繊維強化複合材料成形装置
【課題】繊維強化複合材料成形装置において、長尺繊維束をより変形し易くして、繊維強化樹脂複合材料を成形することである。
【解決手段】成形中の繊維束１４における端と、新品の繊維束４４における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束４６として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１０であって、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有する。そして、重ね合わせ領域Ａは、点状に接合された接合部４８等を有することが好ましい。
【解決手段】成形中の繊維束１４における端と、新品の繊維束４４における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束４６として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１０であって、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有する。そして、重ね合わせ領域Ａは、点状に接合された接合部４８等を有することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形装置に係り、特に、一方の繊維束における端と、他方の繊維束における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束として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し、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、原反ロールの強化繊維束の送出し終了端と新原反ロールの強化繊維束の送出し開始端とを接着テープで接続することが示されている。また、特許文献２には、先に巻き出されたロールシートの後端部に、続いて巻き出されるロールシートの先端部を両面テープ、接着剤等で接着して接合することが示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１１０１０８号公報
【特許文献２】特開２０００−９４４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一方の繊維束の端と、他方の繊維束の端とを重ね合わせて、重ね合わせた部分を全て合成樹脂等の接着剤で接着して長尺繊維束とした場合には、長尺繊維束に含まれる重ね合わせ領域の剛性が高くなり、重ね合わせ領域は柔軟性が低下して、変形し難くなる可能性がある。その結果、成形された繊維強化複合材料に内部欠陥等が生じて、繊維強化複合材料の機械的強度等が低下する場合がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、一方の繊維束の端と、他方の繊維束の端と重ね合わせた領域をより変形し易くして、繊維強化樹脂複合材料を成形することができる繊維強化複合材料成形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、一方の繊維束における端と、他方の繊維束における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束として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であって、一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置において、一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、点状に接合された接合部を有することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置において、一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、縞状に接合された接合部を有することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置において、長尺繊維束は、圧力容器のライナに巻き付けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように本発明に係る繊維強化複合材料成形装置によれば、一方の繊維束の端と、他方の繊維束の端とを重ね合わせた領域に複数の接合部を有するので、長尺繊維束に含まれる重ね合わせ領域をより変形し易くして、繊維強化樹脂複合材料を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。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。
【００１５】
繊維供給装置１２は、繊維束１４を送り出す機能を有している。繊維供給装置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。繊維供給装置１２は、繊維束１４を巻き付けるための複数のボビン１６と、複数の繊維束１４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、ボビン１６等から送り出された複数の繊維束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、繊維束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。
【００１６】
繊維束１４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、繊維束１４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。
【００１７】
繊維束１４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１４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、繊維束１４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、繊維束１４は、これらの形態に限定されることはない。
【００１８】
繊維束１４には、予め繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを使用することができる。そして、プリプレグ用の樹脂には、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、プリプレグ用の樹脂は、上記樹脂に限定されることはない。
【００１９】
繊維張力測定装置２０は、繊維供給装置１２から送り出された複数の繊維束１４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２０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。
【００２０】
樹脂含浸装置２２は、繊維張力測定装置２０で張力測定された繊維束１４に、樹脂等を含浸する機能を有している。樹脂含浸装置２２は、繊維束１４に含浸する樹脂を溜める樹脂槽２４と、繊維束１４に樹脂を付着させる樹脂含浸ローラ２６と、第１テンションローラ２８と、第２テンションローラ３０と、を備えている。また、樹脂含浸装置２２は、樹脂粘度を調整するために樹脂温度を測定する樹脂温度計と、樹脂含浸量を調整するために繊維束１４に付着した樹脂膜厚を測定する樹脂膜厚計３２とを有している。そして、樹脂含浸ローラ２６を回転させて、ローラ面を樹脂槽２４に溜めた樹脂に浸漬した後、樹脂が付着したローラ面を繊維束１４に接触させることで樹脂含浸することができる。繊維束１４に含浸される合成樹脂には、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、合成樹脂は、上記合成樹脂に限定されることなない。
【００２１】
フィラメントワインディング装置３４は、樹脂含浸装置２２から送り出された樹脂含浸した繊維束１４を、型または心金であるマンドレル３６（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３４は、樹脂含浸した繊維束１４をマンドレル３６等の円周方向や軸方向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３４は、例えば、マンドレル３６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３６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）等により樹脂含浸した繊維束１４を巻き付けることができる。
【００２２】
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３６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、樹脂含浸した繊維束１４は、フィラメントワインディング装置３４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る。
【００２３】
制御装置３８は、繊維張力測定装置２０と、樹脂含浸装置２２に配置される樹脂温度センサと、樹脂膜厚計３２等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３８は、繊維張力測定装置２０から出力される繊維束１４の張力データの電気信号を入力し、繊維束１４の張力を制御することができる機能を有している。そして、制御装置３８は、樹脂含浸装置２２に配置された樹脂温度センサから出力される樹脂温度データの電気信号を入力し、樹脂温度を制御することができる機能を有している。更に、制御装置３４は、樹脂膜厚計３２から出力される樹脂膜厚データの電気信号を入力して、基準となる所定の樹脂量が樹脂含浸ローラ２６に付着されているか否かを検知することができる機能を有している。かかる制御装置３８は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。また、制御装置３８と接続されたデータロガ４０には、上述した繊維束１４の張力データ、樹脂温度データ、樹脂膜厚データ等が記憶されて保存される。
【００２４】
繊維接合装置４２は、一方の繊維束である成形中の繊維束１４における端と、他方の繊維束である成形に用いられていない新品の繊維束４４における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束４６を形成する機能を有している。ボビン１６に巻かれた成形中の繊維束１４を使用し尽す前に新しいボビンに交換することにより、繊維の歩留まりを向上させることができる。そして、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域は、長尺繊維束４６の長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有している。重ね合わせ領域における各々接合部の間には所定の間隔が設けられているため、各々接合部の間では、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とは接合されていない。接合されていない部分は、接合された部分よりも変形し易いため、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域での変形をより容易に生じさせることができる。
【００２５】
成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて点状に接合された接合部を有していることが好ましい。図２は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて点状に接合された複数の接合部を有する重ね合わせ領域Ａを示す図である。重ね合わせ領域Ａにおける各々点状の接合部４８の間には所定の間隔が設けられているため、各々点状の接合部４８の間では、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とは接合されていない。そのため、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａに柔軟性を持たせて変形を生じ易くすることができる。
【００２６】
例えば、長尺繊維束４６をフィラメントワインディング装置３４により高圧タンクのライナ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）で巻き付ける場合だけでなく、高圧タンクのライナ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）等により巻き付ける場合においても、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａは、所定の間隔を設けて点状に接合された接合部４８を有しているので、重ね合わせ領域Ａを容易に変形させてライナ等に巻き付けることができる。
【００２７】
また、点状に接合された接合部４８の数は、図２に示すように、１３箇所に限定されることなく、例えば、１０箇所でもよいし、１５箇所でもよい。更に、点状に接合された各々接合部４８の間隔は、略一定の間隔に限定されることなく、各々接合部４８で異なる間隔とすることもできる。
【００２８】
成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域は、長尺繊維束４６の長尺方向に対して、所定の間隔を設けて縞状（ストライプ状）に接合された接合部を有していることが好ましい。図３は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて縞状に接合された複数の接合部を有する重ね合わせ領域Ａを示す図である。重ね合わせ領域Ａにおける各々縞状の接合部５０の間には所定の間隔が設けられているため、各々縞状の接合部５０の間では、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とは接合されていない。そのため、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａに柔軟性を持たせて変形を生じ易くすることができる。
【００２９】
縞状に接合された接合部５０は、点状に接合された接合部４８よりも接着面積が大きいため、重ね合わせ領域Ａにおける接合強度をより高くすることができる。そのため、例えば、長尺繊維束４６を、フィラメントワインディング装置３４により高圧タンクのライナ等の回転軸方向に対して略垂直方向に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）で巻き付ける場合に、長尺繊維束４６の張力をより高くして巻き付けることができる。
【００３０】
縞状に接合された複数の接合部５０は、図３に示すように略直線状だけでなく、曲線状に接合されてもよい。また、縞状に接合された接合部５０の数は、図３に示すように、５箇所に限定されることなく、例えば、３箇所でもよいし、７箇所でもよい。更に、縞状に形成された各々接合部５０の間隔は、略一定の間隔に限定されることなく、各々接合部５０で異なる間隔とすることもできる。
【００３１】
成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とは、接着剤等により接着して接合することができる。図４は、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域における接合部４８，５０の接合方法を示す図である。成形中の繊維束１４の端と、新品の繊維束４４の端とは重ね合わされて、例えば、繊維接合装置４２に設けられた接着剤供給ノズル５２等から供給される合成樹脂の接着剤等により接着して接合することができる。また、繊維接合装置４２に設けられたヒータ等により、接合部４８，５０を加熱して接着剤の硬化を促進することができる。
【００３２】
接着剤には、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との接合強度が高い合成樹脂の接着剤を用いることが好ましい。成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との接合部４８，５０の接合強度を高めて、接合部４８，５０における破断等を抑えることができるからである。また、接着剤には、より短い時間で硬化して接着する合成樹脂の接着剤を用いることが好ましい。成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とをより短時間で接合させることができるので、繊維強化複合材料の生産性が向上するからである。更に、接着剤には、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂と同等の物性を有する合成樹脂の接着剤を用いることが好ましい。例えば、マトリックス樹脂にエポキシ系合成樹脂を使用する場合には、接着剤にエポキシ系合成樹脂の接着剤を使用することが好ましい。これにより、接着剤が硬化して形成された接着層とマトリックス樹脂との界面での剥離等を抑えることができるからである。また、接着剤は、ペースト状接着剤に限定されることなく、例えば、フィルム状接着剤等を用いることができる。
【００３３】
接着剤には、嫌気性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を使用することができる。アクリル樹脂等の嫌気性樹脂を接着剤として使用する場合には、嫌気性樹脂を成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との所定位置に塗布した後、重ね合わせて保持することにより接合することができる。ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を接着剤として使用する場合には、加熱して粘度が低下した熱可塑性樹脂を、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との所定位置に塗布した後、重ね合わせて冷却することにより接合することができる。エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を接着剤として使用する場合には、熱硬化性樹脂を成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との所定位置に塗布した後、重ね合わせて熱板や高周波で加熱することにより接合することができる。また、嫌気性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とに含浸させるため、加圧して接着してもよい。
【００３４】
なお、プリプレグを使用した場合においても、同様にして、一方のプリプレグである成形中のプリプレグの端と、他方のプリプレグである新品のプリプレグの端との重ね合わせ領域Ａは、長尺プリプレグの長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有している。重ね合わせ領域Ａにおける各々接合部の間には所定の間隔が設けられているため、各々接合部の間では、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとは接合されていない。そのため、長尺プリプレグに含まれる重ね合わせ領域Ａでの変形をより容易に生じされることができる。そして、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとの重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて点状に接合された接合部を有していることが好ましい。また、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとの重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて縞状に接合された接合部を有していることが好ましい。
【００３５】
図５は、成形中のプリプレグ５４と新品のプリプレグ５６との重ね合わせ領域における接合部５８の接合方法を示す図である。成形中のプリプレグ５４における端と、他方のプリプレグ５６における端とを重ね合わせて、繊維接合装置４２に設けられるホットガン６０等で加熱することにより、加熱された部分を接合することができる。プリプレグ５４，５６には、予め、熱硬化性樹脂等の合成樹脂が含浸されているので、加熱によりプリプレグ５４，５６に含浸した合成樹脂を硬化させて接合することができる。勿論、プリプレグ５４，５６の加熱手段には、ホットガン６０に限定されることなく、熱板や高周波を発生させる高周波発生器等を使用してもよい。
【００３６】
次に、再び、図１に戻り、繊維強化複合材料成形装置１０の動作について説明する。
【００３７】
繊維強化複合材料を成形中の繊維束１４の端と、成形に使用されていない新品の繊維束４４の端とを重ね合わせる。そして、重ね合わせ領域Ａが、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部４８，５０を有するように、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とを繊維接合装置４２により接着剤等で接合する。繊維接合装置４２により接合された重ね合わせ領域Ａを含む長尺繊維束４６は、繊維供給装置１２へ送られる。
【００３８】
繊維供給装置１２のボビン１６から長尺繊維束４６が繰り出され、ボビン１６から繰り出された長尺繊維束４６は、繊維張力調整装置１８により所定の張力に調整されて繊維供給装置１２から送り出される。
【００３９】
繊維供給装置１２から送り出された長尺繊維束４６は、繊維張力測定装置２０により長尺繊維束４６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２０により測定された長尺繊維束４６の張力データは、繊維張力測定装置２０から制御装置３８へ出力され、データロガ４０に記憶されて保存される。また、長尺繊維束４６に、例えば、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３８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。
【００４０】
繊維張力測定装置２０を通過した長尺繊維束４６は、樹脂含浸装置２２に送り出される。樹脂含浸装置２２における樹脂槽２４の中には、例えば、エポキシ樹脂である液状の樹脂が溜められている。樹脂の温度は、熱電対等の樹脂温度センサにより測定される。そして、樹脂温度データは、樹脂温度センサからから制御装置３８へ出力され、データロガ４０に記憶されて保存される。また、樹脂温度が、例えば、設定された樹脂温度でない場合には、制御装置３８が樹脂温度の異常を検知して、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。
【００４１】
樹脂含浸ローラ２６は、ローラが回転することにより樹脂槽２４に溜められた樹脂と接触し、樹脂含浸ローラ２６の表面に樹脂が付着する。そして、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とにより押さえられた長尺繊維束４６は、樹脂含浸ローラ２６と接触することにより樹脂が含浸される。長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部４８、５０を有しているので、樹脂含浸ローラ２６のローラ面等に対して、重ね合わせ領域Ａ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、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａに、より均一に樹脂を含浸することができる。
【００４２】
そして、樹脂膜厚計３２により測定された樹脂膜厚データは、樹脂膜厚計３２から制御装置３８へ出力される。そして、出力された樹脂膜厚データは、制御装置３８により基準となる樹脂膜厚と比較されるとともにデータロガ４０に記憶される。そして、樹脂膜厚データが基準となる樹脂膜厚よりも薄い場合には、制御装置３８により長尺繊維束４６に適正な樹脂量の樹脂が含浸されていないと判断されて、異常信号等が出力される。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。
【００４３】
樹脂含浸した長尺繊維束４６は、第２テンションローラ３０を介した後、フィラメントワインディング装置３４へ送り出される。樹脂含浸した長尺繊維束４６は、フィラメントワインディング装置３４により、マンドレル３６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る。長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部４８，５０を有しているので、マンドレル３６または高圧タンクのライナ等の曲面等に対して、重ね合わせ領域Ａ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、樹脂含浸した長尺繊維束４６を、より均一にマンドレル３６または高圧タンクのライナ等に巻き付けて積層することができる。その後、マンドレル３６またはライナ等に巻き付けた樹脂含浸した長尺繊維束４６を図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより、樹脂を硬化して繊維強化複合材料が成形される。
【００４４】
次に、繊維束としてプリプレグを使用した場合について説明する。
【００４５】
繊維強化複合材料を成形中のプリプレグの端と、成形に使用されていない新品のプリプレグの端とを重ね合わせる。そして、重ね合わせ領域Ａが、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部４８，５０を有するように、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとを繊維接合装置４２により接着剤等で接合する。繊維接合装置４２により接合された重ね合わせ領域Ａを含む長尺プリプレグは、繊維供給装置１２へ送られる。繊維供給装置１２から送り出された長尺プリプレグは、繊維張力測定装置２０により長尺プリプレグに負荷されている張力が測定される。そして、長尺プリプレグは、すでに樹脂が含浸されているため、直接、フィラメントワインディング装置３４へ送られる。
【００４６】
長尺プリプレグは、フィラメントワインディング装置３４により、上述したマンドレル３６または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等で巻き付けられる。長尺プリプレグに含まれる重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有しているので、マンドレル３６または高圧タンクのライナ等の曲面等に対して、重ね合わせ領域Ａ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、長尺プリプレグをより均一に、マンドレル３６または高圧タンクのライナ等に巻き付けて積層することができる。マンドレル３６またはライナ等に巻き付けられた長尺プリプレグを、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより、樹脂を硬化して繊維強化複合材料が成形される。
【００４７】
上記構成によれば、長尺繊維束に含まれる重ね合わせ領域は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有するので、重ね合わせ領域の変形を容易に生じさせることができる。それにより、成形中の繊維束と新品の繊維束を結ぶことにより形成される結び玉や、重ね合わせ領域の全てを合成樹脂等で接着することにより生じる剛直性等に起因する繊維強化樹脂複合材料の内部欠陥や形状異常を抑えることにより、繊維強化複合材料の機械的強度等の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態において、繊維強化樹脂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、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて点状に接合された複数の接合部を有する重ね合わせ領域を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて縞状に接合された複数の接合部を有する重ね合わせ領域を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、成形中の繊維束と新品の繊維束との重ね合わせ領域における接合部の接合方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとの重ね合わせ領域における接合部の接合方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 繊維強化複合材料成形装置、１２ 繊維供給装置、１４，４４ 繊維束、１６ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ 繊維張力測定装置、２２ 樹脂含浸装置、２４ 樹脂槽、２６ 樹脂含浸ローラ、２８ 第１テンションローラ、３０ 第２テンションローラ、３２ 樹脂膜厚計、３４ フィラメントワインディング装置、３６ マンドレル、３８ 制御装置、４０ データロガ、４２ 繊維接合装置、４６ 長尺繊維束、４８，５０，５８ 接合部、５２ 接着剤供給ノズル、５４，５６ プリプレグ、６０ ホットガン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形装置に係り、特に、一方の繊維束における端と、他方の繊維束における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束として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し、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、原反ロールの強化繊維束の送出し終了端と新原反ロールの強化繊維束の送出し開始端とを接着テープで接続することが示されている。また、特許文献２には、先に巻き出されたロールシートの後端部に、続いて巻き出されるロールシートの先端部を両面テープ、接着剤等で接着して接合することが示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１１０１０８号公報
【特許文献２】特開２０００−９４４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一方の繊維束の端と、他方の繊維束の端とを重ね合わせて、重ね合わせた部分を全て合成樹脂等の接着剤で接着して長尺繊維束とした場合には、長尺繊維束に含まれる重ね合わせ領域の剛性が高くなり、重ね合わせ領域は柔軟性が低下して、変形し難くなる可能性がある。その結果、成形された繊維強化複合材料に内部欠陥等が生じて、繊維強化複合材料の機械的強度等が低下する場合がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、一方の繊維束の端と、他方の繊維束の端と重ね合わせた領域をより変形し易くして、繊維強化樹脂複合材料を成形することができる繊維強化複合材料成形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、一方の繊維束における端と、他方の繊維束における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束として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であって、一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置において、一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、点状に接合された接合部を有することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置において、一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、縞状に接合された接合部を有することが好ましい。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置において、長尺繊維束は、圧力容器のライナに巻き付けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように本発明に係る繊維強化複合材料成形装置によれば、一方の繊維束の端と、他方の繊維束の端とを重ね合わせた領域に複数の接合部を有するので、長尺繊維束に含まれる重ね合わせ領域をより変形し易くして、繊維強化樹脂複合材料を成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。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。
【００１５】
繊維供給装置１２は、繊維束１４を送り出す機能を有している。繊維供給装置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。繊維供給装置１２は、繊維束１４を巻き付けるための複数のボビン１６と、複数の繊維束１４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、ボビン１６等から送り出された複数の繊維束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、繊維束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。
【００１６】
繊維束１４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、繊維束１４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。
【００１７】
繊維束１４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１４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、繊維束１４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、繊維束１４は、これらの形態に限定されることはない。
【００１８】
繊維束１４には、予め繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを使用することができる。そして、プリプレグ用の樹脂には、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、プリプレグ用の樹脂は、上記樹脂に限定されることはない。
【００１９】
繊維張力測定装置２０は、繊維供給装置１２から送り出された複数の繊維束１４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２０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。
【００２０】
樹脂含浸装置２２は、繊維張力測定装置２０で張力測定された繊維束１４に、樹脂等を含浸する機能を有している。樹脂含浸装置２２は、繊維束１４に含浸する樹脂を溜める樹脂槽２４と、繊維束１４に樹脂を付着させる樹脂含浸ローラ２６と、第１テンションローラ２８と、第２テンションローラ３０と、を備えている。また、樹脂含浸装置２２は、樹脂粘度を調整するために樹脂温度を測定する樹脂温度計と、樹脂含浸量を調整するために繊維束１４に付着した樹脂膜厚を測定する樹脂膜厚計３２とを有している。そして、樹脂含浸ローラ２６を回転させて、ローラ面を樹脂槽２４に溜めた樹脂に浸漬した後、樹脂が付着したローラ面を繊維束１４に接触させることで樹脂含浸することができる。繊維束１４に含浸される合成樹脂には、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、合成樹脂は、上記合成樹脂に限定されることなない。
【００２１】
フィラメントワインディング装置３４は、樹脂含浸装置２２から送り出された樹脂含浸した繊維束１４を、型または心金であるマンドレル３６（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３４は、樹脂含浸した繊維束１４をマンドレル３６等の円周方向や軸方向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３４は、例えば、マンドレル３６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３６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）等により樹脂含浸した繊維束１４を巻き付けることができる。
【００２２】
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３６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、樹脂含浸した繊維束１４は、フィラメントワインディング装置３４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る。
【００２３】
制御装置３８は、繊維張力測定装置２０と、樹脂含浸装置２２に配置される樹脂温度センサと、樹脂膜厚計３２等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３８は、繊維張力測定装置２０から出力される繊維束１４の張力データの電気信号を入力し、繊維束１４の張力を制御することができる機能を有している。そして、制御装置３８は、樹脂含浸装置２２に配置された樹脂温度センサから出力される樹脂温度データの電気信号を入力し、樹脂温度を制御することができる機能を有している。更に、制御装置３４は、樹脂膜厚計３２から出力される樹脂膜厚データの電気信号を入力して、基準となる所定の樹脂量が樹脂含浸ローラ２６に付着されているか否かを検知することができる機能を有している。かかる制御装置３８は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。また、制御装置３８と接続されたデータロガ４０には、上述した繊維束１４の張力データ、樹脂温度データ、樹脂膜厚データ等が記憶されて保存される。
【００２４】
繊維接合装置４２は、一方の繊維束である成形中の繊維束１４における端と、他方の繊維束である成形に用いられていない新品の繊維束４４における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束４６を形成する機能を有している。ボビン１６に巻かれた成形中の繊維束１４を使用し尽す前に新しいボビンに交換することにより、繊維の歩留まりを向上させることができる。そして、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域は、長尺繊維束４６の長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有している。重ね合わせ領域における各々接合部の間には所定の間隔が設けられているため、各々接合部の間では、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とは接合されていない。接合されていない部分は、接合された部分よりも変形し易いため、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域での変形をより容易に生じさせることができる。
【００２５】
成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて点状に接合された接合部を有していることが好ましい。図２は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて点状に接合された複数の接合部を有する重ね合わせ領域Ａを示す図である。重ね合わせ領域Ａにおける各々点状の接合部４８の間には所定の間隔が設けられているため、各々点状の接合部４８の間では、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とは接合されていない。そのため、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａに柔軟性を持たせて変形を生じ易くすることができる。
【００２６】
例えば、長尺繊維束４６をフィラメントワインディング装置３４により高圧タンクのライナ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）で巻き付ける場合だけでなく、高圧タンクのライナ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）等により巻き付ける場合においても、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａは、所定の間隔を設けて点状に接合された接合部４８を有しているので、重ね合わせ領域Ａを容易に変形させてライナ等に巻き付けることができる。
【００２７】
また、点状に接合された接合部４８の数は、図２に示すように、１３箇所に限定されることなく、例えば、１０箇所でもよいし、１５箇所でもよい。更に、点状に接合された各々接合部４８の間隔は、略一定の間隔に限定されることなく、各々接合部４８で異なる間隔とすることもできる。
【００２８】
成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域は、長尺繊維束４６の長尺方向に対して、所定の間隔を設けて縞状（ストライプ状）に接合された接合部を有していることが好ましい。図３は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて縞状に接合された複数の接合部を有する重ね合わせ領域Ａを示す図である。重ね合わせ領域Ａにおける各々縞状の接合部５０の間には所定の間隔が設けられているため、各々縞状の接合部５０の間では、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とは接合されていない。そのため、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａに柔軟性を持たせて変形を生じ易くすることができる。
【００２９】
縞状に接合された接合部５０は、点状に接合された接合部４８よりも接着面積が大きいため、重ね合わせ領域Ａにおける接合強度をより高くすることができる。そのため、例えば、長尺繊維束４６を、フィラメントワインディング装置３４により高圧タンクのライナ等の回転軸方向に対して略垂直方向に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）で巻き付ける場合に、長尺繊維束４６の張力をより高くして巻き付けることができる。
【００３０】
縞状に接合された複数の接合部５０は、図３に示すように略直線状だけでなく、曲線状に接合されてもよい。また、縞状に接合された接合部５０の数は、図３に示すように、５箇所に限定されることなく、例えば、３箇所でもよいし、７箇所でもよい。更に、縞状に形成された各々接合部５０の間隔は、略一定の間隔に限定されることなく、各々接合部５０で異なる間隔とすることもできる。
【００３１】
成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とは、接着剤等により接着して接合することができる。図４は、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との重ね合わせ領域における接合部４８，５０の接合方法を示す図である。成形中の繊維束１４の端と、新品の繊維束４４の端とは重ね合わされて、例えば、繊維接合装置４２に設けられた接着剤供給ノズル５２等から供給される合成樹脂の接着剤等により接着して接合することができる。また、繊維接合装置４２に設けられたヒータ等により、接合部４８，５０を加熱して接着剤の硬化を促進することができる。
【００３２】
接着剤には、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との接合強度が高い合成樹脂の接着剤を用いることが好ましい。成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との接合部４８，５０の接合強度を高めて、接合部４８，５０における破断等を抑えることができるからである。また、接着剤には、より短い時間で硬化して接着する合成樹脂の接着剤を用いることが好ましい。成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とをより短時間で接合させることができるので、繊維強化複合材料の生産性が向上するからである。更に、接着剤には、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂と同等の物性を有する合成樹脂の接着剤を用いることが好ましい。例えば、マトリックス樹脂にエポキシ系合成樹脂を使用する場合には、接着剤にエポキシ系合成樹脂の接着剤を使用することが好ましい。これにより、接着剤が硬化して形成された接着層とマトリックス樹脂との界面での剥離等を抑えることができるからである。また、接着剤は、ペースト状接着剤に限定されることなく、例えば、フィルム状接着剤等を用いることができる。
【００３３】
接着剤には、嫌気性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を使用することができる。アクリル樹脂等の嫌気性樹脂を接着剤として使用する場合には、嫌気性樹脂を成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との所定位置に塗布した後、重ね合わせて保持することにより接合することができる。ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を接着剤として使用する場合には、加熱して粘度が低下した熱可塑性樹脂を、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との所定位置に塗布した後、重ね合わせて冷却することにより接合することができる。エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を接着剤として使用する場合には、熱硬化性樹脂を成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４との所定位置に塗布した後、重ね合わせて熱板や高周波で加熱することにより接合することができる。また、嫌気性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とに含浸させるため、加圧して接着してもよい。
【００３４】
なお、プリプレグを使用した場合においても、同様にして、一方のプリプレグである成形中のプリプレグの端と、他方のプリプレグである新品のプリプレグの端との重ね合わせ領域Ａは、長尺プリプレグの長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有している。重ね合わせ領域Ａにおける各々接合部の間には所定の間隔が設けられているため、各々接合部の間では、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとは接合されていない。そのため、長尺プリプレグに含まれる重ね合わせ領域Ａでの変形をより容易に生じされることができる。そして、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとの重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて点状に接合された接合部を有していることが好ましい。また、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとの重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて縞状に接合された接合部を有していることが好ましい。
【００３５】
図５は、成形中のプリプレグ５４と新品のプリプレグ５６との重ね合わせ領域における接合部５８の接合方法を示す図である。成形中のプリプレグ５４における端と、他方のプリプレグ５６における端とを重ね合わせて、繊維接合装置４２に設けられるホットガン６０等で加熱することにより、加熱された部分を接合することができる。プリプレグ５４，５６には、予め、熱硬化性樹脂等の合成樹脂が含浸されているので、加熱によりプリプレグ５４，５６に含浸した合成樹脂を硬化させて接合することができる。勿論、プリプレグ５４，５６の加熱手段には、ホットガン６０に限定されることなく、熱板や高周波を発生させる高周波発生器等を使用してもよい。
【００３６】
次に、再び、図１に戻り、繊維強化複合材料成形装置１０の動作について説明する。
【００３７】
繊維強化複合材料を成形中の繊維束１４の端と、成形に使用されていない新品の繊維束４４の端とを重ね合わせる。そして、重ね合わせ領域Ａが、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部４８，５０を有するように、成形中の繊維束１４と新品の繊維束４４とを繊維接合装置４２により接着剤等で接合する。繊維接合装置４２により接合された重ね合わせ領域Ａを含む長尺繊維束４６は、繊維供給装置１２へ送られる。
【００３８】
繊維供給装置１２のボビン１６から長尺繊維束４６が繰り出され、ボビン１６から繰り出された長尺繊維束４６は、繊維張力調整装置１８により所定の張力に調整されて繊維供給装置１２から送り出される。
【００３９】
繊維供給装置１２から送り出された長尺繊維束４６は、繊維張力測定装置２０により長尺繊維束４６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２０により測定された長尺繊維束４６の張力データは、繊維張力測定装置２０から制御装置３８へ出力され、データロガ４０に記憶されて保存される。また、長尺繊維束４６に、例えば、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３８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。
【００４０】
繊維張力測定装置２０を通過した長尺繊維束４６は、樹脂含浸装置２２に送り出される。樹脂含浸装置２２における樹脂槽２４の中には、例えば、エポキシ樹脂である液状の樹脂が溜められている。樹脂の温度は、熱電対等の樹脂温度センサにより測定される。そして、樹脂温度データは、樹脂温度センサからから制御装置３８へ出力され、データロガ４０に記憶されて保存される。また、樹脂温度が、例えば、設定された樹脂温度でない場合には、制御装置３８が樹脂温度の異常を検知して、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。
【００４１】
樹脂含浸ローラ２６は、ローラが回転することにより樹脂槽２４に溜められた樹脂と接触し、樹脂含浸ローラ２６の表面に樹脂が付着する。そして、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とにより押さえられた長尺繊維束４６は、樹脂含浸ローラ２６と接触することにより樹脂が含浸される。長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部４８、５０を有しているので、樹脂含浸ローラ２６のローラ面等に対して、重ね合わせ領域Ａ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、長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａに、より均一に樹脂を含浸することができる。
【００４２】
そして、樹脂膜厚計３２により測定された樹脂膜厚データは、樹脂膜厚計３２から制御装置３８へ出力される。そして、出力された樹脂膜厚データは、制御装置３８により基準となる樹脂膜厚と比較されるとともにデータロガ４０に記憶される。そして、樹脂膜厚データが基準となる樹脂膜厚よりも薄い場合には、制御装置３８により長尺繊維束４６に適正な樹脂量の樹脂が含浸されていないと判断されて、異常信号等が出力される。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。
【００４３】
樹脂含浸した長尺繊維束４６は、第２テンションローラ３０を介した後、フィラメントワインディング装置３４へ送り出される。樹脂含浸した長尺繊維束４６は、フィラメントワインディング装置３４により、マンドレル３６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る。長尺繊維束４６に含まれる重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部４８，５０を有しているので、マンドレル３６または高圧タンクのライナ等の曲面等に対して、重ね合わせ領域Ａ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、樹脂含浸した長尺繊維束４６を、より均一にマンドレル３６または高圧タンクのライナ等に巻き付けて積層することができる。その後、マンドレル３６またはライナ等に巻き付けた樹脂含浸した長尺繊維束４６を図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより、樹脂を硬化して繊維強化複合材料が成形される。
【００４４】
次に、繊維束としてプリプレグを使用した場合について説明する。
【００４５】
繊維強化複合材料を成形中のプリプレグの端と、成形に使用されていない新品のプリプレグの端とを重ね合わせる。そして、重ね合わせ領域Ａが、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部４８，５０を有するように、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとを繊維接合装置４２により接着剤等で接合する。繊維接合装置４２により接合された重ね合わせ領域Ａを含む長尺プリプレグは、繊維供給装置１２へ送られる。繊維供給装置１２から送り出された長尺プリプレグは、繊維張力測定装置２０により長尺プリプレグに負荷されている張力が測定される。そして、長尺プリプレグは、すでに樹脂が含浸されているため、直接、フィラメントワインディング装置３４へ送られる。
【００４６】
長尺プリプレグは、フィラメントワインディング装置３４により、上述したマンドレル３６または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等で巻き付けられる。長尺プリプレグに含まれる重ね合わせ領域Ａは、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有しているので、マンドレル３６または高圧タンクのライナ等の曲面等に対して、重ね合わせ領域Ａ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、長尺プリプレグをより均一に、マンドレル３６または高圧タンクのライナ等に巻き付けて積層することができる。マンドレル３６またはライナ等に巻き付けられた長尺プリプレグを、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより、樹脂を硬化して繊維強化複合材料が成形される。
【００４７】
上記構成によれば、長尺繊維束に含まれる重ね合わせ領域は、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有するので、重ね合わせ領域の変形を容易に生じさせることができる。それにより、成形中の繊維束と新品の繊維束を結ぶことにより形成される結び玉や、重ね合わせ領域の全てを合成樹脂等で接着することにより生じる剛直性等に起因する繊維強化樹脂複合材料の内部欠陥や形状異常を抑えることにより、繊維強化複合材料の機械的強度等の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態において、繊維強化樹脂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、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて点状に接合された複数の接合部を有する重ね合わせ領域を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態において、長尺方向に対して、所定の間隔を設けて縞状に接合された複数の接合部を有する重ね合わせ領域を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、成形中の繊維束と新品の繊維束との重ね合わせ領域における接合部の接合方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、成形中のプリプレグと新品のプリプレグとの重ね合わせ領域における接合部の接合方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 繊維強化複合材料成形装置、１２ 繊維供給装置、１４，４４ 繊維束、１６ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ 繊維張力測定装置、２２ 樹脂含浸装置、２４ 樹脂槽、２６ 樹脂含浸ローラ、２８ 第１テンションローラ、３０ 第２テンションローラ、３２ 樹脂膜厚計、３４ フィラメントワインディング装置、３６ マンドレル、３８ 制御装置、４０ データロガ、４２ 繊維接合装置、４６ 長尺繊維束、４８，５０，５８ 接合部、５２ 接着剤供給ノズル、５４，５６ プリプレグ、６０ ホットガン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の繊維束における端と、他方の繊維束における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束として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であって、
一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、
長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、点状に接合された接合部を有することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項３】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、縞状に接合された接合部を有することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
長尺繊維束は、圧力容器のライナに巻き付けられることを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項１】
一方の繊維束における端と、他方の繊維束における端とを重ね合わせて接合し、長尺繊維束として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であって、
一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、
長尺方向に対して、所定の間隔を設けて接合された複数の接合部を有することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、点状に接合された接合部を有することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項３】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
一方の繊維束と、他方の繊維束との重ね合わせ領域は、縞状に接合された接合部を有することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
長尺繊維束は、圧力容器のライナに巻き付けられることを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１４３０８７（Ｐ２００８−１４３０８７Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３４６１６（Ｐ２００６−３３４６１６）
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【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６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１２日（２００６．１２．１２）
【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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