JP2003276096A

JP2003276096A - Ｆｒｐ成形品及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003276096A
Application number: JP2002087763A
Authority: JP
Inventors: Nobunao Suzuki; 伸尚鈴木; Tsutae Suzuki; 傳鈴木
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】包帯効果や層間剥離が解消された肉厚のＦＲ
Ｐ成形品及びその製造方法を提供することを目的とす
る。【解決手段】樹脂を含む繊維束をマンドレルに巻き付
けることにより成形するＦＲＰ成形品の製造方法におい
て、樹脂槽１２０を通過させることにより樹脂を含浸さ
せた第１繊維束１１０と樹脂槽１２０を通過させない第
２繊維束１１１とをノズル１０２で合糸して第３繊維束
１１２とし、当該第３繊維束１１２をマンドレル１０４
に巻き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＲＰ成形品及び
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フライホイールとは、回転体の運動エネ
ルギーとしてエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積体で
ある。近年、フライホイールを利用したエネルギー蓄積
は、エネルギー蓄積密度が高い、エネルギーの需要に対
する即応性に優れる又は電気への変換効率が良い等の理
由から、新しいタイプの電力蓄積装置としても注目され
ている。ここで、エネルギー蓄積体としてフライホイー
ルを応用するためには、いかに多くのエネルギー量をフ
ライホイールに蓄積できるかが問題となる。

【０００３】角速度ωで回転運動しているフライホイー
ルの慣性モーメントをＩとすると、フライホイールに蓄
えられるエネルギー量ＥはＩω²に比例する。すなわ
ち、慣性モーメントＩが大きく、角速度ωを上げること
が可能なフライホイールほど、大きなエネルギー量Ｅを
蓄えることができる。

【０００４】しかしながら、角速度ωの上限はフライホ
イールの材料に由来する比強度（＝引っ張り強さ／密
度）に比例するため、むやみに角速度ωを上げてエネル
ギー量Ｅを大きくすることはできない。すなわち、フラ
イホイールには回転運動に伴う遠心力が働くため、角速
度ωの上昇とともに増加する遠心力がフライホイール材
料の引っ張り強さ以上となるとフライホイールが変形し
てしまう。

【０００５】一方、慣性モーメントＩが大きい鋼等をフ
ライホイールの材料として使用し、エネルギー量Ｅを大
きくすることも考えられる。しかし、現在使用されてい
る鋼製のフライホイールは比強度が小さいため、角速度
ωを上げることができず、結果的に十分な蓄積エネルギ
ーを得ることができない。

【０００６】そこで近年、比強度が大きい強化繊維プラ
スチック（以下、「ＦＲＰ」という）が注目され、フラ
イホイールの材料として開発が進められている。このＦ
ＲＰは、ガラス繊維等の補強材にマトリックス樹脂を含
浸させることで機械的な強度を著しく向上させたプラス
チックであり、鋼等の金属系材料と比較すると、比強度
で４〜８倍、比弾性率で２〜４倍、理論エネルギー密度
で３〜８倍の特性を有し、フライホイールの材料として
大変有望な材料である。

【０００７】しかし、ＦＲＰの引っ張り強さには異方性
があり、補強材の繊維軸方向に比べて繊維同士の間の引
っ張り強さが２０分の１程度しかないという問題を有し
ている。このため、ＦＲＰを使用したフライホイールの
成形にはフィラメントワインディング（以下、「ＦＷ」
という）法が一般に用いられており、この方法により繊
維同士の間の引っ張り強さを増加させることが可能であ
る。ＦＷ法とは、補強材となるガラス繊維等に樹脂を含
浸させた後、このガラス繊維をマンドレルと呼ばれる心
型に連続的に巻き付けて積層することにより球形や円筒
形のＦＲＰを一体成形する方法である。

【０００８】図１１は、従来のＦＷ法を用いたＦＲＰの
成形装置の概略外観図である。以下、図１１の説明をす
る。ＦＲＰに使用される繊維は大変に細いため（７〜１
０μｍ）、一般に単体繊維をまとめて繊維束として巻き
付けに使用している。ロービング１１０１は当該繊維束
１１１０を円筒状に巻き取ったものである。このロービ
ング１１０１から繊維束１１１０を供給すると共に、支
持棒１１０６に固定されたマンドレル１１０４を一定の
巻き付け速度Ｖ１１で回転させることにより、前記繊維
束１１１０をマンドレル１１０４に巻き付けていく。こ
のとき、単に繊維束１１１０をマンドレル１１０４に巻
き付けるのではなく、巻き付ける前に樹脂槽１１２０を
通過させ、樹脂を含浸させた繊維束１１１０をノズル１
１０２により下記説明する巻付け形態を制御しながらマ
ンドレル１１０４に巻き付けていく。ノズル１１０２は
ノズルレール１１０３を図中、右から左へ移動すること
により、マンドレル１１０４の右端から左端に繊維束１
１１０を巻き付けた後、左から右へ移動することによ
り、マンドレル１１０４の左端から右端に繊維束１１１
０を巻き付ける。この動作を繰り返すことによりＦＲＰ
が成形される。

【０００９】図１２は、ＦＷ法によるマンドレルへの繊
維の巻付け形態の一例を示した巻付け形態図である。巻
付け形態には図示するように種々の巻付け形態があり、
成形されたＦＲＰの用途に伴う要求物性等により巻付け
形態を選択する。例えば、ＦＲＰを成形する全ての巻き
付け工程を、同一の巻き付け形態で行う場合に比べて、
複数の巻き付け形態を交互に行った方が、曲げやねじり
に対する強度が強くなる。巻付け形態を変化させるに
は、ノズルレール１１０３に沿って左右に移動するノズ
ル１１０２の移動速度を制御することにより行う。な
お、図１１に示した巻付け形態は、図１２（ｂ）のヘリ
カルタイプの巻付け形態である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このＦＷ法に
より肉厚のＦＲＰを成形する場合には、円筒形ＦＲＰの
内側の巻き付け繊維に緩みが生じる包帯効果や繊維と樹
脂とが分離する層間剥離を起こすことがあり、成形でき
る肉厚の度合いに限界があった。これに対し、大きさの
異なる複数のドーナッツ状のＦＲＰリングを同心状に重
ねて全体として肉厚のＦＲＰを成形するマルチリング方
式が提案されているが、作製上の工程数が多くなりコス
トの増加等につながる。このため、マルチリング方式に
よらずに肉厚のＦＲＰを成形することができる方法が望
まれていた。

【００１１】本発明は、上記状況に鑑みてなされたもの
であり、肉厚のＦＲＰを成形する際に、包帯効果や層間
剥離の発生を防ぐことができるＦＲＰの成形方法及び当
該包帯効果や層間剥離が解消された肉厚のＦＲＰを提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
の発明に係るＦＲＰ成形品の製造方法は、樹脂を含む繊
維束をマンドレルに巻き付けることにより成形するＦＲ
Ｐ成形品の製造方法において、樹脂を含浸させた繊維束
と樹脂を含浸させない繊維束とを巻き付けることを特徴
とするＦＲＰ成形品の製造方法である。ここで、前記繊
維束とは、単体繊維を集束したものであるが、単体繊維
であってもよい。また以下に示す第２ないし第１０発明
のいずれかにおいても同様である。

【００１３】また、第２の発明に係るＦＲＰ成形品の製
造方法は、樹脂を含浸させた繊維束と樹脂を含浸させな
い繊維束とを合糸することにより得られる繊維束を巻き
付けることを特徴とする。

【００１４】また、第３の発明に係るＦＲＰ成形品の製
造方法は、樹脂を含浸させた部分と樹脂を含浸させない
部分とを交互に有する繊維束を巻き付けることを特徴と
する。ここで、樹脂を含浸させた部分と含浸させない部
分とを切り換えるタイミングとしては、交互に巻き付け
るように切り換えればよく、特に限定されない。例え
ば、マンドレルの一方の端から他方の端までの巻き付け
を一つの巻き付け単位とし、一つの巻き付け単位ごとに
樹脂を含浸させた部分と含浸させない部分とを交互に切
り換えてもよいし、複数の巻き付け単位ごとに切り換え
てもよい。

【００１５】また、第４の発明に係るＦＲＰ成形品の製
造方法は、繊維束をマンドレルに巻き付ける際に、繊維
束に含浸させる樹脂の量を徐々に少なくしていくことを
特徴とする。ここで、樹脂量を少なくしていくタイミン
グとしては、ＦＲＰリングの内側となる部分の巻き付け
から外側の巻き付けまでの間において、徐々に少なくし
ていけばよく、特に限定されない。例えば、前記一つの
巻き付け単位ごとに樹脂量を少なく変化させてもよい
し、複数の巻き付け単位ごとに少なくしてもよい。

【００１６】また、第５の発明に係るＦＲＰ成形品の製
造方法は、第１ないし第３発明のいずれかに係るＦＲＰ
成形品の製造方法において、繊維束に含浸させる樹脂の
量を徐々に少なくしていくことを特徴とする。すなわ
ち、第１ないし第３発明では、樹脂を含浸させた繊維束
と含浸させない繊維束、または、樹脂を含浸させた部分
と含浸させない部分を交互に有する繊維束を巻き付ける
が、ここで、樹脂を含浸させた繊維束（または部分）に
含まれる樹脂量を徐々に少なくしていく。少なくしてい
くタイミングは、第４発明に説明したタイミングと同様
である。

【００１７】また、第６の発明に係るＦＲＰ成形品の製
造方法は、第１ないし第３発明のいずれかに係るＦＲＰ
成形品の製造方法において、複数の巻き付け形態を併用
することを特徴とする。複数の巻き付け形態を切り換え
るタイミングは、第４発明に説明したタイミングと同様
である。

【００１８】また、第７の発明に係るＦＲＰ成形品の製
造方法は、第５発明に係るＦＲＰ成形品の製造方法にお
いて、前記繊維束に樹脂を含浸させる方法が一定距離の
樹脂中を通過させることにより含浸させる方法であっ
て、前記含浸させる樹脂の量を少なくする方法が、繊維
束の樹脂中における通過距離を短くすること又は繊維束
の巻き付け速度を速くすることにより樹脂量を少なくす
る方法であることを特徴とする。

【００１９】また、第８の発明に係るＦＲＰ成形品の製
造方法は、第６発明に係るＦＲＰ成形品の製造方法にお
いて、前記巻き付け形態が、パラレル巻き、ヘリカル巻
き、レベル巻き、ポーラ巻きからなる群から選ばれるい
ずれかの巻き付け形態であることを特徴とする。

【００２０】また、第９の発明に係るＦＲＰ成形品の製
造方法は、第１又は第２発明に係るＦＲＰ成形品の製造
方法において、樹脂を含浸させた繊維束に対する樹脂を
含浸させない繊維束の量を変化させることにより、巻き
付ける繊維束の全体に含まれる樹脂量を調整することを
特徴とする。

【００２１】また、第１０の発明に係るＦＲＰ成形品の
製造方法は、第２発明に係るＦＲＰ成形品の製造方法に
おいて、樹脂を含浸させた繊維束の周囲に樹脂を含浸さ
せない繊維束を配置し、合糸することにより得られる繊
維束を巻き付けるとを特徴とする。

【００２２】また、第１１の発明に係るＦＲＰ成形品
は、上記発明に係るＦＲＰ成形品の製造方法により成形
されるＦＲＰ成形品である。また、第１２の発明に係る
ＦＲＰ成形品は、前記ＦＲＰ成形品が特にフライホイー
ルであることを特徴とするＦＲＰ成形品である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施例を図面
に基づき詳細に説明する。

【００２４】［実施例１］図１は、本発明の実施例１に
係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装置の概略外観図であ
る。以下、図１に基づいて実施例１に係るＦＷ法の説明
をする。ロービング１０１は繊維束を円筒状に巻き取っ
たものである。このロービング１０１から繊維束を供給
すると共に、支持棒１０６に固定したマンドレル１０４
を回転させることにより、前記繊維束をマンドレル１０
４に巻き付けていく。このとき、単に繊維束をマンドレ
ル１０４に巻き付けるのではなく、以下のようにして巻
き付けていく。

【００２５】すなわち、実施例１では、樹脂槽１２０を
通過させることにより樹脂を含浸させた第１繊維束１１
０と樹脂槽１２０を通過させない第２繊維束１１１とを
ノズル１０２で合糸して第３繊維束１１２とし、当該第
３繊維束１１２をヘリカルタイプの巻付け形態によりマ
ンドレル１０４に巻き付けた。これにより、樹脂を含ま
ない第２繊維束１１１の第１繊維束１１０に対する量を
調整することで、マンドレル１０４に巻き付ける際の第
３繊維束１１２に含まれる樹脂量を制御することができ
る。更に、マンドレル１０４の回転速度、すなわち巻き
付け速度Ｖ１を一定速度として、全ての巻き付け工程を
行った。

【００２６】図２は、実施例１に係るノズルの機構を示
した図である。同図（ａ）はノズル内部の概略図、同図
（ｂ）は（ａ）のローラと繊維束との関係を立体的に見
た概略図、同図（ｃ）は（ａ）のＡ部を繊維軸方向から
見た断面図である。これらの図に示すようにノズル２０
２は、内部に設けられたＡ部ローラ２１５及びＢ部ロー
ラ２１６により第２繊維束２１１を誘導し、Ｂ部におい
て第１繊維束２１０と合糸することにより第３繊維束２
１２としている。

【００２７】図５（ａ）及び（ｂ）は、樹脂を含浸させ
た第１繊維束１１０を含む第３繊維束１１２をマンドレ
ル１０４に巻き付ける際に、マンドレル１０４の外表面
に成形されるＦＲＰリングの内側となる部分（マンドレ
ル１０４の表面に近い部分）を巻き付けるときから、外
側となる部分（マンドレル１０４の表面から遠い部分）
を巻き付けるときまでの第１繊維束に含浸させる樹脂量
の変化を示したグラフである。実施例１では、巻き付け
速度Ｖ１を一定にしているため、第１繊維束１１０の樹
脂槽１２０を通過する時間が一定であり、同図（ａ）に
示した樹脂量の関係となる。すなわち、前記内側又は外
側に関係なく、同量の樹脂を第１繊維束に含浸させて巻
き付ける。

【００２８】以上、説明する実施例１に係る成形方法に
よりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離の
解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。これは以
下の理由によるものと考えられる。

【００２９】図６は、ＦＲＰリングの断面写真であり、
（ａ）は従来の方法、（ｂ）は実施例１の方法により成
形したＦＲＰリングである。同図（ａ）より、従来の方
法ではＦＲＰリングの外側に余分な樹脂がはみ出ている
ことが分かる。すなわち、従来の成形方法では繊維束１
１１０（図１１）に比較的多くの樹脂量が付着してしま
う傾向があったため、マンドレル１１０４の表面に近い
部分に巻き付けられた余分な樹脂はマンドレル１１０４
の表面から遠い部分の巻き付けが行われる際に締めつけ
られ、ＦＲＰリングの外側へはみ出てしまっていた。こ
れにより、ＦＲＰリングの内側の樹脂が少なくなること
で、前記包帯効果や層間剥離が発生していたと考えられ
る。

【００３０】一方、図６（ｂ）では樹脂のはみ出しがな
く、リングの内側から外側にかけて、繊維と樹脂とから
なる均一な層で成形されていることが分かる。これは、
第１繊維束１１０に比較的多く含浸した樹脂を第２繊維
束１１１に分配することにより、第３繊維束１１２全体
として適当な樹脂量となるように制御することができた
ためである。これにより、樹脂のはみ出しを防止し前記
包帯効果等の発生を防ぐことができたと考えられる。

【００３１】［実施例２］図３は、本発明の実施例２に
係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装置の概略外観図であ
る。図１に示す実施例１に係るＦＷ法を実施するＦＲＰ
成形装置との違いは、第１繊維束３１０の樹脂槽３２０
を通過する時間を変化させるための可動ローラ３１６が
設けられていることである。すなわち、樹脂槽３２０を
通過する第１繊維束３１０の軌道を可動ローラ３１６に
より変化させ（「移動後の第１繊維束の軌道」３１３参
照）、樹脂槽３２０中の通過時間を変えることにより、
第１繊維束３１０に含浸させる樹脂量を制御することが
できる。

【００３２】実施例２に係るＦＷ法を詳細に説明する
と、第１繊維束３１０と第２繊維束３１１とをノズル３
０２で合糸して第３繊維束３１２としマンドレル３０４
に巻きつける際に、ノズル３０２がマンドレル３０４の
一方向、すなわちマンドレル３０４の右端から左端又は
左端から右端を巻き終えるごとに、可動ローラ３１６を
移動させ第１繊維束３１０に含浸させる樹脂量を徐々に
少なくしていく。なお、巻き付け形態及び巻き付け速度
Ｖ３は実施例１と同様であり、ヘリカルタイプの形態及
び速度Ｖ３を一定速度として、全ての巻き付け工程を行
った。

【００３３】実施例２では、第１繊維束３１０の樹脂槽
３２０を通過する時間を変化させ、巻き付け工程が進む
ごとに第１繊維束３１０に含浸させる樹脂量を少なくし
ていくため、図５（ｂ）に示した樹脂量の関係となる。
すなわち、ＦＲＰリングの外側ほど少量の樹脂を含浸さ
せた第１繊維束を有する第３繊維束を巻き付ける。

【００３４】以上、説明する実施例２に係る成形方法に
よりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離の
解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。これは以
下の理由によるものと考えられる。

【００３５】すなわち、ＦＲＰリングの内側に巻き付け
られた第３繊維束３１２に含まれる比較的多くの樹脂
が、巻き付け工程の進行に伴い、外部の比較的樹脂量の
少ない第３繊維束３１２に補充される結果、ＦＲＰリン
グ全体として適当な樹脂量となるように制御することが
できたため、樹脂のはみ出しを防止し前記包帯効果等の
発生を防ぐことができたと考えられる。なお、実施例２
の方法により成形したＦＲＰリングについても、図６
（ｂ）に示す実施例１と同様の観察結果が得られた。

【００３６】［実施例３］実施例３に係るＦＷ法を実施
するＦＲＰ成形装置は、装置構成としては、図１に示す
ＦＲＰ成形装置と同様である。よって、図１に基づいて
実施例３に係るＦＷ法を説明する。実施例３では、樹脂
槽１２０を通過させる第１繊維束１１０と通過させない
第２繊維束１１１とをノズル１０２で合糸して第３繊維
束１１２としマンドレル１０４に巻きつける際に、ノズ
ル１０２がマンドレル１０４の一方向、すなわちマンド
レル１０４の右端から左端又は左端から右端を巻き終え
るごとに、巻き付け速度Ｖ１を段階的に速くし、第１繊
維束１１０に含浸させる樹脂量を徐々に少なくしてい
く。なお、巻き付け形態は実施例１と同様のヘリカルタ
イプの巻き付け形態とした。

【００３７】実施例３では、巻き付け工程が進むごとに
巻き付け速度Ｖ１を速くし、第１繊維束１１０の樹脂槽
１２０を通過する時間を短くすることにより、第１繊維
束１１０に含浸させる樹脂量を少なくしていくため、図
５（ｂ）に示した樹脂量の関係となる。すなわち、ＦＲ
Ｐリングの外側ほど、少量の樹脂を含浸させた第１繊維
束１１０を有する第３繊維束を巻き付ける。

【００３８】以上、説明する実施例３に係る成形方法に
よりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離の
解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。この理由
は、実施例２で述べた理由と同様である。なお、実施例
３の方法により成形したＦＲＰリングについても、図６
（ｂ）に示す実施例１と同様の観察結果が得られた。

【００３９】次に、実施例４〜６について説明する。実
施例４は実施例１を、実施例５は実施例２を、実施例６
は実施例３を基本として、それぞれノズル部のみを変更
したＦＷ法である。すなわち、実施例１〜３において使
用した図２に示す機構を有するノズル２０２に代えて、
実施例４〜６においては図４（ａ）に示す機構を有する
ノズルを使用した。

【００４０】図４は、実施例４〜６に係るＦＷ法におい
て使用するノズルの機構を示した図である。同図（ａ）
は図２（ｃ）に対応する図であり、実施例４〜６に係る
ノズルのＡ部（図２（ａ）参照）を繊維軸方向から見た
断面図である。実施例４〜６に係るノズルには、第２繊
維束４１１を誘導するＡ部ローラ４１５が、第１繊維束
４１０の周囲に６個設置されている。この第１繊維束４
１０の周囲に配置された６本の第２繊維束４１１は図示
していないＢ部ローラ（図２参照）によって合糸され
る。同図（ｂ）は、実施例４〜６に係るノズルにより合
糸された第３繊維束４１２の断面図である。同図に示す
ように、第３繊維束４１２は、第１繊維束４１０とその
周囲の６本の第２繊維束４１１とを合糸してなる。

【００４１】以下、実施例４〜６について詳細に説明す
る。［実施例４］実施例４に係るＦＷ法は実施例１を基本と
しているため、図１に基づいて実施例４を説明する。前
述するように、実施例４に係るＦＷ法では、ノズル１０
２として、図４（ａ）に示す機構を有するノズルを使用
する。すなわち、実施例４では、樹脂を含浸させた第１
繊維束１１０と樹脂を含浸させていない６本の第２繊維
束１１１（図１には２本のみ図示）とをノズル１０２で
合糸して、第１繊維束１１０とその周囲の６本の第２繊
維束１１１とからなる第３繊維束１１２とし、当該第３
繊維束１１２をマンドレル１０４に巻き付けた。その他
の条件は、実施例１と同様の条件で行った。

【００４２】実施例４では、実施例１と同様に巻き付け
速度Ｖ１を一定にしているため、第１繊維束１１０に含
浸させる樹脂量と巻き付け工程の進行度との関係は図５
（ａ）に示す関係となる。すなわち、ＦＲＰリングの内
側又は外側に関係なく、同量の樹脂を第１繊維束に含浸
させて巻き付ける。

【００４３】以上、説明する実施例４に係る成形方法に
よりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離の
解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。この理由
は、実施例１で述べた理由と同様である。なお、実施例
４の方法により成形したＦＲＰリングについても、図６
（ｂ）に示す実施例１と同様の観察結果が得られた。

【００４４】［実施例５、６］実施例５又は６に係るＦ
Ｗ法は、図４に示す機構を有するノズルの使用を除き、
それぞれ実施例２又は３と同様の条件で行った。実施例
５又は６では、それぞれ稼動ローラの移動又は巻き付け
速度の変化により、巻き付け工程が進むごとに第１繊維
束に含浸させる樹脂量を少なくしていくため、図５
（ｂ）に示した樹脂量の関係となる。すなわち、ＦＲＰ
リングの外側ほど少量の樹脂を含浸させた第１繊維束を
有する第３繊維束を巻き付ける。

【００４５】以上、説明する実施例５及び６に係る成形
方法によりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間
剥離の解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。こ
の理由は、それぞれ実施例２又は３で述べた理由と同様
である。なお、実施例５及び６の方法により成形したＦ
ＲＰリングについても、図６（ｂ）に示す実施例１と同
様の観察結果が得られた。

【００４６】［実施例７］図７は、本発明の実施例７に
係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装置の概略外観図であ
る。以下、図７に基づいて実施例７に係るＦＷ法の説明
をする。ロービング７０１は繊維束７１０を円筒状に巻
き取ったものである。このロービング７０１から繊維束
７１０を供給すると共に、支持棒７０６に固定したマン
ドレル７０４を回転させることにより、繊維束７１０を
マンドレル７０４に巻き付けていく。このとき、単に繊
維束７１０をマンドレル７０４に巻き付けるのではな
く、以下のようにして巻き付けていく。

【００４７】図７に示すＦＲＰ成形装置では、樹脂槽７
２０が上下に移動（「樹脂槽の動き」７２２参照）する
ようになっており、移動後の樹脂槽７２１中を繊維束７
１０が通過しないようになっている。すなわち、実施例
７では、繊維束７１０をマンドレル７０４に巻き付ける
際に、樹脂槽７２０を一定間隔で上下させ、樹脂槽７２
０を通過させた繊維束７１０と通過させない繊維束７１
０の巻き付けを交互に行った。樹脂槽７２０を上下させ
るタイミングとしては、実施例７では、ノズル７０２が
マンドレル７０４の一方向、すなわちマンドレル７０４
の右端から左端又は左端から右端を巻き終えるごとに上
下させるようにした。更に、巻き付け形態はヘリカルタ
イプの巻き付け形態のみ、マンドレル１０４の回転速
度、すなわち巻き付け速度Ｖ１は一定速度として、全て
の巻き付け工程を行った。

【００４８】図５（ｃ）及び（ｄ）は、繊維束７１０を
マンドレル７０４に巻き付ける際に、マンドレル７０４
の外表面に成形されるＦＲＰリングの内側となる部分
（マンドレル１０４の表面に近い部分）を巻き付けると
きから、外側となる部分（マンドレル１０４の表面から
遠い部分）を巻き付けるときまでの繊維束７１０に含浸
させる樹脂量の変化を示したグラフである。実施例７で
は、巻き付け速度Ｖ７を一定とし、樹脂槽７２０を通過
させる繊維束７１０と通過させない繊維束７１０を交互
に巻き付けるため、同図（ｃ）に示した樹脂量の関係と
なる。すなわち、前記内側又は外側の巻き付けに関係な
く、一定量の樹脂を含浸させた繊維束７１０と含浸させ
ていない繊維束７１０を一定間隔で交互に巻き付けてい
く。

【００４９】以上、説明する実施例７に係る成形方法に
よりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離の
解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。これは以
下の理由によるものと考えられる。

【００５０】すなわち、樹脂槽７２０を通過させた繊維
束７１０に含まれる比較的多くの樹脂が、樹脂槽７２０
を通過させない繊維束７１０に補充される結果、ＦＲＰ
リング全体として適当な樹脂量となるように制御するこ
とができたため、樹脂のはみ出しを防止し前記包帯効果
等の発生を防ぐことができたと考えられる。なお、実施
例７の方法により成形したＦＲＰリングについても、図
６（ｂ）に示す実施例１と同様の観察結果が得られた。

【００５１】［実施例８］図８は、本発明の実施例８に
係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装置の概略外観図であ
る。図７に示す実施例７に係るＦＷ法を実施するＦＲＰ
成形装置との違いは、繊維束８１０の樹脂槽８２０を通
過する時間を変化させるための可動ローラ８１６が設け
られていることである。すなわち、樹脂槽８２０を通過
する繊維束８１０の軌道を可動ローラ８１６により変化
させ（「移動後の繊維束の軌道」８１３参照）、樹脂槽
８２０中の通過時間を変えることにより、繊維束８２０
に含浸させる樹脂量を制御することができる。

【００５２】実施例８に係るＦＷ法を詳細に説明する
と、繊維束８１０をマンドレル８０４に巻きつける際
に、ノズル８０２がマンドレル８０４の一方向、すなわ
ちマンドレル８０４の右端から左端又は左端から右端を
巻き終えるごとに、樹脂槽８２０を上下させ、樹脂槽８
２０を通過させた繊維束８１０と通過させない繊維束８
１０の巻き付けを交互に行うと共に、可動ローラ８１６
を移動させ繊維束８１０に含浸させる樹脂量を徐々に少
なくしていく。なお、巻き付け形態及び巻き付け速度Ｖ
８は実施例７と同様であり、ヘリカルタイプの形態のみ
及び速度Ｖ８を一定速度として、全ての巻き付け工程を
行った。

【００５３】実施例８では、一定間隔で樹脂槽８２０を
上下させ、更に可動ローラ８１６を移動させるため、図
５（ｄ）に示した樹脂量の関係となる。すなわち、ＦＲ
Ｐリングの外側ほど少量の樹脂を含浸させた繊維束８１
０と樹脂を含浸させていない繊維束８１０とを一定間隔
で交互に巻き付けていく。

【００５４】以上、説明する実施例８に係る成形方法に
よりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離の
解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。これは以
下の理由によるものと考えられる。

【００５５】すなわち、樹脂槽８２０を通過させた繊維
束８１０に含まれる比較的多くの樹脂が、樹脂槽８２０
を通過させない繊維束８１０に補充されると共に、ＦＲ
Ｐリングの内側に巻き付けられた繊維束８１０に含まれ
る比較的多くの樹脂が、巻き付け工程の進行に伴い、外
部の比較的樹脂量の少ない繊維束８１０に補充される結
果、ＦＲＰリング全体として適当な樹脂量となるように
制御することができたため、樹脂のはみ出しを防止し前
記包帯効果等の発生を防ぐことができたと考えられる。
なお、実施例８の方法により成形したＦＲＰリングにつ
いても、図６（ｂ）に示す実施例１と同様の観察結果が
得られた。

【００５６】［実施例９］実施例９に係るＦＷ法を実施
するＦＲＰ成形装置は、装置構成としては、図７に示す
ＦＲＰ成形装置と同様である。よって、図７に基づいて
実施例９に係るＦＷ法を説明する。実施例９では、繊維
束７１０をマンドレル７０４に巻き付ける際に、ノズル
７０２がマンドレル７０４の一方向、すなわちマンドレ
ル７０４の右端から左端又は左端から右端を巻き終える
ごとに、樹脂槽７２０を上下させ、樹脂槽７２０を通過
させた繊維束７１０と通過させない繊維束７１０の巻き
付けを交互に行うと共に、巻き付け速度Ｖ７を段階的に
速くし、繊維束７１０に含浸させる樹脂量を徐々に少な
くしていく。なお、巻き付け形態は実施例７と同様のヘ
リカルタイプの巻き付け形態のみとした。

【００５７】実施例９では、一定間隔で樹脂槽７２０を
上下させ、更に巻き付け速度Ｖ７を速くするため、図５
（ｄ）に示した樹脂量の関係となる。すなわち、ＦＲＰ
リングの外側ほど少量の樹脂を含浸させた繊維束７１０
と樹脂を含浸させていない繊維束７１０とを一定間隔で
交互に巻き付けていく。

【００５８】以上、説明する実施例９に係る成形方法に
よりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離の
解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。この理由
は、実施例８で述べた理由と同様である。なお、実施例
９の方法により成形したＦＲＰリングについても、図６
（ｂ）に示す実施例１と同様の観察結果が得られた。

【００５９】次に、実施例１０〜１２について説明す
る。実施例１０は実施例７を、実施例１１は実施例８
を、実施例１２は実施例９を基本として、それぞれ巻き
付け形態のみを変更したＦＷ法である。すなわち、実施
例７〜９におけるヘリカルタイプの巻き付け形態に代え
て、実施例１０〜１２においてはヘリカルタイプ及びパ
ラレルタイプ（図１２参照）の巻き付け形態を交互に行
った。

【００６０】［実施例１０］図９は、実施例１０に係る
ＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装置の概略外観図である。
図９に基づいて実施例１０に係るＦＷ法を説明する。前
述するように、実施例１０に係るＦＷ法では、巻き付け
形態として、ヘリカルタイプ及びパラレルタイプ（図１
２参照）の巻き付け形態を交互に行う。すなわち、実施
例１０では、ノズル９０２がマンドレル９０４の一方
向、すなわちマンドレル９０４の右端から左端又は左端
から右端を巻き終えるごとに、樹脂槽９２０を上下さ
せ、樹脂槽９２０を通過させた繊維束９１０と通過させ
ない繊維束９１０との巻き付けを交互に行うと共に、ノ
ズル９０２の移動速度を変化させ、前記二つのタイプの
巻き付け形態により巻き付けを行った。

【００６１】例えば、図９において、ノズル９０２がマ
ンドレル９０４の左端から右端を巻き付けるときは、樹
脂槽９２０を通過させた繊維束９１０を比較的低速でノ
ズル９０２を移動させることによりパラレルタイプの巻
き付けを行う。次に、右端から左端を巻き付けるとき
は、前記パラレルタイプの巻き付けを行った上に、樹脂
槽９２０を通過させない繊維束９１０を比較的高速でノ
ズル９０２を移動させることによりヘリカルタイプの巻
き付けを行う。

【００６２】実施例１０では、実施例７と同様に巻き付
け速度Ｖ９を一定とし、樹脂槽９２０を通過させる繊維
束９１０と通過させない繊維束９１０を交互に巻き付け
るため、図５（ｃ）に示した樹脂量の関係となる。すな
わち、前記内側又は外側の巻き付けに関係なく、一定量
の樹脂を含浸させた繊維束７１０と含浸させていない繊
維束７１０を一定間隔で交互に巻き付けていく。

【００６３】以上、説明する実施例１０に係る成形方法
によりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離
の解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。この理
由は、実施例７で述べた理由と同様である。更に、実施
例１０では、複数の巻き付け形態によりＦＲＰリングを
成形しているため、曲げやねじりに対する強度も向上さ
せることができた。なお、実施例１０の方法により成形
したＦＲＰリングについても、図６（ｂ）に示す実施例
１と同様の観察結果が得られた。

【００６４】［実施例１１］図１０は、実施例１１に係
るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装置の概略外観図であ
る。図１０に基づいて実施例１１に係るＦＷ法を説明す
る。前述するように、実施例１１に係るＦＷ法は、巻き
付け形態を除き、実施例８と同様の条件で行った。すな
わち、実施例１１では、ノズル１００２がマンドレル１
００４の一方向、すなわちマンドレル１００４の右端か
ら左端又は左端から右端を巻き終えるごとに、以下３つ
の制御を行った。一つ目に、樹脂槽１０２０を上下さ
せ、樹脂槽１０２０を通過させた繊維束１０１０と通過
させない繊維束１０１０との巻き付けを交互に行った。
二つ目に、ノズル１００２の移動速度を変化させ、前記
二つのタイプの巻き付け形態により巻き付けを行った。
三つ目に、可動ローラ１０１６を移動させ、繊維束１０
１０に含浸させる樹脂量を徐々に少なくした。

【００６５】実施例１１では、一定間隔で樹脂槽１０２
０を上下させ、更に可動ローラ１０１６を移動させるた
め、図５（ｄ）に示した樹脂量の関係となる。すなわ
ち、ＦＲＰリングの外側ほど少量の樹脂を含浸させた繊
維束１０１０と樹脂を含浸させていない繊維束１０１０
とを一定間隔で交互に巻き付けていく。

【００６６】以上、説明する実施例１１に係る成形方法
によりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離
の解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。この理
由は、実施例８で述べた理由と同様である。更に、実施
例１１では、複数の巻き付け形態によりＦＲＰリングを
成形しているため、曲げやねじりに対する強度も向上さ
せることができた。なお、実施例１１の方法により成形
したＦＲＰリングについても、図６（ｂ）に示す実施例
１と同様の観察結果が得られた。

【００６７】［実施例１２］図９に基づいて実施例１２
に係るＦＷ法を説明する。前述するように、実施例１２
に係るＦＷ法は、巻き付け形態を除き、実施例９と同様
の条件で行った。すなわち、実施例１２では、ノズル９
０２がマンドレル９０４の一方向、すなわちマンドレル
９０４の右端から左端又は左端から右端を巻き終えるご
とに、以下３つの制御を行った。一つ目に、樹脂槽９２
０を上下させ、樹脂槽９２０を通過させた繊維束９１０
と通過させない繊維束９１０との巻き付けを交互に行っ
た。二つ目に、ノズル９０２の移動速度を変化させ、前
記二つのタイプの巻き付け形態により巻き付けを行っ
た。三つ目に、巻き付け速度Ｖ９を変化させ、繊維束９
１０に含浸させる樹脂量を徐々に少なくした。

【００６８】実施例１２では、一定間隔で樹脂槽９２０
を上下させ、更に巻き付け速度Ｖ９を変化させるため、
図５（ｄ）に示した樹脂量の関係となる。すなわち、Ｆ
ＲＰリングの外側ほど少量の樹脂を含浸させた繊維束９
１０と樹脂を含浸させていない繊維束９１０とを一定間
隔で交互に巻き付けていく。

【００６９】以上、説明する実施例１２に係る成形方法
によりＦＲＰを成形した結果、前記包帯効果や層間剥離
の解消された肉厚のＦＲＰを得ることができた。この理
由は、実施例９で述べた理由と同様である。更に、実施
例１２では、複数の巻き付け形態によりＦＲＰリングを
成形しているため、曲げやねじりに対する強度も向上さ
せることができた。なお、実施例１２の方法により成形
したＦＲＰリングについても、図６（ｂ）に示す実施例
１と同様の観察結果が得られた。

【００７０】以上、本発明に係る実施例を説明したが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本
発明は、以下に列挙する５つの要素の組み合わせにより
構成される。すなわち、本発明は、第１要素である「樹
脂を含浸させない繊維束を、樹脂を含浸させる繊維束と
共に巻き付けるか否か」、第２要素である「樹脂を含浸
させた繊維束について、巻き付け工程の進行とともに樹
脂量を少なくしていくか、又は一定にするか」、第３要
素である「樹脂を含浸させた繊維束について、樹脂は常
に付いているか、又は樹脂を含浸させる部分と含浸させ
ない部分とを交互に有するか」、第４要素である「樹脂
を含浸させない繊維束を、樹脂を含浸させる繊維束と共
に巻き付ける場合に、樹脂を含浸させる繊維束の周囲に
含浸させない繊維束が合糸されているか、又は単純に合
糸されているか」、第５要素である「繊維束をマンドレ
ルに巻き付ける際に、複数の巻き付け形態を併用してい
るか否か」の５つの要素の組み合わせである。これらの
要素は互いに独立であり、どのような組み合わせによっ
ても、実施例と同様の効果を得ることができる。

【００７１】例えば、前記実施例１は、第１要素として
「樹脂を含浸させない繊維束を、樹脂を含浸させる繊維
束と共に巻き付ける」、第２要素として「樹脂を含浸さ
せた繊維束について、巻き付け工程の進行に対して樹脂
量を一定にする」、第３要素として「樹脂を含浸させた
繊維束について、樹脂を常に付ける」、第４要素として
「樹脂を含浸させる繊維束と含浸させない繊維束とを単
純に合糸する」、第５要素として「複数の巻き付け形態
を併用しない」という組み合わせにした実施例である。

【００７２】なお、繊維束に含浸させる樹脂としては、
成形品の必要性等に応じてどのような樹脂を使ってもよ
く、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ＵＶ硬化性
樹脂等を使用することができる。

【００７３】また、繊維束としては、成形品の必要性等
に応じてどのような繊維束を使ってもよく、例えば、ガ
ラス繊維、等を使用することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明では、ＦＲＰ成形品の製造方法に
おいて、樹脂を含浸させた繊維束と樹脂を含浸させない
繊維束とを単独でもしくは合糸した繊維束としてマンド
レルに巻き付ける。これにより、樹脂を含浸させた繊維
束に含まれる比較的多くの樹脂を樹脂を含浸させない繊
維束に分配し、マンドレルに巻き付ける繊維束全体とし
て適当な樹脂量となるように制御することができるた
め、樹脂のはみ出しを防止し包帯効果及び層間剥離の発
生を防ぐことができる。また、前記問題が発生しないた
め、マルチリング方式によらずに、一回の巻き付け成形
によって肉厚のＦＲＰ成形品を作製することができる。

【００７５】他の発明では、ＦＲＰ成形品の製造方法に
おいて、樹脂を繊維束に一定間隔で含浸させることによ
り、樹脂を含浸させた部分と樹脂を含浸させない部分と
を交互に有する繊維束をマンドレルに巻き付ける。これ
により、樹脂を含浸させた部分の繊維束に含まれる比較
的多くの樹脂を、樹脂を含浸させない部分の繊維束に分
配し、マンドレルに巻き付ける繊維束全体として適当な
樹脂量となるように制御することができるため、樹脂の
はみ出しを防止し包帯効果及び層間剥離の発生を防ぐこ
とができる。

【００７６】更に、繊維束に含浸させる樹脂量、樹脂を
含浸させた繊維束に対する樹脂を含浸させない繊維束の
相対量、または樹脂を含浸させた部分の樹脂量を変化さ
せ、マンドレルに巻き付ける繊維束全体に含まれる樹脂
量を調整することにより、同様に樹脂のはみ出しを防止
し包帯効果及び層間剥離の発生を防ぐことができる。

【００７７】更に、マンドレルに繊維束を巻き付ける際
に複数の巻き付け形態を併用することにより、曲げやね
じりに対する強度を向上させた成形品とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装
置の概略外観図である。

【図２】実施例１に係るノズルの機構を示した図であ
り、（ａ）はノズル内部の概略図、（ｂ）は（ａ）を立
体的に見た概略図、（ｃ）は（ａ）のＡ部を繊維軸方向
から見た断面図である。

【図３】実施例２に係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装
置の概略外観図である。

【図４】（ａ）は、実施例４から６に係るＦＷ法におい
て使用するノズルのＡ部（図２（ａ）参照）を繊維軸方
向から見た断面図であり、（ｂ）は、当該ノズルにより
合糸された第３繊維束の断面図である。

【図５】図５は、繊維束に含浸される樹脂量とＦＲＰリ
ングの巻き付け工程の進行度との関係図である。

【図６】（ａ）は従来の方法、（ｂ）は実施例１の方法
により成形したＦＲＰリングの断面写真である。

【図７】実施例７に係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装
置の概略外観図である。

【図８】実施例８に係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装
置の概略外観図である。

【図９】実施例１０に係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成形
装置の概略外観図である。

【図１０】実施例１１に係るＦＷ法を実施するＦＲＰ成
形装置の概略外観図である。

【図１１】従来のＦＷ法を実施するＦＲＰ成形装置の概
略外観図である。

【図１２】ＦＷ法による繊維の巻付け形態の一例を示し
た巻付け形態図である。

【符号の説明】

１０２ノズル１０４マンドレル１１０第１繊維束１１１第２繊維束１１２第３繊維束１１５ローラ１２０樹脂槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F205 AD16 AH04 AH81 HA02 HA23 HA32 HA37 HA46 HA47 HB01 HF01 HF05 HF46 HK02 HK19 HL12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂を含む繊維束をマンドレルに巻き付
けることにより成形するＦＲＰ成形品の製造方法におい
て、樹脂を含浸させた繊維束と樹脂を含浸させない繊維束と
を巻き付けることを特徴とするＦＲＰ成形品の製造方
法。
【請求項２】樹脂を含む繊維束をマンドレルに巻き付
けることにより成形するＦＲＰ成形品の製造方法におい
て、樹脂を含浸させた繊維束と樹脂を含浸させない繊維束と
を合糸することにより得られる繊維束を巻き付けること
を特徴とするＦＲＰ成形品の製造方法。
【請求項３】樹脂を含む繊維束をマンドレルに巻き付
けることにより成形するＦＲＰ成形品の製造方法におい
て、繊維束をマンドレルに巻き付ける際に、樹脂を繊維束に
一定間隔で含浸させることにより、樹脂を含浸させた部
分と樹脂を含浸させない部分とを交互に巻き付けること
を特徴とするＦＲＰ成形品の製造方法。
【請求項４】樹脂を含む繊維束をマンドレルに巻き付
けることにより成形するＦＲＰ成形品の製造方法におい
て、繊維束をマンドレルに巻き付ける際に、繊維束に含浸さ
せる樹脂の量を徐々に少なくしていくことを特徴とする
ＦＲＰ成形品の製造方法。
【請求項５】請求項１ないし３のいずれかに記載のＦ
ＲＰ成形品の製造方法において、繊維束をマンドレルに
巻き付ける際に、繊維束に含浸させる樹脂の量を徐々に
少なくしていくことを特徴とするＦＲＰ成形品の製造方
法。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載のＦ
ＲＰ成形品の製造方法において、複数の巻き付け形態を
併用することを特徴とするＦＲＰ成形品の製造方法。
【請求項７】請求項５に記載のＦＲＰ成形品の製造方
法において、前記繊維束に樹脂を含浸させる方法が一定
距離の樹脂中を通過させることにより含浸させる方法で
あって、前記含浸させる樹脂の量を少なくする方法が、
繊維束の樹脂中における通過距離を短くすること又は繊
維束の巻き付け速度を速くすることにより樹脂量を少な
くする方法であることを特徴とするＦＲＰ成形品の製造
方法。
【請求項８】請求項６に記載のＦＲＰ成形品の製造方
法において、前記巻き付け形態が、パラレル巻き、ヘリ
カル巻き、レベル巻き、ポーラ巻きからなる群から選ば
れるいずれかの巻き付け形態であることを特徴とするＦ
ＲＰ成形品の製造方法。
【請求項９】請求項１又は２に記載のＦＲＰ成形品の
製造方法において、樹脂を含浸させた繊維束に対する樹
脂を含浸させない繊維束の量を変化させることにより、
巻き付ける繊維束の全体に含まれる樹脂量を調整するこ
とを特徴とするＦＲＰ成形品の製造方法。
【請求項１０】請求項２に記載のＦＲＰ成形品の製造
方法において、マンドレルに巻き付けられる繊維束が、
樹脂を含浸させた繊維束の周囲に樹脂を含浸させない繊
維束を配置し、合糸することにより得られる繊維束であ
ることを特徴とするＦＲＰ成形品の製造方法。
【請求項１１】請求項１ないし１０のいずれかに記載
のＦＲＰ成形品の製造方法により成形されるＦＲＰ成形
品。
【請求項１２】請求項１１に記載のＦＲＰ成形品にお
いて、前記ＦＲＰ成形品がフライホイールであることを
特徴とするＦＲＰ成形品。