特開 2015-42475 補強金属製中空部材、及び、金属製中空部材の内面の繊維強化プラスチックによる補強方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-42475(P2015-42475A)

(43)【公開日】2015年3月5日

(54)【発明の名称】補強金属製中空部材、及び、金属製中空部材の内面の繊維強化プラスチックによる補強方法

(51)【国際特許分類】

   B32B 15/14 20060101AFI20150206BHJP

   F16L 9/04 20060101ALI20150206BHJP

   B32B 5/28 20060101ALI20150206BHJP

【ＦＩ】

   B32B15/14

   F16L9/04

   B32B5/28 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】24

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2013-174792(P2013-174792)

(22)【出願日】2013年8月26日

(71)【出願人】

【識別番号】306032316

【氏名又は名称】新日鉄住金マテリアルズ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】506383788

【氏名又は名称】株式会社カナエ

(74)【代理人】

【識別番号】100075638

【弁理士】

【氏名又は名称】倉橋 暎

(74)【代理人】

【識別番号】100169155

【弁理士】

【氏名又は名称】倉橋 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】竹田 敏和

(72)【発明者】

【氏名】田中 秀一

(72)【発明者】

【氏名】加治木 俊行

(72)【発明者】

【氏名】定家 賢

【テーマコード（参考）】

3H111

4F100

【Ｆターム（参考）】

3H111AA01

3H111BA01

3H111BA24

3H111CA52

3H111DA08

3H111DB01

4F100AB01A

4F100AB03B

4F100AB03C

4F100AB04C

4F100AB10C

4F100AB12B

4F100AB31C

4F100AD11B

4F100AG00B

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4F100AK11B

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4F100AK47B

4F100AK48B

4F100AK53B

4F100BA02

4F100BA03

4F100BA07

4F100BA10A

4F100BA10C

4F100CB00B

4F100DC24B

4F100DC25B

4F100DG01B

4F100DH02B

4F100DH02C

4F100EJ82B

4F100JL01

4F100YY00B

(57)【要約】

【課題】金属製中空部材の内側の補強すべき空間に、高い比率での強化繊維を有した補強金属製中空部材、及び、金属製中空部材の内面の繊維強化プラスチックによる補強方法を提供する。
【解決手段】補強金属製中空部材１は、（i）１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材４と、（ii）繊維強化プラスチック線材４と混合された複数本の連続した第２の強化繊維ｆ２と、（iii）第２の強化繊維ｆ２に含浸され、繊維強化プラスチック線材４と第２の強化繊維ｆ２とを接着し硬化した接着樹脂Ｒ２と、を含む繊維強化プラスチック補強体３と、を有し、繊維強化プラスチック補強体３は、接着樹脂Ｒ２により金属製中空部材の内面に一体に接着されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定長さの金属製中空部材と、
前記金属製中空部材の内側空間部に配置された、
（i）複数本の連続した第１の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された、１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材と、
（ii）前記繊維強化プラスチック線材と混合された複数本の連続した第２の強化繊維と、
（iii）前記第２の強化繊維に含浸され、前記繊維強化プラスチック線材と前記第２の強化繊維とを接着し硬化した接着樹脂と、
を含む繊維強化プラスチック補強体と、
を有し、前記繊維強化プラスチック補強体は、前記接着樹脂により前記金属製中空部材の内面に一体に接着されていることを特徴とする金属製中空部材の内面が補強された補強金属製中空部材。

【請求項2】

前記繊維強化プラスチック線材は、直径（ｄ）が１〜５ｍｍの円形断面形状、或いは、幅（ｗ）が１〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）が０．１〜５ｍｍの矩形断面形状の線状体であり、
前記繊維強化プラスチック線材における第１の強化繊維の体積比率は、３０〜６５％とされることを特徴とする請求項１に記載の補強金属製中空部材。

【請求項3】

前記繊維強化プラスチック補強体における前記繊維強化プラスチック線材の面積比率は、１０〜５０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の補強金属製中空部材。

【請求項4】

前記繊維強化プラスチック補強体における前記第１の強化繊維及び前記第２の強化繊維を合わせた強化繊維の体積比率は、３５〜６２％とされることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の補強金属製中空部材。

【請求項5】

前記繊維強化プラスチック補強体は、中心部に空間部を有する環状体とされることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の補強金属製中空部材。

【請求項6】

前記繊維強化プラスチック補強体の中心部空間部には中空或いは中実の芯材が配置されることを特徴とする請求項５に記載の補強金属製中空部材。

【請求項7】

前記芯材は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、スチール、ステンレススチール、樹脂又は繊維強化プラスチックであり、前記芯材の断面形状は、円形、三角形、四角形、その他の多角形、又は、楕円形とされることを特徴とする請求項６に記載の補強金属製中空部材。

【請求項8】

前記金属製中空部材は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、スチール又はステンレススチールであり、前記金属製中空部材の断面形状は、円形、三角形、四角形、その他の多角形、又は、楕円形とされることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の補強金属製中空部材。

【請求項9】

前記第１及び第２の強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；又は、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維などの有機繊維；であり、これら繊維を単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の補強金属製中空部材。

【請求項10】

前記繊維強化プラスチック線材の前記マトリクス樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、或いは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であるか、又は、ナイロン或いはビニロンなどの熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の補強金属製中空部材。

【請求項11】

前記繊維強化プラスチック補強体の前記接着樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、或いは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの項に記載の補強金属製中空部材。

【請求項12】

所定長さの金属製中空部材の内面を補強する補強方法であって、
（ａ）１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材と、前記繊維強化プラスチック線材と混合された１本以上の連続した強化繊維ロービング束と、を含む樹脂未含浸の強化繊維補強体を作製し、
（ｂ）前記樹脂未含浸の強化繊維補強体を前記金属製中空部材の内部空間に引き込み、
（ｃ）前記樹脂未含浸の強化繊維補強体に接着樹脂を圧入若しくは吸引により注入することにより、樹脂未含浸の前記強化繊維補強体の強化繊維に樹脂を含浸させ、次いで、常温若しくは加熱により樹脂を硬化させて繊維強化プラスチック補強体を形成し、該繊維強化プラスチック補強体が接着樹脂により前記金属製中空部材の内面に一体に接着される、
ことを特徴とする金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項13】

所定長さの金属製中空部材の内面を補強する補強方法であって、
（ａ）前記金属製中空部材の内面の横断面積より小さい横断面積を有した芯材の外周囲に、１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材と、前記繊維強化プラスチック線材と混合された１本以上の連続した強化繊維ロービング束とを含む樹脂未含浸の強化繊維補強体を配置し、
（ｂ）前記樹脂未含浸の強化繊維補強体を前記金属製中空部材の内部空間に引き込み、
（ｃ）前記樹脂未含浸の強化繊維補強体に含浸樹脂を圧入若しくは吸引により注入することにより、樹脂未含浸の前記強化繊維補強体の強化繊維に樹脂を含浸させ、次いで、常温若しくは加熱により樹脂を硬化させて繊維強化プラスチック補強体を形成し、該繊維強化プラスチック補強体が接着樹脂により前記金属製中空部材の内面に一体に接着され、
（ｄ）その後、必要に応じて、前記芯材を前記金属製中空部材から引き抜く、
ことを特徴とする金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項14】

前記芯材は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、スチール、ステンレススチール、樹脂又は繊維強化プラスチックであり、前記芯材の断面形状は、円形、三角形、四角形、その他の多角形、又は、楕円形とされることを特徴とする請求項１３に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項15】

前記金属製中空部材は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、スチール又はステンレススチールであり、前記金属製中空部材の断面形状は、円形、三角形、四角形、その他の多角形、又は、楕円形とされることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかの項に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項16】

前記繊維強化プラスチック線材は、
連続した強化繊維を複数本束ねた強化繊維束にマトリクス樹脂が含浸され、硬化された直径（ｄ）が１〜５ｍｍの円形断面形状、或いは、幅（ｗ）が１〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）が０．１〜５ｍｍの矩形断面形状の線状体であり、
強化繊維の体積比率が３０〜６５％とされることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかの項に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項17】

前記強化繊維ロービング束は、連続した強化繊維を複数本束ねた強化繊維束であることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかの項に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項18】

前記強化繊維ロービング束は、１０００〜５００００本／束の強化繊維を有することを特徴とする請求項１７に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項19】

前記強化繊維ロービング束は撚り入りとされ、撚り数は５〜３０回／ｍとされることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項20】

前記金属製中空部材内の前記強化繊維補強体における前記繊維強化プラスチック線材の面積比率は、１０〜５０％であることを特徴とする請求項１２〜１９のいずれかの項に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項21】

前記金属製中空部材内の前記強化繊維補強体における前記第１の強化繊維及び前記第２の強化繊維を合わせた強化繊維の体積比率は、３５〜６２％とされることを特徴とする請求項１２〜２０のいずれかの項に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項22】

前記繊維強化プラスチック線材及び前記強化繊維ロービング束の強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；又は、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維などの有機繊維；であり、これら繊維を単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することを特徴とする請求項１２〜２１のいずれかの項に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項23】

前記繊維強化プラスチック線材のマトリクス樹脂は、常温硬化型或いは熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、或いは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であるか、又は、ナイロン或いはビニロンなどの熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１２〜２２のいずれかの項に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【請求項24】

前記強化繊維ロービング束に含浸され、前記繊維強化プラスチック線材と前記強化繊維ロービング束の強化繊維とを接着し硬化する樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、或いは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であり、前記強化繊維ロービング束に含浸されるときの粘度は、常温（２０℃）で５００ｍＰａ・ｓ以下とされることを特徴とする請求項１２〜２３のいずれかの項に記載の金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自転車、自動車等のフレーム部材用パイプ部材、高速車両、飛行機等の車体用中空部材、織機部材、ロボットハンド部材等の高速で動く中空部材などに使用して有効な繊維強化プラスチックにて内面が補強された金属製の中空部材、及び、金属製の中空部材の内面を繊維強化プラスチックにて補強する補強方法に関するものである。

【0002】

尚、金属製の中空部材を「金属パイプ」と称し、繊維強化プラスチックにて内面が補強された金属製の中空部材を「補強金属製中空部材」又は「補強金属パイプ」と称することもある。

【背景技術】

【0003】

従来、自転車、自動車等のフレーム部材用パイプ部材、高速車両、飛行機等の車体用中空部材、織機部材、ロボットハンド部材等の高速で動く中空部材などに使用される金属パイプは、その強度等を補強するために炭素繊維等の連続繊維で補強することが行われている。

【0004】

例えば、金属パイプの外側表面（外面）にフィラメントワインディング法により強化繊維を巻付ける方法（特許文献１参照）、金属パイプの外面に、強化繊維を配置した後、樹脂を含浸、硬化させる方法（特許文献２参照）、などがある。

【0005】

金属パイプの内側面（内面）を補強する方法としては、特許文献３に示されるように、樹脂を前もって含浸した強化繊維（プリプレグ）を、ゴムチューブ等で内部から金属パイプ内面に押し付けて接着、硬化させる方法が一般的だった。この方法は、補強できる厚みが薄い場合に用いられる方法で、補強厚みが厚くなると押し付ける圧力を高くする必要があり、それに圧力をかけるチューブが持たないといった問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６−３２２５９０号公報

【特許文献2】特開２００３−２８３４７号公報

【特許文献3】特開平１０−３１４３５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

そこで、以下の技術が考えられるが、未だ解決すべき課題を有している。

【0008】

（１）未含浸の強化繊維を直接、金属パイプの内面に引き込み、それに樹脂を含浸させる方法が考えられる。この方法は、金属パイプの内側補強空間へ強化繊維を多く入れると、特に、金属パイプの内部断面積が０．５〜１．０ｃｍ²程度となると、長さが５０ｃｍを超える、所謂、長尺の細長金属パイプでは、樹脂が引き込めないか、或いは、長時間を要するといった問題が生じた。そのため、この方法は、金属パイプの長さの短いものの補強方法としてのみ採用可能であった。

【0009】

従って、上記方法は、強化繊維を投入できる量が少なく補強効果が小さくなり、また、樹脂含浸に時間がかかり、非効率であり、メリットが見出せず、実施されてこなかった。

【0010】

（２）また、樹脂含浸した強化繊維を強引に、金属パイプの内側の補強すべき空間全体へ、引き込むことも考えられるが、引き込み時に樹脂と金属面との接着力が働き、強化繊維の破断が発生するため、長さの長いものには適用できないといった問題があり採用されなかった。

【0011】

（３）一方、金属パイプの内側の補強すべき空間の断面と略同じ形状で、少し小さな寸法とされる繊維強化プラスチック線材を製作し、それを直接、この空間に引き込み、その後金属パイプとの隙間に樹脂を吸引、若しくは、圧入により充填し、硬化させる方法も考えられる。

【0012】

この方法では、補強すべき金属パイプの断面が変わる度に、適合する形状の繊維強化プラスチック部材を製作しなくてはいけないので、汎用性が無く、コストがかかるが、本方法は、どんな断面にも、投入量の増減で対応でき、コスト面で非常に有意である。

【0013】

しかし、金属パイプの内面と補強する繊維強化プラスチック部材との間に、空間が必要となり、その間は、樹脂のみとなり、補強すべき空間内の補強繊維投入量（Ｖｆ)が落ちるといった問題や、金属パイプ内面と繊維強化プラスチック部材との間の空間全面に、接着樹脂を充填させ、確実に接着をさせるのが難しいという課題がある。

【0014】

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、金属製中空部材の内側の補強すべき空間に、高い比率での強化繊維を有した補強金属製中空部材、及び、金属製中空部材の内面の繊維強化プラスチックによる補強方法を提供することである。

【0015】

本発明の他の目的は、金属製中空部材内への強化繊維の投入量を増加させながら、更に、樹脂含浸が容易になり、しかも長尺の金属製中空部材にも適用可能で、且つ金属製中空部材内面と繊維強化プラスチックとの接着を確実にし、所望の補強効果を得ることのできる金属製中空部材の内面の繊維強化プラスチックによる補強方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記目的は本発明に係る補強金属製中空部材、及び、金属製中空部材の内面の繊維強化プラスチックによる補強方法にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、
所定長さの金属製中空部材と、
前記金属製中空部材の内側空間部に配置された、
（i）複数本の連続した第１の強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され硬化された、１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材と、
（ii）前記繊維強化プラスチック線材と混合された複数本の連続した第２の強化繊維と、
（iii）前記第２の強化繊維に含浸され、前記繊維強化プラスチック線材と前記第２の強化繊維とを接着し硬化した接着樹脂と、
を含む繊維強化プラスチック補強体と、
を有し、前記繊維強化プラスチック補強体は、前記接着樹脂により前記金属製中空部材の内面に一体に接着されていることを特徴とする金属製中空部材の内面が補強された補強金属製中空部材が提供される。

【0017】

第１の本発明の一実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック線材は、直径（ｄ）が１〜５ｍｍの円形断面形状、或いは、幅（ｗ）が１〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）が０．１〜５ｍｍの矩形断面形状の線状体であり、
前記繊維強化プラスチック線材における第１の強化繊維の体積比率は、３０〜６５％とされる。

【0018】

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック補強体における前記繊維強化プラスチック線材の面積比率は、１０〜５０％である。

【0019】

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック補強体における前記第１の強化繊維及び前記第２の強化繊維を合わせた強化繊維の体積比率は、３５〜６２％とされる。

【0020】

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック補強体は、中心部に空間部を有する環状体とされる。

【0021】

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック補強体の中心部空間部には中空或いは中実の芯材が配置される。前記芯材は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、スチール、ステンレススチール、樹脂又は繊維強化プラスチックとすることができ、また、前記芯材の断面形状は、円形、三角形、四角形、その他の多角形、又は、楕円形とすることができる。

【0022】

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記金属製中空部材は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、スチール又はステンレススチールであり、前記金属製中空部材の断面形状は、円形、三角形、四角形、その他の多角形、又は、楕円形とされる。

【0023】

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記第１及び第２の強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；又は、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維などの有機繊維；であり、これら繊維を単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用する。

【0024】

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック線材の前記マトリクス樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、或いは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であるか、又は、ナイロン或いはビニロンなどの熱可塑性樹脂である。

【0025】

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック補強体の前記接着樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、或いは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂である。

【0026】

第２の本発明によれば、所定長さの金属製中空部材の内面を補強する補強方法であって、
（ａ）１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材と、前記繊維強化プラスチック線材と混合された１本以上の連続した強化繊維ロービング束と、を含む樹脂未含浸の強化繊維補強体を作製し、
（ｂ）前記樹脂未含浸の強化繊維補強体を前記金属製中空部材の内部空間に引き込み、
（ｃ）前記樹脂未含浸の強化繊維補強体に接着樹脂を圧入若しくは吸引により注入することにより、樹脂未含浸の前記強化繊維補強体の強化繊維に樹脂を含浸させ、次いで、常温若しくは加熱により樹脂を硬化させて繊維強化プラスチック補強体を形成し、該繊維強化プラスチック補強体が接着樹脂により前記金属製中空部材の内面に一体に接着される、
ことを特徴とする金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法が提供される。

【0027】

第３の本発明によれば、所定長さの金属製中空部材の内面を補強する補強方法であって、
（ａ）前記金属製中空部材の内面の横断面積より小さい横断面積を有した芯材の外周囲に、１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材と、前記繊維強化プラスチック線材と混合された１本以上の連続した強化繊維ロービング束とを含む樹脂未含浸の強化繊維補強体を配置し、
（ｂ）前記樹脂未含浸の強化繊維補強体を前記金属製中空部材の内部空間に引き込み、
（ｃ）前記樹脂未含浸の強化繊維補強体に含浸樹脂を圧入若しくは吸引により注入することにより、樹脂未含浸の前記強化繊維補強体の強化繊維に樹脂を含浸させ、次いで、常温若しくは加熱により樹脂を硬化させて繊維強化プラスチック補強体を形成し、該繊維強化プラスチック補強体が接着樹脂により前記金属製中空部材の内面に一体に接着され、
（ｄ）その後、必要に応じて、前記芯材を前記金属製中空部材から引き抜く、
ことを特徴とする金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法が提供される。第３の本発明にて、一実施態様によれば、前記芯材は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、スチール、ステンレススチール、樹脂又は繊維強化プラスチックであり、前記芯材の断面形状は、円形、三角形、四角形、その他の多角形、又は、楕円形とされる。

【0028】

第２、第３の本発明にて、一実施態様によれば、前記金属製中空部材は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、スチール又はステンレススチールであり、前記金属製中空部材の断面形状は、円形、三角形、四角形、その他の多角形、又は、楕円形とされる。

【0029】

第２、第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック線材は、
連続した強化繊維を複数本束ねた強化繊維束にマトリクス樹脂が含浸され、硬化された直径（ｄ）が１〜５ｍｍの円形断面形状、或いは、幅（ｗ）が１〜２０ｍｍ、厚さ（ｔ）が０．１〜５ｍｍの矩形断面形状の線状体であり、
強化繊維の体積比率が３０〜６５％とされる。

【0030】

第２、第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記強化繊維ロービング束は、連続した強化繊維を複数本束ねた強化繊維束である。

【0031】

第２、第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記強化繊維ロービング束は、１０００〜５００００本／束の強化繊維を有する。

【0032】

第２、第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記強化繊維ロービング束は撚り入りとされ、撚り数は５〜３０回／ｍとされる。

【0033】

第２、第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記金属製中空部材内の前記強化繊維補強体における前記繊維強化プラスチック線材の面積比率は、１０〜５０％である。

【0034】

第２、第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記金属製中空部材内の前記強化繊維補強体における前記第１の強化繊維及び前記第２の強化繊維を合わせた強化繊維の体積比率は、３５〜６２％とされる。

【0035】

第２、第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック線材及び前記強化繊維ロービング束の強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；又は、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維などの有機繊維；であり、これら繊維を単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用する。

【0036】

第２、第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記繊維強化プラスチック線材のマトリクス樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、或いは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であるか、又は、ナイロン或いはビニロンなどの熱可塑性樹脂である。

【0037】

第２、第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記強化繊維ロービング束に含浸され、前記繊維強化プラスチック線材と前記強化繊維ロービング束の強化繊維とを接着し硬化する樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、或いは、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であり、前記強化繊維ロービング束に含浸されるときの粘度は、常温（２０℃）で５００ｍＰａ・ｓ以下とされる。

【発明の効果】

【0038】

本発明によれば、金属製中空部材の内側の補強すべき空間に、高い比率での強化繊維を投入でき、しかも長尺の中空部材にも適用可能で、且つ金属製中空部材の内面と繊維強化プラスチックとの接着を確実にし、所望の補強効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】図１（ａ）は本発明に係る補強金属パイプの一実施例の全体構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は補強金属パイプの一実施例の横断面図であり、図１（ｃ）は補強金属パイプの他の実施例の横断面図であり、図１（ｄ）（ｄ−１）、（ｄ−２）は繊維強化プラスチック線材の横断面図である。

【図2】図２（ａ）、（ｂ）は繊維強化プラスチック線材の斜視図であり、図２（ｃ）、（ｄ）は強化繊維ロービング束の斜視図である。

【図3】図３（ａ）はストランドシートの一実施例の斜視図であり、図３（ｂ）はロービングシートの一実施例の斜視図である。

【図4】図４（ａ）、（ｂ）はストランドシートの他の実施例の斜視図である。

【図5】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に係る金属パイプの補強方法の一実施例を説明する工程図である。

【図6】図６（ａ）は本発明に係る補強金属パイプの他の実施例の全体構成を示す斜視図であり、図６（ｂ）は補強金属パイプの一実施例の横断面図である。

【図7】図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明に係る金属パイプの補強方法の他の実施例を説明する工程図である。

【図8】金属製中空部材の一例を示す織機のヘルドフレーム本体の断面図である。

【図9】本発明を適用して補強された織機のヘルドフレーム本体を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

以下、本発明に係る補強金属製中空部材、及び、金属製中空部材内面の繊維強化プラスチックによる補強方法を図面に則して更に詳しく説明する。

【0041】

実施例１
（全体構成）
図１（ａ）〜（ｄ）に、本発明に係る補強金属製中空部材１の一実施例の全体構造を示す。補強金属製中空部材１は、所定長さの金属製中空部材２の内側空間に配置された繊維強化樹脂材（ＦＲＰ）である繊維強化プラスチック補強体３により金属製中空部材２の内面が補強されている。

【0042】

尚、本発明では、金属製中空部材２とは、横断面形状が三角形、矩形（四角形）或いは五角形以上の多角形とされる角形金属パイプ、又は、断面が円形の丸形金属パイプ、又は、断面が楕円形或いはその他種々の断面形状の金属パイプなどとされる。また、本発明で言う金属製中空部材２は、上述のような長尺の金属パイプを意味すると共に、例えば、図８に示すように、織機部材であるヘルドフレーム本体２の場合のように、機械部品が中空構造とされ、複数の横リブ２１、２１にて複数の中空部が形成されている場合をも意味するものとする。また、本発明にて金属製中空部材２とは、金属製中空部材２の一部に細いスリットや穴が設けられている場合も含み、本発明によれば、これら金属製中空部材２の補強も又極めて有効に達成される。

【0043】

ただ、以下の実施例の説明では、説明を簡単とし理解を容易とするために、特別の記載がなされていない限りは、金属製中空部材２は、図１（ａ）に示すように、長尺の細長金属製のパイプ２を意味するものとして、単に「金属パイプ」と称して説明する。

【0044】

図１（ａ）〜（ｄ）を参照すると、本実施例によれば、繊維強化プラスチック補強体３は、
（i）複数本の連続した第１の強化繊維ｆ１にマトリクス樹脂Ｒ１が含浸され硬化された繊維強化プラスチック製の線材である、１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材４と、
（ii）繊維強化プラスチック線材４と混合された複数本の連続した第２の強化繊維ｆ２と、
（iii）複数本の第２の強化繊維ｆ２に含浸され、繊維強化プラスチック線材４と第２の強化繊維ｆ２とを接着し硬化した接着樹脂Ｒ２と、
を含んでおり、繊維強化プラスチック補強体３は、接着樹脂Ｒ２により金属パイプ２の内面に一体に接着されている。複数本の第２の強化繊維ｆ２は、複数本の強化繊維ｆ２を収束した強化繊維束（強化繊維ロービング束５）の形態で繊維強化プラスチック線材４と混合され、強化繊維ロービング束５の形態を維持していることもある（図１（ｃ）参照）。

【0045】

補強金属パイプ１は、図１（ａ）に示すように、中空部を全て、繊維強化プラスチック補強体３にて埋めたものとすることもできるが、詳しくは後述するように、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、補強金属パイプ１の中心部に中空（パイプ状）の或いは中実（ロッド状）の芯材２０を配置し、金属パイプ２と芯材２０との間の空間部に繊維強化プラスチック補強体３を配置した構造とすることもできる。図６（ａ）、（ｂ）には、芯材２０がパイプ状とされる二重管構造を示している。内側の芯材２０は、そのまま放置でも、取り除いても良い。つまり、繊維強化プラスチック補強体３は、環状体とされる。

【0046】

上記構造とされる本発明の補強金属パイプ１は、
（１）金属パイプ２内の強化繊維補強範囲内での、即ち、繊維強化プラスチック補強体３における第１及び第２強化繊維ｆ１、ｆ２を含めた強化繊維体積比率（Ｖｆ）は、３５〜６２％とされる。
（２）金属パイプ２内の強化繊維補強範囲内での、即ち、繊維強化プラスチック補強体３における強化繊維プラスチック線材４の断面積比率は、１０〜５０％とされる。ここで、断面積比率とは、即ち、図１（ｂ）にて各線材４の断面積をＳ４、本数をｎとし、繊維強化プラスチック補強体３の断面積をＳ３（即ち、本実施例では金属パイプ２の内部の断面積Ｓ）としたとき、繊維強化プラスチック線材４の面積比率は、ｎ・Ｓ４／Ｓ３（即ち、ｎ・Ｓ４／Ｓ）である。

【0047】

また、上述したように、金属パイプ２内の強化繊維での補強範囲内での、繊維強化プラスチック線材４の本数は、１本以上であり、その配置は、できるだけ均等にバラケさせるのが好ましい。

【0048】

次に、本発明の補強金属製中空部材としての補強金属パイプ１の各構成部材について更に詳しく説明する。

【0049】

（金属製中空部材）
本実施例によると、金属製中空部材としての金属パイプ２は、上述のように、横断面形状が三角形、矩形（四角形）或いは五角形以上の多角形とされる角形パイプであっても良く、又は、断面が円形の丸形パイプ、又は、断面が楕円形或いはその他種々の断面形状のパイプとすることができる。また、本発明は、金属パイプ２の中空部横断面積（Ｓ）が小とされる、例えば、２５〜５０ｍｍ²とされる場合であっても、長さ（Ｌ）が長い、具体的には、１０００ｍｍ以上の、所謂、長尺の細長金属パイプ２に対しても極めて有効に適用し得る。

【0050】

本実施例では、金属パイプ２は、図１（ａ）にて一辺の長さ（外寸法）が（Ｈ１）、肉厚が（Ｔ）とされる断面が正方形の角形パイプであるとして説明する。この時、金属パイプ２の長さ（Ｌ）は、金属パイプ２の一辺の長さＨ１に対してＬ／Ｈ１が１０以上の長尺であっても良い。勿論、本発明が、斯かる寸法形状の金属パイプに限定されるものではない。

【0051】

金属パイプ２は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鋼、ステンレススチール（ＳＵＳ）などとされる。

【0052】

上述のように、補強金属パイプ１は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、芯材２０としてのパイプ或いはロッドを有することができるが、この芯材２０も又、金属パイプ２と同様に、横断面形状が三角形、矩形（四角形）或いは五角形以上の多角形とされる角形パイプであっても良く、又は、断面が円形の丸形パイプ、又は、断面が楕円形或いはその他種々の断面形状のパイプであっても良い。材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鋼、ステンレススチール（ＳＵＳ）などとすることができる。場合によっては、樹脂、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などとすることもできる。勿論、金属パイプ２と芯材２０とは同じ材料でも良く、異なる材料とすることもできる。

【0053】

（繊維強化プラスチック線材）
繊維強化プラスチック線材４は、図１（ｄ）に示すように、直径（ｄ）が１〜５ｍｍの略円形断面形状（図１ｄ（ｄ−１））であるか、又は、幅（ｗ）が１〜２０ｍｍ、厚み（ｔ）が０．１〜５ｍｍとされる略矩形断面形状（図１ｄ（ｄ−２））とされる連続した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の線材である。勿論、線材４の横断面形状は、必要に応じて、その他の種々の断面形状とすることができる。

【0054】

繊維強化プラスチック線材４の強化繊維（第１の強化繊維）ｆ１としては、炭素繊維、ガラス繊維などの無機繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；更には、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維などの有機繊維；が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。また、繊維強化プラスチック線材４に含浸されるマトリクス樹脂Ｒ１は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用され、又、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用可能である。又、繊維強化プラスチック線材４の強化繊維体積比率（Ｖｆ)は、３０〜６５％とされる。

【0055】

また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、繊維強化プラスチック線材４は、強化繊維束に撚りが施されていない撚り無し繊維強化プラスチック線材４ａ（図２（ａ））でも、また、強化繊維束に撚りが入った撚り入り繊維強化プラスチック線材４ｂ（図２（ｂ））でも良い。撚り数は、５〜３０回／ｍが好ましい。もし、図２（ｂ）に示す撚り入りの繊維強化プラスチック線材４ｂを使用する場合には、金属パイプ２内に、Ｓ撚りの線材と、Ｚ撚りの線材とを略同数配置するのが好ましい。その理由は、一方向の撚りのみの繊維強化プラスチック線材４ｂは、その撚り癖により、形状の変化を起こし易いため、その影響が補強した金属パイプ１に出ることを防ぐためである。

【0056】

繊維強化プラスチック線材４は、必要に応じて、図３（ａ）に示すように、繊維強化プラスチック線材４を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、各線材４を互いに線材固定材１１にて固定したストランドシート１０を作製し、このストランドシート１０を利用して線材４を金属パイプ２内に配置することもできる。

【0057】

ストランドシート１０において各線材４、４間には、０〜１０ｍｍの空隙（ｇ）を設ける。又、各線材４を線材固定材１１にて固定する方法としては、図３（ａ）に示すように、例えば、線材固定材１１として横糸を使用し、一方向にスダレ状に配列された複数本の線材４から成るシート形態とされる線材、即ち、連続した線材シートを、線材４に対して横糸１１を直交して一定の間隔（Ｐ）にて打ち込み、編み付ける方法などを採用し得る。このとき、横糸１１は、例えば直径２〜５０μｍのガラス繊維或いは有機繊維を複数本束ねた糸条とされる。又、有機繊維としては、ナイロン、ビニロン、ポリエステルなどが好適に使用される。

【0058】

各線材４をスダレ状に固定する他の方法としては、図４（ａ）に示すように、線材固定材１１として、例えば直径５〜２０μｍのガラス繊維或いは有機繊維にて作製したメッシュ状の支持体シート１１を使用することができる。

【0059】

つまり、線材固定材１１としてのメッシュ状の支持体シート１１を構成するガラス繊維等の糸条とされる縦糸１２及び横糸１３の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート１１をシート形態を成すスダレ状に引き揃えた複数本の線材、即ち、線材シートの片側面、又は、両面積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート１１の縦糸１２及び横糸１３の部分を線材シートに溶着する。

【0060】

メッシュ状支持体シート１１は、上記２軸構成のほかに、ガラス繊維等の糸条を３軸に配向して形成することもできる。また、一方向に配列された線材４に対して直交する横糸１２のみを配置した、所謂、１軸に配向して前記シート状に引き揃えた線材４に接着することもできる。

【0061】

線材固定材１１の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性ポリエステルをその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。

【0062】

更に、各線材２をスダレ状に固定する他の方法としては、図４（ｂ）に示すように、線材固定材１１として、例えば、粘着テープ又は接着テープなどとされる可撓性帯材を使用することができる。可撓性帯材１１は、シート形態を成すスダレ状に引き揃えた各繊維強化プラスチック線材４の長手方向に対して垂直方向に、即ち、直交して、複数本の繊維強化プラスチック線材４の片側面、又は、両面を貼り付けて固定する。可撓性帯材１１として、幅（ｗ１１）１〜１０ｍｍ程度の、塩化ビニルテープ、紙テープ、布テープ、不織布テープなどの粘着テープ又は接着テープが使用される。これらテープ１１を、通常、１０〜１００ｍｍ間隔（Ｐ）で各繊維強化プラスチック線材４の長手方向に対して垂直方向に貼り付ける。更に、可撓性帯材１１としては、ナイロン、ＥＶＡ樹脂などの熱可塑性樹脂を帯状に、線材４の長手方向に対して垂直方向に片側面、又は、両面に熱融着させることによっても達成される。

【0063】

このようにして形成されたストランドシート１０の長さ（Ｌ１０）及び幅（Ｗ１０）は、取扱い上の問題から、一般に、全幅（Ｗ１０）は、１００〜１０００ｍｍとされ、長さ（Ｌ１０）は、１〜５ｍ程度の短冊状のもの、或いは、１００ｍ以上のものを製造し得るが、使用時においては、適宜切断して使用される。

【0064】

（第２の強化繊維）
第２の強化繊維ｆ２としては、繊維強化プラスチック線材４の強化繊維（第１の強化繊維ｆ１）と同様のものを使用することができ、炭素繊維、ガラス繊維、などの無機繊維；ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維；更には、アラミド繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維などの有機繊維；が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。

【0065】

第２の強化繊維ｆ２は、図１（ｂ）に示すように、繊維強化プラスチック線材４間に均一に分散して配置されるが、図１（ｃ）に示すように、第２の強化繊維ｆ２は、通常、第２の強化繊維ｆ２を複数本収束した強化繊維ロービング束５の形態で各線材４間に一様に分散して配置される。

【0066】

強化繊維ロービング束５は、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、ロービング束に撚りが無い撚り無し強化繊維ロービング束５ａ（図２（ｃ））でも、また、ロービング束に撚りが入った撚り入り強化繊維ロービング束５ｂ（図２（ｄ））でも良い。撚り数は、５〜３０回／ｍが好ましい。特に、撚り無し強化繊維ロービング束５ａを使用した場合には、図１（ｂ）に示すように、第２の強化繊維ｆ２は、解繊されて繊維強化プラスチック線材４間に均一に分散して配置されることとなるが、撚り入り強化繊維ロービング束５ｂを使用した場合には、図１（ｃ）に示すように、解繊されることなく線材４の間に強化繊維ロービング束５ｂの形態を維持したまま一様に分散配置される。

【0067】

また、撚り入りの強化繊維ロービング束５ｂを使用する場合には、繊維強化プラスチック線材４に関して上述したと同じ理由から、金属パイプ２内に、Ｓ撚りの線材と、Ｚ撚りの線材とを略同数配置するのが好ましい。

【0068】

補強金属パイプ１にて、第２の強化繊維ｆ２は、繊維強化プラスチック線材３の強化繊維（第１の強化繊維）ｆ１と同じであっても良く、異なる繊維を使用しても良い。

【0069】

また、必要に応じては、図３（ａ）に示すストランドシート１０と同様に、図３（ｂ）に示すように、強化繊維ロービング束５を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、各ロービング束５を互いに線材固定材１１にて固定した繊維シート（ロービングシート）３０を作製し、この繊維シート３０を利用して強化繊維ロービング束５を金属パイプ２内に配置することもできる。

【0070】

各強化繊維ロービング束５、５間には、０〜１０ｍｍの空隙（ｇ）を設ける。なお、空隙（ｇ）は、強化繊維ロービング束５の長手方向に一定である必要はない。即ち、例えば、強化繊維ロービング束５の長手方向に空隙（ｇ）が０ｍｍとなっている個所、即ち、隣り合った強化繊維ロービング束５、５が密着している個所があっても良い。

【0071】

このようにして形成された繊維シート３０の長さ（Ｌ３０）及び幅（Ｗ３０）は、取扱い上の問題から、一般に、全幅（Ｗ３０）は、１００〜１０００ｍｍとされる。又、長さ（Ｌ３０）は、１〜５ｍ程度の短冊状のもの、或いは、１００ｍ以上のものを製造し得るが、使用時においては、適宜切断して使用される。

【0072】

（接着樹脂）
金属パイプ２内に注入する接着樹脂Ｒ２は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などとされる熱硬化性樹脂を使用し得る。使用する接着樹脂Ｒ２の粘度は、常温（即ち、２０℃）で、５００ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル秒）以下の範囲とされる。５００ｍＰａ・ｓを超えると、含浸性が悪くなり、また一方、１０ｍＰａ・ｓ以下では、該当樹脂が見当たらない。通常、５０〜３００ｍＰａ・ｓとされる。

【0073】

次に、図５（ａ）〜（ｃ）及び図７（ａ）〜（ｃ）を参照して、本発明に係る金属パイプ２の内面を繊維強化プラスチックにて補強する補強方法について説明する。

【0074】

（補強方法）
（Ａ）補強方法の第１実施例
図５（ａ）〜（ｃ）に示す本発明の補強方法の第一の実施例によると、金属パイプ２の内側の補強すべき空間において、強化繊維（第１の強化繊維ｆ１＋第２の強化繊維ｆ２）の体積比率が３５〜６２％の範囲になる量の、１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材４と、複数本の第２の強化繊維ｆ２を混合して、樹脂未含浸の強化繊維補強体３ａを作製する。

【0075】

限定されるものではないが、繊維強化プラスチック線材４は、強化繊維ｆ１として炭素繊維を使用した場合には、例えば平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆ１を６０００〜６００００本収束した単繊維束（強化繊維束）に樹脂Ｒ１が含浸され、それを単独、若しくは、複数本束ねて、硬化して作製される。

【0076】

また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、繊維強化プラスチック線材４は、強化繊維束に撚りが施されていない撚り無し繊維強化プラスチック４ａ（図２（ａ））でも、また、強化繊維束に撚りが入った撚り入り繊維強化プラスチック４ｂ（図２（ｂ））でも良い。撚り数は、５〜３０回／ｍが好ましい。もし、図２（ｂ）に示す撚り入りの繊維強化プラスチック線材４ｂを使用する場合には、上述したように、金属パイプ２内に、Ｓ撚りの線材と、Ｚ撚りの線材とを略同数配置するのが好ましい。その理由は、上述したように、一方向の撚りのみの繊維強化プラスチック線材４ｂは、そのより癖により、形状の変化を起こし易いため、その影響が補強した金属パイプ１に出ることを防ぐためである。

【0077】

複数本の第２の強化繊維ｆ２は、通常、図２（ｃ）、（ｄ）に示す強化繊維ロービング束５の形態で使用される。

【0078】

限定されるものではないが、強化繊維ロービング束５は、第２の強化繊維ｆ２として炭素繊維を使用した場合には、１本の強化繊維ロービング束５は、例えば平均径７μｍの単繊維（炭素繊維モノフィラメント）ｆ２を１０００〜５００００本収束して作製される。

【0079】

強化繊維ロービング束５は、撚り無し（図２（ｃ））でも、また、撚り入り（図２（ｄ））でも良い。撚り数は、５〜３０回／ｍの範囲が好ましい。もし、撚り入りの強化繊維ロービング束５ｂを使用する場合には、上述したように、金属パイプ内に、Ｓ撚りのロービング束と、Ｚ撚りのロービング束とを略同数投入するのが好ましい。

【0080】

繊維強化プラスチック線材４と強化繊維ロービング束５（即ち、第２の強化繊維ｆ２）との混合物である樹脂未含浸の強化繊維補強体３ａは、金属パイプ２の内側に引き込み、その混合物（強化繊維補強体３ａ）の端部を切断後、その金属パイプ２の内側に、接着樹脂Ｒ２を圧入、若しくは、吸引により注入することにより、強化繊維ロービング束（即ち、第２の強化繊維ｆ２）に樹脂Ｒ２を含浸させ、常温、若しくは、加熱により、樹脂を硬化させる。これにより金属パイプ内面が繊維強化プラスチック補強体３により補強される。

【0081】

更に具体的に説明すると、本実施例では、補強される金属パイプ２は、図１に示すように、肉厚（Ｔ）、一辺の長さ（Ｈ１）とされる矩形（正方形）断面を有するものとして説明する。この金属パイプ２の内面を補強するために、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材４と、１束以上の連続した強化繊維ロービング束５を混合して樹脂含浸前の繊維強化プラスチック前駆体、即ち、樹脂未含浸の強化繊維補強体３ａを形成する。本実施例では、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａも又、金属パイプ２の内面形状と同様の矩形状とされ、金属パイプの長さ（Ｌ）より長く長手方向に延在した長さ（Ｌ３）とされる。

【0082】

本実施例にて、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａの先端部には、図５（ａ）に示すように、金属パイプ２の内部を貫通して配置された引き込み紐５０の一端部５０ａが、例えば接着剤などにより接着され、且つ、樹脂未含浸強化繊維補強体先端部は固定具５１にてしっかりと固定される。次いで、引き込み紐５０の他端部５０ｂを持って、引き込み紐５０を、本実施例では図５（ａ）にて左側に引張ることにより、強化繊維補強体３ａを金属パイプ２内部に投入し、配置する。

【0083】

撚り無し強化繊維ロービング束５ａを使用した場合は、ロービング束は解繊され、図１（ｂ）に示すように、繊維強化プラスチック線材４、４間に均一に分散された状態となる。撚り入り強化繊維ロービング束５ｂを使用した場合は、図１（ｃ）のように、完全には解繊されず繊維束５ｂの状態を維持したまま繊維強化プラスチック線材４と混合して配置される。

【0084】

金属パイプ２内部に投入配置された樹脂未含浸の強化繊維補強体３ａは、その一端、即ち、図５（ｂ）にて右側端部は金属パイプ２の右側端面と略同一面にて（Ｉ）−（Ｉ）面で切断し、他端、即ち、図５（ｂ）にて左側端部の引き込み紐５０が結束された側は、引き込み紐結束部５１と金属パイプ２の左側端面との間で、即ち、金属パイプ左側端面から距離（Ｌｓ）の位置（ＩＩ）−（ＩＩ）面で切断する。

【0085】

上述したように、図５（ａ）〜（ｃ）に示す本実施例にて、
（１）金属パイプ２内の強化繊維補強体３ａの強化繊維体積比率（Ｖｆ）は、３５〜６２％とされる。
（２）金属パイプ２内の強化繊維補強体３ａにおける強化繊維プラスチック線材４の面積比率は、１０〜５０％とされる。

【0086】

また、上述したように、金属パイプ２内の強化繊維プラスチック線材４の本数は、１本以上とされるが、複数本使用する場合の線材４の投入配置は、できるだけ均等にバラケさせる。

【0087】

次に、金属パイプ２内の樹脂未含浸強化繊維補強体３ａに対する含浸樹脂Ｒ２の注入方法について説明する。

【0088】

図５（ｃ）に図示するように、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａが装入された金属パイプ２の左側端２ｂ、即ち、強化繊維補強体３ａが一部露出した端部２ｂを包囲してバグフィルム１００の一端開口部１０１ａが金属パイプ端面外周部に適合設置され、バグフィルム１００の一端開口部１０１ａと金属パイプ外周部とはシール部材１０２にて密着接合する。バグフィルム１００の他端開口部１０１ｂには真空引きのためのパイプ１０３が接続される。パイプ１０３は真空ポンプ１０４に接続されており、真空ポンプ１０４を作動させることにより真空引きが可能とされる。

【0089】

樹脂未含浸強化繊維補強体３ａが挿入された金属パイプ２の右側端２ａ、即ち、強化繊維補強体３ａが金属パイプ端面にて切断されている側の端部２ａは、接着樹脂Ｒ２が貯留された樹脂タンク１１０内に浸漬される。樹脂Ｒ２は、上述したように、その粘度が常温（２０℃）で５００ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル秒）以下、本実施例では、１００〜２００ｍＰａ・ｓとされた。

【0090】

次いで、真空ポンプ１０４を駆動すると、金属パイプ２内が真空引きされ、それによって、樹脂Ｒ２が金属パイプ２内、即ち、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａへと流入される。樹脂Ｒ２は、強化繊維補強体３ａの繊維強化プラスチック線材４の回りに配置されている強化繊維ロービング束（第２の強化繊維ｆ２）に含浸される。従って、繊維強化プラスチック線材４と第２の強化繊維ｆ２が接着すると共に、金属パイプ２の内面に強化繊維補強体３ａが接着される。

【0091】

その後、金属パイプ２を樹脂タンク１１０から取出し、また、バグフィルム１００を除去し、常温で放置するか、或いは、必要により加熱することにより、樹脂Ｒ２を硬化させる。これにより金属パイプ内面が繊維強化プラスチックとされた強化繊維補強体、即ち、繊維強化プラスチック補強体３により補強される。

【0092】

上記説明では、接着樹脂Ｒ２は、真空ポンプ１０４を駆動することにより金属パイプ２内に、即ち、強化繊維補強体３ａに吸引されるものとして説明したが、接着樹脂Ｒ２を圧力ポンプなどにより金属パイプ２内へと、即ち、強化繊維補強体３ａへと圧入する構成とすることもできる。

【0093】

上述のような本発明による補強方法によると、
（１）繊維強化プラスチック線材４と第２の強化繊維ｆ２（即ち、樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５）を同時に、金属パイプの内側の補強すべき空間に、連続して引き込むと、繊維強化プラスチック線材４が曲がることなく直線で引き込まれていくことにより、周囲の樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５も直線性を保ちながら引き込まれていく。そのため、樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５の糸の緩み、絡みによる膨れ現象が少なくなり、より多くの強化繊維を投入できる。また、強化繊維の直線性も確保できることから、非常に高い物性の発現を得ることが可能となる。

【0094】

（２）繊維強化プラスチック線材４は既に硬化された固体であり、且つ直線であるため、この表面には必ず隙間が発生し、樹脂Ｒ２がこの線材４の表面を伝わって通り易くなる。それで、金属パイプ２の補強すべき空間に、適切にこの繊維強化プラスチック線材４を１本以上配置することにより、樹脂の通り道の形成が可能となる。この樹脂Ｒ２が線材４の周囲の樹脂未含浸強化繊維ロービング束５に拡散、含浸することにより、金属パイプ２の断面全体へ樹脂が回り、繊維強化プラスチックと金属パイプが接着し、一体化した補強物（補強金属パイプ）が得られる。

【0095】

樹脂未含浸強化繊維ロービング束５のみを金属パイプ２の内側の補強すべき空間に引き込んだ、線材４の入っていない場合は、樹脂Ｒ２が金属パイプ２の内側表面を伝わり、空間の中央部へは含浸して行かない状況となる。

【0096】

（３）繊維強化プラスチック線材４を伝わって流れていく樹脂Ｒ２が、線材周囲の回りの樹脂未含浸ロービング束５に拡散、含浸され、金属パイプ２の断面全体へ確実に樹脂Ｒ２が回るようにするためには、線材４と線材４との距離が短くなるように、線材４を配置するか、若しくは、樹脂Ｒ２が強化繊維ロービング束５、５間に入り易くなる撚り入り強化繊維ロービング束５ｂを用いるのが好ましい。

【0097】

尚、上述したように、繊維強化プラスチック線材４で撚り入りの繊維強化プラスチック４ｂを使用した場合、及び／又は、樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５で撚り入りの強化繊維ロービング束５ｂを使用した場合、金属パイプ２の内側の補強すべき空間内に投入する撚り入り繊維強化プラスチック線材４ｂ及びロービング束５ｂは、撚り方向がＳ撚り（左ネジ撚り）、Ｚ撚り（右ネジ撚り）のものを、ほぼ同数本投入する方が良い。

【0098】

（Ｂ）補強方法の第２実施例
図７（ａ）〜（ｃ）を参照して本発明の補強方法の第二の実施例について説明する。

【0099】

補強方法の第二の実施例は、図６に示す補強金属パイプ１を作製するための方法であって、上記図５（ａ）〜（ｃ）を参照して説明した補強方法と同様の構成とされる。ただ、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａの作製方法において異なるのみである。

【0100】

つまり、本実施例によると、金属パイプ２の内側の補強すべき空間において、即ち、この金属パイプ２の内面積Ｓより小さな面積のパイプ、若しくは、中実ロッド等の芯材２０の周囲に形成される芯材２０と補強パイプ２との環状空間において、強化繊維（第１の強化繊維ｆ１＋第２の強化繊維）の体積比率が３５〜６２％の範囲になる量の、１本以上の連続した繊維強化プラスチック線材４と、複数本の強化繊維ロービング束５（即ち、第２の強化繊維ｆ２）を混合して、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａを作製する。

【0101】

繊維強化プラスチック線材４及び強化繊維ロービング束５（第２の強化繊維ｆ２）は、第１実施例にて説明したと同様のものを使用することができる。従って、本実施例での説明は省略する。

【0102】

本実施例においても、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１実施例と同様に、補強される金属パイプ２は、肉厚（Ｔ１）、一辺の長さ（Ｈ１）とされる矩形（正方形）断面を有するものとされ、金属パイプ２の内部に、肉厚（Ｔ２）、一辺の長さ（Ｈ３）とされる矩形（正方形）断面を有した芯材としての内パイプ２０が配置されるものとする。

【0103】

本実施例では、図７（ａ）に示すように、内パイプ２０の回りに、繊維強化プラスチック線材４と強化繊維ロービング束５を混合して配置し、樹脂未含浸の強化繊維補強体３ａを作製する。

【0104】

本実施例にて、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａの先端部の内パイプ２０の先端開口部２０ａには、金属パイプ２の内部を貫通して配置された引き込み紐５０の一端部５０ａが装入され、該端部５０ａを先端開口部２０ａに固定すると共に、先端開口部を接着剤で充填する。これにより、内パイプ２０の先端開口部２０ａは接着剤にて封止される。また、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａの先端部は、固定具５１にてしっかりと固定される。次いで、引き込み紐５０の他端部５０ｂを持って、引き込み紐５０を、本実施例では図７（ａ）にて左側に引張ることにより、樹脂未含浸の強化繊維補強体３ａを金属パイプ２の内部に装入し、配置する。

【0105】

撚り無し強化繊維ロービング束５ａを使用した場合には、ロービング束５ａは解繊され、図６（ｂ）に示すように、繊維強化プラスチック線材４、４間に均一に分散された状態となる。撚り入り強化繊維ロービング束５ｂを使用した場合は、図示してはいないが、図１（ｃ）に示すと同様に、完全には解繊されず繊維束５ｂの状態を維持したまま繊維強化プラスチック線材４と混合して配置される。

【0106】

次いで、第１の実施例の場合と同様に、金属パイプ２内部に投入配置された樹脂未含浸の強化繊維補強体３ａは、その一端、即ち、図７（ｂ）にて右側端部は金属パイプ２の右側端面と略同一面にて（Ｉ）−（Ｉ）面で切断し、他端、即ち、図７（ｂ）にて左側端部の引き込み紐５０が結束された側は、引き込み紐結束部５１と金属パイプ２の左側端面との間で、且つ、内パイプ２０に接着剤が充填されて封止されている領域にて、即ち、金属パイプ左側端面から距離（Ｌｓ）の位置（ＩＩ）−（ＩＩ）面で切断する。もし、切断面位置（ＩＩ）−（ＩＩ）にて内パイプ２０内に接着剤が充填されていない場合は、内パイプ先端開口部に接着剤を充填し封止する。

【0107】

上述したように、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す本実施例においても、
（１）金属パイプ２と内パイプ２０との間の環状空間部における強化繊維補強体３ａの強化繊維体積比率（Ｖｆ）は、３５〜６２％とされる。
（２）金属パイプ２と内パイプ２０との間の環状空間部における強化繊維プラスチック線材４の面積比率は、１０〜５０％とされる。

【0108】

また、上述したように、金属パイプ２内の強化繊維プラスチック線材４の本数は、１本以上とされるが、複数数本使用する場合は、その投入配置は、できるだけ均等にバラケさせる。

【0109】

次に、第１実施例１と同様にして、金属パイプ２と内パイプ２０との間の環状空間部における樹脂未含浸強化繊維補強体３ａに含浸樹脂Ｒ２を注入する。

【0110】

即ち、図７（ｃ）に図示するように、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａが装入された金属パイプ２の左側端２ｂ、即ち、強化繊維補強体３ａが一部露出した端部２ｂを包囲してバグフィルム１００の一端開口部１０１ａが金属パイプ端面外周部に適合設置され、バグフィルム１００の一端開口部１０１ａと金属パイプ外周部とはシール部材１０２にて密着接合する。バグフィルム１００の他端開口部１０１ｂには真空引きのためのパイプ１０３が接続される。パイプ１０３は真空ポンプ１０４に接続されており、真空ポンプ１０４を作動させることにより真空引きが可能とされる。

【0111】

樹脂未含浸強化繊維補強体３ａが挿入された金属パイプ２の右側端２ａ、即ち、強化繊維補強体３ａが金属パイプ端面にて切断されている側の端部２ａは、接着樹脂Ｒ２が貯留された樹脂タンク１１０内に浸漬される。樹脂Ｒ２は、上述したように、その粘度が常温（２０℃）で５００ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル秒）以下、本実施例では、１００〜２００ｍＰａ・ｓとされた。

【0112】

次いで、真空ポンプ１０４を駆動すると、金属パイプ２内が真空引きされ、それによって、樹脂Ｒ２が内パイプ２０内を流れることなく金属パイプ２内の、環状とされる樹脂未含浸強化繊維補強体３ａへと流入される。樹脂Ｒ２は、強化繊維補強体３ａの繊維強化プラスチック線材４の回りに配置されている強化繊維ロービング束５（第２の強化繊維ｆ２）に含浸される。従って、繊維強化プラスチック線材４と第２の強化繊維ｆ２が接着すると共に、金属パイプ２の内面に強化繊維補強体３ａが接着される。

【0113】

その後、金属パイプ２を樹脂タンク１１０から取出し、また、バグフィルム１００を除去し、常温で放置するか、或いは、必要により加熱することにより、樹脂Ｒ２を硬化させる。これにより金属パイプ内面が繊維強化プラスチックとされた強化繊維補強体、即ち、繊維強化プラスチック補強体３により補強される。必要に応じて、芯材としての内パイプ２０は、補強金属パイプ１から除去する。

【0114】

上記説明では、接着樹脂Ｒ２は、真空ポンプ１０４を駆動することにより金属パイプ２内に、即ち、強化繊維補強体３ａに吸引されるものとして説明したが、接着樹脂Ｒ２を圧力ポンプなどにより金属パイプ２内へと、即ち、強化繊維補強体３ａへと圧入する構成とすることもできる。

【0115】

上述のような本実施例による補強方法によると、第１の実施例の補強方法と同様に、
（１）繊維強化プラスチック線材４と第２の強化繊維ｆ２（即ち、樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５）を同時に、金属パイプ２の内側の補強すべき空間に連続して引き込むと、繊維強化プラスチック線材４が曲がることなく直線で引き込まれていくことにより、周囲の樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５も直線性を保ちながら引き込まれていく。そのため、樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５の糸の緩み、絡みによる膨れ現象が少なくなり、より多くの強化繊維を投入できる。また、強化繊維の直線性も確保できることから、非常に高い物性の発現を得ることが可能となる。

【0116】

（２）繊維強化プラスチック線材４は既に硬化された固体であり、且つ直線であるため、この表面には必ず隙間が発生し、樹脂Ｒ２がこの線材４の表面を伝わって通り易くなる。それで、金属パイプ２の補強すべき空間に、適切にこの繊維強化プラスチック線材４を１本以上配置することにより、樹脂Ｒ２の通り道の形成が可能となる。この樹脂Ｒ２が線材４の周囲の樹脂未含浸強化繊維ロービング束５に拡散、含浸することにより、金属パイプ２と内パイプ２０との間の環状空間全体へ樹脂が回り、繊維強化プラスチックと金属パイプが接着し、一体化した補強物（補強金属パイプ）が得られる。

【0117】

樹脂未含浸強化繊維ロービング束５のみを金属パイプ２の内側の補強すべき空間に引き込んだ、線材４の入っていない場合は、樹脂が金属パイプの内側表面を伝わり、空間の中央部へは含浸して行かない状況となる。

【0118】

（３）繊維強化プラスチック線材４を伝わって流れていく樹脂Ｒ２が、線材周囲の回りの樹脂未含浸ロービング束５に拡散、含浸され、金属パイプ２と内パイプ２０との間の環状空間全体へ確実に樹脂Ｒ２が回るようにするためには、線材４と線材４との距離が短くなるように、線材を配置するか、若しくは、樹脂Ｒ２が強化繊維ロービング束５、５間に入り易くなる撚り入り強化繊維ロービング束５ｂを用いるのが好ましい。

【0119】

尚、繊維強化プラスチック線材４で撚り入りの繊維強化プラスチック線材４ｂを使用した場合、及び／又は、樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５で撚り入り強化繊維ロービング束５ｂを使用した場合、金属パイプ２の内側の補強すべき空間内に投入する撚り入り繊維強化プラスチック線材４ｂ、及び、ロービング束５ｂは、撚り方向がＳ撚り（左ネジ撚り）、Ｚ撚り（右ネジ撚り）のものを、ほぼ同数本投入する方が良い。

【0120】

（実験例の説明）
次に、本発明に係る繊維強化プラスチックにて補強された補強金属パイプ、及び、金属パイプの内面を繊維強化プラスチックにて補強する補強方法の作用効果を立証するべく、種々の試験サンプルを作製し、樹脂含浸性、曲げ強度に対する性能試験を行った。

【0121】

（Ａ）第１の実験例（実験例１〜１２）
第１の実験例では、図１に示す矩形状断面を有した金属パイプ２を使用し、繊維強化プラスチックを構成する繊維強化プラスチック線材４及び強化繊維ロービング束５を種々変更して補強金属パイプ１を作製した。

【0122】

（試験サンプル）
（ａ）金属パイプ（２）
外寸（Ｈ１）：９．０ｍｍ角、内寸（Ｈ２）：６．６ｍｍ角、厚み（Ｔ）：１．２ｍｍ、長さ（Ｌ）：３３ｃｍのアルミ製角パイプを使用した（内側断面積（Ｓ）：４３．５６ｍｍ²）。アルミの曲げ弾性率（Ｅ１）は６９ＧＰａ、比重は２．７である。

【0123】

尚、計算により、以下のことが求められる。
・９ｍｍ角の断面積：８１ｍｍ²
・６．６ｍｍ角の断面積：４３．５６ｍｍ²
・９ｍｍ角の１．２ｍｍ厚部の断面積：３７．４４ｍｍ²

【0124】

（ｂ）繊維強化プラスチック線材（４）
第１の強化繊維ｆ１の繊維束として炭素繊維束（炭素繊維フィラメント平均径：７μｍ、収束本数：１５０００本）（三菱レイヨン株式会社製「ＴＲ５０」（商品名）を使用し、マトリクス樹脂Ｒ１としてエポキシ樹脂（三井化学株式会社製「エポラック Ｒ１４０Ｐ」商品名）を含浸して固めた平均径１．１ｍｍ（直径）の繊維強化プラスチック線材４を使用した（Ｖｆ：６１％）。炭素繊維束は１０ターン（回）／ｍの撚り入りとした。即ち、撚り入り繊維強化プラスチック線材４ｂを使用した。

【0125】

尚、炭素繊維束（１５ＫＣＦ）の断面積は、０．５７７ｍｍ²、Ｖｆ＝６１％のときの繊維強化プラスチック線材４ｂの断面積は、０．９４５９ｍｍ²（直径約１．１ｍｍ）である。

【0126】

（ｃ）樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（５）（第２の強化繊維ｆ２）
第２の強化繊維ｆ２のロービング束５である炭素繊維束（炭素繊維フィラメント平均径：７μｍ、収束本数：２４０００本）（東レ株式会社製「Ｔ７００Ｓ」（商品名）を使用した。撚り入り強化繊維ロービング束５ｂとしては、１０ターン（回）／ｍの撚りの入ったものを使用した。また、炭素繊維束（２４ＫＣＦ）の断面積は、０．９２４ｍｍ²である。

【0127】

（ｄ）含浸樹脂（Ｒ２）
含浸樹脂Ｒ２としてエポキシ樹脂（ナガセケムテック株式会社製「ＸＮＲ／Ｈ６８１５」（商品名））を使用した。許容可使時間：１２０分、粘度：２６０ｍＰａ・ｓ（ａｔ ２５℃）であった。

【0128】

（試験サンプルの種類）
複数本の連続した上記繊維強化プラスチック線材４（即ち、本実験例では撚り入り繊維強化プラスチック線材４ｂ）と、複数本の連続した上記強化繊維ロービング束５を混合して、樹脂未含浸の強化繊維補強体３ａを作製した。この強化繊維補強体３ａを金属パイプ２の内側に引き込んで、未だ樹脂が含浸されていない試験サンプルを作製した。

【0129】

尚、試験サンプルを作製するに際して、次のことが分かった。つまり、
（１）撚り入りの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５ｂも撚り無しの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５ａも、Ｖｆ＝５３％以上は、抵抗が大きくなり、糸切れも発生し、金属パイプ２内へと投入することができなかった。
（２）繊維強化プラスチック線材４ｂを２３本入れたものは、撚り入りの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５ｂで、Ｖｆ＝６２％まで、撚り無しの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５ａで、Ｖｆ＝５８％まで引き込むことができた。これ以上は、抵抗が大きくなり、糸切れも発生し、金属パイプ内へと投入することができなかった。
（３）繊維強化プラスチック線材４ｂを５本入れたものは、撚り入りの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５ｂで、Ｖｆ＝５５％以上は、抵抗が大きくなり、糸切れも発生し、金属パイプ内へと投入することができなかった。繊維強化プラスチック線材４の金属パイプ内面空間に占める断面積は、約１０％である。

【0130】

上記実験結果を考慮して、樹脂含浸前の試験サンプルは以下の通りに作製した。

【0131】

（試験サンプル１）
撚り無しの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（２４ＫＣＦ）５ａを２５本を引き込んだものであり、Ｖｆ＝５３％であった。

【0132】

ここで、計算により試験サンプル１の予想曲げ弾性率を求めると、８０．４ＧＰａとなる。

【0133】

（試験サンプル２）
撚り入りの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（２４ＫＣＦ）５ｂを２５本引き込んだものであり、試験サンプル１と同じであり、Ｖｆ＝５３％であった。

【0134】

また、計算により求めた試験サンプル２の予想曲げ弾性率は、試験サンプル１と同じであり、８０．４ＧＰａである。

【0135】

（試験サンプル３）
撚り入りの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（２４ＫＣＦ）５ｂを１７本を引き込んだものであり、Ｖｆ＝３６％であった。

【0136】

ここで、計算により試験サンプル３の予想曲げ弾性率を求めると、７０．３ＧＰａである。

【0137】

（試験サンプル４）
撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂを２３本、撚り入りの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（２４ＫＣＦ）５ｂを１５本を引き込んだものであり、
（１）撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂの占有面積比率は、５０％であり、
（２）ＣＦＲＰ部全体の繊維含有率は、Ｖｆ=６２％であった。

【0138】

ここで、計算により試験サンプル４の予想曲げ弾性率を求めると、８５．７ＧＰａとなる。

【0139】

（試験サンプル５）
撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂを２３本、撚り無しの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（２４ＫＣＦ）５ａを１３本を引き込んだものであり、
（１）撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂの占有面積比率は、５０％であり、
（２）ＣＦＲＰ部全体の繊維含有率は、Ｖｆ=５８％であった。

【0140】

ここで、計算により試験サンプル５の予想曲げ弾性率を求めると、８３．３ＧＰａとなる。

【0141】

（試験サンプル６）
撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂを５本、撚り入りの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（２４ＫＣＦ）５ｂを２３本を引き込んだものであり、
（１）撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂの占有面積比率は、１０．９％であり、
（２）ＣＦＲＰ部全体の繊維含有率は、Ｖｆ=５５％であった。

【0142】

ここで、計算により試験サンプル６の予想曲げ弾性率を求めると、８１．５ＧＰａとなる。

【0143】

（試験サンプル７〜１２）
上記試験サンプル１〜６における金属パイプ２の長さを１００ｃｍとした試験サンプル７〜１２を作製し、その時の樹脂含浸性を試験した。試験サンプル７〜１２のその他の条件は上記試験サンプル１〜６と同じであった。

【0144】

上記試験サンプルを使用した樹脂含浸性、曲げ強度試験は、次のようにして行った。

【0145】

（樹脂含浸試験）
樹脂含浸方法は、上述のように、金属パイプ２としての角パイプの内側全長に、連続した樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５、又は、連続した繊維強化プラスチック線材４と連続した樹脂未含浸の強化繊維ロービング束５との混合物（即ち、樹脂未含浸強化繊維補強体３ａ）を作製し、各試験サンプル１〜１２を、図５（ｃ）に示すように、片側端部を含浸させる樹脂槽１１０に入れ、他方端部に真空で引けるようにバグフィルム１００を被せ、真空ポンプ１０４で角パイプ内部の空気を引きながら、樹脂を含浸させた。その時に掛った時間を測定した。その結果を実験例１〜１２として表１に示す。

【0146】

尚、実験例７における樹脂含浸時間における「６０（３０ｃｍ）」は、６０分でも３０ｃｍ強しか樹脂含浸できなかったことを意味しており、同様に、実験例８における樹脂含浸時間における「６０（５０ｃｍ）」は、６０分でも５０ｃｍ強しか樹脂含浸できなかったことを意味する。

【0147】

（曲げ試験）
樹脂含浸された上記試験サンプル１〜６を常温で２４時間放置後、硬化炉に入れ、８０℃、２時間で樹脂を硬化させ、繊維強化プラスチック補強体３で補強された補強金属パイプ１を作製した。この補強金属パイプ（試験サンプル１〜６）に対して曲げ試験を実施した。曲げ試験は、ＪＩＳＫ７２０３法による３点曲げ試験にて行った。曲げ試験結果を実験例１〜１２にて「実測値」として表１に示す。

【0148】

なお、比較例１として、中実のアルミロッド、即ち、：９．０ｍｍ角の角ロッドを使用して曲げ試験を行った結果を示す。曲げ弾性率が６９ＧＰａ、ｍ単重（１ｍ当たりの重さ）は２１９ｇ／ｍであった。

【0149】

【表1】

【0150】

上記実験例１〜１２の実験結果から下記のことが言える。
（考察）
（ａ）実験例１（試験サンプル１）及び実験例２（試験サンプル２）の曲げ試験では、計算で予測した曲げ弾性率を達成できなかった。曲げ試験後、試験サンプルを中央部付近で切断して、樹脂の含浸状況を調査した。切断面の中央部付近で、樹脂の未含浸部が見られたことから、これが弾性率低下の原因と考えられる。
（ｂ）実験例３（試験サンプル３）、実験例４（試験サンプル４）、実験例５（試験サンプル５）、実験例６（試験サンプル６）の曲げ試験では、ほぼ計算で予測した曲げ弾性率を達成することができた。曲げ試験後、試験サンプルを中央部付近で切断して、樹脂の含浸状況を調査したところ、樹脂の未含浸部は見当たらなかった。このことにより、樹脂含浸が有効にできていることが判明した。
（ｃ）実験例４（試験サンプル４）と比較例１とを比較すると、実験例４は、曲げ弾性率で、約２５％のアップとなり、且つ、ｍ単重で、約２２％の軽量化が図れることが分かる。

【0151】

（Ｂ）第２の実験例（実験例１３、１４）
第２の実験例では、図６に示す矩形状断面を有した金属パイプ（外パイプ）２と、芯材としての矩形断面を有した金属パイプ（内パイプ）２０とを備えた２重管構造の補強金属パイプ１について、第１の実験例と同様に、繊維強化プラスチックを構成する繊維強化プラスチック線材４及び強化繊維ロービング束５を種々変更して補強金属パイプを作製した。

【0152】

（試験サンプル）
（ａ）金属パイプ（２、２０）
（外パイプ２）
外寸（Ｈ１）：１５ｍｍ角、内寸（Ｈ２）：１２．６ｍｍ角、厚み（Ｔ１）：１．２ｍｍ、長さ（Ｌ）：３３ｃｍのアルミ製角パイプを使用した。
（内パイプ２０）
外寸（Ｈ３）：９．０ｍｍ角、内寸（Ｈ４）：６．６ｍｍ角、厚み（Ｔ２）：１．２ｍｍ、長さ（Ｌ）：３３ｃｍのアルミ製角パイプを使用した。

【0153】

内パイプ２０と外パイプ２との空間の断面積：７７．７６ｍｍ²、アルミの曲げ弾性率（Ｅ１）は６９ＧＰａ、比重は２．７である。

【0154】

尚、計算により、以下のことが求められる。
・９ｍｍ角の断面積：８１ｍｍ²
・６．６ｍｍ角の断面積：４３．５６ｍｍ²
・９ｍｍ角の１．２ｍｍ厚部の断面積：３７．４４ｍｍ²
・１５ｍｍ角の断面積：２２５ｍｍ²
・１２．６ｍｍ角の断面積：１５８．７６ｍｍ²
・１５ｍｍ角の１．２ｍｍ厚部の断面積：６６．２４ｍｍ²
・１２．６ｍｍ角と９ｍｍ角の間の断面積：７７．７６ｍｍ²

【0155】

（ｂ）繊維強化プラスチック線材（４）
第１の強化繊維ｆ１の繊維束として炭素繊維束（炭素繊維フィラメント平均径：７μｍ、収束本数：１５０００本）（三菱レイヨン株式会社製「ＴＲ５０」（商品名）を使用し、マトリクス樹脂Ｒ１としてエポキシ樹脂（三井化学株式会社製「エポラック Ｒ１４０Ｐ」商品名）を含浸して固めた平均径１．１ｍｍ（直径）の繊維強化プラスチック線材４を使用した（Ｖｆ：６１％）。炭素繊維束は１０ターン（回）／ｍの撚り入りとした。即ち、撚り入り繊維強化プラスチック線材４ｂを使用した。

【0156】

尚、炭素繊維束（１５ＫＣＦ）の断面積は、０．５７７ｍｍ²、Ｖｆ＝６１％のときの繊維強化プラスチック線材４ｂの断面積は、０．９４５９ｍｍ²（直径約１．１ｍｍ）である。

【0157】

（ｃ）樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（５）（第２の強化繊維ｆ２）
第２の強化繊維ｆ２のロービング束５である炭素繊維束（炭素繊維フィラメント平均径：７μｍ、収束本数：２４０００本）（東レ株式会社製「Ｔ７００Ｓ」（商品名）を使用した。撚り入り強化繊維ロービング束５ｂとしては、１０ターン（回）／ｍの撚りの入ったものを使用した。また、炭素繊維束（２４ＫＣＦ）の断面積は、０．９２４ｍｍ²である。

【0158】

（ｄ）含浸樹脂（Ｒ２）
含浸樹脂Ｒ２としてエポキシ樹脂（ナガセケムテック株式会社製「ＸＮＲ／Ｈ６８１５」（商品名））を使用した。許容可使時間：１２０分、粘度：２６０ｍＰａ・ｓ（ａｔ ２５℃）であった。

【0159】

（試験サンプルの種類）
内パイプ２０の周囲に複数本の連続した上記繊維強化プラスチック線材４と、複数本の連続した上記強化繊維ロービング束５を混合して配置して樹脂未含浸の強化繊維補強体３ａを作製した。この強化繊維補強体を金属パイプの内側に引き込んで、未だ樹脂が含浸されていない試験サンプルを作製した。

【0160】

（試験サンプル１３）
撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂを２８本、撚り入りの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（２４ＫＣＦ）５ｂを３２本を引き込んだものであり、
（１）撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂの占有面積比率は、３４％であり、
（２）ＣＦＲＰ部全体の繊維含有率は、Ｖｆ=５５％であった。

【0161】

ここで、計算により試験サンプル１３の予想曲げ弾性率を求めると、８２．４ＧＰａである。

【0162】

（試験サンプル１４）
撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂを８本、撚り入りの樹脂未含浸の強化繊維ロービング束（２４ＫＣＦ）５ｂを３８本を引き込んだものであり、
（１）撚り入り繊維強化プラスチック線材（１５ＫＣＦ）４ｂの占有面積比率は、１０％であり、
（２）ＣＦＲＰ部全体の繊維含有率は、Ｖｆ=５１％であった。

【0163】

ここで、計算により試験サンプル１４の予想曲げ弾性率を求めると、７９．３ＧＰａである。

【0164】

上記試験サンプルに対して、上記実験例１と同様にして樹脂含浸性、曲げ強度試験を行った。その結果を表１に示す。

【0165】

なお、比較例２として、上記ＣＦＲＰ部が中実のアルミロッドで構成された試験片を使用して曲げ試験を行った結果を示す。即ち、曲げ弾性率は、６６．４ＧＰａであり、ｍ単重（１ｍ当たりの重さ）は４９０ｇ／ｍであった。

【0166】

尚、試験サンプルを作製するに際して、次のことが分かった。つまり、
（１）繊維強化プラスチック線材が干渉して、線材の投入量が、投入すべき断面積の４０％程度しかできなかった。トータル投入ＣＦ量も、Ｖｆ＝５５％程度しかできないことが判明した。
（２）繊維強化プラスチック線材の占有率が１０％以下になると、トータル投入ＣＦ量がさらに低下し、Ｖｆ＝５１％程度にしかならないことが分かった。

【0167】

上記実験例１３、１４の実験結果から下記のことが言える。
（考察）
（１）樹脂含浸性試験に関し
第１の実験例と同様に、繊維強化プラスチック線材４の投入量が少ないと、樹脂含浸に時間を要し、占有面積が１０％を切ると、樹脂含浸時間がかかり、長尺物へは、対応が難しくなることが判明した。
（２）曲げ試験に関し
実験例１３の曲げ試験結果と、比較例２に示すアルミ相当部材との比較で、曲げ弾性率で、アルミ相当部材の約１．２５倍、ｍ単重で、約１７％の軽量化が図れることが分かった。

【産業上の利用可能性】

【0168】

上記構成とされる本発明に係る補強金属パイプ及び金属パイプの補強方法は、種々の用途にて幅広く有効に利用することができる。

【0169】

（１）自転車、２輪車、自動車のフレーム部材、パイプ部材
本発明によると、軽量で高剛性、高強度のフレーム部材を得ることができる。

【0170】

従来の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）のみで製作されたフレーム部材は、破壊時に、バラバラになる。一方、本発明に係る補強金属パイプ１は、金属パイプ２と繊維強化プラスチック補強体３との２層構造とされ、表面層が金属パイプとされるので、破壊時には変形破壊となり、安全性が向上する。また、本発明に係る補強金属パイプ１は、表面が金属製品とされるので、ネジ加工、リベット加工が可能で、他の部品との結合性が大きく向上する。

【0171】

（２）高速車両車体、飛行機車体の中空部材
上述したように、本発明によると、軽量で高剛性、高強度のフレーム部材を得ることができる。また、本発明に係る補強金属パイプ１は、表面が金属製品とされるので、ネジ加工、リベット加工が可能で、他の部品との結合性が大きく向上する。更に、表面が金属製品で覆われているので、端部の処理を適切に行うことにより、完全な耐火部材となる。

【0172】

（３）織機部材、ロボットハンド部材、などの高速で動く部材
上述したように、本発明によると、軽量で高剛性、高強度のフレーム部材を得ることができる。また、本発明に係る補強金属パイプ１は、表面が金属製品とされるので、ネジ加工、リベット加工が可能で、他の部品との結合性が大きく向上する。また、高温で使用される個所でも、短時間であれば使用可能である。

【0173】

更に、本発明に係る補強金属パイプ１及び補強方法は、金属パイプの内面補強とされるので、フレーム部材の外面積を増加させることなく金属パイプの補強を達成することができる。

【0174】

例えば、本発明の補強方法を、例えば、図８に示すような、織機にて広く使用されている既存のアルミ製ヘルドフレームスティーブの中空部（即ち、金属パイプ部材）の上面若しくは下面、又は、両面に適用して、アルミ製ヘルドフレームスティーブを補強することができる。

【0175】

つまり、図９にて、ヘルドフレームを構成するヘルドフレーム本体２は、通常アルミ製とされ、アルミ製フレーム本体の場合、中空構造とされ、中空部分に強度を出すために数本の横リブ２１、２１の入った構造とされている。このような複数の中空部（中空部材）を有した中空部材としてのヘルドフレーム本体２の上面若しくは下面、又は、両面に形成された中空部、即ち、中空部材形成部に、本発明を適用して、繊維強化プラスチック補強体３を形成することができる。斯かる補強が施されたヘルドフレーム本体を備えたヘルドフレームは、その強度及び曲げ剛性を著しく向上させることができる。

【0176】

（４）高層で用いられる建築用部材、高所で用いられる道路標識などの中空部材
本発明の補強金属パイプは、基本的に不燃材が要求される、高層で用いられる建築用部材、高所で用いられる道路標識などの中空部材などにも十分対応できる。また、軽量で高剛性、高強度のフレーム部材を提供することができる。また、本発明に係る補強金属パイプ１は、表面が金属製品とされるので、ネジ加工、リベット加工が可能で、他の部品との結合性が大きく向上する。

【0177】

（５）化学プラントなどの耐食プラント配管
本発明に係る補強金属パイプで、外層が金属パイプで、内層が繊維強化プラスチック補強体の構造とした場合には、外層が金属パイプとされるので、外部からの衝撃に強く、且つ、内面が耐食に優れた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）とされるので、化学プラントなどの耐食プラント配管として有効に使用できる。

【符号の説明】

【0178】

１ 補強金属パイプ（補強金属製中空部材）
２ 金属パイプ（金属製中空部材）
３ 繊維強化プラスチック補強体
３ａ 樹脂未含浸の強化繊維補強体
４ 繊維強化プラスチック樹脂線材
５ 強化繊維ロービング束
１００ バグフィルム
１０４ 真空ポンプ
１１０ 樹脂タンク
ｆ１ 第１の強化繊維
ｆ２ 第２の強化繊維
Ｒ１ マトリクス樹脂
Ｒ２ 接着樹脂

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】