JP4405268B2 - 螺旋状パイプを形成するために巻回可能な複合材ストリップおよびその方法 - Google Patents

Description

本発明は補強されたリブ状隆起を設けた構造体の改良に関するものであり、特に、各種素材の複合材から製作された、補強型または強化型の螺旋状に巻いたパイプまたはチューブに関連している。

室温の場合であっても、プラスチックが、より柔軟性を増す室温より高い温度場合であっても、いずれの場合においても、一連の互いに間隔を設けた直立隆起部（リブ）が直立方向に張出しているプラスチックストリップを螺旋状に巻くことにより、プラスチックパイプを製造できることは周知である。この形態の螺旋状に巻かれた管はパイプ製造産業では既に周知であり、プラスチックストリップの形成と、かかるストリップからパイプまたはチューブを製造する手段となる装置の形成との両方について、本件出願人は既に特許文献に開示を行っている。

高性能な応用例で実施する上述のパイプについては、必要な強度を達成するために、プラスチックストリップの肉壁が、隆起部の肉壁と同様に、全く堅牢でなければならない。これに代わる例として、仕上がったパイプまたはチューブが強化部材または補強部材で補強されてもよい。

補強チューブまたは補強パイプが溝に埋設され、または、高い土圧を受けるような応用例では、パイプまたはチューブの強度は極度に重要となる。

本件出願人のオーストラリア特許第607431号（特許文献１）は、仕上がったパイプまたはチューブの撓み耐性が著しく増大するような態様で、隆起部と隆起部の間に設けられた補強部材を利用した、補強したプラスチックチューブを製造する方法を開示している。補強部材は、Ｕ字型断面のプロファイルを有する金属部材を備え、補強部材の両自由端は１対の互いに隣接する隆起部の直下の互いに対向するフランジ編成部と嵌合するよう設計されているため、隆起部と隆起部の間の適所に金属ストリップをロックし、次いで、隆起部と仕上がったパイプとの硬度を高めている。

出願人のオーストラリア特許第661047号（特許文献２）は、前述のオーストラリア特許第607431号の開示に優る改良例を開示している。この改良例は、複合材パイプの有効外径が実質的に増大させるように、隆起部の高さよりも大きい放射方向高さを備えている反転Ｕ字型または反転Ｖ字型断面の中央本体部を有している補強部材を設けることにより提供される。これによりより硬度のあるパイプを供与している。

知られている螺旋状に巻かれた複合材パイプは複数段階の作業で形成される。プラスチック本体部は押出し成形されてから螺旋状に巻かれ、パイプを形成する。細長いスチール製の補強部材が別個に圧延形成されて、所要の硬度を供与するプロファイル（例えば、前述の反転Ｕ字型または反転Ｖ字型プロファイル等）にされる。圧延形成されたスチール製のプロファイルは、螺旋状に巻かれたプラスチック本体部の半径に近い半径になるまで巻かれる。最後に、プロファイルと半径を整えた補強部材（単数または複数）がプラスチックパイプの外側に巻きつけられて、所要の硬度の複合材パイプを形成する。

オーストラリア特許第607431号および第661047号に開示されている補強部材を利用した場合、スチール製の補強部材をプラスチックパイプの半径に近い半径まで巻く工程は、スチール製の補強部材をその弾性限界を超えて引っ張る工程を含む。このため、巻きプロセスの最中に相当な力を加えることが必要となる。これに比べて、押出し成形されたプラスチックのプロファイルを巻き上げによって螺旋状パイプにする工程は、大体、プラスチックの材料特性のせいで遥かに少ない力しか必要としない。

オーストラリア特許第607431号 オーストラリア特許第661047号

本発明の目的は、上述の特許明細書第607431号および第661047号に優る、螺旋状に巻かれた補強したプラスチックチューブまたはパイプに対する或る種の改良例を提供することであり、かかる改良例はプラスチックから形成された、かつ／または、金属から形成された補強部材を付加することによってチューブまたはパイプの硬度を効果的に高めることにより、プラスチックと金属材の複合材構造を製造する。

本発明の別な目的は、巻くことのできる、かつ、それにより螺旋状パイプまたはチューブに形成可能で、パイプ巻きプロセスの最中およびその後で補強部材を付加する必要の無い改良型の複合材ストリップを提供することである。本発明の目的はまた、かかる複合材ストリップを製造する方法を提供することである。

本発明のまた別な目的は、補強部材がストリップのプラスチック本体部に導入される前に補強部材を予備的に巻き上げする必要がないまま、螺旋状に巻かれたパイプを製造する方法を提供することである。

本発明のまた別な目的は、異なる特性を有している２種以上の素材から形成され、結果として得られた、すなわち、仕上げが完了したパイプまたはチューブの特性を向上させ、比較的低価格で製造することができるようにした螺旋状に巻かれたプラスチックパイプを提供することである。

本発明の別な目的は、高い圧力定格を有する螺旋状に巻かれたプラスチックパイプ、すなわち、高い内圧に耐えることのできるパイプを仕損じなく供与することである。

本発明の第１の観点によれば、螺旋状パイプを形成するように巻くことのできる複合材ストリップが提供されるが、該複合材ストリップは、
基部と、基部から直立する少なくとも１個の縦長に延びる隆起部とを設けた細長いプラスチックストリップ（可塑性ストリップ）と、
縦長に延びて、隆起部によって横方向に支持された細長い補強ストリップとを備えており、補強ストリップは高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、基部に実質的に直交した向きとなっており、
螺旋状パイプに巻かれた場合にも、補強ストリップは放射方向圧潰荷重に耐えるようにパイプを補強していることを特徴とする。

上記高さ対厚さの比は、少なくとも４対１であるのが好ましい。

上記隆起部は、補強ストリップが保持される縦長に延びたスロットを定めており、この場合、補強ストリップは該スロットの壁によって横方向に支持されているのが好ましい。

上記隆起部は基部に沿って縦長に延びた１対の互いに平行な壁を備えており、該平行な壁は基部に実質的に直交する向きになっているのが好ましい。

上記補強ストリップは切れ目無く連続しており、プラスチックストリップと同一の空間的広がりを有しているのが好ましい。

上記補強ストリップは完全に封入されて、外部環境に露出しないようになっているのが好ましい。

上記プラスチックストリップは縦長に延びるスロットを形成する隆起部の配列を設けており、該隆起部は該ストリップの幅を横断する方向に互いに間隔を置いて設置されており、隆起部は各々が細長い補強ストリップを支持しているのが好ましい。

上記複合材ストリップは多様な素材から構成されていてもよいが、上記補強ストリップは金属で形成されているのが好ましい。特に、補強ストリップはスチールで形成されているのが好ましい。

本発明の第２の観点によれば、螺旋状パイプを形成するように巻くことができる複合材ストリップが提供されるが、該複合材ストリップは、
基部と、基部から直立している縦長に延びた隆起部とを設けた細長いプラスチックストリップと、
縦長に延びて隆起部によって支持された細長く平坦な補強ストリップとを備えており、補強ストリップは高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、基部に実質的に直交する向きになっており、該複合材ストリップは、
縦長に延びて基部に接着される平坦な層を更に備えており、該層はヤング係数（縦弾性係数）と強度がプラスチックストリップのものよりも高くなっており、
螺旋状のパイプに巻かれた場合には、上記補強ストリップは放射方向圧潰荷重に耐えるようにパイプを補強し、上記層はパイプの圧力定格を向上させていることを特徴とする。

上記高さ対厚さの比は、少なくとも４対１であるのが好ましい。

本発明の第３の観点によれば、複合材ストリップから作成された螺旋状に巻かれた複合材パイプが提供されるが、該複合材ストリップは、
巻かれたパイプの内側を形成する基部と、該基部から直立している縦長に延びた隆起部とを設けた細長いプラスチックストリップと、
縦長に延びて隆起部によって支持された細長い金属製の補強ストリップとを備えており、補強ストリップは、高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、基部の平坦面に実質的に直交する向きになっており、
基部に関する補強ストリップの向きは、上記複合材ストリップを巻いてパイプを形成した後でも実質的に変わらないことを特徴とする。

上記高さ対厚さの比は、少なくとも４対１であるのが好ましい。

上記補強ストリップは切れ目無く連続しているとともに、上記パイプと同一の空間的広がりを有する長さを設けているのが好ましい。

上記補強ストリップは金属から形成されているのが好ましい。該金属はスチールであるのが好ましい。

上記複合材ストリップは、
縦長に延びているとともに基部に接着された平坦層を更に備えており、
該層はヤング係数と強度とがプラスチックストリップのものよりも高いのが望ましい。

本発明の第４の観点によれば、螺旋状に巻かれたスチール補強のプラスチックパイプを製造する方法が提供されるが、該方法は、
基部と該基部から直立した縦長に延びる隆起部とを設けたプラスチックプロファイルを押出し成形する工程と、
細長く真っ直ぐで、端縁部を設けた補強ストリップを導入して、隆起部を縦長に延びた状態にするとともに、該隆起部によって横方向に支持されるようにする工程とを含んでおり、金属製ストリップは高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、基部の平坦面に実質的に直交する向きにされ、それにより真っ直ぐな複合材ストリップを作成し、該方法は、
複合材ストリップを螺旋状に巻く工程と、
複合材ストリップの互いに隣接し合う渦巻きの互いに隣接し合う端縁部を相互に嵌合させて、螺旋状パイプを形成する工程とを更に含んでいる。

上記隆起部は、上記補強ストリップを受け入れて支持するような形状になった縦長に延びるスロットを定めるように押出し成形されるのが好ましい。

上記隆起部は基部に沿って縦長に延びる１対の互いに平行な壁を設けるように押出し成形され、該壁は平坦面に実質的に直交する向きになっているのが好ましい。

上記方法は、補強ストリップを封入する工程を更に含んでいるのが好ましい。

上記押出し成形する工程と導入する工程とは、クロスヘッド押出しダイにおいて同時に実施されるのが好ましい。

本発明の第５の観点によれば、螺旋状に巻かれたスチール補強のプラスチックパイプを製造する方法は、
基部と該基部から直立する縦長に延びた隆起部とを設けたプラスチックプロファイルを押出し成形する工程と、
細長い金属製の補強ストリップを隆起部に導入する工程とを含んでおり、金属製ストリップは高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、基部に実質的に直交する向きになっており、それにより、複合材ストリップを形成し、該方法は
基部の平坦面に層を接着する工程を更に含んでおり、該層はヤング係数と強度とがプラスチックストリップのものよりも高く、該方法は
複合ストリップを螺旋状に巻く工程と、
複合ストリップの互いに隣接し合う渦巻きの互いに隣接し合う端縁部を相互嵌合させて、螺旋状パイプを形成する工程とを更に含んでいる。

上記方法は接着する工程と螺旋状に巻く工程との間に別な工程を含んでいるのが好ましく、該別な工程は
真っ直ぐな複合材ストリップを実質的に水平な軸線の周囲を回転するハブを設けたスプールの方向に向かわせる工程を含んでおり、複合材ストリップはハブの下側に面しており、該別な工程は
スプールを駆動して、真っ直ぐな複合材ストリップをスプールに向けて引張るとともに、スプールのハブを中心としてハブの下側から複合材ストリップを巻く工程と、
スプールを或る場所に輸送する工程と、
複合材ストリップをスプールから巻き戻す工程とを更に含んでいる。

本発明の幾つかの好ましい実施形態が添付の図面に例示されている。
図１および図２を参照すると、螺旋状パイプを形成するように巻くことができる細長い複合材ストリップ１０が例示されている。複合材ストリップ１０は、細長いプラスチックストリップ（可塑性ストリップ）１１と細長い金属製の補強ストリップ３０とから構成されている。本発明のこの実施形態に採用されているプラスチックはポリエチレンであるが、それ以外の好適なプラスチックを利用してもよい。

プラスチックストリップ１１は実質的に平坦な面１４を設けた基部１２を備えている。複数の縦長に延びる隆起部（リブ）２０が基部１２から上向きに突出している。この実施形態では、隆起部２０は各々が１対の互いに平行な壁２２および壁２４から構成され、これらの壁は基部１２に沿って縦長に延びて縦長に延びたスロット２３を定めている。スロット２３は、図２に最もうまく例示されているが、補強ストリップ３０をぴたりと添うように受容する寸法および形状に設定されている。

プラスチックのビーズ４０が隆起部壁２２の上端と壁２４の上端との間の空隙を架橋するように設置され、それにより、補強ストリップ３０を完全に封入している。これは補強ストリップ３０が外部環境に露出するのを防止しており、よって、腐食防止に役立つ。

本発明の第１の実施形態では、ストリップの幅を横断して互いに間隔を設けた３本の縦長に延びる隆起部２０の配列が設けられている。隆起部２０は各々が個々に対応する細長く平坦な金属製の補強ストリップ３０を支持している。本発明の別な実施形態では、これより多数、または、これより少数の隆起部および補強ストリップを採用してもよい。細長い金属製の補強ストリップ３０を支持する隆起部は切れ目無く連続している必要はない。隆起部２０は、垂直方向に向けられた補強ストリップを支持するのであれば、どのような形状であってもかまわない。

図４を参照すると、図１、図２、図３に例示された複合材ストリップを螺旋状に巻くことにより作成される螺旋状の複合材パイプが例示されている。複合材ストリップの互いに隣接し合う渦巻きの互いに隣接し合う端縁部１８と端縁部１６との間の接合部は、図１の断面図で最もよく分かる。

図１と図４を比較すると、基部１２の平坦面１４に対する補強ストリップ３０の向きは、複合材ストリップを巻いてパイプを形成した後でも実質的に変わらないのは明らかである。隆起部２０は、ストリップ１０を巻く間は特に、補強ストリップ３０を支持する。ストリップ１０を巻いて螺旋状パイプを形成している最中は、補強ストリップ３０は実質的にストリップ１０を横断する方向の軸線を中心として屈曲させられる。これにより、補強ストリップ３０の塑性変形が生じる。隆起部２０は、補強ストリップ３０が横方向とプラスチックストリップ１２に向かう方向に圧壊するのを防ぐのに役立つ。

図５は、補強部材３０を屈曲させて図４に例示されたパイプに巻いた後の、該補強部材の弧状部を例示している。座屈３２の小さい領域が例示されている。

座屈の各領域は存在していないか、または、比較的小さいか、いずれかである点が重要である。過剰な座屈が存在する場合、放射方向圧潰荷重に耐えるパイプの能力が損われる。

プロファイルの質量を最小限に保つと同時に、性能基準を維持して材料経費を確実に最小限に抑えることも重要である。

プラスチックストリップ１２および細長い金属製の補強ストリップ３０の寸法と形状は、巻かれたパイプの直径に合うように変動させてもよい。下記の表１は、300ミリメートルから600ミリメートルの範囲の内径を有するパイプに好適な構造の範囲を例示している。

CA3 SNG: 被膜処理されていない冷間圧延軟鋼

使用されているスチールの補強バンドの高さ、厚さ、および、枚数は巻きパイプの硬度に影響を及ぼす変数である。より大きい径のパイプを使うほど、プラスチックがパイプの硬度に寄与する割合は相対的に小さくなる（＜10％）。より小さい径のパイプを利用するほど、プラスチックがパイプの硬度に寄与する割合は高くなる（内径が300ｍｍであるパイプの約30％）。

補強ストリップ３０の高さ対厚さの比は多数の理由から重要となる。高さ対厚さの比が高い補強ストリップはパイプの硬度と材料の有効利用という観点からは好ましいが、これは、結果として生じることがある不安定性と比較検討されなければならない。不安定性は補強ストリップ３０が横方向にプラスチックストリップ１２の基部に向けて圧壊する原因となることがあり、または、過剰な座屈を生じる原因となることがある（座屈は図５に例示されている）。

この適用例について最適なヤング係数（すなわち、引張り係数）と降伏強度とを有するスチールを選択することも重要である。降伏強度が過剰である場合、座屈が生じ易い。

パイプは、上記表１に記載されたプロファイルの範囲にあって、かつ、隆起部の厚さの範囲が1.4ｍｍから1.8ｍｍの範囲である場合は、比較的低重量で安定して巻くことができ、また、放射方向圧潰荷重に対して優れた耐性を有する。

上述の実施形態はスチール補強材を採用しているが、別な材料から構築された細長く平坦な補強ストリップを利用してもよい。

プラスチックストリップ１２に補強ストリップ３０を加えることで、パイプの圧力定格を向上させるのにも役立つ。上述の複合材ストリップは更に他の要素を組入れて、巻きパイプの圧力定格を向上させることができる。具体例として、ファイバー繊維（例えば、グラスファイバー）、プラスチック、または、スチールの層を設けて、パイプの圧力定格を向上させることができる。ストリップのプラスチックのものを超えるヤング係数と強度とを備えている材料ならどんなものでも利用できる。この層をプロファイル（ストリップ１２）に組入れる場合にはどんな方法であれ、好適なやり方で実施できる。具体例として、この層はストリップ１２の基部に溶接されてもよいし、或いは、ストリップ１２の基部にクロスヘッド押出し成形されてもよい。

パイプの圧力定格を向上させるように、改良型のインターロック端縁部機能が設けられてもよい。高圧応用例のために構成されたプロファイルの各種例が図７から図１３に例示されている。

図７を参照すると、本発明の第２の実施形態が例示されており、ここでは、複合材ストリップ１０がPVCから押出し成形されている。プラスチックストリップ１１から形成された雄端縁部材１６と雌端縁部材１８により、機械ロックが供与される。上述のタイプの補強ストリップ３０も設けられている。このプロファイルは、クロスヘッド押出し成形によって形成されるものであって、複合材１０が形成される際に補強ストリップ３０を封入するが、上述のように封止ビーズを加える必要が無い。層５０はストリップ１１の基部に組込まれる。層５０はPVCのプラスチックストリップ１１よりもヤング係数と強度とが高い。螺旋状に巻かれれば、このプロファイルが圧力下で流体を搬送するのに好適な高圧パイプを提供することができる。互いに隣接し合う渦巻き（すなわち、複合材ストリップの互いに隣接し合う巻き）は、直接一緒に結合されるわけではないが、互いに隣接し合う端縁部１６と、端縁部１８とによって形成された機械ロックのプラスチックの厚さと設計とは、相当な内圧に耐えることができる。

図８は、本発明の第３の実施形態による複合ストリップ１０の２つの互いに隣接し合う渦巻きの断面図を例示している。複合ストリップ１０は、隆起部２０が基部１２から張出したポリエチレンの押出し成形ストリップ１１から構成されており、隆起部２０は各々が補強ストリップ３０を支持している。第４の補強部材３１を支持する第４の隆起部２１も設けられている。第４の隆起部２１および第４の補強部材３１の位置はプロファイルの端縁部にあって、互いに隣接し合う渦巻きの層と層の間の空隙に添って巻きパイプを強化している。この空隙５４が図８に例示されている。

複合材ストリップの互いに隣接し合う渦巻きの間に位置し、かつ、層の連続が切れている領域の上に位置するロックの頂面に補強材を設けることにより、高圧に耐えることのできるパイプを製造することができる。

本発明の第４の実施形態が図９に例示されている。本発明のこの実施形態は本発明の第３の実施形態に類似しているが、但し、接合領域の上に追加の隆起部と補強部材とを設ける代わりに、雌ロック部の壁を厚くして、層の連続が切れている部位に圧力許容能力を与えている点を例外とする。

本発明の第５の実施形態が図１０に例示されているが、ここでは、層の連続が切れている領域を覆う目的では、互いに隣接する渦巻きの間に付加的特性が全く設けられてはいない。

本発明の第６の実施形態が図１１に例示されている。本発明のこの実施形態に関しては、図示されたプロファイルの端縁部に追加層が溶接されている。

本発明の第７の実施形態が図１２に例示されている。本発明のこの実施形態は、追加層５５がパイプの巻き上げプロセスの最中に挿入されるという点で、上述の実施形態とは少し相違がある。

本発明の最後の実施形態が図１３に例示されている。本発明のこの実施形態に関しては、切れ目無く連続する層は、プロファイル基部１２および端縁部ロック領域ではクロスヘッド押出し成形されるか、または、押出し成形処理後に基部に溶接される。

本発明の別な実施形態には、ストリップ１２の基部に接着されるか、または、ストリップ１２の基部の内部に埋設されるか、いずれかの状態で層が設けることができる。

方向特性を有する材料を層として、または、層の内部に使用することができる。例えば、長軸線方向に強度が高く、横断方向には強度が低い延伸プラスチック薄膜ストリップを利用することができる。かかるストリップは巻きパイプの「フープ」強度を向上させることができる。

横断方向に強度が高く、長軸線方向に強度が低い可塑性薄膜ストリップ（プラスチックフィルムストリップ）を利用してもよい。

或る応用例では、相互に直交する方向に強度を有する２枚（または、それ以上）の可塑性薄膜ストリップ（プラスチックフィルムストリップ）から層を形成して、全方向に高い強度を有する複合材を生じることが望ましい。

方向特性を有している好適な材料の具体例として、伸張特性の高いポリオレフィンシートがある。かかるシートは同一方向に向きをつけた分子を高い割合で含有しており、かかるシートは高いヤング係数と降伏強度とを示す。

現在では、螺旋状に巻かれた複合材パイプは多段階作業で形成されている。一般に、プラスチック本体部は工場の環境内で押出し成形されてから、輸送のためにスプールの上に巻き取られる。続いて、押出し成形されたストリップはスプールから巻き戻されて、同様に工場内に配置可能な巻上げ機に通されるか、或いは代替例として、最終製品のパイプを要請している場所に配置することができる。最終的に、細長いスチール製の補強ストリップが新たに巻かれたパイプの上に圧延される。大半の応用例で、スチール製の補強ストリップが予備圧延されて、プラスチックパイプの外側に補強ストリップが導入される前に螺旋状に巻かれたプラスチック本体部の半径に近似する値の半径にされて、所要の硬度を有する複合材パイプを形成している。補強部材が関連する曲げ軸線を全体に渡って高い強度を有している場合は、補強ストリップの予備的曲げ加工が必要となる。

補強部材３０は製造の早期段階でパイプに巻く前にストリップに導入されるため、図１、図２、図３、図５、図６を参照しながら上述のプロファイルから螺旋状パイプを形成するプロセスは簡略化される。

螺旋状パイプを形成するように巻くことができる複合材ストリップ１０を形成する方法が図６に例示されている。実質的に平坦な面を設けた基部と、基部１２から直立した、互いに平行で間隔を置いて設けた縦長に延びる隆起部２０の配列とを備えた状態で、プラスチックストリップ１１が押出し成形される。次いで、複数の細長い金属製の補強ストリップ３０が隆起部２０に導入される。補強ストリップ３０は、高さ対厚さの比が少なくとも４対１であり、基部１２の平坦面１４に実質的に直交するように向けられている。

上述の導入工程または挿入工程は、プラスチックストリップが実質的に平坦に置いたままで実施される。最終的には、プラスチックのビーズ４０（図１および図２に例示されているような）は隆起部２０の頂部に押出し成形されて、補強ストリップ３０を封入する。

螺旋状パイプを形成するように巻くことができる複合材ストリップを形成する別な方法は以下のとおりである。プラスチック材料とスチール製ストリップとが押出し成形用のクロスヘッドダイに導入され、ここで、２種の材料が統合されて１つの複合材プロファイルになるが、その例が上述して図３にも例示されている複合材ストリップである。クロスヘッド押出し成形により形成される複合材ストリップは、プラスチックのビーズ４０（図１および図２に例示されているような）が必要ではなく、その代わりに、スチール製ストリップがプラスチック材料で完全に封入された状態でダイから出てくるように、クロスヘッド押出し成形用ダイを設計することができるという点で、上述のプロファイルとは少し違っている。

複合材の補強ストリップを製造してしまえば、そのストリップを直接、図４に例示されたもののような螺旋状に巻いたパイプに巻くことができるが、或いは、代替例として、ストリップを後の使用のためにスプールの巻いておくこともできる。

輸送のためにスプールに複合材プロファイルを巻いておくことができる点には多数の利点がある。例えば、１個のスプールは屋外に輸送されてから、最終パイプ製品を必要とする場所でパイプ巻上げ機の傍に置いておくことができる。次いで、複合材パイプを１回の作業で螺旋状に巻くことができるが、この際、大量の特殊な装備を必要とはしない。

スチール補強のストリップ３０に座屈を含まない真っ直ぐな複合材ストリップ１２をスプールに巻くことができるようにするために、スプール巻きの新しい方法を開発する必要があった。既存の従来からのスプール巻き方法は、ストリップを逆に折り返してから、スプールのハブにストリップが進む前に真っ直ぐにするストリップ経路を設けている。スプールが水平軸線を中心として回転させられている間に、ストリップがスプールの上面すなわち上側に給送されてゆく。スチールを含まないプラスチックストリップについては、この方法で十分である。しかし、ストリップにスチール製の補強材が存在する場合には、スチールの補強材３０を屈曲させてしまう原因となるので、この方法は不適である。

図１４は、スチール補強の複合材ストリップ１０をスプールに巻くために開発されたスプール駆動アセンブリ１００を例示している。スプール１０１は水平軸線１０２を中心とした回転を支えている。ストリップガイド１１０はスプールハブの幅を横断してストリップ１０を分布させるために設けられている。ロッド１１２上で駆動するエンドレス空気圧シリンダー１１４がストリップガイド１１０を前後に移動させる。

スチール補強のストリップのために開発されて図１４に例示されたスプール巻き方法は、座屈を生じることがあるストリップに付与される荷重を最小限に抑えるストリップ経路を備えている。この構成のスプール１０１へのストリップ経路はスプールの底面すなわち下側に向かう真っ直ぐな経路であり、ストリップの隆起部を下に向けたままであるため、基部１２が上を向くことで、スプール上でストリップを正しい向きに曲げることができる（隆起部が下向きであるのは、巻きパイプの形の時に、外向きになるようにするためである）。

この新しい方法のために開発されたスプール１０１の回転速度を制御する方法は、ストリップ１０の張力（モーターのトルク）を頼りにしている。スプール巻き法を修正することの他にも、最適なスプールハブ寸法を選択して、スプールプロセスの最中に隆起部が屈曲するのを防止する必要がある。しかし、複数のスチール厚さのうち幾つかに好適だった450ｍｍという初期的ハブ寸法は、スチールが厚くなり、高くなるにつれて、ハブ寸法を増大させることが必要となる。直径が750ｍｍまでのパイプ専用に作られた現在のストリップ１０については、1000ｍｍというハブ寸法が必要である。

図７から図１３に例示されているような本発明の第２の実施形態から第８の実施形態のプロファイルは、図１から図６に例示されているような本発明の第１の実施形態のプロファイルを得るために上述の方法を利用して形成することができる。層は、ストリップが押出し成形されてしまった後で、別の工程で導入することができる。

本発明をよりよく理解するのを容易にするために好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の原理から逸脱せずに、多様な修正を行うことができることを認識するべきである。よって、本発明は、その範囲に入る上述のような修正例を全て含むものと解釈するべきである。

本発明の第１の実施形態による複合材ストリップの断面図である。 図１の複合材ストリップの分解図である。 図１に例示された複合材ストリップの斜視図である。 図１および図３に例示されたプロファイルを螺旋状に巻いた巻き複合材ストリップの斜視図である。 図４のパイプの一部断面を例示し、補強要素を露出させた図である。 補強要素がプロファイルに導入されているのを例示する斜視図である。 本発明の第２の実施形態による複合材ストリップの断面図である。 本発明の第３の実施形態による複合材ストリップの互いに隣接し合う渦巻きの断面図である。 本発明の第４の実施形態による複合材ストリップの断面図である。 本発明の第５の実施形態による複合材ストリップの断面図である。 本発明の第６の実施形態による複合材のストリップの断面図である。 本発明の第７の実施形態による複合材のストリップの断面図である。 本発明の第８の実施形態による複合材のストリップの断面図である。 本発明の実施形態と併用するためのスプール駆動アセンブリの斜視図である。

Claims (37)

1. 螺旋状パイプを形成するように巻くことのできる複合材ストリップであって、前記複合材ストリップは、
   基部を有する細長いプラスチックストリップを備え、前記基部は、内面を構成する下側と、外面を構成する上側とを有しており、
   前記複合材ストリップは、さらに、前記基部の前記外面から直立する少なくとも１個の縦長に延びる隆起部と、
   長方形の断面を有する細長い補強ストリップとを備えており、前記補強ストリップは高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、前記補強ストリップは、縦長に延びて、前記隆起部によって横方向に支持され、かつ、前記基部に直交した向きとなっており、前記内面は、前記補強ストリップの下に連続する面を形成しており、
   螺旋状パイプに巻かれた場合に、前記補強ストリップは、放射方向圧潰荷重に耐えるように前記パイプを補強しており、前記内面は、前記パイプの中の流体から前記補強ストリップを分離している、
   ことを特徴とする、複合材ストリップ。
2. 前記高さ対厚さの比は、少なくとも４対１であることを特徴とする、請求項１に記載の複合材ストリップ。
3. 前記隆起部は、前記補強ストリップが保持される縦長に延びたスロットを画定しており、前記補強ストリップは、前記スロットの壁によって横方向に支持されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の複合材ストリップ。
4. 前記隆起部は、前記基部に沿って縦長に延びた１対の互いに平行な壁を備えており、前記平行な壁は、前記基部に直交する向きになっていることを特徴とする、請求項３に記載の複合材ストリップ。
5. 前記補強ストリップは、切れ目無く連続しており、かつ、前記補強ストリップは、前記プラスチックストリップの長手方向に測定したときに、前記プラスチックストリップの長さと等しい長さを有していることを特徴とする、請求項４に記載の複合材ストリップ。
6. 前記補強ストリップは、前記プラスチックストリップの中に完全に封入されて、外部環境に露出しないようになっていることを特徴とする、請求項５に記載の複合材ストリップ。
7. 前記プラスチックストリップは、縦長に延びるスロットを形成する隆起部の配列を有しており、前記隆起部は、前記ストリップの幅を横断する方向に互いに間隔を置いて設置されており、前記隆起部は、各々が細長い補強ストリップを支持していることを特徴とする、請求項６に記載の複合材ストリップ。
8. 前記補強ストリップは金属で形成されているのを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の複合材ストリップ。
9. 前記補強ストリップはスチールで形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の複合材ストリップ。
10. 螺旋状パイプを形成するように巻くことができる複合材ストリップであって、前記複合材ストリップは、
    基部と、前記基部から直立している縦長に延びた隆起部とを設けた細長いプラスチックストリップと、
    長方形の断面を有する細長い補強ストリップとを備えており、前記補強ストリップは高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、前記補強ストリップは、縦長に延びて、前記隆起部によって横方向に支持され、かつ、前記基部に直交した向きとなっており、
    前記複合材ストリップは、さらに、縦長に延び、かつ、前記基部に接着された平坦な層を備えており、前記層のヤング係数は、前記プラスチックストリップのヤング係数よりも高く、前記層の降伏強度は、前記プラスチックストリップの降伏強度よりも高くなっており、
    螺旋状のパイプに巻かれた場合には、前記補強ストリップは放射方向圧潰荷重に耐えるように前記パイプを補強し、前記層は前記パイプの圧力定格を向上させている、
    ことを特徴とする、複合材ストリップ。
11. 前記高さ対厚さの比は、少なくとも４対１であることを特徴とする、請求項１０に記載の複合材ストリップ。
12. 前記隆起部は、前記補強ストリップが保持される縦長に延びるスロットを画定しており、前記補強ストリップは、前記スロットの壁によって横方向に支持されていることを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の複合材ストリップ。
13. 前記隆起部は、前記基部に沿って縦長に延びている１対の互いに平行な壁から構成されており、前記壁は前記平坦面に直交する向きになっていることを特徴とする、請求項１２に記載の複合材ストリップ。
14. 複合材ストリップから作成された螺旋状に巻かれた複合材パイプであって、前記複合材ストリップは、
    巻かれたパイプの内側を形成する基部と、前記基部から直立している縦長に延びた隆起部とを設けた細長いプラスチックストリップと、
    長方形の断面を有する細長い金属製の補強ストリップとを備えており、前記補強ストリップは高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、前記補強ストリップは、縦長に延びて、前記隆起部によって横方向に支持され、かつ、前記基部に直交した向きとなっており、
    前記基部に関する前記補強ストリップの向きは、前記複合材ストリップを巻いてパイプを形成した後でも変わらない、
    ことを特徴とする、複合材ストリップ。
15. 前記高さ対厚さの比は、少なくとも４対１であることを特徴とする、請求項１４に記載のパイプ。
16. 前記補強ストリップは、切れ目無く連続しており、かつ、前記補強ストリップは、前記プラスチックストリップの長手方向に測定したときに、前記プラスチックストリップの長さと等しい長さを有していることを特徴とする、請求項１４または請求項１５に記載のパイプ。
17. 前記補強ストリップは金属で形成されていることを特徴とする、請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載のパイプ。
18. 前記補強ストリップはスチールで形成されていることを特徴とする、請求項１７に記載のパイプ。
19. 複合材ストリップから形成された螺旋状に巻かれた複合材パイプであって、前記複合材ストリップは、
    巻かれたパイプの内側を形成する基部と、前記基部から直立している縦長に延びた隆起部とを設けた細長いプラスチックストリップと、
    長方形の断面を有する細長い補強ストリップとを備えており、前記補強ストリップは高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、前記補強ストリップは、縦長に延びて、前記隆起部によって横方向に支持され、かつ、前記基部に直交した向きとなっており、
    前記複合材ストリップは、さらに、縦長に延びて前記基部に接着された細長い平坦な層を備えており、前記層のヤング係数は、前記プラスチックストリップのヤング係数よりも高く、前記層の降伏強度は、前記プラスチックストリップの降伏強度よりも高くなっており、
    前記基部に関する前記補強ストリップの向きは、前記複合材ストリップを巻いてパイプを形成した後でも変わらない、
    ことを特徴とする、複合材パイプ。
20. 前記螺旋状に巻かれた複合材ストリップの互いに隣接し合う巻きの前記層は、直接一緒に接着されてはいないことを特徴とする、請求項１９に記載のパイプ。
21. 前記高さ対厚さの比は、少なくとも４対１であることを特徴とする、請求項２０に記載のパイプ。
22. 前記補強ストリップは、切れ目無く連続しており、かつ、前記補強ストリップは、前記プラスチックストリップの長手方向に測定したときに、前記プラスチックストリップの長さと等しい長さを有していることを特徴とする、請求項２０または請求項２１のいずれかに記載のパイプ。
23. 前記補強ストリップは金属で形成されていることを特徴とする、請求項１９から請求項２２のいずれかに記載のパイプ。
24. 前記補強ストリップはスチールで形成されていることを特徴とする、請求項２３に記載のパイプ。
25. 複合材ストリップから形成された螺旋状に巻かれた複合材パイプであって、前記複合材ストリップは、
    巻かれたパイプの内側を形成している基部と、前記基部から直立している縦長に延びた隆起部とを設けている細長いプラスチックストリップと、
    縦長に延びて、前記隆起部によって横方向に支持された細長い補強ストリップと、
    縦長に延びて前記基部に接着された細長く平坦な層とを備えており、前記層のヤング係数は、前記プラスチックストリップのヤング係数よりも高く、前記層の降伏強度は、前記プラスチックストリップの降伏強度よりも高くなっている、
    ことを特徴とする、複合材パイプ。
26. 前記螺旋状に巻かれた複合材ストリップの互いに隣接し合う巻きの前記層は、直接一緒に接着されているのではないことを特徴とする、請求項２５に記載のパイプ。
27. 前記補強ストリップは金属で形成されていることを特徴とする、請求項２６に記載のパイプ。
28. 螺旋状に巻かれたスチール補強のプラスチックパイプを製造する方法であって、前記方法は、
    基部と、前記基部から直立した縦長に延びる隆起部とを設けたプラスチックプロファイルを押出し成形する工程と、
    細長く真っ直ぐで、端縁部を設けた金属製の補強ストリップを隆起部に導入する工程とを含んでおり、前記金属製の補強ストリップは、長方形の断面を有し、かつ、高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、前記基部に直交する向きになっており、それにより、真っ直ぐな複合材ストリップを形成し、
    前記方法は、さらに、
    前記複合材ストリップを螺旋状に巻いて、前記補強ストリップを塑性変形させる工程と、
    前記螺旋状に巻かれた複合材ストリップの互いに隣接し合う巻きの互いに隣接し合う端縁部を相互に嵌合させて、螺旋状パイプを形成する工程とを含む、
    ことを特徴とする方法。
29. 前記隆起部は、前記補強ストリップを支持するような形状になった縦長に延びるスロットを画定するように押出し成形されることを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
30. 前記隆起部は、前記基部に沿って縦長に延びる１対の互いに平行な壁を設けるように押出し成形され、前記壁は前記基部に直交する向きになっていることを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
31. 前記補強ストリップを封入する工程を更に含んでいることを特徴とする、請求項３０に記載の方法。
32. 前記押出し成形する工程と導入する工程とは、クロスヘッド押出しダイにおいて一緒に実施されることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
33. 螺旋状に巻かれたスチール補強のプラスチックパイプを製造する方法であって、前記方法は、
    基部と、前記基部から直立した縦長に延びる隆起部とを設けたプラスチックプロファイルを押出し成形する工程と、
    金属の細長い補強ストリップを隆起部に導入する工程とを含んでおり、前記金属のストリップは、長方形の断面を有し、かつ、金属ストリップは高さ対厚さの比が少なくとも３対１であるとともに、前記基部に直交する向きになっており、それにより、複合材ストリップを形成し、
    前記方法は、さらに、
    前記基部に層を接着する工程を含んでおり、前記層のヤング係数は、前記プラスチックストリップのヤング係数よりも高く、前記層の降伏強度は、前記プラスチックストリップの降伏強度よりも高くなっており、
    前記方法は、さらに、
    前記複合材ストリップを螺旋状に巻く工程と、
    前記螺旋状に巻かれた複合材ストリップの互いに隣接し合う巻きの互いに隣接し合う端縁部を相互に嵌合させて、螺旋状パイプを形成する工程と、
    を含む、ことを特徴とする方法。
34. 前記隆起部は、前記補強ストリップを支持するような形状になった縦長に延びるスロットを定めるように押出し成形されることを特徴とする、請求項３３に記載の方法。
35. 前記隆起部は、前記基部に沿って縦長に延びる１対の互いに平行な壁を設けるように押出し成形され、前記壁は、前記基部に直交する向きになっていることを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
36. 前記導入する工程と螺旋状に巻く工程との間に別な工程を含んでおり、
    前記別な工程は、
    真っ直ぐな複合材ストリップを水平な軸線の周囲を回転するハブを設けたスプールの方向に向かわせる工程を含んでおり、前記複合材ストリップの基部はハブの下側に面しており、
    前記別な工程は、さらに、
    スプールを駆動して、前記真っ直ぐな複合材ストリップをスプールに向けて引張るとともに、前記スプールのハブを中心としてハブの下側から前記複合材ストリップを巻く工程と、
    前記スプールを或る場所に輸送する工程と、
    前記複合材ストリップを前記スプールから巻き戻す工程と、
    を含む、ことを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
37. 前記接着する工程と、前記螺旋状に巻く工程との間に別な工程を含んでおり、
    前記別な工程は、
    前記真っ直ぐな複合材ストリップを水平な軸線の周囲を回転するハブを設けたスプールの方向に向かわせる工程を含んでおり、前記複合材ストリップの基部は、前記ハブの下側に面しており、
    前記別な工程は、さらに、
    スプールを駆動して、前記真っ直ぐな複合材ストリップを前記スプールに向けて引張るとともに、前記スプールのハブを中心として前記ハブの下側から前記複合材ストリップを巻く工程と、
    前記スプールを或る場所に輸送する工程と、
    前記複合材ストリップを前記スプールから巻き戻す工程と、
    を含む、ことを特徴とする、請求項３３に記載の方法。

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