JP6953375B2 - 筒状体の製造方法 - Google Patents
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上記の構成において、前記積層工程では、前記本体層の周面の周方向の一部に第1補強層を積層するとともに、前記本体層の周面の周方向の一部であって前記第1補強層と対向する部分に第2補強層を積層することが好ましい。
本実施形態の筒状体10の製造方法は、長尺状の芯材に繊維強化樹脂製のプリプレグシートを巻きつけて本体層を形成する本体層形成工程、本体層の外周面に繊維強化樹脂製の複数のプリプレグシートを積層して補強層を形成する積層工程、本体層及び補強層が形成された予備成形体の外周面にラッピングテープを巻きつけるラッピング工程、ラッピングテープが巻きつけられた予備成形体を加熱して成形体を形成する成形工程、成形体の外周面を研磨、塗装等する研磨工程、成形体の外周面に受けコマ30を取り付ける受け部取り付け工程を備えている。本体層形成工程により形成された本体層は、筒本体20の本体部21となり、積層工程により形成された補強層は、筒本体20の補強部22となる。なお、図4(a)、(b)は本体層と補強層の構成について説明する模式図であり、筒本体20の本体部21となる本体層の構成を「21」で示し、補強部22となる補強層の構成を「22」で示している。また、筒状体10の固定端(筒本体20の基端部20b)に対応する部分を基端、筒状体10の自由端(筒本体20の先端部20a)に対応する端部を先端と言うものとする。さらに、筒状体10の使用状態での上下方向で、本体層、補強層、予備成形体、成形体の上下方向を言うものとする。
ラッピング工程では、予備成形体の外周面にラッピングテープを巻きつける。ラッピングテープは、予備成形体の外周面に長手方向に少しずつずらしながら、張力をかけた状態で複数回巻回する。
図2、図3及び図4(a)に示すように、受け部取り付け工程では、成形体の外周面に受けコマ30を取り付ける。受けコマ30は、上側の補強部22の最上部の位置であって、筒本体20の長手方向の複数個所に取り付ける。受けコマ30の取り付け個数は特に限定されないが、例えば、成形体の先端、中央、基端の合計3箇所に取り付けることが好ましい。
本実施形態の筒状体10は、基板収納カセットのサポートバーに適用され、筒本体20の基端部20bに取り付けられた取付部40により、基端部20bが固定端とされ、先端部20aが自由端とされた片持ち状態で基板収納カセットの側面に固定される。筒本体20は、先端部20aから基端部20bにかけて徐々に大径となるテーパ筒状に形成されている。また、基端部20bから先端部20aに行くほど徐々に軽量になっている。そのため、筒本体20は相対的に大径な基端部20bでの剛性が高く、相対的に小径で軽量な先端部20aでの撓み量が抑制される。
(1)本実施形態の筒状体10は、繊維強化樹脂製の本体部21と、本体部21の外周に設けられて繊維Fが本体部21の軸方向に沿うように延びる補強部22を備えている。補強部22では、径方向断面あたりの繊維量が基端部20bから先端部20aに向かって少なくなっている。つまり、基端部20bで支持されて片持ち状態で使用される筒状体10の自由端側では、補強部22における径方向断面あたりの繊維量が固定端側より少ない。
・上記実施形態の筒本体20は、本体部21の上下に補強部22が形成されているが、補強部22が本体部21の全周に形成されていてもよい。
・各不等長シートの短手方向の長さがほぼ同じものを積層したが、これに限定されない。短手方向の長さが異なるものが混在していてもよい。この場合、例えば、短手方向の長さが短い不等長シートをより外層側に積層するようにしてもよい。
以下、本実施形態の基板収納カセット用繊維強化樹脂製サポートバーの製造方法の実施例について具体的に説明する。
<試験1>
補強層の積層構成を変えた筒状体を作成し、各筒状体について曲げ剛性を測定した。実施例及び比較例の筒状体は、いずれも長手方向の長さが約1800mm、基端縁の上下方向の外径が約45.8mm、先端側の上下方向の外径が約27.7mmであった。なお、ここで作成した各筒状体は、内筒伝形成工程、積層工程、ラッピング工程、加熱工程を経て製造されたものであり、研磨工程及び受け部取り付け工程を省略したものである。また、ラッピング工程及び加熱工程の条件は、実施例及び各比較例ですべて同一とした。加熱工程では、135℃に加熱した加熱炉内で約3時間加熱して筒状体を得た。
芯材として、長さ約2000mm、基端縁の直径が約43mm、先端縁の直径が約25mmの長尺テーパ形状のマンドレルを準備した。本体部を形成するためのプリプレグシートは、引張弾性率24kgf/mm2のPAN系炭素繊維をエポキシ樹脂に含侵させたUDプリプレグシート(繊維量250g/m2、樹脂量153g/m2)と、ガラス繊維をエポキシ樹脂に含侵させたクロスプリプレグシート(繊維量30g/m2、樹脂量20g/m2)を貼り合わせたもの(以下、シートAという。)を使用した。このシートAから、長手方向の長さが1833mm、一方の底辺の長さが138mm、他方の底辺の長さが85mmの略等脚台形状のシートを切り出してマンドレルに巻き付け、シートAを3層積層して本体層を形成した。シートAは、UDプリプレグシートの繊維の配向方向がマンドレルの軸方向に沿う0゜であり、クロスプリプレグシートの繊維の配向方向が0゜/90゜となるように積層した。
実施例1−1と同様にして本体層を形成した。補強部を形成するためのプリプレグシートは、長手方向の長さが異なるように略等脚台形状に切り出した6種類のシート(以下、便宜上、全周型不等長シートという。)を使用した。補強層は、本体層の全周に、長手方向の長さが短い全周型不等長シートから順に1層ずつ巻き付けて形成した。各全周型不等長シートの長手方向の長さは、実施例1−1の各不等長シートの長手方向の長さと同じである。また、積層した全周型不等長シートの材質及び繊維の配向方向は、実施例1−1の不等長シートの材質及び繊維の配向方向と同じである。
実施例1−1と同様にして本体層を形成した。補強部は、本体部の上下で同じ構成とした。補強部を形成するためのプリプレグシートは、短手方向の長さと長手方向の長さがすべて同じとなるように長方形状に切り出した短冊状のシート(以下、便宜上、等長シートという。)を使用した。補強層は、本体層の上下の外周面に等長シートをそれぞれ6層積層して形成した。等長シートの短手方向の長さは14mmであり、長手方向の長さは本体層の長手方向の長さと同じ1833mmである。また、積層した等長シートの材質及び繊維の配向方向は、実施例1−1の不等長シートの材質及び繊維の配向方向と同じである。
実施例1−1と同様にして本体層を形成した。補強部を形成するためのプリプレグシートは、長手方向の長さが同じであって略等脚台形状に切り出したシート(以下、便宜上、全周型等長シートという。)を使用した。補強層は、本体層の全周に全周型等長シートを6層巻き付けて形成した。全周型等長シートの長手方向の長さは本体層の長手方向の長さと同じ1833mmである。また、積層した全周型等長シートの材質及び繊維の配向方向は、実施例1−1の不等長シートの材質及び繊維の配向方向と同じである。
実施例1−1、1−2及び比較例1−1、1−2の筒状体について曲げ剛性試験を行った。曲げ剛性試験は、各筒状体を水平方向に延びるように基端を固定して片持ち状態とし、自由端である先端に質量300gの荷重をかけて、筒状体の先端の撓み量(mm)を測定することにより行った。撓み量(mm)は、筒状体の先端の、無荷重の状態からの変位量(mm)として測定した。また、実施例の筒状体の撓み量(mm)に対する比較例の筒状体の撓み量(mm)の割合(%)を算出した。その結果を表2に示した。
実施例1−1、1−2及び比較例1−1、1−2の筒状体について、筒状体を作成する前に、筒状体を構成するプリプレグシートの全質量と、補強層を構成するプリプレグシートの全質量を測定した。その結果を表2に示した。
表2の結果より、実施例1−1の筒状体は、比較例1−1の筒状体とほぼ同程度の撓み量であり、同程度の曲げ剛性を備えていることがわかった。つまり、実施例1−1と比較例1−1との比較から、基端部での補強層の積層数が同じであると、先端部に向かって補強層の積層数が少なくなるように積層しても、先端部に向かって補強層の積層数が変化しないように積層しても、得られる筒状体の曲げ剛性は同等であることがわかる。一方、先端部に向かって補強層の積層数が変化しないように積層した比較例1−1では、実施例1−1に比べて20%以上材料コストが増加しており、コスト的に不利であることがわかる。
試験1の実施例1−1の筒状体の全質量と同等であり、補強層の積層構成が異なる筒状体を作成し、各筒状体について曲げ剛性を測定した。実施例及び比較例の筒状体は、いずれも長手方向の長さが約1800mm、基端縁の上下方向の外径が約45.8mm、先端側の上下方向の外径が約27.7mmであった。なお、ここで作成した各筒状体は、内筒伝形成工程、積層工程、ラッピング工程、加熱工程を経て製造されたものであり、研磨工程及び受け部取り付け工程を省略したものである。また、ラッピング工程及び加熱工程の条件は、実施例及び比較例ですべて同一とした。加熱工程では、135℃に加熱した加熱炉内で約3時間加熱して筒状体を得た。
試験1での実施例1−1と同じものを使用した。
[実施例2−2]
実施例2−1と同様にして本体層を形成した。補強部を形成するためのプリプレグシートは、長手方向の長さが異なるように略等脚台形状に切り出した3種類のシート(以下、便宜上、全周型不等長シートという。)を使用した。補強層は、本体層の全周に、長手方向の長さが短い全周型不等長シートから順に1層ずつ巻き付けて形成した。各全周型不等長シートの長手方向の長さは、内層側から順に1145mm、1545mm、1833mmである。また、最も外層側に積層した不等長シート6には上記シートCを使用して繊維の配向方向が0゜/90゜となるように積層した。他の2種類の全周型不等長シートは、引張弾性率80kgf/mm2のピッチ系炭素繊維をエポキシ樹脂に含侵させたUDプリプレグシート(繊維量75g/m2、樹脂量34g/m2、以下、シートDという。)を使用して、繊維の配向方向が0゜/90゜となるように積層した。
実施例2−1と同様にして本体層を形成した。補強部は、本体部の上下で同じ構成とした。補強部を形成するためのプリプレグシートは、短手方向の長さと長手方向の長さがすべて同じとなるように長方形状に切り出した短冊状のシート(以下、便宜上、等長シートという。)を使用した。補強層は、本体層の上下の外周面に等長シートをそれぞれ5層積層して形成した。等長シートの短手方向の長さは14mmであり、長手方向の長さは本体層の長手方向の長さと同じ1833mmである。また、最も外層側に積層した等長シートは上記シートCを使用して繊維の配向方向が0゜/90゜となるように積層した。内層側の3層の等長シートは上記シートAを使用して繊維の配向方向が0゜となるように積層した。内層側から4層目の等長シートは、引張弾性率80kgf/mm2のピッチ系炭素繊維をエポキシ樹脂に含侵させたUDプリプレグシート(繊維量175g/m2、樹脂量80g/m2、以下、シートEという。)を使用して、繊維の配向方向がマンドレルの軸方向に沿う0゜となるように積層した。
実施例2−1と同様にして本体層を形成した。補強部を形成するためのプリプレグシートは、長手方向の長さが同じであって略等脚台形状に切り出したシート(以下、便宜上、全周型等長シートという。)を使用した。補強層は、本体層の全周に全周型等長シートを2層巻き付けて形成した。全周型等長シートの長手方向の長さは本体層の長手方向の長さと同じ1833mmである。また、外層側に積層した全周型等長シートは上記シートCを使用して繊維の配向方向が0゜/90゜となるように積層した。内層側に積層した全周型等長シートは、引張弾性率80kgf/mm2のピッチ系炭素繊維をエポキシ樹脂に含侵させたUDプリプレグシート(繊維量125g/m2、樹脂量57g/m2、以下、シートFという。)を使用して、シートFの繊維の配向方向がマンドレルの軸方向に沿う0゜となるように積層した。
Claims (5)
- 基端部で支持されて略水平方向に延びる片持ち状態での使用に適用される筒状体の製造方法であって、
長尺状の芯材に繊維強化樹脂製のプリプレグシートを巻きつけて本体層を形成する本体層形成工程と、
繊維強化樹脂製の複数のプリプレグシートを、繊維の配向方向が前記芯材の軸方向に沿うように積層して補強層を形成する積層工程と、
前記本体層及び前記補強層が形成された予備成形体を加圧及び加熱して成形体を形成する成形工程と
前記成形体の外周面に受け部を取り付ける受け部取り付け工程と
を備え、
前記積層工程では、前記プリプレグシートの積層数が基端部から先端部に向かって少なくなるように積層し、
前記受け部取り付け工程では、前記積層工程で積層された前記プリプレグシートの端縁が位置する以外の部分に前記受け部を取り付けることを特徴とする筒状体の製造方法。 - 前記積層工程では、前記芯材の軸方向に沿う方向の長さが異なる複数の前記プリプレグシートを積層するとともに、複数の前記プリプレグシートのうち、長さが長い前記プリプレグシートを、長さが短い前記プリプレグシートの外側に積層する請求項1に記載の筒状体の製造方法。
- 前記積層工程では、複数の前記プリプレグシートを前記本体層の周面の基端縁から積層する請求項2に記載の筒状体の製造方法。
- 前記積層工程では、前記本体層の周面の周方向の一部に第1補強層を積層するとともに、前記本体層の周面の周方向の一部であって前記第1補強層と対向する部分に第2補強層を積層する請求項1〜3のいずれか一項に記載の筒状体の製造方法。
- 前記受け部が取り付けられる部分の最外層にクロスプリプレグシートを積層する請求項1〜4のいずれか一項に記載の筒状体の製造方法。
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