JP2007214546A - Manufacturing method of frp cryostat - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、FRP製クライオスタットの製造方法に関し、詳しくは、液体窒素や液体ヘリウム等の低温流体を収納するためのFRP(繊維強化プラスチック)製クライオスタットのFRPからなる壁面にパイプや電極等の金属製継手を貫通状態で固定する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an FRP cryostat, and more specifically, a metal wall such as a pipe or an electrode is formed on a wall made of FRP (fiber reinforced plastic) cryostat for storing a cryogenic fluid such as liquid nitrogen or liquid helium. The present invention relates to a method of fixing a joint in a penetrating state.
超伝導マグネット等の冷却に用いるクライオスタットは、クライオスタット内に超伝導マグネット等の被冷却物を入れなければならないため、一体成形で製造することはできない。特に、FRP製クライオスタットの場合は、金属のように溶接ができないため、クライオスタットの本体となる有底筒状の容器本体部と、該容器本体部の上部開口に被着される板状蓋部材とを組み合わせ、これらを接着することで製作するのが一般的である(例えば、特許文献1参照。)。また、このようなFRP製クライオスタットの壁面に排気ポート等の配管や電極等の金属製継手を貫通状態で取り付ける際には、FRP製部材に形成した雌ネジ孔に金属製継手の雄ネジ部を接着剤を介して螺着することが一般的に行われていた。
これまで、クライオスタットのような密封容器の場合には、前記金属製継手の取り付けを容器外側からのネジ込み接着で行われることが一般的であった。しかし、この場合、FRPの雌ネジに対して外側からのみの取り付けのため、その接着部に機械的な衝撃や熱的な衝撃が繰り返して加えられると、接着部が剥離したり、クラックが発生したりするおそれがあった。このような剥離やクラックが発生すると、真空リークを起こし、断熱真空層へ大気や保存した液化ガスが漏れ込んでしまうため、クライオスタットとしての機能が失われるおそれがあった。 Up to now, in the case of a sealed container such as a cryostat, it has been common that the metal joint is attached by screwing from the outside of the container. However, in this case, since the FRP female thread is attached only from the outside, if the mechanical or thermal shock is repeatedly applied to the adhesive part, the adhesive part peels off or cracks occur. There was a risk of doing so. When such peeling or cracking occurs, a vacuum leak occurs, and the atmosphere or the stored liquefied gas leaks into the heat insulating vacuum layer, so that the function as a cryostat may be lost.
そこで本発明は、FRP製クライオスタットの壁面を貫通して取り付けられる金属製継手を確実に固定することができ、各種応力による真空リークの発生を防止できるFRP製クライオスタットの製造方法を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a manufacturing method of an FRP cryostat that can securely fix a metal joint that is attached through the wall surface of an FRP cryostat and can prevent the occurrence of vacuum leak due to various stresses. It is said.
上記目的を達成するため、本発明のFRP製クライオスタットの製造方法は、低温流体を収容するFRP製容器の壁面に金属製継手を貫通させたFRP製クライオスタットの製造方法において、前記金属製継手を軸方向の継手挿入孔を有する鍔付き雄ねじ部材の前記継手挿入孔に挿入して密封状態で固着し、金属製継手を固着した前記鍔付き雄ねじ部材を前記FRP製容器の壁面に形成した雌ネジ孔に接着剤を介して螺着し、該雌ネジ孔から突出した鍔付き雄ねじ部材の雄ねじ部に鍔付き雌ねじ部材を螺着し、鍔付き雄ねじ部材の鍔部と鍔付き雌ねじ部材の鍔部とで容器壁を挟着した状態とし、次いで、鍔付き雄ねじ部材の鍔部と容器壁面、及び、鍔付き雌ねじ部材の鍔部と容器壁面とを覆うようにプリプレグを貼り付けて積層し、該プリプレグを脱気して硬化させることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the FRP cryostat manufacturing method of the present invention is an FRP cryostat manufacturing method in which a metal joint is passed through the wall surface of an FRP container that contains a low-temperature fluid. Female screw hole formed in the wall surface of the FRP container with the flanged male screw member fixed in a sealed state by being inserted into the joint insertion hole of the flanged male screw member having a direction joint insertion hole Screwed to the male threaded portion of the male threaded member projecting from the female threaded hole, and threaded to the male threaded member projecting from the female threaded hole, Then, the prepreg is attached and laminated so as to cover the flange and the container wall surface of the male screw member with the flange, and the flange and the container wall surface of the female screw member with the flange. It is characterized by curing the degassed grayed.
さらに、本発明のFRP製クライオスタットの製造方法は、前記FRP製容器の曲面部に金属製継手を設けるときには、該曲面部の、前記鍔付き雄ねじ部材の鍔部又は鍔付き雌ねじ部材の鍔部が当接する部分にプリプレグを貼り付けて積層し、該プリプレグを脱気して硬化させ、鍔部当接面を平面加工した後、前記雌ネジ孔を形成するか、あるいは、該曲面部に、一方の面が前記曲面部に対応した曲面を有し、他方の面が前記鍔付き雄ねじ部材の鍔部又は鍔付き雌ねじ部材の鍔部が当接する平面を有するFRP部材を取り付けた後、前記雌ネジ孔を形成することを特徴としている。 Furthermore, in the method for manufacturing the FRP cryostat of the present invention, when the metal joint is provided on the curved surface portion of the FRP container, the flange portion of the flanged male screw member or the flange portion of the flanged female screw member is provided on the curved surface portion. Affix the prepreg to the abutting part, stack it, degas and cure the prepreg, and after flattening the buttocks abutment surface, either form the female screw hole or The FRP member having a curved surface corresponding to the curved surface portion and the other surface having a flat surface with which the flange portion of the flanged male screw member or the flange portion of the flanged female screw member abuts is attached. It is characterized by forming a hole.
本発明のFRP製クライオスタットの製造方法によれば、容器壁を両側から鍔部で挟み込んだ状態となるので、従来のネジ込み接着に比べて取付強度を向上させることができるとともに、鍔部と容器壁面とをFRPで覆うことにより、取付強度を更に向上させることができ、外部からの機械的な衝撃や振動、繰り返し冷却による熱応力、歪みにも耐えることができ、真空リークの発生を防止することができる。また、壁面に断熱用部材としてアルミ蒸着樹脂を設ける場合、鍔部とアルミ蒸着樹脂とをFRPにて絶縁できるので、電極を挿通する場合でも漏電のおそれがなくなる。 According to the FRP cryostat manufacturing method of the present invention, since the container wall is sandwiched between the flanges from both sides, the mounting strength can be improved as compared with the conventional screw-in bonding, and the flange and the container By covering the wall with FRP, the mounting strength can be further improved, and it can withstand mechanical shock and vibration from outside, thermal stress and strain due to repeated cooling, and prevent the occurrence of vacuum leaks. be able to. Moreover, when providing aluminum vapor deposition resin as a heat insulation member on a wall surface, since a collar part and aluminum vapor deposition resin can be insulated by FRP, even when an electrode is penetrated, there is no fear of electric leakage.
図1は本発明方法で製造したFRP製クライオスタットの一形態例を示す一部断面正面図である。このFRP製クライオスタット11は、有底円筒体からなる一対の容器半体12,13を接合して形成したものであって、クライオスタットの上半部となる容器半体12の壁面には、一対の金属製の電極継手14,14が貫通状態で設けられている。各電極継手14は、金属製の鍔付き雄ねじ部材15と鍔付き雌ねじ部材16とを使用してFRP製クライオスタット11の壁面にそれぞれ取り付けられている。
FIG. 1 is a partial cross-sectional front view showing one embodiment of an FRP cryostat manufactured by the method of the present invention. The
以下、前記FRP製クライオスタット11の壁面に前記電極継手14を取り付ける手順を説明する。まず、図2の断面正面図に示すように、FRP製クライオスタット11を形成する容器半体12を製作する。このFRP製の容器半体12の製作は、従来から行われているFRP製品と同様にして行うことができ、その製造手順は特に限定されるものではない。
The procedure for attaching the
次に、図3の要部断面正面図に示すように、容器半体12の壁面における電極継手14の取付位置に雌ネジ孔17を形成する。また、図4の要部断面平面図に示すように、本形態例に挙げたFRP製クライオスタット11のように壁面が円弧面となっている場合には、あらかじめ電極継手12の取付位置にプリプレグを貼り付けて積層し、該プリプレグを脱気して硬化させることにより、容器壁面と一体になるFRP製座部18を形成し、このFRP製座部18の表面を平面加工し、鍔付き雄ねじ部材15や鍔付き雌ねじ部材16の鍔部当接面の周辺を含めた範囲に、電極継手14の軸線に直交する平面部18aを形成した後、FRP製座部18を含めて前記雌ネジ孔17を形成する。あるいは、壁面の円弧面に対応したFRP製部材をあらかじめ製作しておき、壁面に接着して鍔部が当接する平面部を形成するようにしてもよい。
Next, as shown in the cross-sectional front view of the main part of FIG. 3, a
一方、図5の正面図に示すように、電極継手14は、両端部に端子となる雄ネジ14aをそれぞれ有する棒状部材からなるものであって、鍔付き雄ねじ部材15には、電極継手14の外径よりも僅かに大きな内径を有する継手挿入孔15aが軸方向に設けられている。電極継手14は、継手挿入孔15a内に挿入された後、溶接やロウ付け等の固着手段によって、電極継手14と継手挿入孔15aとの間を密封状態として固着一体化される。
On the other hand, as shown in the front view of FIG. 5, the
鍔付き雄ねじ部材15の頭部15bの先端には、雄ネジ部15cよりも大径の鍔部15dが設けられ、鍔部15dの先端面は軸線と直交する平面に加工されている。また、雄ネジ部15cは、容器半体12の壁厚よりも十分に長く形成されており、頭部15bの周面には、螺着用工具の係合面15e(図9参照)が設けられている。
A
鍔付き雌ねじ部材16は、前記雄ネジ部15cが螺合する雌ネジ部16aを有するもので、頭部16bの先端には、前記鍔部15dと同様の鍔部16cが設けられ、頭部16bの周面には、螺着用工具の係合面(図示省略)が設けられている。なお、鍔付き雄ねじ部材15、鍔付き雌ねじ部材16、容器壁面等における接着面は、接着性を向上させるため、適当な粗面としておく。
The
次に、図6の要部断面正面図に示すように、電極継手14を取り付けた鍔付き雄ねじ部材15の雄ネジ部15c、鍔部15dの先端面、雌ネジ孔17に接着剤19をそれぞれ塗布した後、雄ネジ部15cを雌ネジ孔17に螺着する。次いで、図7の要部断面正面図に示すように、雌ネジ孔17から突出した鍔付き雄ねじ部材15の雄ねじ部15cに、雌ネジ部16aや鍔部16cの先端面に接着剤19を塗布した鍔付き雌ねじ部材16を螺着する。
Next, as shown in the cross-sectional front view of the main part of FIG. 6,
このようにして鍔付き雄ねじ部材15の雄ねじ部15cに雌ねじ部材16を螺着することにより、図8の要部断面正面図に示すように、鍔付き雄ねじ部材15の鍔部15dと鍔付き雌ねじ部材16の鍔部16cとで容器半体12の容器壁を挟着した状態となる。このようにして壁面内外の鍔部鍔部15d,16cで容器壁を挟着することにより、従来の容器外側からのネジ込み接着に比べて取付強度を大幅に向上させることができる。
By screwing the
さらに、図9の要部側面図に示すように、鍔付き雄ねじ部材15の鍔部15dと容器壁面12aとを覆うようにプリプレグ20を貼り付けて積層していく。このとき、プリプレグ20の形状は、図9に示すような多数の小片からなるプリプレグ20を用いてもよいが、図10の要部側面図に示すように、リングの一箇所が開いた形状のプリプレグ20を用いることができる。このようなリング状のプリプレグ20を用いる場合は、リングが開いた部分の両端を重ね合わせて貼り付けることによって隙間の発生を防止できる。
Furthermore, as shown in the side view of the main part of FIG. 9, the
図11の要部断面正面図に示すように、所定枚数のプリプレグ20を積層した後、積層したプリプレグを脱気して硬化させる。容器外面側に位置する鍔付き雌ねじ部材16の鍔部16c部分へのプリプレグの貼り付け及び積層は前記同様にして行うが、この部分へのプリプレグの貼り付け、積層、脱気及び硬化は、容器半体12,13の接合と同時、あるいは、容器半体12,13を接合した後に行うこともできる。
As shown in the cross-sectional front view of the main part in FIG. 11, after a predetermined number of
なお、容器内側に突出する電極継手14の雄ネジ14aには、容器半体12,13を接合する前に、クライオスタット内に収納される機器との間に所定の配線を接続しておく。
In addition, before joining the
このようにして容器壁を挟着した鍔部15d,16cと容器壁面12aとの当接部をFRPにて覆うことにより、鍔付き雄ねじ部材15と雌ネジ孔17との間からのリークを確実に防止することができる。また、壁面に断熱用部材として設けられるアルミ蒸着樹脂との間の絶縁も図れる。
In this way, the contact portion between the
図12及び図13は、鍔部周囲へのプリプレグの他の貼り付け例を示す正面図及び要部断面図であって、鍔部の直径に対応したリング状の複数のプリプレグ、例えば、前記図10に示した形状で幅寸法が異なるものをあらかじめ複数作成し、これらを所定の順序で貼り付ける例を示している。 FIGS. 12 and 13 are a front view and a cross-sectional view of the main part showing another example of attaching the prepreg around the collar part, and a plurality of ring-shaped prepregs corresponding to the diameter of the collar part, for example, FIG. In the example shown in FIG. 10, a plurality of shapes having different width dimensions are created in advance and pasted in a predetermined order.
まず、鍔部15dと容器半体12との界面を覆うように最も幅が狭い1層目のプリプレグ20aを貼り付ける。次に、1層目のプリプレグ20aよりも幅広の2槽目のプリプレグ20bを、1層目のプリプレグ20aを覆うようにして貼り付ける。さらに、2槽目のプリプレグ20bよりも幅広の3層目のプリプレグ20cを、2槽目のプリプレグ20bを覆うようにして貼り付ける。このように、下層のプリプレグよりも幅広のプリプレグを順次積層して下層のプリプレグを覆った状態の多層構造としてから脱気して硬化させることにより、雌ネジ孔17を通してのリークをより確実に防止することができる。
First, the
また、本形態例では、FRP製容器の壁面を貫通する部材として金属製の電極継手14を例示したが、図14の要部断面正面図に示すように、気液を流通させる金属製パイプからなる管継手21をFRP製クライオスタット11の壁面に貫通させる場合にも、前記同様の鍔付き雄ねじ部材15及び鍔付き雌ねじ部材16を用いることにより、前記同様の手順で管継手21をFRP製クライオスタット11に貫通状態で確実に取り付けることができる。
Further, in this embodiment, the metal electrode joint 14 is exemplified as a member penetrating the wall surface of the FRP container. However, as shown in the cross-sectional front view of the main part in FIG. When the pipe joint 21 to be penetrated through the wall surface of the
11…FRP製クライオスタット、12,13…容器半体、14…電極継手、14a…雄ネジ、15…鍔付き雄ねじ部材、15a…継手挿入孔、15b…頭部、15c…雄ネジ部、15d…鍔部、15e…係合面、16…鍔付き雌ねじ部材、16a…雌ネジ部、16b…頭部、16c…鍔部、17…雌ネジ孔、18…FRP製座部、18a…平面部、19…接着剤、20,20a,20b,20c…プリプレグ、21…管継手
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2006
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