JPH09123296A - 繊維強化樹脂製パイプとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【発明の課題】折損された際に鋭利な破断形状を現出す
ることなく、予め設定された所定の部位において平滑な
破断形状で破断されるようにした繊維強化樹脂製パイプ
を提供することを目的とする。 【解決手段】繊維強化樹脂製パイプを構成する複数の繊
維強化樹脂層の内の外層側の繊維強化樹脂層の強化繊維
をほぼ円周方向に延びる破断位置において予め分断させ
た状態で積層を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は繊維強化樹脂製パイ
プとその製造方法に係り、とくに複数の繊維強化樹脂層
から成り、積層して筒状に成形して成る繊維強化樹脂製
パイプとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】軽量でしかも機械的強度が高いという理
由から、スキー、ゴルフ、テニス等のスポーツ用具や釣
具等の材料として、炭素繊維等の強化繊維を使用した繊
維強化複合材料から成るパイプが多く利用されている。

【０００３】例えばスキーのストックとして、従来はア
ルミニウム製のパイプが用いられていた。しかるにアル
ミニウム製のパイプよりもより軽量であってしかも高い
機械的強度を有する炭素繊維強化樹脂製パイプがスキー
のストックとして用いられるようになっている。

【０００４】従来の炭素繊維強化樹脂製のスキーのスト
ック用のパイプは、所定の方向に繊維が配列されかつ所
定の形状寸法に裁断した繊維強化プリプレグをマンドレ
ルに巻付けて積層するとともに、この後に加熱硬化する
ことによってパイプ状に成形されるようになっており、
所望の高い機械的強度を有するストックが提供されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のスキ
ーのストックは十分な機械的強度を有しているために、
通常の用法においては破断等の事故が発生しない。しか
るに特殊な状況下で不測の力が加わった場合には、図７
に示すような高負荷な位置２において破断する可能性が
ある。また破断個所が複数になった場合には、その一部
が飛散する可能性もある。この場合にストック１を構成
しかつ互いに積層されている複数枚の繊維強化プリプレ
グの繊維の配列方向によっては、破断位置２がギザギザ
な形状で破断される可能性が全くないとは言えず、場合
によっては鋭利な破断形状を現出することが想定されな
くもない。

【０００６】本発明は予め設定された破断位置において
円周方向に沿ってほぼ平滑な破断面を現出するように破
断されるようにした繊維強化樹脂製パイプとその製造方
法とを提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の繊維強
化樹脂層が層状に積層されて筒状に形成された繊維強化
樹脂製パイプにおいて、曲げ変形破断時に、パイプのほ
ぼ円周方向に延びる破断位置において破断するパイプに
関するものである。また外層側の繊維強化樹脂層の強化
繊維がほぼ円周方向に延びる破断位置において意図的に
予め分断して積層したことを特徴とする繊維強化樹脂製
パイプに関するものである。

【０００８】このようなパイプによれば、想定される機
械的強度を越えた不測の外力が作用した場合に、とくに
曲げ応力がこのパイプに作用した場合に、外層側に位置
しかつ強化繊維が予め分断されている繊維強化樹脂層の
存在によって、パイプはほぼ円周方向に延びる破断位置
において平滑な形状を現出した状態で破断されることに
なる。なお強化繊維が予め分断される位置は、１カ所ま
たは２カ所以上の何れでもよい。

【０００９】また破断位置において強化繊維が予め分断
されている繊維強化樹脂層は、パイプの軸線方向に対し
±４５°〜０°方向に強化繊維が配向している繊維強化
樹脂層から構成されてよい。

【００１０】とくに強化繊維として炭素繊維を用いた場
合には、最外層の炭素繊維強化樹脂層のさらに外側にガ
ラス繊維強化樹脂層を積層することが、耐衝撃性を向上
させるためにさらに効果的である。

【００１１】このような繊維強化樹脂製パイプは、スキ
ーのストック、ゴルフクラブのシャフト、釣竿、テニス
用ラケット等の各種の繊維強化樹脂製パイプに適用可能
である。

【００１２】本発明に用いられる強化材としては、炭素
繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭化珪素繊
維、ボロン繊維、アルミナ繊維等であってよく、とくに
限定されるものはない。強化材の形態においても一方向
材、織物、マット等が用いられてよい。また一方向材や
織物の場合においては、繊維巻付け角度についてもとく
に限定されない。

【００１３】本発明において使用されるマトリックス樹
脂は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂のいずれでもよ
い。

【００１４】熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が使用されて
よい。

【００１５】熱可塑性樹脂としては、ポリスルホン、ポ
リエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテ
ルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエス
テル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、
ポリアリレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミ
ドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン等が使用される。

【００１６】強化材とマトリックス樹脂との組合わせ
は、上記材料から適宜選択されて適用される。

【００１７】強化材とマトリックス樹脂との組合わせの
形態はとくに限定されない。例えば、強化材に予めマト
リックス樹脂を含浸させたシート状、テープ状、ストラ
ンド状等の各種のプリプレグが使用されてよい。シート
状、テープ状のプリプレグは通常は一方向に繊維が配向
した、いわゆるＵＤプリプレグが好適に使用されてよ
い。

【００１８】このＵＤプリプレグは、取扱い性を高める
ために、薄い織物で裏打ちしたものを用いることもでき
る。薄い織物としては、例えばガラス繊維を使用したス
クリムクロスと呼ばれるものが多く使用されてよい。

【００１９】本発明に係る繊維強化樹脂製パイプは、ほ
ぼ円周方向に延びる破断位置において予め分断されてい
るプリプレグが外層側に積層されるように複数枚のプリ
プレグを円柱状またはテーパ状のマンドレルに巻付けて
積層し、積層されたプリプレグを加熱および／または加
圧して積層成形することによって製造される。

【００２０】あるいはまたストランドにマトリックスを
含浸させながら直接、あるいは予めマトリックス樹脂を
含浸しているストランドプリプレグを、マンドレルに巻
付ける、いわゆるフィラメントワインド法とシート状の
プリプレグシートワインド法との組合わせによって製作
することもできる。この場合に、フィラメントワインド
層の外周にシート状プリプレグを配して成形することが
好ましい。

【００２１】フィラメントワインド法とシート状のプリ
プレグシートワインド法との組合わせによる場合に、一
旦フィラメントワインド法によってパイプを成形した後
に、表面を研磨し、さらにシート状プリプレグを配して
加熱および／または加圧して成形する方法を採用するこ
ともできる。

【００２２】成形は通常の成形法が採用されてよい。例
えば脱芯可能なマンドレルの外周に、マトリックス樹脂
と強化材の層を形成し、さらに外周に熱収縮性テープを
巻付けて、成形型内で所定温度に加熱および／または加
圧して成形を行なう。

【００２３】

【実施例】

［実施例１］炭素繊維（東邦レーヨン株式会社製ベスフ
ァイトＨＴＡ−１２Ｋ）を強化繊維とし、これを一方向
に引揃え、エポキシ樹脂をマトリックスとして含浸させ
て一方向プリプレグを作製した。このプリプレグを図３
に示すように複数枚用意した。これらのプリプレグは成
形されるパイプの円周方向または軸線方向にそれぞれ強
化繊維を構成する炭素繊維が配向されている。ここでは
プリプレグ１１、１３がそれぞれパイプの円周方向に炭
素繊維が配向しており、これに対してプリプレグ１２、
１４、１５はパイプの軸線方向に炭素繊維が配向してい
る。

【００２４】また最外層に積層されるようになっている
プリプレグ１５については、その長さ方向の所定の位置
において分断部位１７で互いに分断されている。またこ
こでは最外層のプリプレグ１５の外側において保護層を
形成するようにガラス織物プリプレグ２０が積層される
ようになっている。

【００２５】プリプレグ１１〜１５とガラス織物プリプ
レグ２０とは図２に示すように、テーパ状をなすマンド
レル２３に最内層のプリプレグ１１から順に巻付けられ
るようになっている。ここでプリプレグ１１の端部に少
し重なり合うようにして次のプリプレグ１２が巻付けら
れ、以下同様にしてプリプレグ１３、１４、分断された
プリプレグ１５が巻付けられ、その外側にガラス織物プ
リプレグ２０が巻付けられるようになっている。

【００２６】このようにしてマンドレル２３に巻付けた
ならば、ポリプロピレン製熱収縮テープを巻付け、この
テープによって圧力を加えながら１３０℃で２時間加熱
し、樹脂を硬化させた。成形後、室温にて徐々に冷却し
た後に、マンドレル２３を抜取って、図１に示すような
繊維強化樹脂製パイプが得られた。このパイプはスキー
のストックを構成するものであって、最外層のプリプレ
グ１５が分断部位１７で分断されていることから、成形
された状態においてもストック２６は分断部位１７を有
するようになっている。

【００２７】このようにして製作されるスキーのストッ
クは、例えば次のような寸法のものであってよい。

【００２８】 軸方向の長さ １２００ｍｍ 先端部からの分断位置までの長さ ４００ｍｍ パイプの内径および外径 先端部内径 ５ｍｍ 先端部外径 １０ｍｍ 手元部内径 １０ｍｍ 手元部外径 １４ｍｍ このように最外層のプリプレグ１５を予め分断しておく
ことによって、所要の機械的強度を越える外力、とくに
曲げ応力を生ずるような外力が作用した場合には、最外
層のプリプレグ１５の分断部位１７に沿って生ずるノッ
チ効果によって図６に示すように破断されることにな
る。この破断位置２７は上記プリプレグ１５の分断部位
１７に沿っているために、ほぼ平滑な破断面を構成する
ことになり、鋭利な破断形状を現出することがない。な
おストック２６は通常の用法において使用する限りにお
いては、破断位置２７においても破断することなく、必
要とする高い機械的強度を有することは言うまでもな
い。

【００２９】図４はプリプレグ１１〜１５の別の構成を
示しており、ここではプリプレグ１１、１４がそれぞれ
パイプの軸線方向に強化繊維が配向したプリプレグを用
いているのに対し、プリプレグ１２はパイプの円周方向
に強化繊維が配向するようになっている。またプリプレ
グ１３、１３´については、パイプの軸線方向および円
周方向に対してそれぞれ±４５°の角度をなすように強
化繊維を配列したものである。このようなプリプレグ１
１〜１５の組合わせについては各種の変形が可能であ
る。またプリプレグの形状についても、本実施例では長
方形のものを使用しているが、目的物に応じて一方が細
くなった三角形、または台形のプリプレグを積層するこ
ともできる。また積層されるプリプレグの枚数について
も、任意に変更可能である。

【００３０】一般にスキーのストック２６は、このスト
ック２６を構成するプリプレグの積層構成の内、パイプ
の曲げ剛性に対して最も大きな影響力を有する繊維の配
向の角度がパイプの軸線方向と平行なプリプレグの構成
比率を増すことによって、パイプの曲げ剛性を高めるよ
うにし、これによってストックが折損し難くしている。
またスキーのストック２６が折損した場合における破断
形状は、強化繊維の配列方向がパイプの軸線方向と平行
な方向の構成比率が増すことによって、ササクレができ
易く、破断した場合において鋭利な破断形状を現出する
可能性がある。

【００３１】そこで十分な曲げ剛性と、万一破損した場
合においても予め設定されている部位で破断し、しかも
破断形状が平滑で鋭利とならないようにするために、パ
イプを成形する積層構成のプリプレグの内、好ましくは
最外層またはその近傍の±４５°〜０°方向、好ましく
はパイプの軸線方向と同一の方向である０°方向の繊維
を有するプリプレグ１５を、パイプの円周の半分以上を
有した範囲で、好ましくは全周において分断された構成
となるプリプレグ１５を用いるようにし、少なくともこ
のプリプレグ１５は１層以上を設置して巻込み、これを
硬化することによって製造するようにしたものである。

【００３２】このように本実施例においては、ストック
用のパイプ２６を成形する複数の積層プリプレグの内
の、±４５°〜０°方向の繊維配向で構成されるプリプ
レグ１５の繊維を、バイプの円周の半周以上を有した範
囲で、分断部位１７で切断された構成となるプリプレグ
形状で、少なくともこのプリプレグ１５は、１層以上を
設置して巻込み、次に硬化することによって製造するよ
うにしている。

【００３３】このようなパイプから成るストック２６の
折損試験を行なったところ、折損個所は意図的に設けた
分断部位１７に対応する繊維の切断位置だけであって、
しかもその折損形態も鋭利な形状ではなく、図６に示す
ように円周方向に沿ったほぼ平滑な形状の破断形状が現
出されることになる。従って折損時にパイプが分離して
もその破断部位が鋭利にならず、しかも破断個所を繊維
の切断位置、および数に対応したところに集中すること
ができ、複数の細片から成るピースにばらばらに分断し
ない繊維強化樹脂の積層構造から成るパイプのスキース
トックを提供することが可能になる。

【００３４】［実施例２］次に第２の実施例を図５によ
って説明する。この実施例はフィラメントワインド法と
プリプレグシートワインド法との組合わせによってスキ
ーのストックを積層成形するものである。

【００３５】図５に示すマンドレル２３の外周側にマト
リックス樹脂を含浸させたストランドまたはフィラメン
トヤーン３０を巻装する。この場合にマンドレルの軸方
向に対し、繊維軸（α）が１５〜６０°の角度となるよ
うヘリカルワインド法によってフィラメントヤーン３０
を巻付ける。このときのマンドレル２３上の軸線方向の
巻付け位置を正確に制御することによって、マンドレル
２３の外表面にフィラメントヤーン３０をほぼ平滑に巻
付けることが可能になる。

【００３６】この後に複数枚のプリプレグ１３、１５を
ワインディングする。そしてこのときに例えば円周方向
に強化繊維が配列されているプリプレグ１３を巻付け
る。あるいはまた繊維の配向方向が斜めになっているプ
リプレグを適宜積層してよい。そして外周側には、分断
位置１７において互いに分断されておりかつ繊維の配向
方向が軸線方向と平行なプリプレグ１５を巻付ける。な
おこの後必要に応じて、ガラス織物プリプレグから成る
保護層を形成するようにしてもよい。

【００３７】このようなスキーのストックについて、通
常の使用状態において加えられる曲げ応力よりもはるか
に大きな曲げ応力を付加した場合に、最外層側のプリプ
レグ１５の分断部位１７において図６に示すように破断
位置を生ずるようにストック２６が破断された。この破
断位置２７はストックの円周方向に沿って形成され、ほ
ぼ平滑な破断面を構成するとともに、鋭利な破断形状を
現出することがなかった。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明は、ほぼ円周方向に
延びる破断位置にて破断する手段を設けて成る繊維強化
樹脂製パイプおよび破断位置において強化繊維が予め分
断された繊維強化樹脂層を外層側に有するようにした繊
維強化樹脂製パイプに関するものである。

【００３９】従って想定される強度よりも大きな曲げ応
力を生ずる外力が作用した場合に、上記外層側の繊維強
化樹脂層の分断位置に対応する位置においてノッチ効果
によって破断折損を生ずることになり、破断個所を１カ
所または２カ所以上の予め設定されている所定の部位に
集中させることが可能になる。しかも上記外層側の繊維
強化樹脂層の分断位置がほぼ円周方向に延びる破断位置
に沿って設けられているために、破断面がほぼ平滑な破
断形状を生じ、鋭利な破断形状を生ずることがなくなる
とともに、破断されて一部が飛散することがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る繊維強化樹脂製パイプ
から成るストックの一部を破断した斜視図である。

【図２】ストックを構成する繊維強化樹脂製パイプを製
造するための工程を示す要部断面図である。

【図３】繊維強化樹脂製パイプを構成するプリプレグの
分解斜視図である。

【図４】繊維強化樹脂製プリプレグの別の構成を示す分
解斜視図である。

【図５】フィラメントワインド法とシートワインド法と
の組合わせによってストックを製造する工程を示す要部
斜視図である。

【図６】折損の状態を示すストックの正面図である。

【図７】従来のストックの破断形状を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１１〜１５ プリプレグ １７ 分断部位 ２０ ガラス織物プリプレグ ２３ マンドレル ２６ ストック ２７ 破断位置 ３０ フィラメントヤーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 309:08 Ｂ２９Ｌ 9:00 23:00 31:52

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の繊維強化樹脂層が層状に積層されて
   筒状に形成された繊維強化樹脂製パイプにおいて、 曲げ変形破断時に、該パイプのほぼ円周方向に延びる破
   断位置において破断する手段を設けて成る繊維強化樹脂
   製パイプ。
2. 【請求項２】複数の繊維強化樹脂層が層状に積層されて
   筒状に形成された繊維強化樹脂製パイプにおいて、 外層側の繊維強化樹脂層の強化繊維がほぼ円周方向に延
   びる破断位置において予め分断して積層されていること
   を特徴とする繊維強化樹脂製パイプ。
3. 【請求項３】破断位置において強化繊維が予め分断され
   ている繊維強化樹脂層が、パイプの軸線方向に対して±
   ４５°〜０°の方向に強化繊維が配向している繊維強化
   樹脂層から構成されていることを特徴とする請求項２に
   記載の繊維強化樹脂製パイプ。
4. 【請求項４】破断位置において強化繊維が予め分断され
   ている繊維強化樹脂層を含む複数の繊維強化樹脂層の
   内、パイプの軸線方向に対して±４５°〜０°方向に強
   化繊維が配向している繊維強化樹脂層の内の最も外側に
   配された繊維強化樹脂層の強化繊維が破断位置において
   分断されていることを特徴とする請求項２に記載の繊維
   強化樹脂製パイプ。
5. 【請求項５】繊維強化樹脂製パイプが主として炭素繊維
   で強化されているものであることを特徴とする請求項２
   乃至請求項４に記載の繊維強化樹脂製パイプ。
6. 【請求項６】最外層の繊維強化樹脂層の外側にガラス繊
   維強化層が設けられていることを特徴とする請求項５に
   記載の繊維強化樹脂製パイプ。
7. 【請求項７】繊維強化樹脂製パイプがスキーのストック
   であることを特徴とする請求項２乃至請求項６に記載の
   繊維強化樹脂製パイプ。
8. 【請求項８】ほぼ円周方向に延びる破断位置において予
   め分断されているプリプレグが外層側に積層されるよう
   に複数枚のプリプレグをマンドレルに巻付けて積層し、 積層されたプリプレグを加熱および／または加圧して積
   層成形するようにしたことを特徴とする請求項２に記載
   の繊維強化樹脂製パイプの製造方法。
9. 【請求項９】フィラメントワインド法によって繊維強化
   樹脂を積層して筒状に成形し、その外層側に、ほぼ円周
   方向に延びる破断位置において予め分断されているプリ
   プレグを巻付けて積層し、 積層された繊維強化樹脂層を加熱および／または加圧し
   て積層成形するようにしたことを特徴とする請求項２に
   記載の繊維強化樹脂製パイプの製造方法。