CN115727254A - 罐的制造方法及制造装置 - Google Patents

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fiber
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Abstract

提供能够在短时间内使树脂含浸的罐的制造方法及制造装置。以使圆顶部(12B)的外表面处的第一纤维层(编织层)(17B)比直体部(12A)的外表面处的第二纤维层(螺旋层)(17A)疏的方式，且以从第一纤维层(17B)连续地使疏的第一纤维层(17B)的积层的一部分存在于第二纤维层(17A)的积层间的一部分的方式，将纤维(16)向内衬(12)的外表面在径向上重叠缠绕，使树脂(18)向包括第一纤维层(17B)及第二纤维层(17A)的纤维层(17)含浸。

Description

罐的制造方法及制造装置
技术领域
本发明涉及由纤维加强(增强)了的罐的制造方法及制造装置。
背景技术
专利文献1公开了FRP制罐(以下，也称作高压罐)的制造方法。在该制造方法中，执行将纤维向内衬缠绕而包覆的包覆工序后，进行使树脂向纤维含浸的含浸工序，之后，通过加热使树脂含浸后的纤维来使树脂固化。
另外，专利文献2公开了利用了相关的RTM(Resin Transfer Molding：树脂传递模塑)法的高压罐的制造方法。在该制造方法中，将在形成高压罐的内部空间的内衬的外表面形成有纤维层的预制件配置于模具内，一边从浇口朝向配置于所述模具内的所述预制件射出树脂，一边以所述预制件的中心轴线为旋转中心使所述预制件在所述模具内在周向上旋转。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-085199号公报
专利文献2：日本特开2019-056415号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在利用了上述RTM法的制造方法中，在高压罐的制造时，将纤维缠绕工序和树脂含浸工序分开进行。但是，高压罐的纤维缠绕量多，缠绕纤维而成的纤维层(积层)的厚度大，因此直到使树脂含浸至纤维层的里部(最内层)为止可能会花费时间。
本发明鉴于上述情形而完成，目的在于提供能够在短时间内使树脂含浸的罐的制造方法及制造装置。
用于解决课题的手段
为了达成所述目的，本发明的一方案是一种罐的制造方法，所述罐在具有筒状的直体部和随着从该直体部的轴向的端部去往与该直体部相反的一侧而逐渐缩窄的圆顶部的中空的内衬的外表面形成有加强层，所述加强层通过将树脂向将纤维在径向上重叠缠绕而成的纤维层含浸而成，所述制造方法的特征在于，包括以下工序：以使所述圆顶部的外表面处的第一纤维层比所述直体部的外表面处的第二纤维层疏的方式，且以从所述第一纤维层连续地使所述疏的所述第一纤维层的积层的一部分存在于所述第二纤维层的积层间的一部分的方式，将所述纤维向所述内衬的外表面在径向上重叠缠绕；及使所述树脂向包括所述第一纤维层及所述第二纤维层的所述纤维层含浸。
在优选的方案中，将所述树脂向所述纤维层的含浸在所述内衬的轴向和径向上分别进行。
在别的优选的方案中，在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂而使所述树脂向所述纤维层含浸，在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂而使所述树脂向所述纤维层含浸。
在别的优选的方案中，将所述树脂向所述纤维层的含浸在所述内衬的轴向上进行后，在所述内衬的轴向及径向这两个方向上进行。
在别的优选的方案中，在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂后，在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂，并在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂，使所述树脂向所述纤维层含浸。
在别的优选的方案中，通过在所述圆顶部的外表面将纤维以交错地编织的方式缠绕而构成所述第一纤维层，通过在所述直体部的外表面从所述第一纤维层连续地将纤维呈螺旋状或环状地缠绕而构成所述第二纤维层，通过从所述第一纤维层连续地将纤维以交错地编织的方式缠绕而使所述疏的所述第一纤维层的积层的一部分存在于所述第二纤维层的积层间的一部分。
另外，本发明的其他方案是一种罐的制造装置，所述罐在具有筒状的直体部和随着从该直体部的轴向的端部去往与该直体部相反的一侧而逐渐缩窄的圆顶部的中空的内衬的外表面形成有加强层，所述加强层通过将树脂向将纤维在径向上重叠缠绕而成的纤维层含浸而成，所述制造装置的特征在于，具备模具，该模具用于收容以使所述圆顶部的外表面处的第一纤维层比所述直体部的外表面处的第二纤维层疏的方式且以从所述第一纤维层连续地使所述疏的所述第一纤维层的积层的一部分存在于所述第二纤维层的积层间的一部分的方式将所述纤维向所述内衬的外表面在径向上重叠缠绕而成的预制件，使所述树脂向包括所述第一纤维层及所述第二纤维层的所述纤维层含浸，在所述模具中，为了将所述树脂向所述纤维层的含浸在所述内衬的轴向和径向上分别进行，设置有多条供所述树脂流动并且形成向所述模具内开口的浇口的流道，并且在所述多条流道的至少一个设置有开闭机构。
在优选的方案中，所述多条流道构成为包括在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂的第一流道和在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂的第二流道。
在别的优选的方案中，所述开闭机构以将所述树脂向所述纤维层的含浸在所述内衬的轴向上进行后在所述内衬的轴向及径向这两个方向上进行的方式开闭所述多条流道的至少一个。
在别的优选的方案中，所述多条流道构成为包括在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂的第一流道和在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂的第二流道，所述开闭机构至少设置于所述第二流道，在利用所述开闭机构关闭了所述第二流道的状态下，经由所述第一流道而在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂后，在利用所述开闭机构打开了所述第二流道的状态下，经由所述第一流道而在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂，并经由所述第二流道而在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂。
发明效果
根据本发明的一方案，通过在纤维缠绕时将纤维(纤维密度)疏的部位设置于圆顶部和直体部双方，树脂注入时的阻力变小，因此容易使树脂含浸，能够实现短时间内的树脂含浸。
另外，由于在树脂注入时各方向(轴向或积层延伸方向、径向或板厚方向)的树脂的注入压不互相阻碍，所以能够在短时间内实现直到内层为止的树脂含浸。
附图说明
图1是示意性地示出本实施方式的高压罐(卷绕有纤维的内衬)的侧视图。
图2是示意性地示出本实施方式的高压罐(卷绕有纤维的内衬)的构造的剖视图。
图3是示出向构成本实施方式的高压罐的内衬缠绕纤维的制造装置(编织机)的示意图。
图4是示出向本实施方式的高压罐的圆顶部缠绕时的纤维的送出位置的示意图。
图5是示出向本实施方式的高压罐的直体部缠绕时的纤维的送出位置的示意图。
图6是示意性地示出本实施方式的高压罐(卷绕有纤维的内衬)的使编织层的积层存在于螺旋层的积层间的积层部分的侧视图。
图7是示出本实施方式的高压罐的制造装置(树脂含浸成形用模具)的预制件配置工序及真空脱气工序的状态的纵剖视图。
图8是示出本实施方式的高压罐的制造装置(树脂含浸成形用模具)的树脂注入工序的状态的纵剖视图。
图9是对本实施方式的高压罐的制造装置(树脂含浸成形用模具)的开闭机构是闭状态时的树脂注入工序进行说明的拆卸了上模的下模的俯视图。
图10是对本实施方式的高压罐的制造装置(树脂含浸成形用模具)的开闭机构是开状态时的树脂注入工序进行说明的拆卸了上模的下模的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
以下，以作为罐的一例的燃料电池车用高压罐为例来说明。不过，成为本发明的应用对象的罐不限定于燃料电池车用高压罐，构成罐的内衬或预制件的形状、材料等也不限于图示例。
在RTM法中，制作通过将碳纤维向内衬几重(几层)地缠绕(卷绕)而在内衬的外表面形成有纤维层的预制件，通过使环氧树脂向预制件的纤维层含浸并固化来制造在内衬的外周形成有包含碳纤维和环氧树脂的纤维增强树脂层的燃料电池车用高压罐。内衬是形成高压罐的内部空间的树脂制(例如尼龙树脂制)的中空容器。
在燃料电池车用高压罐中，由于碳纤维积层得厚，所以树脂不含浸至碳纤维的内层。若为了使树脂含浸至碳纤维的内层而以高压将树脂注入，则产生罐自身的变形等，产生品质、性能下降。另外，由于罐形状是圆筒形，所以难以将树脂向整体均匀地填充，树脂含浸不均匀。另外，压力容易向浇口附近集中，该浇口部成为高压并且浇口部与树脂流动末端部(与浇口部相反的一侧)的压力差大。
也就是说，燃料电池车用高压罐的碳纤维的积层厚度为了确保强度而非常厚(是通常的RTM成形主体部件的约10倍)，树脂含浸困难，在专利文献2那样的罐旋转中，直到碳纤维的内层为止的树脂含浸效果少。另外，若为了使树脂含浸至碳纤维的内层而以高压将树脂注入，则压力分布不均匀，在局部地成为了高压的部位处，产生罐内侧的树脂制内衬的变形等，产生品质、性能下降。另外，由于模具与罐之间的间隙窄，树脂不容易向浇口部的相反侧流动，所以为了在树脂固化前使树脂向整体流动，需要如专利文献2那样使罐在模具内高速旋转，但模具内的空间少，另外，有可能损伤碳纤维。
于是，本实施方式采用了以下的结构。
(高压罐的结构)
首先，关于本发明的实施方式的高压罐10的构造，基于附图来详细说明。图1、图2分别是示意性地示出本实施方式的高压罐10(卷绕有纤维的内衬)的侧视图、剖视图。需要说明的是，为了说明的方便，将在各图中适当示出的箭头D设为高压罐10的轴向，将箭头R设为高压罐10的径向。另外，将在高压罐10的中心轴CL的轴向上从高压罐10(内衬12)的中心离开的一侧设为“轴向端部侧”。另外，将与其相反地向高压罐10(内衬12)的中心接近的一侧设为“轴向中央部侧”。另外，本实施方式的高压罐10在其内部填充例如作为燃料的氢，搭载于燃料电池车(图示省略)等。
如图1、图2所示，高压罐10具有作为容器主体的内衬12。内衬12作为一例而由气体阻隔性优异且尺寸稳定性优异的液晶树脂材料吹塑成形，具有圆筒状的直体部12A和一体形成于直体部12A的两端(端部开口)的大致半球状的圆顶部12B。更具体地说，该内衬12具有在其长度方向(轴向)的中间部处内径及外径被设为恒定的圆筒状的直体部12A和构成其长度方向(轴向)的两侧部分且随着去往与直体部12A相反的一侧(轴向端部侧)而逐渐缩窄(缩径)的圆顶部12B。
另外，圆顶部12B在其轴心部包括向内衬12的中心轴CL的轴向端部侧(外侧)突出的圆筒部12C。圆筒部12C的内径及外径比直体部12A小且大致恒定。
并且，高压罐10通过具有规定的宽度的带状的纤维(也称作纤维束)16在内衬12的直体部12A的外周面和圆顶部12B的外周面呈层状地缠绕而构成。纤维16被设为包含玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维等的纤维增强树脂(FRP：Fiber Reinforced Plastics)制，在内衬12的外周面(外表面)形成作为加强层的纤维增强树脂层(FRP层)。
具体来说，在圆顶部12B的外周面(外表面)上，纤维16以交错地编织的方式缠绕(以下有时称作“编织卷绕”)，由该编织卷绕的纤维16形成作为第一纤维层的编织层17B。并且，通过热固性树脂18(图8等)向该编织层(第一纤维层)17B含浸/固化而形成加强层。
另一方面，在直体部12A的外周面(外表面)上，纤维16呈螺旋状地缠绕(以下有时称作“螺旋卷绕”)，由该螺旋卷绕的纤维16形成作为第二纤维层的螺旋层17A。并且，通过热固性树脂18(图8等)向该螺旋层(第二纤维层)17A含浸/固化而形成加强层。
螺旋卷绕是指：将纤维16相对于内衬12的中心轴CL以规定的缠绕角度+θ向直体部12A的外周面整体缠绕后，进一步相对于内衬12的中心轴CL以规定的缠绕角度-θ从其上(在以角度+θ缠绕的纤维16上交叉地)缠绕。也就是说，螺旋层(第二纤维层)17A通过纤维16向直体部12A的外周面以规定的缠绕角度+θ及缠绕角度-θ缠绕至少2层而构成。需要说明的是，虽然起因于直体部12A的内压及纤维(束)16的纤维根数等，但纤维(束)16实际上(在径向上重叠或积层)缠绕例如数层～数十层左右。
如上所述，编织卷绕是将纤维16以交错地编织的方式缠绕，在此是指相对于内衬12的中心轴CL以规定的缠绕角度+θ及缠绕角度-θ向圆顶部12B的外周面整体缠绕。
也就是说，在此，编织卷绕和螺旋卷绕都以相同的缠绕角度θ缠绕，该缠绕角度θ包含公差而为θ＝54.7度±10度的范围内、优选θ＝54.7度±5度的范围内、进一步优选θ＝54.7度±1度的范围内。
该缠绕角度θ是根据规定的内压作用时的直体部12A处的应力(轴向的应力及周向的应力)导出的角度，是起因于周向的应力相对于轴向的应力为2倍的角度。即，虽然详细的计算式省略，但在通过网格理论(Netting theory)而计算了与应力对应的缠绕角度θ时，tan2θ＝2，因此导出θ＝54.7度(平衡角)。
在此，圆顶部12B与直体部12A相比，内压作用时的应力小，因此，与直体部12A相比，加强的程度可以小。因此，作为基本构造，在圆顶部12B处，被设为与螺旋卷绕(螺旋层17A)相比纤维间隔大且纤维(密度)疏而成为低强度的编织卷绕(编织层17B)，在直体部12A处，被设为与编织卷绕(编织层17B)相比纤维间隔小且纤维(密度)密而成为高强度的螺旋卷绕(螺旋层17A)。
需要说明的是，虽然详细的构造说明省略，但从圆顶部12B处的编织卷绕(编织层17B)向直体部12A处的螺旋卷绕(螺旋层17A)的切换、反过来从直体部12A中的螺旋卷绕(螺旋层17A)向圆顶部12B中的编织卷绕(编织层17B)的切换在从与内衬12的中心轴CL的轴向正交的方向观察时，在直体部12A与圆顶部12B的交界部附近的在轴向上为规定的长度的区域内进行。
另外，虽然图示省略，但作为一例，在一方的圆筒部12C嵌合密封插塞，在另一方的圆筒部12C嵌合接头插塞，在该接头插塞装配阀。
另外，如图3所示，纤维16由公知的制造装置(也称作编织机)40向内衬12的外周面缠绕。如图4、图5所示，制造装置40具有在圆周上以2列配置的多个绕线管42、44，从各列的多个绕线管42、44送出的纤维16向朝向中心轴CL的轴向(图3中的左方向)移动的内衬12的一方的圆顶部12B的外周面、直体部12A的外周面、另一方的圆顶部12B的外周面依次缠绕。
需要说明的是，在将纤维16向一方及另一方的圆顶部12B编织卷绕时，如图4所示，由实线连结的多个绕线管42和由假想线连结的多个绕线管44在周向上以在径向内侧和径向外侧交替的方式配置。并且，以在由实线连结的多个绕线管42和由假想线连结的多个绕线管44互相向反方向移动的同时这些各绕线管42、44从径向内侧向径向外侧及从径向外侧向径向内侧依次调换的方式驱动制造装置40。
另外，在将纤维16向直体部12A螺旋卷绕时，如图5所示，由实线连结的多个绕线管42和由假想线连结的多个绕线管44在周向上配置于径向外侧和径向内侧。并且，以使由实线连结的多个绕线管42和由假想线连结的多个绕线管44互相向反方向移动的方式驱动制造装置40。
如上所述，本实施方式作为基本构造，在圆顶部12B处，被设为纤维间隔大且纤维(密度)疏而成为低强度的编织卷绕(编织层17B)，在直体部12A处，被设为纤维间隔小且纤维(密度)密而成为高强度的螺旋卷绕(螺旋层17A)，但为了使树脂18容易含浸而在短时间内使树脂18含浸，附加有以下的结构。
即，如图2所示，以从编织层17B连续地使编织层17B的积层的一部分(17D)存在于螺旋层17A(例如由数层～数十层左右构成)的积层间(包括最内层的内侧、最外层的外侧)的一部分的方式，向内衬12的直体部12A的外周面和圆顶部12B的外周面呈层状地缠绕纤维16而构成。
具体来说，在圆顶部12B的外周面(外表面)处的规定的编织层17B的积层部位处，将纤维16以交错地编织的方式缠绕后(编织卷绕后)，从此处连续地(换言之，不进行从编织卷绕向螺旋卷绕的切换地)在直体部12A的外周面(外表面)处的螺旋层17A(与编织层17B相邻的螺旋层17A)(在最内层的情况下是直体部12A的外周面)上将纤维16以交错地编织的方式缠绕(图2的17D部分)。需要说明的是，在直体部12A的外周面(外表面)处的螺旋层17A上将纤维16以交错地编织的方式缠绕后，通过从此处连续地在另一方的圆顶部12B的外周面(外表面)处的编织层17B(与螺旋层17A相邻的编织层17B)上将纤维16以交错地编织的方式缠绕(进行编织卷绕)，在另一方的圆顶部12B的外周面(外表面)进一步形成编织层17B(一并参照图6)。
通过将如上所述的纤维16的缠绕在螺旋层17A(例如由数层～数十层左右构成)的积层间(包括最内层的内侧、最外层的外侧)的一处(一层)或多处(多层)进行，以从编织层17B连续的方式编织层17B的积层的一部分(17D)存在于螺旋层17A的积层间。需要说明的是，在螺旋层17A的积层间，可以使编织层17B的积层每一层地存在，也可以使其集中多层而存在。在图2中，示出了使编织层17B的积层每一层地存在的例子。
由此，纤维间隔大且纤维(密度)疏的编织层17B的积层的一部分(以从编织层17B连续地的方式)存在于纤维间隔小且纤维(密度)密的螺旋层17A的积层间，因此在后述的树脂注入时树脂18容易含浸(尤其是，在直体部12A的外周面处的螺旋层17A部分处)，能够在短时间内使树脂18含浸。
通过使具有流动性的未固化的热固性树脂(例如，环氧树脂和固化剂混合而成的树脂。在本说明书中，有时简称作“树脂”)18向如上述那样向内衬12呈层状地缠绕纤维16而形成的包括编织层17B及螺旋层17A(包括螺旋层17A的积层间的编织层17B的积层的一部分17D)的纤维层17含浸且加热而使其固化来形成高压罐10。
(高压罐的制造方法)
关于被设为以上这样的结构的高压罐10的制造方法，基于附图而详细说明。
(纤维卷绕工序)
本实施方式的高压罐10首先通过向内衬12的外周面缠绕纤维16而构成。即，如图3～图5所示，从制造装置40的多个绕线管42、44依次送出纤维16，首先将该纤维16向一方的圆顶部12B的外周面编织卷绕而形成编织层17B(第一工序)。详细而言，从圆顶部12B的与直体部12A侧相反一侧的端部到直体部12A侧的端部为止，依次将纤维16编织卷绕而形成编织层17B。
当纤维16相对于一方的圆顶部12B的外周面的编织卷绕结束后，接在其后，将纤维16向直体部12A的外周面螺旋卷绕而形成螺旋层17A(第二工序)。详细而言，从直体部12A的一方的圆顶部12B侧的端部到另一方的圆顶部12B侧的端部为止，依次将纤维16螺旋卷绕而形成螺旋层17A。需要说明的是，从圆顶部12B处的编织卷绕向直体部12A处的螺旋卷绕的切换通过将制造装置40的多个绕线管42、44的配置(图4、图5)以规定时间幅度切换而在圆顶部12B与直体部12A的交界部附近的在轴向上为规定的长度的区域内进行。在此，在上述区域内，纤维16能够从编织卷绕向螺旋卷绕以相同的缠绕角度θ顺畅地切换。
当纤维16相对于直体部12A的外周面的螺旋卷绕结束后，接在其后，将纤维16向另一方的圆顶部12B的外周面编织卷绕而形成编织层17B(第三工序)。详细而言，从圆顶部12B的直体部12A侧的端部到与直体部12A侧相反一侧的端部为止，依次将纤维16编织卷绕而形成编织层17B。需要说明的是，从直体部12A处的螺旋卷绕向圆顶部12B处的编织卷绕的切换也通过将制造装置40的多个绕线管42、44的配置(图4、图5)以规定时间幅度切换而在直体部12A与圆顶部12B的交界部附近的在轴向上为规定的长度的区域内进行。在此，在上述区域内，纤维16能够从螺旋卷绕向编织卷绕以相同的缠绕角度θ顺畅地切换。
需要说明的是，向一方及另一方的圆顶部12B及直体部12A缠绕的纤维16的缠绕角度θ例如被设为54.7度±10度的范围内。
另外，在本实施方式中，当在规定的编织层17B的积层部位处纤维16的编织卷绕结束后，不进行如上所述的从圆顶部12B处的编织卷绕向直体部12A处的螺旋卷绕的切换，接在其后，将纤维16向直体部12A的外周面(详细而言，直体部12A的外周面处的螺旋层17A的积层部分的外周面)编织卷绕而形成编织层(相当于图2的17D的部分)。另外，当纤维16相对于直体部12A的外周面(详细而言，直体部12A的外周面处的螺旋层17A的积层部分的外周面)的编织卷绕结束后，(不进行如上所述的从直体部12A处的螺旋卷绕向圆顶部12B处的编织卷绕的切换，)接在其后，将纤维16向另一方的圆顶部12B的外周面编织卷绕而形成编织层17B(图6)。
换言之，在规定的编织层17B的积层部位处，从一方的圆顶部12B的与直体部12A侧相反一侧的端部到另一方的圆顶部12B的与直体部12A侧相反一侧的端部为止(遍及内衬12的轴向的全长)，依次将纤维16编织卷绕而形成编织层(17B、17D、17B)(图6)。
通过将如上所述的纤维16的缠绕在螺旋层17A(例如由数层～数十层左右构成)的积层间(包括最内层的内侧、最外层的外侧)的一处(一层)或多处(多层)进行，从编织层17B连续地使编织层17B的积层的一部分(17D)存在于螺旋层17A的积层间。
如上所述，通过将纤维16最终(在径向上重叠或积层)缠绕例如数层～数十层左右，形成在中空的内衬12的外周面(外表面)形成有缠绕纤维16而成的纤维层17(编织层17B及螺旋层17A(包括螺旋层17A的积层间的编织层17B的积层的一部分17D))的作为中间体的预制件11(图7～图10)。
(树脂注入(树脂含浸成形)工序)
如上所述，将在中空的内衬12缠绕纤维16而形成有纤维层17的预制件11(图7～图10)配置于作为制造装置的树脂含浸成形用模具50内(下模60与上模80之间，也称作型腔)，向模具50内注入热固性树脂18，使热固性树脂18向纤维层17(构成纤维层17的纤维16)含浸且加热而使其固化。
具体来说，如图7、图8所示，在模具50(在图示例中是下模60)埋设有连接有真空泵61的真空脱气配管62。
另外，在模具50(在图示例中是上模80)埋设有连接有树脂注入机81的树脂注入配管(也称作树脂注入浇口)82。
另外，如图9、图10所示，在模具50(在图示例中是下模60)形成有多条与所述树脂注入配管82连着设置而供树脂18流动并且形成向型腔开口的浇口(树脂注入口)的流道(72A、72B)。流道72A在预制件11的轴向的中央部(即，直体部12A的中央部附近)从树脂注入配管82向预制件11的径向延伸。由流道72A形成的浇口74A在预制件11的轴向的中央部(即，直体部12A的中央部附近)在预制件11的径向上开口。因此，能够在预制件11的径向(换言之，螺旋层17A的板厚方向或积层方向)上从浇口74A向模具50内(型腔)的直体部12A的外周面处的螺旋层(第二纤维层)17A注入树脂18。另外，流道72B以从流道72A向预制件11的轴向的两侧分支的方式延伸，流道72A从树脂注入配管82向预制件11的径向延伸。由流道72B形成的浇口74B在预制件11的轴向的两端部(即，两端的圆顶部12B的中央部附近)在预制件11的轴向上开口。因此，能够从浇口74B向模具50内(型腔)的圆顶部12B的外周面处的编织层(第一纤维层)17B在预制件11的轴向(换言之，螺旋层17A的积层延伸方向)上注入树脂18。
需要说明的是，在图9、图10所示的例子中，位于预制件11的轴向的中央部的流道72A及位于预制件11的轴向的两端部的流道72B分别形成于相对于预制件11的中心轴CL对向的位置(换言之，以在预制件11的前后成对的方式形成)。
另外，在本实施方式中，为了将位于预制件11的轴向的中央部的流道72A在规定的定时下开闭，在该流道72A设置有由开闭阀等构成的开闭机构76。若例如利用开闭机构76关闭该流道72A，则能够切断从浇口74A向模具50内(型腔)的树脂18的注入。
在使热固性树脂18向预制件11的纤维层17(构成该纤维层17的纤维16)含浸时，首先，在被保温为规定温度(热固性树脂18的固化温度以上的温度)的具有上述的结构的模具50内(下模60与上模80之间)配置了预制件11的状态下(换言之，在合模完成后)，通过控制真空泵61而对模具50内进行真空脱气(图7)。
在上述的真空脱气停止(完成)后，通过驱动树脂注入机81而向模具50内注入热固性树脂18(图8)。在此，热固性树脂18向配置于模具50内的预制件11的纤维层17的注入(含浸)在预制件11(内衬12)的轴向(积层延伸方向)和径向(板厚方向或积层方向)上分别进行。
详细而言，首先，在开闭机构76被关闭的状态(即，流道72A被关闭而切断了从浇口74A向模具50内的树脂18的注入的状态)下，(未固化的)树脂18在树脂注入配管82内流动，经由流道72B而从浇口74B向模具50内(型腔)的圆顶部12B的外周面处的编织层(第一纤维层)17B在预制件11的轴向上注入(喷出)树脂18(图9)。
由此，向纤维间隔大且纤维(密度)疏的编织层(第一纤维层)17B在预制件11的轴向上注入(喷出)树脂18，树脂18向纤维层17含浸。此时，由于以从编织层17B连续地方式，编织层17B的积层的一部分(17D)存在于螺旋层17A的积层间(参照图2)，所以(通过编织层17B而)树脂18也向纤维间隔小且纤维(密度)密的螺旋层17A的积层间含浸。
之后，进行打开开闭机构76的控制，在开闭机构76被打开的状态(流道72A被打开的状态)下，(未固化的)树脂18在树脂注入配管82内流动，经由流道72B而从浇口74B向模具50内(型腔)的圆顶部12B的外周面处的编织层(第一纤维层)17B在预制件11的轴向上注入(喷出)树脂18，并且经由流道72A而从浇口74A向模具50内(型腔)的直体部12A的外周面处的螺旋层(第二纤维层)17A在预制件11的径向上注入(喷出)树脂18(图10)。
由此，向纤维间隔大且纤维(密度)疏的编织层(第一纤维层)17B在预制件11的轴向上注入(喷出)树脂18，并且向纤维间隔小且纤维(密度)密的螺旋层(第二纤维层)17A在预制件11的径向上注入(喷出)树脂18(换言之，在预制件11的轴向及径向这两个方向上注入树脂18)，树脂18向纤维层17的整体含浸。
需要说明的是，打开开闭机构76的定时(即，经由流道72A而从浇口74A注入树脂18的定时)可以基于从检测流动的树脂18的压力的压力传感器得到的计测值来判断，也可以基于预先通过实验等求出的定时来判断。
在树脂18向纤维层17的积层内含浸完成后，停止树脂注入并加热而使其固化，从而在内衬12的外周形成作为加强层的纤维增强树脂层。由此，得到耐腐蚀性优异并且可谋求轻量化及低成本化且搬运及处理容易的高压罐10。
如以上说明那样，在燃料电池车用高压罐中，在基于RTM含浸技术的罐制造时，难以均匀地施加树脂压力而使环氧树脂向积层得厚的(将碳纤维卷绕得厚的)大型罐整体填充、含浸、固化，导致生产性下降、罐性能下降。另外，由于罐将碳纤维积层得厚，所以若不将树脂高压充填，则不会含浸至碳纤维的最内层，因而，浇口正下方等的压力过于变高，产生罐内部的树脂制内衬的变形、纤维偏移等导致生产性下降、罐性能下降的重要品质问题。
本实施方式以积层罐的树脂流动性的划时代性提高为目的，是具有圆顶部和直体部的罐的制造方法，具有准备内衬的工序、向准备的内衬卷绕纤维的工序、向卷绕的纤维注入树脂的工序及使注入的树脂固化的工序，在卷绕的工序中，以使圆顶部比直体部疏的方式卷绕，在注入的工序中，从圆顶部注入树脂，并且为了积层延伸方向的进一步的含浸性提高，向直体部(的螺旋层)的积层间(从编织层连续地)添加疏的积层。
另外，在树脂含浸时，具有在积层延伸方向上进行树脂注入的工序和在板厚方向或积层方向上进行树脂注入的工序双方，并且将积层延伸方向的树脂注入和板厚方向或积层方向的树脂注入分开进行，并且先进行积层延伸方向的树脂注入，控制含浸性而使罐整体的含浸性提高。
另外，是在RTM模具内的树脂流动的流道具有开闭机构76的模具50，对罐构造的纤维疏且含浸性好的在积层延伸方向上流动的圆顶部先进行树脂注入，在积层延伸方向进行树脂含浸后，赋予时间差而在板厚方向上注入树脂，由此，不损害互相的含浸性地控制含浸性，并且也能够观测树脂流动的压力等而实现树脂流动性的反馈自动控制。
由于能够沿着积层延伸方向进行树脂注入，所以能够含浸至碳纤维的内层，且能够含浸至更内层。另外，在罐在轴向上变长时也能够无不均地实现树脂的含浸。另外，由于各方向(积层延伸方向、板厚方向)的树脂的注入压不互相阻碍，所以更能够使树脂含浸至碳纤维的内层。另外，通过进行阻力少的积层延伸方向的树脂注入，纤维的移动由树脂的粘度抑制，在板厚方向树脂注入时也能够抑制纤维偏移的产生。
由此，在通过RTM含浸技术而使环氧树脂含浸时，能够向罐整体均匀地以低压在积层延伸方向及板厚方向上都含浸环氧树脂，因此能够谋求高压罐的性能提高和品质的稳定化，并且也能够实现树脂的高速充填，也可谋求大幅的成形循环缩短。
这样，根据本实施方式，通过在纤维缠绕时将纤维(纤维密度)疏的部位设置于圆顶部12B和直体部12A双方，树脂注入时的阻力变小，因此容易使树脂18含浸，能够实现短时间内的树脂含浸。
另外，由于在树脂注入时各方向(轴向或积层延伸方向、径向或板厚方向)的树脂18的注入压不互相阻碍，所以能够在短时间内实现直到内层为止的树脂含浸。
需要说明的是，在上述实施方式中，在螺旋层17A的积层间使编织层17B的积层的一部分(以覆盖螺旋层17A的外周面的整体的方式)存在于其整面(参照图6)，但当然也可以在螺旋层17A的积层间使编织层17B的积层的一部分仅存在于其一部分的表面。
另外，在直体部12A的外周面将纤维呈螺旋状地缠绕(螺旋卷绕)而形成螺旋层，但例如也可以适当调整缠绕角度θ等，在直体部12A的外周面将纤维呈环状地缠绕(环向卷绕)而形成环向层。另外，只要使得在圆顶部12B的外周面缠绕纤维而成的第一纤维层(的纤维密度)比在直体部12A的外周面缠绕纤维而成的第二纤维层(的纤维密度)疏即可，纤维的卷绕方法自身不限定于上述的方式，这无需详述。
另外，例如，内衬12不限定于液晶树脂制。内衬12也可以是例如高密度聚乙烯等具有气体阻隔性的其他的合成树脂制，还可以是铝合金等轻量金属制。另外，内衬12不限定于通过吹塑成形而制造，也可以通过注射成形等而制造。
以上，将本发明的实施方式使用附图而进行了详述，但具体的结构不限定于该实施方式，即使存在不脱离本发明的主旨的范围内的设计变更等，它们也包含于本发明。
附图标记说明
10高压罐(罐)
11预制件
12内衬
12A直体部
12B圆顶部
12C圆筒部
16纤维
17纤维层
17A螺旋层(第二纤维层)
17B编织层(第一纤维层)
18热固性树脂(树脂)
50模具
60下模
72A、72B流道
74A、74B浇口
76开闭机构
80上模
CL中心轴。

Claims (10)

1.一种罐的制造方法，所述罐在具有筒状的直体部和随着从该直体部的轴向的端部去往与该直体部相反的一侧而逐渐缩窄的圆顶部的中空的内衬的外表面形成有加强层，所述加强层通过将树脂向将纤维在径向上重叠缠绕而成的纤维层含浸而成，
其特征在于，包括以下工序：
以使所述圆顶部的外表面处的第一纤维层比所述直体部的外表面处的第二纤维层疏的方式，且以从所述第一纤维层连续地使所述疏的所述第一纤维层的积层的一部分存在于所述第二纤维层的积层间的一部分的方式，将所述纤维向所述内衬的外表面在径向上重叠缠绕；及
使所述树脂向包括所述第一纤维层及所述第二纤维层的所述纤维层含浸。
2.根据权利要求1所述的罐的制造方法，其特征在于，
将所述树脂向所述纤维层的含浸在所述内衬的轴向和径向上分别进行。
3.根据权利要求2所述的罐的制造方法，其特征在于，
在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂而使所述树脂向所述纤维层含浸，
在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂而使所述树脂向所述纤维层含浸。
4.根据权利要求2所述的罐的制造方法，其特征在于，
将所述树脂向所述纤维层的含浸在所述内衬的轴向上进行后，在所述内衬的轴向及径向这两个方向上进行。
5.根据权利要求2所述的罐的制造方法，其特征在于，
在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂后，
在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂，并在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂，使所述树脂向所述纤维层含浸。
6.根据权利要求1所述的罐的制造方法，其特征在于，
通过将纤维向所述圆顶部的外表面以交错地编织的方式缠绕而构成所述第一纤维层，
通过从所述第一纤维层连续地将纤维向所述直体部的外表面呈螺旋状或环状地缠绕而构成所述第二纤维层，
通过从所述第一纤维层连续地将纤维以交错地编织的方式缠绕而使所述疏的所述第一纤维层的积层的一部分存在于所述第二纤维层的积层间的一部分。
7.一种罐的制造装置，所述罐在具有筒状的直体部和随着从该直体部的轴向的端部去往与该直体部相反的一侧而逐渐缩窄的圆顶部的中空的内衬的外表面形成有加强层，所述加强层通过将树脂向将纤维在径向上重叠缠绕而成的纤维层含浸而成，
其特征在于，
具备模具，该模具用于收容以使所述圆顶部的外表面处的第一纤维层比所述直体部的外表面处的第二纤维层疏的方式且以从所述第一纤维层连续地使所述疏的所述第一纤维层的积层的一部分存在于所述第二纤维层的积层间的一部分的方式将所述纤维向所述内衬的外表面在径向上重叠缠绕而成的预制件，使所述树脂向包括所述第一纤维层及所述第二纤维层的所述纤维层含浸，
在所述模具中，为了将所述树脂向所述纤维层的含浸在所述内衬的轴向和径向上分别进行，设置有多条供所述树脂流动并且形成向所述模具内开口的浇口的流道，并且在所述多条流道的至少一个设置有开闭机构。
8.根据权利要求7所述的罐的制造装置，其特征在于，
所述多条流道构成为包括在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂的第一流道和在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂的第二流道。
9.根据权利要求7所述的罐的制造装置，其特征在于，
所述开闭机构以将所述树脂向所述纤维层的含浸在所述内衬的轴向上进行后在所述内衬的轴向及径向这两个方向上进行的方式开闭所述多条流道的至少一个。
10.根据权利要求7所述的罐的制造装置，其特征在于，
所述多条流道构成为包括在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂的第一流道和在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂的第二流道，
所述开闭机构至少设置于所述第二流道，
在利用所述开闭机构关闭了所述第二流道的状态下，经由所述第一流道而在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入了所述树脂后，在利用所述开闭机构打开了所述第二流道的状态下，经由所述第一流道而在所述内衬的轴向上向所述第一纤维层注入所述树脂，并经由所述第二流道而在所述内衬的径向上向所述第二纤维层注入所述树脂。
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