JP2020175603A - Method for manufacturing fiber reinforced resin ring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、繊維強化樹脂リングの製造方法に関し、特に、表面磁石形同期機のロータのロータコアの表面に永久磁石を固定する保持リングの製造に適用すると、極めて有効なものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a fiber reinforced resin ring, and is extremely effective when applied to the manufacture of a holding ring for fixing a permanent magnet to the surface of the rotor core of a rotor of a surface magnet type synchronous machine.
ロータのロータコアの表面に永久磁石を取り付ける表面磁石形同期機(SPMSM)は、ロータが高速度で回転すると、遠心力によって永久磁石がロータコアの表面から剥離して飛散してしまうおそれがあるため、永久磁石を取り付けたロータコアの表面に保持リングを嵌合して当該永久磁石をロータコアに固定している。 In the surface magnet type synchronous machine (SPMSM) that attaches a permanent magnet to the surface of the rotor core of the rotor, when the rotor rotates at high speed, the permanent magnet may peel off from the surface of the rotor core due to centrifugal force and scatter. A holding ring is fitted on the surface of the rotor core to which the permanent magnet is attached to fix the permanent magnet to the rotor core.
このような保持リングは、ロータの最外周に位置するため、ステータのスロットによる空間高調波や電流波形の歪による時間高調波により渦電流が発生し、渦電流損失となり効率の低下を招くだけでなく、発熱によって、隣接する永久磁石の熱減磁を引き起こしてしまうおそれがあることから、高強度であると共に低導電率である炭素繊維強化樹脂(CFRP)を使用している。 Since such a holding ring is located on the outermost periphery of the rotor, eddy currents are generated by space harmonics due to the slots of the stator and time harmonics due to distortion of the current waveform, resulting in eddy current loss and a decrease in efficiency. Carbon fiber reinforced resin (CFRP), which has high strength and low conductivity, is used because heat generation may cause thermal demagnetization of adjacent permanent magnets.
このCFRPは、非磁性材料で高強度かつ低導電率であるチタン合金(Ti−6Al−4V)よりも導電率が圧倒的に低く、損失をほとんど発生させないため、保持リングの材料として非常に好適である。 This CFRP is very suitable as a material for a holding ring because its conductivity is overwhelmingly lower than that of titanium alloy (Ti-6Al-4V), which is a non-magnetic material and has high strength and low conductivity, and hardly causes loss. Is.
SPMSMは、ロータが高速度で回転すると、ステータとロータとの間のギャップの空気が摩擦抵抗となって損失を生じてしまうことから、前記保持リングの外周表面の摩擦抵抗をできる限り小さくすることが強く求められている。 In the SPMSM, when the rotor rotates at a high speed, the air in the gap between the stator and the rotor becomes frictional resistance and causes loss. Therefore, the frictional resistance on the outer peripheral surface of the holding ring should be made as small as possible. Is strongly sought after.
このため、チタン合金等の金属からなる保持リングよりも外周表面に凹凸が生じ易く、不均一な外周表面形状となり易いCFRPからなる保持リングにおいては、外周表面に切削や研削等の機械加工を施して外周表面の摩擦抵抗の低減を図ることが考えられている。 For this reason, in the holding ring made of CFRP, which is more likely to have irregularities on the outer peripheral surface than the holding ring made of metal such as titanium alloy, and the outer peripheral surface shape is more likely to be uneven, the outer peripheral surface is machined by cutting or grinding. It is considered to reduce the frictional resistance of the outer peripheral surface.
しかしながら、CFRPからなる保持リングの外周表面を機械加工すると、炭素繊維を破断してしまうだけでなく、割れや欠け等の損傷を生じ易くなってしまい、強度低下を引き起こしてしまうおそれがあった。 However, when the outer peripheral surface of the holding ring made of CFRP is machined, not only the carbon fiber is broken, but also damage such as cracking and chipping is likely to occur, which may cause a decrease in strength.
このような問題は、上述したようなSPMSMのCFRPからなる保持リングに限らず、外周表面の摩擦抵抗を低減したい繊維強化樹脂(FRP)リングであれば、上述した場合と同様にして生じ得ることである。 Such a problem is not limited to the holding ring made of CFRP of SPMSM as described above, and can occur in the same manner as described above in the case of a fiber reinforced plastic (FRP) ring for which frictional resistance on the outer peripheral surface is desired to be reduced. Is.
このようなことから、本発明は、強度低下を生じさせることなく外周表面の摩擦抵抗を低減することができるFRPリングの製造方法を提供することを目的とする。 For this reason, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an FRP ring capable of reducing the frictional resistance of the outer peripheral surface without causing a decrease in strength.
前述した課題を解決するための、本発明に係る繊維強化樹脂リングの製造方法は、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて半硬化状態とした環状のプリプレグの外周表面に、凸型又は凹型の模様を形成した転写フィルムを密着させるように巻き付けて、当該プリプレグを加熱硬化させた後、当該転写フィルムを除去することにより、凹型又は凸型の前記模様を外周表面に形成した環状の繊維強化樹脂を得ることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the method for manufacturing a fiber-reinforced resin ring according to the present invention has a convex or concave shape on the outer peripheral surface of an annular prepreg in which the reinforcing fibers are impregnated with a thermosetting resin to be in a semi-cured state. The transfer film on which the pattern is formed is wound so as to be in close contact with the prepreg, and then the transfer film is removed to reinforce the annular fiber in which the concave or convex pattern is formed on the outer peripheral surface. It is characterized by obtaining a resin.
また、本発明に係る繊維強化樹脂リングの製造方法は、上述した繊維強化樹脂リングの製造方法において、前記転写フィルムの前記模様が、リブレット構造をなしていることを特徴とする。 Further, the method for manufacturing a fiber-reinforced resin ring according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned method for manufacturing a fiber-reinforced resin ring, the pattern of the transfer film has a riblet structure.
また、本発明に係る繊維強化樹脂リングの製造方法は、上述した繊維強化樹脂リングの製造方法において、前記強化繊維が、炭素繊維であることを特徴とする。 Further, the method for producing a fiber-reinforced resin ring according to the present invention is characterized in that the reinforcing fiber is a carbon fiber in the above-mentioned method for producing a fiber-reinforced resin ring.
また、本発明に係る繊維強化樹脂リングの製造方法は、上述した繊維強化樹脂リングの製造方法において、表面磁石形同期機のロータのロータコアの表面に永久磁石を固定する保持リングを製造することを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a fiber reinforced resin ring according to the present invention, in the above-mentioned method for manufacturing a fiber reinforced resin ring, a holding ring for fixing a permanent magnet to the surface of the rotor core of a rotor of a surface magnet type synchronous machine is manufactured. It is a feature.
本発明に係る繊維強化樹脂リングの製造方法によれば、転写フィルムに形成された凸型又は凹型の模様に対応して、繊維強化樹脂リングの外周表面に、凹型又は凸型の模様を形成することができることから、外周表面の摩擦抵抗を低減した繊維強化樹脂リングを切削や研削等の機械加工に依らずに得ることができるので、強度低下を生じさせることなく外周表面の摩擦抵抗を低減した繊維強化樹脂リングを製造することができると共に、機械加工に依らないので、工程を簡単にすることができ、低コスト化を図ることができる。 According to the method for manufacturing a fiber reinforced resin ring according to the present invention, a concave or convex pattern is formed on the outer peripheral surface of the fiber reinforced resin ring corresponding to the convex or concave pattern formed on the transfer film. Therefore, a fiber-reinforced resin ring having reduced frictional resistance on the outer peripheral surface can be obtained without relying on machining such as cutting or grinding, so that the frictional resistance on the outer peripheral surface is reduced without causing a decrease in strength. Since the fiber reinforced resin ring can be manufactured and it does not depend on machining, the process can be simplified and the cost can be reduced.
本発明に係る繊維強化樹脂(FRP)リングの製造方法の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。 An embodiment of a method for manufacturing a fiber reinforced plastic (FRP) ring according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments described based on the drawings.
〈主な実施形態〉
本発明に係るFRPリングの製造方法の主な実施形態を図1〜3に基づいて説明する。
<Main embodiment>
A main embodiment of the method for manufacturing an FRP ring according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態に係るFRPリングの製造方法は、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させて半硬化状態とした環状のプリプレグの外周表面に、凸型の模様を形成した転写フィルムを密着させるように巻き付けて、当該プリプレグを加熱硬化させた後、当該転写フィルムを除去することにより、凹型の前記模様を外周表面に形成した環状の繊維強化樹脂を得る方法である。より具体的に以下に説明する。 In the method for manufacturing an FRP ring according to the present embodiment, a transfer film having a convex pattern is brought into close contact with the outer peripheral surface of an annular prepreg in a semi-cured state by impregnating reinforcing fibers with a thermosetting resin. This is a method of obtaining an annular fiber reinforced resin in which the concave pattern is formed on the outer peripheral surface by winding and heat-curing the prepreg and then removing the transfer film. More specifically, it will be described below.
まず、炭素等の強化繊維の編織布にエポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸させて半硬化させることにより、プリプレグのシート11を製造する(図1A:プリプレグ製造工程)。
First, a
次に、離型剤を表面に塗布したマンドレル(芯棒)1に上記シート11をロール2で押さえ付けながら目的の厚さになるまで巻き付けて積層することにより、プリプレグのスリーブ(環状体)12を製造する(図1B:原型製造工程)。なお、上記シート11は、製造するスリーブ12の幅等に応じて、そのままの幅サイズ又は目的とする幅サイズに切断してマンドレル1に巻き付けられる。
Next, the prepreg sleeve (annular body) 12 is formed by winding the
続いて、微細な波形をなすリブレット形状等の凸型の模様を形成した帯状の転写フィルム21を上記スリーブ12の外周表面上に密着させるように当該転写フィルム21に張力を付与しつつ螺旋状に規定のピッチで巻き付ける(図1C:フィルム巻付工程)。
Subsequently, a strip-
ここで、上記転写フィルム21は、例えば、ベースフィルム上に紫外線硬化樹脂を塗布し、微細な波形をなすリブレット構造等の凹型の溝を外周面に形成した円柱状の金型を当該紫外線硬化樹脂上で転動させながら紫外線を照射することにより、得ることができる(例えば、前記非特許文献1等参照)。
Here, the
そして、上記転写フィルム21を巻き付けた上記スリーブ12を加熱して硬化させた後(加熱硬化工程)、冷却して前記マンドレル1から取り外す(図1D)。このとき、前記マンドレル1が一端側よりも他端側ほど小さい外径サイズとなるテーパ形状の外周面をなしていると、当該マンドレル1から取り外し易くなる。
Then, the
最後に、前記転写フィルム21を前記スリーブ12から剥離して、当該スリーブ12に各種表面処理等を施して当該スリーブ12を軸方向で規定間隔ごとに径方向に沿って切断することにより、CFRPリング10が製造される(図2参照)。
Finally, the
このようにして製造されたCFRPリング10は、前記転写フィルム21に形成された凸型の模様に対応して、その外周表面に、四角形の溝10a(図3A参照)や三角形の溝10b(図3B参照)等の微細な波形をなすリブレット構造が形成されるようになる。
The
このため、SPMSMのロータのロータコアの表面に永久磁石を固定する保持リングとして上記CFRPリング10を利用すると、ロータが高速度で回転しても、当該CFRPリング10の上記リブレット構造により、ステータとロータとの間のギャップの空気の摩擦抵抗が非常に小さくなり、損失を大幅に低減することができる。
Therefore, when the
したがって、本実施形態によれば、外周表面の摩擦抵抗を低減したCFRPリング10を切削や研削等の機械加工に依らずに得ることができるので、強度低下を生じさせることなく外周表面の摩擦抵抗を低減したCFRPリング10を製造することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the
また、機械加工に依らないので、工程を簡単にすることができ、低コスト化を図ることができる。 Moreover, since it does not depend on machining, the process can be simplified and the cost can be reduced.
〈他の実施形態〉
なお、前述した実施形態においては、強化繊維の編織布に熱硬化性樹脂を含浸させて半硬化させることにより、プリプレグのシート11を製造(プリプレグ製造工程)して、当該シート11をマンドレル1にロール2で押さえ付けながら目的の厚さになるまで巻き付けて積層することにより、プリプレグのスリーブ12を製造(原型製造工程)するシートワインディング法によってCFRPリング10を製造した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の実施形態として、例えば、炭素等の強化繊維を複数本束ねたフィラメントを走行させ、熱硬化性樹脂浴中に浸漬して当該フィラメントに熱硬化性樹脂を含浸させて半硬化させることにより、プリプレグのフィラメントを製造(プリプレグ製造工程)しながら、当該フィラメントに張力を加えながら当該フィラメントをマンドレルに目的の厚さになるまで巻き付けて積層することにより、プリプレグのスリーブを製造(原型製造工程)するフィラメントワインディング法によってCFRPリングを製造することも可能である。
<Other Embodiments>
In the above-described embodiment, the
また、前述した実施形態においては、凹型の溝を外周面に形成した円柱状の金型を紫外線硬化樹脂上で転動させながら紫外線を照射することにより、凸型の模様を形成した転写フィルム21を製造し、これをスリーブ12の外周表面に巻き付けて加熱硬化させることにより、外周表面上に凹型の溝10a,10bを形成したCFRPリング10を製造するようにしたが、他の実施形態として、例えば、複数の窪を外周面に形成した円柱型の金型を紫外線硬化樹脂上で転動させながら紫外線を照射することにより、複数の突起型の模様を形成した転写フィルムを製造し、これをスリーブの外周表面に巻き付けて加熱硬化させることにより、図3Cに示すように、外周表面上に複数の窪10cを形成したCFRPリング10を製造することや、複数の突起を外周面に形成した円柱型の金型を紫外線硬化樹脂上で転動させながら紫外線を照射することにより、複数の窪型の模様を形成した転写フィルムを製造し、これをスリーブの外周表面に巻き付けて加熱硬化させることにより、図3Dに示すように、外周表面上に複数の突起10dを形成したCFRPリング10を製造することも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the
また、前述した実施形態においては、炭素繊維(CF)を使用したCFRPリング10の場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、ガラス繊維(GF)を使用したガラス繊維強化樹脂(GFRP)によるGFRPリングの場合であっても、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。
Further, in the above-described embodiment, the case of the
また、前述した実施形態においては、SPMSMのロータのロータコアの表面に永久磁石を固定するCFRPからなる保持リングの製造に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、FRPリングを製造する場合であれば、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。 Further, in the above-described embodiment, the case where it is applied to the production of a holding ring made of CFRP for fixing a permanent magnet to the surface of the rotor core of the rotor of the SPMSM has been described, but the present invention is not limited to this, and the FRP ring is not limited to this. In the case of manufacturing, it can be applied in the same manner as in the case of the above-described embodiment.
本発明に係る繊維強化樹脂リングの製造方法は、外周表面の摩擦抵抗を低減した繊維強化樹脂リングを切削や研削等の機械加工に依らずに得ることができ、強度低下を生じさせることなく外周表面の摩擦抵抗を低減した繊維強化樹脂リングを製造することができると共に、工程を簡単にすることができ、低コスト化を図ることができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。 According to the method for manufacturing a fiber reinforced resin ring according to the present invention, a fiber reinforced resin ring having reduced frictional resistance on the outer peripheral surface can be obtained without machining such as cutting or grinding, and the outer circumference is not reduced in strength. A fiber-reinforced resin ring with reduced surface frictional resistance can be manufactured, the process can be simplified, and the cost can be reduced, so that it can be used extremely beneficially in industry.
1 マンドレル
2 ロール
10 炭素繊維強化樹脂(CFRP)リング
10a,10b 溝
10c 窪
10d 突起
11 シート
12 スリーブ
21 転写フィルム
1
Claims (4)
ことを特徴とする繊維強化樹脂リングの製造方法。 A transfer film having a convex or concave pattern was wound around the outer peripheral surface of the annular prepreg in a semi-cured state by impregnating the reinforcing fibers with a thermosetting resin so as to adhere to the prepreg, and the prepreg was heat-cured. After that, a method for producing a fiber reinforced resin ring, which comprises removing the transfer film to obtain an annular fiber reinforced resin having the concave or convex pattern formed on the outer peripheral surface.
ことを特徴とする請求項1に記載の繊維強化樹脂リングの製造方法。 The method for producing a fiber-reinforced resin ring according to claim 1, wherein the pattern of the transfer film has a riblet structure.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の繊維強化樹脂リングの製造方法。 The method for producing a fiber-reinforced resin ring according to claim 1 or 2, wherein the reinforcing fiber is a carbon fiber.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂リングの製造方法。 The method for manufacturing a fiber reinforced resin ring according to any one of claims 1 to 3, wherein a holding ring for fixing a permanent magnet to the surface of a rotor core of a rotor of a surface magnet type synchronous machine is manufactured.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019080049A JP2020175603A (en) | 2019-04-19 | 2019-04-19 | Method for manufacturing fiber reinforced resin ring |
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