(57)【要約】連続的に行われる新規なプロセスにより、繊維強化された熱可塑性パイプ部材（５４）が得られる。同プロセスにおいては、パイプ部材（１４）が直線方向に連続的に移動する間に、強化繊維（２２，３４，４４）が未接着の状態でパイプ（１４）の外面に巻かれる。続いて、繊維で被覆された移動中のパイプ部材を十分に加熱（５０）することにより、適用された繊維とパイプ部材との間で熱接着を生じさせる。連続するプロセスを実行するために用いる自動装置（１０）もまた開示されている。
2005507329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス、金属、カーボン及び有機ポリマーからなるグループから選択された材料により形成されて並置された複数の連続する強化繊維が、内面及び外面を持たせて固形の熱可塑性有機ポリマー部材により形成されたパイプ長尺体の外面に、該パイプ長尺体に対して予め定められた空間的方向に沿って熱接着された繊維強化パイプ長尺体であって、
前記強化繊維は、前記パイプ長尺体が前記強化繊維に対して相対的に直線方向に沿って連続的に移動している間に、前記パイプ長尺体の外表面に未接着の状態で連続的に巻き付けられて、前記パイプ長尺体が前記と同じ直線方向への移動を継続している間に、繊維で被覆されたパイプ長尺体が十分に加熱されることにより、前記強化繊維とパイプ長尺体との間で熱接着が生じさせられている繊維強化パイプ長尺体。
【請求項２】
強化繊維からなる複数の被覆を有している請求項１に記載の繊維強化パイプ。
【請求項３】
前記強化繊維は、フープ方向に巻かれている請求項１に記載の繊維強化パイプ。
【請求項４】
前記強化繊維は、前記パイプ長尺体の縦軸に対してある角度をもって巻回されている請求項１に記載の繊維強化パイプ。
【請求項５】
前記パイプ長尺体は、円筒形の形状を有している請求項１に記載の繊維強化パイプ。
【請求項６】
個々の前記繊維被覆は異なる空間的方向に沿って整列させられている請求項２に記載の繊維強化パイプ。
【請求項７】
セラミック、金属、カーボン及び有機ポリマーからなるグループから選択された物質により形成されて並置された複数の連続する強化繊維が、固形の同一の熱可塑性有機ポリマーにより内面及び外面を有するように形成されて端部が相互に結合された複数の同一のパイプ長尺体の外面に、該結合された複数のパイプ長尺体に対して予め定められた空間的方向に沿って熱接着された繊維強化パイプ長尺体であって、
前記強化繊維は、前記結合された複数のパイプ長尺体が前記強化繊維に対して相対的に直線方向に沿って連続的に移動している間に、前記結合されたパイプ長尺体の外表面に未接着の状態で連続的に巻き付けられて、前記結合されたパイプ長尺体が前記と同じ直線方向への移動を継続している間に、繊維で被覆されたパイプ長尺体が十分に加熱されることにより、前記強化繊維と結合されたパイプ長尺体との間で熱接着が生じさせられている繊維強化パイプ長尺体。
【請求項８】
強化繊維からなる複数の被覆を有している請求項７に記載の繊維強化パイプ。
【請求項９】
個々の繊維被覆は、異なった空間的方向に沿って整列させられている請求項８に記載の繊維強化パイプ。
【請求項１０】
前記強化繊維は、パイプの縦軸に対してある角度をもって巻かれている請求項７に記載の繊維強化パイプ。
【請求項１１】
内面及び外面を有し、固形の熱可塑性有機ポリマーにより形成されたパイプ長尺体を強化する方法であって、
（ａ）前記パイプ長尺体を直線方向に連続的に移動させる過程と、
（ｂ）セラミック、金属、カーボン及び有機ポリマーからなるグループから選択された物質により形成されて並置された複数の連続する強化繊維を、移動しているパイプ長尺体の外面に、該長尺体に対して予め定められた方向に沿って、未接着の状態で巻き付ける過程と、
（ｃ）前記パイプ長尺体が前記と同じ直線方向に沿って移動を続けている間に強化繊維とパイプ長尺体との間で熱接着を生じさせるために繊維が巻かれたパイプ長尺体を十分に加熱する過程と、
を備えたパイプ長尺体の強化方法。
【請求項１２】
前記熱接着を生じさせる過程は、移動している前記パイプ長尺体を径方向に膨張させる過程を含んでいる請求項１１に記載の強化方法。
【請求項１３】
前記熱接着を生じさせる過程は、前記パイプの外面を溶融させる過程を含んでいる請求項１１に記載の強化方法。
【請求項１４】
前記強化繊維は、固形の熱可塑性有機ポリマーにより形成されたマトリックス内に設けられている請求項１１に記載の強化方法。
【請求項１５】
前記熱接着を生じさせる過程は、前記繊維マトリックスを溶融させる過程を含んでいる請求項１４に記載の強化方法。
【請求項１６】
前記熱接着を生じさせる過程は、移動している前記パイプ長尺体を径方向に膨張させる過程と、前記パイプ長尺体の外表面を溶融させる過程とを含む請求項１１に記載の強化方法。
【請求項１７】
前記熱接着を生じさせる過程は、パイプ外表面の溶融と強化繊維マトリックスの溶融とが行われている間に、前記移動中のパイプ長尺体を径方向に膨張させる過程を含んでいる請求項１４に記載の強化方法。
【請求項１８】
内面及び外面を有し、固形の同一の熱可塑性有機ポリマーにより形成されて、端部で相互に結合された複数の同一のパイプ長尺体を強化する方法であって、
（ａ）前記結合されたパイプ長尺体を直線方向に連続的に移動させる過程と、
（ｂ）セラミック、金属、カーボン及び有機ポリマーからなるグループから選択された物質により形成されて並置された複数の連続する強化繊維を、移動中の結合されたパイプ長尺体の外面に、該長尺体に対して予め定められた方向に沿って、未接着の状態で巻き付ける過程と、
（ｃ）前記結合されたパイプ長尺体が前記と同じ直線方向に沿って移動を続けている間に強化繊維とパイプ長尺体との間で熱接着を生じさせるために繊維が巻かれたパイプ長尺体を十分に加熱する過程と、
を備えたパイプ長尺体の強化方法。
【請求項１９】
前記熱接着を生じさせる過程は、移動している前記パイプ長尺体を径方向に膨張させる過程を含む請求項１８に記載の強化方法。
【請求項２０】
前記熱接着を生じさせる過程は、前記パイプの外表面を溶融させる過程を含む請求項１８に記載の強化方法。
【請求項２１】
前記強化繊維は、固形の熱可塑性有機ポリマーにより形成されたマトリックス内に設けられている請求項１８に記載の強化方法。
【請求項２２】
前記熱接着を生じさせる過程は、前記繊維マトリックスを溶融させる過程を含む請求項２１に記載の強化方法。
【請求項２３】
前記熱接着を生じさせる過程は、移動中の前記パイプ長尺体を径方向に膨張させる過程と前記パイプの外側表面を溶融させる過程とを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記熱接着を生じさせる過程は、パイプ外表面の溶融と強化繊維マトリックスの溶融とが行われている間に、前記移動中のパイプ長尺体を径方向に膨張させる過程を含んでいる請求項２１に記載の強化方法。
【請求項２５】
内面及び外面を持たせて、固形の熱可塑性有機ポリマーにより形成されたパイプ長尺体を強化する装置であって、
（ａ）繊維供給手段の回転と共同作用するために連続的にパイプ長尺体を直線方向に移動させるパイプ送り手段と、
（ｂ）移動している前記パイプ長尺体の周囲を回転して、複数の並置された強化繊維被覆を、予め定められた空間的方向に沿って、前記パイプ長尺体の外表面に連続的に供給する繊維供給手段と、
（ｃ）適用される強化繊維の被覆と移動しているパイプ長尺体の外表面との間で熱接着を連続的に生じさせる加熱手段と、
を備えたパイプ長尺体の強化装置。
【請求項２６】
複数の繊維供給手段を備えている請求項２５に記載の強化装置。
【請求項２７】
強化繊維の布設を終了させるために、前記繊維供給手段と連携して動作するように設けられた機械的な切断手段を備えている請求項２５に記載の強化装置。
【請求項２８】
前記繊維供給手段は、回転形の繊維スプールと連携して動作するように設けられた円筒形の繊維巻回装置を備えている請求項２５に記載の強化装置。
【請求項２９】
固形の熱可塑性有機ポリマーにより形成されたマトリックス内に並置された強化繊維が、前記繊維スプールにより供給される請求項２８に記載の強化装置。
【請求項３０】
前記パイプ送り手段は、一定の速度で連続的な直線運動を生じさせる請求項２５に記載の強化装置。
【請求項３１】
前記パイプ送り手段は、可動ベルト駆動機構により達成される請求項３０に記載の強化装置。
【請求項３２】
個々の繊維からなる被覆は、異なる空間的方向に沿って整列させられている請求項２６に記載の強化装置。
【請求項３３】
前記加熱手段は、繊維が巻かれたパイプ長尺体を囲む円筒形ヒーターを備えている請求項２５に記載の強化装置。
【請求項３４】
前記パイプ送り手段は、端部で相互に結合された複数の別々のパイプを連続的に供給する手段である請求項２５に記載の強化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的にいうと、繊維強化された熱可塑性パイプ長尺体の製造に関し、更に特定すると、それらの製品を製造するために用いる新規な連続処理手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱硬化性及び熱可塑性の有機ポリマーにより形成されたパイプ部材の繊維強化は、様々な液体を輸送するために以前から使用されていた、コンクリートや鉄等の慣用されている材料によりパイプを製造する場合に比べて、単位重量当たり高い強度と剛性とを得ることができるものとして、既に広く商業上受け入れられている。また連続的な繊維のフィラメントにより複合パイプ部材を製造する様々な製造方法がよく知られているが、これらの方法では、いずれの場合も、連続的な繊維のフィラメントがパイプの外表面に施される。一例として、テンションワインディング法が実用に供されている。テンションワインディング法では、熱可塑性パイプ部材又は熱可塑性管継手部材がマンドレルの上で回転させられ、その間強化繊維が熱とテンション（張力）とを与えられて供給される。ファイバをその下にある熱可塑性部材に巻き付ける間にファイバに与えられる張力により、ファイバと熱可塑性部材との間に圧縮力が与えられ、これにより、熱可塑性材料の外面が加熱により溶融又は軟化させられた後の繊維の熱接着が確実に行われる。上記圧縮力は、ファイバの張力の径方向成分により与えられるため、上記の方法は、パイプまたは継手部材の縦方向軸線に対するファイバの角度が、通常は１５°以上の、比較的大きい場合に限定されることが明らかになっている。圧縮ローラ手段を使用して圧縮力の径方向成分を増大させることにより、テンションワインディングを強化させることができるが、その結果、フィラメントの角度が小さくなることにより、連続的に供給されるファイバをフィラメント巻回プロセスの再開に備えて切断することができなくなるため、マンドレルの端部において好ましくないファイバの渋滞が生じる。更に、前記テンションワインディング過程を行う間、マンドレルを回転させると同時に、比較的高い圧力を与える必要があることにより、頑丈で高価なマンドレルを必要とする上に、マンドレルの取り扱いに多大の労力を必要とする。強化されたプラスチックパイプ部材を製造する他の異なる製造方法においては、熱硬化性エポキシのマトリックス内に設けられた連続的なガラス繊維が用いられる。更に他の製造業者は、熱可塑性パイプ部材を内層として備えていて、該内層が強化材料からなる種々の外層により囲まれた強化熱可塑性パイプ構造体を製造している。例えば、ある製造業者は、熱可塑性ライナーをエポキシ樹脂マトリックス内に存在させたガラス繊維層で囲み、その上に更に他の異なる繊維材料からなる外側保護層を形成している。この場合、他の異なる繊維材料もまた有機ポリマーのマトリックス内に収容される。熱可塑性パイプ部材を強化する際に熱硬化性ポリマーを使用すると、しばしば、更なる製造上の問題が引き起こされる。これらのポリマーに必要とされる硬化は、時間の遅れを生じさせるだけでなく、汚染を生じさせる。しかもこれらの材料はリサイクルが不可能である。
【０００３】
米国特許第４，８５０，３９５号には、他の複合強化熱可塑性パイプ構造体が開示されている。同米国特許に記載されているように、熱可塑性材料からなるコア部材にアラミド繊維からなる内層が巻き付けられ、更に内層が追加のテープと金属製の外層とで覆われる。このような最終製品は明らかに製造が面倒で、コストがかかるということが分かる。米国特許第４，４６９，１３８号には、単にポリマー組成物内で分離したカーボン繊維を混合することによって強化されるポリプロピレンパイプが開示されている。これにより得られる製品は、連続する繊維強化材により与えられる機械的強度を欠いているだけでなく、パイプ部材を使用に供する際に加えられるストレスに耐える際に最大の効果を得るために、連続した繊維を予め定められた空間的方向に沿って配向する能力を欠いている。後者に関して言うと、一般に、使用される繊維材料は、パイプ部材を形成する熱可塑性ポリマーよりも強固であるため、強化熱可塑性パイプ部材内での連続する繊維コンポーネントの配向方向を制御することにより、繊維の配設位置を最大効果が得られる位置に定めることができる。繊維強化された最終製品は、強化されたパイプ部材に外部ストレスが加えられた場合、加えられる外部ストレスの方向に関しては、適用された繊維の空間的方向と同じ方向にだけ強い強度を持つ。従って、繊維強化パイプ部材は、内部の流体圧力により繊維の配向方向にストレスを受けたときに、その内部に含まれる繊維が主として加えられた負荷に耐え、強度が最大になる。これに対し、複合部材が繊維の配向方向に対して直角な方向にストレスを受けたときには、与えられた力には主としてポリマーからなるパイプ部材が耐えなければならないため、パイプ部材の強度が最小になる。上記のような考察と、認知されたシェル理論による演算を用いて行われた、パイプ使用中に予期されるストレスについての更なる解析とから、現在の繊維強化熱可塑性パイプ部材からなるある種の設備では、繊維の配向方向をフープ方向に決定している。これに対し、他の異なるパイプ設備では、繊維の方向を強化されたパイプ部材の軸線方向に対してより小さい角度をもって定めることが必要とされる。
【０００４】
熱可塑性パイプ部材を強化する更に困難な方法が、米国特許第４，３４７，０９０号公報に開示されている。この方法では、強化目的のために、パイプ部材の周囲に施された布製スリーブを用いている。この方法は、液体で満たされる内側ライナーを必要とする。ライナー内の液体は次いで加熱され、ライナーが膨張させられると同時に、ライナーをその上に配置されたガラス繊維層に熱接着するために、ライナーが部分的に溶融させられる。熱硬化性樹脂が含浸されたガラスクロスからなる最外層により、強化が完全なものにされる。このようにして得られた最終製品及びその製造方法は、複雑で、かつコストがかかることが明らかである。
【０００５】
また、米国特許第４，７７０，４４２号には、合成樹脂パイプ長尺体どうしを結合するために用いられるやや複雑な電気溶融タイプの継手が開示されている。この継手部材は、円筒形の熱可塑性スリーブを用いている。該熱可塑性スリーブは、その内面に近接させて配置された金属製の加熱ワイヤを備えており、その外面は、熱可塑性スリーブの材料よりも低い熱膨張を示す材料組成物により形成された巻回体または被覆体により強化される。このような強化によると、前記継手部材を続いて該手段により相互に結合されるパイプ長尺体に熱接着する際に、複合スリーブの径方向の外側への膨張が制限されることが指摘されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明の重要な目的は、熱可塑性パイプ部材を連続的に繊維強化するための更に効果的な手段を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の重要な目的は、使用中に加えられるストレスに一層耐えることができるように内部で物理的に一体化された繊維の配置を有する新規な繊維強化熱可塑性パイプ部材を改良された方法で提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の重要な目的は、繊維強化された熱可塑性パイプ部材を連続的に製造するための新規の方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の重要な目的は、繊維強化された熱可塑性パイプ部材を連続的に製造するための新規な装置手段を提供することにある。
【００１０】
本発明の上記の目的及び更に他の目的は、以下に記載される本発明の更に詳細な説明を考察することにより更に明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
意外なことに、繊維が供給された際に繊維とパイプ部材との間に通常生じさせられる相対的な回転を逆にすることによって、熱可塑性パイプ長尺体の繊維強化を連続的な方法で、更に効果的に行うことができることが見出された。更に詳細に述べると、本発明の方法では、パイプ長尺体を回転させることなしに直線方向に連続的に移動させ、その間に、セラミックス、金属、カーボン、及び有機ポリマーからなるグループから選択された材料組成物により形成されて並置された複数の連続した強化繊維を、前記移動しているパイプ部材の外面に未接着の状態で、予め定められた空間的方向に沿って巻き付け、その後、パイプ長尺体が前記と同じ直線方向への移動を継続している間に、強化繊維とパイプの外面との間で熱接着を生じさせるように、繊維が巻かれたパイプ長尺体を、十分に加熱する。前記繊維強化に与える機械的強度を増大させるためには、既に指摘したように、被覆されたパイプ長尺体の最終的な用途に応じて決まる特定の空間的方向に繊維を配向した状態で繊維を布設することが必要とされる。前記と同様に、繊維は、フープ方向に沿ってパイプ長尺体に巻くこともできるし、またパイプ長尺体の長手方向の軸線に対して更に小さい、即ち中間的な角度をもって巻回することもできる。更に、本発明によれば、最終製品が周囲環境に曝された際の保護を図る保護カバーとしての役割から、周囲環境によるダメージ及び機械的なダメージに対する保護を図る保護カバーとしての役割を果たす一つまたはそれ以上の外側被覆を設けるために、強化繊維の多重巻きを連続的に実施することができる。同様に、本発明の方法では、異なる空間的方向に沿って連続的に供給される個々の繊維被覆を持つことが意図される。個々の繊維被覆は、すべて、それぞれが配設された後に、その下に配置された熱可塑性パイプ部材に単一の加熱過程により接着される。同様に、本発明の方法は、連続的な繊維の布設を行う前に、突き合わせ溶接、接着剤による接着等の従来の方法を用いることにより一列に整列した形でパイプ端部が相互に接合された複数のパイプ長尺体とともに実行することもできる。この場合、複数のパイプ長尺体は、相互間を物理的に突き合わせただけで相互に接続されていてもよい。本発明の構成においてパイプ部材を形成する好適な熱可塑性有機ポリマー材料には、高密度ポリエチレン(high density polyethylene)及び中密度ポリエチレン(medium density polyethylene)、ポリプロピレン(polypropylene)、ポリフェニレンスルフィド（polyphenylene sulfide)、ポリエーテルケトンケトン(polyetherketoneketone)、ポリアミド(polyamide)、ポリアミドイミド(polyamideimide)、及びポリビニリデンディフルオライド(polyvinylidene difluoride)等のポリエチレンが含まれるがこれらに限定されるものではない。同様に、本発明の方法で用いる繊維強化材として、多種多様の材料が見出されている。繊維強化材として好適な材料には、セラミックス、金属、カーボン、アラミド、軟化温度がパイプの使用温度よりも高い他のポリマー繊維、及びＥタイプガラスやＳタイプガラスのようなガラス組成物が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
連続繊維を未接着の状態で熱可塑性パイプ長尺体（単数または複数）の外周に巻き付けた後に行われる本発明における連続繊維の熱接着は、基本的に、使用される繊維と前記パイプ部材の外面との間での協働作用を必要とする。連続する強化繊維が内部で接着された所定の予備成形されたテープの具体例においては、マトリックス構成材料としての役目を果たす任意の熱可塑性ポリマー材料と熱可塑性パイプ部材の外面との間で熱接着過程を行っている間に、軟化作用または溶融作用が起こる。このようにして、使用される繊維は、外側パイプの表面を溶融する際に行われる本発明の方法において、繊維により包まれたパイプ部材が加熱された際に、軟化または溶融された熱可塑性ポリマーによってパイプ部材に物理的に結合される。また本発明の加熱過程は、加熱の際にパイプ部材の径方向への顕著な膨張を生じさせ、この膨張が、適用される繊維の外側パイプ表面への物理的接着を更に促進する。このようにすると、選択された繊維材料に熱可塑性パイプのポリマーよりも小さい熱膨張係数を持たせることにより、最大の利益が得られる状態で、結合されたコンポーネント内で径方向の圧縮力が生じさせられる。ここに明記された繊維強化方法によれば、既に指摘したように、多種多様の繊維材料を選択できることが明らかである。従って、強化繊維材料は、選択された熱可塑性パイプポリマーよりも物理的に堅く、熱可塑性パイプ部材の使用の際の温度よりも高いガラス遷移温度または溶融温度を有していさえすれば、前述の好適材料のグループから選択することができる。選択されるポリマー繊維には、連続した裸のフィラメントと、加熱中に上記の圧縮領域にて溶融されたポリマーの流れにより濡らされることができる混合された連続繊維とが明らかに含まれる。適切な予備成形された連続繊維材料や、熱可塑性ポリマーで形成されたマトリックスを有するプリプレグテープを選択するために、前記マトリックスポリマーは、選択されたパイプポリマーの軟化温度以下の軟化温度または溶融温度を持つように選択することが望ましい。
【００１３】
本発明の方法においては、適用される繊維強化材を熱可塑性パイプの外面に連続的に接着するために、適当な加熱源を用いることができる。意図している熱源には、不活性ガス、酸化ガス、還元ガス、酸化ガスと還元ガスとの混合物、赤外線パネルや集束される赤外線手段等の赤外線熱源、加熱されたローラー等の熱伝導熱源、ベルトとシューからなる装置、電気抵抗熱源、レーザー熱源、マイクロ波熱源、ＲＦ熱源、プラズマ熱源、及び超音波熱源等が含まれるが、これらに限定されるものではない。外部の火炎熱源によれば、高いエネルギー密度を持たせ、繊維が巻かれた熱可塑性パイプ部材の外周を囲むのに適するようにガスバーナーを設計することにより、経済的な加熱が行われる。当然のことであるが、本発明の方法においては、連続的な加熱過程を採用していることから、プロセスが中断した際に、高速で反応する加熱装置や、処理される材料の溶融を避けるための冷却手段などの補助装置を連携動作させることが提案される。また適用される強化繊維を熱可塑性パイプ部材の外面に連続的に接着する本発明の方法を、更に他の方法により修正することも予定されている。それ故、本発明による方法を実施するに際して有益であることが見出されている前述の圧縮力の発生を助けるために、既に繊維が巻かれ、加熱された熱可塑性パイプ部材に対して押し付けられるように回転可能な状態で設置されたローラー部材を用いることができる。本発明の方法において、そのような圧縮ローラは、最終製品に要求される物理的特性と、実行される処理の条件とに応じて、冷却されても、加熱されてもよく、或いは周囲温度に維持されてもよい。
【００１４】
上記のように、本発明の連続方法では、処理の開始及び終了と、起こり得る処理の中断との双方に備えるようにされた装備が必要である。本発明の処理手順は、種々の方法で満足に開始することができる。これらの方法には、単一の熱可塑性パイプ長尺体或いは複数の熱可塑性パイプ長尺体を用いて処理を開始すること、及びこれらの部材を適当な繊維巻き手段に対して一定の相対速度で直線移動させて供給することが含まれる。連続した熱可塑性パイプ長尺体は、従来から用いられている押出手段を用いることにより適切に移動させることができる。この場合、個々のパイプ長尺体を連携動作させられる繊維巻き手段に供給する工程は、予備段階で個々のパイプ長尺体を単に物理的に突き合わせて一列に整列した形にする工程を含むだけでなく、個々のパイプの端部を相互に溶融または溶接する工程をも含む。前記の方法で処理を行う間に熱可塑性パイプ部材を連続的に搬送するために、公知の移動ベルト駆動機構やモータ駆動されるローラを含む常套的な手段を用いることができる。また任意ではあるが、処理を適切に開始させる工程には、最初の連続繊維を、一般に用いられているクランプ手段や接着手段によって、移動している最初の被処理熱可塑性パイプ部材の外面に固着する工程が含まれる。適用される強化繊維の連続的な熱接着を前記した方法により行った後、切断手段を用いて繊維の更なる布設を停止することにより、本発明の方法を終了することができる。適切な切断手段には、移動しているパイプ部材（単数または複数）と同じ直線方向に移動する可動切断装置を用いることができ、この切断装置には、繊維強化材とともにパイプを切断するカッタを含ませることができる。
【００１５】
本発明に係わる繊維強化熱可塑性パイプ部材を連続的に製造するために、新規な装置が用いられる。本発明に係わる装置は、基本的には、パイプ長尺体を回転する繊維供給手段と連携動作させるために、直線移動方向に沿って連続的に移動させるパイプ送り手段と、移動するパイプ長尺体の回りを回転して複数の並置された強化繊維被覆を予め定められた空間的な方向に沿って、移動しているパイプ長尺体の上に連続的に供給する繊維供給手段と、供給された強化繊維被覆と移動しているパイプ長尺体の外面との間で連続的に熱接着を生じさせる加熱手段とを備えている。前記装置はまた、連続的に供給される複数の繊維被覆を異なる繊維布設角度で供給したり、連続的に供給される繊維被覆の供給方向を反転させたり、連続する繊維またはテープからなる外側被覆を供給して、該外側被覆に最終製品に対して与えられる周囲環境からのダメージや機械的なダメージに対して保護を図るための被覆としての役目を持たせたりする等の種々の目的を果たすために、個々の繊維を供給する供給手段を複数備えることができる。個々の繊維を供給する繊維供給手段の好ましい具体例は例えば、回転する繊維またはテープのスプールと連携動作させられる円筒形巻回機構である。本発明の装置に設けられるパイプ送り手段は、一般的な構成を有するものとすることができる。既に指摘したように、このパイプ送り手段には、公知の移動ベルト駆動機構及びモータ駆動されるローラ等が含まれる。本発明の装置においては、適用される繊維またはテープ被覆の連続的な熱接着を行わせるために、既に述べられた種々の態様の加熱源を用いることができるが、選択される加熱源は、加熱する際に、繊維で被覆されたパイプ長尺体の全周に亘って均一に熱を加えるものであることが更に推奨される。以下に更に詳細に説明される装置の実施例においては、使用される特定の加熱手段が、繊維で被覆されたパイプ部材の全周を取り囲む、円筒形に形成されたヒータからなっており、このヒータには、適切に配置された内部ガスバーナーが装備されている。また図示された実施例においては、ここに記載されている熱接着処理を完了する際に、繊維で被覆された移動中のパイプ部材を１以上の適当な長さに切断する目的で、可動切断手段が用いられている。更に、図示された実施例における装置全体は、一般的な速度サーボシステムを用いた公知のロボット制御手段により自動的に動作させられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図面を参照すると、図１は本発明に係わる繊維強化熱可塑性パイプ部材を連続的に製造するために用いることができる処理装置の一例を示した概略図である。図示された装置手段には更に、本発明により前記連続的な製造を行うために用いられる個々の処理過程が示されている。装置と処理過程とを組み合わせて示したフローチャート１０では、先ず、供給された裸の熱可塑性パイプ長尺体１４を図示された装置１６を通して水平方向に沿った直線方向に一定の速度で移送するために、従来から用いられているトラクタ（無限軌道）タイプの送り機構１２を用いている。裸のパイプ部材１４は、前記のようにして第１の円筒形巻回機構１８まで前進する。巻回機構１８は、パイプの周囲を取り囲んでモータ駆動される回転ドラム部材２０を用いて、繊維強化材２２からなる第１の条を、移動しているパイプ長尺体の外表面に連続的に巻き付ける。強化繊維は、連続する長さを有して並置された、複数の選択された繊維からなっていて、前記巻回機構と連携動作するように設けられて供給された繊維材料をほぼ一定の回転速度で送り出す回転スプール２４から供給される。本図面に更に図示されているように、前記第１の被覆即ち、強化繊維からなる第１の条は、ドラム部材２０の反時計方向への回転に応答して、移動中のパイプ長尺体の縦軸に対して予め定められた空間的角度をもって、未接着の状態で供給されている。本図面においては詳細に識別されないが、図示の具体例において供給されている特定の強化繊維材料２２は、連続する長さを有するガラス繊維で、熱可塑性ポリマーからなるマトリックス内に埋め込まれている。しかしながら、同様の構成を有する他の商業的に入手し得るプリプレグまたは予備成形された強化テープも、同じように図示の装置で処理を行うのに適していると思われる。
【００１７】
最初の繊維が巻かれた移動中のパイプ長尺体２６は、次に、同じ繊維強化材料３４からなる第２の条を巻くために、既に用いられたものと同じタイプの回転ドラム部材３０と回転スプール３２とを備えた第２の円筒形巻回機構２８に向けて移送される。このようにすることで、繊維強化材は、未接着の状態で、移動中のパイプ長尺体の縦軸に対して、前に繊維束を巻回する際に用いられた角度とは異なる予め定められた布設角度をもって整列させられることが分かる。また第２の条の布設は、ドラム部材３０の時計方向への回転に応答して行われる。既に２条の繊維が巻かれたパイプ長尺体３６は、次いで同じ型の回転ドラム４０と回転スプール４２とを備えた第３の円筒形巻回機構３８に移送される。第３の円筒形巻回機構３８においては、熱可塑性フィルムからなるテープなどからなっていて、保護用の外側被覆４６を構成する最後の条４４が、作業中に生じる劣化及び（または）周囲環境により生じる劣化から繊維を保護するために、繊維強化材が巻かれた移動中のパイプ長尺体の上に巻回される。本図から更に分かるように、前記保護用の外側被覆は、ドラム部材４０を反時計方向に回転させた状態で、先行する繊維被覆の際に採用された角度と逆方向の予め定められた空間的角度をもって巻回される。このようにすることにより、巻回された繊維強化材全体の機械的強度を高めることが可能になる一方、保護用の外側被覆により、後で繊維強化材をパイプ部材に熱接着する際に発生する圧縮力を増加させることが可能になる。前記熱接着は、既に保護用被覆が巻かれたパイプ部材４８を静止している加熱手段５０に移送することにより行われる。加熱手段５０は、以下に開示される形式の適当な加熱エレメントを内側に備えた中空の円筒体からなっていて、パイプ部材との間に間隔を開けた状態で、再び該パイプ部材を取り囲む。本実施形態では、パイプ部材が、同じ直線方向に沿って、加熱されたチャンバ内を長手方向に貫通して、一定の速度で移動し、この移動により、パイプの外周のすべての被覆が、それぞれの繊維被覆が巻回された際の空間的方向を維持した状態で熱接着されてその下に存在するパイプの外側表面に固着される。移動切断機構５２が、図示の装置を通して行われる残りのパイプ構成体の連続的な動きを妨げることなく、既に完成された繊維強化熱可塑性パイプ部材５４を適当な長さに機械的に切断する。このような切断動作は、既存のプラスチックパイプ押出装置で既に採用されているものと同様の種々の公知の鋸歯装置または切断刃装置により行うことができる。図示の移動切断機では、もし強化繊維のみを切断するのであれば、円形の切断刃を備えた切断手段を用いることができる。これに対し、繊維強化されたパイプ長尺体全体を残りのパイプ構成体から切り離すことが望まれる場合には、鋸歯を用いた切断機が好ましいように思われる。更に、特定の最終製品の用途において必要とされる場合には、切断されたパイプ長尺体の１以上の切断端部に要望される外形を与えるために、前記移動切断機構が更にルーター（みぞほり機）、プレーナー（平削り機）、面取り機などを備えることが予定されている。
【００１８】
図２には、図１の処理装備で用いる自動制御装置の一例が、ブロック図の形で概略的に示されている。制御装置６０は、基本的には、一般的な速度型のサーボメカニズムを備えていて、前記の装置で行われるパイプの動作と、繊維の巻回動作とを、オペレータにより操作されるインターフェースにより指示された通りに制御する。前記装置の被制御要素と本図に示された制御手段との間の動作上の関係を示すため、本図において使用されている識別用数字にも、図１の装置の説明で用いられた数字と同じ数字が含まれている。ここに示された全制御装置６０は、公知のマスター−スレーブ形式の制御装置で、トラクタ型の送り要素１２がマスター制御要素として動作し、すべての円筒形巻回要素１８，２８及び３８が、送り要素１２に従属して制御される。その結果、図示の制御装置では、マスターサーボ制御手段及びスレーブサーボ制御手段６２相互間の速度比が、オペレータインターフェース６６にセットされた設定内容に従って、主制御要素６４により決定される。図示の制御装置に設けられた加熱制御要素６８は、加熱に関する必要条件のすべてを自動的に処理する一方、装置の動作中に検出されたプロセスの動作条件と、何らかの欠陥条件との双方に関して、図示の制御装置に設けられた主制御部（６４）とオペレータインターフェース要素（６６）とに信号を送る。切断制御部７０が設けられる場合、該切断制御部７０は、オペレータインターフェース要素（６６）により設定された設定内容に従って、主制御部６４により動作させられる。図示の制御装置に設けられている電源制御要素７２は、設定に従って通常の方法により動作させられて、常用の電源（図示せず）から図示された装置に与えられる電源入力を制御する。
【００１９】
上記の説明から、繊維強化された熱可塑性パイプ部材を更に効果的な方法で連続的に製造するために、あまねく有益で新規な手段が提供されたことが明らかであろう。ここに詳細に説明された方法で製造された繊維被覆パイプ部材に、既に知られた修正を加えることができるだけでなく、上記のような連続的製造方法を実行するに際して、製造装置の修正を行うことができることが考慮されている。従って、開示された製造方法について当業者が考えることができるすべての変形を、特許請求の範囲で請求される発明の真の精神及び範囲に含ませることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の繊維強化熱可塑性パイプ部材を連続的に製造するために用いることができる典型的な処理装置を示した概略図である。
【図２】図２は、図１に示した処理装置で用いる代表的な自動制御手段を示した概略図である。
【図１】
2005507329.tif 000003
【図２】
2005507329.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2005507329.tif 000005
2005507329.tif 000006
2005507329.tif 000007
2005507329.tif 000008
2005507329.tif 000009
2005507329.tif 000010
2005507329.tif 000011
2005507329.tif 000012
2005507329.tif 000013
2005507329.tif 000014
2005507329.tif 000015
2005507329.tif 000016
2005507329.tif 000017
2005507329.tif 000018
2005507329.tif 000019
2005507329.tif 000020
2005507329.tif 000021
2005507329.tif 000022
2005507329.tif 000023
2005507329.tif 000024
2005507329.tif 000025
2005507329.tif 000026
2005507329.tif 000027
2005507329.tif 000028
2005507329.tif 000029
2005507329.tif 000030
2005507329.tif 000031
2005507329.tif 000032
2005507329.tif 000033
2005507329.tif 000034
【国際調査報告】
2005507329.tif 000035
2005507329.tif 000036