JPWO2017006504A1 - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力容器の強化用繊維の巻付け工程にライナーに対するボスのねじ締結が緩むことを回避すること。【解決手段】ライナー１２およびテールボス３２に、テールボス３２がライナー１２に対して雄ねじ２８と雌ねじ３４との締結が緩む方向に回転することを阻止する凸部４２及び凹部４４による回転抑制部を設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、圧力容器に関し、更に詳細には、樹脂製のライナーの外側にボスが取り付けられた圧力容器に関する。

圧縮ガスを収容する圧力容器として、樹脂製の円筒状のライナーと、当該ライナーの外側に設けられた繊維強化樹脂製の補強外層とを有するコンポジット型の圧力容器が知られている（例えば、特許文献１）。

補強外層の成形法として、樹脂を含浸させた強化用繊維をライナーの外表面に巻付け、その後に熱処理によって樹脂を硬化させて補強外層を完成させるフィラメントワインディング法が知られている。フィラメントワインディング法は、ライナーの両端部又は一端部をチャッキングし、ライナーを回転させながらライナーの外表面に強化繊維を巻き付けることにより行われる。このため、ライナーのヘッド部（一端部）に取り付けられる口金部材が一方のチャッキング部をなし、ライナーのテール部（他端部）にはチャッキングのためのボスが取り付けられる。

特表２００１−５２４６５３号公報

ライナーのテール部に雄ねじが突出形成され、ボスに形成された雌ねじが前記雄ねじにねじ係合することにより、ボスがライナーに固定される取付構造の場合、チャッキング状態でライナーを回転させたときに、ライナーに対するボスのねじ締結が緩む虞がある。この緩みが生じると、ライナーから離れる方向にボスが移動し、ライナーに対する強化繊維の巻付けが正常に行われなくなり、強化繊維の巻付け不良によって圧力容器の耐圧性能が低下する虞がある。

本発明が解決しようとする課題は、ライナーに対するボスのねじ締結が緩むことを回避することである。

本発明による圧力容器は、第１のねじ部（２８）を有する樹脂製のライナー（１２）と、前記第１のねじ部（２８）にねじ係合する第２のねじ部（３４）を有し、前記第２のねじ部（３４）が前記第１のねじ部（２８）に締結されることにより前記ライナー（１２）の外側に取り付けられるボス（３２）と、前記ライナー（１２）および前記ボス（３２）に設けられ、前記ボス（３２）が前記ライナー（１２）に対して前記第１のねじ部（２８）と前記第２のねじ部との締結が緩む方向に回転することを抑制する回転抑制部（４２、４４）とを備える。

この構成によれば、ライナー（１２）に対してボス（３２）が第１のねじ部（２８）と第２のねじ部（３４）との締結が緩む方向に回転することが回避される。

本発明による圧力容器は、好ましくは、前記回転抑制部は、前記ライナーと前記ボスとの当接面の一方に形成された少なくとも一つの凸部（４２）と他方に形成されて前記凸部（４２）に係合可能な少なくとも一つの凹部（４４）を含んでいる。

この構成によれば、追加の部品を必要とすることなく回転抑制部が構成される。

本発明による圧力容器は、好ましくは、前記凸部（４２）は緩斜面（４２Ａ）と当該緩斜面（４２Ａ）の最凸部に連続する急斜面（４２Ｂ）とによるラチェット歯形状に形成され、前記凹部（４４）は、緩斜面（４４Ａ）と当該緩斜面（４４Ａ）の最凹部に連続する急斜面（４４Ｂ）とによるラチェット歯形状に形成され、前記第１のねじ部（２８）と前記第２のねじ部（３４）とが締結する方向の回転を許し、前記第１のねじ部（２８）と前記第２のねじ部（３４）との締結が緩む方向の回転を阻止するラチェットをなす。

この構成によれば、ライナー（１２）に対してボス（３２）が、第１のねじ部（２８）と第２のねじ部（３４）との締結が緩む方向に回転することが、簡単な構造のラチェットによって確実に阻止される。

本発明による圧力容器は、好ましくは、前記凸部（４２）及び前記凹部（４４）は、各々、前記急斜面（４２Ｂ、４４Ｂ）に互いに相補的な形状に形成されて互いに係合するオーバハング（４２Ｃ、４４Ｃ）を有する。

この構成によれば、ライナー（１２）に対してボス（３２）が、第１のねじ部（２８）と第２のねじ部（３４）との締結が緩む方向に回転することが、より一層確実に阻止される。更にはボス（３２）の取り付け方向における抜けも抑制される。

本発明による圧力容器は、好ましくは、前記凸部（４２）及び前記凹部（４４）の対が、前記第１のねじ部（２８）あるいは前記第２のねじ部（３４）を中心とした円周方向の複数箇所に形成されている。

この構成によれば、凸部（４２）及び凹部（４４）の対が１箇所にのみ形成されている場合に比して、第１のねじ部（２８）と第２のねじ部（３４）との締結が緩む方向に回転することを阻止する力が強くなる。

本発明による圧力容器によれば、回転抑制部の作用によってライナーに対するボスのねじ締結が緩むことがない。

本発明による圧力容器の実施形態１を示す縦断面図 実施形態１による圧力容器の要部の拡大分解斜視図 実施形態１による圧力容器の要部の部分断面拡大斜視図 実施形態１による圧力容器のボスの締結完了直前を示す要部の拡大断面図 実施形態１による圧力容器のボスの締結完了状態を示す要部の拡大断面図 本発明による圧力容器の実施形態２のボスの締結完了状態を示す要部の拡大断面図 実施形態２による圧力容器の要部を成形する型構造を示す拡大断面図 本発明による圧力容器の実施形態３の要部の拡大分解斜視図 本発明による圧力容器の実施形態４の要部の拡大分解斜視図

以下に、本発明による圧力容器の実施形態１を、図１〜図５を参照して説明する。

圧力容器１０は、図１に示されているように、内側に気体または液体を収容する樹脂製のライナー１２と、ライナー１２の外側に設けられた繊維強化樹脂製の補強外層（繊維強化樹脂層）１４とを有する。

ライナー１２は、収容する物体や充填条件によって材料を選択される。ライナー１２の材料としては、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）などが挙げられる。本実施形態では、ライナー１２はこれらの材料を用いてブロー成形により成形される。なお、ライナー１２の成形方法はブロー成形に限られるものではない。

ライナー１２の形状は、完成状態の圧力容器１０の形状のベースとなるものであり、通常、高圧収容体に対してより軽量化を図ることができる形状、例えば、図１に示されているように、円筒形の胴部と、当該胴部の軸線方向両端を閉じる略半球状の端部とを有する形状が選択される。

補強外層１４は、ＦＲＰ層（繊維強化プラスティック層）により構成されて耐圧構造における主要な構造メンバーとなるものであり、フィラメントワインディング法によって形成される。フィラメントワインディング法では、樹脂が含浸された強化用の繊維（フィラメント）もしくは織布を、後述する口金部材２２およびテールボス３２の取付部を除くライナー１２の外表面に巻き付けた後、樹脂を硬化させることによって補強外層１４が形成される。

補強外層１４に使用される樹脂としては、強度が高いことからエポキシ系樹脂が一般的である。熱的な安定性を求める場合などにはフェノール系樹脂が使用されることがある。繊維としては、高強度かつ高弾性の繊維が使用されることが多く、例えば、カーボン繊維、ガラス繊維、シリカ繊維、芳香族ポリアミド系樹脂繊維などが一般的である。これらの繊維もしくは繊維を織った布に前記した樹脂が含浸されてＦＲＰ層となる。

ライナー１２の略半球状の一方の端部、つまりヘッド部１６の中央部には、外周に雄ねじ１８を形成された円筒部２０が外方に突出成形されている。円筒部２０は、ライナー１２の軸線方向に延在し、ライナー１２の内部に連通する注排口２１を画定している。雄ねじ１８には略円筒形状の口金部材２２に内周に形成された雌ねじ２４がねじ係合している。口金部材２２は、アルミニウム等の金属製のものであり、上述の雄ねじ１８と雌ねじ２４とのねじ締結によってヘッド部１６に固定されている。口金部材２２はヘッドボスと呼ばれることもある。

ライナー１２の略半球状の他方の端部、つまりテール部２６の中央部には、外周に雄ねじ（第１のねじ部）２８を形成されたボルト３０が外方に突出成形されている。ボルト３０はライナー１２の軸線方向に延在している。ボルト３０には略円柱形状のテールボス３２の中心に形成された雌ねじ（第２のねじ部）３４がねじ係合している。テールボス３２は、アルミニウム等の金属製のものであり、上述の雄ねじ２８と雌ねじ３４とのねじ締結によってテール部２６に固定されている。

口金部材２２とテールボス３２とは、ライナー１２の中心軸線上に互いに同心に配置されており、フィラメントワインディング法によるＦＲＰ層をなす繊維もしくは織布の巻付け工程時に、巻付け機のチャック（不図示）にチャッキング（把持）される被チャック部として用いられる。これにより、ライナー１２は両持ち支持され、この状態で、ライナー１２を自身の中心軸線周りに回転させることにより、ライナー１２に対する繊維もしくは織布の巻付けが行われる。

つぎに、テールボス３２の取付構造の詳細を、図２〜図５を参照して説明する。

テール部２６の中央部には薄皿状に窪んだ円形の窪み部３６が形成されている。テールボス３２は、円柱部３８および円柱部３８の一端に形成されたフランジ部４０を有する。円柱部３８の他端中央には心出しチャッキングのための中心孔４３が形成されている。フランジ部４０は窪み部３６の補形をなして窪み部３６に嵌り込んでいる。窪み部３６の底面３６Ａとフランジ部４０の先端面４０Ａとはライナー１２の軸線方向に互いに対向して互いに当接する当接面をなしている。

底面３６Ａには複数の凸部４２がボルト３０（雄ねじ２８）の中心軸線周りの２箇所に等間隔をおいて形成されている。各凸部４２は、平面視で略矩形乃至略台形をなし、緩斜面４２Ａと、緩斜面４２Ａの最凸部に連続する急斜面４２Ｂとによるラチェット歯形状（逆止形状）をしている。先端面４０Ａには複数の凹部４４が雌ねじ３４の中心軸線周りの２箇所に等間隔をおいて形成されている。凹部４４は、凸部４２と同一形状の凹部であり、平面視で略矩形乃至略台形をなし、緩斜面４４Ａと、緩斜面４４Ａの最凹部に連続する急斜面４４Ｂとによるラチェット歯形状（逆止形状）をしている。なお、急斜面４２Ｂは底面３６Ａに対して略直角に起立しており、急斜面４４Ｂは先端面４０Ａに対して略直角に起立している。

凸部４２と凹部４４とは、雄ねじ２８と雌ねじ３４とのねじ係合による螺進によって互いに係合する。この係合において、雄ねじ２８と雌ねじ３４とがねじ締結する方向（螺進方向）のライナー１２に対するテールボス３２の回転は緩斜面４２Ａ、４４Ａによって許されるが、先端面４０Ａが底面３６Ａに当接した状態（取付完了状態）になったときには、図３および図５に示されているように、急斜面４２Ｂ、４４Ｂ同士の当接によってテールボス３２がライナー１２に対して雄ねじ２８と雌ねじ３４との締結が緩む方向に回転することが阻止される。このようにして凸部４２と凹部４４とは、ラチェットによる回転抑制部をなす。

このように、先端面４０Ａが底面３６Ａに当接するテールボス３２の取付完了状態では、凸部４２と凹部４４との係合により、テールボス３２がライナー１２に対して雄ねじ２８と雌ねじ３４とのねじ締結が緩む方向に回転することが、簡単な構造によるラチェットによって確実に阻止される。

これにより、フィラメントワインディング法によるＦＲＰ層をなす繊維もしくは織布の巻付け工程時に、雄ねじ２８と雌ねじ３４とのねじ締結が緩むことがなく、テールボス３２がライナー１２から離れる方向に移動することがない。そのため、ＦＲＰ層の巻付け工程時にライナー１２に対する繊維もしくは織布の巻付けが正常に行われ、繊維もしくは織布の巻付け不良が防止されることで圧力容器１０の耐圧性能が保証される。

回転抑制部は、ライナー１２およびテールボス３２に形成された凸部４２および凹部４４によるものであるので、追加の部品を必要とすることがなく、構造が簡単である。凸部４２および凹部４４の対が雄ねじ２８あるいは雌ねじ３４の中心軸線周りの複数箇所（２箇所）に設けられていることにより、１箇所の場合に比して、テールボス３２がライナー１２に対して雄ねじ２８と雌ねじ３４との締結が緩む方向に回転することを阻止する力が強くなる。これにより、ＦＲＰ層の巻付け工程時に、雄ねじ２８と雌ねじ３４とのねじ締結が緩むことがより一層確実に阻止される。

つぎに、本発明による圧力容器の実施形態２を、図６を参照して説明する。なお、図６において、図５に対応する部分は、図５に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態２では、凸部４２の急斜面４２Ｂと凹部４４の急斜面４４Ｂとに、互いに相補的な形状のオーバハング４２Ｃ、４４Ｃが形成されている。オーバハング４２Ｃは急斜面４２Ｂの緩斜面４２Ａとの接続側の端部から前方に突出している。オーバハング４４Ｃは急斜面４４Ｂの先端面４０Ａとの接続側の端部から前方に突出している。

このように、オーバハング４２Ｃと４４Ｃとは、互い違いに急斜面４２Ｂ、４４Ｂより前方に突出し、先端面４０Ａが底面３６Ａに当接するテールボス３２の取付完了（締結完了）状態では、「ほぞ係合」のように互いに係合する。これにより、テールボス３２側の急斜面４４Ｂがライナー１２側の急斜面４２Ｂを乗り越えることが確実に防止され、雄ねじ２８と雌ねじ３４とのねじ締結が緩む方向にテールボス３２が回転することが確実に阻止される。更にはテールボス３２の取り付け方向（軸線方向）における抜けも抑制される。

図７は実施形態２のライナー１２の成形金型の例を示している。ライナー１２の成形金型は２分割の金型１００Ａおよび１００Ｂを含む。金型１００Ａと１００Ｂとのパーティション面１０２Ａ、１０２Ｂは、オーバハング４２Ｃを含む凸部４２の急斜面４２Ｂの部分に設定されている。これにより、オーバハング４２Ｃを含む凸部４２の成形が離型時の障害を生じることなく行われる。

つぎに、本発明による圧力容器の実施形態３を、図８を参照して説明する。なお、図８において、図２に対応する部分は、図２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態３では、凸部４２および凹部４４が、各々、平面視で水滴状乃至涙状をなし、雄ねじ２８あるいは雌ねじ３４の中心軸線周りの３箇所に等間隔に設けられている。この凸部４２および凹部４４の平面視の形状と個数以外は、実施形態３と実施形態１とは実質的に同一である。したがって、実施形態３でも実施形態１と同様の作用、効果が得られる。

つぎに、本発明による圧力容器の実施形態４を、図９を参照して説明する。なお、図９において、図２に対応する部分は、図２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

実施形態４では、凸部４２および凹部４４が、雄ねじ２８あるいは雌ねじ３４の中心軸線周りに無間隔に放射状に多数形成され、各々、平面視で略扇形をなしている。これにより、底面３６Ａおよび先端面４０Ａがラチット歯による菊座状になっている。

実施形態４では、凸部４２および凹部４４が、雄ねじ２８あるいは雌ねじ３４の中心軸線周りに多数あることにより、雄ねじ２８と雌ねじ３４との締結が緩む方向に回転することを阻止する力が強くなる。また、先端面４０Ａが底面３６Ａに当接するライナー１２に対する取付完了（締結完了）のテールボス３２の回転位置のばらつきに対応することができる。つまり、任意の回転位置でのテールボス３２の固定が可能になる。このこと以外は、実施形態４と実施形態１とは実質的に同一であるので、実施形態４でも実施形態１と同様の作用、効果が得られる。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、急斜面４２Ｂ、４４Ｂは、底面３６Ａあるいは先端面４０Ａに対してアンダカット方向に傾斜していてもよい。また、凸部４２および凹部４４は、横断形状が二等辺三角形等、ラチェット歯形状以外の形状であってもよい。凸部４２がテールボス３２に形成され、凹部４４がライナー１２に形成されていてもよい。凸部４２および凹部４４等による回転抑制部は、ヘッド部１６と口金部材２２との間に設けられてもよい。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０ 圧力容器
１２ ライナー
１４ 補強外層
１６ ヘッド部
１８ 円筒部
２０ 円筒部
２１ 注排口
２２ 口金部材
２６ テール部
２８ 雄ねじ
３０ ボルト
３２ テールボス
３４ 雌ねじ
３６ 窪み部
３６Ａ 底面
３８ 円柱部
４０ フランジ部
４０Ａ 先端面
４２ 凸部
４２Ａ 緩斜面
４２Ｂ 急斜面
４２Ｃ オーバハング
４３ 中心孔
４４ 凹部
４４Ａ 緩斜面
４４Ｂ 急斜面
４４Ｃ オーバハング

実施形態４では、凸部４２および凹部４４が、雄ねじ２８あるいは雌ねじ３４の中心軸線周りに無間隔に放射状に多数形成され、各々、平面視で略扇形をなしている。これにより、底面３６Ａおよび先端面４０Ａがラチェット歯による菊座状になっている。

Claims (5)

1. 第１のねじ部を有する樹脂製のライナーと、
   前記第１のねじ部にねじ係合する第２のねじ部を有し、前記第２のねじ部が前記第１のねじに締結されることにより前記ライナーの外側に取り付けられるボスと、
   前記ライナーおよび前記ボスに設けられ、前記ボスが前記ライナーに対して前記第１のねじ部と前記第２のねじ部との締結が緩む方向に回転することを抑制する回転抑制部とを備える圧力容器。
2. 前記回転抑制部は、前記ライナーと前記ボスとの当接面の一方に形成された少なくとも一つの凸部と他方に形成されて前記凸部に係合可能な少なくとも一つの凹部とを含んでいる請求項１に記載の圧力容器。
3. 前記凸部は緩斜面と当該緩斜面の最凸部に連続する急斜面とによるラチット歯形状に形成され、前記凹部は、緩斜面と当該緩斜面の最凹部に連続する急斜面とによるラチェット歯形状に形成され、前記第１のねじ部と前記第２のねじ部とが締結する方向の回転を許し、前記第１のねじ部と前記第２のねじ部との締結が緩む方向の回転を阻止するラチェットをなす請求項２に記載の圧力容器。
4. 前記凸部及び前記凹部は、各々の前記急斜面に互いに相補的な形状に形成されて互いに係合するオーバハングを有する請求項３に記載の圧力容器。
5. 前記凸部及び前記凹部は、前記第１のねじ部あるいは前記第２のねじ部の中心軸線周りの複数箇所に形成されている請求項２から４の何れか一項に記載の圧力容器。

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