特開 2025-11672 圧力タンクユニット及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025011672

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】圧力タンクユニット及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B60K 15/03 20060101AFI20250117BHJP

   F17C 1/00 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

B60K15/03 E

F17C1/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023113911

(22)【出願日】2023-07-11

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】308013436

【氏名又は名称】小島プレス工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤江 勇宜

(72)【発明者】

【氏名】上田 直樹

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 亮介

(72)【発明者】

【氏名】藤井 勇輔

(72)【発明者】

【氏名】安藤 幸司

【テーマコード（参考）】

3D038

3E172

【Ｆターム（参考）】

3D038CA17

3D038CB01

3D038CC20

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BB05

3E172BB12

3E172BB17

3E172BC01

3E172BC04

3E172BD03

3E172CA13

3E172CA14

3E172DA36

(57)【要約】

【課題】分割された複数の保護部材であっても、タンクの損傷を防止し得る技術を提供する。
【解決手段】車両に搭載される圧力タンクユニットは、中心軸に沿って延びる円筒部と円筒部の端部に設けられたドーム部とを備えるタンクと、ドーム部を覆うとともに、中心軸に対する周方向に分割された複数の保護部材と、を備える。複数の保護部材の各々は、周方向において、隣接する他の二つの保護部材の間に位置する本体部分と、隣接する他の二つの保護部材の一方にオーバラップするオーバラップ部分と、隣接する他の二つの保護部材の他方のオーバラップ部分にオーバラップされた被オーバラップ部分と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載される圧力タンクユニットであって、
中心軸に沿って延びる円筒部と前記円筒部の端部に設けられたドーム部とを備えるタンクと、
前記ドーム部を覆うとともに、前記中心軸に対する周方向に分割された複数の保護部材と、
を備え、
前記複数の保護部材の各々は、
前記周方向において、隣接する他の二つの保護部材の間に位置する本体部分と、
前記隣接する前記他の二つの保護部材の一方にオーバラップするオーバラップ部分と、
前記隣接する前記他の二つの保護部材の他方の前記オーバラップ部分にオーバラップされた被オーバラップ部分と、を備える、
圧力タンクユニット。

【請求項2】

前記複数の保護部材の各々は、前記ドーム部に対向する内面を有し、
前記内面には、前記本体部分と前記オーバラップ部分との境界に沿って、段差が設けられている、請求項１に記載の圧力タンクユニット。

【請求項3】

前記複数の保護部材の各々は、同一形状を有する共通部品である、請求項１又は２に記載の圧力タンクユニット。

【請求項4】

請求項１に記載の圧力タンクユニットの製造方法であって、
前記タンクの外側に、複数の治具を前記周方向に沿って等間隔で配列する配列工程と、
前記複数の治具のそれぞれに、前記複数の保護部材の対応する一つを取り付ける取付工程と、
前記複数の保護部材が取り付けられた前記複数の治具を、前記複数の保護部材が前記タンクに接触するまで、前記タンクに向けて移動させる移動工程と、
を備え、
前記移動工程では、前記複数の保護部材の各々から前記中心軸までの各距離が、同じ距離に維持される、
製造方法。

【請求項5】

前記移動工程では、前記複数の治具を径方向に沿って同じ速度で移動させる、請求項４に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、圧力タンクユニット及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、円筒部とドーム部とを備えるタンクと、タンクを覆う保護部材と、を備える圧力タンクユニットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－２９６９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

保護部材は、プラスチックといった柔軟性を有する材料で構成されており、外部からタンクへの衝撃を吸収する。特許文献１の保護部材は、ドーム部の全体を覆う単一の部材で構成されている。これに対して、保護部材の設計自由度を高めるために、保護部材を周方向に沿って複数に分割することが検討されている。しかしながら、保護部材を周方向に沿って分割すると、分割された保護部材の間に隙間が生じて、そこからタンクの表面が露出するおそれがある。本明細書は、この問題を解決し得る技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する圧力タンクユニットは、中心軸に沿って延びる円筒部と円筒部の端部に設けられたドーム部とを備えるタンクと、ドーム部を覆うとともに、中心軸に対する周方向に分割された複数の保護部材と、を備える。複数の保護部材の各々は、周方向において、隣接する他の二つの保護部材の間に位置する本体部分と、隣接する他の二つの保護部材の一方にオーバラップするオーバラップ部分と、隣接する他の二つの保護部材の他方のオーバラップ部分にオーバラップされた被オーバラップ部分と、を備える。

【0006】

上記した圧力タンクユニットでは、複数の保護部材の各々は、隣接する他の二つの保護部材の一方にオーバラップするオーバラップ部分と、隣接する他の二つの保護部材の他方のオーバラップ部分にオーバラップされた被オーバラップ部分とを備える。即ち、一つの保護部材と、隣接する他の保護部材と、は、オーバラップ部分と被オーバラップ部分とが径方向で重なることによって隣接して配置される。このような構成によると、複数の保護部材であっても、一つの保護部材と他の一つの保護部材との間に隙間を生じることなくタンクのドーム部を覆うことができる。したがって、分割された複数の保護部材であっても、タンクの損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】圧力タンクユニットの概略図を示す。

【図2】保護部材の概略図を示す。

【図3】圧力タンクユニットのドーム部の断面図を示す。

【図4】圧力タンクユニットの製造方法を示す。

【図5】移動工程における保護部材の動きを示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本技術の一実施形態において、複数の保護部材の各々は、ドーム部に対向する内面を有してよい。また、内面には、本体部分とオーバラップ部分との境界に沿って、段差が設けられていてよい。このような構成によると、段差によって、オーバラップ部分とタンクとの間に空間が生じる。この空間に、隣接する保護部材の被オーバラップ部分が入り込むことによって、オーバラップ部分と被オーバラップ部分とが互いに干渉することなく、径方向で重なりやすくなる。

【0009】

本技術の一実施形態において、複数の保護部材の各々は、同一形状を有する共通部品であってよい。このような構成によると、設計及び製造にかかるコストを比較的に低くすることができる。

【0010】

また、本明細書は、圧力タンクユニットの製造方法を開示する。製造方法は、タンクの外側に、複数の治具を周方向に沿って等間隔で配列する配列工程と、複数の治具のそれぞれに、複数の保護部材の対応する一つを取り付ける取付工程と、複数の保護部材が取り付けられた複数の治具を、複数の保護部材がタンクに接触するまで、タンクに向けて移動させる移動工程と、を備えてよい。移動工程では、複数の保護部材の各々から中心軸までの各距離が、同じ距離に維持されてよい。このような構成によると、オーバラップ部分と被オーバラップ部分とを干渉させることなく、タンクの表面に複数の保護部材を配置することができる。

【0011】

本技術の一実施形態において、移動工程では、複数の治具を径方向に沿って同じ速度で移動させてよい。このような構成によると、比較的に簡素な構成や制御によって、複数の保護部材の各々から中心軸までの各距離を同じ距離に維持しながら、複数の治具を移動させることができる。なお、各治具の移動方法は、必ずしも径方向に平行でなくてもよく、径方向に対して角度を成してもよい。即ち、各治具は、放射状の経路に限られず、渦状の経路に沿って移動してもよい。

【実施例0012】

（圧力タンクユニットの構成）
図１は、実施例の圧力タンクユニット１０の概略図を示す。圧力タンクユニット１０は、タンク１２と、複数の第１保護部材１４と、複数の第２保護部材１６とを備える。圧力タンクユニット１０は、例えば、燃料電池車両（図示省略）に搭載される。タンク１２は、燃料電池車両が発電をするために用いる高圧の水素ガスを貯留する。すなわち、タンク１２は、高圧流体を貯蔵するタンクである。なお、本実施例で説明する技術は、水素ガスを貯留する圧力タンクユニット１０に限られず、他の種類の圧縮流体を貯蔵する圧力タンクユニットにも採用することができる。

【0013】

タンク１２は、中心軸ＣＬに沿って延びる円筒形状を有する円筒部１８と、円筒部１８の一端部に設けられる第１ドーム部２０と、円筒部１８の他端部に設けられる第２ドーム部２２とを有する。

【0014】

タンク１２は、ライナ２４と、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）層２６と、二つの口金２８、２９とを備える。ライナ２４は、最内層であって、水素を収容する内部空間を形成する。ライナ２４は、例えばポリアミドのようなプラスチックであって、ガスバリア性の高い材料によって作製されてよい。

【0015】

ＦＲＰ層２６は、ライナ２４の外側に配置される層である。ＦＲＰ層２６は、繊維材料で構成された長尺のフィラメントに、熱硬化性プラスチック（例えば、エポキシ樹脂）又は熱可塑性プラスチックを含浸させることによって構成されてよい。ＦＲＰ層２６は、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）やＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）であってよい。即ち、繊維材料は、炭素繊維であってもよいし、ガラス繊維であってもよい。

【0016】

口金２８、２９は、金属で構成されるボスであり、第１口金２８と第２口金２９とを有する。第１口金２８は、第１ドーム部２０の中央に設けられており、中心軸ＣＬ上に位置している。第２口金２９は、第２ドーム部２２の中央に設けられており、中心軸ＣＬ上に位置している。第１口金２８は、タンク１２の内部と外部とを連通する貫通孔２８ａを有する。タンク１２内の水素ガスは、貫通孔２８ａを介して、外部に放出されたり、外部から充填されたりする。

【0017】

複数の第１保護部材１４は、第１ドーム部２０を覆っており、複数の第２保護部材１６は、第２ドーム部２２を覆っている。複数の第１保護部材１４及び複数の第２保護部材１６は、プラスチックといった柔軟性を有する材料で構成されており、外部からタンク１２への衝撃を吸収する。一例ではあるが、本実施例の第１保護部材１４及び第２保護部材１６は、ポリプロピレンで構成されている。

【0018】

図２は、圧力タンクユニット１０を、第１ドーム部２０側から見た斜視図を示す。なお、図２において、第１口金２８は図示省略されている。図２に示されるように、複数の第１保護部材１４は、全体で、中心軸ＣＬに対する周方向に沿って、分割された分割構造を有する。特に限定されないが、複数の第１保護部材１４の各々は、同一形状を有する共通部品である。これにより、設計及び製造にかかるコストを比較的に低くすることができる。複数の第１保護部材１４の数は、特に限定されず、８～１２個であってもよく、８個未満であってもよく、１３個以上であってもよい。

【0019】

図３に示されるように、複数の第１保護部材１４の各々は、本体部分３０と、オーバラップ部分３２と、被オーバラップ部分３４と、段差３６と、を備える。本体部分３０は、周方向において、隣接する他の二つの第１保護部材１４、１４の間に位置する。本体部分３０は、円周に沿って湾曲した構造である。本体部分３０の表面３０ａには、リブ３８が設けられている。リブ３８は、第１保護部材１４の強度や衝撃吸収率を向上させるために設けられてよい。リブ３８の形状や数は特に限定されず、例えば、複数のリブが本体部分３０の表面３０ａに設けられていてもよい。特に限定されないが、本体部分３０の厚みＴ１は、例えば６ｍｍであってよい。

【0020】

オーバラップ部分３２は、本体部分３０の右端部に配置される。オーバラップ部分３２は、隣接する他の第１保護部材１４の左端部（即ち、被オーバラップ部分３４）にオーバラップする。特に限定されないが、オーバラップ部分３２の厚みＴ２は、例えば２ｍｍであってよく、長さＬ１は、１２ｍｍであってよい。

【0021】

被オーバラップ部分３４は、本体部分３０の左端部に配置される。被オーバラップ部分３４は、隣接する他の第１保護部材１４の右端部（即ち、オーバラップ部分３２）にオーバラップされる。特に限定されないが、被オーバラップ部分３４の厚みＴ３は、例えば２ｍｍであってよく、長さＬ２は、１２ｍｍであってよい。また、オーバラップ部分３２と被オーバラップ部分３４とが径方向に重なり合った重層部分４２の長さＬ３は、例えば、６ｍｍであってよい。

【0022】

このような構成によると、隣接する二つの第１保護部材１４の間では、一方の第１保護部材１４のオーバラップ部分３２と、他方の第１保護部材１４の被オーバラップ部分３４とが径方向において重なり合う。これにより、隣接する二つの第１保護部材１４の間において、タンク１２を露出するような隙間は形成されない。したがって、分割された複数の第１保護部材１４であっても、タンク１２の損傷を防止することができる。

【0023】

図３に示されるように、オーバラップ部分３２と本体部分３０との境界には、当該境界に沿って、段差３６が設けられている。段差３６は、第１保護部材１４の内面１４ａに設けられている。このような構成によると、段差３６によって、オーバラップ部分３２とタンク１２との間に空間４０が生じる。この空間４０に、隣接する第１保護部材１４の被オーバラップ部分３４が入り込むことによって、オーバラップ部分３２と被オーバラップ部分３４とが互いに干渉することなく、径方向で重なりやすくなる。

【0024】

以上、第１ドーム部２０を覆う複数の第１保護部材１４について説明したが、第２ドーム部２２を覆う複数の第２保護部材１６（図１参照）についても、同様の構成を有する。

【0025】

（圧力タンクユニットの製造方法）
図４及び図５を参照して、圧力タンクユニット１０の製造方法を説明する。本実施例では、特に、圧力タンクユニット１０が８つの第１保護部材１４を備えるとして、タンク１２に８つの第１保護部材１４を組み付けるための一連の工程について説明する。まず、図４（Ａ）に示されるように、タンク１２の第１ドーム部２０の外側に、第１保護部材１４と同数の治具４４（即ち、８つの治具４４）を配列する配列工程を実行する。配列工程では、複数の治具４４は、周方向に沿って等間隔で配列される。

【0026】

次いで、図４（Ｂ）に示されるように、８つの治具４４のそれぞれに、８つの第１保護部材１４の対応する一つを取り付ける取付工程を実行する。このとき、各々の第１保護部材１４の内面１４ａには、接着剤又は粘着テープといった接合材（図示省略）が設けられている。なお、この接合材については、第１保護部材１４に代えて、又は加えて、タンク１２の表面に設けられてもよい。

【0027】

次いで、図４（Ｃ）に示されるように、第１保護部材１４がそれぞれ取り付けられた８つの治具４４を、それぞれの第１保護部材１４がタンク１２に接触するまで、タンク１２に向けて移動させる移動工程を実行する。図５に示されるように、８つの治具４４のそれぞれは、複数の第１保護部材１４の各々から中心軸ＣＬまでの各距離を、同じ距離に維持するように移動する。その結果、オーバラップ部分３２と被オーバラップ部分３４とを干渉させることなく、タンク１２の表面１２ａに複数の第１保護部材１４を配置することができる。各々の第１保護部材１４は、接合材を介してタンク１２の表面に接合され、タンク１２に対して固定される。

【0028】

詳細な説明は省略するが、複数の第２保護部材１６についても、複数の第１保護部材１４と同様に、複数の治具を用いてタンク１２に対して組み付けられる。このとき、第２保護部材１６の組み付けは、第１保護部材１４の組み付けと同時に行われてもよいし、それとは前後して行われてもよい。

【0029】

上述したように、移動工程において、８つの治具４４のそれぞれは、複数の第１保護部材１４の各々から中心軸ＣＬまでの各距離を、同じ距離に維持するように移動する。即ち、８つの治具４４は、径方向に沿って同じ速度で移動する。このような構成によると、８つの治具４４を比較的に簡素な構成や制御にすることができる。なお、８つの治具４４の移動方法は、必ずしも径方向に平行でなくてもよく、径方向に対して角度を成してもよい。即ち、８つの治具４４の各々は、放射状の経路に限られず、渦状の経路に沿って移動してもよい。

【符号の説明】

【0030】

１０：圧力タンクユニット、 １２：タンク、 １４：保護部材、 １６：保護部材、 １８：円筒部、 ２０、２２：ドーム部、 ２４：ライナ、 ２６：ＦＲＰ層、 ２８：口金、 ２８ａ：貫通孔、 ３０：本体部分、 ３２：オーバラップ部分、 ３４：被オーバラップ部分、３６：段差、 ３８：リブ、 ４０：空間、 ４２：重層部分、 ４４：治具、ＣＬ：中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】