(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクであって、
端部に曲面状のドーム部を有するライナーと、
前記ドーム部に配置された口金と、
前記ドーム部の表面上における前記ドーム部と前記口金との境界を覆う環状のシール部材と、
前記シール部材上および前記ライナー上にヘリカル巻きで巻回される繊維束と、
を備え、
前記シール部材は、前記シール部材の内周側から外周側へ向かって前記シール部材の厚みが漸増する傾斜部を有し、
前記繊維束の幅方向の中心の少なくとも一部は、前記傾斜部の外周側端部よりも前記シール部材の内周側上に位置する、タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
タンクに関し、特許文献１には、口金を有するライナーのドーム部上に繊維束をヘリカル巻で巻回する技術が開示されている。また、特許文献２には、曲面状のドーム部に開口部を有するタンクにおいて、開口部に口金を取付け、タンク表面上におけるタンクと口金との境界に樹脂系シール部材を塗布する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１１６５２７号
【特許文献２】特開２０１２−２２５３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術でも、特許文献２に開示された技術でも、タンクのドーム部に繊維束をヘリカル巻きする際に繊維束が滑ることが想定されていない。そのため、タンクのドーム部に繊維束をヘリカル巻きした場合に、ドーム部が曲面状のため、シール部材の厚みや形状によっては、繊維束がドーム部の径方向外側へずれるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、タンクが提供される。このタンクは、端部に曲面状のドーム部を有するライナーと；前記ドーム部に配置された口金と；前記ドーム部の表面上における前記ドーム部と前記口金との境界を覆う環状のシール部材と；前記シール部材上および前記ライナー上にヘリカル巻きで巻回される繊維束と；を備え、前記シール部材は、前記シール部材の内周側から外周側へ向かって前記シール部材の厚みが漸増する傾斜部を有し、前記繊維束の幅方向の中心の少なくとも一部は、前記傾斜部の外周側端部よりも前記シール部材の内周側上に位置する。このような形態のタンクによれば、繊維束が受けるタンクの径方向外側へ向かう力を傾斜部によって低減させることができるため、繊維束がタンクの径方向外側へずれることをシール部材が平坦な場合に比べて抑制できる。
【０００７】
本発明は、上述したタンクとしての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、タンクの製造方法や繊維束の巻回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】
【０００８】
【図１】第１実施形態におけるタンクを模式的に示す図である。
【図２】図１におけるＸ矢視図である。
【図３】図２における３−３断面を模式的に示す図である。
【図４】図２における３−３断面付近を模式的に示す斜視図である。
【図５】傾斜部がないタンクの断面を模式的に示す図である。
【図６】シール部材の断面形状の他の例を示す図である。
【図７】第２実施形態におけるタンクの断面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態におけるタンクを模式的に示す図である。図２は、図１におけるＸ矢視図である。タンク１は、ライナー１０と、繊維束２０と、口金３０と、シール部材４０と、を備える。タンク１は、高圧（７０ＭＰａ）の水素ガスを貯蔵する。タンク１は、一端に口金３０を有し、両端が曲面状に形成された円筒形状をなす。タンク１は、例えば長尺のタンクであり、タンク１の長さは１ｍから２ｍであり、タンク１の長さＬとタンク１の直径Ｄとの関係はＬ／Ｄ＞２である。なお、図１では繊維束２０についてはその一部を示している。
【００１０】
ライナー１０は、例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル等の熱可塑性樹脂によって形成されている。ライナー１０は、円筒形状であるストレート部１１と、ストレート部１１の両端に曲面状に形成された第１ドーム部１２および第２ドーム部１３と、を有する。第１ドーム部１２は、口金３０を挿入するための開口部１４が形成されている。開口部１４の内周は、口金３０の外形形状と対応するように歯車状に形成されている。開口部１４の内周が歯車状であると、繊維束２０の巻回時において、口金３０を把持してタンク１を回転させる際にライナー１０が空転してしまうことが抑制される。
【００１１】
口金３０は、例えば、アルミニウムやステンレススチール等の金属によって形成されている。口金３０の外形形状は、漏斗状であり、径が最も大きい大径部分の外形は歯車状をなしている。口金３０は、大径部分において第１ドーム部１２の開口部１４と嵌合している。口金３０には、軸中心に孔が形成されており、タンク１内の高圧ガスを減圧して取り出すためのバルブが孔に挿入される。
【００１２】
シール部材４０は、例えば、フッ素系、ニトリル系、シリコン系、ウレタン系等の樹脂によって形成されている。樹脂は、弾性を有することが好ましい。シール部材４０の摩擦係数は、第１ドーム部１２および口金３０の摩擦係数よりも大きい。シール部材４０は、第１ドーム部１２の表面上における第１ドーム部１２と口金３０との境界５０を覆うように境界５０上に接着されており、境界５０からガスが漏れ出ることを抑制している。図２に示すようにシール部材４０は、環状であり、シール部材４０の内周側端部は口金３０上に位置し、シール部材４０の外周側端部は第１ドーム部１２上に位置する。
【００１３】
繊維束２０は、例えば、ガラス繊維や炭素繊維を１００００〜４００００本程度束ね、エポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸させることによって形成されている。本実施形態では、繊維束２０は、シール部材４０およびライナー１０上にヘリカル巻きで巻回される。具体的には、繊維束２０は、タンク１の中心軸Ｏに対して０〜３０度の巻回角度で第１ドーム部１２および第２ドーム部１３を含む範囲に低角度ヘリカル巻きによって巻回される。図２に示すように、繊維束２０の幅方向の中心の少なくとも一部は、シール部材４０および傾斜部４２の外周側端部であるシール部材４０の頂点４１（詳細は後述）を横断するように巻回される。また、繊維束２０は、タンク１の中心軸Ｏに対して８０〜９０度の巻回角度でストレート部１１を周方向へ巻回するフープ巻きによって巻回される。なお、繊維束２０は、複数の繊維に熱硬化性樹脂を予め含浸させて、半硬化もしくは乾燥させたプリプレグであってもよい。
【００１４】
図３は、図２における３−３断面を模式的に示す図である。図４は、図２における３−３断面付近を模式的に示す斜視図である。３−３断面は、タンク１の中心軸Ｏと、繊維束２０がタンク１の中心軸Ｏに最近接する地点と、を通る断面である。なお、図３、図４は、タンク１の中心軸Ｏに最近接する繊維束２０を１本のみ示している。
【００１５】
第１ドーム部１２には、口金３０が嵌合する部分に凹部１５が形成されている。口金３０は、第１ドーム部１２の表面上における第１ドーム部１２と口金３０との境界５０において段差がないように凹部１５に嵌合している。
【００１６】
シール部材４０は、シール部材４０の内周側（図３における下方）の端部から外周側（図３における上方）へ向かって厚みが漸増し、その後増加割合が緩やかとなり、シール部材４０の頂点４１で厚みが最大となる傾斜部４２を有している。シール部材４０の厚みは、傾斜部４２から外周側へ向かって緩やかに漸減し、その後減少割合が増加する。つまり、本実施形態のシール部材４０の断面形状は、短辺が円弧状である略台形状となる。また、シール部材４０の頂点４１は、第１ドーム部１２をタンク１の中心軸Ｏ方向から見たときに、第１ドーム部１２と口金３０との境界５０付近に対応するように円形に配置されている（図２参照）。なお、シール部材４０の最大厚みは数ｍｍ程度である。この場合において、繊維束２０の幅方向の中心の少なくとも一部は、傾斜部４２の外周側端部であるシール部材４０の頂点４１よりもシール部材４０の内周側上に位置する。
【００１７】
次に、図５と図３を用いて本実施形態の利点を説明する。図５は、傾斜部がないタンクの断面を模式的に示した説明図である。繊維束２０には、ヘリカル巻きの巻回張力Ｔ１が加えられている。巻回張力Ｔ１は、繊維束２０と口金３０との接触部においてタンク１の径方向外側へと滑る力Ｔ２と接触部に垂直な力Ｔ３とに分解できる。つまり、繊維束２０はタンク１の径方向外側へと滑る力Ｔ２を受けている。そのため、繊維束２０はタンク１の径方向外側へと滑るおそれがある。
【００１８】
一方、図３で示すように、本実施形態では、繊維束２０はシール部材４０の傾斜部４２上に配置されている。そのため、傾斜部４２がない場合と比べて、繊維束２０の接触部において繊維束２０が受けるタンク１の径方向外側へと滑る力Ｔ２が、傾斜部４２によって低減されている。従って、本実施形態によれば、繊維束２０がタンク１の径方向外側へずれることを抑制できる。なお、繊維束２０の接触部における繊維束２０が受ける力が接触部に対して垂直に近いほど、繊維束２０がタンク１の径方向外側へずれることをより抑制することが可能である。
【００１９】
図６は、シール部材の断面形状の他の例を示す図である。本実施形態では、シール部材４０の断面形状は短辺に円弧を有する略台形状であったが、例えば、図６で示すように、シール部材の断面形状は円弧状であってもよい。
【００２０】
Ｂ．第２実施形態
図７は、第２実施形態におけるタンクの断面図を模式的に示す図である。図７は、タンク１の中心軸Ｏと、繊維束２０がタンク１の中心軸Ｏに最近接する地点と、を通る断面を示す。図７において、第１実施形態の説明に用いたものと同じ符号により示される各構成要素については、第１実施形態における各構成要素と実質的に同一なものを示すものとする。第２実施形態においては、シール部材４０ａの断面形状が、円弧を有した略台形状ではなく、三角形である。具体的には、シール部材４０ａの厚みは、シール部材４０ａの内周側端部からシール部材４０ａの頂点４１ａまで漸増し、その後シール部材４０ａの外周側端部まで漸減する。繊維束２０の幅方向の中心の少なくとも一部は、シール部材４０ａの内周側端部からシール部材４０ａの頂点４１ａまでの間に形成された傾斜部４２ａ上に位置する。つまり、繊維束２０の幅方向の中心の少なくとも一部は、傾斜部４２ａの外周側端部であるシール部材４０ａの頂点４１ａよりもシール部材４０ａの内周側上に位置する。また、シール部材４０の頂点４１はシール部材４０の断面の中央より第１ドーム部１２寄りに位置する。そのため、断面における傾斜部４２ａの表面部分の長さは、傾斜部４２ａ以外の表面部分の長さより大きい。これらのことから、傾斜部４２ａは、第１実施形態の傾斜部４２よりも平面となる表面部分の面積が広くなっている。これにより、繊維束２０の幅が広い場合でも、繊維束２０を傾斜部４２上に安定して配置することができ、繊維束２０がタンク１の径方向の外側へずれることを抑制できる。
【００２１】
Ｃ．変形例
＜変形例１＞
上記実施形態では、繊維束２０は、第１ドーム部１２およびシール部材４０上に巻回される例を示したが、シール部材４０が接着されていない口金３０上の部分を含んで巻回されてもよい。
【００２２】
＜変形例２＞
上記実施形態では、タンク１に充填されるガスは水素であったが、ガスは水素に限られず、メタン、ＣＮＧ、窒素等を充填することも可能である。また、タンク１に充填されるものは液体水素等の液体であってもよい。また、上記実施形態では、タンク１に充填されるガスは高圧であったが、充填されるガスは低圧であってもよい。
【００２３】
＜変形例３＞
上記実施形態では、繊維束２０は、低角度ヘリカルで第１ドーム部１２および第２ドーム部１３に巻回される例を示したが、ヘリカル巻きの巻回角度はこれに限られない。繊維束２０は、タンク１の中心軸Ｏに対して３０〜７０度の巻回角度で巻回する中角度ヘリカル巻きおよび７０〜８０度の巻回角度で巻回する高角度ヘリカル巻きで第１ドーム部１２および第２ドーム部１３に巻回されていてもよい。
【００２４】
＜変形例４＞
上記実施形態では、シール部材４０における傾斜部４２は、シール部材４０の内周側端部から形成されていたが、これに限られない。シール部材４０の内周側端部から外周側へ一定の範囲はシール部材４０の厚みが一定で、その後シール部材４０の厚みが増加して傾斜部が形成されてもよい。
【００２５】
＜変形例５＞
上記実施形態では、ライナー１０の開口部１４と嵌合する口金３０の大径部分の外形は歯車状であったが、大径部分の外形はこれに限られない。大径部分の外形は、多角形や楕円、円形であってもよい。
【００２６】
本発明は、上述の実施形態や変形例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あるいは変形例中の技術的特徴は、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】
【００２７】
１…タンク
１０…ライナー
１１…ストレート部
１２…第１ドーム部
１３…第２ドーム部
１４…開口部
１５…凹部
２０…繊維束
３０…口金
４０、４０ａ…シール部材
４１、４１ａ…シール部材の頂点
４２、４２ａ…傾斜部
５０…境界
Ｏ…タンクの中心軸
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３…張力
【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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