JP3143815B2

JP3143815B2 - 筒状樹脂製品の成形方法及び成形装置

Info

Publication number: JP3143815B2
Application number: JP05024556A
Authority: JP
Inventors: 三郎松原; 和夫諸橋; 邦彦佐藤
Original assignee: 日石三菱株式会社
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1993-02-12
Publication date: 2001-03-07
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JPH06238756A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、筒状樹脂製品の成形方
法及び成形装置に関し、特に熱硬化性樹脂を繊維に含浸
させて形成した繊維強化複合材シート製のパイプ、リン
グ、シャフト等の筒状成形品を成形するために効果的な
筒状樹脂製品の成形方法及びその成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術としては、例えば、
フィラメントワインディング法、シートローリング法、
３本ロール法等が知られている。このうちフィラメント
ワインディング法は、ガラス繊維、ビニロン繊維、炭素
繊維、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の
強化用繊維の束からなるヤーンを複数本束ねて、これに
液状樹脂を含浸させながらマンドレルに巻付け積層する
方法である。

【０００３】また、シートローリング法は、予め熱硬化
性樹脂をガラス繊維等に含浸させて形成した繊維強化複
合材シート（以下、「プリプレグシート」と言う。）を
敷いた一枚の板と、これと対向したもう一枚の板の間
に、細いマンドレルを挟む様に構成される。そして、各
板を相対的に移動させることによりマンドレルを回転さ
せながらプリプレグシートをマンドレルに圧着し積層す
る。

【０００４】残りの３本ロール法は、３本のロールのう
ちの１本を芯金として用い、この芯金の外周面に、ヤー
ンの状態ではなくプリプレグシートを巻付けて積層する
方法である。更に従来の方法として近年では、２本ロー
ル法なるものも提案されている（実開昭50-35838号参
照) 。これは、金属薄板を一定曲率で連続的に丸めるも
のであって、正対する２本のロールのうち内方に位置す
るロールは金属製であり、外方に位置するロールは外周
部が変形可能な弾性材からなっていて、前記金属製のロ
ールを円筒状の硬質マンドレルの内周面に当接させ、金
属薄板をマンドレルの外周面と弾性材ロールの外周面と
の間に挟持して前記金属薄板を送り込むものである。こ
れにより、金属製ロール外周面に対して弾性材ロールの
弾性変形により金属薄板を押圧湾曲変形させ、もってマ
ンドレル外周面に略沿って湾曲した金属薄板を得てい
る。従って本法は、硬質マンドレルを型として用い、該
型に金属薄板を弾性材ロールで型押しするものであると
言える。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィラ
メントワインディング法は、ヤーンの幅が狭いので、ヤ
ーンを軸方向に長いマンドレルの外周面に巻付け圧着積
層するのに長い時間がかかってしまうという問題があっ
た。また、成形品の口径が大きくなると、マンドレルが
中実棒状の場合はマンドレルに重量増加を招くし、筒状
の場合でも、マンドレルの肉厚を厚くし、又はマンドレ
ルを補強するなどしてマンドレルの強度を増す必要があ
り、結果的に同様にマンドレルの重量が増大してしま
う。このため、マンドレルを装置に着脱する際に、クレ
ーン等を使用せねばならず、作業が困難となってしまう
という問題もあった。

【０００６】また、シートローリング法は、小口径の物
を成形する場合は適しているが、口径が大きくなると、
１操作でのマンドレルの回転が少なく、このため効率良
い成形ができないという問題があった。さらに、３本ロ
ール法は、マンドレル全体にその外方からロールにより
圧力がかかるため、大口径の製品を成形する場合にはマ
ンドレルを頑丈にする必要がある。従ってマンドレルの
重量が増大し、マンドレルの着脱作業が困難となってし
まうという問題があった。

【０００７】一方、２本ロール法は、弾性材ロールの弾
性変形によって、マンドレルに金属薄板を押圧し、マン
ドレル外周面に沿った湾曲変形を金属薄板に与えるもの
であるから、マンドレルは形状保持に耐えうる所定の剛
性を有しなければならず、もって心材の肉厚の減少に制
限があり、材質も特定されて、重量軽減に苦慮するとこ
ろであった。

【０００８】特に、上記２本ロール法をプリプレグシー
トに適用した場合、以下のような重大な欠点があった。
即ち、弾性材ロールは、その表面が弾性体であるウレタ
ンでできているために、プリプレグシートと接触したと
きにロールの横幅方向に弾性変形して伸び、これにつら
れて未硬化で柔らかいプリプレグシートもロールの横方
向に伸び、その結果、シート中の繊維の目が乱れ易い。
特に、シートが一方向に揃ったものの場合にその傾向は
激しい。これは、いわゆる一方向引揃品といい、単に複
数本の繊維を引き揃えた平面状基材に、未硬化の樹脂を
含浸させ、該未硬化樹脂の粘着力で形状を保持させたも
の（炭素繊維のプリプレグシートの中では、最も量の多
いもの）であって、単に未硬化樹脂の粘着力で形状が保
持されているために、簡単に繊維の配列が乱れるからで
ある。

【０００９】この乱れは不均一に生じ、また部分的に残
留するので、シート表面には「しわ」という現象で残
る。つまり、一見すると弾性変形した方が、金属シート
に限らず樹脂などの一般の材料からなるシートであって
も接触面積が大になって、マンドレルに沿って曲げるの
には都合が良さそうであるが、プリプレグシートの場合
は不都合となるのである。

【００１０】プリプレグシート中の繊維の配列の状態は
製品強度に大きな影響を及ぼすので、ランダムに繊維が
配列した不織布を使うことは稀であり、通常は一方向
（通常シートのＭＤ方向、機械方向）に揃ったもの、あ
るいは通常の織物のように縦横斜めに、あるいはこれら
の組合せできれいに配列させたものに熱硬化性樹脂を含
浸させたものを用いる。時にはプリプレグシートは繊維
一層の織物ではなく、３次元にかなりの厚みのある織物
（絨毯のようにかなり厚みのある織物）を使うこともあ
り、それ故、この繊維の配列を乱さないよう、柔らかい
プリプレグシートにしわなど出ないように成形すること
が重要なことである。

【００１１】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、形状保持に困難な軽量薄肉のマン
ドレルを用いることが出来、これにより作業が簡単容易
になって、作業時間が短縮され得る筒状樹脂製品の成形
方法及び成形装置を提供することを目的とする。また本
発明では、プリプレグシートの繊維の配列を乱すことな
く、従ってプリプレグシートにしわ等発生しない高品質
なプリプレグシート筒状樹脂製品の成形方法及び成形装
置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明にかかる筒状樹脂製品の成形方法及び成形装
置では、プリプレグシートを回転可能な筒状のマンドレ
ルの外周面に供給し、前記マンドレルの一側壁と前記供
給されたプリプレグシートとを、これらを共に間に挟む
少なくとも一対の正対する送りロールにより、前記プリ
プレグシートをマンドレルの前記一側壁に接着した状態
で、所定量送り出す。

【００１３】ここにおいて、本発明の一態様では、前記
一対の送りロールの外周面が実質的に剛性を有するよう
に構成する。プリプレグシートに接触しない送りロール
の外表面は、剛性を有する摩擦材からなるのが好まし
い。また本発明の他の態様では、前記送りロールの剛性
を問うことなく、マンドレルを可撓性のある筒状の材料
で構成する。この場合、一対の送りロールはその外表面
が剛性を有していても良く、またそのうちのプリプレグ
シートに接触しない送りロールは更に摩擦材からなって
も良いが、剛性がなく弾性材からなっても良い。上記
した熱硬化処理した筒状樹脂製品は、マンドレルをその
まま一体的に有していても良いし、前記熱硬化処理後、
筒状のプリプレグシートから前記マンドレルを分離し
て、プリプレグシートのみの筒状製品としても良い。

【００１４】前記一対の送りロールによるプリプレグシ
ートの送り出し量に応じて、筒状のプリプレグシートの
マンドレル上の積層数が変わるから、前記一対の送りロ
ールの相対押圧力を制御するようにしても良い。前記マ
ンドレルの外周面にプリプレグシートを供給するには、
シート先端を作業者の手で上記供給を行うようにしても
良いが、別個の供給手段を設けても良いのは言うまでも
無い。

【００１５】前記マンドレルは、金属、不織布、紙等の
閉ループ形状を維持出来るものであればその材質を問わ
ない。可撓性のマンドレルを用いた場合は、その肉厚は
殆ど無くても良い。マンドレルの軸直角断面も円形、多
角形等、任意の閉ループ形状で良い。マンドレルは、自
らは回転軸を有することがなく、送りロールの回転で送
り出される結果、回転するが、その回転を案内するガイ
ドロールをマンドレルの周面に接触して配設しても良
い。

【００１６】本件発明は、プリプレグシートの中でも、
熱硬化性樹脂を繊維に含浸してなる繊維強化複合材シー
ト、特に繊維の配列方向として少なくともＭＤ方向を有
する繊維配列に熱硬化性樹脂を含浸させてなるプリプレ
グシートに最も適したものである。

【００１７】

【作用】筒状のマンドレルの一側壁を挟んで、その内外
周面両側に一対の送りロールを配設し、マンドレルの外
周面とこれに相対する一方の送りロールとの間に、プリ
プレグシートを供給する。すると前記一対の送りロール
は、マンドレルの一部側壁と供給されたプリプレグシー
トとを共に一体的に挟持しつつ所定量送り出す。

【００１８】この場合、本発明の一態様に示したよう
に、前記一対の送りロールの外周面が剛性を有すれば、
プリプレグシートは、これら２つの剛性表面の最近接位
置において、理論的には１つの線上で、常に内外から正
対する押圧力によってマンドレルに圧接されながら、接
線方向に送り出される。そして送り出されたプリプレグ
シートは、マンドレルに接着して搬送され、湾曲され、
マンドレルを１周して、筒状に形成される。プリプレグ
シートの送り出される量により、マンドレル上のプリプ
レグシートの積層数が増減される。

【００１９】この様に、前記一方の送りロールと他方の
送りロールまたはマンドレルとの圧接線においては、基
本的には、プリプレグシートに湾曲力及び延伸力を殆ど
付与せずに、その後マンドレルに接着搬送させて初めて
前記シートをマンドレル表面上に湾曲するから、マンド
レルには剛性を要求しても、それは単に一側壁を挟んだ
内外周面からの耐押圧力があれば良く、外力が作用しな
い自由状態において形状保持が出来れば足りるものであ
る。

【００２０】またマンドレルは、断面自由閉ループ形状
を維持しさえすれば、薄肉の可撓性のあるものでも、充
分にプリプレグシートを筒状に形成可能であり、その材
質、軸直角断面形状に、特別な制限を加えなくても済む
のである。マンドレルの軽量化の観点からすると、マン
ドレルを薄肉化して行き、終いには剛性を低減して可撓
性を有するようにすることが出来るが、ここまで到れ
ば、送りロールが剛性を必要としなくなる。つまり、マ
ンドレルが剛性をもっていれば、平行に正対する送りロ
ールが略線接触することとなるが、外表面の剛性が無く
従来の２本ロール方式のように弾性材からなるマンドレ
ルであると、マンドレルに弾性材からの曲げ応力が作用
して、この為の破壊防止の目的でマンドレルの剛性を大
にし、その肉厚を大きくせざるを得ない。しかし、マン
ドレルが可撓性を持っていれば、曲げ応力が作用して
も、マンドレルの破壊が無いから、送りロールの材質が
剛性を有する必要が無くなる。このことが、本発明の第
２の態様となる。

【００２１】なお、ここで述べる「筒状」とは、上記よ
り明らかなように、円筒、楕円筒、角筒、その他自由な
閉ループ形状の軸直角断面形状を含むものである。また
マンドレルを剛性のあるものに形成した場合にあって
も、曲率がマンドレルの内周側に設けた送りロールの径
以上の大きさである頂部を有する限り、送りロールによ
る該頂部の破壊は無いから、マンドレルの形状として
は、多角形或いは雲形等の任意の形状を採用することが
出来る。

【００２２】プリプレグシートを筒状に成形するに際
し、プリプレグシートをマンドレルの外周面に供給する
構成としたので、該シートはマンドレルの外周面に接着
して搬送されて筒状に形成される。逆にマンドレルの内
周面に供給する構成とすれば、前記シートはマンドレル
の内周面に接着して搬送され、マンドレルの内周面に筒
状に積層されるが、一般にはマンドレルの外表面にプリ
プレグシートを積層するのが容易であると言える。

【００２３】熱硬化性樹脂は、一般に室温で粘着性を有
するから、送りロールによるマンドレルとプリプレグシ
ートとの送り出し後は、マンドレル表面にプリプレグシ
ートが接着して搬送されるが、この粘着性が弱い場合
は、粘着テープを別途用意し、或いは熱融着して、例え
ばプリプレグシートの先端部をマンドレル表面に仮止め
するようにしても良い。

【００２４】送りロールによりプリプレグシートが所定
量送り出されると、該シートがマンドレル表面に積層さ
れる。かかる状態で、マンドレルを取り出し、プリプレ
グシートを加熱硬化させれば、加熱工程の途中で樹脂層
が相互に熱融着して一体化し、その後硬化して、筒状の
一体的な樹脂製品が出来上がる。マンドレルを樹脂製品
から分離しても良いが、そのまま樹脂製品と一体に保持
することが可能である。

【００２５】熱硬化性樹脂を繊維に含浸させて形成した
プリプレグシートを用いることにより、筒状樹脂製品と
して強度が増加するから、本発明の成形方法及び装置に
よれば、例えばゴルフクラブのシャフトのような長尺物
の筒状樹脂製品に適する。また一対の送りロールの相対
押圧力を制御する手段によって、プリプレグシートの積
層数に応じる等、適宜前記相対押圧力を増減制御するこ
とが出来る。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１(a) 、(b) において、繰出ロール１等のプリ
プレグ供給源から供給ロール２等の適当な供給手段によ
り或いは作業者の手によって、プリプレグシート、ここ
では熱硬化性樹脂を繊維に含浸させて形成した繊維強化
複合材シート、所謂プリプレグシートＰの先端が、一対
の平行に正対する送りロール３の押しロール４と支持ロ
ール５との間に供給される。

【００２７】ここで押しロール４は、鋼などのような強
度部材を支軸４ａとし、その支軸４ａの中間外周面に筒
状のゴム等のような摩擦部材４ｂが外嵌固着して構成さ
れる。該摩擦部材４ｂは実質的には大きな弾性変形を期
待するものではなく、押しロール４の送りロールとして
の摩擦力を付与する目的で設けられている。一方、支持
ロール５は、少なくともその外周面が鋼等のような剛性
材料で形成される。

【００２８】前記押しロール４よりも大径の軸直角断面
円形の剛性筒状部材からなるマンドレル６は、押しロー
ル４がマンドレル６の一部側壁の内周面に押圧接触する
ように、送りロール３と平行にかつ遊動回転自由に配設
されるが、自らの回転支軸は有していない。前記供給さ
れたプリプレグシートＰは、マンドレル６の外周面と支
持ロール５の外周面との間に導かれて押圧挟持され、図
示しないモータ等の回転駆動装置による押しロール４の
回転に従って、マンドレル６の前記側壁と共に、該側壁
に接着した状態で所定量送り出される。

【００２９】該プリプレグシートＰがマンドレル６の外
周面を一周した段階で、マンドレル６の円筒外周形状に
倣ったプリプレグシートＰの筒状体が完成するから、必
要に応じて適数の積層数を得るべく、送りロール３によ
る送り出し量を予め適当に定めておく。プリプレグシー
トＰの筒状体の成形が終了した後は、マンドレル６と共
にプリプレグシートＰを取り出し、プリプレグシートＰ
の各層を図示しない公知の加熱装置により融着一体化し
た後、加熱硬化させる。

【００３０】マンドレル６と一体にして使用に供する場
合は、そのまま製品とするが、そうでない場合は、適当
な保持装置によりプリプレグシートＰの筒状体を固定保
持した状態で支持ロールのみを把持して抜き取るように
構成した図示しない分離装置を用いてマンドレル６から
筒状のプリプレグシートＰを分離し、プリプレグシート
Ｐのみの筒状樹脂製品を得る。

【００３１】以上本発明の一実施例を概略的に説明した
が、次に詳細について説明する。プリプレグシートＰ
は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの無機ま
たは有機繊維の一方向引き揃え基材、織布、不織布、編
布などに、熱硬化性樹脂を含浸させて形成させたもので
ある。繊維の方向は特に限定されず、主として一方向に
揃っているものであってもよい。いわゆる一方向引き揃
え品の場合に、本発明の効果は最も発現する。プリプレ
グシートは未硬化状態にあって、通常は一定の粘着性を
有する。そこでこれを適宜の形状に積層形状した後、加
熱すれば、熱硬化性樹脂が硬化すると共に層状のシート
が一体化し、成形体が得られる。粘着性が少ないシート
では、適宜に接着剤などを使用すれば積層が可能であ
る。いずれにしろ、加熱時に未硬化の樹脂は軟化し一体
化する。熱硬化性樹脂としては、公知のものが使用で
き、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド、不飽和ポリエス
テル樹脂、ビニルエステル、フェノール樹脂などが例示
される。具体的なプリプレグシートとしては、ピッチ系
またはＰＡＮ系などの炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸さ
せたものが適当である。

【００３２】なお、プリプレグシートＰは、熱硬化性樹
脂からなるが、熱可塑性樹脂を用いることも可能であ
る。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピ
レンなどの各種ポリオレフィン樹脂、ＰＥＴなどの飽和
ポリエステル樹脂、ナイロンなどのポリアミド、ポリス
ルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンサルフ
ァイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミ
ドなどの熱可塑性樹脂が例示される。複合すべき繊維は
上記と同様である。熱可塑性樹脂からなるプリプレグシ
ートの場合、巻回して積層後に加熱すれば熱可塑性樹脂
は溶融し、容易に積層体は一体化する。

【００３３】上記のプリプレグシートは、筒状樹脂製品
として強度が増加するから、例えばゴルフクラブのシャ
フトのような長尺物用に適する。上記の熱硬化性樹脂は
３０〜４０゜Ｃで粘性が大となり、８０〜１８０゜Ｃで
硬化する特性を有する。従って送りロール３間でプリプ
レグシートＰがマンドレル６の表面に強く押圧される
と、プリプレグシートＰは、自らの粘性により、又はプ
リプレグシートＰ先端をアイロン７等で３０〜４０°の
加熱融着を施すことにより、プリプレグシートＰの先端
縁に接着剤を塗布するか、または接着テープを用いるこ
とにより、プリプレグシートをマンドレル６の表面に接
着することが可能である。

【００３４】プリプレグシートＰが支持ロール５から容
易に剥離するようにするには、支持ロール３の材質選
択、表面処理等を公知のように行えば良い。またプリプ
レグの剥離手段を別途用意しても良い。図１(b) に示す
ように、プリプレグシートＰが離型シートＰ１と二重構
造で供給源から供給されるように準備すれば、支持ロー
ル５と接触する側に上記離型シートＰ１を配設すること
により、プリプレグシートＰは極めて容易にマンドレル
６のみに粘着する。この場合、離型シートＰ１を、別個
に設けた巻取り装置８によって巻取る。

【００３５】筒状のマンドレル６は、使用目的に合わせ
て金属、木、紙、コンクリート、樹脂等の種々の材料で
製作可能であるが、少なくとも使用によって閉ループ形
状の一部が破断するような材料であってはならない。マ
ンドレル６は、本実施例では、剛性を有するが、その内
外周面に相対して作用する送りロールの押圧力に耐える
と共に、初期形状を大略保持出来る程度の大きさであれ
ば良い。すると、プリプレグシートＰは、前記支持ロー
ル５の外表面と他方の押しロール４及びマンドレル６の
少なくとも一方の外表面との最近接位置において、理論
的には１つの線上で、常に内外から正対する押圧力によ
ってマンドレル６に圧接されながら、接線方向に送り出
される。

【００３６】送り出されたプリプレグシートＰは、マン
ドレル６に接着して搬送され、湾曲され、マンドレル６
の外周面に積層されて筒状に形成される。ここで、前記
支持ロール５と他方の押しロール４またはマンドレル６
との圧接線においては、基本的には、プリプレグシート
Ｐに湾曲力を殆ど付与せずに、その後、マンドレル６に
接着搬送させて初めて前記シートＰを湾曲するから、上
記のように、マンドレル６には必ずしも大きな剛性を要
求することがなくなり、閉ループ形態を維持しさえすれ
ば、薄肉のものでも良い。また支持ロール５が剛性を有
するから、プリプレグシートＰをロールの軸方向に延伸
するのが極力抑えられ、もってプリプレグシートＰの繊
維の配列を乱すことを可及的に抑制出来る。これらの点
が本発明の大きな特徴点の一つである。

【００３７】ここで筒状とは、円筒、楕円筒、角筒、そ
の他任意の軸直角断面の閉ループ形状を含む意味であ
る。マンドレル６は、回転自由であるが、その回転用軸
受けは有していない。一対の送りロール３にその一部の
側壁が支持されつつ送り出されて回転する。しかしその
回転が円滑に行われない場合には、図２に示すようなガ
イドロール９、９、・・・を複数個、マンドレル６の内
及び外周の適当な位置に送りロール３と平行に配設し、
マンドレル６の回転を案内するようにすることが出来
る。

【００３８】マンドレル６が、本実施例の様に、剛性の
あるものに形成された場合においては、成形される樹脂
成形品は、マンドレル６の表面形状に倣う。従って本実
施例の場合はマンドレル６が円筒形状であるから、得ら
れる樹脂製品も、その外表面に倣った円筒形状となる。
押しロールの支軸４ａの両端部は、機枠11，12に着脱自
由に支持され、かつ着装した状態では回転自由に、ま
た、支持ロール５に対して進退可能に支持される。前記
支軸４ａの一端部は、ギア等の動力伝達部材13を介して
図示しないモータ等の回転駆動源に連結され、押しロー
ル４が回転駆動されて、摩擦力により、送りロール３全
体を回転作動させる。ただし、回転駆動力を受けるの
は、押しロールに限る必要はない。送りロール３全体が
受けても良く、要するに少なくとも１つのロールが受け
れば足りるものである。

【００３９】一方の機枠12の一部の軸受部12ａは、その
残部に対しヒンジ結合されて、支軸４ａを含む垂直面内
で回動自由となっている。そして作動時は、図１に示す
ように固定されて支軸４ａを軸受けするが、マンドレル
６を押しロール４から外す場合は、軸受部12ａをヒンジ
の回りに回動して支軸４ａ端部から外し、支軸４ａの一
端を片持ちの自由端部として開放する。従って、マンド
レル６はこの自由端部から容易に抜き取ることが可能と
なる。なお他方の機枠11の軸受も、押しロール４を支持
ロール５に対して相互接離が可能なように、機枠本体に
支持されている。

【００４０】前記軸受部12ａは、機枠12に対して別体に
構成され、これを機枠12に着脱自由に装着してもよい。
他方の機枠11に関しても同様である。機枠11及び軸受部
12には、支軸４ａの両端部を支持ロール５へ向かって押
圧するエアシリンダ14及び15が備えられ、その圧力を適
性値に制御する圧力制御装置（図示せず）が設けられ
て、特にプリプレグシートＰのマンドレル６回りの積層
数に対応して変化する押しロール４と支持ロール５間の
押圧力を制御できるようになっている。

【００４１】なおプリプレグシートを筒状に成形するに
際し、プリプレグシートをマンドレルの外周面に供給す
る構成としたので、該シートはマンドレルの外周面に接
着して搬送されて筒状に形成される。

【００４２】以上のような構成において、筒状樹脂製品
は、本実施例では、以下のようにして所定の形状に成形
される。まず、軸受部12ａを、ヒンジを中心に回動させ
て機枠12の基部から離し、押しロール４を他方の機枠11
の軸受部で片持ち支持する。次に、押しロール４を支持
ロール５から所定の間隔だけ引き離し、マンドレル６を
押しロール４に挿入した後、繰出ロール１から供給され
たプリプレグシートＰを、作業者の手でマンドレル６の
外周面に半周ぐらい巻き付け、プリプレグシートＰの端
部をアイロン７等で３０〜４０゜Ｃに加熱して、マンド
レル６の外周面に融着し仮留めする。

【００４３】次に、押しロール４を機枠11及び12に対し
て確実に軸受け設定し、図示しない圧力制御装置を作動
し、プリプレグシートＰをマンドレル６の周壁にたい
し、押しロール４と支持ロール５の間で適当な押圧力で
挟持する。その後、回転駆動源を作動させ、動力伝達部
材13を介して押しロール４を駆動すると、押しロール４
は、摩擦部材４ｂの摩擦抵抗によりマンドレル６の内周
面を滑ることなく回転する。このため、プリプレグシー
トＰは、マンドレル６と支持ロール５間に押圧されつつ
マンドレル６の外周面に圧着捲回され、所定の厚さに積
層される。

【００４４】プリプレグシートＰの積層された厚さが増
大するに伴って、押しロール４は、圧力制御手段により
圧力付勢手段14、15が制御され、支持ロール５から後退
されて送りロール３間の押圧力が、所定の圧力に保持さ
れる。積層後、必要に応じて熱収縮テープ繰出機（図示
せず）より熱収縮テープを繰出し積層物表面にテーピン
グを施す。

【００４５】このようにしてプリプレグシートＰの筒状
積層体が得られたら、次に、装置の作動を停止し、圧力
付勢手段14、15による付勢力を解除して、マンドレル６
を送りロール３間に取付ける要領と逆の要領で、プリプ
レグシートＰが積層されたマンドレル４を押しロール４
から取外す。次に、図示しない加熱装置により、プリプ
レグシートＰが積層されたマンドレル４を、軟化しやす
い３０〜４０°を経由して、８０〜１８０゜Ｃで加熱す
ると、プリプレグシートＰの各層が一体的に熱融着する
と共に、熱硬化するから、硬化された筒状のプリプレグ
シートＰを図示しない分離装置によりマンドレル６から
分離し、筒状の繊維強化複合材を得ることができる。

【００４６】成形品の用途によっては、積層されたプリ
プレグシートＰにマンドレル６を取り付けたままで、成
形完了としてもよいことは既述した。このように、本実
施例では、ヤーンよりも幅の広いプリプレグシートＰを
マンドレル６に切れ目なく連続して短時間に圧着し積層
できる。また、一対の送りロール３を正対する剛性の有
るロールで構成したから、マンドレル６は、薄肉のもの
で足り、極めて軽量化する。しかも、押しロール４を機
枠11から取外すことないから、マンドレル６の着脱作業
が容易となり、繊維強化複合材を成形する際の作業性を
著しく向上することができる。

【００４７】なお、上記の実施例では、押しロール４の
外周面とマンドレル６の内周面の摩擦抵抗力によりマン
ドレル６を回転駆動する構成としたが、押しロール４の
外周面とマンドレル６の内周面とをギア結合としてもよ
い。上記の実施例のように一対の送りロール３のみでマ
ンドレル６を挟持する場合は、マンドレル６の口径が大
きくなると、マンドレル６が自重のため変形し易くな
り、マンドレル６の挟持が不安定となるので、これを防
止するため、図２に示すように、送りロール３と平行に
延びる任意の本数のガイドロール９をマンドレル６の周
面に配設することもできる。

【００４８】また、図３に示す様に、剛性あるマンドレ
ル36を、軸直角断面形状が楕円形状或いは多角形状に形
成することも出来る。つまり、マンドレル形状のうち最
小曲率の稜線部36ａが、マンドレル36の内周側に設けた
押しロール34の外径以上の大きさである曲率である限
り、押しロール34によって該稜線部に無理な応力が作用
することが無いから、マンドレル36の破壊が無く、従っ
てマンドレルの形状としては、上記条件の範囲内での多
角形或いは雲形等の任意の形状を採用することが出来
る。

【００４９】ところで、第１の実施例に示したマンドレ
ル６は、送りロール３により、正対する押圧力で、理論
的には線上に圧縮力を受け、プリプレグシートＰの曲げ
変形は、その後の送りロール３の送り出し量に応じたマ
ンドレルの外形形状に従って付与される。従って、究極
的には、マンドレル６は、何ら剛性を有する必要性が無
くなり、薄い可撓性のある自由閉ループ形状のものであ
れば良くなる。

【００５０】図４に示された本発明の第２の態様の実施
例は、まさにマンドレル46が、可撓性有る材質で構成さ
れた例である。このようにマンドレル46が可撓性を有す
るようになると、もはや一対の送りロール43は、押しロ
ール44も支持ロール45も剛性を保持する必然性が無くな
る。つまり押しロール44及び支持ロール45の少なくとも
一方の外表面が大きく変形可能な弾性材で形成されてい
れば、両ロール44及び45の相対する挟持部は、弾性材の
変形で面接触となり、当該挟持面の間をマンドレル46及
びプリプレグシートＰが搬送されることとなる。従っ
て、この挟持面がマンドレル46の形状を強制的に規制す
ることとなるが、マンドレル46は、可撓性があるから、
前記面の形状に抵抗なく倣うことができ、その後、送り
ロール43から送り出されても、またマンドレル46の自由
閉ループ形状に従って変形することになる。この為、送
りロール43が剛性を持たないために広い挟持面を持つよ
うになっても、マンドレル46の破壊が生じることは無
い。この点、本発明の重要な他の特徴である。

【００５１】なお、図４に示されるように、可撓性ある
材質で形成されたマンドレル46の場合には、軸直角断面
形状が自由な閉ループ形状であるから、所望の形状に成
形したい場合は、マンドレル46を送りロール43から取外
した後、上記熱硬化処理前に、適当な軸直角断面形状の
芯棒をマンドレル46内周面に嵌め込み、成形し、この状
態を維持しつつ熱硬化処理を行うことができる。

【００５２】本出願人は、本発明に係る筒状樹脂製品の
成形装置を用いて実験を行い、以下のような好ましい結
果を得た。実験１使用したプリプレグシートは、エポキシ樹脂を含浸させ
た石油ピッチ系炭素繊維からなる炭素繊維一方向プリプ
レグシート（商品名グラノックプリプレグＥ４０２
５；日本石油株式会社製）および石油ピッチ系炭素繊維
織物にエポキシ樹脂を含浸させてなる炭素繊維織物プリ
プレグシート（日本石油株式会社製）である。

【００５３】まず、炭素繊維一方向プリプレグシート
を、その繊維方向をマンドレルの軸方向と直角にしてマ
ンドレルに２層巻き付け、次に、その上に炭素繊維一方
向プリプレグシートを、その繊維方向をマンドレルの軸
方向と平行にしてマンドレルに４層巻き付け、さらに、
その上に炭素繊維織物プリプレグシートを２層巻き付け
た後、ポリプロテープとポリエステルテープで最外層周
面をテーピングし、熱硬化炉で１３０゜Ｃで１時間、加
熱硬化させた。

【００５４】その結果、内径２１２mm、厚さ１．２mm、
長さ７００mmの炭素繊維複合材製のパイプが得られ、こ
のパイプを切断し、断面を観察したところ、ボイドなど
の欠陥が認められず、炭素繊維複合材製のパイプの品質
の向上を図ることができた。実験２マンドレルの寸法を、内径２１０mm、肉厚１mm、外径２
１２mm、長さ１０００mmの剛性あるマンドレルを用い
て、上記実験１と同様な実験を行った。

【００５５】その結果、内径２１２mm、厚さ１．２mm、
長さ７００mmの、前記実験１と全く同じ結果の炭素繊維
複合材製のパイプが得られ、このパイプを切断し、断面
を観察したところ、ボイドなどの欠陥が認められず、炭
素繊維複合材製のパイプの品質の向上を図ることができ
た。実験３実験２と同じ寸法であって、ナイロン製の可撓性ある材
質からなるマンドレルを用いて実験１と同様な実験を行
った。

【００５６】その結果、自由閉ループ形状の炭素繊維複
合材製のパイプが得られ、このパイプを切断し、断面を
観察したところ、ボイドなどの欠陥が認められなかっ
た。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ヤ
ーンよりも幅の広いプリプレグシートをマンドレルに切
れ目なく連続して短時間に圧着し積層できる。また、一
対の送りロールを正対する剛性の有る材料で構成した場
合は、プリプレグシートの繊維配列を乱すことなくマン
ドレル周面に接着搬送出来、また、熱硬化性樹脂の熱融
着により、プリプレグシートＰの各層を一体化出来るの
で、成形された樹脂製品は、高品質のものを得ることが
出来る。更にマンドレルは、薄肉のもので足り、極めて
軽量化する。しかも、送りロールを機枠から取外すこと
ないから、マンドレルの着脱作業が容易となり、筒状の
樹脂製品特に繊維強化複合材の成形品を成形する際の作
業性を著しく向上することができる。

【００５８】また、マンドレルを、可撓性ある材料で形
成した場合は、極めて薄肉の軽量材料で筒状の樹脂製品
を形成出来るので、上記の効果がより大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る筒状樹脂製品の成形装置の第１の
態様の一実施例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図
のＡ−Ａ線断面図。

【図２】本発明に係る．状樹脂製品の成形装置の他の実
施例の断面図。

【図３】本発明に係る筒状樹脂製品の成形装置の更に他
の実施例の断面図。

【図４】本発明に係る筒状樹脂製品の成形装置の第２の
態様の一実施例の断面図。

【符号の説明】

１繰出ロール２供給ロール３送りロール４押しロール５支持ロール６マンドレルＰプリプレグシート（繊維強化複合材シート）７加熱装置９ガイドロール 34 送りロール 36 押しロール 43 支持ロール 44 押しロール 45 支持ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭50−35838（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 70/16 B29C 53/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能な筒状のマンドレルの外周面に剛
性を持たせ、熱硬化性樹脂を繊維に含浸させて形成した
繊維強化複合材シートを前記外周面に供給し、前記マンドレルの一部側壁と前記供給された繊維強化複
合材シートとを、これらを共に間に挟みかつ外周面が実
質的に剛性を有する少なくとも一対の平行に正対する送
りロールにより、前記繊維強化複合材シートをマンドレ
ルの前記一部側壁に密着した状態で、所定量送り出し、前記繊維強化複合材シートを、前記マンドレルの前記外
周面に筒状に巻かれた状態で熱硬化処理することを特徴
とする筒状樹脂製品の成形方法。
【請求項２】前記一対の送りロールのうち前記マンドレ
ルの内周面に接触する側の送りロールの外表面が摩擦材
からなる請求項１に記載の筒状樹脂製品の成形方法。
【請求項３】可撓性のある筒状のマンドレルの外周面に
繊維強化複合材シートを供給し、前記繊維強化複合材シートを前記マンドレルの少なくと
も一部に接着させ、前記マンドレルの一部側壁と前記供給された繊維強化複
合材シートとを、これらを共に間に挟む少なくとも一対
の平行に正対する送りロールにより、所定量送り出し、
前記繊維強化複合材シートを、前記マンドレルの前記外
周面に筒状に巻かれた状態で熱硬化処理することを特徴
とする筒状樹脂製品の成形方法。
【請求項４】前記一対の送りロールの外表面が剛性を有
する請求項３に記載の筒状樹脂製品の成形方法。
【請求項５】前記一対の送りロールのうち前記マンドレ
ルの内周面に接触する側の一方の送りロールの外表面が
摩擦材からなる請求項３又は請求項４に記載の筒状樹脂
製品の成形方法。
【請求項６】前記熱硬化処理後、前記熱硬化された筒状
の繊維強化複合材シートから前記マンドレルを分離する
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の筒状樹脂製
品の成形方法。
【請求項７】前記一対の送りロールの相対押圧力を制御
することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１
つに記載の筒状樹脂製品の成形方法。
【請求項８】剛性を持たせた回転可能な筒状のマンドレ
ルと、外周面が実質的に剛性を有し、前記マンドレルの一部側
壁を挟持する少なくとも一対の平行に正対する送りロー
ルを備え、前記マンドレルの外周面とこれに相対する一
方の送りロールとの間に繊維強化複合材シートが供給さ
れ、該繊維強化複合材シートをマンドレルに密着した状
態で所定量送り出す構成を有するシート送り出し手段
と、前記繊維強化複合材シートを、前記マンドレルの前記外
周面に筒状に巻かれた状態で熱硬化処理する手段と、を備えたことを特徴とする筒状樹脂製品の成形装置。
【請求項９】前記一対の送りロールのうち前記マンドレ
ルの内周面に接触する側の送りロールの外表面が摩擦材
からなる請求項８に記載の筒状樹脂製品の成形装置。
【請求項１０】可撓性のある筒状のマンドレルと、該マンドレルの外周面に、繊維強化複合材シートの少な
くとも一部を接着する手段と、前記マンドレルの一部側壁と該一部側壁に密着された繊
維強化複合材シートとを、これらを共に間に挟みつつ、
前記繊維強化複合材シートをマンドレルの前記一部側壁
に密着した状態で所定量送り出す少なくとも一対の平行
に正対する送りロールを有するシート送り出し手段と、前記繊維強化複合材シートを、前記マンドレルの前記外
周面に筒状に巻かれた状態で熱硬化処理する手段と、を備えたことを特徴とする筒状樹脂製品の成形装置。
【請求項１１】前記一対の送りロールの外表面が剛性を
有する請求項10に記載の筒状樹脂製品の成形装置。
【請求項１２】前記一対の送りロールのうち前記マンド
レルの内周面に接触する側の送りロールの外表面が摩擦
材からなる請求項10又は請求項11に記載の筒状樹脂製品
の成形装置。
【請求項１３】前記マンドレルの前記外周面に繊維強化
複合材シートを供給する手段を備えたことを特徴とする
請求項８〜請求項12のいずれか１つに記載の筒状樹脂製
品の成形装置。
【請求項１４】前記熱硬化処理後、前記熱硬化された筒
状の樹脂シートから前記マンドレルを分離する分離手段
を備えた請求項８〜請求項13のいずれか１つに記載の筒
状樹脂製品の成形装置。
【請求項１５】前記一対の送りロールの相対押圧力を制
御する手段を備えた請求項８〜請求項14のいずれか１つ
に記載の筒状樹脂製品の成形装置。形装置。
【請求項１６】前記マンドレルが軸直角断面円形形状で
ある請求項８〜請求項15のいずれか１つに記載の筒状樹
脂製品の成形装置。
【請求項１７】前記マンドレルが軸直角断面多角形形状
である請求項８〜請求項16のいずれか１つに記載の筒状
樹脂製品の成形装置。
【請求項１８】前記マンドレルの形状保持用のガイドロ
ールを、該マンドレルの周面に接して配設した請求項８
〜請求項17のいずれか１つに記載の筒状樹脂製品の成形
装置。