JP2000085022A - チューブ部品の製造方法および製造装置 - Google Patents

チューブ部品の製造方法および製造装置

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JP2000085022A
JP2000085022A JP10256566A JP25656698A JP2000085022A JP 2000085022 A JP2000085022 A JP 2000085022A JP 10256566 A JP10256566 A JP 10256566A JP 25656698 A JP25656698 A JP 25656698A JP 2000085022 A JP2000085022 A JP 2000085022A
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JP
Japan
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male mold
tube part
tube
male
manufacturing
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JP10256566A
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Akira Yamashita
亮 山下
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度で高品質、かつ、容易に、大型で長い
チューブ部品を製造できるチューブ部品の製造方法およ
び製造装置を提供すること。 【解決手段】 チューブ部品を形成するための材料が巻
き付けられるパイプ状雄型11と、この雄型11の内部
空間を貫通し、途中に設けられた2つの突起12a、1
2b部分が雄型11の内側の面を支持する支持部材12
とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、大型で長いチュ
ーブ部品を製造するためのチューブ部品の製造方法およ
び製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、大型のロボットアームは、大型で
長いチューブ部品などを用いて組み立てられている。そ
して、大型で長いチューブ部品の材料には、通常、繊維
強化プラスチックス(FRP)材料、たとえば炭素繊維
強化プラスチックス(CFRP)が用いられている。ま
た、チューブ部品を製造する場合、炭素繊維強化プラス
チックスの素材(プリプレグ)をパイプ形状の雄型に巻
き付け、その後、オートクレーブ装置などを用いて加熱
成形する方法が採用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のチューブ部品の
製造方法の場合、パイプ形状の雄型は、通常、その両端
が支持されている。しかし、雄型の両端を支持する方法
は、製造するチューブ部品が長くなってくると、雄型も
長くなり、その自重によって雄型にたわみが発生する。
その結果、チューブ部品などの成形品の真直度が低下す
る。また、雄型のたわみが大きい場合、雄型の熱収縮に
比べ成形品の熱収縮が大きい場合には、成形品が雄型に
引っかかることや、密着してしまい、成形品を雄型から
抜き取る脱型の際に、成形品に大きな負荷がかかってく
る。このため、脱型作業が困難になり、成形品に損傷を
発生する原因になる。そこで、雄型を支持せずに、床面
においてチューブ部品を成形する方法がある。しかし、
この方法は、成形品が床面と接触するため、成形品が変
形するなど不健全部が生じやすい。
【0004】脱型しやすくするために、雄型の外径をテ
ーパ状に形成する方法もある。しかし、雄型の表面をテ
ーパ状にすると、チューブ部品を製造するための素材を
雄型のテーパ面に合わせて巻き付けなければならず、チ
ューブ部品の製造コストが高くなり、設計が困難になっ
てくる。
【0005】雄型がパイプ形状であることを利用してそ
の内側の面を支持する方法も考えられる。この方法の場
合、チューブ部品の真直度を改善し、あるいは、脱型作
業を容易にするために、雄型のたわみを少なくする支持
方法が必要となる。しかし、これまで、雄型のたわみを
少なくする支持方法は実現されていない。
【0006】上記した理由により、従来、大型で長いチ
ューブ部品の製造が困難になっている。
【0007】この発明は、上記した欠点を解決するもの
で、高精度で高品質、かつ、容易に、大型で長いチュー
ブ部品を製造できるチューブ部品の製造方法および製造
装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明のチューブ部品
の製造装置は、チューブ部品を形成するための材料が巻
き付けられるパイプ状雄型と、この雄型の内部空間を貫
通し、途中に設けられた2つの突起部分が前記雄型の内
側の面を支持する支持部材とを具備している。また、こ
の発明のチューブ部品の製造方法は、パイプ状雄型の内
側の面を、前記雄型の内部空間を貫通する支持部材の途
中に設けられた2つの突起部分で支持する工程と、チュ
ーブ部品を形成するための材料を前記雄型の外面に巻き
付ける工程と、前記雄型の外面に巻き付けられた前記材
料を加熱し前記材料を硬化させる工程と、前記材料の硬
化で形成されたチューブ部品を前記雄型から抜き取る工
程とからなっている。
【0009】
【発明の実施の形態】この発明の実施形態について図1
を参照して説明する。符号11は、長いチューブ部品を
製造するためのパイプ状の雄型で、図では断面が示され
ている。雄型11は、その内部の空間を貫通する支持部
材12で支持されている。支持部材12には2箇所に突
起12a、12bが設けれ、これらの突起12a、12
bによって雄型11の内面が支持されている。また、支
持部材12はその両端が支柱13a、13bで支持され
ている。なお、雄型11の端部から突起12a、12b
までの距離をそれぞれl1 、また、2つの突起12a、
12b間の距離をl2 で示している。
【0010】ここで、上記した構成の雄型11を用い
て、例えば、炭素繊維強化プラスチックスのチューブ部
品を製造する方法を図2を参照して説明する。図2で
は、図1に対応する部分には同一の番号を付し、重複す
る説明は一部省略する。
【0011】まず、図2(a)に示すように、板状の炭
素繊維強化プラスチックス(プリブレグ)を、製造する
チューブ部品の大きさに合わせて切断し、チューブ部品
用素材21を形成する。なお、チューブ部品用素材21
は半硬化状態のプラスチック21aに炭素繊維21bが
一定方向に埋め込まれた構造をしている。
【0012】次に、チップ部品用素材21を雄型11に
巻き付けることにより、図2(b)に示すように、チュ
ーブ部品製造用材料22を成形する。そして、チューブ
部品製造用材料22の全体を囲むようにカバー(図示せ
ず)をかけ、カバーで囲んだ内部空間を真空引きする。
この真空引きによって、チューブ部品製造用材料22を
形成しているチューブ部品用素材の互いの接触面を密着
させる。
【0013】次に、図2(c)に示すように、チューブ
部品製造用材料22が巻き付けられている雄型11をオ
ートクレーブ装置23内に配置する。そして、オートク
レーブ装置23の内部を加熱し同時に加圧する。このと
き、加熱によってチューブ部品製造用材料22が硬化す
る。また、加圧によってチューブ部品用素材どうしの接
触面がより強固に密着し、チューブ部品が成形される。
【0014】その後、図2(d)に示すように、雄型1
1の端部に固定されたアイボルト24に、クレーン(図
示せず)のフック25を引っ掛け、雄型11を地面26
に対し垂直方向に立て、雄型11を上方に吊り上げる。
このとき、成形されたチューブ部品27が自重で雄型1
1から抜け、チューブ部品27の成形品が得られる。上
記したチューブ部品27の製造方法の場合、例えば、雄
型11の材料としてアルミニウム合金A6063T5が
用いられている。また、雄型11の外径φは251.3
mm、内径φは232mm、長さは4000mm、加熱
成形温度は177℃となっている。このとき、雄型11
の縦弾性係数(E)は6100kgf/mm2 、断面2
次モーメント(I)は5.356×107 mm4 とな
る。そして、チューブ部品製造用材料22および雄型1
1の単位長さ当たりの重量(w)を例えば2.284×
10-2kgf/mmと仮定する。
【0015】この場合、図1において、雄型11の端部
から突起12a、12bまでの距離l1 、2つの突起1
2a、12b間の距離l2 と、雄型11のたわみとの関
係は以下の式で表される。
【0016】雄型11の端部のたわみV1=(w×l1
)/(24×E×I)×(3×l1 3 +6×l1 2 ×
l2 −l2 3 ) また、雄型11の中央部のたわみV2=(w×l2 2
/(384×E×I)×(5×l2 2 −24×l1 2 ) そして、雄型11のたわみが最小となる条件、すなわ
ち、雄型11がたわんだ場合のたとえば雄型11の上端
面におけるその最高点と最低点との差が最小となる条件
は、材料力学の分野で周知の梁の理論によれば、V1=
V2の場合である。したがって、l1 =890mm、l
2 =2220mmとなる。また、雄型11のたわみは計
算値で0.005mmと非常に小さくなる。
【0017】上記した構成によれば、雄型はその内面の
2点で支持されている。この場合、雄型の両端を支持す
る場合に比べて、支持点の間の距離が小さくなり、雄型
のたわみは小さくなる。また、2点で支持する構成の場
合、材料力学の分野で周知の梁の理論を用いて、雄型の
たわみを簡単にかつ正確に計算でき、たわみの少ない支
持点が容易に求められる。このため、良好な真直度をも
ったチューブ部品を成形でき、脱型も安全にかつ容易に
行える。
【0018】なお、雄型の内面をたとえば3点で支持す
る方法の場合は、支持部材や雄型の加工精度が低下し、
また、たわみなどがあると、3箇所の支持点での支持力
の配分が大きく変動する。この結果、梁の理論による計
算値との誤差が大きくなりやすい。このような誤差は雄
型が長くなるほど大きくなるので、雄型の長さが3m位
になると誤差が大きくなりほとんど実用にできなくな
る。また、4点支持など、支持点の数が増えた場合も同
様の問題がある。
【0019】これに対し、本発明は2点支持であるた
め、支持部材や雄型の加工精度が低下し、仮に、たわみ
があった場合でも、2箇所の支持点における支持力の配
分にはほとんど変動がなく、計算値との誤差は小さい。
したがって、雄型のたわみを梁の理論で精度良く計算で
き、雄型のたわみを小さくできる。
【0020】なお、パイプ状をした雄型の内側を2点で
支持する方法でなく、雄型の外側両端を2点で支持する
場合も、雄型のたわみを梁の理論を用いて計算すると、
たわみは0.23mmとなり、雄型の内側を2点で支持
した場合よりも大きくなる。なお、成形したチューブ部
品を雄型から抜き取る脱型は、例えば、加熱成形による
成形品の熱収縮率を雄型の熱収縮率よりも小さくし、成
形品と雄型との隙間が、雄型の加工誤差と雄型のたわみ
との和よりも大きければ、成形品に殆ど負荷をかけずに
容易に脱型できる。これにより、脱型する際の負荷が原
因で発生する成形品の損傷を防止できる。
【0021】例えば、この発明によれば、雄型のたわみ
が小さいため、図2で説明したように、雄型の片方の端
部をクレーンなどで吊り上げるだけで成形品が雄型から
抜け、成形品にはほとんど負荷がかからない。
【0022】なお、上記した実施形態では、チューブ部
品の材料として炭素繊維強化プラスチックスを使用して
いる。炭素繊維強化プラスチックスは、軽量、かつ強度
および弾性率が高く、熱膨張率も小さいため、大型ロボ
ットアームなどの大型構造部品に適している。さらに、
炭素繊維強化ブラスチックスは炭素繊維の配向角を任意
に設定できるため、炭素繊維強化ブラスチックスを用い
た場合、熱収縮の差を利用して成形品と雄型の間の隙間
を容易に調整できるという効果もある。
【0023】この発明は、炭素繊維強化プラスチックス
以外の材料を用いてチューブ部品を製造する場合にも適
用できる。
【0024】
【発明の効果】この発明によれば、高精度で高品質、か
つ、容易に、大型で長いチューブ部品を製造できるチュ
ーブ部品の製造方法および製造装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態に係る製造装置を説明する
ための概略の構造図である。
【図2】この発明の実施形態に係る製造方法を説明する
ための概略の構造図である。
【符号の説明】
11…雄型 12…支持部材 12a、12b…支持部材の突起 13a、13b…支柱

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チューブ部品を形成するための材料が巻
    き付けられるパイプ状雄型と、この雄型の内部空間を貫
    通し、途中に設けられた2つの突起部分が前記雄型の内
    側の面を支持する支持部材とを具備したチューブ部品の
    製造装置。
  2. 【請求項2】 チューブ部品を形成するための材料が繊
    維強化プラスチックスである請求項1記載のチューブ部
    品の製造装置。
  3. 【請求項3】 突起部分とこの突起部分に近い方の雄型
    の端部との距離が、チューブ部品の材料および雄型の各
    重量によって生じる雄型のたわみの最高点と最低点との
    差を小さくする梁の理論で計算された長さになっている
    請求項1記載のチューブ部品の製造装置。
  4. 【請求項4】 パイプ状雄型の内側の面を、前記雄型の
    内部空間を貫通する支持部材の途中に設けられた2つの
    突起部分で支持する工程と、チューブ部品を形成するた
    めの材料を前記雄型の外面に巻き付ける工程と、前記雄
    型の外面に巻き付けられた前記材料を加熱し前記材料を
    硬化させる工程と、前記材料の硬化で形成されたチュー
    ブ部品を前記雄型から抜き取る工程とからなるチューブ
    部品の製造方法。
  5. 【請求項5】 チューブ部品を雄型から抜き取る工程
    が、雄型の一端の吊り上げで行われる請求項4記載のチ
    ューブ部品の製造方法。
  6. 【請求項6】 突起部分とこの突起部分に近い方の雄型
    の端部との距離が、チューブ部品の材料および雄型の各
    重量によって生じる雄型のたわみの最高点と最低点との
    差を小さくする梁の理論で計算された長さになっている
    請求項4記載のチューブ部品の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008039076A1 (en) * 2006-09-25 2008-04-03 Ntnu Technology Transfer As System and method for the production of composite tubular members and a tubular member made thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008039076A1 (en) * 2006-09-25 2008-04-03 Ntnu Technology Transfer As System and method for the production of composite tubular members and a tubular member made thereof

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