JPWO2016167034A1

JPWO2016167034A1 - 圧力容器

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Publication number: JPWO2016167034A1
Application number: JP2017512222A
Authority: JP
Inventors: 中村　和広; 和広中村
Original assignee: Yachiyo Industry Co Ltd
Current assignee: Yachiyo Industry Co Ltd
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-02-29
Also published as: WO2016167034A1; JP6236190B2

Abstract

突出する筒状のネック部（２ｂ）を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナー（２）と、ネック部（２ｂ）の径方向外側に設けられる口金部材（３）と、樹脂ライナー（２）及び口金部材（３）の外側を覆う補強層（４）と、締結部（Ｔ）を介して口金部材（３）に取り付けられる第一部材（５ａ）と、ネック部（２ｂ）と口金部材（３）との間に挿入され、第一部材（５ａ）と当接する金属製の第二部材（５ｂ）と、ネック部（２ｂ）の外周面と第二部材（５ｂ）の内周面との間に介設される第一シール部材（６）と、第一部材（５ａ）と第二部材（５ｂ）との間に介設される第二シール部材（７）と、第二部材（５ｂ）の軸方向において、締結部（Ｔ）と第一シール部材（６）との間であって高圧が作用する部位の断面積を減ずることで設けられる脆弱部（Ｊ）と、を有することを特徴とする。

Description

本発明は、気体又は液体を貯留する圧力容器に関する。

高圧の気体又は液体を貯留することができる圧力容器が知られている。圧力容器の設計思想として破裂する前に漏れによる減圧で安全性を担保することがあるが、最終的な破壊形態が破裂に至るような構成の複合型圧力容器にあっては繊維強化樹脂層（ＦＲＰ層）を必要以上に厚くしなければならない。そのため、圧力容器の製造コストが高くなるという問題がある。

そこで、所定の設計圧力サイクル数Ｎ回以上において、圧力容器が破裂する前に漏れを生じさせる技術（Leak Before Burst（以下、「ＬＢＢ」と言う））が特許文献１に開示されている。特許文献１に係る圧力容器は、中空部を備えたアルミニウム製の金属ライナーと、金属ライナーを覆う繊維強化樹脂層（ＦＲＰ層）とで構成されるとともに、金属ライナーの一部を切り欠いて形成された脆弱部が設けられている。当該圧力容器は、内圧変動の繰り返しによって脆弱部が大きくなり、設計圧力サイクル数Ｎ回以上で当該脆弱部に起因して漏れが発生するものである。脆弱部の大きさを適宜設定することにより、所定の設計圧力サイクル数Ｎ回以上で漏れが発生するようにタイミングをコントロールすることができる。

特開２０１２−２１９８８１号公報

近年では、圧力容器の軽量化を目的として、樹脂製のライナーを繊維強化樹脂層（ＦＲＰ層）で被い、補強させる複合型圧力容器が提案されている。当該複合型圧力容器にＬＢＢの技術を取り入れる場合、樹脂ライナーに脆弱部を設けても漏れに至る疲労回数のコントロールが困難になるという問題がある。樹脂ライナーは、金属ライナーに比べてライナーそのものが破壊に至らないケースが多い。また、樹脂材料は、延性が高く、機械的性質や成形法による素性のバラツキが多いことから漏れに至る疲労回数をコントロールすることが難しい。よって、複合型圧力容器では、金属製の部材（例えば、口金部材やバルブ等）に脆弱部を設けることが望ましい。

ここで、図６は、従来の複合型圧力容器の断面図である。図６に示す複合型圧力容器２００は、突出するネック部２０２ｃを備えた樹脂ライナー２０２と、ネック部２０２ｃの径方向外側に設けられる口金部材２０３と、口金部材２０３に締結部２０７を介して締結されるとともにネック部２０２ｃに挿入される金属製の取付部材（バルブ）２０４と、シール部材２０５，２０６と、補強層２０８とで主に構成されている。

前記したように、複合型圧力容器２００のうち、樹脂ライナー２０２に脆弱部を設けることはできないため、口金部材２０３若しくは取付部材２０４に脆弱部を形成することが考えられる。しかし、当該形態で取付部材（バルブ）２０４に脆弱部を設けても、連通孔Ｘに気体又は液体が流通するだけであるため、複合型圧力容器２００内の空気等が外部に漏れることにはならない。一方、複合型圧力容器２００の口金部材２０３の内周面に脆弱部２１０を形成すると、図６の点線で示すような亀裂が入り、脆弱部２１０よりも上方の口金部材２０３が破裂して吹き飛ぶおそれがある。このように、複合型圧力容器２００であると脆弱部２１０の設定が困難になる。

本発明はこのような課題を解決するために創作されたものであり、ＬＢＢを実現できるとともに製造コストを低減することができる圧力容器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、突出する筒状のネック部を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナーと、前記ネック部の径方向外側に設けられる口金部材と、前記樹脂ライナー及び前記口金部材の外側を覆う補強層と、締結部を介して前記口金部材に取り付けられる第一部材と、前記ネック部と前記口金部材との間に挿入され、前記第一部材と当接する金属製の第二部材と、前記ネック部の外周面と前記第二部材の内周面との間に介設される第一シール部材と、前記第一部材と前記第二部材との間に介設される第二シール部材と、前記第二部材の軸方向において、前記締結部と前記第一シール部材との間であって高圧が作用する部位の断面積を減ずることで設けられる脆弱部と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、突出する筒状のネック部を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナーと、前記ネック部の径方向外側に設けられる口金部材と、前記樹脂ライナー及び前記口金部材の外側を覆う補強層と、前記ネック部と前記口金部材との間に挿入されるとともに、締結部を介して前記口金部材に取り付けられる金属製の取付部材と、前記ネック部の外周面と前記取付部材の内周面との間に介設される第一シール部材と、前記取付部材の軸方向において、前記締結部と前記第一シール部材との間であって高圧が作用する部位の断面積を減ずることで設けられる脆弱部と、を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、圧力容器の内圧変動の繰り返しによって、脆弱部を起点に亀裂が進展し、いずれ漏れに至る。脆弱部は、金属製の第二部材又は取付部材に設けられるため、その金属材料の疲労曲線や切欠き係数等に基づいて亀裂進展をコントロールすることができる。このようにＬＢＢを実現させることにより、破裂の保証回数までの容器疲労強度は必要なくなるため、補強層の肉厚を薄くできる。これにより、製造コストを低減することができる。また、ネック部の外周面と第二部材又は取付部材の内周面との間に第一シール部材を介設する構成であるため、破断した部位から漏れた気体等は締結部の間を通って外部に放出される。これにより、従来のように口金部材の一部が破裂して吹き飛ぶこともない。

また、本発明は、突出する筒状のネック部を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナーと、前記ネック部が端部において径方向外側から内側に折り返されることで周方向に亘って埋設される埋設部及び前記埋設部から連続して形成され前記ネック部の内壁として露出する露出部を備える口金部材と、前記ネック部の端部において周方向に亘って嵌め合わされる金属製のアタッチメント部材と、前記アタッチメント部材及び前記露出部の少なくともいずれかの径方向内側に締結部を介して取り付けられる軸部と、前記軸部よりも拡径して形成されるとともに前記アタッチメント部材の少なくとも一部を覆う頭部と、を備えた取付部材と、前記アタッチメント部材と前記取付部材との間をシールする第一シール部材と、前記ネック部と前記アタッチメント部材との間をシールする第二シール部材と、前記アタッチメント部材において、前記締結部と前記第一シール部材との間であって高圧が作用する部位の断面積を減ずることで設けられる脆弱部と、を有することを特徴とする。

圧力容器の内圧変動の繰り返しによって、脆弱部を起点に亀裂が進展し、いずれ漏れに至る。脆弱部は、金属製のアタッチメント部材に設けられるため、その金属材料の疲労曲線や切欠き係数等に基づいて亀裂進展をコントロールすることができる。このようにＬＢＢを実現させることにより、破裂の保証回数までの容器疲労強度は必要なくなるため、補強層の肉厚を薄くできる。これにより、製造コストを低減することができる。また、アタッチメント部材の破断した部位から外部に気体等が漏れるとともに、締結されている取付部材の頭部でアタッチメントの一部を覆っているため、アタッチメント部材及び取付部材が破裂して吹き飛ぶことがない。

本発明に係る圧力容器によれば、ＬＢＢを実現することができるとともに製造コストを低減することができる。

本発明の第一実施形態に係る圧力容器を示す一部破断側断面図である。第一実施形態に係る圧力容器の口金部材周りを示す側断面図である。第一実施形態に係る第二部材の変形例を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は側断面図である。第二実施形態に係る圧力容器の口金部材周りを示す側断面図である。第三実施形態に係る圧力容器の口金部材周りを示す側断面図である。従来の圧力容器の口金部材周りを示す側断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態に係る圧力容器について説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る圧力容器（複合型圧力容器）１は、樹脂ライナー２と、口金部材３と、補強層４と、取付部材５と、第一シール部材６と、第二シール部材７と、とで主に構成されている。第一実施形態に係る圧力容器１は、取付部材５が分割構成になっている。

樹脂ライナー２は、図１に示すように、樹脂製であって内部が中空になっている。樹脂ライナー２の材料は特に制限されないが、収容する気体又は液体の種類や用途に応じて、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリアミド、ポリケトン、ポリフェニレンサルフィド（ＰＰＳ）などが用いられる。樹脂ライナー２を樹脂で形成することで、軽量化を図ることができる。

樹脂ライナー２は、本実施形態では、液体又は気体を収容し円筒状を呈する収容部２ａと、中心軸Ｃに沿って注排方向外側に突出するネック部２ｂと、収容部２ａとネック部２ｂとを連結するショルダ部２ｃとで構成されている。収容部２ａ、ネック部２ｂ及びショルダ部２ｃは、本実施形態では一体成形されているが、複数のピースを溶着して構成してもよい。また、収容部２ａの形状は、特に制限されるものではなく、例えば、球形であってもよい。

図２に示すように、ネック部２ｂは、円筒状を呈し、ショルダ部２ｃから立ち上がっている。ネック部２ｂの高さ寸法は、後記する口金部材３の立上り部２２の高さ寸法よりも小さくなっている。

ショルダ部２ｃは、口金部材３が配設される部位である。ショルダ部２ｃには、窪み部１１と、凸部１２とが形成されている。窪み部１１は、ネック部２ｂの周囲に形成された凹部である。凸部１２は、窪み部１１の底面から突出する部位であり、口金部材３に対する周り止めとして機能する。凸部１２は、ネック部２ｂの周囲に断続的に複数個形成されている。

図２に示すように、口金部材３は、ネック部２ｂの径方向外側に配設される金属製の部材である。口金部材３は、フランジ部２１と、立上り部２２とで構成されている。フランジ部２１は、リング状を呈し、ショルダ部２ｃの窪み部１１に配設される。フランジ部２１の底面２１ａには、周方向に断続的に形成された複数の凹溝２１ｂが形成されている。ショルダ部２ｃには、成形工程の際に樹脂材料が入り込んで、周り止めとなる凸部１２が形成されている。フランジ部２１は、立上り部２２に対して径方向外側に張り出す外側フランジ２３と、径方向内側に張り出す内側フランジ２４とを備えている。

外側フランジ２３の外周面２３ａは、ショルダ部２ｃの外周面と面一になっている。内側フランジ２４の先端面２４ａは、ネック部２ｂの外周面に面接触している。

立上り部２２は、フランジ部２１に対して略垂直に立ち上がっている。立上り部２２の基端側に形成された基端側内周面２２ａは平滑になっている。一方、立上り部２２の先端側に形成された先端側内周面２２ｂには雌ネジが形成されている。

補強層４は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製であり、樹脂ライナー２及び口金部材３の外周を覆うように形成されている。補強層４の材料は、繊維強化プラスチックに限定されるものではなく、樹脂ライナー２の強度を高めることができる他の材料で形成してもよい。

取付部材５は、口金部材３に対して着脱自在に形成される部材である。取付部材５は、先端側がネック部２ｂと口金部材３との間に挿入されるとともに、基端側が口金部材３に締結される。取付部材５は、例えば、ジョイント部材やバルブ等である。

取付部材５は、第一部材５ａと、第二部材５ｂとで構成されている。第一部材５ａ及び第二部材５ｂの材料は特に制限されないが、本実施形態ではいずれも金属製になっている。第一部材５ａは、その一部が外部に露出するとともに口金部材３に締結される部位である。第一部材５ａは、頭部６１と、第一軸部６２と、第二軸部６３とで構成されている。

頭部６１は、第一軸部６２よりも大径になっている。第一軸部６２は、頭部６１に連続しており、円柱状を呈する。第一軸部６２の外周面６２ａには、先端側内周面２２ｂの雌ネジに螺合される雄ネジが形成されている。外周面６２ａと先端側内周面２２ｂとが締結されることにより締結部Ｔが形成されている。

第二軸部６３は、第一軸部６２に連続しており、円柱状を呈する。第二軸部６３は第二部材５ｂの中空部に挿入される部位である。頭部６１、第一軸部６２及び第二軸部６３の中央には、気体等が流通する連通孔Ｘが形成されている。

第二部材５ｂは、ネック部２ｂと口金部材３との間に挿入されるとともに、第一部材５ａの締結に伴う軸方向の応力によって第一部材５ａと内側フランジ２４との間に挟持される。第二部材５ｂは、円筒状を呈する本体筒部７１と、本体筒部７１に形成された第一取付座７２と、本体筒部７１に形成された第二取付座７３とで構成されている。

本体筒部７１の高さ寸法は、立上り部２２の基端側内周面２２ａの高さ寸法と略同等になっている。本体筒部７１の外周面７１ａは、基端側内周面２２ａと面接触している。また、本体筒部７１の内周面７１ｂは、ネック部２ｂの外周面と面接触している。なお、外周面７１ａは、基端側内周面２２ａと面接触することが好ましいが、基端側内周面２２ａに対して微細な隙間をあけて配設されていてもよい。

本体筒部７１の基端面７１ｅは、第一軸部６２の端面６２ｂに面接触している。また、本体筒部７１の先端面７１ｆは、内側フランジ２４の表面２４ｂに面接触している。

第一取付座７２は、第一シール部材６及びバックアップリングＢＬを配設する部位であって、本体筒部７１の内周面７１ｂに凹設されている。第一取付座７２は、内周面７１ｂの全周に亘って形成されている。第二取付座７３は、第二シール部材７を配設する部位であって、本体筒部７１の基端面７１ｅに凹設されている。第二取付座７３は、本体筒部７１の内周面７１ｂの全周に亘って形成されている。第二シール部材７を介設することにより、第一部材５ａと第二部材５ｂとの間をシールすることができる。

本体筒部７１の内周面７１ｂには、脆弱部Ｊが形成されている。脆弱部Ｊは、本体筒部７１の内周面７１ｂを切り欠いて、第二部材５ｂの平断面の面積を減ずることで形成されている。脆弱部Ｊは、内周面７１ｂの全周に亘って形成されており、断面三角形を呈する。脆弱部Ｊを形成する場所は、取付部材５（第二部材５ｂ）の軸方向において、締結部Ｔと第一シール部材６との間であって高圧が作用する部位であり、破断することによって漏れが発生する部位に形成される。

「高圧が作用する部位」は、充填される気体等によって高い圧力が作用する部位を意味する。「高圧が作用する部位」は、本実施形態では、本体筒部７１の内周面７１ｂにおける第一シール部材６から第二シール部材７までの間である。締結部Ｔは、第二シール部材７があるため「高圧が作用する部位」には該当しない。本実施形態では、第二部材５ｂの内周面７１ｂにおいて、第一シール部材６と第二シール部材７との間に脆弱部Ｊを設けている。

脆弱部Ｊの大きさは、第二部材５ｂの材料、樹脂ライナー２に作用する最大圧力等を考慮しつつ、金属材料の疲労曲線や切欠き係数等に基づいて、所定の疲労回数で漏れが発生するように設定すればよい。脆弱部Ｊは、本実施形態のように一つでもよいし、複数設けてもよい。また、本実施形態のように連続的に設けてもよいし、断続的に設けてもよい。また、脆弱部Ｊは、本実施形態では周方向に亘って設けたが、第二部材５ｂの軸方向に沿って形成してもよい。

本実施形態に係る圧力容器１の製造方法は、成形工程と、補強層成形工程と、取付工程とを行う。まず、成形工程では、樹脂ライナー２と口金部材３とを一体成形する。本実施形態では、回転成形又はインジェクション成形により樹脂ライナー２と口金部材３とを一体成形する。

補強層成形工程では、例えば、フィラメントワインディング法により、樹脂ライナー２及び口金部材３の外周に補強層４を形成する。取付工程では、まず、第一取付座７２に第一シール部材６を配設した状態で、第二部材５ｂをネック部２ｂと口金部材３との間に挿入する。第二取付座７３に第二シール部材７を配設した後、第一部材５ａを口金部材３に締結する。第一部材５ａは、第一軸部６２の端面６２ｂと、本体筒部７１の基端面７１ｅとが当接するまで口金部材３に締め付ける。以上の工程によって、圧力容器１が形成される。圧力容器１では、内圧が作用した際に、ネック部２ｂが径方向外側方向に応力を受けるため、セルフシール機能が働きネック部２ｂと第二部材５ｂとの間の第一シール部材６で確実にシールすることができる。

以上説明した圧力容器１によれば、内圧変動の繰り返しに伴って、脆弱部Ｊを起点に亀裂が進展し、いずれ漏れに至る。つまり、本実施形態では、脆弱部Ｊから第二部材５ｂ（本体筒部７１）の径方向外側に向けて亀裂が進展する。当該亀裂が第二部材５ｂの外周面７１ａに貫通すると充填された気体等が本体筒部７１と口金部材３との間、締結部Ｔを通って外部に漏れる。脆弱部Ｊは、金属製の取付部材５（第二部材５ｂ）に設けられるため、当該金属材料の疲労曲線や切欠き係数などから漏れに至る疲労回数をコントロールすることができる。このようにＬＢＢを実現させることにより、破裂の保証回数までの容器疲労強度は必要なくなるため、補強層４の肉厚を薄くできる。これにより、製造コストを低減することができる。

また、第二部材５ｂが破断してもその影響が締結部Ｔには及ばないため、口金部材３と第一部材５ａとの締結状態は維持される。これにより、取付部材５等が破裂して吹き飛ぶことを防止することができる。

また、本実施形態では取付部材５を第一部材５ａと第二部材５ｂとを備えた分割構成にしている。ネック部２ｂと取付部材５の第二部材５ｂ（本体筒部７１）との間に第一シール部材６を介設するとともに、第一部材５ａと第二部材５ｂとの間に第二シール部材７を介設しているため、口金部材３から取付部材５を取り外す際に、第一シール部材６及び第二シール部材７の点検又は交換等を容易に行うことができる。これにより、第一シール部材６及び第二シール部材７のメンテナンス性を高めることができる。

また、第二部材５ｂを容易に取り出せるため、脆弱部Ｊから発生する亀裂の進展具合を容易に確認することができる。また、脆弱部Ｊの進展具合から圧力容器１の残寿命を推測することができる。また、第二部材５ｂに、シール機能と脆弱部Ｊとを集約させているため、メンテナンス性をより向上させることができる。さらに、第二部材５ｂを簡易な形状（円筒状）にしたため、脆弱部Ｊの寸法精度を高めることができる。これにより、漏れに至る疲労回数のコントロールの精度も高めることができる。

また、ネック部２ｂに対して第二部材５ｂを軸方向に挿入するだけでよいため、取付工程の際に第一シール部材６に円周方向の応力が作用しない。これにより、第一取付座７２に第一シール部材６を確実に配設することができる。

＜変形例＞
図３は、第一実施形態に係る第二部材の変形例を示す図であって、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は側断面図である。図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、当該変形例では第二部材５ｂ’の内周面７１ｂに脆弱部Ｊを設けるとともに、外周面７１ａにも脆弱部Ｊ１を設ける点で第一実施形態と相違する。

脆弱部Ｊ１は、断面矩形の凹状を呈する。脆弱部Ｊ１は、全周に亘って形成されている。脆弱部Ｊの亀裂の進展具合は、脆弱部Ｊを設ける部材の断面積が大きく起因するため、変形例のように第二部材５ｂ’の外周面に脆弱部Ｊ１を設けてもよい。要するに、脆弱部は、第二部材５ｂ’（取付部材５）の内周面及び外周面の少なくともいずれかに設ければよい。

［第二実施形態］
次に、図４を参照して、本発明の第二実施形態に係る圧力容器１Ａについて説明する。圧力容器１Ａは、取付部材５Ａが単一の部材で構成されている点で第一実施形態と相違する。第二実施形態では、第一実施形態と共通する部分については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

取付部材５Ａは、頭部８１と、第一軸部８２と、第二軸部８３とで構成される金属製の部材である。頭部８１は、第一軸部８２より大径になっている。第一軸部８２は、頭部８１に連続しており、円柱状を呈する。第一軸部８２の第一外周面８２ａには、先端側内周面２２ｂの雌ネジに螺合される雄ネジが形成されている。第一外周面８２ａと先端側内周面２２ｂとが締結されることにより締結部Ｔが形成されている。第一外周面８２ａよりも先端側の第二外周面８２ｂは、雄ネジは形成されておらず平滑になっている。

第二軸部８３は、第一軸部８２に連続しており、円筒状を呈する。第二軸部８３の外周面８３ａは、基端側内周面２２ａと接触するか、又は、わずかな隙間をあけて対向している。第二軸部８３の内周面８３ｂは、ネック部２ｂの外周面と面接触している。また、第二軸部８３の先端面８３ｃは、内側フランジ２４の表面２４ｂに面接触している。第二軸部８３の内周面８３ｂには第一取付座７２が凹設されている。第一取付座７２には、第一シール部材６とバックアップリングＢＬが配設されている。頭部８１、第一軸部８２及び第二軸部８３の中央には、気体等が流通する連通孔Ｘが形成されている。

脆弱部Ｊは、第二軸部８３の内周面８３ｂを切り欠いて形成されている。本実施形態における「高圧が作用する部位」は、第一軸部８２の端面８２ｃ及び第二軸部８３の内周面８３ｂの基端から第一シール部材６までの間となる。本実施形態では、第二軸部８３の内周面８３ｂであって、第一シール部材６よりも第一軸部８２側に脆弱部Ｊが形成されている。

以上説明した圧力容器１Ａによれば、内圧変動の繰り返しによって、脆弱部Ｊを起点に亀裂が進展し、いずれ漏れに至る。つまり、本実施形態では、脆弱部Ｊから第二軸部８３の径方向外側に向けて亀裂が進展する。当該亀裂が第二軸部８３の外周面８３ａに貫通すると第二軸部８３が破断し、充填された気体等が取付部材５Ａと口金部材３との間及び締結部Ｔを通って外部に漏れる。脆弱部Ｊは、金属製の取付部材５Ａ（第二軸部８３）に設けられるため、当該金属材料の疲労曲線や切欠き係数などから漏れに至る疲労回数をコントロールすることができる。このようにＬＢＢを実現させることにより、破裂の保証回数までの容器疲労強度は必要なくなるため、補強層４の肉厚を薄くできる。これにより、製造コストを低減することができる。

また、取付部材５Ａ（第二軸部８３）が破断してもその影響が締結部Ｔには及ばないため、口金部材３と取付部材５Ａとの締結状態は維持される。これにより、取付部材５Ａ等が破裂して吹き飛ぶことを防止することができる。また、単一の部材で取付部材５Ａを構成しているため、部品点数を減らすことができる。

［第三実施形態］
次に、図５を用いて本発明の第三実施形態に係る圧力容器１Ｂについて説明する。圧力容器１Ｂは、樹脂ライナー１０２と、口金部材１０３と、補強層１０４と、アタッチメント部材１０５と、取付部材１０６と、第一シール部材１０７と、第二シール部材１０８とで主に構成されている。

樹脂ライナー１０２は、収容部１０２ａと、ネック部１０２ｂとで構成されている。ネック部１０２ｂは、立上り部１１１と、折返し部１１２とで構成されている。

ネック部１０２ｂは、収容部１０２ａに連続し円筒状を呈する立上り部１１１と、立上り部１１１の先端から中心軸Ｃ側に折り返される折返し部１１２とで構成されている。

立上り部１１１は、後記する口金部材１０３の基部１２２、中間部１２３及び埋設部１２４の外周面に当接している。折返し部１１２は、断面Ｌ字状を呈し、立上り部１１１の先端から収容部１０２ａ側に向けて延設されている。折返し部１１２は、後記する埋設部１２４の先端面及び内周面に当接している。

口金部材１０３は、ネック部１０２ｂの径方向内側に配設される金属製の部材である。口金部材１０３は、フランジ１２１と、基部１２２と、中間部１２３と、埋設部１２４とで主に構成されている。

フランジ１２１は、リング状を呈する。基部１２２は、円筒状を呈し、フランジ１２１の内縁から立ち上がっている。基部１２２の内周面には雌ネジが形成されている。基部１２２の外周面には、周方向に沿って複数の凹溝１２６（図５では一つのみ描画）が形成されている。また、具体的な図示は省略するが、フランジ１２１及び基部１２２には、外側に張り出す複数のリブが形成されている。後に樹脂ライナー１０２となる樹脂が凹溝１２６及び隣り合うリブの間に入り込むことにより、ネック部１０２ｂに対する口金部材１０３の相対回転及び中心軸Ｃ方向の移動が規制される。

中間部１２３は、円筒状を呈し、基部１２２の先端に形成されている。中間部１２３の厚さは、基部１２２の厚さよりも小さくなっている。中間部１２３の内径は、基部１２２の内径よりも大きくなっている。基部１２２と中間部１２３との段差部には、段差面１２５が形成されている。段差面１２５には、径方向に沿う一対の凹溝（図省略）が形成されている。当該凹溝には、後記するアタッチメント部材１０５の突起部が嵌合される。

特許請求の範囲の「露出部」とは、基部１２２及び中間部１２３で構成される部位である。埋設部１２４は、円筒状を呈し、中間部１２３の先端面に形成されている。埋設部１２４の厚さは、中間部１２３の厚さよりも小さくなっている。埋設部１２４の内径は、中間部１２３の内径よりも大きくなっている。埋設部１２４の径方向外側、内側及び先端は、立上り部１１１及び折返し部１１２によって周方向に亘って連続して覆われている。

補強層１０４は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）であり、樹脂ライナー１０２の外周を覆うように形成されている。補強層は、繊維強化樹脂に限定されるものではなく、樹脂ライナー１０２の強度を向上することができる他の材料で形成してもよい。

アタッチメント部材１０５は、ネック部１０２ｂ及び口金部材１０３の先端（端部）に取り付けられる金属製部材である。アタッチメント部材１０５は、基部１３１と、内壁部１３２と、外壁部１３３とで構成されている。

基部１３１は、リング状を呈する。基部１３１の外縁には回転工具を当接させるための一対の切欠き面が形成されている。基部１３１の内縁には、周方向に亘って溝部１３１ｂが形成されている。溝部１３１ｂには、第一シール部材１０７が配設される。

内壁部１３２は、筒状を呈し、基部１３１の内縁から基部１３１に対して略垂直に延設されている。内壁部１３２の内径は、後記する取付部材１０６の軸部１４２の外径と略同等になっている。内壁部１３２の外径は、折返し部１１２の内径と略同等になっている。内壁部１３２の外周面１３２ｃには、周方向に亘って溝部１３５が形成されている。溝部１３５は、第二シール部材１０８の取付座となる部位である。また、内壁部１３２の先端面には一対の突起部（図示省略）が形成されている。突起部は、段差面１２５の凹溝に嵌合する形状になっている。また、内壁部１３２の先端の外側には、面取り部１３２ｂが形成されている。面取り部１３２ｂを備えることで、ネック部１０２ｂに挿入しやすくなっている。

外壁部１３３は、円筒状を呈し、内壁部１３２よりも径方向外側において、基部１３１に対して略垂直に延設されている。外壁部１３３の高さは、内壁部１３２の高さよりも小さくなっている。外壁部１３３の内径は、立上り部１１１の先端側の外径と略同等になっている。内壁部１３２と外壁部１３３との間にネック部１０２ｂが嵌め合わされている。

内壁部１３２の内周面１３２ａに脆弱部Ｊ２が形成されている。脆弱部Ｊ２は、アタッチメント部材１０５において、締結部Ｔと第一シール部材１０７との間であって高圧が作用する部位であり、破断することによって漏れが発生する部位に形成される。本実施形態では、締結部Ｔと第一シール部材１０７との間では、内壁部１３２の内周面１３２ａ、外周面１３２ｃ、面取り部１３２ｂ及び先端面に高圧が作用する。そのうち、第二シール部材１０８よりも上の部位に脆弱部Ｊ２が形成されている。

取付部材１０６は、アタッチメント部材１０５の内壁部１３２及び口金部材１０３の内側に挿入されている。取付部材１０６は、頭部１４１と、軸部１４２とで構成されている。頭部１４１の端面１４１ａは、アタッチメント部材１０５の基部１３１に当接している。頭部１４１は、アタッチメント部材１０５の少なくとも一部を覆うように形成することが好ましい。

軸部１４２の外径は、頭部１４１の外径よりも小さくなっている。軸部１４２の基端側の外周面は、平坦になっている。軸部１４２の先端側の外周面には、基部１２２に螺合される雄ネジが形成されている。基部１２２の内周面と軸部１４２の先端側の外周面とで締結部Ｔが形成されている。

第一シール部材１０７は、Ｏリングであって、溝部１３１ｂに配置されている。第一シール部材１０７は、アタッチメント部材１０５と取付部材１０６との間をシールする部材である。第一シール部材１０７は、基部１３１と端面１４１ａとに当接している。

第二シール部材１０８は、Ｏリングであって、溝部１３５に配置されている。第二シール部材１０８は、ネック部１０２ｂとアタッチメント部材１０５との間をシールする部材である。第二シール部材１０８は、具体的には、折返し部１１２と内壁部１３２とに当接している。第二シール部材１０８は、中心軸Ｃ方向において、折返し部１１２及び埋設部１２４と重なる位置に配置されている。本実施形態では、第二シール部材１０８の隣にバックアップリングＢＬを設けている。

次に、本実施形態に係る圧力容器の製造方法について説明する。本実施形態に係る圧力容器は、ブロー成形によって製造される。圧力容器の製造方法では、ブロー工程と、アタッチメント取付工程と、補強層成形工程と、部品取付工程とを行う。ブロー工程では、図示しないブローピンに口金部材１０３を配置して、当該ブローピンと一対の金型とで、ブロー成型の際に口金部材１０３の埋設部１２４の周囲に樹脂が回り込むようにキャビティを形成する。これにより、樹脂ライナー１０２と口金部材１０３とが一体形成される。

アタッチメント取付工程では、溝部１３５に第二シール部材１０８及びバックアップリングＢＬを取り付けつつ、樹脂ライナー１０２と口金部材１０３とで形成された複合部材に対し、樹脂ライナー１０２の先端にアタッチメント部材１０５を取り付ける。具体的には、アタッチメント部材１０５の内壁部１３２と外壁部１３３の隙間に、ネック部１０２ｂの先端を嵌め合わせる。

補強層成形工程では、例えば、フィラメントワインディング法により、樹脂ライナー１０２及びアタッチメント部材１０５の外周に補強層１０４を形成する。

部品取付工程では、取付部材１０６の軸部１４２に第一シール部材１０７を取り付けるか若しくは溝部１３１ｂに第一シール部材１０７を配置する。そして、取付部材１０６をアタッチメント部材１０５に挿入しつつ、口金部材１０３に螺合する。以上の工程によって、圧力容器１Ｂが形成される。なお、圧力容器１Ｂの製造方法は、前記した方法に限定されるものではなく、例えば、補強層１０４を形成した後にアタッチメント部材１０５を取り付けてもよい。

以上説明した圧力容器１Ｂによれば、内圧変動の繰り返しによって、脆弱部Ｊ２を起点に亀裂が進展し、いずれ漏れに至る。つまり、本実施形態では、脆弱部Ｊ２から内壁部１３２の外周面１３２ｃに亀裂が進展する。当該亀裂が折返し部１１２に貫通すると内壁部１３２が破断し、充填された気体等がネック部１０２ｂの外周面とアタッチメント部材１０５との界面及び補強層１０４とアタッチメント部材１０５との界面を通って外部に漏れる。脆弱部Ｊ２は、金属製のアタッチメント部材１０５に設けられるため、当該金属材料の疲労曲線や切欠き係数などから漏れに至る疲労回数をコントロールすることができる。このようにＬＢＢを実現させることにより、破裂の保証回数までの容器疲労強度は必要なくなるため、補強層１０４の肉厚を薄くできる。これにより、製造コストを低減することができる。

また、アタッチメント部材１０５が破断してもその影響が締結部Ｔには及ばないため、口金部材１０３と取付部材１０６との締結状態は維持される。また、取付部材１０６の頭部１４１は、アタッチメント部材１０５に当接するとともにアタッチメント部材１０５の上方を覆っている。これにより、アタッチメント部材１０５等が破裂して吹き飛ぶことを防止することができる。

また、ネック部１０２ｂは樹脂製であって突出しているため経年劣化によりへたりやすいが、ネック部１０２ｂの端部の内部に、周方向に亘って口金部材１０３の埋設部１２４が埋設されるとともに、口金部材１０３の露出部（基部１２２、中間部１２３）がネック部１０２ｂの内壁として形成される。これにより、ネック部１０２ｂが補強される。そして、第二シール部材１０８は、この補強されたネック部１０２ｂをシールする位置、つまり、中心軸Ｃ方向において、折返し部１１２及び埋設部１２４と重なる位置に設けられているため、ネック部１０２ｂとアタッチメント部材１０５との間を第二シール部材１０８によって確実かつ長期にわたりシールできる。また、ネック部１０２ｂの内側に埋設部１２４及び露出部を配設するだけでよいため簡易な構造とすることができる。

圧力容器１Ｂの口金部材１０３に取り付けられる取付部材１０６やジョイント部材等を含めた取付部材は、様々な形状及び大きさを備えている。したがって、取付部材の変更に伴って口金部材１０３の形状を変更しなければならず、さらには、成形型や製造工程も変更しなければならない場合がある。しかし、本実施形態のように、口金部材１０３の先端にアタッチメント部材１０５を設けることで、口金部材１０３の形状等は変更せずに様々なタイプの取付部材に対応することができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、図２の第二シール部材７は第二部材５ｂの内周面７１ｂに設けてもよい。図２，４の実施形態においては、ネック部２ｂの先端に補強部材を設けてもよい。補強部材は、例えば、ネック部２ｂの内周面及び先端面に当接する筒状部材とすることができる。ネック部２ｂは、経年劣化に伴いへたりやすくなるが、補強部材を設けることでネック部２ｂを補強することができる。また、図５に示す第三実施形態では、口金部材１０３の露出部と取付部材１０６との間で締結部Ｔを構成したが、露出部及びアタッチメント部材１０５の少なくともいずれかと取付部材１０６とで締結部Ｔを構成してもよい。

１圧力容器
２樹脂ライナー
２ａ収容部
２ｂネック部
２ｃショルダ部
３口金部材
４補強層
５取付部材
５ａ第一部材
５ｂ第二部材
６第一シール部材
７第二シール部材
１０５アタッチメント部材
Ｊ脆弱部
Ｊ１，Ｊ２脆弱部

Claims

突出する筒状のネック部を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナーと、
前記ネック部の径方向外側に設けられる口金部材と、
前記樹脂ライナー及び前記口金部材の外側を覆う補強層と、
締結部を介して前記口金部材に取り付けられる第一部材と、
前記ネック部と前記口金部材との間に挿入され、前記第一部材と当接する金属製の第二部材と、
前記ネック部の外周面と前記第二部材の内周面との間に介設される第一シール部材と、
前記第一部材と前記第二部材との間に介設される第二シール部材と、
前記第二部材の軸方向において、前記締結部と前記第一シール部材との間であって高圧が作用する部位の断面積を減ずることで設けられる脆弱部と、を有することを特徴とする圧力容器。
突出する筒状のネック部を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナーと、
前記ネック部の径方向外側に設けられる口金部材と、
前記樹脂ライナー及び前記口金部材の外側を覆う補強層と、
前記ネック部と前記口金部材との間に挿入されるとともに、締結部を介して前記口金部材に取り付けられる金属製の取付部材と、
前記ネック部の外周面と前記取付部材の内周面との間に介設される第一シール部材と、
前記取付部材の軸方向において、前記締結部と前記第一シール部材との間であって高圧が作用する部位の断面積を減ずることで設けられる脆弱部と、を有することを特徴とする圧力容器。
突出する筒状のネック部を備え、気体又は液体を収容する中空の樹脂ライナーと、
前記ネック部が端部において径方向外側から内側に折り返されることで周方向に亘って埋設される埋設部及び前記埋設部から連続して形成され前記ネック部の内壁として露出する露出部を備える口金部材と、
前記ネック部の端部において周方向に亘って嵌め合わされる金属製のアタッチメント部材と、
前記アタッチメント部材及び前記露出部の少なくともいずれかの径方向内側に締結部を介して取り付けられる軸部と、前記軸部よりも拡径して形成されるとともに前記アタッチメント部材の少なくとも一部を覆う頭部と、を備えた取付部材と、
前記アタッチメント部材と前記取付部材との間をシールする第一シール部材と、
前記ネック部と前記アタッチメント部材との間をシールする第二シール部材と、
前記アタッチメント部材において、前記締結部と前記第一シール部材との間であって高圧が作用する部位の断面積を減ずることで設けられる脆弱部と、を有することを特徴とする圧力容器。