(57)【要約】  高圧タンクは、胴部（１１）と、当該胴部の両端に設けられるドーム部（１２）とから構成される容器本体（１０）と、繊維部材を容器本体の外周に巻き付けることによって形成される補強層（２０）と、を備える。補強層は、胴部の中心軸に対する巻付角度が略直角となるように繊維部材を巻き付けるフープ巻きにより形成されるフープ巻層（４０）と、フープ巻きよりも巻付角度が中心軸に対して傾斜し、かつドーム部を含んで繊維部材を巻き付けるハイヘリカル巻きにより形成されるハイヘリカル巻層（３０）と、を備える。ハイヘリカル巻層は胴部とドーム部との境界位置よりも外側部分の厚さが胴部に位置する部分の厚さよりも厚い厚肉部を有しており、フープ巻層はハイヘリカル巻層よりも外径側の層として胴部から厚肉部が形成されるドーム部にわたって形成される。
2016020972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴部と、当該胴部の両端に設けられるドーム部とから構成される容器本体と、  繊維部材を前記容器本体の外周に巻き付けることによって形成される補強層と、を備え、  前記補強層は、  前記胴部の中心軸に対する巻付角度が略直角となるように前記繊維部材を巻き付けるフープ巻きにより形成されるフープ巻層と、  前記フープ巻きよりも巻付角度が前記中心軸に対して傾斜し、かつ前記ドーム部を含んで前記繊維部材を巻き付けるハイヘリカル巻きにより形成されるハイヘリカル巻層と、を備え、  前記ハイヘリカル巻層は、前記胴部と前記ドーム部との境界位置よりも外側部分の厚さが前記胴部に位置する部分の厚さよりも厚い厚肉部を有しており、  前記フープ巻層は、前記ハイヘリカル巻層よりも外径側の層として、前記胴部から前記厚肉部が形成される前記ドーム部にわたって形成される、  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であって、  前記ハイヘリカル巻層の厚肉部の外径は、前記胴部に位置する前記ハイヘリカル巻層の外径とほぼ等しくなるように設定される、  高圧タンク。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の高圧タンクであって、  前記ハイヘリカル巻層は、前記繊維部材の巻き付け折返位置が、前記胴部と前記ドーム部との境界位置から当該繊維部材の一幅分だけ外側にずれた位置となるように形成される、  高圧タンク。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の高圧タンクであって、  前記ドーム部は、当該ドーム部の頂部から外側に突出するボス部を有し、  前記補強層は、前記胴部の中心軸に対する巻付角度が前記ハイヘリカル巻きよりも小さく設定された低角度ヘリカル巻きにより形成される低角度ヘリカル巻層をさらに備え、  前記ハイヘリカル巻層は、前記厚肉部と前記ボス部との間に隙間を形成するように形成されており、  前記低角度ヘリカル巻層を形成する前記繊維部材は、前記厚肉部と前記ボス部との間の隙間を通過するように巻き付けられる、  高圧タンク。
【請求項５】
請求項４に記載の高圧タンクであって、  前記厚肉部と前記ボス部との間の隙間は、前記繊維部材の一幅分に設定される、  高圧タンク。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の高圧タンクであって、  前記ハイヘリカル巻層は複数層から構成され、  前記ハイヘリカル巻層の隣接する上下の層において、上側層の前記繊維部材の巻き付け折返位置は、下側層の前記繊維部材の巻き付け折返位置よりも外側に設定される、  高圧タンク。
【請求項７】
請求項６に記載の高圧タンクであって、  前記上側層の前記繊維部材の巻き付け折返位置は、前記下側層の前記繊維部材の巻き付け折返位置から当該繊維部材の一幅分だけ外側にずらした位置に設定される、  高圧タンク。
【請求項８】
胴部及び当該胴部の両端に設けられるドーム部から構成される容器本体の外周に、繊維部材を巻き付けることによって補強層を形成して、高圧タンクを製造する高圧タンク製造方法であって、  前記胴部の中心軸に対する巻付角度が略直角となるように前記繊維部材を巻き付けるフープ巻きにより、フープ巻層を形成するフープ巻層形成工程と、  前記フープ巻きよりも巻付角度が前記中心軸に対して傾斜し、かつ前記ドーム部を含んで前記繊維部材を巻き付けるハイヘリカル巻きにより、ハイヘリカル巻層を形成するハイヘリカル巻層形成工程と、を備え、  前記ハイヘリカル巻層形成工程では、前記ハイヘリカル巻層は、前記胴部と前記ドーム部との境界位置よりも外側部分の厚さが前記胴部に位置する部分の厚さよりも厚い厚肉部を有するように形成され、  前記フープ巻層形成工程では、前記フープ巻層は、前記ハイヘリカル巻層よりも外径側の層として、前記胴部から前記厚肉部が形成される前記ドーム部にわたって形成される、  高圧タンク製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、高圧タンク及び高圧タンク製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  ＪＰ２００４−１４４１７２Ａには、容器本体の外周に帯状の繊維強化樹脂部材を巻き付けて補強層を形成することで、容器本体を補強する高圧水素タンクが開示されている。
【発明の概要】
【０００３】  高圧水素タンクの容器本体は、胴部と、当該胴部の両側に設けられるドーム部とを備えている。このような形状の容器本体のドーム部にフープ巻きにより帯状の繊維強化樹脂部材を巻き付けようとすると、繊維強化樹脂部材がドーム部の湾曲面に沿ってずり落ちてしまう。このように、曲面を有するドーム部においてはフープ巻きによる繊維強化樹脂部材の巻き滑りが生じやすく、補強層の形状が設計通りにならないことがある。そのため、巻き滑りしにくいヘリカル巻きにより形成されたヘリカル巻層によりドーム部を補強することが考えられるが、このようなヘリカル巻層だけでは、容器本体の胴部とドーム部との境界位置近傍（いわゆるドーム部の肩部分）の強度を高めることができないという問題がある。
【０００４】  本発明の目的は、容器本体のドーム部におけるフープ巻きの巻き滑りを抑制し、ドーム部の肩部分の強度を高めることが可能な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】
【０００５】  本発明のある態様によれば、胴部と当該胴部の両端に設けられるドーム部とから構成される容器本体と、繊維部材を容器本体の外周に巻き付けることによって形成される補強層と、を備える高圧タンクが提供される。補強層は、胴部の中心軸に対する巻付角度が略直角となるように繊維部材を巻き付けるフープ巻きにより形成されるフープ巻層と、フープ巻きよりも巻付角度が中心軸に対して傾斜し、かつドーム部を含んで繊維部材を巻き付けるハイヘリカル巻きにより形成されるハイヘリカル巻層と、を備える。ハイヘリカル巻層は、胴部とドーム部との境界位置よりも外側部分の厚さが胴部に位置する部分の厚さよりも厚い厚肉部を有している。フープ巻層は、ハイヘリカル巻層よりも外径側の層として、胴部から厚肉部が形成されるドーム部にわたって形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による高圧水素タンクの一部断面図である。
【図２】図２は、フープ巻きを説明する図である。
【図３Ａ】図３Ａは、低角度ヘリカル巻きを説明する図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、高角度ヘリカル巻きを説明する図である。
【図４】図４は、容器本体に高角度ヘリカル巻きを実施した時の高角度ヘリカル巻層の状態を示す図である。
【図５】図５は、容器本体にフープ巻きを実施した時のフープ巻層の状態を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、高角度ヘリカル巻きを実施する前の容器本体の状態を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、高角度ヘリカル巻きを実施する前の容器本体の状態を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１実施形態の変形例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１実施形態の変形例に対する比較例を示す図である。
【図８】図８は、容器本体に低角度ヘリカル巻き行う参考例を示す図である。
【図９】図９は、第２実施形態において容器本体に高角度ヘリカル巻きを実施した時の高角度ヘリカル巻層の状態を示す図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態において容器本体に低角度ヘリカル巻きを実施した時の低角度ヘリカル巻層の状態を示す図である。
【図１１】図１１は、第１及び第２実施径形態の組み合わせによる変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】  以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【０００８】  ＜第１実施形態＞  図１を参照して、本発明の第１実施形態による高圧水素タンク１００について説明する。図１は、高圧水素タンク１００の一部断面図である。
【０００９】  図１に示す高圧水素タンク１００は、例えば燃料電池車両に搭載され、当該車両の燃料電池スタックに供給される水素ガス（アノードガス）を貯蔵する圧力容器である。高圧水素タンク１００に貯蔵される水素ガスの上限規定圧力は、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａに設定されている。
【００１０】  図１に示すように、高圧水素タンク１００は、容器本体１０と、当該容器本体１０の強度を補強する補強層２０と、を備えている。
【００１１】  高圧水素タンク１００の容器本体１０は、その内部にガス貯蔵空間を有するガス貯蔵部材である。容器本体１０は、金属やポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等、ガスバリア性を有する材料によって形成されている。
【００１２】  容器本体１０は、円筒形状の胴部１１と、当該胴部１１の両端に設けられるドーム形状のドーム部１２とから構成されている。胴部１１及びドーム部１２は同軸上に配置される。ドーム部１２の中心、つまりドーム部１２の頂部には、胴部１１の中心軸Ｃ（タンク中心軸）に沿って外側に突出するボス部１３が形成されている。
【００１３】  一方のボス部１３は容器本体１０内の水素ガスを排出するための排出口として利用され、このボス部１３には水素ガスの排出流量を調整するためのバルブが設けられる。これに対して、他方のボス部１３は蓋部材等によって閉塞される。
【００１４】  補強層２０は、フィラメントワインディング法を利用して、帯状の繊維強化樹脂部材２１（ＦＲＰ）を容器本体１０の外周に巻き付けることで形成される層状体である。補強層２０の形状は、高圧水素タンク１００に要求される性能に応じて決定される。
【００１５】  補強層２０を構成する繊維強化樹脂部材２１（繊維部材）は、素材繊維にエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させた部材である。素材繊維には、例えば金属繊維や、ガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維、アラミド繊維等の合成有機繊維が使用される。これらの繊維は、単独で使用されてもよいし、混合して使用されてもよい。
【００１６】  上記したように、補強層２０は、繊維強化樹脂部材２１を容器本体１０の外周に巻き付けることで形成される。容器本体１０への繊維強化樹脂部材２１の巻き方には、フープ巻きや、低角度ヘリカル巻き（ローヘリカル巻き）、高角度ヘリカル巻き（ハイヘリカル巻き）等がある。補強層２０は、繊維強化樹脂部材２１をフープ巻きして形成したフープ巻層、繊維強化樹脂部材２１を低角度ヘリカル巻きした低角度ヘリカル巻層（ローヘリカル巻層）、繊維強化樹脂部材２１を高角度ヘリカル巻きした高角度ヘリカル巻層（ハイヘリカル巻層）を所定の順番で積層して形成される。
【００１７】  図２、図３Ａ、及び図３Ｂを参照して、繊維強化樹脂部材２１の巻き方について説明する。
【００１８】  図２は、フープ巻きを示す図である。
【００１９】  図２に示すように、フープ巻きでは、繊維強化樹脂部材２１は容器本体１０の胴部１１の中心軸Ｃに対して略垂直に巻き付けられる。フープ巻きにおける巻き付け位置は、胴部１１の中心軸Ｃに沿って移動する。このように、フープ巻きは、巻付角度θが略垂直となる巻き付け方法である。略垂直とは、９０°、及び繊維強化樹脂部材２１同士を中心軸Ｃ方向にずらすことによって生じ得る９０°前後の角度を含む。なお、巻付角度θは、胴部１１の中心軸Ｃに直交する方向から見た場合において、当該中心軸Ｃと繊維強化樹脂部材２１の巻き付け方向とがなす角度である。
【００２０】  次に、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、低角度ヘリカル巻き及び高角度ヘリカル巻きについて説明する。低角度ヘリカル巻き及び高角度ヘリカル巻きは、フープ巻きよりも巻付角度が中心軸Ｃに対して傾斜し、かつドーム部１２を含んで繊維強化樹脂部材２１を巻き付ける巻き方である。
【００２１】  図３Ａに示すように、低角度ヘリカル巻きは、繊維強化樹脂部材２１が容器本体１０の胴部１１において中心軸Ｃを一周する前にドーム部１２で繊維強化樹脂部材２１の巻き付け方向が折り返され、巻付角度θ（中心軸Ｃと繊維強化樹脂部材２１の巻き付け方向とがなす鋭角の角度）が高角度ヘリカル巻きよりも小さくなる巻き付け方法である。低角度ヘリカル巻きでは、繊維強化樹脂部材２１は、ドーム部１２のボス部１３を巻き付けの起点として、つまりボス部１３に対して巻き掛けられるように、容器本体１０に巻き付けられる。低角度ヘリカル巻きでは、巻き付け折返位置はドーム部１２におけるボス部１３の根元部分となる。
【００２２】  図３Ｂに示すように、高角度ヘリカル巻きは、繊維強化樹脂部材２１が容器本体１０の胴部１１において中心軸Ｃを少なくとも一周した後にドーム部１２で繊維強化樹脂部材２１の巻き付け方向が折り返され、巻付角度θ（中心軸Ｃと繊維強化樹脂部材２１の巻き付け方向とがなす鋭角の角度）が低角度ヘリカル巻きよりも大きくなる巻き付け方法である。高角度ヘリカル巻きでは、繊維強化樹脂部材２１はドーム部１２に巻き掛けられるように容器本体１０に巻き付けられ、巻き付け折返位置はボス部１３から離れたドーム部１２上の所定位置となる。
【００２３】  ところで、高圧水素タンクの容器本体のドーム部は半球状に膨出した形状となっているため、ドーム部にフープ巻きにより繊維強化樹脂部材を巻き付けようとすると、繊維強化樹脂部材が設計上巻き付けられるべき位置からボス部側にずり落ちてしまう。このように繊維強化樹脂部材の巻き滑りが生じるため、ドーム部上にフープ巻層を形成することは困難である。したがって、ドーム部はヘリカル巻層により補強されることとなるが、このようなヘリカル巻層だけでは、ドーム部における胴部との境界近傍の位置（いわゆるドーム部の肩部分）の強度を高めることができないという問題がある。
【００２４】  本願発明者は、ドーム部１２で巻き滑りしにくい高角度ヘリカル巻きにより繊維強化樹脂部材２１を容器本体１０に巻き付け、その後高角度ヘリカル巻層上にフープ巻層を形成することで、ドーム部１２の肩部分の強度を高めることが可能となることを見出した。
【００２５】  図４及び図５を参照して、第１実施形態による高圧水素タンク１００の補強層２０の形成の仕方について説明する。
【００２６】  図４に示すように、第１実施形態では、ドーム部１２で滑りにくい高角度ヘリカル巻きにより帯状の繊維強化樹脂部材２１を容器本体１０に巻き付け、容器本体１０上に高角度ヘリカル巻層３０を形成する（ハイヘリカル巻層形成工程）。
【００２７】  高角度ヘリカル巻きの場合には、繊維強化樹脂部材２１の巻き付け折返位置がドーム部１２上の所定位置Ｐ（Ｐを含む円周上）に設定され、高角度ヘリカル巻層３０の端部に繊維強化樹脂部材２１の巻きが集中する。そのため、高角度ヘリカル巻層３０の端部は、胴部１１に位置する高角度ヘリカル巻層３０の厚さよりも厚い厚肉部３１として構成される。
【００２８】  高角度ヘリカル巻層３０における繊維強化樹脂部材２１の巻き付け折返位置、つまり高角度ヘリカル巻層３０の最外端は、胴部１１とドーム部１２との境界位置からドーム部１２の表面形状に沿って繊維強化樹脂部材２１の一幅分Ｗ１だけドーム部１２側にずれた位置に設定されている。これにより、高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１が、胴部１１とドーム部１２との境界位置よりも外側に位置するように配置されることとなる。なお、高角度ヘリカル巻層３０の最外端の位置は必要に応じて任意の位置に設定され得る。
【００２９】  また、高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１の外径は、胴部１１に位置する高角度ヘリカル巻層３０の外径以上に設定される。図４に示すように、高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１の外径と、胴部１１に位置する高角度ヘリカル巻層３０の外径とがほぼ等しくなるように設定されることが好ましい。
【００３０】  高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１の外径と、胴部１１に位置する高角度ヘリカル巻層３０の外径とを一致させるため、厚肉部３１の最大厚さｔｂと胴部１１における高角度ヘリカル巻層３０の厚さｔａとは（１）式を満たすように設定される。
【００３１】
【数１】
2016020972.tif 000003
【００３２】  なお、（１）式において、Ｒａは容器本体１０の胴部１１の半径、Ｒｂは容器本体１０のドーム部１２の半径、Ｒｃは胴部１１の中心軸Ｃから巻き付け折返位置Ｐまでの距離、θは胴部１１の中心軸Ｃと繊維強化樹脂部材２１とがなす巻付角度である。
【００３３】  上記の通り、高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１を容器本体１０のドーム部１２の肩部分に配置することで、ドーム部１２の肩部分において高角度ヘリカル巻層３０の表面がドーム部１２の表面形状に沿って傾斜することを抑制することができる。
【００３４】  このように容器本体１０に高角度ヘリカル巻層３０を形成した後、図５に示すように、高角度ヘリカル巻層３０の外側にフープ巻きにより帯状の繊維強化樹脂部材２１が巻き付けられる。つまり、高角度ヘリカル巻層３０よりも外径側の層として、フープ巻層４０が形成される（フープ巻層形成工程）。
【００３５】  本実施形態では、ドーム部１２の肩部分においても高角度ヘリカル巻層３０の表面はほとんど傾斜していないので、ドーム部１２に位置する高角度ヘリカル巻層３０上でのフープ巻層４０形成時に繊維強化樹脂部材２１の巻き滑りを抑制することができる。これにより、フープ巻層４０は、高角度ヘリカル巻層３０の一端側の厚肉部３１から他端側の厚肉部３１にわたって形成される。
【００３６】  このように高角度ヘリカル巻層３０及びフープ巻層４０が形成された後、所定の順番でヘリカル巻層やフープ巻層がさらに形成され、積層体としての補強層２０が構成される。これにより、容器本体１０の外周全体が補強され、容器本体１０と補強層２０とからなる高圧水素タンク１００が製造される。
【００３７】  本実施径形態では、繊維強化樹脂部材２１が巻き付けられていない状態の容器本体１０に高角度ヘリカル巻層３０を形成し、その後フープ巻層４０を形成するようにしたが、このような層形成方法に限られない。
【００３８】  例えば、図６Ａに示すように、胴部１１及びドーム部１２に、低角度ヘリカル巻層や、低角度ヘリカル巻層と高角度ヘリカル巻層との複合層２２が形成された状態の容器本体１０に対して、高角度ヘリカル巻層３０を形成し、その後フープ巻層４０を形成するようにしてもよい。また、図６Ｂに示すように、胴部１１にフープ巻層２３が既に形成された状態の容器本体１０に対して、高角度ヘリカル巻層３０を形成し、その後フープ巻層４０を形成するようにしてもよい。
【００３９】  既に繊維強化樹脂部材２１の層が形成された状態の容器本体１０に高角度ヘリカル巻層３０を形成する場合には、下地となっている層の厚さを考慮して、高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１の外径が胴部１１に位置する高角度ヘリカル巻層３０の外径以上となるように設定される。
【００４０】  上記した第１実施形態の高圧水素タンク１００によれば、以下の効果を得ることができる。
【００４１】  高圧水素タンク１００は、胴部１１及びドーム部１２とからなる容器本体１０と、帯状の繊維強化樹脂部材２１を容器本体１０の外周に巻き付けることによって形成される補強層２０と、を備える。補強層２０は、フープ巻きよりも巻付角度が傾斜し、かつドーム部を含んで繊維部材を巻き付ける高角度ヘリカル巻きにより形成される高角度ヘリカル巻層３０と、高角度ヘリカル巻層３０の外径側に形成されるフープ巻層４０と、を含む。高角度ヘリカル巻層３０は胴部１１とドーム部１２との境界位置よりも外側部分の厚さが胴部１１に位置する部分の厚さよりも厚い厚肉部３１を有しており、フープ巻層４０は胴部１１から厚肉部３１が形成されるドーム部１２にわたって形成される。なお、高角度ヘリカル巻層３０はハイヘリカル巻層形成工程で形成され、フープ巻層４０はフープ巻層形成工程で形成される。
【００４２】  このように高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１が胴部１１とドーム部１２との境界位置近傍（ドーム部１２の肩部分）に配置されるため、ドーム部１２上の高角度ヘリカル巻層３０の表面勾配を緩やかにでき、その表面を略平坦な形状とすることができる。そのため、ドーム部１２に位置する高角度ヘリカル巻層３０上において、フープ巻き時における繊維強化樹脂部材２１の巻き滑りを抑制することができる。したがって、フープ巻層４０の形成範囲を胴部１１だけでなくドーム部１２側まで拡大することができ、ドーム部１２の肩部分の強度を高めることができる。これにより、設計通りの補強層２０を形成することが可能となり、所望の性能を有する高圧水素タンク１００を得ることができる。
【００４３】  補強層２０を構成する高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１の外径は、容器本体１０の胴部１１に位置する高角度ヘリカル巻層３０の外径とほぼ等しくなるように設定される。これにより、ドーム部１２に位置する高角度ヘリカル巻層３０の表面を平坦面として形成でき、フープ巻層形成時の繊維強化樹脂部材２１の巻き滑りを確実に防止することが可能となる。
【００４４】  さらに、高角度ヘリカル巻層３０は、繊維強化樹脂部材２１の巻き付け折返位置（最外端）が、胴部１１とドーム部１２との境界位置から繊維強化樹脂部材２１の一幅分Ｗ１だけドーム部１２側にずれた位置となるように構成されている。このように構成することで、厚くなりやすい高角度ヘリカル巻層３０の端部（厚肉部３１）をドーム部１２の肩部分に精度よく配置でき、当該肩部分の強度を確実に高めることが可能となる。
【００４５】  なお、第１実施径形態の一変形例として、補強層２０を図７Ａに示すように構成してもよい。つまり、図７Ａに示すように、高角度ヘリカル巻層３０を複数層３０Ａ〜３０Ｃからなる積層構造としてもよい。このような構造としても、高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１がドーム部１２の肩部分に位置しているので、肩部分における高角度ヘリカル巻層３０の最上層３０Ｃの表面は平坦となり、その外側に巻き滑りなくフープ巻層４０を形成することができる。
【００４６】  複数層からなる高角度ヘリカル巻層３０では、隣接する上下の層において、上側層の巻き付け折返位置（最外端）は、下側層の巻き付け折返位置（最外端）から、例えば当該繊維強化樹脂部材２１の一幅分Ｗ１だけドーム部１２側にずらした位置となるように設定される。つまり、上側層の端部が下側層の端部よりも繊維強化樹脂部材２１の一幅分だけ外側に位置するように形成される。端部が厚肉となりやすい高角度ヘリカル巻きにおいて下側層を覆うように上側層を積層することで、図７Ｂの比較例に示すように下側層から順番に層幅を狭くして各層を積層していく場合と比べて、高角度ヘリカル巻層３０の表面形状を滑らかな形状とすることができる。
【００４７】  ＜第２実施形態＞  次に、本発明の第２実施形態による高圧水素タンク１００について説明する。なお、以下の実施形態では、第１実施形態と同じ機能を果たす構成等には同一の符号を用い、重複する説明を適宜省略する。
【００４８】  第１実施形態は容器本体１０にフープ巻きを行う時の繊維強化樹脂部材２１の巻き滑りを防止する技術であるが、第２実施形態は容器本体１０に低角度ヘリカル巻きを行う時の繊維強化樹脂部材２１の巻き滑りを防止する技術である。
【００４９】  図８に示すように、低角度ヘリカル巻きは、ドーム部１２のボス部１３に対して巻き掛けられるように、つまり繊維強化部材２１の一部がボス部１３に接した状態で容器本体１０に巻き付けられる。
【００５０】  図８の破線に示すように帯状の繊維強化樹脂部材２１がボス部１３から胴部１１の中心軸Ｃに向かって巻き付けられる場合には、ボス部１３自体が巻き滑りをする防止する規制部材として機能するため、繊維強化樹脂部材２１が巻き滑りすることがない。
【００５１】  しかしながら、図８の実線に示すように繊維強化樹脂部材２１がボス部１３及び中心軸Ｃから離れる方向に巻き付けられる場合、容器本体１０のドーム部１２が湾曲形状となっているがために繊維強化樹脂部材２１は矢印の方向に位置ずれし、巻き滑りが生じてしまう。また、低角度ヘリカル巻きにより繊維強化樹脂部材２１を巻き続けると、ボス部１３の根元部分に繊維強化樹脂部材２１が集中し、この根元部分において低角度ヘリカル巻層７０は尖った形状となる。このような尖った形状になるほど、上述した低角度ヘリカル巻きでの巻き滑りは発生しやすくなる。
【００５２】  本願発明者は、ドーム部１２で巻き滑りしにくい高角度ヘリカル巻きにより繊維強化樹脂部材２１を容器本体１０に巻き付け、その後に低角度ヘリカル巻きを行うことで、低角度ヘリカル巻きでの巻き滑りを抑制できることを見出した。
【００５３】  図９及び図１０を参照して、第２実施形態による高圧水素タンク１００の補強層２０の形成の仕方について説明する。
【００５４】  図９に示すように、第２実施形態では、高角度ヘリカル巻きにより帯状の繊維強化樹脂部材２１を容器本体１０に巻き付け、容器本体１０上に高角度ヘリカル巻層６０を形成する（ハイヘリカル巻層形成工程）。
【００５５】  高角度ヘリカル巻きの場合には、繊維強化樹脂部材２１の巻き付け折返位置がドーム部１２上の所定位置Ｐ（Ｐを含む円周上）に設定され、高角度ヘリカル巻層６０の端部に繊維強化樹脂部材２１の巻きが集中する。そのため、高角度ヘリカル巻層６０の端部は、胴部１１に位置する高角度ヘリカル巻層６０の厚さよりも厚い厚肉部６１として構成される。
【００５６】  高角度ヘリカル巻層６０における繊維強化樹脂部材２１の巻き付け折返位置Ｐ、つまり高角度ヘリカル巻層６０の最外端は、繊維強化樹脂部材２１の一幅分Ｗ１だけ、ドーム部１２の表面形状に沿ってボス部１３の根元位置から離れた位置に設定される。したがって、高角度ヘリカル巻層６０の端部とボス部１３との間には、ボス部１３の周囲に沿って円環状の隙間１４が形成される。なお、高角度ヘリカル巻層６０の最外端の位置は、ボス部１３の根元位置から繊維強化樹脂部材２１の一幅分Ｗ１よりも大きい幅をあけて配置されてもよい。
【００５７】  このように容器本体１０に高角度ヘリカル巻層６０を形成した後、図１０に示すように、高角度ヘリカル巻層６０の外側に低角度ヘリカル巻きにより繊維強化樹脂部材２１が巻き付けられる。つまり、高角度ヘリカル巻層３０より外径側の層として、低角度ヘリカル巻層７０が形成される（ローヘリカル巻層形成工程）。
【００５８】  低角度ヘリカル巻きでは、繊維強化樹脂部材２１は、ボス部１３に対して巻き掛けられるとともに、高角度ヘリカル巻層６０の厚肉部６１とボス部１３との間に形成された隙間１４を通過するように、容器本体１０に巻き付けられる。この時、ボス部１３及び高角度ヘリカル巻層６０の厚肉部６１によって繊維強化樹脂部材２１の位置ずれが規制されるので、巻き滑りを抑制しつつ低角度ヘリカル巻層７０を形成することができる。
【００５９】  このように高角度ヘリカル巻層６０及び低角度ヘリカル巻層７０が形成された後、所定の順番でフープ巻層やヘリカル巻層がさらに形成され、積層体としての補強層２０が構成される。これにより、容器本体１０の外周全体が補強され、容器本体１０と補強層２０とからなる高圧水素タンク１００が製造される。
【００６０】  本実施径形態では、繊維強化樹脂部材２１が巻き付けられていない状態の容器本体１０に高角度ヘリカル巻層６０を形成し、その後低角度ヘリカル巻層７０を形成するようにしたが、このような層形成方法に限られない。例えば、既にフープ巻層やヘリカル巻層が形成された状態の容器本体１０（図６Ａ及び図６Ｂ参照）に対して、高角度ヘリカル巻層６０を形成し、その後低角度ヘリカル巻層７０を形成してもよい。
【００６１】  上記した第２実施形態の高圧水素タンク１００によれば、以下の効果を得ることができる。
【００６２】  高圧水素タンク１００は、胴部１１及びドーム部１２とからなる容器本体１０と、帯状の繊維強化樹脂部材２１を容器本体１０の外周に巻き付けることによって形成される補強層２０と、を備える。補強層２０は、容器本体１０の胴部１１に高角度ヘリカル巻きで巻き付けられた繊維強化樹脂部材２１によって形成される高角度ヘリカル巻層６０と、高角度ヘリカル巻層３０の外側に形成される低角度ヘリカル巻層７０と、を有する。そして、高角度ヘリカル巻層６０の端部は、ドーム部１２上のボス部１３から離間した位置に配置されるとともに、胴部１１に位置する高角度ヘリカル巻層６０の厚さよりも厚い厚肉部６１として構成される。
【００６３】  このように高角度ヘリカル巻層６０の厚肉部６１をドーム部１２上のボス部１３から離間した位置に配置することで、厚肉部６１とボス部１３との間に隙間１４を形成でき、この隙間１４を活用して低角度ヘリカル巻きを行うことができる。つまり、ボス部１３及び高角度ヘリカル巻層６０の厚肉部６１によって繊維強化樹脂部材２１の位置ずれが規制されるので、巻き滑りを抑制しつつ低角度ヘリカル巻層７０を形成することができる。これにより、設計通りの補強層２０を形成することが可能となり、所望の性能を有する高圧水素タンク１００を得ることができる。
【００６４】  さらに、高角度ヘリカル巻層６０の厚肉部６１とボス部１３との間の隙間１４は、帯状の繊維強化樹脂部材２１の一幅分に設定される。このように設定することで、ボス部１３の根元部分を中心に繊維強化樹脂部材２１が容器本体１０に巻き付けられる低角度ヘリカル巻きにおいて、繊維強化樹脂部材２１の巻き滑りを確実に抑えることができる。
【００６５】  なお、第１及び第２実施径形態を組み合わせたような一変形例として、補強層２０を図１１に示すように構成してもよい。つまり、図１１に示すように、補強層２０は、容器本体１０に複数層３０Ａ〜３０Ｃからなる高角度ヘリカル巻層３０と、第２実施形態で説明した低角度ヘリカル巻層７０と、低角度ヘリカル巻層７０の外径側の層としてのフープ巻層４０と、を備えている。
【００６６】  高角度ヘリカル巻層３０は例えば三層構造となっており、隣接する上下の層３０Ａ〜３０Ｃにおいて、上側層の巻き付け折返位置（最外端）は、例えば下側層の巻き付け折返位置（最外端）から当該繊維強化樹脂部材２１の一幅分Ｗ１だけドーム部１２側にずらした位置となるように設定される。つまり、高角度ヘリカル巻層３０は、上側層の端部が下側層の端部よりも繊維強化樹脂部材２１の一幅分だけ外側に位置するように形成される。このような積層構造とすることで、胴部１１とドーム部１２との境界位置よりも外側に位置する高角度ヘリカル巻層３０が厚肉部３１となる。その結果、ドーム部１２の肩部分に位置する高角度ヘリカル巻層３０の表面を略平坦に形成でき、その後形成されるフープ巻層４０の形成範囲を胴部１１だけでなくドーム部１２側まで拡大することができる。また、高角度ヘリカル巻層３０では下側層を覆うように上側層を積層することで、高角度ヘリカル巻層３０全体の表面形状を滑らかな形状とすることができる。
【００６７】  さらに、高角度ヘリカル巻層３０の最外層３０Ｃにおける繊維強化樹脂部材２１の巻き付け折返位置、つまり最外層３０Ｃの最外端は、繊維強化樹脂部材２１の一幅分Ｗ１だけ、ドーム部１２の表面形状に沿ってボス部１３の根元位置から離れた位置に設定される。したがって、高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１とボス部１３との間には、ボス部１３の周囲に沿って円環状の隙間１４が形成される。このように複数層３０Ａ〜３０Ｃからなる高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１が第２実施形態で説明した厚肉部６１と同様の機能を果たす。なお、最外層３０Ｃの最外端の位置は、ボス部１３の根元位置から繊維強化樹脂部材２１の一幅分Ｗ１よりも大きい幅をあけて配置されてもよい。
【００６８】  高角度ヘリカル巻層３０の形成後に実行される低角度ヘリカル巻きでは、繊維強化樹脂部材２１は、ボス部１３に対して巻き掛けられるとともに、高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１とボス部１３との間に形成された隙間１４を通過するように、容器本体１０に巻き付けられる。この時、ボス部１３及び高角度ヘリカル巻層３０の厚肉部３１によって繊維強化樹脂部材２１の位置ずれが規制されるので、巻き滑りを抑制しつつ低角度ヘリカル巻層７０を形成することができる。
【００６９】  以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００７０】  容器本体１０の胴部１１は円筒形状としたが、胴部１１はこのような形状に限られない。例えば、胴部１１は、楕円形状断面を有する部材として形成されてもよいし、表面の一部に平坦な面を有する部材として形成されもよい。また、容器本体１０のドーム部１２はドーム形状としたが、ドーム部１２はこのような形状に限られない。例えば、ドーム部１２は、半球状表面の一部に平坦な面を有する部材として形成されもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成27年4月22日(2015.4.22)
【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】
胴部と、当該胴部の両端に設けられるドーム部とから構成される容器本体と、
繊維部材を前記容器本体の外周に巻き付けることによって形成される補強層と、を備え、
前記補強層は、
前記胴部の中心軸に対する巻付角度が略直角となるように前記繊維部材を巻き付けるフープ巻きにより形成されるフープ巻層と、
前記フープ巻きよりも巻付角度が前記中心軸に対して傾斜し、かつ前記ドーム部を含んで前記繊維部材を巻き付けるハイヘリカル巻きにより形成されるハイヘリカル巻層と、を備え、
前記ハイヘリカル巻層は、前記胴部と前記ドーム部との境界位置よりも外側部分の厚さが前記胴部に位置する部分の厚さよりも厚い厚肉部を有しており、
前記フープ巻層は、前記ハイヘリカル巻層よりも外径側の層として、前記胴部から前記厚肉部が形成される前記ドーム部にわたって形成され、
前記ハイヘリカル巻層の厚肉部の外径は、前記胴部に位置する前記ハイヘリカル巻層の外径とほぼ等しくなるように設定される、
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であって、
前記ハイヘリカル巻層は、前記繊維部材の巻き付け折返位置が、前記胴部と前記ドーム部との境界位置から当該繊維部材の一幅分だけ外側にずれた位置となるように形成される、
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、
前記ドーム部は、当該ドーム部の頂部から外側に突出するボス部を有し、
前記補強層は、前記胴部の中心軸に対する巻付角度が前記ハイヘリカル巻きよりも小さく設定された低角度ヘリカル巻きにより形成される低角度ヘリカル巻層をさらに備え、
前記ハイヘリカル巻層は、前記厚肉部と前記ボス部との間に隙間を形成するように形成されており、
前記低角度ヘリカル巻層を形成する前記繊維部材は、前記厚肉部と前記ボス部との間の隙間を通過するように巻き付けられる、
高圧タンク。
【請求項４】
請求項３に記載の高圧タンクであって、
前記厚肉部と前記ボス部との間の隙間は、前記繊維部材の一幅分に設定される、
高圧タンク。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の高圧タンクであって、
前記ハイヘリカル巻層は複数層から構成され、
前記ハイヘリカル巻層の隣接する上下の層において、上側層の前記繊維部材の巻き付け折返位置は、下側層の前記繊維部材の巻き付け折返位置よりも外側に設定される、
高圧タンク。
【請求項６】
請求項５に記載の高圧タンクであって、
前記上側層の前記繊維部材の巻き付け折返位置は、前記下側層の前記繊維部材の巻き付け折返位置から当該繊維部材の一幅分だけ外側にずらした位置に設定される、
高圧タンク。
【請求項７】
胴部及び当該胴部の両端に設けられるドーム部から構成される容器本体の外周に、繊維部材を巻き付けることによって補強層を形成して、高圧タンクを製造する高圧タンク製造方法であって、
前記胴部の中心軸に対する巻付角度が略直角となるように前記繊維部材を巻き付けるフープ巻きにより、フープ巻層を形成するフープ巻層形成工程と、
前記フープ巻きよりも巻付角度が前記中心軸に対して傾斜し、かつ前記ドーム部を含んで前記繊維部材を巻き付けるハイヘリカル巻きにより、ハイヘリカル巻層を形成するハイヘリカル巻層形成工程と、を備え、
前記ハイヘリカル巻層形成工程では、前記ハイヘリカル巻層は、前記胴部と前記ドーム部との境界位置よりも外側部分の厚さが前記胴部に位置する部分の厚さよりも厚い厚肉部を有するように形成され、
前記フープ巻層形成工程では、前記フープ巻層は、前記ハイヘリカル巻層よりも外径側の層として、前記胴部から前記厚肉部が形成される前記ドーム部にわたって形成され、
前記ハイヘリカル巻層の厚肉部の外径は、前記胴部に位置する前記ハイヘリカル巻層の外径とほぼ等しくなるように設定される、
高圧タンク製造方法。
【国際調査報告】
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