(57)【要約】【課題】この発明は、フッ素樹脂シートと織物の補強材を重ね合わせて一体化した複合シートを成形型でプレス成形するに際し、複合シートにおける織物の補強材のたて糸又はよこ糸が四角形の成形型の少なくとも一辺となす角度を３０°〜６０°にして、補強材シートが成形時に破損、ひだが発生することなく、更に補強材シートの編み目がフッ素樹脂シートに追随して均一に伸びて、フッ素樹脂シート全域が補強材で一様に補強されるようするものである。【解決手段】フッ素樹脂シートと織物の補強材を重ね合わせて一体化した複合シートからなる伸縮継手用の成形体であって、複合シートにおける織物の補強材のたて糸又はよこ糸が、平面形状が四角形の成形型の少なくとも一辺となす角度を３０°〜６０°にして加熱下で加圧成形し一体化した深絞り成形体で、加圧加熱成形によって補強材の織物の編み目がフッ素樹脂シートの伸びに追随して伸びている伸縮継手用の深絞り成形体である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素樹脂シートと織物の補強材を重ね合わせて一体化した複合シートからなる伸縮継手用の成形体であって、複合シートにおける織物の補強材のたて糸又はよこ糸が、平面形状が四角形の成形型の少なくとも一辺となす角度を３０°〜６０°にして加熱下で加圧成形し一体化した深絞り成形体で、加圧加熱成形によって補強材の織物の編み目がフッ素樹脂シートの伸びに追随して伸びていることを特徴とする伸縮継手用の深絞り成形体。
【請求項２】
フッ素樹脂シートと織物の補強材を重ね合わせ一体化した複合シートにおける補強材の織物のたて糸又はよこ糸を、平面形状が四角形の成形型の一辺となす角度を３０°〜６０°にして配置するとともに、複合シートの周縁部を成形型の雄型または雌型の何れか一方の縁部に固定し、その後これを加圧加熱下で深絞り成形することを特徴とする伸縮継手用の深絞り成形体の製造方法。
【請求項３】
前記複合シートの周縁部と雄型または雌型の縁部との固定を、複合シートの伸びが他の部分の伸びを超える部分について、部分的に緩めることを特徴とする請求項２に記載の伸縮継手用の深絞り成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フッ素樹脂シートとガラスクロスなどの補強材を一体化した複合シートからなる伸縮継手用の深絞り成形体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、耐熱性、耐薬品性、電気的性質、低摩擦性などで優れた特性を有するフッ素樹脂の需要が各種の工業分野で急増しているが、反面その加工性、成形性については困難性があることがよく知られている。例えば、火力発電所、原子力発電所、製鉄所、セメント工場、化学プラントなどの排煙・排ガス系統、喚気装置系統などの各種ダクトにガス不透過性が確保される厚さ０．２〜１．０ｍｍのフッ素樹脂シートとガラスクロスなどの織物の補強材を一体化した伸縮継手が使用されている。図９は、こうした従来の伸縮継手の一部であって、図の右上にその一部を抽出してその詳細を斜視図で示している。この伸縮継手は軸方向、ねじれ、芯ずれなどの変位が吸収でき柔軟性、耐屈曲性に極めて優れている。
【０００３】
しかし、その伸縮継手を得るには、当該伸縮継手が角型形状などの場合やストレート部とコーナー部を持つ構造の場合、そのコーナー部でもストレート部と同等の耐久性強度や耐屈曲性をもった成形品とすることが必要であるが、これを実現することは非常に困難であった。それはコーナー部においても、ストレート部と同様な平面の複合シートを用いると、コーナー部における変位を吸収しきれないために複雑な折れしわが発生してしまうためである。これを解決するためには、複合シートはコーナー部などにおいて断面形状が円弧であることが好ましい。つまり、コーナー部の形状としては深絞り成形などによって、断面形状が円弧であることが好ましいが、このような成形体を複合シートによって製造することは従来から非常に困難であった。
【０００４】
即ち、フッ素樹脂シートに強度や耐屈曲性を付与して上記のような製品とするには、フッ素樹脂シートとガラスクロスなどの補強材を、熱溶融性フッ素樹脂を介して一体化して成形する方法が従来から採用されて来た。しかしながら、ガラスクロスなどの補強材はフッ素樹脂に比較して伸びが非常に小さいために、フッ素樹脂シートとガラスクロスなどの補強材の重ね合わせシートを、上記のようなコーナー部の形状として深絞り成形などによって断面形状が円弧状の成形品として製造することは非常に困難であった。
【０００５】
そこでフッ素樹脂の薄物で立体製品を製作する場合には、樹脂塊からの削り出しや、フッ素樹脂を分散媒に分散しこれをコーナーと一致した型の表面に塗布し乾燥してから焼成する方法なども採られていたが、削り出し法は工数がかかる上に余分な材料が必要になって非常にコストがかかっていた。また、後者の型の表面にフッ素樹脂分散液を塗布、乾燥して、これを焼成する方法は厚さ精度やシートのガス不透過性に問題が残るのみならず、これにガラスクロスなどの補強材を一体化させることも非常に困難であった。そのために従来は、フッ素樹脂シートとガラスクロスを加熱圧着した複合シートを特に型成形しないで、これに軸方向、ねじれ、芯ずれなどの変位が吸収できる余分な長さを持たせるようにして伸縮継手を形成して使用してきたが、これによると繰り返される振動やねじれによって補強材に局部的な損傷を生じ長期の寿命を保つことは困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、フッ素樹脂シートと織物の補強材を重ね合わせて一体化した複合シートを成形型でプレス成形するに際し、複合シートにおける織物の補強材のたて糸又はよこ糸が四角形の成形型の少なくとも一辺となす角度を３０°〜６０°にして、補強材シートが成形時に破損することなく、更に補強材シートの編み目がフッ素樹脂シートの伸びに追随して均一に伸びて、フッ素樹脂シート全域が補強材で一様に補強されるようするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、フッ素樹脂シートと織物の補強材を重ね合わせて一体化した複合シートからなる伸縮継手用の成形体であって、複合シートにおける織物の補強材のたて糸又はよこ糸が、平面形状が四角形の成形型の少なくとも一辺となす角度を３０°〜６０°にして加熱下で加圧成形し一体化した深絞り成形体で、加圧加熱成形によって補強材の織物の編み目がフッ素樹脂シートの伸びに追随して伸びていることを特徴とする伸縮継手用の深絞り成形体（請求項１）、フッ素樹脂シートと織物の補強材を重ね合わせ一体化した複合シートにおける補強材の織物のたて糸又はよこ糸を、平面形状が四角形の成形型の一辺となす角度を３０°〜６０°にして配置するとともに、複合シートの周縁部を成形型の雄型または雌型の何れか一方の縁部に固定し、その後これを加圧加熱下で深絞り成形することを特徴とする伸縮継手用の深絞り成形体の製造方法（請求項２）及び前記複合シートの周縁部と雄型または雌型の縁部との固定を、複合シートの伸びが他の部分を超える部分について、部分的に緩めることを特徴とする請求項２に記載の伸縮継手用の深絞り成形体の製造方法（請求項３）である。
【０００８】
この発明の要旨は、フッ素樹脂シートとガラス繊維などの織物の補強材を重ね合わせ一体化した複合シートを深絞り成形した伸縮継手用の成形体であって、複合シートにおける補強材の織物のたて糸又はよこ糸を、平面形状が四角形の成形型の少なくとも一辺となす角度が３０°〜６０°にして加熱下で加圧成形したもので、加圧成形によって補強材の織物の編み目がフッ素樹脂シートの伸びに追随して伸びているようにした伸縮継手用の深絞り成形体及びその製造方法である。
【０００９】
【発明の実施の態様】
この発明は、フッ素樹脂シートとガラスクロスなどの補強材の積層体を、成形型を用いて成形した伸縮継手用の深絞り成形体である。その用途は火力発電所、原子力発電所、製鉄所、セメント工場、化学プラントなどの排煙・排ガス系統、換気装置系統等の各種ダクトなどの軸方向、ねじれ、芯ずれなどの複雑な振動や変位を吸収する目的で使用するものである。この発明で用いるフッ素樹脂シートは四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）である。厚さは、一般的に伸縮継手に使用する場合は、ガス不透過性を確保することが必要であるから０．２〜１．０ｍｍのものが用いられている。しかし、このフッ素樹脂シート単独では強度や耐屈曲性が不足するので、これに補強材を一体化して使用する。この補強材はたて糸とよこ糸が直交する耐熱性クロス材で、例えばガラス繊維、炭素繊維、芳香族ポリアミド繊維などを用いる。この織布は、補強材としての強度を高めるため或いはフッ素樹脂シートとの接着性を高めるために、これにあらかじめフッ素樹脂ディスパージュンを含浸したものでもよい。このフッ素樹脂ディスパージョンとしては、四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル系重合樹脂（ＰＦＡ）などが用いられる。
【００１０】
上記のフッ素樹脂シート１とガラス繊維クロスなどの補強材２を、図２に示すように重ね合わせて複合シート３とするが、フッ素樹脂のＰＴＦＥシートは溶融粘度が高く熱接着が十分にできないので、フッ素樹脂シート１と補強材２を強固に接合して一体化するには、例えばフッ素樹脂シート１と補強材２の間に熱溶融性フッ素樹脂シート４を挟んで加圧加熱する方法が一般に広く行なわれている。この熱融着性フッ素樹脂としては、四ふっ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合樹脂（ＰＦＥＰ）などがある。また、フッ素樹脂シート１の表面に図示しない熱溶融性フッ素樹脂のディスパージョンを塗布して、この層の上に補強材２を重ね合わせて加圧加熱する方法などもある。なお、この段階ではこれらを加熱融着したシートを作らないで、フッ素樹脂シートと補強材の間に熱溶融フッ素樹脂シートを挟んだ３枚重ねシートのままとし、これを成形型にセットしその後これを深絞り成形する際に、フッ素樹脂シートと補強材を一体化するようにしてもよい。
【００１１】
上記のようにして一体化した複合シート３は、深絞りの成形型の雌型１２に配置して固定する。複合シート３を雌型１２に配置するには、図３に示すように複合シート３における補強材２のたて糸又はよこ糸が、四角形をした雌型１２の平面である開口面の少なくとも一辺となす角度が３０°〜６０°の範囲となるようにして配置する。図３にあっては、補強材のガラスクロスのたて糸が雌型１２の矢印５０で示す長手方向と４５°の角度で配置されている。なお、複合シート３を成形型にセットする際は、ガラスクロスなどの補強材を雌型の内面に配置するのが通常で、雄型で押圧する面にフッ素樹脂シートを配置するが、図３ではガラスクロスのたて糸又はよこ糸が雌型の矢印５０で示す長手方向となす角度が分かるようにするため、便宜的にガラスクロスの編み目を表側にして表してある。複合シート３における補強材２のたて糸又はよこ糸を雌型１２の一辺とこうした位置関係で配置すると、これを用いて加圧成形した場合には、補強材２はその編み目の対角線方向もしくはそれに近似した方向に伸ばされてフッ素樹脂シートの伸びに追随するようになる。その結果、補強材の破れ、フッ素樹脂シートのしわの発生、フッ素樹脂シートと補強材の剥離といったことなどが生じない製品とすることができる。補強材のたて糸又はよこ糸が成形型の少なくとも一辺となす角度が３０°未満或いは６０°超では編み目の対角線方向が成形型の長さ方向と大きく異なって、加圧成形に際して補強繊維を成形型の長手方向に沿って十分に伸ばすことができない。補強材のたて糸又はよこ糸が成形型の少なくとも一辺となす角度のさらに好ましい範囲は４０°〜５０°である。
【００１２】
複合シート３を雌型１２にセットする手順の詳細は図４に示されている。まず、雌型１２に複合シート３を載せる。次に、この複合シート３を雌型１２の周囲に固定するために複合シートの４辺に固定プレート１３，１４を載置する。さらに、固定プレート１３，１４を雌型１２に固定するには、固定プレート１３，１４の所定間隔の支持点１５，１５，…を、例えば図示しないしゃこ万力で固定する。これによって複合シート３は雌型１２の周囲に固定されて加圧成形した際にテンションがかかるようになって、得られた成形品にひだが発生するのを防ぐことができる。この状態に複合シートをセットした後、雄型１６を常法により図３の矢印６０で示す方向に下降させ、複合シート３を加圧成形して深絞り成形する。加圧成形に際して、複合シート３に伸びが部分的に限界以上に生じた場合はガラスクロスなどの補強材が破損する恐れがあるので、その場合は複合シート３周囲を固定している図示しないしゃこ万力を調整して、その部分の固定を緩めてながら加圧を行っていく。
【００１３】
図５は、雄型１６を雌型１２に下降させて加圧成形した状態を示したものである。なお、図５においても、固定プレート１３，１４の支持点１５，１５，…を固定しているしゃこ万力は省略されている。加圧成形は加熱して行なわれる。成形型の加熱は、例えば成形型を加圧した状態にしてこれを電気炉内に放置することによって行なわれる。また、成形型の加熱は、複合シートを成形型にセットする前にあらかじめ加熱することによってもよい。加圧加熱成形は、例えば温度２５０〜４５０℃、圧力０．５〜５ｋｇｆ／ｃｍ２  、保持時間１０ｍｉｎ  で行なわれる。図６（Ａ）は図５のＹ−Ｙ断面図、図６（Ｂ）は図５のＺ−Ｚ断面図である。成形後は冷却して脱型するが、ここにおける冷却も通常の方法、例えば成形型を電気炉内から取出し送風機で空冷し、その後にこれを水槽に投入することによって行なう。なお、上記実施例では複合シートは雌型にセットしたが、これを雄型側にセットするようにしても成形を行うことができる。その後は脱型してバリを除去して製品とする。図１で、１０はこの発明の一実施例になる深絞り成形体である。
【００１４】
【実施例】
（実施例１および比較例１）
巾５００ｍｍ、長さ９００ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのフッ素樹脂シート（ＰＴＦＥ）を用い、補強材としてガラスクロスを使用した。ガラスクロスは、ヤーン太さを１．５ｍｍとし、織り込み本数はたて糸３２本／１００ｍｍ，よこ糸３２本／１００ｍｍとした。フッ素樹脂シートとガラス繊維の複合シートは、複合シートにおけるガラスクロスのよこ糸がフッ素樹脂シートの長さ方向と４５°の角度となるように重ね合わせ、この間に０．０１ｍｍの熱溶融性フッ素樹脂シート（ＰＦＡ）を挟み、これを温度３６０℃、圧力１７ｋｇｆ／ｃｍ２  、保持時間１０ｍｉｎ  で加圧加熱して、フッ素樹脂シートとガラスクロスの補強材を一体化して得た。
【００１５】
この複合シートを図３及び図４に示すものと同様の成形型の雌型開口部にセットした。即ち、成形型は開口面の平面形状は巾１８０ｍｍ、長さ６００ｍｍで、深さ７６ｍｍ（図７（Ｂ）参照）で、これに複合シートの縁部を固定プレートによって押さえ付け、その上から約２００ｍｍ間隔でしゃこ万力によって固定した。この状態で図３に示すように雄型１６を矢印６０の方向に下降して雌型１２に嵌合し加圧して加熱成形を行った。加圧成形に際しては、複合シートの緊張状態を勘案して、複合シートの伸びが他の部分よりも著しい部分のしゃこ万力を緩めて、複合シートが型内にのめり込むようにした。成形時の加熱温度は３６０℃、圧力４ｋｇｆ／ｃｍ２  、保持時間１０ｍｉｎ  で行った。成形後は冷却して脱型した。成形型の加圧は加熱した成形型を電気炉に放置することによって行い、また冷却は送風機による空冷の後に成形型を水槽に投入することによって行った。その後、成形体を脱型してバリを除去した。これによって図１に示すような形状の深絞り成形体１０で、フッ素樹脂シートとガラス繊維の補強材が一体化して、破損、ひだの無い奇麗な深絞り成形体を得ることができた。
【００１６】
実施例で得られた成形体と同じ成形体を試験品として耐屈曲試験を行った。図３に示す成形型で得られた深絞り成形体は、そのサイズが図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示すもので行った。図７の（Ａ）は深絞り成形体の側面を示すもので、同図（Ｂ）は図（Ａ）のＸ−Ｘ断面を示すものである。屈曲試験は、図８に示すような屈伸装置３０によって行なった。屈伸試験装置３０は、架台２２の上で深絞り成形体１０の試験品の一側の止め部２３を図示しないビスで取り付けた固定部材２４と、深絞り成形体１０の試験品の他側の止め部２５を同じようにビスで取り付けた摺動部材２６と、この摺動部材２６に連結されているクランク軸２７と、摺動部材２６を往復同させる駆動原２８とで構成されている。上記の固定部材２４は架台２２に不動に固定されているが、摺動部材２６はレール２９の上で矢印４０方向に往復動されるように取り付けられている。屈伸装置３０の摺動部材２６は、回転運動する駆動原２８と連結されているクランク軸２７で矢印４０方向に往復運動し、深絞り成形体２０の試験品は固定部材２４側に繰返し屈伸を行った。摺動部材２６の伸縮巾は１００ｍｍ、伸縮速度は１００回／分で、伸縮１，０００回、３，０００回、５，０００回、１０，０００回、５０，０００回毎に外観を観察して異常の有無を確認した。また、前記各回の伸縮後に、試験品を切り出してこれについて引張り試験を行った。
【００１７】
引張り試験の試験片は、表１に示す５種の屈曲試験を行った試験品から補強材のガラスクロスのたて糸に沿った形で各５個、合計２５個を切り出してこれを引張り試験片とした。サイズは長さ１５０ｍｍ×巾２５ｍｍとした。引張り試験はＪＩＳ  Ｒ  ３２４０に準拠して各伸縮回ごとに切り出した５個の平均値をもってその引張り強度とした。以上の屈曲試験結果を表１に、引張り試験の結果を表２にを示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
【表２】
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【００２０】
表１から明らかなように、この発明の成形品では屈曲回数１，０００回から５０，０００回のいずれの場合でも異常は認められなかった。
【００２１】
また、引張り試験では、屈曲１，０００回から屈曲５０，０００回までの各段階での試験片はいずれも１．００ＫＮ／２５ｍｍ以上で、実機に使用して全く問題の生じないものであることが分かった。
【００２２】
（比較例１）
実施例１と同様のフッ素樹脂シート（ＰＴＦＥ）と補強材のガラスクロスを用いて、ガラスクロスのよこ糸がフッ素樹脂シートの長さ方向と４５°の角度となるように重ね合わせ、この間に０．０１ｍｍの熱溶融性フッ素樹脂シート（ＰＦＡ）を挟み、これを温度３６０℃、圧力１７ｋｇｆ／ｃｍ２  、保持時間１０ｍｉｎ  で加圧加熱して、フッ素樹脂シートとガラスクロスの補強材を一体化した複合シートを得た。
【００２３】
この複合シートを実施例と同様に図３及び図４に示す成形型にセットした。複合シートの周囲は、成形型の縁部で固定プレートを用いて固定しなかった。この状態で図３に示すように雄型１６を矢印の方向に下降して雌型１２に嵌合し加熱して加圧成形をおこなった。成形は、加熱温度３６０℃、圧力４ｋｇｆ／ｃｍ２  、保持時間１０ｍｉｎで行った。成形後は冷却して脱型した。成形型の加熱、冷却は実施例と同様にしておこなった。これによって得られたフッ素樹脂シートとガラス繊維の一体成形品は、ひだが入って商品価値は認められないものであった。
【００２４】
【発明の効果】
この発明によると、補強材を一体化したフッ素樹脂の深絞りプレスの立体成形品であって、プレス成形時に補強材が破損されるようなことがないので、フッ素樹脂シートと補強材を一体化した高強度の深絞り成形体を得ることが出来るようになった。また、その製品は表面にひだがなく滑らかで商品価値でも優れたものであった。しかも、この発明の一体成形はプレス成形であるからコストの面でも優れたものである。従って、これを用いると例えば、火力発電所、原子力発電所、製鉄所、セメント工場、化学プラントなどの排煙・排ガス系統、換気装置系統等の各種ダクトにガス不透過性が確保される厚さのフッ素樹脂シートとガラスクロスなどの織物の補強材を一体化した柔軟性と耐屈曲性を付与された伸縮継手のコーナー部が、低コストでしかも簡便に作成することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によって得られた一実施例の深絞り成形体の斜視図。
【図２】この発明の成形体の製造に用いる複合シートとその構成部材の構成を示す説明図。
【図３】この発明の成形体の製造に用いる一実施例の成形型に複合シートを配置したものの斜視図。
【図４】この発明の成形体の製造に用いる一実施例の成形型に複合シートを配置したものの分解図。
【図５】この発明の成形体の製造に用いる一実施例の成形型に雄型を嵌合したものの斜視図。
【図６】（Ａ）は図５のＹ−Ｙに沿う断面図、（Ｂ）は図５のＺ−Ｚに沿う断面図。
【図７】屈曲試験品のサイズを示す寸法図。
【図８】屈伸試験装置の斜視図。
【図９】従来の伸縮継手の斜視図
【符号の説明】
１…フッ素樹脂シート、２…補強材、３…複合シート、４…熱溶融性フッ素樹脂シート、１０…深絞り成形体、１２雌型、１３，１４…固定プレート、１５…支持点、１６…雄型、３０…屈伸試験装置、２２…架台、２３…一側の止め部、２４…固定部材、２５…他側の止め部、２６…摺動部材、２７…クランク軸、２８…駆動原、２９…レール。
【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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