压力容器的口承部件与吹塑杆的卡合构造、具有该卡合构造的压力容器的口承构造及压力容器的制造方法

摘要

在将口承部件嵌装到吹塑杆上并对树脂衬进行吹塑成型而成的压力容器中，在拆卸吹塑杆时使旋转方向的负载不会生成于口承部件与树脂衬的接合部分。本发明为压力容器(1)的口承部件(4)与吹塑杆(11)的卡合构造，其通过将型坯(12)配置在嵌装于吹塑杆(11)上的口承部件(4)的外周并在金属模(13)闭合的状态下从该外周进行吹塑成型而形成沿着金属模(13)的容器状的树脂衬(2)，卡合构造具有：在吹塑杆(11)的外周部能够向径向移动地设置的球(22)；和设置于口承部件(4)的内周面的具有规定深度的避让槽(20)，在吹塑杆(11)插入到口承部件(4)中且球(22)与避让槽(20)相对的状态下，球(22)向径向外侧移动且其一部分被收纳到避让槽(22)中，由此使口承部件(4)与吹塑杆(11)相互卡合。

说明书

技术领域

本发明涉及收纳液化石油气(Liquefied Petroleum Gas：LPG)等 压缩气体的压力容器的口承部件与吹塑杆的卡合构造和该压力容器 的密封构造。

背景技术

由于LPG含有的硫成分少因而能够有效防止酸雨，并且由于燃 烧产生的废气中的CO₂的量与石油和煤炭相比非常的少，所以为对保 护地球环境有益的清洁能源。LPG通过比较低的压力压缩因而容易被 液化，并且其体积变为气化气体时的1/250，能够用耐压低的容器进 行储存、运输。目前，在日本国内，对LPG的储存、运输使用钢制 的压力容器(高压储气瓶)，但在欧美使用应用了塑料技术而轻量化 的复合材料压力容器。欧美所使用的复合材料压力容器的通常结构 为，具有：树脂衬；加强其外表面的纤维增强树脂层(FRP层)；和 向FPR层的外表面突出并成为所收纳的LPG的注入排出口的金属制 的口承部件。

上述的普通家庭用的LPG钢制压力容器适用3MPa (30.59kgf/cm²)的耐压试验，需要在所述压力下防止所收纳的LPG 的泄漏。复合材料压力容器需要使金属制的口承部件与树脂衬或FRP 层接合，公开有防止该接合部分处的泄漏的技术(例如，专利文献1、 2)。

上述的现有技术在树脂衬和口承部件的形状方面的结构上具有 技术特征，但难以使树脂与金属接合，虽然具有在容器内的压力较高 的状态下防止泄露的效果，但压力变低时存在可能发生泄漏的情况。 为了解决所述技术课题，公开有如下技术：对金属制的口承部件的表 面进行粉末涂刷，从而改善其与树脂衬的粘结性(例如，专利文献3)。

专利文献1：日本专利第3523802号公报

专利文献2：日本特开2008-256151号公报

专利文献3：日本特开2008-164112号公报

发明内容

但是，专利文献3所公开的技术是通过插入口承部件进行吹塑成 型来形成树脂衬的技术，难以确认成型后的口承部件表面的涂膜与树 脂衬的粘结状态。

另外，在现有吹塑成型中，为了使口承部件与吹塑杆相互卡合而 使用了螺纹式吹塑杆。在所述结构中，成型后拆卸该吹塑杆时，口承 部件上生成的旋转方向的负载会给口承部件与树脂衬的接合部分带 来不良影响，从而可能使粘结强度降低、在界面产生裂缝。

因此，鉴于上述背景，本发明的目的在于提供压力容器的口承部 件与吹塑杆的卡合构造、具有该卡合构造的压力容器的口承构造以及 压力容器的制造方法，在通过插入口承部件进行吹塑成型来形成树脂 衬的压力容器中，拆卸吹塑杆时不会产生旋转方向的负载给口承部件 与树脂衬的接合部分带来不良影响的情况。

本发明为压力容器的口承部件与吹塑杆的卡合构造的发明，通过 将型坯12配置在嵌装于吹塑杆11上的口承部件4的外周并在金属模13 闭合的状态下从该外周进行吹塑成型而形成沿着所述金属模的容器 状的树脂衬2。所述卡合构造构成为，具有：形成在所述吹塑杆的外 周部上的贯穿孔21；能够穿过所述贯穿孔并向所述吹塑杆的径向移动 地设置的球22；和设置在所述口承部件的内周面的具有规定深度的凹 部20，在所述吹塑杆插入到所述口承部件中且所述球与所述凹部相对 的状态下，所述球向所述径向的外侧移动且其一部分被收纳在所述凹 部中，由此使所述口承部件和所述吹塑杆相互卡合。

根据所述结构，由于吹塑杆与口承部件的卡合为快换接头式，所 以容易装拆，并且在拆卸吹塑杆时也不会发生旋转方向的负载给口承 部件与树脂衬的接合部分带来不良影响的情况。

根据本发明的一个方面，能够构成为，所述卡合构造具有：轴线 沿上下方向延伸且构成所述吹塑杆的外周部的大径筒部件26；以沿上 下方向能够移动的方式设置在所述大径筒部件的内侧的小径筒部件 23；和将所述小径筒部件向所述轴向的一侧(上方)弹压的弹压机构 25，所述小径筒部件的外表面具有：形成于所述轴向的另一侧(下方 侧)的大径部29；和从该大径部通过锥部28缩径、形成于所述轴向的 一侧(上方侧)的阶梯部24，通过使所述小径筒部件向所述轴线的另 一侧(下方侧)移动而允许所述球向所述径向的内侧移动，在所述球 位于所述径向的内侧的状态下，所述小径筒部件向所述轴向的一侧移 动，由此所述锥部使所述球向所述径向的外侧移动，在所述大径部与 所述球相对的状态下，限制位于所述径向的外侧的所述球向所述径向 的内侧移动。

根据所述结构，能够以简单的结构实现通过弹压机构的弹压力使 吹塑杆与口承部件的卡合和卡合状态的锁定自动进行的快换接头式 联接器。

另外，根据与具有上述结构的卡合构造的压力容器的口承构造相 关的本发明的一个方面，能够构成为，所述口承部件具有：金属制的 帽部件5，其具有圆环状的凸缘部51和从该凸缘部的内周部向外侧突 出的筒部52；和形成为圆环状的树脂制的接合部件6，其供该帽部件 的所述凸缘部和所述筒部的一部分插入，通过插入所述口承部件来吹 塑成型所述树脂衬而使所述接合部件与所述树脂衬的抵接部分相互 熔敷。

根据所述结构，通过将插入金属制的帽部件而形成的、由树脂和 金属构成的口承部件插入到树脂衬中进行吹塑成型，由于口承部件与 树脂衬为树脂彼此间的熔敷，因此能够实现口承部件与树脂衬的可靠 的接合。再有，由于所述结构无需使口承部件与树脂衬的相互抵接的 面成为燕尾接合那样的复杂形状，所以无需担心熔融树脂的蔓延状 态。即，所述结构能够使相互抵接的面的形状为容易熔敷的形状。

根据与所述压力容器的口承部件相关的本发明的一个方面，能够 构成为，在所述帽部件的表面形成基于粉末涂刷的涂膜7。

根据所述结构，在插入金属制的帽部件后使口承部件成型时，能 够使金属和树脂可靠地接合。另外，由于能够作为口承部件单品来确 认树脂与金属的粘结状态，所以能够在中间工序排除不合格品而提高 生产率。在此，为了具备金属制的帽部件的止转功能，或者帽部件与 接合部件之间的自密封功能，还能够在帽部件的凸缘部上设置贯穿 孔，或者在凸缘部或筒部上设置凸条或凹条。

另外，根据与具有上述结构的卡合构造的压力容器的制造方法相 关的本发明的一个方面，能够具有如下步骤：准备具有圆环状的凸缘 部51和从该凸缘部的内周部向外侧突出的筒部52的金属制的帽部件 5；插入所述帽部件的所述凸缘部和所述筒部的一部分后将树脂制的 接合部件6注射成型为圆环状而形成所述口承部件；将所述口承部件 通过所述卡合构造嵌装到所述吹塑杆上并将所述口承部件插入到所 述金属模内；在所述口承部件插入到所述金属模内的状态下通过对所 述树脂衬进行吹塑成型而使所述树脂衬与所述接合部件的接合部分 相互熔敷。

根据所述方法，通过将插入金属制的帽部件而形成的、由树脂和 金属构成的口承部件插入到树脂衬中并进行吹塑成型，由于口承部件 与树脂衬为树脂彼此间的熔敷，因此能够实现口承部件与树脂衬的可 靠的接合。

根据与所述压力容器的制造方法相关的本发明的一个方面，在形 成所述口承部件的步骤中，在使树脂制的接合部件注射成型为圆环状 之前，在所述帽部件的表面形成基于粉末涂刷的涂膜7。

根据所述方法，在插入金属制的帽部件而使口承部件成型时，能 够使金属和树脂可靠地接合。另外，由于能够作为口承部件单品来确 认树脂与金属的粘结状态，所以能够在中间工序中排除不合格品而提 高生产率。

根据与所述压力容器的制造方法相关的本发明的一个方面，在使 所述树脂衬与所述接合部件相互熔敷的步骤中，将能够使所述接合部 件熔融的温度的空气从所述吹塑杆的空气供给孔吹入到所述型坯的 内部而使所述树脂衬吹塑成型。

在接合树脂衬与接合部件时，在仅依赖型坯的潜热进行熔敷的情 况下，可能因接合部分的熔融不足而无法实现充分的熔敷。根据所述 方法，通过使用于吹塑成型而被供给的空气为规定温度来使口承部件 升温，能够实现不依赖潜热的可靠的熔敷。

发明的效果

本发明能够提供压力容器的口承部件与吹塑杆的卡合构造、具有 该卡合构造的压力容器的口承构造以及压力容器的制造方法，在通过 插入口承部件进行吹塑成型而形成树脂衬的压力容器中，在拆卸吹塑 杆时不会发生旋转方向的负载给口承部件与树脂衬的接合部分带来 不良影响的情况。

附图说明

图1是将本发明的一个实施方式的压力容器局部剖切示出的侧视 图。

图2是图1的II部详细剖视图，示出了本发明的一个实施方式的 树脂衬与口承部件的接合状态。

图3是作为本发明的制造方法的一例的吹塑成型法的示意剖视 图。

图4是图3的IV部详细剖视图，示出了本发明的一个实施方式 的口承部件与吹塑杆的卡合状态。

具体实施方式

以下，首先说明适用本发明的压力容器1的构造的一例，然后对 一个实施方式的压力容器1的口承部件4与吹塑杆11的卡合构造以 及压力容器1的口承构造和制造方法进行说明。参照图1，压力容器 1由以下部分构成：主要收纳气体或液体的树脂衬2；加强该树脂衬2 的外表面的纤维增强树脂层3；和向树脂衬2和纤维增强树脂层3的 外表面突出并将气体或液体注入排出的口承部件4。此外，在图1中 省略了关于树脂衬2与口承部件4的具体的接合构造，所述接合构造 将在后说明。

树脂衬2为收纳气体或液体的容器，根据要收纳的物体和填充条 件选择材料。例如，作为材料，使用聚乙烯(PE)、高密度聚乙烯 (HDPE)、聚酰胺、聚酮、聚苯硫醚(PPS)等，并通过吹塑成型等 成型。在本实施方式中适用吹塑成型。此外，作为其他成型方法存在 旋压成型等。

树脂衬2的形状为完成状态的压力容器形状的基础，一般情况 下，选择相对于高压环境能够实现更轻量化的形状，例如，选择像图 1那样具有圆筒形的主体部、并在该主体部的轴向两端部具有大致半 球状的盖部的形状或球形。

在树脂衬2上安装口承部件4，然后通过纤维缠绕(filament  winding)法将浸渍有树脂的增强纤维缠绕到树脂衬2和口承部件4 的外表面。或者通过手糊成型(hand lay-up)法，通过对浸渍有树脂 的纺布进行层叠来安装。

纤维增强树脂层3为FRP(纤维增强塑料)，为耐压构造的主要 构造部分。将浸渍有树脂的纤维(或纺布)成形为成品形状后，使树 脂固化由此形成纤维增强树脂层3。

作为纤维增强树脂层3所使用的树脂，从强度高的观点出发一般 为环氧类树脂。但是，在要求热稳定性的情况下等，也能够使用酚醛 类树脂。接下来，作为纤维，多使用高强度且高弹性的纤维，例如， 一般为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳香族聚酰胺类树脂纤维等。 在这些纤维或由纤维织成的布中浸渍上述树脂而构成预浸渍材料。

对于预浸渍材料向树脂衬2与口承部件4的结合体的安装，如上 所述，存在将预浸渍化的纤维通过织布机进行缠绕的纤维缠绕法和在 外表面层叠预浸渍化的纺布的手糊成型法，但通常为纤维缠绕法，其 能够保持纤维的连续性而容易实现高强度，并且容易使容器薄壁化。

在纤维缠绕法中，存在将纤维沿图1中的圆筒部分的周围(周向) 进行缠绕的环向(hoop)缠绕、沿轴向进行缠绕的轴向(inline)缠 绕，以及对环形缠绕的纤维方向添加角度的螺旋缠绕等，根据压力负 载时的压力容器1内的应力生成适当地选择缠绕方法、缠绕匝数、以 及缠绕角度等。

当浸渍有例如作为热固性树脂的环氧树脂的预浸渍材料成形结 束后，将在树脂衬2与口承部件4的结合体的外表面安装有预浸渍材 料的中间半成品在设定为规定温度的固化槽中放置规定时间，由此树 脂固化，形成纤维增强树脂层3而成为成品。

接下来，参照图2，对口承部件4和树脂衬2与口承部件4的接 合状态进行说明。口承部件4具有：金属制的帽部件5，其具有圆环 状的凸缘部51和沿凸缘部51的内周部向压力容器1的外侧(图2的 上方)突出的筒部52；和形成为圆环状的树脂制的接合部件6，其供 帽部件5的凸缘部51和筒部52的一部分插入。此外，在口承部件4 的筒内表面9上安装有未图示的阀门等。

在帽部件5的表面形成有基于粉末涂刷的涂膜7。如专利文献3 所公开的那样，粉末涂刷能够适当地使用由聚烯烃类树脂构成的粘结 剂等材料。通过粉末涂刷形成由例如粘结剂层构成的涂膜7，从而能 够可靠地接合金属制的帽部件5和树脂制的接合部件6。

帽部件5优选轻量且机械强度高的材料，能够使用例如铝合金， 钛合金等一体地形成。作为对帽部件5进行粉末涂刷的前处理，希望 使表面粗面化，例如，能够使用喷砂、喷丸以及化学处理剂涂敷等。

接合部件6根据树脂衬2和用于构成容器的一部分的要收纳的物 体及填充条件适当地选择材料。例如，作为材料，能够使用聚乙烯 (PE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚酰胺、聚酮、聚苯硫醚(PPS) 等。但是，为了使接合部件6与树脂衬2熔敷，优选与树脂衬2为同 种材料。

如上所述，通过预先形成由金属制的帽部件5和树脂制的接合部 件6构成的口承部件4，能够作为口承部件4单品来确认粘结状态， 因此能够在中间工序排除不合格品，从而能够提高生产率。在此，为 了具备金属制的帽部件5的止转功能，或者帽部件5与接合部件6之 间的自密封功能，还能够在帽部件5的凸缘部51上设置贯穿孔，或 者在凸缘部51或筒部52上设置凸条53或凹条。在图2中，帽部件5 为具有凸条53的结构。此外，自密封功能为：当在压力容器1上作 用有高压负载时，即使在凸条53部分产生间隙，也能够通过在凸条 53周围产生的压力梯度来封闭该间隙。

树脂衬2和口承部件4主要通过对树脂衬2与接合部件6的抵接 面8进行熔敷而接合。在此，还可以是，在帽部件5的与树脂衬2的 抵接面上还形成有基于粉末涂刷的涂膜，将粘结剂预先涂敷在该涂膜 上，由此使帽部件5和树脂衬2接合。此外，使用的粘结剂没有特别 限定，但适合使用热塑性树脂的粘结剂，例如，能够使用聚烯烃类粘 结剂。

所述结构由于能够实现同种树脂彼此间的熔敷，所以没有热膨胀 差和高压负载时的变形量的差，从而能够实现口承部件4与树脂衬2 的可靠的接合。再有，由于该结构无需将口承部件4与树脂衬2的相 互抵接的面取为燕尾接合那样的复杂形状，所以无需担心熔融树脂的 蔓延状态。即，由于能够使相互抵接的面的形状为容易熔敷的形状， 所以便于吹塑成型作业而提高了生产率。

接下来参照图3，对基于吹塑成型法的压力容器1的制造方法的 一例进行说明。在此，使用具有金属模13、用于支承口承部件4的吹 塑杆11和支承台15的吹塑成型装置10。此外，在图3中为沿上下具 有两个口承部件4的形态，但不限于所述形态，也能够是仅在上方或 仅在下方具有口承部件4的结构。

以下，详细说明工序。首先，准备金属制的帽部件5，其具有圆 环状的凸缘部51和沿该凸缘部51的内周部向外侧突出的筒部52，在 帽部件5的表面形成基于粉末涂刷的涂膜7后，插入帽部件5的凸缘 部51和筒部52的一部分并使树脂制的接合部件6圆环状地注射成型 而形成口承部件4。接下来，通过后述的卡合构造将口承部件4嵌装 到吹塑杆11上，并将支承有口承部件4的吹塑杆11设置到支承台15 上。

接下来，将构成树脂衬2的材料的筒状的型坯12从口模14挤出。 型坯12在支承有口承部件4的吹塑杆11周围的金属模13内垂下、 并配置在口承部件4的外周。当型坯12垂下至规定位置时，金属模 13闭合，通过金属模13使型坯12的一部分缩径而构成树脂衬2的口 部2a(参照图4)，口承部件4成为和型坯12一起配置在吹塑杆11 与金属模13之间的状态，即口承部件4成为插入到金属模13内的状 态。在吹塑杆11中设置有用于将空气从空气供给部17经由管道16 供给到型坯12内的连通路和连通孔(空气供给孔：未图示)，从而 来自空气供给部17的空气被输送到密闭的金属模13内的型坯12内。

型坯12被输送的空气推压到金属模13的内壁而成为构成树脂衬 2的沿着金属模13的中空容器。另外，通过使口承部件4的接合部件 6与树脂衬2进行熔敷，形成具有图2所示的口承构造的形态的容器。 在本实施方式中，通过将来自空气供给部17的空气控制为能够使接 合部件6的一部分熔融的规定温度来使接合部件6的温度上升。根据 所述结构，不是仅依赖形成树脂衬2的型坯12的潜热来熔敷树脂衬2 和口承部件4，还能够通过使口承部件4侧的一部分树脂软化、熔融 来使两者可靠地熔敷。

接下来，参照图4对口承部件4与吹塑杆11的卡合构造进行说 明。此外，以下的说明为使用了球22和避让槽20的快换接头式联接 器的一例，不限于所述结构，能够采用公知的手段。另外，图4中仅 示出了关于图3中的上侧的口承部件4的卡合构造，但关于下侧的口 承部件4也能够使用与上侧的口承部件4相同或上下对称的卡合构 造。

在口承部件4的筒内表面9的规定位置周状地形成有一条规定深 度的避让槽20。另一方面，吹塑杆11由以下部分构成：大径筒部件 26，其轴线沿上下方向延伸，构成吹塑杆11的外周部；和小径筒部 件23，其以沿上下方向移动自如的方式配置在该大径筒部件26的内 侧。在大径筒部件26的侧面形成有径向的贯穿孔21，具有能够穿过 该贯穿孔21并沿吹塑杆11的半径方向移动的直径的球22被收纳在 贯穿孔21内。此外，虽未图示，但贯穿孔21的径向外侧的端部缩径 而使球22不会落到大径筒部件26的外侧。

小径筒部件23的外表面在下方侧形成有大径部29，在上端侧形 成有从该大径部29通过锥部28而缩径的阶梯部24。另外，在小径筒 部件23的内筒面形成有朝向上端方向缩径的作为阶梯的卡定部27。 在小径筒部件23的内侧以卡定在卡定部27上的方式配置有弹簧25， 从而将小径筒部件23弹压到上方。

接下来依次参照图4的(a)，(b)对本实施方式的快换接头式 联接器的卡合顺序进行说明。此外，由于图4的(a)还表示吹塑杆 11对口承部件4的安装和拆卸，因此还示出有原本安装时没有配置的 树脂衬2。参照图4的(a)，使小径筒部件23相对于大径筒部件26 向下方侧移动，在球22被允许向径向内侧移动的状态下，吹塑杆11 向箭头所示的上方移动而插入到口承部件4的筒内表面9后，球22 沿贯穿孔21向径内方向移动，从而其一部分收纳在通过阶梯部24形 成于阶梯部24与大径筒部件26之间的空间。

若进一步使吹塑杆11沿箭头方向移动，则如图4的(b)所示， 球22与避让槽20相对，球22能够向半径方向外侧移动。此时，球 22通过被卡定在卡定部27上的弹簧25弹压到上方的小径筒部件23 的锥部28而被向半径方向外侧弹压，从而球22被收纳到避让槽20 中。球22被收纳在避让槽20中后，小径筒部件23进一步向上方移 动，大径部29限制球22向半径方向内侧的移动，从而口承部件4与 吹塑杆11卡合。

拆卸吹塑杆11时，通过使吹塑杆11的小径筒部件23向下方移 动而在球22的内径侧生成基于阶梯部24的空间，从而解除避让槽20 所收纳的球22向半径方向内侧的移动限制。然后，小径筒部件23进 一步向下方移动，再如图4的(a)所示，球22向半径方向内侧移动， 然后球22在筒内表面9上滑动而解除口承部件4与吹塑杆11的卡合。 像这样，本实施方式能够容易地拆卸吹塑杆11。

在现有吹塑成型中，使用螺纹式的吹塑杆来使口承部件与吹塑杆 相互卡合。在所述结构中，成型后拆卸该吹塑杆时，口承部件上生成 的旋转方向的负载给口承部件与树脂衬的接合部分带来不良影响，可 能会使粘结强度降低、在界面产生裂缝。根据本实施方式，由于对吹 塑杆11与口承部件4的卡合使用快速接头式联接器，因此容易装拆， 并且在拆卸吹塑杆11时也不会出现旋转方向的负载给口承部件4与 树脂衬2的接合部分带来不良影响的情况。

以上，关于本发明说明了优选实施方式。本发明不限于附图所记 载的范围，在不脱离其主旨的范围内能够进行设计变更。例如，在上 述实施方式中，小径筒部件23在上端侧形成有阶梯部24并被弹簧25 向上方弹压，但也可以在下端侧形成阶梯部24并被弹簧25向下方弹 压。另外，在上述实施方式中，在口承部件4的筒内表面9上周状地 形成了一条避让槽20，但也可以在与贯穿孔21对应的位置设置多个 凹部。另外，作为凹部，可以设置有底凹部，也可以设置无底凹部即 贯穿孔。

附图标记说明