JP2012159158A - 高圧タンクの製造方法、および、高圧タンク - Google Patents

Abstract

【課題】ライナーの外表面にフィラメントワインディング法によって形成された繊維強化プラスチック層を備える高圧タンクの信頼性を向上させる。
【解決手段】ライナードーム部４４の少なくとも一部の外表面、および、ライナー円筒部４２の外表面に、低角度ヘリカル層５２を形成する工程と、ライナー円筒部４２上における低角度ヘリカル層５２の外表面に、内層側フープ層５４を形成する工程と、ライナードーム部４４上における低角度ヘリカル層５２、および、内層側フープ層５４の外表面に、低角度ヘリカル層と外層側フープ層とを交互に積層することによって混合層５６を形成する工程と、を含む。その際、ライナー円筒部４２上において、繊維強化プラスチック層の厚さ方向についてのライナー４０側の７５（％）以内の範囲内に内層側フープ層５４の厚さと混合層５６における外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上を配置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、高圧タンクの製造方法、および、高圧タンクに関するものである。

近年、燃料ガスの燃焼エネルギーや、燃料ガスの電気化学反応によって生成される電気エネルギーによって駆動する車両が開発されている。このような車両には、天然ガスや水素等の燃料ガスが貯蔵された高圧タンクが搭載される場合がある。この場合、高圧タンクの車両への搭載性を考慮して、高圧タンクの小型化を図りつつ、車両の航続距離の延伸を図るために、より高い充填圧力で燃料ガスを高圧タンクに充填することが求められる。

より高い充填圧力で燃料ガスを高圧タンクに充填するためには、高圧タンクの強度を向上させる必要がある。そして、高圧タンクの強度を向上させるための技術として、金属製あるいは樹脂製のライナー（内容器）の外表面に、フィラメントワインディング法を用いて、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）層を形成する技術が知られている。そして、ライナーが、円筒形状を有する円筒部と、ドーム形状を有し円筒部の両端部に設けられたドーム部と、を有する場合、このフィラメントワインディング法による繊維強化プラスチック層には、一般に、フープ巻きによって形成されるフープ層と、ヘリカル巻きによって形成されるヘリカル層とが含まれることが多い。フープ層は、主として、ライナーの周方向に作用する内圧に対する強度（以下、「ライナーの周方向の強度」とも言う）を向上させるために用いられる。一方、ヘリカル層は、主として、ライナーの軸方向作用する内圧に対する強度（以下、「ライナーの軸方向の強度」とも言う）を向上させるために用いられる。

ところで、従来、ライナーの外表面に繊維強化プラスチック層を備える高圧タンクについて、高圧タンクの強度を向上させるための種々の技術が提案されている。例えば、繊維強化プラスチック層を、フープ層とヘリカル層とを交互に積層した構成とすることによって、高圧タンクの強度を向上させることができる（例えば、下記特許文献１〜３参照）。

特開２００８−４５６６０号公報 特開２００４−２９３５７１号公報 特開平８−２１６２７７号公報

しかし、上記特許文献１〜３に記載された技術では、高圧タンクの信頼性、すなわち、耐圧性能や耐久性能について、改善の余地があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ライナーの外表面にフィラメントワインディング法によって形成された繊維強化プラスチック層を備える高圧タンクの信頼性を向上させることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
流体を貯蔵するための高圧タンクの製造方法であって、
円筒形状を有する円筒部と、ドーム形状を有し前記円筒部の両端部に設けられたドーム部と、を有するライナーを用意する工程と、
フィラメントワインディング法を用いて、前記ライナーの外表面に繊維強化プラスチック層を形成する繊維強化プラスチック層形成工程と、
を備え、
前記繊維強化プラスチック層形成工程は、
前記ドーム部の少なくとも一部の外表面、および、前記円筒部の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きすることによって、内層側ヘリカル層を形成する内層側ヘリカル層形成工程と、
前記円筒部上における前記内層側ヘリカル層の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維を複数層フープ巻きすることによって、内層側フープ層を形成する内層側フープ層形成工程と、
前記ドーム部上における前記内層側ヘリカル層、および、前記内層側フープ層の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きすることによって形成される外層側ヘリカル層と、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をフープ巻きすることによって形成される外層側フープ層とを積層することによって、混合層を形成する混合層形成工程と、を含み、
前記内層側ヘリカル層形成工程と、前記内層側フープ層形成工程と、前記混合層形成工程とは、前記円筒部上において、前記繊維強化プラスチック層の厚さ方向についての前記ライナー側の７５（％）以内の範囲内に、前記内層側フープ層の厚さと前記外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が配置されるように、前記内層側ヘリカル層と前記内層側フープ層と前記混合層とを形成する工程を含む、
高圧タンクの製造方法。

フープ巻きは、ヘリカル巻きよりも、ライナーの周方向の強度を向上させる効果が大きい。また、高圧タンクに高圧ガスを充填したときに、ライナーの円筒部の外表面に形成された繊維強化プラスチック層において、ライナーの周方向に作用する応力は、内層側（内部側）ほど大きくなる（厚肉円筒理論）。

適用例１の高圧タンクの製造方法では、上記内層側ヘリカル層形成工程によって、ライナー（特にドーム部）の強度を高めた後に、上記内層側フープ層形成工程を行うので、上記内層側フープ層形成工程を行う際のライナーの変形を抑制することができる。これは、ライナーに内圧をかけた状態で、繊維に比較的高い張力をかけて上記内層側フープ層形成工程を行う場合に特に効果的である。さらに、適用例１の高圧タンクの製造方法では、ライナーの周方向に作用する応力が比較的大きくなる内層側に、ライナーの周方向の強度を向上させる効果が大きいフープ巻きを集めて積層するので、ライナーの周方向の強度を効果的に向上させることができる。なお、ライナーの円筒部上における繊維強化プラスチック層の厚さとは、ライナーの円筒部上において、繊維強化プラスチック層の厚さがほぼ一定の領域における厚さである。これは、ライナーの円筒部上における内層側フープ層の厚さ、および、外層側フープ層の厚さについても同様である。そして、適用例１の高圧タンクの製造方法によって、高圧タンクの信頼性を向上させることができることが実験的に確認された。

また、繊維強化プラスチック層における各層の高圧タンクの強度を向上させる効果を従来よりも効果的に利用することできるので、従来と同等の高圧タンクの性能（耐圧性能や耐久性能）を得るために、繊維強化プラスチック層を構成する総層数を減少させることができる。したがって、高圧タンクの小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。また、従来と同等の高圧タンクの性能を得るために、強度や剛性について、低グレードの繊維を用いれば、高圧タンクの低コスト化を図ることができる。また、繊維強化プラスチック層の層数を従来と同じにする場合には、高圧タンクの強度を向上させることができる。また、高圧タンクの外径形状を従来と同じにする場合には、ライナーの容積を増大することが可能となる。したがって、この高圧タンクに燃料ガスを充填し、例えば、車両に搭載する場合には、この車両の航続距離を延伸することができる。

なお、適用例１の高圧タンクの製造方法において、内層側ヘリカル層に含まれる熱硬化性樹脂と、内層側フープ層に含まれる熱硬化性樹脂と、混合層（外層側ヘリカル層、外層側フープ層）に含まれる熱硬化性樹脂とは、すべて同一の種類であってもよいし、少なくとも１つが異なる種類であってもよい。また、内層側ヘリカル層に含まれる繊維と、内層側フープ層に含まれる繊維と、混合層に含まれる繊維とは、すべて同一の種類であってもよいし、少なくとも１つが異なる種類であってもよい。

［適用例２］
適用例１記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記内層側ヘリカル層形成工程におけるヘリカル巻きは、前記円筒部の外表面において、前記内層側ヘリカル層を構成する前記繊維が前記ライナーの中心軸を一周する前に、前記ドーム部において、前記繊維の巻き付け方向が折り返されるヘリカル巻きである、
高圧タンクの製造方法。

ヘリカル巻きは、ライナーの円筒部において上記繊維がライナーの中心軸を少なくとも一周した後に、ライナーのドーム部において上記繊維の巻き付け方向が折り返される比較的大きな巻き付け角度を有するヘリカル巻き（以下、「高角度ヘリカル巻き」とも言う）と、ライナーの円筒部において上記繊維がライナーの中心軸を一周する前に、ライナーのドーム部において上記繊維の巻き付け方向が折り返される比較的小さな巻き付け角度を有するヘリカル巻き（以下、「低角度ヘリカル巻き」とも言う）とに大別される。そして、低角度ヘリカル巻きは、高角度ヘリカル巻きよりも、ライナーの軸方向の強度を向上させる効果が大きい。

適用例２の高圧タンクの製造方法では、内層側ヘリカル層形成工程において、低角度ヘリカル巻きを用いるので、ライナーの軸方向の強度を効果的に向上させることができる。また、低角度ヘリカル巻きでは、ライナーの軸方向の強度について、同じ強度を得るために、高角度ヘリカル巻きよりも、巻き数、換言すれば、上記繊維の使用量を少なくすることができるため、高圧タンクの小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。

［適用例３］
適用例１または２記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記内層側フープ層形成工程は、前記円筒部上において、前記円筒部と前記ドーム部との境界部に近いほど、前記内層側フープ層の厚さが薄くなるように、前記内層側フープ層を形成する工程を含む、
高圧タンクの製造方法。

適用例３の高圧タンクの製造方法によって、内層側フープ層の縁部をスラント形状とし、内層側フープ層の縁部における上記繊維の巻き崩れを抑制することができる。また、内層側フープ層の縁部をスラント形状とすることによって、混合層における外層側ヘリカル層の形成に低角度ヘリカル巻きを用いる場合に、上記繊維を巻き付ける際の繊維蛇行、すなわち、上記繊維の巻き付け位置のずれを抑制し、低角度ヘリカル巻きの、ライナーの軸方向の強度を向上させる効果を効果的に利用することもできる。

なお、内層側フープ層の縁部をスラント形状とする態様としては、ライナーの円筒部のドーム部との境界部において、巻き付ける繊維の巻き数を部分的に変化させる態様や、繊維の太さを部分的に変化させる態様が挙げられる。内層側フープ層の縁部以外の部位の厚さは、ほぼ一定である。

［適用例４］
適用例３記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記ライナーは、前記円筒部と前記ドーム部との境界部が不連続な形状を有しており、
前記内層側ヘリカル層形成工程と、前記内層側フープ層形成工程とは、前記ドーム部上の前記内層側ヘリカル層、および、前記内層側フープ層の外表面が等張力曲面を成すように、前記内層側ヘリカル層と、前記内層側フープ層とを形成する工程を含む、
高圧タンクの製造方法。

適用例４の高圧タンクの製造方法では、ライナーにおけるドーム部上の内層側ヘリカル層上、および、内層側フープ層の外表面が等張力曲面を成すので、これらの上に混合層における外層側ヘリカル層を等張力で形成し、高圧タンクの強度向上に効果的に利用することができる。

［適用例５］
適用例１ないし４のいずれかに記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記混合層形成工程におけるヘリカル巻きは、前記外層側ヘリカル層を構成する前記繊維が前記ライナーの中心軸を一周する前に、前記ドーム部において、前記繊維の巻き付け方向が折り返されるヘリカル巻きである、
高圧タンクの製造方法。

適用例５の高圧タンクの製造方法では、適用例２と同様に、ライナーの軸方向の強度を効果的に向上させるとともに、高圧タンクの小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。

なお、本発明は、上述の高圧タンクの製造方法としての構成の他、上述の製造方法によって製造された高圧タンクの発明として構成することもできる。

本発明の一実施例としての高圧タンク１０の概略構成を示す説明図である。 繊維強化プラスチック層を成形する際に用いられる繊維の種々の巻き付け方法を示す説明図である。 高圧タンク１０の製造方法の一部を示す説明図である。 実施例の高圧タンク１０と、比較例１，２の高圧タンクについての、繊維強化プラスチック層（ＦＲＰ層）におけるフープ層の位置と高圧タンク１０のバースト圧力との関係を示す説明図である。 実施例の高圧タンク１０と、比較例３の高圧タンクについての、加速サイクル試験における耐久回数を示す説明図である。 実施例の高圧タンク１０と、比較例４の高圧タンクについての、所定の加速サイクル試験に合格するために必要な繊維強化プラスチック層の厚さを示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．高圧タンクの構成：
図１は、本発明の一実施例としての高圧タンク１０の概略構成を示す説明図である。図１（ａ）に、高圧タンク１０の断面図を示した。また、図１（ｂ）に、図１（ａ）の部分拡大図を示した。なお、図１（ｂ）では、後述する繊維強化プラスチック層５０の図示は省略している。

図１（ａ）に示したように、高圧タンク１０は、ライナー４０と、ライナー４０の表面を覆う繊維強化プラスチック層５０と、２つの口金部１４と、を備えている。口金部１４は、開口部１４ａを有している。なお、本実施例では、高圧タンク１０は、２つの口金部１４を備えるものとしたが、１つの口金部１４を備えるものとしてもよい。

ライナー４０は、高圧タンク１０の内殻をなし、内容器とも言われる中空状の部材であり、流体を貯蔵する空間部２５を内部に有する。ライナー４０は、ガスバリア性を有し、水素ガス等の気体の外部への透過を抑制する。ライナー４０は、ナイロン系樹脂、ポリエチレン系樹脂等の合成樹脂や、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属を用いて作製される。本実施例では、ライナー４０は、ナイロン系樹脂を用いて一体成形されるものとした。ライナー４０は、複数の部材を接合して形成するものとしてもよい。

繊維強化プラスチック層５０は、ライナー４０の外表面に形成され、熱硬化性樹脂が繊維によって補強された層である。本実施例では、繊維強化プラスチック層５０は、フィラメントワインディング法を用いて形成される。フィラメントワインディング法とは、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をマンドレル（本実施例では、ライナー４０）に巻き付けて、熱硬化性樹脂を熱硬化させる方法である。なお、繊維の巻き付け方法については後述する。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等を用いることができる。本実施例では、エポキシ樹脂を用いるものとした。また、繊維としては、金属繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維等の無機繊維、アラミド繊維等の合成有機繊維、又は、綿等の天然有機繊維の各種繊維を用いることができる。これらの繊維は、単独で用いてもよいし、２種類以上混合して用いてもよい。本実施例では、繊維として、カーボン繊維を用いるものとした。

高圧タンク１０は、略円筒状の円筒部２０と、円筒部２０の両側に位置するドーム状のドーム部３０とを有している。ドーム部３０は、ライナー円筒部４２の中心軸ＡＸ方向について、円筒部２０から離れるにしたがって縮径している。最も縮径した部分は開口し、開口には口金部１４が挿入されている。

図１（ｂ）に示したように、ライナー４０は、円筒形状を有するライナー円筒部４２と、ドーム形状を有しライナー円筒部４２の両端部に設けられたライナードーム部４４と、を有している。ライナードーム部４４は、ライナー円筒部４２の中心軸ＡＸ方向について、ライナー円筒部４２から離れるにしたがって縮径している。また、ライナードーム部４４の外表面は等張力曲面である。なお、ライナー４０は、ライナー円筒部４２とライナードーム部４４との境界部４０ｂにおいて、ライナー円筒部４２の外表面の接線４２ｆとライナードーム部４４の外表面の接線４４ｆとが不連続となるように成形されている。換言すれば、ライナー４０は、ライナー円筒部４２とライナードーム部４４との境界部４０ｂにおいて、ライナー円筒部４２の外表面の接線４２ｆとライナードーム部４４の外表面の接線４４ｆとが同一とならないように成形されている。さらに換言すれば、ライナー４０は、ライナー円筒部４２とライナードーム部４４との境界部４０ｂにおいて、ライナードーム部４４の外表面の接線４４ｆが、ライナー円筒部４２の外表面の接線４２ｆに対して角度θ傾くように成形されている。

また、図１（ａ）から分かるように、高圧タンク１０における円筒部２０とドーム部３０との境界部と、ライナー４０におけるライナー円筒部４２とライナードーム部４４との境界部４０ｂとは、中心軸ＡＸ方向の位置が異なっている。

Ｂ．高圧タンクの製造方法：
高圧タンク１０の製造方法を説明する前に、繊維強化プラスチック層を形成する際に用いられる一般的な繊維の巻き付け方法について説明する。

図２は、繊維強化プラスチック層を成形する際に用いられる繊維の種々の巻き付け方法を示す説明図である。本明細書では、フープ巻き、および、ヘリカル巻きについて説明する。なお、ヘリカル巻きについては、後述する低角度ヘリカル巻き、および、高角度ヘリカル巻きについて説明する。

図２（ａ）は、フープ巻きを示す説明図である。フープ巻きによってライナー４０に繊維５１が巻き付けられていく様子を示した。「フープ巻き」とは、繊維５１の巻き付け方向が、ライナー円筒部４２の中心軸ＡＸに対して略垂直になるように巻き付けるとともに、中心軸ＡＸ方向に巻き付け位置（リール１５の位置）を移動させる方法である。すなわち、「フープ巻き」とは、中心軸ＡＸと繊維５１の巻き付け方向とがなす角度α（「巻き付け角度α」）が略垂直になるように巻き付ける方法である。なお、「フープ巻きによる繊維５１の巻き付け角度が略垂直」とは、９０度、および、繊維同士が重ならないように繊維の巻き付け位置をずらすことによって生じ得る９０度前後の角度を含む。このフープ巻きによって形成される層を「フープ層」と呼ぶ。

図２（ｂ）は、低角度ヘリカル巻き示す説明図である。低角度ヘリカル巻きによってライナー４０に繊維５１が巻き付けられていく様子を示した。「低角度ヘリカル巻き」とは、ライナー円筒部４２において繊維５１が中心軸ＡＸを一周する前に、ライナードーム部４４において繊維５１の巻き付け方向が折り返される比較的小さい巻き付け角度αを有する巻き付け方法である。この低角度ヘリカル巻きによって形成される層を「低角度ヘリカル層」と呼ぶ。

図２（ｃ）は、高角度ヘリカル巻きを示す説明図である。高角度ヘリカル巻きによってライナー４０に繊維５１が巻き付けられていく様子を示した。「高角度ヘリカル巻き」とは、ライナー円筒部４２において繊維５１が中心軸ＡＸを少なくとも一周した後に、ライナードーム部４４において繊維５１の巻き付け方向が折り返される比較的大きな巻き付け角度αを有する巻き付け方法である。この高角度ヘリカル巻きによって形成される層を「高角度ヘリカル層」と呼ぶ。

図３は、高圧タンク１０の製造方法の一部を示す説明図である。図３では、高圧タンク１０の部分的な断面図を示した。なお、ライナー円筒部４２の中心軸ＡＸの図示は省略しているが、図の左右方向がライナー円筒部４２の中心軸ＡＸ方向である。

まず、先に説明した形状を有するライナー４０（図１参照）を用意して、ライナー４０に内圧をかけて、図３（ａ）に示したように、ライナードーム部４４の外表面、および、ライナー円筒部４２の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維を低角度ヘリカル巻きすることによって、低角度ヘリカル層５２を形成する（内層側ヘリカル層形成工程）。なお、本実施例では、低角度ヘリカル層５２の層数は、１層とした。

次に、図３（ｂ）に示したように、ライナー円筒部４２上における低角度ヘリカル層５２の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維を複数層フープ巻きすることによって、内層側フープ層５４を形成する（内層側フープ層形成工程）。このとき、内層側フープ層５４は、ライナー円筒部４２上において、ライナー円筒部４２とライナードーム部４４との境界部４０ｂに近いほど、内層側フープ層５４の厚さが薄くなるように形成する。本実施例では、内層側フープ層５４を１層形成するごとに、フープ巻きの折り返し位置、すなわち、内層側フープ層５４における各層の端部を、境界部４０ｂ側から中心軸ＡＸ方向（ライナー円筒部４２の中央部方向）にずらすものとした。なお、本実施例では、ライナー４０の周方向の強度を効果的に向上させるために、ライナー４０に内圧をかけた状態で、上記繊維に比較的高い張力をかけて内層側フープ層５４の形成を行うものとした。

次に、図３（ｃ）に示したように、ライナードーム部４４上における低角度ヘリカル層５２、および、内層側フープ層５４の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維を低角度ヘリカル巻きすることによって形成される低角度ヘリカル層（外層側ヘリカル層）と、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をフープ巻きすることによって形成されるフープ層（外層側フープ層）とを交互に積層することによって、混合層５６を形成する（混合層形成工程）。なお、本実施例では、内層側ヘリカル層形成工程と、内層側フープ層形成工程と、混合層形成工程とは、ライナー円筒部４２上において、繊維強化プラスチック層５０の厚さ方向についてのライナー４０側の６０（％）の範囲内に、内層側フープ層５４の厚さと混合層５６における外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が配置されるように、低角度ヘリカル層５２と１の内層側フープ層５４と混合層５６とを形成する工程を含んでいる。また、混合層５６の形成に際し、低角度ヘリカル層（外層側ヘリカル層）と、フープ層（外層側フープ層）とを交互に積層するとは、１層ごとに低角度ヘリカル層とフープ層とを交互に積層する態様に限られず、複数層ごとに低角度ヘリカル層とフープ層とを交互に積層する態様も含んでいる。複数層ごとに低角度ヘリカル層とフープ層とを交互に積層する場合、交互に積層する低角度ヘリカル層の層数とフープ層の層数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

そして、混合層５６の形成後、低角度ヘリカル層５２、内層側フープ層５４、および、混合層５６に含まれる熱硬化性樹脂を加熱硬化する。以上の製造工程によって、高圧タンク１０は完成する。

Ｃ．実施例の効果：
本実施例の高圧タンク１０の効果について説明する。ここでは、高圧タンク１０のバースト圧力と、加速サイクル試験における耐久回数と、繊維強化プラスチック層５０の厚さについての効果について説明する。

Ｃ１．バースト圧力：
図４は、実施例の高圧タンク１０と、比較例１，２の高圧タンクについての、繊維強化プラスチック層（ＦＲＰ層）におけるフープ層の位置と高圧タンク１０のバースト圧力との関係を示す説明図である。なお、図示は省略しているが、実施例の高圧タンク１０と、比較例１，２の高圧タンクとでは、ライナー４０の形状や、フープ層および低角度ヘリカル層の総層数等は同じであり、繊維強化プラスチック層におけるフープ層の位置が異なっている。図４において、繊維強化プラスチック層におけるフープ層の位置とは、ライナー円筒部４２上において、内層側フープ層５４の厚さと混合層５６における外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が、繊維強化プラスチック層の厚さ方向についてのライナー４０側に占める範囲を意味している。

図４に示したように、実施例の高圧タンク１０では、ライナー円筒部４２上において、繊維強化プラスチック層５０の厚さ方向についてのライナー４０側の６０（％）の範囲内に、内層側フープ層５４の厚さと混合層５６における外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が配置されている。これに対し、比較例１の高圧タンクでは、ライナー円筒部４２上において、繊維強化プラスチック層の厚さ方向についてのライナー４０側の１００（％）の範囲内に、内層側フープ層５４の厚さと混合層５６における外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が配置されている。また、比較例２の高圧タンクでは、ライナー円筒部４２上において、繊維強化プラスチック層の厚さ方向についてのライナー４０側の８０（％）の範囲内に、内層側フープ層５４の厚さと混合層５６における外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が配置されている。つまり、実施例の高圧タンク１０では、比較例１，２の高圧タンクと比較して、繊維強化プラスチック層において、フープ層がライナー４０側に集めて積層されている。

そして、図４に示したように、比較例１の高圧タンクのバースト圧力を１とすると、比較例２の高圧タンクでは、バースト圧力が１．０２となり、さらに、実施例の高圧タンク１０では、バースト圧力が１．０６となった。すなち、実施例の高圧タンク１０では、比較例１の高圧タンクと比較して、バースト圧力が６（％）向上した。

Ｃ２．加速サイクル試験：
図５は、実施例の高圧タンク１０と、比較例３の高圧タンクについての、加速サイクル試験における耐久回数を示す説明図である。なお、図示は省略しているが、実施例の高圧タンク１０と、比較例３の高圧タンクとでは、ライナー４０の形状や、内層側フープ層５４および混合層５６の層構成は同じである。そして、実施例の高圧タンク１０は、低角度ヘリカル層５２を備えているのに対し、比較例３の高圧タンクは、低角度ヘリカル層５２を備えていない。

図５に示したように、比較例３の高圧タンクについての加速サイクル試験における耐久回数を１とすると、実施例の高圧タンク１０についての加速試験における耐久回数は２．６となった。すなわち、実施例の高圧タンク１０では、比較例３の高圧タンクと比較して、加速サイクル試験における耐久回数が１６０（％）向上した。

Ｃ３．繊維強化プラスチック層の厚さ：
図６は、実施例の高圧タンク１０と、比較例４の高圧タンクについての、所定の加速サイクル試験に合格するために必要な繊維強化プラスチック層の厚さを示す説明図である。なお、図示は省略しているが、実施例の高圧タンク１０と、比較例４の高圧タンクとでは、ライナー４０の形状や、内層側フープ層５４の層構成は同じである。そして、実施例の高圧タンク１０は、低角度ヘリカル層５２を備えているのに対し、比較例３の高圧タンクは、低角度ヘリカル層５２を備えていない。また、実施例の高圧タンク１０と比較例４の高圧タンクとでは、混合層５６の厚さを変えることによって、繊維強化プラスチック層の厚さを変えている。

図６に示したように、比較例４の高圧タンクにおける繊維強化プラスチック層の厚さを１とすると、実施例の高圧タンク１０における繊維強化プラスチック層５０の厚さは０．６となった。すなわち、実施例の高圧タンク１０では、所定の加速サイクル試験に合格するために、比較例４の高圧タンクと比較して、繊維強化プラスチック層の厚さを４０（％）減少させることができた。

以上説明したように、本実施例の高圧タンク１０の製造方法では、内層側ヘリカル層形成工程によって、ライナー４０（特にライナードーム部４４）の強度を高めた後に、内層側フープ層形成工程を行うので、ライナー４０に内圧をかけた状態で、繊維５１に比較的高い張力をかけて内層側フープ層形成工程を行う場合であっても、内層側フープ層形成工程を行う際のライナー４０の変形を抑制することができる。さらに、本実施例の高圧タンク１０の製造方法では、厚肉円筒理論により、ライナー４０の周方向に作用する応力が比較的大きくなる内層側に、ライナー４０の周方向の強度を向上させる効果が大きいフープ巻き（フープ層）を集めて積層するので、ライナー４０の周方向の強度を効果的に向上させることができる。そして、図４，５に示したように、本実施例の高圧タンク１０の製造方法によって、高圧タンク１０の信頼性を向上させることができることが実験的に確認された。

また、本実施例の高圧タンク１０の製造方法では、繊維強化プラスチック層５０における各層の高圧タンク１０の強度を向上させる効果を従来よりも効果的に利用することできるので、従来と同等の高圧タンクの性能（耐圧性能や耐久性能）を得るために、図６に示したように、繊維強化プラスチック層５０を構成する総層数を減少させることができる。したがって、高圧タンクの小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。また、従来と同等の高圧タンクの性能を得るために、強度や剛性について、低グレードの繊維を用いれば、高圧タンクの低コスト化を図ることができる。また、繊維強化プラスチック層５０の層数を従来と同じにする場合には、高圧タンクの強度を向上させることができる。また、高圧タンクの外径形状を従来と同じにする場合には、ライナーの容積を増大することが可能となる。したがって、この高圧タンクに燃料ガスを充填し、例えば、車両に搭載する場合には、この車両の航続距離を延伸することができる。

また、本実施例の高圧タンク１０の製造方法では、内層側ヘリカル層形成工程、および、混合層形成工程において、低角度ヘリカル巻きを用いるので、ライナー４０の中心軸ＡＸ方向の強度を効果的に向上させることができる。また、低角度ヘリカル巻きでは、ライナー４０の中心軸ＡＸ方向の強度について、同じ強度を得るために、高角度ヘリカル巻きよりも、巻き数、換言すれば、繊維５１の使用量を少なくすることができるため、高圧タンクの小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。

また、本実施例の高圧タンク１０の製造方法によれば、図３（ｂ）に示したように、内層側フープ層形成工程において、内層側フープ層５４の縁部をスラント形状とし、内層側フープ層５４の縁部における繊維５１の巻き崩れを抑制することができる。また、内層側フープ層５４の縁部をスラント形状とすることによって、混合層５６における低角度ヘリカル層を形成する際の繊維５１の繊維蛇行、すなわち、繊維５１の巻き付け位置のずれを抑制し、低角度ヘリカル層の、ライナー４０の中心軸ＡＸ方向の強度を向上させる効果を効果的に利用することもできる。

また、本実施例の高圧タンク１０の製造方法では、ライナードーム部４４上の低角度ヘリカル層５２、および、内層側フープ層５４の外表面が等張力曲面を成すので、これらの外表面上に形成される混合層５６における低角度ヘリカル層を等張力で形成し、高圧タンク１０の強度向上に効果的に利用することができる。

Ｄ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｄ１．変形例１：
上記実施例では、繊維強化プラスチック層５０において、低角度ヘリカル層５２を用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。低角度ヘリカル層５２の代わりに、高角度ヘリカル層を用いるようにしてもよい。これは、混合層５６における低角度ヘリカル層についても同様である。

Ｄ２．変形例２：
上記実施例では、ライナー円筒部４２上において、繊維強化プラスチック層の厚さ方向についてのライナー４０側の６０（％）の範囲内に、内層側フープ層５４の厚さと混合層５６における外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が配置されているものとしたが、本発明は、これに限られない。ライナー円筒部４２上において、繊維強化プラスチック層の厚さ方向についてのライナー４０側の７５（％）の範囲内に、内層側フープ層５４の厚さと混合層５６における外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が配置されているようにすればよい。

Ｄ３．変形例３：
上記実施例では、繊維強化プラスチック層５０において、低角度ヘリカル層５２を１層としたが、この層数は、高圧タンク１０に要求される強度、および、高圧タンク１０の製造上要求される強度に応じて任意に設定可能である。これは、繊維強化プラスチック層５０における他の各層の層構成についても同様である。

Ｄ４．変形例４：
上記実施例では、混合層５６は、低角度ヘリカル層（外層側ヘリカル層）と、フープ層（外層側フープ層）とを交互に積層することによって形成されるものとしたが、本発明は、これに限られない。混合層５６は、外層側ヘリカル層と外層側フープ層とからなる層であればよい。

Ｄ５．変形例５：
上記実施例では、繊維強化プラスチック層５０を構成する熱硬化性樹脂、および、繊維は、それぞれ、すべて同一の種類であるものとしたが、これらのうちの少なくとも一部が異なる種類であるものとしてもよい。

１０…高圧タンク
１４…口金部
１４ａ…開口部
１５…リール
２０…円筒部
２５…空間部
３０…ドーム部
４０…ライナー
４０ｂ…境界部
４２…ライナー円筒部
４２ｆ…接線
４４…ライナードーム部
４４ｆ…接線
５０…繊維強化プラスチック層
５１…繊維
５２…低角度ヘリカル層
５４…内層側フープ層
５６…混合層
ＡＸ…中心軸

Claims (6)

1. 流体を貯蔵するための高圧タンクの製造方法であって、
   円筒形状を有する円筒部と、ドーム形状を有し前記円筒部の両端部に設けられたドーム部と、を有するライナーを用意する工程と、
   フィラメントワインディング法を用いて、前記ライナーの外表面に繊維強化プラスチック層を形成する繊維強化プラスチック層形成工程と、
   を備え、
   前記繊維強化プラスチック層形成工程は、
   前記ドーム部の少なくとも一部の外表面、および、前記円筒部の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きすることによって、内層側ヘリカル層を形成する内層側ヘリカル層形成工程と、
   前記円筒部上における前記内層側ヘリカル層の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維を複数層フープ巻きすることによって、内層側フープ層を形成する内層側フープ層形成工程と、
   前記ドーム部上における前記内層側ヘリカル層、および、前記内層側フープ層の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きすることによって形成される外層側ヘリカル層と、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をフープ巻きすることによって形成される外層側フープ層とを積層することによって、混合層を形成する混合層形成工程と、
   を含み、
   前記内層側ヘリカル層形成工程と、前記内層側フープ層形成工程と、前記混合層形成工程とは、前記円筒部上において、前記繊維強化プラスチック層の厚さ方向についての前記ライナー側の７５（％）以内の範囲内に、前記内層側フープ層の厚さと前記外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が配置されるように、前記内層側ヘリカル層と前記内層側フープ層と前記混合層とを形成する工程を含む、
   高圧タンクの製造方法。
2. 請求項１記載の高圧タンクの製造方法であって、
   前記内層側ヘリカル層形成工程におけるヘリカル巻きは、前記円筒部の外表面において、前記内層側ヘリカル層を構成する前記繊維が前記ライナーの中心軸を一周する前に、前記ドーム部において、前記繊維の巻き付け方向が折り返されるヘリカル巻きである、
   高圧タンクの製造方法。
3. 請求項１または２記載の高圧タンクの製造方法であって、
   前記内層側フープ層形成工程は、前記円筒部上において、前記円筒部と前記ドーム部との境界部に近いほど、前記内層側フープ層の厚さが薄くなるように、前記内層側フープ層を形成する工程を含む、
   高圧タンクの製造方法。
4. 請求項３記載の高圧タンクの製造方法であって、
   前記ライナーは、前記円筒部と前記ドーム部との境界部が不連続な形状を有しており、
   前記内層側ヘリカル層形成工程と、前記内層側フープ層形成工程とは、前記ドーム部上の前記内層側ヘリカル層、および、前記内層側フープ層の外表面が等張力曲面を成すように、前記内層側ヘリカル層と、前記内層側フープ層とを形成する工程を含む、
   高圧タンクの製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の高圧タンクの製造方法であって、
   前記混合層形成工程におけるヘリカル巻きは、前記外層側ヘリカル層を構成する前記繊維が前記ライナーの中心軸を一周する前に、前記ドーム部において、前記繊維の巻き付け方向が折り返されるヘリカル巻きである、
   高圧タンクの製造方法。
6. 流体を貯蔵するための高圧タンクであって、
   円筒形状を有する円筒部と、ドーム形状を有し前記円筒部の両端部に設けられたドーム部と、を有するライナーと、
   フィラメントワインディング法を用いて、前記ライナーの該表面に形成された繊維強化プラスチック層と、
   を備え、
   前記繊維強化プラスチック層は、
   前記ドーム部の少なくとも一部の外表面、および、前記円筒部の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きすることによって形成された内層側ヘリカル層と、
   前記円筒部上における前記内層側ヘリカル層の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維を複数層フープ巻きすることによって形成された内層側フープ層と、
   前記ドーム部上における前記内層側ヘリカル層、および、前記内層側フープ層の外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きすることによって形成された外層側ヘリカル層と、熱硬化性樹脂が含浸された繊維をフープ巻きすることによって形成された外層側フープ層とからなる混合層と、
   を備えるとともに、
   前記円筒部上において、前記繊維強化プラスチック層の厚さ方向についての前記ライナー側の７５（％）以内の範囲内に、前記内層側フープ層の厚さと前記外層側フープ層の厚さとの和の９０（％）以上が配置されている、
   高圧タンク。

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