JP2016221865A - 複合材パイプ及び複合材パイプの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
プリプレグを用いて複合材パイプを製造する場合、マンドレルと呼ばれる円筒金型の外側にプリプレグが積層され、オートクレーブ、オーブンといった装置により加熱、加圧されて樹脂が硬化されて成形される(特許文献1,2を参照)。
衛星には、光学センサが搭載されている。光学センサを例とすると、センサの光学系の支持構造に複合材パイプを用いた場合、この寸法変化に起因して光学系に変化が生じ、光学系の指向性能が悪化する。
プリプレグをパイプ形状に成形する場合、マンドレルと呼ばれる円筒形金型が使用される。プリプレグのパイプの内壁を被覆する場合、マンドレル表面に金属箔を巻き付け、その外側にプリプレグを巻き付けて積層する。プリプレグのパイプの外壁を被覆する場合、最外層のプリプレグを積層後、その外側に金属箔を巻き付ける。
内壁及び外壁の被覆のいずれにおいても、パイプと金属箔とはプリプレグの樹脂に接着機能を持たせ、プリプレグの硬化成形時に、金属膜をプリプレグに対して固着させる。
この発明は、金属箔に皺及び裂けが生じ辛い、金属箔で被覆した複合材パイプを提供することを目的とする。
短冊形の金属箔が螺旋状に巻かれて形成された筒状の内金属層と、
前記内金属層の外側に短冊形のプリプレグが螺旋状に巻き付けられて形成されたプリプレグ層と
を備え、
前記金属箔の長手方向と前記プリプレグの長手方向とが平行、又は、前記金属箔の長手方向と前記プリプレグの長手方向とが成す角が鋭角である。
***構成の説明***
図1から図3は、実施の形態1に係る複合材パイプ10の構成図である。
図1は、複合材パイプ10の上面図である。図2は、複合材パイプ10の正面図である。図3は、複合材パイプ10の斜視図である。
図1から図3では、複合材パイプ10の製造時に用いられるマンドレル21及びテープ22も、複合材パイプ10とともに示している。図2及び図3では、プリプレグ14が途中まで巻き付けられた状態を示している。
図4は、実施の形態1に係る複合材パイプ10の製造方法を示すフローチャートである。
S1の内金属層形成工程では、マンドレル21の軸方向に対して、短冊形の金属箔13が角度θ1だけ傾斜して螺旋状に巻き付けられる。角度θ1は、後述するS2でプリプレグ14を巻き付ける際に、プリプレグ14を構成する繊維の方向が、設計上指定された向きになるように調整される。
金属箔13には、粘着力及び接着力が無い。そのため、金属箔13は、張力をかけて巻き付けられ、金属箔13の両端がマンドレル21に対して固定される。
具体的には、金属箔13の片端が、粘着剤付のテープ22でマンドレル21に固定される。その状態で金属箔13に張力をかけながら、金属箔13がマンドレル21に巻き付けられる。そして、金属箔13の他端が粘着剤付のテープ22で固定される。
この際、金属箔13にかけられた張力が小さい、もしくは、張力が不均一である場合、金属箔13がマンドレル21から浮いてしまい、金属箔13はマンドレル21に密着しなくなってしまう。そのため、金属箔13に適度な張力を均一にかけながら巻き付ける必要がある。
この際、プリプレグ14を構成する繊維の方向は、設計上指定された向きになり、かつ、金属箔13の長手方向Xとプリプレグ14の長手方向Yとが平行になるように、プリプレグ14が巻き付けられる。
プリプレグ14が手作業で積層される場合には、プリプレグ14を少し巻き付けては、プリプレグ14が巻き付けられた位置を確認し、位置がずれていれば巻き付けたプリプレグ14の一部を剥がして、再度位置を合わせるという作業が繰り返される。
複合材パイプ10の製造時に、金属箔13は、張力がかけられた状態でマンドレル21に両端が固定されているが、金属箔13はマンドレル21に全面が固定されてはいない。そのため、位置合わせのためにプリプレグ14を剥がした場合に、金属箔13がマンドレル21から浮いて皺となること、及び、裂けてしまうことがあった。
図5に示すように、金属箔91の長手方向X’と、プリプレグ92の長手方向Y’との成す角θ2が鈍角になっている場合には、金属箔91の張力がかかっている方向と直交方向に近い方向にプリプレグ92を剥がそうとする力が発生する。そのため、金属箔91がマンドレル93から浮いてしまい易い。
しかし、実施の形態1に係る複合材パイプ10は、金属箔13の長手方向Xとプリプレグ14の長手方向Yとが平行になるように、金属箔13の外側にプリプレグ14が巻き付けられている。そのため、位置合わせのためにプリプレグ14を剥がしても、金属箔13の張力がかかっている方向とはほぼ同じ方向にプリプレグ14を剥がそうとする力が発生する。そのため、金属箔13の浮きが生じ辛い。
なお、上記説明では、複合材パイプ10は、内金属層11とプリプレグ層12とを備えた。しかし、複合材パイプ10は、さらに、プリプレグ層12の外側に短冊形の金属箔が螺旋状に巻き付けられて形成された外金属層を備えていてもよい。
角θ3は、小さい方が望ましい。したがって、例えば、角θ3は60度以下としてもよい。さらに、角θ3は30度以下としてもよい。
Claims (3)
- 短冊形の金属箔が螺旋状に巻かれて形成された筒状の内金属層と、
前記内金属層の外側に短冊形のプリプレグが螺旋状に巻き付けられて形成されたプリプレグ層と
を備え、
前記金属箔の長手方向と前記プリプレグの長手方向とが平行、又は、前記金属箔の長手方向と前記プリプレグの長手方向とが成す角が鋭角である複合材パイプ。 - 前記複合材パイプは、さらに、
前記プリプレグ層の外側に短冊形の金属箔が螺旋状に巻き付けられて形成された外金属層
を備える請求項1に記載の複合材パイプ。 - 円筒金型の外側に、短冊形の金属箔を螺旋状に巻き付ける内金属層形成工程と、
前記内金属層形成工程で巻き付けられた金属箔の外側に、短冊形のプリプレグを螺旋状に巻き付けるプリプレグ層形成工程であって、前記金属箔の長手方向と前記プリプレグの長手方向とが平行、又は、前記金属箔の長手方向と前記プリプレグの長手方向とが成す角が鋭角になるように、前記プリプレグを巻き付けるプリプレグ層形成工程と
を備える複合材パイプの製造方法。
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