| 【発明の名称】 |
圧力容器及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】下島 伸吾
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| 【要約】 |
【課題】割れや隙間の発生を防止し、気密シールの信頼性を向上させるようにする。
【解決手段】本発明の圧力容器１は、繊維１４を熱硬化性樹脂で含浸固定してなるＦＲＰ殻２を備えた圧力容器であって、ＦＲＰ殻２が、熱溶融性のコア６の外周に該コア６より高い耐熱温度の繊維１４を巻き付け、コア６の溶融温度より低温で熱硬化する熱硬化性樹脂で前記巻き付けた繊維１４を含浸固定してなるものである。コア６は、前記含浸固定後に溶融除去される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 繊維を熱硬化性樹脂で含浸固定してなるＦＲＰ殻を備えた圧力容器であって、前記ＦＲＰ殻が、熱溶融性のコアの外周に該コアより高い耐熱温度の前記繊維を巻き付け、前記コアの溶融温度より低温で熱硬化する前記熱硬化性樹脂で前記巻き付けた繊維を含浸固定してなるものであり、前記コアは、前記含浸固定後に溶融除去又は溶融減厚されるものであることを特徴とする圧力容器。
【請求項２】 熱溶融性のコアの外周に該コアより高い耐熱温度の繊維を巻き付ける工程と、前記コアの溶融温度より低温で熱硬化する樹脂で前記巻き付けた繊維を含浸固定してＦＲＰ殻を形成する工程と、前記コアを溶融除去又は溶融減厚する工程とを含むことを特徴とする圧力容器の製造方法。
【請求項３】 前記ＦＲＰ殻の内側に気密保持層を形成する工程を含む請求項２記載の圧力容器の製造方法。
【請求項４】 前記繊維を巻き付ける工程の前又は途中に、前記繊維が外周面に巻き付けられるフランジ部を備えた口金を前記コアの端部に取り付ける工程を含む請求項２又は３記載の圧力容器の製造方法。
【請求項５】 前記口金は、その外壁に加硫接着されたゴム皮膜を備えた請求項４記載の圧力容器の製造方法。
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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圧力容器及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＣＮＧ用の圧力容器５０として、図１３に示すように、ＣＮＧを透過させないポリエチレン製のライナー５１と、所定の耐圧規格を満たすＦＲＰ（繊維強化樹脂）製の補強層５２とよりなる殻と、配管接続用の口金５３とからなるものが知られている。この圧力容器５０によれば、ライナー５１が合成樹脂で形成されているため、自動車の燃料タンク等として用いる場合に、車両重量を軽量化できる利点がある。
【０００３】圧力容器５０の製造にあたっては、まず、口金５３を金型にセットし、回転成形法でライナー５１をポリエチレンにより成形する。そして、ライナー５１の外周に、繊維を巻き付けるとともに熱硬化性樹脂で含浸固定してＦＲＰ（繊維強化樹脂）製の補強層５２を形成すると、圧力容器５０が完成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の圧力容器５０によると、ライナー５１とＦＲＰ製の補強層５２との熱膨張率差によって殻に層間隙間５４が発生しやすい。この層間隙間５４が生じていると、ガス充填時の繰り返し応力に対し、ライナー５１の伸びが追従せず、応力が集中する口金５３の付近等に破壊が生じるおそれがある。特に低温時は、応力に対するライナー５１の追従性が低下するため、図１４に示すように口金５３の付近にライナー５１の割れ５５等の破壊が生じやすくなる。
【０００５】また、ポリエチレン製のライナー５１と金属製の口金５３とが一体成形されているため、ライナー５１の口金５３付近が成形残留応力で割れたり、ライナー５１の口金５３に対する締付応力が緩和したりしてガス漏れが生ずるおそれがある。
【０００６】本発明の目的は、割れや隙間の発生を防止し、気密シールの信頼性を向上させることができる圧力容器及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明の圧力容器は、繊維を熱硬化性樹脂で含浸固定してなるＦＲＰ殻を備えた圧力容器であって、前記ＦＲＰ殻が、熱溶融性のコアの外周に該コアより高い耐熱温度の前記繊維を巻き付け、前記コアの溶融温度より低温で熱硬化する前記熱硬化性樹脂で前記巻き付けた繊維を含浸固定してなるものであり、前記コアは、前記含浸固定後に溶融除去又は溶融減厚されるものであることを特徴としている。
【０００８】また、本発明の圧力容器の製造方法は、熱溶融性のコアの外周に該コアより高い耐熱温度の繊維を巻き付ける工程と、前記コアの溶融温度より低温で熱硬化する熱硬化性樹脂で前記巻き付けた繊維を含浸固定してＦＲＰ殻を形成する工程と、前記コアを溶融除去又は溶融減厚する工程とを含むことを特徴としている。
【０００９】前記コアの材料としては、例えば、ワックス、低融点合金、ポリエチレン又はポリプロピレンの独立高発泡体等を使用できる。前記繊維の材料としては、ガラス、カーボン、ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド、ナイロン、ポリエチレン、ポリエステル等を例示できる。また、同繊維の含浸固定用の熱硬化性樹脂としては、エポキシ、ビニルエステル、不飽和ポリエステル等を例示できる。
【００１０】前記繊維を含浸固定する工程は、特に限定されないが、真空中又は減圧下で行うことが好ましい。こうすると、熱硬化性樹脂の中にある空気が脱泡され、ＦＲＰ殻が緻密になるからである。
【００１１】前記圧力容器の製造方法は、前記ＦＲＰ殻の内側に気密保持層を形成する工程を含んでいることが好ましい。この気密保持層を形成する方法については、特に限定されないが、ガス不透過材料（例えば、ガス透過性の少ないエポキシ樹脂、セラミック、エチレンビニルアルコール、塩化ビニリデン等）を使用した次の方法を例示できる。
（１）ガス不透過材料を前記コアの表面にあらかじめ塗布しておき、前記繊維を含浸固定する工程において、前記ＦＲＰ殻の内面に転写することにより気密保持層を形成する方法。なお、前記繊維を含浸固定する工程を真空中又は減圧下で行うときは、（ａ）ガス不透過材料の中にある空気が脱泡され、気密保持層が緻密になる、（ｂ）ＦＲＰ殻と気密保持層との密着性が向上するという効果を得ることができる。
（２）コアを溶融させた後で、前記ガス不透過材料を前記ＦＲＰ殻の内面にコーティング又はライニングすることにより気密保持層を形成する方法。
【００１２】また、前記圧力容器の製造方法は、前記繊維を巻き付ける工程の前又は途中に、前記繊維が外周面に巻き付けられるフランジ部を備えた口金を前記コアの端部に取り付ける工程を含むようにすることができる。前記口金は、その外壁に加硫接着されたゴム皮膜を備えた態様を例示できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明をＣＮＧ用の圧力容器に具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示す圧力容器１は、繊維１４を熱硬化性樹脂で含浸固定してなるＦＲＰ殻２と、ＦＲＰ殻２の内面に形成された気密保持層３と、ＦＲＰ殻２の両端部に設けられた口金４，５とから構成されている。
【００１４】ＦＲＰ殻２は、熱溶融性のコア６の外周に該コア６より高い耐熱温度の繊維１４を巻き付け、コア６の溶融温度より低温で熱硬化する熱硬化性樹脂で繊維１４を含浸固定してなるものである。繊維１４は、熱硬化性樹脂が含浸されたもので、コア６の外周に内外２層に巻き付けられている。コア６は、熱溶融性材料を用いて図２に示すように一体成形されるか、或いは、図３に示すように分割成形されたもので、繊維１４を含浸固定後に溶融除去されている。
【００１５】口金４，５はボス部４ａ，５ａとフランジ部４ｂ，５ｂとを備え、アルミニウム等の金属材料で形成されている。図において、右側の口金４のボス部４ａは配管用ジョイント（図示略）に接続され、左側の口金５のボス部５ａは栓部材７によって密閉されている。左右の口金４，５のフランジ部４ｂ，５ｂはＦＲＰ殻２の内層部２ａと外層部２ｂとの間に挟み込まれるように設けられている。ボス部４ａ，５ａ及びフランジ部４ｂ，５ｂはＮＢＲ等の耐熱性及び接着性の優れたゴム皮膜８で覆われている。そして、ＦＲＰ殻２の加熱硬化時に、繊維１４中に含浸された熱硬化性樹脂によりフランジ部４ｂ，５ｂのゴム皮膜８がＦＲＰ殻２に固定されている（図１の太線９は固定部を示す）。
【００１６】気密保持層３は、ガス不透過材料をコア６の外周にあらかじめ塗布しておき、繊維１４を含浸固定するときに、ＦＲＰ殻の内面に転写することにより形成されている。
【００１７】次に、以上のように構成された圧力容器１の製造方法を工程順に説明する。
【００１８】［コア成形工程］ 図２に示すように、金型１１と穴明きシャフト１２とを用い、コア６を熱溶融性材料でシャフト１２上に一体成形する。或いは、図３に示すように、コア６を２分割して成形した後にシャフト１２上で合体させる。次いで、図４に示すように、ガス不透過材料１３をコア６の外周面に塗布する。
【００１９】［繊維巻き付け工程及び口金取り付け工程］ 図５に示すように、繊維１４をコア６の外周に巻き付け、内層部２ａを形成する。次いで、繊維１４の巻き付けを一旦止め、図６に示すように、左右の口金４（左側の口金５は図示略）をシャフト１２に挿通し、フランジ部４ｂを内層部２ａの端面に当て付ける。次いで、図７に示すように、繊維１４の巻き付けを再開し、繊維１４を内層部２ａ及びフランジ部４ｂの外周に巻き付け、外層部２ｂを形成する。こうして、内層部２ａと外層部２ｂとの間に挟み込まれるようにフランジ部４ｂを設ける。
【００２０】［ＦＲＰ殻形成工程］ 図８に示すように、巻き付けた繊維１４を約８０〜９０℃の温度で２〜３時間程度加熱することにより、繊維１４に含浸された熱硬化性樹脂で巻き付けた繊維１４を含浸固定することによりＦＲＰ殻２を形成する。このとき、コア６の外周面に塗布されたガス不透過材料１３がＦＲＰ殻２に転写され、ＦＲＰ殻２の内面に気密保持層３が形成される。また、口金４の周囲において、ＦＲＰ殻２に含浸された熱硬化性樹脂によりフランジ部４ｂのゴム皮膜８がＦＲＰ殻２に固定される。なお、予めゴム皮膜８の表面を粗面加工しておくと、ＦＲＰ殻２により強く固定されるようになる。
【００２１】本工程は、特に限定されないが、真空中又は減圧下で行うことが好ましい。こうすると、次の効果が得られる。
（１）熱硬化性樹脂やガス不透過材料１３の中にある空気が脱泡され、ＦＲＰ殻２や気密保持層３が緻密になる。
（２）ＦＲＰ殻２と気密保持層３との密着性が向上する。
【００２２】［コア溶融除去又は溶融減厚工程］ 図９に示すように、加熱温度を約１２０〜１５０℃まで高め、コア６を溶融させる。ここで、コア６の材料にワックスや低融点合金等を用いた場合は、図１０に示すように、液状の溶融物１５をＦＲＰ殻２からシャフト１２の穴１２ａを通して外部に排出することにより溶融除去する。その後、シャフト１２を引き抜き、ＦＲＰ殻２を冷却すれば、図１に示すような圧力容器１が完成する。
【００２３】なお、コア６の材料としてポリエチレンやポリプロピレン等の高発泡体を用いた場合は加熱温度を約１４０〜１６０℃まで高めることにより、溶融減厚して体積を極少化する。軟化した溶融物１５は、図１１に示すように、気密保持層３に付着させるか、シャフト１２と同時に取り出す。
【００２４】このように本実施形態によれば、圧力容器１の殻が実質的にＦＲＰ殻２のみで構成されており、従来とは異なり、ポリエチレン製のライナー５１が無いので、ＦＲＰとポリエチレンとの熱膨張率差によって殻の割れ等の原因となる層間隙間が発生するという問題は一切生じない。
【００２５】また、ＦＲＰ殻２の内面は気密保持層３によって被覆されているので、ＦＲＰ殻２におけるガス漏れの心配もない。
【００２６】また、前記口金の外壁と前記ゴム皮膜とは加硫接着されており、前記ゴム皮膜とＦＲＰ殻２とは熱硬化性樹脂で固定されているので、ＦＲＰ殻２と口金４，５との接合部の気密シールの信頼性を向上することができる。しかも、ＦＲＰ殻２の内層部２ａと外層部２ｂとの間に口金４，５のフランジ部４ｂ、５ｂが装着されることにより、口金４，５のフランジ部４ｂ、５ｂとＦＲＰ殻２とが広い面積で接合しているので、この接合部がより強固に固定されるとともに、この接合部の気密シールの信頼性をより向上することができる。
【００２７】なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
【００２８】（１）繊維巻き付け工程の前に、口金取り付け工程を行うことにより、図１２に示すように内層部２ａを省くこと。
【００２９】（２）コア溶融除去又は溶融減厚工程の後で、ガス不透過材料をＦＲＰ殻２の内面にコーティング又はライニングすることにより気密保持層を形成すること。
【００３０】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の圧力容器及びその製造方法によれば、割れや隙間の発生を防止し、気密シールの信頼性を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２４１４６３
【氏名又は名称】豊田合成株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１８日（１９９９．３．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６１１６
【弁理士】
【氏名又は名称】松原 等
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２６６２８９（Ｐ２０００−２６６２８９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２６日（２０００．９．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−７３５８６ |
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