(57)【要約】      （修正有）【課題】繊維強化樹脂製筒体の大型化や重量化を招くことなく容易でコスト安に強度向上を図り実用性に秀れた内圧容器及びその製造方法を提供する。【解決手段】フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して両端部側が径大である繊維強化樹脂製筒体１の両端部が閉塞蓋２で閉塞され、閉塞蓋２は筒体１と連結されるリテーナリング３で支持されている内圧容器の製造方法で、マンドレルに樹脂含浸した繊維をマンドレルの軸芯方向と略直交方向に連続的に巻回して第一層Ｆを形成し、先端部が筒体１の端部から所定の距離Ｌの位置及び基端部が閉塞蓋２、リテーナリング３より内方位置となるように設定され、この上に、マンドレルの軸芯方向に対して鋭角度で連続的に巻回して第二層Ｓを筒体１の全域に形成し、この上に、マンドレルの軸芯方向と略直交方向に連続的に巻回して第三層Ｔを筒体１の端部のみに形成し、樹脂硬化後マンドレルを脱型して形成される。【選択図】図３
2006015573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して成り両端部側が径大である繊維強化樹脂製筒体の両端部が閉塞蓋で閉塞されており、この閉塞蓋は前記筒体と連結されるリテーナリングで支持されている内圧容器の製造方法であって、マンドレルに樹脂を含浸した繊維を、該マンドレルの軸芯方向と略直交方向に連続的に巻回して第一層を形成し、この第一層は、先端部が前記筒体の端部から所定の距離の位置及び基端部が閉塞蓋及びリテーナリングより内方位置となるように設定され、続いて、該第一層の上に前記繊維を、該マンドレルの軸芯方向に対して鋭角度で連続的に巻回して第二層を形成し、この第二層は、前記筒体の全域に形成され、続いて、この第二層の上に前記繊維を、該マンドレルの軸芯方向と略直交方向に連続的に巻回して第三層を形成し、この第三層は、前記筒体の端部のみに巻回され、続いて、樹脂硬化後、マンドレルを脱型して形成される前記筒体に閉塞蓋及びリテーナリングを設けることを特徴とする内圧容器の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の内圧容器の製造方法において、前記筒体の両端部の肉厚を夫々３５ｍｍ以下とすることを特徴とする内圧容器の製造方法。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載の内圧容器の製造方法において、前記筒体の端部からリテーナリングまでの長さを夫々１５０ｍｍ以下とすることを特徴とする内圧容器の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項に記載の内圧容器の製造方法において、耐内圧強度を４００ｋｇ／ｃｍ2以上とすることを特徴とする内圧容器の製造方法。
【請求項５】
フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して成り両端部側が径大である繊維強化樹脂製筒体の両端部が閉塞蓋で閉塞されており、この閉塞蓋は前記筒体と連結されるリテーナリングで支持されている内圧容器であって、前記筒体は、前記閉塞蓋及びリテーナリングが設けられる位置に形成された第一層と、該第一層に積層され該第一層を隠蔽して前記筒体の両端部まで延設された第二層と、該第二層に積層され該第二層の両端部に夫々設けられる第三層とから成ることを特徴とする内圧容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内圧容器及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１に図示したような、フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して成る繊維強化樹脂製筒体20の両端部が閉塞蓋21で閉塞されており、この閉塞蓋21が前記筒体20と連結されるリテーナリング22で支持されている内圧容器は、例えば海水淡水化装置等に使用されるが、前記筒体20は、一般に、胴部Ａに比して端部Ｂが径大である。
【０００３】
前記筒体20がこのような形状なのは、該筒体20の端部Ｂの閉塞蓋21及びリテーナリング22にかかる内圧を良好に受けるためである（リテーナリング22を筒体20に埋設するために端部Ｂの肉厚を厚くしている。）。
【０００４】
具体的には、マンドレルに繊維を巻回させて前記筒体20の端部Ｂとなる部位に厚さを持たせるため、該マンドレルの軸芯に対して略９０度のフープ巻により前記繊維を連続的に巻回した後、該マンドレルの全域に、軸芯に対して略５５度のヘリカル巻により略均一の厚さで前記繊維を連続的に巻回して前記筒体20を形成する。尚、このヘリカル巻により所望の強度が達成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のようにして前記筒体20を形成した場合、その断面形状は図２に図示したように上記フープ巻により巻回積層した層Ｘと、上記ヘリカル巻により巻回積層した層Ｙとの界面が内圧による軸方向荷重と平行となり、内圧がかかった際に層間剥離が生じ、閉塞蓋21が脱落してしまうという問題がある。
【０００６】
このような問題は、例えば、耐内圧強度を４００ｋｇ／ｃｍ2以上に設定する場合、筒体20の端部Ｂの肉厚を厚く（一般的には４０ｍｍ以上に）したり、閉塞蓋21から端部Ｂまでの距離を長く（一般的には１５０ｍｍ以上に）したりすることで解決することも可能であるが、大型化や重量化、高コスト化を招くことになり好ましくない。
【０００７】
特に、端部の肉厚が４０ｍｍ以上になると、淡水化装置を形成する際に複数本並設される内圧容器同志の間隔が広くなり、装置の大型化を招き、一方、端部からリテーナリングまでの長さが１５０ｍｍ以上になると、海水淡水化装置に必要な逆浸透膜を取り付けるためにリテーナリングを着脱する際、ボルトの取り付け及び取り外しが厄介となる。
【０００８】
また、リテーナリングへの内圧を受けるインナーリングを筒体に埋設する構成も提案されているが、この場合、インナーリングを内装して同時一体成形する必要があり、それだけ複雑なフィラメントワインディング成形をしなければならない。
【０００９】
本発明は、上述のような現状に鑑みてなされたもので、繊維強化樹脂製筒体の大型化や重量化を招くことなく容易且つコスト安に強度の向上を図ることができる実用性に秀れた内圧容器及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１１】
フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して成り両端部側が径大である繊維強化樹脂製筒体１の両端部が閉塞蓋２で閉塞されており、この閉塞蓋２は前記筒体１と連結されるリテーナリング３で支持されている内圧容器の製造方法であって、マンドレルに樹脂を含浸した繊維を、該マンドレルの軸芯方向と略直交方向に連続的に巻回して第一層Ｆを形成し、この第一層Ｆは、先端部が前記筒体１の端部から所定の距離Ｌの位置及び基端部が閉塞蓋２及びリテーナリング３より内方位置となるように設定され、続いて、該第一層Ｆの上に前記繊維を、該マンドレルの軸芯方向に対して鋭角度で連続的に巻回して第二層Ｓを形成し、この第二層Ｓは、前記筒体１の全域に形成され、続いて、この第二層Ｓの上に前記繊維を、該マンドレルの軸芯方向と略直交方向に連続的に巻回して第三層Ｔを形成し、この第三層Ｔは、前記筒体１の端部のみに巻回され、続いて、樹脂硬化後、マンドレルを脱型して形成される前記筒体１に閉塞蓋２及びリテーナリング３を設けることを特徴とする内圧容器の製造方法に係るものである。
【００１２】
また、請求項１記載の内圧容器の製造方法において、前記筒体１の両端部の肉厚を夫々３５ｍｍ以下とすることを特徴とする内圧容器の製造方法に係るものである。
【００１３】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の内圧容器の製造方法において、前記筒体１の端部からリテーナリング３までの長さを夫々１５０ｍｍ以下とすることを特徴とする内圧容器の製造方法に係るものである。
【００１４】
また、請求項１〜３いずれか１項に記載の内圧容器の製造方法において、耐内圧強度を４００ｋｇ／ｃｍ2以上とすることを特徴とする内圧容器の製造方法に係るものである。
【００１５】
また、フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して成り両端部側が径大である繊維強化樹脂製筒体１の両端部が閉塞蓋２で閉塞されており、この閉塞蓋２は前記筒体１と連結されるリテーナリング３で支持されている内圧容器であって、前記筒体１は、前記閉塞蓋２及びリテーナリング３が設けられる位置に形成された第一層Ｆと、該第一層Ｆに積層され該第一層Ｆを隠蔽して前記筒体１の両端部まで延設された第二層Ｓと、該第二層Ｓに積層され該第二層Ｓの両端部に夫々設けられる第三層Ｔとから成ることを特徴とする内圧容器に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように構成したから、繊維強化樹脂製筒体の大型化や重量化を招くことなく容易且つコスト安に強度の向上を図ることができる実用性に秀れた内圧容器及びその製造方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１８】
第一層Ｆは先端部が繊維強化樹脂製筒体１の端部から所定の距離Ｌの位置、基端部が閉塞蓋２及びリテーナリング３より内方位置に設定され、第二層Ｓは、第一層Ｆに積層され且つ筒体１の全域に形成されているから、第二層Ｓは第一層Ｆの先端部を隠蔽し、よって、第一層Ｆと第二層Ｓとの界面が内圧による軸方向荷重と平行とならず、第一層Ｆに設けられる閉塞蓋２及びリテーナリング３に作用する外方への圧力は良好に支承される。
【００１９】
しかも、第三層Ｔは第二層Ｓの端部のみに巻回されるから、第二層Ｓの端部を締め付けて第二層Ｓの広がりを阻止でき、それだけ、上記外方への圧力を良好に支承することができる。
【００２０】
従って、前記筒体１の大型化や重量化を招くことなく、第一層Ｆと第二層Ｓとの間で層間剥離が生じにくい強度に秀れた繊維強化樹脂製筒体１を得ることができる。
【実施例】
【００２１】
本発明の具体的な実施例を図３に基づいて説明する。
【００２２】
本実施例は、フィラメントワインディング法により連続繊維を巻回積層して成り両端部側が径大である繊維強化樹脂製筒体１の両端部が閉塞蓋２で閉塞されており、この閉塞蓋２は前記筒体１と連結されるリテーナリング３で支持されている内圧容器の製造方法であって、マンドレルに樹脂を含浸した繊維を、該マンドレルの軸芯方向と略直交方向に連続的に巻回して第一層Ｆを形成し、この第一層Ｆは、先端部が前記筒体１の端部から所定の距離Ｌの位置及び基端部が閉塞蓋２及びリテーナリング３より内方所定距離Ｍの位置となるように設定され、続いて、該第一層Ｆの上に前記繊維を、該マンドレルの軸芯方向に対して鋭角度で連続的に巻回して第二層Ｓを形成し、この第二層Ｓは、前記筒体１の全域に形成され、第一層Ｆが設けられた部分以外は、マンドレル上に直接巻回されるように設定され、続いて、この第二層Ｓの上に前記繊維を、該マンドレルの軸芯方向と略直交方向に連続的に巻回して第三層Ｔを形成し、この第三層Ｔは、前記筒体１の端部のみに巻回されるように設定され、続いて、樹脂硬化後、マンドレルを脱型して形成される前記筒体１に閉塞蓋２及びリテーナリング３を設けるものである。
【００２３】
本実施例に係る内圧容器は、具体的には公知のフィラメントワインディング法を用いて以下のようにして製造する。
【００２４】
マンドレルにして筒体１の端部となる部位に夫々、エポキシ樹脂を含浸したガラス繊維をマンドレルの軸芯方向と略直交方向（マンドレルの軸芯方向に対して約９０°）で連続的に必要量を巻回して第一層Ｆを形成する。
【００２５】
具体的には、第一層Ｆは、先端部が前記筒体１の端部から所定の距離Ｌの位置及び基端部が閉塞蓋２及びリテーナリング３より内方所定距離Ｍの位置となるように設定する。この第一層Ｆは、両端部の巻回量を徐々に減少し、図３のように両端はテーパ形状となるようにする。
【００２６】
この第一層Ｆに前記閉塞蓋２及びリテーナリング３が設けられる。
【００２７】
続いて、第一層Ｆ上に、前記繊維をマンドレルの軸芯方向に対して鋭角度（約５５°）で連続的に必要量を巻回して第二層Ｓを形成する。
【００２８】
具体的には、第二層Ｓは、前記筒体１の全域に等厚さで（全域にわたって巻回量を等しくし）形成され、第一層Ｆが設けられた部分以外は、マンドレル上に直接巻回されるように設定する。
【００２９】
従って、第二層Ｓは、第一層Ｆの前後（即ち、内圧による軸方向荷重を受けるリテーナリング３の前後）で屈曲し、第一層Ｆの内方端部及び外方端部を隠蔽して、第一層Ｆの軸芯方向への移動を阻止するように設けられる。
【００３０】
即ち、端部において第二層Ｓを屈曲させて該第二層Ｓにより前記第一層Ｆの端部を隠蔽することで、該第一層Ｆに設けられる閉塞蓋２及びリテーナリング３に内圧が作用しても、該内圧による軸方向荷重と前記第一層Ｆと第二層Ｓとの界面が平行とならず、層間剥離を生じにくくしている。
【００３１】
続いて、この第二層Ｓ上に前記繊維を連続的に巻回して第三層Ｔを形成する。この第三層Ｔは具体的には、前記第二層Ｓの両端部（第一層Ｓの外方端部を閉塞する部分）のみに巻回されるように設定し、また、前記第二層Ｓの外周と略面一となるように巻回する。
【００３２】
この第三層Ｔにより、前記第二層Ｓにして前記第一層Ｆの端部を隠蔽する部位（筒体１の端部から上記距離Ｌまでの部分）を、所謂樽のタガのように締め付けることで、前記内圧により前記第二層Ｓの端部が広がろうとしても（径大化しようとしても）該第二層Ｓの広がりは確実に阻止され、よって、層間剥離が極めて生じにくい強度に秀れた構成となる。
【００３３】
即ち、図２に図示したような従来例においては、内圧による軸方向荷重に対して抵抗するのは、フープ巻きにより巻回積層した層Ｘと、ヘリカル巻により巻回積層した層Ｙとの
界面における樹脂の接着力だけであったが、本実施例によれば、前記軸方向荷重に対して第一層Ｆ及び第二層Ｓとの界面における樹脂の接着力だけでなく、第一層Ｆ，第二層Ｓ及び第三層Ｔの繊維の剪断強度が寄与することになるから良好な耐内圧強度を実現できる。
【００３４】
従って、本実施例に係る筒体１は、該筒体１の端部を更に径大としなくても、第一層Ｆと第二層Ｓとの層間剥離が生じにくい構成となるから、筒体１の胴部に対して径大な端部の肉厚を最小限に設定することができ、それだけ大型化・重量化を阻止して作業性及びコスト性に秀れたものとなる。
【００３５】
続いて、前記エポキシ樹脂を加熱硬化させ、続いて、マンドレルを脱型することで繊維強化樹脂製筒体１を形成する。
【００３６】
続いて、繊維強化樹脂製筒体１の第一層Ｆに、閉塞蓋２及びリテーナリング３を設けて該筒体１を閉塞する。
【００３７】
具体的には、前記筒体１の第一層Ｆの前記閉塞蓋２の取り付け位置に、切削加工により該閉塞蓋２の外周に設けたテーパー部２ａと係止するテーパー面４ａを有する係止溝４を形成する。また、リテーナリング３の取り付け位置に、切削加工により該リテーナリング３を取り付ける凹溝５を形成する。
【００３８】
尚、係止溝４及び凹溝５は上述のような切削加工によらず、前記筒体１を前記繊維を巻回して形成する際に同時に形成しても良い。この場合には、前記繊維を切断することなく筒体１を閉塞することができ、より強度に秀れた筒体１となる。
【００３９】
続いて、閉塞蓋２を、前記テーパー部２ａが係止溝４のテーパー面４ａと係止するまで前記筒体１に挿入し、続いて、前記係止溝４により前記筒体１に位置決め状態で係止された閉塞蓋２を支持するように凹溝５に３分割されたリテーナリング３を嵌着して閉塞蓋２を支持して内圧容器を製造する。このリテーナリング３は、閉塞蓋２にボルト等の適宜な固定手段により固定されている。
【００４０】
尚、本実施例においてはリテーナリング３として３分割したものを採用しているが、２分割された構成等、他の構成のリテーナリング３を採用しても良い。
【００４１】
筒体の端部の肉厚及び内径を夫々等しくして、図２に図示したような従来のタイプと図３に図示したような本実施例のタイプの耐内圧強度を比較測定したところ、従来のタイプでは３３３Ｋｇ／ｃｍ2だったのに対し、本実施例のタイプは端部の肉厚及び内径が同じでも４０４Ｋｇ／ｃｍ2と、約２１％強度が向上することが確認できた。
【００４２】
具体的には、本実施例に係る内圧容器は、両端部の外径：φ２９４ｍｍ，内径：φ２４３ｍｍ、胴部の外径：φ２７４ｍｍ，内径：φ２４０ｍｍ、両端部最大厚さ：２７ｍｍ、胴部厚さ１７ｍｍ、端部からリテーナリングまでの長さ：１１３．５ｍｍである。
【００４３】
尚、耐内圧強度４００ｋｇ／ｃｍ2以上を、従来のタイプで実現する場合、肉厚（両端部最大厚さ）を４０ｍｍ以上にするか、端部からリテーナリングまでの長さを１５０ｍｍ以上にする必要がある。
【００４４】
即ち、本実施例によれば、耐内圧強度が４００ｋｇ／ｃｍ2レベル（設計圧力：７０ｋｇ／ｃｍ2、安全率５レベル）の内圧容器において、端部を肉薄（約３５ｍｍ以下）にできるため、例えば海水淡水化のプラント建設の際、容器同志の間隔を従来より狭くすることができ、高密度化及び小型化を図ることができる。
【００４５】
また、リテーナリング３から容器端部までの長さを１５０ｍｍ以下（上述の例では１１３．５ｍｍ）にできるため、例えば海水淡水化のための逆浸透膜を交換する場合等にリテーナリング３を取り外す際、ボルトなどの取り外し及び締め付けを容易に行えることになる。
【００４６】
更に、リテーナリング３への内圧を受けるインナーリングを筒体に埋設せずに、上述のような耐内圧強度を実現できるため、インナーリングが必要なく、複雑なフィラメントワインディング成形をする必要がなくなる。
【００４７】
本発明は上述のようにしたから、第一層Ｆは先端部が繊維強化樹脂製筒体１の端部から所定の距離Ｌの位置、基端部が閉塞蓋２及びリテーナリング３より内方所定距離Ｍの位置に設定され、第二層Ｓは、前記筒体１の全域に形成されているから、第二層Ｓは第一層Ｆの先端部を隠蔽し、よって、第一層Ｆと第二層Ｓとの界面が内圧による軸方向荷重と平行とならず、第一層Ｆに設けられる閉塞蓋２及びリテーナリング３に作用する外方への圧力は良好に支承される。
【００４８】
しかも、第三層Ｔは第二層Ｓの端部のみに巻回されるから、第二層Ｓの端部を締め付けて第二層Ｓの広がりを阻止でき、それだけ、上記外方への圧力を良好に支承することができる。
【００４９】
また、端部を肉薄に、具体的には約３５ｍｍ以下にできるため、例えば海水淡水化のプラント建設の際、容器同志の間隔を従来より狭くすることができ、高密度化及び小型化を図ることができる前記筒体１を得ることができる。
【００５０】
また、リテーナリングから容器端部までの長さを１５０ｍｍ以下にできるため、例えば海水淡水化のための逆浸透膜を交換する場合等にリテーナリングを取り外す際、ボルトなどの取り外し及び締め付けを容易に行え、より作業性に秀れる前記筒体１を得ることができる。
【００５１】
また、インナーリングが必要ないため、複雑なフィラメントワインディング成形をする必要がなく、それだけ生産性に秀れることになる。
【００５２】
従って、本実施例は、繊維強化樹脂製筒体の大型化，重量化を招くことなく容易且つコスト安に強度の向上を図ることができる実用性に秀れた内圧容器の製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来例の概略説明斜視図である。
【図２】従来例の概略説明断面図である。
【図３】本実施例の概略説明断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  筒体
２  閉塞蓋
３  リテーナリング
Ｆ  第一層
Ｓ  第二層
Ｔ  第三層
Ｌ  距離
【図１】
2006015573.tif 000003
【図２】
2006015573.tif 000004
【図３】
2006015573.tif 000005