JP2021146725A - Method of producing high-pressure tank, and high-pressure tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスを収容するライナーと、ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層とを備えた高圧タンクおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a high-pressure tank provided with a liner for accommodating gas and a reinforcing layer made of a fiber-reinforced resin covering the outer surface of the liner, and a method for manufacturing the same.
従来、水素等の貯蔵・供給に用いられる高圧タンクとして、タンク本体と、そのタンク本体の長手方向の開口端部に取り付けられた口金とを備えているタンクが知られている。タンク本体は、例えば、水素ガスを気密保持するためのライナーと、その外面を樹脂が含浸された繊維束で巻き付けて補強した補強層と、を含んでいる。 Conventionally, as a high-pressure tank used for storing and supplying hydrogen and the like, a tank having a tank main body and a mouthpiece attached to an open end in the longitudinal direction of the tank main body is known. The tank body includes, for example, a liner for keeping hydrogen gas airtight, and a reinforcing layer whose outer surface is reinforced by wrapping it with a fiber bundle impregnated with resin.
このように、ライナーと、その外面を覆う補強層と、補強層の端部に設けられる口金と、を備えた高圧タンクは、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1の高圧タンクは、ライナーと、その外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、補強層の端部に設けられる口金と、を備えている。口金は、水素ガスなどを充填および排出するためのガス流路を有する円筒状の突出部を有している。 As described above, a high-pressure tank including the liner, the reinforcing layer covering the outer surface thereof, and the base provided at the end of the reinforcing layer is disclosed in, for example, Patent Document 1. The high-pressure tank of Patent Document 1 includes a liner, a reinforcing layer made of a fiber reinforced resin covering the outer surface thereof, and a base provided at an end portion of the reinforcing layer. The base has a cylindrical protrusion having a gas flow path for filling and discharging hydrogen gas or the like.
ところで、高圧タンクの運搬や、高圧タンクを搭載した車両の燃費向上などの観点から、高圧タンクの軽量化を図ろうとした場合、口金に相当する部分を繊維強化樹脂にして軽量化することも想定される。 By the way, when trying to reduce the weight of the high-pressure tank from the viewpoint of transporting the high-pressure tank and improving the fuel efficiency of the vehicle equipped with the high-pressure tank, it is assumed that the part corresponding to the base is made of fiber reinforced plastic to reduce the weight. Will be done.
この場合、例えば、樹脂が含浸された繊維束を、ガス流路を有する円筒状の突出部が設けられたライナーなどの外面に、フィラメントワインディング法などにより巻回することによって、口金に相当する部分を有する補強層を形成することが考えられる。しかしながら、高圧タンクの内部は非常に高圧になり、突出部の先端に取り付けられるバルブには軸方向外側に大きな力が加わるため、突出部自体にも軸方向外側に大きな力が加わる。このとき、突出部において繊維束は螺旋状に巻回されているため、突出部の軸方向の引張強度を確保することは困難である。このため、突出部が損傷することが考えられる。 In this case, for example, a fiber bundle impregnated with resin is wound around an outer surface of a liner or the like provided with a cylindrical protrusion having a gas flow path by a filament winding method or the like, thereby corresponding to a base. It is conceivable to form a reinforcing layer having. However, the inside of the high-pressure tank becomes very high pressure, and a large force is applied to the valve attached to the tip of the protrusion in the axial direction, so that a large force is also applied to the protrusion itself in the axial direction. At this time, since the fiber bundle is spirally wound in the protruding portion, it is difficult to secure the axial tensile strength of the protruding portion. Therefore, it is possible that the protrusion is damaged.
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、高圧タンクの軽量化を図りながら、ガス流路を有する突出部が損傷するのを抑制することが可能な高圧タンクおよびその製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of these points, and is a high-pressure tank capable of suppressing damage to a protruding portion having a gas flow path while reducing the weight of the high-pressure tank, and a method for manufacturing the high-pressure tank. The challenge is to provide.
本発明に係る高圧タンクの製造方法は、ガスを収容するライナーと、前記ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、を備え、前記補強層は、筒部材と前記筒部材の両端に設けられる2つのドーム部材とが一体的に形成された層であり、一方の前記ドーム部材は、ドーム本体部と、前記ドーム本体部から突出するとともに、ガスを充填および排出するためのガス流路を有する円筒状の突出部とを含む、高圧タンクの製造方法であって、少なくとも前記一方のドーム部材を形成する工程を備え、前記少なくとも前記一方のドーム部材を形成する工程は、前記突出部の一部と前記ドーム本体部の一部とを形成するように、第1樹脂が含浸された第1繊維束を配置する工程と、前記第1繊維束を覆うように、第2樹脂が含浸された第2繊維束を配置する工程と、を含み、前記第1繊維束を配置する工程において、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うように、かつ、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続するように、前記第1繊維束を配置しながら、配置した前記第1繊維束に含浸された第1樹脂を固化し、前記第2繊維束を配置する工程において、前記第2繊維束の繊維方向が前記第1繊維束の繊維方向に対して交差するように、前記第2繊維束を配置する。 The method for manufacturing a high-pressure tank according to the present invention includes a liner for accommodating gas and a reinforcing layer made of a fiber-reinforced resin covering the outer surface of the liner, and the reinforcing layers are provided on a tubular member and both ends of the tubular member. It is a layer in which two dome members to be provided are integrally formed, and one of the dome members protrudes from the dome main body and the dome main body, and is a gas flow path for filling and discharging gas. A method for manufacturing a high-pressure tank including a cylindrical protrusion having A step of arranging the first fiber bundle impregnated with the first resin so as to form a part and a part of the dome main body portion, and a second resin impregnating so as to cover the first fiber bundle. In the step of arranging the first fiber bundle, which includes the step of arranging the second fiber bundle, the fiber direction of the protruding portion is along the axial direction of the protruding portion, and the protrusion is described as described above. In the step of arranging the first fiber bundle so as to be continuous to the dome main body, solidifying the first resin impregnated in the arranged first fiber bundle, and arranging the second fiber bundle, the first The second fiber bundle is arranged so that the fiber directions of the two fiber bundles intersect with the fiber direction of the first fiber bundle.
本発明の高圧タンクの製造方法によれば、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うように第1繊維束を配置する。これにより、突出部の軸方向の引張強度を確保することができる。また、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続するように前記第1繊維束を配置するとともに、前記第1繊維束を覆うように前記第2繊維束を配置する。これにより、第2繊維束が第1繊維束の移動を拘束し、突出部がドーム本体部から抜け出るのを防止することができる。また、第2繊維束の繊維方向が第1繊維束の繊維方向に対して交差するように第2繊維束を設けるので、軸方向の引張強度だけでなく、半径方向などの他の方向の引張強度も確保することができる。したがって、高圧タンクの内部が高圧になり、突出部に軸方向外側に大きな力が加わった場合であっても、突出部が損傷するのを抑制することができる。このため、口金を設ける必要がないので、高圧タンクを軽量化することができる。 According to the method for manufacturing a high-pressure tank of the present invention, the first fiber bundle is arranged in the protruding portion so that the fiber direction is along the axial direction of the protruding portion. Thereby, the tensile strength in the axial direction of the protruding portion can be secured. Further, the first fiber bundle is arranged so as to be continuous from the protruding portion to the dome main body portion, and the second fiber bundle is arranged so as to cover the first fiber bundle. As a result, the second fiber bundle restrains the movement of the first fiber bundle, and the protruding portion can be prevented from coming out of the dome main body portion. Further, since the second fiber bundle is provided so that the fiber direction of the second fiber bundle intersects the fiber direction of the first fiber bundle, not only the tensile strength in the axial direction but also the tension in other directions such as the radial direction. Strength can also be ensured. Therefore, even when the inside of the high-pressure tank becomes high pressure and a large force is applied to the protruding portion outward in the axial direction, it is possible to prevent the protruding portion from being damaged. Therefore, since it is not necessary to provide a base, the weight of the high-pressure tank can be reduced.
上記高圧タンクの製造方法において、好ましくは、前記第1樹脂は、熱可塑性樹脂からなり、前記第2樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、前記第1繊維束を配置する工程において、前記第1樹脂が軟化した状態で前記第1繊維束を配置しながら、配置した前記第1繊維束に含浸された第1樹脂が固化し、前記第2繊維束を配置する工程において、前記第2樹脂が未硬化の状態で前記第2繊維束を配置した後、前記第2樹脂を加熱して硬化させる。このように、第1繊維束に含浸される第1樹脂を熱可塑性樹脂にすることによって、第1樹脂が軟化された状態で第1繊維束を例えばマンドレルやライナーの表面に配置することにより、第1繊維束の熱がマンドレルやライナーに奪われ、第1繊維束に含浸された樹脂が固化する。これにより、第1樹脂が固化した状態の第1繊維束上に第2繊維束を配置することになる。このため、第2繊維束を配置する際に第1繊維束が撓んだり位置ズレしたりすることがないので、突出部の軸方向の引張強度が低下するのを抑制することができる。また、第2繊維束に含浸される第2樹脂を熱硬化性樹脂にすることによって、第2樹脂を硬化した後の突出部の機械的強度を容易に向上させることができる。 In the method for manufacturing the high-pressure tank, preferably, the first resin is made of a thermoplastic resin, the second resin is made of a thermocurable resin, and in the step of arranging the first fiber bundle, the first resin is used. In the step of arranging the first fiber bundle in a softened state, the first resin impregnated in the arranged first fiber bundle is solidified, and the second fiber bundle is arranged, the second resin is used. After arranging the second fiber bundle in an uncured state, the second resin is heated and cured. In this way, by making the first resin impregnated in the first fiber bundle into a thermoplastic resin, the first fiber bundle is arranged on the surface of a mandrel or a liner, for example, in a softened state. The heat of the first fiber bundle is taken away by the mandrel and the liner, and the resin impregnated in the first fiber bundle solidifies. As a result, the second fiber bundle is arranged on the first fiber bundle in the state where the first resin is solidified. Therefore, when the second fiber bundle is arranged, the first fiber bundle does not bend or shift in position, so that it is possible to suppress a decrease in the axial tensile strength of the protruding portion. Further, by changing the second resin impregnated in the second fiber bundle to a thermosetting resin, the mechanical strength of the protruding portion after the second resin is cured can be easily improved.
この場合、好ましくは、前記2つのドーム部材を形成する際に、前記ドーム部材のうち前記ガスに接触する面を前記第1繊維束により形成する。熱可塑性樹脂はガスバリア性を有するため、ドーム部材のうちガスに接触する面を熱可塑性樹脂が含浸された第1繊維束により形成することによって、ドーム部材の内面に沿ってライナー(のドーム状の両端部)を設ける必要がない。これにより、高圧タンクをさらに軽量化することができる。 In this case, preferably, when forming the two dome members, the surface of the dome members in contact with the gas is formed by the first fiber bundle. Since the thermoplastic resin has a gas barrier property, the surface of the dome member that comes into contact with the gas is formed by the first fiber bundle impregnated with the thermoplastic resin, so that the liner (dome-shaped) is formed along the inner surface of the dome member. It is not necessary to provide both ends). This makes it possible to further reduce the weight of the high-pressure tank.
本発明に係る高圧タンクは、ガスを収容するライナーと、前記ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、を備え、前記補強層は、筒部材と前記筒部材の両端に設けられる2つのドーム部材とが一体的に形成された層であり、一方の前記ドーム部材は、ドーム本体部と、前記ドーム本体部から突出するとともに、ガスを充填および排出するためのガス流路を有する突出部とを含む、高圧タンクであって、前記ドーム本体部および前記突出部は、第1樹脂が含浸された第1繊維束と第2樹脂が含浸された第2繊維束とによって形成されており、前記第1繊維束は、前記突出部の一部および前記ドーム本体部の一部を構成しており、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うとともに、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続して配置されており、前記第2繊維束は、前記第1繊維束を覆うとともに、前記第2繊維束の繊維方向が前記第1繊維束の繊維方向に対して交差するように配置されている。 The high-pressure tank according to the present invention includes a liner for accommodating gas and a reinforcing layer made of a fiber-reinforced resin covering the outer surface of the liner, and the reinforcing layers are provided on a tubular member and both ends of the tubular member. A layer in which one dome member is integrally formed, and one of the dome members protrudes from the dome main body portion and the dome main body portion and has a gas flow path for filling and discharging gas. A high-pressure tank including a portion, the dome main body portion and the protruding portion are formed by a first fiber bundle impregnated with a first resin and a second fiber bundle impregnated with a second resin. The first fiber bundle constitutes a part of the protruding portion and a part of the dome main body portion, and the fiber direction of the protruding portion is along the axial direction of the protruding portion, and the protruding portion is used as described. The second fiber bundle is continuously arranged up to the dome main body portion, and the second fiber bundle covers the first fiber bundle, and the fiber direction of the second fiber bundle intersects with the fiber direction of the first fiber bundle. It is arranged like this.
本発明の高圧タンクによれば、第1繊維束は、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うように配置されている。これにより、突出部の軸方向の引張強度を確保することができる。また、第1繊維束は、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続するように配置されており、第2繊維束は、第1繊維束を覆うように配置されている。これにより、第2繊維束が第1繊維束の移動を拘束し、突出部がドーム本体部から抜け出るのを防止することができる。また、第2繊維束の繊維方向が第1繊維束の繊維方向に対して交差するように第2繊維束を設けるので、軸方向の引張強度だけでなく、半径方向などの他の方向の引張強度も確保することができる。したがって、高圧タンクの内部が高圧になり、突出部に軸方向外側に大きな力が加わった場合であっても、突出部が損傷するのを抑制することができる。このため、口金を設ける必要がないので、高圧タンクを軽量化することができる。 According to the high-pressure tank of the present invention, the first fiber bundle is arranged in the protruding portion so that the fiber direction is along the axial direction of the protruding portion. Thereby, the tensile strength in the axial direction of the protruding portion can be secured. Further, the first fiber bundle is arranged so as to be continuous from the protruding portion to the dome main body portion, and the second fiber bundle is arranged so as to cover the first fiber bundle. As a result, the second fiber bundle restrains the movement of the first fiber bundle, and the protruding portion can be prevented from coming out of the dome main body portion. Further, since the second fiber bundle is provided so that the fiber direction of the second fiber bundle intersects the fiber direction of the first fiber bundle, not only the tensile strength in the axial direction but also the tension in other directions such as the radial direction. Strength can also be ensured. Therefore, even when the inside of the high-pressure tank becomes high pressure and a large force is applied to the protruding portion outward in the axial direction, it is possible to prevent the protruding portion from being damaged. Therefore, since it is not necessary to provide a base, the weight of the high-pressure tank can be reduced.
上記高圧タンクにおいて、好ましくは、前記第1樹脂は、熱可塑性樹脂からなり、前記第2樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、前記ドーム部材のうち前記ガスに接触する面は、前記第1繊維束により形成されている。熱可塑性樹脂はガスバリア性を有するため、ドーム部材のうちガスに接触する面を熱可塑性樹脂が含浸された第1繊維束により形成することによって、ドーム部材の内面に沿ってライナー(のドーム部)を設ける必要がない。これにより、高圧タンクをさらに軽量化することができる。また、第2繊維束に含浸される第2樹脂を熱硬化性樹脂にすることによって、突出部の機械的強度を容易に向上させることができる。 In the high-pressure tank, preferably, the first resin is made of a thermoplastic resin, the second resin is made of a thermosetting resin, and the surface of the dome member in contact with the gas is the first fiber. It is formed by bundles. Since the thermoplastic resin has a gas barrier property, the liner (dome portion) along the inner surface of the dome member is formed by forming the surface of the dome member in contact with the gas with the first fiber bundle impregnated with the thermoplastic resin. There is no need to provide. This makes it possible to further reduce the weight of the high-pressure tank. Further, by making the second resin impregnated in the second fiber bundle a thermosetting resin, the mechanical strength of the protruding portion can be easily improved.
上記高圧タンクの製造方法は、好ましくは、前記第1繊維束を配置する工程において、内周面に雌ねじを有するインサートの外周に前記第1繊維束を配置する。これにより、ドーム部材の突出部の内側にインサートを配置することができ、外周面に雄ねじを有するバルブをインサートの内周面の雌ねじに螺合させ、突出部にバルブを取り付けることができる。このような構成により、高圧タンクの内圧がバルブに作用して突出部に高圧タンクの軸方向外側への引張力が作用しても、特定の部分に対する応力集中を回避することができ、ライナーの損傷を防止することができる。なお、第1繊維束は、インサートの外周に配置した第2繊維束の外周に配置して、さらにその外周に第2繊維束を配置することで、第2繊維束の間の中間層に配置してもよい。この場合、第1繊維束の両面を第2繊維束に接着させることができる。 In the method for manufacturing the high-pressure tank, preferably, in the step of arranging the first fiber bundle, the first fiber bundle is arranged on the outer periphery of the insert having the female thread on the inner peripheral surface. Thereby, the insert can be arranged inside the protruding portion of the dome member, and the valve having the male screw on the outer peripheral surface can be screwed into the female screw on the inner peripheral surface of the insert, and the valve can be attached to the protruding portion. With such a configuration, even if the internal pressure of the high-pressure tank acts on the valve and the axially outward tensile force of the high-pressure tank acts on the protruding portion, stress concentration on a specific part can be avoided, and the liner can be used. Damage can be prevented. The first fiber bundle is arranged on the outer periphery of the second fiber bundle arranged on the outer periphery of the insert, and further, by arranging the second fiber bundle on the outer periphery thereof, the first fiber bundle is arranged in the intermediate layer between the second fiber bundles. May be good. In this case, both sides of the first fiber bundle can be adhered to the second fiber bundle.
上記高圧タンクにおいて、好ましくは、前記突出部の内側に筒状のインサートが配置され、前記インサートは、内周面に雌ねじを有する。これにより、外周面に雄ねじを有するバルブをインサートの内周面の雌ねじに螺合させ、突出部にバルブを取り付けることができる。このような構成により、高圧タンクの内圧がバルブに作用して突出部に高圧タンクの軸方向の外側へ向けた引張力が作用しても、特定の部分に対する応力集中を回避することができ、ライナーの損傷を防止することができる。 In the high pressure tank, preferably, a cylindrical insert is arranged inside the protrusion, and the insert has a female screw on the inner peripheral surface. As a result, the valve having a male thread on the outer peripheral surface can be screwed into the female thread on the inner peripheral surface of the insert, and the valve can be attached to the protruding portion. With such a configuration, even if the internal pressure of the high-pressure tank acts on the valve and a tensile force acting outward in the axial direction of the high-pressure tank acts on the protruding portion, stress concentration on a specific portion can be avoided. Damage to the liner can be prevented.
本発明によれば、高圧タンクの軽量化を図りながら、ガス流路を有する突出部が損傷するのを抑制することが可能な高圧タンクおよびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a high-pressure tank and a method for manufacturing the high-pressure tank, which can suppress damage to a protrusion having a gas flow path while reducing the weight of the high-pressure tank.
(第1実施形態)
以下、図面を参照して、本発明の第1実施形態に係る高圧タンク10の製造方法について説明するが、その前に高圧タンク10の構成について簡単に説明する。以下では、高圧タンク10を、燃料電池車両に搭載される高圧の水素ガスが充填されるタンクとして説明するが、その他の用途についても適用することができる。また、高圧タンク10に充填可能なガスとしては、高圧の水素ガスに限定されない。
(First Embodiment)
Hereinafter, the method for manufacturing the high-
図1に示すように、高圧タンク10は、両端がドーム状に丸みを帯びた略円筒形状の高圧ガス貯蔵容器である。高圧タンク10は、ガスバリア性を有するライナー11と、ライナー11の外面を覆う繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂層12と、を備える。繊維強化樹脂層12は、ライナー11の外面を覆う補強層としての補強体20と、補強体20の外面を覆う外側補強層13と、を有する。高圧タンク10の一方端には、開口部が形成されている。なお、本実施形態の高圧タンク10には、口金が設けられていない。また、高圧タンク10の他方端には、開口部が形成されていない。
As shown in FIG. 1, the high-
ライナー11は、補強体20の内面に沿って形成されている。ライナー11は、高圧の水素ガスが充填される収容空間17を形成する樹脂製部材である。ライナー11を構成する樹脂は、充填されるガス(ここでは水素ガス)を収容空間17内に保持する性能、即ち、ガスバリア性が良好な樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、及びエチレン−ビニルアルコール共重合樹脂(EVOH)、ポリエステル等の熱可塑性樹脂や、エポキシ等の熱硬化性樹脂が挙げられる。ライナー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、その他のガスが充填されてもよい。
The
補強体20は、ライナー11の外面を覆っているとともに、ライナー11を補強して高圧タンク10の剛性や耐圧性等の機械的強度を向上させる機能を有する。補強体20は、後述するように、円筒状の筒部材21と、筒部材21の両端に接続された2つのドーム部材22および23とを有するとともに、これらが一体的に形成された層である。本実施形態では、ドーム部材22は、第1樹脂層121と、第1樹脂層121を覆うように形成された第2樹脂層122とによって構成されており、ドーム部材23は、第3樹脂層125によって構成されている。
The reinforcing
ここで、本実施形態では、ドーム部材22は、ドーム本体部22aと、ドーム本体部22aから突出する円筒状の突出部22bとを含んでいる。突出部22bは、水素ガス等を充填および排出するためのガス流路22cを有する。突出部22bの外周面には、金属製のバルブ固定具14が固定されており、バルブ固定具14の外周面には収容空間17に対して水素ガスを充填および排出するための金属製のバルブ15が取り付けられている。バルブ固定具14の内面には抜け止め用の突起14aが形成されており、バルブ固定具14の外面には、バルブ15が取り付けられるネジ山14bが形成されている。そして、バルブ固定具14は、突出部22bの外周面にかしめて固定されている。バルブ15の内面にはバルブ固定具14のネジ山14bに係合するネジ山15aが形成されており、バルブ15はバルブ固定具14を介して突出部22bの端部に固定されている。また、バルブ15には、突出部22b内に挿入される挿入部15bが形成されている。挿入部15bには、収容空間17を封止するシール部材15cが設けられているとともに、水素ガスを通過させる通路15dが形成されている。
Here, in the present embodiment, the
第1樹脂層121は、熱可塑性樹脂からなる第1樹脂が含浸された繊維束F1(第1繊維束)によって形成されている。第1樹脂層121は、ドーム本体部22aの一部と突出部22bの一部とを形成しているとともに、突出部22bからドーム本体部22aまで繊維が連続するように配置されている。ここでは、第1樹脂層121は、突出部22bからドーム本体部22aの周縁部まで繊維が連続するように配置されている。また、第1樹脂層121は、突出部22bにおいて繊維方向が突出部22bの軸方向Xに沿うように(ここでは軸方向Xに平行になるように)形成されている。なお、第1樹脂層121の突出部22bにおける詳細な繊維方向については後述する。
The
第2樹脂層122は、熱硬化性樹脂からなる第2樹脂が含浸された繊維束F2(第2繊維束)によって形成されている。第2樹脂層122は、第1樹脂層121を覆うように形成されている。また、第2樹脂層122は、第2樹脂層122の繊維方向が第1樹脂層121の繊維方向に対して交差するように形成されている。
The
外側補強層13は、補強体20の外面を覆うように形成されている。外側補強層13は、ドーム部材22および23の全体を覆っている。外側補強層13は、樹脂及び繊維(連続繊維)から構成されている。外側補強層13では、繊維は、筒部材21の軸方向Xに対して平行または45度以下傾斜するように配向されているとともに、筒部材21を介して2つのドーム部材22および23に亘って配向されている。この繊維は、ドーム部材22および23の軸方向Xの外側への移動を防止し、ガス圧によってドーム部材22および23が筒部材21から軸方向Xの外側に外れるのを防止する。
The outer reinforcing
次に、本発明の第1実施形態に係る高圧タンク10の製造方法について説明する。図2は、高圧タンク10の製造方法を示すフローチャートである。高圧タンク10の製造方法は、図2に示すように、ライナー準備工程S1と、ドーム部材形成工程S2と、筒部材形成工程S3と、接合工程S4と、外側補強層形成工程S5と、を含んで構成されている。なお、図2では、ライナー準備工程S1、ドーム部材形成工程S2および筒部材形成工程S3の順に行うように記載しているが、ライナー準備工程S1とドーム部材形成工程S2と筒部材形成工程S3とは、互いに独立した工程であるため、並行して行ってもよいし、いずれの工程を先に行ってもよい。
Next, a method for manufacturing the high-
ライナー準備工程S1においては、図1に示すように、円筒状の筒部と筒部の両端にドーム部とを有するとともに、一方のドーム部に、内部と外部とを接続するガス流路を有する円筒状の突出部が形成されたライナー11を準備する。なお、ライナー11の製造方法は特に限定されるものではなく、公知の技術を用いて製造することができる。
In the liner preparation step S1, as shown in FIG. 1, a cylindrical cylinder portion and dome portions at both ends of the cylinder portion are provided, and one dome portion has a gas flow path connecting the inside and the outside. A
ドーム部材形成工程S2は図3に示すように、第1樹脂層形成工程S21と、第2樹脂層形成工程S22と、取り外し工程S23と、を含んで構成されている。第1樹脂層形成工程S21、第2樹脂層形成工程S22および取り外し工程S23は、ドーム部材22を形成するためのものであるが、ドーム部材23を同時に形成することも可能である。また、ドーム部材23をドーム部材22とは別の工程で形成することも可能である。ここでは、ドーム部材22とドーム部材23とを別の工程で形成する方法を説明した後、ドーム部材22とドーム部材23とを同時に形成する方法について説明する。
As shown in FIG. 3, the dome member forming step S2 includes a first resin layer forming step S21, a second resin layer forming step S22, and a removing step S23. The first resin layer forming step S21, the second resin layer forming step S22, and the removing step S23 are for forming the
第1樹脂層形成工程S21においては、図4に示すように、マンドレル200の外面に第1樹脂層121を形成する。具体的には、マンドレル200は、ドーム状の本体部201と、本体部201から外側に延在するシャフト部202とを有する。そして、例えば図5に示すようにテーププレースメント法を用いて、加圧ローラ210により、マンドレル200の外面に、熱可塑性樹脂が含浸された繊維束F1を加圧しながら貼り付ける。このとき、図示しないレーザ装置を用いて繊維束F1に含浸された樹脂を加熱して軟化させた状態で繊維束F1をマンドレル200に貼り付ける(配置する)。貼り付けられた繊維束F1に含浸された樹脂は、マンドレル200に熱が奪われてすぐに固化する。このように、熱可塑性樹脂が含浸された繊維束F1を用いることによって、貼り付けられた繊維束F1に含浸された樹脂をすぐに固化することができるため、繊維束F1に張力を付与しながら貼り付けることができる。このため、繊維束F1の繊維方向が揃った状態になるので、第1樹脂層121の引張強度の低下を抑制することができる。また、繊維束F1に含浸された熱可塑性樹脂がより速く固化するように、繊維束F1に冷却風を当ててもよい。なお、マンドレル200の材質は、特に限定されるものではないが、繊維束F1および後述する繊維束F2を配置する際に変形しない強度を確保するためには、金属であることが好ましい。
In the first resin layer forming step S21, as shown in FIG. 4, the
ここで、繊維束F1は、マンドレル200の本体部201からシャフト部202まで連続するように配置される。本実施形態では、繊維束F1は、本体部201の周縁部からシャフト部202まで連続するように配置される。また、繊維束F1は、シャフト部202において繊維方向がシャフト部202の軸方向Xに沿うように(ここでは軸方向Xに平行になるように)配置される。また、繊維束F1は、マンドレル200の周方向に所定の角度間隔で配置される。このようにして、マンドレル200のシャフト部202から放射状に(径方向に)広がるように、ドーム部材22の第1樹脂層121が形成される。
Here, the fiber bundle F1 is arranged so as to be continuous from the
第2樹脂層形成工程S22においては、図4に示す状態から第1樹脂層121(すなわち、第1樹脂が含浸された繊維束F1)を覆うように、マンドレル200の外面に第2樹脂層122(図7参照)を形成する。なお、図4に示す状態から第1樹脂層121を覆うように第2樹脂層122を形成した状態は、後述する図7の一部と同様であるため、ここでは図を省略する。第2樹脂層122を形成するとき、例えば第1樹脂層121と同様、テーププレースメント法を用いて、加圧ローラ210により、マンドレル200の外面を覆うように、熱硬化性樹脂からなる未硬化の第2樹脂が含浸された繊維束F2を加圧しながら貼り付けてもよい。また、このとき、繊維束F2は、繊維束F2の繊維方向が繊維束F1の繊維方向に対して交差するように配置される。
In the second resin layer forming step S22, the
そして、第2樹脂層122(すなわち、繊維束F2に含浸された未硬化の熱硬化性樹脂)を加熱して硬化させる。このとき、好ましくは、第2樹脂層122の熱硬化性樹脂の硬化温度は、第1樹脂層121の熱可塑性樹脂の軟化温度よりも低く設定される。例えば、第2樹脂層122の熱硬化性樹脂に含有される硬化剤の量や種類を調整することによって、第2樹脂層122の熱硬化性樹脂の硬化温度が変化するので、第2樹脂層122の熱硬化性樹脂の硬化温度を、第1樹脂層121の熱可塑性樹脂の軟化温度よりも容易に低く設定することができる。このように構成すれば、第2樹脂層122を硬化させる際に第1樹脂層121の第1樹脂が軟化するのを抑制することができ、第1樹脂層121に含まれる繊維が撓んだり位置ズレしたりするのを抑制することができる。
Then, the second resin layer 122 (that is, the uncured thermosetting resin impregnated in the fiber bundle F2) is heated and cured. At this time, preferably, the curing temperature of the thermosetting resin of the
取り外し工程S23においては、第1樹脂層121および第2樹脂層122をマンドレル200から取り外す。これにより、ドーム部材22が形成される。このように、第2樹脂層122を加熱して硬化させた後、第2樹脂層122をマンドレル200から取り外すことによって、第2樹脂層122の変形を抑制することができる。
In the removal step S23, the
ドーム部材23をドーム部材22と別の工程で形成する場合、例えば、シャフト部202を有さないマンドレル200の本体部201の外面に、第3樹脂層125を形成する。このとき、第2樹脂層122と同様にして、すなわち、熱硬化性樹脂からなる第3樹脂が含浸された繊維束をテーププレースメント法を用いて貼り付けることによって、第3樹脂層125を形成することができる。そして、第3樹脂層125を加熱して硬化させる。その後、第3樹脂層125をマンドレル200から取り外すことによって、ドーム部材23が形成される。
When the
第1樹脂層121に含まれる熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルファイド、ポリアクリル酸エステル、ポリイミド、ポリアミド等を用いることができる。
The thermoplastic resin contained in the
また、第2樹脂層122および第3樹脂層125に含まれる熱硬化性樹脂としては、特に限定されるものではないが、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。一般的に、エポキシ樹脂とは、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンの共重合体等であるプレポリマーと、ポリアミン等である硬化剤と、を混合して熱硬化することで得られる樹脂である。エポキシ樹脂は、未硬化状態では流動性があり、熱硬化後は強靭な架橋構造を形成する。
The thermosetting resin contained in the
また、第1樹脂層121、第2樹脂層122および第3樹脂層125に含まれる繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量性や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。
Further, as the fibers contained in the
次に、ドーム部材23をドーム部材22と同時(同じ工程)で形成する場合について説明する。なお、この方法では、繊維束F2によって第3樹脂層125が形成される。
Next, a case where the
第1樹脂層形成工程S21において、図6に示すようなマンドレル200を用いる。このマンドレル200では、本体部201が略球状に形成されている。そして、マンドレル200の外面に、上記と同様にして第1樹脂層121を形成する。
In the first resin layer forming step S21, the
第2樹脂層形成工程S22において、図7に示すように、第1樹脂層121を覆うように、マンドレル200の外面に第2樹脂層122を形成する。このとき、上述したテーププレースメント法を用いて繊維束F2を貼り付けることによって第2樹脂層122を形成することもできるが、例えばフィラメントワインディング法(FW法)を用いて繊維束F2を巻き付けることによって第2樹脂層122を形成することができる。具体的には、マンドレル200のシャフト部202を回転機構(図示せず)に取り付ける。そして、マンドレル200を回転させることにより、第1樹脂層121およびマンドレル200の外面を被覆するように、繊維束F2を巻き付ける。このとき、繊維束F2を、シャフト部202の軸方向Xに対して例えば40度以上交差する角度で巻き付ける。そして、繊維束F2に含浸された熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる。
In the second resin layer forming step S22, as shown in FIG. 7, the
取り外し工程S23においては、マンドレル200の外面に巻回された巻回体(繊維束F2)を、図7の二点鎖線Lに沿ってカッター(図示せず)を用いて2個に分割する。その後、分割した巻回体をマンドレル200から分離することによって2つのドーム部材22および23が形成される。
In the removing step S23, the wound body (fiber bundle F2) wound around the outer surface of the
本実施形態では、取り外し工程S23の後、突出部22bにバルブ固定具14をかしめて固定する。なお、ドーム部材22をマンドレル200から取り外す前にバルブ固定具14を固定してもよい。また、第2樹脂層122を加熱硬化させる前にバルブ固定具14を固定してもよく、この場合、バルブ固定具14を突出部22bに強固に固定することができる。
In the present embodiment, after the removal step S23, the
筒部材形成工程S3においては、図8に示すように、例えば、回転する円筒型300の内面に繊維シートF3を貼り付ける、所謂CW(Centrifugal Winding)法により筒部材21を形成する。具体的には、円筒型300は、回転機構(図示せず)によって所定の回転速度で回転される。
In the tubular member forming step S3, as shown in FIG. 8, the
円筒型300内には、ロール状の繊維シートF3を巻き出す巻出装置(図示せず)の巻出ローラ310が設けられている。円筒型300を回転させながら繊維シートF3を巻き出すことによって、繊維シートF3が円筒型300の内面に貼り付き、筒部材21が形成される。
Inside the
繊維シートF3は、巻出ローラ310の周方向に配向された繊維を少なくとも有している。これにより、周方向に繊維が配向された筒部材21を得ることができる。
The fiber sheet F3 has at least fibers oriented in the circumferential direction of the unwinding
繊維シートF3としては、例えば、単一方向に揃えられた複数の繊維束が拘束糸で編み込まれた所謂UD(Uni−Direction)シートや、単一方向に揃えられた複数の繊維束とこの複数の繊維束に交差する、例えば直交する複数の繊維束とが編み込まれた繊維シートなどに、予め樹脂が含浸されたものを用いることができる。 The fiber sheet F3 includes, for example, a so-called UD (Uni-Orthogonal) sheet in which a plurality of fiber bundles aligned in a single direction are woven with a restraint thread, a plurality of fiber bundles aligned in a single direction, and a plurality of these. A fiber sheet in which a plurality of orthogonal fiber bundles are woven, for example, which intersects the fiber bundles of the above, and which is pre-impregnated with a resin can be used.
繊維シートF3に含浸される第3樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、繊維束F2と同様、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。 The third resin impregnated in the fiber sheet F3 is not particularly limited, but for example, a thermosetting resin can be used. As the thermosetting resin, like the fiber bundle F2, it is preferable to use a thermosetting resin such as a phenol resin, a melamine resin, a urea resin, and an epoxy resin, and in particular, an epoxy resin is used from the viewpoint of mechanical strength and the like. Is preferable.
繊維シートF3を構成する繊維としては、繊維束F1およびF2と同様、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量性や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。 As the fibers constituting the fiber sheet F3, glass fibers, aramid fibers, boron fibers, carbon fibers and the like can be used as in the case of the fiber bundles F1 and F2, and in particular, carbon is used from the viewpoint of light weight, mechanical strength and the like. It is preferable to use fibers.
円筒型300の内面に形成された筒部材21は、図1に示すように、軸方向Xの両端の厚みが徐々に薄くなるように形成されている。また、ドーム部材22および23も同様に、周縁部の厚みが徐々に薄くなるように形成されている。これにより、筒部材21と2つのドーム部材22および23とを組み合わせた状態で、筒部材21の外面と2つのドーム部材22および23の外面との接続部分に段差が形成されにくくなる。
As shown in FIG. 1, the
筒部材21の軸方向Xの両端の厚みを徐々に薄く形成するためには、繊維シートF3の軸方向X(幅方向)の端部は、繊維束の厚みが徐々に薄くなるように繊維束が編み込まれていることが好ましい。また、筒部材21の軸方向Xの両端をローラ等で押さえつけることによって厚みを徐々に薄くしてもよい。また、ドーム部材22および23の周縁部の厚みを徐々に薄く形成するために、繊維束F2の巻回数および巻回方向を調整したり、周縁部をローラ等で押さえつけたりしてもよい。
In order to gradually reduce the thickness of both ends of the
そして、筒部材21を加熱して硬化させた後、筒部材21を円筒型300の内部から取り外す。これにより、筒部材21を円筒型300から取り外す際の筒部材21の変形を抑制することができる。
Then, after the
ここでは、円筒型300の内面に筒部材21を形成する例について説明したが、その他の方法によって筒部材21を形成することもできる。例えば、円筒型の外面に繊維シートF3を貼り付けたり、円筒型の外面にFW法により第3樹脂が含浸された繊維束をフープ巻きしたりすることによって、筒部材21を形成してもよい。
Here, an example of forming the
また、マンドレル200を用いてドーム部材22および23を形成し、円筒型300を用いて筒部材21を形成するため、ライナー11に繊維束等を直接巻回することなく筒部材21、ドーム部材22および23が形成される。これにより、ライナー11にフープ巻きやヘリカル巻き等による巻き締り力が作用しないので、巻き締り力に起因してライナー11が変形しないように、ライナー11の強度を高くしなくてよい。このため、ライナー11の厚み(肉厚)を薄くすることが可能であるので、ライナー11の容積を増加させることができるとともに、ライナー11を軽量化することができる。
Further, since the
接合工程S4においては、図9および図10に示すように、筒部材21の両端の周縁部21aと2つのドーム部材22および23の周縁部22dおよび23aとを接合して、補強層としての補強体20を形成する。
In the joining step S4, as shown in FIGS. 9 and 10, the
具体的には、ライナー準備工程S1で準備したライナー11を筒部材21に挿入し、ドーム部材22および23をライナー11の両端部に覆い被せる。このとき、本実施形態では、ドーム部材22および23の周縁部22dおよび23aを内側にし、筒部材21の両端の周縁部21aを外側にして嵌め合せる。ドーム部材22の第1樹脂層121は、内側(ライナー11側)に露出しており、第1樹脂層121は熱可塑性樹脂を含んでいるため、第1樹脂層121を熱硬化性樹脂によって形成する場合に比べてライナー11に対する密着性が高くなる。ここではドーム部材23が熱硬化性樹脂を含む第3樹脂層125によって形成される例について示したが、ドーム部材23もドーム部材22と同様、熱可塑性樹脂を含む樹脂層と熱硬化性樹脂を含む樹脂層とによって形成してもよい。この場合、ライナー11に対するドーム部材23の密着性も高くすることができる。
Specifically, the
なお、ドーム部材22および23の周縁部22dおよび23aを外側にし、筒部材21の両端の周縁部21aを内側にして嵌め合せてもよいし、ドーム部材22および23の周縁部22dおよび23aと、筒部材21の両端の周縁部21aとを突き合わせて接合してもよい。また、筒部材21とドーム部材22および23との間に接着剤(図示せず)を配置してもよい。
The
外側補強層形成工程S5においては、補強体20の外面を覆うように、繊維強化樹脂により2つのドーム部材22および23に亘って繊維が配置された外側補強層13を形成する。これにより、補強体20および外側補強層13を有する繊維強化樹脂層12が形成される。例えば、熱硬化性樹脂が含浸された繊維束を補強体20の外面にヘリカル巻きすることによって、外側補強層13を形成してもよい。また、熱硬化性樹脂が含浸された複数の繊維束を補強体20の軸方向Xに延在させた状態で補強体20の外面に貼り付けることによって外側補強層13を形成してもよいし、熱硬化性樹脂が含浸された繊維シートを補強体20の外面に巻回する、所謂シートワインディング法を用いて外側補強層13を形成してもよい。そして、外側補強層13に含まれる熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる。外側補強層13に含まれる熱硬化性樹脂および繊維束としては、例えば、ドーム部材22および23を形成する熱硬化性樹脂および繊維束と同じものを使用することができる。
In the outer reinforcing layer forming step S5, the outer reinforcing
そして、バルブ15をバルブ固定具14に取り付けることによって、高圧タンク10が完成する。なお、ここでは、バルブ固定具14を介してバルブ15を突出部22bに取り付ける例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、バルブ15を突出部22bの外周面にバルブ固定具14を介さず直接取り付けてもよい。この場合、バルブ15を突出部22bの外周面にかしめて固定してもよい。
Then, by attaching the
次に、第1樹脂層121の突出部22bにおける繊維方向と軸方向Xの引張強度との関係について説明する。図11に示すように、突出部22bにおける第1樹脂層121の繊維方向を軸方向Xと平行(図11の90度)にした場合の軸方向Xの引張強度を100として規格化すると、繊維方向を軸方向Xに対して10度、20度、30度(それぞれ、図11の80度、70度、60度)傾斜させると、引張強度は90、65、33程度に低下する。なお、通常、FW法によって形成できる角度は、図11の0〜30度であるため、突出部22bをFW法によって形成すると、引張強度は8程度になってしまう。
Next, the relationship between the fiber direction and the tensile strength in the axial direction X at the protruding
本実施形態では、第1樹脂層121は、突出部22bにおいて繊維方向が突出部22bの軸方向Xに沿うように形成しており、具体的には、繊維方向の軸方向Xに対する傾斜角度が20度以下、好ましくは10度以下、より好ましくは0度(それぞれ、図11の70度以上、80度以上、90度)となるように形成している。これにより、突出部22bの引張強度を十分確保することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、上記のように、突出部22bにおいて繊維方向が突出部22bの軸方向Xに沿うように繊維束F1を配置する。これにより、突出部22bの軸方向の引張強度を確保することができる。また、突出部22bからドーム本体部22aまで連続するように繊維束F1を配置するとともに、繊維束F1を覆うように繊維束F2を配置する。これにより、繊維束F2が繊維束F1の移動を拘束し、突出部22bがドーム本体部22aから抜け出るのを防止することができる。また、繊維束F2の繊維方向が繊維束F1の繊維方向に対して交差するように繊維束F2を設けるので、軸方向Xの引張強度だけでなく、半径方向などの他の方向の引張強度も確保することができる。したがって、高圧タンク10の内部が高圧になり、突出部22bの先端に取り付けられるバルブ15に軸方向Xの外側に大きな力が加わることにより、突出部22bにも軸方向Xの外側に大きな力が加わった場合であっても、突出部22bが損傷するのを抑制することができる。このため、口金を設ける必要がないので、高圧タンク10を軽量化することができる。
In the present embodiment, as described above, the fiber bundle F1 is arranged in the protruding
また、上記のように、繊維束F1に含浸される樹脂は、熱可塑性樹脂からなり、繊維束F2に含浸される第1樹脂は、熱硬化性樹脂からなる。このように、繊維束F1に含浸される第1樹脂を熱可塑性樹脂にすることによって、第1樹脂が軟化された状態で繊維束F1を例えばマンドレルやライナー11の表面に配置することにより、繊維束F1の熱がマンドレル200やライナー11に奪われ、繊維束F1に含浸された樹脂が固化する。これにより、第1樹脂が固化した状態の繊維束F1上に繊維束F2を配置することになる。このため、繊維束F2を配置する際に繊維束F1が撓んだり位置ズレしたりすることがないので、突出部22bの軸方向Xの引張強度が低下するのを抑制することができる。また、繊維束F2に含浸される第2樹脂を熱硬化性樹脂にすることによって、第2樹脂を硬化した後の突出部22bの機械的強度を容易に向上させることができる。
Further, as described above, the resin impregnated in the fiber bundle F1 is made of a thermoplastic resin, and the first resin impregnated in the fiber bundle F2 is made of a thermosetting resin. In this way, by making the first resin impregnated in the fiber bundle F1 a thermoplastic resin, the fiber bundle F1 is arranged on the surface of, for example, a mandrel or a
(第2実施形態)
この第2実施形態では、上記第1実施形態と異なり、ドーム部材22および23の内側の面(後述するように、水素ガスと接触する面)を熱可塑性樹脂が含浸された繊維束F1により形成する例について説明する。
(Second Embodiment)
In this second embodiment, unlike the first embodiment, the inner surfaces of the
本実施形態の高圧タンク10では、図12に示すように、ライナー11は、円筒状の筒部のみによって形成されている。
In the high-
本実施形態では、ドーム部材22は、第1樹脂層121と、第1樹脂層121を覆うように形成された第2樹脂層122とによって構成されている。第1樹脂層121は、上記第1実施形態と異なり、内側の面(水素ガスに接触する面、すなわちドーム本体部22aの内面および突出部22bの内面)の全面に亘って形成されている。
In the present embodiment, the
また、ドーム部材23は、上記第1実施形態と異なり、第4樹脂層126と、第4樹脂層126を覆う第3樹脂層125とによって構成されている。第4樹脂層126は、熱可塑性樹脂が含浸された繊維束からなるとともに、内側の面(水素ガスに接触する面)の全面に亘って形成されている。
Further, unlike the first embodiment, the
すなわち、ドーム部材22および23は、内側の全面に亘ってガスバリア性を有しており、上記第1実施形態のライナー11のドーム状の両端部と同じ機能を有するため、本実施形態では、ライナー11は両端部が開口した円筒状に形成されている。そして、円筒状のライナー11、第1樹脂層121および第4樹脂層126によって、水素ガスが充填される収容空間17が形成されている。
That is, since the
第2実施形態のその他の構造は、上記第1実施形態と同様である。 The other structures of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
次に、本発明の第2実施形態に係る高圧タンク10の製造方法について説明する。本実施形態では、ライナー準備工程S1においては、両端部が開口した円筒状のライナー11を準備する。なお、ライナー11の製造方法は特に限定されるものではなく、公知の技術を用いて製造することができる。
Next, a method for manufacturing the high-
上記第1実施形態と同様、ドーム部材形成工程S2は図3に示すように、第1樹脂層形成工程S21と、第2樹脂層形成工程S22と、取り外し工程S23と、を含んで構成されている。 Similar to the first embodiment, as shown in FIG. 3, the dome member forming step S2 includes a first resin layer forming step S21, a second resin layer forming step S22, and a removing step S23. There is.
第1樹脂層形成工程S21においては、図13に示すように、マンドレル200の外面の全面を覆うように第1樹脂層121を形成する。このとき、図13に示したように全ての繊維束F1がマンドレル200のシャフト部202から放射状に(径方向に)広がるように貼り付けてもよいし、例えば図4や図6に示した状態から、繊維束F1同士が交差するように様々な角度にさらに繊維束F1を貼り付けてもよい。このようにしてドーム部材22の第1樹脂層121が形成される。
In the first resin layer forming step S21, as shown in FIG. 13, the
ドーム部材23の第4樹脂層126を形成する場合も、第1樹脂層121の形成方法と同様にして形成することができるが、ドーム部材23には突出部22bがないため、マンドレル200のシャフト部202から放射状に広がるように第4樹脂層126を設けなくてもよい。また、上記第1実施形態と同様、ドーム部材23は、ドーム部材22と同時(同じ工程)で形成することもできる。
When the
第2実施形態のその他の製造方法は、上記第1実施形態と同様である。 The other manufacturing methods of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
本実施形態では、上記のように、ドーム部材22および23を形成する際に、ドーム部材22および23のうち水素ガスに接触する面を繊維束F1により形成する。熱可塑性樹脂はガスバリア性を有するため、ドーム部材22および23のうち水素ガスに接触する面を熱可塑性樹脂が含浸された繊維束F1により形成することによって、ドーム部材22および23の内面に沿ってライナー11(のドーム状の両端部)を設ける必要がない。これにより、高圧タンク10をさらに軽量化することができる。
In the present embodiment, as described above, when the
第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other effects of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
(第3実施形態)
この第3実施形態では、上記第1実施形態と異なり、ドーム部材22の突出部22bの内側に金属製のバルブ18を取り付けるためのインサート16が配置されている例について説明する。
(Third Embodiment)
In the third embodiment, unlike the first embodiment, an example in which the
本実施形態の高圧タンク10では、図15に示すように、ドーム部材22の突出部22bの内側に、たとえば金属製の筒状のインサート16が配置されている。本実施形態では、ドーム部材22は、ライナー11と、インサート16と、ライナー11およびインサート16を覆うように形成された第1樹脂層121と、第1樹脂層121を覆うように形成された第2樹脂層122とによって構成されている。
In the high-
インサート16は、内周面に雌ねじ16aを有している。インサート16は、ドーム部材22の第1樹脂層121の内側で、ライナー11の円筒状の突出部の軸方向における先端に隣接して配置されている。インサート16は、たとえば、高圧タンク10の軸方向における内側の端部がテーパ状に縮径された円筒状の形状を有している。
The
バルブ18には、突出部22b内に挿入される挿入部18aが形成されている。挿入部18aの外周面には、インサート16の雌ねじ16aに螺合する雄ねじ18bと、収容空間17を封止するシール部材18cが設けられている。また、図示を省略するが、バルブ18には、図1に示す第1実施形態のバルブ15の通路15dと同様に、水素ガスを通過させる通路が形成されている。
The
第3実施形態のその他の構造は、上記第1実施形態と同様である。 The other structures of the third embodiment are the same as those of the first embodiment.
次に、本発明の第3実施形態に係る高圧タンク10の製造方法について説明する。本実施形態では、繊維束F1(第1繊維束)を配置する第1樹脂層形成工程S21において、たとえば、内周面に雌ねじ16aを有するインサート16を、図4に示すマンドレル200のシャフト部202の先端部の外周に支持する。そして、インサート16の外周とマンドレル200の外周に繊維束F1を配置する。
Next, a method for manufacturing the high-
第3実施形態のその他の製造方法は、上記第1実施形態と同様である。より詳細には、上述の第1実施形態と同様の第1樹脂層形成工程S21において、図4または図14と同様に、インサート16の外面とマンドレル200の外面に第1樹脂層121を形成する。ここで、第1樹脂層121を構成する繊維束F1は、上記第1実施形態と同様に、インサート16およびシャフト部202において、繊維方向がシャフト部202の軸方向Xに沿うように(ここでは軸方向Xに平行になるように)配置される。これにより、図15に示す突出部22bの第1樹脂層121において、繊維束F1が突出部22bの軸方向に沿うように(ここでは突出部22bの軸方向に平行になるように)配置される。
The other manufacturing methods of the third embodiment are the same as those of the first embodiment. More specifically, in the first resin layer forming step S21 similar to the first embodiment described above, the
また、上述の第1実施形態と同様の第2樹脂層形成工程S22において、図16に示すように、第1樹脂層121(すなわち、第1樹脂が含浸された繊維束F1)を覆うように、マンドレル200の外面に第2樹脂層122を形成する。このとき、第2樹脂層122を構成する繊維束F2は、少なくともインサート16の外周とシャフト部202の外周において、繊維束F2の繊維方向が繊維束F1の繊維方向に対して交差するように(ここでは直交または80度以上の角度で交差するように)配置される。
Further, in the second resin layer forming step S22 similar to the first embodiment described above, as shown in FIG. 16, the first resin layer 121 (that is, the fiber bundle F1 impregnated with the first resin) is covered. , A
また、インサート16の外周およびシャフト部202の外周に巻回された繊維束F2は、インサート16の外周およびシャフト部202の外周からドーム状のマンドレル200の外周へ連続して巻回される。これにより、インサート16およびシャフト部202からマンドレル200へ一筆書きで一体に巻回された繊維束F2によって、図15に示すドーム部材22の突出部22bからドーム状の部分へ連続する第2樹脂層122が一体に巻回成形される。
Further, the fiber bundle F2 wound around the outer circumference of the
図17に示すように、従来の高圧タンク90は、タンク本体91と、そのタンク本体910の長手方向の開口端部に取り付けられた口金92とを備えている。タンク本体91は、例えば、水素ガスを気密保持するためのライナー911と、その外面を樹脂が含浸された繊維束で巻き付けて補強した補強層912と、を含んでいる。口金92は、高圧タンク900の軸方向における内側に、他の部分よりも拡径されたフランジ部921を有している。口金92は、雌ねじまたは雄ねじを有し、図示を省略するバルブが螺合されて取り付けられる。
As shown in FIG. 17, the conventional high-
このような従来の高圧タンク90では、高圧タンク90の内圧を受けた口金92のフランジ部921から、補強層912に対して高圧タンク90の軸方向外側への推力TFが作用する。このような推力TFは、図18に示すように、口金92のフランジ部921の外縁部921aや、口金92のフランジ部921上の繊維の交差部921xなどにおいて、繊維に作用する応力を上昇させ、高圧タンク900に応力集中部SCを生じさせる。また、高圧タンク900の低温充填時に、補強層912と口金92との線膨張係数の相違により、図17に示すように、口金92のフランジ部921の外周部で補強層912に引張力PFが作用して、ライナー911が引き延ばされて損傷するおそれがある。
In such a conventional high-
これに対し、本実施形態の高圧タンク10の製造方法は、繊維束F1(第1繊維束)を配置する工程において、内周面に雌ねじ16aを有するインサート16の外周に繊維束F1を配置する。これにより、ドーム部材22の突出部11bの内側に筒状のインサート16が配置され、インサート16が内周面に雌ねじ16aを有する高圧タンク10を製造することができる。
On the other hand, in the method for manufacturing the high-
これにより、バルブ18の外周面の雄ねじ18bをインサート16の内周面の雌ねじ16aに螺合させ、バルブ18を突出部22bの内側に配置された筒状のインサート16に取り付けることができる。このような構成により、高圧タンク10の内圧Pによる引張力は、ドーム部材22のドーム本体部22aと突出部22bとの連結部の全周に作用し、繊維束F1、F2の交差部など、特定の部分に応力が集中することが防止される。
As a result, the
そのため、高圧タンク10の内圧Pがバルブ18に作用して突出部22bに高圧タンク10の軸方向外側への引張力が作用しても、特定の部分に対する応力集中を回避することができ、繊維束F1、F2の強度利用率を向上させることができる。したがって、繊維束F1、F2の使用量を削減して、高圧タンク10を軽量化することが可能になる。さらに、応力集中を防止することで、ライナー11の損傷を防止することができる。
Therefore, even if the internal pressure P of the high-
なお、繊維束F1(第1繊維束)は、インサート16の外周に配置した繊維束F2(第2繊維束)の外周に配置して、さらにその外周に繊維束F2を配置することで、繊維束F2の間の中間層に配置してもよい。この場合、繊維束F1の両面を繊維束F2に接着させることができる。
The fiber bundle F1 (first fiber bundle) is arranged on the outer periphery of the fiber bundle F2 (second fiber bundle) arranged on the outer periphery of the
第3実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。 Other effects of the third embodiment are the same as those of the first embodiment.
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 It should be noted that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not considered to be restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the above-described embodiment, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
例えば、上記実施形態では、2つのドーム部材と筒部材とを別々に形成した後、これらを接合することによって補強層としての補強体を形成する例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、公知の製造方法によって形成された樹脂製のライナーの表面に第1繊維束および第2繊維束を配置することによって、補強層の筒部材と2つのドーム部材とを同時に形成してもよい。この場合、筒部材と2つのドーム部材とを接合する工程は不要である。 For example, in the above embodiment, an example in which two dome members and a tubular member are separately formed and then joined to form a reinforcing body as a reinforcing layer has been described, but the present invention is not limited to this. .. For example, by arranging the first fiber bundle and the second fiber bundle on the surface of the resin liner formed by a known manufacturing method, the tubular member of the reinforcing layer and the two dome members may be formed at the same time. .. In this case, the step of joining the tubular member and the two dome members is unnecessary.
また、上記実施形態では、第1繊維束に熱可塑性樹脂が含浸されている例について説明したが、本発明はこれに限らず、第1繊維束に熱硬化性樹脂を含浸してもよい。この場合、第1繊維束を配置する工程において、第1繊維束を配置しながら、配置された第1繊維束に例えば熱風を吹き付けることによって、第1繊維束に含浸された熱硬化性樹脂を硬化することにより固化してもよい。ただし、熱可塑性樹脂を用いた方が容易に固化させることができるので、第1繊維束に含浸させる樹脂は、熱可塑性樹脂であることが好ましい。 Further, in the above embodiment, an example in which the first fiber bundle is impregnated with the thermoplastic resin has been described, but the present invention is not limited to this, and the first fiber bundle may be impregnated with the thermosetting resin. In this case, in the step of arranging the first fiber bundle, the thermosetting resin impregnated in the first fiber bundle is applied by, for example, blowing hot air onto the arranged first fiber bundle while arranging the first fiber bundle. It may be solidified by curing. However, since it is easier to solidify using a thermoplastic resin, the resin to be impregnated in the first fiber bundle is preferably a thermoplastic resin.
また、上記実施形態では、第2繊維束に熱硬化性樹脂が含浸されている例について説明したが、本発明はこれに限らず、第2繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させてもよい。ただし、機械的強度の観点から、第2繊維束に含浸させる樹脂は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。 Further, in the above embodiment, an example in which the second fiber bundle is impregnated with the thermosetting resin has been described, but the present invention is not limited to this, and the second fiber bundle may be impregnated with the thermoplastic resin. However, from the viewpoint of mechanical strength, the resin to be impregnated in the second fiber bundle is preferably a thermosetting resin.
また、上記実施形態では、第1樹脂層121は、突出部22bからドーム本体部22aの周縁部まで配置されている例について説明したが、本発明はこれに限らず、第1樹脂層121は、突出部22bからドーム本体部22aまで配置されていれば、ドーム本体部22aの周縁部まで配置されていなくてもよい。すなわち、例えば図14に示すように、繊維束F1を、シャフト部202からマンドレル200の本体部201まで配置すれば、本体部201の周縁部まで配置しなくてもよい。
Further, in the above embodiment, the example in which the
また、上記実施形態では、筒部材を1つの部材によって形成する例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、2つ以上の部材によって筒部材を形成してもよい。この場合、2つ以上の筒部材を互いに接合した後に、その両端にドーム部材を接合してもよい。また、ドーム部材に筒部材を1つずつ接合した後に、それらを接合してもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which the tubular member is formed by one member has been described, but the present invention is not limited to this. For example, a tubular member may be formed by two or more members. In this case, after joining two or more tubular members to each other, dome members may be joined to both ends thereof. Further, after joining the tubular members one by one to the dome member, they may be joined.
また、上記実施形態では、ライナーを準備した後、ライナーを覆うように筒部材およびドーム部材を配置して接合する例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、筒部材とドーム部材とを接合して補強体を形成した後、補強体の内側にライナーを形成してもよい。この場合、例えば、樹脂材料として常温で流動性がある2種類以上の低分子量・低粘度の液体材料を用いて、反応射出成形(Reaction Injection Molding)法によってライナーを形成してもよい。また、ブロー成形のように、補強体の内部に、加熱して軟化した樹脂材料を筒状に押し出し、この筒状の樹脂材料の内部に圧縮空気を送り込むことでライナーを形成してもよい。また、溶射のように、補強体の内面に液状または軟化した樹脂材料を吹き付けることによってライナー11を形成してもよい。
Further, in the above embodiment, an example in which the tubular member and the dome member are arranged and joined so as to cover the liner after the liner is prepared has been described, but the present invention is not limited to this. For example, after joining the tubular member and the dome member to form a reinforcing body, a liner may be formed inside the reinforcing body. In this case, for example, a liner may be formed by a reaction injection molding method using two or more kinds of low molecular weight and low viscosity liquid materials having fluidity at room temperature as the resin material. Further, as in blow molding, a liner may be formed by extruding a heat-softened resin material into a tubular shape inside the reinforcing body and sending compressed air into the tubular resin material. Further, the
10:高圧タンク、11:ライナー、16:インサート、16a:雌ねじ、20:補強体(補強層)、21:筒部材、22,23:ドーム部材、22a:ドーム本体部、22b:突出部、22c:ガス流路、F1:繊維束(第1繊維束)、F2:繊維束(第2繊維束)、X:軸方向 10: High pressure tank, 11: Liner, 16: Insert, 16a: Female screw, 20: Reinforcing body (reinforcing layer), 21: Cylindrical member, 22, 23: Dome member, 22a: Dome body, 22b: Protruding part, 22c : Gas flow path, F1: Fiber bundle (first fiber bundle), F2: Fiber bundle (second fiber bundle), X: Axial direction
Claims (7)
少なくとも前記一方のドーム部材を形成する工程を備え、
前記少なくとも前記一方のドーム部材を形成する工程は、
前記突出部の一部と前記ドーム本体部の一部とを形成するように、第1樹脂が含浸された第1繊維束を配置する工程と、
前記第1繊維束を覆うように、第2樹脂が含浸された第2繊維束を配置する工程と、
を含み、
前記第1繊維束を配置する工程において、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うように、かつ、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続するように、前記第1繊維束を配置しながら、配置した前記第1繊維束に含浸された第1樹脂を固化し、
前記第2繊維束を配置する工程において、前記第2繊維束の繊維方向が前記第1繊維束の繊維方向に対して交差するように、前記第2繊維束を配置することを特徴とする高圧タンクの製造方法。 A liner for accommodating gas and a reinforcing layer made of a fiber reinforced resin covering the outer surface of the liner are provided, and the reinforcing layer is integrally composed of a tubular member and two dome members provided at both ends of the tubular member. The formed layer, one of which is a dome member, comprises a dome body and a cylindrical protrusion that projects from the dome body and has a gas flow path for filling and discharging gas. It is a method of manufacturing a high-pressure tank.
A step of forming at least one of the dome members is provided.
The step of forming at least one of the dome members is
A step of arranging the first fiber bundle impregnated with the first resin so as to form a part of the protruding portion and a part of the dome main body portion, and a step of arranging the first fiber bundle impregnated with the first resin.
A step of arranging the second fiber bundle impregnated with the second resin so as to cover the first fiber bundle, and
Including
In the step of arranging the first fiber bundle, the first fiber bundle is formed so that the fiber direction at the protruding portion is along the axial direction of the protruding portion and is continuous from the protruding portion to the dome main body portion. The first resin impregnated in the placed first fiber bundle was solidified while arranging.
In the step of arranging the second fiber bundle, the high pressure is characterized in that the second fiber bundle is arranged so that the fiber direction of the second fiber bundle intersects the fiber direction of the first fiber bundle. How to make a tank.
前記第2樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、
前記第1繊維束を配置する工程において、前記第1樹脂が軟化した状態で前記第1繊維束を配置しながら、配置した前記第1繊維束に含浸された第1樹脂が固化し、
前記第2繊維束を配置する工程において、前記第2樹脂が未硬化の状態で前記第2繊維束を配置した後、前記第2樹脂を加熱して硬化させることを特徴とする請求項1に記載の高圧タンクの製造方法。 The first resin is made of a thermoplastic resin and is made of a thermoplastic resin.
The second resin is made of a thermosetting resin and is made of a thermosetting resin.
In the step of arranging the first fiber bundle, while arranging the first fiber bundle in a state where the first resin is softened, the first resin impregnated in the arranged first fiber bundle is solidified.
According to claim 1, in the step of arranging the second fiber bundle, after arranging the second fiber bundle in a state where the second resin is uncured, the second resin is heated and cured. The method for manufacturing a high pressure tank described.
前記ドーム本体部および前記突出部は、第1樹脂が含浸された第1繊維束と第2樹脂が含浸された第2繊維束とによって形成されており、
前記第1繊維束は、前記突出部の一部および前記ドーム本体部の一部を構成しており、前記突出部において繊維方向が前記突出部の軸方向に沿うとともに、前記突出部から前記ドーム本体部まで連続して配置されており、
前記第2繊維束は、前記第1繊維束を覆うとともに、前記第2繊維束の繊維方向が前記第1繊維束の繊維方向に対して交差するように配置されていることを特徴とする高圧タンク。 A liner for accommodating gas and a reinforcing layer made of a fiber reinforced resin covering the outer surface of the liner are provided, and the reinforcing layer is integrally composed of a tubular member and two dome members provided at both ends of the tubular member. A formed layer, one of which is a high pressure tank comprising a dome body and a protrusion that projects from the dome body and has a gas flow path for filling and discharging gas. There,
The dome main body and the protruding portion are formed by a first fiber bundle impregnated with the first resin and a second fiber bundle impregnated with the second resin.
The first fiber bundle constitutes a part of the protruding portion and a part of the dome main body portion, and the fiber direction of the protruding portion is along the axial direction of the protruding portion, and the dome is formed from the protruding portion. It is arranged continuously up to the main body,
The second fiber bundle covers the first fiber bundle and is arranged so that the fiber directions of the second fiber bundle intersect with the fiber direction of the first fiber bundle. tank.
前記第2樹脂は、熱硬化性樹脂からなり、
前記ドーム部材のうち前記ガスに接触する面は、前記第1繊維束により形成されていることを特徴とする請求項4に記載の高圧タンク。 The first resin is made of a thermoplastic resin and is made of a thermoplastic resin.
The second resin is made of a thermosetting resin and is made of a thermosetting resin.
The high-pressure tank according to claim 4, wherein the surface of the dome member that comes into contact with the gas is formed by the first fiber bundle.
前記インサートは、内周面に雌ねじを有することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の高圧タンク。 A tubular insert is placed inside the protrusion
The high-pressure tank according to claim 4 or 5, wherein the insert has an internal thread on the inner peripheral surface.
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