(57)【要約】【課題】タンク形状に応じた適切なフープ巻き層とヘリカル巻き層の積層構造として、外力の作用によりタンクに発生した応力をより確実に低減させる。【解決手段】設計ライナの形状及び大きさと設計繊維強化樹脂層群３の全体厚さＴとを決定する。衝撃力が作用したときに設計ライナに発生する歪を解析する。周方向歪みεｂよりも軸方向歪みεａの方が大きい場合は、設計ライナを備えた高圧タンクがタンク形状を保持しうるヘリカル巻き層の全体厚さの下限値たるＴｈ下限値を算出する。設計繊維強化樹脂層群におけるフープ巻き層の全体厚さＴｆとヘリカル巻き層の全体厚さＴｈとの比であるＴｆ／Ｔｈ設計値を求める。このとき、Ｔｆ／Ｔｈ設計値におけるＴｈをＴｈ下限値とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバリア性を有するライナと、該ライナの外周面に積層された複数のフープ巻き層及び複数のヘリカル巻き層よりなる繊維強化樹脂層群と、を備え、筒状胴部を有する高圧タンクの設計方法であって、
設計ライナの形状及び大きさと設計繊維強化樹脂層群の全体厚さＴとを決定する設計タンク決定工程と、
前記設計ライナに外部から衝撃力が作用したときに、該設計ライナに発生する歪の方向及び歪みの分布を解析して、該設計ライナの軸方向ａに発生する軸方向歪みεａの大きさと、該設計ライナの周方向ｂに発生する周方向歪みεｂの大きさとを比較する歪み解析工程と、
前記設計ライナを備えた前記高圧タンクがタンク形状を保持しうるフープ巻き層の全体厚さの下限値たるＴｆ下限値と、前記設計ライナを備えた前記高圧タンクがタンク形状を保持しうるヘリカル巻き層の全体厚さの下限値たるＴｈ下限値とのいずれか一方を算出するフープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程と、
前記設計繊維強化樹脂層群の全体厚さＴと、前記歪み解析工程の結果と、前記フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程の結果とに基づいて、該設計繊維強化樹脂層群におけるフープ巻き層の全体厚さＴｆとヘリカル巻き層の全体厚さＴｈとの比であるＴｆ／Ｔｈ設計値を求めるフープ／ヘリカル比算出工程と、を備え、
前記歪み解析工程で前記周方向歪みεｂより前記軸方向歪みεａの方が大きいという解析結果が得られた場合は、前記フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程で前記Ｔｈ下限値を算出し、かつ前記フープ／ヘリカル比算出工程で前記フープ／ヘリカル比たるＴｆ／Ｔｈ設計値におけるＴｈを前記Ｔｈ下限値とし、
前記歪み解析工程で前記軸方向歪みεａより前記周方向歪みεｂの方が大きいという解析結果が得られた場合は、前記フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程で前記Ｔｆ下限値を算出し、かつ前記フープ／ヘリカル比算出工程で前記フープ／ヘリカル比たるＴｆ／Ｔｈ設計値におけるＴｆを前記Ｔｆ下限値とすることを特徴とする高圧タンクの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧縮水素ガスや圧縮天然ガスを貯蔵するのに用いられる高圧タンクの設計方法に関する。本発明に係る高圧タンクは、例えば、燃料電池自動車用の水素燃料タンクに好適に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
高圧タンクには、例えば、燃料電池自動車用の水素燃料タンクや天然ガス自動車用の圧縮天然ガスタンクがある。近年、特に車両用の高圧タンクにおいて、軽量化・高強度化のために、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）が用いられるようになってきている。
【０００３】
繊維強化プラスチックを用いた高圧タンクとして、金属製又はプラスチック製ライナの外側を繊維強化樹脂層で補強したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この高圧タンクでは、車両搭載性を考慮して、ライナの胴部が扁平形状とされている。また、この高圧タンクにおける繊維強化樹脂層は、繊維がフープ巻きされたフープ巻き層と、繊維がヘリカル巻き及び／又はインプレーン巻きされたヘリカル巻き層及び／又はインプレーン層と、からなる。そして、フープ巻き層の厚さが、繊維強化樹脂層全体の厚さの５０〜７５％とされている。これにより、周方向応力に対する十分な強度と、軸方向応力に対する十分な強度とを確保している。
【特許文献１】特開２００２−３４０２９１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、外部からタンクに衝撃力が作用すると、タンク内部に応力が発生する。このときの応力の発生には方向性があり、一の方向に高応力が発生する。そして、その応力分布はタンク形状に依存する。また、繊維強化樹脂層のフープ巻き層とヘリカル巻き層とにおいてもヤング率の方向依存性があり、繊維が延びる方向のヤング率は他の方向のヤング率よりも高い。このため、外力の作用によりタンクに発生した応力を低減させることについて、タンク形状に応じて有効なフープ巻き層とヘリカル巻き層の積層構造がある。
【０００５】
しかし、従来、そのようなタンク形状に応じた有効なフープ巻き層とヘリカル巻き層の積層構造について、十分な解析が行われていなかった。このため、従来の高圧タンクでは、外力の作用によりタンクに発生した応力を必ずしも確実に低減させることができなかった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、タンク形状に応じた適切なフープ巻き層とヘリカル巻き層の積層構造として、外力の作用によりタンクに発生した応力をより確実に低減させることのできる高圧タンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の高圧タンクの設計方法は、ガスバリア性を有するライナと、該ライナの外周面に積層された複数のフープ巻き層及び複数のヘリカル巻き層よりなる繊維強化樹脂層群と、を備え、筒状胴部を有する高圧タンクの設計方法であって、設計ライナの形状及び大きさと設計繊維強化樹脂層群の全体厚さＴとを決定する設計タンク決定工程と、前記設計ライナに外部から衝撃力が作用したときに、該設計ライナに発生する歪の方向及び歪みの分布を解析して、該設計ライナの軸方向ａに発生する軸方向歪みεａの大きさと、該設計ライナの周方向ｂに発生する周方向歪みεｂの大きさとを比較する歪み解析工程と、前記設計ライナを備えた前記高圧タンクがタンク形状を保持しうるフープ巻き層の全体厚さの下限値たるＴｆ下限値と、前記設計ライナを備えた前記高圧タンクがタンク形状を保持しうるヘリカル巻き層の全体厚さの下限値たるＴｈ下限値とのいずれか一方を算出するフープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程と、前記設計繊維強化樹脂層群の全体厚さＴと、前記歪み解析工程の結果と、前記フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程の結果とに基づいて、該設計繊維強化樹脂層群におけるフープ巻き層の全体厚さＴｆとヘリカル巻き層の全体厚さＴｈとの比であるＴｆ／Ｔｈ設計値を求めるフープ／ヘリカル比算出工程と、を備え、前記歪み解析工程で前記周方向歪みεｂより前記軸方向歪みεａの方が大きいという解析結果が得られた場合は、前記フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程で前記Ｔｈ下限値を算出し、かつ前記フープ／ヘリカル比算出工程で前記フープ／ヘリカル比たるＴｆ／Ｔｈ設計値におけるＴｈを前記Ｔｈ下限値とし、前記歪み解析工程で前記軸方向歪みεａより前記周方向歪みεｂの方が大きいという解析結果が得られた場合は、前記フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程で前記Ｔｆ下限値を算出し、かつ前記フープ／ヘリカル比算出工程で前記フープ／ヘリカル比たるＴｆ／Ｔｈ設計値におけるＴｆを前記Ｔｆ下限値とすることを特徴とする。
【０００８】
本発明の高圧タンクの設計方法では、歪み解析工程で、設計ライナの軸方向ａに発生する軸方向歪みεａの大きさと、設計ライナの周方向ｂに発生する周方向歪みεｂの大きさとを比較する。これにより、衝撃を受けた設計ライナに歪みが発生したとき、軸方向歪みεａの方が大きいのか、周方向歪みεｂの方が大きいのかが判明する。また、フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程で、高圧タンクが設計ライナのタンク形状を保持しうるＴｆ下限値又はＴｈ下限値を算出する。これにより、設計ライナのタンク形状を保持するのに最低限必要な、フープ巻き層の全体厚さの下限値たるＴｆ下限値又はヘリカル巻き層の全体厚さの下限値たるＴｈ下限値が判明する。そして、これらの結果と設計繊維強化樹脂層群の全体厚さＴとに基づいて、フープ／ヘリカル比算出工程で、設計繊維強化樹脂層群におけるフープ巻き層の全体厚さＴｆとヘリカル巻き層の全体厚さＴｈとの比であるフープ／ヘリカル比たるＴｆ／Ｔｈ設計値を求める。
【０００９】
すなわち、周方向歪みεｂより軸方向歪みεａの方が大きいという解析結果が得られた場合は、フープ／ヘリカル比たるＴｆ／Ｔｈ設計値におけるＴｈをＴｈ下限値とする。一方、軸方向歪みεａより周方向歪みεｂの方が大きいという解析結果が得られた場合は、フープ／ヘリカル比たるＴｆ／Ｔｈ設計値におけるＴｆをＴｆ下限値とする。これにより、タンク形状を保持しうるヘリカル巻き層の全体厚さ又はフープ巻き層の全体厚さを確保しつつ、この高圧タンクに発生する応力をより効果的に低減させることができる。したがって、タンク形状を保持しつつ、衝撃を受けた高圧タンクに発生する応力を、フープ巻き層及びヘリカル巻き層でより確実に低減させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明で設計した高圧タンクによると、外部から衝撃力がタンクに作用しても、そのときに発生する応力をフープ巻き層及びヘリカル巻き層によりタンク全体でより確実に低減させることができる。よって、本発明で設計した高圧タンクは、局所的な衝撃を受けても、その衝撃により繊維強化樹脂層群に亀裂が発生することをより確実に防止することができ、衝撃力に対して強い高強度のタンクとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の高圧タンクの設計方法の実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の高圧タンクの設計方法は、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の高圧タンクの設計方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
【００１２】
図１は、本実施形態の高圧タンクの設計方法で設計してから製造した高圧タンク１の断面図である。この高圧タンク１は、ガスバリア性を有するライナ２と、ライナ２の外周面に形成された繊維強化樹脂層群３と、を備えている。
【００１３】
高圧タンク１は、例えば燃料ガスを貯留する燃料ガスタンクとして用いることができる。燃料ガスタンクとしては、例えば燃料電池自動車用の燃料電池システムに用いられる燃料ガス（水素ガスや圧縮天然ガス等の可燃性の燃料ガス）タンクが挙げられる。
【００１４】
ライナ２の材質としては、所定のガスバリア性及び強度を有するものであれば特に限定されず、例えば金属であっても樹脂であってもよい。ただし、軽量化等の観点より、樹脂製ライナとすることが好ましい。ライナ２に用いることのできる樹脂としては、例えばポリエチレンやポリプロピレンを挙げることができる。
【００１５】
ライナ２の厚さは、ライナ２の材質、高圧タンク１の寸法形状や要求される耐圧性等に応じて適宜設定することができ、例えば１〜１０ｍｍ程度とすることができる。
【００１６】
ライナ２の形状や大きさも所望に応じて適宜設定することができる。本実施例におけるライナ２は、軸直角断面形状が円形の円筒状胴部２１と、円筒状胴部２１の軸方向の両端をそれぞれ閉塞するように一体に設けられたお椀状又は略半球状の一対のドーム部２２、２２とを有する。円筒状胴部２１は、その軸方向がライナ２の長手方向となるように所定長さで形成されている。また、円筒状胴部２１は、ほぼ一定の径で軸方向に延びている。
【００１７】
なお、ライナ２の軸直角断面形状は、楕円形状、略卵形状や略矩形状であってもよい。
【００１８】
ライナ２の製造方法も特に限定されない。本実施形態におけるライナ２は、２分割品をそれぞれ別々に射出成形により成形した後、その端部同士をレーザ溶着等により一体的に接合することにより得た。
【００１９】
繊維強化樹脂層群３は、ライナ２の外周面に複数の繊維強化樹脂層が積層されてなる。この繊維強化樹脂層群３は、繊維がフープ巻きされたフープ巻き層と、繊維がヘリカル巻きされたヘリカル巻き層と、からなる。繊維強化樹脂層群３におけるフープ巻き層とヘリカル巻き層との割合（厚さの割合や層数の割合）は所定の割合とされている。本実施形態では、各フープ巻き層の厚さと各ヘリカル巻き層の厚さは、いずれも同じ厚さとされている。このため、フープ巻き層の全体厚さとヘリカル巻き層の全体厚さとの割合と、フープ巻き層の層数とヘリカル巻き層の層数との割合とは、一致する。
【００２０】
なお、各フープ巻き層のそれぞれの厚さを異ならせたり、各ヘリカル巻き層のそれぞれの厚さを異ならせたり、フープ巻き層とヘリカル巻き層とで異なる厚さとしたりしてもよい。
【００２１】
繊維強化樹脂層群３の全体厚さＴは、その材質、高圧タンク１の寸法形状や要求される耐圧性等に依存して設定されるが、特に限定されるものではなく、数ｍｍ〜５０ｍｍ程度とされる。例えば、ライナ２の円筒状胴部２１の外径が２００〜３００ｍｍ程度であるときには、繊維強化樹脂層群３の全体厚さＴは２０ｍｍ程度とされる場合が多い。繊維強化樹脂層群３を構成する層の数は特に限定されず、高圧タンク１の寸法形状、要求される耐圧性等に応じた数とされる。また、フープ巻き層とヘリカル巻き層との積層順は任意であるが、フープ巻き層とヘリカル巻き層とを積層方向になるべく分散させる方がよい。
【００２２】
繊維強化樹脂層群３を構成する各繊維強化樹脂層（フープ巻き層及びヘリカル巻き層）は、例えば、マトリックス樹脂を含浸した強化繊維よりなる。マトリックス樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂が挙げられ、これらのなかでは、エポキシ樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂がより好ましい。マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【００２３】
強化繊維としては、例えば、金属繊維、ガラス繊維、カーボン繊維やアルミナ繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維等の合成有機繊維を用いることができる。これらの繊維は、単独で又は混合して（混繊として）使用することができ、これらの中では、カーボン繊維、アラミド繊維が特に好ましい。
【００２４】
繊維強化樹脂層におけるマトリックス樹脂と強化繊維との含有割合としては、樹脂及び繊維の種類、繊維強化方向や繊維強化樹脂層の厚さ等に依存するが、通常、好ましくはマトリックス樹脂：繊維＝１０〜８０体積％：９０〜２０体積％、より好ましくは２５〜５０体積％：７５〜５０体積％とされる。なお、繊維強化樹脂層は、これらの構成材料の他に適宜の添加剤を含んでいてもよい。
【００２５】
本実施形態における高圧タンク１の構成は以下のとおりである。
【００２６】
ライナ２はポリエチレンよりなる。ライナ２の厚さは３〜５ｍｍ、円筒状胴部２１の軸方向長さＬａは５００ｍｍ、円筒状胴部２１の周方向長さＬｂは約６３０ｍｍ（２００π）ｍｍ、円筒状胴部２１の外径は２００ｍｍである。
【００２７】
繊維強化樹脂層群３を構成する各繊維強化樹脂層は、マトリックス樹脂としてのエポキシ樹脂が強化繊維としてのカーボン繊維で補強されたＦＲＰよりなる。繊維強化樹脂層群３の全体厚さＴは２０ｍｍ、繊維強化樹脂層群３を構成する繊維強化樹脂層の総数は７２である。そして、繊維強化樹脂層群３におけるフープ巻き層の全体厚さＴｆとヘリカル巻き層の全体厚さＴｈとの比たるＴｆ／Ｔｈの値は２であり、繊維強化樹脂層群３におけるフープ巻き層の数とヘリカル巻き層の数との比は２：１である。すなわち、繊維強化樹脂層群３は、４８層のフープ巻き層と、２４層のヘリカル巻き層とからなる。またフープ巻き層とヘリカル巻き層との積層構造（積層順）については、２層のフープ巻き層の上に１層のヘリカル巻き層が積層された積層構造が積層方向に繰り返されている。
【００２８】
ライナ２の外周面に繊維強化樹脂層群３を形成する方法は特に限定されず、従来と同様、フィラメントワインディング法、ハンドレイアップ法、テープワインディング法等を利用することができる。なお、フープ巻き層におけるフープ巻きとは、樹脂を含む強化繊維をライナ２の円筒状胴部２１の周方向に巻回することをいう。また、ヘリカル巻き層におけるヘリカル巻きとは、樹脂を含む強化繊維を円筒状胴部２１に対してらせん状に巻回することをいう。
【００２９】
ここに、本実施形態の高圧タンク１では、円筒状胴部２１の軸長をＬａ、円筒状胴部２１の周長をＬｂとしたとき、Ｌａ／Ｌｂの値が約５／６とされている。また、前述のとおり、フープ巻き層の全体厚さ（フープ巻き層の厚さの合計）をＴｆ、ヘリカル巻き層の全体厚さ（ヘリカル巻き層の厚さの合計）をＴｈとしたとき、Ｔｆ／Ｔｈの値が２とされている。
【００３０】
この高圧タンク１におけるＴｆ／Ｔｈの値は、次のようにして、本実施形態の高圧タンクの設計方法により決定した。
【００３１】
＜設計タンク決定工程＞
設計ライナの形状及び大きさと、設計繊維強化樹脂層群の全体厚さＴとを決定した。すなわち、ライナ２の厚さ、円筒状胴部２１の軸方向長さＬａ、円筒状胴部２１の周方向長さＬｂ、円筒状胴部２１の外径及び繊維強化樹脂層群３の全体厚さＴをそれぞれ前述した値に決定した。
【００３２】
＜歪み解析工程＞
汎用の有限要素ソフトを用いて、前記設計ライナに外部から衝撃力が作用したときに、設計ライナに発生する歪の方向及び歪みの分布を解析した。そして、設計ライナの軸方向ａに発生する軸方向歪みεａの大きさと、設計ライナの周方向ｂに発生する周方向歪みεｂの大きさとを比較した。
【００３３】
その結果、本実施形態の設計ライナでは、周方向歪みεｂよりも軸方向歪みεａの方が大きい（εｂ＜εａ）ことが判明した。
【００３４】
＜フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程＞
前記歪み解析工程で、周方向歪みεｂよりも軸方向歪みεａの方が大きい（εｂ＜εａ）ことが判明したため、本実施形態のフープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程では、Ｔｆ下限値及びＴｈ下限値のうちＴｈ下限値を算出した。
【００３５】
すなわち、汎用の有限要素ソフトを用いて、設計ライナを備えた高圧タンクがタンク形状を保持しうるヘリカル巻き層の全体厚さの下限値たるＴｈ下限値を算出した。
【００３６】
その結果、本実施形態の設計ライナでは、Ｔｈ下限値が２／３ｍｍとなった。
【００３７】
＜フープ／ヘリカル比算出工程＞
設計繊維強化樹脂層群の全体厚さＴと、歪み解析工程の結果と、フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程の結果とに基づいて、設計繊維強化樹脂層群におけるフープ巻き層の全体厚さＴｆとヘリカル巻き層の全体厚さＴｈとの比であるＴｆ／Ｔｈ設計値を求めた。
【００３８】
すなわち、本実施形態では、前記歪み解析工程で、周方向歪みεｂよりも軸方向歪みεａの方が大きい（εｂ＜εａ）ことが判明したため、このフープ／ヘリカル比算出工程では、Ｔｆ／Ｔｈ設計値におけるＴｈをＴｈ下限値として、Ｔｆ／Ｔｈ設計値を求めた。
【００３９】
その結果、本実施形態では、Ｔｆ／Ｔｈ設計値が２となった。すなわち、設計繊維強化樹脂層群の全体厚さＴ＝２ｍｍ、Ｔｈ下限値＝２／３ｍｍより、フープ巻き層の全体厚さＴｆ＝４／３（＝２−２／３）ｍｍとなり、Ｔｆ／Ｔｈ設計値＝（４／３）／（２／３）＝２となった。
【００４０】
こうして、タンク形状に応じて繊維強化樹脂層群３におけるＴｆ／Ｔｈ設計値が決定された本実施形態に係る高圧タンク１では、タンク形状を保持しうるヘリカル巻き層の全体厚さを確保しつつ、この高圧タンク１に発生する応力をより効果的に低減させることができる。したがって、タンク形状を保持しつつ、衝撃を受けた高圧タンク１に発生する応力を、フープ巻き層及びヘリカル巻き層でより確実に低減させることができる。
【００４１】
なお、周方向歪みεｂよりも軸方向歪みεａの方が大きい（εｂ＜εａ）場合に、Ｔｆ／Ｔｈ設定値におけるＴｈをＴｈ下限値とする理由は、以下のとおりである。
【００４２】
繊維が周方向ｂに延びているフープ巻き層においては、周方向ｂのヤング率Ｅｂ（フープ）よりも軸方向ａのヤング率Ｅａ（フープ）の方が小さい。すなわち、Ｅａ（フープ）＜Ｅｂ（フープ）である。一方、繊維が軸方向ａにらせん状に延びているヘリカル巻き層においては、軸方向ａのヤング率Ｅａ（ヘリカル）よりも周方向ｂのヤング率Ｅｂ（ヘリカル）の方が小さい。すなわち、Ｅｂ（ヘリカル）＜Ｅａ（ヘリカル）である。そして、軸方向ａのヤング率Ｅａについて、フープ巻き層とヘリカル巻き層とを比べた場合、ヘリカル巻き層における軸方向ａのヤング率Ｅａ（ヘリカル）よりもフープ巻き層における軸方向ａのヤング率Ｅａ（フープ）の方が小さい。すなわち、Ｅａ（フープ）＜Ｅａ（ヘリカル）である。他方、応力（σ）＝歪み（ε）×ヤング率（Ｅ）である。このため、軸方向ａへの応力σａについては、σａ（フープ）（＝Ｅａ（フープ）×εａ）＜σａ（ヘリカル）（＝Ｅａ（ヘリカル）×εａ）となる。このため、周方向歪みεｂよりも軸方向歪みεａの方が大きい（εｂ＜εａ）場合は、ヘリカル巻き層よりもフープ巻き層の方がタンクに発生した応力をより効果的に低減させることができる。したがって、εｂ＜εａの場合は、ヘリカル巻き層の巻き数よりもフープ巻き層の巻き数を多くする方が、タンクに発生した応力をより効果的に低減させることができる。よって、この場合は、Ｔｆ／Ｔｈ設定値におけるＴｈをＴｈ下限値とする。
【００４３】
（その他の実施形態）
前述の実施形態では、周方向歪みεｂよりも軸方向歪みεａの方が大きい（εｂ＜εａ）場合に、Ｔｆ／Ｔｈ設定値におけるＴｈをＴｈ下限値とする例について説明したが、軸方向歪みεａよりも周方向歪みεｂの方が大きい（εａ＜εｂ）場合は、フープ厚・ヘリカル厚下限値算出工程でＴｆ下限値及びＴｈ下限値のうちＴｆ下限値を算出し、かつフープ／ヘリカル比算出工程で、Ｔｆ／Ｔｈ設定値におけるＴｆをＴｆ下限値とすればよい。
【００４４】
なお、軸方向歪みεａよりも周方向歪みεｂの方が大きい（εａ＜εｂ）場合に、Ｔｆ／Ｔｈ設定値におけるＴｆをＴｆ下限値とする理由は、以下のとおりである。
【００４５】
繊維が軸方向ａにらせん状に延びているヘリカル巻き層においては、周方向ａのヤング率Ｅａ（ヘリカル）よりも周方向ｂのヤング率Ｅｂ（ヘリカル）の方が小さい。すなわち、Ｅｂ（ヘリカル）＜Ｅａ（ヘリカル）である。一方、繊維が周方向ａに延びているフープ巻き層においては、周方向ｂのヤング率Ｅｂ（フープ）よりも軸方向ａのヤング率Ｅａ（フープ）の方が小さい。すなわち、Ｅａ（フープ）＜Ｅｂ（フープ）である。そして、周方向ｂのヤング率Ｅｂについて、ヘリカル巻き層とフープ巻き層とを比べた場合、フープ巻き層における周方向ｂのヤング率Ｅｂ（フープ）よりもヘリカル巻き層における周方向ｂのヤング率Ｅｂ（ヘリカル）の方が小さい。すなわち、Ｅｂ（ヘリカル）＜Ｅｂ（フープ）である。他方、応力（σ）＝歪み（ε）×ヤング率（Ｅ）である。このため、周方向ｂへの応力σｂについては、σｂ（ヘリカル）（＝Ｅｂ（ヘリカル）×εｂ）＜σｂ（フープ）（＝Ｅｂ（フープ）×εｂ）となる。このため、軸方向歪みεａよりも周方向歪みεｂの方が大きい（εａ＜εｂ）場合は、フープ巻き層よりもヘリカル巻き層の方がタンクに発生した応力をより効果的に低減させることができる。したがって、εａ＜εｂの場合は、フープ巻き層の巻き数よりもヘリカル巻き層の巻き数を多くする方が、タンクに発生した応力をより効果的に低減させることができる。よって、この場合は、Ｔｆ／Ｔｈ設定値におけるＴｆをＴｆ下限値とする。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態の高圧タンクの設計方法で設計してから製造した高圧タンクの断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…高圧タンク                      ２…ライナ
２１…円筒状胴部                      ３…繊維強化樹脂層群
【図１】
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