JP6847426B2 - 中子構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、フィラメントワインディング法により繊維強化樹脂の容器を形成するための中子構造体及びその製造方法に関する。
フィラメントワインディング法により繊維強化樹脂の容器を形成するために中子構造体が使用される。中子構造体は、シャフトと、シャフトに支持される中子と、シャフトに支持されると共に中子の端部に配置される一対の口金とから構成される（例えば、特許文献１）。中子は、例えば水溶性の材料から形成されている。中子構造体に熱硬化性樹脂が含浸された補強繊維の束を巻き付け、加熱することよって容器が成形される。容器の成形後、中子からシャフトを引き抜き、水により中子を溶解させることよって容器から中子が除去される。
中子構造体に熱硬化性樹脂が含浸された強化繊維を巻き付けるときには、強化繊維の張力が口金に加わるため、口金が中子に対して確実に固定されている必要がある。口金が中子に対してずれると強化繊維がずれ、圧力容器に成形不良が生じる。
本発明は、以上の背景を鑑み、中子構造体において中子に対して口金を確実に位置決めすることを課題とする。また、中子に対して口金を確実に位置決めすることができる中子構造体の製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために本発明のある態様は、フィラメントワインディング法により繊維強化樹脂の容器（２）を形成するための中子構造体（１）であって、駆動装置（３）に支持される両端部を有するシャフト（５）と、前記シャフトが挿通された中子（６）と、前記シャフトが挿通され、かつ前記中子の外面に配置され、前記容器の口部をなす一対の口金（７、８）とを有し、前記中子は、パルプと澱粉系粘結材とを含む原料を成形することによって中空に形成され、前記シャフトが挿入されるシャフト孔（２６、３１）と、前記シャフト孔の周囲に形成され、前記口金が前記シャフトの周方向に回転不能に係合する受容凹部（３２）とを有する。
この態様によれば、口金が係合する受容凹部が中子に形成されているため、中子に対して口金を確実に位置決めすることができる。これにより、ライナーを有さない圧力容器においても中子に対して口金を回転不能に位置決めすることができる。
上記の態様において、前記口金は、前記シャフトが挿通される管部（４１）と、前記管部の一端に設けられたフランジ部（４２）とを有し、前記受容凹部は、その外縁部に径方向外方に延びた複数の拡張部（３２Ｂ）を有し、前記フランジ部は、その外縁部に径方向外方に突出し、対応する前記拡張部に嵌合する複数の突出部（４３）を有するとよい。
この態様によれば、互いに嵌合する突出部及び拡張部を口金の回転中心から離れた位置に設けることによって、中子に対する口金の回転を確実に防止することができる。
上記の態様において、前記フランジ部の前記管部側の面である第１面（４２Ａ）は、前記中子の外面と滑らかに連続しているとよい。
この態様によれば、成形される容器に、中子及び口金のフランジ部の境界に起因する段部が形成されなくなる。これにより、段部に起因する応力集中を抑制することができる。
上記の態様において、前記第１面の表面粗さにおける最大高さは、１０μｍ以上１５μｍ以下であるとよい。
この態様によれば、フランジ部と樹脂との接着性を向上させることができる。
上記の態様において、前記フランジ部の前記第１面と相反する第２面（４２Ｂ）には、径方向に延びる複数のリブ（４５）が突設され、前記受容凹部の底部には、対応する前記リブが嵌合する複数の係合溝（４６）が凹設されているとよい。
この態様によれば、リブと係合溝との嵌合によって中子に対する口金の回転を一層抑制することができる。
上記の態様において、前記管部の外周面には、径方向外方に突出し、かつ周方向に延びた環状の鍔部（４７）が形成されているとよい。
この態様によれば、鍔部と成形された樹脂との係合によって、成形された樹脂に対して口金が軸線方向に移動し難くなる。
上記の態様において、前記シャフトは、両端に軸線と直交する端面を備えたシャフト中央部（５２）と、前記端面のそれぞれの中央から前記シャフト中央部と同軸に突設され、前記シャフト中央部より径が小さい一対のシャフト端部（５３）とを有し、前記シャフト端部のそれぞれの外周面には雄ねじ（５８）が形成され、前記シャフト端部のそれぞれの外周には、内周に前記雄ねじと螺合する雌ねじ（５９）を備えた位置決めナット（６１）が装着され、前記位置決めナットのそれぞれは、前記端面に当接する第１当接部（６２）と、前記管部のフランジ部側と相反する端部と当接する第２当接部（６３）とを有し、前記口金が前記中子と前記位置決めナットとに挟持されるとよい。
この態様によれば、シャフトに２つの口金及び中子を位置決めすることができる。また、中子の軸線方向への伸長（変形）を抑制することができる。
上記の態様において、前記位置決めナットは、筒形のナット本体部（６５）と、前記ナット本体部の一端の中央から前記ナット本体部と同軸に突出し、前記管部の内径より小さい外径を有する円筒形のナット延長部（６６）とを有し、前記第１当接部は前記ナット延長部の先端に設けられ、前記第２当接部は前記ナット本体部のナット延長部側の端面に設けられているとよい。
上記の態様において、前記シャフト端部のそれぞれの先端は、前記位置決めナットから突出し、前記駆動装置の支持孔に突入しているとよい。
この態様によれば、位置決めナットから突出したシャフト端部の先端を利用して、シャフトを駆動装置に支持させることができる。
上記の態様において、前記シャフト中央部の外周面には、周方向に環状に延びる第１Ｏリング溝（５５）が形成され、前記第１Ｏリング溝には、前記管部の内周面に当接する第１Ｏリング（５６）が装着されているとよい。
この態様によれば、シャフト及び口金の中心を一致させることができる。
上記の態様において、前記シャフト端部のそれぞれの先端の外周面には、周方向に環状に延びる第２Ｏリング溝（７１）が形成され、前記第２Ｏリング溝には、前記支持孔の内周面に当接する第２Ｏリング（７２）が装着されているとよい。
この態様によれば、シャフト及び支持孔の中心を一致させることができる。
本発明の他の態様は、フィラメントワインディング法により繊維強化樹脂の容器を形成するための中子構造体（１）の製造方法であって、パルプと澱粉系粘結材とを含む原料を成形することによって中空に形成された中子（６）にシャフト（５）を挿通する工程と、一対の口金（７、８）に前記中子から突出した前記シャフトの端部のそれぞれを挿通すると共に、前記口金のそれぞれの基端を前記中子の外面に形成された受容凹部（３２）に回転不能に嵌合させる工程と、前記シャフトの前記端部のそれぞれに位置決めナット（６１）を装着し、一対の位置決めナットによって前記中子と前記口金のそれぞれを挟持する工程とを有するとよい。
この態様によれば、中子に対して口金を確実に位置決めすることができる中子構造体の製造方法を提供することができる。
以上の態様によれば、中子構造体において中子に対して口金を確実に位置決めすることができる。また、中子に対して口金を確実に位置決めすることができる中子構造体の製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る中子、中子を含む中子構造体、及び中子構造体の製造方法の実施形態について説明する。
図１に示す中子構造体１は、フィラメントワインディング法により繊維強化樹脂の容器２（図１２参照）を形成するために使用される。フィラメントワインディング法では、熱硬化性樹脂を含浸させた補強繊維の束を中子構造体１の周囲に巻き付けることによって容器２を成形する。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂や、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル等の少なくとも１つを含む。補強繊維は、例えば、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等であってよい。補強繊維は、連続した繊維であることが好ましく、各繊維が引き揃えられて束を形成している。熱硬化性樹脂を含浸させた補強繊維の束は、トウプリプレグであってもよい。
容器２は、例えば水素ガスやＣＮＧ（圧縮天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）を貯留する圧力容器であり、水素タンク、ＣＮＧタンク、ＬＰＧタンク等として構成される。また、容器２は、自動車に搭載されるタンクとして構成されてもよい。
図１及び図２に示すように、中子構造体１は、駆動装置３に支持される両端部を有するシャフト５と、シャフト５が挿通された中子６と、シャフト５が挿通され、かつ中子６の外面に配置され、容器２の口部をなす一対の口金７、８とを有する。駆動装置３は、中子６の周囲に熱硬化性樹脂を含浸させた補強繊維の束を巻き付けるためにシャフト５を旋回させる装置である。
中子６は、パルプと澱粉系粘結材とを含む原料を成形することによって形成されている。パルプは、例えば針葉樹パルプであるとよい。澱粉系粘結材は、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）であるとよい。パルプ及び澱粉系粘結材を水に懸濁させることよって、粘性を有するＰＩＭ原料（pulp injection molding 原料）が形成される。中子６は、ＰＩＭ原料を射出成形することによって形成される。具体的には、加熱した金型にＰＩＭ原料を加圧して射出することよって中子６が成形される。成形された中子６は金型から熱を受けて水分が蒸発し、一定の形状を有する。ＰＩＭ原料及び乾燥した中子６において、パルプ及び澱粉系粘結材の重量の合計に対するパルプの重量割合は５０％以上９０％以下であることが好ましい。
図３及び図４に示すように、中子６は、少なくとも１つの筒部１１、１２と、筒部１１、１２の両端にそれぞれ係合する一対の端部１３、１４とを有する。本実施形態では、中子６は、第１筒部１１及び第２筒部１２を有する。中子６は、所定の軸線Ａ（中心軸線）を中心として延びている。軸線Ａに沿って前側から、第１端部１３、第１筒部１１、第２筒部１２、及び第２端部１４の順に配置されている。第１筒部１１及び第２筒部１２は、同一の形状に形成され、互いに前後逆向きに配置されている。同様に、第１端部１３及び第２端部１４は、同一の形状に形成され、互いに前後逆向きに配置されている。中子６は、第１端部１３、第１筒部１１、第２筒部１２、及び第２端部１４によって中空に形成されている。
図３〜図８に示すように、第１筒部１１及び第２筒部１２は、軸線Ａを中心とした円筒形に形成された外周壁１７と、外周壁１７の第１端１７Ａ（一端）から径方向内方に延び、軸線Ａと垂直な平面をなす隔壁１８と、隔壁１８から外周壁１７の第２端１７Ｂ（他端）側に向けて膨出した複数の膨出部１９とを有する。本実施形態では、各膨出部１９は同一の形状を有する。
本実施形態では、第１筒部１１及び第２筒部１２は３つの膨出部１９を有する。複数の膨出部１９は、軸線Ａを中心として周方向に等間隔で配置されている。膨出部１９のそれぞれは、その突出端に設けられた端壁２１と、端壁２１から隔壁１８に延びる一対の側壁２２及び内周壁２３とを有する。端壁２１は、隔壁１８と平行な板状に形成され、軸線Ａを中心として周方向に延びている。端壁２１の外周縁は外周壁１７の内周面に接続している。端壁２１は、外周壁１７の後端よりも前方に配置されている。端壁２１の内周縁は、軸線Ａに対して離れて配置されている。各端壁２１の内周縁は、軸線Ａを中心とする共通の仮想円上に配置されている。端壁２１の周方向における両端は、軸線Ａを中心とした径方向に延びている。
一対の側壁２２は、端壁２１の周方向における両端部に接続している。各端壁２１は、軸線Ａに対して放射方向に延び、径方向外端において外周壁１７に接続している。内周壁２３は、軸線Ａを中心とした円周面の一部をなし、端壁２１の内周縁に接続している。端壁２１、一対の側壁２２、内周壁２３、及び外周壁１７は、前方に向けて隔壁１８に開口した凹部２４を形成する。すなわち、膨出部１９の裏側には、膨出部１９の裏面と外周壁１７の内周面とによって凹部２４が形成されている。
隔壁１８は、円形状の隔壁中央部１８Ａと、隔壁中央部１８Ａから径方向に延びる複数の隔壁外端部１８Ｂとを有する。隔壁中央部１８Ａ及び複数の隔壁外端部１８Ｂは複数の凹部２４によって画定されている。複数の隔壁外端部１８Ｂの外端は、外周壁１７に接続している。隔壁中央部１８Ａには、軸線Ａに沿って貫通する第１シャフト孔２６が形成されている。
各隔壁外端部１８Ｂの外面には、少なくとも１つの係止凸部２７が突設されている。係止凸部２７は、軸線Ａ方向において膨出部１９と相反する方向に突出している。係止凸部２７の裏面側は第２端１７Ｂ側に開口する凹部になっている。外周壁１７の第２端１７Ｂの内周面には、軸線Ａ方向に沿って第１端１７Ａ側と相反する方向に突出した複数の突片２８が設けられている。各突片２８は軸線Ａを中心とした径方向に厚みを有し、外周壁１７の内周面に対して径方向内方に突出している。
図８に示すように、第２筒部１２は、第１筒部１１に対して前後逆向きに配置されている。第１筒部１１の第２端１７Ｂと第２筒部１２の第２端１７Ｂとは軸線Ａ方向において互いに当接している。第１筒部１１の各突片２８は第２筒部１２の外周壁１７の内側に突入し、第２筒部１２の外周壁１７の内周面に当接している。同様に、第２筒部１２の各突片２８は第１筒部１１の外周壁１７の内側に突入し、第１筒部１１の外周壁１７の内周面に当接している。これらにより、第１筒部１１及び第２筒部１２の軸線Ａに直交する方向への相対移動が規制される。また、第１筒部１１の各突片２８と第２筒部１２の各突片２８とが軸線Ａを中心とした周方向において互いに当接することによって、第１筒部１１及び第２筒部１２の相対回転が規制される。
図３、図４及び図８に示すように、第１端部１３及び第２端部１４は、互いに同一の形状を有する。第１端部１３及び第２端部１４は、円形のカップ形（半球形）に形成されている。第１端部１３及び第２端部１４の外周縁は円形に形成されている。第１端部１３の外周縁は、軸線Ａ方向において第１筒部１１の外周壁１７の第１端１７Ａに当接している。第１筒部１１の各係止凸部２７は、第１端部１３の外周縁の内側に突入し、外周縁の内面に当接している。第１筒部１１の各係止凸部２７が第１端部１３の外周縁の内周面に当接することによって、第１筒部１１及び第１端部１３の軸線Ａに直交する方向への相対移動が規制される。同様に、第２端部１４の外周縁は、軸線Ａ方向において第２筒部１２の外周壁１７の第１端１７Ａに当接している。第２筒部１２の各係止凸部２７が第２端部１４の外周縁の内側に突入し、外周縁の内面に当接している。第２筒部１２の各係止凸部２７が第２端部１４の外周縁の内周面に当接することによって、第２筒部１２及び第２端部１４の軸線Ａに直交する方向への相対移動が規制される。
第１端部１３及び第２端部１４の中央には、軸線Ａに沿って貫通する第２シャフト孔３１が形成されている。第１端部１３及び第２端部１４の外面における第２シャフト孔３１の周囲には、口金７、８が嵌合する受容凹部３２が形成されている。受容凹部３２は、円形の中央部３２Ａと、中央部３２Ａの外縁部から径方向外方に延びた複数の拡張部３２Ｂとを有する。
第１端部１３及び第２端部１４の内面における第２シャフト孔３１の周囲には軸線Ａに沿って延びる円筒形のボス３４が形成されている。ボス３４の内周面は、第２シャフト孔３１を延長している。また、第１端部１３及び第２端部１４の内面には、軸線Ａの放射方向に延びる複数の補強リブ３６が形成されている。各補強リブ３６の径方向内端は、ボス３４の外周面に接続している。すなわち、各補強リブ３６は、第２シャフト孔３１から延びている。
図３、図４、図９及び図１０に示すように、第１口金７及び第２口金８は、シャフト５が挿通される管部４１と、管部４１の一端である基端に設けられたフランジ部４２とを有する。フランジ部４２は、その外縁部に径方向外方に突出し、対応する拡張部３２Ｂに嵌合する複数の突出部４３を有する。複数の突出が対応する拡張部３２Ｂに嵌合することによって、フランジ部４２は回転不能に受容凹部３２に係合する。フランジ部４２が受容凹部３２に受容された状態において、フランジ部４２の管部４１側の面である第１面４２Ａは、中子６の対応する第１端部１３又は第２端部１４の外面と滑らかに連続している。第１面４２Ａはサンドブラスト等によって粗面化されているとよい。第１面４２Ａの表面粗さにおける最大高さは、１０μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。第１面４２Ａの表面粗さを大きくすることによって、繊維強化樹脂とフランジ部４２との接着性を高めることができる。
フランジ部４２の第１面４２Ａと相反する第２面４２Ｂ（端面）には、径方向に延びる複数の係合リブ４５が突設されている。受容凹部３２の底部には、対応する係合リブ４５が嵌合する複数の係合溝４６が凹設されている。各係合溝４６は、第２シャフト孔３１から拡張部３２Ｂの先端に軸線Ａの径方向に延びている。各係合溝４６に係合リブ４５がそれぞれ係止されることによって、端部１３、１４に対する口金７、８の回転が一層規制される。
管部４１の外周面には、環状の鍔部４７が形成されている。鍔部４７は、管部４１に対して径方向外方に突出し、かつ周方向に延びている。鍔部４７とフランジ部４２の第１面４２Ａの間には隙間が形成されている。隙間は、成形される容器２の厚みより小さいことが好ましい。
図１及び図２に示すように、第１筒部１１、第２筒部１２、第１端部１３、第２端部１４、第１口金７、第２口金８には、シャフト５が挿通されている。シャフト５は、第１口金７の管部４１、第１端部１３の第２シャフト孔３１、第１筒部１１の第１シャフト孔２６、第２筒部１２の第１シャフト孔２６、第２端部１４の第２シャフト孔３１、第２口金８の管部４１を順に通過している。第１筒部１１、第２筒部１２、第１端部１３、第２端部１４、第１口金７、及び第２口金８は、シャフト５に支持されている。
図１１に示すように、シャフト５は、両端に軸線Ａと直交する端面５１を備えたシャフト中央部５２と、端面５１のそれぞれの中央からシャフト中央部５２と同軸に突設され、シャフト中央部５２より径が小さい一対のシャフト端部５３とを有する。シャフト中央部５２の一端は第１口金７の管部４１の内側に配置され、他端は第２口金８の管部４１の内側に配置されている。シャフト中央部５２の外周面は第１口金７及び第２口金８の管部４１の内周面に接触している。シャフト中央部５２の外周面において第１口金７及び第２口金８の管部４１の内周面に対向する部分には、周方向に環状に延びる第１Ｏリング溝５５が形成されている。第１Ｏリング溝５５には、管部４１の内周面に当接する第１Ｏリング５６が装着されている。
一方のシャフト端部５３の先端は第１口金７の外方に突出し、他方のシャフト端部５３の先端は第２口金８の外方に突出している。シャフト端部５３のそれぞれの外周面の基端側部分には雄ねじ５８が形成されている。シャフト端部５３のそれぞれの外周面の先端側部分は、円周面に形成されている。シャフト端部５３のそれぞれの外周には、内周に雄ねじ５８と螺合する雌ねじ５９を備えた位置決めナット６１が装着される。位置決めナット６１のそれぞれは、シャフト中央部５２の端面５１に当接する第１当接部６２と、管部４１のフランジ部４２側と相反する端部と当接する第２当接部６３とを有する。位置決めナット６１は、筒形のナット本体部６５と、ナット本体部６５の一端の中央からナット本体部６５と同軸に突出した円筒形のナット延長部６６とを有する。ナット延長部６６は、ナット本体部６５の外径より小さく、かつ管部４１の内径より小さい外径を有する。これにより、ナット延長部６６は管部４１の内側に突入することができる。第１当接部６２はナット延長部６６の先端に設けられている。第２当接部６３はナット本体部６５のナット延長部６６側の端面５１に設けられている。雌ねじ５９は、ナット本体部６５及びナット延長部６６の内周面に設けられている。
各第１当接部６２がシャフト中央部５２の対応する端面５１に当接することによって、シャフト５に対する一対の位置決めナット６１の位置が定まる。各第１当接部６２がシャフト中央部５２の端面５１に当接した状態において、各第２当接部６３は対応する管部４１の端部に当接する。これにより、一対の位置決めナット６１は、第１口金７、中子６、及び第２口金８を軸線Ａ方向に沿って挟持する。その結果、第１口金７、中子６、及び第２口金８は、シャフト５に位置決めされる。
シャフト端部５３のそれぞれの先端は、対応する位置決めナット６１から突出している。シャフト端部５３のそれぞれの先端の外周面には、周方向に環状に延びる第２Ｏリング溝７１が形成されている。第２Ｏリング溝７１には、第２Ｏリング７２が装着されている。
駆動装置３は、シャフト端部５３の先端をそれぞれ支持する一対の支持アーム７４を有する。支持アーム７４の先端は、円筒形に形成され、内側に支持孔７５を有する。各シャフト端部５３の先端は、対応する支持孔７５に挿入され、支持孔７５に支持される。第２Ｏリング７２は、シャフト端部５３と支持孔７５との隙間を埋め、支持孔７５に対してシャフト５をセンタリングする。また、支持アーム７４には、支持孔７５の径方向に進退する回り止めねじ７６が設けられている。回り止めねじ７６は、支持孔７５内に突出してシャフト端部５３を径方向から押圧し、支持孔７５に対するシャフト５の回転を規制する。
中子構造体１の製造方法（組立方法）について説明する。中子構造体１の製造方法は、パルプと澱粉系粘結材とを含む原料を成形することによって中空に形成された中子６にシャフト５を挿通する工程（第１工程）と、一対の口金７、８に中子６から突出したシャフト５の端部のそれぞれを挿通すると共に、口金７、８のそれぞれの基端を中子の外面に形成された受容凹部３２に回転不能に嵌合させる工程（第２工程）と、シャフト５の端部のそれぞれに位置決めナット６１を装着し、一対の位置決めナット６１によって中子６と口金７、８のそれぞれを挟持する工程（第３工程）とを有する。
第１工程では、第１筒部１１、第２筒部１２、第１端部１３、第２端部１４を組み合せて中子６を形成し、第１シャフト孔２６及び第２シャフト孔３１にシャフト５を挿通する。シャフト５を互いに分離した第１筒部１１、第２筒部１２、第１端部１３、及び第２端部１４に挿通した後に、シャフト５に沿って第１筒部１１、第２筒部１２、第１端部１３、及び第２端部１４をスライド移動させ、それらを組み合わせてもよい。
第２工程では、第１口金７の管部４１にシャフト端部５３を挿通し、第１口金７をシャフト端部５３に沿ってスライド移動させ、第１口金７のフランジ部４２を第１端部１３の受容凹部３２に嵌合させる。フランジ部４２が受容凹部３２に嵌合することによって第１口金７が第１端部１３に対して回転不能になる。同様に、第２口金８のフランジ部４２を第２端部１４の受容凹部３２に回転不能に嵌合させる。
第３工程では、一対の位置決めナット６１を対応するシャフト端部５３の雄ねじ５８に装着する。第１当接部６２がシャフト５の端面５１に当接することによって、それぞれの位置決めナット６１はシャフト５に対して位置が定まる。この状態で、位置決めナット６１の第２当接部６３は対応する口金７、８の管部４１の端部に当接する。これにより、一対の位置決めナット６１が中子６及び口金７、８を軸線Ａ方向から挟持し、シャフト５に対して中子６及び口金７、８が固定され、中子構造体１が形成される。
形成された中子構造体１は、シャフト５の両端部が駆動装置３の支持孔７５に挿入され、回り止めねじ７６によって支持アーム７４に固定される。駆動装置３は中子構造体１を旋回させ、熱硬化性樹脂が含浸した補強繊維の束を中子６及び口金７、８のフランジ部４２の周囲に巻き付ける。これにより、図１２に示すように中子６及び一対の口金７、８の外面上に繊維強化樹脂の容器２が形成される。その後、容器２は加熱処理され、熱硬化性樹脂が硬化する。熱硬化性樹脂が硬化した後に、シャフト５から位置決めナット６１が取り外され、シャフトが中子６及び口金７、８から引き抜かれる。続いて、口金７、８の一方の管部４１を通して容器２の内部に水を供給し、水によって中子６を溶解させる。溶解した中子は、水と共に口金７、８の一方の管部４１を通して容器２の外部に排出される。これらの工程を経て容器２が完成する。
本実施形態に係る中子構造体１によれば、口金７、８が係合する受容凹部３２が中子６の第１端部１３及び第２端部１４に形成されているため、中子６に対して口金７、８を確実に位置決めすることができる。これにより、ライナーを有さない容器においても中子６に対して口金７、８を回転不能に位置決めすることができる。互いに嵌合する口金７、８のフランジ部４２の突出部４３及び受容凹部３２の拡張部３２Ｂを口金７、８の回転中心から離れた位置に設けることによって、中子６に対する口金７、８の回転を確実に防止することができる。また、フランジ部４２に設けられた係合リブ４５と受容凹部３２に形成された係合溝４６との嵌合によって中子６に対する口金７、８の回転を一層抑制することができる。
口金７、８に設けられた鍔部４７は、硬化した繊維強化樹脂と係合する。これにより、口金７、８が繊維強化樹脂に対して軸線Ａ方向に移動し難くなる。
シャフト５に一対の位置決めナット６１を装着することによって、シャフト５に中子６及び２つの口金７、８を位置決めすることができる。また、中子６に熱硬化性樹脂が含浸された補強繊維の束を巻き付けるときに、中子６の軸線方向への伸長（変形）を抑制することができる。
中子６は、第１筒部１１及び第２筒部１２と第１端部１３及び第２端部１４を組み合せることによって中空構造に形成される。中子６が中空構造であるため、水によって中子６を溶解させるときに中子６と水との重量当たりの接触面積が増加する。これにより、中子６の溶解に要する時間を短縮することができる。また、中子６をパルプと澱粉系粘結材とから形成することによって環境負荷を小さくすることができる。隔壁１８及び膨出部１９は第１筒部１１及び第２筒部１２の剛性を向上させる。膨出部１９の裏側には凹部２４が形成されているため、膨出部１９の肉厚を薄くして、重量当たりの水との接触面積を大きくすることができる。これにより、中子６の水への溶解性を向上させることができる。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。筒部１１、１２の数は、１つ或いは３以上であってもよい。
１ ：中子構造体
２ ：容器
３ ：駆動装置
５ ：シャフト
６ ：中子
７ ：第１口金
８ ：第２口金
１１ ：第１筒部
１２ ：第２筒部
１３ ：第１端部
１４ ：第２端部
１７ ：外周壁
１８ ：隔壁
１９ ：膨出部
２１ ：端壁
２２ ：側壁
２３ ：内周壁
２４ ：凹部
２６ ：第１シャフト孔
２７ ：係止凸部
２８ ：突片
３１ ：第２シャフト孔
３２ ：受容凹部
３２Ａ ：中央部
３２Ｂ ：拡張部
３４ ：ボス
３６ ：補強リブ
４１ ：管部
４２ ：フランジ部
４２Ａ ：第１面
４２Ｂ ：第２面
４３ ：突出部
４５ ：係合リブ
４６ ：係合溝
４７ ：鍔部
５１ ：端面
５２ ：シャフト中央部
５３ ：シャフト端部
５５ ：第１Ｏリング溝
５６ ：第１Ｏリング
５８ ：雄ねじ
５９ ：雌ねじ
６１ ：位置決めナット
６２ ：第１当接部
６３ ：第２当接部
６５ ：ナット本体部
６６ ：ナット延長部
７１ ：第２Ｏリング溝
７２ ：第２Ｏリング
７４ ：支持アーム
７５ ：支持孔
Ａ ：軸線
２ ：容器
３ ：駆動装置
５ ：シャフト
６ ：中子
７ ：第１口金
８ ：第２口金
１１ ：第１筒部
１２ ：第２筒部
１３ ：第１端部
１４ ：第２端部
１７ ：外周壁
１８ ：隔壁
１９ ：膨出部
２１ ：端壁
２２ ：側壁
２３ ：内周壁
２４ ：凹部
２６ ：第１シャフト孔
２７ ：係止凸部
２８ ：突片
３１ ：第２シャフト孔
３２ ：受容凹部
３２Ａ ：中央部
３２Ｂ ：拡張部
３４ ：ボス
３６ ：補強リブ
４１ ：管部
４２ ：フランジ部
４２Ａ ：第１面
４２Ｂ ：第２面
４３ ：突出部
４５ ：係合リブ
４６ ：係合溝
４７ ：鍔部
５１ ：端面
５２ ：シャフト中央部
５３ ：シャフト端部
５５ ：第１Ｏリング溝
５６ ：第１Ｏリング
５８ ：雄ねじ
５９ ：雌ねじ
６１ ：位置決めナット
６２ ：第１当接部
６３ ：第２当接部
６５ ：ナット本体部
６６ ：ナット延長部
７１ ：第２Ｏリング溝
７２ ：第２Ｏリング
７４ ：支持アーム
７５ ：支持孔
Ａ ：軸線
Claims (11)
- フィラメントワインディング法により繊維強化樹脂の容器を形成するための中子構造体であって、
駆動装置に支持される両端部を有するシャフトと、
前記シャフトが挿通された中子と、
前記シャフトが挿通され、かつ前記中子の外面に配置され、前記容器の口部をなす一対の口金とを有し、
前記中子は、パルプと澱粉系粘結材とを含む原料を成形することによって中空に形成され、前記シャフトが挿入されるシャフト孔と、前記シャフト孔の周囲に形成され、前記口金が前記シャフトの周方向に回転不能に係合する受容凹部とを有し、
前記口金は、前記シャフトが挿通される管部と、前記管部の一端に設けられたフランジ部とを有し、
前記シャフトは、両端に軸線と直交する端面を備えたシャフト中央部と、前記端面のそれぞれの中央から前記シャフト中央部と同軸に突設され、前記シャフト中央部より径が小さい一対のシャフト端部とを有し、
前記シャフト端部のそれぞれの外周面には雄ねじが形成され、
前記シャフト端部のそれぞれの外周には、内周に前記雄ねじと螺合する雌ねじを備えた位置決めナットが装着され、
前記位置決めナットのそれぞれは、前記端面に当接する第１当接部と、前記管部のフランジ部側と相反する端部と当接する第２当接部とを有し、
前記口金が前記中子と前記位置決めナットとに挟持される中子構造体。 - 前記受容凹部は、その外縁部に径方向外方に延びた複数の拡張部を有し、
前記フランジ部は、その外縁部に径方向外方に突出し、対応する前記拡張部に嵌合する複数の突出部を有する請求項１に記載の中子構造体。 - 前記フランジ部の前記管部側の面である第１面は、前記中子の外面と滑らかに連続している請求項１又は請求項２に記載の中子構造体。
- 前記第１面の表面粗さにおける最大高さは、１０μｍ以上１５μｍ以下である請求項３に記載の中子構造体。
- 前記フランジ部の前記第１面と相反する第２面には、径方向に延びる複数のリブが突設され、
前記受容凹部の底部には、対応する前記リブが嵌合する複数の係合溝が凹設されている請求項３又は請求項４に記載の中子構造体。 - 前記管部の外周面には、径方向外方に突出し、かつ周方向に延びた環状の鍔部が形成されている請求項１〜請求項５のいずれか１つの項に記載の中子構造体。
- 前記位置決めナットは、筒形のナット本体部と、前記ナット本体部の一端の中央から前記ナット本体部と同軸に突出し、前記管部の内径より小さい外径を有する円筒形のナット延長部とを有し、
前記第１当接部は前記ナット延長部の先端に設けられ、
前記第２当接部は前記ナット本体部の前記ナット延長部側の端面に設けられている請求項１〜請求項６のいずれか１つの項に記載の中子構造体。 - 前記シャフト端部のそれぞれの先端は、前記位置決めナットから突出し、前記駆動装置の支持孔に突入している請求項１〜請求項７のいずれか１つの項に記載の中子構造体。
- 前記シャフト中央部の外周面には、周方向に環状に延びる第１Ｏリング溝が形成され、
前記第１Ｏリング溝には、前記管部の内周面に当接する第１Ｏリングが装着されている請求項８に記載の中子構造体。 - 前記シャフト端部のそれぞれの先端の外周面には、周方向に環状に延びる第２Ｏリング溝が形成され、
前記第２Ｏリング溝には、前記支持孔の内周面に当接する第２Ｏリングが装着されている請求項８又は請求項９に記載の中子構造体。 - フィラメントワインディング法により繊維強化樹脂の容器を形成するための中子構造体の製造方法であって、
パルプと澱粉系粘結材とを含む原料を成形することによって中空に形成された中子に、両端に軸線と直交する端面を備えたシャフト中央部と、前記端面のそれぞれの中央から前記シャフト中央部と同軸に突設され、前記シャフト中央部より径が小さく外周面に雄ねじが形成された一対のシャフト端部とを有するシャフトを挿通する工程と、
管部及びフランジ部を有する一対の口金に前記中子から突出した前記シャフトの端部のそれぞれを挿通すると共に、前記口金のそれぞれの前記フランジ部を前記中子の外面に形成された受容凹部に回転不能に嵌合させる工程と、
内周に前記雄ねじと螺合する雌ねじを備えた位置決めナットを前記シャフトの前記端部に装着し、前記位置決めナットの第１当接部に前記端面を当接させ、前記位置決めナットの第２当接部に前記管部の前記フランジ部側と相反する端部を当接させ、一対の前記位置決めナットと前記中子とによって前記口金を挟持する工程とを有する中子構造体の製造方法。
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