JP5849447B2 - 圧力容器及び圧力容器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂で形成した内殻と該内殻の外側を覆うようにして設けた外殻とを備え、内殻の円筒形状とした首部に口金部品を備えた圧力容器及び圧力容器の製造方法に関する。

従来の圧力容器としては、例えば下記特許文献１に記載されたものがある。この圧力容器は、ガスバリア層を有する内殻と、該内殻を覆うように設けた耐圧性の外殻と、内殻の首部に内装したノズル取付用口金を備えている。そして、ノズル取付用口金が、内殻の首部との結合面に凹凸や突条を備えることで、ノズル取付用口金と内殻の首部との結合強度を高めている。

特開平８−２１９３８８号公報

ところで、内殻を樹脂で成形する場合には、成形時にノズル取付用口金を一体的に結合できる。

ところが、この場合、成形後の樹脂成形品にヒケが発生し、このヒケの発生によって凹凸や突条の角部に応力が集中して亀裂が発生してしまう。

そこで、本発明は、内殻の樹脂成形時でのヒケ発生による応力集中を抑制することを目的としている。

本発明は、樹脂製の内殻の首部に設けた口金部品は、内殻の首部内に一部が位置する口金本体を備え、この口金本体の首部から軸方向外側に突出している突出部に、内殻の首部の軸方向端部が当接する当接部を設け、かつ、内殻の首部の外周面と口金本体の突出部の外周面とを、軸方向に沿って互いに同一面に形成したことを特徴とする。

本発明によれば、口金部品を一体的に樹脂成形した後の内殻は、首部の軸方向端部が口金部品の突出部に設けた当接部に当接している。このため、成形後に樹脂成形品が収縮する際に、当接部がこの収縮による首部の軸方向への変位を抑えて該当接部と首部の軸方向端部との密着性が高まる。そして、内殻の首部内に凹凸や突条はないので応力集中を抑制できる。また、首部は、径方向内側に収縮変位することによって、径方向内側の口金本体の外周面に対する密着性も高まる。以上により、成形後の樹脂成形品である内殻にヒケが発生したとしても、内殻の首部における応力集中を抑制することができ、信頼性の高い圧力容器とすることができる。

本発明の一実施形態に係わる圧力容器全体の断面図である。 図１の圧力容器の口金部品周辺を拡大した断面図である。 図１の圧力容器の内殻をブロー成形した後の首部の変形による応力の作用方向を示す作用説明図である。 本発明の他の実施形態に係わる図３に対応する断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係わる圧力容器１は、内殻３と、この内殻３の外側の外周部を覆うようにして設けた外殻５と、を備えている。内殻３は、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）などの樹脂製であってガスバリア性を有している。一方、外殻５は、例えばＦＲＰで構成することができ、補強層として機能する。

また、圧力容器１は、円筒形状の胴部Ａと、胴部Ａの軸方向（図１中で上下方向）両側に位置する鏡板部Ｂ、Ｃとを有し、図１中で上部に位置する一方の鏡板部Ｂの軸心部には、口金部品としての内側口金部品７と外側口金部品９とを備える口金１１を設けている。この口金１１の内側口金部品７には、圧力容器１の内部と外部とを連通する貫通孔７ａを形成してあり、図示しないガス供給用のノズルが取り付けられる。

図１中で下部に位置する他方の鏡板部Ｃの軸心部には、口金部品としてのボスで構成した内側口金部品１３と外側口金部品１５とを備える口金１７を設けている。この口金１７の内側口金部品１３は、上記した内側口金部品７に設けてあるような貫通孔はなく、圧力容器１の内部と外部とを連通していない。外側口金部品１５は、上記した外側口金部品９と同等の形状としている。

口金１１と口金１７との違いは、口金１１の内側口金部品７に貫通孔７ａを設けた点だけであり、その他の形状や構造は同等であって、以後の説明は、口金１１についてのみ行うが、その形状や構造は、口金１７についても同様に適用することができる。

口金１１の内側口金部品７は、図２に拡大して示すように、鏡板部Ｂにおける内殻３の内部にてその内面に沿って拡がるフランジ部７ｂと口金本体としての円筒部７ｃとを備え、これらフランジ部７ｂと円筒部７ｃとにわたり前記した貫通孔７ａが形成されている。

内側口金部品７のフランジ部７ｂは、図１中で下部の口金１７に対向する面７ｂ１をほぼ平面状に形成してあり、平面状に形成した面７ｂ１と反対側の面７ｂ２が内殻３の内面に密着している。また、内側口金部品７の円筒部７ｃは、フランジ部７ｂ側の小径部７ｃ１と、小径部７ｃ１よりも大径の突出部としての大径部７ｃ２と、大径部７ｃ２の小径部７ｃ１と反対側に位置するノズル取付部７ｃ３とを備えている。

ノズル取付部７ｃ３は、大径部７ｃ２より小径で小径部７ｃ１とほぼ同等の外径としてあり、先端側の端部を除く外周部に、ナット１９を締結する雄ねじ７ｄを形成している。

そして、大径部７ｃ２の小径部７ｃ１側の端部には、軸方向に対向する当接部としての環状の端面７ｅを形成している。

一方、内殻３は、円筒形状の首部３ａを備えており、この首部３ａを、内側口金部品７の小径部７ｃ１の外側に整合させて入り込ませた状態としている。このとき、首部３ａの外周面３ａ１と大径部７ｃ２の外周面７ｃ２ａとは、軸方向に沿って互いに同一面となるよう形成している。つまり、首部３ａの外径と大径部７ｃ２の外径とは互いに同等としている。

そして、これら首部３ａ及び大径部７ｃ２の外周側には、前記した外側口金部品９を嵌め込んでいる。外側口金部品９は大略円筒形状を呈し、首部３ａ及び大径部７ｃ２を覆う外側円筒部９ａと、外側円筒部９ａの前記した雄ねじ７ｄと反対側の基端側にて径方向外側に拡がる外側フランジ部９ｂとを備えている。

外側円筒部９ａと、首部３ａ及び大径部７ｃ２に対応する部分との間には、Ｏリングなどからなるシール材２１及び２３を設けている。

内殻３は、ブロー成形によって内側口金部品７を一体化する。この一体化した内側口金部品７と内殻３の首部３ａに外側口金部品９を嵌め込んだ状態で、ナット１９を雄ねじ７ｄに締結することで、外側口金部品９を内殻３及び内側口金部品７に固定することができる。

そして、これら内殻３の外周部及び外側口金部品９の基端部側の外周部を、図１に示す外殻５で覆っている。外殻５は、例えば樹脂を含浸させたＦＲＰ繊維を巻き付けるフィラメントワインディング法により形成することができる。

このような構成の圧力容器は、前述したように、内殻３をブロー成形する際に内側口金部品７が内殻３に一体化する。この一体成形によって、図３に示すように、内殻３の首部３ａが内側口金部品７の小径部７ｃ１の外周部を覆う状態となる。このとき、首部３ａの軸方向端部３ａ２が大径部７ｃ２の端面７ｅに接触するとともに、首部３ａの内周面３ａ３が小径部７ｃ１の外周面７ｃ１ａに接触した状態となる。

そして、上記した一体成形後に樹脂成形品（内殻３）を図示しない成形型から取り外し、冷却すると、樹脂成形品（内殻３）全体が温度低下により収縮する。その際、本実施形態では、図３に示すように、首部３ａが、上記した全体の収縮によって、矢印Ｐで示す径方向内側に収縮しようとして、小径部７ｃ１の外周面７ｃ１ａを押し付けるように作用する。これにより、首部３ａの小径部７ｃ１の外周面７ｃ１ａに対する密着性を高めることができる。

また、上記した樹脂成形品（内殻３）全体の収縮によって、首部３ａが矢印Ｑで示す軸方向外側に向けて変位しようとし、これにより首部３ａの軸方向端部３ａ２が大径部７ｃ２の端面７ｅを押し付けることになる。換言すれば、首部３ａが矢印Ｑで示す軸方向外側に向けて変位しようとする際に、大径部７ｃ２の端面７ｅが首部３ａの軸方向端部３ａ２を押さえ付けることになる。これにより、首部３ａにおける軸方向端部３ａ２の大径部７ｃ２における端面７ｅに対する密着性を高めることができる。

したがって、成形後の樹脂成形品である内殻３にヒケが発生したとしても、口金部品である内側口金部品７と内殻３の首部３ａとの間の密着性を高めてこれら両者間の結合強度も向上し、信頼性の高い圧力容器１とすることができる。そして、内殻３の首部３ａの内周面３ａ３や軸方向端部３ａ２には凹凸や突条がないので内殻３の首部３ａにおける応力集中を抑制できる。

また、本実施形態では、内殻３の首部３ａ内に位置する内側口金部品７の円筒部７ｃの一部（小径部７ｃ１）は、円筒部７ｃの突出部である大径部７ｃ２よりも小径とし、この小径部分の大径部７ｃ２側に当接部となる端面７ｅを備えている。このため、円筒部７ｃに、単に小径部７ｃ１と大径部７ｃ２とを形成するだけで、首部３ａが矢印Ｑで示す軸方向外側に向けて変位してその軸方向端部３ａ２が当接する当接部（端面７ｅ）を内側口金部品７に容易に形成することができる。

また、本実施形態では、内殻３の首部３ａの外周面３ａ１と内側口金部品７の大径部７ｃ２の外周面７ｃ２ａとを、軸方向に沿って互いに同一面に形成している。これにより、図２に示すように、外側口金部品９を内側口金部品７及び首部３ａの外周部に取り付けたときに、シール材２１，２３によるシール面を、軸心ずれを抑えて同一面とすることができ、シール性の向上に寄与することができる。

また、本実施形態では、内殻３をブロー成形した後に、首部３ａの外周面３ａ１及び首部３ａ近傍の内殻３の外周面を機械加工により研削することで、図３で示したような形状にする。このとき、特に、首部３ａの軸方向端部３ａ２付近や、首部３ａの基端部３ｅ周辺を、そのそれぞれの全周にわたり研削加工することで、成形後の残留応力発生部を除去することができ、より信頼性の高い圧力容器１とすることができる。

図４に示す他の実施形態は、図３の実施形態に対し、内殻３の首部３ａの外径を大きくしている。したがって、ここでの首部３ａの外径は、内側口金部品７の大径部７ｃ２の外径より大きくなっている。この際、首部３ａにおける軸方向端部３ａ２の外周側の角部がテーパ面３ａ４となるよう面取り加工している。

テーパ面３ａ４を形成することで、首部３ａの軸方向端部３ａ２の全域が大径部７ｃ２の端面７ｅに当接することになり、成形後に樹脂成形品が収縮する際には、図３の例と同様の作用効果が得られる。

すなわち、首部３ａにおける軸方向端部３ａ２と端面７ｅとの密着性及び、首部３ａにおける内周面３ａ３と内側口金部品７の小径部７ｃ１との密着性をそれぞれ高めることができる。その際、本実施形態では、首部３ａの外径を、内側口金部品７の大径部７ｃ２の外径より大きくしていても、テーパ面３ａ４を形成することで、端面７ｅ付近での応力集中を抑えることができる。

１ 圧力容器
３ 内殻
３ａ 内殻の首部
３ａ１ 首部の外周面
３ａ２ 首部の軸方向端部
５ 外殻
７，１３ 内側口金部品（口金部品）
７ｃ 内側口金部品の円筒部（口金本体）
７ｃ１ 円筒部の小径部（内殻の首部内に位置する口金本体の一部）
７ｃ２ 円筒部の大径部（突出部）
７ｃ２ａ 大径部の外周面
７ｅ 大径部の端面（当接部）

Claims (4)

1. 樹脂で形成した内殻と該内殻の外側を覆うようにして設けた外殻とを備え、前記内殻の円筒形状の首部に口金部品を備えた圧力容器であって、前記口金部品は、前記内殻の首部内に一部が位置する口金本体を備え、この口金本体の前記首部から軸方向外側に突出している突出部に、前記内殻の首部の軸方向端部が当接する当接部を設け、前記内殻の首部の外周面と前記口金本体の突出部の外周面とを、軸方向に沿って互いに同一面に形成したことを特徴とする圧力容器。
2. 前記内殻の首部内に位置する前記口金本体の一部は、前記口金本体の突出部よりも小径とし、この小径部分の前記突出部側に前記当接部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧力容器。
3. 樹脂で形成した内殻と該内殻の外側を覆うようにして設けた外殻とを備え、前記内殻の円筒形状の首部に口金部品を備えた圧力容器の製造方法であって、前記口金部品は、前記内殻の首部内に一部が位置する口金本体を備え、この口金本体の前記首部から軸方向外側に突出している突出部に、成形時の樹脂が前記内殻の首部となって該首部の軸方向端部が当接する当接部を備えた状態、かつ、前記内殻の首部の外周面と前記口金本体の突出部の外周面とを、軸方向に沿って互いに同一面に形成した状態で、前記内殻を前記口金部品と一体成形することを特徴とする圧力容器の製造方法。
4. 前記内殻を前記口金部品と一体成形した後に、前記内殻の首部の外周面及び該首部近傍の内殻の外周面を機械加工により研削することを特徴とする請求項３に記載の圧力容器の製造方法。

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