JP2014052030A - 耐圧容器及び耐圧容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】経時的なガスリークを抑制し、気密性を高めることができる耐圧容器およびその製造方法を提供する導電性金属と樹脂とを本来有する性質を変化させることなく１次結合によって強固に結着することができるようにした。
【解決手段】ライナ構成部材２ａと口金３とを一体的に結合（接合）することを目的として、ライナ構成部材２ａに口金３をインサート成形（一体成形）する。その結果、ライナ構成部材２ａと口金３とは複合化層（化学的結合層）によって接合される。このライナ構成部材２ａと口金３との複合化層（化学的結合層）には、ライナ構成部材２ａと口金３が接合されず、口金３が露出する領域、すなわち不連続領域がない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂ライナよりなる耐圧容器およびその製造方法に関し、金属製の口金を樹脂にインサート成型して得られる耐圧容器及びその製造方法に関する。

従来、ＬＰＧ（液化天然ガス）を貯留する耐圧容器として、軽量化等の観点から、内殻を樹脂ライナで構成し、樹脂ライナの外周面をＦＲＰなどの補強層（外殻）で補強した耐圧容器が開発されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の耐圧容器の樹脂ライナは、お碗状の一対のライナ構成部材を接合して、全体として密閉円筒状としたものである。この場合、ポリエチレンなどの熱可塑性樹脂でライナ構成部材の縮径した端壁部に口金をインサート成形して一対のライナ構成部材を形成し、一対のライナ構成部材の端部同士を熱板溶着することで、一体化された樹脂ライナを構成している。
特開２００４−２１１７８３号公報

特許文献１に記載の耐圧容器は、口金部は容器本体との接合部で容器本体の周方向に延びるフランジ部を有し、ライナー部はフランジ部と当接してシールする自己シール部を有し、該自己シール部の外周側には、前記ライナー部の外周に前記容器本体の膨張による前記ライナー部の拡径を規制するリング状の規制部材が設けられるものであった。

したがって化学的には一体化（複合化）されない部材相互間を構造的にシールするものであって樹脂ライナと口金との境界においてガスがリークするおそれがあった。

本発明は、経時的なガスリークを抑制し、気密性を高めることができる耐圧容器およびその製造方法を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するべく、本発明の耐圧容器は、射出成形によって得られる一対の樹脂成形部材を接合して構成された樹脂ライナよりなる耐圧容器であって、前記一対の樹脂成形部材の少なくとも一方に口金をインサート成型してなり、前記一対の樹脂成形部材の少なくとも一方と口金とが複合化層によって接合されてなることを特徴とする。

前記一対の樹脂成形部材の少なくとも一方と口金との接合領域における前記複合化層には不連続領域がないのがよい。

本発明の耐圧容器の製造方法は、一対の（半割りの）ライナ構成部材を射出成形する工程と、一対の（半割りの）ライナ構成部材を相互に接合する工程と、よりなる耐圧容器の製造方法であって、前記一対の（半割りの）ライナ構成部材の少なくとも一方を射出成形する際に口金をインサート成型する工程を有し、そのインサート成型は口金をシャフトに勘合して金型に装着し、口金をシャフトのみによって支持した状態で金型内に樹脂を射出し、充填時の樹脂の圧力によって口金を金型に押さえつけて行われることを特徴とする。

金型内への樹脂の射出方向が実質的に水平方向とされ、また口金とシャフトとの勘合状態が、口金が鉛直方向にフリーとなる様に配置した状態で、口金が鉛直下方に重力によって落下する程度の勘合状態とすることができる。

本発明の耐圧容器およびその製造方法によれば、樹脂ライナと口金との接合境界からのガスのリークを遮断することができる。これにより、耐圧容器からの経時的なガスリークを適切に抑制することができ、耐圧容器の気密性を高め得る。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る耐圧容器およびその製造方法について説明する。
図１及び図２に示すように、耐圧容器１は、全体として密閉円筒状の容器本体２と、容器本体２の長手方向の一端部に取り付けられた口金３と、容器本体２のライナ間のつなぎ目に設けられた溶着部（接合部）４とよりなる。容器本体２の内部は、各種のガスを貯留する貯留空間５となっている。耐圧容器１は、常圧のガスを充填することもできるし、常圧に比して圧力が高められたガスを充填することもできる。すなわち、本発明の耐圧容器１は、高圧耐圧容器として機能することができる。

本発明の耐圧容器１は、高圧の燃料ガスを貯留するのに適用することができ、液化天然ガス（ＬＰＧ）などを貯留することができる。耐圧容器１の容器本体２は、ガスバリア性を有するポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、又は、これらのコポリマーなどのように、融点の高いポリエステル系樹脂で構成される。さらに、容器本体２は、透明又は半透明の透光性を有する樹脂を採用し、かつ、１層で構成することにより、容器本体２の収容物が外部から視認可能となる。

口金３は、例えばステンレスなどの導電性金属で形成され、容器本体２の半球面状をした端壁部の中心に設けられている。口金３の開口部の内周面には、図示しないめねじが刻設されており、バルブアッセンブリ６（バルブボデー）などの機能部品が、このめねじを介して口金３にねじ込み接続可能となっている。

耐圧容器１は、バルブや継手等の配管要素を一体的に組み込んだバルブアッセンブリ６を介して、貯留空間５と外部のガス流路（図示省略）との間が接続される。そして、バルブアッセンブリ６およびガス流路を通って、貯留空間５に天然ガスが充填されると共に貯留空間５から天然ガスが放出される。

容器本体２は、長手方向の中央で二分割されたほぼ同一形状の半割りの中空体からなる一対のライナ構成部材２ａ，２ｂ同士を接合して、口金３側の開口を除き、密閉型の容器状としてなる。実施の態様によっては、ライナ構成部材２ａ，２ｂは、その相互を接合する前に内側にガスバリア性のある物質をスプレー等によって塗布した塗布層を有するものとすることができる。

各ライナ構成部材２ａ，２ｂは、成形精度が良好な射出成形により形成されている。射出成形により均一肉厚の圧力容器を製造することができるため、安定した耐圧性能を確保することができる。射出成形の際に、ライナ構成部材２ａと口金３とを一体的に結合（接合）することを目的として、本発明の耐圧容器の製造方法によってライナ構成部材２ａに口金３をインサート成形（一体成形）する。その結果、ライナ構成部材２ａと口金３とは複合化層（化学的結合層）によって接合される。このライナ構成部材２ａと口金３との複合化層（化学的結合層）には、ライナ構成部材２ａと口金３が接合されず、口金３が露出する領域、すなわち不連続領域がない。

ライナ構成部材２ａは軸方向に所定の長さで延在する胴部２ａ−１を有している。胴部２ａ−１の軸方向の両端側は、開口しており、口金３がインサート成形された一端側２ａ−２は、他端側の略円筒状の接合部４ａに比べて縮径している。なお、本実施の形態では二つのライナ構成部材２ａ，２ｂの一方に口金３を設け、他方のライナ構成部材２ｂの胴部２ｂ−１の一端側２ｂ−２は閉塞端とされる。

耐圧容器１は以下のようにして製造される。
先ず、予め前処理した一の口金３を金型内に配置し、この金型内に所定の熱可塑性樹脂を射出して、ライナ構成部材２ａおよび口金３を一体成形する。次に、ライナ構成部材２ｂを射出成形し、図３に示すようにライナ構成部材２ａ，２ｂの端面同士を突き合わせて、その端面同士を熱板溶接で接合する。
熱板溶接により、接合部４ａ，４ｂの端面同士が溶融して固化し、この端面同士を容器本体２の周方向に亘って一体的に接合した溶着部が形成される。

以上のようにしてライナ構成部材２ａ，２ｂの端面同士を突き合わせて、その端面同士を熱板溶接で接合するにあたり、その前処理としてライナ構成部材２ａ，２ｂ内部にガスバリア性のある物質をスプレー等によって塗布することができる。これによってガスバリア性がより確実なものとなる。

口金３の前処理は、次のようにして行う。
以下の一般式で示される多官能性トリアジンジチオール誘導体の水、有機溶剤またはこれらの混合物を溶媒にした電解液を作成し、この電解液を用いて、電気化学的な方法によって口金３の表面処理を行なう。これによって口金３の表面に多官能性トリアジンジチオール誘導体被膜を作成する。

（上式において、Ｒは−ＯＲ₁ ，−ＯＯＲ₁ ，−Ｓm Ｒ₁ ，−ＮＲ₁ （Ｒ₂ ）；Ｒ₁ ，Ｒ₂ はＨ，水酸基，カルボニル基，エーテル基，エステル基，アミド基，アミノ基，フェニル基，シクロアルキル基，アルキル基，あるいは、アルキン，アルケンの様な不飽和基を含む置換基であり、m は１から８までの整数を意味し、ＭはＨ，もしくは、Ｎａ，Ｌｉ，Ｋ，Ｂａ，Ｃａ，アンモニウム塩などのアルカリ）が対象となる。

図４、図５、図６に示すようにインサート成型は口金３をシャフト７に勘合して金型８に装着し、口金３をシャフト７のみによって支持した状態で金型８内に樹脂を射出し、充填時の樹脂の圧力によって口金３を金型８に押さえつけて行われる。金型８は図上矢印ＡＢで示す天地方向と交差する水平方向に樹脂を射出するように配置される。その結果、充填時の樹脂の圧力が口金３を固定側金型８に押さえつける力になる。樹脂が金型に注入されると直ぐに口金３を固定側金型８に押える作用が働きライナー２ａ、２ｂに相当する部分に樹脂がが完全に充填されるまで口金３を押える力が減少することはない。なお充填時の樹脂の流れを図上矢印Ｃ１〜Ｃ３で示す。

口金３及びシャフト７の勘合状態は口金３の装着、取出しのため樹脂が漏れない程度の隙間がある。例えば図７に示すように口金３及びシャフト７を水平方向ではなく、図上矢印ＡＢで示す天地方向に沿って配置し、口金３が鉛直方向にフリーとなる様にした場合には、口金３がシャフト７と離脱して鉛直下方に重力によって落下する程度に相互に滑る程度の勘合状態とされる。

一般的な口金３（インサート金具）の装着方法にあっては、図８に示すように通常は口金３がズレルのを防ぐために固定側金型８ａ、可動側金型８ｂの両方の金型８でピン９等を用いて口金３が図上矢印に示すように付勢して押えられる。そのためピン９等を用いて押える部分で、樹脂と口金３（インサート金具）とが接合されない領域が不可避的に生じ、これがガス漏れが発生する欠陥の起点となる問題が生じる。

これに対して本発明では口金３をシャフト７に装着し、特に口金３がズレルのを防ぐために固定側金型８ａ及び可動側金型８ｂのいずれに対してもピン９等を用いて押えることはない。その様に特には金型８に対し口金３を固定することなく金型８を閉じ、空間に樹脂を充填する。前述したように口金３及びシャフト７の勘合状態は樹脂が漏れない程度の隙間がある勘合状態であるので、樹脂充填時の樹脂の圧力が口金３を固定側金型８に押さえつける力になり、その押さえつける力によって表面処理された口金３表面に存在する多官能性トリアジンジチオール誘導体被膜と樹脂との反応が促進され、樹脂と口金３（インサート金具）との化学的接合層が良好に形成される。

また固定側金型８ａ及び可動側金型８ｂのいずれに対してもピン９等を用いて押えることはないのでガス漏れが発生する欠陥の起点となる樹脂と口金３（インサート金具）とが接合されない領域は生じない。
なお口金３にはローレット及び、溝等の加工を併用することで接合強度を上げることができる。

以上のインサート成型によって得られる樹脂と口金３（インサート金具）との接合層を図９に示す。
図９に示すように樹脂層と金属層とはトライ拡散層を介して接合される。トライ拡散層は金属と樹脂との化学反応によって生成される。この金属と樹脂との化学反応による生成物が金属と樹脂の双方に拡散して化学的結合層であるトライ拡散層が生成される。その厚さは１０〜１０００オングストロームである。

図１０は、耐圧容器１を用いて構成される樹脂製ＬＰＧボンベ１０の外観の斜視図であり、図１１はその縦断面図である。樹脂製ＬＰＧボンベ１０には、例えば、ＬＰＧなどの高圧ガスが収容される。

図１０、図１１に示すように、樹脂製ＬＰＧボンベ１０は、最も内側にある第１層である耐圧容器１と、この耐圧容器１の外側にあり、ガラス繊維を編んだ袋状編物ないし筒状編み物で構成される第２層１１と、この第２層の外側にある射出成形によって得られたプロテクターである第３層１２とからなる。耐圧容器１には透光性を有する樹脂を採用し、かつ、１層で構成する。またプロテクターである第３層１２には複数の孔部１３を周回して設ける。しかも耐圧容器１、第２層１１は互いに密着し、重なり合った状態で半透明となる。その結果、樹脂製ＬＰＧボンベ１０の収容物が孔部１３を通して外部から視認可能となり、収容物（ＬＰＧなど）の残量などを外部から視認できる。さらに、耐圧容器１及び第２層１１は十分な伸びを有し、内圧による過剰な応力が発生しても吸収することができる。
例えば、第２層１１を構成する袋状編物は、ガラス繊維と他の繊維（化学繊維）とで構成されてもよいが、ガラス含有率を向上させる観点から、ガラス繊維のみから構成されることが好ましい。

以上の樹脂製ＬＰＧボンベ１０は、編物で構成された第２層１１を有するため、火炎暴露試験において高い耐性が期待できる。すなわち、第２層１１の繊維が熱劣化して一部が破断したとしても、第２層１１の繊維は網目状に組織化されているため、繊維張力が一定程度維持されて、内圧に耐えることができる。さらに、第２層１１は、ほぼ面として、耐圧容器１を保護することができる。

また、樹脂製ＬＰＧボンベ１０は、ポリエチレン等のブロー成形性のよい樹脂よりも融点の高いポリエステル樹脂を耐圧容器１として採用しているため、より高い耐熱性が期待できる。
また、本実施の形態の樹脂製ＬＰＧボンベ１０は、樹脂とガラス繊維で構成されているため、金属で構成される容器よりも、軽量となり、かつ、錆びにくい。

以上説明したように、本発明の耐圧容器及びその製造方法によれば、接合型の部品を用いたことで安定した寸法の製品を得ることができる。樹脂の射出成形の圧力を利用してインサート金具を押さえることで、金具を金型で挟み込むことなく、金具の移動を抑制することができる。金具をインサート成形する際に化学的な接合方法を併用することで、金属と樹脂が密着し容器に圧力をかけたときに接合面から気体が漏れることが回避される。また射出成形による分割型の成形品を熱板等による溶着方法で、圧力容器を製造できるようになったことで製造時間の短縮と品質の安定化につながる。
分割型の圧力容器の成形品の接合方法として、熱板溶着法のほか、スピン溶着法、振動溶着法、超音波溶着法など、成形品の接合面を溶融することができる装置を用いて溶着することも可能である。

本発明の耐圧容器を用いてなる樹脂製ＬＰＧボンベは、タクシー等のＬＰＧ ガス自動車、ＬＰＧガススタンド等で用いるボンベ、ＬＰＧ発電機、ガスボンベ式耕運機、ＬＰＧフォークリフト、ＬＰＧキャンプ用具、ＬＰＧガスエアコン、ＬＰＧガス乾燥機などに用いるのに好適である。また、車両以外の航空機や船舶など、樹脂製ＬＰＧボンベの耐圧容器に貯留されたガスを動力源として用いる輸送機関にも、本発明の耐圧容器を好適に適用することができる。

第１実施形態に係る耐圧容器の正面図である。 第１実施形態に係る耐圧容器に外部部品を装着した状態を示す斜視図である。 第１実施形態に係る耐圧容器の製造工程の一部を示す模式図である。 第１実施形態に係る耐圧容器の製造工程の一部を示す他の模式図である。 第１実施形態に係る耐圧容器の製造工程の一部を示すさらに他の模式図である。 第１実施形態に係る耐圧容器の製造工程の一部を示すまた別の模式図である。 第１実施形態に係る耐圧容器の製造工程の説明模式図である。 第１実施形態に係る耐圧容器の製造工程の他の説明模式図である。 第１実施形態に係る耐圧容器の部分的な組織を示す写真である。 第１実施形態に係る耐圧容器を用いて構成される製品の斜視図である。 図１０に示す製品の縦断面図である。

１・・・耐圧容器、２・・・容器本体、３・・・口金、４：溶着部（接合部）、５・・・貯留空間、６・・・バルブアッセンブリ、７・・・シャフト、８ａ・・・固定側金型、８ｂ・・・可動側金型、９・・・ピン、１０・・・樹脂製ＬＰＧボンベ、１１・・・第２層、１２・・・プロテクター（第３層）、１３・・・孔部。

Claims (7)

1. 射出成形によって得られる一対の樹脂成形部材を接合して構成された樹脂ライナよりなる耐圧容器であって、前記一対の樹脂成形部材の少なくとも一方に口金をインサート成型してなり、前記一対の樹脂成形部材の少なくとも一方と口金とが複合化層によって接合されてなることを特徴とする耐圧容器。
2. 前記一対の樹脂成形部材の少なくとも一方と口金との接合領域における前記複合化層には不連続領域がない請求項１に記載の耐圧容器。
3. 前記一対の樹脂成形部材の内側にガスバリア性のある物質が塗布された請求項１に記載の耐圧容器。
4. 一対の（半割りの）ライナ構成部材を射出成形する工程と、一対の（半割りの）ライナ構成部材を相互に接合する工程と、よりなる耐圧容器の製造方法であって、前記一対の（半割りの）ライナ構成部材の少なくとも一方を射出成形する際に口金をインサート成型する工程を有し、そのインサート成型は口金をシャフトに勘合して金型に装着し、口金をシャフトのみによって支持した状態で金型内に樹脂を射出し、充填時の樹脂の圧力によって口金を金型に押さえつけて行われることを特徴とする耐圧容器の製造方法。
5. 金型内への樹脂の射出方向が実質的に水平方向とされる請求項４に記載の耐圧容器の製造方法。
6. 口金とシャフトとの勘合状態が、口金が鉛直方向にフリーとなる様に配置した状態で、口金が鉛直下方に重力によって落下する程度の勘合状態とされる請求項４又は請求項５に記載の耐圧容器の製造方法。
7. 前記一対の（半割りの）ライナ構成部材を相互に接合する工程の前に、前記ライナ構成部材内部にガスバリア性のある物質を塗布する請求項４又は請求項５に記載の耐圧容器の製造方法。