JP2020045916A - ライナ構成部材、高圧タンク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺且つ耐圧性に優れた高圧タンクを容易に得る。【解決手段】ライナ１０を構成するライナ構成部材２０、２２は、樹脂材からなり且つ両端が開口した本体部３０をそれぞれ有する。すなわち、本体部３０の両端は、それぞれ、第１開口端３２、第２開口端３４である。第１開口端３２の近傍には、第１底部４０と第１側部４２で第１環状凹部４４が形成された第１フランジ部３６が設けられる。一方、第２開口端３４の近傍には、第２底部４６と第２側部４８で第２環状凹部５０が形成された第２フランジ部３８が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、高圧気体を貯留するための高圧タンクを構成するライナ構成部材、該ライナ構成部材を含むライナを有する高圧タンク、及び該高圧タンクの製造方法に関する。

高圧タンクは、例えば、車載用の燃料電池システムに設けられ、アノードに供給される水素ガスを貯留する。この種の高圧タンクは、水素バリア性を有する熱可塑性樹脂材等からなる樹脂ライナを有する。従来、樹脂ライナは、略同一形状のライナ構成部材を互いに接合することで作製されている。

一層具体的には、ライナ構成部材は、一端が開口端であり且つ他端が漸次的に収斂するように湾曲した閉塞端である半円筒形状体からなる。そして、特許文献１に記載されるように、前記開口端の端面同士が突き合わされ（当接され）、この状態で、該端面同士が接合される。これにより、樹脂ライナが得られる。

次に、樹脂ライナの閉塞端に口金が設けられ、さらに、強化繊維に樹脂基材が含浸された繊維強化樹脂（ＦＲＰ）からなる補強層が、樹脂ライナ及び口金の一部を被覆するように設けられる。以上により、高圧タンクが得られる。

特開２０１３−１１９９２４号公報

トラックやバス等の大型車両に燃料電池システムを搭載する場合、高圧タンクを車長に合わせて長尺なものとすることが想定される。ここで、ライナ構成部材は、一般的には射出成形によって作製される。大型長尺の樹脂製品を得る場合、射出力が小さな射出成形装置を用いると、金型の成形キャビティの隅部まで溶融樹脂を到達させることが容易でなくなり、流動長先端に充填不良（いわゆるショート）が発生する可能性がある。また、ショートに至らずとも、流動長先端に十分な充填密度が得られないことに起因し、溶着部位の寸法精度、すなわち、平面度が良好なライナ構成部材を得ることが容易でなくなる。このため、最大射出力が極めて大きな巨大且つ高額な射出成形装置が必要となる。しかも、長尺のキャビティを形成するための金型を高精度に製作することは、コストの上昇を招く。

そこで、樹脂ライナの胴部を、円筒形状をなすライナ構成部材を同一軸線上に複数個並べて接続することが想起される。この場合、ライナ構成部材の開口端同士を当接して接合することになるが、開口端が薄肉であることから、軽量化に貢献するものの、当接箇所に対して十分な接合力を付与することが容易ではない。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、接合部が優れた接合強度を示して信頼性が十分な高圧タンクが得られるライナ構成部材、それを備える高圧タンク、及び該高圧タンクの製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、樹脂材からなり且つ両端が開口して第１開口端、第２開口端として形成された円筒形状をなす本体部を有するとともに、複数個が同一軸線上に接続されて高圧タンク用ライナの胴部を構成するライナ構成部材であって、
前記第１開口端の近傍に、径方向外方に向かって突出した第１底部と、該第１底部に連なり且つ前記第１開口端から離間するように延在する第１側部とを有し、前記第１底部と前記第１側部で第１環状凹部が形成された第１フランジ部が設けられ、
前記第２開口端の近傍に、径方向内方に向かって突出した第２底部と、該第２底部に連なり且つ前記第２開口端から離間するように延在する第２側部とを有し、前記第２底部と前記第２側部で第２環状凹部が形成された第２フランジ部が設けられた、ライナ構成部材が提供される。

本発明の別の一態様によれば、樹脂材からなり円筒形状をなす胴部と、前記胴部に連なり且つ端部が閉塞端である第１閉塞部及び第２閉塞部とを含むライナを有する高圧タンクであって、
前記胴部の内面に、径方向内方に向かって突出した突出部を有する、高圧タンクが提供される。

本発明のまた別の一態様によれば、樹脂材からなり円筒形状をなす胴部と、前記胴部に連なり且つ端部が閉塞端である第１閉塞部及び第２閉塞部とを含むライナを有する高圧タンクの製造方法であって、
前記胴部を、両端が開口して第１開口端、第２開口端として形成されたライナ構成部材を複数個同一軸線上に接続することで得る際に、前記ライナ構成部材として、前記第１開口端の近傍に、径方向外方に向かって突出した第１底部と、該第１底部に連なり且つ前記第１開口端から離間するように延在する第１側部とを有し、前記第１底部と前記第１側部で第１環状凹部が形成された第１フランジ部が設けられるとともに、前記第２開口端の近傍に、径方向内方に向かって突出した第２底部と、該第２底部に連なり且つ前記第２開口端から離間するように延在する第２側部とを有し、前記第２底部と前記第２側部で第２環状凹部が形成された第２フランジ部が設けられたものを使用し、
さらに、前記第１フランジ部の前記第１底部同士、又は、前記第２フランジ部の前記第２底部同士を接合する、高圧タンクの製造方法が提供される。

本発明によれば、円筒形状をなすライナ構成部材の第１開口端、第２開口端に第１フランジ部、第２フランジ部をそれぞれ設けるようにしている。この第１フランジ部同士、又は第２フランジ部同士を当接させると当接面積が大きくなるので、大きな押圧力を付与することができる。このため、接合強度に優れた接合部が得られる。

また、複数個のライナ構成部材を接合してライナを得ることから、個々のライナ構成部材を比較的短尺なものとして作製することができる。この場合、射出成形の際に成形キャビティの隅部まで溶融樹脂が充填されるので、寸法精度に優れたライナ構成部材が得られる。このようなライナ構成部材を接合した場合、ライナ構成部材同士の間に、接合不良による微細な空孔が形成されることは困難である。

以上のことが相俟って、耐圧性に優れるとともに漏洩が防止される高圧タンクが得られる。また、複数個のライナ構成部材を長手方向に沿って順次連ねる（接合する）ことにより、大型長尺な高圧タンクを容易に得ることができる。

加えて、ライナ構成部材の形状を上記のようにしたことにより、射出成形装置の金型を、ライナ構成部材の長手方向に沿って開くことができる。すなわち、射出成形によってライナ構成部材を得ることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る高圧タンクを構成する樹脂ライナの概略側面断面図である。 図１の樹脂ライナを構成するライナ構成部材の概略側面断面図である。 図１の樹脂ライナを構成する閉塞部材の概略側面断面図である。 樹脂ライナを構成する胴部をえるべく、ライナ構成部材同士を接合している状態を示した概略側面断面図である。 図４に続き、胴部の一方の開口端に閉塞部材を接合している状態を示した概略側面断面図である。 図５に続き、胴部の残る一方の開口端に閉塞部材を接合している状態を示した概略側面断面図である。 本発明の第２実施形態に係る高圧タンクを構成する樹脂ライナの概略側面断面図である。 ライナ構成部材の一方の開口端に閉塞部材を接合している状態を示した概略側面断面図である。 図８に続き、ライナ構成部材同士を接合している状態を示した概略側面断面図である。 内径及び外径が等径であるライナ構成部材に設けられ、第１底部から離間するにつれて本体部の外壁から離間するように傾斜した側部を有する第１フランジ部の近傍を示した要部拡大断面図である。

以下、本発明に係る高圧タンク及びその製造方法につき、該高圧タンクを得るためのライナ構成部材との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下における「円筒体」には、内径及び外径が等径である円筒体と、一端から他端に向かうにつれて内径ないし外径がテーパー状に縮径又は拡径する円筒体の双方が含まれる。

図１は、第１実施形態に係る高圧タンクを構成する樹脂ライナ（以下、単に「ライナ」とも表記する）１０の概略側面断面図である。このライナ１０は、胴部１２と、該胴部１２の両端を閉塞する第１閉塞部１４及び第２閉塞部１６とを有する。

胴部１２は、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２が接合されることで構成されている。第１胴部構成部材２０及び第２胴部構成部材２２は、互いに略同一形状をなすライナ構成部材であるが、両部材２０、２２を明確に区別するべく、互いに別の参照符号を付すこととする。

先ず、第１胴部構成部材２０及び第２胴部構成部材２２につき説明する。図２は、接合前の第１胴部構成部材２０の概略側面断面図である。第１胴部構成部材２０は、本体部３０の両端が開口して第１開口端３２、第２開口端３４をそれぞれ形成するとともに、第１開口端３２から第２開口端３４に向かうにつれて内径及び外径がテーパー状に縮径するテーパー状円筒体である。そして、第１開口端３２の近傍には、直径方向外方に指向して突出した第１フランジ部３６が形成され、一方、第２開口端３４の近傍には、直径方向内方に指向して突出した第２フランジ部３８が形成されている。

第１フランジ部３６は、直径方向外方に向かって突出した第１底部４０と、該第１底部４０から第２開口端３４側に向かう（第１開口端３２から離間する）ように折曲されて連なる環状の第１側部４２とを有する。これら第１底部４０と第１側部４２により、第１環状凹部４４が画成される。すなわち、第１環状凹部４４は、本体部３０と、第１フランジ部３６の第１側部４２との間に形成される空間である。第１環状凹部４４は、第２開口端３４から第１開口端３２に指向して陥没する。

本体部３０の側壁がテーパー状に傾斜しているのに対し、第１側部４２は、水平方向に沿って延在する。このため、第１側部４２は、第１底部４０から離間するにつれ、本体部３０の側壁に対して相対的に直径方向外方に離間するように傾斜している。

一方の第２フランジ部３８は、直径方向内方に向かって突出した第２底部４６と、該第２底部４６から第１開口端３２側に向かう（第２開口端３４から離間する）ように折曲されて連なる環状の第２側部４８とを有する。これら第２底部４６と第２側部４８により、本体部３０の側壁と、第２フランジ部３８の第２側部４８との間に形成される空間としての第２環状凹部５０が画成される。第２環状凹部５０は、第１開口端３２から第２開口端３４に指向して陥没する。

第２側部４８は、水平方向に沿って延在する。このため、第２側部４８は、第２底部４６から離間するにつれ、本体部３０の側壁に対して相対的に直径方向内方に離間するように傾斜している。

上記したように、第２胴部構成部材２２は第１胴部構成部材２０に準じて構成されている。従って、第１胴部構成部材２０の構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図１から諒解されるように、第１胴部構成部材２０、第２胴部構成部材２２は、各々の第２フランジ部３８、３８同士が対向するようにして接合されている。このため、ライナ１０の胴部１２は、第１閉塞部１４側、第２閉塞部１６側に近接するにつれてテーパー状に拡径する。

胴部１２の内面には、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２の接合箇所に対応する部位に、直径方向内方に向かうように１個の円環状突部５２ａが突出する（図１参照）。後述するように、円環状突部５２ａは、第１胴部構成部材２０、第２胴部構成部材２２の第２フランジ部３８、３８同士が接合されることで形成される突出部である。従って、円環状突部５２ａは、第２底部４６、４６同士が接合して構成された底部と、第１胴部構成部材２０の第２側部４８で構成されて第１閉塞部１４に向かって延在する第１閉塞部側周壁部と、第２胴部構成部材２２の第２側部４８で構成されて第２閉塞部１６に向かって延在する第２閉塞部側周壁部とを有する。

円環状突部５２ａには、底部と第１閉塞部側周壁部（第１胴部構成部材２０の第２側部４８）とで環状凹部としての第２環状凹部５０が画成されるとともに、底部と第２閉塞部側周壁部（第２胴部構成部材２２の第２側部４８）とで別の環状凹部としての第２環状凹部５０が画成される。第２環状凹部５０、５０同士は、互いが背面に位置する関係にある。

第１閉塞部１４は第１胴部構成部材２０の第１開口端３２側に設けられ、第２閉塞部１６は第２胴部構成部材２２の第１開口端３２側に設けられる。次に、これら第１閉塞部１４及び第２閉塞部１６につき説明する。

第１閉塞部１４は、図３に示す単一個の第１閉塞部材５６によって構成されている。第１閉塞部材５６は、一端が開口した第３開口端５８であり、他端がドーム形状に収斂した閉塞端６０である。第１閉塞部材５６は、第３開口端５８から閉塞端６０に向かうに従ってテーパー状に縮径する。

また、該第３開口端５８の近傍には、直径方向外方に突出した第３フランジ部６２が設けられる。すなわち、第３フランジ部６２は、直径方向外方に突出した第３底部６４と、該第３底部６４から閉塞端６０側に向かう（第３開口端５８から離間する）ように折曲されて連なる環状の第３側部６６とを有する。これら第３底部６４と第３側部６６により、第３環状凹部６８が画成される。第３環状凹部６８は、閉塞端６０側から第３開口端５８側に指向して陥没する。

閉塞端６０の頂面には、第３開口端５８から離間する側に突出して延在するボス部７０が設けられる。

第２閉塞部１６は、単一個の第２閉塞部材７２によって構成されている。第２閉塞部材７２は第１閉塞部材５６と同様に構成されており、従って、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

次に、以上のように構成される第１胴部構成部材２０、第２胴部構成部材２２、第１閉塞部材５６及び第２閉塞部材７２から図１に示すライナ１０を得る過程を経て高圧タンクを製造する製造方法につき説明する。

第１胴部構成部材２０及び第２胴部構成部材２２は、例えば、図示しない射出成形装置にて溶融樹脂材を用いた射出成形を行うことで作製される。また、第１閉塞部材５６及び第２閉塞部材７２は、第１胴部構成部材２０及び第２胴部構成部材２２を得る金型とは別の金型を用い、同一の射出成形装置にて作製することができる。勿論、別の射出成形装置を用いるようにしてもよい。

樹脂材の好適な例としては、水素バリア性を有し熱可塑性樹脂である高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）樹脂等が挙げられる。なお、第１フランジ部３６及び第２フランジ部３８が本体部３０と一体的に成形されることは勿論である。

第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２は互いに同一形状であるので、同一の金型で作製することができる。第１閉塞部材５６及び第２閉塞部材７２も互いに同一形状であることから、同一の金型で作製することができる。このため、胴部１２を得るための金型、閉塞部を得るための金型のそれぞれを複数個作製する必要がないので、金型費の低廉化を図ることができる。

しかも、この場合、ライナ１０を構成する部材２０、２２、５６、７２を短尺なものとしてそれぞれ作製することができる。従って、射出成形において、金型の成形キャビティの隅部まで溶融樹脂を到達させることが容易であり、その結果として、寸法精度が良好な部材２０、２２、５６、７２を得ることができる。

次に、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２を接合する。以下、振動溶着を行う場合を例示すると、この際には、第１胴部構成部材２０の第２開口端３４と、第２胴部構成部材２２の第２開口端３４とを、所定距離で離間するようにして対向させる。

次に、図４に示すように、振動溶着用治具８０ａを第１胴部構成部材２０の第１開口端３２から進入させ、第１胴部構成部材２０の第２環状凹部５０に挿入する。同様に、振動溶着用治具８０ｂを第２胴部構成部材２２の第１開口端３２から進入させ、第２胴部構成部材２２の第２環状凹部５０に挿入する。なお、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂは、加熱による溶着を行う場合の治具としても機能し得る。

この状態で、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させて第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２の各第２フランジ部３８を矢印Ｘ方向に押圧する。これにより第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２が互いに接近し、第２開口端３４同士が当接する（突き合わせされる）。すなわち、当接工程が営まれ、当接部位が形成される。なお、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂは、先端側が内方に折曲されている。図４では、この折曲を誇張して示している。

次に、接合工程を行う。すなわち、図４中に矢印Ｙで示すように、例えば、振動溶着用治具８０ａを第１胴部構成部材２０の直径方向に沿って振動させる。これにより当接部位に摩擦熱が生じ、その結果、該当接部位が軟化ないし溶融する。第２環状凹部５０内の振動溶着用治具８０ａ、８０ｂが、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２が互いに接近する方向に押圧しているので、軟化ないし溶融した樹脂材が内周壁側又は外周壁側に漏出する。

なお、振動溶着用治具８０ｂを第２胴部構成部材２２の直径方向に沿って振動させるようにしてもよい。また、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを第１胴部構成部材２０、第２胴部構成部材２２の円周方向に振動又は回転させることが可能であれば、そのようにしてもよい。

所定時間が経過した後、振動付与を停止して振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させ、第２環状凹部５０から離脱させる。本体部３０の側壁（内壁）が、第１開口端３２側に向かうに従って第２側部４８から相対的に離間しているので、この際に振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを第２環状凹部５０から容易に離脱させることができる。そして、軟化ないし溶融した樹脂材が冷却されて固化することで、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２の第２フランジ部３８、３８同士が接合される。

第２フランジ部３８は、第２底部４６、４６同士が当接して接合される。この接合により、胴部１２の内面に、直径方向内方に向かって突出する底部を有する円環状突部５２ａが形成される。各第２フランジ部３８が第２側部４８を有するものであるので、第１胴部構成部材２０の第２側部４８で第１閉塞部側周壁部が構成されるとともに、第２胴部構成部材２２の第２側部４８で第２閉塞部側周壁部が構成される。第１閉塞部側周壁部は第１閉塞部１４に向かって延在し、一方、第２閉塞部側周壁部は第２閉塞部１６に向かって延在する。

次に、第１胴部構成部材２０に対して第１閉塞部材５６を接合する。この際には、第１胴部構成部材２０の第１開口端３２と、第１閉塞部材５６の第３開口端５８とを、所定距離で離間するようにして対向させる。その後、図５に示すように、振動溶着用治具８０ａを第１閉塞部材５６の第３環状凹部６８に挿入する一方、振動溶着用治具８０ｂを第１胴部構成部材２０の第１環状凹部４４に挿入する。又は、振動溶着用治具８０ａを第１胴部構成部材２０の第１環状凹部４４に挿入する一方、振動溶着用治具８０ｂを第１閉塞部材５６の第３環状凹部６８に挿入するようにしてもよい。振動溶着用治具８０ｂが折曲されているので、該振動溶着用治具８０ｂが第２胴部構成部材２２に干渉することが回避される。

なお、第１胴部構成部材２０と第１閉塞部材５６を接合する振動溶着用治具として、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２を接合する振動溶着用治具８０ａ、８０ｂとは別のものを用いるようにしてもよい。後述する第２実施形態でも同様であるが、以下では、同一の振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを用いる場合を例示して説明する。

以降は上記と同様にして、振動溶着が行われる。すなわち、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させて第１閉塞部材５６の第３フランジ部６２と、第１胴部構成部材２０の第１フランジ部３６を互いに接近する方向に押圧する。これにより、第１閉塞部材５６の第３開口端５８と第１胴部構成部材２０の第１開口端３２が当接して当接部位が形成される。その後、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂの少なくとも一方が、第１閉塞部材５６ないし第１胴部構成部材２０の直径方向に沿って振動される。

この振動で生じた摩擦熱により、当接部位が軟化ないし溶融する。所定時間が経過した後に振動付与を停止して振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させ、第３環状凹部６８、第１環状凹部４４からそれぞれ離脱させる。ここで、第１胴部構成部材２０では、本体部３０の側壁（内壁）が、第２開口端３４側に向かうに従って第１側部４２から相対的に離間している。第１閉塞部材５６の第３側部６６も同様に、閉塞端６０側に向かうに従って側壁から相対的に離間する。従って、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂが第３環状凹部６８、第１環状凹部４４から離脱することが容易となる。

そして、軟化ないし溶融した樹脂材が冷却されて固化することで第１閉塞部材５６と第１胴部構成部材２０が接合され、第１閉塞部１４が得られる。

次に、図６に示すようにして、第２胴部構成部材２２に対して第２閉塞部材７２を接合する。すなわち、第２胴部構成部材２２の第１開口端３２と、第２閉塞部材７２の第３開口端５８とを、所定距離で離間するようにして対向させる。その後は上記と同様に、振動溶着用治具８０ａを第１胴部構成部材２０の第１環状凹部４４に挿入する一方、振動溶着用治具８０ｂを第２閉塞部材７２の第３環状凹部６８に挿入した後、振動溶着を行う。なお、振動溶着用治具８０ａを第２閉塞部材７２の第３環状凹部６８に挿入する一方、振動溶着用治具８０ｂを第１胴部構成部材２０の第１環状凹部４４に挿入するようにしてもよい。

所定時間が経過した後に振動付与を停止して振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させ、第１環状凹部４４、第３環状凹部６８からそれぞれ離脱させる。上記した理由から、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂが第１環状凹部４４、第３環状凹部６８から離脱することが容易である。

そして、軟化ないし溶融した樹脂材が冷却されて固化することで第２閉塞部材７２と第２胴部構成部材２２が接合され、第２閉塞部１６が得られる。

次に、互いに密着した第１フランジ部３６と第３フランジ部６２を２個とも切断する切断工程を行う。第１フランジ部３６及び第３フランジ部６２は、全てを除去するようにしてもよいが、第１底部４０及び第３底部６４が若干残留するようにしてもよい。この場合、第１開口端３２と第３開口端５８の接合面の面積が大きくなり、その分、接合強度が大きくなるからである。ただし、残留突出量（本体部３０の側壁との段差）が過度に大きいと、補強層を形成するとき、残留した第１底部４０及び第３底部６４が補強層に引っ掛かることで補強層に応力が作用する。これを回避するべく、第１底部４０及び第３底部６４の残留突出量を、補強層を形成するときのワインディング時に許容される段差以下とすることが好ましい。

上記の切断に伴い、第１側部４２と、第１底部４０及び第３底部６４の一部又は全部が切除されて、図１に示すライナ１０が得られるに至る。なお、第１底部４０及び第３底部６４の一部を残置する場合、残留した第１底部４０及び第３底部６４の隅部に対して面取りを行うことでＲ部を形成することが好ましい。すなわち、第１底部４０及び第３底部６４の隅部を湾曲させることが好ましい。さらに、第１側部４２を若干残置してもよい。

さらに、ボス部７０に弁部が取り付けられた後にライナ１０及び弁部を被覆する補強層が設けられることで、高圧タンクが製造される。この際、第１底部４０及び第３底部６４の残留突出量が前記許容段差以下であると、残留した第１底部４０及び第３底部６４から補強層に含まれる繊維材（炭素繊維等）に作用する応力が許容範囲以下となる。また、残留した第１底部４０及び第３底部６４の隅部が角部であると、繊維材（炭素繊維等）が角部に引っ掛かって局所的に延伸され、繊維材が傷む懸念があるが、上記のようにＲ部を形成した場合、この懸念が払拭される。

以上のようにして、長尺な高圧タンクが得られる。この高圧タンクは、例えば、トラックやバス等の車長が大きな大型車両（燃料電池自動車）に搭載される燃料電池システムにおける水素ガス貯留容器として好適である。長尺であるために高圧の水素ガスを多量に貯留することが可能であることから、大型車両であっても、その走行可能距離を伸ばすことができるからである。なお、高圧タンクを一般車両に搭載するには、例えば、いわゆるセンタトンネルに高圧タンクを配置すればよい。

部材２０、２２、５６、７２が寸法精度に優れたものであるので、接合部位に、接合不良による微細な空孔が形成される懸念が払拭される。また、第１閉塞部材５６と第１胴部構成部材２０、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２、第２胴部構成部材２２と第２閉塞部材７２がフランジ部を介して当接されるので、当接面の面積が大きくなる。この状態で溶着がなされるので、部材間に十分な接合強度が発現する。従って、高圧タンクの接合部は、充填圧力に対して十分な耐圧性を示す。すなわち、十分な信頼性を示す高圧タンクが得られる。

次に、第２実施形態に係る高圧タンクにつき説明する。なお、図１〜図６に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

なお、円環状突部５２ａの第２底部４６、４６が若干残置される程度に第２フランジ部３８、３８を切除するようにしてもよい。この分、高圧タンク内の容積が増加する。すなわち、水素ガス等の貯留物を一層多量に貯留することができる。なお、この場合、残置された第２底部４６、４６が、直径方向内方に突出した突出部となる。

図７は、第２実施形態に係る高圧タンクを構成するライナ９０（樹脂ライナ）の概略側面断面図である。ライナ９０は、胴部９２と、該胴部９２の両端を閉塞する第１閉塞部１４及び第２閉塞部１６とを有する。

第２実施形態では、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２は、各々の第１フランジ部３６、３６同士（第１開口端３２、３２同士）が対向するようにして接合されている。このため、高圧タンクの胴部９２は、第１閉塞部１４側、第２閉塞部１６側に近接するにつれてテーパー状に縮径する。

胴部９２の内面には、第１閉塞部材５６と第１胴部構成部材２０の接合箇所、第２胴部構成部材２２と第２閉塞部材７２との接合箇所に対応する部位に、直径方向内方に向かうように円環状突部５２ｂ、５２ｃ（突出部）がそれぞれ突出する。円環状突部５２ｂ、５２ｃは、それぞれ、第１胴部構成部材２０、第２胴部構成部材２２の各第２フランジ部３８で構成される。従って、第１閉塞部１４に近接する円環状突部５２ｂは、第１胴部構成部材２０の第２底部４６からなる底部と、第１胴部構成部材２０の第２側部４８からなり第２閉塞部１６に向かって延在する第１閉塞部側周壁部とを有する。円環状突部５２ｂには、底部（第１胴部構成部材２０の第２低部）と第１閉塞部側周壁部（第１胴部構成部材２０の第２側部４８）とで、環状凹部としての第２環状凹部５０が画成される。

一方、第２閉塞部１６に近接する円環状突部５２ｃは、第２胴部構成部材２２の第２底部４６からなる底部と、第２胴部構成部材２２の第２側部４８で構成されて第１閉塞部１４に向かって延在する第２閉塞部側周壁部とを有する。円環状突部５２ｃには、底部（第２胴部構成部材２２の第２底部４６）と第２閉塞部側周壁部（第２胴部構成部材２２の第２側部４８）とで、別の環状凹部としての第２環状凹部５０が画成される。

第１胴部構成部材２０、第２胴部構成部材２２の各第２開口端３４には、第１閉塞部材５６、第２閉塞部材７２がそれぞれ接合され、これにより第１閉塞部１４、第２閉塞部１６が設けられている。なお、第１閉塞部材５６、第２閉塞部材７２の各第３フランジ部６２は、実際には、補強層を形成する際に該補強層が引っ掛かることを回避するべく切除されるが、図７では、第３フランジ部６２の位置関係を明確に把握し得るように、切除前の状態を示している。

次に、第１胴部構成部材２０、第２胴部構成部材２２、第１閉塞部材５６及び第２閉塞部材７２から図８に示すライナ９０を得る過程を経て高圧タンクを製造する製造方法につき説明する。

先ず、第１実施形態と同様にして部材２０、２２、５６、７２を作製する。この場合も、上記と同様の理由から金型費の低廉化を図ることができるとともに、寸法精度が良好な部材２０、２２、５６、７２を得ることができる。

次に、図８に示すようにして、第１胴部構成部材２０に対して第１閉塞部材５６を接合する。この際には、第１胴部構成部材２０の第２開口端３４と、第１閉塞部材５６の第３開口端５８とを、所定距離で離間するようにして対向させる。その後、振動溶着用治具８０ａを第１閉塞部材５６の第３環状凹部６８に挿入する一方、第１胴部構成部材２０の第１開口端３２から進入させた振動溶着用治具８０ｂを、第１胴部構成部材２０の第２環状凹部５０に挿入する。

さらに、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させ、第１閉塞部材５６の第３フランジ部６２と、第１胴部構成部材２０の第２フランジ部３８を互いに接近する方向に押圧する。これにより、第１閉塞部材５６の第３開口端５８と第１胴部構成部材２０の第２開口端３４が当接して当接部位が形成される。この際、第３フランジ部６２は、第１胴部構成部材２０よりも直径方向外方に突出する。また、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂの少なくとも一方が、第１閉塞部材５６ないし第１胴部構成部材２０の直径方向に沿って振動される。

この振動で生じた摩擦熱により、当接部位が軟化ないし溶融する。所定時間が経過した後に振動付与を停止して振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させ、第３環状凹部６８、第２環状凹部５０からそれぞれ離脱させる。第１胴部構成部材２０では、本体部３０の側壁（内壁）が、第１開口端３２側に向かうに従って第２側部４８から相対的に離間している。第１閉塞部材５６の第３側部６６も同様に、閉塞端６０側に向かうに従って外壁から相対的に離間する。従って、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂが第３環状凹部６８、第２環状凹部５０から離脱することが容易となる。

そして、軟化ないし溶融した樹脂材が冷却されて固化することで第１閉塞部材５６と第１胴部構成部材２０が接合され、第１閉塞部１４が得られる。第１閉塞部材５６の第３フランジ部６２は、残留突出量が、補強層を形成するときのワインディング時に許容される段差以下となるように切除される。

次に、図８と同様にして第２胴部構成部材２２に対して第２閉塞部材７２を接合する。すなわち、第２胴部構成部材２２の第２開口端３４と、第２閉塞部材７２の第３開口端５８とを、所定距離で離間するようにして対向させる。その後は上記と同様に、振動溶着用治具８０ａを第２閉塞部材７２の第３環状凹部６８（又は第１胴部構成部材２０の第２環状凹部５０）に挿入する一方、振動溶着用治具８０ｂを第２胴部構成部材２２の第２環状凹部５０（又は第２閉塞部材７２の第３環状凹部６８）に挿入した後、振動溶着を行う。この際、第３フランジ部６２は、第２胴部構成部材２２よりも直径方向外方に突出する。

所定時間が経過した後に振動付与を停止して振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させ、第２環状凹部５０、第３環状凹部６８からそれぞれ離脱させる。上記した理由から、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂが第２環状凹部５０、第３環状凹部６８から離脱することが容易である。

そして、軟化ないし溶融した樹脂材が冷却されて固化することで第２閉塞部材７２と第２胴部構成部材２２が接合され、第２閉塞部１６が得られる。第２閉塞部材７２の第３フランジ部６２は、残留突出量が、補強層を形成するときのワインディング時に許容される段差以下となるように切除される。

次に、図９に示すようにして、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２を接合する。振動溶着を行う場合、第１胴部構成部材２０の第１開口端３２と、第２胴部構成部材２２の第１開口端３２とを、所定距離で離間するようにして対向させる。その後、振動溶着用治具８０ａを第１胴部構成部材２０の第１環状凹部４４に挿入する。同様に、振動溶着用治具８０ｂを第２胴部構成部材２２の第１環状凹部４４に挿入する。

この状態で、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させて第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２の各第１フランジ部３６を互いに接近する方向に押圧する。これにより第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２が互いに接近し、第１開口端３２、３２同士が当接する（突き合わせされる）。すなわち、当接工程が営まれ、当接部位が形成される。

次に、例えば、振動溶着用治具８０ａを第１胴部構成部材２０の直径方向に沿って振動させる。これにより当接部位に摩擦熱が生じ、その結果、該当接部位が軟化ないし溶融する。第１環状凹部４４内の振動溶着用治具８０ａ、８０ｂが、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２が互いに接近する方向に押圧しているので、軟化ないし溶融した樹脂材が内周壁側又は外周壁側に漏出する。

なお、振動溶着用治具８０ｂを第２胴部構成部材２２の直径方向に沿って振動させるようにしてもよい。また、振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを第１胴部構成部材２０、第２胴部構成部材２２の円周方向に振動又は回転させることが可能であれば、そのようにしてもよい。

所定時間が経過した後、振動付与を停止して振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを変位させ、第１環状凹部４４から離脱させる。本体部３０の側壁（外壁）が、第２開口端３４側に向かうに従って第１側部４２から相対的に離間しているので、この際に振動溶着用治具８０ａ、８０ｂを第１環状凹部４４から容易に離脱させることができる。そして、軟化ないし溶融した樹脂材が冷却されて固化することで、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２の第１フランジ部３６、３６同士が接合される。

次に、互いに密着した第１フランジ部３６、３６同士を切断する切断工程を行う。この際、第１フランジ部３６の全部を除去するようにしてもよいが、第１開口端３２、３２同士の接合面の面積を大きくして大きな接合強度を得るべく、第１底部４０を若干残留させるようにしてもよい。この場合、第１底部４０の残留突出量を、補強層を形成するときのワインディング時に許容される段差以下とすることが好ましい。さらに、残留した第１底部４０の隅部に対して面取りを行い、該隅部にＲ部を形成することが好ましい。

一方、胴部９２の内面の第２フランジ部３８は残置される。このため、胴部９２の内面に、直径方向内方に向かうように、第１胴部構成部材２０の第２フランジ部３８で構成される円環状突部５２ｂ、第２胴部構成部材２２の第２フランジ部３８で構成される円環状突部５２ｃがそれぞれ突出して突出部となる。円環状突部５２ｂは第１閉塞部１４に近接し、円環状突部５２ｃは第２閉塞部１６に近接する。

上記したように、円環状突部５２ｂは、第１胴部構成部材２０の第２底部４６からなる底部と、第１胴部構成部材２０の第２側部４８からなり第２閉塞部１６に向かって延在する第１閉塞部側周壁部とを有し、前記底部と前記第１閉塞部側周壁部とで、第２環状凹部５０からなる環状凹部が画成される。同様に、円環状突部５２ｃは、第２胴部構成部材２２の第２底部４６からなる底部と、第２胴部構成部材２２の第２側部４８からなり第１閉塞部１４に向かって延在する第２閉塞部側周壁部とを有し、前記底部と前記第２閉塞部側周壁部とで、第２環状凹部５０からなる別の環状凹部が画成される。

以上のようにして、ライナ９０が作製される。さらに、ボス部７０に弁部が取り付けられた後にライナ９０及び弁部を被覆する補強層が設けられることで、高圧タンクが製造される。この際、第１底部４０の残留突出量が前記許容段差以下であると、残留した第１底部４０から補強層に含まれる繊維材（炭素繊維等）に作用する応力が許容範囲以下となる。また、残留した第１底部４０の隅部がＲ部であると、繊維材（炭素繊維等）が局所的に延伸されて繊維材が傷む懸念が払拭される。

その結果、長尺な高圧タンクが得られる。この高圧タンクにおいても、上記と同様の効果が得られる。

第２実施形態でも、高圧タンク内の容積を増加させるべく、円環状突部５２ｂの第２底部４６、円環状突部５２ｃの第２底部４６が若干残置される程度に第２フランジ部３８、３８を切除するようにしてもよい。この場合、残置された第２底部４６、４６が、直径方向内方に突出した突出部となる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、第１胴部構成部材２０と第２胴部構成部材２２を同一軸線上にさらに接続し、一層長尺なライナを得るようにしてもよい。

また、第１胴部構成部材２０及び第２胴部構成部材２２を、内径及び外径が等径であるものとして構成するようにしてもよい。この場合、図１０に示すように、第１側部４２、第２側部４８の各々を、第１底部４０、第２底部４６の各々から離間するにつれて直径方向外方に離間するように傾斜させることが好ましい。第１閉塞部材５６及び第２閉塞部材７２についてもこれと同様に、第３側部６６を、第３底部６４の各々から離間するにつれて直径方向外方に離間するように傾斜させることが好ましい。なお、図１０では、傾斜した第１側部４２を例示している。

さらに、振動溶着に代替して赤外線加熱溶着を行うようにしてもよいし、振動溶着と赤外線溶着を組み合わせるようにしてもよい。赤外線加熱溶着を行う場合、赤外線加熱溶着用工具を第１環状凹部４４、第２環状凹部５０、第３環状凹部６８に挿入すればよい。又は、熱板溶着を行うようにしてもよい。

１０、９０…樹脂ライナ １２、９２…胴部
１４…第１閉塞部 １６…第２閉塞部
２０…第１胴部構成部材（ライナ構成部材）
２２…第２胴部構成部材（ライナ構成部材）
３０…本体部 ３２…第１開口端
３４…第２開口端 ３６…第１フランジ部
３８…第２フランジ部 ４０…第１底部
４２…第１側部 ４４…第１環状凹部
４６…第２底部 ４８…第２側部
５０…第２環状凹部 ５２ａ〜５２ｃ…円環状突部
５６…第１閉塞部材 ５８…第３開口端
６０…閉塞端 ６２…第３フランジ部
６４…第３底部 ６６…第３側部
６８…第３環状凹部 ７０…ボス部
７２…第２閉塞部材 ８０ａ、８０ｂ…振動溶着用治具

Claims (13)

1. 樹脂材からなり且つ両端が開口して第１開口端、第２開口端として形成された円筒形状をなす本体部を有するとともに、複数個が同一軸線上に接続されて高圧タンク用ライナの胴部を構成するライナ構成部材であって、
   前記第１開口端の近傍に、径方向外方に向かって突出した第１底部と、該第１底部に連なり且つ前記第１開口端から離間するように延在する第１側部とを有し、前記第１底部と前記第１側部で第１環状凹部が形成された第１フランジ部が設けられ、
   前記第２開口端の近傍に、径方向内方に向かって突出した第２底部と、該第２底部に連なり且つ前記第２開口端から離間するように延在する第２側部とを有し、前記第２底部と前記第２側部で第２環状凹部が形成された第２フランジ部が設けられた、ライナ構成部材。
2. 請求項１記載のライナ構成部材において、前記第１側部が、前記第１底部から離間するにつれて、前記本体部に対して相対的に径方向外方に離間するように傾斜し、且つ前記第２側部が、前記第２底部から離間するにつれて、前記本体部に対して相対的に径方向内方に離間するように傾斜する、ライナ構成部材。
3. 請求項２記載のライナ構成部材において、前記本体部が、前記第１フランジ部から前記第２フランジ部に向かうにつれてテーパー状に縮径する、ライナ構成部材。
4. 樹脂材からなり円筒形状をなす胴部と、前記胴部に連なり且つ端部が閉塞端である第１閉塞部及び第２閉塞部とを含むライナを有する高圧タンクであって、
   前記胴部の内面に、径方向内方に向かって突出した突出部を有する、高圧タンク。
5. 請求項４記載の高圧タンクにおいて、前記突出部は、径方向内方に向かって突出した底部と、前記底部に連なり且つ前記第１閉塞部に向かって延在する第１閉塞部側周壁部と、前記底部に連なり且つ前記第２閉塞部に向かって延在する第２閉塞部側周壁部とを有するフランジ部であり、且つ前記底部と前記第１閉塞部側周壁部で環状凹部が形成され、前記底部と前記第２閉塞部側周壁部で別の環状凹部が形成された、高圧タンク。
6. 請求項５記載の高圧タンクにおいて、前記胴部が、前記第１閉塞部及び前記第２閉塞部に近接するにつれてテーパー状に拡径する、高圧タンク。
7. 請求項４記載の高圧タンクにおいて、前記突出部は、径方向内方に向かって突出した第１底部と、前記第１底部に連なり且つ前記第２閉塞部に向かって延在する第１閉塞部側周壁部とを有するフランジ部と、径方向内方に向かって突出した第２底部と、前記第２底部に連なり且つ前記第１閉塞部に向かって延在する第２閉塞部側周壁部とを有する別のフランジ部であり、
   前記第１底部と前記第１閉塞部側周壁部で環状凹部が形成され、且つ前記第２底部と前記第２閉塞部側周壁部で別の環状凹部が形成された、高圧タンク。
8. 請求項７記載の高圧タンクにおいて、前記胴部が、前記第１閉塞部及び前記第２閉塞部に近接するにつれてテーパー状に縮径する、高圧タンク。
9. 請求項４〜８のいずれか１項に記載の高圧タンクにおいて、内部に高圧水素が充填される、高圧タンク。
10. 請求項４〜９のいずれか１項に記載の高圧タンクにおいて、燃料電池自動車に搭載される、高圧タンク。
11. 樹脂材からなり円筒形状をなす胴部と、前記胴部に連なり且つ端部が閉塞端である第１閉塞部及び第２閉塞部とを含むライナを有する高圧タンクの製造方法であって、
    前記胴部を、両端が開口して第１開口端、第２開口端として形成されたライナ構成部材を複数個同一軸線上に接続することで得る際に、前記ライナ構成部材として、前記第１開口端の近傍に、径方向外方に向かって突出した第１底部と、該第１底部に連なり且つ前記第１開口端から離間するように延在する第１側部とを有し、前記第１底部と前記第１側部で第１環状凹部が形成された第１フランジ部が設けられるとともに、前記第２開口端の近傍に、径方向内方に向かって突出した第２底部と、該第２底部に連なり且つ前記第２開口端から離間するように延在する第２側部とを有し、前記第２底部と前記第２側部で第２環状凹部が形成された第２フランジ部が設けられたものを使用し、
    さらに、前記第１フランジ部の前記第１底部同士、又は、前記第２フランジ部の前記第２底部同士を接合する、高圧タンクの製造方法。
12. 請求項１１記載の製造方法において、前記第１フランジ部の前記第１底部同士、又は、前記第２フランジ部の前記第２底部同士を、振動溶着、赤外線加熱溶着、熱板溶着、又は振動溶着と赤外線加熱溶着の組み合わせにて接合する、高圧タンクの製造方法。
13. 請求項１１又は１２記載の製造方法において、前記第１フランジ部の前記第１底部同士を接合したとき、その後に少なくとも前記第１側部の全部又は一部を除去する、高圧タンクの製造方法。

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