(57)【要約】【課題】高圧タンクにおいて、口金とライナーとの間からのガスリークを抑制する。【解決手段】ライナーの口金取り付け部に口金が取り付けられた高圧タンクの製造方法は、前記ライナーの口金取り付け部の内側の表面を硬化する表面硬化工程と、前記表面を硬化させた後、前記口金取り付け部に前記口金を圧入する圧入工程と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナーの口金取り付け部に口金が取り付けられた高圧タンクの製造方法であって、
前記ライナーの口金取り付け部の内側の表面を硬化する表面硬化工程と、
前記表面を硬化させた後、前記口金取り付け部に前記口金を圧入する圧入工程と、
を備える、高圧タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンクの製造方法に関し、特に高圧タンクへの口金の取り付けに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、口金の組付部をライナーの被組付部に組み付けるとき、組付部と被組付部との間隔を最小限にして組み付け、その後アニール処理によりライナーを収縮させて組付部と被組付部とを密着することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０３９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、口金（金属製）よりもライナー（樹脂製）の方が、硬度が低いため、口金の組付部をライナーの被組付部に組み付けるときに被組付部に傷が付き、リークの原因となるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、ライナーの口金取り付け部に口金が取り付けられた高圧タンクの製造方法が提供される。この製造方法は、前記ライナーの口金取り付け部の内側の表面を硬化する表面硬化工程と、前記表面を硬化させた後、前記口金取り付け部に前記口金を圧入する圧入工程と、を備える。この形態の製造方法によれば、高圧タンク用のライナーの口金を取り付ける口金取り付け部の内側の表面を硬化した後、口金を圧入するので、口金取り付け部の内側の表面が傷つき難く、リークが発生し難い。
【０００７】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、高圧タンクの製造方法の他、口金の取り付け方法、継手の結合方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の製造方法によって作成される高圧タンクの外観を示す説明図である。
【図２】高圧タンクの断面を示す説明図である。
【図３】高圧タンクの製造工程を説明する説明図である。
【図４】図３（Ｃ）のＸで囲われた部分を拡大して示す説明図である。
【図５】挿入部のストローク（挿入量）と挿入部の挿入に要する加圧力との関係を示す説明図である。
【図６】圧入代ΔＤと口金取り付け部の面粗度の関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施形態の製造方法によって作成される高圧タンク１０の外観を示す説明図である。図２は、高圧タンク１０の断面を示す説明図である。高圧タンク１０は、口金１００と、外筒２００と、ライナー３００とを備える。口金１００は、高圧タンク１０へのガスの充填、あるいは、高圧タンク１０からのガスの放出のために用いられる。口金１００の中心軸１０１方向の中央付近の口金１００の外周には、ツバ１１０（フランジ）が形成されている。ツバ１１０は、中心軸１０１と垂直な面に沿って外周に突き出るように形成されている。また、ツバ１１０は、ツバの先端側が細くなるようなテーパ形状又は略台形形状を有している。また、ツバ１１０を中心軸１０１に沿った方向からみると、凸部あるいは凹部が周期的に現れる円形をしている。
【００１０】
ライナー３００は、高圧タンク内部を密閉し、ガスを貯蔵するための内殻である。ライナー３００は、略円筒形をしている。ここで、ライナー３００は、２つの分割ライナー３０１、３０２を備えている。ライナー３００の上部及び下部には、口金１００が取り付けられている。なお、一方の分割ライナー３０１にのみに口金１００を有し、他方の分割ライナー３０２には口金１００を有さないようにしてもよい。ライナー３００は、例えば、ナイロン、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレン等の熱収縮性の材料で構成されている。なお、ライナー３００の構成を、熱収縮性の材料で構成された外層と、エポキシやガラス、金属などの非熱収縮性の材料で構成された内層と、を含む複数層を備える構成としてもよい。
【００１１】
外筒２００は、ライナー３００の外側に形成され、高圧タンク１０の耐圧殻として働く。外筒２００の材料として、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いることが可能である。ライナー３００の端部と外筒２００の端部は、口金１００のツバ１１０を挟むように密着し、口金１００とライナー３００との接合部からのガスのリークを抑制している。なお、図１においては、外筒２００によりライナー３００が覆い隠されている。
【００１２】
図３は、高圧タンクの製造工程を説明する説明図である。高圧タンクの製造工程は、分割ライナー３０１、３０２への口金１００の取り付け工程と、分割ライナー３０１、３０２の結合工程と、フィラメント・ワインディング工程とを備える。先ず、図３（Ａ）に示すように、口金１００と分割ライナー３０１を準備する。例えば、分割ライナー３０１は、例えば、射出成形装置を用いて製造される。分割ライナー３０１は円筒形をしており、分割ライナー３０１の一方の開口部３０５は窄まっている。この狭まった開口部３０５に口金１００が接合される。
【００１３】
先ず、図３（Ａ）〜（Ｂ）に示すように、分割ライナー３０１の口金取り付け部３１０の内側の表面をアニール酸化して硬化させる表面硬化工程を行う。次に、図３（Ｂ）〜（Ｃ）に示すように、開口部３０５に口金１００を圧入し、分割ライナー３０１の口金取り付け部３１０に口金１００を取り付ける圧入工程を行う。アニール酸化では、口金取り付け部３１０の表面は硬化するが、内部は硬化せず弾性を有しているので、口金１００の圧入が可能である。本実施形態では、口金取り付け部３１０の表面をアニール酸化したが、口金取り付け部３１０の表面をメッキして硬化させても良い。
【００１４】
図４は、図３（Ｃ）のＸで囲われた部分を拡大して示す説明図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＹで囲われた部分を拡大して示す説明図である。口金１００の分割ライナー３０１への挿入部１０２は、半径Ｄａの円筒形をしている。一方、分割ライナー３０１の口金取り付け部３１０の内径の半分（半径）はＤｂであり、ＤａよりもΔＤだけ小さい。このΔＤを「圧入代」とも呼ぶ。
【００１５】
口金１００の円筒面には、円周に沿ってＯリング溝１０３が形成されており、Ｏリング溝１０３には、Ｏリング１５０と、バックアップリング１５５とが嵌め込まれている。Ｏリング１５０は、口金１００と分割ライナー３０１の口金取り付け部３１０との間をシールする。バックアップリング１５５は、穴あき円盤形状の部材であり、ライナー３００の内圧によるＯリング１５０の押し出しを抑えるための部材である。口金１００の分割ライナー３０１に挿入される挿入部１０２の先端は、円筒の外側の角が丸まった曲面部１０４を有している。口金１００の挿入部１０２の先端が曲面部１０４を有していれば、口金１００を分割ライナー３０１に圧入するときに、分割ライナー３０１の口金取り付け部３１０が傷つき難く、ライナー３００に充填されるガスをリークし難くできる。
【００１６】
図５は、挿入部１０２のストローク（挿入量）と、挿入部１０２の挿入に要する加圧力との関係を示す説明図である。挿入部１０２の曲面部１０４が口金取り付け部３１０に接触するまでは、加圧力がほとんど掛からない状態で挿入部１０２が挿入される。挿入部１０２の曲面部１０４が口金取り付け部３１０に接触すると、加圧力が大きくなる。この点Ｐ１を圧入開始点Ｐ１とも呼ぶ。口金取り付け部３１０の表面は硬化されているが、口金取り付け部３１０の内部は、硬化されていない。そのため、口金１００を、圧力を掛けて挿入すると、口金取り付け部３１０は、弾性変形し、さらなる挿入が可能である。本実施形態では、圧力を掛けて挿入することを圧入とも呼ぶ。挿入部１０２が、さらに挿入されると、挿入部１０２のＯリング溝１０３に嵌め込まれたＯリング１５０が口金取り付け部３１０に接触する。Ｏリングが口金取り付け部３１０に圧入されるときに、加圧力はさらに大きくなる。挿入部１０２が更に挿入されて圧入終了点Ｐ２を越えると、加圧力は急に大きくなり、クライテリア（基準）を越える。従って、加圧力が急激に上昇する直前で挿入部１０２の挿入を停止すれば良い。但し、加圧力が急激に上昇する直前は見つけ難いので、加圧力が急激に上昇した時に挿入部１０２の挿入を停止すれば、クライテリアを越える前に挿入部１０２の挿入を停止できる。
【００１７】
図６は、圧入代ΔＤと、口金取り付け部３１０の面粗度の関係を示す説明図である。面粗度は、口金１００の挿入により、口金取り付け部３１０に付く傷の深さに対応する。面粗度が大きければ、傷が深く、ガスのリークが起こりやすい。本実施形態では、圧入代ΔＤが大きくなると、面粗度も大きくなる。そして、面粗度が限界値を越えた場合には、ガスのリークが起こりやすい。そして、面粗度を限界粗さよりも小さくするためには、圧入代ΔＤを限界値ΔＤＬより小さくすれば良い。なお、グラフからわかるように、圧入代ΔＤは、０に近ければ近い方がよい。なお、口金取り付け部３１０の半径Ｄｂの方が、口金１００の半径Ｄａよりも大きい場合には、圧入代ΔＤがマイナスになる。この場合は、口金取り付け部３１０に傷は付かないが、Ｏリング１５０のみでガスのリークに対抗しなければならない。したがって、圧入代ΔＤは、０に近いプラスであることが好ましい。また、アニール酸化時に口金取り付け部３１０の内径は縮むため、圧入代ΔＤを、０に近いプラスにすることは難しい。そのため、圧入代の設計値ΔＤＤを、０から限界値ΔＤＬまで間の所定の値にしておくことが好ましい。
【００１８】
同様に、口金１００を有する分割ライナー３０２を製造する。分割ライナー３０１と分割ライナー３０２とは、他の分割ライナーとの接合部の形状が異なっている。例えば、分割ライナー３０１の接合部の形状はオス型であり、分割ライナー３０１の接合部の形状はメス型となっている。
【００１９】
次に、図３（Ｄ）に示すように、口金１００を取り付けた分割ライナー３０１、３０２を接合する。具体的には、分割ライナー３０１、３０２の口金１００を取り付けた側の反対側の接合部どうしを合わせる。次に、例えばレーザートーチを用いてレーザー光を２つの分割ライナー３０１、３０２の接合部に照射する。これにより、２つの分割ライナー３０１、３０２の接合部の樹脂を加熱して、２つの分割ライナー３０１、３０２を溶着する。なお、一方の分割ライナー３０１がレーザー光透過性の樹脂、他方の分割ライナー３０２がレーザー光吸収性の樹脂により形成されていてもよい。レーザー光吸収性の樹脂は、レーザー光透過性の樹脂に顔料を添加することでレーザー光を透過し難くしてレーザー光吸収性を持つように形成されていても良い。
【００２０】
次に、図３（Ｅ）に示すように、樹脂を含浸させた強化繊維をライナー３００に巻き付ける。樹脂を強化する繊維として、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維（例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（ケブラー繊維、ケブラーは登録商標）など）を用いることが可能である。また、繊維により強化される樹脂として、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリエステル樹脂を用いることが可能である。なお、強化繊維の巻き付けのパターンにより外筒２００の引っ張り強さなどの機械的性質を調整することが可能である。次に、図３（Ｆ）に示すように、ライナー３００に巻き付けた、強化繊維を加熱硬化させる。これにより、樹脂を含浸させた強化繊維は、ＦＲＰとなり、外筒２００を形成し、高圧タンク１０を製造する。なお、本実施例では、樹脂を含浸させた強化繊維をライナー３００に巻き付け、その後加熱硬化させて外筒２００を得る工程を、フィラメント・ワインディング工程と呼んでいる。
【００２１】
従来の口金１００をライナー３００（分割ライナー３０１、３０２）に組み付けた後、アニール処理によりライナー３００を収縮させて口金１００とライナー３００とを密着する方法の場合、口金１００（金属製）よりもライナー３００（樹脂製）の方が、硬度が低いため、口金１００の挿入部１０２をライナー３００の口金取り付け部３１０に挿入するときに、口金取り付け部３１０に傷が付き、リークの原因となるおそれがあった。しかし、本実施形態の製造方法によれば、高圧タンク１０のライナー（分割ライナー３０１、３０２）の口金１００を取り付ける口金取り付け部３１０の内側の表面を硬化する工程と、表面を硬化させた後、口金取り付け部３１０に口金１００を圧入する工程と、を備えるので、口金１００を圧入する時に口金取り付け部３１０の内側の表面が傷つき難い。そのため、口金１００をライナー３００に取り付けた後、口金１００と口金取り付け部３１０との間からのガスのリークを抑制できる。さらに、挿入部１０２の先端が、円筒の外側の角が丸まった曲面部１０４を有しているので、口金１００を圧入する時に口金取り付け部３１０の内側の表面がさらに傷つき難い。
【００２２】
また、従来の製造方法では、シール構造を確実に固定するために、２つのＯリングを設ける二重のシール構造、あるいは、１つのＯリング１５０に対して複数のバックアップリング１５５を設ける必要があったが、本実施形態によれば、Ｏリング１５０が１つの一重のシール構造で、バックアップリング１５５も１つにすることが可能となった。
【００２３】
本実施形態では、ライナー３００（分割ライナー３０１、３０２）と口金１００との間の接合について説明したが、樹脂製の管と管継ぎ手との間の接合にも適用可能である。
【００２４】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００２５】
１０…高圧タンク
１００…口金
１０１…中心軸
１０２…挿入部
１０３…Ｏリング溝
１０４…曲面部
１１０…ツバ
１５０…Ｏリング
１５５…バックアップリング
２００…外筒
３００…ライナー
３０１…分割ライナー
３０２…分割ライナー
３０５…開口部
３１０…口金取り付け部
Ｐ１…圧入開始点
Ｐ２…圧入終了点
ΔＤＤ…設計値
ΔＤＬ…限界値
ΔＤ…圧入代
Ｄａ…半径
Ｄｂ…半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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