JPS63242523A - ねじ継手部付ｆｒｐ管の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、端部にねじ継手部を有するＦＲＰ管の製造
方法に係り、とくに強度の高い雄ねじ部を成型する方法
に関する。

〔従来の技術〕

近年ＦＲＰ　（繊維強化プラスチック）材料はめざまし
く進歩し、軽量、高強度で耐食性に優れているという特
徴を生かして現在さまざまな産業分野に進出している。

配管分野はＦＲＰ材料の特徴を最もよく活用できる分野
の一つであり、すでに化学プラント配管、温泉配管、海
水配管等の一般配管から原油、天然ガス輸送用ラインパ
イプや原油掘削用油井管に至るまで広い範囲に用途が拡
がうている。

配管において最も重要かつ技術的に難しい点は継手シス
テムであり、ＦＲＰ管の場合もその例外ではない。

ＦＲＰ管の継手システムとしては、現在差し込み接着継
手、フランジ継手、ねじ継手、その他各種のメカニカル
継手など種々のタイプが公知であるが、特に原油、天然
ガス輸送ラインパイプや原油掘削用油井管等の高圧配管
には、ねじ継手、とりわけＡＰＩ（アメリカ石油協会）
規格に規定されるねじ継手が多用されている。

ＦＲＰ管のうち、とくに高圧配管に供するものは、通常
フィラメントワイディング法（ＦＷ法）により製造され
る。この方法は、樹脂を含浸させた連続長繊維（ロービ
ング）を張力をかけながらマンドレル金型の周りに巻付
けて成型する方法であるが、このＦＷ法によるＦＲＰ管
にねし継手部を付与する方法としては、次のようなもの
が公知で゛ある。まず雌ねじについては、マンドレル金
型の所要部分にねしく雄ねじ）形状を付与しておき、−
触部同様この部分にもＦＲＰを成型、硬化させてねじ形
状をつくり出す（特開昭５６−４４６２５号、同５８−
４５９２５号、同６０−６９３１３号等）、この方法は
機械加工によらないことから、高強度の雌ねじ部を得る
ことができる。

これに対し雄ねじについては、管底型後所要部分に機械
加工を施して形成するしか方法がない。

この方法では機械加工により補強用の繊維が切断される
ことになるために、強度の高い雄ねじを得ることは不可
能である。

いうまでもな（ねじ継手にあっては、雄ねじ、雌ねじは
一方だけが高い強度を有していても意味がない０片方が
弱ければその弱い方で破壊してしまい、継手としての強
度は弱い方で決定されるからである。

このようなことから、高強度が得られる雄ねじ形成法の
開発が望まれている。

雄ねじ部の強度を高める方法として、現在知られている
のは、特開昭６０−１１３４５号の提案のみであるが、
これは引抜き成型によるＦＲＰ製の丸棒を対象とするも
のであり、ＦＷ法によるＦＲＰパイプに対しては適用不
可能である。

上記実状に鑑み本発明は、ＦＲＰ管にすぐれた強度を育
する雄ねじ部を付与することができる方法の堤供を目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

ねじ継手に作用する力としては、内圧力と軸方向の引張
力とがある。このうち内圧力については、ねじ継手部か
らの流体漏れに関係するが、回部の破壊とは直接関係が
ない、なお、流体漏れについては、ねじ部精度の向上、
ねじコンパウンドと呼ばれる潤滑シール削の使用等によ
り対処できる。

問題は軸方向の引張力であり、これがねじ部を破壊させ
る。軸方向引張力による破壊は、ねじ底面の剪断破壊の
形で発生する。すなわち、破壊強度の高い雄ねじ部を得
るためには、ねじ部を剪断力に対し強化することが必要
である。

本発明者らは、この剪断補強の有効策を見出すべく、鋭
意実験、検討を行った結果、ＦＲＰパイプのねじ形成予
定部位に繊維が三次元方向に配向した三次元織物を適用
し、この部分に機械加工によりねじ形成するようにすれ
ば、剪断強度の非常にすぐれた雄ねじ部を得ることがで
きることを見出した。

三次元織物というのは、たて糸とよこ糸とにより構成さ
れる繊維二次元配向の織物を複数枚積層したクロス積層
体の厚み方向に垂直系を配向した状態のものであり、こ
れを使用すれば、機械加工後においても垂直系が残り、
それが各ねじ山部の高さ方向に存在してその層間剪断強
度を強化する形となる。その結果、軸方向引張強度（軸
力）のきわめて高い雄ねじ部が実現されることになるの
である。

繊維補強材としては、ロービング、クロス、テープが一
般的であるが、これらはいずれも繊維が二次元方向にし
か配向しておらず、眉間剪断強度の向上には効果がない
、またこの他にマットと呼ばれる繊維補強材も公知であ
る。これはある程度（３〜１０ｕ程度）厚みがあり、そ
の中に短繊維（２〜５０ｍｍ程度）がランダムな方向に
配されたもので、繊維は一応三次元的な配向状態になっ
ているが、ＦＲＰへの成型の過程で脱泡、含浸のための
ローラ押えを施すと繊維配向状態が二次元化してしまう
ため、これも眉間剪断強度には実質的に寄与し得ないの
である。

すなわち本発明はかかる事実に基づいてなされたもので
あって、樹脂含浸繊維により成型された樹脂硬化前のＦ
ＲＰパイプの雄ねじ形成予定端部外周に、三次元方向に
繊維を配向させた繊維補強織物に樹脂を含浸させた材料
からなる層を形成し、樹脂硬化後、この部分に機械加工
を施して雄ねじ部を形成することを特徴とするねじ継手
部材ＦＲＰ管の製造方法を要旨とする。

以下、本発明の方法を各工程毎に詳細に説明する。

第１図は本発明の方法に基づく製造プロセスの−例を示
す工程説明図である０図を参照に説明すれば次のとおり
である。

○　素材パイプ成型 素材ＦＲＰパイプは、原則として何れの方法で成型して
もよい、高圧配管用途向けの場合、一般にはＦＷ法が採
用される。ＦＷ法の場合には、（イ）に示す如くガラス
繊維等の連続長繊維（ロービング）２を樹脂中に浸漬し
て樹脂を含浸させ、これをマンドレル金型ｌ（雌ねじ成
型用マンドレル金型付を示す）の外周に張力をかけつつ
巻付け、所定の厚みまで巻付けを行って、（ロ）に示す
ような管体Ｐを成型する。

この工程では樹脂の硬化は行わない、樹脂硬化は、次工
程の雄ねじ付与層形成を行ったあと、その全体について
実施する。

素材パイプＰの成型法としてはこの他、ハンドレイアッ
プ法等が知られているが、本発明はこの何れの採用も可
能である。

素材バイブＰの成型形状は、第２図ビ）に示す如く管体
としての一定の厚みｔの上に雄ねじ部Ａを上乗せした形
の継手部を得ようとする場合には、第１図（ロ）のよう
に雄ねじ形成端部Ｐ′についても他の部分と同様の厚み
ｔに成型すればよいが、第２図（ロ）に示す如く一定の
厚みｔ内に雄ねじ部Ａを備える継手部を目標とする場合
には、雄ねじ形成予定部Ｐ′だけを他の部分より薄くし
、後述の三次元織物を巻付けた状態で一様な厚みとなる
ようにする。

Ｏ雄ねじ付与層形成 上記により得た素材バイブＰの雄ねじ形成予定端部Ｐ′
に、（ハ）に示すように雄ねじを加工するための層４を
形成する。この層は、三次元織物に樹脂を含浸させた材
料で形成する。

三次元織物の具体例を第３図（イ）、（ロ）に示す、（
イ）のものは、垂直系（２糸）Ｓｌ、よこ糸（Ｘ糸）Ｓ
ｗｓたて糸（Ｙ糸）Ｓｓを直線状に配列して構成された
もの（以下、直交タイプという）、（ロ）は、垂直系群
Ｓｌ・・・によこ糸Ｓ、とたて糸Ｓ、を蛇行させながら
繰り返し配列させて構成された絡み組織をもつものく以
下、絡みタイプという）である。

本発明ではこの何れの使用も可能であるが、（イ）の直
交タイプの方が繊維の体積充填率を高くでき、とくに高
強度が求められる用途にはこの使用が推奨される。

三次元織物の繊維としては、ガラス繊維が一般的である
が、カーボン繊維、アラミド繊維なども使用できる。

また、含浸させる樹脂としては、従来同様ポリエステル
樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂などが使用で
きる。

樹脂含浸三次元織物層４の形成法としては、三次元織物
に予め樹脂を含浸させて前記ＦＲＰバイブの所要部位に
張力をかけながら巻付けてゆき、所要厚まで巻付けを行
う方法、樹脂含浸前の三次元織物を巻付け、巻付は後に
樹脂をスプレー法あるいはローラー塗布法によって含浸
させる方法の何れでも採用できる。ただし、樹脂の確実
な含浸を達成する意味からは前者の方法をとるのが好ま
しい。

三次元織物層４の形成厚ｔ′は、形成しようとする雄ね
じのねし山の高さに相当する厚みが少なくとも必要であ
り、できればそのねじ山の高さに２〜３１ｍ５はど上乗
せした厚みを確保するのが望ましい。

○　硬化脱型 三次元織物層４の形成が完了すれば、通常のＦＲＰ管成
型の場合と同様、所定の温度に加熱して樹脂硬化を行い
、硬化後マンドレル金型１の脱型を行う（に）参照）、
雄ねじ成型用マンドレル１１は、本体部（直管成型用マ
ンドレル）１Ｇから分離し回転させて抜取ることかで′
きる０本体部１０は引抜けばよい。

○　雄ねじ形成 こうしてできたＦＲＰパイプの三次元織物層４に機械加
工により所要の雄ねじＡを形成する（（ホ）参照）０機
械加工は、砥石による研削加工を採用する。

以上のような本発明の方法では、最終的に厚み方向に配
向する繊維により剪断補強された雄ねじをつ、くること
ができ、その雄ねじは厚み方向配向繊維によって非常に
高い引張強度を発揮する。

〔実施例〕

ＡＰＩ規格（５Ｂ）に規定される８山／ｉｎ。

のラウンドねじ形状を有する雄ねじ部と雌ねじ部とを両
端部に備える第４図のＦＲＰパイプについて製造実験を
行った。

製造条件は下記４種とした。

Ｏ本発明例１ １）素材パイプ成型・・・巻付は繊維ニガラスロービン
グ（商品名ニゲラスロン、旭ファイバーグラス■製）、
含浸樹脂：ビスフェノール型エポキシ樹脂（商品名：エ
ビコー）８２８゜油化シェルエポキシ■製）と酸無水物
硬化剤（商品名＋ＨＮ−２２００，日立化成■製）とを
重量比１００／８　Ｇで混合したもの、巻付用マンドレ
ル金型：８山／ｉｎ、のラウンドねじ形状を有する３〃
“ねじ成型用マンドレルを径２．９９２“の直管成型用
マンドレルに取付けたもの（第１図（イ）参照）、以上
の条件でＦＷ法を実施し、６．５鶴の肉厚を確保。

２）三次元織物層形成（１１１ねじ付与層形成）・・・
巻付は織物：直交タイプのガラス繊維織物、よこ方向＋
１０Ｐ／２５鶴幅×１１層、たて方向：１２Ｐ／２５■
幅ＸＩＯ層、厚み方向＋１０Ｐ／２５ｆｉ角、４．８Ｎ
厚×１５０鶴幅、繊維体積充填率４７％（有沢製作所■
製）、含浸樹脂：素材パイプ成型工程と同じ、巻付は幅
：１５０■、巻付は厚：５鶴、の条件で素材パイプの端
部に織物の巻付けを実施→その上に厚２ｍのＦＷ＠付は
実施（巻付は条件はｌ）の工程と同じ）。

３）硬化脱型・・・オープル中で１６０℃に加熱して樹
脂硬化を行い、その後、雌ねじ成型用マンドレルを取外
すとともに直管部成型用マンドレルを引き抜く。

４）ａねじ形成・・・三次元織物層に砥石による研削加
工を施す。

０　本発明例２ １）素材パイプ成型・・・本発明例１に同じ。

２）三次元織物層形成・・・巻付は織物：絡みタイプの
三次元織物、よこ方向＋ＳＰ／２５ｍ幅Ｘｌ１層、たて
方向：５Ｐ／２５鶴輻ＸＩＯ層、厚み方向：５Ｐ／２５
ｍ角、厚み４．８■×幅１５０ｎ、繊維体積充填率２０
％（有沢製作所■製）、巻付は厚み：約１Ｏｎ、その他
の条件：本発明例１と同じ。

３）硬化脱型・・・本発明例１と同じ。

４）ａねし形成・・・本発明例１と同じ。

０　比較例１ １）素材パイプ成型・・・本発明例１と同じ。

２）雄ねじ付与層形成・・・形成厚み：約１０ｆｉとし
てＦＷ法（本発明例１の１）素材パイプ成型と同条件）
を実施。

３）硬化脱型・・・本発明例１と同じ。

４）ａねじ形成・・・本発明例１と同じ。

Ｏ比較例？ ｌ）素材パイプ成型・・・本発明例１と同じ。

２）雄ねじ付与層形成・・・巻付は繊維ニガラスマット
（商品名：グラスロンチェソプドストランドマントＣＭ
４０５．旭ファイバーグラス■製）、形成厚み：約１０
ｍ、の条件で巻付けを実施。

上記各条件毎に２本ずつ製造し、下記の方法で軸方向引
張り試験を行い、ねじ継手部の軸力を調査した。

０　軸方向引張り試験 同条件で製造した２本のパイプの雌ねじ部と雄ねじ部に
ねしコンパウンド（米国ＯＣＲ！ＩＩＬｉｑｕｉｄ−０
−Ｒ１ｎｇ　＃　１０５　）を塗布し、両者をトルク２
５ｋｇ−ｍで締め込み、これを軸方向に引っ張って破壊
荷重を求めた。

結果を第１表に示す。

第　　　１　　　表 注：破壊荷重をねじ部面積で割った値 破壊は何れにおいても雄ねじ側で生じたが、本発明例１
．２は何れも、雄ねじ部にロービングまたはマットを使
用した比較例１．２に比較し、軸方向強度として温かに
大きな値を記録した。

〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように本発明の方法によれば、
ＦＲＰ管の雄ねじ継手部に著しくすぐれた軸方向強度を
付与することが可能である。したがって本発明はねじ継
手部材ＦＲＰ管の信鯨性、実用性の向上、ひいては用途
の拡張に大きく寄与することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に基づく製造プロセスの一例を示
す工程説明図、第２図（イ）、（ロ）はパイプ雄ねじ部
の２つの形態を示す断面図、第３図は本発明に使用する
三次元織物の繊維配向状況を示す拡大斜視図で、（イ）
は直交タイプ、（ロ）は絡みタイプをそれぞれ示す、第
４図（イ）〜四は実施例として製造したねじ継手部材Ｆ
ＲＰ管の各部寸法を示す断面図である。 出　願　人　　住友金属工業株式会社 （ホ） 第　　１　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂含浸繊維により成型された樹脂硬化前のパイ
   プの雄ねじ形成予定端部の外周に、三次元方向に繊維を
   配向させた繊維補強織物に樹脂を含浸させたものからな
   る層を形成し、樹脂硬化後この部分に機械加工を施して
   雄ねじ部を形成することを特徴とするねじ継手部材ＦＲ
   Ｐ管の製造方法。