JPH01195026A - コンポジットチューブの製造方法並びに装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンポジットチューブの製造技術に関し、特
に繊維材料と樹脂との複合材で構成された宇宙ステーシ
ョン用の柱（ｓｔｒｕｔ）等に使用されるチューブの製
造に関する。

〔従来の技術〕

コンポジットチューブは、通常、樹脂を含浸した繊維材
料をマンドレルに巻き付け、得られた複合材料をマンド
レル上に巻いたまま熱処理して成形することによって作
られる。チューブはその外周面にこれと共に熱処理され
たアルミフォイルの層を有し、これは低い地球軌道環境
の酸素原子による複合材の腐食に対する防護コーティン
グを構成する。アルミフォイルは高い熱伝導性を有する
ので、それが宇宙にあるときの日向の部分と日陰の部分
との熱の差を少なくするのにも役立つ。長手方向に開い
て熱処理後にコンポジット材料をマンドレル上から取り
外せる分割金属モールドを使用して成形する場合には、
美観上好ましくない長手方向の継目線が生じ、且つこの
継目線はアルミフォイルに損傷を与える。

成形品をハツチ処理用のスタンドに載せてオーブン中に
入れるハツチ式の熱処理工程を採用する場合には、コン
ポジット材料をオーブンまで搬送しなければならす、更
にこの工程は長い時間を要するので作業予定の干渉が生
じる恐れがある。その上、この種のオーブンは操作にコ
ストがかかる。

６フイートを超えるような長いコンポジットチューブは
、熱処理時にそれが充分に固まっていなかったり、うま
く支えられていなかった場合には垂れ下がる恐れがあり
、その値は６フイートで約０．０２インチにも達する。

繊維材料が二つの同心的なアルミチューブの間の空間を
通して引っ張られ、次いで樹脂を含浸せしめられ、熱処
理を受け、その後でアルミチューブの一部が取り除かれ
て所望の厚みのアルミ防護層を得るやり方は高価で且つ
複雑であり、得られたチューブの均一性にも問題がある
。

マンドレル上に巻き付けられるコンポジット材料がいわ
ゆるパイプオートクレーブ内に挿入され、該パイプ内に
設けられた空気袋に空気が送られてこれを膨張させ内側
からコンポジット材料を加圧して、熱処理中にこれを成
形する工程によれば、継目線のないチューブを得ること
ができるが、熱処理後のコンポジット材がマンドレルを
緊密に締めつけるので、マンドレルの取り外しが問題と
なる。その上、コンポジット材料に対する空気袋の締め
つけ作用によって、フープ繊維即ちコンポジット材料の
半径平面に対して殆ど０の角度をなして円周方向に延在
する繊維に挫屈を生しることがある。本明細書中で使用
されている“半径弁溝平面”とは製造されるコンポジッ
トチューブ又はこれの巻き付けられるマンドレルの長手
方向軸に直角な平面を意味する。

本発明の目的はコンポジットチューブの改良された製造
方法と装置を提供することにある。

本発明の他の目的は継目線のないコンポジットチューブ
を製造するための改良された方法と装置を提供すること
にある。

本発明の別の目的は均一な安価な複雑でないそして信頼
性の高いコンポジットチューブの製造方法を提供するこ
とにある。

本発明の更に別の目的はコンポジット材料の中の繊維か
成形や熱処理工程中に挫屈を生じることのない方法と装
置を提供することにある。

本発明の更にもう一つの目的はアルミフォイルが損傷を
受けることなくコンポグツ１〜材料と共に熱処理をされ
る方法と装置を提供することにある。

本発明のための目的はコンポジット材料の熱処理のため
にオーブンの使用を必要としない方法を提供することに
ある。

本発明の更に他の目的はオーブンへのコンポジット材料
の搬送の必要性をなくすことにより、チューブ製造工程
の流れを改良し、以て熱処理が組み立て領域その他所望
の場所で行われるようにすることにある。

本発明のもう一つの目的はチューブの熱処理工程におい
てチューブの直線性が維持される方法を提供することに
ある。

上述の目的、特徴、利点は図面に示す好適実施例の説明
によって更に明らかになるであろう。

〔実施例〕

第１図と第２図によれば、コンポジット材料１６を作る
ためのマンドレル１２と細長い円筒状のモールド１４が
示されている。

マンドレル１２はスチール等の適宜な材料で構成された
細長い円筒状のパイプであり、特定の長さと直径を所望
のチューブ１６を得るための当業者に周知のザイズを有
している。パイプ１８の端部２０と２１は、ねし山２６
をその外周面に具えた端部プラグ２４と２５にそれぞれ
螺合するねし山２２をその内周面に具えている。スチー
ル等で構成された各プラグ２４　、２５は、パイプ１８
に取イ」けられると、パイプ１８の両端を越えてテーパ
ー部２８まで軸方向に外側に延在する。このテーパ一部
２８は、パイプ１８の軸３２に対して約５〜１５°稈度
の僅かな角度をなして符号３０で示すような傾斜面を形
成している。本明細書で゛°軸方向”とはマンドレル１
２の軸３２に平行な方向を指し、これは又その上に形成
されるコンポジットチューブ１６の軸にも平行である。

°“半径方向”とは軸３２に直交する方向を指す。テー
パ一端部２８の端には小径の取付は具３４が設けられて
いる。

パイプ１８と端部２８の周囲に係合して略円筒状の細長
い空気袋３６が取付けられている。この空気袋３６は後
述するように空気圧又は適宜な流体圧が作用すると膨脂
可能な適宜な弾性材料で作られている。コンボシラ１−
チューブ１６を熱処理した後マンドレル１２を取り外す
ためと、空気袋に良好な強度と熱能力を与えるために、
空気袋３６をコンポジットチユーブ１６から簡単に外せ
るように、コンポジットチューブ１６はシリコンラバー
で構成されることが望ましい。端部取付は具３４が挿入
される孔４０を有する端部キャップ３８は、内部に向か
って次第に拡大する傾斜開口４２を具え、この傾斜３０
は端部２８と実質的に同じテーパーであってこれに適合
し、空気袋３６の端を端部キャップ３８の傾斜面と前記
テーパー部分２８との間に挟んで空気袋３６を膨脹させ
るためにパイプ１８と空気袋３６との間に空気を吹き込
むことができるようにされている。端部キャップ３８は
ナツト４３によってテーパ一端部２８に押しつけられて
これに取付けられ、該ナツト４３は端部取付は具３４に
螺合している。

一方の端２０において、各端部２４．テーパー部分２８
並びに端部取付は具３４は開口又は通路４４を有し、該
通路は軸方向に貫通して空気源からパイプの空間４６に
至る気圧の通路５２を構成している。テーパ一部分２８
とねじ山２２との間には、通路４４と連通ずる分岐通路
４日が前記通路４４から半径方向に延在し、端部プラグ
２４の外周面と空気袋３６との間の空間に開口している
。

これにより、気圧が空気袋３６と端部プラグ２４の間の
空間並びに空気袋３６を膨脹させるためのパイプ１８に
供給され、コンボグツ１〜材料１６はモールド１４に対
して押しつけられ、熱処理されながら成形される。前記
端部プラグ２４はねし山を有する端部５０を具え、ここ
に空気供給源５２が接続されている。

他方の端部プラグ２５はねじ部２６を軸方向に貫通して
内部ねじ山２２とテーパ一部分２８との中間点に達する
通路５３を有し、通路５４と連通ずるこの点において、
通路５３から半径方向に延びて端部プラグ２５の外周面
に達し、端部プラグ２５と空気袋３６との間の空間内に
開口して、空気源５２がら空気袋３６と端部プラグ２５
の間の空間４６とパイプ１８を通って供給される気圧を
もたらし、パイプの両端２０　、２１への均等な気圧の
分配を行う。かくして、通路４４を通り、空間４６を経
て通路５３内へ流れ、更にパイプの両端２０　、２１に
おける分岐通路４８　、５４に流れる気圧５２の適用に
よって、空気袋に対して均等な気圧が与えられ、且つ端
部キャップ３８は空気袋の端をテーパ一部分２８との間
で挟み込み、空気袋からの空気の漏洩をシールする。

マンドレル１２上にチューブ状コンポジット材料１６を
被せた状態で、これを雌型１４の開口５６内に挿入して
成形と熱処理を行う。ここで゛″雌型とは、成形される
材料を受は入れる長手方向に延びる開口を有するモール
ドを意味する。

このチューブ状コンポジット材料は樹脂を含浸した繊維
材料であり、空気袋３６に気圧が適用されないリラック
ス状態にあるチューブ状ロールによって好適に適用され
るものである。

モールド１４とチューブ１６の両者に使用される樹脂は
、所望の特性、コスト、品質等の変動要因に応じて適宜
に選択される。天然であると合成であるとを問わず、こ
の樹脂は収縮が少なく従って歪みの少ないエポキシ樹脂
が好ましい。高い耐衝撃性が望まれる場合には、フェノ
ール樹脂等の熱可塑性樹脂が望ましい。宇宙で使用され
る柱材用のチューブ等の高品質が望まれる用途に対して
は、このエポキシ樹脂はガラス転移点が４００°Ｆ以上
のＣ１ｂａ　Ｇｅｉｇｙ社で製造されているＡｒａｌｄ
ｉｔｅＭｙ　７２０又は７２１若しくはこれとＢｉｓｍ
ａｌｅｉｍｉｄとの混合物等の、高温キユアリング可能
の高機能エボキシであることが望ましい。　ｌ１ｌｉｎ
ｏｉ州のＩｔａｓｃａのＡｍｏｃｏ　Ｐｅｒｆｏｒｍａ
ｎｃｅ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、　Ｉｎｃ、から市販されて
いる１９０８　Ｂ級のエポキシも良い結果を得ることが
判っている。ここで“樹脂”とは、繊維材料が埋め込ま
れた、樹脂以外のセラミックスや金属等のマトリックス
材料をも包含している。

熱処理後にモールド１４及びマンドレル１２からのチュ
ーブ１６の取り外しを容易にし、且つ実質的に孔の無い
（約１％以下の孔）高品質表面仕上げを維持するために
、ｄｕ　Ｐｏｎｔ　ｌ）ｅ　Ｎｅｍｏｕｒｓ　＆　Ｃｏ
。

製のＦＥＰ（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ　ｅｔｈｙｌｅｎ
ｅ　ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）剥離フィルム等の適宜なテフ
ロンをヘースとした剥離フィルムをチューブの表面に適
用することが望ましい。

地球を周回する低い軌道の環境での酸素原子による腐食
からチューブを防護するための保護コーティングを提供
し、且つチューブが宇宙空間にある際に、日向の側と日
陰の側との熱の影響の差を減らすための高い熱伝導性を
もたらすために、コンポジット材料１６の表面に、該材
料１６と一緒にキユアリングされるように僅かにこれと
重ねられた一層のアルミフォイル５８が適用され、これ
によってフォイル５８を適用する時間とコストを節約し
ている。しかし、アルミフォイル５８の内層にも外層に
も剥離フィルムは適用されない。必要に応じて、適宜な
接着剤がアルミフォイル５８とコンポジット材料１６と
の間に塗布される。しかし、コンポジット材料１６中の
樹脂も幾らかの接着性を持っている。この接着剤は予め
アルミフォイル５８に塗布しておくが、又はシート状の
接着剤をコンボジッｉ・材料１６に重ねておいてもよい
。必要とするチューブの特性に応じてアルミ以外の金属
フォイルを利用する場合もある。

モールドが高価で製造が難しいスプリットメタルやツー
ピースタイプのものであって、長手方向の継ぎ目線に沿
って１８０度に開いてコンポジット材料の挿入や取り出
しを行う場合には、フォイルは生じたシーム線の個所で
脆弱になるか又は損傷を受ける。このようなシーム線は
美観の点からも好ましくない。従って、本発明によるシ
ームレスチューブを作るためには、第２図に示すように
、モールド１４はシングルピース型のものでなければな
らない。即ち、このモールドは長手方向のシーム線に沿
って開くものではなく、成形されるコンポジット材料は
モールドを開かなくても挿入・取り出し可能なものであ
る。

コンポジット材料１６を担持したマンドレル１２がシン
グルピースのモールド１４内に挿入された後、空気袋３
６に加圧空気５２が吹き込まれ、前述のように空気袋を
膨脹させてモールド１４の内面５６に対してコンポジッ
ト材料１６を押圧し、これをキユアリングすると共に成
形する。宇宙における利用の場合には、チューブ１６は
炭素繊維と樹脂との複合体であることが望ましい。通常
の金属製のモールド内の空間はキユアリングの際に膨脹
し、炭素繊維のデユープは空気袋によって加えられる圧
力のためにこの膨張状態のまま成形される。冷却される
と、金属モールドの空間は正常な寸法まで収縮し、一方
、炭素又はグラファイトの方は熱安定性が優れているた
めにそんなに収縮しない。従ってシングルピースの金属
モールドを使用した場合、この金属はキユアリングされ
た炭素又はグラファイトコンボジント材料のチューブと
干渉してこれにかじりつき、チューブかモールドを傷め
なければこれを取り出すことはできない。

本発明のシングルピースモールドにおいては、キユアリ
ングの後にチューブ１６を容易に取り出すことができ、
しかもモールドを安価に製造できる。

このモールド１４は、適当な樹脂を含浸した炭素又はグ
ラフアイ１〜（以後炭素と総称する）繊維の複合体で構
成されている。炭素繊維材料は、約４０ｍ５ｉ（百方ボ
ンド／平方インチ）より大きい弾性モジュラスの場合、
第３図と第１３図に繊維束７０と６１についてそれぞれ
６０で示されている繊維の長手方向の熱膨脂係数が負の
値を示し、第３図と第１３図に繊維束７０と６１につい
てそれぞれ６２で示されているこれと直交する方向では
正の熱膨脂係数を示す。第１７図は第３図に角度７４で
示されているような種々の繊維配向におけるグラファイ
ト／エポキシの積層体についての熱膨脹係数を示す。炭
素材料の種々のタイプによってグラフは若干変化するが
、第１７図のグラフはその典型的なものである。炭素繊
維は、モールド１４等のチューブ状の炭素コンボシラＩ
・部材の中でほめの長さに沿う熱膨脂係数が負の値を有
するが、第１７図に示されるように、繊維が半径平面に
対して約３０度の角度をなして配向している場合に、モ
ールドの最大の負の熱膨脂係数を示し、円周方向の繊維
に対しては僅かな負の熱膨脂係数のみを与える。かくし
て第３図に示すように、第１７図は、炭素繊維が半径平
面に対して符号６４で示される約４５度以下の角度をな
して配向しているコンポジットモールドは、加熱された
場合に該モールドの空間５６の直径が小さくなり、冷却
時には膨脹して直径が大きくなることを示している。コ
ンポジットチューブ１６が、第１３図に示すように、長
手方向に延在して半径平面６６とのなす角度が約４５度
より大きい炭素繊維を有する場合には、このコンポジッ
ト材料１６は加熱されるにつれて半径方向に外向きに膨
脹し、冷却されるにつれて半径方向に内向きに収縮する
傾向を有する。

このような場合、壁の厚さと繊維の配向に対応して、モ
ールドの穴の直径は０．０００５インチから０．００１
インチまで増加し、チューブの外径の方は冷却時に約０
．００１インチから０．００５インチ減少し、キユアリ
ングされたチューブ１６の取り外しのための間隙を生じ
させる。勿論、チューブ１６の繊維配向が長手方向で無
くなり、そして／又はモールド１４の繊維配向が約３０
度の好適角度７４から変化するにつれて、この間隙は次
第に小さくなる。

その上、チューブ１６の繊維材料が正の熱膨脂係数を有
する場合には、チューブ１６の冷却はその直径を減少さ
せる方向に働き、チューブをモールド１４から取り外す
ことを助ける作用をなす。第３図を参照すれば、本発明
にかかるモールド１４は、フィラメントワインディング
その他の手段によって適宜な樹脂を含浸された炭素繊維
を研磨されたスチール製のマンドレル６８上に巻くこと
によって作られる。モールド１４の内面５６にボイド（
ｖｏｉｄ）や隆起を生じさせる繊維の重ね巻きを避ける
ために、初期層又は内層、たとえば最初の二層において
は、繊維は半径平面６４に対して実質的に０度、即し５
度以下の角度で円周方向７０に配向してマンドレル６８
上に巻かれる。モールド１４内の高い負の熱膨脹係数を
得ると共に、取扱中の破損を防くように成る程度の軸方
向の強度をもたらすために、残りの層は初期層の上に螺
旋状に巻重ねられることが望ましく、これによって炭素
繊維７２は角度７４て傾斜する。この角度は好ましくは
約１５〜４０度、更に好ましくは約２５〜３５度、たと
えば３０度である。この角度７４は、チュー°　ブ１６
をモールド１４から取り出す際にモールドに充分な強度
を与えると共に、モールドの冷却時に半径方向の収縮で
なく膨張を許容するように当業者によく知られている原
理に基づいて選択されなければならない。螺旋状の巻付
けは、巻付けられた繊維束がマンドレル６８の円筒面上
に残ってそこに積層されるように充分に小さい角度７４
で行われるフィラメントワインディング工程である。

樹脂を含浸された炭素繊維材料７０　、７２をスチール
製のマンドレル６８に巻付けた後、これを約２０００Ｆ
の温度で約４時間加熱し、次いで約３５０゛の温度で約
３時間加熱し、その後冷却する。冷却する際、繊維７０
　、７２は伸長し、一方、スチールマンドレル６８の方
は収縮するので、マンドレル６８は容易に取り外すこと
ができる。

前ニ述べたＡｍｏｃｏ　１９０８　Ｂのエポキシを使っ
た場合には、充分に流延してボイドの形成を防ぎ、モー
ルド１４の内面５６に隆起が発生ずることが防止される
。円周方向のワインディング６０はモールド１４を使用
する際に剥がれる傾向を有する。

更に耐久性のある内面５６を与えて強いモールドにする
ために、第１８図に示すように、円周方向のワインディ
ング６０を省略して、Ａｍｏｃｏ　１９０８Ｂエポキシ
を使用してもよい。

第１３図を参照すると、モールド１４から、チューブ１
６の取り出しを容易にし且つこれの宇宙での使用の際に
要求される種々の物理的特性を満足させるために、チュ
ーブ１６用の樹脂含浸炭素繊維フィラメン）　７６　、
７８は半径平面６６に対してそれぞれ角度８２と８０を
なして延在し、この角度は約４５°よりも大きいことが
望ましく、更に約６０°よりも大きいことが望ましい。

例えば、繊維、７６は約６０°の角度をなし、一方、繊
維７８は約８０°の角度をなし、これによって第１７図
に示すような高い正の熱膨脹係数が得られる。

第４図〜第１２図には、本発明の好適実施例にかかるチ
ューブ１６の製造法の各ステップが図示されている。第
４図に示されているように、工程は先ず一７ンドレル１
２の周囲に適用するコンポジット材料９０の準備から始
まる。チューブ１６は必要ならばフィラメントワインデ
ィングされるけれど、時間とコス［を節約し腐食に強い
高い品質を与えるために、この実施例においてはこの材
料は辺１００．１０２に対して互いに対向する角度９６
　、９８をなして配向された繊維束を有する一対以上の
横方向テープ９２　、９４として準備される。この辺１
００゜１０２はマンドレル１２の周囲に延在し、準備さ
れるチューブ１６の半径平面を形成する。本出願人にか
かる別の特許出願第００６，４１１号（１９８７年１月
２３日出願）の中で述べられているように、テープ９２
　、９４を構成する横方向テープは織られたり編まれた
りしていない樹脂含浸繊維束であって、繊維同士は繊維
の交絡でなく樹脂によって保持され、これによって繊維
材料の脹らみは適当に抑えられ、得られたチューブに生
じる腐食を起こし易い余分なポケットを無くすことがで
きる。

第５図に示されたように、テープ９２と９４とはその縁
の部分１０４を１０５で示すように少しずらして互いに
重ねられ、チューブ１６が滑らかに形成されるようにさ
れる。

一対以上のテープが積層された後、この積層体は第６図
に図示された装置１０８内のマンドレル１２上に巻かれ
る。この装置は前述の出願の第６図に開示されているも
のと同じである。マンドレル１２は３本の引締めローラ
１０６の間に挿入される。

該ローラはマンドレル１２の周囲に互いに間隔を置いて
配置され、その中の少なくとも１本が駆動ローラになっ
ている。支持部材１０９上に取付けられたエアシリンダ
１１１によって作動せしめられる複数（７本）のラム１
０７が装置１０８の長さ方向に互いに間隔を置いて配置
され、ローラ１０６に調整された圧力を与えてマンドレ
ル１２上の積層されたテープ層に引締め力を適用する。

エアシリンダ１１１　は共通のマニホルド（図示しない
）によって相互に接続され、均等な引締め力を提供する
。ラムが引っ込むと、トップローラ１０６はマンドレル
１２から離れて上昇し、別のマンドレルが代わりに載せ
られ、チューブ１６の大量生産を行うことができる。適
宜な駆動手段（図示しない）にょっ−（０−ラ１０６の
一つが駆動され、材料９０がローラ１０６とマンドレル
１２の間に供給されると、これをマンドレル１２上で転
動させる。

第１３図〜第１５図によれば、樹脂含浸コンポジット材
料９０は積層されたテープからなる１枚以上のシート１
１０として準備されてもよい。このシートは形成される
チューブ１６に実質的に等しいか又はこれよりも長い長
さを有し、第４図の辺１００と１０２に対応するその辺
１１４は、マンドレルの円周の整数倍の長さ１１６を有
する。例えば、第１４図に示すように、チューブ１６の
内面は繊維が角度±Ａで延在する樹脂含浸繊維材料９０
からなる二つの層を有し、これに続いて繊維が十Ｂで延
在する六つの層があり、更に再び繊維が±への角度で延
在する二つの層が存在している。このようなチューブ構
造を得るために、第１３図によれば、シート１は繊維角
度が±Ａとなり辺１１４がマンドレルの円周の実質的に
２倍に等しい長さ１１６を存するように用意され、これ
がマンドレル１２の周囲に巻かれた場合に繊維角度±Ａ
の２層の繊維材料層が形成される。シート２ばマンドレ
ル１２の円周の実質的に６倍の長さ１１６を有する辺１
１４を持。

ち、これによって繊維角度十Ｂの６層の繊維材料層が形
成される。最後に、シート１と同じ構成のシート３によ
り、繊維角度±への２層が提供される。シート１１０は
チューブ回転装置１０８内のマンドレル１２に仕掛けら
れ、まずシート１が巻付けられ、次いでシー１−２がそ
してシート３がマンドレル１２上に巻き付けられる。

第１５図に示すように、シー１〜１１０は、各辺１１４
がチューブの外周の別の個所に配置されるようにずらし
て巻かれることが望ましい。例えば、シート１はその端
がＯｏの位置に来るようにマンドレル１２に巻かれる。

次にシート２はその端がマンドレル上で１２０°離れた
位置に来るように巻かれる。更に、シート３はその端が
相対角度２４０°の位置に来るようにマンドレル１２」
二に巻かれる。

かくして、シート１がマンドレル１２上に巻かれた後、
シート２が巻かれる前にマンドレルは１２０゜回転させ
られ、シート２が巻かれた後、シート３が巻かれる前に
更に１２０°回転させられる。しかし、第１３図〜第１
５図に示されたコンポジット材料９０の巻き方は例示で
あって、この他にも必要に応じて当業者は種々の方法を
採用することができ、これらも本発明の範囲に入ること
を銘記すべきである。

シー１−１１０内の繊維の配向角度Ａ、Ｂは、当業者に
とって公知の原理に基づいて、且つ軸方向の剛性（軸方
向の圧縮抵抗と引っ張り強度）、挫屈並びに取扱による
損傷に対する許容限度等に基づいて選択される。代表的
なチューブ１６は２インチの直径を有し、所望の剛性と
その他の設計要求によって選択される厚さは０．０４０
〜０．１０インチであり、この厚さは一層当たり５ｍｉ
の厚さで換算すると８〜２０層に相当する。第１３図〜
第１５図のチューブ構造は２０の層を有し、従って０．
１０インチの厚さを有する。

第７図において、コンポジット材料９０ばマンドレル１
２に巻き付けられた後、雌型のカーボン製のモールド１
４内に１２２のように挿入される。

このコンボジン１〜材料９０のモールド１４への挿入を
容易にするために、キユアリング前のマンドレル上のコ
ンポジット材料９０の直径は、これが挿入されて成形と
キユアリングが行われるモールド１４の穴５６の直径よ
りも約０．０２〜０．０６インチだけ小さく選ばれてい
る。コンポジット材料９０のモールド１４内への挿入が
終わった後、前述のように加圧空気５２が空気袋３６内
に供給され、該材料９０をモールド１４の内壁に押し付
りこれを成形する。かくして、コンポジット材料９０の
直径はキユアリング前に比べて約０．０２〜０．０６イ
ンチ増加する。好適な空気袋３６の膨脹を得るために、
約１００ｐｉｓの加圧空気５２が供給される。

第８図と第９図において、モールド１４中のコンポジッ
ト材料９０は適宜な工程によってキユアリングされる。

例えば、コンポジット材料９ｏば他のコンポジット材料
と共にハツチ型のキユアリングスタンド１２４に仕掛け
られて図示しないオーブン内に入れられ、適宜な熱量を
適宜な時間これに適用してキユアリングが行われる。例
えば、コンポジット材料９０の全体が約３５００Ｆに加
熱されて２時間経過後に、コンポジット材料は次いで３
５０°Ｆで２時間キユアリングされる。このキユアリン
グ工程の際に、カーボン製のモールド１４内の繊維７０
　、７２はその負の熱膨脹係数のために収縮し、モール
ドの空間の直径を僅かに（０，０００５〜０．００１ず
つ縮小させる。

キユアリングされるコンポジット材料が空気袋内に挿入
され、材料を内向きに押圧して円周方向繊維に挫屈を生
じさせる傾向のあるパイプ型オートクレーブと異なり、
本発明のカーボンモールドは実質的にそのサイズが変わ
らず（その直径の減少は前述の通り約ｏ、ｏｏ１＝′以
下である）、チューブ１６はキユアリング前に比べてキ
ユアリング後は直径が増加しているので、加圧された空
気袋によって最初にコンポジット材料に外向きに加えら
れる変形は円周方向繊維の挫屈を防止するのに役立つ。

第１０図によれば、チューブ１６がキユアリングされた
後にモールド１４がオーブンから取り出され、モールド
からチューブを取り出す前に環境温度まで冷却される。

モールド１４の冷却によって、負の熱膨脹係数を有する
炭素繊維７０　、７２は伸長し、それによって、チュー
ブの直径が減少してもモールドの直径５６は小さくなら
ず、キユアリングされたチューブ１６をモールドから１
２８のように容易に取り出すことができる。

第１１図と第１２図によれば、チューブ１６をモールド
１４から取り出し、チューブ１６からマンドレル１２を
取り出した後に、チューブは適宜な切断装置１２６によ
って所望の長さに切断され、仕上げられたチューブ１６
は次に必要に応じて検査される。キユアリングと成形工
程において、アルミフォイル５８の積層はチューブ１６
の内面の隆起として目立ち、チューブの外面上には出て
来ない。

第８図と第９図に示すように、オーブンに挿入可能なハ
ツチ型のキユアリングスタンド１２４の使用はほぼ満足
すべき結果をもたらすが、一般にオーブンは熱エネルギ
の利用の効率が悪く、作業にコストが掛かる。又、コン
ポジット材料をオーブンの所まで搬送する必要がある。

更に、オーブンの使用スケジュールが重なって作業が遅
れることもある。第１６図は、本発明のマンドレルの別
の実施例を示す。マンドレル１３０は１．パイプ１３２
、空気通路１５８．１６２．１６０．１４０．１６４を
具えた端部プラグ１３４．１３６、並びに空気袋１３８
を有する。これらはそれぞれ第１図のパイプ１８、端部
プラグ２４゜２５、空気通路４４．４８．５３．５４、
並びに空気袋３６と同じものである。端部プラグ１３６
の空気通路１４０から軸方向に外向きに電線用の通路１
４２が延在している。コンポジット材料９０のキユアリ
ングを更に効率よく行うと共に、チューブ製造工程の改
善された流れを提供し、且つスケジュールの重なりが生
じないような手段を提供するために、電熱エレメント１
４４をパイプ空間１４６内に具えたキユアリング手段が
提案される。この電熱エレメント１４４は、通路１４０
と１４２を通ってプラグ１５０に達する電線１４８等の
電源に接続されている。キュアリン　−グ温度は、温度
記録制御装置１５４に接続された電線１５２に接続され
た適宜に設置された熱電対（図示しない）を具えた手段
によって制御される。通路１５８と分岐通路１６０を通
じて加圧空気１５６が供給され、空気袋１３８を膨脹さ
せ、空気通路１６２を通してパイプ空間１４６に入り、
次いでプラグ１３６の通路１４０に入り、分岐通路１６
４を通じて空気袋１３８を加圧する。通路１４２からの
加圧空気の漏洩を防止するためにシール１６６を設ける
ことが望ましい。

第１８図に、本発明の別の実施例にがかるモールド２０
０の製造方法が図示されている。このモールド２００は
、第１３図のモールド１４と同様な円筒状内部コンポジ
ット部材２０２を有する。該部材２０２は適宜な金属製
のマンドレル２１０の周囲に炭素繊維２０４を半径平面
２０８に対して角度２０６をなすように螺旋状にフィラ
メントワインディングすることによって作られる。この
繊維材料２０４は適宜な樹脂を含浸している。第３図と
異なり、耐久性に優れた内面を提供するために、第１８
図のモールド部材２０２は円周方向のワインディング層
を含まず、代わりに前述のＡｍｏｃｏ　１９０８　Ｂの
エポキシその他の適当なエポキシが付与されて充分な流
延性を有しボイドを減少させている。

このモールド２００はフィラメントワインディングの角
度２０６が小さいために、剛性が余り高くないので、６
フイ一ト以上のコンポジット材料では、モールド２００
内に入ってキユアリングされる際の支持がうまくない場
合には、長さ６フイートについて最大０．０２０インチ
の垂れ下がりを生じる。

このキユアリング中の過剰の垂れ下がりを防止するため
に、本発明においては、頑丈なチューブ状部材の中にモ
ールド部材２０２を挿入するようにしている。しかし、
モールド部材２０２がこれの影響を受けないように、こ
れに接合はされない。この頑丈なチューブ状部材はスチ
ール等の剛性の高い材料で作られるが、モールド部材２
０２に適合するけれどもこれには固定はされないカーボ
ンコンポジット材料の部材２１２で構成されることが望
ましく、その厚さはキユアリング中のチューブの過剰な
垂れ下がりを防止す゛るのに充分な剛性を与えるために
０．０２〜０．０６インチの範囲にあることが望ましい
。モールドは０．１〜０．１５インチの厚さを有する。

部材２１２を巻き伺けるためにモールド部材２０２の表
面に適宜なテフロンベースの剥離フィルムが施される。

約０．００２〜０．００４インチの間隙を部材２０２と
２１２との間に設けると同時に、部材２０２のコンポジ
ット材料を補強するために、キユアリング前にテフロン
の収縮テープを部材２０２に施し、モールド２００が作
られた後もこれを残して置くことが望ましい。モールド
部材２０２がキユアリングされた後、半径平面２２０に
対して角度２１８をなして適宜な樹脂を含浸された炭素
繊維フィラメントをフィラメントワインディングするこ
とによって、チューブ状部材２１２がモールド部材２０
２の上に巻付りられる。この巻付は角度２１８は約６０
°以上、好ましくは８０°であり、所望の剛性をこれに
与えチューブの垂れ下がり量を長さ６フイー１へ当たり
０．００５インチ以下に減少さ−Ｈることができる。

本発明は上に述べた実施例に限定されるものではなく、
請求項に記載された範囲に含まれるすべての変形・応用
を含むものであることを銘記すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかる装置の側面図、第２図
は第１図の２−２線に沿う断面図、第３図は樹脂含浸繊
維材料層の角度を示す本発明にかかるモールドの斜視図
、 第４図〜第１２図は本発明にかかるコンポジ、ットチュ
ーブの製造手順の斜視図、 第１３図は本発明にかかるコンポジットチューブを作る
ために樹脂含浸繊維材料のシー］・をマンドレル上に供
給する順序を示す平面図、第１４図は第１３図のシート
がマンドレル上に積層された状態を示す模式図、 第１５図は完成されたチューブにおける第１３図のシー
トの配向を示す模式図、 第１６図は本発明の一態様のマンドレルの側面図、 第１７図は繊維の配向の関数としてのグラファイト／エ
ポキシ積層体の熱膨脹係数のグラフ、第１８図は本発明
の別の実施例の装置の斜視図である。 １０・・・装置、　　　　１２・・・マンドレル、１４
・・・モールド、　　１６・・・コンポジットチューブ
、１８・・・パイプ、　　　２０・・・端部、２４　、
２５・・・端部プラグ。 は下余白 手続補正書 平成１年３月２３日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 昭和６３年特許願第２４９１６７号 ２、発明の名称 コンポジットチューブの製造方法並ひに装置３、補正を
する者 事件との関係　　　特許出願人 名称　モートン　サイオコール。 インコーホレイティド ４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号５　
補正の対象 明細書の特許請求の範囲の欄 ６、補正の内容 特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 （請求項８〜１０　、１３　、１８　、１９項の削除、
並ひにこれに伴なう項番号の整理） ７、添付書類の目録 考＃特許請求の範囲　　　　　　　　１通２、特許請求
の範囲 １　次の各ステップからなる継ぎ目線の無いコンポジッ
トチューブを作る方法。 ａ）膨脹可能な空気袋を具えたマンドレル上に樹脂含浸
繊維材料を巻付け、 ）〕）該マンドレルをシンクルピースの雌型である炭素
繊維・樹脂コンポジット製のモールド内に挿入し、 Ｃ）前記空気袋を加圧してその上に巻かれた樹脂含浸繊
維材料を外向きに押圧してモールドの内壁に押し付けて
これを成形し、 ｄ）加熱してモールド中の樹脂含浸繊維材料のキユアリ
ングを行い、 ｅ）キュアリンクされた樹脂含浸繊維材料を冷却し、 ｒ）キユアリングされた樹脂含浸繊維材料をモールドか
ら取り出す。 ２、更に、繊維か半径平面に対して約１５〜４０゜の角
度をなして配向するようにモールドを選択するステップ
を含む請求項１に記載の方法。 ３、樹脂含浸繊維材料をマンドレル上に巻き付ける前記
ステップが、少なくとも１枚の一方向に配向した炭素繊
維テープを準備し、これをマンドレル上に巻き付けるこ
とを含む請求項２に記載の方法。 ４、更に、巻かれた樹脂含浸繊維材料の周囲に金属フォ
イルを巻き付けるステップを含む請求項２に記載の方法
。 ５、前記加熱ステップが、マンドレルの内部に設置され
た加熱手段を発熱させてモールド内の樹脂含浸繊維材料
のキユアリングを行うことを含む請求項１に記載の方法
。 ６、キユアリングされた樹脂含浸繊維材料で作られたシ
ングルピースのコンポジットと、該コンポジットを長手
方向に貫通する空間とを具え、該空間内に樹脂含浸繊維
材料を巻かれたマンドレルが挿入されてキュアリンクと
成形か行われるように構成された継ぎ目線の無いコンポ
ジットチューブを製造するためのモールド。 ７、更に、前記シングルピースコンポジットの周囲に、
密着して設けられた円筒状部材を具え、これによって前
記シングルピースコンポジットを真っ直ぐに維持するよ
うに構成された請求項６に記載のモールド。 旺　前記炭素繊維材料の繊維が、モールドの半径平面に
対して約１５°から４０°の範囲の角度をなして配向さ
れている請求項６に記載のモールド。 れ　前記炭素繊維材料の繊維が、モールドの半径平面に
対して約２５°から３５°の範囲の角度をなして配向さ
れている請求項６に記載のモールド。 リュ次の各ステップからなるコンポジットチューブを作
る方法。 ａ）膨脹可能な空気袋を具え、且つ内部に加熱手段を具
えたマンドレル上に樹脂含浸繊維材料を巻付け、 ｂ）該マンドレルを雌型のモールド内に挿入し、Ｃ）前
記空気袋を加圧してその上に巻かれた樹脂含浸繊維材料
を外向きに押圧してモールドの内壁に押し付けてこれを
成形し、 ｄ）前記加熱手段を発熱させてモールド中の樹脂含浸繊
維材料のキユアリングを行い、ｅ）キユアリングされた
樹脂含浸繊維材料をモールドから取り出す。 Ｕ−更に、モールドを炭素繊維と樹脂とのコンポジット
材料からなるシングルピースのモールドとし、樹脂含浸
繊維材料がキユアリングされた後、これをモールドから
取り出す前に繊維材料を冷却するステップを含む請求項
１切に記載の方法。 婬−更に、モールドを、モールドの周囲に密接して巻か
れてモールドを真っ直ぐに保持するように構成された頑
丈な円筒状部材内に挿入される炭素繊維と樹脂とのコン
ポジット材料からなるシングルピースのモールドとし、
樹脂含浸繊維材料がキュアリンクされた後、該樹脂含浸
繊維材料を取り出す前にこれを冷却するステップを含む
請求項１更に記載の方法。 川内部に空洞を有し外側に表面を有する円筒体、前記表
面の周囲に設けられ加圧されるとマンドレルと樹脂含浸
繊維材料とが挿入されている雌型の内壁に対して樹脂含
浸繊維材料を押圧して成形するように構成された空気袋
、及び前記円筒体の空洞内に設置され熱を発生してマン
ドレル上の樹脂含浸繊維材料のキユアリングを行う手段
を具えたコンボジッ１へチューブを作るためのマンドレ
ル。 Ｕユキュアリンク゛された樹脂含浸繊維材料で作られた
シングルピースのコンポジットと該コンポジットを長手
方向に貫通する空間とを具え、該空間内に樹脂含浸繊維
材料を巻かれたマンドレルが挿入されてキユアリングと
成形が行われるように構成されたモールド、内部に空洞
を具え前記空間内に挿入されてその上に巻かれた樹脂含
浸繊維材料のキユアリングと成形を行う円筒体を具えた
マンドレル、並びに前記空洞内に設置され熱を発生して
樹脂含浸繊維材料のキユアリングを行う手段を有する継
ぎ目線の無いコンポジットチューブを作るための装置。 秒−更に、前記円筒体上に外周表面と、該表面の周囲に
設置され加圧されると樹脂含浸繊維材料に対して外向き
の圧力を及ぼしてこれを前記空間の内壁に押し付けてこ
れを成形する空気袋とを具え、前記シングルピースコン
ポジットは、負の熱膨脹係数を有すると共にそれを構成
する繊維がモールドの半径平面に対して約１５〜４０°
の範囲の角度をなして配向している炭素繊維材料を含ん
でいる請求項旦に記載の装置。 廷ユ更に、前記シングルピースコンポジットの周囲に、
密着して設けられた円筒状部材を具え、これによって前
記シングルピースコンポジットを真っ直ぐに維持するよ
うに構成された請求項１４に記載の装置。 υ叉キユアリング円筒状部材がキユアリングされた樹脂
含浸繊維材料のコンポジットであり、繊維がモールドの
半径平面に対して約６０°以上の角度をなして配向され
ている請求項１６に記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次の各ステップからなる継ぎ目線の無いコンポジッ
   トチューブを作る方法。 ａ）膨脹可能な空気袋を具えたマンドレル上に樹脂含浸
   繊維材料を巻付け、 ｂ）該マンドレルをシングルピースの雌型である炭素繊
   維・樹脂コンポジット製のモールド内に挿入し、 ｃ）前記空気袋を加圧してその上に巻かれた樹脂含浸繊
   維材料を外向きに押圧してモールドの内壁に押し付けて
   これを成形し、 ｄ）加熱してモールド中の樹脂含浸繊維材料のキュアリ
   ングを行い、 ｅ）キュアリングされた樹脂含浸繊維材料を冷却し、 ｆ）キュアリングされた樹脂含浸繊維材料をモールドか
   ら取り出す。 ２、更に、繊維が半径平面に対して約１５〜４０°の角
   度をなして配向するようにモールドを選択するステップ
   を含む請求項１に記載の方法。 ３、樹脂含浸繊維材料をマンドレル上に巻き付ける前記
   ステップが、少なくとも１枚の一方向に配向した炭素繊
   維テープを準備し、これをマンドレル上に巻き付けるこ
   とを含む請求項２に記載の方法。 ４、更に、巻かれた樹脂含浸繊維材料の周囲に金属フォ
   イルを巻き付けるステップを含む請求項２に記載の方法
   。 ５、前記加熱ステップが、マンドレルの内部に設置され
   た加熱手段を発熱させてモールド内の樹脂含浸繊維材料
   のキュアリングを行うことを含む請求項１に記載の方法
   。 ６、キュアリングされた樹脂含浸繊維材料で作られたシ
   ングルピースのコンポジットと、該コンポジットを長手
   方向に貫通する空間とを具え、該空間内に樹脂含浸繊維
   材料を巻かれたマンドレルが挿入されてキュアリングと
   成形が行われるように構成された継ぎ目線の無いコンポ
   ジットチューブを製造するためのモールド。 ７、更に、前記シングルピースコンポジットの周囲に、
   密着して設けられた円筒状部材を具え、これによって前
   記シングルピースコンポジットを真っ直ぐに維持するよ
   うに構成された請求項６に記載のモールド。 ８、キュアリング円筒状部材がキュアリングされた樹脂
   含浸繊維材料のコンポジットであり、繊維がモールドの
   半径平面に対して約６０°以上の角度をなして配向され
   ている請求項７に記載のモールド。 ９、前記円筒状部材の繊維が、モールドの半径平面に対
   して約８０°の角度をなして配向されている請求項８に
   記載のモールド。 １０、前記シングルピースコンポジットの炭素繊維材料
   が、モールドの半径平面に対して約１５°から４０°の
   範囲の角度をなして配向されている請求項８に記載のモ
   ールド。 １１、前記炭素繊維材料の繊維が、モールドの半径平面
   に対して約１５°から４０°の範囲の角度をなして配向
   されている請求項６に記載のモールド。 １２、前記炭素繊維材料の繊維が、モールドの半径平面
   に対して約２５°から３５°の範囲の角度をなして配向
   されている請求項６に記載のモールド。 １３、前記炭素繊維材料の繊維が、モールドの半径平面
   に対して約３０°の角度をなして配向されている請求項
   ６に記載のモールド。 １４、次の各ステップからなるコンポジットチューブを
   作る方法。 ａ）膨脹可能な空気袋を具え、且つ内部に加熱手段を具
   えたマンドレル上に樹脂含浸繊維材料を巻付け、 ｂ）該マンドレルを雌型のモールド内に挿入し、 ｃ）前記空気袋を加圧してその上に巻かれた樹脂含浸繊
   維材料を外向きに押圧してモールドの内壁に押し付けて
   これを成形し、 ｄ）前記加熱手段を発熱させてモールド中の樹脂含浸繊
   維材料のキュアリングを行い、 ｅ）キュアリングされた樹脂含浸繊維材料をモールドか
   ら取り出す。 １５、更に、モールドを炭素繊維と樹脂とのコンポジッ
   ト材料からなるシングルピースのモールドとし、樹脂含
   浸繊維材料がキュアリングされた後、これをモールドか
   ら取り出す前に繊維材料を冷却するステップを含む請求
   項１４に記載の方法。 １６、更に、モールドを、モールドの周囲に密接して巻
   かれてモールドを真っ直ぐに保持するように構成された
   頑丈な円筒状部材内に挿入される炭素繊維と樹脂とのコ
   ンポジット材料からなるシングルピースのモールドとし
   、樹脂含浸繊維材料がキュアリングされた後、該樹脂含
   浸繊維材料を取り出す前にこれを冷却するステップを含
   む請求項１４に記載の方法。 １７、内部に空洞を有し外側に表面を有する円筒体、前
   記表面の周囲に設けられ加圧されるとマンドレルと樹脂
   含浸繊維材料とが挿入されている雌型の内壁に対して樹
   脂含浸繊維材料を押圧して成形するように構成された空
   気袋、及び前記円筒体の空洞内に設置され熱を発生して
   マンドレル上の樹脂含浸繊維材料のキュアリングを行う
   手段を具えたコンポジットチューブを作るためのマンド
   レル。 １８、前記加熱手段が少なくとも一つの電熱エレメント
   を具えている請求項１７に記載のマンドレル。 １９、前記空気袋がシリコンラバーで作られている請求
   項１７に記載のマンドレル。 ２０、キュアリングされた樹脂含浸繊維材料で作られた
   シングルピースのコンポジットと該コンポジットを長手
   方向に貫通する空間とを具え、該空間内に樹脂含浸繊維
   材料を巻かれたマンドレルが挿入されてキュアリングと
   成形が行われるように構成されたモールド、内部に空洞
   を具え前記空間内に挿入されてその上に巻かれた樹脂含
   浸繊維材料のキュアリングと成形を行う円筒体を具えた
   マンドレル、並びに前記空洞内に設置され熱を発生して
   樹脂含浸繊維材料のキュアリングを行う手段を有する継
   ぎ目線の無いコンポジットチューブを作るための装置。 ２１、更に、前記円筒体上に外周表面と、該表面の周囲
   に設置され加圧されると樹脂含浸繊維材料に対して外向
   きの圧力を及ぼしてこれを前記空間の内壁に押し付けて
   これを成形する空気袋とを具え、前記シングルピースコ
   ンポジットは、負の熱膨脹係数を有すると共にそれを構
   成する繊維がモールドの半径平面に対して約１５〜４０
   °の範囲の角度をなして配向している炭素繊維材料を含
   んでいる請求項２０に記載の装置。 ２２、更に、前記シングルピースコンポジットの周囲に
   、密着して設けられた円筒状部材を具え、これによって
   前記シングルピースコンポジットを真っ直ぐに維持する
   ように構成された請求項２０に記載の装置。 ２３、キュアリング円筒状部材がキュアリングされた樹
   脂含浸繊維材料のコンポジットであり、繊維がモールド
   の半径平面に対して約６０°以上の角度をなして配向さ
   れている請求項２２に記載の装置。