JPH0511542B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば油空圧用シリンダのチユー
ブ、土木・建設機械用ブーム又はアーム、クレー
ンのラチスブーム用パイプ材等に用いて好適な繊
維強化樹脂製筒状体に関する。

〔従来技術〕

従来、接着性の樹脂を含浸させた繊維材料を巻
回して成形した繊維強化樹脂製筒状体は金属製筒
状体に比較して軽量、かつ、高強度であることか
ら、次第に活用されているが、この種繊維強化樹
脂製筒状体を例えば油圧シリンダ用チユーブのよ
うに圧力容器として使用する場合、該チユーブの
軸端側開口は、従来第５図又は第６図に示す方法
で施蓋していた。

第５図において、１はチユーブ本体で、該チユ
ーブ本体１は接着性の樹脂を含浸させた繊維材料
を中空筒状に巻回して成形したものからなつてお
り、該チユーブ本体１の内周面１Ａには軸方向一
側寄りに位置してリング溝２が周設されている。
３はチユーブ本体１の一端側開口を施蓋するシリ
ンダカバーで、該カバー３はチユーブ本体１の内
径と同じ外径を有する厚肉円板からなつており、
外周面３ＡにはＯリング４が嵌着されている。５
は該カバー３をチユーブ本体１内に係止するため
にリング溝２に嵌合された環状平板からなる止め
輪で、該止め輪５はカバー３にかかる内圧を受承
するようになつている。

一方、第６図は他の従来技術に係る油圧シリン
ダ用チユーブを示す。図において、１１は前記チ
ユーブ本体１と同様に繊維強化樹脂によつて成形
したチユーブ本体で、該チユーブ本体１１の外周
面１１Ａには一側の軸端寄りに位置して雄ねじ１
２が形成されている。１３はチユーブ本体１１の
一端側開口を施蓋するシリンダカバーで、蓋カバ
ー１３はチユーブ本体１１より大径の肉厚円板状
に形成され、内側面には環状のリング溝１４が設
けられた本体部１３Ａと、該本体部１３Ａの内側
面から筒状に突出形成され、内周面には前記雄ね
じ１２に螺合する雌ねじ１５が形成された嵌合部
１３Ｂとからなつている。そして、該シリンダカ
バー１３はリング溝１４にＯリング１６を嵌合し
た状態でチユーブ本体１１に螺着されており、雄
ねじ１２と雌ねじ１５の螺合力によつて内圧を受
承するようになつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

而して、第５図に示した止め輪５を用いてカバ
ー３を受承する従来技術にあつては、チユーブ本
体１の内周面１Ａにリング溝２を形成するための
溝加工を行うが、この溝加工によつてチユーブ１
を形成している繊維材料が短く切断されてしまう
ことになる。この結果、繊維方向には大きな強度
を有する繊維強化樹脂の強度が部分的に失われて
しまうという欠点がある。また、チユーブ本体１
は繊維材料を巻回して成形したものであるから、
該チユーブ本体１にリング溝２を形成すると該溝
２の部分から層間剥離が起こり易く、信頼性に欠
けるという欠点がある。

叙上の如く、樹脂を含浸させた繊維材料を巻回
して成形したチユーブ本体１にリング溝２を形成
することはチユーブ本体１の強度を失わせるもの
であり、このためチユーブの内圧を十分に上げる
ことができないという欠点がある。

一方、第６図に示すようにカバー１３をチユー
ブ本体１１に螺着する他の技術従来にあつても、
チユーブ本体１１の外周面１１Ａに雄ねじ１２を
形成する時に繊維材料を切断するため、前述した
従来技術と同様の欠点がある。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされ
たもので、カバー取付け部材、フランジ部材等の
ように相手方部材を取付けるための取付け用部材
を繊維材料を切断することなく一体的に設けた繊
維強化樹脂製筒状体を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するために構成された本
発明の手段は、樹脂を含浸させた繊維材料を巻回
して成形した内筒と、該内筒の軸方向端部に嵌合
され、外周面には軸方向途中に位置して少なくと
も１の係合部が形成された筒状の取付け用部材
と、樹脂を含浸させた繊維材料を前記内筒から取
付け用部材の少なくとも係合部にかけて一体的に
巻装してなる外筒とからなる。

ここで、上記繊維材料には炭素繊維、ガラス繊
維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維
等があり、該繊維材料に含浸させる樹脂には、接
着性を有するエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、
ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹
脂等の熱硬化性樹脂或いは熱可塑性樹脂がある。
また、前記繊維材料の巻回方法としては、糸状繊
維材料を用いるフイラメントワインデイング法、
テープ状繊維材料を用いるテープワインデイング
法、織物状繊維材料を用いるハンドレイアツプ
法、プリプレグを用いるローリングテーブル法等
がある。

更に、取付け用部材には金属材料、セラミツク
材料、短繊維で強化した樹脂材料等によつて成形
したものがある。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図ないし第４図に
基づいて詳述する。

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を
示す。図において、２１は油圧シリンダ用チユー
ブ、２２は該チユーブ２１を構成する内筒で、該
内筒２２は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含
浸させた炭素繊維からなる糸状繊維材料をフイラ
メントワインデイング法によつて90°に近い一定
の巻角、θ₁＝40〜85°で所定の厚さになるまで交
差巻付けした１層以上の巻回層からなる筒体状に
形成されている。

２３は前記内筒２２の軸方向両端部（但し、他
端部は図示せず）に嵌合された金属製筒体からな
るカバー取付け部材を示す。該カバー取付け部材
２３は軸方向一側に位置する厚肉円筒部２４Ａ、
該厚肉円筒部２４Ａから傾斜面２４Ｂを介して軸
方向他側に形成された薄肉円筒部２４Ｃ及び該薄
肉円筒部２４Ｃから傾斜面２４Ｄを介して軸方向
他端側に形成された中肉円筒部２４Ｅとからなる
筒状本体２４と、該筒状本体２４の厚肉円筒部２
４Ａに一側端面から軸方向に穿設した複数の雄ね
じ部２５，２５，……とから構成されている。か
くして、カバー取付け部材２３の外周面２３Ａに
は軸方向途中に位置して係合凹部２６が環状に形
成されている。

２７は内筒２２の外周面２２Ａからカバー取付
け部材２３の外周面２３Ａの全面にわたつて形成
された外筒で、該外筒２７は内筒２２と同様にエ
ポキシ樹脂を含浸させた炭素繊維からなる糸状繊
維材料をフイラメントワインデイング法によつて
第２図に示すように0°に近い一定の巻角、θ₂＝５
〜20°で所定の厚さになるまで交差巻付けした１
層以上の巻回層からなる筒体状に形成されてい
る。

かくして、本実施例にチユーブ２１は繊維強化
樹脂製の内筒２２と、該内筒２２の軸方向両側に
嵌着された金属製のカバー取付け部材２３と、内
筒２２とカバー取付け部材２３の外周面２２Ａ，
２３Ａ全面に形成された繊維強化樹脂製の外筒２
７とから構成されている。

一方、２８はチユーブ２１の軸方向一側開口を
閉塞するための金属製のシリンダカバーで、該カ
バー２８は外筒２７と同じ外径に形成された厚肉
円板状の本体部２８Ａと、該本体部２８Ａの内側
面中央に位置して突出形成され、内筒２２内に嵌
入するようになつた偏平円柱状の嵌入部２８Ｂ
と、該嵌入部２８Ｂの外周側に位置し、本体部２
８Ａの周方向に離間して穿設された複数のボルト
挿通穴２８Ｃ，２８Ｃ、……とから構成されてい
る。また、２９はシリンダカバー２８と内筒２２
との間をシールすべく該カバー２８の嵌入部２８
Ｂ外周面に嵌合されたＯリング、３０，３０，…
…はシリンダカバー２８をチユーブ２１に締着す
るための複数本のボルトである。

本実施例は上述の構成からなるが、次に実施例
によるチユーブ２１の製造法について説明する。

まず、製造すべきチユーブ２１の内径に等しい
外径寸法を有し、表面精度を十分に出した型材
（マンドレル）を予め製作しておく。次に、内筒
２２を形成するためにエポキシ樹脂を含浸させた
炭素繊維からなる糸状繊維材料を一定の巻角θ₁で
該型材の外周面に引張力をかけながらフイラメン
トワインデイング法によつて交差巻付けし、所定
の厚みの巻回層からなる筒状体を形成する。な
お、内筒２２は周方向の内圧を最も受けるもので
あるから、糸状繊維材料は内圧を受承するのに最
も適した巻角θ₁＝90°に近い巻角θ₁＝40〜85°で巻
回する。

上述の如くして筒状体を形成したら硬化炉内に
入れてエポキシ樹脂を熱硬化させることにより内
筒２２を形成する。そして、該内筒２２の外周面
２２Ａにはカバー取付け部材２３及び外筒２７の
接着性を高めると共に、該内筒２２の熱ひずみを
除去するための機械加工を施しておく。

次に、上述した内筒２２の軸方向一側端には、
内周面に接着剤を塗布したカバー取付け部材２３
を嵌合し、固着させる。

而して、該接着剤が完全に硬化したら、内筒２
２とカバー取付け部材２３の各外周面２２Ａ，２
３Ａ上に一体的に外筒２７を形成する。ここで、
該外筒２７は前記内筒２２と同様に、エポキシ樹
脂を含浸させた炭素繊維からなる糸状繊維材料を
一定の巻角θ₂で、内筒２２の外周面２２Ａからカ
バー取付け部材２３の外周面２３Ａ全面、即ち軸
方向他側の中肉円筒部２４Ｅから薄肉円筒部２４
Ｃを越えて軸方向一側の厚肉円筒部２４Ａにいた
るまで引張力をかけながらフイラメントワインデ
イング法によつて交差巻付けし、所定の厚みの巻
回層からなる筒状体を形成する。

なお、外筒２７は軸方向の曲げ応力を最も受け
るものであるから、糸状繊維材料は軸方向の曲げ
応力を受承するのに最も適した巻角θ₂＝0°に近い
巻角θ₂＝５〜20°で巻回する。また、糸状繊維材
料を巻回する場合、カバー取付け部材２３の外周
面２３Ａに予めエポキシ樹脂を塗布しておくこと
により、カバー取付け部材２３と外筒２７との間
に空隙が出来るのを防止でき、密着力を高めるこ
とができる。

上述の如くして外筒２７となる巻回層を形成し
たら、硬化炉内に入れてエポキシ樹脂を熱硬化さ
せることにより外筒２７が成形される。

叙上の如くして、内筒２２、カバー取付け部材
２３及び外筒２７を一体的に形成したら、内筒２
２から型材を引抜くことにより、内面精度が高
く、周方向及び軸方向の応力に対して十分な強度
を備えたチユーブ２１が完成する。しかる後、シ
リンダカバー２８の各ボルト挿通穴２８Ｃに各ボ
ルト３０を挿入し、カバー取付け部材２３の雌ね
じ２５に螺合することにより、シリンダカバー２
８はチユーブ２１に締着される。

以上詳述した如く、本実施例によれば内筒２２
の外周には複数の雌ねじ部２５，２５，……を有
する金属製のカバー取付け部材２３を接着剤によ
つて固着し、該カバー取付け部材２３の外周には
中肉円筒部２４Ｅから薄肉円筒部２４Ｃを介して
厚肉円筒部２４Ａにまで糸状繊維材料を巻回する
ことによつて外筒２７が形成してあり、しかも該
糸状繊維材料は従来技術と異なつて一切の切断加
工を行つていない。従つて、カバー取付け部材２
３が抜け出したり、或いは糸状繊維材料が引張り
力によつて破断しない限り、チユーブ２１が内圧
によつて破壊するのを防止できる。

また、前述の如く糸状繊維材料はその途中を切
断していないから、繊維本来の強度を基礎にチユ
ーブ２１の設計ができるし、内筒２２、外筒２７
のいずれにも溝加工による溝を形成していないか
ら、繊維の切断によつて生じる層間剥離は完全に
防止できる。

更に、本実施例ではカバー取付け部材２３は金
属材料で成形することにより、雌ねじ部２５に十
分な強度を持たせることができる結果、シリンダ
カバー２８はボルト３０を介して該カバー取付け
部材２３に十分に締付けることができ、油圧シリ
ンダの液密性を向上できるし、油圧シリンダ全体
の信頼性を高めることができる。なお、カバー取
付け部材２３は金属材料に代えてセラミツク材
料、短繊維を用いた繊維強化樹脂を用いて成形し
てもよい。また、カバー取付け部材は糸状繊維材
料を巻角θ₃＝90°で巻回するフープ巻きによつて
形成してもよく、このフープ巻きで形成した場合
にはボルト３０に対して最も強い引抜き強度を得
ることができる。

なお、カバー取付け部材２３のうち外筒２７の
締付け力を最も受ける薄肉円筒部２４Ｃの軸方向
長さを実施例の場合よりも長く形成することによ
り、カバー取付け部材を内筒２２に一層密着させ
るようにしてもよい。

また、第３図に示すように、カバー取付け部材
２３の薄肉円筒部２４Ｃ外側に位置する係合凹部
２６には樹脂を含浸させた糸状繊維材料を巻角θ₄
＝90°で巻回したフープ巻き部３１を形成して該
薄肉円筒部２４Ｃを外周側から締付けることによ
る、カバー取付け部材２３と内筒２２の密着力を
高めることができ、しかも内圧により引張力に対
する強度を一層高めることができる。更に、内筒
２２の外周面２２Ａからカバー取付け部材２３の
外周面２３Ａにかけて巻回する外筒２７の糸状繊
維材料は、該カバー取付け部材２３の中肉円筒部
２４Ｅから薄肉円筒部２４Ｃにかけて巻回した
後、該薄肉円筒部２４Ｃで折返して内筒２２の外
周面２２Ａ方向に巻回することにより、厚肉円筒
部２４Ａ外周には巻回しないようにしてもよい。
こうするとことによつて該糸状繊維材料がチユー
ブ２１の軸端側で切断されるのを避けることがで
きるから、外筒２７の強度を一層高めることがで
きる。

次に、第４図は本発明の第２の実施例を示す。
本実施例の特徴とするところは、チユーブ４１を
構成する内筒４２は角柱状の型材を用いて中空角
筒状に成形することによて、該内筒４２に嵌合す
るカバー取付け部材４３も角筒状に成形し、従つ
て内筒４２及びカバー取付け部材４３の外周に形
成する外筒４４も角形に形成して中空角筒状のチ
ユーブ４１に構成したことにある。

なお、本実施例においても、内筒４２及び外筒
４４は第１の実施例と同様に樹脂を含浸させた繊
維材料の巻回層によつて成形するが、カバー取付
け部材４３は図示するように角筒体を一体的に形
成したものでもよいし、４枚の板材を内筒４２の
外側面に貼着し、該板材を外筒で覆うように構成
してもよいものである。

なお、前述した各実施例では、内筒２２，４
２、カバー取付け部材２３，４３及び外筒２６，
４４からなるチユーブ２１，４１を例に挙げた
が、本発明において内筒と外筒との間に設ける取
付け用部材はフランジ状部材でもよいし、取付け
ブラケツトないし取付け輪でもよい。また、本発
明によるパイプは各実施例に述べた円筒状或いは
角筒状のものに限られず、断面形状が楕円形、三
角形等の各種の閉断面形状のものでもよいもので
ある。

〔発明の効果〕

本発明は以上詳述した如く構成したから、下記
の諸効果を奏する。

繊維材料を巻回して形成した内筒及び外筒に
は該繊維材料を切断する従来技術におけるリン
グ溝やねじ溝は一切設けない構成にしたから、
筒状体は繊維材料本来の強度を基にした安全性
の高い設計ができる。

上記で述べたように、繊維材料はリング溝
等によつて切断することがないから、切断箇所
からの層間剥離現象を完全に防止することがで
き、繊維強化樹脂製筒状体の耐久性を向上でき
る。

取付け用部材の外周には軸方向途中に位置し
て少なくとも１の係合部を設け、外筒を形成す
る繊維材料は該係合部にまでは巻回するように
構成したから、該外筒は取付け用部材に掛かる
軸方向の力を強固に受承することができ、強度
性に優れた繊維強化樹脂製筒状体を製造するこ
とができる。従つて、外筒状体を油空圧シリン
ダ用チユーブのように圧力容器として使用する
場合には、その内圧を高く設定できる。

前記項ないし項で栄述べたように本発明
による繊維強化樹脂製筒状体は安全性、耐久
性、強度性に優れているから、設計の自由度が
大きくなるし、限界設計が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を
示し、第１図は油圧シリンダ用チユーブの部分縦
断面図、第２図は該チユーブの部分外観図、第３
図は第１図に示すチユーブの変形例を示す部分縦
断面図、第４図は本発明の第２の実施例に係るチ
ユーブの外観斜視図、第５図は一の従来技術に係
る油圧シリンダ用チユーブの部分縦断面図、第６
図は他の従来技術に係る油圧シリンダ用チユーブ
の部分縦断面図である。 ２２，４２……内筒、２３，４３……カバー取
付け部材、２６……係合凹部、２７，４４……外
筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 樹脂を含浸させた繊維材料を巻回して成形し
   た内筒と、該内筒の軸方向端部に嵌合され、外周
   面には軸方向途中に位置して少なくとも１の係合
   部が形成された筒状の取付け用部材と、樹脂を含
   浸させた繊維材料を前記内筒から取付け用部材の
   少なくとも係合部にかけて一体的に巻装してなる
   外筒とから構成された繊維強化樹脂製筒状体。