JP6648705B2 - 高圧タンク製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧タンク製造方法に関する。

下記特許文献１には、高圧タンクおよびその製造方法が開示されている。この高圧タンクの製造方法では、樽型に形成された胴体部にこの胴体部の略軸方向に沿って帯状の繊維束を重ねて複数巻き付けていることで、胴体部が繊維束に補強されている。これにより、高圧タンクの剛性が高められるため、高圧タンクの内部に高圧の流体が収容可能となる。

特開２０１０−２６５９３１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された高圧タンクは、胴体部に繊維束が複数回巻き付けられているが、繊維束を複数回巻き付けると、最初に巻き付けた繊維束すなわち胴体部側の繊維束の張力が弱まり、繊維束に緩みが発生する可能性がある。繊維束に緩みが発生すると、胴体部を繊維束にて補強することができないため、高圧タンクの剛性が低下する可能性がある。したがって、上記先行技術はこの点で改良の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、高圧タンクの剛性を向上させることができる高圧タンク製造方法を得ることを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る高圧タンク製造方法は、円筒状に形成されると共に、軸方向の両端部がそれぞれ開口された胴体部と、前記胴体部の前記両端部内に少なくとも一部が挿入されることで前記両端部をそれぞれ閉塞すると共に、前記胴体部の軸方向に沿って変位可能とされた口金と、前記一方の口金と前記他方の口金とをそれぞれ前記胴体部の軸方向に連結すると共に、それぞれの前記口金を前記胴体部の軸方向外側へ付勢する付勢手段と、当該付勢手段の付勢力を調整する付勢力調整手段とを有した連結機構と、前記一方の口金と前記他方の口金とに前記胴体部の軸方向に沿って架け渡すように巻き付けられた繊維束と、を有する高圧タンクに適用される高圧タンク製造方法であって、前記胴体部の両端部に前記口金をそれぞれ挿入する第１工程と、前記付勢力調整手段によって前記胴体部の軸方向外側へ付勢力が作用しない状態とされた前記連結機構によって、前記一方の口金と前記他方の口金とを前記胴体部の軸方向に連結する第２工程と、前記一方の口金と前記他方の口金とに前記繊維束を前記胴体部の軸方向に沿って架け渡すように少なくとも一回以上巻き付ける第３工程と、前記付勢手段の付勢力が前記胴体部の軸方向外側へ作用する状態となるように前記付勢力調整手段を調整する第４工程と、前記一方の口金と前記他方の口金とに前記繊維束を前記胴体部の軸方向に沿って架け渡すようにさらに巻き付ける第５工程と、を有している。

請求項１に記載の発明によれば、胴体部は、円筒状に形成されると共に、胴体部の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する）の両端部がそれぞれ開口されており、胴体部の両端部内にこの両端部を閉塞するように口金の少なくとも一部がそれぞれ挿入されている。それぞれの口金は、軸方向に沿って変位可能とされていると共に、それぞれの口金同士は連結機構によって軸方向に連結されている。連結機構には、それぞれの口金を軸方向外側へと付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力を調整する付勢力調整手段とを有している。また、それぞれの口金には、繊維束が軸方向に沿って架け渡すように巻き付けられている。

ここで、第１工程にて胴体部の両端部にそれぞれ口金が挿入されると共に、第２工程にて一方の口金と他方の口金とが連結機構によって軸方向に連結される。このときの連結機構は、付勢力調整手段によって付勢手段の付勢力が軸方向外側へ作用しない状態とされている。そして、第３工程にて一方の口金と他方の口金とに胴体部の軸方向に沿って架け渡すように繊維束が少なくとも一回以上巻きつけられ、第４工程にて付勢手段の付勢力が胴体部の軸方向外側へ作用する状態となるように付勢力調整手段を調整する。また、第５工程にて一方の口金と他方の口金とに胴体部の軸方向に沿って架け渡すように繊維束をさらに巻き付ける。したがって、繊維束は軸方向外側へ付勢された口金によって張力が作用した状態で口金に巻き付けられることから、最初に巻き付けた口金側の繊維束の張力が弱くなることで緩みが発生するのを抑制することができる。

請求項１記載の本発明に係る高圧タンク製造方法は、高圧タンクの剛性を向上させることができるという優れた効果を有する。

一実施形態に係る高圧タンク製造方法によって製造された高圧タンクを示す概略断面図である。 （Ａ）は一実施形態に係る高圧タンク製造方法によって製造された高圧タンクの付勢手段の圧縮状態を示す概略図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対して引張状態を示す概略図である。 一実施形態に係る高圧タンク製造方法によって作成された高圧タンクの一部を示す分解斜視図である。 一実施形態に係る高圧タンク製造方法における第３工程を示す斜視図である。 一実施形態に係る高圧タンク製造方法によって製造された高圧タンクを示す斜視図である。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態について説明する。

図示しない車両に設けられたタンクモジュールは、図１に示されるように、高圧タンク１０を複数組み合わせることで構成されており、一例として、燃料電池車両のフロアパネル（不図示）の車両下方側に複数並べた高圧タンク１０を連結させた構成とされている。

高圧タンク１０は、一例として車両幅方向又は車両前後方向を軸方向（長手方向）とする略円柱状に形成されている。この高圧タンク１０は、胴体部１２と、第１繊維強化樹脂部材１４と、繊維束としての第２繊維強化樹脂部材１６と、を含んで構成されている。胴体部１２は、軸方向の両端部が開口された円筒状に形成されかつ一例としてアルミニウム合金により構成されている。なお、胴体部１２は、フロアパネルの車両下方側の空いているスペース内に収容可能な径寸法とされている。

第１繊維強化樹脂部材１４は、シート状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）とされていると共に、胴体部１２の外周面１８に巻き付けられている。この第１繊維強化樹脂部材１４の内部には、図示しない炭素繊維が胴体部１２の周方向に沿って配列されている。換言すると、第１繊維強化樹脂部材１４の繊維方向は、胴体部１２の周方向とされている。

高圧タンク１０の胴体部１２における軸方向一方側の端部と他方側の端部との内部には、一対の口金２０がそれぞれ挿入されている。口金２０は、軸方向外側に向かって凸となる略半円柱状に形成されている。この口金２０は、胴体部挿入部２２と、連通流路２４とを有している。胴体部挿入部２２は、複数の高圧タンク１０の胴体部１２のそれぞれに対応した位置に配置されており、胴体部１２の軸方向内側へ向かって突出された略円柱状に形成されている。胴体部挿入部２２の外周面１８は、胴体部１２の内周面と当接されている。また、胴体部挿入部２２の先端部には、外縁部を切り欠くことで形成されたパッキン収容部２６が設けられており、このパッキン収容部２６の内部にＯリング２８が収められている。Ｏリング２８は、胴体部１２の径方向に沿って弾性的に変形されている。この胴体部挿入部２２によって、胴体部１２の軸方向一方側の端部と他方側の端部とがそれぞれ閉塞されている。

連通流路２４は、口金２０の内部に形成されており、この連通流路２４は、胴体部挿入部２２の内部に軸方向に沿ってかつ当該軸方向内側に向かって開口された複数の第１連通流路２５と、複数の第１連通流路２５をそれぞれ連結する図示しない第２連通流路とを含んで構成されている。これにより、複数の高圧タンク１０の胴体部１２の内部は、互いに連通されている。

口金２０内の連通流路２４には、弁部材としての図示しないバルブが設けられており、これにより連通流路２４内を流れる流体の量をコントロール可能とされている。そして、連通流路２４は、それぞれ図示しない燃料電池スタックや供給パイプ等に接続されている。

第２繊維強化樹脂部材１６は、第１繊維強化樹脂部材１４の径方向外側かつ一対の口金２０の外側面に設けられている。具体的には、第２繊維強化樹脂部材１６は、帯状のＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）とされており、一対の口金２０の外側面に、この第２繊維強化樹脂部材１６が胴体部１２の軸方向に沿って架け渡すように巻き付けられている。第２繊維強化樹脂部材１６の内部には、図示しない炭素繊維が胴体部１２の軸方向に沿って配列されている。換言すると、第２繊維強化樹脂部材１６の繊維方向は、胴体部１２の軸方向とされている。なお、第２繊維強化樹脂部材１６の繊維量は、第１繊維強化樹脂部材１４の繊維量の半分とされている。

高圧タンク１０における一対の口金２０同士は、連結機構３０によって軸方向に連結されている。この連結機構３０は、図３に示されるように、軸方向を長手方向とする円柱状に形成されかつ軸方向に沿って設けられた一対のロッド部材３２と、一対のロッド部材３２の間に設けられた付勢手段としてのスプリング３４と、スプリング３４の両端部に設けられた付勢力調整手段としての一対の調整ナット３６とを有している。

一対のロッド部材３２は、胴体部１２の上方側と下方側にそれぞれ設けられている。また、一対のロッド部材３２は、それぞれの長手方向における両端部に雄ねじが形成されており、軸方向外側の端部の雄ねじは、口金２０に形成された貫通孔３８内の雌ねじ（図１参照）に螺合されている。また、図２（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、それぞれのロッド部材３２における軸方向内側の端部の雄ねじには、調整ナット３６がそれぞれ螺合されている。

一対の調整ナット３６におけるそれぞれの対向する面には、スプリング３４の端部４０が相対回転可能に取り付けられている。このスプリング３４は、図２（Ｂ）に示されるように、内部にロッド部材３２が挿入可能な程度に内径寸法がロッド部材３２の外径寸法より大きく設定されている。また、図２（Ａ）に示されるように、一対の調整ナット３６をそれぞれロッド部材３２の軸方向内側の端部の端縁部に位置（一対の調整ナット３６同士を近接）させた状態では、スプリング３４は圧縮状態となるため調整ナット３６ひいてはロッド部材３２に軸方向外側へ付勢力が作用する。一方、図２（Ｂ）に示されるように、一対の調整ナット３６をそれぞれロッド部材３２の軸方向外側の端部の端縁部から離れた位置（一対の調整ナット３６同士を離間）させた状態では、スプリング３４は伸長状態となるため調整ナット３６ひいてはロッド部材３２に軸方向内側へ付勢力が作用する。

（高圧タンクの製造方法）
図３に示されるように、高圧タンク１０の胴体部１２の外周面には、上述のように第１繊維強化樹脂部材１４が胴体部１２の周方向に沿って巻き付けられている。第１繊維強化樹脂部材１４が巻き付けられた胴体部１２の軸方向の両端部の内部には、それぞれ口金２０が挿入される。なお、この工程が本発明の「第１工程」に相当する。それぞれの口金２０は、調整ナット３６及びスプリング３４が取り付けられたロッド部材３２によって胴体部１２の軸方向に連結されている。このときの調整ナット３６は、ロッド部材３２上におけるスプリング３４が圧縮状態とならない位置に配置されている。つまり、ロッド部材３２には、軸方向外側へと付勢力が作用しない状態とされている。なお、この工程が本発明の「第２工程」に相当する。

図４に示されるように、一対の口金２０には、第２繊維強化樹脂部材１６が胴体部１２の軸方向に沿って架け渡すように一回以上巻き付けられている。なお、この工程が本発明の「第３工程」に相当する。

そして、第２繊維強化樹脂部材１６が一対の口金２０に架け渡すように一回以上巻き付けられた後に、調整ナット３６をロッド部材３２の軸方向内側の端部の端縁部へ移動させる（図２（Ａ）参照）。なお、この工程が本発明の「第４工程」に相当する。これによって、スプリング３４が圧縮されてロッド部材３２ひいては一対の口金２０に軸方向外側へと作用する付勢力が発生する。このスプリング３４の付勢力によって、一対の口金２０は軸方向外側（口金２０同士が互いに離間する方向）へ移動しようとすることで、一対の口金２０に架け渡された第２繊維強化樹脂部材１６に緩みが発生するのを抑制することができる。

図５に示されるように、一対の口金２０には、上述の第２工程にて巻き付けられた第２繊維強化樹脂部材１６に重なるようにさらに第２繊維強化樹脂部材１６が架け渡されるように軸方向に沿って巻き付けられている。つまり、第２繊維強化樹脂部材１６が複層構造とされている。なお、この工程が本発明の「第５工程」に相当する。

なお、第２繊維強化樹脂部材１６が一対の口金２０に架け渡されるように複層巻き付けられた後は、一対の調整ナット３６をそれぞれロッド部材３２の軸方向内側の端部の端縁部から離れた位置（一対の調整ナット３６同士を離間）させた状態とする。

以上により製造された高圧タンク１０を複数並べて一体的に固定することで、タンクモジュールが製造される。

（第１実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。

本実施形態では、図１に示されるように、胴体部１２は、円筒状に形成されると共に、軸方向の両端部がそれぞれ開口されており、胴体部１２の両端部内にこの両端部を閉塞するように口金２０の少なくとも一部がそれぞれ挿入されている。それぞれの口金２０は、軸方向に沿って変位可能とされていると共に、それぞれの口金２０同士は連結機構３０によって軸方向に連結されている。連結機構３０には、それぞれの口金２０を軸方向外側へと付勢するスプリング３４と、このスプリング３４の付勢力を調整する調整ナット３６とを有している。また、それぞれの口金２０には、第２繊維強化樹脂部材１６が軸方向に沿って架け渡すように巻き付けられている。

ここで、第１工程にて胴体部１２の両端部にそれぞれ口金２０が挿入されると共に、第２工程にて一方の口金２０と他方の口金２０とが連結機構３０によって軸方向に連結される。このときの連結機構３０は、調整ナット３６によってスプリング３４の付勢力が軸方向外側へ作用しない状態とされている。そして、第３工程にて一方の口金２０と他方の口金２０とに胴体部１２の軸方向に沿って架け渡すように第２繊維強化樹脂部材１６が少なくとも一回以上巻きつけられ、第４工程にてスプリング３４の付勢力が胴体部１２の軸方向外側へ作用する状態となるように調整ナット３６の位置を変更する。また、第５工程にて一方の口金２０と他方の口金２０とに胴体部１２の軸方向に沿って架け渡すように第２繊維強化樹脂部材１６をさらに巻き付ける。したがって、第２繊維強化樹脂部材１６は軸方向外側へ付勢された口金２０によって張力が作用した状態で口金２０に巻き付けられることから、最初に巻き付けた口金２０側の第２繊維強化樹脂部材１６の張力が弱くなることで緩みが発生するのを抑制することができる。これにより、高圧タンク１０の剛性を向上させることができる。

また、第２繊維強化樹脂部材１６が一対の口金２０に架け渡されるように複層巻き付けられた後は、一対の調整ナット３６をそれぞれロッド部材３２の軸方向内側の端部の端縁部から離れた位置（一対の調整ナット３６同士を離間）させた状態としている。これにより、スプリング３４は伸長状態となるためロッド部材３２ひいては一対の口金２０に軸方向内側へと作用する付勢力が発生する。このスプリング３４の付勢力によって、一対の口金２０は軸方向内側（口金２０同士が互いに近接する方向）へ移動しようとすることで、一対の口金２０が胴体部１２から離脱するのをより抑制することができる。つまり、高圧タンク１０の耐圧性をより向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、連結機構３０にスプリング３４及び調整ナット３６を設けた構成とされているが、これに限らず、油圧ダンパー等その他の構成により付勢力を一対の口金２０に作用させかつ付勢力を調整可能とする構成としてもよい。

また、連結機構３０に荷重計や伸び測定計を設けて高圧タンク１０に作用する圧力を計測して高圧タンク１０の劣化や破壊の予測を行うことができる構成としてもよい。

さらに、連結機構３０における軸方向略中央にスプリング３４及び調整ナット３６が設けられた構成とされているが、これに限らず、軸方向の端部等その他の位置にスプリング３４及び調整ナット３６が設けられた構成としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０ 高圧タンク
１２ 胴体部
１６ 第２繊維強化樹脂部材（繊維束）
２０ 口金
３０ 連結機構
３４ スプリング（付勢手段）
３６ 調整ナット（付勢力調整手段）

Claims (1)

1. 円筒状に形成されると共に、軸方向の両端部がそれぞれ開口された胴体部と、
   前記胴体部の前記両端部内に少なくとも一部が挿入されることで前記両端部をそれぞれ閉塞すると共に、前記胴体部の軸方向に沿って変位可能とされた口金と、
   前記一方の口金と前記他方の口金とをそれぞれ前記胴体部の軸方向に連結すると共に、それぞれの前記口金を前記胴体部の軸方向外側へ付勢する付勢手段と、当該付勢手段の付勢力を調整する付勢力調整手段とを有した連結機構と、
   前記一方の口金と前記他方の口金とに前記胴体部の軸方向に沿って架け渡すように巻き付けられた繊維束と、
   を有する高圧タンクに適用される高圧タンク製造方法であって、
   前記胴体部の両端部に前記口金をそれぞれ挿入する第１工程と、
   前記付勢力調整手段によって前記胴体部の軸方向外側へ付勢力が作用しない状態とされた前記連結機構によって、前記一方の口金と前記他方の口金とを前記胴体部の軸方向に連結する第２工程と、
   前記一方の口金と前記他方の口金とに前記繊維束を前記胴体部の軸方向に沿って架け渡すように少なくとも一回以上巻き付ける第３工程と、
   前記付勢手段の付勢力が前記胴体部の軸方向外側へ作用する状態となるように前記付勢力調整手段を調整する第４工程と、
   前記一方の口金と前記他方の口金とに前記繊維束を前記胴体部の軸方向に沿って架け渡すようにさらに巻き付ける第５工程と、を有する、
   高圧タンク製造方法。