JP2020112189A

JP2020112189A - 圧力容器

Info

Publication number: JP2020112189A
Application number: JP2019002092A
Authority: JP
Inventors: 統澤井; Osamu Sawai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2020-07-27
Anticipated expiration: 2039-01-09
Also published as: JP7127547B2

Abstract

【課題】繊維強化樹脂の内部の繊維が損傷することを抑制する。【解決手段】圧力容器１０は、内部に気体が充填されるライナ１２と、繊維強化樹脂を用いてライナ１２の外表面に接した状態で形成され、ライナ１２を外側から覆う補強層１４と、ライナ１２に取付けられた口金１６と、を備えている。口金１６は、補強層１４を構成する繊維強化樹脂の内部の繊維に沿ってのびる係止爪２８を有している。口金１６は、係止爪２８が補強層１４を構成する繊維強化樹脂を変形させた状態でライナ１２に取付けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧力容器に関する。

下記特許文献１には、水素が内部に貯蔵される圧力容器が開示されている。この文献に記載された圧力容器は円筒状のライナと、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）を用いて形成されライナを補強する補強部（補強層）と、を備えている。また、ライナの端部には、口金が取付けられている。この口金に設けられた突起部が補強層に食い込む（変形させる）ことで、口金がライナに強固に取付けられるようになっている。

特開２０１８−１１２２０４号公報

ところで、繊維強化樹脂の一部が変形された状態で口金が取付けられる構成では、繊維強化樹脂の内部の繊維の損傷を低減できることが望ましい。

本発明は上記事実を考慮し、繊維強化樹脂の内部の繊維が損傷することを抑制できる圧力容器を得ることが目的である。

本発明の圧力容器は、内部に気体が充填されるライナと、繊維強化樹脂を用いて前記ライナの外表面に接した状態で形成され、前記ライナを外側から覆う補強部と、前記補強部を構成する繊維強化樹脂の内部の繊維に沿ってのびる係止部を有し、該係止部が前記補強部を構成する繊維強化樹脂を変形させた状態で前記ライナに取付けられた口金と、を備えている。

本発明の圧力容器は、繊維強化樹脂の内部の繊維が損傷することを抑制できる、という優れた効果を有する。

圧力容器の端部の断面を示す拡大断面図である。口金を示す斜視図である。口金の口金本体部を内周側から見た拡大平面図である。図３に示された４−４線に沿って切断した口金本体部の係止爪を拡大して示す拡大断面図である。ライナの端部及び口金等を示す斜視図であり、締結部が螺合される前の状態を示している。図５に示された６−６線に沿って切断したライナの端部等を示す断面図である。ライナの端部及び口金等を示す斜視図であり、締結部が螺合された状態を示している。図７に示された８−８線に沿って切断したライナの端部等を示す断面図である。

（圧力容器の概略の構成）
図１を用いて、本発明の実施形態に係る圧力容器の概略の構成について説明する。

図１には、本実施形態の圧力容器１０の端部が示されている。この圧力容器１０は、燃料電池自動車に搭載されたタンクモジュールの一部を構成している。なお、タンクモジュールは、後述する締結部１８等を介して互いに接続された複数の圧力容器１０を含んで構成されている。

圧力容器１０は、内部に気体の水素が充填されるライナ１２と、ライナ１２を外側から覆う補強部としての補強層１４と、を含んで構成されている。

ライナ１２は、ナイロン等の樹脂材料を用いて形成されている。このライナ１２は、両端が開放された略円筒状に形成されている。ここで、ライナ１２の長手方向（矢印Ｚ方向）の中間部において内径及び外径が一定とされた円筒状の部分を胴体部１２Ａと呼ぶ。また、ライナ１２における長手方向（矢印Ｚ方向）の両側部分を構成し胴体部１２Ａとは反対側に向かうにつれて次第に窄まる部分を肩部１２Ｂと呼ぶ。さらに、ライナ１２における長手方向（矢印Ｚ方向）の両端部を構成し胴体部１２Ａ及び肩部１２Ｂよりも内径及び外径が小径かつ略一定とされた円筒状の部分を小径端部１２Ｃと呼ぶ。

補強層１４は、繊維強化樹脂を用いて形成されている。なお、本実施形態では、繊維強化樹脂として炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）が用いられている。そして、炭素繊維強化樹脂が、ライナ１２の外表面の全体に巻付けられることで、ライナ１２を外側から覆う補強層１４が形成されている。ここで、補強層１４の厚みは、ライナ１２の胴体部１２Ａ側から小径端部１２Ｃ側へ向かうにつれて厚くなっている。また、補強層１４においてライナ１２の小径端部１２Ｃと対応する部分の外径（後述する口金１６がかしめられる前の外径）は、ほぼ一体の外径となっている。

ここで、補強層１４に覆われたライナ１２の小径端部１２Ｃには、口金１６及び締結部１８が取付けられている。これにより、ライナ１２の一方側の小径端部１２Ｃが締結部１８によって閉止されると共に、図示しないライナ１２の他方側の小径端部が締結部を介して他の圧力容器１０に接続されている。なお、図１においては、ライナ１２において締結部１８によって閉止された側の小径端部１２Ｃを示している。

（口金の詳細な構成）
次に、図２〜図４を用いて、口金１６の詳細な構成について説明する。

図２に示されるように、口金１６は、金属材料を用いて環状（筒状）に形成されている。ここで、口金１６の軸方向一方側（ライナ１２の長手方向一方側）を矢印Ｚで示し、口金１６の径方向外側を矢印Ｒで示し、口金１６の周方向一方側を矢印Ｃで示す。

口金１６は、周方向に間隔をあけて配置された複数の（本実施形態では８つの）口金本体部２０と、周方向に隣合う口金本体部２０を周方向につなぐ変形部としての桟部２２と、を備えている。

口金本体部２０は、径方向を厚み方向として軸方向に延在すると共に軸方向から見て径方向内側へ湾曲された板状に形成されている。なお、口金本体部２０の軸方向他方側の端部は、径方向外側へ屈曲されたフランジ部２４とされている。

桟部２２は、径方向を厚み方向として軸方向に延在すると共に軸方向から見て径方向外側へ湾曲された板状に形成されている。この桟部２２の厚みは、口金本体部２０の厚みよりも薄い寸法に設定されている。また、桟部２２の軸方向への長さは、口金本体部２０の軸方向への長さと対応する長さに設定されている。そして、桟部２２は、周方向に隣合う一の口金本体部２０の径方向の中間部と他の口金本体部２０の径方向の中間部とを周方向につないでいる。

口金本体部２０の外周部には、後述する締結部１８が螺合されるネジ溝２６が周方向及び軸方向に沿って形成されている。また、口金本体部２０の内周部には、後に詳述するように口金１６がかしめられた際に補強層１４の外周部に食い込む係止部としての複数の係止爪２８が形成されている。

図３及び図４に示されるように、複数の係止爪２８は、軸方向及び径方向に沿って切断した断面視で突出方向の先端側（径方向内側）が尖った鋸刃状に形成されている。また、本実施形態では、係止爪２８におけるライナ１２の胴体部１２Ａ側の面２８Ａが、径方向外側へ向かうにつれて胴体部１２Ａ側へ傾斜している。さらに、係止爪２８におけるライナ１２の胴体部１２Ａとは反対側の面２８Ｂが、径方向に沿う垂直面となっている。ここで、本実施形態では、複数の係止爪２８が、当該複数の係止爪２８の先端２８Ｃがクロスハッチングを描くように配設されている。換言すると、複数の係止爪２８が形成された部分がローレット形状となっている。これにより、複数の係止爪２８が、補強層１４を構成する繊維強化樹脂の内部の繊維に沿ってのびるようになっている。すなわち、互いに交差する２つの係止爪２８のなす角度θが、補強層１４を構成する繊維強化樹脂の内部の繊維角度と一致している。なお、図４においては繊維３０を二点鎖線で示し、図３においては繊維３０（図４参照）の方向を符号Ｐで示している。

（口金の取付工程）
次に、図１、図５〜図８を用いて、口金１６等をライナ１２の小径端部１２Ｃに取付ける工程について説明する。

先ず、図５及び図６に示されるように、ライナ１２の小径端部１２Ｃの外周側（かつ補強層１４の外周側）に口金１６を配置させる（口金配置工程）。これにより、口金１６の各々の口金本体部２０に形成された複数の係止爪２８の先端２８Ｃが補強層１４の外周面と近接して配置される。

次に、図７及び図８に示されるように、口金１６をかしめることにより、当該口金１６を縮径させる（口金かしめ工程）。詳述すると、周方向に隣合う口金本体部２０を周方向につなぐ各々の桟部２２を変形させる（軸方向から見て径方向外側へＵ字状に湾曲させるように変形させる）ことにより、各々の口金本体部２０を径方向内側へ移動させる。これにより、複数の係止爪２８が補強層１４（繊維強化樹脂の樹脂部分）に食い込む。なお、補強層１４がＲＴＭ（樹脂含浸成形）により含浸硬化する場合は、変形された桟部２２にシール効果を持たせることもできる。

以上の工程を経て、口金１６がライナ１２の小径端部１２Ｃに取付けられる。

また、口金１６がかしめられた状態（口金かしめ工程が完了した状態）では、図１に示されるように、各々の口金本体部２０の外周部に形成されたネジ溝２６が雄ネジ状の雄ネジ部２６Ａを形成する。そして、この雄ネジ部２６Ａに、締結部１８に形成された雌ネジ部１８Ａを螺合させることで、締結部１８をライナ１２の小径端部１２Ｃに取付ける（締結部取付工程）。この状態では、口金１６がライナ１２内の水素に触れない位置に配置される。

（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

以上説明した本実施形態の圧力容器１０では、上記かしめ工程（図６及び図８等参照）を経ることで、口金１６の各々の口金本体部２０が径方向内側へ移動して、複数の係止爪２８が補強層１４（繊維強化樹脂の樹脂部分）に食い込むようになっている。当該構成では、複数の係止爪２８を補強層１４に食い込ませるために口金１６を分割構造とすることが不要となる。その結果、口金１６を構成する部品点数が削減され、圧力容器１０の製造コスト等を削減することができる。

また、本実施形態では、口金１６がかしめられた状態で、各々の口金本体部２０の外周部に形成されたネジ溝２６が雄ネジ状の雄ネジ部２６Ａを形成するようになっている。これにより、圧力容器１０を他の圧力容器１０等に接続するための締結部１８等を容易に取付けることができる。また、口金１６をダイキャストやＭＩＭ（金属射出成形）のような工法で製造することにより、機械加工レス化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、口金１６の各々の口金本体部２０に形成された複数の係止爪２８が、補強層１４を構成する繊維強化樹脂の内部の繊維に沿ってのびるようになっている。これにより、複数の係止爪２８が補強層１４（繊維強化樹脂の樹脂部分）に食い込む際に、当該複数の係止爪２８が、補強層１４内の繊維を押し退けるようにして補強層１４（繊維強化樹脂の樹脂部分）に食い込む。これにより、複数の係止爪２８が補強層１４に食い込む際に（補強層１４を変形させる際に）、補強層１４を構成する繊維強化樹脂の内部の繊維が損傷することを抑制することができる。

また、本実施形態では、係止爪２８におけるライナ１２の胴体部１２Ａとは反対側の面２８Ｂが、径方向に沿う垂直面となっている。この垂直面に沿って補強層１４内の繊維が整列されることにより、口金１６を補強層１４に強固に係止させることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０圧力容器
１２ライナ
１４補強層（補強部）
１６口金
２８係止爪（係止部）
３０繊維

Claims

内部に気体が充填されるライナと、
繊維強化樹脂を用いて前記ライナの外表面に接した状態で形成され、前記ライナを外側から覆う補強部と、
前記補強部を構成する繊維強化樹脂の内部の繊維に沿ってのびる係止部を有し、該係止部が前記補強部を構成する繊維強化樹脂を変形させた状態で前記ライナに取付けられた口金と、
を備えた圧力容器。