(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯型をその筒軸周りに回転させ、その芯型外面に成形材料３、４、５を送り込んで芯型周りに巻き付けて成形材料層を形成し、その筒状に形成された成形材料層を芯型から引き抜いて、強化プラスチック管Ｐを製造する方法において、
上記成形材料を押出機により直接に上記芯型外面に送り込むとともに、上記芯型の横断面を非円形とし、かつ、その押出機による押出し送り込み量を、前記成形材料が送り込まれる点の外面周速度の変化に対応して調節し、前記芯型への前記成形材料の送り込み量を常に一定として、上記成形材料層の厚みが一定となるようにしたことを特徴とする異形断面管の製造方法。
【請求項２】
芯型をその筒軸周りに回転させ、その芯型外面に成形材料３、４、５を送り込んで芯型周りに巻き付けて成形材料層を形成し、その筒状に形成された成形材料層を芯型から引き抜いて、強化プラスチック管Ｐを製造する方法において、
上記成形材料をホッパーから自重により直接に上記芯型外面に送り込むとともに、上記芯型の横断面を非円形とし、かつ、前記ホッパーからの送り込み量を、前記成形材料が送り込まれる点の外面周速度の変化に対応して調節し、前記芯型への前記成形材料の送り込み量を常に一定として、上記成形材料層の厚みが一定となるようにしたことを特徴とする異形断面管の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の異形断面管の製造方法において、上記押出機又はホッパーからの送り込み量を、前記成形材料が送り込まれる点の外面周速度の変化に対応して調節することに代えて、上記芯型の上記成形材料が送り込まれる点の外面周速度が一定になるように芯型を回転させるとともに、成形材料を単位時間当り一定量送り込むようにして、上記成形材料の送り込み量を常に一定としたことを特徴とする異形断面管の製造方法。
【請求項４】
芯型をその筒軸周りに回転させ、その芯型外面に成形材料３、４、５を送り込んで芯型周りに巻き付けて成形材料層を形成し、その筒状に形成された成形材料層を芯型から引き抜いて、強化プラスチック管Ｐを製造する方法において、
上記芯型の横断面を非円形とし、上記成形材料が帯状のものである場合には、その送り込み径路の途中にアキューム手段４０を設け、芯型を一定速度で回転させ、その芯型の上記成形材料が送り込まれる点の外面周速度の変化に対応して、前記アキューム手段により、前記成形材料の送り込み速度を調節して、前記芯型への前記成形材料の送り込み量を常に一定として、前記成形材料層の厚みが一定となるようにしたことを特徴とする異形断面管の製造方法。
【請求項５】
請求項３で引用する請求項１に記載の異形断面管の製造方法をなす装置において、上記芯型を回転させるその回転速度が調整可能なサーボモータにより上記芯型外面周速度が一定になるようにしたことを特徴とする異形断面管の製造装置。
【請求項６】
請求項４に記載の異形断面管の製造方法をなす装置において、芯型を回転させる手段と、帯状成形材料を芯型外面に送り込んで巻き付ける手段と、その成形材料の送り込み径路の途中に設けたアキューム手段とから成り、そのアキューム手段は、送り込み径路の案内ローラ間に、ばねにより成形材料を径路から押し出すアキュームローラを設けたものとし、芯型の周速度変化による成形材料の巻き付け速度の変化に応じてそのアキュームローラが進退するようにしたことを特徴とする異形断面管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筒状芯型に成形材料を巻き付けて管を製造するに際し、その管を横断面が非円形とする異形断面管の製造方法及びその製造装置に関するものである。ここで、非円形とは、卵形、楕円形及び四角形、六角形などの多角形等をいう（以下、同じ）。
【０００２】
【従来の技術】
強化プラスチック管には、繊維強化プラスチック管（以下、ＦＲＰ管という）や、そのＦＲＰ管において、その中間層にレジンモルタルを配した管（以下、ＦＲＰＭ管という）がある。
【０００３】
その強化プラスチック管の製造方法の一例として、フィラメントワインディング法があり、その方法を、この発明の一実施例を示す図１、図２を参照して説明すると、回転するマンドレル１上に紙、セロハンテープなどから成る離型テープ２を螺旋状に巻き付けて芯型を形成し、その芯型上にＦＲＰ３、レジンモルタル４、ＦＲＰ５を順々に送り出し巻き付けてマンドレル１の軸方向に送り出し、加熱器８で加熱硬化させた後、引取機９により引き取って所要長さに切断し、芯型から引き抜いて強化プラスチック管Ｐを得る。この管ＰはＦＲＰＭ管であって、ＦＲＰ管においては、レジンモルタル４が介在されず、ＦＲＰ３、５が所要層巻回される。図中、６はホッパ、７はモルタル搬送用不織布である。
【０００４】
ところで、近年、コンクリート製ボックスカルバートの老朽化が進み、その更新用二次覆工材として、ＦＲＰ管又はＦＲＰＭ管をそのカルバート内に敷設することが行われている。そのカルバートＱの横断面形状として、図８（ａ）乃至（ｊ）に記載のものがあり、それらのカルバートＱに敷設する二次覆工材用管Ｐは、流通面積の減少を極力抑える点から、でき得るかぎり、そのカルバートＱの内面形状に沿ったものが好ましい。より好ましくは、相似形がよい。図中、ＷはカルバートＱ内を流れる水位を示す。
【０００５】
しかし、各カルバートＱの内面形状に相似の横断面形状の管Ｐを製造することは、非常に困難であり、例えば、図８（ｈ）に示すカルバートＱにあっては、図９に示すように、横断面楕円形の管Ｐを使用する。
【０００６】
その横断面楕円形の強化プラスチック管Ｐを製造する方法として、特公昭６１−５５４６１号公報（公報１）、特公昭６１−６０７６５号公報（公報２）及び特開平９−３１４５８１号公報（公報３）などに記載のものがある。これらは、いずれも、上述の製造方法において、管Ｐが硬化する前に、ローラ（ロール）又は成形板で、管Ｐ外面を押圧して、管Ｐの横断面形状を円形から、楕円、卵形、四角形などの多角形に変形させた後、硬化するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のローラ及び押え板による異形断面管の製造は、そのローラ装置、押え板装置を別途に必要とし、その設置スペース、コスト面で問題がある。また、ローラ、押え板による成形は、精度の面及び内部応力などの品質面で劣る。
【０００８】
この発明は、管Ｐの成形後に変形させるのではなく、成形当初から、芯型上に異形断面管を成形するようにすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、この発明は、まず、芯型そのものの横断面を異形としたのである。異形であれば、その芯型に成形材料が巻き付けられれば、その成形材料層からなる管も同一の異形横断面となり、巻付けであるから、その成形精度も高くなる。
【００１０】
つぎに、この発明は、芯型への成形材料の送り込み量を常に一定となるようにしたのである。この送り込み量が一定であることにより、上記成形材料層の厚み、すなわち、管厚（肉厚）が一定に維持されるからである。このことから、「送り込み量を常に一定にする」とは、「管厚（肉厚）を常に一定にする」と同一の意味となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態としては、芯型をその筒軸周りに回転させ、その芯型外面に成形材料を送り込んで芯型周りに巻き付けて成形材料層を形成し、その筒状に形成された成形材料層を芯型から引き抜いて、強化プラスチック管Ｐを製造する方法において、前記芯型の横断面を非円形とし、かつ、芯型への前記成形材料の送り込み量を常に一定として、前記成形材料層の厚みを一定となるようにした構成を採用し得る。
【００１２】
ここで、上述のように、「送り込み量を常に一定とする」とは、「管厚（肉厚）を常に一定とする」の意味であるため、その一定とは、芯型の外面に巻き付けられる成形材料の量が一定で、管厚が一定となることをいい、その「送り込み量を常に一定とする」手段としては、▲１▼成形材料が送り込まれる点の芯型外周面周速度が一定の場合は単位時間当たりの送り込み量も一定とする、▲２▼その芯型外周面周速度が一定でない場合は単位時間当たりの送り込み量をその周速度変化に応じて変化させる、等が考えられる。芯型外面周速度が一定の場合は送り込まれる成形材料に慣性力が働かない利点がある。
【００１３】
なお、周速度が変化する場合には、その変化に応じて成形材料が芯型に引かれる張力が変化し、成形材料の送り込み量に影響を与えるため、その張力は一定にすることが好ましい。特に、ガラス繊維などの帯状物に樹脂を含浸させたり、帯状不織布に樹脂（モルタル）を載せて芯型に送り込む場合には、周速度の変化によってそのガラス繊維などの帯状物への張力が変化し、その張力変化により樹脂などが絞られるなどの現象が生じて「送り込み量が常に一定」にならない。このため、この場合には、 その張力が一定になるように制御することが好ましい。
【００１４】
その成形材料の送り込み量を常に一定とする具体的手段としては、▲１▼上記芯型の成形材料が送り込まれる点の外面周速度が一定になるように芯型を回転させるとともに成形材料を一定量送り込むようにしたり、▲２▼成形材料を押出機により直接又間接に芯型外面に送り込み、 その押出機による押出し量を、成形材料が送り込まれる点の外面周速度の変化に対応して調節したり、▲３▼成形材料を押出機又はホッパーから直接に芯型に送り込む場合には、周速度の変化に合わせて、その押出機又はホッパーの送り出し口の大きさをダンパー等により制御することにより、成形材料の送り込み量が常に一定になるようにしたり、さらに、▲４▼成形材料が帯状のものである場合には、その送り込み径路の途中にアキューム手段を設け、芯型を一定速度で回転させ、その芯型の成形材料が送り込まれる点の外面周速度の変化に対応して、アキューム手段により、成形材料の送り込み速度を調節する、ものなどを採用する。
【００１５】
その前者の外面周速度が一定の手段から成る製造装置としては、上記芯型を回転させるその回転速度が調整可能なサーボモータと、上記成形材料を芯型外面に送り込む押出機とから成り、その押出機から成形材料を単位時間当り一定量送り込むとともに、前記サーボモータにより芯型外面周速度が一定になるような構成のものなどを採用し得る。このとき、成形材料はホッパーから押出機に供給されるが、その際、押出機から芯型に直接に送り込んだり、直接に送り込まずに不織布に成形材料を載置して送り込むようにすることもできる。また、押出機を省略して、ホッパーから自重により送り込むようにもし得る。
【００１６】
後者の外面周速度が一定でない手段から成る製造装置としては、芯型を回転させる手段と、帯状成形材料を芯型外面に送り込んで巻き付ける手段と、その成形材料の送り込み径路の途中に設けたアキューム手段とから成り、そのアキューム手段は、送り込み径路の案内ローラ間に、ばねにより成形材料を径路から押し出すアキュームローラを設けたものとし、芯型の周速度変化による成形材料の巻き付け速度の変化に応じてそのアキュームローラが進退するようにした構成のものを採用し得る。アキュームローラを進退する手段としては、ばね以外に、カム、サーボモータ駆動のねじジャッキ、伸縮量調整可能な油圧シリンダなどの機械的なものを採用できる。
【００１７】
上記実施形態において、成形材料を押出機又はホッパーから直接に芯型に送り込む場合においては、押出機又はホッパーの送り出し口と芯型外面の間隙が芯型の回転につれて変化するため、その送り出し口も芯型に接離可能として、送り出し口が芯型に干渉しないようにするとともに、常に、その間隙が一定になるようにしてその間隙変化が送り込み量に影響がないようにする。ただし、間隙変化を送り出し量の制御で吸収できる場合には、干渉しない程度に、その送り出し口を一定の高さにしても良い。
【００１８】
なお、成形材料として樹脂等を含浸（載置）しないガラス繊維などのみの場合でもこの発明を採用し得る。
【００１９】
【実施例】
図１乃至図３に一実施例を示し、この実施例は図６に示す、内面がＦＲＰ層３、中間がレジンモルタル層４、外面がＦＲＰ層５から成る横断面楕円形のＦＲＰＭ管Ｐを製造するものであって、その管Ｐは、図９に示すように図８（ｈ）のカルバートＱの二次覆工材として使用する。
【００２０】
その製造装置は、図１、図２に示すように、台Ｄに芯型となる円筒状マンドレル１が片持ち梁状に支持されて、その軸周りに回転自在となっており、図示しない駆動機により、一定角速度で回転する。マンドレル１の横断面は、その外面が図６の管Ｐの内面に対応する楕円形となっている。マンドレル１の軸方向にはセロハンテープ２、ＦＲＰ３、レジンモルタル４及びＦＲＰ５が順々に送り込まれて巻き付けられ、それらの成形材料から成る管Ｐが形成される。その管Ｐは、マンドレル１の横断面形状と同じ楕円形となって、加熱器８で硬化した後、引取機９により引き取られて、所要の長さに切断される。
【００２１】
セロハンテープ２は、図示しないボビンからマンドレル１の回転力によって引き出されて巻き付く。ＦＲＰ３、５は、図３に示すように、強化繊維クロスボビン３１から繊維クロス３２が引き出され、そのクロス３２が樹脂含浸槽３３内を通って形成されてマンドレル１に至っている。この途中の案内ロール３４、３４間にアキューム手段４０が設けられ、この手段４０は、上壁に昇降自在に支持されたアキュームローラ４１とそのローラ４１を下方に付勢するコイルばね４２とから成る。このコイルばね４２の付勢力は、アキューム手段４０からマンドレル１に向うクロス３２の張力Ｔに応じてそのばね４２が伸縮し、槽３３からクロス３２が一定速度で送り出されるようになっている。繊維クロス３２に代えて、繊維ローピング、繊維テープ、繊維マットなどの種々の材料が採用できる。
【００２２】
ここで、図７に示すように、楕円形のマンドレル１にクロス３２を巻回する場合、マンドレル１の角速度をω、その短軸半径をｒ1 、長軸半径をｒ2 とすると、短軸の周速度Ｖ1 ＝ｒ1 ・ω、長軸の周速度Ｖ2 ＝ｒ2 ・ω＝ｒ2 ／ｒ1 ・Ｖ1 となる。これから、長軸の周速度Ｖ2 は短軸の周速度Ｖ1 の長短軸長さ比に比例することとなる。
【００２３】
このため、長軸の周速度Ｖ2 は短軸の周速度Ｖ1 に比例して大きくなり、１／４周期を境としてその周速度の増減が変わることとなり、これに伴うクロス３２などの成形材料の余長を常時吸収しなければならないこととなる。この吸収するための任意の位置での余長Ｌｉは、（Ｖ2 −Ｖ1 ）・π／２ωｉとなる。この余長Ｌｉがアキューム手段４０によって確保されるようにする。
【００２４】
これにより、槽３３から送り出されるクロス３２の速度は同じとなって、その樹脂含浸量も一定となり、マンドレル１へのクロス３２の巻回速度が変化しても、その積層厚は一定となる。
【００２５】
このアキューム手段４０は、ＦＲＰ３、５のみならず、不織布７に載置して送り込むモルタル４についても採用し得る。
【００２６】
アキューム手段４０としては、図４に示すように、樹脂含浸槽３３の後段に送り出しローラ４３を設けた構成とし、このローラ４３によって、槽３３からは一定速度でクロス３２を送り出し、マンドレル１の巻き込み速度に応じて、案内ローラ３４、３４間のクロス３２が同図実線から鎖線の間でアキュームされるようにすることができる。このとき、「最大たるみ」時が短軸径ｒ1 の周速度に対応し、「最小たるみ（直線状）」時が長軸径ｒ2 の周速度に対応するようにする。
【００２７】
上記各実施例は、マンドレル１の回転速度（角速度）が一定の場合であったが、サーボモータなどにより、マンドレル１の角速度を可変させて、そのクロス３２の巻き込み速度（マンドレル１の巻き込み点の外面周速度）が常に一定となるようにして、そのクロス３２の槽３３の通過時間を一定にして、その積層厚を一定とすることもできる。
【００２８】
このとき、上記Ｖ1 ＝Ｖ2 から、ｒ1 ω1 ＝ｒ2 ω2 となり、ω2 ＝ｒ1 ／ｒ2 ・ω1 となる。このため、角速度をω1 〜ｒ1 ／ｒ2 ・ω1 に変化させればよいこととなる。任意位置の周速度は、Ｖi ＝ｒi ・ωi ＝ωi ｛ｒ22ｃｏｓ2 （ωi ｔ) ＋ｒ12ｓｉｎ（ωi ｔ) ｝1/2 ＝一定となり、このようになる様、単位時間（ｔ）内でωi を制御する。時間は、０〜π／２ωi （ｓ）、角速度は、ｒ1 ／ｒ2 ・ω1 〜ω1 （ｒａｄ／ｓ）となる。
【００２９】
また、図５に示すように、図４の実施例において、クロス３２を掴んでその通過抵抗力を変化し得る治具４５を設けて、周速度の変化に基く張力の変化に応じて、その握力を変化させ芯型からのクロス３２への張力を一定にすることができる。このとき、治具４５の図示矢印前後の移動によっても張力を調整しうる。握力を省略してこの前後動のみで張力を調整してもよい。
【００３０】
因みに、これらの実施例において、図９に示すように、楕円管ＰをカルバートＱの二次覆工材とする場合、その管Ｑの各寸法を図示のごとくとし、必要流量を１．３９２（ｍ3 ／ｓ）とすると、長短軸比（短軸ｒ1 ／長軸ｒ2 ）に応じて、その流量は、表１に示す値となって、長軸半径長さｒ2 ＝１．１ｍ以上であればよいことがわかる。なお、丸管の場合には、９００ｍｍ径のものとなり、流量＝π／４×０．９2 ×０．２２５2/3 ×（１／３００）1/3 ／０．００１２＝１．１３２ｍ3 ／ｓとなって、必要流量を得ることができない。
【００３１】
【表１】
0003877545.tif 000002
【００３２】
この発明は、連続成形、バッチ成形のいずれにも採用でき、また、芯型には、回転マンドレルによるもの、固定マンドレルにダンボールなどの紙帯を巻回して形成するもの、特開平９−３１４５８１号公報に記載のように、無端スチールベルトによるもの等、周知のものを採用し得る。
【００３３】
【発明の効果】
この発明は、以上のようにして、芯型に巻回される成形材料の厚みを一定にしたので、断面異形の芯型に直接にその成形材料を巻回して、異形断面管を製造できるので、その生産性がよいうえに、精度も高いものとし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例の概略正面図
【図２】同実施例の概略斜視図
【図３】同実施例の要部概略図
【図４】他の実施例の要部概略図
【図５】他の実施例の要部概略図
【図６】楕円管の断面図
【図７】楕円管の製造説明図
【図８】カルバートの各態様図
【図９】カルバートの二次覆工材施工説明図
【符号の説明】
１  マンドレル
２  離型テープ
３、５  ＦＲＰ
４  レジンモルタル
６  ホッパー
７  不織布
３１  強化繊維クロスボビン
３２  強化繊維クロス
３３  樹脂含浸槽
３４  クロス案内ロール
４０  アキューム手段
４１  アキュームローラ
４２  コイルばね
４３  クロス送り出しローラ
４４  クロス引張り治具
Ｐ  異形断面管
Ｑ  カルバート
【図１】
0003877545.tif 000003
【図２】
0003877545.tif 000004
【図３】
0003877545.tif 000005
【図４】
0003877545.tif 000006
【図５】
0003877545.tif 000007
【図６】
0003877545.tif 000008
【図７】
0003877545.tif 000009
【図８】
0003877545.tif 000010
【図９】
0003877545.tif 000011