JPH07205312A - Ｆｒｐ製管状体の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成形しようとするＦＲＰ製管状体の外径や強
化繊維束の積層状態を、容易に目標値に設定する。 【構成】 複数のボビン２から繰り出される複数の強化
繊維糸３を引き揃えて強化繊維束４となし、該強化繊維
束４に樹脂を含浸させた後マンドレル１９に巻き付けて
ＦＲＰ製管状体を製造するに際し、ボビン２から繰り出
される強化繊維糸３の撚数を制御しながら引き揃えて強
化繊維束４とすることを特徴とする、ＦＲＰ製管状体の
製造方法および製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＦＲＰ（繊維強化プ
ラスチック）製管状体の製造方法および製造装置に関
し、とくに、フィラメントワインディング成形法による
ＦＲＰ製管状体の製造方法および製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多数のボビンから繰り出された強化繊維
糸を強化繊維束として引き揃え、樹脂含浸バスで強化繊
維束に樹脂を含浸し、樹脂含浸強化繊維束を回転中のマ
ンドレルに所定の角度で巻きつけていく、いわゆるフィ
ラメントワインディング成形法と呼ばれるＦＲＰ製管状
体の製造方法が知られている。この成形法においては、
強化繊維糸として、有撚糸や無撚糸が用いられるが、通
常、ボビンからの糸の繰り出しは、ある一定の繰出形態
が保持されたまま行われるので、撚数としては、ある一
定のものとなる。すなわち、有撚糸の場合は、そのまま
の撚数で繰り出されたり、あるいは、解舒される際に自
然に解撚がかかる場合には、その一定の解撚数を差し引
いた撚数で繰り出される。無撚糸の場合には、無撚のま
ま繰り出されたり、あるいは、解舒撚がかかる場合に
は、その一定の解舒撚数の状態にて繰り出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の方法においては、引き揃えられた強化繊維束の各
強化繊維糸の撚数が一定であるため、形成される強化繊
維束の幅も略一定となり、樹脂含浸後のマンドレルに巻
き付けられる強化繊維束の幅も略一定となる。この一定
の幅が、成形しようとするＦＲＰ製管状体にとって最適
なものである場合には、格別問題は生じない。しかし現
実には、各種仕様（たとえば外径の異なるもの、強化繊
維束の積層数の異なるもの等）のＦＲＰ製管状体が要求
されるので、要求仕様と上記強化繊維束の一定の幅とが
合わなくなった場合、以下のような問題を生じる。

【０００４】たとえば成形されるべきＦＲＰ製管状体の
外径と強化繊維束の積層数とが決められた場合、外径を
目標値に設定しようとすると、目標とする積層数が取れ
なくなったり、逆に、目標とする積層状態（積層数に加
え、各層の厚みや目付も目標通りに設定する）とする
と、目標とする外径から外れたりする、という問題が生
じる。

【０００５】この発明の目的は、上記のような従来のフ
ィラメントワインディング成形法における問題点を解決
し、成形しようとするＦＲＰ製管状体の外径や強化繊維
束の積層状態を、容易に目標値に設定することが可能
な、ＦＲＰ製管状体の製造方法および製造装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のＦＲＰ製管状体の製造方法は、複数のボ
ビンから繰り出される複数の強化繊維糸を引き揃えて強
化繊維束となし、該強化繊維束に樹脂を含浸させた後マ
ンドレルに巻き付けてＦＲＰ製管状体を製造するに際
し、ボビンから繰り出される強化繊維糸の撚数を制御し
ながら引き揃えて強化繊維束とすることを特徴とする方
法からなる。この発明においては、強化繊維糸は、いず
れもマルチフィラメント糸である。

【０００７】上記方法においては、たとえば、ボビンに
巻かれている強化繊維糸が有撚糸である場合には、該有
撚糸を解撚しながら、かつ、その解撚度を制御しながら
引き揃えて強化繊維束とされ、ボビンに巻かれている強
化繊維糸が無撚糸である場合には、該無撚糸に撚を加え
ながら、かつ、その撚数を制御しながら引き揃えて強化
繊維束とされる。

【０００８】また、本発明に係るＦＲＰ製管状体の製造
装置は、複数のボビンから繰り出される複数の強化繊維
糸を引き揃えて強化繊維束となし、該強化繊維束に樹脂
を含浸させた後マンドレルに巻き付けてＦＲＰ製管状体
を製造する装置であって、かつ、ボビンから繰り出され
る強化繊維糸の撚数を制御する手段を設けたことを特徴
とするものから成る。

【０００９】上記撚数制御手段は、たとえば、ボビンを
その軸方向が強化繊維糸繰出方向と実質的に直交する方
向となるように支持する支持手段と、該支持手段を回転
させる手段とを備えているもの、あるいは、ボビンをそ
の軸方向が強化繊維糸繰出方向と併行する方向となるよ
うに支持する支持手段と、該支持手段を回転させる手段
とを備えているものからなる。

【００１０】

【作用】上述のこの発明に係るＦＲＰ製管状体の製造方
法および製造装置においては、各ボビンから強化繊維糸
が繰り出されるに際し、ボビンが回転されて強化繊維糸
の撚数が増加されたり減少されたりする。この撚数は、
強化繊維糸の初期の撚状態を考慮しつつ、ボビンの回転
数を制御することにより、任意の撚数に設定される。

【００１１】各強化繊維糸の撚数が変化すると、引き揃
えられる強化繊維束の幅も変化する。したがって、各強
化繊維糸の撚数の制御により、強化繊維束の幅を自由に
制御できる。強化繊維束の幅を制御することにより、マ
ンドレルに巻きつけられていく樹脂含浸強化繊維糸の幅
や繊維体積含有率も任意の値に制御できる。その結果、
成形するＦＲＰ製管状体の外径を丁度目標値に合致させ
ることが可能になるとともに、その目標外径値を達成し
つつ、強化繊維束の積層数、目付を目標値に合致させる
ことが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下に、この発明のＦＲＰ製管状体の製造方
法および製造装置の望ましい実施例を、図面を参照して
説明する。図１は、この発明の一実施例に係るＦＲＰ製
管状体の製造装置を示している。図において、１は、強
化繊維糸（例えば炭素繊維糸）を巻いたボビン２を多数
設置したクリールスタンドを示している。クリールスタ
ンド１の各ボビン２から繰り出された強化繊維糸３は、
所定本数引き揃えられて強化繊維束４とされ、セパレー
トロール５へと送られる。強化繊維としては、炭素繊維
に限らず、たとえばガラス繊維、アラミド繊維等を使用
することが可能であり、これらを併用することも可能で
ある。

【００１３】セパレートロール５は、本実施例では、実
質的に水平方向に延びる一対のフリー回転ロール６ａ、
６ｂと、その下流側の、実質的に上下方向に延びる一対
のフリー回転ロール７ａ、７ｂと、からなっている。こ
のセパレートロール５により、概ね所定断面形状に引き
揃えられた強化繊維束４は、フリー回転ローラからなる
ガイドロール８を介して樹脂含浸バス９へと導入され
る。

【００１４】樹脂含浸バス９内には、ＦＲＰ製管状体の
マトリクス樹脂となる、未硬化の樹脂１０が収容されて
いる。マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノ
ール樹脂、ポリイミド樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用するが、他
の樹脂、たとえば、ポリアミド、ポリカーボネード、ポ
リエーテルイミド等の熱可塑性樹脂でもよい。

【００１５】樹脂含浸バス９内には、本実施例では、回
転駆動される、あるいは、フリー回転の、ローラ１１
ａ、１１ｂ、１１ｃが設けられている。強化繊維束４
は、これらローラ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ上を順次案内
され、バス９内で強化繊維束４に樹脂１０が含浸され
る。

【００１６】樹脂１０が含浸された強化繊維束、つまり
樹脂含浸強化繊維束１２は、ガイド手段１３により、フ
ィードローラ１４へと案内される。ガイド手段１３は、
本実施例では３本のガイド１３ａ、１３ｂ、１３ｃから
なっており、樹脂含浸強化繊維束１２は、これらガイド
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ上を順に案内される。

【００１７】複数のガイド１３ａ、１３ｂ、１３ｃのう
ち、本実施例では、上流側の２本のガイド１３ａ、１３
ｂが、回転自在なローラに構成され、下流側（マンドレ
ル側）のガイド１３ｃが固定ガイドに構成されている。
ただし、ガイド１３ａ、１３ｂも、固定ガイドに構成さ
れていてもよい。

【００１８】ローラ１３ａ、１３ｂ上には、たとえばゴ
ムからなるパッド１５ａ、１５ｂが設けられており、パ
ッド１５ａ、１５ｂは適当な押圧力で各ローラ１３ａ、
１３ｂ上に付勢されている。このローラ１３ａ、１３ｂ
の表面とパッド１５ａ、１５ｂにて、この間を通過する
樹脂含浸強化繊維束１２をしごいて、余分な樹脂を絞り
取るようになっている。ただし、ローラ１３ａ、１３ｂ
のみで、十分に余分な樹脂を絞り取ることができる場合
には、パッド１５ａ、１５ｂは必ずしも必要ではない。

【００１９】ガイド手段１３からの樹脂含浸強化繊維束
１２は、フィードローラ１４へと案内される。本実施例
では、フィードローラ１４は、樹脂含浸強化繊維束１２
の送り方向に配列された一対のローラ１４ａ、１４ｂか
らなっている。一対のローラ１４ａ、１４ｂは、ブラケ
ット１６に回転自在に支持されており、ブラケット１６
は、キャリッジスタンド１７に回転自在に支持されたシ
リンダ１８上に固定されている。樹脂含浸強化繊維束１
２は、シリンダ１８の中空部１８ａを挿通された後、一
対のフィードローラ１４ａ、１４ｂを介して、マンドレ
ル１９上へと送られるようになっている。フィードロー
ラ１４ａ、１４ｂは、シリンダ１８、キャリッジスタン
ド１７とともに、マンドレル１９の回転軸１９ａに沿う
方向に移動されるようになっている。

【００２０】マンドレル１９は、マンドレル回転駆動手
段２０により、所定の回転速度で回転駆動される。マン
ドレル回転駆動手段２０は、たとえばモータ、あるいは
モータと減速機との組合せ等からなっている。樹脂含浸
強化繊維束１２が、マンドレル１９上に所定の角度で所
定の層数（所定の積層数）巻き付けられることにより、
樹脂未硬化のＦＲＰ製管状体２１が形成され、樹脂を硬
化させることにより、ＦＲＰ製管状体２１の成形品が得
られる。

【００２１】上記製造装置において、強化繊維糸３を繰
り出すボビン２周りは、図２あるいは図３に示すように
構成されている。図２に示す構造においては、各ボビン
２は、その軸方向Ａが強化繊維糸３の繰出方向Ｕと実質
的に直交する方向となるように、支持手段としての保持
体２２に回転自在に支持されている。保持体２２は、適
当な駆動装置２３（たとえばモータ直結駆動装置、モー
タ−減速機組合せや駆動装置）に連結され、該駆動装置
２３によって、任意の回転方向に任意の回転数にて回転
駆動制御されるようになっている。この回転数等の制御
は、制御装置２４からの指令に基づいて行われる。

【００２２】図３に示す構造においては、各ボビン２
は、その軸方向Ａ′が強化繊維糸３の繰出方向Ｕ′と併
行する方向となるように、支持手段としての支持軸２５
に支持されている。支持軸２５は、上記同様適当な駆動
装置２６に連結され、該駆動装置２６によって、任意の
回転方向に任意の回転数にて回転駆動制御されるように
なっている。この回転数等の制御は、制御装置２７から
の指令に基づいて行われる。

【００２３】上記のように構成された実施例装置におい
ては、クリールスタンド１の各ボビン２から、図２、図
３に示したような機構を介して強化繊維糸３が送り出さ
れる。図２に示した機構では、ボビン２が支持体２２と
ともに回転されることにより、繰り出される強化繊維糸
３に撚が加えられたり、強化繊維糸３が有撚糸である場
合にはその撚数が所定数だけ解撚されたりする。図３に
示した機構においては、ボビン２から繰り出される強化
繊維糸３には自然に解舒撚がかかるが、ボビン２を支持
軸２５とともに回転させることにより、撚の解舒の度合
いが調整されたり、さらに積極的に撚が増加されたりす
る。したがって、いずれの機構においても、ボビン２か
ら繰り出される強化繊維糸３の撚数は、支持体２２ある
いは支持軸２５の回転制御によって、任意の値に設定さ
れる。すなわち、強化繊維糸３が無撚糸の場合には、そ
れに加えられる撚数が任意の値に設定され、強化繊維糸
３が有撚糸の場合には、解撚度が制御されたり、逆にさ
らに撚数が増加されたりし、送り出される強化繊維糸３
の撚数が任意の値に設定される。

【００２４】強化繊維糸３の撚数が変更されると、引き
揃えられ、セパレートロール部５で概略成形される強化
繊維束４の幅も変更され、最終的には、マンドレル１９
に巻きつけられる樹脂含浸強化繊維糸１２の幅も変更さ
れる。この樹脂含浸強化繊維糸１２の幅は、上記ボビン
２から繰り出される強化繊維糸３の撚数によって、ある
範囲内において任意の値に設定され得る。

【００２５】樹脂含浸強化繊維糸１２の幅が制御される
結果、マンドレル１９に巻きつけられマンドレル１９上
に形成される強化繊維糸の層の厚みも制御される。した
がって、目標成形外径や積層数が決まっている場合、上
記強化繊維糸１２の幅の制御により、正確にその外径や
積層数に仕上げることができるようになる。しかも、樹
脂含浸強化繊維糸１２の幅が自由に制御され、それによ
って形成される層厚みも自由に制御されるので、成形さ
れるＦＲＰ製管状体２１の繊維の目付も自由に設定され
るようになる。

【００２６】なお、上記のフィラメントワインディング
成形においては、樹脂含浸強化繊維束１２をマンドレル
１９に巻き付ける際に、樹脂の温度を下げてその粘度を
上げることが好ましい。樹脂の粘度が低いと巻き込みボ
イド（気泡）を押し出しにくいが、粘度を上げて巻き付
け、径方向に圧力を加えることにより、容易にボイドが
外部に排出されるようになり、品質が向上する。

【００２７】すなわち、熱硬化性樹脂においては、未硬
化の状態では、一般に図４に示すような特性を有する。
成形のため樹脂を硬化させる場合には、温度を上げて矢
印Ｂで示すように粘度を高めるが、上記においては、ボ
イド排出のため、矢印Ｃで示すように一旦温度を下げ、
粘度を上げるのである。温度を下げるには、マンドレル
への巻き付け直前に樹脂含浸強化繊維束１２に冷風を吹
き付ければよい。また、注水による冷却も可能である。

【００２８】また、フィラメントワインディング成形法
においては、所定径のマンドレル１９上に樹脂含浸強化
繊維束１２を巻き付けていくので、形成されるＦＲＰ製
管状体２１は、内径律則で成形される。ＦＲＰ製管状体
２１は、現実には、外径の仕上り径が所定の径となるよ
うに要求されることが多い。これをより精度良く達成す
るために、図５に示すような方法が挙げられる。

【００２９】すなわち、マンドレル１９上に形成された
樹脂未硬化状態のＦＲＰ製管状体２１の外表面に、複数
のローラ３０（図示例では３本）からなる組合せローラ
を、それぞれＦＲＰ製管状体２１の表面上に径方向に押
圧しながら、ＦＲＰ製管状体２１の回転軸に沿う方向に
走行させる。このとき、マンドレル１９およびＦＲＰ製
管状体２１は矢印方向に回転しているので、ＦＲＰ製管
状体２１の周方向には、ＦＲＰ製管状体２１の外表面と
各ローラ３０の表面との間には滑りが生じる。各ローラ
３０は、自身の回転軸を含む断面でみたとき、ＦＲＰ製
管状体２１の目標成形外径（目標仕上げ径）に相当する
円弧面を有している。

【００３０】このように組合せローラ３０を押しつける
ことにより、未硬化状態のＦＲＰ製管状体２１の樹脂が
絞られ、押圧力およびＦＲＰ製管状体２１表面上の走行
回数を調整することにより、外径律則の成形が可能とな
り、正確に目標とする外径仕上げ寸法が得られるように
なる。また、ローラ３０の押圧により、巻き込まれてい
たボイドが排出され、成形されるＦＲＰ製管状体２１の
強度が向上し、品質が向上する。

【００３１】なお、ローラ３０の表面仕上状態は、鏡面
仕上および梨地仕上のいずれでもよいが、切断糸等がロ
ーラ表面にもっていかれにくい点で、梨地仕上がより好
ましい。

【００３２】さらに、図６に示すように、ＦＲＰ製管状
体２１の目標仕上径に相当する内径を有するリング４０
を、たとえばキャリッジスタンド１７と一体的に走行さ
せることもできる。樹脂含浸強化繊維束１２は、リング
４０に対し所定の角度を保ちながら接しつつ、マンドレ
ル１９に巻き付けられていく。樹脂含浸強化繊維束１２
は、リング４０により樹脂が絞られながら巻き付けられ
ていくとともに、空気の巻き込みが抑えられる。また、
成形されつつある未硬化のＦＲＰ製管状体２１の外径が
目標径近くになると、部分的に目標径をオーバーした部
分が生じたとしても、その部分はリング４０によって絞
られ目標径に納められるので、最終的に外径律則の成形
が可能となり、目標とする仕上げ径が正確に得られる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ボビンから繰り出される強化繊維糸の撚数を任意の
目標数に制御できるようにし、それによってマンドレル
上に巻きつけられる強化繊維束の幅を自由に制御できる
ようにしたので、成形されるＦＲＰ製管状体の外径、積
層数、目付を正確に目標値に設定することが可能とな
り、要求仕様を確実に満足させることができるととも
に、成形されるＦＲＰ製管状体の品質向上をはかること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＦＲＰ製管状体の製造
装置の概略構成図である。

【図２】図１の装置における撚数制御手段の概略構成図
である。

【図３】別の撚数制御手段の概略構成図である。

【図４】未硬化状態の熱硬化性樹脂の温度と粘度との関
係図である。

【図５】マンドレル上での好ましいＦＲＰ製管状体成形
法を示す概略縦断面図である。

【図６】マンドレル上での別の好ましいＦＲＰ製管状体
成形法を示す部分概略斜視図である。

【符号の説明】

１ クリールスタンド ２ ボビン ３ 強化繊維糸 ４ 強化繊維束（樹脂含浸前） ５、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ セパレートロール ８ ガイドロール ９ 樹脂含浸バス １０ 樹脂 １１ａ、１１ｂ、１１ｃ ローラ １２ 樹脂含浸強化繊維束 １３ ガイド手段 １３ａ、１３ｂ、１３ｃ ガイド １４、１４ａ、１４ｂ フィードローラ １５ａ、１５ｂ パッド １６ ブラケット １７ キャリッジスタンド １８ シリンダ １８ａ 中空部 １９ マンドレル １９ａ マンドレルの回転軸 ２０ 回転駆動手段 ２１ ＦＲＰ製管状体 ２２ 支持手段としての保持体 ２３、２６ 駆動装置 ２４、２７ 制御装置 ２５ 支持手段としての支持軸 ３０ ローラ ４０ リング

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のボビンから繰り出される複数の強
   化繊維糸を引き揃えて強化繊維束となし、該強化繊維束
   に樹脂を含浸させた後マンドレルに巻き付けてＦＲＰ製
   管状体を製造するに際し、ボビンから繰り出される強化
   繊維糸の撚数を制御しながら引き揃えて強化繊維束とす
   ることを特徴とする、ＦＲＰ製管状体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記ボビンに巻かれている強化繊維糸が
   有撚糸であり、該有撚糸を解撚しながら、かつ、その解
   撚度を制御しながら引き揃えて強化繊維束とする、請求
   項１のＦＲＰ製管状体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記ボビンに巻かれている強化繊維糸が
   無撚糸であり、該無撚糸に撚を加えながら、かつ、その
   撚数を制御しながら引き揃えて強化繊維束とする、請求
   項１のＦＲＰ製管状体の製造方法。
4. 【請求項４】 複数のボビンから繰り出される複数の強
   化繊維糸を引き揃えて強化繊維束となし、該強化繊維束
   に樹脂を含浸させた後マンドレルに巻き付けてＦＲＰ製
   管状体を製造する装置であって、かつ、ボビンから繰り
   出される強化繊維糸の撚数を制御する手段を設けたこと
   を特徴とする、ＦＲＰ製管状体の製造装置。
5. 【請求項５】 前記撚数制御手段が、ボビンをその軸方
   向が強化繊維糸の繰出方向と実質的に直交する方向とな
   るように支持する支持手段と、該支持手段を回転させる
   手段とを備えている、請求項４のＦＲＰ製管状体の製造
   装置。
6. 【請求項６】 前記撚数制御手段が、ボビンをその軸方
   向が強化繊維糸の繰出方向と併行する方向となるように
   支持する支持手段と、該支持手段を回転させる手段とを
   備えている、請求項４のＦＲＰ製管状体の製造装置。