(57)【要約】【課題】軽量化を図ることができる圧力容器を提供する。【解決手段】容器本体と、容器本体の口部に設けられる口金１５とを有する圧力容器であって、口金１５は、金属部材３５と該金属部材３５よりも比重の小さい非金属製部材３６との複合構造とされており、金属部材３５と非金属製部材３６とが円周方向に交互に配置されている。あるいは、口金を炭素繊維強化樹脂とガラス繊維強化樹脂との複合構造とする。【選択図】図３
2008232273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器本体と、該容器本体の口部に設けられる口金とを有する圧力容器であって、
前記口金は、金属部材と該金属部材よりも比重の小さい非金属製部材との複合構造とされており、前記金属部材と前記非金属製部材とが円周方向に交互に配置されている圧力容器。
【請求項２】
容器本体と、該容器本体の口部に設けられる口金とを有する圧力容器であって、
前記口金は、炭素繊維強化樹脂とガラス繊維強化樹脂との複合構造とされている圧力容器。
【請求項３】
前記口金は、半径方向内側に配設される円筒状部と、該円筒状部よりも半径方向外側の軸線方向中間部に配置される中間円環状部と、前記円筒状部よりも半径方向外側における前記中間円環状部の軸線方向両外側にそれぞれ配置される外側円環状部と、これら円筒状部、中間円環状部及び両外側円環状部の半径方向外側を覆う被覆部とを有しており、前記円筒状部及び前記被覆部は炭素繊維強化樹脂からなり、前記中間円環状部及び前記両外側円環状部はガラス繊維強化樹脂からなる請求項２記載の圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器に関し、特にその軽量化に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガス等の高圧ガスを充填保管する圧力容器においては、車両への搭載や取り扱い性等を考慮して極力軽量化することが望まれている。このため、例えば容器本体を樹脂製とする技術がある（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２１１７８３号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６２８９号公報
【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、上記した特許文献１に記載の圧力容器においては、容器本体については樹脂製として軽量化が図られているものの、口金は金属製であり、この点で、軽量化が十分ではなかった。また、特許文献２に記載の圧力容器においても、容器本体を樹脂製としており、さらに口金が金属を主体としその外側を金属より軽量のゴム皮膜で被覆しているものの、やはり軽量化が十分ではなかった。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、軽量化を図ることができる圧力容器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明に係る圧力容器は、容器本体と、該容器本体の口部に設けられる口金とを有する圧力容器であって、前記口金は、金属部材と該金属部材よりも比重の小さい非金属製部材との複合構造とされており、前記金属部材と前記非金属製部材とが円周方向に交互に配置されているものである。
【０００６】
かかる構成によれば、口金を、金属部材と非金属製部材とが円周方向に交互に配置された複合構造としているため、簡素な構造で軽量化を図ることができる。しかも、軽量化のため金属部材を抜いた部分を非金属製部材で埋めているため、形状の連続性を保つことができる。よって、例えば、容器本体の内殻と外殻との間に口金を介装する構造であっても、口金の外側に外殻を良好に形成することができる。
【０００７】
また、本発明に係る圧力容器は、容器本体と、該容器本体の口部に設けられる口金とを有する圧力容器であって、前記口金は、炭素繊維強化樹脂とガラス繊維強化樹脂との複合構造とされているものである。
【０００８】
かかる構成によれば、口金を、炭素繊維強化樹脂とガラス繊維強化樹脂との複合構造としているため、軽量化を図ることができる。しかも、各部位の応力モードを考慮して、例えば高応力を受け持つ範囲は炭素繊維強化樹脂で形成し、低応力範囲はガラス繊維強化樹脂で形成する等して、強度を確保しつつ低コスト化を図ることができる。
【０００９】
この場合、前記口金は、半径方向内側に配設される円筒状部と、該円筒状部よりも半径方向外側の軸線方向中間部に配置される中間円環状部と、前記円筒状部よりも半径方向外側における前記中間円環状部の軸線方向両外側にそれぞれ配置される外側円環状部と、これら円筒状部、中間円環状部及び両外側円環状部の半径方向外側を覆う被覆部とを有しており、前記円筒状部及び前記被覆部は炭素繊維強化樹脂からなり、前記中間円環状部及び前記両外側円環状部はガラス繊維強化樹脂からなる構成としても良い。
【００１０】
かかる構成によれば、高応力部位である円筒状部及び被覆部を炭素繊維強化樹脂で形成し、低応力部位である中間円環状部及び外側円環状部をガラス繊維強化樹脂で形成するため、強度を確保しつつ低コスト化を図ることができる。また、円筒状部、中間円環状部、両外側円環状部及び被覆部の５部品で構成することで各部の成形品質を向上できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の圧力容器によれば、簡素な構造で軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係る圧力容器について説明する。
【００１３】
図１は、内部に常圧よりも高圧の高圧ガス（例えば、３０ＭＰａ〜７０ＭＰａの水素ガス、燃料ガス）を充填保管するための第１実施形態に係る圧力容器１０を示している。この圧力容器１０は、ガス透過性の低い合成樹脂からなるライナー（内殻）１１の外側を、繊維強化樹脂（FRP：Fiber Reinforced Plastics）からなる補強部（外殻）１２で被覆して構成される容器本体１３と、この容器本体１３の端部に形成された内外を連通する口部１４に設けられる口金１５とを有している。
【００１４】
ライナー１１は、円筒状の胴部２０と、胴部２０の軸線方向一端側に胴部２０から軸線方向に離れるほど縮径するように形成された肩部２１と、肩部２１の内端縁から中心軸線側に向かうに従って小径側（半径方向内側）の部位ほどライナー１１の軸線方向内側に位置するように傾斜しつつ延出する内側延出部２２と、内側延出部２２の肩部２１とは反対側からライナー１１の軸線方向に沿ってライナー１１内に突出する円筒状の端末部２３とを有している。
【００１５】
口金１５は、図２及び図３に示すように、略円筒状をなすとともに内周面にバルブＶを取り付けるための雌ネジ２４が形成された主円筒状部２７と、この主円筒状部２７の軸線方向一端側に形成されるとともに、この主円筒状部２７よりも大径の内径を有する内側円筒状部２８と、主円筒状部２７の軸線方向における内側円筒状部２８側に形成されたフランジ部２９とを有している。
【００１６】
フランジ部２９は、その軸線方向における内側円筒状部２８とは反対側が、内側円筒状部２８に近づくほど大径となる外側テーパ面３１とされ、その軸線方向における内側円筒状部２８側が、内側円筒状部２８に近づくほど小径となる内側テーパ面３２とされている。つまり、フランジ部２９は、半径方向外側ほど薄くなる先細形状をなしている。
【００１７】
そして、第１実施形態においては、口金１５が、ステンレス鋼材あるいはアルミニウム合金等の金属部材からなる口金本体３５と、この口金本体３５よりも比重が小さい非金属製軽量部材であるゴムからなる結合部材３６との複合構造とされている。
【００１８】
口金本体３５は、主円筒状部２７の全体と、内側円筒状部２８の全体と、フランジ部２９の一部とが一体に形成されたもので、主円筒状部２７から半径方向外方に延出してフランジ部２９の一部を構成するフランジ構成部３８が円周方向に所定の等間隔で複数形成されている。その結果、円周方向に隣り合うフランジ構成部３８同士の間が半径方向外側に抜ける形状の切欠部３９となっており、この切欠部３９も円周方向に所定の等間隔で複数形成されている。
【００１９】
各切欠部３９には、その底部４０の軸線方向中間部に円周方向に沿って延在する結合溝４１が形成されている。この結合溝４１は、底側が軸線方向の幅が広い幅広部４２とされ、開口側が幅広部４２よりも軸線方向の幅が狭い幅狭部４３とされている。また、切欠部３９には、その両側面４４の半径方向の中間部かつ軸線方向の中間部に、円周方向に凹む結合凹部４５が形成されている。
【００２０】
ゴム製の結合部材３６は、フランジ部２９の残りの一部を構成するもので、口金本体３５の切欠部３９を埋める形状をなしている。つまり、結合部材３６は、図４にも示すように、先細形状の主部４８と、主部４８の基端側から突出する首部４９と、首部４９の主部４８とは反対側にあって首部４９よりも幅広の係合部５０と、主部４８の両側面５１から突出する凸部５２とを有している。
【００２１】
そして、結合部材３６は、係合部５０を切欠部３９の結合溝４１の幅広部４２に嵌合させ、首部４９を結合溝４１の幅狭部４３に嵌合させ、両凸部５２を接着剤を塗布した状態で両結合凹部４５に嵌合させることで、切欠部３９に結合される。結合部材３６をすべての切欠部３９にそれぞれ結合することで、円周方向に連続する形状のフランジ部２９が形成される。この状態で、口金１５は、そのフランジ部２９が、金属部材のフランジ構成部３８とゴム製の結合部材３６とが円周方向に交互に配置された複合構造となる。
【００２２】
このようにして口金本体３５に結合部材３６を結合して形成された口金１５が、ライナー１１の口部１４に取り付けられる。このとき、口金１５は、その内側円筒状部２８がライナー１１の端末部２３に嵌合し、フランジ部２９の内側テーパ面３２がライナー１１の内側延出部２２に当接する。この状態で、フィラメントワインディング（ＦＷ）成形法によって、ライナー１１及び口金１５の外側を覆うように繊維強化樹脂からなる補強部１２が形成される。
【００２３】
つまり、長尺状の繊維強化材を樹脂に含浸させながら、マンドレルとしてのライナー１１及び口金１５に巻き付けて成形し、その後、樹脂を硬化させることで補強部１２を形成する。これにより、口金１５はライナー１１と補強部１２との間に介装された状態で容器本体１３の口部１４に設けられることになる。
【００２４】
以上に述べた第１実施形態に係る圧力容器１０によれば、口金１５を、金属部材からなる口金本体３５とこれより比重の小さいゴムからなる結合部材３６との複合構造とし、しかも、金属部材からなるフランジ構成部３８とゴムからなる結合部材３６とが円周方向に交互に配置された構造としているため、簡素な構造で軽量化を図ることができる。具体的には口金を全て金属で形成する場合に比べて約２０％の軽量化を図ることができる。
【００２５】
勿論、バルブＶが締結される主円筒状部２７及び容器本体１３への取り付けのためのフランジ構成部３８は一体の金属からなるため、バルブＶの締結性能、耐圧性能及びシール性能を損なうことはない。
しかも、軽量化のために口金本体３５の金属部材を抜いた切欠部３９をゴムからなる結合部材３６で埋めているため、形状の連続性を保つことができる。よって、上記のように容器本体１３のライナー１１と補強部１２との間に口金１５を介装する構造であっても、口金１５の外側に補強部１２を良好に形成することができる。
【００２６】
次に、図５〜図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る圧力容器について説明する。
【００２７】
図５は、内部に常圧よりも高圧の高圧ガス（例えば、３０ＭＰａ〜７０ＭＰａの水素ガス、燃料ガス）を充填保管するための第２実施形態に係る圧力容器１０Ａを示している。この圧力容器１０Ａは、第１実施形態と同様、合成樹脂製のライナー１１の外側を、繊維強化樹脂からなる補強部１２で被覆して構成される容器本体１３を有しており、この容器本体１３の端部に形成された内外を連通する口部１４に設けられる口金１５Ａが第１実施形態に対し相違している。
【００２８】
第２実施形態の口金１５Ａは、全体として、繊維強化樹脂で形成されており、炭素繊維強化樹脂とガラス繊維強化樹脂との複合構造とされている。
【００２９】
具体的に、口金１５Ａは、図６に示すように、半径方向内側に配設される円筒状部５５と、この円筒状部５５よりも半径方向外側の軸線方向中間部に配置される中間円環状部５６と、円筒状部５５よりも半径方向外側の軸線方向中間部における中間円環状部５６の軸線方向両外側にそれぞれ配置される一対の外側円環状部５７，５８と、これら円筒状部５５、中間円環状部５６及び一対の外側円環状部５７，５８の半径方向外側を全体的に覆う被覆部５９とを有している。
【００３０】
円筒状部５５は、略一定内径及び略一定外径となっている。半径方向をＲ方向、軸線方向をＺ方向とした場合に、図７に示すように、円筒状部５５は、積層方向がＲ方向であり、繊維の配向が０°／９０°／±４５°ｓとされ、材質が炭素繊維強化樹脂（CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics）となっている。
【００３１】
一方の外側円環状部５７は、略一定内径であり、外径側に、軸線方向の一側から軸線方向他側にかけて徐々に小径となるテーパ面６１を有する形状をなしている。他方の外側円環状部５８も、略一定内径であり、外径側に、軸線方向の一側から軸線方向他側にかけて徐々に小径となるテーパ面６２を有する形状をなしている。
【００３２】
図７に示すように、一方の外側円環状部５７は、積層方向がＲＺ４５°方向であり、繊維の配向が０°／９０°／±４５°ｓとされ、材質がガラス繊維強化樹脂（GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics）となっている。他方の外側円環状部５８は、積層方向がＲＺ１３５°方向であり、繊維の配向が０°／９０°／±４５°ｓとされ、材質がガラス繊維強化樹脂となっている。
【００３３】
中間円環状部５６は、略一定内径であり、外径側に、軸線方向の中央から軸線方向両外側にかけて徐々に小径となるテーパ面６３，６４を有する形状をなしている。図７に示すように、中間円環状部５６は、積層方向がＺ方向であり、繊維の配向が０°／９０°／±４５°ｓとされ、材質がガラス繊維強化樹脂となっている。
【００３４】
上記した円筒状部５５、一対の外側円環状部５７，５８及び中間円環状部５６をそれぞれ単品の状態でフィラメントワインディング成形法によって成形する。そして、円筒状部５５の外側に、軸線方向に沿って一方の外側円環状部５７、中間円環状部５６、他方の外側円環状部５８の順に組み付ける。このとき、一方の外側円環状部５７のテーパ面６１と、中間円環状部５６のテーパ面６３とが略連続することになり、他方の外側円環状部５８のテーパ面６２と、中間円環状部５６のテーパ面６４とが略連続することになる。
【００３５】
そして、これらの組立体をマンドレルとして被覆部５９をフィラメントワインディング成形法によって成形する。つまり、被覆部５９は、図７に示すように、積層方向が組立面直であり、繊維の配向が０°／９０°ｓとされ、材質が炭素繊維強化樹脂となっている。
【００３６】
上記のように、円筒状部５５の外側に、一対の外側円環状部５７，５８及び中間円環状部５６を組み付け、これらの外側を被覆部５９で覆った後、円筒状部５５の内周面にネジ加工を施し、バルブＶを取り付けるための雌ネジ２４を形成するコイル状のヘリサート６６を挿入することで、第２実施形態の口金１５Ａが形成される。
【００３７】
この口金１５Ａは、円筒状部５５とこれを覆う被覆部５９とヘリサート６６とで、略円筒状をなすとともに内周面にバルブＶを取り付けるための雌ネジ２４が形成された主円筒状部２７Ａが形成され、一対の外側円環状部５７，５８及び中間円環状部５６とこれらを覆う被覆部５９とで、両側に外側テーパ面３１Ａ及び内側テーパ面３２Ａを備えたフランジ部２９Ａが形成される。
【００３８】
そして、このようにして繊維強化樹脂で形成された口金１５Ａが、ライナー１１の口部１４に取り付けられる。このとき、口金１５Ａは、その主円筒状部２７Ａの一端側がライナー１１の端末部２３に嵌合し、フランジ部２９Ａの内側テーパ面３２Ａがライナー１１の内側延出部２２に当接した状態となり、この状態で、フィラメントワインディング成形法により、ライナー１１及び口金１５の外側を覆うように繊維強化樹脂からなる補強部１２が形成される。
【００３９】
以上に述べた第２実施形態に係る圧力容器１０Ａによれば、口金１５Ａを、炭素繊維強化樹脂とガラス繊維強化樹脂との複合構造としているため、軽量化を図ることができる。具体的には口金を全て金属で形成する場合に比べて約３０％の軽量化を図ることができる。勿論、バルブＶが締結される円筒状部２７Ａ及び容器本体１３への取り付けのためのフランジ部２９Ａがすべて繊維強化樹脂からなるため、バルブＶの締結性能、耐圧性能及びシール性能を損なうことはない。
【００４０】
しかも、各部位の応力モードを考慮して、例えば高応力を受け持つ範囲は炭素繊維強化樹脂で形成し、低応力範囲はガラス繊維強化樹脂で形成する等して、強度を確保しつつ低コスト化を図ることができる。
【００４１】
つまり、高応力部位である円筒状部５５及び被覆部５９を炭素繊維強化樹脂で形成し、低応力部位である中間円環状部５６及び外側円環状部５７，５８をガラス繊維強化樹脂で形成するため、強度を確保しつつ低コスト化を図ることができる。また、円筒状部５５、中間円環状部５６、両外側円環状部５７，５８及び被覆部５９の５部品で構成することで各部の成形品質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力容器の要部を示す断面図である。
【図２】図１に示す圧力容器の口金を示す部分断面図である。
【図３】図１に示す圧力容器の口金を示す部分平面図である。
【図４】図１に示す圧力容器の口金の結合部材を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る圧力容器の要部を示す断面図である。
【図６】図５に示す圧力容器の口金を示す部分断面図である。
【図７】図５に示す圧力容器の口金の各部を説明する図表である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１０Ａ…圧力容器、１３…容器本体、１４…口部、１５，１５Ａ…口金、３５…口金本体（金属部材）、３８…フランジ構成部、３６…結合部材（非金属製部材）、５５…円筒状部、５６…中間円環状部、５７，５８…外側円環状部、５９…被覆部。
【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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