JP2020020392A - 圧力容器及び圧力容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧性を向上すること。【解決手段】強化繊維シート１９は、経糸３０として第１強化繊維３１及び第１補助糸３２を備える。第１強化繊維３１及び第１補助糸３２は、ライナの周方向へ糸主軸方向Ｘ１が延びるようにライナの胴体部及びドーム部に配列される。強化繊維シート１９は、緯糸４０として第２強化繊維４１及び第２補助糸４２を備える。第２強化繊維４１及び第２補助糸４２は、胴体部の軸方向へ糸主軸方向Ｘ２が延びるように胴体部に配列されるとともに、ドーム部の軸方向へ糸主軸方向Ｘ２が延びるようにドーム部に配列される。緯糸４０は、ライナの軸方向において胴体部全体及びドーム部全体に延在する第２強化繊維４１ａと、ライナの軸方向において胴体部全体に延在するとともにドーム部には延在しない第２補助糸４２ｂと、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、圧力容器及び圧力容器の製造方法に関する。

圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）等のガスを収容する圧力容器（所謂、高圧タンク）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。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おり、より低公害のものとして、燃料電池を動力源とする自動車も注目されている。燃料電池の燃料として水素ガスを燃料タンクに収容する自動車もあるが、燃料タンクとなる圧力容器の重量が重く燃費が悪くなる。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）の外側を耐圧性の繊維強化複合材層で覆った圧力容器が提案されている。

圧力容器のライナは、一般に、円筒状の胴体部と、胴体部の軸方向の少なくとも一端に連続するドーム部と、を有する形状である。圧力容器内には数十ＭＰａの圧力になるようにガスが充填されるが、繊維強化複合材層により、ライナが補強されている。このような圧力容器においては、例えば、特許文献１に開示されるように、ライナの軸芯に対して直交する方向から胴体部及びドーム部の外周面に１枚の強化繊維シートが複数回巻き付けられる。特許文献１に開示された圧力容器に巻き付けられる強化繊維シートは、ライナの周方向へ糸主軸方向が延びるように胴体部に配列された第１の糸と、胴体部の軸方向及び前記ドーム部の軸方向へ糸主軸方向が延びるように胴体部及びドーム部に配列された第２の糸と、を備える。特許文献１に記載の圧力容器において、強化繊維シートが巻き付けられた状態では、第２の糸のみがドーム部に配列されている。そして、圧力容器への強化繊維シートの巻き付け後、樹脂が含浸された連続繊維をフープ巻きによってドーム部に巻回している。

特開２０１７−１８７１５３号公報

ところで、特許文献１において所望の耐圧性を実現させるためには、ドーム部に配列された強化繊維シートの第２の糸と直交する方向等、ドーム部にて所定の方向に延びるように連続繊維をドーム部に巻回することが望ましい。しかしながら、ドーム部は湾曲した形状であるため、ドーム部の全体で連続繊維の延在方向を維持しつつ巻回を行うことは非常に困難であり、圧力容器の耐圧性の点で改善の余地があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、耐圧性を向上できる圧力容器及び圧力容器の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する圧力容器は、円筒状の胴体部と、前記胴体部の軸方向の少なくとも一端に連続するドーム部と、を備えるライナを有し、前記ライナの周方向に沿って前記ライナの外周面に巻き付けられるとともに前記ライナを外側から覆う強化繊維シートを有する繊維構造体を備えた圧力容器であって、前記強化繊維シートは、前記ライナの周方向へ糸主軸方向が延びるように前記胴体部及び前記ドーム部に配列された第１の糸と、前記胴体部の軸方向へ糸主軸方向が延びるように前記胴体部に配列されるとともに前記ドーム部の軸方向へ糸主軸方向が延びるように前記ドーム部に配列された第２の糸と、を備えるとともに、前記第１の糸と前記第２の糸とで形成された織物製であり、前記第２の糸は、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体及び前記ドーム部全体に延在する長糸と、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体に延在するとともに前記ドーム部には延在しない短糸と、を含むことを特徴とする。

上記課題を解決する圧力容器の製造方法は、円筒状の胴体部と、前記胴体部の軸方向の少なくとも一端に連続するドーム部と、を備えるライナを有し、前記ライナを外側から覆う織物製の強化繊維シートを有する繊維構造体を備えた圧力容器であって、前記繊維構造体は、前記ライナの周方向へ糸主軸方向が延びるように前記胴体部及び前記ドーム部に配列された第１の糸と、前記第１の糸と前記織物を形成する第２の糸と、を有する圧力容器の製造方法であって、複数の前記第１の糸を前記ライナの軸方向に配列した状態で張設し、前記ライナの軸方向に隣り合う前記第１の糸の間に形成された開口のうち、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体及び前記ドーム部全体を範囲とする長糸範囲に形成された前記開口と、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体を範囲に含むとともに前記ドーム部を範囲に含まない短糸範囲に形成された前記開口とに、前記第２の糸を前記ライナの軸方向に沿って挿入し、前記開口に挿入された前記第２の糸を筬打ち動作で前記ライナに向けて押し込み、前記第１の糸と前記第２の糸の織物を製織し、前記ライナを、前記ライナの中心軸線を回転中心として回転させて、製織された前記織物を前記ライナに巻き付けることを特徴とする。

上記の各構成によれば、強化繊維シートをライナの外周面に巻き付けることにより、第１の糸の糸主軸方向がライナの周方向となるため、ドーム部に配列させる第１の糸の糸主軸方向を圧力容器の耐圧性に適した方向へと容易に設定することができる。また、強化繊維シートにおけるドーム部を覆う部分には第２の糸のうちの短糸が配列されない。そのため、配列される第２の糸の本数で比較すると、短糸の配列分だけドーム部が胴体部よりも少なくなることにより、強化繊維シートにおけるドーム部を覆う部分をドーム部の形状に沿わせることができる。したがって、圧力容器の耐圧性を向上させることができる。

圧力容器について、前記第２の糸は、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体及び前記ドーム部の一部に延在する中間糸をさらに含み、前記ライナの周方向において前記長糸、前記中間糸、及び前記短糸の順で配列されることにより、前記ライナの軸方向における延在範囲が前記ライナの周方向で小さくなる順に配列されていることが好ましい。

上記構成によれば、第２の糸を長糸と短糸とで構成する場合と比較して、強化繊維シートにおけるドーム部を覆う部分をよりドーム部の形状に沿わせることができる。したがって、圧力容器の耐圧性をさらに向上させることができる。

圧力容器について、前記ドーム部において隣り合う前記第１の糸同士の配列ピッチの大きさは、前記胴体部において隣り合う前記第１の糸同士の配列ピッチの大きさよりも大きいことが好ましい。

上記構成によれば、第２の糸としての長糸と短糸との配列に加えて、隣り合う第１の糸同士の配列ピッチの大きさを胴体部とドーム部とで異ならせることにより、強化繊維シートにおけるドーム部を覆う部分をよりドーム部の形状に沿わせることができる。したがって、圧力容器の耐圧性をさらに向上させることができる。

圧力容器について、前記ドーム部のうち、前記ライナの軸方向における端部側の部分を第１ドーム部とし、前記ライナの軸方向における前記胴体部側の部分を第２ドーム部としたとき、前記第２ドーム部において隣り合う前記第１の糸同士の配列ピッチの大きさは、前記第１ドーム部において隣り合う前記第１の糸同士の配列ピッチの大きさよりも小さくなっていることが好ましい。

上記構成によれば、ライナの軸方向においてドーム部の全体で隣り合う第１の糸同士の配列ピッチを同じ大きさとする場合と比較して、強化繊維シートにおけるドーム部を覆う部分をよりドーム部の形状に沿わせることができる。したがって、圧力容器の耐圧性をさらに向上させることができる。

この発明によれば、耐圧性を向上できる。

高圧タンクを模式的に示す断面図。 繊維構造体を模式的に示す図。 （ａ）は胴体シート部を模式的に示す図、（ｂ）はライナの軸方向一端のドームシート部を模式的に示す図、（ｃ）はライナの軸方向他端のドームシート部を模式的に示す図。 強化繊維シートの製造方法を模式的に示す図。 （ａ）緯糸を緯入れした状態を模式的に示す図、（ｂ）は筬打ち動作後の状態を模式的に示す図、（ｃ）はライナに強化繊維シートを巻き取った状態を模式的に示す図。 （ａ）は他の実施形態における胴体シート部を模式的に示す図、（ｂ）は他の実施形態におけるライナの軸方向一端のドームシート部を模式的に示す図、（ｃ）は他の実施形態におけるライナの軸方向他端のドームシート部を模式的に示す図。 （ａ）他の実施形態において緯糸を緯入れした状態を模式的に示す図、（ｂ）は他の実施形態において筬打ち動作後の状態を模式的に示す図、（ｃ）は他の実施形態においてライナに強化繊維シートを巻き取った状態を模式的に示す図。

以下、圧力容器及びその製造方法を具体化した一実施形態について図１〜図５を用いて説明する。
図１に示すように、圧力容器としての高圧タンク１０は、細長中空状のライナ１２と、ライナ１２の外側を覆う強化繊維シート１９と、を有する繊維構造体２１にマトリックス樹脂Ｍａを含浸させて構成されている。高圧タンク１０は、マトリックス樹脂Ｍａの含浸された強化繊維シート１９よりなる繊維強化複合材層１１によってライナ１２を補強し、高圧タンク１０の耐圧性（機械的強度）を確保している。

ライナ１２は、樹脂製であり、細長中空状である。ライナ１２の中心軸線Ｌの延びる方向をライナの軸方向Ｙとする。ライナ１２は、円筒状の胴体部１３を備える。胴体部１３の中心軸線はライナ１２の中心軸線Ｌと一致する。そして、胴体部１３の軸方向は、ライナ１２の軸方向Ｙと一致する。ライナ１２は、胴体部１３の軸方向両端に湾曲した形状のドーム部１４ａ，１４ｂを有する。ドーム部１４ａ，１４ｂにおいて、胴体部１３側の端部の径は胴体部１３の径と同じ大きさであり、胴体部１３から離れた位置ほど径が小さくなっている。ドーム部１４ａ，１４ｂの軸方向は、ライナ１２の軸方向Ｙと一致する。ライナ１２は、ドーム部１４ａ，１４ｂからライナ１２の軸方向Ｙに沿って外側に突出した口金部１５を備える。各口金部１５は金属製（例えばステンレス製）である。各口金部１５は、ライナ１２内の空間と連通する孔部１６を備える。ドーム部１４ａ，１４ｂのうち、ライナ１２の軸方向Ｙ一端側のドーム部１４ａにおいて、口金部１５の孔部１６には螺子１８が螺合されている。ドーム部１４ａ，１４ｂのうち、ライナ１２の軸方向Ｙ他端側のドーム部１４ｂにおいて、口金部１５の孔部１６にはバルブ１７が装着されている。

図２に示すように、強化繊維シート１９は、複数本の経糸３０と、複数本の緯糸４０とを平織りして製織された長尺状の織物５０である。強化繊維シート１９の長手方向がライナ１２の周方向Ｚに延びるように、強化繊維シート１９はライナ１２の外周面に巻き付けられている。強化繊維シート１９において、経糸３０と緯糸４０は互いに直交して配列されている。複数本の経糸３０は、ライナ１２の軸方向Ｙへ互いに平行な状態で胴体部１３及びドーム部１４ａ，１４ｂに配列されている。各経糸３０の糸主軸方向Ｘ１は、胴体部１３及びドーム部１４ａ，１４ｂにおいてライナ１２の周方向Ｚへ直線的に延びている。また、経糸３０の糸主軸方向Ｘ１に対し、ライナ１２の径方向が直交している。

複数本の緯糸４０は、ライナ１２の周方向Ｚへ互いに平行な状態で胴体部１３及びドーム部１４ａ，１４ｂに配列されている。緯糸４０のうち、胴体部１３に配列される緯糸４０の糸主軸方向Ｘ２は、ライナ１２における胴体部１３の軸方向へ延びる。緯糸４０のうち、ドーム部１４ａ，１４ｂに配列される緯糸４０の糸主軸方向Ｘ２は、ライナ１２の軸方向Ｙへ延びる一方、ドーム部１４ａ，１４ｂの曲面に沿って湾曲している。

経糸３０と緯糸４０を直交して配列させるとともに、経糸３０の糸主軸方向Ｘ１の延びる方向をライナ１２の周方向Ｚに一致させることで、ライナ１２の径方向においてライナ１２を補強している。また、緯糸４０の糸主軸方向Ｘ２をライナ１２の軸方向Ｙに一致させることで、ライナ１２の軸方向Ｙにおいてライナ１２を補強している。

強化繊維シート１９は、経糸３０として、複数本の第１強化繊維３１と複数本の第１補助糸３２とを有する。第１強化繊維３１と第１補助糸３２とは、交互に配列されることによって、ライナ１２の軸方向Ｙに隣り合うように配列されている。また、第１強化繊維３１同士、第１補助糸３２同士、及び第１強化繊維３１と第１補助糸３２は、互いに平行に配列されている。また、強化繊維シート１９は、緯糸４０として、複数本の第２強化繊維４１と複数本の第２補助糸４２とを有する。第２強化繊維４１と第２補助糸４２とは、交互に配列されることによって、ライナ１２の周方向Ｚに隣り合うように配列されている。第２強化繊維４１同士、第２補助糸４２同士、及び第２強化繊維４１と第２補助糸４２は、互いに平行に配列されている。第１強化繊維３１及び第１補助糸３２が第１の糸に相当し、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２が第２の糸に相当する。

本実施形態では、第１強化繊維３１、第２強化繊維４１、第１補助糸３２、及び第２補助糸４２として炭素繊維を備える。なお、第１強化繊維３１、第２強化繊維４１、第１補助糸３２、及び第２補助糸４２は炭素繊維に限らず、ガラス繊維や炭化ケイ素系セラミック繊維やアラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の一般に高弾性・高強度といわれるその他の繊維を使用してもよい。また、本実施形態では、第１強化繊維３１と第２強化繊維４１とに同じ糸を用いている。第１補助糸３２及び第２補助糸４２は、第１強化繊維３１及び第２強化繊維４１より細い繊維束からなる。

図３（ａ）に示すように、ライナ１２の胴体部１３は、強化繊維シート１９の一部分である胴体シート部１９ｍによって覆われている。図３（ｂ）に示すように、ライナ１２のドーム部１４ａは、強化繊維シート１９の一部分であるドームシート部１９ａによって覆われている。図３（ｃ）に示すように、ライナ１２のドーム部１４ｂは、強化繊維シート１９の一部分であるドームシート部１９ｂによって覆われている。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）においては、隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との間や、隣り合う第２強化繊維４１と第２補助糸４２との間に間隙があるが、そうした間隙は実際には存在しない。実際の強化繊維シート１９においては、隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２とがライナ１２の軸方向Ｙで接触するように配列されているとともに、隣り合う第２強化繊維４１と第２補助糸４２とがライナ１２の周方向Ｚで接触するように配列されている。

図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）に示すように、強化繊維シート１９において、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２は、ライナ１２の軸方向Ｙ（図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）では上下方向）における延在範囲がライナ１２の周方向Ｚ（図３（ａ）、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）では左右方向）で小さくなる順に配列されている。ここで、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２について、ライナ１２の軸方向Ｙにおける延在範囲が大きい糸から順に、第２強化繊維４１ａ、第２補助糸４２ａ、第２強化繊維４１ｂ、及び第２補助糸４２ｂとする。

第２強化繊維４１ａは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて、胴体部１３の全体とドーム部１４ａ，１４ｂの全体とに延在する。第２補助糸４２ａは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて、胴体部１３の全体と、ドーム部１４ａ，１４ｂのうちで第２強化繊維４１ａよりも小さい範囲であるドーム部１４ａ，１４ｂの一部とで延在する。第２強化繊維４１ｂは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて、胴体部１３の全体と、ドーム部１４ａ，１４ｂのうちで第２補助糸４２ａよりも小さい範囲とで延在する。第２補助糸４２ｂは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて、胴体部１３の全体に延在し、ドーム部１４ａ，１４ｂには延在しない。こうした第２強化繊維４１ａ、第２補助糸４２ａ、第２強化繊維４１ｂ、及び第２補助糸４２ｂの配列が、ライナ１２の周方向Ｚで繰り返しなされている。

上記のように第２強化繊維４１及び第２補助糸４２の延在範囲が設定されることで、ライナ１２の軸方向Ｙにおける単位長さ当たりに存在する第２強化繊維４１及び第２補助糸４２の合計本数Ｎで比較すると、ドームシート部１９ａ，１９ｂでの合計本数Ｎが胴体シート部１９ｍでの合計本数Ｎよりも少なくなっている。これにより、ドームシート部１９ａ，１９ｂの厚みが胴体シート部１９ｍの厚みより小さくなっている。

また、ドーム部１４ａ，１４ｂにおいてライナ１２の軸方向Ｙにおける単位長さ当たりに存在する第２強化繊維４１及び第２補助糸４２の合計本数Ｎは、胴体部１３から離れた位置ほど少なくなっている。これにより、ドームシート部１９ａ，１９ｂの厚みは、ドームシート部１９ａ，１９ｂのうちで胴体シート部１９ｍから離れた位置ほど小さくなっている。なお、この変更例では、第２強化繊維４１ａが長糸に相当し、第２補助糸４２ｂが短糸に相当する。また、第２補助糸４２ａ及び第２強化繊維４１ｂが中間糸に相当する。

次に、高圧タンク１０の製造方法を説明する。
高圧タンク１０を製造する際は、経糸３０と緯糸４０を平織りしつつ、製職された織物５０をライナ１２に巻き付けていく。

図４に示すように、織物５０の製織は平織織機で行う。平織織機は、例えば、経糸３０としての第１強化繊維３１及び第１補助糸３２のうち、第１強化繊維３１の開口を行う強化繊維綜絖枠３３と、第１補助糸３２の開口を行う補助糸綜絖枠３４を備える。また、平織織機は、第１強化繊維３１を供給する経糸ビーム３５と、第１補助糸３２を供給する経糸ビーム３６とが配置された構造を有する。経糸ビーム３５から送り出される第１強化繊維３１は、強化繊維綜絖枠３３により開口動作が行われるようになっている。経糸ビーム３６から送り出される第１補助糸３２は、補助糸綜絖枠３４により開口動作が行われるようになっている。なお、強化繊維綜絖枠３３及び補助糸綜絖枠３４の目は、図において黒丸で示されている。

筬３９は、強化繊維綜絖枠３３及び補助糸綜絖枠３４と織り前４５との間に配置されている。筬３９は、ライナ１２の軸方向Ｙ（図４では紙面に垂直方向）へ直線状に延びる部材である。また、緯糸４０としての第２強化繊維４１及び第２補助糸４２は、第１強化繊維３１及び第１補助糸３２の開口に対して緯入れ機構（図示せず）により緯入れ（挿入）されるようになっている。第１強化繊維３１及び第１補助糸３２の送り出し方向において、織り前４５よりも先にはライナ１２が回転可能に支持されている。ライナ１２は、中心軸線Ｌを回転中心として回転する。

上記の平織織機で強化繊維シート１９を製織するに際しては、経糸ビーム３５から引き出された複数本の第１強化繊維３１の端部と、経糸ビーム３６から引き出された複数本の第１補助糸３２の端部と、を例えば接着剤によってライナ１２の外周面に固定する。これにより、第１強化繊維３１及び第１補助糸３２は、ライナ１２の軸方向Ｙに沿って胴体部１３及びドーム部１４ａ，１４ｂに配列された状態で張設される。第１強化繊維３１及び第１補助糸３２は、ライナ１２の軸方向Ｙで第１強化繊維３１と第１補助糸３２とが交互に並ぶようにそれぞれ延びている。なお、使用する接着剤は、強化繊維シート１９にマトリックス樹脂Ｍａを含浸硬化させる際の加熱によって溶融する材質が好ましいが、溶融しない材質の接着剤を用いてもよい。

強化繊維シート１９を製織する際には、ライナ１２を回転させない状態で、強化繊維綜絖枠３３と補助糸綜絖枠３４とを交互に上下方向に移動させることにより、強化繊維綜絖枠３３と補助糸綜絖枠３４とが逆方向に移動される。これにより、第１強化繊維３１及び第１補助糸３２によって経糸開口３０ａが形成される。第１強化繊維３１と第１補助糸３２が隣接するもの同士で交互に上下に開かれることにより、その都度で経糸開口３０ａが形成される。経糸開口３０ａが形成される都度、経糸開口３０ａに対して第２強化繊維４１と第２補助糸４２とが交互に緯入れ（挿入）される。

図５（ａ）に示すように、経糸開口３０ａに対して第２強化繊維４１の緯入れや第２補助糸４２の緯入れを行う際に、そうした緯入れを行う範囲をライナ１２の軸方向Ｙで異ならせる。第２強化繊維４１ａの緯入れは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて胴体部１３の全体及びドーム部１４ａ，１４ｂの全体の範囲で行われる。この第２強化繊維４１ａの緯入れが行われる範囲が長糸範囲に相当する。第２補助糸４２ａの緯入れは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて胴体部１３の全体と、ドーム部１４ａ，１４ｂのうちで第２強化繊維４１ａよりも小さい範囲とで行われる。第２強化繊維４１ｂの緯入れは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて胴体部１３の全体と、ドーム部１４ａ，１４ｂのうちで第２補助糸４２ａよりも小さい範囲とで行われる。第２補助糸４２ｂの緯入れは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて胴体部１３の全体で行われる一方で、ドーム部１４ａ，１４ｂでは行われない。この第２補助糸４２ａの緯入れが行われる範囲が短糸範囲に相当する。ライナ１２の周方向Ｚにおいて、第２強化繊維４１ａ、第２補助糸４２ａ、第２強化繊維４１ｂ、及び第２補助糸４２ｂの順で緯入れが繰り返し行われる。

なお、第２強化繊維４１ａ及び第２強化繊維４１ｂとして配列される第２強化繊維４１や、第２補助糸４２ａ及び第２補助糸４２ｂとして配列される第２補助糸４２は、ライナ１２の軸方向Ｙに配列される全ての第１強化繊維３１及び第１補助糸３２による経糸開口３０ａに対して緯入れが行える長さに設定されている。そのため、第２補助糸４２ａ、第２強化繊維４１ｂ、及び第２補助糸４２ｂにおいて、ライナ１２の軸方向Ｙにおける両端部分が経糸開口３０ａに対する緯入れに関与しないこととなる。また、そうした緯入れに関与しない部分は、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて、第２補助糸４２ａ、第２強化繊維４１ｂ、及び第２補助糸４２ｂの順で長くなっている。そして、そうした緯入れに関与しない部分は、繊維のまま強化繊維シート１９の表面に沿ってそれぞれ延びている。

図５（ｂ）に示すように、経糸開口３０ａの形成と経糸開口３０ａに対する第２強化繊維４１及び第２補助糸４２の交互の緯入れとが所定回数行われた後、筬３９の筬打ち動作が行われる。筬３９による筬打ち動作によっては、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２がライナ１２の外周面に固定される第１強化繊維３１及び第１補助糸３２の端部に向けて送り込まれる。その後、強化繊維綜絖枠３３及び補助糸綜絖枠３４が逆方向に移動されて開口状態が変更されて、次の緯入れ動作が行われる。これらの動作が繰り返されることにより、第１強化繊維３１及び第１補助糸３２と、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２とが平織りされた強化繊維シート１９が製織される。また、そうした強化繊維シート１９の製織と併せて、強化繊維シート１９がライナ１２に一体化された状態が形成される。

図５（ｃ）に示すように、製織された織物５０は、中心軸線Ｌを回転中心にライナ１２を回転させることによって、織物５０のライナ１２への巻き取りをしつつ、続けて、上記と同様に織物５０の製織を行う。その結果、ドーム部１４ａ，１４ｂ及び胴体部１３の全体を覆う状態で織物５０、すなわち強化繊維シート１９がライナ１２に巻き付けられていく。これにより、ライナ１２の外周面に強化繊維シート１９を備える繊維構造体２１が製造される。なお、織物５０の製織がある程度まで進んだときや、織物５０の製織が完了したときに、上記の緯入れに関与しない第２強化繊維４１及び第２補助糸４２の部分を切断等によって織物５０から取り除く。

上記のように構成された繊維構造体２１は、マトリックス樹脂Ｍａを含浸硬化させることにより、強化繊維シート１９から繊維強化複合材層１１が形成され、ライナ１２の外側が繊維強化複合材層１１で覆われた高圧タンク１０が製造される。マトリックス樹脂Ｍａの含浸硬化は、例えば、ＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールディング）法で行なわれる。

次に、高圧タンク１０の作用を説明する。
ドームシート部１９ａ，１９ｂのように、配列される第２強化繊維４１や第２補助糸４２の本数が比較的少ないと、強化繊維シート１９がライナ１２の外周面に巻き付けられる際に、ライナ１２の形状に応じて第２強化繊維４１や第２補助糸４２が移動しやすい。そのため、ドームシート部１９ａ，１９ｂは、ドーム部１４ａ，１４ｂの形状に沿いやすくなっている。

また、ドーム部１４ａ，１４ｂは、ドーム部１４ａ，１４ｂの軸方向で胴体部１３から遠い位置の径ほど胴体部１３の径より小さくなっているため、ドーム部１４ａ，１４ｂの軸方向で胴体部１３から遠い位置ほど胴体部１３から大きく湾曲した形状となっている。ドームシート部１９ａ，１９ｂにおいては、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて胴体部１３から離れた位置ほど上記合計本数Ｎが少なくなっている。そのため、ドーム部１４ａ，１４ｂにおいて湾曲の程度が大きい部分ほど、配列される第２強化繊維４１や第２補助糸４２が移動しやすくなっている。したがって、ドーム部１４ａ，１４ｂにおける湾曲の程度が大きい部分を覆うドームシート部１９ａ，１９ｂほど、ドーム部１４ａ，１４ｂの形状に沿いやすくなっている。

ドーム部１４ａ，１４ｂにおいて口金部１５が接続されている部分は、ライナ１２の軸方向Ｙに沿って外側に突出した形状となっているため、上記の内圧を受けてドーム部１４ａ，１４ｂの外側に向けた曲げが発生することによって変形が生じやすい。本実施形態では、ドームシート部１９ａ，１９ｂの厚みＷ２，Ｗ３が胴体シート部１９ｍの厚みＷ１よりも小さいため、ドームシート部１９ａ，１９ｂの変形が生じにくい。

また、高圧タンク１０においては、胴体部１３で生じる内圧よりもドーム部１４ａ，１４ｂで生じる内圧が小さい。そのため、ドームシート部１９ａ，１９ｂの厚みが胴体シート部１９ｍの厚みほど大きくなくても、適切な耐圧性を備えた強化繊維シート１９を実現させることが可能である。本実施形態では、ドームシート部１９ａ，１９ｂの厚みＷ２，Ｗ３を胴体シート部１９ｍの厚みＷ１よりも小さくすることにより、強化繊維シート１９において適切な耐圧性を備えつつ、ドームシート部１９ａ，１９ｂの厚みＷ２，Ｗ３の余剰を抑制することができる。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１−１）強化繊維シート１９をライナ１２の外周面に巻き付けることにより、第１強化繊維３１及び第１補助糸３２の糸主軸方向Ｘ１がライナ１２の周方向Ｚとなるため、ドーム部１４ａ，１４ｂに配列させる第１強化繊維３１及び第１補助糸３２の糸主軸方向Ｘ１を高圧タンク１０の耐圧性に適した方向へと容易に設定することができる。また、ドームシート部１９ａ，１９ｂには第２補助糸４２ｂが配列されない。そのため、配列される第２強化繊維４１及び第２補助糸４２の合計本数Ｎで比較すると、第２補助糸４２ｂの配列分だけドーム部１４ａ，１４ｂが胴体部１３よりも少なくなることにより、ドームシート部１９ａ，１９ｂをドーム部１４ａ，１４ｂの形状に沿わせることができる。したがって、高圧タンク１０の耐圧性を向上させることができる。

（１−２）緯糸４０として、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて胴体部１３の全体及びドーム部１４ａ，１４ｂの一部に延在する第２補助糸４２ａ及び第２強化繊維４１ｂを備える。そのため、緯糸４０を第２強化繊維４１ａと第２補助糸４２ｂとで構成する場合と比較して、ドームシート部１９ａ，１９ｂをよりドーム部１４ａ，１４ｂの形状に沿わせることができる。したがって、高圧タンク１０の耐圧性をさらに向上させることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 上記実施形態のように、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２の延在範囲をライナ１２の周方向Ｚで異ならせることと併せて、胴体部１３とドーム部１４ａ，１４ｂとで第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチの大きさを異ならせてもよい。この変更例では、例えば、図６（ａ）に示すように、強化繊維シート１１９のうちで胴体部１３を覆う部分である胴体シート部１１９ｍでは、隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチが大きさＰ１となっている。なお、上記配列ピッチの大きさは、隣り合う糸同士の中心軸間の距離である。図６（ｂ）に示すように、強化繊維シート１１９のうちでドーム部１４ａを覆う部分であるドームシート部１１９ａでは、隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチの大きさＰ２が上記大きさＰ１よりも大きくなっている。図６（ｃ）に示すように、強化繊維シート１１９のうちでドーム部１４ｂを覆う部分であるドームシート部１１９ｂでは、隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチの大きさＰ３が上記大きさＰ１よりも大きくなっている。

上記のように配列ピッチの大きさＰ１，Ｐ２，Ｐ３が設定されていることで、ライナ１２の軸方向Ｙにおける単位長さ当たりに存在する第１強化繊維３１及び第１補助糸３２の合計本数Ｎで比較すると、ドームシート部１１９ａ，１１９ｂは胴体シート部１１９ｍよりも少なくなっている。また、ドームシート部１１９ａ，１１９ｂにおいて、ドーム部１４ａ，１４ｂの軸方向で胴体部１３に近い位置ほど上記配列ピッチの大きさＰ２，Ｐ３が小さくなっている。

ここで、ドーム部１４ａのうち、ライナ１２の軸方向Ｙにおける端部側の部分（図２ではドーム部１４ａの右側部分）と、ドーム部１４ｂのうち、ライナ１２の軸方向Ｙにおける端部側の部分（図２ではドーム部１４ｂの左側部分）と、を第１ドーム部とする。ドーム部１４ａのうち、ライナ１２の軸方向Ｙにおける胴体部１３側の部分（図２ではドーム部１４ａの左側部分）と、ドーム部１４ｂのうち、ライナ１２の軸方向Ｙにおける胴体部１３側の部分（図２ではドーム部１４ｂの右側部分）と、を第２ドーム部とする。また、ドームシート部１１９ａのうちで上記第１ドーム部を覆う部分（図６（ｂ）では上側部分）を第１シート部１１９ｃとし、ドームシート部１１９ｂのうちで上記第１ドーム部を覆う部分（図６（ｃ）では下側部分）を第１シート部１１９ｅとする。ドームシート部１１９ａのうちで上記第２ドーム部を覆う部分（図６（ｂ）では下側部分）を第２シート部１１９ｄとし、ドームシート部１１９ｂのうちで上記第２ドーム部を覆う部分（図６（ｃ）では上側部分）を第２シート部１１９ｆとする。ドームシート部１１９ａでは、第２シート部１１９ｄにおける上記配列ピッチの大きさＰ２が、第１シート部１１９ｃにおける上記配列ピッチの大きさＰ２よりも小さくなっている。ドームシート部１１９ｂでは、第２シート部１１９ｆにおける上記配列ピッチの大きさＰ３が、第１シート部１１９ｅにおける上記配列ピッチの大きさＰ３よりも小さくなっている。

胴体シート部１１９ｍに配列される第１強化繊維３１及び第１補助糸３２は、比較的厚みが大きく、幅狭な形状となっている。一方、ドームシート部１１９ａに配列される第１強化繊維３１及び第１補助糸３２やドームシート部１１９ｂに配列される第１強化繊維３１及び第１補助糸３２は、扁平状であり、胴体シート部１１９ｍよりも厚みが小さく、幅広な形状となっている。これにより、強化繊維シート１１９においては、ドームシート部１１９ａの厚みやドームシート部１１９ｂの厚みが、胴体シート部１１９ｍの厚みよりも小さくなっている。また、ドームシート部１１９ａ，１１９ｂにおいて、ドーム部１４ａ，１４ｂの軸方向で胴体部１３から離れた位置ほど、配列される第１強化繊維３１及び第１補助糸３２は厚みが小さく、幅広な形状となっている。これにより、ドームシート部１１９ａ，１１９ｂの厚みの大きさは、ドーム部１４ａ，１４ｂの軸方向で胴体部１３から離れた位置ほど小さくなっている。

また、この変更例においても図４に示す平織織機を用いて、上記実施形態と同様に織物５０の製織を行う。なお、この変更例においては、図７（ａ）に示すように、胴体部１３への配列部分での上記配列ピッチの大きさよりも、ドーム部１４ａ，１４ｂへの配列部分での上記配列ピッチの大きさが大きくなるように、第１強化繊維３１及び第１補助糸３２が配列されている。また、ドーム部１４ａ，１４ｂへの配列部分での上記配列ピッチについて、ドーム部１４ａ，１４ｂの軸方向で胴体部１３から離れた位置ほど大きくなるように、第１強化繊維３１及び第１補助糸３２が配列されている。そして、第１強化繊維３１及び第１補助糸３２によって経糸開口３０ａが形成され、経糸開口３０ａに対して第２強化繊維４１と第２補助糸４２とが交互に緯入れ（挿入）される。この緯入れは上記実施形態と同様に行われる。

図７（ｂ）に示すように、経糸開口３０ａの形成と経糸開口３０ａに対する第２強化繊維４１及び第２補助糸４２の交互の緯入れとが所定回数行われた後、筬３９の筬打ち動作が行われる。筬打ち動作と緯入れ動作とが繰り返されることにより強化繊維シート１１９が製織される。そして、図７（ｃ）に示すように、中心軸線Ｌを回転中心にライナ１２を回転させることによって、ドーム部１４ａ，１４ｂ及び胴体部１３の全体を覆う状態で織物５０、すなわち強化繊維シート１１９がライナ１２に巻き付けられていく。

この変更例では、上記実施形態と同様の作用を得ることができる。また、この変更例では、上記実施形態の（１−１）及び（１−２）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

（２−１）ライナ１２の軸方向Ｙにおける延在範囲が異なる第２強化繊維４１ａ、第２補助糸４２ａ、第２強化繊維４１ｂ、及び第２補助糸４２ｂを配列することに加えて、隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチの大きさを胴体部１３とドーム部１４ａ，１４ｂとで異ならせている。これにより、ドームシート部１１９ａ，１１９ｂに配列される第１強化繊維３１や第１補助糸３２の本数が少なくなるため、ドームシート部１１９ａ，１１９ｂをよりドーム部１４ａ，１４ｂの形状に沿わせることができる。したがって、高圧タンク１０の耐圧性をさらに向上させることができる。

（２−２）ライナ１２の軸方向Ｙにおいてドーム部１４ａ，１４ｂの全体で隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチを同じ大きさとする場合と比較して、ドームシート部１１９ａ，１１９ｂをよりドーム部１４ａ，１４ｂの形状に沿わせることができる。したがって、高圧タンク１０の耐圧性をさらに向上させることができる。

○ 上記変更例において、ドーム部１４ａ，１４ｂにおいて隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチの大きさは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて段階的に変更してもよい。この変更例では、例えばドーム部１４ａ，１４ｂにおいて同じ大きさの配列ピッチで第１強化繊維３１と第１補助糸３２とを複数本ずつ配列させるとともに、その配列ピッチをライナ１２の軸方向Ｙにおいて胴体部１３に近づくほど小さくする。

○ 上記変更例において、ドーム部１４ａ，１４ｂにおいて隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて順番に大きさを変化させなくてもよい。例えば、ドーム部１４ａ，１４ｂにおいて隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチは、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて比較的大きい配列ピッチと比較的小さい配列ピッチとが交互に並ぶようにしてもよい。

○ 上記変更例において、ライナ１２の軸方向Ｙにおける第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチの大きさの組み合わせを、ドーム部１４ａとドーム部１４ｂとで異ならせてもよい。

○ 上記変更例において、ドーム部１４ａ，１４ｂにおいて隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチの大きさは、ドーム部１４ａ，１４ｂの全体で同じ大きさであってもよい。なお、ドーム部１４ａとドーム部１４ｂとで、隣り合う第１強化繊維３１と第１補助糸３２との配列ピッチの大きさを同じ大きさとしてもよいし、異なる大きさとしてもよい。

○ 上記実施形態において、ライナ１２の軸方向Ｙにおける胴体部１３の全体とドーム部１４ａ，１４ｂの全体とに延在する糸を第２補助糸４２に変更してもよい。この場合では、例えば、第２補助糸４２、第２強化繊維４１、第２補助糸４２、及び第２強化繊維４１の順でライナ１２の軸方向Ｙにおける延在範囲が小さくなるように、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２をライナ１２の周方向Ｚに配列させる。

○ 上記実施形態において、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２の配列順は、ライナ１２の軸方向Ｙにおける延在範囲がライナ１２の周方向Ｚで小さくなる順でなくてもよい。例えば、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２のうちで、ライナ１２の軸方向Ｙにおける延在範囲が比較的大きい糸と、ライナ１２の軸方向Ｙにおける延在範囲が比較的小さい糸とが、ライナ１２の周方向Ｚに交互に並ぶようにしてもよい。

○ 第２強化繊維４１及び第２補助糸４２のうちで、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて延在範囲が同じ大きさの糸がライナ１２の周方向Ｚで２本以上続けて並ぶように、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２を配列してもよい。

○ 第２強化繊維４１及び第２補助糸４２は、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて、延在範囲が５つ以上となるように延在させてもよいし、延在範囲が３つ以下となるように延在させてもよい。なお、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２は、ライナ１２の軸方向Ｙにおいて、胴体部１３の全体とドーム部１４ａ，１４ｂの全体とで延在する長糸と、胴体部１３の全体に延在するとともにドーム部１４ａ，１４ｂの全体で延在しない短糸と、を少なくとも備える。

○ 強化繊維シート１９，１１９は、第１強化繊維３１及び第１補助糸３２で形成された繊維層と、第２強化繊維４１及び第２補助糸４２で形成された繊維層とを積層するとともに、複数の繊維層を拘束糸で積層方向に拘束した多層織物製であってもよい。

○ 樹脂が予め含浸された繊維基材を採用して織物５０を製織してもよい。
○ ライナ１２は、胴体部１３の軸方向Ｙの一端にドーム部が連続し、胴体部１３の軸方向Ｙの他端には平坦な底壁が連続した形状であってもよい。この場合、口金部１５はドーム部の存在する軸方向Ｙの一端側のみに存在する。

○ ライナ１２全体をアルミニウム製とする代わりにアルミニウム合金製としたり、口金部１５の材質をステンレスとは異なる金属で形成したりしてもよい。
○ 高圧タンク１０は燃料電池搭載電気自動車の水素源として搭載されて使用するものに限らず、例えば、水素エンジンの水素源やヒートポンプ等に適用してもよい。また、家庭用電源の燃料電池の水素源として使用してもよい。

○ 圧力容器として水素を貯蔵する高圧タンクに限らず、例えば窒素、圧縮天然ガス等の他のガスを貯蔵する圧力容器に適用してもよい。

Ｌ…中心軸線、１２…ライナ、１３…胴体部、１４ａ，１４ｂ…ドーム部、１９，１１９…強化繊維シート、２１…繊維構造体、３０…経糸、３１…第１強化繊維、３２…第１補助糸、４０…緯糸、４１…第２強化繊維、４２…第２補助糸、５０…織物。

Claims (5)

1. 円筒状の胴体部と、前記胴体部の軸方向の少なくとも一端に連続するドーム部と、を備えるライナを有し、
   前記ライナの周方向に沿って前記ライナの外周面に巻き付けられるとともに前記ライナを外側から覆う強化繊維シートを有する繊維構造体を備えた圧力容器であって、
   前記強化繊維シートは、前記ライナの周方向へ糸主軸方向が延びるように前記胴体部及び前記ドーム部に配列された第１の糸と、前記胴体部の軸方向へ糸主軸方向が延びるように前記胴体部に配列されるとともに前記ドーム部の軸方向へ糸主軸方向が延びるように前記ドーム部に配列された第２の糸と、を備えるとともに、前記第１の糸と前記第２の糸とで形成された織物製であり、
   前記第２の糸は、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体及び前記ドーム部全体に延在する長糸と、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体に延在するとともに前記ドーム部には延在しない短糸と、を含むことを特徴とする圧力容器。
2. 前記第２の糸は、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体及び前記ドーム部の一部に延在する中間糸をさらに含み、前記ライナの周方向において前記長糸、前記中間糸、及び前記短糸の順で配列されることにより、前記ライナの軸方向における延在範囲が前記ライナの周方向で小さくなる順に配列されている請求項１に記載の圧力容器。
3. 前記ドーム部において隣り合う前記第１の糸同士の配列ピッチの大きさは、前記胴体部において隣り合う前記第１の糸同士の配列ピッチの大きさよりも大きい請求項１又は請求項２に記載の圧力容器。
4. 前記ドーム部のうち、前記ライナの軸方向における端部側の部分を第１ドーム部とし、前記ライナの軸方向における前記胴体部側の部分を第２ドーム部としたとき、
   前記第２ドーム部において隣り合う前記第１の糸同士の配列ピッチの大きさは、前記第１ドーム部において隣り合う前記第１の糸同士の配列ピッチの大きさよりも小さくなっている請求項３に記載の圧力容器。
5. 円筒状の胴体部と、前記胴体部の軸方向の少なくとも一端に連続するドーム部と、を備えるライナを有し、
   前記ライナを外側から覆う織物製の強化繊維シートを有する繊維構造体を備えた圧力容器であって、
   前記繊維構造体は、前記ライナの周方向へ糸主軸方向が延びるように前記胴体部及び前記ドーム部に配列された第１の糸と、前記第１の糸と前記織物を形成する第２の糸と、を有する圧力容器の製造方法であって、
   複数の前記第１の糸を前記ライナの軸方向に配列した状態で張設し、
   前記ライナの軸方向に隣り合う前記第１の糸の間に形成された開口のうち、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体及び前記ドーム部全体を範囲とする長糸範囲に形成された前記開口と、前記ライナの軸方向において前記胴体部全体を範囲に含むとともに前記ドーム部を範囲に含まない短糸範囲に形成された前記開口とに、前記第２の糸を前記ライナの軸方向に沿って挿入し、
   前記開口に挿入された前記第２の糸を筬打ち動作で前記ライナに向けて押し込み、前記第１の糸と前記第２の糸の織物を製織し、前記ライナを、前記ライナの中心軸線を回転中心として回転させて、製織された前記織物を前記ライナに巻き付けることを特徴とする圧力容器の製造方法。