JP2024033311A - タンク - Google Patents

Abstract

【課題】タンクの口金の内面のキズの発生を抑制することができるタンクを提供する。【解決手段】口金、及び、口金の穴に取り付けられるバルブを有するタンクであって、バルブには口金の穴の内面に接するシール部材と、シール部材に接するとともにシール部材よりも低圧側に配置されるバックアップリングと、を備え、バックアップリングは樹脂による本体部と本体部の低圧側に配置される金属による硬質リングを具備している。【選択図】図２

Description

本開示は、口金にバルブが取り付けられたタンクに関する。

特許文献１には、タンクにおいて、Ｏリングに隣接するようにバックアップリングが配置されることが記載されている。

特開２００８－００２６５５号公報

バルブをタンクの口金に装着する際、バルブの軸部が口金の内壁に接触してキズを付けてしまう。このキズの発生を防止するためにバルブの軸部と口金の内面との間隙を拡大したいが、樹脂で形成したバックアップリングがクリープ変形して間隙に入り込むため、拡大することができない。またバックアップリングはバルブの軸部に装着する際に切断部から開く変形をさせることから、塑性変形し易い金属で構成することは難しい。

本開示は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、タンクの口金の内面のキズの発生を抑制することができるタンクを提供することを目的とする。

本願は、口金、及び、口金の穴に取り付けられるバルブを有するタンクであって、バルブには口金の穴の内面に接するシール部材と、シール部材に接するとともにシール部材よりも低圧側に配置されるバックアップリングと、を備え、バックアップリングは樹脂による本体部と本体部の低圧側に配置される金属による硬質リングを具備している、タンクを開示する。

本開示によれば、バックアップリングの一部に設けた硬質リングが、バルブと口金との間隙に侵入するようなバックアップリングの変形を抑えるため、バルブと口金との間隙を大きくすることができ、口金の内面のキズ発生を抑制することが可能となる。

図１（ａ）は高圧タンクの外観、図１（ｂ）はその一部の断面図である。 図２（ａ）は断面においてバルブと口金とのシール部位に注目した図、図２（ｂ）はバックアップリングの形態を説明する図である。 図３はバックアップリングの斜め合い口を説明する図である。 図４は他の形態のバックアップリングを説明する図である。

１．高圧タンクの構造
図１（ａ）には１つの形態にかかる高圧タンク１０の外観を模式的に表し、図１（ｂ）には高圧タンク１０の軸線に沿った断面の一部でバルブ１５を具備した部位の周辺の断面を表した。これらの図からわかるように、本形態で高圧タンク１０はライナ１１、補強層１２、口金１３、及びバルブ１５を有している。以下に各構成について説明する。

１．１．ライナ
ライナ１１は、高圧タンク１０の内部空間を区画する中空の部材であり本形態では円筒状である。ライナ１１は、径が概ね一定である胴体部１１ａの両端の開口がドーム状の側端部１１ｂにより狭められ、狭められた開口１１ｃには口金１３が配置されている。
ライナ１１はその内部空間に収容されたもの（例えば水素）を漏らすことなく保持することができる材料で構成されていればよく、材料は公知のものを用いることができる。具体的には例えばナイロン樹脂、ポリエチレン系の合成樹脂や、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属等からなるものである。

１．２．補強層
補強層１２は、炭素繊維等による繊維束が複数層に亘って積層されるとともに、その繊維束には硬化した樹脂が含浸されている。具体的には、ライナ１１の外周に繊維束が所定の厚さにまで複数層に亘って巻き付けられてなる。補強層１２の厚さは必要な強度により決められるため特に限定されることはないが、１０ｍｍ～３０ｍｍ程度である。

１．３．口金
口金１３は、ライナ１１の２つの開口部１１ｃのそれぞれに取り付けられている部材であり、その一方は、高圧タンク１０の内外を連通する開口として機能すると共に、バルブ１５が取り付けられている。
従って口金１３のうち少なくともバルブ１５が取り付けられてる側の口金１３には、バルブ１５が配置されるための穴１３ａが設けられるとともにバルブ１５のオネジ１５ａに対応するメネジ１３ｂを具備している。

１．４．バルブ
バルブ１５は高圧タンク１０の内外を渡すように口金１３の穴１３ａに配置され、配管が配置されたり、内外の連通を許容及び規制したりする部材である。本形態においてこのような機能は公知の通りである。
バルブ１５は口金１３の穴１３ａの内側に配置される軸部１６を有しており、軸部１６の外周面には口金のメネジ１３ｂに組み合わされるオネジ１６ａが具備され、これによりバルブ１５が口金１３の穴１３ａに固定される。
また、図１（ｂ）にＩＩａで示したように軸部１６の外周部のうちオネジ１６ａよりタンク内側（高圧側）には周方向に延びる溝１６ｂが設けられており、この溝１６ｂにシール部材１７及びバックアップリング１８が配置されている。
図２（ａ）には図１（ｂ）のＩＩａで示した部位を拡大して表した。ここには溝１６ｂ及び溝１６ｂに配置されたシール部材１７及びバックアップリング１８の断面が表れている。

＜溝＞ 溝１６ｂは軸部１６の外周部のうちオネジ１６ａよりタンク内側（高圧側）に設けられており、軸部１６の周方向に延びる凹部である。溝１６ｂの形状はシール部材１７及びバックアップリング１８を配置することができれば特に限定されることはないが、本形態では溝１６ｂの底部のうち、タンク外側（低圧側）でバックアップリング１８が配置される部位において低圧側に向けて浅くなるように傾斜している。

この傾斜がなく、溝が四角形断面であった場合、後述するようにバックアップリング１８の本体１８ａは樹脂であるため、周方向の張力（周方向の斜め合い口１８ｃを広げてバックアップリング１８を穴１３ａの内面に押し付ける力）が小さいことからタンク内圧によって押し出されるシール部材１７が、バックアップリング１８と穴１３ａの内面の間に入り込むことを抑制する力が小さくなることがある。これに対して傾斜を設けることにより、タンク内圧がシール部材１７を押し、シール部材がバックアップリング１８を押すことでバックアップリング１８はこの傾斜と穴１３ａの内面との間のクサビ状空間の狭い側に押し込まれるため、穴１３ａの内面との接触面圧が上がり、シール部材１７が入り込むことを抑止できる。クサビ状空間にバックアップリング１８が挟まれる状態となり、バックアップリング１８の断面台形の短辺は、軸溝側面短辺と当初は接しない隙を有するが、長時間、内圧による推力を受け続けるとバックアップリング１８がクリープ変形してこの隙を埋めて安定する。そうなるよう隙間を小さく、部品寸法バラツキを小さく設計することが好ましい。

＜シール部材＞ シール部材１７は、高圧タンク１０の密封性を保つための環状の部材であり、溝１６ｂに配置されるとともに口金１３の穴１３ａの内面に押し付けられるように接している。シール部材１７は、口金１３の穴１３ａの内面とバルブ１５の軸部１６との間の隙間を塞ぎ、両者の間をシールする。従って、シール部材１７は溝１６ｂの中に配置されるとともに、その一部が溝１６ｂから突出し、この突出した部分で口金１３の穴１３ａの内面に接してシールする。

シール部材１７は、所定のつぶししろを有するＯリングからなり、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、シリコーンゴム等の材料で形成することができる。

＜バックアップリング＞ バックアップリング１８は、シール部材１７を低圧側（タンク内側とは反対側）から支持する環状の部材である。これにより高圧側から押圧力を受けるシール部材１７が低圧側に移動や変形しないように低圧側で支持することができる。
図２（ｂ）にはバックアップリング１８を低圧側（図２（ａ）にＡで示した方向）からみた図を表した。なお、図２（ａ）にはバックアップリング１８の断面が表れている。

バックアップリング１８は、本体１８ａ及び硬質リング１８ｂを有している。また、バックアップリング１８は環状の部材ではあるが、図３（ａ）に示したように斜めの切断されるように斜め合い口１８ｃを具備しており物理的に連続した部材ではない。そして、バックアップリング１８を溝１６ｂに配置させる際に図３（ｂ）に示したように、力を加えてバックアップリング１８ｃを弾性変形させて斜め合い口１８ｃに間隙を形成し、内径を大きくして溝１６ｂに配置する。その後に加えた力を除荷することで弾性変形により溝１６ｂ内で通常の状態に戻る。

本体１８ａはナイロン等の樹脂からなる環状の部材である。上記したようにバックアップリング１８は弾性変形により溝１６ｂに配置するため、本体１８ａは当該変形に対して塑性変形しない材料であることが必要であることからこのように樹脂により形成される。
本形態で本体１８ａは、その外周端面は厚さ方向位置によらず直径が一定で、内周端面は厚さ方向に沿った位置に従って直径が一律に変化する傾斜面（テーパ面）とされている。このテーパは上記溝１６ｂの底面の傾斜面に沿ったものが好ましい。また、本体１８ａは、その厚みを挟んで形成される２つの面（いわゆる表裏面）のうちの一方（本形態では内周端面の直径が大きくなる側）の面では当該面と外周端面とによる出隅部となる部位が環状に切り欠かれ、ここに硬質リング１８ｂが配置されている。本体１８ａの厚さや幅（外径と内径との差）は特に限定されることはなくバックアップリング１８として機能できる強度を有するものであればよい。

硬質リング１８ｂは硬質の部材、特にアルミニウム、銅、鉄等の金属からなる環状の部材であり、上記した本体１８ａの切り欠かれた部分に配置されている。硬質リング１８ｂは例えば本体１８ａの射出成型時に金型内に配置される等して本体１８ａに一体化されている。
硬質リング１８ｂの厚さＴ、及び幅Ｗは、本体１８ａの上記弾性変形を阻害しない程度に小さいものとする。具体的な大きさは特に限定されることはないが、厚さＴは本体１８ａの厚さに対して１％～１０％、幅Ｗは本体１８ａの幅に対して１０％～５０％であることが好ましい。また、後述するように幅Ｗは溝１６ｂより低圧側における穴１３ａの内面と軸部１６の外周面との間隙（クリアランス）Ｃの大きさＧよりも大きくなるように構成されている（Ｗ＞Ｇ）。

＜バックアップリングの配置及び効果等＞
このようなバックアップリング１８は図２（ａ）に示したように溝１６ｂにおいてシール部材１７の低圧側に配置され、硬質リング１８ｂが配置されていない側の面がシール部材１７に接し、硬質リング１８ｂが配置された側の面が低圧側を向いて溝１６ｂの側壁に接する。またバックアップリング１８の外周端面が穴１３ａの内面に接し、内周端面が溝１６ｂの底面に接して配置される。
このとき、バックアップリング１８のうち低圧側を向く面では硬質リング１８ｂの一部分が溝１６ｂの側壁に接し、他の部分が間隙Ｃを横切るように配置される。図２（ｂ）には軸部１６の外周面の位置を破線Ｂで表している。このように溝１６ｂより低圧側における軸部１６の外周面端部が硬質リング１８ｂの面に接する位置となるように位置付けられている。

従来においてバックアップリングは全て樹脂により形成されていたので、シール部材からの押圧力や高圧側から圧力により間隙Ｃに材料が移動してしまうクリープ変形を抑制するため、間隙Ｃの大きさＧを非常に小さくする必要があった。しかしこれによりバルブ１５を口金１３に取り付ける最に接触を起こしてキズが発生してしまう問題があった。これに対して本開示によれば硬質リング１８ｂが本体１８ａのクリープ変形をせき止めることで抑制できるので、間隙Ｃの大きさＧを大きく取ることが可能となりキズの発生を抑制することができる。
また、硬質リング１８ｂは本体１８ａの弾性変形を阻害しない大きさなので、バックアップリング１８の溝１６ｂへの装着にも支障をきたさない。

２．他の形態例
２．１．他の形態例１
図４（ａ）は他の形態例１のバックアップリング１８を説明する図である。図４（ａ）は図２（ａ）と同じ視点でバックアップリング１８のみを表した断面である。
この例は硬質リング１８ｂより外周側に若干の本体部１８ａが具備された部位１８ｄを有している。これにより硬質リング１８ｂが口金１３の内面に触れることを防止することができる。ただし当該部位１８ｄを大きく取るとクリープ変形の原因となることから小さく抑える必要があり、部位１８ｄの大きさＤは０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。

２．２．他の形態例２
図４（ｂ）は他の形態例２のバックアップリング１８を説明する図である。図４（ｂ）は図２（ｂ）と同じ視点でバックアップリング１８の一部を示した図である。
この例は硬質リング１８ｂの内周面に凹凸を有している。これにより本体部１８ａと硬質リング１８ｂとの接合がより強固になる。

１０…高圧タンク、１１…ライナ、１２…補強層、１３…口金、１５…バルブ、１６…軸部、１７…シール部材、１８…バックアップリング、１８ａ…本体部、１８ｂ…硬質リング

Claims (1)

1. 口金、及び、前記口金の穴に取り付けられるバルブを有するタンクであって、
   前記バルブには前記口金の穴の内面に接するシール部材と、
   前記シール部材に接するとともに前記シール部材よりも低圧側に配置されるバックアップリングと、を備え、
   前記バックアップリングは樹脂による本体部と前記本体部の低圧側に配置される金属による硬質リングを具備している、
   タンク。

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