JP7599321B2 - 胴部分割体の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、胴部分割体の製造装置に関するものである。

特許文献１には、自動車などに搭載される水素ガス貯蔵タンクが開示されている。この水素ガス貯蔵タンクは、繊維強化プラスチックからなる内層と外層とを積層した構成となっている。内層は、型成形などによって作製される。外層は、公知のワインディング方法によって作製される。外層は、回転させた内層の上に連続長繊維束を連続的に巻き付けることによって作製される。

特開２００８－２９１９４４号公報

特許文献１に開示されるような圧力容器において、胴部分割体とドーム部分割体とを合体させて製造する方法が知られている。胴部分割体の作製方法として、特許文献１に開示される方法を利用して、シート部材を用いて作製する方法が考えられる。すなわち、マンドレルにシート部材を筒状になるように巻き付け、シート部材の両端部を溶着させることで、筒状の胴部分割体を作製することができる。

しかしながら、このように作製された胴部分割体において、溶着箇所（シート部材の両端部）の厚みは、シート部材の重なり分、その他の部分に比べて厚くなってしまう。したがって、溶着箇所の膨らみを抑制し得る胴部分割体の製造装置が求められている。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、溶着箇所の膨らみを抑制し得る胴部分割体の製造装置を提供することを目的とする。

本発明の胴部分割体の製造装置は、
胴部分割体とドーム部分割体を合体して構成される圧力容器用の前記胴部分割体を製造する製造装置であって、
外周面がシート部材を筒状になるように保持する保持面となっているマンドレルと、
前記マンドレルの軸方向に沿う前記シート部材の両端部を外周側から加熱および加圧することで溶着する溶着ブロックと、
を備える。

本発明によれば、溶着ブロックによって外周側からマンドレルの軸方向に沿うシート部材の両端部（溶着箇所）を加圧することで、溶着ブロックとマンドレルとで溶着箇所を挟むことができる。そして、溶着ブロックによって溶着箇所を加熱することで、シート部材を筒状部材に形成することができる。このとき、溶着ブロックによって外周側からシート部材の両端部を加圧するため、溶着箇所の膨らみを抑制することができる。

実施例１の圧力容器をあらわす斜視図である。 マンドレルにシート部材を巻き付けた状態をあらわす平面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 溶着ブロックの斜視図である。 マンドレルに巻き付けられたシート部材に対して溶着ブロックを接触させた状態をあらわす平面図である。 図５のＢ－Ｂ断面図である。 シート部材の溶着が完了した状態における、図５のＢ－Ｂ断面相当図である。 シート部材の溶着が完了した状態における、図５のＣ－Ｃ断面相当図である。 マンドレルに巻き付けられたシート部材に対して、実施例１の溶着ブロックとは異なる溶着ブロックで溶着を完了させた状態をあらわす断面図である。

本発明は、前記マンドレルの前記保持面のうち前記溶着ブロックと対応する領域に、前記マンドレルの軸方向に沿って延びる断熱部を備えることが好ましい。この構成によれば、シート部材の溶着箇所とマンドレルとの間に断熱部が介在することによって、シート部材の溶着箇所からマンドレルに熱が逃げることを抑制することができる。

本発明は、前記シート部材において前記溶着ブロックによって加圧される部分とは異なる部分を前記マンドレルに押さえ付ける一対のストッパを備えることが好ましい。一対の前記ストッパは、前記溶着ブロックと一体であることが好ましい。一対の前記ストッパは、前記マンドレルの軸方向において前記溶着ブロックを挟んだ両側のみに配置されていることが好ましい。この構成によれば、一対のストッパによってシート部材の溶着箇所でない部分（加熱されない部分）をマンドレルに押さえ付けるため、ストッパとマンドレルとによって挟まれる部分が潰れることなく溶けずに一定の厚み（シート部材の厚み）を保つことができる。そして、ストッパが溶着ブロックと一体であるため、溶着ブロックもシート部材に対して一定の厚みを保つように加圧することができる。また、一対のストッパが、マンドレルの軸方向において溶着ブロックを挟んだ両側のみに配置されているため、マンドレルの周方向において溶着ブロックを挟んだ両側に配置される構成に比べて、シート部材を径方向内側に向かって押し易くなる。そのため、シート部材にしわができ難くなる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１～図９を参照して説明する。尚、以下の説明において、上下の方向については、図３、図４、図６～図９にあらわれる向きを、そのまま上方、下方と定義する。前後の方向については、図１、図２、図４、図５にあらわれる左方、右方を、前方、後方と定義する。左右の方向については、図３、図４、図６～図９にあらわれる向きを、そのまま左方、右方と定義する。

（胴部分割体の製造装置）
本実施例の製造装置１は、図１に示す圧力容器１０の胴部分割体１１を製造する装置である。圧力容器１０は、例えば、車両に搭載され、高圧の水素ガスの充填容器として用いられる。圧力容器１０は、円筒カプセル形状である。圧力容器１０の材料の一例として、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）とエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）の混合樹脂などを用いることができる。

圧力容器１０は、胴部分割体１１と、一対のドーム部分割体１２と、を備えている。圧力容器１０は、胴部分割体１１と一対のドーム部分割体１２を合体して構成される。

胴部分割体１１は、軸方向（軸線Ｌ１に沿う方向）に長い円筒状である。胴部分割体１１の内径寸法は、前端から後端まで全長に亘って一定寸法であり、外径寸法も前端から後端まで全長に亘って一定寸法である。ドーム部分割体１２は、胴部分割体１１の長手方向の端部に連なる半球状の部分である。ドーム部分割体１２は、胴部分割体１１から離れるにつれて縮径している。ドーム部分割体１２の頂部には、口金部１３が設けられている。

製造装置１は、図２、図３に示すマンドレル２０および断熱部３０と、図４に示す溶着ブロック４０および一対のストッパ５０と、を備えている。マンドレル２０は、図２、図３に示すように、軸方向（軸線Ｌ２に沿う方向）に長い円柱状である。マンドレル２０は、例えば金属材料によって形成されている。マンドレル２０の外周面２１は、シート部材７０を筒状になるように保持する保持面となっている。外周面２１の外径寸法は、前端から後端まで全長に亘って一定寸法である。シート部材７０は、胴部分割体１１の基材である。シート部材７０は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）とエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）の混合樹脂などの材料によって形成される。

マンドレル２０には、図２、図３に示すように、溝部２２が設けられている。溝部２２は、後述する断熱部３０が組み付けられる。溝部２２は、外周面２１から軸線Ｌ２に向かって凹んでいる。

断熱部３０は、図２、図３に示すように、マンドレル２０に組み付けられている。断熱部３０は、直方体に近い形状である。断熱部３０の上面３１は、上方に凸となるように湾曲している。上面３１の曲率は、外周面２１と同じ曲率である。断熱部３０は、溝部２２に嵌め込まれている。断熱部３０は、溝部２２の壁面に密着している。断熱部３０は、マンドレル２０の外周面２１のうち、後述する溶着ブロック４０と対応する領域に設けられている。断熱部３０は、図６に示すように、マンドレル２０において、後述する溶着ブロック４０と上下方向に重なる位置に設けられている。断熱部３０は、マンドレル２０よりも熱伝導率の低い材料（例えばセラミック材料など）によって形成されている。

断熱部３０は、図２に示すように、マンドレル２０の軸線Ｌ２と平行に延びている。断熱部３０は、マンドレル２０の長手方向の中心部分（長手方向の両端部を除く部分）に設けられている。断熱部３０の左右方向のサイズは、図２に示すように、マンドレル２０の左右方向のサイズ（径の大きさ）よりも小さい。断熱部３０の左右方向のサイズは、マンドレル２０の左右方向のサイズに対して、例えば３分の１程度の大きさである。断熱部３０がマンドレル２０に組み付けられた状態で、断熱部３０の上面３１が露出している。断熱部３０の上面３１は、マンドレル２０の外周面２１と面一になっている。

図３に示すように、シート部材７０をマンドレル２０の外周面２１に巻き付けた状態で、シート部材７０の軸線Ｌ２に沿う両端部７１，７２は、上下方向で重なっている。両端部７１，７２は、軸線Ｌ２および断熱部３０の上方に位置している。端部７１は、断熱部３０の上面３１に接触している。

図４に示すように、溶着ブロック４０および一対のストッパ５０は、一体であり、溶着ユニット６０を構成している。溶着ブロック４０は、シート部材７０の両端部７１，７２を、外周側（マンドレル２０の径方向において中心軸とは反対側）から加熱および加圧することで溶着する。溶着ブロック４０は、例えば図示しないヒータによって熱せられる。溶着ブロック４０は、前後方向に沿って延びる、直方体に近い形状である。溶着ブロック４０の左右方向および前後方向のサイズは、断熱部３０の左右方向および前後方向のサイズと同程度である。

溶着ブロック４０の下面４１は、図４に示すように、上方に凸となるように湾曲している。下面４１は、前端から後端に亘って一定の高さとなる湾曲面である。下面４１の曲率は、シート部材７０の厚さ１枚分だけ、外周面２１の曲率よりも小さい。すなわち、下面４１の曲率半径は、シート部材７０の厚さ１枚分だけ、外周面２１の曲率半径よりも大きい。

ストッパ５０は、図４に示すように、マンドレル２０の軸方向（前後方向）において溶着ブロック４０を挟んだ両側（前側及び後側）のみに配置されている。一対のストッパ５０は、それぞれ溶着ブロック４０に前後で連なっている。一対のストッパ５０は、シート部材７０において溶着ブロック４０によって加圧される部分とは異なる部分を、マンドレル２０に押さえ付ける。シート部材７０において溶着ブロック４０によって加圧される部分とは異なる部分とは、溶着ブロック４０によって加圧される部分に前後方向で隣接する部分（以下、ストッパ領域７３という）である。ストッパ５０は、ヒータなどによって熱せられず、溶着ブロック４０からも熱が伝達されないようになっている。

両方のストッパ５０は、図４に示すように、同じ形状である。ストッパ５０の下面５１は、上方に凸となるように湾曲している。下面５１は、前後方向に沿って一定の高さとなる湾曲面である。下面５１の曲率は、溶着ブロック４０の下面４１の曲率より小さい。下面５１の曲率は、シート部材７０の厚さ２枚分だけ、外周面２１の曲率よりも小さい。すなわち、下面５１の曲率半径は、シート部材７０の厚さ２枚分だけ、外周面２１の曲率半径よりも大きい。ストッパ５０の左右方向のサイズは、溶着ブロック４０の左右方向のサイズと同程度である。

図４に示すように、溶着ブロック４０の下面４１とストッパ５０の下面５１との間には、段差４５が設けられている。溶着ブロック４０の下面４１は、ストッパ５０の下面５１よりも高位置に設けられている。段差４５の高さ（溶着ブロック４０の下面４１とストッパ５０の下面５１との間の上下方向の距離）は、例えばシート部材７０の厚さ１枚分である。

（胴部分割体の製造工程）
次に、製造装置１を用いた胴部分割体１１の製造工程について説明する。まず、図２、図３に示すように、シート部材７０をマンドレル２０の外周面２１に巻き付ける。シート部材７０の軸線Ｌ２に沿う両端部７１，７２を、断熱部３０の上方で重ねる。なお、シート部材７０は、軸線Ｌ２と平行に延びる両端部７１，７２を有する。シート部材７０の前後方向の両端部は、図２に示すように、断熱部３０よりも外側（前後両側）にはみ出るように配される。

続いて、図５に示すように、溶着ユニット６０を、外周側（マンドレル２０の径方向において中心軸とは反対側）からシート部材７０の両端部７１，７２上に接触させる。このとき、溶着ブロック４０は、上下方向で断熱部３０と重なるように配される。図６に示すように、溶着前の状態で、溶着ブロック４０がシート部材７０の端部７２に接触している。一対のストッパ５０は、ストッパ領域７３に接触せず、ストッパ領域７３の上方に位置している。

続いて、図７に示すように、溶着ブロック４０で、シート部材７０の両端部７１，７２の一部の溶着箇所（以下、溶着領域７４という）を、加熱および加圧する。溶着ブロック４０によって外周側から溶着領域７４を加圧することで、溶着ブロック４０とマンドレル２０（具体的には、断熱部３０）とで溶着領域７４を挟むことができる。溶着ブロック４０は、上方からマンドレル２０の中心軸（軸線Ｌ２）に向かって溶着領域７４を押さえつける。これにより、シート部材７０の両端部７１，７２がつぶされて溶着し、シート部材７０が筒状になる。シート部材７０の溶着領域７４とマンドレル２０との間に断熱部３０が介在するため、溶着領域７４からマンドレル２０に熱が逃げることを抑制することができる。

溶着領域７４の溶着時、図８に示すように、ストッパ５０は、ストッパ領域７３に接触し、ストッパ領域７３を押さえつける。ストッパ５０は、ヒータによって加熱されることがないので、ストッパ領域７３を溶着しない。そのため、ストッパ５０は、ストッパ領域７３（より具体的には端部７２）に接触した状態（図８に示す状態）で、それ以上下方に移動しなくなる。すなわち、ストッパ５０は、シート部材７０の２枚分の厚さを維持しつつ、ストッパ領域７３に接触した状態となる。また、ストッパ５０は、溶着ブロック４０と一体となっているため、溶着ブロック４０による溶着領域７４の押しつぶしを途中で止めることができる。すなわち、段差４５の高さがシート部材７０の厚さ１枚分である場合、図７に示すように、溶着領域７４をシート部材７０の厚さ１枚分まで押しつぶすことになる。これにより、外周面に膨らみのない円筒状のシート部材７０を形成することができる。

例えば、溶着ユニットの構成として、図９に示すように、ストッパ２５０が溶着ブロック２４０の左右両側に設けられる構成も考えられる。しかしながら、このような構成では、ストッパ２５０は、シート部材７０に対して、マンドレル２０の周方向に向かう力（図９の矢印参照）を及ぼすことになる。そのため、シート部材７０においてストッパ２５０に押される部分がマンドレル２０に対して滑り易くなり、シート部材７０にしわができ易くなる。一方で、本実施例では、一対のストッパ５０が溶着ブロック４０の前後に配置されているため、図９に示す構成に比べて、シート部材７０を径方向内側に向かって（マンドレル２０の軸線Ｌ２に向かって）押し易くなる。そのため、シート部材７０にしわができ難くなる。以上のようにして、シート部材７０を基材にした胴部分割体１１が製造される。

（本実施例の効果）
以下、本実施例１の効果について説明する。本実施例１の製造装置１によれば、溶着ブロック４０によって外周側からマンドレル２０の軸方向に沿うシート部材７０の両端部７１，７２の溶着箇所（溶着領域７４）を加圧する。そのため、溶着ブロック４０とマンドレル２０とで両端部７１，７２（溶着領域７４）を挟むことができる。そして、溶着ブロック４０によって両端部７１，７２（溶着領域７４）を加熱することで、シート部材７０を筒状部材に形成することができる。このとき、溶着ブロック４０によって外周側からシート部材７０の両端部７１，７２を加圧するため、溶着箇所の膨らみを抑制することができる。

また、本実施例１の製造装置１は、マンドレル２０の外周面（保持面）２１のうち溶着ブロック４０と対応する領域に、マンドレル２０の軸方向に沿って延びる断熱部３０を備えている。シート部材７０の溶着領域７４とマンドレル２０との間に断熱部３０が介在することによって、シート部材７０の溶着領域７４からマンドレル２０に熱が逃げることを抑制することができる。

また、本実施例１の製造装置１は、シート部材７０において溶着ブロック４０によって加圧される部分とは異なる部分をマンドレル２０に押さえ付ける一対のストッパ５０を備えている。一対のストッパ５０は、溶着ブロック４０と一体である。一対のストッパ５０は、マンドレル２０の軸方向において溶着ブロック４０を挟んだ両側のみに配置されている。一対のストッパ５０によってシート部材７０の溶着箇所（溶着領域７４）でない加熱されない部分（ストッパ領域７３）をマンドレル２０に押さえ付ける。そのため、ストッパ５０とマンドレル２０とによって挟まれる部分が潰れることなく溶けずに一定の厚み（シート部材７０の厚み）を保つことができる。そして、ストッパ５０が溶着ブロック４０と一体であるため、溶着ブロック４０もシート部材７０に対して一定の厚みを保つように加圧することができる。また、一対のストッパ５０が、マンドレル２０の軸方向において溶着ブロック４０を挟んだ両側のみに配置されている。そのため、マンドレル２０の周方向において溶着ブロック４０を挟んだ両側に配置される構成に比べて、シート部材７０を径方向内側に向かって押し易くなる。これにより、シート部材７０にしわができ難くなる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例１では、溶着ブロック４０がマンドレル２０に対して移動する（下方に移動する）ことで、シート部材７０をマンドレル２０に押さえつける構成であった。しかしながら、マンドレル２０が溶着ブロック４０に対して移動する（上方に移動する）構成や、マンドレル２０と溶着ブロック４０がともに移動する構成であってもよい。
（２）上記実施例１では、溶着ブロック４０がマンドレル２０に対して上方から溶着領域７４を介して接触する構成であったが、その他の方向から接触する構成であってもよい。例えば、溶着領域７４および断熱部３０がマンドレル２０の下端に配され、溶着ブロック４０がマンドレル２０に対して下方から溶着領域７４を介して接触する構成であってもよい。
（３）上記実施例１では、溶着ブロック４０の左右方向および前後方向のサイズが、断熱部３０の左右方向および前後方向のサイズと同程度であったが、このような構成に限定されない。例えば、溶着ブロック４０の左右方向のサイズが、断熱部３０の左右方向のサイズより大きくてもよい。
（４）上記実施例１では、マンドレルが円柱状であったが、円筒状であってもよい。
（５）上記実施例１では、一対のストッパ５０が溶着ブロック４０の前後に設けられていたが、一方のストッパ５０のみが設けられる構成であってもよい。
（６）上記実施例１において、溶着ブロック４０とストッパ５０との間に断熱部材が設けられる構成であってもよい。
（７）上記実施例１において、一対のストッパ５０がそれぞれ溶着ブロック４０に前後で連なっていたが、他部材を介して前後に隣接する構成であってもよい。

１…製造装置（胴部分割体の製造装置）
１０…圧力容器
１１…胴部分割体
１２…ドーム部分割体
２０…マンドレル
２１…外周面（保持面）
３０…断熱部
４０…溶着ブロック
５０…ストッパ
６０…溶着ユニット
７０…シート部材
７１，７２…端部
７３…ストッパ領域
７４…溶着領域（溶着箇所）

Claims (2)

1. 胴部分割体とドーム部分割体を合体して構成される圧力容器用の前記胴部分割体を製造する製造装置であって、
   外周面がシート部材を筒状になるように保持する保持面となっているマンドレルと、
   前記マンドレルの軸方向に沿う前記シート部材の両端部を外周側から加熱および加圧することで溶着する溶着ブロックと、
   前記シート部材において前記溶着ブロックによって加圧される部分とは異なる部分を前記マンドレルに押さえ付ける一対のストッパと、
   を備え、
   一対の前記ストッパは、前記溶着ブロックと一体であり、
   一対の前記ストッパは、前記マンドレルの軸方向において前記溶着ブロックを挟んだ両側のみに配置されている胴部分割体の製造装置。
2. 前記マンドレルの前記保持面のうち前記溶着ブロックと対応する領域に、前記マンドレルの軸方向に沿って延びる断熱部を備える請求項１に記載の胴部分割体の製造装置。

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