JP2015067019A - 圧力タンク - Google Patents

Abstract

【課題】固定部材の締め付け力を低下させつつ、圧力タンクの軸線方向移動も確実に阻止することができる圧力タンク固定構造を提供する【解決手段】圧力タンクであって、ＦＲＰ層がライナの外周に巻回形成されるカーボン繊維主体のＦＷ層と、巻回形成された際にカーボン繊維に含浸されていたエポキシ樹脂からなるエポキシリッチ層とを有し、車両搭載用ブラケットのタンク外周の一部に沿うタンク保持部が、エポキシリッチ層に埋没して圧力タンクと一体的に連結している。【選択図】図３

Description

本発明は、圧力タンクの車体への固定構造に関するものである。

自動車の中には、ガス燃料を燃料として内燃機関による出力で走行する天然ガス車両や、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素を供給して発電を行い、この発電電力で走行駆動用モータを駆動して走行する燃料電池車両が知られている。
この種のガス燃料車両には、圧縮した天然ガスや水素ガスを充填した圧力タンクを車体後部に搭載したものがあり、この圧力タンクの取付構造として、圧力タンクの胴部にリング状の金属製バンド（固定部材）を巻き付け、このバンドを車体に固定することにより、バンドを介して車体に取り付けているものがある。（例えば、特許文献１参照）
さらに、圧力タンクの軸線方向に互いに離間して対をなす凸状リブを設け、この２つの凸状リブ間にバンドを挟装することで、バンドの締付力を低下させつつ、圧力タンクの軸線方向移動を確実に規制したものもある。（例えば、特許文献２参照）また、圧力タンクの軸線方向に切り欠かれた凹溝を設け、この凹溝にバンドを係合することで、圧力タンクの軸線方向移動を確実に規制したものもある。（例えば、特許文献３参照）

特開平９−２９０６５０号公報 特開２００６−１２３５９０号公報 特開２０１２−６６６７４号公報

ところで、前記圧力タンクをバンドで固定する場合に、圧力タンクの耐久性向上のためにバンドによる締め付け力を低下させたいという要望がある。しかしながら、バンドの締め付け力を低下させると、圧力タンクが軸線方向へ移動し易くなることが懸念される。これに対処するために、前記特許文献２のように、圧力タンクの軸線方向移動を規制するための凸状リブを圧力タンク自体に形成する場合、従来の圧力タンクの製造工程に追加して凸状リブ形成工程が必要となり現実的ではない。前記特許文献３の場合も同様である。そこで、この発明は、簡単な構造ながら、固定部材の締め付け力を低下させつつ、固定タンクの軸線方向移動も確実に阻止することができる圧力タンク固定構造を提供するものである。

本発明は、ライナとライナの外周を被覆するＦＲＰ層と車両搭載用ブラケットとを有する圧力タンクであって、前記ＦＲＰ層はライナの外周に巻回形成されるカーボン繊維主体のＦＷ層と、巻回形成された際にカーボン繊維に含浸されていたエポキシ樹脂からなるエポキシリッチ層とを有し、前記車両搭載用ブラケットは車両側相手部材に固定される固定部とタンク外周の一部に沿うタンク保持部と固定部とタンク保持部とを連結する連結部とを有し、前記車両搭載用ブラケットは、エポキシリッチ層に埋没して圧力タンクと一体的に連結していることを特徴とする。
タンク保持部がエポキシリッチ層に埋没することにより、エポキシ樹脂が硬化した後にはタンク保持部がエポキシ樹脂に拘束され、タンク軸方向や回転方向への移動を規制することができる。また、車両搭載用ブラケットがタンク本体と一体的に固定されて位置決めされているため、部品点数も削減することができ、タンク本体と一体に取り扱うこともでき車両搭載作業が容易である。

上記の構成を有する圧力タンクは、車両搭載用ブラケットのタンク保持部にエポキシ樹脂充填部が形成されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、タンク保持部の板厚がエポキシリッチ層に埋没することで、エポキシ樹脂充填部にエポキシ樹脂が入り込み、車両搭載用ブラケットのタンク軸に対する回転を規制することができる。また、タンク保持部が埋没することにより、タンク軸方向に移動することをより確実に規制することができる。

上記の構成を有する圧力タンクは、タンク保持部が凹部とフランジ部からなる断面形状を構成し、凹部の底壁部とフランジ部との段差によりエポキシ樹脂充填部が形成されていることが好ましい。
このような構成とすることで、エポキシ樹脂が硬化した後にはタンク保持部がエポキシ樹脂に拘束され、タンク軸方向や回転方向への移動を規制することができることに加えて、タンク保持部の剛性も高くなり形状保持性が高くなる。

上記の構成を有する圧力タンクは、車両搭載用ブラケットのタンク保持部がエポキシリッチ層のなかに完全に埋没していることが好ましい。
このような構成とすることにより、タンク保持部の板厚がエポキシリッチ層に完全に埋没することで、エポキシ樹脂充填部の裏側にまでエポキシ樹脂が回りこみ硬化し、車両搭載用ブラケット自体が弾性変形によりタンク本体の外径に対して拡径することをも規制するため、車両搭載用ブラケットのタンク軸方向の移動や回転をより確実に規制することができる。

本発明によれば、圧力タンクを車両搭載するための固定部材の締付力を低減しても、固定部材と圧力タンクにおける軸方向の相対移動を確実に規制することができる。また、部品点数も削減することができ、タンク本体と一体に取り扱うこともでき車両搭載作業が容易となる。

圧力タンクの縦断面図である。 タンク本体と車両搭載ブラケットの一体化前の状態を示す斜視図である。 タンク本体と車両搭載ブラケットの一体化後の状態を示す斜視図である。 車両搭載ブラケット位置での圧力タンクの横断面図である。 圧力タンクの縦断面図におけるブラケット埋没部拡大図である。 別実施例のブラケット埋没部拡大図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。図１〜図6に本発明にかかる圧力タンクおよびその車両搭載構造の実施形態を示す。以下では、燃料電池車において利用される水素燃料供給源としての圧力タンク１を挙げ、当該圧力タンク１の構造を例示しつつ説明する。

圧力タンク１は図１に示すように、例えば両端が略半球状である円筒形状のタンク本体１０と、当該タンク本体１０の長手方向の端部に口金１１を有している。なお、本明細書では略半球状部分をドーム部、筒状胴体部分をストレート部といい、それぞれ符号１ｄ，１ｓで表す。

タンク本体１０は、例えば二層構造の壁層を有し、内壁層であるライナ１９とその外側の外壁層である樹脂繊維層（補強層）としてのＦＲＰ層１８を有している。ＦＲＰ層１８は、ライナ１９の外周に巻回形成されているカーボン繊維主体のＦＷ層２０と、巻回形成された際にカーボン繊維に含浸されていたエポキシ樹脂からなるエポキシリッチ層２１とで構成されている。

ライナ１９は、タンク本体１０とほぼ同じ形状に形成されている。ライナ１９は、例えばガスバリア性に優れるエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、またはその他の硬質樹脂などにより形成されている。あるいは、アルミニウムなどで形成された金属ライナをライナ１９とすることもできる。特に詳しい図示はしていないが、ライナ１９の長手方向端部には開口部が形成され、口金１１が嵌入されている。口金１１には、主止弁として機能するバルブアッセンブリ（図示省略）が嵌め込まれている。

ＦＲＰ層１８は、フィラメントワインディング成形（ＦＷ成形）により、ライナ１９の外周面と口金の一部に、樹脂を含浸した繊維（補強繊維）を巻き付け、当該樹脂を硬化させることにより形成されている。ＦＲＰ層１８の樹脂には、例えばエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等が用いられる。フィラメントワインディング成形の際には、タンク軸１２を中心としてライナ１９を回転させながら繊維のガイドをタンク軸方向に沿って動かすことにより当該ライナ１９の外周面に繊維を巻き付けることができる。なお、実際には複数本の繊維が束ねられた繊維束がライナ１９に巻き付けられることが一般的であるが、本明細書では繊維束である場合を含めて単に繊維と呼ぶ。

圧力タンク１における繊維の巻きパターンには、フープ巻とヘリカル巻およびインプレーン巻とがあり、繊維がフープ巻きされた層によってフープ層が、ヘリカル巻きされた層によってヘリカル層が、インプレーン巻きされた層によってインプレーン層がそれぞれ形成される。そして、これらの複数の巻きパターンを組合わせることによって、内側からのガス圧に耐え、かつ、外部入力から圧力タンクを保護するＦＲＰ層１８を形成することが可能である。

ライナ１９に対してフィラメントワインディング成形により樹脂を含浸した繊維を巻き付けたのち、ＦＲＰ層１８を硬化させる前の工程で、図２に示すように、車両搭載用ブラケット１４をタンク本体１０の２つのドーム部１ｄよりのストレート部１ｓに対して、２箇所に位置決めする。タンク本体１０の全長が長い場合には、車両搭載用ブラケット１４をさらに増やしても良い。前記車両搭載用ブラケット１４は金属製で、車両側相手部材に取り付けられる固定部１４ａと、タンク本体１０を保持するタンク保持部１４ｂ、固定部１４ａとタンク保持部１４ｂとを連結する連結部１４ｃとから構成されており、タンク保持部１４ｂにはエポキシ樹脂充填部である複数のエポキシ樹脂充填穴１４ｄが形成されている。車両搭載用ブラケット１４は、専用の位置決め治具（図示省略）一端で車両搭載用ブラケット１４を保持して、他の一端がタンク軸１２となる回転軸ロッド１３に対して固定されて、軸方向の移動および軸周りの回転を規制して、図３に示すようにタンク本体１０と供回りするようにされている。この位置決め工程の後、車両搭載用ブラケットを位置決めした状態で圧力タンク１は、硬化炉に入れられ回転しながらＦＲＰ層１８の硬化が行なわれ一体化される。

この位置決めにあたっては、タンク保持部１４ｂの板厚の１／２以上がエポキシリッチ層２１に埋没する位置に設定されるのが好ましい。さらには、図４、図５に示すようにタンク保持部１４ｂがエポキシリッチ層２１に完全に埋没していることが好ましい。タンク保持部１４ｂの板厚がエポキシリッチ層に埋没するようにすることで、エポキシ樹脂充填穴１４ｄにエポキシ樹脂が入り込むことにより、車両搭載用ブラケットのタンク軸１２に対する回転を規制することができ、タンク保持部１４ｂが埋没することによりタンク軸１２の方向に移動することを規制することができる。エポキシリッチ層２１に完全に埋没することにより、エポキシ樹脂充填穴１４ｄの裏側にまでエポキシ樹脂が回りこみ硬化し、車両搭載用ブラケット１４自体が弾性変形によりタンク本体１０の外径に対して拡径することを規制するため、車両搭載用ブラケット１４のタンク軸方向の移動や回転をより確実に規制することができる。

図６は車両搭載用ブラケット１４のタンク保持部１４ｂの断面形状の別の実施例を示しており、断面中央部に凹状のエポキシ樹脂充填部２４ａが形成されて、その両端にフランジ部２４ｂが形成されており、凹部の底壁部２４ｃとフランジ部２４ｂを連結する縦壁部２４ｄに複数の貫通穴２４ｅを形成したものである。このような構造とすることで、タンク保持部１４ｂの剛性が高くなり、形状保持性も高くなる。

１ 圧力タンク
１ｄ ドーム部
１ｓ ストレート部
１０ タンク本体
１１ 口金
１２ タンク軸
１３ 回転軸ロッド
１４ 車両搭載用ブラケット
１４ａ 固定部
１４ｂ タンク保持部
１４ｃ 連結部
１４ｄ エポキシ樹脂充填穴（エポキシ樹脂充填部）
１８ ＦＲＰ層
１９ ライナ
２０ ＦＷ層
２１ エポキシリッチ層
２４ａ エポキシ樹脂充填部
２４ｂ フランジ部
２４ｃ 底壁部
２４ｄ 縦壁部
２４ｅ 貫通穴

Claims (4)

1. ライナと前記ライナの外周を被覆するＦＲＰ層と車両搭載用ブラケットとを有する圧力タンクであって、
   前記ＦＲＰ層は、前記ライナの外周に巻回形成されるカーボン繊維主体のＦＷ層と、巻回形成された際にカーボン繊維に含浸されていたエポキシ樹脂からなるエポキシリッチ層とを有し、
   前記車両搭載用ブラケットは、車両側相手部材に固定される固定部と、タンク外周の一部に沿うタンク保持部と、前記固定部と前記タンク保持部とを連結する連結部とを有し、
   前記車両搭載用ブラケットは、エポキシリッチ層に埋没して圧力タンクと一体的に連結していることを特徴とする圧力タンク。
2. 前記タンク保持部には、エポキシ樹脂充填部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力タンク。
3. 前記タンク保持部は、凹部とフランジ部からなる断面形状を構成し、凹部の底壁部とフランジ部との段差によりエポキシ樹脂充填部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力タンク。
4. 前記タンク保持部は、前記エポキシリッチ層のなかに完全に埋没していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧力タンク。
   

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