(57)【要約】【課題】口金及びエンドボスの強度を確保しつつ、ガスタンクの軽量化を図る。【解決手段】高圧ガスタンク２は、樹脂ライナ２０と当該樹脂ライナ２０を覆うＦＲＰ層２１を有するタンク本体１０と、タンク本体１０のタンク軸方向の一方の端部に設けられた口金１１と、タンク本体１０の他方の端部に設けられた樹脂製のエンドボス１２と、を有する。樹脂ライナ２０の他方側の端部は、閉鎖されており、エンドボス１２は、樹脂ライナ２０の他方側の端部の外側に設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタンクであって、
内壁層と当該内壁層を覆う外壁層を有するタンク本体と、
前記タンク本体のタンク軸方向の一方の端部に設けられた口金と、
前記タンク本体の他方の端部に設けられた樹脂製のエンドボスと、を有し、
前記内壁層の前記他方側の端部は、閉鎖されており、
前記エンドボスは、前記内壁層の前記他方側の端部の外側に設けられていることを特徴とする、ガスタンク。
【請求項２】
前記内壁層の前記他方側の端部には、閉鎖面が形成され、前記外壁層の前記他方側の端部には、開口部が形成され、当該開口部と前記閉鎖面により前記タンク本体の他方の端部に凹部が形成されており、
前記エンドボスは、前記凹部に設置されていることを特徴とする、請求項１に記載のガスタンク。
【請求項３】
前記外壁層の開口部を形成する先端部と、その内側の内壁層との間には、隙間が形成され、
前記エンドボスは、前記隙間に入り込むように、タンク軸に直交する径方向に突出する突出部を有していることを特徴とする、請求項２に記載のガスタンク。
【請求項４】
前記内壁層の前記他方側の端部は、前記タンク本体の内側に凹む凹状に形成され、当該内壁層の凹状部分の径が前記外壁層の開口部より大きく形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のガスタンク。
【請求項５】
前記エンドボスは、フィラメントワイディング法により外壁層を形成する際に前記タンク本体の他方の端部に装着されていた金属製のエンドボスが除去され、それによって形成された凹部に溶融樹脂を流し込み硬化させることによって形成されたものであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のガスタンク。
【請求項６】
ガスタンクの製造方法であって、
タンク本体の内壁層の軸方向の一方の端部に口金を形成し、他方の端部に金属製のエンドボスを形成する工程と、
前記タンク本体の内壁層を軸周りに回転させ、当該内壁層の外周に繊維を巻いて外壁層を形成する工程と、
前記金属製のエンドボスを除去して、前記タンク本体の他方の端部に凹部を形成する工程と、
前記凹部に溶融樹脂を流し込み硬化させて、前記タンク本体の他方の端部に樹脂製のエンドボスを形成する工程と、を有することを特徴とする、ガスタンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタンク及びガスタンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車等に搭載される燃料電池システムには、燃料ガスの供給源として高圧ガスタンクが用いられている。一般的に高圧ガスタンクの本体は、内壁層であるライナと、当該ライナに繊維を巻き付けて形成された強化繊維層（外壁層）により形成されている。当該タンク本体の軸方向の一端部には、バルブが接続される口金が形成され、他端部には、当該他端部を閉鎖するエンドボスが形成されている。当該エンドボスは、従来より口金と同じ金属製に成形されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−９６３９９号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、自動車の燃費やガスタンクの運搬性等の観点から、高圧ガスタンクは軽い方が望ましい。しかしながら、口金とエンドボスが金属製であり、これにより高圧ガスタンクは重くなっている。その一方で口金やエンドボスは、内圧に対する強度や耐久性が要求される。また、口金は、バルブが接続されるので、バルブに対する強度も要求される。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、口金及びエンドボスの強度を確保しつつ、ガスタンクの軽量化を図ることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、ガスタンクであって、内壁層と当該内壁層を覆う外壁層を有するタンク本体と、前記タンク本体のタンク軸方向の一方の端部に設けられた口金と、前記タンク本体の他方の端部に設けられた樹脂製のエンドボスと、を有し、前記内壁層の前記他方側の端部は、閉鎖されており、前記エンドボスは、前記内壁層の前記他方側の端部の外側に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、エンドボスが樹脂製であるので、ガスタンクの重さを低減できる。また、タンク本体の内壁層のエンドボス側の端部を閉鎖し、その外側にエンドボスを設けるので、ガスタンクの内圧が直接エンドボスにかかることがなく、エンドボスの強度も確保できる。また、エンドボスのみ樹脂製にするので、口金の強度は確保できる。したがって、口金及びエンドボスの強度を確保しつつ、ガスタンクの軽量化を図ることができる。
【０００８】
前記内壁層の前記他方側の端部には、閉鎖面が形成され、前記外壁層の前記他方側の端部には、開口部が形成され、当該開口部と前記閉鎖面により前記タンク本体の他方の端部に凹部が形成されており、前記エンドボスは、前記凹部に設置されていてもよい。
【０００９】
前記外壁層の開口部を形成する先端部と、その内側の内壁層との間には、隙間が形成され、前記エンドボスは、前記隙間に入り込むように、タンク軸に直交する径方向に突出する突出部を有していてもよい。かかる場合、エンドボスが内壁層と外壁層の隙間に係止されるので、例えば内圧上昇時などにエンドボスが押されてタンク本体から抜けることを防止できる。
【００１０】
前記内壁層の前記他方側の端部は、前記タンク本体の内側に凹む凹状に形成され、当該内壁層の凹状部分の径が前記外壁層の開口部より大きく形成されていてもよい。かかる場合、上記外壁層と内壁層との間の隙間が適切に形成される。
【００１１】
前記エンドボスは、フィラメントワイディング法により外壁層を形成する際に前記タンク本体の他方の端部に装着されていた金属製のエンドボスが除去され、それによって形成された凹部に溶融樹脂を流し込み硬化させることによって形成されたものであってもよい。
【００１２】
別の観点による本発明は、ガスタンクの製造方法であって、タンク本体の内壁層の軸方向の一方の端部に口金を形成し、他方の端部に金属製のエンドボスを形成する工程と、前記タンク本体の内壁層を軸周りに回転させ、当該内壁層の外周に繊維を巻いて外壁層を形成する工程と、前記金属製のエンドボスを除去して、前記タンク本体の他方の端部に凹部を形成する工程と、前記凹部に溶融樹脂を流し込み硬化させて、前記タンク本体の他方の端部に樹脂製のエンドボスを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
外壁層を形成する際には、エンドボスを保持して内壁層を回転させるため、エンドボスの強度が必要になる。本発明によれば、外壁層を形成する際に強度のある金属製のエンドボスを用いることができるので、外壁層の形成工程を適正に行うことができる。また、金属製のエンドボスを除去し、それによってできた凹部に溶融樹脂を流し込んで樹脂製のエンドボスを形成するので、最終的に樹脂製のエンドボスを有するガスタンクを適正に製造できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、口金及びエンドボスの強度を確保しつつ、ガスタンクの軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係るガスタンクを搭載した燃料電池自動車１の模式図である。
【００１６】
燃料電池自動車１には、例えば３つの高圧ガスタンク２が車体のリア部に搭載されている。高圧ガスタンク２は、燃料電池システム３の一部を構成し、ガス供給ライン４を通じて各高圧ガスタンク２から燃料電池５に燃料ガスが供給可能になっている。高圧ガスタンク２に貯留される燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば水素ガスである。なお、高圧ガスタンク２は、燃料電池自動車１のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置設備（住宅、ビル）にも適用できる。
【００１７】
図２は、高圧ガスタンク２の構成の概略を示す縦断面図である。高圧ガスタンク２は、例えば略楕円体のタンク本体１０と、当該タンク本体１０のタンク軸方向の一方（図２の左側）の端部に設けられた口金１１と、他方（図２の右側）の端部に設けられたエンドボス１２を有している。
【００１８】
タンク本体１０は、例えば二層構造を有し、内側の内壁層としての樹脂ライナ２０とその樹脂ライナ２０の外面を覆う外壁層としてのＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）層２１を有している。
【００１９】
樹脂ライナ２０は、タンク本体１０とほぼ同じ略楕円体形状を有している。樹脂ライナ２０は、例えばナイロン６、ナイロン６,６などのポリアミド系樹脂により成形されている。ＦＲＰ層２１は、樹脂を含有する繊維により成形されている。ＦＲＰ層２１の樹脂として、例えばエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、又は不飽和ポリエステル樹脂などが用いられている。また、繊維としては、例えば炭素繊維、金属繊維などが用いられている。
【００２０】
樹脂ライナ２０一方の端部は開口し、当該開口部に口金１１が取り付けられている。口金１１は、略円筒形状を有し、例えばアルミや鉄などにより成形されている。図２及び図３に示すように樹脂ライナ２０の他方の端部は、閉鎖されており、タンク本体１０の内側に凹む凹状部分２０ａが形成されている。凹状部分２０ａの底面は、タンク軸に直交する閉鎖平坦面２０ｂになっている。
【００２１】
ＦＲＰ層２１の他方の端部には、エンドボス１２が通る開口部２１ａが形成されている。樹脂ライナ２０の凹状部分２０ａの径は、ＦＲＰ層２１の開口部２１ａの径より大きく形成されており、これによって、ＦＲＰ層２１の開口部２１ａを形成する先端部と、その内側の樹脂ライナ２０との間に隙間Ｄが形成されている。樹脂ライナ２０の凹状部分２０ａとＦＲＰ層２１の開口部２１ａにより、タンク本体１０の他方の端部に凹部２２が形成され、当該凹部２２にエンドボス１２が設置されている。エンドボス１２は、凹部２２に適合する略円柱状を有し、ポリアミド系樹脂などの樹脂により成形されている。また、エンドボス１２は、ＦＲＰ層２１と樹脂ライナ２０の隙間Ｄに入り込むように、タンク軸と直交する径方向に突出する環状の突出部１２ａを有している。
【００２２】
次に、以上のように構成される高圧ガスタンク２の製造方法について説明する。図４は、かかる製造方法の主な工程の一例を示すフローチャートである。
【００２３】
先ず、樹脂ライナ２０が射出成形される。このとき、樹脂ライナ２０の一方の端部に開口部が形成され、他方の端部に、閉鎖平坦面２０ｂを有する凹状部分２０ａが形成される。そして、図５に示すように樹脂ライナ２０の一方の端部の開口部に口金１１が取り付けられ、他方の端部の凹状部分２０ａに、アルミ、鉄などの金属製のエンドボス１２’が取り付けられる（図４の工程Ｓ１）。このエンドボス１２’は、最終的に形成されるエンドボス１２とほぼ同じ略円柱状を有している。エンドボス１２’の外端面には、後述のＦＲＰ層２１の形成時に回転シャフト５１を挿入するための凹部１２’ａが形成されている。
【００２４】
その後、樹脂ライナ２０は、図６に示すように繊維巻き付け装置５０の回転シャフト５１に支持される。樹脂ライナ２０は、両端の口金１１と、エンドボス１２’の凹部１２’ａに回転シャフト５１を差し込むことによって、回転シャフト５１に支持される。
【００２５】
その後、回転シャフト５１が回転され、樹脂ライナ２０が回転されて、樹脂繊維Ｆが樹脂ライナ２０の外面に巻き付けられる。樹脂繊維Ｆは、上流部で熱可塑性の樹脂が含浸され、その後繊維ガイド部５２で角度調整されて、樹脂ライナ２０に巻き付けられる。こうして、図７に示すように樹脂ライナ２０の外周面と口金１１とエンドボス１２’の外周面の一部に樹脂繊維Ｆが巻き付けられ、所定の厚みのＦＲＰ層２１が形成される（図４の工程Ｓ２）。その後、高圧ガスタンク２が加熱され、ＦＲＰ層２１が硬化される。
【００２６】
ＦＲＰ層２１の硬化後、酸によりエンドボス１２’が溶かされ、除去される（図４の工程Ｓ３）。これにより、図８に示すようにタンク本体１０の他方の端部に、ＦＲＰ層２１の開口部２１ａと樹脂ライナ２０の凹状部分２０ａにより囲まれた凹部２２が形成される。その後、例えば当該凹部２２に、溶解樹脂が流し込まれ、硬化されて、図３に示したように凹部２２に樹脂製のエンドボス１２が形成される（図４の工程Ｓ４）。
【００２７】
以上の実施の形態によれば、エンドボス１２が樹脂製であるので、高圧ガスタンク２の重さを低減できる。また、樹脂ライナ２０のエンドボス１２側の端部を閉鎖し、その外側にエンドボス１２を設けるので、高圧ガスタンク２の内圧が直接エンドボス１２にかかることがなく、エンドボス１２の強度も確保できる。また、エンドボス１２のみ樹脂製にするので、口金１１の強度は確保できる。したがって、口金１１及びエンドボス１２の強度を確保しつつ、高圧ガスタンク２の軽量化を図ることができる。また、エンドボス１２が樹脂の場合、樹脂の材質、形状等を変えることによってエンドボス１２の耐久性や強度を設定しやすくなる。これにより、例えばタンク本体１０より強度や耐久性を低く設定し、タンク本体１０が破裂する前にエンドボス１２が破損し内部ガスを放出するようにして、タンク本体１０の破裂を防止することもできる。
【００２８】
タンク本体１０の他方の端部に、樹脂ライナ２０の閉鎖平坦面２０ｂとＦＲＰ層２１の開口部２１ａにより囲まれる凹部２２が形成されており、エンドボス１２は、その凹部２２に設置されている。かかる場合、例えばエンドボス１２がタンク本体１０にしっかり固定される。
【００２９】
ＦＲＰ層２１の開口部２１ａを形成する先端部と、その内側の樹脂ライナ２０との間に隙間Ｄが形成され、エンドボス１２は、隙間Ｄに入り込むように、径方向の外側に突出する突出部１２ａを有している。このため、エンドボス１２が樹脂ライナ２０とＦＲＰ層２１の隙間Ｄに係止され、例えば内圧上昇時などにエンドボス１２がタンク本体１０から抜けることを防止できる。
【００３０】
また、樹脂ライナ２０の他方の端部に形成された凹状部分１２ａの径は、ＦＲＰ層２１の開口部２１ａより大きく形成されたので、上記樹脂ライナ２０とＦＲＰ層２１の隙間Ｄが適正に形成され、タンク本体１０に対するエンドボス１２の固定を適正に行うことができる。
【００３１】
本実施の形態では、初めタンク本体１０の他方の端部に金属製のエンドボス１２’を形成し、その後、ＦＷ法によりＦＲＰ層２１を形成した後、エンドボス１２’を除去してタンク本体１０に凹部２２を形成し、当該凹部２２に溶融樹脂を流し込み硬化させて、樹脂製のエンドボス１２を形成している。ＦＲＰ層２１を形成する際には、エンドボスを保持して回転させるため、エンドボスの強度が必要になるが、本実施の形態では、ＦＲＰ層２１を形成する際に金属製のエンドボス１２’を用いるので、ＦＲＰ層２１の形成を適正に行うことができる。また、最終的には、樹脂製のエンドボス１２を有する高圧ガスタンク２を適正に製造できる。
【００３２】
以上の実施の形態では、金属製のエンドボス１２’を酸により溶解させて除去していたが、他の方法によりエンドボス１２’を除去してもよい。例えば図９に示すように予め金属製のエンドボス１２’を分割可能に成形しておき、ＦＲＰ層２１を形成した後に、エンドボス１２’の各片Ｐを凹部２２から取り出して、エンドボス１２’を除去してもよい。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】高圧ガスタンクを搭載した燃料電池自動車の模式図である。
【図２】高圧ガスタンクの構成の概略を示す縦断面図である。
【図３】高圧ガスタンクのエンドボス側の端部の拡大縦断面図である。
【図４】高圧ガスタンクの製造方法の主な工程を示すフローチャートである。
【図５】口金とエンドボスを有する樹脂ライナの構成の概略を示す縦断面図である。
【図６】樹脂ライナに樹脂繊維を巻き付ける様子を示す説明図である。
【図７】樹脂ライナに樹脂繊維が巻き付けられた状態の高圧ガスタンクの縦断面図である。
【図８】金属製のエンドボスが除去されたときの高圧ガスタンクのエンドボス側の端部の拡大断面図である。
【図９】分割可能な金属製のエンドボスの平面図である。
【符号の説明】
【００３５】
２  高圧ガスタンク
１０  タンク本体
１１  口金
１２  エンドボス
１２’金属製のエンドボス
２０  樹脂ライナ
２０ａ  凹状部分
２１  ＦＲＰ層
【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】
2010084908.tif 000009
【図８】
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【図９】
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