JPS6364298B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、繊維強化プラスチツク（以下
「FRP」という。）にて形成したパイプに関し、
殊に、パイプの軸方向に大きな力を受けるパイ
プ、円筒等の端部の補強構造、並にこのパイプの
接合方法に関するものである。

近年、FRPパイプは、スチール等のパイプに
比べて軽量、耐薬品性に優れている等の理由で広
く用いられつつある。しかしながら、このような
FRPパイプは、パイプ相互の端末の接合及び
FRPパイプとその他の部材との接合が、接着剤
やリベツト、ボルトの締結部材を用いる方法であ
るため、用途が限られていた。すなわち、FRP
パイプは、パイプ軸方向に大きな負荷のかかる構
造のパイプや、空気洩れ、液洩れの許されない耐
圧パイプ、更にはパイプ内面の平滑性を要求され
る油圧シリンダー等の用途には、不適当であつ
た。特に強化材として炭素繊維等の高性能繊維材
を用いたFRPパイプにあつては、パイプ強度が
向上しているにもかかわらず、このような端末処
理上の問題のために期待される性能が充分に生か
されていない。

本発明の要点は、こうした耐圧構造やパイプ内
面の平滑性が要求されるか、或いはパイプの軸方
向に大きな負荷のかゝるFRPパイプにおいて、
該パイプの端末処理（パイプ相互の接合、パイプ
と他の部材との接合、パイプ端末の閉塞等）に有
効なパイプの端部構造及びこの端末処理の方法に
関するものである。

すなわち、本発明は、パイプ端部において、パ
イプ本体を構成する強化繊維層の間又はパイプ最
内側にパイプ軸に対し繊維軸が±60〜90度に配向
した補強層を存在させ、かつ、外径をパイプ端末
に向い連続的に増加させた端部を有するFRPパ
イプである。更に、本発明は、パイプ端部の外径
がパイプ端末に向い連続的に増加した端部を有す
るFRPパイプの接合において、該パイプの外周
曲面に整合した内面を有するアダプターを媒体と
して接合する接合方法である。

このような本発明パイプは、パイプの接合、閉
塞が容易であると共に、パイプの軸方向に対する
負荷特に引張り応力に対し強い耐久性を有し、こ
のため油圧シリンダー、圧空シリンダー、高圧流
体移送管として広い用途に使用することができ
る。

本発明においてパイプ本体を構成する強化繊維
としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機高弾性繊
維が単独もしくは混成して用いられる。特に、強
化繊維として炭素繊維を用いる場合、本発明パイ
プの構造上の特性と相俟つて極めて好ましい結果
を与える。パイプ本体を構成する強化繊維と補強
層を構成する強化繊維とは、通常は同種であるが
異種であつてもよい。繊維軸方向に対する弾性の
高い炭素繊維を使用することが好ましい。

マトリツクス樹脂としては、ポリエステル系樹
脂、エポキシ樹脂、フエノール樹脂等を用いるこ
とができる。

本発明の説明においてパイプ端部とは、パイプ
の直筒部以外の部分をいい、パイプ本体とは、パ
イプの直筒部とパイプ端部を含めたパイプ自体を
構成するパイプの直筒部及びその延長であり、パ
イプ自体の機能を有する部分をいう。補強層と
は、パイプ本体に付加される補強繊維層を含む部
分をいう。

本発明のパイプは通常内径は一定であるが、内
径が拡大していてもよい（第８図）。

本発明の構成を図面に従つて説明する。

第１図は本発明パイプの軸方向のモデル化した
側断面図であり、図においてイは直筒部、ロは端
部を示し、１はパイプ本体層、２は補強層、３は
パイプの中空部を示す。

パイプ本体層は、強化繊維をパイプの用途に適
合した設計により配向し構成される。例えば主と
してパイプの軸方向に引張り応力や圧縮応力が作
用する場合には、強化繊維の繊維軸方向をパイプ
軸方向に配向させ、又油圧シリンダーの如く内圧
が作用する場合には、理論上パイプの円周方向と
パイプの軸方向とに作用する応力が２対１の比と
なるため、パイプ軸に対し90度の方向の繊維層と
０度の方向の繊維層との比を２対１とするか、パ
イプ軸に対し55度の方向に繊維軸の配向した繊維
層を設けることができる。

繊維層の形成には、通常採用されている方法、
例えばフイラメントワインデングによる方法、プ
リプレグを使用する方法等が採用される。

パイプ端部における補強層の構成は次に述べる
通りである。すなわち、本発明のパイプは、端部
の外径が順次拡大しているため、後で述べる方法
によつて接合等の端末処理をした状態でパイプの
軸方向に引張り応力が作用した場合、分力として
パイプを締め付ける応力が生ずる。このため、単
に補強層を介在させただけではパイプ端部が破壊
する。これを防止するため補強層の強化繊維の巻
き角度をパイプ軸線に対し±60〜90度の範囲とす
る。これにより、パイプ軸方向の大きな引張り応
力に耐えることができる。強化繊維の巻き角度が
０〜60度では効果は少い。

パイプ端部における補強層は、端末に向い端部
外径を拡大させ、アダプターによる強固な接合を
可能にすると共に、接合したパイプに引張り応力
が作用したときにパイプ端部に生ずるところのパ
イプの円周方向の圧縮応力に対する補強の作用も
しており、したがつて補強層は２つの機能を有し
ている。

補強層と本体層の組合せは、種々の態様が採用
できる。すなわち(1)予め成形された截頭円錐形筒
の補強層を、パイプ成形時パイプ端に嵌入し、本
体層と一体化させる方法、(2)パイプ本体層成形時
補強層用強化繊維を本体層積層間に順次又は一時
に介在させる方法、(3)フイラメントワインデング
による成形において端部の繊維層を多くする方法
等、何れの方法を採用することもできる。

この補強層は、パイプ端部の最外層として形成
させることは好ましくない。これは、パイプの接
合した状態でパイプの軸方向に応力が作用した場
合、補強層の剥離を生ずるからである。このた
め、補強層の外周に更にパイプの本体層を設ける
か或はパイプの直筒部までに及ぶ外層を設けるこ
とが必要である。特に、この最外層を設ける必要
性は前記(1)の態様にて補強層を設けた場合に重要
となる。それというのは、この場合には前記(2)や
(3)の態様と異なり、補強層のみを独立して本体層
間に介在させたからである。

第１図における補強層２はこの態様にて補強層
を介在させた状態を示してあり、パイプ端部ロに
おける最外層を形成する強化繊維層は、パイプの
直筒部でパイプ内層と共に本体層をも形成してい
る。第２図は、パイプ端部における補強層を分割
して本体層間に介在させた状態を示す。

パイプ端部における最外層の形成は、上記の如
く、パイプ本体を形成させる場合と、最外層のみ
を独立して形成させる場合とがある。第２図には
この状態が示してある。この場合にも、図示する
如く最外層は直筒部まで裾が延びていなければな
らない。この直筒部における長さは少くともパイ
プの半径程度とする。最外層の強化繊維の巻き角
度は、パイプ軸に対し±30度の範囲とすることが
好ましい。

パイプ端部における外周の拡大は、その比が大
きすぎると成形が困難であり、逆に小さい場合は
パイプ軸方向での引張りによる分力としてパイプ
を締めつける応力が大となり、より小さな引張り
応力で破壊する。パイプ端部の係止効果を最も高
めるためには、パイプ端部の断面における軸方向
に対する傾斜角度は10〜60度の範囲にあることが
好ましい。

本発明FRPパイプの端末処理には、パイプ端
部における外径面の曲率及び傾斜面の合致した内
面を有する環状又は割型のアダプターを用いパイ
プ端部を被い接着する方法が採られる。割型アダ
プターを使用する場合、更に環状の補強リングを
併用することもできる。

第３図は本発明パイプ同志の接合状態を示す側
面図である。第３図において４はアダプター、５
は補強リングを示し、この補強リングはアダプタ
ー組合せ後外周に嵌合させ接着させる。第４図
は、パイプ端末の閉塞の態様を示したものであ
る。

アダプターは種々のものを採用することができ
る。第５図１は割型アダプターの側面図、第５図
２はそのアダプターの平面一部断面図を示す。第
６図はアダプターの他の例の平面一部断面図を示
す。第７図１はフランジ付割型アダプターの側面
図、第７図２はそのアダプターの平面図を示す。
このフランジ付アダプターを用い他の部材との接
合も行うことができる。

アダプター、補強用リングの材質は、FRP、
アルミニウム等の軽金属又はその合金であること
が軽量化を図るうえで望ましく、アダプターの接
合は、接着剤による接着、ボルトによる締着、鋲
着、螺着等任意の手段が採用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明パイプの端部構造の例を示す一
部側断面図、第２図１〜４は同じく端部構造の他
の例を示す一部側断面図、第３図は本発明による
パイプ同志を連結した接合側面図、第４図は本発
明によるパイプを閉塞した接合側面図、第５図１
は割り型アダプターの側面図、同図２はそのアダ
プターの平面一部断面図、第６図はアダプターの
他の例の一部断面図、第７図１はフランジ付割り
型アダプターの側面図、同図２はそのアダプター
の平面図、第８図は本発明パイプの適用例の断面
図を示す。 記号の説明、イ：直筒部、ロ：端部、１：パイ
プ本体層、２：補強層、３：中空部、４：アダプ
ター、５：補強リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パイプ端部において、パイプ本体を構成する
   強化繊維層の間又はパイプ最内側にパイプ軸に対
   し繊維軸が±60〜90度に配向した補強層を存在さ
   せ、かつ外径をパイプ端末に向い連続的に増加さ
   せた端部を有する繊維強化プラスチツクパイプ。 ２ パイプ端部の外径がパイプ端末に向い連続的
   に増加した端部を有する繊維強化プラスチツクパ
   イプの接合において、該パイプの外周曲面に整合
   した内面を有するアダプターを媒体として接合す
   ることを特徴とする接合方法。 ３ パイプ接合の際、アダプターの外周に補強リ
   ングを嵌合させることを特徴とする特許請求の範
   囲２の接合方法。