ガス容器およびその製造方法
【課題】 経時的なガスリークを適切に抑制し、気密性を高めることができるガス容器およびその製造方法を課題とする。
【解決手段】 少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材２１を複数個接合して構成された樹脂ライナ１１と、樹脂ライナ１１の外周に配置された補強層１２と、を有するガス容器１であって、樹脂ライナ１１に接合され、ライナ構成部材２１，２１間の接合境界４０を覆う被覆部材４を備えたものである。被覆部材４は、接合境界４０を外部から覆う。
【解決手段】 少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材２１を複数個接合して構成された樹脂ライナ１１と、樹脂ライナ１１の外周に配置された補強層１２と、を有するガス容器１であって、樹脂ライナ１１に接合され、ライナ構成部材２１，２１間の接合境界４０を覆う被覆部材４を備えたものである。被覆部材４は、接合境界４０を外部から覆う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂ライナとその外周に配置した補強層とを有するガス容器およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素やＣＮＧ（圧縮天然ガス）を貯留するガス容器として、軽量化等の観点から、内殻を樹脂ライナで構成し、樹脂ライナの外周面をＦＲＰなどの補強層（外殻）で補強したものが開発されている（例えば、特許文献１ないし４参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載のガス容器の樹脂ライナは、お碗状の一対のライナ構成部材を接合して、全体として密閉円筒状としたものである。この場合、一対のライナ構成部材をポリエチレンなどの熱可塑性樹脂で形成し、一対のライナ構成部材の端部同士を熱板溶着することで、一体化された樹脂ライナを構成している。また、ライナ構成部材の縮径した端壁部に口金をインサート成形している。
【０００４】
特許文献２や特許文献３に記載のガス容器は、ブロー成形の際に樹脂ライナと口金とを一体的に接合している。そして、樹脂ライナと口金との接合強度を高めるべく、口金に締付け部材を設けたり、口金と樹脂ライナとの間に凹凸形状を設けたりしている。
【特許文献１】特開２００４−２１１７８３号公報（第２図および第５頁）
【特許文献２】特開平８−２１０３８８号公報
【特許文献３】特開平８−２１９３８９号公報
【特許文献４】特開２００４−１９７８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のガス容器は、樹脂ライナを溶着によって継ぎ合わせて製造しているため、溶着時の位置決めや溶着時間によっては、ライナ構成部材同士の接合境界（溶接線）からガスがリークするおそれがあった。
また、このガスリークに関する問題は、特許文献１ないし３に記載の樹脂ライナと口金との境界においても生じることが考えられる。
【０００６】
本発明は、経時的なガスリークを適切に抑制し、気密性を高めることができるガス容器およびその製造方法を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するべく、本発明のガス容器は、少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材を複数個接合して構成された樹脂ライナと、樹脂ライナの外周に配置された補強層と、を有するガス容器であって、樹脂ライナに接合され、ライナ構成部材間の接合境界を覆う被覆部材を備えている。
【０００８】
本発明のガス容器の製造方法は、少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材を複数個接合して構成された樹脂ライナと、樹脂ライナの外周に配置された補強層と、を有するガス容器の製造方法であって、複数のライナ構成部材同士を接合して樹脂ライナを構成した後、ライナ構成部材間の接合境界を被覆部材で覆い、その後、被覆部材と樹脂ライナとを接合して、樹脂ライナの外周に補強層を配置するものである。
【０００９】
これらの構成によれば、ライナ構成部材間の接合境界を被覆部材で覆っているため、接合境界からのガスのリークを遮断又はリーク経路を長くすることができる。これにより、ガス容器からの経時的なガスリークを適切に抑制することができ、ガス容器の気密性を高め得る。また、被覆部材により接合境界の強度を高め得る。
【００１０】
ここで、「少なくとも一部（一端側）が中空円筒状のライナ構成部材」には、ライナ構成部材が全体として円筒状、環状、お碗状、ドーム状等の形状を有することが含まれる。例えば、一対の（半割りの）ライナ構成部材により樹脂ライナが構成される場合には、各ライナ構成部材は、全体としてお碗状に形成される。また、三以上のライナ構成部材により樹脂ライナが構成される場合には、樹脂ライナの両端のライナ構成部材はそれぞれ全体としてお碗状に形成され、この間に位置するライナ構成部材は全体として中空の円筒状または環状に形成される。
【００１１】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナと補強層との間に位置して、ライナ構成部材間の接合境界を外部から覆うことが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、樹脂ライナに被覆部材を作業性良く接合することができる。
【００１３】
この場合、被覆部材は、接合境界を含む両側のライナ構成部材の外周面に接合されていることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、ガスのリークをより一層抑制し得る。
【００１５】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、ライナ構成部材と同種の樹脂材料からなることが、好ましい。
【００１６】
この構成によれば、被覆部材とライナ構成部材との接合性を高め得る。例えば、被覆部材とライナ構成部材との溶着性や接着性を高め得る。
【００１７】
本発明の別の観点からすれば、被覆部材の膨張係数は、ライナ構成部材の膨張係数より小さいことが、好ましい。
【００１８】
この構成によれば、ガス容器の内圧に伴って樹脂ライナが膨張しても、被覆部材は樹脂ライナよりも小さい膨張量で膨張する。これにより、樹脂ライナと被覆部材との密着力を高めることができ、気密性を向上することができる。
【００１９】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、環状の部材であることが、好ましい。
【００２０】
この構成によれば、ライナ構成部材間の接合境界を周方向に亘って被覆部材で覆うことができる。
【００２１】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、レーザ溶着によりライナ構成部材同士の接合部分に接合されていることが、好ましい。
【００２２】
この構成によれば、熱的影響箇所を最小限にしつつ、ライナ構成部材同士の接合部分と被覆部材とを短時間且つ低コストで接合することができる。
【００２３】
この場合、被覆部材はレーザ透過性を有し、ライナ構成部材はレーザ吸収性を有することが、好ましい。
【００２４】
この構成によれば、レーザに対する透過性または吸収性の特性を被覆部材またはライナ構成部材に持たせているため、これらを適切に接合することができる。
【００２５】
本発明の好ましいガス容器の一態様によれば、被覆部材は、接着剤によりライナ構成部材同士の接合部分に接合されていてもよい。
【００２６】
この構成によれば、ライナ構成部材同士の接合部分と被覆部材とを簡易に接合することができる。なお、接着剤は、ガス透過性の低い材料であることが好ましい。
【００２７】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分とを係合する係合構造を備えたことが、好ましい。
【００２８】
この構成によれば、製造過程において、被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分とを係合構造により係合して、両者を接合することができる。これにより、治具などを用いずとも、両者の位置ずれを好適に抑制し得る。また、製造後においても、被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分とは、係合構造により係合されているため、強度を高め得る。なお、係合構造は、例えば、被覆部材に設けた凹状の係合部と、ライナ構成部材同士の接合部分に設けられた凸状の係合受け部と、で構成すればよい。
【００２９】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分との間には、これらの間をシールするシール部材が介装されていることが、好ましい。
【００３０】
この構成によれば、ガスのリークをより一層抑制することができる。
【００３１】
この場合、シール部材は、ライナ構成部材間の接合境界を挟んだ両側に位置し又は接合境界に接した状態で位置していることが、好ましい。
【００３２】
この構成によれば、例えば後者の位置の場合には、シール部材で接合境界を直接シールすることができる。
【００３３】
本発明の他のガス容器は、樹脂ライナと、樹脂ライナの外周に配置された補強層と、樹脂ライナの一端に設けられた口金と、を有するガス容器であって、樹脂ライナおよび口金の少なくとも一つに接合され、樹脂ライナと口金との境界を覆う被覆部材を備えたものである。
【００３４】
この構成によれば、樹脂ライナと口金との境界を被覆部材で覆っているため、この境界からのガスのリークを遮断又はリーク経路を長くすることができる。これにより、ガス容器からの経時的なガスリークを適切に抑制することができ、ガス容器の気密性を高め得る。また、この境界部分の強度を被覆部材により高め得る。なお、被覆部材は、樹脂ライナと口金との境界を覆いつつ、これらの両方に接合されることが好ましい。
【００３５】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナと口金との境界を、ガス容器の外部側から覆うことが、好ましい。
【００３６】
この構成によれば、樹脂ライナおよび／または口金に被覆部材を作業性良く接合することができる。
【００３７】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナと同種の樹脂材料からなることが、好ましい。
【００３８】
この構成によれば、被覆部材と樹脂ライナとの接合性を高め得る。
【００３９】
本発明の別の観点からすれば、被覆部材の膨張係数は、樹脂ライナの膨張係数より小さいこと、が好ましい。
【００４０】
この構成によれば、ガス容器の内圧により樹脂ライナと被覆部材との密着力が高まり、気密性を向上し得る。
【００４１】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は環状の部材であることが、好ましい。
【００４２】
この構成によれば、樹脂ライナと口金との境界を周方向に亘って被覆部材で覆うことができる。
【００４３】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナおよび口金の少なくとも一つに接着剤により接合されていることが、好ましい。
【００４４】
この構成によれば、被覆部材を簡易に接合することができる。
【００４５】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナにレーザ溶着により接合されていることが、好ましい。
【００４６】
この構成によれば、熱的影響箇所を最小限にしつつ、被覆部材と樹脂ライナとを短時間且つ低コストで接合することができる。
【００４７】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材と前記境界の近傍との間には、これらの間をシールするシール部材が介装されていることが、好ましい。
【００４８】
この構成によれば、ガスのリークをより一層抑制することができる。
【００４９】
この場合、シール部材は、前記境界を含む両側に位置し又は前記境界に接した状態で位置していることが、好ましい。
【発明の効果】
【００５０】
以上説明した本発明のガス容器およびその製造方法によれば、経時的なガスリークを適切に抑制し、気密性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係るガス容器およびその製造方法について説明する。このガス容器は、樹脂ライナの構成要素であるライナ構成部材間の接合境界や、樹脂ライナと口金との境界を被覆部材で覆うことで、ガスのリークを抑制したものである。以下の第１実施形態〜第３実施形態では、ライナ構成部材間の接合境界を被覆部材で覆ったガス容器について説明する。第４実施形態以降では、口金側に被覆部材を設けたガス容器について説明する。なお、第２実施形態以降では、第１実施形態と共通する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、ガス容器１は、全体として密閉円筒状の容器本体２と、容器本体２の長手方向の両端部に取り付けられた口金３，３と、容器本体２のライナ間のつなぎ目に設けられたパッチ４（被覆部材）と、を具備している。容器本体２の内部は、各種のガスを貯留する貯留空間５となっている。ガス容器１は、常圧のガスを充填することもできるし、常圧に比して圧力が高められたガスを充填することもできる。すなわち、本発明のガス容器１は、高圧ガス容器として機能することができる。
【００５３】
例えば、燃料電池システムでは、高圧の状態で用意された燃料ガスを減圧して、燃料電池の発電に供している。本発明のガス容器１は、高圧の燃料ガスを貯留するのに適用することができ、燃料ガスとしての水素や、原燃料の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）などを貯留することができる。ガス容器１に充填される水素の圧力としては、例えば３５ＭＰａあるいは７０ＭＰａであり、ＣＮＧの圧力としては、例えば２０ＭＰａである。以下は、高圧水素ガス容器を一例に説明する。
【００５４】
容器本体２は、ガスバリア性を有する内側の樹脂ライナ１１（内殻）と、樹脂ライナ１１の外周に配置された補強層１２（外殻）と、の二層構造を有している。補強層１２は、例えば炭素繊維とエポキシ樹脂を含むＦＲＰからなる。補強層１２は、樹脂ライナ１１の外表面およびパッチ４の外表面を被覆するようにこれらを巻きつけている。
【００５５】
口金３は、例えばステンレスなどの金属で形成され、容器本体２の半球面状をした端壁部の中心に設けられている。口金３の開口部の内周面には、めねじが刻設されており、配管やバルブアッセンブリ１４（バルブボデー）などの機能部品が、このめねじを介して口金３にねじ込み接続可能となっている。なお、図１では、一の口金３にのみに設けたバルブアッセンブリ１４を二点鎖線で示した。
【００５６】
例えば、燃料電池システム上のガス容器１は、バルブや継手等の配管要素を一体的に組み込んだバルブアッセンブリ１４を介して、貯留空間５と図示省略した外部のガス流路との間が接続される。そして、バルブアッセンブリ１４およびガス流路を通って、貯留空間５に水素が充填されると共に貯留空間５から水素が放出される。
【００５７】
樹脂ライナ１１は、長手方向の中央で二分割された一対のライナ構成部材２１，２１（割体）を接合して構成されている。すなわち、樹脂ライナ１１は、ほぼ同形状の半割り中空体からなる一対のライナ構成部材２１，２１同士を接合して、密閉型（ただし、口金３側の開口を除く。）の容器状となる。樹脂ライナ１１を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６６などが挙げられる。
【００５８】
ライナ構成部材２１は、回転成形やブロー成形などの各種の成形法で形成することができ、本実施形態では、成形精度が良好な射出成形により形成されている。射出成形の際に、ライナ構成部材２１と口金３とを一体的に結合（接合）することができる。すなわち、口金３にライナ構成部材２１をインサート成形（一体成形）している。
【００５９】
ライナ構成部材２１は、樹脂ライナ１１の軸方向に所定の長さで延在する胴部３１を有している。胴部３１の軸方向の両端側は、開口しており、口金３がインサート成形された一端側３２は、他端側の略円筒状の接合部３３に比べて縮径している。なお、二つのライナ構成部材２１，２１にそれぞれ口金３，３を設けたが、一方のライナ構成部材２１の口金３を省略した場合には、胴部３１の一端側３２は閉塞端となる。
【００６０】
ここで、本明細書では、ライナ構成部材２１とは、分割構造の樹脂ライナ１１を構成する部材をいい、上述のように、少なくとも一端側（一部）が中空円筒状の形状を有するものをいう。したがって、ライナ構成部材２１の形状には、その全体の形状が円筒状、環状、お碗状、ドーム状等であることが含まれる。
【００６１】
一対のライナ構成部材２１，２１は、互いの接合部３３，３３の端面同士を突き合わせて、その端面同士が所定の溶接法で接合されている。所定の溶接法は、熱板溶接や、電子ビーム溶接など各種の方法を用いることができ、本実施形態では、接合部３３周辺への熱的影響箇所を最小限にして短時間で接合可能なレーザ溶接を用いている。
【００６２】
レーザ溶接により、接合部３３，３３の端面同士が溶融して固化し、この端面同士を樹脂ライナ１１の周方向に亘って一体的に接合した溶着部が形成される。この溶着部は、ライナ構成部材２１，２１間の接合境界、またはつなぎ目などと言い換えることができる。以下の説明では、この溶着部を主として「接合境界４０」と記載する。また、以下の説明では、接合境界４０およびこれを挟む接合部３３，３３からなる領域、すなわちパッチ４が面する樹脂ライナ１１の領域を、ライナ構成部材２１，２１同士の接合部分４１と記載する。
【００６３】
なお、一方の接合部３３の接合端面をテーパ状とし、他方の接合部３３の接合端面を逆テーパ状とすることが好ましい。こうすることで、溶融面積を好適に確保することができ、樹脂ライナ１１の接合強度などを向上することができる。
【００６４】
図１ないし図３に示すように、被覆部材としてのパッチ４は、樹脂ライナ１１と補強層１２との間に位置して、接合境界４０を外部から周方向に亘って覆っている。パッチ４は、環状の部材からなり、接合部分４１の外径に対応した内径を有している。このため、パッチ４の内側に樹脂ライナ１１をその軸方向から挿入すると、パッチ４の内周面が接合部分４１の外周面に密着するようになっている。
【００６５】
パッチ４は、接合境界４０を含む両側のライナ構成部材２１，２１に例えば均等に密着して、これらに接合される。すなわち、パッチ４の軸方向の半部（幅方向の半部）は、一方のライナ構成部材２１の接合部３３に密着して接合され、パッチ４の軸方向の残りの半部は、他方のライナ構成部材２１の接合部３３に密着して接合される。
【００６６】
パッチ４の軸方向の長さは、接合境界４０とその近傍とを被覆可能な程度であればよく、例えば１ｃｍ〜２ｃｍであり、好ましくは１．５ｃｍである。また、パッチ４の厚みは、樹脂ライナ１１や補強層１２の厚みよりも小さいことが好ましく、好ましくは０．１ｃｍまたは樹脂ライナ１１の１／５であり、より好ましくは０．２５ｃｍまたは樹脂ライナ１１の１／２である。
【００６７】
パッチ４は、アルミニウムなどの金属、ガラス繊維布、または硬質の樹脂により形成することができる。この硬質の樹脂としては、エポキシ樹脂を用いることができる。本実施形態のパッチ４は、樹脂ライナ１１と同種の樹脂材料で形成されている。すなわち、樹脂製パッチ４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６６などで形成されている。このように、同種の樹脂材料とすることで、パッチ４と樹脂ライナ１１との接合性を高めることが可能となる。
【００６８】
パッチ４は、例えば溶接法により接合部分４１に接合される。溶接法は、超音波溶接やスポット溶接など適宜の方法を用いることができるが、本実施形態では、ライナ構成部材２１,２１同士の接合と同様にレーザ溶接を用いている。レーザ溶接が好適に行われるように、好ましい態様におけるパッチ４および樹脂ライナ１１は、レーザに対する所定の特性を有している。
【００６９】
具体的には、パッチ４は、レーザ透過性の熱可塑性樹脂で形成され、ライナ構成部材２１は、レーザ吸収性の熱可塑性樹脂で形成される。レーザ透過性の熱可塑性樹脂は、レーザ溶着に必要なエネルギーをレーザ吸収性側の接合部分４１に到達させる程度に、レーザに対する透過性を有していればよい。したがって、レーザ透過性の熱可塑性樹脂であっても、レーザ吸収性の特性を僅かに有していてもよい。
【００７０】
レーザ透過性の熱可塑性樹脂としては、上記した例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６６などを挙げることができるが、これらにガラス繊維などの補強繊維や着色剤を添加したものであってもよい。例えば、レーザ透過性のパッチ４は、白色、半透明または透明に形成される。
【００７１】
レーザ吸収性の熱可塑性樹脂は、レーザに対する吸収性を有していればよく、吸収したレーザにより発熱して溶融するものであればよい。レーザ吸収性の熱可塑性樹脂としては、上記した例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６６などを挙げることができるが、これらにガラス繊維などの補強繊維や着色剤を添加したものであってもよい。例えば、レーザ吸収性の熱可塑性樹脂が、レーザ透過性の熱可塑性樹脂と同一の樹脂である場合には、レーザ透過性の熱可塑性樹脂よりもカーボンを多く添加することで形成される。この場合には、接合部分４１は、例えば黒色に形成される。
【００７２】
パッチ４と接合部分４１とは、これらの周方向に亘ってレーザ溶着により互いに接合されている。レーザ溶着は、パッチ４の外側から図示省略したレーザトーチによりレーザを照射し、接合部分４１の外周面の樹脂を加熱溶融すると共に、この外周面からの熱伝達によりパッチ４の内周面の樹脂を加熱溶融することで行われる。
【００７３】
したがって、レーザ溶着後には、パッチ４と接合部分４１との間には、レーザ吸収性およびレーザ透過性の両方の樹脂が入り絡まった状態の溶着部が存在する。溶着部は、パッチ４の内周面の全領域を接合部分４１に溶着した部分であってもよいし、パッチ４の内周面を部分的に接合部分４１に溶着した部位であってもよい。本実施形態では部分的溶接を施して、図３に溶着部の溶接ライン４２，４２を示すように、パッチ４の両側の内周縁部を接合部分４１にレーザ溶着している。
【００７４】
なお、レーザ溶着のための特性を考慮すると、パッチ４および接合部分４１の少なくとも一方には、発熱性材料を含ませておくとよい。こうすることで、レーザ溶着の際の樹脂の溶融を促進することができ、より一層適切に接合することができる。発熱性材料は、セラミックス、黒鉛、樹脂および金属の少なくも一つであればよい。また、発熱性材料は塗布により設けてもよいし、発熱性材料を練入したシートを貼付することで設けるようにしてもよい。
【００７５】
また、レーザ溶着のための特性を考慮すると、ライナ構成部材２１全体にレーザ吸収性をもたせるのではなく、接合部分４１のみがレーザ吸収性を有していてもよい。
例えば、ライナ構成部材２１，２１の一方をレーザ吸収性の樹脂で、他方をレーザ透過性の樹脂で形成した場合には、ライナ構成部材２１，２１同士による形成される接合部分４１は、その半部がレーザ透過性となってしまう。この場合には、接合部分４１とパッチ４とをレーザ溶着する前に、接合部分４１の外周面にレーザ吸収性を有する吸収剤を塗布したり、この種の吸収剤を練入したシートを貼付したりして、接合部分４１の全外周面にレーザ吸収性の特性をもたせればよい。
【００７６】
図４は、パッチ４と接合部分４１とを他の接合法により接合した例を示す断面図である。
パッチ４は、接着剤により接合部分４１の外周面に接合されている。このため、パッチ４と接合部分４１との間には、接着剤による接着層５０が介在している。接着層５０は、パッチ４の内周面の全域を接合部分４１に接合させている。
【００７７】
接着層５０の接着剤は、エポキシ等を主成分とする熱硬化系のものや、液状ガスケット（ＦＩＰＧ：Formed In Place Gasket）系のものを用いることができる。液状ガスケットは、接着後の断面積が極力小さくなるように、シール厚が小さいものを用いることが好ましい。また、接着剤は、ガス透過性の低い材料を用いることが好ましく、そのガス透過性は、樹脂ライナ１１やパッチ４のそれよりも低いことが好ましい。また、接着剤は、水素吸着性能を有する材料を用いてもよい。この種の接着剤は、例えばエポキシを主成分として、水素吸蔵合金、活性炭素繊維、活性炭素粉末、カーボンナノチューブなどを少なくとも一種類添加してもよい。
【００７８】
ここで、ガス容器１の製造方法について簡単に説明する。
先ず、例えば、予め成形した一の口金３を金型内に配置し、この金型内に所定の熱可塑性樹脂を射出して、ライナ構成部材２１および口金３を一体成形する。この口金３付きライナ構成部材２１を二組製造する。次に、ライナ構成部材２１，２１同士の接合部３３,３３同士を面接触させ、この部分を周方向に亘ってレーザ溶着する。レーザ溶着後の接合部分４１を外側からパッチ４で覆い、接合部分４１とパッチ４とをレーザ溶着または接着剤等で接合する。その後、フィラメントワインディング法等により樹脂ライナ１１およびパッチ４の外表面に補強層１２を形成することで、ガス容器１が製造される。
【００７９】
なお、ライナ構成部材２１,２１同士のレーザ溶着や、接合部分４１とパッチ４とのレーザ溶着に先行して、これらを予備加熱しておくことが好ましい。これにより、レーザ溶着時の表面焼けを抑制できると共に、レーザ溶着を短時間にできる。また、接合部分４１とパッチ４とのレーザ溶着の際には、これらの間がより一層密着するように、樹脂ライナ１１の内外に圧力差を付与してもよい。圧力差の付与は、例えば口金３の開口部を利用して、樹脂ライナ１１の内部の密閉空間を減圧または加圧すればよい。さらに、レーザ溶着を低酸素雰囲気で行うようにするとよい。
【００８０】
ここで、本発明のガス容器１の作用について従来のガス容器１´と比較して説明する。
図５は、従来のガス容器１´の接合部分４１´を拡大して示す図である。一般に、接合境界４０´では、ガス容器１´内の水素ガスの濃縮により局所的にガス圧が高まり易い。このため、接合境界４０´を起点として、経時的に水素ガスがリークする可能性があった。また、接合境界４０´には応力集中等が働き、樹脂ライナ１１´の強度低下のおそれがあった。
【００８１】
図６は、本発明のガス容器１の接合部分４１を拡大して示す図である。上記のように、接合部分４１を塞ぐように覆うパッチ４により、接合境界４０を起点とした経時的な水素ガスのリークを遮断することができる。また、完全に遮断できないとしても、水素ガスのリーク経路が長くなるため、単位時間当たりのリーク量を減少することができる。
【００８２】
すなわち、図５に示す従来のリーク経路（樹脂ライナ１１´の厚みに相当）に比べて、図６に示す本発明のリーク経路は、パッチ４の軸方向の長さだけ長くなるため、単位時間当たりの水素ガスのリークを適切に抑制することができる。また、パッチ４の厚さ分だけ接合部分４１の肉厚が増加するため、接合部分４１周辺の剛性が高くなり、樹脂ライナ１１の強度を向上することができる。
【００８３】
以上のように、本実施形態のガス容器１によれば、接合境界４０をパッチ４で覆っているため、経時的な水素ガスのリークを適切に抑制することができ、気密性や強度を高めることができる。
【００８４】
なお、パッチ４を半リング形状や１／３リング形状など、適宜の分割リング形状としてもよい。こうすることで、特に接着剤によりパッチ４を接合部分４１に接合する場合の作業性を高めることができる。この場合、分割したパッチ４（パッチのピース）を接合部分４１に接合した後、パッチ４間（パッチのピース同士）も接着剤等により接合することが好ましい。
【００８５】
また、本発明のガス容器１は、接合部分４１をその内側からパッチ４で覆うようにする態様を排除するものではない。この場合には、パッチ４を分割リングで形成し、このパッチ４を口金３の開口部から樹脂ライナ１１内に挿入して、接合部分４１に接合すればよい。なお、ライナ構成部材２１が二つの場合について説明したが、三つ以上も同様である。すなわち、本発明は、軸方向に並ぶ複数のライナ構成部材を接合した樹脂ライナ１１に適用することができる。
【００８６】
以上、適宜説明した変形例は、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、後述の他の実施形態においても適用することができる。
【００８７】
＜第２実施形態＞
次に、図７を参照して、第２実施形態に係るガス容器１について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、パッチ４と接合部分４１とを係合する係合構造６０を設けたことである。
【００８８】
係合構造６０は、パッチ４の内周面に形成された凹溝状の係合部６１と、接合部分４１に形成された凸状の係合受け部６２と、で構成されている。係合部６１は、パッチ４の内周面の中央に周方向に亘って形成されている。パッチ４は、単一の環状部材であってもよいが、係合構造６０を考慮すると、上記した分割リング構造が好ましい。
【００８９】
係合受け部６２は、係合部６１に対応して、接合部分４１の外周面に周方向に亘って形成されている。すなわち、係合受け部６２は、一対のライナ構成部材２１，２１の各接合部３３，３３に形成された環状突部からなる。係合部６１が係合受け部６２に係合した状態では、パッチ４は、係合部６１の底面６５が接合部分４１に接触してこれを覆うと共に、係合部６１の両外側の内周面６６，６７が樹脂ライナ１１の外周面に接触する。この状態で、パッチ４と接合部分４１とがレーザ溶着や接着剤等によって接合される。
【００９０】
本実施形態によれば、パッチ４が、係合構造６０により接合部分４１を保持するようになるため、接合部分４１の強度を高めることができる。また、パッチ４を接合部分４１に接合する際に、係合構造６０により両者の位置ずれを好適に抑制することができ、接合精度を高め得る。さらに、第１実施形態よりも、接合境界４０を起点としてリーク経路が長くなるため、経時的な水素ガス（高圧ガス）のリークを適切に抑制することができる。
【００９１】
また、ガス容器１の内部に水素ガスを充填すると、その内圧によって、半径応力、軸応力および円周応力が作用する。それゆえ、図示矢印方向に、樹脂ライナ１１が半径方向において膨張するような力が作用すると共に、接合界面４０においてライナ構成部材２１,２同士が分離するような力が作用する。上記の係合構造６０を備えたパッチ４によれば、接合界面４０におけるライナ構成部材２１,２１同士の分離を構造上、抑制することができる。
【００９２】
ガス充填時の内圧に伴うガス容器１の変形を考慮すると、パッチ４には、樹脂ライナ１１よりも膨張係数の小さい材料を用いることが好ましい。こうすることで、樹脂ライナ１１の膨張量よりもパッチ４の膨張量が小さくなる。つまり、パッチ４が、接合部分４１よりも径方向に膨張しないようになる。これにより、ガス充填時のパッチ４と接合部分４１との密着力を高めることができ、ガス容器１の気密性をより一層向上することができる。この点、第１実施形態も同様であり、第１実施形態のパッチ４も樹脂ライナ１１より膨張係数が小さいことが好ましい。
【００９３】
なお、係合構造６０として凹凸構造を例に説明したがこれに限るものではない。例えば、係合構造６０として螺合構造を用いてもよい。その場合には、パッチ４の内周面にめねじを刻設し、接合部分４１の外周面におねじを刻設すればよい。
【００９４】
＜第３実施形態＞
次に、図８および図９を参照して、第３実施形態に係るガス容器１について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、パッチ４と樹脂ライナ１１の接合部分４１との間に位置し、パッチ４と接合部分４１との間をシールするためのシール部材（７１，７２，９１）を介装したことである。
【００９５】
図８に示すように、シール部材７１，７２は、接合境界４０を挟んだ（含んだ）両側の位置に一対が設けられている。各シール部材７１，７２は、Ｏリングからなる。一方、パッチ４には、各シール部材７１，７２を装着するための一対の環状溝８１，８２が形成されている。パッチ４は、一対の環状溝８１，８２間の内周面８４が接合境界４０の位置で樹脂ライナ１１に面接触して接合されると共に、各環状溝８１，８２の外側の内周面８５，８６が接合境界４０の近傍で樹脂ライナ１１に面接触して接合される。このような構成により、接合境界４０から水素ガスがリークしても、一対のシール部材７１，７２によって、さらなるリークを遮断することができる。
【００９６】
図９は、シール部材の他の態様を示している。
図９に示すように、シール部材９１は、接合境界４０に接した状態で設けられている。パッチ４には、シール部材９１を配置するための環状溝９２が形成されている。シール部材９１は、シール機能を有するゴムで構成すればよく、環状溝９２に焼付け等によって固着されている。パッチ４は、環状溝９２の外側の内周面９４，９５が接合境界４０の近傍で樹脂ライナ１１に面接触して接合される。したがって、シール部材９１により接合境界４０を外側から直接押さえつけるため、接合境界４０からの水素ガスのリークを遮断することができる。
【００９７】
以上のように、本実施形態によれば、いずれのシール部材（７１と７２、又は９１）の態様であっても、経時的な水素ガスのリークをより一層抑制することができる。特に、ガス貯蔵時の内圧に起因した樹脂ライナ１１の膨張により、シール部材（７１，７２，９１）はより潰れ込むようになるため、容器内圧が高圧であるほど、シール性が高まる構造となる。なお、本実施形態のシール構造と実施形態２の係合構造６０とを併用してもよい。
【００９８】
＜第４実施形態＞
次に、図１０を参照して、第４実施形態に係るガス容器１について相違点を中心に説明する。上記各実施形態との相違点は、上記のような被覆部材としてのパッチ１０１を口金３側に設け、口金３と樹脂ライナ１１との間からの水素ガスのリークを抑制した点である。
【００９９】
図１０に示すように、パッチ１０１は、樹脂ライナ１１と口金３との周方向に亘る境界１１０（つなぎ目）を、ガス容器１の外部から周方向に亘って覆っている。パッチ１０１は、アルミニウムなどの金属、ガラス繊維布、またはエポキシ樹脂などの硬質の樹脂により形成することができる。例えば、パッチ１０１は、樹脂ライナ１１と同種の熱可塑性の樹脂材料で形成され、レーザ透過性を有している。これに対応して、樹脂ライナ１１（ライナ構成部材２１）は、レーザ吸収性を有している。レーザに対する特性については、第１実施形態で説明した内容を適用することができる。
【０１００】
パッチ１０１は、環状の部材からなり、その内側に口金３を挿入可能に構成されている。パッチ１０１は、樹脂ライナ１１の外周面に接合される環状の第１の接合面１２１と、口金３の外周面に接合される環状の第２の接合面１２２と、を有している。
【０１０１】
詳細には、第１の接合面１２１は、樹脂ライナ１１の半球面状をした端壁部３２の外周面に対応して形成され、接合状態で端壁部３２の外周面に密着する。第２の接合面１２２は、口金３のテーパ部３ａの外周面に対応して形成され、接合状態で口金３の外周面に密着する。第１の接合面１２１は、パッチ１０１の端面により形成され、第２の接合面１２２は、パッチ１０１の中空部を構成する内周面により形成されている。
【０１０２】
第１の接合面１２１は、その外周縁がレーザ溶着により端壁部３２の外周面に周方向に亘って接合されている。そのレーザ溶着部を符号１３１で示す。なお、第１の接合面１２１と端壁部３２とを他の溶接法や接着剤により接合してもよい。
【０１０３】
第２の接合面１２２は、その全面が接着剤によりテーパ部３ａの外周面に周方向に亘って接合されている。その接着剤による接着層を符号１３２で示す。接着剤は、第１実施形態で説明した接着層５０の接着剤と同様に、熱硬化系接着剤や液状ガスケットを用いることができ、シール厚が小さいことが好ましい。また、接着剤は、樹脂ライナ１１やパッチ１０１よりもガス透過性の低い材料であることが好ましい。
【０１０４】
本実施形態のガス容器１の製造過程においては、口金３付きのライナ構成部材２１を互いに接合するレーザ溶着に前後して、パッチ１０１を口金３の外周側にはめ込み、口金３とライナ構成部材２１との境界１１０をパッチ１０１で覆うようにする。そして、パッチ１０１の第１の接合面１２１を口金３にレーザ溶着で接合し、パッチ１０１の第２の接合面１２２をライナ構成部材２１に接着剤で接合する。また、ライナ構成部材２１，２１間の接合境界（４０）をパッチ（４）で覆う。最終的に、フィラメントワインディング法等により樹脂ライナ１１の外表面に補強層１２を形成する。補強層１２と樹脂ライナ１１との間に、本実施形態のパッチ１０１および第１実施形態のパッチ（４）が位置するようになり、ガス容器１が製造される。
【０１０５】
なお、第１実施形態と同様に、レーザ溶着が良好に行われるように、パッチ１０１とライナ構成部材２１とを予備加熱してもよい。また同様に、パッチ１０１とライナ構成部材２１との間がより一層密着するように、レーザ溶着の際に樹脂ライナ１１の内外に圧力差を付与してもよいし、レーザ溶着を低酸素雰囲気で行うようにしてもよい。
【０１０６】
ここで、本発明のガス容器１の作用について従来のガス容器１´´と比較して説明する。
図１１は、従来のガス容器１´´を示す図である。ガス容器１´´の製造上、境界１１０´´を起点として、経時的に水素ガスがリークする可能性があった。また、境界１１０´´には応力集中等が働き、強度に悪影響を与えるおそれがあった。
【０１０７】
図１２は、本発明のガス容器１を示す図である。上記のように、境界１１０を塞ぐように覆うパッチ１０１により、境界１１０を起点とした経時的な水素ガスのリークを遮断することができる。また、完全に遮断できないとしても、水素ガスのリーク経路がテーパ部３ａの長さだけ長くなるため、単位時間当たりのリーク量を減少することができる。さらに、パッチ１０１によって、口金３周辺の剛性が高くなり、この部分の強度を向上することができる。また、一般に口金３は振動や配管要素からの外力によって緩むことがあるが、パッチ１０１が口金３と樹脂ライナ１１との両者に亘って接合しているため、口金３の緩みも好適に抑制することができる。
【０１０８】
以上のように、本実施形態のガス容器１によれば、口金３とライナ構成部材２１との境界１１０をパッチ１０１で覆っているため、経時的な水素ガスのリークを適切に抑制することができ、気密性や強度を高めることができる。特に、パッチ１０１の材料として樹脂ライナ１１の材料よりも膨張係数の小さいものを用いれば、ガス貯蔵時の樹脂ライナ１１の膨張の際に、パッチ１０１とライナ構成部材２１との間の密着力を高めることができる。これにより、気密性をより一層向上することができる。
【０１０９】
なお、本発明のガス容器１は、その内側から境界１１０をパッチ１０１で覆うようにする態様を排除するものではない。また、パッチ１０１を樹脂ライナ１１にのみ、あるいはパッチ１０１を口金３にのみ接合するようにしてもよいが、上記のように、パッチ１０１を両者に接合した方がガスのリークを適切に抑制することができる。
【０１１０】
＜第５実施形態＞
次に、図１３および図１４を参照して、第５実施形態に係るガス容器１について相違点を中心に説明する。第４実施形態との相違点は、パッチ１０１と境界１１０の近傍との間に、これらの間をシールするためのシール部材（１４１，１４２，１５０）を介装したことである。
【０１１１】
図１３に示すように、二つのシール部材１４１，１４２は、Ｏリングからなり、境界１１０を挟んだ両側の位置に設けられている。一方のシール部材１４１は、パッチ１０１の端面に形成した環状溝１４５に装着されて、パッチ１０１と端壁部３２との間をシールする。他方のシール部材１４２は、パッチ１０１の内周面に形成した環状溝１４６に装着されて、パッチ１０１とテーパ部３ａとの間をシールする。
【０１１２】
そして、パッチ１０１は、環状溝１４５を除く端面の部分（例えば外周縁部）が端壁部３２に例えばレーザ溶接で接合され、環状溝１４６を除く内周面の部分がテーパ部３ａに接着剤で接合される。このような構成により、境界１１０から水素ガスがリークしても、二つのシール部材１４１，１４２によって、さらなるリークを遮断することができる。
【０１１３】
図１４は、シール部材の他の態様を示している。
図１４に示すように、シール部材１５０は、境界１１０に接した状態で設けられ、さらに境界１１０を挟んだ両側にも延在している。シール部材１５０は、シール機能を有するゴムで構成すればよく、パッチ１０１に焼付け等によって予め固着されている。すなわち、シール部材１５０は、第１の接合面１２１に固着された第１のシール層１５１と、第２の接合面１２２に固着された第２のシール層１５２と、を連ねて構成されており、第１のシール層１５１と第２のシール層１５２との交差部が境界１１０に接している。
【０１１４】
この場合には、パッチ１０１は、シール部材１５０を介して端壁部３２およびテーパ部３ａの両者に接着剤により接合されている。したがって、シール部材１５０により境界１１０を外側から直接押さえつけて塞ぐため、境界１１０からの水素ガスのリークを確実性良く遮断することができる。
【０１１５】
以上のように、本実施形態によれば、いずれのシール部材（１４１と１４２、または１５０）の態様であっても、経時的な水素ガスのリークをより一層抑制することができる。特に、パッチ１０１の材料を樹脂ライナ１１の材料よりも膨張係数の小さいものを用いれば、ガス貯蔵時の内圧に起因した樹脂ライナ１１の膨張時に、シール部材（１４１，１４２，１５０）はより潰れ込むようになり、シール性が高まる。容器内圧が高圧であるほど、シール性が高まる構造となり、ガス容器１の気密性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
上記した本発明のガス容器１は、燃料電池システムを搭載した車両などに用いるのに好適である。また、車両以外の航空機や船舶など、ガス容器１に貯留されたガスを動力源として用いる輸送機関にも、本発明のガス容器１を好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】第１実施形態に係るガス容器の断面図である。
【図２】第１実施形態に係るガス容器の樹脂ライナと被覆部材とを分解して示す分解斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るガス容器の一部を裁断して示す断面図である。
【図４】第１実施形態の変形例に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】従来のガス容器のガスのリークについて説明する断面図である。
【図６】第１実施形態にガス容器のガスのリークについて説明する断面図である。
【図７】第２実施形態に係るガス容器の係合構造を示す断面図であり、（ａ）係合前の状態、（ｂ）係合後の状態を示すものである。
【図８】第３実施形態に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【図９】第３実施形態の変形例に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【図１０】第４実施形態に係るガス容器を示す図であり、（ａ）口金まわりの断面図、（ｂ）口金まわりの側面図である。
【図１１】従来のガス容器のガスのリークについて説明する断面図である。
【図１２】第４実施形態に係るガス容器のガスのリークについて説明する断面図である。
【図１３】第５実施形態に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【図１４】第５実施形態に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１：ガス容器、３：口金、４：パッチ（被覆部材）、１１：樹脂ライナ、１２：補強層、２１：ライナ構成部材、４０：接合境界、４１：接合部分、５０：接着層、６０：係合構造６０、７１，７２，９１：シール部材、１０１：パッチ(被覆部材)、１４１，１４２，１５０：シール部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂ライナとその外周に配置した補強層とを有するガス容器およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素やＣＮＧ（圧縮天然ガス）を貯留するガス容器として、軽量化等の観点から、内殻を樹脂ライナで構成し、樹脂ライナの外周面をＦＲＰなどの補強層（外殻）で補強したものが開発されている（例えば、特許文献１ないし４参照。）。
【０００３】
特許文献１に記載のガス容器の樹脂ライナは、お碗状の一対のライナ構成部材を接合して、全体として密閉円筒状としたものである。この場合、一対のライナ構成部材をポリエチレンなどの熱可塑性樹脂で形成し、一対のライナ構成部材の端部同士を熱板溶着することで、一体化された樹脂ライナを構成している。また、ライナ構成部材の縮径した端壁部に口金をインサート成形している。
【０００４】
特許文献２や特許文献３に記載のガス容器は、ブロー成形の際に樹脂ライナと口金とを一体的に接合している。そして、樹脂ライナと口金との接合強度を高めるべく、口金に締付け部材を設けたり、口金と樹脂ライナとの間に凹凸形状を設けたりしている。
【特許文献１】特開２００４−２１１７８３号公報（第２図および第５頁）
【特許文献２】特開平８−２１０３８８号公報
【特許文献３】特開平８−２１９３８９号公報
【特許文献４】特開２００４−１９７８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のガス容器は、樹脂ライナを溶着によって継ぎ合わせて製造しているため、溶着時の位置決めや溶着時間によっては、ライナ構成部材同士の接合境界（溶接線）からガスがリークするおそれがあった。
また、このガスリークに関する問題は、特許文献１ないし３に記載の樹脂ライナと口金との境界においても生じることが考えられる。
【０００６】
本発明は、経時的なガスリークを適切に抑制し、気密性を高めることができるガス容器およびその製造方法を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するべく、本発明のガス容器は、少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材を複数個接合して構成された樹脂ライナと、樹脂ライナの外周に配置された補強層と、を有するガス容器であって、樹脂ライナに接合され、ライナ構成部材間の接合境界を覆う被覆部材を備えている。
【０００８】
本発明のガス容器の製造方法は、少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材を複数個接合して構成された樹脂ライナと、樹脂ライナの外周に配置された補強層と、を有するガス容器の製造方法であって、複数のライナ構成部材同士を接合して樹脂ライナを構成した後、ライナ構成部材間の接合境界を被覆部材で覆い、その後、被覆部材と樹脂ライナとを接合して、樹脂ライナの外周に補強層を配置するものである。
【０００９】
これらの構成によれば、ライナ構成部材間の接合境界を被覆部材で覆っているため、接合境界からのガスのリークを遮断又はリーク経路を長くすることができる。これにより、ガス容器からの経時的なガスリークを適切に抑制することができ、ガス容器の気密性を高め得る。また、被覆部材により接合境界の強度を高め得る。
【００１０】
ここで、「少なくとも一部（一端側）が中空円筒状のライナ構成部材」には、ライナ構成部材が全体として円筒状、環状、お碗状、ドーム状等の形状を有することが含まれる。例えば、一対の（半割りの）ライナ構成部材により樹脂ライナが構成される場合には、各ライナ構成部材は、全体としてお碗状に形成される。また、三以上のライナ構成部材により樹脂ライナが構成される場合には、樹脂ライナの両端のライナ構成部材はそれぞれ全体としてお碗状に形成され、この間に位置するライナ構成部材は全体として中空の円筒状または環状に形成される。
【００１１】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナと補強層との間に位置して、ライナ構成部材間の接合境界を外部から覆うことが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、樹脂ライナに被覆部材を作業性良く接合することができる。
【００１３】
この場合、被覆部材は、接合境界を含む両側のライナ構成部材の外周面に接合されていることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、ガスのリークをより一層抑制し得る。
【００１５】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、ライナ構成部材と同種の樹脂材料からなることが、好ましい。
【００１６】
この構成によれば、被覆部材とライナ構成部材との接合性を高め得る。例えば、被覆部材とライナ構成部材との溶着性や接着性を高め得る。
【００１７】
本発明の別の観点からすれば、被覆部材の膨張係数は、ライナ構成部材の膨張係数より小さいことが、好ましい。
【００１８】
この構成によれば、ガス容器の内圧に伴って樹脂ライナが膨張しても、被覆部材は樹脂ライナよりも小さい膨張量で膨張する。これにより、樹脂ライナと被覆部材との密着力を高めることができ、気密性を向上することができる。
【００１９】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、環状の部材であることが、好ましい。
【００２０】
この構成によれば、ライナ構成部材間の接合境界を周方向に亘って被覆部材で覆うことができる。
【００２１】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、レーザ溶着によりライナ構成部材同士の接合部分に接合されていることが、好ましい。
【００２２】
この構成によれば、熱的影響箇所を最小限にしつつ、ライナ構成部材同士の接合部分と被覆部材とを短時間且つ低コストで接合することができる。
【００２３】
この場合、被覆部材はレーザ透過性を有し、ライナ構成部材はレーザ吸収性を有することが、好ましい。
【００２４】
この構成によれば、レーザに対する透過性または吸収性の特性を被覆部材またはライナ構成部材に持たせているため、これらを適切に接合することができる。
【００２５】
本発明の好ましいガス容器の一態様によれば、被覆部材は、接着剤によりライナ構成部材同士の接合部分に接合されていてもよい。
【００２６】
この構成によれば、ライナ構成部材同士の接合部分と被覆部材とを簡易に接合することができる。なお、接着剤は、ガス透過性の低い材料であることが好ましい。
【００２７】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分とを係合する係合構造を備えたことが、好ましい。
【００２８】
この構成によれば、製造過程において、被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分とを係合構造により係合して、両者を接合することができる。これにより、治具などを用いずとも、両者の位置ずれを好適に抑制し得る。また、製造後においても、被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分とは、係合構造により係合されているため、強度を高め得る。なお、係合構造は、例えば、被覆部材に設けた凹状の係合部と、ライナ構成部材同士の接合部分に設けられた凸状の係合受け部と、で構成すればよい。
【００２９】
本発明のガス容器の一態様によれば、被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分との間には、これらの間をシールするシール部材が介装されていることが、好ましい。
【００３０】
この構成によれば、ガスのリークをより一層抑制することができる。
【００３１】
この場合、シール部材は、ライナ構成部材間の接合境界を挟んだ両側に位置し又は接合境界に接した状態で位置していることが、好ましい。
【００３２】
この構成によれば、例えば後者の位置の場合には、シール部材で接合境界を直接シールすることができる。
【００３３】
本発明の他のガス容器は、樹脂ライナと、樹脂ライナの外周に配置された補強層と、樹脂ライナの一端に設けられた口金と、を有するガス容器であって、樹脂ライナおよび口金の少なくとも一つに接合され、樹脂ライナと口金との境界を覆う被覆部材を備えたものである。
【００３４】
この構成によれば、樹脂ライナと口金との境界を被覆部材で覆っているため、この境界からのガスのリークを遮断又はリーク経路を長くすることができる。これにより、ガス容器からの経時的なガスリークを適切に抑制することができ、ガス容器の気密性を高め得る。また、この境界部分の強度を被覆部材により高め得る。なお、被覆部材は、樹脂ライナと口金との境界を覆いつつ、これらの両方に接合されることが好ましい。
【００３５】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナと口金との境界を、ガス容器の外部側から覆うことが、好ましい。
【００３６】
この構成によれば、樹脂ライナおよび／または口金に被覆部材を作業性良く接合することができる。
【００３７】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナと同種の樹脂材料からなることが、好ましい。
【００３８】
この構成によれば、被覆部材と樹脂ライナとの接合性を高め得る。
【００３９】
本発明の別の観点からすれば、被覆部材の膨張係数は、樹脂ライナの膨張係数より小さいこと、が好ましい。
【００４０】
この構成によれば、ガス容器の内圧により樹脂ライナと被覆部材との密着力が高まり、気密性を向上し得る。
【００４１】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は環状の部材であることが、好ましい。
【００４２】
この構成によれば、樹脂ライナと口金との境界を周方向に亘って被覆部材で覆うことができる。
【００４３】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナおよび口金の少なくとも一つに接着剤により接合されていることが、好ましい。
【００４４】
この構成によれば、被覆部材を簡易に接合することができる。
【００４５】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材は、樹脂ライナにレーザ溶着により接合されていることが、好ましい。
【００４６】
この構成によれば、熱的影響箇所を最小限にしつつ、被覆部材と樹脂ライナとを短時間且つ低コストで接合することができる。
【００４７】
本発明の他のガス容器の一態様によれば、被覆部材と前記境界の近傍との間には、これらの間をシールするシール部材が介装されていることが、好ましい。
【００４８】
この構成によれば、ガスのリークをより一層抑制することができる。
【００４９】
この場合、シール部材は、前記境界を含む両側に位置し又は前記境界に接した状態で位置していることが、好ましい。
【発明の効果】
【００５０】
以上説明した本発明のガス容器およびその製造方法によれば、経時的なガスリークを適切に抑制し、気密性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係るガス容器およびその製造方法について説明する。このガス容器は、樹脂ライナの構成要素であるライナ構成部材間の接合境界や、樹脂ライナと口金との境界を被覆部材で覆うことで、ガスのリークを抑制したものである。以下の第１実施形態〜第３実施形態では、ライナ構成部材間の接合境界を被覆部材で覆ったガス容器について説明する。第４実施形態以降では、口金側に被覆部材を設けたガス容器について説明する。なお、第２実施形態以降では、第１実施形態と共通する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、ガス容器１は、全体として密閉円筒状の容器本体２と、容器本体２の長手方向の両端部に取り付けられた口金３，３と、容器本体２のライナ間のつなぎ目に設けられたパッチ４（被覆部材）と、を具備している。容器本体２の内部は、各種のガスを貯留する貯留空間５となっている。ガス容器１は、常圧のガスを充填することもできるし、常圧に比して圧力が高められたガスを充填することもできる。すなわち、本発明のガス容器１は、高圧ガス容器として機能することができる。
【００５３】
例えば、燃料電池システムでは、高圧の状態で用意された燃料ガスを減圧して、燃料電池の発電に供している。本発明のガス容器１は、高圧の燃料ガスを貯留するのに適用することができ、燃料ガスとしての水素や、原燃料の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）などを貯留することができる。ガス容器１に充填される水素の圧力としては、例えば３５ＭＰａあるいは７０ＭＰａであり、ＣＮＧの圧力としては、例えば２０ＭＰａである。以下は、高圧水素ガス容器を一例に説明する。
【００５４】
容器本体２は、ガスバリア性を有する内側の樹脂ライナ１１（内殻）と、樹脂ライナ１１の外周に配置された補強層１２（外殻）と、の二層構造を有している。補強層１２は、例えば炭素繊維とエポキシ樹脂を含むＦＲＰからなる。補強層１２は、樹脂ライナ１１の外表面およびパッチ４の外表面を被覆するようにこれらを巻きつけている。
【００５５】
口金３は、例えばステンレスなどの金属で形成され、容器本体２の半球面状をした端壁部の中心に設けられている。口金３の開口部の内周面には、めねじが刻設されており、配管やバルブアッセンブリ１４（バルブボデー）などの機能部品が、このめねじを介して口金３にねじ込み接続可能となっている。なお、図１では、一の口金３にのみに設けたバルブアッセンブリ１４を二点鎖線で示した。
【００５６】
例えば、燃料電池システム上のガス容器１は、バルブや継手等の配管要素を一体的に組み込んだバルブアッセンブリ１４を介して、貯留空間５と図示省略した外部のガス流路との間が接続される。そして、バルブアッセンブリ１４およびガス流路を通って、貯留空間５に水素が充填されると共に貯留空間５から水素が放出される。
【００５７】
樹脂ライナ１１は、長手方向の中央で二分割された一対のライナ構成部材２１，２１（割体）を接合して構成されている。すなわち、樹脂ライナ１１は、ほぼ同形状の半割り中空体からなる一対のライナ構成部材２１，２１同士を接合して、密閉型（ただし、口金３側の開口を除く。）の容器状となる。樹脂ライナ１１を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６６などが挙げられる。
【００５８】
ライナ構成部材２１は、回転成形やブロー成形などの各種の成形法で形成することができ、本実施形態では、成形精度が良好な射出成形により形成されている。射出成形の際に、ライナ構成部材２１と口金３とを一体的に結合（接合）することができる。すなわち、口金３にライナ構成部材２１をインサート成形（一体成形）している。
【００５９】
ライナ構成部材２１は、樹脂ライナ１１の軸方向に所定の長さで延在する胴部３１を有している。胴部３１の軸方向の両端側は、開口しており、口金３がインサート成形された一端側３２は、他端側の略円筒状の接合部３３に比べて縮径している。なお、二つのライナ構成部材２１，２１にそれぞれ口金３，３を設けたが、一方のライナ構成部材２１の口金３を省略した場合には、胴部３１の一端側３２は閉塞端となる。
【００６０】
ここで、本明細書では、ライナ構成部材２１とは、分割構造の樹脂ライナ１１を構成する部材をいい、上述のように、少なくとも一端側（一部）が中空円筒状の形状を有するものをいう。したがって、ライナ構成部材２１の形状には、その全体の形状が円筒状、環状、お碗状、ドーム状等であることが含まれる。
【００６１】
一対のライナ構成部材２１，２１は、互いの接合部３３，３３の端面同士を突き合わせて、その端面同士が所定の溶接法で接合されている。所定の溶接法は、熱板溶接や、電子ビーム溶接など各種の方法を用いることができ、本実施形態では、接合部３３周辺への熱的影響箇所を最小限にして短時間で接合可能なレーザ溶接を用いている。
【００６２】
レーザ溶接により、接合部３３，３３の端面同士が溶融して固化し、この端面同士を樹脂ライナ１１の周方向に亘って一体的に接合した溶着部が形成される。この溶着部は、ライナ構成部材２１，２１間の接合境界、またはつなぎ目などと言い換えることができる。以下の説明では、この溶着部を主として「接合境界４０」と記載する。また、以下の説明では、接合境界４０およびこれを挟む接合部３３，３３からなる領域、すなわちパッチ４が面する樹脂ライナ１１の領域を、ライナ構成部材２１，２１同士の接合部分４１と記載する。
【００６３】
なお、一方の接合部３３の接合端面をテーパ状とし、他方の接合部３３の接合端面を逆テーパ状とすることが好ましい。こうすることで、溶融面積を好適に確保することができ、樹脂ライナ１１の接合強度などを向上することができる。
【００６４】
図１ないし図３に示すように、被覆部材としてのパッチ４は、樹脂ライナ１１と補強層１２との間に位置して、接合境界４０を外部から周方向に亘って覆っている。パッチ４は、環状の部材からなり、接合部分４１の外径に対応した内径を有している。このため、パッチ４の内側に樹脂ライナ１１をその軸方向から挿入すると、パッチ４の内周面が接合部分４１の外周面に密着するようになっている。
【００６５】
パッチ４は、接合境界４０を含む両側のライナ構成部材２１，２１に例えば均等に密着して、これらに接合される。すなわち、パッチ４の軸方向の半部（幅方向の半部）は、一方のライナ構成部材２１の接合部３３に密着して接合され、パッチ４の軸方向の残りの半部は、他方のライナ構成部材２１の接合部３３に密着して接合される。
【００６６】
パッチ４の軸方向の長さは、接合境界４０とその近傍とを被覆可能な程度であればよく、例えば１ｃｍ〜２ｃｍであり、好ましくは１．５ｃｍである。また、パッチ４の厚みは、樹脂ライナ１１や補強層１２の厚みよりも小さいことが好ましく、好ましくは０．１ｃｍまたは樹脂ライナ１１の１／５であり、より好ましくは０．２５ｃｍまたは樹脂ライナ１１の１／２である。
【００６７】
パッチ４は、アルミニウムなどの金属、ガラス繊維布、または硬質の樹脂により形成することができる。この硬質の樹脂としては、エポキシ樹脂を用いることができる。本実施形態のパッチ４は、樹脂ライナ１１と同種の樹脂材料で形成されている。すなわち、樹脂製パッチ４は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６６などで形成されている。このように、同種の樹脂材料とすることで、パッチ４と樹脂ライナ１１との接合性を高めることが可能となる。
【００６８】
パッチ４は、例えば溶接法により接合部分４１に接合される。溶接法は、超音波溶接やスポット溶接など適宜の方法を用いることができるが、本実施形態では、ライナ構成部材２１,２１同士の接合と同様にレーザ溶接を用いている。レーザ溶接が好適に行われるように、好ましい態様におけるパッチ４および樹脂ライナ１１は、レーザに対する所定の特性を有している。
【００６９】
具体的には、パッチ４は、レーザ透過性の熱可塑性樹脂で形成され、ライナ構成部材２１は、レーザ吸収性の熱可塑性樹脂で形成される。レーザ透過性の熱可塑性樹脂は、レーザ溶着に必要なエネルギーをレーザ吸収性側の接合部分４１に到達させる程度に、レーザに対する透過性を有していればよい。したがって、レーザ透過性の熱可塑性樹脂であっても、レーザ吸収性の特性を僅かに有していてもよい。
【００７０】
レーザ透過性の熱可塑性樹脂としては、上記した例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６６などを挙げることができるが、これらにガラス繊維などの補強繊維や着色剤を添加したものであってもよい。例えば、レーザ透過性のパッチ４は、白色、半透明または透明に形成される。
【００７１】
レーザ吸収性の熱可塑性樹脂は、レーザに対する吸収性を有していればよく、吸収したレーザにより発熱して溶融するものであればよい。レーザ吸収性の熱可塑性樹脂としては、上記した例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン６６などを挙げることができるが、これらにガラス繊維などの補強繊維や着色剤を添加したものであってもよい。例えば、レーザ吸収性の熱可塑性樹脂が、レーザ透過性の熱可塑性樹脂と同一の樹脂である場合には、レーザ透過性の熱可塑性樹脂よりもカーボンを多く添加することで形成される。この場合には、接合部分４１は、例えば黒色に形成される。
【００７２】
パッチ４と接合部分４１とは、これらの周方向に亘ってレーザ溶着により互いに接合されている。レーザ溶着は、パッチ４の外側から図示省略したレーザトーチによりレーザを照射し、接合部分４１の外周面の樹脂を加熱溶融すると共に、この外周面からの熱伝達によりパッチ４の内周面の樹脂を加熱溶融することで行われる。
【００７３】
したがって、レーザ溶着後には、パッチ４と接合部分４１との間には、レーザ吸収性およびレーザ透過性の両方の樹脂が入り絡まった状態の溶着部が存在する。溶着部は、パッチ４の内周面の全領域を接合部分４１に溶着した部分であってもよいし、パッチ４の内周面を部分的に接合部分４１に溶着した部位であってもよい。本実施形態では部分的溶接を施して、図３に溶着部の溶接ライン４２，４２を示すように、パッチ４の両側の内周縁部を接合部分４１にレーザ溶着している。
【００７４】
なお、レーザ溶着のための特性を考慮すると、パッチ４および接合部分４１の少なくとも一方には、発熱性材料を含ませておくとよい。こうすることで、レーザ溶着の際の樹脂の溶融を促進することができ、より一層適切に接合することができる。発熱性材料は、セラミックス、黒鉛、樹脂および金属の少なくも一つであればよい。また、発熱性材料は塗布により設けてもよいし、発熱性材料を練入したシートを貼付することで設けるようにしてもよい。
【００７５】
また、レーザ溶着のための特性を考慮すると、ライナ構成部材２１全体にレーザ吸収性をもたせるのではなく、接合部分４１のみがレーザ吸収性を有していてもよい。
例えば、ライナ構成部材２１，２１の一方をレーザ吸収性の樹脂で、他方をレーザ透過性の樹脂で形成した場合には、ライナ構成部材２１，２１同士による形成される接合部分４１は、その半部がレーザ透過性となってしまう。この場合には、接合部分４１とパッチ４とをレーザ溶着する前に、接合部分４１の外周面にレーザ吸収性を有する吸収剤を塗布したり、この種の吸収剤を練入したシートを貼付したりして、接合部分４１の全外周面にレーザ吸収性の特性をもたせればよい。
【００７６】
図４は、パッチ４と接合部分４１とを他の接合法により接合した例を示す断面図である。
パッチ４は、接着剤により接合部分４１の外周面に接合されている。このため、パッチ４と接合部分４１との間には、接着剤による接着層５０が介在している。接着層５０は、パッチ４の内周面の全域を接合部分４１に接合させている。
【００７７】
接着層５０の接着剤は、エポキシ等を主成分とする熱硬化系のものや、液状ガスケット（ＦＩＰＧ：Formed In Place Gasket）系のものを用いることができる。液状ガスケットは、接着後の断面積が極力小さくなるように、シール厚が小さいものを用いることが好ましい。また、接着剤は、ガス透過性の低い材料を用いることが好ましく、そのガス透過性は、樹脂ライナ１１やパッチ４のそれよりも低いことが好ましい。また、接着剤は、水素吸着性能を有する材料を用いてもよい。この種の接着剤は、例えばエポキシを主成分として、水素吸蔵合金、活性炭素繊維、活性炭素粉末、カーボンナノチューブなどを少なくとも一種類添加してもよい。
【００７８】
ここで、ガス容器１の製造方法について簡単に説明する。
先ず、例えば、予め成形した一の口金３を金型内に配置し、この金型内に所定の熱可塑性樹脂を射出して、ライナ構成部材２１および口金３を一体成形する。この口金３付きライナ構成部材２１を二組製造する。次に、ライナ構成部材２１，２１同士の接合部３３,３３同士を面接触させ、この部分を周方向に亘ってレーザ溶着する。レーザ溶着後の接合部分４１を外側からパッチ４で覆い、接合部分４１とパッチ４とをレーザ溶着または接着剤等で接合する。その後、フィラメントワインディング法等により樹脂ライナ１１およびパッチ４の外表面に補強層１２を形成することで、ガス容器１が製造される。
【００７９】
なお、ライナ構成部材２１,２１同士のレーザ溶着や、接合部分４１とパッチ４とのレーザ溶着に先行して、これらを予備加熱しておくことが好ましい。これにより、レーザ溶着時の表面焼けを抑制できると共に、レーザ溶着を短時間にできる。また、接合部分４１とパッチ４とのレーザ溶着の際には、これらの間がより一層密着するように、樹脂ライナ１１の内外に圧力差を付与してもよい。圧力差の付与は、例えば口金３の開口部を利用して、樹脂ライナ１１の内部の密閉空間を減圧または加圧すればよい。さらに、レーザ溶着を低酸素雰囲気で行うようにするとよい。
【００８０】
ここで、本発明のガス容器１の作用について従来のガス容器１´と比較して説明する。
図５は、従来のガス容器１´の接合部分４１´を拡大して示す図である。一般に、接合境界４０´では、ガス容器１´内の水素ガスの濃縮により局所的にガス圧が高まり易い。このため、接合境界４０´を起点として、経時的に水素ガスがリークする可能性があった。また、接合境界４０´には応力集中等が働き、樹脂ライナ１１´の強度低下のおそれがあった。
【００８１】
図６は、本発明のガス容器１の接合部分４１を拡大して示す図である。上記のように、接合部分４１を塞ぐように覆うパッチ４により、接合境界４０を起点とした経時的な水素ガスのリークを遮断することができる。また、完全に遮断できないとしても、水素ガスのリーク経路が長くなるため、単位時間当たりのリーク量を減少することができる。
【００８２】
すなわち、図５に示す従来のリーク経路（樹脂ライナ１１´の厚みに相当）に比べて、図６に示す本発明のリーク経路は、パッチ４の軸方向の長さだけ長くなるため、単位時間当たりの水素ガスのリークを適切に抑制することができる。また、パッチ４の厚さ分だけ接合部分４１の肉厚が増加するため、接合部分４１周辺の剛性が高くなり、樹脂ライナ１１の強度を向上することができる。
【００８３】
以上のように、本実施形態のガス容器１によれば、接合境界４０をパッチ４で覆っているため、経時的な水素ガスのリークを適切に抑制することができ、気密性や強度を高めることができる。
【００８４】
なお、パッチ４を半リング形状や１／３リング形状など、適宜の分割リング形状としてもよい。こうすることで、特に接着剤によりパッチ４を接合部分４１に接合する場合の作業性を高めることができる。この場合、分割したパッチ４（パッチのピース）を接合部分４１に接合した後、パッチ４間（パッチのピース同士）も接着剤等により接合することが好ましい。
【００８５】
また、本発明のガス容器１は、接合部分４１をその内側からパッチ４で覆うようにする態様を排除するものではない。この場合には、パッチ４を分割リングで形成し、このパッチ４を口金３の開口部から樹脂ライナ１１内に挿入して、接合部分４１に接合すればよい。なお、ライナ構成部材２１が二つの場合について説明したが、三つ以上も同様である。すなわち、本発明は、軸方向に並ぶ複数のライナ構成部材を接合した樹脂ライナ１１に適用することができる。
【００８６】
以上、適宜説明した変形例は、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、後述の他の実施形態においても適用することができる。
【００８７】
＜第２実施形態＞
次に、図７を参照して、第２実施形態に係るガス容器１について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、パッチ４と接合部分４１とを係合する係合構造６０を設けたことである。
【００８８】
係合構造６０は、パッチ４の内周面に形成された凹溝状の係合部６１と、接合部分４１に形成された凸状の係合受け部６２と、で構成されている。係合部６１は、パッチ４の内周面の中央に周方向に亘って形成されている。パッチ４は、単一の環状部材であってもよいが、係合構造６０を考慮すると、上記した分割リング構造が好ましい。
【００８９】
係合受け部６２は、係合部６１に対応して、接合部分４１の外周面に周方向に亘って形成されている。すなわち、係合受け部６２は、一対のライナ構成部材２１，２１の各接合部３３，３３に形成された環状突部からなる。係合部６１が係合受け部６２に係合した状態では、パッチ４は、係合部６１の底面６５が接合部分４１に接触してこれを覆うと共に、係合部６１の両外側の内周面６６，６７が樹脂ライナ１１の外周面に接触する。この状態で、パッチ４と接合部分４１とがレーザ溶着や接着剤等によって接合される。
【００９０】
本実施形態によれば、パッチ４が、係合構造６０により接合部分４１を保持するようになるため、接合部分４１の強度を高めることができる。また、パッチ４を接合部分４１に接合する際に、係合構造６０により両者の位置ずれを好適に抑制することができ、接合精度を高め得る。さらに、第１実施形態よりも、接合境界４０を起点としてリーク経路が長くなるため、経時的な水素ガス（高圧ガス）のリークを適切に抑制することができる。
【００９１】
また、ガス容器１の内部に水素ガスを充填すると、その内圧によって、半径応力、軸応力および円周応力が作用する。それゆえ、図示矢印方向に、樹脂ライナ１１が半径方向において膨張するような力が作用すると共に、接合界面４０においてライナ構成部材２１,２同士が分離するような力が作用する。上記の係合構造６０を備えたパッチ４によれば、接合界面４０におけるライナ構成部材２１,２１同士の分離を構造上、抑制することができる。
【００９２】
ガス充填時の内圧に伴うガス容器１の変形を考慮すると、パッチ４には、樹脂ライナ１１よりも膨張係数の小さい材料を用いることが好ましい。こうすることで、樹脂ライナ１１の膨張量よりもパッチ４の膨張量が小さくなる。つまり、パッチ４が、接合部分４１よりも径方向に膨張しないようになる。これにより、ガス充填時のパッチ４と接合部分４１との密着力を高めることができ、ガス容器１の気密性をより一層向上することができる。この点、第１実施形態も同様であり、第１実施形態のパッチ４も樹脂ライナ１１より膨張係数が小さいことが好ましい。
【００９３】
なお、係合構造６０として凹凸構造を例に説明したがこれに限るものではない。例えば、係合構造６０として螺合構造を用いてもよい。その場合には、パッチ４の内周面にめねじを刻設し、接合部分４１の外周面におねじを刻設すればよい。
【００９４】
＜第３実施形態＞
次に、図８および図９を参照して、第３実施形態に係るガス容器１について相違点を中心に説明する。第１実施形態との相違点は、パッチ４と樹脂ライナ１１の接合部分４１との間に位置し、パッチ４と接合部分４１との間をシールするためのシール部材（７１，７２，９１）を介装したことである。
【００９５】
図８に示すように、シール部材７１，７２は、接合境界４０を挟んだ（含んだ）両側の位置に一対が設けられている。各シール部材７１，７２は、Ｏリングからなる。一方、パッチ４には、各シール部材７１，７２を装着するための一対の環状溝８１，８２が形成されている。パッチ４は、一対の環状溝８１，８２間の内周面８４が接合境界４０の位置で樹脂ライナ１１に面接触して接合されると共に、各環状溝８１，８２の外側の内周面８５，８６が接合境界４０の近傍で樹脂ライナ１１に面接触して接合される。このような構成により、接合境界４０から水素ガスがリークしても、一対のシール部材７１，７２によって、さらなるリークを遮断することができる。
【００９６】
図９は、シール部材の他の態様を示している。
図９に示すように、シール部材９１は、接合境界４０に接した状態で設けられている。パッチ４には、シール部材９１を配置するための環状溝９２が形成されている。シール部材９１は、シール機能を有するゴムで構成すればよく、環状溝９２に焼付け等によって固着されている。パッチ４は、環状溝９２の外側の内周面９４，９５が接合境界４０の近傍で樹脂ライナ１１に面接触して接合される。したがって、シール部材９１により接合境界４０を外側から直接押さえつけるため、接合境界４０からの水素ガスのリークを遮断することができる。
【００９７】
以上のように、本実施形態によれば、いずれのシール部材（７１と７２、又は９１）の態様であっても、経時的な水素ガスのリークをより一層抑制することができる。特に、ガス貯蔵時の内圧に起因した樹脂ライナ１１の膨張により、シール部材（７１，７２，９１）はより潰れ込むようになるため、容器内圧が高圧であるほど、シール性が高まる構造となる。なお、本実施形態のシール構造と実施形態２の係合構造６０とを併用してもよい。
【００９８】
＜第４実施形態＞
次に、図１０を参照して、第４実施形態に係るガス容器１について相違点を中心に説明する。上記各実施形態との相違点は、上記のような被覆部材としてのパッチ１０１を口金３側に設け、口金３と樹脂ライナ１１との間からの水素ガスのリークを抑制した点である。
【００９９】
図１０に示すように、パッチ１０１は、樹脂ライナ１１と口金３との周方向に亘る境界１１０（つなぎ目）を、ガス容器１の外部から周方向に亘って覆っている。パッチ１０１は、アルミニウムなどの金属、ガラス繊維布、またはエポキシ樹脂などの硬質の樹脂により形成することができる。例えば、パッチ１０１は、樹脂ライナ１１と同種の熱可塑性の樹脂材料で形成され、レーザ透過性を有している。これに対応して、樹脂ライナ１１（ライナ構成部材２１）は、レーザ吸収性を有している。レーザに対する特性については、第１実施形態で説明した内容を適用することができる。
【０１００】
パッチ１０１は、環状の部材からなり、その内側に口金３を挿入可能に構成されている。パッチ１０１は、樹脂ライナ１１の外周面に接合される環状の第１の接合面１２１と、口金３の外周面に接合される環状の第２の接合面１２２と、を有している。
【０１０１】
詳細には、第１の接合面１２１は、樹脂ライナ１１の半球面状をした端壁部３２の外周面に対応して形成され、接合状態で端壁部３２の外周面に密着する。第２の接合面１２２は、口金３のテーパ部３ａの外周面に対応して形成され、接合状態で口金３の外周面に密着する。第１の接合面１２１は、パッチ１０１の端面により形成され、第２の接合面１２２は、パッチ１０１の中空部を構成する内周面により形成されている。
【０１０２】
第１の接合面１２１は、その外周縁がレーザ溶着により端壁部３２の外周面に周方向に亘って接合されている。そのレーザ溶着部を符号１３１で示す。なお、第１の接合面１２１と端壁部３２とを他の溶接法や接着剤により接合してもよい。
【０１０３】
第２の接合面１２２は、その全面が接着剤によりテーパ部３ａの外周面に周方向に亘って接合されている。その接着剤による接着層を符号１３２で示す。接着剤は、第１実施形態で説明した接着層５０の接着剤と同様に、熱硬化系接着剤や液状ガスケットを用いることができ、シール厚が小さいことが好ましい。また、接着剤は、樹脂ライナ１１やパッチ１０１よりもガス透過性の低い材料であることが好ましい。
【０１０４】
本実施形態のガス容器１の製造過程においては、口金３付きのライナ構成部材２１を互いに接合するレーザ溶着に前後して、パッチ１０１を口金３の外周側にはめ込み、口金３とライナ構成部材２１との境界１１０をパッチ１０１で覆うようにする。そして、パッチ１０１の第１の接合面１２１を口金３にレーザ溶着で接合し、パッチ１０１の第２の接合面１２２をライナ構成部材２１に接着剤で接合する。また、ライナ構成部材２１，２１間の接合境界（４０）をパッチ（４）で覆う。最終的に、フィラメントワインディング法等により樹脂ライナ１１の外表面に補強層１２を形成する。補強層１２と樹脂ライナ１１との間に、本実施形態のパッチ１０１および第１実施形態のパッチ（４）が位置するようになり、ガス容器１が製造される。
【０１０５】
なお、第１実施形態と同様に、レーザ溶着が良好に行われるように、パッチ１０１とライナ構成部材２１とを予備加熱してもよい。また同様に、パッチ１０１とライナ構成部材２１との間がより一層密着するように、レーザ溶着の際に樹脂ライナ１１の内外に圧力差を付与してもよいし、レーザ溶着を低酸素雰囲気で行うようにしてもよい。
【０１０６】
ここで、本発明のガス容器１の作用について従来のガス容器１´´と比較して説明する。
図１１は、従来のガス容器１´´を示す図である。ガス容器１´´の製造上、境界１１０´´を起点として、経時的に水素ガスがリークする可能性があった。また、境界１１０´´には応力集中等が働き、強度に悪影響を与えるおそれがあった。
【０１０７】
図１２は、本発明のガス容器１を示す図である。上記のように、境界１１０を塞ぐように覆うパッチ１０１により、境界１１０を起点とした経時的な水素ガスのリークを遮断することができる。また、完全に遮断できないとしても、水素ガスのリーク経路がテーパ部３ａの長さだけ長くなるため、単位時間当たりのリーク量を減少することができる。さらに、パッチ１０１によって、口金３周辺の剛性が高くなり、この部分の強度を向上することができる。また、一般に口金３は振動や配管要素からの外力によって緩むことがあるが、パッチ１０１が口金３と樹脂ライナ１１との両者に亘って接合しているため、口金３の緩みも好適に抑制することができる。
【０１０８】
以上のように、本実施形態のガス容器１によれば、口金３とライナ構成部材２１との境界１１０をパッチ１０１で覆っているため、経時的な水素ガスのリークを適切に抑制することができ、気密性や強度を高めることができる。特に、パッチ１０１の材料として樹脂ライナ１１の材料よりも膨張係数の小さいものを用いれば、ガス貯蔵時の樹脂ライナ１１の膨張の際に、パッチ１０１とライナ構成部材２１との間の密着力を高めることができる。これにより、気密性をより一層向上することができる。
【０１０９】
なお、本発明のガス容器１は、その内側から境界１１０をパッチ１０１で覆うようにする態様を排除するものではない。また、パッチ１０１を樹脂ライナ１１にのみ、あるいはパッチ１０１を口金３にのみ接合するようにしてもよいが、上記のように、パッチ１０１を両者に接合した方がガスのリークを適切に抑制することができる。
【０１１０】
＜第５実施形態＞
次に、図１３および図１４を参照して、第５実施形態に係るガス容器１について相違点を中心に説明する。第４実施形態との相違点は、パッチ１０１と境界１１０の近傍との間に、これらの間をシールするためのシール部材（１４１，１４２，１５０）を介装したことである。
【０１１１】
図１３に示すように、二つのシール部材１４１，１４２は、Ｏリングからなり、境界１１０を挟んだ両側の位置に設けられている。一方のシール部材１４１は、パッチ１０１の端面に形成した環状溝１４５に装着されて、パッチ１０１と端壁部３２との間をシールする。他方のシール部材１４２は、パッチ１０１の内周面に形成した環状溝１４６に装着されて、パッチ１０１とテーパ部３ａとの間をシールする。
【０１１２】
そして、パッチ１０１は、環状溝１４５を除く端面の部分（例えば外周縁部）が端壁部３２に例えばレーザ溶接で接合され、環状溝１４６を除く内周面の部分がテーパ部３ａに接着剤で接合される。このような構成により、境界１１０から水素ガスがリークしても、二つのシール部材１４１，１４２によって、さらなるリークを遮断することができる。
【０１１３】
図１４は、シール部材の他の態様を示している。
図１４に示すように、シール部材１５０は、境界１１０に接した状態で設けられ、さらに境界１１０を挟んだ両側にも延在している。シール部材１５０は、シール機能を有するゴムで構成すればよく、パッチ１０１に焼付け等によって予め固着されている。すなわち、シール部材１５０は、第１の接合面１２１に固着された第１のシール層１５１と、第２の接合面１２２に固着された第２のシール層１５２と、を連ねて構成されており、第１のシール層１５１と第２のシール層１５２との交差部が境界１１０に接している。
【０１１４】
この場合には、パッチ１０１は、シール部材１５０を介して端壁部３２およびテーパ部３ａの両者に接着剤により接合されている。したがって、シール部材１５０により境界１１０を外側から直接押さえつけて塞ぐため、境界１１０からの水素ガスのリークを確実性良く遮断することができる。
【０１１５】
以上のように、本実施形態によれば、いずれのシール部材（１４１と１４２、または１５０）の態様であっても、経時的な水素ガスのリークをより一層抑制することができる。特に、パッチ１０１の材料を樹脂ライナ１１の材料よりも膨張係数の小さいものを用いれば、ガス貯蔵時の内圧に起因した樹脂ライナ１１の膨張時に、シール部材（１４１，１４２，１５０）はより潰れ込むようになり、シール性が高まる。容器内圧が高圧であるほど、シール性が高まる構造となり、ガス容器１の気密性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
上記した本発明のガス容器１は、燃料電池システムを搭載した車両などに用いるのに好適である。また、車両以外の航空機や船舶など、ガス容器１に貯留されたガスを動力源として用いる輸送機関にも、本発明のガス容器１を好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】第１実施形態に係るガス容器の断面図である。
【図２】第１実施形態に係るガス容器の樹脂ライナと被覆部材とを分解して示す分解斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るガス容器の一部を裁断して示す断面図である。
【図４】第１実施形態の変形例に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】従来のガス容器のガスのリークについて説明する断面図である。
【図６】第１実施形態にガス容器のガスのリークについて説明する断面図である。
【図７】第２実施形態に係るガス容器の係合構造を示す断面図であり、（ａ）係合前の状態、（ｂ）係合後の状態を示すものである。
【図８】第３実施形態に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【図９】第３実施形態の変形例に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【図１０】第４実施形態に係るガス容器を示す図であり、（ａ）口金まわりの断面図、（ｂ）口金まわりの側面図である。
【図１１】従来のガス容器のガスのリークについて説明する断面図である。
【図１２】第４実施形態に係るガス容器のガスのリークについて説明する断面図である。
【図１３】第５実施形態に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【図１４】第５実施形態に係るガス容器の一部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１：ガス容器、３：口金、４：パッチ（被覆部材）、１１：樹脂ライナ、１２：補強層、２１：ライナ構成部材、４０：接合境界、４１：接合部分、５０：接着層、６０：係合構造６０、７１，７２，９１：シール部材、１０１：パッチ(被覆部材)、１４１，１４２，１５０：シール部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材を複数個接合して構成された樹脂ライナと、前記樹脂ライナの外周に配置された補強層と、を有するガス容器であって、
前記樹脂ライナに接合され、ライナ構成部材間の接合境界を覆う被覆部材を備えたガス容器。
【請求項２】
前記被覆部材は、前記樹脂ライナと前記補強層との間に位置して、ライナ構成部材間の接合境界を外部から覆う請求項１に記載のガス容器。
【請求項３】
前記被覆部材は、前記接合境界を含む両側のライナ構成部材の外周面に接合されている請求項２に記載のガス容器。
【請求項４】
前記被覆部材は、前記ライナ構成部材と同種の樹脂材料からなる請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項５】
前記被覆部材の膨張係数は、前記ライナ構成部材の膨張係数より小さい請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項６】
前記被覆部材は、環状の部材である請求項１ないし５のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項７】
前記被覆部材は、レーザ溶着によりライナ構成部材同士の接合部分に接合されている請求項１ないし６のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項８】
前記被覆部材は、レーザ透過性を有し、
前記ライナ構成部材は、レーザ吸収性を有する請求項７に記載のガス容器。
【請求項９】
前記被覆部材は、接着剤によりライナ構成部材同士の接合部分に接合されている請求項１ないし６のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項１０】
前記被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分とを係合する係合構造を備えた請求項１ないし９のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項１１】
前記被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分との間には、これらの間をシールするシール部材が介装されている請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項１２】
前記シール部材は、ライナ構成部材間の接合境界を挟んだ両側に位置し又は前記接合境界に接した状態で位置している請求項１１に記載のガス容器。
【請求項１３】
少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材を複数個接合して構成された樹脂ライナと、前記樹脂ライナの外周に配置された補強層と、を有するガス容器の製造方法であって、
前記複数のライナ構成部材同士を接合して前記樹脂ライナを構成した後、ライナ構成部材間の接合境界を被覆部材で覆い、その後、前記被覆部材と前記樹脂ライナとを接合して、前記樹脂ライナの外周に前記補強層を配置するガス容器の製造方法。
【請求項１４】
樹脂ライナと、前記樹脂ライナの外周に配置された補強層と、前記樹脂ライナの一端に設けられた口金と、を有するガス容器であって、
前記樹脂ライナおよび前記口金の少なくとも一つに接合され、前記樹脂ライナと前記口金との境界を覆う被覆部材を備えたガス容器。
【請求項１５】
前記被覆部材は、前記樹脂ライナと前記口金との境界を、当該ガス容器の外部側から覆う請求項１４に記載のガス容器。
【請求項１】
少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材を複数個接合して構成された樹脂ライナと、前記樹脂ライナの外周に配置された補強層と、を有するガス容器であって、
前記樹脂ライナに接合され、ライナ構成部材間の接合境界を覆う被覆部材を備えたガス容器。
【請求項２】
前記被覆部材は、前記樹脂ライナと前記補強層との間に位置して、ライナ構成部材間の接合境界を外部から覆う請求項１に記載のガス容器。
【請求項３】
前記被覆部材は、前記接合境界を含む両側のライナ構成部材の外周面に接合されている請求項２に記載のガス容器。
【請求項４】
前記被覆部材は、前記ライナ構成部材と同種の樹脂材料からなる請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項５】
前記被覆部材の膨張係数は、前記ライナ構成部材の膨張係数より小さい請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項６】
前記被覆部材は、環状の部材である請求項１ないし５のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項７】
前記被覆部材は、レーザ溶着によりライナ構成部材同士の接合部分に接合されている請求項１ないし６のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項８】
前記被覆部材は、レーザ透過性を有し、
前記ライナ構成部材は、レーザ吸収性を有する請求項７に記載のガス容器。
【請求項９】
前記被覆部材は、接着剤によりライナ構成部材同士の接合部分に接合されている請求項１ないし６のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項１０】
前記被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分とを係合する係合構造を備えた請求項１ないし９のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項１１】
前記被覆部材とライナ構成部材同士の接合部分との間には、これらの間をシールするシール部材が介装されている請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のガス容器。
【請求項１２】
前記シール部材は、ライナ構成部材間の接合境界を挟んだ両側に位置し又は前記接合境界に接した状態で位置している請求項１１に記載のガス容器。
【請求項１３】
少なくとも一部が中空円筒状のライナ構成部材を複数個接合して構成された樹脂ライナと、前記樹脂ライナの外周に配置された補強層と、を有するガス容器の製造方法であって、
前記複数のライナ構成部材同士を接合して前記樹脂ライナを構成した後、ライナ構成部材間の接合境界を被覆部材で覆い、その後、前記被覆部材と前記樹脂ライナとを接合して、前記樹脂ライナの外周に前記補強層を配置するガス容器の製造方法。
【請求項１４】
樹脂ライナと、前記樹脂ライナの外周に配置された補強層と、前記樹脂ライナの一端に設けられた口金と、を有するガス容器であって、
前記樹脂ライナおよび前記口金の少なくとも一つに接合され、前記樹脂ライナと前記口金との境界を覆う被覆部材を備えたガス容器。
【請求項１５】
前記被覆部材は、前記樹脂ライナと前記口金との境界を、当該ガス容器の外部側から覆う請求項１４に記載のガス容器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−１０００４（Ｐ２００７−１０００４Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９０３４６（Ｐ２００５−１９０３４６）
【出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２９日（２００５．６．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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