JP2020142388A - 高圧タンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クラックの発生を抑えて、タンク表層の剥離を防止することである。【解決手段】円筒部（１７）を有するライナ（１１）の軸方向に強化繊維束（３５）の巻き付け位置を往復移動しながら、フープ巻きによってライナの円筒部に強化繊維束を巻き重ねてフープ層を形成する高圧タンクの製造方法であり、強化繊維束の巻き始め位置（３５ａ）からフープ巻きを開始して、強化繊維束の巻き付け位置を円筒部に対して軸方向に少なくとも１往復させた後に巻き始め位置を越えてフープ巻きを継続し、当該巻き始め位置を越えてフープ巻きされる強化繊維束の長さが、フープ巻き終了後に強化繊維束の巻き終わり位置（３５ｂ）を起点にして張力が低下する長さ以上である構成にした。【選択図】図３

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、ガス等の高圧流体が充填されるライナを強化繊維によって外側から補強したものが知られている。高圧タンクの製造方法では、いわゆるフィラメントワインディング工法（以下、ＦＷ工法）によって、樹脂含浸された帯状の強化繊維束がライナの外面に巻き付けられる。ＦＷ工法では、ライナの回転軸に略直交する巻き付け角度でライナに強化繊維束を巻き付けるフープ巻きが実施される。このようなＦＷ工法において、強化繊維束の巻き付け位置をライナの軸方向に移動させながらフープ巻きして、軸方向において強化繊維束の巻き始め位置と巻き終わり位置を同じ位置にするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−７２４９４号公報

通常のフープ巻きでは、強化繊維束の巻き終わり位置付近の張力が低下する。特許文献１に記載のフープ巻きでは、ライナの軸方向において強化繊維束の巻き始め位置と巻き終わり位置が同じであるため、強化繊維束の巻き終わり位置付近の張力が低下して緩んだ部位によって、強化繊維束の巻き始め位置付近が押え込まれている。このため、フープ巻き終了後に強化繊維束の巻き始め位置付近にボイドが残り易くなり、ボイドを起点にしたクラックによってタンク表層が部分的に剥離するおそれがあった。

本発明では、クラックの発生を抑えて、タンク表層の剥離を防止することができる高圧タンクの製造方法を提供することを目的とする。

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、円筒部を有するライナの軸方向に強化繊維束の巻き付け位置を往復移動しながら、フープ巻きによって前記円筒部に強化繊維束を巻き重ねてフープ層を形成する高圧タンクの製造方法であって、前記強化繊維束の巻き始め位置からフープ巻きを開始して、前記強化繊維束の巻き付け位置を前記円筒部に対して軸方向に少なくとも１往復させた後に前記巻き始め位置を越えてフープ巻きを継続し、当該巻き始め位置を越えてフープ巻きされる前記強化繊維束の長さが、フープ巻き終了後に前記強化繊維束の巻き終わり位置を起点にして張力が低下する長さ以上であることを特徴とする。

本発明によれば、強化繊維束の巻き付け位置が円筒部に対して軸方向に少なくとも１往復されてフープ巻きされた後、強化繊維束の巻き始め位置を越えて十分な長さの強化繊維束が継続してフープ巻きされる。強化繊維束の巻き終わり位置から十分に離間した部位によって強化繊維束の巻き始め位置付近が押え込まれるため、フープ巻き終了後に強化繊維束の巻き終わり位置付近の張力が低下しても、巻き始め位置付近に対する押え込みが緩むことがない。よって、強化繊維束の巻き始め位置付近にボイドが残り難くなって、ボイドを起点としたクラックの発生を抑えて、タンク表層の剥離を防止することができる。

高圧タンクの模式断面図である。 保護層に発生するクラックの説明図である。 本実施形態に係る高圧タンクの製造方法の説明図であり、（Ａ）はアイクチの移動軌跡を示す図、（Ｂ）はフープ層の模式図、（Ｃ）はアイクチの移動位置と張力の関係図をそれぞれ示している。 巻き付け後の放置時間と低張力部位の幅との関係を示すグラフである。 比較例に係る高圧タンクの製造方法の説明図であり、（Ａ）はアイクチの移動軌跡を示す図、（Ｂ）はフープ層の模式図、（Ｃ）はアイクチの移動位置と張力の関係図をそれぞれ示している。 高圧タンクのクラックの評価の説明図であり、（Ａ）がクラックの測定位置を示し、（Ｂ）が測定結果を示している。

以下、本実施形態について説明する。図１は、高圧タンクの模式断面図である。図２は、保護層に発生するクラックの説明図である。なお、以下では、高圧タンクとして車載用の燃料電池システムにおいて燃料電池に水素等の燃料ガスを貯蔵する燃料タンクを例示して説明するが、高圧タンクは燃料電池システム以外の任意の用途で使用されてもよい。

［高圧タンクについて］
図１に示すように、高圧タンク１０は、タンクの基材となるライナ１１の外面を補強層１２によって被覆し、さらに補強層１２の外面を保護層１３によって被覆して形成されている。高圧タンク１０は、筒状の胴体部１４の両端から一対のドーム部１５、１６が半球状に膨出しており、各ドーム部１５、１６の頂点箇所には一対の口金２１、２６が設けられている。一方の口金２１には貫通孔２４が形成されており、貫通孔２４に取り付けられたバルブ（不図示）によってタンク内のガスの放出及び流入が行われている。他方の口金２６は貫通しておらず、口金２６によってタンク内が封止されている。

ライナ１１は、燃料ガスの貯留空間２０を持つように中空形状に形成されている。ライナ１１は、円筒部１７と、円筒部１７の軸方向外側に向かって縮径するように円筒部１７から膨出した一対の側端部１８、１９とを有している。ライナ１１の樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリエチレン等の樹脂を用いることができる。ライナ１１には、燃料ガスとして水素ガスの他に、例えば、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス、その他の各種加圧物質が充填されてもよい。

補強層１２は、炭素繊維を強化繊維とした炭素繊維強化樹脂（CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics）から成り、未硬化樹脂が含浸された帯状の炭素繊維束がライナ１１の外面に巻き付けられることで形成される。保護層１３は、ガラス繊維を強化繊維としたガラス繊維強化樹脂（GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastics）から成り、未硬化樹脂が含浸された帯状のガラス繊維束が補強層１２の外面に巻き付けられることで形成される。補強層１２によって高圧タンク１０の耐圧性が向上され、保護層１３によって高圧タンク１０の耐衝撃性が向上されている。

補強層１２及び保護層１３は、強化繊維束３５（図２（Ａ）参照）のフープ巻きと強化繊維束３５のヘリカル巻きを適宜組み合わせることで形成されている。なお、フープ巻きは、ライナ１１の回転軸ＣＸに略直交する巻き付け角度で、ライナ１１に対して強化繊維束３５を巻き付ける巻き付け態様である。ヘリカル巻きは、ライナ１１の回転軸ＣＸに斜めに交差する巻き付け角度で、ライナ１１に対して強化繊維束３５を巻き付ける巻き付け態様である。強化繊維としては、炭素繊維及びガラス繊維に変えてアラミド繊維等が採用されてもよい。また、未硬化樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が採用されてもよい。

一方の口金２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。一方の口金２１は、本体となる筒状部２２の外周にフランジ部２３が形成され、筒状部２２の一部をドーム部１５から突出させるようにライナ１１に取り付けられている。筒状部２２の内側の貫通孔２４には、貯留空間２０に対する燃料ガスを充填及び排出するバルブ（不図示）が取り付けられている。他方の口金２６は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。他方の口金２６は、一方の口金２１と略同様な外形に形成されているが、一方の口金２６とは筒状部２７の内側が閉塞されている点で相違している。

ここで、本発明者が本発明に至った経緯について説明する。

［クラックの発生について］
図２（Ａ）に示すように、保護層１３は、補強層１２（図１参照）の外面に強化繊維束３５をヘリカル巻きして形成されたヘリカル層３０と、ヘリカル層３０の外面に強化繊維束３５をフープ巻きして形成されたフープ層３１と、フープ層３１の外面を覆う樹脂層３２とを有している。フープ層３１は、強化繊維束３５の巻き付け位置をライナ１１（図１参照）の軸方向に往復移動しながら、ヘリカル層３０の外面に強化繊維束３５が巻き重ねられることによって形成される。このとき、矢印Ｆ１に示すように、内側の第１フープ層３１ａの強化繊維束３５が外側の第２フープ層３１ｂの強化繊維束３５によって押え込まれることでボイド４１（図２（Ｂ）参照）の発生が抑えられている。

しかしながら、図２（Ｂ）に示すように、第２フープ層３１ｂの強化繊維束３５によって第１フープ層３１ａの強化繊維束３５が強く押え込まれるとは限らない。強化繊維束３５がライナ１１に巻き付けられる巻き付け速度の低下や強化繊維束３５の切断によって、強化繊維束３５の巻き終わり位置３５ｂ付近の張力が低下する。これによって、巻き終わり位置３５ｂ付近に低張力部位３６が生じる。矢印Ｆ２に示すように、低張力部位３６だけで第１フープ層３１ａの強化繊維束３５の巻き始め位置３５ａ付近が押え込まれると、ヘリカル層３０とフープ層３１の界面にボイド４１が発生し易くなる。このため、ボイド４１に応力が集中して、ボイド４１を起点として保護層１３にクラック４４ａが発生する場合がある。

強化繊維束３５の低張力部位３６の緩みを抑えるために、低張力部位３６を同じ位置に重ね巻きした場合には保護層１３の表面に凸部４２が形成される。このため、保護層１３の表面には凸部４２の周縁４６に応力が集中して、凸部４２の周縁４６を起点にして保護層１３にクラック４４ｂが発生する場合がある。さらに、ヘリカル層３０の外面に所定の巻き付けピッチで強化繊維束３５が巻き付けられているが、巻き付けピッチが大きいと隣り合う強化繊維束３５の間に隙間４３が生じる。このため、隙間４３に応力が集中して、隙間４３を起点にして保護層１３にクラック４４ｃが発生する場合がある。

このように、強化繊維束３５の巻き付け方によって、保護層１３に対して局所的な応力が生じてクラック４４ａ−４４ｃが増加する場合がある。クラック４４ａ−４４ｃから水分が進入すると、繊維と樹脂の界面の劣化が促進されて保護層１３の強度が低下する。この結果、高圧タンク１０の圧力の昇降が繰り返されたときに、保護層１３の疲労によって繊維が破断して保護層１３の捲れ現象が生じるという問題がある。ここでは、ガラス繊維強化樹脂の保護層１３を一例として説明しているが、高圧タンク１０の保護層１３が炭素繊維強化樹脂によって形成されている場合においても同様な捲れ現象が生じると考えられる。

そこで、本実施形態の高圧タンク１０の製造方法では、ライナ１１の円筒部１７（図３（Ａ）参照）に対して第１、第２フープ層３１ａ、３１ｂを形成した後にフープ巻きを継続して第３フープ層３１ｃを部分的に形成している。この第３フープ層３１ｃの形成時にフープ巻きされる強化繊維束３５の長さを十分に確保することで、第３フープ層３１ｃに低張力部位３６を位置付けて、低張力部位３６だけで第１フープ層３１ａを押え込まずにボイド４１の発生を抑えている。さらに、低張力部位３６を重ね巻きしないことで凸部４２（図２（Ｂ）参照）を形成せず、隣り合う強化繊維束３５のピッチを狭めることで隙間４３の発生を抑えている。

以下、図３から図５を参照して、高圧タンクの製造方法について説明する。図３は、本実施形態に係る高圧タンクの製造方法の説明図であり、（Ａ）はアイクチの移動軌跡を示す図、（Ｂ）はフープ層の模式図、（Ｃ）はアイクチの移動位置と張力の関係図をそれぞれ示している。図４は、巻き付け後の放置時間と低張力部位の幅との関係を示すグラフである。図５は、比較例に係る高圧タンクの製造方法の説明図であり、（Ａ）はアイクチの移動軌跡を示す図、（Ｂ）はフープ層の模式図、（Ｃ）はアイクチの移動位置と張力の関係図をそれぞれ示している。

［本実施形態に係る高圧タンクの製造方法について］
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、フープ巻きでは、強化繊維束３５を繰り出すアイクチ４５がライナ１１の軸方向に往復移動され、アイクチ４５から繰り出された強化繊維束３５がライナ１１の円筒部１７に巻き取られることでフープ層３１が形成される。アイクチ４５の移動軌跡上には、強化繊維束３５の巻き付けが開始される開始位置Ａと、円筒部１７の両端において強化繊維束３５の巻き付け動作が折り返される折り返し位置Ｂ、Ｃと、強化繊維束３５の巻き付けが終了する終了位置Ｄとが設定されている。終了位置Ｄは、開始位置Ａよりも折り返し位置Ｂ側に設定されている。

この場合、開始位置Ａから折り返し位置Ｂにアイクチ４５が移動されながら、ヘリカル層３０の外面に強化繊維束３５が巻き付けられて第１フープ層３１ａが途中まで形成される。折り返し位置Ｂにおいてアイクチ４５の移動方向が逆転して、折り返し位置Ｂから開始位置Ａにアイクチが移動されながら、第１フープ層３１ａの外面に強化繊維束３５が巻き付けられて第２フープ層３１ｂが途中まで形成される。続けて、開始位置Ａから折り返し位置Ｃにアイクチ４５が移動されながら、ヘリカル層３０の外面に強化繊維束３５が巻き付けられて第１フープ層３１ａが最後まで形成される。

折り返し位置Ｃにおいてアイクチ４５の移動方向が逆転して、折り返し位置Ｃから開始位置Ａにアイクチ４５が移動されながら、第１フープ層３１ａの外面に強化繊維束３５が巻き付けられて第２フープ層３１ｂが最後まで形成される。続けて、開始位置Ａを越えて終了位置Ｄまでアイクチ４５が移動されながら、第２フープ層３１ｂの外面に強化繊維束３５が巻き付けられて第３フープ層３１ｃが部分的に形成される。そして、アイクチ４５が終了位置Ｄまで移動して強化繊維束３５が巻き付け終わると、フープ巻きが終了したとして強化繊維束３５が切断される。

このとき、第２フープ層３１ｂの強化繊維束３５によって第１フープ層３１ａの強化繊維束３５が押え込まれている。フープ巻きの終了時に強化繊維束３５の巻き付け速度の低下によって強化繊維束３５の張力が低下するが、アイクチ４５の終了位置Ｄが開始位置Ａから折り返し位置Ｂ側に十分に離れて設定されている。第２フープ層３１ｂの形成時には強化繊維束３５の巻き付け速度が低下せず、第３フープ層３１ｃの形成時に強化繊維束３５の巻き付け速度が低下して張力が低下する。強化繊維束３５の低張力部位３６が第３フープ層３１ｃに位置するため、第２フープ層３１ｂの強化繊維束３５によって第１フープ層３１ａの強化繊維束３５が全体的に強く押え込まれている。

図３（Ｃ）では、実線Ｗ１によってアイクチ４５の移動位置が示されており、実線Ｗ２によって強化繊維束３５の張力の変化が示されている。実線Ｗ１の傾きは、強化繊維束３５の巻き付け速度を示しており、アイクチ４５が開始位置Ａから折り返し位置Ｂ、Ｃを介して開始位置Ａに戻るまでの間は強化繊維束３５の巻き付け速度が低下していない。このため、強化繊維束３５の巻き付け速度の低下に起因した張力低下が発生せず、強化繊維束３５の張力が１４０［Ｎ］−１５０［Ｎ］に維持された状態でヘリカル層３０に対するフープ巻きが継続されている。

さらに、アイクチ４５が開始位置Ａを越えて終了位置Ｄに向かう途中で、強化繊維束３５の巻き付け速度が低下して強化繊維束３５の張力が低下し始める。この時点で、既にライナ１１の円筒部１７（図３（Ａ）参照）に第１、第２フープ層３１ａ、３１ｂ（図３Ｂ参照）が形成されており、さらに第２フープ層３１ｂ上に第３フープ層３１ｃ（図３Ｂ参照）が途中まで形成されている。強化繊維束３５の巻き付け速度が低下して、強化繊維束３５の張力が低下する前に第２フープ層３１ｂが形成されているため、矢印Ｆ１（図３（Ｂ）参照）に示すように第２フープ層３１ｂの強化繊維束３５による第１フープ層３１ａの強化繊維束３５に対する押え込みが緩むことがない。

また、張力をかけてフープ巻きを実施しても、強化繊維束３５の切断後に時間の経過と共に、強化繊維束３５の巻き終わり位置３５ｂを起点にして巻き始め位置３５ａ側に向かって徐々に張力が低下し始める。このため、ライナ１１の軸方向における第３フープ層３１ｃの長さは、強化繊維束３５の切断後に巻き終わり位置３５ｂを起点にして強化繊維束３５の切断前よりも張力低下が生じる長さ以上確保されている。これにより、強化繊維束３５の切断後の第２フープ層３１ｂの強化繊維束３５の張力低下が防止されて、第２フープ層３１ｂの強化繊維束３５による第１フープ層３１ａの強化繊維束３５に対する押え込みが緩むことが防止される。なお、フープ巻き終了後に強化繊維束３５の巻き終わり位置３５ｂを起点にして張力低下が生じる長さは、過去データ等から実験的、経験的又は理論的に求められた値が使用される。

例えば、強化繊維束３５としてエポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維束を使用した場合、ガラス繊維束の巻き付け後の放置時間と低張力部位３６の幅は図４に示すような比例関係を有している。図４に示す例では、強化繊維束３５の切断時から２４時間の経過時に、ライナ１１の軸方向において第３フープ層３１ｃの強化繊維束３５の巻き終わり位置３５ｂから少なくとも７０［ｍｍ］の長さの範囲の張力が低下して低張力部位３６になっている。すなわち、フープ巻き終了後の２４時間以内にエポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維束の巻き終わり位置３５ｂを起点にして張力が生じる長さは７０［ｍｍ］である。このため、２４時間以内に次工程において処理が実施される場合であれば、ライナ１１の軸方向において第３フープ層３１ｃの長さは７０［ｍｍ］以上確保されることが好ましい。ここでは、切断によって強化繊維束３５の張力が低下する長さがライナ１１の軸方向の長さによって示されているが、強化繊維束３５の巻き付け長によって示されてもよい。

このように、本実施形態に係る高圧タンク１０の製造方法では、巻き付け速度の低下による強化繊維束３５の張力低下だけでなく、切断後の強化繊維束３５の張力低下が考慮されている。すなわち、強化繊維束３５の巻き始め位置３５ａからフープ巻きを開始して、強化繊維束３５の巻き付け位置を円筒部１７に対して軸方向に１往復させてフープ巻きした後に、巻き付け速度を落とすことなく巻き始め位置３５ａを越えてフープ巻きを継続する。さらに、この巻き始め位置３５ａを越えてフープ巻きされる強化繊維束３５の長さが、フープ巻き終了後に強化繊維束３５の巻き終わり位置３５ｂを起点にして張力が低下する長さ以上になっている。これにより、フープ巻き時のボイド４１（図２（Ｂ）参照）の発生が抑えられている。

また、強化繊維束３５の巻き終わり形状がフラット形状になっており、保護層１３の表面に凸部４２（図２（Ｂ）参照）が形成されない。さらに、隣り合う強化繊維束３５のピッチが、強化繊維束３５の最小幅寸法と同じ大きさであり、隣り合う強化繊維束３５の隙間４３（図２（Ｂ）参照）の発生が抑えられている。なお、最小幅寸法とは強化繊維束３５の公称幅寸法に対してバラツキが生じる幅寸法のうち最小の幅寸法である。よって、保護層１３の表面に凸部４２が形成されず、保護層１３内のボイド４１及び隙間４３の発生が抑えられることで、ボイド４１、凸部４２、隙間４３に起因した保護層１３のクラック４４ａ−４４ｃ（図２（Ｂ）参照）が減少して保護層１３の強度が向上される。

［比較例に係る高圧タンクの製造方法について］
一方で、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の比較例に示すように、アイクチ４５の移動軌跡上に強化繊維束３５の巻き付けが開始される開始位置Ａと、円筒部１７の両端において強化繊維束３５の巻き付け動作が折り返される折り返し位置Ｂ、Ｃとが設定されている。比較例においては、開始位置Ａは強化繊維束３５の巻き付けが終了される終了位置にもなっている。この場合、開始位置Ａから折り返し位置Ｂ、Ｃを通って再び開始位置Ａにアイクチ４５が移動する間に、ヘリカル層３０の外面に強化繊維束３５が巻き付けられて第１、第２フープ層３１ａ、３１ｂが形成される。

アイクチ４５が開始位置Ａに戻ると、開始位置Ａにおいて強化繊維束３５が重ね巻きされて強化繊維束３５の巻き終わり形状が凸形状に形成される。開始位置Ａでの強化繊維束３５の重ね巻きが終わると、フープ巻きが終了したとして強化繊維束３５が切断される。このとき、アイクチ４５が開始位置Ａに戻る前から強化繊維束３５の巻き付け速度が低下し始めており、巻き付け速度の低下によって強化繊維束３５の張力が低下する。強化繊維束３５の巻き終わり位置３５ｂ付近が低張力部位３６であるため、第１フープ層３１ａの強化繊維束３５の巻き始め位置３５ａ付近が低張力部位３６に押え込まれている。

図５（Ｃ）では、実線Ｗ３によってアイクチ４５の移動位置が示されており、実線Ｗ４によって強化繊維束３５の張力の変化が示されている。実線Ｗ３の傾きは、強化繊維束３５の巻き付け速度を示しており、アイクチ４５が開始位置Ａから折り返し位置Ｂを介して折り返し位置Ｃに移動するまでの間は強化繊維束３５の巻き付け速度が低下していない。このため、強化繊維束３５の巻き付け速度の低下に起因した張力低下が発生せず、強化繊維束３５の張力が１４０［Ｎ］−１５０［Ｎ］に維持された状態でヘリカル層３０に対するフープ巻きが継続されている。

さらに、アイクチ４５が折り返し位置Ｃから開始位置Ａに向かう途中で、強化繊維束３５の巻き付け速度が低下して強化繊維束３５の張力が低下し始める。この時点で、ライナ１１の円筒部１７には第１フープ層３１ａが形成されており、さらに第１フープ層３１ａ上に第２フープ層３１ｂが途中まで形成されている。すなわち、第２フープ層３１ｂが形成し終わる前に、強化繊維束３５の巻き付け速度が低下して強化繊維束３５の張力が低下している。このため、矢印Ｆ２（図５（Ｂ）参照）に示すように、第２フープ層３１ｂの強化繊維束３５の低張力部位３６によって第１フープ層３１ａの強化繊維束３５が十分に押え込まれない部位が発生する。

また、強化繊維束３５の切断後には、時間の経過と共に強化繊維束３５の巻き終わり位置３５ｂを起点にして巻き始め位置３５ａ側に向かって張力が低下している（図４参照）。このように、比較例においては、巻き付け速度の低下に起因した強化繊維束３５の張力低下だけでなく、切断後の強化繊維束３５の張力低下についても考慮されていない。よって、強化繊維束３５の低張力部位３６によって第１フープ層３１ａの強化繊維束３５の巻き始め位置３５ａ付近が押え込まれ、巻き始め位置３５ａ付近にボイド４１が発生し易くなっている。

上記したように、強化繊維束３５の巻き付け終了時に、アイクチ４５が開始位置Ａに位置付けられたまま低張力部位３６が重ね巻きされて、強化繊維束３５の巻き終わり形状が凸形状に形成されている。さらに、隣り合う強化繊維束３５のピッチが、強化繊維束３５の公称幅寸法と同じ大きさであり、隣り合う強化繊維束３５に隙間４３（図２（Ｂ）参照）が発生する。よって、保護層１３の表面に凸部４２（図２（Ｂ）参照）が形成され、保護層１３内にボイド４１及び隙間４３が生じ易いため、ボイド４１、凸部４２、隙間４３に起因した保護層１３のクラック４４ａ−４４ｃ（図２（Ｂ）参照）が増加して保護層１３の強度が悪化する。

以上のように、本実施形態の高圧タンク１０の製造方法では、強化繊維束３５の巻き付け位置が円筒部１７に対して軸方向に１往復されてフープ巻きされた後に、さらに巻き始め位置を越えて十分な長さの強化繊維束３５が継続してフープ巻きされている。強化繊維束３５の巻き終わり位置３５ｂから十分に離間した部位によって強化繊維束３５の巻き始め位置３５ａ付近が押え込まれるため、フープ巻き終了後に強化繊維束３５の巻き終わり位置３５ｂ付近の張力が低下しても、巻き始め位置３５ａ付近に対する押え込みが緩むことがない。よって、強化繊維束３５の巻き始め位置３５ａ付近にボイド４１が残り難くなっている。また、上記したように、保護層１３には凸部４２が形成されず、隣り合う強化繊維束３５の間の隙間４３の発生が抑えられている。よって、保護層１３内のクラック４４ａ−４４ｃを減らして保護層１３の剥離を防止することができる。

［クラックの評価］
続いて、図６を参照して、本実施形態及び比較例に係る製造方法によって製造した高圧タンクのクラックの評価について説明する。図６は、高圧タンクのクラックの評価の説明図であり、（Ａ）がクラックの測定位置を示し、（Ｂ）が測定結果を示している。なお、図６（Ｂ）では、左側のデータ系列が比較例に係る製造方法によって製造した高圧タンクのクラック数、右側のデータ系列が本実施形態に係る製造方法によって製造した高圧タンクのクラック数を示している。

本発明者は、本実施形態及び比較例に係る製造方法によって製造した高圧タンクをそれぞれ用意し、各高圧タンクに対して圧力の昇降を繰り返して、保護層の疲労によるクラックの発生を確認した。また、本実施形態及び比較例に係る高圧タンクの製造方法のフープ巻きを以下の条件で実施した。なお、フープ巻きの終了動作に入る前の強化繊維束の平均張力を１５０［Ｎ］とした。
＜本実施形態に係る高圧タンクの製造方法＞
フープ巻き開始位置：ライナの一端から軸方向内側に３９６［ｍｍ］
フープ巻き終了位置：ライナの一端から軸方向内側に２５０［ｍｍ］
強化繊維束の幅寸法：５±２［ｍｍ］
強化繊維束の巻き付けピッチ：３［ｍｍ］
強化繊維束の巻き終わり形状：フラット形状
＜比較例に係る高圧タンクの製造方法＞
フープ巻き開始位置：ライナの一端から軸方向内側に３９６［ｍｍ］
フープ巻き終了位置：ライナの一端から軸方向内側に３９６［ｍｍ］
強化繊維束の幅寸法：５±２［ｍｍ］
強化繊維束の巻き付けピッチ：５［ｍｍ］
強化繊維束の巻き終わり形状：凸形状

また、図６（Ａ）に示すように、高圧タンクの軸方向に測定位置ａ−ｗを設定し、各測定位置ａ−ｗのクラック数を測定した。この結果、図６（Ｂ）に示すような測定結果が得られた。本実施形態に係る高圧タンクの製造方法は、フープ巻き開始位置は測定位置ｆであり、フープ巻き終了位置は測定位置ｃである。測定位置ｆの右側のデータ系列に示すようにフープ巻き開始位置のクラック数は２、測定位置ｃの右側のデータ系列に示すようにフープ巻き終了位置のクラック数は６であった。一方、比較例に係る高圧タンクの製造方法は、フープ巻き開始位置及び終了位置は共に測定位置ｆであり、測定位置ｆの左側のデータ系列に示すようにフープ巻き終了位置のクラック数は１０であった。このように、本実施形態に係る高圧タンクの製造方法では、フープ巻き開始位置及び終了位置のクラック数が減少することが確認された。なお、各フープ巻き終了位置のボイド数を確認したところ、本実施形態に係る製造方法によって製造した高圧タンクのフープ巻き終了位置のボイド数は５個、比較例に係る製造方法によって製造した高圧タンクのフープ巻き終了位置のボイド数は１２個であった。

さらに、ライナ１１の各測定位置ａ−ｗにおいて、右側のデータ系列に示すクラック数が、左側のデータ系列に示すクラック数よりも少ない。本実施形態に係る製造方法によって製造した高圧タンクのクラック数は、比較例に係る製造方法によって製造した高圧タンクのクラック数よりも全体的に減少することが確認された。これは、本実施形態に係る製造方法によって製造した高圧タンクの巻き付けピッチが、比較例に係る製造方法によって製造した高圧タンクの巻き付けピッチよりも狭く、隣り合う強化繊維束の間の隙間が減少したからだと考えられる。以上のように、本実施形態に係る高圧タンクの製造方法によれば、比較例に係る高圧タンクの製造方法に比べて、クラック数を減らして高圧タンクの強度を向上できることが確認された。

なお、本実施形態では、強化繊維束３５の巻き付け位置を円筒部１７に対して軸方向に１往復させてフープ巻きした後に、強化繊維束３５の巻き始め位置３５ａを越えてフープ巻きが継続される構成にしたが、この構成に限定されない。強化繊維束３５の巻き付け位置を円筒部１７に対して軸方向に少なくとも１往復させてフープ巻きした後に、強化繊維束３５の巻き始め位置３５ａを越えてフープ巻きが継続される構成であればよい。例えば、強化繊維束３５の巻き付け位置を円筒部１７の軸方向に２往復させてフープ巻きしてもよい。

また、本実施形態では、隣り合う強化繊維束３５のピッチが、強化繊維束３５の最小幅寸法と同じ大きさである構成にしたが、この構成に限定されない。本実施形態に係る高圧タンクの製造方法では、少なくともボイドに起因したクラックを減少できればよく、隣り合う強化繊維束３５のピッチが、強化繊維束３５の公称幅寸法と同じ大きさでもよい。

また、本実施形態では、強化繊維束が帯状に形成されたが、この構成に限定されない。強化繊維束は、未硬化樹脂が含浸された複数の強化繊維が繊維方向を揃えて纏められていればよい。

また、本実施形態について説明したが、他の実施形態として実施形態および変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。さらに、本開示の技術は本実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩または派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方によって実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

１０：高圧タンク、１１：ライナ、１３：保護層、１７：円筒部、３１：フープ層、３５：強化繊維束、３５ａ：巻き始め位置、３５ｂ：巻き終わり位置、ＣＸ：回転軸

Claims (1)

1. 円筒部を有するライナの軸方向に強化繊維束の巻き付け位置を往復移動しながら、フープ巻きによって前記円筒部に強化繊維束を巻き重ねてフープ層を形成する高圧タンクの製造方法であって、
   前記強化繊維束の巻き始め位置からフープ巻きを開始して、前記強化繊維束の巻き付け位置を前記円筒部に対して軸方向に少なくとも１往復させた後に前記巻き始め位置を越えてフープ巻きを継続し、当該巻き始め位置を越えてフープ巻きされる前記強化繊維束の長さが、フープ巻き終了後に前記強化繊維束の巻き終わり位置を起点にして張力が低下する長さ以上であることを特徴とする高圧タンクの製造方法。

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