(57)【要約】【課題】熱可塑性樹脂を母材とするパイプの成形【解決手段】  パイプ成形装置２０は、加熱されることによって膨張する棒状の内型２２と、内型２２の外周を覆う筒状の外型２４と、内型２２を加熱する加熱装置２６とを備えている。かかるパイプ成形装置２０では、シート状の成形基材１０を、棒状の内型２２の外周に巻いて筒状の外型２４の内部に収容する。そして、内型２２を加熱し、内型２２の外径を大きくする。これにより、内型２２の外周面と外型２４の内周面との間で成形基材１０を加熱するとともに加圧して、成形基材１０を外型２４の内周面に沿った形状に成形することができる。【選択図】図１
2011062818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されることによって膨張する棒状の内型；
前記内型の外周を覆う筒状の外型；
及び、前記内型を加熱する加熱装置；を備えた、パイプ成形装置。
【請求項２】
前記内型は、加熱されることによって膨張する膨張体に、軸方向に電熱線が通されており、
前記加熱装置は、前記電熱線に通電する通電装置を含む、請求項１に記載されたパイプ成形装置。
【請求項３】
前記内型は、金属製の芯材と、前記芯材の外周に装着され、加熱されることによって膨張する膨張体とを備え、
前記加熱装置は、前記芯材に高周波電流を通電する通電装置を備えた、請求項１に記載されたパイプ成形装置。
【請求項４】
前記内型は、所定温度以上に加熱された際に外径が大きくなる形状記憶合金からなる部位を有し、
前記加熱装置は、前記内型の形状記憶合金からなる部位を加熱する、請求項１に記載されたパイプ成形装置。
【請求項５】
前記内型は、金属製の芯材と、前記芯材に装着されており、所定温度以上に加熱された際に外径が大きくなる筒状の形状記憶合金からなる外輪部材とを備え、
前記加熱装置は、前記芯材に高周波電流を通電する通電装置を備えた、請求項１に記載されたパイプ成形装置。
【請求項６】
前記内型は、所定温度以上に加熱された際に溶ける低融点金属材料からなる芯材を備え、
前記加熱装置は、前記芯材に高周波電流を通電する通電装置を備えた、請求項１に記載されたパイプ成形装置。
【請求項７】
前記外型は、前記芯材の外周を覆う外装体と、軸方向の両端を覆う栓体とを備えている、請求項６に記載されたパイプ成形装置。
【請求項８】
前記通電装置は、外型の外周回りに捲回されたコイルと、当該コイルに高周波電流を通電する高周波電源とを備えた、請求項３から７までの何れか一項に記載されたパイプ成形装置。
【請求項９】
前記外型は、周方向に分割可能な割型で形成されており、
当該外型を外側から締め付ける締付部材を備えた、請求項１から８までの何れか一項に記載されたパイプ成形装置。
【請求項１０】
前記外型を支持する支持部材と、
前記外型と支持部材との間に介在した絶縁材と、
前記外型に通電することによって外型を加熱する第２通電装置と
を備えた、請求項１から９までの何れか一項に記載されたに記載されたパイプ成形装置。
【請求項１１】
熱可塑性樹脂を母材樹脂とするシート状の成形基材を、加熱されることによって膨張する棒状の内型の外周に巻く工程；
シート状の成形基材が巻かれた内型を筒状の外型の内部に収容する工程；
及び、内型を加熱し、内型の外周面と外型の内周面との間で成形基材を加熱するとともに加圧して、成形基材を外型の内周面に沿った形状に成形する工程；を備えたパイプ成形方法。
【請求項１２】
前記シート状の成形基材として、一方向に強化繊維を引き揃えたシート材に、熱可塑性樹脂からなる不織布を重ねたシート状の成形基材を用いる、請求項１１に記載のパイプ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチック製のパイプを製造するパイプ成形装置及びパイプ成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック製のパイプ（例えば、ゴルフシャフトや釣竿など）には、繊維強化プラスチック（FRP：Fiber Reinforced Plastics）によって成形されたものがある。例えば、特開２００２−２４０１５８号公報（特許文献１）には、プラスチック製のパイプや釣竿の製造方法について、内圧成形法なる成形方法が開示されている。この方法は、流体噴射孔を表面に備えた中空構造のマンドレル上に伸縮性のチューブを介して所望のプリプレグシートを巻き付ける。次に、これを成形金型内にセットしてマンドレルの流体噴射孔から流体をチューブ内に噴射して、プリプレグシートを成形金型の内壁に押圧する。さらに、プリプレグシートの樹脂を硬化させてシャフトを成形する。成形後、シャフトからマンドレルを抜き取る。かかるプリプレグシートには、繊維に熱硬化性樹脂を含浸させてある。また、プリプレグシートを複数枚積層する場合などでは、層間に結着材として熱可塑性樹脂が用いられる場合もある。
【０００３】
また、特開２００８−１００４４４号公報（特許文献２）には、樹脂パイプを任意の三次元形状に曲げ加工できるとともに、内面形状を維持でき、さらに外観の良好な曲げパイプを効率良く製造できる樹脂パイプの成形方法が開示されている。なお、同公報には、所定温度に加熱すると所定の三次元形状になる形状記憶樹脂又は形状記憶合金を使用したマンドレルを用いることが開示されている。形状記憶樹脂として、耐熱性を有するポリエステル，ポリウレタン，スチレン・ブタジエン，ポリノルボルネン，トランスポリイソプレンが開示されている。また、形状記憶合金として、Ni-Ti系合金、Cu系合金、Fe系合金が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２４０１５８号公報
【特許文献２】特開２００８−１００４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、連続繊維で強化された熱可塑性樹脂を用いてパイプを成形する方法を考えている。特許文献１に開示された技術は、熱硬化性樹脂を対象とした既存技術であり、そのままでは熱可塑性樹脂の成形に応用できない。また、特許文献２に開示された技術は、既に作られた樹脂パイプを曲げる曲げ加工に関する技術に過ぎず、樹脂材料を用いてパイプを成形する方法ではない。また、熱可塑性樹脂を用いた成形方法としては、射出成形法が知られている。射出成形法では、熱可塑性樹脂を加熱し、溶融させ、混錬し、成形型内に射出している。この場合、混錬工程、射出工程を有するため、強化繊維として連続繊維を用いることができない。熱可塑性樹脂を用いてパイプを成形することは、かかる射出成形によって実現できるが、強化繊維として連続繊維を用いることや、強化繊維の方向を揃えて成形することは、射出成形では実現できない。
【０００６】
そこで、熱可塑性樹脂を用いてプラスチック製のパイプを成形する方法について、強化繊維として連続繊維を用いることや、強化繊維の方向を揃えて成形することが可能な新規な成形方法及び当該成形方法を具現化する成形装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るパイプ成形方法は、熱可塑性樹脂を母材樹脂とするシート状の成形基材を、加熱されることによって膨張する棒状の内型の外周に巻く工程；シート状の成形基材が巻かれた内型を筒状の外型の内部に収容する工程；及び、内型を加熱し、内型の外周面と外型の内周面との間で成形基材を加熱するとともに加圧して、成形基材を外型の内周面に沿った形状に成形する工程；を備えている。
【０００８】
また、本発明に係るパイプ成形装置は、加熱されることによって膨張する棒状の内型；内型の外周を覆う筒状の外型；及び、内型を加熱する加熱装置；を備えているとよい。
【０００９】
このパイプ成形装置では、内型は、加熱されることによって膨張する膨張体（例えば、シリコンラバー）に、軸方向に電熱線（例えば、ニクロム線）が通されていてもよい。この場合、加熱装置は、電熱線に通電する通電装置を備えているとよい。
【００１０】
また、内型は、金属製の芯材と、前記芯材の外周に装着され、加熱されることによって膨張する膨張体（例えば、シリコンラバー）とを備えていてもよい。この場合、加熱装置は、芯材に高周波電流を通電する通電装置を備えているとよい。
【００１１】
また、内型は、所定温度以上に加熱された際に外径が大きくなる形状記憶合金で構成された部位を有していてもよい。この場合、加熱装置は、内型に高周波電流を通電する通電装置を備えているとよい。また、内型は、金属製の芯材と、芯材に装着されており、所定温度以上に加熱された際に外径が大きくなる筒状の形状記憶合金からなる外輪部材とを備えていてもよい。この場合、加熱装置は、芯材に高周波電流を通電する通電装置を備えているとよい。
【００１２】
また、内型は、所定温度以上に加熱された際に溶ける低融点合金材料の芯材を備えていてもよい。この場合、加熱装置は、芯材に高周波電流を通電する通電装置を備えているとよい。また、この場合、外型は、芯材の外周を覆う外装体と、軸方向の両端を覆う栓体とを備えていてもよい。また、高周波電流を通電する通電装置は、外型の外周回りに捲回されたコイルと、当該コイルに高周波電流を通電する高周波電源とを備えていてもよい。
【００１３】
また、外型は、周方向に分割可能な割型で形成されていてもよい。この場合、当該外型を外側から締め付ける締付部材を備えていてもよい。また、外型を支持する支持部材と、外型と支持部材との間に介在した絶縁材と、外型に通電することによって外型を加熱する第２通電装置とを備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るパイプ成形装置を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係るパイプ成形装置を示す断面図。
【図３】シート状の成形基材の一例を示す図。
【図４】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す図。
【図５】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す断面図。
【図６】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す図。
【図７】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す断面図。
【図８】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置に通電された状態を示す図。
【図９】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す図。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す断面図。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す図。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す断面図。
【図１３】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す図。
【図１４】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す断面図。
【図１５】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す図。
【図１６】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す断面図。
【図１７】本発明の他の実施形態に係るパイプ成形装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係るパイプ成形方法及びパイプ成形装置を説明する。なお、異なる実施形態でも、同じ作用を奏する部材又は部位には、適宜に同じ符号を付して説明する。
【００１６】
このパイプ成形方法は、図１及び図２に示すように、シート状の成形基材１０を、棒状の内型２２の外周に巻いて筒状の外型２４の内部に収容する。そして、内型２２を加熱し、内型２２の外径を大きくする。これにより、内型２２の外周面と外型２４の内周面との間で成形基材１０を加熱するとともに加圧して、成形基材１０を外型２４の内周面に沿った形状に成形する。かかるパイプ成形方法を具現化するパイプ成形装置２０は、例えば、図１に示すように、加熱されることによって膨張する棒状の内型２２と、内型２２の外周を覆う筒状の外型２４と、内型２２を加熱する加熱装置２６とを備えているとよい。
【００１７】
ここで、シート状の成形基材１０には、熱可塑性樹脂を母材樹脂とするシート状の基材を用いることができる。例えば、図３に示すように、一方向に強化繊維５を引き揃えたシート材４に、熱可塑性樹脂からなる不織布６を重ねたシート状の成形基材１０を用いることができる。図２に示す形態では、シート状の成形基材１０は、各層において強化繊維５の方向が異なるように強化繊維５の方向を変えて、複数のシート材４を重ねている。さらに、強化繊維５を引き揃えたシート材４と不織布６とがスティッチングを施して一体化されていてもよい。かかるシート状の成形基材１０は、例えば、特許３９４７５６０号公報に開示されている。
【００１８】
なお、同公報に開示されているシート状の成形基材は、熱可塑性樹脂が不織布として存在している。このため、かかるシート状の成形基材１０は、所要の柔軟性を有しており、棒状の内型２２の外周面に沿って巻くことができる。本実施形態では、シート状の成形基材１０は、同公報に開示されているシート状の成形基材に限定されない。本実施形態では、シート状の成形基材１０は、強化繊維の有無、また、強化繊維を有する場合でも、強化繊維の長さや方向について特に限定されない。
【００１９】
シート状の成形基材１０は、図２に示すように、棒状の内型２２に巻かれて、筒状の外型２４の内部に収容される。外型２４は、内型２２の外周を覆う筒形状の部材である。外型２４は所要の耐熱性、耐圧性を有しており、外型２４の内周面にはパイプの外周面を成形するのに所要の形状を有している。なお、図示は省略するが、外型２４は、軸方向に沿って分割可能な割型で形成してもよい。例えば、周方向に２つに割った断面半円形の割型としてもよい。外型２４を分割可能な割型で形成することによって、シート状の成形基材１０が外周面に巻かれた内型２２が容易に収容でき、また成形品の脱型が容易になる。
【００２０】
また、図１６に示すように、外型２４を周方向に分割可能な割型で形成し、当該外型を外側から締め付ける締付部材を備えていてもよい。締付部材として、例えば、外型２４の外周面に巻かれて、当該外型２４を締め付けるベルト３２を用いてもよい。図１６に示す形態では、外型２４は周方向に３分割されている。この場合、図１６に示すように、シート状の成形基材１０が外周面に巻かれた内型２２を当該外型２４の内部に収容した状態で、外型２４の外周面にベルト３２を巻き、当該ベルト３２によって外型２４を締め付けてもよい。これにより、外型２４からもシート状の成形基材１０に圧力を付与することができる。なお、外型２４を外側から締め付ける締付部材は、上述したベルト３２に限らない。
【００２１】
また、シート状の成形基材１０が巻かれる内型２２は、加熱されることによって膨張する構造を有しているとよい。かかる内型２２は種々の形態にて実現できる。また内型２２を加熱する加熱装置２６の構成は、内型２２の構成に応じて適当な構成を採用するとよい。
【００２２】
以下、内型２２について種々の形態を例示する。
【００２３】
≪第１実施形態≫
図４は、第１実施形態に係る内型２２Ａを備えたパイプ成形装置２０Ａの使用状態を図示している。図５は、かかるパイプ成形装置２０Ａの使用状態を示す断面図である。
【００２４】
例えば、図４及び図５に示す内型２２Ａは、加熱されることによって膨張する膨張体４２に、軸方向に電熱線４４が通されている。この実施形態では、膨張体４２として、円柱形状のシリコンラバー４２が用いられており、電熱線４４としてニクロム線が用いられている。この実施形態では、円柱形状のシリコンラバー４２は、具体的には、金属製の芯材４６に、円筒形状のシリコンラバー４２が装着されている。シリコンラバー４２は、径方向に所要の厚さを有している。ニクロム線４４は、シリコンラバー４２に複数本軸方向に沿って挿通されている。この実施形態では、複数本のニクロム線４４をシリコンラバー４２の周方向に所要の間隔を開けて挿通させている。かかるシリコンラバー４２は、例えば、成形基材にニクロム線を埋め込んだ状態で、シリコンラバー４２を成形するとよい。内型２２は、シート状の成形基材１０に含まれる熱可塑性樹脂を溶融させる程度に加熱される。このため、シリコンラバー４２は所要の耐熱性を有しているとよい。
【００２５】
この場合、加熱装置は、ニクロム線４４に通電する通電装置２６Ａを備えているとよい。通電装置２６Ａとしては、例えば、直流電源や交流電源を用いることができる。なお、図４に示す例では、直流電源が用いられている。通電装置２６Ａは、発熱効率等を勘案して適当な装置を採用するとよい。この内型２２Ａは、通電装置２６Ａによってニクロム線４４に通電されると、ニクロム線４４が発熱し、ニクロム線４４が挿通された円筒形状のシリコンラバー４２が加熱されるとともに膨張する。これにより、内型２２Ａが加熱され、内型２２Ａの外径が大きくなる。シリコンラバー４２の径方向の厚さは、かかるシリコンラバー４２の膨張の程度を考慮して適切な厚さに設定するとよい。
【００２６】
このように、円柱形状のシリコンラバー４２に軸方向にニクロム線４４が通された内型２２Ａは、通電装置２６Ａによってニクロム線４４に通電され、ニクロム線４４を発熱させると、円柱形状のシリコンラバー４２が熱膨張する。このように、ニクロム線４４に通電されることによって、内型２２Ａが加熱され、内型２２Ａの外径が大きくなる。これにより、内型２２Ａの外周面と外型２４の内周面との間で成形基材１０が加熱されるとともに加圧されて、成形基材１０が外型２４の内周面に沿った形状に成形される。
【００２７】
このパイプ成形装置２０Ａによれば、図４及び図５に示すように、内型２２Ａの外周面にシート状の成形基材１０を巻き、当該シート状の成形基材１０が巻かれた内型２２Ａを筒状の外型２４の内部に収容する。そして、内型２２Ａのニクロム線４４に通電することによって、内型２２Ａを加熱するとともに内型２２を膨張させて、内型２２Ａの外周面と外型２４の内周面との間でシート状の成形基材１０を加熱するとともに加圧する。これによって、シート状の成形基材１０を外型２４の内周面に沿った形状に成形することができる。また、成形後、内型２２Ａの温度が低くなって内型２２Ａの外径が小さくなると、内型２２Ａは成形品から離型される。この実施形態では、内型２２Ａの外周面がシリコンラバー４２で構成されているので、成形品に引っ付き難く、離型も容易である。
【００２８】
かかるパイプ成形装置２０Ａにおいて、内型２２Ａは、ニクロム線４４が軸方向に沿って挿通された、円筒形状のシリコンラバー４２を、金属製の芯材４６に装着した形態を例示した。内型２２Ａは、かかる形態に限定されない。内型２２Ａは、中実の円柱形状のシリコンラバーに、ニクロム線を軸方向に挿通させた形態でもよい。また、ニクロム線４４に通電する電流は、直流電流を例示したが、交流電流でもよい。なお、加熱されることによって膨張する膨張体４２としてシリコンラバーを例示したが、かかる膨張体４２はシリコンラバーに限定されない。また、電熱線４４としてニクロム線を例示したが、電熱線は通電されることによって発熱し、また所要の耐熱性を有する線材であればよく、ニクロム線に限定されない。
【００２９】
≪第２実施形態≫
次に、内型２２について他の形態を例示する。図６は、第２実施形態に係る内型２２Ｂを備えたパイプ成形装置２０Ｂの使用状態を図示している。図７は、かかるパイプ成形装置２０Ｂの使用状態を示す断面図である。
【００３０】
第２実施形態に係る内型２２Ｂは、図６及び図７に示すように、金属製の芯材６２と、芯材６２に巻かれた膨張体６４（この実施形態では、シリコンラバー）とを備えている。この場合、加熱装置は、芯材６２に高周波電流を通電する通電装置２６Ｂを含んでいるとよい。ここでは、高周波電流として、例えば、周波数が１０ｋHｚ以上の高周波電流を流すとよい。なお、高周波電流の周波数はさらに高くてもよく、１００ｋＨｚ以上の高周波電流を流してもよい。
【００３１】
図８は、内型２２Ｂの芯材６２に高周波電流を流した状態を示している。高周波電流は、図８に示すように、その特性として、その多くが芯材６２の表皮部分６２ａ（表面からある深さの層）を流れる。高周波電流が流れる表皮部分６２ａの深さδ（ｃｍ）は、理論的には、数式１によって求められる。同式中、δ（ｃｍ）は、全電流の７３％の電流が流れる表面からの層の深さである。ρ（μΩ-ｃｍ）は、芯材６２に用いられる金属の固有抵抗値である。ｆ（Ｈｚ）は周波数であり、μは比透磁率である。そして、当該表皮部分６２ａで生じる熱量Ｑは、理論的には、数式２によって求められる。同式中において、Ｒ（Ω）は、当該表皮部分６２ａの抵抗値を示している。また、ｉ（Ａ）は当該表皮部分６２ａを流れる電流値を示している。また、ｔ（ｓ）は高周波電流が流れた時間を示している。
【００３２】
【数１】
2011062818.tif 000003
【００３３】
【数２】
2011062818.tif 000004
【００３４】
この場合、数式１からも分かるように、通電装置２６Ｂによって、内型２２Ｂの芯材６２に流される高周波電流の周波数ｆが高くなればなるほど、δが小さくなり、高周波電流の多くが流れる表皮部分６２ａが浅くなる。このため、内型２２Ｂは、芯材６２の表皮部分６２ａが発熱し易くなる。
【００３５】
この実施形態では、芯材６２には、鋼材（この実施形態では、ＳＵＳ４３０）が用いられている。ＳＵＳ４３０の固有抵抗ρ（μΩ-ｃｍ）は、約６０〜７０（μΩ-ｃｍ）であり、ＳＵＳ４３０の比透磁率は約２０である。また、高周波電流として、１０ｋＨｚ以上の高周波電流が流れる。このため、高周波電流の約６３％が流れる表皮部分６２ａの深さδは、約０．０９ｃｍ以下になる。この際、高周波電流の周波数を高くすればするほど、高周波電流の多くが流れる表皮部分６２ａは浅くなり、芯材６２の表皮で発熱し易くなる。このように高周波電流の作用によって、図８に示すように、内型２２Ｂの芯材６２の表皮部分６２ａが発熱する。この際、高周波電流を通電すると、表皮部分６２ａは急速に発熱する。高周波電流を流す時間は、シート状の成形基材１０中の熱可塑性樹脂を十分に溶融させ、成形できるように適当に調整するとよい。
【００３６】
なお、芯材６２に用いられる一般的な金属材料は、例えば、工具鋼として用いられるＳＫＳ、ＳＫＤ、ＳＫＴ、ＳＫＨや、特殊用途鋼に用いられるＳＵＳやＳＵＨなどでもよい。これらの固有抵抗ρ（μΩ-ｃｍ）は、約８〜１２０（μΩ-ｃｍ）であり、また、比透磁率は、約３００〜１である。通電装置２６Ｂは、高周波電流として、周波数が１０ｋＨｚ以上の高周波電流を芯材６２に流すことができる。この場合、金型材料の固有抵抗ρ（μΩ-ｃｍ）や比透磁率に比べて、高周波電流の周波数があまりに高いので、上記の数式１からも分かるように、高周波電流の多くが流れる表皮部分６２ａの深さδは、概ね芯材６２に流される高周波電流の周波数によって決まる。１０ｋＨｚ以上の高周波電流を芯材６２に流すと、一般的な金型に用いられる材料であれば、高周波電流の多くが流れる表皮部分６２ａの深さδは約０．００９ｃｍ以下にできる。
【００３７】
このパイプ成形装置２０Ｂによれば、図６及び図７に示すように、内型２２Ｂの外周面にシート状の成形基材１０を巻き、当該シート状の成形基材１０が巻かれた内型２２Ｂを筒状の外型２４の内部に収容する。そして、内型２２Ｂの芯材６２に高周波電流を通電することによって芯材６２を発熱させる。芯材６２が発熱すると、芯材６２の周囲に装着されたシリコンラバー６４が熱膨張する。これにより、内型２２Ｂの外周面と外型２４の内周面との間でシート状の成形基材１０を加熱するとともに加圧することができ、シート状の成形基材１０を外型２４の内周面に沿った形状に成形することができる。また、図８に示すように、高周波電流は、芯材６２の表皮部分６２ａに流れて、表皮部分６２ａを中心に発熱させるので発熱効率が良く、より短い時間での成形が可能になる。また、この実施形態では、芯材６２の表皮部分６２ａが発熱するので、冷却に要する時間を短くできる。また、この実施形態では、成形後、内型２２Ｂの温度が低くなって内型２２Ｂの外径が小さくなると、内型２２Ｂは成形品から離型される。この実施形態では、内型２２Ｂの外周面がシリコンラバー６４で構成されているので、成形品に引っ付き難く、離型も容易である。
【００３８】
また、図１７に示すように、外型２４を支持する支持部材５２と、外型２４と支持部材５２との間に介在した絶縁材５４と、外型２４に通電することによって外型２４を加熱する第２通電装置２６Ｂとを備えていてもよい。この実施形態では、外型２４は、内型２２Ｂに通電する通電装置２６Ｂに並列的に接続されており、内型２２Ｂに印加される交流電圧が外型２４に印加されている。これにより、外型２４を加熱することができる。
【００３９】
なお、外型に通電する第２通電装置は、内型に通電する通電装置とは、別の装置で構成してもよい。また、外型に通電する第２通電装置と、内型に通電する通電装置とで、外型と内型に印加する電圧を調整することによって、外型と内型との間で短絡が生じるのを防止できる。また、この場合、シート状の成形基材の強化繊維に導電性を有する繊維（例えば、炭素繊維）が用いられている場合に、外型と内型との間で、当該強化繊維に電気が通り、強化繊維が発熱する。これにより、強化繊維の周りで、熱可塑性樹脂の粘度が低下し、強化繊維に対して熱可塑性樹脂が含浸し易くなる。
【００４０】
≪第３実施形態≫
次に、内型２２について、さらに他の形態を例示する。図９は、第３実施形態に係る内型２２Ｃを備えたパイプ成形装置２０Ｃの使用状態を図示している。図１０は、かかるパイプ成形装置２０Ｃの使用状態を示す断面図である。
【００４１】
図９及び図１０に示す形態では、内型２２Ｃは、所定温度以上に加熱された際に外径が大きくなる形状記憶合金からなる。この場合、加熱装置は、内型２２Ｃに高周波電流を通電する通電装置２６Ｃを備えているとよい。かかる内型２２Ｃは、所定温度以上に加熱された際に外径が大きくなるように構成するとよい。かかる内型２２Ｃには、例えば、ニッケル−チタン系の合金（Ｎｉ−Ｔｉ系）又は鉄系の形状記憶合金がある。これらの形状記憶合金には、例えば、市販されている形状記憶合金から変形が生じる温度条件や変形量などの条件が適当な形状記憶合金を用いることができる。かかる形状記憶合金は、例えば、大同特殊鋼株式会社、住友金属工業株式会社、株式会社古河テクノマテリアル、株式会社栗本鉄工所などによって提供されている。また、上記の他、かかる樹脂成形に用いることができる形状記憶合金としては、例えば、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｚｒ合金、Ｔｉ−Ｔａ合金、Ｔｉ−３２Ｔａ合金、Ｔｉ−２７Ｔａ−５Ａｌ合金などがある。形状記憶合金は、所定温度以上に加熱されると形状が回復し、記憶処理が施された元の形状に戻る性質を有している。従って、内型２２Ｃに用いられる形状記憶合金としては、樹脂の成型温度に応じた所定の温度で変態する形状記憶合金を選択するとよい。また、内型２２Ｃに用いられる形状記憶合金は、所定温度以上で所要の膨張が得られるように形状の記憶処理が施されているとよい。
【００４２】
この場合、内型２２Ｃは、シート状の成形基材１０に含まれる熱可塑性樹脂を溶融させる程度に加熱され、当該加熱工程中に内型２２Ｃの外径が大きくなるとよい。また、内型２２Ｃは、シート状の成形基材１０の内側に所要の圧力を生じさせるとよい。このため、内型２２Ｃを所定温度に加熱した際に、内型２２Ｃの外径が数％大きくなる程度の変形でもよい。この場合、例えば、シート状の成形基材１０に含まれる熱可塑性樹脂の融点よりも３０℃〜５０℃高い温度（成型温度）に内型２２Ｃを加熱するとよい。例えば、シート状の成形基材１０に含まれる熱可塑性樹脂がナイロン６である場合には融点が２２５℃程度であり、２５５℃〜２７５℃程度に内型２２Ｃを加熱するとよい。また、シート状の成形基材１０に含まれる熱可塑性樹脂がポリプロピレンである場合には、融点が１７０℃程度であり、２００℃〜２２０℃程度に内型２２Ｃを加熱するとよい。この際、内型２２Ｃに用いる形状記憶合金を選択する際に、成型する熱可塑性樹脂の成型温度を考慮して、適当な温度で逆変態する形状記憶合金を選択するとよい。例えば、内型２２Ｃに用いられる形状記憶合金が逆変態する温度は、樹脂の成型温度の範囲内、或いは、樹脂の成型温度よりも低くてもよい。また、成型する熱可塑性樹脂を十分に溶融させてから内圧を掛けたい場合には、形状記憶合金が逆変態する温度は、樹脂の成型温度よりも高くてもよい。また、外型２４は、かかる内型２２Ｃの膨張に対して変形しないように、所要の剛性を備えているとよい。
【００４３】
このパイプ成形装置２０Ｃによれば、図９及び図１０に示すように、内型２２Ｃの外周面にシート状の成形基材１０を巻き、当該シート状の成形基材１０が巻かれた内型２２Ｃを筒状の外型２４の内部に収容する。そして、内型２２Ｃに通電することによって、内型２２Ｃを加熱するとともに内型２２Ｃを膨張させて、内型２２Ｃの外周面と外型２４の内周面との間でシート状の成形基材１０を加熱するとともに加圧する。これによって、シート状の成形基材１０を外型２４の内周面に沿った形状に成形することができる。なお、内型２２Ｃの外周面とシート状の成形基材１０との間に、内型２２Ｃの外周面が成形品に引っ付くのを防止するための離型処理を施してもよい。例えば、内型２２Ｃの外周面とシート状の成形基材１０との間に、成形品が引っ付くのを防止するフィルムを介在させてもよい。また、成型後は、形状記憶合金が逆変態する温度よりも低い温度に冷却してから成形品を脱径するとよい。この際、外型２４は、周方向において分割が可能な割型（図１６参照）とし、外型２４を分割して脱型するとよい。また離型時に、内型２２Ｃの外径を収縮させる治具を用い、内型２２Ｃを収縮させて脱型してもよい。
【００４４】
≪第４実施形態≫
さらに他の形態を例示する。図１１は、第４実施形態に係る内型２２Ｄを備えたパイプ成形装置２０Ｄの使用状態を図示している。図１２は、かかるパイプ成形装置２０Ｄの使用状態を示す断面図である。
【００４５】
この内型２２Ｄは、図１１に示すように、金属製の芯材８２に、筒状の形状記憶合金からなる外輪部材８４を装着している。かかる外輪部材８４は、所定温度以上に加熱された際に外径が大きくなる形状記憶合金からなる。この場合、加熱装置は、芯材８２に高周波電流を通電する通電装置２６Ｄを備えているとよい。また、外型２４は、かかる内型２２Ｄの膨張に対して変形しないように、所要の剛性を備えているとよい。このように内型は、少なくとも一部において、所定温度以上に加熱された際に外径が大きくなる形状記憶合金からなる部位を有し、加熱装置は、内型の形状記憶合金からなる部位を加熱する装置でもよい。
【００４６】
このパイプ成形装置２０Ｄによれば、図１１及び図１２に示すように、内型２２Ｄの外周面（この実施形態では、外輪部材８４の外周面）にシート状の成形基材１０を巻き、当該シート状の成形基材１０が巻かれた内型２２Ｄを筒状の外型２４の内部に収容する。そして、内型２２Ｄの芯材８２に高周波電流を通電する。内型２２Ｄの芯材８２に高周波電流を通電すると、芯材８２の表皮部分８２ａを中心として芯材８２が発熱する。この実施形態では、芯材８２が発熱すると、形状記憶合金からなる外輪部材８４が加熱されるとともに外輪部材８４の外径が大きくなる。これにより、外輪部材８４の外周面と外型２４の内周面との間で、シート状の成形基材１０が加熱されるとともに加圧される。これによって、シート状の成形基材１０を外型２４の内周面に沿った形状に成形することができる。
【００４７】
このように、内型２２Ｄは、図１１に示すように、所定温度以上に加熱された際に外径が大きくなる筒状の形状記憶合金で構成された外輪部材８４が、金属製の芯材８２の外周面に装着されている。この内型２２Ｄは、芯材８２に高周波電流を通電することによって、外輪部材８４を加熱するとともに、外輪部材８４を膨張させることができる。これによって、外輪部材８４の外周面と外型２４の内周面との間で、シート状の成形基材１０を加熱するとともに加圧することができ、シート状の成形基材１０を外型２４の内周面に沿った形状に成形することができる。なお、外輪部材８４の外周面とシート状の成形基材１０の間に、外輪部材８４の外周面が成形品に引っ付くのを防止するための離型処理を施してもよい。例えば、外輪部材８４の外周面とシート状の成形基材１０の間に、外輪部材８４の外周面が成形品に引っ付くのを防止するフィルムを介在させてもよい。
【００４８】
≪第５実施形態≫
さらに他の形態を例示する。図１３は、第５実施形態に係る内型２２Ｅを備えたパイプ成形装置２０Ｅの使用状態を図示している。図１４は、かかるパイプ成形装置２０Ｅの使用状態を示す断面図である。また、図１５は、かかるパイプ成形装置２０Ｅの変形例を示している。
【００４９】
内型２２Ｅは、図１３及び図１４に示すように、所定温度以上に加熱された際に溶ける低融点金属材料からなる芯材１０２を備えている。この実施形態では、芯材１０２は、シート状の成形基材１０に含まれる熱可塑性樹脂の溶融温度よりも低い温度で溶融する低融点金属材料が用いられている。かかる低融点金属材料は、所定温度以上に加熱された際に溶けて膨張する。かかる低融点の金属材料としては、例えば、ビスマス（Bi）（MP=約281℃（554K））、錫（Sn）（MP=約232℃（505K））、亜鉛（Zn）（MP=約419℃（692K））などが挙げられる。ここで、MPは、融点（melting point）を示している。
【００５０】
また、低融点金属材料は、合金でもよい。例えば、Ｓｎ（錫）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｐｂ（鉛）、Ｃｄ（カドニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｚｎ（亜鉛）などの共晶合金を用いることができる。例えば、ビスマス−アンチモン合金（Bi-Sb合金）、ビスマス−リチウム合金（Bi-Li合金）、亜鉛−錫合金（Zn-Sn合金）、鉛−錫合金（Pb-Sn合金）などがある。全率固溶型のビスマス−アンチモン合金（Bi-Sb合金）の融点は、ビスマスとアンチモンの組成比に応じて、Biの融点（約281℃）から連続的に変化する。また、Biが0.5〜1質量%のビスマス−リチウム合金（Bi-Li合金）は、融点は約243℃である。また、亜鉛−錫合金（Zn-Sn合金）は、亜鉛と錫の濃度に応じて融点が調整される。当該合金の融点は、組成比に応じて約198℃から232℃まで、変化させることができる。また、鉛−錫合金（Pb-Sn合金）の融点は、共晶型合金で、融点は183℃〜232℃である。
【００５１】
かかる低融点金属材料は、例えば、融点や、固体−液体の体積膨張率等を勘案して適当な金属材料を用いるとよい。また、芯材１０２に用いるのに適当な低融点金属材料として、成型する熱可塑性樹脂の融点又は成型温度に応じて、適当な温度で溶ける低融点金属材料を選択するとよい。例えば、熱可塑性樹脂の融点よりも高く、熱可塑性樹脂の成型温度よりも低い融点を有する低融点金属材料を選択してもよい。この場合、シート状の成形基材１０内で熱可塑性樹脂が溶融した後で、低融点金属材料が溶けてシート状の成形基材１０が内側から加圧される。この場合、熱可塑性樹脂が強化繊維に含浸し易くなる。また、熱可塑性樹脂の融点よりも低い融点を有する低融点金属材料を選択してもよい。この場合、内型２２Ｅに用いられた低融点金属材料が熱可塑性樹脂よりも先に溶ける。その後、さらに熱可塑性樹脂の成型温度まで加熱する。この場合、内型２２Ｅに用いられた低融点金属材料が熱可塑性樹脂よりも先に溶けるので、シート状の成形基材１０が内側から加圧され、その状態で、熱可塑性樹脂の成型温度まで加熱される。このように、内型２２Ｅに用いられた低融点金属材料は、所望の成形加工が行われるように、成形するシート状の成形基材１０に含まれる熱可塑性樹脂に対して所要の融点を有する低融点金属材料を選択するとよい。
【００５２】
また、この実施形態では、加熱装置２６は、芯材１０２に高周波電流を通電する通電装置２６Ｅを備えている。この実施形態では、外型２４の外周回りに捲回されたコイル１１２を備えており、通電装置２６Ｅは、当該コイル１１２に高周波電流を通電することによって、芯材１０２に誘導電流を生じさせている。また、この実施形態では、コイル１１２と外型２４とを、外型２４の軸方向に沿って相対的に移動させる移動機構１１４を備えている。当該移動機構１１４は、コイル１１２を外型２４に対して移動させる機構でもよいし、外型２４をコイル１１２に対して移動させる機構でもよい。
【００５３】
この実施形態では、コイル１１２に高周波電流を通電することによって、低融点金属からなる内型２２Ｅの芯材１０２に誘導電流が生じる。かかる誘導電流によって、芯材１０２が発熱する。この際、芯材１０２は、シート状の成形基材１０に含まれる熱可塑性樹脂の溶融温度よりも低い温度で溶融する低融点の金属材料を用いるとよい。かかる芯材１０２は、溶融すると体積が大きくなる。図１３の例では、外型２４の軸方向の両側端部を除く、中間部分でコイル１１２を移動させ、当該中間部分で、低融点金属からなる芯材１０２を溶融させるとよい。外型２４の軸方向の両側端部を除く、中間部分で芯材１０２を溶融させることができ、当該中間部分で芯材１０２の体積が大きくなる。外型２４は、芯材１０２の体積が大きくなった場合に、変形しないように所要の剛性を備えているとよい。このパイプ成形装置２０Ｅは、溶融した芯材１０２と外型２４の内周面との間で、シート状の成形基材１０を加熱するとともに加圧することができる。これによって、シート状の成形基材１０を外型２４の内周面に沿った形状に成形することができる。この場合、外型２４の軸方向の両側端部を除く中間部分において、シート状の成形基材１０を成形することができる。この場合、成形品は両側端部を切断して取り除くとよい。
【００５４】
また、内型２２Ｅがかかる低融点金属からなる芯材１０２を備えている場合には、図１５に示すように、外型２４は、芯材１０２の外周を覆う外装体１２２と、軸方向の両端を覆う栓体１２４とを備えていてもよい。この場合、芯材１０２の軸方向の両側端部が、栓体１２４で覆われているので、芯材１０２を全体として溶融させることができる。この場合、シート状の成形基材１０を全体として成形できる。
【００５５】
以上、内型２２について種々の形態を説明した。パイプ成形装置２０は、図１に示すように、加熱されることによって膨張する棒状の内型２２と、内型２２の外周を覆う筒状の外型２４と、内型２２を加熱する加熱装置２６とを備えている。かかるパイプ成形装置２０では、図１及び図２に示すように、シート状の成形基材１０を、棒状の内型２２の外周に巻いて筒状の外型２４の内部に収容する。そして、内型２２を加熱し、内型２２の外径を大きくする。これにより、内型２２の外周面と外型２４の内周面との間で成形基材１０を加熱するとともに加圧して、成形基材１０を外型２４の内周面に沿った形状に成形することができる。かかるパイプ成形装置では、シート状の成形基材１０には、強化繊維として連続繊維を用いることができる。また、強化繊維を所定の方向に揃えた状態で、内型２２と外型２４の間に配置することができる。このため、強化繊維が所定の方向に揃った熱可塑性樹脂を母材とするパイプを成形することができる。このように、このパイプ成形装置２０は、強化繊維として連続繊維を所定の方向に揃えた、熱可塑性樹脂を母材とするパイプを成形するのに、好適に用いることができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態に係るパイプ成形装置を種々説明したが、本発明に係るパイプ成形装置は、上述した実施形態に限定されない。
【００５７】
内型は、上述したように種々の形態を採用することができる。また、加熱装置は、上述したように、内型の構造に応じて適当な加熱装置を採用するとよい。例えば、シリコンラバーにニクロム線を挿通した形態では、ニクロム線に通電することによって、ニクロム線を発熱させることができる。この場合、加熱装置は、直流電源を用いてもよいし、交流電源を用いてもよい。また、内型を加熱する構造として、金属に高周波電流を通電させる構造を備えている場合、高周波電流は、金属に直接通電してもよいし、電磁誘導の作用で誘導電流を金属に生じさせてもよい。内型の材料、外型の材料などは、上述した材料に限定されず、上述したパイプ成形装置の機能を奏するように、適宜に適当な材料を選択するとよい。また、パイプ成形装置には、内型の加熱のために通電されるが、この場合、パイプ成形装置は適当な部位に絶縁体を介在させて配置するとよい。これにより、パイプ成形装置からの漏電を防止できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  シート状の成形基材
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ  パイプ成形装置
２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、２２Ｅ  内型
２４  外型
２６、２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅ  加熱装置（通電装置）
４２  シリコンラバー（膨張体）
４４  ニクロム線（電熱線）
４６  芯材
６２  芯材
６２ａ  表皮部分
６４  シリコンラバー（膨張体）
８２  芯材
８２ａ  表皮部分
８４  外輪部材
１０２  芯材
１１２  コイル
１１４  移動機構
１２２  外装体
１２４  栓体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2011062818.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2011062818.tif 000019
【図１６】
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【図１７】
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