(57)【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基づいて成形された繊維強化プラスチック製の圧力容器であって、開口部を有しており、積層された繊維の一部の層間に、開口部の端面から所定の長さにわたって層間剥離の状態を得るための分離層を備えたことを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
分離層が開口部の全周にわたって設けてあることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
【請求項３】
分離層がゴムで形成してあ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。
【請求項４】
分離層が離型フィルムで形成してあ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フィラメントワインディング法に基づいて成形された繊維強化プラスチック製の圧力容器に関し、例えばロケットモータケースなどに使用される圧力容器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は圧力容器であるロケットモータケースのノズル取付け側の端部を示す図である。ロケットモータケース１００は、略球形を成すものであって、フィランメントワインディング法に基づいて成形された繊維強化プラスチック製のケース本体１０１を備え、このケース本体１０１における開口部１０１ａの周囲内側に添って環状の補強部材１０２が取付けてある。
【０００３】
このようなロケットモータケース１００は、例えば、平成４年９月４日に丸善が発行した『第２版・航空宇宙工学便覧』の第９３２頁および第９３３頁に記載されている。
【０００４】
また、上記のロケットモータケース１００では、ケース本体１０１と補強部材１０２との接触部分において、内圧の上昇によりケース本体１０１側に応力集中が発生することから、これを緩和するためにケース本体１０１の内面と補強部材１０２の間にゴム層１０３が設けてある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィラメントワインディング法に基づいて成形されるロケットモータケース１００は、設計において繊維の引張り破断のみを評定とする場合が多く、他の局所的な破壊は許容することが多い。このため、使用時において図５に示す如く部分的な層間剥離Ａが生じることがある。この層間剥離そのものはケースの特性を維持するうえで大きな障害になることはない。
【０００６】
しかしながら、剥離時の衝撃エネルギーや剥離形状を正確に予測することは困難であり、場合によっては剥離面積の大きさに差があり、ないしは剥離が軸対称とはならないことから、層間剥離の発生が使用時の性能を正確に予測するうえでの阻害要因になっており、このような不具合を解決することが課題であった。
【０００７】
【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、フィラメントワインディング法に基づいて成形された繊維強化プラスチック製の圧力容器において、使用時における層間剥離の発生を減少させることができる圧力容器を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる圧力容器は、請求項１として、フィラメントワインディング法に基づいて成形された繊維強化プラスチック製の圧力容器であって、開口部を有しており、積層された繊維の一部の層間に、開口部の端面から所定の長さにわたって層間剥離の状態を得るための分離層を備えた構成とし、請求項２として、分離層が開口部の全周にわたって設けてある構成とし、請求項３として、分離層がゴムで形成してある構成とし、請求項４として、分離層が離型フィルムで形成してある構成としており、上記構成を課題を解決するための手段としている。
【０００９】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる圧力容器では、応力集中等により層間剥離が生じやすい開口部に同開口部の端面から所定の長さにわたる分離層を設けておくことで予め層間剥離が生じている状態にし、層間破壊に至るような大きな層間剪断応力の発生を防止するものである。これにより、使用時の性能を正確に予測し得ると共に、実際の使用時における層間剥離の発生を防止し得ることとなる。
【００１０】
本発明の請求項２に係わる圧力容器では、分離層による層間剥離に相当する状態が開口部の全周にわたって均一に得られることとなる。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係わる圧力容器では、ゴムで分離層を形成することにより、繊維層に対して連続状態としながら応力の伝達を阻止し、その分離層において層間剥離と同等と見なすことのできる状態を得るようにし、本発明の請求項４に係わる圧力容器では、離型フィルムで分離層を形成することにより、繊維層に対して不連続状態にして応力の伝達を阻止し、その分離層において層間剥離と同等と見なすことのできる状態を得る。
【００１２】
【実施例】
図１は本発明に係わる圧力容器の一実施例を説明する図であって、ここでは圧力容器としてのロケットモータケースを例示している。
【００１３】
ロケットモータケース１は、フィランメントワインディング法に基づいて成形された繊維強化プラスチック製であって、略球形を成しており、頭部側（図１左側）および尾部側（図１右側）に開口部２，３を有し、開口部２，３の周囲内側に添って環状の補強部材４，５が取付けてある。なお、モータケース１は必ずしも球形でなくてもよい。
【００１４】
頭部側の開口部２には、後に他の閉塞用部材が取付けられ、尾部側の開口部３には、推進用のノズルが取付けられる。補強部材４，５は、固体燃料の燃焼温度に対応し得る耐熱性を有する金属や繊維強化プラスチックで成形してある。
【００１５】
また、ケース内面と補強部材４，５との接触部分には、とくに図１において尾部側を拡大して示すように、補強部材５との間にゴム層６を備えている。このゴム層６は、圧力を負荷した際に当該ロケットモータケース１の開口端部に生じる応力集中を充分に緩和し得る厚さ寸法である。
【００１６】
さらに、ロケットモータケース１は、その厚さ寸法が開口部３に向けて漸次増大した状態になっており、開口部３の端面から所定の長さにわたって分離層７が設けてある。この分離層７は、シート状を成すゴムにより形成してあって、開口部３の全周にわたって一定の厚さ（例えば０．５〜２ｍｍ）および幅で形成してある。
【００１７】
ここで、ロケットモータケース１は、ケース内側の形状に対応したマンドレルにゴム層６を備えた補強部材５を取付け、これらの表面に熱硬化性樹脂を含浸させた連続繊維を巻き付けて成形することとなるが、その過程において、所定の厚さの繊維層を形成したところで、開口部３の端面に合わせて接着剤を塗布したシート状のゴムを配設したのち、再び繊維の巻き付けを行うこととなる。さらに、繊維の巻き付け後には、真空引きを行うとともに１２０〜１８０℃で加熱することによってケースを硬化成形する。
【００１８】
上記のロケットモータケース１では、圧力を負荷した際に応力集中により層間剥離が生じやすい部分、つまり開口部３の周囲部分において、分離層７により予め層間剥離が生じている状態になっている。また、繊維層とこれに接着された分離層７とはケースの厚さ方向に連続している状態にあるが、分離層７がゴムで形成されているので応力を伝達することがない。したがって、層間剥離が生じているのと同等であり、これにより使用時の性能を正確に予測し得ると共に、実際の使用時においてもそれ以上に層間剥離が生じることもない。
【００１９】
さらに、上記のロケットモータケース１では、分離層７を開口部３の全周にわたって一定の厚さおよび幅で形成したので、この分離層７による層間剥離に相当する状態が開口部３の全周にわたって均一に得られている。したがって、開口部３に推進用のノズルを取付けて使用した場合に、層間剥離に相当する部分が開口部３の全周にわたって均一であり、且つそれ以上の層間剥離も生じないので、ロケットの機軸に対してノズルの中心軸が傾くような事態が生じる恐れもない。
【００２０】
なお、上記実施例において、分離層７を形成するゴムに塗布する接着剤は、硬化成形時の加熱温度（１２０〜１８０℃）を考慮して設定することが望ましく、分離層７を形成するゴムは、開口部の全周にわたって連続したもの、あるいは複数の分けられたものを用いることができる。また、分離層７の厚さは必ずしも一定でなくてよい。
【００２１】
図２は本発明に係わる圧力容器の他の実施例を説明する図であって、この実施例においてもロケットモータケース１の端部に分離層を設けた場合を例示している。
【００２２】
図示の分離層１７は、離型フィルムにより形成してある。離型フィルムとしては、例えばポリ四フッ化エチレン（商品名；テフロン）が用いられる。また、この分離層１７にあっても、先の実施例と同様に開口端面から所定の長さにわたって形成され、且つ開口部全周にわたって一定の厚さおよび幅で形成してあり、マンドレルに繊維を巻き付ける過程において離型フィルムを配設することにより形成する。
【００２３】
上記のロケットモータケース１では、離型フィルムで分離層１７を形成することにより、繊維層と分離層１７とが厚さ方向に不連続状態となって応力の伝達を阻止し、その分離層１７において層間剥離と同等と見なすことのできる状態を得ており、先の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００２４】
図３は本発明に係わる圧力容器のさらに他の実施例を説明する図であって、この実施例では、圧力容器であるロケットモータケース１の開口端部に３つの分離層２７ａ〜２７ｃが形成してある。
【００２５】
これらの分離層２７ａ〜２７ｃは、繊維の巻き付け工程中に配設されたシート状のゴムにより形成してあって、開口部の端面からの長さをそれぞれ異ならせている。この場合、ケース外側にいくほど長さを小さくしている。この実施例のロケットモータケース１にあっても先の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００２６】
図４は本発明に係わる圧力容器のさらに他の実施例を説明する図であって、この実施例では、圧力容器であるロケットモータケース１の開口端部にシート状のゴムによる分離層３７が形成してあり、同分離層３７が中間で屈曲した形状になっている。
【００２７】
この屈曲形状は、マンドレルへの繊維の巻き付け工程において開口部で繊維を折り返す都合上、その開口部近傍の厚さが増大する状態となり、これにシート状のゴムを配設した結果である。このような屈曲形状の場合、繊維層が屈曲部分において片当りすることとなるが、分離層３７がゴムにより形成してあるので片当りを吸収することができ、先の実施例と同様の作用効果を得るうえで何ら問題はない。
【００２８】
なお、本発明に係わる圧力容器における分離層は、上記各実施例のみに限定されることはなく、負荷する圧力の大きさや圧力容器の用途などに応じて、開口部端面からの長さや厚さ寸法、あるいは設ける数や位置などを選択することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の請求項１に係わる圧力容器によれば、フィラメントワインディング法に基づいて成形された繊維強化プラスチック製の圧力容器において、分離層により、応力集中等により層間剥離が生じやすい開口部を同開口部の端面から所定の長さにわたって予め層間剥離が生じている状態にすることから、その位置や範囲を正確に設定しておくことができ、許容されている層間剥離を含めた状態で圧力容器の使用時の性能を正確に予測することができると共に、実際の使用時における層間剥離の発生を著しく減少あるいは防止することができる。
【００３１】
また、本発明の請求項２に係わる圧力容器によれば、分離層による層間剥離に相当する状態を開口部の全周にわたって均一に得ることができるので、例えばロケットモータケースのノズル取付け側の開口部に好適であって、この場合、先の層間剥離に相当する部分の均一性により、ロケットの機軸に対してノズルの中心軸が傾くような事態を確実に防ぐことができ、ひいてはロケットの推進機能の向上にも貢献し得る。
【００３２】
さらに、本発明の請求項３に係わる圧力容器によれば、分離層にゴムを採用したことにより、繊維層に対して連続状態としながら応力の伝達を阻止し、その分離層において層間剥離と同等と見なすことのできる状態を得ることができ、本発明の請求項４に係わる圧力容器によれば、分離層に離型フィルムを採用したことにより、繊維層に対して不連続状態にして応力の伝達を阻止し、その分離層において層間剥離と同等と見なすことのできる状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる圧力容器の一実施例としてのロケットモータケースを説明する断面図である。
【図２】  本発明に係わる圧力容器の他の実施例としてのロケットモータケースの開口端部を説明する断面図である。
【図３】  本発明に係わる圧力容器のさらに他の実施例としてのロケットモータケースの開口端部を説明する断面図である。
【図４】  本発明に係わる圧力容器のさらに他の実施例としてのロケットモータケースの開口端部を説明する断面図である。
【図５】従来における圧力容器としてのロケットモータケースの開口端部を説明する断面図である。
【符号の説明】
１            ロケットモータケース（圧力容器）
３            開口部
７            分離層
１７            分離層
２７ａ〜２７ｃ  分離層
３７            分離層
【図１】
0003781382.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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