特開 2025-7858 高圧タンク

(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】P2025007858

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】高圧タンク

(51)【国際特許分類】

   F17C 1/06 20060101AFI20250109BHJP

   F16J 12/00 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

F17C1/06

F16J12/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023109535

(22)【出願日】2023-07-03

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】和田 眞禎

【テーマコード（参考）】

3E172

3J046

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BB03

3E172BB12

3E172BB17

3E172BC01

3E172BC04

3E172BC05

3E172BD03

3E172CA12

3E172DA36

3E172DA90

3J046AA01

3J046BA02

3J046CA01

3J046CA04

3J046DA05

(57)【要約】

【課題】口金と補強層との間の層間剥離を抑制して要求されるクライテリアを満足することができる高圧タンクを提供する。
【解決手段】口金３，３Ａは、先端部３１と、フランジ部３２と、小径部３３と、剥離防止部３４，３４Ａと、を有している。先端部３１は、ライナの内部空間に連通する給排口３１ａが開口している。フランジ部３２は、先端部３１とは口金３，３Ａの軸方向Ｄａにおける反対側でライナに接続される。小径部３３は、フランジ部３２と先端部３１との間で直径が最小になる。剥離防止部３４，３４Ａは、小径部３３と先端部３１の外周面３１ｐとの間に設けられ、先端部３１の外周面３１ｐから小径部３３へ向けて直径が段階的に減少している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空の内部空間を有する樹脂製のライナと、前記ライナの前記内部空間を外部に連通させる円筒状の口金と、前記ライナの外表面を覆い前記口金の外周面に接合される繊維強化樹脂製の補強層と、を備える高圧タンクであって、
前記口金は、前記ライナの前記内部空間に連通する給排口が開口する先端部と、該先端部とは前記口金の軸方向における反対側で前記ライナに接続されるフランジ部と、該フランジ部と前記先端部との間で直径が最小になる小径部と、該小径部と前記先端部の外周面との間に設けられた剥離防止部と、を有し、
前記剥離防止部は、前記先端部の前記外周面から前記小径部へ向けて直径が段階的に減少していることを特徴とする高圧タンク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、高圧タンクに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から高圧の流体が充填される高圧タンクに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された高圧タンクは、樹脂製のライナと、口金と、繊維強化樹脂製の補強層と、を備える。口金はライナの内部空間と連通する給排口と、給排口の周域から径方向外側に張り出しライナに突き合わせられるフランジ部を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１８７７９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような高圧タンクの耐久性を向上させるために、口金の外周面の補強層と接する部分に、フランジ部に近づくほど直径が減少するテーパ部を設けることが考えられる。しかし、口金にテーパ部を設けることで、口金を高圧タンクの軸方向に押し込むような力が作用したときに、口金と補強層との間で層間剥離が生じ、補強層の剛性が低下して高圧タンクの耐力が低下し、要求されるクライテリアを満足できないおそれがある。

【0005】

本開示は、口金と補強層との間の層間剥離を抑制して要求されるクライテリアを満足することができる高圧タンクを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、中空の内部空間を有する樹脂製のライナと、前記ライナの前記内部空間を外部に連通させる円筒状の口金と、前記ライナの外表面を覆い前記口金の外周面に接合される繊維強化樹脂製の補強層と、を備える高圧タンクであって、前記口金は、前記ライナの前記内部空間に連通する給排口が開口する先端部と、該先端部とは前記口金の軸方向における反対側で前記ライナに接続されるフランジ部と、該フランジ部と前記先端部との間で直径が最小になる小径部と、該小径部と前記先端部の外周面との間に設けられた剥離防止部と、を有し、前記剥離防止部は、前記先端部の前記外周面から前記小径部へ向けて直径が段階的に減少していることを特徴とする高圧タンクである。

【発明の効果】

【0007】

本開示の上記一態様によれば、口金が剥離防止部を有することで、口金の外周面と補強層との間の接合強度を向上させ、口金と補強層との間の層間剥離を抑制して要求されるクライテリアを満足することができる高圧タンクを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示に係る高圧タンクの実施形態を示す断面図。

【図2】図１の高圧タンクの口金の拡大断面図。

【図3】図２の高圧タンクの変位と荷重との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本開示に係る高圧タンクの実施形態を説明する。

【0010】

図１は、本開示に係る高圧タンクの実施形態を示す断面図である。本実施形態の高圧タンク１は、たとえば、燃料電池車などの車両に搭載され、燃料電池システムへ供給される水素が充填される高圧水素タンクである。高圧タンク１は、中空の内部空間を有する樹脂製のライナ２と、そのライナ２の内部空間を外部に連通させる円筒状の口金３と、ライナ２の外表面を覆い口金３の外周面に接合される繊維強化樹脂製の補強層４と、を備えている。

【0011】

ライナ２は、概して、軸方向Ｄａに延びる細長い円筒状の形状を有している。より具体的には、ライナ２は、たとえば、軸方向Ｄａにおける両端部が半球状またはドーム状の形状を有し、両端部の間の胴部が円筒状の形状を有し、一方の端部に開口部２１を有している。より詳細には、ライナ２は、たとえば、図１に示すように、軸方向Ｄａの一方の端部から軸方向Ｄａに突出して円筒状の口金３の内側に挿入される円筒部２２を有している。ライナ２は、たとえば、水素不透過性の樹脂材料によって製作されている。

【0012】

補強層４は、たとえば、未硬化の硬化性樹脂を含浸させた強化繊維をライナ２および口金３の外周面の一部に巻き付けて硬化性樹脂を硬化させることで、ライナ２の外表面を覆うように形成されて口金３の外周面の一部に接合される。なお、補強層４は、たとえば、強化繊維をライナ２および口金３の外周面の一部に巻き付け、その後、強化繊維に未硬化の硬化性樹脂を含浸させて硬化させることで形成することも可能である。

【0013】

図２は、図１の高圧タンク１の口金３の拡大断面図である。口金３は、たとえば、ライナ２と同軸の概ね円筒状の形状に設けられている。より詳細には、口金３は、ライナ２の内部空間に連通する給排口３１ａが開口する先端部３１と、その先端部３１とは口金３の軸方向Ｄａにおける反対側でライナ２に接続されるフランジ部３２と、そのフランジ部３２と先端部３１との間で直径が最小になる小径部３３と、を有している。

【0014】

先端部３１は、たとえば、図１に示すように、口金３の外周面の一部を覆う補強層４から露出している。先端部３１は、口金３の軸方向Ｄａに直交する先端面３１ｆを有し、その先端面３１ｆに給排口３１ａが開口されている。また、先端部３１は、先端面３１ｆに隣接して、口金３の軸方向Ｄａに概ね平行な外周面３１ｐを有している。先端部３１の直径は、たとえば、フランジ部３２の直径よりも小さい。

【0015】

フランジ部３２は、たとえば、口金３において直径が最大となる部分であり、口金３の軸方向Ｄａにおいて先端部３１から遠ざかるほど直径が拡大されている。口金３の軸方向Ｄａにおいて、先端部３１の先端面３１ｆとは反対の方向を向くフランジ部３２の端面３２ｅは、ライナ２に接合されている。フランジ部３２のライナ２に接合された端面３２ｅと反対側の面３２ｆは、ライナ２の外周面に段差なく滑らかに接続され、補強層４によって覆われている。

【0016】

小径部３３は、たとえば、口金３の軸方向Ｄａにおいて、フランジ部３２の先端部３１側の端部に設けられている。より具体的には、たとえば、フランジ部３２は、口金３の軸方向Ｄａにおいて先端部３１へ近づくほど直径が減少しており、口金３の軸方向Ｄａおよび径方向Ｄｒに交差する方向において高圧タンク１の内側へ向けて凹の凹曲面状に設けられている。この凹曲面状のフランジ部３２の口金３の軸方向Ｄａにおける先端部３１側の端部に、小径部３３が設けられている。

【0017】

また、口金３は、小径部３３と先端部３１の外周面３１ｐとの間に設けられた剥離防止部３４を有している。図２に示すように、剥離防止部３４は、先端部３１の外周面３１ｐから小径部３３へ向けて直径が段階的に減少している。より具体的には、図２において、輪郭を実線で示す実施形態１の高圧タンク１の口金３に設けられた剥離防止部３４は、たとえば、複数の段部３４１，３４３と、複数のテーパ部３４２，３４４と、を有することで、先端部３１の外周面３１ｐから小径部３３へ向けて直径が段階的に減少している。

【0018】

より詳細には、第１実施形態の高圧タンク１の口金３に設けられた剥離防止部３４は、たとえば、口金３の先端部３１から小径部３３へ向けて、第１の段部３４１と、第１のテーパ部３４２と、第２の段部３４３と、第２のテーパ部３４４と、を有している。第１の段部３４１は、たとえば、先端部３１の直径よりも小さい一定の直径を有して口金３の軸方向Ｄａに延びている。先端部３１の外周面３１ｐと第１の段部３４１との間には、口金３の軸方向Ｄａに垂直な径方向Ｄｒの段差が形成されている。

【0019】

第１のテーパ部３４２は、たとえば、第１の段部３４１との境界から第２の段部３４３との境界まで一定の割合で直径が減少している。第２の段部３４３は、たとえば、第１のテーパ部３４２との境界から第２のテーパ部３４４まで一定の直径を有して口金３の軸方向Ｄａに延びている。口金３の軸方向Ｄａにおいて、第２の段部３４３の長さは、たとえば、第１のテーパ部３４２の長さよりも短い。

【0020】

第２のテーパ部３４４は、第２の段部３４３との境界から小径部３３まで、第１のテーパ部３４２とは異なる一定の割合で直径が減少している。口金３の軸方向Ｄａにおいて、第２のテーパ部３４４の長さは、第１のテーパ部３４２の長さよりも短い。また、口金３の軸方向Ｄａに対する第２のテーパ部３４４の傾斜角度は、口金３の軸方向Ｄａに対する第１のテーパ部３４２の傾斜角度よりも小さい。

【0021】

また、図２において、輪郭を破線で示す実施形態２の高圧タンク１Ａの口金３Ａに設けられた剥離防止部３４Ａは、たとえば、複数のテーパ部３４２Ａ，３４４Ａを有することで、先端部３１の外周面３１ｐから小径部３３へ向けて直径が段階的に減少している。より詳細には、第１のテーパ部３４２Ａの最大の直径は、先端部３１の直径よりも小さく、先端部３１の外周面３１ｐと第１のテーパ部３４２Ａとの間には、口金３の軸方向Ｄａに垂直な径方向Ｄｒの段差が形成されている。

【0022】

第１のテーパ部３４２Ａは、たとえば、先端部３１の外周面３１ｐと第１のテーパ部３４２Ａとの間に形成された段差から第２のテーパ部３４４Ａとの境界まで一定の割合で直径が減少している。第２のテーパ部３４４Ａは、第１のテーパ部３４２Ａとの境界から小径部３３まで、第１のテーパ部３４２Ａとは異なる一定の割合で直径が減少している。口金３の軸方向Ｄａにおいて、第２のテーパ部３４４Ａの長さは、第１のテーパ部３４２Ａの長さよりも短い。また、口金３の軸方向Ｄａに対する第２のテーパ部３４４Ａの傾斜角度は、口金３の軸方向Ｄａに対する第１のテーパ部３４２Ａの傾斜角度よりも小さい。

【0023】

なお、図示を省略するが、剥離防止部３４は、たとえば、一つの段部と一つのテーパ部を有してもよく、三つ以上の段部と三つ以上のテーパ部を有してもよい。また、剥離防止部３４は、たとえば、先端部３１の外周面３１ｐとの間に段差を有する一つのテーパ部のみを有してもよく、複数の段部のみを有してもよい。また、剥離防止部３４は、先端部３１の外周面３１ｐとの間に段差を有する凹曲面であってもよい。

【0024】

一方、図２において、輪郭を二点鎖線で示す比較例の高圧タンクの口金は、先端部３１の外周面３１ｐとの境界から小径部３３まで一定の割合で直径が減少するテーパ部Ｔのみを有し、先端部３１の外周面３１ｐから小径部３３へ向けて直径が段階的に減少する剥離防止部３４を有しない。

【0025】

以下、図２において二点鎖線でテーパ部Ｔの輪郭を示す剥離防止部３４を有しない比較例の高圧タンクとの対比に基いて、本開示に係る高圧タンクの実施形態１および実施形態２の作用を説明する。

【0026】

図３の上のグラフは、図２において口金３の剥離防止部３４を実線で示す実施形態１の高圧タンク１の荷重と変位との関係を実線で示している。図３の下のグラフは、図２において口金３の剥離防止部３４を破線で示す実施形態２の高圧タンク１Ａの荷重と変位との関係を実線で示している。なお、図３の上下のグラフには、それぞれ、実施形態１および実施形態２の高圧タンク１，１Ａの比較対象として、図２において口金３のテーパ部Ｔを二点鎖線で示す比較例の高圧タンクの荷重と変位との関係を一点鎖線で示している。

【0027】

また、図３の上のグラフでは、ゼロ点補正を行った実施形態１の高圧タンク１および比較例の高圧タンクの荷重と変位との関係を、それぞれ、破線と二点鎖線で示している。同様に、図３の下のグラフでは、ゼロ点補正を行った実施形態２の高圧タンク１Ａおよび比較例の高圧タンクの荷重と変位との関係を、それぞれ、破線と二点鎖線で示している。

【0028】

前述のように、実施形態１，２の高圧タンク１，１Ａは、中空の内部空間を有する樹脂製のライナ２と、そのライナ２の内部空間を外部に連通させる円筒状の口金３，３Ａと、ライナ２の外表面を覆い口金３，３Ａの外周面に接合される繊維強化樹脂製の補強層４と、を備える。口金３，３Ａは、先端部３１と、フランジ部３２と、小径部３３と、剥離防止部３４，３４Ａと、を有している。先端部３１は、ライナ２の内部空間に連通する給排口３１ａが開口している。フランジ部３２は、先端部３１とは口金３，３Ａの軸方向Ｄａにおける反対側でライナ２に接続される。小径部３３は、フランジ部３２と先端部３１との間で直径が最小になる。剥離防止部３４，３４Ａは、小径部３３と先端部３１の外周面３１ｐとの間に設けられ、先端部３１の外周面３１ｐから小径部３３へ向けて直径が段階的に減少している。

【0029】

このような構成により、実施形態１，２の高圧タンク１，１Ａは、口金３，３Ａを高圧タンク１，１Ａの軸方向に押し込むような力が作用したときに、口金３，３Ａと補強層４との間の層間剥離のタイミングを遅らせることができる。より具体的には、剥離防止部３４，３４Ａを有しない比較例の高圧タンクは、図３の各グラフの二点鎖線上の三角印で示す変位において層間剥離が発生する。

【0030】

これに対し、実施形態１の高圧タンク１は、図３の上のグラフの破線上の三角印で示す変位において層間剥離が発生し、実施形態２の高圧タンク１Ａは、図３の下のグラフの破線上の三角印に示す変位において層間剥離が発生する。したがって、実施形態１，２の高圧タンク１，１Ａは、比較例の高圧タンクと比較して、より大きな変位が生じるまで層間剥離が発生せず、層間剥離が発生するタイミングを遅らせることができる。

【0031】

その結果、高圧タンク１，１Ａの静圧縮試験において強制変位を付与したときに、最終的に１５０［ｋＮ］以上の反力を得ることができ、静圧縮試験のクライテリアを満足することができる。これは、比較例の高圧タンクの口金３が一定の割合で直径が減少するテーパ部Ｔのみを有しているのに対し、実施形態１，２の高圧タンク１，１Ａの口金３，３Ａは、直径が段階的に減少する剥離防止部３４，３４Ａを有しているためであると考えられる。

【0032】

したがって、前述の実施形態１，２によれば、口金３，３Ａが剥離防止部３４，３４Ａを有することで、口金３，３Ａの外周面と補強層４との間の接合強度を向上させ、口金３，３Ａと補強層４との間の層間剥離を抑制して要求されるクライテリアを満足することができる高圧タンク１，１Ａを提供することができる。

【0033】

以上、図面を用いて本開示に係る高圧タンクの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

【符号の説明】

【0034】

１ 高圧タンク
１Ａ 高圧タンク
２ ライナ
３ 口金
３Ａ 口金
４ 補強層
３１ 先端部
３１ａ 給排口
３１ｆ 先端面
３１ｐ 外周面
３２ フランジ部
３３ 小径部
３４ 剥離防止部
３４Ａ 剥離防止部

【図1】

【図2】

【図3】