(57)【要約】【課題】口金装着部と口金との間の隙間をシートで覆うことができ、補強層を形成する樹脂が隙間に侵入するのを防止するとともに、隙間内の空気の膨張および収縮によってもシートの表面に凹凸が発生することがなく、補強層の硬化を阻害することがない高圧ガスタンクを提供する。【解決手段】高圧ガスタンク１０は、口金装着部２０ｃを有するライナー２０と、口金装着部２０ｃに収まるフランジ部２１ａを有する口金２１と、ライナー２０の外表面とフランジ部２１ａの該表面とを覆うＦＲＰ層と、を備えている。そして、口金装着部２０ｃと口金２１との間の隙間Ｓを覆い、かつ、ＦＲＰ層のうち隙間Ｓを覆う部分と接する防水透湿性および通気性を有するシート２３を有することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
口金装着部を有するライナーと、前記口金装着部に収まるフランジ部を有する口金と、前記ライナーの外表面と前記フランジ部の外表面とを覆うＦＲＰ層と、を備える高圧ガスタンクであって、
前記口金装着部と前記口金との間の隙間を覆い、かつ、前記ＦＲＰ層のうち前記隙間を覆う部分と接する防水透湿性および通気性を有するシートを有することを特徴とする高圧ガスタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライナーと口金とを有する高圧ガスタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の高圧ガスタンクとして、筒状の中空容器からなり軸方向の端部に陥没台座部を有するライナーと、陥没台座部に入り込む口金フランジおよび口金フランジから突出した口金本体とを有する口金とを備え、口金フランジの外周縁部と陥没台座部の内周縁部との間に開口凹所が形成され、この開口凹所に液状ガスケット（ＦＩＰＧ：Formed In Place Gasket、以下ＦＩＰＧという。）が塗布されたものが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４２０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の高圧ガスタンクは、図７の工程図に示す各工程を経て作製される。即ち、口金が装着されたライナー（以下、ライナーＡＳＳＹという。）に、ＦＩＰＧが塗布され、ＦＩＰＧが硬化される。次いで、ＦＩＰＧが硬化されたライナーＡＳＳＹの外表面に固着防止剤が塗布される。そして、固着防止剤が塗布されたライナーＡＳＳＹの外表面にフィラメントワインディング法により、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics、以下ＣＦＲＰという。）からなる繊維束が巻回され、補強層が形成される。繊維束には、硬化性の樹脂が未硬化の状態で含浸されており、巻回した状態で樹脂を硬化させることにより補強層が形成される。
【０００５】
特許文献１に記載の高圧ガスタンクは、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、ＦＩＰＧの液状ペーストがライナーと口金との間の隙間を覆うように、所定の幅および厚みで塗布される。ＦＩＰＧは、未硬化の樹脂が開口凹所に侵入するのを防止することができる。
【０００６】
しかしながら、ＦＩＰＧの塗布は、使用する炭素繊維によっては段差や凹凸を起点として破断するので、精度よく塗布する必要があり、塗布機が複雑になってしまう。また、ＦＩＰＧが硬化する前に、温度変化による内封エアの膨張および収縮、ＦＩＰＧの周辺の構成要素の線膨張による体積変化により、ＦＩＰＧ表面に、図８（ｃ）に示すように凹凸が生じるおそれがある。また、ＦＩＰＧの硬化に数時間かかる。
【０００７】
また、ＦＩＰＧの硬化が不十分な状態で硬化性の樹脂に触れた場合、溶出成分で硬化剤を失活させ硬化阻害を引き起こす問題がある。さらに、ＦＩＰＧの塗布の後、口金フランジの外周縁部と陥没台座部の内周縁部との間の開口凹所に隙間が残ると、後工程での温度変化によってもＦＩＰＧの表面に、図８（ｃ）に示すような凹凸が生じ、使用する炭素繊維によっては段差や凹凸を起点として破断するという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、口金装着部と口金との間の隙間に、補強層を形成する樹脂が侵入するのを防止するとともに、隙間内の空気の膨張および収縮によってシートの表面に凹凸が発生するのを防止し、補強層の硬化を阻害することがない高圧ガスタンクを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る高圧ガスタンクは、口金装着部を有するライナーと、前記口金装着部に収まるフランジ部を有する口金と、前記ライナーの外表面と前記フランジ部の外表面とを覆うＦＲＰ層と、を備える高圧ガスタンクであって、前記口金装着部と前記口金との間の隙間を覆い、かつ、前記ＦＲＰ層のうち前記隙間を覆う部分と接する防水透湿性および通気性を有するシートを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る高圧ガスタンクは、シートにより口金装着部と口金との間の隙間が覆われているので、補強層の樹脂が隙間に侵入するのを防止することができる。シートは、防水透湿性および通気性を有しているので、密封された隙間内の空気が温度変化により膨張し、または収縮した場合、あるいは、周辺部品の線膨張により隙間Ｓの容積が変化した場合にも、隙間内の空気を通すことができる。したがって、シートは、隙間内の圧力変化による影響を受けることはなく、シートの表面に凹凸が発生することはない。また、本発明に係る高圧ガスタンクは、ＦＩＰＧを使用していないので、硬化が不十分のＦＩＰＧにより硬化性の樹脂からなる補強層の硬化が阻害されることはない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、補強層を形成する樹脂が隙間に侵入するのを防止するとともに、隙間内の空気の膨張および収縮によってもシートの表面に凹凸が発生することがなく、補強層の硬化を阻害することがない高圧ガスタンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る高圧ガスタンクの図であり、図１（ａ）は、高圧ガスタンクの側面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａで切断した高圧ガスタンクの断面図を示す。
【図２】本発明の実施形態に係る高圧ガスタンクの図であり、図２（ａ）は、ライナーおよび口金の正面図を示し、図２（ｂ）は、境界部分の拡大断面図を示し、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示すＢ−Ｂで切断した高圧ガスタンクの断面図を示す。
【図３】本発明の実施形態に係るライナーと口金の図であり、図３（ａ）は、ライナーと口金の斜視図を示し、図３（ｂ）は、シートが貼付された状態のライナーと口金の正面図を示す。
【図４】本発明の実施形態に係るライナーと口金にシートが貼付された状態のライナーと口金の図であり、図４（ａ）は、ライナーと口金の装着部分の断面図を示し、図４（ｂ）は、図４（ａ）のシートの貼付部分の部分拡大図を示す。
【図５】本発明の実施形態に係るライナーと口金の斜視図であり、図５（ａ）は、ライナーと口金に繊維束によるフープ巻きで補強層を形成した状態を示し、図５（ｂ）は、ライナーと口金に繊維束によるヘリカル巻きで補強層を形成した状態を示す。
【図６】本発明の実施形態の高圧タンクの工程図。
【図７】従来の高圧ガスタンクの工程図。
【図８】従来の高圧ガスタンクの図であり、図８（ａ）は、ＦＩＰＧが塗布されたライナーと口金の装着部分の断面図を示し、図８（ｂ）は、ＦＩＰＧが塗布されたライナーと口金の部分拡大断面図を示し、図８（ｃ）は、塗布されたＦＩＰＧの表面の状態を表す部分拡大平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る高圧ガスタンクを適用した実施形態に係る高圧ガスタンク１０について図面を参照して説明する。
【００１４】
本実施形態に係る高圧ガスタンク１０は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ライナー２０と、口金２１、２２と、シート２３と、補強層２４を有している。高圧ガスタンク１０は、水素などの高圧のガスを充填しておくためのものであり、気体を透過させにくい性質、いわゆるガスバリア性を有している。高圧ガスタンク２０は、例えば燃料電池車に搭載されて水素ガスを貯蔵する燃料タンクとして用いられる。
【００１５】
ライナー２０は、図２（ａ）および図２（ｃ）に示すように、筒状の中空容器からなり、シリンダー部２０ａと、一対のドーム部２０ｂとを有している。ライナー２０は、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、いわゆるナイロン（登録商標）などの高い機械的強度を有するエンジニアリングプラスチックによって一体的に形成されているが、金属材料によって形成されていてもよい。
【００１６】
シリンダー部２０ａは、薄肉の円筒形状を有しており、その両端部に各ドーム部２０ｂが一体的に形成されている。各ドーム部２０ｂは、薄肉の略半球形状を有しており、ライナー２０の軸線に沿った長手方向端部には、ライナー２０の軸線を中心とする所定の深さの凹みを有する口金装着部２０ｃが設けられている。口金装着部２０ｃの内周の壁面には、図１（ｂ）の破線および図２（ａ）の破線で示すように、均等の間隔を有して径方向に拡縮する凹凸部２０ｄが形成されている。
【００１７】
また、各口金装着部２０ｃの中央部分にはライナー２０の軸線を中心とする貫通孔２０ｅが形成されており、各貫通孔２０ｅには口金２１、２２が挿入されてライナー２０と口金２１、２２とがそれぞれ嵌合するようになっている。この貫通孔２０ｅの軸線は、ライナー２０の軸線と一致しており、貫通孔２０ｅは、口金２１、２２をドーム部２０ｂに装着する際の位置決め孔として機能する。
【００１８】
口金２１は、図２（ｃ）に示すように、ライナー２０の口金装着部２０ｃに装着されるフランジ部２１ａと、フランジ部２１ａから口金２１の軸線に沿ってドーム部２０ｂの外側に向かって突出する口金本体部２１ｂと、口金本体部２１ｂと同じ軸線を有してフランジ部２１ａからドーム部２０ｂの内側に向かって突出する突出部２１ｃとを有している。口金２１は、例えば金属材料で形成されている。
【００１９】
フランジ部２１ａの突出部２１ｃ側の面は、略平坦に形成されており、ライナー２０と口金２１とが嵌合した状態で、口金装着部２０ｃに接面するようになっている。フランジ部２１ａの口金本体部２１ｂ側の面は、口金２１の軸線からフランジ部２１ａの外周縁に向かって外周縁に行くほどフランジ厚みが減少するように断面弧状に傾斜しており、フランジ部２１ａの外周縁がドーム部２０ｂの外側に突出しないように形成されている。
【００２０】
フランジ部２１ａは、図２（ａ）に破線で示すように、外周縁に沿って均等の間隔で径方向に交互に凹凸する凹凸部２１ｔが形成されている。凹凸部２１ｔは、フランジ部２１ａがドーム部２０ｂの口金装着部２０ｃに装着された際に、図２（ｂ）の境界部分の拡大断面図で示すように、凹凸部２１ｔが口金装着部２０ｃの凹凸部２０ｄに収められ、凹凸部２１ｔと凹凸部２０ｄとの間に全周に亘って均等の隙間Ｓが形成されるように構成されている。
【００２１】
口金本体部２１ｂには、バルブ接続孔２１ｈが形成されている。バルブ接続孔２１ｈは、その軸線が口金２１の軸線と一致するように口金本体部２１ｂに貫通して設けられている。口金本体部２１ｂは、バルブに接続されて、バルブ接続孔２１ｈを介して高圧ガスタンク１０の内部と外部との間で高圧ガスが流通するように構成されている。突出部２１ｃは、ドーム部２０ｂの貫通孔２０ｅに挿入されている。
【００２２】
口金２２は、口金２１と同様に、ライナー２０の口金装着部２０ｃに装着されるフランジ部２２ａと、フランジ部２２ａから口金２１の軸線に沿ってドーム部２０ｂの外側に向かって突出する口金本体部２２ｂと、口金本体部２２ｂと同じ軸線を有してフランジ部２２ａからドーム部２０ｂの内側に向かって突出する突出部２２ｃとを有している。口金２２は、口金２１と同様に、例えば金属材料で形成されている。
【００２３】
フランジ部２２ａの突出部２２ｃ側の面は、口金２１と同様に、略平坦に形成されており、ライナー２０と口金２２とが嵌合した状態で、口金装着部２０ｃに接面するようになっている。フランジ部２２ａの口金本体部２２ｂ側の面は、口金２２の軸線からフランジ部２２ａの外周縁に向かって外周縁に行くほどフランジ厚みが減少するように断面弧状に傾斜しており、フランジ部２２ａの外周縁がドーム部２０ｂの外側に突出しないように形成されている。
【００２４】
フランジ部２２ａは、図１（ａ）および図２（ｃ）に示すように、口金２１と同様に、外周縁に沿って均等の間隔で径方向に交互に凹凸する凹凸部２２ｔが形成されている。凹凸部２２ｔは、フランジ部２２ａがドーム部２０ｂの口金装着部２０ｃに装着された際に、図２（ｂ）に示すように、凹凸部２２ｔが口金装着部２０ｃの凹凸部２０ｄに収められ、凹凸部２２ｔと凹凸部２０ｄとの間に全周に亘って均等の隙間Ｓが形成されている。
【００２５】
口金本体部２２ｂには、図２（ｃ）に示すように、口金２１とは異なり、口金２２の軸線と一致する軸線を有する有底の穴２２ｈが形成されており、ライナー２０の貫通孔２０ｅが、口金本体部２２ｂの突出部２２ｃにより閉塞されている。口金本体部２２ｂは、ライナー２０が軸線を中心として回転する際に、口金本体部２１ｂと協働してライナー２０を回転させる回転軸を支持する回転支持部として機能する。
【００２６】
シート２３は、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、所定の幅（ｍｍ）及び厚さで周状に連続する形状を有している。シート２３は、防水透湿性および通気性を有する部材からなり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を成形することにより作製される。シート２３の裏面には、粘着層が形成されており、口金２１、２２およびライナー２０に貼り付けることができるようになっている。
【００２７】
シート２３は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、口金装着部２０ｃの凹凸部２０ｄと口金２１のフランジ部２１ａの凹凸部２１ｔとの間の隙間Ｓを覆い、かつ、フランジ部２１ａの外表面と口金装着部２０ｃの外表面とに貼り付けられている。シート２３は、口金２２についても、図３（ａ）に示すように、口金２１ａと同様に、口金装着部２０ｃの凹凸部２０ｄと口金２２のフランジ部２２の凹凸部２２ｔとの間の隙間Ｓを覆い、かつ、フランジ部２２ａの外表面と口金装着部２０ｃの外表面とに貼り付けられている。
【００２８】
補強層２４は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ライナー２０の外周面と、口金２１、２２の一部と、シート２３を覆う層からなり、繊維強化樹脂をライナー２０の外周面に巻き付けて積層することで形成されている。
【００２９】
繊維強化樹脂は、カーボン繊維（Carbon Fiber）、ガラス繊維（Glass Fiber）やアラミド繊維（Aromatic Polyamide Fiber）などの繊維をプラスチックの中に入れて強度を向上させたＣＦＲＰなどの複合材料からなり、補強層２４は、ＦＲＰ層からなる。補強層２４は、例えば、フィラメントワインディング法（Filament Winding Process、以下ＦＷ法という。）によって形成される。
【００３０】
このＦＷ法は、太い繊維束を引伸ばして細くするとともに，あまい撚りを与えて粗糸とし、巻き取ったいわゆる粗紡糸（カーボンロービング、ガラスロービングなどのロービング）からなる繊維束Ｆにエポキシ樹脂（ＥＰ）などの樹脂を含浸させながら、または、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの樹脂が含浸された粗紡糸にテンションをかけ、被加工物に連続的に巻き付ける製造方法をいう。
【００３１】
この製造方法によれば、繊維束Ｆを巻き付ける際の角度を調整することにより、図５（ａ）に示すフープ巻きや図５（ｂ）に示すヘリカル巻きで、被加工物の軸方向および周方向の強度を調整することができる。
【００３２】
次いで、本実施形態に係る高圧ガスタンク１０の製造工程について図面を参照して説明する。
【００３３】
本実施形態に係る高圧ガスタンク１０の製造工程は、図６に示すように、ライナーＡＳＳＹ作製の工程と、シート貼付の工程と、フィラメントワインディングの工程と、ＣＦＲＰ硬化の工程とを含んでいる。各工程は順に行われ、各工程を経て図１（ａ）および図１（ｂ）に示す高圧ガスタンク１０が製造される。
【００３４】
ライナーＡＳＳＹ作製の工程においては、まず、ライナー２０と口金２１、２２が作製される。次いで、図２（ｃ）に示す口金２１の突出部２１ｃが、貫通孔２０ｅに挿入され、フランジ部２１ａが口金装着部２０ｃに装着される。また、口金２２の突出部２２ｃが、有底の穴２２ｈに挿入され、フランジ部２２ａが、口金装着部２０ｃに装着される。これらの作業により、ライナーＡＳＳＹが作製される（ステップＳ１）。
【００３５】
シート貼付の工程においては、まず、シート２３が予め作製される。シート２３は、防水透湿性および通気性を有するポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの材料を用いて成形により作製される。シート２３は、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、所定の幅（ｍｍ）及び所定の厚み（ｍｍ）で周状に連続する形状を有している。シート２３は、口金２１、２２およびライナー２０に貼り付けることができるように、シートの裏面に粘着層が形成される。
【００３６】
作製されたシート２３は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、隙間Ｓを覆い、かつ口金２１のフランジ部２１ａおよび口金装着部２０ｃの表面に、粘着層が形成されている面が接触するようにして貼り付けられる（ステップＳ２）。口金２２側の隙間Ｓの部分に対しても、口金２１側と同様にシート２３が貼り付けられる。
【００３７】
フィラメントワインディングの工程においては、ライナー２０に対して、ＦＷ法により、ＣＦＲＰからなる繊維束Ｆが、図５（ａ）に示すフープ巻きや図５（ｂ）に示すヘリカル巻きで巻付けられて補強層２４が形成される（ステップＳ３）。
【００３８】
ＣＦＲＰ硬化の工程においては、補強層２４を構成するＣＦＲＰの加熱や急冷による硬化処理が行われる（ステップＳ４）。ＣＦＲＰの硬化は、図示しない加熱炉や高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルなどの加熱装置によって行われ、補強層２４内のエポキシ樹脂などの熱硬化樹脂が加熱処理により硬化する。
【００３９】
以上のように構成された実施形態に係る高圧ガスタンク１０の効果について説明する。
【００４０】
本実施形態に係る高圧ガスタンク１０は、口金装着部２０ｃを有するライナー２０と、口金装着部２０ｃに収まるフランジ部２１ａを有する口金２１と、ライナー２０の外表面とフランジ部２１ａの外表面とを覆う補強層２４とを備えている。そして、本実施形態に係る高圧ガスタンク１０は、口金装着部２０ｃと口金２１との間の隙間Ｓを覆い、かつ、補強層２４のうち隙間Ｓを覆う部分と接する防水透湿性および通気性を有するシート２３を有している。シート２３は、ライナー２０及び口金２１のフランジ部２１ａとともに、補強層２４によって覆われる。
【００４１】
本実施形態に係る高圧ガスタンク１０によれば、隙間Ｓがシート２３により密封される。シート２３は、防水透湿性および通気性を有しているので、密封された隙間Ｓ内の空気が温度変化により膨張し、または収縮しても、隙間内の空気は、シート２３の防水透湿性および通気性により、シート２３内を通ることができる。
【００４２】
その結果、温度変化によって隙間Ｓ内の圧力が変化しても、シート２３の表面に凹凸が発生することはないという効果が得られる。また、本実施形態に係る高圧ガスタンク１０は、ＦＩＰＧを使用していないので、ＦＩＰＧ塗布の工程が不要となり、生産の時間を短縮することができる。また、シート２３は、予め成形により作製されるので、工程が簡素化されるという効果が得られる。
【００４３】
また、シート２３は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成されているので、成形後に安定した状態であり、ＰＴＦＥが安定した材料であることから、硬化性の樹脂からなる補強層の硬化阻害の影響はなくなるという効果が得られる。また、シート２３は、ＦＩＰＧを使用していないので、ＦＩＰＧの硬化が不十分である場合に、ＦＩＰＧにより硬化性の樹脂からなる補強層の硬化が阻害されることはないという効果が得られる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１０・・・高圧ガスタンク、２０・・・ライナー、２０ａ・・・シリンダー部、２０ｂ・・・ドーム部、２０ｃ・・・口金装着部、２０ｅ・・・貫通孔、２０ｄ，２１ｔ，２２ｔ・・・凹凸部、２１，２２・・・口金、２１ａ，２２ａ・・・フランジ部、２１ｂ，２２ｂ・・・口金本体部、２１ｃ，２２ｃ・・・突出部、２１ｈ・・・バルブ接続孔、２２ｈ・・・有底の穴、２３・・・シート、２４・・・補強層、Ｓ・・・隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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