JP2022090691A - Manufacturing apparatus for barrel split body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、胴部分割体の製造装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for manufacturing a body split body.
特許文献1には、自動車などに搭載される水素ガス貯蔵タンクが開示されている。この水素ガス貯蔵タンクは、繊維強化プラスチックからなる内層と外層とを積層した構成となっている。内層は、型成形などによって作製される。外層は、公知のワインディング方法によって作製される。外層は、回転させた内層の上に連続長繊維束を連続的に巻き付けることによって作製される。
特許文献1に開示されるような圧力容器において、胴部分割体とドーム部分割体とを合体させて製造する方法が知られている。胴部分割体の作製方法として、特許文献1に開示される方法を利用して、シート部材を用いて作製する方法が考えられる。すなわち、マンドレルにシート部材を筒状になるように巻き付け、シート部材の両端部を溶着させることで、筒状の胴部分割体を作製することができる。
In a pressure vessel as disclosed in
しかしながら、このように作製された胴部分割体において、溶着箇所(シート部材の両端部)の厚みは、シート部材の重なり分、その他の部分に比べて厚くなってしまう。したがって、溶着箇所の膨らみを抑制し得る胴部分割体の製造装置が求められている。 However, in the body portion divided body produced in this way, the thickness of the welded portion (both ends of the seat member) is thicker than that of the overlapped portion of the seat member and other portions. Therefore, there is a demand for an apparatus for manufacturing a body split body that can suppress the swelling of the welded portion.
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、溶着箇所の膨らみを抑制し得る胴部分割体の製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been completed based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a body split body capable of suppressing swelling of a welded portion.
本発明の胴部分割体の製造装置は、
胴部分割体とドーム部分割体を合体して構成される圧力容器用の前記胴部分割体を製造する製造装置であって、
外周面がシート部材を筒状になるように保持する保持面となっているマンドレルと、
前記マンドレルの軸方向に沿う前記シート部材の両端部を外周側から加熱および加圧することで溶着する溶着ブロックと、
を備える。
The body split body manufacturing apparatus of the present invention is
A manufacturing apparatus for manufacturing the body split body for a pressure vessel, which is formed by combining a body portion split body and a dome portion split body.
A mandrel whose outer peripheral surface is a holding surface that holds the sheet member in a cylindrical shape,
A welding block for welding by heating and pressurizing both ends of the sheet member along the axial direction of the mandrel from the outer peripheral side.
To prepare for.
本発明によれば、溶着ブロックによって外周側からマンドレルの軸方向に沿うシート部材の両端部(溶着箇所)を加圧することで、溶着ブロックとマンドレルとで溶着箇所を挟むことができる。そして、溶着ブロックによって溶着箇所を加熱することで、シート部材を筒状部材に形成することができる。このとき、溶着ブロックによって外周側からシート部材の両端部を加圧するため、溶着箇所の膨らみを抑制することができる。 According to the present invention, the welded portion can be sandwiched between the welded block and the mandrel by pressurizing both ends (welded portions) of the sheet member along the axial direction of the mandrel from the outer peripheral side by the welding block. Then, by heating the welded portion with the welding block, the sheet member can be formed into a tubular member. At this time, since both ends of the sheet member are pressed from the outer peripheral side by the welding block, swelling of the welded portion can be suppressed.
本発明は、前記マンドレルの前記保持面のうち前記溶着ブロックと対応する領域に、前記マンドレルの軸方向に沿って延びる断熱部を備えることが好ましい。この構成によれば、シート部材の溶着箇所とマンドレルとの間に断熱部が介在することによって、シート部材の溶着箇所からマンドレルに熱が逃げることを抑制することができる。 In the present invention, it is preferable that the region of the holding surface of the mandrel corresponding to the welding block is provided with a heat insulating portion extending along the axial direction of the mandrel. According to this configuration, by interposing the heat insulating portion between the welded portion of the sheet member and the mandrel, it is possible to suppress heat from escaping to the mandrel from the welded portion of the sheet member.
本発明は、前記シート部材において前記溶着ブロックによって加圧される部分とは異なる部分を前記マンドレルに押さえ付ける一対のストッパを備えることが好ましい。一対の前記ストッパは、前記溶着ブロックと一体であることが好ましい。一対の前記ストッパは、前記マンドレルの軸方向において前記溶着ブロックを挟んだ両側のみに配置されていることが好ましい。この構成によれば、一対のストッパによってシート部材の溶着箇所でない部分(加熱されない部分)をマンドレルに押さえ付けるため、ストッパとマンドレルとによって挟まれる部分が潰れることなく溶けずに一定の厚み(シート部材の厚み)を保つことができる。そして、ストッパが溶着ブロックと一体であるため、溶着ブロックもシート部材に対して一定の厚みを保つように加圧することができる。また、一対のストッパが、マンドレルの軸方向において溶着ブロックを挟んだ両側のみに配置されているため、マンドレルの周方向において溶着ブロックを挟んだ両側に配置される構成に比べて、シート部材を径方向内側に向かって押し易くなる。そのため、シート部材にしわができ難くなる。 The present invention preferably includes a pair of stoppers that press a portion of the sheet member different from the portion pressurized by the welding block against the mandrel. The pair of stoppers is preferably integrated with the welding block. It is preferable that the pair of stoppers are arranged only on both sides of the welding block in the axial direction of the mandrel. According to this configuration, since the portion of the sheet member that is not welded (the portion that is not heated) is pressed against the mandrel by the pair of stoppers, the portion sandwiched between the stopper and the mandrel does not melt and has a constant thickness (sheet member). Thickness) can be maintained. Since the stopper is integrated with the welding block, the welding block can also be pressed against the sheet member so as to maintain a constant thickness. Further, since the pair of stoppers are arranged only on both sides of the welding block in the axial direction of the mandrel, the diameter of the seat member is larger than that of the configuration in which the seat members are arranged on both sides of the welding block in the circumferential direction of the mandrel. It becomes easier to push inward in the direction. Therefore, it becomes difficult for the seat member to wrinkle.
<実施例1>
以下、本発明を具体化した実施例1を図1~図9を参照して説明する。尚、以下の説明において、上下の方向については、図3、図4、図6~図9にあらわれる向きを、そのまま上方、下方と定義する。前後の方向については、図1、図2、図4、図5にあらわれる左方、右方を、前方、後方と定義する。左右の方向については、図3、図4、図6~図9にあらわれる向きを、そのまま左方、右方と定義する。
<Example 1>
Hereinafter, Example 1 embodying the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9. In the following description, with respect to the vertical direction, the directions appearing in FIGS. 3, 4, 6 to 9 are defined as upward and downward as they are. Regarding the front-back direction, the left and right sides appearing in FIGS. 1, 2, 4, and 5 are defined as front and back. Regarding the left-right direction, the directions appearing in FIGS. 3, 4, 6 to 9 are defined as left and right as they are.
(胴部分割体の製造装置)
本実施例の製造装置1は、図1に示す圧力容器10の胴部分割体11を製造する装置である。圧力容器10は、例えば、車両に搭載され、高圧の水素ガスの充填容器として用いられる。圧力容器10は、円筒カプセル形状である。圧力容器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)の混合樹脂などを用いることができる。
(Manufacturing equipment for split body)
The
圧力容器10は、胴部分割体11と、一対のドーム部分割体12と、を備えている。圧力容器10は、胴部分割体11と一対のドーム部分割体12を合体して構成される。
The
胴部分割体11は、軸方向(軸線L1に沿う方向)に長い円筒状である。胴部分割体11の内径寸法は、前端から後端まで全長に亘って一定寸法であり、外径寸法も前端から後端まで全長に亘って一定寸法である。ドーム部分割体12は、胴部分割体11の長手方向の端部に連なる半球状の部分である。ドーム部分割体12は、胴部分割体11から離れるにつれて縮径している。ドーム部分割体12の頂部には、口金部13が設けられている。
The
製造装置1は、図2、図3に示すマンドレル20および断熱部30と、図4に示す溶着ブロック40および一対のストッパ50と、を備えている。マンドレル20は、図2、図3に示すように、軸方向(軸線L2に沿う方向)に長い円柱状である。マンドレル20は、例えば金属材料によって形成されている。マンドレル20の外周面21は、シート部材70を筒状になるように保持する保持面となっている。外周面21の外径寸法は、前端から後端まで全長に亘って一定寸法である。シート部材70は、胴部分割体11の基材である。シート部材70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)の混合樹脂などの材料によって形成される。
The
マンドレル20には、図2、図3に示すように、溝部22が設けられている。溝部22は、後述する断熱部30が組み付けられる。溝部22は、外周面21から軸線L2に向かって凹んでいる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
断熱部30は、図2、図3に示すように、マンドレル20に組み付けられている。断熱部30は、直方体に近い形状である。断熱部30の上面31は、上方に凸となるように湾曲している。上面31の曲率は、外周面21と同じ曲率である。断熱部30は、溝部22に嵌め込まれている。断熱部30は、溝部22の壁面に密着している。断熱部30は、マンドレル20の外周面21のうち、後述する溶着ブロック40と対応する領域に設けられている。断熱部30は、図6に示すように、マンドレル20において、後述する溶着ブロック40と上下方向に重なる位置に設けられている。断熱部30は、マンドレル20よりも熱伝導率の低い材料(例えばセラミック材料など)によって形成されている。
The
断熱部30は、図2に示すように、マンドレル20の軸線L2と平行に延びている。断熱部30は、マンドレル20の長手方向の中心部分(長手方向の両端部を除く部分)に設けられている。断熱部30の左右方向のサイズは、図2に示すように、マンドレル20の左右方向のサイズ(径の大きさ)よりも小さい。断熱部30の左右方向のサイズは、マンドレル20の左右方向のサイズに対して、例えば3分の1程度の大きさである。断熱部30がマンドレル20に組み付けられた状態で、断熱部30の上面31が露出している。断熱部30の上面31は、マンドレル20の外周面21と面一になっている。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、シート部材70をマンドレル20の外周面21に巻き付けた状態で、シート部材70の軸線L2に沿う両端部71,72は、上下方向で重なっている。両端部71,72は、軸線L2および断熱部30の上方に位置している。端部71は、断熱部30の上面31に接触している。
As shown in FIG. 3, in a state where the
図4に示すように、溶着ブロック40および一対のストッパ50は、一体であり、溶着ユニット60を構成している。溶着ブロック40は、シート部材70の両端部71,72を、外周側(マンドレル20の径方向において中心軸とは反対側)から加熱および加圧することで溶着する。溶着ブロック40は、例えば図示しないヒータによって熱せられる。溶着ブロック40は、前後方向に沿って延びる、直方体に近い形状である。溶着ブロック40の左右方向および前後方向のサイズは、断熱部30の左右方向および前後方向のサイズと同程度である。
As shown in FIG. 4, the
溶着ブロック40の下面41は、図4に示すように、上方に凸となるように湾曲している。下面41は、前端から後端に亘って一定の高さとなる湾曲面である。下面41の曲率は、シート部材70の厚さ1枚分だけ、外周面21の曲率よりも小さい。すなわち、下面41の曲率半径は、シート部材70の厚さ1枚分だけ、外周面21の曲率半径よりも大きい。
As shown in FIG. 4, the
ストッパ50は、図4に示すように、マンドレル20の軸方向(前後方向)において溶着ブロック40を挟んだ両側(前側及び後側)のみに配置されている。一対のストッパ50は、それぞれ溶着ブロック40に前後で連なっている。一対のストッパ50は、シート部材70において溶着ブロック40によって加圧される部分とは異なる部分を、マンドレル20に押さえ付ける。シート部材70において溶着ブロック40によって加圧される部分とは異なる部分とは、溶着ブロック40によって加圧される部分に前後方向で隣接する部分(以下、ストッパ領域73という)である。ストッパ50は、ヒータなどによって熱せられず、溶着ブロック40からも熱が伝達されないようになっている。
As shown in FIG. 4, the
両方のストッパ50は、図4に示すように、同じ形状である。ストッパ50の下面51は、上方に凸となるように湾曲している。下面51は、前後方向に沿って一定の高さとなる湾曲面である。下面51の曲率は、溶着ブロック40の下面41の曲率より小さい。下面51の曲率は、シート部材70の厚さ2枚分だけ、外周面21の曲率よりも小さい。すなわち、下面51の曲率半径は、シート部材70の厚さ2枚分だけ、外周面21の曲率半径よりも大きい。ストッパ50の左右方向のサイズは、溶着ブロック40の左右方向のサイズと同程度である。
Both
図4に示すように、溶着ブロック40の下面41とストッパ50の下面51との間には、段差45が設けられている。溶着ブロック40の下面41は、ストッパ50の下面51よりも高位置に設けられている。段差45の高さ(溶着ブロック40の下面41とストッパ50の下面51との間の上下方向の距離)は、例えばシート部材70の厚さ1枚分である。
As shown in FIG. 4, a
(胴部分割体の製造工程)
次に、製造装置1を用いた胴部分割体11の製造工程について説明する。まず、図2、図3に示すように、シート部材70をマンドレル20の外周面21に巻き付ける。シート部材70の軸線L2に沿う両端部71,72を、断熱部30の上方で重ねる。なお、シート部材70は、軸線L2と平行に延びる両端部71,72を有する。シート部材70の前後方向の両端部は、図2に示すように、断熱部30よりも外側(前後両側)にはみ出るように配される。
(Manufacturing process of body split body)
Next, a manufacturing process of the body split
続いて、図5に示すように、溶着ユニット60を、外周側(マンドレル20の径方向において中心軸とは反対側)からシート部材70の両端部71,72上に接触させる。このとき、溶着ブロック40は、上下方向で断熱部30と重なるように配される。図6に示すように、溶着前の状態で、溶着ブロック40がシート部材70の端部72に接触している。一対のストッパ50は、ストッパ領域73に接触せず、ストッパ領域73の上方に位置している。
Subsequently, as shown in FIG. 5, the
続いて、図7に示すように、溶着ブロック40で、シート部材70の両端部71,72の一部の溶着箇所(以下、溶着領域74という)を、加熱および加圧する。溶着ブロック40によって外周側から溶着領域74を加圧することで、溶着ブロック40とマンドレル20(具体的には、断熱部30)とで溶着領域74を挟むことができる。溶着ブロック40は、上方からマンドレル20の中心軸(軸線L2)に向かって溶着領域74を押さえつける。これにより、シート部材70の両端部71,72がつぶされて溶着し、シート部材70が筒状になる。シート部材70の溶着領域74とマンドレル20との間に断熱部30が介在するため、溶着領域74からマンドレル20に熱が逃げることを抑制することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the
溶着領域74の溶着時、図8に示すように、ストッパ50は、ストッパ領域73に接触し、ストッパ領域73を押さえつける。ストッパ50は、ヒータによって加熱されることがないので、ストッパ領域73を溶着しない。そのため、ストッパ50は、ストッパ領域73(より具体的には端部72)に接触した状態(図8に示す状態)で、それ以上下方に移動しなくなる。すなわち、ストッパ50は、シート部材70の2枚分の厚さを維持しつつ、ストッパ領域73に接触した状態となる。また、ストッパ50は、溶着ブロック40と一体となっているため、溶着ブロック40による溶着領域74の押しつぶしを途中で止めることができる。すなわち、段差45の高さがシート部材70の厚さ1枚分である場合、図7に示すように、溶着領域74をシート部材70の厚さ1枚分まで押しつぶすことになる。これにより、外周面に膨らみのない円筒状のシート部材70を形成することができる。
At the time of welding the
例えば、溶着ユニットの構成として、図9に示すように、ストッパ250が溶着ブロック240の左右両側に設けられる構成も考えられる。しかしながら、このような構成では、ストッパ250は、シート部材70に対して、マンドレル20の周方向に向かう力(図9の矢印参照)を及ぼすことになる。そのため、シート部材70においてストッパ250に押される部分がマンドレル20に対して滑り易くなり、シート部材70にしわができ易くなる。一方で、本実施例では、一対のストッパ50が溶着ブロック40の前後に配置されているため、図9に示す構成に比べて、シート部材70を径方向内側に向かって(マンドレル20の軸線L2に向かって)押し易くなる。そのため、シート部材70にしわができ難くなる。以上のようにして、シート部材70を基材にした胴部分割体11が製造される。
For example, as a configuration of the welding unit, as shown in FIG. 9, a configuration in which
(本実施例の効果)
以下、本実施例1の効果について説明する。本実施例1の製造装置1によれば、溶着ブロック40によって外周側からマンドレル20の軸方向に沿うシート部材70の両端部71,72の溶着箇所(溶着領域74)を加圧する。そのため、溶着ブロック40とマンドレル20とで両端部71,72(溶着領域74)を挟むことができる。そして、溶着ブロック40によって両端部71,72(溶着領域74)を加熱することで、シート部材70を筒状部材に形成することができる。このとき、溶着ブロック40によって外周側からシート部材70の両端部71,72を加圧するため、溶着箇所の膨らみを抑制することができる。
(Effect of this example)
Hereinafter, the effect of the first embodiment will be described. According to the
また、本実施例1の製造装置1は、マンドレル20の外周面(保持面)21のうち溶着ブロック40と対応する領域に、マンドレル20の軸方向に沿って延びる断熱部30を備えている。シート部材70の溶着領域74とマンドレル20との間に断熱部30が介在することによって、シート部材70の溶着領域74からマンドレル20に熱が逃げることを抑制することができる。
Further, the
また、本実施例1の製造装置1は、シート部材70において溶着ブロック40によって加圧される部分とは異なる部分をマンドレル20に押さえ付ける一対のストッパ50を備えている。一対のストッパ50は、溶着ブロック40と一体である。一対のストッパ50は、マンドレル20の軸方向において溶着ブロック40を挟んだ両側のみに配置されている。一対のストッパ50によってシート部材70の溶着箇所(溶着領域74)でない加熱されない部分(ストッパ領域73)をマンドレル20に押さえ付ける。そのため、ストッパ50とマンドレル20とによって挟まれる部分が潰れることなく溶けずに一定の厚み(シート部材70の厚み)を保つことができる。そして、ストッパ50が溶着ブロック40と一体であるため、溶着ブロック40もシート部材70に対して一定の厚みを保つように加圧することができる。また、一対のストッパ50が、マンドレル20の軸方向において溶着ブロック40を挟んだ両側のみに配置されている。そのため、マンドレル20の周方向において溶着ブロック40を挟んだ両側に配置される構成に比べて、シート部材70を径方向内側に向かって押し易くなる。これにより、シート部材70にしわができ難くなる。
Further, the
<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1では、溶着ブロック40がマンドレル20に対して移動する(下方に移動する)ことで、シート部材70をマンドレル20に押さえつける構成であった。しかしながら、マンドレル20が溶着ブロック40に対して移動する(上方に移動する)構成や、マンドレル20と溶着ブロック40がともに移動する構成であってもよい。
(2)上記実施例1では、溶着ブロック40がマンドレル20に対して上方から溶着領域74を介して接触する構成であったが、その他の方向から接触する構成であってもよい。例えば、溶着領域74および断熱部30がマンドレル20の下端に配され、溶着ブロック40がマンドレル20に対して下方から溶着領域74を介して接触する構成であってもよい。
(3)上記実施例1では、溶着ブロック40の左右方向および前後方向のサイズが、断熱部30の左右方向および前後方向のサイズと同程度であったが、このような構成に限定されない。例えば、溶着ブロック40の左右方向のサイズが、断熱部30の左右方向のサイズより大きくてもよい。
(4)上記実施例1では、マンドレルが円柱状であったが、円筒状であってもよい。
(5)上記実施例1では、一対のストッパ50が溶着ブロック40の前後に設けられていたが、一方のストッパ50のみが設けられる構成であってもよい。
(6)上記実施例1において、溶着ブロック40とストッパ50との間に断熱部材が設けられる構成であってもよい。
(7)上記実施例1において、一対のストッパ50がそれぞれ溶着ブロック40に前後で連なっていたが、他部材を介して前後に隣接する構成であってもよい。
<Other Examples>
The present invention is not limited to the examples described in the above description and drawings, and for example, the following examples are also included in the technical scope of the present invention.
(1) In the first embodiment, the
(2) In the first embodiment, the
(3) In the first embodiment, the size of the
(4) In Example 1 above, the mandrel was cylindrical, but it may be cylindrical.
(5) In the first embodiment, the pair of
(6) In the first embodiment, a heat insulating member may be provided between the
(7) In the first embodiment, the pair of
1…製造装置(胴部分割体の製造装置)
10…圧力容器
11…胴部分割体
12…ドーム部分割体
20…マンドレル
21…外周面(保持面)
30…断熱部
40…溶着ブロック
50…ストッパ
60…溶着ユニット
70…シート部材
71,72…端部
73…ストッパ領域
74…溶着領域(溶着箇所)
1 ... Manufacturing equipment (manufacturing equipment for split body)
10 ...
30 ...
Claims (3)
外周面がシート部材を筒状になるように保持する保持面となっているマンドレルと、
前記マンドレルの軸方向に沿う前記シート部材の両端部を外周側から加熱および加圧することで溶着する溶着ブロックと、
を備える胴部分割体の製造装置。 A manufacturing apparatus for manufacturing the body split body for a pressure vessel, which is formed by combining a body portion split body and a dome portion split body.
A mandrel whose outer peripheral surface is a holding surface that holds the sheet member in a cylindrical shape,
A welding block for welding by heating and pressurizing both ends of the sheet member along the axial direction of the mandrel from the outer peripheral side.
A body split body manufacturing device comprising.
一対の前記ストッパは、前記溶着ブロックと一体であり、
一対の前記ストッパは、前記マンドレルの軸方向において前記溶着ブロックを挟んだ両側のみに配置されている請求項1または請求項2に記載の胴部分割体の製造装置。 A pair of stoppers for pressing a portion of the sheet member different from the portion pressurized by the welding block against the mandrel is provided.
The pair of stoppers is integrated with the welding block.
The apparatus for manufacturing a body split body according to claim 1 or 2, wherein the pair of stoppers are arranged only on both sides of the welding block in the axial direction of the mandrel.
Priority Applications (1)
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WO2023090463A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-05-25 | 株式会社The MOT Company | High-pressure tank, and method for manufacturing same |
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