JPH08511323A - ライナ/外部機構直結式の流体圧力容器のボス−ライナ取付装置 - Google Patents

ライナ/外部機構直結式の流体圧力容器のボス−ライナ取付装置

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JPH08511323A
JPH08511323A JP6521890A JP52189094A JPH08511323A JP H08511323 A JPH08511323 A JP H08511323A JP 6521890 A JP6521890 A JP 6521890A JP 52189094 A JP52189094 A JP 52189094A JP H08511323 A JPH08511323 A JP H08511323A
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シロシュ,サダナンダン,エヌ.
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Abstract

(57)【要約】 流体圧力容器(80)は円筒形のサイドウオール(84a)と、端末部分に2個の軸線方向に整列した開口部(88)を有する第1および第2のドーム形端末部分とが形成された外部複合構造シェル(84)を含む。内部流体不浸透性ライナ(94)がシェルの内面に嵌合するようにシェル内に配置され、かつ2個の開口部(98)を含み、開口部(98)の各々はシェルの開口部のそれぞれの1個の開口部に整列しかつ隣接している。1対の端末ボス(104)の各々がシェルおよびライナのそれぞれの隣接した開口部(88、98)内に配置されている。本発明の改良は各々のボスが円筒形の首部(112)と、首部から半径方向に外方に延びる環状のつば(116)と、首部を通して軸線方向に延びる中央穴(108)と、穴(108)内に形成された環状のみぞ(120)とを含み、みぞ(120)の一方の側に下方にかつ内方に傾斜した肩部(122)を含むようにボス(104)を形成することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 ライナ/外部機構直結式の流体圧力容器のボス−ライナ取付装置 発明の背景 この出願は1992年1月28日に出願された出願一連番号第07/827, 226号の一部継続出願である。 本発明は一般に非金属ライナ(内張り)が組み込まれた流体圧力容器に関し、 そして特にこのような容器に使用されたボスをライナに取り付けるための新しい 改良された装置および構造体に関する。 複合(繊維強化樹脂マトリックス)コンテナまたは容器が酸素、天然ガス、窒 素、ロケット燃料、プロパン等の貯蔵を含む種々の加圧流体を貯蔵するために一 般的に使用されるようになってきた。このような複合構造体は多数の利点、例え ば、軽量および耐蝕性、耐疲労性および耐突発故障性を提供する。この軽量と耐 疲労性との組合せは圧力容器の構造においては代表的には主応力の方向に配向さ れている強化繊維または強化フィラメント(炭素、ガラス、アラミド等)の高い 比強度(specific strengths)のために可能である。 複合圧力容器(シェルまたは穀体)の樹脂マトリックスが修理および使用中に 亀裂を生ずるので、容器はしばしば流体不浸透性のライナを備えている。金属ラ イナが最も一般的であり、エラストマーゴムおよび熱可塑性ライナもまた利用さ れている。ライナは容器からの漏洩を阻止するのみでなく、また容器の加工の間 に、すなわち、複合シェルのための輪郭を形成する間にマンドレルとしての役目 をするために設計されている。 最大の構造的な効率は軽量の複合シェルがライナに殆ど依存することなく荷重 の大部分を担持するために使用されるときに得られ、従って、もしも金属ライナ が使用されれば、ライナは重量を減らすために比較的に薄くしなければならない 。しかしながら、薄い金属ライナは低い疲れ寿命を有しかつ耐久性のために軽量 を犠牲にし、またその逆も同じであるこの問題のために、使用者はますます軽量 であり、しかも流体不浸透性である非金属ライナを使用するようになってきた。 非金属ライナの使用に関する一つの問題はライナを代表的には金属製である容 器のボスに確実に取り付けることである。端末ボスは容器の内外に延びる流体通 路を支持しかつ複合シェルを製造するときに容器の端部または極部において繊維 を転回させかつもしもフィラメント巻線がシェルを構成するために使用されれば 、マンドレル支持を行うことにより機能をはたすことができる。金属ライナが使 用されるときに、このようなボスは一般にライナと一体に構成される。しかし、 非金属ライナの使用が増大するにつれて、ボスをライナに取り付けるその他の方 法が必要になってきた。 非金属ライナをボスに取り付けるいくつかの従来のアプローチは(もしもライ ナが十分に硬質であれば)ライナへのボスの接着と、(もしもライナが可撓性の 折りたたみ可能な膜であれば)ボス−ライナのシールを提供するために容器内の 内圧への単純な依存とを含んできた。図面の第2図および第3図は非金属ライナ をボスに取り付けるためのこれらの二つの方法を例示しており、以下に説明する 。 しかしながら、上記の二つのアプローチは疲労サイクルまたは金属(ボス)と 非金属(ライナ)との接着のある環境にさらされることによる破壊と、大部分の 金属に対する非金属の熱膨脹係数が有意に異なるために接着の崩壊と、(もしも 内圧のみに依存すれば)シェル内のライナが移動して、ボス−ライナ継手を通し ての漏洩通路の発生とを含む問題を発生する。 ライナをボスに適正に取り付ける必要のほかに、大きい剪断応力が複合シェル /金属ボスの界面において発生する傾向を低減させるために前記界面において剪 断層を設けることもまた重要である。過去においては、ゴム引きされた化合物が このような層のために利用されたが、これらの化合物は使用時間の経過と共に崩 壊する傾向がある。 発明の要約 本発明の一つの目的は流体圧力容器のライナを容器の端末ボスに取り付けるた めに新しい改良された容器を提供することにある。 また、本発明の一つの目的は非金属ライナを金属または同様に硬質のボスに取 り付けるために特に好適なこのような装置を提供することにある。 本発明のさらに一つの目的は圧力容器のライナとボスとの間で流体の漏洩が起 きる傾向を減少させるこのような装置を提供することにある。 本発明の付加的な目的は外部のカップリングがボスへのライナの取付けを維持 するこのような装置を提供することにある。 本発明の別の一つの目的は容器内の内部流体圧力がボスへのライナの取付けを 高めるために利用されるこのような装置を提供することにある。 本発明の上記の目的およびその他の目的は実質的に硬質の機械的に強い材料、 例えば、複合繊維強化樹脂により製造されかつ開口部を有する少なくとも1個の 扁球形の端末部分を有する外部シェルを含む流体保持のための圧力容器の特定の 一実施例において達成される。また、外部シェルの開口部内に嵌合する首部と、 該首部の一端部から外方に延びるフランジ部分とを有するボスが含まれている。 全般的に流体不浸透性の内部ライナが外部シェルの内部の内面に配置されかつ外 部シェルの開口部に整列した開口部を有する少なくとも1個の端末部分を含む。 この内部ライナには、ライナの開口部と外接しかつボスのフランジ部分を受け入 れかつ保持するために間に環状のくぼみを備えた上側リップセグメントおよび下 側リップセグメントを有する二層リップが形成されている。ボスのフランジ部分 は、事実上、該フランジ部分を所定位置に確実に保持するライナの上側リップセ グメントと下側リップセグメントとの間のくぼみ内に封入成型されている。 本発明の一つの局面によれば、ボスはフランジ部分が延びる首部の前記一端部 において第1開口部を形成しかつ首部の他端部において第2開口部を形成するた めに首部を通して延びる全般的に円筒形の穴を含む。第1開口部と隣接した円筒 形の穴の第1部分は第2開口部と隣接した円筒形の穴の第2部分の直径よりも小 さい直径を有している。内方に傾斜した肩部が第2部分と第1部分との間の遷移 部分の円筒形の穴内に形成されている。下側リップセグメントはボスのフランジ 部分の下方に半径方向に内方に延び、その後、第1開口部を通りかつボスの穴の 壁部に沿って上方に延びて肩部上に重なるように形成されている。付属機構、例 えば、弁が下側リップセグメントと接触しかつ該下側リップセグメントを肩部に 押し付けるために第2開口部を通して穴の中に受け入れられている。このように して、ライナは付属機構と直接に結合されて、より漏洩の少ない継手を提供する 。 本発明の別の局面によれば、ボスのフランジ部分の下面は穴の下側部と内部と の間に広く丸みが付けられた端縁を有する半径方向に凸面をなすように形成され ている。下側リップセグメントはフランジ部分の凸面形の下面および穴の内部に 通ずる丸みが付けられた端縁を抱きしめ、かつ容器内の流体の内圧により所定位 置に保持されている。 図面の簡単な説明 本発明の上記の目的およびその他の目的、特徴および利点は添付図面と関連し て記載した以下の詳細な説明から明らかになろう。添付図面において、 第1図は本発明が特に好適に使用される型式の複合容器の側面図であり、 第2図は慣用の従来技術のアプローチにより容器内の流体の内圧力のみを利用 してボスに取り付けられたエラストマーライナを有する複合容器の側面横断面部 分図であり、 第3図は慣用の方法でボスに接着された硬質の非金属ライナを有する複合容器 の側面横断面部分図であり、 第4図は本発明の原理により製造された流体圧力容器の側面横断面部分図であ り、かつ 第5図は本発明の原理により製造された流体容器のボスの上面図である。 詳細な説明 図面について述べると、第1図には本発明を利用することができる代表的な複 合(繊維強化樹脂)圧力容器4を示してある。容器4は中空の全般的に円筒形の 中央部分と、一体に構成された扁球形の端末部分12および16とを含む。端末 部分12および16は軸線方向に整列した開口部20および24を含み、そして 開口部20および24には点検用ボス28および32がそれぞれ配置されている 。前述したように、ボス28および32は代表的には金属または金属合金で構成 されかつ容器4の中に流体を供給しかつ流体を除去することを可能にするために 付属機構、例えば、弁を受け入れるために設けられている。また、ボス28およ び32は、容器を製造する間に、繊維の転回(turnaround)およびマ ンドレルを支持するために代表的に使用されている。 ボス28および32はしばしば極部分と呼ばれている端末部分12および16 に設けられるように示してあるけれども、これらのボスをその他の位置に配置す ることができ、かつ2個以上のボスを設けることができる。また、完全に球形の 容器がその他の慣用の容器の形状と同様に、所望の位置に設けられたボスを備え ることができよう。 第2図および第3図は第1図に示した型式の容器に使用された非金属ライナを 端末ボスに取り付ける従来技術のアプローチを示す。特に、第2図は内部にエラ ストマーゴムライナ44が配置された複合容器シェル40の側面横断面部分図で ある。ライナ44はシェル40の内面に配置されかつシェル40の開口部48ま で延びている。ボス52が開口部48内に配置されかつ開口部48を包囲するラ イナ44に対向して配置された下側フランジ部分56を含む。この従来技術の構 成によれば、ボス52に作用する容器内の内圧はライナ44をボス52にシール することを助けるために使用される。しかしながら、容器内に内部真空が発生す る場合、シールが破損しがちであり、汚染物を容器の中に吸い込んで、ボス52 とライナ44との間に漏洩通路が発生する。内部真空は、例えば、容器が流体に より部分的に満たされ、その後該容器が真空を発生させるために冷却されるとき のように加圧用に意図された容器においてすらもしばしば発生する。 第3図は内部に硬質の非金属ライナ64が配置された圧力容器のシェル60を 側面横断面部分図で例示している。ボス68がシェル60の開口部72内に配置 されかつライナ64の頂壁部64aに接着されてライナ64とボス68との間に 所望のシールを提供している。しかしながら、前述したように、非金属材料(例 えば、プラスチックのような)と金属との接着はボスとライナとの取付けに使用 されるときに接着を維持することが困難であり、そしてこの接着は時間および使 用の経過につれて一般に劣化し、ボスとライナとの間の界面において漏洩が発生 する。 第4図は本発明により製造された流体圧力容器80の側面横断面部分図で示し ている。圧力容器80は中空の円筒形中央部分84aと、該中央部分と一体に構 成された2個(そのうちの1個のみを示してある)の扁球形の全般的に楕円体端 末部分84bとを有する外部シェル84を含む。軸線方向に整列した開口部88 (そのうちの1個のみを示してある)が第4図に示すように端末部分84b内に 形成されている。シェル84は複合繊維強化樹脂により慣用の態様で形成されて いる。 シェル84の内面には、例えば、ポリエチレン、ナイロンポリアミド、または ポリエチレンテレフタレート(PET)のような熱可塑性材料で製造された流体 不浸透性ライナ94が配置されている。ライナ94はシェル84の内面上に配置 され、従って、シェル84のそれぞれの開口部88に整列した1対の開口部98 (そのうちの1個のみを示してある)を含むシェルと全般的に同じ形状を有して いる。 シェル84およびライナ94のそれぞれの隣接した開口部88および98内に は、代表的には金属または金属合金、例えば、アルミニウム、炭素クロム−モリ ブデン合金鋼で製造された端末ボス104が配置されている。ボス104には軸 線方向の円筒形の中空の穴108が形成され、穴108の上側部分108aは付 属機構110、例えば、容器80の中に流体を供給しかつ流体を除去するための 弁を受け入れるために形成されている。また、穴108には下側部分108bが 形成されている。下側部分108bは上側部分108aよりも小さい直径を有し ている。また、ボス104にはシェル84の開口部88の内部に嵌合される全般 的に円筒形の首部112と、該首部の下端部から半径方向に外方に延びるつば、 すなわち、フランジ部分116とが形成されている。フランジ116の下面は全 般的に凸面に形成されかつフランジ116の下面と穴108の下側部分108b の内側側壁部118との間に広く丸みが付けられた端縁116aを含む。端縁1 16aの湾曲半径は該端縁の部分におけるフランジ部分116の厚さにほぼ等し い。同様に、フランジ部分116の頂部と首部112との間の遷移部分116b は平滑でありかつ丸みが付けられている。この理由は、以下に記載するように、 ボス104および該ボスの外形に従うライナ94における応力集中を低減させる ことを助けるためである。 ボス104の穴108内には、以下に説明するように、ライナ94を所定位置 に確実に保持することを助けるためにライナ94の一部分を受け入れるための円 周方向のみぞ120が形成されている。みぞ120の下側部、すなわち、底部側 には下方にかつ内方に傾斜した肩部122が形成されている。付属機構110が 穴108の中に挿入されるときに、肩部122に対して付属機構110が環状の ビード128a(後程、説明する)を押し付ける。 ライナ94の開口部98を包囲する該ライナのその部分には、二重リップ装置 に形成されている。この二重リップ装置はボス104が所定位置に配置されたと きにボス104の首部112に外接しかつボス104のフランジ部分116の上 面に重なる上側リップセグメント124を含む。ライナ94の二重リップ装置は 、また、上側リップセグメント124の下側からボス104のフランジ部分11 6の下面の下方に半径方向に内方に延び、その後上側リップセグメント124の 終端部を越えて穴108の壁部118に沿った穴108の中に上方に延びる下側 リップセグメント128をも含む。下側リップセグメント128の終端部はボス 104の円周方向のみぞ12の内部に嵌合しかつ下側リップセグメント128を 穴108内の所定位置に保持する役目をする環状のビード128aに形成されて いる。上側リップセグメント124および下側リップセグメント132は、第4 図に示すように、ボス104のフランジ部分116を受け入れかつ事実上封入成 形しかつ保持するためにこれらの2個のセグメントの間に環状のくぼみ132を 形成している。 ライナ94の二重リップ装置と、リップセグメント124および128の間の くぼみ132の内部に受け入れられかつ封入成形されたフランジ部分116を有 するボス104の設計により、ボス104をライナ94に接着する必要はない。 ボス104の設計もまた、ボス104とのライナ94の接着を高めるために容器 内の内部流体圧力を使用する便宜を与えている。特に、内部圧力は下側リップセ グメント128をフランジ部分116の底面、広く丸みが付けられた端縁116 aおよび穴108の壁部118に対して押圧する。端縁116aが広く丸みが付 けられているので、下側リップセグメント128およびボス104に作用する圧 力はライナ94を所定位置に確実に保持するために実質的に均一である。また、 このような圧力は下側リップセグメント128のビード128aを円周方向の穴 120の中に押圧する。みぞ120が下側リップセグメンと128と接触しかつ 該セグメントを肩部122に押し付けるように下側リップセグメント128のビ ード128aをみぞ120内にロックしかつ付属機構110を穴108内に配置 するこのみぞ120は加圧および減圧の間のライナ94の滑りを阻止する作用を する。また、下側リップセグメント128を円周方向のみぞ120の位置におけ る穴108内に位置決めすることにより、ライナ94と穴108の上側部分、す なわち、入口部分108aとの間を直接に結合し、それにより、付属機構110 が漏洩通路が生ずる傾向を最小限度にとどめる。付属機構110は外側ねじ11 1を含んでいると有利である。外側ねじ111は穴108の入口部分108aに 形成された対応したねじ109と相容性を有しかつねじ109の中にねじ込むこ とができる。 ライナ94の上側リップセグメント124はボス104とシェル84との間に 配置され、そして特に剪断層として作用するためにボス104のフランジ部分1 16とシェル84との間に配置されている。 ボス104とライナ94との間のトルク伝達を高めるために、第5図に最良に 示すように、歯、すなわち、切欠き136がフランジ部分116の周囲に隔置さ れた位置に形成されている。これらの切欠き136はボス104とライナ94と の間のトルクまたは捩り剪断の伝達を助けるために上側リップセグメント124 と下側リップセグメント128との間の環状のくぼみ132の壁部と接触するた めに配置されている。また、ボス104のフランジ部分116の上面および下面 は、トルクの伝達をさらに高めるために、上側リップセグメント124および下 側リップセグメント128の前記上面および下面のそれぞれの上での滑動を阻止 するために荒削りし、またはその他の方法で処理することができる。 上記の装置が本発明の原理の応用を例示したにすぎないことを理解すべきであ る。当業者は多数の変型および代替装置を本発明の精神および範囲から逸脱する ことなく考案することができるが、添付した請求の範囲はこのような変型および 装置を包含するために意図されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AT,AU,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CZ,DE,DK,ES,FI,G B,GE,HU,JP,KG,KP,LV,MD,MN ,MW,NL,NO,NZ,PL,PT,RO,RU, SD,SE,SI,SK,TJ,TT,UA,UZ,V N

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.流体を保持する圧力容器にして、 実質的に硬質の機械的に強い材料で製造されかつ開口部を有する少なくとも1 個の扁球形の端末部分を有する外側シェルと、 外側シェルの開口部内に嵌合するための首部と、首部の一端部から外方に延び るフランジ部分とを有しかつ上面と半径方向に凸面をなす下面とを有するボス手 段とを備え、ボス手段は外側手段の開口部と実質的に整列しかつフランジ部分の 上方に形成された円周方向のみぞを含む全般的に円筒形の穴を有し、前記みぞは 半径方向に内方にかつ下方に傾斜した肩部を含み、さらに、 外側シェルの内部の内面に配置されかつ外側シェルの開口部と整列した開口部 を有する少なくとも1個の端末部分を有する全般的に流体不浸透性の内側ライナ を備え、前記内側ライナにはライナの開口部に外接する二層リップが形成され、 該二層リップは上側リップセグメントと、前記上側リップセグメントよりも長く かつ環状のビードに終端する下側リップセグメントとを有し、上側リップセグメ ントおよび下側リップセグメントはボス手段のフランジ部分を内部に受け入れか つ保持するためにそれらの間に環状のくぼみを有し、上側リップセグメントは外 側シェルの内面とボス手段のフランジ部分の上面との間に保持され、そして下側 リップセグメントはボス手段のフランジ部分の下面の下方に半径方向に内方に延 び、その後、環状ビードが穴のみぞ内に嵌合するまでボス手段の穴の中に上方に 前記穴の内壁部に沿って延びる圧力容器。 2.請求の範囲第1項に記載の圧力容器にして、前記外側シェルが複合繊維強 化樹脂材料で製造され、前記内側シェルが非金属材料で製造されかつ前記ボス手 段が金属または金属合金で製造されている圧力容器。 3.請求の範囲第1項に記載の圧力容器にして、ボス手段の下面および上面が 下側リップセグメントおよび上側リップセグメントのそれぞれの前記下面および 上面上での滑動を阻止するために荒削りされた滑り止めの表面組織を有する圧力 容器。 4.請求の範囲第1項に記載の圧力容器にして、前記穴が下側リップセグメン トを受け入れるための第1直径を有する第1部分と、付属機構を受け入れるため に第1直径よりも大きい直径を有する入口部分とを含み、かつ前記みぞが第1部 分と入口部分との間の穴内に形成され、それによりビードがみぞの中に嵌合され たときに、入口部分内に受け入れられた付属機構がビードにおける下側リップセ グメントと接触して、下側リップセグメントをみぞの傾斜した肩部に押し込む圧 力容器。 5.圧力容器にして、円筒形の側壁部と、端末部分に2個の軸線方向に整列し た開口部を有する第1および第2のドーム形端末部分と、シェルの内面に嵌合す る形状に形成されかつ2個の開口部を有し、該開口部の各々がシェルの開口部の それぞれの1個の開口部と整列しかつ隣接した内部流体不浸透性のライナと、各 各がシェルおよびライナのそれぞれの隣接した開口部に配置された1対の端末ボ スとが形成された外部複合構造シェルを有する圧力容器において、 ボスの各々には円筒形の首部と、中空の首部と、首部から半径方向に外方に延 びる環状のつばとが形成されかつ半径方向に凸面の底面を有し、 ライナの開口部の周囲の各々には、それぞれのボスの首部に外接する第1開口 部を形成するためにそれぞれのボスのつばの頂部の上に配置するための半径方向 に内方に突出した第1部分と、それぞれのボスのつばの底部の下方に配置するた めに第1部分の下面から半径方向に内方に突出し、かつ第1開口部を越えてその 側壁部に沿ったそれぞれの中空の首部の中に上方に延びて第2開口部に終端する 第2部分とが形成され、前記第1部分および第2部分が内部にそれぞれのつばを 受け入れかつ封入成形するためにそれらの間に環状のくぼみを形成し、それによ りボスがシェル内に取り付けられるときに第1部分がボスとシェルとの間に保持 され、かつ ボスのうちの少なくとも1個のボスの中空首部には環状みぞが形成され、環状 みぞの下側部は下方にかつ内方に傾斜した肩部を含み、肩部上にはそれぞれの第 2部分および第2開口部が支えられている圧力容器。 6.請求の範囲第5項に記載の圧力容器にして、前記の少なくとも1個のボス がそれぞれの中空首部と連絡するためにその首部の中央部に形成された穴を含み 、該穴の一端部が前記の少なくとも1個のボスが配置された開口部の周囲の前記 第 2部分と接触しかつ前記第2部分を傾斜した肩部に固定するために環状みぞまで 延びる付属機構を受け入れるようになっている圧力容器。 7.請求の範囲第6項に記載の圧力容器にして、つばの底面にライナの開口部 の周囲の第2部分の該底面上の滑りを阻止するために荒削りされた面が形成され ている圧力容器。 8.請求の範囲第6項に記載の圧力容器にして、第2部分の少なくとも一方が 穴の一端部内に受け入れられた付属機構と係合するために前記の少なくとも1個 のボスのみぞの中に延びるビードを含む圧力容器。 9.請求の範囲第8項に記載の圧力容器にして、穴の前記一端部が第1直径を 有し、かつ穴の他端部が第1直径よりも小さい第2直径を有し、前記みぞは穴の 一端部と他端部との間に形成されて前記肩部を形成し、前記肩部には、付属機構 が穴の一端部の中に受け入れられたときに、前記の少なくとも1個の第2部分が 付属機構により押し付けられる圧力容器。
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