JPH0289624A - 繊維強化プラスチックリングの製造法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野］ 本発明は繊維強化プラスチックリングの製造法及びその
製造装置に係り、特にフィラメントワインディング装置
を用いてＺ字断面の繊維強化プラスチックリングを製造
する方法及びその装置に関する。

［従来の技術］ 繊維強化プラスチツク材を使用したリング状の複合材は
航空機等の材料として近年広く使用されている。特開昭
５８−９６５２２号公報には、フィラメントワインディ
ング装置により繊維糸を２枚の円板にヘリカルワインデ
ィングし、更に両円板の間隙にフープワインディングし
、次いで外周部に積層した後に加圧硬化してＴ字または
Ｌ字断面のリング状複合材を製造する方法が開示されて
いる。この方法はフィラメントワインディング装置を使
用するのでＴ字またはＬ字断面のリング状の複合材を高
効率・低コストで製造することができるという利点を有
する反面、特に航空機の胴体フレームに適した曲げ強度
に優れた２字断面のリング状の複合材フレームを製造す
ることができなかった。

このＺ字断面のリング状複合材フレームの製造法として
は、織物機又はテープ機をＺ字形マンドレルにハンドレ
イアップにより積層するハンドレイアップ法が知られて
いた。

・［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このハンドレイアップ法は織物機又はテ
ープ機のブリカット及び積層を人手により行うため、コ
ストが高いという問題があった。

また、織物材またはテープ材は歩留り及び繊維方向の配
向上、第１２図に示されたように重ね継ぎ（ラップスプ
ライス）されており、軽量性が損なわれると共に高コス
トとなり、更に重ね継ぎ部が局部的に厚くなり相手部品
とのファスナ結合が困難になるといった欠点もあった。

そこで、本発明の目的は、フィラメントワインディング
装置の使用を可能にし、重ね継ぎのない軽量かつ高強度
のＺ字断面の繊維強化プラスチックリングを安価に製造
できる繊維強化プラスチックリングの製造法及びその装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明による繊維強化プラス
チックリングの製造法は、大径外周部と小径外周部との
境界がほぼ垂直になっている段差部を有する主マンドレ
ルと外径が上記主マンドレルの小径外周部とほぼ同径で
ある補助マンドレルとを、この補助マンドレルが上記主
マンドレルの小径外周部側に位置するように夫々同転輪
に取付け、上記主マンドレルと上記補助マンドレルとが
互いに所定の間隔だけ隔てられた状態で上記主及び補助
マンドレルに繊維強化プラスチックの糸状体を積層状に
ワインディングした後に、上記主及び補助マンドレルを
互いに密接させると共に、内周が上記主マンドレルの小
径外周部とばぼ同径であるＬ字断面のタック用リングと
上記主マンドレルの段差部とを互いに嵌合して上記積層
状糸状体をＺ７断面形状とし、この状態で上記積層状糸
状体の硬化処理を行うものである。

この方法の場合、上記主マンドレルと上記補助マンドレ
ルとの間に上記所定の間隔を形成するためにスペーサを
その間に介在させ、このスペーサを上記プリプレグ糸状
体のワインディング後に取外し、上記タック用リングを
上記回転軸上を摺動して上記主マンドレルの段差部に嵌
合し、上記主マンドレルと補助マンドレルとの密接を上
記摺動されたタック用リングが上記補助マンドレルを押
すことにより行うことが望ましい。

また、上記糸状体のワインディングは、上記主及び補助
マンドレルになされた第１のヘリカルワインディングと
このヘリカルワインディングの後に上記主マンドレルの
大径外周部になされたフープワインディングとこのフー
プワインディングの後に上記上記主及び補助マンドレル
になされた第２のヘリカルワインディングとを少なくと
も含むことが好ましい。

また本発明による製造装置は、回転軸と；この回転軸に
取付けられ、大径外周部と小径外周部との境界がほぼ垂
直になっている段差部を有する主マンドレルと；上記主
マンドレルの小径外周部側に位置するように上記回転軸
に上記軸方向に摺動可能に取付けられ、外径が上記主マ
ンドレルの小径外周部とほぼ同径である補助マンドレル
と；上記主マンドレルと上記補助マンドレルとの間に介
在されこの間に所定の間隔を形成するスペーサと；上記
主マンドレルとの間に上記補助マンドレルを挟むように
上記回転軸に上記軸方向に摺動可能に取付けられ、内周
が上記主マンドレルの小径外周部とほぼ同径であるＬ字
断面のタック用リングとを具備し、上記スペーサを介在
した上記主及び補助マンドレルには繊維強化プラスチッ
クの糸状体が積層状にワインディングされるものである
。

［作　用］ 糸状体のワインディングは主マンドレルと上記補助マン
ドレルとが互いに所定の間隔だけ隔てられた状態で行わ
れるので、上記段差部にワインディングされた糸状体は
その後の主及び補助マンドレルの密接によって弛みが発
生する。従って上記段差部の糸状体はタッグ用リングと
上記主マンドレルの段差部との嵌合によってこの段差部
の形状に沿うように変形し、これにより積層状糸状体は
Ｚ７断面形状となる。こうしてフィラメントワインディ
ング装置を使用してＺ７断面形状の繊維強化プラスチッ
クリングを製造することができる。

［実施例］ 以下本発明による繊維強化プラスチックリングの製造法
及びその装置の実施例を第１図乃至第１１図を参照して
説明する。

第１図において、回転軸１には積層用主マンドレル２と
積層用補助マンドレル３とが取付けられ、この積層用主
マンドレル２は回転方向と軸方向の両方向に動かないよ
うに回転軸１に対して固定され、積層用補助マンドレル
３は回転方向には固定され軸方向には摺動可能である。

主マンドレル２の外周には段差部２ａが形成され、この
段差部２ａは大径外周部２ｂと小径外周部２Ｃと境界壁
２ｄとから形成されている。補助マンドレル３は、外径
が主マンドレル２の小径外周部２Ｃと同径に定められ、
この小径外周部２Ｃ側に、即ち小径外周部２Ｃに対向す
るように回転軸１に取付けられている。主及び補助マン
ドレル２と３との間には複数個のスペーサ４が円周方向
に間隔をおいて配置されている。このスペーサ４は補助
マンドレル３に開口部を形成しておき、この開口部から
出し入れすることができる。

回転軸１には、積層物タック用リング５が軸方向に摺動
可能にかつ補助マンドレル３に対向するように取付けら
れている。このタック用リング５は外周部５ａがＬ字断
面に形成され、その内周５ｂは主マンドレル２の小径外
周部２Ｃと同径またはこれより僅かに大きく定められて
いる。

次にこの実施例の作用を説明する。

第１図に示したように、主及び補助マンドレル２と３と
がスペーサ４によって所定間隔離間されている状態で、
第２図に示されたように回転軸１が回転され、カーボン
やガラスやアラミド等製のロービング糸状体６を熱硬化
性または熱可塑性樹脂に含浸させながらあるいは既に繊
維樹脂が含浸されたプリプレグロービングまたはプリプ
レグチーブなどの糸状体６を用いてヘリカルワインディ
ングが行われる。この後１、第３図に示されたように大
径部外周２ｂにフープワインディングが行われ、再度第
２図のヘリカルワインディングが行われる。こうして糸
状体６の積層物を作成した後に、スペーサ４が開口部を
通して半径方向内方に外される。次いで第４図に示され
たようにタック用リング５が回転軸１上を主マンドレル
２に向って摺動され、補助マンドレル３を押して主マン
ドレル２に密着させると共に、リング５のＬ７断面部５
ａが段差部２ａに嵌合される。これにより、糸状体積層
物７はＺ７断面に変形される。

この糸状体積層物７のＺ７断面への変形は上記補助マン
ドレル３の主マンドレル２への密着移動によって許容さ
れる。すなわち、ヘリカルワインディングされた糸状体
積層物７（二点鎖線）は、上記補助マンドレル３の密着
によって弛みが生じるためＬ７断面部５ａの嵌合により
小径外周部２ｃと境界壁２ｄとに沿った形状に変形可能
となる。従って、スペーサ４の厚さ、即ち主マンドレル
２と補助マンドレル３との間隙は二点鎖線の一直線状の
糸状体積層物７が実線の直角折曲状の糸状体積層物７に
変形できるように定められている。

この後に、リング５が取外され第５図に示されたように
糸状体積層物７は所定の位置ＰＩ、　　Ｐ２で切断され
た後、真空バックで被覆されオートクレーブにて加熱・
加圧硬化される。こうして主マンドレル２を成形型とし
た糸状体積層物７の成形が終了する。もちろん、上記加
熱は上記樹脂が熱硬化性の場合であり、熱可塑性の場合
には冷却が行われる。

以上は大径外周部２ｂにのみワーブワインディングを行
う例であった。次に、大径外周部２ｂと小径外周部２Ｃ
と両方にフープワインディングを行う例を説明する。

第３図に示した大径外周部２ｂへのフープワインディン
グ後に、スペーサ４を外しリング５を主マンドレル２に
嵌合して糸状体積層物７を２字型に変形させる。この後
、リング５を取外して小径外周部２Ｃにフープワインデ
ィングを行う。こうして第６図に示されたようにヘリカ
ルワインディングの糸状体積層物７ａの上に、大径外周
部２ｂと小径外周部２Ｃとにおいてフープワインディン
グの糸状体積層物７ｂと７０とがそれぞれ形成される。

この後に、主マンドレル２と補助マンドレル３との境界
部Ｐ１で糸状体積層物をナイフ切断する。次いで再びス
ペーサ４を主及び補助マンドレル２と３の間に挿入して
補助マンドレル３を元の位置へ移動させた後に、再度第
２図と同様のヘリカルワインディングを行う。この後に
スペーサ４を外し第７図に示されたようにリング５を主
マンドレル２に嵌合して糸状体積層物７を２字型に変形
させる。こうして第１のヘリカルワインディング積層層
７ａと第２のヘリカルワインディング積層層７ｄとの間
に、大径外周部２ｂと小径外周部２Ｃとにフープワイン
ディング積層層７ｂと７ｃが形成される。

Ｚ７断面のフレームは、そのフランジ部が引張及び圧縮
荷重を受はウェブ部がぜん断荷重を受けるので、上述の
ように引張及び圧縮荷重に対して効率のよいフープワイ
ンディング積層物７ｂと７Ｃでフランジ部を構成し、せ
ん断荷重に対して効率のよいヘリカルワインディング積
層物７ａと７ｄでウェブ部を構成した場合には、強度的
に非常に優れた繊維強化プラスチックリングが得られる
。更にフープワインディング積層物７ｂと７Ｃはヘリカ
ルワインディング積層物７ａと７ｄの間に介在している
ので、対称性が保たれ歪みの発生を防止することができ
る。

第８図は上記実施例の変形例を示したもので、主マンド
レル８は段差部８ａが左右に形成され、これに応じて補
助マンドレル９とスペーサ１０とＬ字断面の積層物タッ
ク用リング（不図示）が夫々一対設けられている。従っ
て糸状体積層物７は２個同時に形成することができる。

第９図は第８図のマンドレルを複数個回転軸１に連結し
、これに応じてワインディングマシンのデリバリアイ１
１を軸方向に複数個設置したものである。

第１０図は第８図と同様にマンドレルを複数個回転軸１
に連結し、各マンドレル間でプリプレグ糸状体をタック
させ軸方向に単列にしたものである。

第１１図はワインディングマシンのデリバリアイ１１を
周方向に複数個設置したものである。

なお、上述の実施例ではヘリカルワインディングの際に
主マンドレルと補助マンドレルとを所定間隔離間するの
にスペーサを使用した。しかしながら、本発明は補助マ
ンドレルを主マンドレルに対して所定間隔隔てて保持す
ることができる保持手段であれば、上記スペーサに限ら
ず任意の保持手段を使用することができる。

また、補助マンドレルとタック用リング５とを移動可能
に構成する代わりに主マンドレルを摺動可能に構成する
こともできる。もちろん、繊維強化プラスチックリング
は真円形状以外のリング形状とすることもできる。

［発明の効果コ 以上の説明から明らかなように本発明の製造法によれば
、フィラメントワインディング装置の使用によって一体
構造のＺ字断面繊維強化プラスチックリングを安価に製
造することができると共に、従来のハンドレイアップ法
に起因する問題も解消することができる。

また本発明の製造装置によれば、一体構造の２７断面繊
維強化プラスチックリングを安価に製造することができ
る

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による繊維強化プラスチックリングの製
造法及びその装置の一実施例を示した縦断面図、第２図
はヘリカルワインディングの様子を示した斜視図、第３
図はループワインディングの様子を示した斜視図、第４
図は２７断面に変形した状態を示した断面図、第５図及
び第６図は積層物の切断位置を示した断面図、第７図は
Ｚ７断面に変形した状態を示した断面図、第８図と第９
図と第１０図は夫々上記実施例の変形例を示した断面図
、第１１図は上記実施例の別の変形例を示した斜視図、
第１２図は従来のハンドレイアップ法によって製造した
繊維強化プラスチックリングを示した斜視図である。 １・・・回転軸、２・・・主マンドレル、２ａ・・・段
差部、２ｂ・・・大径外周部、２ｃ・・−小径外周部、
２ｄ・・・境界、３・・・補助マンドレル、４・・・ス
ペーサ、５・・・タック用リング、５ａ・・・外周部、
５ｃ・・・内周。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大径外周部と小径外周部との垂直な境界壁とから段
   差部を有する主マンドレルと外径が上記主マンドレルの
   小径外周部とほぼ同径である補助マンドレルとを、この
   補助マンドレルが上記主マンドレルの小径外周部側に位
   置するように夫々回転軸に取付け、上記主マンドレルと
   上記補助マンドレルとが互いに所定の間隔だけ隔てられ
   た状態で上記主及び補助マンドレルに繊維強化プラスチ
   ックのロービング糸状体を積層状にワインディングして
   糸状積層体を形成した後に、上記主及び補助マンドレル
   を互いに密接させると共に、内周が上記主マンドレルの
   小径外周部とほぼ同径であるＬ字断面のタック用リング
   と上記主マンドレルの段差部とを互いに嵌合して上記糸
   状積層体をＺ字断面形状とし、この状態で上記糸状積層
   体プリプレグ糸状体の硬化処理を行うことを特徴とする
   繊維強化プラスチックリングの製造法。 ２、上記主マンドレルと上記補助マンドレルとの間に上
   記所定の間隔を形成するために上記主マンドレルと上記
   補助マンドレルとの間にスペーサが介在され、このスペ
   ーサは上記糸状体のワインディング後に取外され、上記
   タック用リングは上記回転軸上を摺動されて上記主マン
   ドレルの段差部に嵌合され、上記主マンドレルと補助マ
   ンドレルとの密接は上記摺動されたタック用リングが上
   記補助マンドレルを押すことによりなされることを特徴
   とする請求項１記載の繊維強化プラスチックリングの製
   造法。 ３、上記糸状体のワインディングは、上記主及び補助マ
   ンドレルになされた第１のヘリカルワインディングとこ
   のヘリカルワインディングの後に上記主マンドレルの大
   径外周部になされたフープワインディングとこのフープ
   ワインディング後に上記主及び補助マンドレルになされ
   た第２のヘリカルワインディングとを少なくとも含むこ
   とを特徴とする請求項１記載の繊維強化プラスチックリ
   ングの製造法。 ４、回転軸と、この回転軸に取付けられ、大径外周部と
   小径外周部との境界がほぼ垂直になっている段差部を有
   する主マンドレルと、上記主マンドレルの小径外周部側
   に位置するように上記回転軸に上記軸方向に摺動可能に
   取付けられ、外径が上記主マンドレルの小径外周部とほ
   ぼ同径である補助マンドレルと、上記主マンドレルと上
   記補助マンドレルとの間に介在されこの間に所定の間隔
   を形成するスペーサと、上記主マンドレルとの間に上記
   補助マンドレルを挟むように上記回転軸に上記軸方向に
   摺動可能に取付けられ、内周が上記主マンドレルの小径
   外周部とほぼ同径であるＬ字断面のタック用リングとを
   具備し、上記スペーサを介在した上記主及び補助マンド
   レルには繊維強化プラスチックの糸状体が積層状にワイ
   ンディングされることを特徴とする繊維強化プラスチッ
   クリングの製造装置。