CN110925588B - 高压罐的制造方法以及高压罐 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压罐的制造方法以及高压罐，高压罐的制造方法中的高压罐包括内衬和纤维。该制造方法包括以下步骤：准备分别具有一般部和接合端部的圆顶和筒管的步骤，其中，该接合端部形成为比一般部厚，使得至少端面处的外径比一般部的外径大推定高低差量；将圆顶的接合端部与筒管的接合端部在轴向上接合的步骤；以接合面处的外径更大的圆顶的一般部的外周面为基准面，切除比基准面靠径向外侧的部位的步骤；以及将碳纤维以螺旋缠绕的方式卷绕于内衬的外周面的步骤。

Description

高压罐的制造方法以及高压罐

技术领域

本发明涉及一种高压罐的制造方法以及高压罐，特别涉及一种将纤维卷绕于接合了多个零件而成的内衬的外周的高压罐的制造方法以及高压罐。

背景技术

作为高压罐的制造方法，以往已知一种通过将纤维卷绕于构成内壳的内衬的外周来形成高强度的外壳的纤维缠绕(filament winding)法。

纤维缠绕法中的纤维的卷绕方法大致分为：相对于内衬中心线呈大致直角地缠绕纤维的环向缠绕和相对于内衬中心线以规定的角度(纤维角度)缠绕纤维的螺旋缠绕。

对于这种纤维缠绕法而言，已知若以纤维的张力固定的方式进行卷绕则强度会提高。不过，在螺旋缠绕的情况下，存在以下的问题：随着纤维的折回，纤维会集中于内衬端部，纤维层变得比其他部位厚，因此随着纤维的反复卷绕，端部的形状会偏离等张力曲面。

因此，例如在日本特开2016-217466中提出了在内衬端部具有半球面状的圆顶部的高压罐中，圆顶部的形状具有与等张力曲面不同的规定的曲面，使得在以螺旋缠绕的方式卷绕纤维的过程中形成等张力曲面。

另外，构成高压罐的内壳的内衬通常形成为两端大致闭合的筒状中空体，因此至少会产生一处接合部。例如，若将有底圆筒状的零件(以下，也称为“圆顶”。)彼此在轴向上接合，则会产生一处接合部，此外，例如，若将两个圆顶隔着圆筒状的零件(以下，也称为“筒管(pipe)”。)在轴向上接合，则会产生两处接合部。

这样一来，虽然在日本特开2016-217466中没有提及，但是众所周知，即使圆顶、筒管之类的零件是模制品，也会因材料的收缩率的不均、接合时的位置偏移等而在零件彼此的接合部不可避免地产生高低差。当像这样在接合部产生了高低差的状态下将纤维卷绕于内衬的外周时，有时在纤维与内衬之间会产生使强度降低的有害的间隙。

因此，虽然也考虑了以接合面处的外径更小的零件的外径为基准来切除高低差，但是，这样的话会有被切除的一方的零件(接合面处的外径更大的零件)的厚度变薄(难以保证最小板厚)的问题。

发明内容

本发明提供如下技术：在将纤维卷绕于接合了多个零件的内衬的外周的高压罐的制造方法以及高压罐中，保证内衬的最小板厚并且抑制在内衬与纤维之间产生有害的间隙。

在本发明的高压罐的制造方法以及高压罐中，谋求对构成内衬的接合部的零件的端部形状的优化。

本发明的第一方案涉及一种高压罐的制造方法。所述高压罐包括：内衬，通过接合多个圆筒状的内衬构成构件而形成；纤维，卷绕于所述内衬的外周。(在本说明书中，“圆筒状”是包含“大致圆筒状”的意思。)

所述制造方法包括：准备分别具有圆筒状的一般部和接合端部的构件来作为所述内衬构成构件，其中，所述接合端部形成为比所述一般部厚，使得在所述内衬构成构件彼此接合的接合面处产生的高低差量的推定值设为推定高低差量的情况下，至少端面处的外径比所述一般部的外径大推定高低差量。

所述制造方法包括：将一个所述内衬构成构件的接合端部与其他所述内衬构成构件的接合端部在轴向上接合；以已接合的所述内衬构成构件中接合面处的外径更大的内衬构成构件的一般部的外周面为基准面，切除已接合的两接合端部的比所述基准面靠径向外侧的部位；以及将所述纤维以螺旋缠绕的方式卷绕于所述内衬的外周面。

需要说明的是，在本发明中，“圆筒状的内衬构成构件”中不仅包括两端开口的圆筒状的内衬构成构件，还包括例如在圆筒状的部位的一端具有半球面状的圆顶部的有底圆筒状的内衬构成构件等。

根据所述第一方案，由于内衬构成构件的端面处的外径比一般部的外径大推定高低差量，因此若在接合后切除比基准面(一般部的外周面)靠径向外侧的部位，则接合面处的凸起高度的量(＝推定高低差量)被切除。因此，能可靠地切除在推定高低差量的范围内产生的接合面处的高低差，由此，能抑制在内衬与纤维之间产生使强度降低的有害的间隙。

根据所述第一方案，切除接合面处的外径更大的内衬构成构件的比一般部的外周面(基准面)靠径向外侧的部位，由此在外径更大的内衬构成构件侧形成厚度与一般部相同的端部(以下，也称作“第一接合端部”。)，在外径更小的内衬构成构件侧形成比一般部外径大且比一般部厚的端部(以下，以称作“第二接合端部”。)。由此，不会产生厚度比一般部薄的部位，因此能保证内衬的最小板厚。

根据所述第一方案，能保证内衬的最小板厚并且抑制在内衬与纤维之间产生有害的间隙。

另外，例如，在将接合前的接合端部设为比一般部外径大且比一般部厚的圆筒状并通过高低差面将接合端部与一般部相连的结构中，有时会在接合后在第二接合端部与一般部的边界处残留大的高低差面。这样，即使在第一接合端部与第二接合端部的接合面处没有高低差，在第二接合端部与一般部的边界(高低差面)处，有时也会在内衬与纤维之间产生有害的间隙。另一方面，若将接合前的接合端部设为锥形，会存在如下的问题：例如，在使接合端部熔融来接合内衬构成构件时，由于接合端部的厚度(截面积)发生变化，难以使热输入量等接合加工条件固定。

在所述第一方案中，可以是：接合前的所述接合端部包括：圆筒状的接合余量部，位于所述接合端部的最端部，并且外径比所述一般部的外径大推定高低差量；以及锥形部，外径从所述接合余量部朝向所述一般部而缩径，以便连结所述接合余量部的外周面与所述一般部的外周面，可以使所述各内衬构成构件的所述接合余量部熔融来使所述各内衬构成构件的接合端部彼此接合。

根据所述第一方案，通过在接合端部设置锥形部，越接近一般部，第二接合端部的外径与一般部的外径之差变得越小，因此不仅在第一接合端部与第二接合端部的接合面处，在第二接合端部与一般部的边界处，也能抑制在内衬与纤维之间产生有害的间隙。除此之外，由于在接合端部的最端部设有厚度(截面积)固定的圆筒状的接合余量部，因此在使各内衬构成构件的接合余量部熔融来使各内衬构成构件的接合端部彼此接合时，能容易地使热输入量等接合加工条件固定。

不过，即使在接合端部设置锥形部，当锥形部的倾斜角度极大时，有时也会在纤维缠绕时在内衬与纤维之间产生有害的间隙，另一方面，当锥形部的倾斜角度极小时，有时第二接合端部会不必要地变长而产生内衬的无用的厚壁化。

在所述第一方案中，可以是：所述锥形部的倾斜角度设定为满足下式的关系：tanθ＝t×tanψ/(R×(l-R²/(R+t)²)^1/2)。其中，可以是：θ为所述锥形部的倾斜角度，t为所述推定高低差量，ψ为进行所述卷绕的工序中所述纤维相对于内衬中心线的纤维角度，R为所述一般部的外周半径。

根据所述第一方案，与高压罐的性能(与高压罐的储藏量相关的外周半径R、与高压罐的强度相关的纤维角度ψ以及与高低差量相关的t)建立关联来规定锥形部的倾斜角度，由此能谋求具有所要求的性能的高压罐的锥形部的倾斜角度的优化，能使内衬与纤维之间的间隙最小。

在所述第一方案中，可以是：所述各内衬构成构件中的所述锥形部的倾斜面在与所述一般部的外周面相交之前阶梯下降至所述外周面，可以是：在抓持固定住所述各内衬构成构件的一般部的状态下，使所述各内衬构成构件的接合端部彼此接合。

如果缩径后的锥形部的外径与一般部的外径之差足够小，则不需要使倾斜面延伸到与一般部的外周面相交(擦接到一般部的外周面)的程度。关于这一点，根据所述方案，使锥形部的倾斜面在与一般部的外周面相交之前阶梯下降，由此能使锥形部变短(使作为全尺寸部的一般部变长)，从而能抑制无用的厚壁化并提高成品率。此外，由于对一般部进行抓持固定时容易找到接合端部与一般部的边界，因此能容易地进行接合加工。此外，由于锥形部变短，即使抓持固定住比锥形部更容易抓住的一般部，也能使固定位置接近接合面，由此能提高定位精度。

本发明的第二方案的高压罐包括：内衬，接合多个圆筒状的内衬构成构件而构成；以及纤维，卷绕于所述内衬的外周。

所述内衬包括：圆筒状的一般部；以及接合部，将所述内衬构成构件的接合端部彼此在轴向上接合而构成，所述接合部包括接合面处的外径相等的第一接合端部和第二接合端部，所述第一接合端部的厚度与所述一般部相同，所述第二接合端部的外径比所述一般部大且所述第二接合端部比所述一般部厚。

根据所述第二方案，通过接合面处的外径相等的第一接合端部和第二接合端部来构成接合部，从而能抑制在内衬与纤维之间产生有害的间隙。此外，第一接合端部的厚度与一般部相同，并且第二接合端部的外径比一般部大且第二接合端部比一般部厚，因此能保证内衬的最小板厚。

根据所述第二方案，虽然会因材料的收缩率的不均、接合时的位置偏移等而在内衬构成构件彼此的接合面处不可避免地产生高低差，但是若使用所述高压罐的制造方法，则能优选地实现由接合面处的外径相等的、厚度与一般部相同的第一接合端部和外径比一般部大且比一般部厚的第二接合端部构成的本发明的接合部。

在所述第二方案中，可以是：所述第二接合端部包括在轴向上离所述接合面越远而外径越缩径的锥形部。

根据所述第二方案，由于越接近一般部，第二接合端部的外径与一般部的外径之差变得越小，因此即使是在第二接合端部与一般部的边界处，也能抑制在内衬与纤维之间产生有害的间隙。

在所述第二方案中，可以是：所述锥形部的倾斜面在与所述一般部的外周面相交之前阶梯下降至所述外周面。

根据所述第二方案，能使锥形部变短(使作为全尺寸部的一般部变长)，由此，能抑制无用的厚壁化并提高成品率。

根据本发明的各方案，通过本发明的高压罐的制造方法以及高压罐，能保证内衬的最小板厚并且抑制在内衬与纤维之间产生有害的间隙。

附图说明

以下，参照附图对本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义进行说明，其中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是示意性地表示本发明的实施方式的高压罐的剖视图。

图2A是示意性地表示内衬构成构件的剖视图，示出了圆顶。

图2B是示意性地表示内衬构成构件的剖视图，示出了筒管。

图2C是示意性地表示内衬构成构件的剖视图，示出了圆顶。

图3A是示意性地表示内衬的剖视图，示出了整个内衬。

图3B是示意性地表示内衬的剖视图，放大示出了接合部。

图4A是示意性地说明纤维缠绕法中的纤维的卷绕方法的图，示出了螺旋缠绕。

图4B是示意性地说明纤维缠绕法中的纤维的卷绕方法的图，示出了环向缠绕。

图5是示意性地表示接合前的内衬构成构件的接合端部的剖视图。

图6A是示意性地说明高压罐的制造方法的图，是接合工序。

图6B是示意性地说明高压罐的制造方法的图，是接合工序。

图6C是示意性地说明高压罐的制造方法的图，是切除工序。

图7是示意性地表示卷绕有纤维的接合部的剖视图。

图8是示意性地说明纤维角度与倾斜角度的几何学关系的概念图。

图9是示意性地说明内衬和碳纤维的间隙与设定倾斜角度的关系的概念图。

图10是示意性地表示内衬和碳纤维的间隙与设定倾斜角度的关系的曲线图。

图11是示意性地表示变形例1的筒管的端部的剖视图。

图12是示意性地表示变形例2的筒管的端部的剖视图。

图13是示意性地说明相关技术的内衬的接合部的图。

图14是示意性地说明相关技术的内衬的接合部的图。

具体实施方式

以下，基于附图对用于实施本发明的方式进行说明。

－高压罐－

图1是示意性地表示本实施方式的高压罐1的剖视图。如图1所示，该高压罐1具备：作为内壳的圆筒状的内衬3；碳纤维5，卷绕并层叠于内衬3的外周来形成外壳；以及铝制的接头7、9，通过压入而组装于内衬3的两端。

如图1所示，内衬3是树脂制的，包括分割形成为三个的圆筒状的内衬构成构件10、20、30。具体而言，内衬3通过在两个圆顶10、30之间夹有一个筒管20并将这三者在轴向上接合而构成。

图2A至图2C是示意性地表示内衬构成构件10、20、30的剖视图，图2A和图2C示出了圆顶10、30，图2B示出了筒管20。圆顶10、30形成为有底圆筒状。更详细而言，圆顶10、30具有：圆筒状的一般部11、31；半球面状的圆顶部12、32，以堵塞一般部11、31的一端的方式设置，组装有接头7、9；以及接合端部13、33，设于一般部11、31的另一端。另一方面，筒管20具有：圆筒状的一般部21，形成为两端开口的圆筒状；以及接合端部23，设于一般部21的两端。这些圆顶10、30和筒管20中，一般部11、21、31的外径和内径分别以相同的设计值来形成。此外，接合端部13、23、33也以相同的形状/尺寸形成。

圆顶10与筒管20通过红外线熔敷法来接合，该红外线熔敷法通过红外线分别使接合端部13的最端部与接合端部23的最端部加热熔融并对该两者进行压接。同样，筒管20与圆顶30通过红外线熔敷法来接合，该红外线熔敷法通过红外线分别使接合端部23的最端部与接合端部33的最端部加热熔融并对该两者进行压接。这样，通过磨削等对伴随接合而出现的凸状的溢出(焊道(bead)50等(参照图6B))进行处理，从而形成接合部40。

图3A和图3B是示意性地表示内衬3的剖视图，图3A示出了整个内衬3，图3B放大示出了接合部40。需要说明的是，图3B中省略了后述的高低差面23b的图示。

如上所述，通过红外线熔敷法将圆顶10、30和筒管20接合，由此，如图3A所示，本实施方式的内衬3具有：两端的圆顶部12、32、三个圆筒状的一般部11、21、31以及两个接合部40。此外，如图3B所示，各接合部40包括接合面40a处的外径相等的第一接合端部13’和第二接合端部23’。第一接合端部13’的厚度与一般部11相同，另一方面，第二接合端部23’形成为外径比一般部21大且比一般部21厚。接合部40的详细情况将在后文加以说明。

图4A和图4B是示意性地说明纤维缠绕法中的碳纤维5的卷绕方法的图，图4A示出了螺旋缠绕，图4B示出了环向缠绕。在本实施方式的高压罐1中，通过纤维缠绕法将碳纤维5卷绕于内衬3的外周来形成外壳。在本实施方式中并用下述两种卷绕方法：螺旋缠绕，如图4A所示，相对于内衬中心线AX以规定的角度缠绕碳纤维5；以及环向缠绕，如图4B所示，相对于内衬中心线AX呈大致直角地缠绕碳纤维5。

具体而言，螺旋缠绕出最下层之后，环向缠绕出上层。由此，能由在螺旋缠绕时以相对于两端的接头7、9交叉的方式卷绕的碳纤维5来主要保护圆顶部12、32，并且能由以环向缠绕的方式卷绕的碳纤维5来主要保护一般部11、21、31。需要说明的是，在螺旋缠绕中，由于以相对于两端的接头7、9交叉的方式卷绕碳纤维5，因此碳纤维5的延伸方向相对于内衬中心线AX倾斜，其角度被称为纤维角度ψ。

－接合部－

接着，对接合部40进行详细说明，而为了便于理解本发明，先对相关技术的接合部进行说明。

图13和图14是示意性地说明相关技术的内衬103的接合部140的图。需要说明的是，在图13和图14中，举例示出了在接合面140a处圆顶110的外径大的情况，但是当然也有时筒管120的外径大。

相关技术的圆顶110和筒管120不像本实施方式那样设有接合端部13、23，而是通过红外线熔敷法将一般部111、121的端部彼此直接接合。这些圆顶110和筒管120中，一般部111、121的外径和内径以相同的设计值来形成。但是，即使是模制品，由于材料的收缩率的不均、接合时的位置偏移等，也会在接合面140a处在外周面111a与外周面121a(以及内周面111b与内周面121b)之间不可避免地产生高低差S。当像这样在接合部140产生了高低差S的状态下将碳纤维卷绕于内衬103的外周时，会在碳纤维与内衬103之间产生使强度降低的有害的间隙。

因此，为了对高低差S进行减小处理，如图14所示，可以考虑将外径大的圆顶110的外周部切除，以使接合面140a处的高低差S消失，但是这样一来会存在以下问题：在进行了切除的区间L，圆顶110的厚度变薄，难以保证内衬103的最小板厚。

因此，在本实施方式的高压罐1中，谋求构成内衬3的接合部40的接合端部13、23、33的形状的优化。需要说明的是，如上所述，接合端部13、23、33为相同的形状/尺寸，因此，以下对筒管20的接合端部23进行说明，并且对接合了圆顶10的接合端部13与筒管20的接合端部23的接合部40进行说明。

图5是示意性地表示接合前的筒管20的接合端部23的剖视图。在本实施方式中，将接合端部23形成为比一般部21的厚度T厚(T+t)，以使至少端面23a处的外径比一般部21的外径大推定高低差量t。在此，“推定高低差量t”是可能会在内衬构成构件10、20、30彼此接合的接合面40a处产生的高低差量的推定值，是在预料到材料的收缩率的不均、位置偏移等的基础上，使用CAD计算出的。

更详细而言，如图5所示，接合端部23具有：圆筒状的接合余量部27，位于所述接合端部23的最端部，并且外径比一般部21的外径大推定高低差量t；以及锥形部25，外径从接合余量部27朝向一般部21以倾斜角度θ缩径，以便连结所述接合余量部27的外周面27a与一般部21的外周面21a。需要说明的是，接合余量部27的区间长度L1被设定为红外线熔敷时的加热熔融量，伴随接合而形成的焊道50等的变形在区间长度L1内结束。也就是说，接合余量部27通过被加热熔融而被接合，由此转化为焊道50等，在接合后的接合部40处没有残留。

此外，锥形部25的倾斜面25a在与一般部21的外周面21a相交(擦接到一般部的外周面)之前阶梯下降至外周面21a。换言之，锥形部25的倾斜面25a与一般部21的外周面21a经由高低差面23b而相连。由此，相比于使锥形部25的倾斜面25a与一般部21的外周面21a相交的情况，能使锥形部25的区间长度L2变短。需要说明的是，高低差面23b的高度被设定为内衬3与碳纤维5的间隙容许范围(不会导致强度降低的间隙范围)的最大值(例如0.4(mm))。

如上所述构成的接合端部23与具有同样的构成的接合端部13通过以下的步骤被接合。图6A至图6C是示意性地说明高压罐1的制造方法的图，图6A和图6B是接合工序，图6C是切除工序。

在接合工序中，将接合圆顶10的接合端部13和筒管20的接合端部23在轴向上接合。更详细而言，首先，如图6A的网格部所示，通过红外线使圆顶10的接合端部13的接合余量部17和筒管20的接合端部23的接合余量部27加热熔融。此时，接合余量部17、27形成为圆筒状即截面积不发生变化的形状，因此不需要像在例如将锥形部15、25彼此接合的情况下那样使加热量变化，因此，容易使热输入量等接合加工条件固定。

接着，如图6B所示，通过夹具60抓持固定圆顶10和筒管20来对两者进行压接。在通过夹具60抓持固定圆顶10和筒管20的情况下，相比于锥形部15、25，平坦的一般部11、21更容易抓住，因此，在本实施方式中，通过设置高低差面13b、23b来使锥形部15、25与一般部11、21的边界容易识别。此外，通过设置高低差面13b、23b，锥形部25的区间长度L2变短，由此，能使作为全尺寸部的一般部11、21变长，而且，即使通过夹具60抓持固定住一般部11、21，也能使固定位置接近熔敷部，由此能使定位精度提高。

像这样，当通过红外线熔敷法接合了圆顶10和筒管20时，如图6B所示，在接合部分的内外产生由熔融后的接合余量部17、27转化而成的焊道50，而对于外侧的焊道50，通过接下来的切除工序，与高低差S一起被切除。

在切除工序中，以在接合工序中已接合的内衬构成构件10、20中、作为接合面40a处的外径更大的内衬构成构件的圆顶10的一般部11的外周面11a为基准面，切除在接合工序中已接合的接合端部13、23的比所述基准面(外周面11a)靠径向外侧的部位。在此，接合端部13、23在端面13a、23a处被加厚了推定高低差量t，因此，若将比基准面靠径向外侧的部位切掉，则能可靠地切除在推定高低差量t的范围内产生的接合面40a处的高低差S。由此，如图6C所示，形成由接合面40a处的外径相等的、厚度与一般部11相同的第一接合端部13’和外径比一般部21大且比一般部21厚的第二接合端部23’构成的接合部40，即与图3B相同的接合部40。需要说明的是，在高低差S相对小的情况下，如图6C所示，锥形部25的一部分(推定高低差量t与高低差S之差)也被切除，而在高低差S与推定高低差量t相等的情况下，如图3B所示，锥形部25不会被切除，而是原样保留下来。

通过以螺旋缠绕的方式将碳纤维5卷绕于如此形成的例如图3B所示的内衬3的外周面，如图7所示，能得到保证内衬3的最小板厚(内衬3的任意部位都具有厚度T以上的板厚)并且在内衬3与碳纤维5之间不产生有害的间隙(使高压罐1的强度降低的间隙)的接合部40。

不过，当残留于第二接合端部23’的锥形部25的倾斜角度θ极大时，有时会在纤维缠绕时在内衬3与碳纤维5之间产生有害的间隙，另一方面，当锥形部25的倾斜角度θ极小时，有时第二接合端部23’会不必要地变长而产生无用的厚壁化。

因此，在本实施方式中，在将一般部21的外周半径设为R的情况下，以使用推定高低差量t和纤维角度ψ并满足(式1)的关系的方式来设定锥形部25的倾斜角度θ。

tanθ＝t×tanψ/(R×(I-R²/(R+t)²)^1/2)……(式1)

以下，对该(式1)进行说明。

图8是示意性地说明纤维角度ψ与倾斜角度θ的几何学关系的概念图。该图8是将以螺旋缠绕的方式将碳纤维5卷绕于内衬3的状态下的俯视图、第二接合端部23’的锥形部25的侧视图、第二接合端部23’的轴向视图从上到下依次排列在同一平面的图。需要说明的是，轴向视图中的附图标记40b是假定第二接合端部23’未在接合面40a处向径向外侧凸起推定高低差量t的情况下的假想线，该假想线40b的半径与一般部21的外周半径R一致。因此，在侧视图中，假想线40b与一般部21的外周面21a处于同一个面。

在图8中，假定对于内衬3与碳纤维5的间隙来说条件最差的状态，换言之，假定锥形部25不被切除而接合面40a处的凸起高度(＝推定高低差量t)保留不变的状态。此外，假定锥形部25的倾斜面25a并非阶梯下降而是从接合面40a一边倾斜一边延伸区间长度d2的量而与一般部21的外周面21a相交的状态。计算出表示这样的状态下将内衬3与碳纤维5的间隙假定为0的情况下的纤维角度ψ与倾斜角度θ的几何学关系的上述(式1)。

首先，在图8的俯视图中，当假定为在轴向以区间长度d2的量卷绕碳纤维5时碳纤维5在横向以长度d1的量倾斜，则纤维角度ψ由下述的(式2)表示。

tanψ＝d1/d2……(式2)

接着，在图8的侧视图中，锥形部25的倾斜面25a从凸起高度t的接合面40a一边以倾斜角度θ倾斜一边延伸区间长度d2的量而与一般部21的外周面21a相交，因此倾斜角度θ由下述的(式3)表示。

tanθ＝t/d2……(式3)

由此，从(式2)和(式3)中消去d2，得到下述的(式4)。

tanθ/tanψ＝t/d1……(式4)

在此，在图8的轴向视图中，能使用内衬3的中心角η并以下述的(式5)来表示假想线40b的半径R(＝一般部21的外周半径R)和长度d1。

sinη＝d1/R……(式5)

对(式5)的两边进行平方运算，得到下述的(式6)。

sin²η＝(d1/R)²……(式6)

此外，在图8的侧视图和轴向视图中，能使用内衬3的中心角η并以下述的(式7)来表示假想线40b的半径R与凸起高度t的关系。

cosη＝R/(R+t)……(式7)

对(式7)的两边进行平方运算，得到下述的(式8)。

cos²η＝R²/(R+t)²……(式8)

这样，将式6和式8的两边相加，消去内衬3的中心角η，得到下述的(式9)。

1＝(d1/R)²+R²/(R+t)²……(式9)

当关于长度d1地对(式9)进行整理时，得到下述的(式10)。

d1＝R×(1－R²/(R+t)²)^1/2……(式10)

将(式10)代入(式4)并进行整理，由此得到上述的(式1)。

若像这样将推定高低差量t(已知)、纤维角度ψ(已知)以及一般部21的外周半径R(已知)代入将内衬3与碳纤维5之间的间隙假定为0而计算出的(式1)中来决定锥形部25的倾斜角度θ(也称作理想倾斜角度θ。)，则理论上，在内衬3与碳纤维5之间不会产生间隙。

在下述的表1中示出实际计算所得的理想倾斜角度θ的例子(实施例1～4)。

[表1]

接着，对通过使用上述(式1)来设定锥形部25的理想倾斜角度θ而得到的效果进行了验证。

图9是示意性地说明内衬3和碳纤维5的间隙h与锥形部25的设定倾斜角度ξ的关系的概念图。在上述表1的实施例1中，关于与理想倾斜角度θ相同的设定倾斜角度ξ(验证例1)和不使用上述(式1)来设定的与理想倾斜角度θ不同的10个设定倾斜角度ξ(验证例2～11)，分别计算出内衬3与碳纤维5的间隙h。其结果示于下述的表2和图10。

[表2]

如表2和图10所示，在与理想倾斜角度θ相同的设定倾斜角度ξ的验证例1中，确认到内衬3与碳纤维5的间隙h为0(mm)。与此相对，在验证例2～11中，确认到设定倾斜角度ξ与理想倾斜角度θ相差越大，内衬3与碳纤维5的间隙h越大，越接近推定高低差量t＝1.0(mm)。

像这样，在本实施方式中，能将内衬3与碳纤维5的间隙设为0(mm)，因此如上所述，即使将高低差面23b的高度设定为间隙容许范围的最大值，也能如图7所示地抑制在高低差面23b的附近产生有害的间隙。

接着，对所述实施方式的变形例进行说明。需要说明的是，以下的变形例1和2也能应用于圆顶10、30。

－变形例1－

在上述实施方式的筒管20中，仅通过高低差面23b将锥形部25与一般部21相连，但也可以如图11所示，将倾斜面25a与高低差面23b之间的角部23c和一般部21的外周面21a与高低差面23b之间的角部23d设定为圆角。在该情况下，虽然容易识别锥形部25与一般部21的边界这样的效果减弱，但是由急剧的厚度变化引起的应力集中被缓和，因此具有能减少强度降低这样的优点。

－变形例2－

在上述实施方式的筒管20中，将锥形部25的倾斜面25a设为平坦，但也可以如图12所示在倾斜面25a上设置凹凸25b，以便能在将碳纤维5载置于倾斜面25a上时以少量的摩擦可靠地获得纤维角度ψ。需要说明的是，凹凸25b的深度被设定为内衬3与碳纤维5的间隙容许范围内。

其他实施方式

本发明并不限定于实施方式，能在不脱离其精神或主要特征的情况下以其他各种形式实施。

在上述实施方式中，将本发明应用于树脂制的内衬3，但并不限定于此，也可以将本发明应用于金属制的内衬。

此外，在上述实施方式中，通过红外线熔敷法来进行内衬构成构件10、20、30的接合，但并不限定于此，例如也可以通过利用激光、振动、摩擦搅拌等的熔敷、粘接方式来进行内衬构成构件10、20、30的接合。

而且，在上述实施方式中，将分割形成为三个的内衬构成构件10、20、30接合而构成内衬3，但并不限定于此，例如也可以将分割为两个或四个以上的内衬构成构件接合而构成内衬。

此外，在上述实施方式中，由碳纤维5形成外壳，但并不限定于此，例如也可以由玻璃纤维形成外壳。

像这样，上述的实施方式在所有方面都只是例示，不可以限定性地加以解释。而且，属于权利要求书的等同范围内的变形、变更都包含在本发明的范围内。

根据本发明，能保证内衬的最小板厚并且抑制在内衬与纤维之间产生有害的间隙，因此，将本发明应用于将纤维卷绕于接合了多个零件的内衬的外周的高压罐的制造方法以及高压罐极为有效。

Claims (7)

1.一种高压罐的制造方法，所述高压罐包括：内衬，通过接合多个圆筒状的内衬构成构件而形成；纤维，卷绕于所述内衬的外周，所述制造方法的特征在于，包括：

准备分别具有圆筒状的一般部和接合端部的构件来作为所述内衬构成构件，其中，所述接合端部形成为比所述一般部厚，使得在所述内衬构成构件彼此接合的接合面处产生的高低差量的推定值设为推定高低差量的情况下，至少端面处的外径比所述一般部的外径大推定高低差量；

将一个所述内衬构成构件的接合端部与其他所述内衬构成构件的接合端部在轴向上接合；

以已接合的所述内衬构成构件中接合面处的外径更大的内衬构成构件的一般部的外周面为基准面，切除已接合的两接合端部的比所述基准面靠径向外侧的部位；以及

将所述纤维以螺旋缠绕的方式卷绕于所述内衬的外周面。

2.根据权利要求1所述的高压罐的制造方法，其特征在于，

接合前的所述接合端部包括：圆筒状的接合余量部，位于所述接合端部的最端部，并且外径比所述一般部的外径大推定高低差量；以及锥形部，外径从所述接合余量部朝向所述一般部而缩径，以便连结所述接合余量部的外周面与所述一般部的外周面，

使所述各内衬构成构件的所述接合余量部熔融来使所述各内衬构成构件的接合端部彼此接合。

3.根据权利要求2所述的高压罐的制造方法，其特征在于，

所述锥形部的倾斜角度设定为满足下式的关系：

tanθ＝t×tanψ/(R×(1-R²/(R+t)²)^1/2)，

其中，θ为所述锥形部的倾斜角度，t为所述推定高低差量，ψ为进行所述卷绕的工序中所述纤维相对于内衬中心线的纤维角度，R为所述一般部的外周半径。

4.根据权利要求2或3所述的高压罐的制造方法，其特征在于，

所述各内衬构成构件中的所述锥形部的倾斜面在与所述一般部的外周面相交之前阶梯下降至所述外周面，

在抓持固定住所述各内衬构成构件的一般部的状态下，使所述各内衬构成构件的接合端部彼此接合。

5.一种高压罐，其特征在于，包括：

内衬，接合多个圆筒状的内衬构成构件而构成；以及

纤维，卷绕于所述内衬的外周，其中，

所述内衬包括：圆筒状的一般部；以及接合部，将所述内衬构成构件的接合端部彼此在轴向上接合而构成，

所述接合部包括接合面处的外径相等的第一接合端部和第二接合端部，

所述第一接合端部的厚度与所述一般部相同，

所述第二接合端部的外径比所述一般部大且所述第二接合端部比所述一般部厚。

6.根据权利要求5所述的高压罐，其特征在于，

所述第二接合端部包括在轴向上离所述接合面越远而外径越缩径的锥形部。

7.根据权利要求6所述的高压罐，其特征在于，

所述锥形部的倾斜面在与所述一般部的外周面相交之前阶梯下降至所述外周面。

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