(57)【要約】【課題】高圧ガスタンクの十分な強度を確保する。【解決手段】径の同じ筒状の胴部２ａと、当該胴部２ａの両端に接続され当該胴部２ａから離れるにつれて縮径するドーム部２ｂとを有する高圧ガスタンク２において、樹脂ライナ２０の表面には、フィラメントワイディング法によるフープ巻きとヘリカル巻きにより、ＦＲＰ層２１が形成される。ＦＲＰ層２１の表面には、保護層２２が形成される。保護層２２は、ＦＲＰ層２１の最薄部Ｋを含むドーム部２ｂの胴部２ａ側の領域Ｒから胴部２ａに亘り形成されている。保護層２２は、ドーム部２ｂの胴部２ａ側の領域Ｒに折り返し部が位置するヘリカル巻きにより形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径の同じ筒状の胴部と、当該胴部の両端に接続され当該胴部から離れるにつれて縮径するドーム部とを有するタンクであって、
ライナの表面には、フィラメントワイディング法によるフープ巻きとヘリカル巻きにより、補強層が形成され、
前記補強層の表面には、保護層が形成され、
前記保護層は、前記補強層の最薄部を含む前記ドーム部の前記胴部側の領域から前記胴部に亘り形成されていることを特徴とする、タンク。
【請求項２】
前記保護層は、前記ドーム部の前記胴部側の前記領域に折り返し部が位置するヘリカル巻きにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のタンク。
【請求項３】
前記保護層は、前記補強層の形成時のヘリカル巻きよりもタンク軸に対して高角のヘリカル巻きによって形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のタンク。
【請求項４】
前記保護層は、前記補強層よりも耐衝撃性が高い材質により形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のタンク。
【請求項５】
前記補強層は、炭素繊維強化樹脂により形成され、前記保護層は、ガラス繊維樹脂、又はアラミド繊維樹脂により形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のタンク。
【請求項６】
径の同じ胴部と、当該胴部の両端に接続され当該胴部から離れるにつれて縮径するドーム部とを有するタンクの製造方法であって、
フィラメントワイディング法によるフープ巻きとヘリカル巻きにより、ライナの表面に補強層を形成する工程と、
前記補強層の最薄部を含む前記ドーム部の前記胴部側の領域に折り返し部が位置するヘリカル巻きにより、補強層の表面に保護層を形成する工程と、を有することを特徴とする、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、タンク及び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は、略楕円体状であり、径の同じ筒状の胴部と、当該胴部の両端に接続され当該胴部から離れるにつれて縮径するドーム部を有している。両側のドーム部の先端には、口金が形成されている。
【０００３】
また、高圧ガスタンクは、内圧等に対する強度を上げるため、ライナの表面に補強層が形成されている。この補強層は、フィラメントワイディング（ＦＷ）法を用いて、ライナの外周面の口金を除く全面に補強繊維を巻き付けることによって形成されている。一般的に補強層は、補強繊維がフープ巻きにより胴部に巻き付けられ、その後補強繊維がヘリカル巻きによりドーム部と胴部に巻き付けられて形成される。なお、フープ巻きは、補強繊維をタンク軸周りのタンクの周方向に巻く巻き方であり、ヘリカル巻きは、補強繊維を両側のドーム部の口金付近で折り返してタンク軸に対して斜めに巻く巻き方である。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１０１３９７号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の方法により補強層を形成した場合、ヘリカル巻きの際に補強繊維が口金近辺で口金周りに折り返されるため、ドーム部の厚みにバラツキができる。つまりドーム部の口金付近の厚みが厚くなり、ドーム部の胴部側の領域の厚みが薄くなる。この場合、厚みの薄い部分が厚い部分に比べて例えば外部からの衝撃に弱くなることが懸念される。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高圧ガスタンクなどのタンクの十分な強度を確保することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、径の同じ筒状の胴部と、当該胴部の両端に接続され当該胴部から離れるにつれて縮径するドーム部とを有するタンクであって、ライナの表面には、フィラメントワイディング法によるフープ巻きとヘリカル巻きにより、補強層が形成され、前記補強層の表面には、保護層が形成され、前記保護層は、前記補強層の最薄部を含む前記ドーム部の前記胴部側の領域から前記胴部に亘り形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、補強層の最薄部を含むドーム部の胴部側の領域に保護層が形成されるので、ドーム部の厚みの薄い部分が補強され、外部衝撃等に対するタンク全体の十分な強度を確保できる。また、厚みが厚いドーム部の中心側（胴部側の反対側）には、保護層が形成されない部分ができるので、全体に保護層を形成する場合に比べてタンクの重さを軽減できる。
【０００９】
前記保護層は、前記ドーム部の前記胴部側の前記領域に折り返し部が位置するヘリカル巻きにより形成されていてもよい。かかる場合、保護層を所定の位置に適正に形成できる。
【００１０】
前記保護層は、前記補強層の形成時のヘリカル巻きよりもタンク軸に対して高角のヘリカル巻きによって形成されていてもよい。かかる場合、ヘリカル巻きの折り返し部の位置を前記ドーム部の胴部側の領域に適正に調整できる。
【００１１】
前記保護層は、前記補強層よりも耐衝撃性の高い材質により形成されていてもよい。これにより、保護層の外部衝撃に対する強度を確保できる。
【００１２】
前記補強層は、炭素繊維強化樹脂により形成され、前記保護層は、ガラス繊維樹脂、又はアラミド繊維樹脂により形成されていてもよい。
【００１３】
別の観点による本発明は、径の同じ胴部と、当該胴部の両端に接続され当該胴部から離れるにつれて縮径するドーム部とを有するタンクの製造方法であって、フィラメントワイディング法によるフープ巻きとヘリカル巻きにより、ライナの表面に補強層を形成する工程と、前記補強層の最薄部を含む前記ドーム部の前記胴部側の領域に折り返し部が位置するヘリカル巻きにより、補強層の表面に保護層を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、耐衝撃性に優れたタンクを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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、例えば略楕円体状に形成され、径の同じ円筒状の胴部２ａと、当該胴部２ａの両端に接続され当該胴部２ａから離れるにつれて縮径する略半球体状のドーム部２ｂを有している。両ドーム部２ｂの中央部、つまり高圧ガスタンク２の両端部には、口金１０が設けられている。
【００１７】
高圧ガスタンク２は、内側に略楕円体状の樹脂ライナ２０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、及び、ポリエチレン系樹脂により成形されている。なお、本実施の形態では、高圧ガスタンク２のライナは、樹脂製であるが、アルミ製であってもよい。樹脂ライナ２０の外周面のほぼ全面（口金１０を除いた部分）には、補強層としてのＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）層２１が形成されている。ＦＲＰ層２１は、ＦＷ法によるフープ巻きとヘリカル巻きを用いて、樹脂繊維を樹脂ライナ２０の外周面に巻き付けることにより形成されている。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、例えば炭素繊維が用いられている。これにより、ＦＲＰ層２１は、炭素繊維強化樹脂により形成されている。
【００１８】
ＦＲＰ層２１の外周面には、保護層２２が形成されている。保護層２２は、ＦＲＰ層２１が厚くなるドーム部２ｂの口金１０側の部分を除いた領域、つまりＦＲＰ層２１の最薄部を含むドーム部２ｂの胴部２ａ側の領域Ｒから胴部２ａに亘り形成されている。保護層２２は、後述する折り返し部Ｐをドーム部２ｂの胴部２ａ側の領域Ｒに位置させたＦＷ法によるヘリカル巻きにより形成されている。保護層２２は、例えば炭素繊維強化樹脂よりも耐衝撃性の高いガラス繊維樹脂又はアラミド繊維樹脂によって形成されている。
【００１９】
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。  
【００２０】
先ず、樹脂ライナ２０の外周面にＦＲＰ層２１が形成される。ＦＲＰ層２１は、ＦＷ法により形成される。ＦＷ法は、例えば図３に示すよう繊維巻き付け装置５０において、樹脂ライナ２０が回転シャフト５１により回転され、当該樹脂ライナ２０に、繊維ガイド部５２から送られる樹脂繊維Ｆが巻き付けられることにより行われる。
【００２１】
ＦＲＰ層２１の形成工程では、まず胴部２ａに樹脂繊維Ｆがフープ巻きにより巻き付けられる。このフープ巻きは、例えば回転する樹脂ライナ２０の胴部２ａに対し繊維ガイド部５２を正対させ、当該繊維ガイド部５２から胴部２ａに樹脂繊維Ｆを供給しつつ、繊維ガイド部５２を樹脂ライナ２０の回転軸方向に低速で移動させることによって行われる。こうして図４に示すように胴部２ａの全体に樹脂繊維Ｆが巻き付けられる。
【００２２】
その後、図５（ａ）に示すようにドーム部２ｂに樹脂繊維Ｆがヘリカル巻きにより巻き付けられる。このヘリカル巻きは、例えば回転する樹脂ライナ２０に対し、繊維ガイド部５２から樹脂繊維Ｆを供給しながら、繊維ガイド部５２を両ドーム部２ｂ間で往復させることによって行われる。このとき、樹脂繊維Ｆは、一方のドーム部２ｂから他方のドーム部２ｂに向けてタンク軸に対して斜めに巻き付けられ、図５（ｂ）に示すように各ドーム部２ｂの口金１０付近で口金１０周りに折り返される。つまり、ヘリカル巻きの折り返し部Ｐが、ドーム部２ｂの口金１０近辺に位置している。こうして、樹脂ライナ２０の外周面のほぼ全面にＦＲＰ層２１が形成される。なお、このヘリカル巻きにより、ドーム部２ｂの口金１０付近のＦＲＰ層２１がドーム部２ｂの胴部２ａ側のＦＲＰ層２１よりも厚くなり、当該ドーム部２ｂの胴部２ａ側にＦＲＰ層２１の最薄部Ｋ（図２に示す）ができる。
【００２３】
次に、ＦＲＰ層２１の外周面に保護層２２が形成される。保護層２２は、図６（ａ）に示すようにＦＷ法によるヘリカル巻きにより形成される。このとき、図６（ｂ）に示すようにヘリカル巻きの折り返し部Ｐの位置が、ＦＲＰ層２１の最薄部Ｋを少なくとも含むドーム部２ｂの胴部２ａ側の領域Ｒに調整される。このときのヘリカル巻きは、ＦＲＰ層２１の形成時のヘリカル巻きよりもタンク軸に対して高角（図６（ａ）中のθ）で行われる。こうして、保護層２２は、ドーム部２ｂの胴部２ａ側の領域Ｒから胴部２ａに亘り形成される。
【００２４】
以上の実施の形態によれば、ＦＲＰ層２１の最薄部Ｋを含むドーム部２ｂの胴部２ａ側の領域Ｒに折り返し部Ｐを位置させるヘリカル巻きにより保護層２２が形成されるので、ドーム部２ｂの厚みの薄い部分が補強され、外部衝撃等に対するタンク全体の十分な強度を確保できる。また、厚みが厚いドーム部２ｂの口金１０付近には、保護層２２が形成されない部分ができるので、全体に保護層を形成する場合に比べて高圧ガスタンク２の重さを軽減できる。また、外部衝撃に対する強度を補強するためにドーム部２ｂにプロテクターを付ける方法も考えられるが、本実施の形態によればその場合に比べて高圧ガスタンク２を軽量化できる。
【００２５】
保護層２２は、ＦＲＰ層２１よりも耐衝撃性が高い材質で形成されているので、保護層２２の外部衝撃に対する強度を十分に確保できる。
【００２６】
ＦＲＰ層２１は、炭素繊維強化樹脂により形成され、保護層２２は、ガラス繊維樹脂、又はアラミド繊維樹脂により形成されているので、内側は内圧に対する強度を確保しつつ、外部衝撃に対する強度を適正に確保できる。
【００２７】
保護層２２は、ＦＲＰ層２１の形成時のヘリカル巻きよりもタンク軸に対して高角のヘリカル巻きによって形成されているので、ヘリカル巻きの折り返し部Ｐの位置を、ドーム部２ｂの胴部２ａ側の領域Ｒに適正に調整できる。
【００２８】
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】
【００２９】
【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】繊維巻き付け装置の構成の概略を示す模式図である。
【図４】胴部に樹脂繊維が巻き付けられた樹脂ライナを示す説明図である。
【図５】（ａ）は、樹脂ライナのドーム部にヘリカル巻きにより樹脂繊維が巻き付けられる様子を示すタンクの説明図であり、（ｂ）は、その際のタンクの側面図である。
【図６】（ａ）は、ＦＲＰ層の外周面にヘリカル巻きにより樹脂繊維が巻き付けられる様子を示すタンクの説明図であり、（ｂ）は、その際のタンクの側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
２  高圧ガスタンク
２ａ  胴部
２ｂ  ドーム部
１０  口金
２０  樹脂ライナ
２１  ＦＲＰ層
２２  保護層
Ｒ  ドーム部の胴部側の領域
Ｋ  最薄部
【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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