JP2652244B2 - 金属管付き繊維強化樹脂管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧力容器等として用いる金属管付き繊維強
化樹脂管に関する。

〔従来の技術〕

従来、ダミー層としての非金属直胴管の両端に金属管
を配置し、これら金属管と直胴管との外周面全体に亘っ
て管軸方向に対する繊維角度がほぼ０゜の内層とほぼ90
゜の外層からなる繊維強化樹脂層を積層させるようにし
た金属管付き繊維強化樹脂管がある。しかし、金属管が
表面をテーパー状にしたものである場合は、上記繊維角
度が90゜の外層を金属管のテーパー面に形成させようと
すると、樹脂含浸繊維の剛性が高いために長繊維がテー
パー面に馴染みにくく、繊維束の端が浮き上がった状態
になりやすい。特に、金属管のテーパーが両端の外径が
小さく長手方向中央部に行くにつれて大きくなった山形
をしたものでは、その山形の頂点で繊維束が逃げること
が起こりやすいので均一な巻き付けを行うことができな
い。このため、寸法安定性や強度が低下し、耐圧性も悪
くなり、圧力容器として用いた場合に内部の媒体がその
巻き乱れ箇所から漏れる等の問題がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、テーパー付き金属管を使用する場合であっ
ても、上述のような強化用長繊維の巻き乱れ箇所が生じ
ることがなく、寸法安定性および耐圧性等に優れた金属
管付き繊維強化樹脂管を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の金属管付き繊維強化樹脂管は、ダミー層とし
て設けた直胴部の両端に表面がテーパー状の金属管を配
置すると共に、前記直胴部および該金属管の外周面に亘
って管軸方向に対する繊維角度がほぼ０゜の内層とほぼ
90゜の外層からなる繊維強化樹脂層を積層させた金属管
付き繊維強化樹脂管において、前記外層を前記直胴部に
対応する内層の外周面に又は該外周面と共に前記金属管
の内端部に対応する内層の外周面にかけて配置し、前記
外層が配置されていない残りの内層の外周面に短繊維強
化樹脂層を積層させてなるものである。

以下、この手段につき図に示す実施例を参照して詳し
く説明する。

第１図および第２図は、それぞれ、本発明の金属管付
き繊維強化樹脂管の一例の長手方向断面説明図である。
これらの図において、直胴部６の両端には、表面がテー
パー状の金属管１がそれぞれ配置されている。金属管１
は、複数本の繊維強化樹脂管を接続して使用するときの
継手として利用される。第１図では、金属管１の外径が
内側端から外側端に行くにつれて徐々に大きくなってい
くテーパーを形成している。第２図では、金属管１の外
径が内外両端からそれぞれ長手方向中央部に行くにつれ
て大きくなるテーパを形成し、その長手方向断面が全体
として山形となっている。直胴部６は、両方の金属管１
の間の空間を埋めるためのダミー層として配されるもの
であるので、その厚さを金属管１の内側端の厚みと実質
的に同一になるようにしてある。

直胴部６および金属管１の外周面には、全体にまたが
るように接着剤層５を介して繊維強化樹脂層７が積層さ
れている。なお、ダミー層の場合には接着剤層５は、必
ずしも必要ではなく、直胴部６と繊維強化樹脂管７の種
類に応じて設けられる。

繊維強化樹脂層７は、第２図におけるＡ部を拡大した
第３図に示すように、内層４と外層３とからなる。内層
４は、金属管付き繊維強化樹脂管の長手方向（軸方向）
に、複数の束状の樹脂含浸長繊維を管軸方向に対する繊
維角度がほぼ０゜となるように配列させたものである。
一方、外層３は、金属管付き繊維強化樹脂管の周方向
に、束状の樹脂含浸長繊維を管軸方向に対する繊維角度
がほぼ90゜となるように巻回して形成したものである。
ただし、この外層３は、従来の繊維強化樹脂管のように
内層４の全域に巻回するのではなく、直胴部６に対応す
る内層４の外周面に配置されるか又は直胴部６およびこ
の直胴部６から金属管１の内端部にかけた部分に対応す
る内層４の外周面に配置されるようにすることが重要で
ある。外層３が配置されていない内層４の外周面には、
短繊維強化樹脂層２を積層するようにするのである。

内層４および外層３を構成する樹脂含浸長繊維は、樹
脂を長繊維に含浸させたプリプレグを使用するのが一般
的である。この場合の樹脂としては、例えば不飽和ポリ
エステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いら
れる。長繊維は、補強効果の大きい高強力、高剛性のも
のが好ましく、例えば炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊
維、又はポリエステル繊維、芳香族ポリアミド繊維、ナ
イロン繊維等の有機繊維を挙げることができる。

短繊維強化樹脂層２を構成する樹脂含浸短繊維は、特
定されるものではなく、例えば短繊維に樹脂を含浸させ
てシート状のプリプレグとしたSMC（シート・モールデ
ィング・コンパウンド）などを使用することができる。
この場合に用いる短繊維および樹脂は、上述した内層４
および外層３を構成する樹脂含浸長繊維におけるものと
同種のものでよい。短繊維の長さは特定されるものでは
なく、一般には10mm〜30mmの長さのものがよい。

金属管１の材質は、例えばスチール、アルミニウムな
どである。この金属管１は、第１図および第２図に示す
ように、内径は直胴部６と同じであるが、表面がテーパ
ー状となって外径が内側端から外側端方向に徐々に大き
くなっている。その剛性を滑らかに変化させ、直胴部６
とつながる部分で応力の段差が生じないようにするため
である。

直胴部６は、前述したように両方の金属管１の間の空
間を埋めるためのダミー層として配されるものであるの
で、その材質は特に限定されるものではない。しかし、
好ましくは繊維強化樹脂層７におけるように内層４およ
び外層３と同様な構成である方がよい。

このようにしてなる金属管付き繊維強化樹脂管を製造
するには、第４図（Ａ）〜（Ｆ）のような工程で行うこ
とができる。

まず、第４図（Ａ）に示すようにマンドレル10の外周
面にダミー層を配置して直胴部６を形成する。

つぎに、第４図（Ｂ）に示すように、直胴部６の両端
にテーパー状の外表面を有する金属管１を嵌め込んでそ
の内側端を直胴部６に突き当てて位置決めする。このよ
うに位置決めされた金属管１の外側端は、紙製の固定用
リング８で押さえて固定する。さらに、金属管１の外周
面および直胴部６のうち両端から内側へ10mmまでの外周
面には、それぞれ接着剤５を塗布する。直胴部６の全体
の外周面に塗布しないのは、応力集中が金属管１の内側
端付近に起こるので直胴部６の中間部分はその必要性が
ないためである。ただし、ダミー層と繊維強化樹脂層７
との材質差により接着が悪い場合には、接着剤５を直胴
部６の全体の外周面に塗布してもよい。

ついで、第４図（Ｃ）に示すように、直胴部６および
金属管１の外周面に亘って、マンドレル10の管軸方向に
対する繊維角度がほぼ０゜の樹脂含浸長繊維の内層４を
２層積層させる。この内層４を設けるには、長繊維を一
方向に引き揃えてなるプリプレグシートを、その繊維の
方向がマンドレル10の軸方向となるように、巻き付ける
とよい。

さらに、第４図（Ｄ）に示すように、マンドレル10の
軸方向に対する繊維角度がほぼ90゜の樹脂含浸長繊維の
外層３を、直胴部６に対応する内層４の外周面に積層さ
せるか又は直胴部６と共にさらに直胴部６から金属管１
の内端部にかけての領域に対応する内層４の外周面に積
層させる。外層３を設けるには、樹脂含浸長繊維をマン
ドレル10の軸方向に対する繊維角度がほぼ90゜となるよ
うにフィラメントワインディング法により内層４の上に
巻き付ければよい。この外層３を設けることにより、内
層４の径方向の膨張が抑えられるので、最終的に得られ
る金属管付き繊維強化樹脂管の耐圧性を向上させること
が可能となる。このように、本発明では、外層３を内層
４の全域に亘って巻回するのではなく、金属管１に対応
する内層４においては、その内端部にのみ（直胴部から
３〜5mm位まで）巻回するようにする。これによって、
巻き乱れが生ずるのを防ぐことができる。また、金属管
１に対応する内層４の外周面に全体に外層３を設けなく
とも、金属管１自体が大きな耐圧性を有しているので、
金属管付き繊維強化樹脂管の耐圧性が低減することはな
い。

つぎに、外層３が積層されていない金属管１に対応す
る内層４の外周面に短繊維強化樹脂層２を積層させる。
この短繊維強化樹脂層２の成形は、例えば、第４図
（Ｅ）のようにSMCを計量して入たプレフォーム用上下
金型12の間に上記外周面を挟んで加圧する。この場合の
金型には、第４図（Ｆ）のように、金属管に対応する部
分だけでなく全体を覆うようにした全体型金型11を使用
してもよい。

この後、加熱処理して全体的に繊維強化樹脂層の樹脂
を硬化せしめてからマンドレルを抜き取る。この加熱処
理は、上述したようにして得られる未硬化の金属管付き
繊維強化樹脂管を金型から取り出して熱収縮テープ（チ
ューブ）で締め、オーブン中で加圧下に加熱するか、又
は金型から取り出さずにそのまま圧縮プレス等で加圧加
熱することにより行うことができる。

このようにして、金属管１の外側の内層４の外周面
に、巻き乱れのない均一な短繊維強化樹脂層２を形成す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の金属管付き繊維強化樹脂
管は、金属管に対応する内層の外周面には短繊維強化樹
脂層を積層させているために、長繊維強化樹脂層を積層
させる場合のように長繊維のテーパー面での巻き乱れを
発生させることがなく、均一な緻密な層を形成すること
ができる。また、金属管自体が耐圧性を有しているの
で、金属管に対応する内層の外周面に繊維角度がほぼ90
゜の繊維強化樹脂層を設けなくとも十分な耐圧性を発揮
することができる。したがって、金属管付き繊維強化樹
脂管の寸法安定性や耐圧性や外観が向上すると共に、圧
力容器等として使用するとき、内部の媒体の漏れを十分
に防止することができる。また、両端に金属管が付いて
いるために、これを継手として使用すれば複数個を長手
方向に容易に連結できるので便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明の金属管付き繊維
強化樹脂管の一例の長手方向断面説明図、第３図は第２
図のＡ部拡大図、第４図（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の金属
管付き繊維強化樹脂管の製造工程の一例を示す説明図で
ある。 １……金属管、２……短繊維強化樹脂層、３……外層、
４……内層、５……接着剤、６……直胴部、７……繊維
強化樹脂層、10……マンドレル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ３２Ｂ 15/08 Ｂ２９Ｃ 67/18 17/04 67/14 Ａ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダミー層として設けた直胴部の両端に表面
   がテーパー状の金属管を配置すると共に、前記直胴部お
   よび該金属管の外周面に亘って管軸方向に対する繊維角
   度がほぼ０゜の内層とほぼ90゜の外層からなる繊維強化
   樹脂層を積層させた金属管付き繊維強化樹脂管におい
   て、前記外層を前記直胴部に対応する内層の外周面に又
   は該外周面と共に前記金属管の内端部に対応する内層の
   外周面にかけて配置し、前記外層が配置されていない残
   りの内層の外周面に短繊維強化樹脂層を積層させてなる
   金属管付き繊維強化樹脂管。