JP7176287B2 - 圧力容器及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、圧力容器及びその製造方法に関する。
直胴部と直胴部の両端を塞ぐ略半球状のドーム部とからなる金属製の容器本体に、強化繊維をヘリカル状に巻き付けて繊維強化樹脂層を形成した圧力容器において、ドーム部と繊維強化樹脂層との間に補強材としての強化繊維を製織した織物が設けられた構造は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４－２６３８２７号公報
しかしながら、容器本体に対して固定された状態で配置された製造装置から繰り出される強化繊維をヘリカル状に巻き付けて繊維強化樹脂層を形成する際、その強化繊維がドーム部の外周面を滑らないようにするためには、ドーム部の測地線（最短距離）を通る巻付角度で強化繊維を巻き付けていく必要がある。そのため、容器本体に対する強化繊維の巻付角度に自由度がなく、所望の強度を得るためには、多量の強化繊維が必要となり、圧力容器の製造コストを増加させる一因となっている。
そこで、本発明は、製造コストの増加を抑制できる圧力容器及びその製造方法を得ることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る第１の態様の圧力容器は、円筒状の直胴部と該直胴部の両端に一体に形成された半球状の半球部を含むドーム部とを有する容器本体と、一方の前記ドーム部の外周面に強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられることで構成された第１補強部と、前記直胴部の外周面に前記第１補強部から連続して前記強化繊維がヘリカル状に巻き付けられることで構成された第２補強部と、他方の前記ドーム部の外周面に前記第２補強部から連続して前記強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられることで構成された第３補強部と、を備えている。
第１の態様によれば、直胴部の外周面では、強化繊維がヘリカル状に巻き付けられ、ドーム部の外周面では、強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられている。したがって、ドーム部の外周面において、強化繊維が滑るおそれがなく、そのため、測地線（最短距離）を通る巻付角度で強化繊維を巻き付ける必要がない。つまり、圧力容器を製造する際に、容器本体（直胴部）に対する強化繊維の巻付角度に自由度があり、必要最小限の強化繊維で所望の強度が得られる。よって、圧力容器において、製造コストの増加が抑制される。
また、本発明に係る第２の態様の圧力容器は、第１の態様の圧力容器であって、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部と前記ドーム部との境界部から前記中心軸の軸方向端部側で、前記第１補強部から前記第２補強部へ切り替わり、かつ前記第２補強部から前記第３補強部へ切り替わっている特徴を備えていてもよい。
第２の態様によれば、直胴部とドーム部との境界部から、容器本体における中心軸の軸方向端部側で、第１補強部から第２補強部へ切り替わり、かつ第２補強部から第３補強部へ切り替わっている。したがって、直胴部において、強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられることがない。よって、直胴部も、強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられる場合に比べて、必要となる強化繊維の量が低減され、製造コストの増加が更に抑制される。
また、本発明に係る第３の態様の圧力容器は、第２の態様の圧力容器であって、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部に巻き付けられる前記強化繊維の前記中心軸に対する巻付角度で決められる前記半球部の外周面における特定部から前記中心軸の軸方向中央部側で、前記第１補強部から前記第２補強部へ切り替わり、かつ前記第２補強部から前記第３補強部へ切り替わっている特徴を備えていてもよい。
第３の態様によれば、直胴部に巻き付けられる強化繊維の巻付角度で決められる半球部の外周面における特定部から、容器本体における中心軸の軸方向中央部側で、第１補強部から第２補強部へ切り替わり、かつ第２補強部から第３補強部へ切り替わっている。つまり、半球部の外周面と直胴部の外周面とには、同じ巻付角度で強化繊維が巻き付けられている。したがって、半球部の外周面から直胴部の外周面及び直胴部の外周面から半球部の外周面へ強化繊維を巻き付けるときの連続性が良好となり、圧力容器の生産性が向上される。
また、本発明に係る第４の態様の圧力容器は、第３の態様の圧力容器であって、前記特定部は、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記境界部と前記中心軸との交点を通るように前記巻付角度で巻き付けられた前記強化繊維と、前記半球部の外周面との仮想交点を通る仮想円周部である特徴を備えていてもよい。
第４の態様によれば、特定部が、境界部と中心軸との交点を通るように上記巻付角度で巻き付けられた強化繊維と、半球部の外周面との仮想交点を通る仮想円周部とされている。したがって、特定部が、上記仮想円周部とされていない場合に比べて、半球部の外周面から直胴部の外周面及び直胴部の外周面から半球部の外周面へ強化繊維を巻き付けるときの連続性が更に良好となる。よって、圧力容器の生産性が向上される。
また、本発明に係る第５の態様の圧力容器は、第１～第４の何れかの態様の圧力容器であって、前記ドーム部は、前記容器本体における中心軸の軸方向端部側へ突出する円筒部を含み、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記円筒部から前記半球部へ連なる曲面部における前記半球部側の終端を通る仮想接線の前記中心軸に対する角度が、前記直胴部に巻き付けられる前記強化繊維の前記中心軸に対する巻付角度以下とされている特徴を備えていてもよい。
第５の態様によれば、円筒部から半球部へ連なる曲面部における半球部側の終端を通る仮想接線の角度が、直胴部に巻き付けられる強化繊維の巻付角度以下とされている。したがって、半球部の外周面に対して、直胴部の外周面に対する巻付角度で強化繊維を巻き付け易く、半球部の外周面から直胴部の外周面及び直胴部の外周面から半球部の外周面へ強化繊維を巻き付けるときの連続性が更に良好となる。よって、圧力容器の生産性が向上される。
また、本発明に係る第６の態様の圧力容器は、第１～第５の何れかの態様の圧力容器であって、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部に巻き付けられる前記強化繊維の前記中心軸に対する巻付角度が５４．７度±１０度の範囲内である特徴を備えていてもよい。
第６の態様によれば、直胴部に巻き付けられる強化繊維の巻付角度が５４．７度±１０度の範囲内とされている。ここで、この「５４．７度」という値は、直胴部における周方向と軸方向の応力によって決められている。したがって、直胴部に巻き付けられる強化繊維の巻付角度が５４．７度±１０度の範囲内とされていない場合に比べて、直胴部がより適切に補強される。
また、本発明に係る第７の態様の圧力容器の製造方法は、円筒状の直胴部と該直胴部の両端に一体に形成された半球状の半球部を含むドーム部とを有する容器本体に強化繊維を巻き付けて補強する圧力容器の製造方法であって、一方の前記ドーム部の外周面に強化繊維を互い違いに編まれるように巻き付ける第１工程と、前記直胴部の外周面に前記第１工程から連続して前記強化繊維をヘリカル状に巻き付ける第２工程と、他方の前記ドーム部の外周面に前記第２工程から連続して前記強化繊維を互い違いに編まれるように巻き付ける第３工程と、を有している。
第７の態様によれば、直胴部の外周面では、強化繊維がヘリカル状に巻き付けられ、ドーム部の外周面では、強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられる。したがって、ドーム部の外周面において、強化繊維が滑るおそれがなく、そのため、測地線（最短距離）を通る巻付角度で強化繊維を巻き付ける必要がない。つまり、圧力容器を製造する際に、容器本体（直胴部）に対する強化繊維の巻付角度に自由度があり、必要最小限の強化繊維で所望の強度が得られる。よって、圧力容器において、製造コストの増加が抑制される。
また、本発明に係る第８の態様の圧力容器の製造方法は、第７の態様の圧力容器の製造方法であって、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部と前記ドーム部との境界部から前記中心軸の軸方向端部側で、前記第１工程から前記第２工程へ切り替え、かつ前記第２工程から前記第３工程へ切り替える特徴を備えていてもよい。
第８の態様によれば、直胴部とドーム部との境界部から、容器本体における中心軸の軸方向端部側で、第１工程から第２工程へ切り替え、かつ第２工程から第３工程へ切り替える。したがって、直胴部において、強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられない。よって、直胴部も、強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられる場合に比べて、必要となる強化繊維の量が低減され、製造コストの増加が更に抑制される。
また、本発明に係る第９の態様の圧力容器の製造方法は、第８の態様の圧力容器の製造方法であって、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部に巻き付ける前記強化繊維の前記中心軸に対する巻付角度で決められる前記半球部の外周面における特定部から前記中心軸の軸方向中央部側で、前記第１工程から前記第２工程へ切り替え、かつ前記第２工程から前記第３工程へ切り替える特徴を備えていてもよい。
第９の態様によれば、直胴部に巻き付けられる強化繊維の巻付角度で決められるドーム部の外周面における特定部から、容器本体における中心軸の軸方向中央部側で、第１工程から第２工程へ切り替え、かつ第２工程から第３工程へ切り替える。つまり、半球部の外周面と直胴部の外周面とには、同じ巻付角度で強化繊維が巻き付けられる。したがって、半球部の外周面から直胴部の外周面及び直胴部の外周面から半球部の外周面へ強化繊維を巻き付けるときの連続性が良好となり、圧力容器の生産性が向上される。
また、本発明に係る第１０の態様の圧力容器の製造方法は、第９の態様の圧力容器の製造方法であって、前記特定部は、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記境界部と前記中心軸との交点を通るように前記巻付角度で巻き付ける前記強化繊維と、前記半球部の外周面との仮想交点を通る仮想円周部である特徴を備えていてもよい。
第１０の態様によれば、特定部が、境界部と中心軸との交点を通るように上記巻付角度で巻き付ける強化繊維と、半球部の外周面との仮想交点を通る仮想円周部とされている。したがって、特定部が、上記仮想円周部とされていない場合に比べて、半球部の外周面から直胴部の外周面及び直胴部の外周面から半球部の外周面へ強化繊維を巻き付けるときの連続性が更に良好となる。よって、圧力容器の生産性が向上される。
また、本発明に係る第１１の態様の圧力容器の製造方法は、第７～第１０の何れかの態様の圧力容器の製造方法であって、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部に巻き付ける前記強化繊維の前記中心軸に対する巻付角度が５４．７度±１０度の範囲内である特徴を備えていてもよい。
第１１の態様によれば、直胴部に巻き付けられる強化繊維の巻付角度を５４．７度±１０度の範囲内としている。ここで、この「５４．７度」という値は、直胴部における周方向と軸方向の応力によって決められている。したがって、直胴部に巻き付けられる強化繊維の巻付角度を５４．７度±１０度の範囲内としていない場合に比べて、直胴部がより適切に補強される。
本発明によれば、圧力容器において、製造コストの増加を抑制することができる。
本実施形態に係る圧力容器を模式的に示す正面図である。 本実施形態に係る圧力容器の構造を模式的に示す断面図である。 本実施形態に係る圧力容器のドーム部における強化繊維の断面を示す図１におけるＡ－Ａ線矢視図である。 本実施形態に係る圧力容器の直胴部における強化繊維の断面を示す図１におけるＢ－Ｂ線矢視図である。 本実施形態に係る圧力容器のドーム部と直胴部との境界部を拡大して示す正面図である。 本実施形態に係る圧力容器のドーム部と直胴部との別の境界部を拡大して示す正面図である。 本実施形態に係る圧力容器を構成する容器本体のドーム部と直胴部との境界部を拡大して示す正面図である。 本実施形態に係る圧力容器を構成する容器本体へ強化繊維を巻き付ける製造装置を示す模式図である。 （Ａ）本実施形態に係る圧力容器のドーム部へ巻き付けるときの強化繊維の繰り出し位置を示す模式図である。（Ｂ）本実施形態に係る圧力容器の直胴部へ巻き付けるときの強化繊維の繰り出し位置を示す模式図である。
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、図１における矢印Ｘは、圧力容器１０の中心軸ＣＬの軸方向で、圧力容器１０（容器本体１２）の中心Ｏから離れる側を示しており、その離れる側を「軸方向端部側」とする。また、それとは逆に圧力容器１０（容器本体１２）の中心Ｏへ近づく側を「軸方向中央部側」とする。また、本実施形態に係る圧力容器１０は、その内部に、例えば燃料としての水素が充填されるようになっており、燃料電池車（図示省略）等に搭載されるようになっている。
図１、図２に示されるように、圧力容器１０は、ライナと呼ばれる容器本体１２を有している。容器本体１２は、一例として、ガスバリア性に優れ、かつ寸法安定性に優れる液晶樹脂材でブロー成形されており、円筒状の直胴部１４と、直胴部１４の両端に一体に形成された略半球状の半球部１６Ａ、１８Ａを含むドーム部１６、１８と、を有している。
そして、圧力容器１０は、直胴部１４の外周面とドーム部１６、１８の外周面とに、所定の幅を有するテープ状の強化繊維２０が層状に巻き付けられて構成されている。詳細に説明すると、強化繊維２０は、ガラス繊維、炭素繊維又はアラミド繊維等を含むＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製とされており、容器本体１２の外周面に繊維強化樹脂層としてのＦＲＰ層を形成するようになっている。
具体的には、図１、図３に示されるように、一方のドーム部１６の外周面には、強化繊維２０が互い違いに編まれるように巻き付けられるようになっており（以下「ブレーディング巻き」という場合がある）、そのブレーディング巻きされた強化繊維２０によってＦＲＰ層である第１補強部２６が形成されるようになっている。
同様に、他方のドーム部１８の外周面にも、強化繊維２０が互い違いに編まれるように巻き付けられるようになっており（以下「ブレーディング巻き」という場合がある）、そのブレーディング巻きされた強化繊維２０によってＦＲＰ層である第３補強部２８が形成されるようになっている。
更に、図１、図４に示されるように、直胴部１４の外周面には、強化繊維２０がヘリカル状に巻き付けられるようになっており（以下「ヘリカル巻き」という場合がある）、そのヘリカル巻きされた強化繊維２０によってＦＲＰ層である第２補強部２４が形成されるようになっている。
図５に示されるように、ヘリカル巻きとは、容器本体１２の中心軸ＣＬに対して所定の巻付角度θ（－θ）で強化繊維２０を直胴部１４の外周面全体に巻き付けた後、更に容器本体１２の中心軸ＣＬに対して所定の巻付角度θ（＋θ）で強化繊維２０をその上から（角度－θで巻き付けられた強化繊維２０の上から）巻き付けることを指す。つまり、第２補強部２４は、直胴部１４の外周面に強化繊維２０が所定の巻付角度－θ及び巻付角度＋θで少なくとも２重に巻き付けられることで構成されている。
ブレーディング巻きとは、上記したように、互い違いに編まれるように巻き付けられることであり、容器本体１２の中心軸ＣＬに対して所定の巻付角度－θ及び巻付角度＋θで巻き付けられることを指す。つまり、ブレーディング巻きもヘリカル巻きも同じ巻付角度θで巻き付けられるようになっており、その巻付角度θは、公差を含め、θ＝５４．７度±１０度の範囲内、好ましくはθ＝５４．７度±５度の範囲内、更に好ましくはθ＝５４．７度±１度の範囲内となっている。
なお、この巻付角度θは、直胴部１４に所定の内圧が作用しているときの応力から導出される角度であり、軸方向の応力に対して周方向の応力が２倍であることに起因する角度である。すなわち、詳細な計算式は省略するが、ネッティング理論（Netting theory）により、応力に応じた巻付角度θを計算したとき、ｔａｎ２θ＝２となることから、θ＝５４．７度（平衡角）が導出されるようになっている。
また、ドーム部１６、１８は、直胴部１４に比べて、内圧が作用しているときの応力が小さいため、直胴部１４に比べて、補強する度合いが小さくて済む。したがって、ドーム部１６、１８では、ヘリカル巻きに比べて低強度となるブレーディング巻きとされ、直胴部１４では、ブレーディング巻きに比べて高強度となるヘリカル巻きとされている。
また、図５に示されるように、第１補強部２６から第２補強部２４へ切り替わる部位は、容器本体１２における中心軸ＣＬの軸方向と直交する方向から見て、それぞれ直胴部１４とドーム部１６との境界部２２（後述する第１仮想円周部３２上）になっている。しかしながら、第１補強部２６から第２補強部２４へ切り替わる部位は、これに限定されるものではない。
例えば、図６に示されるように、容器本体１２における中心軸ＣＬの軸方向と直交する方向から見て、直胴部１４とドーム部１６との境界部２２よりも軸方向端部側（一点鎖線Ｔで示す部位）で第１補強部２６から第２補強部２４へ切り替わるようになっていてもよい。なお、ここで言う境界部２２とは、直胴部１４とドーム部１６との仮想境界点Ｋｓ（曲率が無くなる点）を通る第１仮想円周部３２上を指す。
また、図５、図６に示されるように、第１補強部２６から第２補強部２４へ切り替わる部位は、容器本体１２における中心軸ＣＬの軸方向と直交する方向から見て、直胴部１４に巻き付けられる強化繊維２０の中心軸ＣＬに対する巻付角度θ（±θ）で決められる半球部１６Ａの外周面における特定部３０から軸方向中央部側になっている。
ここで言う特定部３０とは、容器本体１２における中心軸ＣＬの軸方向と直交する方向から見て、巻付角度θで巻かれる強化繊維２０のうち、第１仮想円周部３２と中心軸ＣＬとの交点Ｃｐを軸方向端部側の辺縁部２０Ｂが通る強化繊維２０Ａ（ドットで示す）の辺縁部２０Ｂと半球部１６Ａの外周面との仮想交点Ｋｐを通る第２仮想円周部３４上を指す。
つまり、第１補強部２６から第２補強部２４へ切り替わる部位は、図５、図６に示されるように、第２仮想円周部３４と第１仮想円周部３２との間（特定部３０を含み、そこから軸方向中央部側で、かつ、境界部２２を含み、そこから軸方向端部側）の領域Ｅ内であればよい。なお、図示は省略するが、第２補強部２４から第３補強部２８へ切り替わる場合も、上記と同様である。
また、図２に示されるように、ドーム部１６、１８は、その軸心部に容器本体１２における中心軸ＣＬの軸方向端部側へ突出する円筒部１６Ｂ、１８Ｂを含んでいる。一例として、一方の円筒部１６Ｂには、封止プラグ４６が嵌合され、他方の円筒部１８Ｂには、口金プラグ４８が嵌合されるようになっており、その口金プラグ４８には、バルブ（図示省略）が装着されるようになっている。
そして、図７に示されるように、容器本体１２における中心軸ＣＬの軸方向と直交する方向から見て、ドーム部１６における円筒部１６Ｂから半球部１６Ａへ連なる曲面部３６の半球部１６Ａ側の終端Ｎｐを通る仮想接線Ｋｔの中心軸ＣＬに対する角度αが、直胴部１４に巻き付けられる強化繊維２０の中心軸ＣＬに対する巻付角度θ以下（α≦θ）となっている。
なお、ドーム部１８も同様である。すなわち、ドーム部１８における円筒部１８Ｂから半球部１８Ａへ連なる曲面部３８（図２参照）の半球部１８Ａ側の終端Ｎｐを通る仮想接線Ｋｔの中心軸ＣＬに対する角度αが、直胴部１４に巻き付けられる強化繊維２０の中心軸ＣＬに対する巻付角度θ以下（α≦θ）となっている。また、ここで言う「終端Ｎｐ」には、曲面部３６と半球部１６Ａとの変曲点及び曲面部３８と半球部１８Ａとの変曲点が含まれる。
また、図８に示されるように、強化繊維２０は、公知の製造装置４０により、容器本体１２の外周面に巻き付けられるようになっている。製造装置４０は、図９に示されるように、円周上に２列で配置された複数のボビン４２、４４を有しており、各列の複数のボビン４２、４４から繰り出される強化繊維２０が、中心軸ＣＬの軸方向（図８における左方向）へ移動する容器本体１２の一方のドーム部１６の外周面、直胴部１４の外周面、他方のドーム部１８の外周面に順に巻き付けられていくようになっている。
なお、一方のドーム部１６及び他方のドーム部１８に強化繊維２０をブレーディング巻きする際には、図９（Ａ）に示されるように、実線で結ばれている複数のボビン４２と仮想線で結ばれている複数のボビン４４とが周方向に、かつ径方向内側と径方向外側に交互になるように配置される。そして、実線で結ばれている複数のボビン４２と仮想線で結ばれている複数のボビン４４とが互いに逆方向に移動しながら、それらの各ボビン４２、４４が径方向内側から径方向外側及び径方向外側から径方向内側へ順次入れ替わるように、製造装置４０が駆動される。
また、直胴部１４に強化繊維２０をヘリカル巻きする際には、図９（Ｂ）に示されるように、実線で結ばれている複数のボビン４２と仮想線で結ばれている複数のボビン４４とが周方向に、かつ径方向外側と径方向内側に配置される。そして、実線で結ばれている複数のボビン４２と仮想線で結ばれている複数のボビン４４とが互いに逆方向に移動するように、製造装置４０が駆動される。
以上のような構成とされた圧力容器１０において、次にその作用について説明する。
図８、図９に示されるように、本実施形態に係る圧力容器１０は、容器本体１２の外周面に強化繊維２０を巻き付けることで構成される。すなわち、複数のボビン４２、４４から順次強化繊維２０が繰り出され、まず一方のドーム部１６の外周面に、その強化繊維２０がブレーディング巻きされて第１補強部２６が形成される（第１工程）。
したがって、一方のドーム部１６の外周面において、強化繊維２０が滑るおそれがなく、そのため、測地線（最短距離）を通る巻付角度で強化繊維２０を巻き付ける必要がない。つまり、圧力容器１０を製造する際に、容器本体１２（直胴部１４）に対する強化繊維２０の巻付角度に自由度があり、必要最小限の強化繊維２０で所望の強度が得られる。よって、圧力容器１０において、製造コストの増加及び質量の増加を抑制することができる。
一方のドーム部１６の外周面に対する強化繊維２０のブレーディング巻きが終了したら、それに続いて、直胴部１４の外周面に強化繊維２０がヘリカル巻きされて第２補強部２４が形成される（第２工程）。なお、ドーム部１６におけるブレーディング巻きから、直胴部１４におけるヘリカル巻きへの切り替えは、第２仮想円周部３４（特定部３０）と第１仮想円周部３２（境界部２２）との間の領域Ｅで行われる。
ここで、第２仮想円周部３４は、強化繊維２０の直胴部１４に対する最適な巻付角度θで決められる仮想交点Ｋｐを含む。したがって、上記領域Ｅにおいて、強化繊維２０は、ブレーディング巻きからヘリカル巻きへ同じ巻付角度θでスムーズに切り替わることができる。つまり、半球部１６Ａの外周面から直胴部１４の外周面へ強化繊維２０を巻き付けるときの連続性が良好となり、圧力容器１０の生産性を向上させることができる。
また、ドーム部１６において、円筒部１６Ｂから半球部１６Ａへ連なる曲面部３６における半球部１６Ａ側の終端Ｎｐを通る仮想接線Ｋｔの中心軸ＣＬに対する角度αが、直胴部１４に巻き付けられる強化繊維２０の中心軸ＣＬに対する巻付角度θ以下となっている（図７参照）。
したがって、半球部１６Ａの外周面に対して、直胴部１４の外周面に対する巻付角度θで強化繊維２０を巻き付け易くなり、半球部１６Ａの外周面から直胴部１４の外周面へ強化繊維２０を巻き付けるときの連続性が更に良好となる、よって、圧力容器１０の生産性を更に向上させることができる。
また、直胴部１４は、ブレーディング巻きではなく、ヘリカル巻きされるため、直胴部１４も、ブレーディング巻きされる場合に比べて、必要となる強化繊維２０の量を低減することができる。よって、圧力容器１０において、製造コストの増加及び質量の増加を更に抑制することができる。また、これにより、直胴部１４においては、強化繊維２０が屈曲されないため、最も強度が必要となる第２補強部２４において、その強度が適切に確保される（直胴部１４を適切に補強することができる）。
直胴部１４の外周面に対する強化繊維２０のヘリカル巻きが終了したら、それに続いて、他方のドーム部１８の外周面に強化繊維２０がブレーディング巻きされて第３補強部２８が形成される（第３工程）。したがって、他方のドーム部１８の外周面においても、強化繊維２０が滑るおそれがなく、そのため、測地線（最短距離）を通る巻付角度で強化繊維２０を巻き付ける必要がない。
よって、上記と同じく、圧力容器１０において、製造コストの増加及び質量の増加を抑制することができる。なお、直胴部１４におけるヘリカル巻きから、ドーム部１８におけるブレーディング巻きへの切り替えも、第１仮想円周部３２（境界部２２）と第２仮想円周部３４（特定部３０）との間の領域Ｅで行われる。
ここで、第２仮想円周部３４は、強化繊維２０の直胴部１４に対する最適な巻付角度θで決められる仮想交点Ｋｐを含む。したがって、上記領域Ｅにおいて、強化繊維２０は、ヘリカル巻きからブレーディング巻きへ同じ巻付角度θでスムーズに切り替わることができる。つまり、直胴部１４の外周面から半球部１８Ａの外周面へ強化繊維２０を巻き付けるときの連続性が良好となり、圧力容器１０の生産性を向上させることができる。
また、ドーム部１８において、円筒部１８Ｂから半球部１８Ａへ連なる曲面部３８における半球部１８Ａ側の終端Ｎｐを通る仮想接線Ｋｔの中心軸ＣＬに対する角度αが、直胴部１４に巻き付けられる強化繊維２０の中心軸ＣＬに対する巻付角度θ以下となっている。
したがって、半球部１８Ａの外周面に対して、直胴部１４の外周面に対する巻付角度θで強化繊維２０を巻き付け易くなり、直胴部１４の外周面から半球部１８Ａの外周面へ強化繊維２０を巻き付けるときの連続性が更に良好となる。よって、圧力容器１０の生産性を更に向上させることができる。
また、直胴部１４に巻き付ける強化繊維２０の巻付角度θは、５４．７度±１０度の範囲内とされている。すなわち、この「５４．７度」は、直胴部１４に所定の内圧が作用しているときの応力から導出される角度（平衡角）とされている。また、「±１０度」は、実際に強化繊維２０を巻き付けるときに許容される公差である。したがって、直胴部１４に巻き付けられる強化繊維２０の巻付角度θが、５４．７度±１０度の範囲内とされていない場合に比べて、直胴部１４をより適切に補強することができる。
こうして、容器本体１２に強化繊維２０が巻き付けられて、第１補強部２６、第２補強部２４及び第３補強部２８が形成されたら、第１補強部２６、第２補強部２４及び第３補強部２８を構成する強化繊維２０に熱硬化性樹脂を含浸させて加熱し、硬化させる。これにより、耐腐食性に優れるとともに、軽量化及び低コスト化が図れ、かつ運搬及び取り扱いが容易な圧力容器１０が得られる。
以上、本実施形態に係る圧力容器１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る圧力容器１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、容器本体１２は、液晶樹脂製に限定されるものではない。
容器本体１２は、例えば高密度ポリエチレン等のガスバリア性を有する他の合成樹脂製であってもよいし、アルミニウム合金等の軽量金属製であってもよい。また、容器本体１２は、ブロー成形によって製造されるものに限定されるものではなく、射出成形等によって製造されてもよい。
１０ 圧力容器
１２ 容器本体
１４ 直胴部
１６ ドーム部
１６Ａ 半球部
１６Ｂ 円筒部
１８ ドーム部
１８Ａ 半球部
１８Ｂ 円筒部
２０ 強化繊維
２２ 境界部
２４ 第２補強部
２６ 第１補強部
２８ 第３補強部
３０ 特定部
３４ 第２仮想円周部（仮想円周部）
３６ 曲面部
３８ 曲面部
ＣＬ 中心線
Ｃｐ 交点
Ｋｐ 仮想交点
Ｋｔ 仮想接線
Ｎｐ 終端
α 角度
θ 巻付角度

Claims (8)

  1. 円筒状の直胴部と該直胴部の両端に一体に形成された半球状の半球部を含むドーム部とを有する容器本体と、
    一方の前記ドーム部の外周面に所定の幅を有するテープ状の強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられることで構成された第１補強部と、
    前記直胴部の外周面に前記第１補強部から連続して前記強化繊維がヘリカル状に巻き付けられることで構成された第２補強部と、
    他方の前記ドーム部の外周面に前記第２補強部から連続して前記強化繊維が互い違いに編まれるように巻き付けられることで構成された第３補強部と、
    を備え、
    前記ドーム部は、前記容器本体における中心軸の軸方向端部側へ突出する円筒部を含み、
    前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部に巻き付けられる前記強化繊維の前記中心軸に対する巻付角度が５４．７度±１０度の範囲内とされるとともに、前記円筒部から前記半球部へ連なる曲面部における前記半球部側の終端を通る仮想接線の前記中心軸に対する角度が前記巻付角度以下とされている圧力容器。
  2. 前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部と前記ドーム部との境界部から前記中心軸の軸方向端部側で、前記第１補強部から前記第２補強部へ切り替わり、かつ前記第２補強部から前記第３補強部へ切り替わっている請求項１に記載の圧力容器。
  3. 前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部に巻き付けられる前記強化繊維の前記中心軸に対する巻付角度で決められる前記半球部の外周面における特定部から前記中心軸の軸方向中央部側で、前記第１補強部から前記第２補強部へ切り替わり、かつ前記第２補強部から前記第３補強部へ切り替わっている請求項２に記載の圧力容器。
  4. 前記特定部は、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記境界部と前記中心軸との交点を通るように前記巻付角度で巻き付けられた前記強化繊維と、前記半球部の外周面との仮想交点を通る仮想円周部である請求項３に記載の圧力容器。
  5. 円筒状の直胴部と該直胴部の両端に一体に形成された半球状の半球部を含むドーム部とを有する容器本体に所定の幅を有するテープ状の強化繊維を巻き付けて補強する請求項１に記載の圧力容器の製造方法であって、
    一方の前記ドーム部の外周面に強化繊維を互い違いに編まれるように巻き付ける第１工程と、
    前記直胴部の外周面に前記第１工程から連続して前記強化繊維をヘリカル状に巻き付ける第２工程と、
    他方の前記ドーム部の外周面に前記第２工程から連続して前記強化繊維を互い違いに編まれるように巻き付ける第３工程と、
    を有する圧力容器の製造方法。
  6. 前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部と前記ドーム部との境界部から前記中心軸の軸方向端部側で、前記第１工程から前記第２工程へ切り替え、かつ前記第２工程から前記第３工程へ切り替える請求項５に記載の圧力容器の製造方法。
  7. 前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記直胴部に巻き付ける前記強化繊維の前記中心軸に対する巻付角度で決められる前記半球部の外周面における特定部から前記中心軸の軸方向中央部側で、前記第１工程から前記第２工程へ切り替え、かつ前記第２工程から前記第３工程へ切り替える請求項６に記載の圧力容器の製造方法。
  8. 前記特定部は、前記容器本体における中心軸の軸方向と直交する方向から見て、前記境界部と前記中心軸との交点を通るように前記巻付角度で巻き付ける前記強化繊維と、前記半球部の外周面との仮想交点を通る仮想円周部である請求項７に記載の圧力容器の製造方法。
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