JPH0278533A - 繊維強化複合樹脂製棒状成形体及びその製造方法 - 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】 淳　トの１）Ｉ 本発明は、一般には繊維強化複合樹脂中空管或いは中実
軸（本明細書では以後［＃ａ雑強化複合樹脂製林状成形
体」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、
衝撃力の伝達に適した繊維強化複合樹脂製棒状成形体に
関するものであり、例えば上米分野、石油開発等に於け
るポーリンク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ンヤフト等に好
適に使用し得るものである。勿論、本発明の繊維強化複
合樹脂ｆＡ棒状成形体はこのような回転トルク或いは＃
撃伝達用に限定されるものではなく１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。

【え立且遣 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両パイプを接続し、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。

、ヒ述のように、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、長尺化のための接続に人手を要
し、トンネル内或いは山の傾斜面等の使用現場での悪条
件下では作業時間の延長、搬送時及び接続時の安全性の
点でも問題があった。又、重Ｉ−か大であることはこの
ように作業性を悪くするだけでなく、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白
トンとなり、特別に掘削用パイプのための支持構造体が
必要となることがある。

（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
繊維強化複合樹脂管が本出願人により提案されている（
特開昭６３−１８７１８５号及び特開昭６３−１６７１
８４号を参照せよ、）。

該繊維強化複合樹脂管は打撃強度に十分耐え、且つ鋼製
パイプに比べて重量を約１７２に軽減することができ、
極めて好適なものであるが、高回転トルクの動力伝達用
としては十分なものではなかった。

これに対し、本出願人は、ｍ維強化樹脂製中空管の両端
部内周部に係合する接続用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により、最大６
００ｋｇ−ｍといった相当大きな回転トルクを伝達する
ことができることを見出し、斯る構成の＃＆繊維強化複
合樹脂管提案した（特願昭６２−２６０５７４号）。

が　　しよ−と　る 上記特開昭６３−１６７１８５号及び特開昭６３−１６
７１８４号に開示される繊維強化複合樹脂管、更には特
願昭６２−２８０５７４号にて提案した繊維強化複合樹
脂管であっても１例えば衝撃式ポーリングに使用した場
合には、従来の鋼製のポーリングケーシングに比較して
穿孔速度、即ち穿孔効率が低いことが分った。

本発明者等は、該穿孔効率を向上せしめるべく多くの研
究実験を行なった結果、繊維強化複合樹脂管の軸方向剛
性を増大せしめることにより、衝撃伝達性が増大し、穿
孔効率を飛躍的に向上せしめることができ、場合によっ
ては繊維強化樹脂管を使用したポーリングケーシングで
あっても従来のｌＡ製のものと同等の、或いはそれ以上
の穿孔効率をｌｆ！ｍし得ることを見出した。

本発明は斯る新規な知見に基づき達成されたものである
。

従って、本発明の目的は１重量を軽減し、腐食の問題を
なくし、相当大きな回転トルク、衝撃力を伝達すること
ができ、打撃強度に耐え、しかも軸方向剛性が高くポー
リングケーシングとして使用した場合には穿孔効率を向
上せしめることのできる、接続長尺化可イ蔽な、繊維強
化複合樹脂中空管或いは中実軸とされる繊維強化複合樹
脂製棒状成形体及びその製造法を提供することである。

ｉＩＩ　　　　るための Ｆ記目的は本発明に係る繊維強化複合樹脂製棒状成形体
によって達成される。要約すれば本発明は、複数の繊維
強化樹脂層を積層して形成される繊維強化樹脂被覆層と
、該繊維強化樹脂被覆層の両端部に配置された接続用の
金属短管とを愉えた接続長尺化可能の繊維強化複合樹脂
製棒状成形体において、前記繊維強化樹脂層１１！層は
、複数の繊維強化樹脂層から成り且つ両端面部が前記接
続用の金属短管の各両端面部に当接した内側繊維強化樹
脂被覆層と、前記内側繊維強化樹脂被ｉ層及び金属製短
管の外周囲を被覆して形成された複数の繊維強化樹脂層
から成る外側繊維強化樹脂被覆層とを有し、前記内側繊
維強化樹脂被覆層又は外側繊維強化樹脂被ｍ層の少なく
ともいずれかのｍ維強化樹脂被覆層の前記複数の繊維強
化樹脂層は少なくとも一層が強化繊維を軸線方向に配列
した層とされることを特徴とする繊維強化複合樹脂製棒
状成形体である。好ましくは、少なくとも外側繊維強化
樹脂被覆層は強化繊維を軸線方向に配列した繊維強化樹
脂層を有し、更には、金属製短管の外周囲には凹凸形状
が形成される。繊維強化複合樹脂製棒状成形体は中空管
又は中実軸とされる。

又、好ましくは少なくとも外側繊維強化樹脂被覆層の最
外層は、強化ｍ雑を軸線方向に対して９０°方向に配列
した層とされ、更に好ましくは内側繊維強化樹脂被覆層
の最内層も又、強化ｍ維を＋ＩＩ線方向に対して９０’
方向に配列した層とされる。

斯る繊維強化複合樹脂製棒状成形体は、（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ｉｉＵ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複数の繊維強化樹脂層から成る内
側繊維強化樹脂被覆層を所定の肉厚にて形成し、所望に
応じて硬化する■程：　（Ｃ）前記マンドレルの両端部
より接続用金属Ｗ短管を挿入し、前記内側繊維強化樹脂
被覆層の両端部に当接せしめる工程；　（ｄ）次いで、
前記内側繊維強化樹脂被ｉ層及び両金属製短管の外周囲
を被覆して、？に数の繊維強化樹脂層から成る外側繊維
強化樹脂被覆層を所定の肉厚にて形成し、所望に応じて
硬化するし程、ここで前記内側Ｍｌ＃Ｉ強化樹脂被覆層
又は外側ｍ維強化樹脂被覆層の少なくともいずれかの繊
維強化樹脂被覆層の前記複数の繊維強化樹脂層は少なく
とも一層が強化繊維を軸線方図に配列した層とされるこ
と：及び（ｅ）必要に応じて、前記マンドレルを軸線方
向一方向に引き抜くＬ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される。

内側及び外側繊維強化樹脂被覆層の各繊維強化樹脂層は
、樹脂含浸繊維を用いたフィラメントワインディング法
により形成されるか、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１遺 次に、木発ＩＪＩに係る繊維強化複合樹脂製棒状成形体
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繊維強化複合樹脂製棒状成形体
が、特に繊維強化複合樹脂製中空管（以後単にｒＦＲＰ
管Ｊという、）に具現化された一実施例が示される。

本発明に係るＦＲＰ管ｌは、複数の繊維強化樹脂層を積
層して形成されたｌｉｉ維強化樹ｊｈ１被覆層２．３と
、該繊維強化樹脂被′ｌｉＩ層の両端部に配ｔされた接
続用の金属短管４．６とをＪＪｅ備する。

更に説明すると、ｍｍ強化樹脂被覆層は、長さ（す）、
内径（ｄ）、肉厚（ｔ　Ｂとされる内側繊維強化樹脂被
覆層、即ち、内管２を有し、該内管２の両端面部は接続
用の金属短管４，６の各両端面部に当接している。又、
内管２は複数の繊維強化樹脂層から成り、本実施例では
繊維強化樹脂層２ａ、２ｂの２層から成り、繊維強化樹
脂層２ｂは強化繊維が軸線方向に配列された層とされる
。最内層２ａは、本実施例では保護層であり。

例えばＧＦ（カラス繊維）クロスプリプレグにて形成さ
れるのが好適である。

更に、繊維強化樹脂被覆層は、内管２及び金属製短′Ｒ
４，６の外周囲を被覆して積層された外側繊維強化樹脂
被覆層、即ち、外管３を備えている。Ａｋ外管３は、反
さがＬ、外径はＤ、肉厚は１２とされる複数の積層され
た繊維強化樹脂層から成り、本実施例では繊維強化樹脂
層３ａ、３ｂ。

３Ｃの３層から成り、更に繊維強化樹脂層の少なくとも
一層は、本実施例では繊維強化樹脂層３ｂは強化繊維が
軸線方向に配列された層とされる。

所望に応じて、外管３の最外層３ｃの更に外側に保護層
５を設けることもできる。該保護層５は、例えば本ＦＲ
Ｐ管ｌをポーリングケーシングとして使用した場合など
には掘削によりＦＲＰ管ｌの表面が著しく摩耗されるの
を防止する作用をなす、該保護層５については更に後で
詳しく説明する。

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。

、偵雄ねじ６Ｃ部分は、図示されるように、外管３より
外方へと突出して形成される。断る構成のＦＲＰ管ｌは
一つのＦＲＰ管の金属製短管の雌ねじ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、両金属製短管４．６の外周部４ｃ、６ｂには、第２
図及び第３図に図示するように、凹凸形状か形成される
。該凹凸形状は、ｏ−レッ加工上にて形成することもで
き、例えばＪＩＳ　　Ｂ　　０９５、　ｌに規定される
平目又はアヤ目とすることができ、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、ＪＩＳ規格のアヤ目ローレフト加工に類似してい
るが、ローレフト加工角度（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、凸状に形成された各自の頂部を偏平にし
たもの等を使用することができる。

従って、外管３と金属製短管４．６との接続は、繊維強
化樹脂層３ａ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１繊維強化
樹脂層３ａ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０［能である
。

内側繊維強化樹脂被覆層（内管）２及び外側繊維強化樹
脂被覆層（外管）３について更に説明する。

内管２の最内層２ａは、上述のように未実施例ではＦＲ
Ｐ％ｌの保護層として設けられるものであり、例えばＧ
Ｆ（カラス＃ｉ＆、！ｉ）クロスプリプレグにて形成す
ることができる。一方、層２ｂは内管２の軸線方向剛性
を増大せしめるための層であり、軸線方向に繊維が配列
された繊維強化樹脂層とされ、特に、強化繊維としては
炭素繊維を使用し、より好ましくは高弾性率又は超高弾
性率の炭素ＭＩ＆雄２例えば弾性率４００〜８００ＧＰ
　ａノ炭素繊維が使用される。

強化＃＃ｌｆＩ＆樹脂Ｈ＋２ｂの強化繊維としては、炭
素繊維の外に、ガラス繊維又はアラミド繊維誰を使用す
ることも可能である。又、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、ＰＥＴ、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ト、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ＣａＣＯ３，マイカ、Ａｌ（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。

外管３の最内層３ａ及び最外層３ｃは９回転トルク特性
を向トせしめるための＃ａ繊維強化樹脂層あって、軸線
方向に対１．て４５°の角度に強化繊維が配列された層
とされる。特に該両層３ａ、３Ｃは、強化繊維として炭
素繊維を使用し、より好ましくは、高強度の炭素ｍ維、
例えば引張強度３０〜５０　Ｍ　Ｐ　ａ　、弾性率２４
０−５００ＧＰａ＋７））＆　素Ｍｌ維が使用される。

一方、外管３の中間層３ｂは、外管３の軸線方向剛性を
増大せしめるための層であり、軸線方向に繊維が配列さ
れた繊維強化樹脂層とされ、特に、強化繊維としては炭
素繊維が使用され、より好ましくは高弾性率又は超高り
ｉ性率の炭素繊維、例えば弾性率４００〜８００ＧＰａ
の炭素繊維が使用される。

強化繊維樹脂層３ａ、３ｂ、３．　ｃの強化繊維として
は、炭素繊維の外に、ガラスｍ維又はアラミド繊維を使
用することも可能であり、又、マトリクス樹脂は、上記
マトリクス樹脂を同様に使用し得る。

上記各繊維強化樹脂層２ａ、２ｂ及び３ａ、３ｂ、３Ｃ
は、プリプレグを使用しワインディング法により形成す
るか、或い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することができ、更には特定の層
はプリプレグを使用し、他の層はフィラメントワインデ
ィング法により形成することもできる。

ト述の如くに、所望に応じて、外ｖ３の最外層３ｃの更
に外側に保護層５を設けることもてきる。

保護層５は　例えばＣＦ（ガラス繊維）クロスプリプレ
グにて形成されるのが好適であるが、更に２次のように
して形成することもできる。

（１）耐摩耗樹脂によるコーティング 例えばＥＣ八へア（商品名、旭セラコート株式会社製）
の如きセラミックパウダー、或いはステ／レスブライト
コートＥ−２０００（商品名、旭セラコート株式会社製
）の如きステンレスフレークなどの硬い粒子（モース硬
度で４〜５程度）の混入した樹脂を０．５〜１ｍｍ程度
のコーティング厚さで最外層に塗布し、常温又は加熱硬
化させて耐庁耗層を形成する。混入樹脂としてはエポキ
ン樹脂などが好適である。

（２）ポリウレタン樹脂によるコーティングポリウレタ
ン樹脂はＦＲＰ管１の外層に直接塗！Ｈ７することがで
きず、先ずＦＲＰ管１の表面を導゛屯性にする必要があ
る。ＦＲＰ管ｌの外層が炭素ｍ雄強化樹脂層にて形成さ
れている場合には、該外層の表面を削って表面に炭素繊
維を露出させ導電性とすることも可能であるが１表面の
損傷による強度低下が生じるために、ＦＲＰ管１の外層
に金属メツシュ或いは金属箔などを巻き付け、外層と同
時に硬化させることによって外表面を導電性とするのが
好ましい、金属メツシュとしては＃４００程度の細かい
目をした布地風のステンレスメツシュが好適である。又
、金属箔としてはアルミニウム給などが好ましい。

（３）金属スリーブの挿入 ＦＲＰｖｌを成形後、外層表面を切削胎工して外径を均
一とし、その上に接着剤を塗布し１例えば厚さ１ｍｍ程
度の薄肉の金属スリーブを挿入し、接着する。金属スリ
ーブとしてはＳＵＳ材などが好ましい。

（４）金属メツシュ被覆 ＦＲＰ管ｌの外層表面を、樹脂が含浸された金属メツシ
ュで巻き付け、ＦＲＰ管ｌと共に加熱硬化させ、表面に
金属層を設ける。金属メツシュとしては、＃４００程度
の細かい目をした布地風のステンレスメツシュが好まし
く、含浸樹脂とじてはエポキシ樹脂などの北記プリプレ
グ用のマトリクス樹脂を使用することができる。

（５）アラミド繊維クロス被覆 Ｆ　ＲＰ　ｔ６　ｔの外層にアラミド繊維クロスプリプ
レグを巻き付は加熱硬化させる。

（６）アラミドステッチングＣＦクロスＣＦクロスにア
ラミド繊維を垂直に縫い込んで形成されるアラミドステ
ッチングＣＦクロスをＦＲＰ管ｌの外層に巻き付け、加
熱硬化させる。

（７）テフロン熱収縮チューブ被覆 ＦＲＰ管ｌを成形後、その外層にテフロン熱収縮チュー
ブを被せ、熱を加えてチューブを収縮させる。

（８）ニッケル°屯着 ＦＲＰ管ｌの外層が炭素繊維強化樹脂層にて形成されて
いる場合には、該外層の表面を削って表面に炭ｌ＃繊維
を露出させ導電性とし、必要に応じて導電性塗料を塗布
することにより、厚さ５０μ田にて銅層を形成し、次い
で厚さ１００．ｙｍにてニッケル電着層を形成する。

以上説明したように、上記実施例では、複数の繊維強化
樹脂層を積層して形成される内側繊維強化樹脂被覆層（
内管）２及び外側繊維強化樹脂被覆層（外管）３は、各
々その少なくとも一層は強化繊維が軸線方向に配列され
た層とされたが１本発明に従えば、内管２又は外管３の
いずれか一方の繊維強化樹脂層の少なくとも一層を強化
繊維が軸線方向に配列された層とすることもできる。

このように１本発明に従えば、内管２及び／又は外管３
を構成する複数の繊維強化樹脂層の少なくとも一層を強
化繊維が軸線方向に配列された層とすることにより、Ｆ
ＲＰ’ｉｌｌの、軸方向の剛性が増大し、衝撃伝達性が
向上し、結果として穿孔！Ｉｈ率が増大する。

第４図及び第５図には１本発明者等の研究実験の結果得
られた内管２及び外管３における剛性と穿孔効率との関
係を示す、第４図及び第５図では、穿孔効率としては鋼
製のケーシングの穿孔速度（Ｖｓ）に対するＦＲＰ管ｌ
の穿孔速度（Ｖｆ）の割合、つまり相対速度（Ｖ　ｆ　
／　Ｖ　ｓ　）が採用されている。第４図及び第５図よ
りＦＲＰｖｌの内ｙ　２及び外管３の軸方向の剛性が増
大するとｊ（に穿孔効率が増大することが理解される。

又、ＦＲＰ管１の軸方向剛性を高めると衝撃伝達性が良
くなることは、第６図から第８図に示す衝撃応力の測定
により確認される。ＦＲＰｖｌの軸方向剛性は第６図か
ら第８図へと順に減少するものであり、ＦＲＰ管ｌの一
端に同じ衝撃力を加えたとき、ＦＲＰ管を伝幡しＦＲＰ
管の他端を介して測定管に伝えられた最大衝撃応力（σ
ｍａ×）が順に小さくなっていることが分る。

上記説明では、本発明に係る繊維強化複合樹脂製棒状成
形体は、繊維強化複合樹脂製中空管、つまりＦＲＰ管で
あるとして説明したが、第９図に図示されるように、繊
維強化複合樹脂製中実軸ＩＡとすることもできる。

つまり、繊維強化複合樹脂製中実軸においては、第１図
に図示されたＦＲＰ管の内部に、軸８が埋め込まれた形
態とされる。該軸８は、アルミニウム等の軽金属、硬質
発泡ポリウレタン、硬質発泡ポリスチレン等のプラスチ
ック等とされるのか好適である。

更に、上述の如くに構成される繊維強化複合樹脂製棒状
成形体１、ＩＡは、その圧潰（つぶれ）強度を増大させ
るために、外側繊維強化樹脂被覆層３の最外層（例えば
層３ｃ）は、より好ましくは、外側繊維強化樹脂被覆層
３の最外層（例えば層３ｃ）と、内側繊維強化樹脂被覆
Ｆｉ！２の、保護層を除いた最内層（例えば層２ｂ）と
は、強化繊維を軸線方向に対して９０’方向に配°列し
た層とすることが好ましい。

第１Ｏ図に、このように構成された本発明に係るｍ維強
化複合樹脂製棒状成形体の一実施例を示す０本実施例に
よると、繊維強化複合樹脂製棒状成形体はＦＲＰ管１と
され、該ＦＰＲ管ｌは、複数のｍ維強化樹脂層をｆｉＪ
ｆｔＬで形成された繊維強化樹脂被覆層、つまり内管２
及び外管３と、該繊維強化樹脂被ＩＩ層の両端部に配置
された接続用の金属短管４，６とを具備する。断る構成
は第１図の実施例に係るＦＲＰ管ｌと同様の構成とされ
る。

本実施例で、外管３は、繊維強化樹脂層３ａ、３ｂ、３
ｃの３層から成り、繊維強化樹脂層３ｂは強化繊維が軸
線方向に配列された層とされ、最外層とされる繊維強化
樹脂層３Ｃは強化繊維が軸線方向に対し直角に、即ち９
０°に配列された層とされる。又、繊維強化樹脂層３ａ
は、限定されるものではないが、強化繊維が軸線方向に
対し４５°に配列された層とすることができる。

内管２も又複数の＃ａ繊維強化樹脂層ら成り１本実施例
では繊維強化樹脂層２ａ、２ｂ、２Ｃの３層から成り、
保護層２ａを除いた最内層である繊維強化樹脂層２ｂは
強化繊維が軸線方向に対して９０°に配列された層とさ
れ、繊維強化樹脂層２Ｃ及び保護層２ａは１例えばＧＦ
（ガラスｍ雑）クロスプリプレグにて形成される。

上記強化繊維が軸線方向に対し直角に、即ち９０″に配
列された層とされる繊維強化樹脂層３ｃ、２ｂは、所望
に応じて、強化繊維が軸線方向に対し９０°に配列され
た層と強化繊維が軸線方向に沿って配列された層とを交
互に８１層して形成することも可能である。

又、上述の如く、外管３の最外層３Ｃの更に外側には上
記したと同様に構成される保護層５を設けることができ
る。

本発明によれば、第１０図における内管２の層２ｂは必
ずしも必要とはされないが、本実施例のように、内管２
の保護層２ａを除いた最内Ｐ＃２ｂとして強化繊維が軸
線方向に対して９０’に配列された層を形成することに
よって、ＦＲＰ管ｌのつぶれ強度は極めて大きなものと
なる。

以上の構成とされる本発明に係る繊維強化複合樹脂製棒
状成形体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。

１１五↓よ」 １Ａｌ１図に図示されるように、本体部１０ａの長さＬ
ｌが１５５０ｍｍ、ｍ径部１０ｂの長さＬ２が３００　
ｍ　ｍの細畏のマンドレル１０を用意した（第１１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Ｄｌは９８ｍｍ、縮径部ｆｏｂの直径Ｄ２
は８５　ｍ　ｍとされた。

該マンドレルｌＯに対し、その本体部領域（立＋２ΔＭ
）１０００ｍｍにわたって内側繊維強化被覆層（内管）
２が厚さ５．０ｍｍにて形成された。

更に説明すると、内管２は、強化繊維としてガラスＨｋ
維を、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を使用して作
製されたガラス繊維クロスプリプレグが通常のワインデ
ィング法により巻き付けることにより内側繊維強化樹脂
Ｗｊ　２　ａを形成した０層厚さは１ｍｍであった。

次いで、諸層２ａの上に、強化繊維として炭素繊維を、
マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を使用して作製され
た炭素繊維プリプレグを繊維方向が軸線方向に配列する
ようにして通常のワインディング法により巻き付けるこ
とにより繊維強化樹脂層２ｂを形成した。該繊維強化樹
脂層２ｂの層厚さは５ｍｍであった。

内管２は、次いで、その両端部をΔ見＝ｌＯｍｍにわた
って切断し、所定の長さ文＝　９８０　ｍ　ｍの内管２
を形成した（第１１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２の両端部に当接せしめた（第１１図（
ハ））。

マンドレルｌＯ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　ｍ　ｍの例えばＪＩＳ　、ＰＦＳ管用平
行ねじ溝が形成された雌ねじ部４ａと、内径９８．５ｍ
ｍの取付は部４ｂとから成り、又、外径は１１０ｍｍと
され、その外周面４ｃには、ＪＩＳ　　Ｂ　　０９５１
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
たローレフ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１０ｂ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ｌＯｂ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６Ｃと、外径が１１０ｍ
ｍとされる外周面６ｂと、外径９８ｍｍ（７）例えばＪ
ＩＳ、ＰＦ５　／ｄ−用平行ねじが形成された雄ねじ部
６ａ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。

各短管とも、ねじ部４ａ、６ａ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は共に２６０ｍｍとされた。

次いで、前記内管２及び両金属製短管４．６の外周囲を
被覆して外側繊維強化樹脂被覆層、即ち外管３を形成し
た。該外管３は、長さ（Ｌ）が１５００　ｍ　ｍ、外径
（Ｄ）が１２０　ｍ　ｍ　、肉厚（Ｌ２）は５ｍｍとさ
れ、複数の８１層された繊維強化樹脂層３ａ、３ｂ、３
Ｃの３層から構成された。

最内層３ａ及び最外層３Ｃは、軸線方向に対して４５°
の角度に繊維が配列された繊維強化樹脂層とされ、中間
層３ｂは、軸線方向に繊維が配列された繊維強化樹脂層
とされた。

！ｉ＆雄強化樹脂Ｊｆｉ３ａ、３ｂ、３Ｃは１強化繊維
として炭ｚｍ維を、マトリクス樹脂としてエボキン樹脂
を使用して作製された炭素繊維プリプレグ、を通常のワ
インディング法により巻き付けることにより形成した。

該繊維強化樹脂Ｐ＃３　ａ、３ｂ、３Ｃの層厚さは順に
１ｍｍ、３ｍｍ、１ｍｍであった（第１１図（ニ））。

このようにしてマンドレル１０上に巻！！付けられた各
繊維強化樹脂層は硬化される。該硬化処理は、本実施例
では、硬化温度をｌＯ℃／分の割合で１３０℃まで昇温
し、２時間保持した後、１０℃／分の割合にて冷却する
ことにより実施された。

冷却後、マンドレルｌＯを、第ｉｔ図（ニ）に図示する
ように矢印方向へと引き抜いた。外′Ｆ？３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１
５００ｍｍ（Ａ＊ねじ突出部ｗ２＝　１３０ｍｍ）　、
外径りが１２０ｍｍの管形状をした繊維強化複合樹脂製
棒状成形体ｌが得られた。

各ｍｍ強化樹脂層２ｂ、３ａ、３ｂ、３Ｃに使用される
強化Ｍ！ｉ維を変えてＦＲＰ管ｌ（実施例１．２．）を
作製し、実験した。結果が表１に示される。

実施例１では、内／Ｉｉ′２の炭素繊維としては引張強
度３０　Ｍ　Ｐ　ａ　、弾性率７００ＧＰａとされる超
高りを性炭素繊維を使用し、外管３の炭素繊維としては
引張強度３０　Ｍ　Ｐ　ａ、弾性率５００ＧＰａとされ
る高弾性炭素繊維を使用した。

実施例２では、内管２及び外管３共に炭素繊維としては
引張強度３０　Ｍ　Ｐ　ａ　、弾性率５００ＧＰａとさ
れる高弾性炭素ｍ維を使用した。

Ｌｌス翌ユ妻 ドリフタ（ＭＤＩｌｏｏ−Ａ三菱重工業株式会社製）を
使用し、２本継ぎ（ドリフタ側に試験用ＦＲＰ管を、先
端側には鋼製ケーシングを接続）２毛管ドリリングシス
テムで回転させながらパーカッションを加え岩石を穿孔
した。５分間連続運転し穿孔深さを測定した。運転条件
は次の通りであった。

回転数：１６５０ｂｐｍ トルク：　２０〜４０　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ”　（油
圧）８０〜１６０ＫｇＩＩｍ フィード、５０ｋｇ／ｃｒｎ’（油圧）３０ｋｇ 丈ｍ 上記実施例１において内管２の繊維強化樹脂層２ｂを形
成しなかった以外は実施例１と同様にしてＦＲＰ管を作
製し、実施例１．２と同様の方法にて穿孔試験を行なっ
た。試験結果が表１に示される。

犬」１九」 上記実施例１において外管３の繊維強化樹脂層３ｂを形
成せず、内管２の繊維強化樹脂層２ｂの炭素繊維として
は引張強度３０　Ｍ　Ｐ　ａ、弾性率５００ＧＰａとさ
れる高弾性率の炭素繊維を使用した以外は実施例１と同
様にしてＦＲＰ管を作製し、実施例１．２と同様の方法
にて穿孔試験を行なった。試験結果が表１に示される。

見ｉ遺」 上記実施例１において内管２のｍ維強化樹脂層２ｂを形
成せず、外管３の繊維強化樹脂Ｆ＃３ｂの炭素繊維とし
ては弾性率３００ＧＰａとされる通常の炭素繊維を使用
した以外は実施例１と同様にしてＦＲＰ管を作製し、実
施例１．２と同様の方法にて穿孔試験を行なった。試験
結果が表１に示される。

ルｌ−桝」２ 内管２及び外管３の繊維強化樹脂層２ｂ及び３ｂ共に強
化繊維の方向が軸線方向に対し４５°とされ、内’ｉ′
に２及び外管３の繊維強化樹脂層２ｂ及び３ｂの炭素ｍ
維としては弾性＄　５００　Ｇ　Ｐ　ａの高弾性率の炭
素繊維を使用した以外は上記実施例１と同様にしてＦＲ
Ｐ管を作製し、実施例１〜４と同様の方法にて穿孔試験
を行なった。試験結果が表１に示される。

比ＪＬｆ２Ｌヱ 長さが１５００ｍｍ、外径が１２０ｍｍ、肉厚か６．５
ｍｍの鋼製パイプを使用して実施例１〜４と同様の方法
にて穿孔試験を行なった。試験結果が表１に示される。

支ム遺」 第１１図に図示されるように、本体部１０ａの長さＬｌ
が１５５０ｍｍ、縮径部ｊｏｂの長さＬ２が３００ｍｍ
の細長のマンドレル１０を用意した（第１１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Ｄ１は９８ｍｍ、縮径部１０ｂの直径Ｄ２は８５
ｍｍとされた。

該マンドレル１０に対し、その本体部領域Ｃ１＋２Δ文
）１０００ｍｍにわたって内側繊維強化被覆層（内管）
２が厚さ７．０ｍｍにて形成された。

更に説明すると、内管２は、強化繊維として炭ｘｍｍを
、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を使用して作製さ
れた炭Ｊｍ＃Ｉプリプレグを繊維方向が軸線方向と、軸
線方向に対し９０’の角度方向とに交互に配列するよう
にして通常のワインディング法により巻き付けることに
より繊維強化樹脂層２ａを形成した。該繊維強化樹脂層
２ａの層厚さは２ｍｍであった。

次いで、核層２ａの上に、強化ｍ維としてガラス繊維を
、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を使用して作製さ
れたガラス繊維クロスプリプレグを通常のワインディン
グ法により巻き付けることにより内側繊維強化樹脂層２
ｂを形成した０層厚さは５ｍｍであった・ 内Ｗ２は、次いで、その両端部をΔｌ＝　１０ｍｍにわ
たって切断し、所定の長さｌ　＝　９８０　ｍ　ｍの内
管２を形成した（第１１図（ロ））。

次いで、マンドレルｌＯの両端部よりそれぞれ外周囲が
凹凸形状に形成された、鋼製の接続用金属型層／ｇ）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２の両端部に当接せしめた（第１１
図（ハ））。

マンドレル１０の本体部１０ａに装着された接続用金屈
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　ｍ　ｍの例えばＪＩＳ　、ＰＦＳ管用平
行ねじ溝が形成された雌ねじ部４ａと、内径９８．５ｍ
ｍの取付は部４ｂとから成り、又、外径は１１２ｍｍと
され、その外周面４Ｃには、ＪＩＳ　　Ｂ　　０９５１
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ｆｏｂにｓｉさｈ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ｌＯｂ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６Ｃと、外径が１１２ｍ
ｍとされる外周面６ｂと、外径９８　ｍ　ｍの例えばＪ
ＩＳ、ＰＦＳ管用平行ねじが形成された雄ねじ部６ａ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。

各短管とも、ねじ部４ａ、６ａ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４Ｃ１６
ｂの長さｗｌ、ｗ３は共に２６０ｍｍとされた。

次いで、前記内管２及び両金属製短管４゜６の外周囲を
被覆して外側ｍ維強化樹脂被覆層、即ち外管３を形成し
た。該外管３は、長さ（Ｌ）が１５００ｍｍ、外径（Ｄ
）が１２２ｍｔｎ、肉厚（ｔ２）は５　ｍ　ｍとされ、
複数の８１層された繊維強化樹脂層３ａ、３ｂ、３ｃの
３層から構成された。

最内層３ａは、軸線方向に対して４５°の角度に繊維が
配列された繊維強化樹脂層とされ、中間層３ｂは、軸線
方向に繊維が配列された繊維強化樹脂層とされた。又、
最外層３Ｃは、繊維方向が軸線方向と、軸線方向に対し
て９０°の角度方向とに交互に配列された＃ａ雄強化樹
ｌＩ８層とされた。

繊維強化樹脂層３ａ、３ｂ、３ｃは、強化繊維として炭
票＆ａ維を、マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を使用
して作製された炭素繊維プリプレグを通常のワインディ
ング法により巻き付けることにより形成し７た。該繊維
強化樹脂１Ｊ３ａ、３ｂ、３ｃの層厚さは顆に２ｍｍ、
１ｍｍ、２ｍｍであった（第１１図（ニ））。

このようにしてマンドレル１０上に巻き付けられた各繊
維強化樹脂層は硬化される。該硬化処理は、本実施例で
は、硬化温度を１０℃／分の割合で１３０℃まで昇温し
、２時間保持した後、１０℃／分の割合にて冷却するこ
とにより実施された。

冷却後、マンドレルｌＯを、第１１図（ニ）に図示する
ように矢印方向へと引き抜いた。外管３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
及び第１Ｏ図に図示されるような、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１２０ｍｍの管形状をした繊維強化複合樹脂
製棒状成形体ｌが得られた。

本実施例では、炭素繊維としては引張強度３０Ｍ　Ｐ　
ａ　、弾性率２４０ＧＰａとされる通常の炭素繊維を使
用した。

実施例１．２と同様の方法にて穿孔試験を行なった。試
験結果が表１に示される。

尚１本実施例の繊維強化複合樹脂製棒状成形体ｌは、そ
の中央部に３３トンの上下荷重によるクランプテストを
実施したが、破壊することはなかった。これに対し上記
比較例１の製品は、同様のテス上により、クランプ部、
即ち、繊維強化複合樹脂部分が破壊した。

表１ 上記実施例及び比較例から、本発明に係る繊維強化複合
樹脂製棒状成形体は、繊維強化複合樹脂管の軸方向剛性
が増大しており、衝撃伝達性が増大し、従って穿孔効率
が飛躍的に向上しており、特に実施例１及び実施例２に
示すように超高弾性率或いは高弾性率の炭素繊維を使用
した場合には従来の鋼製のものと同等の、或いはそれ以
１の穿孔効率を達成し得ることが理解されるであるう。

上記実施例で、各繊維強化樹脂層の強化繊維は炭素ｍ維
であるとしたが、上述のように他のｍ＃Ｉを使用するこ
とも可能である。又、保護層である繊維強化樹脂層はガ
ラス繊維クロスプリプレグを使用するものとしたが、他
の強化繊維を使用したＭｌｉ維強化樹脂層とすることも
可能である。

又、全ての繊維強化樹脂層が共にプリプレグにて形成さ
れる場合には、上述のように、全ての繊維強化樹脂層を
巻き付は形成した後に同時に硬化処理することもできる
が、各層毎に硬化処理を行なうこともできる。

更には、第９図に図示されるように、中実軸の形態をし
た繊維強化複合樹脂製棒状成形体を製造する場合には、
中実軸８をマンドレルとして使用し、マンドレルビルト
イン式のｍ維強化複合樹脂製棒状成形体を構成すること
もできる。

又、第１０図に図示されるように、少なくとも外側ｍ維
樹脂被覆層の最外層、好ましくは外側繊維樹脂被覆層の
最外層及び内側繊維樹脂被覆層の最内層に、強化繊維を
軸線方向に対して９０°方向に配列した層を形成するこ
とにより繊維強化複合樹脂製棒状成形体のつぶれ強度を
増大せしめることができる。

魚」Ｌの」１釆 本発明に係る繊維強化複合樹脂製棒状成形体は以上の如
くに構成されるために１重量を軽減し、腐食の問題をな
くシ、相当大きな回転トルク、衝撃力を伝達することが
できる。又、本発明は、打撃強度に耐え、しかも軸方向
剛性が高くポーリングケーシングとして使用した場合に
は穿孔効率を向上せしめることができるという特長を有
し、更に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
が可能で種々の用途に好適に使用し得るという利益を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る繊維強化複合樹脂製棒状成形体
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図の本発明に係る繊
維強化複合樹脂製棒状成形体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。 ７ｉＸＪＡ図は、内管剛性に対する相対速度の関係を示
すグラフである。 第５図は、外管剛性に対する相対速度の関係を示すグラ
フである。 第６図〜第８図は、繊維強化複合樹脂製棒状成形体の剛
性に対する衝撃伝達特性の関係を示すグラフである。 第９図は、本発明に係る中実軸形態をした繊維強化複合
樹脂製棒状成形体の一実施例の断面図である。 第１θ図は、本発明に係る繊維強化複合樹脂製棒状成形
体の他の実施例の断面図である。 第１１図（イ）〜（ニ）は、本発明に係る繊維強化複合
樹脂製棒状成形体を製造する工程を説明する工程説明図
である。 ｌ：繊維強化複合樹脂製棒状成形体 ２：内側繊維強化樹脂被覆層（内管） ３：外側繊維強化樹脂被覆層（外管） ４．６：管接続用金属製短管 第２図　　　　第３図 第４図 内管剛性に糎　（ｔｏｎ　） 第５図 外管剛性にｏｕｒ　　（ｔｏｎ） 第６図 □時間 第７図 □時間 第８図 □時間 第９図 払 第１０図 手続補正書 平成　１年　９月　８日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示　　平成１年特許願第８２８４６号２、
発明の名称　　繊維強化複合樹脂製棒状成形体及びその
製造法３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名　称　　　　　　東亜燃料工業株式会社４、代理人 〒１０５ 住　所　東京都港区新橋６丁目１３番１１号西川ビル（
電話４５９−８３０９） （１）明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （−）「発明の詳細な説明」を次のように補正する。 （１）明細書第６頁第５行の「荷重」を「自重」に訂正
する。 （２）同第１６頁第１８行〜第１９行の［３０〜５０Ｍ
ＰａＪをｒ３０００〜５０００ＭＰａＪに訂正する。 （３）同第２０頁第１行の「上記」を「前記」に訂正す
る。 （４）同第２０頁第６行、第７行、第８行のｒＣＦＪを
「炭素繊維」に訂正する。 （５）同第３０頁第１０行、第１２行、第１５行のｒ３
０ＭＰａＪをｒ３０００ＭＰａＪに訂正する。 （６）同第３１頁第１９行のｒ３０ＭＰａＪをｒ３００
０ＭＰａＪに訂正する。 （７）同第３２頁第７行のｒ３００ＧＰａＪをｒ２４０
ＧＰａＪに訂正する。 （８）同第３７頁第１９行〜２０行のｒ３０ＭＰａ」を
ｒ３０００ＭＰａＪに訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数の繊維強化樹脂層を積層して形成される繊維強
   化樹脂被覆層と、該繊維強化樹脂被覆層の両端部に配置
   された接続用の金属短管とを備えた接続長尺化可能の繊
   維強化複合樹脂製棒状成形体において、前記繊維強化樹
   脂被覆層は、複数の繊維強化樹脂層から成り且つ両端面
   部が前記接続用の金属短管の各両端面部に当接した内側
   繊維強化樹脂被覆層と、前記内側繊維強化樹脂被覆層及
   び金属製短管の外周囲を被覆して形成された複数の繊維
   強化樹脂層から成る外側繊維強化樹脂被覆層とを有し、
   前記内側繊維強化樹脂被覆層又は外側繊維強化樹脂被覆
   層の少なくともいずれかの繊維強化樹脂被覆層の前記複
   数の繊維強化樹脂層は少なくとも一層が強化繊維を軸線
   方向に配列した層とされることを特徴とする繊維強化複
   合樹脂製棒状成形体。 ２）少なくとも外側繊維強化樹脂被覆層の最外層は、強
   化繊維を軸線方向に対して９０°方向に配列した層とさ
   れる請求項１記載の繊維強化複合樹脂製棒状成形体。 ３）内側繊維強化樹脂被覆層の最内層も又、強化繊維を
   軸線方向に対して９０°方向に配列した層とされる請求
   項２記載の繊維強化複合樹脂製棒状成形体。 ４）外側繊維強化樹脂被覆層の最外層の表面及び／又は
   内側繊維強化樹脂被覆層の最内層の表面に保護層が形成
   されて成る請求項１〜３のいずれかの項に記載の繊維強
   化複合樹脂製棒状成形体。 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複数の繊維強化樹脂
   層から成る内側繊維強化樹脂被覆層を所定の肉厚にて形
   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接続用金属製短管を
   挿入し、前記内側繊維強化樹脂被覆層の両端部に当接せ
   しめる工程； （ｄ）次いで、前記内側繊維強化樹脂被覆層及び両金属
   製短管の外周囲を被覆して、複数の繊維強化樹脂層から
   成る外側繊維強化樹脂被覆層を所定の肉厚にて形成し、
   所望に応じて硬化する工程、ここで前記内側繊維強化樹
   脂被覆層又は外側繊維強化樹脂被覆層の少なくともいず
   れかの繊維強化樹脂被覆層の前記複数の繊維強化樹脂層
   は少なくとも一層が強化繊維を軸線方向に配列した層と
   されること；及び （ｅ）必要に応じて、前記マンドレルを軸線方向一方向
   に引き抜く工程； 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
   製棒状成形体の製造法。 ６）少なくとも外側繊維強化樹脂被覆層の最外層は、強
   化繊維を軸線方向に対して９０°方向に配列した層とさ
   れる請求項５記載の繊維強化複合樹脂製棒状成形体の製
   造方法。 ７）内側繊維強化樹脂被覆層の最内層も又、強化繊維を
   軸線方向に対して９０°方向に配列した層とされる請求
   項６記載の繊維強化複合樹脂製棒状成形体の製造方法。