JP2606253B2 - Ｆｒｐ製積層ｔ字管の成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、FW法によるFRP製積層Ｔ字管の成形方法
に関するものである。

［従来の技術］ FRP製のＴ字管の成形方法として、従来は、 １）短繊維を用いたモールド成形法。

２）FRP製直管を切断結合し、上から補強巻きする方
法。

３）Ｔ字管芯金に手作業でFRP層を積層し成形するハン
ドレイアップ法。

４）多自由度を持ったロボットの腕を、固定したＴ字管
マンドレルの周りで動かし、巻く方法。

等が行なわれていた。

［解決しようとする課題］ しかし、上記従来技術には、それぞれ次のような問題
がある。

１）短繊維の集合であり、補強繊維の持っている引張り
強さが有効に生かされないので、充分な強度が得られな
い。

２）継ぎ目において繊維が不連続であるため、上から補
強巻をしても強度が低下する。

３）手作業であり、生産性が悪く、コストが高い。

４）マンドレルを固定して巻くので、マンドレルを回転
して巻く場合に比べ無駄な動きが多い等の問題がある。

この発明は、上記のような問題点を解消できるように
したFRP製積層Ｔ字管の成形方法を提供することを目的
とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明のFRP製積層Ｔ字管の成形方法は、基準面内
に、主管部と枝管部とからなるＴ字管マンドレルを主管
部軸を中心として回転させる軸芯を設定し、上記Ｔ字管
マンドレルをその主管部軸を上記基準面内の回転軸芯に
位置させて配設し、上記マンドレルの主管部及び枝管部
のそれぞれの軸を中心とする円筒面で、該主管部及び枝
管部をそれぞれ内含するものからなる閉曲面を設定し、
上記マンドレル上に繊維が滑ることなく張力をかけて巻
ける巻線を求めると共に、この巻き線を予め多数に分割
しておき、巻かれる繊維の上記巻線上の１分割点におけ
る接線が上記閉曲面と交わる点の上記基準面を含む直交
座標系におけるこの点の位置（x₁、y₁、z₁）を求めて、
ここにフィードアイを位置させ、次に、上記巻線上の次
の分割点における接線が上記閉曲面と交わる点の座標
（x₂、y₂、z₂）を上記基準面を任意の角度（θ）回転さ
せた新基準面を含む直交座標系上で求め、マンドレルを
上記角度（θ）回転させるとともに、フィードアイを上
記座標（x₂、y₂、z₂）に移動させて繊維を巻く操作を行
ない、ついで次の分割点に付いて上記操作を繰返すこと
により、FRP製積層Ｔ字管を成形することを特徴とする
ものである。

［作用］ Ｔ字管マンドレルを基準面内の回転軸芯の回りに回転
させると共に、フィードアイを三次元的に移動させる操
作によりFRP製積層Ｔ字管を成形することができる。こ
の場合、マンドレルの回転角とフィードアイの動きの選
び方に自由度があるので、Ｔ字管を巻く上で誤差の出易
い枝管部において精度良く巻くことができる。

また、フィードアイの三次元的動き及びマンドレルの
回転をコンピュータ制御にし、プログラムにより作動さ
せることにより、省力、省時間、高精度化を達成し、ロ
ボットを用いるより安価な設備で巻くことができる。

［実施例］ 以下、本発明方法の一実施例を第１図〜第３図により
説明する。

Ｔ字管マンドレル10は、主管部11と枝管部12とから構
成されている。

基準面１上に、Ｔ字管マンドレル10を主管部軸を中心
として回転させる回転軸芯Ｔ−Ｔを設定する。

そして、上記マンドレルの主管部軸を上記回転軸芯に
位置させると共に、枝管部12の軸を上記基準面１に位置
させて配設する。

また、上記マンドレル10の主管部11の軸を中心とし、
該主管部を内含する円筒面６と、枝管部12の軸を中心と
し、該枝管部を内含する円筒面6aとからなる閉曲面５を
設定する。この閉曲面は円筒面６の両側及び円筒面6aの
端に半球面７を接続して形成されている。

マンドレル10上に繊維が滑ることなく張力をかけて巻
ける巻線16を求め、この巻き線を等分割して、分割点
Ａ、Ｂ、…の座標を求める。ここで、上記巻き線に沿っ
て繊維をできるだけ正しく巻くように、分割数はできる
だけ多くする。

まず、ABをＢの方に延長し（Ａ、Ｂが近接しており、
実質的に接線となる）、閉曲面５と交わる点Ｂ′を求め
る。そして、この点の上記基準面１を含む直交座標系に
おける位置（x₁、y₁、z₁）を求め、この点にフィードア
イを移動させることによりAB間に繊維を巻く。

次に、BCをＣの方に延長し、閉曲面５と交わる点Ｃ′
を求める。そして、この点の座標（x₂、y₂、z₂）を上記
基準面１を任意の角度（θ）回転させた新基準面２を含
む直交座標系上で求める。上記の角度（θ）は、巻き線
をｎ分割している場合には、例えば360゜/nのように選
ぶ。

そして、マンドレル10を上記の角度（θ）回転させる
と共に、フィードアイを上記座標（x₂、y₂、z₂）に移動
させることにより、BC上に繊維を巻く。

以下、CDに対するＤ′点を求め、上記と同様の操作を
繰り返すことにより、FRP製積層Ｔ字管を成形すること
ができる。

そして、枝管部12に繊維を巻く場合も、上記と全く同
じ手順で巻くことができる。しかし、この場合は、第４
図（ａ）〜（ｄ）に示すように、マンドレルを回転させ
ることなく、枝管部巻き線16上の接線の円筒面6aとの交
点にフィードアイを順次移動させることにより繊維を巻
くことができる。

なお、上記例では、閉曲面５を円筒面６に半球面７を
接続して形成しているが、円筒面６の端部に接続する面
は、第５図に示すように、平面８、円錐面９にしてもよ
い。Ｔ字管端部の折り返し部には図に示すようにレジュ
ーサ等を用いるが、端面の形状によりフィードアイの移
動点が違ってくる。即ち、平面８ではＱ′に、半球面７
ではＱ″、また円錐面９ではＱにフィードアイが移動
する。そこで、折り返し部の形状により適宜の端面形状
を選択すればよい。

また、上記実施例では、新基準面を得るために基準面
を回転させる角度を一定にしているが、任意の角度回転
させてもよい。

［発明の効果］ この発明のFRP製積層Ｔ字管の成形方法は上記のよう
なもので、Ｔ字管マンドレルの回転と、フィードアイの
三次元的移動により、Ｔ字管を成形することができる。
そして、マンドレルの回転角とフィードアイの動きの選
び方に自由度があるので、Ｔ字管を巻く上で誤差の出や
すい枝管部において精度よく巻くことができる。また、
上記操作をプログラム化し、マンドレルの回転及びフィ
ードアイの動きをコンピュータ制御することにより省
力、省時間、高精度化を達成し、ロボットを用いるより
安価な設備で巻くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、本発明方法を実施する手順の一例を
示す説明図、第４図（ａ）〜（ｄ）は枝管部に巻く場合
の説明図、第５図は閉曲面の他の例を示す説明図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 守 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−168434（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準面内に、主管部と枝管部とからなるＴ
   字管マンドレルを主管部軸を中心として回転させる軸芯
   を設定し、 上記Ｔ字管マンドレルをその主管部軸を上記基準面内の
   回転軸芯に位置させて配設し、 上記マンドレルの主管部及び枝管部のそれぞれの軸を中
   心とする円筒面で、該主管部及び枝管部をそれぞれ内含
   するものからなる閉曲面を設定し、 上記マンドレル上に繊維が滑ることなく張力をかけて巻
   ける巻線を求めると共に、この巻き線を予め多数に分割
   しておき、 巻かれる繊維の上記巻線上の１分割点における接線が上
   記閉曲面と交わる点の上記基準面を含む直交座標系にお
   けるこの点の位置（x₁、y₁、z₁）を求めて、ここにフィ
   ードアイを位置させ、 次に、上記巻線上に次の分割点における接線が上記閉曲
   面と交わる点の座標（x₂、y₂、z₂）を上記基準面を任意
   の角度（θ）回転させた新基準面を含む直交座標系上で
   求め、 マンドレルを上記角度（θ）回転させるとともに、フィ
   ードアイを上記座標（x₂、y₂、z₂）に移動させて繊維を
   巻く操作を行ない、 ついで次の分割点に付いて上記操作を繰返すことによ
   り、 FRP製積層Ｔ字管を成形することを特徴とする FRP製積層Ｔ字管の成形方法。