JP2013170682A - 圧力容器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Oリングの装着不具合を解消できる圧力容器を提供する。
【解決手段】圧力容器の口金部２の一部を容器本体の内部に向けて延出させて口金延出部２２とし、この口金延出部２２の外周側にリング状をなし弾性変形可能なシール補強部材３を配置する。そして、容器本体の内周面を覆うライナー部１１を口金部２およびシール補強部材３と一体に成形し、ライナー部１１の一部を口金延出部２２の外周面２２０とシール補強部材３の内周面３０１との間に介在させる。Oリングを必要とせず、シール補強部材３によってライナー部１１と口金部２（口金延出部２２）とのシール性を確保できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体水素、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス），ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス，その他の各種加圧物質を充填するための圧力容器、およびその製造方法に関する。

ＣＮＧ等の各種加圧物質を充填するための圧力容器としては、一般に、中空状をなす容器本体に金属製の口金部を取り付け、さらに、口金部にバルブを取り付けたものが用いられている。一般には、容器本体の内周面は樹脂製のライナー部で構成され、ライナー部の外周部は高強度樹脂（ＦＲＰなど）製の補強部で構成される。口金部とライナー部との境界には、口金部とライナー部との間をシールするためのOリングを介在させるのが一般的である（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１、２に開示されているようにOリングによってライナー部と口金部との間をシールする場合、ライナー部を口金部およびOリングとは別体で成形し、口金部（またはライナー部）にOリングを装着した上で、口金部をライナー部に挿入する必要がある。

しかし、圧力容器をこのように製造する場合には、口金部を挿入する際に口金部がOリングを押して、Oリングが捻れたり座屈したりする不具合（Oリングの装着不具合と呼ぶ）が生じる可能性がある。Oリングの装着不具合が生じると、加圧物質のシール性に優れる圧力容器を得ることができず、圧力容器の製造ロスが生じる。

特開２００９−１２１６２４号公報 特開２００５−４８９１９号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、Oリングの装着不具合を解消できる圧力容器を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の圧力容器は、開口を持つ中空の容器本体と、該開口の周縁を形成する口金部と、を有する圧力容器であって、前記容器本体の内周面は、樹脂製のライナー部で構成され、前記口金部は、筒状のボス部と、該ボス部に連続し該ボス部の外周端部から該ボス部の径方向外方に突出するフランジ部と、を持ち、該ボス部は、該フランジ部の底面よりもさらに該容器本体の内部に向けて延出する口金延出部を持ち、該口金延出部の径方向外側には、リング状をなし弾性変形可能なシール補強部材が配置され、該ライナー部は、該口金部および該シール補強部材と一体に成形され、該ライナー部の一部は、該フランジ部の底面を覆い、該口金延出部の外周面と該シール補強部材の内周面との間にも介在しているものである。

本発明の圧力容器は、以下の（１）〜（３）の何れかを備えるのが好ましく、複数を備えるのがより好ましい。
（１）前記シール補強部材は無端のリング状をなす。
（２）前記フランジ部の底面と該底面に対面する前記ライナー部の上面との間、および／または、前記口金延出部の外周面と前記ライナー部の内周面との間に介在するシール層を持ち、前記ライナー部は、該シール層、前記口金部および前記シール補強部材と一体に成形されている。
（３）前記シール補強部材は、前記口金延出部の延出方向に延び、前記ライナー部と面接触している。

上記課題を解決する本発明の圧力容器の製造方法は、上述した本発明の圧力容器を製造する方法であって、前記口金部および前記シール補強部材を載置した成形型で前記ライナー部を成形するインサート成形工程を備え、該インサート成形工程において、前記口金および前記シール補強部材を該成形型の型面に載置する際に、前記口金延出部の外周面と前記シール補強部材の内周面との少なくとも一部を離間させ、前記シール補強部材の外周面に対面する該成形型の型面と、前記シール補強部材の外周面と、を離間させつつ前記口金延出部の径方向外側に前記シール補強部材を配置し、前記ライナー部を成形するための成形材料を、前記口金部および前記シール補強部材を載置した該成形型内に射出するとともに、射出圧によって該シール補強部材を拡径方向に弾性変形させる方法である。

本発明の圧力容器の製造方法は、下記の（４）を備えるのが好ましい。
（４）前記インサート成形工程前に、前記口金部に前記シール層を塗装形成するシール層形成工程を備える。

本発明の圧力容器は、従来の圧力容器のように口金部とライナー部との間をＯリングでシールするのではなく、口金部、ライナー部およびシール補強部材を一体に成形することによって、ライナー部の外側に一体化されているシール補強部材で、口金部とライナー部との間を外側から押さえ込む。このため、予め成形したライナー部に口金部およびＯリングを挿入する従来の圧力容器とは異なり、シール補強部材および口金部をライナー部に挿入する必要はない。したがって、本発明の圧力容器によると、Ｏリングを必要とせず、Ｏリングの装着不具合も発生しない。よって、本発明の圧力容器によると、ライナー部、シール補強部材および口金部を正しい位置かつ正しい形状で互いに容易に取り付けることができ、ライナー部と口金部とのシール性が向上する。

上記（１）を備える本発明の圧力容器においては、シール補強部材が変形し難いため、ライナー部と口金部とのシール性がより向上する。

上記（２）を備える本発明の圧力容器は、フランジ部の底面とこの底面に対面するライナー部の上面との間、および／または、口金延出部の外周面とライナー部の内周面との間をシール層によってシールできる。このため、上記（２）を備える本発明の圧力容器によると、ライナー部と口金部とのシール性がさらに向上する。

ところで、例えば圧力容器に液体水素を充填する場合等、圧力容器内部から外部に向けた加圧物質の漏出量を最低限抑制する必要がある場合がある。このときライナー部が加圧物質を遮断できなければ、ライナー部を透過した加圧物質がライナー部と口金部との間に進入し、圧力容器の外部に漏出する可能性がある。

例えば一般的なＯリングによってライナー部と口金延出部との隙間をシールする場合、この隙間は線状にシールされる。この場合、Ｏリングはライナー部の内周面と口金延出部の外周面の間に挟持されて、加圧物質をシールする。このため、三者（すなわち、Ｏリング、ライナー部および口金延出部）の表面は各々充分に平滑である必要がある。このため、特に樹脂製であるライナー部の内周面の状態を考慮して、Ｏリングの位置設定をする必要がある。さらに、ライナー部は樹脂製であるため、補強を考慮する必要もある。

これに対して、上記（３）を備える本発明の圧力容器においては、シール補強部材が口金延出部の延出方向（つまり口金延出部の軸方向）に延びている。このためライナー部と口金延出部は、シール補強部材の軸方向長さ分だけ面シールする。したがって、ライナー部、口金延出部および口金延出部の外周面に形成されたシール層は、シール補強部により強固に圧縮されて、ライナー部と口金延出部との間に隙間が形成され難い。このため、口金部とライナー部との境界部分に沿った圧力容器内外部への加圧物質の漏出を抑制できる。よって、上記（３）を備える本発明の圧力容器は、ライナー部と口金部とのシール性に優れるとともに種々の加圧物質に対応できる。

本発明の圧力容器の製造方法は、口金部およびシール補強部材を載置した成形型でライナー部をインサート成形する工程（インサート成形工程）において、射出圧によってシール補強部材を拡径方向に弾性変形させる。弾性変形したシール補強部材はもとの形状に戻ろうとするため、ライナー部を口金部に向けて押圧する。よって、本発明の圧力容器の製造方法によると、口金部とライナー部とのシール性に優れた本発明の圧力容器を容易に製造できる。また、上述したようにOリングおよび口金部をライナー部に挿入する工程を必要としないため、Oリングの装着不具合が生じない。さらに、シール補強部材による締め付け力を信頼性高く発生させることができる。このため、本発明の製造方法によると、口金部とライナー部とのシール性に優れる圧力容器を容易に製造できる。

上記（４）を備える本発明の製造方法によると、シール層によってライナー部と口金部とのシール性を向上させるとともに、シール層を口金部に塗装形成することでシール層を口金部によって補強でき、ライナー部を成形する際におけるシール層の変形を抑制できる。このため、口金部とライナー部とのシール性に優れる圧力容器を容易に製造できる。なお、本発明の圧力容器におけるシール層としては、ライナー部と別体で成形したものを用いても良い。この場合には、予め成形したシール層を加硫接着等の方法で口金部に一体化したものをインサートとして、ライナー部をインサート成形しても良い。或いは、シール層の材料や形状を適宜選択することでシール層の剛性を高め、口金部、シール補強部材およびシール層をインサートとしてライナー部をインサート成形しても良い。

以下、図面を基に本発明の圧力容器およびその製造方法を説明する。

実施例１の圧力容器を軸方向に切断した様子を模式的に表す断面図である。 図１の要部拡大図である。 実施例１の圧力容器における口金部、シール補強部材およびシール層を軸方向に切断した様子を模式的に表す断面図である。 実施例１の圧力容器の製造方法におけるインサート成形工程を模式的に表す説明図である。 実施例１の圧力容器の製造方法におけるインサート成形工程を模式的に表す説明図である。 実施例１の圧力容器の製造方法におけるインサート成形工程を模式的に表す説明図である。 実施例１の圧力容器の製造方法におけるインサート成形工程を模式的に表す説明図である。 実施例１の圧力容器の製造方法におけるインサート成形工程を模式的に表す説明図である。 実施例１の圧力容器の製造方法におけるインサート成形工程を模式的に表す説明図である。

以下、具体例を挙げて本発明の圧力容器を説明する。
（実施例１）
実施例１の圧力容器は、自動車用の燃料タンクであり、上記（１）〜（３）を備える。実施例１の圧力容器の製造法は上記（４）を備える。実施例１の圧力容器を模式的に表す断面図を図１〜３に示し、実施例１の圧力容器の製造方法を模式的に表す説明図を図４〜９に示す。詳しくは、図１は実施例１の圧力容器を軸方向に切断した様子を模式的に表す断面図である。図２は図１の要部拡大図であり、より詳しくは、図２は図１に示す圧力容器の口金部、シール補強部材、シール層、および、これらの近傍に位置するライナー部および補強部を表す。図３は、実施例１の圧力容器における口金部、シール補強部材およびシール層を軸方向に切断した様子を模式的に表す断面図である。図４は実施例１の圧力容器の製造方法におけるインサート成形工程を模式的に表し、より詳しくは、インサート成形工程で用いた成形型、および、成形型内の口金部、シール補強部およびシール層を模式的に表す。図５は図４に示す成形型内に成形材料を射出している様子を表す。図６はシール補強部材に射出圧が作用している様子を表す。図７は射出圧によりシール補強部材が変形している様子を表す。図８、図９は成形材料を射出した後のシール補強部材を表す。以下、実施例１において、上、下とは図１に示す上、下を指す。軸方向とは図１に示す上下方向と同じ方向である。

実施例１の圧力容器は、容器本体１、口金部２、シール補強部材３およびシール層４を持つ。容器本体１は、軸方向（図１中上下方向）の２端が開口するとともに縮径した筒状（中空状）をなす。容器本体１は、補強部１０とライナー部１１とを持つ。ライナー部１１は、ガスバリア性に優れるＥＶＯＨ（エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂）からなる。補強部１０は、カーボン繊維とエポキシ樹脂とを含むＦＲＰからなり、ライナー部１１の外周に巻回形成されている。すなわちライナー部１１は、補強部１０の内周面を覆っている。

容器本体１の軸方向の２端部には、それぞれ開口部１５が形成されている。２つの開口部１５には、それぞれ、口金部２が一体化されている。口金部２は、金属製であり、ボス部２０とフランジ部２１とを持つ。ボス部２０は筒状をなす。ボス部２０の内周面のなかで、容器本体１における軸方向外部側（図１中上側）の部分には、図略のネジ溝が形成されている。フランジ部２１は、ボス部２０の外周面のなかで軸方向内部側の部分から、外周方向に突出している。実施例１の圧力容器において、フランジ部２１は、ボス部２０の外周全周に連続する環状をなす。ボス部２０の下側部分である口金延出部２２は、フランジ部２１よりもさらに下側にまで延出している。一方の口金部２（図１中上側の口金部）には、図略のバルブが脱着可能に取り付けられる。他方の口金部２（図２中下側の口金部）は、図略の栓部材によって封止されている。

ライナー部１１は口金部２に一体成形されている。ライナー部１１は、フランジ底シール部１１０と、フランジ上面シール部１１１と、ボスシール部１１２と、一般部１１３と、からなる。図２に示すように、フランジ底シール部１１０は、フランジ部２１の底面２１０を覆う。フランジ上面シール部１１１は、フランジ部２１の上面２１１（フランジ部２１のなかで軸方向外部側の面、図１中上側の面）の一部を覆う。ボスシール部１１２は、口金延出部２２の外周面２２０を覆う。一般部１１３は、その他の部分である。

口金延出部２２の外周面２２０およびフランジ部２１の底面２１０には、シール層４が塗装形成されている。シール層４の材料としてはシリコーン系の塗料（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製、ＴＳＲ１８０）を用いた。このシール層４は膜厚８０μｍ程度である。

口金延出部２２およびシール層４の径方向外側（つまり外周側）には、無端のリング状をなすシール補強部材３が配置されている。詳しくは、図３に示すように、シール補強部材３は、軸方向に延びる無端のリング状（短筒状）をなす補強本体部３０と、無端のリング状をなし補強本体部３０の下側に一体化されている補強脚部３１とを持ち、口金延出部２２に外装されている。補強本体部３０および補強脚部３１の内径は同じであり、補強脚部３１の外径は補強本体部３０の外径よりも大きい。つまり、シール補強部材３は、断面Ｌ字状をなす。実施例１の圧力容器において、シール補強部材３の軸方向長さは、口金延出部２２の軸方向長さの３／４以上であり、口金延出部２２の軸方向長さよりもやや短い。

シール補強部材３は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ ３１６Ｌ）製である。ＳＵＳ３１６Ｌは殆ど水素脆化しないことが知られており、液体水素を加圧物質とする圧力容器の材料として好ましく用いられる。なお、ＳＵＳ ３１６ＬはＪＩＳ規格による名称であり、ＡＳＴＭ規格による３１６Ｌと略同じものである。

図２に示すように、ライナー部１１の一部であるボスシール部１１２は、シール補強部材３の外周面３００、シール補強部材３の内周面３０１、およびシール層４の外周面４００に一体化されている。ボスシール部１１２のなかでシール補強部材３の径方向外側（外周側）に位置する部分を外ボスシール部１１５と呼ぶ。また、ボスシール部１１２のなかでシール補強部材３の径方向内側（内周側）に位置する部分を内ボスシール部１１６と呼ぶ。

実施例１の圧力容器は以下のように製造する。

先ず、口金部２におけるフランジ部２１の底面２１０と、口金延出部２２の外周面２２０とにシール層４の材料であるシリコーン系塗料を塗布し、１３０℃で２．５時間加熱することで、シール層４を塗装形成する。

成形型５の型面にシール補強部材３を載置する。次いで、図３に示すように、シール層４が形成された口金部２の口金延出部２２をシール補強部材３の内側に差し込む。したがって成形型５の型面には、図４に示すように、シール層４、口金部２およびシール補強部材３の一体品が載置される。成形型５のなかでシール補強部材３に対面する型面５０はテーパ形状をなす。このため、図６に示すように、シール補強部材３の外周面３００のなかで補強脚部３１の下端に位置する部分は型面５０に当接し、シール層４、口金部２およびシール補強部材３が成形型５内に位置決めされる。なお、このとき、シール補強部材３の外周面３００の大部分は、型面５０と離間している。また、このとき、シール補強部材３の内周面３０１は、シール層４の外周面４００および口金延出部２２の外周面２２０と離間している。

図５に示すように、シール層４、口金部２およびシール補強部材３が載置された成形型５に溶融または軟化したＥＶＯＨ（以下、単に溶融樹脂と呼ぶ）を射出して、ライナー部１１を成形する。このとき、溶融樹脂は成形型５のゲート５１から成形型５内に形成されているキャビティ５００に充填される。

ところで、図６に示すように、シール補強部材３の内周面３０１と、口金延出部２２の外周面２２０（実施例１においては、外周面２２０に形成されているシール層４の外周面４００）とは離間している。このため溶融樹脂は、シール補強部材３の内周面３０１とシール層４の外周面４００との隙間に優先して充填される。この隙間に充填された溶融樹脂は、図７に示すように、シール補強部材３を径方向外側に押圧する。上述したように、シール補強部材３の外周面３００の大部分と、成形型５の型面５０とは離間している。したがってシール補強部材３は、この隙間分だけ拡径可能である。また、シール補強部材３は弾性変形可能である。このため、口金部２とシール補強部材３との間に進入した溶融樹脂による押圧力、つまりインサート成形時の射出圧により、シール補強部材３は弾性的に拡径する。

図８に示すように、射出後、シール補強部材３に作用していた射出圧が低下すると、シール補強部材３は自身の弾性により、元の形状に戻ろうとする。つまりシール補強部材３は縮径しようとする。このためシール補強部材３は、図７および図８に示すように、内ボスシール部１１６、シール層４および口金延出部２２を径方向内方に向けて押圧する。このため内ボスシール部１１６と口金延出部２２とはシール性高くシールされる。さらに、成形後にライナー部１１が樹脂収縮すると、内ボスシール部１１６が縮径して口金延出部２２に圧接する。このことによっても、内ボスシール部１１６と口金延出部２２とはシール性高くシールされる。同様に、外ボスシール部１１５が縮径してシール補強部材３、内ボスシール部１１６およびシール層４を口金延出部２２に押圧する。このことによっても、内ボスシール部１１６と口金延出部２２とはシール性高くシールされる。

シール補強部材３は、口金延出部２２の軸方向に延びる短筒状をなす。このため、シール補強部材３による押圧力は、シール補強部材３の軸方向に連続して作用する。このため内ボスシール部１１６と口金延出部２２とは周方向だけでなく軸方向にも接触する。つまり、内ボスシール部１１６と口金延出部２２とは、シール補強部材３の軸方向長さ分だけ面接触し、互いに面シールする。このため実施例１の圧力容器においては、シール補強部材３の軸方向にわたって、ライナー部１１と口金延出部２２との間に隙間が形成され難い。つまり実施例１の圧力容器は、液体水素等を充填するための圧力容器としても好適に使用できる。

なお、実施例の圧力容器において、ボスシール部１１２は内ボスシール部１１６と外ボスシール部１１５とで構成されているが、成形型５の型面５０とシール補強部材３の外周面３００との相対位置によっては、外ボスシール部１１５を持たない場合もある。

内ボスシール部１１６の肉厚は、キャビティ５００のなかで内ボスシール部１１６を形成する領域の厚さに応じて決定される。この領域の厚さは、シール補強部材３の内周面３０１と口金延出部２２の外周面２２０との距離（口金部２の外周面にシール層４を形成する場合には、シール層４の外周面４００との距離）と一致する。この距離は、インサート成形工程においてシール補強部材３を径方向外方に向けて弾性変形させ得るだけの溶融樹脂を充填可能な距離であれば良く、射出圧や溶融樹脂の流動性、内ボスシール部１１６の軸方向長さ等に応じて適宜設定できる。好ましくは、シール補強部材３の内周面と口金部２の外周面との距離は１mm以上であるのが良く、内ボスシール部１１６の肉厚もまた１mm以上であるのが良い。

シール補強部材３は弾性変形可能な材料からなれば良くその材料は特に限定しないが、縮径方向の締め付け力を十分に大きくすることを考慮すると、高剛性であるのが好ましく、例えばステンレス鋼等の金属からなるのが好ましい。シール補強部材３は単なるリング状であっても良いし、軸方向に長さをもつ形状（つまり筒状）であっても良く、その軸方向長さは特に問わないが、筒状であるのが好ましい。シール補強部材３の軸方向長さは、口金延出部２２の軸方向長さの１／２以上であるのが良く、３／４以上であるのがより好ましい。また、シール補強部材３の形状は実施例１の形状に限らず、例えばシール補強部材３を補強本体部３０のみで構成しても良い。

シール層４は口金部２およびライナー部１１の密着性（シール性）を十分に保つことができれば良く、その材料や膜厚等は特に限定しないが、シリコーン（シリコン樹脂）、ワニス等が好ましく用いられる。シール層４の膜厚は４０〜１２０μｍ程度であるのが好ましい。

実施例１の圧力容器におけるライナー部１１はＥＶＯＨからなるが、本発明の圧力容器におけるライナー部１１の材料は、充填すべき加圧物質に応じて適宜選択すればよい。例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ポリエチレン、ナイロン等がライナー部１１の材料として好ましく用いられる。

実施例１の圧力容器における補強部１０は、カーボン繊維とエポキシ樹脂とを含むＦＲＰからなるが、カーボン繊維にかえてガラス繊維やアラミド繊維等を用いても良い。

実施例１の圧力容器におけるボスシール部１１２は、口金延出部２２の外周面２２０の軸方向全体を覆っているが、軸方向の一部を覆うだけでも良い。つまり、口金延出部２２の一部がボスシール部１１２よりも下側にまで延出していても良い。あるいは、ボスシール部１１２がさらに口金延出部２２の底面２２１（軸方向端面、図１中下側の端面）を覆っても良い。

本発明の圧力容器は、例えば水素ガス、ＣＮＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の各種液化ガスを充填するための圧力容器として好ましく使用できる。車載用の圧力容器として特に好ましく使用できる。

１：容器本体 ２：口金部 ３：シール補強部材
４：シール層 ５：成形型 １０：補強部
１１：ライナー部 １５：開口部 ２０：ボス部
２１：フランジ部 ２２：口金延出部

Claims (6)

1. 開口を持つ中空の容器本体と、該開口の周縁を形成する口金部と、を有する圧力容器であって、
   前記容器本体の内周面は、樹脂製のライナー部で構成され、
   前記口金部は、筒状のボス部と、該ボス部に連続し該ボス部の外周端部から該ボス部の径方向外方に突出するフランジ部と、を持ち、
   該ボス部は、該フランジ部の底面よりもさらに該容器本体の内部に向けて延出する口金延出部を持ち、
   該口金延出部の径方向外側には、リング状をなし弾性変形可能なシール補強部材が配置され、
   該ライナー部は、該口金部および該シール補強部材と一体に成形され、
   該ライナー部の一部は、該フランジ部の底面を覆い、該口金延出部の外周面と該シール補強部材の内周面との間にも介在している圧力容器。
2. 前記シール補強部材は無端のリング状をなす請求項１に記載の圧力容器。
3. 前記フランジ部の底面と該底面に対面する前記ライナー部の上面との間、および／または、前記口金延出部の外周面と前記ライナー部の内周面との間に介在するシール層を持ち、
   前記ライナー部は、該シール層、前記口金部および前記シール補強部材と一体に成形されている請求項１または請求項２に記載の圧力容器。
4. 前記シール補強部材は、前記口金延出部の延出方向に延び、前記ライナー部と面接触している請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の圧力容器。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の圧力容器を製造する方法であって、
   前記口金部および前記シール補強部材を載置した成形型で前記ライナー部を成形するインサート成形工程を備え、
   該インサート成形工程において、
   前記口金および前記シール補強部材を該成形型の型面に載置する際に、前記口金延出部の外周面と前記シール補強部材の内周面との少なくとも一部を離間させ、
   前記シール補強部材の外周面に対面する該成形型の型面と、前記シール補強部材の外周面と、を離間させつつ前記口金延出部の径方向外側に前記シール補強部材を配置し、
   前記ライナー部を成形するための成形材料を、前記口金部および前記補強部を載置した該成形型内に射出するとともに、射出圧によって該シール補強部材を拡径方向に弾性変形させる圧力容器の製造方法。
6. 前記インサート成形工程前に、前記口金部に前記シール層を塗装形成するシール層形成工程を備える請求項５に記載の圧力容器の製造方法。

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