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KR19980701932A - 압력 용기 및 그 제조 방법 - Google Patents

압력 용기 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR19980701932A
KR19980701932A KR1019970705329A KR19970705329A KR19980701932A KR 19980701932 A KR19980701932 A KR 19980701932A KR 1019970705329 A KR1019970705329 A KR 1019970705329A KR 19970705329 A KR19970705329 A KR 19970705329A KR 19980701932 A KR19980701932 A KR 19980701932A
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KR
South Korea
Prior art keywords
pressure vessel
layer
inlet member
shell
reinforcing fiber
Prior art date
Application number
KR1019970705329A
Other languages
English (en)
Inventor
야스시 이이다
아끼히꼬 기따노
마사요시 야마기와
마사노부 고바야시
겐이찌 노구찌
Original Assignee
히라이 가쯔히꼬
도레이 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 히라이 가쯔히꼬, 도레이 가부시끼가이샤 filed Critical 히라이 가쯔히꼬
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Abstract

본 발명의 압력 용기는 가스 차단성을 갖는 내피와, 이 내피를 덮도록 설치한 내압성 외피를 지니고, 이 외피는 보강 섬유와 수지를 포함하는 FRP로 구성되고 또한 인장 탄성율 35 GPa 이상이고 인장 파단 왜곡 1.5 % 이상인 것을 특징으로 하는 것이다. 경량임은 물론, 반복 충격에 대해서도 뛰어난 내압 성능을 지니고, 신뢰성이 우수한 압력 용기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 압력 용기의 제조 방법은 가스 차단성을 갖는 내피의 주위에 필라멘트 권취법 또는 테이프 권취법을 이용하여, 보강 섬유와 수지를 포함하는FRP로 이루어지고 인장 탄성율 35 GPa 이상이고 인장 파단 왜곡 1.59 % 이상인 내압성 외피를 형성하는 것을 특징으로 한다. 저비용이고 뛰어난 내압 성능을 지니며, 신뢰성이 우수하고, 더구나 경량인 압력 용기를 제조할 수 있다.

Description

압력 용기 및 그 제조 방법
최근, 미국 기타 여러 외국에서, 천연 가스를 연료로 하는 자동차가 저공해 차로서 주목되고 있다. 그와 같은 자동차에는 연료 용기로서 일반적으로 CNG 탱크(Compressed Natural Gas Tank : 압축 천연 가스 탱크)라고 불리는 압력 용기가 탑재된다.
그와 같은 자동차용 압력 용기는 종래, 스틸이나 알루미늄 합금 등의 금속으로 만들어지고 있지만, 금속제의 것은 무겁기 때문에 자동차에 공급하는 연료의 단위 중량 당 자동차의 주행 거리가 짧아진다. 게다가, 천연 가스의 단위 중량 당 발열량은 가솔린의 절반 정도에 지나지 않기 때문에 무보급으로 주행할 수 있는 거리를 가솔린 차와 같이 높이려면 가솔린의 경우의 약 2배 정도의 천연 가스를 탑재해야 하고, 이 또한 차량 총 중량을 증대시키기 때문에 상술한 자동차 주행 거리가 짧아진다. 그 때문에 이 자동차 주행 거리를 증가시키기 위한 한가지 방법으로서, 압력 용기의 경량화가 검토되고 있다.
그런데, 일본 특허 공고 평5-88665호 공보에는 가스 차단성을 갖는 플라스틱제 내피를 내압성 FRP(섬유 강화 플라스틱)제 외피로 덮어 이루어지는 압력 용기가기재되어 있다. 이 압력 용기는 본질적으로 플라스틱으로 이루어지는 것이기 때문에 금속제에 비해 상당히 경량이고, 이것을 자동차용 천연 압력 용기로서 이용하면 상술한 자동차 주행 거리의 증가를 기대할 수 있다. 그러나, 한편에 FRP는 금속에 비하여 취성이므로 충돌 사고 기타 원인으로 충격을 받을 때 순간적으로 파열하고, 파편이 인체를 상처입히거나, 천연 가스가 한번에 새어 나와 폭발적으로 화재가 발생할 우려가 있다. 또한, 충돌 사고 등에서의 차체의 파괴의 진행의 상황을 관찰하면 파괴의 진행에 따라 동일한 부위에 몇번이나 충격이 가해지는 것이 재차 확인되지만, 최초의 충격으로 파열하지 않더라도 동일한 부위에 2번째의 충격이 가해지면 비교적 낮은 충격 에너지에서도 FRP제 압력 용기가 쉽게 파열하고, 결과적으로 한 번의 충격으로 파열한 것과 동일한 상황이 되어 버린다. 이와 같이 압력 용기, 특히 자동차용 연료 압력 용기에 있어서는 1회의 충격으로 파열하지 않는 것은 물론, 반복 충격을 받더라도 내압 성능을 계속해서 유지할 수 있을 것이 요구된다. 이 파열의 방지나 내압 성능의 유지는, 물론 안전 계수를 높게 취하면 해결할 수 있다. 그러나, 그렇게 하면 중량이 증대하여 FRP화 하는 것의 최대 장점인 경량화 효과가 손상되거나, 제조 비용이 상승하게 된다.
또한, 미국 특허 제5,253,778호, 미국 특허 제4,925,044호에는 플라스틱제 내피 개구부에 금속제 입구 부재를 접착제로 결합시키거나, 금속제 입구 부재 플랜지부를 플라스틱제 내피를 덮어 씌우는 형상으로 결합시켜서, 내압성 FRP제 외피로 덮여 이루어지는 압력 용기가 기재되어 있다.
이 압력 용기도 금속제에 비해 상당히 경량이고, 자동차용 압력 용기로서 이용하면 자동차 주행 거리의 증가를 기대할 수 있다. 그러나, 이들 금속제 입구 부재와 플라스틱제 내피의 결합은 기계적으로 단단하게 조인 것은 아니기 때문에 금속제 입구 부재 혹은 그 주변에 충격을 받은 경우, 금속제 입구 부재와 플라스틱제 내피의 밀착 상태가 나빠져서 압력 용기 내부의 가스가 누설될 가능성이 있었다.
본 발명은 각종의 압력 용기, 특히 자동차 등에 탑재하는 데 적합한 압력 용기에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 압력 용기의 한 실시 형태를 도시한 개략 종단면도이다.
도2는 본 발명의 압력 용기의 다른 한 실시 형태의 부분 종단면도이다.
도3은 도2의 압력 용기의 C부 확대 부분 종단면도이다.
도4는 본 발명의 압력 용기의 제조 방법의 일례를 도시한 개략 공정도이다.
도5는 본 발명의 압력 용기의 제조 방법의 일례에서 이용되는 스트레이트 롤의 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도6은 본 발명의 압력 용기의 제조 방법의 일례에서 이용되는 스트레이트 롤의 다른 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도7은 본 발명의 본 발명의 압력 용기의 제조 방법의 다른 일례를 도시한 개략 공정도이다.
도8은 보강 섬유 다발의 일례를 도시한 단면도이다.
도9는 본 발명의 압력 용기의 또 다른 한 실시 형태에 있어서의 외피의 절단면에 있어서의 부분 종단면도이다.
도10은 본 발명의 압력 용기의 제조 방법의 다른 일례를 도시한 개략 공정도이다.
도11은 본 발명의 압력 용기의 또 다른 실시 형태에 있어서의 한쪽 견부의 부분 종단면도이다.
도12는 본 발명의 압력 용기의 또 다른 실시 형태에 있어서의 다른쪽 견부의 부분 종단면도이다.
도13은 본 발명의 압력 용기의 또 다른 실시 형태에 있어서의 한쪽 견부의 부분종단면도이다.
도14, 도16, 도17, 도22, 도28 내지 도35는 본 발명의 압력 용기의 또 다른 실시 형태에 있어서의 각종 입구 부재부 주변의 부분 종단면도이다.
도15는 도14의 구조의 변형예에 따른 압력 용기의 확대 부분 종단면도이다.
도18 내지 도20은 시일링 단면 형상의 예를 도시한, 시일링의 부분 단면도이다.
도21은 도14의 구조의 다른 변형예에 따른 압력 용기의 확대 부분 종단면도이다.
도23 내지 도27은 도22의 입구 부재의 요철 구조의 각종 예를 도시한, 입구 부재의 부분 사시도이다.
또, 도면에 있어서의 부호는 다음의 것을 나타낸다.
1 : 압력 용기, 2 : 내피, 3 : 외피, 4 : 노즐 부착용 입구 부재, 5 : 노즐, 6 : 보스,
A : 본체부, B : 경판부, E : 보강층,
101 : 크릴 스탠드, 102 : 보빈, 103 : 강화 섬유사,
104 : 강화 섬유 다발(수지 함침전), 105 : 강화 섬유용 안내 롤,
106a, 106b, 107a, 107b, 108 : 분리 롤, 109 : 수지 함침 욕, 110 : 수지,
111a, 111b, 111c : 롤러, 112 : 수지 함침 강화 섬유 다발,
113, 113a, 113b, 113c : 안내 롤, 114, 114a, 114b : 피드 롤러,
115 : 수지 교축용 고무 패드, 116 : 브래킷, 117 : 캐리지 스탠드,
118 : 실린더, 118a : 중공부, 119 : 내피, 119a : 맨드렐의 회전축
120 : 회전 구동 수단, 121 : 외피
본 발명의 한 실시 형태를 기초로 상세하게 설명하는데, 도1에 있어서, 압력 용기(1)는 가스 차단성을 갖는 내피(2)와, 이 내피(2)를 덮도록 설치한 내압성 FRP제 외피(3)를 갖는다. 이 압력 용기(1)는 전체로서 본체부(A)와, 그에 연결되는 경판부(B)와, 노즐 부착용 입구 부재(4) 및 그에 장착된 노즐(5)과, 반대측에 설치된 보스(6)를 갖고 있다.
상기에 있어서, 내피는 가스가 누설을 막는 작용을 갖는다. 또한, 후술하는 바와 같이 내압성 외피를 형성할 때의 코어체로서도 작용한다.
내피는 예를 들면 얇은 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금 등의 경합금 등의 금속, 또는 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 폴리아미드 수지, ABS수지, 폴리부티렌테레프탈레이트수지, 폴리아세탈수지, 폴리카보네이트수지 등의 수지로 만들어져 있다. 내 충격성이 우수하다는 의미에서는 ABS수지가 바람직하다. 그와 같은 수지제 내피는 예를 들면 취입 성형법에 의해서 제조할 수 있다. 또한 복합 취입 성형법을 이용하여, 가스 밀봉성이 우수한, 예를 들면 폴리아미드수지 층을, 강성이 우수한, 예를 들면 고밀도 폴리에틸렌 수지 층을 사이에 둔 층 구조로 하는 것도 가능하다. 또, 내피는 FRP로 만들어져도 좋다. 그와 같은 FRP제 내피는 예를 들면 후술하는 보강 섬유로 이루어지는 섬유 길이 2 내지 10 ㎜ 정도의 단섬유를 포함하는 수지를 사출 성형함으로써 제조할 수 있다.
내피의 가스 누설 방지 작용을 향상시키기 위해서, 내표면 및/또는 외표면에 가스 차단층을 형성하는 것도 바람직하게 채용할 수 있다. 예를 들면 취입성형에 있어서 취입 가스로서 불소를 포함하는 질소 가스를 이용하면 내피의 내표면에 불소 수지의 피막으로 이루어지는 가스 차단층을 형성할 수 있다. 또한, 외표면에 구리, 니켈, 크롬 등의 금속 도금 피막을 형성하여 가스 차단층으로 하는 것도 가능하다. 금속 도금 피막의 형성은 전해 도금법이나 무전해 도금법에 의한 것도 가능하다. 내피를 복합 취입 성형법에 의해서 제조하는 경우, 내측에 가스 차단성이 우수한 폴리아미드수지 등의 층을 배치하고, 외측에 도금하기 쉬운 예를 들면 ABS수지 층을 배치하여 금속 도금 피막의 형성을 용이하게 하는 것도 가능하다.
또한, 내피에는 그 내면 혹은 외면에 2.5 내지 5㎝ 정도의 간격으로 주위 방향으로 연장되는 링형의 리브를 설치할 수 있다. 그와 같은 내피는 예를 들면 리브가 달린 플라스틱제 반쪽 부재들로 된 내피를 만들고, 이들을 접합, 일체화함으로써 얻을 수 있다. 이 리브는 내피의 강도를 향상시켜서, 후술하는 외피의 형성시에 있어서의 내피의 변형을 방지하고, 보강 섬유의 사행이나 편재에 의한 외피의 강도 저하나 강도의 변동, 나아가서는 내압 성능의 저하를 막는데 도움이 된다.
다시 도1을 참조하면, 내피의 본체부(A)에는 후술하는 보강 섬유사가 후프형 으로 권취된 층이 배치되고, 또한 그와 같은 보강 섬유사의 직물 등과 수지를 복합하여 이루어지는 FRP제 보강층(E)이 배치되어 이루어진다. 이 보강층(E)은 경판부(B)의 일부까지 연장되어도 좋다. 무엇보다도 본 발명에 있어서는 보강층을 갖는 것이 필수는 아니다.
한편, 외피(2)는 보강 섬유와 수지를 포함하는 FRP로 이루어지는 것이며, 인장 탄성율이 35 GPa 이상이고, 인장 파단 왜곡이 1.5 % 이상이다. FRP로 이루어지고 또한 인장 탄성율이 35 GPa 이상이며, 인장 파단 왜곡이 1.5 % 이상인 외피를 구성함으로써, 압력 용기는 반복 충격에 대해서도 뛰어난 내압 성능을 지니고, 또한, 신뢰성이 우수한 것으로 된다. 인장 탄성율이 37 GPa 이상인 것이 바람직하며, 40 GPa 이상인 것은 보다 바람직하다. 인장 탄성율이 35 GPa 미만에서는 충격을 받을 때의 변형량이 지나치게 커져서, 내피가 손상되어 가스가 누설될 우려가 있다. 또한, 반복 충격에 대하여 약해진다. 한편, 인장 파단 왜곡에 대해서는 적어도 1.5 %가 필요하고, 바람직하게는 1.7 % 이상, 보다 바람직하게는 2.0 % 이상이다. 1.5 % 미만에서는 충격을 받을 때의 보강 섬유의 손상, 파단이 현저하게 되어, 반복 충격을 받을 때, 최초의 충격에 의한 손상이 약간만 있어도, 동일한 부위에 충격이 더욱 가해지면 가스 누설이나 파열의 우려가 생기게 된다.
이와 같은 외피는 예를 들면 상술한 내피를 소위 맨드렐하여, 그 주위에 주지의 필라멘트 권취법이나 테이프 권취법에 의해서 수지를 포함하는 보강 섬유사의 권취층을 형성하고, 성형함으로써 구성할 수 있다.
이하, 필라멘트 권취법에 의한 외피의 구체적인 제조 방법의 일례에 대해 설명한다. 즉, 크릴 스탠드(101)의 각 보빈(102)으로부터 조출된 각 강화 섬유(103)는 소정의 갯수 만큼 인출 정돈하여 강화 섬유 다발(104)로 되고, 안내 롤(105)로 보내진다. 안내 롤(105)은 본 실시예에서는 실질적으로 수평 방향으로 연장되는 한쌍의 분리롤(106a, 106b)과, 그 하류측의, 실질적으로 상하 방향으로 연장되는 한쌍의 자유 회전 롤(107a, 107b)과, 실질적으로 수평 방향으로 연장되는 자유 회전 롤(108)로 이루어져 있다. 이 안내롤(105)에 의해, 대체로 소정 단면 형상에 인출 정돈된 강화 섬유 다발(104)은 수지 함침 욕(109)으로 도입된다.
보강 섬유 다발(104)은 수지 함침 욕(109)으로 수지(110)를 함침시키고, 이 수지 함침된 보강 섬유 다발(112)을 회전하고 있는 내피(119)에 소정의 각도로 권취해 감에 따라 외피(121)를 제조할 수 있다. 보강 섬유 다발(104)에 수지(110)를 함침하는 방법으로서는 도4에 도시한 바와 같은 침적법, 혹은 더치롤 방식을 이용할 수 있다. 또, 내피와 외피와의 사이에 보강층을 설치하는 경우에는 그 표면도 포함한 내피의 외표면을 평균 높이가 10 ㎛ 내지 200 ㎛ 정도의 거친 면으로 형성해 두면 권취시에 있어서의 보강 섬유사의 미끄러짐을 방지할 수 있고, 보강 섬유의 분포의 흐트러짐을 적게 할 수 있기 때문에 바람직하다.
이 필라멘트 권취법에 있어서는 통상, 수지 함침 욕(109)과 내피(119)와의 사이에 수지 함침된 보강 섬유 다발(112)을 안내하는 예를 들면 안내 롤러(113)의 안내 수단과, 내피 직전에 내피의 소정의 위치에 소정 각도로 수지 함침된 보강 섬유 다발을 휘감게 하기 위한 피드 롤러(114)가 설치된다.
안내 롤러(105, 113)는 회전 롤러 혹은 고정 롤러로 이루어지고 있다. 또한, 안내 롤러로서, 체크 무늬 롤러, 도금이 실시된 롤러 등을 이용하는 수 있고, 이들 롤러와 같이 마찰 계수가 작은 롤러를 이용하면 보강 섬유 다발을 손상시키는 일은 거의 없어진다.
피드 롤러는 통상, 안내하는 강화 섬유 다발이 롤러면으로부터 탈락하지 않도록, 양단부에 플랜지를 갖는 스트레이트 롤로 이루어져 있지만, 안내하는 강화 섬유 다발의 폭을 일정하게 하기 위해서, 도5에 도시한 바와 같은 일정 간격의 홈, 혹은 도6에 도시한 바와 같은 일정폭의 오목부를 스트레이트 롤에 실시하여도 좋다.
이와 같이 수지 함침된 보강 섬유 다발(112)을 내피(119)의 표면에 적층하여얻은 성형체를 수지의 경화 조건에 따라서 일정 시간 가열하여 경화시킨다. 또, 경화시키는 동안, 성형체를 횡 배치하여 주위 방향으로 회전시켜 두는 것은 수지의 경화얼룩을 적게 할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 성형물을 단시간에 최종 경화 온도로 처리하면 외피(121) 내부의 경화발열이 높아져서 크랙이 외피 내층에 발생되거나, 수지가 급격하게 대량으로 흘러나옴으로써 보이드가 외피 내층에 발생하기 쉽게 되므로, 경화 온도를 다음과 같이 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 사용하는 수지에 따라 다르지만, 일반적으로, 경화 초기 단계에서, 50 ℃ 내지 90 ℃의 온도 영역에서 장시간의 전 경화 처리를 행함으로써, 외피 내층의 발열 작용에 따른 크랙 발생을 방지하면서, 수지를 서서히 짜내서 보이드를 저감시키고, 그 후, 최종 경화 온도로 승온하여 경화시키는 것이 바람직하다.
보강 섬유사로서는 탄소 섬유사, 유리 섬유사, 혹은 예를 들면 폴리아라미드섬유 등의 유기 고탄성율 섬유사 등의 고강도, 고탄성율 섬유사를 이용할 수 있다. 이들 보강 섬유사는 굴곡했을 때의 응력 집중을 작게 하고, 보이드의 발생을 적게 할 수 있다고 하는 의미에서, 개섬성(開纖性)이 우수한 무연 섬유사인 것이 바람직하다. 또한, 이들 보강 섬유사를 혼합하여 이용하여도 좋다. 그 중에서도 저탄성율인 유리 섬유와 탄소 섬유사를 혼합하여 사용하면 제조 비용을 저감할 수 있는 것을 기대할 수 있다. 병용의 방법으로서는 외피에 있어서 헤리컬층을 유리 섬유로 하고, 후프형의 층을 탄소 섬유사로 하여도 좋고, 유리 섬유와 탄소 섬유사를 합사한 것을 수지 함침하여 권취하여도 좋다.
그와 같은 보강 섬유사 중에서도 특히, 비강도, 비탄성율이 우수하며, 권취시에 있어서 실의 절단이나 보풀의 발생이 거의 없고, 생산성의 향상은 물론, 실의 이음매나 보풀의 혼입에 의한 강도 특성의 저하나 내충격 성능의 저하를 방지할 수 있게 되는 스트랜드 인장 강도가 4.5 GPa 이상, 보다 바람직하게는 5.5 GPa이상이고, 스트랜드 인장 파단 왜곡이 2 % 이상, 보다 바람직하게는 2.2 % 이상인 탄소 섬유사가 바람직하다. 여기서 말하는 인장 강도는 JIS - R7601에 의해서 측정되는 것을 말하고, 인장 파단 왜곡은 JIS - R7601에 의해서 측정한 스트랜드 인장 탄성율로 인장 강도를 제외한 값을 말한다.
또한, 상술한 스트랜드 인장 강도와 인장 파단 왜곡의 특성 이외에, 표면비 산소 농도(O/C)가 0.30 이하, 표면비 질소 농도(N/C)가 0.02 이상인 탄소 섬유사를 이용하는 것은 보다 바람직하다. 여기서 말하는 표면비 산소 농도 및 표면비 질소 농도는 이하에 진술하는 바와 같은 X선 광전자 분광법에 의해 측정되는 것을 말한다.
표면비 산소 농도(O/C)는 우선, 용매로 사이징제 등을 제거한 탄소 섬유 다발을 컷트하여 스테인레스제 시료 지지대 상에 펴 정열한 후, 광전자 탈출 각도를 90°로 하고, X선원으로서 MgKα1,2를 이용하여, 시료 챔버 내를 1×10-8Torr의 진공도로 유지한다. 측정시의 대전에 따른 피크의 보정으로서, 우선 C1S의 주 피크의 결합 에너지 값을 284.6 eV에 맞춘다. C1S피크 면적은 282 내지 296 eV의 범위에서 직선의 베이스 라인을 뺌으로써 구하고, O1S피크 면적은 528 내지 540 eV의 범위에서 직선의 베이스 라인을 뺌으로써 구한다. 표면비 산소 농도(O/C)는 상기 O1S피크 면적과 C1S피크 면적의 비를 장치 고유의 감도 보정치로 나눔으로써 산출한 원자수 비로 나타낸다. 또, 후술하는 실시예 2에 도시한 값은 시마즈 세이사꾸쇼 가부시끼 가이샤제 ESCA-750을 이용하여 얻어진 것이고, 상기 장치 고유의 감도 보정치는 2.85였다.
표면비 질소 농도(N/C)는 우선, 용매로 사이징제 등을 제거한 탄소 섬유 다발을 컷트하여 스테인레스제 시료 지지대 상에 펴 정열한 후, 광전자 탈출 각도를 90°로 하고, X선원으로서 MgKα1.2를 이용하고, 시료 챔버 내를 1×10-8Torr의 진공도로 유지한다. 측정시의 대전에 따른 피크의 보정으로서, 우선 C1S의 주피크의 결합 에너지 값을 284.6 eV에 맞춘다. C1S피크 면적은 282 내지 296 eV의 범위에서 직선의 베이스 라인을 뺌으로써 구하고, N1S피크 면적은 398 내지 410 eV의 범위에서 직선의 베이스 라인을 뺌으로써 구한다. 표면비 질소 농도(N/C)는 상기 N1S피크 면적과 C1S피크 면적의 비를 장치 고유의 감도 보정치로 나눔으로써 산출한 원자수 비로 나타낸다. 또, 후술하는 실시예 2에 도시한 값은 시마즈 세이사꾸쇼 가부시끼 가이샤제 ESCA-750을 이용하여 얻어진 것이고, 상기 장치 고유의 감도 보정치는 1.7이었다.
표면비 산소 농도가 0.30 이하, 표면비 질소 농도가 0.02 이상인 탄소 섬유사는 외피를 구성하는 수지와 탄소 섬유사의 반응성이 향상하기 때문에 외피의 내압 강도의 향상을 꾀할 수 있다. 따라서, 이와 같은 탄소 섬유사로 외피를 구성하는 경우에는 압력 용기는 경량이고, 또한 매우 뛰어난 내충격 성능을 도시하고, 신뢰성이 우수하게 된다.
상기한 바와 같은 X선 광전자 분광법에 의해 측정되는 표면비 산소 농도(O/C) 및 표면비 질소 농도(N/C)를 상기한 범위로 하는 탄소 섬유사은 전해 산화 처리를 실시하거나, 기상 또는 액상에서의 산화 처리 등을 실시함으로써 얻을 수 있다. 이하에 전해 산화 처리 방법에 기초를 둔 제조 방법을 설명한다.
이 경우, 전해액으로서는 산성 및 알칼리성 수용액 중 어느 쪽이나 채용할 수 있어, 산성 수용액의 전해질은 구체적으로는 황산, 질산, 염산 등을 이용할 수 있다. 알칼리성 수용액인 암모늄 이온을 포함하는 수용액이 바람직하고, 구체적으로는 탄산 수소 암모늄, 탄산 암모늄, 수산화 테트라알킬 암모늄염 등 혹은 이들의 혼합물 등을 이용할 수 있다. 특히, 표면비 질소 농도 N/C를 증가할 수 있는 탄산수소 암모늄, 탄산 암모늄이 바람직하다.
처리 전기량은 피처리 탄소 섬유사의 탄화도에 맞추어 최적화하는 것이 바람직하지만, 탄소 섬유사 기질의 인장 강도 저하를 방지하고, 또한 표층의 결정성의 저하를 진행하게 하는 관점에서, 전해 처리는 작은 전기량으로 복수회 처리를 반복하여 행하는 것이 바람직하다.
구체적으로는 탄소 섬유사 1g·전해조 1조당 통전량(쿨롱수)는 1 [쿨롱/g·조] 이상, 40 [쿨롱/g·조] 이하가 바람직하다.
통전 방법으로서는 탄소 섬유사를 전극 롤러에 직접 접촉시켜서 통전시키는 직접 통전, 혹은 탄소 섬유사와 전극 사이에 전해액을 통해 통전시키는 간접 통전 중 어느 것이나 채용할 수 있지만, 높은 인장 강도를 얻기 위해서는 전해 처리시의 보풀 발생, 전기 스파크 등을 억제할 수 있는 간접 통전이 바람직하다.
또, 전해 처리 후에는 수세, 건조하는 것이 바람직하다. 이 경우, 후술하는 수지와의 친화성이나 접착성 등을 향상시키기 위해서, 탄소 섬유사의 최표면에 존재하는 관능기가 열분해하지 않도록, 될 수 있는 한 낮은 온도에서 건조하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 건조 온도가 250 ℃ 이하, 더욱 바람직하게는 210 ℃ 이하에서 건조하는 것이 바람직하다.
다음에 본 발명의 압력 용기의 외피를 구성하는 수지로서는 에폭시수지, 불포화폴리에스테르수지, 비닐에스테르수지, 페놀수지 등의 열경화성 수지나, 폴리아미드수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트수지, ABS수지, 폴리에테르케톤수지, 폴리페닐렌설파이드수지, 폴리-4-메틸펜텐-1수지, 폴리프로필렌수지 등의 열가소성 수지를 이용할 수 있다. 특히, 변형에 의한 충격 흡수 에너지를 크게 하기 위해서, 인장 파단 왜곡이 큰 수지, 바람직하게는 인장 파단 왜곡이 3 % 이상, 보다 바람직하게는 5 % 이상인 것을 이용하는 것이 바람직하다.
그런데, 내압에 의해서 생기는 압력 용기의 축방향에 있어서의 인장 장력과 주위 방향에 있어서의 인장력의 비는 거의 1:2가 된다. 따라서, 경량화와 동시에 강도나 인장 탄성율을 높게 하여 내압 성능의 향상을 꾀하기 위해서, 외피에 있어서 보강 섬유가, 내측으로부터 순서대로, 압력 용기의 축방향에 대하여, 0°내지 ±15°, 바람직하게는 0°내지 ±5°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°, 바람직하게는 ±85°내지 ±100°의 각도로 배치된 보강 섬유 층, ±30°내지 ±60°, 바람직하게는 ±40°내지 ±50°의 각도로 배치된 보강 섬유층의 구성을 갖는 것이 보다 바람직하다. 또한, 0°내지 ±15°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±30° 내지 ±60°의 각도로 배치된 보강 섬유 층 보강 섬유량의 체적비가 1 : 1.5 내지 2.5 : 0.2 내지 1.2의 범위로 하는 것이 좋다. 주로, ±0° 내지 15°와 ±75 내지 ±105°의 층은 내압 성능을, ±30°내지 ±60°의 층은 내충격 성능을 각각 향상시키도록 작용한다. 즉, 충격을 받은 후의 잔존 강도를 크게 하기 위해서는 ±30°내지 ±60°의 층은 외측에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 압력 용기에 충격에 의해서 순간적으로 구멍이 뚫린 때의 폭발을 방지하기 위해서는 외피에 있어서 면내 등방성을 향상시키도록, 외피에 있어서 보강 섬유가, 내측으로부터 순서대로, 압력 용기의 축방향에 대해 ±5 내지 ±50°, 바람직하게는 ±25°내지 ±40°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°, 바람직하게는 ±85°내지±100°의 각도로 배치된 보강 섬유층의 구성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, ±5°내지 ±50°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유층의 보강 섬유량의 체적비가 1.0 : 1.0 내지 2.0의 범위로 하는것이 바람직하다.
또, 본체부와 경판부와의 경계 부분은 내압에 의한 굽힘 응력이 작용하기 때문에 조금 두껍게 구성하여 두는 것이 바람직하다. 또한, 각층의 층간에 전술한 보강 섬유의 매트나 부직포와 수지와의 FRP 층을 개재시키거나, 마찬가지의 FRP 층을 최외층으로서 형성하여 두으면 충격 에너지를 분산시킬 수 있게 되어 내충격 성능이 한층 더 향상하게 된다. 마찬가지로, 최외층을, 내충격성이 우수한 유리 섬유나 유기 섬유와 수지와의 FRP층으로서 형성하거나, 폴리에틸렌수지, 폴리아미드수지, 우레탄수지 등에 의한 수지층으로서 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 압력 용기에 충전되는 가스의 종류로서는 특별히 한정되지 않고, 상술된 바와 같은 천연 가스 외에 질소나 산소, 헬륨 가스 등을 예로 들 수 있다. 또한, 본 발명의 압력 용기에 있어서, 외피가, 압력 용기의 본체부에 있어서 5층 이상의 층형 구성을 지니고, 또한, 전체 두께 T(㎜)와 층수 N의 관계가 0.5 ≤ T/N ≤ 6을 만족시키는 경우에는 본체부의 내압성과 외부로부터의 충격력에 대한 강도를 대폭 높일 수 있다. 이 본체부에 있어서는 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 층과, 보강 섬유의 헬리컬 권취층을 갖는 층이 외피 두께 방향으로 교대로 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 이와 같은 압력 용기는 가스 차단성을 갖는 내피의 주위에 필라멘트 권취법을 이용하여 내압성 FRP제 외피를 형성하여 압력 용기를 제조할 때, 상기 외피를 압력 용기의 본체부에 있어서, 5층 이상의 층형 구성이고, 또한, 전체 두께 T(㎜)와 층수 N의 관계가 0.5 ≤ T/N ≤ 6을 만족시키도록 형성함으로써 제조할 수 있다.
이 제조 방법에 있어서는 예를 들면 필라멘트 권취법에 의해서 외피를 형성할 때, 보강 섬유로서, 수지 함침 전의 실폭(D)와 두께(t)의 비 D/t가 5 이상인 무연 보강 섬유 다발을 이용하는 것이 바람직하다.
이 실시 형태에 따른 압력 용기에 있어서 FRP제 외피(3)는 도2 및 도3에 도시한 바와 같이 형성되어 있다. 즉, 외피(3)는 그 본체부에 있어서, 5층 이상의 층형 구성을 갖도록 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는 외피(3)는 본체부에 있어서 합계 10층으로 이루어져 있다. 각층은 기본적으로, 인접하는 층간에서 상호 다른 보강 섬유의 배열각을 갖고 있는 것으로써 구별된다. 단, ±의 배열각을 갖는 층, 예를 들면 ±30°, ±45°, ±75°, ±85°의 섬유 배열각을 갖는 층은 ±θ°의 층에서 1층으로 한다.
외피(3)의 경판부는 본 실시 형태에서는 5층으로 이루어져 있지만, 반드시 5층 이상의 층형 구성을 가질 필요는 없다. 본체부에 있어서 5층 이상의 층형 구성이 있으면 된다. 외피(3)의 본체부에 있어서는 최내층으로서 보강 섬유의 헬리컬 권취층을 갖는 층(7a)이 배치되고, 그 위에 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 층(8a)이 배치되고, 그 위에 헬리컬 권취층을 갖는 층(7b, 7c, 7d, 7e)과 후프 권취층을 갖는 층(8b, 8c, 8d, 8e)이 교대로 배열되어 있다. 이 각층의 배치에 대해서는 최내층을 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 층으로 하고, 그 위에 보강 섬유의 헬리컬 권취층을 갖는 층을 배치하고, 그 위에 차례로 후프 권취층과 헬리컬 권취층을 교대로 배치하도록 하여도 좋다.
후프 권취층은 봄베 축방향을 0°로 할 때, 실질적으로 보강 섬유가 주위 방향으로 감긴 층이고, 90°는 물론, ±75°내지 ±105°정도의 범위까지 후프 권취층으로서 기능한다. 헬리컬 권취층은 후프 권취층 이외의 범위의 권취층이다.
본 실시 형태에서는 도3에 도시한 바와 같이 각 후프형으로 감은 층을 갖는 층(8a 내지 8e)은 외피(3)의 본체부의 종단부까지 연장되고 있고, 외피(3)의 경판부는 헬리컬 권취층을 갖는 층(7a 내지 7e)이 본체부로부터 연장되어 형성되어 있다. 상기 후프 권취층을 갖는 층(8a 내지 8e)은 경판부까지 연장되어 있어도 좋다.
본 실시 형태에서는 외피(3)의 본체부의 전 두께를 T(㎜)로 하고, 이 본체부에 있어서 외피(3)를 구성하는 층(7a 내지 7e) 및 층(8a 내지 8e)의 총수를 N으로 할 때, 0.5 ≤ T/N ≤ 6을 만족하고 있고, 이 경우, 각층의 두께를 작게 함과 동시에 외피(3)의 전 두께에 대해서도 작게 억제하고, 동시에 5층 이상의 다층 구조를 확보할 수 있다.
외피(3)의, 특히 본체부를 이와 같은 다층 구조로 함으로써, 다음과 같은 작용, 효과가 얻어진다.
우선, 외부에서 큰 충격력이 가해졌을 때, 가령 일부에 손상이 생기는 경우 가 있어도, 그 손상은 최외층(8e) 혹은 그 근방의 층에서 막아져서, 내층측이 보호되어 전체로서 치명적인 손상은 입지 않는다. 즉, 다층 구조로 함으로써, 국부적으로 가해진 충격 하중에 의한 응력이 분산되고, 내층측에 손상이 발생하는 것이 방지된다. 이 응력 분산은 내층측의 손상 방지에다가, 충격 에너지를 흡수하는 작용도 있으므로, 단순히 1층 만으로 이루어지는 경우, 혹은 소수의 층 구성으로 이루어지는 경우에 비해, 최외층 부분 자신의 손상도 경감된다.
특히 본 실시 형태와 같이 후프 권취층을 갖는 층을, 층(8a 내지 8e)과 같이 다수의 층으로 분할하여 배치하여 두면 층간 크랙이 발생하기 어렵게 되며 외부로부터의 충격에 대하여 매우 높은 강도를 갖게 할 수 있다.
또한, 상기 다층 구조는 외피(3) 전체의 섬유 체적 함유율의 향상과 보이드의 저감에 기여한다. 예를 들면 외피(3)를 필라멘트 권취법에 의해서 형성해 갈 때, 차례로 적층되어 가는 각층에 의해, 그 하부층을 차례로 감아 가게 되므로, 하부층의 수지가 점차 배어 나와 섬유 체적 함유율이 증대됨과 동시에 보이드가 압출되어 저보이드화된다. 고섬유 체적 함유율과 저보이드화에 의해, 외피(3) 전체의 강도가 대폭 향상되고, 품질도 대폭 향상된다.
상술한 5층 이상에서, 또한, T/N이 0.5 이상 6 이하의 범위인 외피(3)는 예를 들면 도7에 도시한 바와 같은 방법에 의해서 형성할 수 있다.
도7은 미리 성형된 내피 상에 필라멘트 권취법에 의해서 외피를 형성하는 방법을 도시하고 있다. 각 크릴(211)로부터 조출된 보강 섬유사(212 : 예를 들면 탄소 섬유사)는 보강 섬유 다발(213)로서 정돈되고, 수지욕(214)에서 수지가 함유된 후, 한쌍의 압착롤(215)로 편평한 형상으로 정돈되고, 내피(220) 상에 감아져 간다. 이 권취각을 제어함으로써, 후프 권취층과 헬리컬 권취층이 각각, 차례로 형성된다.
외피는 상술된 바와 같이 박층의 다층 구조로 할 필요가 있지만, 본 발명에서 규정한 박층은, 예를 들면 도8에 도시한 바와 같은 수지 함침 전의 실폭(D)과 두께(t)의 비 D/t가 5 이상인 무연 보강 섬유 다발(216 : 예를 들면 무연 탄소 섬유 다발)을 이용함으로써 형성할 수 있다. 그리고, 편평화를 촉진하기 위해서, 뛰어난 개섬성을 부여하는 것이 바람직하지만, 그와 같은 우수한 개섬성은 예를 들면 일본 특허 공고 평5-29688호 공보에 도시되어 있는 바와 같은 방법, 즉, 보강 섬유 다발에 폴리글리시딜에테르류, 환상 수지족 폴리에폭사이드류, 혹은 이들 혼합물을 필수 성분으로 하는 사이징제를 함유시키고, 또한, 상기 D/t의 조건을 만족시킴으로써 얻어진다. 사이징제는 예를 들면 도7에 도시한 바와 같은 사이징제 부여 수단(217)에 의해서 부여되고, 부여 후에 핫 플레이트(218)나 핫롤, 열풍 건조실 등의 건조 수단으로 건조, 고착된다.
이와 같은 조건을 만족시키는 보강 섬유 다발(216)에 수지가 함침되고, 압착 롤(215)에 의해서 소정의 편평 형상으로 정돈된 후, 내피(220) 주위에 권취되어 감으로써, 본 발명에 따른 다층 구조가 실현된다.
이 방법에서는 사이징제 부여 장치나 압착롤(215) 등의 극히 간단한 장치의 부가만으로, 실질적으로 기존의 필라멘트 권취 장치를 사용할 수 있으므로, 매우 용이하고, 또한, 저비용으로 원하는 외피의 다층 구조가 얻어진다.
또한, 본 발명의 압력 용기에 있어서, 구성 요소로서 보강 섬유 다발 [X], 열경화성 수지 [Y], 탄성 중합체 및/또는 열가소성 수지 [Z]를 포함하는 외피로 하고, 또한, 외피의 절단면에 나타나는 구성 요소 [X]의 외주에 구성 요소 [Z]가 부분적으로 존재하고 있다고 하면 외피에 인성(靭性)을 갖게 하고, 고내압성을 유지하면서, 크랙이나 보강 섬유의 손상의 전파를 억제하고, 내충격성, 내피로성을 향상할 수 있다. 또한, 이 실시 형태의 압력 용기는 상기 구성 요소 [X], [Y], [Z]를 포함하여, 구성 요소 [X]에 구성 요소 [Y]가 함침되고, 또한, 구성 요소 [Z]가 표면 근방에 존재하는 얀프리플렉을 이용하여 압력 용기의 외피를 형성함으로써 제조할 수 있다.
이 실시 형태에 있어서, 외피는 도9에 도시한 바와 같이 구성 요소 [X], [Y], [Z]로 이루어져 있다.
구성 요소 [X]인 보강 섬유 다발을 구성하는 단섬유의 갯수는 바람직하게는1,000 내지 500,000 필라멘트, 보다 바람직하게는 3,000 내지 50,000 필라멘트의 범위내이다. 또한, 두꺼운 섬유 다발을 얻기 위해서는 복수개의 섬유 다발을 합사하여도 좋고, 반대로 얇은 것을 얻기 위해서는 두꺼운 것을 분섬(分纖)하여도 좋다.
구성 요소 [Y]인 열경화성 수지로서는 특히 에폭시 수지를 예로 들 수 있으며, 일반적으로 경화제나 경화 촉매와 조합하여 이용된다. 특히, 아민류, 페놀류, 탄소 탄소 이중 결합을 갖는 화합물을 전구체(前驅體)로 하는 에폭시수지가 바람직하다. 구체적으로는 아민류를 전구체로 하는 에폭시수지로서, 테트라글리시딜디아미노디페닐메탄, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 트리글리시딜-m-아미노페놀, 트리글리시딜아미노크레졸의 각종 이성체, 페놀류를 전구체로 하는 에폭시수지로서, 비스페놀 A형 에폭시수지, 비스페놀 F형 에폭시수지, 비스페놀 S형 에폭시수지, 페놀노볼락형 에폭시수지, 크레졸노볼락형 에폭시수지, 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 화합물을 전구체로 하는 에폭시수지로서는 지환식 에폭시수지 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 또한, 이들 에폭시 수지를 브롬화한 브롬화 에폭시수지도 이용된다.
경화제로서는 산무수물(무수메틸나직산 등), 아민계 경화제(메타페닐렌디아민, 메틸디아닐린, 에틸메틸이미다졸, 이소포론디아민 등), 폴리아미노아미드계 경화제, 페놀계 경화제(비스팔라히드록시페닐설폰 등), 폴리메르캅탄계경화제, 잠재성 경화제(디시안디아미드 등)를 사용할 수 있다. 또한, 이들 경화제와, 소위 경화 촉매인 3불화 붕소아민착체나, 이미다졸화합물을 병용하여도 좋다. 또한, 이소시아네이트와 디메틸아민의 부가 반응에 의해서 얻어지는 요소 화합물을 병용하여도 좋다.
또한, 구성 요소 [Y]로서, 말레이미드수지, 아세틸렌말단을 갖는 수지, 나직산말단을 갖는 수지, 시안산에스테르말단을 갖는 수지, 비닐말단을 갖는 수지, 알릴말단을 갖는 수지도 바람직하게 이용된다. 이들은 적절하게, 에폭시수지나 다른 수지와 혼합하여도 좋다. 또한, 반응성 희석제를 이용하거나 열가소성 수지나 탄성 중합체 등의 개질제를 내열성을 크게 저하시키지 않을 정도로 혼합하여 이용하여도 상관없다.
또한, 구성 요소 [Y]로서, 페놀수지, 레졸시놀수지, 불포화폴리에스테르수지, 비닐에스테르수지 등 공업계에서 널리 인지된 열경화성 수지도 이용할 수 있다.
구성 요소 [Z]는 탄성 중합체 및/또는 열가소성 수지이다.
열가소성 수지로서는 주요 체인으로, 탄소-탄소 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 에스테르 결합, 에테르결합, 카보네이트 결합, 우레탄 결합, 티오에테르 결합, 설폰 결합, 이미다졸결합, 카보닐결합으로부터 선택되는 결합을 갖는 열가소성 수지가 대표적이다. 특히, 폴리초산비닐, 폴리아미드, 폴리카보나이트, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리에텔설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아라미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌, 초산셀룰로오스, 부틸산셀롤은 내충격성이 우수하기 때문에 본 발명에 사용하는 열가소성 수지로서 적합하다. 이 중에서도, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에텔설폰, 폴리설폰은 고 인성 또한 내열성이 양호하기 때문에 본 발명에 특히 적합하다. 그 중에서도, 폴리아미드의 인성은 특히 뛰어나며, 본 발명에는 가장 적합하다.
탄성 중합체로서는 합성 고무 등 각종의 것도 이용할 수 있지만, 특히 열가소성 탄성 중합체가 본 발명에는 적합하게 이용된다. 열가소성 탄성 중합체로서는 예를 들면 폴리스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계 등의 열가소성탄성 중합체를 들 수 있다.
구성 요소 [Y]로서 에폭시 수지를 이용하는 경우에는 폴리스티렌계나 폴리올레핀계의 열가소성 탄성 중합체가 에폭시 수지에 대한 용해도가 낮은데 반해, 폴리에스테르계 및 폴리아미드계의 열가소성탄성 중합체는 이와 같은 수지에 대한 용해도가 높기 때문에 구성 요소 [Y]와 구성 요소 [Z]와의 접착을 충분히 강하게 할 수 있고, 응력 발생시에 양자의 박리가 생기지 않는 양호한 복합 재료가 얻어지기 때문에 적합하게 이용된다.
여기서, 폴리에스테르계 또는 폴리아미드계의 열가소성탄성 중합체는 하드 세그먼트 성분과 소프트 세그먼트 성분으로 이루어지는 블럭 공중 합체형의 열가소성탄성 중합체 중, 하드 세그먼트성분이 폴리에스테르 또는 폴리아미드 구조의 것이다.
본 실시 형태에서 구성 요소 [X], [Y], [Z]는 외피의 절단면에 있어서, 예를 들면 도9에 도시한 바와 같이 나타난다.
즉, 구성 요소 [Y]와 일체화된 보강 섬유 다발로 이루어지는 구성 요소 [X]의 외주에 구성 요소 [Z]가 부분적으로 존재하고, 인접하는 구성 요소 [X] 간에 실질적으로 보강 섬유를 포함하지 않는 수지만으로 이루어지는 부분이 명확하게 나타나 있다.
이와 같은 절단면에서, 인접하는 2개의 구성 요소 [X]의 기하학적 중심을 연결하는 직선의 길이를 L1로 하고, 그 직선이 인접하는 2개의 구성 요소 [X] 사이에 존재하는 구성 요소 [Z], 즉 실질적으로 수지만으로 이루어지는 부분을 가로 지르는 길이를 L2라 할 때, 이들 비 L2/L1이,
1/100 ≤ L2/ L1≤ 1/2
바람직하게는
1/50 ≤ L2/L1≤ 1/4
를 만족시키는 것이 바람직하다.
L2/L1이 1/100보다 작으면 크랙의 진전을 방지할 수 없고, 1/2보다 크면 수지량이 증가하여 봄베 중량이 커진다.
도9에 있어서의 구성 요소 [X]의 부분은 열경화성 수지의 경화물, 즉 구성요소 [Y]와 일체로 성형된 것으로 되어 있고, 그와 같은 일체 성형 부분의 주위에 구성 요소 [Z]의 수지만으로 이루어지는 부분이 명확히 나타나고 있다.
이와 같은 단면 구조에 있어서는 구성 요소 [Z]로 이루어지는 부분이, 탄성 중합체 및/또는 열가소성 수지를 주체로 하여 이루어지는 수지로 구성되어 있으므로, 구성 요소 [X] 및 구성 요소 [Y]의 일체 성형 부분에 비해, 높은 인성을 나타낸다. 따라서, 이 부분에서 크랙의 전파나 보강 섬유 손상의 전파를 차단할 수 있고, 이들이 퍼지는 것이 방지된다. 그 결과, 크랙이나 보강 섬유의 손상 발생에 의한 외피의 내압성, 강도의 저하가 억제되고, 외피 전체로서 뛰어난 내압성, 강도를 유지할 수 있게 된다.
또한, 상기 고 인성의 부분 자체가, 뛰어난 충격 에너지 흡수 기능을 갖기 때문에 외피의 내충격성 나아가서는 압력 용기의 내충격성이 대폭 향상된다.
또한, 외피의 동일한 부위에 반복 충격을 받는 경우에 있어서도, 보강 섬유의 손상이나 크랙이 전파, 확대하는 것이 방지되므로, 치명적인 손상으로 진전하는 일은 없다.
상기한 바와 같은 압력 용기의 외피(3)는 미리 성형된 가스 차단성을 갖는 내피의 주위에 구성 요소 [X], [Y], [Z]를 포함하고, 구성 요소 [X]에 구성 요소 [Y]가 함침되고, 또한, 구성 요소 [Z]가 표면 근방에 존재하는 얀프리플렉을 이용하여, 예를 들면 필라멘트 권취법에 의해서 형성된다. 여기서, 구성 요소 [Y]는 고화 전의 것이다.
이 얀프리플렉에 있어서의 구성 요소 [Z]로서는 전술한 바와 같은 소재를 입자형으로 하여 형성한 것이 바람직하다.
입자로서는 그 형상은 구형으로 한정되는 것은 아니다. 물론 구형이어도 좋지만, 수지 덩어리를 분쇄한 미분체나, 스프레이 드라이법, 재침전법으로 얻어지는 미립자와 같이 형상이 여러가지인 상태라도 전혀 지장은 없다. 기타, 밀드화이버이든, 또한 침상, 위스커든 지장은 없다. 특히 구형의 입자를 사용하고 싶은 경우는 현탁 중합법으로 얻어지는 제품을 그대로 사용할 수 있다.
입자의 크기는 입경으로 표현되지만, 이 경우의 입경은 원심 침강속도법 등으로 구해지는 체적 평균 입경을 의미한다.
본 발명에서 이용하는 입자의 입경은 2 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위의 것이 적합하고, 보다 바람직하게는 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 것이다. 2 ㎛보다 작은 경우에는 입자를 보강 섬유 다발의 외주에 배치시키려는 경우에 입자도 구성 요소 [Y]와 함께 보강 섬유의 단섬유간의 간극에 침입해 가고, 입자가 얀프리플렉의 표면에 치우쳐 존재하지 않는 경우가 있기 때문이다. 한편, 입자의 입경이 2 ㎛ 이상인 경우는 입자를 포함하는 매트릭스 수지를 보강 섬유 다발 중으로 함침시키는 경우에는 입자는 보강 섬유의 단섬유간의 간극으로부터 배제되는, 즉 보강 섬유에 의해 여과되기 때문에 얀프리플렉의 표면에 치우쳐 존재하게 된다.
다만, 입자의 형상이 밀드화이버, 침상, 위스커 등과 같이 이방성이 큰 경우는 입경이 작더라도 필라멘트간에 침입하기 어렵고 얀프리플렉의 표면에 배제되는 경향이 있다. 또한, 2 ㎛보다 작은 입경의 입자에서도, 구성 요소 [Y]와 혼합함으로써 구성 요소 [Y]가 입자 안으로 팽윤하여 외관의 입경이 커지는 경우는 겉보기의 입경에 상기 입경의 개념이 적용된다.
입경이 150 ㎛를 초과하는 입자인 경우에는 보강 섬유의 배열을 흐트러뜨리거나 성형해서 얻어지는 FRP제 외피에 있어서의 섬유 다발끼리의 간격이나 층간을 필요 이상으로 두껍게 하기 위해서 FRP제 외피로 할 때의 물질을 저하시키는 경우가 있다. 다만, 150 ㎛를 초과하는 입경을 갖는 입자라도 성형 중에 구성 요소 [Y]에 부분적으로 용해하여 작아지는 소재의 입자나, 혹은 성형 중의 가열에 의해 변형됨으로써, 필라멘트간이나 FRP제 외피의 층간을 성형 전보다 좁게 하는 소재도 있고, 그 경우에는 적당한 것으로서 사용할 수 있다.
또, 입경의 최적치에 대해서는 이용하는 보강 섬유의 단섬유의 외경이나 단섬유의 갯수 등에 의해 다른 경우도 있다.
또한, 구성 요소 [Z]로서는 섬유형으로서 형성한 것이어도 좋다. 섬유로서는 장섬유든 단섬유든 다 좋다. 여기서 장섬유라 함은 길이 5㎝ 이상인 섬유를 의미하고, 단섬유는 길이 5㎝미만의 섬유를 의미한다. 구성 요소 [Z]가 섬유인 경우에는 그 단섬유 섬도는 지나치게 크면 FRP제 외피에 있어서의 섬유 다발끼리의 간격이나 층간의 구성 요소 [X]가 존재하지 않은 부분이 불필요하게 두껍게 되거나, 구성 요소 [X]의 배열을 어지럽히거나 하여 성형체의 물성을 저하시키는 경우가 있기 때문에 15데니어 이하가 바람직하고, 5데니어 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 구성 요소 [Z]가 섬유인 경우에는 연신 등의 조작에 의해, 그 섬유의 결정도를 40 % 이상으로 하는 것이 바람직하다. 결정화도가 낮으면 내습열성이 저하하는 경우가 있다.
또, 구성 요소 [Z]는 성형 후에 원래의 형상을 유지하고 있더라도 좋고, 또한 형상을 소실하더라도 상관없다.
본 실시 형태의 얀프리플렉은 그 길이 방향에 수직인 면에 있어서의 단면이 편평 형상인 것이 바람직하고, 그에 의해 도9에 도시한 바와 같은 절단면 구조를 용이하게 얻을 수 있고, 또 경량화 요구에 더욱 적합한, 두께가 작은 외피를 용이하게 형성할 수 있다. 이와 같은 편평 단면 형상은 길이축의 길이가 2 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태의 압력 용기의 외피에 있어서는 구성 요소 [Z]는 군을 이루고있는 구성 요소 [X]의 주위의 매트릭스 수지 중에 부분적으로 존재하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 조건을 만족하지 않는 경우, 예를 들면 구성 요소 [X]의 내부 깊숙히 구성 요소 [Z]가 다량으로 존재하는 경우에는 경계 영역에서의 에너지 흡수가 불충분하게 되어 외피를 구성하는 FRP의 내충격성, 파괴 인성의 향상 효과는 작아지며, 또한 보강 섬유의 배열을 흐트러뜨리고, 보강 섬유 근방의 매트릭스 수지의 분율을 저하시키기 때문에 강도나 내열성을 해칠 우려가 있다.
이와 같은 관점으로부터, 성형 전의 얀프리플렉에 있어서의 구성 요소 [Z]의 분포로서는 구성 요소 [Z]의 대부분이 얀프리플렉의 표면 근방에 분포하는 것이 바람직하다. 이와 같은 얀프리플렉으로부터 외피를 형성한 경우, 구성 요소 [Z]가 얀프리플렉끼리의 경계 영역에 부분적으로 존재화하기 때문에, 내충격성이 뛰어난 FRP가 얻어진다. 여기서, 표면 근방에 분포한다는 것은 구체적으로는 구성 요소 [Z]의 90 %이상이, 얀프리플렉의 외주면으로부터 얀프리플렉 최소 두께의 30 %까지의 부위에 존재하는 것을 의미한다. 구성 요소 [Z]의 90 % 이상이 얀프리플렉의 외주면으로부터 얀프리플렉 최소 두께의 20 %까지의 부위에 존재하는 경우는 보다 현저하게 본 발명의 효과가 나타나므로 보다 바람직하다. 이와 같은 얀프리플렉을 이용하여, 본 발명에 따른 압력 용기의 외피는 예를 들면 도10에 도시한 방법에 의해 성형된다.
도10에 도시한 방법에 있어서는 복수의 크릴(311)로부터 조출된 보강 섬유사(312)는 보강 섬유 다발(313)로서 인출 정돈되고, 상기 보강 섬유 다발(313)이 제1 수지욕(314) 중을 통과하여, 열경화성 수지로 이루어지는 매트릭스 수지(315)가 함침된다. 이 수지 함침 보강 섬유 다발(316)은 계속해서, 입자형 혹은 분말형 구성요소 [Z](317)를 충전한 조(318) 중을 통과하고, 수지 함침 보강 섬유 다발(316)의 주로 표면 근방에 구성 요소 [Z](317)가 부착된다. 또한, 구성 요소[Z](317)를 부착시킨 보강 섬유 다발(319)은 제2 수지욕(320) 중을 통과하여, 열경화성 수지로 이루어지는 매트릭스 수지(321)가, 표면에 부착, 혹은 표면으로부터 함침된다. 또한, 제2 수지욕(320)은 생략하는 것도 가능하다.
제2 수지욕(320)을 나온, 표면 근방에 구성 요소 [Z]가 부착된 수지 함침 보강 섬유 다발(322)이, 내피(2)의 주위에 필라멘트 권취법에 의해, 소정의 권취각으로 권취되어 가고, 외피(302)가 형성된다. 권취된 후에 수지를 가열 경화함으로써, 원하는 외피(302)가 형성된다.
이와 같은 제조 방법에 있어서는 제2 수지욕(320)은 생략 가능하므로, 종래의 필라멘트 권취 장치에 실질적으로 구성 요소 [Z]의 부여 장치를 부가하는 것 만으로도 실시 가능하고, 용이하고도 저비용으로 목표로 하는 내압성이 우수한 외피를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 압력 용기에 있어서, 상기 외피의 견부에 있어서의 최내층이, 보강섬유의 후프 권취층을 갖고 있도록 한 경우, 견부에 있어서의 내압성을 충분히 높일 수 있다.
이 압력 용기는 가스 차단성을 갖는 내피의 견부 외주면 상에 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 보강 섬유와 수지로 이루어지는 보강층을 배치하고, 상기 보강층 및 내피의 주위에 내압성 FRP제 외피를 형성함으로써 제조할 수 있다.
이 형태의 압력 용기에 있어서는 외피의 견부에 보강층의 기능을 갖는 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 최내층이 설치된다. 이 보강층으로서의 최내층은 필라멘트 권취법에 의해, 혹은 일방향성 프리플렉을 배치함으로써 형성된다. 특히 필라멘트 권취법에 의해서 형성하는 경우에는 내피의 견부 외주면을, 주위 방향으로 연장되고 또한 축방향으로는 단차를 갖는 단차식 형상에 형성하여 두면 주위 방향으로 감아져 있는 보강 섬유사, 혹은 수지 함침 보강 섬유사의 미끄러짐을 방지할 수 있다.
도11에 도시한 바와 같이 외피(3)의 견부(3a)에서의 최내층(9a)이, 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 층에 형성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는 최내층(9a)은 필라멘트 권취법에 의해서 성형된 FRP층으로 이루어져 있다. 본 실시 형태에서는 내피(2)의 본체부 외주상에 보강층(E)이 설치되어 있으므로, 상기 최내층(9a)은 정확하게 보강층(E)의 단부로부터 시작되고, 경판부(B)의 도중까지 연장되도록 형성되어 있다. 이 최내층(9a)의 후프 권취층의 형성은 보강층(E)을 필라멘트 권취법에 의해 형성할 때 그 연장층으로서 형성하여도 좋고, 별개로 형성하여도 좋다. 이 최내층(9a)도 또, 견부에 있어서의 보강층, 즉 주위 방향으로 고 장력을 발휘하여, 직경 방향의 내압에 대하여 높은 내압성을 발휘할 수 있는 보강층으로서 기능한다.
본 실시 형태에 있어서는 내피(2)의 견부 외주면에 주위 방향으로 연장되고 또한 축방향으로는 단차를 갖는 단차식 형상부(10a)가 형성되어 있다. 이 단차식 형상부(10a)는 상기 최내층(9a)에 대응하는 위치에 형성되면 좋다. 각 단차식 형상의 단차 a와 폭 b에 대해서는 예를 들면 a는 0.5 내지 2 ㎜, b는 1 내지 5 ㎜ 정도가 적당하다.
이와 같은 단차식 형상부(10a)를 설치함으로써, 최내층(9a)을 필라멘트 권취법에 의해서 형성할 때, 보강 섬유사 혹은 수지 함침 보강 섬유사의 미끄러짐을 방지할 수 있어, 원하는 후프 권취층이 원하는 위치에 정밀도 좋게 형성된다. 이 최내층(9a)의 위에 외피(3)의 최내층(9a) 이외의 부분이 형성되어 있다. 이 밖에 외피(3)도, FRP로 형성되는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는 보스(6) 측의 견부(3b)에 대해서도, 실질적으로 동일한 구성으로 되어 있다. 즉, 도12에 도시한 바와 같이 외피(3)의 최내층으로서 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 층(9b)이 설치되고, 그 위에 외피(3)의 다른 부분이 형성되어 있다. 내피(2)의 견부에는 상기와 마찬가지의 단차식 형상부(10b)가 형성되어 있다.
본 실시 형태에 따른 압력 용기의 제조 방법에 있어서는 예를 들면 내피(2)가 플라스틱제인 경우, 우선, 내피(2)의 취입 성형시에 성형되는 내피(2)와 입구 부재(6)가 일체적으로 결합된다. 내피(2)가 성형된 후에 내피(2)를 덮도록 내압성 외피(3)가 형성되지만, 우선, 견부 보강층으로서의 최내층(9a, 9b) 혹은 이들 이외에 본체부 보강층(E)이 형성된다. 이 최내층(9a, 9b)의 형성은 내피(2)를 코어 즉 소위 맨드렐로 하여, 필라멘트 권취법이나 테이프 권취법에 의해 형성할 수 있다. 특히 필라멘트 권취법에 의한 경우, 내피(2)의 견부 외주면에 설치한 단차식 형상부(10a, 10b)에 의해, 권취되어 가는 보강 섬유사, 혹은 수지 함침 보강 섬유사의 미끄러짐이 방지된다.
최내층(9a, 9b) 형성 후에 외피(3)의 나머지 부분이 형성된다. 외피(3)가 FRP로 이루어지는 경우, 나머지 부분도 필라멘트 권취법, 테이프 권취법에 의해서 형성할 수 있다.
이와 같이 성형된 외피(3)는 그 견부에 있어서, 그 최내층이, 보강 섬유의 날실 권취층을 갖는 층으로 구성되므로, 견부에 있어서도 효율적으로, 높은 주위 방향 장력을 발휘할 수 있고, 직경 방향 내압에 대한 내압성이 효과적으로 높아진다.
도13은 다른 실시 형태를 도시하고 있다. 또, 도13에 있어서는 입구 부재(4)측의 견부만을 도시하고 있지만, 보스(6) 측의 견부에도 마찬가지의 구조가 채용되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는 외피(3)의 견부의 최내층(9c)이, 일방향성 프리플렉으로부터 형성되어 있다. 즉, 일방향성 프리플렉을 견부의 소정 위치에 보강 섬유사의 배열 방향을 주위 방향으로 향하여 배치하고, 임시 고정한 상태로써, 그 위에 외피(3)의 나머지 부분이 형성된, 미리 시트형으로 성형된 일방향성 프리플렉을 배치하므로, 도11이나 도12에 도시한 바와 같은 내피 견부의 단차식 형상은 반드시 필요한 것은 아니다. 이와 같은 구성에 있어서도, 최내층(9c)은 보강 섬유의 후프 권취층을 갖게 되므로 외피(3)의 견부, 나아가서는 압력 용기의 견부의 직경 방향 내압에 대한 내압성이 효과적으로 높아진다. 또한, 미리 성형된 일방향성 프리플렉을 소정 위치에 배치하기만 하면 되기 때문에 외피(3) 전체로서 매우 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 압력 용기에 있어서, 상기 내피의 머리부에 내장한 노즐 부착용 입구 부재를 갖는 구성으로 하고, 상기 머리부의 단부면상에 있어서 상기 노즐 부착용 입구 부재에 시일링을 끼워 장착하는 동시에 상기 시일링을 상기 머리부의 단부면 방향으로 누르는 압박 수단을 설치한 경우에는 내피와 노즐 부착용 입구 부재와의 결합부에서의 가스 밀봉성을 충분히 높일 수 있다.
이와 같은 압력 용기는 가스 차단성을 갖는 내피와 노즐 부착용 입구 부재를 결합하고, 상기 내피의 주위에 내압성 외피를 형성할 때 외피를 형성하기 전에 상기 내피의 머리부의 단부면상에 있어서 상기 입구 부재에 시일링을 끼워 장착하는 동시에 상기 시일링을 상기 머리부의 단부면 방향으로 누르는 압박 수단을 설치하고, 상기 압박 수단에 의해 상기 시일링을 탄성 변형시켜서, 변형된 시일링을, 적어도 머리부의 단부면 및 입구 부재의 외주면에 밀착시킴에 따라 제조할 수 있다. 본실시 형태에 있어서는 도14에 도시한 바와 같이 입구 부재(4)는 그 축방향 바닥부에 나팔형으로 넓어지는 걸림부(4a)를 갖고 있고, 내피(2)의 머리부(2a)가 걸림부(4a)로부터 입구 부재(4)의 외부 주변부까지 연장되어 있다. 이 내피(2)의, 머리부(2a)를 포함시킨 부위의 내주면과, 입구 부재(4)의 외주면이, 일체적으로 결합되어 있다. 입구 부재(4)가, 예를 들면 금속으로 이루어지고, 내피(2)가, 예를 들면 플라스틱으로 이루어지는 경우, 내피(2)의 취입 성형시에 입구 부재(4)와 내피(2)를 일체적으로 결합할 수 있다. 입구 부재(4)의 내측에는 가스 통로(4b)와 함께 노즐 체결용 나사(4c)가 형성되어 있고, 입구 부재(4)의 외주면에는 환상으로 연장되는 돌기(4d)가 형성되어 있다.
이 입구 부재(4)와 내피(2)의 결합면(15), 보다 상세하게는 입구 부재(4)의 걸림부(4a)의 외주면과 내피(2)의 내주면의 결합면 및, 입구 부재(4) 본체부의 외주면과 내피(2)의 머리부(2a)의 내주면의 결합면은 각각의 면끼리가 일체적으로 결합된 면이기 때문에 원래 상당히 높은 가스 밀봉성을 갖고 있다. 그러나, 자동차 탑재 CNG 탱크와 같이 200 ㎏/㎠ 정도의 고압의 가스에 대한 시일성이 요구되는 경우에는 이 결합면으로부터 내부 가스가 누설될 우려가 있다.
본 실시 형태에서는 이 부분으로부터의 가스 누설이 효과적으로 방지된다.
내피(2)의 단부면상, 보다 정확하게는 내피(2)의 머리부(2a)의 단부면(상단부면 : 2b) 상에서, 또한, 입구 부재(4)의 외주 상에 압박에 의해 탄성 변형하는 환상의 시일링(11)이 배치되어 있다. 시일링(11)의 재질로서는 예를 들면 천연 고무나, 실리콘 고무, 불소 고무 등의 합성 고무, 4불화 에틸렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등의 수지를 들 수 있고, 또한, 스테인레스나 알루미늄, 구리, 티탄 등의 금속도 사용 가능하다.
또한, 시일링(11)의 단면 형상(두께 방향 단면 형상)으로서는 도18에 도시한 중실 원형 형상, 도19에 도시한 중공 원형 형상, 도20에 도시한 평판 형상 등을 들 수 있다. 도14에 도시한 실시 형태에서는 이들 중, 도19에 도시한 중공 원형 형상을 갖는 합성 고무제 O-링이 시일링(11)으로서 이용되고 있다. 시일링(11)에 인접시켜서, 시일링(11)을 내피(2)의 단부면(2b) 방향으로 누르는 압박 수단의 일부를 구성한, 압박 부재(12)가 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는 압박 부재(12)는 시일링(11)의 직경 방향 외측에 위치하고, 내피(2)의 머리부(2a)의 외주까지 연장되고 그에 끼워지는 통형부(12a)와, 시일링(11)을 직접 압박하는 플랜지부(12b)를 이루는 부재로 구성되어 있다.
압박 부재(12)의 플랜지부(12b)의 상면에는 시트(13)가 설치되고, 그 위에 입구 부재(4)의 외주에 나사 결합되고, 체결에 의해 시트(13)를 통해 압박 부재(12)를 시일링 압박 방향으로 이동시키는 체결구(14 : 예를 들면 체결 너트)가 설치된다. 상기 시트(13)에는 외부로부터의 이물 침입이나 내측으로부터의 가스 누설에 대한 밀봉 기능을 갖게 하더라도 좋다.
상기한 바와 같은 가스 밀봉 기구에 있어서는 예를 들면 내피(2)가 플라스틱제이고 입구 부재(4)가 금속제인 경우, 내피(2)의 취입 성형시에 성형되는 내피(2)와 입구 부재(4)가 일체적으로 결합되고, 외피(3) 형성 전에 소정의 시일이 실시된다.
내피(2)의 단부면(2b) 상이면서 입구 부재(4)의 외주 상에 시일링(11)이 배치되고, 그 위에 압박 부재(12)가 씌워진다. 시트(13)를 배치한 후, 체결구(14)를 조여감으로써, 시트(13), 압박 부재(12)의 플랜지부(12b)를 거쳐 시일링(11)이 압박되고, 탄성 변형된다. 이 압박, 탄성 변형에 의해, 시일링(11)은 내피(2)의 단부면(2b) 및 압박 부재(12)의 플랜지부(12b)의 하부면에 밀착하고, 이들 면과 시일링(11)의 사이를 밀봉함과 동시에 시일링(11)은 직경 방향으로도 변형하므로, 입구 부재(4)의 외주면에 밀착하고, 상기 외주면과 시일링(11)의 사이를 밀봉한다. 소정의 체결이 완료한 후, FRP로 이루어지는 외피(3)가, 공지의 필라멘트 권취법이나 테이프 권취법을 이용하여, 압박 부재(12)의 외주면을 덮는 위치까지 형성된다.
상기한 바와 같은 밀봉을 실시하면 결합면(15)으로부터, 봄베 내의 가스가 새어 나온 경우에도, 누설된 가스는 우선, 시일링(11)과 내피(2)의 단부면(2b)의 사이, 및, 시일링(11)과 입구 부재(4)의 외주면의 사이를 빠져 나가고자 하는 것이기 때문에 이들 부위를 상기한 바와 같이 시일함으로써, 가스 누설이 실질적으로 완전히 방지된다.
이와 같은 가스 밀봉은 시일링(11)과 내피(2)의 단부면(2b)의 사이, 및, 시일링(11)과 입구 부재(4)의 외주면의 사이에서, 특히 유효하게 작용하기 때문에 압박 부재(12)의 형상으로서는 통형부(12a)를 갖지 않는 환상 평판 형상으로 하는 것도 가능하다. 그러나, 시일링(10)의 직경 방향 외측에의 변형량을 규제하고, 그에 의하여 시일링(11)과 입구 부재(4)의 외주면의 사이의 밀봉력을 더욱 강화한다는 관점 및, 외피(3) 형성 후에 외피(3)에 의해서 압박 부재를 강력하게 고정할 수 있다고 하는 관점으로부터, 본 실시 형태와 같이 통형부(12a)를 갖는 압박 부재(12)가 바람직하다.
여기서 통형부(12a)를 도21에 도시한 바와 같은 단차식 형상으로 하는 경우에는 체결구(14)로 압박 부재(12)를 장착할 때, 용이하게 시일링의 필요 변형량 M을 용이하고 또한 확실하게 확보할 수 있다. 또한, 시일면에 있어서의 시일 강도를 보다 높이기 위해서, 예를 들면 도15에 도시한 바와 같이 내피(2)의 머리부(2a)의 단부면(2b) 상에 환상으로 연장되는 홈(2c)을 형성하고, 압박 변형된 시일링(11)이 이 홈(2c) 내에 끼워지도록 하여도 좋다. 이와 같은 환상홈은 압박 부재(12)의 플랜지부(12b)의 하면측에도 설치할 수 있다. 홈의 단면 형상으로서는 따로 한정하지 않지만 시일 성능 강화의 면에서, 도시한 바와 같은 원호형 홈이 적합하다.
도16, 도17에 본 실시 형태에 따른 압력 용기의, 내피와 입구 부재와의 결합부에서의 가스 밀봉 구조에 대해서, 또 다른 실시 형태를 도시한다.
도16에 도시한 실시 형태에 있어서는 도14에 도시한 체결구(14)는 설치되지 않고, 압박 부재(21)의 플랜지부(21a)의 내주면에 나사가 형성되고, 상기 압박 부재(21)가 입구 부재(22)의 외주면에 설치된 나사에 직접 나사 결합되어 조여지도록되어 있다. 이와 같은 구성에 있어서도, 시일링(11)은 도14에 도시한 구조와 같이 압박, 탄성 변형되고, 내피(2)와 입구 부재(22)와의 결합면(15)으로부터 누출된 가스는 완전히 밀봉된다.
또, 도16에 도시한 실시 형태에 있어서는 외피(23)는 압박 부재(21)의 전체를 덮도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해서, 압박 부재(21)의 고정 강도를 한층 강화할 수 있고, 압박 부재(21)의 회전 방지도 완전히 실시된다.
도17에 도시한 실시 형태에 있어서는 내피(31)의 머리부(31a)의 외주면에 나사가 형성되고, 압박 부재(32)의 통형부(32a)의 내주면에도 나사가 형성되고, 압박부재(32)가 머리부(31a) 외주에 나사 결합되어 조여진다. 시일링(11)은 압박 부재(32)의 플랜지부(32b)와 내피(31)의 머리부(31a)의 단부면 사이에서 압박, 탄성 변형된다. 이와 같은 구성에 있어서도, 내피(31)와 입구 부재(33)와의 결합면(15)으로부터 누출된 가스는 시일링(11)의 배치부에서 완전히 밀봉된다. 또, 이 경우에도, 외피(34)는 압박 부재(32)의 전체를 덮도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 내피와 입구 부재와의 결합부에서의 가스 밀봉 성능은 이 실시 형태에 관한 시일링을 이용한 밀봉 기구로 충분히 높게 유지되지만, 안전을 더욱 기하는 경우, 각 시일면 예를 들면 상술한 압박 부재의 내주면과 내피의 입부의 외주면 사이나, 시일링과 상기 시일링이 압박되는 면 사이에 접착제를 도포하여 밀봉 성능을 강화할 수도 있다. 이 접착제로서는 예를 들면 에폭시계, 아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계 등의 열경화성 접착제를 들 수 있고, 그 중에서도 특히, 반응형 아크릴계접착제인 혐기성 접착제가 바람직하다. 그와 같은 혐기성 접착제에는 폴리에테르형과 에스테르형이 있고, 폴리에테르형의 대표적인 것으로서 테트라에틸렌글리콜디메타아크릴레이트가 있고, 에스테르형의 대표적인 것으로서 트리메틸올프로판트리메타아크릴레이트, 부탄디올1, 4-디메타아크릴레이트, 2, 2, 4-트리메틸1, 3-펜탄디올디메타아크릴레이트, 폴리에스테르아크릴레이트 등이 있다.
또한, 본 발명의 압력 용기에 있어서, 상기 내피의 머리부에 내장한 노즐 부착용 입구 부재를 갖는 구성으로 하고, 상기 노즐 부착용 입구 부재의 상기 머리부와의 결합면에 요철이 형성되어 있는 경우에는 내피와 노즐 부착용 입구 부재와의 결합부에서의 가스 밀봉성을 충분히 높일 수 있다.
혹은 또, 본 발명의 압력 용기에 있어서, 상기 내피의 머리부에 내장한 노즐 부착용 입구 부재를 갖는 구성으로 하고, 상기 노즐 부착용 입구 부재의 상기 머리부와의 결합면에 주위 방향으로 연장되는 돌조가 형성되어 있는 경우에도, 내피와 노즐 부착용 입구 부재와의 결합부에서의 가스 밀봉성을 충분히 높일 수 있다.
이와 같은 압력 용기는 예를 들면 가스 차단성을 갖는 내피를 형성할 때 상기 내피의 머리부를 외주면에 상기 요철 또는/및 돌조를 갖는 노즐 부착용 입구 부재의 외주면에 일체적으로 결합하고, 머리부에 결합된 상기 입구 부재를 회전축으로 하여, 성형된 내피를 회전시키면서, 상기 내피를 덮도록 내압성 외피를 성형할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는 도22에 도시한 바와 같이 입구 부재(4)는 그 축방향 바닥부에 나팔형으로 넓어지는 걸림부(4a)를 갖고 있고, 내피(2)의 머리부(2a)가 입구 부재(4)의 걸림부(4a)에서 본체부(4d)의 외부 주변부까지 연장되고 있다. 이 내피(2)의, 머리부(2a)를 포함시킨 부위의 내주면과, 입구 부재(4)의 외주면이, 일체적으로 결합되어 있다. 입구 부재(4)가 예를 들어 금속으로 이루어지고 내피(2)가 예를 들어 플라스틱으로 이루어지는 경우, 내피(2)의 취입 성형시에 입구 부재(4)와 내피(2)를 일체적으로 결합할 수 있다. 입구 부재(4)의 내측에는 가스 통로(4b)와 함께 노즐 체결용 나사(4c)가 형성되어 있다. 이 입구 부재(4)의 재질은 따로 한정되지 않지만, 노즐(7)을 나사 결합시키는 면에서 금속제의 것이 바람직하며, 예를 들면 철, 알루미늄, 스테인레스, 티탄을 예로 들 수 있다.
이 입구 부재(4)의 외주면에 있어서의 내피(2)와의 결합면(15), 보다 자세하게는 입구 부재 본체부(4d)의 외주면에 있어서의 내피(2)의 머리부(2a)의 내주면의 결합면에는 입구 부재 본체부(4d)의 전체 주위에 걸쳐 요철(41)이 형성되어 있다. 요철(41)은 입구 부재 본체부(4d)의 축심에 따른 방향으로는 상기 본체부(4d)의 양단부를 조금 남기고 대략 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다.
요철(41)은 본 실시 형태에서는 도23에 도시한 바와 같은 로울렛 가공(41a)에 의해 형성되어 있다. 단, 이 요철은 로울렛 가공에 한하지 않고, 적어도 입구 부재 본체부(4d)의 외주면 주위 방향으로 요철 형상을 갖는 것이면 좋고, 바람직하게는 축심에 따른 방향으로도 동시에 요철 형상을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 도24에 도시한 바와 같은 축심에 따른 방향으로 연장되는 다수의 홈 또는 긴 오목홈을 갖는 형상(41b), 도25에 도시한 바와 같은 축심에 따른 방향으로 연장되는 복수의 스플라인을 갖는 형상(41c), 도26에 도시한 바와 같은 선단이 대략 평평한 면으로 형성된 다수의 돌기를 갖는 형상(41d), 도27에 도시한 바와 같은 선단에 라운딩을 갖는 다수의 산형 돌기를 갖는 형상(41e), 등이어도 좋다.
이와 같은 요철(41)을 설치함으로써, 특히, 입구 부재(4)와 내피(2)와의 사이에 상대적인 비틀림 토크가 작용하는 경우, 양자간에 상대적인 회전이 생기지 않도록 높은 항력이 생긴다. 즉, 그와 같은 토크가 작용한 경우, 내피(2)에 대한 입구 부재(4)의 주위 방향으로의 이완을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 요철(41)이, 도23, 도26, 도27에 도시된 바와 같은 형상인 경우에는 상기 토크에 대한 높은 항력과 함께, 입구 부재(4)의 축심에 따른 방향의 드러스트력에 대해서도 높은 항력을 얻을 수 있기 때문에 입구 부재(4)에 축방향 외력이 작용한 경우에도, 내피(2)에 대한 입구 부재(4)의 축방향 상대 변위도 확실하게 방지된다. 예를 들면 입구 부재(4)에 도22의 상측으로부터 충격력이 작용한 경우에도, 입구 부재(4)가 내피(2)의 머리부(2a)로부터 아래쪽으로 빠지는 일은 없다.
단, 도24, 도25에 도시한 바와 같은 요철 형상에서도, 내피(2)와의 사이의 접합 면적이 증대되기 때문에 그 만큼, 상술한 바와 같은 드러스트 방향의 외력에 대한 항력도 증대된다.
이와 같이 요철(41)의 형성에 의해 입구 부재(4)의 내피(2)에 대한 결합 강도는 현저하게 높아진다. 이 결합 강도의 향상은 우선 첫째, 외피(3) 성형시에 큰 효과를 초래한다.
즉, 본 실시 형태에 따른 압력 용기는 예를 들면 내피(2)가 플라스틱제이고 입구 부재(4)가 금속제인 경우, 우선, 내피(2)의 취입 성형시에 성형되는 내피(2)와 입구 부재(4)가 일체적으로 결합함으로써 제조할 수 있다. 입구 부재(4)의 외주면에는 요철(41)이 형성되기 때문에 내피(2)와 입구 부재(4)가 일체적으로 결합된 상태에서는 입구 부재(4)는 내피(2)에 대해서, 특히 주위 방향으로 높은 결합 강도를 지니고, 동시에 축방향(즉, 입구 부재(4)가 드러스트력을 받는 방향)에 대해서도 양자간의 결합 강도를 높일 수 있다.
이 상태에서, 내피(2) 위에 내피(2)를 덮도록 내압성 외피(3)가 형성된다. 외피(3)를 FRP로 형성할 때, 내피(2)를 코어 즉 소위 맨드렐로 하여, 필라멘트 권취법이나 테이프 권취법에 의해 외피(3)를 형성할 수 있다. 이 때, 내피(2)를 회전시키면서, 상술한 바와 같은 수지를 포함하는 보강 섬유사의 권취층을 형성해 가지만, 내피(2)를 회전시키기 위해서, 입구 부재(4)를 회전축(회전축체)으로 하여 사용할 수 있다. 예를 들면 도1에 도시한 바와 같은 구조에서는 바닥부측의 보스(6)를 처킹하여 회전시키고, 입구 부재(4) 측에 대해서는 노즐 부착용 나사 구멍(4c)에 지그를 나사 결합시키고, 내피(2)의 양단에서 용이하게 회전축 지지 구조를 채용할 수 있다.
이와 같은 회전 동작을 행하게 하면 입구 부재(4)와 내피(2)의 결합면(15)에서는 큰 비틀림 토크가 작용함과 동시에 입구 부재(4)의 봄베 내에의 빠짐 방향의 드러스트력이 작용한다.
그러나 본 실시 형태에서는 상술한 바와 같이 요철(41)의 형성에 의해, 입구 부재(4)와 내피(2)의 결합면에 있어서의 결합 강도가, 비틀림 토크 방향으로 드러스트력 방향으로도 현저하게 높아져 있기 때문에 내피(2)에 대한 입구 부재(4)의 이완이나 빠짐(혹은 빠짐 방향 변위)이 확실하게 방지된다.
또한, 상기 결합 강도의 증가는 압력 용기 완성 후에도 효과를 발휘한다. 특히 드러스트 방향의 외력, 특히 충격적인 외력이 작동한 경우, 입구 부재(4)의 내피(2)로부터의 빠짐이나, 내피(2)에 대한 축방향 변위를 효과적으로 방지할 수 있다.
도28은 본 발명의 별도의 실시 형태에 관한 압력 용기의 입구 부재부 주변 구조를 도시하고 있다.
본 실시 형태에서는 입구 부재(51)는 입구 부재 본체부(51a)와, 입구 부재 본체부(51a)의 하단부에서 나팔형으로 직경 확장한 걸림부(51b)를 갖는 부재로 구성되어 있다. 그리고, 입구 부재 본체부(51a)의 외주면에 있어서의 내피(52)와의 결합면(53)으로, 주위 방향으로 연장되는 본 실시 형태에서는 주위 방향으로 전체 주위에 걸쳐 연장되는 돌조(54)가 형성되어 있다. 이 돌조(54)는 입구 부재 본체부(51a)의 외주에 형성된 것으로, 입구 부재(51)의 하단부에 형성된 플랜지형 걸림부(51b)와는 명확하게 구별되는 것이다.
이와 같은 돌조(54)는 특히 입구 부재(51)에 가해지는 축방향 드러스트력에 대하여, 입구 부재(51)와 내피(52) 사이의 결합 강도를 대폭 높인다. 따라서, 외피(3) 성형시의 드러스트력이나, 압력 용기 완성후에 입구 부재(51)에 가해지는 충격적인 드러스트력에 대해서, 입구 부재(51)의 봄베 내 빠짐 방향으로의 변위나 탈락을 확실하게 방지할 수 있다.
무엇 보다, 돌조(54)를 설치함으로써 입구 부재(51)와 내피(52)의 접합 면적이 증대하므로, 입구 부재(51)의 주위 방향의 이완에 대해서도 결합 강도가 향상된다.
주위 방향으로 연장되는 돌조는 도29에 도시한 바와 같이 2조 형성해도 좋고(돌조(61a, 61b)), 또한 3조 이상 형성해도 좋다. 수가 증가할 수록 내피(62)와 입구 부재(63)의 결합 강도는 늘어나는 경향으로 된다.
또한, 도22나 도28에 도시한 구조는 임의로 조합하여 적용할 수 있다.
예를 들면 도30에 도시한 바와 같이 입구 부재(71)의 본체부(71a)의 외주면 하부에는 주위 방향으로 연장되는 돌조(72)를 형성하고, 그 상부에는 요철(73)(예를 들면 도23에 도시된 바와 같은 로울렛 가공에 의한 요철)을 형성할 수 있다.
이와 같이 돌조(72)와 요철(73)을 함께 형성함으로써, 돌조(72)에는 주로 드러스트력에 대한 항력을, 요철(73)에는 주로 주위 방향 변위에 대한 항력을 각각 발휘시키고, 입구 부재(71)의 빠짐 방향 변위나 이완에 대해서, 모두 매우 높은 강도를 발휘시킬 수 있다. 즉, 내피(74)와 입구 부재(71) 사이의 결합 강도를 모든 방향에 대해서 현저하게 높이는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명에 따른 요철이나 돌조를 갖는 입구 부재 구조는 내피와 입구 부재와의 결합 구조에 따라서는 상술한 것 이외의 작용, 효과를 발휘할 수도 있다.
예를 들면 도31에 도시한 구조에서는 입구 부재(81)와 내피(82)의 결합면으로부터의 가스가 누설되는 것을 완전히 방지하기 위해서, 내피(82)의 단부면상에 탄성 변형 가능한 시일링(83)을 배치하고, 그것을 압박 부재(84)를 통해, 체결구(85)(예를 들면 체결 너트)로 죄어서 압박에 의해 탄성 변형시키고, 입구 부재(81)의 외주면이나 내피(82)의 단부면 등에 밀착시켜서 이들 부위에서 완전 시일을 할 수 있도록 한 것이다.
이와 같은 구조에서는 입구 부재(81)의 본체부 외주에 요철(86) 및/또는 돌조(87)를 형성해 둠으로써, 상술한 바와 같이 결합 강도를 현저하게 높일 수 있기 때문에 체결구(85)를 죄어갈 때 동반 회전등에 의한 입구 부재(81)의 이완이 확실하게 방지된다.
또한 도31에 도시한 구조에 있어서, 압박 부재(84)의 고정 강도도 증가시키고 싶은 경우, 혹은 가스 밀봉 기능을 보다 더 높이고 싶은 경우에는 압박 부재(84)의 내주면과 내피(82)의 외주면 사이나, 시일링(83)에 의한 각 시일면 등에 접착제를 도포하는 것도 가능하다. 접착제로서는 상술한 것을 채용할 수 있다.
또한, 본 발명의 압력 용기에 있어서, 상기 내피의 머리부에 내장한 노즐 부착용 입구 부재를 갖는 구성으로 하고, 상기 머리부의 외측에 플랜지부와, 상기 플랜지부에 이어지는 통형부와, 상기 통형부의 외주면으로부터 상기 외피 내로 연장하는 플랜지부를 갖는 통형 부재를 설치한 경우에도, 내피와 노즐 부착용 입구 부재의 결합부에 있어서의 가스 밀봉성을 충분히 높일 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는 도32에 도시한 바와 같이 입구 부재(4)는 그 축방향 바닥부에 나팔형으로 넓어지는 걸림부(4a)를 갖고 있고, 내피(92)의 머리부(92a)가 걸림부(4a)로부터 입구 부재(4)의 외부 주변부까지 연장되어 있다. 이 내피(92)의, 머리부(92a)를 포함시킨 부위의 내주면과, 입구 부재(4)의 외주면이, 일체적으로 결합되어 있다. 입구 부재(4)가, 예를 들면 금속으로 이루어지고, 내피(92)가, 예를 들면 플라스틱으로 이루어진 경우, 내피(92)의 취입 성형시에 입구 부재(4)와 내피(92)를 일체적으로 결합할 수 있다. 입구 부재(4)의 내측에는 가스 통로(4b)와 함께 노즐 체결용 나사(4c)가 형성되어 있고, 입구 부재(4)의 외주면에는 환상으로 연장되는 돌기(4d)가 형성되어 있다.
이 입구 부재(4)의 재질로서는 특히 한정되지는 않지만, 노즐(5)이 나사 결합되므로 금속제가 바람직하고, 예를 들면 철, 알루미늄, 스테인레스, 티탄을 예로 들 수 있다.
입구 부재(4)의 외주측이면서 내피(92)의 머리부(92a) 외측에는 내측을 향해서 연장되면서 또 환상으로 연장되는 플랜지부(90a)와, 내피(92)의 머리부(92a)의 외주를 덮도록 연장되는 통형부(90b)와, 통형부(90b)의 외주면으로부터 외피(3) 내로 연장되는 환상의 플랜지부(90c)로 이루어지는 통형 부재(90)가 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는 플랜지부(90c)는 통형부(90b)의 외주면으로부터 수직으로 세워져 있지만, 도32의 상하 방향 중 어느 한 방향으로 조금 기울여서 세워도 좋다. 또한, 플랜지부(90c)의 선단 형상은 도시한 바와 같이 평탄한 형상 외에 예리하고 뾰족한 형상, 라운딩을 갖게 한 형상 등이라도 좋다. 또한, 본 실시 형태에서는 플랜지부(90c)는 전체 주위에 걸쳐 연속적으로 환상으로 연장되어 있지만, 주위 방향으로 단속적인 배치, 즉 주위 방향으로 원호형으로 연장되는 돌기형의 플랜지를 복수 배치하는 구조로 해도 좋다.
통형 부재(90)의 플랜지부(90a)의 축방향 외측에는 입구 부재(4)의 외주면에 나사 결합하는 체결구(91 : 예를 들면 체결 너트)가 설치된다. 이 체결구(91)에 의한 체결에 의해서, 통형 부재(90)의 플랜지부(90a)는 체결구(91)와 내피 머리부(92a)의 단부면 사이에 협지되어 고정되어 있다. 따라서, 고정된 통형 부재(90) 플랜지부(90a)는 실질적으로, 입구 부재(4)에 나사 결합된 체결구(91)를 통해, 입구 부재(4)의 외주면에 결합되어 있다.
상기한 바와 같은 압력 용기의 제조에서는 예를 들면 내피(92)가 플라스틱제이고 입구 부재(4)가 금속제인 경우, 내피(92)의 취입 성형시에 성형되는 내피(92)와 입구 부재(4)가 일체적으로 결합되어 취입 성형 후에 내피(92)의 머리부(92a)에 통형 부재(90)를 씌우고, 그 위에서부터 체결구(91)를 조여짐에 따라, 통형 부재(90)가 소정의 위치에 고정된다. 이 상태에서, 노즐 부착용 입구 부재(4)와 바닥부측의 보스(6)를 회전축으로서 이용하고, 내피(92)를 코어로 하여, 내피(92)를 덮도록 외피(3)가 성형된다. 외피(3)는 필라멘트 권취법이나 테이프 권취법을 이용하고, 내피(92) 주위에 성형할 수 있다. 이 때, 적어도, 통형 부재(90)의 플랜지부(90c)가 외피(3) 내에 형성되도록, 외피(3)를 성형한다.
상기한 바와 같이 구성된 압력 용기에서는 입구 부재(4)에 외부로부터, 예를 들면 충격력 등의 하중이 가해진 경우, 그 하중은 입구 부재(4)와 내피 머리부(92a)사이의 결합면은 물론, 입구 부재(4)에 나사 결합된 체결구(91)를 통해 통형 부재(90)에 의해서도 받아진다. 통형 부재(90)의 플랜지부(90c)는 외피(3) 중에 형성되어 있고, 외피(3)는 내압성 재료로 구성되어 있기 때문에 통형 부재(90)와 외피(3)와의 협동에 의해, 통형 부재(90)에 의해서 상기 하중 중 큰 성분을 지탱하게 된다. 즉, 플랜지부(90c)가 버팀봉의 역할을 한다. 그 결과, 입구 부재(4) 자체에 가해지는 하중 성분이 대폭 경감되고, 입구 부재(4)의 내피(92)의 머리부(92a)로부터 봄베 내 방향으로 빠지는 것이 확실하게 방지된다. 즉, 결과적으로, 입구 부재(4)와 내피(92)의 결합 강도를 대폭 높일 수 있다.
도33에 도시한 실시 형태에 있어서는 입구 부재(4)와 내피(92)의 결합부에서의 가스 밀봉성을 높이기 위해서, 내피(92) 머리부(92a)의 단부면상에 있어서, 입구 부재(4)의 외주 상에 압박에 의해 탄성 변형하는 상술한 환상의 시일링(11)이 끼워져 있다. 이와 같은 구성에 있어서도, 통형 부재(90)의 플랜지부(90c)는 외피(3)에 의해서 고정, 지지되므로, 입구 부재(4)에 가해진 외부 하중의 큰 성분이, 체결구(91)를 통해 통형 부재(90)로 지탱된다. 따라서, 입구 부재(4)가 빠지는 것이 확실하게 방지된다.
또한, 도34에 다른 실시 형태를 도시하는데, 본 실시 형태에 있어서는 플랜지부(95a), 통형부(95b), 플랜지부(95c)를 구비한 통형 부재(95)의 플랜지부(95a)의 내주면이, 입구 부재(4)의 외주면에 직접 나사 결합되어 있다. 따라서, 도33에 도시한 바와 같은 체결구(91)는 설치되지 않는다. 기타 구성은 도33에 도시한 구성에 준한다. 단, 본 실시 형태에 있어서는 외피(3)는 통형 부재(95) 전체를 덮는 부위까지 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성에 있어서도, 통형 부재(95)의 플랜지부(95c)가 외피(95)에 의해서 고정, 지지되므로, 입구 부재(4)에 가해진 외부 하중의 대부분이 직접 통형 부재(95)로 지탱됨으로써, 입구 부재(4)의 빠짐 등이 확실하게 방지된다. 또한, 내피와 통형 부재와의 결합 강도도 높이고, 통형 부재의 고정 강도를 더욱 늘리기 위해 통형 부재와 내피 입구부 외주면 사이나, 시일링과 상기 시일링이 압박되는 면 사이에 접착제를 도포하여 접합 강도를 강화할 수 있다. 접착제로서는 상술한 바와 같은 것을 채용할 수 있다.
한편, 본 발명의 압력 용기에 있어서, 상기 내피의 머리부에 내장한 노즐 부착용 입구 부재를 갖는 구성으로 하고, 상기 노즐 부착용 입구 부재의 플랜지부의 외경이 상기 노즐 부착용 입구 부재의 본체부의 외경보다도 20 ㎜ 내지 25 ㎜ 크고, 또한 상기 노즐 부착용 입구 부재의 본체부의 외경이 상기 내피의 머리부와 접촉하는 면에 있어서 테이퍼 형상으로 되어 있는 경우에도 내피와 노즐 부착용 입구 부재와의 결합부에서의 가스 밀봉성을 충분히 높일 수 있다.
즉, 노즐 부착용 입구 부재의 본체부를 예를 들면 도35에 도시한 바와 같은형상으로 함으로써, 내피에 걸리는 압력의 작용에 의해서 입구 부재가 내피에 압박되어짐으로써, 강고하게 밀착한 것으로 할 수 있고, 압력 용기 내의 가스가 누설되는 것을 억지할 수 있다.
본 발명의 목적은 종래의 압력 용기의 상술한 문제점을 해결하고, 경량임은 물론, 반복 충격에 대해서도 우수한 내압 성능을 지니고, 신뢰성이 우수한 압력 용기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 그와 같은 압력 용기를 저비용으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 가스 차단성을 갖는 내피와, 이 내피를 덮도록 설치한 내압성 외피를 지니고, 이 외피는 보강 섬유와 수지를 포함하는FRP로 구성되고 또한 인장 탄성율 35 GPa 이상에서 인장 파단 왜곡 1.5 % 이상인 것을 특징으로 하는 압력 용기를 제공한다.
또한, 본 발명은 그와 같은 압력 용기를 제조하는 방법으로서, 가스 차단성을 갖는 내피의 주위에 필라멘트 권취법 또는 테이프 권취법을 이용하여, 보강 섬유와 수지를 포함하는 FRP로 이루어지고 인장 탄성율 35 GPa 이상이고 인장 파단 왜곡 1.5 % 이상인 내압성 외피를 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 압력 용기는 가스 차단성을 갖는 내피를 덮도록, 보강 섬유와 수지를 포함하는 FRP로 구성되고, 또한 인장 탄성율이 35 GPa 이상이고 인장 파단 왜곡이 1.5 % 이상인 외피를 설치하고 있기 때문에 반복 충격에 대해서도 우수한 내압 성능을 지니고, 신뢰성이 우수하며, 더구나 경량이다. 그 때문에 본 발명의 압력 용기는 경량이고, 더구나, 신뢰성이 특히 뛰어날 것이 요구되는 자동차용 CNG 탱크로서 특히 적합하다.
또한, 본 발명의 압력 용기의 제조 방법에 의하면 저비용으로 뛰어난 내압 성능을 지니고, 신뢰성이 우수하며, 더구나 경량인 압력 용기를 제조할 수 있다.
실시예 1
취입 성형한 고밀도 폴리에틸렌 수지로 이루어진 내피(외경 : 200 ㎜, 노즐 부착부를 제외한 전체 길이 : 1,000 ㎜, 두께 : 2 ㎜)를 소위 맨드렐로 하여, 그 내피 상에 필라멘트 권취법에 의해서 외피를 형성하였다. 필라멘트 권취에 있어서는 에폭시 수지(인장 파단 왜곡 : 4 %)을 함침한 탄소 섬유사(단섬유직경 : 7 ㎛, 단섬유수 : 12,000개, 인장 강도 : 4.6 GPa, 인장 파단 왜곡 : 2.2 %)를 압력 용기의 축방향에 대해서, 순서대로, ±3°층, 88°층, ±45°층을 형성하도록 , 또한, ±3°층, 88°층, ±45°층의 탄소 섬유사량의 체적비가 1 : 2 : 2가 되도록 감고, 오븐 내에서 130°C에서 6시간 가열하여 압력 용기의 본체를 성형하였다. 이렇게 해서 얻어진 외피를 놀링 시험법으로 측정한 바 인장 탄성율은 47 GPa, 인장 파단 왜곡은 2.0 %였다. 본체의 외경은 216 ㎜, 용량은 약 30리터였다. 또, 인장 탄성율 및 인장 파단 왜곡은 압력 용기 본체부를 고리 모양으로 자른 샘플을 놀링 시험법으로 측정하였다.
다음에 상기 본체의 중앙에 낙추식 시험기를 이용하여, 노우즈 선단의 곡률 반경이 8 ㎜, 중량 2㎏의 탭노우즈를 2 ㎧의 속도로 동일 부위에 50회 충돌시킨 바, 초음파 탐상기에서 본 손상 면적(수직 방향으로부터 본 투영 면적)은 1.0 ㎠였다. 또한, 물을 가압원으로 하는 가압 시험에 의한 충돌 전후에서의 내압력의 비는 1.00이고, 반복 충격에 의한 내압 성능의 저하는 인정되지 않았다.
비교예 1
탄소 섬유사를 단섬유 직경 : 7 ㎛, 단섬유수 : 12,000개, 인장 강도 : 3.0 GPa, 인장 파단 왜곡 : 1.3 %의 것으로 바꾼 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 본체를 얻었다. 외피의 인장 탄성율은 51 GPa, 인장 파단 왜곡은 1.2 %였다.
이 본체에 대해, 실시예와 마찬가지의 시험을 한 바, 손상 면적은 7.2 ㎠이고, 충돌 전후에 있어서의 내압력의 비는 0.55였다.
비교예 2
탄소 섬유사로서 단섬유 직경 : 7 ㎛, 단섬유수 : 12,000개, 인장 강도 : 2.4 GPa, 인장 파단 왜곡 : 1.6 %의 것, E 유리 섬유사로서 단섬유 직경 : 9 ㎛, 인장 강도 : 3.5 GPa, 인장 파단 왜곡 : 4.8 %의 것을 사용하고, 압력 용기의 축방향에 대해서, 차례로, ±3°층을 탄소 섬유사로, 88°층을 탄소 섬유사와 E 유리 섬유사의 혼합 상태로, ±45°층을 탄소 섬유사로 형성하도록, 또한 ±3°층, 88°층, ±45°층의 섬유량의 체적비가, 탄소 섬유사 : (탄소 섬유사 : E 유리 섬유사) : 탄소 섬유사=1 : {1 : 1} : 2가 되도록 감은 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 압력 용기의 본체를 형성하였다. 이렇게 하여 얻어진 외피를 놀링 시험법으로 측정한 바 인장 탄성율은 30 GPa, 인장 파단 왜곡은 1.6 %였다.
이 본체에 대해 실시예 1과 마찬가지의 시험을 한 바, 손상 면적은 6.5 ㎠이고, 충돌 전후에서의 내압력의 비는 0.62였다.
실시예 2
아크릴니트릴을 99.5 중량 %, 이타콘산 0.5 중량 % 로 이루어진 아크릴계 공중 합체의 20 % 디메틸술폭시드 용액(45 ℃에서의 용액 점도가 600 포이즈인 탄성 중합체)을 방사 입구 부재를 통해, 일단 공기 중에 토출시키고, 3 ㎜의 공간을 통과시킨 후, 정치식의 응고욕에서 디메틸술폭시드 3 %, 5 ℃의 응고욕에 도입하여 응고 섬유를 얻었다. 계속해서 수세하고, 열수 중에서 연신하고, 아미노 변성 실리콘 유제를 부착하고, 건조 치밀화하여 가압 증기속에서 연신을 행하고, 전 배율 10배로 연신하여 권취하고, 단섬유 섬도가 1.0 데니어, 단섬유수 12,000개의 프리커서를 얻었다(유제 부착량 1.55 중량 % ). 계속해서 230/260 ℃의 온도 프로필을 갖는 공기속에서 내염화(耐炎化)시키고, 그 후, 최고 온도 1,300 ℃의 탄화로에 도입하고, 질소 가스 중에서 300 내지 700 ℃의 온도 영역에서의 승온 속도를 약 300 ℃/분, 1,000 내지 1,200 ℃의 온도 영역에서의 승온 속도를 약 400 ℃/분의 조건 하에서 탄화 처리하여 탄소 섬유사를 얻었다. 이상의 내염화 처리 및 탄화 처리는 필터로 분진을 제거한 분위기 하에서 행하였다. 농도 0.05 몰/리터의 황산 수용액을 전해액으로 하는 전해조 중에 통전량 5 쿨롱/그램(1조당 전기량 : 1.25 쿨롱/g·조)으로 1분간 전해 처리하고, 또한 수세하고, 150 ℃에서 건조하여, 단섬유 직경 : 7 ㎛, 단섬유수 : 12,000개, 인장 강도 : 5.8 GPa, 인장 탄성율 : 245 GPa, 비중 : 1.80, 표면 비산소 농도 O/C : 0.18, 표면 비질소 농도 N/C : 0.04인 탄소 섬유사를 얻었다. 상기 섬유에 에폭시 수지(비스페놀 F형 에폭시 수지, 경화제 : 산무수물계, 촉진제 : 2E4MZ계)를 수지조 및 롤러 가이드를 통과시킴으로써, 함침시키면서 필라멘트 권취법에 의해, 취입 성형한 고밀도 폴리에틸렌 수지로 이루어진 내피(외경 : 300 ㎜, 노즐 부착부를 제외한 전체 길이 : 500 ㎜, 두께 : 5 ㎜)를 소위 맨드렐로 하여, 그 내피 상에 외피의 축방향과 주위 방향(정확하게는 θ=±3°와 90°)의 섬유량이 1 : 2가 되도록 감고, 오븐 내에서 130 ℃에서 6시간 가열하여 압력 용기의 본체를 성형하였다. 이렇게 하여 얻어진 외피를 놀링 시험법으로 측정한 바 인장 탄성율은 80 GPa, 인장 파단 왜곡은 2.3 %였다. 본체의 외경과 중량은 각각, 310 ㎜, 9㎏였다.
다음에 상기 본체의 중앙에 낙추 시험기를 이용하여, 노우즈 선단의 곡률 반경이 8 ㎜, 중량2㎏의 탭노우즈를 2 ㎧의 속도로 동일 부위에 50회 충돌시킨 바, 초음파 탐상기로 본 손상 면적(수직 방향으로부터 본 투영 면적)은 1.0 ㎠였다. 또한, 물을 가압원으로 하는 가압 시험에 의한 충돌 전후에서의 내압력의 비는 1.00이고, 반복 충격에 의한 내압 성능의 저하는 보이지 않았다.
실시예 3
도1, 도14에 도시한 구성에서, 실시예 1과 마찬가지로 압력 용기를 제작하였다. 이 압력 용기에 내압 20 ㎫가 되도록 헬륨 가스를 충전하고, 그 압력 용기를 밀폐 용기 중에 1시간 넣은 후, 가스 크로마토그래피로 밀폐 용기 내의 헬륨 가스의 양을 측정한 바, 검지된 가스량은 0이었다. 즉, 압력 용기로부터의 가스 누설은 0이었다.
실시예 4
도1, 도32에 도시한 구조에서, 실시예 1과 마찬가지로 압력 용기를 제작하였다. 플랜지부(90c)를 갖는 통형 부재(90)를 이용하였다. 입구 부재(4)에 축방향으로 정적인 외부 하중을 가하고, 그 외부 하중을 서서히 증대시켜간 바, 1톤의 하중까지 견딜 수 있었다.
실시예 5
취입 성형한 고밀도 폴리에틸렌 수지로 이루어진 내피(외경 : 100 ㎜, 노즐 부착부를 제외한 전체 길이 : 300 ㎜, 두께 : 1 ㎜)를 소위 맨드렐로 하여, 그 내피 위에 필라멘트 권취법에 의해서 외피를 형성하였다. 필라멘트 권취시에는 에폭시 수지(인장 파단 왜곡 : 49 %)를 함침한 탄소 섬유사(단섬유 직경 : 7 ㎛, 단섬유수 : 12,000개, 인장 강도 : 5.0 GPa, 인장 파단 왜곡 : 2.2 %)를 압력 용기의 축방향에 대해서, 순서대로, ±30°층, 88°층을 형성하도록, 또한, ±30°층, 88°층의 탄소 섬유사량의 체적비가 1 : 1.5가 되도록 감고, 오븐 내에 130 ℃에서 6시간 가열하여 압력 용기의 본체를 성형하였다. 이렇게 하여 얻어진 외피의 인장 탄성율은 73 GPa, 인장 파단 왜곡은 2.0 %이고, 본체의 외경은 104 ㎜였다. 또, 인장 탄성율 및 인장 파단 왜곡은 압력 용기 본체부를 고리 모양으로 자른 샘플을 놀링 시험법으로 측정하였다.
다음에 상기 본체에 수압 시험기를 이용하여 수압 30 ㎫을 부하시키고, 그 후, 낙추 시험기를 이용하여, 노우즈 선단의 곡률 반경이 3 ㎜, 중량 20 ㎏의 탭노우즈를 7 ㎧의 속도로 충돌시킨 바, 노우즈 선단이 해당하는 개소에만 구멍이 뚫려, 압력 용기 전체의 파괴는 보이지 않았다.
본 발명의 압력 용기는 여러가지 용도로 이용될 수 있지만, 경량 또한 신뢰성이 우수한 것이 요구되는 자동차용 CNG 탱크로서 특히 적합하다.

Claims (57)

  1. 가스 차단성을 갖는 내피와, 상기 내피를 덮도록 설치한 내압성 외피를 지니고, 상기 외피는 보강 섬유와 수지를 포함하는 FRP로 구성되고 또한 인장 탄성율 35 GPa 이상이고 인장 파단 왜곡 1.5 % 이상인 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내피가, 금속, 수지 또는 FRP로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내피의 내표면 및/또는 외표면에 가스 차단층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내피는 본체부를 지니고, 상기 본체부에 FRP제 보강층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 외피가, 인장 탄성율 35 GPa 이상이고 인장 파단 왜곡 1.7 % 이상인 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 외피가, 인장 탄성율 35 GPa 이상이고 인장 파단 왜곡 2.0 % 이상인 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보강 섬유가, 스트랜드 인장 강도 4.5 GPa 이상이고 스트랜드 인장 파단 왜곡 2.0 % 이상인 탄소 섬유사를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 보강 섬유가, 스트랜드 인장 강도 5.5 GPa 이상이고 스트랜드 인장 파단 왜곡 2.0 % 이상인 탄소 섬유사를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 보강 섬유가, 표면비 산소 농도 0.30 이하이고 표면비 질소 농도 0.02 이상인 탄소 섬유사를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  10. 제1항, 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 외피가, 압력 용기의 축방향에 대하여 ±5°내지 ±50°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75° 내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유 층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  11. 제1항, 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 외피가, 압력 용기의 축방향에 대하여 ±0°내지 15°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±30°내지 ±60°의 각도로 배치된 보강 섬유 층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  12. 제10항에 있어서, 압력 용기의 축방향에 대하여 ±5°내지 ±50°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유 층의 보강 섬유량의 체적비가 1.0 : 1.0 내지 2.0의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  13. 제11항에 있어서, 압력 용기의 축방향에 대하여 ±0°내지 15°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±30°내지 ±60°의 각도로 배치된 보강 섬유 층의 보강 섬유량의 체적비가 1 : 1.5 내지 2.5 : 0.2 내지 1.2의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  14. 가스 차단성을 갖는 내피의 주위에 필라멘트 권취법 또는 테이프 권취법을 이용하여, 보강 섬유와 수지를 포함하는 FRP로 이루어지고 인장 탄성율 35 GPa이상이고 인장 파단 왜곡 1.5 % 이상인 내압성 외피를 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 필라멘트 권취 또는 테이프 권취에 앞서서, 상기 내피의 외표면을 거친 면으로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 외피를, 압력 용기의 축방향에 대하여 ±5°내지 ±50°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유 층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 외피를 압력 용기의 축방향에 대하여 ±0°내지 15°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±30°내지 ±60°의 각도로 배치된 보강 섬유 층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 압력 용기의 축방향에 대하여 ±5°내지 ±50°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유 층의 보강 섬유량의 체적비를 1 : 1.0 내지 2.0의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 압력 용기의 축방향에 대하여 ±0°내지 15°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±75°내지 ±105°의 각도로 배치된 보강 섬유 층과, ±30°내지 ±60°의 각도로 배치된 보강 섬유 층의 보강 섬유량의 체적비를 1 : 1.5 내지2.5 : 0.2 내지 1.2의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  20. 제14항에 있어서, 인장 탄성율 35 GPa 이상이고 인장단 왜곡 1.7 % 이상인 내압성 외피를 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  21. 제14항에 있어서, 인장 탄성율 35 GPa 이상이고 인장 파단 왜곡 2.0 % 이상인 내압성 외피를 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  22. 제14항에 있어서, 보강 섬유로서, 스트랜드 인장 강도 4.5 GPa 이상이고 스트랜드 인장 파단 왜곡 2.0 % 이상인 탄소 섬유사를 사용하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  23. 제14항에 있어서, 보강 섬유로서, 스트랜드 인장 강도 5.5 GPa 이상이고 스트랜드 인장 파단 왜곡 2.0 % 이상인 탄소 섬유사를 사용하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  24. 제1항에 있어서, 압력 용기는 본체부를 지니고, 외피는 상기 본체부에 있어서 5층 이상의 층형 구성을 지니고, 또한, 전층 두께 T(㎜)와 층수 N의 관계가 0.5 ≤ T/N ≤ 6을 만족시키고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  25. 제24항에 있어서, 상기 본체부에 있어서, 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 층과, 보강섬유의 헬리컬 권취층을 갖는 층이 외피 두께 방향으로 교대로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  26. 제14항에 있어서, 본체부를 갖는 내피의 상기 본체부의 주위에 5층 이상의 층형 구성이고, 또한, 전층 두께 T(㎜)와 층수 N의 관계가 0.5 ≤ T/N ≤ 6을 만족시키도록 상기 외피를 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 본체부에 있어서, 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 층과, 보강 섬유의 헬리컬 권취층을 갖는 층을 두께 방향으로 교대로 배치하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  28. 제26항에 있어서, 보강 섬유로서, 수지 함침 전의 실폭(D)과 두께(t)의 비 D/t가 5 이상의 무연 보강 섬유 다발을 이용하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  29. 제1항에 있어서, 상기 외피가 하기 구성 요소 [X], [Y], [Z]를 포함하고, 또한, 상기 외피의 절단면에 나타나는 구성 요소 [X]의 외주에 구성 요소 [Z]가 부분적으로 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
    [X] : 보강 섬유 다발
    [Y] : 열경화성 수지
    [Z] : 탄성 중합체 및/또는 열가소성 수지
  30. 제29항에 있어서, 인접하는 2개의 구성 요소 [X]의 기하학적 중심을 연결하는 직선의 길이 L1과, 그 직선이 인접하는 2개의 구성 요소 [X] 사이에 존재하는 구성 요소 [Z]를 가로 지르는 길이 L2와의 비 L2/L1이, 1/100 ≤ L2/L1≤ 1/2를 만족시키고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  31. 제29항에 있어서, 구성 요소 [Z]가, 폴리초산비닐, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아라미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 초산셀룰로오스, 부틸산셀룰로오스, 폴리에스테르계 열가소성 탄성 중합체 및 폴리아미드계 열가소성 탄성 중합체로부터 선택된 적어도 한 종류로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  32. 제14항에 있어서, 하기의 구성 요소 [X], [Y], [Z]를 포함하고, 구성 요소 [X]에 구성 요소 [Y]가 함침되고, 또한, 구성 요소 [Z]가 표면 근방에 존재하는 얀프리플렉을 이용하여 내압성 외피를 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
    [X] : 보강 섬유 다발
    [Y] : 열경화성 수지
    [Z] : 탄성 중합체 및/또는 열가소성 수지
  33. 제32항에 있어서, 구성 요소 [Y]를 함침한 구성 요소 [X]의 표면에 입자형 구성 요소 [Z]를 부착시켜 이루어지는 얀프리플렉을 이용하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  34. 제1항에 있어서, 상기 외피는 견부를 지니고, 상기 견부에 있어서의 최내층이 보강 섬유의 후프 권취층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  35. 제34항에 있어서, 상기 최내층이 필라멘트 권취법에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  36. 제34항에 있어서, 상기 내피의 견부 외주면이, 주위 방향으로 연장되고 또한 축방향으로 단차를 갖는 단차식 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  37. 제14항에 있어서, 상기 본체부 및 견부를 갖는 내피의 상기 견부 외주면 상에 보강 섬유의 후프 권취층을 갖는 보강 섬유와 수지로 이루어지는 보강층을 배치하고, 상기 보강층 및 상기 내피의 주위에 내압성 외피를 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 보강층을 필라멘트 권취법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  39. 제37항에 있어서, 상기 보강층이, 필라멘트 권취법에 의해 내피의 본체부 외주면 상에 형성되는 외피의 최내층의 연장층으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 용기의 제조 방법.
  40. 제1항에 있어서, 상기 내피는 머리부를 지니고, 상기 머리부에 노즐 부착용 입구 부재가 내장되고, 상기 머리부의 단부면상에 있어서 상기 노즐 부착용 입구 부재에 시일링이 끼워져 있음과 동시에 상기 시일링을 상기 머리부의 단부면 방향으로 누르는 압박 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  41. 제40항에 있어서, 상기 압박 수단이, 상기 시일링의 압박 부재와, 상기 압박 부재의 체결구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  42. 제40항에 있어서, 상기 압박 수단이, 상기 노즐 부착용 입구 부재에 나사 결합된 압박 부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  43. 제40항에 있어서, 상기 압박 수단이, 상기 머리부에 나사 결합된 통형부와, 상기 시일링에 접촉하는 플랜지부를 갖는 압박 부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  44. 제40항에 있어서, 상기 노즐 부착용 입구 부재는 플랜지부를 지니고, 상기 압박 수단의 외경이 상기 플랜지부 외경보다도 1 내지 10 ㎜ 작은 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  45. 제40항에 있어서, 상기 머리부의 단부면에 상기 시일링이 끼워지는 환상홈이 설치되는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  46. 제42항에 있어서, 상기 외피가, 상기 압박 부재를 덮는 위치까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  47. 제43항에 있어서, 상기 통형부가 단차식 형상인 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  48. 제1항에 있어서, 상기 내피는 머리부를 지니고, 상기 머리부에 노즐 부착용 입구 부재가 내장되고, 상기 노즐 부착용 입구 부재의 상기 머리부와의 결합면에 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  49. 제1항에 있어서, 상기 내피는 머리부를 지니고, 상기 머리부에 노즐 부착용 입구 부재가 내장되고, 상기 노즐 부착용 입구 부재의 상기 머리부와의 결합면에 주위 방향으로 연장되는 돌조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  50. 제49항에 있어서, 상기 결합면에도 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  51. 제48항 또는 제49항에 있어서, 상기 머리부의 단부면상에 있어서 상기 노즐 부착용 입구 부재에 시일링이 끼워져 있는 동시에 상기 시일링을 상기 머리부의 단부면 방향으로 압박하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  52. 제1항에 있어서, 상기 내피는 머리부를 지니고, 상기 머리부에 노즐 부착용 입구 부재가 내장되고, 상기 머리부의 외측에 플랜지부와, 상기 플랜지부에 계속되는 통형부와, 상기 통형부의 외주면으로부터 상기 외피 내로 연장하는 플랜지부를 갖는 통형 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  53. 제52항에 있어서, 상기 플랜지부가 환상으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  54. 제52항에 있어서, 상기 머리부의 단부면상에 있어서 상기 노즐 부착용 입구 부재에 시일링이 끼워져 있고, 상기 플랜지부가 상기 시일링을 상기 머리부의 단부면 방향으로 압박하고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  55. 제52항에 있어서, 상기 통형 부재의 플랜지부의 외측에 상기 노즐 부착용 입구 부재에 나사 결합하는 상기 통형 부재의 체결구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  56. 제52항에 있어서, 상기 플랜지부가 상기 노즐 부착용 입구 부재에 나사 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
  57. 제1항에 있어서, 상기 내피는 머리부를 지니고, 상기 머리부에 플랜지부 및 본체부를 갖는 노즐 부착용 입구 부재가 내장되고, 상기 플랜지부의 외경이 상기 본체부의 외경보다도 20 ㎜ 내지 25 ㎜ 크고, 또한 상기 본체부가 상기 머리부와 접촉하는 면에 있어서 테이퍼를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 압력 용기.
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