(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブローピンに補強部材を配置する配置工程と、
一対の成形型の間にパリソンを供給するパリソン供給工程と、
前記成形型を閉じつつこれらの成形型によって形成された空間に前記ブローピン及び前記補強部材を挿入する型締め工程と、
前記ブローピンに空気を供給して前記成形型に前記パリソンを転写させるブロー工程と、を含み、
前記ブローピンは、大径部と、前記大径部の先端側に設けられた小径部と、前記大径部と前記小径部によって形成された段差部とを備え、
前記補強部材は、円筒状を呈する本体部と、前記本体部から径方向内側に向けて突出する位置決め部とを備えており、
前記配置工程では、前記小径部に前記位置決め部を当接させるとともに前記成形型と前記補強部材との間、前記段差部と前記補強部材との間及び前記小径部と前記補強部材との間の順番で連続した空間が形成されるように配置し、
前記ブロー工程では、前記連続した空間に樹脂が入り込むことにより圧力容器のネック部の内部に前記補強部材を配置することを特徴とする圧力容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体又は液体を貯留する圧力容器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧の気体や液体を貯留することができる圧力容器が知られている。近年では、圧力容器の軽量化を目的として、合成樹脂製の薄肉容器（樹脂ライナー）を、樹脂が含浸された繊維強化層で被い、その後樹脂を硬化させる複合構造の圧力容器が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の圧力容器は、突出するネック部を備えた樹脂ライナーと、樹脂ライナーの外側に設けられた口金部材と、前記樹脂ライナー及び前記口金部材を覆う繊維強化樹脂層（ＦＲＰ層）とで構成されている。口金部材の筒部の内周面には例えば雌ネジが形成されており、この雌ネジにバルブを締結して、バルブから圧力容器の内部の気体又は液体を注排する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５８１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
樹脂ライナーと金属製の口金部材とは材料が異なるため、これらの部材を気体や液体がリークしないように隙間なく接合することは容易ではない。一方で、リークしないようにシール構造を複雑化させると、製造作業が煩雑になったり、製造コストが増加したりするという問題がある。
【０００６】
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、簡易な構造で確実にシールすることができる圧力容器の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ブローピンに補強部材を配置する配置工程と、一対の成形型の間にパリソンを供給するパリソン供給工程と、前記成形型を閉じつつこれらの成形型によって形成された空間に前記ブローピン及び前記補強部材を挿入する型締め工程と、前記ブローピンに空気を供給して前記成形型に前記パリソンを転写させるブロー工程と、を含み、前記ブローピンは、大径部と、前記大径部の先端側に設けられた小径部と、前記大径部と前記小径部によって形成された段差部とを備え、前記補強部材は、円筒状を呈する本体部と、前記本体部から径方向内側に向けて突出する位置決め部とを備えており、前記配置工程では、前記小径部に前記位置決め部を当接させるとともに前記成形型と前記補強部材との間、前記段差部と前記補強部材との間及び前記小径部と前記補強部材との間の順番で連続した空間が形成されるように配置し、前記ブロー工程では、前記連続した空間に樹脂が入り込むことにより圧力容器のネック部の内部に前記補強部材を配置することを特徴とする。
【００１１】
かかる方法によれば、ブローピンの段差部に補強部材を配置してブロー成形するだけでよいため、作業手間や製造コストを削減することができる。また、ブローピンに対して補強部材が位置決めされるため、ネック部に補強部材を精度よく設けることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る圧力容器の製造方法によれば、簡易な構造で確実にシールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】第一実施形態に係る圧力容器を示す要部拡大側断面図である。
【図３】第一実施形態に係る圧力容器の製造方法の配置工程及び型締め工程を示した模式断面図である。
【図４】第一実施形態に係る圧力容器の製造方法のブロー工程を示した模式断面図である。
【図５】第二実施形態に係る圧力容器を示す要部拡大側断面図である。
【図６】第三実施形態に係る圧力容器を示す要部拡大側断面図である。
【図７】（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例を示す模式側断面図である。
【図８】（ａ）は第三変形例、（ｂ）は第四変形例を示す模式側断面図である。
【図９】第五変形例を示す模式側断面図である。
【図１０】第六変形例を示す模式側断面図である。
【図１１】第六変形例に係る圧力容器の製造方法を示す図であって、（ａ）はブロー前、（ｂ）はブロー後を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第一実施形態］
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る圧力容器１は、樹脂ライナー２と、樹脂ライナー２の端部に形成された口金部材３と、樹脂ライナー２の外周を覆う繊維強化樹脂層５と、口金部材３に取り付けられたバルブ６と、第一シール部材７と、第二シール部材８と、補強部材９で主に構成されている。圧力容器１は、例えば、内部に液体又は気体を収容することができる容器である。
【００２１】
樹脂ライナー２は、図１及び図２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。
【００２２】
樹脂ライナー２は、本実施形態では、筒状を呈する胴部２ａと、胴部２ａの端部側を構成する曲面を備えた肩部２ｂと、肩部２ｂから中心軸Ｃ方向に沿って突出するネック部２ｃとで構成されている。ネック部２ｃは、圧力容器１の外部（中心軸Ｃの延長方向外側）に向けて突出している。樹脂ライナー２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。
【００２３】
ネック部２ｃは、図２に示すように、肩部２ｂに連続し円筒状を呈する。ネック部２ｃの先端には後記する補強部材９が設けられている。ネック部２ｃの内側（中心軸Ｃに近づく方向）には後記するバルブ６が当接し、外側（中心軸Ｃから離間する方向）には口金部材３が当接している。
【００２４】
口金部材３は、図２に示すように、金属製であって環状のフランジ部２１と、フランジ部２１に突出した突出部２２とで構成されている。突出部２２は略円筒状を呈し、その内周面にはシール受け溝２３と、ネジ溝２４とが形成されている。シール受け溝２３は、全周に亘って形成されており、第一シール部材７が配置される部位である。ネジ溝２４は、バルブ６が螺合するための雌ネジが形成されている。突出部２２の上端面には、シール受け溝２５が形成されている。シール受け溝２５は、全周に亘って形成されており、第二シール部材８が配置される部位である。
【００２５】
口金部材３は、樹脂ライナー２に対して回転しないように形成することが好ましい。例えば、樹脂ライナー２の成型時に発生したバリを利用して、樹脂ライナー２の外面から外側に突出するリブを形成しつつ、このリブを口金部材３の内面に設けたスリットに挿入して回り止め構造としてもよい。
【００２６】
繊維強化樹脂層５は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）であり、樹脂ライナー２の外周及び口金部材３の一部を覆うように形成されている。繊維強化樹脂層５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。繊維強化樹脂層５は、特許請求の範囲の「補強層」に相当する。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２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。
【００２７】
バルブ６は、図２に示すように、樹脂ライナー２のネック部２ｃ及び口金部材３の内側に挿入されている。バルブ６は、大径部３１と、大径部３１の外周から外側に張り出した押え部３２と、大径部３１に連続する小径部３３とで構成されている。バルブ６の内部には、上下方向に連通する連通孔が形成されている。バルブ６は、特許請求の範囲の「取付部材」に相当する。「取付部材」は、前記ネック部２ｃ及び口金部材３に取り付けられる部材であればよく、例えばジョイント部材であってもよい。
【００２８】
大径部３１の下部（押え部３２より下側）には、ネジ溝３１ａが形成されている。ネジ溝３１ａは、口金部材３のネジ溝２４に螺合される部位である。押え部３２は、大径部３１から外側に張り出しており、平面視円板状を呈する。押え部３２の外径は、口金部材３の突出部２２の先端の外径と同等になっている。
【００２９】
小径部３３は、大径部３１の下側において、大径部３１と同心で延設されている。小径部３３の外周面は、ネック部２ｃの内周面に当接している。
【００３０】
第一シール部材７は、Ｏリングであって、シール受け溝２３に配置されている。第一シール部材７は、樹脂ライナー２と口金部材３との間をシールする部材である。具体的には、第一シール部材７は、シール受け溝２３の底面とネック部２ｃの外周面に当接している。本実施形態では、第一シール部材７は、補強部材９と同じ高さ位置に配置されている。
【００３１】
第二シール部材８は、Ｏリングであって、シール受け溝２５に配置されている。第二シール部材８は、口金部材３とバルブ６との間をシールする部材である。具体的には、第二シール部材８は、シール受け溝２５の底面と、押え部３２の下面とに当接している。
【００３２】
補強部材９は、ネック部２ｃの先端の内部に設けられる部材であって、ネック部２ｃの強度を高める部材である。補強部材９は、金属製であって、円筒状の本体部３５と、本体部３５の上端側から内側（中心軸Ｃ側）に向けて突出する位置決め部３６とを備えている。位置決め部３６は、本実施形態では、本体部３５の内周面の全周に亘って形成されている。また、位置決め部３６は、バルブ６の小径部３３に当接している。
【００３３】
補強部材９は、本実施形態では金属製としたが、硬質であれば他の材料で形成してもよい。また、補強部材９は、一体物ではなく分割して構成されていてもよいし、周方向に断続的に構成されていてもよい。また、位置決め部３６のみが、本体部３５の内周面に断続的に形成されていてもよい。
【００３４】
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。圧力容器の製造方法については特に制限されないが、本実施形態ではブロー成形によって製造する場合を例示する。圧力容器の製造方法では、配置工程と、パリソン供給工程と、型締め工程と、ブロー工程と、口金部材設置工程と、繊維強化樹脂層成形工程と、部品取付工程とを行う。
【００３５】
配置工程では、図３に示すように、ブローピン４１に補強部材９を配置する。ブローピン４１は、筒状を呈し成形型Ｋ，Ｋによって閉じられた空間に空気を吹き込む器具である。ブローピン４１は、大径部４２と、大径部４２と同心で形成された小径部４３とで構成されている。大径部４２と小径部４３との段差によって水平面となる段差部４４が形成されている。
【００３６】
配置工程では、具体的には、補強部材９を段差部４４に配置する。補強部材９の内径（位置決め部３６の内径）は、小径部４３の外径と同等になっているため、補強部材９と小径部４３とは当接する。これにより、ブローピン４１に対する補強部材９の位置が決まる。補強部材９の周囲に接着剤を予め塗布しておいてもよい。なお、ブローピン４１の小径部４３とバルブ６の小径部３３とは同径になっている。
【００３７】
パリソン供給工程では、ブローピン４１の外側であり、かつ、後記する成形型Ｋ，Ｋの間に筒状のパリソンＰを供給する。なお、図３では、説明の便宜上、パリソンの描画を省略している。
【００３８】
型締め工程では、図３に示すように、成形型Ｋ，Ｋの型締めを行う。成形型Ｋの端部の内面Ｋ１，Ｋ１は大径部４２に対向するように半円状にくり抜かれている。大径部４２と内面Ｋ１，Ｋ１との間には空気抜けのための微細な隙間が形成されている。型締めを行うことにより、内面Ｋ１，Ｋ１と、段差部４４及び小径部４３とで囲まれたキャビティが形成される。このキャビティによって樹脂ライナー２のネック部２ｃが形成される。
【００３９】
ブロー工程では、図４に示すように、ブローピン４１に空気を供給して、パリソンＰを成形型Ｋ，Ｋに転写させる。パリソンＰは、溶融した樹脂であって、後に樹脂ライナー２となる材料である。ブロー成形の際の空気の圧力によって、パリソンＰが流動し、前記したキャビティにパリソンＰが確実に充填される。
【００４０】
ブローが終了したら、ブローピン４１を成形型Ｋ，Ｋの外部に縮退させて脱型する。これにより、樹脂ライナー２と補強部材９とが一体化された複合部材が形成される。
【００４１】
口金部材設置工程では、シール受け溝２３に第一シール部材７を配置しつつ、樹脂ライナー２のネック部２ｃに口金部材３を設置する。
【００４２】
繊維強化樹脂層成形工程では、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、繊維強化樹脂層５を形成する。
【００４３】
部品取付工程では、シール受け溝２５に第二シール部材８を配置するとともに、バルブ６を口金部材３に螺合する。以上の工程によって、圧力容器１が形成される。
【００４４】
圧力容器１の製造方法は、前記した工程に限定されるものではない。本実施形態では、ブロー成形によって製造したが、例えば、補強部材９を成形型にインサートした後に、インジェクション成形、回転成形等で製造してもよい。
【００４５】
以上説明した圧力容器１によれば、ネック部２ｃは樹脂製であって突出形成されているため、経年劣化によりへたりやすいが、ネック部２ｃに補強部材９を設けることにより、ネック部２ｃの強度を高めることができる。第一シール部材７は、口金部材３と強度が向上したネック部２ｃとの間に介設されるため、樹脂ライナー２に貯留された気体又は液体のリークを確実に防止することができる。
【００４６】
特に、第一シール部材７によれば、内圧を受けてネック部２ｃが外側にわずかに傾倒した際に、口金部材３とネック部２ｃとの間でセルフシール構造となるため、高い内圧が作用した場合であっても確実にリークを防止することができる。さらに、口金部材３とバルブ６との間は第二シール部材８で確実にシールすることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、第一シール部材７は、補強部材９と同じ高さ位置に設けられており、ネック部２ｃのうち強度が最も高い部分と口金部材３とで第一シール部材７が挟まれるため、より確実にシールすることができる。なお、「同じ高さ位置」とは、補強部材９の上端及び下端に接する仮想水平線で示された範囲に、第一シール部材７が接する位置を意味する。
【００４８】
また、本実施形態による圧力容器の製造方法によれば、ブローピン４１の段差部４４に補強部材９を配置してブロー成形するだけでよいため、作業手間や製造コストを削減することができる。また、本実施形態のように補強部材９に位置決め部３６を設けることにより、ブローピン４１に対する補強部材９の位置が一定になるため、ネック部２ｃに精度よく補強部材９を設けることができる。
【００４９】
[第二実施形態]
次に、図５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。第二実施形態では、主に、第二シール部材８の配置位置が第一実施形態と相違する。バルブ６の大径部３１の下部（押え部３２よりも下側）にはシール受け溝２６が形成されている。第二シール部材８は、シール受け溝２６に配置されることにより、バルブ６と口金部材３との間をシールする。第二実施形態に係る圧力容器１Ａであっても、第一実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５０】
［第三実施形態］
次に、図６を参照し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。第三実施形態では、主に、バルブ６に第三シール部材１０を設ける点で第一実施形態と相違する。
【００５１】
バルブ６の小径部３３の外周には、全周に亘ってシール受け溝５１が形成されている。シール受け溝５１には、第三シール部材１０が配置されており、バルブ６と樹脂ライナー２のネック部２ｃとの間をシールする。
【００５２】
第三実施形態に係る圧力容器１Ｂによれば、内圧を受けてへたりやすいネック部２ｃに補強部材９を設けることにより、ネック部２ｃの強度を高めることができる。また、第三シール部材１０は、バルブ６と強度が向上したネック部２ｃとの間に介設されるため、樹脂ライナー２に貯留された気体又は液体のリークを確実に防止することができる。また、一つのシール部材で、樹脂ライナー２に貯留された気体又は液体のリークを確実に防止することができるため、部品点数を減らすことができる。
【００５３】
また、第三シール部材１０は、補強部材９と同じ高さ位置に設けられており、ネック部２ｃのうち強度が最も高い部分とバルブ６とで第三シール部材１０が挟まれるため、より確実にシールすることができる。
【００５４】
なお、第一実施形態の構造に、第三実施形態のように第三シール部材１０を設けるようにしてもよい。
【００５５】
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７の（ａ）に示す第一変形例のように、補強部材９Ａを円筒状（断面視矩形）としてもよい。また、具体的な図示は省略するが、第三実施形態のようにバルブ６とネック部２ｃの間に第三シール部材１０を設けた構造に、補強部材９Ａを用いてもよい。
【００５６】
また、図７の（ｂ）に示す第二変形例のように、補強部材９Ｂを断面視Ｔ字状としてもよい。補強部材９は、鉛直方向に延設された円筒状の本体部３５Ｂと、本体部３５Ｂの上端に水平方向に延設された位置決め部３６Ｂとで構成されている。位置決め部３６Ｂは、ネック部２ｃの板厚と同じ幅になっている。位置決め部３６Ｂがバルブ６の小径部３３と口金部材３とに当接する。また、具体的な図示は省略するが、第三実施形態のようにバルブ６とネック部２ｃの間に第三シール部材１０を設けた構造に、補強部材９Ｂを用いてもよい。
【００５７】
また、図８の（ａ）に示す第三変形例のように、口金部材３の突出部２２の内周面にシール受け溝２３Ａ，２３Ｂを形成し、第一シール部材７Ａ，７Ｂを設けるようにしてもよい。つまり、シール部材を複数個設定してもよい。具体的な図示は省略するが、第三実施形態に係る構成において、第三シール部材１０を複数個設置してもよい。
【００５８】
また、図８の（ｂ）に示す第四変形例のように、口金部材３の突出部２２の内周面にシール受け溝２３を形成し、第一シール部材７とバックアップリング６１を設けるようにしてもよい。バックアップリング６１を設けることで、第一シール部材７の位置ずれを防止することができる。また、具体的な図示は省略するが、第三実施形態に係る構成において、第三シール部材１０に隣接させてバックアップリング６１を設けてもよい。
【００５９】
また、図９に示す第五変形例のように、口金部材３の突出部２２に、先細りとなるように、ネック部２ｃの中心軸Ｃ方向に傾斜する傾斜部２２ａを設けてもよい。圧力容器１に内圧が作用すると、口金部材３のフランジ部２１に応力が集中し、樹脂ライナー２から口金部材３が離脱するおそれがある。しかし、突出部２２に傾斜部２２ａを設けることでこの応力を傾斜部２２ａにも分散させることができる。また、フランジ部２１と傾斜部２２ａとを繊維強化樹脂層５で押さえ込むことができるため、口金部材３の離脱をより効果的に防ぐことができる。
【００６０】
また、前記した実施形態及び変形例では、ネック部２ｃの先端に補強部材９の一部が露出する構成であったが、図１０に示す第六変形例のように、ネック部２ｃの基端側にセットバックした位置に補強部材９Ｃを設ける構成としてもよい。補強部材９は、筒状を呈し、ネック部２ｃの周方向に亘って形成されている。補強部材９の断面形状はＬ字状になっている。
【００６１】
図１１は、第六変形例に係る圧力容器の製造方法を示す図であって、（ａ）はブロー前、（ｂ）はブロー後を示す。図１１の（ａ）に示すように、第六変形例における配置工程では、ボールカプラ式のブローピン７０に補強部材９Ｃを配置する。ブローピン７０は、筒状のインナー部７１と、インナー部７１を内装する筒状のアウター部７２とを備えて構成されている。インナー部７１は、アウター部７２に対して軸方向にスライド可能になっている。アウター部７２は、大径部７２ａと、小径部７２ｂとを備えている。小径部７２ｂには、ボールＢが配置される貫通孔７２ｃが形成されている。
【００６２】
配置工程では、アウター部７２に補強部材９Ｃを挿入した後、インナー部７１をアウター部７２に対して進入させる。ボールＢは、インナー部７１の外周面によって外側に押され、ボールＢの一部が補強部材９Ｃの孔部８１に係合する。これにより、ブローピン７０に対して補強部材９Ｃが保持される。
【００６３】
ブロー工程では、図１１の（ｂ）に示すように、成形型Ｋとブローピン７０のインナー部７１とで囲まれた部分に樹脂が充填されることによりブロー成形される。第六変形例では、空間Ｑが成形型Ｋと補強部材９Ｃと小径部７２ｂとで囲まれているため、空間Ｑにも樹脂がスムーズに充填する。
【００６４】
ブロー工程が終わったら、成形型Ｋからブローピン７０を引き抜く。この際、ブローピン７０のインナー部７１をアウター部７２に対して後退させる。これにより、補強部材９Ｃの孔部８１からボールＢが外れるため、補強部材９Ｃとブローピン７０との係合状態を解除することができる。
【００６５】
樹脂の流動のコントロールは非常に困難であり、例えば補強部材が複雑な形状である場合等は、キャビティの細部に樹脂が入り込まない可能性がある。このような場合は、キャビティの細部に樹脂が入りやすくするために、補強部材を予め温めるプレヒート処理を行う必要がある。しかし、第六変形例に係る製造方法によれば、周囲が包囲された空間Ｑにスムーズに樹脂が入り込むため、プレヒート処理を省略することが可能となる。なお、第六変形例では、ボールカプラ式によって補強部材９Ｃをブローピン７０に保持させたが、ブローピン７０に対して容易に着脱可能であれば他の係合形態であってもよい。
【００６６】
また、図２の第一実施形態の第一シール部材７は、口金部材３に形成されたシール受け溝２３に配置されているが、ネック部２ｃ側にシール受け溝を設けてもよい。また、第一実施形態の第二シール部材８は、口金部材３に形成されたシール受け溝２５に配置されているが、バルブ６側にシール受け溝を設けてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１        圧力容器
２        樹脂ライナー
２ａ      胴部
２ｂ      肩部
２ｃ      ネック部
３        口金部材
５        繊維強化樹脂層（補強層）
６        バルブ（取付部材）
７        第一シール部材
８        第二シール部材
９        補強部材
１０      第三シール部材
２１      フランジ部
３１      （バルブの）大径部
３２      押え部
３３      （バルブの）小径部
３５      本体部
３６      位置決め部
４１      ブローピン
４２      （ブローピンの）大径部
４３      （ブローピンの）小径部
４４      段差部
Ｋ        成形型
Ｐ        パリソン
【図１】
0005902028.tif 000002
【図２】
0005902028.tif 000003
【図３】
0005902028.tif 000004
【図４】
0005902028.tif 000005
【図５】
0005902028.tif 000006
【図６】
0005902028.tif 000007
【図７】
0005902028.tif 000008
【図８】
0005902028.tif 000009
【図９】
0005902028.tif 000010
【図１０】
0005902028.tif 000011
【図１１】
0005902028.tif 000012