JPS61230924A

JPS61230924A - 円筒体の成形装置

Info

Publication number: JPS61230924A
Application number: JP60072566A
Authority: JP
Inventors: Isao Imamura; 功今村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-04-08
Filing date: 1985-04-08
Publication date: 1986-10-15

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】［発明の技術分野］本発明はべ〇一部を有する円筒体の成型装置に関する。

［発明の技術的背ｌ？１１一般に円筒体を回転させた場合、遠心力によりその円筒
体にはフープ応力（円周方向応力）σθが発生する。こ
のフープ応力σ〃は一般にσ〃＝（γ／９）・ｖ２・・
・・・・・・・・・・（１）で表される。

また、円筒体材料の引張強度σ−が決定されれば、円筒
体の限界周速ＶｃはＶＣ−ｇ・　σβ／γ）・Ｓｆ・・・・・・・・・・・
・（２）で表される。（ただし、Ｓｆ：安全係数）しか
して円筒体の周速を増加さけたとき、フープ応力σθは
、周速の２乗に比例して増加する。

この場合、円筒体材料の安全性の面からσ−〉σ−であ
ることが要求される。σ−〉σｌの条件を満足できない
場合には材料の選択が必要となり、最近、比強度（σ−
／γ）の大きい繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと記
す）、特に炭素繊維強化プラスチック（以下ＣＦＲＰと
記す）が使用される傾向にある。

さらに円筒体は、その回転固有の危険速度を有し、円筒
体を高速回転させるためには、回転速度を上昇させるに
伴い、複数の危険速度領域を通過しなげければならない
。円筒体の危険速度でω。

は、一般的に次式で表される。

ωＢ　＝　（λ。２／Ａ’　）　　　−／ｌｊ−・−・
（３）で表される。

ところで、円筒体の定格回転数近傍に危険速度領域があ
る場合には、定格回転数で回転中に太きな振動が生じ、
円筒体が固定側（静止側）に接触して円筒体の回転が落
ちたり、最悪の場合には破損に至る等の恐れがある。こ
れを避けるために、円筒体にベロー部を設けることによ
り、みかけのヤング率を小さくして危険速度領域を下げ
ることが行われている。これにより、定格回転数で円筒
体の安定的な高速回転が保証される。

そして、このようなＦＲＰ製の円筒体を製造する方法と
しては、種々の方法のうちから、特性を最高に発揮させ
るため、繊維に、エポキシ樹脂等を含浸させた後、回転
するマンドレルに巻き付け、その後、たとえばオートク
レーブ内で加熱、硬化させて円筒体を製造するいわゆる
フィラメント・ワインディング法（以下Ｆ／Ｗ法と記す
）が用いられている。

第５図はＦ／Ｗ法に用いた従来の円筒体の成形装置を概
略的に示す斜視図である。すなわち、繊維１を巻きつけ
るマンドレル２の両端軸心中央部にマンドレル軸３が設
けられ、そのマンドレル軸３の一端は該マンドレル２を
回転させるための駆動袋Ｒ８に、他端は内部に軸受を含
むマンドレルサポート１２に接続されている。そして駆
動装置８およびマンドレルサポート１２は架台１１上に
設けられている。

マンドレル２に、１ｉｉｉを均一に巻きつけるためトラ
バース装置５がマンドレル２と平行に配置されたトラバ
ースレール６上に設けられ、トラバース装置５はトラバ
ースレール６上を可動するようになっている。

！ｉＩ維１を供給するボビン４はマンドレル２から離れ
た位置にボビンサポート１４に取付けられたボビン軸１
３に複数個（図では２個）のボビンが取付けられている
。

また、駆動袋＠８には接続ケーブル１０を介して制御装
置７および電源９が接続されている。

そして、１１１はボビン４から供給されトラバース装置
５を通って回転するマンドレル２上に巻きつけて円筒を
成形することになる。

［背景技術の問題点１第５図に示した従来の成形装置では、円筒形状のマンド
レル２上に繊維１を巻きつけることにより円筒体を成形
することができる。しかしながら、その円筒体の途中に
異径部たとえばベロー部等を有する円筒体を成形する場
合にはべ〇一部においてＩＩＩに張力が作用しているこ
とから繊維をベロー形状に沿って巻きつけることができ
ない。そのため、マンドレルのベロー形状部分と繊維の
間に空間（隙間）が発生し、必要とするベロー形状を有
する円筒体を成形できない欠点があった。

また、従来ベロー形状を有する円筒体を成形する場合に
は、 ■　Ｉｌｌを用いて繊維を張りつけたプリプレグシート
を円筒状のマンドレルに巻くことに円筒体の円筒部を成
形する工程、 ■　円筒体のベロー部についてはプリプレグシートをベ
ロー部形状を有するマンドレルに巻きつけ、加圧し成形
する工程、 ■　上記■、■で製作した円筒部、ベロー部を嵌合して
ベロー部を有する円筒体を成形する工程、の順で成形し
ていた。しかしながら、この形成方法によれば、嵌合部
があることにより、製作工程が増し、かつ量産性がなく
、しかも信頼性が低下する等の欠点があった。

［発明の目的］本発明は以上の事情を鑑みてなされたもので、その目的
はベロー部を有するＦＲＰ製の円筒体を成形する際、Ｆ
／Ｗ法によりマンドレルのベロー部において繊維とマン
ドレルの間に空気が発生することなく、かつ円筒部とベ
ロー部を一体的に製作でき、しかも量産性および信頼性
が高いＦＲＰ製円同円筒体形するための円筒体の成形装
置を提供することにある。

［発明の概要］本発明は、円筒体のベロー部に対応する形状の凹凸部を
有しかつ容易に破壊可能なマンドレルと、このマンドレ
ルに繊維を押しつけるためにベロー部の両側にかつ円周
状に配置されたプーリと、このマンドレルに均一な加圧
力が作用するようにプーリに掛けられたベルトおよびプ
ーリを移動して前記マンドレルへの加圧力を調整するた
めに取付けられた張力調整装置と、前記プーリをささえ
るプーリサポートにより構成される加圧装置と、前記マ
ンドレルをを制御駆動するための電源装置・駆動装置お
よび制御装置と、前記マンドレルに繊維を供給するボビ
ンと、前記繊維を前記マンドレルの任意の位置′に巻き
つけることが可能なトラバース装置と、このトラバース
装置が可動できるトラバースレールとを具備したことを
特徴とする円筒体の成形装置である。

［発明の実施例］以下、第１図からＭ４図を参照して本発明にかかる円筒
体の成形装置の一実施例を説明する。

第１図は円筒体の成形装置の全体を示す斜視図、第２図
は第１図の成形装置に用いるマンドレルを示す正面図、
第３図は第１図における加圧装置をマンドレル軸側から
みた断面図、第４図は第３図の垂直方向からみた加圧装
置の断面図を示している。

なお、各図中、第５図と同一部分には同一符号で示し、
重複する部分の説明を省略する。

本発明が従来例と異なる点は第１図から明らかなように
本発明に係る成形装置には、加圧装置１５がマンドレル
２をはさみ込むように架台１１の上に設置されているこ
とにある。第２図に示すように本発明に係る成形装置に
用いるマンドレル２は円柱状をしており、そのマンドレ
ル２の中央部にはベロー部に対応する形状の複数の凹凸
部２３（第２図では１個の凸部のみ）を有でいる。また
このマンドレル２はたとえば石こうのような容易に破壊
可能な材質で構成されており、両端にはマンドレル２を
回転するに必要なマンドレル軸３を具備している。

次に加圧装ｆｆ１１５について第３図および第４図を参
照しながら説明する。

マンドレル軸３を中心に回転しているマンドレル２の上
に繊維１が巻きつけられて円筒体１９が成形されるが、
この円筒体１９をはさみ込むように複数個のプーリ（第
３図では９０’等配で４個）１６ａ　、１６ｂ　、１６
ｃ　、１６ｄがそれぞれのプーリ軸１７ａ、１７ｂ、１
７ｃ、１７ｄを介して回転するようにプーリサポート２
１ａ　、２１ｂに取付けられて設けられている。またプ
ーリ１６ａ１１６ｂ、１６ｃ、１６ｄにはそれらを結び
つけるようにベルト１８ａ、１８ｔｌが、かけられてお
り、各プーリは円筒体１９に接して押圧することが可能
である。ざらにプーリ１６ｂ、１６ｃには張力調整装置
２０ａ、２０ｂが取付けられている。プーリ１６ｂ、１
６Ｃに取付けられたプーリ軸１７ｂ、１７ｃの位置を矢
視で示すように移動することによってベルト１８ａ、１
８ｂの張力が調整可能である。

そして第゛４図から明らかなように円筒体１９のベロー
部（第２図の符号２３で示す部分）をはさみ込むように
プーリ１６ａ　、１６ｂ、、１６ｃ　、１６ｄに相対し
てプーリ１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ、１６ｈ　（ただし１
６ｆ、１６（＋は図示せず）がプーリ軸１７ａ、１７ｂ
、１７ｃ、１７ｄに取付けられていると同時にプーリサ
ポート２１ａ、２１ｂに取付けられている。またベルト
１８ｂが円筒体１９をおさえつけることが可能なように
プーリ１６ｅ、１６ｆ　、１６ｇ、１６ｈにかけられて
いる。ここでベロー部の凸部がｎ個の場合プーリの例お
よびベルトは（ｎ＋１）本必要である。そしてプーリサ
ポート２１ａ　、２１ｂは架台サポート２２を介して架
台１１に取付けられている。

次にこの円筒体の成形装置の作用について説明する。

まず、マンドレル２はマンドレル軸３に取付けられた駆
動装置８によって回転する。するとマンドレル２をはさ
み込むように設けられたプーリ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ
、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ。

１６Ｇ、１６ｈに掛けられたベルト１８ａ、１８Ｃがマ
ンドレル２のｊＩ！擦力によってマンドレル２に接しな
がら回転することになる。

一方ボビン４から供給された繊維１はトラバース装＠５
を通って回転するマンドレル２に達する。

なお、トラバース装ｆｆ１５はトラバースレール６に沿
って移動可能であり、マンドレル２に均一にかつマンド
レル２の回転軸に対し任意の巻き角度θでＩ維１を巻き
つけることが可能である。

そして回転するマント、レル２に達した繊維１は、プー
リと共に回転しているベルト１８．ａまたは１８ｂとマ
ンドレル２の間にはさまれると同時にベルト１８ａまた
は１８１）の加圧力によってマンドレル２におさえつけ
られている。

なお、ここで、繊雛１には熱硬化性樹脂（たとえばエポ
キシ）が含まれており、ある程度の粘着性を有する。よ
ってマンドレル２とベルト１８ａ１１８ｂが接している
間はベルト１８ａ１１８ｂによって加圧されかつ粘着性
を有することからほぼ必要とするべ〇−形状を保つこと
が可能である。

また加圧力を変化させるためにはプーリ１６ｂ１１６ｃ
　、　１６ｆ　、１６ｏに設けられた張力調整装！２０
ａ　、２０ｂによりプーリ１６ｂ、１６Ｃ。

１６ｆ、１６（Ｊを移動させることにより調整可能であ
る。

［発明の効果］本発明によれば、以下に述べる効果がある。

■　円筒部とベロー部を一体で成形できることから接着
もしくは嵌合の工程がなくなることにより製作工程の減
少につながる。

■　円筒部とベロー部を一体で成形できることにより量
産性が向上すると同時にコスト低下にも結びつく。

■　円筒部とベロー部を一体で成形できることにより部
品点数が少なくなり信頼性の向上に結びつく。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明にかかる円筒体の成形装置の
一実施例を説明するためのもので、第１図は装置の斜視
図、第２図は第１図におけるマンドレル部を示す正面図
、第３図は第１図における成形装置の加圧装置の断面図
、第４図は第３図の垂直方向からみた加圧装置の断面図
、第５図は従来の円筒体の成形装置を示す斜視図である
。１・・・・・・・・・繊維２・・・・・・・・・マンドレル３・・・・・・・・・マンドレル軸４・・・・・・・・・ボビン５・・・・・・・・・トラバース装置６・・・・・・・・・トラバースレール７・・・・・・
・・・制御装置８・・・・・・・・・駆動装置９・・・・・・・・・電源１０・・・・・・・・・接続ケーブル１１・・・・・・・・・架台１２・・・・・・・・・マンドレルサポート１３・・・
・・・・・・ボビン軸１４・・・・・・・・・ボビンサポート１５・・・・・
・・・・加圧装置１６ａ、１６ｅ・・・プーリ１６ｂ　、　　１６ｆ　・７−ＩＪ１６ｃ、１６０・・・プーリ１６ｄ、１６ｈ・・・プーリ１７ａ　、１７ｂ１１７ｃ、１７ｄ・・・プーリ軸１８
ａ１１８ｂ・・・ベルト１９・・・・・・・・・円筒体２０ａ　、２０ｂ　。２０ｃ　、２０ｄ・・・張力調整装置２１ａ　、２１ｂ・・・プーリサボート２２・・・・・
・・・・架台サポート２３・・・・・・・・・凹凸部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）円筒体のベロー部に対応する形状の凹凸部を有し
かつ容易に破壊可能なマンドレルと、このマンドレルに
繊維を押しつけるために前記ベロー部の両側にかつ円周
状に配置されたプーリと、前記マンドレルに均一な加圧
力が作用するように前記プーリに掛けられたベルトおよ
びプーリを移動して前記マンドレルへの加圧力を調整す
るために取付けられた張力調整装置と、前記プーリをさ
さえるプーリサポートからなる加圧装置と、前記マンド
レルを制御駆動するための電源装置・駆動装置および制
御装置と、前記マンドレルに繊維を供給するボビンと、
前記繊維を前記マンドレルの任意の位置に巻くことが可
能なトラバース装置と、このトラバース装置が可動でき
るトラバースレールとを具備したことを特徴とする円筒
体の成形装置。