JP5083176B2 - ライナの製造方法及び分割ライナ - Google Patents

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Description

本発明は、ライナ製造技術に関する。
２つの分割ライナを接合することによりタンク用のライナを製造することが行われている。ここで、２つの分割ライナを接合する技術として、分割ライナの端部に雄ネジと雌ネジを設け、次に、雄ネジと雌ネジとを係合させた状態でレーザ光を照射して分割ライナを接合する技術が知られている（例えば特許文献１）。
特開２００６−２４７８９２号公報
しかし、従来技術では、分割ライナは、端部に雄ネジまたは雌ネジを有していため、分割ライナの製造時に、分割ライナが金型から離型し難い場合があり、ライナの生産性が悪いという問題があった。
本発明は上記課題の少なくとも１つを解決し、ライナの生産性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
ライナの製造方法であって、（ａ）端部近傍に突起を有する第１の分割ライナを準備する工程と、（ｂ）前記突起と嵌合するための嵌合穴を有する係合部材を備えた第２の分割ライナであって、前記第１の分割ライナと接する端部において、前記係合部材が折り曲げ可能に形成された第２の分割ライナを準備する工程と、（ｃ）前記第１と第２の分割ライナの端部を合わせ、前記係合部材を折り曲げて前記嵌合穴に前記突起を嵌め込む工程と、（ｄ）前記第１と第２の分割ライナの接合部にレーザ光を照射して前記第１と第２の分割ライナとを接合する工程と、（ｅ）前記係合部材と前記突起とを除去する工程と、を備えるライナの製造方法。
この適用例によれば、第１、第２の分割ライナを容易に準備でき、第１と第２の分割ライナの接合も容易である。したがって、ライナの生産性を向上させることが可能となる。
［適用例２］
適用例１に記載の分割ライナの製造方法において、前記第１の分割ライナは、前記レーザ光吸収性の材料で形成されており、前記第２の分割ライナは、前記レーザ光非吸収性の材料で形成されている、ライナの製造方法。
この適用例によれば、係合部材においてレーザ光を透過させることが可能となるので、分割ライナの接合が容易となる。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載のライナの製造方法において、前記係合部材は、前記第２の分割ライナの製造に用いられる雄金型と雌金型との境界部によって前記第２の分割ライナの端部に形成される段差に設けられている、ライナの製造方法。
この適用例によれば、係合部材を第１の分割ライナと接する端部に設けることが可能となる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ライナの製造方法の他、分割ライナ、部材の接合方法等、様々な形態で実現することができる。
図１は、本発明の一実施例において作成されるタンクの外観を示す説明図である。図２は、タンクの断面を示す説明図である。タンク１０は、口金１００と、外筒２００と、ライナ３００とを備える。口金１００は、タンク１０へのガスの充填、あるいは、タンク１０からのガスの放出のために用いられる。口金１００の中心軸１０１方向の中央付近の口金１００の外周には、ツバ１１０（フランジ）が形成されている。ツバ１１０は、中心軸１０１と垂直な面に沿って外周に突き出るように形成されている。また、ツバ１１０は、ツバの先端側が細くなるようなテーパ形状又は略台形形状を有している。
ライナ３００は、タンク内部を密閉するための内殻である。ライナ３００は、略円筒形をしている。ここで、ライナ３００は、２つの分割ライナ３００ａ、３００ｂを備えている。ライナ３００の上部及び下部には、口金１００が取り付けられている。なお、一方の分割ライナ３００ａにのみに口金１００を有し、他方の分割ライナ３００ｂには口金１００を有さないようにしてもよい。ライナ３００は、例えば、ナイロン、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレン等の熱収縮性の材料で構成されている。なお、ライナ３００の構成を、熱収縮性の材料で構成された外層と、エポキシやガラス、金属などの非熱収縮性の材料で構成された内層と、を含む複数層を備える構成としてもよい。
外筒２００は、ライナ３００の外側に形成され、タンク１０の耐圧殻として働く。外筒２００の材料として、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いることが可能である。ライナ３００の端部と外筒２００の端部は、口金１００のツバ１１０を挟むように密着し、口金１００とライナ３００との接合部からのガスのリークを抑制している。なお、図１においては、外筒２００によりライナ３００が覆い隠されている。
図３は、タンクの製造工程を説明する説明図である。先ず、図３（Ａ）に示すように、口金１００と分割ライナ３００ａを準備する。例えば、分割ライナ３００ａは、例えば、射出成形装置を用いて製造される。分割ライナ３００ａを製造する工程については後述する。分割ライナ３００ａは円筒形をしており、分割ライナ３００ａの一方の開口部３０５は窄まっている。この狭まった開口部３０５に口金１００が接合される。
次に、図３（Ｂ）に示すように、分割ライナ３００ａの開口部３０５に口金１００を圧入する。次に、図３（Ｃ）に示すように、分割ライナ３００ａを熱処理する。これにより、分割ライナ３００ａが熱収縮し、分割ライナ３００ａの端部と口金１００のツバ１１０とが接合する。なお、分割ライナ３００ａが複数層を備える場合には、分割ライナ３００ａの外層の端部が、ツバ１１０よりも上方に位置するように分割ライナ３００ａが形成されていることが好ましい。こうすると、分割ライナ３００ａが熱収縮したときに、分割ライナ３００ａの外層がツバ１１０の上側に掛かる。その結果、ツバ１１０は、内層と外層とにより挟み込まれるので、ツバ１１０と分割ライナ３００ａとの接合が強化される。なお、同様に、口金１００を有する分割ライナ３００ｂを製造する。
次に、図３（Ｄ）に示すように、口金１００を取り付けた分割ライナ３００ａ、３００ｂを接合する。分割ライナ３００ａ、３００ｂを接合する工程については、後述する。
次に、図３（Ｅ）に示すように、樹脂を含浸させた強化繊維をライナ３００に巻き付ける。樹脂を強化する繊維として、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維（例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（ケブラー繊維、ケブラーは登録商標）など）を用いることが可能である。また、繊維により強化される樹脂として、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂を用いることが可能である。なお、強化繊維の巻き付けのパターンにより外筒２００の引っ張り強さなどの機械的性質を調整することが可能である。次に、図３（Ｆ）に示すように、ライナ３００に巻き付けた、強化繊維を加熱硬化させる。これにより、樹脂を含浸させた強化繊維は、ＦＲＰとなり、外筒２００を形成する。なお、本実施例では、樹脂を含浸させた強化繊維をライナ３００に巻き付け、その後加熱硬化させて外筒２００を得る工程を、フィラメント・ワインディング工程と呼んでいる。
図４は、分割ライナ３００ａ、３００ｂの接合工程において、両者の端部を合わせた状態を示す説明図である。図４の右側の図は、Ｖ１部分を拡大した拡大図である。第２の分割ライナ３００ａ（第１、第２の分割ライナは、特許請求の範囲の第１、第２の分割ライナと数字を合わせている）は、パーティングラインにインテグラルヒンジ３５０を備える。パーティングラインとは、雌金型と雄金型の境界部にできる段差をいう。本実施例では、第１の分割ライナ３００ｂと接する、第２の分割ライナ３００ａの端部がパーティングラインとなっている。インテグラルヒンジ３５０は、接続部３５２により第２の分割ライナ３００ａの本体と接続されている。ここで、接続部３５２は、インテグラルヒンジ３５０を折り曲げやすくするために、くさび状形状を有している。インテグラルヒンジ３５０は、嵌合穴３５５を備える。第１の分割ライナ３００ｂは、端部近傍に突起３６０を備える。インテグラルヒンジ３５０を第１の分割ライナ３００ｂ方向に折り曲げると、突起３６０と嵌合穴３５５とが嵌合する。
図５は、インテグラルヒンジを折り曲げた状態を示す説明図である。図５の右側の図は、Ｖ２部分を拡大した拡大図である。嵌合穴３５５の中に突起３６０が嵌め込まれている。これにより、分割ライナ３００ａ、３００ｂが固定される。
図６は、分割ライナ３００ａ、３００ｂの接合工程を示す説明図である。図６の右側の図は、Ｖ３部分を拡大した拡大図である。レーザトーチ６００により、分割ライナ３００ａ、３００ｂの境界部にレーザ光６１０を照射している。これにより、分割ライナ３００ａ、３００ｂを構成する樹脂の少なくとも一方が溶けて第２の分割ライナ３００ａと第１の分割ライナ３００ｂとが接合する。この場合、一方の分割ライナがレーザ光非吸収性（透過性）を有する樹脂、他方の分割ライナがレーザ光吸収性を有する樹脂により形成されていてもよい。これにより、第２の分割ライナ３００ａと第１の３００ｂの接合が容易となる。例えば、第２の分割ライナ３００ａがレーザ光非吸収性（透過性）を有する樹脂、第１の分割ライナ３００ｂがレーザ光吸収性を有する樹脂により形成されていてもよい。これによりインテグラルヒンジ３５０においてレーザ光を減衰させること無く透過させることが可能となる。さらに、この場合、分割ライナ３００ａ、３００ｂの樹脂材料を同じにして、第１の分割ライナ３００ｂの樹脂材料に顔料を添加することにより、レーザ光吸収性を持たせることが好ましい。第２の分割ライナ３００ａと第１の分割ライナ３００ｂの材料が同じであれば、ライナ３００中の強度の差が生じ難いからである。なお、顔料としては、例えば、カーボンブラックや酸化第一鉄（ＦｅＯ）を用いることが可能である。
レーザ光による第２の分割ライナ３００ａと第１の分割ライナ３００ｂとの接合後、インテグラルヒンジ３５０及び突起３６０を除去する。この除去は、ヤスリなどで削ることにより容易に行うことが可能である。
図７は、インテグラルヒンジ及び突起を除去した後の状態を示す説明図である。図７の右側は、Ｖ４部分を拡大した拡大図である。
図８は、第２の分割ライナ３００ａを製造するための射出成形装置を示す説明図である。射出成形装置２０は雌金型４００と雄金型５００とを備える。図８（Ａ）は、雌金型を模式的に示す側面断面図である。図８（Ａ）の右側の図は、Ｘ部を拡大した拡大図である。図８（Ｂ）は、雌金型を図８（Ａ）の８Ｂ−８Ｂ切断線で切った断面図である。図８（Ｂ）の右側の図は、Ｙ部を拡大した拡大図である。図８（Ｃ）は、雄金型を模式的に示す側面断面図である。
雌金型４００は、凹形状を有しており、固定金型として用いられる。雌金型４００は、樹脂注入路４０５と樹脂注入装置４１０を備える。樹脂注入装置４１０は、樹脂注入路４０５を介して、雌金型４００と雄金型５００の間に生じるキャビティ（後述）に樹脂を注入するために用いられる。雌金型４００は、パーティングラインに、凹部４１５を備える。凹部４１５は、突起４２０を備える。凹部４１５は、インテグラルヒンジ３５０を形成するために用いられる。突起４２０は、インテグラルヒンジ３５０の嵌合穴３５５を形成するために用いられる。また、インテグラルヒンジ３５０と分割ライナ３００ａとの接続部を狭窄させるため、凹部４１５の雌金型４００内部側との接続部４３５は、凸部４３０により狭くなっている。雄金型５００は、凸形の円柱形状を有しており、第１の分割ライナ３００ｂを製造する場合に、移動金型として用いられる。
図９は、雌金型の中に雄金型を収めた状態を示す説明図である。雌金型４００と雄金型５００との間に樹脂を充填するためのキャビティ３１０が形成されている。キャビティ３１０は、５つのキャビティ部分３１１〜３１５を備える。第１のキャビティ部分３１１は、中心部側にあり、中空円筒形状を有している。第２のキャビティ部分３１２は、第１のキャビティ部分３１１の端部に一端が繋がっている。第２のキャビティ部分３１２は、円錐面に沿ったリング形状を有している。この第２のキャビティ部分３１２のリング形状は、リング形状における法線３１２ａがキャビティ３１０の外側で交差するように、傾斜している。なお、この傾斜は、口金１００のツバ１１０のテーパ形状又は略台形形状の傾斜と一致していることが好ましい。これにより、キャビティ３１０に形成されるライナ３００と、ツバ１１０との接合を強くすることが可能となる。第３のキャビティ部分３１３の一端は、第２のキャビティ部分３１２の他端に接続されている。第３のキャビティ部分３１３は、外側が凸の曲面で形成されるリング形状を有している。第４のキャビティ部分３１４は、第３のキャビティ部分３１３の他端に接続されている。第４のキャビティ部分３１４は、キャビティ３１０の最外周にあり、中空円筒形状を有している。第５のキャビティ部分３１５は、第４のキャビティ部分３１４の他端に接続されている。第５のキャビティ部分は、凹部４１５により形成されている。第２のキャビティ部分３１２と第３のキャビティ部分３１３との接続位置に樹脂注入路４０５が繋がっている。樹脂注入路４０５からキャビティ３１０内に樹脂が射出注入される。樹脂としては、例えば、ナイロン、ＥＶＯＨ、ポリエチレンを用いることが可能である。
図１０は、キャビティに樹脂が射出注入された状態を示す説明図である。キャビティ３１０内に第２の分割ライナ３００ａが形成されている。金型内で樹脂を冷却した後、雌金型４００と雄金型５００とを開いて、第２の分割ライナ３００ａを取り出す。
図１１は、第１の分割ライナ３００ｂを製造するための射出成形装置を示す説明図である。射出成形装置２１は雌金型４５０と雄金型５００とを備える。図１１（Ａ）は、雌金型を模式的に示す側面断面図である。図１１（Ａ）の右側の図は、Ｚ部を拡大した拡大図である。図１１（Ｂ）は、雌金型を図１１（Ａ）の１１Ｂ−１１Ｂ切断線で切った断面図である。図１１（Ｂ）の右側の図は、Ｗ部を拡大した拡大図である。図１１（Ｃ）は、雄金型を模式的に示す側面断面図である。
雌金型４５０の構成は、雌金型４００の構成とほぼ同じであるが、雄金型側にスライドコア４５５を備える点が異なる。本実施例では、スライドコア４５５は、図１１（Ｂ）に示すように、１８０度の間隔で右部と左部に配置されている。スライドコア４５５は、凹部４６０を備える。スライドコア５４０は、放射方向に移動可能となっている。雄金型５００の形状は射出成形装置２０の雄金型５００と同じ形状である。
図１２は、雌金型の中に雄金型を収めた状態を示す説明図である。雌金型４５０と雄金型５００との間に樹脂を充填するためのキャビティ３２０が形成されている。キャビティ３１０は、４つのキャビティ部分３１１〜３１３、３１６を備える。第１のキャビティ部分３１１から第３のキャビティ部分３１３の構成は射出成形装置２０のキャビティ３１０の第１〜第３のキャビティ部分３１１〜３１３と同じである。第４のキャビティ部分３１６は、射出成形装置２０の第４のキャビティ部分３１４に凹部３１７を加えた形状をしている。この凹部３１７は、スライドコア４５５に設けられた凹部４６０を用いて形成されている。この凹部３１７は、分割ライナ３００ｂの突起３６０を形成するために用いられる。第２のキャビティ部分３１２と第３のキャビティ部分３１３との接続位置に樹脂注入路４０５が繋がっている。樹脂注入路４０５からキャビティ３２０内に樹脂が射出注入される。樹脂としては、例えば、ナイロン、ＥＶＯＨ、ポリエチレンに顔料を加えた材料を用いることが可能である。顔料としては、例えば、カーボンや酸化第一鉄（ＦｅＯ）を用いることが可能である。
図１３は、キャビティに樹脂が射出注入された状態を示す説明図である。キャビティ３２０内に第１の分割ライナ３００ｂが形成されている。金型内で樹脂を冷却した後、スライドコア４５５を放射方向に移動させる。スライドコア４５５を放射方向に移動させるのは、雌金型４５０と雄金型５００とを開くときに、突起３６０を破損させないためである。次に雌金型４５０と雄金型５００とを開いて、第１の分割ライナ３００ｂを取り出す。
以上、本実施例によれば、分割ライナ３００ａ、３００ｂを容易に製造できるため、ライナ３００の生産性を向上させることが可能となる。また分割ライナ３００ａ、３００ｂを製造するための射出成形装置２０、２１の構造を簡単にすることが可能である。
また、本実施例では、インテグラルヒンジ３５０（係合部材）を用いて分割ライナ３００ａ、３００ｂを固定するので、分割ライナ３００ａ、３００ｂを固定するための固定治具が不要となる。なお、固定治具を用いる場合には、分割ライナ３００ａ、３００ｂの接合部を固定治具で抑える必要がある。固定治具を用いる場合には、レーザ光が固定治具で遮られるため、分割ライナ３００ａ、３００ｂの接合が難しくなるという問題が生じるおそれがあるが、本実施例によれば、そのようなおそれはない。
また、本実施例では、第２の分割ライナ３００ａにレーザ光非吸収性（透過性）の材料を用い、第１の分割ライナ３００ｂにレーザ光吸収性の材料を用いている。そのため、インテグラルヒンジ３５０に遮られることなく、レーザ光を分割ライナ３００ａ、３００ｂの接合部に透過させることが可能となる。また、レーザ光エネルギは、第１の分割ライナ３００ｂの端部で吸収される。これにより分割ライナ３００ｂ及び３００ａを加熱することができ、分割ライナ３００ａ、３００ｂを接合することが可能となる。
本実施例では、第２の分割ライナ３００ａにレーザ光非吸収性の材料を用い、第１の分割ライナ３００ｂにレーザ光吸収性の材料を用いているが、第２の分割ライナ３００ａにレーザ光吸収性の材料を用い、第１の分割ライナ３００ｂにレーザ光非吸収性の材料を用いていてもよい。この場合、インテグラルヒンジ３５０に隠れる部分については、インテグラルヒンジ３５０と突起３６０を除去した後にレーザ光を用いて接合してもよい。また、本実施例では、分割ライナ３００ａ、３００ｂを製造するための材料を同じにし、その材料に顔料を加えるか否かにより、その材料をレーザ光吸収性の材料とするか、レーザ光非吸収性の材料とするか、変えている。このように、本実施例では、分割ライナ３００ａ、３００ｂを製造するための材料が同じため、分割ライナ３００ａと３００ｂの強度の差が生じることを抑制することが出来る。
また、本実施例では、インテグラルヒンジ３５０や突起３６０は分割ライナ３００ａ、３００ｂの外側に配置されているので、分割ライナ３００ａ、３００ｂの接合後に、ライナ３００の内容積が減少することがない。
変形例：
（１）本実施例では、第２の分割ライナ３００ａは、インテグラルヒンジ３５０を１８０度間隔で２つ有しているが、３つ以上備えていてもよい。たとえば、第２の分割ライナ３００ａは、インテグラルヒンジ３５０を、１２０度間隔で３つ、９０度間隔の４つ備えていてもよい。図１４は、インテグラルヒンジを３つ以上備える場合の一例を示す説明図である。なお、第２の分割ライナ３００ａは、インテグラルヒンジ３５０を、均等な間隔で備えることが好ましい。
（２）本実施例では、嵌合穴３５５は、インテグラルヒンジ３５０を貫通する孔の形状を有しているが、貫通していない穴の形状を有していてもよい。
（３）本実施例では、第２の分割ライナ３００ａをレーザ光非吸収性の材料で形成し、第１の分割ライナ３００ｂをレーザ光吸収性の材料で形成しているが、分割ライナ３００ａ、３００ｂともレーザ光吸収性の材料で形成してもよい。また、分割ライナ３００ａ、３００ｂともレーザ光非吸収性の材料で形成してもよい。この場合、分割ライナ３００ａ、３００ｂの接合部の内側にレーザ光吸収性の帯を配置してもよい。また、分割ライナ３００ａと３００ｂと接合するときに、その境界に、レーザ光吸収性の材料で形成されたリングを配置してもよい。レーザ光吸収性の帯やリングがレーザ光を吸収して加熱されるので、分割ライナ３００ａ、３００ｂを接合することが可能となる。
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
本発明の一実施例において作成されるタンクの外観を示す説明図である。 タンクの断面を示す説明図である。 タンクの製造工程を説明する説明図である。 分割ライナ３００ａ３００ｂの接合工程において両者の端部を合わせた状態を示す説明図である。 インテグラルヒンジを折り曲げた状態を示す説明図である。 分割ライナ３００ａ３００ｂの接合工程を示す説明図である。 インテグラルヒンジ及び突起を除去した後の状態を示す説明図である。 第２の分割ライナ３００ａを製造するための射出成形装置を示す説明図である。 雌金型の中に雄金型を収めた状態を示す説明図である。 キャビティに樹脂が射出注入された状態を示す説明図である。 第１の分割ライナ３００ｂを製造するための射出成形装置を示す説明図である。 雌金型の中に雄金型を収めた状態を示す説明図である。 キャビティに樹脂が射出注入された状態を示す説明図である。 インテグラルヒンジを３つ以上備える場合の一例を示す説明図である。
符号の説明
１０…タンク
２０…射出成形装置
２１…射出成形装置
１００…口金
１０１…中心軸
１１０…ツバ
２００…外筒
３００…ライナ
３００ａ…第２の分割ライナ
３００ｂ…第１の分割ライナ
３０５…開口部
３１０…キャビティ
３１１…第１のキャビティ部分
３１２…第２のキャビティ部分
３１２ａ…法線
３１３…第３のキャビティ部分
３１４…第４のキャビティ部分
３１５…第５のキャビティ部分
３１６…第４のキャビティ部分
３１７…凹部
３２０…キャビティ
３５０…インテグラルヒンジ
３５２…接続部
３５５…嵌合穴
３６０…突起
４００…雌金型
４０５…樹脂注入路
４１０…樹脂注入装置
４１５…凹部
４２０…突起
４３０…凸部
４３５…接続部
４５０…雌金型
４５５…スライドコア
４６０…凹部
５００…雄金型
５４０…スライドコア
６００…レーザトーチ
６１０…レーザ光

Claims (4)

  1. ライナの製造方法であって、
    （ａ）端部近傍に突起を有する第１の分割ライナを準備する工程と、
    （ｂ）前記突起と嵌合するための嵌合穴を有する係合部材を備えた第２の分割ライナであって、前記第１の分割ライナと接する端部において、前記係合部材が折り曲げ可能に形成された第２の分割ライナを準備する工程と、
    （ｃ）前記第１と第２の分割ライナの端部を合わせ、前記係合部材を折り曲げて前記嵌合穴に前記突起を嵌め込む工程と、
    （ｄ）前記第１と第２の分割ライナの接合部にレーザ光を照射して前記第１と第２の分割ライナとを接合する工程と、
    （ｅ）前記係合部材と前記突起とを除去する工程と、
    を備えるライナの製造方法。
  2. 請求項１に記載のライナの製造方法において、
    前記第１の分割ライナは、前記レーザ光吸収性の材料で形成されており、
    前記第２の分割ライナは、前記レーザ光非吸収性の材料で形成されている、
    ライナの製造方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載のライナの製造方法において、
    前記係合部材は、前記第２の分割ライナの製造に用いられる雄金型と雌金型との境界部によって前記第２の分割ライナの端部に形成される段差に設けられている、ライナの製造方法。
  4. 分割ライナであって、
    端部近傍に突起を有する第１の分割ライナと、
    前記突起と嵌合するための嵌合穴を有する係合部材を備えた第２の分割ライナであって、前記第１の分割ライナと接する端部において、前記係合部材が折り曲げ可能に形成された第２の分割ライナと、
    を備える分割ライナ。
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