JP2020085130A

JP2020085130A - 高圧タンク

Info

Publication number: JP2020085130A
Application number: JP2018220424A
Authority: JP
Inventors: 松本　浩司; Koji Matsumoto; 浩司松本; 信一郎亀山; Shinichiro Kameyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-06-04

Abstract

【課題】繊維層に含まれる樹脂を硬化させる際に、流動する樹脂が、口金に組み付けられた冶具と口金との間の隙間に侵入することを防止することができる高圧タンクを提供する。【解決手段】高圧タンク１０は、ライナー１１とライナー１１の軸方向の両端部に取り付けられる口金１２、１３とを備え、口金１２、１３は、ライナー１１の軸方向に延在するとともにライナー１１の内部に挿入される挿入部４１とライナー１１の外部に露出する露出部４２とを有する口金本体３１と、露出部４２からライナー１１の径方向外側に張り出す顎部３２と、顎部３２の外周部からライナー１１の径方向内側に折り返す折り返し部３３とを有することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、ライナーとライナーの軸方向の両端部または一端部に取り付けられる口金とを備える高圧タンクに関する。

この種の高圧タンクとして、口金を装着したライナーの外表に繊維束を繰り返し巻き付けて形成した繊維層を備えるものが開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１７−１９４１５０号公報

特許文献１に記載の高圧タンクは、高圧タンクが製造される際に、各製造設備において加工が行われるよう、高圧タンクの口金に対して冶具の組み付けを行っている。しかしながら、高圧タンクの外表に繊維束が繰り返し巻き付けられて形成された繊維層には樹脂が含まれており、この樹脂を硬化させる硬化工程において、昇温により樹脂の粘度（Ｐａ・ｓ）が低下し、流動することで、組み付けられた冶具と口金との間の隙間に樹脂が侵入してしまうおそれがある。具体的には、図６に示すように、高圧タンク１の一端部に装着された口金２に対して冶具３が組み付けられた状態で、繊維層４に含まれる樹脂を硬化させる際に、流動する樹脂５が、矢印ａで示すように、冶具３と口金２との間の隙間Ｓに侵入してしまうおそれがあるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、繊維層に含まれる樹脂を硬化させる際に、流動する樹脂が、口金に組み付けられた冶具と口金との間の隙間に侵入することを防止することができる高圧タンクを提供することを課題とする。

本発明に係る高圧タンクは、ライナーと前記ライナーの軸方向の両端部または一端部に取り付けられる口金とを備える高圧タンクであって、前記口金は、前記ライナーの軸方向に延在するとともに前記ライナーの内部に挿入される挿入部と前記ライナーの外部に露出する露出部とを有する口金本体と、前記露出部から前記ライナーの径方向外側に張り出す顎部と、前記顎部の外周部から前記ライナーの径方向内側に折り返す折り返し部と、を有することを特徴とする。

本発明に係る高圧タンクにおいては、口金が、ライナーの内部に挿入される挿入部とライナーの外部に露出する露出部とを有する口金本体と、口金本体の露出部からライナーの径方向外側に張り出す顎部と、顎部の外周部からライナーの径方向内側に折り返す折り返し部とにより構成されている。この構成により、冶具を露出部に組み付けても、高圧タンクの繊維層に含まれる樹脂を硬化させる硬化工程の際に、流動する樹脂が顎部により、露出部から冶具側に流動することが防止される。さらに、折り返し部により、流動する樹脂が顎部からライナーの径方向の内側に案内されるので、より確実に樹脂が冶具側に流動することが防止される。その結果、樹脂が冶具と口金との間の隙間に侵入することが防止される。

本発明によれば、繊維層に含まれる樹脂を硬化させる際に、流動する樹脂が、口金に組み付けられた冶具と口金との間の隙間に侵入することを防止することができる高圧タンクを提供することができる。

本発明の実施形態に係る高圧タンクの図であり、図１（ａ）は、高圧タンクの軸方向に沿う断面図を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａで切断した断面図を示す。本発明の実施形態に係る高圧タンクの図であり、図２（ａ）は、口金装着部の断面図を示し、図２（ｂ）は、顎部および折り返し部の拡大断面図を示す。本発明の実施形態の変形例１に係る高圧タンクの図であり、図３（ａ）は、口金装着部の断面図を示し、図３（ｂ）は、顎部の拡大断面図を示す。本発明の実施形態の変形例２に係る高圧タンクの図であり、図４（ａ）は、口金装着部の断面図を示し、図４（ｂ）は、溝形状の顎部の拡大断面図を示す。本発明の実施形態の変形例３に係る高圧タンクの図であり、図５（ａ）は、口金装着部の断面図を示し、図５（ｂ）は、別体構造の顎部および折り返し部の拡大断面図を示す。従来の高圧タンクの口金装着部の断面図。

本発明に係る高圧タンクを適用した実施形態に係る高圧タンク１０について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る高圧タンク１０は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、ライナー１１と、口金１２、１３と、ライナー１１の外周面を被覆する繊維層１４とにより構成されている。高圧タンク１０は、気体を透過させにくい性質、いわゆるガスバリア性を有しており、内部には水素などの高圧のガスが充填されるようになっている。

ライナー１１は、筒状の中空容器からなり、シリンダー部２１と、一対のドーム部２２とを有しており、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、いわゆるナイロン（登録商標）などの高い機械的強度を有するエンジニアリングプラスチックで一体的に形成されている。なお、ライナー１１は、金属材料で形成されていてもよい。

シリンダー部２１は、円筒状に形成され、両端部で各ドーム部２２と一体的に形成されている。各ドーム部２２は、略半球体状の中空で、ライナー１１の軸線に沿った長手方向端部に、ライナー１１の軸線を中心とする所定の深さの凹みを有する口金装着部２３を有している。口金装着部２３の内周の壁面には、図１（ｂ）の破線で示すように、均等の間隔で凹凸部２３ａが形成されている。

口金１２は、図２（ａ）に示すように、口金本体３１と、顎部３２と、折り返し部３３を有しており、金属材料によって一体的に形成されている。口金本体３１は、挿入部４１と、露出部４２とを有しており、挿入部４１および露出部４２は軸心を同じくして形成されている。挿入部４１および露出部４２には、軸方向に貫通する段付きの貫通孔３１ａが形成されている。

挿入部４１は、ライナー１１の軸方向に延在するとともにドーム部２２の内部に挿入されており、ドーム部２２の口金装着部２３に装着されるフランジ４１ａを有している。フランジ４１ａの外周部には、図１（ｂ）の破線で示すように、凹凸部４１ｂが形成されており、凹凸部４１ｂが口金装着部２３の凹凸部２３ａに嵌まり込むように構成されている。

露出部４２は、ドーム部２２の外部に露出しており、軸方向の先端部には冶具Ｊを装着する冶具装着部４２ａが円筒状に形成されている。

顎部３２は、露出部４２からライナー１１の径方向外側に、所定の直径（ｍｍ）および厚み（ｍｍ）で、円盤状に張り出して形成されている。顎部３２は、図２（ｂ）の矢印ｂで示すように、繊維層１４に含まれている樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、昇温により粘度（Ｐａ・ｓ）が低下した樹脂Ｐが露出部４２から冶具Ｊ側に流動することを防止する機能を有している。

折り返し部３３は、顎部３２の外周部からライナー１１の径方向内側に所定の幅（ｍｍ）で湾曲状に折り返して形成されている。折り返し部３３は、顎部３２と同様、繊維層１４に含まれている樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、昇温により粘度（Ｐａ・ｓ）が低下した樹脂Ｐを、図２（ｂ）の矢印ｂで示すように、顎部３２からライナー１１の径方向の内側に案内し、樹脂Ｐが露出部４２から冶具Ｊ側に流動することを防止する機能を有している。

なお、顎部３２の所定の直径（ｍｍ）および厚み（ｍｍ）と、折り返し部３３の所定の幅（ｍｍ）は、ライナー１１、口金１２、１３、繊維層１４に含まれる樹脂Ｐの設定諸元や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。

口金１３は、図１（ａ）に示すように、口金１２と同様に形成されているが、挿入部４１および露出部４２を貫通する貫通孔３１ａおよび冶具装着部４２ａが異なっている。口金１３の挿入部４１には、ライナー１１の内部に向かって開口する段付きの穴１３ａが形成されている。口金１３の露出部４２には、先端部に冶具Ｊを装着する段付きの穴１３ｂが形成されている。口金１３も、口金１２と同様に、金属材料で形成されている。

繊維層１４は、図１（ｂ）に示すように、ライナー１１の外周面を覆う層からなり、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）などのプラスチックの繊維束がライナー１１の外周面に繰り返し巻回されることにより形成されている。

繊維束は、数十本の単繊維を撚り合わせて１本の糸にした、いわゆるマルチフィラメントが、数千〜数万本程度束ねられた繊維束からなる。繊維束に樹脂を含浸させながら、または、あらかじめ樹脂を含侵させた繊維束がライナー１１の外周面に繰り返し巻回される。繊維束に含浸させる樹脂は、例えば、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリエステル樹脂（ＰＥ）やポリアミド樹脂（ＰＡ）などの熱硬化性樹脂からなる。

以上のように構成された実施形態に係る高圧タンク１０の効果について説明する。
本実施形態に係る高圧タンク１０は、口金１２が、ライナー１１の内部に挿入される挿入部４１とライナー１１の外部に露出する露出部４２とを有する口金本体３１を備え、口金本体３１が、露出部４２からライナー１１の径方向外側に張り出す顎部３２と、顎部３２の外周部からライナー１１の径方向内側に折り返す折り返し部３３とにより構成されている。

この構成により、冶具Ｊを露出部４２に組み付けても、高圧タンク１０を構成する繊維層１４に含まれる樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、流動する樹脂Ｐが顎部３２により、露出部４２から冶具Ｊ側に流動することが防止されるという効果が得られる。さらに折り返し部３３により、流動する樹脂Ｐが顎部３２からライナー１１の径方向の内側に案内されるので、より確実に樹脂Ｐが冶具Ｊ側に流動することが防止される。その結果、樹脂Ｐが冶具Ｊと口金１２との間の隙間Ｓに侵入することが防止されるという効果が得られる。

本実施形態に係る高圧タンク１０においては、口金１２を口金本体３１と、顎部３２と、折り返し部３３とを有する構造で構成した場合について説明した。しかしながら、本発明に係る高圧タンクにおいては、口金１２を口金本体３１、顎部３２および折り返し部３３と異なる構造で構成してもよい。

以下、本実施形態の口金１２を異なる構造で構成した変形例１に係る高圧タンク１０Ａ、変形例２に係る高圧タンク１０Ｂおよび変形例３に係る高圧タンク１０Ｃについて図面を参照して説明する。なお、変形例１、変形例２および変形例３に係るタンク１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃの構成と、実施形態に係るタンク１０の構成が同一の場合は、同一の符号を付し、主に異なる構成について説明する。

（変形例１）
変形例１に係るタンク１０Ａは、図３（ａ）に示すように、口金１２Ａが口金本体３１と、顎部３２Ａとにより構成されており、顎部３２Ａは、露出部４２からライナー１１の径方向外側に、所定の直径（ｍｍ）および厚み（ｍｍ）で、円盤状に張り出して形成されている。顎部３２Ａは、基部６１から外周部６２に向かって、ドーム部２２の方向に向かって傾斜している。

顎部３２Ａは、図３（ｂ）の矢印ｃで示すように、繊維層１４に含まれている樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、昇温により粘度（Ｐａ・ｓ）が低下した樹脂Ｐが露出部４２から冶具Ｊ側に流動することを防止する機能を有している。

以上のように構成された実施形態の変形例１に係る高圧タンク１０Ａは、実施形態に係る高圧タンク１０と同様の効果が得られる。即ち、冶具Ｊを露出部４２に組み付けても、高圧タンク１０Ａを構成する繊維層１４に含まれる樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、流動する樹脂Ｐが顎部３２Ａにより、露出部４２から冶具Ｊ側に流動することが防止される。その結果、樹脂Ｐが冶具Ｊと口金１２Ａとの間の隙間Ｓに侵入することが防止されるという効果が得られる。

（変形例２）
変形例２に係るタンク１０Ｂは、図４（ａ）に示すように、口金１２Ｂが口金本体３１と、顎部３２Ｂとにより構成されており、顎部３２Ｂは、露出部４２からライナー１１の径方向内側に、所定の深さ（ｍｍ）および所定の幅（ｍｍ）の溝７１により形成されている。溝７１における露出部４２の先端部側の内壁面は、溝７１の底面から開口に向かってドーム部２２側に傾斜する傾斜面で形成されている。また、溝７１における挿入部４１側の内壁面は、溝７１の底面から開口に向かってドーム部２２側に傾斜する傾斜面で形成されている。

顎部３２Ｂは、図４（ｂ）の矢印ｄで示すように、繊維層１４に含まれている樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、昇温により粘度（Ｐａ・ｓ）が低下した樹脂Ｐが露出部４２から冶具Ｊ側に流動することを防止する機能を有している。

以上のように構成された実施形態の変形例２に係る高圧タンク１０Ｂは、実施形態に係る高圧タンク１０と同様の効果が得られる。即ち、冶具Ｊを露出部４２に組み付けても、高圧タンク１０Ｂを構成する繊維層１４に含まれる樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、流動する樹脂Ｐが顎部３２Ｂにより、露出部４２から冶具Ｊ側に流動することが防止される。その結果、樹脂Ｐが冶具Ｊと口金１２Ｂとの間の隙間Ｓに侵入することが防止されるという効果が得られる。

（変形例３）
変形例３に係るタンク１０Ｃは、図５（ａ）に示すように、口金１２Ｃが口金本体３１と、顎部３２Ｃと、折り返し部３３Ｃとにより構成されている。顎部３２Ｃおよび折り返し部３３Ｃは一体的に形成されているが、顎部３２Ｃおよび折り返し部３３Ｃは、実施形態の口金１２とは異なり、口金本体３１とは別体で形成されている。

顎部３２Ｃは、実施形態の顎部３２と同様の形状で形成され、折り返し部３３Ｃは実施形態の折り返し部３３と同様の形状で形成されている。

顎部３２Ｃは、図５（ｂ）の矢印ｅで示すように、実施形態の顎部３２と同様、繊維層１４に含まれている樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、昇温により粘度（Ｐａ・ｓ）が低下した樹脂Ｐが露出部４２から冶具Ｊ側に流動することを防止する機能を有している。

折り返し部３３Ｃは、実施形態の折り返し部３３と同様、繊維層１４に含まれている樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、昇温により粘度（Ｐａ・ｓ）が低下した樹脂Ｐを、図５（ｂ）の矢印ｅで示すように、顎部３２Ｃからライナー１１の径方向の内側に案内し、樹脂Ｐが露出部４２から冶具Ｊ側に流動することを防止する機能を有している。

以上のように構成された実施形態の変形例３に係る高圧タンク１０Ｃは、実施形態に係る高圧タンク１０と同様の効果が得られる。即ち、冶具Ｊを露出部４２に組み付けても、高圧タンク１０Ｃを構成する繊維層１４に含まれる樹脂Ｐを硬化させる硬化工程の際に、流動する樹脂Ｐが顎部３２Ｃにより、露出部４２から冶具Ｊ側に流動することが防止される。その結果、樹脂Ｐが冶具Ｊと口金１２Ｃとの間の隙間Ｓに侵入することが防止されるという効果が得られる。

さらに折り返し部３３Ｃにより、流動する樹脂Ｐが顎部３２Ｃからライナー１１の径方向の内側に案内されるので、より確実に樹脂Ｐが冶具Ｊ側に流動することが防止され、樹脂Ｐが冶具Ｊと口金１２Ｃとの間の隙間Ｓに侵入することが防止されるという効果が得られる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ・・・高圧タンク、１１・・・ライナー、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１３・・・口金、１３ａ，１３ｂ・・・穴、１４・・・繊維層、２１・・・シリンダー部、２２・・・ドーム部、２３・・・口金装着部、２３ａ，４１ｂ・・・凹凸部、３１・・・口金本体、３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ・・・顎部、３１ａ・・・貫通孔、３３，３３Ｃ・・・折り返し部、４１・・・挿入部、４１ａ・・・フランジ、４２・・・露出部、４２ａ・・・冶具装着部、６１・・・基部、６２・・・外周部、７１・・・溝、Ｊ・・・冶具、Ｐ・・・樹脂、Ｓ・・・隙間

Claims

ライナーと前記ライナーの軸方向の両端部または一端部に取り付けられる口金とを備える高圧タンクであって、
前記口金は、前記ライナーの軸方向に延在するとともに前記ライナーの内部に挿入される挿入部と前記ライナーの外部に露出する露出部とを有する口金本体と、前記露出部から前記ライナーの径方向外側に張り出す顎部と、前記顎部の外周部から前記ライナーの径方向内側に折り返す折り返し部と、を有することを特徴とする高圧タンク。