JPS6364731A - フイラメントワインデイング法 - 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、繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと略
称する）、特に、長繊維を用いた繊維強化プラスチック
を製造するためのフィラメントワインディング法（以下
ではＦＷ法と云う）、詳しくは、複数のヤーン又はロー
ビングを用いて巻付はテープ巾の拡張された所謂広巾巻
付けを、均一肉厚に、しかも高精度に行い得るＦＷ法に
関する。

〔従来の技術〕

高性能ＦＲＰの製造法としては、プレス成形、レジンイ
ンジェクション等が挙げられるが、円筒体等、回転対称
の製品には、繊維配列の均一性と任意性及び高体積繊維
含有率性等からＦＷ法が多用されている。

ＦＷ法は、第７図に示すように、サプライ部１から供給
される長繊維Ａを、レジンバス２に通して樹脂含浸し、
さらに引揃えた後、往復運動するキャレッヂトラバース
３のアイ４に通して、集束し、これを回転運動するマン
ドレル５に巻取ったら、加熱する等してマトリックス樹
脂を硬化し、しかる後、脱型する手法である。

なお、ＦＷ法においては、巻付は繊維のテープ幅がアイ
の構造で一義的に決定されるが、従来は、伸線ダイスに
似た、第８図に示す如きドーナツ状の円環のアイを用い
るのが一般的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の方法で、巻付は繊維の本数を増加させた広巾テー
プ巻きを実行しようとすれば、アイを拡径するか或いは
繊維の広がりを最も期待できる方法として、巻付は繊維
の糸道（繊維パス）に対し、繊維の繰出し点を構成する
ガイド棒を立てる必要がある。しかしながら、これ等の
方法は、下に列挙する問題を孕んでいる。

（１）ヘリカル巻きの場合、キャレッヂトラバースの右
行時と左行時とでは巻付は繊維のアイスはガイド棒に対
する接点が変わり（ガイド棒は２本必要で、繊維は左行
時、右行時に異なったガイド棒に接する）、シかも、巻
付けのターン時にはその接点が移動するので、常態への
復帰に時間がかかり、その間は繊維配向が乱れるため、
無駄巻きが多（なる。

（２）テープの広がりを求めると糸の集束性が悪くなり
、繊維間に隙間が生じる。

（３）繊維の接点の変化をなくすためにガイド棒を１本
にし、そのガイド棒を軸心と垂直な軸を中心に回転可能
にして常に糸道に垂直に当てながら巻付ける方法も考え
られるが、この場合、ターン部において糸が交差するこ
となく巻かれるため、マンドレル上で滑る恐れがあり、
巻付けが安定しない、なお、この点の詳細については後
述する。

この発明は、高精度ＦＲＰの量産性を上げるために、上
述の問題を無くして、広巾テープを均一肉厚に、かつ高
精度に巻付は得るようにする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、上記の目的を達成するため、ＦＷ法におけ
るマンドレルへの繰出し繊維を、並列するピン等で構成
された区分は部に通して区分けし、さらに、その区分は
繊維を、区分は部近傍でマンドレルへの繰出し点を構成
する軸対称体の空隙部に通して引揃えた後、キャレッヂ
トラバースに設けた上記区分は部と軸対称体のマンドレ
ルに対する間隔を一定に保ちつつマンドレルに巻付ける
ようにしたのである。

第１図乃至第３図は、従来のアイに代えてこの発明の方
法に用いる繊維ガイドの具体例を示している。このガイ
ドは、キャレッヂトラバース３に対して軸ρを中心に回
転可能に取付けた環状の支持筒１０と、この筒にベアリ
ング１１を介して軸φを中心に回転可能に支持された円
筒体１２と、この円筒体の入口側に、好ましくは円形断
面のピン１３ａを空隙１３ｂの生じる状態に平行配列し
て構成される櫛状の区分は部Ｔ３と、円筒体１２の出口
側に設けられた支持部材１４間に、ピン１３ａと垂直な
２本のガイド捧１５ａ、１５ａ’を平行に横架して形成
される空隙部１５ｂの存在した軸対称体１５と、支持筒
１０と円筒体１２の各回転（１）１御機構１６．１７と
で構成されており、必要に応じて、円筒体１２の入口付
近に、ガイド棒１５ａと平行な２本のガイド捧１８が設
けられる。

なお、ガイド全体の軸ρを中心にした回転、円筒体１２
の軸φを中心にした回転は、この発明の必須の要件では
ないが、これ等の回転を取り入れると発明の効果を著し
く増大させることができる。

また、マンドレル５へのｔｓｎ繰出し点を構成するガイ
ド棒１５ａ、１５ａ’の両端に、第３図に示す如き２部
１９を設けることも、テープ中が広がり易いフープ巻き
等において、テープ中の過剰な広がりを無くすのに有効
である。

さらに、両ガイド捧１５ａ、１５ａ′を第３図−のよう
にローうで形成すると、ローラの回転を併用してテープ
中の微妙な調整を行うことができ、高精度巻付けの信頼
性が更に向上する。

〔作用〕

１、繊維の集束性について 繊維の繰出し点近傍に設けた区分は部１３によって連続
繊維を一旦区分けし、次に、この区分は繊維を軸対称体
１５によって引揃えると、繰出し点（ガイド棒１５ａ又
は１５ａ′との接点部）における繊維の過剰な広がり、
片寄った広がりが、区分は部の働きによって防止される
ので糸道が安定し、糸に乱れが生じない、そのため、マ
ンドレルへの繰出しテープは広巾であっても繊維間に隙
間がなく、厚みも一定したものとなる。特に、円筒体１
２を軸φを中心に回転可能となした場合、巻付は角度に
関係なくガイド棒１５ａ又は１５ａ′を糸道に対して常
に垂直に保てるので、繊維の安定した繰出しが保証され
る。また、ガイド棒の両端に第３図のＲ部１９をつけた
場合、或いは、ガイド棒をローラとした場合には、前述
したように、テープ巾が更に安定する。

■、ヘリカル巻きターン時の無駄巻き防止について 巻付は繊維の糸道は、第１図においてヘリカル右行をａ
とすれば左行はａ′で示される。このときのマンドレル
との接点をイ、イ′、軸対称体の通過点を口、口′、区
分は部通過点をハで示す。

このように、右行時と左行時とでは軸対称体１５に対す
る繊維の接点が異なる。即ち、右行時にはガイド棒１５
ａに、左行時にはガイド棒１５ａ′にそれぞれ１１１ｉ
維が接して操出される。

これをマンドレル長手方向で考えると、通常のヘリカル
巻きでは、第４図に示すように、マンドレル５０両側に
コーン６を設け、ここに巻付は繊維を引っ掛けてターン
させることが多い。この場合、従来のガイドは、直ｋＩ
Ｌ上を往復運動する。

ところが、この直線運動では、ヘリカル巻きターン部で
繊維の繰出し点とマンドレル接点間の距離が巻付は角度
が低くなる程度化し、為に、最終繰出し位置での繊維通
過点が安定せず、その通過点が常態位置に戻る迄の間は
繊維配向が乱れて無駄巻きを招来していた。

そこで、この発明では、コーン６の部分においても繊維
繰出し点とマンドレル接点間の距離を一定に保つことに
より、この距離及び、区分は部から繊維繰出し点上の間
の距離で一義的に決まる繊維繰出し位置上の繊維通過点
を同一に保ち、ターン時の無駄巻きを抑えるようにした
。なお、曲線Ｌ′に沿ったガイドの移動は、キャレッヂ
トラバースの全体をＬ′の線に沿って移動させる場合と
、キャレッヂトラバースの本体は線り上を往復運動させ
、曲線部に差しかかったところで、ガイドを曲線上を移
動するように本体部から次第に押し出していく場合の２
通りが考えられる。

■、ターン部での巻付けの安定化について第５図及び第
６図に示すように、軸対称体１５０部分における繊維Ａ
は、ヘリカル右行の場合、ガイド棒１５ａに接してマン
ドレル５に巻取られる。このときの繊維の左端を５１右
端をｂ′とすると、巻取り繊維は、ターン後、ガイド棒
１５ａ′に接してマンドレルに折り畳まれる形で巻かれ
るため、ヘリカル左行では左端がｂ′、右端がｂとなる
。

従って、ターン部での巻付はパターンは、第Ｓ図の如く
になるが、このターン点における繊維引留めの安定点は
、Ｒ−Ｒｏｓｉｎα（Ｒｏ：マンドレル半径、α：巻付
は角度）で決まる一点のみであるから、このクロスパタ
ーンができない前記間８点の（３）の項に記載の方法で
は、広巾化につれてテープ両端で繊維が滑り易くなり、
巻付けが安定しない、一方、この発明によれば、このク
ロスパターンができるので、ターン部での繊維の滑りは
全く生じない。

また、ガイド全体を軸ρを中心に回転可能とした場合、
軸対称体１５をマンドレル接点側に振って糸道をマンド
レルの法線方向に向けることができ、それによって、繊
維の張力を常時一定に保つこと、及びマンドレルと軸対
称体間距離を狭めることが可能になるため、ターン部に
無理なく繊維を導入して巻付けをより一層安定させ得る
。

〔効果〕

以上述べたように、 １）繊維の集束性を確保するために、樹脂を含浸した連
続繊維束をピン等の手段によって区分けし、かつ空隙部
を有する軸対称体で該連続繊維を引揃えること。

２）、ヘリカル無駄巻を低減するために、上記空隙部を
有する軸対称体とマンドレルとの距離を一定に保つこと
。

３）ターン部での繊維の滑りをなくすため、クロスバク
ーンが形成可能となる空隙部を有する軸対称体を用いる
こと。

を要旨としたこの発明によれば、繊維を総幅テープと同
様の肉厚状態に、しかも均質に引揃えた無駄巻きの少な
い広巾で高精度の巻付けが可能になると云う効果が得ら
れ、高精度ＦＲＰ製品の量産化が計れる。

特に、ガイドの全体を軸φを中心に回転可能とし、軸対
称体を常に糸道に対して垂直に当てる場合には、ヘリカ
ル、フープの巻付は角度を変えても安定したテープの広
がりと引揃えが保証され、また、ガイドの全体を軸ρを
中心に回転可能にして糸道をマンドレル法線方向に間け
る場合にはターン部に対しても無理なく繊維を導入でき
、さらに、軸対称体を一対のローラで形成したものはテ
ープ巾の微妙な調整が行えると云う具合に、この発明の
効果が著しく増強され、高速回転体、或いは航空機用部
品と云った極限設計を必要とするＦＲＰ製品の量産化に
対する貢献度がより高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法に採用するガイドの具体例を
示す断面図、第２図はその円筒体の平面図、第３図は軸
対称体の変形例を示す断面図、第４図はヘリカル巻ター
ン時の作用をマンドレルの正面から見て示す線図、第５
図は同上の作用をマンドレルの側面側から見て示す線図
、第６図はターン部の巻付はパターンを表わす概念図、
第７図の（１）は従来のＦＷ法を示す側面線図、同図の
（ｎ）はそのＦＷ法のマンドレル部の正面線図、第８図
は従来のガイド（アイ）の一部破断正面図である。 １・・・・・・サプライ部、２・・・・・・レンジバス
、３・・・・・・キャレッヂトラバース、５・・・・・
・マンドレル、６・・・・・・コーン、１０・・・・・
・支持筒、１１・・・・・・ベアリング、１２・・・・
・・円筒体、１３・・・・・・区分は部、１４・・・・
・・支持部材、１５・・・・・・軸対称体、１５ａ、１
５ａ′・・・・・・ガイド棒、１５ｂ・・・・・・空隙
部、１６．１７・・・・・・回転制御機構、１９・・・
・・・Ｒ部、ρ、φ・・・・・・ガイドの回転中心軸、
Ａ・・・・・・長繊維、ａ・・・・・・ヘリカル左行の
糸道、ａ′・・・・・・ヘリカル右行の糸道、ｂ・・・
・・・巻付は繊維の左端、ｂ′・・・・・・巻付は繊維
の右端、イ、イ′・・・・・・糸道のマンドレル接点、
口、口′・・・・・・糸道のガイド棒接点、ハ・・・・
・・糸道の区分は部接点。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂を含浸した連続繊維をキャレッヂトラバース
   を経てマンドレルに巻付けるフィラメントワインディン
   グ法において、上記連続繊維を、並列するピン等で構成
   された区分け部に通して区分けし、さらに、その区分け
   繊維を、区分け部近傍でマンドレルへの繰出し点を構成
   する軸対称体の空隙部に通して引揃えた後、キャレッヂ
   トラバースに設けた上記区分け部と軸対称体のマンドレ
   ルに対する間隔を一定に保ちつつマンドレルに巻付ける
   ことを特徴とするフィラメントワインディング法。
2. （２）上記区分け部と軸対称体とが一体的に固定されて
   同一軸線上で回転可能に支持され、かつ、その区分け部
   と軸対称体を結ぶ繊維の糸道はマンドレルの法線方向に
   向けられていることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載のフィラメントワインディング法。
3. （３）上記軸対称体が、空隙部を間にして平行配置され
   た一対のローラによって形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項記載のフィ
   ラメントワインディング法。