(57)【要約】【課題】高圧タンクにおいて、製造が容易でシール性の優れた高圧タンクを提供する。【解決手段】繊維強化プラスチィックの補強層３０により補強された合成樹脂製のライナ３を有する高圧タンク１であって、高圧タンク１のタンク開口部２に口金部材１０が取付けられる。ライナ３は、ブロー成形で形成され、口金部材１０は、タンク開口部２にブロー成型時に一体的に取り付けられる。口金部材１０は、ライナ３の口金カバー部４で覆われ、口金部材１０の外周に周方向に連続して口金シール溝１７が形成される。口金シール溝１７にシール部材２０が取付けられ、シール部材２０をライナ３の口金カバー部４で覆い、口金シール溝１７にシール部材２０を押圧し、口金カバー部４の外面は、繊維強化プラスチィックの補強層３０により補強され、口金部材１０をタンク開口部２に固着した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチィックの補強層により補強された合成樹脂製のライナを有する高圧タンクであって、
該高圧タンクのタンク開口部に口金部材が取付けられ、
上記ライナは、ブロー成形で形成され、上記口金部材は、上記タンク開口部にブロー成型時に一体的に取り付けられ、上記口金部材は、上記ライナの口金カバー部で覆われ、上記口金部材の外周に周方向に連続して口金シール溝が形成され、該口金シール溝にシール部材が取付けられ、上記シール部材を上記ライナの上記口金カバー部で覆い、上記口金シール溝に上記シール部材を押圧し、上記口金カバー部の外面は、繊維強化プラスチィックの補強層により補強され、上記口金部材をタンク開口部に固着したことを特徴とする高圧タンク。
【請求項２】
上記口金シール溝に取付けられたシール部材の外周を、締め付けリングで上記口金シール溝に圧着し、上記締め付けリングとシール部材を上記合成樹脂製のライナの上記口金カバー部で覆う請求項１に記載の高圧タンク。
【請求項３】
上記締め付けリングは、上記ライナと同じ材料で形成されるか、又は、金属、セラミックス若しくは耐熱性合成樹脂で形成されたものに上記ライナに接着性を有する合成樹脂でコーティングされた請求項１又は請求項２に記載の高圧タンク。
【請求項４】
上記口金部材は、外周面の一部に上記口金シール溝と離れて口金凹部を形成し、
上記シール部材を上記合成樹脂製のライナの上記口金カバー部で覆うとともに、上記口金凹部に上記口金カバー部の合成樹脂が進入して、上記口金部材をタンク開口部に固着した請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の高圧タンク。
【請求項５】
上記シール部材は、両方の側面をバックアップリングで挟持されて、上記口金シール溝に取付けられた請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の高圧タンク。
【請求項６】
上記口金凹部は、上記口金シール溝と平行に複数個形成された請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の高圧タンク。
【請求項７】
上記シール部材は、フッ素ゴムで形成された請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の高圧タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク開口部に口金部材を取付けた高圧タンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムを搭載した自動車等の車両には、燃料電池システムに供給する燃料として水素等が用いられるが、その供給のために高圧タンクが使用される。
これらの高圧タンクにおいては、ライナを合成樹脂や金属で形成し、その外周は繊維強化プラスチックの補強層により補強されている。
【０００３】
その燃料の出し入れのために、タンク開口部が形成され、タンク開口部には口金部材が取付けられている（例えば、特許文献１参照。）。この高圧タンクでは、高圧のガスが内部に封入されるために、タンク開口部には強い応力がかかることとなり、口金部材部分の強度とシール性の向上が必要である。
【０００４】
例えば、図１０に示すように、タンク開口部１０２において、口金部材１１０の外周にライナ１０３の先端の口金カバー部１０４を設けて、口金カバー部１０４の先端の口金部材１１０の外周部分にシールリング１２０を取付ける。そして、シールリング１２０と口金カバー部１０４の先端部分を外側口金部１１１で覆い、シールリング１２０を口金部材１１０に押圧している。そして、外側口金部１１１の先端部分から口金カバー部１０４と、さらにライナ１０３の全体を繊維強化プラスチックの補強層１３０で覆い、タンク開口部１０２を補強しているものがある。
【０００５】
しかしながら、この場合には、口金部材１１０とライナ１０３の口金カバー部１０４との間のシールリング１２０の固定とシール性を確保するために、外側口金部１１１を別に形成し、外側口金部１１１を取付ける必要があるため、手間がかかるとともに、コストアップとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１６４１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのため、本発明は、高圧タンクにおいて、製造が容易でシール性の優れた高圧タンクを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１の本発明は、繊維強化プラスチィックの補強層により補強された合成樹脂製のライナを有する高圧タンクであって、
高圧タンクのタンク開口部に口金部材が取付けられ、
ライナは、ブロー成形で形成され、口金部材は、タンク開口部にブロー成型時に一体的に取り付けられ、口金部材は、ライナの口金カバー部で覆われ、口金部材の外周に周方向に連続して口金シール溝が形成され、口金シール溝にシール部材が取付けられ、シール部材をライナの口金カバー部で覆い、口金シール溝にシール部材を押圧し、口金カバー部の外面は、繊維強化プラスチックの補強層により補強され、口金部材をタンク開口部に固着したことを特徴とする高圧タンクである。
【０００９】
請求項１の本発明では、高圧タンクのタンク開口部に口金部材が取付けられ、ライナは、ブロー成形で形成され、口金部材は、タンク開口部にブロー成型時に一体的に取り付けられ、口金部材は、ライナの口金カバー部で覆われている。このため、ブロー成形時に口金部材を同時に取付けることができ、製造が容易である。また、口金部材から高圧ガスを排出し、封入することができ、タンク開口部に口金部材を埋設することができる。
【００１０】
口金部材の外周に周方向に連続して口金シール溝が形成され、口金シール溝にシール部材が取付けられ、シール部材をライナの口金カバー部で覆い、口金シール溝にシール部材を押圧している。このため、口金シール溝でシール部材が保持されるとともに、ライナを成形すると同時に、口金カバー部でシール部材を覆って、口金シール溝に保持することができ、シール部材を保持するための部品が不要となる。さらに、ブロー成形時に口金カバー部が収縮して、シール部材を口金シール溝に押圧して、シール性を向上させることができる。
【００１１】
口金カバー部の外面は、繊維強化プラスチックの補強層により補強され、口金部材をタンク開口部に固着した。このため、繊維強化プラスチックの補強層により口金カバー部はシール部材に押圧されることができ、シール性を向上することができる。また、口金部材に口金カバー部を強固に取付けることができる。
【００１２】
請求項２の本発明は、口金シール溝に取付けられたシール部材の外周を、締め付けリングで口金シール溝に圧着し、締め付けリングとシール部材を合成樹脂製のライナの口金カバー部で覆う高圧タンクである。
【００１３】
請求項２の本発明では、口金シール溝に取付けられたシール部材の外周を、締め付けリングで口金シール溝に圧着し、締め付けリングとシール部材を合成樹脂製のライナの口金カバー部で覆う。このため、シール部材は締め付けリングにより、口金シール溝内で安定して、確実にシール部材を口金シール溝に押圧することができ、シール部材のつぶれ代を確保することができるとともに、高圧タンク内の高圧ガスがシール部材を押圧しても、シール部材が変形したり、口金シール溝からはみ出したりすることがなく、シール性を向上させることができる。
【００１４】
請求項３の本発明は、締め付けリングは、ライナと同じ材料で形成されるか、又は、金属、セラミックス若しくは耐熱性合成樹脂で形成されたものにライナに接着性を有する合成樹脂でコーティングされた高圧タンクである。
【００１５】
請求項３の本発明では、締め付けリングは、ライナと同じ材料で形成されるか、又は、金属、セラミックス若しくは耐熱性合成樹脂で形成されたものにライナに接着性を有する合成樹脂でコーティングされている。このため、締め付けリングはライナと接着又は溶着することができ、確実に締め付けリングが固定されて、口金シール溝からずれることなく、シール部材を締め付けることができる。締め付けリングが金属、セラミックス若しくは耐熱性合成樹脂で形成された場合には、強い力でシール部材を締め付けることができ、シール性を向上させることができる。
【００１６】
請求項４の本発明は、口金部材は、外周面の一部に口金シール溝と離れて口金凹部を形成し、シール部材を合成樹脂製のライナの口金カバー部で覆うとともに、口金凹部に口金カバー部の合成樹脂が進入して、口金部材をタンク開口部に固着した高圧タンクである。
【００１７】
請求項４の本発明では、口金部材は、外周面の一部に口金シール溝と離れて口金凹部を形成し、シール部材を合成樹脂製のライナの口金カバー部で覆うとともに、口金凹部に口金カバー部の合成樹脂が進入して、口金部材をタンク開口部に固着した。このため、口金凹部に進入した合成樹脂が口金カバー部と一体的に固化して、口金部材が口金カバー部でずれることや、口金部材がタンク開口部で回転することがなく、固定されてシール性を安定させることができる。
【００１８】
請求項５の本発明は、シール部材は、両方の側面をバックアップリングで挟持されて、シール溝に取付けられた高圧タンクである。
【００１９】
請求項５の本発明では、シール部材は、両方の側面をバックアップリングで挟持されて、口金シール溝に取付けられたため、シール部材が口金シール溝内で安定して、高圧タンク内のガス圧が高くても、口金シール溝からはみ出すことがなく、シール性を確保することができる。
【００２０】
請求項６の本発明は、口金凹部は、口金シール溝と平行に複数個形成された高圧タンクである。
【００２１】
請求項６の本発明では、口金凹部は、口金シール溝と平行に複数個形成されたため、口金凹部と口金凹部に流入した合成樹脂がシール部材と接触することがなく、シール性を確保して、口金部材をタンク開口部に固定することができる。
【００２２】
請求項７の本発明は、シール部材は、フッ素ゴムで形成された高圧タンクである。
【００２３】
請求項７の本発明では、シール部材は、フッ素ゴムで形成されたため、耐腐食性、耐久性に優れたシール部材を得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
口金部材の口金シール溝にシール部材が取付けられ、シール部材をライナの口金カバー部で覆われているため、口金シール溝でシール部材が保持されるとともに、ライナを成形すると同時に、口金カバー部でシール部材を覆って、口金シール溝に保持することができ、シール部材を保持するための部品が不要となる。ブロー成形時に口金カバー部が収縮して、シール部材を口金シール溝に押圧して、シール性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の高圧タンクのタンク開口部の補強層が取付けられる前の断面図である。
【図２】本発明の高圧タンクのタンク開口部に取付ける口金部材の正面図である。
【図３】本発明の高圧タンクのタンク開口部に取付ける口金部材の先端部分の拡大部分断面図であり、図２におけるＡ―Ａ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の高圧タンクのタンク開口部に取付ける口金部材の口金シール溝に取付けるバックアップリングとシールリングの拡大部分断面図である。
【図５】本発明の高圧タンクのタンク開口部の拡大部分断面図である。
【図６】本発明の他の高圧タンクのタンク開口部の拡大部分断面図である。
【図７】本発明の締め付けリングの断面図である。
【図８】本発明の他の締め付けリングの断面図である。
【図９】本発明の高圧タンクに口金部材を取付けるブロー成形金型の断面図である。
【図１０】従来の高圧タンクのタンク開口部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施の形態である高圧タンクについて、自動車用の高圧タンクを例にとり、図１〜図９に基づき説明する。
高圧タンク１は、内部に高圧ガスを充填保管するものであり、自動車用の燃料電池システムに使用される高圧タンク１は、内部に高圧の水素ガスが充填される。
【００２７】
図５及び図６に示すように、高圧タンク１のタンク開口部２には、口金部材１０が内部に取付けられて、口金部材１０は、高圧タンク１の円筒形の胴部を構成するライナ３の先端部分である口金カバー部４と、その口金カバー部４の外周に巻かれて補強する補強層３０で構成されている。なお、補強層３０は、口金カバー部４以外にもライナ３の全体に巻かれている。
【００２８】
本発明の実施の形態では、ライナ３は合成樹脂で形成され、ブロー成形で形成される。そして、ライナ３の全外周には補強層３０として繊維強化プラスチックの補強層が形成されている。繊維強化プラスチックの補強層としては、たとえば炭素繊維や引張強度の大きい合成繊維を合成樹脂で含浸させて補強したものが使用される。この繊維強化プラスチックの補強層は、高圧タンク１の胴部からタンク開口部２の先端まで完全に覆うように形成される。
【００２９】
ライナ３を形成する合成樹脂は、剛性に優れた合成樹脂が使用される。例えば、ポリエチレン系合成樹脂又はエチレン系合成樹脂で形成されることができる。この場合には、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリエチレン、エチレン共重合体の材料を使用することができる。また、ポリアセタール系合成樹脂又はポリアミド系合成樹脂を使用することができる。例えば、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ナイロン６６、ナイロン６、ナイロン１２等の材料を使用することができる。
なお、水素不透過性を向上させるために、内面に水素透過性の低い合成樹脂層を設けることができる。
【００３０】
タンク開口部２に取付けられる口金部材１０は、軽量で耐腐食性があり、強度も大きい金属が使用される。例えば、アルミニウム合金等が使用される。
図１と図２に示すように、口金部材１０は、本体部分は略筒状に形成され、口金本体部１２を形成している。口金本体部１２は中心付近の外周には、円盤状に張り出した口金張出部１３が形成されている。
【００３１】
口金張出部１３は、口金部材１０がタンク開口部２に取付けられたときに、タンク開口部２に形成されるライナ３の口金カバー部４の内面に当接されて、高圧タンク１内の高圧気体により口金部材１０が外方に押圧されても、口金張出部１３は、大きな面積で口金カバー部４に当接して、口金部材１０をタンク開口部２に固着し、保持することができる。
【００３２】
口金本体部１２の口金張出部１３よりも高圧タンク１の外側（図１における上方）は、口金上筒部１５が形成され、口金張出部１３よりも高圧タンク１の内側（図１における下方）は、口金下筒部１６が形成されている。口金上筒部１５、口金下筒部１６及び口金張出部１３は、一体的に形成されている。口金下筒部１６は、口金部材１０が取付けられるとライナ３内に位置する。口金上筒部１５と口金張出部１３は、ライナ３のタンク開口部２部分である口金カバー部４で覆われている。
【００３３】
口金部材１０の口金本体部１２は、図１に示すように、口金上筒部１５と口金下筒部１６を貫通して、中心に口金中央孔１４が設けられている。口金中央孔１４は高圧タンク１の内部へ水素ガス等の高圧ガスを充填し、また、高圧タンク１から燃料電池システムへ高圧ガスを供給することができる。口金中央孔１４の口金上筒部１５の開口側の先端には口金開口部１１が形成され、その内面にはネジ溝が形成される。そのため、口金開口部１１には、開閉バルブ（図示せず）や高圧ホース（図示せず）等が接続されることができる。
【００３４】
図２に示すように、口金上筒部１５の外面には、周囲を一周するように連続して口金シール溝１７が形成されている。図５に示すように、口金シール溝１７には、ライナ３と口金部材１０との間のシール性を確保するため、シール部材であるシールリング２０が取付けられている。シールリング２０は、フッ素ゴムやＥＰＤＭ等のゴム製のＯリングが使用される。シールリング２０が、フッ素ゴムで形成された場合には、耐腐食性、耐久性に優れたシール部材を得ることができる。
【００３５】
図５に示すように、口金シール溝１７に取付けられたシール部材であるシールリング２０は、口金上筒部１５を覆うライナ３のタンク開口部２側の先端に形成された口金カバー部４を形成する合成樹脂で覆われている。このため、口金シール溝１７に保持されたシールリング２０が、口金カバー部４が収縮するときは、口金シール溝１７に押圧されて、シール性を向上させることができる。また、高圧タンク１内の高圧ガスにより、シールリング２０がタンク開口部２方向に押出されるのを防止できる。
【００３６】
口金カバー部４によるシールリング２０の保持は、後述するように、ライナ３をブロー成形するときに、同時に口金カバー部４でシールリング２０を覆って、口金シール溝１７にシールリング２０を保持することができ、シールリング２０を保持するための部品が不要となる。
なお、ライナ３は、口金カバー部４の部分を含めて補強層３０で覆われて保持されているため、口金カバー部４と口金部材１０との間に隙間ができることなく、シールリング２０を押圧して、タンク開口部２の部分の強度を確保することができる。
【００３７】
図６に示すように、口金シール溝１７に取付けられたシールリング２０の外周を、締め付けリング４０で覆い、シールリング２０を口金シール溝１７に圧着することができる。この締め付けリング４０とシールリング２０を合成樹脂製のライナ３の口金カバー部４で覆うことができる。
【００３８】
この場合には、シールリング２０は口金シール溝１７内で安定して、確実にシールリング２０を口金シール溝１７に押圧することができ、シールリング２０のつぶれ代を確保することができ、シール性を向上させることができる。さらに、高圧タンク１内のガスがシールリング２０を押圧しても、シールリング２０が口金シール溝１７からはみ出すことがなく、シール性を確保することができる。
【００３９】
また、締め付けリング４０は、ライナ３と同じ材料で形成されるか、又は、金属、セラミックス若しくは耐熱性合成樹脂で形成されたものにライナ３に接着性を有する合成樹脂でコーティングされているものを使用することが好ましい。この場合は、締め付けリング４０は、ブロー成形時に、ライナ３を形成する溶融したパリソンと接着又は融着することができ、確実に締め付けリング４０とライナ３の口金カバー部４が固着されて、口金シール溝１７内でシールリング２０がずれることなく、締め付けリング４０がシールリング２０を締め付けることができる。また、金属、セラミックス若しくは耐熱性合成樹脂で形成された場合には、強くシールリング２０を保持することができる。
【００４０】
また、図７に示すように、締め付けリング４０は、リング本体４１に金属製のインサート４２を埋設することができる。この場合には、インサート４２は、締め付けリング４０を成形するときに金型にインサート４２を取付けて、インサート成形により、締め付けリング４０のリング本体４１の内周面に埋設される。インサート４２の表面には接着剤を塗布することが好ましい。リング本体４１には、上記の締め付けリング４０のコーティング材と同じものを使用することができる。
【００４１】
また、図８に示すように、インサート４２を締め付けリング４０のリング本体４１の外周面に埋設することができる。この場合は、インサート４２の表面には接着剤を塗布することが好ましいが、接着剤はリング本体４１と口金カバー部４と両方に接着するものを使用することが好ましい。
なお、図７と図８のいずれにおいても、インサート４２は、鉄、アルミニウム等の金属や繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等を使用することができ、リング本体４１は、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）等を使用することができる。
【００４２】
また、図３と図４に示すように、シールリング２０の両方の側面をバックアップリング２１で挟持して、口金シール溝１７に保持することができる。この場合には、シールリング２０は、両側をバックアップリング２１で保持されて口金シール溝１７に取付けられたため、シールリング２０が口金シール溝１７内で安定して、高圧タンク１内のガス圧が高くても、シールリング２０が口金シール溝１７から押出されて、からはみ出すことがなく、シール性を確保することができる。このとき、シールリング２０の外周端は、バックアップリング２１の先端よりも口金シール溝１７の外側に若干張出しており、口金カバー部４又は締め付けリング４０により口金シール溝１７に押圧されることができ、シール性を確保できる。
【００４３】
図２と図３に示すように、口金部材１０の口金上筒部１５の外周面において、口金シール溝１７よりも高圧タンク１の内部方向（図２における下方）の口金シール溝１７よりも若干離れた部分に口金凹部１８が形成されている。口金凹部１８は、口金シール溝１７とは異なり、外周方向に連続して形成されずに、複数個が分離して形成されている。図２に示す実施の形態では、周囲の４か所に形成されているがその数は、任意の数に形成することができる。
【００４４】
この場合には、口金凹部１８には、ブロー成形でシールリング２０を口金カバー部４で覆うときに、口金凹部１８には口金カバー部４を形成する溶融したパリソンが口金凹部１８に進入して、口金部材１０をタンク開口部２に固着することができる。このとき、口金凹部１８に進入した合成樹脂が口金カバー部４と一体的に固化して、口金凹部１８で突出部を形成し、ずれることがないとともに、口金部材１０がタンク開口部２で回転することがなく、シール性を安定させることができる。
【００４５】
口金凹部１８は、口金シール溝１７と平行に複数個形成することが好ましい。口金凹部１８を口金本体部１２の長手方向に、即ち、口金シール溝１７と直交するように形成すると、口金凹部１８と口金シール溝１７が交差してシール性が低下するが、口金シール溝１７と平行に形成したため、口金凹部１８と口金凹部１８に流入した合成樹脂がシールリング２０と接触することがなく、シール性を確保することができる。
【００４６】
次に、図９に基づき、高圧タンク１のブロー成形について説明する。
ブロー成形においては、ブロー成形金型５０の第１金型５１と第２金型５２を開いておいて、その間に、パリソン６０をダイヘッド６１からチューブ状に押出す。そして、ブロー成形金型５０の先端部５４よりも下方まで達するように押出す。
【００４７】
そのとき、口金部材１０は、保持台５５により保持されて、キャビティー５３内に保持される。そして、パリソン６０の先端は、口金部材１０が内部に位置するように押出される。
その後、第１金型５１と第２金型５２を閉じて、パリソン６０をブロー成形金型５０のキャビティー５３の中に挟持する。そして、第１金型５１と第２金型５２の下側の先端部５４でパリソン６０が口金部材１０に押圧されて、パリソン６０内に空気を吹き込んで、パリソン６０を膨らませる。そうすると、キャビティー５３の内面にパリソン６０は押圧され、ライナ３が形成される。
【００４８】
その後、パリソン６０は、固化してライナ３となり、タンク開口部２において口金カバー部４は口金部材１０を覆い、パリソン６０が冷却するときに、収縮して、口金部材１０にシールリング２０を押圧することができる。
そして、口金カバー部４を含んでライナ３全体に補強層３０である炭素繊維強化プラスチックの補強層が巻き付けられて、補強される。
【符号の説明】
【００４９】
１  高圧タンク
３  ライナ
４  口金カバー部
１０  口金部材
１２  口金本体部
１７  口金シール溝
１８  口金凹部
２０  シールリング（シール部材）
２１  バックアップリング
３０  補強層
４０  締め付けリング
【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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