(57)【要約】【課題】繊維強化熱可塑性樹脂によるパイプをほぼ円形状に維持しつつ曲げ加工できるようにする。【解決手段】熱可塑性樹脂及び繊維を有する材料によって形成され円形断面を有する直線状のパイプ（ワークＷ）を曲げ加工する装置であって、直管部５２及び曲管部５４を有するガイドパイプ５０と、ガイドパイプ５０を加熱するヒータ５６と、 パイプ（ワークＷ）の内側に挿入されるチューブ６０と、チューブ６０内に圧縮空気を注入する圧縮空気供給装置６５を有し、パイプ（ワークＷ）の内部を常圧よりも高圧にする加圧機構と、パイプ（ワークＷ）のその長さ方向に移動させ、ガイドパイプ５０の内側を通過させる下側駆動ローラ及び上側駆動ローラ（移動機構）を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂及び繊維を有する材料によって形成され円形断面を有する直線状のパイプを曲げ加工する装置であって、
湾曲したガイドパイプと、
前記ガイドパイプを加熱する加熱機構と、
前記材料によって形成され円形断面を有するパイプの内部を常圧よりも高圧にする加圧機構と、
前記直線状のパイプをその長さ方向に移動させ、前記ガイドパイプの内側を通過させる移動機構と
を有する、繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の曲げ加工装置であって、
前記ガイドパイプの上流部は直線状であり、同下流部が湾曲している、
繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の曲げ加工装置であって、
前記加圧機構は、
先端部が閉塞され、前記パイプの内側に挿入されるチューブと、
前記チューブの基端部から当該チューブの内部に圧縮気体を注入する圧縮気体供給機構と
を有する、繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置。
【請求項４】
熱可塑性樹脂及び繊維を有する材料によって形成され円形断面を有する直線状のパイプを曲げ加工する方法であって、
前記直線状のパイプの内部を常圧よりも高圧にしつつ、加熱された湾曲したガイドパイプの内部を通過させる、
繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂によるパイプについて曲げ加工を行う技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂及び繊維を有する材料）による成形物は、軽量であるとともに高強度であるため、各分野で、その需要がますます高まっている。
このことから、繊維強化熱可塑性樹脂によって形成されたパイプについても需要が存在している。
【０００３】
ところで、繊維強化熱可塑性樹脂のパイプについては、直線的なもののみならず、曲がったものについても需要がある。すなわち、自動車等の限られた空間内においては、他の部材との干渉を避けるために、曲げられる必要があるのでる。
【０００４】
しかしながら、繊維強化熱可塑性樹脂の曲がったパイプを適切に成形する技術が確立されていなかった。
すなわち、円形断面を有する直線状のパイプを曲げようとすると、その断面（内形・外形とも）がつぶれて円形状に維持されず、楕円形状になってしまうのである。
【０００５】
なお、従来技術を示す特許文献として、下記に記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２６３７３５号公報
【特許文献２】特開昭６０−１６６４３９号公報
【特許文献３】特開昭５３−０５８５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂によるパイプをほぼ円形状に維持しつつ曲げ加工できる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様は、熱可塑性樹脂及び繊維を有する材料によって形成され円形断面を有する直線状のパイプを曲げ加工する装置であって、湾曲したガイドパイプと、前記ガイドパイプを加熱する加熱機構と、前記材料によって形成され円形断面を有するパイプの内部を常圧よりも高圧にする加圧機構と、前記直線状のパイプをその長さ方向に移動させ、前記ガイドパイプの内側を通過させる移動機構とを有する、繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置である。
【０００９】
この態様の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置では、次の作用効果が得られる。
加熱機構によって加熱されたガイドパイプによって柔軟性が高められたパイプが、湾曲した当該ガイドパイプを通過することによって、そのガイドパイプの形状に沿った形状に曲げられる。
その際、そのパイプがほぼ円形状に維持される。その理由は次のように推察される。パイプが曲げられる際に、そのパイプにその断面がつぶれる方向に力が作用するが、パイプの内部が常圧よりも高圧とされているために、パイプにはその力に抗する力が作用し、ほぼ円形状に維持される。
【００１０】
本発明の第２の態様は、第１の態様の曲げ加工装置であって、前記ガイドパイプの上流部は直線状であり、同下流部が湾曲している、繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置である。
【００１１】
この態様の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置では、第１の態様の装置の作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。
パイプは、まずはガイドパイプのうちの直線状の上流部を通過する。これによって十分にパイプが加熱され柔軟性が高められた状態で、ガイドパイプのうちの湾曲した下流部を通過する。
こうして、パイプは円滑に曲げられることになる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様の曲げ加工装置であって、前記加圧機構は、先端部が閉塞され、前記パイプの内側に挿入されるチューブと、前記チューブの基端部から当該チューブの内部に圧縮気体を注入する圧縮気体供給機構とを有する、繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置である。
【００１３】
この態様の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置では、第１又は第２の態様の装置の作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。
パイプの内側に挿入されるチューブの内部に圧縮気体供給機構によって圧縮気体が注入されることによって、チューブの内部が常圧よりも高圧とされ、パイプの内側が常圧よりも高圧とされる。
こうして、第１又は第２の態様の装置の作用効果が確実に得られる。
なお、チューブの内圧は、常圧よりも０．２〜０．４ＭＰａ高いものであることが望ましい。
【００１４】
本発明の第４の態様は、熱可塑性樹脂及び繊維を有する材料によって形成され円形断面を有する直線状のパイプを曲げ加工する方法であって、 前記直線状のパイプの内部を常圧よりも高圧にしつつ、加熱された湾曲したガイドパイプの内部を通過させる、繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工方法である。
【００１５】
この態様の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工方法では、次の作用効果が得られる。
加熱されたガイドパイプによって柔軟性が高められたパイプが、湾曲した当該ガイドパイプを通過することによって、そのガイドパイプの形状に沿った形状に曲げられる。
その際、そのパイプがほぼ円形状に維持される。その理由は次のように推察される。パイプが曲げられる際に、そのパイプにその断面がつぶれる方向に力が作用するが、パイプの内部が常圧よりも高圧とされているために、パイプにはその力に抗する力が作用し、ほぼ円形状に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置を示す斜視図である。斜め前方から見た図である。
【図２】本発明の一実施例の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置を示す斜視図である。斜め後方から見た図である。
【図３】本発明の一実施例の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置を示す側面図である。
【図４】本発明の一実施例の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置を示す正面図である。
【図５】本発明の一実施例の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置を示す背面図である。
【図６】本発明の一実施例の繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置の要部を示す断面図である。（ａ）は、ワークの先端部がガイドパイプの直管部の下流部にまで至った状態を示す図であり、（ｂ）は、ワークの先端部がガイドパイプの下流端から流出した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の一実施例について、図面に基づいて説明する。
図１〜図５に示すように、この繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置は、引抜成形装置の下流側に設けられ、ベース１０，モータ２０，上下一対の駆動ローラ３０Ａ，３０Ｂ，ガイドパイプ５０を有している。
また、この装置には、チューブ６０，圧縮空気供給装置６５が伴っている。
そして、モータ２０によって一対の駆動ローラ３０Ａ，３０Ｂが回転し、ワークＷ（直線状のパイプ）が移動してガイドパイプ５０を通過することによって、ワークＷが曲げられ、湾曲したパイプが形成される。
【００１８】
ワークＷは、繊維強化熱可塑性樹脂（強化繊維によって強化された熱可塑性樹脂）によって形成されている。
例えば、強化繊維に炭素繊維（製造会社：三菱ケミカル株式会社  品番：ＴＲ５０Ｓ−１２Ｋ），母材樹脂繊維にＭＸナイロン（製造会社：三菱ガス化学株式会社  品番：ＬＥＸＴＥＲ８５００  融点：２１５℃）を用いた混繊糸を中間材料として使用し、丸打組機を用いてマンドレル上に組糸１６本，中央糸８本，組角度４０°の組物を作製し、これを加熱した引抜金型に引き入れ、樹脂繊維が加熱され溶融し、強化繊維束に含浸することによって成形されている。
前述したように、ワークＷは直線状のパイプ（直管）であり、その内径は、例えば１４ｍｍである。
【００１９】
モータ２０の回転軸は、種々のギア機構を介して、一対の駆動ローラ３０Ａ，３０Ｂの回転軸に接続されている。モータ２０は、間接的にベース１０に対して設けられている。
各駆動ローラ（下側駆動ローラ３０Ａ，上側駆動ローラ３０Ｂ）は、水平方向に延びる中心軸線を中心に回転可能な円柱状をしている。
下側駆動ローラ３０Ａは、左右一対の下側駆動ローラ支持部３４Ａによって回転可能に支持されている。各下側駆動ローラ支持部３４Ａは、ベース１０に対して設けられている。
上側駆動ローラ３０Ｂは、左右一対の上側駆動ローラ支持部３４Ｂによって回転可能に支持されている。各上側駆動ローラ支持部３４Ｂは、各下側駆動ローラ支持部３４Ａに対して設けられており、間接的にベース１０に対して設けられている。
【００２０】
図５に示すように、に各駆動ローラ３０Ａ，３０Ｂの長さ方向における中央部には、嵌合部３２Ａ，３２Ｂが形成されている。嵌合部３２Ａ，３２Ｂは、略Ｖ字状の溝状に形成されている。
すなわち、駆動ローラ３０Ａ，３０Ｂの長さ方向における中央の左右の近傍（嵌合部３２Ａ，３２Ｂの縁部）から当該中央（嵌合部３２Ａ，３２Ｂの底部）に向かうにつれて徐々に小径になるようにされており、嵌合部３２Ａ，３２Ｂの底部が最も小径とされている。また、嵌合部３２Ａ，３２Ｂには細かな凹凸が設けられている。
下側駆動ローラ３０Ａの嵌合部３２Ａと上側駆動ローラ３０Ｂの嵌合部３２Ｂとの間に形成される空間は、ワークＷ（直線状のパイプ）の外径に対応している。
【００２１】
図２等に示すように、モータ２０の回転軸の回転に伴って、下側駆動ローラ３０Ａ及び上側駆動ローラ３０Ｂが回転する。その回転速度は同一であり、回転方向は逆方向である（図６）。
すなわち、図６において下側駆動ローラ３０Ａは反時計回り方向に回転し、同じく上側駆動ローラ３０Ｂは時計回り方向に回転する。
【００２２】
図１等に示すように、下側駆動ローラ３０Ａの下流側には、左右一対の支持部４０がベース１０に対して設けられている。
左右一対の支持部４０の上部には、両支持部４０に跨がって、ガイドパイプ挟持部４５が設けられている。ガイドパイプ挟持部４５は、下側ガイドパイプ挟持部４５Ａ及び上側ガイドパイプ挟持部４５Ｂが結合されて形成されている。
図１及び図４に示すように、下側ガイドパイプ挟持部４５Ａの上部、及び、上側ガイドパイプ挟持部４５Ｂの下部には、各々相対向して半円形状断面を有する溝部４６Ａ，４６Ｂが形成されている。
【００２３】
ガイドパイプ５０（図１，図３，図６等）は、例えばアルミニウム合金によって形成され、円形断面を有している。すなわち、ガイドパイプ５０の外形及び内形とも円形をしている。外径は、例えば３０ｍｍである。内径は、ワークＷ（直線状のパイプ）の外径に対応しており、例えば１８ｍｍである。
図３及び図６等に示すように、ガイドパイプ５０のうちの上流部を含む大半部分は、直線状をしている。その部分を直管部５２ということとする。直管部５２の長さは、例えば約１５０ｍｍである。
ガイドパイプ５０のうちの下流部は湾曲している。その部分を曲管部５４ということとする。曲管部５４の曲率半径は１８０ｍｍである。
【００２４】
図１及び図４等に示すように、ガイドパイプ５０のうちの直管部５２（そのうちの上流端の近傍）は、下側ガイドパイプ挟持部４５Ａの溝部４６Ａ及び上側ガイドパイプ挟持部４５Ｂの溝部４６Ｂに嵌合され、両ガイドパイプ挟持部４５Ａ，４５Ｂによって挟持されている。こうして、ガイドパイプ５０は、ガイドパイプ挟持部４５によって支持されている（図６においては、ガイドパイプ挟持部４５Ａ，４５Ｂは省略されている）。
【００２５】
図１，図３，図６等に示すように、ガイドパイプ５０のうちの直管部５２のうちガイドパイプ挟持部４５によって支持されている部分よりも下流側の部分には、ヒータ５６が設けられている。ヒータ５６は円筒状をなしており、ガイドパイプ５０を覆っている。すなわち、ガイドパイプ５０がヒータ５６の内部を挿通している。
【００２６】
図１及び図２等に基づいて前述したように、この繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置には、チューブ６０及び圧縮空気供給装置６５が伴っている。
チューブ６０は、可撓性及び弾性を有する合成樹脂によって形成されている。例えば、テフロン（登録商標）である。
チューブ６０の外径は、ワークＷの内径に対応している。すなわち、前述したようにワークＷの内径が１４ｍｍの場合は、チューブ６０の外径は１４ｍｍ（又はそれより若干小径）である。また、その場合、チューブ６０の内径は、例えば１２ｍｍである。
チューブ６０の先端部は閉塞されている（すなわち、閉塞部６２が形成されている）。チューブ６０の基端部は開口しており、圧縮空気供給装置６５に接続されている。
圧縮空気供給装置６５からチューブ６０の内部に圧縮空気が供給されることによって、チューブ６０の内部が常圧よりも高圧となるとともに、チューブ６０が弾性を有しているため、その内径とともにその外径が膨張しようとする（すなわち、自然状態よりも大径になろうとする）。
【００２７】
次に、この繊維強化熱可塑性樹脂パイプの曲げ加工装置の使用方法（パイプの曲げ加工方法）及びその作用効果について説明する。
直線状のパイプ（ワークＷ）は、繊維強化熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂及び繊維を有する材料）が周知の引抜成形装置によって成形される。
【００２８】
図１，図２，図６等に示すように、ワークＷの内部にはチューブ６０が挿通される。その際、チューブ６０（その外面）は、ワークＷ（その内面）に接触（密着）している。チューブ６０の閉塞部６２はワークＷの先端部から露出している。
圧縮空気供給装置６５の作動によって、チューブ６０の外径は膨張しようとするとともに、その内部は、常圧よりも高くなる。例えば、常圧よりも０．２ＭＰａ又は０．４ＭＰａ高圧とされる。
こうして、チューブ６０（その外面）がワークＷ（その内面）に圧接するとともに、ワークＷの内圧（その内面に加わる圧力）が常圧よりも高くなる。
【００２９】
そして、ワークＷは、下側駆動ローラ３０Ａの嵌合部３２Ａと上側駆動ローラ３０Ｂの嵌合部３２Ｂとの間の空間に挿通される。
なお、ガイドパイプ５０は、予めヒータ５６によってガイドパイプ５０が加熱され、高温とされる。例えば、ガイドパイプ５０（曲管部５４）の下流端付近の内部温度は、ワークＷを形成する樹脂の融点が例えば２１５℃であるところ（前述）、その融点である２１５℃になるようにした。そのために、ヒータ５６の温度を２５０℃に設定した。
【００３０】
その状態で、モータ２０の駆動に基づいて下側駆動ローラ３０Ａ及び上側駆動ローラ３０Ｂによって回転することによって、ワークＷが下流側に移動し、ガイドパイプ５０の内部を通過する。その移動速度は、例えば秒速３０ｍｍである。
これによって、ワークＷが高温になって柔軟性が高まった状態で、ガイドパイプ５０の直管部５２を下流側に進み（図６（ａ））、さらに曲管部５４を下流側に進み、ガイドパイプ５０から流出し、周囲の空気によって冷却され固化する（図６（ｂ））。
こうして、ワークＷが曲管部５４に沿った形状になる。すなわち、ワークＷは、曲管部５４の曲率に沿った曲率で湾曲することとなる。
【００３１】
そして、上述のようにして曲げられたワークＷにおいては、その断面がつぶれることが制限され、ほぼ円形状に維持された。すなわち、ワークＷにチューブ６０が挿通されずにガイドパイプ５０を通過した場合と比較して、より円形に近い形状に維持された。
【００３２】
ワークＷの断面がほぼ円形状に維持されつつワークＷが曲げられる理由は、次のように推察される。
まず、チューブ６０が可撓性を有しているため、チューブ６０が挿通されたワークＷは、ガイドパイプ５０の曲管部５４も円滑に通過することが可能である。
そして、ワークＷが曲管部５４を通過する際に、ワークＷには、その断面がつぶれる方向に力が作用する。また、これに伴って、チューブ６０に対しても、その断面がつぶれる方向に力が作用する。
しかしながら、チューブ６０の内部は常圧よりも高圧とされているため、チューブ６０の断面がつぶれることが防止され、ほぼ円形状に維持される。これに伴って、ワークＷには、その断面がつぶれることに抗する力が作用して、ワークＷの内形は、ほぼ円形状に維持され、さらには、このことに伴って、ワークＷの外形も、ほぼ円形状に維持されるのである。
【００３３】
例えば、前述の条件で実験した結果は、次のとおりである。チューブ６０の内圧が常圧よりも０．２ＭＰａ高い場合、断面真円度は０．９６であった。また、チューブ６０の内圧が常圧よりも０．４ＭＰａ高い場合、断面真円度は０．９４であった。
このため、チューブ６０の内圧については、常圧よりも０．２〜０．４ＭＰａ高いものであることが望ましいといえるのである。
一方、チューブ６０が挿入されずワークＷの内圧が常圧の場合、断面真円度は０．８３であった。
【００３４】
なお、上記のものはあくまで本発明の一実施例にすぎず、当業者の知識に基づいて種々の変更を加えた態様で本発明を実施できることはもちろんである。
【符号の説明】
【００３５】
３０Ａ  下側駆動ローラ（移動機構）
３０Ｂ  上側駆動ローラ（移動機構）
５０  ガイドパイプ
５２  直管部
５４  曲管部
５６  ヒータ（加熱機構）
６０  チューブ
６５  圧縮空気供給装置（圧縮気体供給機構）
Ｗ  ワーク（パイプ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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