JPH06293092A

JPH06293092A - 二重壁複合材料チューブ構造、その製作方法及び装置

Info

Publication number: JPH06293092A
Application number: JP5036559A
Authority: JP
Inventors: Ii Kenpen Chiyaarusu; チャールス・イー・ケンペン
Original assignee: Daydo Co Ltd
Current assignee: Daydo Co Ltd
Priority date: 1992-02-26
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 1994-10-21
Also published as: BR9304374A; NO933835D0; EP0585465A4; CA2109300A1; AU6062996A; AU671619B2; EP0585465A1; NO933835L; CN1104310A; FI934703A; AU6063096A; WO1993017267A1; FI934703A0; AU3575393A; CN1071875C; MX9301092A; US5222769A

Abstract

(57)【要約】【目的】二次的封止能力を有し、製作・施工の容易な
チューブ構造と結合構造物およびその製造方法ならびに
製造装置を提供しようとするものである。【構成】本発明のチューブ構造は、二重壁複合材料パ
イプは不透過性の内壁と外壁とを隔てる透過性の環状構
造を含み、透過性の環状構造は、その内部に、内壁を通
して漏洩する流体の流速および圧力を減らすように、流
体の漏洩を抑止する微小な亀裂を有し、内部の流体の圧
力およびパイプ使用時の荷重負荷応力に対して抵抗し、
内壁及び外壁は永久的に不透過性を保ち、一方環状構造
は応力によって生じる寸法変化に耐えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、広くは、複合材料に
よるチューブ構造に係わるものであるが、その中でも特
に、パイプを流れる流体に対する二次的封止機能を備え
た二重壁複合材料チューブ構造、結合構造物、それらの
製作方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複合材料チューブの出現により、パイプ
を手早く結合し、永久的なシール性を得る機械的結合の
可能性が明らかにされ、多くの流体輸送の用途で溶接ス
チールパイプから置換されつつある。特に、水、オイ
ル、ガス、スラリーのような各種流体の輸送に最も信頼
性のおける経済的なシステムとして、パイプ技術者がも
はや溶接スチールパイプのみに頼る必要がない、と証明
されている。強度対重量比が高く、繰返し疲労および腐
食に対する長期的抵抗性があるなどの特徴に加えて、複
合材料パイプは内面が極めて平滑で、流体の流動抵抗が
少なく、ポンプ輸送のコストが低減するという効果があ
る。

【０００３】同じ長さのスチールパイプと複合材料パイ
プの経済性を比較するときに最も重要な視点は、長さ方
向に連なるパイプ同士をつなぎ、シールする方法および
その作業コストにある。スチールパイプは、ボルト結合
されたフランジやネジ結合でシールするよりも、溶接で
結合し、シールする方がより経済的である。他方、複合
材料パイプは、現地で行う接着工法よりも、機械的接ぎ
手を用いて結合・シールする方がより経済的である。複
合材料パイプの結合ならびに修理や取り替えのための分
解の迅速性および容易性が、多くの流体の輸送システム
における複合材料パイプの経済的有用性を著しく強めて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】合衆国環境保護局（Ｅ
ＰＡ，United States Environmental Protection Agenc
y ) のような連邦、州ならびに地方の多くの行政機関
は、今や、危険性を有する液体やガスの輸送パイプライ
ンにおける、流体の洩れに対し、二次的封止機能を保持
することを要求している。二次的封止機能具備の問題を
解決する在来の方法の１つは、不透過性の裏板を有する
溝の中にパイプラインを敷設することである。このタイ
プの漏洩のない溝は、施工費が高く、保守が困難で、パ
イプラインが河や湖を横切ったり、海底に敷設される時
には使用できない。

【０００５】二次的封止機能具備の問題を解決するもう
１つの在来の方法は、環状の空洞、あるいは、透過性の
環状構造によって半径方向に隔てられた不透過性の内壁
および外壁から成る二重壁パイプを用いることであ。流
体の洩れは、選ばれたパイプの計画された位置に洩れ検
出センサを置いて、継続的に監視する。このタイプの二
重壁パイプは、変動する流体圧および流速によってパイ
プに与えられる長さ方向および周方向の通常の応力に耐
えるように、設計される。しかしこのようなパイプは、
他のタイプの極端な圧力や、商業的に用いる時に加えら
れる曲げや圧縮荷重に、効果的に耐えることはできな
い。

【０００６】標準的二重壁パイプの外壁は内壁より直径
が大きいので、ある使用圧に対して、内側のパイプより
大きなたが応力（フープストレス）が加わる。従って工
業的に製造する時には、流体輸送の一次封止機構として
働く内壁以上の厚さに成形するのが普通である。あるパ
イプの応用においては、パイプ全体としての構造の一体
性を増強する目的で、内壁と外壁とは、波板、長さ方向
または周方向のリブあるいはスポーク、クリップ、ある
いは透過性の硬質フォーム材などのような構造要素で隔
てられている。

【０００７】例えばこのタイプの在来型の二重壁パイプ
は米国特許第３，７８４，４４１号明細書および米国特
許第４，７５８，０２４号明細書に開示されている。特
に、これらの明細書において開示されている二重壁複合
材料パイプは、リブで隔てられた不透過性の内壁および
外壁からなっている。このパイプの内壁および外壁を含
む、荷重負荷に耐える複合材料は不透過性の繊維強化熱
硬化性樹脂からなるのが普通である。

【０００８】在来の二重壁複合材料パイプの環状の間隙
領域は、パイプの内壁と外壁の中間にあり、本来二次的
封止機能を持つように設計される。この領域は、ある商
業的用途においては上記の構造要素を包んではいるが、
構成的には非構造要素である。特にパイプの内外壁の中
間の領域はシールされ、排出され、どちらかの壁から洩
れる液体で満たされるか、あるいは空気を満たした状態
で、洩れ検出センサーまたはプローブを内臓されてい
る。このような環状領域は、パイプの内外壁の製造とは
別個に製造されるため、通常は構成的に過度に複雑にな
り、製造、設置および運用の費用が高くなる。

【０００９】在来の二重壁複合材料パイプの結合部は、
普通、接着あるいはフランジのボルト締めで固定され
る。これらのタイプの結合はしばしば過度に人手に依存
することとなり、迅速且つ効率的な作業を妨げ、コスト
的にも実施を困難にする。このような在来の結合に用い
る部品を個々に製造する設備も複雑で高価格となりコス
ト高の原因となる。

【００１０】さらに、結合部の強度はパイプを構成する
マトリックス材料の層間せん断力あるいは引張り強度を
超えないという、主な理由で、標準的二重壁複合材料チ
ューブは、ＡＳＴＭＤ２９９２に規定されているよ
うに、１２，０００ｐｓｉ（８２．７ＭＰａ）より大き
な静水圧設計基準の強度を保持している。また、このタ
イプの在来のパイプは、長さ方向の歪みが相対的に大き
く、その結果、使用時の伸びが過大となる傾向がある。
パイプの伸びは座屈応力を生じる。この座屈応力に対抗
するためには、パイプを地中に埋設するか、特別に設計
したパイプ係止具を用いる必要がある。また、膨張ルー
プ（ Expansion loop ) や特別の補償装置は、パイプ材
の温度変化および／あるいは長さ方向の応力の変化に基
づくパイプの膨張を補償するために使用される。

【００１１】パイプの内壁同士を結合しシールするため
に用いられる結合構造は、同時に、隣接するパイプの外
壁をも結合し、シールする必要はない。そのため、パイ
プの構造的一体化の要求は低下する。さらに、不透過性
の内外壁の中間には透過性の対応力構造は有していな
い。また、破壊した内壁から洩れる流体の圧力および流
速は、通常、パイプの中で抑止されることはない。

【００１２】本発明は、上記の技術的問題点を解消し、
高度の構造的完全性、本来的な二次的封止能力および製
造と施工の迅速性と経済性を備えたチューブ構造を提供
しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のチューブ構造
は、繊維と繊維を浸し固相のマトリックスを形成する硬
化可能な接着材とよりなる層を含む多数層で構成されて
いる。この層の少なくとも１層は、破壊されたパイプの
壁から洩れる流体の流速と圧力を減らし、流体の洩れを
抑止する構造が採用されている。さらに、この層は、内
部の不透過層が破裂しないように、パイプ内の操作圧並
びに衝撃及び静水圧的衝撃荷重により生じる歪み速度の
大きい応力に耐え、またこれを吸収する構造が採用され
ている。

【００１４】本発明の具体例である好ましいチューブ構
造は、不透過性の第１層、第１層を囲む透過性の第２
層、第２層を囲む透過性の第３層、第３層を囲む不透過
性の第４層からなるものである。第１および第４層は、
好ましくは、繊維強化熱硬化性高分子の樹脂よりなるも
のである。第２層は、好ましくは、周方向に配向された
連続繊維強化材からなり、一方、第３層は、好ましく
は、周方向に配向された連続繊維強化材から成るもので
ある。第２および第３の各層の繊維強化材は、多数の微
小な亀裂を含むことにより、第２および第３層が透過性
の環状構造を形成するような脆いマトリックスに埋め込
まれていることが好ましい。本発明の他の態様として、
上記のチューブ構造の製造方法および製造装置について
説明する。

【００１５】

【実施例】

（チューブ構造の好ましい具体例）本発明の好ましい具
体例は、表１〜６に示す最大試験圧の８つの範疇の１つ
に入り、パイプ３０（図１）として示されている複合材
料二重壁チューブ構造よりなるものである。表１〜６
は、不透過性の内層あるいはライナー３８と、不透過性
の外層あるいはカバー３９との間の透過性の２層の環状
構造３１を含む管壁の総厚さが０．１５インチ（３．８
ｍｍ）から１．０インチ（２５ｍｍ）の範囲にある二重
壁チューブの管径に対する最大試験圧の推奨値の表であ
る。この最大試験圧は、周囲温度１５０°Ｆ（６５．６
℃）未満の水中に浸漬して最小２５年間の使用寿命を想
定した最大操作圧の少なくとも２倍として算出したもの
である。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【表３】

【００１９】

【表４】

【００２０】

【表５】

【００２１】

【表６】

【００２２】表７は、表１〜６に示す圧力の範疇に属す
る本発明のパイプの具体例を構成する４つの層の各々の
推奨厚さの表である。表１〜６に示す試験圧力は、円筒
形の結合スリーブ３３（図１３）内に保持された、円筒
半割り結合具３２の組立品の長さ方向の引張強度の合計
値に基づくものである。

【００２３】

【表７】

【００２４】結合スリーブ３３の中の半割り結合具の組
立品は、内圧を加えたパイプのフランジ７０に負荷され
る端末荷重に耐える。この使用圧は次式により計算され
る。Ｐ＝Ｌ／Ａここで、“Ｐ”はパイプが耐えるように設計された最大
試験圧（ｐｓｉ）（最大使用圧、ＭＯＰの２倍に等し
い）で、“Ｌ”は端末プラグ３４および３４′（図４，
１８及び１９）でシールしたパイプに内圧を加えたと
き、パイプの端末に負荷される最大荷重、また“Ａ”は
パイプのフランジを付けた結合端末３５（図４）の断面
積（平方インチ）である。面積“Ａ”は次式で計算され
る。Ａ＝（Ｄ＋１．５＋２（Ｔ−０．４））²×０．７８５
４（平方インチ）〔Ａ＝（Ｄ＋３８１＋２（Ｔ−１０．１６））²×０．
７８５４（ｍｍ²）ここで、“Ｄ”はパイプの内径で、“Ｔ”はパイプの管
壁の総厚さ（４層）が０．４インチ（１０．１６ｍｍ）
以上のときの厚さである。パイプの管壁の総厚さが０．
４インチ（１０．１６ｍｍ）以下のときは、結合端の断
面積は０．７８５４×（Ｄ＋１．５）²に等しい。

【００２５】表７に示す管壁の厚さの推奨値は以下の仮
定に基づいている。パイプの管壁の総厚さ（Ｔ）は表３に示す８種類の厚
さのひとつである。パイプの浸透性の第３層３６（図４）は長さ方向に引
揃えた一方向ストランドにより成り、その厚さ（ＴＬ）
はパイプ３０の管壁の総厚さの１／３に等しい。パイプの浸透性の第２層３７は周方向に引揃えたガラ
ス繊維のストランドより成り、その共用設計強さ（Ｓ
Ｃ）は５０，０００ｐｓｉ（３４５ＭＰａ）である。
すなわち、ＳＣ＝５０，０００ｐｓｉパイプの第３層３６の許容設計強さ（ＳＬ）は３５，
０００ｐｓｉ（２４１ＭＰａ）である。すなわち、Ｓ
Ｌ＝３５，０００ｐｓｉこの強度はパイプの第３層３６あるいは結合部のフラン
ジの内層３６′の横方向のせん断強度に左右される。層
３６および３６′のいずれも長さ方向に引揃えた繊維の
ストランドを含む（図８）。

【００２６】図の例では、本発明に係る二重壁複合材料
パイプは内径（Ｄ）が６．０インチ（１５．２４ｃｍ）
で、パイプの管壁の総厚さが０．４インチ（１０．１６
ｍｍ）と仮定している。パイプの結合部端面の面積は
０．７８５４×（６＋１．５） ²、即ち、４４．１８平
方インチ（２８５ｃｍ²）で、パイプの第３層３６の厚
さ（ＴＬ）はＴ／３、即ち、０．１３インチ（３．３ｍ
ｍ）である。第３層の許容設計強さ３５，０００ｐｓ
ｉ、第３層の厚さ０．１３インチ（３．３ｍｍ）を用い
れば、周方向の１インチ（２５．４ｍｍ）幅当たりの最
大許容端末引張荷重は３５，０００×０．１３、即ち、
４，５５０ｌｂになる。第３層３６およびパイプ結合
具が耐え得る全端末引張荷重（Ｌ）は、４，５５０×
３．１４１６×７．５＝１０７，２０７ｌｂになる。
パイプの最大試験圧（Ｐ）は、全端末荷重（Ｌ）を結合
部の断面積（Ａ）で割ったもの、即ち、１０７，２０７
／４４．１８＝２４２６ｐｓｉ（１６．７ＭＰａ）にな
る。

【００２７】この圧力の値（パイプの最大結合強度、即
ち、“端末”許容負荷に基づく）を用いれば、パイプの
第２層３７の最小厚さ（ＴＣ）は次式により計算され
る。ＴＣ＝（Ｐ×Ｄ）／２×ＳＣ＝（２，４２６×６）／
（２×５０，０００）＝０．１４５インチ（３．６８ｍ
ｍ）

【００２８】第２層３７から成る周方向強化材の周方向
応力は、層３７の構成材料として好ましいガラス繊維強
化熱硬化樹脂のＨＤＢＳ（静圧設計基準強度）６２，０
００ｐｓｉ（４２８ＭＰａ）を超えないことが望まし
い。

【００２９】周方向の応力（ＨＳ）を決める式は、ＨＳ＝Ｐ×Ｄ／２×ＴＣここで、“Ｐ”：パイプの内圧（ｐｓｉ）、 “Ｄ”：パイプの内径（インチ）、 “ＴＣ”：層３７の厚さ。例えば、表１〜６を参照すると、直径２０インチ（５
０．８ｃｍ）の二重壁パイプの最大試験圧の推奨値は、
管壁の層厚さを１．０インチ（２５．４ｍｍ）とすると
き、２．０５６ｐｓｉになる。厚さが０．４インチ（１
０．１６ｍｍ）の層３７に加わる最大周方向応力は以下
の計算によって求められる。ＨＳ＝２０５６（ｐｓｉ）×２０（インチ）／２×０．
４（インチ）＝５１４００（ｐｓｉ）〔ＨＳ＝１４．１８（ＭＰａ）×５０７．６（ｍｍ）／
２×１０．１６＝３５４．５７（ＭＰａ）〕

【００３０】（パイプの好ましい材料）不透過性の内層
すなわち第１層３８および不透過性の外層すなわち第４
層３９を構成するのに適した材料は、引張破断の際の伸
びが少なくとも５％の織布強化熱可塑性樹脂から成るも
のである。明確な議論のために、層３８，３７，３６，
３９を、内層から外に向かって成形する順序に従って、
第１，２，３，４層と呼ぶことにする。弾性を持つ樹脂
には、ビニルエステル、弾性エポキシ樹脂（ Interplas
tics社製Corezyn ８５２０）、ポリウレタン弾性材料、
その他複合材料パイプの成形技能者によく知られている
適当な結合用樹脂が含まれる。

【００３１】２層の浸透性の環状構造を構成する３６お
よび３７の各層は、ガラス繊維強化材の連続ストランド
４０と伸びの小さい亀裂の入り易い高分子マトリックス
４１（図２２および２３）である。適当なガラス繊維強
化材は、市場で入手される〔 Fiber Glass Industries
( Amsterdam, New York )製 Flexstrand 製品コード番
号220-CO-700のＥグラスロービング：１ポンド当りの長
さが２２５ヤード〕。適当なマトリックスは、粘度が約
１００センチポイズの可溶性酸塩と硬化可能なイソフタ
ル酸ポリエステル樹脂〔 Ashland Chemical Co. ( Colu
mbus, Ohio )製 Aropol ７２４０Ｗ〕である。他の、複
合材料パイプ成形の技能者によって認められている適当
な繊維強化材と亀裂の入り易いマトリックスも使用でき
る。

【００３２】（パイプ３０を製造する装置および一般的
製造方法）以下の記述は、本発明に係る二重壁パイプお
よび結合具を製造するための好ましい装置および方法に
関するものてある（図４〜２４）。図２４は、パイプ３
０および円筒半割り結合具３２（図１０）の製造の全行
程に亙って、マンドレル保持移動架台が順次送り込まれ
る作業ステーションの装置と工程の模式的な平面図であ
る。マンドレルは直径２〜６０インチまでのマンドレル
に合うように作られた保持移動架台４３（図１５）に、
支持されている。

【００３３】図２４に図示すように、保持移動架台に取
付けられたマンドレル４２は、最初にマンドレル準備作
業ステーション“Ａ”に移動する。ここでは、円筒マン
ドレル表面４４と、表面４４の端に続く２個の円筒半割
り結合具の成形表面４５を清浄にし、検査し、適当な離
型剤を塗る。マンドレル４２は次に第１層ライナー成形
用作業ステーション“Ｂ”に移動する。ここでは、マン
ドレルは第１層３８を成形するためのマンドレル横行駆
動装置４６に取付けられる。この装置は予め混合した高
速硬化、半柔軟性のポリマーを扱う普通の２成分混合計
量システム（図には表示されていない）を含み、マンド
レルが回転しながらアプリケーター４８を通過するとき
に、樹脂を円筒半割り結合具の型の表面４５、円筒マン
ドレルの表面４４およびパイプの両端においてシール面
４７（図１）を形成する環状面に塗布する。後にさらに
詳細に述べるように、第１層３６の端末部分は、シール
面４７の外径が好ましくは少なくとも第３層１６の内径
にほぼ等しくなるように、半径方向に外側に向かって成
形面を拡げるようにする。

【００３４】パイプのシール面の材料の塗布が終わった
後、半割り結合具の成形表面４５および円筒マンドレル
の表面４４に馴染みのよい未含浸の織布テープを巻付け
る。その結果、テープを巻付けた外表面は本来の乾燥状
態のままであるが、その内表面は半硬化した高分子で部
分的に含浸される。パイプの両端の円錐状の傾斜構造４
９（図１）の形成に用いる標準型フランジの傾斜部分成
形用の型（図１３）は、パイプのフランジ結合端末部
で、シール面形成リング５０（図１３）に近く位置さ
せ、かつ、高速硬化のマトリックスを用いたフィラメン
トワインディングにより、パイプの両端に、約１５°の
傾斜角を持つ傾斜構造が形成できるように芯合せされて
いる。代案として、図７に、プレハブ型の傾斜構造５１
（例えば、図１のパイプ３０の左端に用いるもの）を示
す。マンドレルに直接装着してパイプを成形し、圧縮可
能な弾力性を持つ傾斜シール５２（後述のシール７７に
代るもの）と一体化が可能なものである。

【００３５】再び、図２４に言及する。第１層３８およ
び円錐状のパイプ傾斜構造４９の成形が終った後、保持
移動架台に取付けたマンドレルは第２層成形用作業ステ
ーション“Ｃ”に移動す。ここで、フランジの傾斜部分
成形用の型は外される。マンドレルは第２の横行駆動装
置４６に取付けられる。横行駆動装置は固定クリルおよ
びフィラメントワインディングコーター５４を通過させ
る。図２２に、未含浸および含浸連続繊維を交互に用い
て、滴の垂れないフィラメントワインディング用のリボ
ン５５を作る装置を示す。マンドレルがフィラメントワ
インディングマトリックスコート装置を通過して移動す
る間に、リボン５５は第２層が所望の厚さになるまでマ
ンドレルに巻かれる。

【００３６】さらに、図２４に示すように、第２層を形
成する材料の積層に続いて、保持移動架台に取付けたパ
イプマンドレルは第３層成形用の作業ステーション
“Ｄ”に移動する。ここではマンドレルはコンピュータ
制御の駆動装置５８に連結される。図２３および２４
に、第２層３７の上に配置する（図１２）ためのストラ
ンドコード５９を作る装置を模式的に示す。ストランド
コードは成形ユニット６０からコンピュータ制御のプラ
ー６１に引かれて第３層３６の形成の始点に導かれる。
図２３はさらに、未含浸の繊維ストランドをまとめたワ
インの樹脂含浸に用いる。以下ストランドコードマトリ
ックスコータと云う装置６２の模式図を示す。抵抗の小
さいストランドコード形成装置６０は、ストランドコー
ド５９を、長さ方向に引揃えたストランドコードを第２
層３７および半割り結合具の成形型表面４５の上に配置
するために用いる横行ストランドコード引き出し装置に
供給する（図１２）。

【００３７】さらにまた、図１２に示すように、ストラ
ンドコード５９の始端６３は繋止ピン６４に結び付けら
れ、ストランドコードは第２層３７の上に長さ方向に配
置され、ループ６３′を描きながら順次繋止ピンの周り
回って、第２層３７の上にストランドコードの前後方向
の層を連続的に形成する。その結果、前後対向して円形
に配列された繋止ピンを回って引っ張った平行なストラ
ンドコードの構造層が形成される。ループの形成とスト
ランドの固定の作業中に、ストランドコード引き出し装
置がピンの間を通過出来るために、各繋止ピンの直径は
約０．１２５インチ（３．２ｍｍ）、周方向の間隔は約
０．６５インチ（１６．５１ｍｍ）（図２１）であるこ
とが好ましい。

【００３８】第２層３７（図２３）のためのリボン５５
の形成および第３層３６（図２２）のためのストランド
コード５９に形成に関して、以下に更に詳細に説明す
る。再び図２４に戻る。保持移動架台に支持されたマン
ドレル４２は第４層成形用作業ステーション“Ｅ”に移
動する。ここでは、樹脂を含浸させた耐圧性の織布テー
プより成る不透過性の第４層３９が第３層３６および半
割り結合具の成形表面４５に巻付けられる。第４層の形
成を始めるために、マンドレルの回転中に、織布テープ
が第３層３６の上に、パイプの一端から始めて他端まで
連続的に巻付けられる。図１３において、ストランドコ
ードを所定の位置に確保するために、取外し可能なスト
ランドコード保持ストラップが、半割り結合具３２成形
用の内型６５の両側に、取付けられる。次に、マンドレ
ル駆動端８０に最も近いマンドレルピン植込みリングの
位置と端面リング５０の端末の位置で、ストランドコー
ドを切断する。さらに結合具のフランジ成形用型６５の
凹部４５をまたぐストランドコードの端末を、マトリッ
クスを含浸させたストランドあるいは強化材テープを手
作業によりあるいは自動的に周方向に巻付けることによ
って、該型に押込む。

【００３９】ストランドコード保持ストラップを外し、
ロンゴコード（長さ方向に引揃えた前述のストランドコ
ード）の弛んだ端末を型の凹部に折返し、ストランドあ
るいはテープを巻付けて保持する。半割り結合具の成形
型６７（図１１）を当てるに先立ち、半割り結合具の外
面を均一に滑かにするに充分な材料を補給するため、ほ
ぼピーナッツバターの堅さに増粘したマトリックスを上
記の半割り結合具の強化材の外面に塗布する。半割り結
合具の材料の上に成形型６７をしっかりと取付けた後、
剃刀刃（図１１）で、結合具の硬化したライナー材料お
よび未硬化の材料を切断して、以下に詳述する一式の結
合具６８（図８〜１０）を構成する半割り結合具を得
る。この一式の結合具は、一般的には、本明細書に参考
として引用する、発明者の保有に係る米国特許第４，７
４０，４２２号明細書に開示されている形式のものであ
る。

【００４０】図１４に示すように、第４層の巻付け作業
に続いて、環状の分割（取外し可能）式のパイプ結合フ
ランジ成形用型６９を該第４層の上に位置せしめ、マト
リックス塗布装置（図示せず）で樹脂を含浸させた１本
のトワインストランドコードを該成形型と第３層のスト
ランド５９の間に周方向に巻付けて、パイプ結合フラン
ジ７０（図１）を形成する。図２４において、パイプ結
合フランジ材料の巻付けおよび夫々の成形型の取付に続
いて、保持移動架台に取付けかマンドレル４２を硬化作
業ステーション“Ｆ”に移動し、マトリックス硬化装置
に入れる。

【００４１】マンドレルを熱線放射ヒータの別の下で回
転させている間に、複合材料パイプを構成する各種のマ
トリックス材料が硬化する。パイプおよび結合具のマト
リックス材料が硬化した後、保持移動架台に取付けたマ
ンドレル４２をパイプ離型作業ステーション“Ｇ”に移
動する。ここでフランジ成形用の型６９を取外し、パイ
プの第３層３６の端面がパイプのシール面４７に対して
平滑な同一面を形成するように、該層３６を構成するス
トランドコードを切断、トリムする。

【００４２】図１６は、マンドレル４２の駆動側端末８
０の側の硬化したパイプのフランジ付き端末および分解
して半割り結合具を取出す前の、所定位置に取付け、締
付けた状態の該結合具の成形型６７を示す図である。図
１７は、繋止ピンおよびマンドレル軸６６の、マンドレ
ルの駆動軸と反対の側の端末への取付けを示す断面図で
ある。マンドレルをマンドレル取外し、固定用の支持装
置（図示せず）で支えながら、マンドレル軸ボルト７２
を回して、マンドレル軸６６をマンドレル４２から外
す。

【００４３】マンドレル軸６６をマンドレル４２から外
した後、移動電動ウインチ（図示せず）を用いて、マン
ドレル軸および移動架台のマンドレル軸を保持する軸受
け７３を持上げ、パイプのシール面４７およびマンドレ
ル固定面７５（図１９）を露出させる。ゴム製の従動プ
ラグ７６を持つ第１の端末プラグ３４（図１９）は結合
具一式６８によりパイプの端末に結合される。この一式
の結合具は圧縮可能な弾性シールリング７７、半割り結
合具３２および結合具を包む保持スリーブ３３より成っ
ている。図２４に示すように、パイプをマンドレルから
外す準備が終ると、作業ステーション“Ｈ”に移動す
る。ここで、適当なパイプ離型液、例えば水を、端末プ
ラグ３４（図１９）の中心にあけた通路３４ａを通し
て、ゴム製従動プラグ７６と端末プラグ３４とに囲まれ
た輪状の空洞３４ｂにポンプで圧入して、パイプをマン
ドレルから分離する。

【００４４】離型液を空洞３４ｂに圧入すると、プラグ
３４はパイプをマンドレルから引抜くように、図１９の
右方に動き、一方従動プラグはパイプの内面に沿って、
パイプがマンドレルから離れる図１８に示す位置まで、
左方に移動する。端末プラグ３４′には、空気が流出出
来るように、通路３４ａ′を設ける。パイプをマンドレ
ルから離型する際には、パイプを２台の可動保持架台７
４（図２４）で支える。図１８は従動プラグ７６の最終
位置を示す。さらに図２４に示すように、離型してパイ
プ保持架台７４に保持されているパイプは、パイプ３０
の最終加工のため、作業ステーション“Ｉ”に移動す
る。

【００４５】このパイプの加工の最終段階には、次ぎに
記すような方法で、図４に示す装置を用いて、パイプを
加圧し、環状構造３１を構成する第２層３７および第３
層３６（図２および３）のそれぞれに、多数の長さ方向
および周方向の微細なひび割れを故意に生ぜしめること
により、該環状構造３１を透過性にする操作が含まれ
る。パイプ３０を先ず“摩擦の少ない”支持ローラー７
９に乗せる。離型したパイプは、従動プラグ７６（図１
８に示す位置にある）により、パイプフランジに各一式
の結合具６８により機械的に結合されているシールされ
た端末プラグ３４および３４′の間に離型液が満たされ
たままになっている。パイプの長さ“Ｌ”の変化を、
０．００１０インチ（０．０２５４ｍｍ）以下の刻みで
測るように較正されたダイヤルゲージ８１を、少なくと
も２対、加圧したパイプの相対する両端に取付ける。

【００４６】このパイプ加工の最終段階の間、パイプを
流体圧ポンプシステム８２で加圧し、圧力ゲージ８３の
表示を頻繁に読み取り、加圧速度を毎分ほぼ１０ｐｓｉ
（Ｐａ）に保つダイヤルゲージに示される変化が加圧中
のパイプの長さ（Ｌ）の変化の正確な計測値である。パ
イプの長さの変化は少なくとも１０分毎に測ることが好
ましく、また長さ方向の歪み（ｓ）は次式で決定され
る。ｓ＝ｄＬ／Ｌここで、“ｄＬ”は２対のダイヤルゲージの１０分間隔
の読みの平均値として得られる長さの変化で、“Ｌ”は
対を成すダイヤルゲージの間のパイプの長さである。歪
み速度（ｓ／Ｔ、インチ／インチ／分）は予め定めた時
間（Ｔ）後の歪み（ｓ）の時間に対する比である。

【００４７】流体圧ポンプシステム８２は、二重壁パイ
プの水による加圧の速度が、３０分以上の時間の亙って
測定したときの最大平均歪み速度として、０．００００
１１（インチ／インチ／分、ｍｍ／ｍｍ／分）を超えな
いように、コントロールする。加圧操作の間、環状構造
３１を構成する第２層３７および第３層３６には、第２
層３７の周方向ストランドおよび第３層３６の長さ方向
ストランドを夫々一体に接着する脆いマトリックスの引
張り強さ１３，０００ｐｓｉ（９０ＭＰａ）を超える応
力が加えられ、該マトリックスに夫々長さ方向および周
方向の数千の微小亀裂を発生させる。図３はパイプ本体
の典型的な断面図で、上記の環状層３１を浸透性にする
微小亀裂を示す。パイプの圧力が最大試験圧（表１〜
６）に達したことを圧力ゲージ８３が表示したとき、図
１および図２に図示する二重壁複合材料パイプ３０の製
造が完了したことになる。

【００４８】第２層３７および第３層３６よりなる透過
性環状構造により、このパイプは、使用圧力の範囲が広
い（例えば１０，０００〜２０，０００ｐｓｉあるいは
６９〜１４０ＭＰａ）ばかりでなく、パイプの使用中に
加えられる衝撃や静流体圧ショック（“ウォーターハン
マー”）のような歪み速度の大きい応力に対する抵抗性
も持つ。この透過性環状構造は、さらに、第１層３８の
破壊によって起こる液洩れを防ぐ機能を持つ。

【００４９】（パイプの結合具の好ましい具体例）図５
〜１０は、構造的に一体化した一式の結合具６８によ
る。長さ方向に連なった２本のパイプの相隣る端末の結
合を、図６は、各パイプのシール面でパイプをシールす
るシール端面７７′を両側に持つ。圧縮可能なシールリ
ング７７の２分割断面を図示するものである。シールリ
ングの周縁に沿って、半割り結合具３２の内面に形成さ
れた環状の保持フランジ８６と嵌合する環状の溝８５が
形成されている。

【００５０】図８および９は、その順に、パイプの結合
フランジが半割り結合具と嵌合することによって、シー
ル面４７が互いに近付くにつれて、圧縮可能なシールリ
ング８８が、そのもとの幅のほぼ９０％まで圧縮される
ことを図示している。パイプのシール面４７とパイプフ
ランジ７０の外径（ＯＤ、単位はインチ）は次式で決め
られる。ＯＤ＝Ｄ＋１．５＋２×（Ｔ−０．４）インチここで、“Ｄ”はパイプの内径、“Ｔ”は管壁の総厚さ
である。管壁の総厚さが０．４インチ（１０．１６ｍ
ｍ）以下の二重壁パイプについては、パイプのシール面
およびフランジの外径は次式に等しい。ＯＤ＝Ｄ＋１．５（インチ）この式の計算は、結合具およびシールリングの成形型の
標準化と簡単化に役立つ。

【００５１】（パイプ３０の試験および使用性能に対す
る要求）内圧破壊試験を行うために、内径２．０インチ
（５．０８ｃｍ）、管壁の総厚さ０．４インチ（１０．
１６ｍｍ）のパイプを図４に示すように組み上げる。端
末プラグ３４（図１９）に設けた通路３４ａを用いて、
パイプに水に満たす。その間管内の空気はプラグ３４′
の通路３４ａ′を通して排出される。各シールリング７
７（そのひとつを図４に示す）には内面に“Ｖ”溝８７
が形成されており、シールしたパイプに内圧を加える
と、溝の内面が分かれて、シールの圧縮とパイプの各シ
ール面４７および端末プラグに対する接触が増加する。
このようにして、通常シールの経年変化や高温環境下の
使用、これらはまたシールの堅さの増加も斎らすが、そ
れによって生じる「圧縮の固定化」に基づく、長期使用
に潜在的に伴うシールの圧縮の低下を補償する。

【００５２】パイプの内圧をほぼ１０，０００ｐｓｉ
（６９ＭＰａあるいは６９０バール）に増加させるとき
に、端末の結合具に加わる荷重は約９６．２１１ｌｂ
（４３．７３２ｋｇあるいは４３３ｋＮ）に達し、保持
スリーブ３３に加わる周方向の応力も増大する。半割り
結合具を保持するスリーブを構成する周方向の繊維スト
ランドの厚さは予想される最大使用夏に適応し、半割り
結合具同士の分離を防ぎ、シール面の間隔が、シールと
しての一体化を保持するに必要な間隔を超えないように
決定する。パイプを１０，０００ｐｓｉまで加圧した
後、内圧を０まで減らし、さらに毎秒５００ｐｓｉの加
圧速度で、ほぼ７，５００ｐｓｉまで急速に加圧する。
この加圧試験により、パイプ３０がパイププラインの周
期的「ウォーターハンマー」に伴う圧力衝撃に耐えるこ
とが示される。

【００５３】パイプ３０の剛性（長さ方向の引張り弾性
率で測られる）は内圧を加えた時に、３，５００，００
０ｐｓｉ（２４ＧＰａ）から２６，０００，０００ｐｓ
ｉ（１７６ＧＰａ）にまでも増加する。この独特の特徴
を示すために、管壁の総厚さが０．４インチ（１０．１
６ｍｍ）に等しい。長さ２０フィート（６ｍ）のパイプ
を、上に概説した方法に従って製作した。製造の後の１
０，０００ｐｓｉ（６９ＭＰａ）までの加圧の間に測っ
たパイプの全伸びは０．３インチ（７．６ｍｍ）で、こ
れは長さ方向の０．００１２５インチ／インチ（ｍｍ／
ｍｍ）の歪みに相当する。内圧を加えたパイプの端末に
加わる長さ方向の荷重は９６，０００ｌｂ（４３，７０
０ｋｇ）であった。

【００５４】端末荷重を支える、第２層および第３層３
６より成る環状構造の断面積はほぼ３．０平方インチ
（１９．３ｃｍ²）であるので、この環状構造が負担す
る長さ方向の応力は約３２，０００ｐｓｉ（３２０ＭＰ
ａ）になる。長さ方向の実効的引張り弾性率は、長さ方
向の応力を長さ方向の歪みで割って得られる。その値２
５，６００，０００ｐｓｉ（１７７ＧＰａ）は、スチー
ルの引張り弾性率（３０，０００，０００ｐｓｉ）に近
い大きさで、通常のフィラメントワインディングによる
ガラス繊維強化熱硬化性樹脂パイプ材料の約７倍も大き
い。

【００５５】図９に示すように、このような高弾性率と
いう好ましい特性は、パイプの全伸びを減らし、パイプ
のシール面４７の面の圧縮シールによりパイプの最大伸
びを調整して長いパイプラインにおける膨張ループを不
要にすることができる。本発明の所説に従って製作し、
圧力を加えたパイプを特徴づけている、加圧によって得
られる長さ方向の弾性率は、以下のように説明される。
長さ方向のストランドコードおよび周方向の繊維ストラ
ンドの間のマトリックスに均一に亀裂（微細亀裂７８お
よび７８′、図３）が生じたとき、パイプの第２層３７
の直径増大させようとする力はまたパイプの第３層３６
の直径も増大させようとする。第３層の直径を増やそう
とする半径方向の力はまた第３層の長さを短くするよう
に働き、長さ方向の歪みを減らす。

【００５６】同じように、第３層３６の両端に加わる荷
重は、その下の第２層３７を圧縮し、直径を減少させよ
うとする。結果として、両端末に荷重を加えた、第３層
３６を構成する長さ方向のストランド５９は、第２層３
７を構成する周方向のストランドの歪みを減らそうとす
る。第２層に示される高引張り弾性率は、内圧の広い範
囲に亙って、パイプの内径を不変且つ寸法的に一定なら
しめる。

【００５７】（巻き付け用の引き揃えリボン５５の製
作）以下の記述は、図２２および２４（ステーション
“Ｃ”）に示される。第２層３７を構成する。樹脂の滴
下のない、巻き付け用の引き揃えリボン５５を作るため
の好ましい材料、装置および方法に関するものである。
巻き付けリボンは、樹脂を含浸させた連続繊維ストラン
ドと未含浸の連続ストランドとから成り、高強度の積層
品を作り、マトリックスの重量とコストを減らし、ガラ
ス対樹脂の比率を増し、また回転するマンドレルに巻き
付けた繊維から余分な樹脂を除くために通常行われてい
る。面倒かつコストの掛かるスクイズ作業を省いてい
る。

【００５８】クリル５３はストランド４０を取出す連続
繊維の内取り用のパッケージ８８を支えている。図２４
のＣに示すように、クリル５３はクリルと回転するパイ
プのマンドレル４２の間にあるフィラメントワインディ
ングコーター５４に、ストランドを供給するように位置
せしめられている。内取り用のロービングのパッケージ
８８は内径約６インチ（１５ｃｍ）、外径１１インチ
（２８ｃｍ）、高さ１０．５インチ（２７ｃｍ）、重さ
約２０ｋｇ（４４ｌｂ）で、１ポンド当り２２５ヤー
ド（４５２ｍ／ｋｇ）の番手のロービング約１０，００
０ｍから成っている。ロービングのフィラメントの本数
はストランド当り約２，０００で、フィラメントの直径
は２４μｍ（０．０００９５インチ）である。未含浸の
１本のガラスストランドの断面積は０．００１４１７平
方インチ（０．９１４ｍｍ²）である。各フィラメント
はＥグラスで製造されており、マトリックスとガラス繊
維の表面との結合に与るシラン（シリコン系のコーティ
ング）カップリング剤でコートされている。ガラス繊維
と樹脂マトリックスの体積比は、樹脂を含浸させたスト
ランドの断面積の１／３が少なくとも樹脂マトリックス
の断面積に等しくなるように、２とするのが望ましい。

【００５９】望ましい量のフィラメントワインディング
マトリックス樹脂４１を含浸させたときの、含浸ストラ
ンド５６の断面積の平均値は０．００２２平方インチ
（１．４２ｍｍ²）である。１本の含浸ストランドは破
断するまでに２７５ｌｂ（１２５ｋｇ）もの高荷重を
支えることが出来る。この破断強度はＡＳＴＭＤ２９
９２Ａ項の静流体圧基準設計の強さ（ＨＤＢＳ）６
２，０００ｐｓｉ（４２８ＭＰａ）のほぼ２倍である。
好ましいフィラメントワインディングマトリックス樹脂
は、粘度がほぼ３５０センチポイズで、約４５重量％の
スチレンモノマを含むイソフタル酸ポリエステル樹脂で
ある。３６個のロービングパッケージ８８から供給され
るストランドを１吋幅当り９本の間隔で用いることによ
り、４インチ（１０１．６ｍｍ）幅の引揃え繊維（リボ
ン）をマンドレルに巻付けることが出来る。これによっ
て、マンドレルに巻かれた各引揃え繊維（リボン）の厚
さとして、ほぼ０．０２０インチ（０．５ｍｍ）が得ら
れる。

【００６０】各ロービングストランドの望ましい含浸を
確保するために、繊維ストランドがマトリックスコータ
中に滞留する最小時間は約１／２秒である。この含浸効
率は、コータ槽のマトリックスの深が少なくとも９イン
チ（２３ｃｍ）で、コータ中を通過するストランドのス
ピードが毎秒３６インチ（９１ｃｍ）以下のときに得ら
れる。表７によれば、管壁の総厚さが０．２インチ（５
ｍｍ）のパイプでは、第２層３７のフィラメントワイン
ディング層の厚さは０．１インチ（２．５ｍｍ）を必要
とする。この積層厚さはマンドレルに４吋幅のリボンを
５回フィラメントワインディングすることによって得ら
れる。直径４インチ（１０ｃｍ）のマンドレルを用い、
マンドレルの回転速度を毎分１２０回転（毎秒２回転）
とすると、マトリックスコータ５４中を通過するストラ
ンドの速度は毎秒２５インチ（６４ｃｍ）となる。スト
ランドを重ねて、その実効巻き幅を元の４インチの１／
５にすれば、マンドレルをマトリックス含浸リボン供給
装置に対して横行させる１回の巻き付けで、フィラメン
トワインディング層の総厚さをうることが出来る。

【００６１】マンドレルの有効巻き付け長さを２０フィ
ート（６ｍ）、さらにリボンの実効巻き付け幅を０．８
インチ（２ｃｍ）と仮定すると、マンドレルの回転速度
が１２０ｒｐｍならば、マンドレル保持移動架台４３
は、含浸リボン供給装置に対して、毎秒１．６インチ
（４ｃｍ）の速度で横行させなければならない。マンド
レルの前後端の端面リングに隣接する長さ４吋の部分を
除き、ほぼ３分で、マンドレルに所要の０．１インチ
（２．５４ｍｍ）の厚さのフィラメントワインディング
を行うことが出来る。このような高速で、液状のマトリ
ックスのロスなしに、フィラメントワインディングを行
うために、コンパクトな未含浸ストランド５７の毛細管
効果を利用することが必要である。図２２に示すよう
に、このことは、未含浸と含浸ストランドを交互になら
べた引揃えリボン５５を作ることによって、達成するこ
とが出来る。未含浸フィラメントの毛細管特性により、
含浸フィラメント５６に付いている余分な樹脂は含浸フ
ィラメントに隣合わせの未含浸フィラメントに速やかに
吸いとられる。

【００６２】各ストランド４０は、始めはクリルに取付
けたストランドガイド８９および９０に導かれ、静置さ
れたマトリックスコータ槽９２の上に水平に位置する未
含浸ストランド案内櫛９１に導かれる。未含浸ストラン
ド案内櫛に導かれたストランドは、交互に、マトリック
スコータ槽の底部に設置されたマトリックス含浸バー９
３の下に引き込まれる。次いで槽の外に引き出され、含
浸ストランドは、液状マトリックス４１の液面より上、
含浸バーの前方に位置するストランドガイドバー９４の
上を通過し、さらに一対の水平スクイズバー９５の間を
通過して、ストランド集合ユニット９６の下に導かれ
る。

【００６３】未含浸ストランド案内櫛に導かれた未含浸
ストランドの残りの半分は、上記のストランドの含浸と
同時に、コータの上を横切って、直接に水平スクイズバ
ー９５の間に導かれ、ここで含浸繊維ストランド５６と
接触して、その毛細管特性により、含浸繊維ストランド
に運ばれる液状マトリックス４１を含ませられる。含浸
繊維ストランドは、上記のようにして樹脂を含ませた繊
維ストランド５７と共に、スクイズバーから抜け出し
て、樹脂の滴下のない引揃えリボン５５を形成する。引
揃えリボンは、マンドレルに巻き付けるフィラメントワ
インディングリボンの幅をコントロールする繊維ストラ
ンド集合ユニット９６の下に導かれる。このフィラメン
トワインディング作業は、引揃えリボンの始端が、マン
ドレルの巻き始めのシール面リングの反対側のシール面
リング５０（図１３）に接したときに終わる。そこで樹
脂の滴下のないリボンを切断し、保持移動架台に取付け
たマンドレル４２を次ぎの作業ステーション“Ｄ”（図
２４）に移動させ、次ぎのパイプマンドレルに場所を空
ける。

【００６４】（ストランドコード５９の製作）以下の記
述は、図１２、２３および２４（ステーション“Ｄ”）
に示す第３層３６を構成するストランドコード６３を製
作するための好ましい材料、装置および方法に係わるも
のである。装置は図２２に示すものと同様で、共通の構
造は同じ番号で示す。

【００６５】内径６．０インチ（１５．２ｃｍ）の二重
壁複合材パイプの管壁の望ましい総厚さとして、０．３
インチ（７．６ｍｍ）を選んだ。表３より、第３層３６
の厚さは０．１インチ（２．５ｍｍ）すなわち管壁の総
厚さの１／３となる。直径６インチ（１５．２ｃｍ）の
パイプのピンリング６４′（図１２）に使用される繋止
ピン６４の数（Ｎ）は次ぎの式で計算される。Ｎ＝６×Ｄここで、“Ｄ”はインチで表したパイプの内径である。
第３層３６は第２層の上に配置された一群のほぼ平行な
ストランドコードのループで形成される。各ストランド
コードは、多数の連続ガラス繊維ストランドからなって
おり、図１２に示すように、その各ループが繋止ピンの
ひとつに確保されている。この連続ストランドコード
は、番手が１ポンド当り２２５ヤード（２０５．７４
ｍ）のガラスロービングを用いて形成されており、横行
するストランドコードプラー６１により、ループにし
て、マンドレルの繋止ピンの間に懸け渡される。

【００６６】ストランドの総本数（ＮＰ）は次ぎの式で
計算した。ＮＰ＝ＡＬ／ＡＳここで、“ＡＳ”：個々のロービングの断面積、 “ＡＬ”：長さ方向に配向され、第３層３６を構成する
繊維ストランドの断面積である。 “ＡＬ”の値は次式で求める：ＡＬ＝３．１４１６×（Ｄ＋２ＴＩ＋２ＴＣ＋ＴＬ）×
ＴＬここで、“Ｄ”：パイプの内径、 “ＴＩ”：第１層の厚さ、 “ＴＣ”：第２層３７の厚さ、 “ＴＬ”：第３層３６の厚さ。

【００６７】表７より、“ＴＩ”の値は０．０４インチ
（１．０ｍｍ）、“ＴＣ”は０．１３インチ（３．３ｍ
ｍ）である。この６インチのパイプについては、ＡＬ＝３．１４１６×（６＋２×０．０４＋２×０．１
３＋０．１）×０．１＝２．０２平方インチ（１３．０
５ｃｍ²）１ポンド当り２２５ヤードの番手のストランドを用いた
含浸ストランドの個々の断面積は０．００２２平方イン
チ（１．４２ｍｍ²）である。第３層を構成するストラ
ンドの総本数（ＮＰ）は次式の計算が示す通り、９１８
となった。ＡＬ／ＡＳ＝２．０１／０．００２２＝９１８また、繋止ピンの数（Ｎ）は前に述べた式によって３６
となる。Ｎ＝６×６＝３６第３層を形成するストランドコードの本数（ＮＣ）はス
トランドコード繋止ピンの数（片側）の２倍に等しい。
各ストランドコードループを構成する連続ストランドロ
ービングの本数（ＮＳ）は次式のように計算され、スト
ランドコード当り１２．７５本となった。ＮＳ＝ＮＰ／ＮＣ＝９１８／２×３６＝１２．７５数値を切上げ数に丸めるとストランドコード当り１３本
のストランドとなる。

【００６８】図２４のステーションＤに示すように、ク
リル５３は、隣接するストランドコードマトリックスコ
ータ６２にストランド材料を供給する内取りのロービン
グパッケージ８８を、少なくとも１３個保持することが
出来る。液状のマトリックス４１（図２３）として、粘
度が約３５０センチポイズのイソフタル酸ポリエステル
樹脂を選んだ。各ロービングストランドについて、所望
のマトリックス含浸を得るために、ストランドコード６
３を構成する繊維ストランドのマトリックスコータ槽中
の滞留時間は１／４秒である。この滞留時間はコータ槽
のマトリックスの深さが少なくとも９インチ（２３ｃ
ｍ）で、コータ槽を通過するストランドの速度が毎秒７
２インチ（１８２ｃｍ）未満の装置について定めた。

【００６９】未含浸の繊維ストランド４０はクリル５３
に保持された１３個の内取りストランド供給パッケージ
８８から引き出される。各ストランドは夫々各ストラン
ド供給パッケージの上部に位置するストランドガイド８
９および９０を通して、またさらにマンドレルの軸を取
外す側に位置するストランドマトリックスコータ槽の上
部に設置された水平環状のストランド集合リング９７を
通して供給される。次いで、集められた未含浸の繊維ス
トランドはマトリックスコータ槽に送り込まれ、マトリ
ックスコータ槽の底部近くに水平に位置する回転可能な
含浸バー９８の下に導かれる。樹脂を含浸させた繊維ス
トランドは、さらに調節ローラー装置９９を通して、ス
トランドコード成形装置６０に導かれる。

【００７０】装置６０は、相互に直角に配置され、低摩
擦のストランド成形出口６０′の輪郭を定める、２組の
等間隔で平行な回転可能な棒で構成されるものが好まし
い。この出口の断面積は０．０２８６平方インチ（１
８．１ｍｍ²）で、ストランドコード５９を構成する１
３本の含浸繊維ストランドの断面積の総計に等しい。こ
のストランドコードの断面積を得るために、２対の回転
バーの夫々の間隔は０．１６９インチ（４．３ｍｍ）に
セットされている。

【００７１】図１２に示すように、ストランドコード５
９は、マンドレルの両端のピンリング６４′に取り付け
た繋止ピン６４の最高位置にある２本の間を周期的に移
動出来るように、ほぼ０．２５インチ（６．３５ｍｍ）
の幅を保ちながら、コード形成ユニットからさらに軸方
向に横行するストランドコード引き出し配置ユニット６
１のプーリーの間に供給される。ストランドコード５９
の先端６３は、ストランドコード形成ユニット６０から
引き出されたストランドコードが、最初のそしてそれに
続くループ６３′を形成するように、始めに繋止ピンの
ひとつに結び付ける。ストランドコード引き出しユニッ
トが回転するマンドレルの一端から他端まで横行するに
つれて、ストランドコードのループが連続して形成さ
れ、パイプが上記のように完成する。

【００７２】（好ましいパイプ設計変数）以下の論議お
よび図８は、上述のパイプ３０についての好ましい設計
変数（寸法、物性その他）に関するものである。論議の
繰り返しもあるが、これはその重要性を強調するために
必要と思う。

【００７３】結合フランジ７０の外径は少なくともパイ
プ３０の内径よりはほぼ１．４６インチ（３７．１ｍ
ｍ）大きいことが好ましく、パイプの管壁の総厚さはほ
ぼ０．１〜０．４インチ（２．５４〜１０．２ｍｍ）の
範囲にあることが好ましい。パイプの管壁の総厚さが
０．４インチ（１０．２ｍｍ）を超えるときは、フラン
ジの外径は、パイプの内径（ＩＤ）に量“ＤＥ”を加え
たものに大体等しいものであることが好ましい。ここ
で、“ＤＥ”は、次ぎの式で表されるように、１．４６
インチに量（Ｔ−０．４）インチの２倍を加えたものに
等しい。ＤＦ＝ＩＤ＋１．４６＋２×（Ｔ−０．４）（インチ）さらにパイプの管壁の総厚さを０．０５インチ（１．２
７ｍｍ）で整除される値とし、かつ、０．０５〜１．０
０インチ（１．２７〜２５．４ｍｍ）の範囲から選ぶこ
とができる。

【００７４】第３層３６の厚さは、少なくとも、パイプ
の管壁のほぼ１／３であることが好ましい。第３層３６
および第４層３９の終点は、少なくともパイプの一端に
おいて、環状の結合フランジ７０を設けることが好まし
く、その部分では、吋で表した第２層３７の厚さ（Ｔ
Ｃ）は次ぎの式で決定される。ＴＣ＝Ｐ×ＩＤ／２ＳＣ

【００７５】ここで、“Ｐ“：最大試験圧（ｐｓｉ）、 “ＩＤ”：そのパイプの内径（インチ）、 “ＳＣ”：第２層の最大許容引張り強さ。最大パイプ試験圧は、第３層３６の厚さ（ＴＬ）に支配
され、次式で決定される。Ｐ＝ＥＬ／Ａここで、“Ａ”（平方インチ）は次式によるパイプフラ
ンジ７０の断面積である。Ａ＝（ＯＤＦ）²×０．７８５４ただし、“ＯＤＦ”：パイプフランジの外径。

【００７６】また“ＥＬ”はパイプフランジに結合され
た第３層の耐え得る最大端末荷重（ポンド）である。ポ
ンドで測った最大端末荷重は次ぎの式で決定される。ＥＬ＝ＳＬ×ＴＬ×３．１４１６×ＤＬここで、“ＴＬ”：第３層の厚さ（インチ）、 “ＤＬ”：第３層の直径、 “ＳＬ”：第３層の横方向のせん断強さ（ｐｓｉ）。第２層３７の最大設計引張り強さは、少なくとも約５
０，０００ｐｓｉ（３４５ＭＰａ）。また第３層３６の
最大設計横せん断強さは少なくとも約３５，０００ｐｓ
ｉ（２４１ＭＰａ）であことが好ましい。“ＤＬ”は次
式で決定される。ＤＬ＝ＩＤ＋２（ＴＣ＋ＴＩ）＋ＴＬ

【００７７】図８および９において、圧縮しない状態で
のシールリング７７の軸方向の厚さは、考えられる多く
の応用に対して、そのシール面間で、約１インチ（２
５．４ｍｍ）に等しくなるであろう。またシールリング
の外径は、少なくとも、結合具の内径にほぼ等しい。結
合フランジの底面部分の軸方向の間隔（ＣＤ）は次ぎの
式で決められる。ＣＤ＝ＣＷ＋２ＦＬここで、“ＣＷ”：シール面に接触して圧縮されたシー
ルリングの厚さ、 “ＦＬ”：パイプフランジの基底からシール面４７まで
を測ったパイプフランジ７０の長さに等しい。相隣るパイプのシール面の間のシールリングの圧縮され
た厚さは、圧縮されていない状態のシールリングの厚さ
の６０〜９０％の範囲に入るであろう。

【００７８】半割り円筒３２から成る結合具の外径は保
持スリーブ３３の内径より０．０１乃至０．０４インチ
（０．２５乃至１ｍｍ）小さい範囲にほぼ入るであろ
う。保持スリーブ３３は硬化する液状高分子を含浸させ
た連続繊維を長さ方向に引揃えた繊維強化の内層から成
る第１層と熱硬化性樹脂マトリックスを含浸させた繊維
強化材を周方向に配向させた第２層とで構成されてい
る。第１層の厚さはほぼ０．０２〜０．１０インチ
（０．５〜２．５ｍｍ）の範囲、第２層は０．２〜１．
０インチ（５〜２５．４ｍｍ）の範囲に入るであろう。
各層を構成する繊維強化材は連続ガラス繊維のロービン
グで、その番手は１ポンド当り５０〜６５０ヤード（１
ｋｇ当り１０１〜１３１０ｍ）、単繊維の直径は１０〜
２５ミクロンのものが使われるであろう。

【００７９】

【発明の効果】本発明は、二重壁複合材構造、製造装置
および製造法は液体輸送用のパイプラインシステムに特
に有用であるが、その種々の特徴は、貯蔵タンクや建築
構造のような他の複合材構造にも応用することができ
る。

【００８０】本発明に係る二重壁パイプの工業への応用
として提案されるものは、米国のアラスカからカリフォ
ルニヤに水を輸送するパイプラインシステムへの利用で
ある。特に、アラスカ河とカリフォルニヤ北部のシャス
タ湖との間の１７００マイルの水中パイプラインの建設
の可能性を調査中である。普通のスチールパイプをコン
クリートに埋設して使用すれば、このプロジェクトは完
成までに１５００億ドルの費用と１５年の期間を要する
とされている。

【００８１】出願人の計算によれば、本発明を具体化し
た二重壁パイプを用いれば、コストをほぼ２００億ドル
に減らし、工期を１０年に短縮することが可能である。
本発明を用いた水中パイプラインは、真水の比重が塩水
より小さいので、浮き易いということを利用することが
できる。このパイプラインは水中で浮力を持つので、適
当な繋留システムにより海底に繋止される。スチールと
異なり、パイプラインシステムを構成するガラス繊維強
化樹脂は錆および塩による侵食に対して抵抗性を持つ。
相隣るパイプをつなぐ機械的結合システムは、溶接した
スチールパイプよりも、シール性および予想される稼働
寿命が優れている。

【００８２】年間４００万エーカーフィートの水を送る
ために、陸上のパイプラインでは、約１５０マイル置き
にポンプステーションを配置する必要がある。しかし、
地球の回転が海流を曲げるコリオリ効果が、水中パイプ
ラインに沿って水を押すのを助けるため、圧送に要する
エネルギを相対的に減らすことができる。

【００８３】図５に示すように、特定のパイプラインシ
ステムの組み上げた結合具６８の中から選ばれたもの
に、シールリングの溝８５と交差するように半径方向に
穴１００を明けることができる。破孔１０２などから生
じた液の洩れを検出するために、標準型の洩れ検出装置
１０１をその穴１００に取付けることができる。洩れ検
出装置は、特に、毒性の強い流体を輸送するパイプシス
テムに有効である。組み上げた結合具６８を覆い、シー
ルするために、弾力性で柔軟性のあるブーツ１０３を使
用することができる。このブーツは接着などの適当な方
法で、結合具の両側で、外層３９に固定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パイプのフランジ付き結合部の一部断面で示し
た等角投影図である。

【図２】図１と同じパイプの、反対方向から視た、一部
断面で示した等角投影図で、内層に形成された微小亀裂
をも示す。

【図３】図２の楕円Ａに囲まれた部分の、微小亀裂の拡
大図である。

【図４】パイプの長さの変化を測るための加圧装置の、
模式的な、部品構成を示す一部断面図である。

【図５】２本のパイプの結合部および端末のシール、さ
らに洩れ検出センサの取付け位置を示す部分拡大図であ
る。

【図６】結合に用いる加圧によって機能するシールリン
グの横断面を示す。

【図７】傾斜構造部と他の様式のリングシールを組合わ
せた結合部の縦断面を示す。

【図８】結合具によって結合し、シールされた二つのパ
イプを示す模式的断面図である。ただし図解の便のため
に、各層の輪郭のみを模式的に示す。

【図９】図８と同様の図であるが、完全な断面で、且つ
結合に際して圧縮、固定されたシールリングとともに示
す。

【図１０】結合具および端末のプラグを展開した等角投
影図である。

【図１１】半割り円筒結合具を成形する２分割成形型と
半割り結合具を切離すナイフを示す展開図である。

【図１２】マンドレル上でパイプを成形する際に、スト
ランドのコードを長さ方向に配向するための装置を模式
的に示した図である。

【図１３】傾斜構造および半割りフランジの成形面上へ
の上記のストランドコードの配置状況の断面図を示す。

【図１４】図１３と同様の図で、ただしストランドコー
ドの硬化、トリム後の結合フランジ成形用の型と半割り
結合具の成形型（図１１）の位置を示す。

【図１５】取外し可能なマンドレル軸装置を含むマンド
レル支持移動架台を示す。

【図１６】硬化したパイプの、フランジ成形用の型を外
し、半割り接手の型は接手の周りに留めて閉じた状態で
の側面図である。

【図１７】マンドレルに取付けかパイプの端末部を示す
側面の断面図で、取外し可能な繋止ピンと軸装置がマン
ドレルに取付けか状態になっている。

【図１８】パイプをマンドレルから外した後の、往復従
動プラグと端末固定プラグの最終的位置を示す断面図で
ある。

【図１９】図１７と同じ図で、ただし、従動プラグおよ
び２番手の端末プラグの始めの位置を示す。

【図２０】マンドレルから取外した係止ピンとマンドレ
ル軸の組立ての長さ方向の断面図である。

【図２１】繋止ピンとマンドレル軸の組立てを端面から
見た側面図である。

【図２２】樹脂を含浸させた連続繊維のストランドと未
含浸のフトランドを交互に使用して、パイプの第２層に
用いる縦糸のリボンを作る装置の模式図である。

【図２３】パイプの第３層に用いる縦糸のリボンを作る
装置の模式図である。

【図２４】パイプおよび結合具一式の成形に用いる作業
ステーションの作業行程の順序を示す模式図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維と該繊維を含浸してマトリックスを
形成する固化可能な接着材とからなる成形層を含む複数
層よりなる二重壁複合材料チューブ構造において、該層
の少なくとも１つとしてこれを透過する液洩れのないチ
ューブ構造と、使用内圧および該チューブ構造に加えら
れる衝撃および静流体圧衝撃から生じる歪み速度の大き
い応力に対して、破壊されることなく、これに耐え、か
つ、これを吸収するチューブ構造とを備えたことを特徴
とする二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項２】請求項１記載の二重壁複合材料チューブ
構造において、該チューブ構造がその長さ方向の軸の上
に形成されたものであって、前記の成形層が、繊維で強
化された熱硬化性高分子の第１番目の樹脂よりなる不透
過性の第１層と、該第１層を取巻き、第１番目の周方向
に配向する多数の微小亀裂を含むもろい第１番目のマト
リックス中に埋め込まれた周方向に配向された連続繊維
強化材よりなる透過性を有する第２層と、該第２層を取
巻き、第２番目の長さ方向に配向する多数の微小亀裂を
含むもろい第２番目のマトリックス中に埋め込まれた長
さ方向に配向された連続繊維強化材よりなる透過性の第
３層と、該第３層を取巻き、繊維で強化された熱硬化性
高分子の第２番目の樹脂より成る不透過性の第４層とか
らなることを特徴とする二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項３】請求項２記載の二重壁複合材料チューブ
構造において、前記の第１番目および第２番目の樹脂が
各々柔軟性のエポキシ樹脂よりなることを特徴とする二
重壁複合材料チューブ構造。
【請求項４】請求項２記載の二重壁複合材料チューブ
構造において、前記の第１番目および第２番目の樹脂が
各々ほぼ１００センチポイズの粘度を有し、硬化可能な
可溶珪酸塩を含有することを特徴とする二重壁複合材料
チューブ構造。
【請求項５】請求項２記載の二重壁複合材料チューブ
構造において、前記の第１層が、少なくともそのひとつ
の終端部において、前記の軸から半径方向に広がり、そ
の外径が少なくとも上記の第３層の内径にほぼ等しい環
状のシール面を形成することを特徴とする二重壁複合材
料チューブ構造。
【請求項６】請求項２記載の二重壁複合材料チューブ
構造において、このチューブ構造の少なくとも一端にお
いて、前記の第２，３および４層が、このチューブ構造
の端末のシール面で終わるパイプ外面のフランジを構成
することを特徴とする二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項７】請求項６記載の二重壁複合材料チューブ
構造において、前記のパイプフランジが環状であって、
且つその外径が前記チューブ構造の内径より少なくとも
約１．４６インチ（３７ｍｍ）大きく、該チューブ構造
の管壁の厚さがほぼ０．１〜０．４インチ（２．５〜１
０．１２ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする二重壁複
合材料チューブ構造。
【請求項８】請求項７記載の二重壁複合材料チューブ
構造において、前記の管壁の厚さ“Ｔ”が０．４インチ
（１０．２ｍｍ）を超え、且つ前記のフランジの外径
“ＯＤＦ”が、少なくとも、前記チューブ構造の内径
“ＩＤ”と、１．４６インチ（３７．１ｍｍ）に量
（Ｔ−０．４）インチ〔（Ｔ−１０．２）ｍｍ〕の２倍
を加えた量である“ＤＲ”との和に大体等しく、次式で
表されることを特徴とする二重壁複合材料チューブ構
造。ＯＤＦ＝ＩＤ＋（１．４６＋２×（Ｔ−０．４））（イ
ンチ）〔ＯＤＦ＝ＩＤ＋（３７．１＋２×（Ｔ−１０．２））
（ｍｍ）〕
【請求項９】請求項５記載の二重壁複合材料チューブ
構造において、前記の第３層の終末部が円錐状の傾斜構
造の上に配置され、その上にフィラメントワインディン
グによりフランジリング構造を形成したことを特徴とす
る二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項１０】請求項２記載の二重壁複合材料チュー
ブ構造において、前記の管壁の総厚さが０．０５インチ
（１．２７ｍｍ）で除され、且つ該厚さが０．０５〜
１．０インチ（１．２７〜２５．４ｍｍ）の範囲から選
ばれていることを特徴とする二重壁複合材料チューブ構
造。
【請求項１１】請求項１０記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の第３層の厚さが上記の管壁の
総厚さのほぼ１／３に等しいことを特徴とする二重壁複
合材料チューブ構造。
【請求項１２】請求項１０記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の第２，３および４層の終末部
分が、前記のチューブの少なくとも１端において、環状
のパイプフランジに形成され、その第２層のインチで表
した厚さ“ＴＣ”が、次式で決定されることを特徴とす
る二重壁複合材料チューブ構造。ＴＣ＝Ｐ×Ｄ／２ＳＣ（インチ）ここで、“Ｐ”：最大パイプ試験圧（ｐｓｉ）， “Ｄ”：前記パイプの内径（インチ）， “ＳＣ”：前記の第２層の最大許容引張り強さ（ｐｓ
ｉ）。また前記最大パイプ試験圧“Ｐ”は第３層の厚さ“Ｔ
Ｌ”に支配され、次式で決定される。Ｐ＝ＥＬ／Ａここで、“Ａ”（平方インチ）は式Ａ＝（ＯＤＦ）²×
０．７８５４で計算される前記のパイプフランジの面積
で、該式の“ＯＤＦ”は前記パイプフランジの外径、ま
た“ＥＬ”（ポンド）は前記パイプフランジの第３層に
よって支えられる式ＥＬ＝ＳＬ×ＴＬ×３．１４１６×
ＯＤＦで計算される最大端末負荷荷重である。ただし、
“ＴＬ”は前記第３層の厚さ（インチ）で、“ＳＬ”は
該層の横せん断強さ（ｐｓｉ）である。
【請求項１３】請求項１２記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の第２層の最大引張り強さが少
なくとも５０，０００ｐｓｉ（３４５ＭＰａ）で、前記
の第３層の横せん断強さが少なくとも３５，０００ｐｓ
ｉ（２４１ＭＰａ）であることを特徴とする二重壁複合
材料チューブ構造。
【請求項１４】請求項６記載の二重壁複合材料チュー
ブ構造において、一対の円筒半割り結合具と該結合具を
覆い、該結合具とパイプフランジを嵌合状態に保って、
２つのチューブ構造の相互の変位を防ぐ保持スリーブか
らなる、２つのチューブフランジを繋ぎ、シールする結
合手段を含むことを特徴とする二重壁複合材料チューブ
構造。
【請求項１５】請求項１４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記のチューブ構造の一対が長さ方
向に並び、前記の結合手段がさらに、結合されたチュー
ブ構造の向かい合ったシール面をシールするための弾力
性を持ったシール手段を含むことを特徴とする二重壁複
合材料チューブ構造。
【請求項１６】請求項１５記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記のシール手段が、内面に第一の
溝を持ち、両側面に複数の第二の溝を有するシールリン
グよりなり、前記の結合されたチューブ構造のひとつあ
るいは双方の長さの増加や該チューブ構造が受ける熱ま
たは圧力による応力に対応してシール面が互いに動くと
きに、該シール面とシールリングとの間に多数のエッジ
の接触によるシールをもたらすことを特徴とする二重壁
複合材料チューブ構造。
【請求項１７】請求項１６記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記のシールリングがその周囲に沿
って環状の溝を持ち、前記の半割り結合具を前記の保持
スリーブの中で組み上げる間、該シールリングの捻れあ
るいは歪みの発生を防ぐために、該半割り結合具が前記
の溝に嵌合する半割り環状のフランジを持つことを特徴
とする二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項１８】請求項１６記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記のシールリングの圧縮しない状
態での幅が、環状のシール面の間で約１インチ（２５．
４ｍｍ）で、また該シールリングの外径が少なくとも前
記結合具の内径にほぼ等しいことを特徴とする二重壁複
合材料チューブ構造。
【請求項１９】請求項１４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、さらに、前記の半割り結合具の内面
に、該半割り結合具を保持スリーブの中に組み上げるた
めのガイド手段を形成することを特徴とする二重壁複合
材料チューブ構造。
【請求項２０】請求項１５記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の半割り結合具の内面にフラン
ジを設け、前記チューブ構造のパイプフランジを合わ
せ、結合して、軸方向に分離するのを防ぐことを特徴と
する二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項２１】請求項２０記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の結合フランジの基底部の間隔
“ＣＤ”が、次式によって決定されることを特徴とする
二重壁複合材料チューブの結合構造。ＣＤ＝ＣＷ＋２×ＦＬここで、“ＣＷ”：シール面に接してい前記のシール手
段の圧縮された状態の幅（インチ）で、また、“Ｆ
Ｌ”：前記のパイプフランジの基底部から前記のシール
面まで測った各パイプフランジの長さ（インチ）に等し
い。
【請求項２２】請求項１５記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記のチューブ構造のシール面の間
の、前記シールリングの圧縮された状態の幅が、圧縮し
ない状態の幅の少なくとも約６０〜９０％に等しいこと
を特徴とする二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項２３】請求項１５記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の結合具を覆い、シールして、
前記結合具の両側で、前記の結合したチューブ構造に固
定される柔軟なブーツを含むことを特徴とする二重壁複
合材料チューブ構造。
【請求項２４】請求項１４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の半割り結合具の外径が上記の
保持スリーブの内径より、ほぼ０．０１〜０．０４イン
チ（０．２５〜１ｍｍ）の範囲で小さいことを特徴とす
る二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項２５】請求項２４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の保持スリーブが、硬化する液
状高分子を含浸させ長さ方向に配向させた連続繊維を含
む繊維強化内層より成る第１スリーブ層と硬化する熱硬
化性樹脂マトリックスを含浸させ周方向に配向させた繊
維強化材第２スリーブ層とからなることを特徴とする二
重壁複合材料チューブ構造。
【請求項２６】請求項２５記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の第１スリーブ層の厚さがほぼ
０．０２〜０．１０インチ（０．５〜２．５ｍｍ）の範
囲にあり、前記第２スリーブ層の厚さがほぼ０．２〜
１．０インチ（５〜２５．４ｍｍ）の範囲にあることを
特徴とする二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項２７】請求項１記載の二重壁複合材料チュー
ブ構造において、前記の繊維が、その番手がポンド当り
５０〜６５０ヤード（１ｋｇ当り１０１〜１３１０ｍ）
の範囲にあり、且つその単繊維の直径が１０〜２５ミク
ロンの範囲にあるガラス連続繊維のストランド製品であ
ることを特徴とする二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項２８】請求項１４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造において、前記の透過性の第３層から出る流体
の洩れを検出する洩れ検出センサを含むことを特徴とす
る二重壁複合材料チューブ構造。
【請求項２９】その管壁を通して洩れる流体の圧力お
よび流速を抑制し、使用内圧に耐える二重壁複合材料チ
ューブ構造の製作方法であって、多数の層を持ち、その
少なくともひとつの層において、もろいマトリックス材
料を含む複合材料の成形、該パイプの両端のシール、該
パイプの流体による充填、および予め定めた寸法および
量の微小亀裂を前記のもろいマトリックス材料中に生ぜ
しめるための該流体の加圧の各ステップからなる二重壁
複合材料チューブ構造の製作方法。
【請求項３０】請求項２９記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記の製作ステップが、
不透過性の第１層の形成、もろいマトリックスを含浸さ
せた繊維ストランドを含む第２層の、該第１層の上且つ
パイプ構造の軸の周りへの周方向の巻き付け、もろいマ
トリックスを含浸させた繊維ストランドを含む第３層に
よる該第２層の被覆、不透過性の第４層による該第３層
の被覆および前記のパイプを加圧して、前記の第２層お
よび第３層に、それぞれ周方向および長さ方向に配向す
る微小亀裂を形成せしめることよりなる前記の加圧ステ
ップより成ることを特徴とする二重壁複合材料チューブ
構造の製作方法。
【請求項３１】請求項３０記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記の第１層の終末部分
を形成して、前記の軸から外方に向かって半径方向に広
がる環状のシール面を画定することを含むことを特徴と
する二重壁複合材料チューブ構造の製作方法。
【請求項３２】請求項３１記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、さらに、前記の第２，３
および４層を形成して、前記のシール面を終端とするパ
イプ外周のフランジを得ることを特徴とする二重壁複合
材料チューブ構造の製作方法。
【請求項３３】請求項３０記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記の第２，３および４
層の終末部分が環状のパイプフランジに形成され、その
第２層の厚さ“ＴＣ”が、次式に従って決定されること
を特徴とする二重壁複合材料チューブ構造の製作方法。ＴＣ＝Ｐ×Ｄ／２ＳＣ（インチ）ここで、“Ｐ”：最大パイプ試験圧（ｐｓｉ） “Ｄ”：前記パイプの内径（インチ） “ＳＣ”：前記の第２層の最大許容引張り強さ（ｐｓ
ｉ）また、前記最大パイプ試験圧“Ｐ”は第３層の厚さ“Ｔ
Ｌ”に支配され、次式で決定される。Ｐ＝ＥＬ／Ａここで、“Ａ”は式Ａ＝（ＯＤＦ）²×０．７８５４
（平方インチ）に従う前記のパイプフランジの面積で、
該式の“ＯＤＦ”は前記パイプフランジの外径、また
“ＥＬ”（ポンド）は前記パイプフランジの第３層によ
り支えられる式ＥＬ＝ＳＬ×ＴＬ×３．１４１６×ＯＤ
Ｆで計算される最大端末負荷荷重である。ただし、“ＴＬ”：前記第３層の厚さ（インチ） “ＳＬ”：該層の横せん断強さ（ｐｓｉ）
【請求項３４】請求項３２記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、一対の円筒半割り結合具
の形成と、該半割り結合具を覆い、前記パイプフランジ
と嵌合状態に保って、前記のチューブ構造の相互の変位
を防ぐ保持スリーブの形成とから成る、ふたつの前記チ
ューブ構造のチューブフランジを繋ぎ、シールする結合
手段の成形を含むことを特徴とする二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法。
【請求項３５】請求項３４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記の半割り結合具の内
面に結合フランジを形成し、前記チューブ構造のパイプ
フランジを合わせ、結合して、軸方向に分離するのを防
ぎ、その結果として、前記の結合フランジの基底部の間
隔“ＣＤ”が、次式によって決定されることを特徴とす
る二重壁複合材料チューブ構造の製作方法。ＣＤ＝ＣＷ＋２×ＦＬここで、“ＣＷ”：前記チューブ構造のシール面の軸方
向の間隔に等しい。 “ＦＬ”：前記のパイプフランジの基底部から夫々の前
記のシール面まで測った各パイプフランジの長さに等し
い。
【請求項３６】請求項３４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記のチューブ構造のシ
ール面の間の、弾力性のあるシールリングを圧縮して、
その圧縮された状態の幅が、圧縮しない状態の幅の少な
くとも約６０〜９０％に等しくすることを含むことを特
徴とする二重壁複合材料チューブ構造の製作方法。
【請求項３７】請求項３４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記結合具の両側で前記
の結合したチューブ構造に固定される柔軟なブーツによ
り、前記の結合具を覆い、シールすることを含むことを
特徴とする二重壁複合材料チューブ構造の製作方法。
【請求項３８】請求項３４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記の半割り結合具の外
径を上記の保持スリーブの内径より、ほぼ０．０１〜
０．０４インチ（０．２５〜１ｍｍ）の範囲で小さくな
るように成形することを含むことを特徴とする二重壁複
合材料チューブ構造の製作方法。
【請求項３９】請求項３４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記の保持スリーブが、
硬化する液状高分子を含浸させ長さ方向に配向させた連
続繊維を含む繊維強化内層より成る第１スリーブ層と硬
化する熱硬化性樹脂マトリックスを含浸させ周方向に配
向させた繊維強化材第２スリーブ層とから成るように成
形することを含むことを特徴とする二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法。
【請求項４０】請求項３９記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記の第１スリーブ層の
厚さがほぼ０．０２〜０．１０インチ（０．５〜２．５
ｍｍ）の範囲にあり、前記第２スリーブ層の厚さがほぼ
０．２〜１．０インチ（５〜２５．４ｍｍ）の範囲にあ
るように成形することを含むことを特徴とする二重壁複
合材料チューブ構造の製作方法。
【請求項４１】請求項３４記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記の透過性の第３層か
ら出る流体の洩れを検出する洩れ検出センサの取付けを
含むことを特徴とする二重壁複合材料チューブ構造の製
作方法。
【請求項４２】請求項２９記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、不透過性の内壁と一次封
止機能を持つ表面を形成するために、繊維強化の熱硬化
性高分子の樹脂の第１層を円筒形のマンドレルの上に配
置し、該第１層を硬化させ、該第１層の上にマトリック
スを含浸させた周方向の連続繊維ストランドの第２層を
積層し、該第２層の上にマトリックスを含浸させた長さ
方向の連続繊維ストランドの第３層を積層し、不透過性
の外壁と二次封止機能を持つ表面を形成してパイプを成
形するために、繊維強化材の熱硬化性高分子の樹脂の第
４層を、該第３層の上に積層し、前記第２，３，および
４層を硬化させ、前記パイプを前記マンドレルから取り
外すことを含むことを特徴とする二重壁複合材料チュー
ブ構造の製作方法。
【請求項４３】請求項４２記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、前記内壁をシールするた
めに、前記パイプ両端に取り外しのできるシールプラグ
を結合し、該パイプを、長さを固定した構造物に取り付
け、該パイプに流体を、該流体の圧力を同時にコントロ
ールし、監視しながら、充填し、該パイプの圧力を、最
大で、毎分５〜１０ｐｓｉ（０．０３〜０．０７ＭＰ
ａ）の範囲の速度で、増加させ、パイプの長さの変化を
測定し、少なくとも１０分毎に、該パイプの長さ方向の
歪みを計算することを含むことを特徴とする二重壁複合
材料チューブ構造の製作方法。
【請求項４４】請求項４３記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作方法において、パイプの全伸びをパイプ
の長さで除して長さ方向の全歪みを計算し、少なくとも
１０分毎に、この長さ方向の歪みの変化を計算し、イン
チ／インチ／分（ｍｍ／ｍｍ／分）で測られる歪み速度
を算出し、少なくとも３０分毎に、インチ／インチ／分
（ｍｍ／ｍｍ／分）で測られる平均歪み速度を算出し、
１０分毎に測った平均歪み速度が約０．００００５〜
０．００００２０の範囲に入るように、前記のパイプの
加圧速度を調整し、少なくとも３０分毎に測った平均歪
み速度が約０．００００１１を超えないように、該パイ
プの加圧速度を調整し、該パイプの加圧を終了し、該パ
イプから流体を除いて該パイプを空にすることを含むこ
とを特徴とする二重壁複合材料チューブ構造の製作方
法。
【請求項４５】マトリックスを含浸させた周方向の連
続繊維ストランドの一層を回転するマンドレルの上にフ
ィラメントワインディングして、該マンドレルに巻かれ
たフィラメントワインディングリボンから余分の樹脂を
除いて滴下のない層を得る方法であって、複数個のスト
ランド供給パッケージから、予め選択した繊維特性と番
手を持ち、その各々が少なくともほぼ平行な連続繊維の
集合からなる未含浸の連続繊維ストランドの複数本を引
き出し、各一本の未含浸ストランドを各ストランド供給
パッケージの上方に位置する未含浸ストランドガイドを
通して供給し、その未含浸ストランドを夫々のストラン
ドガイドを通して、マトリックスコータ槽の上方に位置
するストランド案内櫛に供給し、該ストランドのある本
数を規則正しく交互に、ストランド案内櫛からマトリッ
クスコータ槽の頂上を横切って、２本のスクイズバーの
間に供給し、それからさらに、形成されたリボンの幅を
調整する繊維ストランド集合装置に向け、残りの未含浸
繊維ストランドを、含浸繊維ストランドにするために、
マトリックスコータ槽に供給してマトリックスコータ槽
に溜めた液状マトリックスの液面下にあるマトリックス
含浸バーの下をくぐらせ、該含浸繊維ストランドをマト
リックス含浸バーの下からマトリックスコータ槽の外に
引き出し、液状マトリックスの液面より上に位置するス
トランドガイドバーの上を通過させ、該含浸繊維ストラ
ンドをストランドガイドバーから２本のスクイズバーの
間に供給して、未含浸繊維ストランドと交互に接触さ
せ、含浸繊維ストランドによって供給される余分の液状
マトリックスに対する未含浸繊維ストランドの毛細管吸
引を用いて、未含浸繊維ストランドに含浸ストランドの
液状マトリックスを含浸させ、これらの繊維ストランド
を形成されたリボンの幅を調節する集合装置に供給し、
該繊維ストランドを、引き揃え繊維をマンドレルに巻き
付ける角度をコントロールするリボン供給装置に供給
し、所要の厚さのリボンをマンドレル状に積層するため
に、回転するマンドレルとリボン供給装置を軸方向に互
いに相対的に動かす各工程からなることを特徴とするフ
ィランメトワインディングの方法。
【請求項４６】マトリックスを含浸させた長さ方向に
引き揃えた連続繊維ストランドからストランドコードを
作る方法であって、複数個のストランド供給パッケージ
から、予め選択した繊維特性と番手を持ち、その各々が
少なくともほぼ平行な連続繊維の集合から成る未含浸の
連続繊維ストランドの複数本を引き出し、各一本の未含
浸ストランドをガイドを通して供給し、各ストランドを
ストランド案内櫛に供給し、各ストランドを該ストラン
ド案内櫛からストランドの集合を形成するための集合リ
ングに供給し、該ストランドの集合を集合リングから硬
化する液状でストランドに含浸されるマトリックスを容
れたマトリックスコータ槽に供給し、含浸したストラン
ドの集合を形成するために、該マトリックスコータの中
にある含浸バーの下に、前記のストランドの集合を導
き、含浸したストランドの集合をスクイズ装置の間に導
き、含浸したストランドの集合を、スクイズ装置から、
ストランドコードを形成するために、所望のストランド
コードの断面積に等しい断面積を持つコード形成オリフ
ィスを画定するストランドコード形成装置を通して、導
くというステップからなることを特徴とするストランド
コードの製作方法。
【請求項４７】請求項４６記載のストランドコードの
製作方法において、ストランドコードを軸方向に横行す
るストランドコードを引き出し、配置装置に導き、両端
に周方向に間隔を空けた繋止ピンの環状の列を含む、軸
方向に隔たった一対のピンリングを持つ前記パイプマン
ドレルの軸を、少なくとも、前記ストランドコード引き
出し装置の横行経路に大体平行に置き、前記ストランド
コードの始端を前記繋止ピンのひとつに固定し、前記の
引き出し、配置装置を前記の経路に沿って前後に移動さ
せ、前記のストランドコードを、前記のピンリングの夫
々の繋止ピンを回るループとし、前記マンドレルの上
に、複数の少なくとも大体平行なストランドコードの層
を形成することを含むことを特徴とするストランドコー
ドの製作方法。
【請求項４８】請求項４７記載のストランドコードの
製作方法において、さらに、前記マンドレルを回転させ
て、前記ストランドコード層を、互いに相対的に移すこ
とを含むことを特徴とするストランドコードの製作方
法。
【請求項４９】請求項４８記載のストランドコードの
製作方法において、前記の移動のステップが前記のスト
ランドコード引き出し装置が、前記ストランドコード層
を形成する間において、周方向に隣り合う前記繋止ピン
の間の移動を含むことを特徴とするストランドコードの
製作方法。
【請求項５０】請求項４９記載のストランドコードの
製作方法において、前記の移動および回転のステップを
繰り返して、前記マンドレルの上に、前記ストランドコ
ードの複合材の層を形成することを含むことを特徴とす
るストランドコードの製作方法。
【請求項５１】２つのチューブ構造をつなぐ複合材料
の結合具の製作方法において、マンドレルの外表面に、
繊維強化高分子樹脂の第１層を積層し、該高分子樹脂を
硬化させ、マトリックスを含浸させた長さ方向の繊維ス
トランドの第２層を前記第１層の上に積層し、マトリッ
クスを含浸させた周方向の繊維ストランドの第３層を前
記第２層の上に積層し、繊維強化高分子樹脂の第４層
を、前記第３層の外表面に積層して円筒構造を形成し、
該円筒構造の周りに、２部品からなる結合具の成形型を
配置して止め、未硬化の円筒を切断して２個の半割り円
筒構造とし、該半割り円筒構造を硬化させて、断面が半
円の少なくとも大体同じ形状の半割り結合具を形成し、
前記の２部品より成る成形型を該半割り結合具から外
し、また該半割り結合具をマンドレルから取り外すステ
ップよりなることを特徴とする結合具の製作方法。
【請求項５２】二重壁複合材料チューブ構造を製作す
る装置であって、取り外しのできるように軸状に組み上
げた分解可能な部品より成り、その長さ方向の軸の回り
に回転するように取り付けられ、その長さ方向に亙って
環状の断面を持つマンドレルと、その上の積層構造を支
えるために、該マンドレルの周囲に長さ方向に隔たって
位置せしめた、マンドレルの軸から外に向かって半径方
向に延長され、その終端が環状の間隔を隔てたロール面
の列となる、少なくとも２個の環状の支持手段と、該支
持手段の各々の半径方向の高さを選択的に調整する手段
と、その軸方向に沿って取り外し可能な固定手段で結合
され、その内面が前記ロール面に接触し、少なくとも部
分的に支持され、ロール面の複合材料素材を保持する、
少なくとも１個の分解可能な環状の成形型構造と、該成
形型構造を前記環状の支持手段の少なくともひとつに、
取り外しの出来るように取り付ける、取り外し可能な固
定手段とよりなることを特徴とする二重構造複合材料チ
ューブ構造の製作装置。
【請求項５３】請求項５２記載の二重壁複合材料チュ
ーブ構造の製作装置において、前記マンドレルの相対す
る端末に位置せしめられ、パイプのシール面の成形面を
画定する、前記の軸から外に向かって半径方向に広がる
１組の環状のリングを含むものであることを特徴とする
二重壁複合材料チューブ構造の製作装置。
【請求項５４】マトリックスを含浸させた連続繊維ス
トランドの引き揃えリボンを製作する装置において、少
なくとも１列に並べた、少なくとも２０個の水平に置い
たストランドパッケージよりなるクリルと、該ストラン
ドの上に位置せしめた、少なくとも、２０個のストラン
ドガイドアイと、各々が水平方向への開口を持ち、繊維
マトリックスコータの隣に一列に配置された、少なくと
も、２０個のストランドガイドアイと、上面が開いたマ
トリックスコータ槽と、２本の平行且つ水平におかれた
丸棒に間隔を開けて差し込んだ少なくとも２１本の水平
且つ平行に置かれたピンからなり、垂直方向への開口を
持つ少なくとも２０のストランドガイドアイの列を形成
する、前記マトリックスコータ槽の上に位置せしめたス
トランド案内櫛と、該マトリックスコータ槽の底に水平
に位置せしめたリボン含浸バーと、該マトリックスコー
タ槽の上縁の隣に、その上方に水平に置かれたリボンガ
イドと、該マトリックスコータと繊維ストランド集合装
置との中間に位置せしめた、水平方向に開口を持ち、そ
の垂直方向の間隔が前記引き揃えリボンの望ましい厚さ
に等しい、１組のスクイズバーと、該スクイズバーの隣
に位置せしめた、水平方向の丸棒に差し込んだ少なくと
も２１本の垂直方向の平行なピンからなり、水平方向の
ストランドガイドの開口の列を形成する繊維ストランド
集合装置と、回転可能なカーブした棒を含む、マンドレ
ルの回転の間にフィラメントワインディングされる引き
揃えリボンの幅と巻き付け角度を維持、コントロールす
るリボン供給装置とからなることを特徴とするリボンの
製作装置。
【請求項５５】マトリックスを含浸させた連続繊維強
化材のストランドコードを製作する装置において、少な
くとも１列に並べた、少なくとも２０個の水平に置いた
ストランドパッケージよりなるクリルと、該ストランド
の上に位置せしめた、少なくとも、２０個のストランド
ガイドアイと、水平方向への開口を持ち、繊維マトリッ
クスコータの隣に配置された、少なくとも、２０個のス
トランドガイドアイと、マトリックスコータの支持構造
に取り付けた環状のストランド集合リングの上に位置す
るストランド案内櫛と、マトリックスコータ槽の上に位
置して、直径がほぼ０．２５〜１．００インチ（６．３
５〜２５．４ｍｍ）の丸棒を内径がほぼ３〜９インチ
（７６．２〜２２８．６ｍｍ）の閉じたリングに成形し
たストランド集合リングと、ストランドに含浸させる液
状マトリックスを容れるマトリックスコータと、該マト
リックスコータ槽の底に接して位置せしめた直径がほぼ
１〜２インチ（２５．４〜５０．８ｍｍ）の回転可能な
含浸バーと、２本の平行で且つ水平に置いた回転するバ
ーと２本の平行で且つ垂直に置いた回転するバーとより
なり、該バーの外径がほぼ１〜２インチである、調節可
能なスクイズ装置と、２組の間隔を等しくした平行な回
転するバーよりなり、該バーの直径はほぼ１〜２インチ
で、各組のバーは互いに直角に配置されて、ストランド
コードの断面積をコントロールするためのコード成形オ
リフィスを形成するストランドコード成形装置よりなる
ことを特徴とするストランドコードの製作装置。
【請求項５６】軸受けに支えられる回転軸を持ち、円
筒径の成形表面を画定して、複合材料チューブ構造と、
それに嵌合する半割り結合具を製作するための２部品か
らなるマンドレル装置において、周方向に間隔を開け
て、半径方向に伸びる複数の繋止ピンを確保するピンリ
ングと、該ピンリングを前記マンドレルの端末に、取り
外し可能なように固定するボルト結合手段とを含むこと
を特徴とするマンドレル装置。
【請求項５７】２部品から成るマンドレルの保持移動
架台において、可動フレームと、長さ方向に隔たって取
り付けられた２個の軸受けの支持メンバーで、少なくと
もそのひとつは該フレームから垂直に持ち上げられるよ
うに取り付けられている支持メンバーとを含むことを特
徴とする保持移動架台。