JPH0214894B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維強化複合材料製ベローズの製造方
法に関し、さらに詳しくは連続繊維を切断するこ
となく配列したことにより、機械的諸特性に対し
て信頼性の高い繊維強化複合材料製ベローズの製
造方法に関する。

繊維強化複合材料製円筒は、高強度、耐蝕性に
すぐれることから、ガス又は液体の輸送管、さら
には比強度、比弾性にすぐれた特徴をもつため高
速回転円筒といつた用途に広く用いられる。そう
した用途に対しては例えばガス又は液体の輸送管
を曲げ易くしたり、危険回転数を越えた定速で回
転する高速回転円筒の弾性曲げ振動を吸収し、危
険速度を下げるというようにベローズは有効な継
手形状と言える。

しかし、均一材料の場合と異なり、繊維強化複
合材料は極端な異方性を示すため、これをベロー
ズ形状に成形するには種々の問題があり、実用化
されていなのが現状である。即ちベローズ部の役
割を考えると、円周方向に対しては円筒の地の部
分と同程度に強く且つ形状的に曲り易く曲がりに
対して強いことが必須となるが、繊維強化複合材
料の強化は繊維の配列、密度及び連続性に大きく
依存し、ベローズ形状の場合もいかに連続繊維を
切断することなく且つ設計通りに繊維の乱れがな
いように配列するかが問題となる。

また高速回転体という用途を考えると特に炭素
繊維強化プラスチツクス（CFRPと略）のごとく
比強度、比弾性にすぐれた繊維強化複合材料を遠
心力に耐え得る極限で設計する場合が多くベロー
ズの導入が上記繊維の切断、巻角の乱れといつた
原因により機械的性能の低下を招来するようでは
導入の意味はなく、更に附言すれば危険回転数を
越えて定速回転に至るような比較的長胴の高速回
転体では危険速度通過時に弾性曲げ振動を生じる
危険があるため、バランス調整を行ない振動を極
力抑える方式を採つているが、危険回転数が大き
くなるにつれてバランスの微調整が必要となり、
ために多大な時間をかけねばならず、これにベロ
ーズを適用して危険速度を下げることは工業的見
地からも極めて有効な手段と言える。

こうした観点から円周方向の強度を低下するこ
となく曲がりに対して強くかつ曲がり易い繊維強
化複合材料製ベローズを得るためには連続繊維を
用い、連続繊維の切断につながる機械加工をでき
るだけ抑え、設計巻角を維持し繊維の乱れをなく
すことが必須であり、本発明者等はその製造方法
について鋭意研究した結果本発明を完成するに至
つた。

即ち、円周方向に分割したベローズ形状を有す
る円筒型表面上にマトリツクスを含浸した連続繊
維を巻付け、ベローズ形状の凹部に相当する位置
に凹部の断面形状を有するリング状のゴム状弾性
体からなるベローズユニツトを順次はめこみ、巻
付けられた繊維をベローズ形状にしたのちベロー
ズユニツトをとりはずし、内径側にベローズ形状
を有するゴム状弾性体で該表層を覆い、ゴム状弾
性体を介して外圧をかけ成形する（成形後ゴム状
弾性体及び円筒型は取り除く）か、もしくは円周
方向に分割したベローズ形状を有する円筒型表面
上にマトリツクスを含浸した連続繊維を巻付けた
のち、ベローズの１ピツチに相当する形状を内径
側に有するリング状のゴム状弾性体からなるベロ
ーズユニツトを順次はめこみ、この状態で加圧成
形する（成形後ベローズユニツト及び円筒型は取
り除く）ことにより上記特性を兼ね備えた繊維強
化複合材料製ベローズの製作が可能となることを
見出したのである。以下本発明の具体例に基づて
詳述するが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。第１図および第２図は本発明に係る製造方
法により製作された繊維強化複合材料製ベローズ
を有する円筒体の一例で、第１図は円筒部１１お
よびベローズ部１２を連続した繊維を用いて一体
で製作したものであり、第２図は円筒部１１とベ
ローズ部１２を連続した繊維を用いて別々に製作
し、これらを接着剤を用いて接合し一体となした
ものである。

今、繊維強化複合材料製ベローズをワインデイ
ング法によつて製作するにあたつて巻付型として
具備すべき条件は型組および脱型の容易さ、さら
に高速回転円筒のごとく軸芯のずれを問題にする
場合には型としての真直度が要求される。この点
について本発明者等は第３図〜第５図に示すごと
く円周方向に分割したベローズ形状を有する円筒
型によつて解決した。

即ち第３図では１は型を貫通する芯型、２は円
周方向に分割したベローズ形状を有する円筒型、
３は円筒体のベローズのない部分を成形するため
の円筒型を示しており、割れ型２を円筒型３で固
定してある、本金型によれば分割型２は型を貫通
する芯型１で軸芯を円筒型３に一致させると同時
に円筒型３によつて頑丈の固定されまた脱型も芯
型１をはずすことにより容易となる。又第４図に
は円周方向に分割した分割型２を径方向にエヤー
シリンダー又はターンバツクルを挿入した軸４で
固定した型を示している。又第５図は円筒体と一
体に製作する型である。

さらに高速回転体の如く寸法精度が問題となる
場合は例えば第３図において芯型１の外径をその
上に設ける円筒型２，３の内径よりも若干大きく
し、嵌合の際に締め代を与えて組合わせることに
より、芯型１外径と円筒型２，３外径との同芯度
を高め、円筒型のがたを少なくし巻付型の寸法精
度を高めることが有効である。

次に本金型にマトリツクスを含浸した連続繊維
を所定の巻付角度を維持しながら巻付けた場合、
ベローズの形状にもよるが第６図に示すように繊
維６は完全にベローズ形状（巻付型）５に沿わず
に多かれ少なかれ間隙７を生じる。この間隙７を
埋めるにあたつて、例えば直接外型によつて全体
を一度に押えこんだ場合には各ベローズピツチ間
で軸方向に互に引つぱり合い巻付けた繊維に横す
べり現象が生じ、巻付けられた繊維は軸方向に移
動し、所定の巻付角を維持できなくなり、又この
横すべり現象が生じた場合にはそれに応じて巻付
肉厚も薄くなつてしまうが、極端な場合では繊維
が切断されてしまうといつた巻付角の乱れが生じ
る不具合がある。

そこで本発明者等は先ず第７図に示すようにベ
ロズ１ピツチもしくはベローズの凹部のみを断面
形状に持つゴム状弾性体からなるリング状のベロ
ーズユニツト８を用意し、これを繊維を巻付けた
金型表面に順次はめこみ（弾性体を拡開すること
により可能）巻付られた繊維を軸方向に順次移動
させ、巻付角の変化を最小限に抑えてベローズ形
状に繊維を沿わす方法を考案した。本願に示すベ
ローズユニツトを繊維を巻付けた金型表面にはめ
込んだ際に、巻付けた連続繊維がベローズ形状に
沿いにくい場合は、連続繊維を軸方向に移動させ
るに対し大きな抵抗となつているベローズ部の外
側の円筒部での連続繊維と金型間との摩擦抵抗を
除去する目的で第８図に示すようにベローズ部の
外側の円筒部で内体５０と外殼５１で構成される
金型５を外殼５１を軸方向に分割し、予めベロー
ズ形状に沿わすための軸方向移動距離Ｌに応じた
分だけ外殼割型をずらして巻付け、巻付后ベロー
ズユニツトを挿入する際にベローズ側に移動させ
繊維にたるみを持たせて巻付けた連続繊維をベロ
ーズ形状に沿い易くすことも有効である。

次に上記の如くベローズ形状に沿わした繊維強
化複合材料の肉厚を均一化するためには、外径側
を機械加工するかもしくは外金型を用いる方法が
一般的であるが、外径側を機械加工する場合スト
レート円筒では表層の樹脂層のみをとり除く方法
も考えられるがベローズ形状の如く複雑な形状で
は機械加工そのものが難しく、また巻付けた繊維
を切断するおそれもあつて有効とは言えない。又
外金型を用いる場合にはベローズの如く凹凸をも
つた形状では分割型とする必要があり、分割型を
用いたときは型の合わせ面で繊維のかみこみが生
じ、このかみこみは軸方向に連続した繊維の切断
を招来し、強度的に満足するものが得られない。

そこで本発明者等は上述のリング状のベローズ
ユニツト８を用いこの形状を成形すべきベローズ
の外形状と一致させておき、順次はめこんだのち
第９図に示す如くこの状態で必要に応じて外圧を
かけ成形するか、もしくはベローズの凹部の断面
形状を有するリング状のベローズユニツトをはめ
こんだのち一旦取りはずし、内径側にベローズ形
状を有するゴム状弾性体１０で該表層を覆い第１
０図に示す如く成形する方法を発案した。

前者の第９図はリング状のベローズユニツト８
の上からゴム状弾性体９でユニツト８を押えこみ
加圧成形する場合を示しており、又９を分割型と
してこれを用いて押えこむ方法でもよい。

後者のベローズ形状にした後一旦とり除くリン
グ状のベローズユニツトの形状はベローズ形状で
ある必要はなくそれに近い形状をしておればよい
のは勿論である。また後者の場合、リング状のベ
ローズユニツトをとりはずすときにはマトリツク
スを冷却して固化するかもしくは加熱等によりマ
トリツクスをプリプレグ化して固化し、巻付けた
繊維がユニツトの脱着によつて乱れないようにす
るべきである。

ここで、凹凸を有するベローズを外型を用いて
成型する場合、当然のことながらこの外型を金属
等伸びの少ない材料で製作すれば分割型とせざる
を得ず、外型組込み時に巻付けた繊維にかみ込み
を生じ、ベローズとしての強度の低下を招来す
る。したがつてベローズユニツトとしてもこのか
み込みを生じさせないためにはリング状とすべき
であつて、この場合伸びの大きな材料すなわちゴ
ム状弾性体を用いることは必須である。

本発明に係るゴム状弾性体としては適当な伸び
を有しかつ寸法安定性にすぐれた材料が望ましく
例えばNBR、EPDM、シリコン、フツ素といつ
たゴム単体、或いはこうしたゴムを布で強化した
ゴム引布等が考えられる。また本発明の適用すべ
きベローズ材としては、炭素繊維、ケブラー繊
維、ガラス繊維等の強化繊維とプラスチツクス特
に熱硬化性樹脂をマトリツクスとした複合材料が
あり、特にエポキシ樹脂又は不飽和ポリエステル
樹脂をマトリツクスとした炭素繊維強化複合材料
はその高強度、高弾性性のために好適と言える。

なお本発明のベローズ形状山数等は具体例に限
定されるものではなく、曲がり易くかつ曲がりに
対して強固なベローズを提供するものであつてそ
の用途も極めて広い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は共に繊維強化複合材料製ベロ
ーズ付円筒体の一例で正面図、第３〜５図は本発
明による巻付型の一例で図ａは正面図、図ｂは図
ａのＡ−Ａ断面図、第６図は巻付型に繊維を巻付
けた状態を示す一例で正面図、第７図は本発明に
係るベローズユニツトの挿入例で正面図、第８図
は本発明に係る巻付型の一例で正面図、第９図、
第１０図は本発明に係る巻付型、外型を組込んだ
一例で正面図を夫々例示している。 １……芯型、２……円周方向に分割したベロー
ズ形状を有する円筒型、３……円筒部のベローズ
のない部分を成形するための円筒型、４……軸、
５……巻付型、６……繊維、７……間隙、８……
ベローズユニツト、９……ゴム状弾性体、１０…
…ゴム状弾性体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円周方向に分割したベローズ形状を有する円
   筒型表面にマトリツクスを含浸した連続繊維を巻
   付け、ベローズの１ピツチもしくはベローズの凹
   部を断面形状に持つリング状のゴム状弾性体から
   なるベローズユニツトを、繊維を巻付けた円筒型
   表面に順次はめ込み、連続繊維をベローズ形状に
   沿わしたのち、ベローズユニツトをとりはずし、
   内径側にベローズ形状を有するゴム状弾性体を外
   型として組合わせ該表層を覆い成形し、後外型及
   び円筒型を取り除くことを特徴とする繊維強化複
   合材料製ベローズの製造方法。 ２ 液状のマトリツクスを用いたウエツトワイン
   デイング法により連続繊維を巻付け、ベローズユ
   ニツトを順次はめこんだのちにマトリツクスをプ
   リプレグ（樹脂マトリツクスを半硬化もしくは溶
   剤を除去することにより高粘度化したもの）化し
   た状態でベローズユニツトをとりはずす特許請求
   の範囲第１項記載の繊維強化複合材料製ベローズ
   の製造方法。 ３ 繊維強化複合材料が炭素繊維強化プラスチツ
   クスである特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の繊維強化複合材料製ベローズの製造方法。 ４ 円周方向に分割したベローズ形状を有する円
   筒型表面にマトリツクスを含浸した連続繊維を巻
   付け、ベローズの１ピツチもしくはベローズの凹
   部を断面形状に持つリング状のゴム状弾性体から
   なるベローズユニツトを、繊維を巻付けた円筒型
   表面に順次はめ込み、連続繊維をベローズ形状に
   沿わしたのち、この状態で成形し、後ベローズユ
   ニツト及び円筒型を取り除くことを特徴とする繊
   維強化複合材料製ベローズの製造方法。 ５ 繊維強化複合材料が炭素繊維強化プラスチツ
   クスである特許請求の範囲第４項記載の繊維強化
   複合材料製ベローズの製造方法。