JPH08219390A

JPH08219390A - ガスボンベおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH08219390A
Application number: JP7051774A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Yamagiwa; 昌好山極; Yasushi Iida; 靖飯田; Akihiko Kitano; 彰彦北野
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1995-02-15
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】内殻と外殻との二層構造を有するガスボンベ
において、ボンベ肩部における耐圧性を高める。【構成】ガスバリア性を有する内殻２と、内殻２を覆
うように設けた耐圧性のＦＲＰ製外殻３とを有するガス
ボンベであって、外殻３の肩部における最内層９ａ、９
ｂが、補強繊維のフープ巻層を有しているガスボンベ、
およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種のガスボンベ、特
に自動車等に搭載するのに好適なガスボンベ、およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、米国その他の諸外国で、天然ガス
を燃料とする自動車が低公害車として注目されている。
そのような自動車には、一般にＣＮＧタンク（Ｃｏｍｐ
ｒｅｓｓｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓＴａｎｋ）と
呼ばれるガスボンベが搭載される。

【０００３】そのような自動車用ガスボンベは、従来、
スチールやアルミニウム合金等の金属で作られている
が、金属製のものは重く、燃費を低下させる。加えて、
天然ガスの単位重量あたりの発熱量はガソリンの半分程
度にすぎないから、無補給で走行できる距離をガソリン
車並に高めようとするとガソリンの場合の約２倍もの天
然ガスを搭載しなければならず、これがまた車両総重量
を増大させ、燃費を低下させている。そのため、燃費向
上の一策として、ガスボンベの軽量化が検討されてい
る。

【０００４】ところで、特公平５−８８６６５号公報に
は、ガスバリア性を有するプラスチック製の内殻を、耐
圧性のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製外殻で覆って
いるガスボンベが記載されている。このガスボンベは、
本質的にプラスチックからなるものであるから金属製の
ものにくらべてかなり軽量であり、これを自動車用の天
然ガスボンベとして用いると、燃費の向上が期待でき
る。

【０００５】このようなガスボンベにおいては、耐圧性
の外殻に関して、その胴部は主として径方向の内圧を受
け、その鏡板部は主としてボンベ軸方向の内圧を受ける
ことになるが、胴部から鏡板部への遷移域である肩部に
おいては、上記両方向の内圧に対する耐圧性が要求され
る。とくに、胴部から鏡板部へと移行した直後の肩部部
位においては、径方向にかかる内圧成分が大部分を占め
るから、この部位にはとくに径方向の内圧に対する耐圧
性が要求される。

【０００６】外殻をＦＲＰで構成する場合、その胴部に
おいては、径方向の内圧に対する耐圧性を高めるため
に、補強繊維を周方向に巻いた層、いわゆるフープ巻層
が設けられ、鏡板部においては、軸方向の内圧に対する
耐圧性を高めるために、いわゆるヘリカル巻層が設けら
れる。したがって、肩部においては、通常フープ巻層が
設けられていないので、上述のような径方向内圧に対す
る耐圧性が不十分であるおそれがある。この肩部の径方
向内圧に対する耐圧性を高めるために、単に補強繊維を
周方向に巻いていこうとすると、通常、補強繊維糸、あ
るいは樹脂を含浸した補強繊維糸が滑って、所望の位置
や姿勢に巻くことが困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような問題点に着目し、ガスボンベの肩部における耐
圧性を、効果的に高めることを目的とする。

【０００８】また、本発明の他の目的は、そのようなガ
スボンベを、容易にかつ低コストで製造できるようにす
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿う本発明の
ガスボンベは、ガスバリア性を有する内殻と、該内殻を
覆うように設けた耐圧性のＦＲＰ製外殻とを有するガス
ボンベであって、前記外殻の肩部における最内層が、補
強繊維のフープ巻層を有していることを特徴とするもの
からなる。

【００１０】また、本発明に係るガスボンベの製造方法
は、ガスバリア性を有する内殻の肩部外周面上に、補強
繊維のフープ巻層を有する、補強繊維と樹脂とからなる
補強層を配置し、該補強層および内殻の周りに、耐圧性
のＦＲＰ製外殻を形成することを特徴とする方法からな
る。

【００１１】上記ガスボンベにおいては、外殻の肩部
に、補強層の機能を有する補強繊維のフープ巻層を有す
る最内層が設けられる。この補強層としての最内層は、
フィラメントワインディング法により、あるいは、一方
向性プリプレグを配することにより形成される。とくに
フィラメントワインディング法によって形成する場合に
は、内殻の肩部外周面を、周方向に延びかつ軸方向には
段差を有する段付形状に形成しておくと、周方向に巻き
付けられていく補強繊維糸、あるいは樹脂含浸補強繊維
糸の滑りを防止することができる。

【００１２】図１ないし図３は、本発明の一実施態様に
係るガスボンベを示している。図１において、ガスボン
ベ１は、ガスバリア性を有する内殻２と、この内殻２を
覆うように設けた耐圧性の外殻３とを有する。このガス
ボンベ１は、全体として胴部Ａと、それに続く鏡板部Ｂ
と、ノズル取付部４と、ボス５とを有している。ノズル
取付部４においては、ノズル取付用の口金６が、内殻２
に一体的に結合されており、その口金６にノズル７が締
結により取り付けられている。

【００１３】上記において、内殻２は、ガス漏れを防ぐ
作用をもつ。また、後述するように耐圧性の外殻を形成
するときの芯体としても作用する。

【００１４】この内殻２は、たとえばポリエチレン樹
脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール
樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂で作られている。
耐衝撃性に優れるという意味では、ＡＢＳ樹脂が好まし
い。そのような樹脂製の内殻２は、たとえば、周知のブ
ロー成形法によって製造でき、ブロー成形の際に口金６
と一体的に結合できる。複合ブロー成形法を用い、ガス
シール性に優れる、たとえばポリアミド樹脂の層を、剛
性に優れる、たとえば高密度ポリエチレン樹脂の層で挟
んだ多層構造とすることもできる。また、内殻２は、Ｆ
ＲＰで作られていてもよい。そのようなＦＲＰ製の内殻
２は、たとえば、後述するような、外殻３に用いる補強
繊維の、繊維長２〜１０ｍｍ程度の短繊維を含む樹脂を
射出成形することによって製造することができる。さら
に、内殻２は金属、たとえば薄いアルミニウム合金やマ
グネシウム合金等の軽合金から構成されていてもよい。

【００１５】内殻２は、上述したようにガス漏れを防ぐ
作用をもっている。かかる作用を向上させるために、内
表面および／または外表面にガスバリア層を形成するの
も好ましい。たとえば、ブロー成形に際して吹込ガスと
してフッ素を含む窒素ガスを用いると、内殻２の内表面
にフッ素樹脂の被膜からなるガスバリア層を形成するこ
とができる。また、外表面に銅、ニッケル、クロム等の
金属のメッキ被膜を形成してガスバリア層とすることも
できる。金属メッキ被膜の形成は、電解メッキ法や無電
解メッキ法によることができる。内殻２を複合ブロー成
形法によって製造する場合、内側にガスバリア性に優れ
たポリアミド樹脂等の層を配し、外側に、易メッキ性
の、たとえばＡＢＳ樹脂の層を配して金属メッキ被膜の
成形を容易にすることもできる。

【００１６】内殻には、また、その内面に２．５〜５ｃ
ｍ程度の間隔で周方向に延びるリング状のリブを設ける
ことができる。そのような内殻は、たとえば、リブ付の
プラスチック製の半割の内殻を作り、それらを接合、一
体化することによって得ることができる。このリブは、
内殻の強度を向上させ、後述するＦＲＰの外殻の形成時
における内殻の変形を防ぎ、外殻を形成するＦＲＰ層の
補強繊維の蛇行や偏在による外殻の強度低下や強度のば
らつき、ひいては耐圧性能の低下を防ぐのに役立つ。

【００１７】再び図１を参照するに、本実施態様では、
内殻２の胴部Ａの外周には、後述する補強繊維糸をフー
プ巻したり、そのような補強繊維糸の織物等と樹脂とを
複合してなるＦＲＰ製の補強層８が形成されている。も
っとも、この発明においては、内殻２の胴部外周に補強
層８を有することが必須ではない。

【００１８】一方、外殻３は、耐圧性能をもたせると同
時に、ガスボンベ１全体の軽量化をはかるという観点か
ら、ＦＲＰで構成されている。そのようなＦＲＰ製の外
殻３は、上述した内殻２を、いわゆるマンドレルとし
て、その周りに周知のフィラメントワインディング法や
テープワインディング法によって樹脂を含む補強繊維糸
の巻層を形成し、成形することによって構成することが
できる。このとき、補強層８がある場合にはその表面を
も含めた内殻２の外表面を平均高さが１０〜２００μｍ
程度の粗面に形成しておくと、ワインディング時におけ
る補強繊維糸の滑りを防止でき、補強繊維の分布の乱れ
を少なくできるので好ましい。

【００１９】補強繊維糸としては、炭素繊維糸やガラス
繊維糸、有機高弾性率繊維（たとえばポリアラミド繊
維）等の高強度、高弾性率繊維糸の少なくとも１種を用
いることができる。これらの補強繊維糸は、屈曲による
応力集中を小さくし、ボイドの発生を少なくすることが
できるという意味で、開繊性に優れる無撚繊維糸である
のが好ましい。そして、そのような補強繊維糸のなかで
も、比強度、比弾性率に優れ、ワインディング時におけ
る糸切れや毛羽の発生がほとんどなく、生産性の向上は
もとより、糸の継目や毛羽の混入による強度特性の低下
や耐衝撃性能の低下を防止できるようになる、炭素繊維
糸が好ましい。

【００２０】また、樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール
樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリアミド樹脂、ポリエチレ
ンテレフタレート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルケト
ン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ−４−
メチルペンテン−１樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可
塑性樹脂を用いることができる。

【００２１】再び図１を参照するとともに図２および図
３を参照して説明する。図２に示すように、外殻３の肩
部３ａにおける最内層９ａが、補強繊維のフープ巻層
（実質的に周方向に補強繊維が巻かれた層）を有する層
に形成されている。本実施態様においては、最内層９ａ
は、フィラメントワインディング法によって成形された
ＦＲＰ層からなっている。本実施態様では、内殻２の胴
部外周上に補強層８が設けられているので、上記最内層
９ａは、丁度補強層８の端部から始まり、鏡板部Ｂの途
中まで延びるように形成されている。この最内層９ａの
フープ巻層の形成は、補強層８をフィラメントワインデ
ィング法により形成する際に、その延長層として形成し
てもよく、別個に形成してもよい。この最内層９ａもま
た、肩部における補強層、すなわち周方向に高張力を発
揮し、径方向の内圧に対して高い耐圧性を発揮できる補
強層として機能する。

【００２２】本実施態様においては、内殻２の肩部外周
面に、周方向に延びかつ軸方向には段差を有する段付形
状部１０ａが形成されている。この段付形状部１０ａ
は、前記最内層９ａに対応する位置に形成されればよ
い。各段付形状の段差ａと幅ｂについては、たとえば、
ａが０．５〜２ｍｍ、ｂが１〜５ｍｍ程度が適当であ
る。

【００２３】このような段付形状部１０ａを設けること
により、最内層９ａをフィラメントワインディング法に
よって形成する際、補強繊維糸あるいは樹脂含浸補強繊
維糸の滑りを防止することができ、所望のフープ巻層が
所望の位置に精度よく形成される。この最内層９ａの上
に外殻３の最内層９ａ以外の部分が形成されている。こ
の外殻３も、ＦＲＰで形成されることが望ましい。

【００２４】本実施態様では、ボス５側の肩部３ｂにつ
いても、実質的に同一の構成とされている。すなわち、
図３に示すように、外殻３の最内層として補強繊維のフ
ープ巻層を有する層９ｂが設けられ、その上に外殻３の
他の部分が形成されている。内殻２の肩部には、上記同
様の段付形状部１０ｂが形成されている。

【００２５】本発明に係るガスボンベの製造方法におい
ては、たとえば内殻２がプラスチック製である場合、ま
ず、内殻２のブロー成形時に、成形される内殻２と口金
６とが一体的に結合される。内殻２が成形された後に、
内殻２を覆うように耐圧性の外殻３が形成されるが、ま
ず、肩部補強層としての最内層９ａ、９ｂ、あるいはそ
れらに加えて胴部補強層８が形成される。この最内層９
ａ、９ｂの形成は、内殻２を、芯体、すなわち、いわゆ
るマンドレルとして、公知のフィラメントワインディン
グ法やテープワインディング法により形成できる。とく
にフィラメントワインディング法による場合、内殻２の
肩部外周面に設けた段付形状部１０ａ、１０ｂにより、
巻き付けられていく補強繊維糸、あるいは樹脂含浸補強
繊維糸の滑りが防止される。

【００２６】最内層９ａ、９ｂ形成後に、外殻３の残り
の部分が形成される。外殻３がＦＲＰからなる場合、残
りの部分もフィラメントワインディング法テープワイン
ディング法によって形成することができる。

【００２７】このように成形された外殻３は、その肩部
において、その最内層が、補強繊維のフープ巻層を有す
る層から構成されるので、肩部においても効率よく、高
い周方向張力を発揮でき、径方向内圧に対しての耐圧性
が効果的に高められる。

【００２８】図４は、別の実施態様を示している。な
お、図４においては口金６側の肩部のみを示している
が、ボス５側の肩部にも同様の構造が採用されている。
本実施態様においては、外殻３の肩部の最内層２１が、
一方向性プリプレグから形成されている。すなわち、一
方向性プリプレグを肩部の所定の位置に、補強繊維糸の
配列方向を周方向に向けて配置し、仮固定した状態に
て、その上に外殻３の残りの部分が形成される。予めシ
ート状に成形された一方向性プリプレグを配置するの
で、図２や図３に示したような内殻肩部の段付形状は必
ずしも必要ではない。

【００２９】このような構成においても、最内層２１は
補強繊維のフープ巻層を有することになるので、外殻３
の肩部、ひいてはガスボンベの肩部の径方向内圧に対す
る耐圧性が効果的に高められる。また、予め成形された
一方向性プリプレグを所定位置に配置するだけでよいか
ら、外殻３全体として極めて容易に形成できる。

【００３０】なお、本発明に係るガスボンベに充填され
るガスの種類としては、特に限定されず、前述の如き天
然ガスの他、窒素や酸素、ヘリウムガス等が挙げられ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスボン
ベによるときは、外殻肩部の最内層として補強繊維のフ
ープ巻層を有する補強層を設けたので、この部分におけ
る径方向内圧に対する耐圧性が効果的に高められる。

【００３２】また、本発明に係るガスボンベの製造方法
によるときは、上記外殻肩部最内層を、フィラメントワ
インディング法や、一方向性プリプレグを用いて形成で
きるので、容易に、かつ、低コストで所望のガスボンベ
を製造できる。また、内殻肩部外周面を段付形状にして
おけば、上記最内層形成の際の滑りを防止でき、製造の
一層の容易化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係るガスボンベの縦断面
図である。

【図２】図１のガスボンベの一方の肩部の拡大部分縦断
面図である。

【図３】図１のガスボンベの他方の肩部の拡大部分縦断
面図である。

【図４】本発明の別の実施態様に係るガスボンベの部分
縦断面図である。

【符号の説明】

１ガスボンベ２内殻３外殻３ａ、３ｂ外殻の肩部４ノズル取付部５ボス６ノズル取付用口金７ノズル８胴部の補強層９ａ、９ｂ、２１最内層１０ａ、１０ｂ段付形状部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスバリア性を有する内殻と、該内殻を
覆うように設けた耐圧性のＦＲＰ製外殻とを有するガス
ボンベであって、前記外殻の肩部における最内層が、補
強繊維のフープ巻層を有していることを特徴とするガス
ボンベ。
【請求項２】前記最内層が、フィラメントワインディ
ング法により形成されている、請求項１のガスボンベ。
【請求項３】前記内殻の肩部外周面が、周方向に延び
かつ軸方向に段差を有する段付形状に形成されている、
請求項１または２のガスボンベ。
【請求項４】ガスバリア性を有する内殻の肩部外周面
上に、補強繊維のフープ巻層を有する、補強繊維と樹脂
とからなる補強層を配置し、該補強層および内殻の周り
に、耐圧性のＦＲＰ製外殻を形成することを特徴とす
る、ガスボンベの製造方法。
【請求項５】前記補強層をフィラメントワインディン
グ法により形成する、請求項４のガスボンベの製造方
法。
【請求項６】前記補強層が、フィラメントワインディ
ング法により内殻の胴部外周面上に形成される外殻の最
内層の延長層として形成される、請求項５のガスボンベ
の製造方法。