JP5309872B2

JP5309872B2 - タンク及びタンクの製造方法

Info

Publication number: JP5309872B2
Application number: JP2008266213A
Authority: JP
Inventors: 武範相山; 優次日高
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: JP2010096228A

Description

本発明は、タンクに関し、特に、タンクのライナーと口金との接合技術に関する。

従来、タンクのライナーに口金を組み付ける際、ライナーと口金の隙間に液状ガスシール材（ＦＩＰＧ）を用いて隙間を埋め、ライナーと口金との接合部からのガスのリークを抑制していた（特許文献１）。

特開２００１−１７３８９３号公報

しかし、従来の構造では、外筒を形成するフィラメント・ワインディング工程において、外筒用の補強繊維を巻く時に、口金が動き、ＦＩＰＧが切れてしまう恐れがあった。その結果、ライナーと口金との接合が不十分となり、ライナーと口金との接合部からガスがリークする恐れがある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、タンクのライナーと口金との接合を高め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。
本発明の第１の形態は、タンクである。このタンクは、口金と、前記口金に設けられたツバと、複数の層を有するライナーと、前記ライナーに設けられ、前記ライナーの熱収縮により前記ツバと接合する接合部と、を備える。前記ライナーは、前記口金と前記ライナーとの接合面より外側に位置する外層と、前記接合面より内側に位置する内層と、を有し、前記内層及び外層は熱収縮性の材料で構成され、前記外層の材料の熱収縮率は、前記内層の材料の熱収縮率よりも大きく、前記接合部は、前記内層に設けられた段差であって前記ツバを載置する段差と、前記外層に設けられ、前記外層の熱収縮の際に前記ツバを覆う端部と、を含む。この形態のタンクによれば、外層が内層よりも収縮するので、ライナーと口金との接合強度を高めることが可能となる。
上記形態のタンクにおいて、前記外層は、ゴムで形成されていてもよい。この形態のタンクによれば、ゴムには弾力があるため、衝撃を受けたときにその弾力により衝撃を吸収して、内層を保護することが可能となる。
本発明の第２の形態は、タンクの製造方法である。このタンクの製造方法は、ツバを有する口金を準備する工程と、前記口金と前記ライナーとの接合面より内側に設けられる内層であって前記ツバを載置する段差を有する内層と、前記接合面より外側に設けられる外層であって前記外層の熱収縮の際に前記ツバを覆う端部を有する外層と、を有し、前記段差と前記端部とで前記口金との接合部を構成するライナーを準備する工程と、前記ライナーの前記段差の上に前記口金を配置する工程と、前記ライナーを加熱することにより、前記外層を、前記内層よりも収縮させ、前記ツバと前記接合部とを接合させる工程と、を備える。この形態のタンクの製造方法によれば、ライナーと口金との接合強度が強いタンクを容易に製造することが可能となる。

［適用例１］
タンクであって、口金と、前記口金に設けられたツバと、複数の層を有するライナーと、前記ライナーに設けられ、前記ライナーの熱収縮により前記ツバと接合する接合部と、を備え、前記複数の層のうち、前記口金と前記ライナーとの接合面より外側に位置する外層を構成する材料は、前記ライナーの熱収縮の際に前記接合面より内側に位置する内層に対して収縮する材料である、タンク。
この適用例によれば、外層が内層よりも収縮するので、ライナーと口金との接合強度を高めることが可能となる。

［適用例２］
適用例１に記載のタンクにおいて、前記内層及び外層は熱収縮性の材料で構成され、前記外層の材料の熱収縮率は、前記内層の材料の熱収縮率よりも大きい、タンク。
この適用例によれば、外層の熱収縮率の方が内層の熱収縮率よりも大きいので、口金を外層で押さえ込みやすく、ライナーと口金との接合を高めることが可能となる。

［適用例３］
適用例１に記載のタンクにおいて、前記内層は、非熱収縮性の材料で構成され、前記外層は、熱収縮性の材料で構成されている、タンク。
この適用例によれば、タンクを製造するときに、タンクの内容量が変わらない。

［適用例４］
適用例２または適用例３に記載のタンクにおいて、前記外層は、ゴムで形成されている、タンク。
この適用例によれば、ゴムには弾力があるため、衝撃を受けたときにその弾力により衝撃を吸収して、内層を保護することが可能となる。

［適用例５］
タンクの製造方法であって、ツバを有する口金を準備する工程と、複数の層を有し、前記口金と接合するための接合部を有するライナーを準備する工程と、前記ライナーの前記接合部に前記口金を配置する工程と、前記ライナーを加熱することにより、前記複数の層のうち前記口金と前記ライナーとの接合面より外側に位置する外層を、前記接合面より内側に位置する内層よりも収縮させ、前記ツバと前記接合部とを接合させる工程と、を備える、タンクの製造方法。
この適用例によれば、ライナーと口金との接合強度が強いタンクを容易に製造す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、タンク、タンクの製造方法の他、タンクの口金近傍の構造、タンクへの口金の取り付け方法等、様々な形態で実現することができる。

第１の実施例：
図１は、本発明の第１の実施例に係るタンクの構造示す説明図である。タンク１０は、例えば気体や液体を貯蔵するための容器である。タンク１０は、口金１００と、ライナー（内筒）２００と、外筒４００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。

ライナー２００は、ガスを貯蔵するための内殻である。ライナー２００は、略円筒形をしており、ライナー２００の上側には、開口部２０５が形成されている。開口部２０５の端には、ライナー２００と口金１００との接合に用いられる接合部２３０が形成されている。本実施例では、ライナー２００は、内層２１０と外層２２０の２層を備えており、接合部２３０は、内層２１０と外層２２０により形成されている。ここで、少なくとも外層２２０は、熱収縮性の材料で構成されている。すなわち、外層２２０は、熱収縮することにより、外層２２０の端部をツバ１１０の上部に掛からせ、ライナー２００と口金１００とを接合させている。外層２２０の材料としては、例えば、ナイロン、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンを用いることが可能である。また、外層２２０の材料として、天然ゴムやブチルゴムなどのゴムを用いることも可能である。一般的に、ゴムには弾力がある。そのため、外層２２０の材料としてゴムを用いると、例えば衝撃があったときに、その弾力により衝撃を吸収し、内層２１０を保護することが可能となる。内層２１０の材料については、熱収縮性の材料、非熱収縮性の材料、いずれの材料も用いることが可能である。但し、熱収縮性の材料を用いる場合には、外層２２０の材料よりも熱収縮性の低い材料を用いることが好ましい。外層２２０の材料よりも熱収縮性の低い材料としては、例えば、エポキシ樹脂を用いることが可能である。また、非熱収縮性の材料としては、ガラスや金属を用いることが可能である。非熱収縮性の材料を用いると、タンク１０の製造中に、タンク１０の内部の容積が変わらないという利点がある。

外筒４００は、ライナー２００の外側に形成され、タンク１０の耐圧殻として働く。外筒４００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。

図２は、タンクの製造工程を説明する説明図である。先ず、図２（Ａ）に示すように、口金１００とライナー２００を準備する。例えば、金型を用いて開口部を有する内層２１０を形成し、その後、内層２１０の外側に外層２２０を形成することにより、ライナー２００を形成することが可能である。なお、内層２１０や外層２２０は、分割して部品を成形し、その後、部品を貼り合わせて内層２１０や外層２２０を形成してもよい。

次に、図２（Ｂ）に示すように、ライナー２００の開口部２０５に口金１００を圧入する。次に、図２（Ｃ）に示すように、ライナー２００を熱処理する。これにより、ライナー２００が熱収縮し、ライナー２００の接合部２３０（図１参照）が口金１００のツバ１１０に掛かり、接合部２３０とツバ１１０とが接合する。

次に、図２（Ｄ）に示すように、樹脂を含浸させた強化繊維をライナー２００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４００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２（Ｅ）に示すように、ライナー２００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４００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ー２００に巻き付け、その後加熱硬化させて外筒４００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３は、口金とライナーとを接合する工程を詳しく説明する説明図である。図３（Ａ）に示すように、口金１００の外周に形成されているツバ１１０の直径は、Ｌ１である。また、ライナー２００の外層２２０の開口部２２２の直径もＬ１である。一方、内層２１０は、開口部において、内層２１０内部側に折れ曲がっており、Ｌ１より長い直径を有する開口部２１２と、Ｌ１より短い直径を有する開口部２１４とが形成されている。このように外層２２０の開口部２２２の直径と、内層２１０の開口部２１２、２１４の直径が異なることにより、外層２２０がヒサシ形状（オーバーハング形状）になっている接合部２３０が形成されている。ここで、ヒサシ形状の傾きは、ツバ１１０のテーパの傾きとほぼ平行となっている。これにより、加熱処理により外層２２０が縮んで接合部２３０が口金１００方向に移動したときに、接合部２３０とツバ１１０は密接に嵌合する。この結果、接合部２３０とツバ１１０との間に隙間が生じることを抑制することが可能となる。

図３（Ｂ）は、口金１００をライナー２００の開口部２０５（図１、図２参照）に圧入した状態を示している。ここで、口金１００のツバ１１０の直径は、内層２１０の開口部２１２の直径よりも小さく、内層２１０の開口部２１４の直径よりも大きい。したがって、口金１００は、開口部２１２と開口部２１４の大きさの差により形成される段差２１６にツバ１１０が接するまで圧入される。このとき、外層２２０の端部は、ツバ１１０の上側よりも上に位置していることが好ましい。

次に、ライナー２００を加熱して収縮させる熱処理を実行する。図３（Ｃ）は、熱処理後の状態を示している。外層２２０は大きく熱収縮し、開口部２２２の直径は、Ｌ２となり、熱収縮前の直径の大きさＬ１よりも小さくなる。これにより、外層２２０は、開口部２２２において、口金１００のツバ１１０の上部に掛かる。さらに、外層２２０は、図面上下方向の熱収縮により、口金１００を上から押さえ込む。これにより、口金１００と外層２２０との隙間が埋まり、口金と外層とは強固に接合される。なお、本実施例では、内層２１０と外層２２０を備えているので、外層２２０の縮み代を大きくすることが可能となる。そのため、外層２２０と口金１００のツバ１１０との接触面積が増え、接合が強固になる。

図４は、熱処理の条件の一例を示すグラフである。本実施例では、熱処理温度１３０℃まで加熱し、１３０℃で３時間保持した後、室温まで徐々に温度を下げている。この１３０℃は、外層２２０の硬化温度よりも低い温度である。熱処理温度が高いと、外層２２０は収縮する前に硬化してしまう。これを避けるために熱処理温度を外層２２０の硬化温度よりも低い温度に設定している。したがって、熱処理温度は、外層２２０の材料により様々な値を採ることが可能である。

以上、本実施例によれば、ライナー２００の外層２２０が収縮することにより、ライナーの開口部２０５に形成されている接合部２３０と口金１００のツバ１１０とが接合する。これにより、ライナー２００と口金の接合が強固となる。

参考例：
図５は、参考例に係るタンクの口金とライナーとを接合する工程を詳しく説明する説明図である。図５（Ａ）に示すように、参考例では、ライナー２４０は、単層構造であり、第１の実施例の内層２１０と外層２２０とが合体した形状とほぼ同じ形状をしている。ライナー２４０は、直径がＬ３の開口部２４２と、Ｌ３より長い直径を有する開口部２４４と、Ｌ３より短い直径を有する開口部２４６とを備えている。このように開口部２４２、２４４、２４６の直径が異なることにより、開口部２４２におけるライナー２４０の形状がヒサシ形状となっている接合部２５０が形成されている（以下、このヒサシ形状の部分を「ヒサシ部２５２」と呼ぶ）。なお、開口部２４２の直径の大きさＬ３は、口金１００のツバ１１０の直径の大きさと同じである。ライナー２４０は、例えば、ナイロン、ＥＶＯＨ、ポリエチレン等の熱収縮性の材料で構成されている。

図５（Ｂ）は、口金１００をライナー２４０の開口部２４２、２４４に圧入した状態を示している。ここで、口金１００のツバ１１０の直径は、ライナー２４０の開口部２４４の直径よりも小さく、開口部２４６の直径よりも大きい。したがって、口金１００は、開口部２４４と開口部２４６の大きさの差により形成されている段差２４８にツバ１１０が接するまで圧入される。このとき、開口部２４２は、ツバ１１０の上側よりも上に位置していることが好ましい。

次に、ライナー２４０を熱処理する。図５（Ｃ）は、熱処理後の状態を示している。ライナー２４０は熱収縮し、開口部２４２の直径は、Ｌ４となり、熱収縮前の直径の大きさＬ３よりも小さくなる。これにより、ライナー２４０のヒサシ部２５２は、口金１００のツバ１１０の上部に掛かる。さらに、ライナー２４０は、図面上下方向に熱収縮するので、ヒサシ部２５２は、口金１００を上から押さえ込む。これらにより、口金１００とライナー２４０との隙間が埋まり、口金１００とライナー２４０とは強固に接合される。なお、参考例では、単層構造なので、開口部２４４、２４６の位置でもライナー２４０は熱収縮する。そのため、開口部２４４、２４６の位置でも口金１００とライナー２４０とは接合する。すなわち、口金１００とライナー２４０との接合長さを長く（接触面積を広く）できるので、口金１００とライナー２４０の接合強度を高めることが可能となる。

図６は、口金とライナーとの接合をさらに強化する工程を説明する説明図である。この工程では、レーザトーチ５００からヒサシ部２５２にレーザ光５１０を照射する。レーザ光５１０により、ヒサシ部２５２の樹脂を加熱溶解し、ヒサシ部２５２と口金１００とを溶着させる。これにより、熱収縮による接合よりも、接合強度を高めることが可能となる。なお、本説明では、参考例に係るタンクを例に取り説明したが、第１の実施例に係るタンクであっても、レーザ光５１０を用いた溶着を適用することが可能である。

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。

本発明の第１の実施例に係るタンクの構造示す説明図である。タンクの製造工程を説明する説明図である。口金とライナーとを接合する工程を詳しく説明する説明図である。熱処理の条件の一例を示すグラフである。参考例に係るタンクの口金とライナーとを接合する工程を詳しく説明する説明図である。口金とライナーとの接合をさらに強化する工程を説明する説明図である。

符号の説明

１０…タンク
１００…口金
１０１…中心軸
１１０…ツバ
２００…ライナー
２０５…開口部
２１０…内層
２１２…開口部
２１４…開口部
２１６…段差
２２０…外層
２２２…開口部
２３０…接合部
２４０…ライナー
２４２、２４４、２４６…開口部
２４８…段差
２５０…接合部
２５２…ヒサシ部
４００…外筒
５００…レーザトーチ
５１０…レーザ光

Claims

タンクであって、
口金と、
前記口金に設けられたツバと、
複数の層を有するライナーと、
前記ライナーに設けられ、前記ライナーの熱収縮により前記ツバと接合する接合部と、
を備え、
前記ライナーは、
前記口金と前記ライナーとの接合面より外側に位置する外層と、
前記接合面より内側に位置する内層と、を有し、
前記内層及び外層は熱収縮性の材料で構成され、
前記外層の材料の熱収縮率は、前記内層の材料の熱収縮率よりも大きく、
前記接合部は、
前記内層に設けられた段差であって前記ツバを載置する段差と、
前記外層に設けられ、前記外層の熱収縮の際に前記ツバを覆う端部と、を含む、タンク。
請求項１に記載のタンクにおいて、
前記外層は、ゴムで形成されている、タンク。
タンクの製造方法であって、
ツバを有する口金を準備する工程と、
前記口金と前記ライナーとの接合面より内側に設けられる内層であって前記ツバを載置する段差を有する内層と、前記接合面より外側に設けられる外層であって前記外層の熱収縮の際に前記ツバを覆う端部を有する外層と、を有し、前記段差と前記端部とで前記口金との接合部を構成するライナーを準備する工程と、
前記ライナーの前記段差の上に前記口金を配置する工程と、
前記ライナーを加熱することにより、前記外層を、前記内層よりも収縮させ、前記ツバと前記接合部とを接合させる工程と、
を備える、タンクの製造方法。