JPS6255010B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6255010B2 JPS6255010B2 JP55051409A JP5140980A JPS6255010B2 JP S6255010 B2 JPS6255010 B2 JP S6255010B2 JP 55051409 A JP55051409 A JP 55051409A JP 5140980 A JP5140980 A JP 5140980A JP S6255010 B2 JPS6255010 B2 JP S6255010B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bellows
- fiber
- rotating body
- composite material
- reinforced composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
- Centrifugal Separators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は危険回転数より高速で回転する繊維強
化複合材料製円筒体に関し、さらに詳しくは比較
的長胴の高速回転円筒体をその曲げの危険速度以
上の回転速度で定速回転するような場合の危険速
度の通過を容易にし、かつ高速回転に耐える繊維
強化複合材料製高速回転体に関する。
化複合材料製円筒体に関し、さらに詳しくは比較
的長胴の高速回転円筒体をその曲げの危険速度以
上の回転速度で定速回転するような場合の危険速
度の通過を容易にし、かつ高速回転に耐える繊維
強化複合材料製高速回転体に関する。
繊維強化複合材料、特に炭素繊維強化プラスチ
ツクス（CFRPと略）は比強度、比弾性にすぐれ
た性質をもつため、高速回転体の用途に使用され
る。しかし比較的長胴の高速回転体では回転胴の
危険回転数を越えて定速回転数に到達するために
危険速度通過時に弾性曲げ振動を生じる危険があ
る。そこで回転胴のバランス調整を行ない、弾性
曲げ振動を防止しているが、危険回転数が高くな
るにつれてバランスの微調整が必要となり、バラ
ンス調整に多大の時間をかけねばならず、高周速
化に際してもバランス調整が問題となつていた。
また、例えば金属材料のごとく均一材料を使用す
る高速回転体の場合、回転体の周壁にベロー部を
設け、これによつて弾性曲げ振動を吸収させ、危
険回転数を低下し、バランス調整を容易にする方
法が従来より用いられている。すなわち長胴化に
際しては長胴を分割し、定速回転までに生じる
種々の曲げ危険速度に対応する変形モードに見合
つた位置にベローを設け、円筒体そのものは剛体
挙動させ、ベロー部によつて回転系の曲げの危険
速度を低下させる方法が考案されている。
ツクス（CFRPと略）は比強度、比弾性にすぐれ
た性質をもつため、高速回転体の用途に使用され
る。しかし比較的長胴の高速回転体では回転胴の
危険回転数を越えて定速回転数に到達するために
危険速度通過時に弾性曲げ振動を生じる危険があ
る。そこで回転胴のバランス調整を行ない、弾性
曲げ振動を防止しているが、危険回転数が高くな
るにつれてバランスの微調整が必要となり、バラ
ンス調整に多大の時間をかけねばならず、高周速
化に際してもバランス調整が問題となつていた。
また、例えば金属材料のごとく均一材料を使用す
る高速回転体の場合、回転体の周壁にベロー部を
設け、これによつて弾性曲げ振動を吸収させ、危
険回転数を低下し、バランス調整を容易にする方
法が従来より用いられている。すなわち長胴化に
際しては長胴を分割し、定速回転までに生じる
種々の曲げ危険速度に対応する変形モードに見合
つた位置にベローを設け、円筒体そのものは剛体
挙動させ、ベロー部によつて回転系の曲げの危険
速度を低下させる方法が考案されている。
しかしながら、繊維強化複合材料の場合、金属
材料と異なり、異方性を示すためベロー部の大た
わみに対する軸曲げ特性の不足、また加工性の煩
雑さにより、そのベローに替わる構造としては、
例えば特開昭50−160881にみられるように胴の中
間部のベローに相当する位置にリング状もしくは
スパイラル状に溝切りを設けるといつた方法が考
えられており、ベロー構造としては又実開昭51−
26254に示されるようにベローを例えば高張力鋼
といつた均一材料で製作し、さらにCFRPでその
外側を円周巻し補強するといつた方法、さらに実
開昭53−21300では比強度の高いCFRPを用いた
高速回転胴にベロー継手を応用するにあたり、継
手も同質材で製作すべく、ベローに相当する位置
に順次内径の大きくなつた短円筒をつみ上げてベ
ロー形状にするか、もしくはベローの肉厚分だけ
余分に肉盛をし、これを切削加工することによつ
てベロー形状にする方法が考えられている。
材料と異なり、異方性を示すためベロー部の大た
わみに対する軸曲げ特性の不足、また加工性の煩
雑さにより、そのベローに替わる構造としては、
例えば特開昭50−160881にみられるように胴の中
間部のベローに相当する位置にリング状もしくは
スパイラル状に溝切りを設けるといつた方法が考
えられており、ベロー構造としては又実開昭51−
26254に示されるようにベローを例えば高張力鋼
といつた均一材料で製作し、さらにCFRPでその
外側を円周巻し補強するといつた方法、さらに実
開昭53−21300では比強度の高いCFRPを用いた
高速回転胴にベロー継手を応用するにあたり、継
手も同質材で製作すべく、ベローに相当する位置
に順次内径の大きくなつた短円筒をつみ上げてベ
ロー形状にするか、もしくはベローの肉厚分だけ
余分に肉盛をし、これを切削加工することによつ
てベロー形状にする方法が考えられている。
しかるに特開昭50−160881による方法によれば
軸方向に連続した繊維がないか、もしくは殆んど
の連続繊維が切断されてしまい、ベロー部で強度
を必要とする軸方向については連続繊維によつて
始めて理論強度が可能となる複合材料力学の見地
からも曲げ剛性の局所的欠陥が生じるおそれがあ
り、実開昭51−26254ではベローとベローを補強
する部分および円筒本体とを別々に製作し、これ
をカン合する方法を採つているため工数的に実用
性にかけると共に本体とベローとの接着カン合が
難しいといつた問題を含み、さらに実開昭53−
21300によるところではつみ上げ方式および切削
式とも特開昭50−160881の方法と同じく軸方向に
連続繊維が切断され、局所的欠陥が未だ生じるお
それがあつて実用的でない。
軸方向に連続した繊維がないか、もしくは殆んど
の連続繊維が切断されてしまい、ベロー部で強度
を必要とする軸方向については連続繊維によつて
始めて理論強度が可能となる複合材料力学の見地
からも曲げ剛性の局所的欠陥が生じるおそれがあ
り、実開昭51−26254ではベローとベローを補強
する部分および円筒本体とを別々に製作し、これ
をカン合する方法を採つているため工数的に実用
性にかけると共に本体とベローとの接着カン合が
難しいといつた問題を含み、さらに実開昭53−
21300によるところではつみ上げ方式および切削
式とも特開昭50−160881の方法と同じく軸方向に
連続繊維が切断され、局所的欠陥が未だ生じるお
それがあつて実用的でない。
したがつて本発明の目的とするところは繊維強
化複合材料製高速回転体において、上記解決すべ
き諸問題を含まえた上で、ベロー部を適用し、曲
げの危険速度以上の回転速度で定速回転に支障を
きたすことなく、かつバランス調整の容易な高速
回転体を提供することにある。
化複合材料製高速回転体において、上記解決すべ
き諸問題を含まえた上で、ベロー部を適用し、曲
げの危険速度以上の回転速度で定速回転に支障を
きたすことなく、かつバランス調整の容易な高速
回転体を提供することにある。
すなわち、ベロー部に対する必要機能は(1)回転
場での遠心力による周方向応力に対し、充分な機
械的強度を有すること、(2)危険速度通過時の回転
胴の軸方向への曲がりに対し充分な機械的強度を
有すること、および(3)ベロー部本来の導入目的で
ある危険回転数を低下させるため、ベロー部の軸
方向曲げ剛性をできるだけ円筒部の曲げ剛性に対
して低くすることである。
場での遠心力による周方向応力に対し、充分な機
械的強度を有すること、(2)危険速度通過時の回転
胴の軸方向への曲がりに対し充分な機械的強度を
有すること、および(3)ベロー部本来の導入目的で
ある危険回転数を低下させるため、ベロー部の軸
方向曲げ剛性をできるだけ円筒部の曲げ剛性に対
して低くすることである。
特に、(3)項について詳述すると、ベロー形状と
は薄肉円筒を蛇腹状に成形したもの（岩波書店
「理化学辞典」）であり、蛇腹部での幾何学的な非
線形効果により大たわみを生じさせ曲げ易くする
効果を意図している。
は薄肉円筒を蛇腹状に成形したもの（岩波書店
「理化学辞典」）であり、蛇腹部での幾何学的な非
線形効果により大たわみを生じさせ曲げ易くする
効果を意図している。
これに対し特開昭50−160881に示す様な切り溝
を設け薄肉部によりベロー部に替える場合では、
上記大たわみ変形は生じず、ベロー形状程大きな
効果は期待できない。
を設け薄肉部によりベロー部に替える場合では、
上記大たわみ変形は生じず、ベロー形状程大きな
効果は期待できない。
したがつて、大たわみ変形を生じるベロー形状
が必須となるが、この場合でもガスの流れを阻害
する程大きな形状のベローは不可であり、たとえ
ベロー形状が導入できたとしても、薄肉でなけれ
ばまた、その効果は期待できない。この見地から
実開昭53−21300の如くのつみ上げ方式ではベロ
ー部肉厚が厚くなり、ベロー部としての意味をは
たさなくなる。
が必須となるが、この場合でもガスの流れを阻害
する程大きな形状のベローは不可であり、たとえ
ベロー形状が導入できたとしても、薄肉でなけれ
ばまた、その効果は期待できない。この見地から
実開昭53−21300の如くのつみ上げ方式ではベロ
ー部肉厚が厚くなり、ベロー部としての意味をは
たさなくなる。
今、ベロー部のない繊維強化複合材料製高速回
転体では、真空含浸法、フイラメントワインデイ
ング法と言つた種々の繊維の配列法のうち、樹脂
を含浸した連続繊維を所望の巻付角度に巻付けら
れかつ繊維含有率も高いフイラメントワインデイ
ング法を用いて成形した円筒体が機械的強度も高
く、かつ成形が容易であるため好適であり、ベロ
ー部についても同様にフイラメントワインデイン
グ法での成形が機械特性を確保する上で適切であ
ると言える。
転体では、真空含浸法、フイラメントワインデイ
ング法と言つた種々の繊維の配列法のうち、樹脂
を含浸した連続繊維を所望の巻付角度に巻付けら
れかつ繊維含有率も高いフイラメントワインデイ
ング法を用いて成形した円筒体が機械的強度も高
く、かつ成形が容易であるため好適であり、ベロ
ー部についても同様にフイラメントワインデイン
グ法での成形が機械特性を確保する上で適切であ
ると言える。
ベロー部の成形は円筒の成形と異なり、ベロー
の如く円筒長手方向に凹凸のついた形状の巻付け
が困難であると従来より考えられてきた（特開昭
50−160881明細書）が、本発明者等はフイラメン
トワインデイング法のうちでもヘリカル巻を用い
れば、ベロー形状に沿つた巻付けが可能であるこ
とを見出し本発明を完成するに到つた。
の如く円筒長手方向に凹凸のついた形状の巻付け
が困難であると従来より考えられてきた（特開昭
50−160881明細書）が、本発明者等はフイラメン
トワインデイング法のうちでもヘリカル巻を用い
れば、ベロー形状に沿つた巻付けが可能であるこ
とを見出し本発明を完成するに到つた。
すなわち、円筒体の周壁の１又は複数個所に環
状のベロー部を有する繊維強化複合材料製高速回
転体において、円筒体の一部およびベロー部を連
続繊維を用いて、ヘリカルフイラメントワインデ
イング法により一体で成形することを特徴とする
繊維強化複合材料製高速回転体を提供することに
より上記３項を満足するベロー部付高速回転体が
可能となる。
状のベロー部を有する繊維強化複合材料製高速回
転体において、円筒体の一部およびベロー部を連
続繊維を用いて、ヘリカルフイラメントワインデ
イング法により一体で成形することを特徴とする
繊維強化複合材料製高速回転体を提供することに
より上記３項を満足するベロー部付高速回転体が
可能となる。
すなわち本発明によれば円筒体およびこれに連
続したベロー部は連続繊維により構成されるた
め、周速の２乗に比例する回転に伴なう周方向応
力についてはベロー部も円筒体と同一構成もしく
は円筒体の部分構成から成るため、定速回転にみ
あう構成を選択すれば自ずとベロー部もこの応力
に耐え得ることは明らかである。さらにベロー部
の曲げ剛性についても円筒本体と連続した繊維を
用いることによりベロー部での繊維の切断はな
く、ベロー形状によるベロー部の等価剛性を低く
でき、弾性曲げ振動の生じる危険速度を下げ、か
つベロー部の曲げ強度も十分に高く設定できる。
またさらに回転体は円筒本体、ベロー部とも連続
繊維で一体で成形するため、カン合の必要性もな
く、ガスリークについても信頼性の高い高速回転
体が可能となる。
続したベロー部は連続繊維により構成されるた
め、周速の２乗に比例する回転に伴なう周方向応
力についてはベロー部も円筒体と同一構成もしく
は円筒体の部分構成から成るため、定速回転にみ
あう構成を選択すれば自ずとベロー部もこの応力
に耐え得ることは明らかである。さらにベロー部
の曲げ剛性についても円筒本体と連続した繊維を
用いることによりベロー部での繊維の切断はな
く、ベロー形状によるベロー部の等価剛性を低く
でき、弾性曲げ振動の生じる危険速度を下げ、か
つベロー部の曲げ強度も十分に高く設定できる。
またさらに回転体は円筒本体、ベロー部とも連続
繊維で一体で成形するため、カン合の必要性もな
く、ガスリークについても信頼性の高い高速回転
体が可能となる。
次に本発明の具体例を挙げ、さらに詳しく本発
明を説明する。第１図〜第３図は本発明にかかる
繊維強化複合材料製高速回転体の一例で、第４図
はその製造方法の一例を示したものである。すな
わち第４図において、１に示す石コウで製作した
型表面上にマトリツクスを含浸した繊維２をヘリ
カルフイラメントワインデイング法によつて巻付
け円筒とベロー部を連続繊維により一体で成形
し、さらに必要に応じて円筒にはフープフイラメ
ントワインデイング法等で連続繊維を巻付け、巻
付終了后外圧をかけることによつて完全に繊維を
石コウ型表面上におしつけ、第１図〜第３図に示
す円筒形状にし、さらにマトリツクスを固化した
のち石コウ型をくずし第１図〜第３図に示す本発
明にかかる繊維強化複合材料製高速回転体が得ら
れる。
明を説明する。第１図〜第３図は本発明にかかる
繊維強化複合材料製高速回転体の一例で、第４図
はその製造方法の一例を示したものである。すな
わち第４図において、１に示す石コウで製作した
型表面上にマトリツクスを含浸した繊維２をヘリ
カルフイラメントワインデイング法によつて巻付
け円筒とベロー部を連続繊維により一体で成形
し、さらに必要に応じて円筒にはフープフイラメ
ントワインデイング法等で連続繊維を巻付け、巻
付終了后外圧をかけることによつて完全に繊維を
石コウ型表面上におしつけ、第１図〜第３図に示
す円筒形状にし、さらにマトリツクスを固化した
のち石コウ型をくずし第１図〜第３図に示す本発
明にかかる繊維強化複合材料製高速回転体が得ら
れる。
本発明にかかる繊維強化複合材料製高速回転体
は円筒およびベローを連続した繊維により一体で
成形することにより、軸方向に連続した繊維を有
するため、ベロー部での曲がりに対して非常に信
頼性が高く、また一体で成形するため製作工数に
ついても大幅な低減が可能となり、製作コストの
低減ならびに、ベロー部によつて弾性曲げ振動を
吸収させ、危険回転数を低下することが可能とな
るため、低速でのバランス調整より定速回転体が
容易に行なえ、したがつてバランス調整に費やす
時間はベローなし円筒に較べてはるかに少なくて
すむといつた点で非常に工業的にも有利な繊維強
化複合材料製高速回転体の提供が可能となる。
は円筒およびベローを連続した繊維により一体で
成形することにより、軸方向に連続した繊維を有
するため、ベロー部での曲がりに対して非常に信
頼性が高く、また一体で成形するため製作工数に
ついても大幅な低減が可能となり、製作コストの
低減ならびに、ベロー部によつて弾性曲げ振動を
吸収させ、危険回転数を低下することが可能とな
るため、低速でのバランス調整より定速回転体が
容易に行なえ、したがつてバランス調整に費やす
時間はベローなし円筒に較べてはるかに少なくて
すむといつた点で非常に工業的にも有利な繊維強
化複合材料製高速回転体の提供が可能となる。
また、繊維強化複合材料としては比強度・比弾
性にすぐれたCFRPが好適であるたが、これに限
定するることはなく、例えばケブラー繊維強化プ
ラスチツクス、シリコンカーバイト繊維強化プラ
スチツクスといたFRPおよび金属をマトリツク
スとしたFRM等、比強度、比弾性の高い複合材
料が考えられる。
性にすぐれたCFRPが好適であるたが、これに限
定するることはなく、例えばケブラー繊維強化プ
ラスチツクス、シリコンカーバイト繊維強化プラ
スチツクスといたFRPおよび金属をマトリツク
スとしたFRM等、比強度、比弾性の高い複合材
料が考えられる。
第１図〜第４図に示したベローズの形状および
数は一例であり、なお、本発明はこれに限定され
るものではなく、高速回転体の形状は危険回転数
より高速で回転する円筒体の用途に応じ任意に選
択できる。
数は一例であり、なお、本発明はこれに限定され
るものではなく、高速回転体の形状は危険回転数
より高速で回転する円筒体の用途に応じ任意に選
択できる。
第１図〜第３図は本発明にかかる繊維強化複合
材料製高速回転体の具体例、第４図は本発明にか
かる繊維強化複合材料製高速回転体の製造方法の
１例。 １……石コウ型、１１……マトリツクスを含浸
した繊維。
材料製高速回転体の具体例、第４図は本発明にか
かる繊維強化複合材料製高速回転体の製造方法の
１例。 １……石コウ型、１１……マトリツクスを含浸
した繊維。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 円筒体の周壁の１又は複数個所に環状のベロ
ー部を有する繊維強化複合材料製高速回転体にお
いて、円筒体の一部およびベロー部を連続繊維を
用いてヘリカルフイラメントワインデイング法に
より一体で成形したことを特徴とする繊維強化複
合材料製高速回転体。 ２ 繊維強化複合材料が炭素繊維強化プラスチツ
クスであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の繊維強化複合材料製高速回転体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5140980A JPS56147916A (en) | 1980-04-17 | 1980-04-17 | Rapid rotor made of fiber-reinforced compound material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5140980A JPS56147916A (en) | 1980-04-17 | 1980-04-17 | Rapid rotor made of fiber-reinforced compound material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56147916A JPS56147916A (en) | 1981-11-17 |
| JPS6255010B2 true JPS6255010B2 (ja) | 1987-11-18 |
Family
ID=12886131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5140980A Granted JPS56147916A (en) | 1980-04-17 | 1980-04-17 | Rapid rotor made of fiber-reinforced compound material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56147916A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59180012U (ja) * | 1983-05-19 | 1984-12-01 | 株式会社東芝 | 薄肉回転円筒 |
| JPH0679958B2 (ja) * | 1988-10-07 | 1994-10-12 | 東レ株式会社 | 糸条の巻取装置 |
| DE102006017306B4 (de) * | 2006-04-12 | 2009-06-04 | Balcke-Dürr GmbH | Zentrifugalabscheider zum Abscheiden von Flüssigkeit |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5613497B2 (ja) * | 1974-06-18 | 1981-03-28 |
-
1980
- 1980-04-17 JP JP5140980A patent/JPS56147916A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56147916A (en) | 1981-11-17 |
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