JP2002104297A

JP2002104297A - 燃料タンク

Info

Publication number: JP2002104297A
Application number: JP2000301953A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Matsuoka; 岡誠一松
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ライナを液晶ポリマーで形成することで、軽
量で気密性の高い燃料タンクを提供する。【解決手段】複合材で成形したタンク外殻２と、この
タンク外殻２の内面に設けられた液晶ポリマー層４とか
ら構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば液体水素
や液体酸素等の、極低温燃料を収容するのに適した軽量
な燃料タンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】宇宙を航行するロケットや将来の宇宙航
空機に装備される燃料タンクは、燃料である液体水素や
液体酸素等の極低温燃料を保管するため、極低温に耐え
る特性を備えかつ軽量であることが要求されている。

【０００３】現在のロケットに装備されている燃料タン
クは、アルミ合金材料を削り出し加工した後成形加工す
ることで作られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アルミ合金製燃料タン
クは、極低温に耐える特性を具備しているが、構造的に
タンクの壁厚を薄くすることが難しく、重量を軽くする
ことに限界があり、また、削り出し加工と成形加工によ
り作られるため、製造コストが高くなってしまうという
問題がある。

【０００５】アルミ合金製燃料タンクの上記問題を解決
するために、アルミ合金より比強度が高く軽量である複
合材を素材として成形した燃料タンクが開発されたが、
この複合材燃料タンクは、極低温燃料を収容した極低温
時に、複合材の補強繊維と樹脂の間の熱膨張差により、
樹脂部分にマイクロクラックが発生し、気密性が維持で
きなくなるという問題がある。

【０００６】また、複合材燃料タンクの気密性を向上さ
せるために、極低温燃料に接する内面に気密性が高いア
ルミ合金ライナを設けた複合材燃料タンクが開発された
が、この複合材燃料タンクは、アルミ合金材料を機械加
工や絞り加工で形成したアルミ合金ライナの外面に複合
材を巻き付けることで作られるため、重量的に重くコス
ト的にも割高になってしまう。

【０００７】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、タンク内層を液晶ポリマ層で形成することで、重量
増加がほとんどなく、複合材の問題点である気密性を維
持できる燃料タンクを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料タンクは、
複合材で成形したタンク外殻の内面に液晶ポリマー層を
設けたことで、液体水素や液体酸素等の極低温燃料を収
容した場合でも高い気密性を維持できかつ軽量化を図る
ことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１において、符号１は本発明によ
る液体水素や液体酸素等の極低温燃料を収容するの適し
た燃料タンクを示す。燃料タンク１は、複合材で成形し
たタンク外殻２と、このタンク外殻２の上部に設けられ
たチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）製口金金具３と、
タンク外殻２の内面に設けられた液晶ポリマー層４とを
有する。また、タンク外殻２のの内部には、極低温燃料
の注入および排出を行う配管５と、排極低温燃料の液面
を検出するセンサを支持するセンササポート金具６と、
極低温燃料の揺れ止め具７が配置されている。配管５
は、口金金具３を通して外部に延びている。

【００１０】タンク外殻２は、図１に示すように、炭素
繊維強化型エポキシ系複合材プリプレグ（織物材）を複
数枚積層して形成されたタンク半体２ａ，２ｂを互いに
結合することで構成される。各タンク半体２ａ，２ｂの
内面には、全面を覆うように常温接着剤８を介して液晶
ポリマーフィルム９が貼着されている。液晶ポリマーフ
ィルム９は、気密性の高い液晶ポリマー層４を形成す
る。

【００１１】液晶ポリマーフィルム９は、たとえば
（株）クラレ製のクラレ液晶ポリマーフィルムであり、
通常の複合材料の１００倍以上のガスバリア性を具備
し、厚さ５０μｍ程度の薄膜での成形が可能である。常
温接着剤８は、図３に示すように、タンク半体２ａ，２
ｂの内面に、１０ｍｍ幅で格子状に塗布される。常温接
着剤８を全面ではなく格子状に塗布することは、常温接
着剤８自身がシール性を持っているため、万一液晶ポリ
マー層４が破損した場合でも、極低温燃料の漏洩を液晶
ポリマー層４の格子の内側部分１０に限定でき、液晶ポ
リマー層４の補修等を容易に行うことができる。また、
全面を接着しないことにより、タンク内圧をタンク外殻
２に効率よく伝達するとともに、液晶ポリマー層４のタ
ンク内圧による高い応力の発生を抑えることができる。
ここで、タンク半体２ａ，２ｂは、図１または図４に示
すように、タンク半体２ｂの端部に拡径段部１１を形成
し、ラップする部分に常温接着剤１２を塗り、タンク半
体２ａをタンク半体２ｂの拡径段部１１に差し込むこと
で結合される。タンク半体２ａをタンク半体２ｂに差し
込む際に、タンク半体２ａの液晶ポリマーフィルム９お
よびタンク半体２ｂの液晶ポリマーフィルム９は、それ
ぞれタンク半体２ａ，２ｂから引き出され、引き出され
た液晶ポリマーフィルム９，９は、根元部分を常温接着
剤１２でタンク半体２ａ，２ｂにそれぞれ接着される。
引き出された液晶ポリマーフィルム９，９の先端部分は
高温接着剤１３により互いに接着される。

【００１２】タンク外殻２のタンク半体２ａとタンク半
体２ｂの結合部の外面には、タンク半体２ｂの端面を覆
うように高温接着剤１４を介して液晶ポリマーフィルム
１５が接着され、この液晶ポリマーフィルム１５を含む
タンク半体２ａとタンク半体２ｂの結合部を囲むように
高温接着剤１６を介してタンク半体を形成する複合材
（織物材）と同種の複合材（織物材）１７が帯状に接着
される。

【００１３】口金金具３は、図５に示すように、環状フ
ランジ部３ａを有し、タンク半体２ａの内側に高温接着
剤１８を張り、その内側にフランジ部３ａを置き、その
内側にタンク半体を形成する複合材（織物材）と同種の
複合材（織物材）２０を複数枚積層し、オートクレーブ
により同時に硬化接着することでタンク半体２ａの取付
け孔１９の周縁部に取付けられる。

【００１４】つぎに、燃料タンク１の製造手順を説明す
る。準備段階として、タンク半体２ａに対応する成形面
２１ａを有する成形治具２２ａと、タンク半体２ｂに対
応する成形面２１ｂを有する成形治具２２ｂと、成形治
具２２ａの成形面２１ａの半分の面積の大きさに裁断し
た炭素繊維強化型エポキシ系複合材プリプレグ（織物
材）２３ａと、成形治具２２ｂの成形面２１ｂの半分の
面積の大きさに裁断した炭素繊維強化型エポキシ系樹脂
複合材プリプレグ（織物材）２３ｂとを用意する。

【００１５】つぎに、１枚のプリプレグ２３ａを、図６
に示すように、成形治具２２ａの成形面２１ａの上に配
置し、このプリプレグ２３ａを成形治具２２ａの成形面
２１ａに沿って引っ張りながら伸ばし、成形治具２２ａ
の成形面２１ａに合わせた形状に成形したプリプレグ２
３を作る。成形したプリプレグ２３は、伸ばした部分の
織物の目が他の部分より粗くなっている。成形したプリ
プレグ２３は１２枚作られる。

【００１６】同様に、プリプレグ２３ｂを成形治具２２
ｂの成形面２１ｂの上に配置し、プリプレグ２３ｂを成
形治具２２ｂの成形面２１ｂに沿って引っ張りながら伸
ばし、成形治具２２ｂの成形面２１ｂに合わせた形状に
成形したプリプレグ２３を作る。成形したプリプレグ２
３は１２枚作られる。

【００１７】つぎに、１２枚の成形プリプレグ２３を、
図７に示すように、それぞれの伸ばした部分が重ならな
いようにしながら、成形治具２２ａの成形面２１ａの上
に積層する。同様に、１２枚の成形プリプレグ２３をそ
れぞれの伸ばした部分が重ならないようにしながら、成
形治具２２ｂの成形面２１ｂの上に積層する。

【００１８】つぎに、成形治具２２ａ積層されたプリプ
レグ２３および成形治具２２ｂに積層されたプリプレグ
１２を、それぞれオートクレーブに入れ、通常の高温加
圧処理することで、積層されたプリプレグ１２を硬化
し、タンク半体２ａとタンク半体２ｂが成形される。こ
の場合、タンク半体２ａとタンク半体２ｂが嵌合するよ
うに、タンク半体２ｂに拡径段部１１を形成する。この
拡径段部１１はタンク半体２ａに形成してもよい。

【００１９】これとは別に、オレンジピール状に裁断し
た液晶ポリマーフィルム９を成形治具２２ａの成形面２
１ａにアイロン等の加熱工具で押し付け、液晶ポリマー
フィルム９を成形面２１ａの形状に合わせた形状に成形
する。成形したオレンジピール状液晶ポリマーフィルム
９は、側端がラップして半球形をなすように成形面２１
ａに配置され、ラップ部に高温硬化型接着剤を挟み、バ
ギング、オートクレーブ硬化され、半球形に成形され
る。

【００２０】同様に、オレンジピール状に裁断した液晶
ポリマーフィルム９を成形治具２２ｂの成形面２１ｂに
アイロン等の加熱工具で押し付け、液晶ポリマーフィル
ム９を成形面２１ｂの形状に合わせた形状に成形する。
成形したオレンジピール状液晶ポリマーフィルム９は、
側端がラップするように成形面２１ｂに側端がラップす
るように配置され、ラップ部に高温硬化型接着剤を挟
み、成形治具２２上でバギング、オートクレーブ硬化さ
れ、半球形に成形される。半球形に成形した液晶ポリマ
ーフィルム９，９をタンク半体２ａ，２ｂの内側に配置
し、タンク半体２ａ，２ｂとの馴染みをよくするため
に、液晶ポリマーフィルム９とタンク半体２ａおよび液
晶ポリマーフィルム９とタンク半体２ｂを同時にバギン
グする。

【００２１】つきに、タンク半体２ａ，２ｂの内面に、
図３に示すように、常温接着剤８を１０ｍｍ幅で格子状
に塗布し、タンク半体２ａ，２ｂのの上に半球形に成形
した液晶ポリマーフィルム９，９を置き、バギングし常
温硬化させる。半球形に成形した液晶ポリマーフィルム
９，９は、タンク半体２ａ，２ｂの内面に接着され気密
性の高い液晶ポリマー層４を形成する。

【００２２】つぎに、タンク半体２ａの所定位置に、口
金金具３の取付孔１９およびセンサポート金具の取付孔
（図示せず）を機械加工で開け、センサーポート金具５
を高温硬化型エポキシ系接着剤を介して半体２ａの内側
に取付ける。口金金具３は、図５に示すように、タンク
半体２ａの内側に高温硬化型エポキシ系接着剤（高温接
着剤）１８を張り、その内側にフランジ部３ａを置き、
その内側にタンク半体を形成する複合材（織物材）と同
種の複合材（織物材）２０を複数枚積層し、オートクレ
ーブにより同時に硬化接着することでタンク半体２ａの
取付け孔１９の周縁部に取付けられ。

【００２３】つぎに、タンク半体２ａおよびタンク半体
２ｂの所定位置にスチール製内装品を取り付ける。内装
品のタンク半体への支持は、口金金具３の蓋の部分に溶
接で固定することでタンク半体への取り付けを極力減ら
す。しかし、内装品である液体水素燃料の揺れ止め用の
傘形薄膜構造７は、口金金具３の蓋の部分に溶接しただ
けでは安定しないため、図８に示すように、取付け金具
２５を周縁部に設け、取付け金具２５をタンク半体２ｂ
の内壁に液晶ポリマーフィルム９を介して常温接着剤８
で接着する。取付け金具２５をタンク半体２ｂの内壁に
接着する場合、取付け金具２５は、液晶ポリマーフィル
ム９に接着されるが、液晶ポリマーフィルム９の取付け
金具２５に対応する部分をタンク半体２ｂの内壁に予め
接着して置く。

【００２４】２つのタンク半体２ａ，２ｂを結合してタ
ンク外殻２を形成するには、図４に示すように、２つの
タンク半体２ａ，２ｂのラップする部分に常温接着剤８
を塗り、タンク半体２ｂの段差１１をガイドとしてタン
ク半体２ａをタンク半体２ｂの段差１１に差し込む。タ
ンク半体２ａをタンク半体２ｂに差し込む際に、液晶ポ
リマーフィルム９をそれぞれタンク半体２ａ，２ｂから
引き出し、タンク半体２ａから引き出した液晶ポリマー
フィルム９を折り返して，液晶ポリマーフィルム９の基
部を常温接着剤１２でタンク半体２ａに接着するととも
に，タンク半体２ｂから引き出した液晶ポリマーフィル
ム９の基部を常温接着剤１２でタンク半体２ｂに接着
し、さらに、液晶ポリマーフィルム９，９同士を常温接
着剤１２で接着し、液晶ポリマーフィルム９の基部でタ
ンク半体２ａ，２ｂがシールされていることを確認した
後、引き出した液晶ポリマーフィルム９，９の先端部分
に高温接着剤１３を挟み、バギング硬化させる。この工
程により、液晶ポリマーフィルム９，９は袋状を呈す
る。そして、液晶ポリマーフィルム９，９の余分な部分
を切断する。

【００２５】つぎに、タンク外殻２の半体２ａ，２ｂの
結合部の外面に、タンク半体２ｂの端面を覆うように高
温接着剤１４を介して液晶ポリマーフィルム１５を接着
し、タンク外殻２の半体２ａ，２ｂの結合部分を中心に
高温接着剤１６を必要面積張り、その上に、半体２ａ，
２ｂの複合材（織物材）と同種の複合材（織物材）を１
２プライ積層し、オートクレーブにより同時に硬化接着
を行う。

【００２６】このようにして作られた燃料タンク１は、
タンク外殻２を軽量な複合材で形成し、ライナーを気密
性の高い液晶ポリマー層４で形成している。

【００２７】以上の説明では、タンク外殻は１２枚のシ
ートで、タンク本体の複合部には１２枚の炭素繊維織物
材を使用しているがこの枚数に限る必要はなく、必要に
応じ増減することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明による燃料タ
ンクは、タンク外殻を複合材で成形し、ライナーを液晶
ポリマー層で形成したことで、軽量で高い気密性を備え
かつ低コストで作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料タンクの側面図。

【図２】本発明による燃料タンクの側壁の拡大断面図。

【図３】本発明による燃料タンクの側壁内面に塗布され
る格子状常温接着剤を示す図。

【図４】本発明による燃料タンクのタンク半体結合部分
を示す図。

【図５】本発明による燃料タンクの口金部分を示す図。

【図６】タンク半体を形成するプリプレグを成形治具に
配置した状態を示す図。

【図７】成形したプリプレグを成形治具に積層した状態
を示す図。

【図８】傘形薄膜構造の取付け状態を示す図。

【符号の説明】

１燃料タンク２タンク外殻２ａ，２ｂタンク半体３口金金具４液晶ポリマー層８常温接着剤９液晶ポリマーフィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複合材で成形したタンク外殻と、このタン
ク外殻の内面に設けられた液晶ポリマー層とを有するこ
とを特徴とする燃料タンク。
【請求項２】液晶ポリマー層は、液晶ポリマーフィルム
により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃
料タンク。
【請求項３】液晶ポリマーフィルムは、格子状接着部を
介してタンク外殻の内面に接着されたことを特徴とする
請求項２に記載の燃料タンク。
【請求項４】複合材は、炭素繊維強化型プラスチックで
あることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
載の燃料タンク。