JP6787191B2 - タンク保持治具 - Google Patents

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Description

本発明は、補強繊維が巻回されるタンクを保持するタンク保持治具に関する。
従来から繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastic)製耐圧容器の製造方法、および、このFRP製耐圧容器製造用治具に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。この従来のFRP製耐圧容器製造用治具は、内側殻の外周壁に補強繊維を巻き付け、フィラメントワインディング成形法によって耐圧性を有する外側殻を形成したFRP製耐圧容器を製造する際に使用される内側殻支持治具である(同文献、請求項1等を参照)。
この内側殻支持治具は、心棒、傘状骨格調整円筒および傘状骨格によって構成されている。その心棒は、内側殻の少なくとも一方の極部で内側殻に補強繊維巻き付け装置の回転軸に固定されている。前記傘状骨格調整円筒は、心棒の外側面に摺動可能に配置されている。前記傘状骨格は、傘状骨格調整円筒を心棒に沿って摺動させることによって、その中央連結部を心棒から離隔・接近して開閉可能な構造とされている。
この従来のFRP製耐圧容器製造用治具は、傘状骨格調整円筒を内側殻の内側空間に押込み中央連結部を心棒から離隔させて開いた際に、内側殻の内壁面を中央連結部によって支持するようにされたものであることを特徴としている。このような構成により、剛性が十分でない内側殻を用いた場合でも、内側殻の外周壁にFW成形法で補強繊維を偏心することなく能率的に巻き付けることができる。
特開平11−147262号公報
前述のように治具によって保持したタンクの外周に補強繊維を巻回するときに、タンク内に空気などの気体を送入してタンクの内圧を上昇させる場合がある。この場合、タンクの開口部に設けられたフロントプレートの開口を介してタンクに挿入されるシャフトと、このシャフトの基端に固定されてシャフトを回転させるロータリー治具とを用いることができる。
この場合、シャフトは、たとえば、タンクの内部に気体を供給するための気体流路を有する。ロータリー治具は、たとえば、シャフトとともに回転するフランジ部と、このフランジ部を回転可能に支持する支持部と、シャフトの気体流路に連通する気体流路とを有する。この場合、シャフトと、タンクのフロントプレートおよびロータリー治具のフランジ部との間に、気密性を確保するためのシール部材を設ける必要がある。しかし、このような構成の治具は、部品点数が多く、部材間の気密性の向上や、シール部材によるシャフトの挿入抵抗の低減に改善の余地がある。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、部材間の気密性向上とシャフトの挿入抵抗の低減が可能なタンク保持治具を提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明のタンク保持治具は、補強繊維が巻回されるタンクを回転可能に保持するタンク保持治具であって、前記タンクの開口部に設けられたフロントプレートの開口に挿入されるシャフトと、前記シャフトに固定されて前記シャフトとともに回転するフランジ部と、前記フランジ部の前記フロントプレートに対向する面に配置され、前記シャフトの周囲に前記シャフトから離隔して配置されるシール部材と、前記フランジ部および前記フロントプレートを前記シャフトの軸方向両側から挟持する縮み防止治具と、を備えることを特徴とする。
このタンク保持治具によってタンクを回転可能に保持するには、たとえば、シャフトの基端をフランジ部に固定する。部材間の気密性を確保するシール部材は、シャフトとともに回転するフランジ部のフロントプレートに対向する面に配置されるため、フランジ部とシャフトとの間にシール部材を配置する必要がない。そのため、フランジ部にシャフトの基端を挿入して固定するときに、シャフトがシール部材から摩擦抵抗を受けることがなく、フランジ部に対するシャフトの挿入抵抗が低減される。
また、タンク保持部材のシャフトを、タンクの開口部に設けられたフロントプレートの開口に挿入する。部材間の気密性を確保するシール部材は、シャフトとともに回転するフランジ部のフロントプレートに対向する面に配置されるため、フロントプレートとシャフトとの間にシール部材を配置する必要がない。そのため、タンクの開口部に設けられたフロントプレートの開口にシャフトを挿入するときに、シャフトがシール部材から摩擦抵抗を受けることがなく、シャフトの挿入抵抗を低減することができる。
また、シャフトの基端に固定されたフランジ部によって、シャフトの重心がシャフトの軸方向中央よりも基端側に移動し、シャフトのモーメントが低減される。これにより、フランジ部によって基端が片持ち状に支持されたシャフトを安定させることができる。したがって、タンクの開口部に設けられたフロントプレートの開口に、シャフトを容易に挿入することができる。
また、シャフトに固定されたフランジ部は、タンクのフロントプレートに対向する。すると、フランジ部のフロントプレートに対向する面に配置されたシール部材が、フロントプレートに接する。互いに対向して配置されたフランジ部およびフロントプレートは、シャフトの軸方向両側から、縮み防止治具によって挟持される。これにより、シール部材は、フランジ部とフロントプレートの間で圧縮されてフランジ部とフロントプレートに密着する。したがって、シール部材によって、フランジ部とフロントプレートとの間の気密性が確保される。
また、フランジ部を回転させることで、タンクの開口部に設けられたフロントプレートの開口に挿入されたシャフトが回転し、縮み防止治具によってフランジ部とともに挟持されたフロントプレートが回転してタンクが回転する。これにより、補強繊維をタンクの周囲に巻き付けて、タンクの周囲に補強繊維を巻回することができる。このとき、タンクをシャフトの軸方向に収縮させる力が作用するが、フランジ部とフロントプレートは、シャフトの軸方向の両側から、縮み防止治具によって挟持されている。これにより、縮み防止治具によって、フロントプレートがフランジ部からシャフトの軸方向に離隔することが防止され、シャフトの軸方向におけるタンクの縮みを防止することができる。
このとき、フランジ部のフロントプレートに対向する面に配置されたシール部材によって、フランジ部とフロントプレートとの間の気密性を確保することができる。そのため、シャフトと、フランジおよびフロントプレートとの間に、シール部材を配置する必要がなくなる。そのため、フロントプレートの開口にシャフトを挿入するときに、シャフトがシール部材から摩擦抵抗を受けず、シャフトの挿入抵抗が低減される。また、シャフトを回転させるフランジとタンクのフロントプレートをシャフトの軸方向の両側から挟持する構成にすることで、部品点数を減少させ、部材間の気密性を向上させることができる。
本発明によれば、部材間の気密性向上とシャフトの挿入抵抗の低減が可能なタンク保持治具を提供することできる。
本発明の実施形態に係るタンク保持治具の概略的な断面図。 図1に示すタンク保持治具の分解斜視図。 従来の治具に気体流路を設けた場合の一例を示す概略的な断面図。 図3に示す治具の分解斜視図。
以下、図面を参照して本発明のタンク保持治具の実施の形態の一例を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るタンク保持治具100の概略的な断面図である。図2は、図1に示すタンク保持治具100の分解斜視図である。本実施形態のタンク保持治具100は、たとえば、ガラス繊維や炭素繊維等の補強繊維が巻回されるタンクTを回転可能に保持する治具である。タンク保持治具100は、たとえば、補強繊維をタンクの外周に巻き付けてタンクを成形するフィラメントワインディング成形法に用いることができる。
タンク保持治具100は、たとえば、シャフト10と、フランジ部21と、シール部材30と、縮み防止治具40とを備えている。シャフト10は、タンクTの開口部に設けられたフロントプレートFの開口に挿入される。フランジ部21は、シャフト10に固定されてシャフト10とともに回転する。シール部材30は、フランジ部21のフロントプレートFに対向する面であるフランジ部21の前端面21aに配置され、シャフト10の周囲にシャフト10から離隔して配置される。縮み防止治具40は、フランジ部21およびフロントプレートFをシャフト10の軸方向両側から挟持する。
シャフト10は、たとえば、タンクTの内部へ気体を送入するための気体流路11を有している。シャフト10の気体流路11は、シャフト10の基端の端面に気体導入口12を有し、シャフト10の軸方向に沿ってシャフト10の内部をシャフト10の先端へ向けて延びている。シャフト10の気体流路11は、シャフト10の外周面に気体排出口13を有している。シャフト10の気体排出口13は、シャフト10がタンクTの開口部に設けられたフロントプレートFの開口からタンクTの内部に挿入されたときに、タンクTの内部に配置されるように、シャフト10の基端よりも先端側に開口している。
フランジ部21は、たとえば、タンクTおよびシャフト10を回転させるロータリー治具20の一部である。フランジ部21は、たとえば、タンクTの開口部に設けられたフロントプレートFに対向する前端面21aに、シャフト10を挿入するための挿入凹部21bを有している。フランジ部21は、たとえば、前端面21aの挿入凹部21bの周囲に、シール部材30を配置するための環状溝21cを有している。フランジ部21は、たとえば、前端面21aの近傍の外周面に、縮み防止治具40の一端の係合部41を係合させる係合溝21dを有している。
シール部材30は、たとえば、ゴム等の弾性部材からなる環状のOリングであり、フランジ部21の前端面21aの環状溝21cに嵌入されて、フランジ部21の前端面21aに配置される。シール部材30は、フランジ部21とタンクTのフロントプレートFとの間でシャフト10の軸方向に圧縮され、フランジ部21の前端面21aの環状溝21cとタンクTのフロントプレートFに密着し、フランジ部21とフロントプレートFの間を気密に封止する。
フランジ部21は、たとえば、前端面21aと反対側の後端面21eに、ロータリー治具20の一部である支持部22を係合させる支持凹部21fを有している。支持凹部21fの内周面には、シール部材30を配置するための環状溝21gが設けられている。また、フランジ部21は、シャフト10の軸方向にフランジ部21を貫通して後端面21eの支持凹部21fの底面と前端面21aの挿入凹部21bの底面に開口する気体流路21kを有している。このフランジ部21の気体流路21kは、前端面21aの挿入凹部21bにシャフト10を挿入したときに、シャフト10の気体流路11に連通する。
支持部22は、ロータリー治具20の一部であり、フランジ部21の後端面21eに対向する前端面22aに、フランジ部21の支持凹部21fに係合する支持凸部22bを有している。支持部22は、支持凸部22bをフランジ部21の支持凹部21fに係合させることで、フランジ部21を回転可能に支持している。支持部22は、外周面から径方向に突出した円筒状の気体供給口22cを有している。支持部22は、気体供給口22cの端面と支持凸部22bの端面に開口する気体流路22dを有している。
支持部22の気体流路22dは、気体供給口22cの端面の開口から円筒状の支持部22の径方向に中心軸まで延び、さらに支持部22の軸方向に延び、支持凸部22bの端面に開口している。支持部22の気体流路22dは、支持凸部22bをフランジ部21の支持凹部21fに係合させたときに、フランジ部21の気体流路21kに連通する。支持部22の気体供給口22cは、たとえば、図示を省略するコンプレッサ等の気体供給部から気体を供給する気体供給管に接続される。
縮み防止治具40は、たとえば、フランジ部21およびフロントプレートFをシャフト10の軸方向両側から挟持する円環状または円筒状の部材である。縮み防止治具40は、たとえば、シャフト10と同心の円環状または円筒状に形成され、中心軸に平行な平面で二つに分割されている。縮み防止治具40は、軸方向の両端に径方向に延びる係合部41を有している。二つに分割された縮み防止治具40の係合部41は、それぞれ、中央に半円状の切欠きを有する部分円環状、半円環状、または扇形の板状に形成されている。
フランジ部21とフロントプレートFを上下から挟み込むように、二分割された縮み防止治具40を配置することで、フランジ部21の環状の係合溝21dと、タンクTのフロントプレートFの環状の係合溝Gに、それぞれ縮み防止治具40の係合部41が係合する。たとえば、このような構成により、縮み防止治具40は、フランジ部21とタンクTのフロントプレートFをシャフト10の軸方向の両側から挟持する。
タンクTは、開口部に口金としてのフロントプレートFが設けられている。タンクTは、たとえば、ガスバリア性を有する樹脂材料や金属材料等によって成形され、外周に前述の補強繊維が巻回されて補強される。フロントプレートFは、たとえば、タンクTの開口部に対向する面に、環状溝gを有している。この環状溝gに、たとえば、ゴム等の弾性部材からなるOリング等のシール部材30が配置され、フロントプレートFとタンクTの開口部との間が気密に封止されている。
フロントプレートFは、たとえば、外周面に、縮み防止治具40の係合部41を係合させる環状の係合溝Gを有している。また、フロントプレートFは、タンクTの開口部に挿入される円筒状の挿入部FIを有している。挿入部FIの内径は、シャフト10の軸方向にタンクTの開口部からタンクTの内側へ向けて離隔するにしたがって、次第に拡大している。すなわち、挿入部FIの内周面は、シャフト10の軸方向にフロントプレートFの開口から離れるほど内径が大きくなるように、シャフト10の軸方向に対して傾斜している。
以下、前述の本実施形態のタンク保持治具100の作用について、従来の治具に気体流路を設けた場合の一例と対比しながら説明する。
図3は、従来の治具に気体流路を設けた治具900の一例を示す概略的な断面図である。図4は、図3に示す治具900の分解斜視図である。なお、図3および図4に示す治具900の一例において、前述の本実施形態のタンク保持治具100と同様の構成については、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
図3および図4に示す治具900は、タンクTを保持してタンクTの外周に補強繊維を巻回するときに、気体流路22d,21k,11を介してタンクT内に空気などの気体を送入し、タンクTの内圧を上昇させる。この場合、治具900は、気体流路11を有するシャフト10と、シャフト10の外周に固定されてタンクTのフロントプレートFに当接するフロントナットNと、このフロントナットNとタンクTのフロントプレートFをシャフト10の軸方向から挟持する縮み防止治具40を備えることができる。
図3および図4に示すように、シャフト10の基端を保持してシャフト10を回転させるロータリー治具20のフランジ部21は、挿入凹部21bの内周面に環状溝21hを有している。この環状溝21hに配置されたOリング等のシール部材30は、シャフト10とフランジ部21との間で圧縮され、シャフト10とフランジ部21に密着し、シャフト10とフランジ部21との間を気密に封止している。
また、タンクTの開口部に設けられたフロントプレートFは、挿入部FIの内周面に環状溝gを有している。この環状溝gに配置されたOリング等のシール部材30は、シャフト10とフロントプレートFの挿入部FIとの間で圧縮され、シャフト10とフロントプレートFの挿入部FIに密着し、シャフト10とフロントプレートFとの間を気密に封止している。
このような構成の治具900によって、タンクTを保持して補強繊維を巻回するときには、まず、シャフト10の基端部をロータリー治具20のフランジ部21に固定する。ここで、シャフト10の基端部をロータリー治具20のフランジ部21の挿入凹部21bに挿入すると、挿入凹部21bの内周面に配置されたシール部材30は、シャフト10とフランジ部21との間で圧縮され、シャフト10とフランジ部21に密着する。この状態でシャフト10を挿入凹部21bに挿入すると、シャフト10とシール部材30が摺動し、シャフト10がシール部材30から摩擦抵抗を受け、シャフト10の挿入抵抗が大きくなる。
また、図3に示すように、タンクTの開口部に設けられたフロントプレートFの開口を介してシャフト10をフロントプレートFに挿入するときに、フロントプレートFの挿入部FIの内周面に配置されたシール部材30は、シャフト10と挿入部FIの内周面との間で圧縮される。そして、シャフト10の外周面とフロントプレートFの挿入部FIの内周面に、シール部材30が密着する。この状態でシャフト10をフロントプレートFの挿入部FIに挿入すると、シャフト10とシール部材30が摺動し、シャフト10がシール部材30から摩擦抵抗を受け、シャフト10の挿入抵抗が大きくなる。
このように、図3および図4に示す治具900では、シャフト10がシール部材30から摩擦抵抗を受け、シャフト10の挿入抵抗が大きくなるという課題がある。さらに、シャフト10の外周面に接する2つのシール部材30と、シャフト10の外周面に固定されるフロントナットNが必要になり、部品点数が多く、部材間のシール性の向上に課題がある。
また、シャフト10の基端部に比較的に軽量なフロントナットNが固定されているが、比較的に重量の大きいロータリー治具20のフランジ部21は、シャフト10の基端部に固定されていない。そのため、シャフト10の重心の位置が基端部から先端側に離隔し、シャフト10の基端部において、比較的に大きなモーメントが作用する。そのため、タンクTの内部にフロントプレートFの開口を介してシャフト10を先端から挿入するときに、片持ち状に支持されたシャフト10が不安定になり、シャフト10をタンクTに挿入することが困難になるおそれがある。
これに対し、本実施形態のタンク保持治具100は、図1および図2に示すように、補強繊維が巻回されるタンクTを回転可能に保持する治具であって、シャフト10と、フランジ部21と、シール部材30と、縮み防止治具40とを有している。シャフト10は、タンクTの開口部に設けられたフロントプレートFの開口に挿入される。フランジ部21は、シャフト10に固定されてシャフト10とともに回転する。シール部材30は、フランジ部21のフロントプレートFに対向する前端面21aに配置され、シャフト10の周囲にシャフト10から離隔して配置される。縮み防止治具40は、フランジ部21およびフロントプレートFをシャフト10の軸方向両側から挟持する。
このタンク保持治具100によってタンクTを回転可能に保持するには、たとえば、シャフト10の基端をフランジ部21に固定する。前述のように、シール部材30は、フランジ部21のフロントプレートFに対向する面であるフランジ部21の前端面21aに配置され、フランジ部21とフロントプレートFとの間が気密に封止される。そのため、フロントプレートFとシャフト10との間にシール部材30を配置する必要がない。これにより、フランジ部21の挿入凹部21bにシャフト10の基端を挿入して固定するときに、シャフト10がシール部材30から摩擦抵抗を受けることがなく、フランジ部21に対するシャフト10の挿入抵抗が低減される。
また、タンクTの開口部に設けられたフロントプレートFの開口に、シャフト10を挿入する。前述のように、シール部材30は、フランジ部21のフロントプレートFに対向する前端面21aに配置され、フランジ部21とフロントプレートFとの間が気密に封止される。そのため、フロントプレートFとシャフト10との間にシール部材30を配置する必要がない。これにより、タンクTの開口部に設けられたフロントプレートFにシャフト10を挿入するときに、シャフト10がシール部材30から摩擦抵抗を受けることがなく、シャフト10の挿入抵抗が低減される。
また、シャフト10の基端部に固定されたロータリー治具20のフランジ部21によって、シャフト10の重心がシャフト10の軸方向中央よりも基端側に移動し、基端部におけるシャフト10のモーメントが低減される。これにより、タンクTのフロントプレートFの開口にシャフト10を挿入するときに、基端部が片持ち状に支持されたシャフト10を安定させ、シャフト10を容易に挿入することができる。
また、フロントプレートFの挿入部FIの内周面は、シャフト10の軸方向にフロントプレートFの開口から離れるほど内径が大きくなるように、シャフト10の軸方向に対して傾斜している。これにより、フロントプレートFの開口にシャフト10を挿入するときに、挿入部FIの内周面によってシャフト10をガイドして、フロントプレートFの開口にシャフト10を容易に挿入することができる。
また、シャフト10の基端に固定されたフランジ部21は、タンクTのフロントプレートFに対向する。そして、フランジ部21のフロントプレートFに対向する前端面21aに配置されたシール部材30が、フロントプレートFに接する。二つに分割された縮み防止治具40は、シャフト10の径方向両側からフランジ部21およびフロントプレートFの周囲に配置される。これにより、縮み防止治具40の両端の係合部41は、フランジ部21の係合溝21dとフロントプレートFの係合溝Gに係合する。
縮み防止治具40は、フランジ部21とフロントプレートFの外周に固定される。これにより、フランジ部21とフロントプレートFは、縮み防止治具40の両端の係合部41によって、シャフト10の軸方向両側から挟持される。そして、シール部材30は、フランジ部21とフロントプレートFの間で圧縮され、フランジ部21とフロントプレートFに密着する。これにより、シール部材30によって、フランジ部21とフロントプレートFとの間の気密性が確保される。
また、ロータリー治具20のフランジ部21を回転させると、フランジ部21に固定されたシャフト10が回転する。すると、開口にシャフト10が挿入され、縮み防止治具40によってフランジ部21とともに挟持されたフロントプレートFが回転し、タンクTが回転する。これにより、補強繊維をタンクTの周囲に巻き付けて、タンクTの周囲に補強繊維を巻回することができる。このとき、タンクTをシャフト10の軸方向に収縮させる力が作用するが、フランジ部21とフロントプレートFは、シャフト10の軸方向の両側から、縮み防止治具40によって挟持されている。これにより、縮み防止治具40によって、フロントプレートFがフランジ部21からシャフト10の軸方向に離隔することが防止され、タンクTの縮みを防止することができる。
また、ロータリー治具20の支持部22の気体供給口22cに接続された、図示を省略する気体供給管を介して、支持部22の気体流路22dに気体を送入し、さらにフランジ部21の気体流路21kおよびシャフト10の気体流路11を介して、気体をタンクTの内部に送入することができる。これにより、タンクTの内圧を上昇させることができる。このとき、フランジ部21のフロントプレートFに対向する面に配置されたシール部材30によって、フランジ部21とフロントプレートFとの間の気密性を確保することができる。
そのため、前述のように、シャフト10と、フランジ部21およびフロントプレートFとの間に、シール部材30を配置する必要がなくなる。これにより、フランジ部21の挿入凹部21bとフロントプレートFの開口にシャフト10を挿入するときに、シャフト10がシール部材30から摩擦抵抗を受けず、シャフト10の挿入抵抗が低減される。また、シャフト10を回転させるフランジ部21とタンクTのフロントプレートFをシャフト10の軸方向の両側から挟持する構成にすることで、フランジ部21とフロントプレートFとの間の部材を省略し、部品点数を減少させ、部材間の気密性を向上させることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、補強繊維が巻回されるタンクTを回転可能に保持してタンクTの内部に気体を送入するためのタンク保持治具100であって、部材間の気密性向上とシャフト10の挿入抵抗の低減が可能なタンク保持治具100を提供することできる。
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
10 シャフト
21 フランジ部
21a 前端面(フロントプレートに対向する面)
30 シール部材
40 縮み防止治具
100 タンク保持治具
F フロントプレート
T タンク

Claims (1)

  1. 補強繊維が巻回されるタンクを回転可能に保持するタンク保持治具であって、
    前記タンクの開口部に設けられたフロントプレートの開口に挿入されるシャフトと、
    前記タンクおよび前記シャフトを回転させるロータリー治具と、
    前記ロータリー治具の一部であり、前記シャフトに固定されて前記シャフトとともに回転するフランジ部と、
    前記フランジ部の前記フロントプレートに対向する面に配置され、前記シャフトの周囲に前記シャフトから離隔して配置されるシール部材と、
    前記フランジ部および前記フロントプレートを前記シャフトの軸方向両側から挟持する縮み防止治具と、を備えることを特徴とするタンク保持治具。
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