JPH024414B2 - - Google Patents
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- JPH024414B2 JPH024414B2 JP56146942A JP14694281A JPH024414B2 JP H024414 B2 JPH024414 B2 JP H024414B2 JP 56146942 A JP56146942 A JP 56146942A JP 14694281 A JP14694281 A JP 14694281A JP H024414 B2 JPH024414 B2 JP H024414B2
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- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Description
本発明は、軽量で高強度なねじ継手を有する繊
維強化プラスチツク（以下FRPと呼ぶ）製パイ
プの製造法に関するものである。 FRP製パイプは、軽量で強度、弾性率も高く、
耐熱性にもすぐれており、構造材としての用途も
広がりつつある。 ただ、このFRP製パイプは金属パイプ等に比
べて接続がむずかしい欠点がある。通常金属パイ
プ等のパイプは、パイプに機械加工を施し、ねじ
山を形成して、ねじによる接続法を行なうことが
多い。 しかしながら、FRP製パイプは、パイプ成形
後繊維を切断し、ねじを切削するとささくれを生
じ、刃先の摩耗も大きいばかりでなく、繊維の切
断により、強度低下する恐れがある。 そのため、あらかじめねじ部を設けた金型を用
意し、この外周に樹脂含浸を行なつた繊維を巻き
つけ、硬化、脱型するか、または繊維を金型に巻
きつけた後、樹脂含浸を行ない硬化、脱型するこ
とにより、機械加工を行なわないで、ねじ継手を
有するFRP製パイプを製作する方法が用いられ
る。 この場合、金型に設けたねじ底に繊維を落しこ
むことが必要であるが、ヘリカル巻きの場合に
は、繊維の巻きつけ張力のため、落しこみは困難
であり、落しこみが容易なパラレル周巻きの場合
には、せん断強度が低いという欠点がある。 本発明は、このような欠点を解消し、軽量で高
強度なねじ継手を有するFRP製パイプの製造法
を提供するものである。 すなわち、編組状または組みひも状の筒型繊維
束を、ねじ部のみでなく、パイプ全体に連続さ
せ、その繊維角度を軸方向に対し、5゜〜20゜の範
囲に設定することにより、パイプの軸方向強度を
高めさせることを特徴としている。加えて通常、
そう入が困難である軸方向層も、該筒型繊維束を
軸方向層の上にかぶせ、軸方向に引張ることによ
り、軸方向層を周方向に均一にしめつけることに
より容易にそう入することができ、より高強度の
FRP製パイプを得ることができるという特徴も
有している。第５図及び第６図は炭素繊維強化プ
ラスチツクについて実施した繊維角度に対する強
度及び弾性率の実験データである。 このデータから、本発明のねじ継手を有する繊
維強化プラスチツク製パイプの特徴である軽くて
高強度、高弾性のパイプを得ようとするとパイプ
の軸方向に対し、繊維角度を低い角度にする必要
があることがわかる。 具体例として、鉄製パイプとの比較でいいます
と鉄の強度（20〜50Kg／mm2）以上にするために
は繊維角度は30゜以下、鉄製に対し、同等の曲
げ剛性を有し、かつ半分以下の軽量化を達成しよ
うとすると弾性率10000Kg／mm2以上が必要であり
繊維角度を20゜以下にする必要がある。 について詳細に述べると、パイプの曲げ剛性
EIは弾性率Ｅと断面２次モーメントＩとの積と
なり、を満足する本発明のパイプを得るために
は炭素繊維強化プラスチツクで考えると鉄との密
度比は密度比＝鉄／炭素繊維強化プラスチツクス＝ ８／1.6＝５／１であること、Ｉはほぼ肉厚に比例する ことから（重量もほぼ肉厚に比例）仮に本発明の
パイプのＥを10000Kg／mm2とすればＩは鉄の２倍
すなわち肉厚をほぼ２倍にすればよく、この場合
重量は1/2.5となる。 同様に繊維角度30゜の場合で考えて見るとＥ＝
6000Kg／mm2でありＥは約1/3.5となつていること
からＩは3.5倍必要であり、密度比５／１である
ことから半分以下の重量は達成できないことにな
る。 以上述べたように、本発明者らは軽量化のメリ
ツトを効果的とするためには、少くとも鉄製の半
分以下に軽量化する必要があることから第５図、
第６図に示したデータを実験により求め、このデ
ータに基ずき炭素繊維強化プラスチツクス製パイ
プに関し、上述したような種々の設計検討を行い
繊維角度5゜〜20゜を特定するとともにねじ部だけ
でなくパイプ全体に偏組状または組みひも状に形
成された筒型繊維束を用いることにより軽量で高
強度なねじ継手を有する繊維強化プラスチツクス
製パイプの製造法を発明するに至つたものであ
る。 以下本発明について図面を用いて詳細に説明す
る。 第１図は、本発明に用いるねじ継手を有する
FRP製パイプ成形用の巻きつけ金型１，２と金
型に巻きつけたFRPパイプ３の断面図である。 この金型は中央で左右の型１，２が分割でき、
ねじ山にそつて左右の型を回転させることによ
り、各々脱型が容易にできるよう工夫されたもの
である。 FRP製パイプの成形は、第１図に示すような
金型に、エポキシ、ポリエステル、フエノール等
の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻きつけ、加
熱硬化、脱型を行なう方法で可能であるし、また
別の方法として樹脂を含浸していない繊維を金型
に巻きつけ後、真空含浸等により樹脂含浸を行な
い、加熱、硬化、脱型を行なう方法でも可能であ
る。 本発明も同様であり、樹脂含浸工程は、巻きつ
けの前後どちらでも可能である。 第２図は、本発明に用いる編組状または組みひ
も状に形成された繊維角度が軸方向に対し5゜〜
20゜の筒型繊維束の拡大図であり、本発明の方法
は、この筒型繊維束をねじ付き金型１，２の全体
にかぶせ、筒型繊維束の伸縮自在性を利用し、ね
じ底部に繊維束を落しこみ、繊維束の上から、パ
ラレル周巻きを行なうか、または、高角ヘリカル
巻きを行なうことにより、金型ねじ部に繊維を密
着させ、その後で、パイプ全体を低角ヘリカル巻
き、または、ヘリカル巻きと軸方向層の組合せ等
の構成で巻きつけを行ない加熱、硬化、脱型する
ことにより、ねじ継手を有するFRP製パイプを
得る製造法である。 このように本発明の方法によれば、繊維は容易
にねじ底に落ちこむため、ねじ山部の樹脂かけも
なく、金属のねじ加工後と同様な外観をもつねじ
継手を両端にもつFRP製パイプを簡単にかつ短
時間で製作することが可能である。それに加え
て、連続繊維どうしがからみあつて山谷部を形成
しているため、ねじ継手のせん断応力を著じるし
く高めることができる。具体的に鉄製パイプと比
較すると、繊維角度を5゜〜20゜にするとともにね
じ部だけでなく、パイプ全体に編組状または組み
ひも状に形成された筒型繊維束を用いることによ
りほぼ半分以下の軽量化が可能となつた。 実施例として、繊維として炭素繊維、熱硬化性
樹脂としてエポキシ樹脂を用い、M18のねじを有
する金型に、従来方法のパラレル周巻きのみを行
ない、加熱、硬化してねじ継手を形成した場合
と、第３図に示す本発明の方法によるエポキシ樹
脂を含浸した炭素繊維の編組４を金型１及び２の
全体にかぶせ、その上からエポキシ樹脂含浸を行
つた繊維を用い、パラレル周巻き５を行ない、加
熱、硬化して、ねじ継手を形成した場合のねじ部
のせん断応力を求め比較した。 ねじ部のせん断応力Tmは Tm＝Pm／π・Ｄ・Ｐ・ｎ (1)式 ここで、 Pm：最大耐荷重 Ｄ：ねじ底直径 Ｐ：ねじピツチ ｎ：ねじの山数 (1)式より求めた。表１に両方法の結果を示す。
維強化プラスチツク（以下FRPと呼ぶ）製パイ
プの製造法に関するものである。 FRP製パイプは、軽量で強度、弾性率も高く、
耐熱性にもすぐれており、構造材としての用途も
広がりつつある。 ただ、このFRP製パイプは金属パイプ等に比
べて接続がむずかしい欠点がある。通常金属パイ
プ等のパイプは、パイプに機械加工を施し、ねじ
山を形成して、ねじによる接続法を行なうことが
多い。 しかしながら、FRP製パイプは、パイプ成形
後繊維を切断し、ねじを切削するとささくれを生
じ、刃先の摩耗も大きいばかりでなく、繊維の切
断により、強度低下する恐れがある。 そのため、あらかじめねじ部を設けた金型を用
意し、この外周に樹脂含浸を行なつた繊維を巻き
つけ、硬化、脱型するか、または繊維を金型に巻
きつけた後、樹脂含浸を行ない硬化、脱型するこ
とにより、機械加工を行なわないで、ねじ継手を
有するFRP製パイプを製作する方法が用いられ
る。 この場合、金型に設けたねじ底に繊維を落しこ
むことが必要であるが、ヘリカル巻きの場合に
は、繊維の巻きつけ張力のため、落しこみは困難
であり、落しこみが容易なパラレル周巻きの場合
には、せん断強度が低いという欠点がある。 本発明は、このような欠点を解消し、軽量で高
強度なねじ継手を有するFRP製パイプの製造法
を提供するものである。 すなわち、編組状または組みひも状の筒型繊維
束を、ねじ部のみでなく、パイプ全体に連続さ
せ、その繊維角度を軸方向に対し、5゜〜20゜の範
囲に設定することにより、パイプの軸方向強度を
高めさせることを特徴としている。加えて通常、
そう入が困難である軸方向層も、該筒型繊維束を
軸方向層の上にかぶせ、軸方向に引張ることによ
り、軸方向層を周方向に均一にしめつけることに
より容易にそう入することができ、より高強度の
FRP製パイプを得ることができるという特徴も
有している。第５図及び第６図は炭素繊維強化プ
ラスチツクについて実施した繊維角度に対する強
度及び弾性率の実験データである。 このデータから、本発明のねじ継手を有する繊
維強化プラスチツク製パイプの特徴である軽くて
高強度、高弾性のパイプを得ようとするとパイプ
の軸方向に対し、繊維角度を低い角度にする必要
があることがわかる。 具体例として、鉄製パイプとの比較でいいます
と鉄の強度（20〜50Kg／mm2）以上にするために
は繊維角度は30゜以下、鉄製に対し、同等の曲
げ剛性を有し、かつ半分以下の軽量化を達成しよ
うとすると弾性率10000Kg／mm2以上が必要であり
繊維角度を20゜以下にする必要がある。 について詳細に述べると、パイプの曲げ剛性
EIは弾性率Ｅと断面２次モーメントＩとの積と
なり、を満足する本発明のパイプを得るために
は炭素繊維強化プラスチツクで考えると鉄との密
度比は密度比＝鉄／炭素繊維強化プラスチツクス＝ ８／1.6＝５／１であること、Ｉはほぼ肉厚に比例する ことから（重量もほぼ肉厚に比例）仮に本発明の
パイプのＥを10000Kg／mm2とすればＩは鉄の２倍
すなわち肉厚をほぼ２倍にすればよく、この場合
重量は1/2.5となる。 同様に繊維角度30゜の場合で考えて見るとＥ＝
6000Kg／mm2でありＥは約1/3.5となつていること
からＩは3.5倍必要であり、密度比５／１である
ことから半分以下の重量は達成できないことにな
る。 以上述べたように、本発明者らは軽量化のメリ
ツトを効果的とするためには、少くとも鉄製の半
分以下に軽量化する必要があることから第５図、
第６図に示したデータを実験により求め、このデ
ータに基ずき炭素繊維強化プラスチツクス製パイ
プに関し、上述したような種々の設計検討を行い
繊維角度5゜〜20゜を特定するとともにねじ部だけ
でなくパイプ全体に偏組状または組みひも状に形
成された筒型繊維束を用いることにより軽量で高
強度なねじ継手を有する繊維強化プラスチツクス
製パイプの製造法を発明するに至つたものであ
る。 以下本発明について図面を用いて詳細に説明す
る。 第１図は、本発明に用いるねじ継手を有する
FRP製パイプ成形用の巻きつけ金型１，２と金
型に巻きつけたFRPパイプ３の断面図である。 この金型は中央で左右の型１，２が分割でき、
ねじ山にそつて左右の型を回転させることによ
り、各々脱型が容易にできるよう工夫されたもの
である。 FRP製パイプの成形は、第１図に示すような
金型に、エポキシ、ポリエステル、フエノール等
の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻きつけ、加
熱硬化、脱型を行なう方法で可能であるし、また
別の方法として樹脂を含浸していない繊維を金型
に巻きつけ後、真空含浸等により樹脂含浸を行な
い、加熱、硬化、脱型を行なう方法でも可能であ
る。 本発明も同様であり、樹脂含浸工程は、巻きつ
けの前後どちらでも可能である。 第２図は、本発明に用いる編組状または組みひ
も状に形成された繊維角度が軸方向に対し5゜〜
20゜の筒型繊維束の拡大図であり、本発明の方法
は、この筒型繊維束をねじ付き金型１，２の全体
にかぶせ、筒型繊維束の伸縮自在性を利用し、ね
じ底部に繊維束を落しこみ、繊維束の上から、パ
ラレル周巻きを行なうか、または、高角ヘリカル
巻きを行なうことにより、金型ねじ部に繊維を密
着させ、その後で、パイプ全体を低角ヘリカル巻
き、または、ヘリカル巻きと軸方向層の組合せ等
の構成で巻きつけを行ない加熱、硬化、脱型する
ことにより、ねじ継手を有するFRP製パイプを
得る製造法である。 このように本発明の方法によれば、繊維は容易
にねじ底に落ちこむため、ねじ山部の樹脂かけも
なく、金属のねじ加工後と同様な外観をもつねじ
継手を両端にもつFRP製パイプを簡単にかつ短
時間で製作することが可能である。それに加え
て、連続繊維どうしがからみあつて山谷部を形成
しているため、ねじ継手のせん断応力を著じるし
く高めることができる。具体的に鉄製パイプと比
較すると、繊維角度を5゜〜20゜にするとともにね
じ部だけでなく、パイプ全体に編組状または組み
ひも状に形成された筒型繊維束を用いることによ
りほぼ半分以下の軽量化が可能となつた。 実施例として、繊維として炭素繊維、熱硬化性
樹脂としてエポキシ樹脂を用い、M18のねじを有
する金型に、従来方法のパラレル周巻きのみを行
ない、加熱、硬化してねじ継手を形成した場合
と、第３図に示す本発明の方法によるエポキシ樹
脂を含浸した炭素繊維の編組４を金型１及び２の
全体にかぶせ、その上からエポキシ樹脂含浸を行
つた繊維を用い、パラレル周巻き５を行ない、加
熱、硬化して、ねじ継手を形成した場合のねじ部
のせん断応力を求め比較した。 ねじ部のせん断応力Tmは Tm＝Pm／π・Ｄ・Ｐ・ｎ (1)式 ここで、 Pm：最大耐荷重 Ｄ：ねじ底直径 Ｐ：ねじピツチ ｎ：ねじの山数 (1)式より求めた。表１に両方法の結果を示す。
【表】
このように本発明の方法によるねじ部のせん断
応力は、従来法の３倍強の値を示した。また、こ
の筒状繊維束をねじ部だけでなく、パイプ全体に
連続させ、しかもその繊維角度が軸方向に対し、
5゜〜20゜の範囲に設定しているので、パイプ全体
の軸方向弾性率および強度を高めることになるば
かりでなく、細巾のテープを巻きつけていくのに
比べ、成形時間の非常に短かいねじ継手を有する
FRP製パイプの製造が可能である。 さらに、軸方向の強度、弾性率に対し一番有効
な軸方向層をそう入する場合、第２図に示す筒型
繊維束を使用し、軸方向層のうえから筒型繊維束
をかぶせ、軸方向に引張ることにより、周方向を
均一にしめつけ軸方向層の繊維のみだれ、シワの
発生を防止させることができる。特にねじ部の繊
維のみだれを防止でき、軸方向層としての機能を
十分に発揮させることができる。 第４図に本発明の実施例として、軸方向層をそ
う入する場合の層構成の一例を示す。最内層６
は、上述したねじ部のせん断応力を高め、かつ軸
方向の荷重に対しても有効となり得る編組状また
は組みひも状に形成された筒型繊維束を、ねじ部
のみパラレル周巻きでおさえこんだ層を示してい
る。中間層７は軸方向層を示し、その外側層８は
６と同じ筒型繊維束を示し、最外層９はパラレル
周巻きを示している。 このような構成であれば、フイラメントワイン
デイング法を用いることが少なくてすみ、非常に
簡単にしかも短時間に軽くて高強度、高弾性率の
ねじ継手を有するFRP製パイプを製造すること
ができる。 FRP用繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、
ケブラー繊維（米国デイポン社の商品名）等があ
るが、これらのうち、炭素繊維はすべり易さ、お
よびかたさがあり、本発明の製造法には最適とい
える。 以上述べたように、本発明の方法を用いれば、
軽量で高強度なねじ継手を有するFRP製パイプ
を短時間にしかも容易に成形できるため量産化も
可能となる。
応力は、従来法の３倍強の値を示した。また、こ
の筒状繊維束をねじ部だけでなく、パイプ全体に
連続させ、しかもその繊維角度が軸方向に対し、
5゜〜20゜の範囲に設定しているので、パイプ全体
の軸方向弾性率および強度を高めることになるば
かりでなく、細巾のテープを巻きつけていくのに
比べ、成形時間の非常に短かいねじ継手を有する
FRP製パイプの製造が可能である。 さらに、軸方向の強度、弾性率に対し一番有効
な軸方向層をそう入する場合、第２図に示す筒型
繊維束を使用し、軸方向層のうえから筒型繊維束
をかぶせ、軸方向に引張ることにより、周方向を
均一にしめつけ軸方向層の繊維のみだれ、シワの
発生を防止させることができる。特にねじ部の繊
維のみだれを防止でき、軸方向層としての機能を
十分に発揮させることができる。 第４図に本発明の実施例として、軸方向層をそ
う入する場合の層構成の一例を示す。最内層６
は、上述したねじ部のせん断応力を高め、かつ軸
方向の荷重に対しても有効となり得る編組状また
は組みひも状に形成された筒型繊維束を、ねじ部
のみパラレル周巻きでおさえこんだ層を示してい
る。中間層７は軸方向層を示し、その外側層８は
６と同じ筒型繊維束を示し、最外層９はパラレル
周巻きを示している。 このような構成であれば、フイラメントワイン
デイング法を用いることが少なくてすみ、非常に
簡単にしかも短時間に軽くて高強度、高弾性率の
ねじ継手を有するFRP製パイプを製造すること
ができる。 FRP用繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、
ケブラー繊維（米国デイポン社の商品名）等があ
るが、これらのうち、炭素繊維はすべり易さ、お
よびかたさがあり、本発明の製造法には最適とい
える。 以上述べたように、本発明の方法を用いれば、
軽量で高強度なねじ継手を有するFRP製パイプ
を短時間にしかも容易に成形できるため量産化も
可能となる。
図面は本発明の実施例を示すものであり、第１
図はねじ継手を有するFRP製パイプ成形用の型
およびFRPパイプの断面図であり、第２図は、
筒型繊維束の拡大図である。第３図は、本発明の
FRP製パイプの断面を示しており、４は編組、
５はパラレル周巻きを示している。第４図は、本
発明の方法による層構成の一例を示す断面図であ
り、６，８は編組状または組みひも状に形成され
た筒型繊維束、７は軸方向層、９はパラレル周巻
き層を示している。第５図及び第６図は炭素繊維
強化プラスチツクについて実施した繊維角度に対
する強度及び弾性率の関係を示している。
図はねじ継手を有するFRP製パイプ成形用の型
およびFRPパイプの断面図であり、第２図は、
筒型繊維束の拡大図である。第３図は、本発明の
FRP製パイプの断面を示しており、４は編組、
５はパラレル周巻きを示している。第４図は、本
発明の方法による層構成の一例を示す断面図であ
り、６，８は編組状または組みひも状に形成され
た筒型繊維束、７は軸方向層、９はパラレル周巻
き層を示している。第５図及び第６図は炭素繊維
強化プラスチツクについて実施した繊維角度に対
する強度及び弾性率の関係を示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 繊維に樹脂を含浸させた後、ねじ部を設けた
金型に巻きつけ、硬化、脱型するかまたは繊維を
金型に巻きつけた後、樹脂含浸を行ない、硬化、
脱型してパイプを成形する方法において、編組状
または組みひも状に形成された筒型繊維束がねじ
部だけでなく、パイプ全体に連続しており、その
繊維束の繊維角度が軸方向に対し、5゜〜20゜の範
囲にあることを特徴とするねじ継手を有する繊維
強化プラスチツク製パイプの製造法。 ２ 編組状または組みひも状に形成された筒型繊
維束が、パイプ全体に連続する軸方向層のすぐ外
側にあり、該繊維束を軸方向に引張ることにより
軸方向層を周方向に均一にしめつけ、軸方向繊維
のみだれを防止した特許請求の範囲第１項記載の
ねじ継手を有する繊維強化プラスチツク製パイプ
の製造法。 ３ 繊維が炭素繊維からなる特許請求の範囲第
１、２項記載のねじ継手を有する繊維強化プラス
チツク製パイプの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56146942A JPS5845926A (ja) | 1981-09-16 | 1981-09-16 | ねじ継手を有する繊維強化プラスチツク製パイプの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56146942A JPS5845926A (ja) | 1981-09-16 | 1981-09-16 | ねじ継手を有する繊維強化プラスチツク製パイプの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5845926A JPS5845926A (ja) | 1983-03-17 |
| JPH024414B2 true JPH024414B2 (ja) | 1990-01-29 |
Family
ID=15419054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56146942A Granted JPS5845926A (ja) | 1981-09-16 | 1981-09-16 | ねじ継手を有する繊維強化プラスチツク製パイプの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5845926A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6237131A (ja) * | 1985-04-05 | 1987-02-18 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 強化繊維を用いたプラスチツク製ネジ部材 |
| JPH0420426U (ja) * | 1990-06-13 | 1992-02-20 | ||
| JPH0596639A (ja) * | 1991-10-07 | 1993-04-20 | Mitsubishi Electric Corp | ねじ付き一体形ｆｒｐ製品の製造方法 |
| JP2003144008A (ja) * | 2001-08-31 | 2003-05-20 | Shimano Inc | 玉 網 |
-
1981
- 1981-09-16 JP JP56146942A patent/JPS5845926A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5845926A (ja) | 1983-03-17 |
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