JP2016023654A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナーと口金との界面におけるシール性能を高める。
【解決手段】圧力容器Ａは、内部が収容空間１２となっている容器本体部１３及び容器本体部１３から突出した筒状部１４を構成する合成樹脂製のライナー１０と、筒状部１４の内周に取り付けられた口金２０と、ライナー１０と口金２０との界面Ｓに配され、口金２０の外周に形成されたシール溝２８と、ライナー１０の内周面から突出してシール溝２８に嵌入され、収容空間１２側に面する受圧面１７と、受圧面１７とは反対側に面していて受圧面１７よりも面積の小さい押圧面１８とが形成されたシール部１６とを備え、受圧面１７に作用する収容空間１２内の流体圧によって押圧面１７がシール溝２８の内面を押圧したときに、押圧面１８の押圧力が、受圧面１７に作用する流体圧を上回る。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力容器に関するものである。

特許文献１には、容器本体部及び容器本体部の内外を連通させる筒状部を構成する合成樹脂製のライナーと、筒状部の内周に取り付けられた筒状の口金とを備えた圧力容器が開示されている。ライナーは、筒状部の内周が口金の外周に密着するようにブロー成形されている。

特開２０１２−１８９１０６号公報

ブロー成形によってライナーの筒状部と口金を一体化させる製造方法では、シール性能アップのために口金の外周形状を複雑にしても、その複雑なシール形状に合わせて筒状部を成形することは困難である。したがって、口金の外周形状は凹凸の殆ど無い単純な面とせざるを得ない。そのため、上記従来の構造では、容器本体内の圧力が上昇した場合に、内部の流体が、筒状部の内周面と口金の外周面との僅かな隙間を通って容器外部へ漏出することが懸念される。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ライナーと口金との界面におけるシール性能を高めることを目的とする。

本発明の圧力容器は、
内部が収容空間となっている容器本体部及び前記容器本体部から外面側へ突出した形態の筒状部を構成する合成樹脂製のライナーと、
前記筒状部の内周に同心状に密着して取り付けられた筒状の口金と、
前記ライナーの内面と前記口金の外面との界面に配され、前記口金の外周に形成された周方向のシール溝と、
前記ライナーの内周面から突出して前記シール溝に嵌入され、前記収容空間側に面する受圧面と、前記受圧面とは反対側に面していて前記受圧面よりも面積の小さい押圧面とが形成されたシール部とを備え、
前記受圧面に作用する前記収容空間内の流体圧によって前記押圧面が前記シール溝の内面を押圧したときに、前記押圧面からの圧力が、前記受圧面に作用する流体圧を上回るところに特徴を有する。

この構成によれば、押圧面が流体圧よりも大きい圧力でシール溝の内面を押圧するので、ライナーと口金との界面におけるシール性能が高められる。

実施例１の圧力容器の断面図 図１におけるシール手段の部分拡大断面図 図２の部分拡大断面図 口金の斜視図 実施例２の口金の斜視図 実施例３の口金の斜視図

（１）本発明の圧力容器は、前記受圧面が前記界面に対して鈍角をなして連なり、前記押圧面が、前記界面に対し、前記受圧面と前記界面とのなす角度よりも小さい角度をなして連なっていてもよい。この構成によれば、受圧面の面積が押圧面の面積よりも大きくなるので、押圧面からの圧力が、受圧面に作用する流体圧を確実に上回る。

（２）本発明の圧力容器は、前記口金には、前記ライナーを前記口金との間で挟んで固定するリテーナが取り付けられており、前記リテーナには、前記ライナーのうち前記シール部と対応する領域を前記シール溝側へ押圧する押圧部が形成されていてもよい。この構成によれば、押圧部がシール部をシール溝側へ押圧するので、シール溝内の圧力が上昇したときに、シール部がシール溝から離脱する方向へ変位する虞がない。

（３）本発明の圧力容器は、前記界面のうち前記シール部を挟んで前記収容空間とは反対側の位置に、Ｏリングが設けられていてもよい。収容空間内の流体圧が小さい場合は、押圧面による押圧力が不十分となってシール部でシールできなくなることが懸念される。しかし、界面のうちシール部を挟んで収容空間とは反対側の位置にＯリングを設けたので、流体圧が比較的低圧であっても、界面におけるシール性能を保つことができる。

（４）本発明の圧力容器は、前記シール溝が、周方向に対して交差する斜行部を有していてもよい。この構成によれば、ライナーと口金に対して相対回転を生じさせるような外力が作用しても、シール溝の斜行部にシール部が当接することにより、相対回転を防止することができる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図４を参照して説明する。図１に示すように、本実施例１の圧力容器Ａは、機能的には、内部が流体（図示省略）を貯留するための収容空間１２となっている貯留部１１と、貯留部１１（収容空間１２）に対する流体の流入出経路となる口金構造とを備えて構成されている。また、圧力容器Ａは、構造的には、合成樹脂製のライナー１０と、口金２０とを備えて構成されている。

貯留部１１は、ライナー１０を構成する合成樹脂製の容器本体部１３と、容器本体部１３の表面を覆う外層体（図示省略）とからなる２層構造となっている。ライナー１０の材料の一例として、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）とエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）の混合樹脂を用いることができる。外層体の材料の一例として、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いることができる。

ライナー１０は、容器本体部１３と、容器本体部１３の外面側へ突出した形態の筒状部１４と、容器本体部１３と筒状部１４の基端とを繋ぐ弧状円環部１５とを備えており、射出成形により所定形状に一体成形されたものである。容器本体部１３と筒状部１４と弧状円環部１５は、口金２０と同軸の円形をなしている。弧状円環部１５をライナー１０の軸線を含む切断面で切断したときの形状は、容器本体部１３及び筒状部１４に滑らかに連なる略四半円弧状をなしている。

口金構造は、ライナー１０を構成する筒状部１４と、口金２０と、リテーナ３０と、Ｏリング３５と、ナット３６と、バルブ（図示省略）とを備えて構成されている。口金２０は、全体として円筒形をなし、その中空内には、図示しないバルブが取り付けられるようになっている。図４に示すように、口金２０の外周のうち最も先端側（図１，４における上側）の領域には、工具（図示省略）を嵌合するための一対の平行二面部２１が形成されている。口金２０の外周のうち平行二面部２１の基端側（図１，４における下側）に隣接する領域には、口金２０と同軸の雄ネジ部２２が形成されている。

口金２０の外周のうち雄ネジ部２２の基端側に隣接する領域は、口金２０の軸線と直角な断面形状が円形であって口金２０と同軸をなす大径部２３となっている。口金２０の外周のうち大径部２３の基端側に隣接する領域には、口金２０と同軸であり、大径部２３よりも外径寸法の大きい円形のフランジ部２４が形成されている。大径部２３の外周とフランジ部２４の外面は、弧状部２５によって滑らかに連なっている。

口金２０は、ライナー１０（容器本体部１３と筒状部１４）をインサート成形する工程で、ライナー１０と一体化される。ライナー１０と口金２０が一体化した状態では、筒状部１４の内周面が、大径部２３の外周面に対し気密状又は液密状に密着し、弧状円環部１５の内周面が、弧状部２５の外周面に対し気密状又は液密状に密着し、容器本体部１３の内面のうち弧状円環部１５に隣接する領域が、フランジ部２４の外面に対し気密状又は液密状に密着する。

大径部２３における雄ネジ部２２側の端面は、口金２０の軸線と直角な段差面２６となっている。段差面２６は、筒状部１４の先端面よりも径方向内側に位置し、筒状部１４の先端面に対してほぼ面一状（軸線方向において同じ位置）に隣接するように配されている。そして、筒状部１４の先端面と段差面２６には、ライナー１０の内面と口金２０の外面との界面Ｓの先端が臨んでいる。そして、この界面Ｓの先端部には、口金２０の大径部２３の外周と筒状部１４の内周とで区画された周方向の収容凹部２７が、上向きに開放された形態で形成されている。一方、界面Ｓの基端は、フランジ部２４の外周縁部において収容空間１２に臨んでいる。

したがって、界面Ｓは、本来は、収容空間１２内の流体が通過できないように気密状又は液密状に密着すべきである。しかし、温度変化の大きい環境下での線膨張率の違い、貯留部１１内の圧力上昇、ライナー１０の経年劣化等が原因となり、界面Ｓには僅かな隙間が生じ得る。この場合、この隙間の生じた界面Ｓは、収容空間１２内の流体を筒状部１４の先端面及び段差面２６に到達させるリーク経路となり得る。そこで、本実施例１には、界面Ｓを通過した流体が、圧力容器Ａの外部へ漏出することを防止するシール手段が設けられている。

シール手段は、リテーナ３０と、ナット３６と、Ｏリング３５と、口金２０に形成したシール溝２８と、ライナー１０に形成したシール部１６とを備えて構成されている。リテーナ３０は、アルミニウム合金等の金属材料からなる。リテーナ３０は、全体として筒状部１４及び口金２０と同軸の円筒状をなし、円筒形の周壁部３１と、周壁部３１の先端縁から径方向内向きに円環形の板状に張り出した形態の覆い部３２とを有する。リテーナ３０は、口金構造の先端側から口金２０及び筒状部１４に組み付けられ、雄ネジ部２２にねじ込んだナット３６で覆い部３２を押圧することにより組み付け状態に固定される。

リテーナ３０を組み付けた状態では、周壁部３１のうち下端部を除いた部分が、筒状部１４の外周面を、全周に亘り当接又は接近して対向する位置関係で包囲する。また、覆い部３２が、口金２０の段差面２６と筒状部１４の先端面と収容凹部２７を覆うように位置する。収容凹部２７内にはＯリング３５が収容されている。Ｏリング３５は、口金２０（大径部２３）の外周面と筒状部１４の内周面とに対し、気密状又は液密状に密着している。また、収容凹部２７内には、Ｏリング３５の上方に位置するようにバックアップリング３７が収容されている。覆い部３２の下面には周方向の保持突起３３が形成されている。保持突起３３は、収容凹部２７内に嵌入されて、バックアップリング３７に対し上から当接又は接近して対向している。このＯリング３５は、低圧用のシール手段として機能する。

また、リテーナ３０を組み付けた状態では、周壁部３１の下端部は、弧状環状部の外面を、全周に亘って当接した状態で包囲する。弧状環状部の外面に当接する周壁部３１の下端部は、押圧部３４として機能する。口金２０の弧状部２５とライナー１０の弧状円環部１５は、押圧部３４と対応するように位置する。つまり、弧状円環部１５は弧状部２５と押圧部３４との間で挟み付けられた状態となっている。そして、弧状部２５には、全周に亘って連続したシール溝２８が形成されている。シール溝２８は、口金２０の軸線方向において押圧部３４と対応する領域に配されている。口金２０の軸線を含む切断面において、シール溝２８は、口金２０の外周を口金２０の軸線とほぼ直角方向に凹ませた形態となっている。

また、ライナー１０の弧状円環部１５には、シール溝２８に嵌入された形態のシール部１６が一体に形成されている。シール部１６は、インサート成形により口金２０と一体化される工程で、所定形状に成形されると同時にシール溝２８内に嵌入した形態となる。シール部１６は、ライナー１０（口金２０）の軸線を含む切断面において、軸線とほぼ直角をなすように径方向内向きに細長く突出した形状である。シール部１６の外面（シール溝２８の内面と対向する面）のうち収容空間１２側（図１〜３における下側）に面する領域は、受圧面１７となっている。また、シール部１６の外面のうち収容空間１２及び受圧面１７とは反対側に面する領域は、受圧面１７と平行をなす押圧面１８となっている。シール溝２８の内面のうち押圧面１８と対向する領域は、シール面２９となっている。

シール溝２８が形成されている弧状部２５の外面及びシール部１６が形成されている弧状円環部１５の内面は、口金２０とライナー１０の軸線、及び受圧面１７と押圧面１８に対して斜めをなしている。つまり、界面Ｓのうち弧状部２５の外面と弧状円環部１５の内面とが密着する領域は、収容空間１２側（図１における下側）に向かって拡がっている。したがって、図３に拡大して示すように、弧状円環部１５の外面（界面Ｓ）に対する受圧面１７のなす角度は、鈍角となっている。一方、弧状円環部１５の外面に対する押圧面１８のなす角度は、略直角（受圧面１７と界面Ｓとのなす角度よりも小さい角度）となっている。これにより、ライナー１０（弧状円環部１５）の内面（界面Ｓ）を基準とする押圧面１８の突出寸法Ｌｐは、ライナー１０（弧状円環部１５）の内面（界面Ｓ）を基準とする受圧面１７の突出寸法Ｌｒよりも小さくなっている。したがって、押圧面１８の面積は受圧面１７の面積よりも小さい。

また、シール部１６の厚さ寸法Ｔ（受圧面１７と押圧面１８との距離）は、ライナー１０の材質や圧力容器Ａに充填される流体の圧力に応じて適宜、設定することが好ましく、具体例としては、１〜３ｍｍ程度とすることができる。界面Ｓからの受圧面１７の突出寸法Ｌｒの具体例としては、３〜５ｍｍ程度とすることができる。界面Ｓからの押圧面１８の突出寸法Ｌｐの具体例としては、例えば、１〜３ｍｍ程度とすることができる。また、受圧面１７の突出寸法Ｌｒと押圧面１８の突出寸法Ｌｐとの比（つまり、受圧面１７と押圧面１８の面積比）としては、例えば、２：１とすることができる。さらに、シール部１６の厚さ寸法Ｔと受圧面１７の突出寸法Ｌｐとの比としては、例えば、１：２とすることができ、１：１．５〜１：２とすることが好ましい。

さらに、シール溝２８は、単純な円形経路に沿って形成されているのではなく、図４に示すように、周方向に沿って波形に延びた形態となっている。シール溝２８に嵌入されているシール部１６も、シール溝２８と同様、波形をなしている。そして、シール溝２８のうち周方向に対して交差している領域は、斜行部２８ａとなっている。

次に、収容空間１２内の流体が、ライナー１０と口金２０の界面Ｓを通ってシール溝２８内に浸入したときのシール機能について説明する。流体圧が比較的高い場合は、シール部１６には、流体の圧力に受圧面１７の面積を乗じた大きさの押圧力が作用する。この押圧力の向きは、受圧面１７及び押圧面１８と直角であり、受圧面１７から押圧面１８に向かう方向（つまり、シール部１６の厚さ方向と平行な向き）である。この押圧力は、押圧面１８がシール面２９を押圧するシール力となる。

ここで、押圧面１８の面積は受圧面１７の面積よりも小さいので、押圧面１８からシール面２９に作用する単位面積当たりの力（つまり、シール圧）は、流体から受圧面１７に作用する単位面積当たりの力（つまり、収容空間１２内の流体圧）よりも大きい。したがって、押圧面１８とシール面２９とが密着する領域では、流体の流動が遮断され、確実にシールされる。また、シール圧と流体圧との差は、流体圧が高くなるほど拡がるので、収容空間１２内の流体圧が高くなるほど、シール部１６とシール溝２８によるシール性能が向上する。

また、上記のように収容空間１２内の流体圧が低くなると、シール部１６とシール溝２８によるシール性能が低くなるため、流体がシール部１６の外面とシール溝２８の内面との微少な隙間を通過する虞がある。この場合、界面Ｓに沿って先端側へ移動した流体は、Ｏリング３５によってシールされる。このとき、Ｏリング３５に作用する流体圧は、比較的小さいので、Ｏリング３５によるシール性能は、十分に信頼性を有する。

尚、流体が水素ガスのように分子の小さい気体である場合、Ｏリング３５は、圧力変動による疲労破壊を生じることが懸念される。即ち、収容空間１２内の気体が高圧になると、その気体がＯリング３５内に浸透し、その後、収容空間１２内の圧力が低下してＯリング３５が膨張するのに伴い、Ｏリング３５内に浸透していた気体が気泡に成長し、その結果、Ｏリング３５を破壊するのである。しかし、本実施例１では、流体圧の高低に応じて役割分担を行い、高圧の流体はライナー１０のシール部１６材によってシールし、流体が低圧であるときにＯリング３５でシールするようになっている。したがって、Ｏリング３５に対して高圧の気体が、直接、接触する虞がなく、高圧流体に起因するＯリング３５の疲労破壊を回避することができる。

また、シール溝２８は、単純な円形をなすのではなく、周方向に対して斜めをなす斜行部２８ａを有している。つまり、シール部１６とシール溝２８は、口金２０の軸線と平行に見た投影面上において波形をなしているとともに、口金２０の軸線と直角に見た投影面上においても波形をなしている。したがって、口金２０とライナー１０の相対回転が規制されている。この相対回転規制の技術的意義として、次のような利点がある。例えば、ＣＦＲＰ製の外層体を成形する際に、外層体の素材としてＣＦＲＰ製のフィラメントをライナー１０の外周に螺旋状に巻き付ける工程で、ライナー１０に対し連れ回りを生じさせるような摩擦力が生じる。しかし、ライナー１０は口金２０に対して相対回転を規制されているので、口金２０を固定した状態で、ＣＦＲＰ製のフィラメントをライナー１０の外周に螺旋状に巻き付ける際にライナー１０が連れ回りすることがない。これにより、ＣＦＲＰ製フィラメントをライナー１０に巻き付ける作業を、支障なく行うことができる。

上述のように本実施例１の圧力容器Ａは、内部が収容空間１２となっている容器本体部１３及び容器本体部１３から外面側へ突出した形態の筒状部１４を構成する合成樹脂製のライナー１０と、筒状部１４の内周に同心状に密着して取り付けられた筒状の口金２０とを有する。ライナー１０の内面と口金２０の外面との界面Ｓには、口金２０の外周に形成された周方向のシール溝２８が配されている。そして、ライナー１０の内周面から突出したシール部１６が、シール溝２８に嵌入されている。シール部１６には、収容空間１２側に面する受圧面１７と、受圧面１７とは反対側に面する押圧面１８とが形成されている。受圧面１７は界面Ｓに対して鈍角をなして連なり、押圧面１８は、界面Ｓに対し、受圧面１７と界面Ｓとのなす角度よりも小さい角度をなして連なっている。これにより、押圧面１８の面積は、受圧面１７の面積よりも小さくなっている。

上記の構成によれば、受圧面１７に収容空間１２内の流体圧が作用すると、押圧面１８がシール溝２８のシール面２９を押圧し、このときの押圧面１８からの圧力は、受圧面１７に作用する流体圧を上回っている。この構成によれば、押圧面１８が流体圧よりも大きい圧力でシール溝２８の内面を押圧するので、ライナー１０と口金２０との界面Ｓにおけるシール性能が高められる。

また、口金２０には、ライナー１０を口金２０との間で挟んで固定するリテーナ３０が取り付けられている。そして、リテーナ３０には、ライナー１０のうちシール部１６と対応する弧状円環部１５をシール溝２８側へ押圧する押圧部３４が形成されている。この構成によれば、押圧部３４がシール部１６をシール溝２８側へ押圧するので、シール溝２８内の圧力が上昇したときに、シール部１６がシール溝２８から離脱する方向へ変位する虞がない。したがって、シール部１６とシール溝２８による強いる機能の信頼性に優れている。

また、収容空間１２内の流体圧が小さい場合は、押圧面１８による押圧力が不十分となってシール部１６でシールできなくなることが懸念される。しかし、界面Ｓのうちシール部１６を挟んで収容空間１２とは反対側の位置（先端部）にＯリング３５を設けたので、流体圧が比較的低圧であっても、界面Ｓにおけるシール性能を保つことができる。

＜実施例２＞
次に、本発明を具体化した実施例２を図５を参照して説明する。本実施例２は、口金４０を上記実施例１とは異なる構成としたものである。その他の構成については上記実施例１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。本実施例２の口金４０に形成されたシール溝４１は、単純な円形をなすのではなく、周方向に対して斜めをなす斜行部４１ａを有している。つまり、シール溝４１は、口金４０の軸線と平行に見た投影面上において複数の台形を連ねた形状をなしているとともに、口金４０の軸線と直角に見た投影面上においても台形を連ねた形状をなしている。したがって、口金４０とライナー（図示省略）の相対回転が規制されている。

＜実施例３＞
次に、本発明を具体化した実施例３を図６を参照して説明する。本実施例３は、口金５０を上記実施例１とは異なる構成としたものである。その他の構成については上記実施例１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。本実施例３の口金５０に形成されたシール溝５１は、単純な円形をなすのではなく、周方向に対して斜めをなす斜行部５１ａを有している。つまり、シール溝５１は、口金５０の軸線と平行に見た投影面上において、周方向に延びる円弧状領域と、斜行部５１ａを構成する三角形状領域とを交互に連ねた形状をなしている。また、口金５０の軸線と直角に見た投影面上においても、シール溝５１は、周方向に延びる円弧状領域と、斜行部５１ａを構成する三角形状領域とを交互に連ねた形状をなしている。したがって、口金５０とライナー（図示省略）の相対回転が規制されている。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例では、シール溝とシール部に斜行部を設けたが、シール溝とシール部は、斜行部を有しない周方向に沿った円形をなしていてもよい。
（２）上記実施例では、受圧面と押圧面との間の厚さ寸法を、均一としたが、受圧面と押圧面との間の厚さ寸法は、不均一であってもよい。
（３）上記実施例では、ナットとリテーナを別体部品としたが、ナットとリテーナを一体部品としてもよい。
（４）上記実施例では、ライナーと口金との界面にＯリングを設けたが、Ｏリングを設けずに、シール溝とシール部だけでシールしてもよい。
（５）上記実施例では、界面と押圧面とのなす角度を略直角としたが、界面と押圧面とのなす角度は、界面と受圧面とのなす角度よりも小さい角度であれば、鋭角と鈍角のいずれであってもよい。

Ａ…圧力容器
Ｓ…界面
１０…ライナー
１２…収容空間
１３…容器本体部
１４…筒状部
１６…シール部
１７…受圧面
１８…押圧面
２０…口金
２８…シール溝
２８ａ…斜行部
３４…押圧部
３５…Ｏリング
４０，５０…口金
４１ａ，５１ａ…斜行部

Claims (5)

1. 内部が収容空間となっている容器本体部及び前記容器本体部から外面側へ突出した形態の筒状部を構成する合成樹脂製のライナーと、
   前記筒状部の内周に同心状に密着して取り付けられた筒状の口金と、
   前記ライナーの内面と前記口金の外面との界面に配され、前記口金の外周に形成された周方向のシール溝と、
   前記ライナーの内周面から突出して前記シール溝に嵌入され、前記収容空間側に面する受圧面と、前記受圧面とは反対側に面していて前記受圧面よりも面積の小さい押圧面とが形成されたシール部とを備え、
   前記受圧面に作用する前記収容空間内の流体圧によって前記押圧面が前記シール溝の内面を押圧したときに、前記押圧面からの圧力が、前記受圧面に作用する流体圧を上回ることを特徴とする圧力容器。
2. 前記受圧面が前記界面に対して鈍角をなして連なり、
   前記押圧面が、前記界面に対し、前記受圧面と前記界面とのなす角度よりも小さい角度をなして連なっていることを特徴とする請求項１記載の圧力容器。
3. 前記口金には、前記ライナーを前記口金との間で挟んで固定するリテーナが取り付けられており、
   前記リテーナには、前記ライナーのうち前記シール部と対応する領域を前記シール溝側へ押圧する押圧部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧力容器。
4. 前記界面のうち前記シール部を挟んで前記収容空間とは反対側の位置に、Ｏリングが設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の圧力容器。
5. 前記シール溝が、周方向に対して交差する斜行部を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の圧力容器。

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