高压罐技术领域
本发明涉及罐。
背景技术
作为以高压填充氢气等流体的罐，已知有具备金属制的接口、树
脂制的内壳(以下，也称为“内衬”)、纤维强化树脂制的外壳(以
下，也称为“加强层”)的高压罐。接口是用于向高压罐内填充流体
或将高压罐内的流体放出的作为开口部起作用的构件，设置在高压罐
的开口端。
作为高压罐的制造方法，已知有绕丝法(以下，也称为“FW法”)。
在FW法中，在内衬安装有接口的罐主体的外表面上卷绕浸渍有环氧
树脂等热固性树脂的强化纤维。并且，通过使该强化纤维含有的热固
性树脂发生热固化来形成加强层。
通常，在FW法中，在将罐主体保持为能够旋转的基础上，使罐
主体沿着罐主体的圆周方向旋转并卷绕强化纤维。在使罐主体旋转时，
将罐主体的接口固定于FW装置进行旋转。此时，可能接口空转而无
法将浸渍有热固性树脂的强化纤维适当卷绕于罐主体的外表面。
因此，在日本国专利公开公报日本特开2013-167298号中提出了
将接口的外周形状形成为锯齿形状来抑制接口的空转的技术。
发明内容
然而，高压罐的内压在使用时发生变化。如上所述，内衬为树脂
制，接口为金属制，膨胀率不同。因此，当罐的内压发生变化时，基
于接口与内衬的膨胀率的差异，在接口与内衬的交界处，在加强层产
生应力，在加强层可能会发生变形。在专利文献1的技术中，接口的
外周形状为锯齿形状，与接口的外周形状为圆形状相比，接口与内衬
的交界较长，因此在高压罐的内压发生变化的情况下，在加强层容易
在多个部位发生变形。另一方面，若使接口的外周形状简单形成为圆
形状，则如前述那样接口可能会空转。
本发明为了解决上述的课题而完成，可以作为以下的方式来实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种高压罐。该高压罐具备：罐
主体，具有树脂制的内衬和在所述内衬的开口端安装的非树脂制的接
口；及加强层，覆盖所述罐主体整体，具有耐压性，所述内衬具备与
所述内衬的中心轴大致正交且与所述接口接触的第一接触面，所述接
口具备与所述内衬的所述第一接触面接触的第二接触面，所述第一接
触面及所述第二接触面中的任一方具备突起部，另一方具备与所述突
起部嵌合的凹部，所述第二接触面的外周形状可以为大致圆形状。
根据该方式的高压罐，内衬和接口中的任一方在与内衬的中心轴
(即，高压罐的中心轴)大致正交的接触面上具备突起部，另一方具
备与突起部嵌合的凹部，因此伴随于高压罐的绕中心轴的旋转而转矩
作用于高压罐的情况下，突起部与凹部嵌合，能够抑制内衬或接口的
空转。因此，例如，通过FW法在内衬及接口的外表面上形成加强层
时，即使大的转矩作用于接口，也能够抑制接口的空转。而且，这样
的话，例如，与使用第二接触面的外周形状为花键形状、锯齿形状及
多边形形状等的接口的情况相比，内衬与接口的交界较短。因此，即
使高压罐的内压变化，基于接口与内衬的膨胀率的差异而在加强层上
作用有应力，也能够抑制加强层的变形在多个部位发生的情况。
(2)在上述方式的高压罐中，可以的是，所述突起部形成为以所
述高压罐的中心轴为中心的放射状。这样的话，与伴随于高压罐的旋
转的转矩正交地配置突起部，因此能够更有效地抑制内衬或接口的空
转。
(3)在上述方式的高压罐中，可以的是，所述突起部形成于所述
内衬的所述第一接触面。这样的话，与在接口的第二接触面上形成突
起部的情况相比，能够容易地制造。
(4)在上述方式的高压罐中，可以的是，而且，所述第一接触面
和所述第二接触面分别具备第一卡合部和第二卡合部，所述第一卡合
部和所述第二卡合部相互卡合而抑制所述接口与所述内衬的分离。这
样的话，能抑制接口与内衬的分离，因此能够进一步抑制内衬或接口
的空转。
(5)在上述方式的高压罐中，可以的是，所述第一卡合部及所述
第二卡合部以俯视下呈大致圆周状的方式形成在比所述突起部靠外周
处。这样的话，能够将接口与内衬的接触面的外周没有遗漏且没有不
足地卡合，因此能够更牢固地抑制接口的空转。
需要说明的是，本发明能够以各种方式实现。例如，能够以具备
高压罐的燃料电池系统、搭载有该燃料电池系统的移动体等方式实现。
附图说明
图1是表示作为本发明的第一实施方式的高压罐的概略结构的剖
视图。
图2是表示将罐主体安装于FW装置的状态的说明图。
图3是表示罐主体的外观结构的一部分的立体图。
图4是将图1的X1部放大而概略性地表示的放大剖视图。
图5是表示内衬的第一接触面的概略结构的立体图。
图6是表示接口的第二接触面的概略结构的立体图。
图7是表示第二实施方式的内衬的第一接触面的概略结构的俯视
图。
图8是将第二实施方式的罐主体的图7的A-A截面放大而概略性
地表示的放大剖视图。
图9是表示第三实施方式的内衬的第一接触面的概略结构的俯视
图。
图10是将第三实施方式的罐主体的图9的B-B截面放大而概略性
地表示的放大剖视图。
图11是表示第四实施方式的内衬的第一接触面的概略结构的俯
视图。
图12是将第四实施方式的罐主体的图11的C-C截面放大而概略
性地表示的放大剖视图。
具体实施方式
A.第一实施方式：
A1.高压罐的结构：
图1是表示作为本发明的第一实施方式的高压罐的概略结构的剖
视图。在本实施方式中，高压罐100用于填充例如压缩氢。高压罐100
在填充有压缩氢的状态下，例如，为了向燃料电池供给氢而搭载于燃
料电池车。
如图1所示，高压罐100呈两端缩径成曲面状的大致圆筒形状，
具备内衬10、加强层20、接口30、接口40、阀50。以下，将安装有
接口30及接口40的内衬10也称为“罐主体60”。
内衬10由尼龙树脂构成，具有以免填充到内部空间的氢等向外部
泄漏而隔绝的性质。
接口30安装在内衬10的一方的开口端。接口30由铝构成，作为
高压罐100的开口起作用，并作为用于向罐主体60安装配管或阀50
的安装部起作用。而且，接口30也作为用于将罐主体60向后述的绕
丝装置(以后，也称为“FW装置”)安装的安装部起作用。接口30
如图示那样具备大致圆筒状的圆筒部36和与圆筒部36大致正交的凸
缘状的凸缘部38。关于接口30的结构，在后文详细叙述。
接口40安装在内衬10的另一开口端。接口40由铝构成，安装成
一部分向外部露出的状态，作为将罐内部的热量导向外部的热传导部
起作用。而且，接口40作为用于将罐主体60向FW装置安装的安装
部起作用。如图所示，接口40具备：呈与接口30的圆筒部36同径的
圆柱状的圆柱部46；与接口30的凸缘部38同径且与圆柱部46大致正
交的凸缘状的凸缘部48。圆柱部46形成有用于将罐主体60向FW装
置安装的第一孔部42、第二孔部44。
加强层20以覆盖罐主体60的整体的方式形成。“覆盖罐主体整
体”是指至少以跨内衬的外表面整体和内衬与接口的交界的方式进行
覆盖即可，包括接口的一部分未由加强层覆盖(露出)的方式。详细
而言，加强层20形成为覆盖内衬10的外表面整体、接口30的凸缘部
38的外表面整体、接口30的圆筒部36的外表面的一部分、接口40的
外表面。加强层20由作为纤维强化塑料的CFRP(CarbonFiber
ReinforcedPlastcs)构成，具有耐压性。在本实施方式中，加强层20
通过FW法形成。具体而言，使用罐主体60作为心轴，将浸渍有环氧
树脂的碳纤维在罐主体60的周围卷绕规定的匝数之后，使环氧树脂固
化而形成。
阀50在圆柱状的部分形成有外螺纹(未图示)。通过使阀50的
外螺纹与在接口30的圆筒部36的内侧面形成的内螺纹(未图示)螺
合，接口30的开口由阀50封闭。
图2是表示将罐主体安装于FW装置的状态的说明图。FW装置
200是用于使罐主体60沿着内衬10的圆周方向旋转并向罐主体60的
外周卷绕浸渍有环氧树脂的碳纤维(以下，也简称为“碳纤维”)的
装置。FW装置200主要具备支承台220、电动机210、第一旋转轴212、
第二旋转轴214、纤维放出部(未图示)。
第一和第二旋转轴212、214是在FW装置200中，用于将罐主体
60保持成能够以其中心轴为中心旋转的支承轴。在罐主体60的安装时，
第一旋转轴212从接口30的贯通孔37沿着罐主体60的中心轴插入到
罐主体60的中空部，其轴端与接口40的第一孔部42嵌合。需要说明
的是，在第一旋转轴212形成有与在贯通孔37形成的内螺纹(未图示)
螺合的外螺纹(未图示)，第一旋转轴212将接口30固定，并且将接
口30的贯通孔37气密地密封。另一方面，第二旋转轴214在罐主体
60的外侧，以其中心轴与罐主体60的中心轴一致的方式配置，其轴端
与接口40的第二孔部44嵌合。
第一和第二旋转轴212、214分别由支承台220支承。在第一旋转
轴212上连接电动机210，伴随于电动机210的旋转，第一旋转轴212
旋转，固定在第一旋转轴212上的接口30伴随于第一旋转轴212的旋
转而旋转，因此罐主体60整体旋转。如图2的箭头所示，当第一旋转
轴212及罐主体60旋转时，在罐主体60上作用有伴随于旋转的转矩。
对上述的电动机210的旋转进行控制，使罐主体60以大致恒定的
速度旋转，并从纤维放出部供给碳纤维，由此通过所谓环形卷绕或螺
旋卷绕而向罐主体的外周整体卷绕碳纤维。
A1-1.罐主体的结构：
图3是表示罐主体60的外观结构的一部分的立体图。如图3所示，
接口30以自身的中心轴与内衬10的中心轴OL一致的方式设置在内衬
10的一端。在本实施方式中，接口30通过嵌入成形而安装于内衬10，
但例如也可以通过利用注塑成形形成了内衬10之后将接口30嵌入等
其他的方法来进行安装。以下，将接口30的中心轴也称为“中心轴
OL”。
图4是将图1的X1部放大而概略性地表示的放大剖视图。如图4
所示，内衬10具备与接口30的凸缘部38接触的第一接触面11。第一
接触面11与内衬10的中心轴OL大致正交。图5是表示内衬的第一接
触面的概略结构的立体图。如图4、5所示，内衬10的第一接触面11
以内衬10的中心轴OL为中心而呈放射状地具备8个俯视大致长方形
形状(圆角的四边形形状)的突起部12。如图4所示，突起部12呈截
面大致梯形形状的尖细的形状。在本实施方式中，突起部12形成为高
度h＝2mm，但是高度h没有限定于本实施方式，可以是1mm、3mm、
5mm等，根据高压罐100的尺寸、罐主体60的旋转时作用的转矩、突
起部12的形状等而适当设定。
第一接触面11还以内衬10的中心轴OL为中心，在突起部12的
外侧具备俯视大致圆周状(圆环状)的第一卡合部14。如图4所示，
第一卡合部14从根部到前端，形成为朝向中心轴OL倾斜的凸状。
如图4所示，接口30具备与内衬10接触的第二接触面31。图6
是表示接口的第二接触面的概略结构的立体图。在图6中，为了图示
第二接触面31，而图示出将图4所示的接口30的上下颠倒的状态。如
图4、6所示，接口30的第二接触面31以接口30的中心轴OL为中心
而呈放射状地具备8个与内衬10的第一接触面11具备的突起部12嵌
合的凹部32。
第二接触面31还以接口30的中心轴OL为中心，在凹部32的外
侧具备俯视大致圆周状(圆环状)的第二卡合部34。如图4所示，第
二卡合部34与内衬10的第一卡合部14相互卡合。需要说明的是，在
接口30的第二接触面31，通过形成与内衬10的第一卡合部14嵌合的
槽而形成第二卡合部34。
A2.第一实施方式的效果：
根据第一实施方式的高压罐100，由于接口30的凸缘部38的外
周形状为圆形状，因此与使用接口的凸缘部的外周形状为花键形状、
锯齿形状及多边形形状等的接口的情况相比，内衬10与接口30的交
界较短。因此，即使高压罐100的内压变化，在接口30与内衬10的
交界处在加强层20产生应力，也能够抑制加强层20的变形的发生。
而且，如上所述，以在内衬10安装有接口30和接口40的罐主体
60为心轴，通过FW法形成加强层20时，如图2所示，将罐主体60
的接口30固定于FW装置200进行旋转。接口30固定于FW装置200
的第一旋转轴212，伴随于第一旋转轴212的旋转而接口30旋转，伴
随于接口30的旋转而内衬10旋转。在第一实施方式的高压罐100中，
在内衬10的第一接触面11上形成突起部12，在接口30的第二接触面
31上形成与突起部12嵌合的凹部32。因此，即使接口30以高速旋转，
通过突起部12与凹部32嵌合，也能够抑制接口30的空转。在第一实
施方式的高压罐100中，以内衬10的中心轴OL为中心而呈放射状地
形成俯视大致长方形形状(圆角的四边形形状)的突起部12，在通过
FW法形成加强层20时，伴随于接口30的旋转而作用的转矩与突起部
12正交。因此，能够更有效地抑制接口30的空转。
而且，在高压罐100中，内衬10具备第一卡合部14，接口30具
备第二卡合部34。如上所述，在通过FW法形成加强层20时，伴随于
罐主体60的旋转，转矩作用于罐主体60。突起部12朝向前端形成为
尖细的形状，因此通过作用于罐主体60的转矩，突起部12的前端形
状向根部的方向变形，接口30与内衬10可能会分离。相对于此，由
于第一卡合部14与第二卡合部34卡合，因此能抑制接口30与内衬10
的分离，能够进一步抑制接口30的空转。在此，第一卡合部14和第
二卡合部34以俯视下呈大致圆周状的方式形成在比突起部12靠外周
处，因此能够没有遗漏且没有不足地抑制内衬10与接口30的分离，
能够更牢固地抑制接口30的空转。
以下，基于图7～12说明关于第二～第四实施方式的高压罐。实施
例2～4的高压罐在内衬处与接口接触的第一接触面的形状、及在接口
处与内衬接触的第二接触面的形状不同于第一实施方式，但是其他的
结构与第一实施方式相同，因此仅说明内衬及接口，其他的说明省略。
B：第二实施方式：
图7是表示第二实施方式的内衬的第一接触面的概略结构的俯视
图。图8是将第二实施方式的罐主体的图7的A-A截面放大而概略性
地表示的放大剖视图。图8是与第一实施方式的图1的X1部的放大剖
视图(图4)相当的附图。
如图7、8所示，内衬10A的第一接触面11A具备12个大致圆锥
台形状的突起部12A。第一接触面11A还以内衬10A的中心轴OL为
中心，在突起部12A的外侧具备俯视大致圆周状(圆环状)的第一卡
合部14A。第二实施方式的第一卡合部14A是与第一实施方式的第一
卡合部14相同的形状。
如图8所示，接口30A的第二接触面31A具备12个与内衬10A
的第一接触面11A具备的突起部12A嵌合的凹部32A。第二接触面31A
还以接口30A的中心轴OL为中心，在凹部32A的外侧具备俯视大致
圆周状(圆环状)的第二卡合部34A。第二实施方式的第二卡合部34A
是与第一实施方式的第二卡合部34相同的形状。
根据第二实施方式的高压罐，在通过FW法形成加强层时，突起
部12A与凹部32A嵌合，而且，第一卡合部14A与第二卡合部34A卡
合，由此也能够抑制接口30A的空转。即，即使将突起部12A的形状
形成为圆锥台形状，也能够得到与第一实施方式同样的效果。但是，
如上所述，根据第一实施方式所示的形状及配置的突起部12，能够更
有效地抑制接口的空转，因此优选。
C：第三实施方式：
图9是表示第三实施方式的内衬的第一接触面的概略结构的俯视
图。图10是将第三实施方式的罐主体的图9的B-B截面放大而概略性
地表示的放大剖视图。图10是与第一实施方式的图1的X1部的放大
剖视图(图4)相当的附图。
如图9、10所示，内衬10B的第一接触面11B以内衬10B的中心
轴OL为中心而呈放射状地具备8个俯视大致长方形形状(圆角的四边
形形状)的突起部12B。即，突起部12B形成为与第一实施方式相同
的形状及配置。第一接触面11B还具备8个第一卡合部14B。第一卡
合部14B为俯视大致矩形形状(图9)，从根部到前端形成为朝向中心
轴OL倾斜的凸状(图10)。第一卡合部14B以内衬10B的中心轴OL
为中心，与突起部12B的位置对应地配置在突起部12B的外侧。
如图10所示，接口30B的第二接触面31B具备8个与内衬10B
的第一接触面11B具备的突起部12B嵌合的凹部32B。第二接触面31B
还以接口30B的中心轴OL为中心，在凹部32B的外侧具备8个第二
卡合部34B。第二卡合部34B与内衬10B的第一卡合部14B相互卡合。
根据第三实施方式的高压罐，在通过FW法形成加强层时，突起
部12B与凹部32B嵌合，而且，第一卡合部14B与第二卡合部34B卡
合，由此也能够抑制接口30B的空转。但是，在第一实施方式中，第
一卡合部14和第二卡合部34以俯视下呈大致圆周状的方式形成在比
突起部12靠外周处，因此能够没有遗漏且没有不足地抑制内衬10与
接口30的分离，因此能够更牢固地抑制接口30的空转，因此优选。
D：第四实施方式：
图11是表示第四实施方式的内衬的第一接触面的概略结构的俯
视图。图12是将第四实施方式的罐主体的图11的C-C截面放大而概
略性地表示的放大剖视图。图12是与第一实施方式的图1的X1部的
放大剖视图(图4)相当的附图。
如图11、12所示，内衬10C的第一接触面11C以内衬10C的中
心轴OL为中心而呈放射状地具备8个俯视大致长方形形状(圆角的四
边形形状)的突起部12C。突起部12C呈与第一实施方式相同的形状
及配置。第一接触面11C还以内衬10C的中心轴OL为中心，在突起
部12C的内侧具备俯视大致圆周状(圆环状)的第一卡合部14C。第
三实施方式的第一卡合部14C如图12所示，从根部到前端形成为从中
心轴OL朝向径向倾斜的凸状。
如图12所示，接口30C的第二接触面31C具备8个与内衬10C
的第一接触面11C具备的突起部12C嵌合的凹部32C。第二接触面31C
还以接口30C的中心轴OL为中心，在凹部32C的内侧具备第二卡合
部34C。第二卡合部34C与内衬10C的第一卡合部14C相互卡合。
根据第四实施方式的高压罐，在通过FW法形成加强层时，突起
部12C与凹部32C嵌合，而且第一卡合部14C与第二卡合部34C卡合，
由此也能够抑制接口30C的空转。但是，在第一实施方式中，第一卡
合部14和第二卡合部34以俯视下呈大致圆周状的方式形成在比突起
部12靠外周处，因此与第四实施方式相比，能够在较长的距离抑制内
衬10与接口30的分离，因此能够更牢固地抑制接口30的空转，从而
优选。
E.变形例：
需要说明的是，本发明没有局限于上述的实施方式、实施方式，
在不脱离其主旨的范围内能够以各种方式实施，例如可以进行如下的
变形。
(1)在上述实施方式中，例示了内衬的第一接触面具备突起部和
第一卡合部且接口的第二接触面具备凹部和第二卡合部的结构，但是
也可以形成为不具备第一、第二卡合部的结构。这样，通过突起部与
凹部嵌合，在利用FW法来形成加强层时，也能够抑制接口的空转。
而且，可以将突起部及凹部的形状形成为使内衬与接口相互卡合的形
状，形成为一并具有作为第一卡合部及第二卡合部的功能的结构。这
样，也能够抑制伴随于罐主体的旋转而作用于罐主体的转矩引起的接
口与内衬的分离，能够抑制接口的空转。
(2)在上述实施方式中，例示了内衬的第一接触面具备突起部的
结构，但也可以形成为接口的第二接触面具备突起部的结构。在接口
具备突起部的情况下，只要形成内衬具备与突起部嵌合的凹部的结构
即可。这样也能够得到与上述实施例同样的效果。但是，与在接口形
成突起部相比，在内衬形成突起部的情况下制造更容易，因此优选。
(3)突起部、凹部、第一卡合部及第二卡合部的形状及个数没有
限定为上述实施方式例示的形状。例如，可以将突起部形成为对第一
实施方式的突起部12进行切口而分割成多个的形状。而且，例如，可
以将第一卡合部的俯视形状形成为对第一实施方式的第一卡合部14进
行切口而分割成多个的具有切口的环状。突起部、凹部、第一卡合部
及第二卡合部只要形成至少1个以上即可。例如，可以具备第一实施
方式所示的第一卡合部14和第四实施方式所示的第一卡合部14C这两
方作为第一卡合部。
(4)在上述实施方式中，使用尼龙作为内衬10的材料，使用铝
作为接口30、40的材料，使用包含碳纤维和环氧树脂的CFRP作为加
强层20的材料即纤维强化塑料，但是没有限定为这些材料。例如，作
为内衬用的材料，也可以使用聚乙烯树脂、聚丙烯树脂或其他的硬质
树脂等。作为接口30、40的材料，也可以使用例如不锈钢、铝合金等
其他的金属、合金。在纤维强化塑料中，作为树脂，可以使用例如改
性环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。而且，作为加强纤维，可以使用金
属纤维等。
(5)在上述实施方式中，例示了内衬10未覆盖接口30的凸缘部
38的外表面，而加强层20覆盖凸缘部38的外表面的结构，但是内衬
10的形状没有限定为上述实施方式。例如，内衬10可以是覆盖接口
30的凸缘部38的外表面整体的形状。这种情况下，加强层20覆盖内
衬10的外表面整体，其结果是，加强层20经由内衬10跨内衬10与
接口30的交界地覆盖(即，加强层20与接口30的凸缘部38不接触)。
而且，内衬10可以形成为覆盖接口30的凸缘部38的外表面的周缘部
分的形状。这种情况下，加强层可以覆盖内衬10的外表面整体并覆盖
接口30的凸缘部38的外表面。这样，加强层20也经由内衬10跨内
衬10与接口30的交界地覆盖。这样，至少以跨内衬的外表面整体和
内衬与接口的交界的方式覆盖的情况在权利要求中表现为“覆盖罐主
体整体”，包括例如接口30的圆筒部36的外表面的一部分、接口30
的凸缘部38的外表面的一部分未由加强层20覆盖的方式。
(6)在上述实施方式中，例示了在内衬10的与接口30接触的第
一接触面11上形成突起部12和第一卡合部14，在接口30的第二接触
面31上形成凹部32和第二卡合部34的结构，但是也可以在接口40
侧形成上述结构。即，可以形成位在内衬10的与接口40接触的第一
接触面上形成突起部和第一卡合部，在接口40的与内衬10接触的第
二接触面上形成凹部和第二卡合部的结构。而且，也可以在接口30及
接口40的两侧形成上述结构。在通过FW法形成加强层时，至少在固
定于FW装置而旋转的接口侧形成突起部、凹部的话，就能够抑制接
口的空转。需要说明的是，在上述实施例中，例示了具备接口30和接
口40的高压罐100，但是具有供收容在高压罐100内的流体流通的贯
通孔且作为高压罐的开口起作用的接口只要具备至少1个即可。例如，
也可以形成为不具备接口40的结构。
(7)收容在高压罐100内的流体没有限定为上述的压缩氢，也可
以是压缩氮等，只要是高压的流体即可。
本申请主张基于在2014年9月17日提出申请的日本国专利申请
(特愿2014-188816)的优先权，为了全部的目的而将其全部的公开通
过参照而引入。
标号说明
10、10A、10B、10C…内衬
11、11A、11B、11C…第一接触面
12、12A、12B、12C…突起部
14、14A、14B、14C…第一卡合部
20…加强层
30、30A、30B、30C…接口
31、31A、31B、31C…第二接触面
32、32A、32B、32C…凹部
34、34A、34B、34C…第二卡合部
36…圆筒部
37…贯通孔
38…凸缘部
40…接口
42…第一孔部
44…第二孔部
46…圆柱部
48…凸缘部
50…阀
60…罐主体
100…高压罐
200…FW装置
210…电动机
212…第一旋转轴
214…第二旋转轴
220…支承台
OL…中心轴