JPH0461985B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば油圧シリンダや空圧シリンダ
等のチユーブ、液化ガスや圧縮ガス用容器等とし
て好適に用いられる複合材料製圧力容器に関し、
特に、繊維強化樹脂材料を用いて耐圧性能等を大
幅に高めることができるようにした複合材料製圧
力容器に関する。

〔従来技術〕

第９図および第１０図に従来技術の複合材料製
圧力容器として油圧シリンダ用チユーブを示す。

第９図において、１は繊維強化樹脂材料（複合
材料）によつて円筒状に形成されたチユーブ本体
を示し、該チユーブ本体１は樹脂を含浸させた繊
維材料を長尺な円柱状の型材（図示せず）に巻回
して熱硬化させた後、該型材を引抜くことによつ
て成形されている。そして、該チユーブ本体１の
軸方向端部内周にはリング溝１Ａが溝加工され、
該リング溝１Ａ内には略Ｃ字形状の止め輪２が装
着されるようになつている。３はチユーブ本体１
の軸方向端部を施蓋したカバーを示し、該カバー
３は金属材料等によつて厚肉円板状に形成され、
チユーブ本体１の軸方向端部内周側に嵌合されて
いる。そして、該カバー３の中央部には油液の給
排口３Ａが穿設され、該給排口３Ａは外部からの
圧油をチユーブ本体１内に給排するようになつて
いる。また、該カバー３の外周側にはＯリング４
が装着され、チユーブ本体１内の圧油が外部に漏
洩するのを防止している。

かくして、このように構成された油圧シリンダ
用チユーブでは、チユーブ本体１の軸方向端部に
カバー３を嵌合した後、リング溝１Ａ内に止め輪
２を装着し、該止め輪２の内周側をカバー３の端
面に係止させることによつて、該カバー３の抜止
めを行い、該カバー３に作用する内圧をチユーブ
本体１のリング溝１Ａに装着された止め輪２で受
承するようになつている。

次に第１０図において、１１は前記チユーブ本
体１と同様に形成された他のチユーブ本体を示
し、該チユーブ本体１１の軸方向端部外周側には
おねじ１１Ａが形成され、該おねじ１１Ａにはカ
バー１２が螺着されている。ここで、該カバー１
２は金属材料等により有底円筒状に形成され、筒
部１２Ａの内周側にはおねじ１１Ａと螺合するめ
ねじ１２Ｂが形成されている。また、該カバー１
２の底部中央には油液の給排口１２Ｃが穿設さ
れ、該給排口１２Ｃは外部からの圧油をチユーブ
本体１１内に給排するようになつている。そし
て、該カバー１２の底部とチユーブ本体１１の軸
方向端面との間にはＯリング１３が装着され、該
カバー１２に作用する内圧はおねじ１１Ａとめね
じ１２Ｂとの間で受承されるようになつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然るに、上述した各従来技術では下記のような
欠点がある。

まず、第９図に示す従来技術では、繊維強化樹
脂材料からなるチユーブ本体１の軸方向端部内周
に溝加工を施して、リング溝１Ａを形成している
から、チユーブ本体１の素材である繊維材料がリ
ング溝１Ａの部位で切断されてしまい、繊維材料
が本来有している強度を大幅に低下させる上に、
繊維材料の巻回層間にリング溝１Ａの周囲から層
間剥離が生じ易く、信頼性を損なうという欠点が
ある。

また、第１０図に示す他の従来技術では、チユ
ーブ本体１１の軸方向端部外周側におねじ１１Ａ
をねじ加工により形成しているから、該おねじ１
１Ａの部位でも繊維材料が切断されてしまい、強
度が低下する上に、層間剥離が生じ易くなり、同
様に信頼性を損なうという欠点がある。

このため、上記各従来技術では、チユーブ本体
１，１１自体の強度が低下するばかりでなく、内
圧が高くなるとリング溝１Ａやおねじ１１Ａが破
損されて、カバー３，１２が脱落してしまい、耐
圧性能等を高めることができないという欠点があ
る。

本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みなされ
たもので、本発明は繊維材料の強度を十分に活か
して、耐圧性能等を大幅に高めることができるよ
うにした複合材料製圧力容器を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した問題点を解決するために本発明は、内
筒と、該内筒の軸方向端部に嵌合され、該内筒の
軸方向端部を閉塞したカバーと、該カバーの外周
側に複数個設けられ、繊維材料を引掛けて案内す
る引掛け部と、樹脂を含浸させた繊維材料を前記
内筒の外周面から前記カバーの外周面に亘り、該
各引掛け部に引掛けて巻返しつつ、巻回すること
により形成された外筒とからなる構成を採用して
いる。

また、前記カバーは、大径部および小径部と、
該大径部、小径部間に位置する中間段部とを有
し、該中間段部には前記引掛け部を設け、前記小
径部を内筒の軸方向端部に嵌合してなる構成とす
るのが好ましい。

ここで、前記繊維材料には、炭素繊維、ガラス
繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素
繊維等が用いられ、該繊維材料に含浸させる樹脂
には、熱硬化性と接着性を有するエポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等が用いられ
る。そして、前記繊維材料の巻回方法としては、
糸状繊維材料を用いるフイラメントワインデイン
グ法、テープ状繊維材料を用いるテープワインデ
イング法、織物状繊維材料を用いるハンドレイア
ツプ法等が挙げられる。

〔作 用〕

カバーの外周側に繊維材料を引掛けて案内する
複数個の引掛け部を設け、樹脂を含浸させた繊維
材料を内筒の外周面からカバーの外周面に亘り巻
回して外筒を形成するときに、該繊維材料を各引
掛け部に引掛けて巻返すようにしたから、繊維材
料を内筒の外周側等にスムーズに巻回して外筒を
形成できる上に、該繊維材料が途中で切断された
りするのを確実に防止でき、該繊維材料の強度を
十分に活かしてカバーを内筒および外筒に強固に
一体化できる。

〔実施例〕 以下、本発明の実施例を第１図ないし第８図に
基づき、複合材料製圧力容器として油圧シリンダ
用チユーブを例に挙げて説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を
示している。

図において、２１は繊維強化樹脂材料によつて
形成され、当該チユーブの内周側を構成するよう
になつた内筒を示し、該内筒２１は後述の外筒２
５と同様に樹脂を含浸させた糸状の繊維材料をフ
イラメントワインデイング法等の手法を用いて一
定の巻角、例えば中心軸Ｏ−Ｏに対して90度に近
い、40度〜85度程度の巻角をもつて所定の厚さに
なるまで交差巻付けした一層以上の巻回層により
長尺の円筒状に形成されている。

２２は内筒２１を施蓋すべく、該内筒２１の軸
方向端部に嵌合されたカバーを示し、該カバー２
２はアルミニウム等の非鉄系金属材料、ステンレ
ス鋼等の鉄系金属材料または短繊維で強化した樹
脂材料等の非金属材料等によつて有底筒状に形成
され、シリンダカバーを構成するようになつてい
る。ここで、該カバー２２は軸方向一端側の大径
部２２Ａと、他端側の小径部２２Ｂと、該小径部
２２Ｂ、大径部２２Ａ間に位置し、大径部２２Ａ
よりも小径で、小径部２２Ｂよりも大径に形成さ
れた中間段部２２Ｃと、小径部２２Ｂの端面から
大径部２２Ａの途中まで軸方向に延びた有底穴２
２Ｄと、該有底穴２２Ｄと連通するように大径部
２２Ａに径方向に穿設された油液の給排口２２Ｅ
とからなり、該給排口２２Ｅから外部の圧油が給
排されるようになつている。

また、該カバー２２の中間段部２２Ｃは環状の
凸部２２C₁と、該凸部２２C₁と大径部２２Ａと
の間に形成された環状の凹部２２C₂とからなり、
凸部２２C₁の外周側には後述の各小孔２３が形
成されている。そして、該カバー２２の小径部２
２Ｂは内筒２１の軸方向端部内周に嵌合され、該
内筒２１の軸方向端面２１Ａ等は接着剤を用いて
中間段部２２Ｃの端面等に接合固着されている。
また、小径部２２Ｂの外周側には環状溝２２B₁
が形成され、該環状溝２２B₁内には後述のＯリ
ング２７がバツクアツプリング２８と共に装着さ
れている。

２３，２３，…はカバー２２の中間段部２２Ｃ
に形成されたピン嵌合孔としての小孔を示し、該
各小孔２３は中間段部２２Ｃの凸部２２C₁に径
方向内向きに有底孔として形成され、その直径は
２〜４mm程度、深さは３〜８mm程度となつてい
る。そして、該各小孔２３は凸部２２C₁の周方
向に、例えば４〜10mm程度の所定間隔をもつて形
成されている。２４，２４，…は該各小孔２３内
に嵌着され、打込みまたは接着等の手段を用いて
固着されたピンを示し、該各ピン２４は金属材
料、非金属材料の高強度部材、例えば繊維強化樹
脂材料の一方向引抜き材またはセラミツク材等に
よつて形成され、その先端側は凸部２２C₁の外
周面から径方向に所定寸法、例えば15〜25mm程度
突出するようにする。そして、該各ピン２４の突
出側は後述の繊維材料２６を第２図中に示す如く
引掛けて巻返すように案内するための引掛け部を
構成するようになつている。

２５は樹脂を含浸させた糸状の繊維材料２６を
内筒２１の外周面からカバー２２の中間段部２２
Ｃ外周面等に亘つて全面に巻回することにより形
成された外筒を示し、該外筒２５は前記繊維材料
２６をフイラメントワインデイング法等の手段を
用いて、中心軸Ｏ−Ｏに対して零度に近い一定の
巻角、例えば巻角θ＝５〜30度となるように、所
定の厚さになるまで張力をかけた状態で交差巻付
けした一層以上の巻回層により略円筒状に形成さ
れている。そして、該繊維材料２６はこの交差巻
付け時に第２図，第３図中に示す如く、例えば１
本又は複数本のピン２４の突出側には引掛けて巻
返され、外筒２５の軸方向端部に巻返し部２５Ａ
を形成しており、該巻返し部２５Ａによつてカバ
ー２２は内筒２１および外筒２５の軸方向端部に
強固に一体化されている。また、該巻返し部２５
Ａを形成する繊維材料２６はその下層側で中間段
部２２Ｃの凹部２２C₂側を埋めるように、該凹
部２２C₂の外周側に巻回されている。上記ピン
２４に繊維材料２６を前述のように巻回した後、
該ピン２４は繊維材料２６を積層した厚さ（例え
ば、２mmないし５mm）より突出した部分をカツト
する。

ここで、前記繊維材料２６は炭素繊維、ガラス
繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、または炭化
ケイ素繊維等が用いられ、該繊維材料２６に含浸
させる樹脂には熱硬化性と接着性を有するエポキ
シ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等が
用いられる。なお、内筒２１の素材についても同
様のものを用いればよい。また、内筒２１の軸方
向端側にはロツドカバー（図示せず）等が設けら
れ、このロツドカバーにも繊維材料２６を引掛け
て巻かえすために各ピン２４と同様のものが設け
られている。そして、樹脂を含浸させた糸状の繊
維材料２６からなる外筒２５は内筒２１の軸方向
両端側に設けたロツドカバーおよびカバー２２の
中間段部２２Ｃ外周面等と内筒２１の外周面とを
覆い、これらを強固に一体化するようになつてい
る。

さらに、２７はバツクアツプリング２８と共に
カバー２２の環状溝２２B₁内に装着されたＯリ
ングを示し、該各Ｏリング２７はカバー２２の小
径部２２Ｂを内筒２１の軸方向端部内に嵌合する
に先立つて、環状溝２２B₁内にバツクアツプリ
ング２８と共に装着される。そして、該Ｏリング
２７は内筒２１の軸方向端部内周面とカバー２２
の小径部２２Ｂ外周面との間をシールし、当該チ
ユーブ内の圧油が外部に漏洩するのを防止するよ
うになつている。また、バツクアツプリング２８
は薄板状のリング等によつて形成され、カバー２
２の小径部２２Ｂを内筒２１内に嵌合するときに
Ｏリング２７が環状溝２２B₁からはみ出したり
するのを防止するようになつている。

本実施例による油圧シリンダ用チユーブは上述
の如き構成を有するもので、次にその製造方法に
ついて説明する。

まず、当該チユーブの内径に対応する外径を有
し、外周面が所定の表面精度をもつて仕上られた
マンドレル等の型材（図示せず）を用意し、内筒
２１を形成すべく、この型材の外周面に引張力を
かけながら、樹脂を含浸させた糸状の繊維材料を
フイラメントワインデイング法を用いて一定の巻
角で所定の厚さになるまで交差巻付けする。この
場合、繊維材料の巻角を中心軸Ｏ−Ｏに対して90
度に近い、例えば40〜85度程度の巻角とすること
により、当該チユーブの内圧に対する耐圧性能を
大幅に高めることができる。そして、この状態で
硬化炉（図示せず）内に入れて、繊維材料に含浸
させた樹脂を熱硬化させ、前記型材を引抜いて内
筒２１を成形する。なお、この状態で該内筒２１
の外周面に適宜に機械加工等を施すと共に、紙や
すり等で表面を荒くして、外筒２５の接着性を高
めると共に、熱ひずみ等を除去するようにしても
よい。

次に、各ピン２４が植設された状態のロツドカ
バーおよびカバー２２を内筒２１の軸方向両端側
に第１図中に例示するように嵌合し、接着剤等で
固着するようにする。

次に、この接着剤が完全に硬化した段階で、内
筒２１の両端側に位置するカバー２２等の外周面
及び該内筒２１の外周面に亘つて、樹脂を含浸さ
せた糸状の繊維材料２６をフイラメントワインデ
イング法等の手段を用いて所定の巻角θで巻回
し、外筒２５を形成する。このとき、前記繊維材
料２６を内筒２１の外周面を介して両端側のカバ
ー２２等の外周面側へと所定の張力をもつて伸長
させつつ、各ピン２４の突出側に引掛けて再び内
筒２１の外周面側へと巻返すようにし（第２図，
第３図参照）、カバー２２およびロツドカバーを
内筒２１に対して強固に一体化するようにする。
また、繊維材料２６の巻角θを中心軸Ｏ−Ｏに対
して零度の近い、例えばθ＝５〜30度とすること
により、曲げ強度や引張り強度等を大幅に高める
ことができる。

そして、内筒２１およびカバー２２等の外周面
側に所定の厚さをもつた外筒２５を形成した段階
で、これらを硬化炉内に入れ、繊維材料２６に含
浸させた樹脂を熱硬化させる。かくして、当該チ
ユーブは所定の内径および外径をもつて成形され
るが、外筒２５の外周面にグラインダ等の機械加
工を施せば、当該チユーブの外周面をさらになめ
らかに仕上げることができる。

而して、本実施例によれば、内筒２１およびカ
バー２２等の外周面側に、樹脂を含浸させた糸状
の繊維材料２６を巻回して外筒２５を形成すると
きに、該繊維材料２６を各ピン２４の突出側に引
掛けて巻返すようにしたから、繊維材料２６を規
則的にスムーズに巻付けできる上に、該繊維材料
２６がもつ強度を十分に活かすことができ、内筒
２１とカバー２２等とを外筒２５によつて強固に
一体化でき、カバー２２等が外筒２５等から抜け
たりするのを確実に防止することができ、同時に
確実な廻止めも行うことができる。そして、当該
チユーブの強度を事前に計算しておくことが可能
となる。

また、前記繊維材料２６を従来技術のように途
中で切断したりすることがなく、該繊維材料２６
がもつ強度を十分に活かすことができるから、耐
疲労性や耐衝撃性等を大幅に高めることができ、
信頼性の高い軽量な油圧シリンダ用チユーブを得
ることができる。また、耐圧性能や曲げ強度等を
高めることができ、当該チユーブ全体の肉厚を薄
肉化することが可能となる。

さらに、内筒２１とカバー２２等とをそれぞれ
異なる材料によつて形成できるから、適宜な材料
を選択することが可能となり、例えば強度の要求
される内筒２１には繊維強化樹脂材料を、給排口
２２Ｅの部分等に高い硬度が要求されるカバー２
２等には炭素鋼等を使用でき、限界設計が可能と
なる等、種々の効果を奏することができる。

次に、第４図ないし第７図は本発明の第２の実
施例を示し、本実施例では前記第１の実施例と同
一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を
省略するものとする。

然るに、本実施例の特徴は、カバー３１の中間
段部３１Ｃに環状の凸部３１C₁と凹部３１C₂と
の間に位置して環状の取付溝３１C₃を周設し、
該取付溝３１C₃に２分割の引掛け部材３２，３
２を径方向から嵌合させて固定するようにしたこ
とにある。

ここで、カバー３１は取付溝３１C₃を除いて
前記第１の実施例で述べたカバー２２と同様に形
成され、大径部３１Ａ、小径部３１Ｂ、中間段部
３１Ｃ、有底穴３１Ｄおよび油液の給排口３１Ｅ
からなり、小径部３１Ｂには環状溝３１B₁が、
中間段部３１Ｃには凸部３１C₁と凹部３１C₂が
設けられている。また、２分割の各引掛け部材３
２は第６図中に示す如く、カバー３１の取付溝３
１C₃内に嵌合すべくそれぞれ半円形のリング状
に形成され、その外周面が凹部３１C₂の外周面
とほぼ同一面上に配置されるようになつた嵌合部
３２Ａと、該嵌合部３２Ａの外周側から径方向に
突設され、周方向にそれぞれ所定間隔をもつて形
成された引掛け部としての突起３２Ｂ，３２Ｂ，
…とからなり、該各突起３２Ｂの横断面形状は第
７図に示す如く正方形または長方形状に形成され
ている。

そして、該各引掛け部材３２は嵌合部３２Ａが
それぞれ径方向から取付溝３１C₃内に嵌合され、
適宜に接着剤等を用いて固着される。このとき、
各嵌合部３２Ａは取付溝３１C₃を単一のリング
の如く取囲むようになり、各突起３２Ｂは前記第
１の実施例と同様に凸部３１C₁の外周面から径
方向に、例えば15〜25mm程度突出させ、繊維材料
２６を巻回した後に積層した厚さで切り取る。な
お、該各引掛け部材３２は鋳物またはプレス等を
用いれば簡単に成形できるものである。また、各
突起３２Ｂは前記第１の実施例で述べた各ピン２
４と同様に４〜10mm程度の間隔で設ければよい。

さらに、３３は樹脂を含浸させた繊維材料２６
を内筒２１およびカバー３１の中間段部３１Ｃ外
周面等に巻回することによつて形成された外筒を
示し、該外筒３３は第１の実施例で述べた外筒２
５とほぼ同様に形成され、その軸方向両端側には
各引掛け部材３２の各突起３２Ｂ等に繊維材料２
６を引掛けて巻返すことにより形成された巻返し
部３３Ａ（一方のみ図示）が設けられている。

かくして、このように構成される本実施例で
も、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得
ることができるが、特に本実施例では、各引掛け
部材３２に多数の突起３２Ｂを一体成形したか
ら、各引掛け部材３２をカバー３１の取付溝３１
C₃に固定するだけで、多数の各突起３２Ｂを同
時にカバー３１に取付けることができ、作業性を
大幅に向上させることができる。

なお、前記第２の実施例では、各引掛け部材３
２の各突起３２Ｂを正方形または長方形状の横断
面形状をもつて形成するものとして述べたが、各
突起３２Ｂの横断面形状はこれに限定されず、例
えば第８図に示す変形例の如く円形状に形成して
もよい。

また、前記各実施例では、引掛け部としてのピ
ン２４または引掛け部材３２の突起３２Ｂをカバ
ー２２または３１と別体に形成するものとして述
べたが、これに替えて、カバー２２，３１に引掛
け部を一体形成してもよいことは勿論である。

さらに、前記各実施例では、内筒２１および外
筒２５，３３をフイラメントワインデイング法等
の手段を用いて形成するものとしたが、これに替
えて、これらをテープワインデイング法、ハンド
レイアツプ法等の手段を用いて形成してもよい。
また、内筒２１については、例えばステンレス鋼
等の鉄系材料またはアルミニウム等の非鉄系材料
等からなるパイプ材によつて形成してもよく、或
いは短繊維で強化した樹脂材料等によつて形成し
てもよい。

また、前記各実施例では、油圧シリンダ用のチ
ユーブを例に挙げて説明しが、本発明はこれに限
定されず、例えば空圧シリンダ用のチユーブ、液
化ガスまたは圧縮ガス用容器、或いはピストン
型、ブラダ型アキユムレータ等、種々の圧力容器
に適用できるものである。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本発明によれば、内筒の軸
方向端部に嵌合したカバーの外周側に複数個の引
掛け部を設け、樹脂を含浸させた繊維材料を該各
引掛け部に引掛けて巻返しつつ前記内筒の外周面
等に巻回することにより、外筒を形成したから、
繊維材料を内筒の外周面等にスムーズに巻回で
き、外筒を効率的に形成できる上に、繊維材料の
強度を十分に活かして、外筒および内筒にカバー
を強固に一体化することができ、耐圧性能等を大
幅に高めることができる。そして、当該圧力容器
の耐疲労性や耐衝撃性等を大幅に高めることがで
き、信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１の実施例を
示し、第１図は油圧シリンダ用チユーブの要部縦
断面図、第２図は第１図の外観説明図、第３図は
第２図中の−矢示方向拡大断面図、第４図な
いし第７図は第２の実施例を示し、第４図はチユ
ーブの要部縦断面図、第５図はカバーを示す半断
面図、第６図は引掛け部材の正面図、第７図は第
６図中の−矢示方向断面図、第８図は突起の
変形例を示す第７図と同様の断面図、第９図は従
来技術を示すチユーブの要部縦断面図、第１０図
は他の従来技術を示すチユーブの要部縦断面図で
ある。 ２１…内筒、２２，３１…カバー、２２Ａ，３
１Ａ…大径部、２２Ｂ，３１Ｂ…小径部、２２
Ｃ，３１Ｃ…中間段部、２３…小孔、２４…ピン
（引掛け部）、２５，３３…外筒、２５Ａ，３３Ａ
…巻返し部、２６…繊維材料、３２…引掛け部
材、３２Ｂ…突起。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内筒と、該内筒の軸方向端部に嵌合され、該
   内筒の軸方向端部を閉塞したカバーと、該カバー
   の外周側に複数個設けられ、繊維材料を引掛けて
   案内する引掛け部と、樹脂を含浸させた繊維材料
   を前記内筒の外周面から前記カバーの外周面に亘
   り、該各引掛け部に引掛けて巻返しつつ、巻回す
   ることにより形成された外筒とから構成してなる
   複合材料製圧力容器。 ２ 前記カバーは、大径部および小径部と、該大
   径部、小径部間に位置する中間段部とを有し、該
   中間段部には前記引掛け部を設け、前記小径部を
   内筒の軸方向端部に嵌合してなる特許請求の範囲
   １項記載の複合材料製圧力容器。