JPH10315342A - 可撓性中空マンドレル、繊維強化樹脂製曲管の成形方法、および繊維強化樹脂製曲管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】繊維強化樹脂製パイプの湾曲部分であって曲率
中心側の部分の内周面にしわまたは凹凸が周方向に延び
るように形成されることを防止する。 【解決手段】中空マンドレル２３を用いて内圧成形の方
法によって繊維強化樹脂製曲管１０を成形する際に、中
空マンドレル２３の円周方向の一部に厚肉部２４を形成
し、この厚肉部２４が曲管１０の湾曲部分であって曲率
中心側に位置するように配置する。

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曲管
を成形するために用いられる可撓性中空マンドレル、可
撓性中空マンドレルを用いた繊維強化樹脂製曲管の成形
方法、および製造された繊維強化樹脂製曲管に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平２−１４１２２９号公報に
開示されているように、繊維強化樹脂製曲管を製造する
場合に、従来は無空の柔軟な合成樹脂製マンドレルにプ
リプレグを積層するとともに、所定の曲率に賦型し、こ
の後加圧および加熱して上記プリプレグのマトリックス
樹脂を硬化させ、その後に合成樹脂製マンドレルを引抜
くようにしていた。

【０００３】別の繊維強化樹脂製曲管の製造方法は、内
圧成形法を用いるものである。これは中空のナイロンチ
ューブやシリコンチューブをマンドレルに被せるととも
に、ナイロンチューブの場合はその外側にプリプレグを
巻付ける。そしてマンドレルを引抜いてプリプレグが巻
付けられたナイロンチューブを内圧成形用の成形型内の
キャビティに押込むようにし、この後にナイロンチュー
ブ内を加圧しながら成形を行なうようにしたものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】可撓性の合成樹脂製マ
ンドレルを用いた曲管の成形方法は、湾曲部分の曲率が
大きいとマンドレルそれ自身が破壊する可能性がある。
また湾曲の形状によっては、後からマンドレルを引抜く
ことができず、このために形状に制限を生ずるという問
題がある。

【０００５】これに対してナイロンチューブを用いた内
圧成形方法は、湾曲部の内周面全体に均一にしわが入
り、しわは内周方向だけでなく、ランダムな方向に発生
することになる。

【０００６】またシリコンチューブを用いた内圧成形方
法は、成形型のキャビティによって平滑な外表面を有す
る曲管を得ることができるが、内周面であって湾曲部分
の曲率中心側の部分に凹凸あるいはしわが発生すること
になる。このような凹凸あるいはしわは通常曲管の内周
面においてその円周方向に延びるように形成される。

【０００７】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、成形の際に用いられるマンドレルを容
易に引抜くことが可能であって、外表面が平滑になるば
かりか、内周面であってその湾曲部分の曲率中心側にし
わや凹凸が発生しないようにした繊維強化樹脂製曲管を
成形するための可撓性中空マンドレル、繊維強化樹脂製
曲管の成形方法、および繊維強化樹脂製曲管を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】可撓性中空マンドレルに
関する発明は、繊維強化樹脂製曲管を内圧成形するため
の可撓性中空マンドレルにおいて、筒状であって、しか
も湾曲部と対応して周方向に肉厚が異なる部分を有する
ことを特徴とする可撓性中空マンドレルに関するもので
ある。

【０００９】前記可撓性中空マンドレルの円周方向に肉
厚が異なる部分は湾曲の曲率中心側が厚肉になっていて
よい。またこのマンドレルは柔軟なシリコンゴムから成
るものであってよい。

【００１０】繊維強化樹脂製曲管の成形方法に関する発
明は、前記曲管の断面の半分に相当するキャビティをそ
れぞれ有する一対の分割型とから成る成形型を用意し、
前記成形型の一対の分割型のキャビティ内にそれぞれプ
リプレグを配置し、前記一対の分割型のキャビティの内
側であって前記プリプレグの内側に周方向に肉厚が異な
る部分を有する可撓性中空マンドレルを厚肉部が湾曲の
曲率中心側になるように配置し、前記中空マンドレルの
一端を閉塞して他端より流体を充填加圧して前記マンド
レルを膨張させ、前記プリプレグを前記成形型のキャビ
ティに圧着して成形し、前記プリプレグによって繊維強
化樹脂製曲管を成形した後に前記可撓性中空マンドレル
を抜取るようにした、ことを特徴とする繊維強化樹脂製
曲管の成形方法に関するものである。

【００１１】繊維強化樹脂製曲管に関する発明は、湾曲
部の内周面においてしわまたは凹凸が発生せず、内周面
がほぼ平滑な表面になっていることを特徴とする繊維強
化樹脂製曲管に関するものである。

【００１２】別の繊維強化樹脂製曲管に関する発明は、
湾曲部の外周面および内周面においてしわまたは凹凸が
発生せず、外周面および内周面がほぼ平滑な表面になっ
ていることを特徴とする繊維強化樹脂製曲管に関するも
のである。

【００１３】とくに曲管の内周面であって湾曲部の曲率
中心側にしわまたは凹部が周方向に沿って形成されない
ことを特徴とするものであってよい。また曲管の強化繊
維が炭素繊維であってよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１〜図３は本発明の一実施の形
態に係る繊維強化樹脂製曲管１０を示している。この曲
管１０は例えば外径が５１ｍｍの円形断面を有する曲管
であって、炭素繊維プリプレグによって内圧成形の方法
によって成形されたものである。

【００１５】図４はこのような炭素繊維強化樹脂製曲管
１０を成形するための上型１５と下型１６とから成る成
形型を示している。これらの成形型は鋼、アルミ、合成
樹脂等によって作られており、上記曲管１０の断面の半
分の寸法を有するキャビティ１７、１８をそれぞれ接合
面に備えている。上型１５と下型１６とを互いに接合さ
せると、キャビティ１７、１８が整合され、これによっ
て曲管１０の外径と同寸法の空洞が形成されることにな
る。

【００１６】次にこのような上型１５と下型１６とから
成る成形型を用いて内圧成形の方法によって炭素繊維強
化樹脂製曲管１０を成形する工程を順に説明する。まず
図５に示すように、上型１５と下型１６のキャビティ１
７、１８内にそれぞれ所定の枚数のプリプレグ２２を収
納する。これらのプリプレグ２２は上記曲管１０の断面
方向の半分に相当する部分をそれぞれ成形するためのも
のである。ここでプリプレグ２２は曲管１０の断面の１
８０°に相当する寸法よりも大きな寸法のものが用いら
れ、プリプレグ２２の側端がキャビティ１７、１８のエ
ッジの部分から突出されるようになっており、突出され
た部分がオーバラップして互いに結合されるようになっ
ている。

【００１７】上型１５と下型１６のキャビティ１７、１
８にそれぞれプリプレグ２２を配したならば、図６に示
すように上型１５または下型１６の上記プリプレグ２２
の内側に中空マンドレル２３を配する。中空マンドレル
２３はシリコンチューブから構成され、曲管１０の湾曲
部分と対応する部分であってその曲率中心側の部分に図
７に示すように厚肉部２４を有している。

【００１８】中空マンドレル２３を一方の型１５内のプ
リプレグ２２上に配したならば、上型１５と下型１６と
を互いに図７に示すように重合わせ、キャビティ１７、
１８を互いに整合させる。このときにキャビティ１７、
１８内のプリプレグ２２の端部が互いにオーバラップす
るようにし、これによって上型１５と下型１６の接合部
の近傍においてプリプレグ２２が互いに重合うようにす
る。

【００１９】このような状態において成形型の側部に突
出する中空マンドレル２３の一端をシールするととも
に、他端側の開口部を通して中空マンドレル２３内に圧
縮空気を充填して中空マンドレル２３を図８に示すよう
に膨張させる。このときに中空マンドレル２３内に充填
される空気の圧力によって、マンドレル２３は半径方向
外周側へ膨張するような力を受けるようになり、このよ
うな力によってキャビティ１７、１８内に配されている
プリプレグ２２をキャビティ１７、１８の内周面に圧着
させるようになる。

【００２０】このように中空マンドレル２３内に圧縮空
気を充填してプリプレグ２２をキャビティ１７、１８の
内周面に圧着させた状態で加圧を行なう。この加圧はプ
リプレグ２２のマトリックス樹脂、例えばエポキシ樹脂
を硬化させるのに必要な温度ならびに時間行なえばよ
く、例えば１２０℃で２時間の加熱を行なう。これによ
って図１〜図３に示すような繊維強化樹脂製曲管１０が
成形される。

【００２１】この後に上下の成形型１５、１６を互いに
分離して開くとともに、これらの成形型１５、１６から
曲管１０を取出す。そして成形された曲管１０の内部か
ら中空マンドレル２３を取外す。中空マンドレル２３は
シリコンゴムから構成されているために、容易に変形し
てこの曲管１０の中から取出される。

【００２２】次にこのような内圧成形に用いられる可撓
性中空マンドレル２３について説明する。図１０はこの
ような中空マンドレル２３を成形するための成形型２８
を示している。成形型２８はマンドレル２３の外径とほ
ぼ一致する形状のキャビティ２９を備えている。そして
このようなキャビティ２９内に円柱状の中型３０を偏心
した状態で配する。そしてこのキャビティ２９内であっ
て中型３０との間の隙間の部分にシリコンゴムを注入し
て図７および図８に示すように、厚肉部２４を円周方向
の所定の位置に備えるマンドレル２３を成形すればよ
い。

【００２３】別の中空マンドレル２３の成形方法は、図
１１および図１２に示すように、均一な肉厚のシリコン
チューブ３２を用いるものである。このようなチューブ
３２内に円柱状の中型３０を偏心させて挿入する。そし
てシリコンチューブ３２内であって円柱状の中型３０と
の間の隙間の部分にシリコンゴムを流し込む。これによ
って円周方向に不均一な肉厚の中空マンドレル２３を成
形することができる。

【００２４】なおシリコンゴムから成る中空マンドレル
２３については、その断面形状を図１３に示すように、
内部の空洞部分が外周に対して偏心した形状としてよ
い。あるいはまた図１４に示すように、内側の空洞部分
が偏心した非円形の形状であってよい。あるいはまた図
１５に示すように、外形部分の断面形状がほぼ楕円形で
あって、その中に偏心した円形の空洞が形成されるよう
にしてよい。

【００２５】またこのような中空マンドレル２３は、厚
肉部が図１６に示すようにその全長にわたって均一に形
成されていてよい。あるいはまた図１７に示すように、
長さ方向の所定の位置に偏って厚肉部２４が形成される
ようにしてもよい。

【００２６】このように円周方向の所定の位置に厚肉部
２４が設けられているシリコンゴム製の中空マンドレル
２３は、図９に示すように、曲管の湾曲部分であってそ
の曲率中心側の部位に厚肉部２４が位置するように配さ
れる。そしてこのような中空マンドレル２３を用いて上
述の如く内圧成形の方法によって炭素繊維強化樹脂製曲
管１０が成形される。

【００２７】ここで中空マンドレル２３の厚肉部２４の
肉があまり厚くなると、中空マンドレル２３が曲げ難く
なる。材料がシリコンゴムの場合には弾性率が低く、し
かもある程度の強度があるために、厚肉部２４の厚さを
厚くしても曲率の大きな曲管形状に対応することができ
る。

【００２８】いま図１８に示すように、角度θの領域内
において湾曲するマンドレル２３について考える。この
マンドレル２３のθの角度のパイプの長さは、中心線の
曲率半径を７０としたときに次式で表わされる。

【数１】 これに対してこのマンドレル２３の曲率中心側の側面の
部分の長さは、この曲管の直径を５１ｍｍとしたときに
次式で表わされる。

【数２】 従ってマンドレル２３の湾曲部分の曲率中心側の歪みε
は次式で表わされる。

【数３】 材料の弾性率をＥとし、応力をσとすると、σ＝εＥの
関係にあるために、σ＝０．３６４Ｅとなる。一般にマ
ンドレルの材料の弾性率Ｅを代入したときに、応力σが
材質の強度以下になるようにする必要がある。シリコン
ゴムは大きな曲率でもこのような応力に十分耐えるもの
である。

【００２９】曲管１０の曲率が大きくても、管の直径が
小さい場合には必ずしも中空マンドレル２３を用いるこ
となく成形を行なうことができる。これに対して曲率が
小さくても、曲管の直径が大きい場合には、中空マンド
レル２３を必要とする。すなわち芯材である中実パイプ
を曲げたときに、中心線から遠い位置の歪みεが大きく
なり、マンドレルが破壊する可能性があるからである。

【００３０】本実施の形態に係る中空マンドレル２３は
曲率が大きくても低い弾性率によって大きく変形し、破
壊することがない。しかも曲率中心側に位置する厚肉部
２４によって、曲管１０の内周面であって曲率中心側の
部分にしわや凹凸を生ずることがない。

【００３１】

【実施例】図１１および図１２に示すように、シリコン
チューブ３２と円柱状の中型３０とを用いて中空マンド
レル２３を作製した。ここでシリコンチューブ３２は永
柳工業株式会社製のＨＳ６０°の半透明のシリコンチュ
ーブを用いた。このようなシリコンチューブ３２内に円
柱状の中型３０を配し、ダウコーニング株式会社製のシ
ラスコンＲＴＶ７５００を流し込み、これによって断面
が図１３に示すような中空マンドレル２３を得た。

【００３２】これに対して図４および図５に示すよう
に、成形型を構成する上型１５と下型１６のキャビティ
１７、１８内にそれぞれ炭素繊維プリプレグを配した。
炭素繊維プリプレグはその外層に織物プリプレグであっ
て、Ｗ３１６２（±４５°）×１ｐｌｙのものを配し、
その内側に一方向プリプレグであって、１５０ｇ／ｍｍ
² 、９０°×６ｐｌｙのものを配した。さらにその内側
には、織物プリプレグであって、Ｗ３１０１（±４５
°）×１ｐｌｙのものを配した。

【００３３】この後に上型１５または下型１６のキャビ
ティ１７、１８に配されているプリプレグ２２上に上記
中空マンドレル２３を図６に示すように配し、上型１５
と下型１６とを閉じた。そして中空マンドレル２３の一
端を閉塞し、他端から空気を充填加圧して中空マンドレ
ル２３を膨張させ、プリプレグ２２をキャビティ１７、
１８の内周面に圧着した。

【００３４】このような状態において上型１５と下型１
６とから成る金型内のプリプレグ２２を１３０℃で２時
間加熱して硬化させた。この後成形型を開いて曲管１０
を取出すとともに、中空マンドレル２３を脱芯すること
によって、図１〜図３に示すような炭素繊維強化樹脂製
曲管１０が得られた。このような曲管１０は、とくに中
空マンドレル２３の厚肉部２４によって、湾曲部分の内
周側および外周側であってその曲率中心側の部分にしわ
や凹凸が発生しないことが確認された。

【００３５】

【発明の効果】繊維強化樹脂製曲管を内圧成形するため
の可撓性中空マンドレルは、筒状であってしかも湾曲部
と対応して円周方向に肉厚が異なる部分を有するもので
ある。

【００３６】このようなマンドレルの厚肉部を湾曲部の
曲率中心側に配することによって、成形された曲管の湾
曲部分であってその曲率中心側の部分の内周面および外
周面にしわや凹凸が発生することが防止される。

【００３７】繊維強化樹脂製曲管の成形方法に関する発
明は、曲管の断面の半分に相当するキャビティをそれぞ
れ有する一対の分割型から成る成形型を用意し、成形型
の一対の分割型のキャビティ内にそれぞれプリプレグを
配置し、一対の分割型のキャビティの内側であってプリ
プレグの内側に周方向に肉厚が異なる部分を有する可撓
性中空マンドレルを厚肉部が湾曲の曲率中心側になるよ
うに配置し、中空マンドレルの一端を閉塞して他端より
流体を充填加圧してマンドレルを膨張させ、プリプレグ
を成形型のキャビティに圧着して成形し、プリプレグに
よって繊維強化樹脂製曲管を成形した後に可撓性中空マ
ンドレルを抜取るようにしたものである。

【００３８】従ってこのような製造方法によれば、内周
面であってとくにその湾曲部分の曲率中心側の部分にし
わや凹凸が発生することがなく、内表面がほぼ平滑な曲
管を得ることが可能になる。

【００３９】湾曲部の内周面においてしわまたは凹凸が
発生せず、内周面がほぼ平滑な表面になっている繊維強
化樹脂製曲管によれば、しわや凹凸がないために使用さ
れる用途が制限されることがなく、各種の用途に広く適
用可能な繊維強化樹脂製曲管を提供することが可能にな
る。

【００４０】湾曲部の外周面および内周面にしわまたは
凹凸が発生せず、外周面および内周面がほぼ平滑になっ
ている繊維強化樹脂製曲管によれば、湾曲部の外周面お
よび内周面の双方にしわや凹凸がない平滑な繊維強化樹
脂製曲管が得られる。とくに外周面にしわや凹凸がない
ために、外観を損うことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】繊維強化樹脂製曲管の外観斜視図である。

【図２】同平面図である。

【図３】同断面図である。

【図４】繊維強化樹脂製曲管を成形するための金型を開
いた状態の斜視図である。

【図５】金型のキャビティ内にプリプレグを配した状態
の斜視図である。

【図６】一方の金型のプリプレグの上に中空マンドレル
を配した状態の斜視図である。

【図７】閉じられた金型の縦断面図である。

【図８】中空マンドレル内に空気を充填加圧した状態の
縦断面図である。

【図９】金型の横断面図である。

【図１０】中空マンドレルを成形する金型の横断面図で
ある。

【図１１】シリコンチューブを用いて中空マンドレルを
製造する方法を示す斜視図である。

【図１２】同横断面図である。

【図１３】中空マンドレルの横断面図である。

【図１４】中空マンドレルの横断面図である。

【図１５】中空マンドレルの横断面図である。

【図１６】中空マンドレルの外観斜視図である。

【図１７】中空マンドレルの外観斜視図である。

【図１８】曲管の湾曲部分の平面図である。

【符号の説明】

１０ 炭素繊維強化樹脂製曲管 １１ 湾曲部 １５ 上型 １６ 下型 １７、１８ キャビティ ２２ プリプレグ ２３ 中空マンドレル ２４ 厚肉部 ２８ 成形型 ２９ キャビティ ３０ 円柱状の中型 ３２ シリコンチューブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 魚谷 眞一郎 東京都中央区日本橋三丁目３番９号 東邦 レーヨン株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維強化樹脂製曲管を内圧成形するための
   可撓性中空マンドレルにおいて、 筒状であって、しかも湾曲部と対応して周方向に肉厚が
   異なる部分を有することを特徴とする可撓性中空マンド
   レル。
2. 【請求項２】前記円周方向に肉厚が異なる部分は湾曲の
   曲率中心側が厚肉になっていることを特徴とする請求項
   １に記載の可撓性中空マンドレル。
3. 【請求項３】柔軟なシリコンゴムから成ることを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載の可撓性中空マンド
   レル。
4. 【請求項４】繊維強化樹脂製曲管の成形方法において、 前記曲管の断面の半分に相当するキャビティをそれぞれ
   有する一対の分割型から成る成形型を用意し、 前記成形型の一対の分割型のキャビティ内にそれぞれプ
   リプレグを配置し、 前記一対の分割型のキャビティの内側であって前記プリ
   プレグの内側に周方向に肉厚が異なる部分を有する可撓
   性中空マンドレルを厚肉部が湾曲の曲率中心側になるよ
   うに配置し、 前記中空マンドレルの一端を閉塞して他端より流体を充
   填加圧して前記マンドレルを膨張させ、前記プリプレグ
   を前記成形型のキャビティに圧着して成形し、 前記プリプレグによって繊維強化樹脂製曲管を成形した
   後に前記可撓性中空マンドレルを抜取るようにした、 ことを特徴とする繊維強化樹脂製曲管の成形方法。
5. 【請求項５】湾曲部の内周面においてしわまたは凹凸が
   発生せず、内周面がほぼ平滑な表面になっていることを
   特徴とする繊維強化樹脂製曲管。
6. 【請求項６】湾曲部の外周面および内周面においてしわ
   または凹凸が発生せず、外周面および内周面がほぼ平滑
   な表面になっていることを特徴とする繊維強化樹脂製曲
   管。
7. 【請求項７】曲管の内周面であって湾曲部の曲率中心側
   にしわまたは凹部が周方向に沿って形成されないことを
   特徴とする請求項５または請求項６に記載の繊維強化樹
   脂製曲管。
8. 【請求項８】強化繊維が炭素繊維であることを特徴とす
   る請求項５または請求項６に記載の繊維強化樹脂製曲
   管。