JP3957014B2 - 圧力容器の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内側にインシュレータを備えた圧力容器、すなわちロケットのモータケース等に使用される圧力容器の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来における圧力容器の製造方法として、ロケットのモータケースの製造方法を説明する図である。
【0003】
図示のモータケース100は、FRP製であって、その内側形状に対応したマンドレル101を用いて製造する。マンドレル101は、モータケース100を硬化成形した後にモータケース100の端部の開口部から取出せるように、複数のセグメント101a〜101fに分割してあり、図示しない回転駆動装置に連結した主軸102に組付けてある。なお、図ではマンドレル101を軸方向に分割した状態を示したが、マンドレル101は周方向にも分割してある。
【0004】
上記のマンドレル101を用いてモータケース100を製造するには、マンドレル101の表面全体にゴム製のインシュレータ103を設ける。そして、インシュレータ103の表面を平滑にしたのち、マンドレル101を回転させながらインシュレータ103の表面全体に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を連続的に巻き付けてプリフォームを形成する。この後、プリフォームを加熱して硬化させることによりモータケース100を得る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような圧力容器の製造方法に用いるマンドレル101は、複数のセグメント101a〜101fから成る構造であるため、セグメント101a〜101fの加工誤差あるいは組付け誤差により、図4に便宜上やや強調して示すようにセグメント同士の継目に段差A等の表面不良が生じることがある。このため、従来の圧力容器の製造方法にあっては、マンドレル101の表面不良によりインシュレータ103の厚さが部分的に異なると共に、表面不良の凹部分ではインシュレータ103が無駄に厚くなるという不具合があり、このような不具合を解決することが課題であった。
【0006】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、内側に設けるインシュレータの厚さの均一化を実現することができ、さらには、成形後の圧力容器の耐圧試験に対処し得る圧力容器の製造方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる圧力容器の製造方法は、請求項1として、セグメントを組合わせて成るマンドレルを用いて、内側にインシュレータを備えた圧力容器を製造するに際し、マンドレルの表面全体にゴム層を形成したのち、ゴム層の表面を平滑に成形してその表面にインシュレータを設け、インシュレータの表面に圧力容器を成形する構成とし、請求項2として、セグメントを組合わせて成るマンドレルを用いて、内側にインシュレータを備えたFRP製の圧力容器を製造するに際し、マンドレルの表面全体にゴム層を形成したのち、ゴム層の表面を平滑に成形してその表面にインシュレータを設け、インシュレータの表面を平滑にしてその表面に圧力容器を成形する構成とし、請求項3として、ゴム層の表面全体に剥離用フィルムを設けたのち、剥離用フィルムの表面にインシュレータを設ける構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。
【0008】
【発明の作用】
本発明の請求項1に係わる圧力容器の製造方法では、マンドレルの表面全体にゴム層を形成したのち、ゴム層の表面を平滑に成形してその表面にインシュレータを設けるので、マンドレルの表面に段差等の表面不良があるとしても、インシュレータの厚さが均一なものとなる。また、内側のゴム層は、圧力容器の耐圧試験において例えば水が加圧充填される加圧用バッグとなり、耐圧試験後には除去される。
【0009】
本発明の請求項2に係わる圧力容器の製造方法では、製造しようとする圧力容器がFRP製であって、マンドレルの表面全体にゴム層を形成したのち、ゴム層の表面を平滑に成形してその表面にインシュレータを設けるので、請求項1と同様にマンドレルの表面に段差等の表面不良があるとしても、インシュレータの厚さが均一なものとなる。また、インシュレータの表面を平滑に成形してその表面に圧力容器を成形するので、インシュレータの表面状態により圧力容器を形成する繊維の配向が乱れるような事態が防止される。さらに、内側のゴム層は、圧力容器の耐圧試験において例えば水が加圧充填される加圧用バッグとなり、耐圧試験後には除去される。
【0010】
本発明の請求項3に係わる圧力容器の製造方法では、ゴム層の表面全体に剥離用フィルムを設けたのち、剥離用フィルムの表面にインシュレータを設けることにより、ゴム層を耐圧試験の加圧用バッグとして用いた後において、インシュレータに対するゴム層の剥離除去がきわめて容易なものとなる。
【0011】
【発明の効果】
本発明の請求項1に係わる圧力容器の製造方法によれば、マンドレルとインシュレータの間に表面を平滑に成形したゴム層を設けたことから、マンドレルに段差等の表面不良があるとしても、インシュレータの厚さの均一化を実現することができ、品質の向上を実現することができると共に、インシュレータの材料歩留りの向上なども実現することができる。また、内側のゴム層を圧力容器の耐圧試験用の加圧用バッグとして用いることができ、圧力容器の成形から耐圧試験にまで至る製造工程の効率の向上および費用の節減なども図ることができる。
【0012】
本発明の請求項2に係わる圧力容器の製造方法によれば、FRP製の圧力容器の製造において、マンドレルとインシュレータの間に表面を平滑に成形したゴム層を設けたことから、マンドレルに段差等の表面不良があるとしても、インシュレータの厚さの均一化を実現することができ、品質の向上を実現することができると共に、インシュレータの材料歩留りの向上なども実現することができる。また、インシュレータの表面を平滑に成形してその表面に圧力容器を成形することから、インシュレータの表面状態により圧力容器を形成する繊維の配向が乱れるような事態を防止することができ、高品質のFRP製圧力容器を得ることができる。さらに、内側のゴム層を圧力容器の耐圧試験用の加圧用バッグとして用いることができ、FRP製圧力容器の成形から耐圧試験にまで至る製造工程の効率の向上および費用の節減なども図ることができる。
【0013】
本発明の請求項3に係わる圧力容器の製造方法によれば、請求項1および2と同様の効果を得ることができるうえに、ゴム層とインシュレータの間に剥離用フィルムを設けたことから、耐圧試験の加圧用バッグとして用いたゴム層の剥離除去をきわめて容易に行うことができ、作業性の向上などに大きく貢献し得る。
【0014】
【実施例】
以下、図面に基づいて、本発明に係わる圧力容器の製造方法を説明する。
【0015】
この実施例では、圧力容器であるロケットのFRP製モータケースを製造する場合を示しており、その製造にあたっては図3に示すマンドレルMを用いる。
【0016】
図示のマンドレルMは、モータケースの内側形状に対応しており、モータケースの胴部に対応する円柱部の両端に、モータケースの鏡板部に対応する半球部を有している。マンドレルMは、最終的にモータケースを硬化成形した後に鏡板部の中央に形成した開口部から取出せるように、複数のセグメントを組合わせて成るものである。マンドレルMは、軸線方向において各半球部および円柱部を2分割して合計6個のセグメントS1〜S6に分割してあり、周方向にも例えば10個程度のセグメントに分割してある。なお、図3では、遠方側の6番目のセグメントS6が見えないため、実質的に構成が同一である1番目のセグメントS1に6番目のセグメントS6の符号を付しており、且つ周方向のセグメントには同一の符号を付している。
【0017】
そして、マンドレルMは、軸線を水平にした主軸1に対して同軸状に組付けられる。主軸1は、その両端側において軸受装置2,2により回転可能に保持されると共に、図示しない回転駆動装置により回転駆動される。ここで、主軸1に組付けたマンドレルMは、セグメントS1,S2の加工誤差あるいは組付け誤差により、図1(a)に便宜上やや強調して示すようにセグメント同士の継目に段差A等の表面不良が生じている。なお、以下に説明する図1および図2では、マンドレルMの軸方向に分割したセグメントS1〜S6のみを示している。
【0018】
上記のマンドレルMを用いてモータケースを製造するには、図1(b)に示すように、マンドレルMの表面全体にゴム層11を形成する。このゴム層11は、例えば適当な大きさのゴムシートを用い、所定の厚さが得られるまで互いに接着しつつ重ね合わせ、マンドレルMの全体を気密的に被覆するように形成する。こののち、図1(c)に示すように、切削加工によりゴム層11の表面を平滑に成形する。
【0019】
次に、表面を平滑に成形したゴム層11には、図1(d)に示すように、表面全体を覆う剥離用フィルム12を設けたのち、剥離用フィルム12の表面にインシュレータ13を設ける。剥離用フィルム12は、例えば合成樹脂製のフィルムである。また、インシュレータ13は、固体ロケット用の周知のものであって、例えば、ゴム層11の形成と同様にシート化されたものを貼り合わせて所定の厚さを得るようにしている。こののち、図1(e)に示すように、切削加工によりインシュレータ13の表面を平滑に成形する。
【0020】
つまり、当該圧力容器の製造方法では、マンドレルMの表面全体にゴム層11を形成したのち、ゴム層11の表面を平滑に成形してその表面にインシュレータ13を設けるので、マンドレルMの表面に段差A等の表面不良があるとしても、図1(e)に示す如くインシュレータ13の厚さが全体的に均一になる。
【0021】
このようにインシュレータ13を設けたのちには、例えばフィラメントワインディング法に基づいてモータケースのプリフォームを形成する。すなわち、主軸1とともにマンドレルMを軸回りに回転させ、これに伴ってインシュレータ13の表面全体に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付けていくことにより、図1(f)に示すようにプリフォームPを形成する。
【0022】
このとき、当該圧力容器の製造方法では、インシュレータ13の表面を平滑に成形し、その表面にプリフォームPを形成するので、インシュレータ13の表面状態により繊維の配向が乱れるような事態が防止される。つまり、インシュレータ13の表面に凹凸があると、その凹凸部分で繊維が屈曲し、このような局部的な繊維の屈曲は強度低下の原因となるため、当該圧力容器の製造方法では、インシュレータ13の表面を平滑にすることにより、その表面に設ける繊維の配向を良好なものにしている。
【0023】
そして、上記の如く形成したプリフォームPは、加熱や加圧による硬化成形が施され、図1(f)に示すようにモータケースCとなる。モータケースCを成形したのちには、マンドレルMを主軸1から外し、主軸1により鏡板部の中央に形成された開口部を通して、マンドレルMを各セグメントS1〜S6に分解すると共に、セグメントS1〜S6を外部に取出す。これにより、図2(a)に示すように、内側にゴム層11およびインシュレータ13を備え且つ両端に開口部H,Hを有するモータケースCが得られる。
【0024】
上記のモータケースCは、耐圧試験に供される。このとき、ゴム層11は、加圧用バッグとして用いられる。耐圧試験は、例えば、一端側の開口部Hを適宜の手段で閉塞し、他端側の開口部Hから水を加圧供給することにより行う。なお、ゴム層11の内側には、マンドレルMの表面不良による凹凸が形成されるが、耐圧試験には何ら問題はない。
【0025】
また、耐圧試験を終えたのちには、ゴム層11を除去する。このとき、当該圧力容器の製造方法では、ゴム層11の表面全体に剥離用フィルム12を設けたのち、剥離用フィルム12の表面にインシュレータ13を設けているので、剥離用フィルム12とともにゴム層11をインシュレータ13から剥がすことがきわめて容易である。そして、ゴム層11を剥離除去することにより、図2(b)に示すように、内側にインシュレータ13を備えたモータケースCが得られる。
【0026】
このように、当該圧力容器の製造方法は、FRP製モータケースCを製造するにあたり、成形から成形後の耐圧試験に至るまでの一連の工程に対処し得るものとなっており、製造工程の効率の向上や費用の節減などを実現し、しかも高品質のモータケースCが得られる。なお、当該圧力容器の製造方法では、製造する圧力容器が上記実施例のモータケースのみに限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる圧力容器の製造方法によりモータケースを製造する過程(a)〜(f)を説明する各々断面図である。
【図2】図1の過程により得たモータケースからマンドレルを外した状態を示す断面図(a)、およびゴム層を除去した状態を示す断面図(b)である。
【図3】マンドレルの構造を説明する斜視図である。
【図4】従来の圧力容器の製造方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
C モータケース(圧力容器)
M マンドレル
S1〜S6 セグメント
11 ゴム層
12 剥離用フィルム
13 インシュレータ
Claims (3)
- セグメントを組合わせて成るマンドレルを用いて、内側にインシュレータを備えた圧力容器を製造するに際し、マンドレルの表面全体にゴム層を形成したのち、ゴム層の表面を平滑に成形してその表面にインシュレータを設け、インシュレータの表面に圧力容器を成形することを特徴とする圧力容器の製造方法。
- セグメントを組合わせて成るマンドレルを用いて、内側にインシュレータを備えたFRP製の圧力容器を製造するに際し、マンドレルの表面全体にゴム層を形成したのち、ゴム層の表面を平滑に成形してその表面にインシュレータを設け、インシュレータの表面を平滑にしてその表面に圧力容器を成形することを特徴とする圧力容器の製造方法。
- ゴム層の表面全体に剥離用フィルムを設けたのち、剥離用フィルムの表面にインシュレータを設けることを特徴とする請求項1または2に記載の圧力容器の製造方法。
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