JPH05229018A - フィラメントワインディング成形法による筒状積層体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 補強繊維を自由な角度で捲回でき、かつ破断
歪が小さい高強度あるいは高弾性の補強繊維を使用で
き、その結果所望の性能の筒状成形体を容易に得られ
る、フィラメントワインディング成形法による筒状積層
体の製造方法を提供すること。 【構成】 樹脂を含浸した補強繊維からなる糸条をマン
ドレルを用いて捲回し、その後該樹脂を硬化させるフィ
ラメントワインディング成形法による筒状積層体の製造
方法において、該マンドレルの少なくとも一箇所に、ピ
ン列からなる糸条位置決めガイドと糸条が損傷しない程
度に太いピン列からなる糸条折り返しガイドを実質的に
平行に併せ設置したことを特徴とする、フィラメントワ
インディング成形法による筒状積層体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本方法は従来の技術ではフィラメ
ントワインディング法で成形できなかった破断ひずみの
小さい高弾性の補強繊維を用いて所望の形状の筒状成形
体を提供しうるフィラメントワインディング成形法によ
る筒状積層体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】補強繊維の入った筒状積層体を製造する
一般的な方法の一つとして、フィラメントワインディン
グ法がよく使われている。そして樹脂で含浸した補強繊
維を、マンドレルに所望の積層構成になるよう捲回し、
その後、樹脂を熱等で硬化して成形するフィラメントワ
インディング法において、一般に補強繊維を成形体の要
求性能に合致するように複数の角度に配向させることが
多い。

【０００３】特に高剛性の円筒体を成形する場合、高弾
性の補強繊維を円筒体の軸方向に対して低角度に捲回す
ることで高剛性を発揮する。この様にフィラメントワイ
ンディング法によりマンドレルの軸に対して低角度に補
強繊維の捲回を行なう場合、マンドレル上にて所望の長
さを捲回した後、強化繊維を折り返しながら連続的に捲
回を行うことになる。そして従来からマンドレルとし
て、全長に亘り円筒状のもの、両端部がドーム状のも
の、両端部に糸条を固定するためのピンがあるもの等が
利用されてきた。

【０００４】そして例えば、円筒状マンドレルを用いて
フィラメントワインディング法で成形した炭素繊維強化
樹脂製円筒はフィルム製造、製紙、印刷等の産業用ロー
ルの素管として用いられる。これらの産業用ロールへの
要求性能は高剛性でたわみが少なく、軽量で慣性モーメ
ントが小さいことにある。

【０００５】特にフィラメントワインディング法による
炭素繊維強化樹脂製筒体は同じ寸法でも、金属製筒体に
比べ軽量、かつ金属製筒体より曲げ剛性を高く設計でき
ること、さらに筒体の剛性が高いことでロール化におけ
る切削・研削加工工程でたわみが小さいので、これらの
産業に於ける生産性の向上、更には製品精度の向上に寄
与することができることから近年需要が高まっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来フィ
ラメントワインディング法により用いられてきたこれら
のマンドレルでは以下のような課題が有った。即ち、円
筒状のマンドレルは糸条の引っかかり部分がなく、糸条
を捲くことが出来る角度が限定されるため補強繊維の物
性を円筒体の軸方向に関して有効に利用できない。

【０００７】またマンドレル両端部の形状がドーム状の
ものは、低角度の捲回においてパスを安定させることが
難しいため糸条位置がずれ易く、そのため糸切れ等の原
因を惹起したり、補強繊維の配向がドーム近傍で乱れる
ことで、所望の長さ以上に円筒積層体体を巻く必要があ
る。また両端がドーム状のマンドレルでは捲回すべき長
さが一義的に決ってしまうため、長さの異なる円筒体が
必要な場合には長さの異なるマンドレルをいちいち用意
するか、長いマンドレルに必要以上に長く捲回すること
になり余分の原材料と時間を消費する事になる。

【０００８】またピンタイプのものではピン部で糸条を
固定することで所望の角度で糸条を配置できるが、比較
的破断歪の小さい補強繊維、例えば高弾性率の炭素繊維
を捲回すると、ピン部で折り返し時に糸切れが起き捲回
できないという課題もあった。この様な理由により高弾
性率の補強繊維を用いるフィラメントワインディング法
では糸切れ発生による装置停止や、余分な捲回部分の原
材料の無駄等により生産性が低かった。またこの様な糸
切れのため装置を停止することで炭素繊維糸条の張力が
不均一となり成形体の物性に好ましくない影響を与える
ことが多かった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者らは鋭意
検討の結果、マンドレル上に特定の大きさの２種類のガ
イドピンを設置することによりかかる課題を解決しうる
ことを見いだし本発明に到達した。すなわち本発明の目
的は、補強繊維を自由な角度で捲回でき、かつ破断歪が
小さい高強度あるいは高弾性の補強繊維を使用でき、そ
の結果所望の性能の筒状成形体を容易に得られる、フィ
ラメントワインディング成形法による筒状積層体の製造
方法を提供することにあり、かかる目的は、樹脂を含浸
した補強繊維からなる糸条をマンドレルを用いて捲回
し、その後該樹脂を硬化させるフィラメントワインディ
ング成形法による筒状積層体の製造方法において、該マ
ンドレルの少なくとも一箇所に、ピン列からなる糸条位
置決めガイドと糸条が損傷しない程度に太いピン列から
なる糸条折り返しガイドを実質的に平行に併せ設置し
た、フィラメントワインディング成形法による筒状積層
体の製造方法、及び糸条のマンドレルの既捲回対象部分
から見て、糸条位置決めガイドピン列が手前に、糸条折
り返しガイドピン列がその外側になるように組み合わせ
たピン列群二組をそれぞれ円筒マンドレル上の離れた任
意の二点に設置固定し、該補強繊維束をマンドレル軸に
対して０度から３０度の範囲で捲回する際に、該糸条位
置決めガイドピンで糸条の角度を設定し、該糸条折り返
しガイドピンで糸条を折り返し、筒状積層体を形成する
前記のフィラメントワインディング成形法による筒状積
層体の製造方法、により容易に達成される。

【００１０】以下本発明をより詳細に説明する。本発明
において、マンドレルは少なくともその一箇所に、一組
の糸条位置決めガイドピン列と糸条折り返しガイドピン
列とからなる糸条折り返しのため治具を有する。それぞ
れのガイドピンの位置はマンドレルのフィラメントワイ
ンディング捲回対象となる部分から見てマンドレル端に
向かって、糸条位置決めガイドピン列、次に折り返しガ
イドピン列の順番で設置される。

【００１１】糸条位置決めガイドピンは糸条のフィラメ
ントワインディング捲回ピッチ間隔に合致するようにマ
ンドレル外周に沿って放射状に設置される。該ピン列は
捲回ピッチ間隔を細かく設定できるように、糸条位置決
めガイドピンの径は細い方が好ましいが、糸条に加わる
テンションから必要な径は自ずから決まり、１〜５mm程
度の円柱状のものが特に好ましい。

【００１２】また糸条折り返し用ガイドピン列は含浸し
た繊維束が切れない程度に太い径のピンを捲回ピッチ間
隔に応じてマンドレル外周に沿って放射状に設置され
る。糸条折り返しガイドピンは含浸繊維糸条がピンから
外れるのを防ぎマンドレル側に安定する様にテーパー付
きのものが良い。さらに好ましくは該ピンが糸条を傷め
ないようにピンの頭を半球状にしたものが望ましい。こ
れらの糸条折り返し用ガイドピン列は、捲回した樹脂含
浸補強繊維糸条が動かない処置を施した後、好ましくは
樹脂硬化時点まで設置しておき、その後取り外すのが望
ましい。

【００１３】またどちらのガイドピン面も補強繊維を痛
めないように摩擦の小さいものが良い。糸条折り返し用
ガイドピン列、糸条位置決めガイドピン列は必ずしも一
列ずつ配置される必要は無く、必要に応じてそれぞれの
ガイドピン列を２列以上設けてもよく、その場合それぞ
れのガイドピン列は平行に並べてもよいし、千鳥状に互
い違いに設けてもよい。又、ガイドピン列を取り付ける
リングは、低角度で捲回される糸条ができるだけマンド
レル近くになるように、必要最小限度の厚みにすべきで
あるが、ある程度の隙間はマンドレル軸に対して高角度
に巻かれた補強繊維層の厚みおよび補強繊維糸条をマン
ドレル周方向に捲回する事で回避できる。

【００１４】尚、本発明において筒状とは円筒状のみな
らず、軸方向垂直断面が多角形の筒も含んでいる。

【００１５】

【発明の効果】かかる方法により、破断ひずみの比較的
に小さい高弾性の補強繊維においても、糸切れがなく、
かつ所要長以外の無駄な部分を少なくすることで生産性
が上がるとともに成形体全体に亘り均一な繊維強化樹脂
複合材を供することができ、かつまた筒体をほぼ所望の
長さで巻けるので高価な材料の無駄がなく、筒体を廉価
に供給することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。

【００１７】

【実施例１】図１に示すような、径２ｍｍの細い糸条位
置決めガイドピンを等間隔にかつ放射状に３６本設置し
たピン列１と、根元の径が１０ｍｍテーパ付きの糸条折
り返し用ガイドピンを等間隔にかつ放射状に１２本配置
したピン列２とを一群とし、径６０ｍｍ、長さ１５００
ｍｍのマンドレルに二群のピン列を５００ｍｍの間隔を
あけて、それぞれ設置した捲回用マンドレル３を用いて
フィラメントワインディング法による含浸炭素繊維束４
の捲回を行なった。炭素繊維はピッチ系炭素繊維”ダイ
アリードＫ１３７”を用いた。

【００１８】該炭素繊維の弾性率は６５ton/mm²あり、
含浸した該炭素繊維束４の捲回可能な最小径は、約７ｍ
ｍである。１層目には両側の糸条位置決めガイド内側に
おいてマンドレル軸方向に対してほぼ９０度方向に該含
浸繊維束を捲回し、２層目はマンドレル両側の糸条位置
決めピン列１とその外側に設置した糸条折り返しピン列
２を利用して、マンドレル軸方向に対して±１０度の角
度になるように該含浸繊維束を捲回し、さらにその上に
１層目と同様にほぼ９０度方向に捲回し巻締めを行な
い、三層からなる円筒状積層体を形成した。マンドレル
３に捲回された円筒状積層体をマンドレル３とともにオ
ーブンに入れ、樹脂硬化のため、所定温度で硬化成形し
た。

【００１９】糸条折り返しガイドピン列２での炭素繊維
の破断もなく高弾性炭素繊維の捲回が連続的にでき、所
望の円筒成形体が得られた。

【００２０】

【比較例】実施例１に示す糸条折り返しピン列を外し、
従来技術である糸条位置決めピン列だけで、実施例と同
様の円筒積層体の形成を試みた。第２層の±１０度の捲
回に於て含浸炭素繊維束が径２ｍｍの位置決めガイドピ
ンで頻繁に切れたため、所望の円筒積層体は得られなか
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明のマンドレルの一例であり糸条
位置決めピン列と糸条折り返しピン列の一群をマンドレ
ルの任意の位置に設置し、糸条を折り返して捲回してい
る様を示す。

【符号の説明】

１ 糸条位置決めピン列 ２ 糸条折り返しピン列 ３ マンドレル ４ 含浸した該炭素繊維束

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂を含浸した補強繊維からなる糸条を
   マンドレルを用いて捲回し、その後該樹脂を硬化させる
   フィラメントワインディング成形法による筒状積層体の
   製造方法において、該マンドレルの少なくとも一箇所
   に、ピン列からなる糸条位置決めガイドと糸条が損傷し
   ない程度に太いピン列からなる糸条折り返しガイドを実
   質的に平行に併せ設置したことを特徴とする、フィラメ
   ントワインディング成形法による筒状積層体の製造方
   法。
2. 【請求項２】 糸条のマンドレルの既捲回対象部分から
   見て、糸条位置決めガイドピン列が手前に、糸条折り返
   しガイドピン列がその外側になるように組み合わせたピ
   ン列群二組をそれぞれ円筒マンドレル上の離れた任意の
   二点に設置固定し、該補強繊維束をマンドレル軸に対し
   て０度から３０度の範囲で捲回する際に、該糸条位置決
   めガイドピンで糸条の角度を設定し、該糸条折り返しガ
   イドピンで糸条を折り返し、円筒状積層体を形成する請
   求項１記載のフィラメントワインディング成形法による
   筒状積層体の製造方法。