JP2013068242A - ガスタンクの製造システム及びガスタンクの製造方法 - Google Patents

ガスタンクの製造システム及びガスタンクの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】製造時に生じるガスタンクのライナの歪みを低減する。
【解決手段】タンク製造システム１は、２つの分割ライナ１０、１１をその接合部１０ａ、１１ａが対向するように同軸上に支持する一対の支持部材２０、２１と、支持部材２０、２１に支持された各分割ライナ１０、１１を軸周りに囲み、支持部材２０、２１と軸が一致するように配置された一対のリング部材２２、２３と、各分割ライナ１０、１１に対して設けられた支持部材２０、２１とリング部材２２、２３を軸方向に一体的に移動させ、２つの分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａ同士を当接可能な移動機構２４と、分割ライナ１０、１１の内側にエアを供給するエア供給機構２５と、当接した２つの分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａにレーザ光を照射し、２つの分割ライナ１０、１１を接合するレーザ照射部２７と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスタンクの製造システム及びガスタンクの製造方法に関する。
例えば自動車等の車両に搭載される燃料電池システムには、燃料ガスの供給源としてガスタンクが用いられている。
この種のガスタンクは、両端部にドームを有する円筒状のライナ（内容器）の外周に繊維強化樹脂（ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics））層が形成された構造を有している。
上記ガスタンクの製造工程において、ライナは、左右対称の２つの分割ライナを成型し、それらの分割ライナの接合部同士を合わせ、その接合部にレーザ光を照射し溶着することによって形成されている（特許文献１参照）。
特開２０１０−１１０９８５号公報
しかしながら、上述の分割ライナは、中空で薄肉に成型されるため、真円度が低く、歪みがある。このため、上述のように２つの分割ライナの接合部同士を合わせて接合した場合に、左右の分割ライナにずれが生じ、形成されたライナにも歪みができる。これは、ガスタンクの強度を低下させる原因になり得る。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、製造時に生じるガスタンクのライナの歪みを低減できるガスタンクの製造システム及びガスタンクの製造方法を提供することをその目的とする。
上記目的を達成するための本発明は、内層にライナを有するガスタンクの製造システムであって、２つの分割ライナをその接合部が対向するように同軸上に支持する一対の支持部材と、前記支持部材に支持された各分割ライナを軸周りに囲み、前記支持部材と軸が一致するように配置された一対のリング部材と、各分割ライナに対して設けられた前記支持部材と前記リング部材を軸方向に一体的に移動させ、前記２つの分割ライナの接合部同士を当接可能な移動機構と、前記分割ライナの内側に気体を供給する気体供給機構と、当接した前記２つの分割ライナの接合部にレーザ光を照射し、前記２つの分割ライナを接合するレーザ照射部と、を有する、ガスタンクの製造システムである。
本発明によれば、２つの分割ライナの接合部同士を当接し、当該分割ライナの内側に気体を供給して分割ライナをリング部材に押し付けて、分割ライナの形状を矯正することができる。そしてその矯正した状態で分割ライナの接合部にレーザ光を照射して分割ライナを溶着することができる。よって、製造時に生じるガスタンクのライナの歪みを低減できる。
上記ガスタンクの製造システムは、前記支持部材と前記リング部材を同一軸周りに同期して回転させる回転機構を、さらに有していてもよい。
上記ガスタンクの製造システムは、前記接合された前記分割ライナの接合部を冷却する冷却部と、前記冷却部により冷却される前記分割ライナの接合部の温度を監視する温度監視部と、冷却された前記分割ライナの接合部の余剰部分を除去する除去部と、を有していてもよい。
前記支持部材と、前記リング部材と、前記移動機構と、前記気体供給機構と、前記回転機構と、前記レーザ照射部と、前記冷却部と、前記温度監視部及び前記除去部が同一装置内に配置されていてもよい。
上記ガスタンクの製造システムは、前記支持部材と、前記リング部材と、前記移動機構と、前記気体供給機構及び前記回転機構を有し、前記分割ライナを収容する複数の収容部と、前記収容部を、前記レーザ照射部のある第１の装置と、前記冷却部及び前記温度監視部のある第２の装置と、前記除去部のある第３の装置に順次搬送する搬送機構と、を有していてもよい。
別の観点による本発明は、ガスタンクの製造方法であって、２つの分割ライナをその接合部が対向するように同軸上に支持する工程と、前記各分割ライナの軸周りにリング部材を配置する工程と、前記２つの分割ライナの接合部同士を当接し、当該分割ライナの内側に気体を供給して、前記分割ライナを前記リング部材に押し付ける工程と、当接した前記２つの分割ライナの接合部にレーザ光を照射し、前記２つの分割ライナを接合する工程と、を有する、ガスタンクの製造方法である。
上記ガスタンクの製造方法は、前記分割ライナの内側に気体を供給した際に、前記分割ライナの接合部からの気体の漏れを確認する工程をさらに有していてもよい。
上記ガスタンクの製造方法は、前記２つの分割ライナを接合した後、前記分割ライナの接合部を冷却し、当該分割ライナの接合部の温度を監視する工程と、前記分割ライナの接合部の温度が所定の温度に冷却された後、前記分割ライナの接合部の余剰部分を除去する工程と、をさらに有していてもよい。
上記ガスタンクの製造方法において、前記各工程を同一装置内で行うようにしてもよい。
また、上記ガスタンクの製造方法において、前記２つの分割ライナを収容部に収容し、前記２つの分割ライナを同軸上に支持する工程と、各分割ライナの軸周りにリング部材を配置する工程と、前記分割ライナを前記リング部材に押し付ける工程を行い、前記収容部を、前記レーザ光を照射する工程を行う第１の装置、前記分割ライナの接合部の温度を監視する工程を行う第２の装置、前記分割ライナの接合部の余剰部分を除去する工程を行う第３の装置に順次搬送するようにしてもよい。
本発明によれば、ライナの歪みを低減できるので、例えばガスタンクの強度を向上できる。
タンク製造システムの構成の概略を示す説明図である。 レーザ照射時のタンク製造システムを示す説明図である。 エアにより分割ライナが膨張する様子を示す分割ライナの断面図である。 冷却時のタンク製造システムを示す説明図である。 余剰部分の除去時のタンク製造システムを示す説明図である。 収容部内の構成を示す説明図である。 収容部の搬送機構を示す説明図である。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるガスタンクの製造システム（以下、「タンク製造システム」とする。）１の構成の概略を示す説明図である。
タンク製造システム１は、樹脂製の２つの分割ライナ１０、１１をその接合部１０ａ、１１ａが互いに対向するように支持する一対の支持部材２０、２１と、支持部材２０、２１に支持された各分割ライナ１０ａ、１１ａを軸周りに囲む一対のリング部材２２、２３と、支持部材２０とリング部材２２、及び支持部材２１とリング部材２３をそれぞれ軸方向Ｘに一体的に移動させる移動機構２４と、分割ライナ１０ａ、１１ａ内に気体としてのエアを供給するエア供給機構２５と、支持部材２０とリング部材２２と、及び支持部材２１とリング部材２３を軸周りに同期して回転させる回転機構２６と、レーザ照射部２７と、冷却部２８と、温度監視部２９及び除去部３０を有している。
支持部材２０と支持部材２１は、例えば互いに中心軸Ａが一致するように配置され、例えば各分割ライナ１０、１１の閉口端部（エンドボス部）を同軸上に支持できる。
リング部材２２、２３は、支持部材２０、２１と中心軸Ａが一致するように配置されている。リング部材２２、２３は、内周が精度の高い真円に加工されている。リング部材２２、２３は、分割ライナ１０、１１の胴部の外径よりもわずかに大きい内径を有している。
移動機構２４は、例えばフレーム４０、４１、レール４２及び移動部材５０、５１を備えている。フレーム４０、４１は、リング部材２２と支持部材２０、及びリング部材２３と支持部材２１をそれぞれ接続している。支持部材２０、２１は、それぞれレール４２上を軸方向Ｘに移動する移動部材５０、５１に取り付けられている。移動部材５０、５１は、例えばモータなどの駆動源を備えている。かかる構成により、リング部材２２と支持部材２０、及びリング部材２３と支持部材２０は、それぞれが一体となって中心軸Ａが一致した状態で軸方向Ｘに移動できる。また、各支持部材２０、２１に支持された各分割ライナ１０、１１を互いに近づく方向に移動させ、それらの接合部１０ａ、１１ａ同士を当接及び押圧させることができる。
エア供給機構２５は、例えばエアタンク７０と、当該エアタンク７０から支持部材２０のシャフトを通じて分割ライナ１０内に通じるエア流路７１と、エア流路７１の開閉バルブ７２等を有している。なお、供給される気体は、エア以外のものであってもよい。
回転機構２６は、例えばモータなどの駆動源を備え、例えば支持部材２０、２１の各シャフトに設けられている。回転機構２６は、支持部材２０、２１、リング部材２２、２３を回転させ、分割ライナ１０、１１を中心軸Ａを一致させた状態で回転させることができる。
レーザ照射部２７は、例えば当接した２つの分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａにレーザ光を照射し、接合部１０ａ、１１ａを溶着させることができる。レーザ照射部２７は、例えばレーザ光の照射位置を調整するための図示しない位置調整機構を備えている。
冷却部２８は、例えば溶着後の分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａに冷却用のエアを吹き付けて接合部１０ａ、１１ａを冷却できる。冷却部２８は、例えばエアの吹き付け位置を調整するための図示しない位置調整機構を備えている。
温度監視部２９は、例えば放射温度計を備え、非接触で分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａの温度を監視することができる。
さらに、除去部３０は、例えば切削工具を備え、回転した分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａに刃部を当接して、接合部１０ａ、１１ａに生じる溶着後のバリや余分や駄肉を除去することができる。除去部３０は、例えば切削位置を調整するための図示しない位置調整機構を備えている。
次に、以上のように構成されたタンク製造システム１を用いたガスタンクの製造方法について説明する。
先ず、図１に示したように２つの分割ライナ１０、１１がその接合部１０ａ、１１ａが互いに対向するように支持部材２０、２１に支持される。このとき、分割ライナ１０、１１の軸周りにリング部材２２、２３が配置される。次に、図２に示すように移動機構２４により、支持部材２０、２１、リング部材２２、２３が一体に移動され、分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａ同士が当接される。このとき、所定の圧力で接合部１０ａ、１１ａ同士が押圧され、分割ライナ１０、１１内が密閉される。
次に、エア供給機構２５により、分割ライナ１０、１１内に所定の圧力でエアが供給される。これにより、図３に示すように分割ライナ１０、１１内にエアが充填され内圧が上昇し、分割ライナ１０、１１が外側に膨張して、分割ライナ１０、１１の形状がリング部材２２、２３の内周の円状に矯正される。また、このとき、接合部１０ａ、１１ａからのエアのリークを確認することによって、接合部１０ａ、１１ａの密着性を確認できる。
図２に示すようにエアを供給し続けた状態で、回転機構２６により、支持部材２０、２１、リング部材２２、２３が軸周りに一体的に回転し、分割ライナ１０、１１が同期して回転される。そして、レーザ照射部２７により、分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａにレーザ光が照射される。レーザ光には、例えば半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザ等が用いられる。これにより、分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａが溶着し、接合される。
次に、図４に示すように回転機構２６により分割ライナ１０、１１が回転された状態で、冷却部２８により、分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａに冷却用のエアが吹き付けられ、接合部１０ａ、１１ａが冷却される。このとき、温度監視部２９により、接合部１０ａ、１１ａの温度がモニタリングされる。
温度監視部２９により接合部１０ａ、１１ａの温度が所定の値以下になったことが確認されると、図５に示すように除去部３０が接合部１０ａ、１１ａに当接され、除去部３０により、接合部１０ａ、１１ａにあるバリや、余分な駄肉が除去される。
次に、一体となった分割ライナ１０、１１（樹脂ライナ）が支持部材２０、２１から取り外され、タンク製造システム１から搬出されて、一連のライナの製造処理が終了する。その後、ライナの外周にＦＲＰ層が形成されて、ガスタンクが製造される。
以上の実施の形態によれば、２つの分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａ同士を当接し、分割ライナ１０、１１の内側にエアを供給して分割ライナ１０、１１をリング部材２２、２３に押し付けて矯正することができる。また、接合部１０ａ、１１ａからのエアのリークを確認することによって、接合部１０ａ、１１ａの密着性を確認できる。そして、矯正した状態で分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａにレーザ光を照射して溶着することができる。よって、製造時に生じるガスタンクのライナの歪みを低減できる。
また、上記実施の形態では、タンク製造システム１が、支持部材２０、２１とリング部材２２、２３を同一軸周りに同期して回転させる回転機構２６を有しているので、分割ライナ１０、１１を中心軸Ａがずれないように回転させることができ、ライナの歪みを低減できる。
上記実施の形態では、タンク製造システム１が、冷却部２８と、温度監視部２９及び除去部３０を有しているので、接合後の温度管理を厳密に行うことができ、これにより、ライナの形状が安定するので、除去部３０による余剰部分の除去処理を精度よく行うことができる。
上記実施の形態では、支持部材２０、２１と、リング部材２２、２３と、移動機構２４と、エア供給機構２５と、回転機構２６と、レーザ照射部２７と、冷却部２８と、温度監視部２９及び除去部３０が同一装置内に配置されている。これにより、一連のライナの製造処理を短時間で行うことができる。
上記実施の形態において、タンク製造システム１は、例えば図６に示すように支持部材２０、２１と、リング部材２２、２３と、移動機構２４と、エア供給機構２５及び回転機構２６を有し、分割ライナ１０、１１を収容する収容部８０と、図７に示すように複数の各収容部８０を、レーザ照射部２７のある第１の装置９０と、冷却部２８及び温度監視部２９のある第２の装置９１と、除去部３０のある第３の装置９３に順次搬送する搬送機構１００と、を有していてもよい。かかる場合、搬送機構１００には、例えばコンベア式の搬送ラインが採用されてもよい。
タンクの製造工程において、先ず、分割ライナ１０、１１が収容部８０に収容され、２つの分割ライナ１０、１１が同軸上に支持され、各分割ライナ１０、１１の軸周りにリング部材２２、２３が配置され、分割ライナ１０、１１の内部にエアが供給され分割ライナ１０、１１がリング部材２２、２３に押し付けられる。その後、分割ライナ１０、１１を収容した複数の収容部８０が、コンベアに乗って第１の装置９０〜第３の装置９２に順に搬送され、各装置９０、９２において、レーザ照射部２７により分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａにレーザ光が照射され、冷却部２８及び温度監視部２９により分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａが所定の温度に冷却され、除去部３０により分割ライナ１０、１１の接合部１０ａ、１１ａの余剰部分が除去される。その後、収容部８０から分割ライナ１０、１１が取り出され、空の収容部８０に別の分割ライナが収容され、収容部８０が繰り返し分割ライナを搬送する。この例によれば、各装置９０〜９２で同時に分割ライナを処理を行うことができるので、生産効率を向上できる。
上記例において、大きさの異なる複数種類の収容部８０を用意して、分割ライナ１０、１１の大きさや種類によって収容部８０を変えるようにしてもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば以上の実施の形態におけるリング部材２２、２３は、一体構造であっても分割構造であってもよい。また、リング部材２２、２３は、一様に拡径、縮径する調整機構を有するものであってもよい。支持部材２０、２１とリング部材２２、２３の回転は、フレーム４０、４１によって同期していたが、別々の駆動源で回転数を合わることによって同期させてもよい。
また、本発明は、燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置設備（住宅、ビル）に用いられるガスタンクの製造にも適用できる。
本発明は、製造時に生じるガスタンクのライナの歪みを低減する際に有用である。
１ タンク製造システム
１０、１１ 分割ライナ
１０ａ、１１ａ 接合部
２０、２１ 支持部材
２２、２３ リング部材
２４ 移動機構
２５ エア供給機構
２６ 回転機構
２７ レーザ照射部
２８ 冷却部
２９ 温度監視部
３０ 除去部
Ａ 中心軸

Claims (10)

  1. 内層にライナを有するガスタンクの製造システムであって、
    ２つの分割ライナをその接合部が対向するように同軸上に支持する一対の支持部材と、
    前記支持部材に支持された各分割ライナを軸周りに囲み、前記支持部材と軸が一致するように配置された一対のリング部材と、
    各分割ライナに対して設けられた前記支持部材と前記リング部材を軸方向に一体的に移動させ、前記２つの分割ライナの接合部同士を当接可能な移動機構と、
    前記分割ライナの内側に気体を供給する気体供給機構と、
    当接した前記２つの分割ライナの接合部にレーザ光を照射し、前記２つの分割ライナを接合するレーザ照射部と、を有する、ガスタンクの製造システム。
  2. 前記支持部材と前記リング部材を同一軸周りに同期して回転させる回転機構を、さらに有する、請求項１に記載のガスタンクの製造システム。
  3. 前記接合された前記分割ライナの接合部を冷却する冷却部と、
    前記冷却部により冷却される前記分割ライナの接合部の温度を監視する温度監視部と、
    冷却された前記分割ライナの接合部の余剰部分を除去する除去部と、を有する、請求項２に記載のガスタンクの製造システム。
  4. 前記支持部材と、前記リング部材と、前記移動機構と、前記気体供給機構と、前記回転機構と、前記レーザ照射部と、前記冷却部と、前記温度監視部及び前記除去部が同一装置内に配置されている、請求項３に記載のガスタンクの製造システム。
  5. 前記支持部材と、前記リング部材と、前記移動機構と、前記気体供給機構及び前記回転機構を有し、前記分割ライナを収容する複数の収容部と、
    前記各収容部を、前記レーザ照射部のある第１の装置と、前記冷却部及び前記温度監視部のある第２の装置と、前記除去部のある第３の装置に順次搬送する搬送機構と、を有する、請求項４に記載のガスタンクの製造システム。
  6. ガスタンクの製造方法であって、
    ２つの分割ライナをその接合部が対向するように同軸上に支持する工程と、
    前記各分割ライナの軸周りにリング部材を配置する工程と、
    前記２つの分割ライナの接合部同士を当接し、当該分割ライナの内側に気体を供給して、前記分割ライナを前記リング部材に押し付ける工程と、
    当接した前記２つの分割ライナの接合部にレーザ光を照射し、前記２つの分割ライナを接合する工程と、を有する、ガスタンクの製造方法。
  7. 前記分割ライナの内側に気体を供給した際に、前記分割ライナの接合部からの気体の漏れを確認する工程をさらに有する、請求項６に記載のガスタンクの製造方法。
  8. 前記２つの分割ライナを接合した後、前記分割ライナの接合部を冷却し、当該分割ライナの接合部の温度を監視する工程と、
    前記分割ライナの接合部の温度が所定の温度に冷却された後、前記分割ライナの接合部の余剰部分を除去する工程と、をさらに有する、請求項６又は７に記載のガスタンクの製造方法。
  9. 前記各工程を同一装置内で行う、請求項８に記載のガスタンクの製造方法。
  10. 前記２つの分割ライナを収容部に収容し、前記２つの分割ライナを同軸上に支持する工程と、各分割ライナの軸周りにリング部材を配置する工程と、前記分割ライナを前記リング部材に押し付ける工程を行い、
    前記収容部を、前記レーザ光を照射する工程を行う第１の装置、前記分割ライナの接合部の温度を監視する工程を行う第２の装置、前記分割ライナの接合部の余剰部分を除去する工程を行う第３の装置に順次搬送する、請求項８に記載のガスタンクの製造方法。
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