JP6744772B2 - ライナー用加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ライナー用加工装置に関するものである。

特許文献１には、合成樹脂製のライナーを有する圧力容器が開示されている。ライナーは、軸線方向両端部が縮径した略円筒形の本体部と、本体部の軸線方向における端部に突出形成した筒状突出部とを有している。筒状突出部の外周面は、リテーナの内周に設けたシール部材を密着させるシール面となっている。

特開２０１５−１３２３０７号公報

ライナーはブロー成形によって製造される。ブロー成形では、筒状突出部のシール面が、径方向に型開きされる一対の金型によって成形されるため、シール面には軸線方向のパーティングラインが残る。従来では、パーティングラインを消すために、シール面に切削加工が施されていたが、切削加工は加工精度が低いという問題があった。尚、加工精度を高める手段としては、バフによる研磨方法もあるが、バフによる研磨処理は、長い時間がかかるという問題がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ライナーのシール面を滑らかに成形することを目的とする。

本発明は、
内部が流体貯留空間となっている本体部から筒状突出部が突出した形態であり、圧力容器を構成する合成樹脂製のライナーに対して加工を施すためのライナー用加工装置であって、
前記筒状突出部のシール面に嵌合される成形面を有する成形治具と、
前記成形治具を介して前記シール面を加熱する加熱手段と、
前記成形治具を介して前記シール面を冷却する冷却手段とを備えているところに特徴を有する。

この構成によれば、成形治具の成形面を筒状突出部のシール面に嵌合し、加熱手段により成形治具を介してシール面を加熱すると、シール面が、成形面に馴染むように塑性変形し、面粗度の低い滑らかな面に成形される。加熱後は、冷却手段により成形治具を介してシール面を冷却すると、シール面が滑らかな状態のままで固化する。本発明によれば、切削加工に比べると、シール面を滑らかに仕上げることができる。

実施例１のライナーを加工装置のホルダにセットした状態をあらわす一部省略断面図 加熱手段によってシール面を加熱している状態をあらわす部分断面図 図２のＸ−Ｘ線断面図 冷却手段によってシール面を冷却している状態をあらわす部分断面図 図２ー４のＹ−Ｙ線断面図 加工済みの筒状突出部に口金を取り付けた状態をあらわす一部省略断面図

本発明は、前記加熱手段が、前記成形治具に対して着脱可能な加熱ユニットであってもよい。この構成によれば、シール面を加熱して成形した後は、加熱ユニットを成形治具から外すことにより、成形治具とシール面の冷却に要する時間の短縮を図ることができる。

本発明は、前記成形治具の内部に形成され、前記加熱ユニットを構成するヒーターを収容する収容空間を備えていてもよい。この構成によれば、ヒーターを成形治具の外面に配する場合に比べると、ヒーターと成形治具との接触面積又は対向面積を広く確保できるので、加熱効率が高められる。

本発明は、前記冷却手段が、前記成形治具の内部に形成された冷却用流路と、前記成形治具の外部に配され、前記冷却用流路に対する冷却用流体の供給と排出を行う給排用ユニットとを備えていてもよい。この構成によれば、冷却用流路を成形治具の外面に沿って配索する場合に比べると、冷却用流体と成形治具との接触面積を広く確保できるので、冷却効率が高められる。

本発明は、前記給排用ユニットが、前記成形治具に対して着脱可能であってもよい。この構成によれば、シール面を加熱する間、給排水ユニットを成形治具から外しておけば、給排水ユニットの温度上昇を回避できるので、成形治具とシール面の冷却に要する時間の短縮を図ることができる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１〜図６を参照して説明する。尚、以下の説明において、上下の方向については、図１，２，４，６にあらわれる向きを、そのまま上方、下方と定義する。また、左右の方向については、図１〜６にあらわれる向きを、そのまま左方、右方と定義する。前後の方向については、図３，５における上方を前方と定義する。

本実施例１のライナー用加工装置２０の加工対象であるライナーＡは、内部が高圧の流体を貯留するための流体貯留空間１５となっている本体部１０を有する。本体部１０は、軸線を上下方向に向けた略円筒形をなす胴部１１と、胴部１１の軸線方向両端部に形成されたドーム部１２とを備えている。上側のドーム部１２からは、略円筒形をなす筒状突出部１３が同軸状に上方（外方）へ突出している。下側のドーム部１２からは、略円筒形をなす閉塞端部１４が同軸状に下方（外方）へ突出している。

筒状突出部１３は、ライナーＡの内部と外部を連通させる。閉塞端部１４では、ライナーＡの内部と外部とが隔絶されている。ライナーＡの外面のうち筒状突出部１３を除いた領域は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等からなる外層体（図示省略）で覆われるようになっている。ライナーＡと外層体は、後述する口金１７とともに圧力容器１９を構成する。

ライナーＡは、ブロー成形機（図示省略）によって上記形状に成形される。ブロー成形機からは、ライナーＡの材料である高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）とエチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）の混合樹脂等の樹脂材料からなる筒状のパリソン（図示省略）が、軸線を上下方向に向けて下方へ押し出される。押し出されたパリソンは、水平方向（パリソンの径方向）に型開きした前後一対の金型（図示省略）の間に配される。

このとき、パリソンの内部に、軸線を上下方向に向けた金属製のロッド２１と、ロッド２１の上端部の雄ネジ部２２にねじ込みにより取り付けられた金属製のバックアップリング２３と、ロッド２１の下端部の雄ネジ部２２にねじ込みにより取り付けられた保持金具２４がパリソンと同軸状に配される。ロッド２１はライナー用加工装置２０を構成する。バックアップリング２３と保持金具２４は、ライナー用加工装置２０と圧力容器１９を構成する。

一対の金型が型閉めされるとともに、ロッド２１に形成した給気路（図示省略）を通してパリソンの内部に加圧空気を供給する。すると、パリソンの外面が金型に押し付けられ、上記形状のライナーＡが成形される。つまり、本体部１０と筒状突出部１３と閉塞端部１４が所定形状に成形される。また、このとき、筒状突出部１３の内周面にバックアップリング２３が固着されるとともに、閉塞端部１４の内面に保持金具２４が固着される。成形されたライナーＡは、固化して形状が安定するまで冷却される。

成形後のライナーＡの外面には、前後一対の金型による成形に起因する左右一対のパーティングラインが形成される。筒状突出部１３の外周面は、口金１７の内周面に設けたシールリング１８が密着するシール面１６であることから、このシール面１６にパーティングラインが残ることはシール性能低下の原因となるため、パーティングラインを消すための加工が必要である。従来は、切削加工によってシール面１６を滑らかにする方法が採られることもあるが、切削方法では、表面粗さが大きくなる。また、表面粗さを小さくするためには、バフを用いて研磨すればよいのであるが、バフによる研磨には長い時間を有する。

本実施例では、切削加工の問題点を解決し、ライナーＡの筒状突出部１３のシール面１６を短時間で表面粗さの小さい滑らかな曲面に成形するための手段として、ライナー用加工装置２０を用いている。ライナー用加工装置２０は、上記のロッド２１とバックアップリング２３と保持金具２４の他に、成形治具２５と加熱手段３５と冷却手段３９を備えている。

成形治具２５は、金属等の熱伝導率の高い材料からなり、全体としてブロック状をなす。成形治具２５には、軸線を上下方向に向けた成形孔２６が、上下に貫通した形態で形成されている。成形孔２６の開口形状（軸線と直角に見た形状）は円形である。成形孔２６の内周面は、全周に亘って連続した成形面２７となっている。成形面２７の内径は、筒状突出部１３のシール面１６の外径と同一の寸法である。また、金型によって成形された状態のシール面１６の外径は、成形面２７の内径よりも僅かに大きい寸法とされている。

成形治具２５には、その上面に開放された左右一対の収容空間２８が形成されている。一対の収容空間２８は、成形孔２６の軸線に関して対称な配置及び形状である。一対の収容空間２８は、周方向において筒状突出部１３の外周面のパーティングラインと対向するように配されている。つまり、一対の収容空間２８は、成形孔２６を左右両側から挟むように配置されている。収容空間２８内には、加熱手段３５のヒーター３８が収容されるようになっている。

成形治具２５の内部には、冷却手段３９を構成する冷却用流路２９が形成されている。冷却用流路２９は、平面視において略Ｕ字形をなし、左右方向の上流側流路３０と、上流側流路３０の下流端（左側の端部）に連なる前後方向の転向流路３１と、転向流路３１の下流端（後側の端部）に連なる左右方向の下流側流路３２とから構成されている。

上流側流路３０は、成形孔２６及び左右両収容空間２８よりも前方の領域に配されている。上流側流路３０の上流端（右側の端部）は、成形治具２５の右外側面に給水口３３として開口している。転向流路３１は、左側の収容空間２８よりも左側に配されている。下流側流路３２は、成形孔２６及び左右両収容空間２８よりも後方の領域に配されている。下流側流路３２の下流端（右側の端部）は、成形治具２５の右外側面に排水口３４として開口している。

図２に示すように、加熱手段３５は、成形治具２５に対して着脱可能な加熱ユニット３６から構成されている。加熱ユニット３６は、平板状をなすベース部材３７と、ベース部材３７の下面から突出する左右一対のヒーター３８とを備えて構成されている。ヒーター３８は、ライナーＡの材料を軟化又は溶融得る温度まで昇温するようになっている。

加熱ユニット３６は、図示しない駆動機構により、加熱位置（図２を参照）と待機位置（図示省略）との間で移動するようになっている。加熱ユニット３６が加熱位置にある状態では、ベース部材３７が成形治具２５の上面に載置され、一対のヒーター３８を一対の収容空間２８内に収容される。加熱ユニット３６が待機位置にある状態では、ベース部材３７が成形治具２５の上面から離間し、一対のヒーター３８が収容空間２８の外部に位置する。

図４に示すように、冷却手段３９は、成形治具２５に形成した上記冷却用流路２９と、給排用ユニット４０とを備えて構成されている。給排用ユニット４０は、平板状をなす支持部材４１と、支持部材４１とは別体の継手部材４３と、給水ホース４７と、排水ホース４８とを備えて構成されている。支持部材４１の下面の右端部には、左右方向に長いガイドレール４２が形成されている。継手部材４３の上端部には、ガイドレール４２の嵌合された左右方向のガイド溝４４が形成されている。継手部材４３は、図示しない駆動機構により、ガイドレール４２に摺接しながら、接続位置（図４，５を参照）と、接続位置よりも右方の離間位置（図示省略）との間で支持部材４１に対して左右方向へ相対移動し得るようになっている。

継手部材４３の内部には、左右方向の給水孔４５と、同じく左右方向の排水孔４６とが形成されている。給水孔４５は、上流側流路３０と対応し得るように、継手部材４３の前端部に配されている。排水孔４６は、下流側流路３２と対応し得るように、継手部材４３の後端部に配されている。給水孔４５の上流端（右端）には、給水ホース４７の下流端が連通状態で固着（接続）されている。排水孔４６の下流端（右端）には、排水ホース４８の上流端が連通状態で固着（接続）されている。給水ホース４７と排水ホース４８は継手部材４３と一体に移動するようになっている。

給排用ユニット４０は、図示しない駆動機構により、冷却位置（図４を参照）と待機位置（図示省略）との間で移動するようになっている。給排用ユニット４０が冷却位置にある状態では、支持部材４１が成形治具２５の上面に載置され、継手部材４３が成形治具２５の右方に位置する。このとき継手部材４３が接続位置にあれば、給水孔４５の下流端（左側の端部）が上流側流路３０（冷却用流路２９）の上流端に接続され、排水孔４６の上流端（左側の端部）が下流側流路３２（冷却用流路２９）の下流端に接続される。継手部材４３が離間位置にあるときには、給水孔４５が冷却用流路２９（上流側流路３０）から離間し、排水孔４６が冷却用流路２９（下流側流路３２）から離間する。

次に、筒状突出部１３のシール面１６を成形する工程を説明する。金型により成形され、ロッド２１、バックアップリング２３及び保持金具２４と一体化された状態で固化したライナーＡは、図１に示すように、軸線を上下方向に向けた状態でホルダ４９にセットされ、位置決めされる。この後、図２〜５に示すように、ライナーＡに成形治具２５を取り付ける。このとき、このとき、成形面２７とシール面１６との間に大きなクリアランスが空かないように、成形孔２６を筒状突出部１３に外嵌する。

この後、図２２，３示すように、加熱ユニット３６を加熱位置へ移動させて成形治具２５に組み付ける。これにより、ベース部材３７が成形治具２５の上面に載置されるとともに、一対のヒーター３８が収容空間２８内に収容される。このとき、ヒーター３８の前後左右の各外面と底面（下面）が、収容空間２８の内面に対し接触又は接近して対向する状態となる。加熱ユニット３６を加熱位置へ移動させた後、ヒーター３８の温度を上昇させる。すると、ヒーター３８の熱が、収容空間２８の内面に伝わり、成形治具２５の内部を移動し、成形面２７からシール面１６に伝達させる。

これにより、シール面１６、特にパーティングラインが形成されている左右両側面部が、加熱されて軟化又は溶融状態となり、成形面２７に対し全周に亘って隙間を空けずに密着するように成形される。これにより、パーティングラインが消失し、シール面１６は、周方向において極端な凹凸や段差のない滑らかな曲面となるように加工される。上記のようにシール面１６を加熱して成形した後は、加熱ユニット３６を退避位置へ移動させ、ヒーター３８を成形治具２５から離脱させる。

この後、成形治具２５を筒状突出部１３に嵌合した状態のままで、図４に示すように、給排用ユニット４０を冷却位置へ移動させ、支持部材４１を成形治具２５の上面に載置する。次に、継手部材４３を離脱位置から接続位置へ平行移動させる。これにより、継手部材４３の給水孔４５が冷却用流路２９の上流端に接続されるとともに、排水孔４６が冷却用流路２９の下流端に接続される。接続が完了したら、冷却水（冷却用流体）を成形治具２５側へ供給する。

冷却水は、給水ホース４７、給水孔４５、上流側流路３０、転向流路３１、下流側流路３２、排水孔４６及び排水ホース４８を順に通過する経路で一方向に流れる。冷却水は、筒状突出部１３（シール面１６）と成形治具２５の熱を奪うので、シール面１６と筒状突出部１３の温度が低下し、シール面１６が、成形面２７に密着して滑らかな曲面に成形させた状態を維持したまま固化する。シール面１６が固化した後、継手部材４３を離脱位置へスライドさせ、次に、強排水ユニットを待機位置へ移動させる。

給排用ユニット４０を成形治具２５から外したら、成形治具２５を上方へ移動させて筒状突出部１３から離脱させる。この後、ロッド２１を回転させることにより、上下両雄ネジ部２２をバックアップリング２３と保持金具２４から外し、ライナーＡの上方へ抜き取る。バックアップリング２３と保持金具２４は、ライナーＡに一体化された状態のままであり、圧力容器１９の構成部品として機能する。ロッド２１をライナーＡから外した後は、筒状突出部１３の外周に口金１７を嵌合し、口金１７の内周に設けたシールリング１８をシール面１６に密着させる。これにより、筒状突出部１３の外周と口金１７の内周との隙間が気密状にシールされる。

上述のように本実施例のライナー用加工装置２０は、内部が流体貯留空間１５となっている本体部１０から筒状突出部１３が突出した形態であり、圧力容器１９を構成する合成樹脂製のライナーＡに対して加工を施すための装置である。このライナー用加工装置２０は、筒状突出部１３のシール面１６に嵌合される成形面２７を有する成形治具２５と、成形治具２５（成形面２７）を介してシール面１６（筒状突出部１３）を加熱する加熱手段３５と、成形治具２５（成形面２７）を介してシール面１６（筒状突出部１３）を冷却する冷却手段３９とを備えている。

この構成によれば、成形治具２５の成形面２７を筒状突出部１３のシール面１６に嵌合し、加熱手段３５により成形治具２５（成形面２７）を介してシール面１６を加熱すると、シール面１６が、成形面２７に馴染むように塑性変形し、面粗度の低い滑らかな面に成形される。加熱後は、冷却手段３９により成形治具２５（成形面２７）を介してシール面１６を冷却すると、シール面１６が滑らかな状態のままで固化する。本発明によれば、切削加工に比べると、シール面１６を滑らかに仕上げることができる。また、バフによる研磨加工に比べて、加工に要する時間が短くて済む。

また、加熱手段３５は、成形治具２５に対して着脱可能な加熱ユニット３６となっている。したがって、シール面１６を加熱して成形する工程が完了した後は、直ちに、加熱ユニット３６を成形治具２５から外せば、ヒーター３８の熱が、必要以上にシール面１６や成形治具２５に伝わらずに済む。このようにすれば、加熱後に成形治具２５とシール面１６を冷却するのに要する時間を、短縮することができる。

また、成形治具２５の内部には、加熱ユニット３６を構成するヒーター３８を収容する収容空間２８が形成されている。ヒーター３８の前面、後面、左右両側面及び底面が、いずれも、収容空間２８の内面（つまり成形治具２５）に対し接近して対向又は接触している。この構成によれば、ヒーター３８が成形治具２５の外面に沿って配置されている場合に比べると、ヒーター３８と成形治具２５との接触面積又は対向面積を広く確保できるので、ヒーター３８から成形治具２５に伝達される熱量が多くなり、加熱効率が高い。

また、冷却手段３９は、成形治具２５の内部に形成された冷却用流路２９と、成形治具２５の外部に配された給排用ユニット４０とを備えており、給排用ユニット４０は、冷却用流路２９に対する冷却水（冷却用流体）の供給と排出を行う。冷却用流路２９を成形治具２５の外面に沿って配索する場合に比べると、冷却用流路２９を成形治具２５の内部に形成した方が、冷却水（冷却用流体）と成形治具２５との接触面積を広く確保できるので、冷却効率が高められる。

また、給排用ユニット４０は成形治具２５に対して着脱可能であるから、シール面１６を加熱する間は、給排用ユニット４０を成形治具２５から外しておくことにより、給排用ユニット４０の温度が上昇することを回避できる。このようにすれば、加熱後の冷却工程では、成形治具２５とシール面１６を冷却するのに要する時間の短縮を図ることができる。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例では、筒状突出部の外周のみがシール面となっているが、本発明は、筒状突出部の内周のみがシール面になっている場合、及び筒状突出部の外周と内周の両方がシール面となっている場合にも適用できる。
（２）上記実施例では、ヒーターが成形治具の内部に収容されるようにしたが、ヒーターは成形治具の外面に配されていてもよい。
（３）上記実施例では、加熱手段（加熱ユニット）が成形治具に対して着脱可能となっているが、加熱手段は成形治具と一体化されたままでもよい。
（４）上記実施例では、冷却手段の給排用ユニットを成形治具に対して着脱可能としたが、給排用ユニットは成形治具と一体化されたままでもよい。
（５）上記実施例では、冷却用流体の冷却用流路を成形治具の内部に形成したが、冷却用流体の冷却用流路は、成形治具の外面に沿って配索してもよい。
（６）上記実施例では、冷却用流体を液体としたが、冷却用流体は気体であってもよい。
（７）上記実施例では、ヒーターが筒状突出部のパーティングラインと対応する２位置のみに配したが、ヒーターは、筒状突出部の全周に亘って対応するように配されていてもよい。

Ａ…ライナー
１０…本体部
１３…筒状突出部
１５…流体貯留空間
１６…シール面
１９…圧力容器
２０…ライナー用加工装置
２５…成形治具
２７…成形面
２８…収容空間
２９…冷却用流路
３５…加熱手段
３６…加熱ユニット
３８…ヒーター
３９…冷却手段
４０…給排用ユニット

Claims (5)

1. 内部が流体貯留空間となっている本体部から筒状突出部が突出した形態であり、圧力容器を構成する合成樹脂製のライナーに対して加工を施すためのライナー用加工装置であって、
   前記筒状突出部のシール面に嵌合される成形面を有する成形治具と、
   前記成形治具を介して前記シール面を加熱する加熱手段と、
   前記成形治具を介して前記シール面を冷却する冷却手段とを備えていることを特徴とするライナー用加工装置。
2. 前記加熱手段が、前記成形治具に対して着脱可能な加熱ユニットであることを特徴とする請求項１記載のライナー用加工装置。
3. 前記成形治具の内部に形成され、前記加熱ユニットを構成するヒーターを収容する収容空間を備えていることを特徴とする請求項２記載のライナー用加工装置。
4. 前記冷却手段が、前記成形治具の内部に形成された冷却用流路と、前記成形治具の外部に配され、前記冷却用流路に対する冷却用流体の供給と排出を行う給排用ユニットとを備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のライナー用加工装置。
5. 前記給排用ユニットが、前記成形治具に対して着脱可能であることを特徴とする請求項４記載のライナー用加工装置。

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