JP7290794B2 - 管体中間体及び管体製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の管体製造方法は、繊維体を、マンドレルの外周面に対して当該マンドレルの軸線方向に伸びるように配置する配置ステップと、第一の固定部材を、前記マンドレルの外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に1周以上で、かつ、当該マンドレルの軸線方向に沿って巻回する固定ステップと、前記マンドレルの外周面上において、前記繊維体を内包するように樹脂を管状に成形する成形ステップと、を含み、前記成形ステップの前に、前記配置ステップ及び前記固定ステップを複数回繰り返すことによって、前記繊維体及び前記第一の固定部材によって構成される繊維層を前記マンドレルの径方向に重ねて配置されるように複数形成し、少なくとも、下層に該当する前記繊維層における前記第一の固定部材と、前記下層の上層に該当する前記繊維層における前記繊維体とは、径方向において重ねられており、複数回の前記固定ステップにおいて、複数の前記繊維層にそれぞれ設けられる前記第一の固定部材を、前記マンドレルの軸線方向において互いに異なる位相で設けることを特徴とする。
図1に示す管体中間体10Aは、マンドレル1(図2参照)の外周面に炭素繊維層を設けることによって形成される。図2に示すように、マンドレル1は、円筒形状を呈する金属製部材である。
図1に示すように、本発明の第一の実施形態に係る管体中間体10Aは、後記する管体20A(図6参照)を製造する途中段階で形成される、複数の炭素繊維層が積層された円筒状の部材である。管体中間体10Aは、径方向内側(マンドレル1側)から順に、第一の炭素繊維層11(図2参照)と、第二の炭素繊維層12(図3参照)と、第三の炭素繊維層13(図4参照)と、を備える。第一の炭素繊維層11、第二の炭素繊維層12及び第三の炭素繊維層13は、後記する管体20における樹脂21に内包されて当該樹脂21を強化する強化繊維の層である。また、管体中間体10Aは、第三の炭素繊維層13において炭素繊維13aを固定するための部材として、第一の固定部材13bを備える。なお、図2~図4において、各炭素繊維層11,12,13は、一部のみが図示されている。
図2に示すように、第一の炭素繊維層11は、マンドレル1の外周面に対して、当該マンドレル1を被覆するように設けられる複数の炭素繊維11aによって構成されている。第一の炭素繊維層11における炭素繊維11aは、マンドレル1の軸線方向に対して45°傾斜するように1周以上巻回され、マンドレル1の軸線方向に対して螺旋状に伸びるように設けられている。すなわち、マンドレル1の軸線Xに対する炭素繊維11aの配向角度θは、45°である。
図3に示すように、第二の炭素繊維層12は、第一の炭素繊維層11の径方向外側に設けられており、第一の炭素繊維層11を被覆するように設けられる複数の炭素繊維12aによって構成されている。第二の炭素繊維層12における炭素繊維12aは、マンドレル1の軸線方向に対して-45°傾斜するように1周以上巻回され、マンドレル1の軸線方向に対して螺旋状に伸びるように設けられている。すなわち、マンドレル1の軸線Xに対する炭素繊維12aの配向角度θは、-45°である。
図4に示すように、第三の炭素繊維層13は、第二の炭素繊維層12の径方向外側に設けられており、第二の炭素繊維層12を被覆するように設けられる複数の炭素繊維13aと、第一の固定部材13bと、によって構成されている。第三の炭素繊維層13における炭素繊維13aは、マンドレル1の軸線方向に対して平行に伸びるように設けられている。すなわち、マンドレル1の軸線Xに対する炭素繊維13aの配向角度θは、0°である。また、炭素繊維13aの長さは、マンドレル1のうち、各炭素繊維層11~13が設けられる領域の軸線方向寸法Lと等しい。なお、マンドレル1の両端部は、各装置等によって把持される部位であるため、各炭素繊維層11~14は設けられない。
図1に示すように、第一の固定部材13bは、第三の炭素繊維層13aをマンドレル1の外周面に固定するための部材である。第一の固定部材13bは、糸状、帯状等の可撓性を有する樹脂製部材である。第一の固定部材13bは、後記する樹脂21と同一材料によって形成されていてもよく、成形装置(金型)2及び/又は樹脂21の熱によって溶融して樹脂21内に混ざる材料によって形成されていてもよい。第一の固定部材13bは、マンドレル1の軸線方向に対して傾斜するように1周以上巻回され、マンドレル1の軸線方向に螺旋状に伸びるように設けられている。
続いて、第一の実施形態に係る管体中間体10Aを経由する管体20A(図6参照)の製造方法について、図7のフローチャートを用いて説明する。
また、本発明の第一の実施形態に係る管体製造方法は、繊維体(炭素繊維13a)を、マンドレル1の外周面に対して当該マンドレル1の軸線方向に伸びるように配置する配置ステップと、前記繊維体を前記マンドレル1の外周面に対して固定する第一の固定部材14を、前記マンドレル1の外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に1周以上で、かつ、当該マンドレル1の軸線方向に沿って巻回する固定ステップと、前記マンドレル1の外周面上において、樹脂21を前記繊維体に含浸させ、含浸した前記樹脂21を加熱することによって成形する成形ステップと、を含む。
かかる構成によると、製造コストを抑えつつ、繊維体の配向角度θが小さい場合でも繊維のずれを抑えることができる。
続いて、本発明の第二の実施形態に係る管体中間体及び管体製造方法について、第一の実施形態との相違点を中心に説明する。
第四の炭素繊維層14は、第三の炭素繊維層13の径方向外側に設けられており、第三の炭素繊維層13を被覆するように設けられる複数の炭素繊維14aと、第一の固定部材14bと、によって構成されている。第四の炭素繊維層14における炭素繊維14aは、マンドレル1の軸線方向に対して平行に伸びるように設けられている。すなわち、マンドレル1の軸線Xに対する炭素繊維14aの配向角度θは、0°である。また、炭素繊維14aの長さは、マンドレル1のうち、各炭素繊維層11~14が設けられる領域の軸線方向寸法Lと等しい。
第一の固定部材14bは、第四の炭素繊維層14aをマンドレル1の外周面に固定するための部材である。第一の固定部材14bは、糸状、帯状等の可撓性を有する樹脂製部材である。第一の固定部材14bは、後記する樹脂21と同一材料によって形成されていてもよく、成形装置(金型)2及び/又は樹脂21の熱によって溶融して樹脂21内に混ざる材料によって形成されていてもよい。第一の固定部材14bは、マンドレル1の軸線方向に対して傾斜するように1周以上巻回され、マンドレル1の軸線方向に螺旋状に伸びるように設けられている。第一の固定部材14bは、第一の固定部材13bとマンドレル1の軸線方向において異なる位相で、かつ、互いに平行に設けられている。換言すると、第一の固定部材14b及び第一の固定部材13bは、マンドレル1の径方向において互いに重ならないように設けられている。
続いて、第二の実施形態に係る管体中間体10Bを経由する管体20B(図12参照)の製造方法について、図10のフローチャートを用いて説明する。
また、本発明の第二の実施形態に係る管体製造方法では、前記成形ステップの前に、前記配置ステップ及び前記固定ステップを複数回繰り返すことによって、前記繊維体及び前記第一の固定部材によって構成される繊維層を前記マンドレル1の径方向に重ねて配置されるように複数形成し、少なくとも、下層に該当する前記繊維層における前記第一の固定部材13bと、前記下層の上層に該当する前記繊維層における前記繊維体(炭素繊維14a)とは、径方向において重ねられており、複数回の前記固定ステップにおいて、複数の前記繊維層にそれぞれ設けられる前記第一の固定部材13b,14bを、前記マンドレル1の軸線方向において互いに異なる位相で設ける。
かかる構成によると、繊維体の配向角度θが小さい場合でも繊維体のずれをより好適に抑えることができる。また、第一の固定部材13b,14bが同位相で径方向において互いに重なるように設けられている場合と比較して、管体中間体10bの厚みを抑制するとともに、局所的な応力集中を抑制することができる。
続いて、本発明の第三の実施形態に係る管体中間体及び管体製造方法について、第二の実施形態との相違点を中心に説明する。
第二の固定部材15は、第三の炭素繊維層13の端部をマンドレル1における軸線方向端部の外周面に固定するための部材である。第二の固定部材15は、帯状の可撓性を有する樹脂製部材であり、一面(径方向内面)側に粘着部を有する。第二の固定部材15は、環状に巻回されている。第二の固定部材15は、第一の固定部材14と同様に、樹脂21と同一材料によって形成されていてもよく、成形装置(金型)2及び/又は樹脂21の熱によって溶融して樹脂21内に混ざる材料によって形成されていてもよい。
続いて、第三の実施形態に係る管体中間体10Cを経由する管体の製造方法について、図14のフローチャートを用いて説明する。
また、本発明の第三の実施形態に係る管体製造方法では、前記固定ステップにおいて、第二の固定部材15によって、前記繊維体の両端部を前記マンドレル1の外周面に対して固定する。
かかる構成によると、繊維体の配向角度θが小さい場合でも繊維体のずれをより好適に抑えることができる。
10A,10B,10C 管体中間体
13a,14a 炭素繊維(繊維体)
13b,14b 第一の固定部材
15 第二の固定部材
20A,20B 管体
21 樹脂
Claims (6)
- マンドレルの外周面に対して当該マンドレルの軸線方向に伸びるように配置される繊維体と、
前記マンドレルの外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に1周以上で、かつ、当該マンドレルの軸線方向に沿って巻回される第一の固定部材と、
を備え、
前記繊維体及び前記第一の固定部材によって構成される繊維層を複数有し、
複数の前記繊維層は、前記マンドレルの径方向に重ねて配置されており、
少なくとも、下層に該当する前記繊維層における前記第一の固定部材と、前記下層の上層に該当する前記繊維層における前記繊維体とは、径方向において重ねられており、
複数の前記繊維層にそれぞれ設けられる前記第一の固定部材は、前記マンドレルの軸線方向において互いに異なる位相で設けられている
ことを特徴とする管体中間体。 - 前記繊維体の両端部を前記マンドレルの外周面に対して固定する第二の固定部材を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の管体中間体。 - マンドレルの外周面に対して当該マンドレルの軸線方向に伸びるように配置される繊維体と、
前記マンドレルの外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に1周以上で、かつ、当該マンドレルの軸線方向に沿って巻回される第一の固定部材と、
前記繊維体の両端部を前記マンドレルの外周面に対して固定する第二の固定部材と、
を備えることを特徴とする管体中間体。 - 繊維体を、マンドレルの外周面に対して当該マンドレルの軸線方向に伸びるように配置する配置ステップと、
前記繊維体を前記マンドレルの外周面に対して固定する第一の固定部材を、前記マンドレルの外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に1周以上で、かつ、当該マンドレルの軸線方向に沿って巻回する固定ステップと、
前記マンドレルの外周面上において、樹脂を前記繊維体に含浸させ、含浸した前記樹脂を加熱することによって成形する成形ステップと、
を含み、
前記成形ステップの前に、前記配置ステップ及び前記固定ステップを複数回繰り返すことによって、前記繊維体及び前記第一の固定部材によって構成される繊維層を前記マンドレルの径方向に重ねて配置されるように複数形成し、
少なくとも、下層に該当する前記繊維層における前記第一の固定部材と、前記下層の上層に該当する前記繊維層における前記繊維体とは、径方向において重ねられており、
複数回の前記固定ステップにおいて、複数の前記繊維層にそれぞれ設けられる前記第一の固定部材を、前記マンドレルの軸線方向において互いに異なる位相で設ける
ことを特徴とする管体製造方法。 - 前記固定ステップにおいて、第二の固定部材によって、前記繊維体の両端部を前記マンドレルの外周面に対して固定する
ことを特徴とする請求項4に記載の管体製造方法。 - 繊維体を、マンドレルの外周面に対して当該マンドレルの軸線方向に伸びるように配置する配置ステップと、
前記繊維体を前記マンドレルの外周面に対して固定する第一の固定部材を、前記マンドレルの外周面に対して、前記繊維体の上から周方向に1周以上で、かつ、当該マンドレルの軸線方向に沿って巻回する固定ステップと、
前記マンドレルの外周面上において、樹脂を前記繊維体に含浸させ、含浸した前記樹脂を加熱することによって成形する成形ステップと、
を含み、
前記固定ステップにおいて、第二の固定部材によって、前記繊維体の両端部を前記マンドレルの外周面に対して固定する
ことを特徴とする管体製造方法。
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