(57)【要約】【課題】樹脂の劣化に起因する補強層表面の割れを抑える。【解決手段】高圧タンク１００は、ライナ１０と、カーボン繊維を有する第１ヘリカル層および第１フープ層を備える強化層７４と、ガラス繊維を有する第２ヘリカル層７８および第２フープ層７６を備える保護層と、をこの順に備える。高圧タンクには応力発生部１４が形成され、補強層７０は、積層方向において応力発生部と重なる第１領域αと、第１領域以外の領域である第２領域βと、を備え、第２フープ層を構成するガラス繊維の巻き終わりの最終交差部８２を含む１周分の部位は、積層方向において第２領域と重なる。【選択図】図７
2019219025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タンクであって、
シリンダ部の両側に半球面形状のドーム部を有するライナと、
前記ライナの外表面を覆う補強層と、
を備え、
前記補強層は、
前記ライナ上に形成された強化層であって、ヘリカル巻きされたカーボン繊維と第１樹脂とを有する第１ヘリカル層と、フープ巻きされたカーボン繊維と前記第１樹脂とを有する第１フープ層と、を備える強化層と、
前記強化層上に形成されると共に、ヘリカル巻きされたガラス繊維と第２樹脂とを有する第２ヘリカル層と、前記第２ヘリカル層上に形成されると共に、フープ巻きされたガラス繊維と前記第２樹脂とを有する第２フープ層と、を備える保護層と、
を備え、
前記高圧タンクは、前記補強層において局所的な応力を発生させる応力発生部を有し、
前記応力発生部は、（ａ）前記ライナの前記外表面において局所的に凸形状を成す凸部と、（ｂ）前記補強層の内部であって、前記カーボン繊維または前記ガラス繊維の巻き角度が変更される切替部において、前記カーボン繊維または前記ガラス繊維が交差する段差部と、（ｃ）前記補強層において、前記カーボン繊維の端部同士、前記ガラス繊維の端部同士、あるいは前記カーボン繊維の端部と前記ガラス繊維の端部、を繋いだ繊維接合部と、（ｄ）前記カーボン繊維の巻き始め、前記カーボン繊維の巻き終わり、および前記ガラス繊維の巻き始めのうちの少なくとも一つにおいて、前記カーボン繊維または前記ガラス繊維に対して当該カーボン繊維または当該ガラス繊維が絡まって交差する端部交差部と、（ｅ）前記ライナに接して設けられた前記第１ヘリカル層において前記カーボン繊維が交差するヘリカル交差部と、のうちの少なくとも一つであり、
前記補強層は、前記強化層および前記保護層が積層される積層方向において前記応力発生部と重なる領域である第１領域と、前記第１領域以外の領域である第２領域と、を備え、
前記第２フープ層の前記ガラス繊維の巻き終わりにおいて、前記ガラス繊維に対して当該ガラス繊維が絡まって交差する最終交差部を含む１周分の部位は、前記積層方向において前記第２領域と重なる
高圧タンク。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧タンクであって、
前記ライナは、複数のライナ部材によって構成され、前記複数のライナ部材のうちの隣接するライナ部材間にライナ接合部が形成されており、
前記高圧タンクには、前記応力発生部として、前記ライナの前記外表面に前記凸部が形成されており、
前記凸部は、前記ライナ接合部に形成されている
高圧タンク。
【請求項３】
請求項１に記載の高圧タンクであって、
前記第１ヘリカル層は、前記高圧タンクの軸線方向に対する前記カーボン繊維の巻き角度が０°以上４０°以下である低角度ヘリカル層を備え、
前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記段差部が形成されており、
前記段差部は、前記低角度ヘリカル層と、前記巻き角度が前記低角度ヘリカル層よりも大きい層とが、前記強化層内で切り替わる第１切替部において、前記カーボン繊維が交差する第１段差部を一つ以上含む
高圧タンク。
【請求項４】
請求項１に記載の高圧タンクであって、
前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記段差部が形成されており、
前記段差部は、前記第２ヘリカル層から前記第２フープ層へと切り替わる第２切替部において前記ガラス繊維が交差する第２段差部を、一つ以上含む
高圧タンク。
【請求項５】
請求項１に記載の高圧タンクであって、
前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記繊維接合部が形成されており、
前記繊維接合部は、前記強化層において複数の前記カーボン繊維の端部同士を繋いだ第１接合部を一つ以上含む
高圧タンク。
【請求項６】
請求項１に記載の高圧タンクであって、
前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記繊維接合部が形成されており、
前記繊維接合部は、前記第２ヘリカル層および前記第２フープ層のうちの少なくとも一方で複数の前記ガラス繊維の端部同士を繋いだ第２接合部を一つ以上含む
高圧タンク。
【請求項７】
請求項１に記載の高圧タンクであって、
前記強化層と前記第２ヘリカル層との間において、前記強化層を構成する前記カーボン繊維の終端部と前記第２ヘリカル層を構成する前記ガラス繊維の始端部とを繋いだ箇所である第３接合部が形成されており、
前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記繊維接合部が形成されており、
前記繊維接合部は、前記第３接合部を含む
高圧タンク。
【請求項８】
請求項１に記載の高圧タンクであって、
前記強化層と前記第２ヘリカル層との間において、前記強化層を構成する前記カーボン繊維の終端部と前記第２ヘリカル層を構成する前記ガラス繊維の始端部とは非接続状態であり、
前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記端部交差部が形成されており、
前記端部交差部は、前記カーボン繊維の終端部、および前記ガラス繊維の始端部のうちの少なくとも一つの端部に設けられる
高圧タンク。
【請求項９】
請求項１に記載の高圧タンクであって、
前記第１ヘリカル層は、前記高圧タンクの軸線方向に対する前記カーボン繊維の巻き角度が０°以上４０°以下である低角度ヘリカル層を１層以上備え、
前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記ヘリカル交差部が形成されており、
前記ヘリカル交差部は、前記低角度ヘリカル層のうち、前記ライナに接して設けられた層である最内低角度ヘリカル層において、前記カーボン繊維が交差する箇所であり、前記最内低角度ヘリカル層内において前記積層方向に重なる前記カーボン繊維の数が最も多い箇所である
高圧タンク。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の高圧タンクを搭載する高圧タンク搭載装置であって、
前記高圧タンクが固定される構造部材と、
接触部と締結部とを有し、前記接触部において前記高圧タンクの外表面に接しつつ、前記締結部において前記構造部材に締結されることにより、前記高圧タンクを前記構造部材に固定する固定部材と、
を備え、
前記高圧タンクの外表面において、前記ガラス繊維における前記最終交差部を含む１周分の部位の少なくとも一部は、前記固定部材の前記接触部に覆われる
高圧タンク搭載装置。
【請求項１１】
高圧タンクの製造方法であって、
シリンダ部の両側に半球面形状のドーム部を有するライナを用意し、
前記ライナ上に、ヘリカル巻きされた樹脂含浸カーボン繊維を有する第１ヘリカル層と、フープ巻きされた樹脂含浸カーボン繊維を有する第１フープ層と、を備える強化層を形成し、
前記強化層上に、ヘリカル巻きされた樹脂含浸ガラス繊維を有する第２ヘリカル層と、フープ巻きされた樹脂含浸ガラス繊維を有して前記高圧タンクの外表面を形成する第２フープ層と、を備える保護層を形成し、
前記樹脂含浸ガラス繊維を前記高圧タンクの周方向に巻回して前記第２フープ層を形成する際に、前記樹脂含浸ガラス繊維の巻き終わりにおいて前記樹脂含浸ガラス繊維に対して当該樹脂含浸ガラス繊維が絡まって交差する最終交差部を含む１周分の部位を、前記強化層および前記保護層が積層された補強層の積層方向において、前記補強層における第１領域以外の領域である第２領域と重なるように配置し、
前記第１領域は、前記補強層において局所的な応力を発生させる応力発生部と前記積層方向に重なる領域であり、
前記応力発生部は、（ａ）前記ライナの外表面において局所的な凸形状を成す凸部と、（ｂ）前記補強層の内部であって、前記樹脂含浸カーボン繊維または前記樹脂含浸ガラス繊維の巻き角度が変更される切替部において、前記樹脂含浸カーボン繊維または前記樹脂含浸ガラス繊維が交差する段差部と、（ｃ）前記補強層において、前記樹脂含浸カーボン繊維の端部同士、前記樹脂含浸ガラス繊維の端部同士、あるいは前記樹脂含浸カーボン繊維の端部と前記樹脂含浸ガラス繊維の端部、を繋いだ繊維接合部と、（ｄ）前記樹脂含浸カーボン繊維の巻き始め、前記樹脂含浸カーボン繊維の巻き終わり、および前記樹脂含浸ガラス繊維の巻き始めのうちの少なくとも一つにおいて、前記樹脂含浸カーボン繊維または前記樹脂含浸ガラス繊維に対して当該樹脂含浸カーボン繊維または当該樹脂含浸ガラス繊維が絡まって交差する端部交差部と、（ｅ）前記ライナに接して設けられた前記第１ヘリカル層において前記樹脂含浸カーボン繊維が交差するヘリカル交差部と、のうちの少なくとも一つである
高圧タンクの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記樹脂含浸カーボン繊維および前記樹脂含浸ガラス繊維として、トウプリプレグを用いる
高圧タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンク、高圧タンク搭載装置、および高圧タンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧の流体を貯蔵・密封するためのタンクとして、流体を貯蔵する空間を形成するライナと、ライナを覆うように設けられて、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）によって構成される補強層と、を備えるタンクが知られている。具体的には、例えば、補強層として、ライナ上にカーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔiｃｓ）を備える層（ＣＦＲＰ層）を設けると共に、上記ＣＦＲＰ層上に、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔiｃｓ）を備える保護層（ＧＦＲＰ層）を設ける構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２４８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願の発明者は、このような高圧タンクに対して内圧の増加／減少のサイクルが繰り返されると、保護層の表面に割れが生じる場合があることを見出した。そこで、補強層の表面の割れを低減する技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、高圧タンクが提供される。この高圧タンクは、シリンダ部の両側に半球面形状のドーム部を有するライナと；前記ライナの外表面を覆う補強層と；を備え；前記補強層は；前記ライナ上に形成された強化層であって、ヘリカル巻きされたカーボン繊維と第１樹脂とを有する第１ヘリカル層と、フープ巻きされたカーボン繊維と前記第１樹脂とを有する第１フープ層と、を備える強化層と；前記強化層上に形成されると共に、ヘリカル巻きされたガラス繊維と第２樹脂とを有する第２ヘリカル層と、前記第２ヘリカル層上に形成されると共に、フープ巻きされたガラス繊維と前記第２樹脂とを有する第２フープ層と、を備える保護層と；を備え；前記高圧タンクは、前記補強層において局所的な応力を発生させる応力発生部を有し；前記応力発生部は、（ａ）前記ライナの前記外表面において局所的に凸形状を成す凸部と、（ｂ）前記補強層の内部であって、前記カーボン繊維または前記ガラス繊維の巻き角度が変更される切替部において、前記カーボン繊維または前記ガラス繊維が交差する段差部と、（ｃ）前記補強層において、前記カーボン繊維の端部同士、前記ガラス繊維の端部同士、あるいは前記カーボン繊維の端部と前記ガラス繊維の端部、を繋いだ繊維接合部と、（ｄ）前記カーボン繊維の巻き始め、前記カーボン繊維の巻き終わり、および前記ガラス繊維の巻き始めのうちの少なくとも一つにおいて、前記カーボン繊維または前記ガラス繊維に対して当該カーボン繊維または当該ガラス繊維が絡まって交差する端部交差部と、（ｅ）前記ライナに接して設けられた前記第１ヘリカル層において前記カーボン繊維が交差するヘリカル交差部と、のうちの少なくとも一つであり；前記補強層は、前記強化層および前記保護層が積層される積層方向において前記応力発生部と重なる領域である第１領域と、前記第１領域以外の領域である第２領域と、を備え；前記第２フープ層の前記ガラス繊維の巻き終わりにおいて、前記ガラス繊維に対して当該ガラス繊維が絡まって交差する最終交差部を含む１周分の部位は、前記積層方向において前記第２領域と重なる。
この形態の高圧タンクによれば、補強層の表面に割れが生じ易い部位である最終交差部を含む１周分の部位と、補強層の表面に割れが生じ易くなる局所的な応力を補強層内に発生させる応力発生部とを、積層方向に重ねないように配置することにより、高圧タンクに対して内圧の増加／減少のサイクルが繰り返されても、補強層の表面の割れを低減することができる。
（２）上記形態の高圧タンクにおいて；前記ライナは、複数のライナ部材によって構成され、前記複数のライナ部材のうちの隣接するライナ部材間にライナ接合部が形成されており；前記高圧タンクには、前記応力発生部として、前記ライナの前記外表面に前記凸部が形成されており；前記凸部は、前記ライナ接合部に形成されていることとしてもよい。この形態の高圧タンクによれば、ライナ接合部においてライナ外表面に形成された凸部によって補強層内で生じる応力に起因して、補強層の表面で割れが生じることを抑えることができる。
（３）上記形態の高圧タンクにおいて；前記第１ヘリカル層は、前記高圧タンクの軸線方向に対する前記カーボン繊維の巻き角度が０°以上４０°以下である低角度ヘリカル層を備え；前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記段差部が形成されており；前記段差部は、前記低角度ヘリカル層と、前記巻き角度が前記低角度ヘリカル層よりも大きい層とが、前記強化層内で切り替わる第１切替部において、前記カーボン繊維が交差する第１段差部を一つ以上含むこととしてもよい。この形態の高圧タンクによれば、第１段差部によって補強層内で生じる応力に起因して、補強層の表面で割れが生じることを抑えることができる。
（４）上記形態の高圧タンクには、前記応力発生部として前記段差部が形成されており；前記段差部は、前記第２ヘリカル層から前記第２フープ層へと切り替わる第２切替部において前記ガラス繊維が交差する第２段差部を、一つ以上含むこととしてもよい。この形態の高圧タンクによれば、第２段差部によって補強層内で生じる応力に起因して、補強層の表面で割れが生じることを抑えることができる。
（５）上記形態の高圧タンクには、前記応力発生部として前記繊維接合部が形成されており；前記繊維接合部は、前記強化層において複数の前記カーボン繊維の端部同士を繋いだ第１接合部を一つ以上含むこととしてもよい。この形態の高圧タンクによれば、第１接合部によって補強層内で生じる応力に起因して、補強層の表面で割れが生じることを抑えることができる。
（６）上記形態の高圧タンクには、前記応力発生部として前記繊維接合部が形成されており；  前記繊維接合部は、前記第２ヘリカル層および前記第２フープ層のうちの少なくとも一方で複数の前記ガラス繊維の端部同士を繋いだ第２接合部を一つ以上含むこととしてもよい。この形態の高圧タンクによれば、第２接合部によって補強層内で生じる応力に起因して、補強層の表面で割れが生じることを抑えることができる。
（７）上記形態の高圧タンクは；前記強化層と前記第２ヘリカル層との間において、前記強化層を構成する前記カーボン繊維の終端部と前記第２ヘリカル層を構成する前記ガラス繊維の始端部とを繋いだ箇所である第３接合部が形成されており；前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記繊維接合部が形成されており；前記繊維接合部は、前記第３接合部を含むこととしてもよい。この形態の高圧タンクによれば、第３接合部によって補強層内で生じる応力に起因して、補強層の表面で割れが生じることを抑えることができる。
（８）上記形態の高圧タンクは；前記強化層と前記第２ヘリカル層との間において、前記強化層を構成する前記カーボン繊維の終端部と前記第２ヘリカル層を構成する前記ガラス繊維の始端部とは非接続状態であり；前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記端部交差部が形成されており；前記端部交差部は、前記カーボン繊維の終端部、および前記ガラス繊維の始端部のうちの少なくとも一つの端部に設けられることとしてもよい。この形態の高圧タンクによれば、上記終端部と始端部とのうちの少なくとも一つによって補強層内で生じる応力に起因して、補強層の表面で割れが生じることを抑えることができる。
（９）上記形態の高圧タンクにおいて；前記第１ヘリカル層は、前記高圧タンクの軸線方向に対する前記カーボン繊維の巻き角度が０°以上４０°以下である低角度ヘリカル層を１層以上備え；前記高圧タンクには、前記応力発生部として前記ヘリカル交差部が形成されており；前記ヘリカル交差部は、前記低角度ヘリカル層のうち、前記ライナに接して設けられた層である最内低角度ヘリカル層において、前記カーボン繊維が交差する箇所であり、前記最内低角度ヘリカル層内において前記積層方向に重なる前記カーボン繊維の数が最も多い箇所であることとしてもよい。この形態の高圧タンクによれば、最内低角度ヘリカル層におけるヘリカル交差部によって補強層内で生じる応力に起因して、補強層の表面で割れが生じることを抑えることができる。
（１０）本発明の他の形態によれば、（１）から（９）までのいずれか一項に記載の高圧タンクを搭載する高圧タンク搭載装置が提供される。この高圧タンク搭載装置は；前記高圧タンクが固定される構造部材と；接触部と締結部とを有し、前記接触部において前記高圧タンクの外表面に接しつつ、前記締結部において前記構造部材に締結されることにより、前記高圧タンクを前記構造部材に固定する固定部材と；を備え；前記高圧タンクの外表面において、前記ガラス繊維における前記最終交差部を含む１周分の部位の少なくとも一部は、前記固定部材の前記接触部に覆われる。この形態の高圧タンク搭載装置によれば、高圧タンクにおいて、補強層の表面の割れを低減する効果をさらに高めることができる。
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、高圧タンクの製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】高圧タンクの断面模式図である。
【図２】高圧タンクの外壁の一部を拡大して示す断面模式図である。
【図３】高圧タンクの製造方法の概要を表わす工程図である。
【図４】最終交差部の構成を模式的に示す説明図である。
【図５】フィラメントワインディング装置の概略構成を表わす説明図である。
【図６Ａ】第２フープ層で割れが発生する過程を表わす説明図である。
【図６Ｂ】第２フープ層で割れが発生する過程を表わす説明図である。
【図６Ｃ】第２フープ層で割れが発生する過程を表わす説明図である。
【図７】終端部位と応力発生部との位置関係の一例を示す断面模式図である。
【図８】ライナの外表面に形成された凸部の一例を表わす説明図である。
【図９】応力発生部の他の例を示す説明図である。
【図１０】応力発生部の他の例を示す説明図である。
【図１１】応力発生部の他の例を示す説明図である。
【図１２】応力発生部の他の例を示す説明図である。
【図１３】高圧タンクが高圧タンク搭載装置に搭載される様子を表わす斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態：
（Ａ−１）高圧タンクの全体構成：
図１は、本発明の第１実施形態としての高圧タンク１００の断面模式図である。高圧タンク１００は、高圧の流体を貯蔵するタンクである。本実施形態では、高圧タンク１００は、流体として圧縮水素を貯蔵し、例えば、水素タンク搭載装置である燃料電池車両に搭載される。高圧タンク１００は、ライナ１０と、補強層７０と、口金２１，２２と、を備える。なお、図１および後述する各図は、本発明に係る高圧タンク１００の各部の様子を模式的に示しているため、図に示された各部のサイズは、具体的なサイズを表わすものではない。
【０００９】
ライナ１０においては、流体を密封するための空間が内部に形成されている。ライナ１０は、高圧タンク１００は、軸線Ｏ方向に延びる円筒状に形成された部位であるシリンダ部１６と、シリンダ部１６の両側に続く略半球面形状の２つのドーム部１７，１８と、を備える。ライナ１０は、例えば、ナイロン系樹脂（ポリアミド系樹脂）やポリエチレン系樹脂等の合成樹脂、あるいは、アルミニウム合金等の金属によって形成することができ、本実施形態ではナイロンによって形成している。ライナ１０の両端の各々には、上記ドーム部の頂上の位置に、口金２１，２２が配置されている。これら口金２１，２２は、例えば、インサート成形によってライナ１０に接合される。
【００１０】
本実施形態では、ライナ１０は、複数の部材を接合することによって構成されている。具体的には、ライナ１０は、ライナ部材１１，１２，１３を備え、この順で軸線Ｏ方向に配置されている。ライナ部材１１とライナ部材１２との間、および、ライナ部材１２とライナ部材１３との間は、例えば、赤外溶着、レーザ溶着、熱板溶着、振動溶着、あるいは超音波溶着等の方法により接合することができる。なお、ライナ１０は、３以外の複数の部材によって構成してもよく、また、複数の部材を接合する方法とは異なる方法により形成してもよい。
【００１１】
補強層７０は、ライナ１０の外表面を覆うように形成されており、ライナ１０を補強して高圧タンク１００の強度（タンク内圧に対する強度）を向上させる。補強層７０は、ライナ１０の外表面上で巻回されている繊維と、この繊維に含浸される樹脂とを、構成材料として有する。
【００１２】
図２は、高圧タンク１００の外壁の一部を拡大して示す断面模式図である。補強層７０は、ライナ１０上に設けられ、カーボン繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＣＦＲＰ）を備えるカーボン繊維強化プラスチック層７４（以下、ＣＦＲＰ層７４とも呼ぶ）と、ＣＦＲＰ層上に設けられ、ガラス繊維強化プラスチック（Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ：ＧＦＲＰ）を備えるガラス繊維強化プラスチック層７２（以下、ＧＦＲＰ層７２とも呼ぶ）と、を備える。ＣＦＲＰ層７４は、強化層とも呼ぶ。ＧＦＲＰ層７２は、保護層とも呼ぶ。
【００１３】
ＣＦＲＰ層（強化層）７４は、カーボン繊維がフープ巻きされた層（第１フープ層７３とも呼ぶ）と、カーボン繊維がヘリカル巻きされた層（第１ヘリカル層７１とも呼ぶ）と、を含む（後述する図７参照）。「フープ巻き」とは、軸線Ｏ方向に対する繊維の巻き角度を略垂直とする巻き方であり、「ヘリカル巻き」とは、軸線Ｏ方向に対する繊維の巻き角度を、フープ巻きよりも傾いた角度とする巻き方である。「ヘリカル巻き」は、上記繊維が軸線Ｏを少なくとも一周した後に、ドーム部において上記繊維の巻き方向が折り返されて、比較的大きな巻き角度を有するヘリカル巻き（以下、「高角度ヘリカル巻き」ともいう）と、上記繊維が軸線Ｏを一周する前に、ドーム部において上記繊維の巻き方向が折り返されて、比較的小さな巻き角度を有するヘリカル巻き（以下、「低角度ヘリカル巻き」ともいう）と、に分けられる。第１ヘリカル層７１のうち、カーボン繊維が高角度ヘリカル巻きされた層は、高角度ヘリカル層７１ａとも呼び、カーボン繊維が低角度ヘリカル巻きされた層は、低角度ヘリカル層７１ｂとも呼ぶ。
【００１４】
軸線Ｏ方向に対する上記繊維の巻き角度は、第１フープ層７３では、例えば８０°以上９０°以下とすることができ、高角度ヘリカル層７１ａでは、例えば７０°以上８５°以下とすることができる。ただし、第１フープ層７３の巻き角度の方が、高角度ヘリカル層７１ａの巻き角度よりも大きい。軸線Ｏ方向に対する上記繊維の巻き角度は、低角度ヘリカル層７１ｂでは、０°以上４０°以下とすることができる。低角度ヘリカル層７１ｂにおける巻き角度は、５°以上３５°以下とすることが、より望ましい。
【００１５】
ＣＦＲＰ層７４は、第１フープ層７３と高角度ヘリカル層７１ａと低角度ヘリカル層７１ｂとを、それぞれ１層以上有しており、各々の層が、予め定められた順序で積層されている。図２では、ライナ１０上に、低角度ヘリカル層７１ｂ、高角度ヘリカル層７１ａ、第１フープ層７３、低角度ヘリカル層７１ｂ、高角度ヘリカル層７１ａ、第１フープ層７３、の順に積層されて、ＣＦＲＰ層７４が形成される様子が示されている。図２に示す積層の順序は一例であり、ＣＦＲＰ層７４を構成する上記した各層の数および積層の順序は、種々変更可能である。第１フープ層７３、高角度ヘリカル層７１ａ、および低角度ヘリカル層７１ｂの各々の層は、各層内では巻き角度を一定とすることが好ましい。ただし、第１フープ層７３、高角度ヘリカル層７１ａ、あるいは低角度ヘリカル層７１ｂが複数設けられる場合には、同種の層であっても、異なる層間では巻き角度が異なることとしてもよい。
【００１６】
ＣＦＲＰ層７４には、各層間において、繊維の巻き角度が変更される切替部が存在する。具体的には、例えば、低角度ヘリカル層７１ｂと第１フープ層７３との間、および、低角度ヘリカル層７１ｂと高角度ヘリカル層７１ａとの間には、巻き角度が大きく変化する切替部が存在する。このように、低角度ヘリカル層７１ｂと、巻き角度が低角度ヘリカル層７１ｂよりも大きい層とが切り替わる切替部を、第１切替部とも呼ぶ。上記のように繊維の巻き角度が変更される切替部では、巻き角度を種々変更しながら繊維を巻回して、繊維の巻き付け位置を、次の層の巻き開始位置まで移動させる。第１切替部については、後にさらに詳しく説明する。
【００１７】
ＧＦＲＰ層（保護層）７２は、ＣＦＲＰ層７４上に形成されて、ガラス繊維がヘリカル巻きされた第２ヘリカル層７８と、第２ヘリカル層７８上に形成されて、ガラス繊維がフープ巻きされた第２フープ層７６と、を備える。第２ヘリカル層７８における巻き角度は、例えば、既述した低角度ヘリカル層７１ｂと同様にすることができる。第２フープ層７６における巻き角度は、例えば、既述した第１フープ層７３と同様にすることができる。第２ヘリカル層７８と第２フープ層７６との間には、ＣＦＲＰ層７４における既述した切替部と同様に、巻き角度が大きく変化する切替部が存在する。この切替部は、第２切替部とも呼ぶ。第２切替部については、後にさらに詳しく説明する。本実施形態では、第２フープ層７６は、高圧タンク１００の外表面を構成する。ただし、第２フープ層７６の表面の少なくとも一部が、何らかの層によって覆われていてもよい。例えば、第２フープ層７６の表面の少なくとも一部において、ＧＦＲＰ層７２が備える樹脂とは異なる樹脂の層が形成されていてもよい。
【００１８】
ＣＦＲＰ層７４およびＧＦＲＰ層７２を構成する各層が備える樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。ＣＦＲＰ層７４が備える樹脂を第１樹脂とも呼び、ＧＦＲＰ層７２が備える樹脂を第２樹脂とも呼ぶ。本実施形態では、第１樹脂及び第２樹脂として、エポキシ樹脂を用いている。第１樹脂と第２樹脂とは、同じ種類であってもよく、異なる種類であってもよい。第１樹脂と第２樹脂とが同じ種類である場合には、硬化促進剤や強化剤の有無、あるいは、硬化促進剤や強化剤を加える場合にはその種類や添加量を異ならせることにより、樹脂の性質を異ならせてもよい。
【００１９】
（Ａ−２）高圧タンクの製造方法：
図３は、高圧タンク１００の製造方法の概要を表わす工程図である。高圧タンク１００を製造する際には、まず、ライナ１０を用意する（ステップＳ１００）。そして、用意したライナ１０上に、樹脂含浸カーボン繊維を用いてＣＦＲＰ層７４を形成する（ステップＳ１１０）。その後、ＣＦＲＰ層７４上に、樹脂含浸ガラス繊維を用いて第２ヘリカル層７８を形成し（ステップＳ１２０）、第２ヘリカル層７８上に、樹脂含浸ガラス繊維を用いて第２フープ層７６を形成する（ステップＳ１３０）。第２フープ層７６を形成した後に、樹脂含浸ガラス繊維の巻き終わりに設けた最終交差部を、ＧＦＲＰ層７２の表面に固定する（ステップＳ１４０）。最終交差部については、後述する。その後、ＣＦＲＰ層７４およびＧＦＲＰ層７２を構成する樹脂を硬化させて（ステップＳ１５０）、高圧タンク１００を完成する。樹脂の硬化は、例えば、加熱炉を用いた加熱や、高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルを用いた誘導加熱手法により行なうことができる。
【００２０】
図４は、最終交差部８２の構成を模式的に示す説明図である。最終交差部８２とは、第２フープ層７６を構成する樹脂含浸ガラス繊維の巻き終わりにおいて、樹脂を含浸したガラス繊維７００ａに対して当該ガラス繊維７００ａが絡まって交差する箇所である。最終交差部８２は、例えば、樹脂を含浸したガラス繊維７００ａを、ライナ１０の周方向に沿って１周させた後に、当該ガラス繊維７００ａに絡めて交差させることにより、形成することができる。あるいは、上記周方向に１周させた箇所とは異なる箇所において、ガラス繊維７００ａを当該ガラス繊維７００ａに絡めて交差させることにより、最終交差部８２を形成してもよい。最終交差部８２をＧＦＲＰ層７２の表面に固定する動作は、最終交差部８２が備える樹脂をＧＦＲＰ層７２の表面で硬化させることにより行なうことができる。上記最終交差部８２の固定は、補強層７０全体の硬化と同時であってもよく、補強層７０全体の硬化に先立って行なってもよい。
【００２１】
図５は、本実施形態におけるフィラメントワインディング装置（以下、ＦＷ装置とも呼ぶ）２００の概略構成を表わす説明図である。ＣＦＲＰ層７４およびＧＦＲＰ層７２は、同様のＦＷ装置２００を用いて、フィラメントワインディング法によって形成される。フィラメントワインディング法とは、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をマンドレル（本実施例では、ライナ１０）に巻き付けて、熱硬化性樹脂を熱硬化させる方法である。
【００２２】
ＦＷ装置２００は、繊維巻出部２０と、繊維束ガイド部３０と、巻付部４０と、制御部６００と、を備える。なお、図５において、ＦＷ装置２００の加工対象物、すなわち、口金２１，２２が配置されたライナ１０、あるいは、ライナ１０に繊維の一部が巻回された製造途中のタンクを、ワーク６０と呼ぶ。
【００２３】
繊維巻出部２０は、繊維束７００を巻き出す機能を有し、複数のボビン２０１〜２０４と、複数の搬送ローラ２１１〜２１７と、結束ローラ２２０と、テンションローラ２３０と、アクティブダンサ２４０とを備える。
【００２４】
ボビン２０１〜２０４は、筒状の部材であり、それぞれ、トウプリプレグ７１０が巻き付けられている。トウプリプレグ７１０は、約２万本から約５万本の単繊維を含む繊維に既述した樹脂を含浸させたものである。トウプリプレグ７１０は、ＣＦＲＰ層７４を形成する場合には、樹脂を含浸したカーボン繊維であり、ＧＦＲＰ層７２を形成する場合には、樹脂を含浸したガラス繊維である。以下の説明では、ＣＦＲＰ層７４を形成するトウプリプレグを、単にカーボン繊維と呼ぶ場合があり、ＧＦＲＰ層７２を形成するトウプリプレグを、単にガラス繊維と呼ぶ場合がある。搬送ローラ２１１〜２１４は、各ボビン２０１〜２０４に対応して設けられており、ボビン２０１〜２０４から巻き出されたトウプリプレグ７１０を結束ローラ２２０に搬送する。結束ローラ２２０は、ボビン２０１〜２０４から巻き出されたトウプリプレグ７１０を揃えることで繊維束７００とし、テンションローラ２３０に巻き出す。テンションローラ２３０は、予め定められた圧力に設定されたシリンダ２３１を備え、繊維束７００に張力を加える。アクティブダンサ２４０は、ローラ２４１を移動させることによって、繊維束７００の張力を調整する。シリンダ２３１において設定される圧力によって、ワーク６０に繊維束７００を巻き付けるときの張力を変更することができる。張力が調整された繊維束７００は、搬送ローラ２１５〜２１７を経由して、繊維束ガイド部３０に搬送される。
【００２５】
繊維束ガイド部３０は、繊維束７００を揃えてワーク６０に案内する。繊維束ガイド部３０は、白抜きの矢印で示すようにワーク６０の長手方向に沿って移動可能であり、移動により、ワーク６０に対する相対的な位置を変更することができる。繊維束ガイド部３０のワーク６０に対する相対的な位置を変更することにより、ワーク６０に繊維束７００を巻き付ける際の巻き付け角度を調節することができる。
【００２６】
繊維束ガイド部３０は、揃え口３００と繊維送出部３２０とを備える。揃え口３００は、繊維束７００を集めて幅方向（図面の裏表方向）に並べて揃える。繊維送出部３２０は、第１収束ローラ３３０と、第２収束ローラ３４０と、第３収束ローラ３５０とを備え、３つの収束ローラ３３０，３４０，３５０を用いて繊維束７００をワーク６０に搬送する。本実施形態では、繊維束７００は、第１収束ローラ３３０側から入り込み、第１収束ローラ３３０の上側外周、第２収束ローラ３４０の下側外周、及び、第３収束ローラ３５０の上側外周にそれぞれ接触してワーク６０に案内される。繊維束ガイド部３０を経由した繊維束７００は、例えば、幅が５〜２０ｍｍ、厚さが０．２〜０．８ｍｍ程度の帯状となる。
【００２７】
巻付部４０は、ワーク６０を回転させることによって、ワーク６０に繊維束７００を巻き付ける。巻付部４０は、回転装置４００と、回転棒４１０と、支持棒４２０とを備える。回転棒４１０および支持棒４２０が軸線Ｏと重なるように、ワーク６０が巻付部４０に取り付けられる。回転棒４１０の一端は回転装置４００に固定されており、他端はワーク６０の口金２１に固定されている。支持棒４２０は、その一端において口金２２を介してワーク６０を回転自在に支持している。回転装置４００が動作すると、回転棒４１０が回転してワーク６０を回転させることにより、ワーク６０に繊維束７００が巻き付けられる。
【００２８】
制御部６００は、ＦＷ装置２００によるワーク６０への繊維束７００の巻き付け動作を制御する。すなわち、繊維巻出部２０、繊維束ガイド部３０、および巻付部４０の各部の運転を制御する。具体的には、制御部６００は、例えば、シリンダ２３１が加える張力や、繊維送出部３２０の移動や、回転装置４００の回転速度を制御することができる。その結果、ワーク６０に巻き付ける繊維にかかる張力、ワーク６０に対する繊維の巻き付け角度、および、ワーク６０の回転速度等を制御することができる。このような制御を行なうことにより、既述したフープ巻き、高角度ヘリカル巻き、あるいは低角度ヘリカル巻きを適宜組み合わせて、ワーク６０の表面に繊維束７００を巻回することができる。
【００２９】
（Ａ−３）第２フープ層における割れの発生：
本実施形態の高圧タンク１００では、最外層である第２フープ層７６の表面に割れが生じる場合がある。以下では、第２フープ層７６における割れの発生について説明する。
【００３０】
図６Ａ〜図６Ｃは、第２フープ層７６で割れが発生する過程を表わす説明図であり、高圧タンク１００の外壁の一部の様子を拡大して表わす断面模式図である。図６Ａは、高圧タンク１００に水素が充填されたときの様子を表わす。高圧タンク１００に水素が充填されるとライナ１０が膨張し、その結果、ライナ１０および補強層７０を含む高圧タンク１００の外壁全体が、タンクの外側に向かって湾曲する。
【００３１】
図６Ｂは、図６Ａの状態よりも、高圧タンク１００に貯蔵される圧縮水素の量が減少したときの様子を表わす。高圧タンク１００に貯蔵される圧縮水素の量が減少すると、ライナ１０が膨張する程度が減少し、その結果、ライナ１０と共に補強層７０の湾曲の程度も減少する。補強層７０の中で第２フープ層７６は、最外層であるために、外部からの衝撃や熱を最も受け易い。そのため、第２フープ層７６を構成する樹脂は、補強層７０を構成する樹脂の中で、特に劣化の速度が速い。第２フープ層７６を構成する樹脂の劣化が進行すると、第２フープ層７６を構成する樹脂が脆化することにより、第２フープ層７６の柔軟性および靱性が低下する。このような場合には、高圧タンク１００に貯蔵される圧縮水素の量が減少したときに、第２フープ層７６が他の層の変形に追従できなくなり、図６Ｂに示すように、第２フープ層７６と第２ヘリカル層７８との間が剥離する場合がある。
【００３２】
図６Ｃは、図６Ｂの状態よりも、高圧タンク１００に貯蔵される圧縮水素の量がさらに減少したときの様子を表わす。第２フープ層７６を構成する樹脂が劣化して、第２フープ層７６と第２ヘリカル層７８との間が剥離したときに、ライナ１０が膨張する程度がさらに減少すると、図６Ｃに示すように、第２フープ層７６が座屈する場合がある。第２フープ層７６が座屈すると、座屈した箇所において第２フープ層７６で割れが発生し易くなる。第２フープ層７６で割れが発生すると、高圧タンク１００の外部から視認可能になる。ＧＦＲＰ層７２に採用される第２樹脂によっては、環境により割れやすくなる場合もある。
【００３３】
（Ａ−４）第２フープ層における割れの抑制：
第２フープ層７６における割れの発生の原因の一つとして、既述したように、第２フープ層７６が第２ヘリカル層７８から剥離することが挙げられる。高圧タンク１００には、第２フープ層７６の剥離が生じ易い箇所が複数存在する。第２フープ層７６の剥離が特に生じ易い箇所、すなわち、座屈に対する耐性が比較的低い箇所としては、第２フープ層７６を構成して高圧タンク１００の周方向に巻回されるガラス繊維における、巻き終わりに設けた既述した最終交差部８２を含む１周分の部位（以下、終端部位とも呼ぶ）が挙げられる。ガラス繊維における上記終端部位は、特に、繊維を巻き付けた張力が抜け易いため、当該箇所では、第２フープ層７６が剥がれ易くなって、座屈あるいは破断し易い。
【００３４】
本実施形態では、以下に説明するように、第２フープ層７６が剥離し易い箇所であるガラス繊維における上記終端部位と、第２フープ層７６が剥離し易い他の部位とを、補強層７０を構成する各層の積層方向（以下、単に積層方向と呼ぶ）に重ならないように配置している。このように、第２フープ層７６が剥離し易い部位同士が積層方向に重ならないように配置することにより、第２フープ層７６の剥離および第２フープ層７６の割れを抑制している。
【００３５】
第２フープ層７６が剥離し易い他の部位とは、補強層７０において局所的な応力が発生している部位である。上記他の部位は、ひずみが相対的に上昇している部位ということもできる。本実施形態の高圧タンク１００は、上記のような局所的な応力を補強層７０において発生させる応力発生部を有している。応力発生部は、（ａ）ライナ１０の外表面において局所的に凸形状を成す凸部と、（ｂ）補強層７０の内部であって、カーボン繊維またはガラス繊維の巻き角度が変更される切替部において、カーボン繊維またはガラス繊維が交差する段差部と、（ｃ）補強層７０において、カーボン繊維の端部同士、ガラス繊維の端部同士、あるいはカーボン繊維の端部とガラス繊維の端部、を繋いだ繊維接合部と、（ｄ）カーボン繊維の巻き始め、カーボン繊維の巻き終わり、およびガラス繊維の巻き始めのうちの少なくとも一つにおいて、カーボン繊維またはガラス繊維に対して当該カーボン繊維または当該ガラス繊維が絡まって交差する端部交差部と、（ｅ）ライナ１０に接して設けられた第１ヘリカル層７１においてカーボン繊維が交差するヘリカル交差部と、のうちの少なくとも一つである。
【００３６】
図７は、ガラス繊維７００ａにおける上記終端部位と、応力発生部との位置関係の一例を示す断面模式図である。図７では、高圧タンク１００の軸線Ｏを含む断面における外壁の一部を拡大して示している。図７において、第２フープ層７６を構成して高圧タンク１００の周方向に巻回されるガラス繊維における、最終交差部８２を含む１周分の部位（終端部位）は、ガラス繊維７００ａの断面として表われている。図７において、応力発生部は、ライナ１０の外表面において局所的に凸形状を成す凸部１４として示されている。補強層７０において、応力発生部である凸部１４と積層方向に重なる領域は、第１領域αとして示している。第１領域αでは、凸部１４によって局所的な応力が発生しており、この第１領域αが、既述した「第２フープ層７６が剥離し易い他の部位」に相当する。補強層７０において、第１領域α以外の部位は、第２領域βとして示している。図７は、ガラス繊維における終端部位を、第２領域βと積層方向に重なるように配置する様子を示す。
【００３７】
図８は、ライナ１０の外表面に形成された凸部１４の一例を表わす説明図である。図８は、高圧タンク１００の軸線Ｏを含む断面におけるライナ１０の外壁の一部を拡大して示す断面模式図である。図８では、ライナ部材１１とライナ部材１２とを接合するライナ接合部１５の様子が示されている。隣接するライナ部材同士を接合する場合には、通常、隣接するライナ部材間のライナ接合部１５に凸構造が形成される。ライナ部材同士を接合した後に、このような凸構造を切除することは可能であるが、凸構造を完全に切除するには極めて高い精度の加工が必要であり、採用し難い場合がある。切除量が大きすぎる場合には、ライナ１０が薄くなるため望ましくない。そのため、切除量の過多を避けるように切除を行なう結果、通常は、凸構造の切除後にも凸部１４が残る。図８では、凸構造の切除ラインを破線で示しており、高さＨの凸部１４が形成されることを示している。
【００３８】
本実施形態では、図７に示すように、ガラス繊維の終端部位を、凸部１４と積層方向に重ならないように配置している。ライナ１０の外表面に凸部１４が形成されることにより、補強層７０の第１領域αでは、局所的な応力が発生する。このように局所的に応力が発生する部位では、高圧タンク１００が水素の充填および放出に伴って膨張あるいは収縮する際に、補強層７０の変形量が、より大きくなり易く、その結果、既述した第２フープ層７６の剥離や座屈が起きやすくなる。終端部位を積層方向において第２領域βと重なるように配置することにより、上記第２フープ層７６の剥離等を抑えることができる。
【００３９】
図９は、応力発生部の他の例を示す説明図である。図９は、高圧タンク１００の製造途中のワーク６０の外観を表わす図である。
【００４０】
図９は、ＣＦＲＰ層７４に設けられる第１切替部９０の様子を表わす。第１切替部９０は、既述したように、低角度ヘリカル層７１ｂと、巻き角度が低角度ヘリカル層７１ｂよりも大きい層とが切り替わる部位である。ＣＦＲＰ層７４を構成する第１ヘリカル層７１や第１フープ層７３では、カーボン繊維は略一定の巻き角度で巻回されるが、第１切替部９０では、巻き角度は大きく変化する。図９では、第１切替部９０を構成するカーボン繊維の巻回経路を、巻回経路９１〜９４として表わしている。図９に示すように、巻き角度を種々変化させながらカーボン繊維が巻回されることにより、第１切替部９０では、巻回されるカーボン繊維が交差する部位が一つ以上生じる。このようにカーボン繊維が交差する部位は、ワーク６０上で段差を生じる。そのため、図９では、第１切替部９０においてカーボン繊維が交差する部位を、段差部Ｃｒ１として示している。段差部Ｃｒ１は、補強層７０内において局所的な応力を発生するため、第１切替部９０における段差部Ｃｒ１は、既述したライナ１０の凸部１４と同様に応力発生部となり得る。第１切替部９０における段差部Ｃｒ１を、第１段差部とも呼ぶ。
【００４１】
図９に示した第１切替部９０と同様に、第２ヘリカル層７８と第２フープ層７６との間に形成される既述した第２切替部においても、第１段差部と同様の段差部が形成されて、応力発生部となり得る。第２切替部に関しては、上記した図９に基づく説明において、「低角度ヘリカル層７１ｂ」、「巻き角度が低角度ヘリカル層７１ｂよりも大きい層」、および「第１切替部９０」を、それぞれ、「第２ヘリカル層７８」、「第２フープ層７６」、および「第２切替部」に読み替えればよい。第２切替部に形成される上記段差部Ｃｒ１は、第２段差部とも呼ぶ。
【００４２】
図１０は、応力発生部としての段差部の他の例を示す説明図である。高圧タンク１００を製造する際に、ワーク６０に巻回する途中のカーボン繊維やガラス繊維（例えばトウプリプレグ７１０）が切断される場合がある。あるいは、ワーク６０に巻回する途中で、ボビン２０１〜２０４に巻き付けられたトウプリプレグ７１０を巻き尽くす場合がある（図５参照）。このような場合には、新たな繊維を繋ぐことにより、高圧タンク１００の製造を続行することができる。図１０は、トウプリプレグ７１０の端部同士を繋いで繊維接合部８０を形成した様子を模式的に表わす斜視図である。トウプリプレグ７１０同士の接合は、例えば、熱溶着により行なうことができる。なお、ＣＦＲＰ層７４においてカーボン繊維を繋いだ箇所である繊維接合部８０は、第１接合部とも呼び、ＧＦＲＰ層７２においてガラス繊維を繋いだ箇所である繊維接合部８０は、第２接合部とも呼ぶ。
【００４３】
上記説明では、図１０の繊維接合部８０は、カーボン繊維同士を繋いだ繊維接合部、あるいは、ガラス繊維同士を繋いだ繊維接合部としたが、異なる構成としてもよい。例えば、ＣＦＲＰ層７４と、ＧＦＲＰ層７２の第２ヘリカル層７８との間において、ＣＦＲＰ層７４を構成するカーボン繊維の終端部と、第２ヘリカル層７８を構成するガラス繊維の始端部とを、接合して繋ぐ構成を採用する場合がある。このような場合には、図１０の繊維接合部８０を、カーボン繊維の終端部とガラス繊維の始端部とを繋いだ箇所とすることができる。カーボン繊維の端部とガラス繊維の端部とを繋いだ箇所を、第３接合部とも呼ぶ。上記のような第１接合部、第２接合部、あるいは第３接合部は、ワーク６０の表面において段差を生じる。そのため、上記した各繊維接合部は、既述したライナ１０の凸部１４と同様に、応力発生部となり得る。
【００４４】
図１１は、応力発生部のさらに他の例を示す説明図である。図１１は、高圧タンク１００の製造途中のワーク６０の外観を表わす図である。図１１は、ＣＦＲＰ層７４と第２ヘリカル層７８との間において、ＣＦＲＰ層７４を構成するカーボン繊維の終端部と、第２ヘリカル層７８を構成するガラス繊維の始端部とが非接続状態である場合の様子を表わす。具体的には、図１１は、形成されたＣＦＲＰ層７４の表面において、カーボン繊維の巻き終わりに端部交差部８６が形成され、ガラス繊維の巻き始めに端部交差部８６が形成される様子を表わす。端部交差部８６は、ＣＦＲＰ層７４の巻き終わりにおいて、カーボン繊維７００ｂに対して当該カーボン繊維７００ｂが絡まって交差する部位である。また、端部交差部８７は、第２ヘリカル層７８の巻き始めにおいて、ガラス繊維７００ｃに対して当該ガラス繊維７００ｃが絡まって交差する部位である。
【００４５】
端部交差部８６または端部交差部８７は、例えば、カーボン繊維７００ｂまたはガラス繊維７００ｃを、ワーク６０の周方向に１周させた後に、当該カーボン繊維７００ｂまたはガラス繊維７００ｃに絡めて交差させることにより、形成することができる。あるいは、上記周方向に１周させた箇所とは異なる箇所において、カーボン繊維７００ｂまたはガラス繊維７００ｃを当該カーボン繊維７００ｂまたはガラス繊維７００ｃに絡めて交差させることにより、端部交差部８６または端部交差部８７を形成してもよい。カーボン繊維７００ｂおよびガラス繊維７００ｃとしてトウプリプレグを用いる場合には、トウプリプレグに含まれる樹脂を加熱により溶融させることにより、端部交差部８６および端部交差部８７をワーク６０に固定することができる。端部交差部８６および端部交差部８７は、ワーク６０の表面において段差を生じる。そのため、上記した各端部交差部は、既述したライナ１０の凸部１４と同様に、応力発生部となり得る。
【００４６】
図１１に示した端部交差部８７と同様の端部交差部を、ライナ１０上に形成されるＣＦＲＰ層７４を構成するカーボン繊維の巻き始めの端部に設けることとしてもよい。このように、ライナ１０の外表面においてＣＦＲＰ層７４を構成するカーボン繊維の始端部に設ける端部交差部も、ライナ１０の外表面において段差を形成し、補強層７０内において局所的な応力を発生する。そのため、このような端部交差部も、既述したライナ１０の凸部１４と同様に、応力発生部となり得る。
【００４７】
図１２は、応力発生部のさらに他の例として、「ライナに接して設けられた第１ヘリカル層においてカーボン繊維が交差するヘリカル交差部」を示す説明図である。図１２は、高圧タンク１００の製造途中のワーク６０の外観を表わす斜視図である。本実施形態では、図２に示したように、ライナ１０に接するライナ１０の直上の層として、低角度ヘリカル層７１ｂを形成している。低角度ヘリカル層７１ｂの中で、ライナ１０の直上の層として形成した低角度ヘリカル層７１ｂは、最内低角度ヘリカル層７５とも呼ぶ。図１２は、ライナ１０上に最内低角度ヘリカル７５層を形成した様子を表わす。最内低角度ヘリカル層７５においては、低角度ヘリカル巻きされるカーボン繊維が交差するヘリカル交差部Ｃｒ２が形成される。最内低角度ヘリカル層７５においては、一定の巻き角度を示す特定の巻きパターンにてカーボン繊維が巻回されている。ヘリカル交差部Ｃｒ２とは、このような最内低角度ヘリカル層７５内において積層方向に重なるカーボン繊維の数が最も多い箇所である。
【００４８】
最内低角度ヘリカル層７５は、１以上のヘリカル交差部Ｃｒ２を有し、通常は、巻き角度およびライナ１０のサイズに応じた複数のヘリカル交差部Ｃｒ２を有する。低角度ヘリカル層は一定の巻き角度にてカーボン繊維が巻回されるため、ヘリカル交差部Ｃｒ２によって形成される段差の大きさは、図９で説明した段差部Ｃｒ１のような第１段差部および第２段差部における段差の大きさよりも小さい。しかしながら、ライナ１０を構成する樹脂等の材料は、一般に、ＣＦＲＰ層７４およびＧＦＲＰ層７２に含まれる樹脂よりも剛性が高い。その結果、ライナ１０の直上に形成される最内低角度ヘリカル層７５におけるヘリカル交差部Ｃｒ２は、他の低角度ヘリカル層（最内低角度ヘリカル層７５以外の低角度ヘリカル層７１ｂおよび第２ヘリカル層７８）においてカーボン繊維あるいはガラス繊維が交差する箇所とは異なり、補強層７０内においてより大きな応力を局所的に発生する。そのため、上記ヘリカル交差部Ｃｒ２は、既述したライナ１０の凸部１４と同様に、応力発生部となり得る。
【００４９】
なお、ライナ１０に接するライナ１０の直上の層として、低角度ヘリカル層７１ｂに代えて高角度ヘリカル層７１ａとすることも可能である。ただし、一般に、低角度ヘリカル層７１ｂの方が高角度ヘリカル層７１ａよりも、ヘリカル交差部によって当該ヘリカル層の表面に形成される段差が大きい。そのため、ライナ１０の直上の層として低角度ヘリカル層７１ｂを設ける場合の方が、高角度ヘリカル層７１ａを設ける場合よりも、補強層７０内において発生する応力がより大きくなる。
【００５０】
既述したように、ガラス繊維における終端部位を、積層方向において第２領域βと重なるように配置する際には、例えば、既述した応力発生部の位置を特定し、さらに、応力発生部の位置により定まる第１領域αおよび第２領域βの位置を特定すればよい。応力発生部が、図９の段差部Ｃｒ１として説明したＣＦＲＰ層７４内の第１段差部、あるいは、図１２に示した最内低角度ヘリカル層７５におけるヘリカル交差部Ｃｒ２である場合には、第１段差部およびヘリカル交差部Ｃｒ２の位置は、ＣＦＲＰ層７４を形成する工程における第１巻回条件を利用して特定することができる。第１巻回条件とは、ライナ１０の回転速度、ライナ１０に対するカーボン繊維の巻き付け角度、および、ライナ１０に巻き付けるカーボン繊維にかかる張力を含む。
【００５１】
また、応力発生部が、図９の段差部Ｃｒ１として説明した第２ヘリカル層７８と第２フープ層７６との間の第２段差部である場合には、第２段差部の位置は、少なくとも、第２ヘリカル層７８を形成する工程、および、第２ヘリカル層７８から第２フープ層７６へと切り替わる第２切替部を形成する工程における第２巻回条件を利用して特定することができる。第２巻回条件とは、ライナ１０の回転速度、ライナ１０に対するガラス繊維の巻き付け角度、および、ライナ１０に巻き付けるガラス繊維にかかる張力を含む。既述したように、制御部６００が、シリンダ２３１が加える張力や、繊維送出部３２０の移動や、回転装置４００の回転速度を制御することによって、ワーク６０に巻き付ける繊維にかかる張力、ワーク６０に対する繊維の巻き付け角度、および、ワーク６０の回転速度等を制御している。そのため、制御部６００における制御履歴を用いることで、上記した各応力発生部の位置を特定することができる。
【００５２】
応力発生部が、既述したライナ１０に設けられた凸部１４である場合には、ライナ１０をＦＷ装置２００に取り付ける際に、予め応力発生部の位置を特定しておけばよい。応力発生部が、既述したように、カーボン繊維を繋いだ第１接合部、あるいは、ガラス繊維を繋いだ第２接合部である場合には、繊維の接合を行なった時点で、ワーク６０における応力発生部の相対的な位置を特定しておけばよい。応力発生部が、既述したように、ＣＦＲＰ層７４と第２ヘリカル層７８との間でカーボン繊維とガラス繊維とを繋いだ箇所である第３接合部、カーボン繊維の巻き終わり部、あるいは、ガラス繊維の巻き始め部である場合には、これらの応力発生部を形成した時点で、ワーク６０における繊維接合部８０の相対的な位置を特定しておけばよい。
【００５３】
以上のように構成された本実施形態の高圧タンク１００および高圧タンク１００の製造方法によれば、第２フープ層７６を構成するガラス繊維の巻き終わりにおける最終交差部８２を含む１周分の部位を、既述した応力発生部のうちの少なくとも一つによって定まる第２領域βと積層方向に重なるように配置している。すなわち、補強層７０の表面に割れが生じ易い部位である終端部位と、補強層７０の表面に割れが生じ易くなる局所的な応力を補強層７０内に発生させる応力発生部とを、積層方向に重ねないように配置している。そのため、高圧タンク１００に対して内圧の増加／減少のサイクルが繰り返されても、補強層７０の表面の割れを低減することができる。すなわち、上記終端部位において第２フープ層７６が剥離することを抑え、剥離に起因する第２フープ層７６の座屈や割れの発生を抑制することができる。
【００５４】
本実施形態では、高圧タンク１００では、耐圧性能を主としてＣＦＲＰ層７４によって確保しているため、第２フープ層７６の表面に割れが生じても、実際にはタンク性能への影響は小さい。しかしながら、高圧タンク１００の表面に割れが生じると、タンクにおける異常の発生をユーザが懸念する可能性がある。本実施形態のように、第２フープ層７６における割れの発生を抑えることにより、タンク性能にほとんど影響しない種類のタンクの外観の変化に関して、ユーザが性能上の懸念を感じることを抑えることができる。
【００５５】
なお、上記のように第２フープ層７６における割れの発生を抑える効果は、応力発生部を、少なくとも、第２ヘリカル層７８から第２フープ層７６へと切り替わる第２切替部における第２交差部とすることで、特に顕著に得ることができる。第２交差部は、第２フープ層７６の剥離が生じる箇所である第２ヘリカル層７８と第２フープ層７６との間に設けられる構造であり、第２フープ層７６の剥離への影響が特に大きいためである。
【００５６】
本実施形態では、ＣＦＲＰ層（強化層）７４を形成するために用いるカーボン繊維、および、ＧＦＲＰ層（保護層）７２を形成するために用いるガラス繊維としてトウプリプレグを用いているため、第２フープ層７６における割れの発生を抑える効果を、特に顕著に得ることができる。ＣＦＲＰ層７４およびＧＦＲＰ層７２のような繊維強化プラスチック層をフィラメントワインディング法により形成する方法としては、本実施形態のようにトウプリプレグを用いるドライ法の他に、ウェット法が知られている。ウェット法とは、トウプリプレグのように予め樹脂を含浸させた繊維を用意するのではなく、ワークに繊維を巻き付ける直前に、溶融した樹脂を保持する樹脂槽に繊維を浸漬する等の方法により繊維に樹脂を含浸させて、フィラメントワインディング法を実行する方法である。ドライ法は、ウェット法に比べてフィラメントワインディングを高速で実行できる方法であるが、ウェット法に比べて、ワークに巻回される繊維が含浸する樹脂量が一般的に少ない。繊維が含浸する樹脂量が少ないほど、高圧タンク１００が膨張と収縮を行なう際に、第２フープ層７６は剥離し易くなると考えられる。本実施形態によれば、第２フープ層７６の剥離の問題がより生じ易いドライ法を採用する場合であっても、第２フープ層７６における割れの発生を抑えることができる。ただし、ガラス繊維の終端部位を第２領域βと積層方向に重なるように配置する構成を、ウェット法に適用してもよい。
【００５７】
本実施形態では、第２フープ層７６が剥離し易い箇所であるガラス繊維における終端部位と、第２フープ層７６が剥離し易くなる局所的な応力を補強層７０内に発生させる応力発生部とが、積層方向に重ならないように配置している。応力発生部は、既述したように、高圧タンク１００内において複数存在し得る。高圧タンク１００において補強層７０の表面の割れを低減する効果を高める観点からは、終端部位と積層方向に重ならない応力発生部が、より多いことが望ましく、既述した全ての応力発生部と終端部位とが積層方向に重ならないことがさらに望ましい。
【００５８】
なお、高圧タンクにおけるガラス繊維の終端部位と応力発生部との間の位置関係を特定するには、例えば、高圧タンクを軸線方向に垂直な方向に切断して横断面を観察する動作を、十分に短い間隔で高圧タンク全体に対して行なえばよい。上記のようにして高圧タンクの断面の観察を繰り返すことにより、ガラス繊維の終端部位の位置と共に、既述した各応力発生部の位置、すなわち、ライナの外表面に形成された凸部や、ライナ上で巻回されるカーボン繊維またはガラス繊維が交差する部位や、カーボン繊維またはガラス繊維が繋がれた部位であって、補強層内で局所的な応力を発生させる応力発生部の位置を、特定することができる。あるいは、上記したライナ上で巻回されるカーボン繊維またはガラス繊維が交差する部位や繋がれた部位の位置は、高圧タンクを乾留し、補強層を構成する樹脂成分を揮発させると共に上記繊維を残留させることによって、特定してもよい。
【００５９】
Ｂ．第２実施形態：
図１３は、本発明の第２実施形態の高圧タンク１００が高圧タンク搭載装置である燃料電池車両に搭載される様子を表わす斜視図である。第２実施形態の高圧タンク１００は、第１実施形態の高圧タンク１００と同様の構成を有するため、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。
【００６０】
高圧タンク１００は、固定部材２６によって構造部材２９に固定されている。構造部材２９は、図示しない燃料電池車両の車体に固定されている。図１３に示すように、本実施形態では、固定部材２６は帯状に形成されており、高圧タンク１００の外周に沿うように湾曲されて、両端に設けられた締結部２８において構造部材２９に締結されている。固定部材２６における湾曲された部位において、高圧タンク１００の表面に接する部位は、接触部２７とも呼ぶ。固定部材２６は、高圧タンク１００を固定するための十分な強度を有していればよく、例えば金属製とすることができる。本実施形態では、２本の固定部材２６を用いているが、１または３以上の固定部材２６を用いてもよい。また、固定部材２６は、帯状以外の形状としてもよい。固定部材２６は、接触部２７において高圧タンク１００の外表面に接しつつ、締結部２８において構造部材２９に締結されることにより、高圧タンク１００を高圧タンク搭載装置に固定できればよい。
【００６１】
本実施形態では、高圧タンク１００の外表面において、第２フープ層７６を構成するガラス繊維における既述した終端部位の少なくとも一部は、いずれかの固定部材２６の接触部２７によって覆われている。
【００６２】
このような構成とすれば、ガラス繊維の終端部位における接触部２７に覆われる部分は、固定部材２６によってタンク外側から押圧される。そのため、ガラス繊維の終端部位における接触部２７に覆われる部分では、第２ヘリカル層７８から第２フープ層７６が剥離すること、および、第２フープ層７６の座屈が抑制される。その結果、高圧タンク１００に対して内圧の増加／減少のサイクルが繰り返されても、補強層７０の表面の割れを低減する効果を高めることができる。
【００６３】
Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）応力発生部は、実施形態で具体的に説明した構成に限定されない。例えば、実施形態では、応力発生部としてのライナ１０の外表面に形成された凸部として、ライナ接合部１５に形成した凸部１４を示したが、ライナ接合部１５以外の箇所に設けられた凸部であってもよい。このような構成であっても、第２フープ層７６を構成するガラス繊維の終端部位を、第２領域βと積層方向に重なるように配置することで、既述した実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
（Ｃ２）高圧タンク搭載装置は、燃料電池車両以外であってもよい。高圧タンクが充填する流体に応じて、充填される流体を消費する機器（例えば、流体が水素である場合には燃料電池）を搭載する装置であればよい。高圧タンクを高圧タンク搭載装置の構造部材に固定する際に、第２実施形態と同様の固定部材を用いるならば、第２実施形態と同様に、補強層７０の表面の割れを抑える効果をさらに高めることができる。
【００６５】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…ライナ、１１〜１３…ライナ部材、１４…凸部、１５…ライナ接合部、１６…シリンダ部、１７，１８…ドーム部、２０…繊維巻出部、２１，２２…口金、２６…固定部材、２７…接触部、２８…締結部、２９…構造部材、３０…繊維束ガイド部、４０…巻付部、６０…ワーク、７０…補強層、７１…第１ヘリカル層、７１ａ…高角度ヘリカル層、７１ｂ…低角度ヘリカル層、７２…ガラス繊維強化プラスチック層（ＧＦＲＰ層）、７３…第１フープ層、７４…カーボン繊維強化プラスチック層（ＣＦＲＰ層）、７５…最内低角度ヘリカル層、７６…第２フープ層、７８…第２ヘリカル層、８０…繊維接合部、８２…最終交差部、８６，８７…端部交差部、９０…第１切替部、９１〜９４…巻回経路、１００…高圧タンク、２００…ＦＷ装置、２０１〜２０４…ボビン、２１１〜２１４，２１５〜２１７…搬送ローラ、２２０…結束ローラ、２３０…テンションローラ、２３１…シリンダ、２４０…アクティブダンサ、２４１…ローラ、３００…揃え口、３２０…繊維送出部、３３０…第１収束ローラ、３４０…第２収束ローラ、３５０…第３収束ローラ、４００…回転装置、４１０…回転棒、４２０…支持棒、６００…制御部、７００…繊維束、７００ａ，７００ｃ…ガラス繊維、７００ｂ…カーボン繊維、７１０…トウプリプレグ、Ｃｒ１…段差部、Ｃｒ２…ヘリカル交差部、Ｏ…軸線
【図１】
2019219025.tif 000003
【図２】
2019219025.tif 000004
【図３】
2019219025.tif 000005
【図４】
2019219025.tif 000006
【図５】
2019219025.tif 000007
【図６Ａ】
2019219025.tif 000008
【図６Ｂ】
2019219025.tif 000009
【図６Ｃ】
2019219025.tif 000010
【図７】
2019219025.tif 000011
【図８】
2019219025.tif 000012
【図９】
2019219025.tif 000013
【図１０】
2019219025.tif 000014
【図１１】
2019219025.tif 000015
【図１２】
2019219025.tif 000016
【図１３】
2019219025.tif 000017