特許 7583677 高圧容器及び高圧容器の製造方法

(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】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】高圧容器及び高圧容器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/32 20060101AFI20241107BHJP

   F17C 1/06 20060101ALI20241107BHJP

   B29C 70/16 20060101ALI20241107BHJP

   B29K 101/10 20060101ALN20241107BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20241107BHJP

   B29L 22/00 20060101ALN20241107BHJP

【ＦＩ】

B29C70/32

F17C1/06

B29C70/16

B29K101:10

B29K105:08

B29L22:00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021101139

(22)【出願日】2021-06-17

(65)【公開番号】P2023000370

(43)【公開日】2023-01-04

【審査請求日】2023-11-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】漆山 雄太

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０４５６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８５０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２２３２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４１１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０７５８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２０５３１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ７０／３２

Ｆ１７Ｃ １／０６

Ｂ２９Ｃ ７０／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状の胴部分と、前記胴部分の一端と他端とを封止する半球状の閉塞部分と、を有するライナと、前記ライナの外周に巻き回された補強繊維よりなる繊維層と、を備えた高圧容器であって、前記繊維層は、
前記補強繊維が前記ライナの周方向に巻き回されて前記胴部分を補強する複数層のフープ層と、
前記補強繊維が前記ライナの軸方向に傾斜して巻き回されて前記閉塞部分を補強する複数層のヘリカル層と、を有し、
複数層の前記フープ層のなかの内周側から数えて１又は複数層の前記フープ層に用いられる前記補強繊維は、複数のフィラメントを繊維束方向に対して傾斜するように撚った構造を有しており、且つ、外周側の前記フープ層に用いられる前記補強繊維よりも伸びやすい性質を有し、
内周側の前記フープ層に用いられる前記補強繊維ほど、前記補強繊維の繊維束方向と前記フィラメントとのなす角度である撚り角度が増大する、高圧容器。

【請求項2】

請求項１記載の高圧容器であって、各々の前記フープ層は前記ヘリカル層の間に挟まれている、高圧容器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の高圧容器であって、前記繊維層の最も内周側の層は、前記フープ層である、高圧容器。

【請求項4】

円筒状の胴部分と、前記胴部分の一端と他端とを封止する半球状の閉塞部分と、を有するライナと、前記ライナの外周に巻き回された補強繊維よりなる繊維層と、を備え、前記繊維層は、前記補強繊維が前記ライナの周方向に巻き回されて前記胴部分を補強する複数層のフープ層と、前記補強繊維が前記ライナの軸方向に傾斜して巻き回されて前記閉塞部分を補強する複数層のヘリカル層と、を有し、複数層の前記フープ層のなかの内周側から数えて１又は複数層の前記フープ層に用いられる前記補強繊維は、複数のフィラメントを繊維束方向に対して傾斜するように撚った構造を有しており、且つ、外周側の前記フープ層に用いられる前記補強繊維よりも伸びやすい性質を有する高圧容器であって、
内周側の前記フープ層を構成する前記フィラメントほど断面が偏平に形成されている、高圧容器。

【請求項5】

円筒状の胴部分と、前記胴部分の一端と他端とを封止する半球状の閉塞部分と、を有するライナに、補強繊維を巻き付けて繊維層を形成する高圧容器の製造方法であって、
複数のフィラメントを束ねて前記補強繊維を形成する補強繊維形成工程と、
前記ライナの前記胴部分の周方向に前記補強繊維を巻き回してフープ層を形成するフープ層形成工程と、
複数の前記フィラメントを束ねて前記補強繊維を形成しつつ、前記ライナの軸方向に傾斜する方向に前記補強繊維を巻き回して前記閉塞部分を補強するヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、を複数回繰り返し行うことにより前記繊維層を形成する繊維層形成工程を有し、
複数層の前記フープ層のなかの内周側から数えて１又は複数層の前記フープ層に用いられる前記補強繊維は、前記補強繊維形成工程において、複数の前記フィラメントを繊維束方向に対して傾斜するように撚ることにより、外周側の前記フープ層に用いられる前記補強繊維よりも伸びやすい性質を有し、
前記補強繊維形成工程は、内周側の前記フープ層に用いられる前記補強繊維ほど、前記補強繊維の繊維束方向と前記フィラメントとのなす角度である撚り角度が大きくなるように撚る、高圧容器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繊維状材料を巻き付けた補強構造を有する高圧容器及び高圧容器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水素ガス等の貯蔵に高圧容器が用いられている。高圧容器は、補強繊維をフィラメントワインディング法で巻き付けた繊維層を有する。

【0003】

例えば、特許文献１は繊維層を構成する補強繊維の巻き方について開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－１５１９３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

高圧容器に高圧ガスを充填すると、内圧によって繊維層を構成する補強繊維に対して円周方向に引き伸ばす方向の応力が作用する。内圧による応力は、補強繊維を周方向に歪ませる（伸ばす）。内圧が破裂圧に到達すると、最も大きく歪む部分の補強繊維から破断する。

【0006】

従来の高圧容器では、最も大きく歪む部分が破断することで破裂圧に達する。そのため、従来の高圧容器では、大部分の補強繊維が性能の限界に達する前に破裂圧に達しており、補強繊維の性能が有効に生されていないという問題がある。

【0007】

本発明は、上記した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一観点は、円筒状の胴部分と、前記胴部分の一端と他端とを封止する半球状の閉塞部分と、を有するライナと、前記ライナの外周に巻き回された補強繊維よりなる繊維層と、を備えた高圧容器であって、前記繊維層は、前記補強繊維が前記ライナの周方向に巻き回されて前記胴部分を補強する複数層のフープ層と、前記補強繊維が前記ライナの軸方向に傾斜して巻き回されて前記閉塞部分を補強する複数層のヘリカル層と、フープ層を有し、複数層の前記フープ層のなかの内周側から数えて１又は複数層の前記フープ層に用いられる前記補強繊維は、複数のフィラメントを繊維束方向に対して傾斜するように撚った構造を有しており、且つ、外周側の前記フープ層に用いられる前記補強繊維よりも伸びやすい性質を有する、高圧容器にある。

【0009】

本発明の別の一観点は、円筒状の胴部分と、前記胴部分の一端と他端とを封止する半球状の閉塞部分と、を有するライナに、補強繊維を巻き付けて繊維層を形成する高圧容器の製造方法であって、複数のフィラメントを束ねて補強繊維を形成する補強繊維形成工程と、前記ライナの前記胴部分の周方向に前記補強繊維を巻き回してフープ層を形成するフープ層形成工程と、複数のフィラメントを束ねて補強繊維を形成しつつ、前記ライナの軸方向に傾斜する方向に前記補強繊維を巻き回して前記閉塞部分を補強するヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、を複数回繰り返し行うことにより前記繊維層を形成する繊維層形成工程を有し、複数層の前記フープ層のなかの内周側から数えて１又は複数層の前記フープ層に用いられる前記補強繊維は、補強繊維形成工程において、複数のフィラメントを繊維束方向に対して傾斜するように撚ることにより、外周側の前記フープ層に用いられる前記補強繊維よりも伸びやすい性質を有する、高圧容器の製造方法にある。

【発明の効果】

【0010】

上記観点の高圧容器及び高圧容器の製造方法によれば、補強繊維の性能を有効に利用できるため、補強繊維の使用量を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る高圧容器の縦断面図である。

【図2】図１の繊維層に含まれるフープ層、低角ヘリカル層及び高角ヘリカル層の説明図である。

【図3】図１の高圧容器の繊維層の横断面図である。

【図4】図１の高圧容器に内圧が作用したときの、繊維層の変形（歪）を示す説明図である。

【図5】補強繊維の撚り角度と補強繊維の特性を示すグラフである。

【図6】図６Ａは、フィラメントと繊維束方向とが同一の補強繊維の模式図であり、図６Ｂは図６Ａの補強繊維のＶＩＢ－ＶＩＢ線断面図である。

【図7】図７Ａは、フィラメントが捻られた補強繊維の模式図であり、図７Ｂは図７Ａの補強繊維のＶＩＩＢ－ＶＩＩＢ線断面図であり、図７Ｃは、図７Ｂの補強繊維の変形例に係る、より効果的な捩じりが加わった補強繊維の断面図であり、図７Ｄは図７Ａのフィラメントの断面図である。

【図8】第１実施形態に係る高圧容器の加工装置の概略図である。

【図9】第１実施形態に係る繊維層の形成工程を示すフローチャートである。

【図10】図１０Ａは、フープ層形成工程を示す説明図であり、図１０Ｂは高角ヘリカル層形成工程を示す説明図であり、図１０Ｃは低角ヘリカル層形成工程を示す説明図である。

【図11】第４実施形態に係る繊維層の形成工程を示すフローチャートである。

【図12】図１２Ａは、第５実施形態に係る補強繊維の断面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの変形例に係る補強繊維の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る高圧容器１０は、気体を圧縮して貯留する充填空間１２を有する。この高圧容器１０は、例えば、燃料電池システムに適用される。高圧容器１０の充填空間１２は、例えば、水素ガス又はメタンガス等の燃料ガスを貯留する。高圧容器１０は、例えば、図示しない燃料電池車両に搭載されて、ガスステーションから供給される燃料ガスを貯留する。また、高圧容器１０は、車両の走行時等に燃料電池スタック（不図示）に燃料ガスを供給する。なお、高圧容器１０は、燃料電池システムへの適用に限定されず、また水素ガス以外の気体を貯留可能である。

【0013】

高圧容器１０は、円筒状の胴部分１６と、胴部分１６の両端を塞ぐ半球状の閉塞部分１８とを有する。胴部分１６の直径及び長さは、必要とされる充填空間１２の容積に応じて設定される。高圧容器１０の一端側の閉塞部分１８及び他端側の閉塞部分１８は、それぞれポート部２０を有する。ポート部２０は、高圧容器１０の外部と充填空間１２との間を連通する部材である。ポート部２０には、例えば、配管又はバルブ等の接続部材が接続されて、燃料電池システム等の外部機器に接続される。

【0014】

この高圧容器１０は、充填空間１２を内側に有するライナ２２と、ライナ２２の外面を覆う繊維層２４とを有する。ライナ２２は、高圧容器１０の内層（骨格）を構成する。ライナ２２の胴部分１６は、軸方向に直線状に延在する。一方で、ライナ２２の閉塞部分１８は、胴部分１６との接続箇所から径方向内側に向かって滑らかに半球状に湾曲して縮径する。ライナ２２の胴部分１６及び閉塞部分１８は、樹脂材料（例えば、ポリアミド系樹脂）により一体的に形成される。ライナ２２の閉塞部分１８には、ポート部２０が取り付けられている。ポート部２０は、ライナ２２の軸方向に延びてライナ２２の閉塞部分１８を貫通する貫通部２０ａと、ライナ２２の閉塞部分１８に接合されたフランジ状の接合部２０ｂとを備えている。貫通部２０ａには、充填空間１２に連通する軸孔２０ｃが形成されている。

【0015】

繊維層２４は、ライナ２２の外周部３２（図２参照）に直接積層される。繊維層２４は、ライナ２２の全体を覆うことで、高圧容器１０の外層を構成する。繊維層２４は、フィラメントワインディング工程により、補強繊維３４（図２参照）をライナ２２に巻き付けて形成される。補強繊維３４としては、フィラメント３５（図２参照）（例えば、炭素繊維）を束ねた繊維束に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂が用いられる。なお、補強繊維３４を構成するフィラメント３５は、炭素繊維に限定されるものではない。補強繊維３４には、例えば、グラスファイバー、バサルトファイバー、ステンレス等の鉄系ファイバー、銅、銀、金合金のファイバー、形状記憶合金系ファイバー、ポリプロピレンファイバー、及びポリアミドファイバー、麻、絹、綿、竹ファイバーのいずれか１つ又は複数を用いることができる。

【0016】

繊維層２４は、図２に示すように、フープ層３６と、低角ヘリカル層３８と、高角ヘリカル層４０とを有する。フープ層３６は、ライナ２２の軸方向に対して略垂直な周方向に補強繊維３４を巻きつけて形成された層である。フープ層３６は、ライナ２２の胴部分１６の外周部３２に配置される。フープ層３６は、ライナ２２の胴部分１６を補強する。低角ヘリカル層３８及び高角ヘリカル層４０は、補強繊維３４をライナ２２の軸方向に対して傾斜させて巻き付けるヘリカル巻きで形成される層である。本明細書において、低角ヘリカル層３８及び高角ヘリカル層４０を、総称してヘリカル層４２と呼ぶ場合もある。ヘリカル層４２は、閉塞部分１８を補強する。

【0017】

低角ヘリカル層３８は、ライナ２２の軸方向に対する傾斜角度αが小さいヘリカル層４２である。低角ヘリカル層３８は、主にライナ２２の閉塞部分１８の外周部に巻き付けられる。低角ヘリカル層３８は、ポート部２０の近傍のライナ２２に厚く巻き付けられ、ポート部２０の近傍のライナ２２を補強する。

【0018】

高角ヘリカル層４０は、ライナ２２の軸方向に対する傾斜角度αが大きいヘリカル層４２である。高角ヘリカル層４０は、ライナ２２の胴部分１６と閉塞部分１８の一部と胴部分１６を覆う。高角ヘリカル層４０は、閉塞部分１８の中でも胴部分１６の近傍の部分を補強する。

【0019】

繊維層２４において、フープ層３６と、低角ヘリカル層３８と、高角ヘリカル層４０とは、内周側から所定の順序で複数層積層される。したがって、図３に示すように、繊維層２４の断面は、複数のフープ層３６がヘリカル層４２の間に挟まれる。

【0020】

図３に示すように、高圧容器１０の充填空間１２に高圧ガスを充填すると、ライナ２２に内圧が作用する。高圧容器１０の大部分を占める胴部分１６に着目する。胴部分１６には、ライナ２２及び繊維層２４を周方向の外方に押し広げようとする内圧が作用する。内圧は、ライナ２２を通じて複数のフープ層３６に伝わる。その結果、繊維層２４の半径が増大するように変形する。繊維層２４の半径の増大の結果、複数のフープ層３６を構成する補強繊維３４には、補強繊維３４を周方向に引き伸ばそうとする引張応力が作用する。補強繊維３４に作用する引張応力は、フープ層３６を周方向に引き伸ばす変形（歪み）を生じさせる。径方向に複数積層されたフープ層３６に生じる歪みの大きさは、径方向の位置に応じて異なる。

【0021】

以下、図４を参照しつつ繊維層２４の変形と、複数のフープ層３６の歪について説明する。図示の内側の帯状の円弧４４は、内圧が作用していない状態における繊維層２４を模式的に示す。繊維層２４の内周側の半径をｒ₀とし、繊維層２４の外周側の半径ｒ₁とし、繊維層２４の厚さをｄとする。外周側の半径ｒ₁は、ｒ₁＝ｒ₀＋ｄとして表される。

【0022】

高圧容器１０に内圧が作用すると、図示の外側の帯状の円弧４５に示すように、繊維層２４の内周側の半径がｒ₀´に膨張し、繊維層２４の外周側の半径がｒ₁´に膨張し、繊維層２４は周方向に角度Δθだけ伸びる。このとき、繊維層２４の体積（又はポアソン比）は一定なので、繊維層２４が周方向に伸びる分に応じて、繊維層２４の厚さｄ´が減少する。内圧作用下の繊維層２４の厚さｄ´は、内圧が作用しない状態の厚さｄよりも薄くなる。すなわち、ｄ´－ｄ＜０という条件を満たす。

【0023】

ここで、内圧が作用している繊維層２４の内周部の歪（周方向の伸び）δ_inは、δ_in＝１／２Δθ（ｒ₀´－ｒ₀）と表される。また、内圧が作用している繊維層２４の外周部の歪（周方向の伸び）δ_outは、１／２Δθ（ｒ₁´－ｒ₁）となる。内周部の歪δ_inと外周部の歪δ_outとの差であるδ_out－δ_inは、以下の条件を満たす。
δ_out－δ_in＝１／２Δθ（ｒ₀´－ｒ₀＋ｄ´－ｄ－（ｒ₀´－ｒ₀））
＝１／２Δθ（ｄ´－ｄ）＜０
上記の式に示されるように、繊維層２４において、内周部の歪δ_inの方が、外周部の歪δ_outよりも大きくなる。

【0024】

図５に示すように、補強繊維３４の応力－歪特性は、符号５０を付した線で表される変化を示す。補強繊維３４の歪が増加すると、応力も直線的に増加する。歪がさらに増加して応力が所定値に達すると補強繊維３４が破断する。ここで、図４を参照しつつ説明したように、繊維層２４の内周部のフープ層３６ほど歪が大きくなる。そのため、全てのフープ層３６を同一の応力－歪特性を有する補強繊維３４で形成すると、歪が大きくなる内周部のフープ層３６に応力が集中する。その結果、高圧容器１０は、外周側のフープ層３６の応力が限界に達する前に最大圧力に達してしまい、内層側のフープ層３６の破断が始まる。

【0025】

そこで、本実施形態では、最も大きな歪が作用する内周側から数えて１層目のフープ層３６に対して、破断するまでに大きく伸びる補強繊維３４を用いる。

【0026】

図５において、符号５０、５２、５４、５６を付した線は、フィラメント３５として炭素繊維を用いた場合において、撚り角度が異なる補強繊維３４の応力－歪特性をそれぞれ示す。符号５０を付した線は、図６Ａに示す補強繊維３４の応力－歪特性を示す。図６Ａの補強繊維３４は、フィラメント３５が撚られておらず、フィラメント３５と繊維束方向とがなす傾斜角度α（撚り角度ともいう）が概ね０°となっている。なお、傾斜角度αが厳密に０°の繊維束を製造することは実際には難しいため、実際にはフィラメント３５の傾斜角度αは０°に対して僅かに傾斜している。図６Ｂに示すように、傾斜角度αが０°程度の補強繊維３４の断面は、全てのフィラメント３５が元の円形の断面形状を維持している。

【0027】

図５に示すように、フィラメント３５の傾斜角度αが０°の補強繊維３４は、歪の増加と共に応力値が直線状に増大し、所定の歪で破断する。傾斜角度αが０°の補強繊維３４は、撚った補強繊維３４（符号５２、５４、５６）よりもヤング率（符号５０を付した線の傾き）及び破断する際の応力値（引張強度）が大きな値を示す。すなわち、傾斜角度αが０°の補強繊維３４は、強度的に優れる。

【0028】

一方、符号５２、５４、５６を付した線は、フィラメント３５を撚った補強繊維３４の応力－歪特性をそれぞれ示す。図７Ａに示すように、フィラメント３５を撚った補強繊維３４は、フィラメント３５が補強繊維３４の繊維束方向に対して所定の傾斜角度αで傾斜している。図７Ｂに示すように、フィラメント３５が撚られた補強繊維３４は、一部のフィラメント３５の断面形状が偏平に変形している。補強繊維３４の外側付近のフィラメント３５の断面は、補強繊維３４の中心付近のフィラメント３５の断面よりも偏平に押しつぶされている。さらに、本発明の効果をより発揮しうる様に補強繊維３４を撚った状態では、フィラメント３５の傾斜角度αが略同一角となり、その状態を図７Ｃに示す。図７Ｃに示す例では、補強繊維３４の断面において、全てのフィラメント３５は、位置によらずに略同じ断面形状の楕円形状を有する。図７Ｄに示すように、フィラメント３５の傾斜角度αの補強繊維３４において、最も外側のフィラメント３５は、短径方向の長さを１としたときに長径方向の長さがｃｏｓ^-1αとなる楕円形状を有する。

【0029】

図５において、符号５２、５４、５６の順で、補強繊維３４のフィラメント３５の傾斜角度α（撚り角度）が増大している。撚られた補強繊維３４では、歪が小さい範囲では、傾斜角度αが大きな補強繊維３４程、歪に対する応力の増加割合が緩やかとなる。したがって、傾斜角度αが大きな補強繊維３４は、歪に対してより大きく伸びる。撚られた補強繊維３４は、所定以上の歪において、ヤング率が増加して応力が非線形に変化する非線形領域を有する。非線形領域では、破断する直前まで補強繊維３４のヤング率が増加する。傾斜角度αが大きな補強繊維３４ほど、非線形領域が大きくなる。

【0030】

そこで、本実施形態では、図３の内側から数えて１層目のフープ層３６に、フィラメント３５を繊維束方向に対して傾斜するように撚った補強繊維３４を用いる。このように、内周側の１層目のフープ層３６に撚った補強繊維３４を用いることで、１層目のフープ層３６を構成する補強繊維３４に作用する引張応力の集中を防止できる。１層目のフープ層３６に作用する引張応力が低下した分は、より外周側のフープ層３６の補強繊維３４に引張応力として作用する。したがって、本実施形態の高圧容器１０によれば、外周側のフープ層３６の補強繊維３４の性能を有効に生かすことができる。

【0031】

以下、本実施形態の高圧容器１０の製造方法について説明する。

【0032】

図８に示すように、まず、フィラメントワインディング法を適用するワークＷを用意する。ワークＷは、ライナ２２の一端と他端とにポート部２０を取り付けた加工品である。次に、ワークＷの外面に補強繊維３４を巻き付けるフィラメントワインディング工程を行うことで、繊維層２４を形成する。

【0033】

フィラメントワインディング工程は、図８に示す加工装置６０を用いて行われる。ワークＷには、ポート部２０を貫くようにシャフト６２が挿入される。シャフト６２の一端と他端は、回転機構６４に取り付けられる。回転機構６４は、シャフト６２を軸としてワークＷを回動させる。次に、回転中のワークＷの外周部に、補強繊維３４が巻き付けられる。補強繊維３４は、複数のクリール６６から繰り出されるフィラメント３５を束ねて作製される。クリール６６から繰り出されたフィラメント３５は、加工部６８にて繊維束として束ねられる。加工部６８は、フィラメント３５の撚り角度（傾斜角度α）を調整することができる。繊維束には、加工部６８の内部の含浸部にて母材樹脂が含浸される。加工装置６０は、加工部６８を移動させつつ、回転中のワークＷに補強繊維３４を巻き付けていく。加工部６８の移動パターンにより、フープ層３６と、低角ヘリカル層３８と、高角ヘリカル層４０とが形成される。

【0034】

本実施形態では、図９に示す順で繊維層２４を形成する。まず、ステップＳ１０において、加工装置６０は、最も内周側の１層目のフープ層３６（図１０Ａ参照）を形成する。１層目のフープ層３６の形成の際には、加工部６８（図８参照）は、複数のフィラメント３５を所定の傾斜角度αで撚って補強繊維３４を形成する。

【0035】

次に、ステップＳ２０において、加工装置６０は、１層目のフープ層３６の上に高角ヘリカル層４０（図１０Ｂ参照）を形成する。高角ヘリカル層４０の形成の際には、加工部６８は、複数のフィラメント３５を撚らずに繊維束を束ねて補強繊維３４を作製する。

【0036】

次に、ステップＳ３０において、加工装置６０は、高角ヘリカル層４０の上に、低角ヘリカル層３８（図１０Ｃ参照）を形成する。低角ヘリカル層３８の形成の際には、加工部６８は、フィラメント３５を撚らずに繊維束を束ねて補強繊維３４を作製する。

【0037】

次に、ステップＳ４０において、加工装置６０は、低角ヘリカル層３８の上に高角ヘリカル層４０を形成する。ステップＳ４０においても、加工部６８は、複数のフィラメント３５を撚らずに補強繊維３４を作製する。

【0038】

次に、ステップＳ５０において、加工装置６０は所定の積層数に達したか否かを判断する。積層数が不足している場合（ＮＯ）には、ステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ４０を繰り返して、フープ層３６、低角ヘリカル層３８及び高角ヘリカル層４０を積層する。本実施形態において、内周側から２層目以降のフープ層３６は、フィラメント３５を撚らずに作製した補強繊維３４を用いて形成する。

【0039】

一方、ステップＳ５０において、所定の積層数に達している場合（ＹＥＳ）には、加工装置６０は、処理をステップＳ６０に進める。

【0040】

ステップＳ６０では、加工装置６０は、繊維層２４の最も外周側となるフープ層３６を形成する。以上の処理により、本実施形態の繊維層２４が完成する。上記の製造方法によれば、繊維層２４の内周及び外周がフープ層３６で構成されるため、胴部分１６の強度に優れた高圧容器１０が得られる。

【0041】

（第２実施形態）
本実施形態の高圧容器１０では、複数のフープ層３６の中で、内周側から数えて複数のフープ層３６に対して、フィラメント３５を撚った補強繊維３４を用いる。この場合において、内周側のフープ層３６に用いる補強繊維３４ほど、フィラメント３５の傾斜角度αが大きな補強繊維３４を用いる。すなわち、内周側のフープ層３６の補強繊維３４程、フィラメント３５の撚り角度が大きくなっている。

【0042】

図５に示すように、フィラメント３５の傾斜角度αが大きな補強繊維３４ほど、伸びやすい。したがって、本実施形態の高圧容器１０によれば、フープ層３６の径方向の位置に応じて、歪の大きさに適した応力－歪特性を有する補強繊維３４を用いることができる。従って、本実施形態の高圧容器１０によれば、外周側のフープ層３６に含まれる高強度の補強繊維３４の性能を生かすことができ、繊維層２４を薄くすることができる。その結果、高圧容器１０の製造に要する補強繊維３４の量を節減できるので、製造コストを削減できる。

【0043】

（第３実施形態）
図１１に示すように、本実施形態は、繊維層２４の製造工程において、図９に示す繊維層２４の製造工程と異なる。本実施形態の製造工程では、ステップＳ１１０において、加工装置６０（図８参照）は、低角ヘリカル層形成工程を行う。これにより、繊維層２４の最内周に低角ヘリカル層３８が形成される。

【0044】

次に、ステップＳ１２０に移行し、加工装置６０は、低角ヘリカル層３８の上にフープ層３６を形成する。加工装置６０は、内周側のフープ層３６は、図７Ａに示すようにフィラメント３５を所定の傾斜角度αで撚った補強繊維３４を用いて形成する。

【0045】

次に、ステップＳ１３０において、加工装置６０は、高角ヘリカル層４０を形成する。その後、ステップＳ１４０において、加工装置６０は、低角ヘリカル層３８を形成する。その後、ステップＳ１５０において、加工装置６０は、高角ヘリカル層４０を形成する。

【0046】

次に、ステップＳ１６０において、加工装置６０が所定の積層数に達していないと判断した場合（ＮＯ）には、ステップＳ１２０～ステップＳ１５０を繰り返す。加工装置６０は、フープ層３６の積層数が増加する毎に、補強繊維３４のフィラメント３５の傾斜角度αを小さくする。

【0047】

ステップＳ１６０において、加工装置６０が所定の積層数に達したと判断した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１７０に移行する。ステップＳ１７０において、加工装置６０は、フープ層３６を形成する。ステップＳ１７０において、加工部６８（図８参照）は、フィラメント３５を撚らずに束ねて補強繊維３４を作製する。

【0048】

本実施形態によれば、胴部分１６と共に、閉塞部分１８の強度にも優れた高圧容器１０が得られる。

【0049】

（第４実施形態）
本実施形態の高圧容器１０では、撚った補強繊維３４をワークＷ（図８参照）に巻き付ける際の張力を、フープ層３６の位置に応じて変える。内周から数えて１層目のフープ層３６については、補強繊維３４を巻き付ける際の張力を相対的に小さな第１の張力で巻き付ける。内周から数えて２層目のフープ層３６は、第１の張力よりも大きな第２の張力で補強繊維３４を巻き付けて形成する。さらに、内周から数えたフープ層３６の位置が増えるにしたがって、補強繊維３４を巻き付ける際の張力を増大させる。このように、本実施形態の高圧容器１０では、フープ層３６を構成する補強繊維３４の撚り角度だけでなく、初期応力を加える。本実施形態の高圧容器１０では、フープ層３６の位置に応じた最適な特性を有する補強繊維３４を利用するため、補強繊維３４の性能を生かすことができる。

【0050】

（第５実施形態）
本実施形態の高圧容器１０は、図１２Ａに示すように、フープ層３６は、開繊糸よりなる補強繊維３４Ａを有する。補強繊維３４Ａは以下の方法で形成される。まず、炭素繊維のプリカーサとなる樹脂よりなるフィラメント３５を紡いで繊維束とし、これを焼成して炭素繊維とする。この繊維束は、フィラメント３５を紡ぐ段階で撚られている。フィラメント３５は、繊維束方向に対して所定の傾斜角度αで傾斜する。フィラメント３５の傾斜角度αは、炭素繊維となった後も維持される。その後、補強繊維３４Ａを高圧容器へ設置する前に、撚った炭素繊維を薄層化して平坦状に押しつぶすスプレディング（開繊）を行うことで、補強繊維３４Ａが得られる。補強繊維３４Ａは、フィラメント３５が補強繊維３４Ａに対して傾斜角度αで傾斜する。補強繊維３４Ａは、図７Ａ～図７Ｄに示す補強繊維３４と同様の非線形特性が得られる。同じく本発明の効果をより発揮しうる様に補強繊維３４Ａを撚った状態では、フィラメント３５の傾斜角度αが略同一角となり、その状態を図１２Ｂに示す。図１２Ｂに示す補強繊維３４Ａでは、フィラメント３５が位置によらずに、略同一形状の楕円形状を有する。

【0051】

本実施形態の高圧容器１０では、内周から数えて１又は複数層のフープ層３６に対して、撚った補強繊維３４Ａを用いる。

【0052】

以下、上記の諸実施形態の効果について説明する。

【0053】

高圧容器１０は、円筒状の胴部分１６と、胴部分１６の一端と他端とを封止する半球状の閉塞部分１８と、を有するライナ２２と、ライナ２２の外周に巻き回された補強繊維３４よりなる繊維層２４と、を備え、繊維層２４は、補強繊維３４がライナ２２の周方向に巻き回されて胴部分１６を補強する複数層のフープ層３６と、補強繊維３４がライナ２２の軸方向に傾斜して巻き回されて閉塞部分１８を補強する複数層のヘリカル層４２と、を有し、複数層のフープ層３６のなかの内周側から数えて１又は複数層のフープ層３６に用いられる補強繊維３４は、複数のフィラメント３５を繊維束方向に対して傾斜するように撚った構造を有しており、且つ、外周側のフープ層３６に用いられる補強繊維３４よりも伸びやすい性質を有する。

【0054】

上記の構成によれば、内圧の作用下において大きな歪が作用する内周付近のフープ層３６への引張応力の集中を防ぐことができ、外周付近の補強繊維３４の性能を生かすことができる。これにより、繊維層２４を薄型化できる。また、使用する補強繊維３４の量を減らすことができるため、製造コストを抑制できる。

【0055】

上記の高圧容器１０において、内周側のフープ層３６に用いられる補強繊維３４ほど、補強繊維３４の繊維束方向とフィラメント３５とのなす角度である傾斜角度αが増大する。この構成によれば、歪が大きな内周に伸びやすい補強繊維３４が適用され、歪が小さな外周には強度に優れた補強繊維３４が適用されるため、繊維層２４をさらに薄型化できる。

【0056】

上記の高圧容器１０において、各々のフープ層３６はヘリカル層４２の間に挟まれてもよい。

【0057】

上記の高圧容器１０において、繊維層２４の最も内周側の層は、フープ層３６であってもよい。この構成によれば、高圧容器１０の、胴部分１６の強度が向上する。

【0058】

上記の高圧容器１０において、内周側のフープ層３６を構成するフィラメント３５ほど断面が偏平に形成されてもよい。フィラメント３５は、撚り角度が増大するほど圧迫されて偏平に変形する。したがって、高圧容器１０において、内周側のフープ層３６のフィラメント３５程、撚り角度を反映して偏平化される。

【0059】

本実施形態の高圧容器の製造方法は、円筒状の胴部分１６と、胴部分１６の一端と他端とを封止する半球状の閉塞部分１８と、を有するライナ２２に、補強繊維３４を巻き付けて繊維層２４を形成する高圧容器１０の製造方法であって、複数のフィラメント３５を束ねて補強繊維３４を形成する補強繊維形成工程と、ライナ２２の胴部分１６の周方向に補強繊維３４を巻き回してフープ層３６を形成するフープ層形成工程と、複数のフィラメント３５を束ねて補強繊維３４を形成しつつ、ライナ２２の軸方向に傾斜する方向に補強繊維３４を巻き回して閉塞部分１８を補強するヘリカル層４２を形成するヘリカル層形成工程と、を複数回繰り返し行うことにより繊維層２４を形成する繊維層形成工程を有し、複数層のフープ層３６のなかの内周側から数えて１又は複数層のフープ層３６に用いられる補強繊維３４は、補強繊維形成工程において、複数のフィラメント３５を繊維束方向に対して傾斜するように撚ることにより、外周側のフープ層３６に用いられる補強繊維３４よりも伸びやすい性質を有する。

【0060】

上記の高圧容器１０の製造方法によれば、外周側のフープ層３６に含まれる補強繊維３４の強度を生かすことができ、繊維層２４を薄型化できる。その結果、繊維層２４に用いる補強繊維３４の量を節減でき、製造コストを抑制できる。

【0061】

上記の高圧容器１０の製造方法であって、補強繊維形成工程では、内周側のフープ層３６に用いられる補強繊維３４ほど、補強繊維３４の繊維束方向とフィラメント３５とのなす角度である撚角度が大きくなるように撚る。

【0062】

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。

【符号の説明】

【0063】

１０…高圧容器 １６…胴部分
１８…閉塞部分 ２２…ライナ
２４…繊維層 ３４、３４Ａ…補強繊維
３５…フィラメント ３６…フープ層
４２…ヘリカル層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】