JPH01101140A - 繊維強化複合樹脂管及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般には繊維強化複合樹脂管（以後ｒＦＲＰ
管」という、）及びその製造法に関するものであり、更
に詳しく言えば接続長尺化が可能で、特に回転トルクの
伝達に適したＦＲＰ管に関するものであり、例えば土木
分野、石油開発等に於けるポーリング機械の掘削用連結
管及び自動車、船舶、航空機等の輸送機械の動力伝達用
プロペラシャフト等に好適に使用し得るものである。

勿論、本発明のＦＲＰ管は回転トルク伝達用に限定され
るものではなく、例えば建築分野等における柱、梁、流
体輸送用配管等のような引張力、圧縮力のかかる高強度
構造用材料としても好・適に使用可能である。

の　　　　　　び、　　へ 従来、例えばポーリング機械に使用される掘削用連結管
としては鋼製パイプが使用されている。

該鋼製パイプを掘削用連結管、つまり掘削用パイプとし
て使用する場合には、該各パイプの両端部に夫々雄ねじ
及び雌ねじを予め形成し、連結すべき隣接する二つのパ
イプの当接端部に形成された該雄ねじと雌ねじを螺合せ
しめることにより直接間パイプを接続し、所望の長さに
連結する方法が採用されている。又、別法として、各パ
イプの両端部には雌ねじを形成し、接続用の雄ねじ付短
管で両パイプを接続する方法もとられている。

上述のように、従来の掘削用パイプは鋼製とされるため
に、 （１）重量が大であり作業性が悪いのみならず。

特に数千メートルのポーリングになると掘削用パイプの
荷重だけでも数百トンとなり、特別に掘削用パイプのた
めの支持構造体が必要とされる。

（２）石油、天然ガスの掘削に見られる酸処理作業時に
は、使用される塩酸により掘削用パイプが腐食する。

等といった問題があった。

このような問題を解決するべく、繊維強化樹脂にて形成
された中空管の両端部分に所定の長さを有した管接続用
の金属製短管を取り付け、該金属製短管には雄ねじ又は
雌ねじが形成されたことを特徴とする接続長尺化可能の
ＦＲＰ管が本出願人により提案されている（特願昭６１
−３１４２９５号及び特願昭６１−３１４２９８号を参
照せよ、）。

（し　　　　−　　　　　　る　ロ 上記ＦＲＰ管は従来の鋼製の掘削用パイプが有する問題
点を解決するものではあったが、繊維強化樹脂にて形成
された中空管と接続用金属製短管との接続は、（イ）圧
入、接着剤による接合、又は（ロ）繊維強化樹脂製中空
管及び金属製短管にネジ切りを行ない螺合せしめること
により行なわれており、前者（イ）の場合には接合強度
に限度があり、大トルクの伝達には不適であり、又後者
の（ロ）の場合にはネジ切り加工により特に繊維強化樹
脂製中空管の強度が減少され、好ましいものではなかっ
た。

本発明者等は、多くの研究実験の結果、繊維強化樹脂製
中空管の両端部内周部に係合する各金属製短管の外周囲
にローレット加工の如き凹凸形状を形成することよりＦ
ＲＰ管が有する上記欠点が大幅に改善されることを見出
した０本発明は斯る新規な知見に基づくものである。

発ｍ薗− 本発明の目的は１重量を軽減し、腐食の問題をなくし、
且つ後機械加工等により繊維強化樹脂製中空管の強度を
低下させることがなく、耐引張り、耐内圧性が大きく、
接続長尺化可能なＦＲＰ管及びその製造法を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、相当大きな回転トルクを伝達する
ことができ、接続長尺化が可能なＦＲＰ管及びその製造
法を提供することである。

ロー 上記薄目的は本発明に係るＦＲＰ管によって達成される
。要約すれば本発明は、繊維強化複合樹脂にて形成され
た中空管の両端部内周部に接続用の金属短管を備えた接
続長尺化可能の繊維強化複合樹脂管において、前記繊維
強化複合樹脂中空管の両端部内周部に係合する各金属製
短管の外周囲は凹凸形状に形成されることを特徴とする
接続長尺化可能の繊維強化複合樹脂管であり、特に好ま
しくは、繊維強化複合樹脂中空管は、金属製短管の内部
端面に当接した所定の長さを有した第１の繊維強化樹脂
にて形成された中空管と、該第、ｌ繊維強化樹脂中空管
及び両金属製短管の外周囲を被覆して形成された第２の
繊維強化樹脂中空管にて形成される。

斯るＦＲＰ管は、（ａ）一定の直径を有し所定の長さと
された本体部と、該本体部に一体に連接し、縮径された
一端部とを有した細長のマンドレルを用意する工程、（
ｂ）該マンドレルの本体部の上に所定の肉厚を有した第
１の繊維強化樹脂層を形成し、所望に応じて硬化する工
程、（ｃ）前記マンドレルの両端部よりそれぞれ外周囲
が凹凸形状に形成された接続用金属製短管を挿入し、前
記第１の繊維強化樹脂層の両層部に当接せしめる工程、
（ｄ）次いで前記第１繊維強化樹脂層及び両金属製短管
の外周囲を被覆して、所定の肉厚を有した第２の繊維強
化樹脂層を形成し、硬化する工程、（ｅ）前記マンドレ
ルを軸線方向一方向に引抜く工程、を少なくとも有する
ことを特徴とする製造法にて好適に製造し得る。好まし
い実施態様に従えば、（１）第１及び第２繊維強化樹脂
層は、それぞれ第１及び第２樹脂含浸繊錐を用いてフィ
ラメントワインディング法により形成されるか、（２）
第１繊維強化樹脂層は樹脂含浸繊維を用いてフィラメン
トワインディング法により形成され、第２繊維強化樹脂
層はプリプレグを用いてワインディング法により形成さ
れるか、（３）第１及び第２繊維強化樹脂層共にプリプ
レグを用いてワインディング法により形成される。

支ム１ 次に、本発明に係るＦＲＰ管を図面に即して更に詳しく
説明する。

第１図には本発明に係るＦＲＰ管の一実施例が示される
０本発明に係るＦＲＰ管１は、繊維強化樹脂にて形成さ
れた所定長さ（Ｌ）及び所定直径（Ｄ）とされる繊維強
化複合樹脂中空管２と、該中空管２の両端部内周部分に
取付けられた管接続用の金属製短管４，６とを有する。

繊維強化複合樹脂中空管２は、本実施例では金属製短管
の内部端面に°当接した所定の長さを有した第１の繊維
強化樹脂にて形成された中空管２ａと、該第１繊維強化
樹脂中空管２ａ及び両金属製短管４．６の外周囲を被覆
して形成された第２の繊維強化樹脂にて形成された中空
管２ｂとから構成されているが、第１の繊維強化樹脂中
空管２ａは省略することも可能である。

又、一方の金属製短管４は端、部に雌ねじ４ａが形成さ
れ、他方の金属製短管６には端部に前記雌ねじ４ａに螺
合し得る雄ねじ６ａが形成される。

該雄ねじ６ａ部分は、図示されるように、第２のｍｓ強
化樹脂中空管２ｂより外方へと突出して形成される。斯
る構成のＦＲＰｖｌは一つのＦＲＰ管の金属短管の雌ね
じ４ａと他のＦＲＰ管の雄ねじ６ａを螺合せしめること
により複数本を互いに接続し長尺化することができる。

又、両金属短管４，６の外周部４ｃ、６ｂには、第２図
及び第３図に図示されるように、凹凸形状が形成される
。該凹凸形状は、ローレフト加工にて形成することもで
き、例えばＪＩＳ　　Ｂ０９５１に規定される平目又は
アヤ目とすることができ１例えばモジュール（ｍ）が０
．５の平目又はアヤ目とすることができる。更には、Ｊ
ＩＳ規格のアヤ目ローレフト加工に類似しているが、ロ
ーレット加工角度（軸線方向に対するアヤ目のなす角度
）をＪＩＳ規定の３０度から４５度に変更したもの、或
いは、凸状に形成された冬目の頂部を偏平にしたもの等
を使用することができる。

従って、中空管２、本実施例では第２ｆｆｌ維強化樹脂
中空管２ｂと金属製短管４．６との接続は、繊維強化樹
脂中空管２ａの両端部内周部が各金属製短管の外周囲に
形成されたローレット加工の如き凹凸形状部に緊密に突
入することにより極めて大きな回転トルクにも耐え得る
ような強度にて接合される。更に好ましくは、繊維強化
樹脂中空管２ａの両端部内周部及び各金属製短管の外周
囲の互いに嵌合する部分の形状を円形ではなく、楕円又
は多角形の如き非円形断面とし、相当大きな回転トルク
を伝達することができるように構成することも可能であ
る。

上記第１及び第２繊維強化樹脂中空管２ａ、２ｂは、（
Ｌ）それぞれ第１及び第２樹脂含浸１！！雄を用いてフ
ィラメントワインディング法によす形成するか、（２）
第１繊維強化樹脂中空管２ａは樹脂含浸繊維を用いてフ
ィラメントワインディング法により形成され、第２繊維
強化樹脂中空管２ｂはプリプレグを用いてワインディン
グ法により形成するか、又は（３）第１及び第２繊維強
化樹脂中空管２ａ、２ｂ共にプリプレグを用いてワイン
ディング法により形成される。

Ｍ！１ｌｔｉ強化樹脂中空管２、本実施例においては第
１のＳ雄強化樹脂中空管２ａ及び第２のＪａｍ強化樹脂
中空管２ｂは、強化ａｍとしては家素繊錐。

ガラス繊維又はアラミド繊維が使用され、マトリクス樹
脂としてはエポキシ、不飽和ポリエステル、ウレタンア
クリレート、ビニルエステル、フェノール、ポリウレタ
ン等の熱硬化性樹脂及び。

ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１２．ＰＢＴ、Ｐ
ＥＴ、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニ
レンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ
エーテルスルファイド、ポリフェニレンオキシド、ノリ
ル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニール等の熱可塑性樹
脂が好適に使用され、またこれら樹脂の中にはＣａＣＯ
３゜マイカ、Ａｎ　（ＯＨ）　３．タルク等の充填剤を
添加しても構わない、更に耐熱性、耐候性を改良するた
めの添加剤及び着色剤等を添加することもできる。

以上の構成とされる本発明に係るＦＲＰ管及びその製造
方法を実施例についてより具体的に説明する。

支ム１ユ 第１図に図示されるように、本体部１０ａの長さＬｌが
１６００ｍｍ、縮径部１０ｂの長さが２５０ｍｍの細長
のマンドレル１０を用意した（第４図（イ））、該マン
ドレルｌＯは断面が円形とされ、本体部１０ａの直径Ｄ
１は９８．０ｍｍ、縮径部１０ｂの直径Ｄ２は８５．０
ｍｍとされた。

該マンドレル１０に対し、その本体部領域（文士２Δｉ
）１０００ｍｍにわたって第１の繊維強化樹脂層２ａが
厚さ６．０ｍｍにて形成された。

該第１の繊維強化樹脂層２ａは、強化繊維としてガラス
Ｊａｒａ、マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を使用
して作製されたガラスＨ＆維クロスを通常のワインディ
ング法により巻付けることにより形成した。

第１の強化繊錐樹脂層２ａを硬化した後、該樹脂層２ａ
の両端部をΔ皇＝３０ｍｍにわたって切断し、所定の長
さ党＝９４０ｍｍの第１の強化繊錐樹脂層、つまり中空
管２ａを形成した（第４図（ロ））。

次いで、マンドレル１０の両端部よりそれぞれ外周囲が
凹凸形状に形成された。鋼製の接続用金属製短管４．６
を挿入し、前記第１の繊維強化樹脂層、つまり第１繊維
強化樹脂中空管２ａの両短部に当接せしめた（第４図（
ハ））。

マンドレル１０の本体部１０ａに装着された接続用金属
製短管４は、第２図に図示されるような雌ねじ短管とさ
れ、内径９８．０ｍｍの例えばＪＩ　Ｓ　、ＰＦＳ管用
平行ねじ溝が形成された雌ねじ部４ａと、内径９８．５
ｍｍの取付は部４ｂとから成り、又、外径は１１０．０
ｍｍとされ、その外周面４Ｃには、ＪＩＳ　　Ｂ　　０
９５１に規定されるモジュール（ｍ）が０．５のアヤ目
であり、特に、ローレット加工角度（軸線方向に対する
アヤ目のなす角度）をＪＩＳ規定の３０度から４５度に
変更したローレット加工による凹凸形状を形成した。

又、マンドレル１０の縮径部２ｂに装着される接続用金
属製短管６は、第３図に図示されるような雄ねじ短管と
され、内径部はマンドレルｌＯの縮径部２ｂと相補形状
に形成され、内径が８５゜５ｍｍと、９８．５ｍｍの２
段形状とされる取付は孔部６ａと、外径が１１０．０ｍ
ｍとされる外周面６ｂと、外径９８．０ｍｍの例えばＪ
ＩＳ。

ＰＦ５管用平行ねじが形成された雄ねじ部６Ｃとを有す
る。その外周面６ｂには、雌ねじ短管４と同様の凹凸形
状が形成された。

各端管とも、ねじ部４ａ、６Ｃの長さＷ２は本実施例で
は１３０ｍｍとされ、凹凸形状とされる外周面４ｃ、６
ｂの長さＷｌ、Ｗ３はそれぞれ１３０．３００ｍｍとさ
れた。

次いで、前記第１の繊維強化樹脂層、つまり第１！ａｔ
＆強化樹脂中空管２ａ及び両金属製短管４．６の外周囲
を被覆して第２の繊維強化樹脂層２ｂを形成した。該第
２繊維強化樹脂層２ｂは、強化繊錐として炭素繊維を使
用したエポキシ樹脂プリプレグを厚さ６．０ｍｍにて通
常のワインディング法により巻付けることにより形成さ
れた（第４図（ニ））。

本実施例では、前記エポキシ樹脂プリプレグを使用した
場合には成形性を良くするためにこれらプリプレグを圧
着ローラ（図示せず）にてマンドレル面に対し長手方向
線荷重５　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ以上の荷重で加圧した。

更に又１本実施例においては、巻付けられたプリプレグ
等は形状保持のための外装テープ、本実施例では熱収縮
テープ（図示せず）を巻き付けた。

次いで、オートクレーブを使用して第２繊維強化樹脂層
、つまり第２繊維強化中空管２ｂを加熱硬化した。硬化
温度は樹脂によって若干異なるが本実施例ではｌＯ℃／
分の割合で１２０℃〜１４０℃まで昇温し、２時間保持
した後、１０℃／分の割合にて冷却した。

冷却後、熱収縮テープを取り除いた後マンドレル１０を
、第４図（ニ）に図示するように矢印方向へと引抜いた
。第２繊維強化中空管２ｂの両端面部は適宜切断し、整
形することができる。これにより、第１図に図示される
ように、断面が円形をした全長りが１５００ｍｍ（雄ね
じ突出部ｗ２　　。

＝１３０ｍｍ）、外径りが１２２．０ｍｍの炭素繊維強
化樹脂中空管１が得られた。

このようにして得られた物理的特性は表１に示す通りで
あった。

表１ 縦弾性係数　　　　！　　　−１１８Ｇｐａ　　（富）
剪断弾性係数　　　Ｇ　　　−１２９Ｇｐａ　　（を家
）最大耐久トルク　　ｉｌａ冨　−２，３Ｘ１０４Ｎ・
■（零攻宜）軸方向耐圧縮荷重　Ｐｃｏｍｐ　＝　１０
０ｔｏｎ（９１２０００ＫｇＦ／會ｌｌ２ （零９３０００Ｋｇｆ／肩、！ （を本家）　　２４００Ｋｇｆ＠■ 上記実施例で、第１繊維強化樹脂層２ａはガ、ラス繊維
強化樹脂層であるとして説明したが、第２繊維強化樹脂
Ｎ２ｂと同じく炭素繊維強化樹脂層とすることもでき、
又、第２繊維強化樹脂層２ｂは１強化繊錐として炭素繊
維を使用したエポキシ樹脂プリプレグを用いたがエポキ
シ樹脂フィラメントを通常のワインディング法により巻
付けることにより形成することも可能であり、又、他の
繊維強化樹脂層を他の方法で形成することもできる。

つまり、第１及び第２繊維強化樹脂層は１種々の強化繊
錐及びマトリクス樹脂を使用して。

（１）それぞれ第１及び第２樹脂含浸繊錐を用いてフィ
ラメントワインディング法により形成するか、（２）第
１１強化樹脂層は樹脂含浸繊維を用いてフィラメントワ
インディング法により形成され、第２繊維強化樹脂層は
プリプレグを用いてワインディング法により形成するか
、又は（３）Ｗ４１及び第２繊錐強化樹脂層共にプリプ
レグを用いてワインディング法により形成することがで
きる。又、上記（３）の方法のように第１及び第２繊維
強化樹脂層が共にプリプレグを用いたときは、第１繊維
強化樹脂層形成時には硬化処理を行なわず１次の第２繊
維強化樹脂層を形成した後。

第１．第２繊維強化樹脂層の硬化処理を行なうこともで
きる。

更には、第ｔａａｍ強化樹脂層２ａを形成することなく
、即ち上記第４図（ロ）の工程を省略し、マンドレル１
０上に接続短管４．６をセットし。

直接第２繊維強化樹脂層２ｂを接続短管４．６及びマン
ドレル１０を覆って形成することも可能である。

え豆立羞」 本発明に係るＦＲＰ管は以上の如くに構成されるために
、重量を軽減し、腐食の問題をなくし、且つ後機械加工
等により樹脂管の強度を低下させることがなく、耐引張
り、耐内圧性が大きく、接続長尺化が可能であるという
効果を有する。更に本発明のＦＲＰ管は相当大きな回転
トルクを伝達することも可能であり、種々の用途に好適
に採用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るＦＲＰ管の一実施例の断面図で
ある。 第２図及び第３図は、それぞれ第１図の本発明に係るＦ
ＲＰ管を製造する際に使用する接続用金属製短管の斜視
図である。 第４図（イ）〜（ニ）は１本発明に係るＦＲＰ管を製造
する工程を説明する工程説明図である。 １　ｍ　ＦＲＰ管 ２：繊維強化樹脂中空管 ２ａ：第１の繊維強化樹脂中空管（暦）２ｂ：第２の繊
維強化樹脂中空管（暦）４．６：管接続用金属製短管 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）繊維強化複合樹脂にて形成された中空管の両端部内
   周部に接続用の金属短管を備えた接続長尺化可能の繊維
   強化複合樹脂管において、前記繊維強化複合樹脂中空管
   の両端部内周部に係合する各金属製短管の外周囲は凹凸
   形状に形成されることを特徴とする接続長尺化可能の繊
   維強化複合樹脂管。 ２）繊維強化複合樹脂中空管は、金属製短管の内部端面
   に当接した所定の長さを有した第１の繊維強化樹脂にて
   形成された中空管と、該第１繊維強化樹脂中空管及び両
   金属製短管の外周囲を被覆して形成された第２の繊維強
   化樹脂にて形成された中空管とから成る特許請求の範囲
   第１項記載の接続長尺化可能の繊維強化複合樹脂管。 ３）金属製短管の一方には雄ねじが、又他方には雌ねじ
   が形成されて成る特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の繊維強化複合樹脂管。 ４）繊維強化樹脂中空管の強化繊錐は炭素繊維、ガラス
   繊維又はアラミド繊維であり、マトリクス樹脂はエポキ
   シ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル等の熱硬化性
   樹脂、及びナイロン６、ナイロン６６、ポリカーボネー
   ト、ポリアセタール、ポリフエニレンスルフアイド、ポ
   リプロピレン等の熱可塑性樹脂である特許請求の範囲第
   １項〜第３項のいずれかの項に記載の繊維強化複合樹脂
   管。 ５）（ａ）一定の直径を有し所定の長さとされた本体部
   と、該本体部に一体に連接し、縮径された一端部とを有
   した細長のマンドレルを用意する工程； （ｂ）該マンドレルの本体部の上に所定の肉厚を有した
   第１の繊維強化樹脂層を形成し、所望に応じて硬化する
   工程； （ｃ）前記マンドレルの両端部よりそれぞれ外周囲が凹
   凸形状に形成された接続用金属製短管を挿入し、前記第
   １の繊維強化樹脂層の両短部に当接せしめる工程； （ｄ）次いで前記第１繊維強化樹脂層及び両金属製短管
   の外周囲を被覆して、所定の肉厚を有した第２の繊維強
   化樹脂層を形成し、硬化する工程；（ｅ）前記マンドレ
   ルを軸線方向一方向に引抜く工程； を少なくとも有することを特徴とする繊維強化複合樹脂
   管の製造法。 ６）第１及び第２繊維強化樹脂層は、それぞれ第１及び
   第２樹脂含浸繊維を用いてフィラメントワインディング
   法により形成されて成る特許請求の範囲第５項記載の製
   造法。 ７）第１繊維強化樹脂層は樹脂含浸繊維を用いてフィラ
   メントワインディング法により形成され、第２繊維強化
   樹脂層はプリプレグを用いてワインディング法により形
   成されて成る特許請求の範囲第５項記載の製造法。 ８）第１及び第２繊維強化樹脂層は、それぞれプリプレ
   グを用いてワインディング法により形成されて成る特許
   請求の範囲第５項記載の製造法。 ９）第１及び第２繊維強化樹脂層の強化繊維は炭素繊維
   、ガラス繊維又はアラミド繊維であり、マトリクス樹脂
   はエポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル等の
   熱硬化性樹脂、及びナイロン６、ナイロン６６、ポリカ
   ーボネート、ポリアセタール、ポリフエニレンスルフア
   イド、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂である特許請求
   の範囲第６項〜第８項のいずれかの項に記載の繊維強化
   複合樹脂管の製造法。