JPH08219387A

JPH08219387A - ガスボンベ

Info

Publication number: JPH08219387A
Application number: JP7051771A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Iida; 靖飯田; Masayoshi Yamagiwa; 昌好山極; Akihiko Kitano; 彰彦北野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】内殻と外殻との二層構造を有するガスボンベ
において、内殻とノズル取付用口金との結合部における
ガスシール性を高める。【構成】ガスバリア性を有する内殻２と、内殻２を覆
うように設けた耐圧性の外殻３と、内殻２の首部２ａに
内装したノズル取付用口金６とを有するガスボンベにお
いて、首部２ａの端面２ｂ上において口金６にシールリ
ング１０を嵌着するとともに、シールリング１０を首部
２ａの端面２ｂ方向に押圧する押圧手段を設けたガスボ
ンベ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種のガスボンベ、特
に自動車等に搭載するのに好適なガスボンベに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、米国その他の諸外国で、天然ガス
を燃料とする自動車が低公害車として注目されている。
そのような自動車には、一般にＣＮＧタンク（Ｃｏｍｐ
ｒｅｓｓｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓＴａｎｋ）と
呼ばれるガスボンベが搭載される。

【０００３】そのような自動車用ガスボンベは、従来、
スチールやアルミニウム合金等の金属で作られている
が、金属製のものは重く、燃費を低下させる。加えて、
天然ガスの単位重量あたりの発熱量はガソリンの半分程
度にすぎないから、無補給で走行できる距離をガソリン
車並に高めようとするとガソリンの場合の約２倍もの天
然ガスを搭載しなければならず、これがまた車両総重量
を増大させ、燃費を低下させている。そのため、燃費向
上の一策として、ガスボンベの軽量化が検討されてい
る。

【０００４】ところで、特公平５−８８６６５号公報に
は、ガスバリア性を有するプラスチック製の内殻を、耐
圧性のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製外殻で覆って
いるガスボンベが記載されている。このガスボンベは、
本質的にプラスチックからなるものであるから金属製の
ものにくらべてかなり軽量であり、これを自動車用の天
然ガスボンベとして用いると、燃費の向上が期待でき
る。

【０００５】このようなガスボンベにおいては、ボンベ
内へガスを充填したり、ボンベ内からガスを取り出すた
めのノズルを取り付けるために、ノズル取付用の口金が
設けられる。口金は、通常、内殻と一体的に結合される
が、ノズルを口金に螺合させるために口金は通常金属製
であり、内殻は軽量化のために口金とは異種の材料（上
記のようなプラスチック、あるいはＦＲＰや軽金属）か
ら構成されるので、内殻と口金との結合部におけるガス
シール性が重要になる。特に、前述の自動車用ＣＮＧタ
ンクと呼ばれるガスボンベ等にあっては、２００ｋｇ／
ｃｍ²程度もの高圧のガスが充填されるので、極めて高
いガスシール性が要求される。従来のガスボンベでは、
この内殻と口金との結合部におけるガスシール性が、未
だ不十分であるおそれがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような要望に応えるべく、耐圧性を保持しつつ軽量化
をはかった、本質的に、内殻、外殻の二層構造からなる
ガスボンベにおいて、内殻とノズル取付用口金との結合
部におけるガスシール性を十分に高めることにある。

【０００７】また、本発明の他の目的は、そのようなガ
スボンベを、容易にかつ低コストで製造することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿う本発明の
ガスボンベは、ガスバリア性を有する内殻と、該内殻を
覆うように設けた耐圧性の外殻と、前記内殻の首部に内
装したノズル取付用口金とを有するガスボンベであっ
て、前記首部の端面上において前記口金にシールリング
を嵌着するとともに、該シールリングを前記首部の端面
方向に押圧する押圧手段を設けたことを特徴とするもの
からなる。

【０００９】このようなガスボンベは、ガスバリア性を
有する内殻とノズル取付用口金とを結合し、該内殻の周
りに、耐圧性の外殻を形成するに際し、外殻形成前に、
前記内殻の首部の端面上において前記口金にシールリン
グを嵌着するとともに、該シールリングを前記首部の端
面方向に押圧する押圧手段を設け、該押圧手段により前
記シールリングを弾性変形させ、変形されたシールリン
グを、少なくとも首部の端面および口金の外周面に密着
させることによって製造できる。

【００１０】図１および図２は、本発明の一実施態様に
係るガスボンベを示している。図１において、ガスボン
ベ１は、ガスバリア性を有する内殻２と、この内殻２を
覆うように設けた耐圧性の外殻３とを有する。このガス
ボンベ１は、全体として胴部Ａと、それに続く鏡板部Ｂ
と、ノズル取付部４と、ボス５とを有している。ノズル
取付部４においては、内殻２とは異種材料から構成され
る、ノズル取付用の口金６が、内殻２に一体的に結合さ
れており、その口金６にノズル７が締結により取り付け
られている。

【００１１】上記において、内殻２は、ガス漏れを防ぐ
作用をもつ。また、後述するように耐圧性の外殻を形成
するときの芯体としても作用する。

【００１２】この内殻２は、たとえばポリエチレン樹
脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール
樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂で作られている。
耐衝撃性に優れるという意味では、ＡＢＳ樹脂が好まし
い。そのような樹脂製の内殻２は、たとえば、周知のブ
ロー成形法によって製造でき、ブロー成形の際に口金６
と一体的に結合できる。複合ブロー成形法を用い、ガス
シール性に優れる、たとえばポリアミド樹脂の層を、剛
性に優れる、たとえば高密度ポリエチレン樹脂の層で挟
んだ多層構造とすることもできる。また、内殻２は、Ｆ
ＲＰで作られていてもよい。そのようなＦＲＰ製の内殻
２は、たとえば、後述するような、外殻３に用いる補強
繊維の、繊維長２〜１０ｍｍ程度の短繊維を含む樹脂を
射出成形することによって製造することができる。さら
に、内殻２は金属、たとえば薄いアルミニウム合金やマ
グネシウム合金等の軽合金から構成されていてもよい。

【００１３】内殻２は、上述したようにガス漏れを防ぐ
作用をもっている。かかる作用を向上させるために、内
表面および／または外表面にガスバリア層を形成するの
も好ましい。たとえば、ブロー成形に際して吹込ガスと
してフッ素を含む窒素ガスを用いると、内殻２の内表面
にフッ素樹脂の被膜からなるガスバリア層を形成するこ
とができる。また、外表面に銅、ニッケル、クロム等の
金属のメッキ被膜を形成してガスバリア層とすることも
できる。金属メッキ被膜の形成は、電解メッキ法や無電
解メッキ法によることができる。内殻２を複合ブロー成
形法によって製造する場合、内側にガスバリア性に優れ
たポリアミド樹脂等の層を配し、外側に、易メッキ性
の、たとえばＡＢＳ樹脂の層を配して金属メッキ被膜の
成形を容易にすることもできる。

【００１４】内殻には、また、その内面に２．５〜５ｃ
ｍ程度の間隔で周方向に延びるリング状のリブを設ける
ことができる。そのような内殻は、たとえば、リブ付の
プラスチック製の半割の内殻を作り、それらを接合、一
体化することによって得ることができる。このリブは、
内殻の強度を向上させ、後述するＦＲＰの外殻の形成時
における内殻の変形を防ぎ、外殻を形成するＦＲＰ層の
補強繊維の蛇行や偏在による外殻の強度低下や強度のば
らつき、ひいては耐圧性能の低下を防ぐのに役立つ。

【００１５】再び図１を参照するに、本実施態様では、
内殻２の胴部Ａには、後述する補強繊維糸をフープ巻し
たり、そのような補強繊維糸の織物等と樹脂とを複合し
てなるＦＲＰ製の補強層８が形成されている。この補強
層８は、鏡板部Ｂの一部まで延びていてもよい。もっと
も、この発明においては、補強層８を有することが必須
ではない。

【００１６】一方、外殻３は、耐圧性能をもたせると同
時に、ガスボンベ１全体の軽量化をはかるという観点か
ら、ＦＲＰで構成することが好ましい。そのようなＦＲ
Ｐ製の外殻３は、上述した内殻２を、いわゆるマンドレ
ルとして、その周りに周知のフィラメントワインディン
グ法やテープワインディング法によって樹脂を含む補強
繊維糸の巻層を形成し、成形することによって構成する
ことができる。このとき、補強層８がある場合にはその
表面をも含めた内殻２の外表面を平均高さが１０〜２０
０μｍ程度の粗面に形成しておくと、ワインディング時
における補強繊維糸の滑りを防止でき、補強繊維の分布
の乱れを少なくできるので好ましい。

【００１７】補強繊維糸としては、炭素繊維糸やガラス
繊維糸、有機高弾性率繊維（たとえばポリアラミド繊
維）等の高強度、高弾性率繊維糸の少なくとも１種を用
いることができる。これらの補強繊維糸は、屈曲による
応力集中を小さくし、ボイドの発生を少なくすることが
できるという意味で、開繊性に優れる無撚繊維糸である
のが好ましい。そして、そのような補強繊維糸のなかで
も、比強度、比弾性率に優れ、ワインディング時におけ
る糸切れや毛羽の発生がほとんどなく、生産性の向上は
もとより、糸の継目や毛羽の混入による強度特性の低下
や耐衝撃性能の低下を防止できるようになる、炭素繊維
糸が好ましい。

【００１８】また、樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール
樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリエチレ
ンテレフタレート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルケト
ン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ−４−
メチルペンテン−１樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可
塑性樹脂を用いることができる。

【００１９】再び図１を参照するとともに図２を参照し
て説明する。本実施態様においては、図２に示すよう
に、口金６は、その軸方向底部にラッパ状に広がる係止
部６ａを有しており、内殻２の首部２ａが係止部６ａか
ら口金６の外周部まで延びている。この内殻２の、首部
２ａを含めた部位の内周面と、口金６の外周面とが、一
体的に結合されている。口金６が、たとえば金属からな
り、内殻２が、たとえばプラスチックからなる場合、内
殻２のブロー成形時に、口金６と内殻２とを一体的に結
合できる。口金６のの内側には、ガス通路６ｂとともに
ノズル締結用のねじ６ｃが形成されており、口金６の外
周面には、環状に延びる突起６ｄが形成されている。

【００２０】この口金６と内殻２との結合面９、より詳
しくは、口金６の係止部６ａの外周面と内殻２の内周面
との結合面、および、口金６胴部の外周面と内殻２の首
部２ａの内周面との結合面は、それぞれの面同士が一体
的に結合された面であるから、元々相当高いガスシール
性を有している。しかし、自動車搭載ＣＮＧタンクのよ
うに、２００ｋｇ／ｃｍ²程度もの高圧のガスに対する
シール性が要求される場合には、この結合面から内部ガ
スが漏れ出るおそれがある。

【００２１】本発明では、この部分からのガス漏れが効
果的に防止される。内殻２の端面上、より正確には、内
殻２の首部２ａの端面２ｂ上で、かつ、口金６の外周上
に、押圧により弾性変形する環状のシールリング１０が
配置されている。シールリング１０の材質としては、た
とえば、天然ゴムや、シリコンゴム、フッ素ゴム等の合
成ゴム、４フッ化エチレン、ポリアミド、ポリエチレ
ン、ポリエステル等の樹脂が挙げられ、さらには、ステ
ンレスやアルミニウム、銅、チタン等の金属も使用可能
である。

【００２２】また、シールリング１０の断面形状（厚さ
方向断面形状）としては、図６の（イ）、（ロ）、
（ハ）に示す、中実円状の形状１１ａ、中空円状の形状
１１ｂ、平板状の形状１１ｃ等が挙げられる。図１、図
２に示した実施態様では、これらのうち、図６の（ロ）
に示した中空円状の形状１１ｂを有する、合成ゴム製の
Ｏ−リングがシールリング１０として用いられている。

【００２３】シールリング１０に隣接させて、シールリ
ング１０を内殻２の端面２ｂ方向に押圧する押圧手段の
一部を構成する、押圧部材１２が配置されている。本実
施態様では、押圧部材１２は、シールリング１０の径方
向外側に位置し、内殻２の首部２ａの外周まで延びてそ
れに嵌合される筒状部１２ａと、シールリング１０を直
接押圧する鍔部１２ｂとをする部材から構成されてい
る。

【００２４】押圧部材１２の鍔部１２ｂの上面には、座
１３が設けられ、その上に、口金６の外周に螺合され、
締め付けにより座１３を介して押圧部材１２をシールリ
ング押圧方向に移動させる締付け具１４（締付けナッ
ト）が設けられている。上記座１３には、外部からの異
物侵入や内側からのガス漏れに対するシール機能をもた
せてもよい。

【００２５】上記のようなガスシール機構においては、
たとえば内殻２がプラスチック製で口金６が金属製であ
る場合、内殻２のブロー成形時に、成形される内殻２と
口金６とが一体的に結合され、外殻３形成前に、所定の
シールが施される。

【００２６】内殻２の端面２ｂ上でかつ口金６の外周上
にシールリング１０が配置され、その上に、押圧部材１
２が被せられる。座１３を配置した後、締付け具１４を
締め付けていくことにより、座１３、押圧部材１２の鍔
部１２ｂを介して、シールリング１０が押圧され、弾性
変形される。この押圧、弾性変形により、シールリング
１０は内殻２の端面２ｂおよび押圧部材１２の鍔部１２
ｂの下面に密着して、これらの面とシールリング１０と
の間をシールするとともに、シールリング１０は径方向
にも変形するので、口金６の外周面に密着し、該外周面
とシールリング１０との間をシールする。所定の締め付
けが完了した後、たとえばＦＲＰからなる外殻３が、公
知のフィラメントワインディング法やテープワインディ
ング法を用いて、押圧部材１２の外周面を覆う位置まで
形成される。

【００２７】上記のようなシールを施すと、結合面９か
ら、ボンベ内のガスが漏れ出てきた場合にも、漏れ出て
きたガスは、まず、シールリング１０と内殻２の端面２
ｂとの間、および、シールリング１０と口金６の外周面
との間を通り抜けようとするわけであるから、これらの
部位を上記の如くシールすることにより、ガス漏れは実
質的に完全に防止される。

【００２８】このようなガスシールは、シールリング１
０と内殻２の端面２ｂとの間、および、シールリング１
０と口金６の外周面との間において、特に有効に作用す
るので、押圧部材１２の形状としては、筒状部１２ａを
もたない、環状平板形状とすることも可能である。しか
し、シールリング１０の径方向外側への変形量を規制
し、それによってシールリング１０と口金６の外周面と
の間のシール力を更に強めるという観点から、および、
外殻３形成後に外殻３によって押圧部材を強力に固定で
きるという観点から、本実施態様の如く筒状部１２ａを
有する押圧部材１２が好ましい。

【００２９】また、シール面におけるシール強度をより
高めるために、たとえば図３に示すように、内殻２の首
部２ａの端面２ｂ上に、環状に延びる溝２ｃを刻設し、
押圧変形されたシールリング１０がこの溝２ｃ内に嵌め
込まれるようにしてもよい。このような環状溝は、押圧
部材１２の鍔部１２ｂの下面側にも設けることができ
る。溝の断面形状としては特に限定しないが、シール性
能強化の面から、図示したような円弧状の溝が好適であ
る。

【００３０】図４、図５に、本発明に係るガスボンベ
の、内殻と口金との結合部におけるガスシール構造につ
いて、さらに別の実施態様を示す。図４に示す実施態様
においては、図２に示した締付け具１４は設けられず、
押圧部材２１の鍔部２１ａの内周面にねじが刻設され、
該押圧部材２１が口金２２の外周面に設けられたねじに
直接螺合されて締め付けられるようになっている。この
ような構成においても、シールリング１０は、図２に示
した構造と同様に押圧、弾性変形され、内殻２と口金２
２との結合面９から漏れ出てきたガスは完全にシールさ
れる。

【００３１】なお、図４に示した実施態様においては、
外殻２３は、押圧部材２１の全体を覆うように形成され
ることが好ましい。これによって、押圧部材２１の固定
強度を一層強化でき、押圧部材２１の回り止めも完全に
施される。

【００３２】図５に示す実施態様においては、内殻３１
の首部３１ａの外周面にねじが刻設され、押圧部材３２
の筒状部３２ａの内周面にもねじが刻設され、押圧部材
３２が首部３１ａ外周に螺合されて締め付けられる。シ
ールリング１０は、押圧部材３２の鍔部３２ｂと内殻３
１の首部３１ａの端面との間で押圧、弾性変形される。
このような構成においても、内殻３１と口金３３との結
合面９から漏れ出てきたガスは、シールリング１０の配
置部で完全にシールされる。なお、この場合にも、外殻
３４は押圧部材３２の全体を覆うように形成されること
が好ましい。

【００３３】上述のような各実施態様に示した本発明に
係るガスボンベに充填されるガスの種類としては、特に
限定されず、前述の如き天然ガスの他、窒素や酸素、ヘ
リウムガス等が挙げられる。

【００３４】また、内殻と口金との結合部におけるガス
シール性能は、本発明に係るシールリングを用いたシー
ル機構で十分に高く保持されるが、さらに安全を見込む
場合、各シール面、たとえば前述の押圧部材の内周面と
内殻の口部の外周面との間や、シールリングと該シール
リングが押圧される面との間に、接着剤を塗布してシー
ル性能を強化することもできる。接着剤としては、たと
えば、エポキシ系、アクリル系、ポリウレタン系、ポリ
エステル系等の熱硬化性接着剤が挙げられ、なかでも、
反応形アクリル系接着剤である嫌気性接着剤が好まし
い。そのような嫌気性接着剤には、ポリエーテル形とエ
ステル形があり、ポリエーテル形の代表的なものとして
テトラエチレングリコールジメタアクリレートがあり、
エステル形の代表的なものとしてトリメチロールプロパ
ントリメタアクリレート、ブタンジオール１，４−ジメ
タアクリレート、２，２，４−トリメチル１，３−ペン
タンジオールジメタアクリレート、ポリエステルアクリ
レート等がある。

【００３５】

【実施例】

実施例１図１、図２に示した構成で、かつ、容量５０リットルの
ガスボンベを作製した。このガスボンベに、内圧２００
ｋｇ／ｃｍ²になるようにヘリウムガスを充填し、その
ガスボンベを密閉容器中に１時間入れた後、ガスクロマ
トグラフィーにて密閉容器内のヘリウムガスの量を測定
したところ、検知されたガス量は０であった。すなわ
ち、ガスボンベからのガス漏れは０であった。

【００３６】比較例１実施例１において、シールリング（Ｏ−リング）を配置
せずに、締付け具で押圧部材を直接内殻の端面に押しつ
けた構造とし（つまり、従来構造と同等の構造とし）、
実施例１と同じ方法で密閉容器内のヘリウムガスの量を
測定したところ、１５ｃｃ（ガス透過率：０．３ｃｃ／
時間・リットル）であった。したがって、この方法で
は、高圧のガスを充填した場合のガス漏れを完全に防止
することはできなかった。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスボン
ベによるときは、内殻と口金との結合部において、内殻
の首部端面上において口金にシールリングを嵌着し、そ
れを押圧手段により押圧、変形させて、とくに、シール
リングと首部端面との間、およびシールリングと口金外
周との間を完全にシールできるようにしたので、ボンベ
内に高圧のガスを充填する場合にあっても、ボンベ内か
らのガス漏れを完全に防止することができる。

【００３８】また、本発明に係るガスボンベは、上記の
ように内殻と口金との結合部を完全にシールした後に、
従来と同様の方法で外殻を形成できるので、ボンベ製造
の容易性を確保できるとともに、低コストにてガス漏れ
のないボンベを製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係るガスボンベの縦断面
図である。

【図２】図１のガスボンベの口金部周辺の拡大部分縦断
面図である。

【図３】図２の構造の変形例に係るガスボンベの部分縦
断面図である。

【図４】本発明の別の実施態様に係るガスボンベの部分
縦断面図である。

【図５】本発明のさらに別の実施態様に係るガスボンベ
の部分縦断面図である。

【図６】シールリング断面形状の例を示す、シールリン
グの部分断面図である。

【符号の説明】

１ガスボンベ２、３１内殻２ａ首部２ｂ内殻の端面２ｃ溝３、２３、３４外殻４ノズル取付部５ボス６、２２、３３ノズル取付用口金７ノズル８補強層９結合面１０シールリング１２、２１、３２押圧部材１３座１４締付け具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスバリア性を有する内殻と、該内殻を
覆うように設けた耐圧性の外殻と、前記内殻の首部に内
装したノズル取付用口金とを有するガスボンベであっ
て、前記首部の端面上において前記口金にシールリング
を嵌着するとともに、該シールリングを前記首部の端面
方向に押圧する押圧手段を設けたことを特徴とするガス
ボンベ。
【請求項２】前記押圧手段が、前記シールリングの押
圧部材と、該押圧部材の締付け具とからなる、請求項１
のガスボンベ。
【請求項３】前記押圧手段が、前記口金に螺合された
押圧部材からなる、請求項１のガスボンベ。
【請求項４】前記押圧手段が、前記首部に螺合された
筒状部と、前記シールリングに当接する鍔部とを有する
押圧部材からなる、請求項１のガスボンベ。
【請求項５】前記首部の端面に、前記シールリングが
嵌まり込む環状溝が設けられている、請求項１ないし４
のいずれかに記載のガスボンベ。
【請求項６】前記内殻がプラスチックで、前記外殻が
ＦＲＰで構成されている、請求項１ないし５のいずれか
に記載のガスボンベ。
【請求項７】前記外殻が、前記押圧部材を覆う位置ま
で設けられている、請求項３ないし６のいずれかに記載
のガスボンベ。