JPH08216277A - ガスボンベおよびその製造方法 - Google Patents
ガスボンベおよびその製造方法Info
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- JPH08216277A JPH08216277A JP7051777A JP5177795A JPH08216277A JP H08216277 A JPH08216277 A JP H08216277A JP 7051777 A JP7051777 A JP 7051777A JP 5177795 A JP5177795 A JP 5177795A JP H08216277 A JPH08216277 A JP H08216277A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 内殻とＦＲＰ製外殻との二層構造を有するガ
スボンベにおいて、軽量化を達成しつつ、外殻の強度を
高める。 【構成】 ガスバリア性を有する内殻２と、該内殻２を
覆うように設けた耐圧性のＦＲＰ製外殻３とを有するガ
スボンベであって、外殻３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
るガスボンベ、およびその製造方法。
スボンベにおいて、軽量化を達成しつつ、外殻の強度を
高める。 【構成】 ガスバリア性を有する内殻２と、該内殻２を
覆うように設けた耐圧性のＦＲＰ製外殻３とを有するガ
スボンベであって、外殻３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
るガスボンベ、およびその製造方法。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
図である。
【図２】図１のガスボンベの拡大部分断面図である。
【図３】図２のガスボンベのＣ部拡大断面図である。
【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。
ィラメントワインディング装置の概略構成図である。
【図５】補強繊維束の断面図である。
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
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 9:00 22:00
Claims (5)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05177795A JP3493794B2 (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | ガスボンベおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05177795A JP3493794B2 (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | ガスボンベおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08216277A true JPH08216277A (ja) | 1996-08-27 |
| JP3493794B2 JP3493794B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=12896387
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05177795A Expired - Fee Related JP3493794B2 (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | ガスボンベおよびその製造方法 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3493794B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001141191A (ja) * | 1999-11-09 | 2001-05-25 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 強化プラスチック製圧力容器とその製造方法 |
| JP2003222296A (ja) * | 2002-01-28 | 2003-08-08 | Maruhachi Kk | 高圧容器 |
| WO2010116528A1 (ja) * | 2009-04-10 | 2010-10-14 | トヨタ自動車株式会社 | タンクおよびその製造方法 |
| WO2012104690A1 (en) | 2011-02-02 | 2012-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Manufacturing method for high-pressure tank, and high-pressure tank |
| JP2013108521A (ja) * | 2011-11-17 | 2013-06-06 | Samtec Kk | 長尺高圧容器 |
| GB2514828A (en) * | 2013-06-06 | 2014-12-10 | Roger Carr | Pressure vessel |
| KR20160054764A (ko) * | 2014-11-07 | 2016-05-17 | 현대자동차주식회사 | 부직포 삽입형 수소 탱크 및 그 제작 방법 |
| JP2018025287A (ja) * | 2016-08-09 | 2018-02-15 | 現代自動車株式会社Ｈｙｕｎｄａｉ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ | 高圧容器 |
| CN107990143A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-05-04 | 中材科技(成都)有限公司 | 一种车用全复合高压储气瓶 |
| KR20180111728A (ko) * | 2018-09-28 | 2018-10-11 | 현대자동차주식회사 | 고압 용기 |
| CN112576922A (zh) * | 2019-09-27 | 2021-03-30 | 丰田自动车株式会社 | 构造物的约束构造 |
| US11486543B2 (en) | 2019-10-16 | 2022-11-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Module with reduced deterioration of binding member |
-
1995
- 1995-02-15 JP JP05177795A patent/JP3493794B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8740009B2 (en) | 2009-04-10 | 2014-06-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Tank and manufacturing method thereof |
| US9840048B2 (en) | 2011-02-02 | 2017-12-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Manufacturing method for high-pressure tank, and high-pressure tank |
| WO2012104690A1 (en) | 2011-02-02 | 2012-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Manufacturing method for high-pressure tank, and high-pressure tank |
| JP2012159158A (ja) * | 2011-02-02 | 2012-08-23 | Toyota Motor Corp | 高圧タンクの製造方法、および、高圧タンク |
| JP2013108521A (ja) * | 2011-11-17 | 2013-06-06 | Samtec Kk | 長尺高圧容器 |
| GB2514828A (en) * | 2013-06-06 | 2014-12-10 | Roger Carr | Pressure vessel |
| GB2514828B (en) * | 2013-06-06 | 2018-01-10 | Carr Roger | Pressure vessel |
| KR20160054764A (ko) * | 2014-11-07 | 2016-05-17 | 현대자동차주식회사 | 부직포 삽입형 수소 탱크 및 그 제작 방법 |
| JP2018025287A (ja) * | 2016-08-09 | 2018-02-15 | 現代自動車株式会社Ｈｙｕｎｄａｉ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ | 高圧容器 |
| US11333300B2 (en) | 2016-08-09 | 2022-05-17 | Hyundai Motor Company | High pressure tank |
| CN107990143A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-05-04 | 中材科技(成都)有限公司 | 一种车用全复合高压储气瓶 |
| KR20180111728A (ko) * | 2018-09-28 | 2018-10-11 | 현대자동차주식회사 | 고압 용기 |
| CN112576922A (zh) * | 2019-09-27 | 2021-03-30 | 丰田自动车株式会社 | 构造物的约束构造 |
| CN112576922B (zh) * | 2019-09-27 | 2022-09-27 | 丰田自动车株式会社 | 构造物的约束构造 |
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