JP2019155744A - 円筒状複合材料の成形方法、内周積層装置及び円筒状複合材料 - Google Patents

円筒状複合材料の成形方法、内周積層装置及び円筒状複合材料 Download PDF

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Abstract

【課題】複合材料を厚肉の円筒状に成形する場合にも、複合材料シートに蛇行部が生じてしまう可能性を低減する円筒状複合材料の成形方法、内周積層装置及び円筒状複合材料を提供すること。
【解決手段】円筒状複合材料の成形方法は、積層ステップＳ１１と、加圧加熱ステップＳ１２と、を有する。積層ステップＳ１１は、複数の複合材料シートを、各複合材料シートの端部同士の間にスプライスを形成して、隣接する複合材料シートによって形成されるスプライスの周方向の位相を異ならせて、円筒状に積層するステップである。加圧加熱ステップＳ１２は、積層ステップＳ１１で積層した複数の複合材料シートを、円筒型の内周に沿って配置した状態で加圧しながら加熱することで、複数の複合材料シートに含まれる樹脂を反応させて、複数の複合材料シートを一体化して円筒状に成形するステップである。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状複合材料の成形方法、内周積層装置及び円筒状複合材料に関する。
航空機、自動車、車両、船舶等に、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料が用いられる。複合材料は、高強度かつ軽量であるため、円筒状に成形することで、モータのロータに例示される高速運動する部材に用いることが積極的に検討されている。
ところで、円柱状または円筒状の金型の外周に樹脂を含浸させた強化繊維を巻き付けて、加圧及び加熱して樹脂を硬化させることで、複合材料を管状体に成形する方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開平１１−１１５０６４号公報
モータのロータに例示される高速運動する部材に複合材料を使用する場合には、複合材料を厚肉の円筒状に成形する必要がある。しかしながら、特許文献１の方法を用いて、複数の複合材料シートを積層して加圧及び加熱することで厚肉の円筒状に成形しようとすると、加圧及び加熱することに伴って板厚が減少することに起因して、外周側に積層された複合材料シートに蛇行部が生じてしまう可能性があり、モータのロータに例示される高速運動する部材への使用に耐えないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複合材料を厚肉の円筒状に成形する場合にも、複合材料シートに蛇行部が生じてしまう可能性を低減する円筒状複合材料の成形方法、内周積層装置及び円筒状複合材料を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、円筒状複合材料の成形方法は、複数の複合材料シートを、各前記複合材料シートの端部同士の間にスプライスを形成して、隣接する前記複合材料シートによって形成される前記スプライスの周方向の位相を異ならせて、円筒状に積層する積層ステップと、前記積層ステップで積層した複数の前記複合材料シートを、円筒型の内周に沿って配置した状態で加圧しながら加熱することで、複数の前記複合材料シートに含まれる樹脂を反応させて、複数の前記複合材料シートを一体化して円筒状に成形する加圧加熱ステップと、を有することを特徴とする。
この構成によれば、各複合材料シートの端部同士の間にスプライスを形成することにより、加圧加熱ステップにおける樹脂の反応に伴う板厚の減少に対しスプライスの目開きにより各複合材料シートを容易に追従させることができるため、外周部まで均一に圧力をかけることができる。また、積層ステップで各複合材料シートをオーバーラップでは無くギャップスプライスで積層し、さらにスプライスの位相をずらすことにより、スプライスによる強度低下を最小限に抑えることができる。また、積層した複数の複合材料シートを円筒型の内周に沿って配置した状態で加圧加熱処理をするため、円筒型の膨張により径内側からかかる圧力が外側まで伝わらずに複合材料シートの内部に空隙が生じることや、円筒型の圧縮により繊維が蛇行することなどを防ぐことができるので、この結果として、複合材料を厚肉の円筒状に成形する場合にも、複合材料シートに蛇行部が生じてしまう可能性を低減することができる。
この構成において、前記積層ステップでは、前記円筒型の内周側からさらに内周側に向かって複数の複合材料シートを積層することが好ましい。この構成によれば、積層ステップによって加圧加熱ステップの処理をするための状態を一連の流れの中で円滑に形成することができ、これにより、成形後の円筒状複合材料の形状の精度を向上させることができる。
あるいは、この構成において、前記積層ステップでは、前記加圧加熱ステップで使用する前記円筒型とは別の円筒型の外周側からさらに外周側に向かって複数の複合材料シートを積層し、積層後に前記円筒型を抜き取ることが好ましい。この構成によれば、従来の技術を駆使して積層ステップを実施することができるので、従来の設備を好適に活用することができる。
これらの構成において、前記加圧加熱ステップで使用する前記円筒型として複合材料円筒型を用い、前記加圧加熱ステップの前に行われ、前記円筒型の内周を、最外周に配置された前記複合材料シートと接着可能にする接着前処理を行う接着前処理ステップと、をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、加圧加熱ステップにより、積層した複数の複合材料シートの外周側に複合材料円筒型を接着した円筒状複合材料を得ることができるので、円筒状複合材料の外周の形状の精度を向上させることができる。
これらの構成において、前記加圧加熱ステップでは、前記円筒型の内周に配置した複数の前記複合材料シートの軸方向における両端側の位置であり、かつ、加圧及び加熱する際に用いる加圧加熱ケースの内側の位置に、前記加圧加熱ステップで使用する前記円筒型と同等の線膨張を有し、複数の前記複合材料シートの軸方向における両端側を保護するリング状のダム部材を配置することが好ましい。この構成によれば、ダム部材により複数の複合材料シートの軸方向における両端側を保護することができるので、円筒状複合材料の軸方向における両端側の形状の精度を向上させることができる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、内周積層装置は、円筒型を外側から回転可能に支持する支持ローラと、前記円筒型の内周面に積層された複数のシートを内側から押さえる押さえローラと、を含むことを特徴とする。
この構成によれば、所定の積層ステップを実行する際に、押さえローラにより、支持ローラで支持された円筒型の内周面に向けて複数の複合材料シートを内側からしっかりと押さえながら積層することができるので、積層される複合材料シートの層間の間隙を軽減することができる。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、円筒状複合材料は、円筒状に積層されて一体化された複数の複合材料シートを含み、複数の前記複合材料シートは、各前記複合材料シートの端部同士の間にスプライスを形成し、隣接する前記複合材料シートによって形成される前記スプライスの周方向の位相が異なっていることを特徴とする。
この構成によれば、複数の複合材料シートが、各複合材料シートの端部同士の間にスプライスが形成されることにより、樹脂の反応に伴う板厚の減少に対しスプライスの目開きにより容易に追従した状態となるため、外周部まで均一に圧力がかけられた状態で得られる。また、各複合材料シートが、オーバーラップでは無くギャップスプライスで積層され、さらにスプライスの位相をずらした状態とすることにより、スプライスによる強度低下が最小限に抑えられたものとなる。
この構成において、円筒状に積層された複数の前記複合材料シートの外周に設けられた円筒型と、円筒状に積層された複数の前記複合材料シートと前記円筒型とを接着する接着剤層と、をさらに含むことが好ましい。この構成によれば、円筒型により、円筒状複合材料の外周の形状の精度を向上させたものとなる。
これらの構成において、円筒状に積層された複数の前記複合材料シートを含む材料全体において、内周の半径と外周の半径との比である内外径比が０．９５未満であり、内周の半径が１００ｍｍ以上であることが好ましい。この構成によれば、特に内外径比が０．９５未満と厚肉であり、かつ、内周の半径が１００ｍｍ以上という大きい場合においても、複合材料シートに蛇行部が生じてしまう可能性を低減したものとなる。
図１は、第１の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法を示すフローチャートである。 図２は、図１の積層ステップを説明する説明図である。 図３は、図１の円筒状複合材料の成形方法の中で行う円筒型の準備ステップを説明する説明図である。 図４は、図３に示す状態を経て得られる円筒型の概略を示す概略図である。 図５は、図１の積層ステップで用いる内周積層装置の概略を示す斜視図である。 図６は、図１の加圧加熱ステップを説明する説明図である。 図７は、図１の円筒状複合材料の成形方法で得られる円筒状複合材料の概略を示す概略図である。 図８は、図７の円筒状複合材料の詳細を示す説明図である。 図９は、第２の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法を示すフローチャートである。 図１０は、図９の接着前処理ステップを説明する説明図である。 図１１は、図９の接着前処理ステップを経た後に複合材料シートを積層した状態を説明する説明図である。 図１２は、第３の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法における加圧加熱ステップを説明する説明図である。 図１３は、図１２のＢ−Ｂ断面における断面図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、図１に示すように、積層ステップＳ１１と、加圧加熱ステップＳ１２と、を有する。
図２は、図１の積層ステップＳ１１を説明する説明図である。図２は、円筒状に積層された複数の複合材料シート１１を軸方向から見た図である。積層ステップＳ１１は、図２に示すように、複数の複合材料シート１１を、各複合材料シート１１の端部同士の間にスプライス１１ａと呼ばれる間隙を形成して、径方向に隣接する複合材料シート１１によって形成されるスプライス１１ａの周方向の位相を異ならせて、円筒状に積層するステップである。
複合材料シート１１は、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料をシート状にしたものであり、高強度かつ軽量であり、航空機、自動車、車両、船舶等に好適に用いられるものである。複合材料シート１１に用いられる強化繊維は、５μｍ以上７μｍ以下の基本繊維を数１００本から数１０００本程度束ねたものが例示される。複合材料シート１１に用いられる強化繊維を構成する基本繊維は、カーボン繊維、ガラス繊維、プラスチック繊維、アラミド繊維及び金属繊維が好適なものとして例示される。
複合材料シート１１に用いられる樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましいものとして例示される。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。複合材料シート１１に用いられる樹脂は、熱可塑性樹脂を含んでいてもよく、この場合の熱可塑性樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。ただし、複合材料シート１１に用いられる樹脂は、これに限定されず、その他の樹脂でもよい。複合材料シート１１に含まれる樹脂は、加圧加熱ステップＳ１２によって加圧及び加熱される前には、未反応の部分を有する。ここで、複合材料シート１１に含まれる樹脂の反応は、複数の複合材料シート１１を一体化させる反応であり、樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、この反応は硬化反応である。
積層ステップＳ１１は、主に２種類の方法がある。１種類目は、積層ステップＳ１１では、加圧加熱ステップＳ１２で使用する円筒型としての複合材料円筒型１２（図３及び図４参照）の内周側からさらに内周側に向かって、複数の複合材料シート１１を積層する方法である。この場合、積層ステップＳ１１によって加圧加熱ステップＳ１２の処理をするための状態を一連の流れの中で円滑に形成することができ、これにより、成形後の円筒状複合材料１０（図７参照）の形状の精度を向上させることができる。なお、複合材料円筒型１２については、後述する。
図３は、図１の円筒状複合材料の成形方法の中で行う複合材料円筒型１２の準備ステップを説明する説明図である。図４は、図３に示す状態を経て得られる複合材料円筒型１２の概略を示す概略図である。図３及び図４は、複合材料円筒型１２の軸方向に直交する方向に沿った断面図である。円筒状複合材料の成形方法では、積層ステップＳ１１として１種類目の方法を採用する場合には、１種類目の積層ステップＳ１１よりも前に複合材料円筒型１２を準備する準備ステップを実行する必要がある。
複合材料円筒型１２の準備ステップでは、図３に示すように、まず、準備する複合材料円筒型１２の内周面の径と同じ径の外周面を有する円筒型１３を準備する。準備ステップでは、次に、図３に示すように、この円筒型１３の外周面に複合材料を成形して、複合材料円筒型１２を形成する。準備ステップにおける複合材料の成形方法としては、周知のフィラメントワインディング（Filament Winding、ＦＷ）法及びシートワインディング（Sheet Winding、ＳＷ）が好適に採用することができる。準備ステップでは、その後、円筒型１３を抜き取ることで、図４に示すように、複合材料円筒型１２が得られる。なお、準備ステップでは、円筒型１３の外周面に複合材料を薄く成形することで、複合材料円筒型１２を薄く形成することが好ましく、この場合、準備ステップでは、周知の方法を活用して、形状精度の比較的高い複合材料円筒型１２を得ることができる。なお、第１の実施形態では、円筒型として複合材料円筒型１２を使用しているが、本発明はこれに限定されず、その他の材料で形成された円筒型を用いてもよい。
図５は、図１の積層ステップＳ１１で用いる内周積層装置２０の概略を示す斜視図である。１種類目の積層ステップＳ１１を実行する際、すなわち、複合材料円筒型１２の内周側からさらに内周側に向かって、複数の複合材料シート１１を積層する際に、内周積層装置２０が好適に用いられる。内周積層装置２０は、図５に示すように、支持ローラ２１と、押さえローラ２２と、を含む。支持ローラ２１は、水平方向に平行に２本並べられて回転自在に設けられており、円筒型の一例である複合材料円筒型１２を外側から回転可能に支持する。
押さえローラ２２は、図５に示すように、両側の軸端部２２ａがローラ支持部材２４により支持されている。ローラ支持部材２４は、複合材料円筒型１２の中心軸から所定の距離の円筒表面上において回転可能に、押さえローラ２２を両側の軸端部２２ａで支持している。押さえローラ２２は、このような構成を有するので、円筒型の一例である複合材料円筒型１２の内周面に積層された複数のシートの一例である複合材料シート１１を、円周上の位置に依存することなく複合材料シート１１の積層厚さを同じにするような均等な力で内側から押さえることができる。そして、内周積層装置２０は、支持ローラ２１及び押さえローラ２２がこのような構成を有するので、押さえローラ２２が複合材料シート１１を押さえる位置が、複合材料円筒型１２の回転運動に従って移動する形態となる。
内周積層装置２０は、以上のような構成を有するので、１種類目の積層ステップＳ１１を実行する際に、押さえローラ２２により、支持ローラ２１で支持された複合材料円筒型１２の内周面に向けて複数の複合材料シート１１を内側からしっかりと押さえながら積層することができるので、積層される複合材料シート１１の層間の間隙を軽減することができる。
２種類目は、積層ステップＳ１１では、加圧加熱ステップＳ１２で使用する複合材料円筒型１２（図３及び図４参照）とは別の円筒型の外周側からさらに外周側に向かって、複数の複合材料シート１１を積層し、積層後に円筒型を抜き取る方法である。この場合、従来から好適に用いられてきた外側に積層する技術を駆使して積層ステップＳ１１を実施することができるので、従来に用いられてきた設備を好適に活用することができる。
加圧加熱ステップＳ１２は、積層ステップＳ１１で積層した複数の複合材料シート１１を、複合材料円筒型１２（図３及び図４参照）の内周に沿って配置した状態で加圧しながら加熱することで、複数の複合材料シート１１に含まれる樹脂を反応させて、複数の複合材料シート１１を一体化して円筒状に成形するステップである。
積層ステップＳ１１として２種類目の方法を採用する場合には、加圧加熱ステップＳ１２の前に、まず、複合材料円筒型１２を準備する準備ステップを実行する必要がある。なお、加圧加熱ステップＳ１２より前に実行される積層ステップＳ１１において上記１種類目の方法を採用して複合材料円筒型１２を用いる場合には、すでに積層ステップＳ１１の前に複合材料円筒型１２を準備する準備ステップを実行しているため、ここで改めて準備ステップを実行する必要はない。
加圧加熱ステップＳ１２では、まず、積層ステップＳ１１で積層した複数の複合材料シート１１を、複合材料円筒型１２の内周に沿って配置した状態を形成する。加圧加熱ステップＳ１２では、積層ステップＳ１１において上記１種類目の方法を採用した場合、積層ステップＳ１１を実行した直後の状態をそのまま利用することができる。加圧加熱ステップＳ１２では、積層ステップＳ１１において上記２種類目の方法を採用した場合、積層ステップＳ１１を実行して得られた、積層された複数の複合材料シート１１を、複合材料円筒型１２の内周に沿って配置することで、この状態を形成することができる。
図６は、図１の加圧加熱ステップＳ１２を説明する説明図である。図６は、複合材料シート１１、複合材料円筒型１２及び密封加圧加熱装置１５の軸方向に直交する方向に沿った断面図である。加圧加熱ステップＳ１２では、次に、積層した複数の複合材料シート１１を複合材料円筒型１２の内周に沿って配置した状態を保持しながら、加圧しながら加熱する。加圧加熱ステップＳ１２では、具体的には、複合材料円筒型１２の内周に沿って配置した複数の積層された複合材料シート１１と、複合材料円筒型１２と、を、図示しない加圧加熱ケースに密封して、図６に示す密封加圧加熱装置１５に投入することで、加圧しながら加熱する処理を実行する。
加圧加熱ステップＳ１２では、積層した複数の複合材料シート１１は、密封加圧加熱装置１５の圧力により、図６に示すような径方向外側に向かう矢印に沿って力が加えられる。ここで、加圧加熱ステップＳ１２では、複合材料円筒型１２は複合材料シート１１と同等の線膨張であるため、複合材料円筒型１２の膨張により径内側からかかる圧力が外側まで伝わらずに複合材料シート１１の内部に空隙が生じることや、複合材料円筒型１２の圧縮により繊維が蛇行することなどを防ぐことができる。
加圧加熱ステップＳ１２では、さらに、第１の実施形態のように円筒型として複合材料円筒型１２を用いることが好ましく、この場合、複合材料円筒型１２は、加熱されることにより複合材料シート１１と同様に複合材料の熱膨張率に基づく膨張をする。このため、加圧加熱ステップＳ１２では、複合材料円筒型１２の膨張により径内側からかかる圧力が外側まで伝わらずに複合材料シート１１の内部に空隙が生じることや、複合材料円筒型１２の圧縮により繊維が蛇行することなどを防ぐことができる。
加圧加熱ステップＳ１２では、第１の実施形態では、密封加圧加熱装置１５としてオートクレーブ装置を用いて、密封加圧加熱装置１５の内部を気体で高圧化することで加圧しながら加熱している。加圧加熱ステップＳ１２では、複数の複合材料シート１１は、加圧しながら加熱されることにより、複数の複合材料シート１１に含まれる樹脂が反応して、複数の複合材料シート１１が一体化して円筒状に成形される。加圧加熱ステップＳ１２では、複数の複合材料シート１１に含まれる樹脂が熱硬化性樹脂である場合、熱硬化性樹脂の硬化反応により複数の複合材料シート１１が一体化する。
以上の積層ステップＳ１１及び加圧加熱ステップＳ１２を経た後、一体化した複数の複合材料シート１１から複合材料円筒型１２を外すことにより、第１の実施形態に係る円筒状複合材料１０（図７参照）が得られる。ここで、複合材料円筒型１２を外す方法としては、一体化した複数の複合材料シート１１を複合材料円筒型１２から引き抜く方法を採用してもよいし、複合材料円筒型１２を分割して外す方法を採用してもよい。
第１の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、以上のような構成を有するので、各複合材料シート１１の端部同士の間にスプライス１１ａを形成することにより、加圧加熱ステップＳ１２における樹脂の反応に伴う板厚の減少に対しスプライス１１ａの目開きにより各複合材料シート１１を容易に追従させることができるため、外周部まで均一に圧力をかけることができる。また、積層ステップＳ１１で各複合材料シート１１をオーバーラップでは無くギャップスプライスで積層し、さらにスプライス１１ａの位相をずらすことにより、スプライス１１ａによる強度低下を最小限に抑えることができる。また、積層した複数の複合材料シート１１を複合材料円筒型１２の内周に沿って配置した状態で加圧加熱処理をするため、複合材料円筒型１２の膨張により径内側からかかる圧力が外側まで伝わらずに複合材料シート１１の内部に空隙が生じることや、複合材料円筒型１２の圧縮により繊維が蛇行することなどを防ぐことができるので、この結果として、複合材料を厚肉の円筒状に成形する場合にも、複合材料シート１１に蛇行部が生じてしまう可能性を低減することができる。
図７は、図１の円筒状複合材料の成形方法で得られる円筒状複合材料１０の概略を示す概略図である。図８は、図７の円筒状複合材料１０の詳細を示す説明図である。図７は、円筒状複合材料１０の軸方向に直交する方向に沿った断面図である。図８は、円筒状複合材料１０の軸方向に直交する方向に沿った断面の一部を撮影した画像と、その画像の領域Ａを拡大して撮影した拡大画像と、を含む図である。
円筒状複合材料１０は、図７に示すように、円筒状に積層されて一体化された複数の複合材料シート１１を含む。円筒状複合材料１０は、図７に示すように、内周の半径がＲｂであり、外周の半径がＲａであり、内周の半径と外周の半径との比である内外径比βがＲｂ／Ｒａである。円筒状複合材料１０は、円筒状に成形された高強度かつ軽量の材料であるため、モータのロータに例示される高速運動する部材に好適に用いられる。
円筒状複合材料１０は、内外径比βが０．９５未満と厚肉であることが好ましく、また、内周の半径Ｒｂが１００ｍｍ以上と一般的な円筒材料の中でも比較的大きい方であることが好ましい。円筒状複合材料１０は、このようなモータのロータに例示される高速運動をする部材に好適に用いられやすく、かつ、従来技術を用いて成形した場合には蛇行部が生じてしまいやすい厚肉の形状または大きい形状の場合でも、複合材料シート１１に蛇行部が生じてしまう可能性を低減したものとなる。
円筒状複合材料１０は、図８に示すように、複数の複合材料シート１１が、各複合材料シート１１の端部同士の間にスプライス１１ａを形成していることが好ましい。スプライス１１ａは、円筒状複合材料１０において、図８に示すように１ｍｍ程度のものが例示されるが、本発明はこれに限定されず、複合材料シート１１の円筒状の形状を崩さず、かつ、スプライス１１ａが複合材料シート１１に蛇行部が生じてしまう可能性を低減できる長さであれば、どのような長さでもよい。また、円筒状複合材料１０は、図８に示すように、隣接する複合材料シート１１によって形成されるスプライス１１ａの周方向の位相が異なっていることが好ましい。円筒状複合材料１０は、これらの場合、複数の複合材料シート１１が、各複合材料シート１１の端部同士の間にスプライス１１ａが形成されることにより、樹脂の反応に伴う板厚の減少に対しスプライス１１ａの目開きにより容易に追従した状態となるため、外周部まで均一に圧力がかけられた状態で得られる。また、各複合材料シート１１が、オーバーラップでは無くギャップスプライスで積層され、さらにスプライス１１ａの位相をずらした状態とすることにより、スプライス１１ａによる強度低下が最小限に抑えられたものとなる。
［第２の実施形態］
図９は、第２の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、図９に示すように、少なくとも加圧加熱ステップＳ１２の前に、接着前処理ステップＳ２１をさらに追加したものである。なお、本発明の第２の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、他の構成については、第１の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法と同様である。第２の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法について、以下に説明する。第２の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、その他の第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
接着前処理ステップＳ２１は、加圧加熱ステップＳ１２の前に行われ、複合材料円筒型１２の内周を、最外周に配置された複合材料シート１１と接着可能にする接着前処理を行うステップである。なお、第１の実施形態では加圧加熱ステップＳ１２に用いる円筒型を複合材料以外の材料で形成されたものでもよいとしたが、第２の実施形態では、その後の使用形態等を考慮して、円筒型は複合材料で形成されたものを用いる必要がある。接着前処理ステップＳ２１は、積層ステップＳ１１で上記１種類目の方法を採用する場合、積層ステップＳ１１の段階で複合材料円筒型１２の内周と最外周に配置された複合材料シート１１の外周とが接触状態となるので、積層ステップＳ１１の前に行う必要がある。接着前処理ステップＳ２１は、積層ステップＳ１１で上記２種類目の方法を採用する場合、積層ステップＳ１１の段階では複合材料円筒型１２の内周と最外周に配置された複合材料シート１１の外周とが接触状態とならず、加圧加熱ステップＳ１２で初めてこれらが接触状態となるので、少なくとも加圧加熱ステップＳ１２の前に行われればよく、積層ステップＳ１１の前に行ってもよい。
図１０は、図９の接着前処理ステップＳ２１を説明する説明図である。図１１は、図９の接着前処理ステップＳ２１を経た後に複合材料シート１１を積層した状態を説明する説明図である。接着前処理ステップＳ２１では、例えば、図１０に示すように、複合材料円筒型１２の内周に、接着剤層１６を設けることにより、最外周に配置された複合材料シート１１と接着可能な状態にする。接着前処理ステップＳ２１では、より詳細には、複合材料円筒型１２の内周に、ピールプライ処理、サンディング処理及びプラズマ処理に例示される表面処理を施すことで接着性を向上させてから、接着剤層１６を設けることが好ましい。
接着前処理ステップＳ２１を経た後に複合材料シート１１を積層すると、図１１に示すように、複合材料円筒型１２の内周と、最外周に配置された複合材料シート１１と、が接着剤層１６を介して密着して配置される。この図１１に示すような状態で、加圧加熱ステップＳ１２を実行すると、複合材料円筒型１２の内周と、最外周に配置された複合材料シート１１と、が接着剤層１６を介して接着する。
以上の接着前処理ステップＳ２１、積層ステップＳ１１及び加圧加熱ステップＳ１２を経ることにより、図１１に示すように、円筒状に積層された複数の複合材料シート１１と、これらの複合材料シート１１の外周に設けられた複合材料円筒型１２と、これらの複合材料シート１１と複合材料円筒型１２とを接着する接着剤層１６と、をさらに含む第２の実施形態に係る円筒状複合材料が得られる。
第２の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、以上のような構成を有するので、加圧加熱ステップＳ１２により、積層した複数の複合材料シート１１の外周側に複合材料円筒型１２を接着した円筒状複合材料を得ることができるので、複合材料円筒型１２により、円筒状複合材料の外周の形状の精度を向上させることができる。
なお、第２の実施形態では、接着剤層１６を設け、接着剤層１６を介して積層した複数の複合材料シート１１の外周側と複合材料円筒型１２の内周側とを接着したが、本発明はこれに限定されず、最外周に配置された複合材料シート１１または複合材料円筒型１２の内周側に含まれる樹脂によって接着する等、その他の方法により接着してもよい。
また、第２の実施形態に係る円筒状複合材料は、円筒状に積層された複数の複合材料シート１１、接着剤層１６及び複合材料円筒型１２を含む材料全体において、内周の半径と外周の半径との比である内外径比が０．９５未満であり、内周の半径が１００ｍｍ以上であることが好ましく、この場合、第１の実施形態に係る円筒状複合材料１０と同様の作用効果を奏するものとなる。
［第３の実施形態］
図１２は、第３の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法における加圧加熱ステップＳ１２を説明する説明図である。図１３は、図１２のＢ−Ｂ断面における断面図である。本発明の第３の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、図１２及び図１３に示すように、加圧加熱ステップＳ１２において、複合材料円筒型１２の内周に配置した複数の複合材料シート１１の軸方向における両端側の位置であり、かつ、加圧及び加熱する際に用いる加圧加熱ケース３２の内側の位置に、加圧加熱ステップＳ１２で使用する複合材料円筒型１２と同等の線膨張を有し、複数の複合材料シート１１の軸方向における両端側を保護するリング状のダム部材である複合材料ダム部材３１を配置するように変更したものである。なお、本発明の第３の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、他の構成については、第１の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法と同様である。第３の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、その他の第１の実施形態と同様の構成に第１の実施形態と同一の符号群を用い、その詳細な説明を省略する。
第３の実施形態に係る円筒状複合材料の成形方法は、以上のような構成を有するので、複数の複合材料シート１１及び複合材料円筒型１２と同等の線膨張率を有する複合材料ダム部材３１により、複数の複合材料シート１１の軸方向における両端側を、加圧加熱ケース３２を介してその外側から加えられる圧力から保護し、軸方向に蛇行部が生じてしまう可能性も低減することができるため、円筒状複合材料の軸方向における両端側の形状の精度を向上させることができる。
１０ 円筒状複合材料
１１ 複合材料シート
１１ａ スプライス
１２ 複合材料円筒型
１３ 円筒型
１５ 密封加圧加熱装置
１６ 接着剤層
２０ 内周積層装置
２１ 支持ローラ
２２ 押さえローラ
２２ａ 軸端部
２４ ローラ支持部材
３１ 複合材料ダム部材
３２ 加圧加熱ケース

Claims (9)

  1. 複数の複合材料シートを、各前記複合材料シートの端部同士の間にスプライスを形成して、隣接する前記複合材料シートによって形成される前記スプライスの周方向の位相を異ならせて、円筒状に積層する積層ステップと、
    前記積層ステップで積層した複数の前記複合材料シートを、円筒型の内周に沿って配置した状態で加圧しながら加熱することで、複数の前記複合材料シートに含まれる樹脂を反応させて、複数の前記複合材料シートを一体化して円筒状に成形する加圧加熱ステップと、
    を有することを特徴とする円筒状複合材料の成形方法。
  2. 前記積層ステップでは、前記円筒型の内周側からさらに内周側に向かって複数の複合材料シートを積層することを特徴とする請求項１に記載の円筒状複合材料の成形方法。
  3. 前記積層ステップでは、前記加圧加熱ステップで使用する前記円筒型とは別の円筒型の外周側からさらに外周側に向かって複数の複合材料シートを積層し、積層後に前記円筒型を抜き取ることを特徴とする請求項１に記載の円筒状複合材料の成形方法。
  4. 前記加圧加熱ステップで使用する前記円筒型として複合材料円筒型を用い、
    前記加圧加熱ステップの前に行われ、前記円筒型の内周を、最外周に配置された前記複合材料シートと接着可能にする接着前処理を行う接着前処理ステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の円筒状複合材料の成形方法。
  5. 前記加圧加熱ステップでは、前記円筒型の内周に配置した複数の前記複合材料シートの軸方向における両端側の位置であり、かつ、加圧及び加熱する際に用いる加圧加熱ケースの内側の位置に、前記加圧加熱ステップで使用する前記円筒型と同等の線膨張を有し、複数の前記複合材料シートの軸方向における両端側を保護するリング状のダム部材を配置することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の円筒状複合材料の成形方法。
  6. 円筒型を外側から回転可能に支持する支持ローラと、
    前記円筒型の内周面に積層された複数のシートを内側から押さえる押さえローラと、
    を含むことを特徴とする内周積層装置。
  7. 円筒状に積層されて一体化された複数の複合材料シートを含み、
    複数の前記複合材料シートは、各前記複合材料シートの端部同士の間にスプライスを形成し、隣接する前記複合材料シートによって形成される前記スプライスの周方向の位相が異なっていることを特徴とする円筒状複合材料。
  8. 円筒状に積層された複数の前記複合材料シートの外周に設けられた複合材料円筒型と、
    円筒状に積層された複数の前記複合材料シートと前記複合材料円筒型とを接着する接着剤層と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の円筒状複合材料。
  9. 円筒状に積層された複数の前記複合材料シートを含む材料全体において、内周の半径と外周の半径との比である内外径比が０．９５未満であり、内周の半径が１００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の円筒状複合材料。
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