(57)【要約】    【課題】  複合圧力容器のプラグ部分の突出量を抑制し、又複合圧力容器をプラグを装着したままで落下させたとしても、プラグ部分から局部的な衝撃力が伝達されない様にし、落下によりライナが損傷することを防止する。    【解決手段】  両端部にボス部４，５が形成された金属製のライナ２と、該ライナの外層に繊維強化プラスチック層３が形成され、一方のボス部５がプラグ８によって封止される複合圧力容器１であって、前記プラグのフランジ８ａの外径が前記ボス部の外径より大きく、前記プラグの前記フランジの前記ボス部より張出した部分が前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層に当接する。    【選択図】          図１
2009162295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部にボス部が形成された金属製のライナと、該ライナの外層に繊維強化プラスチック層が形成され、一方のボス部がプラグによって封止される複合圧力容器であって、前記プラグのフランジの外径が前記ボス部の外径より大きく、前記プラグの前記フランジの前記ボス部より張出した部分が前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層に当接することを特徴とする複合圧力容器。
【請求項２】
前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層の上面が前記ボス部の上面と面一に形成された請求項１の複合圧力容器。
【請求項３】
前記プラグの前記フランジの前記ボス部より張出した部分がスペーサを介して前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層に当接する請求項１の複合圧力容器。
【請求項４】
両端部にボス部が形成されたライナの前記ボス部に継手部を介してライナ支持軸を連結する工程と、前記ライナの外周に合成樹脂を含浸した強化繊維を巻設する工程と、異なる外径を有する複数の前記継手部を外径の小さいものから大きいものに交換しつつ前記ボス部の周囲に合成樹脂を含浸した強化繊維を巻設する工程と、合成樹脂を硬化させ、前記ライナの外周に繊維強化プラスチック層を形成すると共に前記ボス部の周囲に広がり、該ボス部と面一、或は略面一の周囲部分を形成する工程とを具備することを特徴とする複合圧力容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄肉の金属製ライナを繊維強化プラスチック層で強化した複合圧力容器及び複合圧力容器の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃料として圧縮天然ガスが用いられ、或は自動車の動力源として燃料電池が用いられており、圧縮天然ガスを収納するタンク、燃料電池の燃料を収納するタンクとして複合圧力容器が用いられる。複合圧力容器は、薄肉の金属製ライナを繊維強化プラスチック層で強化した構造を有し、高強度、軽量、低コストであるという利点を有している。
【０００３】
従来の複合圧力容器について図５により説明する。
【０００４】
図５中、１は複合圧力容器、２は金属製、例えばアルミ製のライナであり、該ライナ２の外側には繊維強化プラスチック層３が形成された２層構造となっている。
【０００５】
前記ライナ２は薄肉板厚の円筒体の両端部を絞り加工、例えばスピニングで加工した円筒形状をしており、前記ライナ２の外面に合成樹脂を含浸した強化繊維が張力を付加した状態で巻設され、前記繊維強化プラスチック層３が形成される。
【０００６】
前記強化繊維に付加する張力は、前記強化繊維の巻設によって前記ライナ２全面に於いて中心方向の予圧が生じる様になっており、前記強化繊維の巻設方向は胴部（円筒部）では円周に沿った方向であり、又端部では前記強化繊維の作用力が接触面に概ね垂直となる方向、例えば図５中、Ａ方向に巻設する。
【０００７】
前記ライナ２の両端部は絞り加工で成形される為、両端中心部には小径円筒形のボス部４，５が形成される。一方のボス部４には容器弁６が設けられ、該容器弁６を介して図示しない配管に接続される。又他方のボス部５にはプラグ７が螺着され、該プラグ７によって前記ボス部５が気密に封止される。前記プラグ７の螺着作業には、例えばスパナ等が用いられ、この為前記プラグ７の頭は６角形状となっており、又厚み（高さ）もスパナが掛る様な厚みとなっている。
【０００８】
前記複合圧力容器１に於いて、端部には内圧により曲げモーメントが発生する為、或は落下時に衝撃力が作用する為、前記ボス部４，５の基部の屈曲部位は充分な強度を有する様に板厚ｔ２が厚肉となっており、更に前記繊維強化プラスチック層３の端部部分は肉厚に成形される。又、前記ボス部５には前記プラグ７がスパナ等の工具により螺着される為、該プラグ７の頭は完全に露出している必要があり、前記ボス部５の軸長の長さはＬ２であり、該ボス部５の先端は前記繊維強化プラスチック層３より突出した様になっている。
【０００９】
この為、前記繊維強化プラスチック層３の表面から前記ボス部５の先端が突出し、更に前記プラグ７の頭が突出するので、突出量が大きくなり、前記複合圧力容器１を設置する場合の障害になる場合がある。
【００１０】
又、前記複合圧力容器１の設計確認試験の１つとして、前記プラグ７を装着したままでの落下試験を行うことがあるが、落下時に該プラグ７が直接接地する様な落下状態では、衝撃力が該プラグ７を介して前記ボス部５に作用する。
【００１１】
図６は、複合圧力容器１が前記プラグ７から落下した場合の衝撃力の伝達状態を示しており、前記ボス部５に伝達された衝撃力によって該ボス部５の基部の屈曲部位又は近傍に大きな剪断力Ｓが発生する。この為、前記ボス部５、或は該ボス部５の近傍の部位が損傷する虞れがあり、更に損傷を防止する為に、屈曲部位は板厚ｔ２の肉厚を更に厚くしなければならず、容器の重量の増大の要因の１つとなっていた。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１９４３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は斯かる実情に鑑み、複合圧力容器のプラグ部分の突出量を抑制し、又複合圧力容器をプラグを装着したままで落下させたとしても、プラグ部分から局部的な衝撃力が伝達されない様にし、落下によりライナが損傷することを防止するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、両端部にボス部が形成された金属製のライナと、該ライナの外層に繊維強化プラスチック層が形成され、一方のボス部がプラグによって封止される複合圧力容器であって、前記プラグのフランジの外径が前記ボス部の外径より大きく、前記プラグの前記フランジの前記ボス部より張出した部分が前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層に当接する複合圧力容器に係るものである。
【００１５】
又本発明は、前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層の上面が前記ボス部の上面と面一に形成された複合圧力容器に係り、又前記プラグの前記フランジの前記ボス部より張出した部分がスペーサを介して前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層に当接する複合圧力容器に係るものである。
【００１６】
又本発明は、両端部にボス部が形成されたライナの前記ボス部に継手部を介してライナ支持軸を連結する工程と、前記ライナの外周に合成樹脂を含浸した強化繊維を巻設する工程と、異なる外径を有する複数の前記継手部を外径の小さいものから大きいものに交換しつつ前記ボス部の周囲に合成樹脂を含浸した強化繊維を巻設する工程と、合成樹脂を硬化させ、前記ライナの外周に繊維強化プラスチック層を形成すると共に前記ボス部の周囲に広がり、該ボス部と面一、或は略面一の周囲部分を形成する工程とを具備する複合圧力容器の製造方法に係るものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、両端部にボス部が形成された金属製のライナと、該ライナの外層に繊維強化プラスチック層が形成され、一方のボス部がプラグによって封止される複合圧力容器であって、前記プラグのフランジの外径が前記ボス部の外径より大きく、前記プラグの前記フランジの前記ボス部より張出した部分が前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層に当接するので、複合圧力容器が前記プラグから落下した場合に、衝撃力は前記ボス部及び該ボス部周囲の前記繊維強化プラスチック層に分散される為、大きな衝撃力が前記ボス部に作用せず、複合圧力容器の落下による破損を防止でき、前記ボス部の基部の板厚を薄くでき複合圧力容器の軽量化が図れる。
【００１８】
本発明によれば、前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層の上面が前記ボス部の上面と面一に形成されたので、又前記プラグの前記フランジの前記ボス部より張出した部分がスペーサを介して前記ボス部の周囲に形成される前記繊維強化プラスチック層に当接するので、前記プラグに作用した衝撃力は該プラグのフランジを介して前記繊維強化プラスチック層に伝達され、衝撃力が前記ボス部、前記ライナに分散される。
【００１９】
又本発明によれば、両端部にボス部が形成されたライナの前記ボス部に継手部を介してライナ支持軸を連結する工程と、前記ライナの外周に合成樹脂を含浸した強化繊維を巻設する工程と、異なる外径を有する複数の前記継手部を外径の小さいものから大きいものに交換しつつ前記ボス部の周囲に合成樹脂を含浸した強化繊維を巻設する工程と、合成樹脂を硬化させ、前記ライナの外周に繊維強化プラスチック層を形成すると共に前記ボス部の周囲に広がり、該ボス部と面一、或は略面一の周囲部分を形成する工程とを具備するので、ボス部に作用する衝撃力を緩和する複合圧力容器端部を既存の設備により容易に形成することができる等の優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る複合圧力容器１を示しており、図１中、図５中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００２２】
金属製、例えばアルミ製の円筒体の両端部を絞り加工し、該両端部がボス部４、ボス部５を残して閉塞された中空筒体であるライナ２が形成される。前記ボス部４には容器弁６（図５参照）が取付けられる。
【００２３】
前記ボス部５の内部には螺子が刻設され、前記ボス部５にはプラグ８が気密に螺着される。前記ボス部５の軸長の長さＬ１は、前記プラグ８の螺子部の長さと同一、或は略同一の長さとなっている。
【００２４】
又、前記プラグ８には前記ボス部５の外径より大きな径を有するフランジ８ａが形成され、該フランジ８ａの形状は、図２に見られる様に円形となっており、前記ボス部５を気密に閉塞する為に必要な厚みとなっている。前記フランジ８ａの中心には、工具が嵌合する為の穴、例えば六角穴９が形成され、前記プラグ８を前記ボス部５に螺着する場合は、前記六角穴９に六角レンチを挿入してプラグ８を回転する様になっている。
【００２５】
前記ライナ２の外面に合成樹脂を含浸した強化繊維が張力を付加した状態で巻設され、繊維強化プラスチック層３が形成される。前記強化繊維の巻設は、胴部（円筒部）では円周に沿った方向であり、又端部では強化繊維の作用力が接触面に垂直となる方向である（図５中、Ａ方向参照）。
【００２６】
本実施の形態では、前記繊維強化プラスチック層３の端部には、前記ボス部５の周囲に広がる周囲部分３ａが形成され、該周囲部分３ａの上面は平らに形成され、前記ボス部５の上面と面一になっている。従って、前記プラグ８を螺着した状態では、前記フランジ８ａは前記ボス部５の上面に当接すると共に、前記フランジ８ａの前記ボス部５から張出した部分は前記周囲部分３ａの上面に当接する。
【００２７】
尚、前記フランジ８ａの外径は前記ボス部５の外径に対して２０％〜４０％大きくする。
【００２８】
図３は、前記プラグ８が前記ボス部５と前記周囲部分３ａに掛渡って当接した場合の複合圧力容器１を示し、該複合圧力容器１が前記プラグ８から落下した場合の衝撃力の伝達状態を示している。
【００２９】
前記プラグ８に作用した衝撃力の一部は、前記ボス部５よりライナ２に伝達され、前記プラグ８に作用した衝撃力の一部は、前記フランジ８ａから前記周囲部分３ａに伝達され、該周囲部分３ａから更に前記繊維強化プラスチック層３に広がって伝達される。
【００３０】
従って、前記ライナ２の前記ボス部５の基部の屈曲部位又は近傍に大きな剪断力Ｓは発生せず、局部的に大きな応力が発生することもない。この為、前記ボス部５の基部の屈曲部の肉厚は、落下に対して高強度とする必要がなく、板厚ｔ１は図５で示した複合圧力容器１の板厚ｔ２より小さくすることができる。従って、容器重量の軽量化が図れる。
【００３１】
又、前記ボス部５の軸長Ｌ１は前記プラグ８の螺子部の長さだけあればよく、該フランジ８ａをスパナ等で回す必要がないのでフランジ８ａの厚みを小さくでき、従って、前記ボス部５部分の突出量を小さくできる。
【００３２】
尚、周囲部分３ａの上面を前記ボス部５の上面より低く成形してもよい。この場合、前記周囲部分３ａとフランジ８ａとの間には隙間が生じるので、スペーサ等を介在させ、実質的に前記フランジ８ａが前記ボス部５の上面と、前記周囲部分３ａの上面に同時に当接する様にする。
【００３３】
次に、前記ボス部５周辺部の周囲部分３ａの形成について、図４を参照して説明する。
【００３４】
図４は、前記ライナ２の周囲に繊維強化プラスチック層３を形成する、繊維強化プラスチック層形成装置１０の一部を示している。尚、繊維強化プラスチック層形成装置としては後述するライナ支持軸１１の先端部の外径を変更するだけで既存の繊維強化プラスチック層形成装置が使用可能である。
【００３５】
図４中、１１は繊維強化プラスチック層形成装置１０のライナ支持軸を示し、該ライナ支持軸１１は回転可能であり、該ライナ支持軸１１の先端には継手部１２が着脱可能に設けられている。前記ライナ支持軸１１は前記継手部１２を介してボス部４、ボス部５に連結される。この状態で、前記ライナ支持軸１１は前記ライナ２と同心となっており、該ライナ２は前記ライナ支持軸１１を介して回転自在に支持される。尚、前記継手部１２は外径の異なるものが複数用意される。
【００３６】
該継手部１２は前記ボス部５に螺合する螺子部１３と前記ボス部５の上面に当接するフランジ部１４を有しており、複数の継手部１２は前記フランジ部１４の外径が異なっている。
【００３７】
又、該フランジ部１４の外径は、前記ボス部５の外径と略等しいものから、漸次大径となっており、前記周囲部分３ａを成形する場合は、該周囲部分３ａの形成の進行に合わせて小径のフランジの継手部１２から大径のフランジの継手部１２に順次交換される。
【００３８】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は２つの継手部１２を示しているが、実際には前記周囲部分３ａの成形状態に合わせて適宜数用意される。又、前記ボス部４についてもライナ支持軸１１を介して回転可能に支持されるが説明を省略し、以下は、前記ボス部５について説明する。
【００３９】
先ず、最小径の前記フランジ部１４を有する継手部１２が前記ライナ支持軸１１の先端に固着され、前記フランジ部１４の前記ボス部５に当接する面には離型剤が塗布される。尚、最小径の前記フランジ部１４の外径は、前記ボス部５の外径と等しいか、所定量大きいものとする。
【００４０】
更に、前記継手部１２を介して前記ライナ支持軸１１が前記ボス部５に連結され、前記ライナ２が前記ライナ支持軸１１を介して回転可能に支持される。
【００４１】
次に、前記ライナ２が回転されながら、強化繊維が前記ライナ２に巻設される。特に、ライナ２の端部に於ける、強化繊維の巻設方向は、図中Ａ方向となるので、前記フランジ部１４が、前記ボス部５から大きく張出すと陰部ができて、強化繊維を巻設できない。この為、上記した様に前記周囲部分３ａを成形する場合は、該周囲部分３ａの形成の進行に合わせて小径のフランジの継手部１２から大径のフランジの継手部１２に順次交換される。図４（Ｂ）は、大径のフランジ部１４を有する継手部１２に交換した状態を示している。
【００４２】
合成樹脂を含浸させながら強化繊維を巻設する工程を繰返し、所要の厚みの繊維強化プラスチック層３が形成される。
【００４３】
又、繊維強化プラスチック層３の前記周囲部分３ａが成形される過程では、前記フランジ部１４は成形型として機能し、前記周囲部分３ａの上面は平らで、前記ボス部５の上面と面一に形成される。
【００４４】
尚、合成樹脂を含浸した強化繊維を巻設する段階で、前記フランジ部１４と前記周囲部分３ａとの間に隙間が生じた場合は、隙間に合成樹脂を充填して、或は合成樹脂と強化繊維を混ぜたものを充填して前記フランジ部１４に密着する周囲部分３ａを形成する。尚、該周囲部分３ａが前記ボス部５の上面より盛上がった場合、切削加工により、盛上がり分を切除する。この場合、表面の強化繊維は切断されるが、切除分は僅かであり、強度的に影響を及ぼすものではない。
【００４５】
又、意図的に前記周囲部分３ａの高さを前記ボス部５の高さより低くし、前記プラグ８を螺着する場合は、前記周囲部分３ａと前記フランジ部１４との間にワッシャ等のスペーサを介在させる様にしてもよい。
【００４６】
合成樹脂を含浸した強化繊維の巻設後、合成樹脂を硬化させ、前記ライナ支持軸１１を取外す。前記プラグ８を気密に前記ボス部５に螺着し、該ボス部５を気密に封止する。前記プラグ８を取付けた状態では、前記フランジ８ａは前記ボス部５の上面と前記周囲部分３ａの上面に同時に当接する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係る複合圧力容器を示す断面図である。
【図２】該複合圧力容器に用いられるプラグの正面図である。
【図３】該複合圧力容器がプラグ部分から落下した場合の衝撃力の伝達を示す説明図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は該複合圧力容器端部での繊維強化プラスチック層の成形を示す説明図である。
【図５】従来の複合圧力容器の断面図である。
【図６】従来の複合圧力容器がプラグ部分から落下した場合の衝撃力の伝達を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１              複合圧力容器
２              ライナ
３              繊維強化プラスチック層
３ａ            周囲部分
４              ボス部
５              ボス部
６              容器弁
７              プラグ
８              プラグ
８ａ            フランジ
９              六角穴
１１            ライナ支持軸
１２            継手部
１４            フランジ部
【図１】
2009162295.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009162295.tif 000005
【図４】
2009162295.tif 000006
【図５】
2009162295.tif 000007
【図６】
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