JP2020159474A - ガスタンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工数を削減することができるガスタンクの製造方法を提供する。【解決手段】ガスタンクの製造方法は、ライナー１０と、ライナー１０の外周に交互に積層されたトウプリプレグ層２０及びブロック層３０とを備えるものを製造する方法である。該ガスタンクの製造方法では、トウプリプレグ層２０を形成するトウプリプレグ２０Ａの表面にブロック層３０を設けてブロック層付きトウプリプレグ６０を作製し、作製したブロック層付きトウプリプレグ６０をライナー１０の外周に巻き付ける。【選択図】図３

Description

本発明は、ライナーと、ライナーの外周に交互に積層されたトウプリプレグ層及びブロック層とを備えるガスタンクの製造方法に関する。

水素タンク等のガスタンクとして、中空容器であるライナーと、ライナーの外周に交互に積層されたトウプリプレグ層及びブロック層とを備えるものが知られている。このようなガスタンクは、例えば下記特許文献１に記載のように、フィラメントワインディング（ＦＷ）法でトウプリプレグ等の材料からなる樹脂含浸繊維層とブロック層とをライナーの外周に交互に積層した後に、樹脂を熱硬化させることによって製造されている。

特開２００８−２３８４９１号公報

しかし、上述した製造方法では、樹脂含浸繊維層とブロック層とを交互に積層するにあたり、樹脂含浸繊維層を形成するためのボビンと、ブロック層を形成するためのボビンを一層毎に交換する必要があるので、工数が多くかかる問題があった。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、工数を削減することができるガスタンクの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガスタンクの製造方法は、ライナーと、前記ライナーの外周に交互に積層されたトウプリプレグ層及びブロック層とを備えるガスタンクの製造方法であって、前記トウプリプレグ層を形成するトウプリプレグの表面にブロック層を設けてブロック層付きトウプリプレグを作製し、作製した前記ブロック層付きトウプリプレグを前記ライナーの外周に巻き付けることを特徴としている。

本発明に係るガスタンクの製造方法では、トウプリプレグ層を形成するトウプリプレグの表面にブロック層を設けてブロック層付きトウプリプレグを事前に作製し、作製したブロック層付きトウプリプレグをライナーの外周に巻き付けることにより、ライナーの外周にトウプリプレグ層及びブロック層を交互に積層することができる。このため、ブロック層付きトウプリプレグが巻回されたボビン一つで巻き付け作業に対応することができるので、従来のように一層毎にボビンを交換する作業がなくなり、工数を削減することができる。

本発明によれば、工数を削減することができる。

ガスタンクの構造を示す断面図である。 図１のＩＩ部分の拡大模式図である。 トウプリプレグの表面にブロック層を形成することを示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明に係るガスタンクの製造方法の実施形態について説明するが、その前に図１及び図２を基にガスタンクの構造を説明する。

[ガスタンクについて]
図１はガスタンクの構造を示す断面図であり、図２は図１のＩＩ部分の拡大模式図である。ガスタンク１は、例えば燃料電池車両に搭載される水素タンクであり、内部に水素ガスを貯留するための貯留空間を有するライナー１０と、該ライナー１０の外周に交互に積層された複数のトウプリプレグ層２０及びブロック層３０とを備えている。

ライナー１０は、水素ガスに対するガスバリア性を有しており、略円筒状の胴体部１１と、胴体部１１の軸方向の両端に設けられた略半球状のドーム部１２とを有する中空の容器である。２つのドーム部１２の頂部には開口部がそれぞれ形成され、これらの開口部の一方にバルブ側口金１３、他方にエンド側口金１４が内挿されている。

このライナー１０は、例えば、ポリエチレンやナイロン等の樹脂部材を用いて回転・ブロー成形法によって一体的に形成されている。また、ライナー１０は、樹脂部材に代えてアルミニウム等の軽金属によって形成されても良い。更に、ライナー１０は、回転・ブロー成形法のような一体成形の製造方法に代えて、射出・押出成形等により複数に分割された部材を接合することにより形成されても良い。

トウプリプレグ層２０及びブロック層３０は、ライナー１０に強度を付与する補強層である。図２に示すように、トウプリプレグ層２０は、熱硬化性樹脂２２を含浸させた繊維２１を、ライナー１０又はブロック層３０の外周に巻き付けることによって形成されている。

繊維２１としては、例えば、金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、といった無機繊維や、アラミド繊維等の合成有機繊維や、綿等の天然有機繊維が用いられる。これらの繊維は、単独で使用しても良いし、混合して（混繊として）使用しても良い。本実施形態においては、繊維２１として炭素繊維が用いられる。また、熱硬化性樹脂２２としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。本実施形態においては、熱硬化性エポキシ樹脂が用いられる。

一方、ブロック層３０は、トウプリプレグ層２０の繊維２１間から染み出そうとする未硬化の熱硬化性樹脂２２をブロックする機能を有し、トウプリプレグ層２０を覆うようにトウプリプレグ層２０の外側に配置されている。このブロック層３０は、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂によって形成されている。ここで、ブロック層３０は、トウプリプレグ層２０に用いられた樹脂よりも硬化前の粘度の高い熱硬化性樹脂により形成されることが好ましい。一例として、例えば２５℃で硬化前の粘度が３０Ｐａ・ｓ以上の熱硬化性樹脂が用いられる。

トウプリプレグ層２０は、例えば１００〜２００μｍの厚さを有し、ブロック層３０は例えば１０〜５０μｍの厚さを有するようにそれぞれ形成されている。

[ガスタンクの製造方法について]
以上の構造を有するガスタンク１の製造方法は、ブロック層付きトウプリプレグ６０を作製する第１工程と、作製したブロック層付きトウプリプレグ６０をライナー１０の外周に巻き付ける第２工程と、巻き付けられたブロック層付きトウプリプレグ６０を熱硬化する第３工程とを含む。

第１工程では、トウプリプレグ層２０を形成するための帯状のトウプリプレグ２０Ａの表面にブロック層３０を設けることにより、ブロック層付きトウプリプレグ６０を作製する。具体的には、図３に示すように、金属製の搬送ロール４０で搬送されるトウプリプレグ２０Ａに対し、搬送ロール４０を通過するトウプリプレグ２０Ａに塗工機５０で所定量の熱硬化性樹脂を塗工し、トウプリプレグ２０Ａの表面にブロック層３０を形成する。

本実施形態では、熱硬化性樹脂の塗工作業は、以下の理由により、トウプリプレグ２０Ａが搬送ロール４０を通過する際に行われる。すなわち、帯状のトウプリプレグ２０Ａが薄く、且つ下方からの支えがないので、トウプリプレグ２０Ａが不安定の状態になりやすい。このような不安定の状態で熱硬化性樹脂が塗工されると、形成されるブロック層３０の厚さにばらつきが生じやすい。一方、トウプリプレグ２０Ａが搬送ロール４０を通過する際に搬送ロール４０によって支えられるので、比較的に安定した状態になる。そして、安定した状態で熱硬化性樹脂が塗工されると、形成されるブロック層３０の厚さのばらつきを低減することができる。

続いて、作製されたブロック層付きトウプリプレグ６０を、ボビン６１に巻き取ることでブロック層付きトウプリプレグ巻回体を作製する。

第２工程では、フィラメントワインディング装置（図示せず）を用いて、ブロック層付きトウプリプレグ巻回体からブロック層付きトウプリプレグ６０を繰り出しながらライナー１０の外周に巻き付ける。ブロック層付きトウプリプレグ６０の巻き付け方法は、特に限定されず、例えばフープ巻き、ヘリカル巻き、又はこれらの組み合わせであっても良い。

そして、ブロック層付きトウプリプレグ６０の巻き付けによって、ライナー１０の外周には複数のトウプリプレグ層２０及びブロック層３０が積層されることになる。

第３工程では、外周に複数のトウプリプレグ層２０及びブロック層３０が積層されたライナー１０を熱硬化炉に入れて、例えば１５０℃程度の温度で加熱し、トウプリプレグ層２０中の熱硬化性樹脂２２と、ブロック層３０を形成する熱硬化性樹脂とを熱硬化させる。これによって、ガスタンク１が製造される。

本実施形態に係るガスタンク１の製造方法では、トウプリプレグ層２０を形成するトウプリプレグ２０Ａの表面にブロック層３０を設けてブロック層付きトウプリプレグ６０を事前に作製し、作製したブロック層付きトウプリプレグ６０をライナー１０の外周に巻き付けることにより、ライナー１０の外周にトウプリプレグ層２０及びブロック層３０を交互に積層することができる。このため、ブロック層付きトウプリプレグ６０が巻回されたボビン一つで巻き付け作業に対応することができるので、従来のように一層毎にボビンを交換する作業がなくなり、工数を削減することができる。

また、ブロック層３０が、トウプリプレグ層２０の繊維２１間から染み出そうとする未硬化の熱硬化性樹脂２２をブロックするように、トウプリプレグ層２０の外側に配置されるので、熱硬化性樹脂２２の染み出しを抑制することができる。その結果、樹脂の染み出しによって補強層厚さ方向（すなわち、トウプリプレグ層２０とブロック層３０との積層方向）に生じたＶｆ（繊維体積含有率）の差を低減することができ、ガスタンクの強度のばらつきを低減することができる。

なお、本願発明者は、本実施形態に係るガスタンクの製造方法で発明品を作製し、作製した発明品についてバースト試験強度のばらつき（ＣＶ値（％））を調べた。また、比較のために、本願発明者は、ＦＷ法で炭素繊維と熱硬化性樹脂とからなるトウプリプレグをライナーに巻き付けて熱硬化炉で樹脂を熱硬化させることで高圧タンク（従来品）を作製し、作製した従来品についても発明品と同様にバースト試験強度のばらつき（ＣＶ値（％））を調べた。その結果を表１に示す。表１から、従来品と比べて、発明品のバースト試験強度のばらつきが低減できたことが分かる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１ ガスタンク
１０ ライナー
２０ トウプリプレグ層
２０Ａ トウプリプレグ
２１ 繊維
２２ 熱硬化性樹脂
３０ ブロック層
４０ 搬送ロール
５０ 塗工機
６０ ブロック層付きトウプリプレグ
６１ ボビン

Claims (1)

1. ライナーと、前記ライナーの外周に交互に積層されたトウプリプレグ層及びブロック層とを備えるガスタンクの製造方法であって、
   前記トウプリプレグ層を形成するトウプリプレグの表面にブロック層を設けてブロック層付きトウプリプレグを作製し、作製した前記ブロック層付きトウプリプレグを前記ライナーの外周に巻き付けることを特徴とするガスタンクの製造方法。

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