JPH094066A - Frpパイプ接合体およびその製造方法 - Google Patents

Frpパイプ接合体およびその製造方法

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JPH094066A
JPH094066A JP15036595A JP15036595A JPH094066A JP H094066 A JPH094066 A JP H094066A JP 15036595 A JP15036595 A JP 15036595A JP 15036595 A JP15036595 A JP 15036595A JP H094066 A JPH094066 A JP H094066A
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JP
Japan
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frp pipe
frp
insert jig
joined body
pipe
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JP15036595A
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Inventor
Masashi Matsuura
正史 松浦
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】接合部の強度が高く、高温雰囲気下でも高強度
が得られ、FRPパイプ接合体の広範囲な適用が可能と
なるFRPパイプ接合体およびその製造方法を提供す
る。 【構成】FRPパイプ内に、インサート治具が嵌合され
てなり、該インサート治具には、FRPパイプとの嵌合
面側に溝部が設けられているとともに、該溝部にFRP
パイプとインサート治具とが押圧状態に嵌合されてなる
充填剤が充填されていることを特徴とするFRPパイプ
接合体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業用の利用分野】この発明は、FRPパイプと他部
材との接合体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】FRPは金属材料である鋼やアルミニウ
ムに比べ比強度、比剛性に優れるため、軽量化が必要と
される部材への適用が多くなってきている。FRPのパ
イプを例にとれば、引張荷重を支えるテンションロッ
ド、トルクを伝えるトルクチューブ、ラーメン構造をと
った構造物(ブーム)などが挙げられる。
【0003】ここでFRPパイプには、他部材と接合す
るための接合部が必要である。一般にその相手材には金
属材料が多く用いられている。
【0004】FRPと金属材料という異種材料の接合に
は、両者に穿孔しボルトナットで締結する方法、接着剤
により両者を接着する方法、両者自身にネジを切り締結
する方法、両者を圧入接合する方法などが提案されてい
る。
【0005】しかし、ボルトナットで締結する方法で
は、接合部の破壊強度はFRPパイプの破壊強度の約5
0%しか発現せず、FRPパイプの性能を充分に活用で
きない。また接着では、FRPと金属との接着には高強
度を発現するとされているエポキシ接着剤であっても、
150℃以上の雰囲気下では強度が極度に低下するとい
う欠点があり、耐熱性を要求される部材には適用が困難
である。加えて、両者自身にネジを切る締結方法では繰
り返しの正負の荷重がかかった場合、表面硬度がFRP
と金属とでは異なるため、FRP側のネジ山がすり減っ
てしまい、締結が緩くなる恐れがある。両者を圧入接合
する方法では、高い接合部強度を得るため、大きな圧入
代で圧入を行うと、FRPパイプ内面が剥離してしまう
ことがあった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来のFRPパイプ接合体の上述した問題点を解決し、接
合部の強度が高く、高温雰囲気下でも高強度が得られ、
FRPパイプ接合体の広範囲な適用が可能となるFRP
パイプ接合体およびその製造方法を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のFRPパイプ接合体は、FRPパイプ内
に、インサート治具が嵌合されてなり、該インサート治
具には、FRPパイプとの嵌合面側に溝部が設けられて
いるとともに、該溝部にFRPパイプとインサート治具
とが押圧状態に嵌合されてなる充填剤が充填されている
ことを特徴とする。
【0008】FRPパイプにおける強化繊維は、ガラス
繊維やアラミド繊維、炭素繊維などの比強度や比剛性に
優れた繊維を用いることが軽量化のためには望ましい。
FRPパイプは、フィラメントワインディング法やシー
トワインディング法など、一般的なFRPパイプの製造
方法を用いて得ることができる。
【0009】マトリックス樹脂は、ビニルエステル樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬
化性樹脂や、ナイロン樹脂、その他の熱可塑性樹脂であ
ってもよいが、従来難しかった高温雰囲気下の部材への
対応を考えると、耐熱性の高いフェノール樹脂であるこ
とが望ましい。
【0010】FRPパイプの中空部断面形状は、丸、楕
円、矩形、三角などいずれでもよい。
【0011】FRPパイプ内に嵌合されるインサート治
具は、スチール、ステンレス、アルミニウムなど、本発
明においては通常入手しやすい金属製の部材を好ましく
使用することができるが、本発明においては、金属製の
ものに代えてFRP製のものも使用することができる。
【0012】また、インサート治具には、膨張性を有す
る充填剤をFRPパイプとの間で保持するための溝部が
設けられている。この溝部は、インサート治具の外周面
全周にわたって設けられていることが好ましいが、全周
ではなく、周の一部に設けたものであってもよい。
【0013】さらに、溝部の前後に、Oリングなどの弾
性体によるシール機構を設け、FRPパイプと溝部を密
閉することは、充填剤が粘度の低い液体状であっても確
実な充填・保持が可能となるため望ましい。
【0014】充填剤は、インサート治具の溝部に充填さ
れた後、体積が膨張する性質をもつものが使用される。
充填剤はFRPパイプと溝部との空間に充填された後、
その体積が膨張しようとすることによって、FRPパイ
プとインサート治具に半径方向の圧力を生じさせ、FR
Pパイプとインサート治具とは互いに押圧力によって支
持され、その結果、FRPパイプとインサート治具は、
充填剤とFRPパイプ内面との摩擦力によって接合され
る。
【0015】ここで、FRPパイプ、またはインサード
治具の充填剤が接触する部分の少なくともどちらかの面
が、梨地状や、ねじ形状、のこ歯形状、スプライン、セ
レーションなどの凹凸が付いてついていると、FRPパ
イプとインサート治具の摩擦力が向上し、接合力も向上
するため望ましい。さらに望ましくは、その凹凸がFR
P接合体にかかる荷重方向に抗する方向に設けられてい
ることである。
【0016】充填剤には充填時には液体であるが加熱す
ると硬化し、体積が膨張するスピロオルソエステル系樹
脂、発泡性の粒子を混入した熱硬化性の樹脂などが使用
できるが、セメント系膨張剤、生石灰、静的破砕剤、膨
張性モルタルなどは耐熱性が高く、膨張率も高い点から
望ましい。その中でも、主成分が無機質である水酸化カ
ルシウムからなる膨張性のモルタルは、樹脂などの有機
材料に比べ耐熱性は飛躍的に高く、膨張率も300 %程度
と前述の有機材料よりも高くなることから、FRPパイ
プとインサート治具の接合力も大きくなるためより望ま
しい。
【0017】充填剤の充填を確実に行う方法として、F
RPパイプにインサート治具を挿入後、FRPパイプに
インサート治具の溝部に連通する2個以上の穴をあける
か、またはインサート治具にインサート治具の溝部に連
通する2個以上の穴をあけ、片方の穴から充填剤を注入
する方法は、他の穴から空間の空気や余剰の充填剤の排
出・確認が容易なため望ましい。
【0018】ここでFRPパイプには、部材として受け
持つ、引張、圧縮、曲げ、捩りの荷重の他に上述の半径
方向の力がかかる。FRPは異方性材料であるため、か
かる力の方向に繊維を積層している。例えば引張、曲げ
を主として受ける部材には、軸方向に対して0 °〜±30
°の繊維を50%以上含む構成が望ましく、圧縮を主とし
て受ける部材には前述の構成を±45°〜90°方向の繊維
で挟み込んだ構成が望ましい。捩りを主として受ける部
材には±30°〜±60°の方向の繊維を50%以上含む構成
が望ましい。
【0019】FRPパイプとインサート治具の嵌合部に
おけるFRPパイプの外周面または内周面に補強層を設
けることは、充填剤の膨張による半径方向の圧力に対す
る補強をする上で好ましい。また、補強層を、FRPパ
イプとインサート治具の嵌合部におけるFRPパイプの
外周面または内周面以外に、FRPパイプと接合部材の
嵌合部におけるFRPパイプ内に1層、もしくは複数層
をFRP本体パイプを構成するFRP層間に分散させて
設けることもできる。
【0020】補強層は、パイプの半径方向強度を高くす
る角度に繊維を積層することが望ましい。補強層の積層
角は、FRPパイプの軸方向に対して、±45°〜90°で
あることが望ましい。より望ましくは、±80°〜90°の
範囲で積層することである。
【0021】
【実施例】図1は、この発明の一実施態様に係わるFR
Pパイプ接合体の概略縦断面図である。
【0022】図1においては、FRPパイプ1内に金属
製のインサート治具2がFRPパイプの両端に嵌合さ
れ、インサート治具2には、充填剤6を充填するための
溝部3がインサート治具2の全周に設けられ、このイン
サート治具2の溝部3の前後にはFRPパイプ1とイン
サート治具2との嵌合面を密閉するOリング4が設けら
れ、さらにまた、FRPパイプ1とインサート治具2の
嵌合部におけるFRPパイプ1の外周面に補強層5が設
けられてなる例を示す。
【0023】図2および図3は、図1の実施態様におい
て溝部に連通する穴を設けた例を示す要部概略縦断面図
である。
【0024】図2おいては、FRPパイプ本体1に溝部
に連通する2個の穴が設けられてなる例を示し、穴7は
充填剤注入用であり、穴7′は排気または余剰の充填剤
排出用の穴である。
【0025】図3おいては、インサート治具2に溝部に
連通する2個の穴が設けられてなる例を示し、穴8は充
填剤注入用であり、穴8′は排気または余剰の充填剤排
出用の穴である。
【0026】図4および図5は、この発明の他の一実施
態様に係わるFRPパイプ接合体の要部概略縦断面図で
ある。
【0027】図4においては、FRPパイプ1とインサ
ート治具2の嵌合部におけるFRPパイプ1の内周面に
補強層5を設けた例を示し、図5はFRPパイプ1とイ
ンサート治具2の嵌合部におけるFRPパイプ内に補強
層5の2層をFRP本体パイプを構成するFRP層間に
分散させて設けた例を示す。
【0028】図6および図7は、この発明のFRPパイ
プ接合体の具体的使用例を示す要部概略縦断面図であ
る。
【0029】図6は3方向パイプの接合体を示し、図7
はプロペラシャフトの例を示す。
【0030】実施例1 図1において、FRPパイプ本体1は、東レ株式会社製
炭素繊維“トレカ”T300に昭和高分子株式会社製フ
ェノール樹脂“BRL−240”、“FRH−30”の
混合体を含浸させ、フィラメントワインディング法にて
作成した内径φ70mm、外径φ74mmのパイプである。FR
Pパイプ本体1には、金属製インサート治具2の挿入長
よりも長い範囲で±85°の補強層5を6mmの厚さで設け
た。金属製インサート治具2には、半径方向で5mm、軸
方向で50mmの溝部3を全周に設けた。加えて、溝部3の
前後にはOリング4を設けた。溝部3には充填剤6とし
て株式会社小野田製“エクスグリッパー”に水を加えた
ものを充填した。
【0031】48時間の養生の後、引張試験を常温および
250 ℃において行った。引張荷重は金属製インサート治
具2を介して図1に示す方向でかけた。いずれの場合も
20ton の荷重では破壊せず、250 ℃において30ton の荷
重で破壊した。
【0032】
【発明の効果】この発明のFRPパイプ接合体は、FR
Pパイプとそれに挿入された、溝部を設けたインサート
治具及びその溝部に充填された充填剤からなっていて、
充填剤は充填後に体積が膨張したものである。したがっ
て、従来からある、FRPパイプと金属製治具とをボル
トナットで締結する方法、接着剤による接着、あるいは
両者自信にネジを切り締結する方法、圧入による接合な
どに比べ、接合部の強度が高く、耐熱性も向上するた
め、FRPパイプ接合体の広範囲な適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施態様に係わるFRPパイプ接
合体の概略縦断面図である。
【図2】図1の実施態様において溝部に連通する穴を設
けた例を示す要部概略縦断面図である。
【図3】図1の実施態様において溝部に連通する穴を設
けた他の例を示す要部概略縦断面図である。
【図4】この発明の他の一実施態様に係わるFRPパイ
プ接合体の要部概略縦断面図である。
【図5】この発明のさらに他の一実施態様に係わるFR
Pパイプ接合体の要部概略縦断面図である。
【図6】この発明のFRPパイプ接合体の具体的使用例
を示す要部概略縦断面図である。
【図7】この発明のFRPパイプ接合体の他の具体的使
用例を示す要部概略縦断面図である。
【符号の説明】
1:FRPパイプ本体 2:インサート治具 3:溝部 4:Oリング 5:補強層 6:充填剤 7,8:充填剤注入穴 7′,8′:排気、余剰充填剤排出穴

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】FRPパイプ内に、インサート治具が嵌合
    されてなり、該インサート治具には、FRPパイプとの
    嵌合面側に溝部が設けられているとともに、該溝部にF
    RPパイプとインサート治具とが押圧状態に嵌合されて
    なる充填剤が充填されていることを特徴とするFRPパ
    イプ接合体。
  2. 【請求項2】インサート治具が金属製であることを特徴
    とする請求項1に記載のFRPパイプ接合体。
  3. 【請求項3】充填剤が体積膨脹する材料からなるもので
    あることを特徴とする請求項1または2に記載のFRP
    パイプ接合体。
  4. 【請求項4】充填剤がスピロオルソエステル系樹脂、発
    泡性の粒子を混入した熱硬化性樹脂、セメント系膨張
    剤、生石灰、静的破砕剤、または膨張性モルタルから選
    ばれたものであることを特徴とする請求項3に記載のF
    RPパイプ接合体。
  5. 【請求項5】充填剤が接触するFRPパイプの面および
    /またはインサート治具の面に凹凸を設けたことを特徴
    とする請求項1〜4のいずれかに記載のFRPパイプ接
    合体。
  6. 【請求項6】FRPパイプ、またはインサート治具に2
    個以上の溝部に連通する穴が設けられてなることを特徴
    とする請求項1〜5のいずれかに記載のFRPパイプ接
    合体。
  7. 【請求項7】FRPパイプとインサート治具の嵌合部に
    おけるFRPパイプの外周面または内周面に補強層を設
    けてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記
    載のFRPパイプ接合体。
  8. 【請求項8】FRPパイプとインサート治具の嵌合部に
    おけるFRPパイプ内に補強層を設けたことを特徴とす
    る請求項1〜6のいずれかに記載のFRPパイプ接合
    体。
  9. 【請求項9】補強層は、軸方向に対して強化繊維が±4
    5°〜90°に巻かれたFRP層である請求項7または
    8に記載のFRPパイプ接合体。
  10. 【請求項10】インサート治具の溝部に隣接するFRP
    パイプとインサート治具との嵌合面、またはFRPパイ
    プ内周面に設けた補強層とインサート治具との嵌合面に
    シール機構が設けられていることを特徴とする請求項1
    〜9のいずれかに記載のFRPパイプ接合体。
  11. 【請求項11】FRPパイプ内に、インサート治具を嵌
    合し、該インサート治具のFRPパイプとの嵌合面側に
    溝部を設け、該溝部に体積膨脹する充填剤を充填し、該
    充填剤を膨張させることを特徴とするFRPパイプ接合
    体の製造方法。
  12. 【請求項12】インサート治具が金属製であることを特
    徴とする請求項11に記載のFRPパイプ接合体の製造
    方法。
  13. 【請求項13】充填剤がスピロオルソエステル系樹脂、
    発泡性の粒子を混入した熱硬化性樹脂、セメント系膨張
    剤、生石灰、静的破砕剤、または膨張性モルタルから選
    ばれたものであることを特徴とする請求項11または1
    2に記載のFRPパイプ接合体の製造方法。
  14. 【請求項14】FRPパイプ、またはインサート治具に
    2個以上の溝部に連通する穴を設け、一方の穴を介して
    溝部へ充填剤の充填およびを行ない、他方の穴から排気
    または余剰の充填剤の排出を行なうことを特徴とする請
    求項11〜13のいずれかに記載のFRPパイプ接合体
    の製造方法。
JP15036595A 1995-06-16 1995-06-16 Frpパイプ接合体およびその製造方法 Pending JPH094066A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020068016A (ko) * 2002-08-02 2002-08-24 신승우 강관 비계

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020068016A (ko) * 2002-08-02 2002-08-24 신승우 강관 비계

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