(57)【要約】  本発明は、金属ライナーに取り付けられて、ライナーオリフィス又はネック領域の静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性の強化をもたらす極性ボスを備えるタイプ3圧力容器を提供する。特に、極性ボスの材料は、ライナー材料のものと比較してより高い静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性を有する。【選択図】図3
2017517705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（a）金属材料から構成されるライナーであって、該ライナーは、
（i）ライナーオリフィスと、
（ii）前記オリフィスを囲む、外面を有するライナーネック領域と、
（iii）前記ライナーネック領域を囲むライナー極性領域と、
を有する、ライナーと、
（b）第2の材料から構成されるとともに前記金属ライナーの前記ライナーネック領域に取り付けられる極性ボスであって、該極性ボスは、
（i）内面を有する極性ボスネック領域であって、該極性ボスネック領域の前記内面の少なくとも一部は、前記ライナーネック領域の前記外面の少なくとも一部に取り付けられる、極性ボスネック領域と、
（ii）前記ライナーオリフィスと同軸に位置合わせされる、前記極性ボスネック領域内の通路と、
（iii）前記ライナー極性領域の少なくとも一部を覆う極性ボス環状フランジと、
を有する、極性ボスと、
を備え、前記第2の材料は、前記金属材料のものよりも高い静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性を有する、金属ライニングされる複合被覆圧力容器。
【請求項２】
前記金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、チタン、鋼合金又はそれらの組合せを含む、請求項1に記載の圧力容器。
【請求項３】
前記第2の材料は、合金、鋼、鋼合金、チタン、アルミニウム合金、真鍮、ベリリウム、セラミック、複合材料又はそれらの組合せを含む、請求項2に記載の圧力容器。
【請求項４】
前記極性ボスネック領域の前記内面は極性ボス接続要素を備え、前記金属ライナーの前記外面はライナー接続要素を備え、前記金属ライナーは、前記極性ボス接続要素を前記ライナー接続要素に係合させることによって前記極性ボスに取り付けられる、請求項1に記載の圧力容器。
【請求項５】
前記ライナー接続要素は雄ねじ要素を含み、前記極性ボス接続要素は相補的な雌ねじ要素を含み、前記極性ボスネック領域は、前記相補的な雌ねじ要素を前記雄ねじ要素に係合させることによって、前記ライナーネック領域に取り付けられるようになっている、請求項4に記載の圧力容器。
【請求項６】
前記極性ボスは、機械的接続によって前記ライナーに取り付けられる、請求項1に記載の圧力容器。
【請求項７】
前記極性ボスは、接着剤によって前記ライナーに取り付けられる、請求項1に記載の圧力容器。
【請求項８】
前記ライナーオリフィスの直径は少なくとも2インチ（50 mm）である、請求項1に記載の圧力容器。
【請求項９】
前記ライナーに挿入されるブラダーを更に備える、請求項1に記載の圧力容器。
【請求項１０】
油圧アキュムレーターとして使用されるように構成される、請求項9に記載の圧力容器。
【請求項１１】
ポート継手装置は、バルブ、ポペットバルブのハウジング、ノズル、プラグ、レギュレーター、圧力センサー、温度センサー、圧力解放装置、又は前記圧力容器の状態をモニタリングするテレマティクス機器である、請求項1に記載の圧力容器。
【請求項１２】
金属材料から構成されるライナーを備える複合被覆圧力容器のネック領域を強化する方法であって、前記ライナーは、
ライナーオリフィスと、
前記ライナーオリフィスを囲む、ライナー接続要素を備えるライナーネック領域と、
前記ライナーネック領域を囲むライナー極性領域と、
を有し、該方法は、
前記ライナーネック領域の前記ライナー接続要素を、前記金属材料のものよりも高い機械的強度を有する第2の材料から構成される極性ボスの極性ネック領域にある相補的な係合要素に係合させ、それにより、前記極性ボスを備えない同じ圧力容器と比較して、前記複合被覆圧力容器の前記ライナーネック領域内の機械的強度をより高くすること、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記ライナーネック領域は、機械的接続手段、接着剤又はそれらの組合せによって、前記極性ボスにしっかりと密接して取り付けられる、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記ライナーネック領域の少なくとも一部が、前記極性ボスネック領域のオリフィスにしっかりと嵌め込まれる、請求項12に記載の方法。
【請求項１５】
前記極性ボスネック領域の少なくとも一部が、前記ライナーネック領域のオリフィスにしっかりと嵌め込まれる、請求項12に記載の方法。
【請求項１６】
（a）金属材料から構成されるライナーであって、該ライナーは、
（i）ライナーオリフィスと、
（ii）前記オリフィスを囲む、極性ボスをしっかりと取り付けるように構成される係合要素を備える内面を有するライナーネック領域と、
（iii）前記ライナーネック領域を囲む内側ライナー極性領域と、
（b）前記金属材料のものよりも高い静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性を有する第2の材料から構成される極性ボスであって、該極性ボスは、
（i）前記ライナーネック領域の前記内面の前記係合要素にしっかりと取り付けられるように構成される係合要素を備える外面を有する極性ボスネック領域であって、該極性ボスネック領域の前記外面にある前記係合要素は、前記ライナーネック領域の前記内面の前記係合要素にしっかりと取り付けられる、極性ボスネック領域と、
（ii）前記ライナーオリフィス及び前記ライナーネック領域と同軸に位置合わせされる、前記極性ボスネック領域内の通路と、
（iii）前記ライナー極性領域の内面の少なくとも一部を覆う極性ボス環状フランジと、
を備える、金属ライニングされる複合被覆圧力容器。
【請求項１７】
前記極性ボスは前記ライナーに取外し可能に取り付けられる、請求項16に記載の金属ライニングされる複合被覆圧力容器。
【請求項１８】
更に以下を備える、請求項16に記載の金属ライニングされる複合被覆圧力容器；
（a）
（i）前記ライナーオリフィスから遠位にある第2のライナーオリフィスと、
（ii）前記第2のライナーオリフィスを囲む、第2の極性ボスをしっかりと取り付けるように構成される係合要素を備える外面を有する第2のライナーネック領域と、
（iii）前記第2のライナーネック領域を囲む外側ライナー極性領域と、
（b）前記金属材料のものよりも高い静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性を有する材料から構成される第2の極性ボスであって、該第2の極性ボスは、
（i）前記第2のライナーネック領域の前記外面の前記係合要素にしっかりと取り付けるように構成される係合要素を備える内面を有する第2の極性ボスネック領域であって、該第2の極性ボスネック領域の前記内面にある前記係合要素は、前記第2のライナーネック領域の前記外面の前記係合要素にしっかりと取り付けられる、第2の極性ボスネック領域と、
（ii）前記第2のライナーオリフィス及び前記第2のライナーネック領域と同軸に位置合わせされる、前記第2の極性ボスネック領域内の通路と、
（iii）前記第2のライナー極性領域の外面の少なくとも一部を覆う第2の極性ボス環状フランジと、
を有する、第2の極性ボス。
【請求項１９】
前記ライナーオリフィスと前記第2のライナーオリフィスとは、前記圧力容器の反対側の端部にある、請求項18に記載の金属ライニングされる複合被覆圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ライナーに取り付けられる極性ボスを備える、金属ライニングされる複合被覆圧力容器に関する。特に、本発明は、ライナー材料のものと比較して高い静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性を有する材料製の極性ボスを取り付けることによって、圧力容器のオリフィス領域の静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性を増大させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力容器は、多種多様の用途で、流体を大気圧よりも実質的に高い圧力下で貯蔵するのに用いられる。多くの用途では、軽量かつ頑丈な圧力容器が必要とされる。圧力容器の一般的な形状は、双方の端部にポート開口を有する円筒の形状である。圧力容器の少なくとも一方の端部は、流体の充填及び排出を可能にするオリフィスを有する。
【０００３】
圧力容器の1つの特定の用途は、ブラダー型の油圧アキュムレーターである。アキュムレーターは、産業界において、脈動の減衰、熱膨張の補償又は補助力の提供のために広く用いられている。アキュムレーターは、ゴムブラダー内に封入されるガス（例えば窒素）によって、実質的に圧縮不可能な作動液を圧力下に保持する高圧容器からなる。作動液はアキュムレーターに流れ込み、その貯蔵容積を減少させることによってブラダー内に収容されているガスを圧縮し、それによりエネルギーを貯蔵する。作動液が放出される場合、その作動液は、ブラダー内の膨張するガスの圧力下において高速で流れ出る。
【０００４】
ブラダー型のアキュムレーターは、容器の（少なくとも）一方の端部において、ゴムブラダーの挿入を可能にするポート開口を必要とする。従来のアキュムレーターは全体が鋼で製造され、通常は直径8インチ（200 mm）であり、2.5インチ（63.5 mm）〜5インチ（127 mm）の範囲のポート開口を有する。
【０００５】
油圧アキュムレーターとして使用される複合圧力容器は、通常、従来的な設計を改造したものである。従来的な設計の容器は、一般に、ガスの貯蔵を意図されるとともに、例えば約2.5インチ（63.5 mm）以下の比較的小さいポート開口を有する。このように容器の直径に対してポートサイズが小さいことで、アキュムレーターに使用することができるブラダーのサイズ及び厚さが制限される。
【０００６】
ポート開口が大きい場合、その動作条件下において、内圧によって印加される圧力が、ポート開口の周囲での圧力容器の壊滅的な破損を引き起こす可能性がある。いくつかの場合、より大きいポート開口を有する容器は、極性ネック領域から生じる破損により、その寿命サイクル中に尚早な疲労破壊を起こす可能性がある。なぜなら、ポート開口付近のエリア又はその周囲にかかる圧力は、上記圧力及びオリフィスの断面積の関数であるからである。したがって、ポート開口が大きいほど、流体がオリフィスに印加する圧力は大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、圧力容器が受ける高い吹出し負荷によるポート開口又はその周囲における壊滅的な破損のリスクを増大させることなく、大きいポート開口（例えばオリフィス）を有することができるアキュムレーター又は圧力容器が一般に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のいくつかの態様は、ライナーのネック領域が極性ボスによって強化される、金属ライニングされる複合被覆圧力容器を提供する。特に、本発明のいくつかの態様は、ライナー材料のものよりも大幅に高い静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性を有する材料から構成される極性ボスを用いて、複合被覆圧力容器の金属ライナーのネック領域を強化する方法を提供する。
【０００９】
また本発明は、過度に厚い金属ライナーネック壁、特殊なねじ又は複雑な複合被覆パターンを必要としない圧力容器設計を提供する。本発明は、高圧下のポート継手のシーリングを含む、金属ライニングされる複合被覆圧力容器のポート継手におけるアタッチメント（例えばプラグ、バルブ、レギュレーター、温度センサー、圧力センサー等）の改善された形態、装着及び機能を更に提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】オリフィスの幾何形状及び内圧を示す概略図である。
【図２】極性ボス300とライナー200との相対位置を示す、本発明の1つの実施形態の切欠き断面図である。
【図３】オリフィスにいかなるプラグ又はアダプターも装着されていない、本発明の圧力容器の1つの特定の実施形態の部分断面図である。
【図４】極性ボス300にポペットバルブが装着されている、本発明の圧力容器の別の実施形態の部分断面図である。
【図５】オリフィスの内側に極性ボスが挿入されている、本発明の圧力容器の別の実施形態の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
複合圧力容器は、通常、流体不透過性バリアを提供する金属ライナー又はポリマーライナーに強化繊維を固定又は被覆することによって構成される。複合構成は、軽量かつ頑丈な容器をもたらす。そのため、複合容器は、多種多様の用途で流体を圧力下で貯蔵するのに用いられる。各複合容器は、通常は制御された方法で容器に出し入れされる加圧流体を収容する圧力チャンバーを画定する。例えば、消防士、スキューバダイバー等によって、加圧酸素がそのような容器から引き出される。家庭、公共施設、及び多くの他の場所において、消火のための加圧流体がそのような容器に貯蔵される。種々の車両に燃料供給するために、圧縮天然ガス（CNG）が圧力容器から引き出される。金属工による使用のために、加圧酸素、アセチレン及び他の可燃ガスがそのような容器に貯蔵される。病院及び歯科医院は、加圧麻酔ガス及び酸素を圧力容器に貯蔵し、研究所は、液体窒素、液体ヘリウム及び他の極低温流体をそのような容器に保持する。
【００１２】
複合容器の樹脂マトリクスが使用中に割れる場合があるので、複合容器は、通常、流体不透過性ライナーを備える。金属ライナー及び非金属ライナーの双方が使用される。通常、ライナーネック領域は、ライナー極性領域内にある突出部であり、多くの場合は環状突出部である。
【００１３】
圧力容器は、多種多様な異なる産業に用途を有し、複数の異なる構造を用いて製造することができる。通常、タイプ1容器は金属製であり、タイプ2容器及びタイプ3容器は金属ライナーを使用する複合被覆構造体であり、タイプ4容器はポリマーライナーを使用する複合被覆構造体であり、タイプ5容器はライナーを有しない複合被覆構造体である。表1を参照されたい。圧力容器が特に有用であり得る軽量用途の例として、自給式呼吸器における用途、圧縮天然ガスを貯蔵する自動車ガス燃料貯蔵システムにおける用途、及び燃料電池車両に気体水素を貯蔵する用途が挙げられる。他の用途では、軽量圧力容器は、油圧アキュムレーター、薬品貯蔵、輸送、並びに、航空機、打上げロケット及び宇宙船用のガス、流体及び／又は推進剤の貯蔵に使用することができる。
【００１４】
表1：圧力容器のタイプ
【表１】
2017517705.tif 000003
【００１５】
表1に見て取ることができるように、いくつかの圧力容器は、複合外層を用いて被覆される金属又はポリマーを含む。金属ライナー又はポリマーライナーのいずれかを用いた従来の複合被覆圧力容器上の複合外層は、通常、ライナーが封入流体を収容するように設計される一方で、破裂又は疲労による構造的破損に対して保護するように設計される。
【００１６】
流体を圧力容器に出し入れすることを可能にするために、圧力容器には、従来、オリフィスと、オリフィスの周囲に装着されるポート継手とが備えられる。ポート継手は、多くの場合、バルブ、レギュレーター又はノズル等の流量制御装置に接続されるようになっている。油圧アキュムレーターの場合、作動端部のポート継手にはポペットバルブが装着され、ブラダーの押出し又は部分的な離脱を防止する。ポート継手の一般的な構造は、圧力容器の長手軸と一致するポートの長手軸を有する、流体が流れることができる長手方向の通路を含むものである。
【００１７】
通常、タイプ1、タイプ2又はタイプ3の複合圧力容器を流量制御装置に接続することは、金属シェル又はライナーの内部をねじ加工することによって達成することができる。ほとんどのタイプ3複合圧力容器において、金属ライナーはアルミニウムである。ライナーは、通常、鍛造か、又は、シームレス押出管を回転させるとともにローラーヘッドによって徐々に変形させるスピニング加工プロセスにより形成される。
【００１８】
プラスチックでライニングされるか（タイプ4）又はライナーを有しない（タイプ5）複合圧力容器において、流量制御装置への接続は、極性ボスの内側又は外側をねじ加工することによって達成される。極性ボスとは、ライナー及び／又は複合シェルに二次的に取り付けられ、容器のオリフィスの周りに嵌合する装置を指す。通常、極性ボス（金属シェルではない）は、バルブ又はノズル等の流量制御装置に接続されるようになっている。一般的な構造では、ボスは、流体が流れることができる長手方向の通路を有し、ネックの一方の端部にフランジが固定される。流量制御装置への接続は、通常、フランジとは反対側の端部における通路の内部をねじ加工することによって達成される。フランジ自体は圧力容器の内部に固定される。
【００１９】
稼働中、円筒形の圧力容器（半径R）のオリフィス（半径r0）は、部分的に又は完全に閉鎖される。収容されている流体が閉鎖したオリフィスにかける圧力は、「吹出し圧」と称される。閉鎖したオリフィスにかかる圧力（図1を参照）によって生じる負荷又は力（F）は、圧力（p）とオリフィスの断面積（πr02）との積であり、すなわち、F=p×πr02である。これは「吹出し負荷」と称される。
【００２０】
アキュムレーターは、通常、作動端部において、例えば2.5インチ（63.5 mm）以上の直径の大きいポート開口を有する。動作中、アキュムレーターの高作動圧が、閉鎖したポートに非常に高い吹出し負荷を印加する。その結果、大きいポート開口は、壁が非常に厚いライナー、剪断応力下であってもねじの破損を回避することができる特殊なねじ及び／又は極性ネックの周囲の複雑な複合被覆パターンを必要とし、圧力容器にとって重大な設計課題を呈する。
【００２１】
吹出し負荷は、オリフィスに栓をする装置（本明細書ではプラグと称される）と、この装置を保持する容器のネックとの間の機械的接続部に伝達される。通常、上記装置と容器ネックとの間の機械的接続部は、ねじ接続部である。吹出し負荷はねじ接続部によって反作用を受けるので、この種類のねじ形態は、プラグとオリフィスとの間の機械的接続部の強度に直接的な影響を与える。圧力容器のポート継手には、一般に螺旋ねじ又はスクリューねじが用いられる。一方で、油圧用途では、機械的接続部の強度を向上させるように及び／又はポート継手を通した作動液の漏れに対するより良好なシールを提供するように、鋸歯ねじ又はウイットねじ等の他のねじ形態が使用される。
【００２２】
吹出し負荷は、プラグと容器のオリフィスを囲む構造部との間の機械的接続部によって反作用を受ける。モノリシック金属（タイプ1）又は金属ライニングされる（タイプ2）圧力容器の場合、この吹出し負荷は、オリフィスを囲む金属シェルによって反作用を受ける。タイプ3圧力容器の場合、この吹出し負荷は、金属ライナーにあるねじによって反作用を受け、金属ライナーとライナーネックの周囲の複合被覆物とに伝達される。タイプ4又はタイプ5圧力容器の場合、吹出し負荷は、極性ボスにあるねじによって反作用を受け、極性ボスの接合構造部と極性ボスの周囲の複合被覆物とに伝達される。
【００２３】
タイプ1、タイプ2又はタイプ3の圧力容器において、金属シェルのオリフィスの内側のねじは、容器がその耐用寿命全体にわたって受けることになる吹出し負荷に耐えるように設計される。破損は大抵、オリフィスの内側のねじから生じる。これらの破損は、以下のものを含む様々な因子に起因する可能性がある：容器の不慮の過圧、容器の負荷付与及び負荷除去の繰返しによる疲労、環境によって促進された応力腐食、負荷状態の継続による応力破断、継手及びポートの異種材料間の不適合性、経時による材料強度の低下及び／又は上記因子の組合せ。破損は、ネック及びオリフィスエリアの壊滅的な破断、並びにオリフィスに取り付けられるプラグ又は継手の押出しにつながる可能性がある。
【００２４】
吹出し負荷は、容器に含まれる圧力及び円形オリフィスの直径の二乗に正比例する。作動圧がより高くオリフィスがより大きいほど、吹出し負荷は高くなり、オリフィスから離脱しないようにプラグを保持するオリフィスの内側のねじによってより多くの応力が反作用を受ける。さらに、プラグとネックとの間の機械的接続部が完全（intact）である場合、吹出し負荷は、容器ネックの環状エリアによって反作用を受ける。
【００２５】
圧力容器のポート開口が小さい場合、ネックの環状エリアにおける応力は小さく、材料の強度を下回る。ポート開口が大きい場合、容器の作動圧においてネックによって反作用を受ける応力が材料の強度を超える状況が発生する可能性がある。上記応力が金属ネックにおける材料の降伏強度を超える場合、構造の永久変形を引き起こす可能性がある。極端な例において、上記応力が材料の破壊強度を超える場合、極性吹出しによって壊滅的な破損がもたらされる可能性がある。また、容器の作動圧においてネックによって反作用を受ける応力は、ネック又はねじ又はその双方の疲労破壊を引き起こすのに十分であり、ネックの壊滅的又は尚早な破壊をもたらす可能性がある。
【００２６】
タイプ3圧力容器に使用される最も一般的なアルミニウム合金は6061-T6である。容器のネックのねじ接続部及び壁厚の設計は、アルミニウムの材料強度によって決まる。ポート開口が大きい場合、吹出し負荷に対処するための設計として、非常に厚いネック壁が必要とされる。このようなネック壁は、鍛造又はスピニング加工等の従来のネック形成プロセスによって作製可能でない場合がある。
【００２７】
本発明のいくつかの態様は、極性ボスを使用することにより、タイプ3圧力容器のネックの強化をもたらす。特に、本発明の1つの実施形態は、ライナーの基礎材料よりも大幅に強度の高い材料を用いて、タイプ3圧力容器の金属ライナーのネックを強化することに関する。極性ボスの材料は、ライナーの基礎材料のものと比較して増大した静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性、耐腐食性等を有するように選択することができる。例えば、ライナー材料がアルミニウムである場合、鋼はアルミニウム合金よりも大幅に剛性及び強度が高いので、ライナーネックを強化するのに鋼製の極性ボスを使用することができる。
【００２８】
極性ボスは、様々な方法でライナーに取り付けることができる。1つの特定の実施形態は、ネックと極性ボスとの間の機械ねじの使用である。この場合、ライナーのネックの外面にねじを機械加工することができ、極性ボスをネックに螺合してライナーアセンブリを形成することができ、このライナーアセンブリは続いて複合材で被覆される。別の実施形態において、極性ボスは、ネックの外側に接着接合される。また別の実施形態において、極性ボスは、熱膨脹差の効果を用いてライナーに嵌合される。更に別の実施形態において、極性ボスは、嵌合面に機械加工されるキー溝を用いてライナーにプレス嵌めされる。上述の方法の組合せを用いることもできることが理解されるべきである。
【００２９】
本発明の装置及び方法は、ライナーネックではなく極性ボスへのポート継手又はプラグの取付けを可能にする。ポート継手と極性ボスとの間に機械的なねじ接続部が存在する場合、ここで、吹出し負荷は、金属ライナー（例えばアルミニウム）のねじではなく極性ボス（例えば鋼）のねじによって反作用を受ける。鋼製の極性ボスがアルミニウム製のライナーに取り付けられる例において、鋼の強度はアルミニウムよりも高いので、ねじ接続部は、プラグとオリフィスとの間の所与のねじ係合部に関して吹出し負荷に対してはるかに強いものとすることができる。ねじ接続部が有効である場合、吹出し負荷は、極性ボスのフランジ及びフランジを囲む複合被覆物によって更に反作用を受ける。したがって、本発明は、ライナーネックが吹出し負荷を全て単独で支持することを回避する。ネックエリア付近でのライナーの壁厚は、吹出し負荷を支えるように設計される必要はない。これにより、従来のスピニング加工又は鍛造プロセスを用いた、ネックエリアにおいて適度な壁厚を有するライナーの費用効果的な作製が可能になる。
【００３０】
ライナーと極性ボスとの間の嵌合面は、密な接触を確実にするように注意深く設計される。いくつかの実施形態において、ライナーの嵌合面は、極性ボスと良好に嵌合されるように機械加工される。1つの特定の実施形態において、ライナーのドーム輪郭部は、ライナーにしっかりと着座する（すなわち嵌合する）極性ボスの平坦面（例えばフランジ）に適合するように構成される。ライナーの平坦面は、ライナーの作製に必要とされる鍛造又はスピニング加工プロセスにおいて得ることができる。また、平坦面は、ライナーのドーム輪郭部の二次的な機械加工によって形成することができる。上記プロセスの組合せを用いて、ライナーに平坦な嵌合面をもたらすこともできる。
【００３１】
別の実施形態において、極性ボスフランジとライナー極性領域との間の嵌合面を湾曲状にすることができる。スピニング加工及び／又は二次的な機械加工プロセスの双方を用いて、この湾曲面を得ることができる。
【００３２】
更に別の実施形態において、嵌合面は、複合被覆が完成した後に形成することができる。例えば、自緊プロセス中、容器を加圧してライナーを塑性変形（plastically yield）させ、極性ボスの内側輪郭及び複合シェルに適合させることができる。
【００３３】
以下、本発明の様々な特徴の説明を補助する添付図面を参照しながら、本発明をより詳細に記載する。これに関連して、本発明は、包括的には、極性ボスを用いてオリフィス又はポート開口が強化されている圧力容器に関する。本発明の圧力容器の例示的な実施形態は、専ら本発明の実施を単に説明するために提供される図2〜図4に概要が示される。これらの図は、本明細書に開示の本発明の範囲にいかなる限定も与えないことが理解されるべきである。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態は、少なくとも一方の端部に、より大きいポート開口（すなわちオリフィス204）を有するように設計される圧力容器を提供する。1つの特定の実施形態において、オリフィス204の直径は少なくとも3インチ（76 mm）であり、いくつかの例では少なくとも4インチ（102 mm）であり、さらに、他の例では少なくとも5インチ（127 mm）である。しかしながら、本発明の範囲では、オリフィス204の直径をいかなる特定のサイズにも限定しないことが理解されるべきである。概して、本発明の範囲には、任意の直径サイズのオリフィス204を有する圧力容器が含まれる。一方で、本発明は、オリフィス204の直径が比較的大きい圧力容器に特に有用である。ブラダー油圧アキュムレーターの用途では、大きいポート開口（すなわちオリフィス204）は、ブラダー500の容易な設置を可能にするだけでなく、貯蔵されるガス内容物の透過性を低減するとともにブラダーの耐用期間をより長くする、壁厚がより大きいブラダーに適合することも可能にする。
【００３５】
本発明は、金属ライニングされる任意の圧力容器（タイプ3圧力容器）に一般に適用可能である。1つの特定の実施形態において、圧力容器100は、アルミニウムでライニングされる複合被覆圧力容器である。1つの特定の例において、本発明は、金属ライニングされる複合圧力容器において比較的大きい直径のオリフィス204を設計する難題を克服することに好適である。
【００３６】
図2〜図4を参照すると、本発明は、ライナーオリフィス204と、ライナーネック領域208と、ライナーネック領域208を囲むライナー極性領域212とを有する金属ライナー200を備える複合被覆圧力容器100に関する。ライナーネック領域208（すなわちライナー極性領域212内の突出部）は外面及び内面を有する。圧力容器100は、極性ボスネック領域304（例えば環状ビレット）と、ライナーオリフィス204及びライナー極性領域内の突出部（すなわちライナーネック領域208）と同軸に位置合わせされる、極性ボスネック領域304内の通路308とを有する極性ボス300も備える。上述したように、圧力容器100は、通常はタイプ3圧力容器である。1つの特定の実施形態において、圧力容器100は、図2に示す複合被覆圧力容器100である。本明細書で使用される「複合被覆圧力容器」という用語は、ライナー200の少なくとも一部が複合材料400によって被覆又は被包される圧力容器を指す。
【００３７】
圧力容器100への流体の制御された出し入れを可能にするために、圧力容器100は、通常、ライナー200のオリフィス204と、オリフィス204の周りに、特にライナーネック領域208の周囲に嵌合する極性ボス300とを有するように構成される。極性ボス300は、プラグに接続されるようにねじ加工されるか又は別様に成形される。上記プラグは、ノズル、バルブ、ゲージ、チューブ、又は流体流を方向付ける及び／又は制御することができる他の同様の設備とすることができる。
【００３８】
極性ボス300は、通常、圧力容器100と圧力容器100の外部環境との流体連通を提供する長手方向の通路308を有する極性ボスネック領域304を有する。長手軸（図3の破線）が、ライナーネック領域208内で、通路308に対して略平行に規定される。いくつかの実施形態において、極性ボスフランジ312がライナー極性領域212に固定される。ライナーオリフィス204の直径よりも大きい極性ボスフランジ312が、ライナー極性領域212の表面に配置される。ライナー200に対する極性ボス300の移動は、当業者には既知の方法の任意のものを用いて制限又は阻止される。
【００３９】
ライナー200は金属材料製であり、圧力容器100が充填される場合に流体内容物に対する透過バリアを提供し、圧力容器100が加圧される場合に構造負荷の一部を支持する。ライナー200に好適な金属材料は、限定はしないが、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、チタン、鋼合金及びそれらの組合せを含む。ライナーネック領域208はオリフィス204を囲み、外面及び内面を有する。
【００４０】
吹出し負荷に耐えるように強化するか又はより高い機械的強度をもたらすために、極性ボス300は、ライナー200の金属材料の静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性よりも高い静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性を有する材料を含む。極性ボス300に好適な材料として、限定はしないが、合金、鋼、インコネル及びインバー等の鋼合金、チタン、アルミニウム合金、真鍮、ベリリウム、セラミック、複合材料並びにそれらの組合せ等が挙げられる。本発明の範囲は、本明細書に列挙されている材料に限定されないことが理解されるべきである。概して、必要とされるのは、極性ボス300の材料がライナー200の金属材料よりも高い静的強度、疲労強度、耐久性、耐薬品性及び／又は耐腐食性を有することだけである。
【００４１】
極性ボス300は、内面及び外面を有する極性ボスネック領域304を更に有する。極性ボスネック領域304の内面の少なくとも一部は、ライナーネック領域208の外面の少なくとも一部にしっかりと、必要に応じて脱着可能に取り付けられる。このような極性ボス300のライナー200へのしっかりとした取付けは、限定はしないが、機械的手段、接着剤、熱誘起式の締り嵌め、キー溝穴、ロックピン、溶接接合、摩擦嵌め、摩擦溶接又はそれらの組合せを含む当業者に既知の方法の任意のものによって達成することができる。1つの特定の実施形態において、極性ボスネック領域304の内面は極性ボス接続要素を備え、ライナーネック領域208の外面はライナー接続要素を備える。このようにして、ライナーネック領域208は、極性ボス接続要素をライナー接続要素に係合させることによって、極性ボスネック領域304に取り付けられる。図4に示す1つの特定の例において、ライナー接続要素が雄ねじ要素を含み、極性ボス接続要素が相補的な雌ねじ要素を含む。この構成により、相補的な雌ねじ要素を雄ねじ要素に係合させることによって、極性ボスネック領域304がライナーネック領域208に取り付けられる。
【００４２】
別の実施形態において、ライナー接続要素及び極性ボス接続要素は、極性ボス300をライナー200にしっかりと取り付けてこれらの二者間の相対移動を防止するように機械的に接続される対応部分である。さらに、別の実施形態において、ライナー接続要素及び極性ボス接続要素は、熱誘起式の締り嵌めを有する対応部分である。このようにして、極性ボス300はライナー200に配置されplaced）、この組合せを加熱して、2つの要素を溶解又は熱的に固定する。さらに、別の実施形態において、ライナー接続要素及び極性ボス接続要素は、シール式に接合する対応部分である。このようなシール式の接合により、動作中に圧力容器から作動液又は空圧流体が流出することが防止される。
【００４３】
図3及び図4から推測することができるように、極性ボス300をライナー200にしっかりと配置するのに用いられる取付け方法のタイプに関わらず、極性ボス300とライナー200との間の固定手段が長いほど、よりしっかりとした取付けがもたらされる。したがって、ライナーネック領域208の長さは、通常、極性ネック領域304の長さの5 %〜約90 %である。図3及び図4に見て取ることができるように、極性ボスネック領域304の頂部は、プラグ又は他のポート継手装置の取付けを可能にするように構成される。ポート継手装置の例としては、限定はしないが、ポペットバルブのハウジング（図4に示す）、ノズル、プラグ、レギュレーター、圧力センサー、温度センサー又は圧力解放装置が挙げられる。ポート継手装置は、圧力容器と外部環境との間の流体交換を容易にすることができるバルブとすることができる。
【００４４】
いくつかの例において、圧力容器100はブラダー500も備える。通常、ブラダー500は、ライナーオリフィス204を通してライナー200に挿入される。このような構成により、圧力容器100を油圧アキュムレーターとして使用することが可能になる。
【００４５】
図2を参照すると、いくつかの実施形態において、複合材料400が、ライナー200及び極性ボス300の少なくとも一部を被包する。ライナー200及び極性ボス300を複合材料400で被覆することにより、圧力容器100の吹出し負荷許容量が増大する。
【００４６】
代替的な一実施形態において、極性ボスネック領域304の外面は、ライナーネック領域208の内面の少なくとも一部に取り付けられる。すなわち、この実施形態では、ライナーネック領域208を極性ボスネック領域304に挿入するのではなく、極性ボスネック領域304がライナーネック領域208のオリフィス204に挿入される。
【００４７】
また、本発明の圧力容器100は、ライナー極性領域212の少なくとも一部を覆う極性ボス環状フランジ312を備える。
【００４８】
本発明の他の実施形態は、プラグ（例えば図4の600に示すポペットバルブ）とタイプ3圧力容器のオリフィスとの間に圧力シール面を有する。ライナーの内面は雌ねじを有しないので、この表面は、ラジアルシール216を用いてプラグ600の同心の表面と嵌合するように機械加工及び穴開けすることができる。代替的に又は加えて、プラグ600の嵌合面とライナー200の頂部リップとの間に面シール604の形状のシールをもたらすこともできる。
【００４９】
他の実施形態において、極性ボスネック領域304の内面は極性ボス接合要素を備え、ライナーネック領域208の外面はライナー接合部を備える。極性ボス300は、極性ボス接続要素とライナー接続要素との間のパッキン材、Oリングシール、Xリングシール又はガスケットを介してライナー200に取り付けることができる。代替的には、極性ボスネック領域304の外面は極性ボス接合要素を備え、ライナーネック領域208の内面はライナー接合部を備える。この構成でも、極性ボス300は、極性ボス接続要素とライナー接続要素との間のパッキン材、Oリングシール、Xリングシール又はガスケットを介してライナー200に取り付けることができる。
【００５０】
図5に示すように、別の実施形態において、極性ボス300がライナー200に挿入される。したがって、この実施形態では、極性ボス300は、極性ボスネック領域の外面をライナーネック領域の内面に取り付けることによって、ライナー200に機械的に係合される。特に、極性ボス300は、極性ボスネック領域をライナーネック領域に挿入し、これらの2つの構成部分を機械的に係合させることにより、ライナーネック領域に嵌合する。この実施形態は上述した実施形態と同様であるが、ただし、極性ボスの外面がライナーネック領域の内面に係合される。本発明のこの実施形態は、上述したようにライナーを極性ボスに挿入するのではなく、極性ボスをライナーに挿入することによって達成される。そのような圧力容器は、例えば、ライナーの反対側の端部にあるオリフィスを介して極性ボスをライナーに挿入することによって製造することができる。この実施形態におけるいくつかの例において、極性ボスの環状フランジの少なくとも一部は、ライナー極性領域の内面に嵌合する。
【００５１】
いくつかの実施形態において、本発明の圧力容器は、2つのライナーオリフィス及び極性ボスを備える。そのような実施形態では、通常、ライナーオリフィスのうちの一方は他方よりも小さい。通常、そのような実施形態では、極性ボスのうちの一方はライナーオリフィスの内面に取り付けられ、他方は他方のライナーオリフィスの外面に取り付けられる。しかしながら、極性ボスはどちらもライナーオリフィスの内面又は外面に取り付けることができるので、本発明の範囲はこのような構成に限定されないことが理解されるべきである。
【００５２】
本発明の上記論考は、例示及び説明のために示されている。上記のものは、本明細書に開示される単数又は複数の形態に本発明を限定することを意図していない。本発明の説明は、1つ又は複数の実施形態並びに或る特定の変形形態及び変更形態の説明を含んでいるが、例えば本開示を理解すれば当業者の技能及び知識内にあり得る他の変形形態及び変更形態が本発明の範囲内にある。特許請求されるものに対する代替的な、互換性のある及び／又は等価な構造、機能、範囲又はステップが本明細書に開示されているか否かに関わらず、また特許性のある主題を公知する意図なく、そのような代替的な、互換性のある及び／又は等価な構造、機能、範囲又はステップを含む代替的な実施形態を認められる限り含む権利を得ることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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