(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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