JPS6359523A - 繊維強化合成樹脂容器の製造方法およびそのような方法によって製造された容器 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、両端に異なる大きさの対向開口およびそこに
一体にされた接続要素を有するコイル状に巻かれた構造
から成る繊維強化合成樹脂製の圧力容器を製造する方゛
法に関する。このコイル状構造体は、巻繊機の巻取軸に
取付けられた何形コアまたはマンドレルに所定の巻付角
度で硬化性合成樹脂（プレポリマー）を含浸させた強化
用繊維を巻付けることによって製造される。次いで、得
られた集成構造体は加熱することによって完全に硬化さ
れ、かつ硬化が完了した後冷却される。さらに、本発明
は、繊維強化構造体から成る本発明の方法によって製造
された合成樹脂容器に関する。

〔従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕

航空機および自動車の製造において、軽量および高い耐
応力性が重要である場合、繊維強化された合成樹脂パイ
プおよび容器類の使用が益々増えている。これらのパイ
プおよび容器類はそれらの目的に合わせて「取付部材」
と称する接続要素を通常有している。容器またはパイプ
のような繊維強化構造体に、高応力にしばしばさらされ
るそのような要素を取付けると、ある種のよくある大き
な問題、例えば、漏れまたは取付部材からの強化層の剥
離が頻繁に生じる。

繊維強化巻回合成樹脂容器を製造するに当たり、繊維が
最終製品に要求される機械強度および形状に合わせた所
定の巻付角度で巻繊機の軸に取付けられた何形コアの周
りに巻かれる。

容器の極１例えば一端部において、繊維のヂオデティッ
クデボジッティン（ｇｅｏｄｅｔｉｃ　ｄｅｐｏ−ｓｉ
ｔｉｎｇ）が形成される交差巻きの最小巻付角度は次式
： ｓｉｎ　　（ｗ）　＝　ｄ　／Ｄ （式中、ｄはコアに設けられる巻線の方向を変える端部
の直径、例えば、容器の狭い方の端部の開口の直径であ
シ、Ｄは容器の円筒部の直径である）によって求めるこ
とができる。

重要な用途において、容器の好ましい開口端部に接続す
べき「取付部材」は通常異なる直径のものである。容器
端部とそこに接続された取付部材との接合部が高い機械
応力にさらされる場合、繊維のヂオデテツクデポジショ
ンを使用すべきである。しかしながら、上記式に従う巻
線法は、容器の対向開口が等しい大きさであることを必
要とする。

したがって、本発明の目的は、異なる直径の対向開口を
有し、かつ取付部材を備えた繊維強化合成樹脂容器を製
造する方法であって、標準の公知巻繊機を用いているに
もかかわらず高い機械応力にさらすことができる容器と
取付部材との最適な接合を達成する方法を提供すること
にある。

この発明の他の目的は、機械的な縦方向の力が、前記容
器の少なくとも一方の端部にかけられるものであって、
その端部は取付部材上に形成され、その直径は狭い方の
開口直径より大きいか、又は前方から後方への巻線の反
転がおこる直径であって、その狭い直径は巻線中に繊維
のヂオデテツクデポジツテングに必要なものである、上
述の種類の製法を提供することである。

構造体と取付部材との間に顕著な機械的および／または
熱的不適合性がある場合でさえ、取付部材からの繊維層
の剥離を防止する上述の方法を提供することも本発明の
目的である。

〔問題点を解決するための手段〕

以下にさらに示す本発明の説明から明らかになるこれら
の目的および他の目的は、本発明にしたがって、上述の
最初の方法によって達成される。この方法は次の工程か
ら成る： （ａ）２つの対向端部開口の大きい方の開口に予定した
端部において、小さい方の端部開口に予定した開口と等
しい直径に窄められたフランジによって１巻繊機の軸に
マンドレルまたは骨形コアを取り付け、 （ｂ）　　取り付けられたマンドレルに次式：％式％ （式中、ｄは小さい方の端部開口の直径であシ、Ｄは容
器の円筒部の直径である）に相当する最小巻付角度±Ｗ
で少なくとも繊維の一部を巻付け、 （Ｃ）　　巻線工程が終了した後、得られたコイル状構
造体を完全に硬化、冷却し、最後に（ｄ）　　大きい方
の直径の端部開口を有する端部をこえて延びている部分
のコイル状構造体を切断する。

本発明に従う方法を実施する好ましい実施態様は次の特
徴の少なくとも１つから成るニー　両端部の少なくとも
一方の巻回層を取付部材上に直接巻付け、さらに、硬化
処理後に容器から溶離することかできる物質で形成され
た部材をマンドレルとして使用する； −巻回体に結合された２つの取付部材の少なくとも一方
が溝を有しておシ、かつその溝の範囲内で、所定の角度
で付与された巻回層の上に、溝の範囲にある巻線部を溝
内に押し込む円周巻きを施す。この円周巻きは、所定の
角度で巻かれた巻回層の個々の層と少なくとも一部は交
互に溝のところに施され、これによって溝を横切って設
けられている巻線部を溝の中にしっかりと押し込む； −巻回層が施される取付部材の表面を巻線工程の前に耐
熱耐寒性弾性材層でカバーする。

この場合、取付部材と隣接する容器部分との間に耐熱耐
寒性弾性ゴム材料から成るフォイル状の層を設けるのが
好ましい。

この最後の特徴は、剥離する恐れがないこの耐熱耐寒性
弾性材料によって期待される、取付部材上の巻回層の相
対的変位が許容されることによって繊維構造体と取付部
材との機械的または熱的不適合性を回避するのに役立つ
。弾性材料は取付部材にそれぞれ糊付けまたは摩擦接合
されるのが好ましい。

〔実施例〕

本発明のさらに他の目的および利点は図面とともになさ
れる下記の説明から明らかになる。

第１図に示した本発明に従う方法の好ましい実施態様は
第２図を参照すれば次の通りに実施される： 工程ｌ：小さい方の直径の第一の取付部材３を、巻繊機
の軸１１の第一の端部から軸上を通すことによって巻線
維の軸に取り付けられたコア１２の一方の端面と接触さ
せ、かつ外周壁とそこに形成された環状溝６とを有する
大きい方の直径の第二の取付部材４を、軸の他方の端部
から軸上を通すことによって前記コアの他方の端面と接
触させる、 工程２ニスリ一ブ状固定部材１３を前記第一〇軸端から
通して第一の取付部材と接触させて、軸にその位置でス
リーブ部材を固定し、および第二の取付部材４と同じ大
径の７ランク部と第一の取付部材と同じ小径のブツシュ
部１７とを有する第二の固定部材１４を他方の軸端から
通して前記フランジ部と第二の取付部材４とを接触させ
て、軸１１にその位置で第二の固定部材１４を固定する
ことによって、両取付部材とその間のコア１２とを軸ｌ
ｌ上に圧締めし、工程３：工程２で得られた集成体に繊
維と硬化性合成樹脂とから成る縦方向の巻回層ｌを全体
的に施して、第一の取付部材３０周りに一方の開口を有
し、かつ第二の固定部材１４のブツシュ部１７の周りに
対向開口を有する巻回外被を形成し、 工程４：円周溝６のところで前記縦方向の巻回層ｌの上
に横方向の巻回層７を施して、縦方向の巻回層ｌを溝内
に押し込み、 工程５：このようにして施された巻回層を完全に硬化し
てから、得られた硬化巻回体を冷却し、 工程６：コア１２のところから第二の取付部材４０円周
溝６を横切って延びている工程５で得られた巻回体の第
一の巻回層１のうち、溝６を越えてフランジ部まで延び
て、第二の固定部材１４のブツシュ部１７のまわりで終
端している余分な部分を切断する。

工程３において、繊維の少なくとも一部が次式： ％式％ （式中、ｄは前記小さい方の端部開口の直径であり、Ｄ
は容器の円筒部の直径である）に相当する最小巻付角度
±Ｗで巻付けられるのが好ましい。

工程２と工程３との間の好ましい追加工程２Ａにおいて
、耐熱耐寒性弾性材層８が、工程３０巻回層を施すべき
取付部材の部分に付与される。

第二の取付部材４において、この部分は少なくとも溝６
の側壁であるべきである。

巻織機の巻取軸１１とともにその上側半分が第２図に示
されている集成体は、完全に巻回された構造の細長い容
器と容器両端部に取り付けられた取付部材３および４と
から成る。他の通常の部材は図示されていない巻繊機の
軸上１は、何形コア１２ならびにその一方の端部付近に
、小径のスリーブ状固定部材１３およびその他方の端部
付近に、後方に突き出たブツシュ部１７とそのコア１２
と反対側に平らな環状面とを有する大径のフランジ部材
１４を保持している。

環状面は周縁彎曲部１６で７ランク部材１４の外壁に連
なっている。これら両部材は軸方向に着脱自在であり、
コアの前方端部に位置する取付部材３および後方端部に
位置する取付部材４がコア１２の前後端面に対してしつ
かシ保持されるようにコアの両端から離間した選択位置
に留めることができる。取付部材３はコア１２の前方端
面の方に向いた７ランク部を有し、かつそのコアの折返
し側に勾配付き環状肩部５を有するブツシュであるよう
に図示されている。−方、取付部材４は、円周溝（環状
溝）６を備えた外周壁を有する環状体である。取付部材
３および４は通常の拘束手段（図示せず）を有する両固
定部材１３および１４によってコア１２の両端面と接触
する位置に圧締めされている。

繊維強化巻回層ｌはコア１２の周りに施され、一方にお
いて、前部取付部材３の肩部５に延在し、他方洗おいて
、後部取付部材４の円周溝６を横切って彎曲部１６から
フランジ部材１４の後部環状面を下方に向かいフランジ
部材１４のブツシュ部１７のまわりに延在している。繊
維強化巻回層１が環状肩部５および環状溝６と接触する
ところはどこでも、弾性材料フォイル８をそれらの間に
介在させる。巻回層１は繊維材料の円周巻き７によって
溝６に押し込められる。

最後に、巻繊機に設げられた切断手段１８によって、環
状溝６を越えて後方に延在している巻回層の余分な部分
を切断することができる。

本発明に係る方法は次の工程によって実施するのが好ま
しい。

（ａｊ　　骨形コア１２を、巻回層ｌの形成が完了した
後に巻回層ｌから容易に除去することができる材料で製
造する。例えば、尿素樹脂および鋳物砂がこのために適
した材料である。

（ｂ）２つの取付部材３および４とともに骨形コア１２
を軸１１に取り付けて、固定部材１３および１４によっ
て軸にその位置で圧締めする。

（Ｃ）　　巻線すなわち包み込み工程をこれで開始する
ことができる。巻付は角度Ｗは上述の式から計算するこ
とができる。Ｄ／２およびｄ／２の寸法を第２図に示す
。巻線条件に従うために、巻線を後方端部１で続け、繊
維強化ウェブまたはストリップ材を後部取付部材４を横
切ってフランジ部材１４に巻き付ける。巻回体は、取付
部材４上に巻回された巻回層の外形が段差なくフランジ
部材１４上に巻回された巻回層の外形と連なるような形
状に形成される。これは、フランジ部材１４の骨形コア
１２と反対側の面のまわりの彎曲リムによって達成され
る。巻回体は、コア１２０対向する前方端部に位置する
スリーブ部材３（すなわち、取付部材）の直径に対応す
る直径をもつ後方に突出したブツシュ部１７において終
端している。

このブツシュ部の特徴が巻回体の両端の開口の直径を等
しくし、この条件によって上述の式が適用できるように
なる。肩部５が取付部材３の円筒部に対して急な勾配を
有するかどうか、または肩部５が取付部材３０円筒状壁
となだらかに連なっているかどうかは余り重要でない。

したがって、この形状は使用しうる工具それぞれの要求
に対して都合よく適合することができる。

後部取付部材４（第２図において右側）の溝６は巻線中
にコア１２上に巻き付けられる巻回層１を固定するのに
役立つ。

巻回層１を溝６中にできるだけしつかり固定させるため
に、巻回層１を円周巻き、すなわちバー巻きによって溝
内に押し込める。主巻回体の各層上に交互にこのカバー
巻きを施すことが勧められる。そうすることによって、
巻回層はその度ごとに溝６内に確実に圧入される。

巻回層１０巻回を完了し、この巻回層を硬化させた後、
溝を越えて後方に延在している巻回体１の余分な部分を
切断手段１８によって切除することができる。

実際に、本発明によって製造されたこのような容器は大
きな応力にさらすことができる。特に、これは、この容
器が、例えば、雪崩またはあられに対して用いられる固
体燃料ロケットのケースとして使用される場合である。

このようなロケットの前部取付部材３には、案内手段の
ような付属品が取り付けられ、後部取付部材４には、支
持翼を取り付けることができる。

応えることが難しいそのような容器に課せられる他の要
求は非常に高いおよび低い温度に対する耐熱耐寒性であ
る。すなわち、雪崩に対処する際には、−４０〜−５０
°Ｃもの低い温度に対する耐寒性が要求される。ロケッ
トが一旦発射されると、その内部の温度は＋１０００℃
に上昇するであろう。これらの温度に対する耐熱性の要
求に適うために、一方において、特に取付部材３および
４に使用される材料、他方において、巻回体１に使用さ
れる材料の熱膨張率の差が最も重要な役割りをはだすこ
とになる。巻回体１が取付部材３および４に直接固定さ
れた場合は、それぞれの熱膨張率の差によって、取何部
材３または４が巻回体１から分離した状態になるのを防
止することが不可能になり、圧力容器が漏れる原因とな
る。

これらの障害は、肩部５および溝６の側壁と巻回体ｌと
の間にそれぞれ耐熱耐寒性弾性材層８を介在させること
によって避けられる。スイス、バーゼルのチバーガイギ
ー社（Ｃｉｂａ−ＧｅｉｇｙＡＧ）から［ＱＴ７９Ｊの
商品名で販売されているもののような耐熱耐寒性合成樹
脂ゴムのフォイルを介在させた場合に、浸れた結果が得
られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る方法を実施する際の好ましい一実
施態様を示す工程図であシ、第２図は巻織機の一部およ
び本発明に係る好ましい一実施態様の容器集成体の上側
半分の長手方向断面図である。 ｌ・・・・・・巻回層　　　　３，４・・・・・・取付
部材５・・・・・・肩部　　　　　６・・・・・・環状
溝７・・・・・・円周巻き層 ８・・・・・・耐熱耐寒性弾性材層 １１・・・・・・巻取軸 １２・・・・・・コア １３．１４・・・・・・固定部材 １６・・・・・・周縁彎曲部 １７・・・・・・ブツシュ部 １８・・・・・・切断手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（１）小さい方の直径の第一の取付部材を、巻繊機
   の軸の第一の端部から軸上を通すことによって前記巻繊
   機の軸に取り付けられたコアの一方の端面と接触させ、
   かつ大きい方の直径の第二の取付部材を前記軸の他方の
   端部から軸上を通すことによって前記コアの他方の端面
   と接触させ、 （２）スリーブ状固定部材を、前記第一の軸端から通し
   て前記第一の取付部材と接触させて前記軸にその位置で
   前記スリーブ状固定部材を固定し、および前記第二の取
   付部材と同じ大径のフランジ部と前記第一の取付部材と
   同じ小径のブッシュ部とを有する第二の固定部材を前記
   他方の端部から通して前記フランジ部と前記第二の取付
   部材とを接触させて前記軸にその位置で前記第二の固定
   部材を固定することによって、前記両取付部材とその間
   のコアとを前記軸上に圧締めし、 （３／４）前記工程２で得られた集成体に繊維と硬化性
   合成樹脂とから成る縦方向の巻回層を全体的に施して、
   前記第一の取付部材のまわりに第一の開口を有し、かつ
   前記第二の固定部材のブッシュ部１７のまわりに前記第
   一の開口とほぼ同径の対向開口を有する巻回外被を形成
   し、 （５）このようにして施された巻回層を完全に硬化して
   から、得られた硬化巻回体を冷却し、 （６）前記コアのところから前記第二の取付部材を横切
   って延びている前記工程５で得られた硬化巻回体のうち
   、前記取付部材を越えて前記フランジ部まで延びて、前
   記第二の固定部材のブッシュ部のまわりで終端している
   余分な部分を切断する、 ことから成る繊維強化合成樹脂容器の製造方法。 ２、前記第二の取付部材が外周壁とそこに形成された環
   状溝とを有し、かつ前記方法が （４）　前記環状溝のところで前記縦方向の巻回層の上
   に横方向の巻回層を施し、前記縦方向の巻回層を前記溝
   内に押し込む、 工程をさらに包含する特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ３、前記縦方向の巻回層が、前記第二の取付部材の前記
   環状溝を有する領域の前記外周壁上に個々の横方向の巻
   回層と交互に重ねられる特許請求の範囲第２項記載の方
   法。 ４、前記工程（２）の後にさらに下記追加工程、（２Ａ
   ）前記各取付部材の前記縦方向の巻回層が施される部分
   に、耐熱耐寒性弾性ゴム材層を付与する、 を包含する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、前記コアが溶媒に溶ける材料から成り、かつ前記コ
   アを溶解することによって前記工程（６）で得た容器本
   体から前記コアを除去する特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ６、小さい方の直径を有する第一の開口端部と大きい方
   の直径を有する他の開口端部とを備えた、完全に硬化し
   た繊維強化合成樹脂材料の細長い巻回体；前記巻回体の
   第一の開口端部を実質的に閉鎖し、前記第一の開口端部
   で前記巻回体の巻回層によって囲まれかつ前記巻回層を
   支持する環状肩部を有する第一の取付部材と、大きい中
   心開口を有し、前記巻回体の前記大きい方の直径を有す
   る開口端部に装着され、かつ前記完全に硬化された巻回
   体のリム状の切断端部によって前記開口端部にしっかり
   保持された第二の取付部材の少なくとも１つの取付部材
   ；および前記巻回体の前記少なくとも１つの取付部材と
   接触する部分と前記少とくとも１つの取付部材との間に
   はさまれた耐熱耐寒性弾性ゴムのフォイル状の層とから
   なる容器。 ７、外周壁とそこに形成された環状溝とを有する前記環
   状の第二の取付部材が少なくとも前記巻回体の開口端部
   に固定され、かつ前記容器が、前記環状溝のところで前
   記巻回体上に統合され、前記巻回体を前記溝内に押し込
   む横方向の巻回層をさらに含む特許請求の範囲第６項記
   載の容器。