JP2955122B2 - 積層パイプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維状補強材とマトリ
ックス樹脂からなる複合材料よりなる層の特定の組み合
わせからなる、高い対数振動減衰率と曲げ弾性率を有す
る積層パイプに関する。

【０００２】本発明の積層パイプは、軽量であり、かつ
振動減衰性、機械的強度及び剛性に優れることから、刈
払機などの動力源を有する携帯機具；自転車、車椅子な
どの小型の乗り物などに使用される管状部品として有用
である。

【０００３】

【従来の技術】刈払機などの動力源を有する携帯機具；
自転車、車椅子などの小型の乗り物などの軽量性並びに
高い機械的強度及び剛性が要求される物品では、その管
状部品として比較的軽量の金属パイプであるアルミニウ
ムパイプが使用されている。しかしながら、これらの物
品では、一層の軽量化を実現し、かつ動力源から伝達さ
れる振動を軽減し、又は乗り心地を改善することが望ま
れており、例えば特開昭６１−１７０３０９号公報に記
載の如く一部の物品では、その管状部品として補強用の
炭素繊維、ガラス繊維とマトリックス樹脂からなる複合
材料よりなるパイプの使用が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の複合材料よりな
るパイプは、アルミニウムパイプに比べ、より軽量であ
る点及びより高い振動減衰性を有する点において優れて
いる。しかしながら、用途によっては、一層優れた振動
減衰性能を有する軽量のパイプが要望されているのが実
情であり、刈払機においても作業者の負担を軽くするた
めより一層優れた振動減衰性を有し、かつより軽量のパ
イプが強く要望されている。また刈払機を用いた作業時
には、刈払機を物に当てたり、樹木等に刃先が巻き込ま
れたりすることがあり、安全性を向上させる面からさら
に高い管剛性、耐衝撃性を有するパイプを使用した刈払
機が望まれている。

【０００５】したがって、本発明の目的は、軽量であ
り、高い機械的強度及び剛性を有するのみならず、振動
減衰性において著しく優れたパイプを提供することにあ
る。なお、以下、本明細書中の「↑」および「↓」はそ
の直後の文字が添字であることを示しており、例えば
「↑２」は二乗を意味する上付きの添字「 ² 」を、「↓
２」は下付きの添字「 ₂ 」を示す。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
目的は、有機繊維と樹脂からなる複合材料よりなる層
（イ）の少なくとも二層と、無機繊維と樹脂からなる複
合材料よりなる層（ロ）の少なくとも一層とが積層一体
化され、対数振動減衰率が０．０８以上であって、かつ
曲げ弾性率が１，０００ｋｇ／ｍｍ↑２以上であり、前
記層（イ）は、内径（ｄｉ）が次式（２）を満足する層
の少なくとも一層および外径（ｄｏ）が次式（１）を満
足する層の少なくとも一層のみからなる積層パイプによ
り達成される。 ｄｏ＜（３Ｄｉ＋Ｄｏ）／４ （１） ｄｉ＞（Ｄｉ＋３Ｄｏ）／４ （２） ここで、Ｄｉは、積層パイプの内径であり、Ｄｏは、積
層パイプの外径である。本発明によれば、上記の目的
は、また、有機繊維と樹脂からなる複合材料よりなる層
（イ）の少なくとも一層と、無機繊維と樹脂からなる複
合材料よりなる層（ロ）の少なくとも一層とが積層一体
化され、対数振動減衰率が０．０８以上であって、かつ
曲げ弾性率が１，０００ｋｇ／ｍｍ² 以上であり、前記
層（イ）は、内径（ｄｉ）が上記の式（２）を満足する
層の少なくとも一層のみからなる積層パイプにより達成
される。

【０００７】本発明のパイプで使用される有機繊維とし
ては、特に制限はなく、例えば全芳香族ポリエステル繊
維、ポリビニルアルコール繊維、全芳香族ポリアミド繊
維などを挙げることができる。これらの有機繊維のう
ち、本発明のパイプに高い振動減衰率及び高い耐衝撃性
を付与できる点から、全芳香族ポリエステル繊維及び／
又はポリビニルアルコール繊維が好ましく、全芳香族ポ
リエステル繊維が特に好ましい。

【０００８】全芳香族ポリエステル繊維を構成する全芳
香族ポリエステルとは、芳香族ヒドロキシ酸、芳香族ジ
カルボン酸、芳香族ジオールなどの２官能性の芳香族化
合物を主たるモノマーとするポリエステルであり、その
例として、ｐ−ヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−
２−ナフトエ酸を主モノマー成分とし、かつ溶融時異方
性を示す全芳香族共重合ポリエステルなどの液晶性全芳
香族ポリエステルが挙げられる。このような全芳香族共
重合ポリエステルからなる繊維の代表的な例としてクラ
レ製ベクトラン繊維が知られている。

【０００９】ポリビニルアルコール繊維を構成するポリ
ビニルアルコールとしては平均重合度は１５００以上の
ものであることが好ましい。

【００１０】全芳香族ポリアミド繊維を構成する全芳香
族ポリアミドとは、芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン
酸を主たるモノマーとするポリアミドであり、その一例
としてｐ−フェニレンテレフタルアミドが挙げられる。
このような全芳香族ポリアミドからなる繊維の代表的な
例としてデュポン社製ケブラー繊維が知られている。

【００１１】本発明のパイプで使用される無機繊維とし
ては、特に制限はなく、例えば炭素繊維、ガラス繊維な
どが例示される。本発明のパイプに高い機械的強度及び
剛性を付与する点において、無機繊維として炭素繊維及
び／又はガラス繊維を使用することが好ましい。無機繊
維として炭素繊維を使用することによってパイプに高い
剛性を付与することが可能となる。また無機繊維として
ガラス繊維を使用することによって、パイプに適度な衝
撃強度、剛性及び優れた絶縁抵抗性を付与することが可
能となる。

【００１２】有機繊維及び無機繊維のごとき繊維状補強
材において、種々の形態を採用することができる。その
代表例としては、ロービングを引き揃えたもの、連続し
た長繊維からなる織布などが挙げられる。また繊維状補
強材がパイプの軸方向となす角度は、適宜選択される。

【００１３】本発明のパイプで使用されるマトリックス
樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂などが例示
される。

【００１４】次に、図面によって本発明を説明するが、
本発明はこれらの図面によって限定されるものではな
い。図１−（ａ）及び図１−（ｂ）、図２−（ａ）及び
図２−（ｂ）、並びに図３−（ａ）及び図３−（ｂ）
は、それぞれ本発明のパイプの構造の一例を示す一部断
面図である。図１−（ａ）及び図１−（ｂ）でそれぞれ
示されるパイプは層（イ）１／層（ロ）２の２層構造を
有する例であり、図２−（ａ）及び図２−（ｂ）でそれ
ぞれ示されるパイプは層（イ）１／層（ロ）２／層
（ロ）２′の３層構造を有する例であり、また図３−
（ａ）又は図３−（ｂ）で示されるパイプはそれぞれ層
（イ）１／層（ロ）２／層（ロ）２′／層（イ）１′又
は層（ロ）２／層（イ）１／層（ロ）２′／層（ロ）２
の４層構造を有する例である。

【００１５】本発明の積層パイプにおいて、主として、
層（イ）は振動減衰性及び耐衝撃性の向上に寄与し、ま
た層（ロ）は剛性及び機械的強度の向上に寄与する。前
述のとおり、層（ロ）中に含まれる無機繊維が炭素繊維
である場合には、パイプの剛性が効果的に向上し、また
該無機繊維がガラス繊維である場合には、パイプの衝撃
強度及び剛性が効果的に向上するので、パイプに高い剛
性及び衝撃強度が要求される場合には、層（ロ）とし
て、炭素繊維と樹脂からなる層とガラス繊維と樹脂から
なる層の両方を有することが好ましい。層（イ）に由来
する振動減衰性及び耐衝撃性の向上効果及び層（ロ）に
由来する機械的強度及び剛性の向上効果を十分に発現さ
せるうえで、層（イ）及び層（ロ）の厚みはそれぞれ
０．１ｍｍ以上であることが好ましい。パイプの振動減
衰性、機械的強度及び剛性のすべてが特に良好となる点
から、有機繊維および無機繊維のごとき繊維状補強材の
体積の和が積層パイプの２０〜７０体積％を占めること
が好ましく、積層パイプの４０〜６０体積％を占めるこ
とがより好ましい。また同様の観点から、本発明の積層
パイプ中の有機繊維の体積の和が全繊維状補強材の体積
の和の３〜４０体積％を占めることが好ましく、７〜２
５体積％を占めることがより好ましい。

【００１６】本発明の積層パイプは対数振動減衰率が
０．０８以上であることが必要である。対数振動減衰率
が０．０８未満である場合には、パイプの振動減衰性能
が不十分となる。対数振動減衰率の値が高い程、パイプ
の振動減衰性が向上するので、パイプの対数振動減衰率
は０．０９以上であることが好ましく、０．１０以上で
あることがより好ましい。なおかかる対数振動減衰率は
次の方法によって求められた値である。

【００１７】図４は本発明の積層パイプを特定する対数
振動減衰率を測定するための試験方法を示す図である。
図４に示すように、試験片であるパイプ３を、その一端
（以下かかる端をＡと記す）から２５０ｍｍの位置とＡ
から３００ｍｍの位置の間の５０ｍｍの長さにわたって
左右より固定具４で７０ｋｇ・ｃｍのトルクで挟持する
ことにより、水平に保持する。パイプ３の中心軸上の端
Ａから１０ｍｍの点（以下かかる点をＢと記す、ただし
図示せず）より垂直上方４００ｍｍの点（以下かかる点
をＣと記す）に、他端に直径２０ｍｍ、重さ３２．８ｇ
の鋼球５を接続した長さ３９０ｍｍの細い糸（１０番手
の綿糸３本からなる撚糸）の一端を支持する。該糸を緊
張させた状態で鋼球５を、その中心が点Ｂを通る、パイ
プ３の中心軸に対する垂直面上であって、かつパイプ３
の中心軸を通る水平面を基準にして高さが２００ｍｍの
点に位置するように持ち上げ、次いで鋼球５を自由に落
下させることによって、鋼球５をパイプ３の側面に衝突
させる。かかる鋼球５の落下においては、鋼球５の中心
は点Ｃを中心とする半径４００ｍｍの弧を描く。またパ
イプ３の側面上の鋼球５と衝突する位置は、点Ｂを通
る、パイプ３の中心軸に対する垂直面上におけるパイプ
３の外周と点Ｂを通る水平線との２つの交点のうちの１
点（以下この点をＥと記す）の付近である。かかる衝突
時において発生するパイプ３の軸方向での歪、すなわち
伸縮振動の波形を、パイプ３の外周面における点Ｅの母
線ｇ上の、端Ａから２２０ｍｍの位置（以下この点をＦ
と記す）において検知し、記録する。パイプ３の軸方向
における伸縮振動の測定は、例えば、軸方向及びそれと
垂直方向にそれぞれ点Ｆで十字形に交差するように歪ゲ
ージ６，６′をパイプ３の外周面に貼付し、各歪ゲージ
６，６′からの信号をブリッジボックス７を介して動歪
測定器８に伝達し、該動歪測定器８で検知されたパイプ
軸方向での歪、すなわち伸縮振動の変位を記録計９で波
形として記録することによって行われる。

【００１８】図５は、上記の方法によって記録されたパ
イプ軸方向での伸縮振動の波形の一例を示す図である。
本発明の積層パイプを特定する対数振動減衰率は、かか
る波形に基づき、減衰振動波形から対数減衰率を実験的
に求めるために採用される公知の方法〔例えば、山田伸
志監修「振動工学入門」（パワー社、１９９０年発行）
第３０〜３１頁参照〕に従って求めることができる。す
なわち、図５に示すように、２番目の振幅をＡ↓2で表
し、ｎ＋２（ｎは１以上の整数を表す）番目の振幅をＡ
↓(n+2)で表すとき、対数振動減衰率δは下記式により
求められる。

【００１９】 δ＝（１／ｎ）ｌｎ〔Ａ↓2／Ａ↓(n+2）〕

【００２０】本発明のパイプを特定する対数振動減衰率
を求める場合、精度の高さなどの点から、上記ｎとして
は５以上の整数を採用することが好ましい。

【００２１】本発明のパイプは、パイプの剛性の高さの
点から、曲げ弾性率が１，０００ｋｇ／ｍｍ↑2以上で
あることが必要であり、１，２００ｋｇ／ｍｍ↑2以上
であることが好ましい。さらに本発明の積層パイプが山
林作業用刈払機である場合には、曲げ弾性率が１６００
ｋｇ／ｍｍ↑2以上であることが好ましい。曲げ弾性率
が１，０００ｋｇ／ｍｍ↑2未満である場合には、パイ
プの剛性が不十分となりたわみやすいものとなる。本発
明におけるパイプの曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ６９１１
に規定された成形材料の曲げ試験方法（３点曲げ試験方
法）に準じた方法で、試験片としてはパイプそのものを
使用し、支点間距離を２００ｍｍとして曲げ試験を行
い、その結果に基づいて下記式で求められた値である。

【００２２】 Ｅｂ＝４(Ｌ↑3)（Ｆ／Δｌ）／〔３π（Ｄ↓1↑4−Ｄ↓2↑4）〕

【００２３】〔式中、Ｅｂは曲げ弾性率（ｋｇ／ｍｍ↑
2）を表し、Ｄ↓1はパイプの外径（ｍｍ）を表し、Ｄ↓
2はパイプの内径（ｍｍ）を表し、Ｆ／Δｌは荷重−た
わみ曲線の初期直線部分のこう配（ｋｇ／ｍｍ）を表
し、Ｌは支点間距離（２００ｍｍ）を表し、πは円周率
（３．１４）を表す〕

【００２４】本発明のパイプでは、パイプの寸法；層
（イ）の配置及び厚み；有機繊維の素材、形態及び使用
量；マトリックス樹脂の種類及び使用量等を適宜選択す
ることによって対数振動減衰率を０．０８以上の値とす
ることができる。積層パイプの機械的強度及び剛性を高
い水準に保持しながら対数振動減衰率を効果的に向上さ
せうる点において、積層構造における層（イ）の配置は
特に重要である。

【００２５】本発明の積層パイプでは、層（イ）を外周
近傍及び内周近傍の両方にのみ位置させること、又は外
周近傍にのみ位置させることが、優れた振動減衰性と高
い機械的強度及び剛性とを両立させる。すなわち、積層
パイプの内径をＤｉ（ｍｍ）、外径をＤｏ（ｍｍ）とす
るとき、層（イ）は、内径ｄｉ（ｍｍ）が上記の式
（２）を満足する層の少なくとも一層および外径ｄｏ
（ｍｍ）が上記の式（１）を満足する層の少なくとも一
層のみからなるか、又は内径ｄｉ（ｍｍ）が上記の式
（２）を満足する層の少なくとも一層のみからなる。

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】層（イ）を外周近傍及び内周近傍の両方に
のみ位置させる、又は外周近傍にのみ位置させる場合に
は、層（イ）のパイプの対数振動減衰率の向上への寄与
はとりわけ大となる。またこの場合、露出した層（イ）
の表面に切削、研磨等の後加工を施す必要があれば、該
露出した層（イ）を加工性の良好なポリビニルアルコー
ル繊維とマトリックス樹脂からなる複合材で構成するこ
とが好ましい。

【００３０】更に本発明の目的をより効果的に達成させ
るため、本発明の積層パイプの構成としては、内側に９
０度巻き層を、次いで０度巻き層を、そして外側にアン
グル巻き層を配置させることが好ましく、各層の占める
体積割合は、それぞれ２０〜５０％、２５〜６０％、１
０〜３５％の範囲であることが好ましい。アングル巻き
層の角度としては１５〜７５゜の範囲が好ましい。指定
される角度は配向した補強繊維がパイプ長手軸に対して
なす角度を示す。このようなパイプ構成とすることによ
り、積層パイプの曲げ弾性率、管剛性、耐衝撃性等の性
能をバランスよく優れたものとすることができる。

【００３１】また本発明の積層パイプが刈払機に使用さ
れる場合には、前記の好ましい態様を採用することによ
り、管剛性が３０ｋｇ−ｍｍ以上、衝撃角度が１００度
以上となり、衝撃を受けた時あるいは樹木等に刈払機の
刃先が巻き込まれた時の安全性を高めることができる。

【００３２】本発明の積層パイプは、複合材料を用いて
製造される積層パイプの製法として公知の種々の方法に
より製造可能である。例えば（１）一方向に引き揃えた
繊維状補強材に樹脂を含浸させた一方向プリプレグシー
ト又は織布に樹脂を含浸させたクロスプリプレグシート
を用い、マンドレルに所定の角度に補強繊維がなるよう
にプリプレグシートより切り出した矩形のシート状物を
ローリングテーブルを用いて巻きつける。更にその上
に、延伸テープを巻き回した後加熱硬化することからな
るテープラッピング法；（２）繊維状補強材としてのロ
ービングを樹脂を含浸させながら連続的にマンドレルに
巻きつけるか、又は上記一方向プリプレグシート若しく
はクロスプリプレグシートをテープ状に切断したものを
連続的にマンドレルに巻きつけ、更にその上に、延伸テ
ープを巻き回した後、加熱硬化することからなるフィラ
メントワインディング法；（３）テープラッピング法と
フィラメントワインディング法とを組み合わせた方法；
（４）一方向に引き揃えた繊維状補強材及び／又は繊維
状補強材の織物に樹脂を含浸し、硬化ダイ中に入れ引き
抜くことからなるいわゆるプルートルージョン法等によ
り成形することが出来る。なお、積層パイプは必要に応
じて、表面に切削、研磨、塗装などの後加工を施しても
よい。

【００３３】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。なお、実施例及び比較例で得られたパイプの性能評
価は次の方法で行った。

【００３４】（ａ）対数振動減衰率の測定は、該パイプ
から切り出した所定長さの試料を用いて、ｎとして６を
採用し前記の方法に従って行った。

【００３５】（ｂ）得られたパイプの曲げ弾性率の測定
は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に規定された曲げ試験方法
（３点曲げ試験方法）に準じて行った。ただし、試験片
としてはパイプそのものを使用し、支点間距離を２００
ｍｍとした。この試験の結果に基づき、パイプの曲げ弾
性率Ｅｂを下記式で求めた。

【００３６】 Ｅｂ＝４(Ｌ↑3)（Ｆ／Δｌ）／〔３π（Ｄ↓1↑4−Ｄ↓2↑4）〕

【００３７】〔式中、Ｄ↓1はパイプの外径（ｍｍ）を
表し、Ｄ↓2はパイプの内径（ｍｍ）を表し、Ｆ／Δｌ
は荷重−たわみ曲線の初期の直線部分のこう配（ｋｇ／
ｍｍ）を表し、Ｌは支点間距離（２００ｍｍ）を表し、
πは円周率（３．１４）を表し、Ｅｂは曲げ弾性率（ｋ
ｇ／ｍｍ↑2）を表す〕

【００３８】（ｃ）管剛性は、得られたパイプより長さ
１０ｍｍの試験片を切り取り、加圧盤の間に挟んで荷重
（Ｆ）とたわみ量（Δｌ）との関係を求め、その結果か
ら下記式により求めた。

【００３９】Ｅｃ＝Ｆ／Δｌ

【００４０】（式中、Ｅｃは管剛性（ｋｇ／ｍｍ）、Ｆ
／Δｌは荷重−たわみ曲線の初期の直線部分の勾配（ｋ
ｇ／ｍｍ）を表わす。）

【００４１】（ｄ）耐衝撃性の評価は、図６に示す方法
で行った。すなわち、図６に示すように試験片であるパ
イプ１０をその一端から１１００ｍｍの位置を回転自在
な治具で固定し、さらにパイプ先端に１ｋｇの荷重１１
を取り付けた後、パイプを所定の振り落とし角度に持ち
あげて円弧を描くように落下回転させ、一端から３００
ｍｍの位置を１６φの鉄棒１２に当てる。この方法によ
り新しい試験片を用い種々の角度で試験を行った後、肉
眼観察して、パイプの外観にはじめて異常が認められた
時の振り落とし角度（θ）をもって衝撃角度とした。

【００４２】実施例１ 炭素繊維とエポキシ樹脂からなる一方向引き揃えプリプ
レグ（以下ＣＦ−ＵＤＰＰと記す）、ガラス繊維とエポ
キシ樹脂からなる一方向引き揃えプリプレグ（以下ＧＦ
−ＵＤＰＰと記す）及び全芳香族ポリエステル繊維とエ
ポキシ樹脂からなる一方向引き揃えプリプレグ（以下Ａ
Ｆ−ＵＤＰＰと記す）を用いて、テープラッピング法に
より３層構造の積層パイプを製造した。すなわち、ＣＦ
−ＵＤＰＰとしてトレカ３０５３（東レ製；繊維目付
量：１２５ｇ／ｍ↑2；樹脂含有率：３０重量％）、Ｇ
Ｆ−ＵＤＰＰとしてＧＥ１７５００−５１９３３Ｎ（新
日鉄化学製；繊維目付量：１７５ｇ／ｍ↑2；樹脂含有
率：３６重量％）、ＡＦ−ＵＤＰＰとしてＶ１００００
−５１９４０Ｎ〔新日鉄化学製；全芳香族ポリエステル
繊維：ベクトラン（クラレ製）；繊維目付量：１００ｇ
／ｍ↑2；樹脂含有率：４０重量％〕をそれぞれ用い、
ローリングテーブルでこれらをそれぞれ下記表１の巻き
方で４重、７重及び１重となるように外径２１ｍｍのマ
ンドレルに順次巻きつけた。

【００４３】

【表１】

【００４４】このようにして得られたプリプレグが巻き
つけられた芯金にさらに延伸テープをテープラッピング
マシンで巻きつけ、これを加熱炉中で、９０℃で３０分
間、さらに１３０℃で９０分間加熱することにより、硬
化させた。硬化反応後、芯金を脱型し、延伸テープを除
去することにより、内径２１ｍｍ、肉厚１．５８ｍｍ、
長さ１５００ｍｍ、重量２９６ｇの３層構造の積層パイ
プを得た。得られた積層パイプにおける炭素繊維含有
層、ガラス繊維含有層及び全芳香族ポリエステル繊維含
有層の厚みは、それぞれ０．４４ｍｍ、１．０２ｍｍ及
び０．１２ｍｍであった。積層パイプ中、繊維状補強材
は５１体積％を占め、全繊維状補強材に対して全芳香族
ポリエステル繊維は９体積％であった。また積層パイプ
の対数振動減衰率は０．１１、曲げ弾性率は１４９８ｋ
ｇ／ｍｍ↑2、管剛性は２５ｋｇ／ｍｍ及び衝撃角度は
１３０゜であった。

【００４５】実施例２本実施例は、この発明には含まれない参考の実施例であ
る。 実施例１で用いたものと同じＡＦ−ＵＤＰＰ、ＣＦ
−ＵＤＰＰ及びＧＦ−ＵＤＰＰを用いて、これらをそれ
ぞれ下記表２の巻き方で１重、４重及び７重となるよう
に芯金に順次巻きつけた以外は、実施例１におけると同
様にして、内径２１ｍｍ、肉厚１．５７ｍｍ、長さ１５
００ｍｍ、重量２９３ｇの３層構造の積層パイプを得
た。得られた積層パイプにおける全芳香族ポリエステル
繊維含有層、炭素繊維含有層及びガラス繊維含有層の厚
みは、それぞれ０．１２ｍｍ、０．４４ｍｍ及び１．０
１ｍｍであった。積層パイプ中、繊維状補強材は５１体
積％を占め、全繊維状補強材に対してＡＦは８体積％で
あった。また積層パイプの対数振動減衰率は０．１０、
曲げ弾性率は１３３９ｋｇ／ｍｍ↑２、管剛性は２０ｋ
ｇ／ｍｍ及び衝撃角度は１２０°であった。

【００４６】

【表２】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＡＦ−ＵＤＰＰ ０ １ ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ４ ↓ ＧＦ−ＵＤＰＰ ０ ２ ＧＦ−ＵＤＰＰ ９０ ３ 外側 ＧＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２

【００４７】実施例３ ＡＦ−ＵＤＰＰの代わりにポリビニルアルコール繊維と
エポキシ樹脂からなる一方向引き揃えプリプレグ（以下
ＶＦ−ＵＤＰＰと記す）を用い、下記表３の巻き方とす
る以外は実施例１におけると同様にして積層パイプを成
形した。ＶＦ−ＵＤＰＰとしては、平均重合度４０００
のポリビニルアルコール繊維（クラレ製ビニロンＴ−７
９０１−２、１８００ｄ／１０００ｆ）を繊維状補強材
とする繊維目付量１００ｇ／ｍ↑2、樹脂含有量３７重
量％のプリプレグを用い、１重巻きとなるように巻きつ
けた。得られた３層構造の積層パイプの内径は２１ｍｍ
であり、肉厚は１．５８ｍｍであり、長さは１５００ｍ
ｍであり、重量は２９４ｇであった。得られた積層パイ
プにおける炭素繊維含有層、ガラス繊維含有層及びポリ
ビニルアルコール繊維含有層の厚みは、それぞれ０．４
４ｍｍ、１．０２ｍｍ及び０．１２ｍｍであった。積層
パイプ中、繊維状補強材は５１体積％を占め、全繊維状
補強材に対してポリビニルアルコール繊維は１０体積％
であった。また積層パイプの対数振動減衰率は０．１
２、曲げ弾性率は１３０３ｋｇ／ｍｍ↑2、管剛性は２
５ｋｇ／ｍｍ及び衝撃角度は１２５゜であった。

【００４８】

【表３】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ４ ＧＦ−ＵＤＰＰ ０ ２ ↓ ＧＦ−ＵＤＰＰ ９０ ３ ＧＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２ 外側 ＶＦ−ＵＤＰＰ ０ １

【００４９】実施例４ 実施例１で用いたものと同じＡＦ−ＵＤＰＰ、ＣＦ−Ｕ
ＤＰＰ、ＧＦ−ＵＤＰＰ及び実施例３で用いたものと同
じＶＦ−ＵＤＰＰとを、それぞれ下記表４の巻き方で１
重、４重、７重及び１重となるように外径２１ｍｍの芯
金に順次巻きつけた。このようにして得られたプリプレ
グが巻きつけられた芯金にさらに延伸テープを巻きつ
け、これを加熱炉中で、９０℃で３０分間、さらに１３
０℃で９０分間加熱することにより、内径２１ｍｍ、肉
厚１．６９ｍｍ、長さ１５００ｍｍ、重量３１２ｇの４
層構造の積層パイプを得た。得られた積層パイプにおけ
る全芳香族ポリエステル繊維含有層、炭素繊維含有層、
ガラス繊維含有層及びポリビニルアルコール繊維含有層
の厚みは、それぞれ０．１２ｍｍ、０．４４ｍｍ、１．
０１ｍｍ及び０．１２ｍｍであった。積層パイプ中、繊
維状補強材は５２体積％を占め、全繊維状補強材に対し
てＡＦとＶＦは合わせて１６体積％であった。また積層
パイプの対数振動減衰率は０．１７、曲げ弾性率は１３
９１ｋｇ／ｍｍ↑2、管剛性は２４ｋｇ／ｍｍ及び衝撃
角度は１３０゜であった。

【００５０】

【表４】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＡＦ−ＵＤＰＰ ０ １ ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ４ ＧＦ−ＵＤＰＰ ０ ２ ↓ ＧＦ−ＵＤＰＰ ９０ ３ ＧＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２ 外側 ＶＦ−ＵＤＰＰ ０ １

【００５１】実施例５ 実施例１で用いたものと同じＣＦ−ＵＤＰＰ及びＡＦ−
ＵＤＰＰをそれぞれ下記表５の巻き方で１２重及び２重
となるように外径２１ｍｍの芯金に順次巻きつけた以外
は実施例１と同様にして内径２１ｍｍ、肉厚１．５６ｍ
ｍ、長さ１５００ｍｍ、重量２６０ｇの２層構造の積層
パイプを得た。得られた積層パイプにおけるＣＦ含有層
及びＡＦ含有層の厚みはそれぞれ１．３２ｍｍ及び０．
２４ｍｍであった。積層パイプ中、繊維状補強材は６１
体積％を占め、全繊維状補強材に対して全芳香族ポリエ
ステル繊維は１５体積％であった。また積層パイプの対
数振動減衰率は０．１３、曲げ弾性率は１８５６ｋｇ／
ｍｍ↑2、管剛性は３２ｋｇ／ｍｍ、衝撃角度は９５゜
であった。

【００５２】

【表５】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ４ ＣＦ−ＵＤＰＰ ０ ４ ↓ ＣＦ−ＵＤＰＰ ９０ ４ 外側 ＡＦ−ＵＤＰＰ ０ ２

【００５３】実施例６ ＣＦ−ＵＤＰＰとしてトレカ３０５１（東レ製；繊維目
付量：１７５ｇ／ｍ↑2；樹脂含有率：３６重量％）、
ＧＦ−ＵＤＰＰとしてＧＥ１３５００−５１９３３Ｎ
（新日鉄化学製；繊維目付量：１３５ｇ／ｍ↑2；樹脂
含有率：３３重量％）及びＡＦ−ＵＤＰＰとして実施例
１と同じものを用い、ロータリングテーブルでこれらの
一方向に引き揃えられたプリプレグをそれぞれ内側から
下記表６の順序で外径２０．７ｍｍのマンドレルに指定
角度及び巻き数で順次巻きつけた。

【００５４】

【表６】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ９０ ２ ＧＦ−ＵＤＰＰ ９０ ３ ↓ ＣＦ−ＵＤＰＰ ０ ３ ＡＦ−ＵＤＰＰ ０ １ 外側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２

【００５５】このようにして得られたプリプレグが巻き
つけられた芯金に実施例１と同様に延伸テープを巻きつ
け、加熱硬化させ、内径２０．７ｍｍ、肉厚１．７１ｍ
ｍ、長さ１５００ｍｍ、重量２８０ｇの３種ハイブリッ
ドパイプを得た。炭素繊維含有層、ガラス繊維含有層及
び全芳香族ポリエステル繊維含有層の厚みは、それぞれ
１．２６ｍｍ、０．３３ｍｍ及び０．１２ｍｍであり、
積層パイプ中の繊維状補強材の割合は５４体積％、全繊
維状補強材に対する全芳香族ポリエステル繊維の割合は
８体積％であった。また９０゜巻層は３８体積％、０゜
巻層は４０体積％、アングルプライ巻層は２２体積％で
あった。得られた積層パイプの対数振動減衰率は０．１
１、曲げ弾性率は２０１９ｋｇ／ｍｍ↑2、管剛性は５
６ｋｇ／ｍｍ及び衝撃角度は１２０゜であった。この積
層パイプは対数振動減衰率、曲げ剛性、管剛性及び耐衝
撃性に優れバランスの取れたものであった。

【００５６】実施例７本実施例は、この発明には含まれない参考の実施例であ
る。 実施例６で用いたものと同じＣＦ−ＵＤＰＰ、ＧＦ
−ＵＤＰＰ及びＡＦ−ＵＤＰＰを用いて、プリプレグの
巻き方を下記表７に示すように変更した以外は実施例１
と同様にして、内径２０．７ｍｍ、肉厚１．７１ｍｍ、
長さ１５００ｍｍ、重量２８４ｇの３種ハイブリッドパ
イプを得た。

【００５７】

【表７】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＡＦ−ＵＤＰＰ ９０ １ ＣＦ−ＵＤＰＰ ９０ ２ ↓ ＧＦ−ＵＤＰＰ ９０ ３ ＣＦ−ＵＤＰＰ ０ ３ 外側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２

【００５８】炭素繊維含有層、ガラス繊維含有層及び全
芳香族ポリエステル繊維の厚みは、それぞれ１．２６ｍ
ｍ、０．３３ｍｍ及び０．１２ｍｍであり、積層パイプ
中の繊維状補強材の割合は５３体積％、全繊維補強材に
対する全芳香族ポリエステル繊維の割合は７体積％であ
った。また９０゜巻層、０゜巻層及びアングルプライ巻
層は、それぞれ４６体積％、３２体積％及び２２体積％
の割合であった。得られた積層パイプの対数振動減衰率
は０．０９、曲げ弾性率は２０３２ｋｇ／ｍｍ↑2、管
剛性は５３ｋｇ／ｍｍ及び衝撃角度は１１０゜であっ
た。

【００５９】実施例８ プリプレグの巻き方を下記表８に示すように変更した以
外は実施例１と同様にして、内径２１ｍｍ、肉厚１．５
８ｍｍ、長さ１５００ｍｍ、重量２９６ｇの３種ハイブ
リッド構造の積層パイプを得た。

【００６０】

【表８】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＧＦ−ＵＤＰＰ ９０ ４ ＧＦ−ＵＤＰＰ ０ ３ ↓ ＣＦ−ＵＤＰＰ ０ ２ ＡＦ−ＵＤＰＰ ０ １ 外側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２

【００６１】得られた積層パイプにおける炭素繊維含有
層、ガラス繊維含有層及び全芳香族ポリエステル繊維含
有層の厚みは、それぞれ０．４４ｍｍ、１．０２ｍｍ及
び０．１２ｍｍであり、積層パイプ中の繊維状補強材の
割合は５２体積％を占め、全繊維状補強材に対する全芳
香族ポリエステル繊維の割合は１０体積％であった。ま
た９０゜巻層、０゜巻層及びアングルプライ巻層は、そ
れぞれ２６体積％、５７体積％及び１７体積％であっ
た。この積層パイプを評価したところ対数振動減衰率は
０．１０、曲げ弾性率は１６０８ｋｇ／ｍｍ↑2、管剛
性は３４ｋｇ／ｍｍ及び衝撃角度は１３０゜であった。
曲げ弾性率はやや低めであるが、対数振動減衰率及び耐
衝撃性に優れバランスのとれた積層パイプであることが
わかる。

【００６２】実施例９ プリプレグの巻き方を下記表９に示すように変更した以
外は実施例３と同様にして、内径２１ｍｍ、肉厚１．５
８ｍｍ、長さ１５００ｍｍ、重量２９４ｇの３種ハイブ
リッドの積層パイプを得た。

【００６３】

【表９】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＧＦ−ＵＤＰＰ ９０ ４ ＧＦ−ＵＤＰＰ ０ ３ ↓ ＣＦ−ＵＤＰＰ ０ ２ ＶＦ−ＵＤＰＰ ０ １ 外側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２

【００６４】得られた積層パイプにおける炭素繊維含有
層、ガラス繊維含有層及びポリビニルアルコール繊維含
有層の厚みは、それぞれ０．４４ｍｍ、１．０２ｍｍ及
び０．１２ｍｍであり、積層パイプ中の繊維状補強材の
割合は５１体積％、全繊維状補強材中のポリビニルアル
コール繊維の割合は１１体積％であった。また９０゜巻
層、０゜巻層及びアングルプライ巻層は、それぞれ２６
体積％、５７体積％及び１７体積％であった。この積層
パイプを評価したところ対数振動減衰率は０．１１、曲
げ弾性率は１５０３ｋｇ／ｍｍ↑2、管剛性は３４ｋｇ
／ｍｍ及び衝撃角度は１２５゜であった。曲げ剛性、管
剛性はやや低くいものの、対数振動減衰率及び耐衝撃性
は良好でバランスのとれた積層パイプであることがわか
る。

【００６５】実施例１０ プリプレグの巻き方を下記表１０に示すように変更し、
外径２０．７ｍｍのマンドレルを用いた以外は実施例４
と同様にして、内径２０．７ｍｍ、肉厚１．６９ｍｍ、
長さ１５００ｍｍ、重量３１２ｇの４種ハイブリッドの
積層パイプを得た。

【００６６】

【表１０】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＡＦ−ＵＤＰＰ ９０ １ ＧＦ−ＵＤＰＰ ９０ ４ ↓ ＧＦ−ＵＤＰＰ ０ ３ ＣＦ−ＵＤＰＰ ０ ２ ＶＦ−ＵＤＰＰ ０ １ 外側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２

【００６７】得られた積層パイプにおける全芳香族ポリ
エステル繊維含有層、炭素繊維含有層、ガラス繊維含有
層及びポリビニルアルコール繊維含有層の厚みは、それ
ぞれ０．１２ｍｍ、０．４４ｍｍ、１．０１ｍｍ及び
０．１２ｍｍであり、積層パイプ中の繊維状補強材の割
合は５２体積％、全繊維状補強材中の全芳香族ポリエス
テル繊維とポリビニルアルコール繊維との割合は１６体
積％であった。また９０゜巻層、０゜巻層及びアングル
巻層は、それぞれ３９体積％、４７体積％及び１４体積
％であった。この積層パイプを評価したところ対数振動
減衰率は０．１４、曲げ弾性率は１４７６ｋｇ／ｍｍ↑
2、管剛性は４５ｋｇ／ｍｍ及び衝撃角度は１３５゜で
あった。曲げ剛性はやや低くいものの、対数振動減衰
率、管剛性及び耐衝撃性は良好でバランスのとれた積層
パイプであることがわかる。

【００６８】実施例１１ 実施例３と同じＣＦ−ＵＤＰＰ及びＶＦ−ＵＤＰＰの２
種類のプリプレグだけを用い、プリプレグの巻き方を下
記表１１に示す以外は実施例１と同様にして、内径２１
ｍｍ、肉厚１．５６ｍｍ、長さ１５００ｍｍ、重量２６
０ｇの２種ハイブリッドの積層パイプ０得た。

【００６９】

【表１１】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ９０ ６ ＣＦ−ＵＤＰＰ ０ ４ ↓ ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２ 外側 ＶＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２

【００７０】得られた積層パイプにおける炭素繊維含有
層及びポリビニルアルコール繊維含有層の厚みは、それ
ぞれ１．３２ｍｍ及び０．２４ｍｍであり、積層パイプ
中の繊維状補強材の割合は６２体積％、全繊維状補強材
中のポリビニルアルコール繊維の割合は１６体積％であ
った。また９０゜巻層、０゜巻層及びアングル巻層は、
それぞれ４１体積％、２８体積％及び３１体積％であっ
た。この積層パイプを評価したところ対数振動減衰率は
０．１５、曲げ弾性率は１７９８ｋｇ／ｍｍ↑2、管剛
性は６３ｋｇ／ｍｍ及び衝撃角度は１０５゜であった。

【００７１】比較例１ 実施例１で用いたものと同じＣＦ−ＵＤＰＰを外径２１
ｍｍの芯金に１４重となるように巻きつけ、さらにその
上に延伸テープを巻きつけた。以下、実施例１における
と同様にして、加熱硬化、脱型及びテープ除去を行うこ
とにより、内径２１ｍｍ、肉厚１．５４ｍｍ、長さ１５
００ｍｍ、重量２６４ｇの単層構造のパイプを得た。得
られたパイプの対数振動減衰率は０．０６であり、曲げ
弾性率は２１３３ｋｇ／ｍｍ↑2であった。該パイプは
振動減衰性能に劣るものである。

【００７２】比較例２ 実施例１で用いたものと同じＧＦ−ＵＤＰＰを外径２１
ｍｍの芯金に１１重となるように巻きつけ、さらその上
に延伸テープを巻きつけた。以下、実施例１におけると
同様にして、加熱硬化、脱型及びテープ除去を行うこと
により、内径２１ｍｍ、肉厚１．５９ｍｍ、長さ１５０
０ｍｍ、重量３２０ｇの単層構造のパイプを得た。得ら
れたパイプの対数振動減衰率は０．０７であり、曲げ弾
性率は１１５０ｋｇ／ｍｍ↑2であった。該パイプは振
動減衰性能に劣るものである。

【００７３】比較例３ 実施例１で用いたものと同じＡＦ−ＵＤＰＰを外径２１
ｍｍの芯金に１３重となるように巻きつけ、さらその上
に延伸テープを巻きつけた。以下、実施例１におけると
同様にして、加熱硬化、脱型及びテープ除去を行うこと
により、内径２１ｍｍ、肉厚１．５６ｍｍ、長さ１５０
０ｍｍ、重量２２８ｇの単層構造のパイプを得た。得ら
れたパイプの対数振動減衰率は０．２１であったが、曲
げ弾性率は６９２ｋｇ／ｍｍ↑2であった。該パイプは
剛性に劣るものである。

【００７４】比較例４ 実施例６と同じＣＦ−ＵＤＰＰ及びＧＦ−ＵＤＰＰの２
種類のプリプレグだけを用い、プリプレグの巻き方を下
記表１２に示す以外は実施例６と同様にして、内径２
０．７ｍｍ、肉厚１．７０ｍｍ、長さ１５００ｍｍ、重
量２５２ｇの２種ハイブリッドパイプを得た。

【００７５】

【表１２】 プリプレグ 角度（゜） 巻き数（重） 内側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ９０ ２ ＧＦ−ＵＤＰＰ ９０ ３ ↓ ＣＦ−ＵＤＰＰ ０ ４ 外側 ＣＦ−ＵＤＰＰ ４５ ２

【００７６】得られた積層パイプにおける炭素繊維含有
層及びガラス繊維含有層の厚みは、それぞれ１．３７ｍ
ｍ及び０．３３ｍｍであり、積層パイプ中の全繊維補強
材の割合は５７体積％であった。また９０゜巻層、０゜
巻層及びアングルプライ巻層は、それぞれ４５体積％、
４１体積％及び１４体積％であった。この積層パイプを
評価したところ対数振動減衰率は０．０７、曲げ弾性率
は２１７０ｋｇ／ｍｍ↑2、管剛性は５８ｋｇ／ｍｍ及
び衝撃角度は９５゜であった。この結果から、この積層
パイプは対数振動減衰性及び耐衝撃性に劣ることがわか
る。

【００７７】比較例５ 内径２１ｍｍ、肉厚１．６１ｍｍ、長さ１５００ｍｍの
アルミニウムパイプの重量を測定してところ、５５６ｇ
であった。また、そのパイプの対数振動減衰率は０．０
５であった。該パイプは重く、振動減衰性に劣るもので
ある。

【００７８】試験例 上記実施例１〜１１及び比較例１〜５で得られた各パイ
プを刈払機操作桿の主管として用いて、一端にエンジン
からなる動力部、他端に円板状回転刃からなる刃物部、
動力部と刃物部とを指示する操作桿主管、該主管に内蔵
された動力伝達用主軸、及び該主管に設置された把手部
を主たる構成要素とする刈払機を組立てた。これらの刈
払機を用いて、刈払作業を行った。

【００７９】実施例１〜１１でそれぞれ得られたパイプ
が用いられた刈払機では、比較例１、２及び４でそれぞ
れ得られたパイプが用いられた刈払機と比較して動力部
及び刃物部から発生する振動の作業者の手への伝達が軽
減されていること、および特に実施例６〜１１の場合に
は実用上の衝撃にも耐えうることが認められ、また比較
例５のアルミニウムパイプが用いられた刈払機と比較し
て、振動の伝達の軽減が認められるとともに重量感の軽
減が認められた。その結果、実施例１〜１１、特に実施
例６〜１１でそれぞれ得られたパイプが用いられた刈払
機を使用した場合には、比較例１、２、４及び５でそれ
ぞれ得られたパイプが用いられた刈払機を使用した場合
と比較して、作業者の疲労が大幅に軽減され、作業能率
が向上した。

【００８０】なお、比較例３で得られたパイプが用いら
れた刈払機では、操作桿主管の剛性が不十分であるた
め、刃先の振れが大きく、実用性に欠けるものであっ
た。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、上記の実施例から明ら
かなとおり、軽量であり、振動減衰性に優れ、かつ高い
機械的強度及び剛性を有するパイプが提供される。本発
明のパイプは、このような特徴を有することから、刈払
機などの携帯機具などの管状部品として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層パイプの一例を示す一部断面図で
ある。

【図２】本発明の積層パイプの他の一例を示す一部断面
図である。

【図３】本発明の積層パイプのさらに他の一例を示す一
部断面図である。

【図４】本発明の積層パイプを特定する対数振動減衰率
を測定するための試験方法を示す図である。

【図５】パイプの軸方向での伸縮振動の波形の一例を示
す図である。

【図６】パイプの耐衝撃性を測定するための試験方法を
示す図である。

【符号の説明】

１、１′ 層（イ） ２、２′ 層（ロ） ３、１０ パイプ ４ 固定具 ５ 鋼球 ６、６′ 歪ゲージ １１ 荷重 １２ 鉄棒

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機繊維と樹脂からなる複合材料よりな
   る層（イ）の少なくとも二層と、無機繊維と樹脂からな
   る複合材料よりなる層（ロ）の少なくとも一層とが積層
   一体化され、対数振動減衰率が０．０８以上であって、
   かつ曲げ弾性率が１，０００ｋｇ／ｍｍ² 以上であり、
   前記層（イ）は、内径（ｄｉ）が次式（２）を満足する
   層の少なくとも一層および外径（ｄｏ）が次式（１）を
   満足する層の少なくとも一層のみからなることを特徴と
   する積層パイプ。 ｄｏ＜（３Ｄｉ＋Ｄｏ）／４ （１） ｄｉ＞（Ｄｉ＋３Ｄｏ）／４ （２） ここで、Ｄｉは、積層パイプの内径であり、Ｄｏは、積
   層パイプの外径である。
2. 【請求項２】 有機繊維と樹脂からなる複合材料よりな
   る層（イ）の少なくとも一層と、無機繊維と樹脂からな
   る複合材料よりなる層（ロ）の少なくとも一層とが積層
   一体化され、対数振動減衰率が０．０８以上であって、
   かつ曲げ弾性率が１，０００ｋｇ／ｍｍ² 以上であり、
   前記層（イ）は、内径（ｄｉ）が次式（２）を満足する
   層の少なくとも一層のみからなることを特徴とする積層
   パイプ。 ｄｉ＞（Ｄｉ＋３Ｄｏ）／４ （２） ここで、Ｄｉは、積層パイプの内径であり、Ｄｏは、積
   層パイプの外径である。