JP6287872B2

JP6287872B2 - タンク

Info

Publication number: JP6287872B2
Application number: JP2015014889A
Authority: JP
Inventors: 彰田辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2035-01-29
Also published as: JP2016138622A

Description

本発明は、ガスを貯蔵するタンクに関する。

一般的な車両搭載用高圧タンク（「タンク」と呼ぶ。）の製造装置として、フィラメントワインディング機が知られている。この製造装置で製造されるタンクは、ライナ（タンクの内筒）の一方の端部に設けられ、補強棒が挿入可能なバルブ側口金と、バルブ側口金とは反対側の端部に設けられた補強金具とを備えている（特許文献１）。

図５は、従来例（特許文献１）におけるバルブ側口金とは反対側の端部に設けられた補強金具１４１を示す説明図である。補強金具１４１は、ライナ１００の内側と外側の両方に突出している。補強金具１４１は、ライナ１００の内側の突出部分には、補強棒を接続するための機構、例えば雌ねじ１４１ａのような機構を備え、補強金具１４１のライナ１００の外側の突出部分には、ライナ１００を回転させるための治具を接続できる機構、例えば雌ねじ１４１ｂのような機構を備えている。フィラメントワインディング機は、補強棒と治具の一方または両方を用いてライナ１００を回転させて、ライナ１００に樹脂を含浸させた繊維を巻く。

特開２０１１−０１２７６４号公報

図５に示した従来の構成では、１つの補強金具１４１がライナ１００の内側と外側とにまたがって両方に突出しているため、補強金具１４１とライナ１００との境界に沿ってタンク内のガスがリークするおそれがある。このリークを抑制するために、補強金具１４１の外周において、ライナ１００と補強金具１４１との境界をＯリングやバックアップリングなどを用いてシールする必要があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の一形態によれば、タンクが提供される。このタンクは、ライナと、前記ライナの一方の端部に設けられ、シャフトが挿入可能な口金と、前記ライナの他方の端部に設けられ、前記シャフトと係合可能な係合部を有する金具であって、前記ライナの内側には突出しているが、前記ライナの外側には突出していない金具と、を備える。この形態によれば、タンクの他方の端部において、金具がライナの外側に突出していないので、金具がライナの内側から外側にまたがっていない。そのため、金具の外周において、金具とライナとの境界をシールするためのリングやバックアップリングなどが不要である。

上記形態において、さらに、前記ライナの他方の端部であって、前記金具（第１の金具）よりも端部側に設けられた第２の金具であって、前記金具と中心線が一致し、前記ライナの外側には突出しているが、前記ライナの内側には突出していない第２の金具を備えてもよい。この形態によれば、さらにライナの外側に突出する第２の金具を備えるので、フィラメントワインディングを行うときに、金具によって支持出来ることに加えて、第２の金具によってもライナを支持できる。また、タンクは、他方の端部において前記金具を備えずに前記第２の金具のみを備える構成であってもよい。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、タンクの他、タンクのシール構造、タンクの製造方法、タンクの製造装置等の形態で実現することができる。

本実施形態のタンクの断面を示す説明図。分割ライナのドーム部の頂部近傍を拡大して示す説明図。変形例１における分割ライナのドーム部の頂部近傍を拡大して示す説明図。変形例２における分割ライナのドーム部の頂部近傍を拡大して示す説明図。従来例におけるバルブ側口金とは反対側の端部に設けられた補強金具１４１を示す説明図。

本実施形態：
図１は、本実施形態のタンクの断面を示す説明図である。タンク１０は、ライナ１００と、繊維強化プラスチック層１１０と、口金１２０と、補強金具１４０と、シャフト１５０と、を備える。ライナ１００は、２つの分割ライナ１００ａ、１００ｂを接合して形成される。分割ライナ１００ａ、１００ｂは、ガスバリア性を有する樹脂材料で形成されている。例えば、ナイロン、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエチレン等の材料で形成されていてもよい。分割ライナ１００ａ、１００ｂの構成材料は、ガスバリア性を有すれば、これらの材料に限られない。なお、分割ライナの数は２個に限定されるものではなく、３個以上であってもよい。また、ライナを分割せずに一体成形してもよい。

分割ライナ１００ａ、１００ｂは、それぞれ略半球形状のドーム部１００ａｄ、１００ｂｄと略円筒形状のストレート部１００ａｓ、１００ｂｓと、を有しており、ストレート部１００ａｓの端部と１００ｂｓの端部とが溶着接合されている。ストレート部１００ａｓと１００ｂｓとの接合部の溶着面積を広くするため、ストレート部１００ａｓの端部と１００ｂｓの端部は、斜めに形成されていてもよい。

分割ライナ１００ａのドーム部１００ａｄの頂部には、口金１２０が設けられている。口金１２０は、インサート成形により、分割ライナ１００ａを成形すると同時に分割ライナ１００ａに取り付けられる。インサート成形とは、金型内に挿入した金属部分（本実施形態では口金１２０）の周りに樹脂（本実施形態では分割ライナ１００ａを構成する樹脂）を注入して金属（口金１２０）と樹脂（分割ライナ１００ａ）を一体に成形することを言う。但し、構成上、口金１２０は、別体品として、Ｏリングを装着して分割ライナ１００ａに圧入しても良い。分割ライナ１００ｂのドーム部１００ｂｄの頂部には、補強金具１４０（「金具１４０」とも呼ぶ。）が設けられている。補強金具１４０は、インサート成形により、分割ライナ１００ｂを成形すると同時に分割ライナ１００ａに取り付けられる。口金１２０が配置される位置をライナ１００の一方の端部としたときに、分割ライナ１００ｂのドーム部１００ｂｄの頂部は、ライナ１００の他方の端部に該当する。

口金１２０は、ライナ１００の内部側と外部側とを連通する連通部１２０ｏを有しており、連通部１２０ｏを貫通するように、シャフト１５０が挿入可能である。シャフト１５０の先端には、雄ねじ１５０ｓが切られており、補強金具１４０と係合可能である。シャフト１５０の他端は、モータ２００に接続されている。ライナ１００の外側には、繊維強化プラスチック層１１０が形成されている。繊維強化プラスチック層１１０は、ライナ１００に、エポキシなどの樹脂をしみ込ませた炭素繊維を巻き、熱硬化させることで形成される。ライナ１００に、エポキシなどの樹脂をしみ込ませた炭素繊維を巻く工程を、「フィラメントワインディング工程」と呼ぶ。シャフト１５０は、フィラメントワインディング工程において、ライナ１００を回転させるために用いられる。

図２は、分割ライナ１００ａ、１００ｂのドーム部１００ａ、１００ｂｄの頂部近傍を拡大して示す説明図である。なお、図２では、分割ライナ１００ａ、１００ｂのストレート部１００ａｓ、１００ｂｓと、ドーム部１００ａ、１００ｂｄの頂部近傍以外を省略して記載している。口金１２０は、円筒形を有する円筒部１２０ｃ、１２０ｄと、フランジ１２０ｆと、を備える金属製の部材である。フランジ１２０ｆは、２つの円筒部１２０ｃ、１２０ｄとの間に配置されている。本実施形態では、口金１２０は、ドーム部１００ａｄの頂部に配置されている。口金１２０のフランジ１２０ｆは、ドーム部１００ａｄに埋没しており、第１の円筒部１２０ｃは、ライナ１００の外側に突出している。第１の円筒部１２０ｃの内面には、雌ねじ１２０ｓが形成されている。第１の円筒部１２０ｃの内側にある第２の円筒部１２０ｄは、ライナ１００の内側に突出している。第２の円筒部１２０ｄの内面には、凹凸のない円筒面１２０ｔが形成されている。なお、第２の円筒部１２０ｄの内面は、第１の円筒部１２０ｃの内面と同様に、雌ねじが形成されていても良い。雌ねじ１２０ｓと円筒面１２０ｔとは、連通部１２０ｏ（図１）の一部を形成する。第１の円筒部１２０ｃのフランジ１２０ｆ側、及び第２の円筒部１２０ｄは開口しており、シャフト１５０がライナ１００の外側から内側に貫通可能となっている。

補強金具１４０は、円筒形を有する円筒部１４０ｃと、円筒部１４０ｃの一方の端部に設けられたフランジ１４０ｆと、を備える金属製の部材である。補強金具１４０の円筒部１４０ｃは、フランジ１４０ｆ側が閉じている点で、口金１２０の形状と異なる。本実施形態では、補強金具１４０は、ドーム部１００ｂｄの頂部に配置されており、補強金具１４０のフランジ１４０ｆは、ドーム部１００ｂｄを形成する樹脂に埋没しており、円筒部１４０ｃは、ライナ１００の内側に突出している。本実施形態では、補強金具１４０の円筒部１４０ｃのフランジ１４０ｆ側が閉じおり、さらにドーム部１００ｂｄのフランジ１４０ｆより端部側に樹脂１００ｂｒが存在しているので、補強金具１４０は、ドーム部１００ｂｄの頂部において、ライナ１００（ドーム部１００ｂｄ）の外側に突出していない。円筒部１４０ｃの内側には、シャフトの雄ねじ１５０ｓと係合可能な係合部である雌ねじ１４０ｓが切られており、シャフト１５０の雄ねじ１５０ｓが係合するようになっている。口金１２０と円筒部１４０ｃの中心軸Ｏは一致していることが好ましい。ライナ１００に繊維強化プラスチック層１１０を形成するための繊維を巻く時には、シャフト１５０を回転させることにより、補強金具１４０及びライナ１００を回転させることができる。なお、本実施形態では、ドーム部１００ｂｄの外側に突出する口金や、補強金具は備えられていない。

本実施形態によれば、ドーム部１００ｂｄの頂部において、補強金具１４０がライナ１００の外側に突出していないため、補強金具１４０が、ライナ１００の内側から外側にまたがっておらず、補強金具１４０の外周において、ライナ１００と補強金具１４０との間をシールするためのＯリングやバックアップリングが不要である。

また、本実施形態では、補強金具１４０と、分割ライナ１００ｂとは、インサート成形により一体化されるので、補強金具１４０と、分割ライナ１００ｂを形成する樹脂との密着度を高く出来る。

本実施形態では、シャフト１５０の雄ねじ１５０ｓを、補強金具１４０の円筒部１４０ｃの内側に形成された雌ねじ１４０ｓと係合し、シャフト１５０を回転させることにより、ライナ１００を回転させ、フィラメントワインディング工程を行うことが出来る。このときのシャフト１５０の回転方向は、雄ねじ１５０ｓと雌ねじ１４０ｓとがより係合する方向である。これにより、フィラメントワインディング工程中にシャフト１５０が補強金具１４０から外れにくくできる。

変形例１：
図３は、変形例１における分割ライナのドーム部の頂部近傍を拡大して示す説明図である。本実施形態との違いは、補強金具１４０に加えて、さらに第２の補強金具１６０（「第２の金具１６０」とも呼ぶ。）を備える点である。第２の補強金具１６０は、インサート成形により、補強金具１４０と共に分割ライナ１００ｂを成形すると同時に分割ライナ１００ａに取り付けられる。第２の補強金具１６０は、円筒形を有する円筒部１６０ｃの一方の端部にフランジ１６０ｆを備える金属製の部材である。第２の補強金具１６０の円筒部１６０ｃは、フランジ１６０ｆ側が閉じている。第２の補強金具１６０は、フランジ１６０ｆが樹脂１００ｂｒを挟んで補強金具１４０のフランジ１４０ｆと向かい合うように、ドーム部１００ｂｄの頂部に配置されており、第２の補強金具１６０のフランジ１６０ｆは、ドーム部１００ｂｄを形成する樹脂に埋没しており、円筒部１６０ｃは、ライナ１００の外側に突出している。なお、口金１２０と、円筒部１４０ｃと、円筒部１６０ｃの中心軸Ｏは一致していることが好ましい。

変形例１によれば、ドーム部１００ｂｄの頂部において、補強金具１４０と、第２の補強金具１６０とが繋がっておらず、補強金具１４０と、第２の補強金具１６０との間に樹脂１００ｂｒが形成されているので、補強金具１４０が、ライナ１００の外側に突出しておらず、第２の補強金具１６５０は、ライナ１００の内側の突出していない。そのため、補強金具１４０の外周において補強金具１４０とライナ１００との間をシールするためのＯリングやバックアップリング、あるいは、第２の補強金具１６０の外周において第２の補強金具１６０とライナ１００との間をシールするためのＯリングやバックアップリングが不要である。また、円筒部１６０ｃがライナ１００の外側に突出しているので、円筒部１６０ｃを設備治具２１０により把持可能である。その結果、ライナ１００に繊維強化プラスチック層を形成するための繊維を巻く時には、シャフト１５０と、設備治具２００の両方を回転させることで、補強金具１４０と第２の補強金具１６０とライナ１００とを回転させることができる。

図３においては、円筒部１６０ｃの内面に雌ねじ１６０ｓが切られている。この雌ねじ１６０ｓは、シャフト２２０を係合するために用いられる。シャフト２２０は、設備治具２１０の代わりに、ライナ１００を回転させるために用いることが出来る。また、雌ねじ１６０ｓは、タンク１０を車載するときに、タンク１０を固定するために用いられても良い。なお、雌ねじ１６０ｓはなくても良い。

変形例２：
図４は、変形例２における分割ライナのドーム部の頂部近傍を拡大して示す説明図である。なお、図４では、分割ライナ１００ｂのドーム部１００ｂｄの頂部近傍のみを図示している。変形例２は、変形例１から補強金具１４０を省いた構成、あるいは、本実施形態の金具１４０の代わりに第２の補強金具１６０を用いた構成である。変形例２では、第２の補強金具１６０のフランジ１６０ｆの内側には、樹脂１００ｂｒがあり、第２の補強金具１６０は、ドーム部１００ｂｄの頂部において、ライナ１００の内側に突出していない。そのため、第２の補強金具１６０の外周において第２の補強金具１６０とライナ１００との間をシールするためのＯリングやバックアップリングが不要である。また、円筒部１６０ｃがライナ１００の外側に突出しているので、円筒部１６０ｃを設備治具２００により把持可能である。その結果、ライナ１００に繊維強化プラスチック層を形成するための繊維を巻く時には、設備治具２００の両方を回転させることで、第２の補強金具１６０とライナ１００とを回転させることができる。なお、変形例１と同様に、円筒部１６０ｃの内面に雌ねじ１６０ｓを切り、この雌ねじ１６０ｓにシャフト２２０を係合してライナ１００を回転させても良い。

変形例３：
本実施形態、変形例１、変形例２では、フランジ１４０ｆ、１６０ｆの表面の状態については説明していなかったが、フランジ１４０ｆ、１６０ｆの表面は、セレーションや放射方向の溝、凹凸を有していても良い。補強金具１４０、１６０と、分割ライナ１００ｂとの間の摩擦力を高め、フィラメントワインディング工程における回転トルクにより、補強金具１４０、１６０と、分割ライナ１００ｂとが滑ることを抑制できる。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…タンク
１００…ライナ
１００ａ…分割ライナ
１００ｂ…分割ライナ
１００ａｄ…ドーム部
１００ｂｄ…ドーム部
１００ｂｒ…樹脂
１００ａｓ…ストレート部
１００ｂｓ…ストレート部
１１０…繊維強化プラスチック層
１２０…口金
１２０ｃ…円筒部
１２０ｄ…円筒部
１２０ｆ…フランジ
１２０ｓ…雌ねじ
１２０ｔ…円筒面
１４０…補強金具（金具）
１４０ｃ…円筒部
１４０ｆ…フランジ
１４１…補強金具
１４１ａ、１４１ｂ…雌ねじ
１５０…シャフト
１６０…第２の補強金具（第２の金具）
１６０ｃ…円筒部
１６０ｆ…フランジ
２００…モータ
２１０…設備治具
２２０…シャフト
Ｏ…中心軸

Claims

タンクであって、
ライナと、
前記ライナの一方の端部に設けられ、シャフトが挿入可能な口金と、
前記ライナの他方の端部に設けられ、前記シャフトと係合可能な係合部を有する金具であって、前記ライナの内側には突出しているが、前記ライナの外側には突出していない金具と、
を備える、タンク。