(57)【要約】【課題】コーティング層の形成不良を防止する。【解決手段】タンク本体１２の内壁面に合成樹脂製のコーティング層１３を形成するための燃料タンク１１のコーティング方法であって、回転するタンク本体１２の内部において、溶融状態の樹脂膜１３ａを、タンク本体１２内に供給した窒素ガス（加圧気体）の圧力によってタンク本体１２の内壁面に密着させることで、コーティング層１３を形成する。溶融状態の樹脂膜１３ａは、タンク本体１２内に供給した窒素ガスの圧力によってタンク本体１２の内壁面に押し付けられるので、タンク本体１２の内壁面に存在する小さい凹み部分１６にも樹脂膜１３ａが確実に入り込み、樹脂膜１３ａとタンク本体１２の内壁面との間の空気が確実に排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク本体の内壁面に合成樹脂製のコーティング層を形成するための燃料タンクのコーティング方法であって、
回転する前記タンク本体の内部において、溶融状態の樹脂膜を、前記タンク本体内に供給した加圧気体の圧力によって前記タンク本体の内壁面に密着させることで、前記コーティング層を形成することを特徴とする燃料タンクのコーティング方法。
【請求項２】
前記タンク本体に対する加圧気体の供給を、少なくとも前記樹脂膜の硬化が開始するまで継続することを特徴とする請求項１記載の燃料タンクのコーティング方法。
【請求項３】
前記タンク本体に対する加圧気体の供給を、前記樹脂膜の冷却が完了して前記コーティング層が形成されるまで継続することを特徴とする請求項２記載の燃料タンクのコーティング方法。
【請求項４】
前記加圧気体を窒素ガスとし、
前記タンク本体内を窒素ガスで満たすことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料タンクのコーティング方法。
【請求項５】
タンク本体の内壁面に合成樹脂製のコーティング層を形成するための燃料タンクのコーティング装置であって、
前記タンク本体を回転させる回転駆動装置と、
前記タンク本体内に加圧気体を供給する加圧気体供給装置とを備え、
回転する前記タンク本体の内部において、溶融状態の樹脂膜を、前記タンク本体内に供給した加圧気体の圧力によって前記タンク本体の内壁面に密着させることで、前記コーティング層を形成するようになっていることを特徴とする燃料タンクのコーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料タンクのコーティング方法及びコーティング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、タンク本体の内壁面に合成樹脂製のコーティング層を形成して構成される燃料タンクが開示されている。タンク本体の内壁面に合成樹脂製のコーティング層を形成する手段としては、コーティング層の材料である樹脂材料をタンク本体内に供給した状態で、タンク本体を加熱しながら回転させ、加熱により溶融した樹脂をタンク本体の内壁面に密着させる方法が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２６４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タンク本体が複数の部材を溶接して構成されている場合には、溶接の継ぎ目部分に段差部や凹凸部が形成される。また、タンク本体の強度アップのために段差部や凹凸部が形成される場合もある。このような段差部や凹凸部がタンク本体の内壁面に存在する場合において、上記のように回転するタンク本体の内壁面に溶融樹脂を密着させてコーティング層を形成しようとすると、次のような不具合が懸念される。
【０００５】
図８に示すように、樹脂が溶融しながらタンク本体１２の内壁面に張り付いて樹脂膜１３ａを構成していく過程では、溶融状態の樹脂膜１３ａが、段差部や凹凸部の小さい凹み部分１６に入り込み難く、この小さい凹み部分１６の開口部が樹脂膜１３ａで蓋をされた状態となるため、小さい凹み部分１６に空気が閉じ込められる。この閉じ込められた空気１８が熱膨張すると、樹脂膜１３ａが破られて、コーティング層１３に亀裂や孔等の形成不良が発生する虞がある。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、コーティング層の形成不良を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、タンク本体の内壁面に合成樹脂製のコーティング層を形成するための燃料タンクのコーティング方法であって、回転する前記タンク本体の内部において、溶融状態の樹脂膜を、前記タンク本体内に供給した加圧気体の圧力によって前記タンク本体の内壁面に密着させることで、前記コーティング層を形成するところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記タンク本体に対する加圧気体の供給を、少なくとも前記樹脂膜の硬化が開始するまで継続するところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記タンク本体に対する加圧気体の供給を、前記樹脂膜の冷却が完了して前記コーティング層が形成されるまで継続するところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記加圧気体を窒素ガスとし、前記タンク本体内を窒素ガスで満たすところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、タンク本体の内壁面に合成樹脂製のコーティング層を形成するための燃料タンクのコーティング装置であって、前記タンク本体を回転させる回転駆動装置と、前記タンク本体内に加圧気体を供給する加圧気体供給装置とを備え、回転する前記タンク本体の内部において、溶融状態の樹脂膜を、前記タンク本体内に供給した加圧気体の圧力によって前記タンク本体の内壁面に密着させることで、前記コーティング層を形成するようになっているところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１１】
＜請求項１及び請求項５の発明＞
溶融状態の樹脂膜は、タンク本体内に供給した加圧気体の圧力によってタンク本体の内壁面に押し付けられるので、タンク本体の内壁面に存在する小さい凹み部分にも樹脂膜が確実に入り込み、樹脂膜とタンク本体の内壁面との間の空気が確実に排出される。したがって、樹脂膜とタンク本体の内壁面との間に空気が閉じ込められることがなく、閉じ込められた空気の熱膨張に起因するコーティング層の形成不良を回避することができる。
【００１２】
＜請求項２の発明＞
タンク本体に対する加圧気体の供給を、少なくとも樹脂膜の硬化が開始するまで継続することにより、コーティング層とタンク本体の内壁面との間に気泡が閉じ込められるのを確実に防止できる。
【００１３】
＜請求項３の発明＞
タンク本体に対する加圧気体の供給を、樹脂膜の冷却が完了してコーティング層が形成されるまで継続することにより、コーティング層が熱収縮によってタンク本体の内壁面から剥離するのを防止できる。
【００１４】
＜請求項４の発明＞
タンク本体内を窒素ガスで満たすことにより、空気中に含まれる酸素によってコーティング層の酸化が進むのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の回転駆動装置の正面図
【図２】回転駆動装置の側面図
【図３】回転駆動装置の平面図
【図４】燃料タンクが回転している状態をあらわす回転駆動装置の正面図
【図５】回転駆動装置の部分拡大断面図
【図６】燃料タンクの断面図
【図７】燃料タンクの部分拡大断面図
【図８】従来例の燃料タンクの部分拡大断面図
【図９】コーティング層の形成工程における加熱炉内とタンク本体内の温度変化をあらわすグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１〜図９を参照して説明する。本実施形態１では、燃料タンク１１においてタンク本体１２の内壁面に合成樹脂製のコーティング層１３を形成するためのコーティング方法を、コーティング装置１０によって実行する。図１〜４に示すように、コーティング装置１０は、回転駆動装置２０と、加圧気体供給装置３０と、加熱炉４０とを備えて構成されている。
【００１７】
回転駆動装置２０は、モータ２１と、第１フレーム２３と、第２フレーム２４とを備える。モータ２１はタワー部２５に設けられており、モータ２１の回転駆動力は、減速ギヤ（図示省略）を介して、水平な筒状の第１駆動軸２６に伝達されるようになっている。第１駆動軸２６には、第１フレーム２３が一体回転し得るように取り付けられている。第１フレーム２３は、第１駆動軸２６に対して偏心した支持部２７を有しており、支持部２７には第２駆動軸２８が取り付けられている。
【００１８】
モータ２１の回転駆動力は、第１フレーム２３内に設けた伝達ギヤ（図示省略）と減速ギヤ２９を介して筒状の第２駆動軸２８に伝達される。第２駆動軸２８の軸心を延長した第２仮想軸線（図示省略）は、第１駆動軸２６の軸心を延長した第１仮想軸線（図示省略）と直角に交差している。第２駆動軸２８には、第２フレーム２４が一体回転し得るように取り付けられ、第２フレーム２４には、タンク本体１２（燃料タンク１１）が、一体回転し得るように、且つ離脱可能に保持されている。
【００１９】
タンク本体１２は、金属製であり、その内面から外面に貫通する複数の開口部を有している。図５に示すように、複数の開口部のうち、第２仮想軸線と同軸上に開口する開口部には、筒状の接続部材１４が第２駆動軸２８と同軸状に固着されている。上記の第１仮想軸線と第２仮想軸線は、タンク本体１２の内部で交差するようになっている。また、図１〜４に示すように、別の開口部には、タンク本体１２内の圧力を一定に保つためのエアベント１５が取り付けられている。
【００２０】
加圧気体供給装置３０は、大気圧よりも高い圧力の窒素ガスをタンク本体１２内に供給するための装置であり、図１，３，４に示すように、加圧気体供給源３１と、第１供給パイプ３２と、供給ホース３３と、第２供給パイプ３４とを備えて構成されている。加圧気体供給源３１には第１供給パイプ３２の上流端が接続されている。第１供給パイプ３２の下流側部分はタワー部２５内に配索され、第１供給パイプ３２の下流端は、第１駆動軸２６の中心孔（図示省略）を同軸状に貫通して、第１フレーム２３内に配置されている。第１供給パイプ３２の下流端には、シール機能を備えた継手３５を介して、供給ホース３３の上流端が相対回転可能に接続されている。
【００２１】
供給ホース３３は第１フレーム２３内に配索されており、供給ホース３３の下流端は第２供給パイプ３４の上流端に接続されている。図５に示すように、第２供給パイプ３４は第２駆動軸２８の中心孔３６を貫通するように配置されている。第２供給パイプ３４の下流端のノズル３７は、第２駆動軸２８と同軸状に配されて、タンク本体１２の接続部材１４に相対回転可能に貫通されている。ノズル３７の先端の吐出口が、タンク本体１２の内部に臨んでいる。加圧気体供給源３１から大気圧よりも高い圧力で圧送された窒素ガスは、第１供給パイプ３２、供給ホース３３、第２供給パイプ３４を順に通過して、ノズル３７からタンク本体１２内に供給されるようになっている。
【００２２】
図１〜４に示すように、加熱炉４０は、回転駆動装置２０と回転駆動装置２０に取り付けたタンク本体１２を囲む断熱性の炉壁４１と、加熱部４２とを備えている。加熱部４２としては、ガスを燃料とするバーナや、通電により発熱する発熱体を用いることができる。加熱部４２で発生した熱は、輻射や対流等によりタンク本体１２に伝達され、タンク本体１２を加熱するとともに、タンク本体１２の内部空間の温度を上昇させる。
【００２３】
次に、本実施形態におけるコーティング層１３の形成工程を説明する。まず、加熱炉４０が常温である状態で、タンク本体１２内に、コーティング層１３の材料である所定量の樹脂パウダー（図示省略）を投入する。本実施形態では、樹脂材料としてポリエチレン（ＰＥ）が用いられるが、コーティング層１３に要求される特性に応じてフッ素樹脂（ＦＥＰ）等の材料を用いることができる。また、樹脂パウダーの粒径は、本実施形態では２００μｍであるが、樹脂材料の種類や、タンク本体１２の加熱温度等に応じて適宜選択することができる。そして、樹脂パウダーが投入されたタンク本体１２を回転駆動装置２０にセットし、第２供給パイプ３４のノズルを接続部材１４に貫通させれば、準備工程が完了する。
【００２４】
この後、回転駆動装置２０の駆動を開始してタンク本体１２を三次元的に回転させ、加熱炉４０で発熱を行ってタンク本体１２を加熱するとともに、タンク本体１２内に加圧した窒素ガスを供給する。このタンク本体１２の加熱と、タンク本体１２内への窒素ガスの供給は、ほぼ同じタイミングで開始する。タンク本体１２が加熱されると、回転するタンク本体１２内で転がる樹脂パウダーは、タンク本体１２の内壁面に満遍なく接触することによって次第に溶融し、タンク本体１２の内壁面の全領域に亘ってほぼ均一に張り付いて樹脂膜１３ａを構成していく。
【００２５】
ここで、タンク本体１２を加熱する工程における、加熱炉４０内の温度Ｆとタンク本体１２内の温度Ｔの変動の様子を説明する。図９のグラフに示すように、タンク本体１２の回転とタンク本体１２への窒素ガス供給を開始すると同時に、加熱炉４０の温度Ｆを常温状態から上昇させてタンク本体１２の加熱を開始する。加熱開始から約３０分の間は、タンク本体１２の内部の温度Ｔを上昇させて樹脂パウダーを溶融させるために、加熱炉４０の温度Ｆを３００℃前後（２４０℃〜３３０℃）に保つ。
【００２６】
加熱を開始した後は、タンク本体１２内の温度Ｔが次第に上昇し、加熱開始から３０分が経過すると、タンク本体１２の内部は最終的に約２２０℃に達する。この間に、樹脂パウダーが溶融してタンク本体１２の内壁面の全領域に樹脂膜１３ａが構成される。加熱開始から３０分が経過すると、加熱炉４０の温度Ｆを常温に戻して、加熱炉４０によるタンク本体１２の加熱を停止する。この後も、約２〜３分の間は、タンク本体１２に蓄積されている余熱によりタンク本体１２内の温度Ｔが上昇を続ける。最終的には、ポリエチレン（ＰＥ）の融点を超えて、樹脂パウダー同士の隙間に残る気泡を脱泡するために必要とされる温度（２４０℃）まで達する。
【００２７】
本実施形態では、タンク本体１２内の上昇ピーク温度を２４０℃としたが、上昇ピークの好適温度範囲Ｓは、２２０〜３１０℃に設定することができる。上昇ピーク温度が２２０℃より低い場合には、樹脂膜１３ａの軟化が不十分となり、窒素ガスの圧力だけでは樹脂膜１３ａを小さい凹み部分１６に密着させることが難しくなり、気泡が発生する虞がある。また、窒素ガスをタンク本体１２内に供給しない場合、上昇ピーク温度を２４５℃より高くすると、コーティング層１３が表面焼けを起こす虞がある。しかし、本実施形態では、タンク本体１２内に窒素ガスを供給しているので、上昇ピーク温度を３１０℃まで上げても、コーティング層１３が表面焼けを起こす虞はない。
【００２８】
上記のようにタンク本体１２内の温度Ｔが上昇を続けている間に、樹脂パウダーが溶融しながらタンク本体１２の内壁面に張り付いて樹脂膜１３ａを構成していく。この樹脂膜１３ａが形成されていく過程では、タンク本体１２内に、大気圧よりも高圧の窒素ガスが供給されているので、樹脂膜１３ａは、窒素ガスの圧力によりタンク本体１２の内壁面に強く押し付けられる。したがって、図７に示すように、タンク本体１２の内壁面に小さい凹み部分１６が存在していても、樹脂膜１３ａは、窒素ガスの圧力により凹み部分１６の形状に合わせて変形するので、凹み部分１６にも確実に密着する。つまり、図８に示すように、凹み部分１６と樹脂膜１３ａとの間に空気溜まり１８が発生する、ということはない。
【００２９】
また、タンク本体１２内の圧力は、エアベント１５により一定の圧力に保たれる。この安定した圧力値は、本実施形態では、１０〜５０ｋＰａ．Ｇ（大気圧基準）に設定しているが、樹脂材料の種類、コーティング層１３の厚さ、タンク本体１２の内壁面の段差形状や凹凸形状等に応じて、適宜に設定することができる。さらに、窒素ガスの供給前は、タンク本体１２の内部が空気で満たされているのであるが、窒素ガスの供給に伴って、タンク本体１２内の空気がエアベント１５を通ってタンク本体１２の外へ排出され、タンク本体１２内が窒素ガスのみで満たされた状態となる。したがって、酸素を含む空気が、溶融状態の樹脂膜１３ａの内部に混入する虞もない。
【００３０】
図９に示すように、タンク本体１２内の温度上昇がピークに達して２２５℃になると、冷却工程が開始する。冷却工程が開始した後は、コーティング層１３の形成工程が完了するまでの約２０分の間に亘り、加熱炉４０内の温度Ｆは常温の状態に保たれる。冷却工程の間、タンク本体１２内の温度Ｔが次第に低下していくので、樹脂膜１３ａは、冷却されて硬化を開始する。そして、冷却工程が開始してから２０分が経過すると、樹脂膜１３ａの硬化が十分に進み、コーティング層１３が形成される。以上の工程により、コーティング層１３の形成が完了する。
【００３１】
上記のコーティング層１３の形成工程において、タンク本体１２に対する窒素ガスの供給は、樹脂膜１３ａの硬化（冷却工程）が開始した後も継続される。つまり、窒素ガスの供給は、少なくとも樹脂膜１３ａの硬化が開始するまで継続されている。したがって、硬化が開始する前の柔らかい樹脂膜１３ａに対し、タンク本体１２の内壁面から剥離するような変形を生じさせる外力が作用しても、樹脂膜１３ａは、窒素ガスの圧力によってタンク本体１２の内壁面に密着した状態に保たれる。これにより、樹脂膜１３ａとタンク本体１２の内壁面との間に気泡が発生することを防止し、ひいては、コーティング層１３とタンク本体１２の内壁面との間に隙間が生じることを防止できる。
【００３２】
同じくコーティング層１３の形成工程において、タンク本体１２に対する窒素ガスの供給は、樹脂膜１３ａの冷却が終了してコーティング層１３の形成が完了するまで継続される。冷却工程では、樹脂膜１３ａが熱収縮してタンク本体１２の内壁面から剥がれることが懸念されるが、窒素ガスの供給を続けてタンク本体１２の内部を高圧状態に保っておけば、樹脂膜１３ａが熱収縮するのを防止できる。これにより、コーティング層１３がタンク本体１２の内壁面から剥離するのを防止できる。
【００３３】
また、タンク本体１２は球形ではないため、タンク本体１２の回転に伴って生じる遠心力は、タンク本体１２の内壁面の全域で均一にはならない。そのため、遠心力のバラツキが原因で、樹脂膜１３ａ（コーティング層１３）の厚さ寸法にバラツキが生じることが懸念される。しかし、タンク本体１２内には、高圧の窒素ガスが充満しているので、タンク本体１２の内圧によって樹脂膜１３ａがタンク本体１２の内壁面に押される力は、タンク本体１２の内壁面の全領域に亘って均一となる。これにより、コーティング層１３の厚さ寸法が、タンク本体１２の内壁面の全領域に亘って均一となる。
【００３４】
また、本実施形態では、タンク本体１２にエアベント１５を設け、タンク本体１２内に窒素ガスを供給するのと同時に、エアベント１５からタンク内の空気を外部へ排出している。このようにエアベント１５によってタンク内の気体を入れ替えれば、樹脂パウダーが溶融している間に、タンク本体１２内を窒素ガスだけで満たした状態にすることができる。これにより、酸素を含む空気が、溶融状態の樹脂膜１３ａの内部に混入することを防止し、コーティング層１３内に空気が残留することを防止できる。このようにすれば、コーティング層１３が、残留空気中の酸素によって酸化するのを防止できる。
【００３５】
上述のように本実施形態では、燃料タンク１１においてタンク本体１２の内壁面に合成樹脂製のコーティング層１３を形成する手段として、タンク本体１２を回転させる回転駆動装置２０と、タンク本体１２内に窒素ガス（加圧気体）を供給する加圧気体供給装置３０とを備えた上で、回転するタンク本体１２の内部において、溶融状態の樹脂膜１３ａを、タンク本体１２内に供給した窒素ガスの圧力によってタンク本体１２の内壁面に密着させて、コーティング層１３を形成している。
【００３６】
この構成によれば、溶融状態の樹脂膜１３ａは、タンク本体１２内に供給した加圧気体の圧力によってタンク本体１２の内壁面に確実に押し付けられるので、タンク本体１２の内壁面に存在する小さい凹み部分１６にも樹脂膜１３ａが確実に入り込み、樹脂膜１３ａとタンク本体１２の内壁面との間の空気が確実に排出される。したがって、樹脂膜１３ａとタンク本体１２の内壁面との間に空気が閉じ込められることがなく、閉じ込められた空気の熱膨張に起因するコーティング層１３の形成不良を回避することができる。
【００３７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、タンク本体に対する加圧気体（窒素ガス）の供給を、樹脂膜の硬化が開始した後も継続したが、加圧気体の供給は、樹脂膜の硬化が開始するより前、又は樹脂膜の硬化が開始するのと同時に停止してもよい。このようなタイミングで加圧を停止すれば、硬化の過程で、樹脂膜内に残存していた気泡を、減圧によって脱泡させることができる。
（２）上記実施形態では、タンク本体に対する加圧気体の供給を、樹脂膜の冷却が完了してコーティング層が形成されるまで継続したが、加圧気体の供給は、樹脂膜の冷却が完了してコーティング層が形成される前に停止してもよい。
（３）上記実施形態では、タンク本体内に、コーティング層の材料である樹脂パウダーを投入し、タンク本体を加熱することによって樹脂パウダーを溶融させたが、予め溶融させた状態の樹脂をタンク本体内に投入してもよい。この場合、溶融樹脂を投入した後のタンク本体は、加熱しなくてもよい。
（４）上記実施形態では、タンク本体の加熱と、タンク本体内への加圧気体（窒素ガス）の供給をほぼ同じタイミングで開始したが、加熱を加圧気体の供給より早いタイミングで開始してもよく、加熱を加圧気体の供給より遅いタイミングで開始してもい。
（５）上記実施形態では、タンク本体に加圧気体（窒素ガス）を供給する間、エアベントによってタンク本体内の圧力を一定に保つようにしたが、加圧気体供給源からタンク本体に至る供給経路の途中に圧力調整弁を設けることによって、タンク本体内の圧力を一定に保つことができる。
（６）上記実施形態では、タンク本体に供給する加圧気体を窒素ガスとしたが、タンク本体に供給する加圧気体としては、窒素ガス以外の任意の気体を適宜に選択することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…コーティング装置
１１…燃料タンク
１２…タンク本体
１３…コーティング層
１３ａ…樹脂膜
２０…回転駆動装置
３０…加圧気体供給装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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