JP4525021B2

JP4525021B2 - タンク

Info

Publication number: JP4525021B2
Application number: JP2003283600A
Authority: JP
Inventors: 洋一石丸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP2005048919A

Description

本発明は、一対の隣設部材の隣設部位をシール部材がシールするタンクに関する。

タンクとしては、合成樹脂製ライナーに形成された開口部に補助部品の嵌め込み部が嵌め込まれると共に、合成樹脂製ライナーと補助部品との間が開口部と嵌め込み部との間において自緊式シール材によりシールされた圧力容器がある（例えば、特許文献１参照）。

この圧力容器では、補助部品に嵌め込み部の圧力容器外側において外方突出部が設けられており、補助部品の外方突出部は、合成樹脂製ライナーと合成樹脂製ライナーの外面に形成されたヘリカル層との間に保持されている。

しかしながら、この圧力容器では、合成樹脂製ライナーの硬度が低くされている。このため、合成樹脂製ライナーが自緊式シール材により変形されて自緊式シール材がほとんど圧縮されず、合成樹脂製ライナーと補助部品との間のシールを確保できないという問題がある。

しかも、圧力容器内が高圧とされた場合には、補助部品が圧力容器の外側へ押し出されることで、応力により補助部品が嵌め込み部において径方向内側へ収縮変形される。このため、自緊式シール材が一層圧縮されず、合成樹脂製ライナーと補助部品との間のシールを一層確保できないという問題が生じる。
特開２０００−１６１５９０公報

本発明は、上記事実を考慮し、ライナーと口金との間のシールを確保できるタンクを得ることが目的である。

請求項１に記載のタンクは、バルブと、前記バルブが挿入される容器状のタンク本体と、を備えたタンクであって、前記タンク本体は、外側の外周壁と内側の樹脂製のライナーとが貫通孔の周囲を除き一体にされて構成された周壁と、前記周壁の前記貫通孔に嵌入される金属製の口金と、を有し、前記ライナーには隣設部が一体に形成され、前記隣設部は前記貫通孔の内端部分を構成し、前記隣設部内には金属製又は前記ライナーより硬度が高い樹脂製の高硬度部が設けられ、前記口金の内端部分は前記タンクの軸方向で前記タンクの内側に突出する突出部とされ、前記突出部の外周面は前記ライナーの前記隣設部の内周面に接触し、前記口金の前記突出部と前記ライナーの前記隣設部との間には弾性を有するシール部材が設けられている。

請求項２に記載のタンクは、請求項１に記載のタンクにおいて、前記シール部材は、断面円形の円環状とされたＯリングにされている。

請求項３に記載のタンクは、請求項１または請求項２に記載のタンクにおいて、前記外周壁は、繊維強化プラスチック製にされている。

請求項４に記載のタンクは、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のタンクにおいて、前記ライナーは、ポリアミド製にされている。

請求項５に記載のタンクは、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のタンクにおいて、前記口金に形成された外周部は、断面三角形状の円環状にされると共に、前記タンクの軸方向に垂直な方向に突出する。
請求項６に記載のタンクは、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のタンクにおいて、前記口金に形成された鍔部は、前記タンクの軸方向に垂直な方向において前記タンクの外側に突出する。
請求項７に記載のタンクは、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のタンクにおいて、前記隣設部は、前記タンクの軸方向で前記タンクの内側に延伸する。
請求項８に記載のタンクは、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のタンクにおいて、前記高硬度部は、前記隣設部内に配置され、前記高硬度部の少なくとも一部は、前記隣設部によって閉じられている。

請求項１に記載のタンクでは、口金の突出部の外周面がライナーの隣設部の内周面に接触しており、口金の突出部とライナーの隣設部との間にはシール部材が設けられている。

ここで、ライナーの隣設部内に高硬度部が設けられており、ライナーは、樹脂製にされると共に、高硬度部は、金属製又はライナーより硬度が高い樹脂製にされている。このため、シール部材を充分に圧縮させることができ、口金の突出部とライナーの隣設部との間のシールを確保することができる。

［第１の実施の形態］
図１には、本発明のタンクが適用されて構成された第１の実施の形態に係る高圧タンク１０の主要部が断面図にて示されている。なお、本実施の形態（下記第２の実施の形態及び第３の実施の形態を含む）では、高圧タンク１０の外側を「外側」といい、高圧タンク１０の内側を「内側」という。

本実施の形態に係る高圧タンク１０は、内部にガス（例えば水素やヘリウム等の気体）を充填保管するためのものであり、容器状のタンク本体１２を備えている。タンク本体１２の周壁１４は、外側の外周壁１６と内側の隣設部材としてのライナー１８（樹脂ライナー）とが、後記貫通孔２０の周囲を除き、一体にされて構成されており、外周壁１６はＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製にされると共に、ライナー１８はＰＡ（ポリアミド）１２（宇部興産株式会社の「３０３０ＪＩ７」）製にされている。

タンク本体１２の周壁１４には、略円柱状の貫通孔２０が貫通形成されており、貫通孔２０の周囲において外周壁１６とライナー１８とが分離されることで、外周壁１６とライナー１８との間に断面三角形状の円環状にされた隙間が形成されている。ライナー１８には円筒状の隣設部２２が一体に形成されており、隣設部２２は貫通孔２０の内端部分を構成している。隣設部２２内には、高硬度部としての円筒状のバックアップリング２４がインサート成形により設けられており、バックアップリング２４は、金属（例えばステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ））製とされている。

タンク本体１２の周壁１４外周面には、貫通孔２０の近傍において、板状の緩衝材２６が所定数設けられている。

タンク本体１２は、隣設部材としての金属（例えばステンレス（ＳＵＳ３１６Ｌ））製の略円筒状とされた口金２８を有している。口金２８の外端には、鍔部３０が突出形成されており、鍔部３０は断面矩形状の円環状にされている。口金２８の内外方向中間部分には、外周部３２が突出形成されており、外周部３２は断面三角形状の円環状にされている。さらに、口金２８の内端部分は突出部３４とされており、突出部３４は外周部３２から内側へ突出している。

口金２８は周壁１４の貫通孔２０に嵌入されて、口金２８の鍔部３０から外周部３２までの部分は周壁１４を構成しており、口金２８の鍔部３０と外周部３２との間には周壁１４の外周壁１６が狭持されると共に、口金２８の外周部３２は周壁１４の外周壁１６とライナー１８との間に狭持されている。また、口金２８の突出部３４はライナー１８の隣設部２２に隣設されて接触されている。

口金２８の突出部３４外周面には、断面矩形の円環状とされたリング溝３６が一対全周に亘って形成されており、各リング溝３６には、シール部材としての断面円形の円環状とされたＯリング３８が挿入装着されている。

図２に詳細に示す如く、各Ｏリング３８はゴム製（例えばニトリルゴム）とされて弾性を有しており、各Ｏリング３８が各リング溝３６の底面とライナー１８の隣設部２２内周面との間で弾性変形された状態で狭持されることで、ライナー１８と口金２８との間がシールされている。これにより、高圧タンク１０内のガスがライナー１８と口金２８との間から漏洩することが防止されている。

口金２８内は略円柱状の開口４０にされており、これにより、タンク本体１２の周壁１４に開口４０が設けられている。口金２８には開口４０において略円柱状のバルブ４２（インタンクバルブ）が締結（螺合）されており、バルブ４２によって口金２８の開口４０が閉じられている。バルブ４２には排出孔（図示省略）が形成されており、排出孔は、高圧タンク１０内と高圧タンク１０外とを連通すると共に、開閉可能にされている。排出孔は通常閉鎖されており、排出孔が開放されることで、高圧タンク１０内のガスが排出孔を経て高圧タンク１０外へ排出される構成である。

本実施の形態に係る高圧タンク１０は、図３に示すフローチャートの手順で製作される。

すなわち、ステップ１００において、ライナー１８を２分割で成形するためのライナー成形用型内に、２分割にされたバックアップリング２４を挿入し、ステップ１０２において、ライナー成形用型内に溶融された樹脂を射出することで、２分割されたライナー１８を成形する。また、この２分割にされたライナー１８は一対成形する。

次に、ステップ１０４において、一対の２分割のライナー１８が組み合わされて構成される隣設部２２内に、各リング溝３６にＯリング３８が装着された口金２８の突出部３４を圧入して、口金２８の外周部３２を隣設部２２近傍のライナー１８に当接させ、ステップ１０６において、一対の２分割のライナー１８を互いに溶着することでライナー１８を製作する。

さらに、ステップ１０８において、ライナー１８の外周に外周壁１６を成形し、ステップ１１０において、外周壁１６の外周面に所定数の緩衝材２６を接着し、最後に、ステップ１１２において、口金２８の開口４０にバルブ４２を組み付ける（締結する）。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

以上の構成の高圧タンク１０では、ライナー１８の隣設部２２と口金２８の突出部３４とが互いに隣設されており、突出部３４の各リング溝３６には、隣設部２２と突出部３４との隣設部位をシールするためのＯリング３８が装着されている。

ここで、図４に示す如く、仮に隣設部２２にバックアップリング２４が設けられていない場合には、各Ｏリング３８による隣設部２２の変形によって各Ｏリング３８を充分に（シールのために必要な圧縮率に）圧縮させることができない。

一方、高圧タンク１０では、ＰＡ１２製にされたライナー１８の隣設部２２内に設けられたバックアップリング２４が、金属製とされている。このため、各Ｏリング３８による隣設部２２の変形が抑制されて、各Ｏリング３８を充分に圧縮させることができ（各Ｏリング３８の圧縮率を２０％程度にでき）、ライナー１８と口金２８との間のシールを確保することができる。

また、高圧タンク１０内が高圧にされた際に、バルブ４２及び口金２８が外側へ押し出されることで、応力により口金２８の突出部３４が径方向内側へ収縮変形されても、各Ｏリング３８は突出部３４と隣設部２２とのシール状態を維持できる。このため、依然として、ライナー１８と口金２８との間のシールを確保することができる。

［第２の実施の形態］
図５には、本発明のタンクが適用されて構成された第２の実施の形態に係る高圧タンク５０のシール状況が断面図にて示されている。

本実施の形態に係る高圧タンク５０は、上記第１の実施の形態に係る高圧タンク１０とほぼ同様の構成であるが、以下の点が異なる。

すなわち、ライナー１８の隣設部２２には、バックアップリング２４の内周側において、高硬度部としての樹脂リング５２がインサート成形により設けられており、樹脂リング５２は、隣設部２２の内周面を構成して、各Ｏリング３８に接触されている。樹脂リング５２は、硬度（ＪＩＳ規格の樹脂硬度）が８０以上のＰＡ１２（宇部興産株式会社の「３０２４ＧＣ６」）製にされて、ライナー１８より硬度が高くされている。また、バックアップリング２４は、樹脂リング５２の反Ｏリング３８側に配置されて、樹脂リング５２を支持する支持部として機能している。

本実施の形態に係る高圧タンク５０は、図６に示すフローチャートの手順で製作される。

すなわち、ステップ１００Ａにおいて、ライナー１８を２分割で成形するためのライナー成形用型内に、２分割にされた樹脂リング５２を挿入する。次に、上記第１の実施の形態と同様に、ステップ１００において、ライナー成形用型内に、２分割にされたバックアップリング２４を挿入し、ステップ１０２において、ライナー成形用型内に溶融された樹脂を射出することで、２分割されたライナー１８を成形する。この際、ライナー１８と樹脂リング５２とは共にＰＡ１２製とされているため、溶融された樹脂の熱と射出圧とにより、ライナー１８と樹脂リング５２とが互いに融着される。また、この２分割にされたライナー１８は一対成形する。なお、ステップ１００をステップ１００Ａの前に行ってもよい。

さらに、上記第１の実施の形態と同様に、ステップ１０４、１０６、１０８、１１０、１１２を行って、高圧タンク５０を製作する。

ここで、図７に示す如く、仮に樹脂リング５２の硬度が８０未満である場合には、樹脂リング５２の変形により各Ｏリング３８を充分に（シールのために必要な圧縮率に）圧縮させることができない。

一方、高圧タンク５０では、ライナー１８の隣設部２２に設けられた樹脂リング５２の硬度が、８０以上にされて、ライナー１８の硬度より高くされている。さらに、樹脂リング５２が各Ｏリング３８に接触されている。しかも、樹脂リング５２の反Ｏリング３８側においてライナー１８に設けられたバックアップリング２４が、ライナー１８より硬度が高くされている。このため、確実に各Ｏリング３８を充分に圧縮させることができ（各Ｏリング３８の圧縮率を２０％程度にでき）、ライナー１８と口金２８との間のシールを確実に確保することができる。

また、高圧タンク５０内が高圧にされた際に、バルブ４２及び口金２８が外側へ押し出されることで、応力により口金２８の突出部３４が径方向内側へ収縮変形されても、各Ｏリング３８は突出部３４と隣設部２２とのシール状態を維持できる。このため、依然として、ライナー１８と口金２８との間のシールを確保することができる。

［第３の実施の形態］
図８には、本発明のタンクが適用されて構成された第３の実施の形態に係る高圧タンク６０のシール状況が断面図にて示されている。

本実施の形態に係る高圧タンク６０は、上記第１の実施の形態に係る高圧タンク１０とほぼ同様の構成であるが、以下の点が異なる。

すなわち、ライナー１８の隣設部２２に設けられたバックアップリング２４が、隣設部２２の内周面を構成しており、バックアップリング２４は各Ｏリング３８に接触されている。

本実施の形態に係る高圧タンク６０は、図９に示すフローチャートの手順で製作される。

すなわち、ステップ１００Ｂにおいて、バックアップリング２４を、厚さが５０μｍとされたライナー１８と同様の被膜樹脂（ＰＡ１２（宇部興産株式会社の「３０３０ＪＩ７」））で被膜する（樹脂コート処理する）。次に、上記第１の実施の形態と同様に、ステップ１００において、ライナー１８を２分割で成形するためのライナー成形用型内に、２分割にされたバックアップリング２４を挿入し、ステップ１０２において、ライナー成形用型内に溶融された樹脂を射出することで、２分割されたライナー１８を成形する。この際、ライナー１８とバックアップリング２４の被膜樹脂とは共にＰＡ１２製とされているため、溶融された樹脂の熱と射出圧とにより、ライナー１８とバックアップリング２４とが互いに融着される。また、この２分割にされたライナー１８は一対成形する。

さらに、上記第１の実施の形態と同様に、ステップ１０４、１０６、１０８、１１０、１１２を行って、高圧タンク６０を製作する。

以上の構成の高圧タンク６０では、ＰＡ１２製にされたライナー１８の隣設部２２に設けられたバックアップリング２４が、金属製とされている。さらに、バックアップリング２４が各Ｏリング３８に接触されている。このため、確実に各Ｏリング３８を充分に圧縮させることができ（各Ｏリング３８の圧縮率を３０％程度にでき）、ライナー１８と口金２８との間のシールを確実に確保することができる。

また、高圧タンク６０内が高圧にされた際に、バルブ４２及び口金２８が外側へ押し出されることで、応力により口金２８の突出部３４が径方向内側へ収縮変形されても、各Ｏリング３８は突出部３４と隣設部２２とのシール状態を維持できる。このため、依然として、ライナー１８と口金２８との間のシールを確保することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る高圧タンクの主要部を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る高圧タンクにおけるシール状態を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る高圧タンクの製作手順を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態に係る高圧タンクにおける各Ｏリングの圧縮率を、ライナーにバックアップリングが設けられていない場合と比較して示すグラフである。本発明の第２の実施の形態に係る高圧タンクにおけるシール状態を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る高圧タンクの製作手順を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る高圧タンクにおける各Ｏリングの圧縮率を、樹脂リングの硬度が８０未満の場合と比較して示すグラフである。本発明の第３の実施の形態に係る高圧タンクにおけるシール状態を示す断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る高圧タンクの製作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０高圧タンク（タンク）
１４周壁
１８ライナー（隣設部材）
２２隣設部
２４バックアップリング（高硬度部、支持部）
２８口金（隣設部材）
３２外周部
３４突出部
３８Ｏリング（シール部材）
４０開口
５０高圧タンク（タンク）
５２樹脂リング（高硬度部）
６０高圧タンク（タンク）

Claims

バルブと、前記バルブが挿入される容器状のタンク本体と、を備えたタンクであって、
前記タンク本体は、
外側の外周壁と内側の樹脂製のライナーとが貫通孔の周囲を除き一体にされて構成された周壁と、
前記周壁の前記貫通孔に嵌入される金属製の口金と、
を有し、
前記ライナーには隣設部が一体に形成され、前記隣設部は前記貫通孔の内端部分を構成し、
前記隣設部内には金属製又は前記ライナーより硬度が高い樹脂製の高硬度部が設けられ、
前記口金の内端部分は前記タンクの軸方向で前記タンクの内側に突出する突出部とされ、前記突出部の外周面は前記ライナーの前記隣設部の内周面に接触し、
前記口金の前記突出部と前記ライナーの前記隣設部との間には弾性を有するシール部材が設けられているタンク。
前記シール部材は、断面円形の円環状とされたＯリングにされた請求項１記載のタンク。
前記外周壁は、繊維強化プラスチック製にされた請求項１または請求項２記載のタンク。
前記ライナーは、ポリアミド製にされた請求項１乃至請求項３の何れか１項記載のタンク。
前記口金に形成された外周部は、断面三角形状の円環状にされると共に、前記タンクの軸方向に垂直な方向に突出する請求項１乃至請求項４の何れか１項記載のタンク。
前記口金に形成された鍔部は、前記タンクの軸方向に垂直な方向において前記タンクの外側に突出する請求項１乃至請求項５の何れか１項記載のタンク。
前記隣設部は、前記タンクの軸方向で前記タンクの内側に延伸する請求項１乃至請求項６の何れか１項記載のタンク。
前記高硬度部は、前記隣設部内に配置され、前記高硬度部の少なくとも一部は、前記隣設部によって閉じられている請求項１乃至請求項７の何れか１項記載のタンク。