繊維強化複合材料、繊維強化複合材料の成形方法、一対のプリプレグ及び一対のプリプレグ製造方法
【課題】繊維強化複合材料及び繊維強化複合材料の成形方法において、成形コストをより低減することである。
【解決手段】繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグ２８における端３０と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグ３２における端３４とを連結し、長尺プリプレグ４０として成形される繊維強化複合材料であって、一方のプリプレグ２８における端３０と、他方のプリプレグ３２における端３４との連結部４２は、一方のプリプレグ２８における端３０に、突起３６が形成され、他方のプリプレグ３２における端３４に、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を嵌め込む嵌め込み溝３８が形成され、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、他方のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込んで連結される。
【解決手段】繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグ２８における端３０と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグ３２における端３４とを連結し、長尺プリプレグ４０として成形される繊維強化複合材料であって、一方のプリプレグ２８における端３０と、他方のプリプレグ３２における端３４との連結部４２は、一方のプリプレグ２８における端３０に、突起３６が形成され、他方のプリプレグ３２における端３４に、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を嵌め込む嵌め込み溝３８が形成され、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、他方のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込んで連結される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂複合材料、繊維強化複合材料の成形方法、一対のプリプレグ及び一対のプリプレグ製造方法に係り、特に、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして成形される繊維強化樹脂複合材料、繊維強化複合材料の成形方法、一対のプリプレグ及び一対のプリプレグ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等を貯蔵する、例えば、車両用高圧タンク等の圧力容器には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化複合材料が使用される。
【０００３】
繊維強化複合材料の成形には、例えば、フィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ：ＦＷ）成形法等が用いられる。フィラメントワインディング成形法は、例えば、ボビン等から送り出された繊維束に樹脂を含浸させた後、樹脂含浸した繊維束をマンドレル等に連続して巻き付けることにより繊維強化複合材料を成形する成形方法である。
【０００４】
ここで、高圧タンクのライナ等に繊維束を連続して巻き付けるために、ボビン等から送り出された成形中の繊維束の端は、ボビン等に巻かれた成形に用いられていない新しい繊維束の端と重ね合わせて接合され、長尺繊維束として送り出される。そして、成形中の繊維束の端と、新しい繊維束の端とは、例えば、接着剤等で接着して接合される。
【０００５】
特許文献１には、強化プラスチック用ガラス繊維ロービングの連結方法において、ガラス繊維の一方のロービングの尾部と、他方のロービングの頭部とをそれぞれ所望の長さに引出し、両者を一束に引揃えた後、両者をその先端において、それぞれ２分岐し、かつ、一方のロービングの分岐条と他方のロービングの分岐条とをそれぞれ絡み合わせ、その片方の絡み合わせ糸条で輪を形成し、この輪に他方の絡み合わせ糸を挿通し、片方の絡み合わせ糸条と他方の絡み合わせ糸条とを再び一束に引き揃え、これを、さらに、他方のロービングの頭部により形成した輪に挿通したうえ結束することが示されている。
【０００６】
特許文献２には、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の材料として用いられるガラス繊維ロービングの連結体において、一方のガラス繊維ロービングの尾部と他方のガラス繊維ロービングの頭部とを重ね、この重ね部に圧縮エアーを吹き付けて各ロービングを構成するガラス繊維同士を絡ませて継ぎ、この継ぎ部に、シアノアクリレート系等の常温で低粘性の液状であり且つ常温で固化する速乾性接着剤を付与して継ぎ部の所定長さ部分を固着することが示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５１−１２４１５８号公報
【特許文献２】実開平２−６４５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、例えば、フィラメントワインディング成形法で繊維強化複合材料を成形する場合において、成形中における繊維束への樹脂含浸を省略して成形時間を短縮するために、予め繊維束に樹脂を含浸したプリプレグが使用される。そして、プリプレグは、一般的に、ボビン等に巻き付けられて供給される。ボビン等から送り出されたプリプレグは、フィラメントワインディング装置のマンドレル等に連続して巻き付けられて積層されることにより、繊維強化複合材料が成形される。
【０００９】
ここで、ボビン等に巻かれたプリプレグの残量が少なくなると、フィラメントワインディング装置を停止し、プリプレグ残量が少なくなったボビンを取り外し、新品のボビンと交換する。そして、新品のボビンからプリプレグを引き出して、フィラメントワインディング装置にプリプレグを取付けた後、フィラメントワインディング装置を再度、始動させる。そのため、プリプレグ残量が少なくなったボビンを新品のボビンと交換して、新品のプリプレグをフィラメントワインディング装置に取り付けるための工数が掛かり、繊維強化複合材料の成形コストが大きくなる場合がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、プリプレグを用いて繊維強化複合材料を成形する場合において、成形コストをより低減した繊維強化複合材料、繊維強化複合材料の成形方法、一対のプリプレグ及び一対のプリプレグ製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料は、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして成形される繊維強化複合材料であって、一方のプリプレグにおける端と、他方のプリプレグにおける端との連結部は、一方のプリプレグにおける端に、突起が形成され、他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝が形成され、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を、他方のプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料の成形方法は、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料の成形方法であって、一方のプリプレグにおける端に、突起を形成する突起形成工程と、他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に設けられた突起を嵌め込む嵌め込み溝を形成する溝形成工程と、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を、他方のプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込む嵌め込み工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る一対のプリプレグは、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する一対のプリプレグであって、一方のプリプレグにおける端に、突起が形成され、他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝が形成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る一対のプリプレグ製造方法は、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する一対のプリプレグ製造方法であって、一方のプリプレグにおける端に、突起を形成する突起形成工程と、他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝を形成する溝形成工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように本発明に係る繊維強化複合材料、繊維強化複合材料の成形方法、一対のプリプレグ及び一対のプリプレグ製造方法によれば、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを短時間で連結できるので、繊維強化複合材料の成形コストをより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。まず、繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置について説明する。図１は、繊維強化複合材料成形装置１０の構成を示す図である。
【００１７】
プリプレグ供給装置１２は、繊維束に樹脂を含浸したプリプレグ１４を送り出す機能を有している。プリプレグ供給装置１２には、例えば、クリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等を用いることができる。プリプレグ供給装置１２は、プリプレグ１４が巻き付けられる複数のボビン１６と、複数のプリプレグ１４における繊維束に負荷される張力を調整するための複数の繊維張力調整装置１８とを有している。それにより、複数のボビン１６から送り出された複数のプリプレグ１４を、繊維張力調整装置１８で所定の張力に調整して供給することができる。勿論、他の条件次第では、プリプレグ１４の本数は、複数本に限定されることはなく、１本でもよい。
【００１８】
プリプレグ１４に用いられる繊維束の繊維には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、プリプレグ１４に用いられる繊維束の繊維には、炭素繊維に限定されることはなく、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。
【００１９】
プリプレグ１４に用いられる繊維束には、繊維径が、例えば、１μｍから５μｍの単繊維であるフィラメントを束ねたヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。例えば、炭素繊維を用いた繊維束には、炭素繊維フィラメントを１万本〜５万本束ねた炭素繊維ストランドを用いることができる。また、プリプレグ１４に用いられる繊維束には、一方向材だけでなく、平織や朱子織等で織られた織物材の繊維シート等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、プリプレグ１４に用いられる繊維束は、これらの形態に限定されることはない。
【００２０】
プリプレグ１４に用いられる合成樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。勿論、プリプレグ１４に用いられる合成樹脂は、上記樹脂に限定されることはない。
【００２１】
繊維張力測定装置（図示せず）は、プリプレグ供給装置１２から送り出された複数のプリプレグ１４の繊維束に負荷された張力を測定する機能を有している。繊維張力測定装置（図示せず）には、一般的に、炭素繊維等の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。
【００２２】
フィラメントワインディング装置２０は、繊維張力測定装置（図示せず）から送り出されたプリプレグ１４を、型または心金であるマンドレル２２（Ｍａｎｄｒｅｌ）等に巻き付ける機能を有している。フィラメントワインディング装置２０は、プリプレグ１４をマンドレル２２等の円周方向や軸方向等に巻き付けることができる。フィラメントワインディング装置２０は、例えば、マンドレル２２等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）や、マンドレル２２等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）等によりプリプレグ１４をマンドレル２２等に巻き付けて積層することができる。
【００２３】
圧力容器、例えば、高圧タンク等を製造する場合には、マンドレル２２の代わりにポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等を使用することができる。そして、プリプレグ１４は、フィラメントワインディング装置２０により、張力を与えつつ樹脂ライナまたは金属ライナに巻き付けられて積層される。
【００２４】
制御装置２４は、プリプレグ供給装置１２と、繊維張力測定装置（図示せず）と、フィラメントワインディング装置２０とにリード線とコネクタ等を用いて接続される。制御装置２４は、プリプレグ供給装置１２と、繊維張力測定装置（図示せず）と、フィラメントワインディング装置２０とを制御することができる機能を有している。例えば、制御装置２４の制御によりフィラメントワインディング装置２０等の始動及び停止を行うことができる。また、制御装置２４は、繊維張力測定装置（図示せず）から出力されるプリプレグ１４の繊維束における張力データの電気信号を入力し、プリプレグ１４の繊維束における張力を制御することができる機能を有している。かかる制御装置２４は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で構成することができる。また、制御装置２４と接続されたデータロガ２６には、プリプレグ１４の繊維束における張力データ等が記憶されて保存される。
【００２５】
次に、繊維強化複合材料の成形方法について説明する。まず、一対のプリプレグにおけるプリプレグ製造方法について説明する。一対のプリプレグ製造方法は、硬化工程と、突起形成工程と、溝形成工程とを含んで構成される。
【００２６】
硬化工程は、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とにおいて、プリプレグに含まれる樹脂を硬化させる工程である。図２は、ボビン２７から繰り出された一方のプリプレグ２８における樹脂硬化した端３０と、ボビン３１から繰り出された他方のプリプレグ３２における樹脂硬化した端３４とを示す図である。プリプレグ２８、３２に含まれる樹脂を硬化させることにより、一方のプリプレグ２８における端３０と、他方のプリプレグ３２における端３４とに、より高い剛性を付与することができる。プリプレグ２８、３２に含まれる樹脂の硬化は、例えば、プリプレグ２８、３２の端３０、３４を熱板で圧着して加熱する加熱方法や、誘導加熱で加熱する加熱方法で行うことができる。勿論、プリプレグ２８、３２の端３０、３４における樹脂硬化方法は、上記加熱方法に限定されることはない。
【００２７】
突起形成工程は、一方のプリプレグ２８における端３０に、突起を形成する工程である。図３は、一方のプリプレグ２８における突起３６が形成された端３０を示す図である。一方のプリプレグ２８における樹脂硬化した端３０を、切断加工や打抜き加工等で機械加工することにより突起３６を形成することができる。
【００２８】
突起３６の形状は、例えば、四角形状とすることができる。勿論、突起３６の形状は、他の多角形状でもよい。プリプレグ２８の幅が１５ｍｍ〜２０ｍｍの場合には、突起３６の幅Ａを、例えば、２ｍｍ〜３ｍｍとし、突起３６の高さＢを、例えば、１０ｍｍとすることができる。勿論、突起３６の幅と高さは、上記寸法に限定されることはない。
【００２９】
溝形成工程は、他方のプリプレグ３２における端３４に、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を嵌め込む嵌め込み溝を形成する工程である。図４は、他方のプリプレグ３２における嵌め込み溝３８が形成された端３４を示す図である。他方のプリプレグ３２における樹脂硬化した端３４を、切断加工や打抜き加工等で機械加工することにより、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を嵌め込む嵌め込み溝３８を形成することができる。
【００３０】
嵌め込み溝３８の幅Ｃ及び深さＤは、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を嵌め込むために、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６の幅Ａ及び高さＢと略同じか、または突起３６の幅Ａ及び高さＢよりも大きくなるように形成されることが好ましい。勿論、他の条件次第では、嵌め込み溝３８の幅Ｃ及び深さＤは、上記寸法と異なるように形成されてもよい。
【００３１】
以上により、プリプレグ２８、３２を有する一対のプリプレグの製造が完了する。なお、上述したプリプレグ２８、３２の製造方法では、硬化工程と、突起形成工程と、溝形成工程とを別々に行ったが、例えば、熱間プレス加工等により、硬化工程と突起形成工程、硬化工程と溝形成工程とを略同時に行うこともできる。
【００３２】
また、プリプレグの一端のみに突起３６または嵌め込み溝３８を形成するだけでなく、プリプレグの両端に突起３６または嵌め込み溝３８を形成することができる。また、プリプレグの一端に突起３６を形成し、一端に突起３６が形成されたプリプレグの他端に嵌め込み溝３８を形成してもよい。
【００３３】
次に、プリプレグ２８、３２を用いて繊維強化複合材料成形装置１０で繊維強化複合材料を成形する方法について説明する。図５は、繊維強化複合材料成形装置１０の動作を示す図である。一方のプリプレグである、ボビン２７から繰り出された繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０と、他方のプリプレグである、新品のボビン３１から繰り出された成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４とを連結し、長尺プリプレグ４０として、繊維強化複合材料が成形される。ここで、ボビン２７から繰り出された繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０と、新品のボビン３１から繰り出された成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４との連結は、嵌め込み工程で行われる。
【００３４】
嵌め込み工程は、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込む工程である。図６は、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８と、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２とを連結する連結部４２を示す図である。繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込むことにより連結部４２が形成される。そして、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、新品のボビンに巻き付けられた未使用のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込むことにより、長尺プリプレグ４０とすることができる。
【００３５】
このように、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込むことにより連結部４２が形成されるので、例えば、一方のプリプレグと他方のプリプレグとを接着して接合する場合や、一方のプリプレグに含まれる繊維束と、他方のプリプレグに含まれる繊維束とを結んで連結する場合等よりも、更に短時間で連結することができる。また、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０と、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４とを連結することにより、ボビンに巻かれたプリプレグの略全てを成形に使用することができるので、繊維強化複合材料成形中のプリプレグにおける残量が少なくなった時点でボビンを交換する場合よりも、プリプレグの歩留まりをより向上させることができる。
【００３６】
再び、図５に戻り、連結部４２を含む長尺プリプレグ４０は、繊維張力調整装置１８により所定の張力に調整されてプリプレグ供給装置１２から送り出される。プリプレグ供給装置１２から送り出された長尺プリプレグ４０は、繊維張力測定装置（図示せず）により長尺プリプレグ４０の繊維束に負荷されている張力が測定される。ここで、繊維張力測定装置により測定された張力データは、繊維張力測定装置から制御装置２４へ出力され、データロガ２６に記憶されて保存される。また、例えば、長尺プリプレグ４０の繊維束に基準となる所定の張力が負荷されていない場合には、制御装置２４が、張力の異常を検知して異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形装置１０が停止する。
【００３７】
張力測定された長尺プリプレグ４０は、フィラメントワインディング装置２０へ送られる。長尺プリプレグ４０は、フィラメントワインディング装置２０により、マンドレル２２または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等により巻き付けられて積層される。長尺プリプレグ４０に含まれる連結部４２は、プリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、プリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込まれて形成されるため、マンドレル２２または高圧タンクのライナ等の曲面等に対して、連結部４２での変形をより容易に生じさせることができる。それにより、長尺プリプレグ４０は、より均一にマンドレル２２または高圧タンクのライナ等に巻き付けられて積層される。
【００３８】
ここで、長尺プリプレグ４０に含まれる連結部４２は、プリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、プリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込まれて形成されるため、一方のプリプレグと他方のプリプレグとを接着して接合する場合や、一方のプリプレグに含まれる繊維束と、他方のプリプレグに含まれる繊維束とを結んで連結する場合等よりも、連結部４２と、連結部４２でない一般部との段差をより小さくすることができる。それにより、このような段差の大きい部分で生じやすいボイドや、樹脂含有率の高い部分である樹脂リッチ部の形成が抑えられ、繊維強化複合材料における引張強度や圧縮強度等の低下が抑制される。その後、マンドレル２２またはライナ等に巻き付けて積層された長尺プリプレグ４０を、樹脂硬化炉等（図示せず）で加熱することにより、樹脂が硬化されて繊維強化複合材料が成形される。
【００３９】
なお、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８が巻かれたボビン２７と、未使用のプリプレグ３２が巻かれた新品のボビン３１とを自動で交換するボビン自動交換装置（図示せず）を使用することにより、更に、短時間でボビン交換を行うことができるので、繊維強化複合材料の成形時間がより短縮され、成形コストを更に低減することができる。また、上記構成では、繊維強化複合材料成形中のプリプレグとして、突起３６が端３０に形成されたプリプレグ２８を使用し、成形に使用されていない新品のプリプレグとして、嵌め込み溝３８が端３４に形成されたプリプレグ３２を使用したが、勿論、繊維強化複合材料成形中のプリプレグとして、嵌め込み溝３８が端３４に形成されたプリプレグ３２を使用し、成形に使用されていない新品のプリプレグとして、突起３６が端３０に形成されたプリプレグ２８を使用してもよい。
【００４０】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の成形に使用中のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された突起を、まだ成形に使用されていない新品のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結することにより、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを短時間で連結してプリプレグを連続して供給することができる。それにより、繊維強化複合材料成形装置を１度停止して、プリプレグ残量が少なくなったボビンを取り外して新品のボビンと交換し、新品のボビンからプリプレグを引き出して、フィラメントワインディング装置にプリプレグを取付けた後、繊維強化複合材料成形装置を再度、始動させるよりも、繊維強化複合材料の成形時間を短縮することができ、繊維強化複合材料の成形コストをより低減することができる。
【００４１】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の成形に使用中のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された突起を、まだ成形に使用されていない新品のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結することにより、成形中のボビンに巻き付けられたプリプレグの略全てを使用して消費することができる。それにより、繊維強化複合材料成形装置を１度停止して、プリプレグ残存量が少ないボビンを新品のボビンと交換してプリプレグを供給するよりも、プリプレグの歩留まりをより向上させて、繊維強化複合材料の成形コストをより低減することができる。
【００４２】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の成形に使用中のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された突起を、まだ成形に使用されていない新品のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結することにより、繊維強化複合材料におけるマトリックス樹脂と異なる材料である接着剤等が繊維強化複合材料に混入されるのが抑制されるため、より均一に繊維強化複合材料を成形することができる。
【００４３】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の成形に使用中のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された突起を、まだ成形に使用されていない新品のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結することにより、長尺プリプレグの連結部と、連結されていない一般部との段差を、より小さくすることができる。それにより、繊維強化複合材料において、プリプレグの積層方向における段差が大きい部位に生じやすいボイドや樹脂リッチ部等の欠陥を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、ボビンから繰り出された一方のプリプレグにおける樹脂硬化した端と、ボビンから繰り出された他方のプリプレグにおける樹脂硬化した端とを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、一方のプリプレグにおける突起が形成された端を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、他方のプリプレグにおける嵌め込み溝が形成された端を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形装置の動作を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形中のプリプレグと、成形に使用されていない新品のプリプレグとを連結する連結部を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 繊維強化複合材料成形装置、１２ プリプレグ供給装置、１４、２８、３２ プリプレグ、１６、２７、３１ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ フィラメントワインディング装置、２２ マンドレル、２４ 制御装置、２６ データロガ、３０、３４ プリプレグにおける端、３６ 突起、３８ 嵌め込み溝、４０ 長尺プリプレグ、４２ 連結部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂複合材料、繊維強化複合材料の成形方法、一対のプリプレグ及び一対のプリプレグ製造方法に係り、特に、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして成形される繊維強化樹脂複合材料、繊維強化複合材料の成形方法、一対のプリプレグ及び一対のプリプレグ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等を貯蔵する、例えば、車両用高圧タンク等の圧力容器には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、マトリックス樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化複合材料が使用される。
【０００３】
繊維強化複合材料の成形には、例えば、フィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ：ＦＷ）成形法等が用いられる。フィラメントワインディング成形法は、例えば、ボビン等から送り出された繊維束に樹脂を含浸させた後、樹脂含浸した繊維束をマンドレル等に連続して巻き付けることにより繊維強化複合材料を成形する成形方法である。
【０００４】
ここで、高圧タンクのライナ等に繊維束を連続して巻き付けるために、ボビン等から送り出された成形中の繊維束の端は、ボビン等に巻かれた成形に用いられていない新しい繊維束の端と重ね合わせて接合され、長尺繊維束として送り出される。そして、成形中の繊維束の端と、新しい繊維束の端とは、例えば、接着剤等で接着して接合される。
【０００５】
特許文献１には、強化プラスチック用ガラス繊維ロービングの連結方法において、ガラス繊維の一方のロービングの尾部と、他方のロービングの頭部とをそれぞれ所望の長さに引出し、両者を一束に引揃えた後、両者をその先端において、それぞれ２分岐し、かつ、一方のロービングの分岐条と他方のロービングの分岐条とをそれぞれ絡み合わせ、その片方の絡み合わせ糸条で輪を形成し、この輪に他方の絡み合わせ糸を挿通し、片方の絡み合わせ糸条と他方の絡み合わせ糸条とを再び一束に引き揃え、これを、さらに、他方のロービングの頭部により形成した輪に挿通したうえ結束することが示されている。
【０００６】
特許文献２には、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の材料として用いられるガラス繊維ロービングの連結体において、一方のガラス繊維ロービングの尾部と他方のガラス繊維ロービングの頭部とを重ね、この重ね部に圧縮エアーを吹き付けて各ロービングを構成するガラス繊維同士を絡ませて継ぎ、この継ぎ部に、シアノアクリレート系等の常温で低粘性の液状であり且つ常温で固化する速乾性接着剤を付与して継ぎ部の所定長さ部分を固着することが示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５１−１２４１５８号公報
【特許文献２】実開平２−６４５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、例えば、フィラメントワインディング成形法で繊維強化複合材料を成形する場合において、成形中における繊維束への樹脂含浸を省略して成形時間を短縮するために、予め繊維束に樹脂を含浸したプリプレグが使用される。そして、プリプレグは、一般的に、ボビン等に巻き付けられて供給される。ボビン等から送り出されたプリプレグは、フィラメントワインディング装置のマンドレル等に連続して巻き付けられて積層されることにより、繊維強化複合材料が成形される。
【０００９】
ここで、ボビン等に巻かれたプリプレグの残量が少なくなると、フィラメントワインディング装置を停止し、プリプレグ残量が少なくなったボビンを取り外し、新品のボビンと交換する。そして、新品のボビンからプリプレグを引き出して、フィラメントワインディング装置にプリプレグを取付けた後、フィラメントワインディング装置を再度、始動させる。そのため、プリプレグ残量が少なくなったボビンを新品のボビンと交換して、新品のプリプレグをフィラメントワインディング装置に取り付けるための工数が掛かり、繊維強化複合材料の成形コストが大きくなる場合がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、プリプレグを用いて繊維強化複合材料を成形する場合において、成形コストをより低減した繊維強化複合材料、繊維強化複合材料の成形方法、一対のプリプレグ及び一対のプリプレグ製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料は、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして成形される繊維強化複合材料であって、一方のプリプレグにおける端と、他方のプリプレグにおける端との連結部は、一方のプリプレグにおける端に、突起が形成され、他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝が形成され、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を、他方のプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結されることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料の成形方法は、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料の成形方法であって、一方のプリプレグにおける端に、突起を形成する突起形成工程と、他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に設けられた突起を嵌め込む嵌め込み溝を形成する溝形成工程と、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を、他方のプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込む嵌め込み工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る一対のプリプレグは、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する一対のプリプレグであって、一方のプリプレグにおける端に、突起が形成され、他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝が形成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る一対のプリプレグ製造方法は、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する一対のプリプレグ製造方法であって、一方のプリプレグにおける端に、突起を形成する突起形成工程と、他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝を形成する溝形成工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように本発明に係る繊維強化複合材料、繊維強化複合材料の成形方法、一対のプリプレグ及び一対のプリプレグ製造方法によれば、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを短時間で連結できるので、繊維強化複合材料の成形コストをより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。まず、繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置について説明する。図１は、繊維強化複合材料成形装置１０の構成を示す図である。
【００１７】
プリプレグ供給装置１２は、繊維束に樹脂を含浸したプリプレグ１４を送り出す機能を有している。プリプレグ供給装置１２には、例えば、クリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等を用いることができる。プリプレグ供給装置１２は、プリプレグ１４が巻き付けられる複数のボビン１６と、複数のプリプレグ１４における繊維束に負荷される張力を調整するための複数の繊維張力調整装置１８とを有している。それにより、複数のボビン１６から送り出された複数のプリプレグ１４を、繊維張力調整装置１８で所定の張力に調整して供給することができる。勿論、他の条件次第では、プリプレグ１４の本数は、複数本に限定されることはなく、１本でもよい。
【００１８】
プリプレグ１４に用いられる繊維束の繊維には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、プリプレグ１４に用いられる繊維束の繊維には、炭素繊維に限定されることはなく、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。
【００１９】
プリプレグ１４に用いられる繊維束には、繊維径が、例えば、１μｍから５μｍの単繊維であるフィラメントを束ねたヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。例えば、炭素繊維を用いた繊維束には、炭素繊維フィラメントを１万本〜５万本束ねた炭素繊維ストランドを用いることができる。また、プリプレグ１４に用いられる繊維束には、一方向材だけでなく、平織や朱子織等で織られた織物材の繊維シート等を使用してもよい。勿論、他の条件次第では、プリプレグ１４に用いられる繊維束は、これらの形態に限定されることはない。
【００２０】
プリプレグ１４に用いられる合成樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。勿論、プリプレグ１４に用いられる合成樹脂は、上記樹脂に限定されることはない。
【００２１】
繊維張力測定装置（図示せず）は、プリプレグ供給装置１２から送り出された複数のプリプレグ１４の繊維束に負荷された張力を測定する機能を有している。繊維張力測定装置（図示せず）には、一般的に、炭素繊維等の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。
【００２２】
フィラメントワインディング装置２０は、繊維張力測定装置（図示せず）から送り出されたプリプレグ１４を、型または心金であるマンドレル２２（Ｍａｎｄｒｅｌ）等に巻き付ける機能を有している。フィラメントワインディング装置２０は、プリプレグ１４をマンドレル２２等の円周方向や軸方向等に巻き付けることができる。フィラメントワインディング装置２０は、例えば、マンドレル２２等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）や、マンドレル２２等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）等によりプリプレグ１４をマンドレル２２等に巻き付けて積層することができる。
【００２３】
圧力容器、例えば、高圧タンク等を製造する場合には、マンドレル２２の代わりにポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等を使用することができる。そして、プリプレグ１４は、フィラメントワインディング装置２０により、張力を与えつつ樹脂ライナまたは金属ライナに巻き付けられて積層される。
【００２４】
制御装置２４は、プリプレグ供給装置１２と、繊維張力測定装置（図示せず）と、フィラメントワインディング装置２０とにリード線とコネクタ等を用いて接続される。制御装置２４は、プリプレグ供給装置１２と、繊維張力測定装置（図示せず）と、フィラメントワインディング装置２０とを制御することができる機能を有している。例えば、制御装置２４の制御によりフィラメントワインディング装置２０等の始動及び停止を行うことができる。また、制御装置２４は、繊維張力測定装置（図示せず）から出力されるプリプレグ１４の繊維束における張力データの電気信号を入力し、プリプレグ１４の繊維束における張力を制御することができる機能を有している。かかる制御装置２４は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で構成することができる。また、制御装置２４と接続されたデータロガ２６には、プリプレグ１４の繊維束における張力データ等が記憶されて保存される。
【００２５】
次に、繊維強化複合材料の成形方法について説明する。まず、一対のプリプレグにおけるプリプレグ製造方法について説明する。一対のプリプレグ製造方法は、硬化工程と、突起形成工程と、溝形成工程とを含んで構成される。
【００２６】
硬化工程は、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とにおいて、プリプレグに含まれる樹脂を硬化させる工程である。図２は、ボビン２７から繰り出された一方のプリプレグ２８における樹脂硬化した端３０と、ボビン３１から繰り出された他方のプリプレグ３２における樹脂硬化した端３４とを示す図である。プリプレグ２８、３２に含まれる樹脂を硬化させることにより、一方のプリプレグ２８における端３０と、他方のプリプレグ３２における端３４とに、より高い剛性を付与することができる。プリプレグ２８、３２に含まれる樹脂の硬化は、例えば、プリプレグ２８、３２の端３０、３４を熱板で圧着して加熱する加熱方法や、誘導加熱で加熱する加熱方法で行うことができる。勿論、プリプレグ２８、３２の端３０、３４における樹脂硬化方法は、上記加熱方法に限定されることはない。
【００２７】
突起形成工程は、一方のプリプレグ２８における端３０に、突起を形成する工程である。図３は、一方のプリプレグ２８における突起３６が形成された端３０を示す図である。一方のプリプレグ２８における樹脂硬化した端３０を、切断加工や打抜き加工等で機械加工することにより突起３６を形成することができる。
【００２８】
突起３６の形状は、例えば、四角形状とすることができる。勿論、突起３６の形状は、他の多角形状でもよい。プリプレグ２８の幅が１５ｍｍ〜２０ｍｍの場合には、突起３６の幅Ａを、例えば、２ｍｍ〜３ｍｍとし、突起３６の高さＢを、例えば、１０ｍｍとすることができる。勿論、突起３６の幅と高さは、上記寸法に限定されることはない。
【００２９】
溝形成工程は、他方のプリプレグ３２における端３４に、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を嵌め込む嵌め込み溝を形成する工程である。図４は、他方のプリプレグ３２における嵌め込み溝３８が形成された端３４を示す図である。他方のプリプレグ３２における樹脂硬化した端３４を、切断加工や打抜き加工等で機械加工することにより、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を嵌め込む嵌め込み溝３８を形成することができる。
【００３０】
嵌め込み溝３８の幅Ｃ及び深さＤは、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を嵌め込むために、一方のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６の幅Ａ及び高さＢと略同じか、または突起３６の幅Ａ及び高さＢよりも大きくなるように形成されることが好ましい。勿論、他の条件次第では、嵌め込み溝３８の幅Ｃ及び深さＤは、上記寸法と異なるように形成されてもよい。
【００３１】
以上により、プリプレグ２８、３２を有する一対のプリプレグの製造が完了する。なお、上述したプリプレグ２８、３２の製造方法では、硬化工程と、突起形成工程と、溝形成工程とを別々に行ったが、例えば、熱間プレス加工等により、硬化工程と突起形成工程、硬化工程と溝形成工程とを略同時に行うこともできる。
【００３２】
また、プリプレグの一端のみに突起３６または嵌め込み溝３８を形成するだけでなく、プリプレグの両端に突起３６または嵌め込み溝３８を形成することができる。また、プリプレグの一端に突起３６を形成し、一端に突起３６が形成されたプリプレグの他端に嵌め込み溝３８を形成してもよい。
【００３３】
次に、プリプレグ２８、３２を用いて繊維強化複合材料成形装置１０で繊維強化複合材料を成形する方法について説明する。図５は、繊維強化複合材料成形装置１０の動作を示す図である。一方のプリプレグである、ボビン２７から繰り出された繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０と、他方のプリプレグである、新品のボビン３１から繰り出された成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４とを連結し、長尺プリプレグ４０として、繊維強化複合材料が成形される。ここで、ボビン２７から繰り出された繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０と、新品のボビン３１から繰り出された成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４との連結は、嵌め込み工程で行われる。
【００３４】
嵌め込み工程は、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込む工程である。図６は、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８と、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２とを連結する連結部４２を示す図である。繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込むことにより連結部４２が形成される。そして、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、新品のボビンに巻き付けられた未使用のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込むことにより、長尺プリプレグ４０とすることができる。
【００３５】
このように、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込むことにより連結部４２が形成されるので、例えば、一方のプリプレグと他方のプリプレグとを接着して接合する場合や、一方のプリプレグに含まれる繊維束と、他方のプリプレグに含まれる繊維束とを結んで連結する場合等よりも、更に短時間で連結することができる。また、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８における端３０と、成形に使用されていない新品のプリプレグ３２における端３４とを連結することにより、ボビンに巻かれたプリプレグの略全てを成形に使用することができるので、繊維強化複合材料成形中のプリプレグにおける残量が少なくなった時点でボビンを交換する場合よりも、プリプレグの歩留まりをより向上させることができる。
【００３６】
再び、図５に戻り、連結部４２を含む長尺プリプレグ４０は、繊維張力調整装置１８により所定の張力に調整されてプリプレグ供給装置１２から送り出される。プリプレグ供給装置１２から送り出された長尺プリプレグ４０は、繊維張力測定装置（図示せず）により長尺プリプレグ４０の繊維束に負荷されている張力が測定される。ここで、繊維張力測定装置により測定された張力データは、繊維張力測定装置から制御装置２４へ出力され、データロガ２６に記憶されて保存される。また、例えば、長尺プリプレグ４０の繊維束に基準となる所定の張力が負荷されていない場合には、制御装置２４が、張力の異常を検知して異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形装置１０が停止する。
【００３７】
張力測定された長尺プリプレグ４０は、フィラメントワインディング装置２０へ送られる。長尺プリプレグ４０は、フィラメントワインディング装置２０により、マンドレル２２または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等により巻き付けられて積層される。長尺プリプレグ４０に含まれる連結部４２は、プリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、プリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込まれて形成されるため、マンドレル２２または高圧タンクのライナ等の曲面等に対して、連結部４２での変形をより容易に生じさせることができる。それにより、長尺プリプレグ４０は、より均一にマンドレル２２または高圧タンクのライナ等に巻き付けられて積層される。
【００３８】
ここで、長尺プリプレグ４０に含まれる連結部４２は、プリプレグ２８における端３０に形成された突起３６を、プリプレグ３２における端３４に形成された嵌め込み溝３８に嵌め込まれて形成されるため、一方のプリプレグと他方のプリプレグとを接着して接合する場合や、一方のプリプレグに含まれる繊維束と、他方のプリプレグに含まれる繊維束とを結んで連結する場合等よりも、連結部４２と、連結部４２でない一般部との段差をより小さくすることができる。それにより、このような段差の大きい部分で生じやすいボイドや、樹脂含有率の高い部分である樹脂リッチ部の形成が抑えられ、繊維強化複合材料における引張強度や圧縮強度等の低下が抑制される。その後、マンドレル２２またはライナ等に巻き付けて積層された長尺プリプレグ４０を、樹脂硬化炉等（図示せず）で加熱することにより、樹脂が硬化されて繊維強化複合材料が成形される。
【００３９】
なお、繊維強化複合材料成形中のプリプレグ２８が巻かれたボビン２７と、未使用のプリプレグ３２が巻かれた新品のボビン３１とを自動で交換するボビン自動交換装置（図示せず）を使用することにより、更に、短時間でボビン交換を行うことができるので、繊維強化複合材料の成形時間がより短縮され、成形コストを更に低減することができる。また、上記構成では、繊維強化複合材料成形中のプリプレグとして、突起３６が端３０に形成されたプリプレグ２８を使用し、成形に使用されていない新品のプリプレグとして、嵌め込み溝３８が端３４に形成されたプリプレグ３２を使用したが、勿論、繊維強化複合材料成形中のプリプレグとして、嵌め込み溝３８が端３４に形成されたプリプレグ３２を使用し、成形に使用されていない新品のプリプレグとして、突起３６が端３０に形成されたプリプレグ２８を使用してもよい。
【００４０】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の成形に使用中のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された突起を、まだ成形に使用されていない新品のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結することにより、繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを短時間で連結してプリプレグを連続して供給することができる。それにより、繊維強化複合材料成形装置を１度停止して、プリプレグ残量が少なくなったボビンを取り外して新品のボビンと交換し、新品のボビンからプリプレグを引き出して、フィラメントワインディング装置にプリプレグを取付けた後、繊維強化複合材料成形装置を再度、始動させるよりも、繊維強化複合材料の成形時間を短縮することができ、繊維強化複合材料の成形コストをより低減することができる。
【００４１】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の成形に使用中のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された突起を、まだ成形に使用されていない新品のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結することにより、成形中のボビンに巻き付けられたプリプレグの略全てを使用して消費することができる。それにより、繊維強化複合材料成形装置を１度停止して、プリプレグ残存量が少ないボビンを新品のボビンと交換してプリプレグを供給するよりも、プリプレグの歩留まりをより向上させて、繊維強化複合材料の成形コストをより低減することができる。
【００４２】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の成形に使用中のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された突起を、まだ成形に使用されていない新品のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結することにより、繊維強化複合材料におけるマトリックス樹脂と異なる材料である接着剤等が繊維強化複合材料に混入されるのが抑制されるため、より均一に繊維強化複合材料を成形することができる。
【００４３】
上記構成によれば、繊維強化複合材料の成形に使用中のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された突起を、まだ成形に使用されていない新品のボビンに巻き付けられたプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結することにより、長尺プリプレグの連結部と、連結されていない一般部との段差を、より小さくすることができる。それにより、繊維強化複合材料において、プリプレグの積層方向における段差が大きい部位に生じやすいボイドや樹脂リッチ部等の欠陥を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、ボビンから繰り出された一方のプリプレグにおける樹脂硬化した端と、ボビンから繰り出された他方のプリプレグにおける樹脂硬化した端とを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、一方のプリプレグにおける突起が形成された端を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、他方のプリプレグにおける嵌め込み溝が形成された端を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形装置の動作を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態において、繊維強化複合材料成形中のプリプレグと、成形に使用されていない新品のプリプレグとを連結する連結部を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 繊維強化複合材料成形装置、１２ プリプレグ供給装置、１４、２８、３２ プリプレグ、１６、２７、３１ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ フィラメントワインディング装置、２２ マンドレル、２４ 制御装置、２６ データロガ、３０、３４ プリプレグにおける端、３６ 突起、３８ 嵌め込み溝、４０ 長尺プリプレグ、４２ 連結部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして成形される繊維強化複合材料であって、
一方のプリプレグにおける端と、他方のプリプレグにおける端との連結部は、
一方のプリプレグにおける端に、突起が形成され、
他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝が形成され、
一方のプリプレグにおける端に形成された突起を、他方のプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項２】
繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料の成形方法であって、
一方のプリプレグにおける端に、突起を形成する突起形成工程と、
他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に設けられた突起を嵌め込む嵌め込み溝を形成する溝形成工程と、
一方のプリプレグにおける端に形成された突起を、他方のプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込む嵌め込み工程と、
を備えることを特徴とする繊維強化複合材料の成形方法。
【請求項３】
繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する一対のプリプレグであって、
一方のプリプレグにおける端に、突起が形成され、
他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝が形成されることを特徴とする一対のプリプレグ。
【請求項４】
繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する一対のプリプレグ製造方法であって、
一方のプリプレグにおける端に、突起を形成する突起形成工程と、
他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝を形成する溝形成工程と、
を備えることを特徴とする一対のプリプレグ製造方法。
【請求項１】
繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして成形される繊維強化複合材料であって、
一方のプリプレグにおける端と、他方のプリプレグにおける端との連結部は、
一方のプリプレグにおける端に、突起が形成され、
他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝が形成され、
一方のプリプレグにおける端に形成された突起を、他方のプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込んで連結されることを特徴とする繊維強化複合材料。
【請求項２】
繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料の成形方法であって、
一方のプリプレグにおける端に、突起を形成する突起形成工程と、
他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に設けられた突起を嵌め込む嵌め込み溝を形成する溝形成工程と、
一方のプリプレグにおける端に形成された突起を、他方のプリプレグにおける端に形成された嵌め込み溝に嵌め込む嵌め込み工程と、
を備えることを特徴とする繊維強化複合材料の成形方法。
【請求項３】
繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する一対のプリプレグであって、
一方のプリプレグにおける端に、突起が形成され、
他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝が形成されることを特徴とする一対のプリプレグ。
【請求項４】
繊維束に樹脂を含浸した一方のプリプレグにおける端と、繊維束に樹脂を含浸した他方のプリプレグにおける端とを連結し、長尺プリプレグとして繊維強化複合材料を成形する一対のプリプレグ製造方法であって、
一方のプリプレグにおける端に、突起を形成する突起形成工程と、
他方のプリプレグにおける端に、一方のプリプレグにおける端に形成された突起を嵌め込む嵌め込み溝を形成する溝形成工程と、
を備えることを特徴とする一対のプリプレグ製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１７４６３０（Ｐ２００８−１７４６３０Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８７５７（Ｐ２００７−８７５７）
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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