JP2001021099A - 圧力容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ライナの形状を変更したり特別な緩衝材を設
けることなく、落下時に衝撃を受け易い肩部の耐衝撃性
を向上でき、繊維の増加量を抑えることが可能な圧力容
器を提供する。 【解決手段】 圧力容器１は円筒部２の両端にドーム部
３を有する形状に形成され、ガスバリア性を有するライ
ナ４と、その外側を覆うＦＲＰ製の外殻とを備えてい
る。外殻５を構成する強化繊維として、圧力容器１の最
大内圧に耐えうる強度を有する主繊維層９と、外殻５の
肩部10と円筒部２の一部に跨って配置された衝撃緩衝層
11を構成する繊維束15が配列されている。衝撃緩衝層11
は主繊維層９の外側に配置されている。衝撃緩衝層11を
構成する繊維束15は衝撃緩衝層11が衝撃を緩和する空隙
16を有するように、肩部10側の折り返しの位置が軸方向
にずれた状態でかつ繊維束15が互いに交差するように配
列されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種の高圧ガスや加
圧流体を収容するのに好適な圧力容器に係り、詳しくは
円筒部の両端にドーム部を有する形状に形成され、ガス
バリア性を有するライナと、その外側を覆う繊維強化複
合材製の外殻とを有し、ドーム部の中心に口金を備えた
圧力容器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液化天然ガス
（ＬＮＧ）等を収容する圧力容器は、一般にスチールや
アルミニウム合金等の金属製のため重量が重い。また、
近年、天然ガスを燃料とする自動車が低公害車として注
目されているが、燃料タンクとなる圧力容器の重量が重
く燃費が大きくなる。この不都合を解消するため、ガス
バリア性を有するライナ（内殻）を耐圧性の繊維強化樹
脂（ＦＲＰ）製の外殻で覆ったガスボンベが提案されて
いる。

【０００３】ＦＲＰ製の外殻はフィラメントワインディ
ング法でライナ上に巻き付けられた繊維層によって形成
されている。薄肉回転対称体形状の圧力容器の主応力方
向は軸方向と周方向で、繊維強化複合材においては繊維
を主応力方向に配列するのが最適な繊維配列である。そ
のため、従来、圧力容器のドーム部に対してはインプレ
ーン巻（平面巻）又はヘリカル巻が行われ、円筒部（胴
部）に対してはインプレーン巻又はヘリカル巻とフープ
巻の組合せで繊維が配列されて圧力容器が製造されてい
る。

【０００４】しかし、通常のインプレーン巻やヘリカル
巻の場合、繊維は全て圧力容器の両端の口金に接して折
り返しているので、口金近傍の肉厚が厚く、肩部（ドー
ム部と円筒部との境界付近の湾曲部）の肉厚が薄い構造
となる。この傾向は円筒部径と口金径の比が大きくなる
ほど顕著になる。

【０００５】また、自動車用の圧縮天然ガス圧力容器の
場合は、種々の性能試験があり、落下試験に合格するに
は、圧力容器を床面から３ｍの位置で水平に保持後、落
下させ、その後、大気圧〜最高充填圧力で１００００回
加圧しても容器が破裂しないことが要求される。落下試
験では一般に圧力容器は斜めに落下して、肩部から床面
に衝突する確率が高い。また、破裂試験では破裂が胴部
で発生することが要求される。従って、自動車用の圧縮
天然ガス圧力容器では肩部の耐圧性及び肩部の耐衝撃性
を高める必要がある。

【０００６】従来、ＦＲＰ製の圧力容器の肩部の強度を
高める方法として、特開平８−２１９３９０号公報に
は、ガスバリア性を有する内殻と、該内殻を覆うように
設けた耐圧性のＦＲＰ製の外殻とを有するガスボンベに
おいて、前記外殻の肩部における最内層に補強繊維のフ
ープ巻層を設けることが提案されている。そして、肩部
にフープ巻きを行っても繊維が滑らないように、内殻を
肩部外周面に周方向に延びかつ軸方向に段差を有する段
付形状としている。

【０００７】また、特開平８−３５５９８号公報（米国
特許５４７６１８９号公報）には図９に示すように、端
部にボス部（口金）３０を備えたライナ３１と、外側シ
ェル３２とを有する圧力容器３３において、外側シェル
３２の肩部に損傷軽減材料３４を組み込んだ構成が開示
されている。外側シェル３２は主肉厚部３２ａ及び副肉
厚部３２ｂからなり、損傷軽減材料３４は主肉厚部３２
ａと副肉厚部３２ｂとの間に配置されている。損傷軽減
材料３４は剛性の独立気泡発泡材あるいはゴムやエラス
トマーで形成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、肩部の強度
を高めるために、特開平８−２１９３９０号公報のよう
に外殻の肩部の最内層にフープ巻層を形成するには、繊
維の滑りを防止するため内殻（ライナ）に段差部を形成
する必要があり、加工に手間がかかる。また、段差部部
分に応力集中が発生し易くなる虞があり、外殻全体の強
度を高めるために強化繊維の巻量が多くなる。

【０００９】また、特開平８−３５５９８号公報の構成
では、肩部に衝撃力が作用したときに、損傷軽減材料３
４が変形して衝撃のエネルギーを吸収して外側シェル３
２（外殻）が破壊するのを防止できる。また、損傷軽減
材料３４が変形する際、損傷軽減材料３４の外側に位置
する副肉厚部３２ｂが変形し、圧力容器３３の内部に潜
在的な構造上の損傷があることを観察者に知らせる。し
かし、この構成では、製造時に外側シェル３２を構成す
る繊維をライナ３１に巻き付ける作業を中断して、損傷
軽減材料３４を製作途中の圧力容器に手作業で組み付
け、再び繊維の巻き付けを行う必要があり、工数が増え
るとともに作業性が低下してコストアップになるという
問題がある。また、損傷軽減材料３４を所定の位置に正
確に配置した状態でその後の繊維を巻き付けるのが難し
い。

【００１０】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的はライナの形状を変更したり特別
な緩衝材を設けることなく、落下時に衝撃を受け易い肩
部の耐衝撃性を向上でき、繊維の増加量を抑えることが
可能な圧力容器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、円筒部の両端にドーム
部を有する形状に形成され、ガスバリア性を有するライ
ナと、その外側を覆う繊維強化複合材製の外殻とを有
し、ドーム部の中心に口金を備えた圧力容器であって、
前記外殻を構成する強化繊維として、圧力容器の最大内
圧に耐えうる強度を有する主繊維層と、前記外殻の少な
くとも肩部と円筒部の一部に跨って配置された衝撃緩衝
層を構成する繊維束が配列され、前記衝撃緩衝層を構成
する繊維束は衝撃緩衝層が衝撃を緩和する空隙を有する
ように、肩部側の折り返しの位置が軸方向にずれた状態
でかつ繊維束が互いに交差するように配列され、かつ前
記衝撃緩衝層は圧力容器の最大内圧以上の耐圧性を有す
る厚さの主繊維層の外側に配置されている。

【００１２】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記主繊維層は炭素繊維で形成さ
れ、前記衝撃緩衝層はガラス繊維で形成されている。請
求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載
の発明において、前記主繊維層を構成する巻付け繊維の
ドーム部における配列軌道が、口金に接する軌道と、口
金に接しない軌道の２種類存在し、口金に接しない軌道
を通る巻付け繊維は、ドーム部における巻付け部の頂点
とライナの軸線を含む平面上で前記頂点を通る接線に対
して直交する平面上に位置するように配列されるととも
に、円筒部の端部で測地線の近くを通り配列角度が次第
に大きくなって円筒部に配列されるフープ巻に連続する
ように配列されている。

【００１３】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記衝撃
緩衝層は前記ドーム部全体を覆うように配置されてい
る。請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項３の
いずれか一項に記載の発明において、前記衝撃緩衝層
は、肩部と円筒部全体に配置されている。

【００１４】請求項６に記載の発明では、請求項１〜請
求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記衝撃
緩衝層を構成する繊維束は、圧力容器の肉厚方向から見
たときに互いに交差する繊維により多角形状が形成され
るように重なって配列されている。

【００１５】従って、請求項１に記載の発明では、ライ
ナの直ぐ外側に配列された主繊維層により耐圧性が確保
され、外殻の少なくとも肩部と円筒部の一部に跨って配
置された衝撃緩衝層によって耐衝撃性が確保される。衝
撃緩衝層と対応する位置に衝撃力が作用したとき、衝撃
緩衝層に形成された空隙により衝撃が緩和され、強化繊
維を密に巻いた場合に比較して、少ない繊維量で大きな
衝撃緩和効果を発揮する。

【００１６】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、衝撃緩衝層が強い衝撃力を受けた
際、衝撃緩衝層を形成しているガラス繊維が破壊されて
衝撃エネルギーが吸収される。その結果、衝撃緩衝層を
炭素繊維やポリアラミド繊維のような高強度・高弾性率
繊維で形成した場合に比較して、衝撃緩衝層で大きなエ
ネルギーを吸収でき、主繊維層に加わる衝撃力をより抑
制できる。

【００１７】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、前記主繊維層を構成す
る巻付け繊維のドーム部における配列軌道が、口金に接
する軌道と、口金に接しない軌道の２種類存在するた
め、口金部に巻付け繊維が集中することが回避される。
口金に接する軌道を通るように配列された巻付け繊維は
配列角度、即ち圧力容器の軸方向とのなす角度が小さく
円筒部における軸方向の主応力に効果的に対抗できる。
円筒部にはフープ巻に配列される巻付け繊維が存在する
ため、フープ巻が周方向の主応力に効果的に対抗でき
る。口金に接しない軌道を通る巻付け繊維も肩部での横
滑りが生じ難い。

【００１８】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記衝撃
緩衝層は前記ドーム部全体を覆うように配置されている
ため、ドーム部全体の耐衝撃性が向上する。

【００１９】請求項５に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記衝撃
緩衝層は肩部と円筒部全体に配置されているため、衝撃
緩衝層を形成する繊維束の巻き付けを圧力容器の端部毎
に分けて行う必要がなく、連続して行うことができる。
また、円筒部の耐衝撃性も向上する。

【００２０】請求項６に記載の発明では、請求項１〜請
求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記衝撃
緩衝層に空隙が効率よく形成され、少ない繊維束量で耐
衝撃性を確保できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図１〜図７に従って説明する。図１（ａ）に示
すように、圧力容器１は円筒部２の両端にドーム部３を
有する形状に形成されている。圧力容器１はガスバリア
性を有するライナ４と、その外側を覆う繊維強化複合材
としての繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の外殻５とを有す
る。ライナ４は合成樹脂（例えば、高密度ポリエチレ
ン）で形成され、両端に金属製の口金部材６が固定され
たボス部７を備えている。即ち、この実施の形態ではボ
ス部７及び口金部材６で口金８が構成されている。な
お、口金部材６には配管のプラグを螺合するためのねじ
部が形成されている。

【００２２】外殻５を構成する強化繊維として、圧力容
器１の最大内圧に耐えうる強度を有する主繊維層９と、
外殻５の肩部１０と円筒部２の一部に跨って配置された
衝撃緩衝層１１を構成する繊維束が配列されている。衝
撃緩衝層１１は主繊維層９の外側に配置されている。

【００２３】主繊維層９の繊維束は炭素繊維で形成さ
れ、衝撃緩衝層１１の繊維束はガラス繊維で形成されて
いる。炭素繊維の繊維束には撚りがかかっていない所謂
ロービングが使用され、ガラス繊維の繊維束には撚りが
かかっている糸が使用されている。また、ＦＲＰの樹脂
にはエポキシ樹脂が使用されている。

【００２４】主繊維層９を構成する巻付け繊維１２はラ
イナ４の外周面に連続的に巻き付けられて所定の厚さの
繊維層に形成されている。図２（ｂ）及び図４（ａ），
（ｂ）に示すように、巻付け繊維１２はドーム部３にお
ける配列軌道が、口金８に接する軌道と、口金８に接し
ない軌道の２種類存在する。口金８に接する軌道を通る
ように配列される巻付け繊維１２はインプレーン巻で巻
き付けられている。口金８に接しない軌道を通る巻付け
繊維１２は、インプレーン巻の平面と直交しライナ４の
軸線を含む平面上に当該巻付け繊維１２のドーム部３に
おける巻付け部の頂点が存在し、該頂点を通る接線Ｌに
対して直交する平面上に位置するように配列される。

【００２５】そして、図２（ａ）に示すように、口金８
に接しない軌道を通る巻付け繊維１２の大部分は、円筒
部２の端部で測地線の近くを通り配列角度（巻付け角）
θが次第に大きくなるヘリカル巻１３を経て、円筒部２
に配列されるフープ巻１４に連続するように配列されて
いる。口金８に接しない軌道を通る巻付け繊維１２のド
ーム部３における巻付け頂部の位置の緯度が高い場合、
即ち口金８に近い場合は、円筒部２における巻付け角θ
が小さくなり、巻付け角θがほぼ９０°と大きなフープ
巻１４に無理なく連続するように配列するのが難しい。
そのような場合は、フープ巻１４を設けずにヘリカル巻
１３からドーム部３の巻付け軌道に連続するように配列
される。

【００２６】また、口金８に接しない軌道を通るように
配列された巻付け繊維１２のうちの一部は、図２（ｃ）
に示すように、円筒部２の端部で測地線の近くを通り、
配列角度が次第に小さくなって円筒部２の中間部では軸
方向に沿って延びるように配列されている。

【００２７】口金８に接しない軌道を通るように配列さ
れた巻付け繊維１２及び口金８に接する軌道を通るよう
に配列された巻付け繊維１２のドーム部３における配列
は図３及び図４に示すようになる。

【００２８】図１（ａ），（ｂ）に示すように、衝撃緩
衝層１１を構成する繊維束１５は衝撃緩衝層１１が衝撃
を緩和する空隙１６を有するように、肩部側の折り返し
の位置が軸方向にずれた状態でかつ繊維束１５が互いに
交差するように配列されている。なお、図１（ａ），
（ｂ）では図示の都合上、繊維束１５が順次層をなすよ
うに描かれているが、実際には繊維束１５は一層毎に同
一平面上に配列されるのではなく、厚さ方向にも交差す
る状態で配列されている。

【００２９】衝撃緩衝層１１を構成する繊維束１５は、
口金８に接しない軌道を通るように配列された主繊維層
９を形成する巻付け繊維１２のドーム部３と円筒部２に
かけての配列と類似の配列で巻き付けられている。図５
に示すように、繊維束１５は肩部１０から円筒部２の一
部に跨るように、かつ互いに交差するように巻き付けら
れている。図５における交点１７が周方向に沿って所定
ピッチずつずれた状態で同様に繊維束が配列されて１層
分の衝撃緩衝層１１が形成されている。そして、図１
（ａ）に示すように肩部側の折り返しの位置が軸方向に
ずれ、かつ交点１７の位置が軸方向にずれた状態で、順
次別の層を構成する繊維束１５が配列されている。

【００３０】衝撃緩衝層１１を構成する繊維束１５は、
例えば、図６に示すように、圧力容器１の肉厚方向から
見たときに互いに交差する繊維束１５により多角形状が
形成されるように重なって配列されて、多数の空隙１６
が形成されている。

【００３１】圧力容器１を車両に搭載する際は、圧力容
器１にブラケットを取り付け、ブラケットを介して所定
の位置に固定する。図１（ａ）に鎖線で示すように、ブ
ラケット１８は円筒部２の両端付近に取り付けられる。

【００３２】繊維束１５として撚りがかかっていないロ
ービングを使用した場合は、図７（ａ）に示すように、
主繊維層９の外側に巻き付けられた繊維束１５は扁平に
なった状態で重なるため、交差した状態で重なった繊維
束１５間に空隙１６ができ難くなる。一方、繊維束１５
として撚りがかかった糸を使用した場合は、図７（ｂ）
に示すように、主繊維層９の外側に巻き付けられた繊維
束１５は扁平にならず、交差した状態で重なった繊維束
１５間に空隙１６が確保される。

【００３３】次に前記の構成の圧力容器１の製造方法を
説明する。口金部材６を備えた樹脂製のライナ４をフィ
ラメントワインディング装置のマンドレル支持部に支持
した状態で、樹脂を含浸させた状態の巻付け繊維１２を
ライナ４の周面に順次巻き付ける。先ずインプレーン巻
で巻付け繊維１２を口金８に接触する状態で配列させる
とともに、両側のドーム部３を経て１周毎にずらせて所
定量巻き付ける。

【００３４】次にドーム部３の口金８に接触しない巻付
け繊維１２をその巻付け部の頂点の位置が次第に低緯度
となるようにして順次巻き付ける。ドーム部３で口金８
に接触しない軌道を通る巻付け繊維１２の配列時にライ
ナ４の回転を停止させた状態で円筒部２と平行に繊維供
給ヘッドを移動させると、図２（ｃ）に示すように、円
筒部２において軸方向と平行に延びるように巻付け繊維
１２が配列される。また、ライナ４の回転速度及び繊維
供給ヘッドの移動速度を配列角度に対応する所定値に設
定することにより、ドーム部３及び円筒部２に所望の配
列角度で巻付け繊維１２が巻き付けられる。所定量の巻
付け繊維１２の巻付けが終了すると、主繊維層９が完成
する。

【００３５】次に、主繊維層９の両側の肩部１０から円
筒部２に跨る部分の２箇所に、衝撃緩衝層１１を形成す
る繊維束１５が同様に樹脂を含浸させた状態で巻き付け
られる。繊維束１５は図５に示すように、互いに交差す
る状態で所定範囲に巻き付けられる。

【００３６】所定量の繊維束１５の巻付けが終了した
後、ライナ４とともに成形体がフィラメントワインディ
ング装置から取り外されて加熱炉に入れられ、所定温度
で樹脂が硬化される。硬化温度は樹脂により異なるが、
例えばエポキシ樹脂の場合は１８０°Ｃ程度である。加
熱硬化によりＦＲＰ製の外殻５が形成され、冷却すると
圧力容器１が完成する。

【００３７】この実施の形態では以下の効果を有する。 （１） 圧力容器１のＦＲＰ製の外殻５の少なくとも肩
部１０と円筒部２の一部に跨って衝撃緩衝層１１が配置
され、衝撃緩衝層１１を構成する繊維束１５は衝撃緩衝
層１１が衝撃を緩和する空隙１６を有するように配列さ
れている。従って、緩衝材を設けることなく衝撃緩衝層
１１によって耐衝撃性が確保されるとともに、繊維束１
５をフープ巻で密に巻いた場合に比較して、少ない繊維
量で衝撃緩衝材としての機能が高まる。また、ワインデ
ィングのパターンを変更するだけで製造でき、製造途中
で緩衝材を配置するなどの人手による作業が不要で、製
造コストが安くなる。

【００３８】（２） 衝撃緩衝層１１は圧力容器１の最
大内圧以上の耐圧性を有する厚さの主繊維層９の外側に
配置されている。従って、衝撃緩衝層１１は耐圧性が悪
くても耐衝撃性が高ければ良く、少ない繊維量で要求性
能を満たすことが可能になる。

【００３９】（３） 衝撃緩衝層１１を構成する繊維束
１５は、折り返しの位置が軸方向にずれており、圧力容
器１の肉厚方向から見たときに互いに交差する繊維によ
り多角形状が形成されるように重なって配列されてい
る。従って、衝撃緩衝層１１に空隙１６が効率よく形成
され、より少ない繊維束量で耐衝撃性を確保できる。

【００４０】（４） 肩部１０の形状は曲面となってい
るが、衝撃緩衝層１１を構成する繊維束１５が肩部１０
と円筒部２の一部に跨って互いに交差するように配列さ
れるため、繊維束１５の巻付け時に繊維束１５が横滑り
せず、製造が容易となる。

【００４１】（５） 衝撃緩衝層１１は肩部１０と円筒
部２の一部に跨った位置に配置されているため、ドーム
部３全体あるいは肩部１０と円筒部２全体にわたって衝
撃緩衝層１１を形成する場合に比較して使用繊維量を少
なくできる。

【００４２】（６） 主繊維層９は高強度・高弾性率の
炭素繊維で形成され、衝撃緩衝層１１はガラス繊維で形
成されている。従って、少ない繊維量で圧力容器１の耐
圧性を確保できる。また、ガラス繊維は衝撃緩衝層１１
が強い衝撃力を受けた際に破壊され、衝撃エネルギーが
吸収される。その結果、衝撃緩衝層１１を炭素繊維やポ
リアラミド繊維のような高強度・高弾性率繊維で形成し
た場合に比較して、衝撃緩衝層１１で大きなエネルギー
を吸収でき、主繊維層９に加わる衝撃力をより抑制でき
る。また、ガラス繊維は炭素繊維やポリアラミド繊維に
比較して安価であるので、製造コストを低くできる。

【００４３】（７） 衝撃緩衝層１１が強い衝撃力を受
けた際に破壊され易いガラス繊維で形成され、かつ衝撃
緩衝層１１が主繊維層９の外側に配置されている。従っ
て、圧力容器１を落としたり、何らかのダメージを受け
た際、外側の衝撃緩衝層１１が破壊するため、圧力容器
１がダメージを受けたことを外観検査で容易に検知で
き、圧力容器１の耐圧試験を実施して主繊維層９が損傷
しているか否かを確認できる。

【００４４】（８） 衝撃緩衝層１１を構成する繊維束
１５は撚りがかかった糸で構成されているため、主繊維
層９の外側に巻き付けられた繊維束１５は扁平になら
ず、交差した状態で重なった繊維束１５間に空隙１６が
確保される。従って、撚りがかかっていないロービング
を使用した場合に比較して、同じ繊維束量であれば耐衝
撃性がより向上する。

【００４５】（９） 圧力容器１の外殻５を構成する巻
付け繊維１２のドーム部３における配列軌道が、口金８
に接する軌道と、口金８に接しない軌道の２種類存在す
るため、口金部に集中する過剰な巻付け繊維を減らすこ
とができる。その結果、口金部の肉厚増加が少なくな
り、外観形状が良くなる。また、口金部の長さを短くで
き、圧力容器１全体を短く設計できる。従って、圧力容
器１の軽量化、コンパクト化及び低コスト化が可能にな
る。

【００４６】（１０） 衝撃緩衝層１１が外殻５の円筒
部２の両端に環状に膨出した状態で形成されているた
め、円筒部２にブラケット１８を取り付けて圧力容器１
を車両に搭載する際、圧力容器１が軸方向に滑り難く、
落とし難い。また、車両に搭載後、車両の走行時の振動
によって圧力容器１が位置ずれするのを防止できる。

【００４７】（１１） 巻付け繊維１２に炭素繊維が使
用され、マトリックス樹脂にエポキシ樹脂が使用されて
いるため、自動車の燃料タンクとして使用される強度を
確保して、軽量化及びコンパクト化をより高めることが
できる。

【００４８】（１２） ライナ４が樹脂製のため金属製
のライナに比較して軽量化をより高めることができる。
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例
えば、次のように具体化してもよい。

【００４９】○ 図８に示すように、衝撃緩衝層１１が
ドーム部３全体を覆うように配置してもよい。この場
合、衝撃緩衝層１１を形成する繊維束１５の量が増加す
る点を除き、前記実施の形態の（１）〜（４）、（６）
〜（１２）の効果を有する。また、ドーム部３全体の耐
衝撃性が向上する。なお、図８では図示の都合上、繊維
束１５が順次層をなすように描かれているが、実際には
繊維束１５は一層毎に同一平面上に配列されるのではな
く、厚さ方向にも交差する状態で配列されている。

【００５０】○ 衝撃緩衝層１１を肩部１０と円筒部２
全体に配置してもよい。この場合も前記実施の形態の
（１）〜（４）、（６）〜（１２）の効果を有する。円
筒部２の部分は耐衝撃性がさほど要求されないため、衝
撃緩衝層１１を積極的に設ける利点は少ない。しかし、
衝撃緩衝層１１を形成する繊維束１５の巻き付けを圧力
容器１の端部毎に分けて行う必要がなく、連続して行う
ことができ、円筒部２の耐衝撃性も向上する。円筒部２
全体に繊維束１５を配列すると、その分、繊維量が増え
るが、圧力容器１の円筒部２が短いときには、圧力容器
１全体の重量に占める増加繊維量の割合は少ない。

【００５１】また、繊維束１５の巻き付け方法は、肩部
１０と円筒部２の一部に跨る部分については図５に示す
前記実施の形態と同様である。そして、円筒部２に巻き
付けられる繊維束１５は、繊維束１５の巻付け範囲を一
方の肩部１０（例えば図５の左側の肩部１０）と円筒部
２の一部に跨る範囲から他方の肩部１０と円筒部２の一
部に跨る範囲に変更する際に両範囲の間に螺旋状あるい
は斜めに延びるように配列される。円筒部２に配列され
る繊維束１５の量は一方の肩部１０と対応する範囲から
他方の肩部１０と対応する範囲に巻き付け位置を変更す
る回数によって適宜変更できる。

【００５２】○ 圧力容器１が運搬中に落下してドーム
部３側から床面等に衝突する際、口金８の位置などの関
係から圧力容器１の衝突箇所は、円筒部２の端部中心を
通り圧力容器１の軸と４５°の角度で交差する任意の直
線とドーム部３との交点より円筒部２側となる確率が非
常に高い。従って、衝撃緩衝層１１は少なくとも円筒部
２の端部中心を通り圧力容器１の軸と４５°の角度で交
差する任意の直線とドーム部３との交点より円筒部２側
に設ければよい。

【００５３】○ 衝撃緩衝層１１は必ずしも外殻５の最
外層に配置する必要はなく、圧力容器１の最大内圧に耐
えうる強度を有する主繊維層９の外側に衝撃緩衝層１１
を配置し、さらにその外側に耐圧性を上げるための繊維
層を形成してもよい。

【００５４】○ 主繊維層９を構成する繊維と衝撃緩衝
層１１を構成する繊維とに同じ繊維を使用してもよい。
この場合、フィラメントワインディングの途中で繊維の
種類を変更する手間がいらない。

【００５５】○ 衝撃緩衝層１１を形成する繊維束１５
に撚り糸ではなく、ロービングを使用してもよい。 ○ 主繊維層９を構成する巻付け繊維１２の巻き付け方
法として、従来の圧力容器のように、ドーム部３に対し
てはインプレーン巻又はヘリカル巻を行い、円筒部２に
対してはインプレーン巻又はヘリカル巻とフープ巻の組
合せとしてもよい。

【００５６】○ マトリックス樹脂として、圧力容器に
要求される性能に合わせて、エポキシ樹脂に限らず、ビ
ニルエステル樹脂やフェノール樹脂等の他の熱硬化性樹
脂を使用してもよい。この場合樹脂の価格がエポキシ樹
脂より安いのでコスト低減を図れる。また、曲げ弾性率
の高い熱可塑性樹脂（例えばポリエーテルエーテルケト
ン）等を使用してもよい。

【００５７】○ 巻付け繊維１２の材質は炭素繊維に限
らず、圧力容器に要求される性能に合わせて、ガラス繊
維等の他の無機繊維やポリアラミド繊維等の高強度・高
弾性率の有機繊維を使用してもよい。

【００５８】○ 円筒部２においてライナ４の軸方向と
平行に配列される巻付け繊維１２を省略してもよい。 ○ ライナ４の口金８の一方にのみ配管が接続されるね
じ孔を形成し、片側の口金８は、ねじ孔を形成せず充実
体としてもよい。

【００５９】○ マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂
に代えて紫外線硬化樹脂を使用してもよい。 ○ ライナ４を樹脂製ではなく、アルミニウムあるいは
アルミニウム合金等の軽い金属製としてもよい。この場
合、口金部材６をライナ４と一体成形でき、口金８の構
造が簡単になる。

【００６０】前記実施の形態から把握できる請求項記載
以外の発明（技術的思想）について、以下にその効果と
ともに記載する。 （１） 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の発
明において、前記衝撃緩衝層を構成する繊維束は撚りが
かかった糸で構成されている。この場合、撚りがかかっ
ていないロービングを使用した場合に比較して、空隙が
形成され易く、同じ繊維束量であれば耐衝撃性が向上す
る。

【００６１】（２） 請求項１〜請求項６及び（１）の
いずれか一項に記載の発明において、ライナを樹脂製と
し、主繊維層の繊維に炭素繊維、マトリックス樹脂にエ
ポキシ樹脂が使用されている。この場合、自動車の燃料
タンクとして使用される強度を確保して、圧力容器の軽
量化及びコンパクト化を図ることができる。

【００６２】（３） 請求項１に記載の発明において、
前記衝撃緩衝層は前記円筒部の端部中心を通り圧力容器
の軸と４５°の角度で交差する任意の直線とドーム部と
の交点より円筒部側の肩部と円筒部の端部とに跨って設
けられている。この場合、衝撃緩衝層を形成する繊維束
の量を少なくできる。

【００６３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
６に記載の発明によれば、ライナの形状を変更したり特
別な緩衝材を設けることなく、落下時に衝撃を受け易い
肩部の耐衝撃性を向上でき、繊維の増加量を抑えること
ができる。

【００６４】請求項２に記載の発明によれば、少ない繊
維量で圧力容器の耐圧性を確保でき、より少ない繊維量
で耐衝撃力を確保できる。請求項３に記載の発明によれ
ば、ドーム部の口金付近に集中する不要な繊維を無くす
とともに、容器全体の繊維量を減らすことができ、しか
も繊維の巻付け時に繊維が横滑りせずに製造が容易とな
る。

【００６５】請求項４に記載の発明によれば、ドーム部
全体の耐衝撃性が向上する。請求項５に記載の発明によ
れば、衝撃緩衝層を形成する繊維束の巻き付けを圧力容
器の端部毎に分けて行う必要がなく、連続して行うこと
ができ、円筒部の耐衝撃性も向上する。

【００６６】請求項６に記載の発明によれば、衝撃緩衝
層に空隙が効率よく形成され、より少ない繊維束量で耐
衝撃性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は一実施の形態の圧力容器の模式断面
図、（ｂ）はその部分拡大図。

【図２】 （ａ）は口金に接触しない繊維の配列状態を
示す模式図、（ｂ）は口金に接触する繊維と口金に接触
しない繊維の配列状態を示す模式図、（ｃ）は口金に接
触しない繊維の別の配列状態を示す模式図。

【図３】 （ａ）は口金に接触する繊維と口金に接触し
ない繊維の配列状態を示す模式正面図、（ｂ）は同じく
模式部分側面図。

【図４】 （ａ）は口金に接触する繊維の配列状態を示
す模式正面図、（ｂ）は同じく模式部分側面図。

【図５】 衝撃緩衝層の繊維束の配列を示す模式側面
図。

【図６】 衝撃緩衝層の繊維束の配列を示す模式正面
図。

【図７】 （ａ）はロービングを使用した場合の模式
図、（ｂ）は撚り糸を使用した場合の模式図。

【図８】 別の実施の形態の圧力容器の部分断面図。

【図９】 従来の圧力容器の断面図。

【符号の説明】

１…圧力容器、２…円筒部、３…ドーム部、４…ライ
ナ、５…外殻、８…口金、９…主繊維層、１０…肩部、
１１…衝撃緩衝層、１２…巻付け繊維、１４…フープ
巻、１５…繊維束、１６…空隙。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安居 義治 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3E072 AA10 BA04 CA01 CA06 3J046 AA01 AA14 BA02 BB02 BD09 CA04 DA10 EA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒部の両端にドーム部を有する形状に
   形成され、ガスバリア性を有するライナと、その外側を
   覆う繊維強化複合材製の外殻とを有し、ドーム部の中心
   に口金を備えた圧力容器であって、 前記外殻を構成する強化繊維として、圧力容器の最大内
   圧に耐えうる強度を有する主繊維層と、前記外殻の少な
   くとも肩部と円筒部の一部に跨って配置された衝撃緩衝
   層を構成する繊維束が配列され、前記衝撃緩衝層を構成
   する繊維束は衝撃緩衝層が衝撃を緩和する空隙を有する
   ように、肩部側の折り返しの位置が軸方向にずれた状態
   でかつ繊維束が互いに交差するように配列され、かつ前
   記衝撃緩衝層は圧力容器の最大内圧以上の耐圧性を有す
   る厚さの主繊維層の外側に配置されている圧力容器。
2. 【請求項２】 前記主繊維層は炭素繊維で形成され、前
   記衝撃緩衝層はガラス繊維で形成されている請求項１に
   記載の圧力容器。
3. 【請求項３】 前記主繊維層を構成する巻付け繊維のド
   ーム部における配列軌道が、口金に接する軌道と、口金
   に接しない軌道の２種類存在し、口金に接しない軌道を
   通る巻付け繊維は、ドーム部における巻付け部の頂点と
   ライナの軸線を含む平面上で前記頂点を通る接線に対し
   て直交する平面上に位置するように配列されるととも
   に、円筒部の端部で測地線の近くを通り配列角度が次第
   に大きくなって円筒部に配列されるフープ巻に連続する
   ように配列されている請求項１又は請求項２に記載の圧
   力容器。
4. 【請求項４】 前記衝撃緩衝層は前記ドーム部全体を覆
   うように配置されている請求項１〜請求項３のいずれか
   一項に記載の圧力容器。
5. 【請求項５】 前記衝撃緩衝層は、肩部と円筒部の全体
   に配置されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に
   記載の圧力容器。
6. 【請求項６】 前記衝撃緩衝層を構成する繊維束は、圧
   力容器の肉厚方向から見たときに互いに交差する繊維に
   より多角形状が形成されるように重なって配列されてい
   る請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の圧力容
   器。