JP5041628B2 - 圧力容器と支持構造体の結合構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、圧力容器であるロケットのモータケースとロケットの段間部等を構成する支持構造体との結合に用いられる圧力容器と支持構造体の結合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧力容器であるロケットのモータケースと環状の支持構造体とを結合するあたっては、図３および図４に示すような結合構造が使用されている。
【０００３】
図３に示す結合構造は、ＦＷ（Filament Winding）法等で成形された圧力容器５１と支持構造体５２との結合部において、機軸方向（矢印Ｘ方向）の荷重を伝達するために、圧力容器５１と支持構造体５２との間に接着剤５３を設けている。
【０００４】
また、図４に示す結合構造は、圧力容器５１の外周に位置決め用のダミーフープ５７を一体的に成形し、一方向材５６によって圧力容器５１と支持構造体５５とを結合すると共に、ダミーフープ５７と支持構造体５５との間にゴム等の応力緩和材５４が設けてあり、その結合部において機軸方向の荷重の伝達を行うと共に、内圧による圧力容器５１の変形を応力緩和材５４によって吸収している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような従来の結合構造において、図３に示すものでは、接着剤５３の主材料がエポキシ系樹脂であり、応力を緩和する効果が小さい。この応力の緩和には、接着剤５３を全てゴム材料とする構造も想定されるが、一般的に、ゴムは温度に対する感度が高いことから、ゴムの使用温度範囲によって圧力容器５１の運用温度条件が制限される可能性があった。また、図４に示すものでは、圧力容器５１の外周に設けたダミーフープ５７と圧力容器５１との接着面で発生する局所的な応力により、これらの間に剥離が発生する恐れがあるという問題点があった。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたものであって、圧力容器の運用温度条件の幅を広げることができると共に、圧力容器と支持構造体との間における剥離の恐れを解消することができる圧力容器と支持構造体の結合構造を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる圧力容器と支持構造体の結合構造は、請求項１として、圧力容器とその外周に添って結合する環状の支持構造体との結合部において、支持構造体の内周側に、一段突出した状態の肉厚部を所定の幅で周方向にわたって形成し、圧力容器と支持構造体の肉厚部とを周方向にわたって互いに接着して、これを接着部とすると共に、圧力容器と支持構造体との間で且つ接着部の機軸方向両側の前記肉厚部の高さ分の隙間に、接着部に隣接する状態で応力緩和材を設けた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる圧力容器と支持構造体の結合構造では、圧力容器と支持構造体との結合部において、接着部により、周方向にわたって圧力容器と支持構造体の肉厚部とを互いに接着し、圧力容器と支持構造体との間で且つ接着部の機軸方向両側の前記肉厚部の高さ分の隙間に、接着部に隣接する状態で応力緩和材を設けているので、圧力容器と支持構造体との間の荷重伝達が応力緩和材を介さずに接着部にて直接的に行われると共に、圧力容器と支持構造体との結合部の両端側で発生する局所的な応力を応力緩和材によって緩和する。これにより、接着部を設けた分だけ応力緩和材の使用量が削減され、応力緩和材によって規制される圧力容器の運用温度条件の幅が広げられる。また、従来のように、圧力容器の表面にダミーフープを成形加工する必要もない。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる圧力容器と支持構造体の結合構造によれば、ロケットのモータケース等の圧力容器と段間部等を構成する支持構造体との結合部において、双方の間での良好な荷重伝達や、結合部の機軸方向両端側で発生する局所的な応力の緩和を実現し得るうえに、応力緩和材の使用量を最小限にして圧力容器の運用温度条件を広げることができ、また、圧力容器と支持構造体との間における剥離の恐れを解消することができるという優れた効果がもたらされる。
【００１０】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明に係わる圧力容器と支持構造体の結合構造の実施例を説明する。なお、この実施例では、圧力容器として、ロケットのモータケースを、支持構造体として、ロケットの段間部やノズルの外周を覆うスカート部を例示している。
【００１１】
図１および図２に示す圧力容器１は、ＦＷ法等で成形された炭素繊維強化プラスチック製のモータケースであって、円筒状の胴部１Ａと、頭部側および尾部側のドーム状の鏡板部１Ｂ，１Ｃと、尾部側鏡板部１Ｃの中央で開口するロケットノズル１Ｄを備えている。
【００１２】
支持構造体は、ロケット上段部との継手となる頭部側の支持構造体２Ａと、ロケットノズル１Ｄの外周を覆うスカート部あるいはロケット下段部との継手となる尾部側の支持構造体２Ｂであって、いずれも環状を成し、圧力容器１の外周に添って結合される。これらの支持構造体２Ａ，２Ｂは、例えば、ハンドレイアップ法等で積層成形された炭素繊維強化プラスチック製である。
【００１３】
上記の圧力容器１と支持構造体２Ａ，２Ｂの結合構造は、図１に頭部側支持構造体２Ａを示すように、圧力容器１の胴部１Ａにおいて、鏡板部１Ｂの近傍の外周面に添って支持構造体２Ａを結合する。この結合部５において、支持構造体２Ａの内周側には、一段突出した状態の肉厚部１０が所定の幅で周方向にわたって形成してあり、圧力容器１の外周面と肉厚部１０とを周方向にわたって互いに接着して、これを接着部４とする。この接着部には、例えばエポキシ系接着剤が使用される。
【００１４】
また、圧力容器１と支持構造体２Ａの間において、結合部５の両端側には、肉厚部１０の高さ分の隙間が形成されており、この隙間に、接着部４に隣接する状態で応力緩和材３が設けてある。この応力緩和材３には、例えばゴムが使用される。なお、圧力容器１と尾部側の支持構造体２Ｂとの間にも、上記と同様の結合構造が成されている。
【００１５】
上記構成により、当該結合構造では、応力緩和材３を介さずに機軸方向（矢印Ｘ方向）の荷重伝達を接着部４にて直接的に行うと共に、結合部５の両端部５Ａ，５ｂにおいて発生した応力を応力緩和材３によって緩和している。
【００１６】
これにより、当該結合構造では、接着部４を設けた分だけ応力緩和材３の使用量が削減され、圧力容器１の運用温度条件の幅を広げることができる。また、従来のように、圧力容器１の表面にダミーフープを成形加工する必要もない。
【００１７】
なお、上記実施例においては、圧力容器１および支持構造体２Ａ，２Ｂの材質を炭素繊維強化プラスチックとしたが、本発明はこれに限定されることなく、他の材質の圧力容器および支持構造体にも適用することができる。また、接着部４に使用する接着剤は、圧力容器１や支持構造体２Ａ，２Ｂの材質に応じて適宜選択することができ、さらに、圧力容器１や支持構造体２Ａ，２Ｂが繊維強化プラスチック製である場合、予め成形した圧力容器１の外周面に支持構造体を直接成形して互いに接着されたものとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる圧力容器と支持構造体の結合構造の一実施例を示す拡大断面図である。
【図２】図１に示す結合構造を有する圧力容器および支持構造体を示す片側省略の断面図である。
【図３】従来における結合構造を示す断面図である。
【図４】従来における結合構造の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 圧力容器
１Ａ 胴部
１Ｂ １Ｃ 鏡板部
２Ａ ２Ｂ 支持構造体
３ 応力緩和材
４ 接着部
５ 結合部

Claims (1)

1. 圧力容器とその外周に添って結合する環状の支持構造体との結合部において、支持構造体の内周側に、一段突出した状態の肉厚部を所定の幅で周方向にわたって形成し、圧力容器と支持構造体の肉厚部とを周方向にわたって互いに接着して、これを接着部とすると共に、圧力容器と支持構造体との間で且つ接着部の機軸方向両側の前記肉厚部の高さ分の隙間に、接着部に隣接する状態で応力緩和材を設けたことを特徴とする圧力容器と支持構造体の結合構造。

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