JP2019090658A

JP2019090658A - タンク治具

Info

Publication number: JP2019090658A
Application number: JP2017218561A
Authority: JP
Inventors: 貴士山口; Takashi Yamaguchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2019-06-13

Abstract

【課題】タンクの大きさに影響を受けることなく、タンクの口金と該口金に装着されるタンク治具との間のシール部のリーク検査を短時間で行うことができるタンク治具を得ること。【解決手段】タンク１の口金３に装着されるタンク治具１０であって、タンク１に連通するガス流路を有する本体部１１と、本体部１１と口金３との間を密閉するシール部１２Ａ、１２Ｂと、シール部１２Ａ、１２Ｂよりもタンク１の外側の位置で本体部１１と口金３との間を密閉してシール部１２Ａ、１２Ｂとの協働により本体部１１と口金３との間に密閉空間Ｒを形成する検査用シール部１３Ａ、１３Ｂと、本体部１１の外面に一端が開口し他端が密閉空間Ｒに連通する検査ガス投入口２３ａとを有することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、タンク治具に関する。

例えば、特許文献１には、タンクにガスを封入し、閉塞部のリークを測定する方法が示されている。

特開２０１１−２２６９０６号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、リークを測定するタンクのタンク容量が大きい場合、多量のガスをタンク内に封入する必要があり、タンクの継ぎ手などシール部に対するリーク測定の検査時間が膨大となってしまう。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タンクの大きさに影響を受けることなく、タンクの口金と該口金に装着されるタンク治具との間のシール部のリーク検査を短時間で行うことができるタンク治具を提供することである。

上記課題を解決する本発明のタンク治具は、タンクの口金に装着されるタンク治具であって、前記タンクに連通するガス流路を有する本体部と、該本体部と前記口金との間を密閉するシール部と、該シール部よりも前記タンクの外側の位置で前記本体部と前記口金との間を密閉して前記シール部との協働により前記本体部と前記口金との間に密閉空間を形成する検査用シール部と、前記本体部の外面に一端が開口し、他端が前記密閉空間に連通する検査ガス投入口と、を有することを特徴とする。

本発明に係るタンク治具は、本体部と口金との間を密閉するシール部と、シール部よりもタンクの外側の位置で本体部と口金との間を密閉してシール部との協働により本体部と口金との間に密閉空間を形成する検査用シール部とを有している。そして、本体部には、本体部の外面に一端が開口し、他端が密閉空間に連通する検査ガス投入口が設けられている。この構成により、密閉空間に検査ガス投入口から検査ガスを投入することで、タンクの口金と該口金に装着されるタンク治具との間のシール部のリーク検査を行うことができる。密閉空間は、タンク容量と比較して小さな空間であるので、リーク検査に必要な検査ガスの投入量を少なくすることができ、リーク検査の時間を短縮することができる。

本発明によれば、検査ガス投入口から密閉空間に検査ガスを投入することによって、タンクの大きさに影響を受けることなく、タンクの口金と該口金に装着されるタンク治具との間のシール部のリーク検査を短時間で行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るタンク治具を用いたタンクのリーク試験概要と検出機器の一例を示す図。本発明の第１実施形態に係るタンク治具の断面図。図２の要部ＩＩＩを拡大して示す図。本発明の第１実施形態に係るタンク治具のシール部の構造例を示す図。本発明の第１実施形態に係るタンク治具を用いたタンクのリーク試験の工程フロー図。本発明の第１実施形態に係るタンク治具を用いたタンクのリーク試験の経過時間と圧力の関係の一例を示すグラフ。本発明の第１実施形態に係るタンク治具を用いたタンクのリーク試験のフローチャート。従来のリーク検査方法を説明する図。

本発明に係るタンク治具を適用した実施形態に係るタンク治具の構造について図面を参照して説明する。

実施形態に係るタンク治具１０は、例えば燃料電池自動車に搭載されるタンク１を製造する際に用いられる。タンク１は、気体を透過させにくい性質、いわゆるガスバリア性を有しており内部には高圧のガスが充填されるように構成されている。タンク１は、図１に示すように、筒状の中空容器からなるライナー２を有しており、ライナー２の外周には不図示のＦＲＰ層が形成される。

ライナー２は、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、いわゆるナイロン（登録商標）などの高い機械的強度を有するエンジニアリングプラスチックで成形されている。ライナー２は、円筒状に形成されたシリンダー部２ａと、中空の略半球体状に形成されたドーム部２ｂを有している。シリンダー部２ａは、シリンダー部２ａの長手方向の両端部に位置するドーム部２ｂと一体的に形成されており、一方のドーム部２ｂにはライナー２の内部と外部とを連通する連通路が形成された口金３が装着されている。

ＦＲＰ層は、ＦＲＰをライナー２の外周面に積層することで形成される。ＦＲＰは、カーボン繊維（Carbon Fiber）、ガラス繊維（Glass Fiber）やアラミド繊維（Aromatic Polyamide Fiber）などの繊維をプラスチックの中に入れて強度を向上させた複合材料からなる。ＦＲＰ層の形成は、例えば、フィラメントワインディング法（Filament Winding Process、以下ＦＷ法という。）によって行われる。

このＦＷ法は、繊維束を樹脂を含浸させながら、テンションをかけ、被加工物に連続的に巻き付ける製造方法をいう。この製造方法によれば、ライナー２に対して繊維束を巻き付ける際の角度を調整することにより、ライナー２の軸方向および周方向の強度を調整することができる。

ＦＷ法により繊維束をライナー２に巻き付ける際、繊維束の緩みを防止するために、繊維束にテンションをかけて巻き付ける必要がある。しかしながら、繊維束にテンションをかけると、ライナー２が撓んで変形するおそれがある。そこで、従来から、ライナー２の内部にガスを充填して撓まないようにした状態で繊維束を巻き付けることが行われている。タンク治具１０は、ライナー２の口金３に装着されており、配管から供給されたガスをタンク治具１０のガス流路を通してライナー２の内部に充填できるようになっている。

次に、タンク治具の構成について図２を用いて説明する。
タンク治具１０は、図２に示すように、口金３の端部とほぼ同径の略円柱形状を有しており、口金３に着脱自在に装着される構成を有している。タンク治具１０は、口金３と同軸上に配置して、タンク治具の一方端部を口金３に差し込むことによって装着される。

タンク治具１０にはガス流路が設けられており、口金３を通してタンク１内にガスを流入させることができるようになっている。タンク治具１０は、ガス流路を有する本体部１１と、本体部１１と口金３との間を密閉するシール部１２Ａ、１２Ｂと、シール部１２Ａ、１２Ｂよりもタンク１の外側の位置で本体部１１と口金３との間を密閉してシール部１２Ａ、１２Ｂとの協働により本体部１１と口金３との間に密閉空間Ｒを形成する検査用シール部１３Ａ、１３Ｂを有している。そして、本体部１１には、本体部１１の外面に一端が開口し、他端が密閉空間Ｒに連通する検査ガス投入口２３ａが設けられている。

本体部１１は、先端部が口金３を通してタンク１内に挿入され基端部が口金３から突出する棒状の第１部材２１と、第１部材２１に外嵌されて先端部が口金３の内部に挿入され基端部が口金３から突出する円筒状の第２部材２２と、第１部材２１に基端部が外嵌されて先端部が口金３に外嵌される円筒状の第３部材２３と、先端部が第１部材２１の基端部及び第２部材２２の基端部及び第３部材２３の基端部にそれぞれ外嵌されて基端部が軸方向に突出する第４部材２４とを有している。

第１部材２１には、軸方向に貫通する貫通孔２１ａが設けられている。第１部材２１の貫通孔２１ａは、第４部材２４の外面に開口するガス流路口２４ａと連通して、ガス流路口２４ａに供給されたガスＧ１（例えば水素）をタンク１の内部に充填するガス流路を構成する。

第２部材２２の先端部と基端部にはそれぞれシール部１２Ａ、１２Ｂが設けられている。第２部材２２の先端部のシール部１２Ａは、口金３の内周面との間を密閉しており、タンク１内にガスＧ１が充填された場合に、図３に破線の矢印で示すようにタンク１の内部から口金３と第２部材２２との間を通過してタンク１の外部に流れ出ようとするガスＧ１をシールする構造を有している。第２部材２２の基端部のシール部１２Ｂは、第４部材２４との間を密閉しており、第２部材２２と第４部材２４との間を通過してタンク１の外部に流れ出ようとするガスＧ１をシールする構造を有している。

第３部材２３の先端部と基端部にはそれぞれ検査用シール部１３Ａ、１３Ｂが設けられている。第３部材２３の先端部の検査用シール部１３Ａは、口金３の外周面との間を密閉し、第３部材２３の基端部の検査用シール部１３Ｂは、第４部材２４との間を密閉している。

シール部１２Ａ、１２Ｂ及び検査用シール部１３Ａ、１３Ｂには、例えば、図４（１）に示すＯリング３１や、図４（２）に示すオムニシール３２を用いることができる。Ｏリング３１は、図４（１）に黒矢印で示す方向に圧力が加えられた場合に、ゴム弾性により白矢印で示す方向に変形して口金３との間を密閉する。オムニシール３２は、断面コ字状のスプリング３３を有しており、図４（２）に黒矢印で示す方向に圧力が加えられた場合に、スプリング弾性により白矢印で示す方向に変形して口金３との間を密閉する。本実施形態では、シール部１２Ａ、１２Ｂ及び検査用シール部１３Ａ、１３Ｂの材質は同一のものが用いられているが、同一でなくてもよい。

タンク治具１０を口金３に装着した場合、図３に太線で示されるように、本体部１１と口金３との間には、シール部１２Ａ、１２Ｂ及び検査用シール部１３Ａ、１３Ｂによって密閉された密閉空間Ｒが形成される。第３部材２３には、検査ガス投入口２３ａが設けられている。検査ガス投入口２３ａは、第３部材２３の外面に一端が開口し、他端が密閉空間Ｒに連通するように構成されている。検査ガス投入口２３ａには、例えばカプラＣが取り付け可能となっており、カプラＣから密閉空間Ｒに検査ガスＧ２（例えばエア）を供給できるようになっている。なお、検査ガス投入口２３ａに供給される検査ガスＧ２の種類は、ガス流路からタンク１に流入させるガスＧ１と同一でもよい。

次に、上記構成を有するタンク治具１０を用いたタンク１のリーク試験方法について説明する。

タンク１のリーク試験は、一般的な方式である差圧計法を用いて実施することができる。図１に示すリーク試験システム４０は、タンク１のリーク試験を行うためのものであり、リークテスタ４１を有している。

リークテスタ４１は、空圧源Ｐに一端が接続され他端がタンク治具１０の検査ガス投入口２３ａにカプラＣを介して接続される第１配管４２と、空圧源Ｐに一端が接続され他端がマスターチャンバー４７に接続される第２配管４３と、第１配管４２及び第２配管４３にそれぞれ設けられる弁４４、４５と、弁４４、４５よりも下流側の位置で第１配管４２と第２配管４３との差圧を検出する差圧計４６とを有している。リークテスタ４１では、タンク治具１０によって口金３との間に形成される密閉空間Ｒとマスターチャンバー４７との間の差圧を差圧計４６で計測し、差圧が予め設定されている閾値以下の場合にリークなしと判断する。リークテスタ４１は、公知のものを用いることができ、本実施形態では、株式会社コスモ計器製の型式：ＬＳ−Ｒ９００Ｘを用いている。

リーク試験方法は、図５に示すように、治具組付工程と、カプラ取付工程と、予備加圧工程と、加圧工程と、等圧工程と、平衡工程と、測定工程と、排気工程と、カプラ取外工程を含む。治具組付工程ではタンクの口金にタンク治具が装着され、カプラ取付工程ではタンク治具の検査ガス投入口２３ａにリークテスタのカプラＣが取り付けられる。予備加圧工程と、加圧工程と、等圧工程では、リークテスタ４１により弁４４、４５が開かれ、密閉空間Ｒとマスターチャンバー４７に供給される検査ガスＧ２の圧力の調整が行われる。そして、平衡工程と測定工程では、弁４４、４５が閉じられ、密閉空間Ｒとマスターチャンバー４７内との流通が遮断され、互いに独立した状態に維持され、差圧計４６により差圧測定がされる。そして、測定後に検査ガスの排気が行われ、排気後にタンク治具からカプラＣが取り外されて試験終了となる。

エア圧力の調整は、本実施形態では図６に示すように、予備加圧工程により試験開始から８０秒経過までに２５０ｋＰａまで加圧し、それから１６０秒が経過するまでに加圧工程により２００ｋＰａまで圧力を減少させる。そして、等圧工程により、３００秒が経過するまで２００ｋＰａに維持し、平衡工程で４０秒間平衡させた後、測定工程で１０秒間の間に差圧を測定する。そして、タンク治具１０の密閉空間のエアを排気して大気解放する。

図７のリーク試験のフローチャートに示すように、等圧処理（Ｓ２０１）の後、平衡処理（Ｓ２０２）では、比較的大量のリーク（以下、大リーク）の有無が判断される。具体的には、差圧計４６により計測した差圧と予め設定された第１閾値とを比較して、差圧が第１閾値以下であるか否かが判断される（Ｓ２０２）。そして、差圧が第１閾値以下の場合には、大リーク無しと判断され、次いで比較的少量のリーク（以下、小リーク）の有無を判断すべく、測定工程（Ｓ２０３）に移行する。第１閾値は、例えば１００ｋＰａに設定される。

測定工程（Ｓ２０３）では、差圧計により計測した差圧と予め設定された第２閾値とを比較して、差圧が第２閾値以下であるか否かが判断される。そして、差圧が第２閾値以下の場合には、小リーク無しと判断される。第２閾値は、例えば２８Ｐａに設定される。測定工程で小リーク無しと判断された場合（Ｓ２０３でＹＥＳ）、リークＯＫ（Ｓ２０４）として測定終了となる。また、差圧が第１閾値よりも大きい場合には（Ｓ２０２でＮＯ）、大リーク有りと判断され、大リークＮＧ（Ｓ２０６）の測定がなされ、差圧が第２閾値よりも大きい場合には（Ｓ２０３でＮＯ）、小リーク有りと判断され、小リークＮＧ（Ｓ２０５）の測定がなされる。

次に、タンク治具１０を用いたタンクのリーク試験の作用効果について説明する。
図８に示すタンク治具１００は、検査用シール部１３Ａ、１３Ｂと検査ガス投入口２３ａを備えていないが、それ以外はタンク治具１０と同じ構成を有している。従来は、図８に示すように、タンク治具１００をタンク１の口金３に装着して、タンク治具１００のガス流路口２４ａからタンク１の内部にガスＧ１を供給し、リーク検査を実施していた。そのため、リーク検査用のガス容量がタンク１の内容積とタンク治具１００の内容積とを合計した分だけ必要であった。タンク１が例えば燃料電池自動車用の場合、検査容積が約６０リットルであり、検査容積が大きいため、リーク測定の時間が長い（例えば９００秒以上）という問題があった。そのため、設備台数を増やして対応する等しており、コストが高くなっていた。

これに対し、本実施形態に係るタンク治具１０は、（１）検査用シール部１３Ａ、１３Ｂを設置し、（２）シール部１２Ａ、１２Ｂを挟んでタンク１の内部とは逆側となる空間を密閉し、（３）口金３との間に密閉空間Ｒを形成し、検査ガス投入口２３ａから密閉空間Ｒに検査ガスＧ２を流入させる構造とした。この密閉空間Ｒの内容積は、タンク１の内容積と比較して極めて小さい。したがって、従来よりも検査容積を小さくすることができ、シール部のリークを検査する際のリーク測定時間を大幅に短縮することができる。

本実施形態に係るタンク治具１０によれば、タンク１の大きさに影響を受けることなく、タンク１の口金３と口金３に装着されるタンク治具１０との間のシール部１２Ａ、１２Ｂのリーク検査を短時間で行うことができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１・・・タンク、３・・・口金、１０・・・タンク治具、１１・・・本体部、１２Ａ，１２Ｂ・・・シール部、１３Ａ，１３Ｂ・・・検査用シール部、２３ａ・・・検査ガス投入口、Ｒ・・・密閉空間

Claims

タンクの口金に装着されるタンク治具であって、
前記タンクに連通するガス流路を有する本体部と、
該本体部と前記口金との間を密閉するシール部と、
該シール部よりも前記タンクの外側の位置で前記本体部と前記口金との間を密閉して前記シール部との協働により前記本体部と前記口金との間に密閉空間を形成する検査用シール部と、
前記本体部の外面に一端が開口し他端が前記密閉空間に連通する検査ガス投入口と、
を有することを特徴とするタンク治具。