JPH078541B2 - パイプ状構造物 - Google Patents
パイプ状構造物Info
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- JPH078541B2 JPH078541B2 JP2210982A JP21098290A JPH078541B2 JP H078541 B2 JPH078541 B2 JP H078541B2 JP 2210982 A JP2210982 A JP 2210982A JP 21098290 A JP21098290 A JP 21098290A JP H078541 B2 JPH078541 B2 JP H078541B2
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-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B2209/00—Characteristics of used materials
- A63B2209/02—Characteristics of used materials with reinforcing fibres, e.g. carbon, polyamide fibres
Landscapes
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Description
産業上の利用分野 本発明は、パイプ状構造物に関し、詳しくは、FRP（繊
維強化樹脂）及び／又は繊維強化ゴムの力学的異方性を
応用して、曲げるとねじれる一方、ねじると曲がるとい
った特異な変形挙動を示すようにしたパイプ状構造物
で、上記特異な変形挙動を利用して、機械産業分野にお
ける作動アーム、宇宙産業分野におけるパイプ状構造
物、或いは特異な挙動を示す玩具、日用品等に利用され
得るものである。 従来の技術 従来、鉄、アルミ等の等方性材料からなるパイプ構造物
においては、その幾何学的主軸上の点に荷重をかけて曲
げのみを加えた場合はたわみのみを生じ、ねじれが生じ
ない。一方、幾何学的主軸上にない点に荷重をかけて曲
げねじりを加えると、たわみを生じると共にねじれが生
じる。 即ち、第42図及び第43図に示すように、上記等方性材料
からなるパイプ状構造物１の一端を固定端1a、他端を自
由端1bとして、該自由端1bに対して、図中矢印Ａで示す
ように、作用線がパイプ状構造物の幾何学的主軸Ｇと交
わるように荷重を加えると、図中、鎖線で示すように、
パイプ状構造物１は上記荷重によりたわみを生じるが、
ねじれることはない。 一方、第44図及び第45図に示すように、上記のパイプ状
構造物１の自由端の任意の一点に、矢印Ｂで示すような
作用線がパイプ状構造物１の幾何学的主軸Ｇと交わらな
い荷重を加えると、パイプ状構造物１は鎖線で示すよう
に、たわみを生じると共にねじれが生じる。 発明が解決しようとする課題 等方性の材料からなるパイプ状構造物では、上記した変
形挙動を示すが、そのような挙動以外の特異な変形挙
動、例えば、曲げるとねじれる一方、ねじると曲がり、
また、曲げねじりするとたわみはするがねじれないよう
なような変形挙動を生じさせることは出来ない。 ところで、上記のような鉄、アルミ等の等方性材料に対
して、異方性材料としてはFRP（繊維強化樹脂）が知ら
れており、該FRPにおいては、繊維の方向を制御するこ
とにより、等方性材料では得られがたい力学的特性を与
えることが可能である。 しかしながら、FRPは、従来、力学的特性以外の他の特
性、即ち、剛性、弾性率が高いことや、個々の構成材料
の熱力学的、電気的あるいは化学的特性を組み合わせる
ことにより利用され、更には、軽量化の目的では利用さ
れているが、FRPの異方性材料としての力学的特性を積
極的に応用する技術は少ない。 一方、上記FRPと同様に力学的異方性を有する材料とし
て、繊維強化ゴムが提供されている。該繊維強化ゴム
は、FRPと比較して剛性、弾性率が低く、小さい力で容
易に変形すると共に破壊のびが大きく、大きな変形が可
能である等の特徴を有する。尚、配向性を有するゴムも
繊維強化ゴムと同様に力学的異方性を有する。これら該
繊維強化ゴム及び配向性を有するゴムも上記FRPと同様
に、従来、異方性材料としての力学的特性は積極的に利
用されていない。 本発明は、上記したFRP及び繊維強化ゴムの力学的特性
を利用し、上記特異な変形挙動、即ち、一端を固定端、
他端を自由端として、作用線が弾性主軸と交わらないよ
うに荷重を加えると、たわみかつねじれる一方、弾性主
軸上にある点に荷重を加えて、曲げねじりすると、たわ
みが生じるのみでねじれが生じないようなパイプ状構造
物を提供することを目的とするものである。 尚、上記弾性主軸とは、幾何学的主軸とは異なり、弾性
率を考慮した際の対称軸を指し、本発明の場合は、荷重
を加えても、たわみはするが、ねじれない点と、パイプ
の固定端とを結ぶ軸のことを指している。 課題を解決するための手段 従って、本発明は、繊維強化樹脂からなるパイプ状構造
物の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、こ
の繊維角度が異なる部分が上記周方向の部分における厚
さ方向の少なくとも一部分として、パイプ状構造物の弾
性主軸を幾何学的主軸と異ならせていることを特徴とす
るFRP製のパイプ状構造物を提供するものである。 また、本発明は、繊維強化ゴムからなるパイプ状構造物
の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、この
繊維角度が異なる部分が上記周方向の部分における厚さ
方向の少なくとも一部分として、パイプ状構造物の弾性
主軸を幾何学的主軸と異ならせていることを特徴とする
繊維強化ゴム製のパイプ状構造物を提供するものであ
る。 上記したパイプ状構造物は、繊維を含有した樹脂シート
（プリプレグシート等）あるいはゴムシートを積層して
構成することが好ましい。 また、上記異方性を有する繊維強化樹脂製及び繊維強化
ゴム製のいずれのパイプ状構造物においても、その繊維
角度が異なる部分は、パイプ状構造物の幾何学的主軸に
対して対称な部分であり、例えば、パイプ状構造物に対
して円柱座標をとった場合に、０°≦θ＜180°の部分
と、180°≦θ＜360°の部分との、幾何学的主軸に対す
る繊維角度を異ならせ、かつ、上記０°≦θ＜180°の
部分の繊維角度を幾何学的主軸に対して正の方向に配向
させた時、180°≦θ＜360°の部分の繊維角度が幾何学
的主軸に対して負となる方向に配向させることが好まし
い。 さらに、本発明は、繊維強化樹脂、繊維強化ゴム、配向
性を有するゴムの３種類の異方性を有する材料のうちの
２種類以上の材料を組み合わせて構成したパイプ状構造
物も含み、即ち、 a.繊維強化樹脂と繊維強化ゴム、 b.繊維強化樹脂と配向性を有するゴム、 c.繊維強化樹脂と繊維強化ゴムと配向性を有するゴム、 d.繊維強化ゴムと配向性を有するゴム からなる各パイプ状構造物の繊維角度及び／又は配向性
を有するゴムの配向方向を周方向で部分的に異ならせる
と共に、この繊維角度及び／又は配向方向が異なる部分
が上記周方向の部分における厚さ方向の少なくとも一部
として、パイプ状構造物の弾性主軸を幾何学的主軸と異
ならせていることを特徴とするパイプ状構造物を提供す
るものである。 さらにまた、本発明のパイプ状構造物は、繊維強化樹
脂、繊維強化ゴム、配向性を有するゴムの３種類の異方
性を有する各材料に対して、あるいは上記した２種類以
上の材料を組み合わせたものに対して、さらに、繊維を
含有しない力学的に異方性を有しない樹脂（以下、等方
性樹脂と略称する。）あるいは繊維を含有しない力学的
に異方性を有しないゴム（以下、等方性ゴムと略称す
る。）のいずれか一方を組み合わせて構成するパイプ状
構造物も含み、例えば、 a.繊維強化樹脂と等方性樹脂、 b.繊維強化樹脂と等方性ゴム、 c.繊維強化ゴムと等方性樹脂、 d.繊維強化ゴムと等方性ゴム、 e.繊維強化ゴムと配向性を有するゴムと等方性ゴム、 f.繊維強化樹脂と配向性を有するゴムと等方性樹脂、 等であって、繊維角度及び／又は配向方向を周方向で部
分的に異ならせると共に、この繊維角度及び／又は配向
方向が異なる部分が上記周方向における厚さ方向の少な
くとも一部分として、パイプ状構造物の弾性主軸を幾何
学的主軸と異ならせていることを特徴とするパイプ状構
造物を提供するものである。 尚、上記繊維角度が異ならせる部分は、当該部分中にお
いては、繊維角度がパイプの厚さ方向、周方向および長
さ方向において均一としている。 また、この繊維角度を異ならせる部分は、他の部分と同
様に、繊維を含有した樹脂シートあるいはゴムシートを
積層して構成している。 本発明のパイプ状構造物においては、上記構成とするこ
とにより、弾性主軸の幾何学的主軸からのずれが、パイ
プ状構造物の固定端から突出した突出部分の長さをＬ′
とすると、自由端側のずれの距離がＬ′の15％以上とな
るように設定している。 上記繊維強化樹脂（FRP）としては、補強繊維材として
ガラス繊維、炭素繊維、各種有機繊維、アルミナ繊維、
炭化ケイ素繊維、金属繊維及び／又はそれらの混合物か
らなる繊維、織布あるいはマット等を用い、樹脂として
ポリアミド、エポキシ、ポリエステル等の樹脂を用いて
いる。 また、上記繊維強化ゴムは、例えば、強化繊維としてガ
ラス繊維、炭素繊維、各種有機繊維、アルミナ繊維、炭
化ケイ素繊維、金属繊維及び／又はそれらの混合物から
なる繊維、織布マット等を用い、ゴムとしてNR、CR、NB
R、BR、EPDM、SBR等のゴム、あるいは、それらのブレン
ドゴム、共重合ゴム等を用いたものが好適に用いられ
る。 更に、上記配向性を有するゴムは、例えば、基材ゴム10
0重量部、α，β−不飽和脂肪酸の金属塩３〜100重量
部、有機過酸化物0.5〜5.0重量部を含み、他の配向性付
与剤を含まないゴム組成物を一方向に剪断力をかけて混
練した後、加硫することにより得られるものが好適に用
いられる。 一方、等方性樹脂としては、ポリアミド、エポキシ、ポ
リエステル等の樹脂が好適に用いられ、等方性ゴムとし
てはNR、CR、NBR、BR、EPDM、SBR等のゴム、あるいは、
それらのブレンドゴム、共重合ゴム等が好適に用いられ
る。 作用 本発明に係るパイプ状構造物では、繊維角度及び／又は
配向方向を周方向で部分的に異ならせると共に（好まし
くは、幾何学的主軸に対して対称な部分）、この繊維角
度及び／又は配向方向が異なる部分が上記周方向の部分
における厚さ方向の少なくとも一部分としているため、
FRP、繊維強化ゴム又は配向性を有するゴムの公知の力
学的異方性の特性を積極的に利用することが出来る。該
構成とすることにより、幾何学的主軸に対して弾性主軸
にずれを生じさせ、一端を固定端、他端を自由端とした
場合に、弾性主軸上の点を通らないように荷重をかけた
場合にはたわむと共にねじれる一方、弾性主軸上にある
パイプ状構造物の先端の一点を通るように任意の荷重を
かけた場合にはたわむのみでねじれない特有の変形挙動
を生じさせることができる。 実施例 本発明は、材料の組合わせにより種々の態様での実施例
があるが、理解を容易とするために、材料の組合わせご
とに本発明の実施例を説明する。尚、下記の実施例で使
用する異方性を有する材料は、 （Ａ）繊維強化樹脂（FRP） （Ｂ）繊維強化ゴム（FRR） （Ｃ）配向性を有するゴム の３種類の材料を使用する。 また、等方性を有する材料としては、 （Ｄ）等方性樹脂（繊維を含有せず、異方性を有しない
通常のタイプのもの） （Ｅ）等方性ゴム（繊維を含有せず、異方性を有しない
通常のタイプのもの） の２種類を使用する。 上記の材料の組合わせからなる本発明のパイプ状構造物
の実施例は以下の５つのタイプに類型される。 １）１種類の異方性を有する材料からなる場合即ち、上
記（Ａ）のFRPのみからなる場合、同様に、（Ｂ）の繊
維強化ゴムのみからなる場合、 ２）２種類の異方性を有する材料からなる場合即ち、上
記（Ａ）のFRPと（Ｂ）の繊維強化ゴムとからなる場
合、同様に（Ａ）と（Ｃ）、（Ｂ）と（Ｃ）とからなる
場合、 ３）３種類の異方性を有する材料からなる場合即ち、上
記（Ａ）と（Ｂ）と（Ｃ）からなる場合、 ４）同一の素材からなる異方性を有する材料と等方性を
有する材料を組み合わせてなる場合、即ち、上記（Ａ）
のFRPと（Ｄ）の等方性樹脂の組み合わせからなる場
合、同様に（Ｂ）と（Ｅ）、（Ｂ）と（Ｃ）と（Ｅ）の
組合わせからなる場合、 ５）樹脂又はゴムからなる異方性を有する材料と、樹脂
又はゴムからなる等方性を有する材料とのうち、異なる
素材からなる樹脂とゴムとの組合わせからなる場合、 即ち、上記（Ａ）と（Ｅ）、（Ｂ）と（Ｄ）、（Ａ）と
（Ｂ）と（Ｄ）等。 以下、上記の５つの類型の順に本発明の実施例を説明す
る。 尚、以下に示す実施例において、パイプ状構造物の形状
は全て同一の形状であり、第１図に示ような断面形状に
おいて内周と外周とが２つの同心な円からなる円筒状で
ある。また、説明の便宜のため、パイプ状構造物の幾何
学的主軸ＧがＺ軸となるように円柱座標
維強化樹脂）及び／又は繊維強化ゴムの力学的異方性を
応用して、曲げるとねじれる一方、ねじると曲がるとい
った特異な変形挙動を示すようにしたパイプ状構造物
で、上記特異な変形挙動を利用して、機械産業分野にお
ける作動アーム、宇宙産業分野におけるパイプ状構造
物、或いは特異な挙動を示す玩具、日用品等に利用され
得るものである。 従来の技術 従来、鉄、アルミ等の等方性材料からなるパイプ構造物
においては、その幾何学的主軸上の点に荷重をかけて曲
げのみを加えた場合はたわみのみを生じ、ねじれが生じ
ない。一方、幾何学的主軸上にない点に荷重をかけて曲
げねじりを加えると、たわみを生じると共にねじれが生
じる。 即ち、第42図及び第43図に示すように、上記等方性材料
からなるパイプ状構造物１の一端を固定端1a、他端を自
由端1bとして、該自由端1bに対して、図中矢印Ａで示す
ように、作用線がパイプ状構造物の幾何学的主軸Ｇと交
わるように荷重を加えると、図中、鎖線で示すように、
パイプ状構造物１は上記荷重によりたわみを生じるが、
ねじれることはない。 一方、第44図及び第45図に示すように、上記のパイプ状
構造物１の自由端の任意の一点に、矢印Ｂで示すような
作用線がパイプ状構造物１の幾何学的主軸Ｇと交わらな
い荷重を加えると、パイプ状構造物１は鎖線で示すよう
に、たわみを生じると共にねじれが生じる。 発明が解決しようとする課題 等方性の材料からなるパイプ状構造物では、上記した変
形挙動を示すが、そのような挙動以外の特異な変形挙
動、例えば、曲げるとねじれる一方、ねじると曲がり、
また、曲げねじりするとたわみはするがねじれないよう
なような変形挙動を生じさせることは出来ない。 ところで、上記のような鉄、アルミ等の等方性材料に対
して、異方性材料としてはFRP（繊維強化樹脂）が知ら
れており、該FRPにおいては、繊維の方向を制御するこ
とにより、等方性材料では得られがたい力学的特性を与
えることが可能である。 しかしながら、FRPは、従来、力学的特性以外の他の特
性、即ち、剛性、弾性率が高いことや、個々の構成材料
の熱力学的、電気的あるいは化学的特性を組み合わせる
ことにより利用され、更には、軽量化の目的では利用さ
れているが、FRPの異方性材料としての力学的特性を積
極的に応用する技術は少ない。 一方、上記FRPと同様に力学的異方性を有する材料とし
て、繊維強化ゴムが提供されている。該繊維強化ゴム
は、FRPと比較して剛性、弾性率が低く、小さい力で容
易に変形すると共に破壊のびが大きく、大きな変形が可
能である等の特徴を有する。尚、配向性を有するゴムも
繊維強化ゴムと同様に力学的異方性を有する。これら該
繊維強化ゴム及び配向性を有するゴムも上記FRPと同様
に、従来、異方性材料としての力学的特性は積極的に利
用されていない。 本発明は、上記したFRP及び繊維強化ゴムの力学的特性
を利用し、上記特異な変形挙動、即ち、一端を固定端、
他端を自由端として、作用線が弾性主軸と交わらないよ
うに荷重を加えると、たわみかつねじれる一方、弾性主
軸上にある点に荷重を加えて、曲げねじりすると、たわ
みが生じるのみでねじれが生じないようなパイプ状構造
物を提供することを目的とするものである。 尚、上記弾性主軸とは、幾何学的主軸とは異なり、弾性
率を考慮した際の対称軸を指し、本発明の場合は、荷重
を加えても、たわみはするが、ねじれない点と、パイプ
の固定端とを結ぶ軸のことを指している。 課題を解決するための手段 従って、本発明は、繊維強化樹脂からなるパイプ状構造
物の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、こ
の繊維角度が異なる部分が上記周方向の部分における厚
さ方向の少なくとも一部分として、パイプ状構造物の弾
性主軸を幾何学的主軸と異ならせていることを特徴とす
るFRP製のパイプ状構造物を提供するものである。 また、本発明は、繊維強化ゴムからなるパイプ状構造物
の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、この
繊維角度が異なる部分が上記周方向の部分における厚さ
方向の少なくとも一部分として、パイプ状構造物の弾性
主軸を幾何学的主軸と異ならせていることを特徴とする
繊維強化ゴム製のパイプ状構造物を提供するものであ
る。 上記したパイプ状構造物は、繊維を含有した樹脂シート
（プリプレグシート等）あるいはゴムシートを積層して
構成することが好ましい。 また、上記異方性を有する繊維強化樹脂製及び繊維強化
ゴム製のいずれのパイプ状構造物においても、その繊維
角度が異なる部分は、パイプ状構造物の幾何学的主軸に
対して対称な部分であり、例えば、パイプ状構造物に対
して円柱座標をとった場合に、０°≦θ＜180°の部分
と、180°≦θ＜360°の部分との、幾何学的主軸に対す
る繊維角度を異ならせ、かつ、上記０°≦θ＜180°の
部分の繊維角度を幾何学的主軸に対して正の方向に配向
させた時、180°≦θ＜360°の部分の繊維角度が幾何学
的主軸に対して負となる方向に配向させることが好まし
い。 さらに、本発明は、繊維強化樹脂、繊維強化ゴム、配向
性を有するゴムの３種類の異方性を有する材料のうちの
２種類以上の材料を組み合わせて構成したパイプ状構造
物も含み、即ち、 a.繊維強化樹脂と繊維強化ゴム、 b.繊維強化樹脂と配向性を有するゴム、 c.繊維強化樹脂と繊維強化ゴムと配向性を有するゴム、 d.繊維強化ゴムと配向性を有するゴム からなる各パイプ状構造物の繊維角度及び／又は配向性
を有するゴムの配向方向を周方向で部分的に異ならせる
と共に、この繊維角度及び／又は配向方向が異なる部分
が上記周方向の部分における厚さ方向の少なくとも一部
として、パイプ状構造物の弾性主軸を幾何学的主軸と異
ならせていることを特徴とするパイプ状構造物を提供す
るものである。 さらにまた、本発明のパイプ状構造物は、繊維強化樹
脂、繊維強化ゴム、配向性を有するゴムの３種類の異方
性を有する各材料に対して、あるいは上記した２種類以
上の材料を組み合わせたものに対して、さらに、繊維を
含有しない力学的に異方性を有しない樹脂（以下、等方
性樹脂と略称する。）あるいは繊維を含有しない力学的
に異方性を有しないゴム（以下、等方性ゴムと略称す
る。）のいずれか一方を組み合わせて構成するパイプ状
構造物も含み、例えば、 a.繊維強化樹脂と等方性樹脂、 b.繊維強化樹脂と等方性ゴム、 c.繊維強化ゴムと等方性樹脂、 d.繊維強化ゴムと等方性ゴム、 e.繊維強化ゴムと配向性を有するゴムと等方性ゴム、 f.繊維強化樹脂と配向性を有するゴムと等方性樹脂、 等であって、繊維角度及び／又は配向方向を周方向で部
分的に異ならせると共に、この繊維角度及び／又は配向
方向が異なる部分が上記周方向における厚さ方向の少な
くとも一部分として、パイプ状構造物の弾性主軸を幾何
学的主軸と異ならせていることを特徴とするパイプ状構
造物を提供するものである。 尚、上記繊維角度が異ならせる部分は、当該部分中にお
いては、繊維角度がパイプの厚さ方向、周方向および長
さ方向において均一としている。 また、この繊維角度を異ならせる部分は、他の部分と同
様に、繊維を含有した樹脂シートあるいはゴムシートを
積層して構成している。 本発明のパイプ状構造物においては、上記構成とするこ
とにより、弾性主軸の幾何学的主軸からのずれが、パイ
プ状構造物の固定端から突出した突出部分の長さをＬ′
とすると、自由端側のずれの距離がＬ′の15％以上とな
るように設定している。 上記繊維強化樹脂（FRP）としては、補強繊維材として
ガラス繊維、炭素繊維、各種有機繊維、アルミナ繊維、
炭化ケイ素繊維、金属繊維及び／又はそれらの混合物か
らなる繊維、織布あるいはマット等を用い、樹脂として
ポリアミド、エポキシ、ポリエステル等の樹脂を用いて
いる。 また、上記繊維強化ゴムは、例えば、強化繊維としてガ
ラス繊維、炭素繊維、各種有機繊維、アルミナ繊維、炭
化ケイ素繊維、金属繊維及び／又はそれらの混合物から
なる繊維、織布マット等を用い、ゴムとしてNR、CR、NB
R、BR、EPDM、SBR等のゴム、あるいは、それらのブレン
ドゴム、共重合ゴム等を用いたものが好適に用いられ
る。 更に、上記配向性を有するゴムは、例えば、基材ゴム10
0重量部、α，β−不飽和脂肪酸の金属塩３〜100重量
部、有機過酸化物0.5〜5.0重量部を含み、他の配向性付
与剤を含まないゴム組成物を一方向に剪断力をかけて混
練した後、加硫することにより得られるものが好適に用
いられる。 一方、等方性樹脂としては、ポリアミド、エポキシ、ポ
リエステル等の樹脂が好適に用いられ、等方性ゴムとし
てはNR、CR、NBR、BR、EPDM、SBR等のゴム、あるいは、
それらのブレンドゴム、共重合ゴム等が好適に用いられ
る。 作用 本発明に係るパイプ状構造物では、繊維角度及び／又は
配向方向を周方向で部分的に異ならせると共に（好まし
くは、幾何学的主軸に対して対称な部分）、この繊維角
度及び／又は配向方向が異なる部分が上記周方向の部分
における厚さ方向の少なくとも一部分としているため、
FRP、繊維強化ゴム又は配向性を有するゴムの公知の力
学的異方性の特性を積極的に利用することが出来る。該
構成とすることにより、幾何学的主軸に対して弾性主軸
にずれを生じさせ、一端を固定端、他端を自由端とした
場合に、弾性主軸上の点を通らないように荷重をかけた
場合にはたわむと共にねじれる一方、弾性主軸上にある
パイプ状構造物の先端の一点を通るように任意の荷重を
かけた場合にはたわむのみでねじれない特有の変形挙動
を生じさせることができる。 実施例 本発明は、材料の組合わせにより種々の態様での実施例
があるが、理解を容易とするために、材料の組合わせご
とに本発明の実施例を説明する。尚、下記の実施例で使
用する異方性を有する材料は、 （Ａ）繊維強化樹脂（FRP） （Ｂ）繊維強化ゴム（FRR） （Ｃ）配向性を有するゴム の３種類の材料を使用する。 また、等方性を有する材料としては、 （Ｄ）等方性樹脂（繊維を含有せず、異方性を有しない
通常のタイプのもの） （Ｅ）等方性ゴム（繊維を含有せず、異方性を有しない
通常のタイプのもの） の２種類を使用する。 上記の材料の組合わせからなる本発明のパイプ状構造物
の実施例は以下の５つのタイプに類型される。 １）１種類の異方性を有する材料からなる場合即ち、上
記（Ａ）のFRPのみからなる場合、同様に、（Ｂ）の繊
維強化ゴムのみからなる場合、 ２）２種類の異方性を有する材料からなる場合即ち、上
記（Ａ）のFRPと（Ｂ）の繊維強化ゴムとからなる場
合、同様に（Ａ）と（Ｃ）、（Ｂ）と（Ｃ）とからなる
場合、 ３）３種類の異方性を有する材料からなる場合即ち、上
記（Ａ）と（Ｂ）と（Ｃ）からなる場合、 ４）同一の素材からなる異方性を有する材料と等方性を
有する材料を組み合わせてなる場合、即ち、上記（Ａ）
のFRPと（Ｄ）の等方性樹脂の組み合わせからなる場
合、同様に（Ｂ）と（Ｅ）、（Ｂ）と（Ｃ）と（Ｅ）の
組合わせからなる場合、 ５）樹脂又はゴムからなる異方性を有する材料と、樹脂
又はゴムからなる等方性を有する材料とのうち、異なる
素材からなる樹脂とゴムとの組合わせからなる場合、 即ち、上記（Ａ）と（Ｅ）、（Ｂ）と（Ｄ）、（Ａ）と
（Ｂ）と（Ｄ）等。 以下、上記の５つの類型の順に本発明の実施例を説明す
る。 尚、以下に示す実施例において、パイプ状構造物の形状
は全て同一の形状であり、第１図に示ような断面形状に
おいて内周と外周とが２つの同心な円からなる円筒状で
ある。また、説明の便宜のため、パイプ状構造物の幾何
学的主軸ＧがＺ軸となるように円柱座標
【（ｒ，θ，
Ｚ）】を取る。更に、各断面図中のハッチングは繊維等
の方向とは無関係であり、夫々の線は下記の材料等を表
している。 ・太実線…繊維； ・細実線…ゴム； ・細破線…配向性を有するゴム； ・細一点鎖線…樹脂。 １）１種類の異方性を有する材料からなる場合 FRPのみからなる場合 第２図から第４図に示す本発明に係るパイプ状構造物の
第１実施例では、パイプ状構造物11はFRPのみからな
る。また、第１実施例では、上記パイプ状構造物11は、
幾何学的主軸Ｇ（即ち、上記した円柱座標のＺ軸）に対
して所望の角度を有するように繊維を含有した樹脂のシ
ートであるプリプレグシートを切断したものを積層する
方法により製造している。尚、第１実施例のパイプ状構
造物11の製造法は、上記プリプレグシートを積層する方
法に限定されず、連続繊維に樹脂を含浸し、マンドレル
上で軸方向に所定の角度をつけながら配置するFW法（フ
ィラメント・ワインディング法）により製造してもよ
い。 第２図から第４図に示すように、上記したパイプ状構造
物11を構成するFRPの、０°≦θ＜180°の部分11aでは
ｒ及びＺに関係なくすべての繊維角度はＺ軸に対して、
本実施例では、正方向のα１＝30°なる角度としてい
る。しかし、α１の大きさは上記の値に限定されず、α
１＞０°かつα１≠180°なる関係を満たせばよい。 一方、第４図に示す180°≦θ＜360°の部分11bでは、
すべての繊維Ｆの角度がＺ軸に対して、負の方向である
β１＝−30°なる角度としている。即ち、β１はβ１＝
−α１となるように定めている。 上記のようにパイプ状構造物11の周方向の一部分の繊維
Ｆの幾何学的主軸Ｇに対する角度を、該幾何学的主軸Ｇ
に対して対称な部分と異ならせることにより、FRPの公
知の異方性の特性を利用して、本実施例のパイプ状構造
物11では、幾何学的主軸Ｇと弾性主軸Ｅの間にずれを生
じさせている。 次に、上記構成からなるパイプ状構造物の作用的特性に
ついて説明する。 まず、第５図に示すようにパイプ状構造物11の一端を固
定端11c、他端を自由端11dとして長さＬ′の片持梁とす
る。図中点Ｑは、弾性主軸Ｅとパイプ状構造物11の自由
端11d側の端面との交点を示している。 上記の状態で、第６図に示すように治具12をパイプ11の
先端にはめ込み、該治具12に重り13を垂らすことによ
り、弾性主軸Ｅ上にある点を通らない荷重を下方に加え
ると、第８図及び第９図に示すようにパイプ上構造物11
は、鎖線で示すように、たわみを生じると共にねじれが
生じる。 一方、第７図で示すように、治具15をパイプ11の先端に
はめ込み、該治具15の突出した棒状部分15aに重り16を
垂らすことにより、上記した弾性主軸Ｅ上にある点Ｑを
通るように下方に荷重を加えると、第10図及び第11図の
鎖線で示すように、たわみを生じるが、ねじれが生じる
ことがない。 即ち、本実施例のパイプ状構造物11は、弾性主軸Ｅ上に
ない点を通るように荷重を加えた場合にはたわみかつね
じれ、一方、弾性主軸Ｅ上の点に荷重をかけることによ
り、曲げねじりを加えても、たわみが生じるがねじれる
ことはない。 尚、第１実施例では、上記α１とβ１の関係をβ１＝−
α１としたが、α１とβ１の関係はこの関係に限定され
るものではなく、α１≠β１なる関係を満たしていれば
良い。 また、第１実施例のパイプ状構造物において、一端を固
定端、他端を自由端とした場合の、パイプ状構造物のた
わみ量δ、ねじれ量τ及び自由端での幾何学的主軸に対
する弾性主軸のずれε（第39図に図示）は以下の近似式
に表現される。 上記式において、 Ｒ…パイプ状構造物の肉厚中央部での半径、 Ｌ′…パイプ状構造物の固定端から突出した部分の長
さ、 Ｐ…先端に加える荷重、 Ｔ…先端に加えるトルク、 S11、S16及びS66はFRPを構成する繊維、樹脂及び積層の
構成により定まる定数である。上記ずれεは、パイプ状
構造物11の固定端から突出した突出部分の長さＬ′に対
して、自由端のずれの大きさが15％以上となるように設
定している。 第12図から第14図は、上記第１実施例の第１変形例を示
し、該第１変形例では、パイプ状構造物21は10°≦θ＜
150°の部分21aでは第13図に示すように、全ての繊維の
向きが幾何学的主軸Ｇに対してα２＝60°であり、それ
以外の部分、即ち、０°≦θ＜10°及び150°≦θ＜360
°の部分21bでは全ての繊維の向きが幾何学的主軸Ｇに
対してβ２＝20°である。上記α２とβ２との関係は上
記の値に限定されるものではなく、α２≠β２なる関係
をみたしていればよい。また、上記部分21a、21bの分け
かたも上記の角度に限定されない。 上記第１変形例においても、上記のようにパイプ状構造
物21の周方向の一部分の繊維Ｆの幾何学的主軸に対する
角度が、該幾何学的主軸に対して対称な部分と異なるた
め幾何学的主軸と弾性主軸にずれが生じている。そのた
め、第１実施例と同様の作用効果を生じる。 次に、第15図から第18図に示す上記第１実施例の第２変
形例では、パイプ状構造物31は60°≦θ＜120°の部分3
1aでは第16図に示すように、全ての繊維Ｆの方向は幾何
学的主軸Ｇに対してα３＝60°であり、240°≦θ＜300
°の部分31bでは第17図に示すように、全ての繊維Ｆの
方向はすべて幾何学的主軸に対してβ３＝−60°であ
る。α３とβ３の値は上記のものに限定されず、α３≠
β３なる関係を満たしていればよい。 上記部分31a、31b以外の部分、即ち、０°≦θ＜60°、
120°≦θ＜240°及び300°≦θ＜360°の部分31c、31c
では第18図に示すように、繊維Ｆの方向は全て幾何学的
主軸Ｇに対してγ＝180°である。ここで、γはγ≠α
３かつγ≠β３なる関係を満たす任意の角度であればよ
い。 上記第２変形例においても、上記のようにパイプ状構造
物31の繊維の幾何学的主軸に対する角度を周方向で部分
的に異ならせ、該角度を該幾何学的主軸に対して対称な
部分と異ならせるため幾何学的主軸と弾性主軸にはずれ
が生じている。そのため、第１実施例及び第２実施例と
同様の作用効果を生じる。 第19図に示す第３変形例のパイプ状構造物41は第１実施
例と同一の形状で、プリプレグシートを12層積層してな
る。該パイプ状構造物41では、30°≦θ＜360°の部分4
1aでは、厚さ方向（ｒ方向）に積層する全ての層の繊維
角度はＺ軸に対して30°である。 一方、０°≦θ＜30°の部分41bではパイプ状構造物41
の厚さ方向（ｒ方向）で繊維角度を異ならせている。即
ち、プリプレグシートのパイプ内側の第１層目から第４
層目までの部分41cでは、繊維角度はＺ軸に対して30°
で、プリプレグシートの内側から第５層目から第12層目
の部分41dでは−30°である。尚、繊維角度の大きさ
は、上記の値に限定されず、異なる関係を満たせばよ
く、また、第何層目において繊維角度を異ならせるか
も、上記の例に限定されない。 上記第３変形例においても、上記のようにパイプ状構造
物41の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、
この繊維角度が異なる部分を上記周方向の部分における
厚さ方向の一部分としているため、幾何学的主軸と弾性
主軸との間にずれが生じており、第１実施例と同様の作
用効果を生じる。 第20図に示す第４変形例ではパイプ状構造物51はプリプ
レグシート12層を積層してなり、厚さ方向（ｒ方向）で
繊維角度は異なる。即ち、プリプレグシートの内側の第
１層目から第６層目までの範囲の部分51aではθに関係
なく繊維角度はＺ軸（幾何学的主軸）に対して60°であ
り、一方、プリプレグシートの第６層目から第12層目の
範囲の部分51bでは周方向により繊維角度が異なり、０
°≦θ＜180°の部分51cでは繊維角度はＺ軸に対して−
30°で、180°≦θ＜360°の部分51dでは繊維角度は30
°である。 尚、上記繊維角度は上記の値に限定されず、互いに異な
っていればよく、また、何層目において繊維角度を異な
らせるかも上記の例に限定されるものではない。 上記第４変形例においても上記したように、パイプ状構
造物51の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共
に、この繊維角度が異なる部分が上記周方向の部分にお
ける厚さ方向の少なくとも一部分であるため、弾性主軸
の幾何学的主軸に対してずれが生じ第１実施例と同様の
作用効果を生じる。 繊維強化ゴムのみからなる場合 第21図に示す本発明の第２実施例では、パイプ状構造物
61は繊維強化ゴムのみからなる。繊維強化ゴムは第22図
に示すように、繊維Ｆを含有したゴムシート62の状態
で、繊維Ｆの方向Ｘには高弾性率を有し、繊維Ｆに直交
する方向Ｙは比較的低い弾性率を有しており、力学的な
異方性を有している。尚、繊維強化ゴムは上記したFRP
と比較すると、低弾性率、低剛性であって、小さい力に
より大きく変形する。上記パイプ状構造物61は、第23図
に示すように、該パイプ状構造物61を周方向で二分した
ゴムシート62をマンドレル63上で積層し、その後、布製
のラッピングテープ（図示せず）を巻付けて加圧した
後、加硫、成形してパイプ状構造物としている。 第２実施例のパイプ状構造物61では、繊維強化ゴムの繊
維Ｆの角度は上記した第１実施例と同様であり、０°≦
θ＜180°の部分61aではＲ及びＺに関係なくすべての繊
維角度はＺ度に対して30°、180°≦θ＜360°の部分61
bでは−30°であり、FRPの場合と同様に繊維角度は上記
の値に限定されず、部分61aと部分61bの繊維角度が異な
る関係を満たしていればよく、また、上記繊維角度を異
ならせる部分の分けかたも上記の例に限定されるもので
はない。 次に、第２実施例の作動的特徴について説明する。 上記した第１実施例の場合と同様に、前記第５図に示す
ように、パイプ状構造61の一端を固定端61c、他端を自
由端61dとして、第６図に示すような治具12を先端には
め込み、該治具12に重り13を垂らすことにより、弾性主
軸Ｅ上にある点を通らない荷重を下方に加えると、第８
図及び第９図に示すようにパイプ状構造物61は、鎖線で
示すように、たわみを生じる。 また、第７図に示すように、治具15を先端にはめ込んで
該治具15により重りを垂らすことにより弾性主軸Ｅ上に
ある点Ｑを通るように下方に荷重を加えると、第10図及
第11図の鎖線で示すように、たわみを生じるが、ねじれ
を生じることがない。 この時、第２実施例のパイプ状構造物61は繊維強化ゴム
のみからなるため、上記した第１実施例（FRPのみから
なる）と比較して小さい荷重で大きく変形することがで
きる。 上記繊維強化ゴムのみからなるパイプ状構造物において
も、前記FRPのみからなるパイプ状構造物の第１変形例
から第４変形例に示す場合と同様に繊維角度、繊維角度
を異ならせる部分の分けかたを相違させることができ
る。 ２）２種類の異方性を有する材料からなる場合 繊維強化ゴムと配向性を有するゴムからなる場合 第24図から第26図に示す本発明のパイプ状構造物の第３
実施例を示し、該パイプ状構造物65では０°≦θ＜180
°の部分65aは第25図に示すように、繊維角度がα11＝3
0°の繊維強化ゴムからなり、一方、180°≦θ＜360°
の部分65bは第26図に示すように配向方向ＨがＺ軸とな
す角度がβ11＝−30°の配向性を有するゴムからなる。 上記配向性を有するゴムは、配向方向には高弾性率、高
剛性であり、該配向方向と直交する方向には低弾性率、
低剛性であるゴムである。本実施例では、配向性を有す
るゴムは、基材ゴム100重量部、α，β−不飽和脂肪酸
の金属塩３〜100重量部、有機過酸化物0.5〜5.0重量部
含み、他の配向性付与剤を含まないゴム組成物を、一方
向に剪断力をかけて混錬した後、加硫して得られるもの
を使用している。 上記のパイプ状構造物65は、上記した第23図に示す製造
方法と同様に夫々シート状の繊維強化ゴム及び配向性を
有するゴムをマンドレル上に積層して金型内に仕込み、
その後加硫、成型してパイプ状に形成している。 第３実施例のパイプ状構造物65も上記した第１実施例と
同様に、曲げるとねじれ、ねじると曲がる特殊な変形挙
動を示す。 第27図は第３実施例の変形例を示し、該変形例に係るパ
イプ状構造物66は、５層のシートを積層してなり、０°
≦θ＜60及び120°≦θ＜360°の部分66aは配向方向が3
0°の配向性を有するゴムのシートを１層から５層まで
配置している。一方、60°≦θ＜120°の部分66bでは、
１層から２層までの部分66cでは配向方向が30°の配向
性を有するゴムを配置しているが、３層から５層の部分
66dは、繊維角度と幾何学的主軸のなす角度が−30°の
繊維強化ゴムを積層している。 この第３実施例の変形例も、上記した第１実施例と同様
の特殊な変形挙動を示す。 上記繊維強化ゴムと配向性を有するゴムとの組み合わせ
からなるパイプ状構造物においても、上記変形例のみな
らず、第１実施例の第１変形例から第４変形例に示す場
合と同様に、繊維強化ゴムの繊維角度及び配向性を有す
るゴムの配向方向、上記繊維角度と配向方向を異ならせ
る部分の分けかたを種々に相違させることができる。 FRPと繊維強化ゴムからなる場合 第28図に示す本発明の第４実施例に係るパイプ状構造物
67では、０°≦θ＜180°の部分67aは、繊維角度が30°
のFRPからなり、一方、180°≦θ＜360°の部分67bは繊
維角度が−30°の繊維強化ゴムからなる。 該第４実施例のパイプ状構造物67も、上記した第１実施
例と同様に特殊な変形挙動を示す。 第29図は第４実施例の変形例を示し、該第４変形例のパ
イプ状構造物68では０°≦θ＜60°及び120°≦θ＜360
°の部分68aはｒに関係なく繊維角度が30°の繊維強化
ゴムからなる。一方、60°≦θ＜120°の部分68bでは、
内周側の部分68cには繊維角度が30°の繊維強化ゴムの
シートを配置しているが、外周側の部分68dは繊維角度
が−30°のFRPで構成している。 FRPと配向性を有するゴムとからなる場合 第30図に示す本発明の第５実施例に係るパイプ状構造物
70では、０°≦θ＜180°の部分70aは繊維角度が30°の
FRPからなり、一方、180°≦θ＜360°の部分70bは配向
方向が−30°の配向性を有するゴムからなる。該第５実
施例のパイプ状構造物も前記第１実施例と同様に特殊な
変形挙動を示す。 尚、第５実施例の場合も、繊維角度、配向方向および、
それらを異ならせる分け方を、第１実施例と同様に種々
相違させることが出来る。 ３）FRPと繊維強化ゴムと配向性を有するゴムの３つの
異方性を有する材料からなる場合 第31図は本発明の第６実施例を示し、該第６実施例に係
わるパイプ状構造物71は、10層のシートを積層したもの
で、０°≦θ＜180°の内周から５層目までの部分71aを
繊維角度を30°としたFRP、６層目から10層目までの０
°≦θ＜180°の部分71bを繊維角度が30°の繊維強化ゴ
ム、180°≦θ＜360°部分71cは配向方向が−30°の配
向性を有するゴムからなる。 上記該第６実施例のパイプ状構造物も前記第１実施例と
同様に特殊な変形挙動を示す。 尚、第６実施例の場合も、繊維角度、配向方向及び、そ
れらを異ならせる分け方を、第１実施例と同様に種々相
違させることが出来る。 ４）同一素材からなる異方性材料と等方性材料を組み合
わせてなる場合 FRPと補強繊維を含有しない等方性樹脂の組合わせか
らなる場合 第32図に示す本発明の第７実施例に係るパイプ状構造物
72では、０°≦θ＜180°の部分72aは通常の繊維を含有
せず力学的に異方性を有しない等方性樹脂である。一
方、180°≦θ＜360°の部分72bは繊維角度が30°のFRP
である。 第33図に示す本発明の第７実施例の変形例に係るパイプ
状構造物73では、０°≦θ＜60°及び120°≦θ＜360°
の部分73aは繊維を含有しない樹脂からなる。一方、60
°≦θ＜120°の部分73bでは外周側の部分73cが繊角度3
0°のFRPであり他の部分73dが繊維を含有しない樹脂か
らなる。 上記第７実施例及びその変形例のパイプ状構造物72、73
は上記した第１実施例と同様の特殊な変形挙動を示す。 繊維強化ゴムと繊維を含有しない等方性ゴムを組み合
わせてなる場合 第34図に示す本発明の第８実施例に係るパイプ状構造物
74では、０°≦θ＜180°の部分74aは上記した通常の力
学的に異方性を有しないゴムからなる。一方、180°≦
θ＜360°の部分74bは、繊維角度が30°の繊維強化ゴム
からなる。 繊維強化ゴムと配向性を有するゴムと等方性ゴムの組
み合わせからなる場合 第35図は本発明の第９実施例に係るパイプ状構造物75を
示し、該パイプ状構造物75では、０°≦θ＜60及び120
°≦θ＜360°の部分75aは上記した力学的に異方性を有
しない通常のゴムからなる。一方、60°≦θ＜120°の
部分75bは外周側の部分75cが繊維角度30°の繊維強化ゴ
ムからなり、他の部分75dが30°の配向方向の配向性を
有するゴムからなる。 上記第８実施例及び第９実施例のパイプ状構造物も上記
した第１実施例と同様の特殊な変形挙動を示す。 尚、上記同一素材からなる異方性材料と等方性材料の組
合わせからなる、及びのいずれの場合も異方性材
料の繊維角度及び配向方向、それらを異ならせる分け方
は第１実施例と同様に種々相違させることが出来る。 ５）異なる素材からなる異方性材料と等方性材料を組み
合わせてなる場合 FRPと繊維を含有しない等方性ゴムの組み合わせから
なる場合 第36図は本発明の第10実施例を示し、該パイプ状構造物
80は、０°≦θ＜60°の部分80aは繊維角度30°のFRP、
180°≦θ＜240°の部分80bは繊維角度−30°のFRP、残
りの部分、即ち、60°≦θ＜180°及び240°≦θ＜360
°の部分80cは力学的に異方性を有しないゴムからな
る。 繊維強化ゴムと繊維を含有しない等方性樹脂の組み合
わせからなる場合 第37図は本発明の第11実施例を示し、該パイプ状構造物
81は、０°≦θ＜60°の部分81aは繊維角度30°の繊維
強化ゴム、180°≦θ＜240°の部分81bは繊維角度−30
°の繊維強化ゴム、残りの部分、即ち、60°≦θ＜180
°及び240°≦θ＜360°は力学的に異方性を有しない樹
脂からなる。 尚、上記およびの組み合わせ以外の組み合わせにつ
いては、説明を省略する。 上記した異なる素材の異方性材料と等方性材料を組み合
わせた場合においても、パイプ状構造物の繊維角度及び
／又は配向方向を周方向で部分的に異ならせると共に、
この繊維角度及び／又は配向方向が異なる部分が上記周
方向の部分における厚さ方向の少なくとも一部分であ
り、かつ、パイプ状構造物の幾何学的主軸に対して対称
な部分であるため、前記第１実施例と同様な特殊な変形
挙動を生じさせることが出来る。
Ｚ）】を取る。更に、各断面図中のハッチングは繊維等
の方向とは無関係であり、夫々の線は下記の材料等を表
している。 ・太実線…繊維； ・細実線…ゴム； ・細破線…配向性を有するゴム； ・細一点鎖線…樹脂。 １）１種類の異方性を有する材料からなる場合 FRPのみからなる場合 第２図から第４図に示す本発明に係るパイプ状構造物の
第１実施例では、パイプ状構造物11はFRPのみからな
る。また、第１実施例では、上記パイプ状構造物11は、
幾何学的主軸Ｇ（即ち、上記した円柱座標のＺ軸）に対
して所望の角度を有するように繊維を含有した樹脂のシ
ートであるプリプレグシートを切断したものを積層する
方法により製造している。尚、第１実施例のパイプ状構
造物11の製造法は、上記プリプレグシートを積層する方
法に限定されず、連続繊維に樹脂を含浸し、マンドレル
上で軸方向に所定の角度をつけながら配置するFW法（フ
ィラメント・ワインディング法）により製造してもよ
い。 第２図から第４図に示すように、上記したパイプ状構造
物11を構成するFRPの、０°≦θ＜180°の部分11aでは
ｒ及びＺに関係なくすべての繊維角度はＺ軸に対して、
本実施例では、正方向のα１＝30°なる角度としてい
る。しかし、α１の大きさは上記の値に限定されず、α
１＞０°かつα１≠180°なる関係を満たせばよい。 一方、第４図に示す180°≦θ＜360°の部分11bでは、
すべての繊維Ｆの角度がＺ軸に対して、負の方向である
β１＝−30°なる角度としている。即ち、β１はβ１＝
−α１となるように定めている。 上記のようにパイプ状構造物11の周方向の一部分の繊維
Ｆの幾何学的主軸Ｇに対する角度を、該幾何学的主軸Ｇ
に対して対称な部分と異ならせることにより、FRPの公
知の異方性の特性を利用して、本実施例のパイプ状構造
物11では、幾何学的主軸Ｇと弾性主軸Ｅの間にずれを生
じさせている。 次に、上記構成からなるパイプ状構造物の作用的特性に
ついて説明する。 まず、第５図に示すようにパイプ状構造物11の一端を固
定端11c、他端を自由端11dとして長さＬ′の片持梁とす
る。図中点Ｑは、弾性主軸Ｅとパイプ状構造物11の自由
端11d側の端面との交点を示している。 上記の状態で、第６図に示すように治具12をパイプ11の
先端にはめ込み、該治具12に重り13を垂らすことによ
り、弾性主軸Ｅ上にある点を通らない荷重を下方に加え
ると、第８図及び第９図に示すようにパイプ上構造物11
は、鎖線で示すように、たわみを生じると共にねじれが
生じる。 一方、第７図で示すように、治具15をパイプ11の先端に
はめ込み、該治具15の突出した棒状部分15aに重り16を
垂らすことにより、上記した弾性主軸Ｅ上にある点Ｑを
通るように下方に荷重を加えると、第10図及び第11図の
鎖線で示すように、たわみを生じるが、ねじれが生じる
ことがない。 即ち、本実施例のパイプ状構造物11は、弾性主軸Ｅ上に
ない点を通るように荷重を加えた場合にはたわみかつね
じれ、一方、弾性主軸Ｅ上の点に荷重をかけることによ
り、曲げねじりを加えても、たわみが生じるがねじれる
ことはない。 尚、第１実施例では、上記α１とβ１の関係をβ１＝−
α１としたが、α１とβ１の関係はこの関係に限定され
るものではなく、α１≠β１なる関係を満たしていれば
良い。 また、第１実施例のパイプ状構造物において、一端を固
定端、他端を自由端とした場合の、パイプ状構造物のた
わみ量δ、ねじれ量τ及び自由端での幾何学的主軸に対
する弾性主軸のずれε（第39図に図示）は以下の近似式
に表現される。 上記式において、 Ｒ…パイプ状構造物の肉厚中央部での半径、 Ｌ′…パイプ状構造物の固定端から突出した部分の長
さ、 Ｐ…先端に加える荷重、 Ｔ…先端に加えるトルク、 S11、S16及びS66はFRPを構成する繊維、樹脂及び積層の
構成により定まる定数である。上記ずれεは、パイプ状
構造物11の固定端から突出した突出部分の長さＬ′に対
して、自由端のずれの大きさが15％以上となるように設
定している。 第12図から第14図は、上記第１実施例の第１変形例を示
し、該第１変形例では、パイプ状構造物21は10°≦θ＜
150°の部分21aでは第13図に示すように、全ての繊維の
向きが幾何学的主軸Ｇに対してα２＝60°であり、それ
以外の部分、即ち、０°≦θ＜10°及び150°≦θ＜360
°の部分21bでは全ての繊維の向きが幾何学的主軸Ｇに
対してβ２＝20°である。上記α２とβ２との関係は上
記の値に限定されるものではなく、α２≠β２なる関係
をみたしていればよい。また、上記部分21a、21bの分け
かたも上記の角度に限定されない。 上記第１変形例においても、上記のようにパイプ状構造
物21の周方向の一部分の繊維Ｆの幾何学的主軸に対する
角度が、該幾何学的主軸に対して対称な部分と異なるた
め幾何学的主軸と弾性主軸にずれが生じている。そのた
め、第１実施例と同様の作用効果を生じる。 次に、第15図から第18図に示す上記第１実施例の第２変
形例では、パイプ状構造物31は60°≦θ＜120°の部分3
1aでは第16図に示すように、全ての繊維Ｆの方向は幾何
学的主軸Ｇに対してα３＝60°であり、240°≦θ＜300
°の部分31bでは第17図に示すように、全ての繊維Ｆの
方向はすべて幾何学的主軸に対してβ３＝−60°であ
る。α３とβ３の値は上記のものに限定されず、α３≠
β３なる関係を満たしていればよい。 上記部分31a、31b以外の部分、即ち、０°≦θ＜60°、
120°≦θ＜240°及び300°≦θ＜360°の部分31c、31c
では第18図に示すように、繊維Ｆの方向は全て幾何学的
主軸Ｇに対してγ＝180°である。ここで、γはγ≠α
３かつγ≠β３なる関係を満たす任意の角度であればよ
い。 上記第２変形例においても、上記のようにパイプ状構造
物31の繊維の幾何学的主軸に対する角度を周方向で部分
的に異ならせ、該角度を該幾何学的主軸に対して対称な
部分と異ならせるため幾何学的主軸と弾性主軸にはずれ
が生じている。そのため、第１実施例及び第２実施例と
同様の作用効果を生じる。 第19図に示す第３変形例のパイプ状構造物41は第１実施
例と同一の形状で、プリプレグシートを12層積層してな
る。該パイプ状構造物41では、30°≦θ＜360°の部分4
1aでは、厚さ方向（ｒ方向）に積層する全ての層の繊維
角度はＺ軸に対して30°である。 一方、０°≦θ＜30°の部分41bではパイプ状構造物41
の厚さ方向（ｒ方向）で繊維角度を異ならせている。即
ち、プリプレグシートのパイプ内側の第１層目から第４
層目までの部分41cでは、繊維角度はＺ軸に対して30°
で、プリプレグシートの内側から第５層目から第12層目
の部分41dでは−30°である。尚、繊維角度の大きさ
は、上記の値に限定されず、異なる関係を満たせばよ
く、また、第何層目において繊維角度を異ならせるか
も、上記の例に限定されない。 上記第３変形例においても、上記のようにパイプ状構造
物41の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、
この繊維角度が異なる部分を上記周方向の部分における
厚さ方向の一部分としているため、幾何学的主軸と弾性
主軸との間にずれが生じており、第１実施例と同様の作
用効果を生じる。 第20図に示す第４変形例ではパイプ状構造物51はプリプ
レグシート12層を積層してなり、厚さ方向（ｒ方向）で
繊維角度は異なる。即ち、プリプレグシートの内側の第
１層目から第６層目までの範囲の部分51aではθに関係
なく繊維角度はＺ軸（幾何学的主軸）に対して60°であ
り、一方、プリプレグシートの第６層目から第12層目の
範囲の部分51bでは周方向により繊維角度が異なり、０
°≦θ＜180°の部分51cでは繊維角度はＺ軸に対して−
30°で、180°≦θ＜360°の部分51dでは繊維角度は30
°である。 尚、上記繊維角度は上記の値に限定されず、互いに異な
っていればよく、また、何層目において繊維角度を異な
らせるかも上記の例に限定されるものではない。 上記第４変形例においても上記したように、パイプ状構
造物51の繊維角度を周方向で部分的に異ならせると共
に、この繊維角度が異なる部分が上記周方向の部分にお
ける厚さ方向の少なくとも一部分であるため、弾性主軸
の幾何学的主軸に対してずれが生じ第１実施例と同様の
作用効果を生じる。 繊維強化ゴムのみからなる場合 第21図に示す本発明の第２実施例では、パイプ状構造物
61は繊維強化ゴムのみからなる。繊維強化ゴムは第22図
に示すように、繊維Ｆを含有したゴムシート62の状態
で、繊維Ｆの方向Ｘには高弾性率を有し、繊維Ｆに直交
する方向Ｙは比較的低い弾性率を有しており、力学的な
異方性を有している。尚、繊維強化ゴムは上記したFRP
と比較すると、低弾性率、低剛性であって、小さい力に
より大きく変形する。上記パイプ状構造物61は、第23図
に示すように、該パイプ状構造物61を周方向で二分した
ゴムシート62をマンドレル63上で積層し、その後、布製
のラッピングテープ（図示せず）を巻付けて加圧した
後、加硫、成形してパイプ状構造物としている。 第２実施例のパイプ状構造物61では、繊維強化ゴムの繊
維Ｆの角度は上記した第１実施例と同様であり、０°≦
θ＜180°の部分61aではＲ及びＺに関係なくすべての繊
維角度はＺ度に対して30°、180°≦θ＜360°の部分61
bでは−30°であり、FRPの場合と同様に繊維角度は上記
の値に限定されず、部分61aと部分61bの繊維角度が異な
る関係を満たしていればよく、また、上記繊維角度を異
ならせる部分の分けかたも上記の例に限定されるもので
はない。 次に、第２実施例の作動的特徴について説明する。 上記した第１実施例の場合と同様に、前記第５図に示す
ように、パイプ状構造61の一端を固定端61c、他端を自
由端61dとして、第６図に示すような治具12を先端には
め込み、該治具12に重り13を垂らすことにより、弾性主
軸Ｅ上にある点を通らない荷重を下方に加えると、第８
図及び第９図に示すようにパイプ状構造物61は、鎖線で
示すように、たわみを生じる。 また、第７図に示すように、治具15を先端にはめ込んで
該治具15により重りを垂らすことにより弾性主軸Ｅ上に
ある点Ｑを通るように下方に荷重を加えると、第10図及
第11図の鎖線で示すように、たわみを生じるが、ねじれ
を生じることがない。 この時、第２実施例のパイプ状構造物61は繊維強化ゴム
のみからなるため、上記した第１実施例（FRPのみから
なる）と比較して小さい荷重で大きく変形することがで
きる。 上記繊維強化ゴムのみからなるパイプ状構造物において
も、前記FRPのみからなるパイプ状構造物の第１変形例
から第４変形例に示す場合と同様に繊維角度、繊維角度
を異ならせる部分の分けかたを相違させることができ
る。 ２）２種類の異方性を有する材料からなる場合 繊維強化ゴムと配向性を有するゴムからなる場合 第24図から第26図に示す本発明のパイプ状構造物の第３
実施例を示し、該パイプ状構造物65では０°≦θ＜180
°の部分65aは第25図に示すように、繊維角度がα11＝3
0°の繊維強化ゴムからなり、一方、180°≦θ＜360°
の部分65bは第26図に示すように配向方向ＨがＺ軸とな
す角度がβ11＝−30°の配向性を有するゴムからなる。 上記配向性を有するゴムは、配向方向には高弾性率、高
剛性であり、該配向方向と直交する方向には低弾性率、
低剛性であるゴムである。本実施例では、配向性を有す
るゴムは、基材ゴム100重量部、α，β−不飽和脂肪酸
の金属塩３〜100重量部、有機過酸化物0.5〜5.0重量部
含み、他の配向性付与剤を含まないゴム組成物を、一方
向に剪断力をかけて混錬した後、加硫して得られるもの
を使用している。 上記のパイプ状構造物65は、上記した第23図に示す製造
方法と同様に夫々シート状の繊維強化ゴム及び配向性を
有するゴムをマンドレル上に積層して金型内に仕込み、
その後加硫、成型してパイプ状に形成している。 第３実施例のパイプ状構造物65も上記した第１実施例と
同様に、曲げるとねじれ、ねじると曲がる特殊な変形挙
動を示す。 第27図は第３実施例の変形例を示し、該変形例に係るパ
イプ状構造物66は、５層のシートを積層してなり、０°
≦θ＜60及び120°≦θ＜360°の部分66aは配向方向が3
0°の配向性を有するゴムのシートを１層から５層まで
配置している。一方、60°≦θ＜120°の部分66bでは、
１層から２層までの部分66cでは配向方向が30°の配向
性を有するゴムを配置しているが、３層から５層の部分
66dは、繊維角度と幾何学的主軸のなす角度が−30°の
繊維強化ゴムを積層している。 この第３実施例の変形例も、上記した第１実施例と同様
の特殊な変形挙動を示す。 上記繊維強化ゴムと配向性を有するゴムとの組み合わせ
からなるパイプ状構造物においても、上記変形例のみな
らず、第１実施例の第１変形例から第４変形例に示す場
合と同様に、繊維強化ゴムの繊維角度及び配向性を有す
るゴムの配向方向、上記繊維角度と配向方向を異ならせ
る部分の分けかたを種々に相違させることができる。 FRPと繊維強化ゴムからなる場合 第28図に示す本発明の第４実施例に係るパイプ状構造物
67では、０°≦θ＜180°の部分67aは、繊維角度が30°
のFRPからなり、一方、180°≦θ＜360°の部分67bは繊
維角度が−30°の繊維強化ゴムからなる。 該第４実施例のパイプ状構造物67も、上記した第１実施
例と同様に特殊な変形挙動を示す。 第29図は第４実施例の変形例を示し、該第４変形例のパ
イプ状構造物68では０°≦θ＜60°及び120°≦θ＜360
°の部分68aはｒに関係なく繊維角度が30°の繊維強化
ゴムからなる。一方、60°≦θ＜120°の部分68bでは、
内周側の部分68cには繊維角度が30°の繊維強化ゴムの
シートを配置しているが、外周側の部分68dは繊維角度
が−30°のFRPで構成している。 FRPと配向性を有するゴムとからなる場合 第30図に示す本発明の第５実施例に係るパイプ状構造物
70では、０°≦θ＜180°の部分70aは繊維角度が30°の
FRPからなり、一方、180°≦θ＜360°の部分70bは配向
方向が−30°の配向性を有するゴムからなる。該第５実
施例のパイプ状構造物も前記第１実施例と同様に特殊な
変形挙動を示す。 尚、第５実施例の場合も、繊維角度、配向方向および、
それらを異ならせる分け方を、第１実施例と同様に種々
相違させることが出来る。 ３）FRPと繊維強化ゴムと配向性を有するゴムの３つの
異方性を有する材料からなる場合 第31図は本発明の第６実施例を示し、該第６実施例に係
わるパイプ状構造物71は、10層のシートを積層したもの
で、０°≦θ＜180°の内周から５層目までの部分71aを
繊維角度を30°としたFRP、６層目から10層目までの０
°≦θ＜180°の部分71bを繊維角度が30°の繊維強化ゴ
ム、180°≦θ＜360°部分71cは配向方向が−30°の配
向性を有するゴムからなる。 上記該第６実施例のパイプ状構造物も前記第１実施例と
同様に特殊な変形挙動を示す。 尚、第６実施例の場合も、繊維角度、配向方向及び、そ
れらを異ならせる分け方を、第１実施例と同様に種々相
違させることが出来る。 ４）同一素材からなる異方性材料と等方性材料を組み合
わせてなる場合 FRPと補強繊維を含有しない等方性樹脂の組合わせか
らなる場合 第32図に示す本発明の第７実施例に係るパイプ状構造物
72では、０°≦θ＜180°の部分72aは通常の繊維を含有
せず力学的に異方性を有しない等方性樹脂である。一
方、180°≦θ＜360°の部分72bは繊維角度が30°のFRP
である。 第33図に示す本発明の第７実施例の変形例に係るパイプ
状構造物73では、０°≦θ＜60°及び120°≦θ＜360°
の部分73aは繊維を含有しない樹脂からなる。一方、60
°≦θ＜120°の部分73bでは外周側の部分73cが繊角度3
0°のFRPであり他の部分73dが繊維を含有しない樹脂か
らなる。 上記第７実施例及びその変形例のパイプ状構造物72、73
は上記した第１実施例と同様の特殊な変形挙動を示す。 繊維強化ゴムと繊維を含有しない等方性ゴムを組み合
わせてなる場合 第34図に示す本発明の第８実施例に係るパイプ状構造物
74では、０°≦θ＜180°の部分74aは上記した通常の力
学的に異方性を有しないゴムからなる。一方、180°≦
θ＜360°の部分74bは、繊維角度が30°の繊維強化ゴム
からなる。 繊維強化ゴムと配向性を有するゴムと等方性ゴムの組
み合わせからなる場合 第35図は本発明の第９実施例に係るパイプ状構造物75を
示し、該パイプ状構造物75では、０°≦θ＜60及び120
°≦θ＜360°の部分75aは上記した力学的に異方性を有
しない通常のゴムからなる。一方、60°≦θ＜120°の
部分75bは外周側の部分75cが繊維角度30°の繊維強化ゴ
ムからなり、他の部分75dが30°の配向方向の配向性を
有するゴムからなる。 上記第８実施例及び第９実施例のパイプ状構造物も上記
した第１実施例と同様の特殊な変形挙動を示す。 尚、上記同一素材からなる異方性材料と等方性材料の組
合わせからなる、及びのいずれの場合も異方性材
料の繊維角度及び配向方向、それらを異ならせる分け方
は第１実施例と同様に種々相違させることが出来る。 ５）異なる素材からなる異方性材料と等方性材料を組み
合わせてなる場合 FRPと繊維を含有しない等方性ゴムの組み合わせから
なる場合 第36図は本発明の第10実施例を示し、該パイプ状構造物
80は、０°≦θ＜60°の部分80aは繊維角度30°のFRP、
180°≦θ＜240°の部分80bは繊維角度−30°のFRP、残
りの部分、即ち、60°≦θ＜180°及び240°≦θ＜360
°の部分80cは力学的に異方性を有しないゴムからな
る。 繊維強化ゴムと繊維を含有しない等方性樹脂の組み合
わせからなる場合 第37図は本発明の第11実施例を示し、該パイプ状構造物
81は、０°≦θ＜60°の部分81aは繊維角度30°の繊維
強化ゴム、180°≦θ＜240°の部分81bは繊維角度−30
°の繊維強化ゴム、残りの部分、即ち、60°≦θ＜180
°及び240°≦θ＜360°は力学的に異方性を有しない樹
脂からなる。 尚、上記およびの組み合わせ以外の組み合わせにつ
いては、説明を省略する。 上記した異なる素材の異方性材料と等方性材料を組み合
わせた場合においても、パイプ状構造物の繊維角度及び
／又は配向方向を周方向で部分的に異ならせると共に、
この繊維角度及び／又は配向方向が異なる部分が上記周
方向の部分における厚さ方向の少なくとも一部分であ
り、かつ、パイプ状構造物の幾何学的主軸に対して対称
な部分であるため、前記第１実施例と同様な特殊な変形
挙動を生じさせることが出来る。
本発明に係るパイプ状構造物の力学的特性を調べる為
に、曲げを加えた場合の変形量を測定する実験を行っ
た。 尚、本実験では、第１実施例のFRPのみからなるパイプ
状構造物と第２実施例の繊維強化ゴムのみからなるパイ
プ状構造物の２種類のパイプについて実験を行った。 第１実施例については、上記した第２図の部分11aの繊
維の方向がすべて幾何学的主軸に対して夫々α１＝20
°、30°、50°となるようにプリプレグシートを12枚積
層して構成し、他の部分11bは繊維の方向が夫々β１＝
−20°、−30°、−50°となるように同じくプリプレリ
グシートを12枚積層して構成した３本のパイプ状構造物
について行った。また、パイプ状構造物の寸法は夫々長
さがＬ＝450mm、内径がφ１＝16mm、外径がφ２＝19mm
である。 第２実施例については、上記した第21図の部分61aの繊
維の方向がすべて幾何学的主軸に対して夫々20°、30°
となるように厚さ0.85mmのゴムシートを12枚積層すると
共に、他の部分61bでは繊維角度が夫々−20°、−30°
となるように同じくゴムシートを12枚積層し、加硫缶を
使用して140℃、１時間の条件で加硫して構成した２本
のパイプ状構造物についておこなった。また、パイプ状
構造物の寸法は、Ｌ＝400mm、内径がφ１＝16mm、外径
がφ２＝36mmである。 実験方法は、第38図に示すように、パイプ状構造物11、
61の一端をチャックによりしっかりと締付けて固定端11
c、61cとし、他端を自由端11d、61dとして、固定端11
c、61cよりパイプ状構造物11がＬ′＝400mm（第１実施
例）、350mm（第２実施例）突出した状態とした。そし
て、第６図に示す治具12を用いて上記自由端11d、61dと
幾何学的主軸Ｇの交点を着力点として、鉛直方向に重り
ＷによりFRPのみからなるパイプ状構造物には荷重Ｐ＝
2.7、6.3kg、繊維強化ゴムからなるパイプ状構造物には
荷重Ｐ＝0.5kg、1.0kgを加え、上記自由端11d、61dに水
平に取付けた指針14の先端の垂直方向の変位からたわみ
量及びねじれ角を算出した。 上記した実験の結果は、第１実施列のFRPのみからなる
パイプ状構造物については表１に、第２実施例の繊維強
化ゴムのみからなるパイプ状構造物については表２に示
す。 上記実験結果を示す表より明らかなように、第１実施例
のFRPのみからなる場合、および第２実施例の繊維強化
ゴムのみからなる場合のいずれも、曲げのみをかけたに
もかかわらず、たわみかつ、ねじれることが確認でき
た。 また、実験結果より、幾何学的主軸Ｇに対する弾性主軸
Ｅのずれε（第39図に図示）は、繊維の配向角度に応じ
て、表１、表２に示すような値でパイプの固定端より突
出する突出部の長さＬ′に対して、自由端のずれが15％
以上であることが判明した。 上記の結果より、繊維の角度を制御することにより、た
わみ量、ねじれ角及び弾性主軸のずれを調節することが
出来ることが確認できた。 更に、表１、表２のたわみ量及びねじれ角を比較する
と、FRPのみからなるパイプ状構造物と比較して、繊維
強化ゴムのみからなるパイプ状構造物は、小さい荷重で
より大きく変形しており、繊維強化ゴムからなるパイプ
状構造物は小さい力で大きな変形を得られることが確認
できた。 第40図及び第41図は、上記第１実施例のFRPのみからな
るパイプ状構造物（固定端から自由端までの距離:L′＝
400mm、内径：φ１＝16mm、外径：φ２＝19mm）と上記
第２実施例の繊維強化ゴム（FRR）のみからなるパイプ
状構造（固定端から自由端までの距離:L′＝350mm、内
径：φ１＝16mm、外径：φ２＝36mm）に同一荷重（Ｐ＝
0.5、2.7kg）を荷重をかけた場合の配向角とねじれ角及
びたわみ量の関係を示している。 上記パイプ状構造物の肉厚は、繊維強化ゴムで10mm、FR
Pが1.5mmで、繊維強化ゴムはFRPに比較して6.6倍である
が、第40図及び第41図に示すように、繊維強化ゴムに対
して荷重（Ｐ）0.5kg、FRPに対して荷重（Ｐ）2.7kgを
加えた場合、即ち、繊維強化ゴムに対してFRPの約1/5の
荷重しか加えなかった場合を比較しても、ねじれ及びた
わみは繊維強化ゴムの方がFRPよりはるかに大きく、繊
維強化ゴムのみからなるパイプ状構造物はFRPのみから
なるパイプ状構造物と比較して容易に変形することが確
認された。 効果 以上の説明から明らかなように、本発明に係るパイプ状
構造物は、繊維角度及び／又は配向方向を周方向で部分
的に異ならせると共に、この繊維角度及び／又は配向方
向が異なる部分が上記周方向の部分における厚さ方向の
少なくとも一部分としており、たとえば、幾何学的主軸
の対して対称な部分の繊維角度を相違させ、あるいは、
上記一部分のみを配向性を有する材料により構成して他
の部分を異方性を有しない材料から構成しているため、
幾何学的主軸と弾性主軸にずれが生じ、一端を固定端、
他端を自由端とした場合に、弾性主軸上にある点を通ら
ない荷重を加えた場合にはたわみが生じると共にねじれ
が生じ、弾性主軸上にある点を通るように荷重を加えた
場合にはたわみが生じるのみでねじれないという、特殊
な変形挙動を生じさせることが出来る。 また、本発明に係るパイプ状構造物は、繊維の幾何学的
主軸に対する角度や、繊維の幾何学的主軸に対する角度
が等しい部分の周方向の部分の分けかたを変えることに
より、上記の幾何学的主軸に対する弾性主軸のずれの量
を容易に変えることが可能である。よって、繊維を含有
して強化された異方性材料の力学的特性による特異な変
形挙動を利用して、種々の産業上の分野に利用出来るも
のである。
に、曲げを加えた場合の変形量を測定する実験を行っ
た。 尚、本実験では、第１実施例のFRPのみからなるパイプ
状構造物と第２実施例の繊維強化ゴムのみからなるパイ
プ状構造物の２種類のパイプについて実験を行った。 第１実施例については、上記した第２図の部分11aの繊
維の方向がすべて幾何学的主軸に対して夫々α１＝20
°、30°、50°となるようにプリプレグシートを12枚積
層して構成し、他の部分11bは繊維の方向が夫々β１＝
−20°、−30°、−50°となるように同じくプリプレリ
グシートを12枚積層して構成した３本のパイプ状構造物
について行った。また、パイプ状構造物の寸法は夫々長
さがＬ＝450mm、内径がφ１＝16mm、外径がφ２＝19mm
である。 第２実施例については、上記した第21図の部分61aの繊
維の方向がすべて幾何学的主軸に対して夫々20°、30°
となるように厚さ0.85mmのゴムシートを12枚積層すると
共に、他の部分61bでは繊維角度が夫々−20°、−30°
となるように同じくゴムシートを12枚積層し、加硫缶を
使用して140℃、１時間の条件で加硫して構成した２本
のパイプ状構造物についておこなった。また、パイプ状
構造物の寸法は、Ｌ＝400mm、内径がφ１＝16mm、外径
がφ２＝36mmである。 実験方法は、第38図に示すように、パイプ状構造物11、
61の一端をチャックによりしっかりと締付けて固定端11
c、61cとし、他端を自由端11d、61dとして、固定端11
c、61cよりパイプ状構造物11がＬ′＝400mm（第１実施
例）、350mm（第２実施例）突出した状態とした。そし
て、第６図に示す治具12を用いて上記自由端11d、61dと
幾何学的主軸Ｇの交点を着力点として、鉛直方向に重り
ＷによりFRPのみからなるパイプ状構造物には荷重Ｐ＝
2.7、6.3kg、繊維強化ゴムからなるパイプ状構造物には
荷重Ｐ＝0.5kg、1.0kgを加え、上記自由端11d、61dに水
平に取付けた指針14の先端の垂直方向の変位からたわみ
量及びねじれ角を算出した。 上記した実験の結果は、第１実施列のFRPのみからなる
パイプ状構造物については表１に、第２実施例の繊維強
化ゴムのみからなるパイプ状構造物については表２に示
す。 上記実験結果を示す表より明らかなように、第１実施例
のFRPのみからなる場合、および第２実施例の繊維強化
ゴムのみからなる場合のいずれも、曲げのみをかけたに
もかかわらず、たわみかつ、ねじれることが確認でき
た。 また、実験結果より、幾何学的主軸Ｇに対する弾性主軸
Ｅのずれε（第39図に図示）は、繊維の配向角度に応じ
て、表１、表２に示すような値でパイプの固定端より突
出する突出部の長さＬ′に対して、自由端のずれが15％
以上であることが判明した。 上記の結果より、繊維の角度を制御することにより、た
わみ量、ねじれ角及び弾性主軸のずれを調節することが
出来ることが確認できた。 更に、表１、表２のたわみ量及びねじれ角を比較する
と、FRPのみからなるパイプ状構造物と比較して、繊維
強化ゴムのみからなるパイプ状構造物は、小さい荷重で
より大きく変形しており、繊維強化ゴムからなるパイプ
状構造物は小さい力で大きな変形を得られることが確認
できた。 第40図及び第41図は、上記第１実施例のFRPのみからな
るパイプ状構造物（固定端から自由端までの距離:L′＝
400mm、内径：φ１＝16mm、外径：φ２＝19mm）と上記
第２実施例の繊維強化ゴム（FRR）のみからなるパイプ
状構造（固定端から自由端までの距離:L′＝350mm、内
径：φ１＝16mm、外径：φ２＝36mm）に同一荷重（Ｐ＝
0.5、2.7kg）を荷重をかけた場合の配向角とねじれ角及
びたわみ量の関係を示している。 上記パイプ状構造物の肉厚は、繊維強化ゴムで10mm、FR
Pが1.5mmで、繊維強化ゴムはFRPに比較して6.6倍である
が、第40図及び第41図に示すように、繊維強化ゴムに対
して荷重（Ｐ）0.5kg、FRPに対して荷重（Ｐ）2.7kgを
加えた場合、即ち、繊維強化ゴムに対してFRPの約1/5の
荷重しか加えなかった場合を比較しても、ねじれ及びた
わみは繊維強化ゴムの方がFRPよりはるかに大きく、繊
維強化ゴムのみからなるパイプ状構造物はFRPのみから
なるパイプ状構造物と比較して容易に変形することが確
認された。 効果 以上の説明から明らかなように、本発明に係るパイプ状
構造物は、繊維角度及び／又は配向方向を周方向で部分
的に異ならせると共に、この繊維角度及び／又は配向方
向が異なる部分が上記周方向の部分における厚さ方向の
少なくとも一部分としており、たとえば、幾何学的主軸
の対して対称な部分の繊維角度を相違させ、あるいは、
上記一部分のみを配向性を有する材料により構成して他
の部分を異方性を有しない材料から構成しているため、
幾何学的主軸と弾性主軸にずれが生じ、一端を固定端、
他端を自由端とした場合に、弾性主軸上にある点を通ら
ない荷重を加えた場合にはたわみが生じると共にねじれ
が生じ、弾性主軸上にある点を通るように荷重を加えた
場合にはたわみが生じるのみでねじれないという、特殊
な変形挙動を生じさせることが出来る。 また、本発明に係るパイプ状構造物は、繊維の幾何学的
主軸に対する角度や、繊維の幾何学的主軸に対する角度
が等しい部分の周方向の部分の分けかたを変えることに
より、上記の幾何学的主軸に対する弾性主軸のずれの量
を容易に変えることが可能である。よって、繊維を含有
して強化された異方性材料の力学的特性による特異な変
形挙動を利用して、種々の産業上の分野に利用出来るも
のである。
第１図は本発明に係るパイプ状構造物の実施例を表す斜
視図、第２図は本発明の第１実施例を示す第１図のC-C
線での断面図、第３図及び第４図は第１実施例の繊維方
向を示す概略図、第５図はパイプ状構造物の一端を固定
端とした状態を示す斜視図、第６図及び第７図は治具の
取付けを示す斜視図、第８図から第11図はパイプ状構造
物の自由端に荷重を加えた場合の変形を示す概略図、第
12図は第１実施例の第１変形例を示す第１図のC-C線で
の断面図、第13図及び第14図は第１変形例の繊維方向を
示す概略図、第15図は第１実施例の第２変形例を示す第
１図のC-C線での断面図、第16図から第18図は第２変形
例の繊維方向を示す概略図、第19図及び第20図は夫々第
１実施例の第３変形例及び第４変形例を示す第１図のC-
C線での断面図、第21図は第２実施例示す第１図のC-C線
での断面図、第22図は繊維強化ゴムのゴムシートを示す
斜視図、第23図はマンドレルへのゴムシートの積層を示
す斜視図、第24図は第３実施例を示す第１図のC-C線で
の断面図、第25図及び第26図は第３実施例の繊維角度及
び配向方向を示す概略図、第27図は第３実施例の変形例
を示す第１図のC-C線での断面図、第28図及び第29図は
第４実施例及びその変形例を示す第１図のC-C線での断
面図、第30図及び第31図は夫々第５及び第６実施例を示
す第１図のC-C線での断面図、第32図及び第33図は第７
実施例及びその変形例を示す第１図のC-C線での断面
図、第34図から第37図は夫々第８実施例から第11実施例
を示す第１図のC-C線での断面図、第38図は本発明に係
るパイプ状構造物の実験装置を示す概略図、第39図は自
由端での幾何学的主軸の弾性主軸に対するずれを示す概
略図（第38図を上方から見た図）、第40図及び第41図は
それぞれ配向角とねじれ角及びたわみ量の関係を示す線
図、第42図から第45図は等方性材料からなるパイプ状構
造物の自由端に荷重を加えた場合の変形を示す概略図で
ある。 11、21、31、41、51、61 65、66、67、68、70、71、72、73、74、75、80、81……
パイプ状構造物、11c、61c……固定端、11d、61d……自
由端、Ｇ……幾何学的主軸、Ｅ……弾性主軸、Ｆ……繊
維 Ｈ……配向方向。
視図、第２図は本発明の第１実施例を示す第１図のC-C
線での断面図、第３図及び第４図は第１実施例の繊維方
向を示す概略図、第５図はパイプ状構造物の一端を固定
端とした状態を示す斜視図、第６図及び第７図は治具の
取付けを示す斜視図、第８図から第11図はパイプ状構造
物の自由端に荷重を加えた場合の変形を示す概略図、第
12図は第１実施例の第１変形例を示す第１図のC-C線で
の断面図、第13図及び第14図は第１変形例の繊維方向を
示す概略図、第15図は第１実施例の第２変形例を示す第
１図のC-C線での断面図、第16図から第18図は第２変形
例の繊維方向を示す概略図、第19図及び第20図は夫々第
１実施例の第３変形例及び第４変形例を示す第１図のC-
C線での断面図、第21図は第２実施例示す第１図のC-C線
での断面図、第22図は繊維強化ゴムのゴムシートを示す
斜視図、第23図はマンドレルへのゴムシートの積層を示
す斜視図、第24図は第３実施例を示す第１図のC-C線で
の断面図、第25図及び第26図は第３実施例の繊維角度及
び配向方向を示す概略図、第27図は第３実施例の変形例
を示す第１図のC-C線での断面図、第28図及び第29図は
第４実施例及びその変形例を示す第１図のC-C線での断
面図、第30図及び第31図は夫々第５及び第６実施例を示
す第１図のC-C線での断面図、第32図及び第33図は第７
実施例及びその変形例を示す第１図のC-C線での断面
図、第34図から第37図は夫々第８実施例から第11実施例
を示す第１図のC-C線での断面図、第38図は本発明に係
るパイプ状構造物の実験装置を示す概略図、第39図は自
由端での幾何学的主軸の弾性主軸に対するずれを示す概
略図（第38図を上方から見た図）、第40図及び第41図は
それぞれ配向角とねじれ角及びたわみ量の関係を示す線
図、第42図から第45図は等方性材料からなるパイプ状構
造物の自由端に荷重を加えた場合の変形を示す概略図で
ある。 11、21、31、41、51、61 65、66、67、68、70、71、72、73、74、75、80、81……
パイプ状構造物、11c、61c……固定端、11d、61d……自
由端、Ｇ……幾何学的主軸、Ｅ……弾性主軸、Ｆ……繊
維 Ｈ……配向方向。
Claims (9)
- 【請求項１】繊維強化樹脂からなるパイプ状構造物の繊
維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、この繊維
角度が異なる部分を上記周方向の部分における厚さ方向
の少なくとも一部分として、パイプ状構造物の弾性主軸
を幾何学的主軸と異ならせていることを特徴とするFRP
製のパイプ状構造物。 - 【請求項２】繊維強化ゴムからなるパイプ状構造物の繊
維角度を周方向で部分的に異ならせると共に、この繊維
角度が異なる部分を上記周方向の部分における厚さ方向
の少なくとも一部分として、パイプ状構造物の弾性主軸
を幾何学的主軸と異ならせていることを特徴とする繊維
強化ゴム製のパイプ状構造物。 - 【請求項３】上記繊維角度が異なる部分は、パイプ状構
造物の幾何学的主軸に対して対称な部分である請求項１
または請求項２のいずれか１項に記載のパイプ状構造
物。 - 【請求項４】上記パイプ状構造物に対して円柱座標をと
った場合に、０°≦θ＜180°の部分と、 180°≦θ＜360°の部分との、幾何学的主軸に対する繊
維角度を異ならせる請求項３に記載のパイプ状構造物。 - 【請求項５】上記０°≦θ＜180°の部分の繊維角度を
幾何学的主軸に対して正の方向に配向させた時、180°
≦θ＜360°の部分の繊維角度が幾何学的主軸に対して
負となる方向に配向させている請求項４に記載のパイプ
状構造物。 - 【請求項６】繊維強化樹脂、繊維強化ゴム、配向性を有
するゴムの３種類の異方性を有する材料のうちの２種類
以上の材料を組み合わせたパイプ状構造物であって、該
パイプ状構造物の繊維角度及び／又は配向性を有するゴ
ムの配向方向を周方向で部分的に異ならせると共に、こ
の繊維角度及び／又は配向方向が異なる部分を上記周方
向の部分における厚さ方向の少なくとも一部分として、
パイプ状構造物の弾性主軸を幾何学的主軸と異ならせて
いることを特徴とするパイプ状構造物。 - 【請求項７】繊維強化樹脂、繊維強化ゴム、配向性を有
するゴムの３種類の異方性を有する各材料に対して、あ
るいは２種類以上の材料を組み合わせたものに対して、
繊維を含有しない樹脂、あるいは繊維を含有しないゴム
のいずれか一方を組み合わせて構成するパイプ状構造物
であって、 該パイプ状構造物の繊維角度及び／又は配向性を有する
ゴムの配向方向を周方向で部分的に異ならせると共に、
この繊維角度及び／又は配向方向が異なる部分を上記周
方向の部分における厚さ方向の少なくとも一部分とし
て、パイプ状構造物の弾性主軸を幾何学的主軸と異なら
せていることを特徴とするパイプ状構造物。 - 【請求項８】上記繊維強化樹脂あるいは繊維強化ゴムに
おいて、繊維角度を部分的に異ならせる部分では、当該
部分における繊維角度をパイプの厚さ方向、周方向およ
び長さ方向において均一としている前記請求項のいずれ
か１項に記載のパイプ状構造物。 - 【請求項９】上記パイプ状構造物は、繊維角度を部分的
に異ならせる部分を含めて、繊維を含有した樹脂シート
あるいは繊維を含有したゴムシートを積層して構成して
いることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載
のパイプ状構造物。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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