JPH03227616A - パイプ状構造物 - 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】

氾１上の利用分野 本発明は、パイプ状構造物に関し、詳しくは、ＰＩ目）
（繊維強化樹脂）及び／又は繊維強化ゴムの力学的異方
性を応用して、曲げるとねじれる一方、ねじると曲がる
といった特異な変形挙動を示すようにしたパイプ状構造
物で、上記特異な変形挙動を＋１１用して、機械産業分
野における作動アーム、宇宙産業分野におけるパイプ状
構造物、或いは特異な挙動を示す玩具、日用品等に利用
され得るものである。 従来の技術 従来、鉄、アルミ等の等方性材料からなるパイプ構造物
においては、その幾何学的主軸上の点に荷重をかけて曲
げのみを加えた場合はたわみのみを生じ、ねじれが生じ
ない。一方、幾何学的主軸上にない点に荷重をかけて曲
げねじりを加えると、たわみを生じると共にねじれが生
じる。 即ち、第４２図及び第４３図に示すように、上記等方性
材料からなるパイプ状構造物ｌの一端を固定端１ａ、他
端を自由端１ｂとして、該自由端ｌｂに対して、図中矢
印Ａで示すように、作用線がパイプ状構造物の幾何学的
主軸Ｇと交わるように荷重を加えると、図中、鎖線で示
すように、パイプ状構造物ｌは上記荷重によりたわみを
生じるが、ねじれることはない。 一方、第４４図及び第４５図に示すように、上記のパイ
プ状構造物置の自由端の任意の一点に、矢印Ｂで示すよ
うな作用線がパイプ状構造物１の幾何学的主軸Ｇと交わ
らない荷重を加えると、パイプ状構造物ｌは鎖線で示す
ように、たわみを生じると共にねじれが生じる。 発明が解決しようとする課題 等方性の材料からなるパイプ状構造物では、上記した変
形挙動を示すが、そのような挙動以外の特異な変形挙動
、例えば、曲げるとねじれる一方、ねじると曲がり、ま
た、曲げねじりするとたわみはするがねじれないような
ような変形挙動を生じ’ｔ４＋Ｌ４Ｊ−ｌ−に…審／：
　ｔ　１ところで、上記のような鉄、アルミ等の等方性
材料に対して、異方性材料としてはＦＲＰ（繊維強化樹
脂）が知られており、該ＦＲＰにおいては、繊維の方向
を制御することにより、等方性材料では得られがたい力
学的特性を与えることが可能である。 しかしながら、ＦＲＰは、従来、力学的特性以外の他の
特性、即ち、剛性、弾性率が高いことや、個々の構成材
料の熱力学的、電気的あるいは化学的特性を組み合わせ
ることにより利用され、更には、軽量化の目的では利用
されているが、ＦＲＰの異方性材料としての力学的特性
を積極的に応用する技術は少ない。 一方、上記ＦＲＰと同様に力学的異方性を有する材料と
して、繊維強化ゴムが提供されている。 該繊維強化ゴムは、ＰＲＰと比較して剛性、弾性率が低
く、小さい力で容易に変形すると共に破壊のびが大きく
、大きな変形が可能である等の特徴を有する。尚、配向
性を有するゴムも繊維強化ゴムと同繕ｌこ力堂灼見方性
を有する７これら該繊維強化ゴム及び配向性をａするゴ
ムも］−記Ｆ　ｎ　ｆ）と同様に、従来、異方性材料と
しての力学的特性は積極的に利用されていない。 本発明は、上記し八Ｆ　ＲＰ及び繊維強化ゴムの力学的
特性を利用し、］二二足異な変形挙動、即ち、端を固定
端、他端を自由端として、作用線が弾性主軸と交イ′）
らないように荷重を加えると、たわみかつねしれる一方
、弾性上軸」−にある点に荷重を加えて、曲げねしりす
ると、たわみか生しるのみでねしれが生しないようなパ
イプ状摺迅物を提供４′ることを１」的とするらのであ
る。 尚、」二足弾性主軸とは、幾何学的主軸とは異なり、弾
性率を考慮した際の対称軸を指し、本発明の場合は、荷
重を加えてし、たわみはするが、ねじれない点と、パイ
プの固定端とを結ぶ軸のことを指している。 課題を解決するための手段 従って、本発明は、繊維強化樹脂からなるパイプ状構造
物の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、こ
の繊維角度が異なる部分か上記周方向の部分における厚
さ方向の少なくと６一部分であるＩ”　ＩＬ　Ｐ製のパ
イプ状構造物を提供するものである。 また、本発明は、繊維強化ゴムからなるパイプ状構造物
の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、この
繊維角度が異なる部分が上記周方向の部分におけろ厚さ
方向の少なくとし一部分である繊維強化ゴム製のパイプ
状構造物を提供するしのである。 −１：記したパイプ状構造物は、繊維を含有した樹脂ノ
ート（ブリプレグノート等）あるいはゴムシートを積層
して構成することが好ましい。 また、」−紀元方性を有する繊維強化樹脂製及び繊維強
化ゴム製のいずれのパイプ状構造物においてら、その繊
維角度が異なる部分は、パイプ状構造物の幾何学的主軸
に対して対称な部分であり、例えば、パイプ状構造物に
対して円柱座標をとった場合に、０°　≦０≦１８０゛
の部分と、＋８０’＜θ＜３６０”の部分との、幾何学
的主軸に対する繊維角度を異ならせ、かつ、上記０°≦
θ≦１８０°の部分の繊維角度を幾何学的主軸に対して
正の方向に配向させた時、１８０°〈θく３６０°の部
分の繊維角度が幾何学的主軸に対して負となる方向に配
向させることが好ましい。 さらに、本発明は、繊維強化樹脂、繊維強化ゴム、配向
性を有ずろゴムの３種類の異方性をａする材料のうちの
２種類以上の材料を組み合わせて構成したパイプ状構造
物ら含み、即し、ａ、繊維強化樹脂と繊維強化ゴム、 ｌ）、繊維強化樹脂と配向性をｆｒするゴム、Ｃ繊維強
化樹脂と繊維強化ゴムと配向性をｆｒケるゴム、 ｄ　繊維強化ゴムと配向性をａケるゴムからなる谷パイ
プ状構造物の繊維角度及び／又は配向性を有するゴムの
配向方向を周方向で部分的に異なら仕ると共に、この繊
維角度及び／又は配向方向が異なる部分か上記周方向の
部分における厚さ方向の少なくとも一部であるパイプ状
構造物を提供するものである。 さらにまた、本発明のパイプ状構造物は、繊維強化樹脂
、繊維強化ゴム、配向性を有するゴムの３種類の異方性
を汀する各材料に対して、あるいは上記した２種類以上
の材料を組み合わせたものに対して、さらに、繊維を含
有しない力学的に異方性を（ｉ＋ない樹脂（以下、等方
性樹脂と略称する。）あるいは繊維を含有しない力学的
に異方性を有しないゴム（以下、等方性ゴムと略称する
。）のいずれか一方を組み合わけて構成するパイプ状構
遺物乙含み、例えば、 ａ　繊維強化樹脂と等方性樹脂、 ｂ、繊維強化樹脂と等方性ゴム、 Ｃ繊維強化ゴムと等方性樹脂、 ｄ、繊維強化ゴムと等方性ゴム、 ｅ、繊維強化ゴムと配向性を有するゴムと等方性ゴム、 「、繊維強化樹脂と配向性を有するゴムと等方性樹脂 等であって、繊維角度及び／又は配向方向を周方向で部
分的に異ならせると共に、この繊維角度及び／又は配向
方向が異なる部分が上記周方向７こおける厚さ方向の少
なくとし一部分であるパイプ状構造物を提供するもので
ある。 上記繊維強化樹脂（１”ＲＰ）としては、補強繊維材と
してガラス繊維、炭素繊維、３種ａ機繊維、アルミナ繊
維、炭化ケイ素繊維、金属繊維及び／又はそれらの混合
物からなる繊維、繊布あるいはマプト等を用い、樹脂と
してポリアミド、エボキン、ポリエステル等の樹脂を用
いている。 また、上記繊維強化ゴムは、例えば、強化繊維としてガ
ラス繊維、炭素繊維、６種ｆ丁機繊維、アルミナ繊イｔ
、炭化ケイ素繊維、金属繊維及び／又はそれらの混合物
からなる繊維、繊布マｙ　Ｉ・等を用い、ゴムとしてＮ
Ｒ１ＣＲ％ＮＬ３１？、［（Ｔｌ、ｆ）ＩフＤＭ、　５
Ｉ（Ｉｔ等のゴム、あるいは、それらのブレンドゴム、
共重合ゴム等を用いた乙のが好適に用いられる。 更に、上記配向性を有するゴムは、例えば、基材ゴム１
００重量部、α、β−不飽和脂肪酸の金属塩３〜１００
重量部、有機過酸化物０．５〜５．０ｍｍ部を含み、他
の配向性付与剤を含まないゴム組成物を一方向に剪断力
をかけて混練した後、加硫することにより得られるらの
が好適に用いられろ。 一方、等方性樹脂としては、ポリアミド、エボキノ、ポ
リエステル等の樹脂が好適に用いられ、等方性ゴムとし
てはＮＲ，ＣＩえ、ＮＢ１１．ＢＲ。 １＞　Ｉ’　ｌ）　Ｍ、　Ｓ　Ｂ　Ｉｔ等のゴム、ある
いは、それらのブレンドゴム、共重合ゴム等が好適に用
いられろ。 作埋− 本発明に係るパイプ状構造物では、繊維１１度及び／又
は配向方向を周方向で部分的に異ならせると」（に（好
ましくは、幾何学的主軸に対して対称な部分）、この繊
維β１度及び／又は配向方向か異なる部分が上記周方向
の部分における厚さ方向の少なくとも一部分としている
ため、Ｆ　ｌ１Ｉ）、繊維強化ゴム又は配向性を有する
ゴムの公知の力学的異方性の特性を積極的に利用ｔ−ろ
ことか出来ろ。 該構成とすることにより、幾何学的主軸に対して弾性主
軸にずれを生じさせ、一端を固定端、他端を自由端とし
た場合に、弾性主軸」−の点を通らないように荷重をか
けた場合にはたわむと共にねしれる一方、弾性主軸上の
任意の一点を通るように荷重をかけた場合にはたわむの
みでねじれない特有の変形挙動を生じさけることができ
る。 衷★桝 本発明は、材料の組合わせにより種々の聾様での実施例
があるが、理解を容易とするために、材料の組合わせご
とに本発明の詳細な説明する。 尚、ｒ記の実施例で使用する異方性をＨする材料は、 （Ａ）繊維強化樹脂（Ｐ［’） （［３）繊維強化ゴム（Ｆ’１ｔｌｌ）（Ｃ）配向性を
ａするゴノ、 の３種類の材料を使用する。 また、等方性を有する材料としては、 （Ｄ）等方性樹脂（繊維を含有せず、異方性をａしない
通常のタイプの乙の） （Ｅ）等方性ゴム（繊維を含有せず、異方性をａしない
通常のタイプのもの） （１）２種類を使用ずろ。 −Ｆ記の材料の組合わせからなる本発明のパイプ状構造
物の実施例は以下の５つのタイプに類型される。 １）１種類の異方性を打する材料からなる場合即ち、上
記（Ａ）のＦ　ＲＩ）のみから場合、同様に、（■３）
の繊維強化ゴムのみからなる場合、２）２種類の異方性
を有する材料からなる場合即ち、上記（Ａ）のＦ　［’
ｊ　Ｐと（Ｂ）の繊維強化ゴムとからなる場合、同様に
（Δ）と（Ｃ）、（ｎ）と（Ｃ）とからなる場合、 ３）３種類の異方性をａする材料からなる場合即ち、上
記（Ａ）と（１”（）と（Ｃ）からなる場合、４）同一
の素材からなる異方性を有する材料と等方性を有する材
料を組み合わせてなる場合、即ち、上記（Ａ）のＦＲＰ
と（Ｄ）の等方性樹脂の組み合わせからなる場合、同様
に（Ｂ）と（Ｅ）、（Ｂ）と（Ｃ）と（Ｅ）の組合わせ
からなる場合、 ５）樹脂又はゴムからなる配向性を有する材料と、樹脂
又はゴムからなる等方性をＧする材料とのうち、異なる
素材からなる樹脂とゴムとの組合わせからなる場合、 即ち、上記（Ａ）と（Ｅ）、（［３）と（Ｄ）、（Ａ）
と（［３）と（Ｄ）等。 以下、」−記の５つの類型の順に本発明の詳細な説明４
〜る。 尚、以Ｆに示す実施例において、パイプ状構造物の形状
は全て同一の形状であり、第１図に示よ−）な断面形状
において内周と外周とか２−ノの同心な円からなる円筒
状である。また、説明の便宜のため、パイプ状構造物の
幾何学的主軸ＧがＺ軸となるように円柱座標

【（ｒ、θ
、Ｚ）】を取る。更に、凸断面図中のハツチングは繊維
等の方向とは無関係であり、夫々の線は下記のヰ４料等
を表している。 ・大実線・・・繊維： ・細実線・ゴム： ・細破線・・配向性をｆｆするゴムの配向方向：・細−
・点鎖線・・樹脂。 １月種類の異方性を有する材料からなる場合■Ｆ　ＩＩ
Ｐのみからなる場合 第２図から第４図に示す本発明に係るパイプ状構造物の
第

【実施例では、パイプ状構造物１１は１”　ＴＩ　り
のみからなる。また、第１実施例では、上記パイプ状構
造物＋１は、幾何学的主軸Ｇ（即ち、１−記した円柱座
標のＺ軸）に対して所望の角度をｆ「４′るように繊維
を含有した樹脂のシートであるプリプレグシートを切断
したものを積層する方法により製造している。尚、第１
実施例のパイプ状構造物１１の製造法は、上記プリプレ
グシートを積層ずろ方法に限定されず、連続繊維に樹脂
を含浸し、マンドレル上で軸方向に所定の角度をつけな
がら配置するＦＷ法（フィラメント・ワインデイノブ法
）により製造してしよい。 第２図から第４図に示すように、上記したパイプ状構造
物１１を構成するＦ’ＲＰの、０゛≦θ≦１８０°の部
分１１ａではｒ及びＺに関係なくすべての繊維１１度は
Ｚ軸に対して、本実施例では、正方向のα、−３０°な
る角度としている。しかし、α、の大きさは上記の値に
限定されず、α、〉０゛かつα１≠１８０°なる関係を
満た仕ばよい。 方、第４図に示す１８０°くθ〈３６０°の部分１１ｂ
では、すべての繊維Ｆの角度がＺ軸に対して、負の方向
であるβ、＝−３０°なる角度としている。即ち、β１
はβ１−一α１となるように定めている。 」−記のようにパイプ状構造物１１の周方向の一部分の
繊維Ｆの幾何学的主軸Ｇに対する角度を、該幾何学的主
軸Ｇに対して対称な部分と異ならせることにより、Ｆ　
１７　Ｐの公知のＳｖ方性の特性をＩＩＩ用して、本実
施例のパイプ状構造物１１では、幾ＦｉＪ学的４ミ軸Ｇ
と弾性主軸ＩＣの間にすれを生じさｌ−ている。 次に、上記構成からなるパイプ状構造物の作用的特性に
ついて説明する。 まず、第５図に示すようにパイプ状構造物ＩＩの一端を
固定端１１ｃ、他端を自由端ｌｉｄとして長さ夏７°の
片持梁とする。図中点Ｑは、弾性主軸Ｅとパイプ状構造
物ＩＩの自由端ｌｉｄ側の端面との交点を示している。 に記の状態で、第６図に示ずように治具Ｉ２をパイプ１
１の先端にはめ込み、該治具Ｉ２に重り１３をルら４−
ことにより、弾性主軸Ｅ上にある点を通らない荷重を下
方に加えると、第８図及び第９図に示すようにパイプ状
構造物１１は、鎖線で示すように、たわみを生しると共
にねじれが生じる。 一方、第７図で示すように、治具１５をパイプＩＩの先
端にはめ込み、該治具１５の突出した棒状部分１５ａに
重り１６を垂らずことにより、−Ｆ記した弾性主軸Ｅ　
ｔ：にある点Ｑを通るように下方に６ｒｌ　’Ｑを加え
ると、第１０図及び第１１図の！′１線で示４−ように
、たわみを生じるか、ねじれが生しることかない。 即ち、本実施例のパイプ状構造物１１は、弾性主軸Ｅ上
にない点を通るように荷重を加えた場合にはたわみかつ
ねじれ、一方、弾性主軸Ｅ上の点に荷重をかけることに
より、曲げねじりを加えてら、たわみが生じるがねじれ
ることはない。 尚、第１実施例では、上記α１とβ、の関係をβ１；−
α１としたが、α１とβ、の関係はこの関係に限定され
るものではなく、α１≠β１なる関係を満たしていれば
良い。 また、第１実施例のパイプ状構造物において、一端を固
定端、他端を自由端とした場合の、パイプ状構造物のた
わみ噴δ、ねじれｍτ及び自由端での幾何学的主軸に対
する弾性主軸の４゛れε（第３９図に図示）は以下の近
似式に表現されろ。 上記式において、 １し・・パイプ状構造物の肉摩中央部での半径、Ｌｏ・
・・パイプ状構造物の固定端から突出した部分の長さ、 Ｐ・・・先端に加える荷重、 ′ｒ・・・先端に加えるトルク、 Ｓｏ、Ｓ１６及びＳｅａはＦｌえＰを構成する繊維、樹
脂及び積層の構成により定まる定数である。 第１２図から第１４図は、上記第１実施例の第１変形例
を示し、該第１変形例では、パイプ状構造物２１は１０
’　≦θ≦１５０°の部分２１ａでは第１３図に示すよ
うに、全ての繊維の向きか幾何学的主軸Ｇに対してα、
−６０°であり、それ以外の部分、即ち、０°≦θ〈Ｉ
Ｏ゛　及び１５０°〈θ〈３６０°の部分２１ｂでは全
ての繊維の向きが幾何学的主軸Ｇに対してβ、・２０゜
である。上記α、とβ、との関係は上記の値に限定され
るものではなく、α、≠β、なる関係をみたしていれば
よい。また、上記部分２１ａ、２１ｂの分すかたも上記
の角度に限定されない。 上記第１変形例においても、上記のようにパイプ状構造
物２１の周方向の一部分の繊維Ｆの幾１ｔＪ学的主軸に
対する角度が、該幾何学的主軸に対して対称な部分と異
なるため幾何学的主軸と弾性主軸にずれが生じている。 そのため、第１実施例と同様の作用効果を生じる。 次に、第１５図から第１８図に示す上記第１実施例の第
２変形例では、パイプ状構造物３１は６０°≦θ≦＋２
０°の部分３１ａでは第１６図に示すように、全ての繊
維Ｆの方向は幾何学的主軸Ｇに対してα、−６０°であ
り、２４０°≦θ≦３００”の部分３１ｂでは第１７図
に示すように、全ての繊維Ｆの方向はすべて幾何学的主
軸に対してβ、＝−６０°である。α３とβ、の値は１
−記のものに限定されず、α３≠β３なる関係を満たし
ていればよい。 上記部分３１ａ、３１ｂ以外の部分、即ち、Ｏａく０く
６０゛及び１２０°くθ〈３００°の部分３１ｃ、３１
ｃでは第１８図に示すように、繊維Ｆの方向は全て幾何
学的主軸Ｇに対してγ・　１８０’である。ここで、γ
はγ≠α３かっγ≠β３なる関係を満たす任きの角度で
あればよい。 上記第２変形例においてら、上記のようにパイプ状構造
物３１の繊維の幾何学的主軸に対する角度を周方向で部
分的に異ならせ、該角度を該幾何学的主軸に対して対称
な部分と異ならせるため幾何学的主軸と弾性主軸にはず
れが生じている。そのため、第１実施例及び第２実施例
と同様の作用効果を生しろ。 第１９図に示す第３変杉例のパイプ状構造物４１は第１
実施例と同一・の形状で、プリプレグシートを１２層積
層してなる。該パイプ状構造物４１では、３０゛　≦０
＜３６０°の部分４１ａでは、早さ方向（ｒ方向）に積
層する全ての層の繊維角度はＺ軸に対して３０°である
。 一方、０°≦θ〈３０°の部分４１ｂではパイプ状構造
物４１の厚さ方向（ｒ方向）で繊維角度を異ならせてい
る。即ち、プリプレグシートのパイプ内側の第１層目か
ら第４層目までの部分４１ｃでは、繊維角度はＺ軸に対
して３０°で、プリプレグノートの内側から第５層目か
ら第１２層目の部分ｔｌｄでは一３０°である。尚、繊
維角度の大きさは、上記の値に限定されず、異なる関係
を満たせばよく、また、第何層目において繊維角度を異
なら仕るかも、上記の例に限定されない。 Ｌ記第３変杉例においても、上記のようにパイブ状構造
物４１の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共に
、この繊維角度が異なる部分を上記周方向の部分におけ
る厚さ方向の一部分としているため、幾何学的主軸と弾
性主軸との間にずれか生しており、第１実施例と同様の
作用効果を生しろ。 第２０図に示す第４変形例ではパイプ状構造物５１はブ
リプレダン−１１２層を積層してなり、すさ方向（ｒ方
向）で繊維角度は異なる。即し、プリプレグノートの内
側の第１１目から第６層目までの範囲の部分５１ａでは
Ｏに関係なく繊維ｇ１度はＺ軸（幾何学的主軸）に対し
て６０°であり、方、プリプレグノートの第６層１］１
から第１２層［］の範囲の部分５１ｂでは周方向により
繊維角度が異なり、０゛≦θ＜１８０’の部分５１ｃで
は繊維１′？１度はＺ軸に対して一３０°て、１８０°
≦０〈３６０°の部分５１ｄでは繊維角度は３０゛であ
る。 尚、上記繊維角度は上記の値に限定されず、互いに異な
っていればよく、また、何層目において繊維角度を異な
らυ゛るか乙上記の例に限定されるしのではない。 」二足第４変形例においてら上記したように、パイプ状
構造物５１の繊維Ｆｉ１度を周方向で部分的に異ならせ
ると共に、この繊維角度が異なる部分が−に記周方向の
部分における厚さ方向の少なくとも一部分であるため、
弾性主軸の幾何学的主軸に対してずれが生し第１実施例
と同様の作用効果を生じる。 ■繊維強化ゴムのみからなる場合 第２１図に示す本発明の第２実施例では、パイプ状構造
物６１は繊維強化ゴムのみからなる。繊維強化ゴムは第
２２図に示すように、繊維Ｆを含ｆ’７したゴムノート
６２の状態で、繊維Ｆの方向Ｘには高弾性率を打し、繊
維Ｆに直交する方向Ｙは比較的低い弾性率を有しており
、力学的な異方性を有している。尚、繊維強化ゴムは上
記したＦＩＰと比較すると、低弾性率、低剛性であって
、小さい力により大きく変形する。上記パイプ状構造物
６１は、第２３図に示すように、該パイプ状構造物６１
を周方向で部分したゴムノート６２をマンドレル６３」
二で積層し、その後、布製のラッピングテープ（図示せ
ず）を巻付けて加圧した後、加硫、成形してパイプ状構
造物としている。 第２実施例のペイプ状構造物６１では、繊維強化ゴムの
繊維Ｆの角度は−に記した第１実施例と同様であり、０
゛　≦θ≦１８０°の部分６１ａではＲ及びＺに関係な
くすべての繊維角度はＺ軸に対して３０°　　１８０°
〈θく３６０°の部分６１ｂでは一３０°であり、Ｆｌ
ｌ　Ｐの場合と同様に繊維角度は上記の値に限定されず
、部分６１ａと部分６１１）の繊Ｍ　ｆｆ１度が異なる
関係を満たしていればよく、また、上記繊維角度を異な
らせろ部分の分ＩＦかたら上記の例に限定されるもので
はない。 次に、第２実施例の作動的特徴について説明する。 上記した第１実施例の場合と同様に、前記第５図に示す
ように、パイプ状構造６Ｉの一端を固定端６１ｃ、他端
を自由端６１ｄとして、第６図に示すような治具１２を
先端にはめ込み、該治具１２に重り１３を爪らすことに
より、弾性主軸Ｅ　ｉにある点を通らない４１１重を下
方に加えると、第８図及び第９図に示すようにパイプ状
構造物６１は、鎖線で示すように、たわみを生じる。 また、第７図に示すように、治具１５を先端にはめ込ん
で該治具１５により重りを垂らずことにより弾性主軸Ｅ
上にある点Ｑを通るように下方に荷重を加えろと、第１
０図及第１１図の鎖線で示すように、たわみを生じるが
、ねじれを生じることかない。 この時、第２実施例のパイプ状構造物６１は繊維強化ゴ
ムのみからなるため、上記した第１実施例（ＦＲＰのみ
からなる）と比較して小さい荷重で大きく変形すること
ができる。 上記繊維強化ゴムのみからなるパイプ状構造物において
も、前記１”　ＲＩ’のみからなるパイプ状構造物の第
１変形例から第４変形例に示す場合と同様に繊維角度、
繊維角度を異ならせる部分の分けかたを相違させること
ができる。 ■繊維強化ゴムと配向性を有するゴムからなる場合 第２４図から第２６図に示す本発明のパイプ状構造物の
第３実施例を示し、該パイプ状構造物６５ではＯ°≦θ
≦１８０°の部分６５ａは第２５図に示゛４゛ように、
繊維ｆｆ１度かα、、＝３０°の繊維強化ゴムからなり
、一方、１８０°〈θ〈３６０°の部分６５ｂは第２６
図に示すように配向方向■！がＺ軸となす角度がβ、、
＝　−３０°の配向性をａするゴムからなる。 上記配向性を有するゴムは、配向方向には高弾性率、高
剛性であり、該配向方向と直交する方向には低弾性率、
低剛性であるゴムである。本実施例では、配向性を有す
るゴムは、基材ゴム１００市量部、α、β−不飽和脂肪
酸の金属塩３〜１００重量部、６機過酸化物０．５〜５
．０重量部含み、他の配向性付与剤を含まないゴム組成
物を、一方向に剪断力をかけて混錬した後、加硫して得
られるしのを使用している。 上記のパイプ状構造物６５は、」二足した第２３図に示
す製造方法と同様に夫々シート状の繊維強化ゴム及び配
向性を有するゴムをマンドレル上に積層して金型内に仕
込み、その後加硫、成型してパイプ状に形成している。 第３実施例のパイプ状構造物６５も上記した第１実施例
と同様に、曲げるとねしれ、ねしろと曲がる特殊な変形
挙動を示す。 第２７図は第３実施例の変形例を示し、該変形例に係る
パイプ状構造物６６は、５層のシートを積層してなり、
０°　≦θ≦６０及び１２０°　≦θ＜３６０”の部分
６６ａは配向方向が３０゛の配向性を有するゴノ、のシ
ートを１層から５層まで配置している。一方、６０°〈
θ〈１２０°の部分６６ｂでは、１層から２層までの部
分６６ｃでは配向方向か３０゛の配向性をａケるゴムを
配置しているが、３層から５層の部分６６ｄは、繊維ｆ
ｆ１度と幾何学的主軸のなす角度が一３０°の繊維強化
ゴムを積層している。 この第３実施例の変形例も、」二足した第１実施例と同
様の特殊な変形挙動を示す。 上記繊維強化ゴムと配向性を有するゴムとの組み合わせ
からなるパイプ状構造物においてら、上記変形例のみな
らず、第１実施例の第１変形例から第４変形例に示す場
合と同様に、繊維強化ゴムの繊維角度及び配向性を有す
るゴムの配向方向、上記繊維角度と配向方向を異ならせ
る部分の分けがたを種々に相違さけることかでさる。 ■Ｆ　ｎ　Ｉ）と繊維強化ゴムからなる場合第２８図に
示す本発明の第４実施例に係るパイプ状構造物６７では
、０゛≦θ≦１８０゛の部分６７ａは、繊維角度か３０
°のＦＲＩ）からなり、一方、１８０°〈θ〈３６０°
の部分６７ｂは繊維μｍ度が一３０゛の繊維強化ゴムか
らなる。 該第４実施例のパイプ状構造物６７も、Ｌ記した第１実
施例と同様に特殊な変形挙動を示す。 第２９図は第４実施例の変形例を示し、該第４変形例の
パイプ状構造物６８では０゛≦θ≦６０°及び１２０”
　≦θく３６０°の部分６８ａはｒに関係なく繊維角度
が３０’の繊維強化ゴムからなる。一方、６０°〈θ＜
１２０”の部分６８ｂでは、内周側の部分６８ｃには繊
維角度が３０°の繊維強化ゴムのノートを配置している
が、外周側の部分６８ｄは繊維角度か−３０”のＦ’Ｒ
１）で構成している。 ■Ｆ　ＲＰと配向性を有するゴムとからなる場合第３０
図に示す本発明の第５実施例に係るパイプ状構造物７０
では、０°　≦０≦１８０°の部分７０ａは繊維角度が
３０°のＦ　Ｉ？　Ｐからなり、方、１８０°くθく３
６０°の部分７０ｂは配向方向が一３０°の配向性を有
４−るゴムからなる。 該第５実施例のパイプ状構造物ら萌記第１実施例と同様
に特殊な変形挙動を示す。 尚、第５実施例の場合も、繊維角度、配向方向および、
それらを異なら仕ろ分は方を、第１実施例と同様に種々
相違させることが出来る。 第３１図は本発明の第６実施例を示し、該第６実施例に
係わるパイプ状構造物７１は、１０層のシートを積層し
たもので、０°≦θ≦！８０°の内周から５層［］まで
の部分７１ａを繊維角度を３０°としたＦ　ＴＩ　Ｐ、
６屓目から１０層目までの０°≦０≦Ｉ８０°の部分７
１ｂを繊維ｆ１１度が３０°の繊維強化ゴ１２．１８０
’＜θく３６０゜部分７１ｃは配向方向か一３０°の配
向性を有ずろゴムからなる。 １−記該第６実施例のパイプ状構造物も１１；Ｉ記第１
実施例と同様に特殊な変形挙動を示す。 尚、第６実施例の場合乙、繊維角度、配向方向及び、そ
れらを′）”４なら仕る分は方を、第１実施例と同様に
種々相違させるごとが出来る。 ■Ｉ”　Ｉｔ　Ｐと補強縁ｕＬを含ｆ了しない等方性樹
脂の組合わせからなる場合 第３２図に示を本発明の第７実施例に係るパイプ状構造
物７２では、０°≦θ≦１８０°の部分７２ａは通常の
繊維を含有什ず力学的に異方性をａしない等方性樹脂で
ある。一方、１８０°〈θく３６０°の部分７２ｂは繊
維角度が３０°のＦＲＰである。 第３３図に示す本発明の第７実施例の変形例に係るパイ
プ状構造物７３では、０°≦Ｏ≦６０゜及び１２０°≦
θく３６０°の部分７３ａは繊維を含有しない樹脂から
なる。一方、６０°〈θ〈１２０°の部分７３ｂでは外
周側の部分７３ｃが繊角度３０°のＦＲＰであり他の部
分７３ｄが繊維を含ＩＴしない樹脂からなる。 ］二足第７実施例及びその変形例のペイプ状構造物７２
．７３は一上記した第１実施例と同様の特殊な変形挙動
を示す。 ■繊維強化ゴムと繊維を含有しない等方性ゴムを組み合
わけてなる場合 第３４図に示す本発明の第８実施例に係るパイプ状構造
物７４では、０°　≦θ≦１８０°の部分７４ａは上記
した通常の力学的に異方性を有しないゴムからなる。一
方、１８０°　〈θ〈３６０゜の部分７４ｂは、繊維角
度が３０゛の繊維強化ゴムからなる。 ■繊維強化ゴムと配向性を有するゴムと等方性ゴムの組
み合わせからなる場合 第３５図は本発明の第９実施例に係るパイプ状構造物７
５を示し、該パイプ状構造物７５ては、０°≦θ≦６０
及び１２０°≦θ〈３６０°の部分７５ａは上記した力
学的に異方性を有しない通常のゴムからなる。一方、６
０°〈θくＩ２０゜の部分７５ｂは外周側の部分７５ｃ
が繊維角度３０°の繊維強化ゴムからなり、他の部分７
５ｄカ（３０°の配向方向の配向性を存するゴムからな
る。 −１−記第８実施例及び第９実施例のパイプ状構造物し
上記した第１実施例と同様の特殊な変形挙動を示す。 尚、−１−記同一素材からなる霞カ性材料と等方性材料
の組合わせからなる■、■及び■のいずれの場合も異方
性材料の繊維μｊ度及び配向方向、それらを異なら仕る
分は方は第１実施例と同様に種々相違させることが出来
る。 ■Ｉ”　１１Ｐと繊維を含有しない等方性ゴムの組み合
イつせからなる場合 第３６図は本発明の第１０実施例を示し、該パイプ状構
造物８０は、０°≦θ≦６０°の部分８０ａは繊維角度
３０″のＰＲＰ、＋８０°≦０≦２４０°の部分８０ｂ
は繊維角度−３０°のＦ１ｚ１〕、残りの部分、即ち、
６０°くθく１８０°及び２４０°〈θ〈３６０°の部
分８０ｃは力学的に異方性を有しないゴムからなる。 ■繊維強化ゴムと繊維を含有しない等方性樹脂の組み合
わ０゛からなる場合 第３７図は本発明の第１＋実施例を示し、該パイプ状構
造物８１は、０°≦θ≦６０°の部分８１ａは繊維角度
３０°の繊維強化ゴム、１８０゜＜θ≦２４０°の部分
８１ｂｔｉ繊維１１度−３０゛の繊維強化ゴム、残りの
部分、即ち、６０゛〈θ〈１８０°及び２４０°〈θ〈
３６０°は力学的に異方性を打しない樹脂からなる。 尚、上記■および■の組み合わせ以外の組み合わけにつ
いては、説明を省略する。 上記した異なる素材の異方性材料と等方性材料を組み合
わせた場合においても、パイプ状構造物の繊維角度及び
／又は配向方向を周方向で部分的に異ならせると共に、
この繊維ｆｉｊ度及び／又は配向方向が異なる部分が上
記周方向の部分における厚さ方向の少なくとも一部分で
あり、かつ、パイプ状構造物の幾何学的主軸に対して対
称な部分であるため、前記第１実施例と同様な特殊な変
形挙動を生じさせろことか出来る。 【実験例】 本発明に係るパイプ状構造物のツノ学的特性を調べるχ
−に、曲げを加えた場合の変杉屑を測定する実験を行−
た。 尚、本実験では、第１実施例のＰ　ＥＩ　Ｉ）のみから
なるパイプ状構造物と第２実施例の繊維強化ゴムのみか
らなるパイプ状構造物の２種類のパイプについて実験を
行った。 第１実施例については、上記した第２図の部分１１ａの
繊維の方向がすべて幾何学的主軸に対して夫々α、＝２
０”　、３０°、５０°となるようにブリプレリグノー
トを１２枚積層して構成し、他の部分１１ｂは繊維の方
向が夫々β、−−２０゜３０°　　−５０°となるよう
に同じくブリプレリグノートを１２枚積層して構成した
３本のパイプ状構造物について行った。また、パイプ状
構造物の寸法は夫々長さがＬ＝４５０１１１ｍ、内径が
φ＋−ｌ　６　＋１１１１１％外径がφ、＝Ｉ９ｍｍで
ある。 第２実施例については、上記した第２１図の部分（ｉｌ
ａの繊維の方向かすべて幾何学的主軸に対して夫々２０
’、３０’　となるように厚さ０．８５１１Ｉｍのゴム
ノートを１２枚積層ずろと共に、他の部分６１ｂでは繊
維角度が夫々−２０゜３０°　となるように同じくゴム
ノートを１２枚積層し、加硫缶を使用して１４０℃、１
時間の条件で加硫して構成した２本のパイプ状構造物に
ついておこなった。また、パイプ状構造物の・ｒ法は、
Ｌ＝４００ＬＲＩ１１．内径がφ、＝ＩＧｍＷｍ、外径
かφ。 ３６ｍｍである。 実験方法は、第３８図に示すように、パイプ状構造物Ｉ
Ｉ、６１の一端をヂャックによりしっかりと締付けて固
定端１１ｃ、６１ｃとし、他端を自由端１１ｄ、６１ｄ
として、固定端１１ｃ、６１ｃよリパイプ状構造物■１
がＬ′・４００ｍｍ（第１実施例）、３５０　ｍｓ（第
２実施例）突出した状態とした。 そして、第６図に示す治具■２を用いて上記自由端　１
１ｄ、６１ｄと幾何学的主軸Ｇの交点を着力点として、
鉛直方向に重りＷによりＦＲＰのみからなるパイプ状構
造物には荷重Ｐ　＝　２　、７．６．３ｋｇ、繊維強化
ゴムからなるパイプ状構造物には荷重Ｐ＝０．５に９．
１．Ｏｋｇを加え、上記自由端１１ｄ、６１ｄに水平に
取付けた指針１４の先端の垂直方向の変位からたわみ屑
及びねしれｆｌｌを算出した。 上記した実験の結果は、第１実施例のＦＲＰのみからな
るパイプ状構造物については表１に、第２実施例の繊維
強化ゴムのみからなるパイプ状構造物については表２に
示す。 （以　下　余　白） （以 丁 余 白） 上記実験結果を示す表より明らかなように、第１実施例
のＦ　Ｉ？　Ｐのみからなる場合、および第２実施例の
繊維強化ゴムのみからなる場合のいずれら、曲げのみを
かけたにもかかわらず、たわみかつ、ねじれることが確
認できた。 また、実験結果より、幾何学的主１１ｈＧに対する弾性
主軸Ｅのずれε（第３９図に図示）は、繊維の配向ｆＱ
度に応じて、表１、表２に示すような値であることが判
明した。 −に記の結果より、繊維の角度を制御することにより、
たわみ量、ねじれ角及び弾性主軸のずれを調節４゛るこ
とか出来ることが確認できた。 更に、表１、表２のたわみ量及びねじれ角を比較すると
、Ｆ　ＲＩ）のみからなるパイプ状構造物と比較して、
繊維強化ゴムのみからなるパイプ状構造物は、小さい荷
重でより大きく変形しており、繊維強化ゴムからなるパ
イプ状構造物は小さい力で大きな変形を得られることが
確認できた。 第４０図及び第４１図は、上記第１実施例のＦｌｌｉ）
のみからなるパイプ状構造物（固定端から自由端までの
距離：Ｌ’−４００１、内径・φ１−１６ｍ−１外径：
φ、−１９＋ｎｓ）と上記第２実施例の繊維強化ゴム（
Ｆ　ＲＲ）のみからなるパイプ状構造（固定端から自由
端までの距離：　　Ｌ’−３５０ｍｍ、内径：φ、−１
６ｍｍ、外径：φ、＝３６ｍｍ）に同−荷ｆｆ’（（Ｐ
Ｏ，５，２、７＆Ｆ／）を荷重をかけた場合の配向角と
ねじれ角及びたわみ量の関係を示している。 上記パイプ状構造物の肉厚は、繊維強化ゴムで１０ｍ−
１Ｆ’　ＲＩ）が１　、５　ａｍで、繊維強化ゴムはＦ
ＲＩ）に比較して６．６倍であるが、第４０図及び第４
１図に示すように、繊維強化ゴムに対して荷重（Ｐ）０
．５ｋｇ、ＦＲＰに対して荷重（Ｐ）２．７＆ｙを加え
た場合、即ち、繊維強化ゴムに対してＰＩ？Ｐの約１１
５の荷重しか加えなかった場合を比較してし、ねじれ及
びたわみは繊維強化ゴムの方がＦＲＰよりはるかに大き
く、繊維強化ゴムのみからなるパイプ状構造物はＦ　Ｒ
Ｐのみからなるパイプ状構造物と比較して容易に変形ず
ろことが確認された。 以」−の説明から明らかなように、本発明に係るパイプ
状構造物は、繊維角度及び／又は配向方向を周方向で部
分的に異ならせると共に、この繊維角度及び／又は配向
方向が異なる部分が上記周方向の部分における厚さ方向
の少なくとも一部分としており、たとえば、幾何学的主
軸の対して対称な部分の繊維角度を相違させ、あるいは
、上記−部分のみを配向性を有する材料により構成して
他の部分を異方性を有しない材料から構成しているため
、幾何学的主軸と弾性主軸にずれが生し、端を固定端、
他端を自由端とした場合に、弾性−Ｌ軸１−にある点を
通らない荷重を加えた場合にはたイつみが生じると共に
ねじれが生し、弾性主軸上にある点を通るように荷重を
加えた場合にはたわみが生じるのみでねじれないという
、特殊な変形挙動を生じさせることが出来る。 また、本発明に係るパイプ状構造物は、繊維の幾何学的
主軸に対する角度や、繊維の幾何学的主軸に対する角度
が等しい部分の周方向の部分の分けがたを変えることに
より、上記の幾何学的主軸に対する弾性主軸のずれの量
を容易に変えることが可能である。よって、繊維を含存
して強化された異方性材料の力学的特性による特異な変
形挙動を利用して、種々の産業上の分野に利用出来るも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るパイプ状構造物の実施例を表す斜
視図、第２図は本発明の第１実施例を示す第１図のＣ−
Ｃ線での断面図、第３図及び第４図は第１実施例の繊維
方向を示す概略図、第５図はパイプ状構造物の一端を固
定端とした状態を示す斜視図、第６図及び第７図は治具
の取付けを示す斜視図、第８図から第１１図はパイプ状
構造物の自由端に荷重を加えた場合の変形を示す概略図
、第１２図は第１実施例の第１変形例を示す第１図のＣ
−Ｃ線での断面図、第１３図及び第１４図は第１変形例
の繊維方向を示す概略図、第１５図は第１実施例の第２
変形例を示す第１図のＣ−Ｃ＠での断面図、第１６図か
ら第１８図は第２変形例の繊維方向を示す概略図、第１
９図及び第２０図は夫々第１実施例の第３変形例及び第
４変形例を示す第１図のＣ−Ｃ線での断面図、第２１図
は第２実施例示す第１図のＣ−Ｃ線での断面図、第２２
図は繊維強化ゴムのゴムノートを示す斜視図、第２３図
はマノトレルへのゴムノートの積層を示４゛斜視図、第
２４図は第３実施例を示す第１図のＣ−Ｃ線での断面図
、第２５図及び第２６図は第３実施例の繊維ｒり度及び
配向方向を示す概略図、第２７図は第３実施例の変形例
を示す第１図のＣＣ線での断面図、第２８図及び第２９
図は第４実施例及びその変形例を示す第１図のＣ−Ｃ線
での断面図、第３０図及び第３１図は夫々第５及び第６
実施例を示４−第１図のＣ−Ｃ線での断面図、第３２図
及び第３３図は第７実施例及びその変形例を示す第１図
のＣ−Ｃ線での断面図、第３４図から第３７図は夫々第
８実施例から第１１実施例を示す第１図のＣ−Ｃ線での
断面図、第３８図は本発明に係るパイプ状構造物の実験
装置を示す概略図、第３９図は自由端での幾何学的主軸
の弾性主軸に対するずれを示す概略図（第３８図を上方
から見た図）、第４０図及び第４１図はそれぞれ配向角
とねしれ角反びたイつみ量の関係を示す線図、第４２図
から第４５図は等方性材料からなるパイプ状構造物の自
由端に荷重を加えた場合の変形を示す概略図である。 １１．２！、３１．４１．５１．６１ ６５．６６．６７．６８．７０． ７１．７２．７３．７４．７５． ８０．８１・・・パイプ状構造物、 Ｉ　Ｉｃ、　６１ｃ・−固定端、 １１ｄ、６１ｄ・・・自由端、 Ｇ・・幾何学的主軸、Ｅ・・・弾性主軸、Ｆ・・・繊維
■１・・配向方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、繊維強化樹脂からなるパイプ状構造物の繊維角度を
   周方向で部分的に異ならせると共に、この繊維角度が異
   なる部分が上記周方向の部分における厚さ方向の少なく
   とも一部分であるＦＲＰ製のパイプ状構造物。 ２、繊維強化ゴムからなるパイプ状構造物の繊維角度を
   周方向で部分的に異ならせると共に、この繊維角度が異
   なる部分が上記周方向の部分における厚さ方向の少なく
   とも一部分である繊維強化ゴム製のパイプ状構造物。 ３、上記パイプ状構造物は、繊維を含有した樹脂シート
   あるいは繊維を含有したゴムシートを積層して構成した
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項
   に記載のパイプ状構造物。 ４、上記繊維角度が異なる部分は、パイプ状構造物の幾
   何学的主軸に対して対称な部分である請求項１から請求
   項３のいずれか１項に記載のパイプ状構造物。 ５、上記パイプ状構造物に対して円柱座標をとった場合
   に、０°≦θ≦１８０°の部分と、 １８０°＜θ＜３６０°の部分との、幾何学的主軸に対
   する繊維角度を異ならせる請求項４に記載のパイプ状構
   造物。 ６、上記０°≦θ≦１８０°の部分の繊維角度を幾何学
   的主軸に対して正の方向に配向させた時、１８０°＜θ
   ＜３６０°の部分の繊維角度が幾何学的主軸に対して負
   となる方向に配向させている請求項５に記載のパイプ状
   構造物。 ７、繊維強化樹脂、繊維強化ゴム、配向性を有するゴム
   の３種類の異方性を有する材料のうちの２種類以上の材
   料を組み合わせたパイプ状構造物であって、該パイプ状
   構造物の繊維角度及び／又は配向性を有するゴムの配向
   方向を周方向で部分的に異ならせると共に、この繊維角
   度及び／又は配向方向が異なる部分が上記周方向の部分
   における厚さ方向の少なくとも一部分であるパイプ状構
   遺物。 ８、繊維強化樹脂、繊維強化ゴム、配向性を有するゴム
   の３種類の異方性を有する各材料に対して、あるいは２
   種順以上の材料を組み合わせたものに対して、繊維を含
   有しない樹脂、あるいは繊維を含有しないゴムのいずれ
   か一方を組み合わせて構成するパイプ状構造物であって
   、 該パイプ状構造物の繊維角度／及び又は配向性を有する
   ゴムの配向方向を周方向で部分的に異ならせると共に、
   この繊維角度及び／又は配向方向が異なる部分が上記周
   方向の部分における厚さ方向の少なくとも一部分である
   ＦＲＰ製のパイプ状構造物。 ９、上記パイプ状構造物の繊維角度及び／又は配向方向
   を周方向で部分的に異ならせると共に、この繊維角度及
   び／又は配向方向が異なる部分を上記周方向の部分にお
   ける厚さ方向の少なくとも一部分として、パイプ状構造
   物の弾性主軸を所望の位置に設定していることを特徴と
   する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のパイ
   プ状構造物。