| 【発明の名称】 |
耐圧容器及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】香川 和彦
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| 【要約】 |
【課題】変形、偏心が無く、寸法精度が良好な耐圧容器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】内殻２の鏡板部中央に係止部６を配置し、係止部９によって係止部６を内殻２に係止させる。その後、フィラメントワインディング法によって外殻３を形成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 合成樹脂製の内殻と、該内殻の少なくとも一方の鏡板部の中央に配置された口金と、該口金の基端部及び該内殻の外面を覆うＦＲＰ製外殻とを有する耐圧容器において、該口金の基端部の外周縁部を該内殻に対し係止するための係止部を設け、内殻、口金基端部及び該係止部を前記外殻にて覆ったことを特徴とする耐圧容器。
【請求項２】 内殻を合成樹脂により成形する工程と、該内殻の少なくとも一方の鏡板部の中央に口金を配置する工程と、該口金の基端部と該内殻の外面を覆うようにＦＲＰ補強層を巻付形成する巻付工程と、該ＦＲＰ補強層の含浸樹脂を加熱硬化させて外殻を成形する熱処理工程とを有する耐圧容器の製造方法において、該口金を配置した後、口金の基端部の外周縁部を内殻に係止部によって係止させ、その後巻付工程を行うことを特徴とする耐圧容器の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス、その他の各種加圧物質を充填するための耐圧容器の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＮＧ等の収容に用いられる耐圧容器の製造方法として、ＣＮＧ等を透過させない合成樹脂製の内殻と、６００ｋｇ／ｃｍ2の耐圧規格を満たす外層のＦＲＰ（繊維強化樹脂）補強層よりなる外殻とを有したものがある。
【０００３】この耐圧容器を製造するには、まず、回転成形法、ブロー成形法等により内殻を合成樹脂により成形する。この内殻の成形に併せて、又は内殻の成形後に口金を内殻の鏡板部の中央に装着する。その後、内殻の外周にエポキシ樹脂等を付着させたカーボン等の補強繊維をヘリカル巻き及びフープ巻きしてＦＲＰ補強層を巻付形成した後、該内殻及びＦＲＰ補強層を例えば約８０℃の恒温槽に入れ、該ＦＲＰ補強層の樹脂を加熱硬化させて外殻を成形する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この内殻にヘリカル巻き及びフープ巻きしてＦＲＰ補強層を巻付形成する際に、該巻付力及び巻締力により内殻が偏心し、強化繊維の配置が設計通りに行なわれなかったり、内殻が変形することがある。また、ＦＲＰ補強層の硬化工程で恒温槽で加熱を受ける際にも耐圧容器に変形が生じることがあった。
【０００５】本発明は、このような強化繊維のズレや内殻等の変形が防止される耐圧容器及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の耐圧容器は、合成樹脂製の内殻と、該内殻の少なくとも一方の鏡板部の中央に配置された口金と、該口金の基端部の外周縁部及び該内殻の外面を覆うＦＲＰ製外殻とを有する耐圧容器において、該口金の基端部を該内殻に対し係止するための係止部を設け、内殻、口金基端部及び該係止部を前記外殻にて覆ったことを特徴とするものである。
【０００７】本発明の耐圧容器の製造方法は、内殻を合成樹脂により成形する工程と、該内殻の少なくとも一方の鏡板部の中央に口金を配置する工程と、該口金の基端部と該内殻の外面を覆うようにＦＲＰ補強層を巻付形成する巻付工程と、該ＦＲＰ補強層の含浸樹脂を加熱硬化させて外殻を成形する熱処理工程とを有する耐圧容器の製造方法において、該口金を配置した後、口金の基端部の外周縁部を内殻に係止部によって係止させ、その後巻付工程を行うことを特徴とするものである。
【０００８】このように外殻の形成に先立って口金の基端部の外周縁部を内殻に係止しておくことにより、内殻の偏心や変形、あるいは耐圧容器の変形が防止され、耐圧容器の寸法精度が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は実施の形態に係る耐圧容器の側面図、図２は図１のII―II線に沿う断面図、図３、図４は内殻の製造方法を示す断面図、図５は口金の斜視図、図６〜９は口金の装着工程の説明図、図１０，１１は鍔状部の形成方法を示す断面図、図１２はフィラメントワインディング工程の説明図である。
【００１０】この耐圧容器１は、内殻２及び外殻３よりなる容器本体４と、この容器本体４の流体の流通用の開口５に装着された口金６と、この口金６を内殻２に係止している係止部９と、内殻２の内周面から延出しこの口金６の孔７をライニングしている筒状部１０と、この筒状部１０に連なり口金６の先端面をライニングする鍔状部１１等よりなる。
【００１１】なお、口金６の外周に刻設された雄ネジにナット８が螺着され、外殻３を外側から係止している。
【００１２】この内殻２は熱可塑性合成樹脂よりなるものであり、例えば図３，４のように熱可塑性合成樹脂よりなる筒状のパリソン２０をその中に気体をブローパイプ２４から送り込みながら金型２１，２２で挟むことによりブロー成形される。
【００１３】図４の符号２５，２６は金型２１，２２によってピンチオフされたパリソン切断片を示す。このブロー成形に際し、図４の通り、ブローパイプ２４の周囲に筒状部１０を形成する。
【００１４】このように成形された内殻２の上下のエンド部（鏡板部）に図５に示す口金６を装着する。
【００１５】口金６は、内殻２のエンド部に重なるフランジ部３１と、このフランジ部３１から立ち上るパイプ部３２とを有しており、該パイプ部３２の孔３３はこの口金６を貫通している。フランジ部３１の外周縁部には、円周方向に段部を形成することにより平板状の縁部３６が周設されている。
【００１６】パイプ部３２の先端面には周回溝３５が座ぐり状に設けられており、この周回溝３５の内周側には円環状の凸部３４が周設されている。この凸部３４は口金６の先端面よりも後退している。この口金６は、孔３３内に筒状部１０を挿入させ、フランジ部３１を内殻２のエンド部に重ね合わせるようにして内殻２に装着される。この際、筒状部１０は孔３３から突出する。
【００１７】このように口金６を備えた内殻２を図６の如く係止部形成用のホルダ６７，６８に狭持する。このホルダ６７，６８には、後述のヒータ７６、円環状治具６１を受け入れる凹部６９が設けられている。
【００１８】ホルダ６７，６８の図６の上方に、係止部９を形成するためのプレス装置６０が配置されている。このプレス装置６０は、パイプよりなるマンドレル６５と、このマンドレル６５の外周に配置された金型ホルダ６２と、この金型ホルダ６２に外嵌した金型６３を有しており、この金型６３の先端には円環状治具６１が保持される。
【００１９】図７の通り、このヒータ７６を凹部６９内に進入させて縁部３６に当接させ、該ヒータ７６によって口金６のフランジ縁部３６を加熱する。次いで、ヒータ７６を退去させた後、図８の通り金型６３を突出させ、金型６３の先端に保持された円環状治具６１と係止部９を、口金６のフランジ縁部３６に係合させる。同時にマンドレル６５の先端から気体を送り込み、内殻２を内側から加圧する。これにより、係止部９の先端が口金６のフランジ縁部３６に密着し、且つ係止部９が内殻２に融着する。
【００２０】係止部９と内殻２は融着性の良い材質、通常は同材質のものが用いられるが、係止部９と内殻２の融着部分のいずれか一方もしくは両方を接着性の樹脂で構成しても良い。
【００２１】接着性の樹脂としては、不飽和カルボン酸変性のエチレン系樹脂が好適である。この不飽和カルボン酸変性のエチレン系樹脂は、ポリエチレン、エチレン−α−オレフィン共重合体などに、不飽和カルボン酸又はその誘導体をグラフトさせて変性したものを言う。この接着樹脂は、グラフト量（測定法：赤外線分光光度計による）が０．０１〜１０重量％、密度（測定法：ＪＩＳ Ｋ７１１２に準拠）が０．８８〜０．９４５ｇ/ｃｍ3であり、ＭＦＲ（測定法：ＪＩＳ Ｋ７２１０、表１−条件４に準拠）が０．０５〜５０ｇ/１０ｍｉｎのものである。
【００２２】グラフト量が０．０１重量％未満では、良好な接着性を発揮せず、１０重量％を超えるものは製造し難く、また、接着性にも劣り好ましくない。特に好ましいグラフト量は、０．１〜５重量％の範囲である。密度が０．８８ｇ/ｃｍ3未満、又は０．９４５ｇ/ｃｍ3を超えると、いずれも接着強度が劣り、好ましくない。さらに、ＭＦＲが０．０５ｇ/１０ｍｉｎ未満、又は５０ｇ/１０ｍｉｎを超えると、いずれも円板状埋設部に所望の厚さの接着樹脂層を形成するのが困難となり、好ましくない。
【００２３】上記性質を具備した不飽和カルボン酸変性のエチレン系樹脂は、従来から知られている製造法によって製造することができる。例えば、（１）オレフィン系重合体（１種のほか２種以上の混合物をも含む）及びグラフトモノマー（不飽和カルボン酸又はその誘導体）を、ラジカル重合開始剤とともに事前に混合して混合物とし、この混合物を押出機で溶融させてグラフト共重合させる方法、（２）オレフィン系重合体（１種のほか２種以上の混合物をも含む）を溶媒に溶解させ、ラジカル重合開始剤、グラフトモノマーなどを添加してグラフト共重合させる方法などが挙げられる。
【００２４】その後、金型６３を後退させ、ホルダ６７、６８を左右に開くことにより、図９のように係止部９を介して口金６のフランジ縁部３６が係止された内殻２が得られる。
【００２５】このように係止部９を介して固定された口金６と、この口金６に嵌合した円環状治具６１とを備えた内殻２を図１０の如く鍔状部形成用のホルダ４７，４８にて挟持する。このホルダ４７，４８には、後述の第２の金型５２を受け入れる凹部４９が設けられている。
【００２６】ホルダ４７，４８の図１０の上方に鍔状部１１を形成するためのプレス装置５０が配置されている。このプレス装置５０は、パイプよりなるマンドレル５５と、このマンドレル５５に外嵌した筒状の第１の金型５１と、この第１の金型５１に外嵌した筒状の第２の金型５２と、この第２の金型５２の外周に配置された金型ホルダ５３とを有している。この第２の金型５２には、口金６の上端の外周縁に係合する切欠状の周回段部５４が設けられている。また、マンドレル５５にはヒータ５６が設けられている。
【００２７】図１０の通り、このヒータ５６及び筒状部１０の先端外周に配置されたヒータ５７によって該筒状部１０の先端部分を加熱する。次いで、ヒータ５７を退去させた後、図１１の通り第２の金型５２を突出させ、口金６の上端に係合させる。この場合、口金６の先端が周回段部５４に入り込む。なお、第２の金型５２の内周面と周回溝３５の外周壁面とは、同一直径であり、面一状の連続面を形成する。
【００２８】次に、第１の金型５１を前進させ、筒状部１０の先端部分をプレスし、該先端部分を形成していた熱可塑性合成樹脂を口金６の先端部分の周回溝３５内に押し込むようにして鍔状部１１を形成する。前記凸部３４は口金６の先端面よりも後退しているので、この鍔状部１１は該凸部３４を覆う。
【００２９】その後、金型５１，５２を後退させ、ホルダ４７，４８を左右に開くと共に、円環状治具６１を脱着することにより、鍔状部１１を有した内殻２が得られる。
【００３０】得られた内殻２の外周に、図１２に示す通り、フィラメントワインディング法等によって外殻を形成することにより耐圧容器が製造される。
【００３１】図１２の通り、内殻２は相対配置された内殻支持装置１６０，１７０によって回動可能に支持される。なお、この支持装置１６０は図８の左右方向に進退可能とされており、内殻２を着脱するときには支持装置１６０が図８の右方に退動し、内殻２を保持（チャック）するときには支持装置１６０が図８の左方に前進する。
【００３２】コンプレッサ１６８から耐圧ホース１６７によって内殻２内に所定圧のエアを供給し、内殻２を内部からエアで加圧した状態にてモータ（図示略）を駆動して内殻２を回転させ、フィラメント供給装置１８０から熱硬化性樹脂を含浸したフィラメント１８１を送り出し、内殻２の外周に巻き付ける。ヘリカル巻き及びテープ巻きを所定厚さに施した後、モータ及びコンプレッサ１６８を停止し、内殻２を取り外す。
【００３３】次いで、この内殻２の一方の口金６にブラインドキャップ（図示略）を装着すると共に他方の口金６にエアフィードホース（図示略）を装着した後、熱処理装置に供給する。エアフィードパイプを介して内殻２内に所定のエア圧をかけた状態で加熱し、内殻２のフィラメントに付着した熱硬化性合成樹脂を硬化させる。
【００３４】この実施の形態にあっては、口金６のフランジ縁部３６を係止部９によって内殻２に固定しているので、フィラメントワインディング工程において、内殻２の偏心や変形の発生が防止される。また、その後のＦＲＰ補強層の硬化工程において、容器の変形が防止される。なお、全行程を通じて、内殻の偏心、変形が防止されることにより、耐圧容器の寸法精度が向上する。
【００３５】この実施の形態にあっては、内殻２を内方から加圧した状態で熱硬化処理を施すため、熱硬化処理工程において内殻２が収縮することがなく、内殻２と外殻３とが密着した耐圧容器が製造される。
【００３６】なお、特に本発明を限定するものではないが、フィラメントワインディングあるいは熱硬化処理工程においては内殻２内を０．５〜３気圧とくに０．８〜２．５気圧とりわけ１．０〜２気圧程度に保持するのが好ましい。
【００３７】上記実施の形態にあっては、フィラメントワインディング工程から熱硬化処理工程にかけて内殻２内を加圧状態としているが、熱処理工程においてのみ内殻２内を加圧状態としても良い。
【００３８】なお、フィラメントワインディング工程においても内殻２内を加圧状態とした場合には、フィラメントワインディングによって内殻２に締付力が加えられても内殻２が全く又は殆ど縮径しないという効果が奏される。また、上記実施の形態にあっては、加圧エアを内殻２内に供給することにより内殻２内を加圧状態としているが、熱硬化処理工程にあっては双方の口金６にブラインドキャップを装着して内部を密閉してから加熱し、内部のエアを熱膨張させることによって内殻２内を加圧状態としても良い。
【００３９】本発明において、内殻を構成する樹脂材料としては、例えばポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド類、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、ポリカーボネートなどを用いることができる。この内殻合成樹脂は補強繊維を含んでいてもよく、補強繊維としては、後述の外殻の場合と同様のものを用いることができる。繊維長は２〜１０ｍｍ程度の短繊維が好適である。なお、内殻の成形法は、回転成形、圧縮成形法、射出成形法などブロー以外の方法であっても良い。
【００４０】外殻は、フィラメントワインディング法のほかにテープワインディング法によって形成されても良い。
【００４１】外殻の補強繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、有機高弾性率繊維（例えばポリアミド繊維）などを用いることができる。
【００４２】外殻形成用の樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００４３】
【発明の効果】以上の通り、本発明によると、容器の変形、偏心がない良好な耐圧容器を製造することができる。この製造方法によれば、ＦＲＰ補強層製造時に内殻の変形問題を考慮する必要がないので、耐圧容器の製造効率も良好である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５９６８
【氏名又は名称】三菱化学株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１１日（１９９９．３．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８６９１１
【弁理士】
【氏名又は名称】重野 剛
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２６６２８８（Ｐ２０００−２６６２８８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２６日（２０００．９．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６５０１３ |
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