(57)【要約】【課題】ＦＲＰ製クライオスタットの壁面を貫通して取り付けられる金属製継手を確実に固定することができ、各種応力による真空リークの発生を防止できるＦＲＰ製クライオスタットの製造方法を提供する。【解決手段】金属製継手１４を鍔付き雄ねじ部材１５の継手挿入孔に挿入して固着し、金属製継手を固着した鍔付き雄ねじ部材をＦＲＰ製容器壁面に形成した雌ネジ孔に接着剤を介して螺着し、雌ネジ孔から突出した鍔付き雄ねじ部材の雄ねじ部に鍔付き雌ねじ部材１６を螺着し、両部材の鍔部で容器壁を挟着した状態とし、次いで、鍔部と容器壁面とを覆うようにプリプレグを貼り付けて積層した後、プリプレグを脱気して硬化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温流体を収容するＦＲＰ製容器の壁面に金属製継手を貫通させたＦＲＰ製クライオスタットの製造方法において、前記金属製継手を軸方向の継手挿入孔を有する鍔付き雄ねじ部材の前記継手挿入孔に挿入して密封状態で固着し、金属製継手を固着した前記鍔付き雄ねじ部材を前記ＦＲＰ製容器の壁面に形成した雌ネジ孔に接着剤を介して螺着し、該雌ネジ孔から突出した鍔付き雄ねじ部材の雄ねじ部に鍔付き雌ねじ部材を螺着し、鍔付き雄ねじ部材の鍔部と鍔付き雌ねじ部材の鍔部とで容器壁を挟着した状態とし、次いで、鍔付き雄ねじ部材の鍔部と容器壁面、及び、鍔付き雌ねじ部材の鍔部と容器壁面とを覆うようにプリプレグを貼り付けて積層し、該プリプレグを脱気して硬化させることを特徴とするＦＲＰ製クライオスタットの製造方法。
【請求項２】
前記ＦＲＰ製容器の曲面部に金属製継手を設けるときには、該曲面部の、前記鍔付き雄ねじ部材の鍔部又は鍔付き雌ねじ部材の鍔部が当接する部分にプリプレグを貼り付けて積層し、該プリプレグを脱気して硬化させ、鍔部当接面を平面加工した後、前記雌ネジ孔を形成することを特徴とする請求項１記載のＦＲＰ製クライオスタットの製造方法。
【請求項３】
前記ＦＲＰ製容器の曲面部に金属製継手を設けるときには、該曲面部に、一方の面が前記曲面部に対応した曲面を有し、他方の面が前記鍔付き雄ねじ部材の鍔部又は鍔付き雌ねじ部材の鍔部が当接する平面を有するＦＲＰ部材を取り付けた後、前記雌ネジ孔を形成することを特徴とする請求項１記載のＦＲＰ製クライオスタットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＲＰ製クライオスタットの製造方法に関し、詳しくは、液体窒素や液体ヘリウム等の低温流体を収納するためのＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製クライオスタットのＦＲＰからなる壁面にパイプや電極等の金属製継手を貫通状態で固定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導マグネット等の冷却に用いるクライオスタットは、クライオスタット内に超伝導マグネット等の被冷却物を入れなければならないため、一体成形で製造することはできない。特に、ＦＲＰ製クライオスタットの場合は、金属のように溶接ができないため、クライオスタットの本体となる有底筒状の容器本体部と、該容器本体部の上部開口に被着される板状蓋部材とを組み合わせ、これらを接着することで製作するのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。また、このようなＦＲＰ製クライオスタットの壁面に排気ポート等の配管や電極等の金属製継手を貫通状態で取り付ける際には、ＦＲＰ製部材に形成した雌ネジ孔に金属製継手の雄ネジ部を接着剤を介して螺着することが一般的に行われていた。
【特許文献１】特開昭６１−２１０６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これまで、クライオスタットのような密封容器の場合には、前記金属製継手の取り付けを容器外側からのネジ込み接着で行われることが一般的であった。しかし、この場合、ＦＲＰの雌ネジに対して外側からのみの取り付けのため、その接着部に機械的な衝撃や熱的な衝撃が繰り返して加えられると、接着部が剥離したり、クラックが発生したりするおそれがあった。このような剥離やクラックが発生すると、真空リークを起こし、断熱真空層へ大気や保存した液化ガスが漏れ込んでしまうため、クライオスタットとしての機能が失われるおそれがあった。
【０００４】
そこで本発明は、ＦＲＰ製クライオスタットの壁面を貫通して取り付けられる金属製継手を確実に固定することができ、各種応力による真空リークの発生を防止できるＦＲＰ製クライオスタットの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明のＦＲＰ製クライオスタットの製造方法は、低温流体を収容するＦＲＰ製容器の壁面に金属製継手を貫通させたＦＲＰ製クライオスタットの製造方法において、前記金属製継手を軸方向の継手挿入孔を有する鍔付き雄ねじ部材の前記継手挿入孔に挿入して密封状態で固着し、金属製継手を固着した前記鍔付き雄ねじ部材を前記ＦＲＰ製容器の壁面に形成した雌ネジ孔に接着剤を介して螺着し、該雌ネジ孔から突出した鍔付き雄ねじ部材の雄ねじ部に鍔付き雌ねじ部材を螺着し、鍔付き雄ねじ部材の鍔部と鍔付き雌ねじ部材の鍔部とで容器壁を挟着した状態とし、次いで、鍔付き雄ねじ部材の鍔部と容器壁面、及び、鍔付き雌ねじ部材の鍔部と容器壁面とを覆うようにプリプレグを貼り付けて積層し、該プリプレグを脱気して硬化させることを特徴としている。
【０００６】
さらに、本発明のＦＲＰ製クライオスタットの製造方法は、前記ＦＲＰ製容器の曲面部に金属製継手を設けるときには、該曲面部の、前記鍔付き雄ねじ部材の鍔部又は鍔付き雌ねじ部材の鍔部が当接する部分にプリプレグを貼り付けて積層し、該プリプレグを脱気して硬化させ、鍔部当接面を平面加工した後、前記雌ネジ孔を形成するか、あるいは、該曲面部に、一方の面が前記曲面部に対応した曲面を有し、他方の面が前記鍔付き雄ねじ部材の鍔部又は鍔付き雌ねじ部材の鍔部が当接する平面を有するＦＲＰ部材を取り付けた後、前記雌ネジ孔を形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のＦＲＰ製クライオスタットの製造方法によれば、容器壁を両側から鍔部で挟み込んだ状態となるので、従来のネジ込み接着に比べて取付強度を向上させることができるとともに、鍔部と容器壁面とをＦＲＰで覆うことにより、取付強度を更に向上させることができ、外部からの機械的な衝撃や振動、繰り返し冷却による熱応力、歪みにも耐えることができ、真空リークの発生を防止することができる。また、壁面に断熱用部材としてアルミ蒸着樹脂を設ける場合、鍔部とアルミ蒸着樹脂とをＦＲＰにて絶縁できるので、電極を挿通する場合でも漏電のおそれがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は本発明方法で製造したＦＲＰ製クライオスタットの一形態例を示す一部断面正面図である。このＦＲＰ製クライオスタット１１は、有底円筒体からなる一対の容器半体１２，１３を接合して形成したものであって、クライオスタットの上半部となる容器半体１２の壁面には、一対の金属製の電極継手１４，１４が貫通状態で設けられている。各電極継手１４は、金属製の鍔付き雄ねじ部材１５と鍔付き雌ねじ部材１６とを使用してＦＲＰ製クライオスタット１１の壁面にそれぞれ取り付けられている。
【０００９】
以下、前記ＦＲＰ製クライオスタット１１の壁面に前記電極継手１４を取り付ける手順を説明する。まず、図２の断面正面図に示すように、ＦＲＰ製クライオスタット１１を形成する容器半体１２を製作する。このＦＲＰ製の容器半体１２の製作は、従来から行われているＦＲＰ製品と同様にして行うことができ、その製造手順は特に限定されるものではない。
【００１０】
次に、図３の要部断面正面図に示すように、容器半体１２の壁面における電極継手１４の取付位置に雌ネジ孔１７を形成する。また、図４の要部断面平面図に示すように、本形態例に挙げたＦＲＰ製クライオスタット１１のように壁面が円弧面となっている場合には、あらかじめ電極継手１２の取付位置にプリプレグを貼り付けて積層し、該プリプレグを脱気して硬化させることにより、容器壁面と一体になるＦＲＰ製座部１８を形成し、このＦＲＰ製座部１８の表面を平面加工し、鍔付き雄ねじ部材１５や鍔付き雌ねじ部材１６の鍔部当接面の周辺を含めた範囲に、電極継手１４の軸線に直交する平面部１８ａを形成した後、ＦＲＰ製座部１８を含めて前記雌ネジ孔１７を形成する。あるいは、壁面の円弧面に対応したＦＲＰ製部材をあらかじめ製作しておき、壁面に接着して鍔部が当接する平面部を形成するようにしてもよい。
【００１１】
一方、図５の正面図に示すように、電極継手１４は、両端部に端子となる雄ネジ１４ａをそれぞれ有する棒状部材からなるものであって、鍔付き雄ねじ部材１５には、電極継手１４の外径よりも僅かに大きな内径を有する継手挿入孔１５ａが軸方向に設けられている。電極継手１４は、継手挿入孔１５ａ内に挿入された後、溶接やロウ付け等の固着手段によって、電極継手１４と継手挿入孔１５ａとの間を密封状態として固着一体化される。
【００１２】
鍔付き雄ねじ部材１５の頭部１５ｂの先端には、雄ネジ部１５ｃよりも大径の鍔部１５ｄが設けられ、鍔部１５ｄの先端面は軸線と直交する平面に加工されている。また、雄ネジ部１５ｃは、容器半体１２の壁厚よりも十分に長く形成されており、頭部１５ｂの周面には、螺着用工具の係合面１５ｅ（図９参照）が設けられている。
【００１３】
鍔付き雌ねじ部材１６は、前記雄ネジ部１５ｃが螺合する雌ネジ部１６ａを有するもので、頭部１６ｂの先端には、前記鍔部１５ｄと同様の鍔部１６ｃが設けられ、頭部１６ｂの周面には、螺着用工具の係合面（図示省略）が設けられている。なお、鍔付き雄ねじ部材１５、鍔付き雌ねじ部材１６、容器壁面等における接着面は、接着性を向上させるため、適当な粗面としておく。
【００１４】
次に、図６の要部断面正面図に示すように、電極継手１４を取り付けた鍔付き雄ねじ部材１５の雄ネジ部１５ｃ、鍔部１５ｄの先端面、雌ネジ孔１７に接着剤１９をそれぞれ塗布した後、雄ネジ部１５ｃを雌ネジ孔１７に螺着する。次いで、図７の要部断面正面図に示すように、雌ネジ孔１７から突出した鍔付き雄ねじ部材１５の雄ねじ部１５ｃに、雌ネジ部１６ａや鍔部１６ｃの先端面に接着剤１９を塗布した鍔付き雌ねじ部材１６を螺着する。
【００１５】
このようにして鍔付き雄ねじ部材１５の雄ねじ部１５ｃに雌ねじ部材１６を螺着することにより、図８の要部断面正面図に示すように、鍔付き雄ねじ部材１５の鍔部１５ｄと鍔付き雌ねじ部材１６の鍔部１６ｃとで容器半体１２の容器壁を挟着した状態となる。このようにして壁面内外の鍔部鍔部１５ｄ，１６ｃで容器壁を挟着することにより、従来の容器外側からのネジ込み接着に比べて取付強度を大幅に向上させることができる。
【００１６】
さらに、図９の要部側面図に示すように、鍔付き雄ねじ部材１５の鍔部１５ｄと容器壁面１２ａとを覆うようにプリプレグ２０を貼り付けて積層していく。このとき、プリプレグ２０の形状は、図９に示すような多数の小片からなるプリプレグ２０を用いてもよいが、図１０の要部側面図に示すように、リングの一箇所が開いた形状のプリプレグ２０を用いることができる。このようなリング状のプリプレグ２０を用いる場合は、リングが開いた部分の両端を重ね合わせて貼り付けることによって隙間の発生を防止できる。
【００１７】
図１１の要部断面正面図に示すように、所定枚数のプリプレグ２０を積層した後、積層したプリプレグを脱気して硬化させる。容器外面側に位置する鍔付き雌ねじ部材１６の鍔部１６ｃ部分へのプリプレグの貼り付け及び積層は前記同様にして行うが、この部分へのプリプレグの貼り付け、積層、脱気及び硬化は、容器半体１２，１３の接合と同時、あるいは、容器半体１２，１３を接合した後に行うこともできる。
【００１８】
なお、容器内側に突出する電極継手１４の雄ネジ１４ａには、容器半体１２，１３を接合する前に、クライオスタット内に収納される機器との間に所定の配線を接続しておく。
【００１９】
このようにして容器壁を挟着した鍔部１５ｄ，１６ｃと容器壁面１２ａとの当接部をＦＲＰにて覆うことにより、鍔付き雄ねじ部材１５と雌ネジ孔１７との間からのリークを確実に防止することができる。また、壁面に断熱用部材として設けられるアルミ蒸着樹脂との間の絶縁も図れる。
【００２０】
図１２及び図１３は、鍔部周囲へのプリプレグの他の貼り付け例を示す正面図及び要部断面図であって、鍔部の直径に対応したリング状の複数のプリプレグ、例えば、前記図１０に示した形状で幅寸法が異なるものをあらかじめ複数作成し、これらを所定の順序で貼り付ける例を示している。
【００２１】
まず、鍔部１５ｄと容器半体１２との界面を覆うように最も幅が狭い１層目のプリプレグ２０ａを貼り付ける。次に、１層目のプリプレグ２０ａよりも幅広の２槽目のプリプレグ２０ｂを、１層目のプリプレグ２０ａを覆うようにして貼り付ける。さらに、２槽目のプリプレグ２０ｂよりも幅広の３層目のプリプレグ２０ｃを、２槽目のプリプレグ２０ｂを覆うようにして貼り付ける。このように、下層のプリプレグよりも幅広のプリプレグを順次積層して下層のプリプレグを覆った状態の多層構造としてから脱気して硬化させることにより、雌ネジ孔１７を通してのリークをより確実に防止することができる。
【００２２】
また、本形態例では、ＦＲＰ製容器の壁面を貫通する部材として金属製の電極継手１４を例示したが、図１４の要部断面正面図に示すように、気液を流通させる金属製パイプからなる管継手２１をＦＲＰ製クライオスタット１１の壁面に貫通させる場合にも、前記同様の鍔付き雄ねじ部材１５及び鍔付き雌ねじ部材１６を用いることにより、前記同様の手順で管継手２１をＦＲＰ製クライオスタット１１に貫通状態で確実に取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明方法で製造したＦＲＰ製クライオスタットの一形態例を示す一部断面正面図である。
【図２】ＦＲＰ製クライオスタットを形成する容器半体の一例を示す断面正面図である。
【図３】容器半体の壁面に雌ネジ孔を形成した状態を示す要部断面正面図である。
【図４】円弧面となっている壁面にＦＲＰ製座部を設けた状態を示す要部断面平面図である。
【図５】電極継手、鍔付き雄ねじ部材及び鍔付き雌ねじ部材の正面図である。
【図６】電極継手を取り付けた鍔付き雄ねじ部材を雌ネジ孔に螺着する状態を示す要部断面正面図である。
【図７】雌ネジ孔から突出した鍔付き雄ねじ部材１５に鍔付き雌ねじ部材を螺着する状態を示す要部断面正面図である。
【図８】鍔付き雄ねじ部材の鍔部と鍔付き雌ねじ部材の鍔部とで容器壁を挟着した状態を示す要部断面正面図である。
【図９】鍔部と容器壁面とを覆うようにプリプレグを貼り付けて積層している状態を示す要部側面図である。
【図１０】他の形状のプリプレグを鍔部と容器壁面とを覆うように貼り付けて積層する状態を示す要部側面図である。
【図１１】鍔部と容器壁面とを覆うようにプリプレグを貼り付けて積層した状態を示す要部断面正面図である。
【図１２】鍔部周囲へのプリプレグの他の貼り付け例を示す正面図である。
【図１３】同じく要部断面図である。
【図１４】ＦＲＰ製クライオスタットの壁面に管継手を取り付けた例を示す要部断面正面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１…ＦＲＰ製クライオスタット、１２，１３…容器半体、１４…電極継手、１４ａ…雄ネジ、１５…鍔付き雄ねじ部材、１５ａ…継手挿入孔、１５ｂ…頭部、１５ｃ…雄ネジ部、１５ｄ…鍔部、１５ｅ…係合面、１６…鍔付き雌ねじ部材、１６ａ…雌ネジ部、１６ｂ…頭部、１６ｃ…鍔部、１７…雌ネジ孔、１８…ＦＲＰ製座部、１８ａ…平面部、１９…接着剤、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…プリプレグ、２１…管継手
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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