JP3414782B2 - 複合部材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂と繊維からなる中
空複合部材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維によって強化される合成樹脂製の複
合部材は、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）に代
表されるように、軽量で大きな比強度を有することが知
られている。周知のＦＲＰの製造に使われるフィラメン
トワインディング法は、マトリックス樹脂を含浸させた
繊維束をマンドレルに所定量巻付けたのち、樹脂を硬化
させている。また、繊維を含んだ樹脂を金型から引き抜
くことによって所望の断面形状の筒状製品を得るプルト
ルージョン（引抜き成形法）も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のフィラメントワ
インディング法を用いる場合は、製造に手間がかかり高
価であるばかりでなく、マンドレルの長さに制約を受け
るため、あまり細長い複合部材を製造することができな
い。またフィラメントワインディング法によって製造可
能な中空部材は、その断面が円形あるいは円形に近い形
状（楕円形など）に限られるため、例えば空気ダクトの
ように断面が矩形の複合部材を製造することが困難であ
る。

【０００４】一方、プルトルージョンの場合には、引抜
きを行うために、肉厚の薄いものを製造することに困難
を伴う。また、引抜きによって製造される複合部材は、
部材の円周方向に沿う繊維を含ませることが難しいた
め、肉厚が厚いわりには径方向の強度が低く、内圧や外
圧がかかるような用途には向いていない。

【０００５】従って本発明の目的は、円形以外の断面に
も問題なく適用できしかも低コストで製造できるととも
に、内圧や外圧および長手方向の負荷がかかるような用
途に使われても十分な強度を発揮でき、太さや肉厚の設
定に制約が少ない中空の複合部材の製造方法を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を果たすために
開発された本発明は、筒状織物からなる基材を織る工程
と、該基材に樹脂を含浸させかつ該樹脂を硬化させる工
程とを有する複合部材の製造方法であって、上記基材を
織る工程では、ウィビングリングを中心として回転する
シャトルと、上記ウィビングリングの中心部に位置しか
つ外径を変化させることのできる可変プラグと、該可変
プラグに移動可能に挿入され上下方向の位置に応じて該
可変プラグの外径を変化させる制御部材と、を有する円
筒織機を用い、上記シャトルの回転に同期してシャトル
の上下に縦糸を交互に振り分けかつ上記可変プラグの外
径を変化させながら、該可変プラグの外周面に対し上下
に分配された上記縦糸間に横糸を該可変プラグの周方向
に巻き付けつつ織り込むことによって長手方向に径が変
化する筒状織物からなる上記基材を連続的に織り、上記
基材に樹脂を含浸させかつ該樹脂を硬化させる工程で
は、上記基材に上記樹脂を含浸させたのち、上記基材に
内圧をかけた状態で上記樹脂を硬化させることによって
長手方向に径が変化する中空の複合部材を成形すること
を特徴とする複合部材の製造方法である。本発明におい
て、上記基材に上記樹脂を含浸させたのち、この基材を
長手方向に断面の内周長が変化する成形用の型に挿入
し、内圧をかけた状態で上記樹脂を硬化させることによ
り、上記型の内面形状に応じた複合部材を成形するよう
にしてもよい。

【０００７】上記円筒織機を用いることによって、かな
り長尺な基材も能率良く連続生産することができる。こ
の基材を樹脂槽に通すなどして樹脂を含ませたのち型に
挿入し、適当な温度条件のもとで内圧成形法によって所
望の断面形状に成型する。上記基材に内圧用チューブを
挿入しておけば、内圧をかける上で好ましい結果が得ら
れる場合がある。

【０００８】

【作用】上述の基材を樹脂で固めた複合部材は、樹脂中
に埋設された基材の繊維によって樹脂が強化され、長手
方向と円周方向にも繊維が配置されているため、長手方
向の強度は勿論のこと、径方向に加わる内圧や外圧に対
しても十分な強度が発揮される。また、型の内面形状に
応じて円筒以外の断面も成形できる。

【０００９】このため、例えば建設関連資材や各種機器
の構造材を始めとして、圧力のかかる配管類などの用途
にも適している。マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂を用
いた場合には、現場での施工に当たって、この複合部材
の所要箇所を樹脂の軟化温度まで加熱することによって
変形可能な状態にすれば、他の部材との接合を行うこと
もできる。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図１ない
し図１０を参照して説明する。図２に示した中空複合部
材１０は、円筒状の基材１１にマトリックス樹脂１２を
含浸させて硬化させたものである。基材１１は縦糸１５
と横糸１６などを含む繊維の集合体であって、これらの
繊維によって樹脂１２が強化されている。縦糸１５と横
糸１６は、例えばガラス繊維や炭素繊維、アラミド繊維
などのように引張強度の高いものが適している。樹脂１
２は、例えばエポキシ等の熱硬化性樹脂あるいは熱可塑
性樹脂（一例としてＰＥＥＫ等）が使われる。

【００１１】図１に示す実施例においては、円筒織機２
０によって上記基材１１を製造するとともに、基材１１
の内側に内圧用チューブ２１を挿通させ、更にこの基材
１１を樹脂槽２２に通すことにより、基材１１に硬化前
の樹脂１２を含浸させるようにしている。なお、基材１
１に熱可塑性樹脂を浸透させることが温度等の諸条件に
より困難な場合には、熱可塑性樹脂を糸状にし、円筒織
機２０によって織る際に他の糸と一緒に織り込み、その
後に加熱することにより、熱可塑性樹脂からなる繊維を
溶融させるようにしてもよい。

【００１２】樹脂槽２２を通った基材１１は、乾燥ステ
ージ２５において適度な粘度と硬さに乾燥され、いわゆ
るプリプレグ状態となって、離型紙２６を間に挟んだ状
態で巻取装置２７によって巻取られる。内圧用チューブ
２１は、偏平に潰されても内面がくっつかない程度の表
面状態であり、しかも基材１１を樹脂槽２２に通す際に
樹脂１２が内面側にしみ出てこないようなものが好まし
く、しかも内圧をかける際に空気が外側に漏れないよう
に気密性を確保できるものが使われる。

【００１３】内圧用チューブ２１の肉厚は問わないが、
内圧をかけた時にある程度膨張することができるような
柔軟性を有する薄いものが良い。このチューブ２１の材
質は樹脂１２との一体化を図る上で樹脂１２との接着性
の良いものが望まれるが、樹脂１２と異なる材質あるい
は樹脂１２と共通の材質が使われてもよい。このチュー
ブ２１を基材１１に挿入したことにより、樹脂１２を含
浸させた基材１１を偏平に潰した状態で巻取っても、基
材１１の内面がくっついてしまうことが回避され、のち
に行われる内圧成形法において基材１１を筒状に膨らま
せることが可能となる。

【００１４】上述の樹脂１２を含浸した基材１１は、図
３に一例を示したような成形用の型３０（一部のみ図示
する）に挿入され、基材１１の内側、すなわち内圧用チ
ューブ２１の内側から内圧をかけて型３０の内面３１に
基材１１を押付けることにより、所定の形状に成型され
る。上記樹脂１２に熱硬化性樹脂を使用した場合、樹脂
１２の硬化に適した温度まで型３０を加熱した状態で、
内圧をかけながら樹脂１２を硬化させることによって、
柱状の中空複合部材１０が得られる。上記樹脂１２に熱
可塑性樹脂が使用される場合には、加熱により軟化状態
にある樹脂を冷却することによって硬化させる。

【００１５】上述の内圧成形法を適用すれば、型３０の
断面形状に応じて、円筒以外に、例えば図４に示される
ような矩形断面の型３０ａや三角形あるいは多角形の内
面をもつ型を使用することによって、円形断面以外の中
空複合部材を得ることができる。

【００１６】上記複合部材１０に熱可塑性樹脂を用いる
場合、複合部材１０の製造後に必要に応じて所望部位を
加熱することによって変形可能な状態にすることができ
る。このため、複合部材１０を用いる現場での施工に当
たって、図５に例示されるようなジョイント部品３５を
連結したり、この複合部材１０を他の構造材と連結する
ことが容易となる。図５の例では、複合部材１０の樹脂
が軟化する温度まで加熱した状態で、ジョイント部品３
５を複合部材１０の開口端３６に挿入し、冷却すること
により、ジョイント部品３５の取付けを可能としてい
る。

【００１７】基材１１を織るための円筒織機２０は、図
６から図９に一例を示すように構成されている。以下に
この円筒織機２０について説明する。図７に示すよう
に、機枠４０にウィビングリング４１が設けられてお
り、ウィビングリング４１の中心部に可変プラグ４２が
設けられている。可変プラグ４２は、周方向に分割され
た複数の分割片４２ａを合体させることによって、おお
むね円柱に近い形にしている。分割片４２ａは、互いに
可変プラグ４２の半径方向に変位可能であり、可変プラ
グ４２の中心に挿入されたテーパ付き可変プラグ制御部
材４５を上下方向に移動させることによって、この円筒
織機２０の作動中に可変プラグ４２の半径を無段階的に
変化させることができる。

【００１８】可変プラグ４２の回りにセクタ５０が配置
されており、セクタ５０に可変セクタ５１が取付けられ
ている。図９に示されるように可変セクタ５１は支軸５
２を中心に回動可能としてある。可変セクタ５１の先端
部５３は、ばね５４によって可変プラグ４２側に押付け
られている。セクタ５０はシャトル５５の所定位置に保
持されている。シャトル５５はウィビングリング４１を
中心として、シャトルガイド部材５６に沿って図中の時
計回り方向（矢印Ｆ方向）に回転する。シャトル５５に
ボビン５７が設けられており、このボビン５７に横糸１
６が巻かれている。

【００１９】縦糸１５は円筒織機２０の外周部から可変
プラグ４２に向かって供給され、シャトル５５が矢印Ｆ
方向に回転することに伴って、シャトル５５の上または
下に縦糸１５が交互に振り分けられるようになってい
る。すなわち、シャトル５５の回転に同期して縦糸１５
が交互にシャトル５５の上に行ったり下に行ったりし、
これら上下の縦糸１５の間を、セクタ５０と可変セクタ
５１およびシャトル５５が通るようになっている。縦糸
１５は円筒織機２０の全周にわたって供給されるが、図
面の都合上、一部のみ図示してある。

【００２０】ボビン５７に巻かれている横糸１６は、セ
クタ５０を経由して可変セクタ５１の先端部５３に導か
れる。そして可変セクタ５１が可変プラグ４２の回りを
回転することに伴い、可変セクタ５１の先端部５３から
導出された横糸１６が、可変プラグ４２の表面において
上下に分配された縦糸１５の間に織り込まれてゆく。可
変セクタ５１は、ばね５４によって可変プラグ４２の方
向に付勢されているため、縦糸１５と横糸１６が可変プ
ラグ４２の表面から浮き上がることなく円筒の基材１１
が織られてゆく。

【００２１】このため、基材１１の半径は、可変プラグ
４２の半径によって制御することができる。すなわち、
基材１１の太さは可変プラグ４２の外径に対応したもの
となるから、可変プラグ制御部材４５によって可変プラ
グ４２の外径を変化させることにより、長手方向に太さ
が変化する基材１１を織ることができる。織られた基材
１１は、円筒織機２０の下側から連続的に出てゆく。

【００２２】この円筒織機２０は、例えば消防用ホース
のように丈夫でしかも数１０ｍ以上に及ぶ長尺物を能率
良く織ることができるので、細長い中空複合部材１０の
製造に適している。しかもこの円筒織機２０は、その稼
働中に可変プラグ制御部材４５を操作することによっ
て、基材１１の長手方向の途中で基材１１の径を変化さ
せることができるため、例えば図１０に示されるような
長手方向に径の変化する中空複合部材１０ａの製造にも
適している。

【００２３】上記基材１１を用いた複合部材１０，１０
ａは、硬化した樹脂が縦糸１５と横糸１６によって強化
されるため、内圧に対して十分な強度を発揮でき、長手
方向にも十分な強度を有する。また、成型用の型の内面
形状に応じて所望の形状に成形することが容易であるか
ら、円形以外の異形断面のものを容易に製造できる。例
えば空気ダクトのように断面が矩形でかつ長手方向に断
面が変化する部材にも適している。このことは、熱可塑
性樹脂の場合も熱硬化性樹脂の場合にも当てはまる。ま
た、一層の基材１１を用いて複合部材１０，１０ａを作
れば、プルトルージョンに比べて肉厚が十分に薄くかつ
丈夫なものが得られる。また、基材１１を２重あるいは
３重以上に積層して肉厚を増せば肉厚に応じて強度が高
くなり、極めて強度の高い柱状の中空複合部材を得るこ
とができる。

【００２４】なお、図１１に一部を示すような編物組織
を有する円筒状のニット基材６０を用いて、前記複合部
材１０，１０ａを製造するようにしてもよい。このニッ
ト基材６０は、一系列の糸を縦または横方向に丸編機な
どによってループ状に編んだものであり、伸縮性に富ん
でいる。従ってこの場合、図１２に一部を示したような
長手方向に内径の変化する型６１に樹脂を含浸したニッ
ト基材６０を挿入し、前述の内圧成形法を適用すること
によって、型６１の内面形状に応じて、例えば図１０に
示すような長手方向に径の変化する複合部材１０ａを製
造することができる。

【００２５】図１３に示すようなブレード（網管）から
なる基材７０を使用してもよい。ブレード基材７０は、
軸線に対して斜め方向に交差する多数の繊維７１（前述
した有機繊維または無機繊維あるいは金属線等）を含ん
でいるため、樹脂が硬化する前であれば適度に伸縮する
ことができるとともに、樹脂が硬化したのちは径方向お
よび長手方向に高い強度を発揮するものである。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、強度の高い長尺な中空
複合部材を低コストで製造することができ、肉厚の薄い
ものから厚いものまで必要に応じて選択することがで
き、しかも長手方向に径の変化する複合部材も問題なく
製造することができる。この複合部材は、長手方向の強
度は勿論のこと、内圧あるいは外圧が加わるような使用
環境下でも十分な強度を発揮できるなど、大きな効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す中空複合部材の製造装
置の一部の概略図。

【図２】中空複合部材の一例を示す斜視図。

【図３】成型用の型の一例を示す斜視図。

【図４】型の変形例を示す斜視図。

【図５】ジョイント部品を備えた中空複合部材の一部の
斜視図。

【図６】円筒形の基材を製造する円筒織機の斜視図。

【図７】図６に示された円筒織機の一部を示す断面図。

【図８】図６に示された円筒織機の一部を示す斜視図。

【図９】図６に示された円筒織機の一部を示す平面図。

【図１０】長手方向に径が変化する中空複合部材の斜視
図。

【図１１】ニット基材の一部を拡大して示す正面図。

【図１２】長手方向に内径が変化する型の斜視図。

【図１３】ブレード基材の一部を示す斜視図。

【符号の説明】

１０，１０ａ…中空複合部材、１１…基材、１２…マト
リックス樹脂、１５…縦糸、１６…横糸、２０…円筒織
機、２１…内圧用チューブ、２２…樹脂槽、３０…成形
用の型、３５…ジョイント部品、４２…可変プラグ、４
２ａ…分割片、４５…可変プラグ制御部材、５１…可変
セクタ、６０…ニット基材、６１…成形用の型、７０…
ブレード基材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−98430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−34968（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−20431（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭42−15795（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭35−7482（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 70/00 - 70/88 D03D 3/02 D03D 25/00 D03D 41/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状織物からなる基材を織る工程と、該基
   材に樹脂を含浸させかつ該樹脂を硬化させる工程とを有
   する複合部材の製造方法であって、 上記基材を織る工程では、 ウィビングリングを中心として回転するシャトルと、 上記ウィビングリングの中心部に位置しかつ外径を変化
   させることのできる可変プラグと、 該可変プラグに移動可能に挿入され上下方向の位置に応
   じて該可変プラグの外径を変化させる制御部材と、 を有する円筒織機を用い、 上記シャトルの回転に同期してシャトルの上下に縦糸を
   交互に振り分けかつ上記可変プラグの外径を変化させな
   がら、該可変プラグの外周面に対し上下に分配された上
   記縦糸間に横糸を該可変プラグの周方向に巻き付けつつ
   織り込むことによって長手方向に径が変化する筒状織物
   からなる上記基材を連続的に織り、 上記基材に樹脂を含浸させかつ該樹脂を硬化させる工程
   では、 上記基材に上記樹脂を含浸させたのち、 上記基材に内圧
   をかけた状態で上記樹脂を硬化させることによって長手
   方向に径が変化する中空の複合部材を成形することを特
   徴とする複合部材の製造方法。
2. 【請求項２】上記基材に上記樹脂を含浸させたのち、こ
   の基材を長手方向に断面の内周長が変化する成形用の型
   に挿入し、内圧をかけた状態で上記樹脂を硬化させるこ
   とにより、上記型の内面形状に応じた複合部材を成形す
   ることを特徴とする請求項１記載の複合部材の製造方
   法。