JP2001277372A - 螺旋状リブ付き繊維強化プラスチック製保護管及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】風切り音ならびに渦による振動に起因する耐久
性低下を抑制した屋外設置機材用繊維強化プラスチック
製被覆保護管を提供する。 【解決手段】 繊維強化プラスチック製管体の外壁に螺
旋状に一体成形されている繊維強化プラスチック製リブ
を有することを特徴とする、屋外設置機材用繊維強化プ
ラスチック製保護管体。該繊維強化プラスチック製リブ
は、その長手方向に対して直角方向に沿って垂直に切断
した切断面の形状が略半楕円形状で、前記繊維強化プラ
スチック製管体の外壁面に螺旋状に一体成形されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、屋外に設置される
機材用の繊維強化プラスチック製保護管に関し、特に機
材を被覆保護している管壁面に沿って通過する空気流に
よって発生する風切り音ならびに渦による振動を抑制す
ることが可能な繊維強化プラスチック製被覆保護管に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化プラスチック材料は金属材料に
比べ耐腐食性に優れかつ軽量であり、また、同じく耐腐
食性で軽量な材料である熱可塑性材料に比べて強度、適
用温度範囲が広い等の利点を有することから、屋外設置
用の機材の保護管や構造部材としての利用が拡大してい
る。屋外に設置される機材の場合、風切り音の発生や、
機材の風下（後流）に生じる渦による振動に起因する機
材自体の疲労により長期的に強度低下が発生するという
問題が有る。

【０００３】断面が円柱形状の機材の場合、図２に示す
ように、円柱機材一側、すなわち図２中左方から矢印５
方向の風が吹くと、気流は矢印に示すように円柱外壁に
当たって矢印１０，１１の二手に分かれると共に、円柱
外壁面に沿った円弧状の二つの気流になり、円柱の他側
でカルマン渦１２、１３が発生する。その結果渦列１２
と渦列１３が衝突して風切り音が発生すると同時に微小
振幅の振動が発生し円柱状機材を疲労させ、強度低下が
生起せしめるという問題がある。

【０００４】このような渦の発生に起因する風きり音の
発生や振動発生を極力低減する目的で、斜張橋のケーブ
ル等では音の発生、振動の発生を低減することを目的と
してケーブル被覆材、通常は、高密度ポリエチレン等の
熱可塑性樹脂製の被覆材の表面に凹凸を設けることが提
案されている（特開平０８−６８０１１号公報、特開平
０７−１１９０５８号公報参照。）。

【０００５】特開平０８−６８０１１号公報記載の発明
は、熱可塑性樹脂である高密度ポリエチレンの表面に凹
部と凸部のパターンを付加することで渦の発生を抑制す
るものである。また、特開平０７−１１９０５８号公報
記載の発明は、ケーブルの被覆層であるポリエチレン層
に軸方向に溝を形成する事で、後流における渦の発生を
低減させるものである。そして、両公報記載の熱可塑性
樹脂であるポリエチレン層に凹凸もしくは長手方向溝を
形成する方式はいずれも渦の発生を低減する効果を奏し
得るものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のケーブ
ル被覆材料である熱可塑性樹脂製の被覆材は、耐熱性、
耐候性が屋外設置機材の耐用年数に十分に適応している
とはいえないものであるし、その風きり音や振動発生の
抑制効果にも、未だ改善の余地を残しているものであ
る。本発明は、風の後流で上記渦発生の問題を繊維強化
プラスチック製の管体で屋外設置機材の表面を被覆保護
することで熱可塑性樹脂にまさる耐久性を付与するとと
もに、その保護管外壁に設ける凹部と凸部のパターンに
工夫を加えることにより、従来品にまさる風きり音や振
動の発生を抑制することができる屋外設置機材用の被覆
保護管体を提供することと、そのような繊維強化プラス
チック製の保護管体を工場にて簡便にかつ安定的に生産
することを可能とする製造方法を提供することを目的と
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明は、基本的には屋外設置機材用の被覆保護管
体を繊維強化プラスチックで形成することと、被覆保護
管の外壁に同じ繊維強化プラスチックによって螺旋状の
連続リブを形成することを特徴とするものであり、以下
の各発明を包含する。

【０００８】(1) 繊維強化プラスチック製管体の外壁に
一体成形によって螺旋状に形成されている繊維強化プラ
スチック製リブを有することを特徴とする、屋外設置機
材用繊維強化プラスチック製保護管体。

【０００９】(2) 前記繊維強化プラスチック製リブは、
その長手方向に対して直角方向に沿って垂直に切断した
切断面の形状が略半楕円形状で前記繊維強化プラスチッ
ク製管体の外壁に螺旋状に一体成形されていることを特
徴とする、(1) 項記載の屋外設置機材用繊維強化プラス
チック製保護管体。

【００１０】(3) 繊維強化プラスチック製管体を形成し
た後に、液状の熱硬化性樹脂組成物を含浸させた繊維集
合体を該繊維強化プラスチック管外壁上に、その長手方
向に対して直角方向に沿って垂直に切断した切断面の形
状が略半楕円形状の連続凸状体となるように螺旋状に配
置した後、熱硬化させることを特徴とする屋外設置機材
用繊維強化プラスチック製保護管体の製造方法。

【００１１】(4) 前記液状の熱硬化性樹脂組成物を含浸
させた繊維強化材からなる繊維強化プラスチック組成物
が紐状体であり、予め管体成形用マンドレルに成形され
ている繊維強化プラスチック製管体外壁面に、一定の張
力を負荷した状態の紐状繊維強化プラスチック組成物を
管軸方向に移動させながら巻き付け、ついで加熱硬化さ
せることを特徴とする、請求項３記載の屋外設置機材用
繊維強化プラスチック製保護管体の製造方法。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の繊維強化プラスチック製
管体は、繊維強化プラスチック製管体の後方に発生する
渦列を弱める手段として、繊維強化プラスチック製管体
外壁面に、その長手方向に対して直角方向にそって垂直
に切断した断面形状が半楕円形状である螺旋状リブを設
けることを特徴とするものである。

【００１３】図１に示すように、繊維強化プラスチック
製管体１の外壁面に断面形状が半楕円形状の螺旋状リブ
２を設けると、任意の方向からの風に対して後流での渦
発生低減効果が得られる。繊維強化プラスチック製管体
の一側、すなわち図１中の矢印５方向から繊維強化プラ
スチック製管体に向かって風が吹いた場合、気流が繊維
強化プラスチック製管体を境として矢印６，７の二手に
分かれると共に、繊維強化プラスチック製管体に沿った
二つの気流が発生するが、二つの気流はそれぞれ別個に
異なるタイミングでリブ２に衝突し速度が減速され、か
つリブを迂回することで経路が長くなるために、繊維強
化プラスチック製管体の他側（後流）で発生する渦列
８，９が弱められ、風きり音や振動の発生が効果的に抑
制される。

【００１４】また、寒冷地での屋外設置機材を繊維強化
プラスチック製管体で被覆保護しておく場合は以下の二
点を考慮しなければならない。すなわち、リブ上に雪が
大量に堆積することによる危険性と、繊維強化プラスチ
ック製管本体とリブとの境界部分の隙間に水分が入り込
んで凍結することによって生起する割れの問題を考慮す
る必要がある。

【００１５】リブを繊維強化プラスチック製管体の周方
向に螺旋状ではなく、平行リング状に形成した場合、管
体の設置状況によってはリブに上に雪や氷が堆積し、あ
る一定量堆積した後落下することで危険が伴うことが考
えられる。しかし本発明の繊維強化プラスチック製管体
の場合は、図１に示すように螺旋状にすることで、その
設置状態にかかわらず、雪が大量には堆積し難く、雪、
氷等の落下による事故が発生する可能性が少ない。ま
た、本発明の繊維強化プラスチック製管体は、本管とリ
ブが良く密着し、一体化していることで、本管とリブの
境界面に水分が浸透しその水分が凍結することで本管と
リブに間に割れが発生する問題が起こらない。

【００１６】本発明における繊維強化プラスチック製管
体の製造方法は、繊維強化プラスチック製管体の外壁面
に、垂直切断面の形状が半楕円形状となる繊維強化プラ
スチック製の螺旋リブを設けることによる製造方法に関
するものである。螺旋状のリブの形成は、ビニルエステ
ル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂又はエポキシ樹脂（以
下、これらを単に熱硬化性樹脂という）等の熱硬化性樹
脂をガラス繊維、カーボン繊維（以下、これらを単に強
化材という）に含浸させながら、繊維強化プラスチック
製管体を成形した後に、ガラス繊維等の長繊維束もしく
は綿製、レーヨン製もしくはポリエステル製の紐（以下
これらを紐という）を繊維強化プラスチック製管体を回
転させながら、その管軸方向に紐等を移動させること
で、管体外壁面に巻付け、巻付け完了後、常温若しくは
加熱して硬化させることによって行われる。

【００１７】繊維強化プラスチック製管体に、その垂直
断面形状が半楕円形状の連続螺旋状リブを管本体外壁面
に一体化するように形成するためには、紐等を巻付ける
際に１本の材料当たり０．２〜５ｋｇｆの張力を掛けな
がら巻付けると、巻き付け前には断面形状が円形状の紐
は、巻付け後には図３に示すように半楕円形状になり、
繊維強化プラスチック製管体と巻付け材料との接触面積
が広くなり繊維強化プラスチック製管体とリブがより密
着一体化した状態となる。さらに、熱硬化性樹脂が硬化
する過程において上記材質の紐内の熱硬化性樹脂が収縮
することで、空隙がなく、管本体に密着、一体化したリ
ブを形成することができる。

【００１８】本発明の繊維強化プラスチック製管体は、
その外壁面に巻付けた一本以上の紐状の繊維強化プラス
チック組成物によって成形されている螺旋状リブを有し
ている。本発明の繊維強化プラスチック製管体は、それ
が設置される場所、高さ、風の強さ、地域、等の環境に
より、リブの幅Ｗ、リブ高さＨ及びリブのピッチＬをそ
れぞれの設置環境に合わせて製造される。

【００１９】本発明の繊維強化プラスチック製管体に設
ける螺旋状リブは、繊維強化プラスチック製管体を形成
した後に樹脂含浸した紐を機械的に巻付けることで所要
の形状を形成することから、螺旋条のピッチＬを任意に
変える場合には、紐を図４のように繊維強化プラスチッ
ク製管体上に巻付ける際に、紐を管軸方向に移動させる
速度と繊維強化プラスチック製管体の回転速度の両方の
制御により任意に設定することが可能である。

【００２０】一方、リブ高さＨを任意に変える場合は、
紐１４の直径もしくは本数を任意に選択することで螺旋
状リブの高さを容易に変えることが可能である。さらに
本発明は、機械的に張力を負荷した状態で繊維強化プラ
スチック製管体に紐状繊維強化プラスチック組成物を巻
付けることから、短い製造時間で、工場生産品として安
定した品質を維持することが可能である。

【００２１】本発明の繊維強化プラスチック製管体の製
造に使用される繊維強化プラスチック組成物としては、
通常の繊維強化プラスチック成形用に使用される組成物
が使用できる。例えば、強化材としてガラス繊維やその
他の繊維材料、及びそれらの織物、不織布を使用し、熱
硬化樹脂組成物を含浸させた繊維強化プラスチック組成
物が使用される。使用可能な樹脂としては、ビニルエス
テル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂が挙
げられる。また、半楕円形状のリブ形成用の紐材料とし
ては、スチレンモノマー等の溶剤に溶解することが無
く、樹脂を容易に含浸させることができる繊維材料であ
れば特に制限なく使用することができる、特に綿、レー
ヨン、ポリエステル材料が含浸性が良好であることから
使用材料として好ましい。

【００２２】本発明の繊維強化プラスチック製管体は、
管本体部の断面形状が円形若しくは多角形状のいずれで
あってもよい。上記断面形状のマンドレルに繊維強化プ
ラスチック製管体を成形した後に、紐を管軸方向に移動
させながら１本の材料当たり０．２〜５ｋｇｆの張力を
掛けながら巻付ける方法が採用できるが、該方法に限定
されるものではない。上記張力下での巻き付けにより、
紐状の繊維強化プラスチック組成物は断面が半楕円形状
となり、繊維強化プラスチック製管本体との接触面積が
さらに大きくなる。

【００２３】

【実施例】以下に添付図面を参照して、本発明の実施例
を説明する。 実施例１ アンテナの外套管（アンテナカバー）として繊維強化プ
ラスチック管を用いる場合、やはり風の後流における
渦、音の発生が問題となる。それを防止することを目的
として、繊維強化プラスチック管体上に螺旋状リブの成
形を行った。製造した繊維強化プラスチック製管体は、
直径φ３００ｍｍ、長さ６Ｍ、管体肉厚４ｍｍである。

【００２４】先ず、図４の装置を使用し、繊維強化プラ
スチック製管本体をフィラメントワインディング法（以
下ＦＷ法という）にしたがって、マンドレル１６の外面
に樹脂を含浸させながら繊維強化材を巻付けることで繊
維強化プラスチック管本体を成形した。繊維強化材とし
てガラス繊維、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用
した。ＦＷ法による繊維強化プラスチック製本管の成形
が完了した後、直ちに、直径φ８ｍｍの綿製の紐１４を
管軸方向移動装置１７に搭載し、繊維強化プラスチック
管体にピッチＬ＝５００ｍｍで巻付け作業を行った。綿
製の紐は巻付ける直前で樹脂の入った樹脂桶１９の中を
通過させて樹脂を含浸させ、且つ張力制御装置１８によ
り常に１ｋｇｆの張力を掛けながら巻付け作業を行っ
た。

【００２５】巻付け作業完了後、図示していない硬化工
程にて、加熱炉内に１時間投入し繊維強化プラスチック
管体とリブを同時に加熱硬化させた。硬化炉内では、樹
脂が偏らないように常に一定速度でマンドレルを回転さ
せながら硬化を行った。硬化後の管体外壁面には、図３
に示すように、高さＨ＝６ｍｍ、幅Ｗ＝１２ｍｍの断面
が半楕円形状のリブが形成された。

【００２６】この管体は、管体外壁面に前記と同様の直
径φ８ｍｍの綿製の紐１４を繊維強化プラスチック管体
にピッチＬ＝５００ｍｍで平行に巻付け作業を行って製
造した従来型の管体に比べて、風きり音及び振動とも
に、抑制効果が優れていた。以上紐に綿製材料を用いた
場合について実施例を示したが、レーヨン製の紐を用い
ても同様の結果が得られた

【００２７】実施例２ 繊維強化プラスチック製管体の強度剛性向上と、屋外設
置での渦発生防止を目的として、繊維強化プラスチック
管体に螺旋状リブを一体成形によって形成した。製造を
行った繊維強化プラスチック管体は、直径φ１５０ｍ
ｍ、長さ６Ｍ、管体肉厚４ｍｍである。製造方法として
は、実施例１と同様に、先ず繊維強化プラスチック製管
本体をＦＷ法で成形した。繊維強化材１５としてガラス
繊維、熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂を使用した。ＦＷ法
による繊維強化プラスチック本管の成形が完了した後、
直ちに、繊維強化プラスチック製管本体外壁面にガラス
繊維を６０本束ねてピッチＬ＝１０００ｍｍで巻付け作
業を行った。

【００２８】ガラス繊維は巻付ける直前で樹脂の入った
樹脂桶１９の中を通過させて樹脂を含浸させ、張力制御
装置１８により常に１ｋｇｆの張力を掛けながら巻付け
作業を行った。巻付け作業完了後、硬化工程にて、加熱
炉内に１時間投入し繊維強化プラスチック管体とリブを
同時に硬化させた。硬化炉内では樹脂が偏らないように
常に一定速度でマンドレルを回転させながら硬化を行っ
た。硬化後の螺旋状リブは、図３に示すように、高さＨ
＝４ｍｍ、幅Ｗ＝１０ｍｍの半楕円形状であった。

【００２９】この実施例で製造した管体は、管体外壁面
に前記と同様のガラス繊維をピッチＬ＝１０００ｍｍで
平行に巻付け作業を行って製造した管体に比べて、風き
り音及び振動ともに、抑制効果が優れていた。また、螺
旋状リブ形成材料としてガラス繊維を用いることで、繊
維強化プラスチック管体の周方向、軸方向共に剛性を向
上させることができた。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明により、
繊維強化プラスチック製管体の外壁面に螺旋状に本体管
と一体化した、垂直断面形状が半楕円形状の螺旋リブを
形成することで、後流に発生する音や振動を低減するこ
とが可能となり、かつ本体と隙間無く一体化しているこ
とで、寒冷地においても凍結による割れ現象が発生しな
い。また螺旋状にリブが設置されていることより、雪等
が堆積しにくく、積雪地帯に適応できる屋外設置機材用
の被覆保護管として有用である。

【００３１】本発明の製造方法は紐状強化材の太さ、本
数を選定することで容易にリブの高さを変えることがで
きると共に繊維強化プラスチック管に巻付ける製造工程
で機械の回転数を制御することで簡便に螺旋リブのピッ
チを変えることができる製造方法であり、工場生産作業
における製造が非常に簡便であり、品質の安定した製品
を提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維強化プラスチック管の説明図。

【図２】円筒形断面形状の後流に発生する渦の説明図。

【図３】螺旋状リブの断面形状図。

【図４】螺旋状リブ製造装置概略図。

【符号の説明】 １：本発明の繊維強化プラスチック製管体 ２：螺旋状リブ ３：円柱体 ４：リブ端部 ５：風の方向 ６：繊維強化プラスチック管後流に発生する一方の渦列 ７：繊維強化プラスチック管後流に発生する他方の渦列 ８：管体後流の気流の一方向 ９：管体後流の気流の一方向 １０：管体側面を流れる一側の気流 １１：管体側面を流れる他側の気流 １２：繊維強化プラスチック管後流に発生する一方の渦
列 １３：繊維強化プラスチック管後流に発生する他方の渦
列 １４：紐 １５：強化材 １６：マンドレル １７：管軸方向移動装置 １８：張力制御装置 １９：樹脂桶

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H111 AA01 BA15 BA24 CB23 CC02 CC03 CC13 DA13 DA26 DB27 EA03 EA17 4F205 AA36 AD05 AD12 AD16 AG08 AG26 AG28 HA10 HA29 HA33 HA37 HA46 HB01 HB12 HC03 HC12 HG01 HK29 HL12 HL13 HM03 HT02 HT22 HT26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化プラスチック製管体の外壁に螺
   旋状に一体成形されている繊維強化プラスチック製リブ
   を有することを特徴とする、屋外設置機材用繊維強化プ
   ラスチック製保護管体。
2. 【請求項２】 前記繊維強化プラスチック製リブは、そ
   の長手方向に対して直角方向に垂直に切断した面の形状
   が略半楕円形状で、前記繊維強化プラスチック製管体の
   外壁面に螺旋状に一体成形されていることを特徴とする
   請求項１記載の屋外設置機材用繊維強化プラスチック製
   保護管体。
3. 【請求項３】 繊維強化プラスチック製管体を成形した
   後に、液状の熱硬化性樹脂組成物を含浸させた繊維強化
   材からなる繊維強化プラスチック組成物を該繊維強化プ
   ラスチック管外壁上に、その長手方向に対して直角方向
   に垂直に切断した面の形状が略半楕円形状の連続凸状体
   となるように螺旋状に配置した後、熱硬化させることを
   特徴とする屋外設置機材用繊維強化プラスチック製保護
   管体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記液状の熱硬化性樹脂組成物を含浸さ
   せた繊維強化材からなる繊維強化プラスチック組成物が
   紐状体であり、予め管体成形用マンドレルに成形されて
   いる繊維強化プラスチック製管体外壁面に、張力を負荷
   した状態の紐状繊維強化プラスチック組成物を管軸方向
   に移動させながら巻き付け、ついで硬化させることを特
   徴とする、請求項３記載の屋外設置機材用繊維強化プラ
   スチック製保護管体の製造方法。