JPH0527539B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、繊維強化プラスチツクス（FRP）
製サンドイツチ円筒体、中でも、シンタチツクフ
オームのコア層をFRPのスキン層で包んだサン
ドイツチ円筒体の製造方法に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

FRPを使用する目的は多様であるが最も大き
な要素は構造体の軽量化にある。しかし、強化繊
維と樹脂マトリツクスのみから成るFRPの軽量
化には限度がある。そこで、コア材として発泡体
等の極めて比重の小さな材料を、スキン材として
は、強度、剛性に優れた材料を選定し、これ等を
貼合せた所謂サンドイツチ構造が考えられてい
る。

このサンドイツチ構造体のコア材としては、一
般的に、金属、FRP、紙等で作られたハニカム
構造体が剛性、重量の見地から採用されるが、こ
れは、例えば深海用構造体と云つた用途ではコア
空隙部に浸水の恐れがあり、実用的でない。

一方、ガラス、プラスチツク等の微小中空体を
樹脂マトリツクス中に均一に分散した首記のシン
タチツクフオームは、独立気泡であるため、樹
脂マトリツクスにき裂を生じない限り空隙部への
浸水がない、圧縮強度が高く強い側圧に耐え
る、比較的低比重であると云つた特徴を有し、
浮力体に必要な諸条件を満足している。

従つて、深海潜水艇等の外郭構造材としては、
FRPをスキン層、シンタチツクフオームをコア
層としたサンドイツチ円筒体が適切と考えられ
る。

ところが、シンタチツクフオームは引張強度が
低く（約３Kg／mm²）、かつ、熱膨脹率が大きい
（30×10^-6／℃）ため、FRP材と組合せた場合、
硬化時の熱残留応力によつてフオームにき裂を生
じ易く、製造性に優れない。

即ち、在来の製造方法では、先ず樹脂の含浸さ
れた繊維をFW（フイラメントワインデイング）
法により巻付型上に最適構成に巻付け、硬化し、
得られた内層スキンを巻付型よりも若干径の大き
い加工型上に締め代を零とするか若干与えて移し
変え、スキンの内径を拡張しつつ偏肉を減らして
真円状態に近づけるために外周を機械加工する。

この後、内層スキンを再び巻付型上に移して予
め成形したシンタチツクフオームのコア材のその
外周面に接着剤で貼付ける。

次に、内層スキンとコアの積層体を加工型上に
移してコア外周の機械加工による偏肉調整を行
い、この上にFW法により外層スキンを形成す
る。その後、最終的な外周加工と長さ調整加工を
行い製品とする。

しかるに、この方法で問題となるのは、シンタ
チツクフオームの貼付後の加工型への挿入時、或
いは機械加工時にフオームに対してき裂が高い確
率で発生すると云うことである。

本発明者等は、その原因を検討した結果、次の
結論に達した。

即ち、加工型への挿入時には、通常、偏肉を除
去する目的から加工体の内径と等しいか又は若干
大きい外径の加工型を寒剤により予冷し、ここに
加工体を挿入して常温への復帰後に機械加工する
「冷し嵌め」法が適用される。この際の加工型は、
フオーム加工後再度全体を冷却して加工体を取外
すため、周方向の熱膨脹係数が加工体よりも大で
ある必要がある。

冷し嵌め法で加工型に対する着脱を行うと、ス
キンにコアを接着してある積層円筒体も加工型に
熱を奪われて冷却される。先に述べたように、熱
膨張係数がスキン層のFRPに比べて非常に大き
いシンタチツクフオームのコアは、この冷却で温
度差分収縮しようとするがスキンは殆んど収縮し
ないので、スキンによる収縮制限量に見合つた引
張応力がコアに生じる。この応力がスキンとコア
の接着時に生じてコアに残留している応力に加算
され、この応力によりコアにき裂が生じると考え
られる。

また、収縮差による引張応力は接着剤層にも発
生し、特に応力集中の生じ易い接着剤層の発生応
力が過大となるため接着剤層にもき裂が入り、こ
れがコアのき裂を助長すると考えられる。

そこで、本発明者等は更に検討を加え、機械加
工のための冷し嵌めが可能で、かつ、フオームに
き裂を生じない成形方法について研究した結果、
課題解決に有効な以下の方法を発明するに到つ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の課題を解決するこの発明の方法は２つあ
るので先にその１つを述べる。

第１番目の方法は、第２図に示すように、先
ず、巻付型Ａ上にFW法により予め樹脂を含浸し
た連続繊維を最適構成に巻付けて硬化、成形し、
FRPの内層スキン１を得る。

次に、この内層スキン１を巻付型より外して巻
付型よりも若干外径の大きい第３図の加工型Ｂ上
に冷し嵌め法により移し変え、外表面の偏肉を除
去すると共に既定寸法まで機械加工する。

次いで、内層スキン１を加工型Ｂに嵌めたまゝ
の状態下でスキン１の外周面に予め成形したシン
タチツクフオームのコア材を接着し、スキン１と
コア２の一体化された第３図の積層体を得る。コ
ア２は１個の円筒体を挿入接着するほか、コア材
を周方向に分割した彎曲板、軸方向に分割したリ
ング、或いは周方向と軸方向の２方向に分割した
第５図に示す如き彎曲ブロツク２ａを貼り合わせ
てもよく、この後、コア２の外周面を機械加工し
て整形する。

コア２の外径寸法を整えた積層体は、加工型Ｂ
から一旦外して第４図に示すように巻付型Ａに移
し、この上にFRPの外層スキン３をFW法によつ
て形成した後再度加工型Ｂ上に戻して外層スキン
３の外周を機械加工整形するか或いは第３図の加
工型上にそのまま残してコア２の外周面上にFW
法による外層スキン３の巻付け硬化成形を行い、
スキン３の外周面を機械加工する。この後、加工
型より外して機械加工により長さ寸法を整える
と、第１図に示すように、コア２の内外周面がス
キン１，３に覆われたサンドイツチ円筒体４が得
られる。

上述した本発明の方法によれば、内層スキン１
上へのコア２の接着を加工型Ｂ上で実施するの
で、従来必要であつた加工型に対する積層円筒体
装着時の冷却が不要になる。即ち、内層スキン１
を「冷し嵌め」法で加工型Ｂ上に装着しても、コ
ア２を接着する際には加工型の温度が元に戻つて
いるため、コア２が冷却されることはなく、き裂
を招く収縮が起こらない。

また、コア２は、加工型Ｂを冷却して完成した
円筒体４を外すときに冷却されるが、このときは
以下の作用が生じてき裂の発生が防止される。

内層スキン１は加工型Ｂに装着する際に嵌合代
相当分拡径させているので元の径に戻る力を有し
ている。そのため、加工型が冷却されるとその分
で内層スキン１は嵌合代相当分余分に（冷却よる
収縮も勿論ある）縮径する。従つて、この縮径に
より内層スキン１によるコア２の収縮制限が緩和
されることになり、コアに生じる引張応力が従来
より小さくなる。

この引張応力の低減効果の確認実験についての
詳細を以下に記す。

内層スキン１として巻付型Ａ上で成形硬化後脱
型したCFRP（炭素繊維強化プラスチツクス）を、
また、コア２としてシンタチツクフオームを各々
使用し、本発明の方法に従い、加工型Ｂ上で内層
スキン１にコア２を接着した上でコアの外表面を
機械加工し、その後加工型Ｂを冷却して脱型し
た。その結果、コア２のき裂は皆無であつた。

この実験は、内層スキン１と加工型Ｂの嵌合代
を0.2mm、スキン１の内径をφ200mm、スキン１に
対する加工型装着時及び脱型時の冷却温度差を
100℃として行つた。この際のコア２の残留縮み
量（スキン１による収縮制限量）は、大まかに計
算すると 従来法による場合、 λ₁＝（30×10^-6／℃）×100℃×200mm＝0.6mm 本発明法による場合、 λ₂＝（30×10^-6／℃）×100℃×200mm−0.2mm＝
0.4mm となり、33.3％の引張応力低減が図られてこれが
き裂皆無の好結果を生み出したと云える。

なお、本実験では、加工型脱型後の積層体を巻
付型Ａ上に移し、コア２上にFW法で樹脂含浸連
続繊維を巻付けで硬化成形することによりCFRP
の外層スキン３を形成し、再度これを加工型Ｂ上
に冷し嵌め法で移し、外周を機械加工後加工型Ｂ
を冷却して外し、最終製品を得た。

次に、この発明のもう１つの方法を述べる。

この２番目の方法は、巻付型から加工型に移し
た内層スキン１上にコア２を形成し、その外周面
を機械加工する迄の工程は先の方法と変わりがな
い。即ち、第２の方法の第１の方法との相違点
は、この後、内層スキン１とコア２の積層体を加
工型より脱型し、予めFW法により成形した外層
スキン３を積層体の外周に圧入接着する点にのみ
ある。

この場合、積層体の外径は外層スキン３の内径
に等しいか若干大きめとし、具体的には締め代を
０〜0.3／径程度とし、両者の軸芯のズレを無く
すことが好ましい。

この第２の方法によれば、事前に製作した外層
スキン３をコア上に圧入接着して最終製品に仕上
げるので、外層スキン硬化時の熱履歴がコアに加
わらず、この熱によつて生じる残留応力を低減で
きると共に、外層スキン３が加工型の冷却脱型時
に嵌合代相当分余分に縮径するので、冷却されて
収縮しようとするコアを外層スキン３が引き留め
ようとする力も小さくなり、き裂の防止効果が一
段と高まつて更に信頼性の高い製品を提供でき
る。

CFRPの内層スキン１上にシンタチツクフオー
ムのコア２を形成し、その上に第２の方法に従
い、予め成形加工した外層スキン３を圧入接着
し、接着剤硬化後加工型Ｂ上で円筒体の長さ調整
加工を行つて加工型を冷却脱型し、最終製品を得
たところ製品のき裂は皆無であつた。

〔効果〕

以上述べたように、本発明の方法は、巻付型上
で成形された内層スキンを、巻付型よりも若干径
の大きな加工型上に移してその外周にコア材を接
着するので、従来、接着剤層に生じていた引張応
力を大巾に緩和でき、従つて、接着剤の引張り応
力に起因するシンタチツクフアームのコアへのき
裂の発生が無く、安定した円筒体の製作が可能に
なる。

コアのき裂防止効果は、外層スキンを圧入接着
する第２の方法の場合より顕著である。

また、内外のスキンとコアの外周面を各々機械
加工して整形するので偏肉が少なく、耐座屈性の
高い円筒体を製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法によつて得られるサ
ンドイツチ円筒体の断面図、第２図乃至第４図は
この発明の第１の方法の工程図、第５図はコア材
の一例を示す斜視図である。 １……内層スキン、２……コア、３……外層ス
キン、４……サンドイツチ円筒体、Ａ……巻付
型、Ｂ……加工型。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内外のスキン層を繊維強化プラスチツクス、
   コアをシンタチツクフオームとするサンドイツチ
   円筒体の製造方法において、巻付型上にフイラメ
   ントワインデイング法により内層スキンを成形
   後、このスキン材を巻付型よりも外径の大きい加
   工型上に移して外周面を機械加工整形し、次に、
   この表面に予め製作したコア材を接着後コア材の
   外周面を機械加工成形し、しかる後、内層スキン
   とコアの積層体を一旦巻付型に移すか又は加工型
   上にそのまゝ残してコア上にフイラメントワイン
   デイング法により外層スキン層を成形し、最終的
   にスキン層の外周を機械加工整形することを特徴
   とする繊維強化プラスチツクス製サンドイツチ円
   筒体の製造方法。 ２ 上記コア材を周方向又は軸方向もしくはその
   両方向に分割成形して接着することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の繊維強化プラスチツ
   クス製サンドイツチ円筒体の製造方法。 ３ 内外のスキン層を繊維強化プラスチツクス、
   コアをシンタチツクフオームとするサンドイツチ
   円筒体の製造方法において、巻付型上にフイラメ
   ントワインデイング法により内層スキンを成形
   後、このスキン材を巻付型よりも外径の大きい加
   工型上に移して外周面を機械加工整形し、次に、
   この表面に予め製作したコア材を接着後コア材の
   外周面を機械加工成形し、しかる後、内層スキン
   とコアの積層体を加工型より脱型してその外周に
   予めフイラメントワインデイング法により成形し
   た外層スキンを圧入接着することを特徴とする繊
   維強化プラスチツクス製サンドイツチ円筒体の製
   造方法。 ４ 上記コア材を周方向又は軸方向もしくはその
   両方向に分割成形して接着することを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の繊維強化プラスチツ
   クス製サンドイツチ円筒体の製造方法。 ５ 上記積層体の外径を外層スキンの内径に等し
   いか又は若干大きめにすることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項又は第４項記載の繊維強化プラ
   スチツクス製サンドイツチ円筒体の製造方法。