JP3493794B2 - Gas cylinder and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、各種のガスボンベ、特
に自動車等に搭載するのに好適なガスボンベ、およびそ
の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to various gas cylinders, particularly gas cylinders suitable for mounting on automobiles and the like, and a method for producing the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、米国その他の諸外国で、天然ガス
を燃料とする自動車が低公害車として注目されている。
そのような自動車には、一般にＣＮＧタンク（Ｃｏｍｐ
ｒｅｓｓｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｔａｎｋ）と
呼ばれるガスボンベが搭載される。2. Description of the Related Art In recent years, automobiles that use natural gas as fuel have attracted attention as low-pollution vehicles in the United States and other foreign countries.
CNG tanks (Comp
A gas cylinder called a "less natural gas tank" is mounted.

【０００３】そのような自動車用ガスボンベは、従来、
スチールやアルミニウム合金等の金属で作られている
が、金属製のものは重く、燃費を低下させる。加えて、
天然ガスの単位重量あたりの発熱量はガソリンの半分程
度にすぎないから、無補給で走行できる距離をガソリン
車並に高めようとするとガソリンの場合の約２倍もの天
然ガスを搭載しなければならず、これがまた車両総重量
を増大させ、燃費を低下させている。そのため、燃費向
上の一策として、ガスボンベの軽量化が検討されてい
る。Such gas cylinders for automobiles have hitherto been known.
It is made of metal such as steel or aluminum alloy, but metal is heavy and reduces fuel consumption. in addition,
The calorific value per unit weight of natural gas is only about half that of gasoline, so if you try to increase the distance that you can run without refueling like a gasoline car, you have to carry about twice as much natural gas as gasoline. This in turn increases gross vehicle weight and reduces fuel economy. Therefore, weight reduction of gas cylinders is being considered as a measure for improving fuel efficiency.

【０００４】ところで、特公平５−８８６６５号公報に
は、ガスバリア性を有するプラスチック製の内殻を、耐
圧性のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製外殻で覆って
いるガスボンベが記載されている。このガスボンベは、
本質的にプラスチックからなるものであるから金属製の
ものにくらべてかなり軽量であり、これを自動車用の天
然ガスボンベとして用いると、燃費の向上が期待でき
る。By the way, Japanese Patent Publication No. 5-88665 discloses a gas cylinder in which a plastic inner shell having a gas barrier property is covered with a pressure-resistant outer shell made of FRP (fiber reinforced plastic). This gas cylinder
Since it is essentially made of plastic, it is considerably lighter than metal, and if it is used as a natural gas cylinder for automobiles, it can be expected to improve fuel efficiency.

【０００５】このようなガスボンベにおいては、耐圧性
の外殻に関して、その胴部は主として径方向の内圧を受
け、その鏡板部は主としてボンベ軸方向の内圧を受ける
ことになる。したがって、外殻をＦＲＰで構成する場
合、その胴部においては、径方向の内圧に対する耐圧性
を高めるために、補強繊維を周方向に巻いた層、いわゆ
るフープ巻層が設けられ、鏡板部においては、軸方向の
内圧に対する耐圧性を高めるために、いわゆるヘリカル
巻層が設けられる。In such a gas cylinder, with respect to the pressure-resistant outer shell, the body portion thereof mainly receives the inner pressure in the radial direction, and the end plate portion thereof mainly receives the inner pressure in the cylinder axial direction. Therefore, when the outer shell is made of FRP, a layer in which reinforcing fibers are wound in the circumferential direction, a so-called hoop winding layer is provided in the body portion in order to increase the pressure resistance against the inner pressure in the radial direction. A so-called helical winding layer is provided in order to increase the pressure resistance against the internal pressure in the axial direction.

【０００６】ところが、ＦＲＰ製外殻の胴部を形成する
に際し、補強繊維のフープ巻層を単に１層や２層程度設
けるだけでは、たとえば外部から衝撃力が加わった際、
そのフープ巻層の補強繊維に損傷が生じたり、隣接層と
の間の層間に破壊の起点が生じたりするおそれがある。
フープ巻層の層数が少ないと、各フープ巻層は外殻の胴
部の耐圧性発現に関して大きなウエイトを占めるから、
いずれかのフープ巻層に局部的に生じた補強繊維の損傷
や層間破壊であっても、繰り返し衝撃力を受けた場合等
にあっては、致命的な損傷に発展するおそれがある。こ
の問題に対処するためには、フープ巻層の層数を増やせ
ばよいと考えられる。しかし、単にフープ巻層の層数を
増加するだけでは、外殻の肉厚が大幅に増加することに
なり、重量が増大してＦＲＰ化することの最大のメリッ
トである軽量化効果が損なわれたり、製造コストが上昇
するようになる。However, when forming the body portion of the FRP outer shell, if only one or two hoop winding layers of reinforcing fibers are provided, for example, when an impact force is applied from the outside,
The reinforcing fiber of the hoop wound layer may be damaged, or a starting point of breakage may occur between the adjacent layers.
When the number of hoop winding layers is small, each hoop winding layer occupies a large weight in terms of developing pressure resistance of the body of the outer shell.
Even if the reinforcing fiber is locally damaged in any one of the hoop wound layers or the interlayer is broken, it may be fatally damaged when it is repeatedly subjected to an impact force. In order to deal with this problem, it is considered that the number of hoop winding layers should be increased. However, simply increasing the number of hoop winding layers will significantly increase the thickness of the outer shell, and the weight reduction effect, which is the greatest merit of using FRP, is impaired. Or, the manufacturing cost will increase.

【０００７】また、ＦＲＰ製外殻の耐圧性を高めるため
には、一般に、繊維体積含有率を高めるとともに、低ボ
イド化することが有効であることが知られている。しか
し、上述の如く単にフープ巻層を設けるだけでは、各フ
ープ巻層の繊維体積含有率を高めることには限度があ
り、しかも、成形の際にフープ巻層のボイドを絞り出し
て低ボイド化することにも限度がある。Further, in order to increase the pressure resistance of the FRP outer shell, it is generally known that it is effective to increase the fiber volume content and reduce the void. However, there is a limit to increasing the fiber volume content of each hoop wound layer by simply providing the hoop wound layer as described above, and further, the voids of the hoop wound layer are squeezed out at the time of molding to reduce the voids. There are limits to things.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
のような問題点に着目し、耐圧性のＦＲＰ製外殻を有す
るガスボンベにおいて、軽量化効果を損なうことなく、
とくに胴部の耐圧性、外部からの衝撃力に対する強度を
大幅に高めることにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to pay attention to the problems as described above, and in a gas cylinder having a pressure resistant FRP outer shell, without impairing the weight reduction effect.
In particular, it is to significantly increase the pressure resistance of the body and the strength against external impact force.

【０００９】また、本発明の他の目的は、そのようなガ
スボンベを、容易にかつ低コストで製造できるようにす
ることにある。Another object of the present invention is to make it possible to manufacture such a gas cylinder easily and at low cost.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的に沿う本発明の
ガスボンベは、ガスバリア性を有する内殻と、該内殻を
覆うように設けた耐圧性のＦＲＰ製外殻とを有するガス
ボンベであって、前記外殻が、ガスボンベの胴部におい
て５層以上の層状構成を有し、かつ、全厚みＴ（ｍｍ）
と層数Ｎとの関係が、式 ０．５≦Ｔ／Ｎ≦６ を満足していることを特徴とするものからなる。A gas cylinder according to the present invention which meets the above object is a gas cylinder having an inner shell having a gas barrier property and a pressure-resistant FRP outer shell provided so as to cover the inner shell. The outer shell has a layered structure of 5 or more layers in the body of the gas cylinder, and has a total thickness T (mm).
And the number N of layers satisfy the equation 0.5 ≦ T / N ≦ 6.

【００１１】この外殻の胴部においては、補強繊維のフ
ープ巻層を有する層と、補強繊維のヘリカル巻層を有す
る層とが外殻厚み方向に交互に配置されていることが好
ましい。In the body of the outer shell, it is preferable that the layer having the hoop winding layer of the reinforcing fiber and the layer having the helical winding layer of the reinforcing fiber are alternately arranged in the thickness direction of the outer shell.

【００１２】また、本発明に係るガスボンベの製造方法
は、ガスバリア性を有する内殻の周りに、フィラメント
ワインディング法を用いて耐圧性のＦＲＰ製外殻を形成
してガスボンベを製造するに際し、該外殻を、ガスボン
ベの胴部において、５層以上の層状構成で、かつ、全厚
みＴ（ｍｍ）と層数Ｎとの関係が、式 ０．５≦Ｔ／Ｎ≦６ を満足するように形成することを特徴とする方法からな
る。Further, the method for producing a gas cylinder according to the present invention is characterized in that a pressure-resistant FRP outer shell is formed around the inner shell having a gas barrier property by using the filament winding method to produce a gas cylinder. The shell is formed in a body part of the gas cylinder with a layered structure of five layers or more, and the relation between the total thickness T (mm) and the number of layers N satisfies the expression 0.5 ≦ T / N ≦ 6. The method comprises:

【００１３】この製造方法においては、たとえばフィラ
メントワインディング法によって外殻の胴部を形成する
に際し、補強繊維として、樹脂含浸前の糸幅Ｄと厚みｔ
との比Ｄ／ｔが１５以上の無撚補強繊維束を用いること
が好ましい。In this manufacturing method, for example, when forming the body of the outer shell by the filament winding method, the yarn width D and the thickness t before resin impregnation are used as the reinforcing fibers.
It is preferable to use a non-twisted reinforcing fiber bundle having a ratio D / t of 15 or more.

【００１４】図１ないし図３は、本発明の一実施態様に
係るガスボンベを示している。図１において、ガスボン
ベ１は、ガスバリア性を有する内殻２と、この内殻２を
覆うように設けた耐圧性のＦＲＰ製外殻３とを有する。
このガスボンベ１は、全体として胴部Ａと、それに続く
鏡板部Ｂと、ノズル取付用の口金４およびそれに装着さ
れたノズル５と、反対側に設けられたボス６とを有して
いる。1 to 3 show a gas cylinder according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a gas cylinder 1 has an inner shell 2 having a gas barrier property, and a pressure-resistant FRP outer shell 3 provided so as to cover the inner shell 2.
The gas cylinder 1 as a whole has a body portion A, an end plate portion B following the body portion A, a nozzle attachment base 4 and a nozzle 5 attached thereto, and a boss 6 provided on the opposite side.

【００１５】上記において、内殻２は、ガス漏れを防ぐ
作用をもつ。また、後述するように耐圧性の外殻を形成
するときの芯体としても作用する。In the above, the inner shell 2 has a function of preventing gas leakage. Further, as will be described later, it also acts as a core when forming a pressure resistant outer shell.

【００１６】この内殻２は、たとえばポリエチレン樹
脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹
脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール
樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂で作られている。
耐衝撃性に優れるという意味では、ＡＢＳ樹脂が好まし
い。そのような樹脂製の内殻２は、たとえば、周知のブ
ロー成形法によって製造でき、ブロー成形の際に口金４
と一体的に結合できる。複合ブロー成形法を用い、ガス
シール性に優れる、たとえばポリアミド樹脂の層を、剛
性に優れる、たとえば高密度ポリエチレン樹脂の層で挟
んだ多層構造とすることもできる。また、内殻２は、Ｆ
ＲＰで作られていてもよい。そのようなＦＲＰ製の内殻
２は、たとえば、後述するような、外殻３に用いる補強
繊維の、繊維長２〜１０ｍｍ程度の短繊維を含む樹脂を
射出成形することによって製造することができる。さら
に、内殻２は金属、たとえば薄いアルミニウム合金やマ
グネシウム合金等の軽合金から構成されていてもよい。The inner shell 2 is made of a resin such as polyethylene resin, polypropylene resin, polyamide resin, ABS resin, polybutylene terephthalate resin, polyacetal resin or polycarbonate resin.
ABS resin is preferable in terms of excellent impact resistance. Such a resin inner shell 2 can be manufactured by, for example, a well-known blow molding method.
Can be combined with. It is also possible to use a composite blow molding method to form a multilayer structure in which a layer of polyamide resin having excellent gas sealing property is sandwiched by layers of high density polyethylene resin having excellent rigidity. Also, the inner shell 2 is F
It may be made of RP. Such an FRP inner shell 2 can be manufactured, for example, by injection-molding a resin containing reinforcing fibers used for the outer shell 3, which are short fibers having a fiber length of about 2 to 10 mm, which will be described later. . Further, the inner shell 2 may be made of a metal, for example, a light alloy such as a thin aluminum alloy or a magnesium alloy.

【００１７】内殻２は、上述したようにガス漏れを防ぐ
作用をもっている。かかる作用を向上させるために、内
表面および／または外表面にガスバリア層を形成するの
も好ましい。たとえば、ブロー成形に際して吹込ガスと
してフッ素を含む窒素ガスを用いると、内殻２の内表面
にフッ素樹脂の被膜からなるガスバリア層を形成するこ
とができる。また、外表面に銅、ニッケル、クロム等の
金属のメッキ被膜を形成してガスバリア層とすることも
できる。金属メッキ被膜の形成は、電解メッキ法や無電
解メッキ法によることができる。内殻２を複合ブロー成
形法によって製造する場合、内側にガスバリア性に優れ
たポリアミド樹脂等の層を配し、外側に、易メッキ性
の、たとえばＡＢＳ樹脂の層を配して金属メッキ被膜の
成形を容易にすることもできる。The inner shell 2 has a function of preventing gas leakage as described above. In order to improve such action, it is also preferable to form a gas barrier layer on the inner surface and / or the outer surface. For example, when nitrogen gas containing fluorine is used as a blowing gas during blow molding, a gas barrier layer made of a fluororesin coating can be formed on the inner surface of the inner shell 2. Alternatively, a gas barrier layer may be formed by forming a plating film of a metal such as copper, nickel or chromium on the outer surface. The metal plating film can be formed by an electrolytic plating method or an electroless plating method. When the inner shell 2 is manufactured by the composite blow molding method, a layer of polyamide resin or the like having an excellent gas barrier property is arranged on the inner side, and a layer of easily plating, for example, ABS resin is arranged on the outer side to form a metal plating film. It can also facilitate molding.

【００１８】内殻には、また、その内面に２．５〜５ｃ
ｍ程度の間隔で周方向に延びるリング状のリブを設ける
ことができる。そのような内殻は、たとえば、リブ付の
プラスチック製の半割の内殻を作り、それらを接合、一
体化することによって得ることができる。このリブは、
内殻の強度を向上させ、後述するＦＲＰの外殻の形成時
における内殻の変形を防ぎ、外殻を形成するＦＲＰ層の
補強繊維の蛇行や偏在による外殻の強度低下や強度のば
らつき、ひいては耐圧性能の低下を防ぐのに役立つ。The inner shell also has 2.5 to 5c on its inner surface.
It is possible to provide ring-shaped ribs extending in the circumferential direction at intervals of about m. Such an inner shell can be obtained, for example, by making a half-divided inner shell made of a plastic with ribs, and joining and integrating them. This rib is
The strength of the inner shell is improved, the inner shell is prevented from being deformed at the time of forming the outer shell of the FRP described later, and the strength of the outer shell is reduced due to meandering or uneven distribution of the reinforcing fibers of the FRP layer forming the outer shell, and variations in strength, As a result, it helps prevent the deterioration of pressure resistance.

【００１９】一方、外殻３は、耐圧性能をもたせると同
時に、ガスボンベ１全体の軽量化をはかるという観点か
ら、ＦＲＰで構成されている。そのようなＦＲＰ製の外
殻３は、上述した内殻２を、いわゆるマンドレルとし
て、その周りに周知のフィラメントワインディング法や
テープワインディング法によって樹脂を含む補強繊維糸
の巻層を形成し、成形することによって構成することが
できる。このとき、内殻２の外表面を平均高さが１０〜
２００μｍ程度の粗面に形成しておくと、ワインディン
グ時における補強繊維糸の滑りを防止でき、補強繊維の
分布の乱れを少なくできるので好ましい。On the other hand, the outer shell 3 is made of FRP from the standpoint of providing pressure resistance and at the same time reducing the weight of the entire gas cylinder 1. The FRP outer shell 3 is formed by forming the above-described inner shell 2 as a so-called mandrel, around which a winding layer of a reinforcing fiber yarn containing a resin is formed by a well-known filament winding method or tape winding method. It can be configured by At this time, the average height of the outer surface of the inner shell 2 is 10 to 10.
It is preferable to form a rough surface of about 200 μm because slippage of the reinforcing fiber yarn at the time of winding can be prevented and disturbance of the distribution of the reinforcing fiber can be reduced.

【００２０】補強繊維糸としては、炭素繊維糸やガラス
繊維糸、有機高弾性率繊維糸（たとえばポリアラミド繊
維やポリエチレン繊維）等の高強度、高弾性率繊維糸の
少なくとも１種を用いることができる。これらの補強繊
維糸は、屈曲による応力集中を小さくし、ボイドの発生
を少なくすることができるという意味で、開繊性に優れ
る無撚繊維糸であるのが好ましい。そして、そのような
補強繊維糸のなかでも、比強度、比弾性率（軽量性）に
優れ、ワインディング時における糸切れや毛羽の発生が
ほとんどなく、生産性の向上はもとより、糸の継目や毛
羽の混入による強度特性の低下や耐衝撃性能の低下を防
止できるようになる、炭素繊維糸が好ましい。As the reinforcing fiber yarn, at least one kind of high-strength and high-modulus fiber yarn such as carbon fiber yarn, glass fiber yarn, organic high elastic modulus fiber yarn (for example, polyaramid fiber or polyethylene fiber) can be used. . It is preferable that these reinforcing fiber yarns are non-twisted fiber yarns having excellent openability in the sense that stress concentration due to bending can be reduced and generation of voids can be reduced. Among such reinforcing fiber yarns, they have excellent specific strength and specific elastic modulus (lightness), and there are almost no yarn breaks or fluffs during winding, which not only improves the productivity but also the seams and fluffs of the yarns. Carbon fiber yarn is preferable because it can prevent deterioration of strength characteristics and impact resistance due to the inclusion of

【００２１】また、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
塑性樹脂を用いることができる。As the resin, thermosetting resins such as epoxy resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin and phenol resin, polyamide resin, polyethylene terephthalate resin, ABS resin, polyetherketone resin, polyphenylene sulfide resin, Poly-4-
A thermoplastic resin such as methylpentene-1 resin or polypropylene resin can be used.

【００２２】ＦＲＰ製外殻３は、図２および図３に示す
ように形成されている。すなわち、外殻３は、その胴部
において、５層以上の層状構成を有するように形成され
ている。本実施態様では、外殻３は、胴部において合計
１０層からなっている。各層は、基本的に、隣接する層
間で互いに異なる補強繊維の配列角を有しているという
ことで区別される。但し、±の配列角を有する層、たと
えば±３０°、±４５°、±７５°、±８５°の繊維配
列角を有する層は、±θ°の層で１層とする。The FRP outer shell 3 is formed as shown in FIGS. That is, the outer shell 3 is formed so as to have a layered structure of five or more layers in its body portion. In this embodiment, the outer shell 3 has a total of 10 layers in the body portion. Each layer is basically distinguished by having different reinforcing fiber arrangement angles between adjacent layers. However, a layer having an arrangement angle of ±, for example, a layer having a fiber arrangement angle of ± 30 °, ± 45 °, ± 75 °, and ± 85 ° is a layer of ± θ °.

【００２３】外殻３の鏡板部は、本実施態様では５層か
らなっているが、必ずしも５層以上の層状構成を有する
必要はない。胴部において５層以上の層状構成があれば
よい。The end plate portion of the outer shell 3 is composed of five layers in this embodiment, but it does not necessarily have to have a layered structure of five layers or more. It is sufficient that the body has a layered structure of five or more layers.

【００２４】外殻３の胴部においては、最内層として補
強繊維のヘリカル巻層を有する層７ａが配置され、その
上に補強繊維のフープ巻層を有する層８ａが配置され、
その上にヘリカル巻層を有する層７ｂ、７ｃ、７ｄ、７
ｅとフープ巻層を有する層８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅが交
互に配列されている。この各層の配置については、最内
層を補強繊維のフープ巻層を有する層とし、その上に補
強繊維のヘリカル巻層を有する層を配置し、その上に順
次フープ巻層とヘリカル巻層を交互に配置するようにし
てもよい。In the body of the outer shell 3, a layer 7a having a helical wound layer of reinforcing fibers is arranged as an innermost layer, and a layer 8a having a hoop wound layer of reinforcing fibers is arranged thereon.
Layers 7b, 7c, 7d, 7 having helical winding layers thereon
e and layers 8b, 8c, 8d and 8e having hoop winding layers are alternately arranged. Regarding the arrangement of each layer, the innermost layer is a layer having a hoop winding layer of reinforcing fiber, a layer having a helical winding layer of reinforcing fiber is arranged thereon, and the hoop winding layer and the helical winding layer are alternately arranged thereon. It may be arranged at.

【００２５】フープ巻層とは、ボンベ軸方向を０°とし
たとき、実質的に補強繊維が周方向に巻かれた層であ
り、９０°はもちろんのこと、±７５°〜±１０５°程
度の範囲までフープ巻層として機能する。ヘリカル巻層
は、±２０°〜±７５°程度の範囲の巻層である。The hoop winding layer is a layer in which reinforcing fibers are substantially wound in the circumferential direction when the cylinder axis direction is 0 °, and not only 90 ° but also ± 75 ° to ± 105 °. It functions as a hoop winding layer up to the range. The helical wound layer is a wound layer having a range of about ± 20 ° to ± 75 °.

【００２６】本実施態様では、図３に示すように、各フ
ープ巻層を有する層８ａ〜８ｅは外殻３の胴部の終端部
まで延びており、外殻３の鏡板部は、ヘリカル巻層を有
する層７ａ〜７ｅが胴部から延長されて、形成されてい
る。上記フープ巻層を有する層８ａ〜８ｅは、鏡板部ま
で延びていてもよい。In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the layers 8a to 8e having the respective hoop winding layers extend to the terminal end of the body of the outer shell 3, and the end plate portion of the outer shell 3 is helically wound. Layers 7a-7e having layers are formed extending from the barrel. The layers 8a to 8e having the hoop winding layer may extend to the end plate portion.

【００２７】外殻３の胴部の全厚みをＴ（ｍｍ）とし、
この胴部において外殻３を構成する層７ａ〜７ｅおよび
８ａ〜８ｅの総数をＮとするとき、 ０．５≦Ｔ／Ｎ≦６ を満足している。The total thickness of the body of the outer shell 3 is T (mm),
When the total number of the layers 7a to 7e and 8a to 8e constituting the outer shell 3 in this body is N, 0.5 ≦ T / N ≦ 6 is satisfied.

【００２８】このＴ（ｍｍ）とＮとの比Ｔ／Ｎの範囲を
規定することにより、各層の厚みを小さくするととも
に、外殻３の全厚みについても小さく抑え、同時に５層
以上の多層構造を確保できる。Ｔ／Ｎが０．５未満で
は、層数が多くなりすぎてワインディング工程が面倒に
なるか、あるいは、１層当たりの厚みが薄くなりすぎ、
そのような薄層を形成するのが困難になるかのいずれか
の問題を生じる。また、Ｔ／Ｎが６を越えると、後述す
るような多層構造による効果が低減するか、あるいは、
外殻３の全厚みが大きくなりすぎ、成形が困難となる。By defining the range of the ratio T / N of T (mm) and N, the thickness of each layer is reduced and the total thickness of the outer shell 3 is also reduced, and at the same time, a multilayer structure of 5 or more layers is formed. Can be secured. If the T / N is less than 0.5, the number of layers becomes too large and the winding process becomes troublesome, or the thickness per layer becomes too thin,
There is either the problem that it becomes difficult to form such a thin layer. Further, if T / N exceeds 6, the effect of the multi-layer structure as described below is reduced, or
The total thickness of the outer shell 3 becomes too large, which makes molding difficult.

【００２９】外殻３の、とくに胴部を、このような多層
構造とすることにより、次のような作用、効果が得られ
る。まず、外部から大きな衝撃力が加わった時、たとえ
一部に損傷が生じるような場合にあっても、その損傷は
最外層８ｅあるいはその近傍の層で食い止められ、内層
側が保護されて全体として致命的な損傷とはならない。
すなわち、多層構造とすることにより、局部的に加わっ
た衝撃荷重による応力が分散され、内層側に損傷が発生
することが防止される。この応力分散は、内層側の損傷
防止に加え、衝撃エネルギーを吸収する作用もあるの
で、単に一層のみからなる場合、あるいは少数の層構成
からなる場合に比べて、最外層部分自身の損傷も軽減さ
れる。When the outer shell 3, particularly the body portion, has such a multilayer structure, the following actions and effects can be obtained. First, when a large impact force is applied from the outside, even if a part is damaged, the damage is stopped by the outermost layer 8e or a layer in the vicinity thereof, and the inner layer side is protected so that it is fatal as a whole. It does not cause physical damage.
That is, the multi-layer structure prevents the stress due to the locally applied impact load from being dispersed and prevents the inner layer from being damaged. This stress distribution not only prevents damage to the inner layer, but also has the effect of absorbing impact energy, so the damage to the outermost layer itself is also reduced compared to when it consists of only one layer or a small number of layers. To be done.

【００３０】とくに本実施態様のように、フープ巻層を
有する層を、層８ａ〜８ｅのように多数の層に分割して
配置しておくと、層間クラックが発生しにくくなり、外
部からの衝撃に対して極めて高い強度をもたせることが
できる。In particular, when the layer having the hoop winding layer is divided into a large number of layers such as the layers 8a to 8e as in this embodiment, interlayer cracks are less likely to occur, and the layers from the outside are prevented. It can have extremely high strength against impact.

【００３１】また、上記多層構造は、外殻３全体の繊維
体積含有率の向上とボイドの低減に寄与する。たとえば
外殻３をフィラメントワインディング法によって形成し
ていくとき、順次積層されていく各層により、その下層
を順次巻き締めていくことになるので、下層の樹脂が順
次絞り出されて繊維体積含有率が増大されるとともに、
ボイドが押し出されて低ボイド化される。高繊維体積含
有率化と低ボイド化により、外殻３全体の強度が大幅に
向上され、品質も大幅に向上される。Further, the above-mentioned multilayer structure contributes to the improvement of the fiber volume content of the entire outer shell 3 and the reduction of voids. For example, when the outer shell 3 is formed by the filament winding method, the lower layer is sequentially wound up and tightened by each layer that is sequentially laminated. Therefore, the resin of the lower layer is sequentially squeezed out to reduce the fiber volume content. Increased,
The void is pushed out and the void is reduced. Due to the high fiber volume content and the low void, the strength of the entire outer shell 3 is significantly improved, and the quality is also significantly improved.

【００３２】上述の５層以上で、かつ、Ｔ／Ｎが０．５
から６の範囲である外殻３は、たとえば図４に示すよう
な方法によって形成できる。図４は、予め成形された内
殻２上に、フィラメントワインディング法によって外殻
３を形成する方法を示している。各クリール１１から繰
り出された補強繊維糸１２（たとえば炭素繊維糸）は、
補強繊維束１３として引き揃えられ、樹脂浴１４で樹脂
が含有された後、一対の圧着ロール１５で扁平な形状に
整えられ、内殻２上に巻き付けられていく。この巻付け
角を制御することにより、フープ巻層とヘリカル巻層
が、それぞれ、順次形成される。The above five layers or more and T / N of 0.5
The outer shell 3 in the range from 1 to 6 can be formed, for example, by the method shown in FIG. FIG. 4 shows a method of forming the outer shell 3 on the preformed inner shell 2 by the filament winding method. The reinforcing fiber yarn 12 (for example, carbon fiber yarn) fed from each creel 11 is
After being aligned as a reinforcing fiber bundle 13 and containing a resin in a resin bath 14, the resin is laid into a flat shape by a pair of pressure-bonding rolls 15 and wound around the inner shell 2. By controlling the winding angle, the hoop winding layer and the helical winding layer are sequentially formed.

【００３３】外殻３は、前述の如く、薄層の多層構造と
する必要があるが、本発明で規定した薄層は、たとえ
ば、図５に示すような、樹脂含浸前の糸幅Ｄと厚みｔと
の比Ｄ／ｔが１５以上の無撚補強繊維束１６（たとえば
無撚炭素繊維束）を用いることによって形成できる。そ
して、扁平化を促進するために、優れた開繊性を付与す
ることが好ましいが、そのような優れた開繊性は、たと
えば特公平５−２９６８８号公報に示されているような
方法、つまり、補強繊維束に、ポリグリシジルエーテル
類、環状樹脂族ポリエポキサイド類、あるいはこれらの
混合物を必須成分とするサイジング剤を含有させ、か
つ、上記Ｄ／ｔの条件を満足させることによって得られ
る。サイジング剤は、たとえば、図４に示すようなサイ
ジング剤付与手段１７によって付与され、付与後にホッ
トプレート１８やホットロール、熱風乾燥室等の乾燥手
段で乾燥、固着される。As described above, the outer shell 3 needs to have a multi-layer structure of thin layers. The thin layer defined in the present invention has a yarn width D before resin impregnation as shown in FIG. 5, for example. It can be formed by using an untwisted reinforcing fiber bundle 16 (for example, an untwisted carbon fiber bundle) having a ratio D / t with respect to the thickness t of 15 or more. Then, in order to promote flattening, it is preferable to impart excellent spreadability, but such excellent spreadability is obtained by, for example, the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 5-29688. That is, it can be obtained by containing a sizing agent containing polyglycidyl ethers, polyepoxides of the cyclic resin group, or a mixture thereof as an essential component in the reinforcing fiber bundle and satisfying the condition of D / t. The sizing agent is applied, for example, by a sizing agent applying means 17 as shown in FIG. 4, and after application, it is dried and fixed by a drying means such as a hot plate 18, a hot roll, or a hot air drying chamber.

【００３４】このような条件を満たす補強繊維束１６に
樹脂が含浸され、圧着ロール１５によって所定の扁平形
状に整えられた後内殻２周りに巻き付けられていくこと
により、本発明に係る多層構造が実現される。The reinforcing fiber bundle 16 satisfying the above conditions is impregnated with a resin, which is adjusted to a predetermined flat shape by the pressure-bonding roll 15 and then wound around the inner shell 2 to obtain a multilayer structure according to the present invention. Is realized.

【００３５】この方法では、サイジング剤付与装置や圧
着ロール１５等のごく簡単な装置の付加のみで、実質的
に既存のフィラメントワインディング装置を使用できる
ので、極めて容易に、かつ、低コストで所望の外殻３の
多層構造が得られる。In this method, the existing filament winding device can be used substantially only by adding a very simple device such as a sizing agent applying device and a pressure bonding roll 15, so that the desired filament winding device can be used very easily and at low cost. A multilayer structure of the outer shell 3 is obtained.

【００３６】なお、本発明に係るガスボンベに充填され
るガスの種類としては、特に限定されず、前述の如き天
然ガスの他、窒素や酸素、ヘリウムガス等が挙げられ
る。The type of gas filled in the gas cylinder according to the present invention is not particularly limited, and may be nitrogen gas, oxygen gas, helium gas, etc. in addition to the above-mentioned natural gas.

【００３７】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスボン
ベによるときは、ＦＲＰ製外殻の胴部を５層以上の多層
構造とし、かつ、その全厚みＴ（ｍｍ）と層数Ｎとの比
Ｔ／Ｎを特定の範囲としたので、軽量化を達成しつつ、
外殻強度を大幅に向上できる。As described above, according to the gas cylinder of the present invention, the body portion of the FRP outer shell has a multi-layer structure of five layers or more, and the total thickness T (mm) and the number of layers N are Since the ratio T / N is set to a specific range, while achieving weight reduction,
The outer shell strength can be greatly improved.

【００３８】また、本発明に係るガスボンベの製造方法
によるときは、上記のような高強度の外殻を、容易に形
成でき、低コストで所望のガスボンベを製造できる。Further, according to the method for producing a gas cylinder of the present invention, the high-strength outer shell as described above can be easily formed, and a desired gas cylinder can be produced at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施態様に係るガスボンベの縦断面
図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a gas cylinder according to an embodiment of the present invention.

【図２】図１のガスボンベの拡大部分断面図である。FIG. 2 is an enlarged partial sectional view of the gas cylinder of FIG.

【図３】図２のガスボンベのＣ部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a C portion of the gas cylinder of FIG.

【図４】本発明ガスボンベの製造方法の一例を示す、フ
ィラメントワインディング装置の概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a filament winding apparatus showing an example of a method for producing a gas cylinder of the present invention.

【図５】補強繊維束の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a reinforcing fiber bundle.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ガスボンベ ２ 内殻 ３ 外殻 ４ ノズル取付用口金 ５ ノズル ６ ボス ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ ヘリカル巻層を有する
層 ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ フープ巻層を有する層 １１ クリール １２ 補強繊維糸 １３ 補強繊維束 １４ 樹脂浴 １５ 圧着ロール １６ サイジング剤付与後の補強繊維束 １７ サイジング剤付与手段 １８ ホットプレート1 Gas cylinder 2 Inner shell 3 Outer shell 4 Nozzle mounting base 5 Nozzle 6 Boss 7a, 7b, 7c, 7d, 7e Layers 8a, 8b, 8c, 8d, 8e having helical winding layers 11 Layers having hoop winding layers 11 Creel 12 Reinforcing fiber yarn 13 Reinforcing fiber bundle 14 Resin bath 15 Crimping roll 16 Reinforcing fiber bundle after sizing agent application 17 Sizing agent application means 18 Hot plate

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−89098（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−113199（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−219933（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−1813（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29D 22/00 F17C 1/16 Continuation of front page (56) Reference JP-A-3-89098 (JP, A) JP-A-3-113199 (JP, A) JP-A-58-219933 (JP, A) JP-A-8-1813 (JP , A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) B29D 22/00 F17C 1/16

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 ガスバリア性を有する内殻と、該内殻を
覆うように設けた耐圧性のＦＲＰ製外殻とを有するガス
ボンベであって、前記外殻が、ガスボンベの胴部におい
て５層以上の層状構成を有し、かつ、全厚みＴ（ｍｍ）
と層数Ｎとの関係が、式 ０．５≦Ｔ／Ｎ≦６ を満足していることを特徴とするガスボンベ。1. A gas cylinder having an inner shell having a gas barrier property and a pressure-resistant FRP outer shell provided so as to cover the inner shell, wherein the outer shell has five or more layers in the body of the gas cylinder. And has a total thickness T (mm)
And the number N of layers satisfy the equation 0.5 ≦ T / N ≦ 6. 【請求項２】 前記胴部において、補強繊維のフープ巻
層を有する層と、補強繊維のヘリカル巻層を有する層と
が厚み方向に交互に配置されている、請求項１のガスボ
ンベ。2. The gas cylinder according to claim 1, wherein a layer having a hoop winding layer of reinforcing fibers and a layer having a helical winding layer of reinforcing fibers are alternately arranged in the body portion in the thickness direction. 【請求項３】 ガスバリア性を有する内殻の周りに、フ
ィラメントワインディング法を用いて耐圧性のＦＲＰ製
外殻を形成してガスボンベを製造するに際し、該外殻
を、ガスボンベの胴部において、５層以上の層状構成
で、かつ、全厚みＴ（ｍｍ）と層数Ｎとの関係が、式 ０．５≦Ｔ／Ｎ≦６ を満足するように形成することを特徴とする、ガスボン
ベの製造方法。3. When producing a gas cylinder by forming a pressure-resistant outer shell made of FRP around the inner shell having a gas barrier property by using a filament winding method, the outer shell is formed on the body of the gas cylinder by 5 Manufacture of a gas cylinder, which has a layered structure of more than one layer and is formed so that the relation between the total thickness T (mm) and the number of layers N satisfies the expression 0.5 ≦ T / N ≦ 6. Method. 【請求項４】 前記胴部において、補強繊維のフープ巻
層を有する層と、補強繊維のヘリカル巻層を有する層と
を厚み方向に交互に配置する、請求項３のガスボンベの
製造方法。4. The method for producing a gas cylinder according to claim 3, wherein a layer having a hoop winding layer of reinforcing fibers and a layer having a helical winding layer of reinforcing fibers are alternately arranged in the body portion in the thickness direction. 【請求項５】 補強繊維として、樹脂含浸前の糸幅Ｄと
厚みｔとの比Ｄ／ｔが１５以上の無撚補強繊維束を用い
る、請求項３または４のガスボンベの製造方法。5. The method for producing a gas cylinder according to claim 3, wherein as the reinforcing fiber, a non-twisted reinforcing fiber bundle having a ratio D / t of the yarn width D and the thickness t before resin impregnation is 15 or more is used.