(57)【要約】【課題】十分な強度を確保しつつ高濃度のガスの短時間での流出を抑制することが可能なガスタンクを提供する。【解決手段】口金部材１６が取り付けられたライナー１２の外周側を繊維強化樹脂層１３で覆ったガスタンク１１であって、繊維強化樹脂層１３の内層部分に、含有する繊維間に生じた軸方向に連通する微細な空隙を有する通気層３１が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
口金部材が取り付けられたライナーの外周側に、フィラメントワインディング法によって繊維を積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、
前記繊維強化層の内層部分には、繊維間に生じた微細な空隙を有する通気層が設けられていることを特徴とするガスタンク。
【請求項２】
前記口金部材の首部は、前記繊維を少なくとも１層以上フープ巻きしたフープ層を有することを特徴とする請求項１に記載のガスタンク。
【請求項３】
前記繊維強化層は、前記繊維を少なくとも１層以上フープ巻きしたフープ層と、該フープ層の上に前記繊維をヘリカル巻きしたヘリカル層とを有することを特徴とする請求項１または２に記載のガスタンク。
【請求項４】
前記フープ層を形成する繊維の厚みは、前記ヘリカル層を形成する繊維の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項３に記載のガスタンク。
【請求項５】
口金部材が取り付けられたライナーの外周側に、フィラメントワインディング法によって繊維を積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、
前記ライナー外周面には複数の溝が形成されていることを特徴とするガスタンク。
【請求項６】
前記繊維強化層は、前記繊維を少なくとも１層以上フープ巻きしたフープ層と、該フープ層の上に前記繊維をヘリカル巻きしたヘリカル層とを有することを特徴とする請求項５に記載のガスタンク。
【請求項７】
前記フープ層を形成する繊維の厚みは、前記ヘリカル層を形成する繊維の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項６に記載のガスタンク。
【請求項８】
口金部材が取り付けられたライナーの外周面に、繊維を巻き付けて積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、
前記繊維強化層の繊維の一部に、多孔質の繊維が用いられていることを特徴とする、ガスタンク。
【請求項９】
前記多孔質の繊維は、フィラメントワインディング法によりライナーの外周面に巻き付けられて、繊維強化層の内周層から外周層に一繋がりで通じていることを特徴とする、請求項８に記載のガスタンク。
【請求項１０】
前記繊維強化層は、樹脂を含むものであり、
前記多孔質の繊維には、前記繊維強化層の樹脂が透過しないものが用いられることを特徴とする、請求項８又は９に記載のガスタンク。
【請求項１１】
前記繊維強化層における前記多孔質の繊維の体積割合は、０．１％〜１０％の範囲に設定されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載のガスタンク。
【請求項１２】
口金部材が取り付けられたライナーの外周面に、繊維を巻き付けて積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、
前記繊維強化層の全体に気泡が形成されていることを特徴とする、ガスタンク。
【請求項１３】
前記気泡は、発泡樹脂又は揮発性粒子が付着した繊維をフィラメントワイディング法によりライナーの外周面に巻き付け、その後当該繊維を加熱することにより形成されていることを特徴とする、請求項１２に記載のガスタンク。
【請求項１４】
口金部材が取り付けられたライナーの外周面に、樹脂を含浸した繊維を巻き付けて積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、
前記繊維強化層にマイクロクラックが形成されていることを特徴とする、ガスタンク。
【請求項１５】
前記樹脂に低靭性の材料が用いられ、ガスタンクの耐圧試験時に前記マイクロクラックが形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載のガスタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素等のガスを高圧にて充填するガスタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素をはじめとするガスを充填する高圧ガスタンクは、樹脂から成形されたライナーの周囲をガラス繊維や炭素繊維などからなる繊維強化樹脂層によって覆ったタンク本体を有しており、このタンク本体にバルブが接続可能な口金部材が取り付けられ、これらタンク本体と口金部材とがシールされている。
また、内層と外層との間に流路を形成し、内層を透過したガスを、流路を介して外部へ導く容器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７６８８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記ガスタンクでは、高圧のガスが封入されると、当該ガスがライナーを透過し、ライナーと繊維強化樹脂層との間に滞留することがある。例えば高圧状態にてライナーを透過したガスがライナーと繊維強化樹脂層との間に溜まり、この状態から減圧状態となると、圧力低下によってシールが弱まったライナーと口金部材との隙間から、ライナーと繊維強化樹脂層との間に溜まった高濃度のガスが短時間に外部へ流出してしまう。
この場合、特許文献１のように、流路を形成すれば良いが、高圧にてガスが充填されるガスタンクでは、繊維強化樹脂層に流路を形成すると、この繊維強化樹脂層の強度が低下してしまう。
【０００５】
また、ライナーと繊維強化樹脂層との間に高圧のガスが滞留すると、ガスタンクのガス放出後に生じる、滞留ガスの圧力とライナー内圧との圧力差により、ライナーが内側に変形することが懸念される。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、十分な強度を確保しつつ、高濃度のガスの短時間での流出を抑制し、またライナーと繊維強化層との間の高圧ガスの滞留によるライナーの変形を抑制することが可能なガスタンクを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明に係るガスタンクは、口金部材が取り付けられたライナーの外周側に、フィラメントワインディング法によって繊維を積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、前記繊維強化層の内層部分には、繊維間に生じた微細な空隙を有する通気層が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、高圧状態にてライナーを透過したガスが、ライナーと繊維強化層との間に溜まることなく、繊維強化層を構成する繊維間に生じた微細な空隙からなる通気層を介してライナーと口金部材との隙間から徐々に外部へ放出される。これにより、繊維強化層に溝部を形成する場合と比較して、十分な強度を確保しつつライナーと繊維強化層との間に溜まった高濃度のガスが短時間に外部へ流出する不具合を抑制することができる。また、ガスタンク内が減圧された際に、ライナーと繊維強化層との間の高圧ガスによりライナーが内側に変形することも抑制できる。
【０００９】
ここで、上記構成にあっては、前記口金部材の首部は、前記繊維を少なくとも１層以上フープ巻きしたフープ層を有する態様が好ましい。
【００１０】
また、上記構成にあっては、前記繊維強化層は、前記繊維を少なくとも１層以上フープ巻きしたフープ層と、該フープ層の上に前記繊維をヘリカル巻きしたヘリカル層とを有する態様がさらに好ましい。
【００１１】
さらに、上記構成にあっては、前記フープ層を形成する繊維の厚みは、前記ヘリカル層を形成する繊維の厚みよりも厚いことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るガスタンクは、口金部材が取り付けられたライナーの外周側に、フィラメントワインディング法によって繊維を積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、前記ライナー外周面には複数の溝が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記構成にあっては、前記繊維強化層は、前記繊維を少なくとも１層以上フープ巻きしたフープ層と、該フープ層の上に前記繊維をヘリカル巻きしたヘリカル層とを有する態様が好ましい。
【００１４】
さらに、上記構成にあっては、前記フープ層を形成する繊維の厚みは、前記ヘリカル層を形成する繊維の厚みよりも厚いことが好ましい。
【００１５】
別の観点による本発明は、口金部材が取り付けられたライナーの外周面に、繊維を巻き付けて積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、前記繊維強化層の繊維の一部に、多孔質の繊維が用いられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、ライナーを透過したガスが、繊維強化層の多孔質の繊維を通じて誘導され、徐々に外部へ放出されるので、ライナーと繊維強化層との間に高圧ガスが溜まることを抑制できる。これにより、ライナーと繊維強化層との間に溜まった高濃度のガスが一気に外部へ流出するような不具合を抑制することができる。また、繊維強化層に多孔質の繊維を含めるものなので、例えば繊維強化層に溝部を形成するような場合と比較して十分な強度を確保できる。さらに、ガスタンク内が減圧された際に、ライナーと繊維強化層との間の高圧ガスによりライナーが内側に変形することも抑制できる。
【００１７】
また、前記多孔質の繊維は、フィラメントワインディング法によりライナーの外周面に巻き付けられて、繊維強化層の内周層から外周層に一繋がりで通じているようにしてもよい。かかる場合、ライナーを透過したガスが、多孔質の繊維を通じて確実に外部に誘導される。
【００１８】
また、前記繊維強化層は、樹脂を含むものであり、前記多孔質の繊維には、前記繊維強化層の樹脂が透過しないものが用いられてもよい。かかる場合、多孔質の繊維によるガス流路が樹脂により詰まることが防止される。
【００１９】
また、前記繊維強化層における前記多孔質の繊維の体積割合は、０．１％〜１０％の範囲に設定されていてもよい。かかる場合、ライナーを透過したガスを外部に適正に誘導しつつ、繊維強化層の十分な強度を確保できる。
【００２０】
別の観点による本発明は、口金部材が取り付けられたライナーの外周面に、繊維を巻き付けて積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、前記繊維強化層の全体に気泡が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、前記気泡は、発泡樹脂又は揮発性粒子が付着した繊維をフィラメントワイディング法によりライナーの外周面に巻き付け、その後当該繊維を加熱することにより形成されていてもよい。
【００２２】
別の観点による本発明は、口金部材が取り付けられたライナーの外周面に、樹脂を含浸した繊維を巻き付けて積層した繊維強化層を有するガスタンクであって、前記繊維強化層にマイクロクラックが形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、前記樹脂に低靭性の材料が用いられ、ガスタンクの耐圧試験時に前記マイクロクラックが形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、十分な強度を確保しつつ高濃度のガスの短時間での流出を抑制し、またライナーと繊維強化層との間の高圧ガスの滞留によるライナーの変形を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るガスタンクについて説明する。
【００２６】
図１は、内部に高圧ガス（例えば水素ガス）を充填保管するためのガスタンク１１を示すもので、このガスタンク１１は、合成樹脂製のライナー１２の外周側を、ガラス繊維や炭素繊維などからなる繊維強化樹脂層（繊維強化層）１３によって覆った構成のタンク本体１４を有している。タンク本体１４を構成するライナー１２は、一対のライナー分割体１２ａを互いに突き合わせてレーザ溶着などで接合して一体化したものである。
【００２７】
タンク本体１４の両端には、ライナー１２に形成された口部１５に、口金部材１６が取り付けられており、バルブが取り付け可能な口金部材１６を有する側がバルブ側とされ、その反対側がエンド側とされている。
【００２８】
次に、口金部材１６のライナー１２への取り付け箇所の構造について、バルブ側を例にとって説明する。
図２に示すように、ライナー１２の口部１５は、肩部１７の内端縁から中心軸線側に小径側ほどライナー１２内側に位置するように傾斜しつつ延出する内側延出部１８と、内側延出部１８の肩部１７とは反対側からライナー１２の軸線方向に沿ってライナー１２内に突出する円筒状の被嵌合部１９とを有しており、この被嵌合部１９の内側が口部１５となっている。また、この被嵌合部１９の外周には、被嵌合部１９と後述の嵌合部２３との間に装着される図示しないＯリングを締め付けるインサートリング２０が一体に設けられている。
【００２９】
口金部材１６は、中央に一定径の貫通穴２１が形成されるとともに、外周における中間部には、フランジ部（首部）２２が形成され、このフランジ部２２よりもライナー１２内側への突出部分が嵌合部２３とされている。ここで、口金部材１６は、フランジ部２２が内側延出部１８に当接するまで被嵌合部１９に圧入して嵌合させることによってライナー１２に取り付けられる。
【００３０】
ここで、図３に示すように、ライナー１２及び口金部材１６と繊維強化樹脂層１３との間には、通気層３１が形成されている。この通気層３１は、ライナー１２及び口金部材１６と接触する繊維強化樹脂層１３の内層部分からなるもので、繊維強化樹脂層１３を形成するための繊維間に生じた微細な空隙を有している。これにより、タンク本体１４では、ライナー１２及び口金部材１６との接触箇所にて、タンク本体１４の両端にわたって通気層３１によって連通されている。
【００３１】
次に、上記のガスタンク１１における通気層３１の形成の仕方について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、口金部材１６を取り付けたライナー１２にて、口金部材１６のフランジ部２２を含む外周面に、フィラメントワインディング法によって繊維Ｓ１をコンビ巻き（フープ巻き）で巻き付ける。このとき、巻き付ける繊維Ｓ１は、樹脂含有量を少なくしたり、あるいは撚ることにより拡幅を抑えたものを用いる。なお、口金部材１６のフランジ部２２を含む外周面には、フィラメントワインディング法によって繊維Ｓ１を少なくとも１層以上コンビ巻きするのが好ましい。
【００３２】
このように、拡幅を抑えつつ繊維Ｓ１を、ライナー１２の外周面及び口金部材１６のフランジ部２２に巻き付けたら、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、十分に拡幅した繊維Ｓ２をフィラメントワインディング法によってヘリカル巻にて緊密に巻き付ける。具体的には、まず、図４（ｂ）に示すように、軸方向に対して高角度にて螺旋状に巻き付ける高角度ヘリカル巻を行い、その後、図４（ｃ）に示すように、軸方向に対して低角度にて螺旋状に巻き付ける低角度ヘリカル巻を行う。
なお、口金部材１６のフランジ部２２を除く部分は、繊維Ｓ２をフープ巻にて巻き付ける。ただし、当該部分については、繊維Ｓ２をヘリカル巻にて巻き付けても良い。
【００３３】
そして、繊維Ｓ１，Ｓ２を巻き付けたら、加熱して繊維Ｓ１，Ｓ２を硬化させて繊維強化樹脂層１３とする。
このようにすると、図５に示すように、拡幅を抑えてコンビ巻きした繊維Ｓ１と十分に拡幅してヘリカル巻きした繊維Ｓ２の１層目の部分とが、繊維Ｓ１に沿う微細な空隙Ｐを有する通気層３１となる。言い換えれば、コンビ巻きした繊維Ｓ１の厚みを、ヘリカル巻きした繊維Ｓ２の厚みよりも厚くすることで、繊維Ｓ１に沿う微細な空隙Ｐを有する通気層３１となる。
【００３４】
このように、上記実施形態に係るガスタンクによれば、高圧状態にてライナー１２を透過したガスが、ライナー１２と繊維強化樹脂層１３との間に溜まることなく、繊維強化樹脂層１３を構成する繊維Ｓ１，Ｓ２間に生じた軸方向に連通する微細な空隙Ｐからなる通気層３１を介して徐々に外部へ放出される。これにより、減圧となった際に、ライナー１２と繊維強化樹脂層１３との間に溜まった高濃度のガスが短時間に外部へ流出する不具合を抑制することができる。
【００３５】
つまり、繊維強化樹脂層１３を構成する繊維Ｓ１，Ｓ２間に軸方向に連通する微細な空隙Ｐを生じさせて通気層３１としたので、繊維強化樹脂層１３に溝部を形成する場合と比較して、強度低下を招くことがなく、したがって、十分な強度を確保しつつ高濃度のガスの短時間での流出を抑制することができる。
【００３６】
なお、上記の例では、繊維強化樹脂層１３の内層部分に微細な空隙Ｐを生じさせて通気層３１を形成したが、図６に示すように、予めライナー１２の外周面に、軸方向に沿った複数の溝部（溝）３２を周方向に間隔をあけて形成し、その外周に、図７に示すように、繊維Ｓ１，Ｓ２を巻き付けることにより、ライナー１２と繊維強化樹脂層１３との間に、図８に示すように、複数の溝部３２からなる微細な空隙Ｐを有する通気層３１を形成しても良い。
【００３７】
また、ライナー１２に溝部３２を形成し、さらに、このライナー１２に、前述したように、拡幅を抑えて繊維Ｓ１をコンビ巻きし、その後、十分に拡幅して繊維Ｓ２ヘリカル巻きしても良い。このようにすると、繊維Ｓ１に沿う微細な空隙Ｐとライナー１２の溝部３２からなる微細な空隙Ｐとを併せ持った通気層３１を有するガスタンク１１を得ることができる。なお、予めライナー１２の外周面に複数の溝部３２を形成した場合には、繊維Ｓ１、Ｓ２のいずれかの繊維のみを利用して繊維強化樹脂層１３を形成しても良く、また、該繊維Ｓ１、Ｓ２の巻き方についてもコンビ巻き、ヘリカル巻きのいずれか一方のみを採用しても良い。
【００３８】
以上の実施の形態の形態では、繊維強化樹脂層１３の内層部分に通気層３１を形成したり、ライナー１２の外周面に溝部３２を形成していたが、繊維強化樹脂層１３の繊維の一部に、多孔質の繊維を用いるようにしてもよい。
【００３９】
例えば、図９及び図１０に示すように繊維強化樹脂層１３の繊維の一部に、多孔質繊維Ｓ３を入れる。その他の繊維には、例えば炭素繊維Ｓ４が用いられる。多孔質繊維Ｓ３には、例えば繊維強化樹脂層１３の樹脂（例えばエポキシ樹脂）が透過しない穴径を有するものが用いられる。また、繊維強化樹脂層１３における多孔質繊維Ｓ３の体積割合は、例えば０．１％〜１０％の範囲に設定される。
【００４０】
この例によれば、ライナー１２を透過したガスが、繊維強化樹脂層１３の多孔質繊維Ｓ３を通じて徐々に外部に排出される。この結果、ライナー１２と繊維強化樹脂層１３との間に高圧ガスが溜まることを抑制できる。これにより、例えばライナーと繊維強化樹脂層との間に溜まった高濃度のガスが一気に外部へ流出するような不具合を抑制できる。また、この例によれば、繊維強化樹脂層１３の強度も確保できる。さらに、ガスタンク１１内が減圧された際に、ライナー１２と繊維強化樹脂層１３との間の高圧ガスによりライナー１２が内側に変形することも抑制できる。
【００４１】
また、上記例では、多孔質繊維Ｓ３に繊維強化樹脂層１３の樹脂が透過しないものが用いられるので、多孔質繊維Ｓ３によるガス流路が樹脂により詰まることが防止される。
【００４２】
また、繊維強化樹脂層１３における多孔質繊維Ｓ３の体積割合が、０．１％〜１０％の範囲に設定されるので、ライナー１２を透過したガスを適正に外部に誘導しつつ、繊維強化樹脂層１３の十分な強度を確保できる。
【００４３】
上記実施の形態において、多孔質繊維Ｓ３は、フィラメントワインディング法により巻き付けられて、図１１及び図１２に示すように繊維強化樹脂層Ｓ３の内周層から外周層に一繋がりで通じているようにしてもよい。かかる場合、ライナー１２を透過したガスが、多孔質繊維Ｓ３を通じて繊維強化樹脂層Ｓ３の内周面から外周面に確実に誘導されるので、ライナー１２を透過したガスの排出を好適に行うことができる。
【００４４】
また、前記実施の形態では、繊維強化樹脂層１３の一部に多孔質繊維層を形成していたが、繊維強化樹脂層１３の全体に気泡を形成してもよい。
【００４５】
かかる場合、例えばフィラメントワインディング法により繊維強化樹脂層１３が形成される際に、微小な発泡樹脂又は揮発性粒子が付着した繊維がライナー１２の外周面に巻き付けられる。その後、当該繊維が加熱硬化され、図１３に示すように繊維強化樹脂層１３の全体に多数の微細な気泡５０が形成される。
【００４６】
この例によれば、例えば図１４に示すように繊維強化樹脂層１３に気泡５０による通気路が形成されるので、ライナー１２を透過したガスは、樹脂強化繊維層１３を通過し、速やかにガスタンク１の外部に放出される。この結果、ライナー１２と繊維強化樹脂層１３との間に高圧ガスが溜まることが抑制されるので、当該高圧ガスによるライナー１２の変形、破損等が防止される。また、ガスタンク１の表面全体に通気路が形成されるので、ガスタンク１全体で高圧ガスの滞留が抑制され、ガスタンク１の品質が向上する。
【００４７】
前記実施の形態では、繊維強化樹脂層１３に気泡５０が形成されていたが、繊維強化樹脂層１３にマイクロクラックが形成されていてもよい。
【００４８】
かかる場合、フィラメントワインディング法により繊維強化樹脂層１３が形成される際に、繊維が含浸される樹脂に破壊靭性値の低い材料、例えば破壊靭性値が２．０ＭＰａ√（ｍ）以下の例えばエキシポ樹脂が用いられる。こうすることにより、例えば出荷時の耐圧試験時に、図１５に示すような繊維強化樹脂層１３の樹脂部分に多数のマイクロクラック６０が形成される。
【００４９】
この例によれば、繊維強化樹脂層１３のマイクロクラック６０間の距離が短く、樹脂内でもガスが透過しやすくなるため、ライナー１２を透過したガスが、繊維強化樹脂層１３のマイクロクラック６０と、マイクロクラック６０間の樹脂内を通って、ガスタンク１の外部に放出される。この結果、ライナー１２と繊維強化樹脂層１３との間に高圧ガスが溜まることが抑制されるので、当該高圧ガスによるライナー１２の変形や破損が防止される。また、ガスタンク１の表面全体に通気路が形成されるので、ガスタンク１全体で高圧ガスの滞留が抑制され、ガスタンク１の品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ガスタンクの全体構造を示す断面図である。
【図２】ガスタンクの口金部分の断面図である。
【図３】ガスタンクの構造を示す一部の断面図である。
【図４】ガスタンクの繊維の巻き付け工程を示す斜視図であり、（ａ）はコンビ巻きを示す図、（ｂ）は高角度ヘリカル巻きを示す図、（ｃ）は低角度ヘリカル巻きを示す図である。
【図５】通気層部分の構造を示す断面図である。
【図６】溝部を形成したライナーの側面図である。
【図７】ライナーの周囲に繊維を巻き付けた状態のタンク本体の側面図である。
【図８】通気層部分の構造を示す断面図である。
【図９】タンク本体を周方向から見たときのタンク本体の内部構造を示す説明図である。
【図１０】タンク本体を軸方向から見たときのタンク本体の部分断面を示す説明図である。
【図１１】タンク本体を周方向から見たときのタンク本体の内部構造を示す説明図である。
【図１２】タンク本体を軸方向から見たときのタンク本体の内部構造を示す説明図である。
【図１３】ガスタンクの一部の断面図である。
【図１４】気泡を通じて繊維強化樹脂層をガスが通過する様子を示す説明図である。
【図１５】マイクロクラックを通じて繊維強化樹脂層をガスが通過する様子を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…ガスタンク、１２…ライナー、１３…繊維強化樹脂層、１６…口金部材、３１…通
気層、３２…溝部、Ｐ…空隙、Ｓ１，Ｓ２…繊維。
【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】
2009174700.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009174700.tif 000011
【図１０】
2009174700.tif 000012
【図１１】
2009174700.tif 000013
【図１２】
2009174700.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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