JP2000314498A

JP2000314498A - 圧力タンク

Info

Publication number: JP2000314498A
Application number: JP12536799A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kodama; 斎児玉
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量で十分な強度および寿命を有する圧力タ
ンクを提供すること。【解決手段】繊維強化プラスチック層１の内側に金属
層２を有し、前記金属層２の内側にプラスチック層３を
有する壁部からなる圧力タンクとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力タンクに関
し、とくに、ガスを燃料とする環境に負荷の少ない低公
害自動車などに好適に使用される長寿命で軽量な圧力タ
ンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】天然ガスなどのガスを燃料とする自動車
は、ガソリンや軽油を燃料とする従来の自動車と比較し
て、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の排出が少なく、黒煙、ＳＯ
ｘの排出がゼロとなる排気ガスがクリーンで、ＣＯ２の
排出が少ない低公害車である。このようなガスを燃料と
する自動車は、ガソリンや軽油を燃料とする従来の自動
車と、エンジンや車の構造は基本的には同一である。

【０００３】しかしながら、このようなガスを燃料とす
る自動車では、ガス容器として使用される圧力タンクが
必要であり、この圧力タンクの重量分の重量が増加する
ため、航続距離、積載量、定員数が少ないことが問題と
なっている。この問題を解決するため、特開昭５９−９
２１３１「複合構造様式の圧力容器の製造法」に見られ
るように、圧力タンクの軽量化を目的とした圧力タンク
の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）化が検討されてお
り、近年は実用化されるに至った。

【０００４】ＦＲＰは、軽量で強度、弾性率が高く、圧
力タンクを形成する材質として好ましいものである。Ｆ
ＲＰを利用した圧力タンクには、主として、全てをＦＲ
Ｐで形成したタイプと、鋼、アルミ合金等の金属をＦＲ
Ｐで補強したタイプがある。金属をＦＲＰで補強したタ
イプの圧力タンクは、圧力タンクの強度を負担する層が
使用実績のある金属であり、設計強度データも完備して
いるため、強度の信頼性において優れたものである。金
属をＦＲＰで補強する場合には、特開昭５９−９２１３
１にも記載されているように、アルミ合金を用いるケー
スが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属を
ＦＲＰで補強したタイプの圧力タンクは、金属が天然ガ
スなどのガスによって腐食するため、長期にわたって使
用することが困難であり、問題となっていた。本発明
は、前記事情に鑑みてなされたもので、このような問題
を解決し、軽量で十分な強度および寿命を有する圧力タ
ンクを提供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の圧力タンクは、
繊維強化プラスチック層の内側に金属層を有し、前記金
属層の内側にプラスチック層を有する壁部からなること
を特徴とする。このような圧力タンクは、繊維強化プラ
スチックを用いたものであるので、軽量であり、繊維強
化プラスチック層の内側に金属層を有するものであるの
で、強度の信頼性に優れたものとなる。さらに、金属層
の内側にプラスチック層を有するものであるので、金属
層の腐食を防ぐことができ、圧力タンクの寿命を長くす
ることができる。

【０００７】この圧力タンクにおいては、前記プラスチ
ック層は、エポキシ樹脂またはエポキシ変性シリコン樹
脂からなることが望ましい。エポキシ樹脂およびエポキ
シ変性シリコン樹脂は、機械的強度、耐酸性、耐熱性、
耐油性、アブレージョン性に優れたものであるため、圧
力タンクの寿命をより一層長くすることができる。

【０００８】また、前記繊維強化プラスチック層は、引
張弾性率が２５０Ｇｐａ以上で、かつ引張強度が４．８
Ｇｐａ以上の炭素繊維を用いたものであることが望まし
い。このような圧力タンクとすることで、圧力タンクの
重量を軽減し、破裂圧を向上させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して詳しく説明
する。図１は、本発明の圧力タンクの一例を示した断面
図である。この圧力タンクは、繊維強化プラスチック層
１の内側に金属層２を有し、金属層２の内側にプラスチ
ック層３を有する壁部からなるものである。

【００１０】繊維強化プラスチック層（以下、「ＦＲＰ
層」と略記する。）１に用いられる補強繊維の材質とし
ては、特に限定されるものではなく、ガラス繊維、炭素
繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、ポリエステル繊維、
炭化珪素繊維、ホウ素繊維、パルプなどの天然繊維、ス
テンレススチール繊維などが使用可能であるが、圧力タ
ンクの軽量化と剛性および耐衝撃強度の向上を達成する
ためには、炭素繊維を使用することが好ましい。炭素繊
維としては、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系のいずれ
のものを使用してもよい。なお、前記補強繊維として
は、上述した各種の繊維を複数組み合わせて使用しても
よい。

【００１１】前記ＦＲＰ層１中における補強繊維の形態
としては、連続した補強繊維束を一方向に引き揃えたロ
ービング、連続した補強繊維束を製織して織布とした補
強繊維クロス、５〜１００ｍｍ程度に切断した補強繊維
束からなるチョップドストランド、または、チョップド
ストランドを不定方向に分散したものをバインダーで固
定したチョップドストランドマットなどを挙げることが
できるが、あらゆる方向に対して圧力タンクの強度を向
上させるためには、例えば、連続した補強繊維束を一方
向に引き揃えたロービングが好ましい。特に、金属層２
がアルミ合金からなる場合には、引張弾性率が２５０Ｇ
ｐａ以上かつ引張強度が４．８Ｇｐａ以上の炭素繊維を
用いることにより、アルミ層の破裂圧を向上できるため
好都合である。このＦＲＰ層１には、配向方向の異なる
複数の補強繊維が含まれていることが望ましい。

【００１２】ＦＲＰ層１を構成するマトリックス樹脂と
しては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹
脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、
ポリイミド樹脂、フラン樹脂、マレイミド樹脂、アクリ
ル樹脂などを用いることができるが、圧力タンクを高温
条件下で使用する際に問題となる熱変形を防止するため
には、熱硬化性の樹脂をマトリックス樹脂とすることが
好ましい。

【００１３】また、金属層２を構成する材質としては、
高張力鋼、ステンレス鋼、アルミ合金、チタン合金等の
公知の構造用金属を用いることができるが、５０系、６
０系耐食アルミ合金を用いれば、ガズバリア性と耐圧性
を兼ね備えることができ、好ましい。

【００１４】プラスチック層３を構成する材質として
は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、ウレタ
ン樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂などの公知の熱硬
化樹脂などを用いることができる。特に、エポキシ樹脂
およびエポキシ変性シリコン樹脂であれば、機械的強
度、耐酸性、耐熱性、耐油性、アブレージョン性に優れ
る層となるため好ましい。

【００１５】図１に示す圧力タンクは、例えば、以下の
ようにして製造することができる。まず、所定の厚みお
よび断面形状を有する金属製シリンダーを製造し、金属
層２とする。この金属製シリンダーの製造方法は、特に
限定されるものでなく、鍛造法（スエージング法）、鋳
造法の公知の連続的またはバッチ的な成形法を適宜採用
することができる。ついで、金属シリンダーの内表面に
塗装などによってプラスチック層３を形成する。このと
き、接着性の向上のために、金属面にプライマー層を介
して塗布することが好ましい。前記プライマー層を構成
する材質としては、プラスチック層３と金属層２とを強
固に接着することができるものであれば、特に限定され
るものでないが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素
樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂などが好ましく、特
に、本用途にはエポキシ樹脂が好ましい。続いて、金属
シリンダーの外側にＦＲＰ層１を形成して、圧力タンク
が得られる。ＦＲＰ層１の形成は、連続繊維に樹脂を含
浸して巻き付けるフィラメントワインディング法などに
よって行われる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例を示して詳細に説明す
る。＜実施例１＞６０６１耐食アルミ合金を使用し、スエー
ジング加工法でシリンダー部の厚さ３ｍｍの金属製シリ
ンダーを成形して金属層２とした。ついで、金属層２の
内面に、エポキシ塗料を５０〜７０μｍの厚さで吹付け
塗装してプラスチック層３を形成した。続いて、補強繊
維として炭素繊維であるパイロフィルＴＲＨ５０Ｓ−２
４Ｌ（三菱レイヨン株式会社製）を用い、マトリックス
樹脂であるエポキシ樹脂が３５重量％になるように含浸
し、予備硬化してトウプリプレグに加工し、これを用い
て金属層２をマンドレルとし、金属層２の円筒軸に対し
てほぼ０°としたヘリカル層と９０°層を５ｍｍの厚さ
に成形し、回転させながら１３０℃の硬化炉で１時間加
熱硬化してＦＲＰ層１を形成し、圧力タンクを得た。

【００１７】＜実施例２＞実施例１と同様にして金属層
２およびプラスチック層３を形成し、実施例１と同様の
補強繊維およびマトリックス樹脂を使用し、マトリック
ス樹脂が３５重量％になるようにコータで含浸し、フィ
ラメントワインディング法により実施例１と同様の厚さ
で巻き付けおよび加熱硬化してＦＲＰ層１を形成し、圧
力タンクを得た。

【００１８】このようにして得られた実施例１および実
施例２の圧力タンクの強度、耐久性、重量を調べた。そ
の結果、実施例１および実施例２の圧力タンクの強度
は、鋼製圧力タンクと同等程度であることが確認でき
た。また、耐久性は、鋼製圧力タンクと比較して、優れ
ていることが確認でき、重量は、１／３程度であること
が確認できた。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧力タン
クは、繊維強化プラスチック層の内側に金属層を有し、
前記金属層の内側にプラスチック層を有する壁部からな
るものであるので、軽量で、強度の信頼性に優れ、寿命
の長い圧力タンクとなる。したがって、この圧力タンク
を用いた天然ガス自動車とした場合、積載重量および定
員を増加することができる。さらに、車体の軽量化が可
能となるため、エンジンの小型化と航続距離の増大化が
達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧力タンクの一例を示した断面図で
ある。

【符号の説明】

１繊維強化プラスチック層（ＦＲＰ層）２金属層３プラスチック層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維強化プラスチック層の内側に金属層
を有し、前記金属層の内側にプラスチック層を有する壁
部からなることを特徴とする圧力タンク。
【請求項２】前記プラスチック層は、エポキシ樹脂ま
たはエポキシ変性シリコン樹脂からなることを特徴とす
る請求項１記載の圧力タンク。
【請求項３】前記繊維強化プラスチック層は、引張弾
性率が２５０Ｇｐａ以上で、かつ引張強度が４．８Ｇｐ
ａ以上の炭素繊維を用いたものであることを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の圧力タンク。