イントロ
カーボンパイプは、炭素繊維を強化材として使用した複合材料パイプで、その軽量性と高強度により、多くの産業で注目されています。特に、航空宇宙、自動車、スポーツ用品など、強度と軽さが求められる分野で重宝されており、その特性を最大限に活かした製品が登場しています。本コラムでは、カーボンパイプの特性、製造方法、および用途について詳しく解説します。
カーボンパイプの特性
カーボンパイプは、炭素繊維と樹脂を組み合わせて作られる複合材料で、通常、繊維方向に沿った強度が非常に高い特性を持っています。これにより、パイプ自体が非常に軽く、かつ高い耐久性を持つため、さまざまな分野での利用が進んでいます。
軽量性
カーボンパイプは、鋼鉄やアルミニウムと比較して非常に軽いという特徴があります。炭素繊維の比重が低く、パイプの重量を大幅に削減できるため、軽量化が求められる用途に最適です。
高強度・高剛性
炭素繊維は非常に高い引張強度を誇り、その特性がカーボンパイプにも反映されます。パイプは引張や圧縮に対して非常に強く、変形しにくい特性を持ちます。これにより、強い負荷がかかる環境でも安定した性能を発揮します。
耐腐食性
カーボンパイプは、金属製のパイプと異なり、酸や塩分などによる腐食に強い特性を持っています。このため、過酷な環境で使用される場合にも長寿命を保つことができます。
優れた疲労特性
カーボンパイプは、金属のように繰り返しの負荷を受けても疲労による破壊が起こりにくい特性があります。このため、長期間にわたる使用にも耐えられるため、スポーツ用品や機械部品としての使用に適しています。
カーボンパイプの製造方法
カーボンパイプは、主に以下の製造方法で作られます。製造方法によって特性が異なるため、用途に応じた最適な方法が選ばれます。
巻きつけ成形法（Filament Winding）
この方法は、カーボンファイバーを巻き取ることによってパイプを形成します。特に、繊維の配向が重要な役割を果たし、巻きつける方向を調整することで、パイプの強度や剛性を最適化できます。巻きつけ成形法は、長尺のカーボンパイプを一貫して生産できるため、効率的な製造が可能です。
RTM法（Resin Transfer Molding）
RTM法では、炭素繊維を金型に配置し、樹脂を注入して成形します。この方法では高精度な成形が可能で、複雑な形状のカーボンパイプを製造することができます。
圧縮成形法
この方法は、カーボンファイバーを樹脂で成形し、金型に挟んで加熱・加圧して形状を作り上げる方法です。圧縮成形法は、特に強度が求められるカーボンパイプに適しています。
カーボンパイプの用途
カーボンパイプは、軽量で高強度という特性から、さまざまな産業で利用されています。以下はその代表的な用途です。
航空宇宙
航空機や宇宙機の部品には、軽量で高強度の素材が求められます。カーボンパイプはその特性から、航空機の構造部品や補強材、ロケットの燃料タンクなどに使用されます。特に、飛行機の翼の内部構造やフレームなどに使用されることが多いです。
自動車産業
自動車の軽量化は燃費改善や性能向上に直結するため、カーボンパイプはスポーツカーや高性能車のシャシー、フレーム、サスペンション部品に使用されます。また、電動車両やハイブリッド車の軽量化にも活用されます。
スポーツ用品
カーボンパイプは、自転車のフレームやゴルフクラブ、ボーリングのボールの芯など、高強度かつ軽量な部品として多く使用されています。特に、自転車フレームでは軽量でありながら剛性を保つために、カーボンパイプが採用されています。
医療機器
カーボンパイプはその高い強度と耐腐食性を活かして、医療機器の部品にも使用されています。例えば、医療用ロボットのアームや、補助装置の構造部品としても使用されます。
水処理および化学プラント
カーボンパイプは耐腐食性が高いため、化学プラントや水処理施設においても広く使用されています。酸や塩基などの厳しい化学物質を扱う設備において、カーボンパイプは非常に有用な材料です。
まとめ
カーボンパイプは、その軽量性、高強度、耐腐食性、優れた疲労特性により、さまざまな産業で活用されています。航空宇宙から自動車、スポーツ用品、医療機器に至るまで、カーボンパイプの特性は幅広い用途に最適です。製造方法によってその特性を最適化できるため、用途に応じた最適なカーボンパイプを選定することが重要です。今後も技術の進化により、さらなる利用範囲の拡大が期待されます。
関連するお役立ちコンテンツ
ご興味のあるテーマをクリックすると関連コンテンツをご覧いただけます。
UCHIDAについて - About us
当社では、FRP・GFRP・CFRPを用いたCFRP成形加工メーカーとして多くの技術ノウハウを活用し、設計・解析から製造、二次加工・アッセンブリ、塗装、品質保証、試験までワンストップに対応しています。
UCHIDAの設備
UCHIDAではお客様の高度な課題にも対応できるように最先端の設備を導入しております。
DMG森精機 - VS1000/40/2050
X軸：2,050mm（ストローク） ／ Y軸：1,000mm ／ Z軸：600mm ／ テーブル作業面：2,250×1,000mm
芦田製作所 - AUTO CLAVE 2号機
サイズ：Ø1,150×1,000mm ／ 使用温度：常温〜400℃ ／ 設計圧力：2.0Mpa（最高使用圧力） ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：5個
芦田製作所 - AUTO CLAVE 3号機
サイズ：Ø3,000×6,000mm ／ 使用温度：常温〜200℃ ／ 分布精度：±2.5℃以内 ／ 昇温速度：4.0℃/分（空炉） ／ 冷却速度：4.0℃/分（空炉） ／ 設計圧力：0.99Mpa（最高使用圧力） ／ 常用圧力：0.7Mpa以内（メーカーから指定がなければ0.3Mpa位） ／ 圧力精度：±0.02Mpa（０〜0.99Mpa/cm²の圧力設定に対して） ／ 昇圧精度：0〜0.03Mpa/min ／ 圧力源：圧縮空気（常用時） ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
オーブン
サイズ：W1,000×H1,000×D1,000mm ／ 温度範囲：環境温度+20〜300℃ ／ 昇温能力：環境温度（20〜40℃）〜300℃まで/45分以内 ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
エスペック - 恒温恒湿槽
インストロン - 万能試験機5958
オーブン
サイズ：W7,000×H3,000×D2,000mm ／ 温度範囲：環境温度+20〜300℃（MAX） ／ 昇温能力：環境温度（20〜40℃）〜300℃まで/60分以内 ／ 真空方式：バック吸引方式 ／ 真空口数：10個
NEO
X軸：4,000mm（ストローク） ／ Y軸：2,000mm ／ Z軸：1,200mm ／ C軸：0度〜±270度 ／ B軸：0度〜±110度 ／ テーブル作業面：4,000×2,000mm
【開発】
3Dプリンター | Markforged
塗装ブース
各種塗装・クリア仕上げ等は、専用の塗装ブースで行っています。
接着・仕上げ・コーティングルーム
型や成形物の表面処理・トリミング・穴明け・接着等の仕上げ工程は専用ブースで行っています。
東芝 - マトリックスアイEX （超音波探傷器）
Matrix-Arrey：32
AMETEK CREAFORM MetraSCAN750 Elite（3Dスキャン）
• 検査室 オリンパス - 倒立顕微鏡
オーブン
サイズ：W450×H450×D450mm ／ 温度範囲：環境温度+50〜650℃ ／ 昇温能力：環境温度+50〜650℃/120分以内
カッティングプロッター
テーブル作業面：W1,500×L3,500mm
島精機製作所 - カッティングプロッター
KUKA - ロボット
Krauss Maffei - エポキシ樹脂注入機
Resin 60ℓ ／ Hardener 25ℓ
Krauss Maffei - 630t プレス機
W1,200×L1,500×H1,700mm ／ Power Unit：Vacuum valve×2 ／ Air valve×5 ／ Hydraulic valve×5
DMG森精機 - NV5000B/40
X軸：1,020mm（ストローク） ／ Y軸：510mm ／ Z軸：510mm ／ テーブル作業面：1,320×600mm
大型クリーンルーム
JIS B 9920 清浄度クラスの上限濃度（個/立方メートル） ／ クラス5：100,000m³ ／ 室容量：256m²（16,000×16,000mm） 760m²（16,000×16,000×3,000mm） ／ 室内温湿度条件：温度 23℃±3℃ 湿度 65%以下 ／ 外気条件：夏期 温度35℃ 湿度 70%以下 ／ 冬期 温度-5℃ 湿度 40%以下
CAD / CAM
CATIA V5：2台 ／ THINK DESIGN：1台 ／ MASTER CAM：4台 ／ その他 3D/CAD：3台 ／ その他 2D/CAD：5台
Markforged - 3Dプリンター
お問い合わせはこちら
