JPH0544906B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば油・空圧用シリンダのチユー
ブ、土木・建設機械用ブームまたはアーム、クレ
ーンのラチスブーム用パイプ、CFRP製シヤフ
ト、自動車用ドライブシヤフト等に用いて好適な
繊維強化樹脂製筒状体に関する。

〔従来技術〕

従来、接着性の樹脂を含浸させた繊維材料を巻
回して成形した繊維強化樹脂製筒状体は金属製筒
状体に比較して軽量、かつ、高強度であることか
ら、次第に活用されているが、この種の繊維強化
樹脂製筒状体を例えば油圧シリンダ用チユーブの
ように圧力容器として使用する場合、該チユーブ
の軸端側開口は、従来第１０図または第１１図に
示す方法で施蓋していた。

第１０図において、１はチユーブ本体で、該チ
ユーブ本体１は接着性の樹脂を含浸させた繊維材
料を中空筒状に巻回して成形したものからなつて
おり、該チユーブ本体１の内周面１Ａには軸方向
一側寄りに位置してリング溝２が周設されてい
る。３はチユーブ本体１の一端側開口を施蓋する
シリンダカバーで、該カバー３Ａはチユーブ本体
１の内径と同じ外径を有する厚肉円板からなつて
おり、外周面３にはＯリング４が装着されてい
る。５は該カバー３をチユーブ本体１内に係止す
るためにリング溝２に嵌合された環状平板からな
る止め輪で、該止め輪５はカバー３にかかる内圧
を受承するようになつている。

一方、第１１図は他の従来技術に係る油圧シリ
ンダ用チユーブを示す。図において、１１は前記
チユーブ本体１と同様に繊維強化樹脂材料によつ
て成形したチユーブ本体で、該チユーブ本体１１
の外周面１１Ａには一側の軸端寄りに位置して雄
ねじ１２が形成されている。１３はチユーブ本体
１１の一端側開口を施蓋するシリンダカバーで、
該カバー１３はチユーブ本体１１より大径の肉厚
円板状に形成され、内側面には環状のリング溝１
４が設けられた本体部１３Ａと、該本体部１３Ａ
の内側面から筒状に突出形成され、内周面には前
記雄ねじ１２に螺合する雌ねじ１５が形成された
嵌合部１３Ｂとからなつている。そして、該シリ
ンダカバー１３はリング溝１４にＯリング１６を
装着した状態でチユーブ本体１１に螺着されてお
り、雄ねじ１２と雌ねじ１５の螺合力によつて内
圧を受承するようになつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

而して、第１０図に示した止め輪５を用いてカ
バー３を受承する従来技術にあつては、チユーブ
本体１の内周面１Ａにリング溝２を形成するため
の溝加工を行うから、この溝加工によつてチユー
ブ１を形成している繊維材料が短く切断されてし
まうことになる。この結果、繊維方向には大きな
強度を有する繊維強化樹脂の強度が部分的に失わ
れてしまうという欠点がある。また、チユーブ本
体１は繊維材料を巻回して成形したものであるか
ら、該チユーブ本体１にリング溝２を形成すると
該溝２の部分から層間剥離が起こり易く、信頼性
に欠けるという欠点がある。

叙上の如く、樹脂を含浸させた繊維材料を巻回
して成形したチユーブ本体１にリング溝２を形成
することはチユーブ本体１の強度を失わせるもの
であり、このためチユーブの内圧を十分に上げる
ことができないという欠点がある。

一方、第１１図に示すようにカバー１３をチユ
ーブ本体１１に螺着する他の従来技術にあつて
も、チユーブ本体１１の外周面１１Ａに雄ねじ１
２を形成する時に繊維材料を切断するため、前述
した従来技術と同様の欠点がある。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされ
たもので、本発明は繊維強化樹脂が本来備えてい
る強度を十分に活かすことができ、耐疲労性、耐
衝撃性等がすぐれた信頼性の高い繊維強化樹脂製
筒状体を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するために本発明は、繊
維強化樹脂材料によつて形成された内筒と、該内
筒の軸方向端部に嵌合された取付け用部材と、樹
脂を含浸させた繊維材料を前記内筒の外周面から
該取付け用部材の外周面に亘つて巻回することに
よつて形成される外筒とからなり、前記取付け用
部材の外周側には、前記繊維材料を巻返すべく複
数の凸部と該各凸部よりも先端側の小径筒部とを
設けると共に、該各凸部間には繊維材料を案内す
る案内溝を設け、前記外筒の形成時に繊維材料を
該案内溝により案内しつつ、前記凸部及び小径筒
部を介して巻返す構成を採用している。

ここで、前記繊維材料には、炭素繊維、ガラス
繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素
繊維等が用いられ、該繊維材料に含浸させる樹脂
には、熱硬化性と接着性を有するエポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられ
る。そして、前記繊維材料の巻回方法としては、
糸状繊維材料を用いるフイラメントワインデイン
グ法、テープ状繊維材料を用いるテープワインデ
イング法、織物状繊維材料を用いるハンドレイア
ツプ法等が挙げられる。

また、前記取付け用部材は金属材料、セラミツ
ク材料または短繊維で強化した樹脂材料等によつ
て形成され、該取付け用部材に設けられる各凸部
は繊維強化樹脂材料の一方向引抜き材、金属、非
金属等の高強度部材からなるピン等によつて形成
される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第９図に
基づき、繊維強化樹脂製筒状体として油圧シリン
ダ用チユーブを例に挙げて説明する。

第１図ないし第７図は本発明の第１の実施例を
示している。

図において、２１は繊維強化樹脂材料によつて
形成され、当該チユーブの内周側を構成するよう
になつた内筒を示し、該内筒２１は後述の外筒２
５と同様に樹脂を含浸させた糸状の繊維材料をフ
イラメントワインデイング法等の手段を用いて一
定の巻角、例えば中心軸Ｏ−Ｏに対して90度に近
い、40度〜85度程度の巻角をもつて所定の厚さに
なるまで交差巻付けした一層以上の巻回層により
長尺の円筒状に形成されている。そして、該内筒
２１の軸方向両端側外周には、例えば施盤等の機
械加工によつて深さ１mm程度の段差部２１Ａ（軸
方向一端側のみ図示）が形成されている。なお、
該段差部２１Ａは後述する取付け用部材２２の位
置決めを容易にするために設けるもので、場合に
よつては省略してもよい。

２２は内筒２１の軸方向両端側に嵌合された筒
状の取付け用部材を示し、該取付け用部材２２は
金属材料、セラミツク材料または短繊維で強化し
た樹脂材料等によつて形成され、軸方向一端側に
設けられ、後述の繊維材料２６が巻返される小径
筒部２２Ａと、軸方向中間部から他端側へと漸次
縮径するように形成され、繊維材料２６を円滑に
巻回可能とするテーパ部２２Ｂと、小径筒部２２
Ａからテーパ部２２Ｂ側へと軸方向に伸び、周方
向に所定間隔をもつて形成された断面三角形状の
案内溝２２Ｃ，２２Ｃ、……と、該各案内溝２２
Ｃの周方向両側に位置し、後述の各ピン２４と共
に繊維材料２６が巻返される凸部を形成する突起
部２２Ｄ，２２Ｄ、……と、該各突起部２２Ｄと
小径筒部２２Ａとの間に形成された段部２２Ｅ，
２２Ｅ、……からなつている。ここで、該取付け
用部材２２はその内周側が内筒２１の段差部２１
Ａに嵌合され、例えば接着等の手段を用いて固着
されるようになつている。また、該各取付け用部
材２２の小径筒部２２Ａには端面側から軸方向に
伸長する有底のねじ穴２２Ｆが周方向に所定間隔
をもつて複数個形成されている。そして、該各取
付け用部材２２には各ねじ穴２２Ｆにボルト等を
螺着することにより、シリンダカバーやロツドカ
バー（いずれも図示せず）が取付けられるように
なつている。

また、２３は各取付け用部材２２の各突起部２
２Ｄに径方向内向きに形成された有底の小孔を示
し、該各小孔２３は内筒２１の内径を50mmとし、
各取付け用部材２２の周方向に60個程度の突起部
２２Ｄを形成した場合に、該各突起部２２Ｄに対
してそれぞれ直径が２mm程度で、３〜８mm程度の
深さをもつて形成される。２４，２４、……は該
各小孔２３内に嵌着され、接着等の手段を用いて
固着されたピンを示し、該各ピン２４は金属材
料、非金属材料の高強度部材または繊維強化樹脂
材料の一方向引抜き材等によつて小径の円柱状に
形成され、その長さ寸法は５〜10mm程度、直径は
２mm程度となつている。そして、該各ピン２４は
取付け用部材２２の各突起部２２Ｄから径方向に
２mm程度突出し、該各ピン２４の突出側および各
突起部２２Ｄは各案内溝２２Ｃを介して繊維材料
２６を巻返すための各凸部を構成している。

さらに、２５は樹脂を含浸させた糸状の繊維材
料２６を内筒２１の外面から各取付け用部材２２
の小径筒部２２Ａ外周面に亘つて全面に巻回する
ことにより形成された外筒を示し、該外筒２５は
前記繊維材料２６をフイラメントワインデイング
法等の手段を用いて、中心軸Ｏ−Ｏに対して零度
に近い一定の巻角、例えば巻角θ＝５〜30度とな
るように、所定の厚さになるまで張力をかけた状
態で交差巻付けした一層以上の巻回層により略円
筒状に形成されている。そして、該繊維材料２６
はこの交差巻付け時に第５図ないし第７図中に示
す如く、まず各案内溝２２Ｃより小径筒部２２Ａ
側へと案内され、該小径筒部２２Ａを各段部２２
Ｅに沿つて一周ないし半周程度して、該小径筒部
２２Ａに巻返すように巻回され、他の各案内溝２
２Ｃを通つて図示しない他端側の取付け用部材２
２側へと送られ、同様に巻回される。そして、こ
れを繰返しつつ、小径筒部２２Ａ側の繊維量が増
加してくると、適宜に各突起部２２Ｄや各ピン２
４によつて繊維材料２６を巻返すようにし、各案
内溝２２Ｃや各ピン２４の周囲を該繊維材料２６
で埋めるように巻回して外筒２５を形成し、内筒
２１の軸方向両端側に各取付け用部材２２を強固
に一体化する。

ここで、前記繊維材料２６は炭素繊維、ガラス
繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維または炭化ケ
イ素繊維等が用いられ、該繊維材料２６に含浸さ
せる樹脂には熱硬化性と接着性を有するエポキシ
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等が用
いられる。なお、内筒２１の素材についても同様
である。かくして、この樹脂を含浸させた糸状の
繊維材料２６からなる外筒２５は両端側に位置す
る各取付け用部材２２の小径筒部２２Ａ外周面、
テーパ部２２Ｂ外周面および内筒２１の外周面等
を覆い、該内筒２１と各取付け用部材２２とを強
固に一体化する。

本実施例による油圧シリンダ用チユーブは上述
の如き構成を有するもので、次にその製造方法に
ついて説明する。

まず、当該チユーブの内径に対応する外径を有
し、外周面が所定の表面精度をもつて仕上げられ
たマンドレル等の型材（図示せず）を用意し、内
筒２１を成形すべく、この型材の外周面に引張力
をかけながら、樹脂を含浸させた糸状の繊維材料
をフイラメントワインデイング法を用いて一定の
巻角で所定の厚さになるまで交差巻付けする。こ
の場合、繊維材料の巻角を中心軸Ｏ−Ｏに対して
90度に近い、例えば40〜85度程度の巻角とするこ
とにより、当該チユーブの内圧に対する耐圧性能
を大幅に高めることができる。そして、この状態
で硬化炉（図示せず）内に入れて、繊維材料に含
浸させた樹脂を熱硬化させ、前記型材を引抜いて
内筒２１を成形する。なお、この状態で該内筒２
１の外周面に適宜に機械加工等を施し、取付け用
部材２２や外筒２５の接着性を高めると共に、熱
ひずみ等を除去するようにしてもよい。また、該
内筒２１の軸方向両端側外周に各段差部２１Ａを
設けるようにしてもよい。

次に、各ピン２４が値設された状態の取付け用
部材２２を内筒２１の軸方向両端側に第１図中に
例示するように嵌合し、接着剤等で固着するよう
にする。

次に、この接着剤が完全に硬化した段階で、内
筒２１の両端側に位置する各取付け用部材２２の
外周面及び該内筒２１の外周面に亘つて、樹脂を
含浸させた糸状の繊維材料２６をフイラメントワ
インデイング法等の手段を用いて所定の巻角θで
巻回し、外筒２５を形成する。このとき、前記繊
維材料２６を内筒２１の外周面を介して両端側の
各取付け用部材２２の外周面側へと所定の張力を
もつて引張るように伸長させつつ、各案内溝２２
Ｃによつて案内し、各段部２２Ｅ、小径筒部２２
Ａおよび各ピン２４等を介して内筒２１の外周面
側へと巻返すようにし（第５図ないし第７図参
照）、各取付け用部材２２を内筒２１に対して強
固に一体化するようにする。また、繊維材料２６
の巻角θを中心軸Ｏ−Ｏに対して零度に近い、例
えばθ＝５〜30度とすることにより、曲げ強度を
大幅に高めることができる。

そして、内筒２１および各取付け用部材２２の
外周面側に所定の厚さをもつた外筒２５を形成し
た段階で、これらを硬化炉内に入れ、繊維材料２
６に含浸させた樹脂を熱硬化させる。かくして、
当該チユーブは所定の内径および外径をもつて成
形されるが、外筒２５の外周面にグラインダ等の
機械加工を施せば、当該チユーブの外周面をさら
になめらかに仕上げることができる。

而して、本実施例によれば、内筒２１および各
取付け用部材２２の外周面側に、樹脂を含浸させ
た糸状の繊維材料２６を巻回して外筒２５を形成
するときに、該繊維材料２６を各案内溝２２Ｃに
より案内しつつ、各段部２２Ｅ、小径筒部２２Ａ
および各ピン２４の突出側等を介して巻返すよう
にしたから、該繊維材料２６のさばきを非常に良
くすることができ、該繊維材料２６を規則正しく
交差巻付けできる上に、該繊維材料２６が持つ強
度を十分に活かすことができ、内筒２１と各取付
け用部材２２とを外筒２５によつて強固に一体化
でき、該各取付け用部材２２が外筒２５等から抜
けたりするのを確実に防止することができ、同時
に確実な廻り止めも行うことができる。そして、
当該チユーブの強度を事前に計算しておくことが
可能となる。

また、前記繊維材料２６を従来技術のように途
中で切断したりすることがなく、該繊維材料２６
が持つ強度を十分に活かすことができるから、耐
疲労性や耐衝撃性等を大幅に高めることができ、
信頼性の高い軽量な油圧シリンダ用チユーブを得
ることができる。また、耐圧性能や曲げ強度等を
高めることができ、当該チユーブ全体の肉厚を薄
肉化することが可能となる。

さらに、内筒２１と各取付け用部材２２とをそ
れぞれ異なる材料によつて形成できるから、適宜
な材料を選択することが可能となり、例えば強度
の要求される内筒２１には繊維強化樹脂材料を、
各ねじ穴２２Ｆの部分等に高い硬度が要求される
取付け用部材２２には炭素鋼等を使用でき、設計
の自由度を増加させることができ、限界設計が可
能となる等、種々の効果を奏することができる。

なお、前記実施例では、繊維材料２６を各案内
溝２２Ｃで案内して、小径筒部２２Ａに巻返すよ
うに巻回するときに、第６図中に示す如く、該繊
維材料２６を各突起部２２Ｄに各段階２２Ｅ側で
引掛けるようにしたが、これに替えて、第８図に
示す変形例の如く、繊維材料２６を各ピン２４の
突出側に引掛けるようにしてもよい。

次に、第９図は本発明の第２の実施例を示し、
本実施例の特徴は、取付け用部材３１の外周側に
四角形状の案内溝３１Ｃ，３１Ｃ，……を周方向
に所定間隔をもつて形成したことにある。ここ
で、該取付け用部材３１は各案内溝３１Ｃを除い
て前記第１の実施例で述べた取付け用部材２２と
同様に形成されており、該各案内溝３１Ｃの両側
には突起部３１Ｄが設けられている。そして、該
各突起部３１Ｄには各ピン２４が植設され、該各
突起部３１Ｄは各ピン２４と共に繊維材料２６が
巻返される凸部を構成している。

かくして、このように構成される本実施例で
も、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得
ることができる。

なお、前記各実施例では、油圧シリンダ用のチ
ユーブを製造する場合を例に挙げて説明したが、
本発明はこれに限定されず、空圧シリンダ用チユ
ーブ、土木・建設機械用ブームまたはアーム、ク
レーンのラチスブーム用パイプ、ロボツトアー
ム、CFRP製シヤフト、自動車用ドライブシヤフ
ト等の繊維強化樹脂製筒状体に適用してもよい。

また、前記各実施例では、内筒２１や取付け用
部材２２，３１等を円筒状に形成するものとして
述べたが、これらは角筒状に形成してもよい。

また、前記各実施例では、外筒２５をフイラメ
ントワインデイング法等の手段を用いて形成する
ものとして述べたが、これに替えて外筒２５をテ
ープワインデイング法、ハンドレイアツプ法等の
手段を用いて形成してもよい。また、内筒２１等
についても同様である。

さらに、前記各実施例では、取付け用部材２
２，３１等を単に筒状に形成するものとして述べ
たが、該取付け用部材２２，３１等を、例えば有
底筒状に形成してもよい。この場合は、取付け用
部材をシリンダカバーやロツドカバー等として用
いることができる。

〔発明の効果〕 以上詳述した通り、本発明によれば、取付け用
部材の外周側に複数の凸部と小径筒部を設け、該
各凸部間に設けた案内溝により繊維材料を案内し
つつ、凸部及び小径筒部を介して巻返す構成とし
たから、繊維材料のさばきを良くして、巻回時の
作業性を向上できる。また、前記繊維材料の強度
を十分に活かして、外筒により内筒と取付け用部
材とを強固に一体化することができ、該取付け用
部材が外筒等から抜けたりするのを防止できる上
に、耐疲労性や耐衝撃性等を幅に高めることがで
き、信頼性を向上できる等、種々の効果を奏する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の第１の実施例を
示し、第１図は油圧シリンダ用チユーブの半断面
図、第２図はチユーブの部分外観図、第３図は第
２図中の矢示−方向断面図、第４図は取付け
用部材等の部分外観図、第５図は繊維材料の巻回
初期状態を示す要部拡大図、第６図は第５図と同
様の状態を巻回手順として示す斜視図、第７図は
繊維材料の巻回途中の状態を示す第５図と同様の
拡大図、第８図は第６図と異なる巻回手順の変形
例を示す斜視図、第９図は第２の実施例を示す第
３図と同様の部分断面図、第１０図は従来技術に
よるチユーブを示す部分断面図、第１１図は他の
従来技術によるチユーブを示す部分断面図であ
る。 ２１……内筒、２２，３１……取付け用部材、
２２Ａ……小径筒部、２２Ｂ……テーパ部、２２
Ｃ，３１Ｃ……案内溝、２２Ｄ，３１Ｄ……突起
部、２２Ｅ……段部、２２Ｆ……ねじ穴、２４…
…ピン、２５……外筒、２６……繊維材料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 繊維強化樹脂材料によつて形成された内筒
   と、該内筒の軸方向端部に嵌合された取付け用部
   材と、樹脂を含浸させた繊維材料を前記内筒の外
   周面から該取付け用部材の外周面に亘つて巻回す
   ることによつて形成される外筒とからなり、前記
   取付け用部材の外周側には、前記繊維材料を巻返
   すべく複数の凸部と該各凸部よりも先端側の小径
   筒部とを設けると共に、該各凸部間には繊維材料
   を案内する案内溝を設け、前記外筒の形成時に繊
   維材料を該案内溝により案内しつつ、前記凸部及
   び小径筒部を介して巻返す構成としてなる繊維強
   化樹脂製筒状体。