カーボンファイバー製造の進化：フィラメントワインディングでテープ幅が重要だった理由

2025年2月に、Vennが2015年に切り開いたフィラメントワインディング製法について執筆した記事です。現在のリムについては、数値で測れる品質をご覧ください。

高性能カーボンファイバー複合材の世界では、細部がすべてを左右します。そうした重要な細部の一つが、フィラメントワインディング工程で使用するプリプレグテープの幅です。VENNにおける1kトウプレグ（カーボンファイバー1,000本を含むテープ）への移行は、この工程における大きな進歩です。ただし、それには特有の課題とトレードオフも伴います。

フィラメントワインディングのテープ幅とは

従来のフィラメントワインディングでは、3k、6k、さらには12kの繊維を含む、より幅の広いテープが一般的に使われています。幅広のテープは生産時間が短く材料費も安いため、業界で広く普及しています。しかし当社は、完璧な表面仕上げと最適な構造特性を追求するなかで、より細いテープの可能性を探ってきました。

1kトウプレグの利点

優れた表面品質

より細い1kテープなら、繊維をより精密に配置でき、繊維構造もより的確に制御できます。より細い筆で絵を描くようなもので、はるかに緻密で正確な表現が可能になります。この精度は優れた表面品質に直結し、欠陥を隠すクリアコートを必要とせずに、当社の代名詞であるクラスA仕上げを実現しています。

ガス透過性の向上

硬化工程では、樹脂から少量のガスが発生します。幅の広いテープでは、このガスが閉じ込められ、ボイドや表面欠陥の原因になることがあります。1kトウプレグはテープ層の間に自然な微細流路をつくり、ガスをより効果的に逃がします。その結果、より均一な構造と、より高い圧密性が得られます。

繊維体積の制御性の向上

より細いテープを使うことで、リムの重要な部位の繊維体積をより的確に制御できます。この精度により、強度と重量の両面で構造を最適化し、素材を一グラムたりとも無駄にしません。

課題

生産の複雑さ

1kトウプレグを扱うと、生産時間は大幅に長くなります。同じ面積を覆うためにより多くのパスを重ねる必要があり、テンションと位置決めに極めて精密な制御が求められます。そのため、より高度なワインディング設備と制御システムが必要になります。

コストへの影響

細いテープは一般に材料費が高くなります。基材そのものが高価なだけでなく、製造に必要なプリプレグ加工もより複雑になるためです。さらに、生産に時間がかかる分、製造コストも増加します。

品質管理の要求水準

細いテープを使うには、さらに厳格な品質管理が欠かせません。テンションや位置決めのわずかなばらつきも最終製品に表れやすいため、工程には並外れた精度が求められます。

金型表面という課題

クラスAの表面仕上げを実現するうえで最も重要な要素の一つは、金型そのものにあります。繊維の配置が完璧でも、金型の表面にわずかでも欠陥があれば、最終製品にも欠陥が残ります。そのため当社は、さまざまな表面仕上げ技術を探求してきました。

マイクロポリッシング

従来の機械研磨で到達できる表面仕上げのレベルには限界があります。当社は、クリアコートなしの仕上げに必要な表面品質を実現するため、ほぼ顕微鏡レベルで作用する専用のマイクロポリッシング技術を開発する必要がありました。

電気めっき

場合によっては、高度な研磨でも十分ではありません。当社は金型表面への電気めっきも試してきました。電気めっきなら、非常に平滑で、かつ極めて耐久性の高い仕上げが得られます。ただし、金型製作の工程が複雑になり、コストも増えます。

未来を見据えて

1kトウプレグへの移行は、品質と性能への大きな投資です。課題はありますが、特に表面品質と構造の最適化における利点は、工程の複雑化とコスト増に見合うものだと当社は考えています。製造技術の進化が続くなかで、この工程はさらに洗練され、より優れた結果につながる可能性があると期待しています。

つまりお客様には、最高水準の性能を発揮するだけでなく、完璧なカーボンファイバー製造の美しさを体現した製品を手にしていただけるということです。当社のリムがクリアコートなしで実現したクラスA仕上げは、単なる美観のためのものではありません。工程の精度と、カーボンファイバー技術の限界を押し広げ続ける当社の姿勢の証です。

製造効率と究極の製品品質のトレードオフについて、皆様はどのようにお考えですか？当社は、業界の専門家の方々からも、カーボンファイバー製造の技術面に関心をお持ちの愛好家の方々からも、常にご意見をお聞きしたいと考えています。