JP2017096308A

JP2017096308A - 高圧タンクの製造方法

Info

Publication number: JP2017096308A
Application number: JP2015225796A
Authority: JP
Inventors: 博敏加藤; Hirotoshi Kato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-06-01

Abstract

【課題】製造工程の時間を短縮し、低コスト化を図ることができる高圧タンクの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る高圧タンク１の製造方法は、予め円筒状に編み込まれた炭素繊維３を準備する工程と、炭素繊維３を金型９０に配置した後、パリソン２を炭素繊維３の内部に配置し、ブロー成形によりライナー２０を形成する工程と、を備え、ブロー成形後のライナー２０の外径寸法ｄが、準備された炭素繊維３の内径寸法ａよりも大きくなるようにブロー成形することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。

例えば燃料電池自動車は、燃料としての高圧ガスを貯蔵する圧力容器（以下、高圧タンクとも称する）を搭載する。この高圧タンクにおいては、高圧ガスの貯蔵空間を内面側に画成するライナーを備え、当該ライナーの外周が補強層により補強されている。このライナーとしては例えばアルミニウムや樹脂が、補強層としては例えば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）が用いられる。

上記高圧タンクを製造する工程では、通常、次のように繊維強化樹脂層をライナーに巻き付ける工程を有する。詳細には、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き付けて繊維強化樹脂層を形成し、当該繊維強化樹脂層に含まれる熱硬化樹脂を熱硬化させることで、ライナーを繊維強化樹脂層で被覆・補強した高圧タンクが製造される（例えば下記特許文献１参照）。

特開２０１５−０３１３０７号公報

ところが、上記のような高圧タンクの製造方法では以下の問題があった。すなわち、繊維強化樹脂層の巻き付け工程が長時間に及ぶため、この工程を採用して生産量を増やす場合には、数多くの巻き付け設備が必要となり、高圧タンクの高コスト化を招くという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造工程の時間を短縮し、低コスト化を図ることができる高圧タンクの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る高圧タンクの製造方法は、炭素繊維強化樹脂層により補強された合成樹脂製のライナーを有する円筒状の高圧タンクの製造方法であって、円筒状に編込まれ、該円筒の軸方向一端側が閉じ、軸方向他端側が開口した炭素繊維を準備する工程と、前記炭素繊維を金型に配置した後、パリソンを前記炭素繊維の内部に配置してブロー成形により前記ライナーを形成する工程と、を備え、前記ブロー成形後のライナーの外径寸法が、前記準備された前記炭素繊維の内径寸法よりも大きくなるようにブロー成形することを特徴とする。

かかる方法によれば、予め円筒状に編み込まれた炭素繊維強化層を準備してタンクを製造するため、炭素繊維強化層の巻き付け工程が不要になり、高圧タンクの製造工程の時間を短縮することができる。その結果、高圧タンクのコストを低減することができる。また、ブロー成形後のライナーの外径寸法（ブロー成形後の炭素繊維の内径寸法）が、準備された炭素繊維の内径寸法よりも大きくなるようにブロー成形することで、炭素繊維に必要なテンションをかけることができる。

本発明によれば、製造工程の時間を短縮し、低コスト化を図ることができる高圧タンクの製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態の製造方法によって作成される高圧タンクの概略構成を示す断面図である。高圧タンクの製造工程の一例を示すフローチャートである。高圧タンクの製造工程を説明する説明図である。

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行うことができ、本実施形態以外の他の実施形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。

まず、本発明の実施形態の製造方法によって作成される高圧タンクの構成について説明する。図１は、高圧タンクの概略構成を示す図である。

図１に示すように、高圧タンク１は、ライナー２０と、繊維強化樹脂層３０と、口金４０とを少なくとも備える。

ライナー２０は、内部にガスを貯留するための貯留空間を有する内殻である。ライナー２０は、略円筒形をしている。ライナー２０は、本実施形態では合成樹脂製の材料により形成されるが、この例に限定されず、他の材料を採用することも可能である。

口金４０は、ライナー２０の一端側に形成される。口金４０は、金属製であって、高圧タンク１の内部に収容された気体又は液体の注排口となる部材である。なお、本実施形態では、口金４０がライナー２０の一端側のみに形成されるが、この例に限定されず、ライナー２０の他端側に口金を設けた構成としても良い。

繊維強化樹脂層３０（炭素繊維強化樹脂層）は、強化材に炭素繊維を用いた繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）であり、ライナー２０の外周を覆うように形成されている。繊維強化樹脂層３０に使用される樹脂としては、例えばエポキシ系樹脂が挙げられるがその他の樹脂を用いることも可能である。

続いて、本実施形態における高圧タンクの製造方法について説明する。図２は、高圧タンクの製造工程の一例を示すフローチャートである。図３は、高圧タンクの製造工程を説明する説明図である。

（ステップＳ１１０）
まず、炭素繊維３を所定の丸編機（不図示）で円筒形状に編込む（図２のステップＳ１１０及び図３（Ａ））。この炭素繊維３の内径ａ（図３（Ａ））は、高圧タンク作成完了時に必要なテンションが得られるように予め設定されており、好適には、後述するブロー成形後のライナー２０の外径寸法ｄ（図３（Ｅ）参照）より小さく設定されることが好ましい。

（ステップＳ１２０）
次いで、高圧タンク成形用の金型９０内に、袋形状に編込んだ炭素繊維３をセットする（図２のステップＳ１２０及び図３（Ｂ））。図３（Ｂ）に示すように、炭素繊維３は、円筒状に編込まれ、該円筒の軸方向一端側（図３では下側）が閉じ、軸方向他端側（図３では上側）が開口している。この炭素繊維３の開口部分には、後述する口金が取り付けられる。なお、金型９０の内径ｂ（図３（Ｂ））の寸法は、上記した炭素繊維３の外径Ａ（図３（Ａ））の寸法より大きく設定される。

（ステップＳ１３０）
次いで、高圧タンク成形用の円筒状のパリソン２を金型９０で挟み込む（図２のステップＳ１３０及び図３（Ｃ））。なお、炭素繊維３の開口部３ａの内径ｃ（図３（Ｃ））は、後工程で圧入される口金外周寸法ｅ（図３（Ｅ））より大きく設定される。

（ステップＳ１４０）
次いで、後の工程で口金を圧入できる寸法を確保するため、ガイド付き吹込部材９１の吹込口９１ａから、パリソン２内にエアーを吹込み、ブロー成形でタンクを形成する。このブロー成形によりタンクを形成すると同時に、タンクの外周で炭素繊維３を押し広げることでテンションをかける。なお、上記したように、袋形状の炭素繊維３の外径Ａ（図３（Ａ））は、金型９０の内径ｂ（図３（Ｂ））よりも小さく設定されているため、ブロー成形によって金型９０内で炭素繊維３を押し広げることができる。なお、図３（Ｂ）〜（Ｄ）では、炭素繊維３の外周面と金型９０の内周面との隙間は図示していない。

（ステップＳ１５０）
次いで、円筒状の炭素繊維３の軸方向一端部（図３（Ｅ）では上端側）に口金４０を圧入する（図２のステップＳ１５０及び図３（Ｅ））。そして、口金４０の外周を炭素繊維で覆った後に、内径をテーパ形状とした所定のリング部材８０で炭素繊維を口金４０との間で挟上げ、テンションをかける。このようにリング部材８０を用いてテンションをかけた状態で、該リング部材８０と口金４０を所定の接着剤（不図示）で接着し、リング部材８０の上面より出ている口金４０の上部をローラパンチ（不図示）で押しつぶし、リング部材８０と口金４０とを固定する。

（ステップＳ１６０）
次いで、炭素繊維３にエポキシ樹脂を塗布し、含浸させる。

（ステップＳ１７０）
最後に、タンク本体を加熱し、エポキシ樹脂を硬化させることで、ライナー２０の外周を覆う繊維強化樹脂層３０を有する高圧タンクが作成される。本実施形態における高圧タンクの製造方法では、ブロー成形後のライナー２０の外径寸法ｄより小さい内径寸法ａ（図３（Ａ））を有する炭素繊維３を準備してその内部でブロー成形するので、炭素繊維３に必要なテンションをかけることができる。

以上説明したように、本実施形態における高圧タンク１の製造方法では、円筒の軸方向一端側が閉じ、軸方向他端側が開口する予め円筒状に編み込まれた炭素繊維３を準備する工程と、炭素繊維３を金型９０に配置した後、パリソン２を炭素繊維３の内部に配置し、ブロー成形によりライナー２０を形成する工程と、を備え、ブロー成形後のライナー２０の外径寸法ｄが、準備された炭素繊維３の内径寸法ａよりも大きくなるようにブロー成形する。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

１高圧タンク
２パリソン
３炭素繊維
２０ライナー
３０繊維強化樹脂層
４０口金
８０リング部材
９０金型

Claims

炭素繊維強化樹脂層により補強された合成樹脂製のライナーを有する円筒状の高圧タンクの製造方法であって、
円筒状に編込まれ、該円筒の軸方向一端側が閉じ、軸方向他端側が開口した炭素繊維を準備する工程と、
前記炭素繊維を金型に配置した後、パリソンを前記炭素繊維の内部に配置してブロー成形により前記ライナーを形成する工程と、を備え、
前記ブロー成形後のライナーの外径寸法が、前記準備された前記炭素繊維の内径寸法よりも大きくなるようにブロー成形することを特徴とする高圧タンクの製造方法。