JPH11230347A - 繊維強化プラスチック製圧力容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量であるのは勿論のこと、圧力容器の温
度、湿度を調節することを可能とした信頼性・安全性に
優れる圧力容器を提供することにある。また、もう一つ
の目的は、容器の検査が容易で、さらにはオンタイムで
容器の損傷状態や残存寿命を使用者に知らせるすること
を可能とした圧力容器を提供することにある。 【解決手段】 少なくとも１つの開口部と、金属または
プラスチック製の内殻と、繊維強化プラスチック（以下
ＦＲＰ）製の外殻を有し、該外殻のＦＲＰ部中に通電用
の導電繊維が含まれていることを特徴とする圧力容器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種の圧力容器、特
に繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなる耐圧ボンベ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にＣＮＧタンク（Compressed Natur
al Gas Tank）と呼ばれる天然ガス自動車搭載用の圧力
容器を軽量／高性能化するために、スチールやアルミニ
ウムなどの金属製のライナー、ポリエチレンなどのプラ
スチック製のライナーの外側に、ガラス繊維や炭素繊維
などの高強度繊維と樹脂からなる繊維強化プラスチック
（以下ＦＲＰと略す）を形成した圧力容器が米国を中心
に開発・市販されている。また、病院などで使用した
り、消防士が使用する空気呼吸器においても軽量のＦＲ
Ｐ製圧力容器が市販されている。

【０００３】これら容器は、定められた環境下で使用す
ることが義務付けられているが、自然環境というものは
使用者、時には設計者の予測を超える過酷なものとなる
ことがありうる。

【０００４】通常容器には、温度や湿度等を記録する仕
組みはないため、設計上考慮されていない条件下に晒さ
れた容器は不慮の自体を引き起こすことは完全には否定
できない。

【０００５】ガス漏れや容器の破裂による災害を防い
で、容器の安全性を確保するために、定期的な容器の検
査が義務ずけられて（例えば、高圧ガス保安協会の保守
基準ＨＫＳ−Ｓ０１６）はいるものの、不慮の事態をよ
り確実に防ぐためには、容器の環境を一定に保つことが
必要といえる。

【０００６】容器の環境を一定に保つには、容器を温度
コントロールした部屋（いわゆる温調室）に閉じこめて
おく方法があるが、自動車の場合そういった対策を講ず
る、空間的および経済的余地余裕がないばかりか、軽量
という利点も犠牲になりかねない。

【０００７】容器自体が容器の温度、湿度を自動調節
し、さらには、万が一容器が不慮の事態につながる損傷
を生じた可能性がある場合には、容器自体がそのことを
使用者などに知らせる（音や光などのなんらかの形で提
示する）ことができれば、安全上非常に好ましい容器で
あり、社会から望まれている発明といえる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の圧力容器の上述した問題点を解決し、軽量であるのは
勿論のこと、圧力容器の温度、湿度を調節することを可
能とした信頼性・安全性に優れる圧力容器を提供するこ
とにある。また、もう一つの目的は、容器の検査が容易
で、さらにはオンタイムで容器の損傷状態や残存寿命を
使用者に知らせるすることを可能とした圧力容器を提供
することにある。

【０００９】また、この発明の他の目的は、そのような
圧力容器を低コストで製造する方法を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、少なくとも１つの開口部と、金属また
はプラスチック製の内殻と、繊維強化プラスチック（以
下ＦＲＰ）製の外殻を有し、該外殻のＦＲＰ部中に通電
用の導電繊維（ワイヤおよびケーブルを含む）が含まれ
ていることを特徴とする圧力容器を提供する。

【００１１】また、この発明は、そのような圧力容器を
製造する方法として、内殻の周りに、フィラメントワイ
ンド法またはテープワインド法を用いて、導電繊維を全
部または一部巻き付けて外殻を形成することを特徴とす
る、ボンベの製造方法を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の圧力容器に充填されるガ
スの種類としては、特に限定されず、前述のごとき天然
ガスの他、水素、窒素、酸素、アルゴンガス、アセチレ
ンガス、ヘリウムガス、有機ガス等が挙げられる。

【００１３】この発明を一実施態様に基づいて詳細に説
明する。

【００１４】図１において、内殻１を覆うように設けた
耐圧性の外殻２を有し、全体としては、胴部９と、それ
に続く鏡板部１０と、開口部としてノズル取付部３とを
有し、ノズル取付部には、ノズル取付金具４が装着さ
れ、そのノズル取付金具４にノズル５が取り付けられて
いる。外殻２を構成するＦＲＰは、補強繊維７と導電繊
維８を含む。

【００１５】圧力容器に天然ガスの他、水素、窒素、酸
素、アルゴンガス、アセチレンガス、ヘリウムガス、有
機ガス等が、常圧（約１気圧）から７００気圧で貯蔵さ
れており、ノズルを通して定常あるいは非定常の流量で
使用される。天然ガス自動車の場合などは、電磁弁によ
り微妙な流量調節を行う。

【００１６】上記において、内殻２は、ガス漏れを防ぐ
機能および耐圧の一部（特に軸方向の耐圧）を負担する
機能をもち、金属、プラスチック、あるいはこれらの複
合物からなる。

【００１７】内殻２の金属としては、例えばスチール
や、アルミニウム合金、あるいはマグネシウム合金、チ
タン合金等の軽合金で作られている。金属製の内殻の厚
みは、ガス漏れを防ぐ目的の場合は数ｍｍ程度の厚みで
よいが、耐圧を負担することを目的とする場合には有限
要素法（ＦＥＭ）などによる応力計算により、負担させ
たい応力に応じた肉厚とすることが通常である。

【００１８】内殻２のプラスチックとしては、ポリエチ
レン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢ
Ｓ樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、あるいはこ
れら樹脂の複合層で作られていても良い。

【００１９】内殻２のプラスチックは、プラスチック製
ライナーとしてガスバリア性を求められることがあるの
で、ガスの種類によって樹脂の種類を選定する。

【００２０】金属性の内殻の製造法としては、鋳造、鍛
造の他、円筒部（胴部）と半球部（ドーム部）を溶接し
たり、深絞り加工した後スピニング加工してドーム部を
形成したりする公知の製造法のいずれを用いても良い。

【００２１】プラスチック製の内殻の製造法としては、
ブロー成形、回転成形、射出成形、熱融着成形などこれ
もまた公知のいずれの製造法を用いても差し支えない。

【００２２】後述する外殻中に存在する導電繊維との関
連では、電気漏れを避けるために、樹脂製の内殻である
ことが好ましいが、金属製の内殻においても外殻との間
に非電導性の層を設ける（例えば、ガラスやアラミド繊
維の補強ＦＲＰ層、ゴム、紙などの絶縁層を設ける）た
り、塗装、メッキ等を施すことで回避できる。

【００２３】一方、外殻２は、ガラス、アラミド、炭素
繊維などの高強度、高弾性率の補強繊維および樹脂から
なる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）であり、通電用の
導電繊維をライナーとの境界部、ＦＲＰの内部、または
ＦＲＰの表面に含んでいる。

【００２４】補強繊維として好ましいのは、炭素繊維、
ガラス繊維といった無機繊維、およびアラミド繊維、ポ
リエチレン繊維、ＰＢＯ（ポリベンゾオキサゾール）繊
維、ポリアミド繊維などの有機繊維である。

【００２５】軽量化という点ではアラミド繊維あるいは
炭素繊維が最も好ましく、耐衝撃性、経済性という点で
はガラス繊維あるいはポリエチレン繊維が最も好まし
い。

【００２６】また、これら繊維を複数種類用いて、それ
ら繊維の特徴をバランスさせたハイブリッド繊維（例え
ば、炭素繊維とガラス繊維を併用し、炭素繊維の軽量性
と、ガラス繊維の耐衝撃性の特徴をもたせる使い方）も
好ましい。

【００２７】また、上記補強繊維には、後述する樹脂と
の接着を向上させるために、表面処理やサイジング剤が
付与されていると好ましい。

【００２８】次に、補強繊維の伸度は、３％以下である
ことが好ましい。伸度がこれ以上だと後述する導電繊維
が衝撃などにより補強繊維より先に破損する可能性があ
るからである。

【００２９】炭素繊維は、実質的に炭素元素だけからな
る繊維状の炭素材料であり、原料であるポリアクリルニ
トリルを加熱焼成して得られるＰＡＮ系炭素繊維と、ピ
ッチを原料とするピッチ系炭素繊維がある。中でも、Ｐ
ＡＮ系の炭素繊維は比強度が高く好ましい。通常、単糸
を６０００本から２０００００本からなるストランドを
３〜１０本束ねて（合糸して）使用する。

【００３０】尚、補強繊維に炭素繊維を含む場合には、
後述する金属繊維などの導電繊維との電気的な短絡を避
ける目的で、炭素繊維をナイロン繊維、ポリエチレン繊
維、ポリエステル繊維などの絶縁性の繊維で被覆したカ
バリング糸とすること、絶縁性の塗料を塗布する、メッ
キを施すなどをしても差し支えない。勿論、補強繊維で
ある炭素繊維を通電用の導電繊維と兼用させても差し支
えない。この場合、軽量化効果は著しく向上する。

【００３１】次に、本発明の圧力容器のＦＲＰ外殻を構
成する樹脂としては、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、変性エ
ポキシ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、ゴム材などを用いることができる。特
に、導電繊維を含む場合には、通電に伴う発熱による熱
劣化の少ない、ガラス転移温度が８０℃以上の樹脂であ
ることが好ましい。また、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍＫ〜
１００Ｗ／ｍＫの範囲内である樹脂が好ましい。

【００３２】また、熱伝導率を向上させるために樹脂内
にアルミニウムなどの金属粉やカーボンブラックなど熱
導電性を高める無機粒子などを混入させても差し支えな
い。

【００３３】ところで、内圧によって生ずる圧力容器の
軸方向における引張張力と周方向における引張張力との
比は、ほぼ１：２になる。内殻が厚肉の金属製であり軸
方向の耐圧に耐える場合には、補強繊維の配列角度（巻
き角度）は、内殻の胴部に圧力容器の軸方向に対して、
±７５゜〜±１０５゜、好ましくは±８５゜〜±１００゜の
角度で配することが好ましい。

【００３４】また、内殻がプラスチック製であったり、
薄肉の金属であるような軸方向の耐圧ができないような
場合には、外殻が軸方向の耐圧もカバーしなくてはなら
ないので、補強繊維は圧力容器の軸方向に対して、少な
くとも±５゜〜±５０゜の角度で配された補強繊維の層
と、±７５゜〜±１０５゜、好ましくは±８５゜〜±１０
０゜の角度で配された補強繊維の層という構成を有する
のが好ましい。

【００３５】勿論これら巻き角度以外の巻き構成を、衝
撃などの特性をさらに向上させるために用いても差し支
えない。

【００３６】なお、胴部と鏡板部との境界部分は内圧に
よる曲げ応力が作用するから、少し厚く構成しておくの
が好ましい。

【００３７】また、各層の層間に上述した補強繊維のマ
ットや不織布と樹脂とのＦＲＰ層を介在させたり、同様
のＦＲＰ層を最外層として形成しておくと、衝撃エネル
ギーを分散させることができるようになって衝撃性能や
耐擦過性能、耐溶剤性能が一層向上するようになる。同
様に、最外層を、耐衝撃性に優れたガラス繊維や有機繊
維と樹脂とのＦＲＰ層として形成したり、ポリエチレン
樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂等による樹脂層と
して形成することもできる。

【００３８】次に、本発明の通電用の導電繊維として
は、スチールワイア、アルミニウム素線、銅線、ニクロ
ム線、鋼線をはじめとする各種の金属繊維、炭素繊維、
導電材料でメッキあるいはコーティングしたナイロン繊
維、ポリエステル繊維、アクリル繊維等の有機繊維およ
びセラミック繊維などの無機繊維、カーボンブラック
（含有量は５〜１０％程度）などの導電粒子、あるいは
金属粉体等を含有させたナイロン繊維、ポリエステル繊
維、アクリル繊維等の有機繊維およびセラミック繊維な
どの無機繊維、あるいは、表面にニッケルや銀などの金
属を始めとする導体をメッキ、塗装あるいはコーティン
グした有機繊維およびセラミック繊維などの無機繊維な
どが使用出来る。ここで、導電繊維は、導電性ワイヤま
たはケーブルも含む。また、導電繊維は単独で用いられ
ることに限定されるものではなく、例えば、炭素繊維と
金属繊維などを直列あるいは並列に配列して用いても良
い。

【００３９】なお、本発明の通電用の導電繊維とは、導
電繊維が電気的に連続して連なってる状態にあり、導電
繊維を通じて通電できるものである。これら導電繊維は
後述する通電用ターミナル（電極）に接続されており、
通電することで発熱させて容器を昇温させたり、乾燥さ
せたり、抵抗値などの電気特性を測定して容器の損傷を
検出したりすることに利用できる。

【００４０】発熱／乾燥用の繊維として好ましい金属繊
維は、断面積が１×１０^-5ｍｍ²〜１００ｍｍ²の範囲に
ある白金、タングステン、モリブデン、銀、アルミニウ
ム、ニッケル、マグネシウム、銅、鋼、及びこれらの合
金、Ｎｉ−Ｃｒ合金（ニクロム合金とも呼ばれる）、Ｎ
ｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｃ
ｒ−Ａｌ−Ｃｏ合金、銅−銀合金、銅−ニッケル系合
金、銅−マグネシウム系合金、銅−アルミニウム系合金
等からなる丸線状、帯状、扁平状、平繊状の金属繊維あ
るいは金属ワイヤあるいは金属ケーブルである。

【００４１】断面積が上記範囲内である理由は、これ以
下だと発熱が不十分となる可能性があり、これ以上であ
ると軽量性を損ねる可能性があるからである。これら繊
維状金属は単線として使用しても撚りあわせるなどして
複線として使用しても差し支えない。

【００４２】また、同一金属あるいは異種の金属繊維を
よりあわせたり、メッシュ状、織物状などの面状、シー
ト状にしても差し支えない。

【００４３】金属および合金の好ましい比抵抗（あるい
は体積抵抗率ともいう）は、２μΩ・cm〜２００μΩ・
cmの範囲のものが好ましい。急速で高温の昇温が必要な
場合は比抵抗が８０〜２００μΩ・cmの範囲の金属が、
比較的低速の昇温が必要な場合は２〜８０μΩ・cmの範
囲のものが好ましい。比抵抗が上記範囲より小さいと昇
温に時間がかかりすぎ、大きいと大電圧が必要となるか
らである。尚、体積抵抗率はＪＩＳ Ｃ２５２５により
測定する。

【００４４】比較的低速の昇温で好ましいのは、銅合金
およびニクロム合金であり、中でも特開昭５２−１２０
２２２に開示されている銅−アルミニウム合金系発熱体
は、適当な可とう性と比抵抗を与えるので好ましい。

【００４５】次に、炭素繊維は、金属繊維に比し耐食性
に優れ、軽量であるため、耐圧のための荷重負担メンバ
ーとしても利用可能であるので好ましい。

【００４６】炭素繊維は、実質的に炭素元素だけからな
る繊維状の炭素材料であり、原料であるポリアクリルニ
トリルを加熱焼成して得られるＰＡＮ系炭素繊維と、ピ
ッチを原料とするピッチ系炭素繊維がある。本発明で
は、炭素繊維は単繊維数５００〜２０００００本からな
るトウ形態で使用することが好ましく、２４０００本以
上であること、より効率よく容器を被覆するという点で
さらに好ましい。

【００４７】また、炭素繊維ストランドの伸度（ＪＩＳ
Ｒ７６０１で測定する強度を弾性率で割った値）は
１．０％以上であるとしなやかであり、成形上好まし
い。これ以下だと、成形行程（特にワインド時）中に繊
維が損傷／切断して通電量が設計とずれる場合があるか
らである。さらに、１．５％以上であると耐久性上より
好ましい。

【００４８】次に、炭素繊維の比抵抗（体積抵抗率）
は、繊維径が４μm〜１５μmと小さく、単糸が必ずしも
連続していないことが多いので、５００μΩ・ｃｍ以
上、５０００μΩ・ｃｍ以下である炭素繊維が発熱用と
して好ましい。上記範囲より大きいと大電圧を必要と
し、小さいと昇温に時間がかかるからである。

【００４９】尚、炭素繊維には、通電量（または比抵
抗）を調節する目的で、ニッケル、銀、アルミニウムな
どの金属コーティング、塗装、メッキ等を施すことも本
発明に含まれる。

【００５０】また、前記した補強繊維が炭素繊維を含む
場合に導電繊維との電気的短絡を防止したい場合には、
通電用の導電繊維をセラミックや高分子からなる絶縁体
で被覆、塗装したり、絶縁性の繊維やフィルムで覆って
も差し支えない。

【００５１】これら導電繊維は、容器の外殻内面、外殻
内部、外殻表面、あるいはこれらのいずれかにまたがっ
て配置させることができる。

【００５２】外殻内面、外殻内部、外殻表面とは容器の
肉厚を１／３等分した場合の、内殻側からの呼び名で、
外殻内面に導電繊維を配置させると内殻も短時間に昇温
でき、内部に導電繊維を配置させると補強繊維で導電保
護をでき、外殻に配置させると導電繊維を補修すること
ができるという特徴を有する。導電繊維の配列のさせ方
は、補強繊維と同じようにすると、成形効上最も効率が
よいが、特定の方向の昇温、乾燥、損傷を検出したい場
合には、補強繊維と異なる方向に配列させてもよい。

【００５３】導電繊維は１本の長繊維であってもよい
し、メッシュや織物などの面状となって互いに交差して
いても差し支えない。

【００５４】通常、容器全体をくまなく昇温することが
必要であるので、導電繊維は容器の表面積の半分以上を
覆っていることが好ましいが、昇温したい箇所が容器全
体ではなく、一部であり、あらかじめ分かっている場合
には、その箇所に、導電繊維を高密度に配列させておく
とよい。例えば、口金部付近を昇温したい場合には、口
金付近に導電繊維を高密度で配置し、胴部を加熱・乾燥
したい場合には胴部に均等あるいは、粗密を持たせて配
列する。尚、導電繊維は重ねて配列されていてもかまわ
ない。

【００５５】容器を乾燥させるするという目的の場合
も、容器の表面積の半分以上を覆っていることが好まし
い。さらに、外殻の表面付近（外殻の厚みを１／３等分
した場合の外側表面）に位置させると吸湿を抑制すると
いう点でより好ましい。さらに、アルミニウム箔などの
金属箔をはじめとする面状体を乾燥用発熱体として併用
すると、水分の進入をより効果的に抑制することができ
て好ましい。

【００５６】容器の損傷具合を検出する場合には、導電
繊維には伸度が補強繊維よりも小さい繊維を含むことが
好ましい。特に限定されるものではないが、導電繊維の
伸度は、補強繊維の伸度の８０％以下であることが好ま
しい。補強繊維よりも伸度が小さいことで、補強繊維よ
りも先に破断し、導電繊維の抵抗値などの電気特性がよ
り敏感に変化するからである。

【００５７】また、内殻付近に導電繊維を多く巻き付け
ると、この付近は径方向、周方向応力ともに大きい領域
であり、初期の損傷を一速く検出できてガス漏れを防止
できる。外殻表層付近に多く巻き付けると、異物による
衝撃などの外部からの損傷を早期に検出できる。

【００５８】次に、通電用のターミナル（電極あるいは
端子ともいう）は、銅（銅合金を含む）、銀、スチー
ル、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）などから
なり、導電繊維とはハンダなどの合金や導電性ポリマー
で結節されたり、ネジやバネやかしめなどにより機械的
に圧締することで連結されている。

【００５９】ターミナルの形状は、プラグ、ピン、棒等
の凸状、ソケットなどの凹状でもよいし、起伏のない面
状、起伏を有する面状であったりする。通電を専用の用
具などを使用せず、不定期あるいは臨時に行う場合に
は、突起状がクリップなどで通電できるので好ましい。

【００６０】より具体的には、汎用のテスターなどによ
るモニターを可能にするため、市販のバナナ端子などの
汎用端子が接続しやすいようにバナナメス端子規格径の
金属端子などを接続してもよいし、ワニ口クリップが接
続し易いようにクリップが挟める厚みの部分を設けても
良い。また、ネジを切っておいて、ネジ式で他の部品と
の接続を可能とするようにしておいてもよい。面状であ
る場合は占有空間が少なくて済むので好ましい。

【００６１】尚、非通電時などにおいて、ターミナル部
の損傷や汚れによる電気的な障害の発生を防ぐために、
ターミナル部は布やプラスッチクのカバーなどで保護し
ておけるようにしておくことが好ましい。ネジを切った
場合などは、ゴムやプラスッチク製などの蓋を装着して
置くようにすることが好ましい。

【００６２】通電ターミナルは、口金付近に設けるとノ
ズルや口金やバルブの点検時に同時に点検できるので好
ましいが、ターミナルを複数にしておいて、それら全部
に同時に通電して全体を組まなく昇温してもよいし、複
数のターミナルのうちのいくつかに通電して局部的に昇
温、あるいは乾燥させても差し支えない。この場合、タ
ーミナルの位置は容器の開口部以外に分散させてもかま
わない。また、ノズル取り付け金具にネジを切ったり、
端子接続用の構造にしてこれをターミナルとしても差し
支えない。

【００６３】尚、損傷検出の場合には、２カ所以上のタ
ーミナルを組み合わせて利用することで、損傷検出の精
度が向上する。

【００６４】通電の仕方としては、一定電圧をかける方
法（定圧法）、一定の電流を流す方法（定電法）、パル
ス状やサイン波状に周期的に電圧をかけたり電流を長す
方法がある。

【００６５】バイメタル方式やサーモスタット式などの
機械的方式により、容器温度の変化に伴って、一定の電
圧あるいは電流をながす方法も有効であるが、温度セン
サーと連動させて通電量をコンピュータ制御する方が、
より容器の温度を狭い範囲でコントロールすることがで
きて好ましい。

【００６６】尚、温度センサーとしては、熱電対、サー
ミスタ測温体、光ファイバーを使用する方法、赤外線セ
ンサー等の非接触温度センサーを利用する方法などがあ
る。また、通電用の導電繊維の抵抗値も温度に依存する
ので、これを利用してもかまわない。

【００６７】尚、オンラインで昇温、乾燥、損傷を検出
する場合は、自動車搭載のバッテリーあるいは、専用の
電源から通電し、抵抗値あるいは通電量（電流）を表示
する計器を容器の一部として取り付けるか、運転席のイ
ンパネなどの車内、ガス充填口などの車外からでもモニ
ター及びコントロールができるようにすることができ
る。モニターだけでなく、警告のブザーがなるようにし
たり、警告のランプが点灯するようにすると、さらに好
ましい。さらに好ましくは、警告のランプを多段階と
し、損傷の程度が一目でわかるようにしてもよい。

【００６８】次に、導電繊維をＦＲＰ中に埋設する場合
には、補強繊維の巻き付け時と同時に行うか、あるい
は、補強繊維の巻き付け工程を１度以上中断して導電繊
維のみを配列させてもかまわない。補強繊維と同時に巻
き付ける場合には、導電繊維は補強繊維と同等以上の工
程通過性などが必要であり、補強繊維と導電繊維をあら
かじめ（巻き付け工程以前に）合糸するなどして、一体
化させておいても差し支えない。導電繊維が織物あるい
はメッシュ構造の場合などでは、縦糸、あるいは／およ
び横糸の一部を補強繊維にしても差し支えない。

【００６９】また、損傷検出といいう観点からは導電繊
維の破断伸度は、補強繊維の破断伸度と同じかそれ以上
であることが望ましい。補強繊維と同時または、それ以
前に導電繊維が破断し、より安全サイドでボンベの損傷
を検出できるからである。

【００７０】使用する導電繊維の量は、外殻を主として
構成するＦＲＰの補強繊維よりも少なくするのが好まし
いが、昇温したい箇所、乾燥したい箇所、検出したい箇
所／領域が多いほど増える。容器外殻の補強繊維が炭素
繊維である場合には、ＦＲＰの補強繊維全てが炭素繊維
であってもよい。この場合容器の重量は極めて軽量化す
る事ができる。補強繊維と導電繊維を兼ねる場合を除
き、通常、導電繊維の量は補強繊維の２０％以下である
ことが好ましい。

【００７１】次に、本発明の容器を成形する方法として
は、フィラメントワインド法、テープワインド法、プル
ワインド法など公知のあらゆる成形法を用いることがで
きる。導電繊維は、形態によって、補強繊維と同一のプ
ロセスで配置することも、オフラインで配置させること
もできる。

【００７２】また、成形時に導電繊維に通電して樹脂の
硬化を調節したり、内殻と外殻を融着接合させたりする
ことにも利用できる。

【００７３】具体的には、フィラメントワインド後のＦ
ＲＰ外殻をオーブン（炉）などで硬化させる際に、外殻
中に配した導電繊維に通電して、オーブン硬化で起こり
がちな内外層差（樹脂の硬化度が内層と外層でことなる
こと）、あるいは反応熱による樹脂の暴走反応を抑制す
ることができる。

【００７４】また、内殻の材料に、外殻のＦＲＰより線
膨張係数が大きい材料、例えば、熱可塑プラスチックや
アルミニウムを使用している場合には、外殻の硬化後の
熱収縮による内殻と外殻の剥がれ／剥離が生じることが
あるが、これを抑制するために、内殻に近い外殻の内部
または外殻の内面に配した導電繊維に通電、発熱させて
内殻と外殻を融着させることができる。この際、内殻と
外殻の間に導電繊維の発熱により融解するあるいは内殻
材および外殻材料と反応する接着剤、バインダー材、相
溶剤等を挿入させておいてもよい。

【００７５】

【実施例】高密度ポチエチレンからなり、口金取付金具
を有する内殻（外径１８０ｍｍ、ノズル取付部を除く全
長＝６００ｍｍ、肉厚＝３ｍｍ）を、いわゆるマンドレ
ルとして、その内殻上に、フィラメントワインド法によ
り外殻を形成した。フィラメントワインディングに際し
ては、エポキシ樹脂（伸度４％）を含浸させたガラス繊
維束６束（一束の繊維数＝１８０００本、引張伸度＝３
％）と炭素繊維束（単糸数＝１２０００本、引張破断伸
度＝２．２％、電気抵抗＝１７．１μΩ・ｍ）とを合糸
して、ターミナルとなる合糸両端の約１０ｃｍが外殻の
外に出るように、ボンベ軸方向に対して±２０度層を形
成するように７．２ｍｍ巻き、さらに９０度層（フープ
巻）を１３．３ｍｍ形成し、オーブン中にて１３０℃で
２時間硬化してガスボンベの本体を成形した。かくして
得られたボンベ本体の外径は２００ｍｍであった。これ
と同一の方法で合計３本のボンベＡ、Ｂ、Ｃを得た。

【００７６】容器Ａを温度２３℃、相対湿度５５％の室
に２４時間定置し、外殻表面および内殻の内表面温度が
２３℃であることを確認した後、ターミナルに１００Ｖ
の電圧を負荷したところ、２分１５秒後に外殻温度は３
０℃となった。

【００７７】次に電圧を２０Ｖにして、２４時間後の容
器重量の変化を測定したところ乾燥による０．０１％の
重量低下がみられた。

【００７８】容器Ｂは、１００気圧の水圧にて５０００
回数繰り返し加圧し、容器Ｃは、１００気圧の水圧にて
１００００回繰り返し加圧し、容器Ａ、Ｂ、Ｃに形成し
た２箇所間のターミナル（炭素繊維の糸端）間の抵抗値
を測定し、表１の結果を得た。

【００７９】

【表１】 ＊）抵抗値（相対値）はＡを１．０として換算した。

【００８０】つぎに、Ａ、Ｂ、Ｃの容器を周方向（軸方
向に垂直に）に切断し、胴部のＦＲＰ部を光学顕微鏡
（倍率＝１０００倍）にて断面観察して、繊維の破損数
を数えた（表１）。加圧の繰り返し数の増加にともな
い、電気抵抗、胴部を構成するＦＲＰのガラス（補強）
繊維、炭素（導電）繊維の切断数が共に増加しており、
電気抵抗が繊維を的確に反映していることが確認され
た。

【００８１】

【発明の効果】本発明の圧力容器は、少なくとも１つの
開口部と、金属またはプラスチック製の内殻と、繊維強
化プラスチック（以下ＦＲＰ）製の外殻を有し、該外殻
のＦＲＰ部中に通電用の導電繊維が含まれていることを
特徴とすることから、容器の温度、湿度を調節でき、万
が一容器が不慮の事態につながる事態を抑制できると共
に、損傷を生じた可能性がある場合には、非破壊により
そのことを検知することができる、安全上非常に好まし
い容器であり、社会から望まれている発明といえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施態様に係わるボンベの概略
縦断面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ’での断面図である。

【符号の説明】

１：内殻 ２：外殻 ３：ノズル取付部（開口部） ４：ノズル取付金具 ５：ノズル ６：ターミナル ７：補強繊維（束） ８：導電繊維 ９：胴部 １０：鏡板部

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの開口部と、金属または
   プラスチック製の内殻と、繊維強化プラスチック製の外
   殻を有し、該外殻のＦＲＰ部中に通電用の導電繊維が含
   まれていることを特徴とする圧力容器。
2. 【請求項２】 導電繊維に通電するためのターミナルを
   ２箇所以上有することを特徴とする請求項１に記載の圧
   力容器。
3. 【請求項３】 通電用のターミナルが容器の開口部にあ
   ることを特徴とする請求項１ないし２に記載の圧力容
   器。
4. 【請求項４】 導電繊維が少なくとも金属繊維からなる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧力
   容器。
5. 【請求項５】 該金属繊維の断面積が１×１０^-5ｍｍ²
   〜１００ｍｍ²の範囲内であることを特徴とする請求項
   ４に記載の圧力容器。
6. 【請求項６】 該金属繊維の体積固有抵抗が２μΩ・cm
   〜２００μΩ・cmの範囲内であることを特徴とする請求
   項４または５に記載の圧力容器。
7. 【請求項７】 導電繊維が少なくとも炭素繊維からなる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧力
   容器。
8. 【請求項８】 該炭素繊維は金属メッキまたは金属コー
   ティングされていることを特徴とする請求項７に記載の
   圧力容器。
9. 【請求項９】 該炭素繊維は絶縁体で被覆されているこ
   とを特徴とする請求項７に記載の圧力容器。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の圧力
    容器の導電繊維に通電することにより、該圧力容器の温
    度を制御する方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれかに記載の圧力
    容器の導電繊維に通電することにより、該圧力容器を乾
    燥させる方法。
12. 【請求項１２】 請求項１〜９のいずれかに記載の圧力
    容器の導電繊維に通電することにより、該圧力容器の損
    傷状態をモニタする方法。
13. 【請求項１３】 請求項１〜８のいずれかに記載の圧力
    容器の導電繊維に通電することにより、該圧力容器の残
    存寿命を表示する方法。
14. 【請求項１４】 フィラメントワインド法、又はテープ
    ワインド法により請求項１〜９のいずれかに記載の圧力
    容器の外殻を形成する方法。