JP5161903B2 - Method for manufacturing metal / FRP pipe, metal / FRP pipe, and method for removing thermal residual stress of metal / FRP pipe - Google Patents
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Description
この発明は、印刷用ロールや、フィルムや紙などのシート類繰り出し・巻き取り用ロール、液晶パネルやフラットパネルディスプレーなどのパネル類搬送用ロール、その他の各種回転ロールに使用される繊維強化樹脂ライニング金属管に関する。特に、成形時に、金属パイプ内面に繊維強化樹脂(Fiber Reinforced Plastics)が一体化される複合パイプ(以下「金属/FRPパイプ」と表す)の金属層に残る熱残留応力を除去した金属/FRPパイプの製造方法及び金属/FRPパイプ、並びに、金属/FRPパイプの熱残留応力除去方法に関する。 This invention is a fiber reinforced resin lining used for printing rolls, rolls for taking out and winding sheets such as film and paper, rolls for transporting panels such as liquid crystal panels and flat panel displays, and other various rotating rolls. It relates to metal tubes. In particular, a metal / FRP pipe in which the residual thermal stress remaining in the metal layer of a composite pipe (hereinafter referred to as “metal / FRP pipe”) in which fiber reinforced resin (Fiber Reinforced Plastics) is integrated with the inner surface of the metal pipe during molding is removed. The present invention relates to a metal / FRP pipe and a method for removing thermal residual stress from the metal / FRP pipe.
金属/FRPパイプとしては従来から種々の提案がされており、特許文献1には、高剛性(耐摩耗性)と軽量さ(低慣性モーメント)が特に要求される各種高速回転(例えば、約1000〜2000r.p.m)ロール用のFRPライニング金属管の製造方法が提案されている。
Various proposals have hitherto been made for metal / FRP pipes, and
ここで提案されている製造方法は、あらかじめエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維プリプレグを芯棒(マンドレル)へ巻き付け、その芯棒をアルミ合金やステンレス鋼などからなる金属管の内部へ挿入し、次いで前記プリプレグが軟化する温度まで加熱して前記芯棒を膨張させて前記金属管への内張り状態に押し付け、更に加熱温度を上げて、前記プリプレグを完全に硬化させ、最後に常温まで冷却することにより、前記芯棒を収縮復元させて抜き出すものである。 In the manufacturing method proposed here, a carbon fiber prepreg impregnated with a thermosetting resin such as an epoxy resin or a phenol resin is wound around a mandrel, and the mandrel is made of an aluminum alloy or stainless steel. Insert into the inside of the metal tube, then heat up to a temperature at which the prepreg softens to expand the core rod and press it into the lining state on the metal tube, and further raise the heating temperature to completely cure the prepreg Finally, the core rod is contracted and restored by cooling to room temperature.
本願の発明者もこのような金属/FRPパイプの製造法についての提案を行っている(特許文献2) The inventor of the present application has also proposed a method for manufacturing such a metal / FRP pipe (Patent Document 2).
上述した従来提案されている金属/FRPパイプの製造法は、熱硬化性樹脂が含浸されたFRPプリプレグが外周に装着されている芯棒を金属管の内部へ挿入し、前記FRPプリプレグが軟化するまで加熱して前記芯棒を膨張させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に押し付け、更に加熱温度を上げて前記FRPプリプレグを硬化させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に張り付けて一体化し、その後、常温まで冷却して前記芯棒を収縮させ、前記芯棒を前記金属管から抜き取るものである。すなわち、芯棒の外周に装着されているFRPプリプレグの加熱による軟化と、芯棒の膨張・収縮とを利用し、熱硬化性樹脂が含浸されたFRPプリプレグが外周に装着されている芯棒が内部に挿入された金属管と、その内周に成形される前記FRPプリプレグが硬化したFRPパイプとを加熱成形時に一体化するものである。 In the conventional method for manufacturing a metal / FRP pipe described above, a core rod having a FRP prepreg impregnated with a thermosetting resin is inserted into the metal tube, and the FRP prepreg is softened. The core rod is expanded by heating up, the outermost periphery of the FRP prepreg is pressed against the inner peripheral surface of the metal tube, the heating temperature is further increased to cure the FRP prepreg, and the outermost periphery of the FRP prepreg is It is attached to the inner peripheral surface of the tube and integrated, and then cooled to room temperature to contract the core rod, and the core rod is extracted from the metal tube. That is, a core rod in which an FRP prepreg impregnated with a thermosetting resin is attached to the outer periphery using the softening of the FRP prepreg attached to the outer periphery of the core rod by heating and the expansion / contraction of the core rod. The metal pipe inserted inside and the FRP pipe cured on the FRP prepreg formed on the inner periphery thereof are integrated at the time of heat forming.
そして、特許文献2記載の発明によれば、耐久強度と安定性に優れた金属/FRPパイプを短時間で効率よく製造することができた等の優れた効果が発揮されている。
And according to invention of
ところで、前述した製造方法で製造した金属/FRPパイプの場合、常温に戻した際に前記の金属管からなる金属層に引っ張りの熱残留応力が生じる。これは、加熱成形時に金属管と、その内周に成形されるFRPパイプとが一体化することから引き起こされるものである。 By the way, in the case of the metal / FRP pipe manufactured by the manufacturing method described above, a tensile thermal residual stress is generated in the metal layer made of the metal tube when the temperature is returned to room temperature. This is caused by the integration of the metal tube and the FRP pipe formed on the inner periphery thereof at the time of heat forming.
このような熱残留応力は製造された金属/FRPパイプの精度に好ましくない影響を与える。 Such thermal residual stress adversely affects the accuracy of the manufactured metal / FRP pipe.
そこで、本発明は、熱硬化性樹脂が含浸されたFRPプリプレグが外周に装着されている芯棒を金属管の内部へ挿入し、前記FRPプリプレグが軟化するまで加熱して前記芯棒を膨張させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に押し付け、更に加熱温度を上げて前記FRPプリプレグを硬化させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に張り付けて一体化し、その後、常温まで冷却して前記芯棒を収縮させ、前記芯棒を前記金属管から抜き取る金属/FRPパイプの製造法において、かかる製造工程で常温に戻した際に前記の金属管からなる金属層に生じる引っ張りの熱残留応力が除去された金属/FRPパイプ及び、その製造方法、並びに、金属/FRPパイプの熱残留応力除去方法を提案することを目的にしている。 Therefore, the present invention inserts a core rod having a FRP prepreg impregnated with a thermosetting resin into the outer periphery thereof, and heats the FRP prepreg until it softens to expand the core rod. The outermost periphery of the FRP prepreg is pressed against the inner peripheral surface of the metal tube, the heating temperature is further increased to cure the FRP prepreg, and the outermost periphery of the FRP prepreg is attached to the inner peripheral surface of the metal tube to be integrated. Then, in the method of manufacturing a metal / FRP pipe in which the core rod is contracted by cooling to room temperature and the core rod is extracted from the metal tube, the metal comprising the metal tube when the temperature is returned to normal temperature in the manufacturing process. The purpose of the present invention is to propose a metal / FRP pipe from which the thermal residual stress of tension generated in the layer has been removed, a method for producing the same, and a method for removing the thermal residual stress from the metal / FRP pipe. It is.
本願の請求項1記載の発明は、
熱硬化性樹脂が含浸されたFRPプリプレグが外周に装着されている芯棒を金属管の内部へ挿入し、
前記FRPプリプレグが軟化するまで加熱して前記芯棒を膨張させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に押し付け、
更に加熱温度を上げて前記FRPプリプレグを硬化させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に張り付けて一体化し、
その後、常温まで冷却して前記芯棒を収縮させ、前記芯棒を前記金属管から抜き取った金属/FRPパイプの全体に対して、所定のひずみ値になるまで引っ張り荷重を加え、次いで、除荷して
金属/FRPパイプを製造する方法である。
The invention according to
Insert a core rod with FRP prepreg impregnated with thermosetting resin on the outer periphery into the inside of the metal tube,
Heating until the FRP prepreg is softened to expand the core rod, pressing the outermost periphery of the FRP prepreg against the inner peripheral surface of the metal tube,
Further, the heating temperature is raised to cure the FRP prepreg, and the outermost periphery of the FRP prepreg is attached to the inner peripheral surface of the metal tube to be integrated,
Thereafter, the core rod is contracted by cooling to room temperature, and a tensile load is applied to the entire metal / FRP pipe with the core rod extracted from the metal tube until a predetermined strain value is obtained. Thus, a metal / FRP pipe is manufactured.
本願の請求項2記載の発明は、
芯棒を金属管から抜き取った金属/FRPパイプの全体に対して所定のひずみ値になるまで引っ張り荷重を加える工程は、
前記金属/FRPパイプの両端の開口部をそれぞれチャックで掴んで前記金属/FRPパイプを軸方向に引き伸ばすものであり、
当該チャックは、それぞれ、前記金属/FRPパイプの開口部が装入されるチャック開口部を備えている筒状で、中心部に内側押圧部を有し、当該内側押圧部を中心にして径方向外側に向かって、当該内側押圧部の外周側に内側挟持部、当該内側挟持部の外周側に外側挟持部、当該外側挟持部の外周側に外側押圧部を備えていて、
前記内側押圧部は、前記チャック開口部側に向かうにつれて拡径し、中心軸が延びる方向において、前記チャック開口部側に向かう方向に前進および、前記チャック開口部側から離れる方向に後退可能で、
前記内側挟持部は、前記金属/FRPパイプの内周壁に対応する形状の外周壁を備えていて、当該外周壁の周長が大きくなる方向及び小さくなる方向に拡径及び縮径可能であると共に、軸方向に延びる分割溝によって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の内側挟持片に分割されており、
前記外側挟持部は前記内側挟持部との間に径方向に所定の間隔を有する隙間を介して配置され、前記金属/FRPパイプの外周壁に対応する形状の内周壁を備えていて、当該内周壁の周長が小さくなる方向及び大きくなる方向に縮径及び拡径可能であると共に、軸方向に延びる分割溝によって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の外側挟持片に分割されており、当該外側挟持片の内周壁に掛止部を有し、
前記外側押圧部は、前記チャック開口部側に向かうにつれて縮径する内周壁を備えており、中心軸が延びる方向において、前記チャック開口部側に向かう方向に前進および、前記チャック開口部側から離れる方向に後退可能で、
前記金属/FRPパイプの両端開口部の周壁が前記内側挟持部と前記外側挟持部との間に存在する径方向の隙間に挿入されるように前記金属/FRPパイプの両端開口部にそれぞれ前記チャック開口部を装着した後、
前記内側押圧部を後退させることによって前記内側挟持部の各内側挟持片を拡径方向に移動させて内側挟持片の外周壁を前記金属/FRPパイプの内周壁に当接させ、
前記外側押圧部を後退させることによって前記外側挟持部の各外側挟持片を縮径方向に移動させて外側挟持片の内周壁に配備されている掛止部を前記金属/FRPパイプの外周壁に掛止させつつ前記金属/FRPパイプの外周壁を軸方向で外側に向かって引き伸ばす
ことにより、金属/FRPパイプの全体を軸方向に延びるように引っ張るものであることを特徴とする請求項1記載の金属/FRPパイプを製造する方法である。
The invention according to
The process of applying a tensile load until the predetermined strain value is obtained for the entire metal / FRP pipe with the core rod extracted from the metal pipe,
The opening of both ends of the metal / FRP pipe is gripped by chucks, and the metal / FRP pipe is stretched in the axial direction.
Each of the chucks has a cylindrical shape having a chuck opening into which the opening of the metal / FRP pipe is inserted, has an inner pressing portion at the center, and is radially oriented around the inner pressing portion. Toward the outside, the inner pressing part on the outer peripheral side of the inner pressing part, the outer clamping part on the outer peripheral side of the inner clamping part, and the outer pressing part on the outer peripheral side of the outer clamping part,
The inner pressing portion increases in diameter toward the chuck opening side, and can advance in the direction toward the chuck opening side and retreat in the direction away from the chuck opening side in the direction in which the central axis extends.
The inner clamping portion includes an outer peripheral wall having a shape corresponding to the inner peripheral wall of the metal / FRP pipe, and can be expanded and contracted in a direction in which the peripheral length of the outer peripheral wall increases and decreases. The axially divided grooves are divided into a plurality of inner clamping pieces at predetermined intervals in the circumferential direction,
The outer holding portion is disposed through a gap having a predetermined gap in the radial direction between the outer holding portion and an inner peripheral wall having a shape corresponding to the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe. The peripheral wall can be reduced in diameter and increased in the direction in which the peripheral length becomes smaller and larger, and is divided into a plurality of outer clamping pieces at predetermined intervals in the circumferential direction by dividing grooves extending in the axial direction. And has a latching portion on the inner peripheral wall of the outer clamping piece,
The outer pressing portion includes an inner peripheral wall that decreases in diameter toward the chuck opening, moves forward in the direction toward the chuck opening, and moves away from the chuck opening in the direction in which the central axis extends. Reversible in the direction,
The chucks are respectively provided at both end openings of the metal / FRP pipe so that peripheral walls of both end openings of the metal / FRP pipe are inserted into radial gaps existing between the inner sandwiching portion and the outer sandwiching portion. After installing the opening,
Retreating the inner pressing part to move each inner clamping piece of the inner clamping part in the diameter increasing direction to bring the outer peripheral wall of the inner clamping piece into contact with the inner peripheral wall of the metal / FRP pipe;
By retracting the outer pressing portion, each outer clamping piece of the outer clamping portion is moved in the diameter reducing direction so that a latching portion provided on the inner peripheral wall of the outer clamping piece is provided on the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe. 2. The metal / FRP pipe is stretched in the axial direction by pulling the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe outward in the axial direction while being latched. This is a method for manufacturing a metal / FRP pipe.
本願の請求項3記載の発明は、
前記所定のひずみ値が、「前記金属管から構成される金属層の降伏ひずみ(εY 金属)+前記金属管から構成される金属層の残留ひずみ(εT 金属)」であることを特徴とする請求項1又は2記載の金属/FRPパイプを製造する方法である。
Invention of
The predetermined strain value is “yield strain of the metal layer composed of the metal tube (ε Y metal ) + residual strain of the metal layer composed of the metal tube (ε T metal )” A method for producing a metal / FRP pipe according to
本願の請求項4記載の発明は、
請求項1乃至3のいずれか一項記載の金属/FRPパイプを製造する方法により製造した金属/FRPパイプである。
Invention of
A metal / FRP pipe manufactured by the method for manufacturing a metal / FRP pipe according to any one of
本願の請求項5記載の発明は、
熱硬化性樹脂が含浸されたFRPプリプレグが外周に装着されている芯棒を金属管の内部へ挿入し、
前記FRPプリプレグが軟化するまで加熱して前記芯棒を膨張させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に押し付け、
更に加熱温度を上げて前記FRPプリプレグを硬化させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に張り付けて一体化し、
その後、常温まで冷却して前記芯棒を収縮させ、前記芯棒を前記金属管から抜き取って製造した金属/FRPパイプの前記金属管から構成される金属層の残留応力を除去する方法であって、
前記金属/FRPパイプの全体に対して、所定のひずみ値になるまで引っ張り荷重を加え、次いで、除荷ことを特徴とする金属/FRPパイプの熱残留応力除去方法である。
The invention according to claim 5 of the present application is
Insert a core rod with FRP prepreg impregnated with thermosetting resin on the outer periphery into the inside of the metal tube,
Heating until the FRP prepreg is softened to expand the core rod, pressing the outermost periphery of the FRP prepreg against the inner peripheral surface of the metal tube,
Further, the heating temperature is raised to cure the FRP prepreg, and the outermost periphery of the FRP prepreg is attached to the inner peripheral surface of the metal tube to be integrated,
Thereafter, the core rod is contracted by cooling to room temperature, and the residual stress of the metal layer composed of the metal tube of the metal / FRP pipe manufactured by extracting the core rod from the metal tube is removed. ,
A method for removing thermal residual stress from a metal / FRP pipe, wherein a tensile load is applied to the entire metal / FRP pipe until a predetermined strain value is reached, and then the load is unloaded.
本願の請求項6記載の発明は、
前記金属/FRPパイプの全体に対して所定のひずみ値になるまで引っ張り荷重を加える工程は、
前記金属/FRPパイプの両端の開口部をそれぞれチャックで掴んで前記金属/FRPパイプを軸方向に引き伸ばすものであり、
当該チャックは、それぞれ、前記金属/FRPパイプの開口部が装入されるチャック開口部を備えている筒状で、中心部に内側押圧部を有し、当該内側押圧部を中心にして径方向外側に向かって、当該内側押圧部の外周側に内側挟持部、当該内側挟持部の外周側に外側挟持部、当該外側挟持部の外周側に外側押圧部を備えていて、
前記内側押圧部は、前記チャック開口部側に向かうにつれて拡径し、中心軸が延びる方向において、前記チャック開口部側に向かう方向に前進および、前記チャック開口部側から離れる方向に後退可能で、
前記内側挟持部は、前記金属/FRPパイプの内周壁に対応する形状の外周壁を備えていて、当該外周壁の周長が大きくなる方向及び小さくなる方向に拡径及び縮径可能であると共に、軸方向に延びる分割溝によって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の内側挟持片に分割されており、
前記外側挟持部は前記内側挟持部との間に径方向に所定の間隔を有する隙間を介して配置され、前記金属/FRPパイプの外周壁に対応する形状の内周壁を備えていて、当該内周壁の周長が小さくなる方向及び大きくなる方向に縮径及び拡径可能であると共に、軸方向に延びる分割溝によって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の外側挟持片に分割されており、当該外側挟持片の内周壁に掛止部を有し、
前記外側押圧部は、前記チャック開口部側に向かうにつれて縮径する内周壁を備えており、中心軸が延びる方向において、前記チャック開口部側に向かう方向に前進および、前記チャック開口部側から離れる方向に後退可能で、
前記金属/FRPパイプの両端開口部の周壁が前記内側挟持部と前記外側挟持部との間に存在する径方向の隙間に挿入されるように前記金属/FRPパイプの両端開口部にそれぞれ前記チャック開口部を装着した後、
前記内側押圧部を後退させることによって前記内側挟持部の各内側挟持片を拡径方向に移動させて内側挟持片の外周壁を前記金属/FRPパイプの内周壁に当接させ、
前記外側押圧部を後退させることによって前記外側挟持部の各外側挟持片を縮径方向に移動させて外側挟持片の内周壁に配備されている掛止部を前記金属/FRPパイプの外周壁に掛止させつつ前記金属/FRPパイプの外周壁を軸方向で外側に向かって引き伸ばす
ことにより、金属/FRPパイプの全体を軸方向に延びるように引っ張るものであることを特徴とする請求項5記載の金属/FRPパイプの熱残留応力除去方法である。
The invention according to claim 6 of the present application is
The step of applying a tensile load until a predetermined strain value is obtained with respect to the entire metal / FRP pipe,
The opening of both ends of the metal / FRP pipe is gripped by chucks, and the metal / FRP pipe is stretched in the axial direction.
Each of the chucks has a cylindrical shape having a chuck opening into which the opening of the metal / FRP pipe is inserted, has an inner pressing portion at the center, and is radially oriented around the inner pressing portion. Toward the outside, the inner pressing part on the outer peripheral side of the inner pressing part, the outer clamping part on the outer peripheral side of the inner clamping part, and the outer pressing part on the outer peripheral side of the outer clamping part,
The inner pressing portion increases in diameter toward the chuck opening side, and can advance in the direction toward the chuck opening side and retreat in the direction away from the chuck opening side in the direction in which the central axis extends.
The inner clamping portion includes an outer peripheral wall having a shape corresponding to the inner peripheral wall of the metal / FRP pipe, and can be expanded and contracted in a direction in which the peripheral length of the outer peripheral wall increases and decreases. The axially divided grooves are divided into a plurality of inner clamping pieces at predetermined intervals in the circumferential direction,
The outer holding portion is disposed through a gap having a predetermined gap in the radial direction between the outer holding portion and an inner peripheral wall having a shape corresponding to the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe. The peripheral wall can be reduced in diameter and increased in the direction in which the peripheral length becomes smaller and larger, and is divided into a plurality of outer clamping pieces at predetermined intervals in the circumferential direction by dividing grooves extending in the axial direction. And has a latching portion on the inner peripheral wall of the outer clamping piece,
The outer pressing portion includes an inner peripheral wall that decreases in diameter toward the chuck opening, moves forward in the direction toward the chuck opening, and moves away from the chuck opening in the direction in which the central axis extends. Reversible in the direction,
The chucks are respectively provided at both end openings of the metal / FRP pipe so that peripheral walls of both end openings of the metal / FRP pipe are inserted into radial gaps existing between the inner sandwiching portion and the outer sandwiching portion. After installing the opening,
Retreating the inner pressing part to move each inner clamping piece of the inner clamping part in the diameter increasing direction to bring the outer peripheral wall of the inner clamping piece into contact with the inner peripheral wall of the metal / FRP pipe;
By retracting the outer pressing portion, each outer clamping piece of the outer clamping portion is moved in the diameter reducing direction so that a latching portion provided on the inner peripheral wall of the outer clamping piece is provided on the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe. 6. The metal / FRP pipe is pulled so as to extend in the axial direction by extending the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe in the axial direction outward while being hooked. This is a method for removing thermal residual stress from metal / FRP pipes.
本願の請求項7記載の発明は、
前記所定のひずみ値が、「前記金属管から構成される金属層の降伏ひずみ(εY 金属)+前記金属管から構成される金属層の残留ひずみ(εT 金属)」であることを特徴とする請求項5又は6記載の金属/FRPパイプの熱残留応力除去方法である。
The invention according to
The predetermined strain value is “yield strain of the metal layer composed of the metal tube (ε Y metal ) + residual strain of the metal layer composed of the metal tube (ε T metal )” The method for removing a thermal residual stress from a metal / FRP pipe according to claim 5 or 6.
この発明によれば、熱硬化性樹脂が含浸されたFRPプリプレグが外周に装着されている芯棒を金属管の内部へ挿入し、前記FRPプリプレグが軟化するまで加熱して前記芯棒を膨張させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に押し付け、更に加熱温度を上げて前記FRPプリプレグを硬化させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に張り付けて一体化し、その後、常温まで冷却して前記芯棒を収縮させ、前記芯棒を前記金属管から抜き取る金属/FRPパイプの製造法において、かかる製造工程で常温に戻した際に前記の金属管からなる金属層に生じる引っ張りの熱残留応力が除去された金属/FRPパイプ及び、その製造方法、並びに、金属/FRPパイプの熱残留応力除去方法を提供することができる。 According to the present invention, a core rod having a FRP prepreg impregnated with a thermosetting resin is inserted into the inside of a metal tube and heated until the FRP prepreg is softened to expand the core rod. The outermost periphery of the FRP prepreg is pressed against the inner peripheral surface of the metal tube, the heating temperature is further increased to cure the FRP prepreg, and the outermost periphery of the FRP prepreg is attached to the inner peripheral surface of the metal tube to be integrated. Then, in the method of manufacturing a metal / FRP pipe in which the core rod is contracted by cooling to room temperature and the core rod is extracted from the metal tube, the metal comprising the metal tube when the temperature is returned to normal temperature in the manufacturing process. It is possible to provide a metal / FRP pipe from which tensile thermal residual stress generated in a layer is removed, a method for manufacturing the same, and a method for removing thermal residual stress from the metal / FRP pipe. .
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(金属/FRPパイプの準備)
外径が60.5mm、内径r1が57.5mm、厚みw1が1.5mmの金属管2を準備した。金属管2は、線膨張係数が約23.6×10−6/℃のアルミ合金(A5052)製とした。
(Preparation of metal / FRP pipe)
A
線膨張係数が約0.2〜0.4×10−6/℃のCFRP(炭素繊維強化樹脂:PAN系繊維T300〜T800、Vf:60)からなるUDテープ材のクロス材に、あらかじめ熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)が含浸され、半硬化状態(プリプレグ)に形成されたCFRPプリプレグ3を準備した。CFRPプリプレグ3の厚みw2は、金属管2の厚みw1の少なくとも約2.5倍に設定することが望ましく、ここでは、外径r2が57mm、内径が45mm、厚みw2が6mmのCFRPプリプレグ3を準備した。
Thermosetting in advance on a cloth material of UD tape material made of CFRP (carbon fiber reinforced resin: PAN fiber T300 to T800, Vf: 60) having a linear expansion coefficient of about 0.2 to 0.4 × 10 −6 / °
CFRPプリプレグ3は、巻き付け芯となるマンドレル(金型)4に巻きつけられた状態で準備した。マンドレル4は、金属管2よりも大きく熱膨張できることが必要であり、ここでは金属管2と同材質のアルミ合金製の管で、その厚みw3が、金属管2の厚みw1の少なくとも約3倍に厚肉化されているアルミ合金管をマンドレル4とした。ここでは、外径r3が45mm、内径が35mm、厚みw3が5mmのものを用いた。
The
巻き付け芯となるマンドレル(金型)4に巻きつけられた状態で準備されたCFRPプリプレグ3が、後述するように、加熱による軟化と、マンドレル4の膨張・収縮とを利用して、金属管2の内周に一体化して成形されるFRPパイプ3aとなる。
A
この実施例では、マンドレル4の表面へあらかじめ耐熱用の離型剤(図示省略)を塗布して、マンドレル4を回転させ、その表面へCFRPプリプレグ3を図3のように巻き付けて一体化した。
In this example, a heat-resistant release agent (not shown) was applied to the surface of the
図3図示の実施形態では、CFRPプリプレグ3のUDテープ材(繊維を一方向に引き揃えたプリプレグ)31、32、33、34をマンドレル4に対して、順次90度の方向性に2プライ、0度の方向性に5〜7プライ、再び90度の方向性に同じく2プライ、再び0度の方向性に同じく5〜7プライとして、図4に図示するように、交互の縦横積層状態に巻き付けた。
In the embodiment shown in FIG. 3, the UD tape material (prepreg in which fibers are aligned in one direction) 31, 32, 33, and 34 of
なお、巻き付けプライ数は製品の使用目的や用途などに応じて選定できるが、マンドレル4に巻きつけられた状態のCFRPプリプレグ3と、金属管2との内外相互間隙c1が0.1〜0.3mmになるように保つことが望ましい。0.3mmよりも広いと、金属管2及びマンドレル4における熱膨張率との関係で、後述する張り付けライニング状態の耐久強度や安定性が低下するおそれがある。一方、0.1mmよりも狭いと、CFRPプリプレグ3が巻き付けられたマンドレル4を金属管2の内部へ円滑に差し込み貫通させることが難しくなる。
The number of winding plies can be selected according to the purpose and application of the product. However, the internal / external gap c1 between the
この実施形態では、マンドレル4に巻き付けられたCFRPプリプレグ3の最外層34へ霧吹きや湿した拭き布などによって水分5を付与した後、低密度ポリエチレン(LDPE)のフィルムからなる熱溶融性のテープ6を巻き付けた(図5)。図示の実施形態では、幅が25mm、厚みが30μmの熱溶融性のテープ6を5プライ巻き付けで0.15mmの厚みに積層させた。
In this embodiment, after water 5 is applied to the
熱溶融性のテープ6は、後述する加熱工程においてCFRPプリプレグ3の熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)を溶融軟化させて流動性状にする際に、この加熱によって溶融し、同じく加熱によって前記水分5が蒸発して気体になり、この気体が封入された溶融状態で、発泡剤又はホットメルト接着剤のような役割を果たす目的で採用している。
The heat-meltable tape 6 is melted by this heating when the thermosetting resin (epoxy resin) of the
こうして、CFRPプリプレグ3の外周に水分5を介して熱溶融性のテープ6が巻き付けられたマンドレル4を、金属管2の内部へ差し込み貫通させる(図6)。図示の例ではアルミ合金からなる金属管2の内径r1が57.5mm、CFRPプリプレグ3の外径r2がテープ6を含んで57.15mmであるため、これらが巻き付けられたマンドレル4を金属管2の内部へ支障なく差し込み貫通させることができた。
In this way, the
図示の実施形態では、図6図示のように、金属管2の長さL1とCFRPプリプレグ3の長さL2との関係を、CFRPプリプレグ3の両端部が金属管2の両端部から5〜10mmの長さL2ずつ突出するようにした。
In the illustrated embodiment, as shown in FIG. 6, the relationship between the length L1 of the
そして、図7図示のように、CFRPプリプレグ3の両端がL3ずつ突出した状態で、CFRPプリプレグ3の両端木口面と、マンドレル4の表面との境界段差部へ、耐熱性や離型性がある延伸ポリプロピレン(OPP)のブリーダーテープ7を肉盛り状態に巻き付けた(図7)。こうして、後述する加熱時にCFRPプリプレグ3の熱硬化性樹脂が、その両端木口面から余分に溶け出さないように封止すると共に、長さL3ずつ突出しているCFRPプリプレグ3の最外層から空気が円滑に押し出される状態に保った。
Then, as shown in FIG. 7, with both ends of the
図7(b)図示の状態で、全体を130℃〜150℃の温度を保つ加熱炉(図示省略)へ挿入し、3〜4時間加熱し、CFRPプリプレグ3を完全に硬化させた。
In the state shown in FIG. 7B, the whole was inserted into a heating furnace (not shown) maintaining a temperature of 130 ° C. to 150 ° C. and heated for 3 to 4 hours to completely cure the
この加熱工程において、マンドレル4に巻き付けられているCFRPプリプレグ3の熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)が、一旦溶融軟化して流動性状となる。そこで、当初曲げ応力を加えられていたUDテープ材31、32、33、34が自由になり、そのUDテープ材31〜34にはフラットな状態へ復元しようとする力が発生する。
In this heating step, the thermosetting resin (epoxy resin) of the
また、マンドレル4と金属管2も加熱を受けて、各々図2(b)の矢印で示す内外方向(求心方向と放射方向)へ膨張する。マンドレル4の厚みw3は金属管2の厚みw1に比して、少なくとも約3倍に設定されているため、金属管2よりも多量に熱膨張するマンドレル4の大きな勢力(内圧)を受けたCFRPプリプレグ3の最外層は、金属管2の内周面へ張り付き溶着一体化する。
The
こうして当初存在していたCFRPプリプレグ3と金属管2との内外相互間隙c1(図2)が図8図示のようになくなる。
Thus, the internal / external gap c1 (FIG. 2) between the
CFRPプリプレグ3の最外層に巻き付けられていた熱溶融性のテープ6は、この実施例では低密度ポリエチレンのフィルムからなり、約70℃を越えると溶融する。また、テープ6の下地の水分5も加熱されて蒸発する。そこで、図9に拡大して示すように、溶融したテープ6aに無数の気体が独立気泡として封じ込められ、その状態の下でマンドレル4からの多大な熱膨張力(内圧)を受ける。
The heat-meltable tape 6 wound around the outermost layer of the
このように、水分5から蒸発した気体を封入した溶融状態のテープ6aが、発泡剤又はホットメルト接着剤と化して、CFRPプリプレグ3の溶けた熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)と一体の膜8になり、その能動的な働きによってCFRPプリプレグ3の最外層を金属管2へ内張り状態にライニングする。このように発泡剤又はホットメルト接着剤として能動的に働くテープ6は、CFRPプリプレグ3と金属管2との内外相互間隙c1から空気を押し出す役割を果たす。これによって、CFRPプリプレグ3の最外層と金属管2の内周壁との間に層間剥離を生ずるおそれがなくなり、耐久強度に富む安定な焼きバメ状態を得られる。
In this way, the melted
CFRPプリプレグ3の完全な硬化後、加熱炉から取り出して、常温まで冷却する。これにより、金属管2のみならず、マンドレル4も当初の太さまで収縮復元する。ここで、マンドレル4の厚みw3は金属管2の厚みw1に比し、少なくとも約3倍に設定されているため、その冷却時の復元収縮量も多い。また、アルミ合金からなる金属管2及びマンドレル4の線膨張係数:約23.6×10−6/℃に対して、約0.2〜0.4×10−6/℃と線膨張係数が極めて小さいCFRPプリプレグ3は、実質的に膨張・収縮しない。そこで、この実施形態で挙げた前記の数値において、金属管2とCFRPプリプレグ3との間に当初存在していた0.25mmの間隙c1が、前述したマンドレル4及び金属管2の熱膨張により埋め尽くされる。その一方、CFRPプリプレグ3が硬化したCFRP3aとマンドレル4との間には、マンドレル4の収縮復元によって間隙c2が形成される。
After the
この結果、金属管2へ内張りライニング状態に硬化したCFRP3aの内部からマンドレル4を支障なく円滑に抜き出すことができる。
As a result, the
こうして、硬化したCFRP3aからマンドレル4を抜き出した後、金属管2とCFRP3aの両端部を図10のように切除し、所定の長さLの金属/FRPパイプ1(図1)を準備する。
Thus, after the
(熱残留応力の除去)
金属/FRPパイプ1の全体に対して、「アルミ合金(A5052)の降伏ひずみ(εY 金属)+アルミ合金(A5052)の残留ひずみ(εT 金属)」のひずみ値になるまで引っ張り荷重を加え、次いで、除荷して金属/FRPパイプ1の熱残留応力を除去した。
(Removal of thermal residual stress)
A tensile load was applied to the entire metal /
こうして、本発明の金属/FRPパイプ1を製造した。
Thus, the metal /
ここで、金属/FRPパイプ1の全体に対して引っ張り荷重を加える工程は、金属/FRPパイプ1の両端の開口を、それぞれ、図12、図13図示のチャック10で掴んで金属/FRPパイプ1を軸方向に引き伸ばすようにして行うことができる。
Here, the step of applying a tensile load to the entire metal /
金属/FRPパイプ1の両端の開口にそれぞれ装着されるチャック10は同一の構造、形状であるので、以下、図12、図13を参照して、金属/FRPパイプ1の左側端の開口に装着されるチャック10について説明する。
Since the
チャック10は、それぞれ、金属/FRPパイプ1の開口部が装入されるチャック開口部18を備えている筒状である。図12、図13図示のように、中心部に内側押圧部11を有し、内側押圧部11を中心にして径方向外側に向かって、内側押圧部11の外周側に内側挟持部13、内側挟持部13の外周側に外側挟持部14、外側挟持部14の外周側に外側押圧部16が配備されている。
Each of the
内側押圧部11は、図12、図13図示のように、チャック開口部18側に向かうにつれて拡径し、中心軸が延びる方向において、チャック開口部18側に向かう方向(矢印20)に前進および、チャック開口部18側から離れる方向(矢印21)に後退可能になっている。
As shown in FIGS. 12 and 13, the inner pressing
内側挟持部13は、金属/FRPパイプ1の内周壁に対応する形状の外周壁を備えている。そして、図14図示のように、外周壁の周長が大きくなる方向及び小さくなる方向に拡径(図14(a)の矢印26方向)及び縮径可能であり、軸方向に延びる分割溝19a、19b、19cによって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の内側挟持片13a、13b、13cに分割されている。
The
外側挟持部14は、図12、図13図示のように、内側挟持部13との間に径方向に所定の間隔を有する隙間を介して配置され、金属/FRPパイプ1の外周壁に対応する形状の内周壁を備えている。そして、内周壁の周長が小さくなる方向及び大きくなる方向に縮径(図15(b)の矢印27方向)及び拡径可能であり、軸方向に延びる分割溝19d、19e、19fによって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の外側挟持片14a、14b、14cに分割されている。更に、外側挟持片14a等の内周壁には、掛止部15(図12、図13)が配備されている。
As shown in FIGS. 12 and 13, the outer holding
外側押圧部16は、図12、図13図示のように、チャック開口部側18に向かうにつれて縮径する内周壁を備えており、中心軸が延びる方向において、チャック開口部18側に向かう方向(矢印22方向)に前進および、チャック開口部18側から離れる方向(矢印23方向)に後退可能になっている。
As shown in FIGS. 12 and 13, the outer pressing
まず、図12図示のように内側挟持部13を矢印20方向に前進させ、また、外側挟持部14を矢印22方向に前進させて、内側挟持部13と外側挟持部14との間に存在する径方向の隙間が、金属/FRPパイプ1の端部の開口部の周壁を収容するのに十分な状態にしておく。この状態では、内側挟持部13は図14(a)図示のように縮径している状態にあり、外側挟持部14は図15(b)図示のように拡径している状態にある。
First, as shown in FIG. 12, the
次に、金属/FRPパイプ1の両端開口部の周壁が内側挟持部13と外側挟持部14との間に存在する径方向の隙間に挿入されるように金属/FRPパイプ1の左側の開口部にチャック10の開口部18を装着する(図13)。図示していないが、金属/FRPパイプ1の右側の開口部にもチャック10の開口部18を装着する
ここで、例えば、ボルト12を回転させることにより、内側押圧部11を矢印21方向に後退させる。これによって、内側挟持部13の各内側挟持片13a、13b、13cの内周壁はテーパー状に傾斜している内側押圧部11の外周壁に押されて矢印26(図14(a))で表すように拡径方向に移動する。これによって、内側挟持片13a、13b、13cの外周壁が金属/FRPパイプ1の内周壁、すなわち、CFRP3aの内周壁に当接する。
Next, the opening on the left side of the metal /
一方、例えば、ボルト17を回転させることにより、外側押圧部16を矢印23方向後退させる。これによって、外側挟持部14の各外側挟持片14a、14b、14cの外周壁はテーパー状に傾斜している外側押圧部16の内周壁に押されて矢印27(図15(b))で表すように縮径方向に移動する。これによって、外側挟持片14a、14b、14cの内周壁に配備されている掛止部15が金属/FRPパイプ1の外周壁、すなわち、アルミ合金からなる金属管2の外周壁に掛止される。
On the other hand, for example, by rotating the
この状態でチャック10の全体を軸方向で外側に向かって矢印25で示すように引き伸ばす。
In this state, the
このように引き伸ばしが行われる状態では、内側挟持部13は図14(b)図示のように拡径している状態にあり、外側挟持部14は図15(a)図示のように縮径している状態にある。
In such a state where the stretching is performed, the
以上のように、金属/FRPパイプ1の両端の開口を、それぞれ、チャック10で掴んで金属/FRPパイプ1を軸方向に引き伸ばすことによって金属/FRPパイプ1の全体に対して引っ張り荷重を加える際、金属/FRPパイプ1の内周壁、すなわち、CFRP3aの内周壁には内側挟持片13a、13b、13cの外周壁が当接し、金属/FRPパイプ1の外周壁、すなわち、アルミ合金からなる金属管2の外周壁に掛止する外側挟持片14a、14b、14cの内周壁に配備されている掛止部15と協働して金属/FRPパイプ1の開口の周壁が挟持され、引張りが行われる。そこで、CFRP3aの内周壁に破壊が生じることなく、希望する引っ張り強度で引き伸ばしを行うことができる。
As described above, when a tensile load is applied to the entire metal /
なお、外側挟持片14a、等の内周壁に配備されている掛止部15は、前述したように、外側挟持部14の各外側挟持片14a、等が縮径方向に移動した際に、外側挟持片14a、等の内周壁に配備されている掛止部15が金属/FRPパイプ1の外周壁に掛止し、この状態でチャック10の全体が軸方向で外側に向かって矢印25で示すように移動することにより、金属/FRPパイプ1の全体を軸方向に引き伸ばすことを可能にするものであれば、種々の形状、構造のものにすることができる。
Note that, as described above, the latching
また、チャック10の構造も、金属/FRPパイプ1の内径側から金属/FRPパイプ1の内周壁に当接する部材と、金属/FRPパイプ1の外径側から金属/FRPパイプ1の外周壁に当接する部材とによって、金属/FRPパイプ1の端部開口の周壁を挟持し、金属/FRPパイプ1の内周壁、すなわちCFRP3aの内周壁に破壊を生じさせることなく、希望する引っ張り強度で引き伸ばしを行うことができるものであれば、図示し、上述した構造に限られるものではない。
The structure of the
(熱残留応力除去試験)
前記のようにして金属/FRPパイプの熱残留応力を除去できることは以下の実験によって確認できる。
(Thermal residual stress removal test)
It can be confirmed by the following experiment that the thermal residual stress of the metal / FRP pipe can be removed as described above.
金属管2への内張りライニング状態に硬化したCFRP3aは十分剛性が高く、熱ひずみもゼロに近いとしてCFRP3aの残留応力(及び残留ひずみ:εT CF)を無視する。なお、図11においてCFRP3aの層を「CF層」と表している。
The
一方、アルミ合金からなる金属管2には前記のように高温にし、常温に戻した際に、引っ張りの残留熱応力(σT AL)が生じている。
On the other hand, a tensile residual thermal stress (σ T AL ) is generated in the
そこで、金属管2のアルミ合金層(図11において「AL層」と表している)の熱残留応力(σT AL)を打ち消すように、金属/FRPパイプ1の全体に引っ張り荷重を加える試験である。
Therefore, in a test in which a tensile load is applied to the entire metal /
引張試験前後及び試験中の状態を、図11にあるように、(1)硬化後の常温での状態、(2)引張試験で目標まで引張った状態、(3)引張試験後、残留応力がなくなった状態として、CF層、AL層の応力ひずみ関係を表すと図11にグラフで示した状態になる。 As shown in FIG. 11, the state before and after the tensile test and during the test are as follows: (1) the state at room temperature after curing, (2) the state pulled to the target in the tensile test, and (3) the residual stress after the tensile test. When the stress-strain relationship between the CF layer and the AL layer is expressed as a state of disappearance, the state shown in the graph of FIG. 11 is obtained.
すなわち、「アルミ合金(A5052)の降伏ひずみ(εYAL)」のひずみ値になるまで引張荷重を加え、次いで、除荷すると、AL層の熱残留応力がゼロになる。 That is, when a tensile load is applied until the strain value of “yield strain (εYAL) of aluminum alloy (A5052)” is reached and then unloaded, the thermal residual stress of the AL layer becomes zero.
なお、引張荷重で目標を設定する場合には、図11に表されているように下記の式1に基づいて目標の引張荷重を設定することができる。
In addition, when setting a target with a tensile load, the target tensile load can be set based on the following
(式1)
引張荷重F=σY AL/EAL×(ECFACF+EALAAL)
ここで、σY AL:AL層の降伏応力
EAL:AL層のヤング率、ECF:CF層のヤング率
AAL:AL層の断面積、ACF:CF層の断面積
(Formula 1)
Tensile load F = σ Y AL / E AL × (E CF A CF + E AL A AL)
Where σ Y AL : Yield stress of AL layer
E AL: Young's modulus of the AL layer, E CF: Young's modulus of the CF layer
A AL : Cross section of AL layer, A CF : Cross section of CF layer
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described with reference to the accompanying drawing, this invention is not limited to this embodiment, In various forms in the technical range grasped | ascertained from description of a claim It can be changed.
例えば、本発明は、芯棒の外周に装着されているFRPプリプレグの加熱による軟化と、芯棒の膨張・収縮とを利用し、熱硬化性樹脂が含浸されたFRPプリプレグが外周に装着されている芯棒が内部に挿入された金属管と、その内周に成形されるFRPパイプとを加熱成形時に一体化した金属/FRPパイプにおいて、加熱成形時に金属管と、前記FRPプリプレグが硬化して金属管の内周に成形されるFRPパイプとが一体化することから引き起こされる、常温に戻した際に金属管に生じる引っ張りの熱残留応力による問題の解決を目指すものである。そこで、金属/FRPパイプを準備する工程は前述したものに限られない。 For example, the present invention utilizes the softening of the FRP prepreg attached to the outer periphery of the core rod by heating and the expansion / contraction of the core rod, and the FRP prepreg impregnated with a thermosetting resin is attached to the outer periphery. In a metal / FRP pipe in which a metal tube having a core rod inserted therein and an FRP pipe formed on the inner periphery thereof are integrated at the time of heat forming, the metal tube and the FRP prepreg are cured at the time of heat forming. The object is to solve the problem caused by the thermal residual stress of the tensile force generated in the metal tube when it is returned to room temperature, which is caused by the integration of the FRP pipe formed on the inner periphery of the metal tube. Therefore, the process of preparing the metal / FRP pipe is not limited to the above-described process.
熱硬化性樹脂が含浸されたFRPプリプレグが外周に装着されている芯棒を金属管の内部へ挿入し、前記FRPプリプレグが軟化するまで加熱して前記芯棒を膨張させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に押し付け、更に加熱温度を上げて前記FRPプリプレグを硬化させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に張り付けて一体化し、その後、常温まで冷却して前記芯棒を収縮させ、前記芯棒を前記金属管から抜き取ることにより金属/FRPパイプが準備されるのであれば、種々の方法・工程を採用可能であり、金属管、マンドレル、等のサイズや、金属管、マンドレル、FRPプリプレグ、熱硬化性樹脂、等の材質も種々に変更可能である。 A core rod with an FRP prepreg impregnated with a thermosetting resin is inserted into the metal tube and heated until the FRP prepreg is softened to expand the core rod. The outer periphery is pressed against the inner peripheral surface of the metal tube, the heating temperature is further raised to cure the FRP prepreg, the outermost periphery of the FRP prepreg is attached to the inner peripheral surface of the metal tube, and then cooled to room temperature. If the metal / FRP pipe is prepared by contracting the core rod and extracting the core rod from the metal tube, various methods and processes can be adopted, such as a metal tube, a mandrel, etc. The material such as size, metal tube, mandrel, FRP prepreg, thermosetting resin, etc. can be variously changed.
また、金属/FRPパイプにおける金属管、FRP管の材質も前述したものに限られない。 Further, the material of the metal pipe and the FRP pipe in the metal / FRP pipe is not limited to that described above.
1 金属/FRPパイプ
2 金属管
3 CFRPプリプレグ
4 マンドレル
c1 CFRPプリプレグと金属管との内外相互間隙
c2 硬化したCFRPとマンドレルとの内外相互間隙
10 チャック
11 内側押圧部
13 内側挟持部
13a、13b、13c 内側挟持片
14 外側挟持部
14a、14b、14c 外側挟持片
15 掛止部
16 外側押圧部
18 チャック開口部
19a、19b、19c、19d、19e、19f 軸方向に延びる分割溝
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記FRPプリプレグが軟化するまで加熱して前記芯棒を膨張させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に押し付け、
更に加熱温度を上げて前記FRPプリプレグを硬化させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に張り付けて一体化し、
その後、常温まで冷却して前記芯棒を収縮させ、前記芯棒を前記金属管から抜き取った金属/FRPパイプの全体に対して、所定のひずみ値になるまで引っ張り荷重を加え、次いで、除荷して
金属/FRPパイプを製造する方法。 Insert a core rod with FRP prepreg impregnated with thermosetting resin on the outer periphery into the inside of the metal tube,
Heating until the FRP prepreg is softened to expand the core rod, pressing the outermost periphery of the FRP prepreg against the inner peripheral surface of the metal tube,
Further, the heating temperature is raised to cure the FRP prepreg, and the outermost periphery of the FRP prepreg is attached to the inner peripheral surface of the metal tube to be integrated,
Thereafter, the core rod is contracted by cooling to room temperature, and a tensile load is applied to the entire metal / FRP pipe with the core rod extracted from the metal tube until a predetermined strain value is obtained. To produce a metal / FRP pipe.
前記金属/FRPパイプの両端の開口部をそれぞれチャックで掴んで前記金属/FRPパイプを軸方向に引き伸ばすものであり、
当該チャックは、それぞれ、前記金属/FRPパイプの開口部が装入されるチャック開口部を備えている筒状で、中心部に内側押圧部を有し、当該内側押圧部を中心にして径方向外側に向かって、当該内側押圧部の外周側に内側挟持部、当該内側挟持部の外周側に外側挟持部、当該外側挟持部の外周側に外側押圧部を備えていて、
前記内側押圧部は、前記チャック開口部側に向かうにつれて拡径し、中心軸が延びる方向において、前記チャック開口部側に向かう方向に前進および、前記チャック開口部側から離れる方向に後退可能で、
前記内側挟持部は、前記金属/FRPパイプの内周壁に対応する形状の外周壁を備えていて、当該外周壁の周長が大きくなる方向及び小さくなる方向に拡径及び縮径可能であると共に、軸方向に延びる分割溝によって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の内側挟持片に分割されており、
前記外側挟持部は前記内側挟持部との間に径方向に所定の間隔を有する隙間を介して配置され、前記金属/FRPパイプの外周壁に対応する形状の内周壁を備えていて、当該内周壁の周長が小さくなる方向及び大きくなる方向に縮径及び拡径可能であると共に、軸方向に延びる分割溝によって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の外側挟持片に分割されており、当該外側挟持片の内周壁に掛止部を有し、
前記外側押圧部は、前記チャック開口部側に向かうにつれて縮径する内周壁を備えており、中心軸が延びる方向において、前記チャック開口部側に向かう方向に前進および、前記チャック開口部側から離れる方向に後退可能で、
前記金属/FRPパイプの両端開口部の周壁が前記内側挟持部と前記外側挟持部との間に存在する径方向の隙間に挿入されるように前記金属/FRPパイプの両端開口部にそれぞれ前記チャック開口部を装着した後、
前記内側押圧部を後退させることによって前記内側挟持部の各内側挟持片を拡径方向に移動させて内側挟持片の外周壁を前記金属/FRPパイプの内周壁に当接させ、
前記外側押圧部を後退させることによって前記外側挟持部の各外側挟持片を縮径方向に移動させて外側挟持片の内周壁に配備されている掛止部を前記金属/FRPパイプの外周壁に掛止させつつ前記金属/FRPパイプの外周壁を軸方向で外側に向かって引き伸ばす
ことにより、金属/FRPパイプの全体を軸方向に延びるように引っ張るものであることを特徴とする請求項1記載の金属/FRPパイプを製造する方法。 The process of applying a tensile load until the predetermined strain value is obtained for the entire metal / FRP pipe with the core rod extracted from the metal pipe,
The opening of both ends of the metal / FRP pipe is gripped by chucks, and the metal / FRP pipe is stretched in the axial direction.
Each of the chucks has a cylindrical shape having a chuck opening into which the opening of the metal / FRP pipe is inserted, has an inner pressing portion at the center, and is radially oriented around the inner pressing portion. Toward the outside, the inner pressing part on the outer peripheral side of the inner pressing part, the outer clamping part on the outer peripheral side of the inner clamping part, and the outer pressing part on the outer peripheral side of the outer clamping part,
The inner pressing portion increases in diameter toward the chuck opening side, and can advance in the direction toward the chuck opening side and retreat in the direction away from the chuck opening side in the direction in which the central axis extends.
The inner clamping portion includes an outer peripheral wall having a shape corresponding to the inner peripheral wall of the metal / FRP pipe, and can be expanded and contracted in a direction in which the peripheral length of the outer peripheral wall increases and decreases. The axially divided grooves are divided into a plurality of inner clamping pieces at predetermined intervals in the circumferential direction,
The outer holding portion is disposed through a gap having a predetermined gap in the radial direction between the outer holding portion and an inner peripheral wall having a shape corresponding to the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe. The peripheral wall can be reduced in diameter and increased in the direction in which the peripheral length becomes smaller and larger, and is divided into a plurality of outer clamping pieces at predetermined intervals in the circumferential direction by dividing grooves extending in the axial direction. And has a latching portion on the inner peripheral wall of the outer clamping piece,
The outer pressing portion includes an inner peripheral wall that decreases in diameter toward the chuck opening, moves forward in the direction toward the chuck opening, and moves away from the chuck opening in the direction in which the central axis extends. Reversible in the direction,
The chucks are respectively provided at both end openings of the metal / FRP pipe so that peripheral walls of both end openings of the metal / FRP pipe are inserted into radial gaps existing between the inner sandwiching portion and the outer sandwiching portion. After installing the opening,
Retreating the inner pressing part to move each inner clamping piece of the inner clamping part in the diameter increasing direction to bring the outer peripheral wall of the inner clamping piece into contact with the inner peripheral wall of the metal / FRP pipe;
By retracting the outer pressing portion, each outer clamping piece of the outer clamping portion is moved in the diameter reducing direction so that a latching portion provided on the inner peripheral wall of the outer clamping piece is provided on the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe. 2. The metal / FRP pipe is stretched in the axial direction by pulling the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe outward in the axial direction while being latched. Method for manufacturing metal / FRP pipes.
前記FRPプリプレグが軟化するまで加熱して前記芯棒を膨張させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に押し付け、
更に加熱温度を上げて前記FRPプリプレグを硬化させ、前記FRPプリプレグの最外周を前記金属管の内周面に張り付けて一体化し、
その後、常温まで冷却して前記芯棒を収縮させ、前記芯棒を前記金属管から抜き取って製造した金属/FRPパイプの前記金属管から構成される金属層の残留応力を除去する方法であって、
前記金属/FRPパイプの全体に対して、所定のひずみ値になるまで引っ張り荷重を加え、次いで、除荷ことを特徴とする金属/FRPパイプの熱残留応力除去方法。 Insert a core rod with FRP prepreg impregnated with thermosetting resin on the outer periphery into the inside of the metal tube,
Heating until the FRP prepreg is softened to expand the core rod, pressing the outermost periphery of the FRP prepreg against the inner peripheral surface of the metal tube,
Further, the heating temperature is raised to cure the FRP prepreg, and the outermost periphery of the FRP prepreg is attached to the inner peripheral surface of the metal tube to be integrated,
Thereafter, the core rod is contracted by cooling to room temperature, and the residual stress of the metal layer composed of the metal tube of the metal / FRP pipe manufactured by extracting the core rod from the metal tube is removed. ,
A method of removing thermal residual stress from a metal / FRP pipe, wherein a tensile load is applied to the entire metal / FRP pipe until a predetermined strain value is reached, and then the load is unloaded.
前記金属/FRPパイプの両端の開口部をそれぞれチャックで掴んで前記金属/FRPパイプを軸方向に引き伸ばすものであり、
当該チャックは、それぞれ、前記金属/FRPパイプの開口部が装入されるチャック開口部を備えている筒状で、中心部に内側押圧部を有し、当該内側押圧部を中心にして径方向外側に向かって、当該内側押圧部の外周側に内側挟持部、当該内側挟持部の外周側に外側挟持部、当該外側挟持部の外周側に外側押圧部を備えていて、
前記内側押圧部は、前記チャック開口部側に向かうにつれて拡径し、中心軸が延びる方向において、前記チャック開口部側に向かう方向に前進および、前記チャック開口部側から離れる方向に後退可能で、
前記内側挟持部は、前記金属/FRPパイプの内周壁に対応する形状の外周壁を備えていて、当該外周壁の周長が大きくなる方向及び小さくなる方向に拡径及び縮径可能であると共に、軸方向に延びる分割溝によって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の内側挟持片に分割されており、
前記外側挟持部は前記内側挟持部との間に径方向に所定の間隔を有する隙間を介して配置され、前記金属/FRPパイプの外周壁に対応する形状の内周壁を備えていて、当該内周壁の周長が小さくなる方向及び大きくなる方向に縮径及び拡径可能であると共に、軸方向に延びる分割溝によって、円周方向において所定の間隔をあけて複数の外側挟持片に分割されており、当該外側挟持片の内周壁に掛止部を有し、
前記外側押圧部は、前記チャック開口部側に向かうにつれて縮径する内周壁を備えており、中心軸が延びる方向において、前記チャック開口部側に向かう方向に前進および、前記チャック開口部側から離れる方向に後退可能で、
前記金属/FRPパイプの両端開口部の周壁が前記内側挟持部と前記外側挟持部との間に存在する径方向の隙間に挿入されるように前記金属/FRPパイプの両端開口部にそれぞれ前記チャック開口部を装着した後、
前記内側押圧部を後退させることによって前記内側挟持部の各内側挟持片を拡径方向に移動させて内側挟持片の外周壁を前記金属/FRPパイプの内周壁に当接させ、
前記外側押圧部を後退させることによって前記外側挟持部の各外側挟持片を縮径方向に移動させて外側挟持片の内周壁に配備されている掛止部を前記金属/FRPパイプの外周壁に掛止させつつ前記金属/FRPパイプの外周壁を軸方向で外側に向かって引き伸ばす
ことにより、金属/FRPパイプの全体を軸方向に延びるように引っ張るものであることを特徴とする請求項5記載の金属/FRPパイプの
熱残留応力除去方法。 The step of applying a tensile load until a predetermined strain value is obtained with respect to the entire metal / FRP pipe,
The opening of both ends of the metal / FRP pipe is gripped by chucks, and the metal / FRP pipe is stretched in the axial direction.
Each of the chucks has a cylindrical shape having a chuck opening into which the opening of the metal / FRP pipe is inserted, has an inner pressing portion at the center, and is radially oriented around the inner pressing portion. Toward the outside, the inner pressing part on the outer peripheral side of the inner pressing part, the outer clamping part on the outer peripheral side of the inner clamping part, and the outer pressing part on the outer peripheral side of the outer clamping part,
The inner pressing portion increases in diameter toward the chuck opening side, and can advance in the direction toward the chuck opening side and retreat in the direction away from the chuck opening side in the direction in which the central axis extends.
The inner clamping portion includes an outer peripheral wall having a shape corresponding to the inner peripheral wall of the metal / FRP pipe, and can be expanded and contracted in a direction in which the peripheral length of the outer peripheral wall increases and decreases. The axially divided grooves are divided into a plurality of inner clamping pieces at predetermined intervals in the circumferential direction,
The outer holding portion is disposed through a gap having a predetermined gap in the radial direction between the outer holding portion and an inner peripheral wall having a shape corresponding to the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe. The peripheral wall can be reduced in diameter and increased in the direction in which the peripheral length becomes smaller and larger, and is divided into a plurality of outer clamping pieces at predetermined intervals in the circumferential direction by dividing grooves extending in the axial direction. And has a latching portion on the inner peripheral wall of the outer clamping piece,
The outer pressing portion includes an inner peripheral wall that decreases in diameter toward the chuck opening, moves forward in the direction toward the chuck opening, and moves away from the chuck opening in the direction in which the central axis extends. Reversible in the direction,
The chucks are respectively provided at both end openings of the metal / FRP pipe so that peripheral walls of both end openings of the metal / FRP pipe are inserted into radial gaps existing between the inner sandwiching portion and the outer sandwiching portion. After installing the opening,
Retreating the inner pressing part to move each inner clamping piece of the inner clamping part in the diameter increasing direction to bring the outer peripheral wall of the inner clamping piece into contact with the inner peripheral wall of the metal / FRP pipe;
By retracting the outer pressing portion, each outer clamping piece of the outer clamping portion is moved in the diameter reducing direction so that a latching portion provided on the inner peripheral wall of the outer clamping piece is provided on the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe. 6. The metal / FRP pipe is pulled so as to extend in the axial direction by extending the outer peripheral wall of the metal / FRP pipe in the axial direction outward while being hooked. For removing residual thermal stress from metal / FRP pipes.
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