JP2012036952A - 高圧ガスタンク用インサートリング及びその製造方法並びに高圧ガスタンク - Google Patents

Abstract

【課題】インサートリング内周のライナ部の厚みを均一化し、高圧ガスタンクのシール性を向上する。
【解決手段】高圧ガスタンク１０の開口部にて樹脂製のライナ部１４に一体成形されるインサートリングにおいて、端部に径方向外側へ広がる突出部を形成すると共に、突出部側の端部外径円周上に切欠き部を形成することにより、インサートリングの端部を径方向へ弾性変形可能とし、これにより成形型へインサートリングを配設した際にインサートリングが傾くことを抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インサートリング及びその製造方法、並びにインサートリングを備える高圧ガスタンクに係り、特に、樹脂製のライナ部と一体成形されるインサートリング及びその製造方法、並びに該インサートリングを備える高圧ガスタンクに関する。

水素をはじめとするガスを充填する高圧ガスタンクにおいては、ガス気密性が高いことが望まれる。そして、この種の高圧ガスタンクにおいて、特に、タンク本体の内壁に沿って設けられるライナ部と、開口部側においてライナ部と隣接して設けられる口金部との間のシール性が高いことが望まれる。

本発明に関連する技術として、特許文献１には、Ｏリングの組み付け構造として、樹脂を射出成形してなる筒状のライナ部と、このライナ部の内周側に組み付けられる口金部材との間をシールする構成が開示されている。そして、ライナ部の射出成形時にその内周面に周方向に沿って形成された溝部にＯリングが配設されるとともに、Ｏリングを径方向内方に締め付けるインサートリングが一体に設けられていることが開示されている。

特開２００８−３０３９６６号公報

上記特許文献１の構成によれば、樹脂製のライナ部と一体成形したインサートリングがＯリングを径方向内方に締め付けることにより、シール部の気密性を確保している。しかしながら、インサートリングがシール部から傾いた状態で設けられた場合には、Ｏリングを締め付ける径方向の力にばらつきが生じるおそれがある。特許文献１には、樹脂製のライナ部とインサートリングとの一体成形方法やインサートリングの形状について具体的に記載されていないが、成形型を用いて樹脂製のライナ部とインサートリングを一体成形する場合、実際にはインサートリングの外径と成形型の内径との寸法差に起因して、インサートリングが傾いた状態でインサート成形されることがある。それにより樹脂の欠肉が発生し、シール部における樹脂厚み（リング内周の樹脂厚み）が不均一となるため、Ｏリングを締め付ける径方向の力や径方向内方のライナ部の変形量にばらつきが生じ、タンクのシール性が低下するおそれがある。

そこで、本発明では、ライナ部と口金部との間のシール部におけるインサートリング内周のライナ部樹脂厚みを均一とすることができる高圧ガスタンク用インサートリング、及びその製造方法、並びに該インサートリングを備えた高圧ガスタンクを提供することを目的とする。

本発明の高圧ガスタンク用インサートリングは、高圧ガスタンクにおいてライナ部と一体成形される環体のインサートリングであって、一方の端部に形成され、径方向へ弾性変形可能な弾性部を有することを特徴とする。

上記構成の高圧ガスタンク用インサートリングによれば、成形型にインサートリングを配設した際に、弾性部が径方向に弾性変形しながら成形型へ当接されるため、成形型の形状に合わせて配設でき、インサートリングが傾くことを抑制できる。これにより、インサート成形時に樹脂流動が阻害されることなく樹脂の欠肉を抑制し、リング内周のライナ部樹脂の厚みを均一化できる。

本発明の高圧ガスタンク用インサートリングにおいて、弾性部は径方向外側へ広がる突出部と、突出部側の端部外径円周上であって、少なくとも突出部に形成される切欠き部とを有することが好ましい。また、突出部はライナ部の先端側に形成されると共に、突出部の外径はライナ部先端の外径と同等であることが好ましい。さらに、突出部は全周にわたって形成されること、突出部の外径円周上は平面を有することが好ましい。

上記構成の高圧ガスタンク用インサートリングによれば、簡易な構成でインサートリングの端部を弾性変形可能とするため、インサートリングの材質、寸法などの設計自由度が拡大する。また、インサート成形時に、成形型のライナ部先端側と突出部が当接するため、成形型へ容易に配設できると共に、当接面積が大きくなるため、当接強度の向上が可能である。これにより、リング内周のライナ樹脂厚みをより均一化できる。

本発明として、以下に示す高圧タンク用インサートリングの製造方法についても開示する。本発明の高圧タンク用インサートリングの製造方法は、インサートリングの端部に径方向外側へ広がる突出部を形成する突出部形成工程と、前記突出部側の外形円周上であって、少なくとも突出部に切欠き部を形成する切欠き部形成工程と、からなることを特徴とする。また、突出部の外径円周上は平面を有すること、突出部形成工程はプレス成形工程であることが好ましい。

上記構成の高圧ガスタンク用インサートリングの製造方法によれば、端部にて径方向に弾性変形可能なインサートリングを簡易な構成かつ容易に形成することができ、設計自由度の拡大や計量化、低コスト化が可能である。

また、本発明として、以下に示す高圧ガスタンクについても開示する。本発明に係る高圧ガスタンクは、筒状の開口部を有する高圧ガスタンクであって、開口部に組みつけられる口金部と、高圧ガスタンクの内壁及び口金部に沿って設けられるライナ部と、ライナ部と口金部の間の境界面をシールするシール部材と、開口部においてライナ部に一体成形され、シール部材を径方向に締め付ける環体のインサートリングと、を備える高圧ガスタンクにおいて、インサートリングは前記高圧ガスタンク用インサートリングであることを特徴とする。

上記構成によれば、シール部におけるインサートリング内周のライナ部樹脂の厚みが均一化されるため、インサートリングによってシール部が径方向内方に締め付けられる際に締め付け力やライナ部の変形量が均一となり、これによりライナ部と口金部の間のシール性が向上する。

上記構成の高圧ガスタンク用インサートリング及びその製造方法、該インサートリングを用いた高圧ガスタンクによれば、インサートリングの端部が弾力性を持つことにより、ライナ部樹脂とインサートリングをインサート成形する際に、シール領域においてライナ部樹脂の厚みを円周方向に均一に成形可能である。これにより、シール領域における径方向の締め付け力やライナ部の変形量も円周方向に均一化でき、シール性が向上する。また、高シール性を確保するインサートリングが簡易な構成かつプレス成形により構成されるため、より簡易に成形することが可能である。

本発明の実施の形態における高圧ガスタンクの開口部を示す図である。 本発明の実施の形態において、インサート成形時のインサートリングの設置状態を示す図である。 本発明の実施の形態において形成されるインサートリングの正面図及び上視図である。 図３におけるＡ−Ａ断面図である。 切欠部の形状の変形例を説明する図である。 本発明の実施の形態における突出部形成工程を示す図である。 図６（ｂ）におけるインサートリングの形状を説明する図である。

以下、本発明の実施形態における高圧ガスタンク用インサートリング及びそれを備えた高圧ガスタンクについて添付図面を参照しながら説明する。また、高圧ガスタンクに充填されるガスは水素ガスとして説明するが、水素ガスに限定されず、その他の高圧ガスであってもよい。

図１は、内部に高圧ガス（例えば３５〜７０ＭＰａの水素ガス）を充填貯留するための高圧ガスタンク１０の開口部２８を示す図である。図１に示すように、高圧ガスタンク１０は、樹脂製のライナ部１４と、ライナ部１４の外周を覆うタンク本体部１２と、緩衝材１８と、口金部２０と、バルブ２２と、Ｏリング２４と、インサートリング２６とを含んで構成される。タンク本体部１２の内部は、各種のガスを貯留する貯留空間４となっている。

タンク本体部１２は、先端部分に開口部２８を有する密閉円筒形状を有し、ガラス繊維や炭素繊維からなる繊維強化樹脂層、例えばＦＲＰ層により強度を有する構成とされる。ライナ部１４の外側にフィラメントワインディング法（ＦＷ法）により樹脂含浸繊維を巻きつけ、その後樹脂含浸繊維の樹脂を硬化させることにより形成される。

ライナ部１４は、タンク本体部１２の内壁に沿って設けられ、樹脂、例えばＰＡ（ポリアミド）やポリエチレン（ＰＥ）などにより構成される。そして、ライナ部１４とタンク本体部１２は、筒状の胴部分においては一体として形成されており、開口部２８側では、ライナ部１４が外側のタンク本体部１２から離間し、口金部に沿って折り返されている。

口金部２０は、円筒形状を有し、タンク本体部１２の開口部２８側において、ライナ部１４の内径側に組みつけられる。そして、口金部２０は、ライナ部１４に隣接する部材として、適度な強度を有する材料、例えばアルミニウム、ステンレスにより構成される。また、口金部２０には、ライナ部１４との境界部分において、Ｏリング２４を配置するための溝部２１が形成されている。

Ｏリング２４は、例えばＩＩＲ（ブチルゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンゴム）などのゴムにより構成され、口金部２０に設けられた溝部２１に配置される。Ｏリング２４は、溝部２１において、口金部２０とライナ部１４との間で挟持されることで、両者の間をシールし、高圧ガスタンク１０の密封性を保つ。本実施形態では、シール部材の例として口金部２０の溝部２１に設けられたＯリング２４としたが、ライナ部１４側にＯリング２４を設けてもよく、また、シール部材をリップパッキンやガスケットで形成してもよい。

インサートリング２６は、ライナ部１４の樹脂よりも硬度の高い材料、例えばステンレスから構成され、筒状の形状（環体）を有し、ライナ部１４の開口部側に、ライナ部１４と一体に設けられている。具体的には、口金部２０に沿って高圧タンク１０の内部側に向けて折り曲げられたライナ部１４の端部（以下、ライナ部先端）にインサートリング２６が設けられる。そして、このインサートリング２６によって、Ｏリング２４が径方向内方に締め付けられ、口金部２０とライナ部１４との間においてＯリング２４によるシール性が高められる。

次に、インサート成形時におけるインサートリング２６の配接について説明する。図２は、インサート成形時のインサートリング２６の設置状態を示す図である。成形型３４は円筒上の凹部を有し、その内側は、ライナ部先端側（凹部の底部側）に向けて内径が狭まるような抜き勾配３８をもつ。そのため、インサートリング２６を成形型３４に設置する際に、インサートリング２６の外径φＤが成形型３４の内径φｄより大きい場合（φＤ＞φｄ）には、成形型３４の凹部の底部にインサートリングを当接できず、斜めに傾いた状態で固定されてしまう。反対に、インサートリング２６の外径φＤが成形型３４の内径φｄより小さい場合（φＤ＜φｄ）には、成形型３４の凹部の底部に固定できずインサートリングが移動したり斜めに傾いてしまう。

そこで、本実施形態においては、インサートリング２６の端部に、径方向外側へ広がる突出部３０と、突出部３０側の端部外径円周上であって少なくとも突出部３０に形成される切欠き部３２を形成し、インサートリング２６の端部において径方向に弾性変形を可能とする。これにより、成形型３４へ設置する際に突出部の外径円周部分が成形型３４の内径円周に当接し、インサートリングを成形型３４の凹部の底部に固定できる。つまり、インサートリング２６が移動したり、傾いた状態で成形型３４に配設されることを抑制し、所定位置に位置決めできる。従って、その後に樹脂を射出した際に、樹脂の流動を阻害したり欠肉することなく、インサートリング２６の内周の樹脂厚みを円周にわたって均一に形成できる（ｒａ＝ｒｂ）。

以下に本発明の実施形態におけるインサートリング２６の形状を説明する。図３はインサートリング２６の正面図及び上視図であり、図４は図３におけるＡ−Ａ断面図である。図５は切欠きの変形例を示す図である。

インサートリング２６は、筒状の形状を有し、端部には、他端側より径方向外側に広がる突出部３０と、少なくとも突出部３０に形成される切欠き部３２を有する。突出部は、ライナ先端側の端部外径と同等の外径を有するが、突出部は弾性変形するため、同等とは若干の幅を持つものとする。具体的には、弾性変形前（成形型３４への配設前）の状態においては、インサートリング２６はライナ部先端の端部外径と等しい若しくはわずかに大きい径を有し、弾性変形後（成形型３４への配設後）にはライナ部先端の端部外形と等しい径を有する。このように、突出部外径に若干の幅をもたせて形成できるため、設計自由度が拡大する。また、突出部は、外径円周上に全周にわたって形成されてもよく、また均等な間隔を設けて形成されても良い。全周にわたって形成された場合には、成形型３４と当接する面積が大きくなるため当接強度が増加する。間隔を設けて突出部を形成した場合には、インサート成形時には突出部間の凹部にも樹脂が充填されるため、インサートリングと樹脂との接合を強めることが可能である。また、突出部３０の外径円周上は平面を有することが好ましく、これによりインサート成形時に成形型３４と当接する面積の増加、当接強度の増加が可能である。切欠き部３２は、円周にわたって複数個が均等な間隔で形成され、この切欠き部３２についてもインサート成形時に樹脂が充填される。

また、本実施形態では図３、４に示すように、切欠き部３２の形状を楕円形状としているが、この形状に限られるものではなく、半円形、三角形、台形、スリットなど、径方向に弾性変形可能であれば適宜設定可能である。例えば、図５に示すように、切欠きの先端５２を他端５４の径方向幅より大きな径の円形状とすることも可能である。この場合、後のインサート成形工程においてライナ用樹脂を流動する際に、この切欠き部３２にも樹脂が流動するため、先端５２に流動した樹脂がストッパーの役割を果たし、軸方向にインサートリング２６が抜け落ちることを防止できる。このように、切欠きの先端５２を他端５４より大きな形状とすることで、インサートリング２６を固定し、インサートリング２６とライナ部１４との接合を強め、インサートリング２６をライナ部１４から剥離しにくくすることも可能である。

以上に述べた本実施形態の高圧ガスタンク用インサートリング、および該リングを備える高圧ガスタンクによれば、成形型にインサートリングを配設した際に、ライナ部先端側の突出部と切欠き部によって径方向に弾性変形しながら成形型へ当接されるため、成形型の形状に合わせて配設でき、インサートリングが傾いた状態で配置されることを抑制できる。これにより、インサート成形時に樹脂流動が阻害されることなく樹脂の欠肉を抑制し、リング内周のライナ部樹脂の厚みをより均一化できる。従って、高圧ガスタンクのライナと口金部との間のシール部におけるシール性が向上する。

以下に本発明の実施形態における高圧ガスタンク用インサートリングの製造工程を説明する。図６は本実施形態の高圧ガスタンク用インサートリングの製造工程を示す図であり、図７は図６（ｂ）を説明する図である。

インサートリング２６の製造工程は、突出部形成工程及び、切欠き部形成工程の二工程からなる。まずインサートリング２６の一端に突出部３０を形成する。突出部形成工程は図６に示す（ａ）から（ｄ）の工程から成り、図６はインサートリングの径方向側から見た断面図である。図７は、図６（ｂ）において、軸方向から見た図である。（ａ）ではステンレスなどの硬い材質の平板３６をプレス成形し、円筒形状の凹凸（以下円筒凸部という）を形成する。このとき、円筒凸部の内径φＤ１はインサートリングの内径と等しい径とする。（ｂ）では円筒凸部の中央部分を円筒凸部の内径φＤ１より小さい内径φＤ２で円形に打ち抜く（φＤ１＞φＤ２）。また凸部周囲の平板部分を円筒凸部の内形φＤ１より大きい内径φＤ３で円形に切断する（φＤ１＜φＤ３）。このとき、φＤ３はインサートリングの外径と等しい径とする。つまり、図７における内側の一点鎖線で囲まれた領域４６を打ち抜いて環状とすると共に、外側の一点鎖線で平板を切断し突出部３０を形成する。（ｃ）では円柱凸部の天井部で、径内方に折れ曲がった折曲がり部４４を円柱側面部４２と連続するように垂直に押し広げ、（ｄ）を得る。

次にインサートリング２６に切欠き３２を形成する。図３、図４、図５に示すように、切欠き３２は、インサートリング２６の突出部３０側であって、少なくとも突出部３０に、円周にわたって複数個を均一な間隔で形成する。形成方法としては、例えば機械加工による切削工法やレーザー照射などが挙げられる。

以上に述べた本実施形態の高圧ガスタンク用インサートリングの製造方法によれば、端部にて径方向に弾性変形可能なインサートリングを簡易な構成かつ容易に形成することができるため、設計自由度の拡大や計量化、低コスト化が可能である。

１０ 高圧ガスタンク、１２ タンク本体部、１４ ライナ部、２０ 口金部、２２ バルブ、２４ Ｏリング、２６ インサートリング、２８ 開口部、３０ 突出部、３２ 切欠き部、３４ 成形型。

Claims (6)

1. 高圧ガスタンクにおいてライナ部と一体成形される環体のインサートリングであって、
   一方の端部に形成され、径方向へ弾性変形可能な弾性部を有することを特徴とする高圧ガスタンク用インサートリング。
2. 請求項１に記載の高圧ガスタンク用インサートリングにおいて、
   前記弾性部は、
   径方向外側へ広がる突出部と、
   突出部側の端部外径円周上であって、少なくとも突出部に形成される切欠き部とを有することを特徴とする高圧ガスタンク用インサートリング。
3. 請求項１又は請求項２に記載の高圧ガスタンク用インサートリングにおいて、
   前記突出部はライナ部先端側に形成され、
   前記突出部の外径はライナ部先端の外径と同等であることを特徴とする高圧ガスタンク用インサートリング。
4. 高圧ガスタンク用インサートリングの製造方法であって、
   インサートリングの端部に径方向外側へ広がる突出部を形成する突出部形成工程と、
   前記突出部側の外形円周上であって、少なくとも突出部に切欠き部を形成する切欠き部形成工程と、からなることを特徴とする高圧ガスタンク用インサートリングの製造方法。
5. 請求項４に記載の高圧ガスタンク用インサートリングの製造方法において、
   突出部形成工程はプレス工程であることを特徴とする高圧ガスタンク用インサートリングの製造方法。
6. 筒状の開口部を有する高圧ガスタンクであって、
   開口部に組みつけられる口金部と、
   高圧ガスタンクの内壁及び口金部に沿って設けられるライナ部と、
   ライナ部と口金部の間の境界面をシールするシール部材と、
   開口部においてライナ部に一体成形され、シール部材を径方向に締め付ける請求項１又は請求項２に記載の高圧ガスタンク用インサートリングと、
   を備えることを特徴とする高圧ガスタンク。

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