JP2020133666A - 圧力容器の製造方法及び圧力容器の製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧力容器の強度低下を抑制できる圧力容器の製造方法及び圧力容器の製造装置を提供すること。【解決手段】高圧タンクの製造方法において、繊維強化基材１９に含浸させた、熱硬化前の熱硬化性樹脂５７を熱硬化させる熱硬化工程では、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗとの熱交換によって熱硬化前の熱硬化性樹脂５７を熱硬化させるとともに、成形型３１による繊維強化基材１９の外表面側からの加熱によって熱硬化前の熱硬化性樹脂５７を熱硬化させる。ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を、成形型３１による繊維強化基材１９の外表面側からの加熱温度よりも高くする。【選択図】図６

Description

本発明は、強化繊維製の繊維強化基材に含浸した熱硬化性樹脂が熱硬化して形成された繊維強化複合材層によってライナの外側が覆われている圧力容器の製造方法及び圧力容器の製造装置に関する。
近年、天然ガスを燃料とする自動車が低公害車として注目されており、より低公害のものとして、燃料電池を動力源とする自動車も注目されている。燃料電池の燃料として水素ガスを燃料タンクに収容する自動車もあるが、燃料タンクとなる圧力容器の重量が重く燃費が悪くなる。この不都合を解消するため、ガスバリア性を有するライナ（内殻）を耐圧性の繊維強化複合材層で覆った圧力容器が提案されている。このような圧力容器内には数十ＭＰａの圧力になるようにガスが充填されるが、繊維強化複合材層により、ライナが補強されている。
このような圧力容器の製造方法としては、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法による製造方法が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。この方法では、成形型のキャビティ内に繊維強化基材で覆われたライナを配置する。ライナの外側を覆う繊維強化基材に、熱硬化前の熱硬化性樹脂を含浸させた後、成形型からの加熱によって熱硬化性樹脂を熱硬化させ、ライナを覆う繊維強化複合材層を形成する。
又は、例えば、特許文献２に記載されるように、ライナの外側に、フィラメントワインディング法により、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付け、ライナの外側を覆う繊維強化基材を形成する。そして、繊維強化基材で覆われたライナをオーブン内に配置し、そのオーブン内で熱硬化性樹脂を熱硬化させ、ライナを覆う繊維強化複合材層を形成する。
特開２０１３−２０９５１０号公報 特開２０１５−５９１２３号公報
熱硬化性樹脂が熱硬化する際に、繊維強化複合材層の内表面に硬化歪が生じる虞がある。繊維強化複合材層の内表面に硬化歪が生じると、繊維強化複合材層による補強性能が低下し、圧力容器としての強度が得られず、好ましくない。
本発明の目的は、圧力容器の強度低下を抑制できる圧力容器の製造方法及び圧力容器の製造装置を提供することにある。
上記問題点を解決するための圧力容器の製造方法は、強化繊維製の繊維強化基材に含浸させた熱硬化性樹脂が熱硬化して形成された繊維強化複合材層によってライナの外側が覆われている圧力容器の製造方法であって、前記繊維強化基材に含浸させた、熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させる熱硬化工程では、前記ライナの内部に供給する流体との熱交換によって熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させるとともに、前記繊維強化基材の外表面側からの加熱によって熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させ、前記ライナの内部に供給する流体の温度を、前記繊維強化基材の外表面側からの加熱温度よりも高くすることを要旨とする。
これによれば、熱硬化工程では、ライナの内部に供給する流体の温度は、繊維強化基材の外表面側からの加熱温度よりも高くなるように調節される。このため、繊維強化基材に含浸させた熱硬化性樹脂は、ライナ寄りの内表面の方から外表面よりも先に熱硬化する。すると、製造された繊維強化複合材層において、熱硬化時に生じやすい硬化歪が内表面側に形成されることを抑制でき、繊維強化複合材層としての補強性能を発現させることができる。このため、ライナが内圧を受けたときの荷重を繊維強化複合材層で好適に受けることができ、圧力容器の強度低下を抑制できる。
また、圧力容器の製造方法について、前記繊維強化基材で覆われた前記ライナを成形型のキャビティに配置し、前記繊維強化基材の外表面側からの加熱は、前記成形型からの加熱によって行われてもよい。
これによれば、成形型を型閉めした状態では、キャビティを区画する成形型の内面が繊維強化基材に接触又は近い状態となる。このため、成形型の熱を熱硬化性樹脂に伝えやすく、熱硬化性樹脂を効率良く熱硬化させることができる。
また、圧力容器の製造方法について、前記熱硬化工程の前に前記キャビティ内に熱硬化前の熱硬化性樹脂を供給して前記繊維強化基材に熱硬化前の熱硬化性樹脂を含浸させる含浸工程を有し、前記含浸工程では、前記ライナの内部に供給する流体との熱交換によって前記熱硬化性樹脂を加熱してもよい。
これによれば、含浸工程において、ライナに供給する流体の温度を調節し、熱硬化性樹脂を加熱することにより、繊維強化基材に熱硬化性樹脂が含浸していく途中で、当該熱硬化性樹脂が冷えることを抑制し、熱硬化性樹脂が冷えることによる粘度上昇を抑制できる。その結果、繊維強化基材への熱硬化性樹脂の含浸が滞ることを抑制でき、熱硬化性樹脂を含浸させるのに要する時間を短くできる。
また、圧力容器の製造方法について、前記熱硬化性樹脂が熱硬化して製造された前記圧力容器を冷却する冷却工程を有し、前記冷却工程では、前記ライナの内部に供給する流体の温度を、前記成形型の温度より低い温度に調節してもよい。
これによれば、冷却工程により、熱硬化性樹脂の熱硬化のために加熱された圧力容器を強制冷却することができ、例えば、圧力容器を自然冷却させる場合と比べると、圧力容器の製造に要する時間を短くできる。
上記問題点を解決するための圧力容器の製造装置は、強化繊維製の繊維強化基材に含浸させた熱硬化性樹脂が熱硬化して形成された繊維強化複合材層によってライナの外側が覆われている圧力容器の製造装置であって、前記ライナの内部に流体を供給する流体供給装置と、前記繊維強化基材の外表面側から前記熱硬化性樹脂を加熱するための加熱装置と、前記繊維強化基材に含浸させた、熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させるとき、前記ライナの内部に供給する流体の温度を前記加熱装置による加熱温度よりも高い温度に調節する温度制御部と、を備えることを要旨とする。
これによれば、熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させるとき、温度制御部は、ライナの内部に供給する流体の温度が加熱装置による加熱温度よりも高くなるように流体の温度を調節する。このため、繊維強化基材に含浸させた熱硬化性樹脂は、ライナ寄りの内表面の方から外表面よりも先に熱硬化する。すると、製造された繊維強化複合材層において、熱硬化時に生じやすい硬化歪が内表面側に形成されることを抑制でき、繊維強化複合材層としての補強性能を発現させることができる。このため、ライナが内圧を受けたときの荷重を繊維強化複合材層で好適に受けることができ、圧力容器の強度低下を抑制できる。
また、圧力容器の製造装置について、前記繊維強化基材で覆われた前記ライナを配置するキャビティを有する成形型を備え、当該成形型は前記加熱装置として機能し、前記流体供給装置は、前記成形型に設けられた流入路を介して前記キャビティに連通しており、前記キャビティに熱硬化前の熱硬化性樹脂を供給し、熱硬化前の熱硬化性樹脂を前記強化繊維に含浸させるとき、前記温度制御部は、前記ライナの内部に供給する流体の温度を、前記熱硬化性樹脂を加熱する温度に調節してもよい。
これによれば、熱硬化性樹脂を繊維強化基材に含浸させるとき、温度制御部によって、ライナに供給する流体の温度を調節し、熱硬化性樹脂を加熱する温度に制御することにより、繊維強化基材に熱硬化性樹脂が含浸していく途中で、当該熱硬化性樹脂が冷えることを抑制し、熱硬化性樹脂が冷えることによる粘度上昇を抑制できる。その結果、繊維強化基材への熱硬化性樹脂の含浸が滞ることを抑制でき、熱硬化性樹脂を含浸させるのに要する時間を短くできる。
また、圧力容器の製造装置について、前記熱硬化性樹脂が熱硬化して製造された前記圧力容器を前記成形型から取り出す前、前記温度制御部は、前記ライナの内部に供給する流体の温度を、前記成形型の温度より低い温度に調節してもよい。
これによれば、熱硬化性樹脂の熱硬化のために加熱された圧力容器を強制冷却することができ、例えば、圧力容器を自然冷却させる場合と比べると、圧力容器の製造に要する時間を短くできる。
本発明によれば、圧力容器の強度低下を抑制できる。
高圧タンクを模式的に示す断面図。 繊維構造体を模式的に示す図。 高圧タンクの製造装置を模式的に示す図。 成形型を型閉めした状態を模式的に示す図。 ライナに湯を供給した状態を模式的に示す図。 熱硬化性樹脂を注入した状態を模式的に示す図。 オーブンによる高圧タンクの製造方法を模式的に示す図。
以下、圧力容器の製造方法及び製造装置を、高圧タンクの製造方法及び製造装置に具体化した一実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１又は図２に示すように、圧力容器としての高圧タンク１０は、細長中空状のライナ１２と、ライナ１２の外側を覆う繊維強化基材１９と、を有する繊維構造体２１における繊維強化基材１９にマトリックス樹脂（ドットハッチングに示す）を含浸硬化させて構成されている。高圧タンク１０は、マトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂が含浸硬化した繊維強化基材１９よりなる繊維強化複合材層１１によってライナ１２を補強し、高圧タンク１０の耐圧性（機械的強度）を確保している。
ライナ１２は、樹脂製であり、細長中空状である。ライナ１２の中心軸線Ｌの延びる方向を軸方向Ｙとする。ライナ１２は、円筒状の胴体部１３を備える。胴体部１３の中心軸線はライナ１２の中心軸線Ｌと一致する。ライナ１２は、胴体部１３の軸方向Ｙ両端にドーム部１４を有する。ドーム部１４の軸方向は、ライナ１２の軸方向と一致する。各ドーム部１４は、ライナ１２の軸方向Ｙに沿って各ドーム部１４の先端に向かうに従い先すぼみとなる形状である。ライナ１２の中心軸線Ｌに直交する方向をライナ１２の径方向Ｘとする。
また、ライナ１２は、各ドーム部１４の先端側に口金部１５を備える。各口金部１５は金属製（例えばステンレス製）である。各口金部１５は、ドーム部１４との接続部１５ａを備えるとともに、ライナ１２内の空間と連通する孔部１５ｂを備える。ライナ１２の軸方向Ｙ一端側の口金部１５の孔部１５ｂにはバルブ（図示せず）が装着され、ライナ１２の軸方向Ｙ他端側の口金部１５の孔部１５ｂには螺子（図示せず）が螺合され、閉塞されている。各口金部１５の接続部１５ａの外面は曲面状であり、接続部１５ａの外面はドーム部１４の外面の一部を構成している。
繊維強化基材１９は、この実施形態では炭素繊維を強化繊維として備える。なお、強化繊維は炭素繊維に限らず、ガラス繊維や炭化ケイ素系セラミック繊維やアラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の一般に高弾性・高強度といわれるその他の繊維を使用してもよい。
図２に示すように、繊維強化基材１９は、複数本の経糸２２と、複数本の緯糸２３とを平織りして製織された織物２４を捲回した構造である。経糸２２と緯糸２３は互いに直交して配列されている。複数本の経糸２２は、ライナ１２の軸方向Ｙへ互いに平行な状態で胴体部１３及び各ドーム部１４に配列されている。各経糸２２の糸主軸方向Ｘ１は、胴体部１３及びドーム部１４においてライナ１２の周方向Ｚへ直線的に延びている。
複数本の緯糸２３は、ライナ１２の周方向Ｚへ互いに平行な状態で胴体部１３及び各ドーム部１４に配列されている。経糸２２と緯糸２３は直交して配列され、経糸２２の糸主軸方向Ｘ１の延びる方向をライナ１２の周方向Ｚに一致させることで、経糸２２によりライナ１２を径方向Ｘに補強し、緯糸２３の糸主軸方向Ｘ２をライナ１２の軸方向Ｙに一致させることで、緯糸２３によりライナ１２を軸方向Ｙに補強している。
次に、高圧タンク１０の製造装置について説明する。
図３又は図４に示すように、高圧タンク１０の製造装置は、クローズドモールドで高圧タンク１０を製造するための成形型３１を備える。成形型３１は下型３２及び上型３３で構成されており、成形型３１は、型閉め状態で、形成すべき高圧タンク１０の形状に対応したキャビティ３４を備える。キャビティ３４は、下型３２に設けられた下型凹部３２ｃと、上型３３に設けられ上型凹部３３ｃとを組み合わせて形成される。
下型３２には熱媒通路３２ａが設けられ、下型３２の熱媒通路３２ａは、下型凹部３２ｃの下面に沿って複数設けられている。上型３３には熱媒通路３３ａが設けられ、上型３３の熱媒通路３３ａは、上型凹部３３ｃの上面に沿って複数設けられている。下型３２には、下型３２の温度を測定する下型温度センサ３２ｂが設けられ、上型３３には、上型３３の温度を測定する上型温度センサ３３ｂが設けられている。
熱媒通路３２ａ，３３ａには、熱媒体として、温度調節された水（湯）が熱媒体供給装置２９から供給される。熱媒体供給装置２９から供給された湯Ｗは、熱媒通路３２ａ，３３ａを流れ、湯Ｗとの熱交換により下型３２及び上型３３の温度が調節される。本実施形態では、湯Ｗとの熱交換により下型３２及び上型３３は加熱される。そして、加熱された下型３２及び上型３３により、キャビティ３４内の繊維構造体２１において、繊維強化基材１９が外表面側から加熱されるようになっている。
上型３３には、型閉め状態でキャビティ３４に連通する注入孔３５及び排出孔３６が形成されている。注入孔３５は一端がキャビティ３４と対応する位置に形成され、他端が注入管３７を介して樹脂注入装置３８に接続されている。樹脂注入装置３８は、公知の装置が使用され、タンク内に貯蔵された熱硬化性樹脂をキャビティ３４に向けてポンプで送り出すように構成されている。排出孔３６は一端がキャビティ３４と対応する位置に形成され、他端が吸引管４１を介して減圧ポンプ４０に接続されている。
また、下型３２には、型閉め状態でキャビティ３４に連通する流入路４２及び流出路４３が形成されている。流入路４２と流出路４３は、キャビティ３４を挟んで対向する位置に設けられている。そして、流入路４２とキャビティ３４と流出路４３は一繋がりの空間である。流入路４２及び流出路４３は、下型３２の下型凹部３２ｃに連通するように、下型３２を貫通している。
流入路４２は一端がキャビティ３４と対応する位置に形成され、他端が第１配管４４を介して流体供給装置４５に接続されている。流体供給装置４５は、ライナ１２の内部に流体としての湯Ｗを供給するとともに、供給する湯Ｗの温度を調節する。高圧タンク１０の製造装置は、第１配管４４を流れる湯Ｗの温度を測定する第１温度センサＳ１を備える。
また、流出路４３は一端がキャビティ３４と対応する位置に形成され、他端が第２配管４６を介して流体排出タンク４７に接続されている。流体排出タンク４７には、流出路４３を介して成形型３１から排出された湯Ｗが流れ込む。高圧タンク１０の製造装置は、第２配管４６を流れる湯Ｗの温度を測定する第２温度センサＳ２を備える。
高圧タンク１０の製造装置は、下型温度センサ３２ｂ、上型温度センサ３３ｂ、第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２に信号接続された温度制御部５０を備える。温度制御部５０には、下型温度センサ３２ｂ、上型温度センサ３３ｂ、第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２の測定値が入力される。
温度制御部５０は、流体供給装置４５及び熱媒体供給装置２９に信号接続されている。温度制御部５０は、第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２の測定値に基づいて、流体供給装置４５を制御し、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を調節する。また、温度制御部５０は、下型温度センサ３２ｂ及び上型温度センサ３３ｂの測定値に基づいて、熱媒体供給装置２９を制御し、熱媒通路３２ａ，３３ａに供給する湯Ｗの温度を調節する。
次に、高圧タンク１０の製造方法について説明する。
高圧タンク１０の製造方法は、キャビティ３４に繊維構造体２１を配置する配置工程と、熱硬化前の熱硬化性樹脂を繊維強化基材１９に含浸させるための含浸工程と、熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させる熱硬化工程と、を有する。さらに、高圧タンク１０の製造方法は、熱硬化性樹脂が熱硬化して製造された高圧タンク１０を冷却する冷却工程と、キャビティ３４から高圧タンク１０を取り出す取出工程と、を有する。
図４に示すように、配置工程では、キャビティ３４内（成形型３１内）に繊維構造体２１を配置する。まず、下型３２の下型凹部３２ｃに繊維構造体２１を配置し、下型凹部３２ｃに軸方向Ｙ両端の口金部１５を支持させる。この支持状態では、ライナ１２の軸方向Ｙ一端側の口金部１５の孔部１５ｂに流入路４２が連通し、流入路４２及び第１配管４４を介して流体供給装置４５が接続される。また、ライナ１２の軸方向Ｙ他端側の口金部１５の孔部１５ｂに流出路４３が連通し、流出路４３及び第２配管４６を介して流体排出タンク４７が接続される。
次に、上型３３が下型３２に接触し、キャビティ３４の密閉性が確保されるまで型閉めを行う。すると、下型凹部３２ｃと上型凹部３３ｃによってキャビティ３４が区画され、キャビティ３４内に繊維構造体２１が配置される。また、キャビティ３４内の繊維構造体２１の繊維強化基材１９に対し、下型凹部３２ｃの内面及び上型凹部３３ｃの内面が近い状態となる。
図５に示すように、キャビティ３４に繊維構造体２１を配置する前から、温度制御部５０によって温度調節された湯Ｗを熱媒体供給装置２９から熱媒通路３２ａ，３３ａに供給し、熱媒通路３２ａ，３３ａを流れる湯Ｗとの熱交換によって下型３２及び上型３３を加熱（温度調節）する。温度制御部５０は、下型３２及び上型３３の温度が所望する温度になるように、熱媒通路３２ａ，３３ａに供給する湯Ｗの温度を調節する。本実施形態では、下型温度センサ３２ｂによって測定された下型３２の温度、及び上型温度センサ３３ｂによって測定された上型３３の温度が８０〜１５０℃になるように、温度制御部５０は、熱媒通路３２ａ，３３ａに供給する湯Ｗの温度を調節する。
なお、樹脂製のライナ１２が、下型３２及び上型３３からの加熱によって変形することを回避するため、温度制御部５０は、下型３２及び上型３３の温度がライナ１２の耐熱温度より低くなるように、熱媒通路３２ａ，３３ａに流す湯Ｗの温度を調節する。一方で、下型３２及び上型３３の温度が低すぎると、熱硬化する前の熱硬化性樹脂が下型３２及び上型３３によって冷やされてしまい、繊維強化基材１９への熱硬化性樹脂の含浸の妨げになる。熱硬化性樹脂が冷やされることを避けるため、温度制御部５０は、下型３２及び上型３３の温度を調節する。
また、図６に示すように、キャビティ３４内に繊維構造体２１を配置した後、流体供給装置４５からキャビティ３４内のライナ１２の内部に湯Ｗを供給する。湯Ｗは、後工程においてキャビティ３４内を減圧したときにライナ１２が膨脹することを抑制するため、ライナ１２の内部に供給される。このとき、流体供給装置４５から供給する湯Ｗの温度が、後工程となる含浸工程に適した温度となるように、温度制御部５０は流体供給装置４５を制御する。具体的には、温度制御部５０は、第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２から取得した湯Ｗの温度に基づいて、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を、後工程の含浸工程に適した温度となるように調節する。温度制御部５０は、ライナ１２の内部に供給される前の湯Ｗの温度と、ライナ１２から排出された湯Ｗの温度の差から、ライナ１２の温度を推定し、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を決定する。なお、含浸工程に適した温度とは、熱硬化する前の熱硬化性樹脂が、冷えて粘度上昇することを抑制できる温度である。このときの湯Ｗの温度は、本実施形態では８０〜１５０℃である。
次に、減圧ポンプ４０を駆動して、排出孔３６を介してキャビティ３４内を真空に近い状態まで減圧する。このとき、ライナ１２に供給された湯Ｗにより、ライナ１２が膨脹することが回避される。
次に、図６に示すように、含浸工程を行う。含浸工程では、キャビティ３４内が減圧された状態で、樹脂注入装置３８から熱硬化前の熱硬化性樹脂５７を注入孔３５からキャビティ３４内に注入する。樹脂注入装置３８は、送り出される熱硬化性樹脂５７が一定流量となるように熱硬化性樹脂５７を送り出す。キャビティ３４内に注入された、熱硬化前の熱硬化性樹脂５７は、繊維強化基材１９の周りとキャビティ３４の内面との間の隙間に充填されるとともに、熱硬化性樹脂５７がキャビティ３４を下から次第に満たしていく。なお、キャビティ３４内に熱硬化性樹脂５７が注入されると、注入された熱硬化性樹脂５７によってライナ１２が加圧されるが、ライナ１２の内部に供給された湯Ｗにより、ライナ１２が内側から加圧されており、ライナ１２の収縮が抑制される。
含浸工程では、ライナ１２の内部に供給された湯Ｗにより、熱硬化前の熱硬化性樹脂５７がライナ１２側から加熱されるとともに、加熱された下型３２及び上型３３により、熱硬化性樹脂５７が下型３２及び上型３３側から加熱される。このため、熱硬化前の熱硬化性樹脂５７は、ライナ１２側及び成形型３１側の両側から加熱された状態で、繊維強化基材１９に含浸していく。
キャビティ３４への熱硬化性樹脂５７の注入が継続されて、キャビティ３４内の繊維構造体２１全体が熱硬化性樹脂５７によって覆われるまでキャビティ３４内への熱硬化性樹脂５７の注入が行われた後、樹脂注入装置３８及び減圧ポンプ４０の運転を停止する。その後、さらなる型閉めが行われ、下型３２と上型３３の隙間が狭められる。すると、熱硬化性樹脂５７が繊維強化基材１９に向けて押し出され、キャビティ３４の内面と熱硬化性樹脂５７の層との間に隙間が形成されることを抑制する。
熱硬化性樹脂５７の注入完了後、流体供給装置４５からライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度が、熱硬化性樹脂５７を熱硬化させるのに適した温度となるように、温度制御部５０は流体供給装置４５を制御する。具体的には、温度制御部５０は、ライナ１２の内部に供給される前の湯Ｗの温度と、ライナ１２から排出された湯Ｗとの温度の差から、ライナ１２の温度を推定し、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を決定する。熱硬化に適した温度とは、熱硬化性樹脂５７の熱硬化を促進させる温度である。
また、温度制御部５０は、熱媒通路３２ａ，３３ａを流れる湯Ｗの温度も、熱硬化性樹脂５７の熱硬化を促進させるのに適した温度となるように熱媒体供給装置２９を制御する。具体的には、温度制御部５０は、下型温度センサ３２ｂ及び上型温度センサ３３ｂから取得した下型３２及び上型３３の温度に基づいて、熱媒通路３２ａ，３３ａに流す湯Ｗの温度を調節し、下型３２及び上型３３を、熱硬化性樹脂５７の熱硬化を促進させる温度に調節する。
ここで、熱硬化性樹脂５７を、繊維強化基材１９の外表面側よりも内表面側を先に熱硬化させるため、温度制御部５０は、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を、下型３２及び上型３３による加熱温度より高くする。例えば、温度制御部５０は、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を１００℃に調節し、下型３２及び上型３３の温度を８０℃に調節する。
ライナ１２の内部に供給する湯Ｗと、加熱された下型３２及び上型３３との温度差は、５〜２０℃が好ましい。そして、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗと、下型３２及び上型３３との温度差が５℃以上になると、熱硬化性樹脂５７は、ライナ１２からの加熱により、繊維強化基材１９の内表面側から外表面よりも先に熱硬化する。その後、ライナ１２からの加熱及び成形型３１からの加熱によって、繊維強化基材１９に含浸させた熱硬化性樹脂５７全体が熱硬化する。したがって、熱硬化性樹脂５７が熱硬化して形成される繊維強化複合材層１１は、繊維強化複合材層１１の内表面がライナ１２の外表面に接触した状態に形成され、繊維強化複合材層１１によってライナ１２が補強される。
そして、高圧タンク１０が完成すると、高圧タンク１０を冷却する冷却工程を行う。冷却工程では、温度制御部５０による流体供給装置４５の制御により、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を、高圧タンク１０を成形型３１から取り外すのに適した温度に温度調節される。具体的には、温度制御部５０は、第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２から取得した湯Ｗの温度に基づいて、ライナ１２内での湯Ｗの温度を冷却工程に適した温度となるように調節する。例えば、温度制御部５０は、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を３０〜８０℃に調節する。冷却工程では、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度は、下型３２及び上型３３の温度より低い温度に調節される。なお、冷却工程では、温度制御部５０は、熱媒通路３２ａ，３３ａへ供給する湯Ｗの温度は変更せず、下型３２及び上型３３の温度は含浸工程と同じである。よって、下型３２及び上型３３の温度が８０〜１５０℃であるため、下型３２及び上型３３の温度が８０℃の場合は、温度制御部５０は、冷却工程でライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を８０℃より低く調節する。
そして、ライナ１２が内表面側から冷却され、高圧タンク１０が冷却される。その後、取出工程では、成形型３１を開き、成形型３１内から高圧タンク１０を取り出す。
上記実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）熱硬化工程において、流体供給装置４５からライナ１２の内部に供給される湯Ｗの温度は、温度制御部５０によって、下型３２及び上型３３による熱硬化性樹脂５７の加熱温度よりも高くなるように調節される。このため、繊維強化基材１９に含浸された熱硬化性樹脂５７は、外表面側よりも先に内表面側が熱硬化する。すると、製造された繊維強化複合材層１１において、硬化歪が内表面側に形成されることを抑制でき、製造された繊維強化複合材層１１の内表面とライナ１２の外表面との間に隙間が形成されることを抑制できる。このため、繊維強化複合材層１１としての補強性能を発現させることができ、ライナ１２が内圧を受けたときの荷重を繊維強化複合材層１１で好適に受けることができ、高圧タンク１０の強度低下を抑制できる。その結果として、高圧タンク１０の強度を高めるため、繊維強化基材１９を厚くしたり、熱硬化性樹脂５７を多くしたりする必要がなく、高圧タンク１０の軽量化も図ることができる。
（２）含浸工程では、繊維強化基材１９に熱硬化性樹脂５７を含浸させるのに適した温度となるように、温度制御部５０は、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を調節する。このため、繊維強化基材１９に熱硬化性樹脂５７が含浸していく途中で冷えて粘度上昇してしまい、繊維強化基材１９への含浸が滞ることを抑制でき、熱硬化性樹脂５７を含浸させるのに要する時間を短くできる。
（３）熱硬化性樹脂５７の硬化後の冷却工程では、高圧タンク１０を成形型３１から取り出せる温度となるように、温度制御部５０は、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を調節する。このため、例えば、高圧タンク１０を自然冷却させる場合と比べると、高圧タンク１０を成形型３１から取り出すまでに要する時間を短くできる。よって、冷却工程により、高圧タンク１０の生産に要する時間を短くして高圧タンク１０の生産性を向上させることができる。
（４）熱硬化工程では、熱媒通路３２ａ，３３ａに流れる湯Ｗとの熱交換によって下型３２及び上型３３が加熱される。そして、キャビティ３４に配置された繊維構造体２１の繊維強化基材１９は、キャビティ３４の内面に近い状態にあるため、成形型３１の熱を、繊維強化基材１９に含浸させた熱硬化性樹脂５７に伝えやすく、熱硬化性樹脂５７はライナ１２の外表面側からも効率良く加熱される。このため、熱硬化性樹脂５７は、ライナ１２側と成形型３１側の両側から熱硬化が促進され、例えば、成形型３１側のみから加熱される場合と比べると、熱硬化性樹脂５７を熱硬化させるのに要する時間を短くし、高圧タンク１０の生産に要する時間を短くして高圧タンク１０の生産性を向上させることができる。
（５）成形型３１を用いたＲＴＭ法によって高圧タンク１０を製造する。成形型３１のキャビティ３４に熱硬化性樹脂５７を供給し、成形型３１による加熱によって熱硬化性樹脂５７を外表面側から加熱できる。例えば、オーブン内で熱硬化性樹脂５７を加熱する場合と比べると、成形型３１では熱硬化性樹脂５７の加熱が効率良く行うことができ、熱硬化しやすい熱硬化性樹脂５７を用いることができる。その結果として、熱硬化性樹脂５７を硬化させるのに要する時間を短くし、高圧タンク１０の生産に要する時間を短くして高圧タンク１０の生産性を向上させることができる。
（６）キャビティ３４に熱硬化性樹脂５７を供給する前、キャビティ３４を減圧する。キャビティ３４に熱硬化性樹脂５７を供給するとき、キャビティ３４の圧力変化によってライナ１２が膨脹することを抑制するため、ライナ１２内には流体（湯Ｗ）が供給される。また、キャビティ３４に熱硬化性樹脂５７を注入するとき、注入される熱硬化性樹脂５７による加圧によってライナ１２が収縮することを抑制するためにも、ライナ１２内には流体（湯Ｗ）が供給される。そして、このライナ１２内に供給される湯Ｗを温度制御部５０によって温度調節することにより、含浸工程、熱硬化工程、及び冷却工程に要する時間を短くできる。したがって、ライナ１２に供給する湯Ｗを利用して、ライナ１２の膨脹及び収縮の抑制と、生産性の向上を達成できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 高圧タンク１０の製造は、クローズドモールドであるＲＴＭ法ではなく、オープンモールドで行ってもよい。例えば、図７に示すように、ライナ１２の外側に、フィラメントワインディング法により、熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維を巻き付け、ライナ１２の外側を覆う繊維強化基材１９を形成する。そして、繊維強化基材１９で覆われたライナ１２、つまり繊維構造体２１を、加熱装置としてのオーブン６０内に配置して配置工程を行う。
なお、オーブン６０内には流体供給装置４５及び流体排出タンク４７が配置されており、流体供給装置４５からライナ１２に流体が供給可能である。含浸工程では、流体供給装置４５からオーブン６０内のライナ１２に流体を供給する。このとき、流体供給装置４５から供給する流体の温度が、熱硬化工程に適した温度となるように、温度制御部５０は流体供給装置４５及びオーブン６０の温度を制御する。
そして、熱硬化工程において、流体供給装置４５からライナ１２の内部に供給される湯Ｗの温度は、温度制御部５０によって、オーブン６０による熱硬化性樹脂５７の加熱温度よりも高くなるように調節される。例えば、オーブン６０による加熱温度を、８０〜１６０℃に調節し、このオーブン６０による加熱温度より高くなるようにライナ１２の内部に供給される湯Ｗの温度を８０〜１６０℃の範囲内で調節する。
このため、繊維強化基材１９に含浸された熱硬化性樹脂５７は、外表面側よりも先に内表面側が熱硬化する。すると、製造された繊維強化複合材層１１において、硬化歪が内表面側に形成されることを抑制でき、製造された繊維強化複合材層１１の内表面とライナ１２の外表面との間に隙間が形成されることを抑制できる。このため、繊維強化複合材層１１によって、ライナ１２が内圧を受けたときの荷重を受けることができ、高圧タンク１０の強度低下を抑制できる。その結果として、高圧タンク１０の強度を高めるため、繊維強化基材１９を厚くしたり、熱硬化性樹脂５７を多くしたりする必要がなく、高圧タンク１０の軽量化も図ることができる。
そして、熱硬化性樹脂５７の熱硬化完了後、ライナ１２の外側に繊維強化複合材層１１が形成され、高圧タンク１０が完成する。次に、高圧タンク１０を冷却する冷却工程を行う。冷却工程では、高圧タンク１０をオーブン６０から取り出せる温度となるように、温度制御部５０は、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度を、例えば３０〜８０℃の範囲内で調節する。このため、例えば、高圧タンク１０を自然冷却させる場合と比べると、高圧タンク１０をオーブン６０から取り出すまでに要する時間を短くできる。
○ 冷却工程は、ライナ１２の内部に湯Ｗを供給せず、自然冷却によって行ってもよい。
○ 冷却工程では、ライナ１２の内部に供給した湯Ｗによる冷却に加え、熱媒通路３２ａ，３３ａに流す湯Ｗの温度調節によって冷却された下型３２及び上型３３による冷却を行ってもよい。
○ 含浸工程では、ライナ１２の内部に湯Ｗを供給せず、下型３２及び上型３３による加熱のみで熱硬化性樹脂５７の含浸を促進させてもよい。
○ 含浸工程では、ライナ１２の内部に湯Ｗを供給し、繊維強化基材１９の内表面側からの加熱のみで熱硬化性樹脂５７の含浸を促進させ、下型３２及び上型３３による熱硬化性樹脂５７の加熱はなくてもよい。
○ 流体供給装置４５からライナ１２に供給する流体は、蒸気や油、非圧縮性流体であってもよい。また、熱媒体供給装置２９から下型３２の熱媒通路３２ａ及び上型３３の熱媒通路３３ａに供給する流体は、蒸気や油、非圧縮性流体であってもよい。
○ 下型３２及び上型３３の加熱は、流体による加熱以外の方法でもよい。例えば、下型３２及び上型３３の加熱は、下型３２及び上型３３の外部に配置された加熱装置としてのヒータによる加熱や、加熱装置としての熱風機によって温風を送ることによる加熱であってもよい。
○ ライナ１２が熱によって軟化しやすい樹脂製の場合、熱硬化性樹脂５７を硬化させる際に生じる樹脂発熱により、ライナ１２が軟化する場合がある。この場合は、ライナ１２の軟化が生じる前に、ライナ１２に供給する流体の温度を低くして（例えば、３０〜８０℃）、ライナ１２を冷却してもよい。
○ ライナ１２に供給する流体の温度を、第１温度センサＳ１及び第２温度センサＳ２による測定値に基づいて調節したが、温度制御部５０に予め記憶した温度となるように調節してもよい。
○ 温度制御部５０により、熱媒体供給装置２９及び流体供給装置４５から供給する湯Ｗの温度を調節したが、熱媒体供給装置２９及び流体供給装置４５それぞれが温度制御部を備えていてもよい。この場合、熱媒体供給装置２９の温度制御部によって、熱媒通路３２ａ，３３ａに供給する湯Ｗの温度が調節され、流体供給装置４５の温度制御部によって、ライナ１２の内部に供給する湯Ｗの温度が調節される。
○ ライナ１２の外側に、例えばフィラメントワインディング法やブレーディング法により、強化繊維を、熱硬化性樹脂を含浸さずに巻き付けて繊維強化基材１９を形成して繊維構造体２１とし、その繊維構造体２１をＲＴＭ法で熱硬化性樹脂５７を含浸硬化させて高圧タンク１０としてもよい。
○ 高圧タンク１０は燃料電池搭載電気自動車の水素源として搭載されて使用するものに限らず、例えば、水素エンジンの水素源やヒートポンプ等に適用してもよい。また、家庭用電源の燃料電池の水素源として使用してもよい。
○ 圧力容器として水素を貯蔵する高圧タンクに限らず、例えば窒素、圧縮天然ガス等の他のガスを貯蔵す圧力容器に適用してもよい。
○ ライナ１２は樹脂製に限らず、金属製であってもよい。
Ｗ…流体としての湯、１０…圧力容器としての高圧タンク、１１…繊維強化複合材層、１２…ライナ、１９…繊維強化基材、３１…加熱装置としての成形型、３４…キャビティ、４２…流入路、４５…流体供給装置、５０…温度制御部、５７…熱硬化性樹脂、６０…加熱装置としてのオーブン。

Claims (7)

  1. 強化繊維製の繊維強化基材に含浸させた熱硬化性樹脂が熱硬化して形成された繊維強化複合材層によってライナの外側が覆われている圧力容器の製造方法であって、
    前記繊維強化基材に含浸させた、熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させる熱硬化工程では、前記ライナの内部に供給する流体との熱交換によって熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させるとともに、前記繊維強化基材の外表面側からの加熱によって熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させ、
    前記ライナの内部に供給する流体の温度を、前記繊維強化基材の外表面側からの加熱温度よりも高くすることを特徴とする圧力容器の製造方法。
  2. 前記繊維強化基材で覆われた前記ライナを成形型のキャビティに配置し、前記繊維強化基材の外表面側からの加熱は、前記成形型からの加熱によって行われる請求項１に記載の圧力容器の製造方法。
  3. 前記熱硬化工程の前に前記キャビティ内に熱硬化前の熱硬化性樹脂を供給して前記繊維強化基材に熱硬化前の熱硬化性樹脂を含浸させる含浸工程を有し、
    前記含浸工程では、前記ライナの内部に供給する流体との熱交換によって前記熱硬化性樹脂を加熱する請求項２に記載の圧力容器の製造方法。
  4. 前記熱硬化性樹脂が熱硬化して製造された前記圧力容器を冷却する冷却工程を有し、
    前記冷却工程では、前記ライナの内部に供給する流体の温度を、前記成形型の温度より低い温度に調節する請求項２又は請求項３に記載の圧力容器の製造方法。
  5. 強化繊維製の繊維強化基材に含浸させた熱硬化性樹脂が熱硬化して形成された繊維強化複合材層によってライナの外側が覆われている圧力容器の製造装置であって、
    前記ライナの内部に流体を供給する流体供給装置と、
    前記繊維強化基材の外表面側から前記熱硬化性樹脂を加熱するための加熱装置と、
    前記繊維強化基材に含浸させた、熱硬化前の熱硬化性樹脂を熱硬化させるとき、前記ライナの内部に供給する流体の温度を前記加熱装置による加熱温度よりも高い温度に調節する温度制御部と、を備えることを特徴とする圧力容器の製造装置。
  6. 前記繊維強化基材で覆われた前記ライナを配置するキャビティを有する成形型を備え、当該成形型は前記加熱装置として機能し、前記流体供給装置は、前記成形型に設けられた流入路を介して前記キャビティに連通しており、
    前記キャビティに熱硬化前の熱硬化性樹脂を供給し、熱硬化前の熱硬化性樹脂を前記繊維強化基材に含浸させるとき、前記温度制御部は、前記ライナの内部に供給する流体の温度を、前記熱硬化性樹脂を加熱する温度に調節する請求項５に記載の圧力容器の製造装置。
  7. 前記熱硬化性樹脂が熱硬化して製造された前記圧力容器を前記成形型から取り出す前、前記温度制御部は、前記ライナの内部に供給する流体の温度を、前記成形型の温度より低い温度に調節する請求項６に記載の圧力容器の製造装置。
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