JPS63149134A - 繊維強化プラスチツクス製円筒体の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高速回転のガス遠心分離機等に採用する高
品質の繊維強化プラスチツクス（ＦＲＰ）復円筒体を、
効率良く、しかも無駄なく一貫生産するための製造方法
に関する。

〔従来の技術〕

軽量で比強度、比弾性に優れるＦＲＰを材料とした円筒
体の製造には、一般にフィラメントワインディング法（
以下ＦＷ法と云う）が採用されている。ＦＷ法は、サプ
ライ部から繰り出されて樹脂浴部で樹脂含浸された連続
繊維を、マントレル軸方向に往復運動するキャレソヂト
ラハースのアイ部を経て定位置で回転するマンドレル上
に巻付けるもので、繊維の周方向連続性が確保されるの
で、より高強度のＦＲＰ円筒体を得ることができる。

なお、このＦＷ法で作られる円筒体は、軸方向強度と周
方向強度を共に不足なく確保するため、殆んどの場合、
ヘリカル巻き層とフープ巻き層の複合構造とされる。即
ち、まず、マンドレル上に所定巻付は角のヘリカルタロ
ス巻き層を形成し、この後、この上に時計方向と反時計
方向のフープ巻き層を形成してこれ等の層を後に硬化さ
せる含浸樹脂で接着一体化させている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、ＦＷ法によるＦＲＰ円筒体は、単品製造とな
るため生産効率が非常に悪く、大量生産が望めない。

また、特にヘリカル巻き層は、巻付は時に、マンドレル
の両端に半球状のコーンをつけ、そのコーンの先端中心
部に設けた小径軸に繊維を引掛けてターンさせる必要が
あるが、この方法を採ると円筒両端に、形状及び繊維配
向の乱れた無駄巻き部が生じるため、最終的にはその部
分を切除しなければならず、使用材料と巻付は時間に大
きなロスが生じる。従って、生産性の悪さと併せて、製
品コストも当然に高くなる。

さらに、ＦＷ法では、ヘリカル巻き層を、キャレソヂト
ラバースの往復動作を１パターンとしてその動作を数パ
ターン繰り返して巻くため、繊維を軸方向に隙間やオー
バーラツプ部の無いように均一な厚さに巻くのは実質的
に不可能に近く、これがために、ヘリカル巻き層の繊維
密度が１８０６対称位置で同一にならず、例えば、円筒
を高速回転用途に利用する場合には回転応力場での変形
が不均一になって回転バランスが崩れる等、高品質の製
品を得難いと云う問題もあった。

この発明は、上述の諸問題を無くすことを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記の問題点を解決するため、長手３一 方向に接続可能な金型を順次接続して回転させずにパス
ライン上に流す方法を採る。

また、ヘリカル巻き層とフープ巻き層は、樹脂を含浸さ
せた連続繊維の束（ロービング）もしくは繊維プリプレ
グテープの供給部がパスラインの周りを定められた速度
で周回する巻付は機を用いて走行中の連続金型上に連続
的に巻付ける。そして、この後に含浸樹脂を硬化させ、
さらに、連結金型上に順次形成されていく長尺円筒を金
型の継目部で切断し、脱型して目的の円筒体を得る方法
を採る。

以下、第１図及び第２図に基いてその作業行程を詳述す
るが、その前に、この発明に用いる金型、巻付は機及び
切断機の一例を第３図乃至第５図に基いて説明する。

金型１は、第３図に示すように、所定の長さ、直径を有
した断面円形の金型とし、その一端に対をなす接続手段
の一方１ａを、他端に接続手段の他方１ｂを各々設ける
。これ等の接続手段は、１ａが金型と同心のプラグ、１
ｂがそのプラグを受入れるソケット穴から成るものを例
示したが、これ以外にもプラグねじとそれを螺合させる
ねし穴を組合せたものやバイヨネント方式の接続手段等
を適宜に選択して採用することができる。但し、いずれ
も金型を同、心上に位置決めする機能を兼ね備えたもの
或いは同心的位置決め手段を組合せたものとする。

一方、第４図に示す巻付は機１０は、本体１１で支持し
て図示しない駆動源の力で回転させる回転体１２に、サ
プライボビン１３ａ、ガイドローラ１３ｂ、アイ１３Ｃ
等で構成される（必要に応じてテンションローラ等を組
合せてよい）樹脂含浸連続繊維束又は繊維プリプレグテ
ープ２の供給部（以下ではこれを単に繊維供給部と云う
）１３を設け、さらに、本体と回転体には連結金型１′
を通過させるための孔１４をパスラインＬと同心的に設
けた構成である。この巻付は機は、回転体１２に繊維供
給部１３を周方向に定ピツチで複数個所設けたものをヘ
リカル巻き用とし、少なくとも１個所あればよい繊維供
、給部１３をヘリカル巻付は機よりも高速で回転させる
ものをフープ巻き用とする。なお、説明の便宜上、この
発明ではヘリカル巻付は機を符号１０で、フープ巻付は
機を符号２０で示す。また、ヘリカル、フープとも時計
方向に回転するものと反時計方向に回転するものを少な
くとも１台ずつ組合せて使用するが、その区別のために
、反時計方向に回転するものにダッシュ符号を付す。

第５図に示す切断機３０は、パスラインＬと平行な移動
ガイド３５でガイドしながら連結金型１′の進行方向に
金型の走行速度と等速で移動させる本体３１に、巻付は
機の回転体と同様の回転体３２を設け、この回転体３２
に、駆動源を備える回転切断刃３３を、切込み深さの調
節と非切断時の退避のための半径方向進退機構３４を介
して取付けた構造になっている。

第１図は、これ等の機械のパスライン上における配置個
所を簡略化して示している。図の３は金型１の接続作業
台、４は含浸樹脂を硬化させるための加熱炉である。

この発明では、上述した如き金型１を順次長手方向に同
心的に接続してパスラインＬ上に流す。

このときの連結金型１′の走行力は、第４図に示すフィ
ードローラ５や連結金型の後部に走行が途切れないよう
に交互に押し力を加える少なくとも２本が対で各々が金
型の把持手段を具備したシリンダーアクチュエータ等に
よって加えてやればよい。また、走行中の連結金型１′
は、ガイドローラ６（第４図）等でパスライン上に保持
してやればよい。繊維巻付は後の金型を支持するガイド
ローラは、表面が樹脂との剥離性に優れるフッソ樹脂等
で形成されたものが好ましい。

次に、このようにしてパスライン上に流した連結金型上
に、定速で回転する巻付は機１０．１０′を用いて繊維
配向のクロスしたヘリカル巻き層（第６図の２８）を連
続的に形成する。

また、この後に、巻付は機２０．２０’を用いてヘリカ
ル巻き層の外周に時計方向と反時計方向のフープ巻き層
（第６図の２ｂ）を巻重ねる。なお、ヘリカル巻き部と
フープ巻き部における連結金型の走行速度は等しいが、
フープ巻き繊維の巻付はピンチは、ヘリカル巻き繊維の
巻付はピンチに比べて巻き角の違いのために非常に小さ
くなる。

従って、巻付は機２０．２０′は、フープ層の密巻きの
ために、例えば、フープ巻きのピッチがヘリカル巻きピ
ッチの１７１０であり、巻付は繊維の巾はフープ、ヘリ
カルとも同じであると仮定すると、巻付は機１０．１０
′よりも１０倍早い速度で回転させる必要がある。

ヘリカル、フープの両巻付は層は、連結金型と共に加熱
炉４に通し、ここで、繊維への含浸樹脂を硬化させる。

また、この硬化行程を経たら、この後も引続いて延伸さ
れていく長尺円筒を連結金型と共に切断機３０に導き、
ここで、切断刃を切断機の本体と共に連結金型の進行方
向に等速移動させながら金型の継目部で円筒に切込ませ
て円筒の周りを１周させる方法を採って単品当りの長さ
に切断する。そして、切断後の切断機３０は原位置に復
帰させて次回の切断動作を開始させ、この間に切断円筒
の被さった先端の金型を連結を解いて脱型工程に移す。

脱型は、金型又はＦＲＰ円筒のいずれか一方を固定し、
非固定の他方に軸方向の押し抜き力又は引抜き力を加え
る方法で実施できる。

また、脱型後のＦＲＰ円筒は、偏肉等を無くすための仕
上げ加工が必要であるので、その仕上げ工程に送る。こ
の最終仕上げは、既に知られているような方法、例えば
、流体圧で外径を変化させ得るマンドレルに偵た保持治
具をＦＲＰ円筒に滑りの生じないように挿入し、この治
具を研削装置にセット後回転させて治具を基準に外表面
を研削すると云った方法で行い、加工後に治具を外して
所望の円筒体を得る。

一方、脱型後の金型は、第２図の工程図に示すように、
付着樹脂の除去のためのブラッシング、水洗、乾燥工程
と離型剤の塗布、過剰離型剤の拭き取り工程を経て再利
用のために図示しないコンベアラインを利用してパスラ
インの基端側に戻す。

仕上げ加工後の治具も同様に挿入工程に移す。

なお、パスラインＬは、水平に図示しであるが垂直であ
ってもよい。連結金型を、その送り出し点を下方に配し
て上向きに走行させ、その途中に繊維の巻付は等を行な
うようにすると、設備の地上占有スペースが水平パスラ
インよりも少なくて済む。

このほか、プリプレグテープを用いる場合にはさほど問
題にはならないが、繊維束に含浸させた全くの未硬化樹
脂は、重力による垂れがあると円筒体の偏肉発生につな
がるので、流動し難い粘性を選択するのがよい。

また、使用する補強繊維は、高強度の炭素繊維等が好ま
しいが、特にこれに限定されるものではない。

〔作用・効果〕

この発明では、上述したように、金型を長手方向に接続
してパスラインに流し、この連結金型上にＦＲＰ円筒を
形成してこれを含浸樹脂硬化後に定尺切断する方法を採
るので、繊維の巻付けから完成円筒の切断迄の工程が一
貫した流れ作業となり、生産性が大巾に向上する。

また、そのために大量生産が可能になり、生産コストも
下がる。

さらに、ＦＷ法による場合と違って、回転せずに走行す
る連結金型上に、パスラインの途中に定置された巻付は
機で樹脂含浸繊維を連続的に巻付けるので、個々の金型
の両端に繊維の無駄巻き部ができず、従って、使用材料
のロスが無くなり、これによって製品コストが更に引き
下げられる。

このほか、本発明の方法によればヘリカル、フープ層と
も、独立した供給源より各層を一度に巻付けるため、繰
返し動作を必要とせず、ヘリカル、フープの両層とも、
巻張力及び各々の巻付は機の回転速度と連結金型の走行
速度の比を一定に保てば、巻付は角及び巻付は厚み、巻
付は幅が一定に保たれるため、従来のＦＷ法では繰返し
によるバラツキの生じるおそれがあった繊維配向、繊維
密度に乱れのない高品質の製品が得られ、その製品を苛
酷な条件の下で使用する場合、例えば、ガス遠心分離機
の分離筒等として用いて超高速で回転させる場合にも、
回転バランスや強度面で不足のない信頬性を確保するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法に用いる装置の配置状態を簡
略化して示す斜視図、第２図はこの発明の方法の作業工
程を示すブロック図、第３図は金型の一例を示す斜視図
、第４図は巻付は機の一例を示す斜視図、第５図は切断
機の一例を示す正面図、第６図は連結金型上の繊維巻付
は層を示す断面図である。 １・・・・・・金型、１ａ、１ｂ・・・・・・接続手段
、１′・・・・・・連続金型、２・・・・・・樹脂含浸
連続繊維束又は繊維プリプレグテープ、２ａ・・・・・
・ヘリカル巻き層、２ｂ・・・・・・フープ巻き層、３
・・・・・・接続作業台、４・・・・・・加熱炉、５・
・・・・・フィードローラ、６・・・・・・ガイドロー
ラ、１０．１０′、２０．２０′、・・・・・・巻付は
機、３０・・・・・・切断機、Ｌ・・・・・・パスライ
ン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 対の接続手段の一方を一端面に、他方を他端面に備える
   断面円形の金型を順次長手方向に接続してパスライン上
   に流し、 一方、パスラインの途中には、樹脂含浸繊維の供給部が
   パスラインの回りを周回する巻付け機を、ヘリカル巻き
   用とそれよりも高速回転させるフープ巻き用とに分けて
   、かつ、少なくとも上記供給部が時計方向と反時計方向
   に回転するものを各々１組として配置してこれ等の巻付
   け機でパスライン上を連続走行する連結金型上に樹脂を
   含浸した連続繊維束もしくは繊維プリプレグテープによ
   るクロスヘリカル巻きと巻き方向の相反したフープ巻き
   層を順に形成し、 次いで、この複合巻き層で形成される半製品の長尺円筒
   を連結金型と共に加熱炉に通して含浸樹脂を硬化せしめ
   、 さらに、切断刃が連結金型の進行方向に走行速度と等速
   移動しつつ連結金型の外周を１周する切断機で加熱炉か
   ら出た長尺円筒を金型の継目部において切断し、 しかる後、切断円筒の金型を、連結を解いて脱型する行
   程、脱型後の円筒の仕上げ加工行程に移ることを特徴と
   する繊維強化プラスチックス製円筒体の製造方法。