JPWO2010119542A1 - ガスタンクの製造方法 - Google Patents
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Abstract
フィラメントワインディング法による外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化してガスタンクの軽量化を図る。高圧ガスタンクは、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有する。タンク本体の軸方向の端部には、口金の外側端面が外周層の外側端面よりも内側に入り込んで凹部が形成されている。
Description
本発明は、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りにフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有するガスタンク及びガスタンクの製造方法に関する。
例えば自動車等に搭載される燃料電池システムには、燃料ガスの供給源として高圧ガスタンクが用いられている。一般的に高圧ガスタンクは、タンク本体の軸方向の両端部に取り付けられた金属製の口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により強化繊維を巻き付けて形成された強化繊維層と、を有している。
しかしながら、フィラメントワインディング法によりタンク本体の外周面に繊維を巻き付ける工程においては、例えばヘリカル巻きの際に、図9に示すようなタンク本体100の軸方向の端部の口金101に繊維を引っかけ折り返すように繊維を巻き付けることが行われている。このため、略円筒状の口金101の外周面に、厚みのある強化繊維層102が形成される。このように、口金は、強化繊維層のマンドレルの一部を担う役割があるため、軸方向に十分な長さが必要であった。この結果、口金が大きくなり、重くなっていた。口金が重くなると、高圧ガスタンクが重くなり、例えばガスタンクの運搬性や、ガスタンクを搭載した自動車の燃費等の観点から望ましくない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、フィラメントワインディング法による強化繊維層などの外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化してガスタンクの軽量化を図ることをその目的とする。
上記目的を達成するための本発明は、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有するガスタンクであって、前記タンク本体の軸方向の端部には、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外側端面よりも内側に入り込んで凹部が形成されている。
本発明によれば、口金の外側端面が外周層の外側端面よりも内側に入り込んで凹部が形成されるようにするので、その分口金の軸方向の長さを短くできる。これにより、口金を軽量化してガスタンクを軽量化できる。また、形成された凹部に例えば別の治具を嵌め込んで、その治具に繊維を巻き付けることが可能であるので、フィラメントワインディング法による外周層の形成も適正に行うことができる。
前記凹部は、前記外周層の形成時に前記口金に連結される回転シャフトの連結部の形に形成されていてもよい。
前記口金は、前記タンク本体とその外部との間でガスの流入出が行われないエンドボスであってもよい。
別の観点による本発明は、ガスタンクの製造方法であって、タンク本体の軸方向の端部に形成された口金に、回転シャフトの連結部を連結する工程と、前記回転シャフトによりタンク本体を回転させながら、前記タンク本体の外周面、前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に亘り繊維を巻き付けて、フィラメントワインディング法により前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に外周層を形成する工程と、前記回転シャフトの連結部を前記口金から取り外し、前記タンク本体の軸方向の端部に、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外側端面よりも内側に入り込んだ凹部を形成する工程と、を有することを特徴とする。
前記回転シャフトの連結部の先端側は、先端に近づくにつれて次第に外径が小さくなっていてもよい
前記回転シャフトの連結部の外周面には、離型フィルムが貼られていてもよい。
本発明によれば、フィラメントワインディング法による外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化してガスタンクの軽量化を図ることができる。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態に係るガスタンクを搭載した燃料電池自動車1の模式図である。
燃料電池自動車1には、例えば3つの高圧ガスタンク2が車体のリア部に搭載されている。高圧ガスタンク2は、燃料電池システム3の一部を構成し、ガス供給ライン4を通じて各高圧ガスタンク2から燃料電池5に燃料ガスが供給可能になっている。高圧ガスタンク2に貯留される燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば水素ガスである。なお、高圧ガスタンク2は、燃料電池自動車1のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体(例えば、船舶や飛行機、ロボットなど)や定置設備(住宅、ビル)にも適用できる。
図2は、高圧ガスタンク2の構成の概略を示す縦断面図である。高圧ガスタンク2は、例えば略楕円体のタンク本体10と、当該タンク本体10の軸方向(図2の左右方向)の両端部に設けられた口金11、12を有している。一方の口金12は、タンク本体10とその外部との間でガスの流入出が行われないエンドボスである(以下、口金12は、「エンドボス12」とする。)。
タンク本体10は、例えば二層構造を有し、内側の樹脂ライナ20と、その樹脂ライナ20の外周面を覆う外周層としてのFRP(Fiber Reinforced Plastics)層21を有している。
樹脂ライナ20は、タンク本体10とほぼ同じ略楕円体形状を有している。樹脂ライナ20は、例えばナイロン6、ナイロン6,6などのポリアミド系樹脂により成形されている。
FRP層21は、フィラメントワインディング法により樹脂を含有する繊維により成形されている。FRP層21は、タンク本体10の外周面と、口金11の外周面11a及びエンドボス12の外周面12aに亘り形成されている。FRP層21の樹脂として、例えばエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、又は不飽和ポリエステル樹脂などが用いられている。また、繊維としては、例えば炭素繊維、金属繊維などが用いられている。
樹脂ライナ20の一方の端部は開口し、当該開口部に口金11が取り付けられている。口金11は、図2及び図3に示すように中央に貫通孔11bを有する略円盤状に形成され、軸方向の中央に大径部11cを有し、その軸方向の両側が次第に縮径している。大径部11cの外側の傾斜面が口金11の外周面11aになっている。口金11は、例えばアルミや鉄などにより成形されている。口金11は、例えば外側端面11dがFRP層21の外側端面21aよりも内側に入り込んで、タンク本体10の端部には、凹部Aが形成されている。
また、樹脂ライナ20の他方の端部は開口し、当該開口部にエンドボス12が取り付けられている。エンドボス12は、図2及び図4に示すように略円盤状に形成され、軸方向の中央に大径部12bを有し、その軸方向の両側が次第に縮径している。大径部12bの外側の傾斜面がエンドボス12の外周面12aになっている。エンドボス12は、口金11と異なり貫通孔がなく、外側端面12dに凹部12cが形成されている。エンドボス12は、例えばアルミや鉄などにより成形されている。エンドボス12は、例えば外側端面12dがFRP層21の外側端面21bよりも内側に入り込んで、タンク本体10の端部には、凹部Bが形成されている。
次に、以上のように構成される高圧ガスタンク2の製造方法について説明する。図5は、かかる製造方法の主な工程の一例を示すフローチャートである。
先ず、射出成形された樹脂ライナ20の両端部に口金11とエンドボス12が取り付けられる。その後、図6に示すように繊維巻き付け装置50の回転シャフト51の連結部52が、口金11とエンドボス12に連結される(図5の工程S1)。連結部52は、例えば図7及び図8に示すように先端に、口金11の貫通孔11b、エンドボス12の凹部12cに嵌合する凸部52aと、当該凸部52aが嵌合した際に口金11の外周面11a、エンドボス12の外周面12aに滑らかに連続する外周面52bを有している。連結部52の先端側の外周面52bは、先端側に近づくにつれて次第に外径が小さくなる傾斜面になっている。また、外周面52bには、離型フィルム52cが貼られている。そして、連結部52と、口金11及びエンドボス12との連結は、例えば口金11の貫通孔11b、エンドボス12の凹部12cに連結部52の凸部52aを嵌合することにより行われる。このとき、口金11の外側端面11d及びエンドボス12の外側端面12dと、連結部52との間にOリング52dが介在される。
次に、回転シャフト51が回転され、樹脂ライナ20が回転されて、強化繊維Fが樹脂ライナ20(タンク本体10)の外周面、口金11の外周面11a、エンドボス12の外周面12a、連結部52の外周面52bの一部に亘り巻き付けられる。強化繊維Fは、図6に示すように上流部で熱可塑性の樹脂が含浸され、その後繊維ガイド部53で角度調整されて、樹脂ライナ20に巻き付けられる。このときの巻き付けは、ヘリカル巻き、フープ巻きにより行われ、ヘリカル巻き時には、口金11の外周面11a、エンドボス12の外周面12a、連結部52の外周面52bの一部(口金11寄り側、エンドボス12寄り側の一部)に 強化繊維Fが引っ掛けられ、折り曲げられて行われる。こうして、図7及び図8に示すように樹脂ライナ20(タンク本体10)の外周面、口金11の外周面11a、エンドボス12の外周面12a、及び各連結部52の外周面52bの一部に強化繊維Fが巻き付けられ、所定の厚みのFRP層21が形成される(図5の工程S2)。
その後、FRP層21がある程度硬化した後、連結部52が口金11とエンドボス12から取り外される。これにより、図3及び図4に示すようにタンク本体10の軸方向の両端部に、口金11の外側端面11dがFRP層21の外側端面21aよりも内側に入り込んだ凹部Aと、エンドボス12の外側端面12dがFRP層21の外側端面21bよりも内側に入り込んだ凹部Bが形成される(図5の工程S3)。
以上の実施の形態によれば、口金11の外側端面11d及びエンドボス12の外側端面12dがFRP層21の外側端面21a、21bよりも内側に入り込んで、タンク本体10の端部に凹部A、Bが形成されるので、その分口金11、エンドボス12の軸方向の長さを短くすることができる。これにより、口金11、エンドボス12を軽量化して高圧ガスタンク2を軽量化できる。また、形成された凹部A、Bに回転シャフト51の連結部52を嵌め込んで、その連結部52の外周面52bと、口金11の外周面11a及びエンドボス12の外周面12aに強化繊維Fを引っ掛けることができるので、フィラメントワインディング法によるFRP層21の形成も適正に行うことができる。
凹部A、Bは、FRP層21の形成時に口金11、エンドボス12に連結される回転シャフト51の連結部52の形に形成されているので、上述のようにフィラメントワインディング法によるFRP層21の形成を適正に行うことができる。
上記実施の形態で記載した高圧ガスタンク2の製造方法は、口金11、エンドボス12に、回転シャフト51の連結部52を連結する工程と、回転シャフト51によりタンク本体10を回転させながら、樹脂ライナ20の外周面、口金11の外周面11a、エンドボス12の外周面12a及び連結部52の外周面52bの一部に亘り強化繊維Fを巻き付けて、フィラメントワインディング法により樹脂ライナ20の外周面、口金11の外周面11a、エンドボス12の外周面12a及び連結部52の外周面52bの一部にFRP層21を形成する工程と、回転シャフト51の連結部52を口金11及びエンドボス12から取り外し、タンク本体10の軸方向の端部に、口金11の外側端面11d及びエンドボス12の外側端面12dがFRP層21の外側端面21a、21bよりも内側に入り込んだ凹部A、Bを形成する工程を有している。これにより、軸方向の長さが短い口金11、エンドボス12を形成でき、口金11、エンドボス12を軽量化し、高圧ガスタンク2を軽量化できる。また、フィラメントワインディング法によるFRP層21の形成も適正に行うことができる。
回転シャフト51の連結部52の先端側は、先端に近づくにつれ次第に外径が小さくなっているので、連結部52の外周面52bにもFRP層21を形成した後、その連結部52を口金11、エンドボス12及びFRP層21から容易に取り外すことができる。
回転シャフト51の連結部52の外周面52bには、離型フィルム52cが貼られているので、FRP層21からの連結部52の取り外しをさらに容易に行うことができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば以上の実施の形態では、口金11とエンドボス12の両方に凹部A、Bが形成されていたが、いずれか一方であってもよい。エンドボス12側のみでもよく、かかる場合には、ガスを流入出する口金側に既存の形状のバルブ等を接続できる。また、連結部52は、回転シャフト51と一体型でもよく、また別体の連結治具であってもよい。
本発明は、ガスタンクにおいて、フィラメントワインディング法による外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化してガスタンクの軽量化を図る際に有用である。
2 高圧ガスタンク
10 タンク本体
11 口金
12 エンドボス
20 樹脂ライナ
21 FRP層
51 回転シャフト
52 連結部
A、B 凹部
10 タンク本体
11 口金
12 エンドボス
20 樹脂ライナ
21 FRP層
51 回転シャフト
52 連結部
A、B 凹部
【0001】
技術分野
[0001]
本発明は、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りにフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有するガスタンク及びガスタンクの製造方法に関する。
背景技術
[0002]
例えば自動車等に搭載される燃料電池システムには、燃料ガスの供給源として高圧ガスタンクが用いられている。一般的に高圧ガスタンクは、タンク本体の軸方向の両端部に取り付けられた金属製の口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により強化繊維を巻き付けて形成された強化繊維層と、を有している。
先行技術文献
特許文献
[0003]
特許文献1:特開2000−266289号公報
特許文献2:特開2003−287193号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0004]
しかしながら、フィラメントワインディング法によりタンク本体の外周面に繊維を巻き付ける工程においては、例えばヘリカル巻きの際に、図9に示すようなタンク本体100の軸方向の端部の口金101に繊維を引っかけ折り返すように繊維を巻き付けることが行われている。このため、略円筒状の口金101の外周面に、厚みのある強化繊維層102が形成される。このように、口金は、強化繊維層のマンドレルの一部を担う役割があるため、軸方向に十分な長さが必要であった。この結果、口金が大きくなり、重くなっていた。口金が重くなると、高圧ガスタンクが重くなり、例えばガスタンクの運搬性や、ガスタンクを搭載した自動車の燃費等の観点から望ましくない。
技術分野
[0001]
本発明は、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りにフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有するガスタンク及びガスタンクの製造方法に関する。
背景技術
[0002]
例えば自動車等に搭載される燃料電池システムには、燃料ガスの供給源として高圧ガスタンクが用いられている。一般的に高圧ガスタンクは、タンク本体の軸方向の両端部に取り付けられた金属製の口金と、タンク本体の外周面と口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により強化繊維を巻き付けて形成された強化繊維層と、を有している。
先行技術文献
特許文献
[0003]
特許文献1:特開2000−266289号公報
特許文献2:特開2003−287193号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0004]
しかしながら、フィラメントワインディング法によりタンク本体の外周面に繊維を巻き付ける工程においては、例えばヘリカル巻きの際に、図9に示すようなタンク本体100の軸方向の端部の口金101に繊維を引っかけ折り返すように繊維を巻き付けることが行われている。このため、略円筒状の口金101の外周面に、厚みのある強化繊維層102が形成される。このように、口金は、強化繊維層のマンドレルの一部を担う役割があるため、軸方向に十分な長さが必要であった。この結果、口金が大きくなり、重くなっていた。口金が重くなると、高圧ガスタンクが重くなり、例えばガスタンクの運搬性や、ガスタンクを搭載した自動車の燃費等の観点から望ましくない。
【0002】
[0005]
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、フィラメントワインディング法による強化繊維層などの外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化してガスタンクの軽量化を図ることをその目的とする。
課題を解決するための手段
[0006]
[0007]
[0008]
[0009]
[0010]
本発明は、ガスタンクの製造方法であって、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金に、前記口金の外周面に滑らかに連続する外周面を有する回転シャフトの連結部を連結する工程と、前記回転シャフトによりタンク本体を回転させながら、前記タンク本体の外周面、前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に亘り繊維を巻き付けて、フィラメントワインディング法により前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に外周層を形成する工程と、前記回転シャフトの連結部を前記口金から取り外し、ガスタンクの軸方向の端部に、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外
[0005]
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、フィラメントワインディング法による強化繊維層などの外周層の形成を適正に行うことができ、なおかつ口金を軽量化してガスタンクの軽量化を図ることをその目的とする。
課題を解決するための手段
[0006]
[0007]
[0008]
[0009]
[0010]
本発明は、ガスタンクの製造方法であって、タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金に、前記口金の外周面に滑らかに連続する外周面を有する回転シャフトの連結部を連結する工程と、前記回転シャフトによりタンク本体を回転させながら、前記タンク本体の外周面、前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に亘り繊維を巻き付けて、フィラメントワインディング法により前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に外周層を形成する工程と、前記回転シャフトの連結部を前記口金から取り外し、ガスタンクの軸方向の端部に、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外
Claims (6)
- タンク本体の軸方向の端部に取り付けられた口金と、前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面に亘りフィラメントワインディング法により形成された外周層とを有するガスタンクであって、
前記タンク本体の軸方向の端部には、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外側端面よりも内側に入り込んで凹部が形成されていることを特徴とする、ガスタンク。 - 前記凹部は、前記外周層の形成時に前記口金に連結される回転シャフトの連結部の形に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のガスタンク。
- 前記口金は、前記タンク本体とその外部との間でガスの流入出が行われないエンドボスであることを特徴とする、請求項1又は2に記載のガスタンク。
- ガスタンクの製造方法であって、
タンク本体の軸方向の端部に形成された口金に、回転シャフトの連結部を連結する工程と、
前記回転シャフトによりタンク本体を回転させながら、前記タンク本体の外周面、前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に亘り繊維を巻き付けて、フィラメントワインディング法により前記タンク本体の外周面と前記口金の外周面及び前記連結部の外周面の一部に外周層を形成する工程と、
前記回転シャフトの連結部を前記口金から取り外し、前記タンク本体の軸方向の端部に、前記口金の前記軸方向の外側端面が前記外周層の前記軸方向の外側端面よりも内側に入り込んだ凹部を形成する工程と、を有することを特徴とする、ガスタンクの製造方法。 - 前記回転シャフトの連結部の先端側は、先端に近づくにつれて次第に外径が小さくなっていることを特徴とする、請求項4に記載のガスタンクの製造方法。
- 前記回転シャフトの連結部の外周面には、離型フィルムが貼られていることを特徴とする、請求項4又は5に記載のガスタンクの製造方法。
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