JP2009191904A - 高圧ガスタンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製容器の外周部に繊維強化樹脂を巻き付けてなる高圧ガスタンクにおいて、高圧ガスが高圧ガスタンクを透過する際の異音の発生を抑制する。
【解決手段】高圧水素タンクの製造工程において、（ａ）樹脂製容器を用意する工程と、（ｂ）熱硬化性樹脂が含浸された繊維強化樹脂層を、樹脂製容器の外周部に形成する繊維強化樹脂層形成工程と、（ｃ）繊維強化樹脂層形成工程によって形成された繊維強化樹脂層の最外周部に形成された熱硬化性樹脂層を、溶剤によって溶かす工程と、（ｄ）繊維強化樹脂層を熱硬化する工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧ガスタンクの製造方法に関するものである。

従来、高圧ガスタンクの製造方法について、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、金属製タンクの外面にリボン状の炭素繊維強化プラスチック材を複数層にわたって巻き付けてなる複合高圧タンクの製作方法が記載されている。

近年では、燃料ガスの燃焼エネルギや、燃料ガスの電気化学反応によって発電された電気エネルギによって駆動する車両が開発されており、高圧ガスタンクには、天然ガスや水素等の燃料ガスが貯蔵され、車両に搭載される場合がある。このため、高圧ガスタンクの軽量化が求められており、炭素繊維強化プラスチックや、ガラス繊維強化プラスチック（以下、これらを総称して、繊維強化樹脂と呼ぶ）を巻き付ける容器として、樹脂製容器を用いることが検討されている。

なお、このような高圧ガスタンクは、一般に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸された繊維強化樹脂を、樹脂製容器の外周に巻き付けた後に、熱硬化樹脂を熱硬化することによって製造される。

特開平９−２０３４９７号公報 特開平７−２７６５３８号公報 特開平６−２５４９７４号公報

ところで、上述した繊維強化樹脂を金属製容器や樹脂製容器に巻き付けてなる高圧ガスタンクでは、容器に繊維強化樹脂を巻き付ける工程で、過剰な熱硬化性樹脂が表面に浮き出し、熱硬化性樹脂層が形成される。また、繊維強化樹脂を巻き付ける容器として、樹脂製容器を用いた場合、高圧ガスタンク内に貯蔵されたガスが、わずかながら樹脂製容器を透過する場合がある。特に、高圧ガスタンク内に貯蔵されたガスが、水素等の分子量が小さいガスである場合には、樹脂製容器を透過しやすくなる。そして、樹脂製容器を透過したガスは、繊維強化樹脂層も透過し、繊維強化樹脂層と熱硬化性樹脂層との界面に滞留して、この界面を剥離させ、さらに、滞留したガスの圧力によって、熱硬化性樹脂層に亀裂を生じさせる。このような熱硬化性樹脂層に生じた亀裂は、高圧ガスタンクの性能を直接的に低下させるものではないが、熱硬化性樹脂層に亀裂が生じる際に、大きな異音が生じるため、高圧ガスタンクのユーザに、違和感や、不快感を与える場合があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、樹脂製容器の外周部に繊維強化樹脂を巻き付けてなる高圧ガスタンクにおいて、高圧ガスが高圧ガスタンクを透過する際の異音の発生を抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］高圧ガスタンクの製造方法であって、樹脂製容器を用意する工程と、熱硬化性樹脂が含浸された繊維強化樹脂層を、前記樹脂製容器の外周部に形成する繊維強化樹脂層形成工程と、前記繊維強化樹脂層を熱硬化する工程と、を備え、さらに、前記繊維強化樹脂層形成工程と、前記熱硬化工程との間に、前記繊維強化樹脂層形成工程の際に前記繊維強化樹脂層の最外周部に形成された熱硬化性樹脂層を、溶剤によって溶かす工程を備える、製造方法。

適用例１の高圧ガスタンクの製造方法では、樹脂性容器の外周部に繊維強化樹脂層を形成する際に、過剰な熱硬化樹脂によって、繊維強化樹脂層の最外周部に熱硬化性樹脂が浮き出して熱硬化樹脂層が形成されるため、この熱硬化性樹脂層を、溶剤によって溶かすことにより、熱硬化性樹脂層の厚さを薄くした後に、繊維強化樹脂層を熱硬化する。こうすることによって、樹脂製容器、および、繊維強化樹脂層を透過した高圧ガスタンク内のガスが、熱硬化性樹脂層をも透過しやすくすることができる。したがって、熱硬化性樹脂層の亀裂や、亀裂が生じる際の大きな異音の発生を抑制することがきる。

なお、熱硬化性樹脂層は、できるだけ薄くなるように溶かすことが好ましいが、繊維強化樹脂に用いられる炭素繊維や、ガラス繊維の表面には、棘状の毛羽が多数存在するため、高圧ガスタンクを取り扱う際の安全性の観点から、上記毛羽が熱硬化性樹脂層の内部に埋め込まれ、熱硬化性樹脂層の表面から突出しない程度に薄く溶かすことが好ましい。

［適用例２］適用例１記載の製造方法であって、前記繊維強化樹脂層形成工程は、フィラメント・ワインディング法によって、前記繊維強化樹脂層を、前記樹脂製容器の外周部に形成する工程を含む、製造方法。

適用例２の高圧ガスタンクの製造方法では、周知のフィラメント・ワインディング法によって、繊維強化樹脂層を、樹脂製容器の外周部に巻き付けるので、比較的容易に、樹脂製容器の外周部に繊維強化樹脂層を形成することができる。なお、繊維強化樹脂層形成工程において、樹脂容器の外周部に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維（糸）を巻き付ける代わりに、熱硬化性樹脂が含浸された織布等を巻き付けるようにしてもよい。

［適用例３］適用例２記載の製造方法であって、前記繊維強化樹脂層形成工程は、前記熱硬化性樹脂が含浸された繊維に含まれる過剰な熱硬化性樹脂を除去しつつ、前記繊維を、前記樹脂製容器の外周部に巻き付ける工程を含む、製造方法。

適用例３の高圧ガスタンクの製造方法では、繊維強化樹脂層形成工程において、熱硬化性樹脂が含浸された繊維に含まれる過剰な熱硬化性樹脂を除去しつつ、繊維を、樹脂製容器の外周部に巻き付けるので、繊維強化樹脂層の最外周部に浮き出して形成される熱硬化性樹脂層の厚さを、予めある程度薄くすることができるため、溶剤によって溶かすべき熱硬化性樹脂層を少なくすることができる。

［適用例４］適用例１ないし３のいずれかに記載の製造方法であって、前記繊維強化樹脂層形成工程は、前記樹脂製容器の外周部に、前記熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維層を形成する工程と、前記炭素繊維層の外周部に、前記熱硬化性樹脂が含浸されたガラス繊維層を形成する工程と、を含む製造方法。

適用例４の高圧ガスタンクの製造方法では、繊維強化樹脂層形成工程において、樹脂製容器の外周部に、熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維層を形成した後、その外周部に、熱硬化性樹脂が含浸されたガラス繊維層を形成する。ガラス繊維層は炭素繊維層よりも機械的強度が高いため、本適用例によって、高圧ガスタンクの機械的強度を高くすることができる。

［適用例５］適用例１ないし４のいずれかに記載の製造方法であって、前記高圧ガスタンクは、高圧水素タンクである、製造方法。

先に説明したように、分子量が小さい水素は、樹脂容器等を透過しやすいため、本適用例は、特に効果的である。

本発明は、上述した高圧ガスタンクの製造方法としての構成の他、この製造方法によって製造された高圧ガスタンクの発明として構成することもできる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．高圧ガスタンクの製造工程：
図１は、本発明の一実施例としての高圧ガスタンクの製造工程を示す説明図である。本実施例では、高圧ガスタンクは、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンクであるものとした。

まず、図１（ａ）に示したように、樹脂製容器を用意する。本実施例では、樹脂容器として、ナイロン系樹脂からなる樹脂製容器を用いるものとした。樹脂容器として、他の樹脂からなる樹脂容器を用いるものとしてもよい。

次に、図１（ｂ）に示したように、樹脂製容器の外周部に、繊維強化樹脂層を形成する（繊維強化樹脂層形成工程）。本実施例では、繊維強化樹脂層形成工程として、樹脂製容器の外周部に、フィラメント・ワインディング法（ＦＷ法）によって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂が含浸されたカーボン繊維を巻き付けることにより、カーボン繊維層を形成し（図１（ｂ−１））、その外周部に、さらに、フィラメント・ワインディング法（ＦＷ法）によって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂が含浸されたガラス繊維を巻き付けることにより、ガラス繊維層を形成する（図１（ｂ−２））。ガラス繊維層はカーボン繊維層よりも機械的強度が高いため、高圧水素タンクの機械的強度を高くすることができる。なお、本実施例では、繊維強化樹脂層形成工程において、カーボン繊維やガラス繊維に含浸された過剰なエポキシ樹脂を、これらの繊維に機械的なダメージが加わらない程度の力でしごいて除去しつつ、各繊維を巻き付けるものとした。こうすることによって、ガラス繊維層の表面に浮き出して形成されるエポキシ樹脂層の厚さを、予めある程度薄くすることができる。

上述した繊維強化樹脂層形成工程では、過剰なエポキシ樹脂を除去しつつ、樹脂製容器に、カーボン繊維、および、ガラス繊維を巻き付けて、カーボン繊維層、および、ガラス繊維層を形成するが、その際に、ガラス繊維層の表面には、なおも過剰なエポキシ樹脂が浮き出して、約１．５（ｍｍ）のエポキシ樹脂層が形成される。そこで、次に、図１（ｃ）に示したように、容器の軸を中心として回転させつつ、ガラス繊維層の表面に浮き出して形成されたエポキシ樹脂層を、溶剤によって溶かして薄くする。この溶剤としては、例えば、アセトンや、エタノール等を用いることができる。なお、エポキシ樹脂層は、できるだけ薄くなるように溶かすことが好ましいが、ガラス繊維の表面には、棘状の毛羽が多数存在するため、高圧ガスタンクを取り扱う際の安全性の観点から、上記毛羽がエポキシ樹脂層の内部に埋め込まれ、エポキシ樹脂層の表面から突出しない程度に薄く溶かすことが好ましい。本実施例では、エポキシ樹脂層の厚さを約０．２（ｍｍ）になるまで溶かすものとした。

そして、図１（ｄ）に示したように、繊維強化樹脂層（カーボン繊維層、ガラス繊維層、エポキシ層）を加熱により、熱硬化する。以上の工程によって、本実施例の高圧水素タンクが製造される。

Ｂ．効果：
図２は、本実施例の製造方法によって製造された高圧水素タンクの効果を示す説明図である。図２（ａ）は、比較例としての高圧水素タンク１００Ｒの断面図である。また、図２（ｂ）は、本実施例の高圧水素タンク１００の断面図である。図２（ａ），（ｂ）の上段にそれぞれ示したように、比較例の高圧水素タンク１００Ｒ、および、本実施例の高圧水素タンク１００は、それぞれ、樹脂容器１００ａと、カーボン繊維層１００ｂと、ガラス繊維層１００ｃと、エポキシ樹脂層１００ｄとを備えている。

ただし、比較例の高圧水素タンク１００Ｒでは、その製造工程において、先に図１（ｃ）に示した、ガラス繊維層１００ｃの表面に浮き出して形成されたエポキシ樹脂層１００ｄを、溶剤によって溶かして薄くする工程を経ておらず、エポキシ樹脂層１００ｄの厚さは、約１．５（ｍｍ）であり、本実施例の高圧水素タンク１００におけるエポキシ樹脂層１００ｄの厚さよりも厚い。このため、図２（ａ）の下段に示したように、高圧水素タンク１００Ｒ内の水素が、樹脂容器１００ａ、カーボン繊維層１００ｂ、ガラス繊維層１００ｃをわずかながら透過し、ガラス繊維層１００ｃとエポキシ樹脂層１００ｄとの界面に滞留して、この界面を剥離させ、さらに、滞留した水素の圧力によって、エポキシ樹脂層１００ｄに亀裂を生じさせる。そして、エポキシ樹脂層１００ｄに亀裂が生じる際に、大きな異音が生じるため、高圧水素タンク１００Ｒのユーザに、違和感や、不快感を与える場合があった。

これに対し、本実施例の高圧水素タンク１００では、エポキシ樹脂層１００ｄの厚さが、高圧水素タンク１００Ｒにおけるエポキシ樹脂層１００ｄの厚さよりも十分に薄いため、樹脂容器１００ａ、カーボン繊維層１００ｂ、ガラス繊維層１００ｃを透過した水素が、エポキシ樹脂層１００ｄをも透過しやすくすることができる。したがって、エポキシ樹脂層１００ｄの亀裂や、亀裂が生じる際の大きな異音の発生を抑制することができる。

Ｃ．変形例：
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、高圧水素タンク１００の製造工程の繊維強化樹脂層形成工程において、カーボン繊維層１００ｂ、および、ガラス繊維層１００ｃを、フィラメント・ワインディング法によって形成するものとしたが、本発明は、これに限られない。繊維強化樹脂層形成工程において、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維（糸）の代わりに、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた織布を巻き付けるようにしてもよい。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、高圧水素タンク１００の製造工程の繊維強化樹脂層形成工程において、樹脂容器１００ａの外周部に、カーボン繊維層１００ｂ、および、ガラス繊維層１００ｃを形成するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、ガラス繊維層１００ｃを省略するようにしてもよい。また、高圧水素タンク１００において、繊維強化樹脂層を、さらに多層としてもよい。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、高圧水素タンク１００の製造工程の繊維強化樹脂層形成工程において、カーボン繊維やガラス繊維に含浸された過剰なエポキシ樹脂を、これらの繊維に機械的なダメージが加わらない程度の力でしごいて除去しつつ、各繊維を巻き付けるものとしたが、本発明は、これに限られない。カーボン繊維やガラス繊維に含浸された過剰なエポキシ樹脂をしごいて除去する工程を省略するようにしてもよい。ただし、この工程を経ることによって、エポキシ樹脂層１００ｄの厚さを予めある程度薄くすることができるため、溶剤によって溶かすべきエポキシ樹脂層１００ｄを少なくすることができる。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いるものとしたが、他の熱硬化性樹脂を用いるものとしてもよい。

Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、高圧ガスタンクは、高圧水素タンク１００であるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、天然ガス等、他の高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクとしてもよい。

本発明の一実施例としての高圧ガスタンクの製造工程を示す説明図である。 本実施例の製造方法によって製造された高圧水素タンクの効果を示す説明図である。

符号の説明

１００，１００Ｒ…高圧水素タンク
１００ａ…樹脂容器
１００ｂ…カーボン繊維層
１００ｃ…ガラス繊維層
１００ｄ…エポキシ樹脂層

Claims (5)

1. 高圧ガスタンクの製造方法であって、
   樹脂製容器を用意する工程と、
   熱硬化性樹脂が含浸された繊維強化樹脂層を、前記樹脂製容器の外周部に形成する繊維強化樹脂層形成工程と、
   前記繊維強化樹脂層を熱硬化する熱硬化工程と、を備え、さらに、
   前記繊維強化樹脂層形成工程と、前記熱硬化工程との間に、前記繊維強化樹脂層形成工程の際に前記繊維強化樹脂層の最外周部に形成された熱硬化性樹脂層を、溶剤によって溶かす工程を備える、
   製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法であって、
   前記繊維強化樹脂層形成工程は、フィラメント・ワインディング法によって、前記繊維強化樹脂層を、前記樹脂製容器の外周部に形成する工程を含む、製造方法。
3. 請求項２記載の製造方法であって、
   前記繊維強化樹脂層形成工程は、前記熱硬化性樹脂が含浸された繊維に含まれる過剰な熱硬化性樹脂を除去しつつ、前記繊維を、前記樹脂製容器の外周部に巻き付ける工程を含む、製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の製造方法であって、
   前記繊維強化樹脂層形成工程は、
   前記樹脂製容器の外周部に、前記熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維層を形成する工程と、
   前記炭素繊維層の外周部に、前記熱硬化性樹脂が含浸されたガラス繊維層を形成する工程と、
   を含む製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の製造方法であって、
   前記高圧ガスタンクは、高圧水素タンクである、製造方法。

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