JP2015140830A - 圧力容器 - Google Patents

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Abstract

【課題】シール部材のメンテナンス性に優れるとともに簡易な構造からなる圧力容器を提供することを課題とする。【解決手段】突出する筒状のネック部2bを備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナー2と、ネック部2bの径方向外側に設けられた口金部材3と、樹脂ライナー2及び口金部材3の外側を覆う補強層4と、ネック部2bと口金部材3との間に挿入されるとともに、口金部材3に対して着脱自在に取り付けられる取付部材5と、ネック部2bの外周面と取付部材5の内周面との間に介設された第一シール部材6と、を有することを特徴とする。【選択図】図2

Description

本発明は、気体又は液体を貯留する圧力容器に関する。
高圧の気体又は液体を貯留することができる圧力容器が知られている。近年では、圧力容器の軽量化を目的として、合成樹脂製の薄肉容器(樹脂ライナー)を、樹脂が含浸された繊維強化層で被い、その後樹脂を硬化させる複合構造の圧力容器が提案されている。
例えば、特許文献1に記載の圧力容器は、突出するネック部を備えた樹脂ライナーと、樹脂ライナーの内側に設けられた口金部材と、樹脂ライナー及び口金部材を覆う繊維強化樹脂層(FRP層)とで構成されている。口金部材と樹脂ライナーとの間には、Oリングからなるシール部材が介設されている。当該シール部材は、口金部材のフランジ部の外周面と、樹脂ライナーの内周面との間に介設されている。
特開2005−265138号公報
樹脂ライナーと金属製の口金部材とは材料が異なるため、高いシール性を維持することは容易なことではない。シール性を向上させるためにシール機構を複雑化すると、圧力容器の製造コストや材料コストが向上するという問題もある。
また、シール部材が劣化した場合、従来の圧力容器の構成であると、シール部材の点検及び交換をすることができないため、新しい圧力容器に交換せざるを得ないという問題がある。
本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、シール部材のメンテナンス性に優れるとともに簡易な構造からなる圧力容器を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、突出する筒状のネック部を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナーと、前記ネック部の径方向外側に設けられた口金部材と、前記樹脂ライナー及び前記口金部材の外側を覆う補強層と、前記ネック部と前記口金部材との間に挿入されるとともに、前記口金部材に対して着脱自在に取り付けられる取付部材と、前記ネック部の外周面と前記取付部材の内周面との間に介設された第一シール部材と、を有することを特徴とする。
かかる構成によれば、ネック部の外周面と取付部材の内周面との間に第一シール部材を介設しているため、口金部材から取付部材を取り外す際に、第一シール部材の点検又は交換等を行うことができる。これにより、第一シール部材のメンテナンス性を高めることができる。また、樹脂ライナーに内圧が作用すると、ネック部に径方向外側方向の応力が作用するためセルフシール機能が働き、確実にシールすることができる。また、圧力容器の外部への連通流路がネック部と取付部材との間の一系統になるため、当該連通流路にシール機構を集約することができる。これにより、シール機構の簡素化を図ることができる。
また、前記取付部材は、前記口金部材に締結される第一部材及び前記ネック部と前記口金部材との間に挿入される第二部材を備えた分割構成となっており、前記ネック部の外周面と前記第二部材の内周面との間に前記第一シール部材が介設されるとともに、前記第一部材と前記第二部材との間に第二シール部材が介設され、前記第二部材は、前記口金部材と前記第一部材とによって挟持されていることが好ましい。つまり、取付部材を分割構成とすることも可能である。
取付部材を口金部材に締結する際に、ネック部との摩擦によって第一シール部材に軸方及び円周方向の応力が作用するため、第一シール部材が所定の位置に配設されないおそれがある。しかし、本発明によれば第一部材と第二部材とが分割形成されているため、第二部材を回転させずに、ネック部と第二部材との間に第一シール部材を配設することができる。つまり、第二部材を挿入する際に、第一シール部材に円周方向の応力が作用しないため、第一シール部材を所定の位置に確実に配設することができる。
また、前記ネック部に補強部材が設けられていることが好ましい。
ネック部は経年劣化により剛性が低下してへたりやすくなるが、かかる構成によれば、ネック部の剛性を高めることができる。これにより、長期的にシール性を維持することができる。
本発明に係る圧力容器によれば、シール部材のメンテナンス性に優れるとともに簡易な構造とすることができる。
本発明の第一実施形態に係る圧力容器を示す一部破断側断面図である。 第一実施形態に係る圧力容器の口金部材周りを示す側断面図である。 第一実施形態に係る圧力容器の第一変形例における口金部材周りを示す側断面図である。 第一実施形態に係る圧力容器の第二変形例における口金部材周りを示す側断面図である。 本発明の第二実施形態に係る圧力容器の口金部材周りを示す側断面図である。 第二実施形態に係る圧力容器の第一変形例における口金部材周りを示す側断面図である。
[第一実施形態]
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態に係る圧力容器1は、樹脂ライナー2と、口金部材3と、補強層4と、取付部材5と、第一シール部材6とで主に構成されている。圧力容器1は、例えば、内部に液体又は気体を収容することができる中空容器である。
樹脂ライナー2は、図1に示すように、樹脂製であって内部が中空になっている。樹脂ライナー2の材料は特に制限されないが、収容する気体又は液体の種類や用途に応じて、例えば、ポリエチレン(PE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリアミド、ポリケトン、ポリフェニレンサルフィド(PPS)などが用いられる。樹脂ライナー2を樹脂で形成することで、軽量化を図ることができる。
樹脂ライナー2は、本実施形態では、液体又は気体を収容し円筒状を呈する収容部2aと、中心軸Cに沿って注排方向外側に突出するネック部2bと、収容部2aとネック部2bとを連結するショルダ部2cとで構成されている。収容部2a、ネック部2b及びショルダ部2cは、本実施形態では一体成形されているが、複数のピースを溶着して構成してもよい。また、収容部2aの形状は、特に制限されるものではなく、例えば、球形であってもよい。
図2に示すように、ネック部2bは、円筒状を呈し、ショルダ部2cから立ち上がっている。ネック部2bの高さ寸法は、後記する立上り部22の高さ寸法よりも小さくなっている。ネック部2bの先端の外周部は、面取り加工されている。
ショルダ部2cは、口金部材3が配設される部位である。ショルダ部2cには、凹部11と、凸部12とが形成されている。凹部11は、ネック部2bの周囲に形成された窪みである。凸部12は、凹部11の底面から突出する部位であり、口金部材3に対する周り止めとして機能する。凸部12は、ネック部2bの周囲に断続的に複数個形成されている。
図2に示すように、口金部材3は、ネック部2bの径方向外側に配設される金属製の部材である。口金部材3は、フランジ部21と、立上り部22とで構成されている。フランジ部21は、リング状を呈し、ショルダ部2cの凹部11に配設される部位である。フランジ部21の底面21aには、周方向に断続的に形成された複数の凹溝21bが形成されている。凹溝21bには、後記する成形工程の際に樹脂材料が入り込んで、周り止めとなる凸部12が形成される。フランジ部21は、立上り部22に対して径方向外側に張り出す外側フランジ23と、径方向内側に張り出す内側フランジ24とを備えている。
外側フランジ23の外周面23aは、ショルダ部2cの外周面と面一になっている。内側フランジ24の先端面24aは、ネック部2bの外周面に面接触している。
立上り部22は、円筒状を呈し、フランジ部21に対して略垂直に立ち上がっている。立上り部22の基端側に形成された基端側内周面22aは平滑になっている。一方、立上り部22の先端側に形成された先端側内周面22bには雌ネジが形成されている。
補強層4は、FRP(繊維強化プラスチック)製であり、樹脂ライナー2及び口金部材3の外周を覆うように形成されている。補強層4の材料は、繊維強化プラスチックに限定されるものではなく、樹脂ライナー2の強度を高めることができる他の材料で形成してもよい。
図2に示すように、取付部材5は、口金部材3に対して着脱自在に形成された部材である。取付部材5は、先端側がネック部2bと口金部材3との間に挿入されるとともに、基端側が口金部材3に固定(締結)される。取付部材5は、例えば、ジョイント部材やバルブ等の他の部材であってもよい。
取付部材5は、本体部31と、固定部32と、先端部33とで構成されている。取付部材5の材料は特に制限されないが、本実施形態では金属製になっている。
固定部32は、本体部31に連続しており、円柱状を呈する。固定部32の外周面32aには、先端側内周面22bの雌ネジに螺合される雄ネジが形成されている。
先端部33は、取付部材5の先端側に形成される部位である。先端部33は、固定部32に連続して形成された基部41と、先端側に形成された脚部42とで構成されている。基部41は、円柱状を呈する。本体部31、固定部32及び基部41の中央には、連通孔Xが形成されている。
脚部42は、基部41に連続しており、円筒状を呈する。脚部42の内周面42bは、ネック部2bの外周面に面接触している。つまり、内周面42bの内径は、ネック部2bの外径と略同等になっている。
基部41の外周面41aと脚部42の外周面42aとは面一になっている。外周面41a,42aは、基端側内周面22aに面接触することが好ましいが、基端側内周面22aに対して微細な隙間をあけて配設されてもよい。
内周面42bには第一シール部材6を配設するための取付座42cが凹設されている。取付座42cは、断面矩形を呈し、内周面42bの全周に亘って形成されている。脚部42の先端面42dは、内側フランジ24の表面24bに面接触している。
第一シール部材6は、ネック部2bと脚部42との間をシールする部材である。第一シール部材6は、本実施形態ではOリングを用いている。第一シール部材6は、ネック部2bの外周面と、内周面42b(取付座42c)にそれぞれ当接している。本実施形態では、第一シール部材6にバックアップリングBRを隣接させている。バックアップリングBRは必要に応じて配設すればよい。
次に、本実施形態に係る圧力容器1の製造方法について説明する。圧力容器の製造方法では、成形工程と、補強層成形工程と、取付工程とを行う。まず、成形工程では、樹脂ライナー2と口金部材3とを一体成形する。本実施形態では、回転成形又はインジェクション成形により樹脂ライナー2と口金部材3とを一体成形する。
補強層成形工程では、例えば、フィラメントワインディング法により、樹脂ライナー2及び口金部材3の外周に補強層4を形成する。
取付工程では、口金部材3に取付部材5を取り付ける。まず、取付部材5の取付座42cに第一シール部材6及びバックアップリングBRを配設する。そして、脚部42の先端面42dが口金部材3の表面24bに当接するまで取付部材5の固定部32を口金部材3の先端側内周面22bに締め付ける。これにより、口金部材3の脚部42がネック部2bと口金部材3の間に挿入される。以上の工程によって、圧力容器1が形成される。
以上説明した圧力容器1によれば、ネック部2bの外周面と脚部42の内周面42bとの間に第一シール部材6を介設しているため、口金部材3から取付部材5を取り外す際に、第一シール部材6の点検又は交換等を行うことができる。これにより、第一シール部材6のメンテナンス性を高めることができる。また、樹脂ライナー2に内圧が作用すると、ネック部2bに径方向外側方向の応力が作用するため、セルフシール機能が働き確実にシールすることができる。
また、圧力容器1の外部への連通流路がネック部2bと取付部材5の脚部42との間の一系統になるため、当該連通流路にシール機構を集約することができる。これにより、シール機構の簡素化を図ることができる。
また、ネック部2bの基端側において、ネック部2bの外周面と内側フランジ24の先端面24aとが当接しているため、ネック部2bを補強することができる。また、ネック部2bの先端の外周部(角部)が面取り加工されているため、取付部材5を口金部材3に取り付ける際に、ネック部2bと口金部材3との間に脚部42を挿入しやすくなっている。
[第一実施形態の第一変形例]
次に、第一実施形態の第一変形例について説明する。図3に示すように、第一変形例の圧力容器1Aは、補強部材50を設けている点で第一実施形態と相違する。第一変形例では、第一実施形態と重複する部分については同等の符号を付して詳細な説明は省略し、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
補強部材50は、ネック部2bを補強する部材である。補強部材50は、本実施形態では金属製であるが、ネック部2bよりも硬度の高い材料で形成すればよい。補強部材50は、基体部51と、フランジ部52とで構成されている。基体部51は、円筒状を呈する。基体部51の外周面はネック部2bの内周面に面接触している。
フランジ部52は、基体部51の先端(注排方向外側の端部)から径方向外側に張り出している。フランジ部52は、ネック部2bの先端面に面接触している。基体部51の外周面からフランジ部52の先端までの距離は、ネック部2bの厚さよりも小さくなっている。
次に、第一変形例の圧力容器の製造方法について説明する。第一変形例の圧力容器の製造方法では、成形工程と、嵌合工程と、補強層成形工程と、取付工程とを行う。
成形工程は、第一実施形態と同等である。嵌合工程は、ネック部2bに対して補強部材50を嵌め合わせる工程である。嵌合工程では、ネック部2bの内周面に補強部材50の基体部51を挿入しつつ、フランジ部52とネック部2bの先端面とを当接させる。補強層成形工程と、取付工程は、第一実施形態と同等である。
以上説明した第一変形例によっても第一実施形態と同等の効果を奏することができる。また、補強部材50をネック部2bに設けることで、ネック部2bを補強することができる。ネック部2bのうち第一シール部材6との接触面は、第一シール部材6の反力で経年劣化によってへたりやすくなるが、補強部材50を設けることで長期間にわたり剛性を高めることができる。これにより、圧力容器1Aのシール性を長期間にわたり維持することができる。
[第一実施形態の第二変形例]
次に、第一実施形態の第二変形例について説明する。図4に示すように、第二変形例の圧力容器1Bは、口金部材3に内側フランジ24(図2参照)を設けていない点で第一実施形態と相違する。第二変形例では、第一実施形態と重複する部分については同等の符号を付して詳細な説明は省略し、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
図4に示すように、第二変形例の圧力容器1Bは、樹脂ライナー2と、口金部材3Bと、補強層4と、取付部材5Bとで構成されている。
口金部材3Bは、ネック部2bの径方向外側に配設される金属製の部材である。口金部材3Bは、フランジ部21Bと、立上り部22とで構成されている。フランジ部21Bは、立上り部22に対して径方向外側に張り出す外側フランジ23を備えている。
取付部材5Bは、本体部31と、固定部32と、先端部33(基部41、脚部42)とで構成されている。取付部材5Bは、脚部42の先端面42dが、ショルダ部2cの凹部11の底面に面接触していることを除いて、第一実施形態の取付部材5と同等である。
以上説明した第二変形例の圧力容器1Bによっても第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、ネック部2bの基端側も脚部42の内周面42bと面接触するため、ネック部2bを補強することができる。
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態に係る圧力容器について説明する。図5に示すように、本実施形態に係る圧力容器1Cは、樹脂ライナー2と、口金部材3と、補強層4と、取付部材5Cと、第一シール部材7と、第二シール部材8と、補強部材50とで構成されている。第二実施形態に係る圧力容器1Cは、取付部材5Cが分割構成になっている点で第一実施形態と大きく相違する。第二実施形態では、第一実施形態と重複する部分については同等の符号を付して詳細な説明は省略し、第一実施形態と相違する部分を中心に説明する。
取付部材5Cは、口金部材3に対して着脱自在に形成された部材である。取付部材5Cは、先端側がネック部2bと口金部材3との間に挿入されるとともに、基端側が口金部材3に固定(締結)される。取付部材5Cは、例えば、ジョイント部材やバルブ等の他の部材であってもよい。
取付部材5Cは、第一部材5Caと、第二部材5Cbとで構成されている。第一部材5Ca及び第二部材5Cbの材料は特に制限されないが、本実施形態では金属製になっている。第一部材5Caは、その一部が圧力容器1Cの外部に露出するとともに口金部材3に締結される部位である。第一部材5Caは、本体部61と、固定部62とで構成されている。
本体部61は、取付部材5Cを口金部材3に締結する際に把持する部位である。本体部61は、固定部62よりも大径になっている。固定部62は、本体部61に連続しており、円柱状を呈する。固定部62の外周面62aには、先端側内周面22bの雌ネジに螺合される雄ネジが形成されている。本体部61、固定部62の中央には、連通孔Xが形成されている。
第二部材5Cbは、ネック部2bと口金部材3との間に挿入されるとともに、第一部材5Caの締結に伴う軸方向の応力によって第一部材5Caと内側フランジ24との間に挟持される。第二部材5Cbは、円筒状を呈する筒部71と、筒部71に形成された第一取付座72と、筒部71に形成された第二取付座73とで構成されている。
筒部71の高さ寸法は、立上り部22の基端側内周面22aの高さ寸法と略同等になっている。筒部71は、肉厚部71aと、肉薄部71bとで構成されている。肉薄部71bは、ネック部2bと口金部材3との間に挿入される部位である。肉薄部71bの板厚は、ネック部2bから立上り部22までの距離と略同等になっている。つまり、肉薄部71bの外周面71cは、基端側内周面22aと面接触している。また、肉薄部71bの内周面71dは、ネック部2bの外周面と面接触している。なお、外周面71cは、基端側内周面22aと面接触することが好ましいが、基端側内周面22aに対して微細な隙間をあけて配設されていてもよい。
肉厚部71aの基端面71eは、固定部62の端面62bに面接触している。また、肉薄部71bの先端面71fは、内側フランジ24の表面24bに面接触している。
第一取付座72は、第一シール部材7を配設する部位であって、肉薄部71bの内周面71dに凹設されている。第一取付座72は、内周面71dの全周に亘って形成されている。第二取付座73は、第二シール部材8を配設する部位であって、肉厚部71aの基端面71eに凹設されている。第二取付座73は、肉厚部71aの全周に亘って形成されている。第二シール部材8を介設することにより、第一部材5Caと第二部材5Cbとの間をシールすることができる。なお、肉厚部71aの基端面71eと内周面とで構成される角部を切り欠いて第二取付座73を設けてもよい。
また、ネック部2bには、補強部材50が取り付けられている。補強部材50は、第一実施形態の第一変形例(図3参照)と同等であるため、詳細な説明は省略する。
本実施形態に係る圧力容器1Cの製造方法は、成形工程と、嵌合工程と、補強層成形工程と、取付工程とを行う。成形工程、嵌合工程及び補強層成形工程は、第一実施形態又は第一実施形態の第一変形例と同等である。取付工程では、まず、第一取付座72に第一シール部材7を配設した状態で、第二部材5Cbをネック部2bと口金部材3との間に挿入する。第二取付座73に第二シール部材8を配設した後、第一部材5Caを口金部材3に締結する。第一部材5Caは、固定部62の端面62bと、肉厚部71aの基端面71eとが当接するまで口金部材3に締め付ける。以上の工程によって、圧力容器1Cが形成される。
以上説明した圧力容器1Cによれば、ネック部2bと取付部材5Cの第二部材5Cb(筒部71)との間に第一シール部材7を介設するとともに、第一部材5Caと第二部材5Cbとの間に第二シール部材8を介設しているため、口金部材3から取付部材5Cを取り外す際に、第一シール部材7及び第二シール部材8の点検又は交換等を行うことができる。これにより、第一シール部材7及び第二シール部材8のメンテナンス性を高めることができる。また、樹脂ライナー2に内圧が作用すると、ネック部2bに径方向外側方向の応力が作用するため、セルフシール機能が働き確実にシールすることができる。
また、第一実施形態の取付部材5(図2参照)は、取付部材5を締め付ける際に、ネック部2bとの摩擦によって第一シール部材6に対して軸方向及び円周方向の応力が作用するため第一シール部材6を所望の位置に配設することが困難になるおそれがある。しかし、本実施形態によれば、ネック部2bに対して第二部材5Cbを軸方向に挿入するだけでよいため、取付工程の際に第一シール部材7に円周方向の応力が作用しない。これにより、第一取付座72に第一シール部材7を確実に配設することができる。
また、ネック部2bの基端側において、ネック部2bの外周面と内側フランジ24の先端面24aとが当接しているため、ネック部2bを補強することができる。また、ネック部2bの先端の外周部が面取り加工されているため、ネック部2bに第二部材5Cbを挿入しやすくなっている。
[第二実施形態の第一変形例]
次に、第二実施形態の第一変形例について説明する。図6に示すように、第一変形例の圧力容器1Dは、取付部材5Dの形状が第二実施形態と相違する。第一変形例では、第二実施形態と重複する部分については同等の符号を付して詳細な説明は省略し、第二実施形態と相違する部分を中心に説明する。
取付部材5Dは、第一部材5Daと、第二部材5Dbとで構成されている。第二部材5Dbは、第二実施形態の第二部材5Cb(図5参照)と同等である。第二変形例では、第一部材5Daの端部63Dが、ネック部2bまで延設されている。より詳しくは、端部63Dは、中心軸C方向において、第一シール部材7と重なる位置まで延設されている。端部63Dの外径は、ネック部2bの内径と同等になっている。つまり、端部63Dの外周面63Daとネック部2bの内周面とは面接触している。
第一変形例に係る圧力容器1Dによっても第二実施形態(図5参照)と略同等の効果を奏することができる。また、ネック部2bを第二部材5Dbと端部63Dとで挟持しているため、ネック部2bの傾倒(へたり)を防止することができる。また、端部63Dが中心軸C方向において第一シール部材7と重なる位置まで延設されているため、ネック部2bと取付部材5D(第二部材5Db)とのシール性を高めることができる。
以上本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、前記した実施形態及び変形例では、取付部材側にシール部材を配設する取付座を設けたが、例えば、ネック部2bの外周面に切り欠き部を設けるか又は段差を設けるなどして取付座を設けてもよい。このような構成であっても、シール性を確保することができるとともに、取付部材を口金部材3から取り外した際に、シール部材のメンテナンスを行うことができる。また、本実施形態では口金部材3と取付部材5とをネジで締結するようにしたが、他の構成により口金部材3に対して取付部材5を固定するようにしてもよい。
1 圧力容器
2 樹脂ライナー
2a 収容部
2b ネック部
2c ショルダ部
3 口金部材
4 補強層
5 取付部材
6 第一シール部材
7 第一シール部材
8 第二シール部材
50 補強部材

Claims (3)

  1. 突出する筒状のネック部を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナーと、
    前記ネック部の径方向外側に設けられた口金部材と、
    前記樹脂ライナー及び前記口金部材の外側を覆う補強層と、
    前記ネック部と前記口金部材との間に挿入されるとともに、前記口金部材に対して着脱自在に取り付けられる取付部材と、
    前記ネック部の外周面と前記取付部材の内周面との間に介設された第一シール部材と、を有することを特徴とする圧力容器。
  2. 前記取付部材は、
    前記口金部材に締結される第一部材及び前記ネック部と前記口金部材との間に挿入される第二部材を備えた分割構成となっており、
    前記ネック部の外周面と前記第二部材の内周面との間に前記第一シール部材が介設されるとともに、前記第一部材と前記第二部材との間に第二シール部材が介設され、
    前記第二部材は、前記口金部材と前記第一部材とによって挟持されていることを特徴とする請求項1に記載の圧力容器。
  3. 前記ネック部に補強部材が設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧力容器。
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