罐及其制造方法技术

避免因位于FRP层中的内层的螺旋层的表面的阶梯差的影响而使与其外侧相邻的层(特别是环状层)的疲劳强度下降的现象。为实现这目的，该罐(1)具有：内衬(20)；和FRP层(21)，其包括在该内衬(20)的外周卷绕纤维束(70)而交替地形成的环状层(70P)和螺旋层(70H)，在位于FRP层(21)的内层的多个螺旋层(70H)中的至少一层中，构成该螺旋层(70H)的纤维束(70)的截面积比构成形成于该螺旋层(70H)的外侧的其它层的纤维束(70)的截面积小。在如上述那样使用截面积小的纤维束(70)来形成螺旋层(70H)的情况下，该螺旋层(70H)的凹凸变小，可抑制向在该螺旋层(70H)外侧形成的其它层(作为一个实例，为环状层(70P))转印凹凸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。更具体地，本专利技术涉及高压填充氢气等的罐的结构的改良。
技术介绍
作为用于储藏氢气等的罐，使用具备在内衬的外周交替地层叠有环状层和螺旋层的FRP层的罐(例如参照专利文献1)。环状层是将纤维(例如碳纤维)的束环状卷绕(在罐主干部与罐轴大体垂直地卷绕的卷绕方式)而形成的层，螺旋层是将CF(碳纤维)等的纤维束螺旋卷绕(与罐轴大体平行，卷绕直至罐穹顶部为止的卷绕方式)而形成的层(参照图2)。现有技术文献专利文献1 特开2008-032088号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题但是，在上述那样的现有技术中，存在以下问题因位于FRP层中的内层的螺旋层特别是位于最内层的螺旋层的表面的阶梯差，导致与其外侧相邻的层(特别是环状层)的疲劳强度下降。于是，本专利技术的目的是提供采用可避免因位于FRP层中的内层的螺旋层的表面的阶梯差的影响导致与其外侧相邻的层(特别是环状层)的疲劳强度下降的现象的结构的。用于解决问题的技术方案为解决该问题，本专利技术的专利技术人们进行了各种研究，发现了若上述环状层的纤维束的结构性弯曲大则该环状层的疲劳强度会下降的情况。即，在将环状层和螺旋层层叠而形成了 FRP层的情况下，若与环状层相邻的螺旋层自身产生凹凸，则该凹凸转印到相邻的环状层，从而使环状层的纤维束自身小幅迂回弯折而产生起伏，在该环状层产生由结构所引起的弯曲(起伏)。在该状况下，对于如何使可在环状层的纤维束产生的结构性弯曲(起伏)减小反复进行研究的本专利技术的专利技术人们得到了与该问题的解决密切相关的新的知识。本专利技术是基于该知识的一种罐，具有内衬；和FRP层，其包括在该内衬的外周卷绕纤维束而交替地形成的环状层和螺旋层，该罐的特征在于，在位于FRP层的内层的多个螺旋层中的至少一层中，构成该螺旋层的纤维束的截面积比构成形成于该螺旋层的外侧的其它层的纤维束的截面积小。作为用于使由结构所引起的环状层的纤维束的弯曲(起伏)减小的技术方案，可考虑使相邻的螺旋层的凹凸减小而不转印该凹凸。但是，如上述那样卷绕螺旋层，使得其相对于罐轴大体平行且在罐穹顶部折回(参照图2)，没有特别考虑消除相邻的纤维束间的间隙的卷绕，因而从根本上来说很难使由结构所引起的环状层的纤维束的弯曲减小。通常，螺旋层是不考虑纤维束彼此的重叠和排列等地、可以说是无秩序地卷绕，以往，虽然提出了例如将螺旋层的强化纤维束在筒体周向上的相位错开这样的方案，但是没有形成凹凸皆无或很少的螺旋层的提案和/或观点。这点，在本专利技术中，通过在位于FRP层的内层的多个螺旋层中的至少一层中，构成该螺旋层的纤维束的截面积比构成形成于该螺旋层的外侧的其它层的纤维束的截面积小， 从而使该螺旋层的凹凸减小。即，在如上述那样使用截面积小的纤维束形成了螺旋层的情况下，该纤维束的厚度减小相应的量，与之相伴纤维束的高度变低。此外，纤维束彼此间的间隙也变小。因此，与之相伴该螺旋层的凹凸也变小，可抑制向在该螺旋层的外侧形成的其它层(作为一例，为环状层)转印凹凸。由此，可减少由凹凸的螺旋层(指未进行用于变得平滑的处理而在表面产生凹凸的螺旋层，在图11、图12中用附图标记70B表示)所引起的、现有那样的结构性的纤维束弯曲，因此通过抑制形成于该螺旋层的外侧的层(例如环状层)的纤维束的结构性弯曲(起伏)，可提高该纤维束自身的疲劳强度。此外，也可使该螺旋层和在该螺旋层的外侧形成的层(例如环状层)薄层化、高Vf化(纤维体积含有率) 而提高破裂强度。在本专利技术涉及的罐中，优选，位于内层的螺旋层是最内层的螺旋层。通常，纤维束的层(螺旋层、环状层)中，越是位于内侧的层(靠近内衬的层)对强度的贡献度越大。这点，在如本专利技术那样通过截面积小的纤维束构成了最内层的螺旋层的情况下，可将与该最内螺旋层的外侧相邻的层(例如环状层)更平滑地卷绕，可抑制该层的纤维束的结构性弯曲(起伏)而有助于罐强度的提高。此外，在本专利技术涉及的罐中，优选，纤维束的截面积通过使构成纤维束的纤维数变化来进行。在使多条纤维成束而构成了纤维束的情况下，如果减少纤维数，则可与之相伴地使纤维束的截面积减小。或者，在本专利技术涉及的罐中，也优选，通过使对于构成螺旋层的纤维束的张力增大，使FRP层的层叠方向上的该纤维束的厚度减小。如果减小纤维束的厚度而成为扁平的， 则与之相伴地使该螺旋层的凹凸减小，可抑制向在该螺旋层的外侧形成的其它层(例如环状层)转印凹凸。此外，优选，作为构成在该螺旋层的外侧形成的其它层的纤维束，使用比构成此外的层的纤维束直径粗的纤维束。通过如上述那样增大在螺旋层的外侧形成的其它层的纤维束的直径，可减小该纤维束的弯曲移位，缓和作用的剪切应力。本专利技术涉及的罐的制造方法，该罐具有内衬；和FRP层，其包括在该内衬的外周卷绕纤维束而交替地形成的环状层和螺旋层，该制造方法中，对于位于FRP层的内层的多个螺旋层中的至少一层，通过卷绕截面积比构成形成于该螺旋层的外侧的其它层的纤维束的截面积小的纤维束来形成。此外，本专利技术涉及的筒体，具有FRP层，该FRP层包括卷绕纤维束而交替地形成的环状层和螺旋层，其中，在位于FRP层的内层的多个螺旋层中的至少一层中，构成该螺旋层的纤维束的截面积比构成形成于该螺旋层的外侧的其它层的纤维束的截面积小。专利技术的效果根据本专利技术，可避免因位于FRP层中的内层的螺旋层的表面的阶梯差的影响、导致与其外侧相邻的层(特别是环状层)的疲劳强度下降的现象。 附图说明图1是表示本专利技术的一个实施方式的罐的结构的剖视图和局部放大图。图2是表示本专利技术一个实施方式涉及的罐的结构的剖视图。图3是表示罐的金属盖附近的结构例的剖视图。图4是表示FRP层的螺旋层和环状层的结构例的局部放大图。图5是作为参考表示现有罐的FRP层的螺旋层和环状层的结构例的局部放大图。图6是作为参考表示现有罐的FRP层的最内螺旋层和其外侧的环状层的结构例的局部放大图。图7是表示本专利技术的其它实施方式的螺旋层的剖面形状例的图。图8是作为参考表示现有罐的螺旋层的剖面形状例的图。图9是表示本专利技术的其它实施方式的螺旋层和环状层的结构例的图。图10是作为参考表示现有罐的螺旋层和环状层的结构例的图。图11是作为参考表示现有螺旋卷绕的一例的立体图。图12是作为参考表示现有螺旋卷绕的一例的、沿罐轴向的投影图。图13是表示FW(纤维卷绕)装置的一个实例的图。图14是表示使用FW装置的纤维导引装置在内衬的外周卷绕纤维的状况的图。 具体实施例方式下面根据附图所示的实施方式的一例来详细说明本专利技术的构成。图1 图4表示本专利技术涉及的的实施方式。在下面，边例示边说明将本专利技术所涉及的罐(下面也称为高压罐)1应用于作为氢燃料供给源的高压氢罐的情况。氢罐可在燃料电池系统等中使用。高压罐1具有例如两端为大体半球状的圆筒形状的罐主体10和在该罐主体10的较长方向的一个端部安装的金属盖11。再有，在本说明书中，将大体半球状部分称为穹顶部，将筒状主干部分称为直线部，并分别用附图标记IcUlS表示(参照图1、图2等)。此外， 本实施方式中所示的高压罐1在两端具有金属盖11，但是，为便于说明，将表示该高压罐1 的重要部分的图3中的X轴的正方向(箭头所指方向)设为前端侧且将负方向设为基端侧来进行说明。与该X轴垂直的Y轴的正方向(箭头所指方向)指罐外周侧。罐主体10具有例如二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：大冢力，水野基弘，大坪弘和，野村慎一，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：