JP2017129153A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナーの回転時の姿勢を安定させる。【解決手段】圧力容器Ａは、略円筒状の胴部１１と、胴部１１の一方の端部に連なる第１ドーム部１２と、第１ドーム部１２の中心部に形成された筒状突出部１３と、胴部１１の他方の端部を閉塞する第２ドーム部１４（閉塞端部）とを有するライナー１０と、ライナー１０の外面に巻き付けられた形態の繊維束３４を備え、ライナー１０の外面を覆う繊維強化樹脂層３３と、筒状突出部１３に取り付けられ、筒状突出部１３を貫通する第１軸状支持部材４１に一体回転可能に固着される第１口金２２と、第２ドーム部１４の内面における中心部に形成され、第１軸状支持部材４１の先端部に嵌合される嵌合凹部１６と、第２ドーム部１４の外面のうち嵌合凹部１６の形成領域に取り付けられた第２口金２７を備える。【選択図】図３

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、ライナーと、ライナーの外周に形成された繊維強化樹脂層とを備えた圧力容器が開示されている。ライナーは、円筒状の直胴部と、直胴部の一方の端部に連なるドーム部と、ドーム部の中心部に形成された筒状突出部とを有する。筒状突出部には口金が取り付けられるが、筒状突出部の外面と口金の内面との間にはシールド部材が必要となる。一方、直胴部のうちドーム部と反対側の端部は、閉塞されているので、シール部材が不要となっている。そして、繊維強化樹脂層を形成する際には、駆動軸を口金に対して貫通状態でねじ込み、駆動軸を回転駆動することにより、口金とライナーを一体回転させながら、ライナーの外周に繊維束を巻き付けていく。

特開２００３−２２２２９６号公報

上記の圧力容器は、駆動軸が、ライナーの一方の端部に設けた口金のみを支持しているため、ライナーに繊維束を巻き付ける工程では、ライナーの軸線の向きが安定せず、繊維束を精度良く巻き付けることが難しい。

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、ライナーの回転時の姿勢を安定させることを目的とする。

本発明の圧力容器は、
略円筒状の胴部と、前記胴部の一方の端部に連なるドーム部と、前記ドーム部の中心部に形成された筒状突出部と、前記胴部の他方の端部を閉塞する閉塞端部とを有するライナーと、
前記ライナーの外面に巻き付けられた形態の繊維束を備え、前記ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂層と、
前記筒状突出部に取り付けられ、前記筒状突出部を貫通する第１軸状支持部材に一体回転可能に固着される第１口金と、
前記閉塞端部の内面における中心部に形成され、前記第１軸状支持部材の先端部に嵌合される嵌合凹部と、
前記閉塞端部の外面のうち前記嵌合凹部の形成領域に取り付けられた第２口金とを備えているところに特徴を有する。

繊維強化樹脂層を形成する際には、第１軸状支持部材を第１口金に固着するとともに、第１軸状支持部材の先端部を嵌合凹部に嵌合することにより、ライナーは、第１軸状支持部材の長さ方向における二ヶ所で支持される。また、閉塞端部の外面のうち嵌合凹部の形成領域には第２口金が取り付けられているので、嵌合凹部やその近傍が不正に変形する虞はない。したがって、ライナーを回転させながら繊維束をライナーに巻き付ける工程では、ライナーの軸線の向きが安定する。

実施例１の圧力容器の断面図 図１の部分拡大断面図 ライナーに繊維束を巻き付ける工程をあらわす断面図 ライナーから口金を外した状態をあらわす斜視図 ライナーを金型成形する工程をあらわす平面図

本発明は、前記第２口金の外面に形成され、前記第１軸状支持部材と同軸の第２軸状支持部材に取り付けられる受け部を備えていてもよい。この構成によれば、ライナーの閉塞端部が、第１軸状支持部材と第２軸状支持部材の両方に支持されるので、第１軸状支持部材の先端部の軸振れを抑制し、ライナーの回転時の姿勢をより安定させることができる。

本発明は、前記閉塞端部の外面における前記嵌合凹部の形成領域と前記第２口金の内面とに形成され、互いに嵌合することで前記ライナーと前記第２口金の相対回転を規制する回転規制部を備えていてもよい。この構成によれば、第２口金を回転駆動しながらライナーに繊維束を巻き付ける工程で、第２口金が空転することを防止できる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図５を参照して説明する。本実施例１の圧力容器Ａは、合成樹脂製のライナー１０と、第１口金２２と、第２口金２７と、繊維強化樹脂層３３とを備えて構成されている。圧力容器Ａは、燃料電池自動車や天然ガス自動車に搭載され、高圧の水素ガスや天然ガスの充填容器として用いられるものである。

＜ライナー１０＞
ライナー１０は、径寸法が全長に亘ってほぼ一定の円筒状をなす胴部１１と、胴部１１の軸線方向における一方の端部に連なる第１ドーム部１２（請求項に記載のドーム部）と、胴部１１の軸線方向における他方の端部に連なる第２ドーム部１４（請求項に記載の閉塞端部）とを備えた単一部品である。ライナー１０の内部は、流体（水素ガスや天然ガス等）を貯留するための貯留空間２０となっている。ライナー１０は、ブロー成形によって所定形状に成形されている。ライナー１０の材料としては、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、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂等が用いられている。

第１ドーム部１２の中心部には、胴部１１の軸線と同軸の円形をなす貫通形態の筒状突出部１３が一体に形成されている。筒状突出部１３は第１ドーム部１２の外部へ突出した形態である。ライナー１０の外部空間と貯留空間２０内は、筒状突出部１３の内部空間を介して連通可能となっている。第２ドーム部１４の中心部には、胴部１１の軸線と同軸の円形をなす膨出部１５が一体に形成されている。膨出部１５は貫通しておらず、胴部１１の他方の端部は第２ドーム部１４によって閉塞されている。

膨出部１５の内部空間は、筒状突出部１３及び胴部１１と同軸の円形をなす嵌合凹部１６となっている。嵌合凹部１６は、貯留空間２０内に臨んでいる。嵌合凹部１６内には、保持金具１９が固着されている。膨出部１５の外面における突出端面１７は、胴部１１の軸線と略直角な平坦面となっている。そして、この膨出部１５の突出端面１７には、径方向に沿ってリブ状に突出した形態の回転規制凸部１８（請求項に記載の回転規制部）が形成されている。

ライナー１０は、下記のようなブロー成形法によって成形されている。成形に際しては、ブロー成形機（図示省略）から略円筒形のパリソン（図示省略）が軸線を上下方向に向けて下向きに押し出される。押し出されたパリソン内には下方からロッド（図示省略）が収容される。そして、パリソンが一対の金型５０（図５を参照）で挟まれるとともに、ロッドを通して供給された加圧エアが、パリソンを金型５０のキャビティ内面に密着させる。この後、パリソンが硬化すれば、金型５０によるライナー１０の成形工程が完了する。

金型５０によって成形されたライナー１０の外周には、一対の金型５０の境界に沿ったパーティングライン２１が形成される。一対の金型５０には、夫々、回転規制凸部１８を成形するために浅く凹ませた形態の成形部５１が形成されている。パーティングライン２１は、回転規制凸部１８の長さ方向と平行であり、回転規制凸部１８の突出端面における幅方向中央位置を通っている。

＜第１口金２２＞
第１口金２２は、軸線方向に貫通した円筒状をなす第１本体部２３と、第１本体部２３の軸線方向両端部のうち基端部から径方向外方へ張り出した第１フランジ部２４とを備えた単一部品である。第１本体部２３の内周の先端部には、第１雌ネジ部２５が形成されている。第１口金２２には、バルブ２６が第１雌ネジ部２５にねじ込まれることによって取り付けられる。第１口金２２は、第１ドーム部１２の外面を覆うようにライナー１０に取り付けられている。第１口金２２を取り付けた状態では、第１本体部２３の基端部が筒状突出部１３の外周に密着し、第１フランジ部２４の内面が、第１ドーム部１２の外面のうち筒状突出部１３を包囲する円環状領域に密着している。

＜第２口金２７＞
第２口金２７は、円柱状をなす第２本体部２８と、第２本体部２８の軸線方向両端部のうち基端部から径方向外方へ張り出した第２フランジ部２９とを備えた単一部品である。第２本体部２８には、その先端面を同軸状に凹ませた形態の第２雌ネジ部３０（請求項に記載の受け部）が形成されている。同じく第２本体部２８には、その基端部を同軸状に凹ませた形態の保持凹部３１が形成されている。

第２口金２７は、第２ドーム部１４の外面を覆うようにライナー１０に取り付けられている。第２口金２７を取り付けた状態では、保持凹部３１内に膨出部１５が嵌入され、第２フランジ部２９の内面が、第２ドーム部１４の外面のうち膨出部１５を包囲する円環状領域に密着している。

図２に示すように、保持凹部３１の奥端面には、径方向に沿って溝状に凹ませた形態の回転規制凹部３２（請求項に記載の回転規制部）が形成されている。第２口金２７を第２ドーム部１４に取り付けた状態では、回転規制凹部３２が回転規制凸部１８と嵌合する。この嵌合により、第２ドーム部１４（ライナー１０）と第２口金２７の相対回転が規制される。

＜繊維強化樹脂層３３＞
繊維強化樹脂層３３は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスッチック等からなる。繊維強化樹脂層３３は、胴部１１の外周の全領域、第１ドーム部１２のうち第１口金２２よりも外周側の領域、第２ドーム部１４のうち第２口金２７よりも外周側の領域、第１口金２２の外面、及び第２口金２７の外面に亘って形成されている。

繊維強化樹脂層３３は、フィラメントワインディング法、即ち、胴部１１の軸線を中心として回転するライナー１０及び口金２２，２７の外面に、繊維束３４に液状の熱硬化性樹脂を含浸させたもの、又は繊維束３４に含浸した熱硬化性樹脂を半硬化状態にしたもの（プリプレグ繊維）を巻き付けることによって形成されている。繊維束３４は、炭素繊維、ガラス繊維、ケプラ繊維等からなる糸状の繊維を束ねたものである。

＜フィラメントワインディング装置及び繊維強化樹脂層３３の形成工程＞
繊維束３４をライナー１０と口金２２，２７に巻き付けるためのフィラメントワインディング装置は、ライナー１０に回転力を付与する第１軸状支持部材４１（図３を参照）と、第１軸状支持部材４１を回転駆動するモータ（図示省略）と、第１軸状支持部材４１と同軸の第２軸状支持部材４２（図３を参照）と、第２軸状支持部材４２を回転駆動するモータ（図示省略）と、繊維束３４を繰り出すボビン（図示省略）等を備えている。

第１軸状支持部材４１は、第１口金２２の第１本体部２３に貫通され、第１雌ネジ部２５にねじ込まれることで、第１口金２２に一体回転し得るように取り付けられる。また、第１軸状支持部材４１の先端部は、第２ドーム部１４の嵌合凹部１６（保持金具１９）内に径方向へのガタ付きを生じないように嵌入される。さらに、第２軸状支持部材４２は、第２雌ネジ部３０にねじ込まれることで、第２口金２７に一体回転し得るように取り付けられる。

ライナー１０に繊維強化樹脂層３３を成形する工程を説明する。まず、所定形状にブロー成形されて口金２２，２７が取り付けられたライナー１０を、所定のフィラメントワインディング位置へ搬送し、第１軸状支持部材４１と第２軸状支持部材４２を、夫々、第１口金２２と第２口金２７に取り付ける。この状態で、第１軸状支持部材４１と第２軸状支持部材４２を同じ周速度で駆動してライナー１０と両口金２２，２７を回転させる。回転しているライナー１０の外面には、ボビンから繰り出した繊維束３４が巻き付けられていく。

繊維束３４を巻き付ける工程では、ライナー１０が軸ブレすると、ライナー１０とボビンとの間の張力が案内しないため、巻き付け不良を興じることが懸念される。この点に鑑み、本実施例では、ライナー１０の軸線方向における一方の端部（第１ドーム部１２）が、第１口金２２を介して第１軸状支持部材４１によって支持されているとともに、ライナー１０の軸線方向における他方の端部（第２ドーム部１４）が、第２口金２７を介して第１軸状支持部材４１及び第２軸状支持部材４２によって支持されている。したがって、ライナー１０は、その軸線を変位させずに安定して回転駆動される。

また、繊維束３４を巻き付ける工程では、第２軸状支持部材４２と一体に回転する駆動側の第２口金２７と、ボビンから繊維束３４を引き込む従動側のライナー１０との界面に、回転方向の剪断力が作用する。そのため、剪断力が大きくなった場合には、第２口金２７とライナー１０との間で滑りが生じて第２口金２７が空転することが懸念される。この…に鑑み、本実施例では、ライナー１０に形成した回転規制凸部１８と第２口金２７に形成した回転規制凹部３２とを嵌合させている。

回転規制凸部１８と回転規制凹部３２は、ライナー１０の軸線と交差する径方向に沿って直線状に延びた形態であるから、ライナー１０と第２口金２７とが相対回転する虞はない。したがって、ライナー１０と第２口金２７は、一体回転する状態に保たれる。また、第１軸状支持部材４１と第２軸状支持部材４２は、同じ周速度で回転しているので、第１口金２２とライナー１０も一体回転する状態に保たれる。繊維束３４の巻き付け工程が終わった後は、繊維束３４に含浸されている樹脂を硬化させる。以上の工程を経ることにより、繊維強化樹脂層３３が形成され、圧力容器Ａの製造が完了する。

＜実施例１の効果＞
本実施例の圧力容器Ａは、ライナー１０と、繊維強化樹脂層３３と、第１口金２２と、第２口金２７を備えている。ライナー１０は、略円筒状の胴部１１と、胴部１１の一方の端部に連なる第１ドーム部１２と、第１ドーム部１２の中心部に形成された筒状突出部１３と、胴部１１の他方の端部を閉塞する第２ドーム部１４とを有している。第２ドーム部１４の内面における中心部には、第１軸状支持部材４１の先端部に嵌合される嵌合凹部１６が形成されている。繊維強化樹脂層３３は、ライナー１０の外面に巻き付けられた形態の繊維束３４を備え、ライナー１０の外面を覆っている。第１口金２２は、筒状突出部１３に取り付けられ、筒状突出部１３を貫通する第１軸状支持部材４１に一体回転可能に固着されるようになっている。第２口金２７は、第２ドーム部１４の外面のうち嵌合凹部１６の形成領域に取り付けられている。

繊維強化樹脂層３３を形成する際には、第１軸状支持部材４１を第１口金２２に固着するとともに、第１軸状支持部材４１の先端部を嵌合凹部１６に嵌合することにより、ライナー１０は、第１軸状支持部材４１の長さ方向における二ヶ所で支持される。また、第２ドーム部１４の外面のうち嵌合凹部１６の形成領域には第２口金２７が取り付けられているので、嵌合凹部１６やその近傍が不正に変形する虞はない。したがって、ライナー１０を回転させながら繊維束３４をライナー１０に巻き付ける工程では、ライナー１０の軸線の向きが安定する。

また、第２口金２７の外面には、第１軸状支持部材４１と同軸の第２軸状支持部材４２が取り付けられる第２雌ネジ部３０が形成されている。この構成によれば、ライナー１０の第２ドーム部１４が、第１軸状支持部材４１と第２軸状支持部材４２の両方によって支持されるので、第１軸状支持部材４１の先端部の軸振れを抑制し、ライナー１０の回転時の姿勢をより安定させることができる。

また、第２ドーム部１４の外面における嵌合凹部１６の形成領域と第２口金２７の内面とには、互いに嵌合することでライナー１０と第２口金２７の相対回転を規制する回転規制部（回転規制凸部１８と回転規制凹部３２）が形成されている。この構成によれば、第２口金２７を回転駆動しながらライナー１０に繊維束３４を巻き付ける工程で、第２口金２７が空転することを防止できる。

＜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、第２軸状支持部材が第２口金に対しねじ込むように取り付けられるが、第２軸状支持部材は、第２口金に対し単純に嵌合される形態であってもよい。
（２）上記実施例では、第２口金の受け部（第２雌ネジ部）を凹んだ形態としたが、これに限らず、受け部を突起形状として、第２軸状支持部材を受け部に外嵌してもよい。
（３）上記実施例では、第２口金に、第２軸状支持部材に取り付けられる受け部（第２雌ネジ部）を形成したが、第２口金は、受け部が形成されていない形態であってもよい。
（４）上記実施例では、回転規制部（回転規制凸部と回転規制凹部）を径方向に直線状に延びる形態としたが、回転規制部は、楕円形、長円形、多角形等であってもよい。
（５）上記実施例では、第２ドーム部（閉塞端部）と第２口金に回転規制部を形成したが、このような回転規制部を形成しない形態としてもよい。
（６）上記実施例では、繊維束を巻き付ける工程で第１軸状支持部材と第２軸状支持部材を同じ周速度で駆動したが、第２軸状支持部材を、第１軸状支持部材及びライナーと一緒に連れ回りするようにしてもよい。

Ａ…圧力容器
１０…ライナー
１１…胴部
１２…第１ドーム部（ドーム部）
１３…筒状突出部
１４…第２ドーム部（閉塞端部）
１６…嵌合凹部
１８…回転規制凸部（回転規制部）
２２…第１口金
２７…第２口金
３０…第２雌ネジ部（受け部）
３２…回転規制凹部（回転規制部）
３３…繊維強化樹脂層
３４…繊維束
４１…第１軸状支持部材
４２…第２軸状支持部材

Claims (3)

1. 略円筒状の胴部と、前記胴部の一方の端部に連なるドーム部と、前記ドーム部の中心部に形成された筒状突出部と、前記胴部の他方の端部を閉塞する閉塞端部とを有するライナーと、
   前記ライナーの外面に巻き付けられた形態の繊維束を備え、前記ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂層と、
   前記筒状突出部に取り付けられ、前記筒状突出部を貫通する第１軸状支持部材に一体回転可能に固着される第１口金と、
   前記閉塞端部の内面における中心部に形成され、前記第１軸状支持部材の先端部に嵌合される嵌合凹部と、
   前記閉塞端部の外面のうち前記嵌合凹部の形成領域に取り付けられた第２口金とを備えていることを特徴とする圧力容器。
2. 前記第２口金の外面に形成され、前記第１軸状支持部材と同軸の第２軸状支持部材に取り付けられる受け部を備えていることを特徴とする請求項１記載の圧力容器。
3. 前記閉塞端部の外面における前記嵌合凹部の形成領域と前記第２口金の内面とに形成され、互いに嵌合することで前記ライナーと前記第２口金の相対回転を規制する回転規制部を備え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。

Images