JPH0674369A - 繊維強化樹脂製管体用の平行継手部材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の繊維強化樹脂製管体間に働く引張り、
圧縮、曲げ、捩り及び剪断荷重の下において、所望の剛
性・強度を発現することが可能な、管体を長手方向と平
行に接合できる繊維強化樹脂製の平行継手部材及びその
製造方法を提供する。 【構成】 被接合体である繊維強化樹脂製管体の外径と
等しい曲率を有する接合面を備え、前記接合面を外側に
向けて２つ以上配しリブを介して一体化され、前記リブ
の端部に切り欠き加工したことを特徴とする繊維強化樹
脂製管体用の平行継手部材、及びその製造方法。さらに
前記平行継手部材の接合面に接着剤を塗布し、被接合体
である繊維強化樹脂製管体を前記接合面に合わせ、接合
面に圧力を付加しつつ接着剤を硬化させ、その後さらに
切り欠き加工した継手部材のリブの端部に管体と共に繊
維強化樹脂を積層し、樹脂を硬化させることを特徴とす
る管体を長手方向と平行に接合する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、輸送機関の構造物等に
使用する繊維強化樹脂製管体用の平行継手に関するもの
である。例えば、本発明は鉄道車両用台車枠やリニアモ
ーターカー用台車枠を構成する、側バリ同士、横バリ同
士を軽量化のために繊維強化樹脂製管体で作製し、これ
らを接合・組立てる台車枠の製作に応用できる。

【０００２】

【従来の技術】軽量台車枠を構成する繊維強化樹脂材料
は、アルミ、鋼のような金属材料と異なって、溶接が不
可能であり、２つ以上の繊維強化樹脂部材を接合するこ
とが極めて困難である。特に２本の繊維強化樹脂製管体
を平行に接合させ、２本の管体のそれぞれの中心軸を含
む面内の曲げ剛性等の向上ならびに強度の向上等を意図
した場合、２本の管体間に荷重を伝達させる手段がこれ
までにないうえ、繊維強化樹脂製管体の接合方法も知ら
れていなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、複数の繊維
強化樹脂製管体間に働く引張り、圧縮、曲げ、捩り及び
剪断荷重の下において、所望の剛性・強度を発現するこ
とが可能な、管体を長手方向と平行に接合できる繊維強
化樹脂製の平行継手部材及びその製造方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００４】さらには前記の平行継手部材を用いた繊維
強化樹脂製管体に力が働くとき、接着層に生ずる応力レ
ベルを軽減させ、特に引きはがしの力に対しては十分な
強度を有する接合方法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段、作用】本発明は、繊維強
化樹脂よりなり、被接合体である繊維強化樹脂製管体の
外径と等しい曲率を有する接合面を備え、前記接合面を
外側に向けて２つ以上配しリブを介して一体化され、前
記リブの端部に切り欠き加工したことを特徴とする繊維
強化樹脂製管体用の平行継手部材である。さらに、平行
継手部材の中空部用の金型にプリプレグを積層してリブ
部とし、別途管体接合面と等しい曲率を有する金型にプ
リプレグを積層し、前記曲率を備えた接合面を外側に向
けて両者を組み立てた後、樹脂を硬化させ、その後継手
部材のリブの端部を切り欠き加工することを特徴とする
繊維強化樹脂製の平行継手部材の製造方法である。ま
た、前記の平行継手部材の接合面に接着剤を塗布し、被
接合体である繊維強化樹脂製管体を前記接合面に合わ
せ、接合面に圧力を付加しつつ接着剤を硬化させ、その
後さらに切り欠き加工した継手部材のリブの端部に管体
と共に繊維強化樹脂を積層し、樹脂を硬化させることを
特徴とする繊維強化樹脂製管体を管体長手方向と平行に
接合する方法である。

【０００６】図１に、本発明の接合面が２つの場合の繊
維強化樹脂製の平行継手部材の概要図を示す。接合面１
は被接合体である繊維強化樹脂製管体の外径と等しい曲
率を有しており、接着面積に相当する接合面１の長さ及
び幅は、要求される継手の強度により決定される。繊維
強化樹脂製の平行継手部材の接合面の曲率は、被接合体
である繊維強化樹脂製管体の外径曲率と等しいようにす
る。仮に両者の曲率が異なると、接合面に隙間が生じ接
着層に欠陥を生じて、接着強度の低下の原因となる。本
発明のように管体外径と継手部材接合面の曲率が等しけ
れば、すなわち各々の曲率を被接合体の管体のそれとあ
わせておけば、外径寸法の異なる２本の繊維強化樹脂製
管体（例えば外径１００ｍｍと外径２００ｍｍの２本の
管体）を接合することが可能である。リブ２の板厚及び
高さについても接合面の寸法と同様で、要求される継手
の強度により決定すればよい。図２は図１に示した継手
部材の側面図である。リブ部の切り欠き加工の長さ及び
切り欠き底の曲率は要求される継手の強度により決定す
ればよい。

【０００７】また図３及び図４には接合面が３つならび
に４つの場合の平行継手部材の断面図を示すが、必要に
応じて５つ以上でも製造は可能である。さらに管体の接
合面が３つ以上備わった継手部材の製造方法は、接合面
が２つの場合の製造方法と基本的には変わらない。ただ
し、管体接合面と等しい曲率を有する金型の個数は接合
面の個数だけ必要であり、中空部の形状が変われば、そ
の形状にあった中空部用の金型を用意することが必要で
ある。当該継手部材を構成する原材料は繊維強化樹脂で
あり、強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、また
はアラミド繊維等の高強度有機繊維などが挙げられ、こ
れらを併用してもよい。樹脂は、熱硬化型ではエポキ
シ、不飽和ポリエステルなど、熱可塑型ではＰＥＥＫ
（ポリエーテルエーテルケトン）などが使用できる。

【０００８】繊維強化樹脂製の継手部材の製造方法につ
いて、接合面が２つの場合を例にとって説明をする。ま
ず継手部材の中空部の断面寸法・形状を有する金型、及
び管体との接合面と等しい曲率を有する金型を２体準備
する。継手部材のリブに相当する中空部の断面寸法・形
状を有する金型には周方向にプリプレグを所定の枚数積
層し、管体接合面と等しい曲率を有する金型にもプリプ
レグを所定の枚数積層する。次に、積層の終了した金型
を図６に示すように組み立てる。図７には積層構成の詳
細を示すが、金型を組み立てたとき、より強度を確保す
るためには、プリプレグ１５，１６を積層することが望
ましい。そのとき、図１中の接合面１とリブ２とが交わ
るコーナーの箇所に隙間ができるので、この隙間をプリ
プレグ１１，１２，１３，１４を積層してあらかじめ埋
めておくようにする。この場所にはプリプレグのほかに
フィルム状の接着剤なども使用できる。積層・組立てが
全て終了した後、組み上げた金型を真空バグで包み樹脂
を硬化させる。その後、金型を脱型し、ハンドグライン
ダーまたはハンドリューター等の工具によりリブ部の切
り欠き加工を行ない、図１に示すような形状の繊維強化
樹脂製の平行継手部材を得ることができる。

【０００９】次に本発明の平行継手部材を使った接合方
法について述べるが、前記の平行継手部材の製造法と同
様、基本的な２本の管体の場合を例にして説明をする。
繊維強化樹脂製の平行継手部材１体及び繊維強化樹脂製
管体２本を準備する。被接合体である繊維強化樹脂製管
体は、強化繊維を液状樹脂の中を通し金属製の芯金に巻
き付け、加熱しその後金属製芯金を引き抜くいわゆるフ
ィラメントワインディング法が最も一般的に知られてい
るが、シートワインディング法または引き抜き成形法な
ど成形法は何でもよい。継手部材ならびに管体の接合面
に接着剤を塗布し、被接合体である繊維強化樹脂製管体
を前記接合面に合わせ、適当な治具を用いて接合面に圧
力を付加しつつ接着剤を硬化させる。接合する際、接着
剤は液状でもフィルム状でもどちらでもよく、接着剤の
状態に本発明の製造方法は限定されない。また接着剤の
硬化条件は室温硬化でも加熱硬化でもどちらでもよい。
また図１に示した繊維強化樹脂製の平行継手部材は軽量
化のため中空の形状であるが、この部分を補強のために
中実に、または内部を充填剤で満たしてもどちらでもよ
い。接着材が硬化した後、治具を取り外し、繊維強化樹
脂を切り欠き加工した継手端部に管体と共に積層し、樹
脂を硬化させる。当該繊維強化樹脂を構成する原材料
は、強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、または
アラミド繊維等の高強度有機繊維などが挙げられ、これ
らを併用してもよい。樹脂は熱硬化型が適当で、エポキ
シ、不飽和ポリエステルなどが使用できる。繊維強化樹
脂材料は、液状樹脂をあらかじめ繊維束に含浸したもの
（以下プリプレグと呼ぶ）を用いてもよく、また、樹脂
を含浸していない繊維束の織物を管体に巻き付けるとき
に液状の樹脂をハケ等で繊維に含浸させてもどちらでも
よい。巻き付けた後は熱収縮テープを最後に巻き付け樹
脂を加熱硬化させる際同時に当該部に成形圧を付加させ
ても、また、全体を真空バグで包んでオートクレーブ成
形してもどちらでもよい。以上のようにして、繊維強化
樹脂管体を管体長手方向に平行に接合することができ
る。

【００１０】

【実施例】図５に繊維強化樹脂製の平行継手部材を作製
するためのアルミ製型を示す。曲率半径９０ｍｍを有す
る平板状金型３，４をあらかじめ準備し、接合面となる
曲率部の上に炭素繊維一方向プリプレグを長手方向に対
して０°＋４５°−４５°９０°それぞれ２層ずつ計１
６層を積層した。平行継手部材の中空部に相当する中子
金型５をあらかじめ準備し、この金型の周方向にプリプ
レグを長手方向に対して同様に０°＋４５°−４５°９
０°それぞれ２層ずつ計１６層積層した。次に図６に示
すように金型を組み上げ、３つの金型３，４，５を各々
の相対位置がずれないように案内穴と案内ピンで固定し
た。その後図７に示すように４つのコーナー部にプリプ
レグ１１，１２，１３，１４を充填し、最後に横からプ
リプレグ１５，１６を０°＋４５°−４５°９０°それ
ぞれ２層ずつ計１６層積層した。次に、組み上げた金型
全体を真空バグで包み、オートクレーブ成形した。その
後、金型３，４，５を成形体からはずし、切り欠き加工
を行なった。切り欠きの長さは７０ｍｍ、切り欠き底の
曲率半径は２０ｍｍとした。以上のようにして図１に示
すような繊維強化樹脂製の平行継手部材を得た。金型
３，４，５に積層されたプリプレグ６はここで一体化す
ることになる。接合面１の長さは６７５ｍｍ、幅は１６
０ｍｍ、リブ２の高さは９０ｍｍ、そして天板及びリブ
の板厚は４．０ｍｍであった。

【００１１】次にあらかじめ準備した外径１８０ｍｍの
繊維強化樹脂管体７，８の接合面および繊維強化樹脂製
の平行継手部材９の接合面それぞれに液状接着剤（チバ
ガイギー社アラルダイト１３６Ｎ）を塗布し、図８に示
すごとく接合面に接触圧を付加するため治具１０を用い
て３者を固定した。しかる後に乾燥器を用いて８０℃で
３０分加熱し、治具１０を取り外す。

【００１２】次に、図９に示す如く幅１００ｍｍ長さ
３．２ｍの炭素繊維平織プリプレグを、切り欠き加工し
た継手端部側に５０ｍｍ管体側に５０ｍｍそれぞれ等分
に振り分け、継手と共に管体に５周巻き付け、その後に
幅２５ｍｍの熱収縮テープ（エアーテック社Ａ５７５）
をヘリカルに巻き、乾燥器にいれ１２０℃で１２０分加
熱してプリプレグを硬化した。以上のようにして繊維強
化樹脂管体の平行継手を得ることができた。図中２１，
２２，２３，２４は繊維強化材料を示す。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、繊維強
化樹脂製平行継手部材の接合面は、被接合体である繊維
強化樹脂管体の外径と等しい曲率を有し、接合面を十分
大きく取れるため、接合強度が高く、さらに平行継手部
材は繊維強化樹脂製で形状が中空のため、極めて軽量で
ある。したがって、本発明によれば、複数の繊維強化樹
脂管体間に働く引張り、圧縮、曲げ、捩り及び剪断荷重
の下において、所望の剛性・強度を発現することが可能
な、管体を長手方向に平行に接合できる繊維強化樹脂製
の平行継手部材及びその製造方法を提供することが可能
になった。

【００１４】さらには前記の平行継手部材を用いて繊維
強化樹脂製管体の接合法を提供することが可能になっ
た。また、継手切り欠き端部に管体を巻き込むように繊
維強化樹脂を巻き付けているので、管体から継手へまた
逆に継手から管体へ荷重が伝達するとき、接着層のみに
負担がかかるのではなく、繊維強化樹脂材料にも荷重が
伝わるので、接着層に生じる応力レベルが軽減できその
ため伝達可能な荷重が大幅に向上できる。継手に管体か
ら引きはがす力が付加された場合、そのときの強度は接
着剤の強度ではなく接着剤強度よりはるかに高い繊維強
化樹脂材料中の繊維の強度となり、伝達可能な荷重がや
はり大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】接合面が２つの場合の繊維強化樹脂製平行継手
部材の概要全景図を示す図。

【図２】接合面が２つの場合の繊維強化樹脂製平行継手
部材の側面図。

【図３及び４】接合面が３つならびに４つの場合の繊維
強化樹脂製平行継手部材の断面図。

【図５】繊維強化樹脂製平行継手部材作製のためのアル
ミ製型を示す図。

【図６】積層が終了し、金型を組み上げた状態を示す
図。

【図７】繊維強化樹脂製の平行継手部材の積層構成の詳
細を示す図。

【図８】接合面に接触圧を付加するため、２本の繊維強
化樹脂製管体と繊維強化樹脂製平行継手部材３者を固定
した状態を示す図。

【図９】繊維強化樹脂で補強巻きした継手を示す図。

【符号の説明】

１…繊維強化樹脂製平行継手部材の接合面 ２…繊維強化樹脂製平行継手部材のリブ ３…平板状金型 ４…平板状金型 ５…中子金型 ６…プリプレグ ７…繊維強化樹脂製管 ８…繊維強化樹脂製管 ９…繊維強化樹脂製平行継手部材 １０…治具 １１…コーナー部のプ
リプレグ １２…コーナー部のプリプレグ １３…コーナー部のプ
リプレグ １４…コーナー部のプリプレグ １５…天板からリブにかけて積層したプリプレグ １６…天板からリブにかけて積層したプリプレグ ２１…繊維強化材料 ２２…繊維強化材料 ２３…繊維強化材料 ２４…繊維強化材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩森浩峰 北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製 鐵株式会社機械・プラント事業部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化樹脂よりなり、被接合体である
   繊維強化樹脂製管体の外径と等しい曲率を有する接合面
   を備え、前記接合面を外側に向けて２つ以上配しリブを
   介して一体化され、前記リブの端部に切り欠き加工した
   ことを特徴とする繊維強化樹脂製管体用の平行継手部
   材。
2. 【請求項２】 平行継手部材の中空部用の金型にプリプ
   レグを積層してリブ部とし、別途管体接合面と等しい曲
   率を有する金型にプリプレグを積層し、前記曲率を備え
   た接合面を外側に向けて両者を組み立てた後、樹脂を硬
   化させ、その後継手部材のリブの端部を切り欠き加工す
   ることを特徴とする繊維強化樹脂製の平行継手部材の製
   造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の平行継手部材の接合面に
   接着剤を塗布し、被接合体である繊維強化樹脂製管体を
   前記接合面に合わせ、接合面に圧力を付加しつつ接着剤
   を硬化させ、その後さらに切り欠き加工した継手部材の
   リブの端部に管体と共に繊維強化樹脂を積層し、樹脂を
   硬化させることを特徴とする繊維強化樹脂製管体を管体
   長手方向と平行に接合する方法。