JPH04197740A - 加熱発泡性樹脂とカーボン繊維を組み合わせた軸状部材およびその製造方法 - Google Patents

加熱発泡性樹脂とカーボン繊維を組み合わせた軸状部材およびその製造方法

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JPH04197740A
JPH04197740A JP2331390A JP33139090A JPH04197740A JP H04197740 A JPH04197740 A JP H04197740A JP 2331390 A JP2331390 A JP 2331390A JP 33139090 A JP33139090 A JP 33139090A JP H04197740 A JPH04197740 A JP H04197740A
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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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、自転車、オートバイ、自動車、産業ロボット
のアーム、セーリングヨツトやウィンドサーフィンのマ
スト、ゴルフシャフト、風車のプレイド(タービンプレ
イド)等の軸状構造部材に利用できる直管、曲管、中空
、中実、断面円形、断面異形等の軸状部材に間し、更に
詳細には、プリプレグ(樹脂をカーボンm !1布に含
浸させたもの)をハニカム構造にして耐衝撃強度、破断
強度および剛性を向上した加熱発泡樹脂を利用した軸状
部材に間する。
〈従来の技術〉 本発明は上述したように各種の技術分野に利用できる軸
状部材に関するものであるが、その従来技術を自転車フ
レームにおいて説明する。近年、競技用自転車(ロート
レーサー、ビストレーサー、ATB)等のフレームには
軽量化のためにカーボン繊維バイブ(CFRPバイブ)
が既に使用されている。その成形方法としてはカーボン
シートをロール状に巻回するシートロール成形、またカ
ーボンフィラメントを巻き込んで作るフィラメントワイ
ンディング成形等がある。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上記成形方法によって作られるCFRPバイブには構造
上の弱点がある。即ち、パイプ断面の空間部を2個以上
に分割できない、言い換えればバイブ断面をハニカム状
に成形できないことである。
一般のプラスチックパイプにおいても、強度を格段に向
上させるために、ダイスを使った押し出し法によりハニ
カム状バイブが作られている。ところがCFRPバイブ
にゼいては素材が繊維状であるために、従来の方法では
ハニカム状バイブが作れず、その破断強度の向上には限
界があった。また従来のCFRPバイブては更なる軽量
化を達成するために高弾性のフィラメントを使用するこ
とにより薄肉化を押し進める方向にあったが、この場合
高弾性にも限りがあるため比強度の向上という点ては限
界点に到達していた。
〈問題点を解決するための手段〉 本発明は上記欠点を解消するためになされたもので、そ
の構成を要約していえば、加熱発泡性樹脂からなる長尺
の発泡体をブリブしグ(樹脂をカーボン繊維布に含浸さ
せたもの)で巻回して発泡柱を成形し、この発泡柱を2
本以上接合して軸状体を成形し、この軸状体を加熱して
発泡硬化させる点に特徴を有する。
また、上記軸状部材の具体的製法の一例を要約すると、
金属フィルムをマンドレルに巻回して金属フィルム層を
形成する第1工程と、加熱発泡性樹脂からなる発泡体を
プリプレグで巻回して成形した発泡柱をシート状のプリ
プレグに複数本並設して発泡柱シートを形成する第2工
程と、この発泡柱シートを前記金属フィルム層の外側に
巻回する第3工程と、この積層の完了したマンドレルを
外形型に装填して加熱により発泡硬化させる第4工程と
からなる点に特徴を有する。
〈作用〉 カーボン繊維布からハニカム状の軸状部材を作るためζ
こ発明者が着眼した点は、加熱発泡性樹脂からなる長尺
の発泡体をプリプレグ(カーボン繊維布に樹脂を含浸さ
せたもの)で巻回して発泡柱を成形することである。こ
の発泡柱をシート状プリプレグに複数本並設して発泡柱
シートを作り、これをプリプレグをすてに巻回した金属
マンドレル上に巻回し、この上にさらにプリプレグを巻
回し、これを少し隙間のある外形型内に装填する。
さらに加熱すると発泡体が発泡しながら体積を膨張し、
この内部膨張圧により外周のプリプレグを外形型内−杯
に押さえっけ、硬化した後成形済みパイプを取り出し、
マンドレルを引き抜くと環状のパイプ(軸状部材)が出
来上がる。
円周方向に発泡体がカーボン繊維で仕切られ、しかも厚
み方向もカーボン繊維で挟み込まれているため、カーボ
ン繊維がハニカム状に配置された軸状部材が形成される
。したがって、破断強度も格段に向上し、この軸状部材
を使用する構造物(自転車フレーム、ゴルフンヤフト等
)の耐久性、安全性の向上を期することができる。
加えて、金属フィルムをマンドレルの最内周に巻回した
り、最外周に巻回したり、また中間部位に巻回すれば、
急激な外力が加わっても、この金属部分て外力を遮断て
き、耐衝撃強度および破断強度のより一層の増強を達成
できる。
前記マンドレルおよび外形型の断面形状を変えれば断面
円形、楕円形、四角形、へ角形等の異形の軸状部材を形
成てきる。また、発泡時の膨張圧により外形型の内面形
状と同じ軸状部材ができるから表面精度も外形型の内面
精度できまり、同一物の製作が容易になる。
前記マントしルが金属材の場合には軽量化のため引き抜
く必要が生し、軸状部材はパイプ状となる。このマンド
レルを発泡芯材から形成すれば、軽いため引き抜く必要
がなく種々の用途が開ける。
例えば、タービン用のブレード(羽根)の場合には断面
略楕円形で一端を閉じるためマンドレルを引き抜けない
。したがって、発泡済みの発泡体から形成される発泡芯
材の外周にプリプレグを巻回後さらにその外側に前記発
泡柱シートを巻回し、その周囲をプリプレグで巻き込み
、外形型内で加熱発泡した後は、軽量であるが内部が発
泡材で充填された軸状部材が成形できる。曲線状の発泡
芯材を使用した場合には自転車のハントルバー等のよう
な曲管状の軸状部材も成形できる。
また、マンドレルや発泡芯材を全く使用しない軸状部材
も成形できる。例えば、断面半円形の発泡体を2不接合
して断面円形の軸状体とし、この周囲をプリプレグで巻
回して外形型内で発泡させれば、外形型に対応した中実
の軸状部材が成形できる。もちろん、その外周または中
間部位に金属フィルムを巻回すれば破断強度を増強でき
る。
前記発泡体の材料としては発泡温度、発泡率、強度なと
の条件により種々選べるが、例えば発泡性エポキシ樹脂
、発泡性ウレタン樹脂等がある。
金属フィルムとしてはチタンフィルム、ステラしスフィ
ルム、軽合金フィルム、高張力鋼フィルム等が利用でき
る。
また、本発明の軸状部材の用途としては、自転束、オー
トバイ、自動車、産業ロボットのアーム、セーリングヨ
ツトやウィンドサーフィンのマスト、風車のプレイド(
タービンプレイド)等の軸状部材として利用できる。
〈実施例〉 以下に、本発明に係る軸状部材およびその製造方法の実
施例を図面にしたがって詳細に説明する。
第1図は完成した軸状部材2の断面図であり、最も内側
にある金属フィルムN4とカーボン繊維布からなる外側
補強N6およびその間に挟まった軸状体8から構成され
ている。
第2図は軸状部材2の製造工程図を示し、でいる。
第2図(A)には金属フィルム4aの上面に接着フィル
ム4bを貼着し、さらにその上面に樹脂をカーボン繊維
布に含浸させたプリプレグ4cを配置する工程を示し、
これを第2図(B)の金属マンドレル9の外周にプリプ
レグ4cが外側になるように巻回して金属フィルムN4
を形成する。このプリプレグ4cは金属フィルム4aが
間かないように円筒状に保持する働きをする。上記実施
例では、金属フィルム4aとして軽量性、耐食性、展延
性の観点からチタンフィルムを使用したが、ステンレス
フィルム、軽合金フィルム、高張力鋼フィルム等も利用
できる。
第2図(C)には加熱発泡性gl脂からなる長尺の発泡
体10aを、樹脂をカーボン繊維布に含浸させたプリプ
レグ10bて巻回して発泡柱10を形成する工程が示さ
れている。第2図(D)では、複数本の発泡柱10をシ
ート状のブリブレク12上に並設して発泡柱シート14
を成形している。
この実施例では8本の発泡柱lOを並設し、その左側に
は外側補強用のプリプレグ端12aが延出している。
この発泡柱シート14の発泡柱10側を第2図(B)の
金属フィルムN4に接着しながら1周だけ巻回して軸状
体8を形成し、プリプレグ端12aをこの軸状体8の外
周に2〜3N巻回して外側補強N6を形成し、第2図(
E)の発泡前軸状部材2aを形成する。
この発泡前軸状部材2aを割型状の外形型16の型空間
16a内に第2図(F)のように装填する。型空間16
aの内径は発泡前軸状部材2aの外径よりわずかに大き
いことが第2図(F)の■−■断面図である第2図(G
)からも分かるであろう。この外形型16を加熱すると
発泡体10aが発泡し始め、型空間16a内の全面に内
部膨張圧によって外側補強16が押し付けられ、一定時
間(例えば1時間)発泡後硬化すると、型空間16aの
形状と同形の外形を有する軸状部材2が完成する。この
完成後の軸状部材2が第1図に示されている。
第2実施例として、金属フィルム層4をプリプレグを巻
回した内側補強層に変え、第2図(E)の最外周に金属
フィルムを巻回して金属フィルム層とすることもてきる
さらに第3実施例として、上記第2実施例のさらに外周
にプリプレグを巻回した外側補強Nを形成することもて
きる。
第3図には第4実施例が示されている。 (A)のよう
に、発泡体10aの上に金具10cを配置した場合には
、 (B)のように金具10cが絹み込まれるため、軸
状部材2を相互に連結するためのガイドとなる。また他
の金具を組み込めば、これにねし孔をあけることもてき
る。
上記実施例群では、カーボン繊維がハニカム状に連続し
てネットワークを作るのて破断強度が極めて高くなり、
また金属フィルムN4により耐衝撃強度も格段に向上す
る。
第4図には第5実施例として風車用のタービンプレイド
が示されている。この実施例では上述のようなマンドレ
ルは使われず、加熱発泡済みの発泡体からなる発泡芯材
18がその代わりとして用いられる。この発泡芯材18
は引き抜くことができない。この周りに2本以上の幅広
の発泡柱1゜が接合して巻回され、軸状体8を形成する
。さらに外周全面にプリプレグが巻回されて外側補強層
6が形成され、前面部に補強用の金属フィルム層4が設
けられている。この全体を外形型内に装填して加熱し発
泡硬化させれば、タービンプレイドとしての軸状部材2
が完成する。図面から分かるように、カーボン繊維がハ
ニカム構造を作っている。
第5囚に示す第6実施例はマントしルを全く使わない。
断面半円形の発泡柱10を接合して断面円形となし、こ
の周囲をプリプレグで巻回して外側補強層6を形成する
。さらに最外周に金属フィルム層4を形成した後、外形
型内で加熱発泡させれば軸状部材2が完成する。
第6図は第7実施例を示す。 (A)のような扇型の発
泡柱シートを用いると、 (B)のように外周がテーパ
ー状の軸状部材2を成形することもてき る。
本発明は上記実施例に限定されろものではなく、本発明
の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、
設計変更等をその技術的範囲内に包含するものである。
〈発明の効果〉 本発明は以上詳述したように、発泡体をプリプレグで巻
回して発泡柱を成形し、この発泡柱を2本以上接合して
軸状体を成形し、この軸状体を加熱発泡して硬化させた
軸状部材であるから、カーボン繊維がハニカム状に連続
してネットワークを形成し、このネットワークが外力を
分散吸収する結果、破断強度、耐衝撃強度および剛性が
極めて増強される。
また、内周面、外周面もしくは中間部位に金属フィルム
層を設けた場合には、この金属弾性が外力を分散吸収し
、前記強度の補強的効果を発揮する。したがって、軽量
で強度性の高い軸状部材を提供し、各種産業上の応用を
開くものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る第1実施例の断面図、第2図(A
)〜(、G)はその製造工程図、第3図(A)・(B)
は第4実施例の説明図、第4図はタービンプレイドに適
用された第5実施例の断面図、第5図は第6実施例の断
面図、第6図(A)・(B)は第7実施例の説明図であ
る。 2・・・軸状部材 2a・・・発泡前軸状部材 4・・・金属フィルム層 4a・・・金属フィルム 4b・・・接着フィルム 4c・・・ブリブしグ 6・・・外側補強層 8・・・軸状体 9・・・マンドレル lO・・・発泡柱 10a・・・発泡体 10b・・・プリプレグ 10c・・・金具 12・・・プリプレグ 12a・・・プリプレグ端 14・・・発泡柱シート 16・・・外形型 18・・・発泡芯材 特許出願人  株式会社袋谷製作所 株式会社ラティートブロ 第21刀 (B) ゾ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)加熱発泡性樹脂からなる長尺の発泡体10aをプ
    リプレグ10b(樹脂をカーボン繊維布に含浸させたも
    の)で巻回して発泡柱10を成形し、この発泡柱10を
    2本以上接合して軸状体8を成形し、この軸状体8を加
    熱して発泡硬化させた加熱発泡性樹脂とカーボン繊維を
    組み合わせた軸状部材。
  2. (2)前記軸状体8の内部空間に加熱発泡性樹脂を発泡
    硬化させた発泡芯材18を内装した請求項1記載の軸状
    部材。
  3. (3)前記軸状体8の外周面に前記プリプレグを巻回し
    て外側補強層6を形成した請求項2記載の軸状部材。
  4. (4)前記軸状体8の外周面または中間部位に金属フィ
    ルム4aを巻回して金属フィルム層4を形成した請求項
    3記載の軸状部材。
  5. (5)前記発泡柱10を周方向に接合して環状の軸状体
    8を成形し、この軸状体8の内周面および外周面に前記
    プリプレグを巻回して内側補強層および外側補強層6を
    形成した請求項1記載の軸状部材。
  6. (6)前記環状の軸状体8の内周面、外周面または中間
    部位に金属フィルム4aを巻回して金属フィルム層4を
    形成した請求項5記載の軸状部材。
  7. (7)前記金属フィルム4aがチタンフィルム、ステン
    レスフィルム、軽合金フィルムまたは高張力鋼フィルム
    である請求項4または6記載の軸状部材。
  8. (8)金属フィルム4aをマンドレル9に巻回して金属
    フィルム層4を形成する第1工程と、加熱発泡性樹脂か
    らなる発泡体10aをプリプレグ10bで巻回して成形
    した発泡柱10をシート状のプリプレグ12に複数本並
    設して発泡柱シート14を形成する第2工程と、この発
    泡柱シート14を前記金属フィルム層4の外側に巻回す
    る第3工程と、この積層の完了したマンドレル9を外形
    型16に装填して加熱により発泡硬化させる第4工程と
    からなる軸状部材の製造方法。
  9. (9)プリプレグをマンドレルに巻回する第1工程と、
    加熱発泡性樹脂からなる発泡体10aをプリプレグ10
    bで巻回した発泡柱10をシート状のプリプレグ12に
    複数本並設して発泡柱シート14を形成する第2工程と
    、この発泡柱シート14を前記マンドレル9のプリプレ
    グ上に巻回する第3工程と、さらにこの外周に金属フィ
    ルム層4を形成する第4工程と、この積層の完了したマ
    ンドレル9を外形型16に装填して加熱により発泡硬化
    させる第5工程とからなる軸状部材の製造方法。
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