JP2005096406A - 自己修復機能を有する流体封入構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】シーラント層を流体封入構造体に効率よく接着する方法、膨潤液をシーラント層に注入する方法、シーラント層に凸凹ができることを防止する方法、流体封入構造体を延ばして成形するためにシーラント層も延びるようにする方法の提供。
【解決手段】シーラント層Ｐｂを流体封入構造体本体に接着するに際し、熱融着シート、ブチルゴムを用いた。また、シーラント層に膨潤液を入れる構成として、表裏に穴のあいたシーラント層を膨潤液中に入れ、膨潤液に圧力を与えてシーラント層内に膨潤液を強制注入させたり、膨潤液の混入されたシーラント層に圧力を与えることで、均一な厚さのシーラント層を得る構成とした。さらに延び方向に菱形としてジグザグ縫いを行うことで、シーラント層も延びる構造とした。
【選択図】図３

Description

産業上の利用分野

この発明は主として、タイヤ、チューブ、浮き輪、ゴムボート、流体入り救命胴着、ボール、風船、気体封入容器、液体貯蔵タンク、などをはじめとする、気体あるいは液体の封入される容器あるいは袋状物体である流体封入構造体に適用される。

内部に流体あるいは液体の封入される容器および袋状の物体（タイヤ、浮き輪、チューブ、ゴムボート、流体入り救命胴着、ボール、風船などの封入容器）に突起物が刺さると、封入気体・液体が漏れ出す。そこで、封入気体・液体が漏れ出さないように封入容器内部の壁面に粘着シートを巻き、刺さった物体と粘着シートを粘着させて内部の気体・液体の漏れを防止する方法が開発された。しかし、この方法を用いても、刺さった物体が抜けた場合には効果がなく、また刺さった物体が抜けないときでも、封入容器内部の圧力が高いときは内部の気体・液体が漏洩するという欠点があった。
この欠点を解消する方法として、流体封入構造体からの流体漏洩を防止するため、２枚のカバーシート内に吸水性物体をサンドイッチし、２枚のシートを適当な大きさの閉じた格子を作るように縫合し、吸水物体に膨潤液を混入したシーラント層を作り、それを流体封入構造体本体の壁面に接着した流体封入構造体（特願２００３−１９６９３８）が開発された。しかし、この方法を用いる場合、効率よくシーラント層内の吸水ポリマーに膨潤液を混入する方法が必要であり、また、シーラント層に膨潤液を混入した場合に格子の縫い目を境としてカバーが膨らみ、シーラント層に凸凹ができる。そのため、シーラント層を流体封入構造体本体に接着するとき、空気だまりができ、完全な接着が難しくなる。また、膨潤液を格子内に一様に分散させて入れることが難しく、タイヤなどに本発明を適用したときは、膨潤液の不均一配置による回転のアンバランスができるなどの問題点があった。さらに、タイヤなどのように成型時に延ばして所定の形にする場合は、シーラント層も延びる必要があるが、上記発明では延びが無いため、タイヤ製造過程の一環にシーラント層を組み込むことに難点があった。

発明が解決しようとする課題

本発明は上記の欠点を解消するものである。すなわち、前記発明を実用化させて、製品を大量生産するために必要な「膨潤液のシーラント層内への混入」、「吸水ポリマーと膨潤液が一様に配置された一様な厚さの吸水シーラント層の作成」、「吸水シーラント層の流体封入構造体本体への接着」、「流体封入構造体本体とシーラント層がともに延びる性質をもつ吸水シーラント層の作成」等に関する問題を解決し、穴があいても漏れない自己修復型の流体封入構造体を提供するものである。

課題を解決するための手段

この出願の発明は、すでに出願されている「流体漏洩を防止する流体封入構造体とその漏洩防止方法」（特願２００３−１９６９３８）を基本として用いるが、その発明のままでは製造が難しいので、前記の問題点を解決し、実際の製造ができるように構成するものである。すなわち、内外壁を備え、内部の空洞内に液体または気体を封入する流体封入構造体（以下流体封入構造体本体と称する）からの流体漏洩を防止するため、流体封入構造体の壁面に、吸水性物体を覆って壁面との間に担持するカバーを配置し、前記吸水性物体の内部に膨潤用の液体を注入しまたは予め混入して膨潤した吸水性物体を備えた流体封入構造体（以下シーラントを有する流体封入構造体とも称する）において、吸水性物体を２枚以上の柔軟なカバーの間にサンドイッチして、２枚のシートを縫合して吸水性物体を担持し、膨潤液を混入したシーラント層（以下膨潤液混入シーラント層を吸水シーラント層といい、膨潤液の混入されていないシーラント層を単にシーラント層と称する）を作る。この吸水シーラント層と流体封入構造体本体壁面など、接着を必要とする箇所に熱接着性シートを挟み、８０℃〜２５０℃の温度の熱と０．０１〜１０ＭＰａの圧力を与えてシーラント層を流体封入構造体本体に熱接着することを特徴とする流体封入構造体（請求項１）を提供する。具体的に熱接着シートの材料としては、高分子系の熱融着シートとかブチルゴムシートなどが挙げられる。

また、シーラント層を構成するための別な構成として、シーラントを有する流体封入構造体において、流体封入構造体の壁面に互い違いにずれて重ね合わされた２段以上の格子を作り、その格子のなかに吸水性物体を担持することを特徴とする流体封入構造体（請求項２）を与え、製造を考えた具体的な構成として、２枚のカバーシートの間に互い違いにずれて重ね合わされた格子を作り、その格子のなかに吸水性物体を担持するシーラント層（請求項３）を提供する。

また、上記シーラント層のカバーシートと接着を行う流体封入構造体本体とか、カバーの上を覆うシート材などを加硫前のゴムとし、あるいは接着する部分の一方を加硫前のゴム、他方を加硫後のゴムとして、吸水シーラント層を流体封入構造体本体に加硫熱接着することを特徴とする流体封入構造体（請求項４）を提供する。

本発明は、上記において、膨潤液混入吸水ポリマーの入った吸水シーラント層に、圧力を与えて均一の厚みとしたシーラント層を提供する（請求項５）。

また、本発明は、膨潤液を均一に混入するために、膨潤液を入れた容器内に表面に小さな穴を開けたシーラント層をこの容器内の膨潤液に浸し、容器の膨潤液に圧力を与え、その圧力で膨潤液をシーラント層内の吸水ポリマーに混入することを特徴とする吸水シーラント層（請求項６）を提供するものである。

流体封入構造体はその製作時に延ばして所定の型に成形しなければならない場合がある。このときは、吸水シーラント層も延ばす必要がある。その場合は、吸水シーラント層の延び方向に菱形としてジグザグ縫いを行ったシーラント層（請求項７）としたり、請求項３の格子を作る材料およびカバーシートとも常温あるいは熱により延びる材料とした吸水シーラント層（請求項８）とし、このどちらかのシーラント層を流体封入構造体に貼り付け、熱と圧力を与えて吸水シーラント層とともに流体封入構造体本体を延ばして所定の形に成形された流体封入構造体（請求項９）を提供する。

さらに本発明は、粉末の吸水ポリマーそのものに粘着力がないので、吸水シーラント層の縫い目部分に必要な厚みを確保できなかったり、製造時に粉末が散らばるなどの問題がある。そこで、一様な厚みでかつ縫い目部分が薄くならない程度の硬さをもち粘着力のある吸水ポリマーを得るため、吸水ポリマーに不凍液（エチレングリコール）を少量混入することで粘着力のある吸水ポリマーを提供する（請求項１０）。

以下、この出願の発明をさらに詳細に説明する。

この発明は前記出願を用いて、実際に流体封入構造体を製作するための構成を示すものである。前記出願によれば、内外壁を備え、内部の空洞内に気体又は液体を封入する流体封入構造体において、流体封入構造体の壁面に吸水性物体を覆って壁面との間に担持するカバーを配置し、前記吸水性物体の内部に膨潤用の液体を注入しまたは予め混入して吸水性物体として備える流体封入構造体を提示している。その発明において、具体的に吸水性物体を覆って担持する方法として、壁面表面に閉じた格子を作り、その閉じた格子の中に吸水性物体を配置したり、２枚のシートの間に吸水性物体をサンドイッチして２枚のシートを格子状に縫い合わせたシーラント層（シーラント層）を作り、それを流体封入構造体本体に接着するとしている。このとき、粉末の吸水ポリマーを用いる場合は、格子のなかの吸水ポリマー同士を接着しなければ流体の漏洩を止めることが難しいため、流体漏洩を止めるときは、接着剤を混入するとしている。しかし、接着剤を混入した粘着性のある吸水ポリマーを一様にシーラント層内に配置することは製造上、困難である。
前記発明において、吸水シーラント層を流体封入構造体に接着することは重要なことである。もっとも簡単な方法は、流体封入構造体本体に接着剤を塗り、シーラント層を貼り付けることであるが、一般に接着剤は多かれ少なかれ人体に有害なものであり、また、複雑な接着行程が製造時に要求される。
さらに、タイヤなどの製作においては、いくつかのシートを積層し、金型を用いて所定の形状に成形するが、このときシーラント層も延びる必要がある。
以上のように前記発明をそのまま用いて流体封入構造体を製作することは困難である。そこで、本出願では、構成は前記出願と基本的に同じであるが、接着剤を用いず、ネットも用いず、かつ延ばすことのできるシーラント層を示し、それによる流体封入構造体を提示する。

前記発明では、格子をつくるための縫製において、縫製部分の厚みを確保するため、ネットを挿入するとしている。そのため、コストが嵩み、延びるネットを用いない限りシーラント層を延ばして成形する用途には使用できない。さらに、作業時に吸水ポリマーの粉末が飛び散るという問題がある。これを解決するため、吸水ポリマーに少量の不凍液（エチレングリコール）あるいは若干水で薄めた不凍液を混入すると粘着力が得られる。これを型とかローラーで圧縮すると、所定の厚さのシートあるいはブロックを得ることができる。このシート（ブロック）は吸水ポリマーの粉末が互いに粘着しており、しなやかで縫製程度では厚みを変えない程度の硬さがある。したがって、この吸水ポリマーシート（ブロック）を２枚のカバーシートの間に挟み縫いあわせることで、ネットを用いないで縫製の部分の厚みを確保したシーラント層を得ることができる。この吸水ポリマーは自由に延ばすことができるので、延びを与えて成形する用途にももちろん使用できる。

前記吸水ポリマーシートを（あるいはポリマーブロックを並べて）２枚のカバーシートにサンドイッチし、格子を作るように縫い合わせてシーラント層を作る。シーラント層に延びが必要な場合は、図１（ａ）のように延び方向（この場合は縦横方向）に菱形でかつジグザグ縫いを行う。このようにして縫われたシートを縦横に圧縮して延ばすと、図１（ｂ）のようになり、縫い目を壊すことなくシーラント層の表面積を広げることができる。

前記の縫い合わせを用いたシーラント層は縫い合わせの手間があり、また場合によっては、特殊なミシンが必要となる。そこで、図２のような構成のシーラント層を提案する。図でカバーシートＣ_１は格子を有しており、またカバーシートＣ_２にも格子がある。２枚のシートの格子をずらせて格子同士を接着すると、格子の断面が図２のような配列となる。この格子の中に吸水ポリマーを充填したシーラント層を形成する。このシーラント層のどの位置に穴を貫通させても必ずポリマーの有るところを貫通するので、どの位置に穴が空けられても流体漏れを防止するシーラント層を構成することができる。なお、格子にずれのある２段の格子を作り、その上下面にカバーシートを接着しても同様の構成となる。

前出願ではポリマー粉の接着のため、接着剤を用いていたが、本出願では接着剤を用いないシーラント層を構成する。すなわち、前記のようにして作られたシーラント層で、図３（ａ）のように壁面に接着される側のカバーシート（４ｂ）と外側カバーシート（４ａ）とし、このシーラント層内に膨潤液を注入し、膨潤液を入れた穴をシート（３）で覆う。このとき、接着剤は混入しない。このようにして作られたシーラント層を流体封入構造体本体（１）に接着するため、図３（ａ）のようにシーラント層を接着する流体封入構造体の壁面とシーラント層の間に熱融着シート（６）を配置する。この構成で、融着シートの融着温度以上に加熱すると同時にシート（３）の側から圧力をかけてシーラント層（Ｐｂ）を流体封入構造体（１）の内壁面に接着する。図３（ａ）は流体封入構造体本体の内壁面シーラント層を接着する一般的な場合を示したものであるが、流体封入構造体の外壁面にシーラント層を接着する場合は、外壁面（１ｂ）とシーラント層（Ｐｂ）の間に熱融着シート（６）を配置し、加熱圧着する。
一方、熱接着性シートとしては、ブチルゴムも有効である。ブチルゴムは熱と圧力を与えると、種々の材料に接着する性質があるので、熱接着性シートとしても使用できる。とくに、流体封入構造体がゴムの場合の接着は極めて強い。このときの接着構成および接着工程は前記と同様であり、このときは、熱融着シート（６）の代わりにブチルゴムシート（７）を用いれば良い（図３（ａ）で融着シートが（７）となった構成となる）。
粉末の吸水ポリマーに膨潤液を混入して圧力を与えると、ポリマー同士が粘着する性質がある。本発明では、吸水ポリマーに膨潤液を混入した後でポリマーに圧力を与えることで、吸水ポリマー同士の粘着を行う。すなわち、本接着を行うことで、吸水シーラント層に大きな圧力が作用するので、吸水ポリマーの粘着が自動的に行われる。本構成では、接着剤を必要としないところに特徴がある。また、前記発明では、接着の仕方についての言及がないが、本発明の構成で、容易に吸水シーラント層を流体封入構造体本体に接着できる特徴がある。

流体封入構造体本体がタイヤなどのようにゴムで作られる場合は、ゴムの加硫を応用した接着ができる。すなわち、図３ｂのように、加硫前ゴムでできた流体封入構造体（１）の壁面にゴムシートをカバー（４ｂ）としたシーラント層（Ｐｂ）を接触させる。これにシート（３）側から圧力を与え、加硫温度まで上昇させると、流体封入構造体本体とシーラント層（Ｐｂ）が一体となって接合される。このとき、シーラント層のカバー（４ｂ）は加硫前のゴムシートが望ましいが、加硫後のゴムシートであっても、流体封入構造体本体とは接着する。すなわち、このときは、熱接着シートを必要としないので、その分の費用と工程が軽減される。

本発明で、吸水シーラント層に吸水ポリマーを配置し縫い合わせた後に膨潤剤を混入した場合は、吸水ポリマーが膨潤し、吸水シーラント層は図５（ａ）のように膨らむ。これを流体封入構造体本体に接着すると、接着部に空気だまりができることがある。そのため、シーラント層の装着に困難が伴い、また、均一性を重んじる回転体などに対しては、この空気だまりがアンバランスの原因になる。
この欠点を解消するため、膨潤液を混入し、凸凹となっているシーラント層を流体封入構造体に取り付ける前に、プレスあるいはローラーで圧力を与える。シーラント層内には膨潤液が混入されており、吸水ポリマーがこの圧力により接着力を発現するので、吸水ポリマー同士が接着し、膨潤圧をシーラント層内にとじ込めたままシーラント層の凸凹は無くなり、均一で平らな形に成形される。この状態を示したものが図５（ｂ）である。平らに成形されたシーラント層を流体封入構造体本体に接着することは、凸凹のあるシーラント層を接着するときより、生産工程におけるシーラント層の配置法も簡単となり、また均一な厚さとなるので、回転体に応用したときに、アンバランスがなくなる。この吸水シーラント層は、もちろん前記の方法で流体封入構造体本体に接着することができる。

本発明では、シーラント層内の吸水ポリマーに膨潤液を混入することが必要である。このとき、吸水ポリマーに予め膨潤剤を混入して縫い合わせることもできるが、この方法では、膨潤圧が小さくなり、穴があいた場合の気体のシール効果が小さい。穴からの流体漏洩をシールするためには、シーラント層の各格子に膨潤剤を混入しで吸水ポリマーを膨脹させ、格子内に膨潤圧を発生するのが良い。その理由は、シーラント層を釘が貫通したとき、吸水ポリマーには釘の太さ分だけの穴があくが、格子内に膨潤圧があると、その圧力により穴が塞がれるからである。したがって、膨潤圧は大きい方が良い。大きな膨潤圧を格子内に発生させるためには、シーラント層に粉末の吸水ポリマーを入れてから、格子内に膨潤液を混入する方法が効果的である。
膨潤液を入れた容器内に、図６のように、表面に小さな穴を開けたシーラント層を入れ、膨潤液に浸して長時間放置しても膨潤液はシーラント層内に混入されるが、吸水量は小さく、作業効率も悪い。短時間で膨潤液の所定量を吸水シーラント層に注入するため、容器の膨潤液に圧力を与え、その圧力で膨潤液をシーラント層内の吸水ポリマーに混入することを提案する。このような方法により作成された吸水シーラント層に圧力を与えて流体封入構造体本体に接着することで、格子内に大きな膨潤圧を有する流体漏洩遮断層を有する流体封入構造体を得ることができる。

前記のように、膨潤液を混入するときはシーラント層の表面に穴ができるので、この穴を塞がなければならない。図４（ａ）はその穴を塞ぐ構成の一つを示したものである。図４（ａ）で、Ｐｂは前記のようにして作成された吸水シーラント層である。流体封入構造体本体がゴム製の場合は、シーラント層の表面にゴムシート（７ｂ）を接着して穴を塞ぎ、加硫の性質を用いてシーラント層を流体封入構造体に接着できる。また、ブチルゴムシートを用いて上記の穴を塞いでも良い。ブチルゴムは熱と圧力を与えることで、強力な接着力を得ることができるので、図４（ａ）のような構成として、流体封入構造体（Ｂ_３）に熱を与え、ブチルゴムシート（７ｂ）の側から圧力を与えることで、シーラント層（Ｐｂ）およびシート（７ｂ）が一体となって流体封入構造体（１）に接着する。

シーラント層表面にゴム系以外のシートを用いる場合は、図２（ｂ）のように、吸水シーラント層の表面と別のシート（３）の間に熱接着性シート（６ｂ、７ｂ）をサンドイッチして、前記の熱と圧力を与えることで、シーラント層（Ｐｂ）とシート（３）を強固に接着することができる。

以上のシーラント層表面の穴を塞ぐ方法は、シーラント層単独に熱と圧力を与えてシートを接着して、穴の塞がったシーラント層を作成した後、流体封入構造体本体に接着しても良いし、また、前記構成で流体封入構造体に配置し、その後で熱と圧力を与えて吸水シーラント層を流体封入構造体に接着すると同時に、穴を塞ぐシートをシーラント層に接着しても良い。すなわち、請求項１および請求項４により穴があいているシーラント層も流体封入構造体に熱接着することができる。

以下、図面を用いて、実施例としてさらに詳細に説明する。

流体封入構造体（Ｂ）について、基礎実験装置を用いて流体漏洩を止める効果を確認する試験によれば次のとおりあった。

図９は実施例における基礎実験装置の図を示したものである。図９（ａ）中（１１）は実験装置本体であり、アルミウム製の本体（１１）は、その一端（左端）に円筒状の穴（１１ａ）が穿設されており、その前段に試験片（１２）を入れる円形の段（１１ｂ）が形成されている。この円形の段（１１ｂ）の中に試験片（１２）が挿入設置される。その試験片の上に蓋（１３）が被せられ、ボルト（１４）により蓋（１３）を本体（１１）に締め付けて結合する。蓋（１３）の中心には直径８ｍｍの穴が開けられている。本体（１１）の他端にはパイプ（１５）が結合され、ホースの中間に圧力計（１６）と二つのコック（１７）（１８）が取り付けられる。この図６（ａ）において、コック（１７）と（１８）を開放し、パイプ（１５）の右端より流体を入れ、コック（１８）を閉じると、本体（１１）内の流体圧が圧力計（１６）に表示される。この状態で、蓋（１３）に形成された釘挿通孔から釘を挿通させ、試験片（１２）を貫通するまで差し込んでから引き抜き、その後の流体圧の変化を圧力計（１６）で調べる。

図９（ｂ）は、設置される試験片（１２）を構造的に分解して示したものである。薄いゴム製円板（２３）ゴム製リング（２２）、吸水ポリマー（２１）、別途、薄いゴム製円板（２３）が配置され、不凍液を少量混入したあと圧縮してできた吸水ポリマー（２１）を嵌装したゴム製リング（２２）の両面をゴム製円板（２３）で挟んでブチルゴムで接着し、一つの円板とする。この円板（シーラント層）を作った後に、図６のように円板の上下面を格子状に縫い合わせ、円板の表面と裏面に膨潤液を入れるための多数の穴をあけた試験用シーラント層２５が形成される。さらに、シーラント層２５の中に膨潤液を注入したあと、吸水シーラント層（２５）の表裏面にゴム製円板２６を、熱融着シート２７あるいはブチルゴムシート２８を用いて仮止め接着したものを試験片１２ａとする。

試験用吸水シーラント層の作製は、前記のとおりであるが、膨潤液を吸水ポリマー内に混入することが、実際の製造段階では問題になる。前記特許では、注射器により膨潤液を吸水ポリマー内に注入していたが、この方法は効率が悪く実用的でない。そこで、図７のような装置を作成し、膨潤液混入の実験を行った。図７で、容器本体（４０）の一端に蓋（４１）がねじ（４５）で取り付けられ、閉じられている。容器本体（４０）の他端には、パイプ（４２）の一端が取り付けられ、パイプの他端より圧力ｐの膨潤液が容器内に注入される。また、圧力の値を測定するため、パイプ（４２）には圧力計（４３）が取り付けられている。この装置の容器内に膨潤液を満たし、そのなかに表面に穴のあいた前記吸水シーラント層（２５）を挿入し、蓋（４１）を閉めたあと、パイプ（４２）よりさらに加圧装置を用いて膨潤液を容器内に注入する。この圧力により膨潤液が吸水シーラント層に開けられた穴から吸水ポリマー内に侵入し、吸水ポリマーを膨潤させる。
本実施例では、膨潤液として、前記出願で提案された自動車ラジエータ用不凍液を水で薄めたものを用いた。すなわち、不凍液７０重量パーセント、水３０重量パーセントの膨潤液を作った。吸水シーラント層については、前記と同様に作成した（図９ｂ参照）。このときのゴム製円板（２３）の厚さは０．５ｍｍ、ゴム製リング（２２）の厚さは４ｍｍ、円板（２３）の直径は７．８ｃｍである。さらに、一体とした円板の表裏面を２ｃｍの正方形格子に縫い合わせた円板を作成した。この円板の両面に、直径３．４ｍｍの釘でひとつの格子に６個の穴をあけた試験用吸水シーラント層（２５）を作成した。このシーラント層を前記膨潤液の満たされた本装置の容器（４０）の中に入れてねじ（４５）で蓋（４１）をした。ついで、パイプ（４２）より、手動水圧発生装置を用いて、適切な圧力を探したところ、０．６ＭＰａの圧力を容器（４０）内に与え２時間放置したところ、５５重量パーセント［膨潤液重量／（ポリマー重量＋膨潤液重量）］を試験用シーラント層に注入できることが分かった。

均一な厚さにする行程をしないで、膨潤液を入れた凸凹状態のままの吸水シーラント層（２５）を加硫前のゴム製円板（２６）にサンドイッチして円板Ｔｐを形成する（この場合は熱接着シート２７，２８を用いない）。この円板を図８の締め付け金具の２枚の鋼製円板（３０）、（３１）に挟み、４本のボルト・ナット（３２）で均一な厚さに締め付ける。そのあと、図８の締め付け金具に装着したまま、オーブンに入れ、１８０℃の温度で２０分間加熱し、そのあと、円板Ｔｐを取り出した。このようにして作成されたゴム製円板の厚さは均一となっており、加熱接着時に圧力を与えると、シーラント層が均一な厚さとなることが確認された。また、吸水シーラント層（２５）とゴム製円板（２６）は強く接着されていることが確認できた。以下このようにして作られた円板を試験片（１２）とする。この試験片を基礎実験装置に取り付け、試験片の中心に釘を貫通させて抜き取り、そのあと前記の方法で試験片（１２）に空気圧を与えた。その結果、直径３．４ｍｍ、４．２ｍｍ、５．２５ｍｍの釘で穴をあけた場合、いずれの場合も０．４ＭＰａの圧力で空気の漏洩は無かった。

前記と同じ実験を加硫後のゴム製円板（２６）について、熱融着シート（２７）あるいはブチルゴムシート（２８）で接着することを試みた。すなわち、均一な厚さにする行程をしないで、膨潤液を入れたままの凸凹状態のままの吸水シーラント層（２５）の表裏面とゴム製円板（２６）の間に円形の熱融着シート（２７）あるいはブチルゴム（２８）をサンドイッチして円板Ｔｐを形成し、上記と同様に熱と圧力を与えて試験片（１２）を形成した。いずれの場合も、吸水シーラント層（２５）とゴム製円板（２６）は強く接着され、かつ均一な厚さの試験片（１２）を得ることができた。この試験片を基礎実験装置に装着し、流体漏洩を測定したところ、この場合も０．４Ｐａの圧力下で直径５．２５ｍｍの釘で穴をあけ引き抜いても空気漏洩がないことが確認された。

上記のようにして得られた膨潤剤の注入された吸水シーラント層は図５（ａ）のように膨らみができて、凸凹している。この凸凹を無くし、均一な厚さとするのにも図８の装置を用いた。すなわち、試験用吸水シーラント層２５（図８ではＴｐとして表されている）を２枚の鋼製円板（３０）、（３１）で挟み、４本のボルトとナット（３２）で所定の厚さに締め付ける。そのあと、ナット（３２）をゆるめて、試験片Ｔｐを取り出したところ、吸水シーラント層２５は図５（ｂ）のように均一な厚さとなることを確認した。すなわち、膨潤液を注入した吸水シーラント層にプレスあるいはロールで圧力を与えることで、均一な厚さの吸水シーラント層が得られることが確認できた。このようにして作成された円板を上記のような方法で円板２６に接着し、空気漏洩試験を行ったところ、０．４Ｐａの圧力下で直径５．２５ｍｍの釘で穴をあけ引き抜いても空気漏洩がないことが確認された。

前記のようにして作られた均一の厚さの吸水シーラント層（２５）の表裏面とゴム製円板（２６）の間に円形の熱融着シート（２７）をサンドイッチして円板Ｔｐを形成する。この円板を前記と同様に、図８に示される締め付け金具の２枚の鋼製円板（３０）、（３１）に挟み、ボルト・ナット（３２）で均一な厚さに締め付ける。そのあと、図８の締め付け金具に装着したまま、オーブンに入れ、１８０℃の温度で２０分間加熱した。そのあと、円板Ｔｐを取り出したところ、当然のことながら、作成されたゴム製円板の厚さは均一であり、吸水シーラント層２５とゴム製円板（２６）は強く接着されていることが確認できた。これと同様の実験を融着シート（２７）に代えてブチルゴムシート（２８）でも行ったところ、同様の試験片（１２）を得ることができた。これらの試験片を基礎実験装置に取り付け、試験片の中心に釘を貫通させて抜き取り、そのあと前記の方法で試験片（１２）に流体圧を与えた。その結果、熱融着シートを用いて接着した場合も、ブチルゴムシートを用いて接着した場合も、０．４Ｍｐａの圧力下で、直径５．２５ｍｍの釘で穴をあけ引き抜いても空気漏洩が無かった。

ついで、シーラント層の拡大実験を行った。この実験では、まず、不凍液を吹き付けた吸水ポリマーを練り、約８ｍｍの厚さのシートを作り、それから７ｃｍ角の粘着性のあるポリマーブロックを切り取って作り、厚さ１ｍｍの半加硫ゴムシートにこのポリマーブロックをサンドイッチして、シーラント層を作成した。ついで、菱形状にグザグ縫いを行ったところ（図１参照）、縫い目部分でわずかに薄くなるものの、ほとんど他の部分と変わらない縫い目厚を確保できることがわかった。このシーラント層に小穴を多数あけ、図７に示される膨潤液注入装置で膨潤液を注入し、穴を塞ぐため、半加硫のゴムシート（厚：１ｍｍ）を被せて図８の装置でポリマー部分の厚さが４ｍｍ程度になるまで圧縮した。このときの表面積の延びは２倍以上である。これをオーブンに入れ、１８０℃で２０分間加熱後取り出した。できあがった試験片を図９ａの試験機にかけれるよう所定の円形状の寸法に切り取り、空気漏洩試験を行った。その結果、この場合も０．４Ｍｐａの圧力下で、直径５．２５ｍｍの釘で穴をあけ引き抜いても空気漏洩が無かった。

発明の効果

以上、この出願の発明によれば、流体封入構造体の壁面に沿って、熱融着シートあるいはブチルゴムシート、吸水シーラント層を順に配置し、吸水シーラント層に熱と圧力を与えることで、吸水シーラント層を流体封入構造体の壁面に強く接着できる。

また、この出願の発明は、流体封入構造体に加硫前のゴムを用いるとき、前記融着シートあるいはブチルゴムシートを用いることなく、吸水シーラント層を熱と圧力で接着できることを提示している。

さらに、この発明の出願によれば、吸水シーラント層に膨潤液を注入する構成を示しているので、これにより膨潤液を吸水シーラント層に効率よく注入できる。

本発明は穴があいても漏らさない流体封入構造体、および流体封入構造体からの封入液体漏洩防止方法を提供するものであるので、次のような用途に応用できる。
パンクレスタイヤ、パンクレスボール、パンクレス浮き輪、パンクレスゴムボート、パンクレスチューブ、パンクレス救命胴着、穴があいても漏れない圧力容器、穴があいても漏れないガソリンタンクなどの液体容器、および穴があいても漏れない液体貯蔵タンク。

流体封入構造体に接着するシーラント層の格子を作る縫製の状況を示したものであり、（ａ）は延び方法（縦横方向）に菱形としてジグザグ縫いを行ったシーラント層の表面を示し、（ｂ）はシーラント層を圧縮して延ばしたあとの縫い目の状況を表す。 ２枚のカバーシートに格子を設け、格子をずらせて接着し、吸水ポリマーを格子内に充填したシーラント層を示す。 流体封入構造体として、その内面に吸水シーラント層（シーラント層）を接着する場合の断面概要図であり、（ａ）は融着性シートを配置して接着する場合を、（ｂ）はゴムの加硫により接着する場合を示す。 膨潤液混入によるシーラント層表面の穴を塞ぐ場合のシーラント層と穴を塞ぐシートの関係を表す断面概要図であり、（ａ）はブチルゴムシートあるいは加硫前ゴムシートを接着する場合を、（ｂ）は上記以外の材料のシートをさらにシーラント層に接着する場合を示す。 均一な厚さの吸水シーラント層を得る構成を示した断面概要図であり、（ａ）は吸水シーラント層に粉末状の吸水ポリマーを配置し、その後に膨潤液を注入した場合を、（ｂ）はその吸水シーラント層に圧力を与えて、均一な厚さにした場合を示す。 吸水シーラント層内に膨潤液を注入する場合の、シーラント層の概要図を示す。 吸水シーラント層に圧力を加えて膨潤剤を吸水シーラント層の穴から吸水シーラント層内に注入する装置の概要図である。 試験片に圧力を与え、均一な厚さにするための締め付け金具の概要図である、（ａ）は試験片を挟んだ状態の装置の側面図を示し、（ｂ）は同装置の下面から見た平面図を表す。 本発明の流体封入構造体に係わる実験装置の概要図であり、（ａ）は漏洩防止効果を確認するための実験装置の分解図であり、（ｂ）はこの実験装置に装着される試験片を、その装着時の装着補助部品との配列関係と共に示す展開図である。

符号の説明

１ 流体封入構造体本体
１ｂ 外壁面
２ 吸水性物質
３ カバー
３ｂ 加硫前ゴムシートカバー
４ａ シート
４ｂ シート
６ 熱融着シート
６ｂ 熱融着シート
７ ブチルゴムシート
７ｂ ブチルゴムシート
１１ 実験装置本体
１１ａ 穴
１１ｂ 段
１２ 試験片
１３ 蓋
１１４ 締め付けボルト
１５ パイプ
１６ 圧力計
１７，１８ コック
２１ 吸水ポリマー
２２ 環状ゴムシート
２３ 円板状ゴムシート
２５ 吸水シーラント層
２６ 円板状ゴムシート
２７ 円板状融着シート
２８ 円板状ブチルゴムシート
３０、３１ 鋼製円板
３２ ナット
４０ 容器本体
４１ 蓋
４２ パイプ
４３ 圧力計
４５ ねじ
４６ 膨潤液
Ｂ_１、Ｂ_２、Ｂ_３、Ｂ_４ 流体封入構造体
Ｃ_１，Ｃ_２ 格子を有するカバーシート
Ｋａ 格子の縫い目
Ｐｂ 吸水シーラント層
ｐ 圧力
Ｈ 穴
Ｔｐ 圧力をかける試験片

Claims (10)

1. 内外壁を備え、内部の空洞内に液体または気体を封入する流体封入構造体（以下流体封入構造体本体と称する）からの流体漏洩を防止するため、流体封入構造体の壁面に、吸水性物体を覆って壁面との間に担持するカバーを配置し、前記吸水性物体の内部に膨潤用の液体を注入しまたは予め混入して膨潤した吸水性物体を備えた流体封入構造体（以下シーラントを有する流体封入構造体とも称する）において、吸水性物体を２枚以上の柔軟なカバーの間にサンドイッチして、２枚のシートを縫合して吸水性物体を担持し、膨潤液を混入したシーラント層（以下膨潤液混入シーラント層を吸水シーラント層といい、膨潤液の混入されていないシーラント層を単にシーラント層と称する）を作る。この吸水シーラント層と流体封入構造体本体壁面など、接着を必要とする箇所に熱接着性シートを挟み、８０℃〜２５０℃の温度の熱と０．０１〜１０ＭＰａの圧力を与えてシーラント層を流体封入構造体本体に熱接着することを特徴とする流体封入構造体。
2. シーラントを有する流体封入構造体において、流体封入構造体の壁面に互い違いにずれて重ね合わされた２段以上の格子を作り、その格子のなかに吸水性物体を担持することを特徴とする流体封入構造体。
3. 請求項２を実現するため、２枚のカバーシートの間に互い違いにずれて重ね合わされた格子を作り、その格子のなかに吸水性物体を担持するシーラント層。
4. 請求項１〜３のシーラント層のカバーシートと接着を行う流体封入構造体本体とか、カバーの上を覆うシート材などを加硫前のゴムとし、あるいは接着する部分の一方を加硫前のゴム、他方を加硫後のゴムとして、吸水シーラント層を流体封入構造体本体に加硫熱接着することを特徴とする流体封入構造体。
5. 請求項１および請求項３において、膨潤液混入吸水ポリマーの入ったシーラント層に、圧力を与えて均一の厚みとした吸水シーラント層。
6. 請求項１〜請求項４の吸水シーラント層の作成において、膨潤液を入れた容器内に、表面に小さな穴を開けたシーラント層をこの容器内の膨潤液に浸し、容器の膨潤液に圧力を与え、その圧力で膨潤液をシーラント層内の吸水ポリマーに混入することを特徴とする吸水シーラント層。
7. 縫い合わせにより格子の作られるシーラント層において、延び方向に菱形形状とし、かつジグザグ縫いを行ったシーラント層。
8. 請求項３において、格子とカバーシートを常温あるいは熱により延びる材料としたシーラント層。
9. 製作時に延ばすことが必要な流体封入構造体において、熱と圧力を与えて請求項７および請求項８に膨潤液を混入した吸水シーラント層を流体封入構造体本体に貼り付け、吸水シーラント層とともに流体封入構造体本体を延ばして所定の形に成形された流体封入構造体。
10. 請求項１〜９に用いる吸水ポリマーにおいて、粉末状の吸水ポリマーに不凍液（エチレングリコール）を少量混入して得られる粘着力をもつ吸水ポリマー。

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