KR20070099688A - 가스용기 및 그 제조방법 - Google Patents

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다케시 이시카와
마사아키 아마노
마사히코 오타
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 라이너 구성부재끼리를 적절하게 접합할 수 있고, 생산성을 향상할 수 있는 가스용기 및 그 제조방법을 과제로 한다.
이것을 해결하기 위하여 본 발명에서는 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재끼리를 접합하여 구성된 수지 라이너와, 수지 라이너의 바깥 둘레에 배치된 보강층을 가지는 가스용기로서, 라이너 구성부재의 접합부와 라이너 구성부재의 접합부가 둘레방향에 걸쳐 레이저용착에 의하여 접합된 것이다. 접합부는 레이저 투과성의 수지로 접합부는 레이저 흡수성의 수지로 형성된다.

Description

가스용기 및 그 제조방법{GAS CONTAINER AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 수소 등의 가스를 저류하는 가스용기에 관한 것으로, 특히 내각(內殼)이 되는 수지 라이너가 복수의 라이너 구성부재를 접합하여 구성되는 가스용기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래, 수소나 CNG(압축 천연가스)를 저류하는 가스용기로서, 경량화 등의 관점에서 내각을 수지 라이너로 구성하고, 수지 라이너의 바깥 둘레면을 FRP 등의 보강층(외각;外殼)으로 보강한 것이 개발되어 있다. 이 종류의 수지 라이너로서, 예를 들면 공기형상(대략 원통형상부재)의 한 쌍의 라이너 구성부재를 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지로 형성하여 두고, 이 한 쌍의 라이너 구성부재의 단부끼리를 열판 용착함으로써 접합한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1]
일본국 특개2004-211783호 공보(도 2 및 제 5 페이지)
그러나, 라이너 구성부재끼리를 열판 용착하는 접합방법에서는 수지 라이너를 제조하는 데 시간이나 비용이 많이 소요되고 있었다. 또 열판 용착법에서는 용융 버르가 발생하고 쉬운 외에, 라이너 구성부재끼리의 위치 결정 정밀도의 관리가 곤란하였다. 또한 라이너 구성부재는, 가열의 영향으로 변형되는 경우도 있어, 열의 제어가 어려웠다. 특히 아주 얇은 라이너 구성부재끼리를 열판 용착한 경우에는, 표면 그을림이나 수지의 용융의 과부족이 생길 염려가 있었다.
본 발명은 라이너 구성부재끼리를 적절하게 접합할 수 있어, 생산성을 향상할 수 있는 가스용기 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스용기는, 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재를 복수개 접합하여 구성된 수지 라이너와, 수지 라이너의 바깥 둘레에 배치된 보강층을 가지는 가스용기로서, 복수의 라이너 구성부재의 접합부끼리는, 레이저용착에 의하여 서로 접합되어 있는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 가스용기는, 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재를, 복수개 접합하여 구성된 수지 라이너와, 수지 라이너의 바깥 둘레에 배치된 보강층을 가지는 가스용기로서, 하나의 라이너 구성부재의 접합부와 다른 라이너 구성부재의 접합부가 접합된 접합부분은, 이들 접합부끼리를 레이저용착에 의하여 서로 접합한 레이저용착부를 가지고 있는 것이다.
이들 구성에 의하면, 수지 라이너의 제조과정에서 하나의 라이너 구성부재의 접합부와 다른 라이너 구성부재의 접합부를 레이저용착에 의하여 접합하고 있기 때문에, 단시간 또한 저비용으로 수지 라이너를 구성할 수 있다. 따라서 가스용기의 생산성을 높일 수 있다. 또 레이저용착을 사용함으로써 저온에서 또한 접합부끼리를 국소적으로 가열할 수 있으므로, 라이너 구성부재에 대하여 열적 영향부분을 최소한으로 할 수 있어 용융 버르 등을 일으키지 않아도 된다.
여기서 「하나 이상의 일부(한쪽 끝측)가 중공 원통형상의 라이너 구성부재」에는 라이너 구성부재가 전체로서 원통형상, 고리형상, 공기형상, 돔형상 등의 형상을 가지는 것이 포함된다. 예를 들면 한 쌍의(반으로 분할된) 라이너 구성부재에 의하여 수지 라이너가 구성되는 경우에는, 각 라이너 구성부재는 전체로서 공기형상으로 형성된다. 또 3 이상의 라이너 구성부재에 의하여 수지 라이너가 구성되는 경우에는, 수지 라이너의 양쪽 끝의 라이너 구성부재는 각각 전체로서 공기형상으로 형성되고, 그 사이에 위치하는 라이너 구성부재는 전체로서 중공의 원통형상 또는 고리형상으로 형성된다.
본 발명의 다른 가스용기의 일 형태에 의하면, 접합부분은 레이저용착부와 일체적으로 또는 그 근방에 설치된 발열성재료를 가지고 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면 발열성재료에 의하여 레이저용착시의 접합부끼리의 용융을 촉진할 수 있으므로, 접합부끼리의 용착불량을 억제하여, 더 한층 양호하게 접합할 수 있다.
여기서 발열성재료는 수지 라이너의 제조 전(레이저용착 전)에서는, 한쪽 이상의 접합부에 설치되는 것이 바람직하다. 레이저 용착부와 일체적으로 설치된 발열성재료란, 수지 라이너의 제조 후(레이저용착 후)에 있어서, 예를 들면 레이저용착에 의하여 용융한 접합부의 수지에 발열성재료가 포함될 수 있는 상태에 있는 것을 말한다. 한편, 레이저 용착부의 근방에 설치된 발열성재료란, 수지 라이너의 제조 후(레이저용착 후)에 있어서, 예를 들면 레이저용착에 의하여 용융한 접합부의 수지에는 포함되지 않고, 이 용융하여 고화된 수지의 근방에 있는 상태를 말한다.
본 발명의 일 형태에 의하면 접합부끼리는, 수지 라이너의 둘레방향에 걸쳐 레이저용착에 의하여 서로 접합되어 있는 것이 바람직하다.
이 구성에 의하면, 접합부끼리의 전체 주위가 레이저에 의하여 라인용접된다. 이것에 의하여 접합부끼리의 이음매로부터의 가스의 누출이 저지되어, 수지 라이너의 기밀성을 적절하게 확보하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 서로 접합되는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 레이저 투과성의 부재로 이루어지고, 또한 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 레이저 흡수성의 부재로 이루어지는 것이 바람직하다.
또는 서로 접합되는 한쪽의 라이너 구성부재는, 레이저 투과성의 부재로 이루어지고, 또한 다른쪽의 라이너 구성부재는, 레이저 흡수성의 부재로 이루어지는 것이 바람직하다.
이들 구성에 의하면, 수지 라이너의 제조과정에서 레이저 투과성의 접합부측으로부터 레이저를 조사하면, 레이저 흡수성의 접합부가 가열 용융됨과 동시에, 그 접합부로부터의 열전달에 의하여 레이저 투과성의 접합부가 가열 용융된다. 이와 같이 레이저에 대한 투과성 또는 흡수성의 특성을 접합부에 가지게 하여 둠으로써 접합부끼리를 적절하게 접합할 수 있다. 또 이 종류의 레이저에 대한 특성을 접합부에만 가지게 하여도 좋으나, 접합부를 포함하는 라이너 구성부재의 전체에 가지게 하는 쪽이, 라이너 구성부재를 간이하게 제조할 수 있다.
바람직하게는 레이저 투과성의 부재로 이루어지는 접합부는, 수지 라이너에 서 바깥쪽에 위치하고, 또한 레이저 흡수성의 부재로 이루어지는 접합부는, 수지 라이너에서 안쪽에 위치한다.
이 구성에 의하면 수지 라이너의 제조과정시에, 레이저를 수지 라이너의 바깥쪽(라이너 구성부재의 바깥쪽)으로부터 조사하여 접합부끼리를 간단하게 접합할 수 있다. 즉, 수지 라이너의 제조과정시에 레이저 조사장치를 라이너 구성부재의 안쪽에 위치시키지 않아도 되어, 작업성 좋게 접합부끼리를 접합할 수 있다. 이것은 수지 라이너의 소형화에도 유용하다.
바람직하게는, 복수의 라이너 구성부재 중의 하나 이상은, 다른 라이너 구성부재와 접합되는 접합부와 반대측에, 수지 라이너의 중공 내부와 외부를 연통하기 위한 연통부를 가지고 있다.
이 구성에 의하면, 연통부를 거쳐 수지 라이너의 중공 내부에 가스를 충전 또는 중공 내부로부터 가스를 방출할 수 있다.
바람직하게는 서로 접합되는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 경사진 제 1 접합단면을 가지고, 또한 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 상기 제 1 접합단면에 대응하여 경사지는 제 2 접합단면으로서, 레이저용착에 의하여 상기 제 1 접합단면에 접합되는 제 2 접합단면을 가진다.
바람직하게는 본 발명의 가스용기는, 고압의 가연가스를 저류 가능하게 구성되어 있다.
바람직하게는 본 발명의 가스용기는, 상기 수지 라이너 및 상기 보강층을 가지는 용기본체와, 상기 용기본체의 한쪽 끝부에 설치된 꼭지쇠(mouthpiece)를 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가스용기의 제조방법은, 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재를, 복수개 접합하여 구성되는 수지 라이너를 가지는 가스용기의 제조방법으로서, 서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 투과성의 부재로 구성함과 동시에, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 흡수성의 부재로 구성하는 제 1 공정과, 제 1 공정 후에 서로 접합되어야 하는 라이너 구성부재의 접합부끼리를 접촉시키는 제 2 공정과, 제 2 공정 후에 레이저 투과성의 부재로 이루어지는 접합부측에서 레이저를 조사하여 접촉상태의 접합부끼리를 레이저용착에 의하여 서로 접합하는 제 3 공정을 가지는 것이다.
이 구성에 의하면 먼저 레이저에 대한 투과성 또는 흡수성의 특성을 라이너 구성부재의 접합부에 가지게 하여 두고, 그 다음에 접합부끼리를 접촉시키면서 레이저 투과성의 접합부측에서 레이저를 조사한다. 레이저의 조사에 의하여 레이저 흡수성의 접합부가 가열 용융됨과 동시에, 그 접합부로부터의 열전달에 의하여 레이저 투과성의 접합부가 가열 용융되고, 그 후, 냉각 고화됨으로써 접합부끼리의 계면이 접합된다.
이와 같이 라이너 구성부재끼리의 접합에 레이저용착을 사용하고 있기 때문에 단시간 또한 저비용으로 수지 라이너를 구성할 수 있다. 또 접합부끼리를 국소적으로 가열할 수 있으므로, 라이너 구성부재에 대하여 열적 영향부분을 최소한으로 할 수 있어, 용융 버르 등을 생기게 하지 않아도 된다.
바람직하게는 제 2 공정은, 레이저 투과성의 접합부를, 레이저 흡수성의 접합부에 대하여 바깥쪽으로부터 접촉시킴으로써 행하여지고, 제 3 공정은, 라이너 구성부재의 바깥쪽에 배치한 레이저 조사장치에 의하여 레이저 투과성의 접합부측에서 레이저를 조사함으로써 행하여진다.
이 구성에 의하면, 레이저 조사장치를 라이너 구성부재의 안쪽에 위치시키지 않아도 되어, 접합부끼리를 작업성 좋고 간이하게 접합할 수 있다.
바람직하게는 제 3 공정은, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 내외에 압력차를 부여한 상태에서 레이저를 조사하는 것을 포함한다.
이 구성에 의하면, 압력차에 의하여 접합부끼리의 밀착도를 높인 상태에서 접합부끼리가 레이저 용착된다. 이에 의하여 레이저 용착의 용착불량을 억제하여 접합 정밀도를 높일 수 있다. 또 접합 정밀도가 높아짐에 따라 수지 라이너의 강도나 기밀성을 적절하게 확보할 수 있다.
여기서 압력차의 부여는, 레이저의 조사에 의하여 접합부끼리의 접합반응이 어느 정도 진행된 단계에서 정지하여도 좋다. 환언하면, 레이저의 조사개시 전부터 조사 중의 하나 이상의 시기가, 압력차를 부여한 상태이어도 좋다.
더욱 바람직하게는 제 3 공정에서의 압력차의 부여는, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 내부의 압력 및 외부의 압력 중의 한쪽 이상을 조정함으로써 행하여진다.
더욱 바람직하게는 제 3 공정에서의 압력차의 부여는, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 내부를 대략 밀폐상태로 하고, 그 밀폐공간을 감압 또는 가압함으로써 행하여진다.
이 구성에 의하면 2개의 라이너 구성부재의 내부의 밀폐공간의 압력을 조정하기 때문에 이것들의 외부의 압력을 조정하는 것보다도 간이하게 상기한 압력차의 부여를 행할 수 있다.
여기서 밀폐공간의 가압에는, 예를 들면 이것에 압축가스를 주입하는 경우 외에 밀폐공간의 외부보다 높은 온도의 가스를 주입하는 경우가 포함된다.
더욱 바람직하게는 제 3 공정에서의 압력차의 부여는, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 한쪽 이상에 설치한 연통부를 거쳐, 밀폐공간을 감압 또는 가압함으로써 행하여진다.
이 구성에 의하면, 연통부를 유효하게 이용하여 밀폐공간을 감압 또는 가압할 수 있다. 또한 가스용기로서 제조된 후에는, 이 연통부를 거쳐 수지 라이너의 중공 내부에 가스를 충전 또는 중공 내부로부터 가스를 방출할 수 있다.
바람직하게는 제 2 공정은, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 접합부끼리를 라이너 구성부재의 축방향으로 오버랩하여 배치하고, 또한 그 오버랩한 부위끼리를 접촉시킴으로써 행하여진다.
이 구성에 의하면, 예를 들면 접합부끼리를 단순하게 맞대는 경우에 비하여 접합부끼리의 접촉면적을 늘릴 수 있다. 특히 축방향으로 오버랩한 부위끼리가 접촉하고 있기 때문에, 레이저용착시에 부여하는 상기 압력차에 의하여 접합부끼리의 밀착력이 증가하여 접합부끼리의 접합 정밀도를 더 한층 높일 수 있다.
바람직하게는 제 2 공정과 제 3 공정의 사이에, 서로 접합되어야 하는 2개의라이너 구성부재의 접합부끼리를 접촉시킨 상태에서 어닐링처리를 행하는 공정을 더 가진다.
이 구성에 의하면, 어닐링처리에 의하여 라이너 구성부재가 자기수축하여 접합부끼리의 밀착도가 높아진다. 이에 의하여 접합부끼리의 밀착도가 높아진 상태에서 접합부끼리를 레이저용착할 수 있고, 그 접합 정밀도를 높이는 것이 가능하게 된다. 또 어닐링처리로 밀착도가 높아지는 만큼, 예를 들면 상기한 압력차를 부여하기 위한 펌프 등의 장치를 소형화, 간소화할 수 있다.
바람직하게는 제 3 공정은, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재를 레이저 조사장치에 대하여 상대적으로 회전시키면서 접촉상태의 접합부끼리를 라이너 구성부재의 둘레방향에 걸쳐 레이저 용착함으로써 행하여진다.
이 구성에 의하면, 레이저 조사장치에 대하여 2개의 라이너 구성부재를 상대회전시키고 있기 때문에, 접합부끼리의 전체 주위가 레이저에 의하여 라인용접된다. 이것에 의하여 수지 라이너의 기밀성을 적절하게 확보하는 것이 가능하게 된다.
여기서 「상대적으로 회전」에는, 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재만을 회전시키는 것, 레이저 조사장치만을 회전시키는 것, 이들 양자를 동일한 방향으로 또는 역방향으로 회전시키는 것이 포함된다. 특히 이 중에서 2개의 라이너 구성부재만을 회전시키는 것이, 위치 결정이나 장치 구성상에서 가장 간이해질 수 있다.
바람직하게는 제 3 공정은 저산소 분위기에서 행하여진다.
이 구성에 의하면, 레이저의 조사에 의하여 용융한 접합부의 산화를 억제할 수 있다. 이것에 의하여 레이저용착시의 산화에 의한 눌어붙음이나, 이것에 따르는 레이저의 투과불량 등의 용착불량을 억제할 수 있다. 여기서 저산소분위기란, 대기보다 저산소의 분위기를 말하며, 예를 들면 불활성가스 분위기하 또는 대략 진공상태가 포함된다.
바람직하게는 제 1 공정은 서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재를 레이저 투과성의 부재로 구성함과 동시에, 다른쪽의 라이너 구성부재를 레이저 흡수성의 부재로 구성함으로써 행하여진다.
이 구성에 의하면, 접합부를 포함하는 라이너 구성부재의 전체에 대하여 레이저에 대한 특성을 가지는 부재로 함으로써 접합부에 대해서만 그와 같은 특성을 가지게 하는 경우와 비교하여 라이너 구성부재를 간이하게 제조할 수 있다.
바람직하게는 본 발명의 가스용기의 제조방법은, 제 3 공정 후에 레이저용착에 의하여 접합된 2개의 라이너 구성부재의 바깥 둘레면의 이음매가 면일해지도록 이 2개의 라이너 구성부재의 한쪽 이상의 바깥 둘레면을 깎는 공정을 더 구비한다.
예를 들면 상기한 바와 같이 접합부끼리를 축방향으로 오버랩시킨 경우에는 이음매의 바깥 둘레면에 요철이 생길 수 있다. 그래서 상기 공정을 설치함으로써 한쪽 이상의 라이너 구성부재의 바깥 둘레면을 깎음으로써 이 바깥 둘레면의 이음매를 면일하게 할 수 있다. 이에 의하여 예를 들면 수지 라이너의 바깥 둘레에 보강층을 설치하는 데에 있어서 유용하게 된다.
바람직하게는 본 발명의 가스용기의 제조방법은, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 한쪽 이상을 예비 가열하는 예비 가열공정을 더 구비하고, 상기 제 3 공정은, 상기 예비 가열공정의 도중에 또는 상기 예비 가열공정의 후에 실행된다.
이와 같이 함으로써, 레이저용착에 선행하여 예비 가열이 행하여지기 때문에, 레이저용착시에 표면 그을림을 억제할 수 있다. 예비 가열된 상태에서 레이저가 조사되는 만큼, 레이저용착에 요하는 시간을 단축할 수도 있고, 레이저의 출력을 필요 이상으로 높게 하지 않아도 된다.
여기서 예비 가열을 하는 직접 대상은, 접합대상의 양쪽의 라이너 구성부재이어도 좋으나, 라이너 구성부재의 한쪽뿐이어도 좋다. 후자로 하여도 좋은 이유는, 레이저용착시에 라이너 구성부재끼리를 접촉상태로 하고 있기 때문에, 예비 가열된 라이너 구성부재로부터의 열전달에 의하여 예비 가열되어 있지 않은 라이너 구성부재에 대해서도, 레이저용착시에는 미리 가열된 상태가 될 수 있기 때문이다.
바람직하게는 예비 가열공정은, 서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부와, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부의 한쪽 이상을 예비 가열함으로써 행하여진다.
이와 같이 함으로써, 레이저용착의 대상이 되는 접합부가 국소적인 예비 가열이 되기 때문에, 예비 가열공정에서 라이너 구성부재 전체의 열변형 등의 열적 영향을 적합하게 억제할 수 있음과 동시에, 필요한 열량을 적게 하는 것이 가능하게 된다.
바람직하게는 상기 예비 가열공정은, 접촉상태의 접합부끼리를 예비 가열함으로써 행하여진다.
이와 같이 함으로써, 접합부끼리의 열전달을 더 한층 촉진할 수 있으므로, 예비 가열을 효율좋게 행할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 예비 가열공정은, 접촉상태의 라이너 구성부재끼리의 안쪽 및 바깥쪽의 한쪽 이상으로부터, 접촉상태의 접합부끼리를 가열함으로써 행하여진다.
더욱 바람직하게는, 상기 예비 가열공정은, 열원을 가지는 예비 가열장치에 대하여 접촉상태의 라이너 구성부재끼리를 상대적으로 회전시키면서, 접촉상태의 접합부끼리를 둘레방향에 걸쳐 예비 가열함으로써 행하여진다.
이와 같이 함으로써, 접합부끼리의 전체 주위를 예비 가열할 수 있다.
여기서 「상대적으로 회전」에는, 라이너 구성부재끼리를 회전시키는 것, 예비 가열장치만을 회전시키는 것, 이들 양자를 서로 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 회전시키는 것이 포함된다.
더욱 바람직하게는 상기 제 3 공정은, 레이저를 조사하는 레이저 조사장치에 대하여 접촉상태의 라이너 구성부재끼리를 상대적으로 회전시키면서 접촉상태의 접합부끼리를 둘레방향에 걸쳐 예비 가열함으로써 행하여진다.
더욱 바람직하게는 예비 가열장치는, 접촉상태의 라이너 구성부재끼리의 회전방향에서 상기 레이저 조사장치의 상류측에 위치하고 있다.
이 구성에 의하면, 라이너 구성부재끼리가 회전하면 접합부끼리가 예비 가열장치에 면하여 이것에 의하여 예비 가열되고, 그 예비 가열된 부분이 레이저 조사장치에 면하여 이것에 의하여 레이저용착된다. 이에 의하여 접합부끼리의 예비 가열온도의 저하를 최소한으로 억제한 상태에서 접합부끼리를 레이저용착할 수 있다.
바람직하게는 예비 가열공정을 실행하는 예비 가열장치는, 히터, 열풍장치, 고주파 유도 가열장치 및 레이저 조사장치의 적어도 하나이다.
이 구성에 의하면, 예를 들면 고주파 유도 가열장치에 의하면, 예비 가열을 단시간으로 행할 수 있다. 또 예비 가열공정 및 제 3 공정에서, 동일한 레이저 조사장치를 사용하면 제조장치 전체의 구성을 단순화할 수 있다. 또한 동일한 레이저 조사장치를 사용하는 경우에는, 예비 가열공정에서는 레이저용착되지 않을 정도의 저출력으로 레이저를 조사하면 된다.
바람직하게는 본 발명의 가스용기의 제조방법은, 상기 예비 가열공정에 앞서서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부와, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부의 한쪽 이상에 발열성재료를 설치하는 공정을 더 가진다.
이와 같이 함으로써, 발열성재료에 의하여 접합부끼리의 예비 가열을 촉진할수 있음과 동시에, 레이저용착시의 접합부끼리의 용융을 촉진할 수 있다. 이에 의하여 접합부끼리의 용착불량을 억제하여 더 한층 양호하게 접합할 수 있다. 또한 발열성재료를 도포함으로써 접합부에 설치하여도 좋고, 발열성재료를 혼입한 시트를 부착함으로써 접합부에 설치하여도 좋다.
더욱 바람직하게는 발열성재료는 세라믹스, 흑연, 수지 및 금속 중 하나 이상이다.
바람직하게는 상기 예비 가열공정은, 라이너 구성부재의 접합부의 수분을 측정하는 수분 측정장치의 측정결과에 따라 예비 가열함으로써 행하여진다.
레이저용착시에 접합부의 수분율이 높으면, 레이저용착에 악영향을 미칠 염려가 있으나, 상기 구성과 같이 예비 가열을 수분 측정장치의 측정결과에 따라 실행함으로써, 용착불량을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 도달한 경위를 감안하여 본 발명을 다른 관점에서 보면, 이하와 같다.
본 발명의 다른 가스용기의 제조방법은, 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재를 복수개 접합하여 구성되는 수지 라이너를 가지는 가스용기의 제조방법으로서, 복수의 라이너 구성부재끼리의 접합부분은 예비 가열되고 있는 도중에 또는 예비 가열된 후에 레이저를 조사함으로써 레이저용착으로 접합된 것이다.
본 발명의 또 다른 가스용기의 제조방법은, 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재를 복수개 접합하여 구성되는 수지 라이너를 가지는 가스용기의 제조방법으로서, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 한쪽 이상을 예비 가열하는 예비 가열공정과, 예비 가열공정의 도중에 또는 예비 가열공정의 후에, 레이저를 조사함으로써 접합대상이 되는 접촉상태의 라이너 구성부재끼리를 레이저용착으로 서로 접합하는 레이저 조사공정을 가지는 것이다.
바람직하게는 예비 가열공정은, 서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부와, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부의 한쪽 이상을 예비 가열함으로써 행하여지고, 레이저 조사공정은 접촉상태의 접합부끼리를 레이저용착으로 서로 접합함으로써 행하여진다.
바람직하게는, 가스용기의 제조방법은 예비 가열공정에 앞서, 서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 투과성의 부재로 구성함과 동시에, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 흡수성의 부재로 구성하는 공정을 더 가지고, 레이저 조사공정은 레이저 투과성의 부재로 이루어지는 접합부측에서 레이저를 조사함으로써 행하여진다.
이 구성에 의하면, 레이저 투과성의 접합부측에서 레이저를 조사하면 레이저 흡수성의 접합부가 가열 용융됨과 동시에, 그 접합부로부터의 열전달에 의하여 레이저 투과성의 접합부가 가열 용융된다. 이와 같이 레이저에 대한 투과성 또는 흡수성의 특성을 접합부에 가지게 하여 둠으로써 접합부끼리를 적절하게 접합할 수 있다. 또한 이 종류의 레이저에 대한 특성을 접합부에만 가지게 하여도 좋으나, 접합부를 포함하는 라이너 구성부재의 전체에 가지게 하는 쪽이, 라이너 구성부재를 간이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 가스용기는, 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재를, 복수개 접합하여 구성되는 수지 라이너와, 수지 라이너의 바깥 둘레에 배치된 보강층을 가지는 가스용기로서, 하나의 라이너 구성부재의 접합부와 다른 라이너 구성부재의 접합부가 접합된 접합부분은, 이 접합부끼리를 레이저용착에 의하여 서로 접합한 레이저용착부와, 레이저용착부와 일체적으로 또는 그 근방에 설치된 발열성재료를 가지고 있는 것이다.
이 구성에 의하면, 하나의 라이너 구성부재의 접합부와 다른 라이너 구성부재의 접합부를 레이저용착에 의하여 접합하고 있기 때문에, 단시간 또한 저비용으로 수지 라이너를 구성할 수 있다. 따라서 가스용기의 생산성을 높일 수 있다. 또 레이저용착을 사용함으로써 저온에서 또한 접합부끼리를 국소적으로 가열할 수 있으므로, 라이너 구성부재에 대하여 열적 영향부분을 최소한으로 할 수 있어, 용융 버르 등을 생기게 하지 않아도 된다. 또한 발열성재료에 의하여 레이저용착시의 접합부끼리의 용융을 촉진할 수 있으므로, 접합부끼리의 용착불량을 억제하여 더 한층 양호하게 접합할 수 있다.
본 발명의 다른 가스용기는, 하나 이상의 일부가 통형상의 라이너 구성부재를 복수개 접합하여 구성된 수지 라이너와, 수지 라이너의 바깥 둘레에 배치된 보강층을 가지는 가스용기로서, 복수의 라이너 구성부재의 접합부끼리는 레이저용착에 의하여 서로 접합되어 있는 것이다.
마찬가지로 본 발명의 다른 가스용기의 제조방법은, 하나 이상의 일부가 통형상의 라이너 구성부재를 복수개 접합하여 구성되는 수지 라이너를 가지는 가스용기의 제조방법으로서, 서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 투과성의 부재로 구성함과 동시에, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 흡수성의 부재로 구성하는 제 1 공정과, 제 1 공정후에, 서로 접합되어야 하는 라이너 구성부재의 접합부끼리를 접촉시키는 제 2 공정과, 제 2 공정 후에 레이저 투과성의 부재로 이루어지는 접합부측에서 레이저를 조사하여 접촉상태의 접합부끼리를 레이저용착에 의하여 서로 접합하는 제 3 공정을 가지는 것이다.
이들 구성에 의하면, 상기와 마찬가지로 수지 라이너의 제조과정에서 레이저용착을 사용하고 있기 때문에, 단시간 또한 저비용으로 수지 라이너를 구성할 수 있고, 가스용기의 생산성을 높일 수 있다.
여기서 「하나 이상의 일부가 통형상의 라이너 구성부재」에는, 라이너 구성부재가 전체로서 원통형상, 고리형상, 공기형상, 돔형상, 3각이나 4각 등의 각진 통형상 등의 형상을 가지는 것이 포함된다. 따라서 라이너 구성부재의 일부의 단면이, 3각 이상의 다각형상의 통이어도 되고, 원이 아니고 타원의 통이어도 되며, 또는 원이 아닌 곡면을 가지는 통이어도 좋다.
이상 설명한 본 발명의 가스용기 및 그 제조방법에 의하면, 라이너 구성부재끼리의 접합에 레이저용착을 사용하고 있기 때문에, 라이너 구성부재끼리를 적절하게 접합할 수 있어, 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 관한 가스용기의 구성을 나타내는 단면도,
도 2는 제 1 실시형태에 관한 가스용기의 접합부분을 확대하여 나타내는 단면도,
도 3은 제 1 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 블럭도,
도 4는 제 1 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법의 공정을 나타내는 플로우차트,
도 5는 제 2 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 블럭도,
도 6은 제 2 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법의 공정을 나타내는 플로우차트,
도 7은 제 3 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 블럭도,
도 8은 제 3 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법의 공정을 나타내는 플로우차트,
도 9는 제 4 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 블럭도,
도 10은 제 4 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법의 공정을 나타내는 플로우차트,
도 11은 제 5 및 제 11 실시형태에 관한 가스용기의 구성을 나타내는 단면도,
도 12는 제 6 실시형태에 관한 가스용기의 접합부분을 확대하여 나타내는 단면도,
도 13은 제 6 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 사시도,
도 14는 제 6 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법의 공정을 나타내는 플로우차트,
도 15는 제 7 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 사시도,
도 16은 제 8 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 사시도,
도 17은 제 9 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 도면으로, 도 17(a)는 접합 전의 접합부분의 확대단면도, 도 17(b)는 접합 후의 접합부분의 확대단면도,
도 18은 제 10 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 측면도,
도 19는 제 12 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법을 설명하는 사시도,
도 20은 제 12 실시형태에 관한 가스용기의 제조방법의 공정을 나타내는 플로우차트이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시형태에 관한 가스용기 및 그 제조방법에 대하여 설명한다. 이 가스용기는, 복수의 라이너 구성부재가 레이저용착에 의하여 접합된 수지 라이너를 가지는 것이다. 이하에서는 먼저 가스용기의 구조에 대하여 설명하고, 그 후, 가스용기의 제조방법에 대하여 설명한다. 또 제 2 내지 제 12 실시형태에서는, 주로 제조방법의 변형예에 대하여 설명한다. 제 2 실시형태 이후에서는, 제 1 실시형태와 공통하는 부분에 대해서는 제 1 실시형태와 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 적절하게 생략한다.
(제 1 실시형태)
도 1에 나타내는 바와 같이 가스용기(1)는, 전체로서 밀폐 원통형상의 용기본체(2)와, 용기본체(2)의 길이방향의 양쪽 끝부에 설치된 꼭지쇠(3, 3)를 구비하고 있다. 용기본체(2)의 내부는, 각종 가스를 저류하는 저류공간(5)으로 되어 있다. 가스용기(1)는 상압의 가스를 충전할 수도 있고, 상압에 비하여 압력이 높여진 가스를 충전할 수도 있다. 즉, 본 발명의 가스용기(1)는 고압가스용기로서 기능할 수 있다.
예를 들면 연료전지시스템에서는 고압의 상태에서 준비된 가연성의 연료가스를 감압하여 연료전지의 발전에 공급하고 있다. 본 발명의 가스용기(1)는 고압의 가연성 연료가스를 저류하는 데 적용할 수 있고, 연료가스로서의 수소나, 원연료의 압축 천연가스(CNG 가스) 등을 저류할 수 있다. 가스용기(1)에 충전되는 수소의 압력으로서는, 예를 들면 35 MPa 또는 70 MPa 이고, CNG 가스의 압력으로서는, 예를 들면 20 MPa 이다. 이하는 고압 수소 가스용기를 일례로 설명한다.
용기본체(2)는, 가스 배리어성을 가지는 안쪽의 수지 라이너(11)(내각)와, 수지 라이너(11)의 바깥 둘레에 배치된 보강층(12)(외각)과의 2층 구조를 가지고 있다. 보강층(12)은 예를 들면 탄소섬유와 에폭시수지를 포함하는 FRP로 이루어지고, 수지 라이너(11)의 외표면을 피복하도록 이것을 감고 있다.
꼭지쇠(3)는 예를 들면 스테인레스 등의 금속으로 형성되고, 용기본체(2)의 반구면형상을 단벽부의 중심에 설치되어 있다. 꼭지쇠(3)의 개구부의 안 둘레면에는 암나사가 새겨 설치되어 있고, 배관이나 밸브 어셈블리(14)(밸브 바디) 등의 기능부품이, 이 암나사를 거쳐 꼭지쇠(3)에 비틀어 넣어 접속 가능하게 되어 있다. 또한 도 1에서는 꼭지쇠(3, 3)의 한쪽에만 밸브 어셈블리(14)를 설치한 예를 2점 쇄선으로 나타낸다.
예를 들면, 연료전지시스템 상의 가스용기(1)는 밸브나 이음매 등의 배관요소를 일체적으로 조립한 밸브 어셈블리(14)를 거쳐, 저류공간(5)과 도시 생략한 외부의 가스유로와의 사이가 접속되어, 저류공간(5)에 수소가 충전됨과 동시에 저류공간(5)으로부터 수소가 방출된다. 또 뒤에서 설명하는 바와 같이 가스용기(1)의 제조과정에서는 꼭지쇠(3)에 배관이 접속되어, 저류공간(5) 내의 압력이 조정된다. 또한 가스용기(1)의 양쪽 끝부에 꼭지쇠(3, 3)를 설치하였으나, 물론 한쪽의 끝부에만 꼭지쇠(3)를 설치하여도 좋다.
수지 라이너(11)는 길이방향의 중앙에서 2분할된 한 쌍의 대략 동일형상으로 이루어지는 라이너 구성부재(21, 22)(분할체)를, 레이저용착에 의하여 접합하여 구성되어 있다. 즉, 반으로 분할된 중공체의 라이너 구성부재(21, 22)끼리를 레이저용착에 의하여 접합함으로써 중공 내부의 수지 라이너(11)가 구성되어 있다.
한 쌍의 라이너 구성부재(21, 22)는, 수지 라이너(11)의 축방향으로 기설정된 길이만큼 연장되는 몸통부(31, 41)를 각각 가지고 있다. 각 몸통부(31, 41)의 축방향의 양쪽 끝측은 개구되어 있다.
한쪽의 라이너 구성부재(21)(제 1 라이너 구성부재)는, 몸통부(31)의 한쪽 끝측의 지름이 축소된 끝부에 형성된 되돌림부(32)와, 되돌림부(32)의 중앙부에 개구한 연통부(33)와, 몸통부(31)의 다른쪽 끝측의 대략 원통형상의 끝부에 형성된 접합부(34)를 가지고 있다.
다른쪽의 라이너 구성부재(22)(제 2 라이너 구성부재)는, 몸통부(41)의 한쪽 끝측의 지름이 축소된 끝부에 형성된 되돌림부(42)와, 되돌림부(42)의 중앙부에 개구한 연통부(43)와, 몸통부(41)의 다른쪽 끝측의 대략 원통형상의 끝부에 형성된 접합부(44)를 가지고 있다.
각 되돌림부(32, 42)는, 각라이너 구성부재(21, 22)의 강도를 확보하는 데 기능한다. 각 되돌림부(32, 42)의 바깥 둘레면과 보강층(12)의 끝부와의 사이에 꼭지쇠(3, 3)가 위치하고 있다. 또한 꼭지쇠(3)가 한 쪽의 끝부에만 설치되는 경우에는 한 쌍의 라이너 구성부재(21, 22)의 한쪽에 대해서는 되돌림부(32, 42) 및 연통부(33, 43)의 한쪽이 형성되지 않고, 몸통부(31) 및 몸통부(41)의 한쪽의 한쪽 끝측이 폐쇄단으로 형성된다.
여기서 본 명세서에서는 라이너 구성부재(21, 22)란, 분할구조의 수지 라이너(11)를 구성하는 부재를 말하며, 상기한 바와 같이 적어도 한쪽 끝측(일부)이 중공 원통형상의 형상을 가지는 것을 말한다. 따라서 라이너 구성부재(21, 22)의 형상에는 그 전체의 형상이 원통형상, 고리형상, 공기형상, 돔형상 등인 것이 포함된다.
단, 본 발명의 다른 형태에서는 라이너 구성부재(21, 22)의 일부의 형상은, 원통형상 이외의 통형상이어도 좋다. 예를 들면 라이너 구성부재(21, 22)의 일부의 단면형상이 3각 이상의 다각형상의 통형상, 타원형상의 통형상, 또는 원 이외의 곡면으로 이루어지는 통형상이어도 좋다.
도 2는, 접합부(34, 44) 주위를 확대하여 나타내는 단면도이다. 또한 도 2에서 보강층(12)은 생략하고 있다.
한쪽의 접합부(34)(제 1 접합부)는, 기설정된 각도 경사진 접합단면(51)과, 수지 라이너(11)의 축방향으로 연장되는 연장 설치부(52)를 가지고 있다. 접합단면(51)은 안쪽을 향하여 모따기되도록(역테이퍼형상이 되도록) 형성되어 있다. 연장 설치부(52)는, 접합단면(51)의 지름방향의 바깥쪽이 되는 선단부에 연속되어 있고, 대략 원통형상으로 형성되어 있다.
마찬가지로 다른쪽의 접합부(44)(제 2 접합부)는, 기설정된 각도 경사진 접합단면(61)과, 수지 라이너(11)의 축방향으로 연장되는 연장 설치부(62)를 가지고 있다. 접합단면(61)은 바깥쪽을 향하여 모따기되도록(테이퍼형이 되도록) 형성되어 있다. 연장 설치부(62)는 접합단면(61)의 지름방향의 안쪽이 되는 선단부에 연속되어 있고, 대략 원통형상으로 형성되어 있다.
접합부(34)와 접합부(44)는, 라이너 구성부재(21, 22)끼리를 맞대게 한 상태에서는 양자의 접합단면(51, 61)끼리가 정합하고, 접합단면(51, 61)끼리가 수지 라이너(11)의 둘레방향에 걸쳐 접촉한다. 또 이 상태에서는 접합부(34, 44)끼리는 수지 라이너(11)의 축방향으로 오버랩하여 배치되고, 그 오버랩한 부위끼리가 수지 라이너(11)의 둘레방향에 걸쳐 접촉한다.
여기서 오버랩한 부위끼리란, 하나가 바깥쪽의 연장 설치부(52)와 이 안 둘레면에 접촉한 접합부(44) 근방의 바깥 둘레면이고, 또 하나가, 안쪽의 연장 설치부(62)와 이 바깥 둘레면에 접촉한 접합부(34) 근방의 안 둘레면이다. 이와 같은 연장 설치부(52, 62)를 설치하여 둠으로써 뒤에서 설명하는 가스용기(1)의 제조과정에서 접합부(34, 44)끼리의 밀착력을 높일 수 있다. 또한 양자의 접합단면(51, 61)의 각도는 임의이나, 레이저 토치(100)(레이저 조사장치)로부터의 레이저를 투과 또는 수광 가능한 각도이면 된다.
본 실시형태에서는 수지 라이너(11)에서 바깥쪽에 위치하는 접합부(34)를 가지는 라이너 구성부재(21)는, 레이저 투과성의 열가소성수지로 형성되어 있다. 한편, 수지 라이너(11)에서 안쪽에 위치하는 접합부(44)를 가지는 라이너 구성부재(22)는 레이저 흡수성의 열가소성수지로 형성되어 있다.
레이저 투과성의 열가소성수지는, 레이저용착에 필요한 에너지를 레이저 흡수성측의 접합부(44)의 접합단면(61)에 도달시킬 정도로, 레이저에 대한 투과성을 가지고 있으면 된다. 따라서 레이저 투과성의 열가소성수지이어도 레이저 흡수성의 특성을 약간 가지고 있어도 된다. 레이저 투과성의 열가소성수지로서는, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나이론(66) 등을 들 수 있으나, 이들에 유리섬유 등의 보강섬유나 착색제를 첨가한 것이어도 좋다. 예를 들면 레이저 투과성의 라이너 구성부재(21)는 백색, 반투명 또는 투명하게 형성된다.
레이저 흡수성의 열가소성수지는, 레이저에 대한 흡수성을 가지고 있으면 되고, 흡수한 레이저에 의하여 발열하여 용융하는 것이면 된다. 레이저 흡수성의 열가소성수지로서는, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나이론(66) 등을 들 수 있으나, 이들에 유리섬유 등의 보강섬유나 착색제를 첨가한 것이어도 좋다. 예를 들면 레이저 흡수성의 열가소성수지는, 레이저 투과성의 열가소성수지와 동일한 수지로 형성한 경우에는, 레이저 투과성의 열가소성수지보다 카본을 많이 첨가함으로써 형성된다. 따라서 레이저 흡수성의 라이너 구성부재(22)는 예를 들면 흑색으로 형성된다.
레이저 투과성의 접합부(34)와 레이저 흡수성의 접합부(44)는, 접합단면(51, 61)끼리가 레이저용착에 의하여 접합되어 있다. 레이저용착은, 접합부(34)의 바깥쪽에서 레이저 토치(100)에 의하여 레이저를 조사하고, 접합단면(61)의 수지를 가열용융함과 동시에, 이 접합단면(61)부터의 열전달에 의하여 접합단면(51)의 수지를 가열용융함으로써 행하여진다.
따라서 접합부(34, 44)끼리가 접합된 접합부분(80)에 있는 레이저 용착부(70)는, 접합단면(61) 및 접합단면(51)의 양쪽이 용융한 부위이며, 레이저 흡수 성 및 레이저 투과성의 양쪽의 수지가 들어가 얽힌 상태로 되어 있다.
또한 라이너 구성부재(21, 22)의 전체를 레이저 투과성이나 레이저 흡수성의 수지로 하지 않아도 된다. 예를 들면 접합부(34, 44)만을 레이저 투과성이나 레이저 흡수성의 수지로 구성하는 등, 각 라이너 구성부재(21, 22)가 부분적으로 레이저 투과성이나 레이저 흡수성의 특성을 가지고 있어도 된다.
또 예를 들면 한 쌍의 라이너 구성부재(21, 22)를 양쪽 모두 레이저 투과성의 수지로 형성하여 두고, 그 중의 한쪽의 라이너 구성부재(21)(또는 22)의 접합부(34) (또는 44)의 접합단면(51)(또는 61)에, 레이저 흡수성을 가지는 흡수제를 도포하거나, 이 종류의 흡수제를 혼입한 시트를 부착하거나 하여도 좋다.
여기서 도 3 및 도 4를 참조하여 가스용기(1)의 제조방법에 대하여 설명한다.
먼저, 한쌍의 라이너 구성부재(21, 22) 및 2개의 꼭지쇠(3, 3)를 성형한다(단계 S1). 이 때 예를 들면 미리 성형한 하나의 꼭지쇠(3)를 금형 내에 배치하고, 이 금형 내에 레이저 투과성의 열가소성수지를 사출하여 라이너 구성부재(21) 및 꼭지쇠(3)를 일체 성형한다(인서트성형한다).
또 동일한 순서에 의하여 레이저 흡수성의 열가소성수지를 사출하여, 라이너 구성부재(22) 및 꼭지쇠(3)를 일체 성형한다. 이와 같이 사출성형을 이용함으로써 각 라이너 구성부재(21, 22)를 성형 정밀도 좋게 성형할 수 있다. 또한 사출성형 대신에 회전성형이나 블로우성형을 이용하여도 좋다.
다음에 꼭지쇠(3)가 부착된 각 라이너 구성부재(21, 22)를 챔버(101) 내에 예를 들면 가로방향 자세로 배치하고, 라이너 구성부재(21, 22)끼리를 맞대어 접합부(34, 44)끼리를 접촉시킨다(단계 S2). 이 상태에서는 상기한 바와 같이 접합부(34, 44)끼리가 축방향으로 오버랩하여 배치됨과 동시에, 접합단면(51, 61)끼리가 둘레방향에 걸쳐 접촉한다. 이에 의하여 라이너 구성부재(21, 22)끼리가 가접합(잠정접합)한 상태의 수지 라이너(11)가 된다.
그 후, 라이너 구성부재(22)의 꼭지쇠(3)에 도시 생략한 마개를 비틀어 넣어 접속함과 동시에, 라이너 구성부재(21)의 꼭지쇠(3)에 배관(121)을 비틀어 넣어 접속하고, 가접합상태의 수지 라이너(11)의 내부를 대략 밀폐상태로 한다. 또한 마개 및 배관(121)을 비틀어 넣어 접속하는 꼭지쇠(3)를 반대로 하여도 좋다.
이어서 챔버(101)에 접속한 불활성가스공급장치(110)를 구동하여 챔버(101) 내에 불활성가스를 충전한다(단계 S3). 불활성가스공급장치(110)는 예를 들면 불활성가스를 저류하는 가스봄베(111)와, 가스봄베(111)와 챔버(101)를 연통하는 가스배관(112)과, 가스배관(112)상에 설치되어, 가스봄베(111) 내의 불활성가스를 챔버(101) 내에 압송하는 챔버용 펌프(113)를 구비하고 있다.
불활성가스로서는 아르곤, 질소, 헬륨 등을 들 수 있다. 불활성가스공급장치(110)에 의한 불활성가스의 충전에 의하여 수지 라이너(11)의 외부의 챔버(101) 내가 불활성가스의 분위기로 설정된다. 이와 같은 불활성가스 분위기하로 하여 둠으로써 후공정의 레이저용착시에 접합부(34, 44)끼리의 산화를 억제할 수 있다.
다음 공정으로서, 가접합상태의 수지 라이너(11)에 접속한 부압 발생장치(120)를 구동하여 수지 라이너(11)의 대략 밀폐공간을 감압한다(단계 S4). 부압 발생장치(120)는, 예를 들면 상기한 꼭지쇠(3)에 접속된 배관(121)과, 챔버(101) 밖의 배관(121)상에 설치되고, 수지 라이너(11) 내를 감압하는 라이너용 펌프(122)를 구비하고 있다.
라이너용 펌프(122)를 구동함으로써 수지 라이너(11)의 내부가 부압이 된다. 수지 라이너(11) 내의 압력이 챔버(101) 내의 압력보다 낮아지면 수지 라이너(11)의 내외에 압력차가 생기게 된다. 이 압력차에 의하여 접합부(34, 44)끼리의 밀착도가 높아진다. 특히 접합부(34, 44)끼리가 축방향으로 오버랩하고 또한 그 오버랩한 부위끼리가 접촉하고 있기 때문에, 접합부(34, 44)끼리의 밀착력이 더 한층 높아지게 되어 있다.
여기서 레이저용착에 앞서, 챔버(101) 내에 설치한 농도센서(131)에 의한 검출결과에 의거하여 챔버(101) 내가 기설정된 불활성가스의 농도에 도달하여 있는지를 확인한다(단계 S5). 기설정된 농도에 도달하고 있는 경우에는, 불활성가스공급장치(110)의 구동을 정지하면 된다. 또 챔버(101) 내에 설치한 압력센서(132)에 의한 검출결과와, 배관(121)에 설치한 압력센서(133)에 의한 검출결과에 의거하여 수지 라이너(11) 내외의 차압 레벨이 기설정된 값에 도달하여 있는지를 확인한다(단계 S5).
차압 레벨이 기설정된 값에 도달하여 있는 경우에는, 부압 발생장치(120)의 구동을 정지하고 배관(121)상에 설치한 도시 생략한 차단밸브를 폐쇄하면 된다. 단, 후공정의 레이저용착시에도 부압 발생장치(120)의 구동을 속행하여(제어하여), 레이저용착 중에도 수지 라이너(11)의 내외의 차압을 기설정된 레벨로 유지하도록 하여도 좋다. 또한 2개의 압력센서(132, 133)의 배치위치는 상기에 한정되는 것이 아니다.
다음 공정으로서 레이저 토치(100)를 구동하여 수지 라이너(11)의 접합부(34, 44)끼리를 레이저용착에 의하여 접합한다(단계 S6). 레이저 토치(100)는 레이저 투과성의 접합부(34)의 바깥쪽으로부터 접촉상태의 접합단면(51, 61)끼리에 레이저를 조사한다. 조사된 레이저는 레이저 투과성의 접합부(34)를 투과하여 레이저 흡수성의 접합단면(61)에 도달하고, 이 접합단면(61)의 수지를 가열용융한다. 또 이 접합단면(61)으로부터의 열전달에 의하여 레이저 투과성의 접합단면(51)의 수지가 가열용융된다. 그리고 이들 용융된 수지가 냉각 고화됨으로써 접합부(34, 44)끼리를 서로 일체적으로 접합하는 레이저 용착부(70)가 형성된다.
여기서 레이저용착시에는(단계 S6), 레이저 토치(100)에 의한 레이저의 조사에 동기하여 도시 생략한 회전장치를 구동하여 가접합상태의 수지 라이너(11)를 그 축 주위로 회전시킨다. 이와 같이 함으로써 레이저 흡수성의 접합단면(61)이 둘레방향으로 차례로 가열 용융되어 감과 동시에, 이 열전달에 의하여 레이저 흡수성의 접합단면(61)이 둘레방향으로 차례로 가열 용융되어 간다. 따라서 수지 라이너(11)의 대략 원통형상의 형상을 유지하면서 수지 라이너(11)를 1 이상 회전시킴으로써 접합단면(51, 61)끼리를 그 둘레방향에 걸쳐 일체적으로 접합한 레이저 용착부(70)가 형성된다.
또한 수지 라이너(11)를 직접적으로 회전시키는 것은 아니고, 레이저 토치(100)를 수지 라이너(11)의 주위에서 직접적으로 회전시키도록 하여도 좋다. 또 이것 대신에 수지 라이너(11) 및 레이저 토치(100)를 함께 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 회전시키도록 하여도 좋다. 단, 상기한 바와 같이 수지 라이너(11)를 회전시킨 쪽이 수지 라이너(11)의 위치 결정이나 장치구성상 간이하게 얻을 수 있다.
상기와 같은 레이저용착에서는, 2개의 접합부(34, 44)의 형상을 연구한 것으로, 레이저용착을 위한 부위의 면적을 크게 취할 수 있다. 구체적으로는 도 2에 나타내는 바와 같이 접합단면(51, 61)끼리를 수지 라이너(11)의 축방향에 대하여 경사시킴으로써, 접합단면(51, 61)끼리를 수지 라이너(11)의 축방향에 직교시키는 경우에 비하여 접합단면(51, 61)끼리의 접촉면적을 크게 할 수 있다. 이에 의하여 레이저 용착부(70)를 충분한 크기로 할 수 있어, 수지 라이너(11)의 접합강도 등을 적합하게 향상할 수 있다.
또, 레이저용착은 수지 라이너(11)의 내외에 차압이 생긴 상태에서 행하여지기 때문에, 접합부(34, 44)끼리의 밀착도가 높아진 상태에서 접합단면(51, 61)끼리가 접합된다. 이에 의하여 접합단면(51, 61)끼리가 레이저용착으로 양호하게 접합되기 때문에, 수지 라이너(11)의 강도나 기밀성을 적절하게 확보할 수 있다.
또, 접합부(34, 44)끼리를 밀착시키기 위한 가압 지그 등을 간소화 또는 불필요하게 할 수 있다. 또한 오버랩한 접합부(34, 44)끼리의 이음매구조에 의하여 접합부(34, 44)끼리에 대하여 차압에 의하여 생기는 밀착력을 유효하게 작용시킬 수도 있게 되어 있어, 레이저용착의 반응을 양호하게 진행시킬 수 있다.
또한 레이저용착의 공정은, 불활성가스 분위기하에서 행하여지기 때문에, 접 합부(34, 44)끼리의 산화가 억제된다. 이에 의하여 접합부(34, 44)끼리가 국소적인 산화에 의한 눌어 붙음이나 그것에 의하여 생기는 레이저의 투과불량이나 핀홀 등을 회피할 수 있어, 접합단면(51, 61)끼리를 양호하게 또한 적절하게 접합할 수 있다. 레이저용착의 완료에 의하여 수지 라이너(11)는, 가접합상태로부터 본 접합상태(즉, 완전히 접합된 상태)가 되어, 중공 내부에 상기한 저류공간(5)이 구성된다.
또한 레이저 토치(100)가 출사하는 레이저는, 반도체 레이저 등을 사용할 수 있으나, 이것에 한정되는 것이 아니라, 레이저 투과성의 라이너 구성부재(21)의 수지의 두께를 포함하는 성상 등을 고려하여 적절하게 선택된다. 또 레이저 용착공정에서는 레이저의 출력(조사량)이나 수지 라이너(11)의 회전속도 등의 여러가지 조건은 각 라이너 구성부재(21, 22)의 성상에 따라 적절하게 설정하면 된다.
레이저 용착 완료후에는 챔버(101) 내 및 수지 라이너(11) 내를 대기압으로 되돌린다(단계 S7). 이어서 수지 라이너(11)의 바깥 둘레면에서의 이음매부분의 돌출부를 절삭한다(단계 S8). 이 돌출부는 레이저 투과성의 접합부(34)의 연장 설치부(52)를 포함하는 그 주변의 부위로 이루어지고, 수지 라이너(11)의 둘레방향에 걸쳐 또한 수지 라이너(11)의 지름방향의 바깥쪽으로 돌출하여 형성되어 있다(도 2 참조).
단계 S8의 절삭공정에서는, 이 돌출부를 둘레방향에 걸쳐 절삭함으로써 수지 라이너(11)의 바깥 둘레면에서의 이음매부분을 면일하게(대략 동일한 바깥 지름으로)하고 있다. 그리고 최종적으로 필라멘트 와인딩법 등에 의하여 수지 라이 너(11)의 외표면에 보강층(12)을 형성함으로써(단계 S9), 가스용기(1)가 제조된다.
이상과 같이 본 실시형태에 의하면 라이너 구성부재(21) 및 라이너 구성부재(22)의 접합에 레이저용착을 사용하였기 때문에, 단시간 또한 저비용으로 수지 라이너(11)를 제조할 수 있다. 이에 의하여 가스용기(1)의 생산성을 전체로서 높일 수 있다. 또 상기한 바와 같이 레이저용착을 불활성가스 분위기하에서 행하고, 또한 차압의 부여에 의하여 접합부(34, 44)끼리의 밀착도를 높인 상태에서 행하고 있기 때문에, 접합불량을 억제할 수 있어, 접합 정밀도가 높은 수지 라이너(11)를 제조할 수있다.
또한 접합부(34, 44)의 형상에 대해서는 수지 라이너(11)의 바깥 둘레면에서의 이음매부분의 돌출부가, 양쪽의 라이너 구성부재(21, 22)에 의하여 형성되는 경우가 있다. 그 경우에는 단계 S8의 절삭공정에서 2개의 라이너 구성부재(21, 22)의 양쪽의 바깥 둘레면을 깎도록 하면 된다.
(제 2 실시형태)
다음에 도 5 및 도 6을 참조하여 제 2 실시형태에 관한 가스용기(1)의 제조방법에 대하여 상위점을 중심으로 설명한다. 제 1 실시형태와의 상위점은 부압 발생장치(120)를 대신하는 차압 발생장치로서 가온가스공급장치(160)를 설치한 것과, 이것에 따라 제조공정의 단계 S4를 단계 S4'로 변경한 것이다.
가온가스공급장치(160)는, 불활성가스공급장치(110)와 마찬가지로 구성할 수있다. 예를 들면 가온가스공급장치(160)는 불활성가스를 저류하는 가스봄베(161)와, 가스봄베(161)와 가접합상태의 수지 라이너(11)의 꼭지쇠(3)를 접속하는 배 관(162)과, 챔버(101) 밖의 배관(162)상에 설치되고, 가스봄베(161) 내의 불활성가스를 수지 라이너(11) 내에 압송하는 라이너용 펌프(163)를 구비하고 있다.
수지 라이너(11) 내에 공급하는 불활성가스는, 챔버(101) 내에 공급하는 불활성가스와 다른 종류의 가스로 하여도 좋으나, 동종의 가스로 하여도 좋다. 동종의 가스로 한 경우에는 가스봄베(161)를 생략하고, 챔버(101)용 가스봄베(111)를 가온가스공급장치(160)에서 공용하여도 좋다.
라이너용 펌프(163)는, 가스봄베(161)로부터의 불활성가스를 가온하는 도시 생략한 히터를 내장하고 있다. 따라서 라이너용 펌프(163)을 구동하면, 가온된 불활성가스가 수지 라이너(11) 내에 공급된다. 또한 라이너용 펌프(163)에 히터를 설치하는 구성이 아니어도 되는 것은 물론이고, 예를 들면 배관(162)에 히터 등의 가열수단을 설치하여도 좋다.
제조공정의 단계 S4'는 가접합상태의 수지 라이너(11)에 접속한 가온가스공급장치(160)를 구동하여, 가온된 불활성가스를 수지 라이너(11)의 대략 밀폐공간에 공급함으로써 행하여진다. 기설정된 양의 불활성가스가 수지 라이너(11) 내에 충전되면 수지 라이너(11)의 내압이 높아진다. 그리고 수지 라이너(11)의 내압이 챔버(101)의 내압[즉 수지 라이너(11)의 외압]보다 높아지면, 수지 라이너(11)의 내외에 압력차가 생기게 된다.
따라서 본 실시형태에 의해서도 수지 라이너(11)의 내외에 압력차를 발생시킬 수 있다. 이에 의하여 후공정이 되는 레이저 용착공정(단계 S6)에서 접합부(34, 44)끼리의 밀착도를 높인 상태에서 접합부(34, 44)끼리를 레이저 용착할 수 있다. 또한 레이저 용착 중에도 수지 라이너(11) 내외의 차압을 기설정된 레벨로 유지하도록 라이너용 펌프(163)의 구동을 제어하는 것이 바람직하다.
(제 3 실시형태)
다음에 도 7 및 도 8을 참조하여 제 3 실시형태에 관한 가스용기(1)의 제조방법에 대하여 상위점을 중심으로 설명한다. 제 1 실시형태와의 상위점은, 불활성가스공급장치(110) 대신에 진공발생장치(170)를 설치한 것과, 부압 발생장치(120)를 대신하는 차압 발생장치로서 가온에어공급장치(180)를 설치한 것과, 이들에 따라 제조공정의 단계 S3∼단계 S5를 단계 S3" ∼ 단계 S5"로 변경한 것이다.
진공발생장치(170)는, 예를 들면 챔버(101) 내의 에어를 흡인하는 진공펌프(171)와, 진공펌프(171)로 흡인한 에어를 일시적으로 저류하는 버퍼탱크(172)와, 챔버(101)와 버퍼탱크(172)를 접속하는 에어배관(173)을 구비하고 있다.
에어배관(173)상의 진공펌프(171)를 구동함으로써, 챔버(101) 내를 진공상태로 설정할 수 있다. 또한 챔버(101) 내의 진공도를 검출하기 위한 센서를 진공펌프(171)의 상류측[챔버(101)측]의 에어배관(173)에 설치하고, 센서의 검출결과에 의거하여 진공펌프(171)의 구동을 제어하면 된다.
가온에어공급장치(180)는, 진공발생장치(170)에서 흡인한 챔버(128) 내의 에어를 가온하여 수지 라이너(11) 내에 공급하는 것이다. 예를 들면 가온에어공급장치(180)는 버퍼탱크(172) 내에 저류된 에어를 수지 라이너(11) 내에 압송하는 라이너용 펌프(181)와, 라이너용 펌프(181)가 개설되고, 수지 라이너(11)의 꼭지쇠(3)와 버퍼탱크(172)를 접합하는 배관(182)을 구비하고 있다.
라이너용 펌프(181)는 버퍼탱크(172)로부터의 에어를 가온하는 오일 확산용 히터(도시생략)를 내장하고 있다. 따라서 라이너용 펌프(181)를 구동하면 히터에 의하여 가온된 에어가 수지 라이너(11) 내에 공급된다.
또한 라이너용 펌프(181)에 히터를 설치하는 구성 대신에, 예를 들면 배관(182)이나 버퍼탱크(172)에 히터 등의 가열수단을 설치하여도 좋다. 또 가온에어공급장치(180)를 예를 들면 제 2 실시형태의 가온가스공급장치(160) 등과 같이 구성할 수도 있으나, 챔버(101) 내를 진공뽑기 한 에어를 수지 라이너(11) 내에 주입함으로써 시스템상의 전체 효율을 높일 수 있다.
본 실시형태의 제조공정의 단계 S3"에서는 가접합상태의 수지 라이너(11)를 내부에 설치한 챔버(101) 내의 진공뽑기를 행한다. 이것은 진공펌프(171)를 기설정된 시간 구동함으로써 행하지고, 이것에 의하여 챔버(101) 내가 진공상태가 된다.
다음 공정의 단계 S4"는, 라이너용 펌프(181)을 구동하여 가온된 에어를 수지 라이너(11)의 대략 밀폐공간에 공급함으로써 행하여진다. 기설정된 양의 가온 에어가 수지 라이너(11) 내에 충전되면 수지 라이너(11)의 내압이 높아진다.
그리고 수지 라이너(11)의 내압이 챔버(101)의 내압(즉 수지 라이너(11)의 외압)보다도 높아지면(니) , 수지 라이너(11)의 내외에 압력차가 생기게 된다. 이 압력차가 기설정된 레벨(최적 차압 레벨)에 도달하였는지의 여부가, 예를 들면 챔버(101) 내의 압력센서(132)와 배관(182)상의 압력센서(133)로 확인되고(단계 S5"), 다음 레이저 용착공정(단계 S6)으로 이행한다.
따라서 본 실시형태에 의해서도 수지 라이너(11)의 내외에 압력차를 발생시킬 수 있기 때문에, 후공정이 되는 레이저 용착공정(단계 S6)에서 접합부(34, 44)끼리의 밀착도를 높인 상태에서 접합부(34, 44)끼리를 레이저 용착시킬 수 있다. 또 레이저용착을 진공상태하에서 행할 수 있기 때문에, 접합부(34, 44)끼리의 산화를 적절하게 억제하여 접합단면(51, 61)끼리를 양호하게 또한 적절하게 접합할 수 있다.
또한 상기한 각 실시형태에 비하여 유용하게 되는 점은, 챔버(101) 내를 진공뽑기할 때에 수지 라이너(11)의 외면 등에 부착될 수 있는 불순물을 에어와 함께 흡인(제거)할 수 있는 것이다. 또 레이저용착의 완료 후(단계 S6)에, 수지 라이너(11)의 기밀성을 바로 확인할 수 있는 점이 유용하게 된다. 이것은 예를 들면 레이저용착의 완료 후에 수지 라이너(11)의 내부에 가온 에어를 공급하고, 수지 라이너(11)의 내외의 압력 변화를 상기한 압력센서(132)로 검출함으로써, 용착 후의 기밀성을 확인할 수 있다.
또한 상기한 제 1 실시형태 ∼ 제 3 실시형태의 설명에서는 모두 수지 라이너(11)의 내부의 압력을 조정하여 수지 라이너(11)의 내외에 압력차를 부여하도록 하였다. 물론 이 구성 대신에, 수지 라이너(11)의 외부의 압력, 즉 수지 라이너(11)의 외벽과 챔버(101)의 내벽과의 사이의 챔버(101) 내의 압력을 조정함으로써, 수지 라이너(11)의 내외에 압력차를 부여하도록 하여도 좋다. 또 수지 라이너(11)의 내부의 압력 및 외부의 압력을 함께 조정하도록 하여도 좋다.
(제 4 실시형태)
다음에 도 9 및 도 10을 참조하여 제 4 실시형태에 관한 가스용기(1)의 제조방법에 대하여 상위점을 중심으로 설명한다. 제 1 실시형태와의 주된 상위점은, 레이저 용착공정(단계 S15)에 앞서, 가접합상태의 수지 라이너(11)의 어닐링처리(단계 S14)를 행하는 점이다. 또한 제조공정의 단계 S11 및 단계 S12는 제 1 실시형태의 단계 S1 및 단계 S2와 동일하고, 단계 S15 ∼ 단계 S18은 제 1 실시형태의 단계 S6∼단계 S9와 동일하기 때문에, 이들에 대한 상세한 설명을 생략한다.
제조공정의 단계 S13에서는, 가접합상태의 수지 라이너(11)를 내부에 설치한 챔버(101) 내를 진공뽑기한다. 이것은 예를 들면 진공발생장치(190)의 진공펌프(191)를 구동하여 챔버(101)에 접속한 에어배관(192)을 거쳐 챔버(101) 내의 에어를 흡인함으로써 행하여진다. 이 진공발생장치(190)는, 제 3 실시형태의 진공발생장치(170)와 마찬가지로 구성할 수 있다.
다음 공정의 단계 S14의 어닐링처리(소둔)는, 먼저 챔버(101) 내를 가온함으로써 수지 라이너(11)를 기설정된 온도로 가열한다. 그리고 이 가열상태를 기설정된 시간 유지한 후, 챔버(101) 내를 냉각하고, 수지 라이너(11)를 냉각함으로써 행한다.
이 어닐링처리에 의하여 수지 라이너(11)의 잔류응력이 제거되나, 이 때 각라이너 구성부재(21, 22)가 자기수축하기 때문에, 접합부(34, 44)끼리의 밀착도가 높아진다. 이에 의하여 어닐링처리의 완료 후의 레이저 용착공정(단계 S15)에서, 밀착도가 높여진 상태의 접합부(34, 44)끼리를 레이저용착할 수 있다.
따라서 본 실시형태에 의해서도 레이저용착에 의한 접합부(34, 44)끼리의 접 합을 양호하게 또한 적절하게 행할 수 있다. 또 어닐링처리를 진공 내에서 행하고 있기 때문에, 어닐링처리의 완료 후에 그대로 레이저 용착공정으로 이행할 수 있다.
또한 본 실시형태에서도 상기한 차압 발생장치[제 1 실시형태의 부압 발생장치(120), 제 2 실시형태의 가온가스공급장치(160), 제 3 실시형태의 가온에어공급장치(180)]를 보조적으로 사용하여도 좋다. 이와 같이 함으로써 접합부(34, 44)끼리의 밀착도를 더 한층 높일 수 있다. 또 어닐링처리에 의하여 접합부(34, 44)끼리의 밀착도를 높이고 있기 때문에, 차압 발생장치의 구성요소[예를 들면, 라이너용 펌프(122, 163, 181)]를 소형화 및 간소화할 수 있다.
(제 5 실시형태)
다음에, 도 11을 참조하여, 제 5 실시형태에 관한 가스용기(1)에 대하여 상위점을 중심으로 설명한다. 제 1 실시형태와의 상위점은, 가스용기(1)의 수지 라이너(11)를 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)로 구성한 것이다. 또한 도 11에서는 보강층(12)에서는 생략하고 있다.
수지 라이너(11)는 길이방향에서 3 분할된 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)를 레이저용착에 의하여 접합하여 구성되어 있다. 양쪽 끝에 위치하는 2개의 라이너 구성부재(201, 202)는, 전체의 형상이 공기형상으로 형성되어 있다. 중앙에 위치하는 라이너 구성부재(203)는 전체의 형상이 원통형상 또는 고리형상으로 형성되어 있다. 양쪽 끝의 2개의 라이너 구성부재(201, 202)는 각각, 예를 들면 사출성형에 의하여 꼭지쇠(3)와 일체 성형된다. 중앙의 라이너 구성부재(203)는, 예를 들면 사출성형에 의하여 형성된다.
양쪽 끝의 2개의 라이너 구성부재(201, 202)의 각각은, 되돌림부(211, 221) 및 연통부(212, 222) 외에, 각 꼭지쇠(3, 3)와 반대측에 접합부(213, 223)를 가지고 있다. 중앙의 라이너 구성부재(203)는, 축방향의 개구한 양쪽 끝측에 각각 접합부(231, 232)를 가지고 있다.
또한 이들 접합부(213, 223, 231, 232)에 대하여, 축방향으로 직교하는 끝면에서 단순하게 구성하였으나, 제 1 실시형태와 마찬가지로 레이저의 조사성이나, 차압에 의한 밀착성을 고려한 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이들 접합부(213, 223, 231, 232)는, 레이저 투과성 또는 레이저 흡수성의 특성을 가지고 있다. 예를 들면 양쪽 끝의 2개의 라이너 구성부재(201, 202)는, 레이저 투과성의 열가소성수지로 형성되고, 중앙의 라이너 구성부재(203)는, 레이저 흡수성의 열가소성수지로 형성된다. 물론, 이 반대이어도 좋고, 각 라이너 구성부재(201, 202, 203)가, 부분적으로 레이저 투과성 또는 레이저 흡수성의 특성을 가지고 있어도 된다. 수지 라이너(11)는, 접합부(213, 231)끼리가 레이저용착에 의하여 서로 접합되고, 또한 접합부(223, 232)끼리가 레이저용착에 의하여 서로 접합되어 있다.
본 실시형태의 가스용기(1)의 제조방법은, 상기한 각 실시형태의 제조방법을 적용할 수 있다. 여기서는 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)를 동시에 레이저용착으로 접합하는 경우에 대하여 간단하게 설명한다.
먼저, 꼭지쇠(3)가 부착된 라이너 구성부재(201, 202)를 포함하는 3개의 라 이너 구성부재(201, 202, 203)를 성형하고, 이들을 챔버(101) 내에 배치하여 접합부(213, 231)끼리 및 접합부(223, 232)끼리를 접촉시켜 가접합상태의 수지 라이너(11)로 한다.
이어서 예를 들면 챔버(101) 내를 불활성가스 분위기하 또는 진공상태로 하고, 차압 발생장치[예를 들면 상기 실시형태의 부압 발생장치(120), 가온가스공급장치(160), 가온에어공급장치(180)]에 의하여 수지 라이너(11)의 대략 밀폐공간을 감압 또는 가압하여, 수지 라이너(11)의 내외에 기설정된 압력차를 설정한다.
다음에 가접합상태의 수지 라이너(11)를 그 축 주위로 회전시키면서, 또는 2개의 레이저 토치(100)를 수지 라이너(11)의 주위에서 회전시키면서, 접합부(213, 231)끼리 및 접합부(223, 232)끼리를 레이저용착에 의하여 둘레방향에 걸쳐 접합한다. 이에 의하여 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)가 일체적으로 접합되어, 본 접합상태의 수지 라이너(11)가 제조된다. 그 후, 기설정된 공정(예를 들면 제 1 실시형태의 S7∼S9)를 거쳐 가스용기(1)가 제조된다.
따라서, 본 실시형태와 같이 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)로 수지 라이너(11)를 구성하여도, 상기 실시형태와 마찬가지로 생산성이 높은 가스용기(1)를 제조할 수 있다.
또한 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)에 대하여, 가접합이나 레이저용착 등의 처리를 동시에 행한 예를 설명하였으나, 물론 이들 처리를 별개로 행하여도 좋다. 또 라이너 구성부재가 3개인 경우에 대하여 설명하였으나, 4개 이상도 마찬가지이다. 즉, 본 발명은 축방향으로 나열하는 복수의 라이너 구성부재를 접 합한 수지 라이너(11)에 적용할 수 있다.
(제 6 실시형태)
다음에 도 12 내지 도 14를 참조하여, 제 6 실시형태에 관한 가스용기(1)에 대하여 상위점을 중심으로 설명한다. 도 12는 도 2와 마찬가지로 접합부(34, 44) 주위를 확대하여 나타내는 단면도이다. 단, 도 12에서 보강층(12)은 생략하고 있다. 가스용기(1)의 구성에 대하여 제 1 실시형태(도 2)와 다른 점은, 제 6 실시형태의 접합부(34, 44)가 연장 설치부(52, 62)를 가지지 않은 것이다.
도 13 및 도 14를 참조하여, 가스용기(1)의 제조방법에 대하여 설명한다.
단계 S101 및 단계 S102는, 제 1 실시형태의 단계 S1 및 S2와 동일하고, 단계 S105는 제 1 실시형태의 단계 S9와 동일하다.
먼저 한 쌍의 라이너 구성부재(21, 22) 및 2개의 꼭지쇠(3, 3)를 성형한다 (단계 S101). 이 때 사출성형에 의하여 라이너 구성부재(21) 및 꼭지쇠(3)를 일체 성형하고, 마찬가지로 라이너 구성부재(22) 및 꼭지쇠(3)를 일체 성형한다. 또한 사출성형 대신에, 회전성형이나 블로우성형을 이용하여도 좋다. 또 각 라이너 구성부재(21, 22)와 각 꼭지쇠(3, 3)를 일체 성형하지 않아도 되고, 뒤에서 설명하는 레이저 용착공정(단계 S105)후 등에서 각 라이너 구성부재(21, 22)에 각 꼭지쇠(3, 3)를 설치하여도 좋다.
다음에 꼭지쇠(3)가 부착된 각 라이너 구성부재(21, 22)를 제조설비 내에 예를 들면 가로방향 자세로 배치하여 라이너 구성부재(21, 22)끼리를 맞댄다. 그리고 접합부(34, 44)끼리를 접촉시키고, 접합단면(51, 61)끼리를 둘레방향에 걸쳐 접 촉시킨다(단계 S102). 이에 의하여 라이너 구성부재(21, 22)끼리가 가접합(잠정접합)한 상태의 수지 라이너(11)가 된다. 또한 이후에 각 라이너 구성부재(21, 22)의 각 꼭지쇠(3, 3)에 도시 생략한 마개를 비틀어 넣어 접속하는 것 등에 의하여 가접합상태의 수지 라이너(11)의 내부를 대략 밀폐상태로 하고, 이 밀폐공간에 불순물이 들어가지 않도록 하여도 좋다.
다음 공정으로서, 수지 라이너(11)의 가접합상태를 유지하면서 도시 생략한 회전장치를 구동하여 수지 라이너(11)를 그 축 주위로 회전시키면서 예비 가열장치로서의 히터(240)를 구동하여 접촉상태의 접합부(34, 44)끼리를 예비 가열한다(단계 S103). 히터(240)는 수지 라이너(11)의 바깥쪽에 위치하고, 접합부(34, 44)끼리의 둘레방향의 일부에[라이너 구성부재(21, 22)끼리의 접합경계의 일부에] 비접촉으로 면하고 있다.
또, 히터(240)는 양 접합단면(51, 61)의 축방향의 길이에 상당하는 길이만큼, 수지 라이너(11)의 축방향으로 연장하는 가열영역(241)을 가지고 있다(도 12참조). 따라서 수지 라이너(11)를 1 회전시킴으로써 접촉상태의 접합단면(51)의 전면 및 접합단면(61)의 전면이 히터(240)에 의하여 예비 가열된다. 또한 접합단면(51, 61)끼리를 접촉시키고 있기 때문에, 예비 가열시의 열전달이 촉진된다.
또한 히터(240)의 축방향의 길이를 양 접합단면(51, 61)의 축방향의 길이보다 짧게 설정하여도 되나, 히터(240)의 가열영역(241)이 양 접합단면(51, 61)을 축방향을 넘어 위치하도록 하여도 좋다. 또 히터(240)를 수지 라이너(11)의 바깥쪽에 위치시켰으나, 히터(240)를 수지 라이너(11)의 안쪽에 위치시키고, 접촉상태의 접합부(34, 44)끼리를 그 내면측에서[수지 라이너(11)의 내부에서]예비 가열하도록 하여도 좋다. 또한 수지 라이너(11)에 대하여 비접촉식의 히터(240)로 하였으나, 접촉식의 예비 가열장치를 구성하고, 이것을 접합부(34, 44)끼리의 기설정된 접합경계의 내면 또는 외면에 접촉시켜도 된다. 예를 들면 히터를 내장한 롤러로 접촉식의 예비 가열장치를 구성한 경우에는, 가온된 롤러의 주위면을 접합경계의 내면 또는 외면에 접촉시키면 된다. 또 히터(240)에 의하여 접촉상태의 라이너 구성부재(21, 22)끼리를 전체적으로 예비 가열하여도 좋으나, 레이저용착의 대상이 되는 접합부(34, 44)끼리를 국소적으로 예비 가열한 쪽이, 라이너 구성부재(21)(22) 전체의 열변형 등의 열적 영향을 적합하게 억제할 수 있음과 동시에, 필요한 열량을 적게 하는 것이 가능하게 된다.
다음에 예비 가열된 접합부(34, 44)끼리에 대하여, 레이저가 조사된다(단계 S104). 레이저의 조사는, 수지 라이너(11)의 바깥쪽에 위치하는 레이저 토치(100)를 구동함으로써 행하여진다. 레이저 토치(100)는, 레이저 투과성의 접합부(34)의 바깥쪽에서 접촉상태의 접합단면(51, 61)끼리에 레이저를 조사한다. 조사된 레이저는, 접합단면(61)의 수지 및 그 열전달에 의하여 접합단면(51)의 수지를 가열용융한다. 그리고 이들 용융된 수지가 냉각 고화됨으로써 접합부(34, 44)끼리를 서로 일체적으로 접합하는 레이저 용착부(70)가 형성된다.
여기서 레이저의 조사도 예비 가열과 마찬가지로 가접합상태의 수지 라이너(11)를 축 주위로 회전시킴으로써 행하여진다. 이 때문에 레이저 용착부(70)는 수지 라이너(11)의 둘레방향에 걸쳐 형성되게 된다.
본 실시형태에서는 레이저 토치(100)는, 가접합상태의 수지 라이너(11)의 축주위의 회전방향에서 히터(240)의 하류측에 설치되어 있다. 이에 의하여 히터(240)에 면한 접합부(34, 44)끼리의 예비 가열된 부분에 대하여 레이저 토치(100)로부터의 레이저가 수시 조사되게 된다. 따라서 수지 라이너(11)를 적어도 1 회전시킴으로써 접합부(34, 44)끼리가 둘레방향에 걸쳐 예비 가열 및 레이저 조사된다.
이와 같이 접합단면(51, 61)끼리의 예비 가열된 부위가 차례로 레이저 조사되어, 접합단면(51, 61)끼리가 레이저 용착에 의하여 접합되기 때문에, 접합부(34, 44)끼리의 예비 가열온도의 저하를 최소한으로 억제한 상태에서 접합부(34, 44)끼리를 레이저 용착할 수 있다.
또, 예비 가열된 상태에서 레이저가 조사되기 때문에, 레이저가 조사되는 수지 라이너(11) 부위가 타서 눌어 붙는 것 등을 억제할 수 있어, 수지 라이너(11)의 접합불량이나 강도저하를 억제할 수 있다.
또, 예비 가열하고 있어 접합단면(51, 61)끼리가 따뜻해져 있는 만큼, 레이저용착에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 또한 예비 가열하고 있기 때문에, 가령 레이저 투과측의 접합부(34)를 레이저 투과성이 낮은 수지로 형성하거나 두께가 두껍게 형성되거나 하여도, 레이저의 출력을 필요 이상으로 높게 하지 않아도 된다.
또한 레이저 토치(100)가 출사하는 레이저는, 반도체 레이저 등을 사용할 수 있으나, 이것에 한정되는 것이 아니라, 레이저의 종류는 레이저 투과성의 라이너 구성부재(21)의 수지의 두께를 포함하는 성상 등을 고려하여 적절하게 선택된다. 또 히터(240)의 출력(가열온도, 가열량, 가열시간), 레이저의 출력(조사량, 조사시간), 및 수지 라이너(11)의 회전 속도 등의 여러가지 조건은, 각 라이너 구성부재(21, 22)나 각 접합부(34, 44)의 성상에 따라 적절하게 설정하면 된다. 이 경우, 접합부(34, 44)끼리의 예비 가열온도에 대해서는 레이저에 의하여 가열되어 용융하기 시작하는 본 가열온도보다 낮게 설정하면 된다.
또, 상기한 바와 같이 예비 가열공정(단계 S 103)의 실행 중에, 레이저의 조사를 실행하여 레이저 용착공정(단계 S104)을 행하도록 하고 있으나, 물론 접합부(34, 44)끼리에 대하여 둘레방향에 걸쳐 예비 가열을 완료한 후에, 레이저의 조사를 개시하도록 하여도 좋다. 또한 상기 설명에서는 수지 라이너(11)의 바깥쪽에서 접합부(34, 44)끼리에 레이저를 조사하고 있으나, 레이저 토치(100)를 수지 라이너(11)의 안쪽에 배치하고, 수지 라이너(11)의 안쪽에서 접합부(34, 44)끼리에 레이저를 조사하여도 좋다.
또, 수지 라이너(11)를 직접적으로 회전시키는 구성이 아니고, 히터(240)나 레이저 토치(100)를 수지 라이너(11)의 주위에서 직접적으로 회전시키도록 하여도 좋다. 이것 대신에 수지 라이너(11), 히터(240) 및 레이저 토치(100)를 모두 동일 방향으로 또는 반대 방향으로 회전시키도록 하여도 좋다. 단, 상기한 바와 같이 수지 라이너(11)만을 회전시킨 쪽이, 히터(240) 및 레이저 토치(100)를 관련지어 회전시키는 경우에 비하여 장치 구성상, 간이해질 수 있다.
레이저용착의 완료에 의하여 수지 라이너(11)는, 가접합상태로부터 본 접합상태(즉, 완전히 접합된 상태)가 되어 중공 내부에 상기한 저류공간(5)이 구성된 다. 그리고 레이저 용착 완료 후의 공정으로서 필라멘트 와인딩법 등에 의하여 수지 라이너(11)의 외표면에 보강층(12)을 형성하는 공정(단계 S105)이 실행됨으로써, 가스용기(1)가 제조된다.
이상과 같이 본 실시형태의 가스용기(1)의 제조방법에 의하면, 레이저용착에 선행하여 레이저용착의 대상이 되는 접합부(34, 44)끼리를 예비 가열하고 있기 때문에, 레이저 조사시에 수지 라이너(11)의 부위의 타서 눌어붙음 등을 억제할 수 있어, 양호한 접합 정밀도로 또한 단시간으로 라이너 구성부재(21, 22)끼리를 접합할 수 있다.
(제 7 실시형태)
다음에 도 15를 참조하여 제 7 실시형태에 관한 가스용기(1)의 제조방법에 대하여 상위점을 중심으로 설명한다. 제 6 실시형태와의 상위점은, 예비 가열장치로서의 히터(250)의 형상을 코일형상으로 한 것이다.
본 실시형태의 히터(250)는, 수지 라이너(11)의 바깥쪽에서 접합부(34, 44)끼리를 예비 가열하는 고리형상 히터부(251)를 가지고 있다. 고리형상 히터부(251)는, 수지 라이너(11)의 둘레방향에 대략 걸쳐, 접촉상태의 접합부(34, 44)끼리의 접합경계에 비접촉으로 면하고 있다. 이 때문에 수지 라이너(11)를 히터(250)에 대하여 상대 회전시키지 않아도 고리형상 히터부(251)에 의하여 접합부(34, 44)끼리를 둘레방향에 대략 걸쳐 예비 가열하는 것이 가능해진다. 고리형상부(251)는, 상기 히터(240)와 마찬가지로 예를 들면 양 접합단면(51, 61)의 축방향의 길이에 상당하는 길이만큼, 수지 라이너(11)의 축방향으로 연장되는 가열영역 을 가지고 있다.
본 실시형태에 의해서도 히터(250)에 의하여 예비 가열된 접합부(34, 44)끼리에 대하여 레이저를 조사함으로써, 타서 눌어붙음 등의 불량을 억제하고, 접합부(34, 44)끼리를 적절하게 레이저용착으로 접합할 수 있다.
또한 본 실시형태에서도 제 6 실시형태와 마찬가지로 여러가지의 변형예를 적용할 수 있고, 예를 들면 히터(250)의 발열 중에(즉 예비 가열 중에), 수지 라이너(11)의 축 주위의 회전을 개시하면서 이것에 동기하여 레이저의 조사를 개시하도록 하여도 좋다. 또 수지 라이너(11)를 회전시키는 것은 아니고, 레이저 토치(100)를 수지 라이너(11)의 주위를 회전시키도록 하여도 좋다.
(제 8 실시형태)
다음에 도 16을 참조하여, 제 8 실시형태에 관한 가스용기(1)의 제조방법에 대하여 상위점을 중심으로 설명한다. 제 6 실시형태와의 상위점은, 히터(240)를 대신하는 예비 가열장치로서 열풍장치(260)를 사용한 점이다.
열풍장치(260)는, 예를 들면 도시 생략한 열원과, 열원을 통과한 에어나 불활성가스 등의 열풍을 송풍하는 도시 생략한 블로워와, 블로워로부터의 열풍을 가접합상태의 수지 라이너(11)의 내부에 도입하는 덕트(261)를 구비하고 있다. 덕트(261)는 수지 라이너(11)의 한쪽의 꼭지쇠(3)에 예를 들면 비틀어 넣어 접속되어 있다.
이 경우, 덕트(261)의 하류단은, 수지 라이너(11)의 내부에서 접합부(34, 44)끼리의 접합경계에 또는 그 근방에 열풍을 내뿜도록 수지 라이너(11)의 내부에 서 연장되어 있다. 다만, 덕트(261)의 하류단을 꼭지쇠(3)나 수지 라이너(11) 내부의 중앙부 등에 위치시키고, 수지 라이너(11)의 내부를 전체적으로 열풍으로 예비 가열하도록 하여도 좋다. 이 전체 예비 가열의 경우에는 수지 라이너(11)의 덕트(261)가 접속된 꼭지쇠(3)와는 반대측의 꼭지쇠(3)에 마개를 하여 둠으로써 수지 라이너(11)의 내부로부터 외부로 열을 극력 놓치지 않아도 된다.
이상과 같이 본 실시형태에 의해서도 열풍장치(260)에 의하여 예비 가열된 접합부(34, 44)끼리에 대하여 레이저를 조사할 수 있다. 이에 의하여 타서 눌어붙음 등의 불량을 억제하여 접합부(34, 44)끼리를 적절하게 레이저용착으로 접합할 수 있다. 특히, 열풍으로서 가열된 불활성가스를 사용한 경우에는, 레이저 용착시에 접합부(34, 44)끼리의 산화를 억제하는 것도 가능하게 된다.
그리고 변형예로서는 상기 실시형태와 마찬가지로 레이저 용착시에 열풍장치(260)의 구동을 정지하여도 좋고, 그 구동을 계속하여 예비 가열을 속행하여도 좋다. 또 열풍장치(260)를 구동하는 예비 가열시에 수지 라이너(11)를 회전시켜도 좋으나, 덕트(261)로부터의 열풍이 접합부(34, 44)끼리의 접합경계에서 또는 그 근방에서 둘레방향에 걸쳐 내뿜어지는 경우에는, 예비 가열시에 수지 라이너(11)를 회전시키지 않아도 된다.
(제 9 실시형태)
다음에 도 17을 참조하여, 제 9 실시형태에 관한 가스용기(1) 및 그 제조방법에 대하여 상위점을 중심으로 설명한다. 제 6 실시형태와의 상위점은, 가스용기(1)의 구조로서, 접합부(34, 44)끼리의 계면에 발열성재료(270)를 설치한 것이 다. 또한 도 17은 가스용기(1)의 접합부분(80)을 확대하여 나타낸 도 12와 동일한 단면도이다.
발열성 재료(270)는, 레이저 흡수성의 라이너 구성부재(22)의 접합단면(61)의 전면에 설치되어 있다. 다만, 발열성 재료(270)를 접합단면(61)에 부분적으로 설치하여도 좋다. 또 이 구성 대신에 발열성 재료(270)를 레이저 흡수성의 접합단면(51)의 전면에 설치하여도 좋고, 양쪽의 접합단면(51, 61)에 설치하여도 좋다.
발열성 재료(270)는 접합단면(61)의 수지보다 발열성이 높은 재료이면 된다. 예를 들면 발열성 재료(270)는 세라믹스, 흑연, 수지 및 금속 중 어느 하나로 구성할 수도 있고, 이들을 혼합하여 구성할 수도 있다. 발열성 재료(270)를 접합단면(61)에 설치하는 경우에는 발열성의 미립자를 휘발성 용매와 혼합시켜 접합단면(61)의 전면에 도포하여도 좋고, 발열성 재료(270)를 혼입한 시트를 접합단면(61)의 전면에 부착하여도 좋다.
본 실시형태의 가스용기(1)를 제조할 때에는, 라이너 구성부재(21, 22)끼리를 맞대어 가접합하기 전에, 도포 등에 의하여 접합단면(61)에 발열성 재료(270)를 설치하고 있다. 즉, 본 실시형태의 가스용기(1)의 제조공정은 제 6 실시형태에서 설명한 도 14에 나타내는 단계 S101의 공정과 단계 S102의 공정과의 사이에, 접합단면(61)에 발열성 재료(270)를 설치하는 공정을 구비하고 있다.
이 발열성 재료(270)를 설치하는 공정 후, 수지 라이너(11)를 가접합하여 접촉상태의 접합부(34, 44)끼리를 예비 가열함과 동시에 레이저용착으로 접합한다. 예비 가열은 예를 들면 제 6 실시형태 ∼ 제 8 실시형태의 예비 가열장치(240, 250, 260)를 사용하여 행하여진다. 레이저용착의 완료에 의하여 접합부(34)와 접합부(44)가 일체적으로 접합된 수지 라이너(11)의 접합부분(80)은, 레이저 용착부(70)의 근방에 발열성 재료(270)를 가진 구성이 된다[도 17(b)참조].
본 실시형태가 상기 제 6 실시형태 ∼ 제 8 실시형태에 대하여 유용하게 되는 점은, 첫째로 예비 가열시에 접합단면(51, 61)끼리의 발열이 발열성 재료(270)에 의하여 조장되는 것이다. 이 때문에 단시간으로 예비 가열할 수 있다. 둘째로 마찬가지로 레이저 조사시에 접합단면(51, 61)끼리의 용융이 발열성 재료(270)에 의하여 조장되는 것이다. 이 때문에 접합부(34, 44)끼리의 용착불량을 억제하여 더 한층 양호하게 접합할 수 있다.
또한, 레이저용착에 의하여, 레이저 용착부(70)와 일체적으로 발열성 재료(270)가 설치되는 경우도 있다. 예를 들면 레이저의 조사에 의하여 접합단면(61)의 수지가 용융될 때에, 이것에 발열성 재료(270)가 혼입되어 있는 경우에는, 이 용융한 고화된 수지[즉 레이저 용착부(70)]에 발열성 재료(270)가 포함되는 경우가 있다.
또한 본 실시형태에서는 발열성 재료(270)가 도전성 세라믹스인 경우 등, 발열성 재료(270)가 도전성을 가지고 있는 경우에는, 상기한 제 6 실시형태 ∼ 제 8 실시형태의 예비 가열장치 대신에, 예비 가열장치를 겸하는 고주파 유도 가열장치를 사용하면 된다.
고주파 유도 가열장치를 사용하여, 가스용기(1)를 제조하는 방법에 대하여 간단하게 설명한다. 그 제조과정에서는 먼저 도 14에 나타내는 단계 S102의 공정 시에 가접합상태의 수지 라이너(11)를 고주파 유도 가열장치의 고주파로 내에 설치함과 동시에, 이 고주파로 내에 레이저 토치(100)를 기설정된 위치에 설치한다. 고주파 유도가열장치를 구동하면 고주파에 의한 유도가열로 발열성 재료(270)에 발열이 일어나 접합단면(51, 61)끼리가 예비 가열된 상태가 된다. 이 고주파 유도 가열장치의 구동 중에 레이저 토치(100)를 구동하여 접합단면(51, 61)끼리를 레이저용착에 의하여 접합한다.
이와 같이 접합단면(61)에 도전성의 발열성 재료(270)가 설치되어 있는 경우에 고주파 유도 가열장치를 사용함으로써 접합단면(51, 61)끼리를 더 한층 단시간으로 예비 가열할 수 있음과 동시에, 접합단면(51, 61)끼리의 용융을 촉진할 수 있다. 따라서 접합부(34, 44)끼리의 용착불량을 억제하여 더 한층 양호하게 접합할 수 있다.
또, 레이저용착 중에서는 고주파에 의한 유도가열에 의하여 레이저 용착부(70)를 기설정된 온도로 유지할 수 있다. 이 때문에 수지 라이너(11)의 품질을 안정화시킬 수 있다. 또한 고주파에 의한 유도가열에 의하여 수지 라이너(11) 자체에 어닐링처리와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제 10 실시형태)
다음에 도 18을 참조하여 제 10 실시형태에 관한 가스용기(1)의 제조방법에 대하여 상위점을 설명한다. 제 9 실시형태와의 상위점은, 고주파 유도 가열장치(280)의 고주파로(281) 내에 가압지그(290)를 설치한 것이다.
가압지그(290)는 예를 들면 가접합상태의 수지 라이너(11)를 그 양쪽 끝측으 로부터 안쪽을 향하여 압착하도록 접합부(34, 44)끼리를 사이에 두고 대향하여 설치된 한 쌍의 지그로 구성되어 있다. 한쌍의 가압지그(290, 290)는 수지 라이너(11)의 축방향의 안쪽에 압착력을 인가하여 접합단면(51, 61)끼리를 강밀착시킨다. 한 쌍의 가압지그(290, 290)는 구동원이 되는 실린더 등의 액츄에이터를 가지고 있어도 좋고, 액츄에이터를 구비하지 않은 구성이어도 좋다.
본 실시형태에 의하면, 한 쌍의 가압지그(290, 290)에 의하여 접합단면(51, 61)끼리의 밀착력을 높인 상태에서 고주파에 의한 유도가열 및 레이저용착을 행할 수 있다. 이에 의하여 레이저 용착된 접합단면(51, 61)끼리의 접합성을 높일 수 있고, 수지 라이너(11)의 접합강도나 기밀성을 더 한층 확보할 수 있다.
또한 한 쌍의 가압지그(290, 290)에 의한 기계적 압착력 대신에, 마찰압접 등의 다른 구조에 의하여 가접합상태의 접합단면(51, 61)끼리를 강밀착시키도록 하여도 좋다.
(제 11 실시형태)
다음에 도 11을 참조하여 제 11 실시형태에 관한 가스용기(1)에 대하여 상위점을 중심으로 설명한다.
상기한 바와 같이 제 5 실시형태에서 설명한 바와 같이 가스용기(1)의 수지 라이너(11)를 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)에 의하여 구성된다. 이 가스용기(1)의 제조방법에서 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)를 동시에 예비 가열 및 레이저 용착하는 경우에는, 다음과 같이 행하면 된다.
먼저, 접합부(213, 231)끼리 및 접합부(223, 232)끼리를 접촉시켜, 가접합상 태의 수지 라이너(11)를 제조한다. 이어서 가접합상태의 수지 라이너(11)를 그 축 주위로 회전시키면서 접합부(213, 231)끼리 및 접합부(223, 232)끼리에 대하여 예비 가열의 도중에서 또는 그 후에 레이저용착에 의하여 둘레방향에 걸쳐 접합한다. 또한 수지 라이너(11)의 회전이 아니고, 2개의 예비 가열장치[예를 들면 히터(240, 250)] 및 2개의 레이저 토치(100)를 수지 라이너(11)의 주위를 회전시켜도 된다.
이에 의하여 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)가 일체적으로 접합되고, 본 접합상태의 수지 라이너(11)가 제조된다. 그 후, 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)의 바깥 둘레에 걸쳐 보강층이 감겨져 가스용기(1)가 제조된다.
따라서 본 실시형태와 같이 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)로 수지 라이너(11)를 구성하여도, 상기 실시형태와 마찬가지로 레이저용착에 의한 접합이 양호한 가스용기(1)를 제조할 수 있다.
또한 3개의 라이너 구성부재(201, 202, 203)에 대하여, 예비 가열이나 레이저용착 등의 처리를 동시에 행한 예를 설명하였으나, 물론 이들 처리를 별개로 행하여도 좋다. 또 라이너 구성부재가 3개인 경우에 대하여 설명하였으나, 4개 이상도 마찬가지이다. 즉, 본 발명은 축방향으로 나열하는 복수의 라이너 구성부재를 접합한 수지 라이너(11)에 적용할 수 있다.
(제 12 실시형태)
다음에 도 19 및 도 20을 참조하여 제 12 실시형태에 관한 가스용기(1)의 제조방법에 대하여 상위점을 설명한다. 제 6 실시형태와의 상위점은, 레이저 토치(100)가 예비 가열장치를 겸하는 것과, 수분을 측정하는 비접촉식의 수분 측정장 치(300)를 설치한 것이다.
수분 측정장치(300)는, 라이너 구성부재(21, 22)의 수분율을 측정하는 것이다. 수분 측정장치(300)는, 수지 라이너(11)의 바깥쪽에 위치하고, 접합부(34, 44)끼리의 둘레방향의 일부에[라이너 구성부재(21, 22)끼리의 접합경계의 일부에] 비접촉으로 면하고 있다. 그러므로 수분 측정장치(300)는 접합부(34) 또는 접합부(44)의 수분율을 측정한다.
수분 측정장치(300)는, 예를 들면 노점계, 적외선 분광계 등 각종 공지의 것을 사용할 수 있고, 본 실시형태에서는 마이크로파 수분계가 사용되고 있다. 도시 생략한 회전장치에 의하여 수지 라이너(11)를 축 주위로 1 회전시킴으로써 수분 측정장치(300)는, 접합부(34) 또는 접합부(34)의 수분율을 둘레방향에 걸쳐 측정할 수 있다.
도 19는 예열부터 레이저 용착 완료까지의 공정을 나타내는 플로우차트이고, 이들 공정은, 제 6 실시형태의 도 14에 나타내는 예열공정(단계 S3) 및 레이저 용착공정(단계 S104)에 상당하는 것이다.
단계 S201에서는, 가접합상태의 수지 라이너(11)를 회전장치에 의하여 회전시키면서 레이저 토치(100)를 구동하고, 접촉상태의 접합부(34, 44)끼리를 예비 가열한다. 이때 레이저 토치(100)에 의한 레이저의 출력은, 접합부(34, 44)끼리가 레이저용착되지 않을 정도의 것으로 설정된다. 즉, 예비 가열하는 경우의 레이저의 출력은, 본 가열(레이저용착을 위하여 가열)하는 경우의 레이저의 출력보다 낮게 설정된다.
예비 가열을 실행하면서 수분 측정장치(300)에 의하여 라이너 구성부재(21, 22)의 수분율을 측정한다(단계 S202). 여기서 수분율이 기준값을 넘는 경우에는(단계 S203 ; No), 레이저 토치(100)에 의한 예비 가열이 속행되고, 예비 가열에 의한 접합부(33, 34)의 수분제거가 속행된다. 수분율의 기준값은, 예를 들면 0.2% 로 설정된다.
한편, 수분율이 기준값 이내인 경우에는(단계 S203 ; Yes), 레이저 토치(100)가 예비 가열로부터 본 가열로 이행하여 접합부(34, 44)끼리의 레이저용착이 시작된다(단계 S204). 그리고 상기 실시형태와 마찬가지로 하여 레이저용착이 완료되면(단계 S205), 수지 라이너(11)는 가접합상태로부터 본 접합상태가 된다.
이상과 같이 본 실시형태에서는 수분 측정장치(300)의 측정결과에 따라 예비 가열을 행하고, 접합부(34, 44)의 수분율을 기설정된 기준값으로까지 내릴 수 있다. 이에 의하여 접합부(34, 44)의 수분율이 용착불량이 발생하지 않는 수분율이 된 곳에서 레이저용착을 개시할 수 있고, 로버스트성이 높은 레이저용착이 가능하게 된다. 또 제조공정의 전체를 통하여 라이너 구성부재(21, 22)의 습도관리가 용이해진다. 또한 레이저 토치(100)가 예비 가열장치를 겸하고 있기 때문에, 제조장치 전체의 구성을 단순화할 수 있다.
또한 수분 측정장치(300)의 측정결과에 따라 예비 가열을 행하는 것은, 레이저 토치(100) 이외의 예비 가열장치의 경우에도 유효하고, 상기 각 실시형태에 적용할 수 있다.
(다른 실시형태)
제 6 실시형태 ∼ 제 12 실시형태로서 설명한 본 발명의 가스용기(1)의 제조방법은, 여러가지 제조설비를 사용하여 행할 수 있고, 적절하게 제 1 실시형태 ∼ 제 4 실시형태에 기재한 제조설비를 사용할 수 있다.
예를 들면 제 6 실시형태의 가접합상태의 수지 라이너(11)를 챔버 내에 배치하고, 챔버 내를 불활성가스 분위기하 또는 진공상태로 하여, 접합부(34, 44)끼리를 예비 가열 및/또는 레이저 용착하도록 하여도 좋다. 이와 같이 함으로써 대기보다 저산소 분위기하에서 예비 가열 및/또는 레이저 용착되기 때문에, 각 접합부(34, 44)의 산화를 억제할 수 있어, 접합 정밀도를 더 한층 높일 수 있다.
또, 레이저용착시에 수지 라이너(11)의 내외에 압력차를 부여하여 접합단면(51, 61)끼리의 밀착성을 높이도록 하여도 좋다. 압력차의 부여는, 예를 들면 펌프에 의하여 수지 라이너(11)의 꼭지쇠(3)를 거쳐 수지 라이너(11)의 내부를 감압 또는 가압함으로써 행할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 제 10 실시형태에서 설명한 가압지그를 불필요 또는 간략화하여도 접합단면(51, 61)끼리의 밀착력을 높인 상태에서 이것을 레이저용착에 의하여 접합할 수 있다.
상기한 본 발명의 가스용기(1)에 대하여 설명한 레이저용착에 대해서는 수지 라이너(11)뿐만 아니라, 자동차부품이나 배관부품 등의 각종 수지성형품에 적용할 수 있다. 예를 들면 인테크 매니폴드를 복수의 수지성형재로 구성하고, 수지성형재끼리를 레이저용착으로 접합하는 경우에도, 상기한 접합부끼리의 구조, 레이저 용착시에서의 압력차의 부여, 레이저 용착시에서의 불활성가스 분위기하 또는 진공 상태, 레이저 용착공정에 선행하는 예비 가열이나, 레이저 용착부(70)에의 발열성 재료(270)의 추가 등을 적용함으로써 접합 정밀도를 높일 수 있다.

Claims (38)

  1. 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재를, 복수개 접합하여 구성된 수지 라이너와,
    상기 수지 라이너의 바깥 둘레에 배치된 보강층을 가지는 가스용기에 있어서,
    상기 복수의 라이너 구성부재의 접합부끼리는, 레이저용착에 의하여 서로 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  2. 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재를, 복수개 접합하여 구성된 수지 라이너와,
    상기 수지 라이너의 바깥 둘레에 배치된 보강층을 가지는 가스용기에 있어서,
    한쪽의 라이너 구성부재의 접합부와 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부가 접합된 접합부분은, 이들 접합부끼리를 레이저용착에 의하여 서로 접합한 레이저용착부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 접합부분은, 상기 레이저용착부와 일체적으로 또는 그 근방에 설치된 발열성재료를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접합부끼리는, 상기 수지 라이너의 둘레방향에 걸쳐 레이저용착에 의하여 서로 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 접합되는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 레이저 투과성을 가지고, 또한 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 레이저 흡수성을 가지는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 접합되는 한쪽의 라이너 구성부재는, 레이저 투과성을 가지고, 또한 다른쪽의 라이너 구성부재는, 레이저 흡수성의 부재를 가지는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 레이저 투과성을 가지는 접합부는, 상기 수지 라이너에서 바깥쪽에 위치하고, 또한 상기 레이저 흡수성을 가지는 접합부는, 상기 수지 라이너에서 안쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 라이너 구성부재 중의 하나 이상은, 다른 라이너 구성부재와 접합되는 접합부와 반대측에, 상기 수지 라이너의 중공 내부와 외부를 연통하기 위한 연통부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 접합되는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 경사진 제 1 접합단면을 가지고, 또한 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 상기 제 1의 접합단면에 대응하여 경사지는 제 2 접합단면으로서, 레이저용착에 의하여 상기 제 1 접합단면에 접합되는 제 2 접합단면을 가지는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스용기는, 고압의 가연가스를 저류 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 라이너 및 상기 보강층을 가지는 용기본체와,
    상기 용기본체의 한쪽 끝부에 설치된 꼭지쇠를 구비한 것을 특징으로 하는 가스용기.
  12. 하나 이상의 일부가 중공 원통형상의 라이너 구성부재를, 복수개 접합하여 구성되는 수지 라이너를 가지는 가스용기의 제조방법에 있어서,
    서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 투과성의 부재로 구성함과 동시에, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 흡수성의 부재로 구성하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정 후에, 서로 접합되어야 하는 라이너 구성부재의 접합부끼리를 접촉시키는 제 2 공정과,
    상기 제 2 공정 후에, 상기 레이저 투과성의 부재로 이루어지는 접합부측에서 레이저를 조사하여, 접촉상태의 접합부끼리를 레이저용착에 의하여 서로 접합하는 제 3 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2 공정은, 상기 레이저 투과성의 접합부를, 상기 레이저 흡수성의 접합부에 대하여 바깥쪽에서 접촉시킴으로써 행하여지고,
    상기 제 3 공정은, 라이너 구성부재의 바깥쪽에 배치한 레이저 조사장치에 의하여 상기 레이저 투과성의 접합부측에서 레이저를 조사함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 제 3 공정은, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 내외에 압력차를 부여한 상태에서 레이저를 조사하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 3 공정에서의 상기 압력차의 부여는, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 내부의 압력 및 외부의 압력의 한쪽 이상을 조정함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 3 공정에서의 상기 압력차의 부여는, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 내부를 대략 밀폐상태로 하고, 그 대략 밀폐공간을 감압 또는 가압함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제 3 공정에서의 상기 압력차의 부여는, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 한쪽 이상에 설치한 연통부를 거쳐, 상기 밀폐공간을 감압 또는 가압함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  18. 제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 공정은, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 접합부끼 리를 라이너 구성부재의 축방향으로 오버랩하여 배치하고, 또한 그 오버랩한 부위끼리를 접촉시킴으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  19. 제 12항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 공정과 상기 제 3 공정의 사이에, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 접합부끼리를 접촉시킨 상태에서 어닐링처리를 행하는 공정을 더 가지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  20. 제 12항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 공정은, 서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재를 레이저 조사장치에 대하여 상대적으로 회전시키면서, 상기 접촉상태의 접합부끼리를 라이너 구성부재의 둘레방향에 걸쳐 레이저용착함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  21. 제 12항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 공정은, 저산소 분위기에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  22. 제 12항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 공정은, 서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재를 레이저 투과성의 부재로 구성함과 동시에, 다른쪽의 라이너 구성부재를 레이저 흡수성의 부재로 구성함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  23. 제 12항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 공정 후에, 레이저용착에 의하여 접합된 2개의 라이너 구성부재의 바깥 둘레면의 이음매가 면일해지도록 상기 2개의 라이너 구성부재의 한쪽 이상의 바깥 둘레면을 깎는 공정을 더 구비한 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  24. 제 12항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 접합되어야 하는 2개의 라이너 구성부재의 한쪽 이상을 예비 가열하는 예비 가열공정을 더 구비하고,
    상기 제 3 공정은, 상기 예비 가열공정의 도중에 또는 상기 예비 가열공정 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 예비 가열공정은, 서로 접합되야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부와, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부의 한쪽 이상을 예비 가열함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 예비 가열공정은, 접촉상태의 접합부끼리를 예비 가열함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 예비 가열공정은, 접촉상태의 라이너 구성부재끼리의 안쪽 및 바깥쪽의 한쪽 이상으로부터 접촉상태의 접합부끼리를 가열함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 예비 가열공정은, 열원을 가지는 예비 가열장치에 대하여, 접촉상태의 라이너 구성부재끼리를 상대적으로 회전시키면서, 접촉상태의 접합부끼리를 둘레방향에 걸쳐 예비 가열함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 제 3 공정은, 레이저를 조사하는 레이저 조사장치에 대하여, 접촉상태의 라이너 구성부재끼리를 상대적으로 회전시키면서, 접촉상태의 접합부끼리를 둘레방향에 걸쳐 예비 가열함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 예비 가열장치는, 접촉상태의 라이너 구성부재끼리의 회전방향에서, 상기 레이저 조사장치의 상류측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  31. 제 24항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 가열공정을 실행하는 예비 가열장치는, 히터, 열풍장치, 고주파 유도 가열장치 및 레이저 조사장치의 하나 이상인 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  32. 제 24항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 가열공정에 앞서, 서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부와, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부와의 한쪽 이상에 발열성재료를 설치하는 공정을 더 가지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 발열성재료는, 세라믹스, 흑연, 수지 및 금속의 하나 이상인 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  34. 제 24항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 가열공정은, 라이너 구성부재의 접합부의 수분을 측정하는 수분 측정장치의 측정결과에 따라, 예비 가열함으로써 행하여지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  35. 제 12항 내지 제 34항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 접합되는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 경사진 제 1 접합단면을 가지고, 또한 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부는, 상기 제 1 접합단면에 대응하여 경사지는 제 2 접합단면으로서, 레이저용착에 의하여 상기 제 1 접합단면에 접합되는 제 2 접합단면을 가지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  36. 제 12항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스용기는, 고압의 가연가스를 저류 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
  37. 하나 이상의 일부가 통형상의 라이너 구성부재를, 복수개 접합하여 구성된 수지 라이너와,
    상기 수지 라이너의 바깥 둘레에 배치된 보강층을 가지는 가스용기에 있어서,
    상기 복수의 라이너 구성부재의 접합부끼리는, 레이저용착에 의하여 서로 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 가스용기.
  38. 하나 이상의 일부가 통형상의 라이너 구성부재를, 복수개 접합하여 구성되는 수지 라이너를 가지는 가스용기의 제조방법에 있어서,
    서로 접합되어야 하는 한쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 투과성의 부재로 구성함과 동시에, 다른쪽의 라이너 구성부재의 접합부를 레이저 흡수성의 부재로 구성하는 제 1 공정과,
    상기 제 1 공정 후에, 서로 접합되어야 하는 라이너 구성부재의 접합부끼리를 접촉시키는 제 2 공정과,
    상기 제 2 공정 후에, 상기 레이저 투과성의 부재로 이루어지는 접합부측에서 레이저를 조사하여, 접촉상태의 접합부끼리를 레이저용착에 의하여 서로 접합하는 제 3 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 가스용기의 제조방법.
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