JP4737363B2 - 圧縮ガス用ボンベ - Google Patents

Description

本発明は圧縮ガス用ボンベ（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）に関する。特に本発明は内部に貯蔵された圧縮ガスを放出するのに要する力を減少させるような形をしたドーム状の区域をもつキャップを含む圧縮ガス用ボンベに関する。

小型の圧縮ガス用ボンベ、即ち小型ボンベ（マイクロボンベ）は当業界において公知である。小型ボンベは選ばれたガスを高圧でかなりの量貯蔵できるから、小型ではあるが強力なエネルギー源になり、その結果小型ボンベは現在広い範囲の用途に使用されている。例えば現在小型ボンベは緊急用の膨張装置、空気を動力にしたライフル銃および拳銃、タイヤ膨張装置、空気駆動注入装置、およびホイッピング・クリーム（ｗｈｉｐｐｉｎｇ ｃｒｅａｍ）用装置にさえ使用されている。しかし幾つかの異なった機能をもつようなサービス形態が強調されているにも拘わらず、小型ボンベの現状は、それらが現在使用されれているそれぞれの用途に理想的に適合しているとは言えない。

特に、小型ボンベの現状は自動注入装置、別名「自動注入器」に使用するには理想的に適しているとは言えない。自動注入器は一般に所望の量の選ばれた医薬品を自動的に迅速かつ正確に投与するのが容易になるように設計されており、緊急時において、或いは治療用物質を規則正しく自分で投与しなければならない患者が使用するのに特に適していると考えられている。自動注入器の設計またはそれによって投与される医薬品の性質のために、自動注入器が医薬品を高速度まで加速することが必要な場合、或いは自動注入器が大きな注入力で医薬品を押し込む必要があるような場合、小型ボンベは自動注入器のエネルギー源として理想的な候補であると考えらている。しかし、小型ボンベから圧縮ガスを放出するためには小型ボンベに孔を空けるか或いは他の何らか方法でガスを漏洩させなければならないが、小型ボンベに典型的に含まれるキャップまたは密封栓は比較的大きな力をかけなければ穿孔することはできない。

標準的な小型ボンベを図１〜３に示す。これらの図に示された小型ボンベは、例えば米国ニュージャージー州Ｓｏｕｔｈ Ｐｌａｉｎ ＦｉｅｌｄのＬｅｌａｎｄ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｉｎｃ．のような幾つかの製造業者から市販されている小型ボンベの例である。図１〜３から分かるように、標準的な小型ボンベ１０は端の所にキャップ１４を有する胴体１２を含んでいる。小型ボンベ１０の中に貯蔵された圧縮ガスを放出させるためには一般にキャップ１４を穿孔するが、キャップ１４を穿孔するのに必要な力を減少させるためにキャップを一層容易に穿孔することができる薄くなった区域、即ち「穿孔区域」１６（図２および３の両方に断面が示されている）をキャップ１４に取り付けることができる。しかし、標準的な小型ボンベ１０の中に貯蔵されたガスが及ぼす圧力は穿孔区域１６をつくっている材料に張力（矢印１７で示されている）をかけるから、穿孔区域１６を薄くできる程度は限られている。何故ならば、小型ボンベ１０の内部に圧縮されたガスによってかけられる張力に露出された場合、穿孔区域１６は引裂きに抵抗するのに十分な強度をもっていなければならないからである。従って、標準的な小型ボンベ１０のキャップ１４に穿孔区域１６が取り付けられている場合でも、キャップ１４を穿孔するのに必要な力は１５ポンドまたはそれ以上を越えることができる。

標準的な小型ボンベによって生じる穿孔力の問題を克服するために、標準的な小型ボンベを含む自動注入器は一般に小型ボンベのキャップを穿孔するのに十分な力を容易に発生させるための機構を含んでいる。この機構自身は特許文献１に記載された自動注入器に例示されているように小型ボンベを穿孔するのに十分な力を発生させるように設計することができる。或いはこの機構は、使用者がより小さい力を作用させて必要な穿孔力をかけることができるのに十分な機械的な利点を与えるだけのものであることもある。しかしこのような機構は一般に望ましいものではない。何故ならば、このような機構は自動注入器の設計を複雑にし、或る場合には使用者に不便な場合もあるからである。

標準的な小型ボンベに必要な大きな穿孔力によって生じる問題を解決しようとする試みにおいて、英国ＷｉｎｄｌｅｓｈａｍのＢＯＣグループは壊れ易い、即ち破砕式（ｂｒｅａｋａｗａｙ）のキャップを含む小型ボンベを開発した。特許文献２および３は該ＢＯＣグループによって開発された二つの異なった破砕式の小型ボンベ１８、２０に関する。この二つの異なった設計は図４および５に示されている。特許文献２に記載された第１の設計１８は、ボンベの胴体１２、壊れ易い区域２２を含むキャップ１４、レバー２４、および固定部材２６を含んでいる。壊れ易い部分２２を破砕させるレバー２４に力をかけることによってキャップ１４はガスを漏洩する。特許文献３に記載された第２の設計２０は、胴体１２、壊れ易い区域２２をもったキャップ１４、および細長い頸部２８を有する小型ボンベを含んでいる。第２の設計の細長い頸部２８は実質的に第１の設計のレバー２４の代わりをし、壊れ易い区域２２は細長い頸部２８に力を加えることによって壊される。標準的な小型ボンベに比べ、特許文献２および３に提案された設計は、使用者が小型ボンベからガスを漏洩させるために加えなければならない力の量を減少させている。

しかし、標準的な小型ボンベと同様に、特許文献２および３に記載された破砕式の小型ボンベには欠点がないわけではない。特に第１の設計のレバーおよび第２の設計の細長い頸部は露出しており、そのため例えば輸送中或いは装置の組立て工程中にこれらの小型ボンベを取り扱う際、破砕式の小型ボンベは偶発的に漏洩を起こす、即ち「噴出を起こす」危険性が増加する。従って、圧縮された流体またはガスを高圧で貯蔵し得るばかりではなく、偶発的に噴出を起こすことが比較的困難であり、且つ比較的小さい力をかけることによって穿孔し得るキャップを含むガス・ボンベを提供することは当業界における進歩となるであろう。
米国特許第６，０９６，００２号明細書。 米国特許第５，８４５，８１１号明細書。 米国特許第６，０４７，８６５号明細書。

本発明によれば高圧において圧縮ガスを貯蔵できる圧縮ガス用のボンベが提供される。本発明の圧縮ガス用のボンベは、内側にドーム状に湾曲したキャップを有する胴体をその端の所にもっている。本発明の圧縮ガス用ボンベのキャップの中に含まれたドームは、該ドームの先端付近の材料がドームの底部付近の材料よりも比較的薄くなっているようにつくられている。従って、ドームの先端は比較的低い圧力をかけることによって穿孔し得るキャップの穿孔区域をつくっている。本明細書において使用される「圧縮ガス用ボンベ」という言葉は本発明の範囲を限定するものではなく、予め定められた圧力または圧力範囲で所望の量の圧縮された流体を貯蔵するか放出するような形につくられた容器を便宜的に意味するものとして使用する。さらに、本発明の文脈においては「流体」という言葉は圧縮し得る液体またはガスを意味するのに使用される。

内側に向かうドーム状のキャップは、標準的な小型ボンベまたは破砕式の小型ボンベでは得られない利点を提供する。例えば、このドームはキャップの先端から内側へ延びているので、ドームによってつくられる穿孔区域は圧縮された状態に置かれている。穿孔区域が張力がかかった状態ではなく圧縮された状態に置かれると、穿孔区域を薄くできる程度は標準的な小型ボンベで可能であった場合よりも大きくなり、その結果穿孔区域を突き破るのに必要な力を減らすことができる。さらに、内側に向かうドームは、ボンベのキャップまたは胴体から外側へと離れる方向に延び出しているレバーまたは頸部を含む破砕式の機構に比べ偶発的な噴射を起こ可能性が少ない。従って、本発明の圧縮ガス用ボンベの設計によれは、ボンベはボンベからガスを放出させるのに要する力の量を減少させ得るばかりではなく、ボンベが偶発的に噴出を起こす危険を増加させることなしに、このような力の減少を達成することができる。

本発明の詳細な説明
本発明の圧縮ガス用ボンベ１００の一例を図６〜８に示す。図６を参照すれば分かるように、本発明の圧縮ガス用ボンベ１００は、大きさおよび形が標準的な小型ボンベと実質的に同じように見える胴体１０２を含んでいる。しかし、標準的な小型ボンベとは異なり、本発明の圧縮ガス用ボンベ１００は内側へ向かってつくられたドーム１０６（断面を図７および８に示す）をもったキャップ１０４を含んでいる。重要なことは、キャップ１０４の中に含まれたドーム１０６では、キャップ１０４の底部１０８付近の材料がキャップ１０４の先端１１０の所およびその付近の材料よりも厚くなるようにつくられていることである。従って、キャップ１０４の先端１１０の所およびその付近の材料は、キャップ１０４の残りの部分をつくっている材料よりも容易に突き破られる穿孔区域１１２を形成している。

有利なことには、本発明の圧縮ガス用ボンベ１００のキャップ１０４の設計は、標準的な小型ボンベのキャップの中に含まれる穿孔区域に対して可能な程度に比べ、ドーム１０６の中に含まれる穿孔区域１１２を大幅に薄くすることができる。ドーム１０６を内側に向かった構造にすることにより、ドーム１０６によってつくられる穿孔区域１１２は、圧縮ガス用ボンベ１００の内部に貯蔵された圧縮された流体による圧力を受けた場合、張力ではなく圧縮力（矢印１１４で示される力）を受ける。穿孔区域１１２の材料が圧縮力を受けるようにドーム１０６をつくることが重要である。何故ならば、或る与えられた厚さの材料は、その材料にかかる圧力によりその材料に張力がかかる場合よりも圧縮力がかかる場合の方が、大きな圧力に耐えることができるからである。従って、本発明の圧縮ガス用ボンベ１００に備えられた穿孔区域１１２をつくっている材料は、ボンベの安全限度を維持または改善すると同時に、同じ圧力または圧力範囲に耐えるように設計された標準的な小型ボンベに備えられた穿孔区域をつくっている材料よりも薄くすることができる。

圧縮ガス用ボンベ１００のキャップ１０４の中に含まれる穿孔区域１１２の厚さが減少するにつれて、穿孔区域１１２を突き破るのに要する力は著しく減少するであろう。本発明の圧縮ガス用ボンベ１００の穿孔区域１１２の厚さは、キャップ１０４および該キャップ１０４の中に含まれる内側に向かってつくられたドーム１０６を製作するのに使用された材料に依存して変化するであろう。しかし、本発明の圧縮ガス用ボンベ１００の内側に向かってつくられたドーム１０６の設計により、同じ材料を用いてつくられ同じ圧力または圧力範囲に耐えるように設計された、平らなまたは平面の穿孔区域を含む小型ボンベに必要とされる厚さよりも最高５０％またはそれ以上薄い穿孔区域を有する圧縮ガス用ボンベを容易に製作することができる。従って、本発明のボンベ１００のキャップ１０４の中に含まれる内側に向かってつくられたドーム１０６によって、同じ圧力または圧力範囲に圧縮された同じ容積のガスを含むように設計された標準的な小型ボンベのキャップを突き破るのに必要とされるよりも、著しく小さい力を用いて突き破ることができる穿孔区域をもったボンベの製作が可能になる。

本発明の圧縮ガス用ボンベ１００の設計のさらに他の利点は、ドーム１０６の内側に向かって形成された設計には偶発的な噴出の可能性を減少させるような働きがあることである。ボンベの胴体から外側へ離れるように延び出したレバーまたは頸部がそなえられているため容易にボンベが噴出を起こすボンベまたはキャップの設計とは対照的に、本発明の圧縮ガス用ボンベ１００のキャップ１０４の中に含まれたドーム１０６はボンベ１００の一般的な外側の輪郭から内側へ延びて胴体１０２によって規定される容積の中に入っている。従って、露出したレバーまたは砕けやすい頸部を含む穿孔力減少機構と比較した場合、本発明の圧縮ガス用ボンベ１００の内側へ向かってつくられたドーム１０６の先端１１０付近に備えられた穿孔区域１１２はボンベ１００の内部で比較的保護された位置に存在している。

本発明の圧縮ガス用ボンベ１００は任意の適切な製造方法によりつくられる任意の適切な材料を用いて製造することができる。例えば、圧縮ガス用ボンベ１００の胴体１０２およびキャップ１０４は金属または金属合金、例えばアルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼合金、または炭素鋼を用いてつくることができる。圧縮ガス用ボンベ１００の胴体１０２は、例えば引き抜きされた金属または金属合金からこれを通常のスタンピング・ダイ加工法（ｓｔａｍｐ ａｎｄ ｄｉｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて成形してつくることができる。本発明の圧縮ガス用ボンベ１００のキャップ１０４は、例えば適切な大きさおよび形をもった圧縮ガス用ボンベ１００の胴体１０２に適合した材料の平らな片を供給することにより製造することができる。キャップ１０４に取り付けられたドーム１０６は第２のスタンピング・ダイ加工法でつくることができる。第２のスタンピング・ダイ加工法でドーム１０６をつくる場合、このような方法は単一のダイス型から１回の型打ち（ｈｉｔ）を行うか、或いは別法として単一のダイス型または一連の順次一定の大きさにつくられたダイス型（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｌｙ ｓｉｚｅｄ ｄｉｅ）から２回またはそれ以上の連続した型打ちを用いて所望のドーム１０６をつくることができる。本発明の圧縮ガス用ボンベ１００の胴体１０２およびキャップ１０４の両方がつくられたら、所望の量の選ばれた材料を圧縮ガス用ボンベ１００に充填し、適当な方法、例えば公知の熔接または接合方法で胴体１０２およびキャップ１０４を継ぎ合わせることができる。

本発明の圧縮ガス用ボンベ１００のキャップ１０４の中に含まれるドーム１０６をつくるためには、任意の適当な方法を使用することができるが、現在の所スタンピング・ダイ加工法が好適である。スタンピング・ダイ加工法を用いてドーム１０６をつくると、先端１１０の所に薄くなった穿孔区域１１２をもったドーム１０６を取り付けることができることの他に、ドーム１０６の穿孔区域１１２をつくる材料の伸長度が貫通の方向（矢印１１６で示す）における降伏点に一層近づくと考えられている。ドーム１０６をつくる材料が一つまたはそれ以上のダイス型で型打ちされる際、キャップ１０４の材料は伸長してドーム１０６がつくられ、穿孔区域１１２をつくる材料は最大限度に伸長し、またこの材料が伸長してドーム１０６がつくられる際、その材料は降伏点に一層近づく。一般に降伏点近くまで伸長された材料は力をかけられた際弾力性が小さく、一般に伸長されなかった材料に比べ容易に降伏を起こすであろう。従ってスタンピング・ダイ加工法を用いて本発明の圧縮ガス用ボンベ１００のキャップ１０４の中に含まれるドーム１０６をつくることにより、降伏を起こしていない材料からつくられた同じ厚さの穿孔区域を与える方法に比べ、ドーム１０６の穿孔区域１１２を突き破るのに要する力は減少すると思われる。

容易に分かるように、本発明の圧縮ガス用ボンベ１００は任意所望の状況で使用するように設計することができる。例えば、本発明のボンベは所望の圧力または圧力範囲において実質的に任意の量の種々の圧縮ガスまたは液体を保存するように製作することができる。本発明の圧縮ガス用ボンベに貯蔵しまたそれから放出し得る圧縮可能な物質の例には、これだけに限定されないが、ＣＯ_２、ヘリウム、窒素、およびＣＤＡ（きれいな乾燥した空気）が含まれる。従って圧縮ガス用ボンベ１００の大きさは、特定の貯蔵および放出の要求、または特定の範囲の貯蔵および放出の要求に適合するように必要に応じ変更することができる。さらに圧縮ガス用ボンベ１００の種々の特徴の仕様は、所望の貯蔵および放出の要求に合うのに十分な強度のボンベをつくるように容易に変更することができる。例えば、胴体１０２およびキャップ１０４は特定の貯蔵の要求に合うように厚い或いは薄い材料からつくることができ、キャップ１０４に含まれるドーム１０６は、安全性と穿孔の容易さとの間で所望のバランスを与える穿孔区域１１２が得られるように変更することができる。最後に、本発明の圧縮ガス用ボンベ１００に対しては一般的に円筒形が好適であるが、装置の形が円筒形である必要はない。特定の用途に合致するように必要に応じ本発明の圧縮ガス用ボンベ１００の形を図６〜図８に示すように変更することができる。しかし正確な仕様の如何に拘わらず、本発明のボンベ１００を用いれば、高圧で圧縮されたガスを所望の量だけ貯蔵しまた放出でき、同時にボンベからガスを放出させるのに必要な力が減少したボンベの製造が容易になる。さらに、本発明の圧縮ガス用ボンベの中に含まれる穿孔区域は比較的保護された位置にあるため、露出したレバーまたは壊れ易い頸部を必要とする穿孔力減少機構に比べ、偶発的にボンベからガスが漏洩する可能性を低下させる働きをする。

当業界に公知の標準的な小型ボンベの外側を表す模式図。 図１に示した小型ボンベのＡ−Ａの線で切った模式的断面図。 図２に示した断面図の「Ｃ」の部分の拡大図。 特許文献２に記載の例示された破砕式小型ボンベの模式図。 特許文献３に記載の例示された第２の破砕式小型ボンベの模式図。 本発明の小型ボンベの外側を示す模式図。 図６に示した小型ボンベのＡ−Ａの線で切った模式的断面図。 図７に示した断面図の「Ｂ」の部分の拡大図。

Claims (7)

1. 所望の量の圧縮された流体を含むように設計された胴体；および内側に向いてつくられたドームを有するキャップを具備し、該ドームは、キャップの底部付近の材料がキャップの先端の所およびその付近の材料よりも厚くなるようにつくられており、それによりキャップの先端の所およびその付近の材料は、（ｉ）キャップの残りの部分をつくっている材料よりも容易に突き破られ且つ（ｉｉ）該ボンベの内部に貯蔵されている圧縮された流体が及ぼす圧力によって圧縮された状態におかれるようなドーム状の穿孔区域を形成していることを特徴とする、圧縮された流体を入れるためのボンベ。
2. 該胴体およびキャップはアルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼合金、または炭素鋼から成る群から選ばれる金属を含んで成っていることを特徴とする請求項１記載のボンベ。
3. 胴体をつくり；
   キャップをつくり；
   該キャップの中に内側を向いたドームをつくり、該ドームは、キャップの底部付近の材料がキャップの先端の所およびその付近の材料よりも厚くなるようにつくられており、それによりキャップの先端の所およびその付近の材料は、キャップの残りの部分をつくっている材料よりも容易に突き破られるようなドーム状の穿孔区域を形成するようにし；
   胴体とキャップとを継ぎ合わせて圧縮ガス用のボンベをつくり、ここでボンベの内部に貯蔵されている圧縮された流体が及ぼす圧力によってドーム状の穿孔区域は圧縮された状態におかれるようにすることを特徴とする圧縮ガス用ボンベの製造方法。
4. キャップをつくる方法は金属または金属合金からつくられたキャップをつくる方法を含んでなり、キャップの中にドーム型の穿孔区域をつくる方法はキャップに対しスタンピング・ダイ加工法を行う方法を含んでなることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. キャップに対しスタンピング・ダイ加工法を行う方法はキャップに対しダイス型から１回の型打ちを行うことを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. キャップに対しスタンピング・ダイ加工法を行う方法はキャップに対し単一のダイス型から多数回の型打ちを行うことを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
7. キャップに対しスタンピング・ダイ加工法を行う方法はキャップに対し複数の順次一定の大きさにつくられたダイス型から多数回の型打ちを行う方法を含み、キャップは該複数の順次一定の大きさにつくられたダイス型をそれぞれ用いて少なくとも１回型打ちされることを特徴とする請求項４記載の方法。

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