JP2014219070A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】シールリングやＯリングを使用することなく口金とライナーとの間の高度の気密性を形成し、かつ該気密性の経時劣化のおそれのない圧力容器を提供すること。
【解決手段】円筒型の口金部材と、口部が前記口金部材の少なくとも一部の外面に嵌合する樹脂製ライナーと、金部材に嵌合した部分の外面に嵌合するかしめ部材とを有し、前記口金部材における前記ライナーが嵌合する部分の外面に、前記口金部材の軸線にと直交する方向に延びた凹凸部が形成されており、前記かしめ部材を前記口金部材の軸線に向かう方向にかしめ加工し、該かしめ加工による前記ライナーの変形部分が前記口金部材の凹凸部に相補的に噛み合っている圧力容器。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力容器、特に各種液化ガス、高圧の水素、酸素、ヘリウム、空気等を貯蔵し、必要により移動可能な圧力容器に関する。

従来の圧力容器として、内殻と外殻を有するガスボンベにおいて、内殻の首部の上端面の上にシールリングを配置し、該シールリングを前記内殻の首部の上端面の方向に押圧する押圧手段を設けた圧力容器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

従来の他の圧力容器として、合成樹脂製のライナーと金属製の口金との間の気密シールの信頼性を高めた圧力容器であって、ライナーをポリエチレン樹脂により回転成形し、その際に、口金本体のボス部の内端側外周に突設されたフランジ部がライナーの内面から離間するように口金本体を配設し、ポリエチレン樹脂が成形時の温度から冷却してまだ溶融状態にあるときに、口金本体を変位させてフランジ部をライナーの内面に当接させ、ポリエチレン樹脂が硬化した後、リングプレートをライナーの外面に当接させるとともに、ロックナットをボス部の雄ネジ部に螺合し、リングプレート及びライナーを介してフランジ部に締付ける圧力容器が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

従来のさらに他の圧力容器として、ライナーと口金との隙間の発生を防止して、口金取付部における気密シールの信頼性を高めた圧力容器であって、端部に取付穴を有する合成樹脂製のライナーと、取付穴を貫通する筒状のボス部及び該ボス部の外周に突設されてライナーの内面に当接するフランジ部を含む口金とを備え、ライナーは、口金に触れない状態で成形され、口金は、フランジ部とボス部とのコーナと、ライナーの内面と取付穴の内周面とのコーナとの間にＯリングを介して、ライナーに取り付けられた圧力容器が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

従来のさらに他の圧力容器として、合成樹脂製のライナーと口金との間の隙間の発生を防止し、かつ高圧の気体シールに最適な口金構造を有する圧力容器であって、金具が合成樹脂製のライナーに対して気体を内包する内側とそれに相対する外側に存在し、ネジ締結機構により合成樹脂製のライナーを挟み込む形態をとり、内側と外側の金具部材がネジ締結により一体的になり、内側金具部材の外周面と合成樹脂製ライナーの内周面との間もしくは外側金具部材の内周面とライナー外周面との間の少なくとも１カ所にリップパッキンを用いたシール機構を有する圧力容器が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開平０８−２１９３８７号公報 特開平１０−２３１９９７号公報 特開２０００−２９１８８７号公報 特開２００５−２６５１３８号公報

しかし、前記従来技術の圧力容器においては、圧力容器の口部の最も内側に配置されるノズル取付用口金の最大外径がライナー（内殻）の口部の内径より大きく、製造に大きな困難性を伴う。
特許文献１の技術においては、ライナーと口金とを一体ブロー成形することを記載している。しかし、一体ブロー成形によるライナーと口金との気密性は低く、また気密耐久性も低い。そのため、内殻の首部の上端面の上にシールリングを配置しているが、シールリングは経時劣化が避けられず、信頼性の低い圧力容器である。

特許文献２の技術においては、ライナーと口金とを、弾性シール材とリングプレートをネジ押圧することによって結合して気密性を保持している。しかし、弾性シール材とリングプレートの経時劣化が避けられず、信頼性の低い圧力容器である。また、圧力容器の口部の最も内側に配置されるノズル取付用口金の最大外径がライナーの口部の内径より大きいことによる製造上の困難性を解決するため、ライナーは複数の部品に分割成形して貼り合わせる継目ありのライナーを提案している。継目なしのライナーを要求される場合、回転成形又はブロー成形を提案しているが、ブロー成形の具体的方法は開示されていない。

特許文献３の技術は、ライナーと口金の気密性を両者間にゴム製のＯリングを介在させることによって行っているが、ゴム製のＯリングは経時劣化が避けられず、信頼性の低い圧力容器である。また、前記ボス部の外周に外挿されてライナーの外面に当接し、前記フランジ部との間で前記ライナーをかしめ又はネジ部材により挟着する挟着金具を備えている。しかし、挟着金具は、口金のフランジ部との協働によってライナーを挟持つ作用をなし、ライナーと口金のボス部との気密性を高める作用は、付随的な極めて小さなものである。

特許文献４の技術においては、外側金具部材と内側金具部材のフランジ部とによって合成樹脂製ライナーを挟み込み、内側金具部材のフランジ部とライナーとの間にＯリングを介在させることによって両者の間の気密性を保持しているが、Ｏリングの経時劣化が避けられず、信頼性の低い圧力容器である。また、ライナーを多層ブロー成形にて製作することを記載しているが、内側金具部材のフランジ部の最大外径がライナーの口部の内径より大きいことによる製造上の困難性を解決する具体的方法は開示していない。

（発明の目的）
本発明は、従来技術の圧力容器に関する上述した問題に鑑みてなされたものであって、シールリングやＯリングを使用することなく口金とライナーとの間の高度の気密性を形成し、かつ該気密性の経時劣化のおそれのない圧力容器を提供することを目的とする。
本発明はさらに、口金の最大外径が口金の内径より小さく、従来確立されているブロー成形によって容易に製造することができる圧力容器を提供することを目的とする。

本発明は、
円筒型の口金部材と、
口部が前記口金部材の少なくとも一部の外面に嵌合する樹脂製ライナーと、
前記ライナーの前記口金部材に嵌合した部分の外面に嵌合するかしめ部材とを有し、
前記口金部材と前記かしめ部材は螺合して一体的であり、
前記口金部材における前記ライナーが嵌合する部分の外面に、前記口金部材の軸線と直交する方向に延びた凹凸部が形成されており、
前記かしめ部材を前記口金部材の軸線に向かう方向にかしめ加工し、該かしめ加工による前記ライナーの変形部分が前記口金部材の凹凸部に相補的に噛み合っている
いることを特徴とする圧力容器。

本発明の高圧容器によれば、シールリングやＯリングを使用することなく口金部材とライナーとの間の高度の気密性を形成し、かつ該気密性の経時劣化のおそれのない圧力容器を形成することができる。
本発明の高圧容器によればさらに、口金部材の最大外径がライナーの口部の内径より小さく形成することができ、ライナーを従来確立されているブロー成形によって容易に製造することができる圧力容器を形成することができる。

本発明の実施形態の圧力容器の口部近傍の断面図を含む正面図である。 本発明の実施形態の圧力容器の側面図である。 本発明の実施形態の圧力容器の口金部材の正面図である。 本発明の実施形態の圧力容器のかしめ部材の断面図である。 本発明の実施形態の変形例の圧力容器の口部近傍の断面図である。

以下に、本発明の実施形態の圧力容器を、図面に基づいて説明する。
実施形態の圧力容器１０は、図１に示すように、各種液化ガス、高圧の水素、酸素、ヘリウム、空気等の圧力容器１０の収容物を充填取出すために配管（図示せず）に連通される口金部材１２と、収容物を収容するライナー１４と、ライナー１４を口金部材１２に気密・液密的に結合するかしめ部材１６と、ライナー１４を耐圧的に保護する外殻２０を包含している。

口金部材１２は、図１〜３に示すように、概ね段付き円筒形であって、図１及び３において、図１の右側すなわち開口部側より、順次、外面部が６角形で内面部にネジ山を形成した連結部２２と、外面部及び内面部が円筒形の第１つなぎ部２４と、第１つなぎ部２４より外径が大きく外面部及び内面部が円筒形の第２つなぎ部２６と、外面部にかしめ部材１６が螺合するネジ山を有し内面部が円筒形の螺合部２８と、外面部及び内面部が円筒形の第３つなぎ部３０と、ライナー１４が外面部にかしめ結合され内面部が円筒形のかしめ部３２から形成されている。

口金部材１２及びかしめ部材１６の材料としては、炭素鋼として、圧力配管用炭素鋼鋼管、高圧配管用炭素鋼鋼管、低温配管用鋼管、機械構造用炭素鋼鋼材が例示される。マンガン鋼として、高圧ガス容器用継目無鋼管、機械構造用マンガン鋼鋼材、マンガンクロム鋼鋼材が例示される。クロムモリブデン鋼や低合金鋼として、高圧ガス容器用継目無鋼管、機械構造用合金鋼鋼管、ニッケルクロムモリブデン鋼鋼材、クロムモリブデン鋼材を例示でき、ステンレス鋼では、圧力用ステンレス鋼鍛鋼品、配管用ステンレス鋼管、ステンレス鋼棒、熱間圧延ステンレス鋼板および鋼帯、冷間圧延ステンレス鋼板および鋼帯が例示される。アルミニウム合金として、アルミニウムおよびアルミニウム合金の板、条、棒、線、継目無管、鍛造品が例示される。

ライナーの材料としては、その主材が、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ABS樹脂、ポリスチレン樹脂、AS樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂（ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＣＴなど）、ＰＰＳ樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、環状オレフィン共重合体樹脂、アイモノマー樹脂などが例示される。これらは１種類だけであっても、或いは２種類以上を混合して使用してもよい。これら熱可塑性樹脂は単独でも、混合物でも、また共重合体であってもよい。混合物の場合には相溶化剤を併用してもよい。
さらにまた、難燃剤として臭素系難燃剤、シリコン系難燃剤、赤燐などを加えてもよい。また、気体封止材であるエチレンビニルアルコール（ＥＶＯＨ）などを積層した多層構造とすることでさらに好適な形態となる。

外殻２０の材料としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維の少なくとも１種類以上の強化繊維と、その主材が、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、フッ素樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂の少なくとも１種類以上の樹脂から構成されるＦＲＰが例示される。

口金部材１２のかしめ部３２の外面部には、図３に示すように、口金部材１２の軸線Ｏと直交する面内で該外面部上の形成された外周溝４０が２条形成されている。外周溝４０は断面が円弧状であって、かしめ部３２の外径が１９．２ｍｍのとき、深さ０．３ｍｍ、円弧半径６ｍｍが一設計値である。２条の外周溝４０の間隔は、１１ｍｍである。

かしめ部材１６は、図４に示すように、図４の右側すなわち開口部側の内面に、口金部材１２の螺合部２８に螺合するネジ山が形成されている。

圧力容器１０は、図１に示すように、口金部材１２のかしめ部３２にライナー１４を嵌合させ、これと同時並行的にかしめ部材１６のネジ山を口金部材１２の螺合部２８に螺合させる。その後、口金部材１２のかしめ部３２に対応するかしめ部材１６の部分を、口金部材１２の軸線Ｏと直交する方向からかしめる。このかしめ部材１６のかしめにより、ライナー１４は変形して、口金部材１２の凹凸部すなわち外周溝４０に相補的に噛み合うようになる。この口金部材１２とかしめによる押圧変形のかしめ部材１６の噛み合いによって、口金部材１２とライナー１４の気密性・水密性が形成され、且つシーリング部材を含まないため該気密性・水密性の耐久性が高く、且つ経時劣化の可能性は極めて少ない。

外殻２０は、図１に示すように、ライナー１４の全体を覆い、さらに、かしめ部材１６の開口部側端面１６ａを覆うように構成される。これにより、かしめ部材１６は、図１及び図３において右側すなわち開口部側への移動を制限される。さらに、かしめ部材１６に螺合する口金部材１２が、開口部側へ移動することが制限される。すなわち、口金部材１２のライナー側端面３４には、内圧より、図１及び３において右側、すなわち開口部側に変位しようとする応力がかかるが、この構造により口金部材１２の開口部側への変位が抑制される。

（変形例）
上述した実施形態においては、かしめ部材１６は概ね円筒形であったが、かしめ部材の変形として、図５に示すように、ライナー１４の内部に向かって末広がり形にして、フランジ１６ｂを設ける。このように形成することによって、ライナー１４、かしめ部材１６及び外殻２０の結合が強化され、ライナー１４から外殻２０にかかる応力が分散され、圧力容器１０のライナー１４の内圧に対する耐久性が高められる。

さらに、図５に示すように、外殻２０を、かしめ部材１６を越えて口金部材１２の開口部側の細径部すなわち第１つなぎ部２４まで覆うように形成することによっても、ライナー１４、かしめ部材１６及び外殻２０の結合が強化され、ライナー１４から外殻２０にかかる応力が分散され、圧力容器１０のライナー１４の内圧に対する耐久性が高められる。

本発明の圧力容器は、部品点数が少なく、製造すなわち部品成形や組み立てが容易であり、製造コストが安い。また、気密性・水密性が高く、且つ経時劣化の可能性は極めて少ないことから、特に車両への搭載等のように環境の変化が激しく、振動・衝撃の多いものにも有効に採用できる。

上述した口金部材１２の凹凸部すなわち外周溝４０は、凸部が峰状に続く凸条に替えてもよい。前記外周溝４０及び前記凸条は、口金部材１２の全周にわたって連続していてもまた断続していてもよい。さらに、前記外周溝４０及び前記凸条は混在し、例えば交互に形成されてもよい。

Ｏ 口金部材の軸線
１０ 圧力容器
１２ 口金部材
１４ ライナー
１６ かしめ部材
２０ 外殻
２２ 連結部
２４ 第１つなぎ部
２６ 第２つなぎ部
２８ 螺合部
３０ 第３つなぎ部
３２ かしめ部
４０ 外周溝

Claims (7)

1. 円筒型の口金部材と、
   口部が前記口金部材の少なくとも一部の外面に嵌合する樹脂製ライナーと、
   前記ライナーの前記口金部材に嵌合した部分の外面に嵌合するかしめ部材とを有し、
   前記口金部材と前記かしめ部材は螺合して一体的であり、
   前記口金部材における前記ライナーが嵌合する部分の外面に、前記口金部材の軸線と直交する方向に延びた凹凸部が形成されており、
   前記かしめ部材を前記口金部材の軸線の方向にかしめ加工し、該かしめ加工による前記ライナーの変形部分が前記口金部材の凹凸部に相補的に噛み合っている
   いることを特徴とする圧力容器。
2. 前記口金部材の凹凸部が、連続したあるいは断続した溝であることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
3. 前記口金部材の凹凸部が、連続したあるいは断続した凸条であることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
4. 前記かしめ部材が、円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
5. 前記かしめ部材が、圧力容器内部に向かって末広がり形でフランジ部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
6. 前記樹脂製ライナーと前記かしめ部材が、外郭でよって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
7. 前記口金部材の少なくとも一部と前記樹脂製ライナーと前記かしめ部材が、外郭でよって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。

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