(57)【要約】【課題】  ライナの外周面を被覆する補強繊維層の肉厚分布を容器全体で均一化し、容器の耐圧強度を高める。【解決手段】  円筒状のアルミニウム合金製からなるライナ３の外周面に、帯状の補強繊維束を巻き付けることで補強繊維層５を被覆する。帯状の補強繊維束は、炭素繊維をアルミニウム合金の溶湯中に浸漬させることで、繊維の隙間にライナ３と同材質のアルミニウム合金を含浸させる。その後、含浸させたアルミニウム合金を半硬化状態とした帯状の補強繊維束を、加熱炉中で、フープ巻きおよびヘリカル巻きを行って、ライナ３の外周面を補強繊維層５で被覆する。この際、半硬化状態のアルミニウム合金が加熱されて溶融し同材質のライナ３に溶着する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のライナと、このライナの外周面を被覆する補強繊維層とをそれぞれ備えた高圧ガス燃料貯蔵容器において、前記補強繊維層は、繊維の隙間に前記ライナと同材質の材料を含浸していることを特徴とする高圧ガス燃料貯蔵容器。
【請求項２】
前記補強繊維層は、帯状に形成した補強繊維束を前記ライナの外周面に巻き付けて被覆することを特徴とする請求項１に記載の高圧ガス燃料貯蔵容器。
【請求項３】
前記ライナは、筒状胴部と、この筒状胴部の両端開口を塞ぐように筒状胴部と一体化する椀状端部とを備え、この椀状端部および前記筒状胴部の外周面に、前記帯状の補強繊維束をヘリカル巻きしてなることを特徴とする請求項２に記載の高圧ガス燃料貯蔵容器。
【請求項４】
円筒状のライナと、このライナの外周面を被覆する補強繊維層とをそれぞれ備えた高圧ガス燃料貯蔵容器の製造方法において、前記ライナは、筒状胴部と、この筒状胴部の両端開口を塞ぐように筒状胴部と一体化する椀状端部を備えるとともに、前記補強繊維層は、繊維の隙間に前記ライナと同材質の材料を含浸させた帯状の補強繊維束を備え、この帯状の補強繊維束を、前記筒状胴部および椀状端部を含むライナの外周面にヘリカル巻きして被覆することを特徴とする高圧ガス燃料貯蔵容器の製造方法。
【請求項５】
前記帯状の補強繊維束を、前記ライナに巻き付ける際に加熱することで、前記繊維の隙間に含浸した材料を溶融させて前記ライナに溶着させることを特徴とする請求項４に記載の高圧ガス燃料貯蔵容器の製造方法。
【請求項６】
前記帯状の補強繊維束は、帯状の繊維素材束を、前記ライナと同材質の溶融した材料中に浸漬させることで、繊維の隙間に前記ライナと同材質の材料を含浸させることを特徴とする請求項４または５に記載の高圧ガス燃料貯蔵容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状のライナと、このライナの外周面を被覆する補強繊維層とをそれぞれ備えた高圧ガス燃料貯蔵容器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の高圧ガス燃料貯蔵容器としては、例えば下記特許文献１に記載されているように、アルミニウム合金製のシール材となるライナの外周面に、高圧貯蔵時の耐圧性を確保するための補強繊維層を被覆すべく繊維を巻き付けたものがある。そして、この補強繊維層には、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸硬化させている。
【特許文献１】特開２００５−３６９１８号公報（段落００３２〜００３９，図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した従来の高圧ガス燃料貯蔵容器は、アルミニウム合金製のライナの外周面に巻き付ける補強繊維層として、ライナとは別材質のエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させているため、この含浸材料がライナに密着しにくく、したがってライナ外周面に繊維を巻き付ける際、特にヘリカル巻きを行う際には、円筒容器の特に湾曲している肩部において滑りやすく、肩部における補強繊維層が薄くなって補強繊維層の厚さが容器全体で不均一になり、使用時に発生する容器部材の内部応力値も容器全体で不均一となる。
【０００４】
この結果、応力集中する部位では、高圧ガス燃料貯蔵容器に対する燃料の充填・放出に伴う圧力変化に対する耐圧強度が、他部位に比べて相対的に弱くなり、容器寿命の短縮化を招いている。
【０００５】
そこで、本発明は、補強繊維層の肉厚分布を容器全体で均一化し、容器の耐圧強度を高めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、円筒状のライナと、このライナの外周面を被覆する補強繊維層とをそれぞれ備えた高圧ガス燃料貯蔵容器において、前記補強繊維層は、繊維の隙間に前記ライナと同材質の材料を含浸していることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ライナの外周面を被覆する補強繊維層を、繊維の隙間にライナと同材質の材料を含浸させたものとしているので、含浸材料がライナに密着しやすく、したがってライナ外周面に繊維を巻き付ける際、特にヘリカル巻きを行う際にも、円筒容器の特に肩部であってもずれにくくなり、肩部における補強繊維層も他の部位と同様の肉厚にでき、補強繊維層の厚さが容器全体で均一となり、高圧ガス燃料貯蔵容器に対する燃料の充填・放出に伴う圧力変化に対する耐圧強度が高まり、容器寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係わる高圧ガス燃料貯蔵容器１の部分断面図で、図２は高圧ガス燃料貯蔵容器１の製造過程での全体図である。この高圧ガス燃料貯蔵容器１は、例えば燃料電池に供給する水素を高圧で貯蔵するもので、アルミニウム合金製からなる円筒状のシール材となるライナ３と、ライナ３の外周面に被覆した耐圧性を確保するための補強繊維層５との二層構造となっている。
【００１０】
ライナ３は、中心部に位置する筒状胴部７と、この筒状胴部７の両端開口を塞ぐように筒状胴部７と一体化する椀状端部９，１１とを備えている。図２における上部の椀状端部９の中心には、外部に突出する口金部１３が形成され、この口金部１３のねじ孔１３ａには、図示しない配管を接続するか、あるいは開閉バルブや減圧バルブを備えた図示しないバルブ機構を接続し、高圧ガス燃料貯蔵容器１に対して燃料ガスの充填および放出を行う。
【００１１】
上記した椀状端部９と反対側の図２中で下部の椀状端部１５にも口金部１７が形成され、この口金部１７の連通孔には図示しない封止プラグを装着して容器内部を封止する。
【００１２】
補強繊維層５は、帯状に形成した補強繊維束をライナ３の外周面に巻き付けて被覆する。この際、図２に示すように、ライナ３の筒状胴部７に円周方向に沿って巻き付けるフープ巻きＡと、筒状胴部７に加えて図２中で上下両端の椀状端部９，１５を含むように螺旋状に巻き付けるヘリカル巻きＢとを実施する。
【００１３】
なお、図２に示す状態は、帯状の補強繊維束をライナ３の外周面に巻き付けている過程を示しており、最終的には、ライナ３の外周面が外部から見えなくなるように、補強繊維束を何層にも巻き付ける。
【００１４】
図３（ａ）は、上記補強繊維層５を形成する帯状の補強繊維束１９の一部を示す断面図で、炭素繊維２１の隙間に、ライナ３と同材質のアルミニウム合金製の含浸材料２３を含浸してある。
【００１５】
このような帯状の補強繊維束１９は、含浸材料２３を含浸させる前の帯状の繊維素材束を、アルミニウム合金の溶湯中に浸漬させることで、繊維の隙間にライナ３と同材質のアルミニウム合金を含浸材料２３として含浸させる。この含浸直後の補強繊維束１９Ａを図３（ｂ）に示す。
【００１６】
その後適宜放置するなどして、含浸材料２３であるアルミニウム合金を適度に硬化させ、例えば半硬化状態とした図３（ａ）に示す帯状の補強繊維束１９を、図示しない加熱炉中で、前記したフープ巻きおよびヘリカル巻きを行って、ライナ３の外周面を補強繊層５で被覆し、ライナ３と補強繊維層５の二層構造の高圧ガス燃料貯蔵容器１を得る。
【００１７】
上記した帯状の補強繊維束１９をライナ３の外周面に巻き付ける際には、繊維の隙間に含浸させてある半硬化状態のアルミニウム合金が、加熱炉内で加熱されることで溶融し、アルミニウム合金からなるライナ３の外周面に溶着する。
【００１８】
このため、含浸材料であるアルミニウム合金がこれと同材質のライナ３に密着しやすく、したがってライナ３の外周面に補強繊維束１９を巻き付ける際、特にヘリカル巻きを行う際にも、ライナ３の特に肩部（椀状端部９，１５）においてもずれにくくなって巻きやすくなり、肩部における補強繊維層５も他の部位（筒状胴部７）と同様の肉厚にできる。
【００１９】
この結果、補強繊維層５の厚さが容器全体で均一となって、使用時に発生する容器部材の内部応力値も容器全体で均一となり、高圧ガス燃料貯蔵容器１における燃料の充填・放出に伴う圧力変化に対する耐圧強度が高まり、容器寿命を長くすることができる。
【００２０】
図４は、本発明の他の実施形態を示す、前記図１に相当する断面図である。この実施形態は、筒状胴部７０と椀状端部９０とを備えるライナ３０を樹脂製とし、この樹脂製ライナ３０の外周面に被覆する補強繊維層５０を、炭素繊維などからなる補強繊維の隙間にライナ３０と同材質の樹脂を含浸させたものとしている。
【００２１】
そして、ここでは、椀状端部９０の中心に設けた貫通孔９０ａに、椀状端部９０とは別体となる金属製の口金部材１１０を固定保持させている。口金部材１１０は、容器内側に位置してライナ３０と一体成形される鍔部１１０ａと、容器外部に突出する円筒形の外部接続部１１０ｂとを備え、これら鍔部１１０ａおよび外部接続部１１０ｂを貫通するねじ孔１１０ｃに、図示しない配管あるいは、開閉バルブや減圧バルブを備えた図示しないバルブ機構を接続する。
【００２２】
したがって、ここでは、椀状端部９０の中心側に口金部材１１０の鍔部１１０ａが存在するので、この鍔部１１０ａの外周面にも補強繊維層５０を被覆している。
【００２３】
上記した補強繊維層５０は、前記図１に示した補強繊維層５と同様に、帯状の補強繊維束をライナ３０の外周面に巻き付けたものであり、帯状の補強繊維束は、帯状の繊維素材束を、ライナ３０と同材質の樹脂の溶湯中に浸漬させることで、繊維の隙間にライナ３０と同材質の樹脂を含浸させたものである。
【００２４】
そして、含浸させた樹脂を例えば半硬化状態とした帯状の補強繊維束を、図示しない加熱炉中で、前記したフープ巻きおよびヘリカル巻きを行って、ライナ３０の外周面を補強繊維層５０で被覆し、ライナ３０と補強繊維層５０の二層構造の高圧ガス燃料貯蔵容器１０を得る。
【００２５】
この実施形態においても、帯状の補強繊維束をライナ３０の外周面に巻き付ける際には、繊維の隙間に含浸させてある半硬化状態の樹脂が、図１の実施形態と同様に加熱されることで溶融し、同材質の樹脂製ライナ３０の外周面に溶着する。
【００２６】
このため、含浸材料である樹脂がこれと同材質のライナ３０に密着しやすく、したがってライナ３０の外周面に補強繊維束を巻き付ける際、特にヘリカル巻きを行う際にも、ライナ３０の特に肩部（椀状端部９０）においもずれにくくなって巻きやすくなり、肩部における補強繊維層５０も他の部位（筒状胴部７０）と同様の肉厚にできる。
【００２７】
この結果、補強繊維層５０の厚さが容器全体で均一となって、使用時に発生する容器部材の内部応力値も容器全体で均一となり、高圧ガス燃料貯蔵容器１０における燃料の充填・放出に伴う圧力変化に対する耐圧強度が高まり、容器寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係わる高圧ガス燃料貯蔵容器の部分断面図である。
【図２】図１に示した高圧ガス燃料貯蔵容器の全体図である。
【図３】（ａ）は、補強繊維層を形成する帯状の補強繊維束の一部を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の帯状の補強繊維束とする前に、帯状の繊維素材束をアルミニウム合金の溶湯中に浸漬させた直後の状態を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す、前記図１に相当する断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，１０  高圧ガス燃料貯蔵容器
３，３０  円筒状のライナ
５，５０  補強繊維層
７，７０  筒状胴部
９，１５，９０  椀状端部
１９  帯状の補強繊維束
２１  炭素繊維（繊維）
２３  アルミニウム合金製の含浸材料（ライナと同材質の材料）
【図１】
2006322590.tif 000003
【図２】
2006322590.tif 000004
【図３】
2006322590.tif 000005
【図４】
2006322590.tif 000006