(57)【要約】  フィラメントワインディング法による外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化してガスタンクの軽量化を図る。高圧ガスタンクは、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有する。タンク本体の軸方向の端部には、口金の外側端面が外周層の外側端面よりも内側に入り込んで凹部が形成されている。
2010119542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有するガスタンクであって、
前記タンク本体の軸方向の端部には、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外側端面よりも内側に入り込んで凹部が形成されていることを特徴とする、ガスタンク。
【請求項２】
前記凹部は、前記外周層の形成時に前記口金に連結される回転シャフトの連結部の形に形成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】
前記口金は、前記タンク本体とその外部との間でガスの流入出が行われないエンドボスであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガスタンク。
【請求項４】
ガスタンクの製造方法であって、
タンク本体の軸方向の端部に形成された口金に、回転シャフトの連結部を連結する工程と、
前記回転シャフトによりタンク本体を回転させながら、前記タンク本体の外周面、前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に亘り繊維を巻き付けて、フィラメントワインディング法により前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に外周層を形成する工程と、
前記回転シャフトの連結部を前記口金から取り外し、前記タンク本体の軸方向の端部に、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外側端面よりも内側に入り込んだ凹部を形成する工程と、を有することを特徴とする、ガスタンクの製造方法。
【請求項５】
前記回転シャフトの連結部の先端側は、先端に近づくにつれて次第に外径が小さくなっていることを特徴とする、請求項４に記載のガスタンクの製造方法。
【請求項６】
前記回転シャフトの連結部の外周面には、離型フィルムが貼られていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の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、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りにフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有する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は、タンク本体の軸方向の両端部に取り付けられた金属製の口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により強化繊維を巻き付けて形成された強化繊維層と、を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２６６２８９号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７１９３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、フィラメントワインディング法によりタンク本体の外周面に繊維を巻き付ける工程においては、例えばヘリカル巻きの際に、図９に示すようなタンク本体１００の軸方向の端部の口金１０１に繊維を引っかけ折り返すように繊維を巻き付けることが行われている。このため、略円筒状の口金１０１の外周面に、厚みのある強化繊維層１０２が形成される。このように、口金は、強化繊維層のマンドレルの一部を担う役割があるため、軸方向に十分な長さが必要であった。この結果、口金が大きくなり、重くなっていた。口金が重くなると、高圧ガスタンクが重くなり、例えばガスタンクの運搬性や、ガスタンクを搭載した自動車の燃費等の観点から望ましくない。【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、フィラメントワインディング法による強化繊維層などの外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化して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、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有するガスタンクであって、前記タンク本体の軸方向の端部には、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外側端面よりも内側に入り込んで凹部が形成されている。【０００７】
本発明によれば、口金の外側端面が外周層の外側端面よりも内側に入り込んで凹部が形成されるようにするので、その分口金の軸方向の長さを短くできる。これにより、口金を軽量化してガスタンクを軽量化できる。また、形成された凹部に例えば別の治具を嵌め込んで、その治具に繊維を巻き付けることが可能であるので、フィラメントワインディング法による外周層の形成も適正に行うことができる。【０００８】
前記凹部は、前記外周層の形成時に前記口金に連結される回転シャフトの連結部の形に形成されていてもよい。【０００９】
前記口金は、前記タンク本体とその外部との間でガスの流入出が行われないエンドボスであってもよい。【００１０】
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、タンク本体の軸方向の端部に形成された口金に、回転シャフトの連結部を連結する工程と、前記回転シャフトによりタンク本体を回転させながら、前記タンク本体の外周面、前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に亘り繊維を巻き付けて、フィラメントワインディング法により前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に外周層を形成する工程と、前記回転シャフトの連結部を前記口金から取り外し、前記タンク本体の軸方向の端部に、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外側端面よりも内側に入り込んだ凹部を形成する工程と、を有することを特徴とする。【００１１】
前記回転シャフトの連結部の先端側は、先端に近づくにつれて次第に外径が小さくなっていてもよい【００１２】
前記回転シャフトの連結部の外周面には、離型フィルムが貼られていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フィラメントワインディング法による外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化してガスタンクの軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】高圧ガスタンクの口金側の端部の拡大縦断面図である。
【図４】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５】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６】繊維巻き付け装置において樹脂ライナに強化繊維を巻き付ける様子を示す説明図である。
【図７】連結部が連結された高圧ガスタンクの口金側の端部の拡大縦断面図である。
【図８】連結部が連結された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９】改良前の口金を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【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の軸方向（図２の左右方向）の両端部に設けられた口金１１、１２を有している。一方の口金１２は、タンク本体１０とその外部との間でガスの流入出が行われないエンドボスである（以下、口金１２は、「エンドボス１２」とする。）。
【００１８】
タンク本体１０は、例えば二層構造を有し、内側の樹脂ライナ２０と、その樹脂ライナ２０の外周面を覆う外周層としての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。
【００２０】
ＦＲＰ層２１は、フィラメントワインディング法により樹脂を含有する繊維により成形されている。ＦＲＰ層２１は、タンク本体１０の外周面と、口金１１の外周面１１ａ及びエンドボス１２の外周面１２ａに亘り形成されている。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、金属繊維などが用いられている。
【００２１】
樹脂ライナ２０の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、図２及び図３に示すように中央に貫通孔１１ｂを有する略円盤状に形成され、軸方向の中央に大径部１１ｃを有し、その軸方向の両側が次第に縮径している。大径部１１ｃの外側の傾斜面が口金１１の外周面１１ａになっている。口金１１は、例えばアルミや鉄などにより成形されている。口金１１は、例えば外側端面１１ｄがＦＲＰ層２１の外側端面２１ａよりも内側に入り込んで、タンク本体１０の端部には、凹部Ａが形成されている。
【００２２】
また、樹脂ライナ２０の他方の端部は開口し、当該開口部にエンドボス１２が取り付けられている。エンドボス１２は、図２及び図４に示すように略円盤状に形成され、軸方向の中央に大径部１２ｂを有し、その軸方向の両側が次第に縮径している。大径部１２ｂの外側の傾斜面がエンドボス１２の外周面１２ａになっている。エンドボス１２は、口金１１と異なり貫通孔がなく、外側端面１２ｄに凹部１２ｃが形成されている。エンドボス１２は、例えばアルミや鉄などにより成形されている。エンドボス１２は、例えば外側端面１２ｄがＦＲＰ層２１の外側端面２１ｂよりも内側に入り込んで、タンク本体１０の端部には、凹部Ｂが形成されている。
【００２３】
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５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。
【００２４】
先ず、射出成形された樹脂ライナ２０の両端部に口金１１とエンドボス１２が取り付けられる。その後、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の連結部５２が、口金１１とエンドボス１２に連結される（図５の工程Ｓ１）。連結部５２は、例えば図７及び図８に示すように先端に、口金１１の貫通孔１１ｂ、エンドボス１２の凹部１２ｃに嵌合する凸部５２ａと、当該凸部５２ａが嵌合した際に口金１１の外周面１１ａ、エンドボス１２の外周面１２ａに滑らかに連続する外周面５２ｂを有している。連結部５２の先端側の外周面５２ｂは、先端側に近づくにつれて次第に外径が小さくなる傾斜面になっている。また、外周面５２ｂには、離型フィルム５２ｃが貼られている。そして、連結部５２と、口金１１及びエンドボス１２との連結は、例えば口金１１の貫通孔１１ｂ、エンドボス１２の凹部１２ｃに連結部５２の凸部５２ａを嵌合することにより行われる。このとき、口金１１の外側端面１１ｄ及びエンドボス１２の外側端面１２ｄと、連結部５２との間にＯリング５２ｄが介在される。
【００２５】
次に、回転シャフト５１が回転され、樹脂ライナ２０が回転されて、強化繊維Ｆが樹脂ライナ２０（タンク本体１０）の外周面、口金１１の外周面１１ａ、エンドボス１２の外周面１２ａ、連結部５２の外周面５２ｂの一部に亘り巻き付けられる。強化繊維Ｆは、図６に示すように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５３で角度調整されて、樹脂ライナ２０に巻き付けられる。このときの巻き付けは、ヘリカル巻き、フープ巻きにより行われ、ヘリカル巻き時には、口金１１の外周面１１ａ、エンドボス１２の外周面１２ａ、連結部５２の外周面５２ｂの一部（口金１１寄り側、エンドボス１２寄り側の一部）に  強化繊維Ｆが引っ掛けられ、折り曲げられて行われる。こうして、図７及び図８に示すように樹脂ライナ２０（タンク本体１０）の外周面、口金１１の外周面１１ａ、エンドボス１２の外周面１２ａ、及び各連結部５２の外周面５２ｂの一部に強化繊維Ｆが巻き付けられ、所定の厚みのＦＲＰ層２１が形成される（図５の工程Ｓ２）。
【００２６】
その後、ＦＲＰ層２１がある程度硬化した後、連結部５２が口金１１とエンドボス１２から取り外される。これにより、図３及び図４に示すようにタンク本体１０の軸方向の両端部に、口金１１の外側端面１１ｄがＦＲＰ層２１の外側端面２１ａよりも内側に入り込んだ凹部Ａと、エンドボス１２の外側端面１２ｄがＦＲＰ層２１の外側端面２１ｂよりも内側に入り込んだ凹部Ｂが形成される（図５の工程Ｓ３）。
【００２７】
以上の実施の形態によれば、口金１１の外側端面１１ｄ及びエンドボス１２の外側端面１２ｄがＦＲＰ層２１の外側端面２１ａ、２１ｂよりも内側に入り込んで、タンク本体１０の端部に凹部Ａ、Ｂが形成されるので、その分口金１１、エンドボス１２の軸方向の長さを短くすることができる。これにより、口金１１、エンドボス１２を軽量化して高圧ガスタンク２を軽量化できる。また、形成された凹部Ａ、Ｂに回転シャフト５１の連結部５２を嵌め込んで、その連結部５２の外周面５２ｂと、口金１１の外周面１１ａ及びエンドボス１２の外周面１２ａに強化繊維Ｆを引っ掛けることができるので、フィラメントワインディング法によるＦＲＰ層２１の形成も適正に行うことができる。
【００２８】
凹部Ａ、Ｂは、ＦＲＰ層２１の形成時に口金１１、エンドボス１２に連結される回転シャフト５１の連結部５２の形に形成されているので、上述のようにフィラメントワインディング法によるＦＲＰ層２１の形成を適正に行うことができる。
【００２９】
上記実施の形態で記載した高圧ガスタンク２の製造方法は、口金１１、エンドボス１２に、回転シャフト５１の連結部５２を連結する工程と、回転シャフト５１によりタンク本体１０を回転させながら、樹脂ライナ２０の外周面、口金１１の外周面１１ａ、エンドボス１２の外周面１２ａ及び連結部５２の外周面５２ｂの一部に亘り強化繊維Ｆを巻き付けて、フィラメントワインディング法により樹脂ライナ２０の外周面、口金１１の外周面１１ａ、エンドボス１２の外周面１２ａ及び連結部５２の外周面５２ｂの一部にＦＲＰ層２１を形成する工程と、回転シャフト５１の連結部５２を口金１１及びエンドボス１２から取り外し、タンク本体１０の軸方向の端部に、口金１１の外側端面１１ｄ及びエンドボス１２の外側端面１２ｄがＦＲＰ層２１の外側端面２１ａ、２１ｂよりも内側に入り込んだ凹部Ａ、Ｂを形成する工程を有している。これにより、軸方向の長さが短い口金１１、エンドボス１２を形成でき、口金１１、エンドボス１２を軽量化し、高圧ガスタンク２を軽量化できる。また、フィラメントワインディング法によるＦＲＰ層２１の形成も適正に行うことができる。
【００３０】
回転シャフト５１の連結部５２の先端側は、先端に近づくにつれ次第に外径が小さくなっているので、連結部５２の外周面５２ｂにもＦＲＰ層２１を形成した後、その連結部５２を口金１１、エンドボス１２及びＦＲＰ層２１から容易に取り外すことができる。
【００３１】
回転シャフト５１の連結部５２の外周面５２ｂには、離型フィルム５２ｃが貼られているので、ＦＲＰ層２１からの連結部５２の取り外しをさらに容易に行うことができる。
【００３２】
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想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。
【００３３】
例えば以上の実施の形態では、口金１１とエンドボス１２の両方に凹部Ａ、Ｂが形成されていたが、いずれか一方であってもよい。エンドボス１２側のみでもよく、かかる場合には、ガスを流入出する口金側に既存の形状のバルブ等を接続できる。また、連結部５２は、回転シャフト５１と一体型でもよく、また別体の連結治具であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ガスタンクにおいて、フィラメントワインディング法による外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化してガスタンクの軽量化を図る際に有用である。
【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
２０  樹脂ライナ
２１  ＦＲＰ層
５１  回転シャフト
５２  連結部
Ａ、Ｂ  凹部 
【図１】
2010119542.tif 000003
【図２】
2010119542.tif 000004
【図３】
2010119542.tif 000005
【図４】
2010119542.tif 000006
【図５】
2010119542.tif 000007
【図６】
2010119542.tif 000008
【図７】
2010119542.tif 000009
【図８】
2010119542.tif 000010
【図９】
2010119542.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月2日(2011.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
ガスタンクの製造方法であって、
タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金に、前記口金の外周面に滑らかに連続する外周面を有する回転シャフトの連結部を連結する工程と、
前記回転シャフトによりタンク本体を回転させながら、前記タンク本体の外周面、前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に亘り繊維を巻き付けて、フィラメントワインディング法により前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に外周層を形成する工程と、
前記回転シャフトの連結部を前記口金から取り外し、ガスタンクの軸方向の端部に、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外側端面よりも内側に入り込んだ凹部を形成する工程と、を有することを特徴とする、ガスタンクの製造方法。
【請求項５】
前記回転シャフトの連結部の先端側は、先端に近づくにつれて次第に外径が小さくなっていることを特徴とする、請求項４に記載のガスタンクの製造方法。
【請求項６】
前記回転シャフトの連結部の外周面には、離型フィルムが貼られていることを特徴とする、請求項４又は５に記載のガスタンクの製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りにフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有する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は、タンク本体の軸方向の両端部に取り付けられた金属製の口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により強化繊維を巻き付けて形成された強化繊維層と、を有している。
先行技術文献
特許文献
［０００３］
特許文献１：特開２０００−２６６２８９号公報
特許文献２：特開２００３−２８７１９３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、フィラメントワインディング法によりタンク本体の外周面に繊維を巻き付ける工程においては、例えばヘリカル巻きの際に、図９に示すようなタンク本体１００の軸方向の端部の口金１０１に繊維を引っかけ折り返すように繊維を巻き付けることが行われている。このため、略円筒状の口金１０１の外周面に、厚みのある強化繊維層１０２が形成される。このように、口金は、強化繊維層のマンドレルの一部を担う役割があるため、軸方向に十分な長さが必要であった。この結果、口金が大きくなり、重くなっていた。口金が重くなると、高圧ガスタンクが重くなり、例えばガスタンクの運搬性や、ガスタンクを搭載した自動車の燃費等の観点から望ましくない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
［０００５］
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、フィラメントワインディング法による強化繊維層などの外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化して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］
［０００７］
［０００８］
［０００９］
［００１０］
本発明は、ガスタンクの製造方法であって、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金に、前記口金の外周面に滑らかに連続する外周面を有する回転シャフトの連結部を連結する工程と、前記回転シャフトによりタンク本体を回転させながら、前記タンク本体の外周面、前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に亘り繊維を巻き付けて、フィラメントワインディング法により前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に外周層を形成する工程と、前記回転シャフトの連結部を前記口金から取り外し、ガスタンクの軸方向の端部に、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外
【国際調査報告】
2010119542.tif 000012
2010119542.tif 000013
2010119542.tif 000014
2010119542.tif 000015