JP2013103395A - 高圧ガスタンクの製造方法と製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナー外周に形成した繊維強化樹脂層の高Ｖｆ化を抑制可能な新たなタンク製造手法を提供する。
【解決手段】中空のライナー１０の外周にＦＷ法にて樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回して繊維強化樹脂層２０を形成し、中間生成品タンク１２を得る。次いで、この中間生成品タンク１２を回転させつつ誘導加熱コイル２２０により誘導加熱する際には、熱硬化炉２００の炉内を陽圧装置２５０により加圧環境とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧ガスタンクの製造方法と製造装置に関する。

近年では、燃料ガスの燃焼エネルギーや、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ー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、カーボン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、繊維強化樹脂層と呼ぶ）で中空のライナーを被覆したＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics : 繊維強化プラスチック）製の高圧ガスタンク（以下、単に高圧ガスタンクと称する）の採用が進んでいる。ライナーとしては、軽量化の観点から、通常、ガスバリア性を有する樹脂製の中空容器が用いられる。

一般に、こうした高圧ガスタンクの製造に際しては、フィラメントワインディング法（以下、ＦＷ法）が採用され、このＦＷ法により、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維をライナーの外周に繰り返し巻回して繊維強化樹脂層とする。そして、その後に、当該樹脂層に含まれる熱硬化樹脂を加熱して熱硬化させることで、ライナーを繊維強化樹脂層で被覆・補強した高圧ガスタンクが製造される。熱硬化樹脂の加熱とその熱硬化には、温風吹き付けや電熱ヒーターによる加熱、或いは高周波誘導加熱等、種々の加熱方式が採用可能であるが、熱硬化性樹脂の速やかな昇温が可能な高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルを用いて誘導加熱する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平６−３３５９７３号公報

ＦＷ法にて得られた高圧ガスタンクの強度や耐久性等のタンク性能は、ライナー外周の硬化済み繊維強化樹脂層における繊維体積含有率（以下、Ｖｆ）に依存することが知られている。このＶｆは、繊維強化樹脂層の単位体積に占める繊維の割合であり、熱硬化前の繊維強化樹脂層からの樹脂の染み出しが増えるとＶｆは高くなる。そして、Ｖｆが高いと、繊維の割合が増えるために強度は増すものの、繊維同士を接着硬化する樹脂が少なくなるため、耐久性の低下を来すことが危惧される。このため、高圧ガスタンクとしての実用に耐える強度と耐久性の両立を図る上で、高Ｖｆとなることを抑制しつつＶｆを所定の範囲で達成することが望ましい。

Ｖｆに影響を及ぼす樹脂の染み出しは、誘導加熱コイルを用いた繊維強化樹脂層の誘導加熱の際に、樹脂の低粘度化に伴って顕著となり得る。つまり、上記した公報で提案されたような高周波誘導加熱手法では、温風吹き付けや電熱ヒーターによる加熱方式に比べて高い効率で短時間の内に加熱できることから、繊維強化樹脂層は急速に昇温して、樹脂の粘度も大きく低下して樹脂の染み出しが増し、高Ｖｆ化しかねない。上記した特許文献では、誘導加熱コイルを用いた繊維強化樹脂層の誘導加熱による樹脂の染み出しについての配慮がないことから、高Ｖｆ化の抑制を図る手法が要請されるに到った。

本発明は、上記した課題を踏まえ、ライナー外周に形成した繊維強化樹脂層の高Ｖｆ化を抑制可能な新たなタンク製造手法を提供することを目的とする。

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の適用例として実施することができる。

[適用例１：高圧ガスタンクの製造方法]
高圧ガスタンクの製造方法であって、
タンク容器となる中空のライナーの外周に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維を巻回して形成された繊維強化樹脂層を有するタンク中間生成品を準備する工程（ａ）と、
前記タンク中間生成品を加圧環境下に置いた上でタンク軸回りに回転させつつ、高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルを用いて前記タンク中間生成品の前記繊維強化樹脂層を誘導加熱して熱硬化させる工程（ｂ）とを備える
ことを要旨とする。

この適用例１の高圧ガスタンクの製造方法では、工程（ａ）、工程（ｂ）を経て高圧ガスタンクを製造する当たり、高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルを用いて繊維強化樹脂層を誘導加熱して熱硬化させる工程（ｂ）では、タンク中間生成品を加圧環境下に置くので、タンク中間生成品における繊維強化樹脂層の最外表層にはライナー外周に向けた圧力が作用する。繊維強化樹脂層の樹脂は、誘導加熱コイルにより高周波誘導加熱に伴いその粘度を低下させて繊維強化樹脂層の最外表層の側に染み出ようとするが、この樹脂の染み出しは、繊維強化樹脂層の最外表層に作用する圧力により起き難くなる。この結果、適用例１の高圧ガスタンクの製造方法によれば、繊維強化樹脂層が誘導加熱を受けて昇温する際における樹脂の染み出しを抑制することで、Ｖｆについても、これを高Ｖｆとなることを抑制できる。

上記した適用例１の高圧ガスタンクの製造方法は、次のような態様とすることができる。例えば、前記工程（ｂ）では、前記加圧環境下の圧力を、前記誘導加熱コイルの誘起した高周波誘導加熱による前記繊維強化樹脂層の昇温に応じて調整するようにすることができる。繊維強化樹脂層は、誘導加熱コイルの誘起した高周波誘導加熱を受けて昇温するが、その昇温の状況は、繊維強化樹脂層を形成する熱硬化樹脂の性質や経過時間によって一律とは限らない。ところが、上記したように加圧環境下の圧力を繊維強化樹脂層の昇温に応じて調整すれば、その昇温の状況に合わせて圧力を調整できることから、樹脂の染み出しの抑制、延いては高Ｖｆ化の抑制の実効性を高めることができる。

この場合、前記加圧環境下の圧力を、前記誘導加熱コイルの誘起した高周波誘導加熱による前記繊維強化樹脂層が所定の温度範囲において昇温する際に、該昇温が進むに連れて高めるようにすることができる。繊維強化樹脂層の樹脂の粘度は、昇温が進んで温度が上がるほど低下するので、加圧環境下の圧力を昇温が進むに連れて高めるようにすれば、粘度低下が進んだ樹脂の染み出しを高い実効性で抑制でき、高Ｖｆ化についてもこれを抑制できる。

[適用例２：高圧ガスタンクの製造装置]
タンク容器となる中空のライナーの外周に熱硬化性樹脂を含浸して熱硬化した繊維強化樹脂層を有する高圧ガスタンクの製造に用いる装置であって、
熱硬化前の前記熱硬化性樹脂を含浸した繊維を前記ライナーの外周に巻回して前記繊維強化樹脂層を形成し、タンク中間生成品を得る繊維巻回手段と、
前記タンク中間生成品をタンク軸回りに回転させつつ、高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルを用いて前記繊維強化樹脂層を誘導加熱して熱硬化させる誘導加熱炉と、
該誘導加熱炉にて前記繊維強化樹脂層が前記誘導加熱コイルにより高周波誘導加熱されている間に、前記誘導加熱炉の内部の陽圧化を図る陽圧手段とを備える
ことを要旨とする。

上記した適用例２の高圧ガスタンクの製造装置は、ライナー外周に形成した繊維強化樹脂層の高Ｖｆ化を抑制可能な新たなタンク製造装置となる。

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模式的に示す説明図である。 この製造工程に用いるＦＷ装置１００の構成を概略的に示す説明図である。 繊維強化樹脂層の形成の様子を模式的に示す説明図である。 図１（ｃ）に示した熱硬化炉２００を透視した上でその概略構成を誘導加熱コイル２２０の配置構成を含めて示す説明図である。 本実施例の熱硬化炉２００における炉内陽圧化の様子と繊維強化樹脂層２０の昇温状況と樹脂粘度の推移状況並びに樹脂挙動を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。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模式的に示す説明図、図２はこの製造工程に用いるＦＷ装置１００の構成を概略的に示す説明図、図３は繊維強化樹脂層の形成の様子を模式的に示す説明図、図４は図１（ｃ）に示した熱硬化炉２００を透視した上でその概略構成を誘導加熱コイル２２０の配置構成を含めて示す説明図である。本実施例では、高圧ガスタンクを、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンクとした。

本実施例のタンク製造工程では、まず、図１（ａ）に示したように、水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂製容器をライナー１０として用意する。ライナー１０は、半径が均一である略円筒形状のシリンダー部１０ａと、シリンダー部両端に設けられた凸曲面形状のドーム部１０ｂを有する。ドーム部１０ｂは、等張力曲面によって構成されており、その頂点に、外部配管等と接続するための口金１４を有する。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、水素ガスに対するガスバリア性を有すれば、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、ライナー１０の外周に繊維強化樹脂層２０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、図２に示すＦＷ装置１００を用いる。このＦＷ装置１００は、ライナー１０の外周に、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂を含浸したカーボン繊維を繰り返し巻回することにより、繊維強化樹脂層２０としてのカーボン繊維層を形成する。これにより、ライナー１０の外周に樹脂硬化前の繊維強化樹脂層２０を有する中間生成品タンク１２が得られる。ＦＷ装置１００の構成と当該装置による繊維巻回の様子については、後述する。

繊維強化樹脂層２０の形成に続いては、熱硬化を行う。熱硬化工程では、図１（ｃ）に示す熱硬化炉２００を用いる。この熱硬化炉２００は、高周波誘導加熱炉として構成され、架台２１４（図４参照）に、タンク両端のタンク軸支シャフト２１２を介して中間生成品タンク１２を回転可能に軸支し、図示しないモーターにて中間生成品タンク１２を加熱の過程において回転させる。

この他、熱硬化炉２００は、誘導加熱コイル２２０と陽圧装置２５０とを有する。誘導加熱コイル２２０は、軸支した中間生成品タンク１２をタンク長手方向に沿ってタンク軸周囲にて取り囲むよう配設され、そのコイル巻き軌跡をタンク軸に対して傾斜させている。誘導加熱コイル２２０は、高周波電流生成電源２４０と接続され、制御機器２３０による高周波電流生成電源２４０の制御を経て高周波電流の通電を受けて磁束を形成し、中間生成品タンク１２の繊維強化樹脂層２０におけるカーボン繊維（樹脂含浸カーボン繊維Ｗ）を導体として繊維強化樹脂層２０を誘導加熱する。陽圧装置２５０は、加圧ポンプ２５２を備え、配管２５４を経て、熱硬化炉２００の内部に加圧エアーを圧送し、これにより、熱硬化炉２００の内部を陽圧とし加圧環境とする。

図１（ｃ）に示す上記の熱硬化炉２００を用いた熱硬化工程では、熱硬化炉２００への中間生成品タンク１２の搬入に先だち、繊維強化樹脂層２０を形成済みの中間生成品タンク１２にタンク軸支シャフト２１２を装着する。タンク軸支シャフト２１２は、中間生成品タンク１２の両端の口金１４に挿入され、タンク両端からシャフトを出した状態で、中間生成品タンク１２を架台２１４を介して水平に軸支する。こうして中間生成品タンク１２を軸支した後、熱硬化炉２００は、中間生成品タンク１２を熱硬化工程に処する。この熱硬化工程では、架台２１４にセットした中間生成品タンク１２をタンク軸支シャフト２１２ごと定速で回転させ、その回転を熱硬化工程の間に亘って維持する。タンク回転と同時に、或いは、定速回転となると、熱硬化炉２００は、繊維強化樹脂層２０の形成に用いた上記の熱硬化樹脂（例えば、エポキシ樹脂）の熱硬化が起きるよう、制御機器２３０にて誘導加熱コイル２２０に高周波電流生成電源２４０から高周波電流を通電して繊維強化樹脂層２０を誘導加熱する。また、架台２１４への中間生成品タンク１２の軸支に合わせ、熱硬化炉２００では、その有する陽圧装置２５０により炉内が加圧環境とされる。これにより、中間生成品タンク１２は、加圧環境下の炉内で誘導加熱コイル２２０による誘導加熱を受け、繊維強化樹脂層２０における熱硬化樹脂を熱硬化させる。誘導加熱の様子と加圧環境については後述する。

熱硬化炉２００による上記した樹脂の熱硬化後には、加熱を受けた中間生成品タンク１２は、熱硬化炉２００の炉内或いは炉外で冷却養生に処される。そして、この冷却養生を経ることで、ライナー１０の外周にエポキシ樹脂を含浸して熱硬化した繊維強化樹脂層２０を有する高圧水素タンク３０が得られる。なお、熱硬化炉２００は、図示しない昇温機構付きの排気系を有するので、中間生成品タンク１２の繊維強化樹脂層２０における熱硬化樹脂の熱硬化後、或いは養生後において、次回の中間生成品タンク１２の製造に備え、炉内の加圧エアーは排気される。

ここで、ＦＷ装置１００による繊維強化樹脂層２０の形成の様子（図１（ｂ））と、その後の熱硬化炉２００による繊維強化樹脂層２０の熱硬化（図１（ｃ））について順を追って説明する。図２に示すように、本実施例のＦＷ装置１００は、クリールスタンド１１０と、巻取部１３０と、クリールスタンド１１０と巻取部１３０とを結ぶ経路部１２０と、制御部１５０とを備える。

クリールスタンド１１０は、熱硬化樹脂としてのエポキシ樹脂を含浸済みのカーボン繊維（以下、樹脂含浸カーボン繊維Ｗと称する）を巻きつけた複数のボビン１１２を備え、固定滑車１１４等を用いて各ボビン１１２から所定の方向に樹脂含浸カーボン繊維Ｗを繰り出す機能を有する。本実施例では、熱硬化性樹脂を含浸済みのいわゆるプリプレグの樹脂含浸カーボン繊維Ｗとしたが、ボビン１１２にはカーボン繊維のみを巻き取って備え、クリールスタンド１１０からの繊維繰り出し経路途中で、その繰り出されるカーボン繊維に熱硬化性樹脂を含浸させるようにすることもできる。なお、カーボン繊維に代えて、適当な強度と導電性を有するフィラメントワインディングに適した他の材料の繊維とすることもできる。また、エポキシ樹脂に代えて、熱硬化により適当な接合強度を有するフィラメントワインディングに適した熱硬化性樹脂、例えばポリエステル樹脂やポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂とすることもできる。

各ボビン１１２からは、巻取部１３０の働きにより樹脂含浸カーボン繊維Ｗがそれぞれ引き出され、各樹脂含浸カーボン繊維Ｗは経路部１２０を介して巻取部１３０へ導かれる。

経路部１２０は、ローラーやガイド等を備え、クリールスタンド１１０から巻取部１３０への樹脂含浸カーボン繊維Ｗへの経路を構成する。

巻取部１３０は、アイクチガイド１３２と、ライナー１０がセットされる回転駆動装置１３４とを備える。回転駆動装置１３４は、ライナー１０を軸支してそのタンク軸周りにライナー１０を回転駆動させる。

アイクチガイド１３２は、ライナー１０の外周に樹脂含浸カーボン繊維Ｗを供給しつつ、ライナー１０に樹脂含浸カーボン繊維Ｗが巻回される際の巻回張力を調整する。また、樹脂含浸カーボン繊維Ｗのフープ巻きとヘリカル巻きの使い分けにも関与する。つまり、アイクチガイド１３２は、ライナー１０の長軸方向であるｘ軸、ｘ軸に垂直なｙ軸、ｘ軸およびｙ軸に垂直なｚ軸の３次元で移動して、経路部１２０から供給された複数本の樹脂含浸カーボン繊維Ｗを束ねてライナー１０に向かって供給する。制御部１５０による制御を経たアイクチガイド１３２の３次元方向への移動と回転駆動装置１３４によるライナー１０の回転とにより、樹脂含浸カーボン繊維Ｗは、ライナー１０の外周に繰り返し巻回されることになる。詳細には、図３に示すように、フープ巻きとヘリカル巻きとが交互に使い分けられて、樹脂含浸カーボン繊維Ｗは、ライナー両端のドーム部１０ｂと円筒状のシリンダー部１０ａとの外周に繰り返し巻回される。図示するように、まず、ライナー１０の略円筒状のシリンダー部１０ａの領域をフープ巻きにて樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回し、その後に、シリンダー部両端のドーム部１０ｂに掛け渡るよう、その折り返し位置に応じた角度のヘリカル巻きにて樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回する。

図３（ａ）に示すように、シリンダー部１０ａにおいては、フープ巻きをシリンダー部両端で折り返しつつ繰り返すことで、繊維強化樹脂層２０のライナー外周側の内側樹脂層を形成する。つまり、ライナー１０をタンク中心軸ＡＸの回りで回転させつつ、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの供給元であるアイクチガイド１３２をタンク中心軸ＡＸに沿って所定速度で往復動させることで、繊維強化樹脂層２０における内側樹脂層が樹脂含浸カーボン繊維Ｗにて巻回形成される。このフープ巻きでは、アイクチガイド１３２からの樹脂含浸カーボン繊維Ｗが、シリンダー部１０ａのタンク中心軸ＡＸに対してほぼ垂直に近い巻き角度（繊維角α０：例えば約８９°）をなすようにされる。そして、ライナー回転速度とアイクチガイド１３２の往復動速度を調整した上で、タンク中心軸ＡＸの方向に沿ってアイクチガイド１３２を往復移動させて、樹脂含浸カーボン繊維Ｗをシリンダー部１０ａに繰り返し巻回する。

こうしたフープ巻きを所定の工程繰り返した後、図３（ｂ）に示す低角度のヘリカル巻きに切り換えて樹脂含浸カーボン繊維Ｗを繰り返し巻回する。低角度のヘリカル巻きでは、ドーム部１０ｂの湾曲外表面領域とフープ巻き済みのシリンダー部１０ａを繊維巻回対象とし、ライナー１０をタンク中心軸ＡＸの回りで回転させつつ、アイクチガイド１３２から延びた樹脂含浸カーボン繊維Ｗをタンク中心軸ＡＸに対して低角度の繊維角αＬＨ（例えば、約１１〜２５°）で交差させた状態を保持し、ライナー回転速度とアイクチガイド１３２の往復動速度を調整する。その上で、タンク中心軸ＡＸの方向に沿ってアイクチガイド１３２を往復移動させて、樹脂含浸カーボン繊維Ｗをシリンダー部１０ａの両端のドーム部１０ｂに掛け渡るよう螺旋状に繰り返し巻回する。この場合、両側のドーム部１０ｂでは、アイクチガイド１３２の往路・復路の切換に伴って繊維の巻き付け方向が折り返されると共に、タンク中心軸ＡＸからの折り返し位置も調整される。ドーム部１０ｂにおける巻き付け方向の折り返しを何度も繰り返すことにより、ライナー１０の外表面には、低角度の繊維角αＬＨで樹脂含浸カーボン繊維Ｗが網目状に張り渡された繊維巻回層が形成される。なお、上記した低角度のヘリカル巻きを行う前に、タンク中心軸ＡＸに対して高角度の繊維角（例えば、約３０〜６０°）で樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回する高角度のヘリカル巻きを組み込むこともできる。こうしたヘリカル巻きを所定の工程繰り返した後、再度、既述したフープ巻きによる樹脂含浸カーボン繊維Ｗの巻回と、ヘリカル巻きによる樹脂含浸カーボン繊維Ｗの巻回とを交互に繰り返すことで、繊維強化樹脂層２０が巻回形成される。この場合、上記したフープ巻きおよびヘリカル巻きにおいて、制御部１５０は、ライナー１０の回転速度制御やアイクチガイド１３２での巻回張力調整等を行うが、本発明の要旨と直接関係しないので、その説明については省略する。

こうして樹脂含浸カーボン繊維Ｗのフープ巻きおよびヘリカル巻きが交互に使い分けてなされることで、樹脂含浸カーボン繊維Ｗがライナー１０の外周に層状に重なった繊維強化樹脂層２０が形成される。そして、樹脂含浸カーボン繊維ＷのＦＷ法による巻回を経て、ライナー１０の外周に繊維強化樹脂層２０を形成した中間生成品タンク１２が得られる（図１（ｂ）参照）。

次に、樹脂層構成の繊維強化樹脂層２０の熱硬化炉２００による熱硬化について図１（ｃ）と図４を用いて説明する。図４に示すように、本実施例の熱硬化炉２００は、高気密性シール２６０が周囲に配設された開閉扉２６２を備え、当該扉を閉めることで、炉内を密閉する。この開閉扉２６２は、架台２１４への中間生成品タンク１２の装着および取出のための開口を開閉する。また、熱硬化炉２００は、図４と図１（ｃ）に示すように、誘導加熱コイル２２０を、中間生成品タンク１２をタンク長手方向に沿ってタンク軸周囲にて取り囲むように備える。この際、誘導加熱コイル２２０は、中間生成品タンク１２を軸支するタンク軸支シャフト２１２や架台２１４と干渉しないと共に、タンク軸に対して傾斜したコイル巻き軌跡とされている。本実施例では、図４に示すように、開閉扉２６２を熱硬化炉天井に設け、天井開口からの中間生成品タンク１２の装着および取出に支障がないよう、誘導加熱コイル２２０については、ほぼ水平な状態で中間生成品タンク１２を既述したように取り囲むようにしたが、誘導加熱コイル２２０をほぼ垂直な状態で中間生成品タンク１２を既述したように取り囲むようにし、開閉扉２６２については、これを熱硬化炉側壁に設けるようにすることもできる。また、熱硬化炉２００のベース２０２とその上部で方形壁面を形成する筐体部２０４とを高気密性シール２０６を介して接合し、筐体部２０４については、ベース２０２から上方に持ち上げるようにすることもできる。こうすれば、筐体部２０４を図示しないクレーンや玉がけ装置にて持ち上げた状態で、装置内機器の保守点検や中間生成品タンク１２の装着および取出を行うことができる。

この他、熱硬化炉２００は、図１（ｃ）に示すように、制御機器２３０と温度センサー２４２とを有する。温度センサー２４２は、非接触で繊維強化樹脂層２０の外表面温度を検出するよう構成され、その検出温度を制御機器２３０に出力する。制御機器２３０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムをＲＡＭに展開して実行することで、高周波電流生成電源２４０から誘導加熱コイル２２０への高周波電流の通電を、温度センサー２４２の検出温度を参照しつつ制御する。この通電制御は、熱硬化炉２００の炉内への中間生成品タンク１２のセット後のタンク定速回転に合わせて、制御機器２３０にてなされる。誘導加熱コイル２２０は、高周波電流生成電源２４０からの高周波電流の通電を受けると、水平に軸支されてタンク軸回りに回転する中間生成品タンク１２の繊維強化樹脂層２０を貫く磁束を発生する。繊維強化樹脂層２０を構成する樹脂含浸カーボン繊維Ｗは、この誘導加熱コイル２２０による磁束と交差することから渦電流を誘起し、カーボン繊維固有の抵抗によって発熱して、繊維強化樹脂層２０の熱硬化性樹脂を高周波誘導加熱する。この高周波誘導加熱は、繊維強化樹脂層２０の各樹脂層部位で起きる。

また、熱硬化炉２００の制御機器２３０は、陽圧装置２５０についても、その加圧ポンプ２５２を駆動制御し、加圧ポンプ２５２の生成した加圧エアーを配管２５４を経て熱硬化炉２００の内部に圧送する。この加圧ポンプ２５２の駆動制御は、中間生成品タンク１２のセット後、即ち架台２１４への中間生成品タンク１２の軸支と開閉扉２６２の閉鎖の後に開始される。これにより、中間生成品タンク１２は、陽圧装置２５０により炉内が加圧環境とされた状態でタンク軸回りに回転しつつ、誘導加熱コイル２２０による誘導加熱を受けることになる。

次に、制御機器２３０の制御を受けた陽圧装置２５０による炉内陽圧化の様子を、誘導加熱コイル２２０による誘導加熱に伴う繊維強化樹脂層２０の昇温状況と樹脂粘度の推移状況に併せて説明する。図５は本実施例の熱硬化炉２００における炉内陽圧化の様子と繊維強化樹脂層２０の昇温状況と樹脂粘度の推移状況並びに樹脂挙動を模式的に示す説明図である。

図４に示すように、熱硬化炉２００への中間生成品タンク１２のセットが完了すると、熱硬化炉２００は、まず陽圧装置２５０にて炉内の陽圧化を図ると共に、中間生成品タンク１２をタンク軸回りに回転させる。この回転が安定すると、熱硬化炉２００は、制御機器２３０を介して誘導加熱コイル２２０による繊維強化樹脂層２０の誘導加熱を開始する。この誘導加熱当初は、図５にステップ１と示す状況であり、このステップ１では、熱硬化炉２００の炉内は、陽圧装置２５０により第１圧力ｐ１まで昇圧済みである。この第１圧力ｐ１は、誘導加熱コイル２２０による誘導加熱を受けている際に、中間生成品タンク１２、詳しくはライナー１０の変形を来さない圧力として設定されている。この場合、タンク軸支シャフト２１２を中空として炉内の圧力をライナー１０の内部に導入可能なシャフトとすれば、第１圧力ｐ１によるライナー変形をより確実に回避できる。

この誘導加熱当初のステップ１の繊維強化樹脂層２０では、これを構成する樹脂含浸カーボン繊維Ｗは、前工程におけるＦＷ法での繊維巻回の張力（巻回張力）を受けたままであるものの、樹脂の昇温がまだ進まず樹脂粘度が高いので、さほどライナー１０の側に凝集することはない。繊維強化樹脂層２０の樹脂にあっても、粘度が大きいため、繊維強化樹脂層２０の外表側への染み出しをそれほど起こすことはない。

誘導加熱コイル２２０による中間生成品タンク１２の繊維強化樹脂層２０の誘導加熱が進むと、図５に示すステップ２の状況に推移し、このステップ２では、繊維強化樹脂層２０の樹脂は昇温が進んでその粘度は大きく低下する。このため、繊維強化樹脂層２０の樹脂含浸カーボン繊維Ｗは、ライナー１０の側への凝集を起こすことから、この繊維凝集により、繊維強化樹脂層２０の樹脂には、上記した粘度低下と相まって、繊維強化樹脂層２０の外表側への樹脂の染み出しを起こそうとする力が働く。ところが、図５のステップ２では、熱硬化炉２００の炉内は、第１圧力ｐ１まで昇圧して加圧環境にあるので、中間生成品タンク１２における繊維強化樹脂層２０の最外表層にはライナー外周に向けて第１圧力ｐ１が作用する。このため、図５のステップ２において、既述したように繊維強化樹脂層２０の樹脂を樹脂層外表側に染み出させようとする力は、上記した第１圧力ｐ１による力に打ち消されることになる。

誘導加熱コイル２２０による誘導加熱が更に進むと、繊維強化樹脂層２０はより昇温して図５に示すステップ３の状況に推移し、このステップ３では、繊維強化樹脂層２０の樹脂の粘度は更に低下する。本実施例では、このステップ３を、既存の温風による樹脂の熱硬化を図る際の最低樹脂粘度に想到する状態とし、このステップ３の手前において、熱硬化炉２００の炉内を、第１圧力ｐ１より高い第２圧力ｐ２の加圧環境下に推移させておく。このため、ステップ３の状況においては、繊維強化樹脂層２０の樹脂粘度の更なる低下により樹脂含浸カーボン繊維Ｗの凝集は起き易くなるものの、この第２圧力ｐ２により、染み出しは起きにくくなる。この場合、熱硬化炉２００の制御機器２３０は、温度センサー２４２（図１（ｃ）参照）の検出温度により、陽圧装置２５０の加圧ポンプ２５２を駆動制御して、第１圧力ｐ１から第２圧力ｐ２に推移させる。また、この第２圧力ｐ２にあっても、誘導加熱コイル２２０による誘導加熱を受けている際に、ライナー１０の変形を来さない圧力として設定されている。

ステップ３以降では、誘導加熱コイル２２０による誘導加熱の継続により、繊維強化樹脂層２０の樹脂は更に昇温してその粘度低下を起こし、その後、粘度は上昇に転じて、繊維強化樹脂層２０の樹脂の熱硬化が起きる。これにより、ライナー１０の外周に繊維強化樹脂層２０が形成される。なお、誘導加熱コイル２２０の誘導加熱による樹脂の昇温は、既存の温風による樹脂硬化に比べて速やかに起きるので、図５に示すように、樹脂の最低粘度は、温風による樹脂硬化の場合よりも小さくなる。

また、樹脂の熱硬化の開始後、熱硬化炉２００の制御機器２３０は、その経過時間や温度センサー２４２からの検出温度等に基づき、繊維強化樹脂層２０の樹脂の熱硬化が完了するまでの間に亘って、誘導加熱コイル２２０への高周波電流の通電制御と陽圧装置２５０の加圧ポンプ２５２の駆動制御を継続する。そして、熱硬化炉２００は、樹脂の熱硬化完了後に、コイルへの通電とポンプ駆動を停止し、繊維強化樹脂層２０の冷却養生を図る。これにより、繊維強化樹脂層２０が硬化済みの高圧水素タンク３０が得られる。

以上説明したように、本実施例では、誘導加熱コイル２２０による誘導加熱により樹脂を速やかに昇温させるが、陽圧装置２５０による熱硬化炉２００の陽圧化を図ることで、加圧環境下で繊維強化樹脂層２０の樹脂粘度低下とその後の熱硬化を起こす。この結果、本実施例のタンク製造手法によれば、誘導加熱コイル２２０による誘導加熱を利用して製造時間の短縮化を図った上で、加圧環境下での繊維強化樹脂層２０の昇温により、樹脂の染み出しの抑制でき、Ｖｆについても、これを高Ｖｆとなることを抑制できる。

また、本実施例のタンク製造手法では、熱硬化炉２００の加圧炉内で繊維強化樹脂層２０を誘導加熱コイル２２０により誘導加熱するに当たり、炉内圧力を、誘導加熱コイル２２０による誘導加熱による繊維強化樹脂層２０の温度が高まると第１圧力ｐ１から第２圧力ｐ２に高めるようにした。繊維強化樹脂層２０の樹脂はその温度が高まるほど粘度低下を来して染み出しを起こしやすくなるが、上記したように圧力を高めることで、樹脂の染み出しの抑制、延いては高Ｖｆ化の抑制の実効性を高めることができる。

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、上記の実施例では、高圧ガスタンクは、高圧水素タンク３０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。

また、上記の実施例では、熱硬化炉２００の炉内にて中間生成品タンク１２を加圧環境に置く際の第１圧力ｐ１と第２圧力ｐ２を、共にライナー１０の変形を来さない圧力として設定したが、その圧力値については、ライナー１０を構成する樹脂材料の強度やタンク寸法等を選定すればよい。この他、より多段階に圧力を調整するようにすることもできる。更に、中間生成品タンク１２を軸支するタンク軸支シャフト２１２を介して、タンク内（詳しくはライナー１０の内部）を加圧しつつ繊維強化樹脂層２０を誘導加熱コイル２２０にて誘導加熱する場合には、ライナー内圧と同等、或いはライナー内圧より低い圧力とすることもできる。

１０…ライナー
１０ａ…シリンダー部
１０ｂ…ドーム部
１２…中間生成品タンク
１４…口金
２０…繊維強化樹脂層
３０…高圧水素タンク
１００…ＦＷ装置
１１０…クリールスタンド
１１２…ボビン
１１４…固定滑車
１２０…経路部
１３０…巻取部
１３２…アイクチガイド
１３４…回転駆動装置
１５０…制御部
２００…熱硬化炉
２０２…ベース
２０４…筐体部
２０６…高気密性シール
２１２…タンク軸支シャフト
２１４…架台
２２０…誘導加熱コイル
２３０…制御機器
２４０…高周波電流生成電源
２４２…温度センサー
２５０…陽圧装置
２５２…加圧ポンプ
２５４…配管
２６０…高気密性シール
２６２…開閉扉
Ｗ…樹脂含浸カーボン繊維
ＡＸ…タンク中心軸

Claims (5)

1. 高圧ガスタンクの製造方法であって、
   タンク容器となる中空のライナーの外周に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維を巻回して形成された繊維強化樹脂層を有するタンク中間生成品を準備する工程（ａ）と、
   前記タンク中間生成品を加圧環境下に置いた上でタンク軸回りに回転させつつ、高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルを用いて前記タンク中間生成品の前記繊維強化樹脂層を誘導加熱して熱硬化させる工程（ｂ）とを備える
   高圧ガスタンクの製造方法。
2. 前記工程（ｂ）では、前記加圧環境下の圧力を、前記誘導加熱コイルの誘起した高周波誘導加熱による前記繊維強化樹脂層の昇温に応じて調整する請求項１に記載の高圧ガスタンクの製造方法。
3. 前記工程（ｂ）では、前記加圧環境下の圧力を、前記誘導加熱コイルの誘起した高周波誘導加熱による前記繊維強化樹脂層が所定の温度範囲において昇温する際に、該昇温が進むに連れて高める請求項２に記載の高圧ガスタンクの製造方法。
4. タンク容器となる中空のライナーの外周に熱硬化性樹脂を含浸して熱硬化した繊維強化樹脂層を有する高圧ガスタンクの製造に用いる装置であって、
   熱硬化前の前記熱硬化性樹脂を含浸した繊維を前記ライナーの外周に巻回して前記繊維強化樹脂層を形成し、タンク中間生成品を得る繊維巻回手段と、
   前記タンク中間生成品をタンク軸回りに回転させつつ、高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルを用いて前記繊維強化樹脂層を誘導加熱して熱硬化させる誘導加熱炉と、
   該誘導加熱炉にて前記繊維強化樹脂層が前記誘導加熱コイルにより高周波誘導加熱されている間に、前記誘導加熱炉の内部の陽圧化を図る陽圧手段とを備える
   高圧ガスタンクの製造装置。
5. 前記陽圧手段は、前記誘導加熱炉の内部に加圧気体を供給するポンプを有する請求項４に記載の高圧ガスタンクの製造装置。

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