JP2018099828A - Method for manufacturing high pressure tank - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a shape at both end portion of a hoop layer so as to be a continuous curved surface shape from the curved surface shape of the dome portion.SOLUTION: A method of manufacturing a high-pressure tank having a reinforcing layer having a hoop layer on an outer peripheral surface of a cylinder portion in a liner having the cylinder portion and a dome portion, involves a preparing step of preparing a composite body having an end portion molding portion provided with a protruding portion surrounding an end portion of a mandrel at both end portions in an axial direction of the mandrel, a first forming step of winding fibers around the composite body by hoop winding to form a hoop layer, a separating step of separating the hoop layer from the composite body, and an engaging step of engaging the separated hoop layer into the cylinder portion, where a surface of the protruding portion facing the mandrel is a curved surface formed so as to have a curved shape continuous with the curved shape of the dome portion when the hoop layer is engaged in the cylinder portion.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a high-pressure tank.

高圧流体を充填する高圧タンクには、高圧タンクの内殻となるライナーと、ライナーの外表面を覆う補強層とを備えるものがある。ライナーは、円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の軸方向における両端部に設けられた一対のドーム部とを有する。補強層のうちフープ層は、シリンダー部の表面に形成される。   Some high-pressure tanks filled with a high-pressure fluid include a liner serving as an inner shell of the high-pressure tank and a reinforcing layer covering the outer surface of the liner. The liner includes a cylindrical cylinder portion and a pair of dome portions provided at both end portions in the axial direction of the cylinder portion. Of the reinforcing layers, the hoop layer is formed on the surface of the cylinder portion.

特開2004−144172号公報JP 2004-144172 A

特許文献1の高圧タンクでは、ライナーにおけるシリンダー部に対してフープ巻きで繊維を巻き付けることによってフープ層が形成されている。しかし、このような高圧タンクでは、ドーム部の曲面形状とフープ層のうちシリンダー部の軸方向における端部とが連続した曲面形状とならない場合があった。このような課題を解決するために、フープ層のうちシリンダー部の軸方向における端部が、ドーム部の曲面形状と連続する曲面形状に形成できる技術が望まれていた。   In the high-pressure tank of Patent Document 1, the hoop layer is formed by winding the fiber by hoop winding around the cylinder portion of the liner. However, in such a high-pressure tank, the curved shape of the dome portion and the end portion of the hoop layer in the axial direction of the cylinder portion may not have a continuous curved shape. In order to solve such a problem, a technique has been desired in which the end of the hoop layer in the axial direction of the cylinder portion can be formed into a curved shape that is continuous with the curved shape of the dome portion.

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なされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、高圧タンクの製造方法が提供される。この高圧タンクの製造方法は、円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の軸方向における両端部に設けられた一対のドーム部と、を有するライナーにおける前記シリンダー部の外周面に、フープ層を有する補強層を備える高圧タンクの製造方法であって、前記ライナーより剛性が高い円柱形状の部材であるマンドレルの軸方向における両側の端部に、前記マンドレルの端部を囲む突出部であって周方向の一部において前記マンドレルを露出させる開放部を備える突出部をそれぞれ有する一対の端部成型部が配された複合体を準備する準備工程と、前記複合体のうち前記マンドレルを回転させるとともに前記一対の端部成型部を回転させない状態において、前記複合体に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をフープ巻きで巻き付けたのち、巻き付けられた繊維を加熱して硬化させることによってフープ層を形成する第1の形成工程と、前記複合体から前記フープ層を分離する分離工程と、分離された前記フープ層を前記シリンダー部に嵌める嵌合工程と、前記シリンダー部に嵌められた前記フープ層および前記ドーム部に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をヘリカル巻きで巻き付けたのち、巻き付けられた繊維を加熱して硬化させることによってヘリカル層を形成する第2の形成工程と、を備え、前記突出部のうち前記マンドレルと向かい合う面は、前記フープ層が前記シリンダー部に嵌められたと仮定したときに前記ドーム部の曲面形状と連続した曲面形状となるよう形成された曲面である。このような形態とすれば、フープ層の軸方向における両端部の形状を、フープ層がシリンダー部に嵌められたときにドーム部の曲面形状から連続した曲面形状になるように形成できる。   (1) According to one form of this invention, the manufacturing method of a high pressure tank is provided. This high-pressure tank manufacturing method has a hoop layer on the outer peripheral surface of the cylinder part in a liner having a cylindrical cylinder part and a pair of dome parts provided at both ends in the axial direction of the cylinder part. A method of manufacturing a high-pressure tank including a reinforcing layer, wherein the mandrel is a cylindrical member having a rigidity higher than that of the liner. Preparing a composite in which a pair of end molding portions each having a projecting portion having an open portion exposing the mandrel is exposed in a part of the composite, rotating the mandrel in the composite, and the pair In a state where the end molding portion of the composite is not rotated, a fiber impregnated with a thermosetting resin is wound around the composite by hoop winding, and then wound. A first forming step of forming a hoop layer by heating and curing the cut fibers, a separating step of separating the hoop layer from the composite, and fitting the separated hoop layer into the cylinder portion A helical process is performed by winding a fiber in which a thermosetting resin is impregnated in the hoop layer and the dome portion fitted in the cylinder portion and helically winding the wound fiber, and then curing the wound fiber by heating. A surface of the protruding portion that faces the mandrel is continuous with the curved shape of the dome portion when the hoop layer is assumed to be fitted to the cylinder portion. A curved surface formed to have a curved shape. With such a configuration, the shape of both end portions in the axial direction of the hoop layer can be formed so as to be a curved surface shape that is continuous from the curved surface shape of the dome portion when the hoop layer is fitted to the cylinder portion.

本発明の形態は、高圧タンクの製造方法に限るものではなく、例えば、フープ層を有する高圧タンクの製造装置、などの種々の形態に適用することも可能である。また、本発明は、前述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。   The form of the present invention is not limited to the method for manufacturing a high-pressure tank, and can be applied to various forms such as a manufacturing apparatus for a high-pressure tank having a hoop layer. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention.

タンクの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of a tank. タンクの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of a tank. 複合体を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the composite_body | complex. マンドレルおよび端部成型部を図3における矢視IV−IVから見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the mandrel and the edge part molding part from arrow IV-IV in FIG. 第1の形成工程を終えた後の複合体の状態を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the state of the composite_body | complex after finishing a 1st formation process. フープ層がシリンダー部に嵌められた状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state by which the hoop layer was fitted by the cylinder part. フープ層における端部の周辺を拡大した拡大図である。It is the enlarged view to which the periphery of the edge part in a hoop layer was expanded.

A.第1実施形態:
図1は、本発明の一実施形態における製造方法によって製造されるタンク10の概略構成を示す断面図である。図1には、相互に直交するXYZ軸が図示されている。図1に示した軸AXは、X軸に沿った軸であって、タンク10の軸中心である。図1のXYZ軸は、他の図のXYZ軸に対応する。XYZ軸において、矢印の指す方向を+側、矢印の指す方向と反対方向を−側とする。タンク10には、例えば、70MPa程度の高圧の水素ガスが貯蔵される。タンク10は、ライナー20と補強層30とを備えている。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a tank 10 manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows XYZ axes orthogonal to each other. An axis AX shown in FIG. 1 is an axis along the X axis, and is the axis center of the tank 10. The XYZ axes in FIG. 1 correspond to the XYZ axes in the other drawings. In the XYZ axes, the direction indicated by the arrow is the + side, and the direction opposite to the direction indicated by the arrow is the − side. The tank 10 stores high-pressure hydrogen gas of about 70 MPa, for example. The tank 10 includes a liner 20 and a reinforcing layer 30.

ライナー20は、樹脂製の中空ライナーである。ライナー20は、例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル等の熱可塑性樹脂によって形成されている。ライナー20は、シリンダー部21とドーム部22,23とを備え、ライナー20の両端部に口金13,14が配置される。   The liner 20 is a resin-made hollow liner. The liner 20 is made of a thermoplastic resin such as polyethylene, nylon, polypropylene, or polyester. The liner 20 includes a cylinder portion 21 and dome portions 22 and 23, and bases 13 and 14 are disposed at both ends of the liner 20.

シリンダー部21は、X軸方向に沿って伸びた円筒形状を有している。ドーム部22は、シリンダー部21のX軸方向の−側における端部に設けられている。ドーム部23は、シリンダー部21のX軸方向の+側における端部に設けられている。ドーム部22,23は、ライナー20の外側に向けて凸となる曲面状に形成されている。   The cylinder part 21 has a cylindrical shape extending along the X-axis direction. The dome portion 22 is provided at the end of the cylinder portion 21 on the negative side in the X-axis direction. The dome portion 23 is provided at the end of the cylinder portion 21 on the + side in the X-axis direction. The dome portions 22 and 23 are formed in a curved shape that is convex toward the outside of the liner 20.

ドーム部22,23の頂点には、それぞれ、アルミニウムやステンレス鋼等の金属によって形成された口金13,14が設けられている。口金13は、貫通孔15を備えており、タンク10内からのガスの取り出しまたはタンク10内へのガスの補充に用いられる。口金14は、ライナー20の補強ないし補強層30形成時におけるライナーの回転のために用いられる。口金14は省略することも可能である。   At the vertices of the dome portions 22 and 23, caps 13 and 14 made of metal such as aluminum or stainless steel are provided. The base 13 is provided with a through-hole 15 and is used for taking out gas from the tank 10 or replenishing gas into the tank 10. The base 14 is used for reinforcing the liner 20 or rotating the liner when forming the reinforcing layer 30. The base 14 can be omitted.

補強層30は、ライナー20の周囲を覆う層であり、ライナー20を補強するための層である。補強層30は、フープ層32とヘリカル層34とを備えている。   The reinforcing layer 30 is a layer that covers the periphery of the liner 20 and is a layer for reinforcing the liner 20. The reinforcing layer 30 includes a hoop layer 32 and a helical layer 34.

フープ層32は、ライナー20におけるシリンダー部21の外表面を覆う層である。フープ層32は、複合体100(図3に図示)に、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をフープ巻きしたものを加熱して硬化させることによって形成される。フープ層32は、端部36,37を備える。   The hoop layer 32 is a layer that covers the outer surface of the cylinder portion 21 in the liner 20. The hoop layer 32 is formed by heating and curing a composite 100 (shown in FIG. 3) obtained by hoop-wrapping a fiber impregnated with a thermosetting resin. The hoop layer 32 includes end portions 36 and 37.

端部36は、フープ層32のうちX軸方向の−側における端部である。端部37は、フープ層32のうちX軸方向の+側における端部である。端部36,37は、ドーム部22,23の曲面形状と連続した曲面形状となるよう形成されている。ここでいう「連続した曲面形状」とは、フープ層32がシリンダー部21に対して製造上の設定された位置に配された場合、ドーム部22の曲面形状と端部36の曲面形状、および、ドーム部23の曲面形状と端部37の曲面形状、がそれぞれ一体化して角のない滑らかな曲面を形成することができるよう形成された曲面形状のことである。   The end portion 36 is an end portion on the negative side in the X-axis direction of the hoop layer 32. The end portion 37 is an end portion on the + side in the X-axis direction of the hoop layer 32. The end portions 36 and 37 are formed to have a curved surface shape that is continuous with the curved surface shape of the dome portions 22 and 23. As used herein, “continuous curved surface shape” refers to the curved surface shape of the dome portion 22 and the curved surface shape of the end portion 36 when the hoop layer 32 is disposed at a set position for manufacturing with respect to the cylinder portion 21. The curved surface shape of the dome portion 23 and the curved surface shape of the end portion 37 are integrated to form a smooth curved surface having no corners.

ヘリカル層34は、フープ層32およびドーム部22,23の外表面を覆う層である。ヘリカル層34は、フープ層32およびドーム部22,23に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をヘリカル巻きすることによって構成されている。   The helical layer 34 is a layer that covers the outer surfaces of the hoop layer 32 and the dome portions 22 and 23. The helical layer 34 is formed by helically winding a fiber in which the hoop layer 32 and the dome portions 22 and 23 are impregnated with a thermosetting resin.

図2は、タンク10の製造方法を示す工程図である。本実施形態の製造方法では、まず、複合体100を準備する工程が行われる(工程P110)。   FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing the tank 10. In the manufacturing method of the present embodiment, first, a step of preparing the composite 100 is performed (step P110).

図3は、複合体100を示した説明図である。複合体100は、フープ層32を形成するための型となる。複合体100は、マンドレル110と、端部成型部120と、端部成型部130とを備える。複合体100において、軸AXは、マンドレル110の軸中心であるとともに端部成型部120および端部成型部130の軸中心でもある。   FIG. 3 is an explanatory view showing the complex 100. The composite 100 is a mold for forming the hoop layer 32. The composite 100 includes a mandrel 110, an end molding part 120, and an end molding part 130. In the composite 100, the axis AX is the axis center of the mandrel 110 and the axis center of the end molding part 120 and the end molding part 130.

マンドレル110は、ライナー20より剛性が高い中空の円筒状部材である。ここでいう「剛性」とは、繊維の巻き付けに対する抵抗性のことである。マンドレル110は、膨張係数および熱伝導率の高い金属で構成されている。本実施形態では、マンドレル110は、アルミニウムから主に構成されている。端部成型部120は、マンドレル110とともに、フープ層32のうち端部36を形成するための型となる部材である。端部成型部130は、マンドレル110とともに、フープ層32のうち端部37を形成するための型となる部材である。マンドレル110のX軸方向における−側の端部に端部成型部120が配されるとともにマンドレル110のX軸方向における+側の端部に端部成型部130が配されることによって、複合体100が形成される。   The mandrel 110 is a hollow cylindrical member having higher rigidity than the liner 20. “Rigidity” as used herein refers to resistance to fiber winding. The mandrel 110 is made of a metal having a high expansion coefficient and thermal conductivity. In the present embodiment, the mandrel 110 is mainly composed of aluminum. The end molding portion 120 is a member that becomes a mold for forming the end portion 36 of the hoop layer 32 together with the mandrel 110. The end molding portion 130 is a member that becomes a mold for forming the end portion 37 of the hoop layer 32 together with the mandrel 110. An end molding portion 120 is disposed at the − side end portion in the X-axis direction of the mandrel 110 and an end molding portion 130 is disposed at the + side end portion in the X-axis direction of the mandrel 110, thereby providing a composite. 100 is formed.

端部成型部120は、円柱部122と、突出部124とを備える。円柱部122は、端部成型部120のうち円柱形状をした部分である。突出部124は、複合体100を形成している状態において、円柱部122からマンドレル110のX軸方向の−側における端部116を囲む形状に突出した部分である。突出部124は、複合体100を形成している状態において、円柱部122からX軸方向の+側に向けて突出し、マンドレル110のX軸方向の−側における端部116を囲んでいる。突出部124は、開放部126を有する。   The end molding part 120 includes a cylindrical part 122 and a protruding part 124. The cylindrical portion 122 is a cylindrical portion of the end molding portion 120. The protruding portion 124 is a portion protruding from the cylindrical portion 122 into a shape surrounding the end portion 116 on the negative side in the X-axis direction of the mandrel 110 in a state where the composite body 100 is formed. In a state where the composite body 100 is formed, the protruding portion 124 protrudes from the cylindrical portion 122 toward the + side in the X axis direction and surrounds the end portion 116 on the − side in the X axis direction of the mandrel 110. The protruding part 124 has an opening part 126.

図4は、マンドレル110および端部成型部120を図3における矢視IV−IVから見た断面図である。開放部126は、突出部124のうち周方向の一部においてマンドレル110を露出させるために開放された部分である。換言すれば、開放部126は、円柱部122のX軸方向の+側における端部の外周からX軸方向の+側に向けて突出している突出部124のうち一部を切り欠いた部分のことである。本実施形態では、開放部126は、突出部124のうちY軸方向の−側であって、かつ、Z軸方向における中央寄りの部分を切り欠いた部分である。   4 is a cross-sectional view of the mandrel 110 and the end molding portion 120 as viewed from the direction of arrows IV-IV in FIG. The open part 126 is a part opened in order to expose the mandrel 110 in a part of the circumferential direction in the protruding part 124. In other words, the open portion 126 is a portion of the protruding portion 124 that protrudes from the outer periphery of the end portion of the cylindrical portion 122 on the + side in the X-axis direction toward the + side in the X-axis direction. That is. In the present embodiment, the open portion 126 is a portion of the protruding portion 124 that is a negative side in the Y-axis direction and a portion near the center in the Z-axis direction.

端部成型部130における円柱部132および突出部134は、端部成型部120における円柱部122および突出部124と同様に設けられる。突出部134は、複合体100を形成している状態において、円柱部132からマンドレル110のX軸方向の+側における端部118を囲む形状に突出した部分である。本実施形態では、突出部134は、複合体100を形成している状態において、円柱部132からX軸方向の−側に向けて突出し、マンドレル110のX軸方向の+側における端部118を囲んでいる。   The cylindrical portion 132 and the protruding portion 134 in the end molding portion 130 are provided in the same manner as the cylindrical portion 122 and the protruding portion 124 in the end molding portion 120. The protruding portion 134 is a portion protruding from the cylindrical portion 132 into a shape surrounding the end portion 118 on the + side in the X-axis direction of the mandrel 110 in a state where the composite body 100 is formed. In the present embodiment, the protruding portion 134 protrudes from the cylindrical portion 132 toward the − side in the X-axis direction in a state where the composite body 100 is formed, and the end portion 118 on the + side in the X-axis direction of the mandrel 110 is formed. Surrounding.

突出部134は、開放部136を有する。突出部134における開放部136は、突出部124における開放部126と同様に設けられる。開放部136は、開放部126と同じ方向にマンドレル110を露出させるために開放された部分である。   The protruding part 134 has an open part 136. The opening 136 in the protrusion 134 is provided in the same manner as the opening 126 in the protrusion 124. The open part 136 is a part opened to expose the mandrel 110 in the same direction as the open part 126.

複合体100を準備(工程P110)した後、フープ層32が形成される第1の形成工程が行われる(工程P120)。第1の形成工程は、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をフープ巻きでマンドレル110に巻き付けたのち、巻き付けられた繊維を加熱して硬化させることによって実行される。熱硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻き付けられる位置は、マンドレル110の外表面である。本実施形態では、マンドレル110は、熱伝導率の高い金属であるアルミニウムから主に構成されているとともに中空形状であることから、繊維を加熱して硬化させる硬化時間を短くすることができる。   After preparing the composite 100 (process P110), a first formation process in which the hoop layer 32 is formed is performed (process P120). The first forming step is performed by winding the fiber impregnated with the thermosetting resin around the mandrel 110 by hoop winding, and then heating and curing the wound fiber. The position where the fiber impregnated with the thermosetting resin is wound is the outer surface of the mandrel 110. In the present embodiment, since the mandrel 110 is mainly composed of aluminum, which is a metal having high thermal conductivity, and has a hollow shape, the curing time for heating and curing the fibers can be shortened.

第1の形成工程は、複合体100のうちマンドレル110は軸AXを回転軸として回転させるとともに端部成型部120および端部成型部130は回転させない状態において、複合体100に繊維が巻き付けられる。複合体100においてマンドレル110が端部成型部120および端部成型部130と接触している部分のうち外周部分では、巻き付けられる繊維がマンドレル110と端部成型部120および端部成型部130との間に入り込まないようマンドレル110と端部成型部120および端部成型部130とは低摩擦で接触させられている。複合体100においてマンドレル110が端部成型部120および端部成型部130と接触している部分のうち外周より内側の部分では、マンドレル110と端部成型部120および端部成型部130とは接触させられていない状態である。   In the first forming step, the mandrel 110 of the composite 100 is rotated about the axis AX and the end molding part 120 and the end molding part 130 are not rotated, and the fiber is wound around the composite 100. In the composite body 100, in the outer peripheral portion of the portion where the mandrel 110 is in contact with the end molding portion 120 and the end molding portion 130, the fibers to be wound are formed between the mandrel 110, the end molding portion 120, and the end molding portion 130. The mandrel 110, the end molding part 120, and the end molding part 130 are brought into contact with each other with low friction so as not to enter between them. In the portion of the composite 100 where the mandrel 110 is in contact with the end molding part 120 and the end molding part 130, the mandrel 110, the end molding part 120, and the end molding part 130 are in contact with each other inside the outer periphery. It is in a state where it has not been allowed.

マンドレル110に巻き付けられる繊維は、図3において、Y軸方向の−側から複合体100に向けて供給される。複合体100に巻き付けられる繊維は、複合体100に対してX軸方向に沿って移動させられながら複合体100に巻き付けられることによって、複合体100のうちマンドレル110の外表面にフープ層32を形成する。マンドレル110のうちフープ層32における端部36および端部37が形成される部分には、開放部126および開放部136を介して複合体100に繊維が巻き付けられる。   The fiber wound around the mandrel 110 is supplied toward the composite 100 from the negative side in the Y-axis direction in FIG. The fiber wound around the composite 100 is wound around the composite 100 while being moved along the X-axis direction with respect to the composite 100, thereby forming a hoop layer 32 on the outer surface of the mandrel 110 in the composite 100. To do. Fibers are wound around the composite 100 via the opening 126 and the opening 136 at the portion of the mandrel 110 where the end 36 and the end 37 in the hoop layer 32 are formed.

繊維がマンドレル110に巻き付けられる開始点は、マンドレル110のうちX軸方向の−側における端側(マンドレル110が端部成型部120と接触している部分の近傍)にあることが好ましい。このような位置を開始点とすれば、マンドレル110から見てX軸方向の−側に端部成型部120が配されていることによって、マンドレル110に繊維を巻き付けたときの開始点が、X軸方向の−側にずれることを防止できる。また、マンドレル110に繊維が巻き付けられる開始点は、マンドレル110のうちX軸方向の+側における端側(マンドレル110が端部成型部130と接触している部分の近傍)であってもよい。このような位置を開始点とすれば、マンドレル110から見てX軸方向の+側に端部成型部130が配されていることによって、マンドレル110に繊維を巻き付けたときの開始点が、X軸方向の+側にずれることを防止できる。   The starting point at which the fiber is wound around the mandrel 110 is preferably on the end side of the mandrel 110 on the negative side in the X-axis direction (near the portion where the mandrel 110 is in contact with the end molding portion 120). If such a position is a starting point, the end point when the fiber is wound around the mandrel 110 due to the end molding part 120 being arranged on the negative side in the X-axis direction when viewed from the mandrel 110 is X It can prevent shifting to the negative side in the axial direction. Further, the starting point at which the fiber is wound around the mandrel 110 may be the end side on the + side in the X-axis direction of the mandrel 110 (near the portion where the mandrel 110 is in contact with the end molding portion 130). If such a position is taken as the starting point, the end point when the fiber is wound around the mandrel 110 by the end molding portion 130 being arranged on the + side in the X-axis direction when viewed from the mandrel 110 is X It can prevent shifting to the + side in the axial direction.

複合体100において突出部124および突出部134のうちマンドレル110と向かい合う面は、工程P140の嵌合工程においてフープ層32がライナー20におけるシリンダー部21に嵌められたと仮定したときにライナー20におけるドーム部22およびドーム部23の曲面形状と連続した曲面形状となるよう形成された面である。すなわち、突出部124および突出部134のうちマンドレルと向かい合う面は、端部36および端部37がドーム部22およびドーム部23の曲面形状と連続した曲面形状となるよう形成された、端部36および端部37における曲面形状の型を成す面である。   The surface of the composite body 100 that faces the mandrel 110 out of the protrusions 124 and 134 is the dome part of the liner 20 when it is assumed that the hoop layer 32 is fitted to the cylinder part 21 of the liner 20 in the fitting step of Step P140. 22 and a surface formed to have a curved surface shape that is continuous with the curved surface shape of the dome portion 23. That is, the surface of the protrusion 124 and the protrusion 134 that faces the mandrel is formed such that the end 36 and the end 37 have a curved shape that is continuous with the curved shape of the dome 22 and the dome 23. And a surface forming a curved mold at the end portion 37.

複合体100において突出部124および突出部134のうちマンドレル110と向かい合う面は、マンドレル110のX軸方向における両端にドーム部22,23を配したと仮定したときのドーム部22,23の曲面形状と連続した曲面形状を有する端部36および端部37を形成するための形をした面であるともいえる。   In the composite 100, the surface of the protrusion 124 and the protrusion 134 that faces the mandrel 110 is a curved surface shape of the dome parts 22 and 23 when it is assumed that the dome parts 22 and 23 are arranged at both ends in the X-axis direction of the mandrel 110. It can also be said that the surface has a shape for forming the end portion 36 and the end portion 37 having a continuous curved shape.

図5は、第1の形成工程を終えた後の複合体100の状態を示した説明図である。図5におけるX軸方向に沿って伸びた2本の破線は、マンドレル110の表面を示す。複合体100のうちマンドレル110の外表面には、フープ層32が形成されている。   FIG. 5 is an explanatory view showing the state of the composite 100 after the first formation step. Two broken lines extending along the X-axis direction in FIG. 5 indicate the surface of the mandrel 110. A hoop layer 32 is formed on the outer surface of the mandrel 110 in the composite 100.

第1の形成工程(図2の工程P120)が行われた後、複合体100からフープ層32を分離する分離工程が行われる(工程P130)。分離工程は、複合体100から端部成型部120と端部成型部130とのうちいずれか一方を分解された状態において、マンドレル110からフープ層32を引き抜くことによって実行される。尚、第1の形成工程(工程P120)において繊維を加熱して硬化させる際に加熱されて膨張したマンドレル110が、分離工程(工程P130)においては、常温になることによって収縮する。本実施形態では、マンドレル110は、膨張係数の高い金属であるアルミニウムから主に構成されているため、マンドレル110からフープ層32を引き抜きやすい。   After the first formation process (process P120 in FIG. 2) is performed, a separation process for separating the hoop layer 32 from the composite 100 is performed (process P130). The separation step is executed by pulling out the hoop layer 32 from the mandrel 110 in a state where any one of the end molding part 120 and the end molding part 130 is disassembled from the composite 100. In addition, the mandrel 110 that has been heated and expanded when the fiber is heated and cured in the first forming step (step P120) contracts at the room temperature in the separation step (step P130). In the present embodiment, since the mandrel 110 is mainly composed of aluminum, which is a metal having a high expansion coefficient, the hoop layer 32 can be easily pulled out from the mandrel 110.

分離工程(工程P130)が行われた後、複合体100から分離されたフープ層32をライナー20におけるシリンダー部21に嵌める嵌合工程が行われる(工程P140)。   After the separation step (step P130) is performed, a fitting step of fitting the hoop layer 32 separated from the composite 100 into the cylinder portion 21 in the liner 20 is performed (step P140).

図6は、嵌合工程によってフープ層32がシリンダー部21に嵌められた状態を示す説明図である。図6におけるX軸方向に沿って伸びた2本の破線は、ライナー20におけるシリンダー部21の表面を示す。本実施形態では、シリンダー部21の外径よりも若干外径の大きいマンドレル110を用いてフープ層32が形成されているため、ライナー20を容易にフープ層32内に嵌めることができる。なお、例えば、ライナー20のシリンダー部21の外径とフープ層32の内径とが同程度の場合には、ライナー20を予め冷却し、収縮させておいてフープ層32に挿入してもよい。   FIG. 6 is an explanatory view showing a state in which the hoop layer 32 is fitted to the cylinder portion 21 by the fitting process. Two broken lines extending along the X-axis direction in FIG. 6 indicate the surface of the cylinder portion 21 in the liner 20. In the present embodiment, since the hoop layer 32 is formed using the mandrel 110 having a slightly larger outer diameter than the outer diameter of the cylinder portion 21, the liner 20 can be easily fitted into the hoop layer 32. For example, when the outer diameter of the cylinder portion 21 of the liner 20 and the inner diameter of the hoop layer 32 are approximately the same, the liner 20 may be cooled in advance and contracted before being inserted into the hoop layer 32.

嵌合工程(工程P140)が行われた後、ヘリカル層34が形成される第2の形成工程が行われる(工程P150)。第2の形成工程は、シリンダー部21に嵌められたフープ層32と、ドーム部22と、ドーム部23と、に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をヘリカル巻きで巻き付けたのち、巻き付けられた繊維を加熱して硬化させることによって実行される。第2の形成工程(工程P150)を経て、タンク10が完成する(図1に図示)。   After the fitting process (process P140) is performed, a second formation process in which the helical layer 34 is formed is performed (process P150). In the second forming step, the hoop layer 32 fitted in the cylinder part 21, the dome part 22, and the dome part 23 were wound after helically winding a fiber impregnated with a thermosetting resin. This is done by heating and curing the fiber. Through the second formation process (process P150), the tank 10 is completed (shown in FIG. 1).

図7は、完成したタンク10における断面のうち端部36の周辺を拡大した拡大図である。端部36の形状は、ドーム部22の曲面形状と連続した曲面形状となっている。端部37についても同様に、ドーム部23の曲面形状と連続した曲面形状となっている(図1に図示)。本実施形態では、ドーム部22,23の曲面形状は、等張力曲線形状である。また、端部36,37の形状は、ドーム部22の曲面形状と端部36の曲面形状、および、ドーム部23の曲面形状と端部37の曲面形状、がそれぞれ一体化した際、等張力曲線形状の曲面となるよう形成された曲面形状である。ここでいう「等張力曲線形状の曲面」とは、タンク10の内側にガスが供給された際、ドーム部22,23およびフープ層32と、ヘリカル層34と、の接触面からヘリカル層34に生じる張力が、ヘリカル層34全体において等しくなる曲面のことである。   FIG. 7 is an enlarged view enlarging the periphery of the end 36 in the cross section of the completed tank 10. The shape of the end portion 36 is a curved surface shape that is continuous with the curved surface shape of the dome portion 22. Similarly, the end portion 37 has a curved shape continuous with the curved shape of the dome portion 23 (shown in FIG. 1). In the present embodiment, the curved surface shape of the dome portions 22 and 23 is an isotonic curve shape. In addition, the end portions 36 and 37 have the same tension when the curved surface shape of the dome portion 22 and the curved surface shape of the end portion 36 and the curved surface shape of the dome portion 23 and the curved shape of the end portion 37 are integrated. It is a curved surface shape formed to be a curved curved surface. The term “isotension curve-shaped curved surface” as used herein means that when gas is supplied to the inside of the tank 10, the contact surface between the dome portions 22, 23, the hoop layer 32, and the helical layer 34 changes from the contact surface to the helical layer 34. This is a curved surface in which the generated tension is equal throughout the helical layer 34.

以上説明した実施形態によれば、フープ層32のX軸方向における端部36および端部37の形状を、フープ層32がシリンダー部21に嵌められたときにドーム部22およびドーム部23の曲面形状から連続した曲面形状になるように形成できる。   According to the embodiment described above, the shape of the end portion 36 and the end portion 37 in the X-axis direction of the hoop layer 32 is the curved surface of the dome portion 22 and the dome portion 23 when the hoop layer 32 is fitted to the cylinder portion 21. It can be formed to have a continuous curved shape from the shape.

第1実施形態における製造方法では、樹脂製のライナー20より剛性が高いマンドレル110に繊維を巻き付けることによって形成されたフープ層32が、ライナー20に嵌められる。このため、樹脂製のライナーに繊維を巻き付けることによってフープ層を形成する形態の製造方法と比べて、繊維の張力を高めながらフープ巻きを行うことができる。   In the manufacturing method according to the first embodiment, a hoop layer 32 formed by winding fibers around a mandrel 110 having higher rigidity than the resin liner 20 is fitted into the liner 20. For this reason, compared with the manufacturing method of the form which forms a hoop layer by winding fiber around resin-made liners, hoop winding can be performed, raising the tension of a fiber.

ライナーに繊維を巻き付けることによってフープ層を形成する形態の製造方法では、ライナーの収縮および膨張によるフープ層の破壊を防ぐことを目的として、ライナーとフープ層との固着を防止する離型剤をライナーの表面に塗布してから繊維を巻き付けてフープ層を形成させるものがある。このような製造方法と比べて、第1実施形態における製造方法では、ライナー20に対して予め硬化されたフープ層32が嵌められることから、離型剤を塗布することなくライナーとフープ層との離型性を確保できる。   In the manufacturing method in which the hoop layer is formed by winding the fiber around the liner, a release agent that prevents the liner and the hoop layer from sticking is used for the purpose of preventing the hoop layer from being broken due to shrinkage and expansion of the liner. In some cases, the hoop layer is formed by winding the fiber after coating on the surface of the film. Compared to such a manufacturing method, in the manufacturing method according to the first embodiment, the hoop layer 32 that has been cured in advance is fitted to the liner 20, so that the liner and the hoop layer can be formed without applying a release agent. Releasability can be secured.

B.変形例:
第1実施形態では、複合体100が形成されている状態において、マンドレル110の端部成型部120(130)側を向いた面と、端部成型部120(130)のマンドレル110側を向いた面とは、それぞれ平面であったが、本発明はこれに限られない。例えば、マンドレル110の端部成型部120(130)側を向いた面と、端部成型部120(130)のマンドレル110側を向いた面とは、一方の面の一部が窪んでいるとともに他方の面の一部が窪みに嵌まる形で突出していてもよい。
B. Variation:
In the first embodiment, in a state where the composite 100 is formed, the surface of the mandrel 110 facing the end molding part 120 (130) side and the end molding part 120 (130) facing the mandrel 110 side. Each surface is a plane, but the present invention is not limited to this. For example, the surface of the mandrel 110 facing the end molding portion 120 (130) side and the surface of the end molding portion 120 (130) facing the mandrel 110 side are partially depressed. You may protrude in the form in which a part of other surface fits into a hollow.

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples, and modifications, and can be realized with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features in the embodiments, examples, and modifications corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are to solve some or all of the above-described problems, or In order to achieve part or all of the above-described effects, replacement or combination can be performed as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

10…タンク
13…口金
14…口金
15…貫通孔
20…ライナー
21…シリンダー部
22…ドーム部
23…ドーム部
30…補強層
32…フープ層
34…ヘリカル層
36,37…端部
100…複合体
110…マンドレル
116,118…端部
120…端部成型部
122…円柱部
124…突出部
126…開放部
130…端部成型部
132…円柱部
134…突出部
136…開放部
AX…軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Tank 13 ... Base 14 ... Base 15 ... Through-hole 20 ... Liner 21 ... Cylinder part 22 ... Dome part 23 ... Dome part 30 ... Reinforcement layer 32 ... Hoop layer 34 ... Helical layer 36, 37 ... End part 100 ... Composite DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Mandrel 116,118 ... End part 120 ... End part molding part 122 ... Cylindrical part 124 ... Protrusion part 126 ... Opening part 130 ... End part molding part 132 ... Cylindrical part 134 ... Protrusion part 136 ... Opening part AX ... Shaft

Claims (1)

円筒状のシリンダー部と、前記シリンダー部の軸方向における両端部に設けられた一対のドーム部と、を有するライナーにおける前記シリンダー部の外周面に、フープ層を有する補強層を備える高圧タンクの製造方法であって、
前記ライナーより剛性が高い円柱形状の部材であるマンドレルの軸方向における両側の端部に、前記マンドレルの端部を囲む突出部であって周方向の一部において前記マンドレルを露出させる開放部を備える突出部をそれぞれ有する一対の端部成型部が配された複合体を準備する準備工程と、
前記複合体のうち前記マンドレルを回転させるとともに前記一対の端部成型部を回転させない状態において、前記複合体に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をフープ巻きで巻き付けたのち、巻き付けられた繊維を加熱して硬化させることによってフープ層を形成する第1の形成工程と、
前記複合体から前記フープ層を分離する分離工程と、
分離された前記フープ層を前記シリンダー部に嵌める嵌合工程と、
前記シリンダー部に嵌められた前記フープ層および前記ドーム部に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をヘリカル巻きで巻き付けたのち、巻き付けられた繊維を加熱して硬化させることによってヘリカル層を形成する第2の形成工程と、を備え、
前記突出部のうち前記マンドレルと向かい合う面は、前記フープ層が前記シリンダー部に嵌められたと仮定したときに前記ドーム部の曲面形状と連続した曲面形状となるよう形成された曲面である、高圧タンクの製造方法。
Manufacture of a high-pressure tank provided with a reinforcing layer having a hoop layer on an outer peripheral surface of the cylinder portion in a liner having a cylindrical cylinder portion and a pair of dome portions provided at both ends in the axial direction of the cylinder portion. A method,
At both ends in the axial direction of the mandrel, which is a cylindrical member having higher rigidity than the liner, there are provided projecting portions surrounding the end of the mandrel and exposing the mandrel in part of the circumferential direction. A preparation step of preparing a composite in which a pair of end molding portions each having a protrusion is arranged;
In the state where the mandrel is rotated and the pair of end molding portions are not rotated in the composite, the fiber impregnated with the thermosetting resin is wound around the composite by hoop winding, and then the wound fiber is wound. A first forming step of forming a hoop layer by heating and curing;
A separation step of separating the hoop layer from the composite;
A fitting step of fitting the separated hoop layer into the cylinder part;
The helical layer is formed by winding the hoop layer fitted in the cylinder part and the fiber impregnated with the thermosetting resin around the dome part by helical winding, and then heating and hardening the wound fiber. 2 forming steps,
The surface of the protruding portion that faces the mandrel is a high-pressure tank that is formed to have a curved surface shape that is continuous with the curved surface shape of the dome portion when the hoop layer is assumed to be fitted to the cylinder portion. Manufacturing method.
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