JPH0772600B2 - 両側端部のドームの開口径が互いに異なる圧力容器の製作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロケット推進機関用高
圧燃焼管に使用され、両側端部がドーム型の円筒状圧力
容器に係るもので、詳しくは、両側端部のドームの開口
径が互いに異なる圧力容器をフィラメントワィンディン
グ工法により製作する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高圧に耐え軽量を要する各種高
圧容器又はパイプにおいては、樹脂と高強度のファイバ
ーとの複合体でなるＦＲＰのような材料により製作さ
れ、このような複合材料を使用して圧力容器を製作する
工法を例示すれば、ガラスファイバー等のフィラメント
に液状又はゲル状の熱硬化性樹脂を含浸させ、樹脂とフ
ァイバーとの複合体をつくって該複合体を所定形状のマ
ンドレル表面に連続巻回して積層するようになってい
る。そして、このようなフィラメントワィンディング工
法により通常の圧力容器を製作する過程を図１を利用し
て説明すると次のとおりである。即ち、両側端部がドー
ム型をなし該ドームの頂上部位に直径ｄの金属製ボス２
が嵌合された所定形状のマンドレル１が形成され、複数
個の繊維に樹脂を含浸させて束をなしたワィンディング
バンド３が前記マンドレル１の表面に傾斜して巻回され
る。この場合、容器の直径をＤ、容器の開口径であるボ
ス２の外径をｄ（ｄ＝ｄ１＝ｄ２）、ワィンディングバ
ンド３の巻回により積層される積層角度をαとすれば、

【０００３】

【数１】 の式が成立する。

【０００４】そして、図１（Ｂ）に示したように、マン
ドレル１の周囲にワィンディングバンド３を巻回する場
合、該ワィンディングバンド３に張力が加えられ前記マ
ンドレル１の周囲に巻かれたワィンディングバンド３の
任意の二つの支点間には直線が維持され、両側端部のド
ームのボス２の外周面に当接されてそのボス２の半径方
向に対し垂直をなすようにするのが原則である。且つ、
式（１）により、積層角度αは、圧力容器の直径Ｄが一
定であれば、ドームの開口径ｄの大きさに比例して大き
くなる。そこで、圧力容器の両側端部のドームの開口径
の大きさが同様又は殆ど同様な場合においては、両側端
部のドームの積層角度は同様になり、マンドレル周囲に
巻回されたワィンディングバンドは全表面の任意の二つ
の支点間において直線状に維持され、フィラメントワィ
ンディングが良好に行われるが、若し、両側端部のドー
ムの各開口径が夫々異なる場合にはそれら両方側の積層
角度が異なるため次のような不都合な点が発生する。即
ち、両側端部のドームの開口径の大きさが異なる場合
に、その開口径の小さい方を基準にし、ボスの半径方向
と垂直に小さい積層角度にてワィンディングバンドを巻
回すると、反対側の大きい開口部位のワィンディングバ
ンドの経路はその小さい開口の小さい積層角度を維持し
ようとするが、直径の大きいボスにワィンディングバン
ドが拘束されて該ワィンディングバンドに加わる張力に
よりそのワィンディングバンドには滑りが発生し、直径
の大きいボスの外周面に当接されて大きい積層角度に巻
回される。即ち、マンドレルの表面に小さい積層角度で
巻回積層されていたワィンディングバンドに滑りが生
じ、ドームの小さい開口側の小さい積層角度からドーム
の大きい開口側の大きい積層角度まで、その積層角度が
一様に変化されそのマンドレル表面の任意の二点間のワ
ィンディングバンドの経路は直線でない曲線をなすよう
になる。

【０００５】一方、逆に、開口径の大きい方を基準に
し、ボスの半径方向と垂直に大きい積層角度でフィラメ
ントワィンディングを行う場合は、反対方の小さいボス
側でそのワィンディングバンドに滑りが生じなければ、
ワィンディングバンドの大きい積層角により小さいボス
のドーム側のワィンディングバンドがその小さいボスか
ら所定距離だけ離れて通過され、よって、その小さいボ
スとワィンディングバンド経路間にはそのワィンディン
グバンドが被覆されない部位が生じて圧力容器の製作が
不可能になる。且つ、若し、前記小さいボス側でワィン
ディングバンドの滑りが外方側に生ずると、そのワィン
ディングバンドがマンドレルの表面から離脱してフィラ
メントワィンディングが不可能になり、ワィンディング
バンドの滑りが内方側に生ずれば、そのワィンディング
バンドに加わる張力によりドームの小さい開口の小さい
積層角度からドームの大きい開口の大きい積層角度まで
そのワィンディングバンドの位置が変化される。前記し
たように、マンドレル表面上の二つの支点間のワィンデ
ィングバンドの経路は曲線状をなすようになるが、この
ような曲線の程度は圧力容器の両方側端ドームの開口径
の差が大きい程甚しくなり、耐圧用の圧力容器において
は、ワィンディングバンドの経路が最短の直線状を有す
べきであって、曲線状になれば、その巻回された繊維の
構造上充分な強度を発揮し得ないため、圧力により破壊
される憂いがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来フィラ
メントワィンディング工法においては、圧力容器の両側
端部のドームの開口の大きさが同様である場合は別に問
題が生じないが、その両側端部のドームの開口の大きさ
が異なる場合にはそのフィラメントワィンディング工法
を適用し得ないという不都合な点があった。それでこの
ような問題点を解決するため本発明者達は研究を重ねた
結果次のような両方側ドームの開口径の互いに異なる圧
力容器の製作方法を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、両側端
部のドームの開口径の大きさが異なる高圧燃焼用圧力容
器をフィラメントワィンディング工法によりワィンディ
ングバンドの経路が直線状をなすように製作する方法を
提供しようとするものである。

【０００８】そして、このような本発明の目的は、フィ
ラメントワィンディング工程を１次及び２次の工程に分
割し、先ず、１次工程ではドームの開口径の小さい方を
基準にし小さい積層角度にてワィンディングバンドを巻
回し積層して該積層体の他方の側端部を切断除去し、２
次工程では、前記１次工程で成形した積層体外周面にド
ームの開口径の大きい方を基準にし大きい積層角度にて
ワィンディングバンドを巻回し積層して該積層体の他方
の側端部を切断除去し、圧力容器両方側ドームの開口径
差に因る積層角度の変化を排除しながらその圧力容器を
製作することにより達成される。

【０００９】

【作用】両側端部のドームの各大小開口径と同様な外径
を有した二つの大・小型ボスと、両方側ドームの各内周
面と同様な外周面を有し前記大小型ボスの径と同様な外
径を夫々有した二つのジグとによりマンドレルを構成
し、該マンドレル表面上に積層体をフィラメントワィン
ディング工法により成形し焼成した後他方の側端部を切
断除去し、前記積層体の外周面に再び、フィラメントワ
ィンディング工法により大きい開口径の積層体を成形し
焼成した後他方の側端部を切断除去する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例に対し図面を用いて詳
細に説明する。図１（Ａ）に示したように、先ず、本発
明に係る圧力容器の製作方法に使用されるマンドレル８
においては、所定長さ及び径を有した回転軸４と、該回
転軸に嵌合される小さい開口径と同様な外径ｄ２を有し
た金属製小型ボス５と、圧力容器の両方側ドーム内周面
と同様な外周面を有しそれら外周面頂上部位に前記小型
ボス５及び後記の大型ボス７と同様な外径を夫々有して
外方向き突出されたボス部とを夫々有し前記回転軸４に
嵌合される各ジグ６・１０と、大きい開口径のｄ１の外
径を有し連結具１１を介して前記回転軸４に嵌合される
金属製大型ボス７とにより構成される。そこで、両側端
部のドームの開口径が互いに異なる圧力容器を製作する
場合において、そのドームの小さい開口径と同様な外径
ｄ２を有するように前記金属製小型ボス５を製作し、そ
のドームの大きい開口径と同様な外径ｄ２を有するよう
に前記金属製大型ボス７を製作し、該大型ボス７の内径
と同様に前記連結具１１の外径を製作してマンドレル８
を構成する。そして、圧力容器を製作する過程において
は、図１（Ａ）に示したように、１次工程で、前記回転
軸４の一方の側端部に前記小型ボス５を嵌合し、他方の
側端部に近接して前記大型ボス７を前記連結具１１を介
して嵌合し、他方の側端部に前記ジグ６を嵌合してマン
ドレル８を構成し、該マンドレル８表面にフィラメント
ワィンディングを施すと、圧力容器の円筒部位及びドー
ム部位がそのドームの小さい開口径を基準にしてワィン
ディングバンドが施されて直線状に巻回される。次い
で、所定厚さまで積層が終ると、前記回転軸４から積層
体を分離し、電気オーブンにてその積層された樹脂を硬
化させ、前記ジグ６のドームの下方側の積層部位を切断
して除去する。次いで、図１（Ｂ）に示したように、２
次の工程を行うが、先ず１次の工程で積層された積層体
９を再び回転軸４に嵌合し、大型ボス７の外径と同様な
径を有したジグ１０をその反対側に嵌合し、前記１次工
程の積層体外周面にフィラメントワィンディングを施
す。すると、圧力容器の表面及びドーム部位がそのドー
ムの大きい開口径を基準にしてワィンディングが行わ
れ、そのワィンディングバンドが直線状に巻回される。
次いで、所定厚さまで積層が終ると、前記回転軸４から
その積層体を分離し、電気オーブンにより焼成して樹脂
を硬化させ、前記ジグ１０のドーム状の下方側の積層体
部位を切断してそのジグ１０を分離することにより図１
（Ｃ）に示したような成形完了された圧力容器が得られ
る。

【００１１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る両
側端部のドームの開口径が互いに異なる圧力容器の製作
方法においては、それら異なるドームの開口径と夫々同
様な外径を有するジグを利用しフィラメントワィンディ
ングを段階的に実施して、ワィンディングされた任意の
二つの支点間の繊維経路が実質的に最短の直線状を有す
るように積層体を成形し得るようになっているため、耐
圧性に優れた圧力容器が提供される効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る両側端部のドームの開口径が異な
る圧力容器の製作過程を示した断面図で、（Ａ）は１次
工程の積層過程表示図、（Ｂ）は２次工程の積層過程表
示図、（Ｃ）は成形が完了された状態を示す図である。

【図２】従来のフィラメントワィンディング工法による
両側端部のドームの開口径が同様な圧力容器の製作過程
説明図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１、８ マンドレル ２、５、７ ボス ３ ワィンディングバンド ４ 回転軸 ６、１０ ジグ ９ 積層体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マンドレルを利用しフィラメントワィン
   ディング工法により両側端部のドームの開口径が互いに
   異なる圧力容器を制作する方法であって、 所定長さ及び外径を有した回転軸と、一方の前記側端部
   のドームの小さい開口径と同様な外径を有し前記回転軸
   に嵌合される小型ボスと、他方の前記側端部のドームの
   大きい開口径と同様な外径を有し連結具を介して前記回
   転軸に嵌合される大型ボスと、前記圧力容器の両方の側
   端部のドーム内周面と同様な外周面を夫々有しそれら外
   周面頂上部位に前記小型ボス及び大型ボスの径と同様な
   外径を夫々有して外方向き突出され前記回転軸４に嵌合
   される二つのジグとにより前記マンドレルが構成され、 １次工程で、前記回転軸所定部位に前記小型ボスと該小
   型ボス径の外径を有したジグと前記大型ボスとを嵌合し
   てマンドレルを構成した後、該マンドレルの表面にフィ
   ラメントワィンディングを施し所定厚さに積層させてそ
   の積層体を前記回転軸から離脱して表面を硬化させ、前
   記ジグの下方側積層体部位を切断除去して前記ジグを離
   脱し、 ２次工程で、前記回転軸所定部位に前記１次工程で形成
   した積層体と前記大型ボス径の外径を有したジグとを嵌
   合してマンドレルを構成した後、該マンドレルの表面に
   フィラメントワィンディングを施し所定厚さに積層させ
   てその積層体を前記回転軸から離脱して表面を硬化さ
   せ、前記ジグの下方側積層体部位を切断除去して前記ジ
   グを離脱し、 圧力容器を成形するようにした両側端部のドームの開口
   径が異なる圧力容器の製作方法。