繊維強化合成樹脂ボビン
【課題】安価でありながらも、寸法精度に優れ、しかも、軽量で強度に優れている繊維強化合成樹脂ボビンの提供を課題としている。
【解決手段】円筒形状を有する繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンであって、前記繊維強化合成樹脂パイプが連続引き抜きフィラメントワインディング法により形成されていることを特徴とする繊維強化合成樹脂ボビンを提供する。
【解決手段】円筒形状を有する繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンであって、前記繊維強化合成樹脂パイプが連続引き抜きフィラメントワインディング法により形成されていることを特徴とする繊維強化合成樹脂ボビンを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化合成樹脂ボビンに関し、特に、円筒形状を有する繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合成樹脂を繊維で強化した繊維強化合成樹脂（以下「ＦＲＰ」ともいう）は、合成樹脂の軽量さと、繊維による強靭さとを併せ持つことから種々の用途に用いられている。
このＦＲＰにおいては、繊維方向と並行する方向に加えられた力に対して特に繊維の補強効果が大きく発揮されることとなる。
そのため、繊維強化合成樹脂板（ＦＲＰ板）や繊維強化合成樹脂パイプ（ＦＲＰパイプ）においては、繊維方向を複数方向とすべく、繊維が適当な長さにカットされシート化された不織布や織布に樹脂が含浸されて形成されたものが用いられたり、あるいは繊維方向が一方向に合成樹脂中に備えられている繊維強化樹脂層を複数積層させ、しかも、互いの繊維方向を交差させるように積層させて、全体として繊維が縦横に交差している状態となるように形成されたものが用いられたりしている。
また、従来、ＦＲＰ板やＦＲＰパイプは、不織布や織布が用いられてなる繊維強化樹脂層と繊維が一方向に用いられてなる繊維強化樹脂層とが積層されて形成されたりもしている。
【０００３】
このようなＦＲＰパイプは、ガラスロービングなどの連続した繊維にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させてマンドレルと呼ばれる芯体の上に巻き重ねたものを、このマンドレルごと加熱炉に入れて熱硬化性樹脂を硬化させた後にマンドレルを取り除くフィラメントワインディング法と呼ばれる方法や、ガラス不織布やガラスマットなどのシート状に形成された繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたものをマンドレルに巻きつけて上記と同様に熱硬化させるシートワインディング法や、マンドレルの一端部側において熱硬化性樹脂を含浸させたガラスロービングやガラスマットを巻きつけて筒形状に形成させ、この筒形状に形成されたものをマンドレルの他端側に配された加熱炉を通過させて引き抜くなどして連続的に熱硬化されたパイプを製造する連続引き抜き法や連続引き抜きフィラメントワインディング法などの方法が用いられて形成されている。
【０００４】
このフィラメントワインディング法は、ガラスロービングなどの連続した繊維をＦＲＰパイプの周方向や長手方向に備えた繊維強化樹脂層を複数積層させてＦＲＰパイプを製造することができ、寸法精度に優れたＦＲＰパイプを、シートワインディング法などに比べて軽量且つ高強度形成させることができ、下記特許文献１には、連続引き抜きフィラメントワインディング法により、内周側から外周側への五層の積層構造（特許文献１の図１参照）が形成された繊維強化合成樹脂パイプをケーブル保護管に用いることが記載されている。この特許文献１のＦＲＰパイプは、最内層側にＦＲＰパイプの長手方向に沿って繊維を延在させた繊維強化樹脂層である縦方向繊維層が形成され、その外周側に、連続した繊維がＦＲＰパイプの円周方向にスパイラル状に巻回された繊維強化樹脂層である横巻繊維層が積層されてこの縦方向繊維層と横巻繊維層とで繊維方向を直交させている。また、この横巻繊維層の外周側に、さらに縦方向繊維層、マットまたはクロス繊維層、表面層の三層が積層されて前述のように五層の積層構造に形成されている。
【０００５】
また、下記特許文献２には、樹脂シート、樹脂フィルム、紙などの半製品を巻き取って保持するための巻芯である繊維強化合成樹脂ボビンの製造方法が記載されている。この特許文献２においては、これらの半製品を巻きつける部分となる繊維強化合成樹脂ボビンのコア材部分の形成を、芯金の外周に樹脂を付着させた強化繊維を巻き付けて、これを硬化炉に入れて硬化させた後に芯金を引き抜くことにより中空円筒体を得るフィラメントワインディング法に比べて安価に中空円筒体を作製することのできるシートモールディング（シートワインディング）法を用いて実施することが記載されている。
【０００６】
この繊維強化合成樹脂ボビンは、通常、長尺物を巻きとるべく用いられることから、この繊維強化合成樹脂ボビンのコア材は、高い真円度が求められている。また、繊維強化合成樹脂ボビンは、軽量でありながらも、前記コア材が、半製品の保管中に変形したりしないように高い強度を有していることも求められている。
さらには、安価に製造されることも求められている。
しかし、従来の繊維強化合成樹脂ボビンは、その要望を十分満足させるものとはなっていない。例えば、特許文献２に記載されているようなシートワインディング法では、一般的なフィラメントワインディング法に比べて安価にコア材を形成することが可能ではあるもののバッチ式の製造方法となるため、製造に手間がかかり、さらなる低コスト化は困難である。しかも、シートワインディング法では、軽量さと高強度との両方の要望を一度に満足させることが困難である。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３３６８３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１４５９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、安価でありながらも、寸法精度に優れ、しかも、軽量で強度に優れている繊維強化合成樹脂ボビンの提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、繊維強化合成樹脂ボビンに用いられる繊維強化合成樹脂パイプの製造方法に着目して、鋭意検討を行った結果、所定の製造方法で形成された繊維強化合成樹脂パイプを用いることで寸法精度に優れ、しかも、軽量で強度に優れた繊維強化合成樹脂ボビンを安価に製造させ得ることを見出し本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、円筒形状を有する繊維強化合成樹脂パイプが用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンであって、前記繊維強化合成樹脂パイプが連続引き抜きフィラメントワインディング法により形成されていることを特徴とする繊維強化合成樹脂ボビンを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材に用いられる繊維強化合成樹脂パイプをフィラメントワインディング法により形成させることから、コア材をシートワインディング法により形成させる場合に比べて、寸法精度に優れたコア材を軽量で高強度に形成させ得る。しかも、フィラメントワインディング法として連続引き抜き法によるフィラメントワインディング法（連続引き抜きフィラメントワインディング法）を用いることから、繊維強化合成樹脂パイプを連続生産することができて、バッチ式生産となるシートワインディング法よりも安価に繊維強化合成樹脂パイプを製造させ得る。
したがって、このような繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンも安価なものとさせ得る。
すなわち、繊維強化合成樹脂ボビンを、安価でありながらも、寸法精度に優れ、しかも、軽量で強度に優れたものとさせ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について（添付図面に基づき）説明する。
まず、本実施形態における繊維強化合成樹脂ボビンは、コア材のみで形成されており、該コア材には、定尺に切断された繊維強化合成樹脂パイプ１０が用いられている。
この繊維強化合成樹脂パイプ１０は、図１に示すように、繊維と該繊維に含浸されている合成樹脂とが用いられて形成されている繊維強化樹脂層が内周側から外周側に向かって六層積層されて形成されており、しかも、この六層の構造が連続引き抜きフィラメントワインディング法により形成されている。
【００１２】
この六層の内、繊維強化合成樹脂パイプ１０の最内層と最外層には有機不織布が用いられて形成された繊維強化樹脂層である不織布層１，６が備えられており、内周側不織布層１の外周側で内周側不織布層１に接する層にはガラスクロスが用いられて形成された繊維強化樹脂層であるガラスクロス層２が備えられている。
このガラスクロス層２の外周側の次層の繊維強化樹脂層は、連続した繊維が繊維強化合成樹脂パイプの筒形状に沿ってスパイラル状に巻回されて形成されている横巻繊維層（内周側低角横巻繊維層）3であり、該横巻繊維層３の外周側には連続した繊維を繊維強化合成樹脂パイプの長手方向に沿って延在させて形成された繊維強化樹脂層である縦方向繊維層４が備えられている。
またこの縦方向繊維層４の外周側には、連続した繊維が筒形状に沿ってスパイラル状に巻回されて形成されている横巻繊維層（外周側低角横巻繊維層）５が備えられており、この横巻繊維層５の外周側に前記不織布層６が備えられている。
すなわち、繊維強化合成樹脂パイプ１０は、内周側から、不織布層１（内周側不織布層１）、ガラスクロス層２、横巻繊維層３（内周側低角横巻繊維層３）、縦方向繊維層４、横巻繊維層５（外周側低角横巻き繊維層５）、不織布層６（外周側不織布層６）の順に六層の繊維強化樹脂層が備えられている。
【００１３】
前記内周側不織布層１と前記外周側不織布層６とは、互いに同じ材料かあるいは異なった材料を用いて形成することができ、例えば、両者にガラス繊維などの無機繊維ではなくポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリウレタンなどの有機材料が用いられた有機不織布を用いることができ、前記内周側不織布層１は、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して０．５〜５％の厚さに形成され、前記外周側不織布層６は、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して０．５〜５％の厚さに形成される。
この内周側不織布層１、外周側不織布層６に含浸させる樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂あるいはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができ、これらの熱硬化性樹脂は、メラミン変性やゴム変性などの各種の変性がされたものであってもよい。
【００１４】
前記ガラスクロス層２のガラスクロスには、例えば、ガラスヤーンを製織したものや、ガラスロービングを製織したガラスロービングクロスなどとも呼ばれるものなどを使用することができ、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して０．５〜１０％の厚さに形成される。
このガラスクロス層に含浸させる樹脂も、前記内周側不織布層１に含浸させる樹脂と同様に、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂あるいはそれらの変性樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００１５】
前記横巻繊維層３，５は、いずれもスパイラル状に巻回されている繊維が１０度以下の低角度で巻回されている低角横巻繊維層である。
この繊維の巻回される角度とは、本明細書中においては、繊維強化合成樹脂パイプ１０の断面方向とスパイラル状に巻きつけられている繊維の巻き付け方向とがなす角度を意図しており、繊維強化合成樹脂パイプ１０を水平に配置して側方から観察した場合に、繊維強化合成樹脂パイプ１０上端部での繊維の位置と下端部での繊維の位置とを結んだ直線と垂直線とがなす角度を測定することにより求めることができる角度を意図している。
【００１６】
この内周側低角横巻繊維層３および外周側低角横巻繊維層５も互いに同じ材料あるいは異なった材料を用いて形成することができ、使用される繊維は、一般に繊維強化合成樹脂パイプに用いられる繊維を使用することができる。このような繊維としては、たとえば、ガラス繊維、カーボン繊維、珪素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、金属ウイスカなどが挙げられる。これらの繊維は、好ましくは、ロービングなどの連続繊維として使用される。ロービングとして使用する場合には、その太さが、２８０〜１６０００ＴＥＸ（ｇ／ｋｍ）であることが好ましい。２８０ＴＥＸ（ｇ／ｋｍ）未満、すなわち細過ぎると、フィラメントワインディング法によって巻回するときに、厚みが出ずに時間がかかって生産性が低下する場合がある。また、１６０００ＴＥＸ（ｇ／ｋｍ）を越える、すなわち太過ぎると、樹脂にクラックが発生する場合がある。生産性と作業性を考えると、ガラス繊維の場合は１１００〜９６００ＴＥＸ（ｇ／ｋｍ）が望ましい。
これらのうち、好ましくは、ガラス繊維が挙げられ、より具体的には、ガラスロービングが好ましい。ガラスロービングを使用することにより、強度の向上を図りつつ、コストの低減を図ることができる。
【００１７】
この内周側低角横巻繊維層３および外周側低角横巻繊維層５の繊維に含浸させる樹脂も、前記内周側不織布層１に含浸させる樹脂と同様に、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂あるいはそれらの変性樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができ、この内周側低角横巻繊維層３の厚さは、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して５〜５０％とされ、外周側低角横巻繊維層５の厚さは繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して５〜５０％とされる。
【００１８】
この内周側低角横巻繊維層３と外周側低角横巻繊維層５との厚さは、繊維強化合成樹脂パイプ１０に外力に対する優れた強度を発揮させ得る点において、それぞれ繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して３５％以上の厚さに形成されていることが好ましい。
また、繊維強化合成樹脂パイプに外側から加えられた力に対する反発力を外周側低角横巻繊維層と内周側低角横巻繊維層とにバランスよく配分させることができ、繊維強化合成樹脂パイプ１０の強度を低下させてしまうというおそれを抑制させ得る点において、これらの内周側低角横巻繊維層３と外周側低角横巻繊維層５とに用いられる繊維強化合成樹脂パイプ１０の単位長さあたりのガラス繊維量は、（内周側低角横巻繊維層のガラス繊維量：外周側低角横巻繊維層のガラス繊維量）が１０：９０〜９０：１０（重量比）とされることが好ましい。
【００１９】
前記縦方向繊維層４の繊維も内周側低角横巻繊維層３に用いた繊維と同様に、例えば、ガラスロービングやガラスヤーンなどの引き束ねられた連続したガラス繊維を使用でき、縦方向繊維層４にはこれらのガラス繊維が繊維強化合成樹脂パイプ１０の長手方向に縦添えされた状態で備えられている。
この縦方向繊維層４の繊維に含浸させる樹脂も、前記内周側不織布層１に含浸させる樹脂と同様に、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂あるいはそれらの変性樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができ、この縦方向繊維層４の厚さは、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して５〜５０％とされる。
なお、この縦方向繊維層４は、繊維強化合成樹脂パイプ１０に外側から加えられた力を外周側低角横巻繊維層５の内周側で十分に周方向に分散させて内周側低角横巻繊維層３に伝達させることができ、外周側低角横巻繊維層５と内周側低角横巻繊維層３とにおける応力集中を十分抑制させ得る点において繊維強化合成樹脂パイプ１０の全体厚さの１０％以上の厚さに形成されていることが好ましい。
【００２０】
次いで、有機不織布、ガラスクロス、ガラスロービングが用いられて不織布層１、ガラスクロス層２、内周側低角横巻繊維層３、縦方向繊維層４、外周側低角横巻き繊維層５、不織布層６の六層の繊維強化樹脂層が形成されている繊維強化合成樹脂パイプ１０の製造方法について説明する。
前記繊維強化合成樹脂パイプ１０は、連続引き抜きフィラメントワインディング法により製造する。この連続引き抜きフィラメントワインディング法においては、図２に示すように、マンドレル２０の一端部側において未硬化状態の熱硬化性樹脂を含浸させたガラスロービングやガラスクロス、あるいは、ガラス不織布などによりマンドレル２０上に筒形状の積層体Ｘ1を形成し、該積層体を加熱金型３０に導入して該加熱金型２０により整形するとともに熱硬化性樹脂の加熱硬化を行い加熱硬化された積層体Ｘ2（繊維強化合成樹脂パイプ１０）を形成した後、この繊維強化合成樹脂パイプ１０を引取りロール４０により引き取りつつ定尺カッター５０で定尺切断させて繊維強化合成樹脂ボビンのコア材としている。
【００２１】
なお、このとき用いる加熱金型３０としては、繊維強化合成樹脂パイプの外径とほぼ同じかわずかに径小な内径を有する円筒状内面を有し、該円筒状内面により繊維強化合成樹脂パイプを加熱硬化させるとともに外形成形を行うべく内部に加熱手段が内蔵され、滑らかな内周面を有しており、前記マンドレル２０の他端は、この加熱金型３０の出口に達する位置にまで延在されて配されている。そして、この加熱金型３０とマンドレル２０との間のクリアランスを前記硬化前の積層体Ｘ1の断面積よりも小さな面積となるように調整することにより前記硬化前の積層体Ｘ1を硬化時に加圧状態とさせる。
【００２２】
このことにより、繊維間に合成樹脂をより確実に含浸させることができ、例えば、繊維強化合成樹脂パイプ中に繊維間の合成樹脂の含浸が不十分な個所が形成されることを抑制できて繊維強化合成樹脂パイプ全体の強度を均一なものとさせ得る。
しかも、この加圧状態での熱硬化を行うことで各層の繊維同士が密接された状態で合成樹脂が熱硬化されることから繊維強化合成樹脂パイプの強度をよりいっそう向上させることができる。
すなわち、このようにして加圧状態での熱硬化を行うことで全体的に均一な強度を有し、しかも従来のものよりも高い強度を有する繊維強化合成樹脂パイプを製造させることができ、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材部分を均質で強度に優れたものとさせ得る。
このような点において、この加熱金型３０とマンドレル２０との間のクリアランスを調整するなどして、硬化前の積層体Ｘ1の体積を１００％としたときにこの加熱金型３０とマンドレル２０との間の面積が９７％以下となるようにして繊維強化合成樹脂パイプを製造することが好ましい。
【００２３】
また、このときの加熱金型３０とマンドレル２０とのクリアランス調整により製造される繊維強化合成樹脂パイプの偏肉調整もシートワインディング法などのような分割式の金型を用いる場合よりも容易である。しかも、分割式の金型を用いた場合のように繊維強化合成樹脂パイプの表面にバリやシームラインが形成されるおそれもなく、寸法精度に優れた繊維強化合成樹脂ボビンを容易に製造させ得る。
【００２４】
この図２において、６０はエポキシ樹脂浴、７０は縦方向繊維層用のガラスロービングを、８０，８５は横巻繊維層用のガラスロービングを、９０，９５は、有機不織布を１００は、ガラスクロスをそれぞれ示し、上記引取りロール４０による硬化後の積層体Ｘ2の引取りにともない各材料が繰り出され、それぞれがエポキシ樹脂浴６０で浸漬含浸され、マンドレル２０の全周上に縦添えされるか、または周方向に横巻されて未硬化の合成樹脂（エポキシ樹脂）の含浸された積層体Ｘ1が形成され、この未硬化の積層体Ｘ1を加熱金型３０通過の間に外形整形するとともに樹脂硬化して、硬化後の積層体Ｘ2を引取りロール４０で引き取り、定尺カッター５０で定尺切断する。
【００２５】
すなわち、マンドレル２０上にエポキシ樹脂に含浸させた有機不織布を縦添えし、その外周側にエポキシ樹脂に含浸させたガラスクロスを縦添えして積層する。そのガラスクロス上にエポキシ樹脂に含浸させたガラスロービングをスパイラル状に巻回して積層させたものにエポキシ樹脂に含浸させたガラスロービングを縦添えして、さらにエポキシ樹脂に含浸させたガラスロービングをスパイラル状に巻回して積層する。その外周側に、さらに有機不織布を積層して積層体Ｘ1を形成した後に、加熱金型３０を通過させて外形成形するとともに樹脂を硬化させて、硬化後の積層体Ｘ2を引取りロール４０で引き取って繊維強化合成樹脂パイプを製造し、この製造された繊維強化合成樹脂パイプを定尺カッター５０で定尺切断して繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造する。
このとき、硬化前の積層体Ｘ1の外径よりも小さな内径を有する加熱金型３０を用いて該加熱金型３０に積層体Ｘ1を通過させる。またこのとき、積層体Ｘ1の外径と加熱金型３０の内径との差や引取り速度などの製造条件により積層体Ｘ1に加わる圧力ならびに加熱時間を調整することができる。
【００２６】
なお、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂ボビンをコア材のみで形成されている場合を例に説明したが、要すれば、コア材の両端部に鍔部を形成させたものであってもよく、また、コア材の外周側にさらに表面材などの部材を積層させる場合も本発明の意図する範囲である。
【００２７】
また、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂パイプの強度をより一層向上させて繊維強化合成樹脂ボビンの強度も向上させ得る点から、横巻繊維層として低角横巻繊維層を備えたパイプ本体部を例に説明したが、本発明においては、繊維強化合成樹脂パイプに形成される横巻繊維層を低角横巻繊維層に限定するものではない。
さらに、本実施形態においては、このような繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンに外力が加えられた際に、繊維強化合成樹脂パイプ（コア材）の内周側低角横巻繊維層にかかる力をこの内周側低角横巻繊維層のさらに内周側でバックアップさせることができ、繊維強化合成樹脂ボビンとしての強度をより向上させ得る点において、内周側低角横巻き繊維層の内周側で、この内周側低角横巻繊維層に接触する層としてガラスクロス層が備えられている場合を例に説明したが本発明においては、繊維強化合成樹脂ボビンをこのようなガラスクロス層が備えられているものに限定するものではない。
【００２８】
また本実施形態においては、繊維強化合成樹脂ボビンを取り扱う作業者にガラス繊維によるチクチクとした不快な刺激を与えてしまったり、あるいは、厳重な保護具の着用による作業性の低下を生じてしまったりすることを抑制すべくコア材の内外周側表面となる繊維強化合成樹脂パイプの最内周側と最外周側とに有機不織布が用いられてなる不織布層が備えられた場合を例に説明したが、本発明においては、繊維強化合成樹脂ボビンに用いる繊維強化合成樹脂パイプをこのような不織布層が備えられているものに限定するものではない。
【００２９】
また、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂パイプの強度を優れたものとし得る点において、横巻繊維層、縦方向繊維層の繊維としてガラス繊維を用いた場合を例に説明したが本発明においては、これらの繊維をガラス繊維に限定するものではなく、カーボン繊維、珪素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、金属ウイスカなどを用いる場合も本発明の意図する範囲である。
【００３０】
また、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂ボビンに外力が加えられた場合に、繊維強化合成樹脂パイプの外周側低角横巻繊維層の受ける力を、その内周側で周方向に分散させることが容易で、内周側低角横巻繊維層外表面側に加わる力を十分分散させることができ、しかも、低角横巻繊維層の繊維方向と直交する方向に繊維が延在されていることから繊維強化合成樹脂パイプに屈曲方向の力が加えられた場合にも優れた強度を発揮させ得る点において、繊維強化合成樹脂パイプを、内周側低角横巻繊維層と外周側低角横巻繊維層との間に縦方向繊維層を一層備えて形成する場合を例に説明したが、この縦方向繊維層に代えて別の繊維強化樹脂層を備えていてもよい。
さらには、この内周側低角横巻繊維層と外周側低角横巻繊維層との間に横巻繊維層以外の他層を二層以上備えていてもよい。
【００３１】
また本実施形態においては、全体で六層の繊維強化樹脂層を備えている繊維強化合成樹脂パイプをコア材に用いる場合を例に繊維強化合成樹脂ボビンを説明したが、内周側低角横巻繊維層、外周側低角横巻繊維層およびこれらの間の他の繊維強化樹脂層の三層で構成されている場合や、四層、五層の場合も本発明の意図する範囲であり、七層以上の多層の場合も本発明の意図する範囲である。
【００３２】
さらに、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材に用いる繊維強化合成樹脂パイプの製造方法として、全体的に均一な強度を有し、しかも従来のものよりも高い強度を有する繊維強化合成樹脂パイプを製造させ得る点において、合成樹脂に熱硬化性樹脂を用い、しかも、硬化前の前記熱硬化性樹脂が含浸された繊維により、少なくとも、内周側低角横巻繊維層、内周側低角横巻繊維層と外周側低角横巻繊維層との間の層および外周側低角横巻繊維層が積層された積層体を形成させた後に該積層体を加圧状態で加熱して前記熱硬化性樹脂を熱硬化させる場合を例に説明したが本発明においては繊維強化合成樹脂パイプの製造方法をこのような方法に限定するものではない。
【実施例】
【００３３】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるも（実施例１〜６）
各実施例の繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を表１の構成の繊維強化合成樹脂パイプで作成した。また、この繊維強化合成樹脂パイプは連続引き抜きフィラメントワインディング法により作成した。
【００３４】
（実施例１）
すなわち、実施例１では不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスロービングを用いて、内周側から縦方向繊維層、横巻繊維層、縦方向繊維層の３層構造が形成されている繊維強化合成樹脂パイプを用いて繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を作成した。なお、この内周側縦方向繊維層は、繊維強化合成樹脂パイプ全体の３０％厚さとなるように形成し、横巻繊維層は、繊維強化合成樹脂パイプ全体の５０％厚さとなるように形成し、外周側縦方向繊維層は、繊維強化合成樹脂パイプ全体の２０％厚さとなるように形成した。
なお、このとき硬化前の内周側縦方向繊維層、横巻繊維層および外周側縦方向繊維層の積層体の断面積に対して、５％狭い断面積となるようにマンドレルと加熱金型との間のクリアランスを調整して、前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた。
また、このとき作成した繊維強化合成樹脂パイプ、すなわち、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材の内径は、１５０ｍｍ、外径は、１６４ｍｍ（肉厚７ｍｍ）であった。
【００３５】
（実施例２）
内周側から横巻繊維層、縦方向繊維層、横巻繊維層の３層構造とし、内周側横巻繊維層を、繊維強化合成樹脂パイプ全体の３０％厚さとなるように形成し、縦方向繊維層を、繊維強化合成樹脂パイプ全体の３５％厚さとなるように形成し、外周側横巻繊維層を、繊維強化合成樹脂パイプ全体の１５％厚さとなるように形成したことならびにマンドレルと加熱金型との間のクリアランスを硬化前の内周側横巻繊維層、縦方向繊維層および外周側横巻繊維層の積層体の断面積に対して２％狭い断面積となるようにして前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた以外は、実施例１と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００３６】
（実施例３）
最内周側にガラスクロスを用いたガラスクロス層を形成させたことならびに、このガラスクロス層を含めた積層体の断面積に対して５％狭い断面積となるようにして前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた以外は、実施例２と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００３７】
（実施例４）
ガラスクロス層を含めた積層体の断面積に対して２％狭い断面積となるようにして前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた以外は、実施例２と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００３８】
（実施例５）
ガラスクロス層を含めた積層体の断面積に対して７％狭い断面積となるようにして前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた以外は、実施例２と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００３９】
（実施例６）
ガラスクロス層を含めた積層体の断面積と同等の断面積となるようにマンドレルと加熱金型との間のクリアランスを調整して、前記積層体に圧力を加えることなく加熱硬化させた以外は、実施例２と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００４０】
【表１】
※表中の数値は、製造された繊維強化合成樹脂パイプの内周側横巻繊維層、縦方向繊維層、外周側横巻繊維層の３層の合計厚さを１００としたときの各層の厚さを表す。
また、表中の硬化方式の「型硬化」とは、マンドレルと加熱金型との間のクリアランスを調整して加圧状態で加熱硬化させていることを示し、「硬化時体積変化率」とは、この加熱硬化前の積層体の断面積を１００％としたときに、マンドレルと加熱金型との間のクリアランスの断面積がどの程度狭くなっていることを表している。硬化方式の「自由硬化」とは、マンドレルと加熱金型との間のクリアランスが加熱硬化前の積層体の断面積とほぼ同じでほとんど加圧されていない状態を示す。
【００４１】
このとき、表１の構成の繊維強化合成樹脂パイプを連続引き抜きフィラメントワインディング法により作成したため、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を連続的に生産することができ実施例１乃至５全ての繊維強化合成樹脂ボビンは、生産性において優れたものであることが確認できた。
【００４２】
（比較例１）
不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスロービングをマンドレル上に４５度の巻き付け角で巻き付けるフィラメントワインディング法により作製した繊維強化合成樹脂パイプで繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を形成させた。
すなわち、この比較例１の繊維強化合成樹脂ボビンのコア材の作製においては、マンドレル上に不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスロービングを巻き付ける積層工程後に、加熱炉中に入れて加熱硬化させる硬化工程を実施し、該加熱硬化後にマンドレルから取り外す脱型工程を実施するバッチ式の製造方法により繊維強化合成樹脂パイプが製造されており、工程が煩雑で手間のかかるものであった。
【００４３】
（比較例２）
不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスクロスをマンドレル上に３０周巻き付けるシートワインディング法により作製した繊維強化合成樹脂パイプで繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を形成させた。
すなわち、この比較例２の繊維強化合成樹脂ボビンのコア材の作製においては、マンドレル上に不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスクロスを巻き付ける積層工程後に、加熱炉中に入れて加熱硬化させる硬化工程を実施し、該加熱硬化後にマンドレルから取り外す脱型工程を実施するバッチ式の製造方法により繊維強化合成樹脂パイプが製造されており、工程が煩雑で手間のかかるものであった。
【００４４】
（圧壊強度調査）
各実施例、比較例の繊維強化合成樹脂ボビンコア材に対して、断面を押し潰す方向に荷重を加えて圧壊させ、この圧壊時の荷重を圧壊強度として測定した。は連続引き抜きフィラメントワインディング法により作成した。実施例１の圧壊強度を１００とした時の実施例２乃至６、比較例1、２の繊維強化合成樹脂ボビンのコア材の圧壊強度を表２に示す。
【００４５】
【表２】
※表中の数値は、実施例１の圧壊強度を１００としたときの比率を表す。
【００４６】
この表からもわかるように、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材に用いられる繊維強化合成樹脂パイプをフィラメントワインディング法により形成させることから、コア材をシートワインディング法などにより形成させる場合に比べて、製造が容易でありながら優れた強度のものとし得る。
さらに実施例３乃至６の結果からも、繊維強化合成樹脂パイプの内周側と外周側とに互いに離間された二層の横巻繊維層を有し、前記内周側横巻繊維層と前記外周側横巻繊維層との間には繊維強化合成樹脂パイプの長手方向に沿って延在されている連続した繊維が用いられて形成されている縦方向繊維層が備えられ、しかも、前記繊維強化合成樹脂パイプは、繊維強化合成樹脂パイプに備えられている横巻繊維層の内の最も内周側の横巻繊維層よりも内周側にガラスクロスが用いられて形成されているガラスクロス層がさらに備えられている繊維強化合成樹脂パイプが用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンは、さらに優れた強度を有していることがわかる。
【００４７】
さらに、実施例３、５の結果からも、該積層体が加圧状態で加熱されて前記熱硬化性樹脂が熱硬化され、しかも、前記加圧状態における積層体の体積が、硬化前の積層体の体積よりも３％以上減少するように加圧されて前記熱硬化されて形成されている場合には、さらに優れた強度を有する繊維強化合成樹脂ボビンとし得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】一実施形態の繊維強化合成樹脂ボビンに用いられる繊維強化合成樹脂パイプを示す概略構造図。
【図２】繊維強化合成樹脂パイプの製造方法を示す概略フロー図。
【符号の説明】
【００４９】
１：（内周側）不織布層２：ガラスクロス層、３：内周側低角横巻繊維層、４：縦方向繊維層、５：外周側低角横巻繊維層、６：（外周側）不織布層、１０：繊維強化合成樹脂パイプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化合成樹脂ボビンに関し、特に、円筒形状を有する繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合成樹脂を繊維で強化した繊維強化合成樹脂（以下「ＦＲＰ」ともいう）は、合成樹脂の軽量さと、繊維による強靭さとを併せ持つことから種々の用途に用いられている。
このＦＲＰにおいては、繊維方向と並行する方向に加えられた力に対して特に繊維の補強効果が大きく発揮されることとなる。
そのため、繊維強化合成樹脂板（ＦＲＰ板）や繊維強化合成樹脂パイプ（ＦＲＰパイプ）においては、繊維方向を複数方向とすべく、繊維が適当な長さにカットされシート化された不織布や織布に樹脂が含浸されて形成されたものが用いられたり、あるいは繊維方向が一方向に合成樹脂中に備えられている繊維強化樹脂層を複数積層させ、しかも、互いの繊維方向を交差させるように積層させて、全体として繊維が縦横に交差している状態となるように形成されたものが用いられたりしている。
また、従来、ＦＲＰ板やＦＲＰパイプは、不織布や織布が用いられてなる繊維強化樹脂層と繊維が一方向に用いられてなる繊維強化樹脂層とが積層されて形成されたりもしている。
【０００３】
このようなＦＲＰパイプは、ガラスロービングなどの連続した繊維にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させてマンドレルと呼ばれる芯体の上に巻き重ねたものを、このマンドレルごと加熱炉に入れて熱硬化性樹脂を硬化させた後にマンドレルを取り除くフィラメントワインディング法と呼ばれる方法や、ガラス不織布やガラスマットなどのシート状に形成された繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたものをマンドレルに巻きつけて上記と同様に熱硬化させるシートワインディング法や、マンドレルの一端部側において熱硬化性樹脂を含浸させたガラスロービングやガラスマットを巻きつけて筒形状に形成させ、この筒形状に形成されたものをマンドレルの他端側に配された加熱炉を通過させて引き抜くなどして連続的に熱硬化されたパイプを製造する連続引き抜き法や連続引き抜きフィラメントワインディング法などの方法が用いられて形成されている。
【０００４】
このフィラメントワインディング法は、ガラスロービングなどの連続した繊維をＦＲＰパイプの周方向や長手方向に備えた繊維強化樹脂層を複数積層させてＦＲＰパイプを製造することができ、寸法精度に優れたＦＲＰパイプを、シートワインディング法などに比べて軽量且つ高強度形成させることができ、下記特許文献１には、連続引き抜きフィラメントワインディング法により、内周側から外周側への五層の積層構造（特許文献１の図１参照）が形成された繊維強化合成樹脂パイプをケーブル保護管に用いることが記載されている。この特許文献１のＦＲＰパイプは、最内層側にＦＲＰパイプの長手方向に沿って繊維を延在させた繊維強化樹脂層である縦方向繊維層が形成され、その外周側に、連続した繊維がＦＲＰパイプの円周方向にスパイラル状に巻回された繊維強化樹脂層である横巻繊維層が積層されてこの縦方向繊維層と横巻繊維層とで繊維方向を直交させている。また、この横巻繊維層の外周側に、さらに縦方向繊維層、マットまたはクロス繊維層、表面層の三層が積層されて前述のように五層の積層構造に形成されている。
【０００５】
また、下記特許文献２には、樹脂シート、樹脂フィルム、紙などの半製品を巻き取って保持するための巻芯である繊維強化合成樹脂ボビンの製造方法が記載されている。この特許文献２においては、これらの半製品を巻きつける部分となる繊維強化合成樹脂ボビンのコア材部分の形成を、芯金の外周に樹脂を付着させた強化繊維を巻き付けて、これを硬化炉に入れて硬化させた後に芯金を引き抜くことにより中空円筒体を得るフィラメントワインディング法に比べて安価に中空円筒体を作製することのできるシートモールディング（シートワインディング）法を用いて実施することが記載されている。
【０００６】
この繊維強化合成樹脂ボビンは、通常、長尺物を巻きとるべく用いられることから、この繊維強化合成樹脂ボビンのコア材は、高い真円度が求められている。また、繊維強化合成樹脂ボビンは、軽量でありながらも、前記コア材が、半製品の保管中に変形したりしないように高い強度を有していることも求められている。
さらには、安価に製造されることも求められている。
しかし、従来の繊維強化合成樹脂ボビンは、その要望を十分満足させるものとはなっていない。例えば、特許文献２に記載されているようなシートワインディング法では、一般的なフィラメントワインディング法に比べて安価にコア材を形成することが可能ではあるもののバッチ式の製造方法となるため、製造に手間がかかり、さらなる低コスト化は困難である。しかも、シートワインディング法では、軽量さと高強度との両方の要望を一度に満足させることが困難である。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３３６８３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１４５９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、安価でありながらも、寸法精度に優れ、しかも、軽量で強度に優れている繊維強化合成樹脂ボビンの提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、繊維強化合成樹脂ボビンに用いられる繊維強化合成樹脂パイプの製造方法に着目して、鋭意検討を行った結果、所定の製造方法で形成された繊維強化合成樹脂パイプを用いることで寸法精度に優れ、しかも、軽量で強度に優れた繊維強化合成樹脂ボビンを安価に製造させ得ることを見出し本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、円筒形状を有する繊維強化合成樹脂パイプが用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンであって、前記繊維強化合成樹脂パイプが連続引き抜きフィラメントワインディング法により形成されていることを特徴とする繊維強化合成樹脂ボビンを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材に用いられる繊維強化合成樹脂パイプをフィラメントワインディング法により形成させることから、コア材をシートワインディング法により形成させる場合に比べて、寸法精度に優れたコア材を軽量で高強度に形成させ得る。しかも、フィラメントワインディング法として連続引き抜き法によるフィラメントワインディング法（連続引き抜きフィラメントワインディング法）を用いることから、繊維強化合成樹脂パイプを連続生産することができて、バッチ式生産となるシートワインディング法よりも安価に繊維強化合成樹脂パイプを製造させ得る。
したがって、このような繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンも安価なものとさせ得る。
すなわち、繊維強化合成樹脂ボビンを、安価でありながらも、寸法精度に優れ、しかも、軽量で強度に優れたものとさせ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態について（添付図面に基づき）説明する。
まず、本実施形態における繊維強化合成樹脂ボビンは、コア材のみで形成されており、該コア材には、定尺に切断された繊維強化合成樹脂パイプ１０が用いられている。
この繊維強化合成樹脂パイプ１０は、図１に示すように、繊維と該繊維に含浸されている合成樹脂とが用いられて形成されている繊維強化樹脂層が内周側から外周側に向かって六層積層されて形成されており、しかも、この六層の構造が連続引き抜きフィラメントワインディング法により形成されている。
【００１２】
この六層の内、繊維強化合成樹脂パイプ１０の最内層と最外層には有機不織布が用いられて形成された繊維強化樹脂層である不織布層１，６が備えられており、内周側不織布層１の外周側で内周側不織布層１に接する層にはガラスクロスが用いられて形成された繊維強化樹脂層であるガラスクロス層２が備えられている。
このガラスクロス層２の外周側の次層の繊維強化樹脂層は、連続した繊維が繊維強化合成樹脂パイプの筒形状に沿ってスパイラル状に巻回されて形成されている横巻繊維層（内周側低角横巻繊維層）3であり、該横巻繊維層３の外周側には連続した繊維を繊維強化合成樹脂パイプの長手方向に沿って延在させて形成された繊維強化樹脂層である縦方向繊維層４が備えられている。
またこの縦方向繊維層４の外周側には、連続した繊維が筒形状に沿ってスパイラル状に巻回されて形成されている横巻繊維層（外周側低角横巻繊維層）５が備えられており、この横巻繊維層５の外周側に前記不織布層６が備えられている。
すなわち、繊維強化合成樹脂パイプ１０は、内周側から、不織布層１（内周側不織布層１）、ガラスクロス層２、横巻繊維層３（内周側低角横巻繊維層３）、縦方向繊維層４、横巻繊維層５（外周側低角横巻き繊維層５）、不織布層６（外周側不織布層６）の順に六層の繊維強化樹脂層が備えられている。
【００１３】
前記内周側不織布層１と前記外周側不織布層６とは、互いに同じ材料かあるいは異なった材料を用いて形成することができ、例えば、両者にガラス繊維などの無機繊維ではなくポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリウレタンなどの有機材料が用いられた有機不織布を用いることができ、前記内周側不織布層１は、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して０．５〜５％の厚さに形成され、前記外周側不織布層６は、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して０．５〜５％の厚さに形成される。
この内周側不織布層１、外周側不織布層６に含浸させる樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂あるいはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができ、これらの熱硬化性樹脂は、メラミン変性やゴム変性などの各種の変性がされたものであってもよい。
【００１４】
前記ガラスクロス層２のガラスクロスには、例えば、ガラスヤーンを製織したものや、ガラスロービングを製織したガラスロービングクロスなどとも呼ばれるものなどを使用することができ、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して０．５〜１０％の厚さに形成される。
このガラスクロス層に含浸させる樹脂も、前記内周側不織布層１に含浸させる樹脂と同様に、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂あるいはそれらの変性樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００１５】
前記横巻繊維層３，５は、いずれもスパイラル状に巻回されている繊維が１０度以下の低角度で巻回されている低角横巻繊維層である。
この繊維の巻回される角度とは、本明細書中においては、繊維強化合成樹脂パイプ１０の断面方向とスパイラル状に巻きつけられている繊維の巻き付け方向とがなす角度を意図しており、繊維強化合成樹脂パイプ１０を水平に配置して側方から観察した場合に、繊維強化合成樹脂パイプ１０上端部での繊維の位置と下端部での繊維の位置とを結んだ直線と垂直線とがなす角度を測定することにより求めることができる角度を意図している。
【００１６】
この内周側低角横巻繊維層３および外周側低角横巻繊維層５も互いに同じ材料あるいは異なった材料を用いて形成することができ、使用される繊維は、一般に繊維強化合成樹脂パイプに用いられる繊維を使用することができる。このような繊維としては、たとえば、ガラス繊維、カーボン繊維、珪素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、金属ウイスカなどが挙げられる。これらの繊維は、好ましくは、ロービングなどの連続繊維として使用される。ロービングとして使用する場合には、その太さが、２８０〜１６０００ＴＥＸ（ｇ／ｋｍ）であることが好ましい。２８０ＴＥＸ（ｇ／ｋｍ）未満、すなわち細過ぎると、フィラメントワインディング法によって巻回するときに、厚みが出ずに時間がかかって生産性が低下する場合がある。また、１６０００ＴＥＸ（ｇ／ｋｍ）を越える、すなわち太過ぎると、樹脂にクラックが発生する場合がある。生産性と作業性を考えると、ガラス繊維の場合は１１００〜９６００ＴＥＸ（ｇ／ｋｍ）が望ましい。
これらのうち、好ましくは、ガラス繊維が挙げられ、より具体的には、ガラスロービングが好ましい。ガラスロービングを使用することにより、強度の向上を図りつつ、コストの低減を図ることができる。
【００１７】
この内周側低角横巻繊維層３および外周側低角横巻繊維層５の繊維に含浸させる樹脂も、前記内周側不織布層１に含浸させる樹脂と同様に、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂あるいはそれらの変性樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができ、この内周側低角横巻繊維層３の厚さは、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して５〜５０％とされ、外周側低角横巻繊維層５の厚さは繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して５〜５０％とされる。
【００１８】
この内周側低角横巻繊維層３と外周側低角横巻繊維層５との厚さは、繊維強化合成樹脂パイプ１０に外力に対する優れた強度を発揮させ得る点において、それぞれ繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して３５％以上の厚さに形成されていることが好ましい。
また、繊維強化合成樹脂パイプに外側から加えられた力に対する反発力を外周側低角横巻繊維層と内周側低角横巻繊維層とにバランスよく配分させることができ、繊維強化合成樹脂パイプ１０の強度を低下させてしまうというおそれを抑制させ得る点において、これらの内周側低角横巻繊維層３と外周側低角横巻繊維層５とに用いられる繊維強化合成樹脂パイプ１０の単位長さあたりのガラス繊維量は、（内周側低角横巻繊維層のガラス繊維量：外周側低角横巻繊維層のガラス繊維量）が１０：９０〜９０：１０（重量比）とされることが好ましい。
【００１９】
前記縦方向繊維層４の繊維も内周側低角横巻繊維層３に用いた繊維と同様に、例えば、ガラスロービングやガラスヤーンなどの引き束ねられた連続したガラス繊維を使用でき、縦方向繊維層４にはこれらのガラス繊維が繊維強化合成樹脂パイプ１０の長手方向に縦添えされた状態で備えられている。
この縦方向繊維層４の繊維に含浸させる樹脂も、前記内周側不織布層１に含浸させる樹脂と同様に、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂あるいはそれらの変性樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができ、この縦方向繊維層４の厚さは、通常、繊維強化合成樹脂パイプ１０全体の厚さに対して５〜５０％とされる。
なお、この縦方向繊維層４は、繊維強化合成樹脂パイプ１０に外側から加えられた力を外周側低角横巻繊維層５の内周側で十分に周方向に分散させて内周側低角横巻繊維層３に伝達させることができ、外周側低角横巻繊維層５と内周側低角横巻繊維層３とにおける応力集中を十分抑制させ得る点において繊維強化合成樹脂パイプ１０の全体厚さの１０％以上の厚さに形成されていることが好ましい。
【００２０】
次いで、有機不織布、ガラスクロス、ガラスロービングが用いられて不織布層１、ガラスクロス層２、内周側低角横巻繊維層３、縦方向繊維層４、外周側低角横巻き繊維層５、不織布層６の六層の繊維強化樹脂層が形成されている繊維強化合成樹脂パイプ１０の製造方法について説明する。
前記繊維強化合成樹脂パイプ１０は、連続引き抜きフィラメントワインディング法により製造する。この連続引き抜きフィラメントワインディング法においては、図２に示すように、マンドレル２０の一端部側において未硬化状態の熱硬化性樹脂を含浸させたガラスロービングやガラスクロス、あるいは、ガラス不織布などによりマンドレル２０上に筒形状の積層体Ｘ1を形成し、該積層体を加熱金型３０に導入して該加熱金型２０により整形するとともに熱硬化性樹脂の加熱硬化を行い加熱硬化された積層体Ｘ2（繊維強化合成樹脂パイプ１０）を形成した後、この繊維強化合成樹脂パイプ１０を引取りロール４０により引き取りつつ定尺カッター５０で定尺切断させて繊維強化合成樹脂ボビンのコア材としている。
【００２１】
なお、このとき用いる加熱金型３０としては、繊維強化合成樹脂パイプの外径とほぼ同じかわずかに径小な内径を有する円筒状内面を有し、該円筒状内面により繊維強化合成樹脂パイプを加熱硬化させるとともに外形成形を行うべく内部に加熱手段が内蔵され、滑らかな内周面を有しており、前記マンドレル２０の他端は、この加熱金型３０の出口に達する位置にまで延在されて配されている。そして、この加熱金型３０とマンドレル２０との間のクリアランスを前記硬化前の積層体Ｘ1の断面積よりも小さな面積となるように調整することにより前記硬化前の積層体Ｘ1を硬化時に加圧状態とさせる。
【００２２】
このことにより、繊維間に合成樹脂をより確実に含浸させることができ、例えば、繊維強化合成樹脂パイプ中に繊維間の合成樹脂の含浸が不十分な個所が形成されることを抑制できて繊維強化合成樹脂パイプ全体の強度を均一なものとさせ得る。
しかも、この加圧状態での熱硬化を行うことで各層の繊維同士が密接された状態で合成樹脂が熱硬化されることから繊維強化合成樹脂パイプの強度をよりいっそう向上させることができる。
すなわち、このようにして加圧状態での熱硬化を行うことで全体的に均一な強度を有し、しかも従来のものよりも高い強度を有する繊維強化合成樹脂パイプを製造させることができ、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材部分を均質で強度に優れたものとさせ得る。
このような点において、この加熱金型３０とマンドレル２０との間のクリアランスを調整するなどして、硬化前の積層体Ｘ1の体積を１００％としたときにこの加熱金型３０とマンドレル２０との間の面積が９７％以下となるようにして繊維強化合成樹脂パイプを製造することが好ましい。
【００２３】
また、このときの加熱金型３０とマンドレル２０とのクリアランス調整により製造される繊維強化合成樹脂パイプの偏肉調整もシートワインディング法などのような分割式の金型を用いる場合よりも容易である。しかも、分割式の金型を用いた場合のように繊維強化合成樹脂パイプの表面にバリやシームラインが形成されるおそれもなく、寸法精度に優れた繊維強化合成樹脂ボビンを容易に製造させ得る。
【００２４】
この図２において、６０はエポキシ樹脂浴、７０は縦方向繊維層用のガラスロービングを、８０，８５は横巻繊維層用のガラスロービングを、９０，９５は、有機不織布を１００は、ガラスクロスをそれぞれ示し、上記引取りロール４０による硬化後の積層体Ｘ2の引取りにともない各材料が繰り出され、それぞれがエポキシ樹脂浴６０で浸漬含浸され、マンドレル２０の全周上に縦添えされるか、または周方向に横巻されて未硬化の合成樹脂（エポキシ樹脂）の含浸された積層体Ｘ1が形成され、この未硬化の積層体Ｘ1を加熱金型３０通過の間に外形整形するとともに樹脂硬化して、硬化後の積層体Ｘ2を引取りロール４０で引き取り、定尺カッター５０で定尺切断する。
【００２５】
すなわち、マンドレル２０上にエポキシ樹脂に含浸させた有機不織布を縦添えし、その外周側にエポキシ樹脂に含浸させたガラスクロスを縦添えして積層する。そのガラスクロス上にエポキシ樹脂に含浸させたガラスロービングをスパイラル状に巻回して積層させたものにエポキシ樹脂に含浸させたガラスロービングを縦添えして、さらにエポキシ樹脂に含浸させたガラスロービングをスパイラル状に巻回して積層する。その外周側に、さらに有機不織布を積層して積層体Ｘ1を形成した後に、加熱金型３０を通過させて外形成形するとともに樹脂を硬化させて、硬化後の積層体Ｘ2を引取りロール４０で引き取って繊維強化合成樹脂パイプを製造し、この製造された繊維強化合成樹脂パイプを定尺カッター５０で定尺切断して繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造する。
このとき、硬化前の積層体Ｘ1の外径よりも小さな内径を有する加熱金型３０を用いて該加熱金型３０に積層体Ｘ1を通過させる。またこのとき、積層体Ｘ1の外径と加熱金型３０の内径との差や引取り速度などの製造条件により積層体Ｘ1に加わる圧力ならびに加熱時間を調整することができる。
【００２６】
なお、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂ボビンをコア材のみで形成されている場合を例に説明したが、要すれば、コア材の両端部に鍔部を形成させたものであってもよく、また、コア材の外周側にさらに表面材などの部材を積層させる場合も本発明の意図する範囲である。
【００２７】
また、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂パイプの強度をより一層向上させて繊維強化合成樹脂ボビンの強度も向上させ得る点から、横巻繊維層として低角横巻繊維層を備えたパイプ本体部を例に説明したが、本発明においては、繊維強化合成樹脂パイプに形成される横巻繊維層を低角横巻繊維層に限定するものではない。
さらに、本実施形態においては、このような繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンに外力が加えられた際に、繊維強化合成樹脂パイプ（コア材）の内周側低角横巻繊維層にかかる力をこの内周側低角横巻繊維層のさらに内周側でバックアップさせることができ、繊維強化合成樹脂ボビンとしての強度をより向上させ得る点において、内周側低角横巻き繊維層の内周側で、この内周側低角横巻繊維層に接触する層としてガラスクロス層が備えられている場合を例に説明したが本発明においては、繊維強化合成樹脂ボビンをこのようなガラスクロス層が備えられているものに限定するものではない。
【００２８】
また本実施形態においては、繊維強化合成樹脂ボビンを取り扱う作業者にガラス繊維によるチクチクとした不快な刺激を与えてしまったり、あるいは、厳重な保護具の着用による作業性の低下を生じてしまったりすることを抑制すべくコア材の内外周側表面となる繊維強化合成樹脂パイプの最内周側と最外周側とに有機不織布が用いられてなる不織布層が備えられた場合を例に説明したが、本発明においては、繊維強化合成樹脂ボビンに用いる繊維強化合成樹脂パイプをこのような不織布層が備えられているものに限定するものではない。
【００２９】
また、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂パイプの強度を優れたものとし得る点において、横巻繊維層、縦方向繊維層の繊維としてガラス繊維を用いた場合を例に説明したが本発明においては、これらの繊維をガラス繊維に限定するものではなく、カーボン繊維、珪素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、金属ウイスカなどを用いる場合も本発明の意図する範囲である。
【００３０】
また、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂ボビンに外力が加えられた場合に、繊維強化合成樹脂パイプの外周側低角横巻繊維層の受ける力を、その内周側で周方向に分散させることが容易で、内周側低角横巻繊維層外表面側に加わる力を十分分散させることができ、しかも、低角横巻繊維層の繊維方向と直交する方向に繊維が延在されていることから繊維強化合成樹脂パイプに屈曲方向の力が加えられた場合にも優れた強度を発揮させ得る点において、繊維強化合成樹脂パイプを、内周側低角横巻繊維層と外周側低角横巻繊維層との間に縦方向繊維層を一層備えて形成する場合を例に説明したが、この縦方向繊維層に代えて別の繊維強化樹脂層を備えていてもよい。
さらには、この内周側低角横巻繊維層と外周側低角横巻繊維層との間に横巻繊維層以外の他層を二層以上備えていてもよい。
【００３１】
また本実施形態においては、全体で六層の繊維強化樹脂層を備えている繊維強化合成樹脂パイプをコア材に用いる場合を例に繊維強化合成樹脂ボビンを説明したが、内周側低角横巻繊維層、外周側低角横巻繊維層およびこれらの間の他の繊維強化樹脂層の三層で構成されている場合や、四層、五層の場合も本発明の意図する範囲であり、七層以上の多層の場合も本発明の意図する範囲である。
【００３２】
さらに、本実施形態においては、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材に用いる繊維強化合成樹脂パイプの製造方法として、全体的に均一な強度を有し、しかも従来のものよりも高い強度を有する繊維強化合成樹脂パイプを製造させ得る点において、合成樹脂に熱硬化性樹脂を用い、しかも、硬化前の前記熱硬化性樹脂が含浸された繊維により、少なくとも、内周側低角横巻繊維層、内周側低角横巻繊維層と外周側低角横巻繊維層との間の層および外周側低角横巻繊維層が積層された積層体を形成させた後に該積層体を加圧状態で加熱して前記熱硬化性樹脂を熱硬化させる場合を例に説明したが本発明においては繊維強化合成樹脂パイプの製造方法をこのような方法に限定するものではない。
【実施例】
【００３３】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるも（実施例１〜６）
各実施例の繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を表１の構成の繊維強化合成樹脂パイプで作成した。また、この繊維強化合成樹脂パイプは連続引き抜きフィラメントワインディング法により作成した。
【００３４】
（実施例１）
すなわち、実施例１では不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスロービングを用いて、内周側から縦方向繊維層、横巻繊維層、縦方向繊維層の３層構造が形成されている繊維強化合成樹脂パイプを用いて繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を作成した。なお、この内周側縦方向繊維層は、繊維強化合成樹脂パイプ全体の３０％厚さとなるように形成し、横巻繊維層は、繊維強化合成樹脂パイプ全体の５０％厚さとなるように形成し、外周側縦方向繊維層は、繊維強化合成樹脂パイプ全体の２０％厚さとなるように形成した。
なお、このとき硬化前の内周側縦方向繊維層、横巻繊維層および外周側縦方向繊維層の積層体の断面積に対して、５％狭い断面積となるようにマンドレルと加熱金型との間のクリアランスを調整して、前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた。
また、このとき作成した繊維強化合成樹脂パイプ、すなわち、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材の内径は、１５０ｍｍ、外径は、１６４ｍｍ（肉厚７ｍｍ）であった。
【００３５】
（実施例２）
内周側から横巻繊維層、縦方向繊維層、横巻繊維層の３層構造とし、内周側横巻繊維層を、繊維強化合成樹脂パイプ全体の３０％厚さとなるように形成し、縦方向繊維層を、繊維強化合成樹脂パイプ全体の３５％厚さとなるように形成し、外周側横巻繊維層を、繊維強化合成樹脂パイプ全体の１５％厚さとなるように形成したことならびにマンドレルと加熱金型との間のクリアランスを硬化前の内周側横巻繊維層、縦方向繊維層および外周側横巻繊維層の積層体の断面積に対して２％狭い断面積となるようにして前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた以外は、実施例１と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００３６】
（実施例３）
最内周側にガラスクロスを用いたガラスクロス層を形成させたことならびに、このガラスクロス層を含めた積層体の断面積に対して５％狭い断面積となるようにして前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた以外は、実施例２と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００３７】
（実施例４）
ガラスクロス層を含めた積層体の断面積に対して２％狭い断面積となるようにして前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた以外は、実施例２と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００３８】
（実施例５）
ガラスクロス層を含めた積層体の断面積に対して７％狭い断面積となるようにして前記積層体を加圧状態で加熱硬化させた以外は、実施例２と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００３９】
（実施例６）
ガラスクロス層を含めた積層体の断面積と同等の断面積となるようにマンドレルと加熱金型との間のクリアランスを調整して、前記積層体に圧力を加えることなく加熱硬化させた以外は、実施例２と同様に繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を製造した。
【００４０】
【表１】
※表中の数値は、製造された繊維強化合成樹脂パイプの内周側横巻繊維層、縦方向繊維層、外周側横巻繊維層の３層の合計厚さを１００としたときの各層の厚さを表す。
また、表中の硬化方式の「型硬化」とは、マンドレルと加熱金型との間のクリアランスを調整して加圧状態で加熱硬化させていることを示し、「硬化時体積変化率」とは、この加熱硬化前の積層体の断面積を１００％としたときに、マンドレルと加熱金型との間のクリアランスの断面積がどの程度狭くなっていることを表している。硬化方式の「自由硬化」とは、マンドレルと加熱金型との間のクリアランスが加熱硬化前の積層体の断面積とほぼ同じでほとんど加圧されていない状態を示す。
【００４１】
このとき、表１の構成の繊維強化合成樹脂パイプを連続引き抜きフィラメントワインディング法により作成したため、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を連続的に生産することができ実施例１乃至５全ての繊維強化合成樹脂ボビンは、生産性において優れたものであることが確認できた。
【００４２】
（比較例１）
不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスロービングをマンドレル上に４５度の巻き付け角で巻き付けるフィラメントワインディング法により作製した繊維強化合成樹脂パイプで繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を形成させた。
すなわち、この比較例１の繊維強化合成樹脂ボビンのコア材の作製においては、マンドレル上に不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスロービングを巻き付ける積層工程後に、加熱炉中に入れて加熱硬化させる硬化工程を実施し、該加熱硬化後にマンドレルから取り外す脱型工程を実施するバッチ式の製造方法により繊維強化合成樹脂パイプが製造されており、工程が煩雑で手間のかかるものであった。
【００４３】
（比較例２）
不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスクロスをマンドレル上に３０周巻き付けるシートワインディング法により作製した繊維強化合成樹脂パイプで繊維強化合成樹脂ボビンのコア材を形成させた。
すなわち、この比較例２の繊維強化合成樹脂ボビンのコア材の作製においては、マンドレル上に不飽和ポリエステル樹脂を含浸させたガラスクロスを巻き付ける積層工程後に、加熱炉中に入れて加熱硬化させる硬化工程を実施し、該加熱硬化後にマンドレルから取り外す脱型工程を実施するバッチ式の製造方法により繊維強化合成樹脂パイプが製造されており、工程が煩雑で手間のかかるものであった。
【００４４】
（圧壊強度調査）
各実施例、比較例の繊維強化合成樹脂ボビンコア材に対して、断面を押し潰す方向に荷重を加えて圧壊させ、この圧壊時の荷重を圧壊強度として測定した。は連続引き抜きフィラメントワインディング法により作成した。実施例１の圧壊強度を１００とした時の実施例２乃至６、比較例1、２の繊維強化合成樹脂ボビンのコア材の圧壊強度を表２に示す。
【００４５】
【表２】
※表中の数値は、実施例１の圧壊強度を１００としたときの比率を表す。
【００４６】
この表からもわかるように、繊維強化合成樹脂ボビンのコア材に用いられる繊維強化合成樹脂パイプをフィラメントワインディング法により形成させることから、コア材をシートワインディング法などにより形成させる場合に比べて、製造が容易でありながら優れた強度のものとし得る。
さらに実施例３乃至６の結果からも、繊維強化合成樹脂パイプの内周側と外周側とに互いに離間された二層の横巻繊維層を有し、前記内周側横巻繊維層と前記外周側横巻繊維層との間には繊維強化合成樹脂パイプの長手方向に沿って延在されている連続した繊維が用いられて形成されている縦方向繊維層が備えられ、しかも、前記繊維強化合成樹脂パイプは、繊維強化合成樹脂パイプに備えられている横巻繊維層の内の最も内周側の横巻繊維層よりも内周側にガラスクロスが用いられて形成されているガラスクロス層がさらに備えられている繊維強化合成樹脂パイプが用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンは、さらに優れた強度を有していることがわかる。
【００４７】
さらに、実施例３、５の結果からも、該積層体が加圧状態で加熱されて前記熱硬化性樹脂が熱硬化され、しかも、前記加圧状態における積層体の体積が、硬化前の積層体の体積よりも３％以上減少するように加圧されて前記熱硬化されて形成されている場合には、さらに優れた強度を有する繊維強化合成樹脂ボビンとし得ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】一実施形態の繊維強化合成樹脂ボビンに用いられる繊維強化合成樹脂パイプを示す概略構造図。
【図２】繊維強化合成樹脂パイプの製造方法を示す概略フロー図。
【符号の説明】
【００４９】
１：（内周側）不織布層２：ガラスクロス層、３：内周側低角横巻繊維層、４：縦方向繊維層、５：外周側低角横巻繊維層、６：（外周側）不織布層、１０：繊維強化合成樹脂パイプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状を有する繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンであって、
前記繊維強化合成樹脂パイプが連続引き抜きフィラメントワインディング法により形成されていることを特徴とする繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項２】
前記繊維強化合成樹脂パイプは、繊維と該繊維に含浸されている合成樹脂とが用いられて形成されている繊維強化樹脂層が前記円筒形状の周方向に複数積層されて形成されており、前記繊維強化樹脂層として、前記円筒形状に沿ってスパイラル状に巻回されている連続した繊維が用いられて形成されている横巻繊維層を有し、しかも、前記繊維強化合成樹脂パイプは、繊維強化合成樹脂パイプの内周側と外周側とに互いに離間された二層の横巻繊維層を有し、前記内周側の横巻繊維層と前記外周側の横巻繊維層との間には繊維強化合成樹脂パイプの長手方向に沿って延在されている連続した繊維が用いられて形成されている縦方向繊維層が備えられ、繊維強化合成樹脂パイプに備えられている横巻繊維層の内の最も内周側の横巻繊維層よりも内周側にガラスクロスが用いられて形成されているガラスクロス層がさらに備えられている請求項１に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項３】
前記内周側の横巻繊維層と前記外周側の横巻繊維層は、繊維が１０度以下の低角度で巻回されている低角横巻繊維層である請求項２に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項４】
前記内周側の横巻繊維層と前記外周側の横巻繊維層とに用いられる繊維は、いずれもガラス繊維である請求項２または３に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項５】
前記合成樹脂には熱硬化性樹脂が用いられており、しかも、硬化前の前記熱硬化性樹脂が含浸された繊維により、少なくとも、内周側の横巻繊維層、外周側の横巻繊維層および内周側の横巻繊維層と外周側の横巻繊維層との間の層が積層された積層体が形成された後に該積層体が加圧状態で加熱されて前記熱硬化性樹脂が熱硬化されて形成されている請求項２乃至４のいずれか１項に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項６】
前記合成樹脂として熱硬化性樹脂が用いられている全ての層が積層された積層体が形成された後に該積層体が加圧状態で加熱されて前記熱硬化性樹脂が熱硬化され、しかも、前記加圧状態における積層体の体積が、硬化前の積層体の体積よりも３％以上減少するように加圧されて前記熱硬化されて形成されている請求項５に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項１】
円筒形状を有する繊維強化合成樹脂パイプがコア材に用いられてなる繊維強化合成樹脂ボビンであって、
前記繊維強化合成樹脂パイプが連続引き抜きフィラメントワインディング法により形成されていることを特徴とする繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項２】
前記繊維強化合成樹脂パイプは、繊維と該繊維に含浸されている合成樹脂とが用いられて形成されている繊維強化樹脂層が前記円筒形状の周方向に複数積層されて形成されており、前記繊維強化樹脂層として、前記円筒形状に沿ってスパイラル状に巻回されている連続した繊維が用いられて形成されている横巻繊維層を有し、しかも、前記繊維強化合成樹脂パイプは、繊維強化合成樹脂パイプの内周側と外周側とに互いに離間された二層の横巻繊維層を有し、前記内周側の横巻繊維層と前記外周側の横巻繊維層との間には繊維強化合成樹脂パイプの長手方向に沿って延在されている連続した繊維が用いられて形成されている縦方向繊維層が備えられ、繊維強化合成樹脂パイプに備えられている横巻繊維層の内の最も内周側の横巻繊維層よりも内周側にガラスクロスが用いられて形成されているガラスクロス層がさらに備えられている請求項１に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項３】
前記内周側の横巻繊維層と前記外周側の横巻繊維層は、繊維が１０度以下の低角度で巻回されている低角横巻繊維層である請求項２に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項４】
前記内周側の横巻繊維層と前記外周側の横巻繊維層とに用いられる繊維は、いずれもガラス繊維である請求項２または３に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項５】
前記合成樹脂には熱硬化性樹脂が用いられており、しかも、硬化前の前記熱硬化性樹脂が含浸された繊維により、少なくとも、内周側の横巻繊維層、外周側の横巻繊維層および内周側の横巻繊維層と外周側の横巻繊維層との間の層が積層された積層体が形成された後に該積層体が加圧状態で加熱されて前記熱硬化性樹脂が熱硬化されて形成されている請求項２乃至４のいずれか１項に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【請求項６】
前記合成樹脂として熱硬化性樹脂が用いられている全ての層が積層された積層体が形成された後に該積層体が加圧状態で加熱されて前記熱硬化性樹脂が熱硬化され、しかも、前記加圧状態における積層体の体積が、硬化前の積層体の体積よりも３％以上減少するように加圧されて前記熱硬化されて形成されている請求項５に記載の繊維強化合成樹脂ボビン。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００７−２１６５５８（Ｐ２００７−２１６５５８Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４０９５４（Ｐ２００６−４０９５４）
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【出願人】（５０４４１１０４１）福島日東シンコー株式会社 (7)
【出願人】（０００１９０６１１）日東シンコー株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【出願人】（５０４４１１０４１）福島日東シンコー株式会社 (7)
【出願人】（０００１９０６１１）日東シンコー株式会社 (104)
【Ｆターム（参考）】
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