(57)【要約】【課題】生産性及び耐久性に優れる合成樹脂製圧力容器及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本技術に係る圧力容器は、インナータンクと、口金とＦＲＰ層とを具備する。上記インナータンクは、合成樹脂からなり、内部と外部に連通する開口を有する。上記口金は、上記開口の周囲に螺合されている。上記ＦＲＰ層は、上記インナータンクの外周及び上記口金に巻回された繊維と上記繊維に含浸された合成樹脂からなる。【選択図】図９
2019007557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂からなり、内部と外部に連通する開口を有するインナータンクと、
前記開口の周囲に螺合された口金と
前記インナータンクの外周及び前記口金に巻回された繊維と前記繊維に含浸された合成樹脂からなるＦＲＰ層と
を具備する圧力容器。
【請求項２】
請求項１に記載の圧力容器であって、
前記口金は、前記開口に連通する筒状部と、前記筒状部から突出する板状部を有し、前記板状部は、前記インナータンクと前記ＦＲＰ層によって挟まれている
圧力容器。
【請求項３】
請求項２に記載の圧力容器であって、
前記口金は、前記筒状部の内部に設けられ、前記インナータンクに螺合する第１のネジ溝と、前記筒状部の内部に設けられ、バルブが螺合する第２のネジ溝とを有する
圧力容器。
【請求項４】
請求項３に記載の圧力容器であって、
前記第２のネジ溝は平行ネジ用のネジ溝である
圧力容器。
【請求項５】
請求項３に記載の圧力容器であって、
前記第２のネジ溝に螺合するバルブをさらに具備する
圧力容器。
【請求項６】
合成樹脂からなるインナータンクの開口に口金を螺合し、
前記インナータンクの外周及び前記口金に繊維を巻回させ、
前記繊維に合成樹脂を含浸させ、
前記合成樹脂を硬化させる
圧力容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、液化ガス等の貯留に用いる圧力容器及び当該圧力容器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＰＧ（Liquefied petroleum gas）等の液化ガスの貯留に用いられる圧力容器は、その高い内圧に耐える必要があるため、従来金属製であった。しかしながら、金属製圧力容器は重量が大きく、軽量化が望まれていた。
【０００３】
ここで、近年、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製の圧力容器の開発が進んでいる。ＦＲＰ製の圧力容器は軽量であることに加え、美観に優れ、耐腐食性が高く、また半透明であるため内容物の液面の視認が可能であり、さらに火災時において破裂しない等の利点がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、合成樹脂からなるインナータンクと、インタータンクに接合された口金と、インナータンク外周に形成されたＦＲＰ層とを備える圧力容器が開示されている。口金はインタータンクを形成するブロー成形の際にインサート成形によってインナータンクの内周側から開口部に接合されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２０２４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１に記載のような構造では、口金に接着塗装を施す必要があり、インサート成形するための工数やコストも発生する。また、落下衝撃等に対する耐久性についてもさらなる向上が望まれている。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、生産性及び耐久性に優れる合成樹脂製圧力容器及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る圧力容器は、インナータンクと、口金とＦＲＰ層とを具備する。
上記インナータンクは、合成樹脂からなり、内部と外部に連通する開口を有する。
上記口金は、上記開口の周囲に螺合されている。
上記ＦＲＰ層は、上記インナータンクの外周及び上記口金に巻回された繊維と上記繊維に含浸された合成樹脂からなる。
【０００９】
この構成によれば、口金をインナータンクに対してインサート成形する必要がなく、インサート成形に係るコストの発生を防止することができる。また、口金はインナータンクとＦＲＰ層によって挟まれるため、落下衝撃に対する耐久性が向上する。
【００１０】
上記口金は、上記開口に連通する筒状部と、上記筒状部から突出する板状部を有し、上記板状部は、上記インナータンクと上記ＦＲＰ層によって挟まれていてもよい。
【００１１】
上記口金は、上記筒状部の内部に設けられ、上記インナータンクに螺合する第１のネジ溝と、上記筒状部の内部に設けられ、バルブが螺合する第２のネジ溝とを有してもよい。
【００１２】
上記第２のネジ溝は平行ネジ用のネジ溝であってもよい。
【００１３】
上記圧力容器は、上記第２のネジ溝に螺合するバルブをさらに具備してもよい。
【００１４】
上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る圧力容器の製造方法は、合成樹脂からなるインナータンクの開口に口金を螺合する。
上記インナータンクの外周及び上記口金に繊維を巻回させる。
上記繊維に合成樹脂を含浸させる。
上記合成樹脂を硬化させる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本技術によれば、生産性及び耐久性に優れる圧力容器及びその製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本技術の実施形態に係る圧力容器の平面図である。
【図２】同圧力容器の断面図である。
【図３】同圧力容器が備えるインナータンクの平面図である。
【図４】同圧力容器が備えるインナータンクの断面図である。
【図５】同圧力容器が備えるインナータンクのバルブ取付部の断面図である。
【図６】同圧力容器が備える口金の断面図である。
【図７】同圧力容器が備えるインナータンク及び口金の断面図である。
【図８】同圧力容器が備えるＦＲＰ層の断面図である。
【図９】同圧力容器が備えるインナータンク、口金及びＦＲＰ層の断面図である。
【図１０】同圧力容器が備えるインナータンク、口金、ＦＲＰ層及びバルブの断面図である。
【図１１】同圧力容器の製造方法を示す模式図である。
【図１２】同圧力容器を収容可能なアウターケースの斜視図である。
【図１３】同圧力容器を収容可能なアウターケースの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜圧力容器の構成＞
本発明の実施形態に係る圧力容器の構成について説明する。図１は本実施形態に係る圧力容器１の平面図であり、図２は圧力容器１の断面図である。
【００１８】
圧力容器１は、ＬＰＧ（Liquefied petroleum gas）等の液化ガス、あるいはＣＮＧ（Compressed Natural Gas）、水素ガス等の高圧ガスを圧力を維持したまま貯留することが可能な容器である。以下、圧力容器１に貯留される物質を「内容物」とする。圧力容器１の大きさや形状は、内容物、用途等に応じて適宜変更される。
【００１９】
図２に示すように、圧力容器１はインナータンク２、口金３、ＦＲＰ層４及びバルブ５を有する。インナータンク２には口金３が装着され、インナータンク２の外周及び口金３上にＦＲＰ層４が形成されている。口金３にはバルブ５が取り付けられている。
【００２０】
インナータンク２は、圧力容器１の内壁面を構成する。図３はインナータンク２の平面図であり、図４はインナータンク２の断面図である。
【００２１】
図３及び図４に示すように、インナータンク２は、タンク本体部２ａ、バルブ取付部２ｂ、及び臍部２ｃを有する。バルブ取付部２ｂはタンク本体部２ａの一端に形成され、臍部２ｃはタンク本体部２ａの、バルブ取付部２ｂと反対側の端部に形成されている。
【００２２】
図３及び図４に示すように、タンク本体部２ａは、円筒形状を有する円筒部２ｄと、円筒部２ｄと同一の半径を有する半球部２ｅを有し、円筒部２ｄの両端に半球部２ｅがそれぞれ連続する形状に形成することができる。タンク本体部２ａの形状は特に限定されないが、後述するＦＲＰ層４の形成に適する形状が好適である。
【００２３】
バルブ取付部２ｂは、インナータンク２の内部と外部を連通する開口を形成する。図５はインナータンク２のバルブ取付部２ｂの近傍の断面図である。同図に示すように、バルブ取付部２ｂはタンク本体部２ａと連続する筒状のネック部分２ｆを有する。ネック部分２ｆの筒内は、インナータンク２の外部に連通しており、ネック部分２ｆの端部にインナータンク２の内部と外部が連通する開口２ｇが形成されている。ネック部分２ｆの外周にはネジ溝２ｈが設けられている。
【００２４】
臍部２ｃは、タンク本体部２ａから突出した部分であり、インナータンク２の内部とは連通していない。臍部２ｃは、インナータンクの製造方法に起因して形成される構造である。
【００２５】
以上のような構成を有するインナータンク２は、ブロー成形によって製造することが可能である。インナータンク２は、例えば高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ；High Density Polyethylene）からなるものとすることができる。また、この他にも各種合成樹脂からなるものとすることができる。以下、インナータンク２の原料である合成樹脂を、「原料樹脂」とする。原料樹脂としては、ブロー成形に適し（熱可塑性が有り）、内容物に対して耐腐食が有り、光透過性（半透明性）がある材料が好適である。
【００２６】
口金３は、バルブ５をインナータンク２に装着するための部材である。図６は口金３の断面図である。同図に示すように、口金３は、筒状の筒状部３ａと、筒状部３ａの端部から円板状に広がる板状部３ｂとを有する。
【００２７】
筒状部３ａの内周面には、インナータンク２に螺合するネジ溝３ｃと、バルブ５が螺合されるネジ溝３ｄが設けられている。ネジ溝３ｄは、バルブ５が有する平行ネジが螺合可能なネジ溝が好適である。金属容器の場合には、バルブはテーパーネジによって金属容器に螺合されることが一般的であるが、インナータンク２は合成樹脂からなるため、トルク管理によって螺合する平行ネジが好適である。
【００２８】
板状部３ｂは、筒状部３ａ側から次第に厚みが減少する板状の形状を有する。口金３は、例えば真鍮、アルミニウム又はステンレス等の金属からなるものとすることができる。
【００２９】
図７は、インナータンク２に装着された口金３を示す断面図である。同図に示すように口金３は、ネジ溝３ｃがインナータンク２のネジ溝２ｈに螺合することにより、インナータンク２に装着される。口金３がインナータンク２に装着されると、板状部３ｂはインナータンク２に当接する。
【００３０】
ＦＲＰ層４は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ；Fiber Reinforced Plastics）からなる層である。ＦＲＰ層４は、インナータンク２の外周及び口金３上に形成されている。
【００３１】
ＦＲＰ層４は、インナータンク２の外周を被覆することにより、インナータンク２を補強し、耐圧性を維持する。ＦＲＰ層４は、インナータンク２の外周に巻回された繊維（ガラス繊維、カーボン繊維等）に合成樹脂を含浸させることによって形成することができる。以下、含浸される合成樹脂を「含浸樹脂」とする。ＦＲＰ層４を構成する繊維の巻回は、後述するＦＷ（Filament Winding）成形によってすることができる。
【００３２】
ＦＲＰ層４は、部分的に複数の層が積層されて構成されている。図８は、ＦＲＰ層４の層構造を示す断面図である。同図に示すように、ＦＲＰ層４は、ヘリカル層４ａ、内フープ層４ｂ及び外フープ層４ｃを有する。
【００３３】
ヘリカル層４ａは、繊維がヘリカル状（螺旋状）に巻回された層であり、内フープ層４ｂ及び外フープ層４ｃは、繊維がフープ状（円周状）に巻回された層である。ヘリカル層４ａは、インナータンク２の円筒部２ｄ及び半球部２ｅ上に形成され、内フープ層４ｂ及び外フープ層４ｃは、円筒部２ｄ上に形成されている。円筒部２ｄ上において、内フープ層４ｂ、ヘリカル層４ａ及び外フープ層４ｃはこの順に積層されている。ＦＲＰ層４をこのような構成とすることにより、ＦＲＰ層４における繊維破断を防止し、耐圧性、耐久性、耐衝撃性に優れた圧力容器とすることが可能である。
【００３４】
図９は、口金３の近傍におけるＦＲＰ層４を示す断面図である。同図に示すようにＦＲＰ層４は、口金３の板状部３ｂ上と筒状部３ａの外周の一部に形成されている。これにより、板状部３ｂがインナータンク２とＦＲＰ層４によって挟まれ、口金３はインナータンク２に対して固定されている。
【００３５】
ＦＲＰ層４を構成する繊維の種類は特に限定されないが、強度が高いものが好適である。ＦＲＰ層４を構成する含浸樹脂は、インナータンク２に巻回された繊維を固定し、繊維と共にＦＲＰ層４の強度を維持する。含浸樹脂の種類は特に限定されないが、強度が高いものが好適である。
【００３６】
ここで、含浸樹脂を、光硬化性樹脂（例えば、光硬化ビニールエステル樹脂）とすることにより、光の照射によって含浸樹脂を硬化させることが可能となり、熱硬化性樹脂の場合よりも硬化工程が短縮され、熱硬化炉も不要となる。さらに、含浸樹脂に紫外線劣化防止材を添加することにより、ＦＲＰ層４の紫外線劣化による長期的な耐久性の低下を防止することが可能であり、含浸樹脂にガス透過防止材を添加することにより内容物の透過を防止することが可能となる。
【００３７】
バルブ５は、内容物のインナータンク２への充填及びインナータンク２からの取り出しに用いられる。図１０は、口金３に装着されたバルブ５を示す平面図である。同図に示すように、バルブ５は、口金３に設けられたネジ溝３ｄに螺合され、口金３に固定される。上述のようにバルブ５は、平行ネジによってネジ溝３ｄに螺合されるものが好適である。
【００３８】
バルブ５とインナータンク２の間は、Ｏリング６によって封止され、バルブ５と口金３の間はガスケット７によって封止されている。バルブ５の構造はここに示すものに限られず、ネジ溝３ｄに螺合可能なものであればよい。
【００３９】
圧力容器１は、以上のような構成を有する。圧力容器１は、インナータンク２やＦＲＰ層４が合成樹脂からなるものであるため、金属容器に比べて軽量であり、美観に優れ、耐腐食性が高い。また、半透明であるため、内容物が液化ガスである場合には液面の視認が可能である。さらに火災に曝露された場合であっても破裂することが防止されている。
【００４０】
また、上記のように、圧力容器１は、インナータンク２に螺合された口金３上にＦＲＰ層４を形成し、口金３をインナータンク２とＦＲＰ層４によって挟んだ構造を有する。これにより、落下試験（口金３側から圧力容器１を落下させる試験）において落下衝撃に対する耐久性が向上する。また、インナータンク２内部には口金３とインナータンク２の界面が存在しないため、Ｏリング６によって確実に内容物を封止することが可能である。
【００４１】
製造工程においても、仮にインナータンクをブロー成形によって成形する際に口金をインサート成形する場合には、ブローピンに口金を装着する必要があり、インサート成形の精度、型に施す工夫等も必要である。これに対し圧力容器１においては口金３をインナータンク２に螺合すればよいため、インサート成形が不要となる。これにより、インサート成形の成形コストや成形型のコストを大幅に削減することが可能となる。
【００４２】
＜圧力容器の製造方法＞
圧力容器１の製造方法について説明する。
【００４３】
図１１は、圧力容器１の製造方法を示す模式図である。インナータンク２をブロー成形等によって成形し、口金３をインナータンク２に螺合する。続いて図１１（ａ）に示すように、口金３及びインナータンク２をシャフト１１に固定する。シャフト１１は、回転動力源に接続されており、接続されたインナータンク２を回転させることが可能なものである。シャフト１１は例えば、口金３及びインナータンク２の臍部２ｃの周囲にそれぞれ接続される。シャフト１１の接続態様は特に限定されない。
【００４４】
図１１（ｂ）に示すように、インナータンク２がシャフト１１によって回転され、繊維供給部１２から供給される繊維Ｆがインナータンク２の外周及び口金３の板状部３ｂ上に巻回される。繊維Ｆは、シャフト１１による回転軸の角度や繊維供給部１２の角度によって、巻回角度や巻回数が制御される。例えば、上述のように、フープ状（円周状）に巻回された後、ヘリカル状（螺旋状）に巻回され、再びフープ状に巻回するものとすることができる。繊維の巻回態様は、インナータンク２の大きさや形状、要求耐圧性能等に応じて適宜調整される。
【００４５】
インナータンク２及び口金３への繊維Ｆの巻回が完了した後、繊維Ｆに含浸樹脂を含浸させる。含浸樹脂の含浸方法は特に限定されず、塗布等によって含浸させることができる。含浸樹脂が硬化すると、ＦＲＰ層４が形成される。上述のように含浸樹脂を光硬化性樹脂とすることにより、光の照射によって含浸樹脂を硬化させることが可能である。
【００４６】
ＦＲＰ層４の形成後にバルブ５を口金３に螺合させることにより、圧力容器１が製造される。
【００４７】
＜アウターケースについて＞
圧力容器１は、耐衝撃性を向上させるためのアウターケースに収容することが可能である。図１２は圧力容器１が収容されたアウターケース２０を示す斜視図であり、図１３は同アウターケース２０の分解斜視図である。
【００４８】
これらの図に示すように、アウターケース２０は、胴体部材２１、上部部材２２及び下部部材２３の３つの部材によって構成されている。上部部材２２及び下部部材２３はそれぞれ胴体部材２１に接続されている。胴体部材２１、上部部材２２及び下部部材２３は、合成樹脂からなるものとすることができる。
【００４９】
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
【符号の説明】
【００５０】
１…圧力容器
２…インナータンク
３…口金
４…ＦＲＰ層
５…バルブ
【図１】
2019007557.tif 000003
【図２】
2019007557.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019007557.tif 000006
【図５】
2019007557.tif 000007
【図６】
2019007557.tif 000008
【図７】
2019007557.tif 000009
【図８】
2019007557.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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