特許 7501434 シャフト

(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】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】シャフト

(51)【国際特許分類】

   F16J 12/00 20060101AFI20240611BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

F16J12/00 Z

F17C13/00 301Z

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021065819

(22)【出願日】2021-04-08

(65)【公開番号】P2022161201

(43)【公開日】2022-10-21

【審査請求日】2024-01-17

(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】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】寺田 勝彦

【審査官】杉山 豊博

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４６０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２０１６／１４７３１７（ＪＰ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０９８０５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １２／００

Ｆ１７Ｃ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タンクの製造時にタンク本体へ挿入され、前記タンク本体を支持するためのシャフトであって、
側面に第１接続孔が設けられたパイプ部と、
前記パイプ部の軸方向における一端部に前記軸方向に沿って接続され、前記第１接続孔と重なる第２接続孔が設けられたガス導入部と、
前記第１接続孔と前記第２接続孔とに挿入されることによって、前記ガス導入部と前記パイプ部とを固定する接続部材と、を備え、
前記ガス導入部は、外部からガスが導入されるガス流路と、前記ガス流路内の前記ガスを前記タンク本体内へ導出する導出口と、を有する、シャフト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、シャフトに関する。

【背景技術】

【0002】

タンク本体に繊維束が巻回されて製造されるタンクが知られている。特許文献１には、タンクの製造時に、タンク本体に挿入されたシャフトによってタンク本体を支持するとともに、シャフト内の流路を介してタンク本体にエアを供給する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１９４１４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記技術において、シャフトを介したエアの供給に伴って、シャフト内の異物がタンク本体に混入する虞があった。このような課題は、シャフトを介してタンク本体にエアを供給する場合に限らず、他のガスを供給する場合にも同様に生じる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、タンクの製造時にタンク本体へ挿入され、前記タンク本体を支持するためのシャフトが提供される。このシャフトは、側面に第１接続孔が設けられたパイプ部と、前記パイプ部の軸方向における一端部に前記軸方向に沿って接続され、前記第１接続孔と重なる第２接続孔が設けられたガス導入部と、前記第１接続孔と前記第２接続孔とに挿入されることによって、前記ガス導入部と前記パイプ部とを固定する接続部材と、を備える。前記ガス導入部は、外部からガスが導入されるガス流路と、前記ガス流路内の前記ガスを前記タンク本体内へ導出する導出口と、を有する。このような形態によれば、シャフトを介してタンク本体内にガスを導入する際に、ガス流路内のガスが、パイプ部や、ガス導入部とパイプ部との接続部分を介さず導出口からタンク本体内へと導出されるため、シャフト内の異物がタンク本体内に混入する可能性が低減する。

【0007】

本開示は、上述したシャフトとしての形態以外にも、例えば、タンクの製造装置や、タンクの製造方法等の形態で実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】タンクの概略構成を示す断面図。

【図2】シャフトの概略構成を示す正面図。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図。

【図4】タンクの製造時にタンク本体が軸支される様子を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

Ａ．第１実施形態：
図１は、タンク１０の概略構成を示す断面図である。タンク１０は、例えば１０～７０ＭＰａの高圧水素を収容する高圧タンクであり、燃料電池車両に搭載される。タンク１０は、タンク本体１１５と、タンク本体１１５を被覆する補強層１４０とを備える。タンク本体１１５は、ライナ１１０と、第１口金１２０と、第２口金１３０とを有する。

【0010】

ライナ１１０は、その内部に水素ガス等を貯留するための中空容器であり、略円筒形状の円筒部１１１と、円筒部１１１の両端に接続された略半球形状のドーム部１１２とを有する。円筒部１１１の中心軸とドーム部１１２の中心軸とは、それぞれ、タンク本体１１５の中心軸ＣＸと一致し、タンク１０の中心軸と一致する。ライナ１１０は、例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン等の水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂によって形成されてもよいし、金属によって形成されてもよい。

【0011】

ライナ１１０の中心軸ＣＸ方向における一端には第１口金１２０が設けられ、他端には第２口金１３０が設けられている。より具体的には、第１口金１２０と第２口金１３０とは、それぞれ、ライナ１１０のドーム部１１２に設けられた開口部に嵌入されている。第１口金１２０や第２口金１３０は、例えば、アルミニウムや、アルミニウム合金等の金属によって形成される。

【0012】

本実施形態では、第１口金１２０は、第１口金１２０を介してライナ１１０の内部と外部とを連通させるように形成され、第２口金１３０は、第２口金１３０を介してライナ１１０の内部と外部とを連通させないように形成されている。第２口金は、第１凹部１３１と第２凹部１３２とを有している。第１凹部１３１は、ライナ１１０の内部に向けて開口する凹部であり、第２凹部１３２は、ライナ１１０の外部に向けて開口する凹部である。

【0013】

補強層１４０は、エポキシ等の熱硬化性樹脂を含浸させることによって形成された繊維束を、フィラメントワインディング（ＦＷ）法によって、タンク本体１１５の外周面上に巻き付け、熱硬化させることによって形成されている。

【0014】

図２は、タンク１０の製造時にタンク本体１１５を支持するためのシャフト２００の概略構成を示す正面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。シャフト２００は、複数の部材が接続されることによって構成され、全体として軸状を有する部材である。図２および図３に示すように、シャフト２００は、パイプ部２１０と、ガス導入部２２０と、接続部材２５０とを備える。更に、本実施形態では、シャフト２００は、シャフト先端部２３０と、固定部材２６０とを備える。図２および図３において、シャフト２００の軸ＡＸの方向と、パイプ部２１０の軸方向と、ガス導入部２２０の軸方向と、シャフト先端部２３０の軸方向とは、それぞれ同じ方向である。図３では、パイプ部２１０の一部が省略されている。

【0015】

本実施形態のパイプ部２１０は、ステンレス鋼によって形成され、略円筒状を有している。パイプ部２１０の長手方向は、軸ＡＸ方向に沿った方向である。図２および図３に示すように、パイプ部２１０の軸ＡＸ方向における一方側の端部である一端部２１１の側面には、第１接続孔２１２が設けられている。更に、本実施形態のパイプ部２１０の軸ＡＸ方向における他方側の端部である他端部２１５の側面には、第３接続孔２１６が設けられている。他の実施形態では、パイプ部２１０は、軸ＡＸ方向において少なくとも一部が中空の筒状であればよく、軸ＡＸ方向において中実の部分を有していてもよい。例えば、パイプ部２１０の一端部２１１と他端部２１５とが中空の筒状であり、一端部２１１と他端部２１５との間の部分が中実であってもよい。

【0016】

図３に示すように、本実施形態では、第１接続孔２１２および第３接続孔２１６は、それぞれ、一端部２１１および他端部２１５の側面を、軸ＡＸ方向に垂直に貫通するように形成されている。より具体的には、第１接続孔２１２および第３接続孔２１６は、それぞれ、パイプ部２１０内の中空部２１８を軸ＡＸ方向に垂直な方向に挟む一対の貫通孔によって構成されている。第１接続孔２１２や第３接続孔２１６は、例えば、ドリル等を使用した孔開け加工によって形成される。

【0017】

図２および図３に示すように、ガス導入部２２０は、パイプ部２１０の一端部２１１に、軸ＡＸ方向に沿って接続される。本実施形態のガス導入部２２０は、パイプ部２１０と同じステンレス鋼によって形成され、軸状を有している。図３に示すように、ガス導入部２２０は、ガス導入部２２０の軸ＡＸ方向における一方側の端部に第１接続部２２１を有している。第１接続部２２１は、パイプ部２１０の一端部２１１の内径よりも小さい外径を有する部分である。ガス導入部２２０は、第１接続部２２１がパイプ部２１０の一端部２１１に挿入されることによって、パイプ部２１０と接続される。

【0018】

図３に示すように、第１接続部２２１の側面には、第２接続孔２２２が設けられている。第２接続孔２２２は、ガス導入部２２０がパイプ部２１０に接続された状態において第１接続孔２１２と重なる位置に設けられている。本実施形態では、第２接続孔２２２は、第１接続部２２１の側面を軸ＡＸ方向に垂直に貫通するように形成されており、軸ＡＸ方向に垂直な方向に見たときに第１接続孔２１２と重なる。本実施形態の第２接続孔２２２の開口径は、第１接続孔２１２の開口径と略等しい。第２接続孔２２２は、例えば、第１接続孔２１２や第３接続孔２１６と同様の方法によって形成される。

【0019】

ガス導入部２２０は、ガス流路２２５と、ガス流路２２５内にガスを導入する導入口２２６と、ガス流路２２５内のガスをタンク本体１１５内へ導出する導出口２２７とを有する。本実施形態では、ガス流路２２５は軸ＡＸ方向に沿って延びる流路であり、ガス流路２２５の断面は略円形状である。ガス流路２２５の径は、パイプ部２１０の中空部２１８の径よりも小さい。また、導入口２２６は、ガス導入部２２０の軸ＡＸ方向における第１接続部２２１とは反対側の端面に形成され、導出口２２７は、ガス導入部２２０の側面に形成されている。導出口２２７は、軸ＡＸ方向において、導入口２２６と第２接続孔２２２との間に位置している。

【0020】

上述したように、ガス導入部２２０はパイプ部２１０に接続される部材であり、パイプ部２１０とは別体の部材である。そのため、ガス導入部２２０とパイプ部２１０とが一体に形成される場合と比較して、ガス導入部２２０を、後述するタンク本体１１５へのガスの供給に適した形状に加工しやすい。例えば、図２および図３に示すように、本実施形態のガス導入部２２０の側面には凹凸部２２９が形成されている。凹凸部２２９は、後述する図４に示すカバー部材Ｃｖの内部形状に応じて加工された部分である。

【0021】

シャフト２００がパイプ部２１０を備えることによって、例えば、シャフト２００がパイプ部２１０ではなく中実の軸状部材を備える場合と比較して、シャフト２００全体を軽量化できる。また、本実施形態のガス導入部２２０の軸ＡＸ方向に沿った長さは、パイプ部２１０の軸ＡＸ方向に沿った長さよりも短い。上述したように、本実施形態では、パイプ部２１０とガス導入部２２０とは同じステンレス鋼で形成されており、ガス導入部２２０のガス流路２２５の径がパイプ部２１０の中空部２１８の径よりも小さい。そのため、シャフト２００の軸ＡＸ方向における一部分がガス導入部２２０である場合と、その部分がパイプ部２１０である場合とでは、その部分がパイプ部２１０である場合の方が、シャフト２００が軽量となる。従って、ガス導入部２２０の軸ＡＸ方向に沿った長さがパイプ部２１０の軸ＡＸ方向に沿った長さよりも短いことによって、シャフト２００全体がより軽量となる。

【0022】

図３に示すように、接続部材２５０は、第１接続孔２１２と第２接続孔２２２とに挿入されることによって、互いに接続されたガス導入部２２０とパイプ部２１０とを固定する。本実施形態の接続部材２５０は、圧入ピンであり、ガス導入部２２０の一端部２１１の側面とパイプ部２１０の第１接続部２２１の側面とを軸ＡＸ方向に垂直に貫通するように、軸ＡＸ方向に垂直な方向から見て互いに重なる第１接続孔２１２と第２接続孔２２２とに圧入される。他の実施形態では、接続部材２５０は、例えば、ボルトおよびナットによって構成されていてもよい。

【0023】

図２および図３に示したシャフト先端部２３０は、パイプ部２１０の他端部２１５に軸ＡＸ方向に沿って接続される。本実施形態のシャフト先端部２３０は、パイプ部２１０と同じステンレス鋼によって形成され、軸状を有している。シャフト先端部２３０は、第２接続部２３１を有する。第２接続部２３１は、シャフト先端部２３０の軸ＡＸ方向における一端部に位置し、パイプ部２１０の内径より小さい外径を有する部分である。シャフト先端部２３０は、第２接続部２３１がパイプ部２１０の他端部２１５へと挿入されることによって、パイプ部２１０と接続される。

【0024】

第２接続部２３１の側面には、第４接続孔２３６が設けられている。第４接続孔２３６は、シャフト先端部２３０がパイプ部２１０に接続された状態において第３接続孔２１６と重なる位置に設けられている。本実施形態では、第４接続孔２３６は、第２接続部２３１の側面を、軸ＡＸ方向に垂直な方向に貫通するように形成されており、軸ＡＸ方向に垂直な方向に見たときに第３接続孔２１６と重なる。第４接続孔２３６の開口径は、第３接続孔２１６の開口径と略等しい。第４接続孔２３６は、例えば、第１接続孔２１２や第３接続孔２１６と同様の方法によって形成される。

【0025】

固定部材２６０は、第３接続孔２１６と第４接続孔２３６とに挿入されることによって、互いに接続されたシャフト先端部２３０とパイプ部２１０とを固定する。本実施形態の固定部材２６０は、接続部材２５０と同様の圧入ピンであり、ガス導入部２２０の他端部２１５の側面とパイプ部２１０の第２接続部２３１の側面とを軸ＡＸ方向に垂直な方向に貫通するように、軸ＡＸ方向に垂直な方向から見て互いに重なる第３接続孔２１６と第４接続孔２３６とに挿入される。他の実施形態では、固定部材２６０は、例えば、ボルトおよびナットによって構成されていてもよい。

【0026】

図４は、タンク１０の製造時にタンク本体１１５が軸支される様子を示す図である。図４には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。Ｘ方向およびＹ方向は、水平面に平行な方向であり、Ｚ方向は、重力方向とは反対の方向である。図４において、Ｘ方向は、タンク本体１１５の中心軸ＣＸに沿った方向である。図４には、補強層１４０が形成される前のタンク本体１１５のＸ方向およびＺ方向に沿った断面と、タンク本体１１５に挿入されたシャフト２００と、第２口金１３０の第２凹部１３２に挿入された軸状部材Ｓｆと、タンク本体１１５を軸支する軸支部Ｓｐとが示されている。図４に示すように、本実施形態では、タンク本体１１５は、シャフト２００および軸状部材Ｓｆによって、タンク本体１１５の中心軸ＣＸとシャフト２００の軸ＡＸと軸状部材Ｓｆの軸とが一致するように支持された状態で、軸支部Ｓｐによって、シャフト２００および軸状部材Ｓｆとともに軸支される。これによって、上述したＦＷにおいて、軸支されたタンク本体１１５を、中心軸ＣＸを中心に回転させることで、タンク本体１１５の外周面上に繊維束を効率的に巻回できる。

【0027】

図４に示すように、タンク本体１１５が軸支される際、シャフト２００は、第１口金１２０を介してタンク本体１１５の内部へと挿入される。より具体的には、本実施形態では、シャフト２００は、第１口金１２０に挿入された円筒状のカバー部材Ｃｖに挿入されることによって、第１口金１２０とカバー部材Ｃｖとを介してタンク本体１１５の内部へと挿入される。カバー部材Ｃｖは、カバー部材のネジ部（図示せず）と第１口金のネジ部（図示せず）との螺合によって第１口金１２０に固定され、タンク本体１１５の中心軸ＣＸ方向に沿った長さを規定するとともに、第１口金１２０の内側をシャフト２００の接触等による損傷から保護する。更に、タンク本体１１５内へ挿入されたシャフト２００のシャフト先端部２３０が第２口金１３０の第１凹部１３１に嵌入することによって、シャフト２００がタンク本体１１５に対して固定される。

【0028】

図４に示すように、シャフト２００がタンク本体１１５に挿入された状態では、ガス導入部２２０の導出口２２７は、タンク本体１１５内に位置し、導入口２２６はタンク本体１１５の外部に位置する。なお、本実施形態において、「タンク本体１１５の内部」や「タンク本体１１５内」とは、ライナ１１０と第１口金１２０と第２口金１３０とによって区画される、ガスを収容可能な空間を指す。

【0029】

シャフト２００がタンク本体１１５に挿入された状態で、導入口２２６を介してガス導入部２２０のガス流路２２５内に窒素や空気等のガスを導入し、導出口２２７を介してガス流路２２５内に導入されたガスをタンク本体１１５内へ導出することによって、シャフト２００を介してタンク本体１１５内へガスを供給できる。例えば、加圧ポンプ等によって構成されたガス供給装置（図示せず）を、カプラ等を介してガス導入部２２０の導入口２２６へ接続し、ガス供給装置から導入口２２６へ向けてガスを送ることによって、シャフト２００を介してタンク本体１１５内へガスを供給でき、タンク本体１１５の内圧を高めることができる。そのため、例えば、タンク本体１１５を軸支しつつ、シャフト２００を介してタンク本体１１５にガスが供給された状態でＦＷを行うことによって、ライナ１１０に繊維束を巻き付ける際のライナ１１０の撓みが抑制され、繊維束に適切なテンションがかかりやすくなる。これによって、ＦＷ時の繊維束の撓みによるタンク１０の意図しない変形が抑制される。

【0030】

以上で説明した本実施形態のシャフト２００によれば、パイプ部２１０に接続されるガス導入部２２０を備え、ガス導入部２２０は、ガス流路２２５と、ガス流路２２５内のガスをタンク本体１１５内へと導出する導出口２２７とを有する。そのため、シャフト２００を介してタンク本体１１５内にガスを導入する際に、ガス流路２２５内のガスが、パイプ部２１０や、ガス導入部２２０とパイプ部２１０との接続部分を介さず導出口２２７からタンク本体１１５内へと導出されるため、シャフト２００内の異物がタンク本体１１５内に混入する可能性が低減する。

【0031】

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上記実施形態では、タンク本体１１５は、シャフト２００および軸状部材Ｓｆによって支持されている。これに対して、タンク本体１１５は、例えば、シャフト２００のみによって支持されてもよい。例えば、第２口金１３０が第１口金１２０と同様にライナ１１０の内部と外部とを連通させるように形成されている場合、シャフト２００は、第１口金１２０と第２口金１３０とを介してタンク本体１１５を中心軸ＣＸ方向に沿って貫通するようにタンク本体１１５に挿入されることによって、タンク本体１１５を支持してもよい。この場合、軸支部Ｓｐは、シャフト２００によって支持されたタンク本体１１５を、シャフト２００とともに軸支できる。

【0032】

（Ｂ２）上記実施形態では、ガス導入部２２０は、第１接続部２２１がパイプ部２１０の一端部２１１に挿入されることによって、パイプ部２１０と接続されている。これに対して、ガス導入部２２０は、第１接続部２２１が一端部２１１に挿入されることによってパイプ部２１０と接続されなくてもよい。例えば、第１接続部２２１が中空であり、一端部２１１の外径よりも大きい内径を有する場合、一端部２１１が第１接続部２２１に挿入されることによって、第１接続部２２１とパイプ部２１０とが接続されてもよい。同様に、パイプ部２１０とシャフト先端部２３０とは、パイプ部２１０の他端部２１５がシャフト先端部２３０の第２接続部２３１に挿入されることによって接続されてもよい。

【0033】

（Ｂ３）上記実施形態では、シャフト２００は、シャフト先端部２３０を備えている。これに対して、シャフト２００は、シャフト先端部２３０を備えていなくてもよい。この場合、例えば、パイプ部２１０の他端部２１５が第２口金１３０の第１凹部１３１に嵌入可能に構成されていてもよい。また、この場合、シャフト２００は、第３接続孔２１６を備えていなくてもよい。

【0034】

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。

【符号の説明】

【0035】

１０…タンク、１１０…ライナ、１１１…円筒部、１１２…ドーム部、１１５…タンク本体、１２０…第１口金、１３０…第２口金、１３１…第１凹部、１３２…第２凹部、１４０…補強層、２００…シャフト、２１０…パイプ部、２１１…一端部、２１２…第１接続孔、２１５…他端部、２１６…第３接続孔、２１８…中空部、２２０…ガス導入部、２２１…第１接続部、２２２…第２接続孔、２２５…ガス流路、２２６…導入口、２２７…導出口、２２９…凹凸部、２３０…シャフト先端部、２３１…第２接続部、２３６…第４接続孔、２５０…接続部材、２６０…固定部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】