JP2001141191A - 強化プラスチック製圧力容器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】繊維強化プラスチック製圧力容器に使用される
トウの形態と前記圧力容器の強度との相関関係を明確に
することによって十分な強度が確保され、しかも軽量化
された繊維強化プラスチック製圧力容器を提供する。 【解決手段】炭素繊維などの強化繊維からなるトウにプ
ラスチックを含浸させて得られる繊維強化プラスチック
製圧力容器(8) であって、トウ断面が略楕円形状を有
し、同断面の長径(A) 、短径(B) 、及びトウの単位長さ
当たりの撚り数(T) であるとき、α＝２（Ａ／Ｂ）×Ｔ
／｛（Ａ／Ｂ）＋Ｔ｝なる関係式から導き出されるトウ
係数を零以上４以下として繊維強化プラスチック製圧力
容器(8) を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は繊維強化プラスチッ
ク製圧力容器に関するものであり、具体的には、前記圧
力容器を軽量化するために薄肉としても、十分な強度が
確保される繊維強化プラスチック製圧力容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種産業において様々な用途に利用され
る圧力容器は、近年、その利用範囲がますます広がって
いる。この圧力容器の利用例としては、天然ガスを燃料
とする自動車のＣＮＧタンク（Compressed Natural Ga
s Tank）が挙げられ、前記ＣＮＧタンクには高圧の天然
ガスが封入される。

【０００３】前記天然ガスを燃料とする自動車は、ＮＯ
ｘやＳＯｘの排出量が少なく、低公害車として注目され
ているが、一方で、従来のガソリンや軽油を燃料とする
自動車と比べたときにエンジンは基本的に同一であるも
のの、燃料がガスであるために、燃料の収容重量をガソ
リンや軽油と同一とするには燃料タンクが必然的に大型
化し、且つ安全性を考慮して肉厚となり車両重量が増加
することによって、航続距離、貨物積載量及び定員数が
減少するなどの問題を抱えている。

【０００４】このため、圧力容器の軽量化を実現すべ
く、近年では繊維強化プラスチック製圧力容器の研究・
開発が盛んに行われてきており、現在では、天然ガスを
燃料とする車両のＣＮＧタンクをはじめとする様々な分
野で広く実用化されるに到っている。

【０００５】この種の繊維強化プラスチック製圧力容器
は、通常、いわゆるＦＷ法（フィラメントワインディン
グ法）により製造されており、具体的には円筒形状の金
属ライナーやプラスチックライナーに、プラスチックを
含浸した繊維束であるトウを巻付けて製造され、前記ラ
イナーに働く圧力容器の内圧の多くを繊維強化プラスチ
ック側に受けさせるようにしている。このような繊維強
化プラスチック製圧力容器の製造方法が、例えば、特開
昭５９−９２１３１号公報に開示されており、前記金属
ライナーとしてはアルミニウム又はマグネシウムが使わ
れている。

【０００６】前記繊維強化プラスチックは、従来の圧力
容器の構成材料である金属に比べて軽量であり、しかも
内圧に耐え得るに十分な強度や弾性率をも兼ね備えてい
るため、繊維強化プラスチック製圧力容器は、従来の圧
力容器と強度を同一としたとき、前記ライナーの肉厚の
多くが繊維強化プラスチックに取って替わることによっ
て、従来の圧力容器よりも軽量化できるとして採用され
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、繊維強化プ
ラスチック製圧力容器の設計に際しては、圧力容器にか
かる内圧と前記圧力容器に使用される繊維強化プラスチ
ックやライナーの強度データとから強度計算を行って圧
力容器の肉厚を決定する。

【０００８】前記強度計算は、安全設計の観点から所定
の安全係数を見込んだ上で行われるが、当然ながら容器
が必要以上に肉厚とならないように、前記安全係数は極
力小さくなるように設定される。

【０００９】ところが、繊維強化プラスチック製圧力容
器は、同じＦＷ法により製造しても製造条件が異なると
トウの強度発現性が一定しなかったり、或いは繊維強化
プラスチック製圧力容器の強度の信頼性データが少ない
などの理由から、実際には、前記圧力容器の強度を確保
すると共に、十分な耐久性を確保するために前記安全係
数を高める設計がなされている。

【００１０】このため、繊維強化プラスチック製圧力容
器の軽量化を目的に、比重の小さいプラスチック製ライ
ナーを採用した場合でも、上述のごとき安全係数を高め
て圧力容器を設計するために、ライナー材に金属材料を
採用したときよりもかえって高重量となることがしばし
ば見受けられる。したがって、折角、繊維強化プラスチ
ック製圧力容器を採用しても、圧力容器がかなりの肉厚
となって要求を満たすような容器の重量の低減が図られ
ないばかりでなく、容器が大型化してしまう。

【００１１】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであり、その具体的な目的は、繊維強化プラ
スチック製圧力容器を軽量化するために薄肉としても十
分な強度が確保され、軽量化を実現すると共に耐久性に
優れた繊維強化プラスチック製圧力容器を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用効果】ＦＷ法によ
り繊維強化プラスチック製圧力容器を製造する際には、
トウは横置或いは縦置したスプールから繰り出される。

【００１３】横置のスプールからトウを繰り出す場合に
あっては、前記スプールは、クリールスタンドに回転自
在に支持される。そして、円筒状のライナーと前記スプ
ールとを平行に配し、同ライナーを回転させてスプール
からトウを回転取りするクリール引出し法によってトウ
を繰り出しライナーに巻付ける。このため、前記クリー
ル引出し法では、トウは繰り出しの際に捻れることが殆
どなく、トウに撚りをかけずにライナーに巻付けること
が可能となる。

【００１４】一方で、縦置のスプールからトウを繰り出
す場合は、クリールスタンドなどのスプールの支持部材
を使用せずに、前記スプールを直接床面に載置してスプ
ールの内周面からトウを繰り出すセンタープル法を採用
することが多い。このセンタープル法では、トウはスプ
ールの内周面に沿って回りながら繰り出されるため、１
回の回転ごとに１個の撚りがかかる。

【００１５】ここで、トウに撚りがかかると、成形後に
トウ内の繊維同士が所定の角度をもって交差し、互いに
せん断力が作用してトウが切断しやすくなる。前記繊維
同士の交差角度はトウの断面形態や撚り数によって変化
するため、繊維強化プラスチック製品の強度はトウの断
面形態や撚り数に直接影響を受けることになる。

【００１６】本発明者は、圧力容器の設計にあたって
は、トウの断面形態やトウの撚り数が圧力容器の破裂強
度に直接影響を与えるものであり、これらを考慮しない
ときには計算上得られる破裂強度と実際の破裂強度とが
大きく異なるものと考えた。

【００１７】そこで、前記圧力容器の最適な設計を行う
べく、トウの断面形態及び撚り数と繊維強化プラスチッ
ク製圧力容器の破裂強度との相関関係に着目して、適正
な破裂強度が確保され、しかも軽量化を実現するための
実験を繰り返した。

【００１８】具体的には、トウ断面の長径と短径の比
（短径／長径）及びトウの撚り数を種々変化させ、繊維
強化プラスチック製圧力容器を製造した後、同圧力容器
に所定の内圧をかけて破裂させ、その際の破裂圧力を計
測し、前記トウ断面の長径と短径の比並びにトウの撚り
数と破裂圧力との関係を明確にした。その結果、前記破
裂圧力は、トウに撚りのないときはその断面形態の如何
に関わらず最大となり、トウの撚り数が増加すると減少
し、更には前記破裂圧力はトウ断面の長径と短径の比が
増加するに従って減少することも明らかにされた。

【００１９】そこで、本発明者は改めてトウ形態及び撚
り数と破裂圧力との関係を見出して各種の繊維強化プラ
スチック製圧力容器の設計に汎用的に適用すべく更に検
討を重ねた結果、トウの撚り数をＴ、トウ断面の長径
Ａ、及び短径Ｂの比をＡ／Ｂとしたとき、α＝２（Ａ／
Ｂ）×Ｔ／｛（Ａ／Ｂ）＋Ｔ｝なる関係式により得られ
るトウ係数αの値が容器の破裂圧力に直接影響を与える
ことを知った。このトウ係数αとして整理したところ、
トウ係数αの増加に対し破裂圧力が直線的に減少するこ
とを見出した。

【００２０】前記破裂圧力は、トウ係数αが零のとき、
すなわちトウに撚りがないときに最大となり、また、ト
ウ係数αが４のときに前記最大の破裂圧力の８０％程度
となって従来の圧力容器の破裂圧力と同等以上となるこ
とが明らかになった。

【００２１】こうして創出された発明が請求項１に係る
発明であって、トウにプラスチックを含浸させて得られ
る繊維強化プラスチック製圧力容器であって、トウ断面
が略楕円形状を有し、前記断面の長径がＡ（ｃｍ）、短
径がＢ（ｃｍ）、前記トウの１ｍ長さ当たりの撚り数が
Ｔ（ターン数／ｍ）、トウ係数をαとするとき、前記ト
ウ係数αは、前記トウの断面の長径Ａ、短径Ｂの比Ａ／
Ｂ、及び前記トウの１ｍ長さ当たりの撚り数Ｔと、α＝
２（Ａ／Ｂ）×Ｔ／｛（Ａ／Ｂ）＋Ｔ｝なる関係を満足
し、そのトウ係数αが零以上４以下であることを特徴と
する繊維強化プラスチック製圧力容器にある。ここで、
トウの長径、短径はトウをボビンより引き出し、張力１
ｋｇを与えた時の自然な幅と厚さをノギス、マイクロメ
ータ等の計測器で測定した値を言う。

【００２２】かかる構成にあっては、トウ係数αを零以
上４以下として繊維強化プラスチック製圧力容器を製造
することによって、従来よりも破裂圧力が最大で３０％
程度向上した圧力容器を提供することができる。しか
も、トウ係数αが零以上４以下となるように巻付け前の
トウ断面及び撚り数を一定に保持すれば、結果的に均一
な分布をもって強化繊維をライナーに巻き付けることが
でき、更に、トウ形態と破裂圧力の関係が明確であるた
め、従来のように強度計算の際に安全係数を過剰にとっ
て繊維強化プラスチック製圧力容器を設計する必要がな
くなり、圧力容器の肉厚を従来と同じくしても軽量化を
実現することが可能となる。

【００２３】このため、前記圧力容器を天然ガスを使用
した車両のＣＮＧタンクとして採用すれば、使用繊維量
を少なくしても前記ＣＮＧタンクの破裂強度を適正な値
とすることができ、大幅な軽量化と十分な耐久性の確保
につながり、結果的に車両の重量が低減され車両の航続
距離、貨物積載量及び定員数の増加を図ることができ
る。

【００２４】また、上述のトウ係数αを適正な値とする
ことにより、金属と比較して比重が小さく且つ破裂強度
の低いプラスチック製のライナーを採用したときにも、
強化繊維の使用量を従来よりも大幅に減らしても、所要
の破裂強度が得られるようになり、従来のごとく容器重
量が設定重量よりも大きくなることはあり得ず、繊維強
化プラスチック製圧力容器の所期の軽量化が達成され
る。また、ライナーとして、従来と同様の金属材料を採
用する場合にも、同金属製ライナーの破裂強度をプラス
チック製のライナーと同等とすればよいため、同金属の
使用量を減少させることができ、結果的に容器の大幅な
軽量化が達成できる。

【００２５】本件請求項２に係る発明にあっては、請求
項１に係る発明にあって前記トウは、引張弾性率が２５
０ＧＰａ以上、引張強度が４．８ＧＰａ以上の炭素繊維
から構成される。

【００２６】繊維強化プラスチック製圧力容器を構成す
る繊維には、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、Ｐ
ＢＯ繊維、ポリエステル繊維、炭化珪素繊維、ホウ素繊
維、ステンレススチール繊維、及びパルプなどの天然繊
維等を使用することができ、これら繊維を単体或いは複
数組み合わせて使用してもよい。

【００２７】これら繊維の中でも炭素繊維は引張強度に
優れており、特にトウ係数αが零以上４以下のもとで、
引張弾性率が２５０ＧＰａ以上、引張強度が４．８ＧＰ
ａ以上の炭素繊維を補強繊維として使用すれば、前記圧
力容器の剛性や耐衝撃強度を更に向上させて耐久性に優
れた圧力容器を提供することができるため好ましい。

【００２８】しかも、前記圧力容器の破裂強度を前記炭
素繊維以外の繊維を使用した圧力容器のそれと同等に設
計した場合には、その引張弾性率及び引張強度に優れる
炭素繊維の使用量を大幅に減らすことができるため、繊
維強化プラスチック製圧力容器の大幅な軽量化が図られ
る。

【００２９】なお、前記炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ
系、レーヨン系に大別されるが、そのいずれの炭素繊維
であっても繊維強化プラスチック製圧力容器に使用する
ことができる。

【００３０】本件請求項３に係る発明にあっては、断面
の長径をＡ（ｃｍ）、その短径をＢ（ｃｍ）、撚り数を
Ｔ（ターン数／ｍ）、トウ係数をαとするとき、該トウ
係数αが０≦α＝２（Ａ／Ｂ）×Ｔ／｛（Ａ／Ｂ）＋
Ｔ｝≦４なる関係を満足する多数の繊維からなるトウを
使って所望の容器形態を形成したのち、プラスチックを
含浸させることを特徴とする繊維強化プラスチック製圧
力容器の製造方法にある。

【００３１】かかる構成にあっては、トウ断面の長径
Ａ、短径Ｂの比Ａ／Ｂ及びトウの撚り数Ｔを適切に制御
してトウ係数αが零以上４以下となるように繊維強化プ
ラスチック製圧力容器を製造し、同圧力容器の破裂圧力
を十分に確保するものである。

【００３２】前記トウ係数αを零以上４以下とするに
は、例えば、前記トウ断面の長径Ａ、短径Ｂの比Ａ／Ｂ
についてみれば、トウに撚りがかかりやすいセンタープ
ル法を採用する場合にあっては、トウ係数αが４を超え
ないようにトウ断面が円形に近いトウを採用して、長径
Ａ、短径Ｂの比Ａ／Ｂをできるだけ小さくする必要があ
る。

【００３３】一方で、トウにほとんど撚りがかからない
クリール引出し法を採用する場合にあっては、トウ係数
αはトウ断面の形態によらずほぼ零とすることができる
ため、採用するトウの長径Ａ、短径Ｂの比Ａ／Ｂを特に
限定する必要はない。

【００３４】また、トウの撚り数Ｔについてみれば、前
記扁平状のトウが採用され、同トウをセンタープル法に
て繰り出す場合にあっては、トウ係数αが４を超えない
ように中空円筒径の大きいスプールを採用して、トウが
スプールから繰り出されるときに同スプールの内周面に
沿って回る回数をできるだけ少なくする必要がある。

【００３５】一方で、トウ断面が円形に近いトウを採用
する場合には、センタープル法にて繰り出すようにして
も、前記トウ断面の長径Ａ、短径Ｂの比Ａ／Ｂが小さく
なるため、前記扁平状のトウを採用したときよりも中空
円筒径の小さいスプールを採用することができる。

【００３６】このため、例えばトウ断面が円形に近いト
ウと円筒内径の小さいスプールを採用して、センタープ
ル法によりトウを縦取りし、トウ係数αが零以上４以下
になるようにすれば、繊維強化プラスチック製圧力容器
の破裂強度を適切に確保することができるばかりでな
く、スプールの小型化とクリールスタンドなどのスプー
ル支持部材の省略がなし得て、前記圧力容器の製造設備
の設置スペースを大幅に減らすことが可能となる。

【００３７】しかも、前記センタープル法ではクリール
引出し法のようにトウを繰り出すときにスプールを回転
させる必要がなく、トウを比較的高速で繰り出すことが
可能となるため、繊維強化プラスチック製圧力容器の製
造時間の短縮が図られて同圧力容器の生産効率を向上さ
せることができる。

【００３８】一方で、既設の製造設備にクリールスタン
ドを有する場合にあっては、トウにほとんど撚りをかけ
ずにスプールから繰り出すことができるため、採用され
るスプールの内径やトウ断面の形態は特に限定されな
い。したがって、スプールやトウの選定に制限を受ける
ことが少なく、前記スプールの調達コストの低減につな
がる。

【００３９】このようにトウ係数αを零以上４以下に制
御して繊維強化プラスチック製圧力容器を製造すること
は、同圧力容器の破裂強度を適切に確保するとともに、
容器の製造条件に対応する最適な製造設備の選定の指標
にもなるため、圧力容器の製造コストの低減を図ること
が可能となる。

【００４０】

【発明の実施形態】以下に本発明の好適な実施の形態に
ついて、添付図面を参照して詳細に説明する。図１はＦ
Ｗ法による繊維強化プラスチック製圧力容器の製造装置
１を示し、図２は本発明の代表的な実施形態である繊維
強化プラスチック製圧力容器８の断面図を示す。また、
図３はトウの断面形態を示している。

【００４１】図１において、繊維強化プラスチック製圧
力容器の製造装置１は、中空円筒状の５本のスプール２
ａ〜２ｅ、アイレット状ガイド３、ディッピングバス
４、プラスチック製の円筒ライナー５、及び前記ライナ
ー５を回転させるためのモータ６を備えている。

【００４２】前記スプール２ａ〜２ｅは、クリールスタ
ンドを使用することなく床面に直接縦に載置されてお
り、モータ６によって連続的に回転しているライナー５
によりセンタープル法にてトウが繰り出される。

【００４３】前記トウは２４０００本のフィラメントか
ら構成されており、５本のスプール２ａ〜２ｅから繰り
出されたトウは、アイレット状ガイド３で一体化され
る。次いで、前記トウは複数のローラ７ａ〜７ｄを介し
てディッピングバス４に供給されてプラスチックが含浸
され、強化繊維プラスチックとしてライナー５に巻き付
けられる。

【００４４】ここで、前記トウの巻付けは、前記ライナ
ー５を回転させ、ディッピングバス４を同ライナー５の
円筒軸に沿って往復動させながら行う。なお、本実施例
においては、前記トウは、ライナー５の円筒軸に対して
ほぼ０°及び９０°に配向させて、ヘリカル層及びフー
プ層から構成することによって、繊維強化プラスチック
製圧力容器８は複数の方向に対し強度が向上するように
製造される。

【００４５】こうして製造される繊維強化プラスチック
製圧力容器８は、図２に示すように内層にプラスチック
製ライナー５が配され、外層が同ライナー５に巻き付け
られたトウにプラスチックを含浸させた繊維強化プラス
チック層８ｂからなる２層によって構成される。

【００４６】前記トウの巻き付けが終了した後の繊維強
化プラスチック製圧力容器８は、例えば、トウに含浸す
るプラスチック材料として熱硬化樹脂を用いた場合に
は、図示せぬ加熱炉にて１時間、１３０℃の条件で回転
させながら加熱硬化されて形状の安定化が図られる。

【００４７】図１においては、センタープル法によりト
ウをスプール２ａ〜２ｅから縦取りする場合を示してい
る。なお、トウを横取りする場合は、スプール２ａ〜２
ｅを図示せぬクリールスタンドにより回転自在に横に支
持してトウを繰り出すクリール引出し法を採用する。

【００４８】ここで、前記圧力容器８に使用されるトウ
は、図３に示すように楕円形状の断面を有しており、一
般的に、トウ断面の長径Ａと短径Ｂの比Ａ／Ｂが５〜１
０程度のテープ状トウ、或いはＡ／Ｂが２〜３の紐状ト
ウのいずれかが使用される。

【００４９】また、スプール２ａ〜２ｅから縦取りする
場合、スプール２ａ〜２ｅは前記トウを７．６２ｃｍの
紙管に巻いて直径を２５．４〜５０．８ｃｍとし、前記
紙管を潰して中空円筒状としたものが一般に使用され
る。

【００５０】前記寸法をもつスプール２ａ〜２ｅからセ
ンタープル法によりトウを縦取りしてライナー５に巻付
ける場合にあっては、トウを１ｍ繰り出すためにトウが
スプール２ａ〜２ｅの内周面をまわる回数は最大で４回
であるため、前記トウには最大４（ターン数／ｍ）の撚
りがかかることになる。

【００５１】一方、クリール引出し法によりスプール２
ａ〜２ｅからトウを横取りする場合は、スプール２ａ〜
２ｅとライナー５とが平行になるように前記ライナー５
を配し、ライナー５を回転させながらトウの巻付けを行
うため、ほとんど撚りがかかることはない。

【００５２】このように、トウは様々な断面形態や撚り
数で繊維強化プラスチック製圧力容器８に使用される
が、前記断面形態や撚り数が異なるとトウ内の繊維同士
の交差角度が変化して、前記繊維同士に作用するせん断
力が変わるため、トウの強度も変化し、結果的に前記ト
ウの断面形態や撚り数の変化は、繊維強化プラスチック
製圧力容器８の破裂圧力に影響を及ぼすことになる。

【００５３】本発明にあって繊維強化プラスチック製圧
力容器８の最適設計を行うためには、トウの断面形態及
びトウの撚り数と繊維強化プラスチック製圧力容器８の
破裂圧力の相関関係を明確にすることが必要不可欠であ
る。前記トウ断面の長径Ａと短径Ｂの比をＡ／Ｂ、トウ
の撚り数をＴとしたとき、α＝２（Ａ／Ｂ）×Ｔ／
｛（Ａ／Ｂ）＋Ｔ｝なる関係式により得られるαをトウ
係数とした。

【００５４】表１は、前記トウ断面の長径Ａと短径Ｂの
比Ａ／Ｂ及びトウの撚り数を種々変化させ、繊維強化プ
ラスチック製圧力容器８を製造した後、同圧力容器８に
所定の内圧をかけて破裂させる実験を繰り返し、その際
の破裂圧保持率を示している。ここで、破裂圧保持率と
は計測された破裂圧力に占める最大の破裂圧力の割合
（％）をいう。

【００５５】

【表１】

【００５６】図４に示すように、破裂圧保持率はトウ係
数αが零のとき最大となり、トウ係数αが増加するに従
って直線的に減少する。つまり、圧力容器８の破裂圧力
は、トウに撚りがないときはその断面形態の如何に関わ
らず最大となって、トウの撚り数Ｔが増加すると小さく
なり、前記長径Ａと短径Ｂの比Ａ／Ｂが小さくなるに従
って増大する。

【００５７】ここで、前記繊維強化プラスチック製圧力
容器８の破裂圧力を、トウ係数αが零のときに得られる
最大の破裂圧力の８０％程度としてやれば、従来の圧力
容器と同等以上の破裂圧力とすることができる。したが
って、図４よりトウ係数αが零以上４以下となるトウの
長径Ａと短径Ｂの比Ａ／Ｂ及びトウの撚り数Ｔをもって
繊維強化プラスチック製圧力容器８を製造してやれば、
十分な圧力容器８の破裂圧力を確保することが可能とな
る。

【００５８】しかも、トウ係数αを上述の範囲に設定す
ると共に、圧力容器８に巻付けられるトウの断面形態及
び／又は撚り数を変動させることなく一定に制御する
と、繊維強化プラスチック層８ｂにおける強化繊維の分
布状態をほぼ均一にすることができ、更にはトウ係数α
と破裂圧力との相関関係が上述のように明確であるた
め、従来のように過剰な安全係数を見込む必要がなくな
り、前記圧力容器８を大幅に軽量化することが可能とな
る。

【００５９】前記トウ係数αを零以上４以下に設定する
ためには、例えば、トウ断面の長径Ａと短径Ｂの比Ａ／
Ｂが５〜１０と比較的大きいテープ状トウを採用する場
合にあっては、スプール２ａ〜２ｅからトウに極力撚り
をかけずに引出すことが必要になるため、クリールスタ
ンドにスプール２ａ〜２ｅを支持してトウを横取りする
クリール引出し法を採用することが好ましい。一方で、
前記長径Ａと短径Ｂの比Ａ／Ｂが２〜３と比較的小さい
紐状トウを採用する場合にあっては、前記クリール引出
し法を採用してもよいが、多少の撚りがかかってもトウ
係数αを上述の範囲に制御することが可能となるため、
前記クリールスタンド等のスプール２ａ〜２ｅを支持す
る部材を必要としないセンタープル法を採用してトウを
縦取りすることができる。

【００６０】繊維強化プラスチック製圧力容器８に使用
される強化繊維は、当然ながら強度的に優れた繊維とす
ることが望ましく、他の繊維よりも引っ張り強度及び引
っ張り弾性率の大きな炭素繊維を採用することが好適で
ある。前記炭素繊維はＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系
のいずれの炭素繊維であっても使用することが可能であ
る。

【００６１】繊維強化プラスチック層８ｂにおける補強
繊維には、連続した補強繊維束を一方向に引き揃えたロ
ービングを主体とし、連続した補強繊維束を製織して織
布とした補強繊維クロス、５〜１００ｍｍ程度に切断し
た補強繊維束からなるチョップドストランド、またはチ
ョップドストランドを不定方向に分散したものをバイン
ダーで固定したチョップドストランドマットなどを補助
的に使用することができるが、あらゆる方向に対して圧
力容器８の強度を向上させるためには、例えば、連続し
た補強繊維束を一方向に引き揃えたロービングのみにて
構成すると共に、引張弾性率が２５０ＧＰａ以上、引張
強度が４．８ＧＰａ以上の炭素繊維を用いれば耐久性に
優れ、しかも軽量化された圧力容器８を提供することが
できる。

【００６２】また、繊維強化プラスチック層８ｂのマト
リックス樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニ
ルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリ
アミド樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、マレイミド
樹脂、アクリル樹脂などを用いることができるが、繊維
強化プラスチック製圧力容器８の高温条件下での使用の
際に問題となる熱変形を防止するためには熱硬化性の樹
脂をマトリックス樹脂とすることが好ましい。

【００６３】一方、前記繊維強化プラスチック製圧力容
器８のライナー層８ａにプラスチック材料を用いる場合
は、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂などの公知の熱
可塑性樹脂やフェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹
脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂などの
公知の熱硬化性樹脂などを用いることができる。好まし
くは、エポキシ樹脂およびエポキシ変性シリコン樹脂で
あれば機械的強度、耐酸性、耐熱性、耐油性、及びアブ
レージョン性に優れたライナー層８ａとすることができ
る。

【００６４】勿論、本発明にあっては前記ライナー層８
ａを金属材料により構成することも可能であり、同金属
材料としては高張力鋼、ステンレス鋼、アルミ合金、チ
タン合金等の公知の構造用金属材料を用いることができ
るが、好ましくは５０系或いは６０系耐食アルミニウム
合金を用いればガスバリア性と耐圧性を兼ね備えること
ができる。

【００６５】なお、これらライナーの製造方法は特に限
定されるものではなく、例えば金属製ライナーを製造す
る場合にあっては、鍛造法（スエージング法）、鋳造法
の公知の連続的またはバッチ的な成形法を適宜採用し、
プラスチック製ライナーを製造する場合にあっては、射
出成形法やブロー成形法を採用して、所定の厚みおよび
断面形状を有するライナーを製造する。以下、本発明を
実施例により具体的に説明する。

【００６６】（実施例１）ライナー層８ａは６０６１耐
食アルミ合金の円筒をスエージング加工法で製造し、肉
厚は胴部で約３ｍｍ、外径は３５０ｍｍ、長さ１，８０
０ｍｍ（ドーム部長は４００ｍｍ）とした。繊維強化プ
ラスチック層８ｂの成形はＦＷ法を用い、強化繊維の炭
素繊維にはパイロフィルＴＲＨ５０Ｓ−２４Ｌ（三菱レ
イヨン登録商標）を使用した。このトウは２４０００本
のフィラメントで構成され、トウ断面を楕円形に近似し
た場合に長径Ａと短径Ｂの比Ａ／Ｂが１０のテープ状ト
ウを用いた。

【００６７】また、スプール２ａ〜２ｅはベアリング軸
受けと摩擦ブレーキ機構を有するクリールスタンドに横
に支持して1 本毎に設置した。このトウを５本引き出
し、エポキシ樹脂＃７１０（ｓｈｅｌｌ社製）が３５重
量％になるようにロールコータ上で樹脂を含浸してライ
ナー層８ａに巻付けて繊維強化プラスチック層８ｂを成
形した。繊維の配向はトウを円筒軸に対してほぼ０°と
したヘリカル層と、９０°としたフープ層とをトータル
でほぼ１：１の厚さに成形して、肉厚は胴部でヘリカル
層とフープ層をそれぞれ４ｍｍとした。これを回転させ
ながら硬化炉で１３０℃の条件で１時間、加熱硬化して
目的の圧力容器８が得られた。前記圧力容器８の破壊圧
力は１０００bar を得た。このシリンダー重量は４８ｋ
ｇであった。テープ状トウをセンタープルして本発明で
規定するトウ係数が５．７の条件で作られたシリンダー
重量は５８ｋｇであり、１０ｋｇの軽量化とコスト低減
があった。

【００６８】（実施例２）ライナー層８ａは高密度ポリ
エチレン樹脂をブロー加工法で成形し、寸法は胴部での
肉厚を５ｍｍ、直径を３５０ｍｍ、長さ１，８００ｍｍ
（ドーム部長は４００ｍｍ）とした。この内面に金属製
の口金をセットして、前記ライナー層８ａを製造した。
繊維強化プラスチック層８ｂの成形は同様にＦＷ法を用
い、強化繊維の炭素繊維にはパイロフィルＴＲＨ５０Ｓ
−２４Ｌ（三菱レイヨン登録商標）を使用した。このト
ウは２４０００本のフィラメントで構成され、トウ断面
を楕円形に近似した場合に長径Ａと短径Ｂの比Ａ／Ｂは
２の紐状トウを用いた。

【００６９】スプール２ａ〜２ｅは紙管を潰して取り除
き、床面に直接縦に載置した。５本のトウを前記スプー
ル２ａ〜２ｅから縦取りして一旦上方３ｍのアイレット
状ガイド３で一体化し、これをエポキシ樹脂＃７１０
（ｓｈｅｌｌ社製）が３５重量％になるようにディッピ
ングバス４で含浸してライナー層８ａに巻付けて繊維強
化プラスチック層８ｂを成形した。繊維の配向はトウを
円筒軸に対してほぼ０°としたヘリカル層と９０°層の
フープ層をほぼ１：１の厚さ比率で成形し、肉厚は胴部
でヘリカル層とフープ層をそれぞれ５ｍｍとした。これ
を回転させながら硬化炉で１３０℃の条件で１時間、加
熱硬化して目的の圧力容器８が得られた。前記圧力容器
８の破壊圧力は１０００bar を得た。このシリンダー重
量は６５ｋｇであった。テープ状トウをセンタープルし
て本発明で規定するトウ係数が５．７の条件で作られた
シリンダー重量は８４ｋｇであり、１９ｋｇの軽量化と
コスト低減があった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な実施例である繊維強化プラス
チック製圧力容器の製造装置である。

【図２】本発明の代表的な実施例である繊維強化プラス
チック製圧力容器の断面図である。

【図３】同圧力容器の繊維強化プラスチック層を構成す
るトウの断面図である。

【図４】同圧力容器の破裂圧保持率とトウ係数の関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１ 繊維強化プラスチック製圧力容器の製造
装置 ２ａ〜２ｅ スプール ３ アイレット状ガイド ４ ディッピングバス ５ ライナー ６ モータ ７ａ〜７ｄ ローラ ８ 繊維強化プラスチック製圧力容器 ８ａ ライナー層 ８ｂ 繊維強化プラスチック層 α トウ係数 Ａ トウ断面の長径 Ｂ トウ断面の短径 Ｔ 撚り数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｊ 12/00 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ａ (72)発明者 石森 巧 愛知県豊橋市牛川通四丁目１番地の２ 三 菱レイヨン株式会社豊橋事業所内 (72)発明者 沼田 喜春 愛知県豊橋市牛川通四丁目１番地の２ 三 菱レイヨン株式会社豊橋事業所内 Ｆターム(参考） 3E072 AA03 BA04 CA01 CA05 CA06 GA30 3J046 AA01 BA04 CA04 EA01 4F072 AA06 AB05 AB06 AB08 AB09 AB10 AB11 AB28 AC08 AD04 AD09 AD13 AD18 AD20 AD23 AD38 AD43 AD44 AD45 AD47 AH32 AH41 AJ04 AK11 4F100 AA37A AD11A AK01A BA01 DG01A DH01A GB16 JK01 JK02A JL03 YY00A 4F205 AA36 AD16 AH55 HA02 HA23 HA33 HA37 HA46 HB01 HC03 HL03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トウにプラスチックを含浸させて得られ
   る繊維強化プラスチック製圧力容器であって、 トウ断面が略楕円形状を有し、前記断面の長径がＡ（ｃ
   ｍ）、短径がＢ（ｃｍ）、前記トウの１ｍ長さ当たりの
   撚り数がＴ（ターン数／ｍ）、トウ係数をαとすると
   き、 前記トウ係数αは、前記トウの断面の長径Ａ、短径Ｂの
   比Ａ／Ｂ、及び前記トウの撚り数Ｔと次式を満足し、そ
   のトウ係数αが零以上４以下であることを特徴とする繊
   維強化プラスチック製圧力容器。 α＝２（Ａ／Ｂ）×Ｔ／｛（Ａ／Ｂ）＋Ｔ｝
2. 【請求項２】 前記トウは、引張弾性率が２５０ＧＰａ
   以上、引張強度が４．８ＧＰａ以上の炭素繊維からなる
   請求項１記載の繊維強化プラスチック製圧力容器。
3. 【請求項３】 断面の長径をＡ（ｃｍ）、その短径をＢ
   （ｃｍ）、撚り数をＴ（ターン数／ｍ）、トウ係数をα
   とするとき、該トウ係数αが次式を満足する多数の繊維
   からなるトウを使って所望の容器形態を形成したのち、
   プラスチックを含浸させることを特徴とする繊維強化プ
   ラスチック製圧力容器の製造方法。 ０≦α＝２（Ａ／Ｂ）×Ｔ／｛（Ａ／Ｂ）＋Ｔ｝≦４