JP3361116B2 - 繊維強化されたプラスチックからなる中空円筒形構成部材 - Google Patents

繊維強化されたプラスチックからなる中空円筒形構成部材

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化されたプラス
チックからなり、円周巻の層と交さ巻の層とからの繊維
層が交互に重ね合わさるように巻き付けられており、か
つその両端部が付加的な円周巻の層によって強化されて
補強環状部を形成している、高い周速で回転する回転体
のための中空円筒形構成部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の構成部材の製造および構造的構
成は、米国特許第４３５９３５６号明細書に記載され、
かつ図示されている。この場合、巻付け機上で、それぞ
れ複数の構成部材が同時に巻き付けられる。巻付け過程
の後に、巻付け体は分離切断され、補強環状部で個々の
構成部材に分けられる。更に、この構成部材は、波形管
状結合要素によりつなぎ合わされ回転体に変わる。この
種の回転体の達成可能な周速は、特に、使用された繊維
の引張り強度によって左右される。従って、周速のため
に、破断応力７０００ＭＰａまでを有する高強度炭素繊
維（Ｃ繊維）が使用される。しかしながら、繊維の高い
強度の値は、完全には利用されることができないことが
判明した。それというのも、回転体の周速が高くなるこ
とおよび回転する構成部材に対して包囲応力が高まるこ
とに相応して、いわゆる″繊維屑、Faserabwurfs″が生
じるという危険が増すからである。この繊維屑、即ち、
繊維層からの剥離物は、通常、最も外側の繊維層の場合
に構成部材の両端部で始まる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、繊維
屑、即ち繊維層からの剥離物が生じるという危険を防
ぎ、ひいては円周巻の層のために高強度繊維を使用した
際に、前記の構成部材の周速を高い繊維強度に相応して
高めることができるように上記概念の種類の構成部材を
形成させることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題は、補強環状部
（２）を形成する付加的な円周巻の層である薄い外側繊
維層（２ｃ）が、この外側繊維層の下に位置する円周巻
の層である内側繊維層（２ｂ）の繊維よりも低い弾性率
を有する１つの繊維によって巻き付けられていることに
より解決される。請求項２から４までのいずれか１項
は、前記の解決の有利な実施態様を記載内容としてい
る。
【０００５】本発明によれば、繊維屑になる傾向は、本
質的には、高強度繊維複合材料の横方向への力に対する
敏感さおよびストロークに対する敏感さに帰因し、これ
らの敏感さは、特に外側の円周巻の層の構成部材の端面
または切り口面で作用を生じることが確認されている。
しかし、周速の上昇により円周巻の応力ばかりでなく、
繊維複合材料に作用する横応力およびストローク応力も
上昇する。従って、高強度Ｃ繊維が、薄い外側の層中で
少ない横方向への力に対する敏感さおよびストロークに
対する敏感さを有する中強度Ｃ繊維によって代替される
場合には、上記の危険にさらされた外側の層のストロー
クおよび横引張り強度は高められ、この場合には、主要
支持層中の高強度繊維を必要することは不用である。こ
の場合、構成部材の円周の伸びは、僅かしか上昇しない
ので、中強度Ｃ繊維のより低い弾性率は、外側の層のよ
り少ない負荷で生じる。より低い弾性率からなる繊維を
有する外側繊維層の厚さは、補強環状部のこの外側繊維
層の下に位置する内側繊維層の繊維層厚の約１０％〜２
０％である。この場合、外側繊維層のための繊維の弾性
率は、この外側繊維層の下に位置する内側繊維層の弾性
率よりも約２５％だけ低い。繊維材料としては、有利に
中強度Ｃ繊維が外側の層のために使用され、高強度Ｃ繊
維が内側の層のために使用される。これらの繊維は、巻
付け前に、巻付け過程の後に硬化される合成樹脂で含浸
される。
【０００６】本発明の実施例は、以下に図面につき詳説
される：
【０００７】
【実施例】繊維強化されたプラスチックからなる中空円
筒形構成部材は、１５０ｍｍの内径Ｄの場合に５００ｍ
ｍの全長Ｌを有している。外被１は、補強環状部２によ
って強化されていない領域中で、約０．７ｍｍの厚さｓ
を有している。
【０００８】外被１は、複数の繊維層から形成され、こ
の場合には、交互に円周巻の層１ａ、１ｂ、１ｃからの
繊維層と交さ巻の層１ｄ、１ｅからの繊維層が重ね合わ
さるように巻き付けられている。巻付けのためには、合
成樹脂で含浸された高強度Ｃ繊維が使用され、このＣ繊
維は、“Ｔ８００”（σB＝５５００ＭＰａ、ＥF＝２８
５ＧＰａ）もしくは“Ｘ１０３３”（σB＝６０００Ｍ
Ｐａ、ＥF＝３３０ＧＰａ）という名称で市販されてい
る。個々の繊維層１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄおよび１ｅの
厚さは、それぞれ約１４０μｍである。
【０００９】補強環状部２は、円周巻の層だけからな
る。該補強環状部は、外被１から、まず円錐状に上昇
し、その次に、約３０ｍｍの長さを有する円筒形の部分
２ａへ移行する。両端部は、切り口面２ｄによって形成
され、この切り口面は、外被表面と垂直方向へ延びてい
る。同様にして、補強環状部２の内側の層２ｂは、高強
度の“Ｔ８００”Ｃ繊維または“Ｘ１０３３”Ｃ繊維か
らなり、１８１８μｍの厚さを有している。この内側の
層の上に巻き付けた外側繊維層２ｃは、中強度Ｃ繊維か
らなり、このＣ繊維は、“Ｔ３００”（σB＝３５００
ＭＰａ、ＥF＝２３０ＧＰａ）という名称で市販されて
いる。この外側の層２ｃは、３５６μｍの厚さを有して
いる。図２の線図には、構成部材の円周巻の応力σが一
定である場合における補強環状部２の領域中での全繊維
層の伸びεと全繊維層の平均弾性率Εとの関係を示す曲
線が記載されている。点Ａは、Ｔ３００繊維を１００％
使用した場合の伸びを示し、点Ｂは、Ｘ１０３３繊維を
１００％使用した場合の伸びを示している。点Ｃは、薄
い外側の層２ｃのためにＴ３００繊維を使用し、厚い内
側の層２ｄのためにＸ１０３３繊維を使用した場合の伸
びεを表わし、この場合、Ｔ３００繊維の含量は、約１
６％であり、Ｘ１０３３繊維の含量は、約８４％であ
る。このことから明らかになるように、点Ｂと比べて点
Ｃでの全体の伸びεが増大するのは、別に本質的なこと
ではない。これとは異なり、弾性率Εは、外側の層（点
Ａ）で明らかに低い。応力は、σ＝ε・Εであるので、
Ｔ３００繊維のより低い弾性率のために、外側の層はよ
り少なく負荷を受けるが、しかし、全体の層に対する平
均弾性率（点Ｃ）は、Ｘ１０３３繊維に対するＥ弾性率
（点Ｂ）と僅かしか異ならず；即ち、主な負荷は、依然
として内側の層２ｂのＸ１０３３繊維が引き受けている
が、外側の層２ｃは、この外側の層のより少ない負荷お
よびこの外側の層のより高い横引張り強度の故に、特に
前記の危険にさらされた切り口面の領域中で一種の保護
層として作用している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１のａは、高い周速で回転する回転体の両端
部に補強環状部を有する中空円筒形構成部材の略示縦断
面図であり、ｂは、ａの“Ｘ”の部分の拡大図である。
【図２】図２は、構成部材の全ての層の半径方向の伸び
εおよび平均弾性率Εについて記載されている線図であ
る。
【符号の説明】
１ 外被、 １ａ，１ｂ，１ｃ 円周巻の層、 １ｄ，
１ｅ 交さ巻の層、２ 補強環状部、 ２ａ 円筒形部
分、 ２ｂ 内側繊維層、 ２ｃ 外側繊維層、 ２ｄ
切り口面、 Ｌ 長さ、 Ｄ 直径、 ｓ 外被厚
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−159561（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−260413（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−128416（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−142917（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−158816（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−53322（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 3/02 B29C 63/08

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繊維強化されたプラスチックからなり、
    円周巻の層と交さ巻の層とからの繊維層が交互に重ね合
    わさるように巻き付けられており、高い周速で回転する
    回転体の両端部が付加的な円周巻の層によって強化され
    て補強環状部を形成している、高い周速で回転する回転
    体のための中空円筒形構成部材において、補強環状部
    （２）を形成する付加的な円周巻の層である薄い外側繊
    維層（２ｃ）が、この外側繊維層の下に位置する円周巻
    の層である内側繊維層（２ｂ）の繊維よりも低い弾性率
    を有する１つの繊維によって巻き付けられていることを
    特徴とする、繊維強化されたプラスチックからなる中空
    円筒形構成部材。
  2. 【請求項２】 低い弾性率を有する繊維からなる外側繊
    維層（２ｃ）の厚さが、この外側繊維層の下に位置する
    内側繊維層（２ｂ）の繊維層厚の１０％〜２０％であ
    る、請求項１記載の中空円筒形構成部材。
  3. 【請求項３】 外側繊維層（２ｃ）のための繊維の弾性
    率が、この外側繊維層の下に位置する内側繊維層（２
    ｂ）のための繊維の弾性率よりも約２５％だけ低い、請
    求項１または２に記載の中空円筒形構成部材。
  4. 【請求項４】 中強度Ｃ繊維からなる外側繊維層（２
    ｃ）およびこの外側繊維層の下に位置する高強度Ｃ繊維
    からなる内側繊維層（２ｂ）が巻き付けられている、請
    求項１から３までのいずれか１項に記載の中空円筒形構
    成部材。
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