JPH08303693A - 繊維強化樹脂製タンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂製ライナーとその所定の位置に配置され
た口金具との間に滑りを発生させることなく、樹脂製ラ
イナーの外側面にＦＷ成形により容易にＦＲＰの樹脂層
を形成することができ、しかも、軽量で所望の強度や剛
性を備え、天然ガス自動車用のガス充填圧力容器、一般
工業用の高圧ガス容器、酸素呼吸器用のガスボンベ等の
用途に適した繊維強化樹脂製タンクを提供する。 【構成】 樹脂製ライナーの外側面に繊維強化樹脂の樹
脂層を積層したタンク本体と、このタンク本体の所定の
位置に設けられた金属製の口金具を備えた繊維強化樹脂
製タンクであり、口金具の外側面には、タンク本体の口
金具取付孔の開孔縁部に接する部分の少なくともその一
部に、タンク内方からタンク外方に向けて拡開するテー
パ面を形成すると共に、この口金具の外側面から外方に
向けて突出し、口金具取付孔の開孔縁部を形成する樹脂
製ライナーに係止する突起部を形成し、また、口金具の
フランジ部を取付孔の開孔縁部内面側に係止させた繊維
強化樹脂製タンクである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、天然ガス自動車用のガ
ス充填圧力容器、一般工業用の高圧ガス容器、酸素呼吸
器用のガスボンベ等に適した軽量で高強度な繊維強化樹
脂製タンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載する燃料ガス充填の圧力容器
や酸素呼吸器用のガスボンベ等のタンクについては、そ
の使用法から明らかなように軽量であることが望まし
い。そこで、従来は金属製のものしかなかったものが、
内側にガスシールド用の金属製ライナーを配設し、外側
には金属よりも比重が小さくて高強度な繊維強化樹脂
（ＦＲＰ）の樹脂層を配設した軽量なＦＲＰ製タンクが
開発され、更に最近になって、ガスシールド用の金属製
ライナーに代えてより比重の小さい樹脂製ライナーを用
いることによりより軽量化を図る試みも始まっている。

【０００３】例えば、天然ガス自動車用のガスボンベに
関しては、欧州特許公開第０５５０９５１号及び米国特
許第５２５３７７８号で開示されているように、樹脂製
ライナーの外側にＦＲＰをフィラメントワインディング
成形（ＦＷ成形）により積層した軽量なＦＲＰ製の圧力
容器が提案されている。

【０００４】ところで、このようなＦＲＰ製の圧力容器
においては、その所定位置に、ガス充填及び取出用のア
タッチメントを接続するための金属製プラグ（口金具）
が設けられている。これは、高圧ガスを充填する際にこ
のプラグのねじ部に高い応力が生ずるためである。

【０００５】そして、このように所定位置に口金具が設
けられるＦＲＰ製の圧力容器においては、樹脂製ライナ
ーの所定の位置に口金具を配置し、これら樹脂製ライナ
ー及び口金具の外側に樹脂を含浸させたロービングを巻
き付けてＦＲＰの樹脂層をＦＷ成形するときに、口金具
から樹脂製ライナーへ確実にトルクが伝達され、また、
多少なりともスラスト荷重に耐えられるようにすること
が必要となる。

【０００６】そこで、上述した２件の特許においては、
タンク内部に位置する口金具の端に円板状のフランジ部
を設け、このフランジ部を外側樹脂ライナーと内側樹脂
ライナーとの間に挟み込むように樹脂製ライナーを配置
し、この樹脂製ライナーとフランジ部との間の接触によ
ってトルク伝達が行われるようにされている。

【０００７】しかしながら、この方法では、口金具から
樹脂製ライナーへのトルクの伝達を確実に実現させるこ
とが難しく、ＦＷ成形の際に常にこれら両者の間で滑り
が発生する虞があり、このＦＷ成形の際に両者間で滑り
が発生すると、ワインディングしている繊維のプレース
メントが正常に行われず、所望の強度や剛性を備えた圧
力容器を成形するのが困難になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる観点
に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、
樹脂製ライナーとその所定の位置に配置された口金具と
の間に滑りを発生させることなく、これら樹脂製ライナ
ー及び口金具の外側面にＦＷ成形によりＦＲＰの樹脂層
を容易に形成することができ、これによって所望の強度
や剛性を備えた繊維強化樹脂製タンクを提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、樹
脂製ライナーの外側面に繊維強化樹脂の樹脂層を積層し
てタンク本体を構成し、このタンク本体の所定の位置に
開設した取付孔にはこの取付孔を貫通すると共に取付孔
の開孔縁部に係止するフランジ部を有する金属製の口金
具を設けた繊維強化樹脂製タンクにおいて、上記口金具
の外側面には、タンク本体の取付孔の開孔縁部に接する
部分の少なくともその一部に、タンク内方からタンク外
方に向けて拡開するテーパ面を形成すると共に、この口
金具の外側面から外方に向けて突出し、タンク本体の取
付孔の開孔縁部を形成する樹脂製ライナーに係止する突
起部を形成し、また、口金具のフランジ部を取付孔の開
孔縁部内面側に係止させた繊維強化樹脂製タンクであ
る。

【００１０】本発明において、樹脂製ライナーは、タン
クに充填される高圧ガスの種類、充填ガスの圧力、単位
時間当たりのガス許容透過量等により要求されるタンク
要求特性によっても異なるが、例えばポリエチレン、ポ
リアミド、ポリプロピレン等の樹脂やこれらの樹脂をブ
レンドしたもの等を用い、ブロー成形、射出成形等の方
法で単一層状にあるいは多層状に成形される。そして、
この樹脂製ライナーの形状や肉厚についても、タンク要
求特性によって適宜設計される。

【００１１】また、上記樹脂製ライナーの所定位置に配
設される口金具は、タンクに高圧ガスを充填するとその
内圧により内側ネジ部に高い剪断応力が発生するため、
この剪断応力に耐えることができ、しかも、ガスの充填
・供給に必要なアタッチメントが取付け可能であって、
少なくともタンク本体の所定の位置に開設した取付孔を
貫通する貫通部とこの貫通部の先端に形成されて取付孔
の開孔縁部に係止するフランジ部とを有し、タンクに充
填される高圧ガスの種類等により要求される特性によっ
ても異なるが、通常は、鉄、チタン、アルミニウム等の
金属で形成され、この口金具を中子とするインサート成
形金型を用いて、樹脂製ライナーの成形時にこの樹脂製
ライナーと一体的に固着される。

【００１２】ここで、上記口金具の外側面に形成される
テーパ面は、タンク本体に形成される取付孔の開孔縁部
に接する部分の少なくともその一部に形成されていれば
よく、好ましくは貫通部の外周面の少なくともその一部
に形成されているのがよく、また、この貫通部外周面の
全面がテーパ面に形成されていてもよい。そしてこの際
に、テーパ面は必ずしも樹脂製ライナーに接している必
要はないが、外観（美観）という観点から、好ましくは
樹脂製ライナーに接するように設計するのがよい。この
テーパ面の角度は、樹脂製ライナーの肉厚や積層される
ＦＲＰの樹脂層の肉厚を考慮して総合的に決定される
が、実用的には５〜６０°、好ましくは３０〜４５°の
範囲内がよい。このテーパ面の角度が５°より小さいと
タンク内を真空にしたときに口金具がタンク内部に落ち
込む虞があり、また、６０°を越えると樹脂製ライナー
の樹脂が充填され難くなるという問題が発生する。

【００１３】また、本発明において、口金具の外側面に
形成される突起部については、好ましくはその貫通部の
外周面の一部又は全部に形成され、所定位置に口金具が
配設された樹脂製ライナーの外側面にＦＲＰの樹脂層を
ＦＷ成形で積層する際に、口金具に作用するトルクを樹
脂製ライナーに伝達し、また、これら口金具と樹脂製ラ
イナーとの間に発生するスラスト荷重に耐えられるよう
に、その形状、数、寸法等が設計される。

【００１４】例えば、ＦＷ成形時のトルクの伝達を確実
にするためには突起部は貫通部外周面の円周方向に不連
続な突条や突起であるのがよく、また、ＦＷ成形時のス
ラスト荷重を受けるためにはその大きさに応じて突条部
の形状やその数、更には高さ、幅（貫通部軸方向の長
さ）及び円周方向長さ等の大きさをそれぞれ設定し、そ
して、この口金具を中子とするインサートブロー成形に
より樹脂製ライナーを成形する場合には、ブロー成形時
の樹脂の流動性を考慮して突起部の設計をする必要があ
り、例えば突起の高さ、幅及び円周方向長さはそれぞれ
最低０．５ｍｍ以上とし、高さ及び幅の上限は樹脂製ラ
イナーの肉厚までであり、また、円周方向長さの上限は
円周状に連続しない程度までであり、更に、各突起間の
間隔は０．５ｍｍ以上である必要がある。

【００１５】更に、口金具には好ましくはその先端に、
充填ガスの内圧によりこの口金具がタンク外部へ飛び出
さないように、タンク本体に開設した口金具の取付孔の
開孔縁部内面側に係止する円板状のフランジ部が形成さ
れている。このフランジ部の肉厚は機械加工及び軽量化
の観点から好ましくは１〜２０ｍｍであり、また、その
外径は、ガス充填圧力、タンク内径等のタンク要求特性
を総合的に考慮して適宜決定される。

【００１６】そして、本発明において、タンクの樹脂層
を形成するＦＲＰはタンク要求特性を満たすものであれ
ば何でもよく、その強化繊維としては、例えば、炭素繊
維、ガラス繊維、ボロン繊維等の無機繊維や、アラミド
繊維、ナイロン繊維等の有機繊維、更にはこれらの繊維
の２種類以上の混合物が挙げられ、また、母材である樹
脂については、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリプロピレン、ポリエ
ーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
このＦＲＰの樹脂層の肉厚についても、使用する強化繊
維の引張り強度等の繊維強化樹脂の機械的特性、更には
タンク使用時の安全率等によって適宜設計することがで
きる。

【００１７】本発明の繊維強化樹脂製タンクは、例えば
タンクの上下両端部に口金具を有するものについては、
次のような方法で製造するとができる。先ず、一対の口
金具をそれぞれ所望の形状、寸法に加工する。次に、こ
れら一対の口金具を中子とするインサートブロー成形に
よりこれらの口金具が固着された樹脂製ライナーを作製
する。次いで、樹脂製ライナーの上下両端に位置する各
口金具に支持軸を取付け、これら樹脂製ライナー及び口
金具の外側面上にＦＷ成形によりＦＲＰの樹脂層を積層
する。ＦＷ成形によりＦＲＰの樹脂層を積層する際に
は、連続繊維のロービングに液状樹脂を含浸させながら
樹脂製ライナー及び口金具の外側面に巻き付け、その後
硬化炉中で樹脂を加熱硬化させる。最後に各口金具に取
り付けた支持軸を取り外し、繊維強化樹脂製タンクを得
る。

【００１８】なお、本発明は、必ずしもタンク上下両端
部にそれぞれ口金具を有するタイプの繊維強化樹脂製タ
ンクに限られるものではなく、例えば、タンク上下端部
の何方か一方のみに口金具を有するタンク等についても
適用することができる。

【００１９】

【作用】本発明によれば、樹脂製ライナーと口金具との
間を口金具の外側面に形成した突起部で係止することに
より、ＦＲＰの樹脂層をＦＷ成形する際に、口金具に作
用するトルクを樹脂製ライナーに確実に伝達してこれら
口金具と樹脂製ライナーとの間に滑りが発生するのを確
実に防止できるほか、スラスト荷重をも確実に負荷する
ことができ、ワインディングしている繊維のプレースメ
ントを常に正常な状態で行うことができるので、所望の
強度や剛性を備えた繊維強化樹脂製タンクをＦＷ成形に
より容易に製造することができる。

【００２０】しかも、製造されたタンクには、口金具の
外側面に形成したテーパ面と突起部とが確実にタンク本
体の口金具取付孔の開孔縁部に係止し、これによってタ
ンク負圧時に口金具がタンク内に落ち込むのを確実に防
止でき、また、口金具の外側面に形成した突起部が確実
にタンク本体の口金具取付孔の開孔縁部に係止するほか
口金具に設けたフランジ部が口金具取付孔の開孔縁部内
面側に係止し、これによってタンク内の内圧により口金
具が外部に飛び出すのを確実に防止することができる。

【００２１】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づいて、本
発明を具体的に説明する。図１に本発明の実施例に係る
繊維強化樹脂製タンクＴ_e が示されている。このタンク
Ｔ_e は、樹脂製ライナー２の外側面に繊維強化樹脂の樹
脂層３を積層してなるタンク本体１と、このタンク本体
１の上端及び下端位置に開設された取付孔４にそれぞれ
取り付けられ、この取付孔４を貫通する貫通部６、この
貫通部６の先端に形成されて取付孔４の開孔縁部内面側
に係止するフランジ部７、及び、タンク本体１の外部に
露出する露出部８を有する一対の金属製の口金具５とで
構成されている。

【００２２】この実施例において、上記口金具５はアル
ミニウム材で形成されており、図２に示すように、その
中心部を露出部８から貫通部６及びフランジ部７にかけ
て貫通する雌ねじ部９が形成され、また、貫通部６の上
部にはタンク内方からタンク外方に向けて拡開するテー
パ面１０が形成されていると共にこの貫通部６の下部
（最小径の平行部分）には円周方向に４本及び軸方向に
３本の合計１２本の突条（突起部）１１ａが互いに所定
の間隔を維持して突設されている。

【００２３】また、上記タンク本体１を構成する樹脂製
ライナー２は一対の口金具５を中子とする高密度ポリエ
チレン（ＨＤＰＥ）のインサートブロー成形により成形
されており、この樹脂製ライナー２にはタンク本体１を
口金具５の貫通部６が貫通する取付孔４の開孔縁部内側
面を形成する開孔周縁部１２が延設され、この開孔周縁
部１２には口金具５の貫通部６に形成したテーパ面１０
が接するテーパ面１２ａとこの口金具５の貫通部６に突
設した１２本の突条１１ａが係止する係止部１２ｂとが
形成されている。

【００２４】そして、樹脂製ライナー２の外側面に積層
された樹脂層３は、炭素繊維を強化繊維とし、また、エ
ポキシ樹脂を母材樹脂とする炭素繊維強化エポキシ樹脂
で形成されている。この樹脂層３の積層はＦＷ成形で行
われ、先ず、上下端に設けられた一対の口金具５の雌ね
じ部９にそれぞれ支持軸を取り付け、これらの支持軸で
樹脂製ライナー２を支持し、この樹脂製ライナー２にエ
ポキシ樹脂を含浸させた炭素繊維のロービングを連続的
に巻き付け、次いで硬化炉中１００℃で１２時間加熱硬
化させて形成されている。

【００２５】この実施例の繊維強化樹脂製タンクＴ
_e は、その長手方向寸法が１２５０ｍｍであって外径寸
法が２６８ｍｍであり、樹脂製ライナー２の肉厚が概ね
１０〜１４ｍｍであり、その外側面に積層された樹脂層
３の肉厚が約９ｍｍである。そして、このタンクＴ_e の
上下端に取り付けられた各口金具５は、その露出部８の
外径が６０ｍｍであり、貫通部６の上部に形成されたテ
ーパ面１０はその長さが１５ｍｍであってその角度が３
５°であり、また、この貫通部６の下部に位置する最小
径平行部の外径が４０ｍｍであり、この貫通部６の最小
径平行部に形成された各突条１１ａの大きさはその高さ
が２ｍｍ、幅（貫通部軸方向の長さ）が２ｍｍ及び円周
方向長さが３０ｍｍであって各突条１１ａ間の間隔がそ
れぞれ２ｍｍであり、更に、フランジ部７はその外径が
１２０ｍｍであって肉厚が１０ｍｍに形成されている。

【００２６】この実施例においては、樹脂層３のＦＷ成
形の際に口金具５と樹脂製ライナー２との間に滑りの現
象や糸の巻き乱れの現象が全く発生せず、樹脂製ライナ
ー２の外側面にエポキシ樹脂を含浸させた炭素繊維のロ
ービングを巻き付ける作業を効率良く、かつ、正確に実
施することができ、設計どおりの寸法及び強度や剛性を
有する繊維強化樹脂製タンクＴ_e を製造することができ
た。

【００２７】なお、図３は本発明の実施例に係る口金具
５の変形例を示すもので、この変形例においては、その
貫通部６の下部に突設された突起部が多数の突起１１ｂ
で構成されている。このような口金具５を用いた場合に
も、上記実施例と同様に、樹脂層３のＦＷ成形の際に口
金具５と樹脂製ライナー２との間に滑りの現象や糸の巻
き乱れの現象が全く発生せず、このＦＷ成形の作業を効
率良く、かつ、正確に実施することができ、設計どおり
の寸法及び強度や剛性を有する繊維強化樹脂製タンクＴ
_e を製造することができた。

【００２８】比較例 図４は、本発明の比較例に係る繊維強化樹脂製タンクＴ
_c が示されている。この比較例のタンクＴ_c は、突起部
のない口金具５’を用いて製造されてた以外は、全て上
記実施例と同様の方法及び条件で、同じ寸法に形成され
ている。この比較例においては、樹脂層３のＦＷ成形時
に、口金具５’と樹脂製ライナー２との間にときどき滑
りの現象が発生し、その都度糸の巻き乱れが生じてＦＷ
成形機を停止させてこの糸の巻き乱れを修正する必要が
発生し、その作業性が極めて悪く、結果として上記実施
例の場合の約２倍の時間を要した。

【００２９】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂製タンクは、樹脂
製ライナーに接する口金具の外側面の少なくとも一部に
突起部を設けて樹脂製ライナーに係止させているので、
この樹脂製ライナーの外側面にＦＲＰの樹脂層をＦＷ成
形する際に、これら口金具と樹脂製ライナーとの間の滑
りを確実に防止できるほか、スラスト荷重も確実に負荷
することができ、設計どおりの強度や剛性を備えた繊維
強化樹脂製タンクをＦＷ成形で容易に製造することがで
きる。

【００３０】また、本発明の繊維強化樹脂製タンクに
は、口金具のテーパ面と突起部とが確実にタンク本体の
口金具取付用の取付孔の開孔縁部に係止し、これによっ
てタンク負圧時に口金具がタンク内に落ち込むのを確実
に防止できるほか、口金具の突起部によるタンク本体の
取付孔の開孔縁部への係止に加えて、この口金具のフラ
ンジ部が口金具取付孔の開孔縁部内面側に係止するの
で、タンク内の内圧により口金具が外部に飛び出すのを
確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の実施例に係る繊維強化樹脂
製タンクの要部を示す部分断面説明図である。

【図２】 図２は、図１の口金具を示す斜視説明図であ
る。

【図３】 図３は、本発明の実施例の変形例にかかる口
金具を示す図２と同様の斜視説明図である。

【図４】 図４は、突起部のない口金具を用いて製造さ
れた比較例に係る繊維強化樹脂製タンクの要部を示す部
分断面説明図である。

【符号の説明】

Ｔ_e ，Ｔ_c …繊維強化樹脂製タンク、１…タンク本体、
２…樹脂製ライナー、３…樹脂層、４…取付孔、５，
５’…口金具、６…貫通部、７…フランジ部、８…露出
部、９…雌ねじ部、１０…テーパ面、１１ａ…突条（突
起部）、１１ｂ…突起（突起部）、１２…開孔周縁部、
１２ａ…テーパ面、１２ｂ…係止部。

フロントページの続き (72)発明者 大田 彰 神奈川県川崎市中原区井田1618番地、新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者 安藤 秀樹 神奈川県川崎市中原区井田1618番地、新日 本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂製ライナーの外側面に繊維強化樹脂
   の樹脂層を積層してタンク本体を構成し、このタンク本
   体の所定の位置に開設した取付孔にはこの取付孔を貫通
   すると共に取付孔の開孔縁部に係止するフランジ部を有
   する金属製の口金具を設けた繊維強化樹脂製タンクにお
   いて、上記口金具の外側面には、タンク本体の取付孔の
   開孔縁部に接する部分の少なくともその一部に、タンク
   内方からタンク外方に向けて拡開するテーパ面を形成す
   ると共に、この口金具の外側面から外方に向けて突出
   し、タンク本体の取付孔の開孔縁部を形成する樹脂製ラ
   イナーに係止する突起部を形成し、また、口金具のフラ
   ンジ部を取付孔の開孔縁部内面側に係止させたことを特
   徴とする繊維強化樹脂製タンク。
2. 【請求項２】 タンク本体の樹脂製ライナーにはタンク
   本体の取付孔の開孔縁部内側面を形成する開孔周縁部を
   延設し、この開孔周縁部に口金具の突起部が係止する係
   止部を形成した請求項１記載の繊維強化樹脂製タンク。