JPH0128697B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維強化複合材料製ベローズの製造方
法に関し、さらに詳しくは連続繊維を切断するこ
となく配列したことにより、機械的諸特性に対し
て信頼性の高い繊維強化複合材料製ベローズの製
造方法に関する。

繊維強化複合材料製円筒は、高強度、耐蝕性に
すぐれることから、ガス又は液体の輸送管、さら
には比強度、比弾性にすぐれた特徴をもつため高
速回転円筒といつた用途に広く用いられる。そう
した用途に対しては例えばガス又は液体の輸送管
を曲げ易くしたり、危険回転数を越えた定速で回
転する高速回転円筒の弾性曲げ振動を吸収し、危
険速度を下げるというようにベローズは有効な継
手形状と言える。

しかし、均一材料の場合と異なり、繊維強化複
合材料は極端な異方性を示すため、これをベロー
ズ形状に成形するには種々の問題があり、実用化
されていないのが現状である。即ちベローズ部の
役割を考えると、円周方向に対しては円筒の他の
部分と同程度に強く且つ形状的に曲り易く曲がり
に対して強いことが必須となるが、繊維強化複合
材料の強度は繊維の配列、密度及び連続性に大き
く依存し、ベローズ形状の場合もいかに連続繊維
を切断することなく且つ設計通りに繊維の乱れが
ないように配列するかが問題となる。

また高速回転体という用途を考えると炭素繊維
強化プラスチツクス（CFRPと略）のごとく比強
度、比弾性にすぐれた繊維強化複合材料を遠心力
に耐え得る極限で設計する場合が多くベローズの
導入が上記繊維の切断、巻角の乱れといつた原因
により機械的性能の低下を招来するようでは導入
の意味はなく、更に附言すれば危険回転数を越え
て定速回転に至るような比較的長胴の高速回転体
では危険速度通過時に弾性曲げ振動を生じる危険
があるため、バランス調整を行ない振動を極力抑
える方式を採つているが、危険回転数が大きくな
るにつれてバランスの微調整が必要となり、ため
に多大な時間をかけねばならず、これにベローズ
を適用して危険速度を下げることは工業的見地か
らも極めて有効な手段と言える。

こうした観点から円周方向の強度を低下するこ
となく曲がりに対して強くかつ曲がり易い繊維強
化複合材料製ベローズを得るためには連続繊維を
用い、連続繊維の切断につながる機械加工をでき
るだけ抑え、設計巻角を維持し繊維の乱れをなく
すことが必須であり、本発明者等はその製造方法
について鋭意研究した結果本発明を完成するに至
つた。以下本発明を具体例を挙げて詳述するが、
本発明の製造方法は具体例に限定されるものでは
ない。

繊維強化複合材料製ベローズは第１図又は第２
図に示すように円筒体の継手として用いられ、第
１図に示すように円筒部１０およびベローズ部２
０を連続した繊維を用いて一体で製作するか、第
２図に示すように円筒部１０とベローズ部２０を
連続した繊維を用いて別々に製作し、これらを接
着剤を用いて接合する方法により一体化される。

今、ベローズ形状をワインデイング法によつて
金型に巻付けて製作する場合、次にあげる諸点に
おいて製作が困難とされていた。

繊維をベローズ形状に沿わして巻付けるのは
困難で、繊維が横すべりするかもしくは山部を
結ぶ直線上を走る場合が多く、また繊維が沿つ
て走るベローズ形状は凹凸が小さいかもしくは
巻角により一義的に形状が限定されてしまい実
用的とは言えない。

山部を結ぶ直線上を走る繊維を外力によりベ
ローズ形状を沿わすと、繊維が横すべりして所
定の巻付角が維持できなくなると共に肉厚も薄
くなつてしまう。又無理に押えこんだ場合には
繊維切れが生じる危険を伴う。

ベローズ形状に沿わした繊維強化複合材料の
肉厚を均一化するには外径側を機械加工する方
法が考えられるが、ベローズ形状の如く複雑な
形状では機械加工そのものが難しく又巻付けた
繊維を切断するおそれもあつて適切とは言えな
い。

外金型を用いて偏肉をなくす方法も考えられ
るが、この場合外金型を分割型とする必要があ
り、ために型の合わせ面で繊維のかみこみを生
じ易く、このかみこみは軸方向に連続した繊維
の切断を招来し、強度的に満足するものが得ら
れず実用的ではない。

そこで本発明者等はまず、所定の巻付角を維持
しかつ無理なくベローズ形状に沿わすことが可能
な巻付金型を発案すべく鋭意研究した結果、第３
図に具体例を示す円周方向に分割したベローズ形
状を有する分割型３を軸方向に分割し、こゝにベ
ローズの谷部よりも大きい外径を有するスペーサ
ーリング４を挿入した巻付型を発明した。

第３図の具体例ではベローズ形状の分割型３は
円筒型２および円筒を貫通する芯型１で固定され
またスペーサーリング４も円周方向に分割されそ
れぞれがシヤフト５により芯型１に固定されてい
る。

第３図に示す巻付型を用いてワインデイングす
る場合は、まずスペーサーリングの外径をベロー
ズの谷部よりも大きくしておき、この状態でマト
リツクスを含浸した連続繊維を巻付け、巻付け終
了后、芯型１の内側に用意したナツト６を用いて
シヤフト５を通じてスペーサーリング４をベロー
ズの谷部より下に落し込み、さらに円筒型２を用
いて分割型３を軸方向に移動しベローズ形状を有
する型とならしめる。こゝで落しこんだリングは
予め分割型３に設けた空間部に収納される。

即ち本巻付金型を用いた場合には懸案となつて
いたベローズの山部を結ぶ直線上を走つた繊維を
ベローズ形状の表面を覆うに足るに充分なだけに
スペーサーの巾によつて調節することができ、上
述のごとく無理に繊維をベローズ部に落しこむ必
要がなくなり、したがつて所定の巻付角の維持が
可能となる。

本発明に係る巻付型は第３図に限らず円周方向
に分割したベローズ形状を有する分割型を軸方向
に分割し、ここにベローズの谷部よりも大きい外
径を有するスペーサーリングを挿入してなる巻付
型であればよく、スペーサーの挿入装置はかみこ
みのおそれのある山部よりも谷部の方が望まし
く、またスペーサーの巾はベローズ形状の表面を
覆うに充分な量よりも若干小さめとし、繊維のた
るみをなくした方が好適と言える。さらにベロー
ズが数山となつた場合、一箇所のみにスペーサー
を設けたときは均等にそのたるみを分配するのが
難しく願わくばベローズの１ピツチに１つのスペ
ーサーを設けるべきである。スペーサーリングの
外径はベローズの山部とリングとの径の相違によ
り巻付られた繊維が横すべりせずかつベローズ形
状を有する分割型を合体する際に繊維のかみこみ
を生じないためにベローズの谷部よりも大きくす
べきである。

さらに本発明者等は上記金型を用いて巻付られ
た繊維をベローズ形状に沿わしかつ肉厚を均一化
するにあたり、、項に掲げた問題を解決すべ
く以下の方法を発案した。

即ち第４図に具体例を示すように該スペーサー
をとりはずし、軸方向に分割型を移動したのちに
内側に連続したベローズ形状を有するゴム状弾性
体７で該表層を一気に覆うが、第５図に具体例を
示すように内側にベローズ形状を有するリング状
のゴム状弾性体からなるベローズユニツト８を順
次はめこみのまゝの状態で成形するかもしくは一
旦ベローズユニツトをとりはずしてベローズ形状
を形成したのち第４図に示すごとく内側に連続し
たベローズ形状を有するゴム状弾性体で該表層を
覆い成形する。

この方法によれば外型に合わせ面がないため、
かみこみによる繊維切れの問題はなくまたゴム状
弾性体の寸法精度を高くするにしたがい肉厚の均
一化も可能となる。又必要に応じて繊維を切断す
ることなくベローズ形状の外周の樹脂分をとり除
くことによつて偏肉をなくすことも有効である。
さらにゴム状弾性体の外側より加圧することもマ
トリツクスが粘稠な場合は有効である。

本発明に係るゴム状弾性体としては適当な伸び
を有しかつ寸法安定性にすぐれた材料が望ましく
例えばNBR、EPDM、シリコン、フツ素といつ
たゴム単体或いはこうしたゴムを布で補強したゴ
ム引布等が考えられる。また本発明の適用すべき
ベローズ材としては炭素繊維、ケブラー繊維、ガ
ラス繊維等の強化繊維とプラスチツクス特に熱硬
化性樹脂の組合せによる繊維強化プラスチツクス
があり、特にエポキシ樹脂をマトリツクスとした
炭素繊維強化プラスチツクスはその高強度、高弾
性のために好適といえる。

本発明は円周方向に分割したベローズ形状を有
する分割型を軸方向に分割し、こゝにベローズの
谷部よりも大きい外径を有するスペーサーを挿入
してなる巻付型表面にマトリツクスを含浸した連
続繊維を巻付け該スペーサーリングをはずして円
筒型を軸方向に移動しかつ内側にベローズ形状を
有するゴム状弾性体で該表層を覆うか内側にベロ
ーズ形状を有するリング状のゴム状弾性体からな
るベローズユニツトを順次はめこみ、この状態で
成形するかもしくは一旦ベローズユニツトをとり
はずしたのち内側に連続したベローズ形状を有す
るゴム状弾性体で該表層を覆い成形する繊維強化
複合材料製ベローズの製造方法を提供するもので
あつて、ベローズ形状、山数等は具体例に限定さ
れるものではなくその用途は広い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は何れもベローズ付円筒体の正
面図、第３図は本発明に係る繊維強化複合材料製
ベローズ成型用巻付型の具体例の縦断面図（図
ａ）とそのＡ―Ａ横断面図（図ｂ）とそのＢ―Ｂ
横断面図（図ｃ）、第４図、第５図は何れも本発
明に係る繊維強化複合材料製ベローズの製造方法
の成形具体例の縦断面図を夫々例示している。 １…芯型、２…円筒型、３…ベローズ型状の分
割型、４…スペーサーリング、５…シヤフト、６
…ナツト、７…内側にベローズ形状を有するゴム
弾性体、１０…円筒部、２０…ベローズ部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円周方向に分割したベローズ形状を有する分
   割型をさらに軸方向に分割し、ここにベローズの
   谷部よりも大きい外径を有するスペーサーリング
   を挿入してなる巻付型表面に、マトリツクスを含
   浸した連続繊維を巻付けたのち、該スペーサーリ
   ングをとりはずし分割型を軸方向に移動し、かつ
   内側に連続したベローズ形状を有するゴム状弾性
   体で該表層を覆い成形することを特徴とする繊維
   強化複合材料製ベローズの製造方法。 ２ ベローズ形状を有する分割型をベローズの谷
   部で分割した巻付型を用いる特許請求の範囲第１
   項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製造方
   法。 ３ ベローズ形状を有する分割型をベローズの１
   ピツチずつで軸方向に分割した巻付型を用いる特
   許請求の範囲第１項記載の繊維強化複合材料製ベ
   ローズの製造方法。 ４ 繊維強化複合材料が炭素繊維強化プラスチツ
   クスである特許請求の範囲第１項、第２項又は第
   ３項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製造方
   法。 ５ 円周方向に分割したベローズ形状を有する分
   割型をさらに軸方向に分割し、ここにベローズの
   谷部よりも大きい外径を有するスペーサーリング
   を挿入してなる巻付型表面に、マトリツクスを含
   浸した連続繊維を巻付けたのち、該スペーサーリ
   ングをとりはずし、分割型を軸方向に移動し、内
   側にベローズ形状を有するリング状のゴム状弾性
   体からなるベローズユニツトを谷部に順次はめこ
   み、この状態で成形するかもしくはベローズユニ
   ツトを一旦とりはずし、内側に連続したベローズ
   形状を有するゴム状弾性体で該表層を覆い成形す
   ることを特徴とする繊維強化複合材料製ベローズ
   の製造方法。 ６ ベローズ形状を有する分割型をベローズの谷
   部で分割した巻付型を用いる特許請求の範囲第５
   項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製造方
   法。 ７ ベローズ形状を有する分割型をベローズの１
   ピツチずつで軸方向に分割した巻付型を用いる特
   許請求の範囲第５項記載の繊維強化複合材料製ベ
   ローズの製造方法。 ８ 繊維強化複合材料が炭素繊維強化プラスチツ
   クスである特許請求の範囲第５項、第６項又は第
   ７項記載の繊維強化複合材料製ベローズの製造方
   法。