JPH0942594A

JPH0942594A - 圧力容器

Info

Publication number: JPH0942594A
Application number: JP21009095A
Authority: JP
Inventors: Teruo Kobayashi; 輝男小林; Yasushi Ozaki; 康司尾崎; Yasushi Ando; 康司安藤; Kouji Kaou; 幸治花王
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量な圧力容器を容易に且つ安価に製造でき
るようにする。【解決手段】圧力容器１のライナー２は、筒状の周壁
部４と球面状の端壁部５とを含む２つのカップ３，３
が、接続構造６により接続されてなる筒状容器である。
カップ３，３はアルミニウム合金製の板材を深絞り加工
してなるもので、ライナー２の肉厚は０．５〜２．０ｍ
ｍである。接続構造６は、各カップ３，３の周壁部４の
端部全周を湾曲加工してなる湾曲形状部７，７と、その
縁部同士を全周にわたって溶接した溶接部８とで構成さ
れている。湾曲形状部７，７は、内圧の変動に応じて周
壁部４の長さ方向に弾性変形して応力を緩和する。湾曲
形状部７，７及び溶接部８の外周にはシール材９が外周
に凹凸ができないように設けられている。ライナー２の
外周には、ＦＲＰ製のヘリカル巻き補強層１７とフープ
巻き補強層１８とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＮＧ（圧縮天然
ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、Ｌ
ＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス、その他の各種
加圧物質を充填するための圧力容器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＮＧを燃料とする自動車は硫黄酸化物
や一酸化炭素をほとんど排出しないため、最近、開発及
び実用化が精力的に進められている。その重要な開発テ
ーマの一つとして、軽量で安価なＣＮＧ充填用の圧力容
器の開発がある。

【０００３】図１２に示す第一従来例のＣＮＧ充填用の
圧力容器５０はアルミニウム合金製のライナー５１を備
え、該ライナー５１は筒状の周壁部５２と、その両端の
球面状の端壁部５３と、端壁部５３の中心部から外側へ
突出したネック状の口部５４とを含んでいる。周壁部５
２の外周には、ガラス繊維を周壁部５２の胴回り方向に
巻き付けるとともにエポキシ樹脂で含浸固定してなるＦ
ＲＰ（繊維強化樹脂）製のフープ巻き補強層５５が設け
られている。ライナー５１を形成するには、まずアルミ
ニウム合金円筒を押出し加工して定尺に切断し、該アル
ミニウム合金円筒の両端部を閉口するまで口絞り加工
（スピニング加工）して端壁部５３及び口部５４を形成
し、該口部５４の中心を穿孔してから、全体を熱処理す
る、という手順で行なわれている。ここで、ライナー５
１の肉厚は、２００ｋｇ／ｃｍ² 以上にも達する内圧に
耐えられるよう、１７ｍｍ程度にされていた。

【０００４】図１３に示す第二従来例のＣＮＧ充填用の
圧力容器６０は、同じく周壁部６２と端壁部６３と口部
６４とを含むアルミニウム合金製のライナー６１を備え
ているが、その外周には二重の補強層６５，６６が設け
られている。すなわち、ライナー６１の外周には、ガラ
ス繊維を両側の端壁部６３にかかるようにして周壁部６
２の長さ方向に巻き付けるとともにエポキシ樹脂で含浸
固定してなるＦＲＰ製のヘリカル巻き補強層６５が設け
られている。ヘリカル巻き補強層６５の外周には、ガラ
ス繊維を周壁部６２の胴回り方向に巻き付けるとともに
エポキシ樹脂で含浸固定してなるＦＲＰ製のフープ巻き
補強層６６が設けられている。ライナー６１の形成手順
は第一従来例と同様であるが、ヘリカル巻き補強層６５
がある分だけ、ライナー６１の肉厚は第一従来例より薄
く、周壁部６２で５〜６ｍｍ、端壁部６３で１０〜１２
ｍｍであった。部位による肉厚の相違は、肉厚５〜６ｍ
ｍのアルミニウム合金円筒の両端部を口絞り加工する
と、肉厚が１０〜１２ｍｍに増加することによる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
には次のような問題があった。ライナー５１，６１が、
前記の通りアルミニウム合金円筒を押出し加工してから
口絞り加工してなる一体構造であったため、まず、加工
上の制約を受け、使用材料が特定のものに限定されてい
た。また、大容量の加工設備と複雑な作業を必要とする
ため、設備費及び加工費が高くなっていた。その結果、
いずれの圧力容器５０，６０も非常に高価であり、ＣＮ
Ｇ自動車の普及を図る上で問題となっていた。

【０００６】また、押出し加工可能な肉厚には下限があ
り、肉厚の薄いアルミニウム合金円筒を押出し加工する
のは大変難しい。また、肉厚の薄いアルミニウム合金円
筒を口絞り加工すると、座屈が発生しやすい。第一従来
例のようにライナー５１の肉厚を１７ｍｍ程度とすれ
ば、これら加工上の問題は生じないが、反面、重量が大
きくなっていた。これに比べ、第二従来例のライナー６
１の肉厚は薄くなっているが、それでも前記の通り５〜
６ｍｍないし１０〜１２ｍｍが限界であり、まだ重量が
大きいという指摘があった。このように、いずれの圧力
容器５０，６０も重量が大きく、自動車に搭載したとき
に燃費や重量バランスを悪化させるという問題があっ
た。

【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決し、軽量
な圧力容器を容易に且つ安価に製造できるようにするこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の圧力容器は、金属製の周壁部と端壁部とを
含む少なくとも２つのカップが周壁部同士において接続
構造により接続されてなるライナーと、該ライナーの外
周に設けられた補強層とを備えている。

【０００９】ここで、「ライナー」の肉厚は０．５〜
４．０ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは
０．５〜３．０ｍｍであり、最も好ましくは０．５〜
２．０ｍｍである。ライナーの金属材料は、充填物質を
透過させないとともに、充填物質に対する耐蝕性があれ
ば、特定のものに限定されず、ＪＩＳ−Ａ６０６１、Ａ
６０１０、ＭＧ１１０等のアルミニウム合金材料や、Ｓ
ＰＣＥ（冷間圧延鋼）、ＳＰＰ（ホウロウ被覆鋼）、タ
ーンシート（鉛−錫合金被覆鋼板）、ＳＵＳ（ステンレ
ス鋼）等の鉄鋼材料を例示できる。各カップは、金属板
材を深絞り加工することにより容易に形成できる。

【００１０】「接続構造」は、内圧の変動に応じて周壁
部の長さ方向に変形又は変位可能な構造であることが好
ましく、次のものを例示できる。各カップの周壁部に加工された湾曲形状部と、該湾
曲形状部の縁部同士を溶接した溶接部とを含む接続構
造。各カップの周壁部に加工されて互いに螺合されたね
じ形状部と、該ねじ形状部をシールするシール材とを含
む接続構造。各カップの周壁部同士が内外周に重なり合う重合部
と、該重合部間に摺動可能に挟まれたシール材とを含む
接続構造。また、接続構造以外の周壁部に、内圧の変動に応じて周
壁部の長さ方向に変形又は変位可能な構造を設けてもよ
い。

【００１１】「補強層」は、内圧に耐え得る強度を持つ
ものであれば、特定のものに限定されないが、ライナー
の外周に繊維を巻き付けるとともに樹脂で含浸固定して
なる繊維強化樹脂製の補強層が、補強性と軽量性とを兼
備している点で好ましい。さらに好ましくは、ライナー
の外周に繊維を両側の端壁部にかかるようにして周壁部
の長さ方向に巻き付けるとともに樹脂で含浸固定してな
る繊維強化樹脂製のヘリカル巻き補強層と、ヘリカル巻
き補強層の外周に繊維を周壁部の胴回り方向に巻き付け
るとともに樹脂で含浸固定してなる繊維強化樹脂製のフ
ープ巻き補強層とからなるものである。

【００１２】「繊維」の材料は、補強性のあるものであ
れば、特定のものに限定されず、ガラス、カーボン、ポ
リ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド、ナイロン、ポリ
エチレン、ポリエステル等を例示できる。「樹脂」の種
類は、特定のものに限定されず、エポキシ、ビニルエス
テル、不飽和ポリエステル等を例示できる。

【００１３】なお、ライナーが、２つのカップを接続し
てなるものである場合、構造上最も単純になる。また、
ライナーが、少なくとも３つのカップを接続してなるも
のである場合、長さの異なるカップを一部に組み合わせ
ることによって、全長寸法の異なる圧力容器を自由に且
つ安価に製造できる。

【００１４】圧力容器に充填物質を出し入れするための
配管接続用の口金を設ける場合、端壁部に外側へ突出す
る細筒状のネック部を形成し、該ネック部に口金を挿入
するとともにネック部の開口縁に溶接固定することが好
ましい。ネック部は内圧が増加したときに拡径方向に変
形して応力を緩和するとともに、溶接部への応力集中を
緩和する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明をＣＮＧ充填用の圧
力容器に実施した形態例について、図面を参照して説明
する。まず、図１〜図５は第一実施形態の圧力容器１を
示している。圧力容器１の最内層のライナー２は、図１
に示すように、アルミニウム合金製の筒状の周壁部４と
球面状の端壁部５とを含む２つのカップ３，３が、接続
構造６により接続されてなる筒状容器である。

【００１６】カップ３，３は、図３に示すように、アル
ミニウム合金製の板材３''を一次深絞り加工して浅いカ
ップ中間体３' とし、さらに二次深絞り加工して深いカ
ップ３としたものである。深絞り加工は、押出し加工や
口絞り加工と比べて、肉厚が薄くても可能なため、ライ
ナー２の肉厚は０．５〜２．０ｍｍと薄くされている。
また、ライナー２の内径は２５０〜４５０ｍｍ、全長は
５００〜１０００ｍｍである。このように肉厚の薄いラ
イナー２は、単体では２００ｋｇ／ｃｍ² 以上にも達す
る内圧に耐えることができず、従って、主たる機能はＣ
ＮＧガスの透過の防止とガラス繊維を巻き付けるときの
芯の役目である。

【００１７】接続構造６は、図４（ａ）に示すように、
各カップ３の周壁部４の端部全周を内側へ断面Ｕ字状に
湾曲加工してなる湾曲形状部７，７と、該湾曲形状部
７，７の縁部同士を全周にわたって溶接した溶接部８と
で構成されている。湾曲形状部７，７は、同図（ｂ）に
示すように、内圧の変動に応じて周壁部４の長さ方向に
弾性変形して応力を緩和する。湾曲形状部７，７及び溶
接部８の外周にはゴム又は樹脂よりなるシール材９が外
周に凹凸ができないように設けられ、ＣＮＧの漏れを防
止するシール機能と、後述するヘリカル巻き補強層１７
の厚さを均一化する機能と、ヘリカル巻き補強層１７の
内側において湾曲形状部７の前記弾性変形を容易化する
機能とを果す。

【００１８】図５（ａ）に示すように、右側の端壁部５
の中心部には、該中心部に穴を開け、この穴をバーリン
グ加工（穴広げ加工）することにより、外側へ突出する
細筒状のネック部１０が形成されている。ネック部１０
にはライナ−２と同材料よりなる口金１２が内側から挿
入され、ネック部１０の開口縁との溶接部１３によって
固定されている。ネック部１０は、同図（ｂ）に示すよ
うに、内圧が増加したときに拡径方向に弾性変形して応
力を緩和するとともに、溶接部１３への応力集中を緩和
する。口金１２は端壁部５の内面に当接するフランジ部
１４を有し、中心にはＣＮＧを出し入れするための配管
（図示略）接続用の雌ねじ孔１５が形成されている。左
側のカップ３の端壁部５の外面中心部には、後述するガ
ラスフィラメントを巻き付けるときに支持するためのボ
ス１６が溶接固定されている。

【００１９】ライナー２の外周には二重の補強層１７，
１８が設けられている。すなわち、ライナー２の外周に
は、ガラス繊維を両側の端壁部５にかかるようにして周
壁部４の長さ方向に巻き付けるとともにエポキシ樹脂で
含浸固定してなるＦＲＰ製のヘリカル巻き補強層１７が
設けられている。さらに、ヘリカル巻き補強層１７の外
周には、ガラス繊維を周壁部４の胴回り方向に巻き付け
るとともにエポキシ樹脂で含浸固定してなるＦＲＰ製の
フープ巻き補強層１８が設けられている。各補強層１
７，１８の形成は、前記口金１２とボス１６とを支持し
てライナ−２を必要方向に回転させながら、該ライナー
２の外周に、エポキシ樹脂を付着させたガラス繊維を、
均一に且つガラス繊維の強度特性を有効に発揮できる角
度に巻き付けて行なわれる。各補強層１７，１８の厚さ
は３〜７ｍｍである。

【００２０】本実施形態の圧力容器１によれば、ライナ
ー２を、従来のように一体構造ではなく、２つのカップ
３，３による接続構造としたので、各カップ３，３を深
絞り加工で形成することができる。深絞り加工は、使用
材料があまり限定されず、また、小容量の加工設備と簡
単な作業で実施できるため、設備費及び加工費を低減で
きる。これにより、圧力容器１を安価に製造でき、ＣＮ
Ｇ自動車の普及に寄与できる。

【００２１】また、前記の通り、深絞り加工は肉厚が薄
くても可能なため、ライナー２の肉厚を０．５〜２．０
ｍｍと薄くでき、内圧に対しては両補強層１７，１８で
十分に補償できる。これにより、圧力容器１の重量を軽
減でき、自動車に搭載したときの燃費や重量バランスを
向上させることができる。

【００２２】さらに、内圧が変動したときには、前述の
通り、接続構造６の湾曲形状部７，７が周壁部４の長さ
方向に弾性変形して応力を緩和するともに、シール材９
がその弾性変形を容易化する。また、ネック部１０が拡
径方向に弾性変形して応力を緩和するとともに、溶接部
１３への応力集中を緩和する。従って、圧力容器１の耐
久性を高めることができる。

【００２３】次に、図６は第二実施形態の圧力容器２０
の要部を示し、接続構造６が、各カップ３，３の周壁部
４に加工されて互いに螺合されたねじ形状部２１，２１
と、該ねじ形状部２１，２１を外周からシールするゴム
又は軟質樹脂よりなるシール材９とで構成されている点
においてのみ、第一実施形態と相違している。ねじ形状
部２１，２１は、内圧の変動に応じて周壁部４の長さ方
向に弾性変形して応力を緩和する。

【００２４】また、図７は第三実施形態の圧力容器２３
の要部を示し、接続構造６が、各カップ３，３の周壁部
４に加工されて互いに螺合されたねじ形状部２１，２１
と、該ねじ形状部２１，２１の間をシールするゴム又は
軟質樹脂よりなるシール材９とで構成されている点にお
いてのみ、第一実施形態と相違している。ねじ形状部２
１，２１は、内圧の変動に応じて周壁部４の長さ方向に
弾性変形して応力を緩和する。なお、シール材９として
接着剤を用いてもよい。その場合、接着剤にマイクロカ
プセル入りの硬化剤を混ぜておき、ねじ形状部２１，２
１の螺合時にマイクロカプセルを破り、その中から出る
硬化剤で接着剤を硬化させるようにするとよい。

【００２５】また、図８は第四実施形態の圧力容器２５
の要部を示し、接続構造６が、各カップ３，３の周壁部
４同士が内外周に重なり合う重合部２６，２６と、該重
合部２６，２６間に摺動可能に挟まれたゴム又は軟質樹
脂よりなるガスケット状のシール材２７とで構成されて
いる点においてのみ、第一実施形態と相違している。外
側の重合部２６の縁にはシール材止め２８が折曲形成さ
れている。重合部２６，２６は、同図（ｂ）に示すよう
に、内圧の変動に応じて周壁部４の長さ方向に摺動・変
位して応力を緩和する。

【００２６】また、図９は第五実施形態の圧力容器３０
の要部を示し、接続構造６が、各カップ３，３の周壁部
４同士が内外周に重なり合う重合部２６，２６と、内側
の重合部２６に湾曲形成されたリング溝３１に嵌入され
て、該重合部２６，２６間に摺動可能に挟まれたゴム又
は軟質樹脂よりなるＯリング状のシール材３２とで構成
されている点においてのみ、第一実施形態と相違してい
る。重合部２６，２６は、同図（ｂ）に示すように、内
圧の変動に応じて周壁部４の長さ方向に摺動・変位して
応力を緩和する。

【００２７】これら第二〜第五実施形態の圧力容器２
０，２３，２５，３０によっても、第一実施形態と同様
の効果が得られる。

【００２８】次に、図１０は第六実施形態の圧力容器３
４を示し、ライナー２が、３つのカップ３，３，３を接
続構造６により接続してなるものである点において、前
記各実施例と相違している。接続構造６として、同図に
は周壁部４間の溶接部３５のみで構成された単純なもの
を図示しているが、第一〜第五実施形態における接続構
造６を採用することもできる。中央のカップ３の端壁部
５には連通孔３６が開けられている。

【００２９】本実施形態の圧力容器３４によれば、第一
実施形態と同様の効果に加え、全長寸法の自由度が増
す。例えば、左右のカップ３，３については一定の長さ
のものを使用するとともに、中央のカップ３については
色々な長さのものを用意して適宜組み合わせることによ
り、全長寸法の異なる圧力容器３４を自由に且つ安価に
製造でき、色々な自動車に対する搭載性を改善できる。
また、中央のカップ３の端壁部５は圧力容器３４の径方
向の強度を増加させる。

【００３０】次に、図１１は第七実施形態の圧力容器３
８を示し、接続構造６が周壁部４間の溶接部３９のみで
構成され、接続構造６以外の周壁部４の途中に、内圧の
変動に応じて周壁部４の長さ方向に変形可能な湾曲形状
部４０が設けられた点においてのみ、第一実施形態と相
違している。この第六実施形態によっても、第一実施形
態と同様の効果が得られる。

【００３１】なお、本発明は前記実施形態の構成に限定
されず、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しな
い範囲で適宜変更して具体化することもできる。（１）各部の寸法形状を変更すること。例えば、カップ
３の周壁部４を短くして半球殻に近い形状にしてもよ
い。（２）４つ以上のカップを接続してライナーを形成する
こと。（３）ＣＮＧ以外の各種加圧物質の充填用の圧力容器と
して実施すること。例えば、ＬＮＧの場合、内圧は５０
ｋｇ／ｃｍ² 程度であり、ＬＰＧの場合、内圧は３５ｋ
ｇ／ｃｍ² 程度であるから、前記実施形態より強度設計
は楽になり、容易に実施できる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、軽
量な圧力容器を容易に且つ安価に製造できるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態の圧力容器を示す断面図
である。

【図２】同圧力容器の正面図である。

【図３】同圧力容器のライナー用のカップの形成方法を
示す説明図である。

【図４】同圧力容器の接続構造を示す拡大断面図であ
る。

【図５】同圧力容器の口金回りを示す拡大断面図であ
る。

【図６】第二実施形態の圧力容器の接続構造を示す要部
断面図である。

【図７】第三実施形態の圧力容器の接続構造を示す要部
断面図である。

【図８】第四実施形態の圧力容器の接続構造を示す要部
断面図である。

【図９】第五実施形態の圧力容器の接続構造を示す要部
断面図である。

【図１０】第六実施形態の圧力容器を示す断面図であ
る。

【図１１】第七実施形態の圧力容器を示す断面図であ
る。

【図１２】第一従来例の圧力容器を示す一部破断正面図
である。

【図１３】第二従来例の圧力容器を示す一部破断正面図
である。

【符号の説明】

１圧力容器２ライナー３カップ４周壁部５端壁部６接続構造７湾曲形状部８溶接部９シール材１０ネック部１２口金１３溶接部１７ヘリカル巻き補強層１８フープ巻き補強層２０圧力容器２１ねじ形状部２３圧力容器２５圧力容器２６重合部２７シール材３０圧力容器３２シール材３４圧力容器３５溶接部３８圧力容器３９溶接部４０湾曲形状部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安藤康司愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内 (72)発明者花王幸治愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１番地豊田合成株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の周壁部と端壁部とを含む少なく
とも２つのカップが周壁部同士において接続構造により
接続されてなるライナーと、該ライナーの外周に設けら
れた補強層とを備えた圧力容器。
【請求項２】前記ライナーの肉厚が、０．５〜４．０
ｍｍである請求項１記載の圧力容器。
【請求項３】前記接続構造が、内圧の変動に応じて周
壁部の長さ方向に変形又は変位可能な構造である請求項
１又は２記載の圧力容器。
【請求項４】前記接続構造が、各カップの周壁部に加
工された湾曲形状部と、該湾曲形状部の縁部同士を溶接
した溶接部とを含む請求項３記載の圧力容器。
【請求項５】前記接続構造が、各カップの周壁部に加
工されて互いに螺合されたねじ形状部と、該ねじ形状部
をシールするシール材とを含む請求項３記載の圧力容
器。
【請求項６】前記接続構造が、各カップの周壁部同士
が内外周に重なり合う重合部と、該重合部間に摺動可能
に挟まれたシール材とを含む請求項３記載の圧力容器。
【請求項７】前記接続構造以外の周壁部に、内圧の変
動に応じて周壁部の長さ方向に変形又は変位可能な構造
を設けた請求項１記載の圧力容器。
【請求項８】前記補強層が、ライナーの外周に繊維を
巻き付けるとともに樹脂で含浸固定してなる繊維強化樹
脂製の補強層である請求項１、２、３、４、５、６又は
７記載の圧力容器。
【請求項９】前記補強層が、ライナーの外周に繊維を
両側の端壁部にかかるようにして周壁部の長さ方向に巻
き付けるとともに樹脂で含浸固定してなる繊維強化樹脂
製のヘリカル巻き補強層と、該ヘリカル巻き補強層の外
周に繊維を周壁部の胴回り方向に巻き付けるとともに樹
脂で含浸固定してなる繊維強化樹脂製のフープ巻き補強
層とからなる請求項１、２、３、４、５、６又は７記載
の圧力容器。
【請求項１０】前記ライナーは、２つのカップが接続
されてなるものである請求項１又は２記載の圧力容器。
【請求項１１】前記ライナーは、少なくとも３つのカ
ップが接続されてなるものである請求項１又は２記載の
圧力容器。
【請求項１２】前記端壁部に外側へ突出する細筒状の
ネック部が形成され、該ネック部に口金が挿入されると
ともにネック部の開口縁に溶接固定され、該ネック部は
内圧が増加したときに拡径方向に変形可能である請求項
１又は２記載の圧力容器。