JPS5863413A - 繊維強化複合材料製ベロ−ズの製造方法 - 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】 本発明は繊維強化複合材料製ベローズの製造方法に関し
、さらに詳しくは連続繊維を切断することなく配列した
ことにより、機械的緒特性に対して信頼性の高い繊維強
化複合材料製ベローズの製造方法に関する。

繊維強化複合材−料製円筒は、高強度、耐蝕性にすぐれ
ることから、ガス又は液体の輸送管、さらには比強度、
比弾性にすぐれバ特徴をもつため高速回転円筒といった
用途に広く用いられる。そうした用途に対しては例えば
ガス又は液体の輸送管を曲げ易くしたり、危険回転数を
越えた定速で回転する高速回転円筒の弾性曲げ振動を吸
収し、危険速度を下げるというようにベローズは有効な
継手形状と言える。

しかし、均一材料の場合と異なシ、繊維強化複合材料は
極端な異方性を示すため、これをベローズ形状に成形す
るには種々の問題があり、実用化されていないのが現状
である。即ちベロ−ズ形状ト割を考えると、円周方向に
対しては円筒の他の部分と同程度に強く且つ形状的に曲
り易く曲がりに対して強いことが必須となるが、繊維強
化複合材料の強度は繊維の配列、密度及び連続性に大き
く依存し、ベローズ形状の場合もいかに連続繊維を切断
することなく且つ設計通りに繊維の乱れがないように配
列するかが問題となる。

また高速回転体という用途を考えると炭素繊維強化プラ
スチックス（ＣＦＲＰと略）のどとく比強度、比弾性に
すぐれた繊維強化複合材料を遠心力に耐え得る極限１で
設計する場合が多くベローズの導入が上記繊維の切断、
巻角の乱れといった原因により機械的性能の低下を招来
するようでは導入の意味はなく、更に附言すれば危険回
転数を越えて定速回転に至るような比較的長胴の高速回
転体では危険速度通過時に弾性曲げ振動を生じる危険が
あるため、バランス調整を１行ない振動を極カ抑える方
式を採っているが、危険回転数が大きく−なるにつれて
バランスの微調整が必要となり、ために多大な時間をか
けねばならず、これにベローズを適用して危険速度を下
げることは工業的見地からも極めて有効な手段と言える
。

こうした観点から円周方向の強度を低下することなく曲
がりに対して強くかつ曲がり易い繊維強化複合材料製ベ
ローズを得るためには連続繊維を用い、連続繊維の切断
につながる機械加工をできるだけ抑え、設計巻角を維持
し繊維の乱れをなくすことが必須であり、本発明者等は
その製造方法について鋭意研究した結果本発明を完成す
るに至った。以下本発明を具体例を挙げて詳述するが、
本発明の製造方法は具体例に限定されるものではない。

繊維強化複合材料製ベローズは第１図又は第２図３示す
ように円筒体の継手として用いられ、第１図に示すよう
に円筒部（１ｏ）およびベローズ部（２ｏ）を連続した
繊維を用いて一体で製作するが、第２図に示すように円
筒部（１ｏ）とベローズ部（２ｏ）を連続した繊維を用
いて別々に製作し、これらを接着剤を用いて接合する方
法により一体化される。

今、ベローズ形状をワインディング法によって金型に巻
付けて製作する場合、次にあげる諸点において製作が困
難とされていた。

■　繊維をベローズ形状に沿ゎして巻付けるのは困難で
、繊維が横すべりするかもしくは山部を結ぶ直線上を走
る場合が多く、また繊維が沿って走るベローズ形状は凹
凸が小さいがもしくは巻角により一義的に形状が限定さ
れてしまい実用ｎ９とは言えない。

■　山部を結ぶ直線上を走る繊維を外力によりベローズ
形状に沿わすと、繊維が横すべりして所定の巻付角が維
持できなくなると共に肉厚も薄くなってしまう。又無理
に押えこんだ場合には繊維切れが生じる危険も伴う。

■　ベローズ形状に沿ねした繊維強化複合材料の肉厚を
均一化するには外径側を機械加工する方法が考えられる
が、ベローズ形状の如く複雑な形状では機械加工そのも
のが難しく又巻付けた繊維を切断するおそれもあって適
切とは言えない。

■　外金型を用いて偏肉をなくす方法も考えられるが、
この場合外金型を分割型とする必要があり、ために型の
合わせ面で繊維のかみこみを生じ易く、このかみこみは
軸方向に連続した繊維の切断を招来し、強度的に満足す
るものが得られず実用的ではない。

そこで本発明者等はまず、所定の巻付角を維持しかつ無
理なくベローズ形状に沿わずことが可能な巻付金型を発
案すべく鋭意研究した結果、第６図に具体例を示す円周
方向に分割したベローズ形状を有する分割型（３）整軸
方向に分割し、こ＼にベローズの谷部よりも大きい外径
を有するスペーサーリング（４）を挿入した巻付型を発
明した。

第３図の具体例ではベローズ形状の分割型（６）は円筒
型（２）および円筒を貫通する芯型（１）で固定されま
たスペーサーリング（４）も円周方向に分割されそれぞ
れがシャフト（５）により芯型（１）に固定されている
。

第３図に示す巻付型を用いてワインディングする場合は
、まずスペーサーリングの外径を、ベローズの谷部より
も大きくしておき、この状態でマトリックスを含浸した
′連続繊維を巻付け、巻付は終了后、芯型（１）の内側
に用意したナツト（６）を用いてシャフト（５）ヲ通シ
てスペーサーリングｆ４１をベローズの谷部より下に落
し込み、さらに円筒型（２）を用いて分割型（３）を軸
方向に移動しベローズ形状を有する型とならしめる。こ
＼で落しこんだリングは予め分割型（３）に設けた空間
部に収納される。

即ち本巻付金型を用いた場合には懸案となっていたベロ
ーズの山部を結ぶ直線上を走った繊維をベローズ形状の
表面を覆うに足るに充分なだけにスペーサーの巾によっ
て調節することができ、上述のごとく無理に繊維をベロ
ーズ部に落しこむ必要がなくなり、したがって、所定の
巻付角の維持が可能となる。

に分割し、こ、こにベローズの谷部よりも大きい外径を
有するスペーサー」ｊングを挿入してなる巻付型であれ
ばよく、スペーサの挿入装置はかみこみのおそれのあ“
る山部よりも谷部の方が望ましく、またスペーサーの巾
はベローズ形状の表面を覆うに充分な量よりも若干小さ
めとし、繊維のたるみをなくした方が好適と言える。さ
らにベローズが故山となった場合、一箇所のみにスペー
サーを設けたときは均等にそのたるみを分配するのが難
しく願わくばベローズの１ピツチに１つのスペーサーを
設けるべきである。スペーサーリングの外径はベローズ
の山部とリングとの径の相違により巻付られた繊維が横
すべりせずかつベローズ形状を有する分割型を合体する
際に繊維のかみこみを生しないためにベローズの谷部よ
りも大きくすべきである。

さらに本葵明者等は上記金型を用いて巻付られた繊維を
ベローズ形状に沿わしかつ肉厚を均一化するにあたり、
■、■項に掲げた問題を解決すべく以下の方”法を発案
した。

即ち第４図に具体例を示すように該スペーサーをとりは
ずし、軸方向に分割型を移動したのちに内側に連続した
ベローズ形状を有するゴム状弾性体（７）で該表層を一
気に覆うが、第５図に具体例を示すように内側にベロー
ズ形状を有するリング状のゴム状弾性体からなるベロー
ズユニット（８）を順次はめこみこのま＼の状態で成形
するかもしくは一旦ベローズユニットをとりはずしてベ
ローズ形状を形成したのち第４図に示すごとく内側に連
続したベローズ形状を有するゴム状弾性体で該表層を覆
い成形する。

この方法によれば外型に合わせ面がないため、かみこみ
による繊維切れの問題はなくまたゴム状弾性体の寸法精
度を高くするにしたがい肉厚の均−化も可能となる。又
必要に応じて繊維を切断することなくベローズ形状の外
周の樹脂分をとり除くことによって偏肉をなくすことも
有効である。

さらにゴム状弾性体の外側より加圧することもマトリッ
クスが粘稠な場合は有効である。

本発明に係るゴム状弾性体としては適当な伸びを有しか
つ寸法安定性にすぐれた材料が望ましく例えばＮＢＲ，
ＥＰＤＭ、シリコン、フッ素といったゴム単体或いはこ
うしたゴムを布で補強したゴム引布等が考えられる。ま
た本発明の適用すべきベローズ材としては炭素繊維、ケ
ブラー繊維、ガラス繊維等の強化繊維とプラスチックス
特に熱硬化性樹脂の組合せによる繊維強化プラスチック
スがあり、特にエポキシ樹脂をマトリックスとした炭素
繊維強化プラスチックスはその高強度、高弾性のために
好適といえる。

本発明は円周方向に分割したベローズ形状を有する分割
型を軸方向に分割し、こ＼にベローズの谷部よりも大き
い外径を有するスペーサーを挿入してなる巻付型表面に
マトリックスを含浸した連続繊維を巻付は該スペーサー
リングをはずして円筒型を軸方向に移動しかつ内側にベ
ローズ形状を有するゴム状弾性体で該表層を覆うか内側
にベローズ形状を有するリング状のゴム状弾性体からな
るベローズユニットを順次はめこみ、この状態で成形す
るかもしくは一旦ベローズユニットをとりはずしたのち
内側に連続したペロ・−ズ形状を有するゴム状弾性体で
該表層を覆い成形する繊維強化複合材料製ベローズ゛の
製造方法を提供するものであって、ベローズ形状、山数
等は具体例に限定されるものではなくその用途は広い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は何れもベローズ付円筒体の正面図、第
６図は本発明に係る繊維強化複合材料製ベローズ成型用
巻付型の具体例の縦断面図（図（ａ））とそのＡ−Ａ横
断面図（図（ｂ））とそのＢ−Ｂ横断面図（図（Ｃ））
、第４図、第５図は何れも本発明に係る繊維強化複合材
料製ベローズの製造方法の成形具体例の縦断面図を夫々
例示している。 （１）・・・芯型、（２）・・・円筒型、（３）・・・
ベローズ型状の分割型、 （４）・・・スペーサーリング、 （５）・・・シャフト、（６）・・・ナツト、（７）・
・・内側にベローズ形状を有するゴム弾性体、（１０）
・・・円筒部、（２０）・・・ベローズ部第１図 ／７？２　　図 （ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）円周方向に分割したベローズ形状を有する分割型
   をさらに軸方向に分割し、ここにベローズの谷部よりも
   大きい外径を有するスペーサーリングを挿入してなる巻
   付型表面に、マトリックスを含浸した連続繊維を巻付け
   たのち、該スペーサーリングをとりはずし分割型を軸方
   向に移動し、かつ内側に連続したベローズ形状を有する
   ゴム状弾性体で該表層を覆い成形することを特徴とする
   繊維強化複合材料製ベローズの製造方法。 （２）ベローズ形状を有する分割型をベローズの谷部で
   分割した巻付型を用いる特許請求の範囲第（１）項記載
   の繊維強化複合材料製ベローズの製造方法。 （３）ベローズ形状を有する分割型λをベローズの１ピ
   ツチずつで軸方向に分割した巻付型を用いる特許請求の
   範囲第（１）項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製
   造方法。 （４）繊維強化複合材料が炭素繊維強化プラスチックス
   である特許請求の範囲第（１）項、第（２）項又は第（
   ３）項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製造方法。 （５）円周方向に分割したベローズ形状を有する分割型
   をさらに軸方向に分割し、ここにベローズの谷部よりも
   大きい外径を有するスペーサーリングを挿入してなる巻
   付型表面に、マトリックスを含浸した連続繊維を巻付け
   たのち、該スペーサーリングをとりはずし、分割量型を
   軸方向に移動し、内側にベローズ形状を有するリング状
   のゴム状弾性体からなるベローズユニットを谷部に順次
   はめこみ、この状態で成形するかもしくはベローズユニ
   ットを一旦とりはずし、内側に連続したベローズ形状を
   有するゴム状弾性体で該表層を覆い成形することを特徴
   とする繊維強化複合材料製ベローズの製造方法。 （６）ベローズ形状を有する分割型をベローズの谷部で
   分割した巻付型を用いる特許請求の範囲第（５）項記載
   の繊維強化複合材料製ベローズの製造方法。 （カ　ベローズ形状を有する分割型をベローズの１ピツ
   チずつで軸方向に分割した巻付型を用いる特許請求の範
   囲第（５）項記載の繊維強化複合゛材料製ベローズの製
   造方法。 （８）繊維強化複合材料が炭素繊維強化プラスチツｌク
   スである特許請求の範囲第（５）項、第（６）項又は第
   （７）項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製造方法
   。