JP3511751B2

JP3511751B2 - Ｆｒｐ複合容器

Info

Publication number: JP3511751B2
Application number: JP22990995A
Authority: JP
Inventors: 一馬山田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 2004-03-29
Anticipated expiration: 2015-09-07
Also published as: JPH0972494A

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】この発明は、酸素ボンベなど
の高圧ガス用容器であるＦＲＰ複合容器に関するもので
ある。【０００２】【従来の技術】従来より、高圧ガス用容器として、アル
ミニウム合金の芯材にＦＲＰを巻回したＦＲＰ複合容器
は、金属製容器に比べ軽量であり、携帯性に優れている
等の特徴がある。図５は、ＦＲＰ複合容器３１の構造の
一例を示す、一部を断面で示す正面図である。同図を参
照して、ＦＲＰ複合容器３１は、容器の芯材がたとえば
アルミニウム合金による継ぎ目なしのライナ３２で形成
され、ライナ３２の外周面を覆うようにＦＲＰの層３
３，３４が積層されている。ライナ３２には収容空間３
６が形成されており、この収容空間３６内には気体また
は液体などが収容可能である。ライナ３２の一方の端部
には開口３５が設けらている。【０００３】ＦＲＰの層３３，３４は、たとえば、予め
エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維の平たい束（以
下、「ＦＲＰロービング」という。）を巻回することで
形成されている。巻回の仕方はフィラメントワインディ
ング法（以下、「ＦＷ法」という。）が採用される。Ｆ
Ｗ法によれば、強化材であるガラス繊維の含有量が高
く、きわめて強度の高い成形品が得られることが知られ
ている。【０００４】ＦＲＰ複合容器３１のＦＲＰ層には、容器
円筒部の外周面および鏡部（容器両端のドーム型をした
部分）の外周面を容器の軸方向に巻いていくヘリカル巻
によって形成されたヘリカル層３３と、ヘリカル層３３
の上に、容器円筒部の外周面を周方向に巻いていくフー
プ巻によって形成されたフープ層３４とが含まれてい
る。【０００５】フープ層３４は、たとえば一方の赤道部
（ライナ３２の円筒部と鏡部との境界の部分）からＦＲ
Ｐロービングが巻き始められ、円筒部に沿って、一方か
ら他方方向へ、ＦＲＰロービングが重なることなく巻回
される。他方の赤道部に達すると、今度は他方から一方
方向へ、巻回されたＦＲＰの上に、ＦＲＰロービングが
重なることなく巻回される。そして、一方の赤道部に達
すると、再び、巻回方向が容器軸方向に反転され、他方
の赤道部に向かって、ＦＲＰロービングが巻かれる。こ
のような巻回が繰り返され、所定の巻回数が施された
後、巻き始められた一方の赤道部、または他方の赤道部
で、ＦＲＰロービングは巻き終えられる。この結果、フ
ープ層３４の肉厚は円筒部のどの部分においても等しく
なる。【０００６】ところで、一般にＦＲＰ複合容器は、万一
破裂が生じても、図５に示す、フープ層３４が形成され
た円筒部から破裂が生じるような構造に形成することが
望ましいとされている。すなわち、ＦＲＰ複合容器３１
は、鏡部または赤道部から破裂が生じる場合は、際立っ
た前兆もなく一気に起こる。これに対して、フープ層３
４から破裂が生じるときは、昇圧が緩やかな場合、まず
フープ層３４を形成するＦＲＰロービングが破断した後
に、全体の破裂が起こると考えられる。よって、全体の
破裂までに、いわゆるワンクッションが置け、しかも金
属片が飛散しにくく、二次災害などが起こりにくいから
である。【０００７】そこで、ＦＲＰ複合容器においては、円筒
部から破裂が生じるようにするため、従来より種々の工
夫がなされてきた。たとえば図６に示すように、赤道部
付近のライナ４２の肉厚を増すことにより、赤道部付近
の強度を、容器円筒部の強度より高めたＦＲＰ複合容器
４１がある。この構造では、ライナ４２の強度の弱い容
器の円筒部から破裂が始まる。【０００８】また、たとえば図７に示すように、ＦＲＰ
ロービングをフープ巻する際、赤道部付近だけ巻回数を
多くして、赤道部付近の強度を円筒部の強度より高めた
ＦＲＰ複合容器５１がある。この構造でも容器の破裂は
円筒部から始まる。【０００９】【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すＦＲＰ複合容器４１は、ライナ４２の厚みを部分ご
とに変えなければならないから、高価なライナ４２の成
形設備が必要である。また、赤道部付近のライナ４２の
肉厚が増す分、ライナ４２の重量、ひいては容器全体の
重量が増加する。【００１０】また、図７に示すＦＲＰ複合容器５１は、
ＦＲＰロービングの巻数の差により生じる凹凸のため、
完成後の容器は、取扱いや携帯がしにくいことがある。
また、ＦＲＰロービングが多く巻かれた部分に隣接した
鏡部付近から破裂が始まるおそれもある。また、ＦＲＰ
複合容器には、芯材がアルミニウム合金でなく、ポリア
ミド等で形成されたものもあるが、かかるＦＲＰ複合容
器においても、上記と同様に解決すべき課題があった。【００１１】そこで、この発明の目的は、万一破裂が生
じても、容器円筒部の任意の位置、たとえば中央付近か
ら破裂が始まるＦＲＰ複合容器を提供することである。【００１２】【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの請求項１記載のＦＲＰ複合容器は、円筒部を有する
ライナと、ライナの外周面にＦＲＰのロービングが巻回
されて形成されたＦＲＰ層とを有するＦＲＰ複合容器に
おいて、前記ＦＲＰ層は、ライナの円筒部に周方向にＦ
ＲＰロービングが巻かれたフープ層を含み、前記フープ
層は、円筒部の筒方向にみて、ほぼ中央の位置から巻き
始められて、かつ、巻き終えられ、巻回数が円筒部上で
均一となるように巻かれていることを特徴とするもので
ある。【００１３】上記の構成によれば、万一ＦＲＰ複合容器
に破裂が生じた場合に、容器の破裂が始まる位置は、Ｆ
ＲＰロービングの巻き終わりの位置になる。なぜなら、
ＦＲＰロービングの巻き終わりの部分が容器の破裂に先
立って剥離し、ＦＲＰロービングが剥離した容器円筒部
の強度が弱くなるからである。そのため、ＦＲＰロービ
ングの巻き始めの位置および巻き終わりの位置を、円筒
部の筒方向にみて、ほぼ中央の位置とすることにより、
万一ＦＲＰ複合容器に破裂が生じた場合に容器の破裂が
始まる位置を、ほぼ中央に設定することができる。【００１４】【００１５】【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施形態を、
添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明
の一実施形態を示すＦＲＰ複合容器１の概略断面図であ
る。同図を参照して、ＦＲＰ複合容器１は、容器の芯材
がたとえばアルミニウム合金による継ぎ目なしのライナ
２で形成され、ライナ２の外周面を覆うようにＦＲＰの
層が積層されている。【００１６】ライナ２は、収容空間７を有する。この収
容空間７内には気体または液体などが収容可能である。
ライナ２の一方の端部には開口６が設けられる。なお、
ライナ２は、アルミニウム合金に代え、軽量化のため
に、たとえばポリアミド、ポリプロピレン、またはポリ
エチレンなどの樹脂で形成されてもよい。図２は、この
ライナ２の製作方法の一例を示した概略図解図である。
同図を参照して、ライナ２の製作方法を簡単に説明す
る。ライナ２の製作においては、アルミニウム合金のプ
レス加工を行う。このプレス加工では、継ぎ目のないラ
イナ２の原形を作り出すために、たとえばアルミニウム
合金の平板１１を杵１２および臼１３によって加工す
る。臼１３の上に平板１１を水平に載置する（図２(a)
参照）。次に、杵１２を押し下げ、平板１１を臼１３の
中空部１３ａに押し込むことにより、平板１１はカップ
状に成形される（図２(b) 参照）。【００１７】そして、図２(c) に示すように、カップ状
に成形されたライナ２の開口部１４は、スピニング加工
によって絞られ、所定の穴径の開口６が成形される。再
び、図１を参照して、ＦＲＰ層は、たとえば、予めエポ
キシ樹脂を含浸させたガラス繊維の束、つまりＦＲＰロ
ービングをライナ２に巻回し、所定の厚さに成形する、
いわゆるＦＷ法によって成形されている。【００１８】この実施形態においては、図１に示すよう
に、まず、ＦＲＰロービングがライナ２の外周面の円筒
部２１（右側赤道部２１ｂから左側赤道部２１ｃまでの
部分）が、周方向にフープ巻（このフープ巻で巻かれた
層を「第１フープ層４」という。）で巻かれ、次にその
上から容器の軸方向に全周面（円筒部２１および左右の
鏡部２２）がヘリカル巻で巻かれ、さらにその上から円
筒部２１の外周面が、周方向にフープ巻（このフープ巻
で巻かれた層を「第２フープ層５」という。）で巻かれ
ている。よって、ＦＲＰ層は３層構造をなしている。こ
のような多層構造にすると、ＦＲＰ層の強度が強くな
り、容器の性質が安定する。また、ＦＲＰ層を多層構造
にすると、外からの衝撃によって最外層である第２フー
プ層５に傷がついても、内側の層まで達する可能性が少
ない。なお、ＦＲＰ層は、４層あるいはそれ以上の多層
としてもよい。あるいは、第１フープ層４を省略した２
層構造とすることもできる。【００１９】この実施形態において用いられるＦＲＰロ
ービングは、たとえば数μｍのガラス繊維を数千本束ね
たものを１束として、その数束を撚りをかけずに揃え合
わせて、幅約１０ｍｍ前後の薄い帯状にしたものであ
る。ＦＲＰを構成する繊維としては、ガラス繊維の他
に、たとえば炭素繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ま
たはアルミナ繊維などを用いることができる。また、繊
維に含浸させる強化材料としての樹脂は、エポキシ樹脂
の他に、たとえばフェノール樹脂、不飽和ポリエステル
樹脂、メラミン樹脂、またはけい素樹脂などを用いるこ
とができる。【００２０】次に、この実施形態の特徴である第１フー
プ層４および第２フープ層５の巻回の仕方について、図
３を参照して説明する。第１フープ層４および第２フー
プ層５の巻回の仕方の特徴は、ＦＲＰロービング８の巻
き始めの位置および巻き終わりの位置が、円筒部２１の
中央になっている点である。すなわち、ＦＲＰロービン
グ８は、容器円筒部２１のほぼ中央２１ａよりフープ巻
で巻き始められる（図３(a) 参照）。円筒部２１の一端
の赤道部２１ｂまでＦＲＰロービング８が重なることな
く、かつ隙間があくことなく巻かれる。その後、赤道部
２１ｂから他端の赤道部２１ｃに向かって、ＦＲＰロー
ビング８は、重なることなく、かつ隙間があくことなく
巻かれる。よって、ＦＲＰロービング８の巻き位置が赤
道部２１ｃに達したとき、容器円筒部２１の右半分は２
重にロービング８が巻かれ、左半分は一重にロービング
８が巻かれている。次に、他端の赤道部２１ｃから一端
の赤道部２１ｂへ向かって、ロービング８が巻かれる。
さらに、一端の赤道部２１ｂまで巻き終えると、再び、
他端の赤道部２１ｃへ向かってロービング８が巻かれて
いく。【００２１】このように、円筒部２１の外周面を往復す
るようにＦＲＰロービング８の巻回が繰り返され、たと
えば、第１フープ層４では１２回（６往復）巻かれる。
また、第２フープ層５では８回（４往復）巻かれる。そ
して、最終的には、他端の赤道部２１ｃから円筒部２１
のほぼ中央２１ａにまで巻かれて、巻き始めと同じ位置
になったときに巻き終えられる（図３(b) 参照）。その
結果、容器円筒部２１のどの部分でも巻回数が等しくな
る。【００２２】なお、第１フープ層４を形成するフープ巻
または第２フープ層５を形成するフープ巻の巻方向は、
容器の横断面に対して時計回り方向、あるいは反時計回
り方向のどちらでもよい。また、円筒部２１のほぼ中央
２１ａから巻き始められる巻回の容器軸方向の向きは、
円筒部２１の中央２１ａから巻き始めて開口６の方へ向
かう向きでもよいし、あるいはその逆の向きでもよい。【００２３】このように、ＦＲＰロービング８を円筒部
２１のほぼ中央２１ａから巻き始めて、所定の巻回数を
施した後、巻き始めの位置と等しい位置で巻き終わるよ
うにしてフープ層を形成すると、万一容器の破裂が生じ
たとき、円筒部２１の巻回の終了位置から破裂が起こり
始める。すなわち、ＦＲＰロービング８の巻き終わりの
端部８ａは、エポキシ樹脂の接着性だけで貼付いてい
る。よって、容器が破裂する圧力に達する前に、このＦ
ＲＰロービング８の端部８ａが剥離し、容器円筒部２１
のほぼ中央部２１ａは、他の部分に比べて、フープ巻の
一巻分だけ強度が弱くなり、破裂がおこりやすくなる。【００２４】したがって、ＦＲＰロービング８の巻き始
めの位置および巻き終わりの位置によって、容器の破裂
がはじまる位置をコントロールすることができる。換言
すれば、容器の破裂がはじまる位置を特定したいとき
は、その特定位置からＦＲＰロービング８を巻き始め
て、所定の巻回を実施した後、同じ位置で巻き終わるよ
うに、フープ巻を行えばよい。【００２５】上述のフープ巻は、円筒部２１から破裂さ
せるために余分に巻回数を増やすものでないので、容器
全体の重量が増加しない。また、ライナ２の赤道部２１
ｂ，２１ｃ付近の肉厚を増すものでないので、容器全体
の重量が増加しない。なお、この実施形態のＦＲＰ複合
容器１の開口６には、図１には記載されていないが、安
全バルブが取り付けられており、容器の内圧が高まって
破裂する前に安全バルブが開き、気体が容器から抜かれ
るようになっているものの、上記のように万一破裂が生
じたときでも、破裂は容器中央部２１ａから始まり、破
裂を予測できる。【００２６】次に、ＦＲＰ複合容器１を製作する際に行
われる複数の検査のうち、この実施形態に関係する破裂
検査について説明する。破裂検査では、容器内部に水を
注入して水圧を加えていき、容器が所定の破裂圧力に耐
えられるか否かの検査と、容器を実際に破裂させたとき
の破裂箇所が容器円筒部であるか否かの検査とが行われ
る。【００２７】具体的には、図４に示すように、装置内で
容器が破裂しても装置外には破裂の影響を及ぼさない、
たとえば耐圧試験装置１５中にＦＲＰ複合容器１が、ぶ
ら下げられる。ＦＲＰ複合容器１には、水圧ポンプから
の水を供給する管１６が接続され、検査において、ＦＲ
Ｐ複合容器１内に、気体ではなく、水が注入されるの
は、破裂時の危険性が少ないためである。【００２８】水圧ポンプからＦＲＰ複合容器１に送られ
る水圧を徐々に上げていく。たとえば１４kg／cm²／se
c 以下で昇圧させていく。この水圧が最小破裂圧力の、
たとえば４５０kg／cm²（たとえば最高充填圧力が１５
０kg／cm²である場合、最小破裂圧力はその約３倍に設
定されている。）になるまでに、ＦＲＰ複合容器１が破
裂しなければそのＦＲＰ複合容器１はこの検査について
合格とされる。【００２９】さらに、容器を実際に破裂させたときの破
裂箇所が容器円筒部２１であるか否かの検査において
は、同容器が破裂されるまで水圧を上げていく。最小破
裂圧力以上の水圧が加えられ、破裂したときの容器の破
裂位置が円筒部２１であるか否かによって、他の容器の
この検査における合否判定が行われる。なお、本発明者
は、この発明の実施形態にかかるＦＲＰ複合容器１につ
いて、上記の最小破裂圧力に達するまでにＦＲＰ複合容
器１が破裂されなかったこと、また最小破裂圧力を超え
た圧力でＦＲＰ複合容器１が容器円筒部２１のほぼ中央
２１ａから破裂されたことを確認した。【００３０】なお、この発明は上記実施形態に限定され
るものでなく、この発明の要旨を変更しない範囲で種々
の変更を施すことが可能である。【００３１】【発明の効果】【００３２】この発明によれば、万一破裂が生じたとき
でも、破裂の始まる位置が、容器円筒部の特定したほぼ
中央の位置になりやすいので、より確実に容器の円筒部
から破裂を始めるＦＲＰ複合容器とすることができる。

【図面の簡単な説明】【図１】この発明の一実施形態を示すＦＲＰ複合容器１
の概略断面図である。【図２】ライナ２の製作方法の一例を簡単に示した図解
図、特に(a) はその斜視図を示し、(b) はその概略断面
図を示し、(c) は開口部１４が加工された後の概略断面
図を示す。【図３】ライナ２にＦＲＰロービング８をフープ巻によ
って巻回した図解図、特に、(a) はフープ巻の巻き始め
を示し、(b) はフープ巻の巻き終わりを示す。【図４】ＦＲＰ複合容器１の破裂検査を示す概念図であ
る。【図５】一般的なＦＲＰ複合容器３１の構造を示した一
部切欠断面図である。【図６】従来の、ＦＲＰ複合容器４１の破裂の位置を中
央にするため、赤道部付近のライナ４２の肉厚を厚くし
た、ＦＲＰ複合容器４１の構造を示した概略断面図であ
る。【図７】従来の、ＦＲＰ複合容器５１の破裂の位置を中
央付近にするため、赤道部付近におけるフープ層５４の
厚みを厚くした、ＦＲＰ複合容器５１の構造を示した概
略断面図である。【符号の説明】１ＦＲＰ複合容器２ライナ３ヘリカル層４第１フープ層５第２フープ層８ＦＲＰロービング２１円筒部２１ａ中央部２１ｂ，ｃ赤道部２２鏡部

Claims

(57)【特許請求の範囲】【請求項１】円筒部（21）を有するライナ(2) と、ライ
ナ(2) の外周面にＦＲＰロービング(8) が巻回されて形
成されたＦＲＰ層とを有するＦＲＰ複合容器において、前記ＦＲＰ層は、ライナ(2) の円筒部(21)に周方向にＦ
ＲＰロービング(8) が巻かれたフープ層(4,5) を含み、前記フープ層(4,5) は、円筒部(21)の筒方向にみて、ほ
ぼ中央の位置(21a) から巻き始められて、かつ、巻き終
えられ、巻回数が円筒部(21)上で均一となるように巻か
れていることを特徴とするＦＲＰ複合容器。