JPH10119138A - フィラメントワインディング製圧力容器の製造方法 - Google Patents

フィラメントワインディング製圧力容器の製造方法

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JPH10119138A
JPH10119138A JP8278065A JP27806596A JPH10119138A JP H10119138 A JPH10119138 A JP H10119138A JP 8278065 A JP8278065 A JP 8278065A JP 27806596 A JP27806596 A JP 27806596A JP H10119138 A JPH10119138 A JP H10119138A
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JP
Japan
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winding
dome
fiber
cylindrical portion
diameter
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Withdrawn
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JP8278065A
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English (en)
Inventor
Hisashi Sekimoto
恒 関本
Mamoru Okamoto
護 岡本
Kazuhiro Goto
和宏 後藤
Shigehiro Takeda
茂弘 竹田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 最少の繊維使用量で圧力容器を製造すること
ができる製造方法を実現する。 【解決手段】 まず、圧力容器の中央部である円筒部3
について円周巻きを施し、次に、一端部である第1のド
ーム部1aについて繊維角度α0 のヘリカル巻き5、円
筒部3についてインプレーン巻き6、他端部である第2
のドーム部1bについて繊維角度β0 のヘリカル巻き7
を行う組合せ巻きを施し、次に、第1のドーム部1aと
円筒部3と第2のドーム部1bの一部について繊維角度
α0 のヘリカル巻き8を施し、最後に、円筒部3につい
て円周巻きを施して圧力容器を製造するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロケットモータケ
ース等軽量化が重要視される製品に適用されるフィラメ
ントワインディング製圧力容器の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】フィラメントワインディング(以下、F
Wという)とは、中空容器やパイプなどの製造に適用さ
れるものであり、樹脂を含浸させた連続繊維をマンドレ
ル(型材)に巻き付け、次いで樹脂を硬化させた後にマ
ンドレルを取り外して中空容器やパイプなどを製造する
方法であって、この方法により軽量で強度の高い製品を
得ることができる。
【0003】この方法は、任意の凸面形状の容器を製造
することができ、しかも、繊維の巻き付け角度(以下、
繊維角度とする)を変えることにより、得られる製品の
強度を調整できるという利点がある。このFWにおける
通常の繊維の巻き付け方としては、図3に示すようにヘ
リカル(螺旋)巻き、インプレーン(平面)巻き、円周
巻きの3種類の巻き付け方がある。
【0004】ヘリカル巻きは、パイプを製造する場合に
用いる通常の巻き方であり、図3(a)に示すように回
転するマンドレル10の中心軸に平行に往復移動する糸
口から出る繊維を巻き付けるものである。繊維は円筒部
3では螺旋の軌跡を示し、両端のドーム1a,1bで口
金部2a,2bに接して巻かれる。
【0005】インプレーン巻きは、球形のように比較的
長さの短い容器の製作に適した巻き方であり、マンドレ
ル10の中心軸を微速度で回転させておき、図3(b)
に示すように両端のドーム部1a,1bの口金部2a,
2bに接するように容器の中心軸に対して傾斜した平面
内でマンドレル10上に繊維を巻き付けるものである。
【0006】円周巻きは、図(c)に示すようにヘリカ
ル巻きと同様であるが、糸口のマンドレル軸方向の往復
移動の速度を極めて小さくすることにより実現すること
ができるものである。
【0007】従来の両端に口径の異なる開口部(口金の
接合部)を有するドーム付き円筒形状の圧力容器の製造
においては、ヘリカル巻きとインプレーン巻きとが用い
られていた。このうちヘリカル巻きは、ドーム形状を等
張力曲面とすれば繊維張力が一定となり、所定の内圧に
対し、理論的にドーム部は最少の繊維で製作することが
できる。
【0008】しかし、これは、両端のドーム部の開口部
の口径が同径の場合に限定されるとともに、円筒部の繊
維角度は一般的に内圧に対する理想的繊維角度とはなら
ないため、円周巻き補強をすることが多かった。
【0009】一方、インプレーン巻きは、両端の開口部
の口径が異なる場合にも適用することができ、一般に用
いられるが、ドーム部の繊維張力を一様とはなし得ず、
また、一般に円筒部の円周方向強度が不足するため、円
周巻きを追加する必要があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のフィラメントワ
インディング製圧力容器の製造においては、圧力容器の
両端の開口部の口径が異なるため、一般に前記のように
インプレーン巻きで製作されるが次の理由等により、圧
力容器の全体の重量が増加するという課題があった。
【0011】(1)ドーム部での繊維張力が一定となら
ないため、繊維量は理想状態に比べ過剰になる。
【0012】(2)ドーム部の円筒部近傍における繊維
の交差角度が小さいため、内圧による円周方向応力に対
抗しうるものとするためには、軸方向応力に対抗する繊
維が過剰になる。
【0013】(3)円筒部においても、同様の理由によ
り多量の繊維による円周補強巻きを必要とする。本発明
は上記の課題を解決しようとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係るフィラメントワインディング製圧力容器の製造方法
は、直径aの円筒部が中央に、直径d1 の大口径口金部
を有する第1のドーム部が一端に、直径d2 の小口径口
金部を有する第2のドーム部が他端に設けられて形成さ
れる圧力容器において、まず、円筒部について円周巻き
を施し、次に、第1のドーム部について繊維角度α
0 (α0 =sin-11 /a)のヘリカル巻き、円筒部
についてインプレーン巻き、第2のドーム部について繊
維角度β0 (β0 =sin-12 /a)のヘリカル巻き
を行う組合せ巻きを施し、次に、第1のドーム部、円筒
部及び第2のドーム部の赤道面から第1のドーム部の開
口部の直径と同じ直径の位置までについて繊維角度α0
のヘリカル巻きを施し、最後に、円筒部について円周巻
きを施して圧力容器を製造することを特徴としている。
【0015】上記においては、まず、円筒部について円
周巻きを施すため、次に行う組合せ巻きで円筒部につい
て行うインプレーン巻きにおける繊維のすべりを防止す
ることができる。
【0016】円周巻きの上に行う組合せ巻きでは、それ
ぞれのドーム部については、最適な繊維角度α0 ,β0
でヘリカル巻きが行われるため、繊維張力が一定の等張
力曲面を形成することができ、また、円筒部については
インプレーン巻きを行うため、繊維角度をα0 からβ0
へ徐々に変化させることができる。
【0017】上記組合せ巻きにおいては、第2のドーム
部に比べて第1のドーム部は繊維量が不足するが、組合
せ巻きの上に繊維角度がα0 のヘリカル巻きが施される
ため、上記第1のドーム部における繊維量の不足分を補
うことができる。
【0018】上記繊維角度α0 のヘリカル巻きの上に
は、円筒部について円周巻きが行われるため、インプレ
ーン巻きからヘリカル巻きへの移行域での繊維のすべり
を防止することができ、また、円周方向の強度不足を補
うことができる。
【0019】上記により、それぞれのドーム部と円筒部
を最少の繊維使用量で形成することが可能となったた
め、ワインディング時間の短縮が可能となり、重量の軽
減と経済性の向上と工期の短縮が可能な圧力容器の製造
方法を実現する。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係るフィ
ラメントワインディング製圧力容器の製造方法につい
て、図1及び図2により説明する。
【0021】図1及び図2に示す本実施形態に係る圧力
容器の製造方法においては、上層の繊維の巻き付け時に
すべりが発生しないように、まず、円筒部3について円
筒巻きを施す。
【0022】次に、図2(a)に示すように大口径側ド
ーム部1aについては口金部2aとの接合部である開口
部から赤道面4aまでは繊維角度がα0 のヘリカル巻き
5を行い、円筒部3については大口径側は繊維角度がα
0 となり小口径側は繊維角度がβ0 となるインプレーン
巻き6を行い、小口径側ドーム部1bについては口金部
2bとの接合部である開口部から赤道面4bまでは角度
β0 のヘリカル巻き7を行う組合せ巻きを施す。
【0023】次に、図2(b)に示すように大口径側ド
ーム部1aの開口部から、円筒部3を通して大口径側ド
ーム部1aの開口部の直径と同じ小口径側ドーム部1b
の直径の位置11までについて繊維角度α0 のヘリカル
巻きを施し、最後に、円筒部3について円周巻きを施
す。
【0024】上記において、組合せ巻きにおけるヘリカ
ル巻き5,7の繊維角度α0 ,β0は、それぞれドーム
部1a,1bの口金部2a,2bとの接合部の直径をd
1 ,d2 とし、円筒部3の直径をaとした場合に次式に
より示されるものである。
【0025】α0 =sin-1(d1 /a) β0 =sin-1(d2 /a) 上式より得られるα0 ,β0 は最適な繊維角度のため、
圧力容器を形成するそれぞれのドーム部1a,1bにつ
いて繊維張力が一定の等張力曲面を形成することができ
る。
【0026】また、ドーム部1a,1bの間に設けられ
る円筒部3については、インプレーン巻き6により形成
されているため、繊維角度をα0 からβ0 へ徐々に変化
させることができる。
【0027】上記組合せ巻きの場合、大口径側ドーム部
1aについては、α0 がβ0 より大きいため、小口径側
ドーム部1bに比べて繊維量が不足する。そこで、上記
組合せ巻きの上に更に繊維角度がα0 のヘリカル巻き8
を施し、繊維量の不足を補っている。
【0028】上記繊維角度がα0 のヘリカル巻き8が施
された円筒部3には、円筒巻きが施されているが、これ
によりインプレーン巻き6からヘリカル巻き8への移行
域での繊維のすべりを防止するとともに、円周方向の強
度不足を補っている。
【0029】上記により、それぞれのドーム部と円筒部
を最少の繊維使用量で形成することが可能となり、高価
な繊維の使用量を低減し、ワインディング時間が短縮
し、重量の軽減と経済性の向上が可能な圧力容器の製造
方法を実現した。
【0030】
【発明の効果】本発明のフィラメントワインディング製
圧力容器の製造方法においては、まず、圧力容器の中央
部である円筒部について円周巻きを施し、次に、一端部
である第1のドーム部について繊維角度α0 のヘリカル
巻き、円筒部についてインプレーン巻き、他端部である
第2のドーム部について繊維角度β0 のヘリカル巻きを
行う組合せ巻きを施し、次に、第1のドーム部と円筒部
と第2のドーム部の一部について繊維角度α0 のヘリカ
ル巻きを施し、最後に、円筒部について円周巻きを施し
て圧力容器を製造するものとしたことによって、それぞ
れのドーム部と円筒部を最少の繊維使用量で形成するこ
とが可能となったため、ワインディング時間の短縮が可
能となり、重量の軽減と経済性の向上と工期の短縮が可
能な圧力容器の製造方法を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る製造方法における
フィラメントワインディングの手順の説明図である。
【図2】上記一実施形態に係る製造方法の説明図で、
(a)は組合せ巻き、(b)はヘリカル巻き(α0 )の
説明図である。
【図3】フィラメントワインディングの説明図で、
(a)はヘリカル巻き、(b)はインプレーン巻き、
(c)は円周巻きの説明図である。
【符号の説明】 1a,1b ドーム部 2a,2b 口金部 3 円筒部 4a,4b 赤道面 5 ヘリカル巻き(α0 ) 6 インプレーン巻き 7 ヘリカル巻き(β0 ) 8 ヘリカル巻き(α0
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹田 茂弘 神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直径aの円筒部が中央に、直径d1 の大
    口径口金部を有する第1のドーム部が一端に、直径d2
    の小口径口金部を有する第2のドーム部が他端に設けら
    れて形成される圧力容器において、まず、円筒部につい
    て円周巻きを施し、次に、第1のドーム部について繊維
    角度α0 (α0 =sin-11 /a)のヘリカル巻き、
    円筒部についてインプレーン巻き、第2のドーム部につ
    いて繊維角度β0 (β0 =sin-12 /a)のヘリカ
    ル巻きを行う組合せ巻きを施し、次に、第1のドーム
    部、円筒部及び第2のドーム部の赤道面から第1のドー
    ム部の開口部の直径と同じ直径の位置までについて繊維
    角度α0 のヘリカル巻きを施し、最後に、円筒部につい
    て円周巻きを施して圧力容器を製造することを特徴とす
    るフィラメントワインディング製圧力容器の製造方法。
JP8278065A 1996-10-21 1996-10-21 フィラメントワインディング製圧力容器の製造方法 Withdrawn JPH10119138A (ja)

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