(57)【要約】【課題】  円筒部及びドーム部を有し、これらの外周に繊維束が巻き付けられて繊維強化複合材製の外殻が形成される耐圧容器用ライナにおいて、繊維束の巻付状態を、強度上理想的な状態に近付けることにより、耐圧容器の強度低下を阻止する。【解決手段】  円筒部１１と、この円筒部１１の両端に連設されたドーム部１２と、を備え、これら円筒部１１及びドーム部１２の外周に繊維束が巻き付けられて繊維強化複合材製の外殻が形成される耐圧容器用ライナ１０であって、円筒部１１の外径がドーム部１２との接合部において最大とされる。また、ドーム部１２の頂部には、軸方向外方に突出する小径円筒状の口金取付部１３が形成され、この口金取付部１３の根元部が略軸方向内方に凹まされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部と、この円筒部の両端に連設されたドーム部と、を備え、これら円筒部及びドーム部の外周に繊維束が巻き付けられて繊維強化複合材製の外殻が形成される耐圧容器用ライナであって、
前記円筒部の外径が前記ドーム部との接合部において最大とされることを特徴とする耐圧容器用ライナ。
【請求項２】
円筒部と、この円筒部の両端に連設されたドーム部と、を備え、前記円筒部及び前記ドーム部の外周に繊維束が巻き付けられて繊維強化複合材製の外殻が形成される耐圧容器用ライナであって、
前記ドーム部は、
その頂部から軸方向外方に突出するように形成された小径円筒状の口金取付部を有するとともに、前記口金取付部の根元部が略軸方向内方に凹まされてなることを特徴とする耐圧容器用ライナ。
【請求項３】
前記ドーム部は、
その頂部から軸方向外方に突出するように形成された小径円筒状の口金取付部を有するとともに、前記口金取付部の根元部が略軸方向内方に凹まされてなることを特徴とする請求項１に記載の耐圧容器用ライナ。
【請求項４】
円筒部と、この円筒部の両端に連設されたドーム部と、を備え、これら円筒部及びドーム部の外周に繊維束が巻き付けられて繊維強化複合材製の外殻が形成される耐圧容器用ライナであって、
前記ドーム部は、
その外周に前記繊維束が巻き付けられて形成された繊維層に引張り荷重のみが生じるように決定された曲面を有することを特徴とする耐圧容器用ライナ。
【請求項５】
前記ドーム部は、
その外周に前記繊維束が巻き付けられて形成された繊維層に引張り荷重のみが生じるように決定された曲面を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の耐圧容器用ライナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐圧容器用ライナに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）やＣＨＧ（Compressed Hydrogen Gas）等の加圧ガスや低温ガスを貯蔵・輸送するための耐圧容器が実用化されている。従来は、高強度でガスバリア性に優れる金属製の耐圧容器が主流であったが、金属製の耐圧容器は重量が大きいため、軽量化が求められる自動車や宇宙航行体の燃料タンクに適用することが困難であった。このため、近年においては、円筒状のライナの外周に繊維強化複合材（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）製の外殻を形成してなる比較的軽量のＦＲＰ外装耐圧容器が提案されている。
【０００３】
かかるＦＲＰ外装耐圧容器を構成するライナは、円筒部と、この円筒部の両端に連設されたドーム部と、を有している。そして、各ドーム部の頂部には、ライナの軸方向外方に突出するように形成された小径円筒状の口金取付部が形成されており、この口金取付部に金属製の口金が取り付けられることとなる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−２３１９９８号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ライナの外周にＦＲＰ製の外殻を形成する際には、炭素繊維等からなる繊維束をライナの外周に巻き付けて繊維層を形成する。この際、ライナの軸方向に近い方向に繊維束を配向させて巻く「ヘリカル巻き」と、ライナの周方向に繊維束を配向させて巻く「フープ巻き」と、を交互に施すことにより、繊維束をライナに巻き付けている。なお、ヘリカル巻きはライナ全体（円筒部及びドーム部）に繊維束を巻き付ける際に使用され、フープ巻きはライナの円筒部のみに繊維束を巻き付ける際に使用される。
【０００５】
従来のライナ１００（図２（ｂ）参照）においては、円筒部１１０とドーム部１２０とが滑らかに連設されているが、フープ巻きは円筒部１１０にのみ施されるため、ヘリカル巻きによって形成された繊維層２００と、フープ巻きによって形成された繊維層３００と、によって円筒部１１０とドーム部１２０との境界部分に段差が生じてしまう。この結果、円筒部１１０とドーム部１２０との境界部分に応力集中が生じて強度が低下してしまう。また、従来のライナ１００の円筒部１１０とドーム部１２０との境界部分にはフープ巻きを施し難いため、この境界部分の繊維層が薄くなり（図２（ｂ）参照）、この点からも強度が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
また、従来のライナ１００においては、口金取付部１３０に口金４００が取り付けられるため、口金取付部１３０の根元付近が隆起することとなる（図３（ｂ）参照）。その上、ドーム部１２０にヘリカル巻きを施して繊維層２００を形成する際に、口金取付部１３０の根元付近に繊維束が集中し、その部分の繊維層２００が厚くなってしまう。この結果、繊維束の配向方向が理想的な方向からずれてしまうため、充分な強度が得られなくなる場合がある。また、従来のライナのドーム部は曲面を有するため、その外周に形成される繊維層の厚さや、この繊維層に含まれる繊維束の配向方向が位置によって異なるため、ドーム部上の繊維層の強度が充分でないという問題があった。
【０００７】
本発明の課題は、円筒部及びドーム部を有し、これらの外周に繊維束が巻き付けられて繊維強化複合材製の外殻が形成される耐圧容器用ライナにおいて、繊維束の巻付状態を、強度上理想的な状態に近付けることにより、耐圧容器の強度低下を阻止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、円筒部と、この円筒部の両端に連設されたドーム部と、を備え、これら円筒部及びドーム部の外周に繊維束が巻き付けられて繊維強化複合材製の外殻が形成される耐圧容器用ライナであって、前記円筒部の外径が前記ドーム部との接合部において最大とされることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、円筒部の外径がドーム部との接合部において最大とされるので、ヘリカル巻きによって形成された繊維層と、フープ巻きによって形成された繊維層と、によって円筒部とドーム部との境界部分に生じる段差を小さくすることができる。従って、円筒部とドーム部との境界部分に応力集中が生じて、耐圧容器の強度が低下するのを阻止することができる。また、円筒部の外径がドーム部との接合部において最大とされるので、円筒部の外周に充分にフープ巻きを施すことができる。従って、この点からも、強度低下を阻止することが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、円筒部と、この円筒部の両端に連設されたドーム部と、を備え、前記円筒部及び前記ドーム部の外周に繊維束が巻き付けられて繊維強化複合材製の外殻が形成される耐圧容器用ライナであって、前記ドーム部は、その頂部から軸方向外方に突出するように形成された小径円筒状の口金取付部を有するとともに、前記口金取付部の根元部が略軸方向内方に凹まされてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、ドーム部は、その頂部から軸方向外方に突出するように形成された小径円筒状の口金取付部を有するとともに、口金取付部の根元部が略軸方向内方に凹まされているので、この凹まされた部分に口金を嵌め込むことができ、口金取付部の根元付近を略平滑にすることができる。従って、ドーム部にヘリカル巻きを施す際に、繊維束の配向方向を理想的な方向に近付けることができるので、耐圧容器の強度低下を阻止することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の耐圧容器用ライナにおいて、前記ドーム部は、その頂部から軸方向外方に突出するように形成された小径円筒状の口金取付部を有するとともに、前記口金取付部の根元部が略軸方向内方に凹まされてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、円筒部と、この円筒部の両端に連設されたドーム部と、を備え、これら円筒部及びドーム部の外周に繊維束が巻き付けられて繊維強化複合材製の外殻が形成される耐圧容器用ライナであって、前記ドーム部は、その外周に前記繊維束が巻き付けられて形成された繊維層に引張り荷重のみが生じるように決定された曲面を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、ドーム部は、その外周に繊維束が巻き付けられて形成された繊維層に引張り荷重のみが生じるように決定された曲面を有しているため、ドーム部上の繊維層に発生する歪みを均一にすることができる。従って、ドーム部の強度を向上させることができ、ひいては、耐圧容器の強度を向上させることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の耐圧容器用ライナにおいて、前記ドーム部は、その外周に前記繊維束が巻き付けられて形成された繊維層に引張り荷重のみが生じるように決定された曲面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、円筒部とドーム部との境界部分や口金取付部の根元部やドーム部における繊維束の巻付状態を、強度上理想的な状態に近付けることにより、耐圧容器の強度低下を阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態に係るライナ１０は、数１００気圧の気体を充填可能な耐圧容器の一部となるものであり、ガスバリア性に優れるとともに寸法安定性・耐薬品性に優れる液晶樹脂を用いてブロー成形法により成形されている。
【００１８】
まず、本実施の形態に係るライナ１０の構成について説明する。ライナ１０は、図１に示すように、円筒部１１と、この円筒部１１の両端に形成されたドーム部１２と、を有している。
【００１９】
円筒部１１の直径は、図１に示すようにドーム部１２の最大直径よりも小さく設定されている。そして、円筒部１１は、図２（ａ）に示すように、ドーム部１２に近付くに従って漸次拡大されたテーパ部１４を介してドーム部１２に接合されている。すなわち、円筒部１１とドーム部１２との境界を除き、円筒部１１の直径がドーム部１２の直径よりも小さく設定されている。そして、この境界において、円筒部１１の直径及びドーム部１２の直径が最大とされている。
【００２０】
ドーム部１２の頂部には、図１に示すように、ライナ１０の軸方向外方に突出するように小径円筒状の口金取付部１３が形成されている。そして、この口金取付部１３の根元部には、図３（ａ）に示すように、略軸方向内方に凹まされた凹部１５が形成されている。
【００２１】
凹部１５の形状は、口金取付部１３に取り付けられる金属製の口金４０の形状に合わせて決定される。例えば、円筒状のボス部４１と、このボス部４１に連設されたフランジ部４２と、を有する口金４０（図３（ａ）参照）を採用する場合には、口金４０のフランジ部４２の形状に合わせて凹部１５を形成するようにする。このように凹部１５を形成することにより、口金４０のフランジ部４２の上面と、ドーム部１２の表面と、で略平滑面を形成することができる。
【００２２】
また、本実施の形態においては、ライナ１０のドーム部１２に特定の曲面形状を採用している。この曲面形状は、ドーム部１２の外周に炭素繊維等からなる繊維束を巻き付けてヘリカル繊維層２０（図３（ａ）参照）を形成した際に、このヘリカル繊維層２０に曲げ荷重がほとんど生じず引張り荷重のみが生じるような曲面形状である（図４参照）。本実施の形態においては、かかる曲面形状の決定のために、ヘリカル繊維層２０の厚さや繊維束の配向方向を考慮して網目理論を使用した。
【００２３】
次に、本実施の形態に係るライナ１０に繊維束を巻き付けて繊維層を形成し、この繊維層に樹脂を含浸させ硬化させて耐圧容器を製造する方法について説明する。
【００２４】
まず、炭素繊維等からなる繊維束を、ライナ１０の円筒部１１の周方向に配向させて巻き付ける（すなわちフープ巻きを施す）ことにより、円筒部１１の外周にフープ繊維層３０を形成する（図２（ａ）参照）。この際、フープ繊維層３０の厚さを合わせた円筒部１１の外径（最外径）が、ドーム部１２の最大径に略等しくなるまでフープ巻きを施すようにする。
【００２５】
次いで、前記した繊維束をライナ１０の軸方向に近い方向に配向させて巻き付ける（すなわちヘリカル巻きを施す）ことにより、ライナ１０の円筒部１１に形成されたフープ繊維層３０及びドーム１２の外周にヘリカル繊維層２０を形成する（図２（ａ）、図３（ａ）参照）。
【００２６】
次いで、再びフープ巻きを施すことにより、ライナ１０の円筒部１１に形成されたヘリカル繊維層２０の外周にフープ繊維層３０を形成する（図２（ａ）参照）。この際、ヘリカル繊維層２０の内側のフープ繊維層３０の厚さと、ヘリカル繊維層２０の外側のフープ繊維層３０の厚さと、を略同一にする。
【００２７】
続いて、前記したヘリカル繊維層２０及びフープ繊維層３０に、樹脂を含浸させ、この樹脂を硬化させて、繊維強化複合材製の外殻を形成する。以上の工程群を経ることにより、耐圧容器が得られる。
【００２８】
以上説明した実施の形態に係るライナ１０においては、円筒部１１の外径がドーム部１２との接合部において最大とされるので、ヘリカル繊維層２０とフープ繊維層３０とによって円筒部１１とドーム部１２との境界部分に生じる段差をなくすことができる（図２（ａ）参照）。従って、円筒部１１とドーム部１２との境界部分に応力集中が生じるのを抑制することができるので、耐圧容器の強度低下を阻止することができる。
【００２９】
また、以上説明した実施の形態に係るライナ１０においては、円筒部１１の外径がドーム部１２との接合部において最大とされるので、円筒部１１の外周に充分にフープ巻きを施すことができる（図２（ａ）参照）。従って、この点からも、強度低下を阻止することが可能となる。
【００３０】
また、以上説明した実施の形態に係るライナ１０のドーム部１２は、その頂部から軸方向外方に突出するように形成された小径円筒状の口金取付部１３を有するとともに、口金取付部１３の根元部が略軸方向内方に凹まされているので、この凹まされた部分（凹部１５）に口金４０を嵌め込むことができ、口金取付部１３の根元付近を略平滑にすることができる。従って、ドーム部１２にヘリカル巻きを施す際に、繊維束の配向方向を理想的な方向に近付けることができるので、耐圧容器の強度低下を阻止することができる。
【００３１】
また、以上説明した実施の形態に係るライナ１０のドーム部１２は、その外周に形成された繊維層（ヘリカル繊維層２０）に引張り荷重のみが生じるように決定された曲面を有しているため、ヘリカル繊維層２０に発生する歪みを均一にすることができる。従って、ドーム部１２の強度を向上させることができ、ひいては、耐圧容器の強度を向上させることができる。
【００３２】
なお、以上の実施の形態においては、液晶樹脂を用いてライナ１０を調製した例を示したが、ライナ１０の材料は液晶樹脂に限られるものではない。例えば、高密度ポリエチレン等のガスバリア性を有する他の合成樹脂やアルミニウム合金等の金属材料を用いてライナ１０を調製することもできる。また、以上の実施の形態においては、ブロー成形法によりライナ１０を成形した例を示したが、射出成形法等を採用してライナ１０を成形することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係るライナの形状を説明するための断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示したライナの円筒部とドーム部との境界部分を示す拡大図であり、（ｂ）は従来のライナの円筒部とドーム部との境界部分を示す拡大図である。
【図３】（ａ）は図１に示したライナの口金取付部に口金を取り付け繊維束を巻き付けた状態を示す説明図であり、（ｂ）は従来のライナの口金取付部に口金を取り付け繊維束を巻き付けた状態を示す説明図である。
【図４】図１に示したライナのドーム部の曲面形状を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０      ライナ
１１      円筒部
１２      ドーム部
１３      口金取付部
２０      ヘリカル繊維層
【図１】
2005113971.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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