(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のマンドレルとして、複数のセグメントから成り且つ各セグメントが互いの接合部にマンドレル内側へ突出するリブを有する中空のマンドレルを用いて繊維強化プラスチック製の圧力容器を製造するに際し、マンドレルの外面にプリフォームを形成する工程と、各セグメントの内側にブロックを設けてリブ先端面とブロック表面とを同一面状に連なる状態にする工程と、プリフォームの外面を気密シートで被覆する工程と、マンドレル内側のリブ先端面およびブロック表面を気密シートで被覆する工程と、気密シートによる被覆後に真空引き・外圧負荷によりプリフォームを加圧するとともに加熱して硬化させることによって圧力容器を得る工程とから成ることを特徴とする圧力容器の製造方法。
【請求項２】
ブロックが樹脂製もしくはゴム製であることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器の製造方法。
【請求項３】
ブロックをセグメントのリブ内側に注型成形したことを特徴とする請求項２に記載の圧力容器の製造方法。
【請求項４】
マンドレル内側のリブ先端面およびブロック表面を被覆する気密シートが樹脂製もしくはゴム製であることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器の製造方法。
【請求項５】
マンドレル内側の気密シートが各セグメントのリブ先端面およびブロック表面の総面積よりも大きい面積を有する過大形状であることを特徴とする請求項１または４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、例えば、ロケットモータケース等の繊維強化プラスチック製圧力容器を製造するのに利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、従来における繊維強化プラスチック製の圧力容器の製造を説明する図であって、ここでは、回転軸１０１に取付けた中空のマンドレル１０２に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維を巻き付けてプリフォーム１０３を形成した場合を例示している。
【０００３】
プリフォーム１０３は、両側の鏡板部１０３ａ，１０３ｂと、中間の円筒部１０３ｃを有し、一方の端部（図４上で左側の端部）に小径開口部１０３ｄを有すると共に、他方の端部に大径開口部１０３ｅを有している。
【０００４】
マンドレル１０２は、回転軸１０１の軸線方向および円周方向に分割された複数のセグメント１０２ａ〜１０２ｇで構成してあって、一方の端部におけるセグメント１０２ａに、小径開口部１０３ｄを形成するフランジ部１０２ｈが結合して設けてあると共に、他方の端部におけるセグメント１０２ｇに、大径開口部１０３ｅを形成するフランジ部１０２ｉが結合して設けてある。
【０００５】
また、各セグメント１０２ａ〜１０２ｇは、肉厚を小さくすることによってマンドレル１０２の軽量化を図るようにしてあり、且つ充分な強度が得られるように、互いの接合部あるいは回転軸１０１との接合部に、マンドレル内側へ突出するリブＲを有している。
【０００６】
なお、回転軸１０１には、プリフォーム１０３の大径開口部１０３ｅを形成するセグメント１０２ｇのフランジ部１０２ｉに対応する位置に、大径部１０１ａが設けてある。
【０００７】
そして、プリフォーム１０３の成形後には、同プリフォーム１０３の外周面全体およびマンドレル１０２の内周面全体を内外の気密シート１０４，１０５で覆うと共に、各気密シート１０４，１０５の端部にシーリング剤１０６をそれぞれ介装する。なお、図面では、シーリング剤１０６を図示する都合上、回転軸１０１とマンドレル１０２の間に隙間があるが、実際には両者は密着している。こののち、気密シート１０４，１０５間の真空引きさらに外圧負荷を行うことによってプリフォーム１０３を加圧すると共に、同プリフォーム１０３を加熱することによって硬化させ、最終的にマンドレル１０２を分解して圧力容器を得ることとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような従来の圧力容器の製造では、マンドレル１０２の内面がリブＲによって凹凸形状になっていることから、真空引き・外圧負荷の際、内側の気密シート１０４が凹凸形状に添って著しく変形し、とくに、リブＲの部分で伸びが集中して気密シート１０４が破損することがあり、これにより成形不良が生じることがあるため、このような不具合を解決することが望まれていた。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、中空のマンドレルとして、複数のセグメントから成り且つ各セグメントが互いの接合部にマンドレル内側へ突出するリブを有する中空のマンドレルを用いて繊維強化プラスチック製の圧力容器を製造するに際し、とくにマンドレル内側の気密シートの破損を防止して、成形不良の無い良好な圧力容器を得ることができ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。
【００１０】
【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、中空のマンドレルとして、複数のセグメントから成り且つ各セグメントが互いの接合部にマンドレル内側へ突出するリブを有する中空のマンドレルを用いて繊維強化プラスチック製の圧力容器を製造するに際し、マンドレルの外面にプリフォームを形成する工程と、各セグメントの内側にブロックを設けてリブ先端面とブロック表面とを同一面状に連なる状態にする工程と、プリフォームの外面を気密シートで被覆する工程と、マンドレル内側のリブ先端面およびブロック表面を気密シートで被覆する工程と、気密シートによる被覆後に真空引き・外圧負荷によりプリフォームを加圧するとともに加熱して硬化させることによって圧力容器を得る工程とから成る構成とし、請求項２として、ブロックが樹脂製もしくはゴム製である構成とし、請求項３として、ブロックをセグメントのリブ内側に注型成形した構成とし、請求項４として、マンドレル内側のリブ先端面およびブロック表面を被覆する気密シートが樹脂製もしくはゴム製である構成とし、請求項５として、マンドレル内側の気密シートが各セグメントのリブ先端面およびブロック表面の総面積よりも大きい面積を有する過大形状である構成としており、上記の構成を課題を解決するための手段としている。
【００１１】
ここで、請求項１の構成では、マンドレルの大きさ等に応じて、マンドレルの外面にプリフォームを形成する工程と、各セグメントの内側にブロックを設けてリブ先端面とブロック表面とを同一面状に連なる状態にする工程の順序を変えることが可能であり、例えば、マンドレルが比較的小型であってブロックを加えても全重量の増大が少ない場合には、マンドレルにブロックを設けたのちにプリフォームを形成するようにしてもよい。
【００１２】
また、マンドレルにブロックを設けたのちに、マンドレル内側のリブ先端面およびブロック表面を気密シートで被覆する工程を行い、こののちプリフォームを形成することも可能である。
【００１３】
なお、請求項１の構成において、ブロックとしては、軽量であるものがより望ましく、請求項２に記載の樹脂製もしくはゴム製のものを用いることができ、気密シートとしては、請求項４に記載の樹脂製もしくはゴム製のものを用いることができる。
【００１４】
さらに、請求項２に係わるブロックの材料としては、加熱時の温度（例えば１５０℃程度）に対する耐熱性があり、このほか、プリフォームの硬化に影響するガス等が発生することがなく、しかもマンドレルに対する接着性などを考慮して、例えばシリコーンゴムなどが用いられる。
【００１５】
【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、各セグメントの内側にブロックを設けてリブ先端面とブロック表面とを同一面状に連なる状態にし、これを気密シートで被覆することから、真空引き・外圧負荷の際、内側の気密シートは同一面状を成すリブ先端面およびブロック表面に密着することとなり、部分的に伸びが集中するような状態に変形することが防止される。
【００１６】
本発明の請求項２に係わる圧力容器の製造方法では、ブロックが樹脂製もしくはゴム製であることから、比較的軽量なブロックであって、このブロックを取付けたマンドレルの全重量の大幅な増大を防ぐと共に、ブロック自体の取扱いも容易になる。また、本発明の請求項３に係わる圧力容器の製造方法では、ゴム製のブロックをセグメントのリブ内側に注型成形するので、ブロックの成形が容易であって、リブ内側の形状に正確に対応したブロックが得られる。
【００１７】
さらに、本発明の請求項４に係わる圧力容器の製造方法では、マンドレル内側に設ける気密シートが樹脂製もしくはゴム製であることから、リブ先端面およびブロック表面に対する気密シートの密着性がより向上することとなり、本発明の請求項５に係わる圧力容器の製造方法では、マンドレル内側の気密シートが各セグメントのリブ先端面およびブロック表面の総面積よりも大きい面積を有する過大形状であることから、真空引きの際、同気密シートに伸びが生じることがなく、伸びによる破損がより確実に防止される。
【００１８】
【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の一実施例を説明する。
【００１９】
図１に示すプリフォーム１は、圧力容器であるロケットモータケースとして形成されるものであって、回転軸２に取付けた中空のマンドレル３に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維を巻き付けることによって成形される。このプリフォーム１は、両側の鏡板部１ａ，１ｂと、中間の円筒部１ｃを有し、一方の端部（図１上で左側の端部）に小径開口部１ｄを有すると共に、他方の端部に大径開口部１ｅを有している。
【００２０】
マンドレル３は、回転軸２の軸線方向および円周方向に分割された複数のセグメント３ａ〜３ｇで構成してあって、一方の端部におけるセグメント３ａに、小径開口部１ｄを形成するフランジ部３ｈが結合して設けてあると共に、他方の端部におけるセグメント３ｇに、大径開口部１ｅを形成するフランジ部３ｉが結合して設けてある。
【００２１】
各セグメント３ａ〜３ｇは、肉厚を小さくすることによってマンドレル３の軽量化を図るようにしてあり、且つ充分な強度が得られるように、互いの接合部あるいは回転軸２との接合部に、マンドレル内側へ突出するリブＲを有している。なお、回転軸２には、プリフォーム１の大径開口部１ｅを形成するセグメント３ｇのフランジ部３ｉに対応する位置に、大径部２ａが設けてある。この大径部２ａには、マンドレル内外に開放された通気孔などを設けることもある。
【００２２】
また、各セグメント３ａ〜３ｇの内側には、ゴム製のブロックＢがそれぞれ設けてある。これらのブロックＢには、加熱時の温度（例えば１５０℃程度）に対する耐熱性を有し、このほか、プリフォームの硬化に影響するガス等が発生することがなく、しかもマンドレルに対する接着性などを考慮して、例えばシリコーンゴムや硬化樹脂、さらにはこれにバルーンを混合することや、補強格子を内蔵させること、ハニカム構造を内蔵させること等が考え得る。
【００２３】
各ブロックＢは、セグメント３ａ〜３ｇにおけるリブＲの突出寸法とほぼ等しい厚さを有しており、マンドレル内側となる表面がリブＲの先端面と同一面状に連なる状態に設けてある。これらのブロックＢは、各セグメント３ａ〜３ｇのリブ内側に注型成形することにより得られ、このような成形手段をとることによって、成形の容易化やリブ内側に対する寸法精度の向上を図っている。
【００２４】
圧力容器であるロケットモータケースを製造するには、回転軸２に各セグメント３ａ〜３ｇを組付けてマンドレル３を形成したのち、回転軸２とともに回転するマンドレル３に熱硬化性樹脂を含浸した繊維を巻き付けてプリフォーム１を形成する。このとき、大型のロケットモータケースを製造する場合には、プリフォーム成形中における回転軸２の撓み等を極力防ぐために、先に注型成形した各ブロックＢを予め取り外してマンドレル３を組立てる。
【００２５】
プリフォーム１の巻き付け成形後には、各セグメント３ａ〜３ｇの内側にブロックＢを嵌合して各リブＲの先端面とブロックＢの表面とが同一面状に連なる状態にし、この際、接着剤や図１中に仮想線で示すスチールベルト４などでブロックＢを固定するようにし、次に、マンドレル３の外側および内側に気密シート５，６を設ける。
【００２６】
外側の気密シート５には、例えばナイロン製のフィルムが用いられる。この、外側の気密シート５は、プリフォーム１の外周面全体を被覆すると共に、その両端部とマンドレル３の両フランジ部３ｈ，３ｉとの間にシーリング剤７，７が介装してある。
【００２７】
また、内側の気密シート６には、耐熱製を有するゴム製シートが用いられる。この内側の気密シート６は、マンドレル内側の各リブＲおよび各ブロックＢの表面全体を被覆すると共に、その両端部が回転軸２とマンドレル３との間から外部に引き出され、さらに、引き出した両端部を両フランジ部３ｈ，３ｉの外周側に折り返した状態にして、両フランジ部３ｈ，３ｉとの間にシーリング剤８，８を介装している。なお、図面では、内側の気密シート６を図示する都合上、回転軸２とマンドレル３の間に隙間があるが、実際には両者は密着している。
【００２８】
そして、上記気密シート５，６の取付け後、気密シート５、６間の真空引きおよび気密シート５，６の表面への外圧負荷を行うことによってプリフォーム１を加圧すると共に、同プリフォーム１を加熱することによって硬化させ、最終的にマンドレル３を分解してロケットモータケース（Ｍ）を得ることとなる。
【００２９】
このようなプリフォーム１の硬化成形の際、当該圧力容器の製造方法では、とくにマンドレル３の内側において、各セグメント３ａ〜３ｇの内側にブロックＢを設けてリブＲの先端面とブロックＢの表面とを同一面状に連なる状態にし、これを気密シート６で被覆することから、真空引きの際、気密シート６は同一面状を成すリブ先端面およびブロック表面に密着することとなり、部分的に伸びが集中するような状態に変形することがないので、気密シート６が破損することもなく、良好に成形が行われる。
【００３０】
また、当該圧力容器の製造方法では、ブロックＢが耐熱性を有するゴム製であることから、例えば金属を用いた場合に比べてはるかに軽量なブロックＢであって、このブロックＢを取付けたマンドレル３の全重量が大幅に増大することもなく、ブロックＢ自体の取扱いもきわめて容易であり、さらに、内側の気密シート６がゴム製であることから、リブＲの先端面およびブロックＢの表面に対する気密シート６の密着性がきわめて良好である。
【００３１】
図２は、図１に示すプリフォーム１に比べて、回転軸２の軸線方向の長さおよび直径が小さいプリフォーム１１を成形した場合を示す図である。
【００３２】
プリフォーム１１は、先の実施例と同様に、両側の鏡板部１１ａ，１１ｂおよび円筒部１１ｃと、小径開口部１１ｄおよび大径開口部１１ｅを有している。また、マンドレル１３は、先の実施例のものよりも少ない数のセグメント１３ａ〜１３ｃで構成され、両側のセグメント１３ａ，１３ｃにはフランジ部１３ｄ，１３ｅが設けてある。
【００３３】
このような小型のプリフォーム１１を成形する場合にあっては、これに対応するマンドレル１３が小型であり、ブロックＢを加えても全重量の増大が少ないため、マンドレル１３の各セグメント１３ａ〜１３ｃにブロックＢを取付けた状態にしてプリフォーム１１を成形することが可能であり、以下、先の実施例と同様に、プリフォーム１１の外面を気密シート５で被覆する工程、マンドレル内側のリブ先端面およびブロック表面を気密シート６で被覆する工程、および気密シート５，６による被覆後に真空引き・外圧負荷によりプリフォーム１１を加圧するとともに加熱して硬化させることによって圧力容器（ロケットモータケースＭ）を得る工程を行う。
【００３４】
なお、マンドレル１３にブロックＢを設けたのちに、マンドレル内側に気密シート６を設け、こののちプリフォーム１１を形成することも可能である。この場合には、回転軸２とマンドレル１３との間に気密シート６が介在していると、プリフォーム成形時におけるマンドレル１３の回転に影響を及ぼす恐れがあることから、気密シート６の両端部をマンドレル１３内に収容しておき、プリフォーム成形後に気密シート６の両端部を固定することがより望ましい。
【００３５】
図３は、とくに本発明の請求項５に係わる圧力容器の製造方法を説明する図である。なお、図１に示す実施例と同一の部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
この実施例では、マンドレル３の内側に設けた気密シート６が、各セグメント３ａ〜３ｇのリブＲの先端面およびブロックＢの表面の総面積よりも大きい面積を有する過大形状になっている。
【００３７】
この圧力容器の製造方法では、気密シート６が過大形状であるために、真空引きの際に同気密シート６に伸びが生じることがなく、伸びによる破損がより確実に防止される。また、真空引きの際に気密シート６には過大分のしわＡが生じるが、硬化成形には何ら問題がなく、良好な圧力容器（ロケットモータケースＭ）が得られる。
【００３８】
なお、上記各実施例では、ロケットモータケースの製造を例に挙げて説明したが、それ以外の圧力容器の製造にも当然のことながら適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、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、中空のマンドレルとして、複数のセグメントから成り且つ各セグメントが互いの接合部にマンドレル内側へ突出するリブを有する中空のマンドレルを用いて繊維強化プラスチック製の圧力容器を製造する方法において、リブ先端面と同一面状に連なるブロックの採用により、真空引き・外圧負荷の際に内側の気密シートがリブの部分で著しく変形させられることがなくなり、気密シートの破損を防止することができ、これにより、気密シートの信頼性を高めることができると共に、硬化成形後には成形不良の無い良好な圧力容器を得ることができる。
【００４０】
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、樹脂製もしくはゴム製のブロックの採用により、比較的軽量なブロックとすることができ、このブロックを取付けたマンドレルの全重量の大幅な増大を防ぐことができると共に、ブロック自体の取扱いなども容易に行うことができる。
【００４１】
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、樹脂製もしくはゴム製のブロックをセグメントのリブ内側に注型成形することから、ブロックの成形をきわめて容易に行うことができると共に、リブ内側の形状に正確に対応したブロックを得ることができ、表面とリブの先端面との連続性をより良好にすることができる。
【００４２】
本発明の請求項４に係わる圧力容器の製造方法によれば、マンドレル内側において樹脂製もしくはゴム製の気密シートを採用したことにより、リブ先端面およびブロック表面に対する気密シートの密着性をより向上させることができ、また、本発明の請求項５に係わる圧力容器の製造方法によれば、各セグメントのリブ先端面およびブロック表面の総面積よりも大きい面積を有する過大形状の気密シートを採用したことにより、真空引きの際に同気密シートに伸びが生じることがなく、伸びによる破損をより確実に防止することができる。
【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の一実施例を説明する片側省略の断面図である。
【図２】図１に示すプリフォームよりも小型のプリフォームを成形した場合を説明する片側片側省略の断面図である。
【図３】本発明の請求項５に係わる圧力容器の製造方法の一実施例を説明する片側省略の断面図である。
【図４】従来における圧力容器の製造を説明する片側省略の断面図である。
【符号の説明】
１  １１        プリフォーム
３  １３        マンドレル
３ａ〜３ｇ      セグメント
１３ａ〜１３ｃ  セグメント
５              外側の気密シート
６              内側の気密シート
Ｂ              ブロック
Ｍ              ロケットモータケース（圧力容器）
Ｒ              リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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