JP2004167555A

JP2004167555A - 密閉容器の製造方法

Info

Publication number: JP2004167555A
Application number: JP2002336831A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fuda; 雅裕布田; Hiroshi Kanai; 洋金井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】密閉容器を接着接合によって製造する際に、その信頼性と効率とを高められる製造方法を提供する。
【解決手段】密閉容器を製造するための材料を接着剤によって貼り合わせた後、接着剤が完全に硬化する前に該容器の内部を減圧することを特徴とする密閉容器の製造方法である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家電用、建材用、自動車用、食品用などに用いられる、密閉容器を接着剤を用いて製造する際に、効率よく高い信頼性で密閉性を得ることのできる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉容器は、ボイラー、真空容器、高圧容器、貯蔵タンク等、工業的に多くの用途に用いられている。密閉容器を製造するための材料としては、金属、プラスチック、フィルム等の材料が用いられ、容器を構成する材料を接合する必要がある場合が多いが、その接合は密閉性を確保するために信頼性の高い方法である必要があり、従来、材料を溶解してから溶解部を接合するいわゆる溶接が多用されてきた。しかし、近年、接着による接合もその信頼性が高いことが実証され、例えば、特許文献１に開示されているように、プラスチック中空体を製造する際に２個の半製品を互いに接着して接合した実用例が出てきている。
【０００３】
しかし、接着は、施工時の信頼性を確認する方法がなく、信頼性を向上するための工夫がなされている。例えば、飛行機の機体の製造にも接着が多用されているが、この場合には、作業時に作業員の他に検査員が材料や作業を念入りにチェックするとともに監視し、施工時の不具合が起こらないようにしている。しかし、飛行機のように１機当たりの付加価値が高い場合には、コストをかけて信頼性を確保することができるが、一般的な工業製品の場合にはこのようなコストをかけることができず、信頼性を確保する手段の確立が望まれている。
【０００４】
また、身近な例として、エアゾール缶等の内圧缶において接着技術が応用されている。例えば、特許文献２には、接着とかしめを行った後、加熱して金属製容器を製造する方法、特許文献３には、接着、かしめを行う際の接着部の形状を工夫して容器を製造する方法、さらに、特許文献４には、接着した後、内部を加圧して圧力容器を製造する方法等、さまざまな工夫をこらした手法が開示されている。
【０００５】
しかし、特許文献２の手法では、接着面に不具合があった場合の信頼性に乏しく、また、特許文献３のように接着部の形状を工夫した場合においても、完全に接着の不具合部が抑制できないことが懸念されるとともに、容器の形状に制約を受けること、また、特許文献４のように内圧を加える手法では、上下の成形品の接着面が広がる方向に作用し、かつ、中の物質が外に抜け出す方向に作用するため、この場合も接着面の不具合の影響を受けやすく、それぞれ信頼性に課題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３８６０８９号公報
【特許文献２】
特開昭５５−１１８９８２号公報
【特許文献３】
特開平１−１４３７３３号公報
【特許文献４】
特開平１−１８０７３１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、密閉容器を接着接合によって製造する際に、その信頼性と効率とを高められる製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解決するために、鋭意検討を加えた結果、以下に述べる手法を用いることにより、解決できることを見出し、完成したものである。
（１）密閉容器を製造するための材料を接着剤によって貼り合わせた後、接着剤が完全に硬化する前に該容器の内部を減圧することを特徴とする密閉容器の製造方法。
（２）密閉容器が金属材料で構成されることを特徴とする（１）に記載の密閉容器の製造方法。
（３）密閉容器を構成する材料にあらかじめ塗装が施されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の密閉容器の製造方法。
（４）密閉容器を構成する材料に、常温では接着性を発揮せずに、加温することで接着性を発揮する接着剤が予め塗布されており、接着すべき部位どうしを合わせた後に、その部位または容器全体を加熱することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の密閉容器の製造方法。
（５）さらに、接着以外の接合方法を併用することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の密閉容器の製造方法。
（６）接着以外の接合方法が機械的な接合であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の密閉容器の製造方法。
（７）（１）〜（６）のいずれかに記載の方法で製造された密閉容器。
（８）前記密閉容器が燃料用のタンクである（７）に記載の密閉容器。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で密閉容器とは、内部に入れられる物質（内容物）が容器の外部に漏れない構造となっている容器のことである。もちろん、この容器の内容物を意識的に外部に流出させたり、あるいは外部からこの容器中に何かを入れたい場合に、それを妨げない構造であって良い。
【００１０】
密閉容器を構成する材料は、特に限定されるものではなく、金属、樹脂、セラミック等の公知の材料を使用することができる。これらの材料は、予め、該容器を構成するのに適当な形状に加工される。加工の方法は、金属の場合には切断、プレス成形、曲げ、鋳型への流し込み等の方法があり、樹脂の場合には鋳型への流し込み、熱間での曲げや成形、フィルムへの成形等の方法があり、セラミックの場合には予め必要な形状に造り込む等の方法がある。密閉容器なので、その材料としては金属材料が最も望ましい。樹脂の場合には、樹脂の継ぎ目ではなく、樹脂自体を内部の気体や液体等の内容物が透過する場合があり、また、セラミックは柔軟性に欠けるため、少しの衝撃等で破壊される恐れがあるからである。また、後述の減圧工程でも、樹脂の場合には強度が不足して、樹脂が塑性変形してしまう恐れがある。
【００１１】
このように密閉容器を構成する材料が準備できたら、次いでこれらを接着するための前処理を行うことができる。前処理は、公知の方法によることができ、例えば、接着面を清浄にするための洗浄、脱脂、薬剤処理等や、接着面に何らかの接着前処理層を形成する等の方法がある。
【００１２】
次いで、接着剤を塗布する工程があり、公知の方法で接着層を該材料の必要な部分あるいは全体に形成する。接着剤を公知の方法、例えば、刷毛、ロール、スプレー等の方法で、該材料の表面に塗布する。あるいは、接着剤は、該容器を構成する材料に予め塗布されていても良い。この場合には、接着剤が常温では接着性を発揮せず、何らかの刺激、例えば、加熱によって接着性を発揮するものであることが望ましい。これは、接着剤が常温で接着性を発揮するものであると、該容器を製造するための接着を行う前に、他の部分が接着されてしまったり、他の物質が該容器用材料の表面に付着してしまったり、該材料の保管時に該材料同士が接着されてしまったりといった不都合が発生することがあるためである。予め容器を構成する材料に接着剤が塗布されていると、改めて接着剤を塗布する工程が不要となるばかりでなく、例えば、平板の状態で接着剤が事前に塗布されていれば、接着剤の塗布の均一性がより向上し、接着の信頼性が高まるメリットがあり、特に望ましい。この平板状の材料をプレス等の成形によって、容器を構成するにふさわしい形状に加工すれば良く、この場合には、材料が金属材料である場合に、成形性に優れ、接着面を保持する点でも特に望ましい。
【００１３】
接着剤は、公知のものを使用することができ、１液型、２液型、ホットメルト型等多くの種類が知られており、接着性を発揮させるために必要な成分としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、シアヌレート樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等の公知の樹脂や、無機系のバインダー成分等がある。接着剤層の厚みは限定されるものではないが、密閉容器の密閉性についての信頼性を向上するためには、望ましくは１μｍ以上で１０ｍｍ以下であることが望ましい。１μｍ未満では、接着性の信頼性が劣り、１０ｍｍ超の場合には経済性に劣る。
【００１４】
接着剤を塗布された密閉容器を構成する材料は、容器となるように材料がセットされ、貼り合わされる。本発明のポイントは、この貼り合わせ工程の後、接着剤層が完全に乾燥・硬化する前に、容器の一部に設置した孔から、容器内部を減圧にすることにある。この減圧の効果は、（１）接着される材料同士をより強固に引き合うようにすることで、接着をより強固にする、（２）仮に接着剤の塗布が不十分な部位が存在していても材料同士がより強固に引き合うようのすることで、塗布の不均一性を是正する、（３）減圧の状況をモニターすることで、仮に密閉不足の部位があった場合には密閉不足の部分が存在することを検知することができる、等という点にある。つまり、本発明によれば、接着による密閉部分の信頼性の向上と、密閉不足の有無の検査が同時に行える。さらに、従来は、容器の接合のために、図１に示すような「のりしろ」に相当するフランジを形成することが行われていたが、本発明によれば、図２のようなフランジの無い「のりしろ」の構造でも、減圧によって接着部分の圧着が容易に行え、接着信頼性を向上することができる。
【００１５】
容器内部を減圧する方法は、公知の方法によることができる。最も簡便には、容器の一部に設置した孔から真空ポンプで内部の気体を吸引する方法である。容器の構成材料を接着する際に、これらの材料を加熱しておくか、あるいは雰囲気温度を高くしておき、接着後に温度を冷やして容器内部を減圧にすることもできる。あらかじめ容器に、容器内部と容器外部との間で気体や液体を移動させるための孔、管等を接合した後でこれらの孔や管のひとつあるいは複数を用いて容器内部を減圧にしてもよい。望ましくは、真空ポンプ等、容器内部の減圧の状況をモニターできる方法で減圧にすることが望ましい。この場合、特に容器の密閉性に問題がある場合に検知しやすい。容器内部を減圧にするとともに、容器全体を水等に沈めて外部から加圧する方法を併用してもよい。また、真空ポンプを稼働させてから容器を構成する材料を張り合わせる等、接着剤が硬化する前に容器内部が減圧にされることが守られれば、その順序は問わない。減圧の程度は、使用される接着剤の粘度、容器の形状、容器の材料によって適宜選択されればよい。なお、好ましくは、減圧される圧力値で表記すると、−０．０９８〜−３９．２Ｎ／ｃｍ^２の範囲の減圧度である。−０．０９８Ｎ／ｃｍ^２より大きい減圧度では、減圧の効果が十分ではなく、一方、−３９．２Ｎ／ｃｍ^２より大きい減圧度では、接着剤の粘度が減圧時に低い場合に、接着剤が容器の内部に漏れてしまい、接着に必要な接着剤が接合部に不足してしまう懸念がある。また、容器の材料や形状が高い減圧度にふさわしくない場合には、減圧のし過ぎによって容器が破損する恐れがある。
【００１６】
この減圧の工程の後に、あるいは、その減圧工程の間に、接着剤は硬化される。硬化を促進するために、接着部分、あるいは容器全体が加熱されてもよい。特に、減圧工程の最中に、加熱も同時に行って接着剤を硬化させると、接着の信頼性は高くなる。また、減圧のままにして加熱せずに、接着剤の硬化を待っても良い。もちろん、減圧工程と加熱工程とを分離しても良いが、この場合には、接着剤がこの減圧工程の後に一定の粘度以上となって、減圧によって得られた接着性を維持できるものであることが望ましい。
【００１７】
密閉容器は、その用途にもよるが、その外面に何らかの薬剤を塗布して美観を保持したり、腐食を防止したりされるケースが多い。これらの塗布工程を省略する意味で、容器を構成する材料に予め塗装がなされていると都合が良い。これらの塗装は、該材料の片面あるいは両面に形成することができる。この塗装が、接着のための前処理を兼ねていても良い。容器を構成する材料が金属材料である場合には、材料を平板の状態で均一に塗装した後、容器を構成するのに都合の良いように成形することができるため、特に好ましい。
【００１８】
接合方法として、接着と他の方法を併用しても良い。他の接合方法としては、例えば、かしめ、巻き締め、リベットやビスによる接合等の機械的な接合、スポット溶接、シーム溶接、アーク溶接、レーザー溶接等の溶接や溶着による方法等がある。複数の接合方法を併用する場合には、その順序は特に限定されるものではないが、接着剤の塗布性を考慮すると、接着剤の塗布工程が最初にあることが合理的である場合が多い。例えば、接着による貼り合わせ直後に、機械的な接合や溶接による接合を行って接着部分を仮止めし、この後減圧工程に入る方法、接着剤を塗布した後に巻き締めし、減圧する方法等がある。接着と他の方法を併用することにより、接着剤が硬化する前の仮止めを容易に行うことができ、また、接着の信頼性を高めることができる。また、ひとつの接合による部分が劣化した際に、他の接合によって容器が一気に破壊するようなことを防止する意味でも併用するメリットは大きい。
【００１９】
自動車のガソリンタンクのように、容器の破損や密閉構造の破壊が大きな事故に繋がるようなケースでは、これまで接合の信頼性の問題から溶接による接合が主に行われてきたが、本発明の方法によれば、接着の信頼性を格段に高めることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって説明する。
【００２１】
（実施例１）
板厚０．８ｍｍのＳｎ−８％Ｚｎめっき鋼板（めっき付着量片面当たり３０ｇ／ｍ^２）を成形し、上側と下側を合わせる形のガソリン用燃料タンクの形状に整えた。この際、接着接合するためののりしろは、従来のようにフランジを出すタイプではなく、図２のようにフランジを形成せずにのりしろを確保する形状とした。のりしろに相当する部分に、熱硬化型のエポキシ樹脂系接着剤を３０μｍの厚みとなるように塗布し、上側用の成形済み鋼板と下側用の成形済み鋼板とを合わせた後に、予め設けて置いた燃料送液用の管から真空ポンプを用いて−４．９Ｎ／ｃｍ^２に減圧した。減圧しながらタンク全体を１５０℃に加熱し、接着剤の硬化を促進した。ポンプの排気力をモニターし、タンクの接合部からの漏れがないことも同時に確認した。タンクを室温まで冷却後、ガスを吹き込みながらタンク全体を水没させることで密閉性をチェックしたところ、密閉性は問題なく、密閉容器である燃料タンクが完成した。
【００２２】
（実施例２）
実施例１と同じ材料を用いて、図１のようにフランジを形成し、その部分を接合部として巻き締めと接着とを併用する方法に変更した。エポキシ樹脂系接着剤を塗布した後に、巻き締めを行い、その後にタンク内を同様に−１４．７Ｎ／ｃｍ^２に減圧した。減圧しながらタンク全体を１５０℃に加熱し、接着剤の硬化を促進した。ポンプの排気力をモニターし、タンクの接合部からの漏れがないことも同時に確認した。タンクを室温まで冷却後、ガスを吹き込みながらタンク全体を水没させることで密閉性をチェックしたところ、密閉性は問題なく、密閉容器である燃料タンクが完成した。
【００２３】
（実施例３）
エポキシ樹脂が添加された１８０℃以上の加熱で熱硬化するタイプのホットメルト型のポリアミド樹脂系接着剤をあらかじめ乾燥膜厚１５μｍとなるように板厚１．０ｍｍのＺｎ−１２％Ｎｉ合金めっき鋼板に塗布し、１２０℃で乾燥した。この鋼板を成形して、図１に示すような上側と下側を合わせる形のガソリン用の燃料タンクの形状に整えた。接合部は、巻き締めと接着とを併用する方法にし、まず成形した鋼板同士を巻き締めして接合し、予め設けて置いた燃料送液用の管から真空ポンプを用いて−４．９Ｎ／ｃｍ^２に減圧した。減圧しながら接合部を高周波誘導加熱装置で１８０℃まで加熱し、接着剤を熱硬化させた。ポンプの排気力をモニターし、タンクの接合部からの漏れがないことも同時に確認した。タンクを室温まで冷却後、ガスを吹き込みながらタンク全体を水没させることで密閉性をチェックしたところ、密閉性は問題なく、密閉容器である燃料タンクが完成した。
【００２４】
（実施例４）
実施例３で使用した鋼板を用いて、図１に示すような上側と下側を合わせる形のガソリン用の燃料タンクの形状に整えた。接合部は接着、スポット溶接、巻き締めを併用する方法にした。まず、のりしろ部に実施例３と同様に接着剤を塗布後、のりしろ部を４ヶ所スポット溶接して仮止めし、次いで、巻き締めによって上下の鋼板を締結した。この後、実施例２と同様にタンクの内部を−１４．７Ｎ／ｃｍ^２に減圧としながら、締結部を実施例３と同様に１８０℃に加熱した。予め形成してあった接着剤層が、まず溶解し、巻き締め部全体に流動し、巻き締め部が強固に接合された。タンクを室温まで冷却後、ガスを吹き込みながらタンク全体を水没させることで密閉性をチェックしたところ、密閉性は問題なく、密閉容器である燃料タンクが完成した。
【００２５】
（比較例）
実施例１と同様に、板厚０．８ｍｍのＳｎ−８％Ｚｎめっき鋼板（めっき付着量片面当たり３０ｇ／ｍ^２）を成形し、上側と下側を合わせる形のガソリン用燃料タンクの形状に整えた。この際、接着接合するためののりしろは、従来のようにフランジを出すタイプではなく、図２のようにフランジを形成せずに、のりしろを確保する形状とした。のりしろに相当する部分に、熱硬化型のエポキシ樹脂系接着剤を３０μｍの厚みとなるように塗布し、上側用の成形済み鋼板と下側用の成形済み鋼板とを合わせた後に、減圧せずにタンク全体を１５０℃に加熱し、接着剤の硬化を促進した。タンクを室温まで冷却後、ガスを吹き込みながらタンク全体を水没させることで密閉性をチェックしたところ、気泡が発生し漏れが観察された。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、接着によって製造される密閉容器の信頼性を高めることができる。また、不良率を減らし、低コストで密閉容器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】「のりしろ」に相当するフランジを設ける容器の構造。
【図２】フランジ部を設けない容器の構造。

Claims

密閉容器を製造するための材料を接着剤によって貼り合わせた後、接着剤が完全に硬化する前に該容器の内部を減圧することを特徴とする密閉容器の製造方法。
密閉容器が金属材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の密閉容器の製造方法。
密閉容器を構成する材料にあらかじめ塗装が施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉容器の製造方法。
密閉容器を構成する材料に、常温では接着性を発揮せずに、加温することで接着性を発揮する接着剤が予め塗布されており、接着すべき部位どうしを合わせた後に、その部位または容器全体を加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の密閉容器の製造方法。
さらに、接着以外の接合方法を併用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の密閉容器の製造方法。
接着以外の接合方法が機械的な接合であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の密閉容器の製造方法。
請求項１〜６のいずれかに記載の方法で製造された密閉容器。
前記密閉容器が燃料用のタンクである請求項７に記載の密閉容器。