JPS58106259A - 複合材料からなる円環状の圧力容器 - Google Patents

複合材料からなる円環状の圧力容器

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JPS58106259A
JPS58106259A JP57211504A JP21150482A JPS58106259A JP S58106259 A JPS58106259 A JP S58106259A JP 57211504 A JP57211504 A JP 57211504A JP 21150482 A JP21150482 A JP 21150482A JP S58106259 A JPS58106259 A JP S58106259A
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windings
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲第（１）項の上位概念に記載の
複合材料からなる円環状の圧力容器に関する。
複合材料、例えば合成樹脂含浸のガラス、炭素繊維等か
らなる圧力容器は一般に気密又は液密性の内容器を有し
ていて、この内容器は繊維巻又は針金等からなる支持用
巻取体で保護されている。この支持用巻取体は内容器の
り荷を軽減し、容器全体に働く圧力を一部内容器により
、その他を支持用巻取体で支持している。この種の圧力
容器は、圧力容器の外形が、内部容器の壁の正接方向の
応力と子午線の応力とが一定で同一に保持され、同時に
支持用巻取体内の繊維の応力が一定に保持されるような
子午線のわん曲を有するときには、最良のものとなる。
正接及び子午線方向の応力の同一性は、内容器の使用材
料の支持性を全部利用することを可能としている。この
応力条件を満足する際、巻取体で形成されていない内容
器では球状の容器となり、特別な円環部分では一定の曲
率とはならない。
この最良の容器は、最大貯蔵エネルギー、即ち使用材料
の長さに関して圧力Ｘ容積の１．５倍の重量を有してい
る。
針金、繊維糸、繊維からなる応力が一方向のみに生じる
構造では破断伸びは特に大きい。マンドレルを回転させ
て容器を製造するとき、測量線に延在する繊維、糸又は
針金がそれぞれの１１ 位置で同一の応力を有し、従って繊維、糸、針金の材料
の強度を完全に利用できるようと子午線のわん曲（曲率
）を選択するときには最も軽い容器となる。
この条件を満足する容器の形は、円筒容器及び断続的に
変化する直径の管状の容器並びに子午線の曲率が一定で
ない円環状の容器である。
この最良の軽い巻取シ容器の重量は、使用材料の破断伸
びに関して貯蔵最大エネルギーの３倍となる。
巻取る場合、当部ながら結合材料、例えば繊維を相互に
結合するための合成樹脂の重量も加わる。この付加重量
は、極対付近で繊維が重なる、即ち交差するときに特に
大きくなシ、繊維が相互に平行であるとき（子午線に垂
直に円筒を巻取るとき）には、特に小さくなる。円環状
の容器を巻取シ成形するときには交差巻取シは行われな
い。
巻取シ技術（フィラメントワインディング法）を用いる
場合、基本的な二つの技術的問題を解決する。
ｌ）　どの巻取様式でも容器の極対周シの区域を空ける
。以下に単に繊維−とじて表示する材料が子午線方向に
巻取られているとき、赤道を通過する繊維全体が極対で
交差する。従って、付加的な構造要素、例えば極対用の
キャップ又は蓋を必要とする。この問題は円環状の圧力
容器では発生しない。
２）内容器のない単に巻取られた容器は、圧力が小さい
場合液密又は気密である。この理由から、加工終了後消
滅する心材上に容器を巻取り、ゴムの袋を充填枠を通じ
て挿入する。
円環状の圧力容器では、後でゴムの袋を挿入することは
できない。この場合、圧力容器内に残される内容器上に
巻取シ、これを巻取り心材として気密性ももたせること
が可能である。
支持用巻取体用の心材として内容器を用いる場合、内容
器の材料と巻取多材料とが完全に−パ致する伸びを有す
ること、即ち、両方の材料の応力と弾性率とが同じ割合
であるようにすることに注意しなければならない。この
ようにすると、一般には、巻取り材料の破断伸び又は内
容器の破断伸び全部を利用できることになる。例えば、
炭素繊維の強度を完全に用いたいとき内容器用に同時に
チタンの高い破断伸びを用いると、とけできない。この
理由から圧力負荷の大部分を巻取体で支持し、これに対
応して圧力負荷の残りの僅かな部分を内容器によって支
持させるとよい。
さて、最良の容器の最良の巻取シが可能である。即ちこ
の場合、容器の形状を、子午線のわん曲を対応して勘案
して選択し、内容器のコイルに発生する支持圧力が、容
器の半径とは独立して一定ではなく、むしろ容器の半径
上で不等様に分布させる。即ち、撰択した容器形が不等
様に負荷する内タンク用の最良の容器形であシ、又、不
等様に負荷する外側巻取体用ｑ最良の容器形となる。内
タンクと支持用巻取体からの組合せは、どの方向でもど
の点でも完全に同じ形の伸びとなる。内タンクの材料並
びに巻取体の材料とが完全に支持するとき９６、同−伸
びが巻取体と内容器に発生する。
前述の形状原理は、巻取体に負荷の大部分が内容器にそ
の他の僅かな負荷がかかるとき、一定の曲率の子午線の
円環体となり、これは一つの閉じた子午線とはならない
。同様、閉じた円環の形の容器にも形状原理を用いるこ
とができる。このそれ自体最良の容器の欠点は、外側の
巻取体と内容器間の負荷分布が形状を限定するというこ
とにある。例えば、炭素繊維の非常に長い破断伸びを所
定の量に亘って用いることはできない。その理由は、負
荷の主要部分が必然的に内容器によシ支持される必要が
あるからである。
本・発明は、円環状の閉じた圧力容器を、最良の重量で
容器の形状を最良とするように構成することを課題とす
る。
この課題は本発明に従い特許請求の範囲第（１）項の特
徴部分に記載の構成により解決する。
本発明によシ、閉じた円環状の容器の所望特性を利用し
ていて、同時に圧力容器の構造を多様化でき、その際円
環状の容器の外周を赤道区域で円筒に形成される。この
様にして発生する正接方向のこの区域の応力は、圧力容
器の子午線に対して垂直な単純な丸い巻取り体により吸
収される。
この様にして、本発明によシ極端に軽い容器が実現でき
、その際結合材の部分を少なくして繊維材料の破断伸び
を完全に用いていて、極キャップして重い栓を必要とし
ない。更に極短の繊維の集中に関する他の容器の場合に
発生する問題はなくなる。内容器によシ支持される負荷
部分に対して外側の支持用巻取体の負荷部分は、本発明
による構造様式では従来よシも大きく選択でき、前述の
従来の限定は受けない。
この様式の圧力容器は単に巻取シ技術（フィラメントワ
インディング法）でも製造でき、心材を取外した後、ゴ
ム袋の様な内容器を設けなくてもよい。
内容器と支持用巻取体からなる容器では、負＝荷支持及
び伸びに対して完全に適合した内容器は、巻取シ心材と
シールの機能も果す。内容器には、例えば全体の負荷の
約２０％を、他方残シの８０％は外側の支持用巻取体で
支持させる。
圧力容器の充填及び排出及び／又は固定及び取扱いのた
めの接手は、例えば強化肋材に設けることができ、肋材
は隣り合う子午線間で子午線の方向の巻取体と置換され
る。同様に、この接手を強化孔、合目的に密度の小さい
区域で円筒形の赤道区域の縁部に設け、その際巻取体は
外方に隆起したこの強化孔の肩部で交差巻取体内に導入
され、この交差巻取体はこの区域で子午線に沿った巻取
体を置換している。巻取体が包囲している強化耳状部を
設けることもできる。
次に図示の実施例に従い本発明の詳細な説明する。
円環状の圧力容器（１）は、その側部範囲及び内側範囲
に閉じた円環（２）の形を有し、他方赤道区域は円筒（
３）を形成している。これ等両区域の移行部分は、第２
図に示している横断面形の様にわん曲して反っている。
圧力容器（１）は同様円環状の軽い内容器（４）を有し
ている。この内容器には、例えば炭素繊維からなる支持
用巻取体（５，６）が設けられていて、この巻取体（５
，６）は合成樹脂の結合材により保持されている。支持
用巻取体（５）は、子午線方向（Ｍ）のみに延在してい
る。この子午線巻取体（５）には、円筒（３）の範囲に
支持用巻取体（６）が設けられている。この巻取体（５
）は赤道平面の子午線に対して垂直に延在している（第
１図矢印Ｅ方向）。
内側容器と支持用巻取体の材料は、負荷に対応して完〈
同じ伸びを有する様に設定される。
内容器は非常に軽い軽量構造体であり、支持用巻取体（
５，６）用の心材として適当である強度（剛性）をのみ
有すればよい。
この圧力容器では、巻取体（５，６）が内容器（４）に
発生する支持圧力が容器（４）の半径とは無関係に一定
ではなく、むしろ容器の半径に対して一定の不等様内圧
力分布を以て作用する。選択した容器の形は、不等様に
負荷する内タンク用の最良の容器形状であシ、又不等様
に負荷する外側の支持用巻取体（５，６）用の最１良の
容器形状でもある。実際に円環状である範囲（２）では
、巻取体に関する閉じた円環状の容器゛の利点を用いて
、特に結合材を多く含んだ巻取体が集中するようなこと
をなくしている。赤道区域で円筒を形成することによっ
て生じる付加的な正接方向の応力は、子午線方向に直角
に延在する支持用巻取体（６）によって支持される。こ
の様な構造は非常に軽く製造でき、又どの方向にもどの
点においても全く完全な同一の伸びを生じる。正接及び
子午線方向の内容器の壁中の応力は、この場合−であり
、同時に支持用巻取体内の繊維糸の応力も一定である。
繊維材料、例えば炭素繊維の破断伸びは長く、従ってこ
の様な容器の形状に最良に適用できる。
第１図に示した圧力容器は、圧力容器の充填、排出及び
固定のための接手（７）を有している。この接手は、内
容器（４）に係合する強化肋材（８）に設けられていて
、図にはこの中の一つを示している。一般に、容器には
１個又は２個の肋材を設けている。支持用巻取体（５）
に比べて強化された肋材は肋材′を狭む子午線間の支持
用巻取体（５）と置換され、一般には支持用巻取体（５
）の枠内の巻取体として形成されている。マット材料等
からの製造を行うことも可能である。肋材（８）内では
接手（７）を配置位置に対応して加工している。
第３図には、接手（７′）を設ける範囲を除いて第１図
の実施例と同様な圧力容器（１′）を示している。
円環状の圧力容器（１′）は内容器を有し、内容器は子
午線方向（Ｍ）の巻取体（５′）と子午線に対して直角
に延在する支持用巻取体（６′）とを巻付けている。
接手（７つは繊維密度の小さい範囲、即ち支持用巻取体
（５つと支持用巻取体（６′）の間の範囲に設けられて
いて、ここで強化孔（９）内に嵌入されている。
この他の範囲で子午線（Ｍ）方向に延在する支持用巻取
体（５′）は、ここに示した２個の接手（７′）の間で
、外側に隆起したこの強化孔（９）の肩部では交差ｉ堰
体（１０）内に導入され、この交差巻取体（１０）は、
強化孔及び接手用の配置区域（１１）内の子午線に沿っ
て巻取体（５つを置換している。
第４図には別の圧力容器（１“）の一部を示していて、
この圧力容器（１’）は一つの円環状の内容器（４′）
を有し、その赤道区域は一つの円筒面を形成している。
内容器（４つは子午線方向の支持用巻取体（５’）と、
その円筒状赤道区域で子午線に対して直交する支持用巻
取体（６つとを巻付けている。この図では充填孔（１２
）のみを示している接手を取付けるため、円環状部分と
円筒間の移行範囲の内容器（４つには所望の接手を支持
する強化耳状部（１３）が設けられていて、この耳状部
（１３）は、隣り合う子午線間に配置されていて、子午
線方向の支持用巻取体（５つの繊維を巻付けている。こ
の接手用材（１３）は、接手用孔を有するアルミニウム
等の軽量金属材料から形成するとよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による円環状の圧力容器の第１実施例の
斜視図であシ、第２図は第１図の実施例の゛子午線平面
での断面図であり、第３図は第２実施例の斜視図であシ
、第４図は別の実施例の接手位置の子午線平面の断面の
部分斜視図である。 １．１．’１“・・・圧力容器 ２・・・円環部分 ３・・・円筒部分 ５、５．’イ６．６：６＃・・・巻取←Ｅ・・・赤道方
向　　。 Ｍ・・・子午線方向

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）複合材料からなる円環状の圧力容器にして、気密
    乃至液密の内容器と、該容器上に設けられ内容器壁の負
    荷を軽減するための繊維、線維糸又は針金からなる支持
    用巻取体とからなり、該支持用巻取体が子午線でわん曲
    していて、このわん曲が、内容器の壁内の一定の正接方
    向及び子午線方向の応力を同一にし、同時に支持用巻取
    体内の繊維応力を一定にするようなわん曲を有している
    円環状の圧力容器において、円環状の圧力容器（１）が
    赤道区域に円筒形の外形（３）を有し、該外形が付加的
    な支持用巻取体（６）によシ子午＃（Ｍ）に垂直に補強
    されていることを特徴とする円環状の圧力容器。
  2. （２）両支持用巻取体（５，６）が一方では圧力容器の
    わん曲した範囲（２）で子午線′（Ｍ）の方向につづい
    ていて、他方ではシリンダー（３）の範囲で付加的に子
    午線に対して垂直に延在していることを特徴とする特許
    請求の範棚第（１）項に記載の円環状の圧力容器。
  3. （３）圧力容器（１）を充填及び排出及び／又は固定及
    び取扱いのための接手が強化用肋材（８）に設けられ、
    該肋材が相互に隣接ビた子午線間で子午線（Ｍ）方向の
    支持用巻取体（５）を置換していることを特徴とする特
    許請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載の円環状
    の圧力容器。
  4. （４）圧力容器の充填及び排出及び／又は固定及び取扱
    いのための接手を設けるために、子午線区域（１１）に
    補強孔又は耳状部（９）を設けていることと、子午線（
    Ｍ）の方向に延在する支持用巻取体（５つが、この補強
    用孔の外方に隆起した肩部で交差した巻取体（１０）内
    に導入され、該交差巻取体が、この区域（１１）の子午
    線に沿って巻取体（５′）と置換されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載
    の円環状の圧力容器。
  5. （５）圧力容器の充填及び排出及び／又は固定及び取扱
    いのための接手が補強された耳状部に設けられ、該耳状
    部が相互に隣り合う子午線の間に配置され、支持用巻取
    体（５“）と共に巻取られていることを特徴とする特許
    請求の範囲第（１）項又は第（２）項に記載の円環状の
    圧力容器。
  6. （６）補強された孔乃至耳状部（９）が繊維密度の小さ
    い区域で円筒形の赤道区域の縁部に設けられていること
    を特徴とする特許請求の範囲第（４）項又は第（５）項
    に記載の円環状の圧力容器。
JP57211504A 1981-12-03 1982-12-03 複合材料からなる円環状の圧力容器 Pending JPS58106259A (ja)

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