JPS5888264A - 繊維強化複合材料製ベロ−ズの製造方法 - Google Patents

繊維強化複合材料製ベロ−ズの製造方法

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JPS5888264A
JPS5888264A JP56184898A JP18489881A JPS5888264A JP S5888264 A JPS5888264 A JP S5888264A JP 56184898 A JP56184898 A JP 56184898A JP 18489881 A JP18489881 A JP 18489881A JP S5888264 A JPS5888264 A JP S5888264A
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fiber reinforced
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洋一 笹島
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博久 伊藤
Hisami Bessho
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Fusao Akiyama
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/56Winding and joining, e.g. winding spirally
    • B29C53/566Winding and joining, e.g. winding spirally for making tubular articles followed by compression
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C53/58Winding and joining, e.g. winding spirally helically
    • B29C53/583Winding and joining, e.g. winding spirally helically for making tubular articles with particular features
    • B29C53/585Winding and joining, e.g. winding spirally helically for making tubular articles with particular features the cross-section varying along their axis, e.g. tapered, with ribs, or threads, with socket-ends
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J3/00Diaphragms; Bellows; Bellows pistons
    • F16J3/04Bellows
    • F16J3/041Non-metallic bellows

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Joints Allowing Movement (AREA)
  • Diaphragms And Bellows (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

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、機械的諸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遣方法に関する。
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
弾性にすぐれた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り、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。即ちベローズ部の役割を考えると、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また高速回転
体という用途を考えると特に炭素繊維強化プラスチック
ス(CFRPと略)のごとく比強度、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、更に耐雷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、
バランス調整を行ない振動を極力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E1・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。
即ち、円周方向に分割したベローズ形状を有する円筒型
表面上にマトリックスを含浸した連続繊からなるベロー
ズユニットを順次はめこみ、巻付けられた繊維をベロー
ズ形状にしたのちベローズを介して外圧をかけ成形する
か、もしくは円周方向に分割したベローズ形状を有する
円筒型表面上にマトリックスを含浸した連続繊維を巻付
けたの一ズユニットを順次はめこみ、この状態で加圧成
形することにより上記特性を兼ね備えた繊維強化複合材
料製ベローズの製作が可能となることを見出したのでお
る。
以下本発明を具体例に基づいて詳述するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。第1図および第2図は本
発明に係る製造方法により製作された繊維強化複合材料
製ベローズを有する円筒体の一例で、第1図は円満部お
よびベローズ部を連続した繊維を用いて一体で製作した
ものであり、第2図は円筒部とベローズを連続した繊維
を用いて別々に製作し、これらを接着剤を用いて接合し
一体となしたものでおる。
今、繊維強化複合材料製ベローズをワインディング法に
よって製作するにあたって巻付型として具備すべき条件
は型組および脱型の容易さ、さらに高速回転円筒のとと
く軸芯のずれを問題にする場合には型としての真直度が
要求される。この点について本発明者等は第3図〜第5
図に示すごとく円周方向に分割したベローズ形状を有す
る円筒型によって解決した。
即ち第3図では(1)は扇を貫通する芯型、(2)は円
周方向に分割したベローズ形状を有する円筒型、(3)
は円筒体のベローズのない部分を成形するための円筒型
を示しており、割れ型(2)を円筒型(3)で固定しで
ある、本金型によれば分割型(2)は型を貫通する芯型
(1)で軸芯を円筒型(3)に一致させると同時に円筒
型(3)によって頑丈に固定されまた脱型も芯型(1)
をはずすことにより容易となる。文集(4)図には円周
方向に分割した分割型(2)を径方向にエヤーシリンダ
ー又はターンバックルを挿入した軸(4)で固定した型
を示している。又@5図は円筒体と一体も製作する型で
ある。
さらに高速回転体の如く寸法精度が問題となる場合は例
えば第3図において芯型(1)の外径をその上に設ける
円筒型(2)、(3)よシ犬き1<シかつ芯型に熱膨張
係数の大きな材料を用いこれを冷しばめする方法も有効
である。
次に本金型にマl−IJラックス含浸した連続繊維を所
定の巻付角度を維持しながら巻付けた場合、ベローズの
形状にもよるが第6図に示すように繊維(6)は完全に
ベローズ形状(巻付型)(5)に沿わずに多かれ少なか
れ間隙(7)を生じる。この間隙(力を埋めるにあたっ
て、例えば直接外型によって全体を一度に押えこんだ場
合には各ベローズピッチ間で軸方向に互に引っばり合い
巻付けた繊維に横すべり現象が生じ、巻付られた繊維は
軸方向に移動し、所定の巻付角を維持できなくなり、又
この横すべり現象が生じた場合にはそれに応じて巻付肉
厚も薄くなってしまうか、極端な場合では繊維が切断さ
れてしまうといった巻付角の乱れが生じる不具合がおる
そこで本発明者等は先ず第7図に示すようにベロズ1ピ
ッチ以上もしくはベローズの凹部のみを断面形状に持つ
ゴム状弾性体からなるリング状のベローズユニット(8
)を用意し、これを繊維を巻付けた金型表面に順次はめ
こみ巻付られた繊維を軸方向に順次移動させ、巻付角の
変化を最小限に抑えてベローズ形状に繊維を沿わず方法
を考案した。
この際例えば第8図に示すようにベローズ部の外側の円
筒部で金型を軸方向に分割し、予め繊維の移動距離(L
)に応じた分だけ分割型をずらして巻付け、巻付后合体
し繊維を軸方向に移動することも有効である。
次に上記の如くベローズ形状に沿わした繊維強化複合材
料の肉厚を均一化するためには、外径側を機械加工する
かもしくは外金型を用いる方法が一般的であるが、外径
側を機械加工する場合ストレート円筒では表層の樹脂層
のみをとり除く方法も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、また巻付け
た繊維を切断するおそれもあって有効とは言えない。又
外金型を用いる場合にはベローズの如く凹凸をもった形
状では含分割型とする必要があり、分割型を用いたとき
は型の合わせ面で繊維のかみこみが生じ、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
するものが得られない。
そこで本発明者等は上述のリング状のベローズユニット
(8)を用いこの形状を成形すべきベローズの外形状と
一致させておき、順次はめこんだのち第9図に示す如く
この状態で必要に応じて外圧をかけ成形するか、もしく
はベローズの凹部の断面形状を有するリング状のベロー
ズユニットをはめこんだのち一旦取りはずし、内径側に
ベローズ形状を有するゴム状弾性体(和)で該表層を覆
い第10図に示す如く成形する方法を発案した。
前者の第9図はリング状のベローズユニット(8)の上
からゴム状弾性体(9)でユニット(8)を押えこみ加
圧成形する場合を示しており、又(9)を分割型として
これを用いて押えこむ方法でもよい。
後者のベローズ形状にした後一旦とり除くリング状のベ
ローズユニットの形状はベローズ形状である必要はなく
それに近い形状をしておればよいのは勿論である。また
後者の場合、リング状のベローズユニットをとりはずす
ときにはマトリックスを冷却して固化するかもしくは加
熱等によりマトリックスをプリプレグ化して固化し、巻
付けた繊維がユニットの脱着によって乱れないようにす
るべきである。
ここで、凹凸を有するベローズを外型を用いてを 成型する場合、当然のことながらこの外径を金属等伸び
の少ない材料で製作すれば分割型とせざるを得ず、外型
組込み時に巻付けた繊維にかみ込みを生じ、ベローズと
しての強度の低下を招来する。
したがってベローズユニットとしてもこのかみ込みを生
じさせないためにはリング状とすべきであって、この場
合伸びの大きな材料すなわちゴム状弾性体を用いること
は必須である。
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、したゴムを布で強化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をマ) IJラックスした
複合材料があり、特にエポキシ樹脂又は不飽和ポリエス
テル樹脂をマI−IJラックスした炭素繊維強化複合材
料はその高強度、高弾性性のために好適と言える。
なお本発明の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、曲がり易くかつ曲がりに対して強固なベ
ローズを提供するものであってその用途も極めて広い。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は共に繊維強化複合材料製ベローズ付円
筒体の一例で正面図、第6〜5図は本発明による巻付型
の一例で図(a)は正面図、図(blは図(alのA−
A断面図、第′6図は巻付型に繊維を巻付けた状態を示
す一例で正面図−1第7図は本発明に係るベローズユニ
ットの挿入例で正面図、第8図は本発明に係る巻付型の
一例で正面図、第9図、第10図は本発明に係る巻付型
、外型を組込んだ一例で正面図を夫々例示している。 (1)・・・芯型、 (2)・・・円周方向に分割したベローズ形状を有する
円筒型、 (3)・・・円筒部のベローズのない部分を成形するた
めの円筒型、 (4)・・・軸、(5)・・・巻付型、(6)・・・繊
維、(7)・・・間隙、 (8)・・・ベローズユニッ
ト、(9)・・・ゴム状弾性体、(10)・・・ゴム状
弾性体代理人 弁理士  吉 竹 昌 司(へ第1図 第2図 医 、+5図 図′6図 、+7  図

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円
    筒型表面にマトリックスを含浸した連続繊維を巻付け、
    ベローズ形状の凹部に相当する位置に凹部の断面形状を
    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、ベローズユニットをとシはずし、内
    径側に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)液状のマトリックスを用いたウェットワインディ
    ング法により連続繊維を巻付け、ベローズユニットを順
    次はめこんだのちにマトリックスをプリプレグ(樹脂マ
    トリックスを半硬化もしくは溶剤を除去することにより
    高粘度化したもの)化した状態でベローズユニットをと
    りはずす特許請求の範囲第(1)項記載の繊維強化複合
    材料製ベローズの製造方法 (3)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)項又は第(2)項記載の
    繊維強化複合材料製ベローズの製造方法(4)  円周
    方向に分割したベローズ形状を有する円筒型表面にマ)
     IJラックス含浸した連続繊維を巻付けたのち、ベロ
    ーズの1ピッチ以上もしくはベローズの凹部のみに相当
    する形状を内径側にな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 (5)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(4)項記載の繊維強化複合材
    料製ベローズの製造方法
JP56184898A 1981-11-17 1981-11-17 繊維強化複合材料製ベロ−ズの製造方法 Granted JPS5888264A (ja)

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JPH0214894B2 JPH0214894B2 (ja) 1990-04-10

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61130668A (ja) * 1984-11-30 1986-06-18 Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp 炭素繊維強化プラスチツク製ベロ−ズの製造方法
JPS6371338A (ja) * 1986-09-12 1988-03-31 Sumitomo Electric Ind Ltd 繊維強化プラスチツクス・その成形型及びそれを用いた製造方法
JPH01112078A (ja) * 1987-10-26 1989-04-28 Eagle Ind Co Ltd 金属ベローズの製造方法
JPH04137830U (ja) * 1991-06-20 1992-12-22 三菱樹脂株式会社 管継手の成形用芯型

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