(57)【要約】【課題】ブレイダー装置を用いてブレイディング処理してなる繊維強化プラスチック製コイルスプリングをケーブルの被覆材とし、一端の回転を他端に伝達し得る回転伝達性と、長さ方向の途中で自由に曲げられる可撓性とを同時に併せ持ったケーブルを提供すること。【解決手段】軸線に対する組角度が±θ°の組糸で組織した組物層と、軸線に対する組角度が±θ°の組糸と軸線に対する角度が０°の中央糸で組織した組物層とを選択的に組み合わせて複数層積層して組紐組織体とし、前記組紐組織体を螺旋状に巻き付けてＦＲＰブレイディングスプリングＣＳを成形してなり、前記ＦＲＰブレイディングスプリングをケーブルＣａの被覆材としたことを特徴とするＦＲＰスプリングケーブル。【選択図】図１
2005014346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に対する組角度が±θ°の組糸で組織した組物層と、軸線に対する組角度が±θ°の組糸と軸線に対する角度が０°の中央糸で組織した組物層とを選択的に組み合わせて複数層積層して組紐組織体とし、前記組紐組織体を螺旋状に巻き付けてＦＲＰブレイディングスプリングを成形してなり、前記ＦＲＰブレイディングスプリングをケーブルの被覆材としたことを特徴とするＦＲＰスプリングケーブル。
【請求項２】
前記ＦＲＰブレイディングスプリングのバネ定数を規定する要因が、前記一対の組糸の組角度±θ°の値に応じたものからなり、組糸の組角度を変化させることによって、同線径、同巻き径で異なるバネ定数のブレイディングスプリングとするものからなることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰスプリングケーブル。
【請求項３】
前記ＦＲＰブレイディングスプリングが、回転伝達性並びに可撓性の双方の性能を有し、組糸の組角度±θ°の値を変化させることによって、回転伝達性並びに可撓性を変えるようになしたことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰスプリングケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ブレイダー装置を用いてブレイディング処理してなる繊維強化プラスチック（ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ  ：以下、  ＦＲＰという）製の長尺の剛性構造体であって、特に、ＦＲＰ製のコイルスプリング構造体であり、その一端の回転を他端に伝達し得ることと、長さ方向の途中で自由に曲がることとを同時に満足するようにしたＦＲＰスプリングケーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、例えば、長尺なコイルスプリングは、長さ方向の途中で自由に曲げることができるが、回転を一端から他端へ伝達することは困難である。一方、金属製の剛直なロッドは、一端に加えた回転を他端に伝達することができるが、その長さ方向の途中で自由に曲げることは困難なものである。さらにまた、ゴムホースのようなフレキシブルパイプは、自由に曲げることができるが、回転の伝達力には限度がある。
【０００３】
この発明は、同一出願人の開発にかかる先行出願（特願２００２−１０７３９７号）の技術内容に関連するものであって、ＦＲＰのブレイディング処理により組紐状に組成したプリプレグをコイルスプリング状に樹脂成形してなるＦＲＰ製のコイルスプリング構造体であり、上記する二種類の性能、即ち、一端の回転を他端に伝達し得る回転伝達性と、長さ方向の途中で自由に曲げられる可撓性とを同時に併せ持ったＦＲＰ製のコイルスプリングケーブルを提供することにある。
【０００４】
ＦＲＰ材料は、ガラス繊維、炭素繊維などの繊維素材を種々のプラスチックのマトリックスでかためて成形した複合材料であり、軽量で、強度が高く、且つ弾性率が高いという特性を有している。さらに、このＦＲＰ材料は、疲労強度が高く、振動減衰性にすぐれており、電気絶縁性が高いという特性を有している。さらにまた、このＦＲＰ材料は、耐薬品性，耐食性がよいなどのさまざまな特性を有するものである。この特性を生かして，航空宇宙、車輌、化学薬品、その他一般産業分野などに利用される可能性は多大であり、それらのためのＦＲＰ組成物構造材として極めて有効な素材であるものといえる。
【０００５】
この発明は、上記する諸特性を有するＦＲＰ材料によって、一端の回転を他端に伝達し得る回転伝達性と、長さ方向の途中で自由に曲げられる可撓性とを同時に併せ持ったコイル状のスプリング（ｃｏｉｌｅｄ  ｈｅｌｉｃａｌ  ｓｐｒｉｎｇｓ）を供し、これを所望のケーブルの被覆材としようとするものである。この発明において、前記コイル状のスプリングは、圧縮コイルバネ（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｃｏｉｌｅｄ  ｓｐｒｉｎｇｓ）、引張りコイルバネ（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｃｏｉｌｅｄ  ｓｐｒｉｎｇｓ）、  ねじりコイルバネ（ｔｏｒｓｉｏｎ  ｃｏｉｌｅｄ  ｓｐｒｉｎｇｓ）を含むものである。
【０００６】
従来、樹脂製のコイルスプリングは、シリコンチューブなどの方法により成形されている。これは、成形硬化時に樹脂のフローなどの問題で、Ｖｆ（樹脂含有率）があがらないという問題点が指摘されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明では、ブレイダー装置を用いてブレイディング処理してなるＦＲＰスプリングの製造にあたって、ブレイディング過程における一対の組糸の組角度を変化させることによって、異なるバネ定数のコイルスプリングを設計可能になし、これを所望のケーブルに対する被覆構造体としたＦＲＰスプリングケーブルを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記する目的を達成するにあたって、具体的には、軸線に対する組角度が±θ°の組糸で組織した組物層と、軸線に対する組角度が±θ°の組糸と軸線に対する角度が０°の中央糸とで組織した組物層とを選択的に組み合わせて複数層積層して組紐組織体とし、前記組紐組織体を螺旋状に巻き付けてＦＲＰブレイディングスプリングを成形してなり、前記ＦＲＰブレイディングスプリングをケーブルの被覆材としたＦＲＰスプリングケーブルを構成するものである。
【０００９】
さらに、この発明は、前記ＦＲＰブレイディングスプリングのバネ定数を規定する要因が、前記一対の組糸の組角度±θ°の値に応じたものからなり、組糸の組角度を変化させることによって、同線径、同巻き径で異なるバネ定数のブレイディングスプリングとするものからなるＦＲＰスプリングケーブルを構成するものである。
【００１０】
さらにまた、この発明は、前記ＦＲＰブレイディングスプリングが、回転伝達性並びに可撓性の双方の性能を有し、組糸の組角度±θ°の値を変化させることによって、回転伝達性並びに可撓性を変え得るようになしたＦＲＰスプリングケーブルを構成するものでもある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明になるＦＲＰスプリングケーブルについて、図面に示す具体的な実施例にもとづいて詳細に説明する。図１は、この発明になるＦＲＰスプリングケーブルの基本構成を示すものであって、図１Ａは、当該ＦＲＰスプリングケーブルの一例を示す概略的な側面図、図１Ａ’は、図１Ａに示すＦＲＰスプリングケーブルの一部を拡大して示す概略的な部分破断拡大側面図、図１Ｂは、一例になるケーブルの概略的な側面図、図１Ｃは、ＦＲＰスプリングケーブルの螺旋状の巻き径内にケーブルを挿通して組み合わせた状態の概略的な側面図である。図２は、この発明になるＦＲＰスプリングケーブルを製造するに適合する具体的なブレイダー装置例を示す概略的な側面図である。
【００１２】
一方、図３は、ＦＲＰスプリングの基本構成を示すものであり、図３Ａは、当該ＦＲＰスプリングの概略的な側面図、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄは、図３ＡにおけるＸ−Ｘ線に沿った断面を示すものであって、図３Ｂは、ＦＲＰスプリングが中実組紐組織体の例を示す断面図、図３Ｃは、ＦＲＰスプリングが中空組紐組織体の例を示す断面図である。さらに、図３Ｄは、この発明の他の構成例であって、金属ケーブルのまわりにブレイディングによる組紐組織層を形成し、これを螺旋状に巻き付けてなるＦＲＰスプリングケーブルの例を示す断面図である。
【００１３】
図４は、ブレイダー装置によって製織される組紐組織体の基本的構成を示す概略的な斜視図であり、図５は、この発明になるＦＲＰスプリングのための組紐組織体を製織するための多連式ブレイダー装置の基本構成の一例を示す概略的な側断面図である。
【００１４】
まず、図５に基づいて、この発明になるＦＲＰスプリングの製造に用いられる多連式ブレイダー装置の一構成例について説明する。図５において、多連式ブレイダー装置は、マンドレル自動供給装置（図示せず）と、縦型の複数のブレイダーユニットＢＲと、ラッピング装置ＲＡと、振れ防止具Ｏｓと、プリフォーム自動取出し装置Ｐｕとを、図中右側から順番に直列に配置してある。
【００１５】
前記ブレイダーユニットＢＲは、図５に示すように、マンドレルＭのまわりに組紐組織層２を形成するための組糸Ｙ（４、４）および中央糸ｙ（５）を繰り出すものである。この発明において、ＦＲＰスプリングのための線材が、中空組紐組織体１０Ｂでなる場合には、前記マンドレルＭが用いられ、ＦＲＰスプリングのための線材が、中実組紐組織体１０Ａでなる場合には、前記マンドレルＭは不要である。
【００１６】
前記ブレイダーユニットＢＲは、マンドレルＭが通過する中心孔２１ａを有し且つ中心孔２１ａの外側に形成した波形の環状軌道（図示せず）の２条を有する垂直な軌道面２１と、これら環状軌道に案内されて相互に逆方向へ走行する２群の多数のボビンキャリアー２２と、軌道面２１から立設したボビンスタンドと、軌道面２１の環状軌道に囲まれた中心から立設した複数本の中央糸供給用の筒体２３とを備えている。
【００１７】
前記ボビンキャリアー２２は、マンドレルＭの表面で組角度±θ°で斜め交差する組糸Ｙ、Ｙ（４、４）を繰り出すものであり、組糸Ｙを巻いた組糸用ボビンＢがセットされる。前記ボビンスタンドは、マンドレルＭの表面にマンドレルの長手方向に沿わせて中央糸ｙ（５）を繰り出すためのものであり、中央糸ｙを巻いた中央糸用ボビンｂがセットされる。前記組糸Ｙ並びに中央糸ｙは、熱硬化性の樹脂を予め含浸した強化繊維が用いられる。
【００１８】
マンドレルＭは、図５中、右側のチャック（図示せず）で一定速度でおくられながら、表面に複数本の組糸Ｙ、Ｙが交差するように巻き付けられ、これに中央糸ｙが組み合わされ組紐組織層２が形成される。
【００１９】
一方、前記ラッピング装置ＲＡは、後端（図５中、左端）のブレイダーユニットＢＲの次に縦向きに配置されるものであり、マンドレルＭが通過する中心孔２４ａを有する大ギヤー２４と、この大ギヤー２４を回転自在に支持する複数個の支持ギヤー２５と、前記大ギヤー２４を強制回転させるためのギヤー付きモーター２６と、前記大ギヤー２４に取付けたテープ巻出具１８とを備えている。前記テープ巻出具１８は、テープ１３を巻いたテープリール１７が交換可能に装着される。前記テープ１３は、熱収縮性のテープが用いられ、テープリール１７から繰り出され、ガイドローラおよびテンションローラで案内されマンドレルＭの組紐組織体１０の表面に巻き付けられ、硬化前の組紐組織体１０を締めつけ、且つ、保護する。
【００２０】
前記ラッピング装置ＲＡは、組紐組織体１０の表面に巻き付けるテープ１３の張力を調節するために、テンション調節手段（図示せず）を備えている。テンション調節手段は、マンドレルＭの外径や送り速度あるいはテープ１３の厚みや巻き付け速度などの条件が異なる場合でも、適切なテープ張力を維持して、過張力によるテープ切れを極力少なくすることができる。
【００２１】
前記振れ防止具Ｏｓは、ラッピング装置ＲＡの次に配置されるものであり、相互に接近する方向へ押圧された振れ防止ローラ２７、２７の二組を備えている。この振れ防止具Ｏｓは、各組のローラ２７、２７でマンドレルＭの蛇行を防止するものである。前記プリフォーム自動取出し装置Ｐｕは、振れ防止具Ｏｓを出たマンドレルＭの先端を把持しつつ、マンドレルＭを前方へ引き出すためのチャック２８を備えている。
【００２２】
次いで、この発明になる組紐組織体の基本的構造について、図４に示す基本的な構成例にもとづいて詳細に説明する。図４に示す基本組織体１は、この発明の基本構成を特徴付けるべく、円筒状（パイプ状）組成体を、１層の組物層２に組成した概略図であって、本来は、当該組物層を複数層積層状に組織して組紐組織体１０を組成するものである。
【００２３】
図４に示す基本的な構成例において、前記組物層２は、軸線に対する組角度が±θ°の組糸４、４と、軸線に対する角度が０°の中央糸５によって組織されるものである。これらの組糸４、４と中央糸５とは、図５に示すように、マンドレルＭ（中実体の場合はマンドレルを用いない）のまわりに選択的に組み合わされ、マンドレルＭに沿って組紐組織体１０として製織される。
【００２４】
この発明に適用されるＦＲＰスプリングの製造方法は、予め樹脂が含浸された強化繊維をブレイダー装置ＢＲにセットし、ブレイディングによって組紐組織体１０を製織するブレイディング工程１１と、前記組紐組織体１０を製織しながら前記組紐組織体１０のまわりに連続的に熱収縮テープ１３を巻き付けるラッピング工程１２と、ラッピングされた組紐組織体１４を螺旋状に巻き付け、硬化してコイル状スプリング組織体ＣＳに成形するコイル成形工程１５とを含むものからなっている。
【００２５】
この構成例によれば、前記ブレイディング工程１１においては、ガラス、カーボン、有機繊維を利用して、予め樹脂（熱硬化性樹脂）が含浸された強化繊維をブレイダー装置ＢＲにセットし、ブレイディングによって組紐組織体１０を製織する。この発明では、組糸４  、４の組角度±θ°を変えることによって、例えば、組角度１０°の組紐組織体１０によって成形されるコイルバネと、組角度４５°の組紐組織体１０によって成形されるコイルバネとを比較した場合、コイル素線自体のせん断弾性係数Ｇが変化することにより、同じ線径ｒ、同じ捲き径Ｒ、同じ捲き数、同じ捲きピッチにしても、仕上がりにおけるコイルスプリングＣＳのバネ定数（バネ特性）を変えることができる。換言すれば、組糸４  、４の組角度±θ°だけを変化させることによって、異なるバネ定数のコイルスプリングＣＳを設計することができる。
【００２６】
一方、前記ラッピング工程１２は、前記組紐組織体１０を製織しながら前記組紐組織体１０のまわりに連続的に熱収縮テープ１３を巻き付ける工程である。このラッピング工程１２では、熱収縮テープ１３を収容するリール１７を前記組紐組織体１０のまわりに回転させ、該熱収縮テープ１３の捲きテンション，  捲きピッチを変化させて、製織された組紐組織体１０をラッピングする。このラッピングによって、樹脂が適度にフローして適度のＶｆ（樹脂含有率）を得ることができ、これにより，  材料自体の機械的特性があがる。また、該熱収縮テープ１３の捲きテンション，  捲きピッチを変化させることによって、種々のスプリング形状、機械的特性を作りだすことができる。
【００２７】
上記ラッピング工程１２の後、ラッピングされた組紐組織体１４は、螺旋状溝１６ａを備えたコイル成形ドラム１６に巻き付けていく。すなわち、コイル形状作製までの全てが、連続的に自動化でき、量産性が良くなる。その後、コイル成形ドラム１６ごと乾燥炉にて硬化させる。硬化後、ドラムを脱走芯し、熱収縮テープを取り除いて、ＦＲＰ製のコイルスプリングＣＳを得る。
【００２８】
前記ＦＲＰ製のコイルスプリングＣＳに関して、該ＦＲＰスプリングのバネ定数を規定する要因は、前記組糸の組角度±θ°の値に応じたものであり、前記組糸の組角度±θ°の値に応じて、当該スプリングの巻き長さ方向に異なるバネ定数の部分を一体連続的に有するコイルスプリングＣＳをも製作することができる。さらにまた、このコイルスプリングＣＳのための組紐組織体１０は、図３Ｂに示すような中実組紐組織体１０Ａによって構成することもでき、あるいは、図３Ｃに示すような中空組紐組織体１０Ｂによって構成することもできる。
【００２９】
一方、この発明では、図３Ｄに示すように、金属ケーブルＣａのまわりに、ブレイディングによる組紐組織層１０Ｃを形成し、しかる後、これを螺旋状に巻き付けてＦＲＰスプリングケーブルとするものであってもよい。すなわち、この発明では、金属ケーブルＣａのまわりに、軸線に対する組角度が±θ°の組糸で組織した組物層と、軸線に対する組角度が±θ°の組糸と軸線に対する角度が０°の中央糸で組織した組物層とを選択的に組み合わせて組紐組織層１０Ｃを形成し、これを螺旋状に巻き付けてＦＲＰスプリングケーブルとした構成のものを含むものである。
【００３０】
この発明では、上記するようにして造られたＦＲＰ製のコイルスプリングＣＳを図１Ｂに示すような所望のケーブルＣａの被覆材として適用する。即ち、この発明になるＦＲＰスプリングケーブル３１は、螺旋状に巻き付け成形してなるＦＲＰブレイディングスプリングＣＳと、前記ＦＲＰブレイディングスプリングＣＳの螺旋状の巻径内に挿通されるケーブルＣａとの組み合わせによって構成され、当該ＦＲＰスプリングケーブル３１は、一端の回転を他端に伝達し得る回転伝達性と、長さ方向の途中で自由に曲げられる可撓性とを同時に併せ持ったケーブルを構成するものである。
【００３１】
この発明では、前記ＦＲＰブレイディングスプリングＣＳの製造に関して、一対の組糸の軸線に対する組角度±θ°の調節設定により、例えば、組角度を９０°方向に近づけるほど、回転伝達力が減り、曲がりのしなやかさが増す。一方、組角度を０°方向に近づけるほど、回転伝達力が増し、曲がりのしなやかさが減るものであり、これらは、単に、組糸の組角度を変化させるだけでなしえる。
【００３２】
この発明になるＦＲＰスプリングケーブル３１は、例えば、曲がり管を含む下水道管などの管内調査用のケーブルに利用される。一般的に、管内調査をする時、通常、カメラやレーダーなどを搭載したケーブルを管内に挿入にて管内内壁や、管外の空洞などを調査する。この時にケーブル先端に搭載されているカメラなどの装置を直径方向に回転させて調査する。回転時は、装置搭載側の反対側を回転させることによって装置を回転させることができる。これらの動作を行う場合、手元で回転させた角度と装置の回転角度がほぼ一致することが要求される。また、管事態に曲がり部などがあるために、軸方向にしなやかに曲がることも要求される。今回のＦＲＰスプリングケーブルを利用することによって、複合材料がもつ材料の異方性を生かして、しなやかに軸方向に曲がって且つ回転力をケーブルの端から端まで伝えることができる。また、このスプリングケーブルの軸方向に剛性もあり、装置を装着したまま管内に押し込むこともできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の構成になるこの発明のＦＲＰスプリングケーブルによれば、ブレイダー装置によるブレイディング工程、これを螺旋状に巻き上げ硬化してＦＲＰ製コイルスプリングＣＳとする一連の製造過程において、組糸の組角度±θ°を変えることによって、他の要素（素線の径ｒ、捲き径Ｒ，  捲き数、捲きピッチなど）を変えることなく、異なったバネ定数のコイルスプリングを供し、このコイルスプリングをケーブルの被覆材として構成したことにより、一端の回転を他端に伝達し得る回転伝達性と、長さ方向の途中で自由に曲げられる可撓性とを同時に併せ持ったケーブルを提供することができる点において極めて有効に作用する。
【００３４】
さらに、この発明では、ブレイディングにより得られるＦＲＰ組織体を素線とするコイルスプリングによるＦＲＰスプリングケーブルを供するものであり、これは、軽量であり、強度並びに弾性率、さらには、電気絶縁性が高く、耐薬品性並びに耐蝕性に富むコイルスプリングを供し得るものであり、各種産業分野におけるケーブル構造部材として、その利用性は多大であり、その点において極めて有効に作用するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明になるＦＲＰスプリングケーブルの基本構成を示すものであって、図１Ａは、当該ＦＲＰスプリングケーブルＣＳの一例を示す概略的な側面図であり、図１Ａ’は、図１Ａに示すＦＲＰスプリングケーブルＣＳの一部を拡大して示す概略的な部分破断拡大側面図であり、図１Ｂは、所望のケーブルの概略的な側面図、図１Ｃは、ＦＲＰスプリングケーブルの螺旋状の巻き径内にケーブルを挿通して組み合わせた状態の概略的な側面図である。
【図２】図２は、この発明になるＦＲＰスプリングケーブルを製造するに適合する具体的なブレイダー装置例を示す概略的な側面図である。
【図３】図３は、この発明になるＦＲＰスプリングケーブルの具体的態様を示すものであって、図３Ａは、ＦＲＰスプリングの基本構成を示す概略的な側面図、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄは、図３ＡにおけるＸ−Ｘ線に沿った断面を示すもので、図３Ｂは、ＦＲＰスプリングが中実組紐組織体の例を示す断面図、図３Ｃは、ＦＲＰスプリングが中空組紐組織体の例を示す断面図である。さらに、図３Ｄは、この発明の他の構成例であって、金属ケーブルのまわりにブレイディングによる組紐組織層を形成し、これを螺旋状に巻き付けてなるＦＲＰスプリングケーブルの例を示す断面図である。
【図４】図４は、ブレイダー装置によって製織される組紐組織体の基本的構成を示す概略的な斜視図である。
【図５】図５は、この発明になるＦＲＰスプリングのための組紐組織体を製織するための多連式ブレイダー装置の基本構成の一例を示す概略的な側断面図である。
【符号の説明】
１  基本組織体
２  組物層
４、４  軸線に対する組角度が±θ°の組糸
５  軸線に対する角度が０°の中央糸
１０  組紐組織体
１０Ａ  中実組紐組織体
１０Ｂ  中空組紐組織体
１０Ｃ  組紐組織層
１１  ブレイディング工程
１２  ラッピング工程
１３  熱収縮テープ
１４  ラッピングした組紐組織体
１５  コイル成形工程
１６  コイル成形ドラム
ＢＲ  ブレイダーユニット
ＲＡ  ラッピング装置
Ｙ  組糸
ｙ  中央糸
Ｂ  組糸用ボビン
ｂ  中央糸用ボビン
ＣＳ  コイルスプリング
Ｃａ  ケーブル
３１  ＦＲＰスプリングケーブル
【図１】
2005014346.tif 000003
【図２】
2005014346.tif 000004
【図３】
2005014346.tif 000005
【図４】
2005014346.tif 000006
【図５】
2005014346.tif 000007