JPH0737078B2 - 中空構造体の製造方法 - Google Patents

中空構造体の製造方法

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JPH0737078B2
JPH0737078B2 JP61239838A JP23983886A JPH0737078B2 JP H0737078 B2 JPH0737078 B2 JP H0737078B2 JP 61239838 A JP61239838 A JP 61239838A JP 23983886 A JP23983886 A JP 23983886A JP H0737078 B2 JPH0737078 B2 JP H0737078B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、樹脂を含浸させた繊維をマンドレルに巻回
し、この巻回状態の繊維に含浸されている樹脂を硬化さ
せることによって、中空構造体を製造する方法に関する
ものである。
〔発明の概要〕
本発明は、樹脂を含浸させた繊維をマンドレルに巻回
し、この巻回状態の繊維に含浸されている樹脂を硬化さ
せることによって、中空構造体を製造する方法におい
て、多数の切込みを有する弾性シートを繊維の折り返し
位置において前記マンドレルに巻付けた状態と成し、繊
維をマンドレルに巻回させる際に、前記繊維を前記切込
みに係止させてから折り返すことによって、マンドレル
に巻回する繊維の弾性率の大小にかかわらず極めて高品
質の中空構造体を極めて安価に製造することができ、ま
たマンドレルへの繊維の巻回量を必要に応じて極めて容
易に増加させ得るようにしたものである。
〔従来の技術〕 航空機等のタンク、ロケットのチャンバー、人工衛星の
姿勢制御用のロケットモータなどのケーシングはほゞ円
筒状に構成される。そしてこのようなケーシングは航空
機、ロケット、人工衛星等の飛翔体に組込まれるので、
軽量でありかつ耐圧強度が大きいという互いに相反する
特性を有する必要がある。従って上述のようなケーシン
グを構成する中空構造体は、マンドレルの両端側にそれ
ぞれ多数の金属製ピンを取付け、次いで樹脂を含浸させ
た極めて長く連続している繊維をこれら多数の金属製ピ
ンにおいて折り返しつつマンドレルに巻回した後にこの
樹脂を硬化させ、次いでこの巻回状態の繊維からマンド
レルを離脱させるようにしたフィラメントワインディン
グ法によって製造されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上述のような中空構造体の製造方法で
は、金属製ピンにおいて折り返すようにしているので、
炭素繊維などの弾性率の高い繊維を折返す際に、繊維が
ほつれたり切断されたりして高品質の中空構造体を得る
ことができなかった。また繊維の巻回量が多くなると、
繊維が金属製ピンで折り返される回数が多くなって遂に
は折り返せなくなるので、繊維の巻回量を多くするのに
は、自ずと限界があった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上述のような問題点を解決するために成され
たものであって、樹脂を含浸させた繊維をマンドレルに
巻回し、この巻回状態の繊維に含浸されている樹脂を硬
化させることによって、中空構造体を製造する方法にお
いて、多数の切込みを有する弾性シートを前記繊維の折
り返し位置において前記マンドレルに巻付けた状態でこ
のマンドレルに取付け、前記繊維を前記マンドレルに巻
回させる際に、前記繊維を前記切込みに係止させてから
折り返すようにしたことを特徴とする中空構造体の製造
方法に係るものである。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、マンドレルに繊維をヘリカル状に巻回する繊
維巻回工程を示している。なおこの繊維巻回工程に用い
る弾性シート1及びマンドレル5はそれぞれ第2図及び
第4図に示すように構成されている。
即ち、弾性シート1は、シリコンラバーシートからほぼ
平板状の所定形状に切り出されたものであって、その一
方の側縁部はナイフ等によって斜めに切り落されること
によってその端面が傾斜面となっている。そして上記側
縁部には、ナイフ等によって所定の深さ及び所定の間隔
でもって切込み4が形成されている。また弾性シート1
の長さL1はその径方向の断面が円形であるマンドレル5
の円周の長さとほぼ一致するように選定されている。な
おマンドレル5はその全体が金属等の剛体から成ってい
てもよいし、金属等の剛体から成る芯材上に、水溶性石
こうなどのように液体に対して可溶性の固形物を付着さ
せたものであってもよい。
このように構成された弾性シート1は第4図に示すマン
ドレル5に第1図に示すように取付けられる。
即ち、先ず、円柱状のマンドレル5の外周面上に一対の
両面テープ6をこのマンドレル5の軸方向において所定
の間隔でもって貼着する。次に、これら一対の両面テー
プ6上に、一対の弾性シート1をそれぞれ巻付けて、こ
れらの両面テープ6によって一対の弾性シート1をマン
ドレル5の軸方向において所定の間隔でもってマンドレ
ル5に接着する。なおこの巻付けに際しては、それぞれ
の弾性シート1の切込み4が他方の弾性シート1とは反
対の側に位置するように巻付ける。そして必要に応じ
て、弾性シート1の外周面に糸9を巻付けてこの糸9の
両端を互いに結び合わせることによって、弾性シート1
をマンドレル5に一層確実に取付ける。
このように構成されたマンドレル5には、第1図に示す
ように、樹脂が含浸された繊維がヘリカル状に巻回され
る。
即ち、先ず、マンドレル5の一端部を図外の保持部に保
持されると共に、マンドレル5の他端部を図外の回転駆
動機構に支持させて、マンドレル5を上記回転駆動機構
によって回転駆動させ得る状態にする。次に、熱硬化性
樹脂、熱可塑性樹脂等を含浸させた炭素繊維8を、往復
移動台10に設けられているガイドリング7の挿通孔7aに
挿通させて、その先端をマンドレル5の所定の箇所に固
定する。そして既述の回転駆動機構によってマンドレル
5を回転駆動させつつ上記往復移動台10をマンドレル5
の軸心方向に往復動させることによって、炭素繊維8を
マンドレル5にヘリカル状に巻回する。この場合、繊維
8は巻回の直前に樹脂が含浸されたものであってもよい
し、予めB段階まで硬化させたもの(プリプレグ)であ
ってもよいのは勿論である。
そして上述の巻回操作において炭素繊維8を折り返す際
には、一方の弾性シート1から他方の弾性シート1に向
かって斜めに巻回されて来た炭素繊維8を一つの切込み
4にはめ込んだ後にマンドレル5の外周面にその周方向
に延びるように所定の角度(例えば180°〜360°の間の
角度)でもって巻付け、次いでこの炭素繊維8を別の一
つの切込み4にはめ込んでから上記一方の弾性シート1
に向かって折り返す。
なお炭素繊維8は高弾性率を有しているが、この高弾性
率のためにガラス繊維に較べて曲げ方向の負荷対して可
成り脆弱である。しかしながら、上述のように炭素繊維
8を弾性シート1の切込み4にはめ込んだ場合には、上
記切込み4及びその近傍が炭素繊維8の折り曲げ部分の
形状に応じて多少弾性的に変形するので、炭素繊維8の
曲げ方向の過度な負荷が加わることがない。また弾性シ
ート1の切込み4及びその近傍が弾性的に変形し得るの
で、炭素繊維8をこの切込み4にはめ込んでも炭素繊維
8が切込み4の壁面によって激しく擦られることがない
ので、炭素繊維8がほつれることもない。また一つの切
込み4にはめ込まれてから別の一つの切込み4にはめ込
まれるまでに、炭素繊維8を第1図に示すように比較的
大きな角度でもってマンドレル5の外周面に巻付けるこ
とができるので、折り返し部分の繊維の長さを比較的大
きくすることができる。このため、この長さが既述の金
属ピンの幅程度に極めて短い場合に較べて、炭素繊維8
が急激に折り曲げられることがない。従って炭素繊維8
をこの弾性シート1を用いて折り返しても、急激な折り
曲げによって炭素繊維8が切断されることもない。
なお上述の巻回に際しては、先ず、マンドレル5上に多
数の開口13を有する金網状のパターン12が形成される。
従って炭素繊維8が巻回される位置を少しずつずらせて
いけば、先に巻回された。炭素繊維8の一側縁と新たに
巻回される炭素繊維8の反対側の一側縁とを互いに少し
ずつ重ね合わせることができる。そしてこのようにして
炭素繊維8を幾重にも繰返して巻回すると、第5図(但
しこの第5図は繊維巻回工程を2回行うようにした別の
実施例を示すものであるが)の左側に示す場合と同様
に、幾重にも積層された巻回状態の炭素繊維8によって
マンドレル5が被覆されることになる。
第5図は、繊維巻回工程を2回行うようにした別の実施
例を示している。この第5図に示す実施例においては、
第1図に示す1回目の繊維巻回工程によって形成された
巻回状態の炭素繊維8上に同様の2回目の繊維巻回工程
によって炭素繊維8が更に巻回される。
即ち、巻回状態の繊維8の外側(第5図における右端
側)において、マンドレル5に上述の1回目の繊維巻回
工程の場合と同様の取り付け方で新たな弾性シート1Aを
取り付ける。なお図示されていないが、この新たな弾性
シート1Aも1回目の繊維巻回工程の場合と同様に一対取
り付けられる。従って一対の新たな弾性シート1Aは一対
の元の弾性シート1の外側にそれぞれ隣接して配置され
る。
そして1回目の繊維巻回工程によって既に巻回状態とな
っている繊維8上に、この1回目の繊維巻回工程の場合
と実質的に同様の巻回の仕方で炭素繊維8を更に巻回す
る。このように弾性シート1、1Aの取り付け数を必要に
応じて増加させることによって、巻回状態の繊維8の巻
き重ね数、換言すれば巻回量を必要に応じて増加させる
ことができる。なおこの場合、1回目の繊維巻回工程と
2回目の繊維巻回工程とで巻回する繊維8の種類(材
質、太さなど)を変えてもよい。また2回目の繊維巻回
工程に用いる弾性シート1Aを1回目の繊維巻回工程に用
いる弾性シート1と同時期にかつ適当距離離してマンド
レル5に取付けて、1回目の繊維巻回工程と2回目の繊
維巻回工程とを連続的に行ってもよい。
次いで、上述の第1図又は第5図に示す実施例によって
得られた円筒状に巻回された状態の繊維8を真空バッグ
法を用いて固定させる。
即ち、マンドレル5を上述のようにして形成された巻回
状態の繊維8と共に既述の保持部及び回転駆動機構から
取外し、この巻回状態の繊維8を必要に応じて種々の部
材で被覆してから、バックパック(図示せず)で空気漏
れのないように袋状に覆う。そしてこのバックパック内
を図外の真空装置で真空にして一様な外圧をかけること
によって、炭素繊維8内から空気や余分な樹脂を除去
し、また繊維8の巻回状態を良好にする。そして第5図
に示す構造物全体を図外の熱風環式オーブンなどによっ
て所定の条件で加熱すると、樹脂が硬化して巻回状態の
炭素繊維8が固化するので、この巻回状態の繊維とこれ
に含浸されている樹脂とによって繊維・樹脂複合体11が
得られる。
なお弾性シート1はシリコンラバーから構成されている
ので、耐熱性が高く、このために前記加熱によって変質
することはない。従ってこれらの弾性シート1に関連し
ている繊維・樹脂複合体11が加熱によって不必要に変質
することはない。
次いで、バックパックを除去してから、前記種々の被覆
部材をマンドレル5及び繊維・樹脂複合体11から除去す
る。
上述のようにして形成された繊維・樹脂複合体11から図
外のマンドレル引抜き装置によってマンドレル5を繊維
・樹脂複合体11に対して引張ると、マンドレル5を繊維
・樹脂複合体11から容易に引抜くことができる。
次いで、繊維・樹脂複合体11の両端部に必要に応じて別
の炭素繊維またはガラス繊維を巻付けて上記両端部を補
強してから、上記両端部を図外のダイヤモンドカッター
で切り取ると、所望の形状の中空構造体が得られる。な
おこの中空構造体を必要に応じて径方向、軸心方向など
に切断して種々の形状の構造体にし得るのは云う迄もな
い。
第3図は、弾性シート1の別の実施例を示している。な
おこの弾性シート1においては、その一方の側縁部のみ
でなく他方の側縁部もその端面が傾斜面となっている。
そしてこれら両側縁部には所定の深さ及び所定の間隔で
もって切込み4が形成されている。なお第3図から明ら
かなように、この第3図における右側の側縁部の端面の
傾斜角度θは左側の側縁部の端面の傾斜角度θより
も大きいので、これらの側縁部に形成されている切込み
4にはめ込まれる炭素繊維8の弾性率の大小に応じて、
大小何れかの傾斜角度の端面を有する側縁部に形成され
るている2組の切込み4を使い分けることによって、こ
れらの切込み4を用いて折り返す炭素繊維のほつれ、切
断などの損傷を一層少なくすることができる。
なお上述の第3図に示す実施例においては、弾性シート
1の一方の側縁部の端面の傾斜角度θを30°、他方の
側縁部の端面の傾斜角度θを45°、弾性シート1の巾
L5を25mm、同上の厚みL2を5mm、切込み4の深さL3を5m
m、切込み4の間隔L4を5mmに選定した。
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明の
技術思想から逸脱しない限り、上述の実施例において種
々の変更や修正が可能である。
例えば、上述の実施例においては、樹脂を含浸させた繊
維として炭素繊維8を用いたが、ガラス繊維を用いるこ
とも可能である。
また円筒状の中空構造体を製造するようにしたが、マン
ドレル5の径方向の断面形状を四角形、楕円形などにし
て角筒状、楕円筒状などの中空構造体を製造するように
してもよい。
また一対の弾性シート1の間に炭素繊維8を巻回するよ
うにしたが、例えば、マンドレルの一端部を特殊な形状
に構成することによって、この一端部と単一の弾性シー
ト1との間に炭素繊維8を巻回するようにしてもよい。
また弾性シート1を平板状に形成したが、予め円弧状に
湾曲させたものであってもよく、更にまたその断面形状
も必要に応じて種々に変更することができ、更にまた弾
性シート1の側縁部の端面の傾斜角度θ、θ、弾性
シート1の厚みL2、切込みの深さL3及び間隔L4も必要に
応じて種々に変更することができる。
また弾性シート1をシリコンラバーから構成したが、ウ
レタンゴム、発泡ポリスチレン等の発泡材料、その他の
弾性材料を用いることができる。
また弾性シート1の側縁部の端面を傾斜面とするため
に、上記側縁部をナイフ等によって斜めに切り落とすよ
うにしたが、上記側縁部の端面が予め傾斜面となるよう
に弾性シートを成形型等を用いて成形するようにしても
よい。
〔発明の効果〕
本発明は、上述のように、多数の切込みを有する弾性シ
ートを繊維の折り返し位置において前記マンドレルに巻
付けた状態と成し、繊維をマンドレルに巻回させる際
に、前記繊維を前記切込みに係止させてから折り返すよ
うにしたので、繊維を損傷させることなく安定した状態
でマンドレルに巻回させることができ、このために、マ
ンドレルに巻回する繊維の弾性率の大小にかかわらず極
めて高品質の中空構造体を製造することができる。
また多数の切込みを有する弾性シートをマンドレルに取
付けるのが、従来のように繊維を折り返すために金属製
ピンをマンドレルに設ける場合に較べて極めて容易で大
量生産に適しているので、中空構造体を極めて安価に製
造することができる。
また弾性シートの取付け数を増加させて繊維巻回工程を
複数回行うようにすることによって、マンドレルへの繊
維の巻回量を必要に応じて極めて容易に増加させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示すものであって、第1図は繊
維巻回工程を示す斜視図、第2図は第1図に示す弾性シ
ートの拡大斜視図、第3図は弾性シートの別の例を示す
第2図と同様の図、第4図は第1図に示す繊維巻回工程
に用いられているマンドレルの斜視図、第5図は繊維巻
回工程を2回行うようにした別の実施例における第1図
と同様の図である。 なお、図面に用いた符号において、 1,1A……弾性シート 4……切込み 5……マンドレル 8……炭素繊維 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B29K 105:08

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】樹脂を含浸させた繊維をマンドレルに巻回
    し、この巻回状態の繊維に含浸されている樹脂を硬化さ
    せることによって、中空構造体を製造する方法におい
    て、 多数の切込みを有する弾性シートを前記繊維の折り返し
    位置において前記マンドレルに巻付けた状態でこのマン
    ドレルに取付け、 前記繊維を前記マンドレルに巻回させる際に、前記繊維
    を前記切込みに係止させてから折り返すようにしたこと
    を特徴とする中空構造体の製造方法。
JP61239838A 1986-10-08 1986-10-08 中空構造体の製造方法 Expired - Lifetime JPH0737078B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4129400A1 (de) * 1991-09-04 1993-03-11 Akzo Nv Verfahren zum herstellen eines hohlfadenwickelkoerpers
JP3398455B2 (ja) * 1993-04-26 2003-04-21 トヨタ自動車株式会社 駆動軸の製造方法および駆動軸の結合装置
JP2944444B2 (ja) * 1995-01-12 1999-09-06 日本電気株式会社 携帯無線機
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