JP2014117913A - パイプ製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維製直管及び繊維製曲管を効率良く製造できるパイプ製造装置を提供する。
【解決手段】芯材１を送り出す送出部１０と、前記芯材１に繊維束Ｆｐ・Ｆｆを巻き付ける巻付部２０と、を備えるパイプ製造装置１００において、前記送出部１０は、前記芯材１を順方向へ連続的に送り出し、又は前記芯材１を一時的に逆方向へ戻す動作を繰り返しながら順方向へ間欠的に送り出し、前記巻付部２０は、前記芯材１に連続的に繊維束Ｆｐ・Ｆｆを巻き付ける、とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、パイプ製造装置の技術に関する。

従来より、予め樹脂を含浸させた繊維束を芯材に巻き付けていくパイプ製造装置が公知となっている（例えば特許文献１参照）。このようなパイプ製造装置は、芯材を回転させながら移送することで、該芯材の外周面に繊維束を巻き付ける。

ところで、このようなパイプ製造装置は、繊維束の巻き付け作業が完了すると、オペレータが芯材を取り外して新たな芯材を取り付ける。つまり、かかるパイプ製造装置は、オペレータによる芯材の脱着作業が不可欠であり、連続的に繊維束を巻き付けることができない。このため、芯材の脱着作業をなくして連続的に繊維束を巻き付け可能とすることで、繊維製直管を効率良く製造できるパイプ製造装置が求められていた。

また、繊維製直管を製造した後に該直管を曲げるとした曲管の製造方法が公知となっている（例えば特許文献２参照）。このような曲管の製造方法は、芯材に繊維束を巻き付けた後に該芯材を抜き取り、繊維製直管に対して曲げ加工が施される。

ところで、このような曲管の製造方法は、繊維製直管を製造するために、上述したようなパイプ製造装置を用いると考えられる。従って、かかる曲管の製造方法においても、オペレータによる芯材の脱着作業が不可欠であり、連続的に繊維束を巻き付けることができない。更に、かかる曲管の製造方法では、繊維束が巻き付けられた芯材を取り外し、繊維層から芯材を抜き取らなければ曲げ加工を施すことができない。このため、芯材の脱着作業をなくして連続的に繊維束を巻き付け可能とするとともに、繊維束が巻き付けられた芯材を取り外さず、繊維層から芯材を抜き取らなくても曲げ加工を行なえるとすることで、繊維製曲管を効率良く製造できるパイプ製造装置が求められていた。

特許第３６７１８５２号公報 特開昭５８−１１９８２２号公報

本発明は、繊維製直管及び繊維製曲管を効率良く製造できるパイプ製造装置を提供することを目的としている。

次に、この課題を解決するための手段を説明する。

即ち、第１の発明は、
芯材を送り出す送出部と、
前記芯材に繊維束を巻き付ける巻付部と、を備えるパイプ製造装置において、
前記送出部は、前記芯材を順方向へ連続的に送り出し、又は前記芯材を一時的に逆方向へ戻す動作を繰り返しながら順方向へ間欠的に送り出し、
前記巻付部は、前記芯材に連続的に繊維束を巻き付ける、とした。

第２の発明は、第１の発明に係るパイプ製造装置において、
前記芯材を曲げる曲げ部を具備し、
前記曲げ部は、走行している前記芯材を所定の方向へ案内することによって曲げる、とした。

第３の発明は、第１の発明に係るパイプ製造装置において、
前記芯材を曲げる曲げ部を具備し、
前記曲げ部は、走行又は停止している前記芯材を所定の方向から押すことによって曲げる、とした。

第４の発明は、第１から第３のいずれかに係るパイプ製造装置において、
床面に設置される台床を具備し、
少なくとも前記送出部と前記巻付部は、一の前記台床によって支持される、とした。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明によれば、本パイプ製造装置の送出部は、芯材を順方向へ連続的に送り出し、又は芯材を一時的に逆方向へ戻す動作を繰り返しながら順方向へ間欠的に送り出す。そして、巻付部は、芯材に連続的に繊維束を巻き付ける。これにより、芯材の脱着作業をなくして連続的に繊維束を巻き付けることができるので、繊維製直管を効率良く製造することが可能となる。

第２の発明によれば、本パイプ製造装置の曲げ部は、走行している芯材を所定の方向へ案内することによって曲げる。これにより、繊維束が巻き付けられた芯材を取り外さず、繊維層から芯材を抜き取らなくても曲げ加工を行なうことができるので、繊維製曲管を効率良く製造することが可能となる。

第３の発明によれば、本パイプ製造装置の曲げ部は、走行又は停止している芯材を所定の方向から押すことによって曲げる。これにより、繊維束が巻き付けられた芯材を取り外さず、繊維層から芯材を抜き取らなくても曲げ加工を行なうことができるので、繊維製曲管を効率良く製造することが可能となる。

第４の発明によれば、本パイプ製造装置の送出部と巻付部は、一の台床によって支持される。これにより、各部が一体化するので、据付容易性や移設容易性を向上させることが可能となる。

一実施形態のパイプ製造装置の構成を示す図。 芯材に繊維束Ｆｐ・Ｆｆを巻き付ける際の動作について示す図。 芯材に繊維束Ｆｐ・Ｆｆを巻き付ける際の動作について示す図。 繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材を曲げる際の動作について示す図。 繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材を曲げる際の動作について示す図。 繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材を曲げる際の留意点について示す図。 繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材を曲げた後に繊維束Ｆｐを引っ張った状態について示す図。

まず、パイプ製造装置１００の構成について説明する。

図１は、一実施形態のパイプ製造装置１００の構成を示す図である。図中に示す矢印Ｘは、芯材１の送り出し方向（走行方向）を示している。なお、ここでは、芯材１が送り出される方向Ｆを「順方向」とし、その反対方向Ｒを「逆方向」と定義する。

パイプ製造装置１００は、繊維製曲管を製造するものである。但し、繊維製曲管の製造過程から曲げ工程を省くことで、繊維製直管を製造することも可能である。パイプ製造装置１００は、主に送出部１０と、巻付部２０と、曲げ部３０と、で構成されている。

送出部１０は、芯材１を送り出す部分である。送出部１０は、一台の押出装置１１を有している。押出装置１１は、順方向若しくは逆方向に摺動するラック１１ｒを備えており、該ラック１１ｒによって芯材要素１ｅを押し出す（図２、図３参照）。こうして、本送出部１０は、芯材要素１ｅを次々に押し出して該芯材要素１ｅを連結し、一本の芯材１として送り出すことを可能としている。

また、送出部１０は、芯材１に接した状態で回転するローラ１２を備えている。送出部１０は、ローラ１２の回転方向を切り替えることができるので、芯材１を順方向から逆方向に戻すことも可能である（図３参照）。なお、本送出部１０は、芯材要素１ｅを連結させて芯材１として送り出すものであるが、いわゆる絞り加工によって円筒形状を形成し、該円筒形状を芯材として送り出すとしても良い。

巻付部２０は、芯材１に繊維束Ｆｐ・Ｆｆを巻き付ける部分である。巻付部２０は、一又は複数のパラレル巻き装置２１を有している。パラレル巻き装置２１は、芯材１を中心として放射状にノズル（図示せず）を備えており、該ノズルから走行する芯材１に向けて繊維束Ｆｐを案内する。ノズルは、芯材１の軸心Ｌに先端が近づくように傾ける。傾きが小さければ（軸心Ｌに略平行）、繊維束Ｆｐに無理なテンションがかからない。また傾きが大きければ（軸心Ｌに略垂直）、装置全体の寸法を抑えることができる。こうして、本パラレル巻き装置２１は、芯材１の軸心Ｌに対して略平行（ほぼ角度０度）に繊維束Ｆｐを送り出すことを可能としている（図２、図３、図６参照）。なお、本巻付部２０は、二台のパラレル巻き装置２１を有しているが、繊維層の積層構造に応じて任意に増減可能である。なお、繊維束Ｆｐは、ボビンから引き出される炭素繊維を採用でき、この場合、芯材１に巻き付ける直前に浸漬又は吹付により合成樹脂を含浸させる。或いは、繊維束Ｆｐは、炭素繊維に予め合成樹脂を含浸させて半硬化状態としたプリプレグを採用できる。

また、巻付部２０は、一又は複数のフープ巻き装置２２を有している。フープ巻き装置２２は、芯材１を中心として回転するガイド２２ｇを備えており、該ガイド２２ｇから走行する芯材１に向けて繊維束Ｆｆを案内する。こうして、本フープ巻き装置２２は、芯材１の軸心Ｌに対して略垂直（ほぼ角度９０度）に繊維束Ｆｆを巻き付けていくことを可能としている（図２、図３、図６参照）。なお、本巻付部２０は、二台のフープ巻き装置２２を有しているが、繊維層の積層構造に応じて任意に増減可能である。なお、繊維束Ｆｆは、ボビンから引き出される炭素繊維を採用でき、この場合、芯材１に巻き付ける直前に浸漬又は吹付により合成樹脂を含浸させる。或いは、繊維束Ｆｆは、炭素繊維に予め合成樹脂を含浸させて半硬化状態としたプリプレグを採用できる。

曲げ部３０は、芯材１を曲げる部分である。具体的に説明すると、曲げ部３０は、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を曲げる部分である。曲げ部３０の具体的な構成については後述する。なお、本曲げ部３０は、巻付部２０の下流側に配置され、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を曲げるとしているが、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられる前やその途中で芯材１を曲げるとしても良い。また、芯材要素１ｅを連結して芯材１とした時点で既に曲げられていても良い。

次に、芯材１に繊維束Ｆｐ・Ｆｆを巻き付ける際の動作について説明する。

図２及び図３は、芯材１に繊維束Ｆｐ・Ｆｆを巻き付ける際の動作について示す図である。図中に示す矢印Ｘは、芯材１の送り出し方向（走行方向）を示している。また、図中に示す矢印Ｙは、ラック１１ｒの摺動方向を示している。

図２に示すように、送出部１０は、芯材１を順方向へ連続的に送り出すことができる。巻付部２０を構成するパラレル巻き装置２１は、芯材１の軸心Ｌに対して略平行に繊維束Ｆｐを送り出していく（図６参照）。そして、巻付部２０を構成するフープ巻き装置２２は、芯材１の軸心Ｌに対して略垂直に繊維束Ｆｆを巻き付けていく（図６参照）。

このような構成において、巻付部２０は、パラレル巻き装置２１を上流側に配置し、その下流側にフープ巻き装置２２を配置している。これは、フープ巻き装置２２が繊維束Ｆｆを巻き付けることによって、パラレル巻き装置２１から送り出された繊維束Ｆｐを芯材１の外周に巻き留めていくためである。

詳細に説明すると、本実施形態のパイプ製造装置１００は、芯材１が回転せずに走行し、自ら回転しないパラレル巻き装置２１を通過する。従って、パラレル巻き装置２１から送り出された繊維束Ｆｐは、芯材１の外周に螺旋状に巻き付くことはない。このため、本パイプ製造装置１００は、フープ巻き装置２２が繊維束Ｆｆを巻き付けることによって、パラレル巻き装置２１から送り出された繊維束Ｆｐを巻き留めていく必要があるのである。このような理由から、芯材１を順方向へ連続的に送り出す場合は、パラレル巻き装置２１が上流側に配置され、その下流側にフープ巻き装置２２が配置されて、パラレル巻き繊維をフープ巻き繊維で巻き留める。但し、パラレル巻き装置２１及びフープ巻き装置２２の配置は、繊維層の積層構造に応じて任意に変更可能であり、これに限定するものではない。また、上述したように、パラレル巻き装置２１とフープ巻き装置２２は、繊維層の積層構造に応じて任意に増減可能である。

また、図３に示すように、送出部１０は、芯材１を一時的に逆方向へ戻す動作を繰り返しながら順方向へ間欠的に送り出すこともできる。巻付部２０を構成するパラレル巻き装置２１は、芯材１の軸心Ｌに対して略平行に繊維束Ｆｐを送り出していく（図６参照）。そして、巻付部２０を構成するフープ巻き装置２２は、芯材１の軸心Ｌに対して略垂直に繊維束Ｆｆを巻き付けていく（図６参照）。

このような構成において、巻付部２０は、パラレル巻き装置２１の上流側と下流側にフープ巻き装置２２を配置している。これは、芯材１の走行方向が変化しても、フープ巻き装置２２が繊維束Ｆｆを巻き付けることによって、パラレル巻き装置２１から送り出された繊維束Ｆｐを繊維束Ｆｆが巻き留めていくためである。

詳細に説明すると、本実施形態のパイプ製造装置１００は、芯材１の走行方向を順方向から逆方向へ又は逆方向から順方向へ変更できる。そして、パイプ製造装置１００は、芯材１の走行方向が変化しても、フープ巻き装置２２が繊維束Ｆｆを巻き付けることによって、パラレル巻き装置２１から送り出された繊維束Ｆｐを巻き留めていく構成としている。このような理由から、芯材１を一時的に逆方向へ戻す動作を繰り返しながら順方向へ間欠的に送り出す場合は、その繰り返し箇所に、パラレル巻き装置２１の上流側と下流側にフープ巻き装置２２が配置されるのである。但し、パラレル巻き装置２１及びフープ巻き装置２２の配置は、繊維層の積層構造に応じて任意に変更可能であり、これに限定するものではない。また、上述したように、パラレル巻き装置２１とフープ巻き装置２２は、繊維層の積層構造に応じて任意に増減可能である。

このように、パイプ製造装置１００の送出部１０は、芯材１を順方向へ連続的に送り出し、又は芯材１を一時的に逆方向へ戻す動作を繰り返しながら順方向へ間欠的に送り出す。そして、巻付部２は、芯材１に連続的に繊維束を巻き付ける。これにより、芯材１の脱着作業をなくして連続的に繊維束Ｆｐ・Ｆｆを巻き付けることができるので、繊維製直管を効率良く製造することが可能となる。

次に、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を曲げる際の動作について説明する。

図４及び図５は、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を曲げる際の動作について示す図である。図中に示す矢印Ｘは、芯材１の送り出し方向（走行方向）を示している。

曲げ部３０は、芯材１を曲げる部分である。具体的に説明すると、曲げ部３０は、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を曲げる部分である。曲げ部３０は、複数のガイドローラ３１を有している。図４に示すように、ガイドローラ３１は、芯材１の軌道が直進する順方向から徐々に反れるように配置されており、走行している芯材１を所定の方向へ案内する。芯材１の外周に形成されている繊維製直管は、未だ樹脂が硬化していないので、芯材１とともに破損することなく曲げられる。こうして、曲げ部３０は、芯材１の外周に形成されている繊維製直管を芯材１ごと曲げることを可能としている。なお、曲げ部３０は、三対のガイドローラ３１を有しているが、曲げ角度の大きさなどに応じて増減可能である。また、各ガイドローラ３１の配置も、製造する繊維製曲管の形状に応じて変更可能となっている。

このように、パイプ製造装置１００の曲げ部３０は、走行している芯材１を所定の方向へ案内することによって曲げる。これにより、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を取り外さず、繊維層から芯材１を抜き取らなくても曲げ加工を行なうことができるので、繊維製曲管を効率良く製造することが可能となる。

なお、曲げ部３０は、切断装置３２を有している。図４に示すように、切断装置３２は、曲げ部３０の上流側に配置されており、曲げ加工が施された後の芯材１を切断する。こうして、曲げ部３０は、繊維製曲管を所望の長さに切断することを可能としている。

また、図５に示すように、ガイドローラ３１は、芯材１の軌道に対して垂直となる方向（上下左右を含む）に移動自在とされ、走行又は停止している芯材１を所定の方向から押すとしても良い。芯材１の外周に形成されている繊維製直管は、未だ樹脂が硬化していないので、芯材１とともに破損することなく曲げられる。こうして、曲げ部３０は、芯材１の外周に形成されている繊維製直管を芯材１ごと曲げることを可能としている。なお、本曲げ部３０は、三対のガイドローラ３１を有しているが、曲げ角度の大きさなどに応じて増減可能である。また、各ガイドローラ３１の移動方向や移動距離も、製造する繊維製曲管の形状に応じて変更可能となっている。

このように、パイプ製造装置１００の曲げ部３０は、走行又は停止している芯材１をその軌道に垂直な方向から押すことによって曲げる。これにより、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を取り外さず、繊維層から芯材１を抜き取らなくても曲げ加工を行なうことができるので、繊維製曲管を効率良く製造することが可能となる。

なお、曲げ部３０は、切断装置３２を有している。図５に示すように、切断装置３２は、曲げ部３０の上流側に配置されており、曲げ加工が施される前の芯材１を切断する。こうして、曲げ部３０は、繊維製直管を所望の長さに切断するとともに、停止している芯材１に対して曲げ加工を施すことを可能としている。この場合、曲げ部３０は、パイプ製造装置１００の一部として巻付部２０の下流側に配置されている必要はなく、別途に配置されていても良い。

次に、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を曲げる際の留意点について説明する。

図６は、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を曲げる際の留意点について示す図である。図中に示す矢印Ｔは、芯材１を曲げる際に該芯材１に掛かる荷重を示している。

図６Ａに示すように、芯材１の外周には、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられている。芯材１の外周には、該芯材１の軸心Ｌに対して略平行に繊維束Ｆｐが巻き付けられ、該芯材１の軸心Ｌに対して略垂直に繊維束Ｆｆが巻き付けられている。

図６Ｂに示すように、芯材１を曲げると、曲げ部分の外側に引張荷重が掛かり、曲げ部分の内側に圧縮荷重が掛かる。すると、芯材１の外周には、該芯材１の軸心Ｌに対して略平行に繊維束Ｆｐが巻き留められているので、曲げ部分の外側を通る繊維束Ｆｐには引張荷重が掛かり、曲げ部分の内側を通る繊維束Ｆｐには圧縮荷重が掛かることとなる。これにより、曲げ部分の内側では、繊維束Ｆｐが弛むので、かかる部分で強度が低下するという懸念があった。

そこで、図６Ｃに示すように、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を曲げる際には、曲げ部分の内側を通る繊維束Ｆｐの弛みをとる必要があることに留意すべきである。つまり、繊維束Ｆｐ・Ｆｆが巻き付けられた芯材１を曲げる際には、曲げ部分の内側を通る繊維束Ｆｐを軸心Ｌの方向へ引っ張り（図中の矢印Ｐ参照）、該繊維束Ｆｐの弛みをなくすことに留意すべきである。これにより、かかる部分で強度が低下するのを防止できる。

この点、芯材１に巻き留められた複数の繊維束Ｆｐのうち、いずれの繊維束Ｆｐを引っ張れば良いかが把握しにくいという問題がある。これは、繊維束Ｆｐは、その周方向位置に応じて引っ張る荷重が異なることからも重要である。従って、図７に示すように、芯材１にセパレートリングＳＲを嵌めた状態で繊維束Ｆｐ・Ｆｆを巻き付け、セパレートリングＳＲの外周上を通過する繊維束Ｆｐの位置からいずれの繊維束Ｆｐを引っ張れば良いかを把握すれば良い。具体的に説明すると、セパレートリングＳＲに曲げ部分の内側を通る繊維束Ｆｐが通過する区間を示しておけば、いずれの繊維束Ｆｐを引っ張れば良いかを把握することができる。

また、パラレル巻き装置２１は、芯材１へ送り出す複数の繊維束Ｆｐのうち、必要な繊維束Ｆｐのみを高い張力で送り出すことが可能である。このため、パラレル巻き装置２１は、曲げ部分の内側を通る繊維束Ｆｐのみを高い張力としておき、芯材１を曲げると全ての繊維束Ｆｐの張力が適切になるとすることも可能である。

次に、本パイプ製造装置１００における他の特徴点について説明する。

本パイプ製造装置１００は、台床４０によって支持されている（図１参照）。具体的に説明すると、パイプ製造装置１００は、床面に設置される台床４０を具備しており、該台床４０の上に各部が配置されている。

このように、パイプ製造装置１００の送出部１０と巻付部２０はと曲げ部３０は、一の台床４０によって支持される。これにより、各部が一体化するので、据付容易性や移設容易性を向上させることが可能となる。

次に、芯材１について説明する。

芯材１は、外力によって曲がる構造でなければならない。パイプ製造装置１００において、芯材１は、螺旋状に巻かれた金属線で円筒形状に形成したものを採用できる。但し、芯材１は、外力によって曲がる構造であれば良く、これに限定するものではない。例えば、外力によって曲がるように設計された金属製や樹脂製の中空管が挙げられる。また、内部に空気や水、砂などを詰めたゴム製の芯材とすれば、繊維製曲管を形成した後に内部の空気などを抜けば良いので、取り扱いが容易となる。更に、蝋で形成した芯材としても、繊維製曲管を形成した後に硬化工程において溶かせば良いので、取り扱いが容易となる。

１ 芯材
１ｅ 芯材要素
１０ 送出部
１１ 押出装置
１１ｒ ラック
１２ ローラ
２０ 巻付部
２１ パラレル巻き装置
２２ フープ巻き装置
２２ｇ ガイド
３０ 曲げ部
３１ ガイドローラ
３２ 切断装置
４０ 台床
１００ パイプ製造装置
Ｆｐ 繊維束
Ｆｆ 繊維束

Claims (4)

1. 芯材を送り出す送出部と、
   前記芯材に繊維束を巻き付ける巻付部と、を備えるパイプ製造装置において、
   前記送出部は、前記芯材を順方向へ連続的に送り出し、又は前記芯材を一時的に逆方向へ戻す動作を繰り返しながら順方向へ間欠的に送り出し、
   前記巻付部は、前記芯材に連続的に繊維束を巻き付ける、ことを特徴とするパイプ製造装置。
2. 前記芯材を曲げる曲げ部を具備し、
   前記曲げ部は、走行している前記芯材を所定の方向へ案内することによって曲げる、ことを特徴とする請求項１に記載のパイプ製造装置。
3. 前記芯材を曲げる曲げ部を具備し、
   前記曲げ部は、走行又は停止している前記芯材を所定の方向から押すことによって曲げる、ことを特徴とする請求項１に記載のパイプ製造装置。
4. 床面に設置される台床を具備し、
   少なくとも前記送出部と前記巻付部は、一の前記台床によって支持される、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパイプ製造装置。

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