(57)【要約】【課題】耐久性を向上させることができる圧力容器を得る。【解決手段】圧力容器１０は、円筒状の直胴部１４と該直胴部１４の両側に溶着されたドーム部１６とを有するライナ部１２を備えている。ドーム部１６には、ライナ部１２における中心軸ＣＬの軸方向中央部側に円筒状の接続部１６Ｂが設けられ、直胴部１４の内側に挿入されている。この接続部１６Ｂの外周面には、直胴部１４の内周面と係合された複数の環状凸部３０Ａを含む係合部３０が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の直胴部と該直胴部の両側に溶着されたドーム部とを有するライナ部と、
円筒状をなし、前記ドーム部の前記ライナ部における中心軸の軸方向中央部側に設けられると共に、前記直胴部の内側に挿入された接続部と、
前記接続部の外周面から前記接続部の径方向外側へ突出すると共に前記接続部の周方向に沿って環状に形成され、前記接続部の軸方向に沿って配置されて前記直胴部の内周面と係合された複数の環状凸部を含む係合部と、
を備える圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、高圧の流体を貯蔵、密閉するための容器として、円筒状の直胴部（第１ライナ部材）と直胴部の両端を塞ぐドーム部（第２ライナ部材及び第３ライナ部材）を有するライナ部を備えた圧力容器（高圧タンク）が開示されている。この圧力容器の直胴部とドーム部は、軸方向の端部に径方向外側に突出した凸部を備えており、互いに当接する凸部の側面が溶着されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１０６５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された圧力容器のように、直胴部が長尺な円筒状に形成されている場合、圧力容器の内圧が低く、かつ、極低温状態におかれると、直胴部の収縮が激しくなる。これにより、直胴部とドーム部の溶着部に作用する引張荷重が大きくなるため、圧力容器の耐久性を向上させるという点において、改善の余地がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、耐久性を向上させることができる圧力容器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の本発明に係る圧力容器は、円筒状の直胴部と該直胴部の両側に溶着されたドーム部とを有するライナ部と、円筒状をなし、前記ドーム部の前記ライナ部における中心軸の軸方向中央部側に設けられると共に、前記直胴部の内側に挿入された接続部と、前記接続部の外周面から前記接続部の径方向外側へ突出すると共に前記接続部の周方向に沿って環状に形成され、前記接続部の軸方向に沿って配置されて前記直胴部の内周面と係合された複数の環状凸部を含む係合部と、を備えている。
【０００７】
請求項１に記載の本発明に係る圧力容器では、ドーム部のライナ部における中心軸の軸方向中央部側に円筒状の接続部が設けられ、直胴部の内側に挿入されている。この接続部の外周面には、直胴部の内周面と係合された複数の環状凸部を含む係合部が設けられている。これにより、例えば、圧力容器の内圧が低く、かつ、極低温状態となった場合に、直胴部とドーム部の溶着部に作用する引張荷重に対して、接続部の係合部で発生する摩擦力で対抗することができる。その結果、溶着部にかかる負荷が抑制され、直胴部とドーム部の接合強度が向上される。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、請求項１に係る圧力容器によれば、直胴部とドーム部の接合強度を向上させて、耐久性を向上させることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る圧力容器の構造を模式的に示す部分断面図である。
【図２】図１に示す圧力容器の一部等を拡大し、模式的に示す断面図である。
【図３】図１に示すライナ部の接続部を拡大し、模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１〜図３に基づいて本実施形態に係る圧力容器１０について説明する。図１には、本実施形態に係る圧力容器１０の構造が模式的な部分断面図で示されている。なお、図１における矢印Ｘは、圧力容器１０の中心軸ＣＬの軸方向で、圧力容器１０（ライナ部１２）の中心Ｏから離れる側を示しており、その離れる側を「軸方向端部側」とする。また、それとは逆に圧力容器１０（ライナ部１２）の中心Ｏへ近づく側を「軸方向中央部側」とする。また、本実施形態に係る圧力容器１０は、タンクとも呼ばれ、その内部に、例えば燃料としての水素ガスが充填されるようになっており、燃料電池自動車（ＦＣＶ（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、図示省略）等に搭載されるようになっている。
【００１１】
図１〜図３に示されるように、圧力容器１０は、容器本体を構成するライナ部１２を有している。このライナ部１２は、円筒状の直胴部１４と直胴部１４の両側に溶着されたドーム部１６とによって構成されている。また、ライナ部１２の外周面側には、補強部１８が形成されている。なお、図１では、直胴部１４を便宜上模式的に一層のように図示しているが、直胴部１４は、後述するように多層構造の積層体とされる。
【００１２】
図２及び図３に示されるように、直胴部１４は、その内周面を構成する樹脂製の内層２０と、内層２０に対して外周側に配置された樹脂製の外層２２と、内層２０と外層２２との間に挟まれた樹脂製のバリア層２４と、を含んで構成されている。バリア層２４は、一例としてエチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）で構成され、内層２０及び外層２２に比べてガス（例えば水素ガス）の透過性が低い（言い換えればガスバリア性が高い）。内層２０と外層２２は、一例としてポリアミド（ＰＡ）６で構成されている。このように、直胴部１４は、バリア層を含む積層体とされることにより、例えばポリアミド６の単層構造で形成される場合に比べて板厚の薄肉化が図られている。本実施形態では、直胴部１４の板厚ｔ１は、０．８ｍｍ程度とされている。一方、ポリアミド６の単層構造とされた後述するドーム部１６は、その半球部１６Ｃにおける板厚ｔ２が２．０〜３．０ｍｍ程度とされている。なお、直胴部１４は、一例として押出成形によって筒状体を成形してからブロー成形することで成形することができる。
【００１３】
また、図１及び図２に示されるように、直胴部１４の軸方向の両側には、直胴部１４と同軸的に配置されたドーム部１６の一端が圧入されている。このため、直胴部１４の内径は、中心軸ＣＬの軸方向中央部側に比べて中心軸ＣＬの軸方向端部側の方が若干拡径されている。
【００１４】
ドーム部１６は、軸方向の一端側に形成された挿入部１６Ａと、軸方向の他端側に形成され、上述した直胴部１４の内側に圧入された接続部１６Ｂと、挿入部１６Ａと接続部１６Ｂを繋ぐ半球状の半球部１６Ｃと、を含んでいる。挿入部１６Ａは、ドーム部１６の中心軸ＣＬの軸方向端部側において軸心部に形成されており、直胴部１４の内径よりも小径の開口部である。挿入部１６Ａには、一例として、一方の挿入部１６Ａには、封止プラグ２６が嵌合され、他方の挿入部１６Ａには口金プラグ２８が嵌合されるようになっており、その口金プラグ２８には、バルブ（図示省略）が装着されるようになっている。
【００１５】
接続部１６Ｂは、円筒状をなし、その外周面が直胴部１４の内周面に当接している。より詳細に説明すると、接続部１６Ｂの外周面には、複数（本実施形態では３つ）の環状凸部３０Ａを有する係合部３０が形成されている。環状凸部３０Ａは、接続部１６Ｂの外周面から径方向外側へ突出されると共に、接続部１６Ｂの周方向に沿って環状に形成されている。また、複数の環状凸部３０Ａは、接続部１６Ｂの軸方向に沿って配置されている。換言すると、係合部３０は、接続部１６Ｂの軸方向に沿った断面視で、ファーツリー（モミの木）状に形成されている。そして、接続部１６Ｂを直胴部１４に圧入すると、上述した環状凸部３０Ａが直胴部１４の内周面を径方向外側へ押圧するため、内周面が環状凸部の稜線に沿って変形される。これにより、環状凸部の先端が直胴部１４の内周面に係合されている。
【００１６】
また、図３に示されるように、接続部１６Ｂの板厚は、ドーム部１６の中心軸ＣＬの軸方向端部側から中央部側へ向かうにつれて徐々に薄くなる構成とされている。そして、接続部１６Ｂが直胴部１４に圧入された状態では、ライナ部１２の内周面におけるドーム部１６と直胴部１４の境目に段差が形成されない構成となっている。
【００１７】
さらに、ドーム部１６における半球部１６Ｃと接続部１６Ｂの境界部分では、半球部１６Ｃは、接続部１６Ｂに対して、径方向の外側に張り出しており、当該境界部分に段差部３２が形成されている。そして、接続部１６Ｂを直胴部１４に圧入した状態では、段差部３２の径方向の高さが直胴部１４の板厚と略一致し、ライナ部１２の外周面における直胴部１４とドーム部１６の境目に段差が形成されない構成となっている。
【００１８】
上記構成のドーム部１６は、直胴部１４の内層２０と同様にポリアミド６で構成され、射出成又はプレス成型等の方法を用いて成形されている。図３に示されるように、ドーム部１６は、直胴部１４に圧入された状態で、レーザー溶着等の方法を用いて溶着されている。具体的には、ドーム部１６の中心軸ＣＬの軸方向中央部側に形成された環状凸部３０Ａの先端部に直胴部１４の内周面と溶着した溶着部３４が形成されている。これにより、ライナ部１２の内部に密閉空間が形成されている。なお、本実施形態の溶着部３４は、１つの環状凸部３０Ａに形成されているが、複数の環状凸部３０Ａに形成する構成でもよい。
【００１９】
さらに、ドーム部１６の係合部３０において、段差部３２と環状凸部３０Ａの間に形成される溝部３６に環状のシール部材（「Ｏリング」ともいう）３８が嵌め込まれている。ドーム部１６が直胴部１４に圧入された状態で、シール部材３８は、直胴部１４の内周面に接触するようになっており、係合部３０における直胴部１４とドーム部１６の隙間がシールされるようになっている。これにより、ライナ部１２の気密性が高められている。なお、溝部３６にシール部材３８が配置されない構成としてもよい。又は、隣接する環状凸部３０Ａ間の溝に嵌め込む構成でもよく、複数のシール部材３８を複数の溝に嵌め込む構成としてもよい。
【００２０】
図１〜図３に示されるように、ライナ部の外周側には、補強部１８が設けられている。補強部１８は、フィラメントワインディング法（ＦＷ法）によって形成 された繊維強化樹脂層とされている。詳細に説明すると、補強部１８は、熱硬化性樹脂が含浸されたテープ状の強化繊維（不図示）をライナ部１２に巻き付けて、熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより形成されている。強化繊維は、一例として、ガラス繊維、炭素繊維又はアラミド繊維等を含むＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製とされている。これにより、ライナ部１２が補強部１８によって補強されている。
【００２１】
（作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
【００２２】
本実施形態に係る圧力容器１０では、ドーム部１６の中心軸ＣＬの軸方向中央部側に円筒状の接続部１６Ｂが設けられ、直胴部１４の内側に挿入されている。この接続部１６Ｂの外周面には、直胴部１４の内周面と係合された複数の環状凸部３０Ａを含む係合部３０が設けられている。
【００２３】
ところで、本実実施形態のように直胴部１４が長尺な円筒状に形成されている場合、圧力容器１０の内圧が低く、かつ、極低温状態におかれると、直胴部１４の収縮が激しくなる。これにより、直胴部１４とドーム部１６の溶着部３４に引張荷重が作用し（図２の矢印Ｗ参照）、溶着部３４の破損が懸念される。
【００２４】
ここで、本実施形態では、溶着部３４に作用する引張荷重に対して、係合部３０で発生する摩擦力で対抗することができる。その結果、溶着部３４にかかる負荷が抑制され、直胴部１４とドーム部１６の接合強度が向上される。
【００２５】
また、本実施形態では、ライナ部１２の直胴部１４が、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）を含むことにより板厚の薄肉化を図ることができる。これにより、圧力容器１０の内部の圧力変化に伴うライナ部１２の局所変形を抑制することができる。
【００２６】
というのも、直胴部１４の板厚が厚肉化すると、圧力変化に伴って収縮又は拡張する直胴部１４の変形に補強部１８が追従することができずに、部分的にライナ部１２と補強部１８が剥離してしまう場合がある。そうすると、剥離した部分では、直胴部１４が局所的に変形されてライナ部１２の破損に繋がる可能性がある。
【００２７】
これに対して、本実施形態では、直胴部１４を薄肉化することにより、直胴部１４が補強部１８の内周面に密着させながら変形される。これにより、直胴部１４と補強部１８が一体に変形され、ライナ部１２と補強部１８の剥離が抑制される。その結果、ライナ部１２の局所変形を抑制して圧力容器１０の耐久性を向上させることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、接続部１６Ｂの板厚が、ドーム部１６の中心軸ＣＬの軸方向端部側から中央部側へ向かうにつれて徐々に薄くなる構成とされている。このため、ライナ部１２の内周面におけるドーム部１６と直胴部１４の境目に段差が形成されない構成となっている。これにより、圧力容器１０に水素ガスを充填してライナ部１２の内圧が上昇した場合に、ライナ部１２の変形を抑制することができる。
【００２９】
というのも、圧力容器１０内に水素ガスが充填されると、内圧によって、直胴部１４とドーム部１６を接続する接続部１６Ｂが径方向外側へ押圧される（図２の矢印Ｚ参照）。このとき、ライナ部１２の内周面に板厚の差による段差が生じると、段差部分に応力が集中し、ライナ部１２の曲げ変形の起点になる場合がある。これに対して、本実施形態では、ライナ部１２の内周面がフラットに形成されているため、接続部１６Ｂに対する応力集中を抑制することができる。これにより、内圧の上昇によるライナ部１２の変形を抑制することができる。
【００３０】
さらに、接続部１６Ｂの板厚が、ドーム部１６の中心軸ＣＬの軸方向端部側から中央部側へ向かうにつれて徐々に薄くなっているため、板厚の薄い端部を導入部として直胴部１４の内側へ圧入させることができる。これにより、ドーム部１６を直胴部１４に圧入させる工程が容易になり、圧力容器１０の生産性を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、ライナ部１２の外周面における直胴部１４とドーム部１６の境目に段差が形成されない構成となっている。これにより、補強部１８の強化繊維をライナ部１２の外周面に容易に巻き付けることができ、圧力容器１０の生産性を向上させることができる。
[補足説明]
【００３２】
上記実施形態では、ドーム部１６がポリアミド６で構成されているが、本発明はこれに限らない。例えば、ドーム部１６をエチレン−ビニルアルコール共重合体で構成してもよい。この場合、直胴部１４は、バリア層をエチレン−ビニルアルコール共重合体で構成し、内層及び外層をポリエチレン（ＰＥ）で構成するのが好ましい。また、バリア層と内層及び外層を接着させる接着材として、変性ポリエチレンを用いることが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態では、ドーム部１６がポリアミド６で構成されているが、本発明はこれに限らない。例えば、ドーム部１６をポリアミド１１又はポリアミド１２で構成してもよい。この場合、直胴部の内層及び外層をポリアミド１１又はポリアミド１２で構成し、バリア層と内層及び外層を接着させる接着材として、エチレン−ビニルアルコール共重合体との接着性を備えるポリアミド６又はポリアミド１２を含む共重合体を用いることが好ましい。
【符号の説明】
【００３４】
１０  圧力容器
１２  ライナ部
１４  直胴部
１６  ドーム部
１６Ｂ接続部
３０  係合部
３０Ａ環状凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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