特許 7528847 高圧タンク固定シャフト

(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】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】高圧タンク固定シャフト

(51)【国際特許分類】

   F16J 12/00 20060101AFI20240730BHJP

   F17C 13/08 20060101ALN20240730BHJP

【ＦＩ】

F16J12/00 E

F16J12/00 A

F17C13/08 301Z

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021066621

(22)【出願日】2021-04-09

(65)【公開番号】P2022161649

(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】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】小林 広則

【審査官】杉山 豊博

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１５６０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１４７２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９６４５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｊ １２／００

Ｆ１７Ｃ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高圧タンクに固定されて該高圧タンクと一体に回転されるシャフト本体と、
該シャフト本体に設置される偏心重りと、
を有することを特徴とする高圧タンク固定シャフト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高圧タンク固定シャフトに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、軸方向の両端に一対の口金が装着された高圧タンクの一方の口金の開口から高圧タンクの内部に挿入され、先端部が他方の口金にねじ結合されて高圧タンクに固定される高圧タンク固定シャフトの構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－７５３１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の高圧タンク固定シャフトは、例えば、樹脂を含浸させた繊維束の巻回により形成された高圧タンクの繊維層を熱硬化させる工程の加熱硬化炉で用いることができる。このような高圧タンク固定シャフトは、回転することで高圧タンクを回転させ、繊維層から樹脂を自重により落下させ、余剰樹脂を除去して繊維層の厚みが偏らないようにすることができる。加熱硬化炉においては、硬化中の樹脂の粘度（Ｐａ・ｓ）が低くなり流動性が高まるので余剰樹脂を落下させることができる。しかしながら、余剰樹脂による厚みの偏りは、硬化条件である加熱温度（℃）、高圧タンクの回転速度（ｒｐｍ）や硬化時間（ｍｉｎ）や繊維束の巻付条件などの様々な要因により変動する。硬化条件は、樹脂を硬化させるための条件であり、余分な樹脂を落下させるための条件ではない。また、巻付条件は、樹脂の流動を妨げない高圧タンクのドーム部の繊維の置き方をするための条件であり、樹脂流動阻害要因を無くす条件であるため、高圧タンクの厚みを管理することが難しいという問題がある。

【0005】

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、簡単な構成で高圧タンクから余剰樹脂を確実に除去することができる高圧タンク治具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】

【0006】

本発明に係る高圧タンク固定シャフトは、
高圧タンクに固定されて該高圧タンクと一体に回転されるシャフト本体と、
該シャフト本体に設置される偏心重りと、
を有することを特徴とする。

【0007】

本発明に係る高圧タンク固定シャフトによれば、シャフト本体の回転によって偏心重りが重力方向の上方から下方に向かって回転移動する際に、シャフト本体の回転速度（ｒｐｍ）が速くなり、高圧タンクから余剰樹脂が確実に除去される。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る高圧タンク固定シャフトによれば、簡単な構成で高圧タンクから余剰樹脂を確実に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る高圧タンク固定シャフトによって支持される高圧タンクの断面図。

【図2】本発明の実施形態に係る高圧タンク固定シャフトの全体図であり、高圧タンクに固定された状態を示す。

【図3】本発明の実施形態に係る高圧タンク固定シャフトの回転を説明する図であり、図３（ａ）は、図２のＡから見た実施形態に係る高圧タンク固定シャフトの回転を示し、図３（ｂ）は、従来の高圧タンク固定シャフトの回転を示す。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に係る高圧タンク固定シャフトを適用した実施形態に係る高圧タンク固定シャフト１０について図面を参照して説明する。まず、高圧タンク固定シャフト１０が固定される高圧タンク１の構成について説明する。

【0011】

高圧タンク１は、図１に示すように、ライナ２と、口金３、４と、ライナ２の外周を被覆する繊維層５とにより構成されている。高圧タンク１は、気体を透過させ難い性質、いわゆるガスバリア性を有しており、内部には水素などの高圧のガスが充填される。

【0012】

ライナ２は、筒状の中空容器からなり、ポリアミド樹脂（ＰＡ）などの高い機械的強度を有するエンジニアリングプラスチックによって形成されている。なお、ライナ２は、金属材料で形成されていてもよい。ライナ２の軸方向の両端部には、口金３、４を取り付ける図示しない口金取付部が形成されている。

【0013】

口金３は、円柱状の口金本体３ａと、口金本体３ａから径方向に突出するフランジ３ｂとを有し、金属材料で一体的に形成されている。口金本体３ａおよびフランジ３ｂには、貫通孔３ｃが形成されている。

【0014】

口金４は、口金３と同様、円柱状の口金本体４ａと、口金本体４ａから径方向に突出するフランジ４ｂとを有し、金属材料で一体的に形成されている。口金４には、口金３の貫通孔３ｃとは異なり、有底の穴４ｃ、４ｄが形成されている。

【0015】

繊維層５は、ライナ２の外周を覆う層からなり、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）などのプラスチックの図示しない繊維束がライナ２の外周に巻回されることにより形成されている。繊維束には、樹脂が含浸されている。含浸樹脂は、例えば、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリエステル樹脂（ＰＥ）やポリアミド樹脂（ＰＡ）などの熱硬化性樹脂からなる。繊維層５は、形成後に熱硬化工程における加熱硬化炉で加熱され、熱硬化する。

【0016】

高圧タンク固定シャフト１０は、図２に示すように、一対のシャフト本体１１、１２と、重りボックス１３を有している。高圧タンク固定シャフト１０は、高圧タンク１の繊維層５を熱硬化させる熱硬化工程で加熱硬化炉用治具、いわゆるエクステンションシャフトとして用いられる。高圧タンク固定シャフト１０は、加熱硬化炉内で一対のシャフト本体１１、１２によって高圧タンクを固定した状態で回転することで、高圧タンク１の繊維層５を全周均一に熱硬化させる。

【0017】

一方のシャフト本体１１は、固定部１１ａを有し、金属材料などの高い機械的強度を有する材料で形成されている。一方のシャフト本体１１は、固定部１１ａで高圧タンク１の口金３に固定され、高圧タンク１と共に回転する。

【0018】

他方のシャフト本体１２は、固定部１２ａ、１２ｂを有し、金属材料などの高い機械的強度を有する材料で形成されている。他方のシャフト本体１２は、固定部１２ａで、高圧タンク１の口金４に固定され、高圧タンク１と共に回転する。固定部１２ｂは、シャフト本体１２の径方向の外周面の一部に形成されており、重りボックス１３が固定される。なお、実施形態のシャフト本体１１、１２は、本発明に係る高圧タンク固定シャフトのシャフト本体に対応する。

【0019】

重りボックス１３は、内部に偏心重り１３ａを収容するとともに、収容した偏心重り１３ａを交換することが可能な箱体からなり、シャフト本体１２の固定部１２ｂに固定される。偏心重り１３ａは、シャフト本体１２の回転中心軸線から径方向に所定距離だけ離れた位置に配置される。重りボックス１３は、シャフト本体１２と共に回転する。重りボックス１３が固定されたシャフト本体１２が回転する際に、偏心重り１３ａによって、図３（ａ）の矢印ａに示すように、重力方向の上から下に向かう範囲で加速され、シャフト本体１２の回転速度（ｒｐｍ）が高まる。

【0020】

シャフト本体１２は、重りボックス１３が下から上に向かう際、通常回転に戻るので減速される。重りボックス１３に収容される偏心重り１３ａの重量（ｇ）は、高圧タンク１の外径や繊維層５に含浸されている樹脂の粘度（Ｐａ・ｓ）などの設定諸元や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。

【0021】

シャフト本体１２の回転速度が高まると、高圧タンク１の繊維層５に含浸されている樹脂に作用する遠心力（Ｎ）が高まり、遠心力が、繊維層５に含浸されている樹脂の繊維層５への付着力（Ｎ）より高くなると、未硬化の余剰樹脂は繊維層５から離脱する。更に、未硬化の余剰樹脂は重りボックス１３が下から上に向かう際の減速の衝撃によっても繊維層５から離脱する。

【0022】

実施形態に係る高圧タンク固定シャフト１０の効果について説明する。
高圧タンク固定シャフト１０は、高圧タンク１の口金３に固定されるシャフト本体１１と、口金４に固定されるシャフト本体１２と、その固定部１２ｂに固定され、シャフト本体１２と共に回転する重りボックス１３とを有している。

【0023】

この構成により、シャフト本体１２が回転する際に、重力方向の上から下の方向に重りボックス１３が回転すると、シャフト本体１２は、加速され、回転速度（ｒｐｍ）が高まるという効果が得られる。シャフト本体１２の回転速度が高まると、高圧タンク１の繊維層５に含浸されている樹脂に作用する遠心力（Ｎ）が高まり、遠心力が、繊維層５に含浸されている樹脂の繊維層５への付着力（Ｎ）より高くなると、未硬化の余剰樹脂は繊維層５から離脱する。そして更に、重りボックス１３が下から上に向かう際の減速の衝撃により、未硬化の余剰樹脂は繊維層５から離脱し、繊維層５の余剰樹脂は除去される。

【0024】

実施形態に係る高圧タンク固定シャフト１０においては、高圧タンク固定シャフトを回転させるモータの動作を制御する制御回路や制御工程を不要とし、シャフト本体１２に重りボックス１３を固定するだけの簡単な構成により、強制的に、且つ確実に繊維層５の余剰樹脂を除去することができるという効果が得られる。

【0025】

また、実施形態に係る高圧タンク固定シャフト１０は、従来の高圧タンク固定シャフトにおける問題を解消することができるという効果が得られる。即ち、従来の高圧タンク固定シャフトは、図３（ｂ）に示すように、高圧タンク固定シャフトを介して高圧タンクを回転させ、繊維層から樹脂を自重により落下させ、余剰樹脂を除去して繊維層の厚みが偏らないようにしていた。しかしながら、余剰樹脂による厚みの偏りは、繊維束の巻付条件や硬化条件などの様々な要因により変動するものであるため、厚みを管理することが難しいという問題があった。実施形態に係る高圧タンク固定シャフト１０においては、このような厚みの管理の問題を解消することができた。

【0026】

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

【符号の説明】

【0027】

１・・・高圧タンク、２・・・ライナ、３、４・・・口金（軸方向の一端または他端）、３ａ、４ａ・・・口金本体、３ｂ、４ｂ・・・フランジ、３ｃ・・・貫通孔、４ｃ、４ｄ・・・有底の穴、５・・・繊維層、１０・・・高圧タンク固定シャフト、１１、１２・・・シャフト本体、１１ａ、１２ａ、１２ｂ・・・固定部、１３・・・重りボックス（重り）

【図1】

【図2】

【図3】