JP2012082873A - ガス容器及びガス容器製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維強化樹脂の硬化状態にムラが生じるのを防ぐことができるガス容器製造方法を提供する。
【解決手段】合成樹脂製のライナ１０を調製するライナ調製工程と、ライナ１０の開口部１１に口金２０を取り付ける口金取付工程と、ライナ１０及び口金２０の外面に不織布３０を貼り付ける不織布貼付工程と、繊維強化樹脂３０を不織布３０の外側に巻き付ける繊維強化樹脂巻付工程と、口金２０に形成された連通孔２４を介して外部から不織布３０にガスを供給しながら繊維強化樹脂３０の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる樹脂硬化工程と、を備えるガス容器製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス容器及びガス容器製造方法に関する。

現在、天然ガスや水素ガス等の燃料ガスを高圧の状態で貯蔵する高圧ガス容器が提案され、実用化されている。近年においては、図６に示すように、ガスバリア性を有する合成樹脂製のライナ１１０の外側に、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂１２０を巻き付け、この繊維強化樹脂１２０の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させることにより、高圧ガス容器１００を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような高圧ガス容器１００の内殻となるライナ１１０の少なくとも一方の端部には、ライナ１１０の内部と外部との間を連通する開口部１１１が形成されており、この開口部１１１には、アルミニウム等の金属材料で構成された口金１３０が取り付けられている。特許文献１に記載されたような従来のガス容器製造方法においては、ライナ１１０の外側に繊維強化樹脂１２０を巻き付ける際に、図６に示すように口金１３０の外側にも繊維強化樹脂１２０を巻き付け、これらライナ１１０及び口金１３０の外側に巻き付けた繊維強化樹脂１２０の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させている。

特開２０００−２１３６９２号公報

しかし、このような従来の製造方法においては、以下のような問題があった。ライナ１１０の開口部１１１に取り付けられた金属製の口金１３０は、合成樹脂製のライナ１１０よりも高い熱伝導率を有している。このため、繊維強化樹脂１２０の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる際に、口金１３０周辺部の熱硬化性樹脂に加えられた熱が口金１３０に伝達されて奪われてしまい、口金１３０周辺部の熱硬化性樹脂が充分に加熱されなくなる場合がある。このように一部の熱硬化性樹脂の加熱が不充分となると、繊維強化樹脂１２０の硬化状態にムラが生じ、ガス容器の強度低下を招く虞があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、繊維強化樹脂の硬化状態にムラが生じるのを防ぐことができるガス容器製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係るガス容器製造方法は、合成樹脂製のライナを調製するライナ調製工程と、ライナの開口部に口金を取り付ける口金取付工程と、ライナ及び口金の外面に不織布を貼り付ける不織布貼付工程と、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂を不織布の外側に巻き付ける繊維強化樹脂巻付工程と、口金に形成された連通孔を介して外部から不織布にガスを供給しながら繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる樹脂硬化工程と、を備えるものである。

かかる方法を採用すると、ライナ及びその開口部に取り付けられた口金と、繊維強化樹脂と、の間に、断熱材となる不織布を配置するため、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる際に、熱伝導率の高い口金によって熱が奪われて口金周辺部の熱硬化性樹脂の硬化状態が不充分となるのを防ぐことができる。従って、繊維強化樹脂の硬化状態のムラを抑制することが可能となる。また、繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる際に、口金の連通孔を介して外部から不織布にガスを供給するため、不織布内の空隙に熱硬化性樹脂が侵入することを防ぐことができる。従って、不織布の通気性や断熱性を維持することが可能となる。

前記ガス容器製造方法において、不織布の外面に樹脂侵入防止用のフィルムを貼り付けるフィルム貼付工程をさらに備えることができる。かかる場合には、繊維強化樹脂巻付工程において、連通孔を介して外部から不織布にガスを供給しながらフィルムの外面に繊維強化樹脂を巻き付けることが好ましい。

かかる方法を採用すると、繊維強化樹脂を巻き付ける際に、口金の連通孔を介して外部から不織布にガスを供給することができる。従って、繊維強化樹脂の巻付けによってフィルムが損傷した場合においても、損傷したフィルムから不織布内に熱硬化性樹脂が侵入することを防ぐことができる。

また、前記ガス容器製造方法において、不織布の気孔率を算出する気孔率算出工程をさらに備えることもできる。気孔率算出工程においては、（１）連通孔を介して外部から不織布に供給したガスの流量、（２）不織布内の圧力、（３）連通孔を介して外部へとガスを排出した際の不織布内の圧力の減少率（単位時間当たりの減少圧力）、等に基づいて気孔率を算出することができる。

また、本発明に係るガス容器は、合成樹脂製のライナと、このライナの外側に配置された繊維強化樹脂と、を備え、ライナと繊維強化樹脂との間に不織布が介在されてなるものである。

本発明によれば、繊維強化樹脂の硬化状態にムラが生じるのを防ぐことができるガス容器製造方法を提供することが可能となる。

本実施形態に係るガス容器製造方法を説明するための説明図（ガス容器要部断面図）である。 図１のII部分の拡大図である。 図１のIII部分の拡大図である。 本実施形態に係るガス容器製造方法で使用されるエア供給システムを示す構成図である。 本実施形態に係るガス容器製造方法を説明するためのフローチャートである。 従来のガス容器製造方法を説明するための説明図（ガス容器要部断面図）である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るガス容器製造方法について説明する。本実施形態においては、高圧の水素ガスを貯蔵する燃料電池車両用の水素タンクとして使用される高圧ガス容器１（図４）を製造する方法について説明することとする。

まず、図１及び図５に示すように、合成樹脂製のライナ１０を調製する（ライナ調製工程：Ｓ１）。ライナ１０は、中央部が円筒形状を有し両端部が半球（ドーム）形状を有するように構成されており、その内部には所定の容積を有する中空部が形成されている。ライナ１０の一方の端部には、ライナ１０内部の中空部と外部との間を連通する開口部１１が形成されている。ライナ１０を構成する合成樹脂としては、ナイロン系樹脂や高密度ポリエチレン等を採用することができる。

次いで、ライナ１０の開口部１１に、口金２０を取り付ける（口金取付工程：Ｓ２）。本実施形態で採用した口金２０は、図１に示すように、貫通孔２１を有する円筒部２２と、円筒部２２の軸方向略中央部で拡径された環状のフランジ部２３と、を有している。貫通孔２１は、ライナ１０内部の中空部へのガスの充填口及び放出口（ガス流入流出口）として機能する。口金２０の円筒部２２の一端部２２ａは、ライナ１０の開口部１１に嵌め込まれており、円筒部２２の一端部２２ａの外周面とライナ１０の開口部１１の内周面とが接合されている。円筒部２２の他端部２２ｂの外周には、後述するように、不織布３０及び繊維強化樹脂４０が配置される。そして、フランジ部２３がライナ１０と不織布３０との間に介在するように配置される。

また、本実施形態で採用した口金２０には、図１に示すように、ライナ１０と繊維強化樹脂４０との間に配置される不織布３０にガスを注入するための連通孔２４が設けられている。連通孔２４は、図１に示すように、一方の開口端２４ａが円筒部２２の他端部２２ｂの先端面に形成され、他方の開口端２４ｂが円筒部２２のフランジ部２３近傍の外周面に形成され、一方の開口端２４ａから貫通孔２１に平行に軸方向に延在し、途中で折曲して円筒部２２の径方向外側に向けて他方の開口端２４ｂまで延在している。連通孔２４の一方の開口端２４ａから流入したガスは、連通孔２４内を通過して他方の開口端２４ｂから排出され、後述するように、口金２０の他端部２２ｂの外周面に貼り付けられた不織布３０に注入される。

口金取付工程Ｓ２に次いで、ライナ１０の外周面及び口金２０の外周面に不織布３０を貼り付ける（不織布貼付工程：Ｓ３）。不織布貼付工程Ｓ３においては、所定の形状（例えば矩形状）を有する不織布３０を多数枚調製し、この不織布３０を、ライナ１０の外周面全体と、口金２０のフランジ部２３の外周面のうちライナ１０外周面に連なる部分と、口金２０の円筒部２２の外周面のうちフランジ部２３に連なる部分と、に貼り付けるようにする。口金２０の円筒部２２の外周面に不織布３０を貼り付ける際には、図２に示すように、不織布３０が口金２０の他端部２２ｂに到達しないようにする。このようにすると、不織布３０の端面が外部に露出するのを防ぐことができるので、不織布３０に注入されたガスが不織布３０の端面から外部に漏れることがない。なお、口金２０の外周面に貼り付けられる不織布３０の断熱性は、ライナ１０の外周面に貼り付けられる不織布３０の断熱性よりも高いことが好ましい。

次いで、図３に示すように、不織布３０の外面にフィルム３１を貼り付ける（フィルム貼付工程：Ｓ４）。フィルム３１は、後述する樹脂硬化工程の際に熱硬化性樹脂が不織布３０に侵入するのを防止するという機能を果たすものである。フィルム３１としては、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル等の合成樹脂で構成されたフィルムを採用することができる。

次いで、不織布３０及びその外面に貼り付けたフィルム３１の外側に、繊維強化樹脂４０を巻き付ける（繊維強化樹脂巻付工程：Ｓ５）。本実施形態においては、カーボン繊維やガラス繊維等の強化繊維に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させることにより、繊維強化樹脂４０を調製している。繊維強化樹脂４０は、フィラメントワインディング（ＦＷ）法等を採用して巻き付けることができる。繊維強化樹脂巻付工程Ｓ５においては、図４に示すようなエア供給システム５０を用いて、外部から口金２０の連通孔２４を介して不織布３０に空気を供給しながら繊維強化樹脂４０を巻き付けている。

次いで、エア供給システム５０を用いて外部から口金２０の連通孔２４を介して不織布３０に空気を供給しながら、繊維強化樹脂４０の熱硬化性樹脂を図示していない加熱炉で加熱して硬化させる（樹脂硬化工程：Ｓ６）。なお、エア供給システム５０は、図４に示すように、口金２０の連通孔２４に接続されたエア供給管５１と、圧縮空気を生成するエアコンプレッサ５２と、エア供給管５１に設けられた遮断弁５３及び調圧弁５４と、エア供給管５１に分岐接続された分岐管５５と、分岐管５５に設けられた遮断弁５６と、エア供給管５１内部（不織布３０内部）の空気の圧力を検出する圧力センサ５７と、を備えている。エアコンプレッサ５２によって生成された圧縮空気は、調圧弁５４によって所定の圧力に調整された状態で、エア供給管５１を経由して口金２０の連通孔２４に供給される。連通孔２４の空気を供給する際には、分岐管５５の遮断弁５６を閉じることとする。

樹脂硬化工程Ｓ６を経て熱硬化性樹脂の硬化が完了した後、エア供給システム５０のエアコンプレッサ５２を停止させてエア供給管５１の遮断弁５３を閉じることにより連通孔２４を介した不織布３０への空気の供給を停止させ、分岐管５５の遮断弁５６を開くことにより不織布３０から連通孔２４を介して外部へと空気を排出する（空気排出工程：Ｓ７）。その後、口金２０の連通孔２４を塞いで高圧ガス容器１の製造を完了する。以上の工程群によって製造された図４に示す高圧ガス容器１は、ライナ１０と繊維強化樹脂４０との間に不織布３０が介在されてなるものである。

以上説明した実施形態に係るガス容器製造方法においては、ライナ１０及びその開口部１１に取り付けられた口金２０と、繊維強化樹脂４０と、の間に、断熱材となる不織布３０を配置するため、繊維強化樹脂４０の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる際に、熱伝導率の高い口金２０によって熱が奪われて口金２０周辺部の熱硬化性樹脂の硬化状態が不充分となるのを防ぐことができる。従って、繊維強化樹脂４０の硬化状態のムラを抑制することが可能となる。また、繊維強化樹脂４０の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる際に、口金２０の連通孔２４を介して外部から不織布３０に空気を供給するため、不織布３０内の空隙に熱硬化性樹脂が侵入することを防ぐことができる。従って、不織布３０の通気性や断熱性を維持することが可能となる。

また、以上説明した実施形態に係るガス容器製造方法においては、繊維強化樹脂４０を巻き付ける際にも、口金２０の連通孔２４を介して外部から不織布３０にガスを供給するため、繊維強化樹脂４０の巻付けによってフィルム３１が損傷した場合においても、損傷したフィルム３１から不織布３０内に熱硬化性樹脂が侵入することを防ぐことができる。

なお、以上の実施形態においては、繊維強化樹脂巻付工程Ｓ５及び樹脂硬化工程Ｓ６の双方においてエア供給システム５０で不織布３０に空気を供給した例を示したが、繊維強化樹脂巻付工程Ｓ５における空気の供給を省き、樹脂硬化工程Ｓ６のみにおいて不織布３０に空気を供給することもできる。また、以上の実施形態においては、不織布３０の外面に樹脂侵入防止用のフィルム３１を貼り付けるフィルム貼付工程Ｓ４を採用した例を示したが、このようなフィルム貼付工程Ｓ４を省いてもよい。

また、以上の実施形態においては、樹脂硬化工程Ｓ６の後に空気排出工程Ｓ７を実施したが、この空気排出工程Ｓ７の際に、エア供給システム５０の圧力センサ５７で検出される不織布３０内部の空気の圧力の減少率（単位時間当たりの減少圧力）を算出し、この圧力の減少率に基づいて、高圧ガス容器内部の不織布３０の気孔率を算出することもできる（気孔率算出工程）。なお、不織布３０の気孔率の算出方法はこれに限られるものではなく、例えば、樹脂硬化工程Ｓ６において熱硬化性樹脂の硬化が完了した時点においてエア供給システム５０の圧力センサ５７で不織布３０内部の空気の圧力を検出し、この圧力の値に基づいて不織布３０の気孔率を算出してもよい。また、樹脂硬化工程Ｓ６において熱硬化性樹脂の硬化が完了する時点までエア供給システム５０が不織布３０に供給した空気の流量を算出し、この流量の値に基づいて不織布３０の気孔率を算出することもできる。

また、以上の実施形態においては、本発明が適用されるガス容器の例として水素ガスを貯蔵する水素タンクを挙げたが、本発明に係る製造方法を適用して、天然ガス等の他のガスを貯蔵するガス容器を製造することもできる。

１…高圧ガス容器、１０…ライナ、１１…開口部、２０…口金、２４…連通孔、３０…不織布、３１…フィルム、４０…繊維強化樹脂、Ｓ１…ライナ調製工程、Ｓ２…口金取付工程、Ｓ３…不織布貼付工程、Ｓ４…フィルム貼付工程、Ｓ５…繊維強化樹脂巻付工程、Ｓ６…樹脂硬化工程。

Claims (7)

1. 合成樹脂製のライナを調製するライナ調製工程と、
   前記ライナの開口部に口金を取り付ける口金取付工程と、
   前記ライナ及び前記口金の外面に不織布を貼り付ける不織布貼付工程と、
   強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂を前記不織布の外側に巻き付ける繊維強化樹脂巻付工程と、
   前記口金に形成された連通孔を介して外部から前記不織布にガスを供給しながら前記繊維強化樹脂の熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる樹脂硬化工程と、を備える、
   ガス容器製造方法。
2. 前記不織布の外面に樹脂侵入防止用のフィルムを貼り付けるフィルム貼付工程をさらに備え、
   前記繊維強化樹脂巻付工程では、前記連通孔を介して外部から前記不織布にガスを供給しながら、前記フィルムの外面に前記繊維強化樹脂を巻き付ける、
   請求項１に記載のガス容器製造方法。
3. 前記不織布の気孔率を算出する気孔率算出工程をさらに備える、
   請求項１又は２に記載のガス容器製造方法。
4. 前記気孔率算出工程では、前記連通孔を介して外部から前記不織布に供給したガスの流量に基づいて前記気孔率を算出する、
   請求項３に記載のガス容器製造方法。
5. 前記気孔率算出工程では、前記不織布内の圧力に基づいて前記気孔率を算出する、
   請求項３に記載のガス容器製造方法。
6. 前記気孔率算出工程では、前記連通孔を介して外部へとガスを排出した際の前記不織布内の圧力の減少率に基づいて前記気孔率を算出する、
   請求項３に記載のガス容器製造方法。
7. 合成樹脂製のライナと、前記ライナの外側に配置された繊維強化樹脂と、を備え、前記ライナと前記繊維強化樹脂との間に不織布が介在されてなる、
   ガス容器。

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