(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器本体の表面に、樹脂を含浸させた強化繊維である強化繊維樹脂からなる繊維強化樹脂層を形成した圧力容器であって、
容器本体の表面に繊維強化樹脂層を形成し、この繊維強化樹脂層を硬化させた後、容器表面の周方向の歪が０．７％以上０．９％以下となるように内圧をかけて容器本体を塑性変形させたものであり、破壊圧力が充填圧力の２．２〜２．８倍であり、
繊維強化樹脂層は、複数の構成層からなる多層構造を有し、これら構成層のうち内側の層に用いられている強化繊維のストランド弾性率が、外側の層に用いられている強化繊維のストランド弾性率と同じか、外側の層に用いられている強化繊維のストランド弾性率より大きいことを特徴とする圧力容器。
【請求項２】
強化繊維は、伸度が１．４〜１．６％であることを特徴とする請求項１記載の圧力容器。
【請求項３】
強化繊維は、ストランド弾性率が２５０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の圧力容器。
【請求項４】
繊維強化樹脂層は、複数の構成層からなる多層構造を有し、これら構成層のうち内側の層に用いられている強化繊維のストランド弾性率が、外側の層に用いられている強化繊維のストランド弾性率よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の圧力容器。
【請求項５】
繊維強化樹脂層は、強化繊維樹脂の配向方向が容器本体の周方向である周方向配向層と、強化繊維樹脂の配向方向が容器本体の軸方向である軸方向配向層とを含む多層構造を有することを特徴とする請求項１記載の圧力容器。
【請求項６】
繊維強化樹脂層は、周方向配向層と軸方向配向層とが交互に積層されたものであることを特徴とする請求項５記載の圧力容器。
【請求項７】
繊維強化樹脂層の最外層が、周方向配向層であることを特徴とする請求項５記載の圧力容器。
【請求項８】
容器本体がアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１記載の圧力容器。
【請求項９】
容器本体の表面に、樹脂を含浸させた強化繊維である強化繊維樹脂からなる繊維強化樹脂層を形成し、この繊維強化樹脂層を硬化させ、破壊圧力が充填圧力の２．２〜２．８倍の圧力容器を得た後、容器表面の周方向の歪が０．７％以上０．９％以下となるように内圧をかけて容器本体を塑性変形させる圧力容器の製造方法であり、
繊維強化樹脂層は、複数の構成層からなる多層構造を有し、これら構成層のうち内側の層に用いられている強化繊維のストランド弾性率が、外側の層に用いられている強化繊維のストランド弾性率と同じか、外側の層に用いられている強化繊維のストランド弾性率より大きいことを特徴とする圧力容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、高圧ガス用の貯蔵容器などに用いられる圧力容器およびその製造方法に関する。
【背景技術】  従来、高圧ガスの貯蔵容器としては、鋼鉄製の容器が用いられている。しかしながら、鋼鉄製の貯蔵容器は重量が大きく、移動や輸送等に多大な労力を必要とするものであった。例えば、気体燃料を用いる自動車では、車両重量を小さくし燃料消費量を抑制するため、燃料貯蔵容器を軽量化することが求められている。
そこで、高圧ガスの貯蔵容器として、従来の鋼鉄製のものに代えて、樹脂や金属製のライナー材を強化繊維で補強した複合材料からなる圧力容器が用いられるようになっている。この繊維強化複合材料からなる圧力容器は、充填圧力を高くでき、かつ軽量化が可能となる。
この繊維強化複合材料からなる圧力容器を製造する工程において、強化繊維を巻き付けるための代表的な方法としては、フィラメントワインディング法がある。フィラメントワインディング法は、樹脂を含浸した連続強化繊維をライナー材（容器本体）に巻き付け、その後、樹脂を硬化させることにより繊維強化複合材料からなる圧力容器を製造する方法である。
特許文献１には、異なる強化繊維を用いた２層以上の繊維強化複合材料層を備えた圧力容器が提案されている。この圧力容器では、外側の層のストランド弾性率を内側の層のストランド弾性率よりも高くし、それぞれの層に働く応力の大きさがほぼ一定となるようにすることによって、破壊圧（破裂特性）を高くすることができる。
【特許文献１】  特開平６−３３１０３２号公報
図３は、特許文献１に開示された圧力容器を示すものである。この圧力容器５０は、円筒状の金属製のライナー材５１（容器本体）の胴部５１ａ上に、樹脂被覆を施した強化材５２ａ、５３ａ、５４ａを内側から外側に向けて層状に巻き付けて、繊維強化樹脂製の被覆層５２、５３、５４を形成したものである。
この圧力容器５０では、外側の被覆層のストランド弾性率を、内側の被覆層のストランド弾性率よりも大きく設定することによって、各被覆層５２、５３、５４に作用する周方向の引張り応力の大きさをほぼ一定とすることができるようになっている。このため、圧力容器５０では、高耐圧性が得られ、軽量化が可能となる。
しかしながら、上記従来の圧力容器では、十分な破壊圧は得られるが、別の問題がある。すなわち、従来の容器は破裂時に粉々に砕けるため、その破片が飛散するのを防ぐ必要がある。
また、圧力容器に要求される特性としては、破裂特性だけでなく疲労特性も重要である。特にアルミニウムなどの金属からなるライナー材（容器本体）を用いる容器の場合には、高圧で自緊処理を行うことでライナー材に圧縮応力を与え、この圧縮応力をライナー材の線形特性の範囲となるように設定することによって、疲労特性を向上させることができる。
しかしながら、ライナー材に適度に与える圧縮応力を重視して圧力容器を設計すると、必要以上に破壊圧が高くなることがある。破壊圧を重視して圧力容器を設計すると、必要な圧縮応力が加えられなくなる。これらの結果として容器重量が大きくなるなどの問題が生じていた。
さらに、高圧ガス保安協会規格（ＫＨＫ）Ｓ１１２１のような圧力容器の規格は、ガラス繊維の特性、特に疲労特性を基に規格化されている。そのため、疲労特性の良好な強化繊維を用いた圧力容器には、不要に高い安全性が与えられているのが現状である。
【発明の開示】
本発明は上記した事情に鑑みなされたもので、疲労特性および破裂特性に優れ、かつ軽量である圧力容器およびその製造方法を提供すること目的としている。
本発明の圧力容器は、容器本体の表面に、樹脂を含浸させた強化繊維である強化繊維樹脂からなる繊維強化樹脂層を形成した圧力容器であって、容器本体の表面に繊維強化樹脂層を形成し、この繊維強化樹脂層を硬化させた後、容器表面の周方向の歪が０．７％以上０．９％以下となるように内圧をかけて容器本体を塑性変形させたものであり、破壊圧力が充填圧力の２．２〜２．８倍であることを特徴とする。
本発明の圧力容器の製造方法は、容器本体の表面に、樹脂を含浸させた強化繊維である強化繊維樹脂からなる繊維強化樹脂層を形成し、この繊維強化樹脂層を硬化させ、破壊圧力が充填圧力の２．２〜２．８倍の圧力容器を得た後、容器表面の周方向の歪が０．７％以上０．９％以下となるように内圧をかけて容器本体を塑性変形させることを特徴とする。
上記の本発明の圧力容器およびその製造方法では、硬化後の繊維強化樹脂層に容器表面の周方向の歪が０．７％以上０．９％以下となるように内圧をかけて容器本体を塑性変形する処理（いわゆる自緊処理）を行い、かつ破壊圧力を充填圧力の２．２〜２．８倍としたので、疲労特性および破裂特性を向上させるとともに、軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の圧力容器の一実施形態を示す部分断面図である。
図２Ａ〜Ｄは、図１に示す圧力容器を製造する方法の一例を示す説明図である。
図３Ａは、従来の圧力容器の一例を説明する部分断面図であり、図３Ｂは、Ａに示す圧力容器の要部拡大図である。
【発明を実施するための最良の形態】  図１は、本発明の圧力容器の一実施形態を示すものである。
ここに示す圧力容器１は、略円筒形の容器本体２の表面に、樹脂を含浸させた強化繊維である強化繊維樹脂３からなる繊維強化樹脂層４を設けたものである。図中符号２ａは胴部を示し、２ｂは開口部を示し、２ｃは底部を示す。
容器本体２は、金属からなるものであることが好ましい。容器本体２を構成する金属材料は特に限定されないが、例として、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄などを挙げることができる。特に、アルミニウム合金は、容器本体２を軽量化するには好適である。
繊維強化樹脂層４は、多層構造とするのが好ましい。図示例において、繊維強化樹脂層４は、強化繊維樹脂３をその繊維の配向方向が容器本体２の周方向となるように巻きつけた周方向配向層３ａ上に、強化繊維樹脂３をその繊維の配向方向が容器本体２の長軸方向となるように巻きつけた軸方向配向層３ｂを有する構成とされている。
本発明において、繊維強化樹脂層は、図示した構成に限らず、周方向配向層と軸方向配向層とを容器本体上に交互に複数積層した構造とすることができる。特に、繊維強化樹脂層４の最外層を周方向配向層３ａとすると、良好な外観状態が得られるため好ましい。各層の数および厚みは、容器の用途、内容物の種類、大きさ等によって任意に選択することができる。
強化繊維に含浸させる樹脂（マトリックス樹脂）としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。
強化繊維としては、特に限定されないが、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ＰＢＯ繊維等が挙げられる。
また、伸度が１．４％以上１．６％以下である強化繊維を用いると、優れた疲労特性および破裂特性を効率よく得ることができる。
また、ストランド弾性率が異なる２種類以上の強化繊維を用いることによって、疲労特性および破裂特性を向上させることができる。例えば、繊維強化樹脂層４を、複数の構成層からなる多層構造とし、これら構成層のうち１つに用いられている強化繊維のストランド弾性率が、他の構成層のうち１つに用いられている強化繊維のストランド弾性率と異なるようにすることによって、疲労特性および破裂特性を向上させることができる。この場合には、内側（容器本体２に近い側）の構成層にストランド弾性率が高いものを用いると、破裂したときに粉々になりにくいので、容器の安全性が向上する。
強化繊維のストランド弾性率は、２５０ＧＰａ以上とすると、疲労特性および軽量性を向上させることができる。
次に、上記圧力容器１を製造する方法の一例について説明する。
（１）繊維強化樹脂層形成
図２Ａに示すように、貯槽６内のマトリックス樹脂７を強化繊維８に含浸させ、強化繊維樹脂３を得る。
次いで、容器本体２を周方向に回転させつつ、強化繊維樹脂３を容器本体２に巻き付ける。これによって、強化繊維樹脂３の繊維配向方向が容器本体２の周方向となる周方向配向層３ａを形成する。次いで、軸方向配向層３ｂを形成する。軸方向配向層３ｂを形成する際には、強化繊維樹脂３の繊維配向方向が容器本体２の長軸方向となるようにする。これによって、周方向配向層３ａと軸方向配向層３ｂとからなる繊維強化樹脂層４を有する中間体容器５が得られる。
なお、軸方向配向層３ｂの上にさらに強化繊維樹脂層３を形成するには、上述の方法を採用することができる。
（２）樹脂層硬化
図２Ｂに示すように、中間体容器５を加熱炉９内で加熱する。
加熱温度は、４０〜１８０℃とするのが好ましい。この温度が上記範囲未満である場合または上記範囲を越える場合には、圧力容器１の疲労特性および破裂特性が劣化する。
この加熱処理によって、繊維強化樹脂層４を硬化させる。
本発明では、破壊圧力が充填圧力の２．２倍以上２．８倍以下（好ましくは、２．４倍以上２．７倍以下）となるように製造条件を設定する。
（３）自緊処理
図２Ｃに示すように、自緊処理装置１０を用いて、容器表面の周方向の歪が０．７％以上（好ましくは０．７５％以上）、０．９％以下（好ましくは０．８５％以下）となるように自緊処理する。自緊処理とは、中間体容器５の容器の内圧を高め（以下、このときの容器の内圧の最大値を自緊処理圧力という）、ライナー材からなる容器本体２を塑性変形させた後、容器の内圧を低下させることによって、繊維強化樹脂層４の剛性により容器本体２に圧縮応力を与える処理である。
自緊処理圧力は、充填圧力の５／３倍以上、破壊圧力未満とするのが好ましい。自緊処理圧力をこの範囲とすることによって、容器本体２に圧縮応力がかかる充填媒体の充填と放出とを繰り返したときに、容器本体２にかかる応力が容器本体２の材料の線形特性の範囲となるため、優れた疲労特性を得ることができる。
自緊処理圧力が上記範囲（容器表面の周方向の歪が０．７〜０．９％となる範囲）を外れる場合には、圧力容器１の疲労特性および破裂特性が劣化する。
以上の操作によって、圧力容器１が得られる（図２Ｄ）。
上記したように、圧力容器１では、破壊圧力が充填圧力の２．２倍以上２．８倍以下（好ましくは、２．４倍以上２．７倍以下）となるように製造条件を設定する。
破壊圧力が充填圧力の２．２倍未満であると、圧力容器１の疲労特性および破裂特性が不足する。破壊圧力が充填圧力の２．８倍を越えると、圧力容器１の疲労特性および破裂特性がオーバースペック（過剰）となる。この場合には、容器重量が大きくなるため軽量化の点で好ましくない。
なお、破壊圧力とは、容器の内圧を高め、容器を破裂させたときの容器の内圧をいう。
圧力容器１では、自緊処理を行ったときの容器表面の周方向の歪が０．７％以上０．９％以下であり、かつ破壊圧力が充填圧力の２．２倍以上２．８倍以下であるので、疲労特性および破裂特性を向上させるとともに、強化繊維樹脂３（繊維強化樹脂層４）を薄くすることができ、軽量化することが可能となる。
【実施例】  以下、具体例を示して本発明の圧力容器の作用効果を明確化する。
実施例および比較例の評価方法について説明する。
（１）破壊圧力の測定方法（破裂特性）
三菱レイヨン株式会社製水圧破壊試験機に容器をセットし、昇圧速度１．４ＭＰａ以下で容器に水圧を負荷し、容器が破裂したときの圧力を測定した。この測定を３回行い、その平均値を算出した。
（２）疲労特性試験
三菱レイヨン株式会社製水圧サイクル試験機に容器をセットし、容器の内圧を大気圧から充填圧力の５／３倍の圧力まで上昇させた後、大気圧に戻す圧力変動操作を約２回／ｍｉｎの速度にて繰り返すことで容器を破裂させ、破裂するまでの圧力変動操作繰返し回数を測定した。この測定を３回行い、その平均値を算出した。
（３）軽量性
軽量性は、各容器の繊維強化樹脂層４の重量を測定することで評価した。
実施例および比較例において使用した材料は以下の通りである。
（１）強化繊維
（ａ）強化繊維▲１▼：三菱レイヨン株式会社製炭素繊維ＴＲＨ５０−１２Ｌを使用した。この炭素繊維は、単繊維直径７μｍ、フィラメント数１２０００本で、ストランド強度４９００ＭＰａ、ストランド弾性率２５５ＧＰａ、伸度１．９％である。
（ｂ）強化繊維▲２▼：三菱レイヨン株式会社製炭素繊維ＭＲ４０−１２Ｋを使用した。この炭素繊維は、単繊維直径６μｍ、フィラメント数１２０００本で、ストランド強度４４００ＭＰａ、ストランド弾性率２９５ＧＰａ、伸度１．５％である。
（ｃ）強化繊維▲３▼：三菱レイヨン株式会社製炭素繊維ＭＲ５０−１２Ｋを使用した。この炭素繊維は、単繊維直径６μｍ、フィラメント数１２０００本で、ストランド強度５３００ＭＰａ、ストランド弾性率２９０ＧＰａ、伸度１．８％である。
（ｄ）強化繊維▲４▼：三菱レイヨン株式会社製炭素繊維ＨＲ４０−１２Ｋを使用した。この炭素繊維は、単繊維直径６μｍ、フィラメント数１２０００本で、ストランド強度４６００ＭＰａ、ストランド弾性率３９０ＧＰａ、伸度１．２％である。
（ｅ）強化繊維▲５▼：三菱レイヨン株式会社製炭素繊維ＴＲ５０Ｓ−ＡＬＡ−１２Ｌを使用した。この炭素繊維は、単繊維直径７μｍ、フィラメント数１２０００本で、ストランド強度４９００ＭＰａ、ストランド弾性率２３８ＧＰａ、伸度２．０％である。
（２）マトリックス樹脂
樹脂▲１▼：三菱レイヨン株式会社製エポキシ樹脂＃７００Ｂ（組成エピコート８２８／ＸＮ１０４５／ＢＹＫ−Ａ５０６）を使用した。
（３）トウプリプレグ
（ａ）トウプリプレグ▲１▼：１本のトウからなるプリプレグとして、Ｎｅｗｐｏｒｔ  Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｉｎｃ．社製ＷＤＥ−３Ｄ−１（ＭＲ６０Ｈ−２４Ｐ）を使用した。
このトウプリプレグは、三菱レイヨン株式会社製炭素繊維ＭＲ６０Ｈ−２４Ｐに、予めエポキシ樹脂（５０℃の粘度：約３０ポイズ）を含浸したもので、幅が約４ｍｍ、樹脂含有率が約２８質量％である。用いられた炭素繊維は、単繊維直径５μｍ、フィラメント数２４０００本で、ストランド強度５７００ＭＰａ、ストランド弾性率２９５ＧＰａである。
（ｂ）トウプリプレグ▲２▼：Ｎｅｗｐｏｒｔ  Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｉｎｃ．社製ＷＤＥ−３Ｄ−１（ＨＲ４０−１２Ｌ）を使用した。
このトウプリプレグは、上記トウプリプレグ▲１▼において、炭素繊維を前述のＭＲ６０Ｈ−２４Ｐから三菱レイヨン株式会社製炭素繊維ＨＲ４０−１２Ｌに代えて製造したものであり、幅が約３．５ｍｍ、樹脂含有率が約２８質量％である。用いられた炭素繊維は、単繊維直径７μｍ、フィラメント数１２０００本で、ストランド強度４６００ＭＰａ、ストランド弾性率３９０ＧＰａである。
なお、（ａ）、（ｂ）において、ストランド弾性率は、ＪＩＳ  Ｒ  ７６０１に準拠して試験片を作成し、引張試験により荷重−伸び曲線を記録し、その勾配（具体的には、４０ｋｇｆから６０ｋｇｆまで荷重をかけたときの荷重の増加分ΔＰ（２０ｋｇｆ）と、ΔＰによって生ずる伸びの増加分ΔＬの比ΔＰ／ΔＬ）から求めた。なお、試験片を作成した時に用いた含浸樹脂は、ＥＲＬ−４２２１（脂環式エポキシ樹脂、ダウケミカル日本社製）に、硬化剤としてアンカー１１１５（三フッ化ホウ素モノイソプロピルアミン錯体、ＰＴＩジャパン社製）を配合したエポキシ樹脂を用いた。
（４）容器本体
容量９リットルのアルミニウム製容器本体（全長５４０ｍｍ、胴部長さ４１５ｍｍ、胴部外径１６３ｍｍ、胴部の中央での肉厚３ｍｍ）を使用した。
【実施例１】  充填圧７０ＭＰａの圧力容器１を以下の手順で作製した。
図２Ａに示すように、強化繊維▲２▼に樹脂▲１▼を含浸させた強化繊維樹脂３を、Ｅｎｔｅｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ  Ｉｎｃ．社製のフィラメントワインディング機を用いて容器本体２に巻き付け、繊維強化樹脂層４を形成した。繊維強化樹脂層４は、内側から外側に向けて、周方向配向層３ａ／軸方向配向層３ｂ／周方向配向層３ａ／軸方向配向層３ｂ／周方向配向層３ａを有する５層構造とした。得られた中間体容器５の胴部の中央部で繊維強化樹脂層４の厚みを測定したところ、約１３ｍｍであった。
図２Ｂに示すように、中間体容器５を加熱炉９に入れ、炉内の温度を室温から１３５℃まで１℃／分で上昇させた。繊維強化樹脂層４の表面温度が１３５℃に到達したことを確認した後、１時間放置した。その後、炉内温度を１℃／分で６０℃まで降下させ、中間体容器５を加熱炉９から取り出して室温まで放冷した。繊維強化樹脂層４の重量は５６５３ｇであった。
図２Ｃに示すように、自緊処理装置１０（三菱レイヨン株式会社製）を用いて、中間体容器５を自緊処理圧力１２５ＭＰａで自緊処理し、容器本体２に圧縮応力を与え、圧力容器１を得た。自緊処理時の容器表面の周方向の歪は０．８１％であった。
得られた圧力容器１の破壊圧力（平均値）は１８４ＭＰａであった。この値は、充填圧の２．６倍に相当した。このときの破裂状態は、いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、圧力容器１が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数（平均値）は１１０７８回であった。
以上のように、実施例１の圧力容器１では、破裂特性、疲労特性において優れた結果が得られた。しかも、実施例１の圧力容器１では、繊維強化樹脂層の重量が５６５３ｇであることから軽量化も可能であった。
［比較例１］
充填圧７０ＭＰａの圧力容器を以下の手順で作製した。この比較例では、比較的伸度が大きい強化繊維を用いた。
強化繊維▲１▼に樹脂▲１▼を含浸させた強化繊維樹脂３からなる繊維強化樹脂層４を容器本体２上に形成し、中間体容器５を得た。繊維強化樹脂層４は、実施例１と同様の５層構造とした。中間体容器５の胴部の中央部で繊維強化樹脂層４の厚みを測定したところ、約１５ｍｍであった。
中間体容器５を、実施例１と同様にして加熱処理した。繊維強化樹脂層４の重量は６６４１ｇであった。
次いで、中間体容器５を、実施例１と同様にして自緊処理し、圧力容器を得た。自緊処理時の容器表面の周方向の歪は０．８１％であった。
圧力容器の破壊圧力は２３１ＭＰａであった。この値は、充填圧の３．３倍に相当した。このときの破裂状態は、いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、１０８１８回であった。
この圧力容器では、伸度が大きい強化繊維を使用して、破壊圧力／充填圧力を高めたが、疲労特性は高く保持されるものの、重量が大きくなってしまうことが確認された。
［比較例２］
充填圧７０ＭＰａの圧力容器を以下の手順で作製した。この比較例では、比較的伸度が小さい強化繊維を用いた。
強化繊維▲４▼に樹脂▲１▼を含浸させた強化繊維樹脂３からなる繊維強化樹脂層４を容器本体２上に形成し、中間体容器５を得た。
繊維強化樹脂層４は、実施例１と同様の５層構造とした。中間体容器５の胴部の中央部で繊維強化樹脂層４の厚みを測定したところ、約９ｍｍであった。
中間体容器５を、実施例１と同様にして加熱処理した。繊維強化樹脂層４の重量は４１２９ｇであった。
次いで、中間体容器５を、実施例１と同様にして自緊処理し、圧力容器を得た。自緊処理時の容器表面の周方向の歪は０．８１％であった。
圧力容器の破壊圧力は１４８ＭＰａであった。この値は、充填圧の２．１倍に相当した。破裂時には、胴部中央付近から容器が分割してしまった。
疲労特性試験の結果、圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、４７８３回であった。
この圧力容器では、伸度が小さい強化繊維を使用して軽量化を図ったが、破壊圧力が低くなり、破壊圧力／充填圧力が低下するとともに、疲労特性も劣化することが確認された。
【実施例２】  充填圧７０ＭＰａの圧力容器１を以下の手順で製造した。
強化繊維▲４▼に樹脂▲１▼を含浸させた強化繊維樹脂３を用いて、容器本体２上に周方向配向層３ａ／軸方向配向層３ｂ／周方向配向層３ａを順次形成した。
次いで、強化繊維▲４▼より伸度の大きい強化繊維▲３▼に樹脂▲１▼を含浸させた強化繊維樹脂３を用いて、上記周方向配向層３ａ上に軸方向配向層３ｂ／周方向配向層３ａを順次形成し、中間体容器５を得た。
この圧力容器１では、繊維強化樹脂層４が５層構造を有し、構成層のうち内側の３層に用いられている強化繊維のストランド弾性率が、外側の２層に用いられている強化繊維のストランド弾性率よりも大きくなっている。
中間体容器５の胴部の中央部で繊維強化樹脂層４の厚みを測定したところ、約１０．５ｍｍであった。
中間体容器５を、実施例１と同様にして加熱処理した。繊維強化樹脂層４の重量は４８６１ｇであった。
次いで、中間体容器５を、実施例１と同様にして自緊処理し、圧力容器を得た。自緊処理時の容器表面の周方向の歪は０．８１％であった。
圧力容器１の破壊圧力は１８８ＭＰａであった。この値は、充填圧の２．７倍に相当した。このときの破裂状態は、いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、圧力容器１が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、１０３２９回であった。
この圧力容器１では、破裂特性、疲労特性等において優れた結果が得られ、しかも軽量化が可能であった。
［比較例３］
充填圧７０ＭＰａの圧力容器を以下の手順で製造した。
強化繊維▲５▼に上記樹脂▲１▼を含浸させた強化繊維樹脂３を用いて、容器本体２上に繊維強化樹脂層４を形成し、中間体容器５を得た。
繊維強化樹脂層４は、実施例１と同様の５層構造とした。中間体容器５の胴部の中央部で繊維強化樹脂層４の厚みを測定したところ、約１６．５ｍｍであった。
中間体容器５を、実施例１と同様にして加熱処理した。繊維強化樹脂層４の重量は７３５５ｇであった。
次いで、中間体容器５を、実施例１と同様にして自緊処理し、圧力容器を得た。自緊処理時の容器表面の周方向の歪は０．８１％であった。
圧力容器の破壊圧力は２４７ＭＰａであった。この値は、充填圧の３．５倍に相当した。このときの破裂状態は、いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、１０８１８回であった。
この圧力容器では、破裂特性、疲労特性において良好な特性を有するものの、重量が極めて大きくなり、軽量化の点で望ましくないことが確認された。
［比較例４］
自緊処理圧力を１０５ＭＰａとしたこと以外は実施例１と同様にして、充填圧７０ＭＰａの圧力容器を作製した。繊維強化樹脂層４の重量は５６３１ｇであった。
自緊処理時の容器表面の周方向の歪は０．６８％であった。
また、破壊圧力は１８６ＭＰａであった。この値は、充填圧の２．７倍に相当した。このときの破裂状態は、いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、１０５５回であった。
自緊処理圧力を充填圧の５／３倍（７０×５／３＝１１７ＭＰａ）より低い値としたこの圧力容器では、疲労特性が著しく劣るものであった。
［比較例５］
自緊処理圧力を１４０ＭＰａとしたこと以外は実施例１と同様にして、充填圧７０ＭＰａの圧力容器を製造した。容器表面の周方向の歪は約０．９１％であった。繊維強化樹脂層４の重量は５６４７ｇであった。
また、破壊圧力は１８３ＭＰａであった。この値は、充填圧の２．６倍に相当した。このときの破裂状態は、いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、１６１２回であった。
この圧力容器は、自緊処理圧力を大きくした結果、無負荷状態での容器本体に掛かる圧縮応力が容器本体の材料の降伏点を超え、疲労特性が著しく劣るものとなった。
【実施例３】  強化繊維▲４▼に樹脂▲１▼を含浸させた強化繊維樹脂に代えてトウプリプレグ▲２▼を用い、強化繊維▲３▼に樹脂▲１▼を含浸させた強化繊維樹脂に代えてトウプリプレグ▲１▼を用いた以外は、実施例２と同様にして、充填圧７０ＭＰａの圧力容器を製造した。繊維強化樹脂層の重量は４６０８ｇであった。
自緊処理時の容器表面の周方向の歪は約０．８１％であった。
また、破壊圧力は１８７ＭＰａであった。この値は、充填圧の２．７倍に相当した。このときの破裂状態は、いずれも胴部中央付近に穴があくのみで容器が分割しない理想的な破裂の仕方であった。
疲労特性試験の結果、圧力容器が破裂するまでの圧力変動操作繰り返し数は、１０１８６回であった。
上記実施例および比較例の結果を表１に示す。
実施例１〜３の圧力容器は、破裂特性および疲労特性に優れ、軽量化が可能なものであり、しかも理想的な破裂状態を呈するものであった。
これに対して、破裂特性または疲労特性が良好な比較例の圧力容器では、軽量化の点に問題があった（比較例１、３）。一方、軽量化が図られた比較例の圧力容器では、破裂特性、疲労特性が劣るものであった（比較例２、４、５）。比較例２の圧力容器では、破裂状態も不良であった。
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【産業上の利用可能性】  以上説明したように、本発明の圧力容器およびその製造方法では、繊維強化樹脂層に自緊処理を行ったときの容器表面の周方向の歪を０．７％以上０．９％以下とし、かつ破壊圧力を充填圧力の２．２〜２．８倍としたので、疲労特性および破裂特性を向上させるとともに、軽量化が可能となる。
本発明の圧力容器は、高圧ガス用の貯蔵容器等に好適に用いられる。
なお、本発明は、その主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形実施することができる。前述の実施形態は単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。また、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。また、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
【図１】
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