜１４ｃはヘリカル巻を形成する際の樹脂含浸繊維束の折り返し回数分だけ設けられている。この実施の形態では３個の環状溝１４ａ〜１４ｃが設けられているため、ヘリカル巻の折り返しは３回となる。環状溝１４ａ〜１４ｃは繊維束案内部１３側に配設されたものほど径が小さくなるように形成されている。環状溝１４ａ〜１４ｃは、繊維束折り返し用部材１１が固定されたマンドレル１２を使用してフィラメントワインディングを行う場合、ヘリカル巻を形成する樹脂含浸繊維束を締付け部材１７を使用して環状溝１４ａ〜１４ｃに締付け固定する際に、締付け部材１７を収容可能に形成されている。また、図１（ｃ）に示すように、環状溝１４ａ〜１４ｃは、樹脂含浸繊維束Ｒが環状溝１４ａ〜１４ｃ内において締付け部材１７に締め付けられた状態で折り返した際、前に巻き付けられた樹脂含浸繊維束Ｒ上に隙間無く積層可能となる径の差を有するように形成されている。この実施の形態では、例えば樹脂含浸繊維束Ｒの２層分の差を有するように形成されている。なお、以下、樹脂含浸繊維束Ｒを単に繊維束Ｒと称す場合もある。
【００２０】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、締付け部材１７は、ほぼ半円弧状の把持片１８が軸１９を介して開閉可能に連結されて構成されている。図２（ｃ）に示すように、両把持片１８の先端には係止部１８ａが形成され、締付け部材１７は、閉状態では係止部１８ａ同士が係止された状態で、両把持片１８が円形を成すように連結固定されるようになっている。係止部１８ａは鋸歯状に形成されている。
【００２１】
次に前記のように構成された繊維束折り返し用部材１１を用いてフィラメントワインディングにより、ＦＲＰ製パイプを製造する方法を説明する。図４はフィラメントワインディング装置の模式側面図、図３は図４のＢ−Ｂ線における模式部分断面図である。
【００２２】
図４に示すように、フィラメントワインディング装置（以下、ＦＷ装置と称す）２０は被巻付け部材としてのマンドレル１２を回転可能に支持する一組の回転支持部としてのチャック２１を備えている。ＦＷ装置２０は、特許文献２に開示された装置と同様な巻付けヘッド（ヘリカル巻用ヘッド及びフープ巻用ヘッド）２２を備えており、図４ではヘリカル巻用ヘッドのみが図示されている。巻付けヘッド２２はベースプレート２３上に設けられたレール２４（図３に図示）上をチャック２１に支持されたマンドレル１２に沿って、図示しない駆動手段により移動可能となっている。チャック２１は可変速モータ（図示せず）により回転駆動され、制御装置Ｃの指令によってチャック２１が巻付けヘッド２２の移動速度と同期した状態で回転駆動される。そして、図示しない繊維束供給部から樹脂含浸装置を経て供給される樹脂含浸繊維束Ｒを、マンドレル１２に対する巻付け角度を任意の角度に設定してマンドレル１２に巻き付けることができるようになっている。
【００２３】
図３に示すように、巻付けヘッド２２は、マンドレル１２に貫通される孔を有する支持板２５を備えている。ヘリカル巻用ヘッドの支持板２５には、複数本の繊維束を同時にマンドレル１２に対してヘリカル巻で巻付け可能とするため、複数のガイド２６がマンドレル１２の周方向に沿って配列された状態で設けられている。ガイド２６は例えば、３０〜４０本の樹脂含浸繊維束Ｒを案内可能に繊維束Ｒの本数にそれぞれ対応する数の大小２種のガイド２６が２個の同心円上に配列されている。なお、図３に示す例では２８本の繊維束Ｒに対応してガイド２６がそれぞれ２８本ずつ設けられている。
【００２４】
フープ巻部を備えたフープ巻用ヘッドは、繊維束Ｒをマンドレル１２に対して２本同時にフープ巻で巻付け可能とするためのガイドを備えている。ヘリカル巻用ヘッドとフープ巻用ヘッドとは一体的な移動と、独立した状態での移動とが可能に構成されている。そして、一層のヘリカル巻を構成する本数に対応する複数本の繊維束Ｒを同時にマンドレル１２に対してヘリカル巻で巻付け可能となり、ヘリカル巻用ヘッドがマンドレル１２に沿って一回往動又は復動することでマンドレル１２の全周面に亘って繊維束Ｒがヘリカル巻で巻き付けられる。
【００２５】
次に前記ＦＷ装置２０を使用してＦＲＰ製パイプを製造する際の製造方法を説明する。先ず、マンドレル１２の両端に繊維束折り返し用部材１１を一体回転可能に固定する。マンドレル１２に対する繊維束折り返し用部材１１の固定は、マンドレル１２の軸部１２ｂに繊維束折り返し用部材１１を嵌合させるとともに、キー１６をキー溝１１ｂに嵌合させることで行われる。そして、繊維束折り返し用部材１１が両端に固定されたマンドレル１２が、作業者によりＦＷ装置２０のチャック２１に支持される。
【００２６】
次に作業者は、繊維束供給部から繊維束を引き出し、開繊機構、樹脂含浸槽、張力調整部等を経て巻付けヘッド２２に導き、巻付けヘッド２２のガイド２６に挿通した後、樹脂含浸繊維束Ｒの端部をマンドレル１２の一端側に固定された繊維束折り返し用部材１１の所定位置に固定する。繊維束の端部の固定作業は作業者が手作業で行い、例えば粘着テープを使用して繊維束案内部１３のピン１５の配列箇所と環状溝１４ａとの間に固定される。
【００２７】
また、作業者は、マンドレル１２の回転速度、巻付けヘッド２２の巻付け時の往復移動幅等の巻付け条件を制御装置Ｃに入力する。繊維束として炭素繊維のロービングが使用される。ロービングとは細い単繊維のフィラメントを多数本束ねた実質無撚りの繊維束を意味する。
【００２８】
次にＦＷ装置２０による樹脂含浸繊維束Ｒの巻付け運転が開始される。ＦＷ装置２０が駆動されると、マンドレル１２が一定方向に回転され、巻付けヘッド２２がマンドレル１２一端側から移動を開始し、マンドレル１２の長手方向に沿って往復移動される。繊維束Ｒは少なくとも最内層となる一層目がヘリカル巻層を形成するように、かつマンドレル１２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、マンドレル１２の繊維束被巻付け部１２ａ及び繊維束折り返し用部材１１の表面に巻き付けられる。巻付け角度は製品のＦＲＰ製パイプに要求される、曲げ、ねじり、振動等の特性を満足する所定の値（例えば、１０〜１５°）に設定される。
【００２９】
ヘリカル巻層を形成する際は、ヘリカル巻層を構成する全ての樹脂含浸繊維束Ｒの巻付けが同時に行われる。そして、樹脂含浸繊維束の折り返しは、樹脂含浸繊維束Ｒが締付け部材１７により繊維束折り返し用部材１１の環状溝１４ａ〜１４ｃに締付け固定された状態で行われる。詳述すれば、巻付けヘッド２２がマンドレル１２の他端側まで移動して１層目のヘリカル巻層が形成され、樹脂含浸繊維束Ｒがマンドレル１２の他端側で繊維束案内部１３に最も近い環状溝１４ａを覆った状態で、締付け部材１７が繊維束Ｒの上から環状溝１４ａに取り付けられる。これにより、繊維束Ｒが環状溝１４ａの周面に締付け部材１７により締め付け固定される。締付け部材１７の固定はロボット、あるいは作業者の手作業により行われる。
【００３０】
次に巻付けヘッド２２の移動方向が変更され、繊維束Ｒは締付け部材１７の位置で折り返され、ヘリカル巻が継続される。巻付けヘッド２２が一端側まで移動して、２層目のヘリカル巻層が形成され、樹脂含浸繊維束Ｒがマンドレル１２の一端側で繊維束案内部１３に最も近い環状溝１４ａを覆った状態で、締付け部材１７が繊維束Ｒの上から環状溝１４ａに取り付けられる。
【００３１】
以下、同様にして、巻付けヘッド２２が一端側から他端側、あるいは他端側から一端側へ移動され、繊維束Ｒが環状溝１４ｂ，１４ｃを覆う状態で締付け部材１７が環状溝１４ｂ，１４ｃに順次取り付けられる。そして、繊維束Ｒが折り返し位置である環状溝１４ｂ，１４ｃに締め付け固定された状態でヘリカル巻が行われる。なお、一端側の繊維束折り返し用部材１１ではヘリカル巻の際の繊維束Ｒの折り返し回数は他端側より１回少ない回数となり、繊維束Ｒは締付け部材１７により環状溝１４ａ，１４ｂに締め付け固定される。
【００３２】
繊維束Ｒはピン１５により周方向への移動が規制されるため、締付け部材１７による繊維束Ｒの締付けが完全ではなく、環状溝１４ａ〜１４ｃにおいて繊維束Ｒが多少周方向にずれても、繊維束Ｒの巻付け角度（配列角度）は所定の値に保持される。
【００３３】
ヘリカル巻層が所定層（例えば４層）形成された後、マンドレル１２の端部寄りの部分及び繊維束折り返し用部材１１の繊維束案内部１３の部分に、繊維束Ｒの巻付け角度がほぼ９０°に近い状態で巻き付けられる所謂フープ巻層が所定層（例えば１層）形成される。その後、再びヘリカル巻層が所定層（例えば２層）形成された段階で樹脂が含浸された繊維束Ｒの巻き付けが完了する。
【００３４】
次にポリエステル糸がフープ巻で巻き付けられる。ポリエステル糸が巻き付けられる際に、内側に巻き付けられている繊維束Ｒに含浸されている樹脂の一部が染み出しポリエステル糸の表面が樹脂で被覆された状態となる。
【００３５】
ポリエステル糸の巻付けが完了した後、繊維束被巻付け部１２ａ上に形成された成形体（図示せず）の両端部が、マンドレル１２の端部より内側の所定位置でそれぞれカッタ２８（図１（ｃ）に鎖線で図示）により切断される。そして、繊維束供給部に繋がる未硬化の樹脂含浸繊維束Ｒが繊維束折り返し用部材１１から除去される。その後、マンドレル１２がＦＷ装置２０のチャック２１から取り外され、樹脂含浸繊維束の未硬化の段階で、前記切断位置より軸部１２ｂ側に巻き付けられた不要な樹脂含浸繊維束Ｒ及びポリエステル糸が除去される。
【００３６】
その後、マンドレル１２が成形体と共に加熱炉に入れられ、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℃程度である。加熱硬化、冷却後、成形体がマンドレル１２から取り外されて所定寸法の長さのＦＲＰ製パイプが形成される。ＦＲＰ製パイプは、例えば両端に継ぎ手部材が圧入されて自動車のプロペラシャフトとして使用される。
【００３７】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） フィラメントワインディングでヘリカル巻層を形成する際は、ヘリカル巻層を構成する全ての樹脂含浸繊維束Ｒの巻付けを同時に行う。そして、繊維束Ｒの折り返しは、製品となる繊維束Ｒの巻付け範囲よりチャック２１に近い位置で繊維束Ｒを締付け部材１７により繊維束折り返し用部材１１の周面に締付け固定した状態で行う。従って、従来と異なり、樹脂含浸繊維束Ｒをマンドレル１２の軸部１２ｂに巻き付ける必要がなく、繊維束Ｒの廃棄量を少なくできる。
【００３８】
（２） 繊維束Ｒをマンドレル１２の軸部１２ｂに巻き付ける必要がないため軸部１２ｂを短くでき、結果としてマンドレル１２の全長を短くできるため、マンドレル１２が軽くなるとともに取り扱いが容易になる。
【００３９】
（３） 繊維束折り返し用部材１１はマンドレル１２の繊維束被巻付け部１２ａの外径とほぼ同じ外径の繊維束案内部１３と、繊維束案内部１３に連続して形成され、その周方向に沿って延びる複数の環状の繊維束締付け部（環状溝１４ａ〜１４ｃ）とを備えている。従って、樹脂含浸繊維束Ｒをその折り返し毎に、異なる繊維束締付け部に別の締付け部材１７によって締め付け固定することにより、締付け部材１７による樹脂含浸繊維束Ｒの締付けが良好に行われる。
【００４０】
（４） 環状の繊維束締付け部として環状溝１４ａ〜１４ｃが設けられ、環状溝１４ａ〜１４ｃは繊維束案内部１３に近いものほど径が小さく形成されている。従って、締付け部材１７により樹脂含浸繊維束Ｒを環状溝１４ａ〜１４ｃに締め付け固定する際、締付け部材１７が環状溝１４ａ〜１４ｃ内に収容されることで樹脂含浸繊維束Ｒの締め付けが良好に行われる。
【００４１】
（５） 環状溝１４ａ〜１４ｃは、樹脂含浸繊維束Ｒが環状溝１４ａ〜１４ｃ内において締付け部材１７に締め付けられた状態で折り返した際、前に巻き付けられた樹脂含浸繊維束Ｒ上に隙間無く積層可能となる径の差を有するように形成されている。従って、折り返した後の繊維束Ｒの配列が円滑に行われる。
【００４２】
（６） 繊維束案内部１３に樹脂含浸繊維束Ｒの配列を規制するピン１５が設けられている。従って、締付け部材１７により繊維束Ｒが環状溝１４ａ〜１４ｃに対して強固に固定されずに、多少緩く固定されても、ピン１５が存在することにより、繊維束Ｒの周方向へのずれが抑制され、ヘリカル巻を構成する繊維束Ｒの配列角度が所定の値に保持される。
【００４３】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を図５（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施の形態では、繊維束折り返し用部材１１に形成される複数の環状の繊維束締付け部の構造が前記第１の実施の形態と異なっている。第１の実施の形態と同様な部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。図５（ａ）は繊維束折り返し用部材１１の模式側面図、（ｂ）は繊維束Ｒが巻き付けられた状態の模式断面図である。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、繊維束折り返し用部材１１には環状溝１４ａ〜１４ｃに代えて、複数の環状段部２９ａ，２９ｂ，２９ｃが繊維束締付け部として形成されている。環状段部２９ａ〜２９ｃは繊維束案内部１３に近いものほど外径が大きく、即ち、繊維束案内部１３側から順に外径が小さくなるように形成されている。環状段部２９ａ〜２９ｃは、ヘリカル巻を形成する樹脂含浸繊維束Ｒが締付け部材１７により環状段部２９ａ〜２９ｃに締付け固定された状態で、折り返す際、折り返し部が隣接する環状段部２９ａ〜２９ｃにはみ出さない幅に形成されている。環状段部２９ａ〜２９ｃの周面には繊維束Ｒの滑りを防止する小さな凹凸（図示せず）加工が施されている。凹凸は例えばサンドブラスト加工により形成される。繊維束案内部１３にはピン１５が設けられていない。
【００４５】
この実施の形態の繊維束折り返し用部材１１も前記第１の実施の形態と同様にマンドレル１２に固定されて使用される。そして、ヘリカル巻層を形成する際の樹脂含浸繊維束Ｒの折り返しは、樹脂含浸繊維束Ｒが締付け部材１７により環状段部２９ａ〜２９ｃに締付け固定された状態で行われる。環状段部２９ａ〜２９ｃの周面に凹凸が設けられているため、締付け部材１７により繊維束Ｒが環状段部２９ａ〜２９ｃに締め付け固定された状態で繊維束Ｒの周方向へのずれが防止された状態に保持される。従って、繊維束案内部１３にピン１５が設けられていなくてもヘリカル巻を構成する繊維束Ｒが所定の角度で配列される。
【００４６】
この実施の形態では第１の実施の形態の（１）〜（３）と同様な効果を有する他に、次の効果を有する。
（７） 環状段部２９ａ〜２９ｃは繊維束案内部１３に近いものほど外径が大きく、即ち、繊維束案内部１３側から順に外径が小さくなるように形成されている。従って、樹脂含浸繊維束Ｒの巻き付けが終了した後、製品となる以外の部分の樹脂含浸繊維束Ｒを除去する際、除去作業が容易となる。
【００４７】
（８） 環状段部２９ａ〜２９ｃの周面に繊維束Ｒの滑りを防止する防止部としての凹凸が設けられている。従って、締付け部材１７により繊維束Ｒが環状段部２９ａ〜２９ｃに締め付け固定された状態で繊維束Ｒの周方向へのずれが防止され、繊維束案内部１３にピン１５が設けられていなくてもヘリカル巻を構成する繊維束Ｒを所定の角度で配列することができる。その結果、ピン１５を省略できる分、構成が簡単になるとともにコストも安くなる。また、ピン１５が無く、しかも繊維束案内部１３側から次第に径が小さくなるように環状段部２９ａ〜２９ｃが形成されているため、樹脂含浸繊維束Ｒの硬化後に不要な部分を容易に除去することが可能になる。
【００４８】
（９） ピン１５が存在しないため、ピン１５が存在する場合に比較して繊維束案内部１３の幅を狭くでき、その分、繊維束Ｒの廃棄量を少なくできるとともに、マンドレル１２を短くできる。
【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。
○ 環状溝１４ａ〜１４ｃを備えた繊維束折り返し用部材１１においても、図６に示すようにピン１５を省略してもよい。この場合、繊維束Ｒを滑りのない状態で締付け部材１７により締め付け固定するため、環状溝１４ａ〜１４ｃの底部に滑り防止部（例えば、凹凸）を設けるのが好ましい。
【００５０】
○ 環状段部２９ａ〜２９ｃを備えた繊維束折り返し用部材１１においても、ピン１５を設けてもよい。ピン１５を設けることにより、締付け部材１７による繊維束Ｒの締付けが多少緩くても、ヘリカル巻を構成する繊維束Ｒが所定の角度で配列される。従って、凹凸が不要になる。
【００５１】
○ ピン１５を備えない繊維束折り返し用部材１１であっても、締付け部材１７による締付け固定が強固に為されれば、環状溝１４ａ〜１４ｃや環状段部２９ａ〜２９ｃの周面に滑り防止部を設けなくてもよい。
【００５２】
〇 繊維束折り返し用部材１１をマンドレル１２に固定せず、マンドレル１２の端部に環状溝や環状段部を設け、繊維束Ｒを折り返す際、その環状溝や環状段部に繊維束Ｒを締付け部材１７によって締め付け固定してもよい。
【００５３】
○ 締付け部材１７は、２個の把持片１８が軸１９により連結された構成に限らず、例えば、図７（ａ），（ｂ）に示すように、両端に係止部１８ａが形成された半円弧状の把持片１８から構成され、係止部１８ａにおいて連結されることで、円形となる構成としてもよい。また、締付け部材１７として所謂結束バンドを使用してもよい。例えば、図８（ａ），（ｂ）に示すような、結束バンドを締付け部材１７として使用する。また、締付け部材１７として針金や高強度の繊維（例えばポリアラミド繊維）製の糸を使用してもよい。
【００５４】
〇 樹脂含浸繊維束Ｒの硬化前には繊維束供給部に繋がる繊維束Ｒの切断だけを行い、不要な部分の除去は樹脂含浸繊維束Ｒの硬化後に、ピン１５を抜いた状態で除去するようにしてもよい。ピン１５が取り外し不能な場合は、樹脂含浸繊維束Ｒの硬化後に不要な部分を除去するには、不要な部分を細かく破壊して除去する必要があるが、ピン１５を取り外し可能にすることにより、樹脂含浸繊維束Ｒの硬化後に不要な部分を除去するのが容易となる。
【００５５】
○ 締付け部材１７としてディスポーザブルタイプの物を使用してもよい。この場合、締付け部材１７の清掃やメンテナンスが不要になる。
○ 環状溝１４ａ〜１４ｃは繊維束案内部１３側ほど径が小さな構成に限らず、径が同じ環状溝を複数設けたり、繊維束案内部１３側ほど径が大きな構成としてもよい。
【００５６】
○ 繊維束案内部１３に連続して形成され、その周方向に沿って延びる環状の繊維束締付け部として、環状溝あるいは環状段部を１個設けてもよい。この場合、環状溝あるいは環状段部は、環状溝の深さあるいは環状段部の段差が、環状溝あるいは環状段部が複数平行に設けられる構成に比較して大きく形成される。そして、繊維束Ｒが折り返される際、二回目以降の折り返し時には、繊維束Ｒは
前回折り返された繊維束Ｒの上に締付け部材１７によって締め付け固定される。従って、繊維束折り返し用部材１１の長さを短くでき、マンドレル１２をより短くできる。
【００５７】
○ フィラメントワインディング後、巻き付けられた樹脂含浸繊維束Ｒを、樹脂硬化前に所定位置で切断する際、切断前に切断箇所を含む一定幅の領域にテープを巻き付け、テープの上から樹脂含浸繊維束Ｒを切断してもよい。この場合、テープを巻き付けた状態で樹脂含浸繊維束Ｒを切断するため、未硬化の状態でも、切断端部の繊維束Ｒが毛羽立つのが抑制される。
【００５８】
○ フィラメントワインディングは、マンドレル等の被巻付け部材に樹脂含浸繊維束を巻き付ける方法に限らず、繊維束を被巻付け部材に巻き付けた後に樹脂を含浸させ、その後に樹脂硬化を行うようにしてもよい。
【００５９】
○ 被巻付け部材はマンドレルに限らず、樹脂含浸繊維束Ｒを巻き付ける芯材（パイプ）としてもよい。例えば、パイプの両端に繊維束折り返し用部材１１を固定して、繊維束折り返し用部材１１をシャフトを介してＦＷ装置２０のチャック２１に支持してフィラメントワインディングを行い、パイプを製品の一部とする。
【００６０】
○ ヘリカル巻をマンドレル１２の表面に接触する最内層に形成する必要はなく、最内層にフープ巻層を形成し、その上にヘリカル巻層を形成してもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施の形態から把握できる。
【００６１】
（１） 請求項１に記載の発明において、前記折り返し部はヘリカル巻層の外層を構成する樹脂含浸繊維束ほど前記回転支持部に近い位置となる。
（２） 請求項１又は前記技術的思想（１）に記載の発明において、前記被巻付け部材は、その両端部に、前記締付け部材が固定される環状溝又は環状段部が複数形成された筒状の繊維束折り返し用部材が取り外し可能に固定されている。
【００６２】
（３） 請求項２〜請求項４及び前記技術的思想（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記繊維束締付け部の周面には滑り防止部が設けられている。（４） 請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記繊維束案内部には樹脂含浸繊維束の位置を規制するピンが、所定間隔で周方向に沿って突設されている。
【００６３】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、従来のフィラメントワインディング法に比較して廃棄する繊維束の量を少なくでき、製造コストを低減できる。また、請求項２〜請求項４に記載の発明によれば、前記発明のフィラメントワインディング法を実施するのに適した状態にマンドレルを容易に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施の形態の繊維束折り返し用部材の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は繊維束が巻き付けられた状態の模式断面図。
【図２】（ａ）は閉じた状態の締付け部材の正面図、（ｂ）は開いた状態の締付け部材の正面図、（ｃ）は係止部の詳細図。
【図３】図４のＢ−Ｂ線における模式拡大断面図。
【図４】ＦＷ装置の部分概略図。
【図５】（ａ）は第２の実施の形態の繊維束折り返し用部材の側面図、（ｂ）は繊維束が巻き付けられた状態の模式断面図。
【図６】別の実施の形態の繊維束が巻き付けられた状態の模式断面図。
【図７】別の実施の形態の締付け部材を示し、（ａ）は閉じた状態の正面図、（ｂ）は開いた状態の正面図。
【図８】（ａ），（ｂ）は別の実施の形態の締付け部材の平面図。
【図９】従来技術の繊維束の折り返し状態を説明する模式図。
【図１０】別の従来技術の繊維束の折り返し状態を説明する模式図。
【符号の説明】
Ｒ…樹脂含浸繊維束、１１…繊維束折り返し用部材、１２…被巻付け部材としてのマンドレル、１２ａ…繊維束被巻付け部、１３…繊維束案内部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…環状の繊維束締付け部としての環状溝、１７…締付け部材、２０…フィラメントワインディング装置（ＦＷ装置）、２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…環状の繊維束締付け部としての環状段部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a filament winding method and a member for folding a fiber bundle.
[0002]
[Prior art]
As a method for efficiently forming an FRP (fiber reinforced plastic) pipe, there is a filament winding method. In the filament winding method, a helical winding in which the resin-impregnated fiber bundle is wound around a rotating mandrel at a predetermined angle with respect to the axial direction of the mandrel, and a hoop winding in which the bundle is wound substantially orthogonal to the axial direction are performed. When performing helical winding, it is necessary to keep the winding angle constant and turn the fiber bundle back at the end of the mandrel.
[0003]
As a method of folding the fiber bundle, there are a method of providing a pin at the end of the mandrel and hooking the fiber bundle to the pin, and a method of directly winding the fiber bundle around the end of the mandrel. However, in these methods, the fiber bundle may slip or loosen at the end of the mandrel, and the winding angle of the fiber bundle may be disturbed. As a method of preventing this disturbance, there is a method of attaching two types of pinned rings to the end of the mandrel (see Patent Document 1).
[0004]
In the method described in Patent Literature 1, as shown in FIG. 9, a ring 52 with a pin for holding a winding angle and a ring 53 with a pin for restraining at the time of folding, and a ring 53 with a pin for restraining at the time of folding are provided at the end of the mandrel 51. It is attached so as to be located outside the mandrel 51. Pins 54 which are as thin as possible are radially implanted in the ring 52 with the pin for holding the winding angle, and are radially implanted at intervals as narrow as possible, and a relatively thick pin which withstands the pulling force of the fiber bundle R is formed in the ring 53 with the pin for folding back. 55 are planted at wide intervals. Then, the fiber bundle R wound around the mandrel 51 is hooked on the pin 55 of the ring 53 with the pin 53 for folding back while the winding angle is held by the pin 54 of the ring 52 with the pin for holding the winding angle. Will be folded back.
[0005]
Further, in order to enhance productivity, a helical winding portion for simultaneously helically winding a plurality of fiber bundles around a member to be wound (mandrel), and a hoop winding for hoop winding the fiber bundle around a member to be wound. There has been proposed a filament winding device having a section (see Patent Document 2). As shown in FIG. 10, a mandrel 51 used in the filament winding device described in Patent Document 2 has fiber bundle regulating pins 56 arranged at its ends at regular intervals in the circumferential direction (see FIG. 10). Book only). When the fiber bundle R wound by the helical winding is wound around the shaft portion 51a of the mandrel 51 and folded back, even if the arrangement of the fiber bundle R is disturbed, the arrangement of the part which becomes a product due to the presence of the pin 56 is disturbed. Is to be prevented.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-5-254028 (paragraphs [0005] to [0008] of the specification, FIG. 5)
[Patent Document 2]
JP-A-2002-283467 (paragraphs [0012], [0013], [0051] of the specification, FIG. 1, FIG. 5, FIG. 7, and FIG. 16)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the method proposed in Patent Document 2 in which all the resin-impregnated fiber bundles constituting the helical winding layer are simultaneously wound, the arrangement of the fiber bundles is disturbed when the fiber bundle is wound around the shaft portion 51a of the mandrel 51 and folded. Therefore, a pin 56 for regularly arranging the fiber bundle is required. However, in the configuration in which the arrangement of the fiber bundles is regulated by engaging with the pins 56, a gap is opened between the fiber bundles in the vicinity of the pins 56, so that the position of the pins 56 is more than a certain distance from the end of the product. It needs to be separated. Therefore, the amount of the fiber bundle to be discarded is increased in addition to the portion wound around the shaft portion 51a. As a result, when a relatively expensive fiber such as carbon fiber or polyaramid fiber is used as the reinforcing fiber, it becomes a major factor in cost increase.
[0008]
On the other hand, in the method described in Patent Document 1, the amount of discarded fiber bundles can be reduced as compared with a case where the fiber bundles are wound around the mandrel shaft and turned back. If the method described in Patent Document 1 can be applied to the filament winding method for simultaneously winding (arranging) the fiber bundles of one layer constituting the helical winding layer described in Patent Document 2, the fiber bundle to be discarded Can be reduced. However, in the method described in Patent Literature 1, when a single fiber bundle is wound around a mandrel, the fiber bundle is smoothly turned back. However, the winding of the fiber bundle for one layer constituting the helical winding layer is simultaneously performed. If it is performed, the folding of the fiber bundle is not performed smoothly.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and a first object of the present invention is to reduce the amount of fiber bundles to be discarded as compared with the conventional filament winding method and reduce the manufacturing cost. Is to provide a law. A second object is to provide a fiber bundle folding member that can easily change a mandrel to a state suitable for performing the filament winding method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the invention according to claim 1 is a filament winding method in which a member to be wound is supported by a rotation support portion of a filament winding device, and at least a helical winding layer is formed in that state. . The fiber bundles constituting the helical winding layer are simultaneously arranged for each layer, and the folding thereof is performed by the member to be wound or the member for folding the fiber bundle which is integrally and rotatably fixed to the member to be wound by a fastening member. It is carried out in a state where it is fastened and fixed to the peripheral surface.
[0011]
According to the present invention, when a helical winding layer is formed on the surface of a member to be wound such as a mandrel by filament winding, the fiber bundles constituting the helical winding layer are simultaneously arranged for each layer. When the fiber bundle is folded back, the fiber bundle is tightened and fixed to a peripheral surface of the wound member or a fiber bundle folding member fixed to the wound member so as to be integrally rotatable. Therefore, there is no need to wind the fiber bundle around the shaft of the member to be wound, and the amount of discarded fiber bundle can be reduced. Further, when the fiber bundle is fixed to the peripheral surface of the wound member so as to be relatively immovable only by the fastening and fixing by the fastening member, the arrangement of the fiber bundle can be performed without providing a pin for regulating the arrangement of the fiber bundle. Disturbance is prevented. As a result, the amount of discarded fiber bundles can be reduced as compared with the case where the pins are provided.
[0012]
In order to achieve the second object, the invention according to claim 2 is a fiber bundle folding member fixed to an end of a member to be wound which is supported to be rotatable integrally with a rotation support portion of a filament winding device. is there. The fiber bundle folding member is formed continuously with the fiber bundle guide portion having an outer diameter substantially equal to the outer diameter of the fiber bundle wound portion of the wound member, and is formed in the circumferential direction thereof. And a plurality of annular fiber bundle tightening portions extending therealong.
[0013]
The fiber bundle folding member of the present invention is used by being fixed to the end of the member to be wound. When the helical winding is performed by the method according to the first aspect of the present invention, the fiber bundle is pressed against the fiber bundle tightening portion by tightening and fixing the fiber bundle to the peripheral surface of the annular fiber bundle tightening portion by the tightening member. It is tightened and fixed in the state. Each time the fiber bundle is folded, the fiber bundle is fastened and fixed to a different fiber bundle fastening portion by another fastening member, so that the fastening of the fiber bundle by the fastening member is performed satisfactorily.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the fiber bundle tightening portion is formed by a groove, and the groove is formed to have a smaller diameter as it is closer to the fiber bundle guide portion. According to the present invention, when the fiber bundle is fastened and fixed to the fiber bundle tightening portion by the tightening member, the fiber bundle is properly tightened by accommodating the tightening member in the groove.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the fiber bundle tightening portion includes a step portion, and the step portion has a larger outer diameter as being closer to the fiber bundle guide portion. I have. In the present invention, since the step portion has a larger outer diameter as being closer to the fiber bundle guide portion, that is, since the outer diameter decreases in order from the fiber bundle guide portion side, after the winding of the fiber bundle is completed. In addition, when removing the fiber bundle other than the part that becomes the product, the removal operation becomes easy.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in a fiber bundle folding member attached to a mandrel as a member to be wound supported by a rotation support portion of a filament winding device will be described with reference to FIGS. . FIG. 1A is a side view of a fiber bundle folding member, FIG. 1B is a view taken in the direction of arrow A in FIG. 1A, and FIG. 1C is a schematic cross-sectional view of a state in which the fiber bundle is wound. 2A is a front view of the fastening member in a closed state, FIG. 2B is a front view of the fastening member in an open state, and FIG. 2C is a detailed view of a locking portion.
[0017]
As shown in FIGS. 1A and 1C, the fiber bundle folding member 11 includes a fiber bundle guide portion 13 having an outer diameter substantially equal to the outer diameter of the fiber bundle wound portion 12a of the mandrel 12, and a fiber bundle It is formed in a tubular shape having a plurality of annular grooves 14a, 14b, and 14c as a plurality of annular fiber bundle tightening portions formed continuously with the guide portion 13 and extending along the circumferential direction. Pins 15 are provided on the peripheral surface of the fiber bundle guide 13 in a ring at a constant pitch along the circumferential direction. The pin 15 is provided detachably. 1 (a) and 1 (c), only some of the pins 15 project from the fiber bundle guide 13.
[0018]
A hole 11a through which the shaft portion 12b of the mandrel 12 is inserted is formed in the fiber bundle folding member 11, and a key groove 11b extending along the axial direction is formed in the inner peripheral surface, and is fitted into the key groove 11b. It is configured to be fixed to the mandrel 12 via the key 16 so as not to rotate relative to the mandrel 12.
[0019]
The annular grooves 14a to 14c are provided as many times as the number of turns of the resin-impregnated fiber bundle when forming the helical winding. In this embodiment, since three annular grooves 14a to 14c are provided, the helical winding is folded three times. The annular grooves 14a to 14c are formed such that the diameter of the annular grooves 14a to 14c decreases as the annular grooves 14a to 14c are arranged on the fiber bundle guide portion 13 side. When filament winding is performed using the mandrel 12 to which the fiber bundle folding member 11 is fixed, the annular grooves 14a to 14c are used to tighten the resin-impregnated fiber bundle forming the helical winding using the fastening member 17. When tightening and fixing to 14c, it is formed so that the tightening member 17 can be accommodated. Further, as shown in FIG. 1C, the annular grooves 14a to 14c are wound before when the resin-impregnated fiber bundle R is folded in the annular grooves 14a to 14c in a state where the bundle R is fastened to the fastening member 17. It is formed so as to have a difference in diameter that allows lamination on the resin-impregnated fiber bundle R without gaps. In this embodiment, for example, it is formed to have a difference of two layers of the resin-impregnated fiber bundle R. Hereinafter, the resin-impregnated fiber bundle R may be simply referred to as a fiber bundle R.
[0020]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the fastening member 17 is configured such that a gripping piece 18 having a substantially semicircular arc shape is connected to be openable and closable via a shaft 19. As shown in FIG. 2 (c), a locking portion 18a is formed at the tip of each of the gripping pieces 18, and the fastening member 17 is in a state where the locking portions 18a are locked together in the closed state. 18 are connected and fixed so as to form a circle. The locking portion 18a is formed in a sawtooth shape.
[0021]
Next, a method of manufacturing an FRP pipe by filament winding using the fiber bundle folding member 11 configured as described above will be described. FIG. 4 is a schematic side view of the filament winding device, and FIG. 3 is a schematic partial sectional view taken along line BB of FIG.
[0022]
As shown in FIG. 4, a filament winding device (hereinafter, referred to as a FW device) 20 includes a set of chucks 21 as a pair of rotation support portions for rotatably supporting the mandrel 12 as a member to be wound. The FW device 20 includes a winding head (helical winding head and hoop winding head) 22 similar to the device disclosed in Patent Literature 2, and FIG. 4 shows only the helical winding head. The winding head 22 is movable on a rail 24 (shown in FIG. 3) provided on a base plate 23 along a mandrel 12 supported by a chuck 21 by a driving means (not shown). The chuck 21 is rotationally driven by a variable speed motor (not shown), and is rotationally driven in synchronization with the moving speed of the winding head 22 by a command from the control device C. Then, the resin-impregnated fiber bundle R supplied from a fiber bundle supply unit (not shown) via the resin impregnation device can be wound around the mandrel 12 by setting the winding angle around the mandrel 12 to an arbitrary angle. .
[0023]
As shown in FIG. 3, the winding head 22 includes a support plate 25 having a hole penetrated by the mandrel 12. A plurality of guides 26 are arranged along the circumferential direction of the mandrel 12 on the support plate 25 of the helical winding head so that a plurality of fiber bundles can be helically wound around the mandrel 12 at the same time. It is provided in. The guide 26 has, for example, two large and small types of guides 26 corresponding to the number of the fiber bundles R arranged on two concentric circles so as to be able to guide 30 to 40 resin-impregnated fiber bundles R. In the example shown in FIG. 3, 28 guides 26 are provided for each of the 28 fiber bundles R.
[0024]
The hoop winding head provided with the hoop winding portion is provided with a guide for enabling two fiber bundles R to be simultaneously wound around the mandrel 12 by the hoop winding. The helical winding head and the hoop winding head are configured to be able to move integrally and independently. Then, a plurality of fiber bundles R corresponding to the number of layers constituting one layer of helical winding can be simultaneously wound by helical winding on the mandrel 12, and the helical winding head moves forward or backward once along the mandrel 12. By moving, the fiber bundle R is helically wound around the entire peripheral surface of the mandrel 12.
[0025]
Next, a manufacturing method for manufacturing an FRP pipe using the FW device 20 will be described. First, the fiber bundle folding member 11 is fixed to both ends of the mandrel 12 so as to be integrally rotatable. The fixing of the fiber bundle folding member 11 to the mandrel 12 is performed by fitting the fiber bundle folding member 11 to the shaft portion 12b of the mandrel 12 and fitting the key 16 to the key groove 11b. Then, the mandrel 12 to which the fiber bundle folding member 11 is fixed at both ends is supported by the chuck 21 of the FW device 20 by the operator.
[0026]
Next, the operator pulls out the fiber bundle from the fiber bundle supply unit, guides the fiber bundle to the winding head 22 through a fiber opening mechanism, a resin impregnation tank, a tension adjustment unit, and the like, and inserts the resin bundle into the guide 26 of the winding head 22, The end of the impregnated fiber bundle R is fixed to a predetermined position of the fiber bundle folding member 11 fixed to one end of the mandrel 12. The fixing operation of the end portion of the fiber bundle is manually performed by an operator, and is fixed between the arrangement position of the pins 15 of the fiber bundle guide portion 13 and the annular groove 14a using, for example, an adhesive tape.
[0027]
Further, the operator inputs to the control device C winding conditions such as the rotation speed of the mandrel 12 and the reciprocating width of the winding head 22 during winding. Roving of carbon fiber is used as the fiber bundle. Roving means a substantially non-twisted fiber bundle obtained by bundling a number of thin filaments of a single fiber.
[0028]
Next, the winding operation of the resin-impregnated fiber bundle R by the FW device 20 is started. When the FW device 20 is driven, the mandrel 12 is rotated in a certain direction, the winding head 22 starts moving from one end of the mandrel 12, and is reciprocated along the longitudinal direction of the mandrel 12. The fiber bundle R of the mandrel 12 is formed so that at least the first layer serving as the innermost layer forms a helical winding layer and the angle (winding angle) formed with the axial direction of the mandrel 12 becomes a predetermined angle. It is wound around the surface of the winding portion 12a and the fiber bundle folding member 11. The winding angle is set to a predetermined value (for example, 10 to 15 °) that satisfies the characteristics such as bending, torsion, and vibration required for a product FRP pipe.
[0029]
When the helical winding layer is formed, the winding of all the resin-impregnated fiber bundles R constituting the helical winding layer is performed simultaneously. The folding of the resin-impregnated fiber bundle is performed in a state where the resin-impregnated fiber bundle R is fastened and fixed to the annular grooves 14 a to 14 c of the fiber bundle folding member 11 by the fastening member 17. More specifically, the winding head 22 moves to the other end of the mandrel 12 to form a first helical wound layer, and the resin-impregnated fiber bundle R is transferred to the fiber bundle guide 13 at the other end of the mandrel 12. The fastening member 17 is attached to the annular groove 14a from above the fiber bundle R while covering the closest annular groove 14a. As a result, the fiber bundle R is fastened and fixed to the peripheral surface of the annular groove 14a by the fastening member 17. The fastening member 17 is fixed by a robot or a manual operation of an operator.
[0030]
Next, the moving direction of the winding head 22 is changed, the fiber bundle R is folded back at the position of the fastening member 17, and the helical winding is continued. The winding head 22 moves to one end to form a second helical winding layer, and the resin-impregnated fiber bundle R covers the annular groove 14 a closest to the fiber bundle guide 13 at one end of the mandrel 12. Then, the fastening member 17 is attached to the annular groove 14a from above the fiber bundle R.
[0031]
Hereinafter, similarly, the winding head 22 is moved from one end side to the other end side, or from the other end side to the one end side, and the fastening member 17 is moved in the state where the fiber bundle R covers the annular grooves 14b and 14c. 14c. The helical winding is performed in a state where the fiber bundle R is fastened and fixed to the annular grooves 14b and 14c at the folding positions. In the fiber bundle folding member 11 at one end, the number of times of folding of the fiber bundle R in the helical winding is one less than that at the other end, and the fiber bundle R is fastened and fixed to the annular grooves 14a and 14b by the fastening member 17. Is done.
[0032]
Since the movement of the fiber bundle R in the circumferential direction is restricted by the pin 15, the tightening of the fiber bundle R by the tightening member 17 is not complete, and even if the fiber bundle R is slightly shifted in the circumferential direction in the annular grooves 14a to 14c, The winding angle (arrangement angle) of the fiber bundle R is kept at a predetermined value.
[0033]
After the helical winding layer is formed in a predetermined layer (for example, four layers), the winding angle of the fiber bundle R is substantially equal to the part near the end of the mandrel 12 and the part of the fiber bundle guiding portion 13 of the fiber bundle folding member 11. A so-called hoop winding layer wound around 90 ° is formed in a predetermined layer (for example, one layer). Thereafter, the winding of the fiber bundle R impregnated with the resin is completed at the stage where the helical winding layer is formed again in a predetermined layer (for example, two layers).
[0034]
Next, the polyester yarn is wound in a hoop winding. When the polyester yarn is wound, a part of the resin impregnated into the fiber bundle R wound inside is exuded, and the surface of the polyester yarn is covered with the resin.
[0035]
After the winding of the polyester yarn is completed, both ends of the formed body (not shown) formed on the fiber bundle wound portion 12a are respectively positioned at predetermined positions inside the ends of the mandrel 12 with the cutters 28 (see FIG. 1 (c) (shown by a chain line). Then, the uncured resin-impregnated fiber bundle R connected to the fiber bundle supply unit is removed from the fiber bundle folding member 11. Thereafter, the mandrel 12 is detached from the chuck 21 of the FW device 20 and, at an uncured stage of the resin-impregnated fiber bundle, unnecessary resin-impregnated fiber bundle R and polyester yarn wound around the shaft portion 12b from the cutting position are removed. Is done.
[0036]
Thereafter, the mandrel 12 is put into a heating furnace together with the molded body, and the resin is cured at a predetermined temperature. The curing temperature differs depending on the resin. For example, in the case of an epoxy resin, it is about 180 ° C. After heat curing and cooling, the molded body is removed from the mandrel 12 to form a FRP pipe having a predetermined length. The FRP pipe is used as a propeller shaft of an automobile, for example, with fitting members press-fitted at both ends.
[0037]
This embodiment has the following effects.
(1) When the helical winding layer is formed by filament winding, all the resin-impregnated fiber bundles R constituting the helical winding layer are simultaneously wound. The folding of the fiber bundle R is performed in a state where the fiber bundle R is tightened and fixed to the peripheral surface of the fiber bundle folding member 11 by the tightening member 17 at a position closer to the chuck 21 than the winding range of the fiber bundle R as a product. . Therefore, unlike the related art, there is no need to wind the resin-impregnated fiber bundle R around the shaft portion 12b of the mandrel 12, and the amount of discarded fiber bundle R can be reduced.
[0038]
(2) Since it is not necessary to wind the fiber bundle R around the shaft portion 12b of the mandrel 12, the shaft portion 12b can be shortened. As a result, the entire length of the mandrel 12 can be shortened, so that the mandrel 12 becomes lighter and easier to handle.
[0039]
(3) The fiber bundle folding member 11 is formed continuously with the fiber bundle guide portion 13 having an outer diameter substantially equal to the outer diameter of the fiber bundle wound portion 12a of the mandrel 12, and formed around the fiber bundle guide portion 13. And a plurality of annular fiber bundle tightening portions (annular grooves 14a to 14c) extending along the direction. Therefore, the resin-impregnated fiber bundle R is fastened to the different fiber bundle tightening portion by another fastening member 17 every time the resin-impregnated fiber bundle R is folded, so that the resin-impregnated fiber bundle R is properly tightened by the fastening member 17.
[0040]
(4) The annular grooves 14 a to 14 c are provided as annular fiber bundle tightening portions, and the diameter of the annular grooves 14 a to 14 c is smaller as they are closer to the fiber bundle guide 13. Therefore, when the resin-impregnated fiber bundle R is fastened and fixed to the annular grooves 14a to 14c by the fastening member 17, the fastening of the resin-impregnated fiber bundle R is performed favorably by the fastening member 17 being accommodated in the annular grooves 14a to 14c. Is
[0041]
(5) When the resin-impregnated fiber bundle R is folded back in the annular grooves 14a to 14c in a state where the resin-impregnated fiber bundle R is fastened to the fastening member 17, the annular groove 14a to 14c has no gap on the previously wound resin-impregnated fiber bundle R. It is formed so as to have a difference in diameter that enables stacking. Therefore, the arrangement of the folded fiber bundles R is performed smoothly.
[0042]
(6) The fiber bundle guide 13 is provided with a pin 15 for regulating the arrangement of the resin-impregnated fiber bundle R. Therefore, even if the fiber bundle R is not firmly fixed to the annular grooves 14a to 14c by the tightening member 17, but is slightly loosely fixed, the fiber bundle R is displaced in the circumferential direction due to the presence of the pin 15. The arrangement angle of the fiber bundles R constituting the helical winding is kept at a predetermined value.
[0043]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the structure of a plurality of annular fiber bundle tightening portions formed on the fiber bundle folding member 11 is different from that of the first embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. FIG. 5A is a schematic side view of the fiber bundle folding member 11, and FIG. 5B is a schematic sectional view of a state where the fiber bundle R is wound.
[0044]
As shown in FIG. 5A, a plurality of annular steps 29a, 29b, 29c are formed in the fiber bundle folding member 11 instead of the annular grooves 14a to 14c as fiber bundle tightening portions. The annular step portions 29a to 29c are formed such that the closer to the fiber bundle guide portion 13, the larger the outer diameter, that is, the smaller the outer diameter in order from the fiber bundle guide portion 13 side. When the resin-impregnated fiber bundle R forming the helical winding is fastened and fixed to the annular step portions 29a to 29c by the fastening member 17, the annular step portions 29a to 29c are adjacent to the annular step portions 29a to 29c when the folding portion is turned back. The width is formed so as not to protrude into 29c. Small irregularities (not shown) are provided on the peripheral surfaces of the annular steps 29a to 29c to prevent the fiber bundle R from slipping. The irregularities are formed by, for example, sandblasting. The fiber bundle guide 13 is not provided with the pin 15.
[0045]
The fiber bundle folding member 11 of this embodiment is also used by being fixed to the mandrel 12 similarly to the first embodiment. The folding of the resin-impregnated fiber bundle R when the helical winding layer is formed is performed in a state where the resin-impregnated fiber bundle R is fastened and fixed to the annular steps 29a to 29c by the fastening member 17. Since the irregularities are provided on the peripheral surfaces of the annular step portions 29a to 29c, the fiber bundle R is prevented from shifting in the circumferential direction in a state where the fiber bundle R is fastened and fixed to the annular step portions 29a to 29c by the fastening member 17. Is kept in the state. Therefore, even if the pin 15 is not provided in the fiber bundle guide 13, the fiber bundles R forming the helical winding are arranged at a predetermined angle.
[0046]
This embodiment has the following effects in addition to the effects similar to (1) to (3) of the first embodiment.
(7) The annular step portions 29a to 29c are formed such that the closer to the fiber bundle guide portion 13, the larger the outer diameter, that is, the smaller the outer diameter in order from the fiber bundle guide portion 13 side. Therefore, after the winding of the resin-impregnated fiber bundle R is completed, when the resin-impregnated fiber bundle R other than the product is removed, the removal operation is facilitated.
[0047]
(8) Irregularities are provided on the peripheral surfaces of the annular step portions 29a to 29c as prevention portions for preventing the fiber bundle R from slipping. Therefore, the fiber bundle R is prevented from shifting in the circumferential direction in a state where the fiber bundle R is fastened and fixed to the annular step portions 29a to 29c by the fastening member 17, and the pin 15 is not provided in the fiber bundle guide portion 13. Also, the fiber bundles R constituting the helical winding can be arranged at a predetermined angle. As a result, since the pin 15 can be omitted, the configuration is simplified and the cost is reduced. In addition, since there is no pin 15 and the annular step portions 29a to 29c are formed so that the diameter gradually decreases from the fiber bundle guide portion 13 side, unnecessary portions can be easily removed after the resin-impregnated fiber bundle R is cured. It becomes possible to do.
[0048]
(9) Since the pin 15 does not exist, the width of the fiber bundle guide portion 13 can be reduced as compared with the case where the pin 15 exists, and accordingly, the waste amount of the fiber bundle R can be reduced and the mandrel 12 can be shortened. .
[0049]
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
In the fiber bundle folding member 11 having the annular grooves 14a to 14c, the pin 15 may be omitted as shown in FIG. In this case, it is preferable to provide an anti-slip portion (e.g., unevenness) at the bottom of the annular grooves 14a to 14c in order to fasten and fix the fiber bundle R with the tightening member 17 without slipping.
[0050]
The pin 15 may be provided also in the fiber bundle folding member 11 having the annular steps 29a to 29c. By providing the pin 15, even if the tightening of the fiber bundle R by the tightening member 17 is somewhat loose, the fiber bundle R constituting the helical winding is arranged at a predetermined angle. Therefore, no irregularities are required.
[0051]
Even if the fiber bundle folding member 11 does not include the pin 15, if the tightening and fixing by the tightening member 17 is firmly performed, the slip preventing portions are formed on the peripheral surfaces of the annular grooves 14a to 14c and the annular steps 29a to 29c. Need not be provided.
[0052]
ず The fiber bundle folding member 11 is not fixed to the mandrel 12, but is provided with an annular groove or an annular step at the end of the mandrel 12. When the fiber bundle R is folded, the fiber bundle R is tightened into the annular groove or the annular step. The member 17 may be fastened and fixed.
[0053]
The fastening member 17 is not limited to the configuration in which the two gripping pieces 18 are connected by the shaft 19. For example, as shown in FIGS. 7A and 7B, locking portions 18a are formed at both ends. It may be configured by a semicircular gripping piece 18 and connected to each other at a locking portion 18a to form a circular shape. Further, a so-called binding band may be used as the fastening member 17. For example, a binding band as shown in FIGS. 8A and 8B is used as the fastening member 17. Further, a wire or a thread made of high-strength fiber (for example, polyaramid fiber) may be used as the fastening member 17.
[0054]
硬化 Before the resin-impregnated fiber bundle R is cured, only the fiber bundle R connected to the fiber bundle supply unit is cut, and unnecessary portions are removed after the resin-impregnated fiber bundle R is cured, with the pin 15 pulled out. You may do so. If the pin 15 cannot be removed, it is necessary to break the unnecessary portion finely to remove the unnecessary portion after the resin-impregnated fiber bundle R is cured. This makes it easy to remove unnecessary portions after the resin-impregnated fiber bundle R is cured.
[0055]
○ A disposable type member may be used as the fastening member 17. In this case, cleaning and maintenance of the fastening member 17 become unnecessary.
The annular grooves 14a to 14c are not limited to the configuration in which the diameter is smaller on the fiber bundle guide portion 13 side, but a plurality of annular grooves having the same diameter may be provided, or the configuration may be such that the diameter is larger on the fiber bundle guide portion 13 side.
[0056]
A single annular groove or an annular step may be provided as an annular fiber bundle tightening portion formed continuously with the fiber bundle guide portion 13 and extending along the circumferential direction thereof. In this case, the annular groove or the annular step is formed such that the depth of the annular groove or the step of the annular step is larger than a configuration in which a plurality of annular grooves or annular steps are provided in parallel. Then, when the fiber bundle R is folded, at the time of the second and subsequent folding, the fiber bundle R is
The fiber bundle R is folded back and fastened by the fastening member 17. Accordingly, the length of the fiber bundle folding member 11 can be reduced, and the mandrel 12 can be further shortened.
[0057]
○ After the filament winding, when the wound resin-impregnated fiber bundle R is cut at a predetermined position before the resin is cured, a tape is wound around an area of a fixed width including the cut point before cutting, and the resin-impregnated fiber bundle is cut from above the tape. R may be truncated. In this case, since the resin-impregnated fiber bundle R is cut while the tape is wound, the fiber bundle R at the cut end is prevented from fluffing even in an uncured state.
[0058]
○ Filament winding is not limited to a method of winding a resin-impregnated fiber bundle around a member to be wound such as a mandrel. Good.
[0059]
The member to be wound is not limited to the mandrel, and may be a core material (pipe) around which the resin-impregnated fiber bundle R is wound. For example, the fiber bundle folding member 11 is fixed to both ends of the pipe, the fiber bundle folding member 11 is supported on the chuck 21 of the FW device 20 via a shaft, and filament winding is performed. I do.
[0060]
It is not necessary to form the helical winding on the innermost layer in contact with the surface of the mandrel 12, and a hoop winding layer may be formed on the innermost layer, and a helical winding layer may be formed thereon.
The following technical idea (invention) can be understood from the above embodiment.
[0061]
(1) In the invention described in claim 1, the folded portion is located closer to the rotation support portion as the resin-impregnated fiber bundle constituting the outer layer of the helical winding layer is located.
(2) In the invention described in claim 1 or the technical concept (1), the wound member has a plurality of annular grooves or annular step portions at both ends thereof to which the fastening member is fixed. A tubular fiber bundle folding member is detachably fixed.
[0062]
(3) In the invention according to any one of claims 2 to 4 and the technical idea (2), a slip prevention portion is provided on a peripheral surface of the fiber bundle tightening portion. (4) In the invention according to any one of claims 2 to 4, a pin for regulating the position of the resin-impregnated fiber bundle is provided on the fiber bundle guide at a predetermined interval along the circumferential direction. Have been.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the amount of discarded fiber bundles can be reduced as compared with the conventional filament winding method, and the manufacturing cost can be reduced. According to the second to fourth aspects of the invention, the mandrel can be easily changed to a state suitable for performing the filament winding method of the invention.
[Brief description of the drawings]
1A is a side view of a fiber bundle folding member according to a first embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A, and FIG. 1C is a state in which the fiber bundle is wound; FIG.
2A is a front view of a fastening member in a closed state, FIG. 2B is a front view of the fastening member in an open state, and FIG. 2C is a detailed view of a locking portion.
FIG. 3 is a schematic enlarged sectional view taken along line BB of FIG. 4;
FIG. 4 is a partial schematic view of the FW device.
FIG. 5A is a side view of a fiber bundle folding member according to a second embodiment, and FIG. 5B is a schematic cross-sectional view of a state where the fiber bundle is wound.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a fiber bundle according to another embodiment is wound.
7A and 7B show a fastening member according to another embodiment, wherein FIG. 7A is a front view in a closed state, and FIG. 7B is a front view in an open state.
8 (a) and 8 (b) are plan views of a fastening member according to another embodiment.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a folded state of a fiber bundle according to the related art.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a folded state of another conventional fiber bundle.
[Explanation of symbols]
R: resin-impregnated fiber bundle, 11: member for folding fiber bundle, 12: mandrel as a member to be wound, 12a: fiber bundle wound portion, 13: fiber bundle guide, 14a, 14b, 14c: annular fiber An annular groove as a bundle fastening portion; 17 a fastening member; 20 a filament winding device (FW device); 29a, 29b and 29c an annular step portion as an annular fiber bundle fastening portion.
