特許 7359114 高圧タンクの製造方法および高圧タンク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-02

(45)【発行日】2023-10-11

(54)【発明の名称】高圧タンクの製造方法および高圧タンク

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/32 20060101AFI20231003BHJP

   F17C 1/06 20060101ALI20231003BHJP

   F16J 12/00 20060101ALI20231003BHJP

   B29L 23/00 20060101ALN20231003BHJP

【ＦＩ】

B29C70/32

F17C1/06

F16J12/00 A

B29L23:00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020155018

(22)【出願日】2020-09-15

(65)【公開番号】P2021146725

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2022-08-24

(31)【優先権主張番号】P 2020046355

(32)【優先日】2020-03-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】藤井 学

(72)【発明者】

【氏名】上田 直樹

【審査官】関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１８７１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５５７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０２０３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２６２９５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ７０／００－７０／８８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスを収容するライナーと、前記ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、を備え、前記補強層は、筒部材と前記筒部材の両端に設けられる２つのドーム部材とが一体的に形成された層であり、一方の前記ドーム部材は、ドーム本体部と、前記ドーム本体部から突出するとともに、ガスを充填および排出するためのガス流路を有する円筒状の突出部とを含む、高圧タンクの製造方法であって、
少なくとも前記一方のドーム部材を形成する工程を備え、
前記少なくとも前記一方のドーム部材を形成する工程は、
前記突出部の一部と前記ドーム本体部の一部とを形成するように、第１樹脂が含浸された第１繊維束を配置する工程と、
前記第１繊維束を覆うように、第２樹脂が含浸された第２繊維束を配置する工程と、
を含み、
前記第１繊維束を配置する工程において、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うように、かつ、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続するように、前記第１繊維束を配置しながら、配置した前記第１繊維束に含浸された第１樹脂を固化し、
前記第２繊維束を配置する工程において、前記第２繊維束の繊維方向が前記第１繊維束の繊維方向に対して交差するように、前記第２繊維束を配置し、
前記第１樹脂は、熱可塑性樹脂からなり、
前記第２樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、
前記第１繊維束を配置する工程において、前記第１樹脂が軟化した状態で前記第１繊維束を配置しながら、配置した前記第１繊維束に含浸された第１樹脂が固化し、
前記第２繊維束を配置する工程において、前記第２樹脂が未硬化の状態で前記第２繊維束を配置した後、前記第２樹脂を加熱して硬化させることを特徴とする高圧タンクの製造方法。

【請求項2】

前記２つのドーム部材を形成する際に、前記ドーム部材のうち前記ガスに接触する面を前記第１繊維束により形成することを特徴とする請求項１に記載の高圧タンクの製造方法。

【請求項3】

ガスを収容するライナーと、前記ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、を備え、前記補強層は、筒部材と前記筒部材の両端に設けられる２つのドーム部材とが一体的に形成された層であり、一方の前記ドーム部材は、ドーム本体部と、前記ドーム本体部から突出するとともに、ガスを充填および排出するためのガス流路を有する突出部とを含む、高圧タンクであって、
前記ドーム本体部および前記突出部は、第１樹脂が含浸された第１繊維束と第２樹脂が含浸された第２繊維束とによって形成されており、
前記第１繊維束は、前記突出部の一部および前記ドーム本体部の一部を構成しており、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うとともに、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続して配置されており、
前記第２繊維束は、前記第１繊維束を覆うとともに、前記第２繊維束の繊維方向が前記第１繊維束の繊維方向に対して交差するように配置されており、
前記第１樹脂は、熱可塑性樹脂からなり、
前記第２樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、
前記ドーム部材のうち前記ガスに接触する面は、前記第１繊維束により形成されていることを特徴とする高圧タンク。

【請求項4】

前記第１繊維束を配置する工程において、内周面に雌ねじを有するインサートの外周に前記第１繊維束を配置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高圧タンクの製造方法。

【請求項5】

前記突出部の内側に筒状のインサートが配置され、
前記インサートは、内周面に雌ねじを有することを特徴とする請求項３に記載の高圧タンク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスを収容するライナーと、ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層とを備えた高圧タンクおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水素等の貯蔵・供給に用いられる高圧タンクとして、タンク本体と、そのタンク本体の長手方向の開口端部に取り付けられた口金とを備えているタンクが知られている。タンク本体は、例えば、水素ガスを気密保持するためのライナーと、その外面を樹脂が含浸された繊維束で巻き付けて補強した補強層と、を含んでいる。

【0003】

このように、ライナーと、その外面を覆う補強層と、補強層の端部に設けられる口金と、を備えた高圧タンクは、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の高圧タンクは、ライナーと、その外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、補強層の端部に設けられる口金と、を備えている。口金は、水素ガスなどを充填および排出するためのガス流路を有する円筒状の突出部を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－１７９２０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、高圧タンクの運搬や、高圧タンクを搭載した車両の燃費向上などの観点から、高圧タンクの軽量化を図ろうとした場合、口金に相当する部分を繊維強化樹脂にして軽量化することも想定される。

【0006】

この場合、例えば、樹脂が含浸された繊維束を、ガス流路を有する円筒状の突出部が設けられたライナーなどの外面に、フィラメントワインディング法などにより巻回することによって、口金に相当する部分を有する補強層を形成することが考えられる。しかしながら、高圧タンクの内部は非常に高圧になり、突出部の先端に取り付けられるバルブには軸方向外側に大きな力が加わるため、突出部自体にも軸方向外側に大きな力が加わる。このとき、突出部において繊維束は螺旋状に巻回されているため、突出部の軸方向の引張強度を確保することは困難である。このため、突出部が損傷することが考えられる。

【0007】

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、高圧タンクの軽量化を図りながら、ガス流路を有する突出部が損傷するのを抑制することが可能な高圧タンクおよびその製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る高圧タンクの製造方法は、ガスを収容するライナーと、前記ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、を備え、前記補強層は、筒部材と前記筒部材の両端に設けられる２つのドーム部材とが一体的に形成された層であり、一方の前記ドーム部材は、ドーム本体部と、前記ドーム本体部から突出するとともに、ガスを充填および排出するためのガス流路を有する円筒状の突出部とを含む、高圧タンクの製造方法であって、少なくとも前記一方のドーム部材を形成する工程を備え、前記少なくとも前記一方のドーム部材を形成する工程は、前記突出部の一部と前記ドーム本体部の一部とを形成するように、第１樹脂が含浸された第１繊維束を配置する工程と、前記第１繊維束を覆うように、第２樹脂が含浸された第２繊維束を配置する工程と、を含み、前記第１繊維束を配置する工程において、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うように、かつ、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続するように、前記第１繊維束を配置しながら、配置した前記第１繊維束に含浸された第１樹脂を固化し、前記第２繊維束を配置する工程において、前記第２繊維束の繊維方向が前記第１繊維束の繊維方向に対して交差するように、前記第２繊維束を配置する。

【0009】

本発明の高圧タンクの製造方法によれば、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うように第１繊維束を配置する。これにより、突出部の軸方向の引張強度を確保することができる。また、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続するように前記第１繊維束を配置するとともに、前記第１繊維束を覆うように前記第２繊維束を配置する。これにより、第２繊維束が第１繊維束の移動を拘束し、突出部がドーム本体部から抜け出るのを防止することができる。また、第２繊維束の繊維方向が第１繊維束の繊維方向に対して交差するように第２繊維束を設けるので、軸方向の引張強度だけでなく、半径方向などの他の方向の引張強度も確保することができる。したがって、高圧タンクの内部が高圧になり、突出部に軸方向外側に大きな力が加わった場合であっても、突出部が損傷するのを抑制することができる。このため、口金を設ける必要がないので、高圧タンクを軽量化することができる。

【0010】

上記高圧タンクの製造方法において、好ましくは、前記第１樹脂は、熱可塑性樹脂からなり、前記第２樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、前記第１繊維束を配置する工程において、前記第１樹脂が軟化した状態で前記第１繊維束を配置しながら、配置した前記第１繊維束に含浸された第１樹脂が固化し、前記第２繊維束を配置する工程において、前記第２樹脂が未硬化の状態で前記第２繊維束を配置した後、前記第２樹脂を加熱して硬化させる。このように、第１繊維束に含浸される第１樹脂を熱可塑性樹脂にすることによって、第１樹脂が軟化された状態で第１繊維束を例えばマンドレルやライナーの表面に配置することにより、第１繊維束の熱がマンドレルやライナーに奪われ、第１繊維束に含浸された樹脂が固化する。これにより、第１樹脂が固化した状態の第１繊維束上に第２繊維束を配置することになる。このため、第２繊維束を配置する際に第１繊維束が撓んだり位置ズレしたりすることがないので、突出部の軸方向の引張強度が低下するのを抑制することができる。また、第２繊維束に含浸される第２樹脂を熱硬化性樹脂にすることによって、第２樹脂を硬化した後の突出部の機械的強度を容易に向上させることができる。

【0011】

この場合、好ましくは、前記２つのドーム部材を形成する際に、前記ドーム部材のうち前記ガスに接触する面を前記第１繊維束により形成する。熱可塑性樹脂はガスバリア性を有するため、ドーム部材のうちガスに接触する面を熱可塑性樹脂が含浸された第１繊維束により形成することによって、ドーム部材の内面に沿ってライナー(のドーム状の両端部)を設ける必要がない。これにより、高圧タンクをさらに軽量化することができる。

【0012】

本発明に係る高圧タンクは、ガスを収容するライナーと、前記ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、を備え、前記補強層は、筒部材と前記筒部材の両端に設けられる２つのドーム部材とが一体的に形成された層であり、一方の前記ドーム部材は、ドーム本体部と、前記ドーム本体部から突出するとともに、ガスを充填および排出するためのガス流路を有する突出部とを含む、高圧タンクであって、前記ドーム本体部および前記突出部は、第１樹脂が含浸された第１繊維束と第２樹脂が含浸された第２繊維束とによって形成されており、前記第１繊維束は、前記突出部の一部および前記ドーム本体部の一部を構成しており、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うとともに、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続して配置されており、前記第２繊維束は、前記第１繊維束を覆うとともに、前記第２繊維束の繊維方向が前記第１繊維束の繊維方向に対して交差するように配置されている。

【0013】

本発明の高圧タンクによれば、第１繊維束は、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うように配置されている。これにより、突出部の軸方向の引張強度を確保することができる。また、第１繊維束は、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続するように配置されており、第２繊維束は、第１繊維束を覆うように配置されている。これにより、第２繊維束が第１繊維束の移動を拘束し、突出部がドーム本体部から抜け出るのを防止することができる。また、第２繊維束の繊維方向が第１繊維束の繊維方向に対して交差するように第２繊維束を設けるので、軸方向の引張強度だけでなく、半径方向などの他の方向の引張強度も確保することができる。したがって、高圧タンクの内部が高圧になり、突出部に軸方向外側に大きな力が加わった場合であっても、突出部が損傷するのを抑制することができる。このため、口金を設ける必要がないので、高圧タンクを軽量化することができる。

【0014】

上記高圧タンクにおいて、好ましくは、前記第１樹脂は、熱可塑性樹脂からなり、前記第２樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、前記ドーム部材のうち前記ガスに接触する面は、前記第１繊維束により形成されている。熱可塑性樹脂はガスバリア性を有するため、ドーム部材のうちガスに接触する面を熱可塑性樹脂が含浸された第１繊維束により形成することによって、ドーム部材の内面に沿ってライナー(のドーム部)を設ける必要がない。これにより、高圧タンクをさらに軽量化することができる。また、第２繊維束に含浸される第２樹脂を熱硬化性樹脂にすることによって、突出部の機械的強度を容易に向上させることができる。

【0015】

上記高圧タンクの製造方法は、好ましくは、前記第１繊維束を配置する工程において、内周面に雌ねじを有するインサートの外周に前記第１繊維束を配置する。これにより、ドーム部材の突出部の内側にインサートを配置することができ、外周面に雄ねじを有するバルブをインサートの内周面の雌ねじに螺合させ、突出部にバルブを取り付けることができる。このような構成により、高圧タンクの内圧がバルブに作用して突出部に高圧タンクの軸方向外側への引張力が作用しても、特定の部分に対する応力集中を回避することができ、ライナーの損傷を防止することができる。なお、第１繊維束は、インサートの外周に配置した第２繊維束の外周に配置して、さらにその外周に第２繊維束を配置することで、第２繊維束の間の中間層に配置してもよい。この場合、第１繊維束の両面を第２繊維束に接着させることができる。

【0016】

上記高圧タンクにおいて、好ましくは、前記突出部の内側に筒状のインサートが配置され、前記インサートは、内周面に雌ねじを有する。これにより、外周面に雄ねじを有するバルブをインサートの内周面の雌ねじに螺合させ、突出部にバルブを取り付けることができる。このような構成により、高圧タンクの内圧がバルブに作用して突出部に高圧タンクの軸方向の外側へ向けた引張力が作用しても、特定の部分に対する応力集中を回避することができ、ライナーの損傷を防止することができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、高圧タンクの軽量化を図りながら、ガス流路を有する突出部が損傷するのを抑制することが可能な高圧タンクおよびその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの構造を示す断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法を示すフローチャートである。

【図3】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法のドーム部材形成工程を示すフローチャートである。

【図4】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法のドーム部材形成工程を説明するための斜視図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法のドーム部材形成工程を説明するための断面図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法のドーム部材形成工程の変形例を説明するための斜視図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法のドーム部材形成工程の変形例を説明するための斜視図である。

【図8】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法の筒部材形成工程を説明するための斜視図である。

【図9】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法の接合工程を説明するための斜視図である。

【図10】本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法の接合工程を説明するための断面図である。

【図11】突出部における繊維方向と軸方向の引張強度との関係を説明するための図である。

【図12】本発明の第２実施形態に係る高圧タンクの構造を示す断面図である。

【図13】本発明の第２実施形態に係る高圧タンクの製造方法のドーム部材形成工程を説明するための斜視図である。

【図14】本発明の変形例の高圧タンクの製造方法のドーム部材形成工程を説明するための斜視図である。

【図15】本発明の第３実施形態に係る高圧タンクの構造を示す断面図である。

【図16】本発明の第３実施形態に係る高圧タンクの製造方法のドーム部材形成工程を説明するための斜視図である。

【図17】従来の高圧タンクの構造の一例を示す断面図である。

【図18】従来の高圧タンクの応力分布の一例を示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る高圧タンク１０の製造方法について説明するが、その前に高圧タンク１０の構成について簡単に説明する。以下では、高圧タンク１０を、燃料電池車両に搭載される高圧の水素ガスが充填されるタンクとして説明するが、その他の用途についても適用することができる。また、高圧タンク１０に充填可能なガスとしては、高圧の水素ガスに限定されない。

【0020】

図１に示すように、高圧タンク１０は、両端がドーム状に丸みを帯びた略円筒形状の高圧ガス貯蔵容器である。高圧タンク１０は、ガスバリア性を有するライナー１１と、ライナー１１の外面を覆う繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂層１２と、を備える。繊維強化樹脂層１２は、ライナー１１の外面を覆う補強層としての補強体２０と、補強体２０の外面を覆う外側補強層１３と、を有する。高圧タンク１０の一方端には、開口部が形成されている。なお、本実施形態の高圧タンク１０には、口金が設けられていない。また、高圧タンク１０の他方端には、開口部が形成されていない。

【0021】

ライナー１１は、補強体２０の内面に沿って形成されている。ライナー１１は、高圧の水素ガスが充填される収容空間１７を形成する樹脂製部材である。ライナー１１を構成する樹脂は、充填されるガス（ここでは水素ガス）を収容空間１７内に保持する性能、即ち、ガスバリア性が良好な樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、及びエチレン－ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリエステル等の熱可塑性樹脂や、エポキシ等の熱硬化性樹脂が挙げられる。ライナー１１には、燃料ガスとして水素ガスの他に、例えば、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス、その他のガスが充填されてもよい。

【0022】

補強体２０は、ライナー１１の外面を覆っているとともに、ライナー１１を補強して高圧タンク１０の剛性や耐圧性等の機械的強度を向上させる機能を有する。補強体２０は、後述するように、円筒状の筒部材２１と、筒部材２１の両端に接続された２つのドーム部材２２および２３とを有するとともに、これらが一体的に形成された層である。本実施形態では、ドーム部材２２は、第１樹脂層１２１と、第１樹脂層１２１を覆うように形成された第２樹脂層１２２とによって構成されており、ドーム部材２３は、第３樹脂層１２５によって構成されている。

【0023】

ここで、本実施形態では、ドーム部材２２は、ドーム本体部２２ａと、ドーム本体部２２ａから突出する円筒状の突出部２２ｂとを含んでいる。突出部２２ｂは、水素ガス等を充填および排出するためのガス流路２２ｃを有する。突出部２２ｂの外周面には、金属製のバルブ固定具１４が固定されており、バルブ固定具１４の外周面には収容空間１７に対して水素ガスを充填および排出するための金属製のバルブ１５が取り付けられている。バルブ固定具１４の内面には抜け止め用の突起１４ａが形成されており、バルブ固定具１４の外面には、バルブ１５が取り付けられるネジ山１４ｂが形成されている。そして、バルブ固定具１４は、突出部２２ｂの外周面にかしめて固定されている。バルブ１５の内面にはバルブ固定具１４のネジ山１４ｂに係合するネジ山１５ａが形成されており、バルブ１５はバルブ固定具１４を介して突出部２２ｂの端部に固定されている。また、バルブ１５には、突出部２２ｂ内に挿入される挿入部１５ｂが形成されている。挿入部１５ｂには、収容空間１７を封止するシール部材１５ｃが設けられているとともに、水素ガスを通過させる通路１５ｄが形成されている。

【0024】

第１樹脂層１２１は、熱可塑性樹脂からなる第１樹脂が含浸された繊維束Ｆ１（第１繊維束）によって形成されている。第１樹脂層１２１は、ドーム本体部２２ａの一部と突出部２２ｂの一部とを形成しているとともに、突出部２２ｂからドーム本体部２２ａまで繊維が連続するように配置されている。ここでは、第１樹脂層１２１は、突出部２２ｂからドーム本体部２２ａの周縁部まで繊維が連続するように配置されている。また、第１樹脂層１２１は、突出部２２ｂにおいて繊維方向が突出部２２ｂの軸方向Ｘに沿うように（ここでは軸方向Ｘに平行になるように）形成されている。なお、第１樹脂層１２１の突出部２２ｂにおける詳細な繊維方向については後述する。

【0025】

第２樹脂層１２２は、熱硬化性樹脂からなる第２樹脂が含浸された繊維束Ｆ２（第２繊維束）によって形成されている。第２樹脂層１２２は、第１樹脂層１２１を覆うように形成されている。また、第２樹脂層１２２は、第２樹脂層１２２の繊維方向が第１樹脂層１２１の繊維方向に対して交差するように形成されている。

【0026】

外側補強層１３は、補強体２０の外面を覆うように形成されている。外側補強層１３は、ドーム部材２２および２３の全体を覆っている。外側補強層１３は、樹脂及び繊維（連続繊維）から構成されている。外側補強層１３では、繊維は、筒部材２１の軸方向Ｘに対して平行または４５度以下傾斜するように配向されているとともに、筒部材２１を介して２つのドーム部材２２および２３に亘って配向されている。この繊維は、ドーム部材２２および２３の軸方向Ｘの外側への移動を防止し、ガス圧によってドーム部材２２および２３が筒部材２１から軸方向Ｘの外側に外れるのを防止する。

【0027】

次に、本発明の第１実施形態に係る高圧タンク１０の製造方法について説明する。図２は、高圧タンク１０の製造方法を示すフローチャートである。高圧タンク１０の製造方法は、図２に示すように、ライナー準備工程Ｓ１と、ドーム部材形成工程Ｓ２と、筒部材形成工程Ｓ３と、接合工程Ｓ４と、外側補強層形成工程Ｓ５と、を含んで構成されている。なお、図２では、ライナー準備工程Ｓ１、ドーム部材形成工程Ｓ２および筒部材形成工程Ｓ３の順に行うように記載しているが、ライナー準備工程Ｓ１とドーム部材形成工程Ｓ２と筒部材形成工程Ｓ３とは、互いに独立した工程であるため、並行して行ってもよいし、いずれの工程を先に行ってもよい。

【0028】

ライナー準備工程Ｓ１においては、図１に示すように、円筒状の筒部と筒部の両端にドーム部とを有するとともに、一方のドーム部に、内部と外部とを接続するガス流路を有する円筒状の突出部が形成されたライナー１１を準備する。なお、ライナー１１の製造方法は特に限定されるものではなく、公知の技術を用いて製造することができる。

【0029】

ドーム部材形成工程Ｓ２は図３に示すように、第１樹脂層形成工程Ｓ２１と、第２樹脂層形成工程Ｓ２２と、取り外し工程Ｓ２３と、を含んで構成されている。第１樹脂層形成工程Ｓ２１、第２樹脂層形成工程Ｓ２２および取り外し工程Ｓ２３は、ドーム部材２２を形成するためのものであるが、ドーム部材２３を同時に形成することも可能である。また、ドーム部材２３をドーム部材２２とは別の工程で形成することも可能である。ここでは、ドーム部材２２とドーム部材２３とを別の工程で形成する方法を説明した後、ドーム部材２２とドーム部材２３とを同時に形成する方法について説明する。

【0030】

第１樹脂層形成工程Ｓ２１においては、図４に示すように、マンドレル２００の外面に第１樹脂層１２１を形成する。具体的には、マンドレル２００は、ドーム状の本体部２０１と、本体部２０１から外側に延在するシャフト部２０２とを有する。そして、例えば図５に示すようにテーププレースメント法を用いて、加圧ローラ２１０により、マンドレル２００の外面に、熱可塑性樹脂が含浸された繊維束Ｆ１を加圧しながら貼り付ける。このとき、図示しないレーザ装置を用いて繊維束Ｆ１に含浸された樹脂を加熱して軟化させた状態で繊維束Ｆ１をマンドレル２００に貼り付ける（配置する）。貼り付けられた繊維束Ｆ１に含浸された樹脂は、マンドレル２００に熱が奪われてすぐに固化する。このように、熱可塑性樹脂が含浸された繊維束Ｆ１を用いることによって、貼り付けられた繊維束Ｆ１に含浸された樹脂をすぐに固化することができるため、繊維束Ｆ１に張力を付与しながら貼り付けることができる。このため、繊維束Ｆ１の繊維方向が揃った状態になるので、第１樹脂層１２１の引張強度の低下を抑制することができる。また、繊維束Ｆ１に含浸された熱可塑性樹脂がより速く固化するように、繊維束Ｆ１に冷却風を当ててもよい。なお、マンドレル２００の材質は、特に限定されるものではないが、繊維束Ｆ１および後述する繊維束Ｆ２を配置する際に変形しない強度を確保するためには、金属であることが好ましい。

【0031】

ここで、繊維束Ｆ１は、マンドレル２００の本体部２０１からシャフト部２０２まで連続するように配置される。本実施形態では、繊維束Ｆ１は、本体部２０１の周縁部からシャフト部２０２まで連続するように配置される。また、繊維束Ｆ１は、シャフト部２０２において繊維方向がシャフト部２０２の軸方向Ｘに沿うように（ここでは軸方向Ｘに平行になるように）配置される。また、繊維束Ｆ１は、マンドレル２００の周方向に所定の角度間隔で配置される。このようにして、マンドレル２００のシャフト部２０２から放射状に（径方向に）広がるように、ドーム部材２２の第１樹脂層１２１が形成される。

【0032】

第２樹脂層形成工程Ｓ２２においては、図４に示す状態から第１樹脂層１２１（すなわち、第１樹脂が含浸された繊維束Ｆ１）を覆うように、マンドレル２００の外面に第２樹脂層１２２（図７参照）を形成する。なお、図４に示す状態から第１樹脂層１２１を覆うように第２樹脂層１２２を形成した状態は、後述する図７の一部と同様であるため、ここでは図を省略する。第２樹脂層１２２を形成するとき、例えば第１樹脂層１２１と同様、テーププレースメント法を用いて、加圧ローラ２１０により、マンドレル２００の外面を覆うように、熱硬化性樹脂からなる未硬化の第２樹脂が含浸された繊維束Ｆ２を加圧しながら貼り付けてもよい。また、このとき、繊維束Ｆ２は、繊維束Ｆ２の繊維方向が繊維束Ｆ１の繊維方向に対して交差するように配置される。

【0033】

そして、第２樹脂層１２２（すなわち、繊維束Ｆ２に含浸された未硬化の熱硬化性樹脂）を加熱して硬化させる。このとき、好ましくは、第２樹脂層１２２の熱硬化性樹脂の硬化温度は、第１樹脂層１２１の熱可塑性樹脂の軟化温度よりも低く設定される。例えば、第２樹脂層１２２の熱硬化性樹脂に含有される硬化剤の量や種類を調整することによって、第２樹脂層１２２の熱硬化性樹脂の硬化温度が変化するので、第２樹脂層１２２の熱硬化性樹脂の硬化温度を、第１樹脂層１２１の熱可塑性樹脂の軟化温度よりも容易に低く設定することができる。このように構成すれば、第２樹脂層１２２を硬化させる際に第１樹脂層１２１の第１樹脂が軟化するのを抑制することができ、第１樹脂層１２１に含まれる繊維が撓んだり位置ズレしたりするのを抑制することができる。

【0034】

取り外し工程Ｓ２３においては、第１樹脂層１２１および第２樹脂層１２２をマンドレル２００から取り外す。これにより、ドーム部材２２が形成される。このように、第２樹脂層１２２を加熱して硬化させた後、第２樹脂層１２２をマンドレル２００から取り外すことによって、第２樹脂層１２２の変形を抑制することができる。

【0035】

ドーム部材２３をドーム部材２２と別の工程で形成する場合、例えば、シャフト部２０２を有さないマンドレル２００の本体部２０１の外面に、第３樹脂層１２５を形成する。このとき、第２樹脂層１２２と同様にして、すなわち、熱硬化性樹脂からなる第３樹脂が含浸された繊維束をテーププレースメント法を用いて貼り付けることによって、第３樹脂層１２５を形成することができる。そして、第３樹脂層１２５を加熱して硬化させる。その後、第３樹脂層１２５をマンドレル２００から取り外すことによって、ドーム部材２３が形成される。

【0036】

第１樹脂層１２１に含まれる熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルファイド、ポリアクリル酸エステル、ポリイミド、ポリアミド等を用いることができる。

【0037】

また、第２樹脂層１２２および第３樹脂層１２５に含まれる熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではないが、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。一般的に、エポキシ樹脂とは、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンの共重合体等であるプレポリマーと、ポリアミン等である硬化剤と、を混合して熱硬化することで得られる樹脂である。エポキシ樹脂は、未硬化状態では流動性があり、熱硬化後は強靭な架橋構造を形成する。

【0038】

また、第１樹脂層１２１、第２樹脂層１２２および第３樹脂層１２５に含まれる繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量性や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。

【0039】

次に、ドーム部材２３をドーム部材２２と同時（同じ工程）で形成する場合について説明する。なお、この方法では、繊維束Ｆ２によって第３樹脂層１２５が形成される。

【0040】

第１樹脂層形成工程Ｓ２１において、図６に示すようなマンドレル２００を用いる。このマンドレル２００では、本体部２０１が略球状に形成されている。そして、マンドレル２００の外面に、上記と同様にして第１樹脂層１２１を形成する。

【0041】

第２樹脂層形成工程Ｓ２２において、図７に示すように、第１樹脂層１２１を覆うように、マンドレル２００の外面に第２樹脂層１２２を形成する。このとき、上述したテーププレースメント法を用いて繊維束Ｆ２を貼り付けることによって第２樹脂層１２２を形成することもできるが、例えばフィラメントワインディング法（ＦＷ法）を用いて繊維束Ｆ２を巻き付けることによって第２樹脂層１２２を形成することができる。具体的には、マンドレル２００のシャフト部２０２を回転機構（図示せず）に取り付ける。そして、マンドレル２００を回転させることにより、第１樹脂層１２１およびマンドレル２００の外面を被覆するように、繊維束Ｆ２を巻き付ける。このとき、繊維束Ｆ２を、シャフト部２０２の軸方向Ｘに対して例えば４０度以上交差する角度で巻き付ける。そして、繊維束Ｆ２に含浸された熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる。

【0042】

取り外し工程Ｓ２３においては、マンドレル２００の外面に巻回された巻回体（繊維束Ｆ２）を、図７の二点鎖線Ｌに沿ってカッター（図示せず）を用いて２個に分割する。その後、分割した巻回体をマンドレル２００から分離することによって２つのドーム部材２２および２３が形成される。

【0043】

本実施形態では、取り外し工程Ｓ２３の後、突出部２２ｂにバルブ固定具１４をかしめて固定する。なお、ドーム部材２２をマンドレル２００から取り外す前にバルブ固定具１４を固定してもよい。また、第２樹脂層１２２を加熱硬化させる前にバルブ固定具１４を固定してもよく、この場合、バルブ固定具１４を突出部２２ｂに強固に固定することができる。

【0044】

筒部材形成工程Ｓ３においては、図８に示すように、例えば、回転する円筒型３００の内面に繊維シートＦ３を貼り付ける、所謂ＣＷ（Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）法により筒部材２１を形成する。具体的には、円筒型３００は、回転機構（図示せず）によって所定の回転速度で回転される。

【0045】

円筒型３００内には、ロール状の繊維シートＦ３を巻き出す巻出装置（図示せず）の巻出ローラ３１０が設けられている。円筒型３００を回転させながら繊維シートＦ３を巻き出すことによって、繊維シートＦ３が円筒型３００の内面に貼り付き、筒部材２１が形成される。

【0046】

繊維シートＦ３は、巻出ローラ３１０の周方向に配向された繊維を少なくとも有している。これにより、周方向に繊維が配向された筒部材２１を得ることができる。

【0047】

繊維シートＦ３としては、例えば、単一方向に揃えられた複数の繊維束が拘束糸で編み込まれた所謂ＵＤ（Ｕｎｉ－Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）シートや、単一方向に揃えられた複数の繊維束とこの複数の繊維束に交差する、例えば直交する複数の繊維束とが編み込まれた繊維シートなどに、予め樹脂が含浸されたものを用いることができる。

【0048】

繊維シートＦ３に含浸される第３樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、繊維束Ｆ２と同様、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。

【0049】

繊維シートＦ３を構成する繊維としては、繊維束Ｆ１およびＦ２と同様、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量性や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。

【0050】

円筒型３００の内面に形成された筒部材２１は、図１に示すように、軸方向Ｘの両端の厚みが徐々に薄くなるように形成されている。また、ドーム部材２２および２３も同様に、周縁部の厚みが徐々に薄くなるように形成されている。これにより、筒部材２１と２つのドーム部材２２および２３とを組み合わせた状態で、筒部材２１の外面と２つのドーム部材２２および２３の外面との接続部分に段差が形成されにくくなる。

【0051】

筒部材２１の軸方向Ｘの両端の厚みを徐々に薄く形成するためには、繊維シートＦ３の軸方向Ｘ（幅方向）の端部は、繊維束の厚みが徐々に薄くなるように繊維束が編み込まれていることが好ましい。また、筒部材２１の軸方向Ｘの両端をローラ等で押さえつけることによって厚みを徐々に薄くしてもよい。また、ドーム部材２２および２３の周縁部の厚みを徐々に薄く形成するために、繊維束Ｆ２の巻回数および巻回方向を調整したり、周縁部をローラ等で押さえつけたりしてもよい。

【0052】

そして、筒部材２１を加熱して硬化させた後、筒部材２１を円筒型３００の内部から取り外す。これにより、筒部材２１を円筒型３００から取り外す際の筒部材２１の変形を抑制することができる。

【0053】

ここでは、円筒型３００の内面に筒部材２１を形成する例について説明したが、その他の方法によって筒部材２１を形成することもできる。例えば、円筒型の外面に繊維シートＦ３を貼り付けたり、円筒型の外面にＦＷ法により第３樹脂が含浸された繊維束をフープ巻きしたりすることによって、筒部材２１を形成してもよい。

【0054】

また、マンドレル２００を用いてドーム部材２２および２３を形成し、円筒型３００を用いて筒部材２１を形成するため、ライナー１１に繊維束等を直接巻回することなく筒部材２１、ドーム部材２２および２３が形成される。これにより、ライナー１１にフープ巻きやヘリカル巻き等による巻き締り力が作用しないので、巻き締り力に起因してライナー１１が変形しないように、ライナー１１の強度を高くしなくてよい。このため、ライナー１１の厚み（肉厚）を薄くすることが可能であるので、ライナー１１の容積を増加させることができるとともに、ライナー１１を軽量化することができる。

【0055】

接合工程Ｓ４においては、図９および図１０に示すように、筒部材２１の両端の周縁部２１ａと２つのドーム部材２２および２３の周縁部２２ｄおよび２３ａとを接合して、補強層としての補強体２０を形成する。

【0056】

具体的には、ライナー準備工程Ｓ１で準備したライナー１１を筒部材２１に挿入し、ドーム部材２２および２３をライナー１１の両端部に覆い被せる。このとき、本実施形態では、ドーム部材２２および２３の周縁部２２ｄおよび２３ａを内側にし、筒部材２１の両端の周縁部２１ａを外側にして嵌め合せる。ドーム部材２２の第１樹脂層１２１は、内側（ライナー１１側）に露出しており、第１樹脂層１２１は熱可塑性樹脂を含んでいるため、第１樹脂層１２１を熱硬化性樹脂によって形成する場合に比べてライナー１１に対する密着性が高くなる。ここではドーム部材２３が熱硬化性樹脂を含む第３樹脂層１２５によって形成される例について示したが、ドーム部材２３もドーム部材２２と同様、熱可塑性樹脂を含む樹脂層と熱硬化性樹脂を含む樹脂層とによって形成してもよい。この場合、ライナー１１に対するドーム部材２３の密着性も高くすることができる。

【0057】

なお、ドーム部材２２および２３の周縁部２２ｄおよび２３ａを外側にし、筒部材２１の両端の周縁部２１ａを内側にして嵌め合せてもよいし、ドーム部材２２および２３の周縁部２２ｄおよび２３ａと、筒部材２１の両端の周縁部２１ａとを突き合わせて接合してもよい。また、筒部材２１とドーム部材２２および２３との間に接着剤（図示せず）を配置してもよい。

【0058】

外側補強層形成工程Ｓ５においては、補強体２０の外面を覆うように、繊維強化樹脂により２つのドーム部材２２および２３に亘って繊維が配置された外側補強層１３を形成する。これにより、補強体２０および外側補強層１３を有する繊維強化樹脂層１２が形成される。例えば、熱硬化性樹脂が含浸された繊維束を補強体２０の外面にヘリカル巻きすることによって、外側補強層１３を形成してもよい。また、熱硬化性樹脂が含浸された複数の繊維束を補強体２０の軸方向Ｘに延在させた状態で補強体２０の外面に貼り付けることによって外側補強層１３を形成してもよいし、熱硬化性樹脂が含浸された繊維シートを補強体２０の外面に巻回する、所謂シートワインディング法を用いて外側補強層１３を形成してもよい。そして、外側補強層１３に含まれる熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる。外側補強層１３に含まれる熱硬化性樹脂および繊維束としては、例えば、ドーム部材２２および２３を形成する熱硬化性樹脂および繊維束と同じものを使用することができる。

【0059】

そして、バルブ１５をバルブ固定具１４に取り付けることによって、高圧タンク１０が完成する。なお、ここでは、バルブ固定具１４を介してバルブ１５を突出部２２ｂに取り付ける例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、バルブ１５を突出部２２ｂの外周面にバルブ固定具１４を介さず直接取り付けてもよい。この場合、バルブ１５を突出部２２ｂの外周面にかしめて固定してもよい。

【0060】

次に、第１樹脂層１２１の突出部２２ｂにおける繊維方向と軸方向Ｘの引張強度との関係について説明する。図１１に示すように、突出部２２ｂにおける第１樹脂層１２１の繊維方向を軸方向Ｘと平行（図１１の９０度）にした場合の軸方向Ｘの引張強度を１００として規格化すると、繊維方向を軸方向Ｘに対して１０度、２０度、３０度（それぞれ、図１１の８０度、７０度、６０度）傾斜させると、引張強度は９０、６５、３３程度に低下する。なお、通常、ＦＷ法によって形成できる角度は、図１１の０～３０度であるため、突出部２２ｂをＦＷ法によって形成すると、引張強度は８程度になってしまう。

【0061】

本実施形態では、第１樹脂層１２１は、突出部２２ｂにおいて繊維方向が突出部２２ｂの軸方向Ｘに沿うように形成しており、具体的には、繊維方向の軸方向Ｘに対する傾斜角度が２０度以下、好ましくは１０度以下、より好ましくは０度（それぞれ、図１１の７０度以上、８０度以上、９０度）となるように形成している。これにより、突出部２２ｂの引張強度を十分確保することができる。

【0062】

本実施形態では、上記のように、突出部２２ｂにおいて繊維方向が突出部２２ｂの軸方向Ｘに沿うように繊維束Ｆ１を配置する。これにより、突出部２２ｂの軸方向の引張強度を確保することができる。また、突出部２２ｂからドーム本体部２２ａまで連続するように繊維束Ｆ１を配置するとともに、繊維束Ｆ１を覆うように繊維束Ｆ２を配置する。これにより、繊維束Ｆ２が繊維束Ｆ１の移動を拘束し、突出部２２ｂがドーム本体部２２ａから抜け出るのを防止することができる。また、繊維束Ｆ２の繊維方向が繊維束Ｆ１の繊維方向に対して交差するように繊維束Ｆ２を設けるので、軸方向Ｘの引張強度だけでなく、半径方向などの他の方向の引張強度も確保することができる。したがって、高圧タンク１０の内部が高圧になり、突出部２２ｂの先端に取り付けられるバルブ１５に軸方向Ｘの外側に大きな力が加わることにより、突出部２２ｂにも軸方向Ｘの外側に大きな力が加わった場合であっても、突出部２２ｂが損傷するのを抑制することができる。このため、口金を設ける必要がないので、高圧タンク１０を軽量化することができる。

【0063】

また、上記のように、繊維束Ｆ１に含浸される樹脂は、熱可塑性樹脂からなり、繊維束Ｆ２に含浸される第１樹脂は、熱硬化性樹脂からなる。このように、繊維束Ｆ１に含浸される第１樹脂を熱可塑性樹脂にすることによって、第１樹脂が軟化された状態で繊維束Ｆ１を例えばマンドレルやライナー１１の表面に配置することにより、繊維束Ｆ１の熱がマンドレル２００やライナー１１に奪われ、繊維束Ｆ１に含浸された樹脂が固化する。これにより、第１樹脂が固化した状態の繊維束Ｆ１上に繊維束Ｆ２を配置することになる。このため、繊維束Ｆ２を配置する際に繊維束Ｆ１が撓んだり位置ズレしたりすることがないので、突出部２２ｂの軸方向Ｘの引張強度が低下するのを抑制することができる。また、繊維束Ｆ２に含浸される第２樹脂を熱硬化性樹脂にすることによって、第２樹脂を硬化した後の突出部２２ｂの機械的強度を容易に向上させることができる。

【0064】

（第２実施形態）
この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、ドーム部材２２および２３の内側の面（後述するように、水素ガスと接触する面）を熱可塑性樹脂が含浸された繊維束Ｆ１により形成する例について説明する。

【0065】

本実施形態の高圧タンク１０では、図１２に示すように、ライナー１１は、円筒状の筒部のみによって形成されている。

【0066】

本実施形態では、ドーム部材２２は、第１樹脂層１２１と、第１樹脂層１２１を覆うように形成された第２樹脂層１２２とによって構成されている。第１樹脂層１２１は、上記第１実施形態と異なり、内側の面（水素ガスに接触する面、すなわちドーム本体部２２ａの内面および突出部２２ｂの内面）の全面に亘って形成されている。

【0067】

また、ドーム部材２３は、上記第１実施形態と異なり、第４樹脂層１２６と、第４樹脂層１２６を覆う第３樹脂層１２５とによって構成されている。第４樹脂層１２６は、熱可塑性樹脂が含浸された繊維束からなるとともに、内側の面（水素ガスに接触する面）の全面に亘って形成されている。

【0068】

すなわち、ドーム部材２２および２３は、内側の全面に亘ってガスバリア性を有しており、上記第１実施形態のライナー１１のドーム状の両端部と同じ機能を有するため、本実施形態では、ライナー１１は両端部が開口した円筒状に形成されている。そして、円筒状のライナー１１、第１樹脂層１２１および第４樹脂層１２６によって、水素ガスが充填される収容空間１７が形成されている。

【0069】

第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

【0070】

次に、本発明の第２実施形態に係る高圧タンク１０の製造方法について説明する。本実施形態では、ライナー準備工程Ｓ１においては、両端部が開口した円筒状のライナー１１を準備する。なお、ライナー１１の製造方法は特に限定されるものではなく、公知の技術を用いて製造することができる。

【0071】

上記第１実施形態と同様、ドーム部材形成工程Ｓ２は図３に示すように、第１樹脂層形成工程Ｓ２１と、第２樹脂層形成工程Ｓ２２と、取り外し工程Ｓ２３と、を含んで構成されている。

【0072】

第１樹脂層形成工程Ｓ２１においては、図１３に示すように、マンドレル２００の外面の全面を覆うように第１樹脂層１２１を形成する。このとき、図１３に示したように全ての繊維束Ｆ１がマンドレル２００のシャフト部２０２から放射状に（径方向に）広がるように貼り付けてもよいし、例えば図４や図６に示した状態から、繊維束Ｆ１同士が交差するように様々な角度にさらに繊維束Ｆ１を貼り付けてもよい。このようにしてドーム部材２２の第１樹脂層１２１が形成される。

【0073】

ドーム部材２３の第４樹脂層１２６を形成する場合も、第１樹脂層１２１の形成方法と同様にして形成することができるが、ドーム部材２３には突出部２２ｂがないため、マンドレル２００のシャフト部２０２から放射状に広がるように第４樹脂層１２６を設けなくてもよい。また、上記第１実施形態と同様、ドーム部材２３は、ドーム部材２２と同時（同じ工程）で形成することもできる。

【0074】

第２実施形態のその他の製造方法は、上記第１実施形態と同様である。

【0075】

本実施形態では、上記のように、ドーム部材２２および２３を形成する際に、ドーム部材２２および２３のうち水素ガスに接触する面を繊維束Ｆ１により形成する。熱可塑性樹脂はガスバリア性を有するため、ドーム部材２２および２３のうち水素ガスに接触する面を熱可塑性樹脂が含浸された繊維束Ｆ１により形成することによって、ドーム部材２２および２３の内面に沿ってライナー１１(のドーム状の両端部)を設ける必要がない。これにより、高圧タンク１０をさらに軽量化することができる。

【0076】

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0077】

（第３実施形態）
この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、ドーム部材２２の突出部２２ｂの内側に金属製のバルブ１８を取り付けるためのインサート１６が配置されている例について説明する。

【0078】

本実施形態の高圧タンク１０では、図１５に示すように、ドーム部材２２の突出部２２ｂの内側に、たとえば金属製の筒状のインサート１６が配置されている。本実施形態では、ドーム部材２２は、ライナー１１と、インサート１６と、ライナー１１およびインサート１６を覆うように形成された第１樹脂層１２１と、第１樹脂層１２１を覆うように形成された第２樹脂層１２２とによって構成されている。

【0079】

インサート１６は、内周面に雌ねじ１６ａを有している。インサート１６は、ドーム部材２２の第１樹脂層１２１の内側で、ライナー１１の円筒状の突出部の軸方向における先端に隣接して配置されている。インサート１６は、たとえば、高圧タンク１０の軸方向における内側の端部がテーパ状に縮径された円筒状の形状を有している。

【0080】

バルブ１８には、突出部２２ｂ内に挿入される挿入部１８ａが形成されている。挿入部１８ａの外周面には、インサート１６の雌ねじ１６ａに螺合する雄ねじ１８ｂと、収容空間１７を封止するシール部材１８ｃが設けられている。また、図示を省略するが、バルブ１８には、図１に示す第１実施形態のバルブ１５の通路１５ｄと同様に、水素ガスを通過させる通路が形成されている。

【0081】

第３実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

【0082】

次に、本発明の第３実施形態に係る高圧タンク１０の製造方法について説明する。本実施形態では、繊維束Ｆ１（第１繊維束）を配置する第１樹脂層形成工程Ｓ２１において、たとえば、内周面に雌ねじ１６ａを有するインサート１６を、図４に示すマンドレル２００のシャフト部２０２の先端部の外周に支持する。そして、インサート１６の外周とマンドレル２００の外周に繊維束Ｆ１を配置する。

【0083】

第３実施形態のその他の製造方法は、上記第１実施形態と同様である。より詳細には、上述の第１実施形態と同様の第１樹脂層形成工程Ｓ２１において、図４または図１４と同様に、インサート１６の外面とマンドレル２００の外面に第１樹脂層１２１を形成する。ここで、第１樹脂層１２１を構成する繊維束Ｆ１は、上記第１実施形態と同様に、インサート１６およびシャフト部２０２において、繊維方向がシャフト部２０２の軸方向Ｘに沿うように（ここでは軸方向Ｘに平行になるように）配置される。これにより、図１５に示す突出部２２ｂの第１樹脂層１２１において、繊維束Ｆ１が突出部２２ｂの軸方向に沿うように（ここでは突出部２２ｂの軸方向に平行になるように）配置される。

【0084】

また、上述の第１実施形態と同様の第２樹脂層形成工程Ｓ２２において、図１６に示すように、第１樹脂層１２１（すなわち、第１樹脂が含浸された繊維束Ｆ１）を覆うように、マンドレル２００の外面に第２樹脂層１２２を形成する。このとき、第２樹脂層１２２を構成する繊維束Ｆ２は、少なくともインサート１６の外周とシャフト部２０２の外周において、繊維束Ｆ２の繊維方向が繊維束Ｆ１の繊維方向に対して交差するように（ここでは直交または８０度以上の角度で交差するように）配置される。

【0085】

また、インサート１６の外周およびシャフト部２０２の外周に巻回された繊維束Ｆ２は、インサート１６の外周およびシャフト部２０２の外周からドーム状のマンドレル２００の外周へ連続して巻回される。これにより、インサート１６およびシャフト部２０２からマンドレル２００へ一筆書きで一体に巻回された繊維束Ｆ２によって、図１５に示すドーム部材２２の突出部２２ｂからドーム状の部分へ連続する第２樹脂層１２２が一体に巻回成形される。

【0086】

図１７に示すように、従来の高圧タンク９０は、タンク本体９１と、そのタンク本体９１０の長手方向の開口端部に取り付けられた口金９２とを備えている。タンク本体９１は、例えば、水素ガスを気密保持するためのライナー９１１と、その外面を樹脂が含浸された繊維束で巻き付けて補強した補強層９１２と、を含んでいる。口金９２は、高圧タンク９００の軸方向における内側に、他の部分よりも拡径されたフランジ部９２１を有している。口金９２は、雌ねじまたは雄ねじを有し、図示を省略するバルブが螺合されて取り付けられる。

【0087】

このような従来の高圧タンク９０では、高圧タンク９０の内圧を受けた口金９２のフランジ部９２１から、補強層９１２に対して高圧タンク９０の軸方向外側への推力ＴＦが作用する。このような推力ＴＦは、図１８に示すように、口金９２のフランジ部９２１の外縁部９２１ａや、口金９２のフランジ部９２１上の繊維の交差部９２１ｘなどにおいて、繊維に作用する応力を上昇させ、高圧タンク９００に応力集中部ＳＣを生じさせる。また、高圧タンク９００の低温充填時に、補強層９１２と口金９２との線膨張係数の相違により、図１７に示すように、口金９２のフランジ部９２１の外周部で補強層９１２に引張力ＰＦが作用して、ライナー９１１が引き延ばされて損傷するおそれがある。

【0088】

これに対し、本実施形態の高圧タンク１０の製造方法は、繊維束Ｆ１（第１繊維束）を配置する工程において、内周面に雌ねじ１６ａを有するインサート１６の外周に繊維束Ｆ１を配置する。これにより、ドーム部材２２の突出部１１ｂの内側に筒状のインサート１６が配置され、インサート１６が内周面に雌ねじ１６ａを有する高圧タンク１０を製造することができる。

【0089】

これにより、バルブ１８の外周面の雄ねじ１８ｂをインサート１６の内周面の雌ねじ１６ａに螺合させ、バルブ１８を突出部２２ｂの内側に配置された筒状のインサート１６に取り付けることができる。このような構成により、高圧タンク１０の内圧Ｐによる引張力は、ドーム部材２２のドーム本体部２２ａと突出部２２ｂとの連結部の全周に作用し、繊維束Ｆ１、Ｆ２の交差部など、特定の部分に応力が集中することが防止される。

【0090】

そのため、高圧タンク１０の内圧Ｐがバルブ１８に作用して突出部２２ｂに高圧タンク１０の軸方向外側への引張力が作用しても、特定の部分に対する応力集中を回避することができ、繊維束Ｆ１、Ｆ２の強度利用率を向上させることができる。したがって、繊維束Ｆ１、Ｆ２の使用量を削減して、高圧タンク１０を軽量化することが可能になる。さらに、応力集中を防止することで、ライナー１１の損傷を防止することができる。

【0091】

なお、繊維束Ｆ１（第１繊維束）は、インサート１６の外周に配置した繊維束Ｆ２（第２繊維束）の外周に配置して、さらにその外周に繊維束Ｆ２を配置することで、繊維束Ｆ２の間の中間層に配置してもよい。この場合、繊維束Ｆ１の両面を繊維束Ｆ２に接着させることができる。

【0092】

第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0093】

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0094】

例えば、上記実施形態では、２つのドーム部材と筒部材とを別々に形成した後、これらを接合することによって補強層としての補強体を形成する例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、公知の製造方法によって形成された樹脂製のライナーの表面に第１繊維束および第２繊維束を配置することによって、補強層の筒部材と２つのドーム部材とを同時に形成してもよい。この場合、筒部材と２つのドーム部材とを接合する工程は不要である。

【0095】

また、上記実施形態では、第１繊維束に熱可塑性樹脂が含浸されている例について説明したが、本発明はこれに限らず、第１繊維束に熱硬化性樹脂を含浸してもよい。この場合、第１繊維束を配置する工程において、第１繊維束を配置しながら、配置された第１繊維束に例えば熱風を吹き付けることによって、第１繊維束に含浸された熱硬化性樹脂を硬化することにより固化してもよい。ただし、熱可塑性樹脂を用いた方が容易に固化させることができるので、第１繊維束に含浸させる樹脂は、熱可塑性樹脂であることが好ましい。

【0096】

また、上記実施形態では、第２繊維束に熱硬化性樹脂が含浸されている例について説明したが、本発明はこれに限らず、第２繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させてもよい。ただし、機械的強度の観点から、第２繊維束に含浸させる樹脂は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。

【0097】

また、上記実施形態では、第１樹脂層１２１は、突出部２２ｂからドーム本体部２２ａの周縁部まで配置されている例について説明したが、本発明はこれに限らず、第１樹脂層１２１は、突出部２２ｂからドーム本体部２２ａまで配置されていれば、ドーム本体部２２ａの周縁部まで配置されていなくてもよい。すなわち、例えば図１４に示すように、繊維束Ｆ１を、シャフト部２０２からマンドレル２００の本体部２０１まで配置すれば、本体部２０１の周縁部まで配置しなくてもよい。

【0098】

また、上記実施形態では、筒部材を１つの部材によって形成する例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、２つ以上の部材によって筒部材を形成してもよい。この場合、２つ以上の筒部材を互いに接合した後に、その両端にドーム部材を接合してもよい。また、ドーム部材に筒部材を１つずつ接合した後に、それらを接合してもよい。

【0099】

また、上記実施形態では、ライナーを準備した後、ライナーを覆うように筒部材およびドーム部材を配置して接合する例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、筒部材とドーム部材とを接合して補強体を形成した後、補強体の内側にライナーを形成してもよい。この場合、例えば、樹脂材料として常温で流動性がある２種類以上の低分子量・低粘度の液体材料を用いて、反応射出成形（Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法によってライナーを形成してもよい。また、ブロー成形のように、補強体の内部に、加熱して軟化した樹脂材料を筒状に押し出し、この筒状の樹脂材料の内部に圧縮空気を送り込むことでライナーを形成してもよい。また、溶射のように、補強体の内面に液状または軟化した樹脂材料を吹き付けることによってライナー１１を形成してもよい。

【符号の説明】

【0100】

１０：高圧タンク、１１：ライナー、１６：インサート、１６ａ：雌ねじ、２０：補強体（補強層）、２１：筒部材、２２，２３：ドーム部材、２２ａ：ドーム本体部、２２ｂ：突出部、２２ｃ：ガス流路、Ｆ１：繊維束（第１繊維束）、Ｆ２：繊維束（第２繊維束）、Ｘ：軸方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】