JP7124450B2 - 高圧ガスタンク - Google Patents

Description

本発明は、高圧ガスタンクに関するものである。

高圧ガスタンクは、樹脂製容器或いは薄肉の金属製容器を用いたライナーの軸方向の端部に口金を装着し、口金が装着されたライナーの外周を繊維強化樹脂（Fiber Reinforced Plastics）による補強層で被覆することにより、構成されている。繊維強化樹脂による補強層の形成には、フィラメント・ワインディング法（以下、「ＦＷ法」とも呼ぶ）が用いられる。ＦＷ法では、ライナーの外周にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束を巻き付けて、未硬化状態の繊維強化樹脂層を積層形成し、熱硬化性樹脂を熱硬化させて、複数の繊維強化樹脂層が積層された補強層が形成される。各繊維強化樹脂層は、繊維束の巻き付けの条件（例えば、ライナーの軸に対する巻き付けの角度）に応じて形成される。

ライナーは、一般に、略円筒形状のシリンダー部の両端に、外部配管との接続部である口金部などが設けられた略凸曲面形状のドーム部を有する。特に、このドーム部上に位置する各繊維強化樹脂層の端部の繊維束が折り返される位置（以下では、「折り返し端部」とも呼ぶ）では、補強層の厚さ方向に凹凸（「屈曲」とも呼ぶ）が発生して、補強層の強度が低下する可能性がある。この問題は、例えば、特許文献１に記載されたライナーのように、補強層の各繊維強化樹脂層の端部に対応する位置に段差が形成されたライナーを用いることで、上記凹凸の発生を抑制することが知られている。

特開２０１７－１０６６１４号公報

しかしながら、ライナーに形成された段差（凹凸）の部分には、ライナーの膨張収縮等に起因した応力の集中が発生し、これにより発生するライナーの破損によって高圧ガスタンクに貯蔵されたガスの漏洩を招く可能性があった。このため、段差が形成されたライナーでは、補強層の凹凸の抑制することは可能であるが、高圧ガスタンクの強度の低下を抑制する点で不十分であった。

本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
高圧ガスタンクであって、
中空容器をなすライナーの軸方向の端部に口金が装着されたタンク容器と、
前記タンク容器の外周に積層された複数の繊維強化樹脂層で構成された補強層と、
前記タンク容器と前記補強層との間に配置されるスペーサであって、前記複数の繊維強化樹脂層のうち前記スペーサと接する繊維強化樹脂層の端部の位置において前記複数の繊維強化樹脂層の積層方向についての厚さが極大となる部分を有する断面形状を有するスペーサと、
を備える、高圧ガスタンク。

（１）本発明の一形態によれば、高圧ガスタンクが提供される。この高圧ガスタンクは；中空容器をなすライナーの軸方向の端部に口金が装着されたタンク容器と；前記タンク容器の外周に積層された複数の繊維強化樹脂層で構成された補強層と；前記タンク容器と前記補強層との間に配置され、前記繊維強化樹脂層の端部において、前記繊維強化樹脂層の積層方向の厚さが極大となる断面形状を有するスペーサと；を備える。
この形態の高圧ガスタンクによれば、課題で説明した段差が形成されたライナーを用いることなく、スペーサによって、繊維強化樹脂層の端部において補強層の厚さ方向（繊維強化樹脂層の積層方向）に発生する補強層の凹凸（屈曲）を抑制することができ、補強層への応力集中の発生を抑制することができる。そして、補強層の破損を抑制することができ、また、課題で説明したライナーの破損によるガスの漏洩を抑制することができる。
（２）上記形態の高圧ガスタンクにおいて、前記スペーサは、前記スペーサが配置された前記タンク容器の前記ライナーあるいは前記口金よりもヤング率が小さいとしてもよい。
この形態の高圧ガスタンクによれば、スペーサのヤング率が、スペーサが配置されている位置が、ライナー上である場合にはライナーよりも小さく、口金上である場合には口金よりも小さいので、スペーサの段差に発生する応力集中に対してスペーサが弾性変形することによってスペーサの破損を抑制することができる。また、仮にスペーサに破損が発生したとしても、補強層の破損を抑制することができ、また、課題で説明したライナーの破損によるガスの漏洩を抑制することができる。
（３）上記形態の高圧ガスタンクにおいて、前記スペーサは、複数の前記繊維強化樹脂層の端部に対応する位置に配置される複数の部位であって、前記繊維強化樹脂層の積層方向の厚さが極大と断面形状を有する複数の部位が一体成形された構造を有するとしてもよい。
この形態の高圧ガスタンクによれば、複数の繊維強化樹脂層の端部において補強層の厚さ方向（繊維強化樹脂層の積層方向）に発生する凹凸（屈曲）を抑制するためには、それぞれの位置に複数のスペーサを配置することでも対応可能であるが、複数のスペーサの配置ずれが起きやすい。これに対して、一体成形されたスペーサを用いれば、配置ずれの問題を抑制することができる。
なお、本明細書に開示される技術は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、高圧ガスタンクや高圧ガスタンクの製造方法等の形態で実現することができる。

本発明の高圧ガスタンクの一例を示す説明図である。 補強層を形成するためのＦＷ法を説明するための模式図である。 補強層を形成するためのＦＷ法を説明するための模式図である。 補強層を形成するためのＦＷ法を説明するための模式図である。 高角度のヘリカル巻きによるドーム部における繊維巻き付けの様子を模式的に示す説明図である。 低角度のヘリカル巻きによるドーム部における繊維巻き付けの様子を模式的に示す説明図である。 ドーム部に配置されたスペーサを模式的に示す平面図である。 ドーム部に配置されたスペーサを模式的に示す断面図である。 比較例としてスペーサが配置されていない状態で形成された補強層を示す説明図である。 繊維強化樹脂層の端部を拡大して示す説明図である。 スペーサを用いた場合の補強層の製造工程を示す説明図である。 図９に示した補強層の各層を移動させた状態の一例を示す説明図である。 ドーム部をその頂上方向から見て折り返し位置で折り返してヘリカル巻きされた繊維束の厚さ算出の様子を示す説明図である。 ドーム部をその頂上方向から見て折り返し位置で折り返してヘリカル巻きされた繊維束の厚さ算出の様子を示す説明図である。 ２分割された部分で構成されたスペーサを模式的に示す説明図である。

Ａ．高圧ガスタンクの構成：
図１は、本発明の高圧ガスタンクの一例を示す説明図である。図１において、上半分は断面図であり、下半分は正面図である。また、図１において、高圧ガスタンク１０の中心軸ＡＸは二点鎖線で示されている。高圧ガスタンク１０は、例えば、車載用の燃料電池システムに用いる燃料ガスとしての水素を貯蔵するために利用される。

高圧ガスタンク１０は、ライナー１１０と、口金１２０，１３０と、補強層１４０と、を備える。ライナー１１０は、ポリアミド樹脂等の水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂製の中空容器である。ライナー１１０は、中心軸ＡＸに沿った方向（以下、「長手方向」とも呼ぶ）の両端近傍が、曲面形状に形成されている。ライナー１１０は、複数の樹脂性のパーツ、本例では、長手方向の中央部の円筒形状の部分であるシリンダー部１１１、および、シリンダー部１１１の長手方向の両端に設けられ、等張力曲面によって形成されているドーム部１１２，１１３、の３つのパーツから構成されている。シリンダー部１１１とドーム部１１２，１１３とは、熱溶着によって接合されている。

ドーム部１１２，１１３には、中心軸ＡＸを中心として、外部配管との接続部である口金１２０，１３０が装着されている。ライナー１１０に口金１２０，１３０が装着された構成を「タンク容器１００」とも呼ぶ。

補強層１４０は、タンク容器１００の外表面上に形成されている。補強層１４０とタンク容器１００との間には、後述するように、スペーサ１５０，１６０が設けられている。補強層１４０は、以下で説明するＦＷ法を用いて、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を予め含浸させた繊維あるいは繊維束、本例では繊維束をタンク容器１００に複数の層状に巻き付けた後、熱硬化性樹脂を加熱により硬化させることによって形成される。

図２～図４は、補強層１４０を形成するためのＦＷ法を説明するための模式図である。ＦＷ法を用いた高圧ガスタンクの製造工程では、タンク容器１００の外周に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を予め含浸させた繊維束（例えば、カーボン繊維束）２０を巻き付けて、熱硬化生樹脂を熱硬化させることにより補強層を形成し、タンク容器１００の強度を向上させる。ここで、繊維束２０のタンク容器１００への巻き付けは、ライナーの略円筒状のシリンダー部１１１においてはフープ巻きとされ、シリンダー部両端のドーム部１１２，１１３においては、その折り返し位置に応じた角度のヘリカル巻きとされている。補強層１４０は、繊維束２０の巻き付け方を変えた複数の繊維巻層が積層されることで未硬化状態の繊維強化樹脂層が積層され、熱硬化性樹脂が熱硬化されて複数の繊維強化樹脂層が多層的に積層されて形成される。

図２に示すように、シリンダー部１１１においては、フープ巻きをシリンダー部両端で折り返しつつ繰り返すことで、補強用の繊維巻層を形成する。つまり、タンク容器１００を中心軸ＡＸの回りで回転させつつ、繊維束２０のリール２５を中心軸ＡＸに沿って所定速度で往復動させることで、補強用の繊維巻層が形成される。このフープ巻きは、繊維束２０を、シリンダー部１１１の中心軸ＡＸに対してほぼ垂直に近い巻き角度（繊維角α０）となるよう、ライナー回転速度とリール２５の往復動速度を調整した上で、中心軸ＡＸ方向に沿ってリール２５を往復移動させて、繊維束２０をシリンダー部１１１に巻き付けていく巻き付け方法である。なお、このフープ巻きによって形成される繊維巻層を以後、フープ層と呼ぶ。フープ層は、シリンダー部１１１の全体に渡って形成され、シリンダー部１１１における補強を担う。

シリンダー部１１１のフープ層の形成に続き、図３に示す高角度のヘリカル巻きと、図４に示す低角度のヘリカル巻きとを繰り返し行うことで、ドーム部１１２，１１３に補強用の繊維巻層を形成する。図３に示す高角度のヘリカル巻きでは、フープ層の上とシリンダー部１１１から繋がったドーム部１１２，１１３の周縁側領域とを繊維巻対象とし、タンク容器１００を中心軸ＡＸの回りで回転させつつ、リール２５から延びた繊維束２０を中心軸ＡＸに対して高角度の繊維角αＨＨで交差させた状態を保持し、ライナー回転速度とリール２５の往復動速度を調整する。その上で、中心軸ＡＸ方向に沿ってリール２５を往復移動させて、繊維束２０を螺旋状に巻き付けていく巻き付け方法である。この場合、両側のドーム部１１２，１１３では、リール２５の往路・復路の切換に伴って繊維束の巻き付け方向が折り返されると共に、中心軸ＡＸからの折り返し位置も調整される。ドーム部１１２，１１３における巻き付け方向の折り返しを何度も繰り返すことにより、タンク容器１００の外表面には、高角度の繊維角αＨＨで繊維束２０が網目状に張り渡された繊維巻層が形成される。この高角度（繊維角αＨＨ）のヘリカル巻きによって形成される繊維巻層を以後、「高角度ヘリカル層」とも呼ぶ。

図４に示す低角度のヘリカル巻きでは、フープ層および高角度ヘリカル層の上と口金１２０，１３０の回りのドーム部１１２，１１３の頂上領域とを繊維巻対象とし、タンク容器１００を中心軸ＡＸの回りで回転させつつ、リール２５から延びた繊維束２０を中心軸ＡＸに対して低角度の繊維角αＬＨで交差させた状態を保持し、ライナー回転速度とリール２５の往復動速度を調整する。その上で、中心軸ＡＸ方向に沿ってリール２５を往復移動させて、繊維束２０を螺旋状に巻き付けていく巻き付け方法である。この場合、両側のドーム部１１２，１１３では、リール２５の往路・復路の切換に伴って繊維の巻き付け方向が折り返されると共に、中心軸ＡＸからの折り返し位置も調整される。ドーム部１１２，１１３における巻き付け方向の折り返しを何度も繰り返すことにより、タンク容器１００の外表面には、低角度の繊維角αＬＨで繊維束２０が網目状に張り渡された繊維巻層が形成される。この低角度（繊維角αＬＨ）のヘリカル巻きによって形成される繊維巻層を以後、「低角度ヘリカル層」とも呼ぶ。この繊維角αＬＨは、シリンダー部１１１において繊維束２０が１周する前にドーム部１１２，１１３において巻き付け方向を折り返すこととなる程度の比較的小さい繊維角に設定される。上記した高角度ヘリカル層および低角度ヘリカル層は、主にドーム部１１２，１１３における補強を担う。

図５は高角度のヘリカル巻きによるドーム部１１２における繊維巻き付けの様子を模式的に示す説明図である。図６は低角度のヘリカル巻きによるドーム部１１２における繊維巻き付けの様子を模式的に示す説明図である。図５，図６にはそれぞれ、中心軸ＡＸ方向に沿って見たときのドーム部１１２が図示されており、図５のドーム部１１２には高角度ヘリカル層が形成され、図６のドーム部１１２には低角度ヘリカル層が形成されている。なお、図５，６では、図示を容易にするため、繊維束２０を糸状で示しているが、実際に巻き付けられているのは繊維束である。このため、ドーム部１１２，１１３では、繊維束が束の状態のままでドーム外表面に帯状に重なり、ドーム外表面が繊維束で覆われるように巻かれる。

なお、「繊維束の折り返し位置」は、具体的には、ドーム部１１２，１１３上において繊維束２０が描く曲線上の頂点の位置を意味する。高角度および低角度のヘリカル巻きを行う際に、繊維束２０の折り返し位置は、図５，図６に示すように、ドーム部１１２，１１３において半径Ｒｘの円周上に位置する。なお、Ｒｘは、ドーム部１１２，１１３の中心（中心軸ＡＸ）から繊維束２０の折り返し位置までの距離であり、Ｒ０は、シリンダー部１１１の半径である。

図７は、ドーム部１１２に配置されたスペーサ１５０模式的に示す平面図である。なお、図７は、図示を容易にするため、補強層１４０を省略して示している。図８は、ドーム部１１２に配置されたスペーサ１５０の中心軸ＡＸに沿った断面を模式的に示す断面図である。

スペーサ１５０は、図７に示すように、口金１２０の中心軸ＡＸに沿ったボス部１２２の外周に設けられたフランジ部１２４上に配置されており、中心軸ＡＸ方向に沿って見たときに、略ドーナツ状（環状）の円板形状を有している。また、スペーサ１５０は、図７，図８に示すように、中心軸ＡＸを中心とする周方向に沿って、外周端から順に設けられた段差部１５２ａ、段差部１５２ｂ、および段差部１５２ｃを有している。各段差部１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃは、それぞれ、外周側から内周側に向けて高さが高くなる部分を有する断面形状であり、繊維強化樹脂層の積層方向の厚さが極大となるような断面形状を有している。この断面形状については後述する。なお、「極大」とは、スペーサの厚さの微分値の符号が＋から－となることを意味している。

第１段差部１５２ａは、図８に示すように、補強層１４０を構成する複数の繊維強化樹脂層のうち、最下層の繊維強化樹脂層１４２ａの厚さが薄くなる端部１４２ａｅを補強層１４０の上層側（繊維強化樹脂層の積層方向）に向けて持ち上げている。同様に、第２段差部１５２ｂも、下から２層目の繊維強化樹脂層１４２ｂの厚さが薄くなる端部１４２ｂｅを補強層１４０の上層側に向けて持ち上げ、第３段差部１５２ｃも、下から３層目の繊維強化樹脂層１４２ｃの厚さが薄くなる端部１４２ｃｅを補強層１４０の上層側に向けて持ち上げている。

図９は、比較例としてスペーサ１５０が配置されていない状態で形成された補強層１４０を示す説明図である。図９は、図８と同様の断面を模式的に示している。スペーサ１５０が配置されていない場合、繊維強化樹脂層１４２ａの端部１４２ａｅ、繊維強化樹脂層１４２ｂの端部１４２ｂｅ、および、繊維強化樹脂層１４２ｃの端部１４２ｃｅが持ち上げられない。このため、端部１４２ａｅ，１４２ｂｅ，１４２ｃｅの薄くなった厚さの影響が、それぞれの上層に配置された繊維強化樹脂層に伝播し、形成された補強層１４０において繊維強化樹脂層の積層方向に凹凸（破線枠で示す）が発生する。この凹凸は、タンク容器１００の膨張収縮等によって補強層１４０に加わった応力の集中を招き、補強層１４０の強度の低下を招く。

図１０は、繊維強化樹脂層１４２ａの端部１４２ａｅを拡大して示す説明図である。上述したように、繊維強化樹脂層１４２ａは、設定された繊維角のヘリカル巻きによって巻き付けられた繊維束が重なり合って形成されており、その端部１４２ａｅの端縁では、繊維束の重なりが少なくなり、厚さが薄くなる。これは、他の繊維強化樹脂層１４２ｂ～１４２ｆにおいても同様である。なお、繊維強化樹脂層の端部は、繊維束の折り返し位置が周方向に沿って配置されている位置（以下、「折り返し端部」とも呼ぶ）である。

図１１は、スペーサ１５０を用いた場合の補強層１４０の製造工程を示す説明図である。図８に示した下層側の３つの繊維強化樹脂層１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの端部１４２ａｅ，１４２ｂｅ，１４２ｃｅに対応する口金１２０の位置に段差部１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃが設置されるように、スペーサ１５０を配置する。そして、繊維強化樹脂層１４２ａ～１４２ｆに対応するヘリカル層を順に形成し（図４参照）、熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより、繊維強化樹脂層１４２ａ～１４２ｆを含む補強層１４０を形成する。

これにより、図９に示した下層側の３つの繊維強化樹脂層１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃの端部１４２ａｅ，１４２ｂｅ，１４２ｃｅの薄くなった厚さを補うように、端部１４２ａｅ，１４２ｂｅ，１４２ｃｅがスペーサ１５０によって持ち上げられて形成され、図９に示した凹凸の発生が抑制される。

なお、上層側の２つの繊維強化樹脂層１４２ｄ，１４２ｅは、本例では、フランジ部１２４よりも中心軸ＡＸ方向に突出するボス部１２２の面に接する位置に端部が配置されることになるため、図９に示すように、端部が薄くなる影響がほとんどなく、スペーサが配置されていない。

以上のように、実施形態においては、スペーサ１５０を配置して、補強層１４０において図９に示したような繊維強化樹脂層の積層方向に凹凸（破線枠で示す）が発生することを抑制することができる。これにより、補強層１４０への応力の集中を抑制して補強層１４０の強度の低下を抑制し、高圧ガスタンク１０（図１参照）の強度の低下を抑制することができる。また、課題で説明したような段差付ライナーを用いていないので、ライナーの段差部に応力が集中してライナーが破損し、ガスの漏洩を招くことを抑制することができる。

なお、図示および説明を省略するが、ドーム部１１３側におけるスペーサ１６０および補強層１４０も、ドーム部１１２側におけるスペーサ１５０および補強層１４０と同様である。

Ｂ．スペーサ形状の求め方：
＜例１＞
スペーサ１５０の形状は、以下で説明するように求めることができる。すなわち、図９に示した補強層１４０の凹凸（破線枠で示す）が無くなるように、補強層１４０の内側の層から各層の厚さを保ったまま矢印で示した方向(積層方向の外層側）に各層を実際に移動させる。

図１２は、図９に示した補強層１４０の各層を移動させた状態の一例を示す説明図である。上記のように補強層１４０の各層を移動させることにより、図１２に示すように、口金１２０と補強層１４０との間に隙間ＳＰが発生する。この隙間ＳＰが口金１２０と補強層１４０との間に配置するスペーサ１５０の形状に相当する。従って、この隙間ＳＰの寸法を計測することで、スペーサ１５０の形状を求めることができる。

また、図示および説明は省略するが、スペーサ１６０の形状もスペーサ１５０と同様に求めることができる。

＜例２＞
また、スペーサ１５０の形状は、以下で説明する別の方法によって求めることもできる。

図１３および図１４はドーム部１１２をその頂上方向から見て折り返し位置Ｒｘで折り返してヘリカル巻きされた繊維束ＦＬＨ（繊維束２０）の厚さ算出の様子を示す説明図である。なお、Ｒｘは、ドーム部１１２の中心（中心軸ＡＸ）から繊維束ＦＬＨの折り返し位置までの距離を示している。図示するようにドーム部１１２をその頂上方向から見ることで、繊維束ＦＬＨを平帯状繊維束ＦＬＨｋに投影させて、微小領域要素を得るに必要な繊維束ＦＬＨの層の厚さを幾何学的に算出できる。この場合、平帯状繊維束ＦＬＨｋは、中心軸ＡＸと垂直な平面で延びると仮定した仮想の繊維束であり、繊維束ＦＬＨと同じ幅ｗを持って中心軸ＡＸから折り返し位置Ｒｘの最小値Ｒｘｍだけ隔たった位置に、上記平面において延びた繊維束である。

そして、図１３に示すように、低角度ヘリカル層を構成する繊維束ＦＬＨの内で口金１２０のボス部１２２に近い折り返し位置Ｒｘ（Ｒｘｍ＜Ｒｘ≦Ｒｘｍ＋ｗ）で巻き付け方向を折り返しつつ重ねてヘリカル巻きされたそれぞれの繊維束ＦＬＨを、平帯状繊維束ＦＬＨｋに投影させる。図１４に示すように、低角度ヘリカル層を構成する繊維束ＦＬＨの内で口金１２０のボス部１２２から離れた折り返し位置Ｒｘ（Ｒｘｍ＋ｗ＜Ｒｘ）で、および高角度ヘリカル層を構成する繊維束ＦＬＨであって折り返し位置Ｒｘ（Ｒｘｍ＋ｗ＜Ｒｘ）で巻き付け方向を折り返しつつ重ねてヘリカル巻きされたそれぞれの繊維束ＦＬＨについてもこれを、平帯状繊維束ＦＬＨｋに投影させる。その上で、それぞれの繊維束ＦＬＨが平帯状繊維束ＦＬＨｋに投影されて重なった範囲の投影範囲に属する繊維束を、それぞれの繊維束ＦＬＨと仮定する。

このように仮定することで、Ｒｘｍ＜Ｒｘ≦Ｒｘｍ＋ｗを満たす折り返し位置Ｒｘでヘリカル巻きされたそれぞれの繊維束ＦＬＨは、図１３に示す繊維束角度範囲ＦＥＬに亘る投影範囲に属する繊維束となり、この繊維束角度範囲ＦＥＬは繊維束ＦＬＨの存在長さを示し、次の式１で表される。

この式１において、Ｒｘはヘリカル巻きの際の折り返し位置を示し、この折り返し位置Ｒｘで折り返された繊維束ＦＬＨの中心軸ＡＸの側の幅方向端部が位置する当該中心軸からの半径となる。Ｒｘｍは既述したように折り返し位置Ｒｘの最小値である。

式１で示された繊維束角度範囲ＦＥＬは、折り返し位置Ｒｘでヘリカル巻きされた巻数（サーキット数Ｃｔ）の分だけ存在することから、式１の繊維束角度範囲ＦＥＬにサーキット数Ｃｔを乗算することで、折り返し位置Ｒｘでヘリカル巻きされた全ての繊維束ＦＬＨについての合計長を算出できる。そして、折り返し位置Ｒｘを半径とする周長さは、２π・Ｒｘであることから、上記した全ての繊維束ＦＬＨについての合計長をこの２π・Ｒｘで除算することで、折り返し位置Ｒｘでヘリカル巻きされた繊維束ＦＬＨが平均的にどれだけの繊維束の分だけ重なっているかが算出できる。その上で、シリンダー部１１１では、フープ層の各層において繊維束ＦＬＨが折り重ならないよう当該繊維束がフープ巻きされているために、シリンダー部１１１における繊維束ＦＬＨの１束分の層厚ｈ０はフープ層の各層において同じであることを想定すると、折り返し位置Ｒｘでヘリカル巻きされた繊維束角度範囲ＦＥＬにおける繊維束ＦＬＨの層厚ｈｘは、ＦＷ法による繊維巻回の関係から、次の式２で表される。

その一方、Ｒｘｍ＋ｗ＜Ｒｘを満たす折り返し位置Ｒｘでヘリカル巻きされたそれぞれの繊維束ＦＬＨは、その折り返し位置Ｒｘにおいて平帯状繊維束ＦＬＨｋに投影されないことから、図１４に示すように左右に分かれた二つの繊維束角度範囲ＦＥＬに亘る投影範囲に属する繊維束となり、この繊維束角度範囲ＦＥＬは繊維束ＦＬＨの存在長さを示し、次の式３で表される。

式３で示された繊維束角度範囲ＦＥＬにあっても、折り返し位置Ｒｘでヘリカル巻きされた巻数（サーキット数Ｃｔ）の分だけ存在することから、式２の場合と同様にして、折り返し位置Ｒｘ（Ｒｘｍ＋ｗ＜Ｒｘ）でヘリカル巻きされた繊維束角度範囲ＦＥＬにおける繊維束ＦＬＨの層厚ｈｘは、次の式４で表される。

式３，式４を用いれば、繊維束の折り返し位置Ｒｘにおける層厚ｈｘを算出することができるので、これを解析することにより、繊維強化樹脂層の端部においてスペーサ１５０を用いて繊維強化樹脂層の積層方向の凹凸を補うための厚さを算出することができ、スペーサ１５０の形状を求めることができる。

また、図示および説明は省略するが、スペーサ１６０の形状もスペーサ１５０と同様に求めることができる。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）上記実施形態で示したスペーサ１５０の形状および配置位置は一例であって、これに限定されるものではなく、積層される繊維強化樹脂層の層数や端部位置に応じて適宜適切な形状および配置位置に設定されることが好ましい。

（Ｃ２）上記実施形態では、スペーサ１５０の部材について特に説明をしていないが、以下のようにすることが好ましい。スペーサがライナー上に配置される場合には、例えば、ポリアミド樹脂部材を用いたライナーに対して、ゴム部材を用いたスペーサが好ましい。また、スペーサが口金上に配置される場合には、例えば、アルミ部材を用いた口金に対して、ゴム部材やポリアミド樹脂部材を用いたスペーサが好ましい。すなわち、スペーサが配置される部位の部材に比べて、ヤング率が小さい部材を用いたスペーサであること好ましい。このようにすれば、スペーサの段差に発生する応力集中に対してスペーサが弾性変形することによってスペーサの破損を抑制することができる。また、仮にスペーサに破損が発生したとしても、補強層の破損を抑制することができ、また、課題で説明したライナーの破損によるガスの漏洩を抑制することができる。

（Ｃ３）実施形態のスペーサ１５０（図７）は、繊維強化樹脂層１４２ａ，１４２ｂ，１４３ｃの端部１４２ａｅ，１４２ｂｅ，１４３ｃｅに対応する位置に配置される部位である段差部１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ（図８）が一体成形された構造を有している。しかしながら、これに限定されるものではなく、それぞれの部位を含む別々のスペーサを用いるようにしてもよい。但し、実施形態のスペーサ１５０のように一体成形された構造とするほうが、配置ずれの問題を抑制することができる。

（Ｃ４）図１５は、２分割された部分１５０ｐａ，１５０ｐｂで構成されたスペーサ１５０Ｂを模式的に示す説明図である。実施形態のスペーサ１５０は、図７に示すように、略ドーナツ状（環状）の円板形状を例として示されている。図７では、図示を容易にするため、口金１２０，１３０のボス部１２２を省略して示しているが、実際には、図１に示したように、先端側の外径が大きくなった形状となる場合がある。スペーサ１５０のドーナツ状の内径が、ボス部１２２の先端側の外径よりも小さい場合において、ゴム等の伸縮性の部材でスペーサ１５０が構成される場合には、略ドーナツ状の円板形状で構わない。しかしながら、ポリアミド樹脂等を用いた伸縮性がない部材でスペーサ１５０が構成される場合には、スペーサ１５０を口金１２０上に配置することが困難となる。そこで、このような場合には、図１５に示したように、スペーサ１５０（図７）を、２つの部分１５０ｐａ，１５０ｐｂに分割した構造のスペーサ１５０Ｂを用いることが好ましい。なお、分割数は２つに限定されるものではなく、特に限定はないが、分割数が多いと、製造工数が多くなるので、２～４分割程度が好ましい。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、フィラメント・ワインディング法による高圧ガスタンクの上記した強度解析を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

１０…高圧ガスタンク、２０…繊維束、２５…リール、１００…タンク容器、１１０…ライナー、１１１…シリンダー部、１１２，１１３…ドーム部、１２０，１３０…口金、１２２…ボス部、１２４…フランジ部、１４０…補強層、１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ，１４２ｅ，１４２ｆ…繊維強化樹脂層、１４２ａｅ，１４２ｂｅ，１４２ｃｅ…端部、１５０…スペーサ、１５０Ｂ…スペーサ、１５０ｐａ，１５０ｐｂ…部分、１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ…段差部、１６０…スペーサ、ＡＸ…中心軸、ＦＬＨ…繊維束、ＦＬＨｋ…平帯状繊維束、ＳＰ…隙間

Claims (1)

1. 高圧ガスタンクであって、
   中空容器をなすライナーの軸方向の端部に口金が装着されたタンク容器と、
   前記タンク容器の外周に積層された複数の繊維強化樹脂層で構成された補強層と、
   前記タンク容器と前記補強層との間に配置されるスペーサであって、前記複数の繊維強化樹脂層のうち前記スペーサと接する繊維強化樹脂層の端部の位置において前記複数の繊維強化樹脂層の積層方向についての厚さが極大となる部分を有する断面形状を有するスペーサと、
   を備える、高圧ガスタンク。

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