JPH0389098A - Ｆｒｐ製ガス容器 - 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、工業用高圧ガス容器、レジャー用空気呼吸器
、医療用酸素呼吸器等に適した軽量かつ高強度なＦＲＰ
製ガス容器に関する。

（従来の技術〕 従来よりＦＲＰ製容器の製造には、その用途に応じてハ
ンドレイアップ法、遠心成形法、フィラメントワインデ
ィング法（以下ＦＷ法と略記する）等が用いられており
、ガス容器を製造する場合にはＦＷ法が多用されている
。ＦＷ法によるＦＲＰ製容器の製造では、周知のように
、マンドレル等と称される円筒容器の外面に、樹脂を含
浸させた長繊維を巻回積層し、これを硬化させた後に円
筒容器を抜き出すことなく製品としている。芯材となる
円筒容器としては金属製のものとプラスチック製のもの
とがある。金属製円筒容器の製造には、通常は薄板を深
絞りによって底付き管とした後、これを更にスピニング
で口絞りする方法、あるは丸棒を後方押出しすることに
よって得た底付き管に、ダイス押込みにより口金部を底
形する方法が用いられている。また、プラスチック製円
筒容器の製造には、ブロー成形法、インジェクタ５ン法
等が用いられている。そして、金属製円筒容器の製造は
、総じてプラスチック製円筒容器の製造より手数がかか
り、コスト高になる。

〔発明が解決しようとするｉ１題〕 ＦＷ法で製造されたＦＲＰ製容器をその芯材によって比
較した場合、芯材として金属製円筒容器を使用したＦＲ
Ｐ製容器では、円筒容器が重く、重量が嵩む問題がある
。軽量化を図るためには金属製円筒容器を薄肉化するの
が有効であるが、上記製造法のいずれを採用しても薄肉
容器の製造は難しく、円筒容器の製作費が高くなる。ま
た、コストに関係なく極端な薄肉化は不可能であり、従
って大巾な軽量化は望み得ない、現状の製造法では肉厚
／容器径の比で約１．５％が製造可能限界である。これ
に対し、芯材としてプラスチック製円筒容器を使用した
ＦＲＰ容器では、円筒容器が軽く、その薄肉化を図る必
要はない、しかし、ネジが刻設される口金部に十分な強
度を与えることができないために、内容ガス圧を高くす
ることができず、高圧ガス容器としては使用できない制
約がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は低コストかつ軽量で、しかも高圧ガス容器と
しての使用が可能なＦＲＰ製ガス容器を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のＦＲＰ製ガス容器は、口金部を金属により補強
したプラスチック製円筒容器の外面にＦＲＰ補強層を積
層したことを特徴としている。

本発明のＦＲＰ製ガス容器は、その芯材である円筒容器
の口金部のみに局部的に金属を使用し、他の部分はプラ
スチックとしているので、金属製円筒容器を使用したＦ
ＲＰ製ガス容器と比べて軽量であり、しかもオールプラ
スチック製円筒容器を使用したＦＲＰ製ガス容器と比べ
て常用使用圧力が高い０本発明のＦＲＰ製ガス容器にお
いて、その常用使用圧力が高い理由は次のとおりである
。

例えば従来のオールポリエチレン製円筒容器を使用した
破壊圧力が３００ｋｇ／ｃ−のＦＲＰ製ガス容器の場合
、常用使用圧力は破壊圧力の３／１０で計算されるので
、容器自体の常用使用圧力は１００　ｋｇ／ｃｍ”とな
る。また、容器の口金部は内圧で４００　ｋｇ／ｃ＋ａ
”程度まで耐えることができる。

ところが、口金部にはネジが設けられており、その安全
強度の計算にはネジ強度設計基準が適用され、ネジ強度
設計基準では安全率を破壊強度の１０倍としている。従
って、口金部の安全強度は破壊強度の１／１０の４０ｋ
ｇ／ｃ＋ｅ”となる。その結果、上記ガス容器の実際の
常用使用圧力は４０ｋｇ／　ｃｖＩ”　となる、つまり
、上記ガス容器は１．容器自体は１００　ｋｇ／ｃ１の
常用使用圧力を保有するにもかかわらず１１重合金に適
用されるネジ強度設計基準によって常用使用圧力が４０
ｋｇ／ｃｔ”に制限されてしまうのである。

しかるに、プラスチック製円筒容器の口金部を金属とす
れば、金属の破壊強度はプラスチックの破壊強度よりも
桁違いに大きいので、ネジ強度設計基準が通用されても
口金部の安全強度が容器本体の常用使用圧力を下廻るこ
とはない、従って、そのガス容器の常用使用圧力は、口
金部の安全強度に束縛されることなく容器自体の常用使
用圧力によって決定される。その結果、常用使用圧力の
大巾増大が図られる。

また、口金部のみを金属としたプラスチック製円筒容器
は、ブロー成形法等により簡単に製造することができ、
しかも、従来のオールプラスチック製円筒容器と比べて
重量増加は僅かである。

第１図および第２図は本発明の実施態様を例示している
。

第１図のＦＲＰ製ガス容器の構造は、芯材としてのプラ
スチック製円筒容器１０の外面にＦＲＰ補強層２０を積
層した二重構造である。プラスチック製円筒容器ｌＯの
口金部は金属で補強されている６口金部を補強する金属
口金１１は、内面にネジ部１１ａが形成された円筒１１
ｂと、円筒部１１ｂから下方にラッパ状に延びるスカー
ト部ｌｌｃとよりなる。スカート部１１ｃは、内外表面
に同心状に形成された複数の環状突起ｌｌｄにより、プ
ラスチック製円筒容器１０のプラスチック部１２内にア
ンカー効果で強固に固定されている。

第２図のＦＲＰ製ガス容器では、その金属口金１１はプ
ラスチック製円筒容器ｌＯの口金部内面側にのみ設けら
れている。金属口金１１の外面には、金属口金１１がプ
ラスチック製円筒容器１１のプラスチック部１２にアン
カー効果で固定されるように、細かい溝が全面にわたっ
て形成されている。

本発明のＦＲＰ製ガス容器において、プラスチック製円
筒容器の口金部を補強する金属口金は、口金部の少なく
ともネジ部の形成される内面側に設けられていればよい
。金属口金の材質は特に限定するものではなく、−ＩＩ
には炭素鋼、ステンレス鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｎｉ鋼、銅
、アルミニウム、チタン等が用いられるが、比重の小さ
いアル藁ニウム、チタン、ジュラルミン等が望ましい。

金属口金を除いた残りの部分は、軽量容器とするために
比重が小さいプラスチック（高分子材料）を使用するこ
とが不可欠である。プラスチックを使用した安全容器と
しては、乗用車用ガソリンタンクが開発されている。こ
れは耐油性、ガスバリアー性、耐衝撃性、耐熱性等の多
様な機能を必要とするので、そのプラスチックは多層構
造になっている０本発明が対象とするガス容器の場合は
、ガスバリアー性と強度のみを考慮すればよいので、そ
のプラスチックは単層でもよく、また２層以上でも無論
よい、プラスチックを複層とする場合は、ガスバリアー
性の良好なポリエチレンは比較的低強度であるので、ポ
リアミドのような高強度のプラスチックと組み合せるの
が望ましい。

また、プラスチックの種類によってガス透過性が異なる
ので、各種分子量のガスに対して気密性を保持する観点
から２種類以上のプラスチックを積層するのもよい。ポ
リエチレン＋ボリアごド以外の組合せでは例えば高密度
ポリエチレン＋塩化ビニリデン、ポリエステ１０士ナイ
ロン６／６６、高密度ポリエチレン＋ナイロン６／６６
等の任意の組合せが可能である。

口金部を金属で補強したプラスチック製円筒容器は、ブ
ロー成形法、射出成形法、反応射出成形法等の慣用法で
製造することができ、なかでもブロー成形法による製造
が簡単で望ましい。

プラスチック製円筒容器の厚みは、製造しようとするＦ
ＲＰ製ガス容器に要求される強度等に基づいて適宜決定
される０口金部を補強する金属口金の厚みは、第２図に
示すように、プラスチック部の厚みより薄くすることが
でき、そうしてもネジ部の強度に影響は生しない。

プラスチック製円筒容器の形状については、製造しよう
とするＦＲＰ製ガス容器の形状に基づいて適宜決定され
る。また、その表面状態は胴部では平滑であり、境部で
も通常は平滑であるが、製造方法によっては軸線と直角
方向に溝が付くことがある。

プラスチック製円筒容器の外面にＦＲＰ補強層を形成す
るには、通常は慣用のＦＷ法を用いる。

慣用のＦＷ法を用いる場合は、その長繊維としてはガラ
ス繊維（Ｅガラス、Ｓガラス等）、炭素繊維、アラミド
繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、炭化珪素繊維等が使
用される。また、長繊維に含浸コーティングさせる樹脂
としては不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニ
ールエステル系樹脂、フェノール樹脂等が使用される。

樹脂を含浸コーティングさせた長繊維は、プラスチック
製円筒容器の口金部および胴部には軸線方向に対して所
定角度で巻回されるが、境部では長繊維が滑るために一
般には測地線と呼ばれる曲画上の微小区間の最短距離を
結ぶ軌跡に沿って繊維を巻きつける方法がとられる。

ＦＲＰ補強層の厚みは、製造しようとするＦＲＰ製ガス
容器に要求される強度等に基づいて適宜決定される。

〔作　　用〕

本発明のＦＲＰ製ガス容器は、芯材としてプラスチック
製円筒容器を使用するにもかかわらず、その常用使用圧
力が口金部のネジ強度設計基準に制限されず高圧力であ
る。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を従来例と対比させて説明する。

主要仕様を第１表に示す内容量８リツトルのＦＲＰ製ガ
ス容器Ａ−Ｄを製造した。

容器Ａは、アルミニウムＡ−６０６１よりなる厚み２．
４鵬の金属製円筒容器を有する。金属製円筒容器の外面
には、巳ガラス長繊維とエポキシ樹脂＋ア電ン系硬化剤
とからなるＦＲＰ補強層をＦＷ法により厚み５．２鵬に
積層し硬化させた。

容器Ｂは、ブロー成形により作製したポリエチレンとポ
リアミドとの２層からなる厚み２．４ｍのオールプラス
チック製円筒容器を有する。オールプラスチック製円筒
容器の外面には容器Ａと回しＦＲＰ補強層を積層した。

容器Ｃは第１図に示す本発明のＦＲＰ製ガス容器であり
、口金部を金属で補強したプラスチック製円筒容器を有
する。この円筒容器はプロー成形法により作製して金属
口金とプラスチックとを一体化した。プラスチック製円
筒容器の外面には容器Ａ、Ｂと同様にＥガス長繊維とエ
ポキシ樹脂十アミン系硬化剤とからなるＦＲＰ補強層を
厚さ５゜２ｍに積層した。プラスチック製円筒容器のプ
ラスチック材はポリエチレンとポリアミドの２Ｎ構造と
し、その口金部を補強する金属口金はアルミニウムＡ−
６０６１とした。

容器りは第２図に示す本発明のＦＲＰ製ガス容器である
。プラスチック製円筒容器の金属口金およびプラスチッ
クは容Ｂｃのプラスチック製円筒容器と同材質とした。

プラスチック製円筒容器の外面には、容器Ａ−Ｃと同様
のＦＲＰ補強層を容器Ａと同程度の重量になるまで厚肉
に積層した。

第１表に示されるように、金属製円筒容器を有する容器
Ａは重量４．８　ｋｇで、破壊圧力は５２８ｋｇ／ｃｍ
”を示した。常用使用圧力は、破壊圧力の３／１０で１
５８ｋｇ／ｃ−になる。

円筒容器をオールプラスチックとした容器Ｂは、容器Ａ
と同一肉厚であるが、容器総重量は約３．６■になり、
２５％の軽量化が達成された。容器自体の破壊圧力は２
９７ｋｇ／ｃ−であり、常用使用圧力は破壊圧力の３７
１０で８９ｋｇ／ａ＊’となる。

しかし、口金部のネジ部に発生する応力は、内圧約４０
ｋｇ／Ｃ１１”の時点で、ネジ設計基準に規定される許
容応力の１／１０に達した。従って、実際の使用可能圧
力は４０ｋｇ／ｄである。

これに対し、容器Ｃは容器Ｂのオールプラスチック製円
筒容器の口金部のみを金属で部分的に補強したものであ
り、この補強により容器総重量は容器Ｂの約１割増にな
った。しかし、破壊圧力は容器Ｂと同じ２９７　ｋｇ／
Ｃ１を示し、しかも金属口金に形成されたネジ部は十分
な強度を保有する。

従って、常用使用圧力はネジ部の制限を受けることなく
破壊圧力の３／１０で計算されて８．９ｋｇ／ｃ１にな
る。これは約１割の重量増加に対して、使用圧力は２倍
以上に向上したことを示している。

また、容器りは容器Ａと比較して約６％の重量増加で約
１２％減の破壊圧力を示している。円筒容器はプロー成
形法で作製した口金部を金属で補強したプラスチック製
円筒容器であり、常用使用圧力はネジ部の制限を受けず
に破壊圧力の３／１０　（１４４ｋｇ／ｃ−）になる。

これは、低コストな方法で円筒容器を作製するにもかか
わらず、比較的高圧力なガス容器が得られることを示し
ている。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明のＦＲＰ製ガス
容器は、従来のオールプラスチック製円筒容器を使用し
たガス容器と比較して常用使用圧力が格段に高く、設計
条件によっては金Ｒ’ＪＲ，円筒容器を使用したガス容
器に匹敵する常用使用圧力を保有する。また、経済性に
ついては、オールプラスチック製円筒容器を使用したガ
ス容器に準じ、金属製円筒容器を有するガス容器より格
段に低コストである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施態様を例示するＦＲ
Ｐ製ガス容器の断面図である。 図中、ｌＯニブラスチック製円筒容器、１１：金属口金
、２０　：　ＦＲＰ補強層。 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）口金部を金属により補強したプラスチック製円筒
   容器の外面にＦＲＰ補強層を積層したことを特徴とする
   ＦＲＰ製ガス容器。