CN114646015A - 高压罐及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高压罐及其制造方法，该高压罐能够使卷绕于内衬的主体部的第一加强层的端部充分地有助于高压罐的穹顶部的强度。在高压罐(1)中，加强层具备覆盖主体部(21)的第一加强层(31)和与第一加强层(31)一起覆盖侧端部(22)的第二加强层(32)。第一加强层(31)具有：环箍加强层(31A)，在主体部(21)的中央的区间(S1)中将包含树脂的纤维束以环箍卷绕方式进行卷绕而得到；及螺旋加强层(31B)，相对于环箍加强层(31A)沿着高压罐(1)的轴线方向并列设置，在位于中央的区间(S1)的至少一端侧的区间中将纤维束以螺旋卷绕方式进行卷绕而得到，螺旋加强层(31B)构成穹顶部(12)的一部分。

Description

高压罐及其制造方法
技术领域
本发明涉及高压罐及其制造方法。
背景技术
作为用于储存高压的流体的罐，已知有具备内衬和加强层的罐。内衬具有圆筒状的主体部和在该主体部的两侧设置的穹顶状的侧端部。加强层以覆盖内衬的方式设置，由包含树脂和强化纤维的纤维强化塑料(FRP)构成。加强层是用于确保罐对于内压的强度的构造。作为这样的罐的制造方法(加强层的形成方法)，已知有丝线缠绕(FW)法。FW法是如下方法：在一边使内衬旋转一边向浸渍有树脂的纤维束施加张力的同时，向内衬的外周卷绕纤维束，由此形成加强层。
例如，专利文献1公开了通过FW法，按照以下所示的方法形成了加强层的罐及其制造方法。具体而言，在该制造方法中，将浸渍有树脂的纤维束环箍卷绕于内衬的主体部的外周，进行内侧的第一加强层的形成。而且，从其上方，将浸渍有树脂的纤维束以覆盖内衬的侧端部和第一加强层的方式进行螺旋卷绕，形成外侧的第二加强层。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2020-34121号公报
发明内容
在专利文献1所示的制造方法中，第一加强层通过环箍卷绕形成，第一加强层的端部位于高压罐的穹顶部附近。然而，在高压罐上作用有内压时，在第一加强层的端部，不仅与高压罐的圆筒部同样地作用有环箍应力，而且在沿着高压罐的轴线方向的方向上也作用有应力，因此结果是，在该部分有时作用有弯曲应力。因此，在第一加强层的端部作用有内压时，相对于该弯曲应力作用的方向，第一加强层的端部的纤维方向的取向性低。因此，有时无法使卷绕于第一加强层的端部的纤维束充分有助于高压罐的强度。
本发明是鉴于上述的点而作出的发明，提供一种高压罐和这样的高压罐的制造方法，该高压罐能够使卷绕于内衬的主体部的第一加强层的端部充分有助于高压罐的穹顶部的强度。
本发明的高压罐是在圆筒部的两端形成有穹顶部的高压罐，其特征在于，所述高压罐具备内衬和加强层，所述内衬具有圆筒状的主体部和在所述主体部的两端设置的穹顶状的侧端部，所述加强层覆盖所述内衬且由纤维强化树脂形成，所述加强层具备覆盖所述主体部的第一加强层和与所述第一加强层一起覆盖所述侧端部的第二加强层，所述第一加强层具有：环箍加强层，在所述主体部的中央的区间中，将包含树脂的纤维束以环箍卷绕方式进行卷绕而得到；及螺旋加强层，相对于所述环箍加强层沿着所述高压罐的轴线方向并列设置，在位于所述中央的区间的至少一端侧的区间中，将所述纤维束以螺旋卷绕方式进行卷绕而得到，所述螺旋加强层构成所述穹顶部的一部分。
根据本发明，通过在第一加强层中的主体部的中央的区间设置环箍加强层，能够提高对作用于高压罐的圆筒部的环箍应力的强度(环箍强度)。而且，在位于主体部的中央的区间的至少一端侧的区间中，通过在环箍加强层的一端侧设置螺旋加强层，与将第一加强层仅以环箍卷绕方式进行卷绕的情况相比，能够提高穹顶部的弯曲强度。由此，也能够减薄形成穹顶部的第二加强层的厚度。
作为更优选的方式，所述螺旋加强层可以在沿着所述高压罐的轴线方向的剖面中具有从所述侧端部与所述主体部之间的交界部朝向所述环箍加强层侧相对于所述主体部的外周面倾斜的斜面。
根据上述方式，通过螺旋加强层具有斜面，能够降低侧端部的外周面与螺旋加强层的斜面之间的高低差，抑制以高低差为起因的应力集中。此外，从第二加强层作用于斜面的应力是与高压罐的轴线交叉的方向的应力。因此，具有该斜面的螺旋加强层的纤维束相对于轴线倾斜卷绕，因此与将第一加强层仅以环箍卷绕方式进行卷绕的情况相比，能够提高穹顶部的强度。
作为更优选的方式，可以是，所述第二加强层是以跨所述侧端部之间的方式将所述纤维束以螺旋卷绕方式进行卷绕而得到的层，形成所述螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度比形成所述第二加强层的所述纤维束的卷绕角度大，且比形成所述环箍加强层的所述纤维束的卷绕角度小。
根据上述方式，与将第一加强层仅以环箍卷绕方式进行卷绕的情况相比，能够提高穹顶部的弯曲强度，能够减少将形成第二加强层的纤维束卷绕的层数(卷绕数)。而且，通过将形成螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度的范围设为上文所示的范围，能够使螺旋加强层的纤维束的取向接近第二加强层的取向。其结果是，能够降低螺旋加强层与第二加强层的热膨胀差及热收缩差，确保螺旋加强层与第二加强层之间的界面的强度。
作为更优选的方式，可以是，所述螺旋加强层沿着所述高压罐的轴线方向具有所述环箍加强层侧的第一端部和所述侧端部侧的第二端部，形成所述第一端部的所述纤维束的卷绕角度比形成第二端部的所述纤维束的卷绕角度大。
根据上述方式，形成所述螺旋加强层的纤维束的卷绕角度在环箍加强层侧接近环箍加强层的纤维束的卷绕角度，在侧端部侧接近第二加强层的纤维束的卷绕角度。因此，通过利用螺旋加强层来弥补环箍加强层与第二加强层的强度差，能够降低以强度差为起因的应力集中。
作为更优选的方式，形成所述螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度可以处于80°以上且小于89°的范围。
根据上述方式，形成所述螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度设为80°以上且小于89°的范围，由此，能够在主体部的狭窄的区间中形成稳定的卷绕形状的螺旋加强层。
作为更优选的方式，所述螺旋加强层的沿轴线方向的长度可以为所述高压罐的外径的0.3倍以上。
根据上述方式，通过将螺旋加强层的沿轴线方向的长度L设为所述高压罐的外径的0.3倍以上，能够可靠地提高由螺旋加强层得到的弯曲强度。在螺旋加强层的沿轴线方向的长度小于高压罐的外径的0.3倍的情况下，可能无法充分发挥上述的效果。需要说明的是，螺旋加强层的沿轴线方向的长度越大，形成有环箍加强层的中央的区间越窄，因此高压罐的圆筒部的对于环箍应力的强度下降。因此，优选第一加强层的至少一部分为环箍层。而且，更优选长度L接近外径的0.3倍。
本发明的高压罐的制造方法是在圆筒部的两端形成穹顶部而得到的高压罐的制造方法，其特征在于，包括：准备内衬的工序，所述内衬具有圆筒状的主体部和在所述主体部的两端设置的穹顶状的侧端部；以覆盖所述主体部的方式卷绕包含树脂的纤维束而形成第一加强层的工序；以与所述第一加强层一起覆盖所述侧端部的方式形成由纤维强化树脂构成的第二加强层的工序，在形成所述第一加强层的工序中，所述第一加强层形成环箍加强层，并且形成相对于所述环箍加强层沿着所述高压罐的轴线方向并列设置的螺旋加强层，在所述主体部的中央的区间中，通过将所述纤维束以环箍卷绕方式进行卷绕而形成所述环箍加强层，在位于所述中央的区间的至少一端侧的区间中，通过将所述纤维束以螺旋卷绕方式进行卷绕而形成所述螺旋加强层。
根据本发明，通过在主体部的中央的区间设置环箍加强层，能够提高对作用于高压罐的圆筒部的环箍应力的强度(环箍强度)。而且，第一加强层中的与环箍加强层并列设置的螺旋加强层位于侧端部的附近。因此，在形成第二加强层时，即使从与高压罐的轴线方向交叉的方向向形成有第一加强的内衬作用有应力，通过螺旋加强层也能够确保其强度。
作为更优选的方式，可以在形成所述第一加强层的工序中，以在所述高压罐的沿轴线方向的剖面中具有从所述侧端部与所述主体部之间的交界部朝向所述环箍加强层侧相对于所述主体部的表面倾斜的斜面的方式形成所述螺旋加强层。
根据上述方式，通过以在螺旋加强层设置倾斜的斜面的方式卷绕，能够降低侧端部的外周面与螺旋加强层的斜面之间的高低差，抑制以高低差为起因的应力集中及空隙的形成。此外，如到此为止那样，将螺旋加强层的相当于斜面的部分如以往那样以环箍卷绕方式形成的情况下，如果要将第二加强层通过纤维束进行螺旋卷绕，则纤维束可能会发生位置偏离。这是因为，在设置斜面的情况下要卷绕的对象面相对于卷绕时的张力的朝向倾斜，因此卷绕时的斜面水平方向的力比卷绕时的摩擦大，纤维束在斜面上滑动。通过将斜面以螺旋卷绕方式进行卷绕，卷绕时的卷绕对象面相对于张力的朝向的倾斜度减小，滑动减轻。
作为更优选的方式，可以在形成所述第二加强层的工序中，以将所述第二加强层跨所述侧端部之间的方式将所述纤维束以螺旋卷绕方式进行卷绕，以形成所述螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度大于形成所述第二加强层的所述纤维束的卷绕角度且小于形成所述环箍加强层的所述纤维束的卷绕角度的方式卷绕所述纤维束。
根据上述方式，通过将形成螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度的范围设为上述的范围，能够使螺旋加强层的纤维束的取向接近第二加强层的取向。其结果是，能够降低螺旋加强层与第二加强层的热膨胀差及热收缩差，确保螺旋加强层与第二加强层之间的界面的强度。而且，通过将卷绕角度设为本结构的范围，形成第二加强层时的最初的层卷绕于螺旋加强层，与卷绕在环箍卷绕层上的情况相比卷绕角度接近，因此能够稳定地卷绕。
作为更优选的方式，可以在形成所述第一加强层的工序中，所述螺旋加强层沿着所述高压罐的轴线方向具有所述环箍加强层侧的第一端部和所述侧端部侧的第二端部，以形成所述第一端部的所述纤维束的卷绕角度大于形成第二端部的所述纤维束的卷绕角度的方式卷绕所述纤维束。
根据上述结构，形成螺旋加强层的纤维束的卷绕角度在环箍加强层侧的第一端部处接近环箍加强层的纤维束的卷绕角度，在侧端部侧的第二端部处接近第二加强层的纤维束的卷绕角度。因此，能够利用螺旋加强层来弥补环箍加强层与第二加强层的以纤维束的取向为起因的强度差，抑制由其引起的罐强度的下降。
作为更优选的方式，可以在形成所述第一加强层的工序中，形成所述螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度处于80°以上且小于89°的范围。
根据上述结构，通过将形成螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度设为80°以上且小于89°的范围，即使在主体部的狭窄的区间中，也能够形成稳定的卷绕形状的螺旋加强层。
作为更优选的方式，可以在形成所述第一加强层的工序中，所述螺旋加强层的沿轴线方向的长度为所述高压罐的外径的0.3倍以上。
根据上述结构，通过将螺旋加强层的沿轴线方向的长度设为所述高压罐的外径的0.3倍以上，能够可靠地提高由螺旋加强层得到的弯曲强度。在螺旋加强层的沿轴线方向的长度小于高压罐的外径的0.3倍的情况下，可能无法充分发挥上述的效果。
作为更优选的方式，可以在形成所述第一加强层的工序中，通过将进行环箍卷绕而得到的层在所述主体部的径向上层叠多层而形成所述环箍加强层，通过将进行螺旋卷绕而得到的层在所述主体部的径向上层叠多层而形成所述螺旋加强层，通过交替地形成所述进行环箍卷绕而得到的层与所述进行螺旋卷绕而得到的层来进行所述环箍加强层和所述螺旋加强层的形成。
例如，在从形成环箍加强层完毕开始形成螺旋加强层的情况下，在环箍加强层与螺旋加强层之间的交界部处，如果各加强层的形状误差大，则可能会产生间隙。相对于此，根据本方式，由于交替地形成进行环箍卷绕而得到的层与进行螺旋卷绕而得到的单层，因此在环箍加强层与螺旋加强层之间的交界部，各层以重叠的方式结合，能够抑制间隙的产生。
【发明效果】
根据本发明，能够使卷绕于内衬的主体部的第一加强层充分有助于高压罐的穹顶部的强度。
附图说明
图1是本发明的实施方式的高压罐的外观图。
图2是图1的高压罐的A-A剖面的剖视图。
图3是将向本发明的实施方式的高压罐赋予了内压时的各加强层的应力状态与比较例一起表示的坐标图。
图4是本发明的实施方式的高压罐的制造方法的工序的流程图。
图5A是表示图4所示的流程图的准备内衬的工序的图。
图5B是表示图4所示的流程图的形成第一加强层的工序中的环箍加强层的形成的图。
图5C是表示图4所示的流程图的形成第一加强层的工序中的形成螺旋加强层的工序的形成的图。
图5D是表示图4所示的流程图的通过低角度螺旋卷绕形成第二加强层的工序的图。
图6是表示形成第二加强层之前的卷绕有第一加强层的状态的图。
【标号说明】
1：高压罐，11：圆筒部，12：穹顶部，14：储存空间，20：内衬，21：主体部，21a：主体部的表面，22：侧端部，24：交界部，30：加强层，31：第一加强层，31a：斜面，31A：环箍加强层，31B：螺旋加强层，32：第二加强层，41、42：管头，F：纤维束
具体实施方式
以下，按照本发明的实施方式的高压罐、该高压罐的制造方法的顺序，参照附图进行说明。
首先，说明高压罐的结构。图1表示本实施方式的高压罐1的外观。高压罐1具有圆筒部11和在圆筒部11的两侧形成的穹顶部12，高压罐1的整体形状为大致椭圆体状。圆筒部11及穹顶部12都通过由包含树脂的纤维束F构成的加强层30覆盖。而且，在高压罐1的两端形成有金属制的管头41、42。管头41、42中的一方，例如管头41在将储存于高压罐内部的流体向外部供给时，通过连接阀门等而成为流体的路径。在该情况下，另一方的管头42通常发挥在向罐形成加强层时对罐进行保持的作为保持部的作用。另一方的管头42对于罐的功能来说不是必须的结构。
作为这样的高压罐1的用途，可列举例如用于储存作为燃料电池的反应气体而使用的氢气的氢罐。作为氢罐的用途，可考虑燃料电池机动车、使用了燃料电池的紧急用电源等各种用途。而且，储存于高压罐的物质并不局限于氢气，可以储存其他的气体或液体等一切流体。
接下来，使用图2，详细说明高压罐1的构造。
图2是图1的高压罐1的A-A剖面的剖视图。在本实施方式中形成储存流体的储存空间14的是内衬20。内衬20具有圆筒状的主体部21，在其两端具有穹顶状的侧端部22。内衬20可以是将主体部21与侧端部22一体成形的结构，也可以是将相当于各部位的构件接合而成的结构。内衬20的材质优选具有不使被封闭于储存空间14的流体透过的性质的材质。例如，可以是PP(聚丙烯)那样的树脂或铝那样的金属。
侧端部22在两端分别与管头41、管头42相接，管头41、42通过嵌合或粘结等而安装于各侧端部22。而且，内衬20被由纤维强化树脂形成的加强层30覆盖。加强层30由覆盖主体部21的第一加强层31和在其更外周与第一加强层31一起覆盖侧端部22的第二加强层32形成。
第一加强层31对于储存空间14中储存的流体的压力，将内衬20加强。进而言之，对于主体部21受到的径向的压力进行加强。第一加强层31的材质优选适合于丝线缠绕的材质，即，由纤维进行强化等而使强度具有取向性的材质。例如，优选通过玻璃纤维、碳纤维等强化纤维将树脂强化而得到的FRP等，特别优选碳纤维强化树脂(CFRP)。
第二加强层32以覆盖第一加强层31和内衬的侧端部22的方式形成，对于储存空间14的流体的压力将内衬20加强。主要目的是对于沿着高压罐1的轴线C方向(沿轴线C的方向)作用于侧端部22的力的加强，也是对于在穹顶状的侧端部22鼓出的方向上作用的压力的加强。第二加强层32的材质优选与第一加强层31的材质相同的材质，但也可以是其他的材质。
第一加强层31具有环箍加强层31A和螺旋加强层31B。环箍加强层31A是在主体部21的中央的区间S1将包含树脂的纤维束F以后述的环箍卷绕进行卷绕而得到的加强层。在此，主体部21的中央的区间S1是指沿着高压罐1的轴线C方向的包含主体部21的中心的区间。
环箍加强层31A是以沿着纤维束F的长度方向的缘部无间隙地重合的方式卷绕纤维束F而得到的层。在本实施方式中，环箍加强层31A是在高压罐1的径向(内衬20的主体部21的径向)上将多个通过环箍卷绕形成的环箍卷绕的层(单层)层叠而得到的层。需要说明的是，环箍卷绕的单层是沿着高压罐1的轴线C方向向一个方向卷绕纤维束而得到的层。
螺旋加强层31B相对于环箍加强层31A沿着高压罐1的轴线C方向并列设置。螺旋加强层31B是在位于中央的区间S1的至少一端侧的区间S2中，将包含树脂的纤维束F以后述的螺旋卷绕进行卷绕而得到的加强层。在本实施方式中，在环箍加强层31A的两端侧形成螺旋加强层31B，环箍加强层31A与各螺旋加强层31B连续形成。
螺旋加强层31B是在区间S2中，以通过使纤维束F相对于高压罐1的轴线C方向倾斜而使沿着纤维束F的长度方向的缘部交叉地重合，并在区间S2内往复多次的方式卷绕纤维束F而得到的层。在本实施方式中，螺旋加强层31B是在高压罐1的径向(内衬20的主体部21的径向)上，将多个通过螺旋卷绕形成的螺旋卷绕的单层层叠而得到的层。需要说明的是，螺旋卷绕的单层是将纤维束F卷绕至无间隙地覆盖主体部21的表面或其下侧的单层为止而得到的层。
螺旋加强层31B构成高压罐1的穹顶部12的一部分，环箍加强层31A构成高压罐的圆筒部11的一部分。如图2所示，中央的区间S1的轴线C方向的长度优选比各区间S2的轴线C方向的长度长。由此，通过环箍加强层31A能够更高效地承受作用于高压罐1的圆筒部11的环箍应力。而且，螺旋加强层31B构成高压罐1的穹顶部12的一部分。
图3的上图是图2的剖视图中的内衬20的主体部21与侧端部22之间的交界部24附近的放大图。在高压罐1的沿着轴线C方向的剖面中，螺旋加强层31B具有从交界部24朝向环箍加强层31A侧相对于主体部21的外周面(表面21a)倾斜的斜面31a。该斜面31a是通过在高压罐1的径向上将纤维束F的层(螺旋卷绕的单层)层叠多层并随着向高压罐1的径向的外侧前进而使纤维束F的层(螺旋卷绕的单层)向高压罐1的轴线C方向的中心附近错开而形成的面。
在上述实施方式中，螺旋加强层31B具有斜面31a，但是没有限定于此。通过该结构能得到如下那样的效果。
通过在螺旋加强层31B设置斜面31a，能够减少侧端部22的外周面与螺旋加强层31B的斜面31a之间的高低差，抑制以高低差为起因的应力集中。此外，从第二加强层32作用于斜面31a的应力是与高压罐1的轴线交叉的方向的应力。因此，形成有该斜面31a的螺旋加强层31B的纤维束F相对于轴线倾斜卷绕。因此，与将第一加强层31仅以环箍卷绕方式进行卷绕的情况相比，能够提高穹顶部12的强度。
第二加强层32是跨于内衬两侧的侧端部22之间地将纤维束F以螺旋卷绕方式进行卷绕而得到的加强层。在此，如后所述，只要能够提高由螺旋加强层31B得到的高压罐1的强度，形成加强层30的纤维束F的卷绕角就没有限定。在本实施方式中，纤维束F的卷绕角优选满足以下的关系。
具体而言，形成螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2(参照图5C)比形成第二加强层32的纤维束F的卷绕角度θ3(参照图5D)大。除此之外，形成螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2比形成环箍加强层31A的纤维束F的卷绕角度θ1(参照图5B)小。
例如，形成螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2可以是恒定的角度。在本实施方式中，螺旋加强层31B沿着高压罐1的轴线C方向具有环箍加强层31A侧的第一端部31b和侧端部22侧的第二端部33c。形成第一端部31b的纤维束F的卷绕角度θ2优选比形成第二端部31c的纤维束F的卷绕角度θ2大。例如，纤维束F的卷绕角度θ2可以从第一端部31b至第二端部31c倾斜地变化。这样的卷绕角度θ2的关系对于每个构成螺旋加强层31B的单层都满足。形成螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2更优选为80°以上且小于89°的范围。
此外，沿着高压罐1的轴线C方向的螺旋加强层31B的长度L为高压罐的外径D的0.3倍以上。
使用图3的下图，说明本实施方式的效果。图3的下图的坐标图表示向高压罐1赋予了一定的内压时的第一加强层31和第二加强层32承受的作用于纤维束的应力。图3也示出将螺旋加强层31B的部分以环箍加强层卷绕的情况(即，将第一加强层31仅以环箍卷绕方式进行了卷绕的情况)作为比较例。在图3中，通过实线表示本实施方式，通过虚线表示比较例。
在本实施方式中，螺旋加强层31B形成高压罐1的穹顶部12的一部分。因此，与比较例那样仅以环箍卷绕方式形成的第一加强层的端部相比，螺旋加强层31B的纤维束F的纤维方向接近沿着穹顶部12的周面的方向。在此，纤维束F对于纤维方向的强度比其他的方向高，因此纤维方向接近力的朝向能够提高高压罐1的强度。由此，本实施方式的第一加强层31中的处于区间S2的部分的螺旋加强层31B与比较例相比，有助于高压罐1的穹顶部12的强度的提高。
在比较例中，第二加强层32的应力的分布集中于交界部24附近而处于增大的倾向，但是在本实施方式中，伴随着螺旋加强层31B的形成而能够降低第二加强层32承受的应力的最大值。由此，能够降低对形成穹顶部12的第二加强层32要求的强度的基准，能够减薄形成穹顶部12的第二加强层32。需要说明的是，在本实施方式中，通过在交界部24的附近设置螺旋加强层31B而第一加强层31的纤维方向的应力与比较例相比升高，但是在该部分产生的应力与其他的部分相比并未增大，因此不会导致高压罐1的强度下降。
在上述实施方式中，第二加强层32设为以跨内衬两侧的侧端部22之间的方式将纤维束F以后述的螺旋卷绕进行卷绕而得到的加强层，但是没有限定于此。例如，可以取代丝线缠绕法，如RTM法等那样，将树脂以模具成型。而且，形成螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2设为比形成第二加强层32的纤维束F的卷绕角度θ3大，比形成环箍加强层31A的纤维束F的卷绕角度θ1小，但是没有限定于此。
通过设为上述的结构，能得到如下那样的效果。首先，通过将形成螺旋加强层31B的前述纤维束F的卷绕角度θ2的范围设为上文所示的范围，能够使螺旋加强层31B的纤维束F的取向接近第二加强层32的取向。其结果是，能够降低螺旋加强层31B与第二加强层32的热膨胀差及热收缩差，确保螺旋加强层31B与第二加强层32之间的界面的强度。
在上述实施方式中，沿着高压罐1的轴线C方向的螺旋加强层31B的长度L设为高压罐的外径D的0.3倍以上，但是没有限定为该关系。
通过设为上述的结构而能得到如下那样的效果。通过将沿着螺旋加强层31B的轴线C方向的长度L设为前述高压罐1的外径D的0.3倍以上，能够可靠地提高由螺旋加强层31B得到的弯曲强度。需要说明的是，沿着螺旋加强层31B的轴线C方向的长度L小于高压罐1的外径D的0.3倍的情况下，可能无法充分发挥上述的效果。这以图3下图的比较例的第一加强层的应力分布为根据。具体而言，以在距高压罐的端部的位置为0.3D以上的位置处变得大致恒定的情况为根据。
在上述实施方式中，设为螺旋加强层31B中的形成环箍加强层31A侧的第一端部31b的纤维束F的卷绕角度θ2大于形成侧端部22侧的第二端部31c的纤维束F的卷绕角度θ2，但是例如螺旋加强层31B的卷绕角度可以恒定，没有限定于此。
通过设为该结构能得到如下那样的效果。形成螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2在环箍加强层31A侧接近环箍加强层31A的纤维束F的卷绕角度θ1，在侧端部22侧接近第二加强层32的纤维束F的卷绕角度θ3。因此，利用螺旋加强层31B来弥补环箍加强层31A与第二加强层32的强度差，从而能够降低以强度差为起因的应力集中。
在上述实施方式中，形成螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2设为80°以上且小于89°的范围，但是没有限定为该关系。通过该结构，能得到如下那样的效果。通过将形成前述螺旋加强层31B的前述纤维束F的卷绕角度θ2设为80°以上且小于89°的范围，能够在主体部21的更窄的范围内形成稳定的卷绕形状的螺旋加强层31B。而且，抑制纤维束F沿轴线C方向滑动的可能性。
接下来，以下说明本发明的实施方式的高压罐的制造方法。在与前述的高压罐的特征相同的情况下，有时也省略说明。
图5是表示制造方法的整体的流动的流程图。
本实施方式的制造方法如果大致区分，则由准备内衬20的工序S101、形成第一加强层31的工序S102、形成第二加强层32的工序S103这三个工序构成。以下，对各工序进行说明。
在工序S101中，如图5A所示，准备内衬20。内衬20具有主体部21且在该主体部的两侧具有侧端部22、管头41、管头42。内衬20将管头41、42保持为能够以轴线C为中心旋转。需要说明的是，在本实施方式中，保持管头41、管头42，但也可以仅保持任一方。通过保持两方，容易确保丝线缠绕法要求的高刚性。
在工序S102中，形成第一加强层31。在本实施方式中，第一加强层31如图5B、图5C所示，将包含树脂的纤维束F以覆盖通过工序S101准备的内衬的主体部21的方式卷绕形成。更具体而言，通过一边从可动式的纤维束供给部60供给纤维束F一边使内衬20以轴线C为中心旋转而进行卷绕。纤维束供给部60沿着轴线C移动，并且纤维束F相对于轴线C的卷绕角度也能够调整。关于第一加强层31的卷绕的特征，另行在后文叙述。
在工序S103中，形成第二加强层32。在本实施方式中，第二加强层32如图5D所示，将包含树脂的纤维束F与第一加强层31一起以覆盖侧端部22的方式卷绕而形成。与工序S102同样，通过一边从可动式的纤维束供给部60供给纤维束F一边使内衬20以轴线C为中心旋转而进行卷绕。与工序102不同的是纤维束供给部60与内衬20的位置关系。在本工序中，纤维束F以跨内衬的侧端部22的方式卷绕。纤维束F与轴线C所成的角度θ3例如为60°以下。通常，是称为低角度螺旋卷绕的卷绕方法。
更详细地说明工序S102。工序S102包括如图5B那样形成环箍加强层31A的工序和如图5C那样形成螺旋加强层31B的工序。
在形成环箍加强层31A的工序中，在主体部21的中央的区间S1，通过将纤维束F以环箍卷绕方式进行卷绕而形成环箍加强层31A。环箍卷绕是指纤维束F与轴线C所成的角度θ1成为大致直角的卷绕方法，纤维束F沿着相邻的纤维束F的缘部无间隙而重叠地卷绕。相邻的纤维束F是指纤维束F在内衬20的绕轴线C的旋转中在前一旋转中卷绕的纤维束F。θ1例如为89°以上。
在形成螺旋加强层31B的工序中，在沿着高压罐的轴线C方向位于中央的区间S1的至少一端侧的区间S2中，通过将纤维束F以螺旋卷绕方式进行卷绕而形成螺旋加强层31B。螺旋加强层31B的形成所使用的螺旋卷绕中，纤维束F与轴线C所成的卷绕角度θ2比环箍卷绕小，并以纤维束F彼此交叉的方式卷绕纤维束F。而且，与前述的低角度螺旋卷绕不同，纤维束F卷绕于内衬的主体部21。通常，相对于低角度螺旋卷绕而称为高角度螺旋卷绕。卷绕角度θ2成为例如80°以上且小于89°的范围。
在本实施方式中，交替地进行形成环箍加强层31A的工序与形成螺旋加强层31B的工序。在此所说的一层是纤维束F大致一根的厚度的层。在环箍卷绕中所说的一层通过将纤维束供给部60在区间S1从一端移动至另一端而形成。另一方面，在高角度螺旋卷绕中所说的一层通过如图5C那样由纤维束供给部60在区间S2往复而形成，通过将作为目标的范围全部覆盖而形成。在该情况下设为目标的范围可以是区间S2中的一部分。
在区间S2处于区间S1的两侧的情况下，例如，如下那样交替形成。首先，(1)如图5B所示，在区间S1中形成环箍加强层31A的单层。(2)如图5C所示，在一侧的区间S2中，将螺旋加强层31B的单层形成两层的量。(3)在区间S1中，从一侧朝向另一侧形成环箍加强层31A的单层。(4)在另一侧的区间S2中，将螺旋加强层31B的单层形成两层的量。这样，通过反复进行(1)～(4)，将环箍加强层31A和螺旋加强层31B的形成通过交替地形成环箍卷绕的层与螺旋卷绕的层来进行。
在工序S102中，螺旋加强层31B的沿轴线C方向的长度L，即区间S2的长度为要制造的高压罐1的外径D的0.3倍以上。在工序S102中，在高压罐1的沿轴线C方向的剖面中，从内衬20的侧端部22与主体部21之间的交界部24朝向环箍加强层31A侧，以具有相对于主体部21的表面21a倾斜的斜面的方式卷绕螺旋加强层31B。
在工序S102中，螺旋加强层31B如上述的图3所示，以形成环箍加强层31A侧的第一端部31b的纤维束F的卷绕角度θ2比形成侧端部22侧的第二端部31c的纤维束F的卷绕角度θ2大的方式卷绕纤维束F。特别是在本实施方式中，螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2越接近区间S1越大。
通过设为上述的结构，能得到如下那样的效果。第一加强层31中的并列设置于环箍加强层31A的螺旋加强层31B位于侧端部22的附近。因此，在形成第二加强层32时，即使从与高压罐1的轴线C方向交叉的方向向形成有第一加强层31的内衬20作用有应力，通过螺旋加强层32A也能够确保其强度。
在上述实施方式中，在形成第二加强层32的工序S103中，将第二加强层32以跨侧端部22之间的方式将纤维束F以螺旋卷绕方式进行卷绕，以形成前述螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2比形成第二加强层32的纤维束F的卷绕角度θ3大且比形成环箍加强层31A的纤维束F的卷绕角度θ1小的方式卷绕了纤维束F，但是这不是必须的结构。
通过设为该结构而能得到如下那样的效果。通过将形成螺旋加强层31B的前述纤维束F的卷绕角度θ2的范围设为本结构的范围，能够使螺旋加强层31B的纤维束F的取向接近第二加强层32的取向。其结果是，能够降低螺旋加强层31B与第二加强层32的热膨胀差及热收缩差，确保螺旋加强层31B与第二加强层32之间的界面的强度。而且，通过将卷绕角度θ2设为本结构的范围，形成第二加强层32时的最初的层在向螺旋加强层31B卷绕时，与卷绕于环箍卷绕层上的情况相比卷绕角度θ3接近，因此能够稳定地卷绕。
在上述实施方式中，在形成第一加强层31的工序S102中，螺旋加强层31B的沿轴线C方向的长度L为前述高压罐的外径D的0.3倍以上，但是这不是必须的结构。
通过设为该结构而能得到如下那样的效果。通过将螺旋加强层31B的沿轴线C方向的长度L设为前述高压罐1的外径D的0.3倍以上，能够可靠地提高由螺旋加强层31B得到的弯曲强度。在螺旋加强层31B的沿轴线C方向的长度L小于高压罐1的外径D的0.3倍的情况下，可能无法充分发挥上文的效果。
在上述实施方式中，在形成前述第一加强层的工序中，从前述侧端部与前述主体部之间的交界部朝向前述环箍加强层侧，以具有相对于前述主体部的表面倾斜的斜面的方式形成螺旋加强层，但是这不是必须的结构。
通过设为该结构，能得到如下那样的效果。首先，通过在螺旋加强层31B设置斜面31a，能够降低侧端部22的外周面与螺旋加强层31B的斜面31a之间的高低差，抑制以高低差为起因的应力集中。此外，在将螺旋加强层的相当于斜面的部分以环箍卷绕方式形成的情况下，可能会发生位置偏离。这是因为，在设置斜面的情况下卷绕的对象面相对于卷绕时的张力的朝向而倾斜，因此卷绕时的斜面水平方向的力比卷绕时的摩擦大，纤维束在斜面上滑动。相对于此，通过如本结构那样将斜面以螺旋卷绕方式进行卷绕，卷绕时的卷绕对象面相对于张力的朝向的倾斜度减小，滑动减轻。
在上述实施方式中，在形成第一加强层31的工序中，螺旋加强层31B的卷绕角度θ2中的环箍加强层31A侧的第一端部31b的纤维束F的卷绕角度θ2比侧端部22侧的第二端部31c的纤维束F的卷绕角度θ2大，但是这并非必须的结构。
通过设为该结构而能得到如下那样的效果。形成螺旋加强层31B的纤维束F的卷绕角度θ2在环箍加强层31A侧的第一端部31b处接近环箍加强层31A的纤维束F的卷绕角度θ1，在侧端部22侧的第二端部31c处接近第二加强层32的纤维束F的卷绕角度θ3。因此，通过利用螺旋加强层31B弥补环箍加强层31A与第二加强层32的强度差，能够降低以强度差为起因的应力集中。
在上述实施方式中，在形成前述第一加强层的工序中，形成前述螺旋加强层的前述纤维束的卷绕角度设为处于80°以上且小于89°的范围，但是这并非必须的结构。
通过设为该结构能得到如下那样的效果。通过将形成螺旋加强层31B的前述纤维束F的卷绕角度θ2设为80°以上且小于89°的范围，即使在主体部21的狭窄的区间S2中，也能够形成稳定的卷绕形状的螺旋加强层31B。
在上述实施方式中，在形成前述第一加强层31的工序中，环箍卷绕的层与螺旋卷绕的层交替地形成，但是这并非必须的结构。通过设为该结构能得到如下那样的效果。从形成环箍加强层31A完毕开始形成螺旋加强层31B的情况下，在环箍加强层31A与螺旋加强层31B之间的交界部24，如果各加强层的形状误差大，则可能会产生间隙。相对于此，根据本结构，每1～2层地交替形成环箍加强层31A与螺旋加强层31B，因此在交界部24处各层重叠地结合，能够抑制间隙的产生。
本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，发明内容一栏记载的与各方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当地进行更换或组合。而且，该技术特征只要在本说明书中不是作为必须的特征来说明，就可以适当删除。

Claims (13)

1.一种高压罐，在圆筒部的两端形成有穹顶部，其特征在于，
所述高压罐具备内衬和加强层，所述内衬具有圆筒状的主体部和在所述主体部的两端设置的穹顶状的侧端部，所述加强层覆盖所述内衬且由纤维强化树脂形成，
所述加强层具备覆盖所述主体部的第一加强层和与所述第一加强层一起覆盖所述侧端部的第二加强层，
所述第一加强层具有：
环箍加强层，在所述主体部的中央的区间中，将包含树脂的纤维束以环箍卷绕方式进行卷绕而得到；及
螺旋加强层，相对于所述环箍加强层沿着所述高压罐的轴线方向并列设置，在位于所述中央的区间的至少一端侧的区间中，将所述纤维束以螺旋卷绕方式进行卷绕而得到，
所述螺旋加强层构成所述穹顶部的一部分。
2.根据权利要求1所述的高压罐，其特征在于，
所述螺旋加强层在沿着所述高压罐的轴线方向的剖面中具有从所述侧端部与所述主体部之间的交界部朝向所述环箍加强层侧相对于所述主体部的外周面倾斜的斜面。
3.根据权利要求1或2所述的高压罐，其特征在于，
所述第二加强层是以跨所述侧端部之间的方式将所述纤维束以螺旋卷绕方式进行卷绕而得到的层，
形成所述螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度比形成所述第二加强层的所述纤维束的卷绕角度大，且比形成所述环箍加强层的所述纤维束的卷绕角度小。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的高压罐，其特征在于，
所述螺旋加强层沿着所述高压罐的轴线方向具有所述环箍加强层侧的第一端部和所述侧端部侧的第二端部，形成所述第一端部的所述纤维束的卷绕角度比形成第二端部的所述纤维束的卷绕角度大。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的高压罐，其特征在于，
形成所述螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度处于80°以上且小于89°的范围。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的高压罐，其特征在于，
所述螺旋加强层的沿轴线方向的长度为所述高压罐的外径的0.3倍以上。
7.一种高压罐的制造方法，是在圆筒部的两端形成穹顶部而得到的高压罐的制造方法，其特征在于，包括：
准备内衬的工序，所述内衬具有圆筒状的主体部和在所述主体部的两端设置的穹顶状的侧端部；
以覆盖所述主体部的方式卷绕包含树脂的纤维束而形成第一加强层的工序；及
以与所述第一加强层一起覆盖所述侧端部的方式形成由纤维强化树脂构成的第二加强层的工序，
在形成所述第一加强层的工序中，所述第一加强层形成环箍加强层，并且形成相对于所述环箍加强层沿着所述高压罐的轴线方向并列设置的螺旋加强层，在所述主体部的中央的区间中，通过将所述纤维束以环箍卷绕方式进行卷绕而形成所述环箍加强层，在位于所述中央的区间的至少一端侧的区间中，通过将所述纤维束以螺旋卷绕方式进行卷绕而形成所述螺旋加强层。
8.根据权利要求7所述的高压罐的制造方法，其特征在于，
在形成所述第一加强层的工序中，
以在所述高压罐的沿轴线方向的剖面中具有从所述侧端部与所述主体部之间的交界部朝向所述环箍加强层侧相对于所述主体部的表面倾斜的斜面的方式形成所述螺旋加强层。
9.根据权利要求7或8所述的高压罐的制造方法，其特征在于，
在形成所述第二加强层的工序中，
以将所述第二加强层跨所述侧端部之间的方式将所述纤维束以螺旋卷绕方式进行卷绕，
以形成所述螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度大于形成所述第二加强层的所述纤维束的卷绕角度且小于形成所述环箍加强层的所述纤维束的卷绕角度的方式卷绕所述纤维束。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的高压罐的制造方法，其特征在于，
在形成所述第一加强层的工序中，
所述螺旋加强层沿着所述高压罐的轴线方向具有所述环箍加强层侧的第一端部和所述侧端部侧的第二端部，以形成所述第一端部的所述纤维束的卷绕角度大于形成第二端部的所述纤维束的卷绕角度的方式卷绕所述纤维束。
11.根据权利要求7～10中任一项所述的高压罐的制造方法，其特征在于，
在形成所述第一加强层的工序中，
所述螺旋加强层的沿轴线方向的长度为所述高压罐的外径的0.3倍以上。
12.根据权利要求7～11中任一项所述的高压罐的制造方法，其特征在于，
在形成所述第一加强层的工序中，
形成所述螺旋加强层的所述纤维束的卷绕角度处于80°以上且小于89°的范围。
13.根据权利要求7～11中任一项所述的高压罐的制造方法，其特征在于，
在形成所述第一加强层的工序中，通过将进行环箍卷绕而得到的层在所述主体部的径向上层叠多层而形成所述环箍加强层，通过将进行螺旋卷绕而得到的层在所述主体部的径向上层叠多层而形成所述螺旋加强层，
通过交替地形成所述进行环箍卷绕而得到的层与所述进行螺旋卷绕而得到的层来进行所述环箍加强层和所述螺旋加强层的形成。
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