JPH01105099A - 複合材料ボンベ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複合材料ボンベ及びその製造方法に関する。更
に詳しくは、機密性を高めた、軽量の複合材料ボンベ及
び該ボンベを経済的に製造する方法に関する。

［従来の技術］ ガス及び／又は液化ガスを収納する容器としてボンベが
用いられている。従来、一般に販売、使用されているボ
ンベは鋼製であるが、かかるボンべは耐圧容器であるこ
とから肉厚であり、重量が大きいという欠点がある。こ
のため、比、較的近０年になり、アルミニウム等の軽金
属及びそ゛の合金で作つ、りものが開発され、市販もさ
れている。

更に、最近に至り、複合材料のボンベが開発され、市販
されている。例えば「ウルトレツサ」という商品名で市
販されているＳＣＩ社（ＳｔｒａｃｔｕａＩＣｏｍｐｏ
ｓｉｔｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）　＠のボンベがこれ
に当る。

現在、市販されている複合材料ボンベは、金属内筒の外
側にフィラメントワインディング法で繊維強化プラスチ
ックス層を形成しｋものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 既に開発されている複合材料ボンベは、゛従来の金属製
ボンベの肉厚の一部を補強繊維とプラスチックスで置き
かえたものであり、在来のボンベに比して軽量になって
いる。しかじな−がら、この軽量化を更に推し進めるに
は金属部を無くするか、更に軽くしなければならない。

フィラメントワイディング法により巻き上げたボンベか
ら金属マンドレルを除去すれば軽くなると考えられるが
、マンドレルを除去するには、マンドレルの破壊若しく
は変形が必要で、この方法は理論的には実施可能であっ
ても、現状の技術ではコスト的に難点がある。また、プ
ラスチックスのガス透過性の問題があり、ガス若しくは
液化ガスのボンベとして、マンドレルを残さないフィラ
メントワインディング製品が妥当か否かという問題もあ
る。一方、金属マンドレルを軽くするに当たり、肉厚を
薄くする方法は容易に考えられるところであるが、肉薄
の金属マンドレルは作りにクク、場合によっては甚だ高
価なものになってしまう。

従って、安価でかつ軽傷のマンドレルを得るためには、
結局はプラスチックスのマンドレル、しかも、肉薄のマ
ンドレルを開発することが一つの解決手段になると考え
られる。

しかしながら、既に述べたように、プラスチックスには
ガス透過性があり、プラスチックス製マンドレルと繊維
強化プラスチックスによる複合材料ボンベにはガス及び
液化ガスの容器としては問題があり、これらも含めた解
決が必要になる。また、軽量化したマンドレルは、金属
、プラスチックを問わず、肉薄で、軟らかく、フィラメ
ントワインディングの成形用のマン゛ドレルとしては成
形に際して歪み、不適当である。これも合わせて解決す
る必要がある。

Ｅ問題を解決する手段］ 本発明者はプラスチックスマンドレル（ボンベとしては
プラスチックス内筒に当る）、薄葉金属材料、繊維強化
プラスチックスを組合せた新しいハイブリッド複合材料
ボンベを開発することにより、これらの問題を解決した
。

即ち、本発明のボンベは、ボンベ本体がプラスチックス
製内筒、薄葉金属層及び繊維強化プラスチックス層から
なる積層体からなることを特徴とする複合材料ボンベで
ある。　　　　　　　□かかるボンベは、十分に軽いプ
ラスチックスマンドレルと、十分に薄り重量増加が問題
にならないガス洩れを所要のレベル以下に抑える薄葉金
属材料と、十分な強度を確保出来る１ｌｆｆｌの繊維補
強プラスチックスとを組み合せることにより、軽量でか
つ十分な強度を有する複合材料ボンベとしたものである
。

このようなボンベの構成方法は幾通りもある。

例えば、最丙層に金属薄膜を置き：その外周にプラスチ
ックス内筒、繊維補強プラスチックスを配したものはガ
スや液化ガスの溶媒としての性質を考えると好ましいこ
とが多い。プラスチックス内。

筒の外周に繊維強化プラスチックス層を形成し、最外層
に薄葉金属材料をおくものは従来の複合材料ボンベの製
法の延長どして採用し易いという利点がある。また、繊
維補強プラスチックスの内部に薄葉金属を巻き込むこと
も出来る。本発゛明者はこれらは全て実施可能であるこ
とを確めたが、工業生産を行うには、現状の技′術下に
おいては次の如き方法が最も好ましいことを確めた。

この方法では、まず、プ”ラスチックスマンドレルを作
る。この際、インジェクション成形その伯の成形法も用
いられるが、プリフォームをインジェクション成形し、
これをプロー成形する方法が最も好ましい。このブロー
成形に先立ち、ボンベのノズルにするために、プリフォ
ームの口に予め金属のノズルを取付けることも出来る。

このプラスチックスマンドレルはボンベの内筒となるの
でその素材はボンベの内容物により選択する。一般には
ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリエチ
レンテレフタレート等）。

ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６等）、ポリオレ
フィン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート。

ＡＢＳ樹脂等により選ばれ、特にＬＰＧの場合にはポリ
エステルやナイロンが好ましい。ガス透過率の問題から
、低ガス透過率の樹脂と複層化することも好ましい。例
えば炭酸ガスに対してはポリエステルのマンドレルの中
間層にポリ塩化ごニリデン層を介在させるのが好適であ
る。

このように内筒をプラスチックスで形成することにより
、ボンベが軽量化するばかりでなく、金属に対して腐蝕
性を有する気体、例えばハロゲンガス等の容器としても
有用となる。

次に、このマンドレルを薄葉金属で覆う。金属箔（所謂
銀紙）を巻ぎ付けるか、又は覆えばよいが、テープ状に
した薄葉金属をテープワインディングすればきれいに、
確実に巻き付けられる。この際、樹脂、接着剤を一緒に
巻き付けることが好ましく、実施に際しては金属箔に接
着用樹脂を塗布した材料を用いることが特に好ましい。

金属箔はアルミニウム、スズ、銅等のほか、金。

銀等金属箔になるものなら何でもよい。ガスバリア性、
コストのバランスからはアルミニウムが好ましい。

この外周にフィラメントワインディング法によって繊維
強化プラスチックス層を形成させる。フィラメントワイ
ンディング法に用いる補強繊維はこの方法で用いられる
一般の繊維でよく、品種を特に問わないが、実用上はガ
ラス繊維、炭素、１ｉＩｉＩｆｔ。

アラミド繊維等があげられる。コストと物性のバランス
からはガラス繊維が最も好ましい。

プラスチックス（樹脂）としては同様に一般に用いる樹
脂でよく、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビ
ニルエステル樹脂等が用いられ、低温で溶融する一部の
熱可塑性樹脂であってもよい。プラスチックスの硬化等
、後処理の温度はマンドレルの素材ポリマーの耐熱性で
選ばれる。つまり、樹脂の選択はマンドレルの素材も考
慮して行われる。

フィラメントワインディングの方式としては、乾式、湿
式のいずれでもよく、巻き上げ紋様としてはスパイラル
、ポーラ−のいずれでもよい。低−圧用ボンベとしては
、薄手でのフィシメン１−ワインディングであるため、
延びを抑えるためにポーラ−巻きの好ましい場合がある
。

スパイラル又はポーラ−巻ぎの上に更にフープ巻きを重
ねることも好ましい。

なお、ブロー成形したプラスチックス製内筒の外周に、
金属箔の如き薄葉金属及び繊維補強プラスチックス層を
形成するに当り、該プラスチックス製内筒を流体で満た
しておくと、作業性が良好となる。特に、プラスチック
ス製内筒が肉薄の場合にはこの効果が顕著である。

また、ボンベには通常ノズルが設けられるが、ノズルは
プラスチックスで構成してもよく、金属で構成してもよ
い。前者の場合は、内筒と一体に形成してもよく、後者
の場合は金属製のスリーブを用いるのがよい。

また、該ボンベの表層を塗装したり、プラスチックスで
覆ってもよい。

［実施例］ ポリエチレンテレフタレートの樹脂でインジェクション
法で試験管状の成形物（プリフォーム）を作った。これ
をブロー成形してビン状とした。

これを支持する棒を取付け、これをマンドレルとしてポ
リエステル接着フィルムとアルミニウム箔を重ねて巻き
付けた。これを乾燥、硬化後、この外周に、ガラス繊維
に不飽和ポリエステル樹脂を含浸してフィラメントワイ
ンディング法により巻ぎ上げた。巻き上げ形式は２０°
スパイラル巻きとし、４層巻いた。更にその上にフープ
巻きを１層重ねた。その後、乾燥し樹脂を硬化させてボ
ンベ本体を得、これにノズルを取付けて目的とする複合
材料ボンベとした。

添付の第１図は、この複合材料ボビンの断面構造を示す
図であり、図中の（１）はポリエチレンテレフタレート
樹脂からなるマンドレル（ボンベ内筒）、（２）はアル
ミニウム箔、（３）はガラス繊維強化不飽和ポリエステ
ル樹脂からなるフィラメントワインディング１１！、　
（４）はボンベのノズルである。　。

得られた複合材料ボンベは、ブタンガスの透過試験で、
少くとも１８時間後でも透過ガスは検出出来ず、耐圧試
験では３０Ｋｏ／　ｃｍ２に耐えた。

［発明の効果］ 以上の如き本発明によれば、安価でガスの漏れない軽量
の複合材料ボンベが得られる。金属マンドレルの上に巻
ぎマンドレルを扱かない複合材料ボンベは、重量が大き
いばかりでなくマンドレルの値段が金属のボンベの値段
若しくはそれ以上であるのにたいして、本発明のボンベ
は軽量かつ安価である。また、プラスチックスのみのボ
ンベ、複合材料ボンベと異なり、ガスの透過も著しく少
ないか又は起こらない。更に、最内層がプラスチックス
からなるものは金属腐蝕性のガスに対しても安定であり
、従来の金属製或いは金属内筒のボンベの使用できない
分野にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による複合材料ボンベの１例を示す一部
切欠断面図である。 （１）はプラスチックスマンドレル、（２）は金属箔、
（３）はフィラメントワインディングＥ、　（４）はノ
ズルを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ボンベ本体が、プラスチックス製内筒、薄葉金属層
   及び繊維強化プラスチックス層にて構成されていること
   を特徴とする複合材料ボンベ。 ２、プラスチックス製内筒がブロー成形したものである
   特許請求の範囲第１項記載の複合材料ボンベ。 ３、繊維強化プラスチックス層がフィラメントワインデ
   ィング法にて形成されたものである特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の複合材料ボンベ。 ４、プラスチックス製内筒の外周を薄葉金属で覆い、し
   かる後、その外周にフィラメントワインディング法にて
   繊維強化プラスチックスを成形することを特徴とする複
   合材料ボンベの製造方法。 ５、プラスチックス製内筒の外周にテープワインディン
   グ法にて薄葉金属を巻き付ける特許請求の範囲第４項記
   載の製造方法。 ６、ブロー成形したプラスチックス製内筒を用いる特許
   請求の範囲第４項又は第５項記載の製造方法。 ７、プラスチックス製内筒に流体を満たした状態で薄葉
   金属の巻き付け及びフィラメントワインディングを行う
   特許請求の範囲第５項又は第６項記載の製造方法。