JP2018187775A

JP2018187775A - 高圧タンクの製造方法

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Publication number: JP2018187775A
Application number: JP2017089184A
Authority: JP
Inventors: 正佳滝; Masayoshi Taki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: JP6790997B2

Abstract

【課題】繊維層の全体への樹脂の含浸性を向上させる。【解決手段】高圧タンクの製造方法は、繊維部材を巻回してライナの外周面に繊維層を形成する繊維層形成工程と、繊維層が形成されたライナを樹脂硬化用の型の内部に配置し樹脂を繊維層に含浸させる樹脂含浸工程と、樹脂含浸工程の後に樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、を備え、繊維層形成工程は、フープ巻きによりフープ層を形成するフープ層形成工程とヘリカル巻きによりヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程とを有し、フープ層形成工程では、フープ層の各々において、繊維部材は繊維部材が巻回される空間の体積に対する繊維部材の体積の割合が５０％以上９８％以下となるように巻回され、ヘリカル層形成工程では、ヘリカル層の各々において、繊維部材は前記割合が５０％以上９８％以下となるように巻回され、フープ層における前記割合の平均値は、ヘリカル層における前記割合の平均値よりも高い。【選択図】図５

Description

本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。

高圧タンクとして、タンクの基材であるライナの外周面に繊維強化樹脂層を形成した高圧タンクが知られている。特許文献１には、繊維強化樹脂層の形成方法として、樹脂を含浸させた繊維をライナに巻き付けた後に硬化させる、フィラメントワインディング（Filament Winding）法（以下、「ＦＷ法」とも呼ぶ）に加えて、いわゆるＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法が記載されている。ＲＴＭ法を用いて高圧タンクを製造する場合、ライナの外周面に繊維を巻回して繊維層を形成した後、繊維層に樹脂を含浸させることにより、繊維強化樹脂層が形成される。

特開２０１５−０５９１２３号公報

高圧タンクの繊維強化樹脂層は、強度確保のために所定以上の厚みを有する必要がある。しかしながら、ＲＴＭ法では、所定以上の厚みとなるようにライナに繊維を巻き付けて繊維層を形成すると、かかる厚い繊維層の全体に亘るように樹脂を含浸させることが困難であった。このため、繊維層の全体への樹脂の含浸性を向上させる技術が望まれていた。

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。

本発明の一実施形態によれば、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、前記高圧タンクの基材であるライナに繊維部材を巻回して、前記ライナの外周面に繊維層を形成する繊維層形成工程と；前記繊維層が形成された前記ライナを、樹脂硬化用の型の内部に配置し、樹脂を前記繊維層に含浸させる樹脂含浸工程と；前記樹脂含浸工程の後、前記樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と；を備え；前記繊維層形成工程は、フープ巻きにより単数または複数のフープ層を形成するフープ層形成工程と、ヘリカル巻きにより単数または複数のヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、を有し；前記フープ層形成工程では、前記単数または複数のフープ層の各々において、前記繊維部材は、前記繊維部材が巻回される空間の体積に対する前記繊維部材の体積の割合が、５０％以上９８％以下となるように巻回され；前記ヘリカル層形成工程では、前記単数または複数のヘリカル層の各々において、前記繊維部材は、前記割合が５０％以上９８％以下となるように巻回され；前記単数または複数のフープ層における前記割合の平均値は、前記単数または複数のヘリカル層における前記割合の平均値よりも高い。この形態の高圧タンクの製造方法によれば、フープ層およびヘリカル層の各々の層において、繊維部材は、繊維部材が巻回される空間の体積に対する繊維部材の体積の割合が、５０％以上９８％以下となるように巻回される。このため、繊維層の内部に隙間が形成されるので、樹脂含浸工程において、かかる隙間に樹脂が入り込みやすい。したがって、繊維層の全体への樹脂の含浸性を向上できる。また、フープ層における前記割合の平均値は、ヘリカル層における前記割合の平均値よりも高いので、高圧タンクの強度に対する寄与率の高いフープ層を、ヘリカル層よりも密に構成することができ、高圧タンクの強度低下を抑制できる。

本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、高圧タンク、高圧タンクを搭載した燃料電池システム、上記製造方法を工程の一部に含む燃料電池車両の製造方法などの形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての高圧タンクの製造方法により製造される高圧タンクの構成を示す断面図である。フープ層の構成を模式的に示す説明図である。ヘリカル層の構成を模式的に示す説明図である。高圧タンクの製造方法を示す工程図である。繊維層形成工程の詳細手順を示す工程図である。工程Ｓ１１５が実行された後の状態を説明するための断面模式図である。樹脂を含浸可能な繊維層の厚みと、カバー率との関係の一例を示す説明図である。樹脂の種類と硬化時間との関係の一例を示す説明図である。各工法に対する、樹脂の含浸硬化コストの一例を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．高圧タンクの構成：
図１は、本発明の一実施形態としての高圧タンクの製造方法により製造される高圧タンクの構成を示す断面図である。高圧タンク１０は、燃料電池システムにおいて、燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵するために用いられる。なお、高圧タンク１０は、水素ガス以外の高圧流体を貯蔵するために用いられてもよい。図１では、高圧タンク１０の軸線ＣＸを含む断面を表している。高圧タンク１０は、ライナ２０と、２つの口金９０と、繊維強化樹脂層３０とを備える。

ライナ２０は、中空状の基材であり、本実施形態では、ポリエチレンにより形成される。なお、ポリエチレンに代えて、ポリアミド、エチレンビニルアルコール共重合体などの他の樹脂材料により形成されてもよく、樹脂に代えて、アルミニウムなどの金属材料により形成されてもよい。ライナ２０は、円筒部２１と、２つのドーム部２２とを備える。円筒部２１は、円筒状の外観形状を有する。２つのドーム部２２は、円筒部２１の両端に連なり、それぞれドーム状の外観形状を有する。なお、ライナ２０の軸線は、高圧タンク１０の軸線ＣＸと一致する。

２つの口金９０は、２つのドーム部２２の頂部に、それぞれ取り付けられている。口金９０は、略筒状の外観形状を有し、配管やバルブの取り付けのために用いられる。

繊維強化樹脂層３０は、ライナ２０の外表面全体を覆うように形成されている。繊維強化樹脂層３０は、耐圧性を有し、ライナ２０の強度を高める機能を有する。繊維強化樹脂層３０は、繊維樹脂層４０と、樹脂層８０とを備える。

繊維樹脂層４０は、後述する繊維層５０に樹脂を含浸硬化させた構造を有する。繊維樹脂層４０の形成方法については、後述する高圧タンク１０の製造方法において、詳細に説明する。繊維層５０は、炭素繊維が幾重にも巻き付けられ、かかる繊維からなる層が複数積層された構造を有する。本実施形態の繊維層５０は、複数のフープ層６０と複数のヘリカル層７０とからなる。

図２は、フープ層６０の構成を模式的に示す説明図である。フープ層６０は、ライナ２０の円筒部２１の外周面を覆う。フープ層６０は、フープ巻きにより巻き付けられた炭素繊維５１からなる層が、複数積層されて形成されている。フープ巻きとは、炭素繊維５１を軸線ＣＸに略直交する巻角度で、所定の巻き付け張力にて円筒部２１に巻き付けつつ、軸線ＣＸと平行に巻き付け位置をずらしていく巻き付け方法を意味する。本実施形態において、フープ層６０は、一定の隙間Ｇ１を設けながら炭素繊維５１が巻き付けられて形成される。かかる隙間Ｇ１については、後述する高圧タンク１０の製造方法において、詳細に説明する。

図３は、ヘリカル層７０の構成を模式的に示す説明図である。ヘリカル層７０は、ライナ２０の円筒部２１の外周面と、ドーム部２２の外周面とを覆う。ヘリカル層７０は、ヘリカル巻きにより巻き付けられた炭素繊維５１からなる層が、複数積層されて形成されている。ヘリカル巻きとは、０°よりも大きく９０°よりも小さい巻角度で、軸線ＣＸに沿った巻き付け方向でライナ２０全体に螺旋状に巻き付けつつ、ドーム部２２において巻き付け方向を折り返し、再び０°よりも大きく９０°よりも小さい巻角度で螺旋状にライナ２０全体に巻き付ける方法を意味する。本実施形態において、ヘリカル層７０は、一定の隙間Ｇ２を設けながら炭素繊維５１が巻き付けられて形成される。かかる隙間Ｇ２については、後述する高圧タンク１０の製造方法において、詳細に説明する。

炭素繊維５１は、直径が数μｍ（マイクロメートル）程度の単繊維を多数束ねて構成されている。本実施形態では、炭素繊維５１として、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維を用いる。なお、ＰＡＮ系炭素繊維に代えて、レーヨン系炭素繊維やピッチ系炭素繊維など、他の任意の炭素繊維５１を用いてもよい。

本実施形態において、高圧タンク１０の厚み方向における繊維層５０の厚みは、２０ｍｍに設定されている。なお、一般に、繊維層５０において、高圧タンク１０の強度に対する寄与率は、ヘリカル層７０よりもフープ層６０の方が高い。

図１に示す樹脂層８０は、熱硬化性樹脂で構成され、繊維樹脂層４０の外表面全体を覆っている。本実施形態の樹脂層８０は、エポキシ樹脂により構成されている。なお、エポキシ樹脂に代えて、ポリエステル樹脂や、ポリアミド樹脂など、熱硬化性を有する他の任意の樹脂により構成されてもよい。

本実施形態において、炭素繊維５１は、課題を解決するための手段における繊維部材の下位概念に相当する。

Ａ−２．高圧タンクの製造方法：
図４は、高圧タンク１０の製造方法を示す工程図である。本実施形態の高圧タンク１０は、ＲＴＭ法により製造される。まず、ライナ２０および炭素繊維５１が準備される（工程Ｓ１０５）。なお、ライナ２０には、予め２つの口金９０が取り付けられている。工程Ｓ１０５の後に、繊維層形成工程が実行される（工程Ｓ１１０）。

図５は、繊維層形成工程の詳細手順を示す工程図である。上述のように、本実施形態の繊維層５０は、複数のフープ層６０と複数のヘリカル層７０とからなる。このため、繊維層形成工程では、フープ層６０とヘリカル層７０とが、それぞれ複数形成される。フープ層６０およびヘリカル層７０は、所定のカバー率となるように炭素繊維５１が巻回されることにより形成される。

カバー率とは、炭素繊維５１が巻回される空間の体積に対する、炭素繊維５１の体積の割合を意味する。例えば、隙間なく炭素繊維５１が巻かれた場合のカバー率は、１００％である。本実施形態において、カバー率は、軸線ＣＸを含む断面であって炭素繊維５１の積層方向に複数の層を含む断面における、炭素繊維５１の占める割合から算出される。なお、かかる断面としては、図１に示すドーム部２２における断面ではなく、円筒部２１における断面を用いる。この理由は、炭素繊維５１の並び方が、円筒部２１の方がドーム部２２よりも単純であるため、カバー率を算出しやすいからである。かかる断面において、巻回された炭素繊維５１の幅をＷとし、隣り合う炭素繊維５１間の幅（隙間Ｇ１，Ｇ２の幅）をＷＧとすると、カバー率は、例えば、以下の式（１）で表すことができる。
カバー率（％）＝１００×Ｗ／（Ｗ＋ＷＧ）・・・（１）

カバー率の調整は、例えば、隙間Ｇ１の幅および隙間Ｇ２の幅を変更することにより実現できる。各フープ層６０および各ヘリカル層７０におけるカバー率の値は、予め設定されている。

繊維層形成工程では、最初に、カバー率が５０％以上９８％以下となるように炭素繊維５１がヘリカル巻きされることにより、ヘリカル層７０が形成される（工程Ｓ２０５）。

図３に示すように、ヘリカル層７０は、ライナ２０の外周面に、一定の隙間Ｇ２を設けながら炭素繊維５１が巻回されることにより形成される。本実施形態において、繊維層形成工程で最初に形成されるヘリカル層７０では、炭素繊維５１の幅と同じ大きさの隙間Ｇ１を設けながら炭素繊維５１が巻回されている。換言すると、最内層のヘリカル層７０は、カバー率が５０％となるように形成されている。

図５に示す工程Ｓ２０５が実行された後、カバー率が５０％以上９８％以下となるように炭素繊維５１がフープ巻きされることにより、フープ層６０が形成される（工程Ｓ２１０）。

図２に示すように、フープ層６０は、ライナ２０の円筒部２１の外周面に、一定の隙間Ｇ１を設けながら炭素繊維５１が巻回されることにより形成される。本実施形態において、フープ層６０は、カバー率が９５％となるように、炭素繊維５１が巻回されて形成される。

図５に示す工程Ｓ２１０が実行された後、所定層数のヘリカル層７０およびフープ層６０が形成されたか否かが判定される（工程Ｓ２１５）。所定層数のヘリカル層７０およびフープ層６０が形成されていないと判定された場合（工程Ｓ２１５：ＮＯ）、上述の工程Ｓ２０５に戻る。したがって、その後、前回の工程Ｓ２０５および工程Ｓ２１０により形成されたヘリカル層７０およびフープ層６０の上に、さらにヘリカル層７０およびフープ層６０が積層される。これにより、複数のヘリカル層７０と複数のフープ層６０とを有する繊維層５０が形成される。本実施形態において、最内層以外の各ヘリカル層７０は、それぞれカバー率が９０％となるように、炭素繊維５１が巻回されて形成される。

工程Ｓ２１５において、所定層数のヘリカル層７０およびフープ層６０が形成されたと判定された場合（工程Ｓ２１５：ＹＥＳ）、繊維層形成工程が完了する。

本実施形態の繊維層形成工程において、繊維層５０は、フープ層６０におけるカバー率の平均値が、ヘリカル層７０におけるカバー率の平均値よりも高くなるように形成される。フープ層６０におけるカバー率の平均値は、各フープ層６０のカバー率の総和を、フープ層６０の層数で割ることにより算出される。同様に、ヘリカル層７０におけるカバー率の平均値は、各ヘリカル層７０のカバー率の総和を、ヘリカル層７０の層数で割ることにより算出される。

図４に示すように、繊維層形成工程（工程Ｓ１１０）の完了後、繊維層５０が形成されたライナ２０が、ＲＴＭ型３００の内部に配置される（工程Ｓ１１５）。

図６は、工程Ｓ１１５が実行された後の状態を説明するための断面模式図である。図６では、図１と同様に、高圧タンク１０とライナ２０との軸線ＣＸを含む断面を表している。図６では、ＲＴＭ型３００のうち、高圧タンク１０と隣接する部分の断面のみを図示している。

ＲＴＭ型３００は、図示しない上型と下型とを備え、樹脂注入口３２０が形成されている。かかる上型と下型とが組み合わされることにより、ＲＴＭ型３００の内部には、空隙のキャビティ３１０が形成されている。キャビティ３１０は、繊維層５０が形成されたライナ２０を収容できる形状および大きさに設計されている。本実施形態において、キャビティ３１０は、繊維層５０が形成されたライナ２０よりも、僅かに大きく形成されている。より具体的には、繊維層５０が形成されたライナ２０がキャビティ３１０に配置される場合に、ＲＴＭ型３００と、繊維層５０が形成されたライナ２０との間の全体に亘って、１ｍｍの隙間Ｇ３が空くように形成されている。

図４に示す工程Ｓ１１５の後、ＲＴＭ型３００が昇温され、図示しない真空吸引口から真空引きされる（工程Ｓ１２０）。かかる昇温の際の温度は、後の工程で使用する樹脂の硬化温度、例えば約１６０℃を満たすように設定される。

工程Ｓ１２０の後に、樹脂注入口３２０からキャビティ３１０に樹脂が注入され、繊維層５０に樹脂が含浸される（工程Ｓ１２５）。より具体的には、樹脂注入口３２０から注入された樹脂は、図６に示す隙間Ｇ３を通って、繊維層５０の外表面全体を覆うように流動する。さらに、隙間Ｇ３を通った樹脂は、フープ層６０の隙間Ｇ１およびヘリカル層７０の隙間Ｇ２を通って、高圧タンク１０の厚み方向に流動することにより、繊維層５０に含浸される。

工程Ｓ１２５の後に、樹脂が硬化される（工程Ｓ１３０）。樹脂の硬化時間は、使用する熱硬化性樹脂の硬化時間（ポットライフ）に基づいて設定される。本実施形態において、樹脂の硬化時間は、５分に設定される。工程Ｓ１３０では、繊維層５０に含浸された樹脂が硬化して、繊維樹脂層４０が形成される。これと共に、隙間Ｇ３に満たされた樹脂が硬化して、樹脂層８０が形成される。したがって、繊維樹脂層４０と樹脂層８０とを含む繊維強化樹脂層３０が、ライナ２０の外周面に形成される。

工程Ｓ１３０の後に、ＲＴＭ型３００の真空引きを解除すると共に温度を低下させ、ＲＴＭ型３００の上型と下型とが分かれることにより、高圧タンク１０がＲＴＭ型３００から取り外される（工程Ｓ１３５）。以上により、高圧タンク１０の製造が終了する。

本実施形態において、カバー率は、課題を解決するための手段における繊維部材が巻回される空間の体積に対する繊維部材の体積の割合の下位概念に相当する。また、工程Ｓ１１５と工程Ｓ１２５とは、課題を解決するための手段における樹脂含浸工程の下位概念に、工程Ｓ１３０は、課題を解決するための手段における樹脂硬化工程の下位概念に、工程Ｓ２０５は、課題を解決するための手段におけるヘリカル層形成工程の下位概念に、工程Ｓ２１０は、課題を解決するための手段におけるフープ層形成工程の下位概念に、それぞれ相当する。また、ＲＴＭ型３００は、課題を解決するための手段における樹脂硬化用の型の下位概念に相当し、キャビティ３１０は、課題を解決するための手段における型の内部の下位概念に相当する。

図７は、樹脂を含浸可能な繊維層の厚みと、カバー率との関係の一例を示す説明図である。図７において、縦軸は、樹脂を含浸可能な繊維層の厚み（ｍｍ）を示している。図７の棒グラフにおいて、左側の無地のバーは、比較例の繊維層を示しており、右側のハッチングを施したバーは、本実施形態の繊維層５０を示している。

比較例の繊維層は、各フープ層のカバー率がそれぞれ１００％であり、かつ、各ヘリカル層のカバー率がそれぞれ１００％である構成を有する。比較例の繊維層では、隙間なく炭素繊維が巻回されているために樹脂の含浸性が悪く、樹脂が４ｍｍ程度しか含浸されない。ここで、一般に、高圧タンクの繊維強化樹脂層は、強度確保のために所定以上の厚みを有する必要がある。かかる厚みが例えば２０ｍｍの場合、比較例の繊維層を用いてＲＴＭ法により高圧タンクを製造すると、繊維強化樹脂層において、１６ｍｍの厚さに相当する部分が、樹脂の含浸されない樹脂未到達部分として発生する。

これに対し、本実施形態の繊維層５０は、各フープ層６０のカバー率がそれぞれ９５％であり、かつ、各ヘリカル層７０のカバー率がそれぞれ９０％（最内層のヘリカル層７０のカバー率は５０％）である構成を有する。このため、繊維層５０の内部に隙間Ｇ１，Ｇ２が形成されるので、かかる隙間Ｇ１、Ｇ２に樹脂が入り込みやすく、高圧タンク１０の厚み方向への樹脂の含浸性が向上され、樹脂が２５ｍｍ程度まで含浸される。それゆえ、高圧タンク１０の強度を確保できる厚み、例えば上述の２０ｍｍ以上の厚みを備える繊維強化樹脂層３０を構成できる。

以上説明した本実施形態の高圧タンク１０の製造方法によれば、繊維層５０は、フープ層６０およびヘリカル層７０の各々の層において、カバー率が５０％以上９８％以下となるように形成される。このため、繊維層５０には、フープ層６０の隙間Ｇ１およびヘリカル層７０の隙間Ｇ２が形成される。それゆえ、繊維層５０に樹脂が含浸される工程（工程Ｓ１２５）において、かかる隙間Ｇ１，Ｇ２に樹脂が入り込みやすく、繊維層のカバー率が１００％である構成と比較して、繊維層５０の全体への樹脂の含浸性を向上できる。

また、本実施形態の高圧タンク１０の製造方法によれば、フープ層６０におけるカバー率の平均値は、ヘリカル層７０におけるカバー率の平均値よりも高い。このため、高圧タンク１０の強度に対する寄与率の高いフープ層６０が、ヘリカル層７０よりも密に構成されるので、高圧タンク１０の強度低下を抑制できる。

繊維層５０は、最内層のヘリカル層７０におけるカバー率が５０％なので、最内層の隙間Ｇ２が大きい構成を有する。これにより、樹脂含浸工程において、ライナ２０の外表面における樹脂の流動性を向上でき、含浸性を向上でき、樹脂の含浸されない樹脂未到達部分が発生することを抑制できる。加えて、最内層のヘリカル層７０は、高圧タンク１０の強度に対する寄与率が低いので、カバー率が５０％と比較的低くても、高圧タンク１０の強度低下を抑制できる。

本実施形態で用いるＲＴＭ型３００のキャビティ３１０は、繊維層５０が形成されたライナ２０がキャビティ３１０に配置される場合に、ＲＴＭ型３００と、繊維層５０が形成されたライナ２０との間の全体に亘って、１ｍｍの隙間Ｇ３が空くように形成されている。このため、注入された樹脂が、隙間Ｇ３を通ることによって繊維層５０の外表面全体に亘って流動でき、含浸性を向上できる。

また、ＲＴＭ型３００を用いて高圧タンク１０を製造するので、高圧タンク１０の外周面における面粗度の低下を抑制でき、高圧タンク１０の外径の寸法精度を向上できる。それゆえ、高圧タンク１０の外周面へのラベル類の貼付性を向上でき、燃料電池車両などへの高圧タンク１０の搭載性を向上できる。

また、ＲＴＭ法により高圧タンク１０を製造すると、可使時間の短い樹脂を材料として使用できるため、樹脂を硬化させる工程に要する時間を大幅に短縮できる。以下、この効果について説明する。

図８は、樹脂の種類と硬化時間との関係の一例を示す説明図である。図８において、縦軸は、樹脂の硬化に要する時間（分）を示している。図８の棒グラフにおいて、左側の無地のバーは、比較例のトウプリプレグ（以下、「ＴＰＰ」とも呼ぶ）用のエポキシ樹脂を示しており、右側のハッチングを施したバーは、本実施形態で用いるＲＴＭ法用のエポキシ樹脂を示している。ＴＰＰ用エポキシ樹脂は、予め樹脂を含浸させた炭素繊維をライナに巻き付ける、ＦＷ法において用いられるエポキシ樹脂である。

ＴＰＰ用エポキシ樹脂は、炭素繊維をライナに巻き付ける間は硬化せず、炭素繊維の巻き付け完了後に硬化するように、可使時間（ポットライフ）が長い。このため、例えば、ＴＰＰ用エポキシ樹脂（２５２Ｂエポキシ樹脂）の硬化には、約１６０分という長い時間を要する。

これに対し、本実施形態で用いるＲＴＭ法用のエポキシ樹脂（ナガセケムテックス社製）は、可使時間が短い（約５分）。これは、炭素繊維５１の巻き付け完了後に樹脂を含浸させるため、樹脂の可使時間として、炭素繊維５１をライナ２０に巻き付ける時間を考慮しなくてもよいためである。

また、本実施形態で用いるＲＴＭ法では、樹脂の含浸と硬化とに要するコストを大幅に低下できる。以下、この効果について説明する。

図９は、各工法に対する、樹脂の含浸硬化コストの一例を示す説明図である。図９において、縦軸は、樹脂の含浸と硬化とに要するコストを示している。図９の棒グラフにおいて、左側の無地のバーは、比較例として、予め樹脂を含浸させた炭素繊維をプリプレグとして製作し、炭素繊維をライナに巻き付けた後に樹脂を硬化させる工法を示している。また、右側のハッチングを施したバーは、本実施形態で用いるＲＴＭ法を示している。

比較例の工法では、プリプレグを製作する工程が必要であり、かつ、上述のように可使時間の長い樹脂を使用するので樹脂の硬化に長い時間を要する。このため、樹脂の含浸と硬化とに要するコストが高い。これに対し、本実施形態で用いるＲＴＭ法では、プリプレグを製作する工程を省略でき、高圧タンク１０の製造工程を簡素化できる。また、上述のように可使時間の短い樹脂を用いてもよいので、樹脂を硬化させる工程に要する時間を短縮できる。加えて、上述のような繊維層５０の構成により、樹脂の含浸性を向上できるので、樹脂を含浸させる工程に要する時間を短縮できる。

Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：
上記実施形態における繊維層５０の構成は、あくまで一例であり、種々変更可能である。例えば、繊維層５０は、各フープ層６０のカバー率がそれぞれ９５％であり、最内層以外の各ヘリカル層７０のカバー率がそれぞれ９０％となるように構成されていたが、フープ層６０および最内層も含めたヘリカル層７０のカバー率は、それぞれ５０％以上９８％以下の任意の値であってもよい。なお、高圧タンク１０の強度低下を抑制する観点から、各フープ層６０のカバー率は、９０％以上であることが好ましく、最内層以外の各ヘリカル層７０のカバー率は、８０％以上であることが好ましい。また、最内層のヘリカル層７０のカバー率は、ライナ２０の外表面における樹脂の含浸性の低下を抑制する観点から、８０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましい。また、複数のフープ層６０のうち、各フープ層６０のカバー率は、それぞれ異なる値であってもよく、複数のヘリカル層７０のうち、各ヘリカル層７０のカバー率は、それぞれ異なる値であってもよい。また、上記実施形態において、繊維層５０は、複数のフープ層６０と複数のヘリカル層７０とを有していたが、フープ層６０およびヘリカル層７０の層数は、それぞれ単数であってもよい。また、繊維層５０のうち最も外側の層は、フープ層６０に限らずヘリカル層７０であってもよい。また、高圧タンク１０の強度を低下させない範囲内において、カバー率が５０％未満の他のフープ層およびヘリカル層を有していてもよく、樹脂の含浸性を低下させない範囲内において、カバー率が９８％を超える他のフープ層およびヘリカル層を有していてもよい。以上のような構成によっても、フープ層６０のカバー率の平均値がヘリカル層７０のカバー率の平均値よりも高いことを前提として、実施形態の高圧タンク１０と同様の効果を奏する。

Ｂ−２．変形例２：
上記実施形態において、カバー率は、上記式（１）に基づいて算出されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単位体積に巻回された炭素繊維５１の巻回前の状態の体積と、単位体積とから算出されてもよく、他の任意の方法により、炭素繊維５１が巻回される空間の体積に対する炭素繊維５１の割合が算出されてもよい。

Ｂ−３．変形例３：
上記実施形態において、フープ層６０は、単繊維を多数束ねて構成された炭素繊維５１を、ライナ２０の円筒部２１に巻き付けることにより形成されていたが、これに代えて、所定のカバー率を有する、炭素繊維からなるシート状の部材を巻き付けることにより、フープ層６０が形成されてもよい。また、繊維層５０は、炭素繊維５１により形成されていたが、炭素繊維５１に代えて、ガラス繊維などの他の任意の繊維部材により形成されてもよい。このような構成によっても、実施形態の高圧タンク１０と同様の効果を奏する。

Ｂ−４．変形例４：
上記実施形態における高圧タンク１０は、繊維強化樹脂層３０として繊維樹脂層４０と樹脂層８０とを備えていたが、樹脂層８０を省略してもよい。また、樹脂層８０の厚みは、１ｍｍに限らず、例えば２ｍｍ以内の任意の値であってもよい。また、繊維強化樹脂層３０の外表面に、ガラス繊維強化樹脂からなる保護層をさらに備えていてもよい。このような構成によっても、実施形態の高圧タンク１０と同様の効果を奏する。

本発明は、上述の実施形態および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、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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。

１０…高圧タンク
２０…ライナ
２１…円筒部
２２…ドーム部
３０…繊維強化樹脂層
４０…繊維樹脂層
５０…繊維層
５１…炭素繊維
６０…フープ層
７０…ヘリカル層
８０…樹脂層
９０…口金
３００…ＲＴＭ型
３１０…キャビティ
３２０…樹脂注入口
ＣＸ…軸線
Ｇ１…隙間
Ｇ２…隙間
Ｇ３…隙間

Claims

高圧タンクの製造方法であって、
前記高圧タンクの基材であるライナに繊維部材を巻回して、前記ライナの外周面に繊維層を形成する繊維層形成工程と、
前記繊維層が形成された前記ライナを、樹脂硬化用の型の内部に配置し、樹脂を前記繊維層に含浸させる樹脂含浸工程と、
前記樹脂含浸工程の後、前記樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、
を備え、
前記繊維層形成工程は、フープ巻きにより単数または複数のフープ層を形成するフープ層形成工程と、ヘリカル巻きにより単数または複数のヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、を有し、
前記フープ層形成工程では、前記単数または複数のフープ層の各々において、前記繊維部材は、前記繊維部材が巻回される空間の体積に対する前記繊維部材の体積の割合が、５０％以上９８％以下となるように巻回され、
前記ヘリカル層形成工程では、前記単数または複数のヘリカル層の各々において、前記繊維部材は、前記割合が５０％以上９８％以下となるように巻回され、
前記単数または複数のフープ層における前記割合の平均値は、前記単数または複数のヘリカル層における前記割合の平均値よりも高い、
高圧タンクの製造方法。