(57)【要約】【課題】高圧タンクにおいて、分子量の小さい気体がタンクの外に向かって透過することで生じ得るタンクの損傷を抑制することである。【解決手段】高圧タンク１０は、タンクの内形を形成するライナー部２０と、ライナー部２０の外側面に繊維補強材を巻き付けてタンクの外形を形成するシェル部３０とを備え、シェル部３０は、最内層３２とシェル本体層３４を含み、最内層３２は、樹脂と繊維との間の接着強度がシェル本体層における樹脂と繊維との間の接着強度よりも低い繊維補強材によって構成され、シェル本体層３４は、最内層の外側面に巻き付けられ、樹脂と繊維との間の接着強度が通常の繊維補強材で構成される。最内層３２は、適当な外力によって、樹脂割れ、層間剥離を生じ、気体通路をライナー部２０とシェル本体層３４との間に形成することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクの内形を形成するライナー部と、
ライナー部の外側面に繊維補強材を巻き付けてタンクの外形を形成するシェル部と、
を備え、
シェル部は、最内層とシェル本体層とを含み、
最内層は、樹脂と繊維との間の接着強度がシェル本体層における繊維補強材の樹脂と繊維との間の接着強度よりも低い繊維補強材によって構成され、
シェル本体層は、最内層の外側面に巻き付けられ、樹脂と繊維との間の接着強度が通常の繊維補強材で構成されることを特徴とする高圧タンク。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧タンクにおいて、
最内層は、破壊靭性値が１．０以下であり、破断伸び率が０．０５以下である樹脂を用い、樹脂を含む全体の体積に対する繊維の含有率である繊維体積含有率が０．７以上である繊維補強材で構成されることを特徴とする高圧タンク。
【請求項３】
請求項１に記載の高圧タンクにおいて、
最内層は、ライナー部の軸方向に沿ってらせん状に繊維補強材を順次巻き付けるヘリカル巻によって形成されることを特徴とする高圧タンク。
【請求項４】
請求項１に記載の高圧タンクにおいて、
タンク内形で形成される収容空間に高圧ガスを出し入れする口金部を備え、
最内層は、ライナー部の外側面と共に、口金部の外側面を覆うことを特徴とする高圧タンク。
【請求項５】
請求項５に記載の高圧タンクにおいて、
口金部は、最内層を構成する繊維補強材の樹脂との間の接着強度を低下させる表面処理が施された外側面を有することを特徴とする高圧タンク。
【請求項６】
請求項１に記載の高圧タンクにおいて、
最内層は、アミラド繊維またはガラス繊維を含む繊維補強材で構成され、
シェル本体層は、カーボン繊維を含む繊維補強材で構成されることを特徴とする高圧タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンクに係り、特に繊維補強材を巻き付けて形成される高圧タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に与える影響が少ないことから、例えば車両等に燃料電池の搭載が行われている。燃料電池は、燃料ガスと酸化ガスを供給し、電気化学反応によって発電して電力を取り出すものであり、燃料ガスを供給するために燃料ガス源が必要である。燃料ガスとして水素ガスを用いるときは、液体水素よりも取り扱いが容易であること等から、高圧水素ガスを貯蔵容器に貯蔵してこれを燃料ガス源とすることが行われる。このように高圧水素ガスを貯蔵する容器として、高圧タンクが用いられる。ところで、高圧タンクに水素ガスを貯蔵すると、分子量の小さい水素ガスは、タンクを構成する材料を透過することが生じる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、高圧水素タンクとして、樹脂製の容器本体であるライナーを回転させながら、エポキシ樹脂を付着させたカーボンファイバーをライナーの外側面に巻き付け、エポキシ樹脂を硬化させてシェルを形成する際に、ライナーの内側面に合成ゴム等の水素非透過性を有する水素バリア層をコーティングすることが開示されている。従来技術では、ライナーを透過してシェルとの間に残留する水素のために、タンク内の水素圧が急激に低下してこの残留水素の膨張によってライナーが変形するバックリング現象が発生し得るが、上記構成によってライナーへの水素透過を抑制しバックリング現象の発生を抑制することができると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８８７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の従来技術によれば、水素がライナーを透過することを抑制できるが、ライナーの内側に非水素透過性の層をコーティング等で形成することが必要となる。この処理を避けるためにはライナーの層を厚くすることが考えられるが、その場合でも、水素タンクの外側に水素が透過することを完全には避けきれない。
【０００６】
タンクの外に向かって水素ガスが透過すると、その透過量が安全上に問題が生じない程度であっても、タンクの外側にコーティングされている保護層を部分的に押し広げ、場合によっては保護層を損傷することが起こり得る。
【０００７】
本発明の目的は、分子量の小さい気体がタンクの外に向かって透過することで生じ得るタンクの損傷を抑制することを可能とする高圧タンクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る高圧タンクは、タンクの内形を形成するライナー部と、ライナー部の外側面に繊維補強材を巻き付けてタンクの外形を形成するシェル部と、を備え、シェル部は、最内層とシェル本体層とを含み、最内層は、樹脂と繊維との間の接着強度がシェル本体層における樹脂と繊維との間の接着強度よりも低い繊維補強材によって構成され、シェル本体層は、最内層の外側面に巻き付けられ、樹脂と繊維との間の接着強度が通常の繊維補強材で構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る高圧タンクにおいて、最内層は、破壊靭性値が１．０以下であり、破断伸び率が０．０５以下である樹脂を用い、樹脂を含む全体の体積に対する繊維の含有率である繊維体積含有率が０．７以上である繊維補強材で構成されることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る高圧タンクにおいて、最内層は、ライナー部の軸方向に沿ってらせん状に繊維補強材を順次巻き付けるヘリカル巻によって形成されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る高圧タンクにおいて、タンク内形で形成される収容空間に高圧ガスを出し入れする口金部を備え、最内層は、ライナー部の外側面と共に、口金部の外側面を覆うことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る高圧タンクにおいて、口金部は、最内層を構成する繊維補強材の樹脂との間の接着強度を低下させる表面処理が施された外側面を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る高圧タンクにおいて、最内層は、アミラド繊維またはガラス繊維を含む繊維補強材で構成され、シェル本体層は、カーボン繊維を含む繊維補強材で構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、高圧タンクは、タンクの内形を形成するライナー部の外側面に繊維補強材を巻き付けてタンクの外形を形成するシェル部を備え、シェル部は、最内層とシェル本体層とを含み、最内層は、樹脂と繊維との間の接着強度がシェル本体層における樹脂と繊維との間の接着強度よりも低い繊維補強材によって構成され、シェル本体層は、最内層の外側面に巻き付けられ、樹脂と繊維との間の接着強度が通常の繊維補強材で構成される。
【００１５】
最内層はシェル本体層に用いられる通常の接着強度の繊維補強材よりも接着強度が低い繊維補強材を用いるので、例えば、高圧タンクの試験加圧等の加圧の際にこの最内層が適当に破断し、気体の通路がライナー部とシェル本体層との間に形成される。ライナー部を透過してくる気体分子は、この気体通路に沿って流れることができるので、それ以上高圧タンクの外側に向かって透過することが抑制される。したがって、分子量の小さい気体がタンクの外に向かって透過することで生じ得るタンクの損傷を抑制することができる。
【００１６】
また、高圧タンクにおいて、最内層は、破壊靭性値が１．０以下であり、破断伸び率が０．０５以下である樹脂を用い、樹脂を含む全体の体積に対する繊維の含有率である繊維体積含有率が０．７以上である繊維補強材で構成される。これによって、樹脂と繊維との間の接着強度を低くし、また、加圧されたときに最内層の層間剥離を生じさせやすくなる。したがって、例えば、高圧タンクの試験加圧等の加圧の際にこの最内層が適当に破断し、気体の通路がライナー部とシェル本体層との間に形成され、それ以上高圧タンクの外側に向かって透過することが抑制される。
【００１７】
また、高圧タンクにおいて、最内層は、ライナー部の軸方向に沿ってらせん状に繊維補強材を順次巻き付けるヘリカル巻によって形成されるので、最内層に生じる破断がライナー部の軸方向に沿いやすくなり、気体の通路がライナー部の軸方向に沿って形成される。これによって、気体がそれ以上高圧タンクの外側に向かって透過することが抑制される。
【００１８】
また、高圧タンクにおいて、タンク内形で形成される収容空間に高圧ガスを出し入れする口金部を備え、最内層は、ライナー部の外側面と共に、口金部の外側面を覆う。したがって、最内層における破断によって形成される気体の通路が、口金部まで延ばすことができ、口金部端部から気体を外部に逃がすことができ、気体がそれ以上高圧タンクの外側に向かって透過することが抑制される。
【００１９】
また、高圧タンクにおいて、口金部は、最内層を構成する繊維補強材の樹脂との間の接着強度を低下させる表面処理が施された外側面を有するので、口金部外側面に沿った気体の通路を形成することができる。
【００２０】
また、高圧タンクにおいて、最内層は、アミラド繊維またはガラス繊維を含む繊維補強材で構成され、シェル本体層は、カーボン繊維を含む繊維補強材で構成される。前者の接着強度は後者の接着強度よりも小さいので最内層の破断によって気体の通路を形成でき、また、後者の大きな接着強度により、シェル部の強度を十分なものとできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る実施の形態の高圧タンクの構造を説明する図である。
【図２】図１のＡ部の拡大図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、ライナー部とシェル部の断面構造を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の高圧タンクの製造手順を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の高圧タンクにおける試験加圧の様子を説明する図である。
【図６】繊維補強材における樹脂を含む全体の体積に対する繊維の含有率である繊維体積含有率とせん断応力集中係数の関係の一例を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態の高圧タンクにおいて、試験加圧の前後におけるライナー部とシェル部の断面構造の変化を説明する図である。
【図８】本発明に係る実施の形態の高圧タンクにおける実使用状態を説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、最内層に沿って形成される気体の通路の様子を説明する図である。
【図１０】図９の模式的拡大図である。
【図１１】従来技術の課題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、タンクは、車両に搭載される燃料電池に用いられる高圧水素タンクとするが、それ以外の用途のタンクでもよい。また、水素ガス以外でも分子量の小さい気体で、タンクの構成要素を透過する可能性のある気体を貯蔵するためのタンクであってもよい。例えば、水素ガスを含み混合ガス用のタンクであってもよい。
【００２３】
以下において述べる成形条件等は、説明のための１例であり、製品の仕様等に合わせ、適当な他成形条件を採用することができる。
【００２４】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２５】
図１は、車両に搭載される燃料電池の燃料ガスである水素ガスを高圧にして貯蔵する高圧タンク１０の構造を示す図である。図２は、図１に示すＡの部分の詳細断面図である。
【００２６】
高圧タンク１０は、全体として樽形の外形を有する容器である。タンクの内形である容器部分で気体を貯蔵する収容空間１２を形成するライナー部２０と、ライナー部２０の外側面に繊維補強材を巻き付けてタンクの外形を形成するシェル部３０と、気体を出し入れするための口金部１４と、タンクの軸方向に沿って口金部１４の反対側に設けられるエンドボス１６を備えて構成される。
【００２７】
ライナー部２０は、上記のように、貯蔵する高圧水素ガスを収容する空間である収容空間を形作る部分で、一方端に開口部を有する樽形形状を有する。ライナー部２０は、車両搭載に適するように、十分な機械的強度を持ちながら軽量である材料で構成されることが好ましい。かかるライナー部２０としては、例えば、高密度ポリエチレンを成形して所定の形状としたものを用いることができる。
【００２８】
シェル部３０は、ライナー部２０の外側面に繊維補強材を巻き付けることで高圧タンク１０の剛性と耐圧性等をさらに向上させる機能を有する外殻部である。ここで、繊維補強材とは、カーボン繊維等の十分な強度を有する繊維に樹脂を付着させ、これをライナー部２０に巻き付けたのち、適当な熱処理等で樹脂を硬化させて、補強材とするものである。樹脂としては、熱硬化性のものが用いられ、例えば、エポキシ樹脂を用いることができる。繊維としては、仕様に応じて、カーボン繊維、ガラス繊維、プラスチック繊維等を用いることができる。
【００２９】
図２に示されるように、シェル部３０は、ライナー部２０の外側面に巻き付けられる最内層３２と、その外側のシェル本体層３４を含んで構成される。最内層３２は、ライナー部２０を透過してくる水素ガスがそれ以上タンクの外側に透過しないようにするために設けられる中間層である。シェル本体層３４は、シェル部３０の元々の機能である剛性と耐圧性の向上のために設けられる部分であり、従来技術でライナー部２０の外側面に設けられる部分に対応する。
【００３０】
図３は、ライナー部２０の外側面に設けられるシェル部３０の詳細な構成を示す図である。シェル部３０は、ライナー部２０の外側面に、最内層３２、シェル積層部３６、カバー層３８の順に積層されて構成される。シェル積層部３６とカバー層３８がシェル本体層３４に相当する部分である。これらの層は、繊維補強材を巻き付けながら積層して形成される。シェル部３０を構成するこれら３つの部分は分担する機能がそれぞれ異なるため、その機能仕様に合わせ、異なる繊維補強材が用いられる。
【００３１】
最内層３２は、シェル積層部３６に比べ、樹脂と繊維との間の接着強度が低い繊維補強材が用いられる。これに対し、シェル積層部３６は、樹脂と繊維との間の接着強度が通常の繊維補強材が用いられる。接着強度が通常とは、従来技術でシェル部として一般的に用いられる繊維補強材の接着強度のことであるが、最内層３２の繊維補強材と比較するときは、より高い接着強度を示すことになる。カバー層３８は、高圧タンク１０の外表面を保護するために耐衝撃性等の性能が考慮される。
【００３２】
シェル積層部３６には、上記のように従来技術で用いられている繊維補強材をそのまま用いることができる。例えば、エポキシ樹脂を付着させたカーボン繊維（ＣＦ）等を用いることができる。また、カバー層３８には、エポキシ樹脂を付着させたガラス繊維（ＧＦ）等を用いることができる。
【００３３】
最内層３２は、ライナー部２０とシェル本体層３４のシェル積層部３６との間に設けられる層であって、適当な加圧によって樹脂と繊維との間で樹脂割れと積層間剥離を生じさせ、これによって、ライナー部２０とシェル積層部３６との間に気体が流れることができる気体通路を形成することができる層である。
【００３４】
そのために、最内層の繊維補強材に付着される樹脂としては、破壊靭性値が１．０以下であり、破断伸び率が０．０５以下であるものを用いることが好ましい。破壊靭性値とは、材料が弾性限界を超えた後も塑性変形してその後に亀裂が生じて初めて破壊するとする破壊工学において用いられる特性値である。破壊靭性値が大きいほど、弾性限界を超えた後も亀裂が生じるまでに蓄積できる破壊エネルギが大きい。破壊靭性値は、例えば３点曲げ試験等から求めることができる。
【００３５】
破壊靭性値が１．０で破断伸び率が０．０５とは、弾性限界を超えて全体の伸びが５％となったときに破壊することを意味し、塑性変形によって蓄積できる破壊エネルギがほとんどない場合である。すなわち、この特性値を有する樹脂は、弾性限界を過ぎて５％程度伸びた時点で破壊が生じることになる。シェル積層部３６に用いられる樹脂は、破壊靱性値がこれの数倍あるものを用いることが好ましい。
【００３６】
最内層３２に用いられる繊維補強材の繊維としては、アミラド繊維（ＡＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）等を用いることが好ましい。これらの樹脂は、樹脂との接着強度が、カーボン繊維（ＣＦ）に比べて低い特性を示す。
【００３７】
また、最内層３２に用いられる繊維補強材は、樹脂を含む全体の体積に対する繊維の含有率である繊維体積含有率Ｖｆが０．７以上とすることが好ましい。図４は、社団法人強化プラスチック協会による繊維補強プラスチック（ＦＲＰ）構造設計便覧に記載されている図で、ここでは、層間せん断強度（ＩＬＳＳ）における応力集中係数の繊維体積含有率Ｖｆ依存性を示す１つの例が示されている。なお、せん断応力集中係数は、破壊工学で用いられるパラメータの１つで、この値が小さいほど、亀裂が生じるまでに蓄積できるエネルギが大きい。換言すれば、同じ外力に対し、せん断応力集中係数が大きいほど、せん断による層間剥離が生じやすい。
【００３８】
図４に示されるように、せん断応力集中係数は、繊維体積含有率Ｖｆが小さい間はほぼ一定値であるが、繊維体積含有率Ｖｆがある程度大きくなると、急激に大きな値を示す。図４の例では、繊維体積含有率Ｖｆが０．６から０．８の間で、せん断応力集中係数は数倍に増大する。したがって、この範囲の繊維体積含有率Ｖｆの繊維補強材を用いることで、最内層３２の層間剥離を確実に生じさせることが可能になる。
【００３９】
１つの目安は、せん断応力集中係数に予め一定の閾値係数値を定めておき、その閾値係数値に対応する繊維体積含有率を閾値含有率Ｖｆ0として、このＶｆ0以上の繊維体積含有率Ｖｆを有する繊維補強材を用いるものとすることである。例えば、図４で、閾値係数値＝３とすると、これに対応する閾値含有率Ｖｆ0＝０．７となる。そこで、最内層３２に用いられる樹脂補強材の繊維体積含有率を０．７以上とすることで、図４の例では、適当な外力を加えることで、最内層３２において、樹脂割れ、層間剥離を確実に生じさせることができる。
【００４０】
再び図１、図２に戻り、口金部１４は、ライナー部２０の一方端の開口部に設けられる気体の出し入れ口のための部材である。図２に示されるように、口金部１４は、軸方向の中間部にフランジ形状を有し、そのフランジ形状を境に、収容空間１２側の外側面にはライナー部２０が密接して配置され、外気側の外側面にはライナー部２０が配置されずにシェル部３０が配置される。つまり、シェル部３０は最内層３２を含んで、口金部１４の外側面を覆うように配置される。かかる口金部１４としては、適当な金属材料を所定の形状に加工したものを用いることができる。金属材料としては、例えば、アルミニウム合金を用いることができる。
【００４１】
したがって、図２に示されるように、シェル部３０の最内層３２は、高圧タンク１０の樽形の円筒部から口金部１４に至るまではライナー部の外側面とシェル本体層３４との間に配置され、口金部１４から高圧タンク１０の気体出入口までは、口金部１４の外側面とシェル本体層３４との間に配置される。
【００４２】
上記のように、最内層３２には、適当な外力で樹脂割れと層間剥離が生じる程度の接着強度を有する繊維補強材が用いられるので、ライナー部２０の外側面に配置される部分においては、ライナー部２０に適当な内圧が印加されることで、最内層３２に適当な外力が与えられて、樹脂割れ、層間剥離を生じさせることができる。
【００４３】
これに対し、口金部１４が金属材料で構成されるときは、最内層３２に適当な外力を与えることができないことがある。そこで、口金部１４の外側面には、最内層３２を構成する繊維補強材の樹脂との間の接着強度を低下させる表面処理を施すことが好ましい。これによって、最内層３２と口金部１４の外側面との間に、気体が流れる気体通路を確保することができる。かかる表面処理としては、口金部１４をアルミニウム合金の場合、アルマイト処理を用いることができる。
【００４４】
図１におけるエンドボス１６は、高圧タンク１０の樽形の底部に設けられる部材で、主に、ライナー部２０に繊維補強材を巻き付けるときにライナー部２０を軸方向に回転させるための軸方向支持部としての機能を有する。エンドボス１６は、口金部１４と同様に、アルミニウム合金等の適当な金属材料を所定の形状に加工したものを用いることができる。
【００４５】
なお、口金部１４も同様の機能を有する。すなわち、ライナー部２０の樽形の軸方向の両端に配置されるエンドボス１６と口金部１４とを結ぶ軸を回転軸とし、適当な回転支持軸でエンドボス１６と口金部１４をそれぞれ回転自在に支持し、ライナー部２０をその軸周りに回転して、繊維補強材をライナー部２０の外側面に巻き付ける作業が行われる。
【００４６】
上記構成の高圧タンク１０の製造手順について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、口金部１４とエンドボス１６とライナー部２０が一体化された様子を示す図である。例えば、一体化樹脂成形技術を用いて、口金部１４とエンドボス１６を組み込んだライナー部２０を得ることができる。
【００４７】
図５（ｂ）は、口金部１４とエンドボス１６を両端に有するライナー部２０の外側面に最内層３１を形成するための繊維補強材４０を巻き付ける様子を示す図である。ここでは、ライナー部２０の樽形の軸方向中心軸を回転軸１８とし、樽形の両端に相当する口金部１４とエンドボス１６を適当な支持部によって回転自在に支持する。そして、ライナー部２０を回転軸１８の周りに回転させながら、ライナー部２０の軸方向に沿ってらせん状に繊維補強材４０を順次巻き付けてゆく。この巻き付け方は、いわゆるヘリカル巻と呼ばれる方法である。最内層３１の厚さは、ライナー部２０を透過してくる気体を流す気体通路を形成するのに十分な程度でよいので、例えば０．２ｍｍから０．３ｍｍ程度でよい。
【００４８】
なお、上記で最内層３１として、図１、図２で説明した最内層３２と符号を変えているのは、この段階の最内層３１は、まだ樹脂割れ、層間剥離による気体通路が形成されていないからである。
【００４９】
最内層３１を形成するための繊維補強材４０としては、上記のように、樹脂として、破壊靭性値が１．０以下、破断伸び率が０．０５以下のものを用い、繊維としてアミラド繊維（ＡＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）のようにカーボン繊維（ＣＦ）に比べて接着強度の低いものを用い、樹脂を含む全体に対する繊維の含有率である繊維体積含有率Ｖｆを０．７以下とする。
【００５０】
また、図２に関連して説明したように、最内層３１は、ライナー部２０の外側面と、口金部１４のフランジ形状の気体出入口側の部分の外側面を覆うように、繊維補強材４０が巻き付けられる。
【００５１】
図５（ｃ）は、ライナー部２０と口金部１４の外側面に形成された最内層３２の外側に、シェル積層部３６を形成するための繊維補強材４２，４３を巻き付ける様子を示す図である。ここでも、最内層３２が形成されたライナー部２０を回転軸１８の周りに回転させながら、繊維補強材４２，４３が順次巻き付けられるが、その巻き付け方としては、最内層３２の場合と同様に繊維補強材４２をヘリカル巻きで巻き付けると共に、ライナー部２０の周方向に沿って繊維補強材４３を巻き付けるフープ巻きが併用される。ヘリカル巻きとフープ巻きとは交互に行うことが好ましい。
【００５２】
シェル積層部３６は、ライナー部２０の剛性と耐圧性を補強するものであるので、繊維補強材４２，４３として、従来技術で一般的に用いられるもの、例えば、エポキシ樹脂が付着されたカーボン繊維（ＣＦ）が用いられる。したがって、そこで用いられる樹脂の破壊靭性値は、最内層３２の場合の値よりも高く、樹脂を含む全体に対する繊維の含有率である繊維体積含有率Ｖｆの値は、最内層３２の場合の値よりも低い。
【００５３】
繊維補強材４２，４３の積層数は、剛性等の仕様に合わせて、十分な厚さとなるように設定される。例えば、数ｍｍ程度の厚さとすることができる。このようにヘリカル巻きとフープ巻きとを併用することで、高圧タンク１０の軸方向の剛性と耐圧性の確保と、径方向の剛性と耐圧性とを確保することができる。
【００５４】
シェル積層部３６が形成された後に、繊維補強材としてガラス繊維（ＧＦ）を用いたカバー層３８が形成される。カバー層３８は、高圧タンク１０の外形の保護のためであるので、その厚さは余り厚くする必要がなく、例えば、０．２ｍｍから０．５ｍｍ程度とすることができる。
【００５５】
図５（ｄ）はこのようにして口金部１４等を含むライナー部２０に、最内層３２、シェル積層部３６、カバー層３８を順次形成して得られる高圧タンク１０の外形を示す図である。
【００５６】
このようにして得られる高圧タンク１０は、車両に搭載されて燃料電池の燃料ガス源の容器として用いられる前に、予め加圧試験が行われる。この加圧試験における加圧を外力として利用して、最内層３１に樹脂割れ、層間剥離を生じさせて、気体通路を形成することができる。図６は、高圧タンク１０に、口金部１４の気体出入口から加圧試験用のテスト圧力ＰTの試験気体が充填される様子が示されている。試験気体は水素ガスでなくてもよい。加圧試験のテスト圧力ＰTは、実使用中の高圧タンク１０の収容空間１２内の気体圧ＰAよりも高く設定される。例えば、ＰTをＰAの１．５倍程度に設定することができる。
【００５７】
図７は、加圧試験前後における最内層３１，３２の変化の様子を模式的に説明する図である。図７の左側の図は、加圧試験前の状態で、ライナー部２０の外側に最内層３１、シェル積層部３６、カバー層３８が順次積層されている様子が示されている。この状態で最内層３１は樹脂割れも層間剥離も生じていない。図７の右側の図は、加圧試験後の状態で、ここでは、接着強度の高いシェル積層部３６にはほとんど変化がないが、接着強度の低い最内層３２においては、テスト圧力ＰTのために、樹脂割れ、層間剥離が生じている。これにより、最内層３２は、ライナー部２０とシェル積層部３６との間の気体流路として機能することができる。
【００５８】
かかる構成の作用について、図８から図１１を用いて説明する。図８は高圧タンク１０の実使用状態を説明する図である。ここでは、高圧タンク１０に高圧の水素ガスが充填され、そして口金部１４に適当なレギュレータ８が接続されて、高圧の水素ガスを適当な圧力と流量等に調整し、図示されていない燃料電池に燃料ガスとして供給される。ここでは、高圧タンク１０の収容空間１２に気体圧ＰAの水素ガスがある様子が示されている。一例をあげると、ＰAは７０ＭＰａ程度とすることができる。
【００５９】
この状態で時間が経過すると、分子量の小さい水素ガスのごく一部が、ライナー部２０を透過する。図９は、そのようにしてライナー部２０を透過した水素ガス６が、樹脂割れ、層間剥離が生じている最内層３２を気体通路として、それに沿って流れ、最終的に口金部１４の外側に拡散して放出される様子を示す図である。図１０は、図３に対応する構造図で、ライナー部２０とシェル積層部３６との間に沿って水素ガス６が流れ、それ以上シェル部３０の外側には流れないことが示されている。
【００６０】
図１１は、上記構成と比較するために、従来技術の高圧タンクにおいてライナー部を透過した水素ガスの様子を説明する図である。従来技術の高圧タンクでは、ライナー部２０の外側面に、シェル積層部３６、カバー層３８を含むシェル部２９が配置される。シェル積層部３６は、最外層３７を特に示し、それ以外を本体積層部３５としてあるが、これらは同じ繊維補強材を用いてライナー部２０の外側面に巻き付けられたものである。繊維補強材としては、エポキシ樹脂を付着させたカーボン繊維（ＣＦ）が用いられる。カバー層３８にはガラス繊維（ＧＦ）を含む繊維補強材が用いられる。
【００６１】
図１１（ａ）は、ライナー部２０を水素ガスが透過してきた初期の状態を示す図である。ここでは、シェル部２９に変化が生じていない。図１１（ｂ）は、ライナー部２０を透過した水素ガスが、最外層３７とカバー層３８との間に蓄積されてきた様子を示す図である。この状態では、カバー層３８の強度の範囲内でカバー層３８が変形し、最外層３７との間に隙間ができて、そこに水素ガス４が蓄積される。この状態では、場合によって、カバー層３８が変形のために白濁状に観察されることがある。
【００６２】
図１１（ｃ）は、水素ガス４の蓄積状態が飽和状態となって、ついにカバー層３８の強度を越えて、カバー層３８が破壊し、水素ガス４が外部に拡散、放出される様子を示す図である。外部に放出される水素ガス４の量は、安全上は問題とならない程度の微量であるが、カバー層３８の破壊の際に、異音を発生し、その箇所が白濁状の部分として観察される。このように、従来技術においては、ライナー部２０を透過してきた水素がシェル部２９の内部を透過し、カバー層３８を損傷することがある。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る高圧タンクは、車両に搭載される燃料電池の燃料ガス源としての高圧水素ガスを貯蔵する高圧水素タンクとして利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
４，６  水素ガス、８  レギュレータ、１０  高圧タンク、１２  収容空間、１４  口金部、１６  エンドボス、１８  回転軸、２０  ライナー部、２９，３０  シェル部、３１，３２  最内層、３４  シェル本体層、３５  本体積層部、３６  シェル積層部、３７  最外層、３８  カバー層、４０，４２，４３  繊維補強材。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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