JPH0214895B2 - - 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
手形状といえる。

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
されていないのが現状である。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他の
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
材料の強度は繊維の配列、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。

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。

さて一般的にベローズ形状の如く軸方向に凹凸
のある物をワインデイング法で製作する場合、脱
型を可能にするために内金型を分割型に、脱装着
を可能にするために外金型も分割型として肉厚の
均一な円筒を製作するかもしくは外金型を用いず
に内金型の上に巻付けた繊維強化複合材料を成形
后、外周部を機械加工する方法が採られている。
今、外金型を用いた場合、型の合わせ面で巻付け
た繊維のかみこみを生じ易く、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
するものが得られず実用的でない。また機械加工
による方法はストレート円筒の場合には表面のマ
トリツクスのみを加工し偏肉をなくすことも可能
となるが、ベローズ形状の場合は機械加工そのも
のが難しく、また加工による繊維の切断のおそれ
があつて適切とは言えない。

そこで本発明は脱装着の容易な内型を用いかつ
上記不具合点をなくした繊維強化複合材料製ベロ
ーズの製造方法を提供するものである。

以下本発明を具体例に基づいて詳述するが、本
発明は具体例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。

第３図〜第５図は本発明に係る繊維強化複合材
料製ベローズを有する円筒体を製作するための巻
付型の一例で、第３図および第４図はベローズ継
手の巻付型を示し、第５図は円筒体を一体で製作
するための巻付型を示している。こゝで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いる。さ
らに第４図では円周方向に分割したベローズ形状
を有する円筒型２を円筒型の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。第３〜５図に示した巻付型
はベローズ部分を成形后容易に脱型すべく発案し
たものであるが、例えば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図に於いて芯型
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。

次に第６図は本発明に係る繊維強化複合材料製
ベローズを有する円筒体を製作するための外型の
具体例で、５は内径側にベローズ形状を有するゴ
ム状弾性体、６は該ゴム状弾性体の外径よりも大
きな内径を有する円筒体、７は５および６でシー
ルされた中空部、８は円筒体に設けた孔、９は押
えリングをそれぞれ示している。

即ち第３図から第５図に一例として示した円周
方向に分割したベローズ形状を有する円筒型を用
い、この型表面にマトリツクスを含浸した連続繊
維を所定の巻付角に巻付けたのち、第６図に具体
例を示す外型を組込んで成形することによつて本
発明に係る繊維強化複合材料製ベローズは製作さ
れる。外型を組込む際にはゴム状弾性体の内径を
成形すべきベーズの外径よりも大きくして、外型
トリツクスを含浸した連続繊維を巻付けた第３図
〜５図に示す円筒型に挿入して組合わせ、第６図
に示す孔８より中空部７に窒素圧等で圧力をかけ
ゴム状弾性体を縮径させ、樹脂を含浸して巻付け
た連続繊維におし付けた状態で加圧成形する。特
に、寸法精度が要求される高速回転円筒の場合等
では、上記加圧によるゴムの縮径による寸法の若
干の乱れを無くすため、ゴム状弾性体の内径側の
ベローズ内径寸法を成形すべきベローズの外径寸
法に合わせておき、孔８より中空部７を真空引
し、ゴム状弾性体を拡開した状態でマトリツクス
を含浸した連続繊維を巻付けた円筒型に組込み、
この後中空部を常圧に戻すか又はさらに孔８より
中空部７に窒素ガス等で圧力をかけ成形する。こ
の際ゴム状弾性体の内面端部は第６図５１に示す
ように円筒型の外面に設けたベローズ突部よりも
大きくしておく必要がある。

またベローズ部は外型を組込んだ際、外型と円
筒型の間に残る空気が逃げにくく、たとえ加圧成
形しても気泡が残こる場合が多く、ために中空部
を減圧状態にしたまま外型を円筒型に組込み、全
体を減圧槽内で脱気しながら外型のゴム状弾性体
を巻付表面に接触させる方法が有効であり、この
場合も中空部のみを常圧に戻すか又は外圧をかけ
成形する。

さらにベローズの偏肉をなくすためには、巻付
けの際のマトリツクスのむらをなくすべく中空部
を減圧状態にした外型を組込んだ後に全体を低速
で回転し、マトリツクスを均一化する方法も有効
で、この場合外型のゴム状弾性体を巻付表面に接
触させた状態で回転を止めることも又回転しなが
ら成形することも可能である。

本願の目的する複合材料製ベローズは円周方向
の強度を低下することなく、かつ曲がりに対して
強くかつ曲がり易いことが必要であり、連続繊維
を用いた複合材料では繊維方向物性が繊維直角方
向に対して約10倍程度も高く場合が通例である。
したがつてベローズを構成する繊維は、円周方向
の強度を高いする必要から円周方向に多く配列す
ることになり、この際には巻付時に繊維はほぼベ
ローズ形状にならつて巻付けられ、巻付後中空部
を有する筒状容器を外経として組込み外圧を負荷
することにより成形が可能となる。

しかし、例えば、円周方向と同時に軸方向をも
強化することを目的とし、第１層目の連続繊維を
極めて軸方向に近い巻角とし、第２層目を円周方
向に近い巻角とする巻付構成とした場合では、ベ
ローズの形状、巻角等によつてベローズ形状に沿
わずに巻付られ、ベローズの谷部を同時に押込ん
だときには山部で繊維が引張合い、繊維切断する
おそれがある。この場合はベローズの凹部形状を
したゴムリングを順次はめこみ繊維を軸方向に移
動させベローズ形状に近づけたのちにゴムリング
をはずすか予め内金型を軸方向に分割し、ここに
ベローズ部を覆うに足るだけの巾をもつたスペー
サリングを挿入して巻付け、スペーサリングをと
りはずし金型を軸方向に移動させ、該外型を組込
む方法が有効である。

次にマトリツクスの粘度が余りに低いと成形前
にマトリツクスが流出してしまい、成形品の表面
ががさがさとなる場合があり、これは粘度と成形
圧力との相関できまり、また逆に粘度が高く成形
圧力が低い場合ま樹脂かけ等ができ易く、液状の
マトリツクスを使用したウエツトワインデイング
法ではマトリツクスを粘稠化し、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）状態としたのち
に成形することも有効である。

また外型は第７図のごとくベローズ部のみを外
型を用いて成形し、他を機械加工に拠る方法、又
第８図のごとく円筒全体を外型を用いて成形する
方法が考えられる、目的に応じて用いられるべき
である。

本発明に係る製造方法は上述のごとく円周方向
に分割した内型とゴム状弾性体を用いた外型とを
必須とするもので、最外層の繊維の連続性が問題
となる高速回転円筒といつた用途でかつ機械加工
の困難なベロー形状においても最も効果を発揮す
るものである。

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、シリコンゴム、フツ素ゴ
ム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挙げられる。またベローズに
用いられる材料としてはガラス繊維、ケブラー繊
維、アルミナ繊維、炭素繊維といつた種々の強化
材を一般的にはプラスチツクスをマトリツクスと
して形成され、特にエポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂等の熱硬化性樹脂と炭素繊維との複合
材料は比強度、比弾性にすぐれ、ベローズ付円筒
としては好適といえる。

なお本発明は曲がり易くかつ曲がりに対してす
ぐれた繊維強化複合材料製ベローズの製造方法に
関するものであつて形状、山数等は具体例に限定
されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は繊維強化複合材料製円筒体の
一例で正面図、第３図〜５図は本発明に係る巻付
型の一例で正面図（図ａ）とそのＡ−Ａ断面図
（図ｂ）、第６図は本発明に係る外型の一例で縦断
正面図（図ａ）と側面図（図ｂ）、第７図及び第
８図は共に本発明に係る巻付型、外型を組込んだ
一例で縦断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……円筒体のベローズ
のない部分を成形するための円筒型、４……軸、
５……内径側にベローズ形状を有するゴム弾性
体、６……５の外径よりも大きな内径を有する円
筒体、７……中空部、８……孔、９……押えリン
グ、１１……円筒部、１２……ベローズ部。

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
   付けたのち、内径側にベローズ形状を有するゴム
   状弾性体と該外径よりもさらに大なる内径を有す
   る円筒体とを組合せることによつて得られる中空
   部を有する筒状容器を外型として、該外型を連続
   繊維を巻付けた円筒型に組込んで成形することを
   特徴とする繊維強化複合材料製ベローズの製造方
   法。 ２ 中空部を減圧にすることにより内径を大きく
   した外型を連続繊維を巻付けた円筒状に組込んだ
   のち、中空部内の圧力を他以上に設定し成形する
   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 中空部を減圧にしたまま外型を円筒型に組込
   んだのち、全体を減圧槽内で脱気しながら外型の
   ゴム状弾性体を巻付表面に接触させ、この状態で
   成形するか、中空部内の圧力を他よりも高く設定
   して加圧硬化す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 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マトリツクス
   を粘稠化しプリプレグとなしたのち、外型を組込
   む特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載
   の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１項、第２項、第３
   項又は第４項記載の繊維強化複合材料製ベローズ
   の製造方法。 ６ 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
   付けたのち、内径側にベローズ形状を有するゴム
   状弾性体と該外径よりもさらに大なる内径を有す
   る円筒体とを組合わせることによつて得られる中
   空部を有する筒状容器を外型として該外型を連続
   繊維を巻付けた円筒型に組込み、回転しながら硬
   化する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。 ７ 中空部を減圧にすることにより内径を大きく
   した外型を連続繊維を巻付けた円筒型に組込んだ
   のち、中空部内の圧力を他以上に設定し成形する
   特許請求の範囲第６項記載の繊維強化複合材料製
   ベローズの製造方法。 ８ 中空部を減圧にしたまま外型を円筒型に組込
   んだのち、全体を減圧槽内で脱気しながら外型の
   ゴム状弾性体を巻付表面に接触させ、この状態で
   成形するか、中空部内の圧力を他よりも高く設定
   して加圧硬化する特許請求の範囲第６項又は第７
   項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製造方
   法。 ９ 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マトリツクス
   を粘稠化しプリプレグとなしたのち、外型を組込
   む特許請求の範囲第６項、第７項又は第８項記載
   の繊維強化複合材料製ベローズの製造方法。 １０ 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６項、第７項、第
   ８項又は第９項記載の繊維強化複合材料製ベロー
   ズの製造方法。 １１ 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
   巻付けたのち、ゴム状弾性体からなるリングを用
   いて巻付けた連続繊維をベローズ形状に沿わせた
   のち該リングをとりはずし、内径側にベローズ形
   状を有するゴム状弾性体と該外径よりもさらに大
   なる内径を有する円筒体とを組合わせることによ
   つて得られる中空部を有する筒状容器を外型とし
   て該外型を連続繊維を巻付けた円筒型に組込み、
   成形する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。 １２ 中空部を減圧にすることにより内径を大き
   くした外型を連続繊維を巻付けた円筒型に組込ん
   だのち、中空部内の圧力を他以上に設定し成形す
   る特許請求の範囲第１１項記載の繊維強化複合材
   料製ベローズの製造方法。 １３ 中空部を減圧にしたまま外型を円筒型に組
   込んだのち、全体を減圧槽内で脱気しながら外型
   のゴム状弾性体を巻付表面に接触させ、この状態
   で成形するか、中空部内の圧力を他よりも高く設
   定して加圧硬化する特許請求の範囲第１１項又は
   第１２項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製
   造方法。 １４ 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マトリツク
   スを粘稠化しプリプレグとなしたのち、外型を組
   込む特許請求の範囲第１１項、第１２項又は第１
   ３項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製造方
   法。 １５ 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１１項、第１２
   項、第１３項又は第１４項記載の繊維強化複合材
   料製ベローズの製造方法。