JPH04301433A - 繊維強化樹脂製ｔ字管継手の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、繊維強化樹脂製Ｔ字
管継手の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化樹脂製管体を製造するのにフィ
ラメントワインディング法（ＦＷ法）が用いられること
はよく知られている。管体が直管状であればＦＷ法を適
用するのは比較的容易であるが、チーズ型管継手のよう
に直管状でない管体をＦＷ法により製造する場合、特に
枝管部に樹脂含浸強化繊維を均一に巻き付けるのは難し
い。

【０００３】そこで、枝管部に精度良く繊維を巻くこと
ができるＦＷ法として、例えば、特開平１−２００９４
１号公報には、基準面内に、主管部と枝管部とからなる
Ｔ字状マンドレルを主管部軸を中心として回転させる軸
芯を設定し、上記Ｔ字状マンドレルをその主管部軸を上
記基準面内の回転軸芯に位置させて配設し、上記マンド
レルの主管部及び枝管部のそれぞれの軸を中心とする円
筒面で、該主管部及び枝管部をそれぞれ内含するものか
らなる閉曲面を設定し、上記マンドレル上に繊維が滑る
ことなく張力をかけて巻ける巻き線を求めると共に、こ
の巻き線を予め多数に分割しておき、巻かれる繊維の上
記巻線上の１分割点における巻線が上記閉曲面と交わる
点の上記基準面を含む直交座標系におけるこの点の位置
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を求めて、ここにフィードアイを
位置させ、次に、上記巻線上の次の分割点における接線
が上記閉曲面と交わる点の座標（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を
上記基準面を任意の角度（θ）回転させた新基準面を含
む直交座標系上で求め、マンドレルを上記角度（θ）回
転させると共に、フィードアイを上記座標（Ｘ２，Ｙ２
，Ｚ２）に移動させて繊維を巻く操作を行い、ついで次
の分割点について上記操作を繰返すことにより、ＦＲＰ
製積層Ｔ字管を成形する方法が記載されている。

【０００４】つまり、Ｔ字状マンドレルの回転と、フィ
ードアイの三次元的移動により、繊維をマンドレルに巻
く操作を行って、ＦＲＰ製積層Ｔ字管を製造する方法が
提案されている。この方法によれば、マンドレルの回転
角とフィードアイの三次元的移動の動きの運び方に自由
度があるので、誤差の出やすい枝管部において精度良く
繊維を巻くことができるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法に用
いられる装置は、フィードアイに三次元的移動機能を持
たせたり、また、マンドレルの回転及びフィードアイの
三次元的動きをコンピータ制御するための付帯設備等を
必要とするので、高級機となり高価なものとなる。

【０００６】一方、樹脂含浸強化繊維（以下、単に繊維
という場合がある）を効率的にマンドレルに巻き付ける
ためには、多数本のロービングをテープ状に引き揃えて
巻き付けるのがよい。

【０００７】しかし、上記のフィードアイの三次元的移
動による巻付けでは、テープ状に引き揃えられて繰り出
される繊維は、枝管部に巻き付ける際、フィードアイの
繰り出し口で曲げられることになる。それ故、テープ状
に引き揃えられた繊維はその曲げ角度に応じてテープ幅
が狭くなったり、捩れてひも状化し易い。従って、枝管
部に巻かれた繊維層は、繊維の巻き密度が増えるところ
や、逆に巻き密度が少ないところが出たりして、均一厚
さに繊維を巻き付けることができないという問題が依然
として残っていた。

【０００８】この発明は、繊維強化樹脂製Ｔ字管継手を
製造するにあたり、上記のような高級機を効率的に利用
すること、及びマンドレルに巻き付ける繊維の捩れ等を
なくすことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の繊維強化樹脂
製Ｔ字管継手の製造方法は、主管部と枝管部からなるＴ
字状マンドレルに樹脂含浸強化繊維を巻き付けて樹脂を
硬化させて繊維強化樹脂層を形成した後、マンドレルを
脱型して繊維強化樹脂製Ｔ字管継手を製造する方法であ
って、前記マンドレルを、予め製作された管接続部を有
する繊維強化樹脂製短管をＴ字状基体の端部に離脱可能
に装着することにより構成し、該マンドレルを主管部を
回転軸として回転させ、少なくともマンドレルの回転軸
を含む水平面上で回動する機能と樹脂含浸強化繊維の繰
り出し方向を回転軸として回転する機能とを有するフィ
ードアイにより、樹脂含浸強化繊維を前記回転するマン
ドレルに巻き付けて繊維強化樹脂層を形成することによ
り、該繊維強化樹脂層を前記繊維強化樹脂製短管と一体
化することを特徴としている。

【００１０】この発明において、使用される繊維として
は特に限定されるものでないが、ガラス繊維、炭素繊維
等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチレンテ
レフタレート繊維（ＰＥＴ繊維）等の有機繊維があげら
れ、これらの繊維からなるロービング、クロステープ（
ロービング繊維を、例えば井桁状に織ったもので織り方
や幅は特に限定されない）が好適に用いられる。そして
、この繊維に含浸される樹脂としては、不飽和ポリエス
テル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が好適に使用
される。

【００１１】この発明におけるフィードアイは、少なく
とも上記した回動機能と回転機能を有するものであるが
、これらの機能に加え、前記従来技術のように三次元的
移動機能を持っていても差し支えない。むしろそのよう
な機能を有していた方が好ましい。なお、これらの機能
の作動については、全ての機能が同時に作動する必要は
ない。繊維のマンドレルへの巻付け位置に対応してこれ
らの機能の幾つかが連動して作動すればよい。具体的に
は図３を参照して後述する。

【００１２】この発明において、管接続部を有する繊維
強化樹脂製短管を製造する方法は特に限定されない。例
えば、ハンドレイアップ成形法、通常のＦＷ法等により
製造すればよい。そして、繊維強化樹脂製短管の形状、
構造及びその管接続部の形状、構造については、Ｔ字状
基体に装着したとき、Ｔ字状マンドレルとしての機能を
損なうものでない限り特に限定されない。

【００１３】更に、この発明を図面を参照しながら具体
的に説明する。図１は、この発明をその工程順に示す説
明図であり、管接続部を有する繊維強化樹脂製短管を製
造する工程　（ａ）、上記繊維強化樹脂製短管をＴ字状
基体に装着することによりＴ字状マンドレルを組立てる
工程　（ｂ）、Ｔ字状マンドレルに樹脂含浸強化繊維を
巻き付ける工程　（ｃ）、マンドレルに巻き付けた樹脂
含浸強化繊維層を加熱硬化させる工程　（ｄ）、マンド
レルを脱型する工程　（ｅ）を示している。図２は上記
工程　（ｃ）におけるＴ字状マンドレル及びフィードア
イの作動を説明する斜視図である。

【００１４】これらの図において、１は繊維強化樹脂製
短管の製造装置、１４は管接続部を有する繊維強化樹脂
製短管、２はＴ字状マンドレル２１に樹脂含浸強化繊維
２４を巻き付ける装置、２２はフィードアイ、２３は樹
脂含浸装置、３は加熱装置である。

【００１５】先ず、工程　（ａ）において、管接続部を
有する繊維強化樹脂製短管１４を製造する。すなわち、
フィードアイ１２を用い、複数本のガラスロービングに
熱硬化性樹脂液を含浸させた樹脂含浸強化繊維１３を直
管状のマンドレル１１に巻き付けて樹脂含浸強化繊維層
を形成し、樹脂を硬化した後脱型することにより、繊維
強化樹脂製短管１４を得る。上記マンドレル１１の外面
形状は、得ようとする管接続部の内面形状に一致したも
のであり、繊維強化樹脂製短管１４は管接続部を有して
いる。

【００１６】この製造方法は、従来のＦＷ法と特に相違
するところがなく、通常はマンドレル１１をその軸を回
転軸として回転させる作動と、フィードアイ１２をマン
ドレル１１の軸に沿って往復移動させる作動とにより樹
脂含浸強化繊維１３を直管状のマンドレル１１に巻き付
けている。なお、繊維強化樹脂製短管１４は、ＦＷ法に
よらずハンドレイアップ法等により製造してもよい。ま
た、短管繊製造に用いられる樹脂としては熱硬化性樹脂
の他に光硬化性樹脂があげられる。

【００１７】このようにして製造した繊維強化樹脂製短
管１４をＴ字状基体の主管部２１１と枝管部２１２の端
部に離脱可能に装着し、Ｔ字状マンドレル２１を組み立
てる（ｂ）。

【００１８】このマンドレル２１を図示していないマン
ドレル回転装置に取付け、マンドレル２１の主管部の軸
を回転軸として回転させる。また、フィードアイ２２は
、図２に示すとおり、マンドレル２１の軸に沿うＸ軸方
向の移動作動、マンドレル２１に近接離反するＺ軸方向
の移動作動及び上下方向のＹ軸方向の移動作動の三次元
的移動と、Ｖで示される回動作動及びＵで示される回転
作動が可能とされている。樹脂含浸強化繊維２４は多数
のガラスロービングを引き揃えたものを樹脂含浸装置２
３を通すことにより形成され、フィードアイ２２より繰
り出し、回転するマンドレル２１に巻き付けて樹脂含浸
強化繊維層を形成する（ｃ）。

【００１９】この場合のフィードアイ２２の作動を、図
２及びマンドレル２１を模式的に示した図３を参照して
、さらに説明すると次のとおりである。なお、便宜上、
マンドレルの主管部及び枝管部はＴ字状基体の主管部、
枝管部と同一の符号（それぞれ２１１、２１２）を用い
ることとする。

【００２０】先ず、図３　（ａ）に示すとおり、マンド
レル２１の主管部２１１へ繊維２４を巻付ける場合には
、フィードアイ２２を、マンドレル２１の回転軸の軸方
向に沿うＸ軸方向の移動作動と、Ｖで示される回動作動
とによって操作する。このフィードアイ２２の回動作動
は、特に繊維を複数本幅方向に揃えてテープ状にして巻
く場合やクロスロービングを巻く場合には、引き揃えた
繊維２４やクロスロービングの繰り出し方向を適宜角度
にすることによりその幅を維持することができる。

【００２１】次に、図３　（ｂ）で示すとおり、繊維２
４が主管部２１１から枝管部２１２に移り始める時には
、フィードアイ２２は、上記Ｘ軸方向の移動作動と、マ
ンドレル２１の回転軸を含む水平面上でマンドレル２１
に近接離反するＺ方向の移動作動、及び繊維２４の繰り
出し方向を回転軸とする回転作動によって操作される。 ここで、Ｕで示される回転作動により繊維２４の捩じれ
が防止される。

【００２２】その後、枝管部へ繊維を巻付ける場合には
、上記の三つの作動に加え、回動作動及びＹ方向の上下
移動作動が付加される。すなわち、フィードアイ２２の
五つの作動全てを作動させることになる（図３（ｃ））
。

【００２３】これらの操作を順次行うことにより、マン
ドレル２１上に所定の厚さの樹脂含浸強化繊維層が形成
される。続いて、マンドレル２１の外周面に形成された
樹脂含浸強化繊維層をマンドレルと共に加熱炉に運び、
ヒーター３により加熱硬化させる　（ｄ）。

【００２４】硬化後、先ずそれぞれの短管１４を抜去し
た後、マンドレル２１の枝管部２１２及び主管部２１１
をこの順に脱型し、繊維強化樹脂製Ｔ字管継手４を得る
。なお、上記工程　（ｃ）における操作をプログラム化
し、フィードアイ２２の作動及びマンドレル２１の回転
作動をコンピューター制御するようにすれば高精度化、
効率化されるので好ましい。

【００２５】

【作用】以上のとおり、この発明においては、管接続部
を有する繊維強化樹脂製短管を予め作り、これをＴ字状
基体に離脱可能に装着してＴ字状マンドレルとし、これ
に樹脂含浸強化繊維を巻き付けて繊維強化樹脂層を形成
するものである。従って、樹脂含浸強化繊維の巻付け部
分は、主としてＴ字状マンドレルの主として枝管部と主
管部との合流部だけとなり、管接続部を有する繊維強化
樹脂製短管の部分に対しては補助的な巻付けだけでよく
、樹脂含浸強化繊維の巻き付け作業量が逓減する。

【００２６】また、Ｔ字状マンドレルに樹脂含浸強化繊
維を巻き付けるにあたって、フィードアイを回動させる
ことにより、フィードアイの向きを樹脂含浸強化繊維の
送り出す方向に揃えることができ、複数本のテープ状に
引き揃えた繊維の幅やクロスロービングの幅を狭めるこ
となく、マンドレルに巻付けることができる。そして、
フィードアイを回転させることにより、マンドレルに巻
き付ける際の樹脂含浸強化繊維の捩れが防止される。

【００２７】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。先ず、
図１　（ａ）に示すとおり、管接続部を有する繊維強化
樹脂製短管１４を通常のＦＷ法により製造した。このと
きの強化繊維はガラス繊維ロービング（番手２２２０ｇ
／ｋｍ）であり、樹脂液としては、ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂（ＬＹ−５５６：日本チバガイギー社製）
と脂環式酸無水物系硬化剤（ＨＹ−９１７：日本チバガ
イギー社製）と硬化促進剤（ＤＹ−０７０：日本チバガ
イギー社製）からなるものを使用した。

【００２８】この短管１４の厚みは５ｍｍ、内径１６５
ｍｍ、長さ３００ｍｍであって、管接続部内面にシール
用ゴムリングが装着できる溝を有するものであった。次
に、この短管１４を、Ｔ字状基体の主管部２１１、枝管
部２１２の端部のそれぞれに離脱可能に取付けてマンド
レル２１を組み立てた。このマンドレル２１において、
主管部分の長さは７００ｍｍ、内径は１６６ｍｍであっ
た。

【００２９】次に、図１　（ｃ）に示す装置２を使用し
、ガラス繊維ロービング（番手２２２０ｇ／ｋｍ）の１
０本を引き揃え、これを樹脂含浸槽２３を通して樹脂含
浸繊維２４とした。樹脂含浸槽２３中の樹脂液は、上記
短管１４を製造する際の樹脂液と同じものを使用した。

【００３０】この樹脂含浸繊維２４を、既に説明したと
おりのフィードアイ２２の作動によりマンドレル２１に
巻付け、主として主管部分と枝管部分との合流部分に厚
さ１０ｍｍとなるようにヘリカル状に巻き付けて積層し
、これを硬化炉で１３０℃、２時間加熱硬化させて短管
１４と一体化した後、Ｔ字状基体の枝管部２１２及び主
管部２１１をこの順に抜去してチーズ型管継手を得た。

【００３１】この工程における樹脂含浸繊維２４の巻き
付けに要した時間は、繊維強化樹脂製短管１４を使用し
ない場合に比べて約１／２と短縮された。また、得られ
たチーズ型管継手の主管部分及び枝管部分の厚みが５．
５±１ｍｍ、主管部分と枝管部分との合流部分の厚みが
１１．５±１ｍｍであり、４０ｋｇ／ｃｍ２　の水圧で
破壊せず十分な強度を持つものであった。

【００３２】

【発明の効果】以上のとおり、予め製造する繊維強化樹
脂製短管は、管接続部の形状、構造に見合った製造方法
や安価な装置を採用できる。また、Ｔ字状マンドレルに
樹脂含浸強化繊維を巻き付けるにあたっては、Ｔ字状マ
ンドレルの主として枝管部と直管部との合流部だけで済
み、樹脂含浸強化繊維の巻き付け作業量が逓減し、高級
機の稼働時間を短縮できる。従って、総合的にみて生産
性が向上し、製造コストを低下することが可能となる。

【００３３】更に、フィードアイの回動機能と回転機能
により樹脂含浸強化繊維の幅が狭まったり、捩れたりす
ることなく、マンドレルに巻付けることができる。従っ
て、樹脂含浸強化繊維はマンドレルに均一に積層される
ようになり、高強度の繊維強化樹脂製Ｔ字管継手を製造
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の繊維強化樹脂製Ｔ字管継手の製造方
法を工程順に示す説明図である。

【図２】図１の要部の作動を説明する斜視図である。

【図３】樹脂含浸強化繊維をＴ字状マンドレルに巻く場
合を模式的に示す説明図である。

【符号の説明】

１１　　直管状マンドレル １４　　繊維強化樹脂製短管 ２１　　Ｔ字状マンドレル ２１１　　主管部 ２１２　　枝管部 ２２　　フィードアイ ２３　　樹脂含浸装置 ２４　　樹脂含浸強化繊維 ３　　　　ヒーター ４　　　　繊維強化樹脂製Ｔ字管継手

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主管部と枝管部からなるＴ字状マンド
   レルに樹脂含浸強化繊維を巻き付け、樹脂を硬化させて
   繊維強化樹脂層を形成した後、マンドレルを脱型して繊
   維強化樹脂製Ｔ字管継手を製造する方法であって、前記
   マンドレルを、予め製作された管接続部を有する繊維強
   化樹脂製短管をＴ字状基体の端部に離脱可能に装着する
   ことにより構成し、該マンドレルを主管部を回転軸とし
   て回転させ、少なくともマンドレルの回転軸を含む水平
   面上で回動する機能と樹脂含浸強化繊維の繰り出し方向
   を回転軸として回転する機能とを有するフィードアイに
   より、樹脂含浸強化繊維を前記回転するマンドレルに巻
   き付けて繊維強化樹脂層を形成することにより、該繊維
   強化樹脂層を前記繊維強化樹脂製短管と一体化すること
   を特徴とする繊維強化樹脂製Ｔ字管継手の製造方法。