JP2021187094A - 高圧タンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プリフォームの繊維層に樹脂を含浸する際に樹脂の含浸性を高め生産性の低下を抑制しつつ、品質の高い燃料電池車用高圧タンクを製造する方法の提供。【解決手段】ライナの外周に巻回層を形成してプリフォームを作製する工程と、プリフォームを型に設置して巻回層に対して樹脂組成物を供給する工程と、を含み、巻回層の形成には、トウプリプレグの巻き付け、及び、繊維束の巻き付けが含まれる、高圧タンクの製造方法。【選択図】図７

Description

本開示は、樹脂が含浸された繊維層によって補強された高圧タンクに関する。

燃料電池車用高圧タンクは、当該高圧タンクの内部空間を形成するライナを有し、このライナに対してその外周に樹脂が含浸された繊維層が設けられることにより補強層が形成され、これにより高い強度を実現している。

特許文献１には、金属製の中子を繊維若しくはシート状の繊維製品で被覆した後、被覆している繊維若しくはシート状の繊維製品に母材樹脂を含浸させるか又は、母材樹脂を含浸させた繊維若しくはシート状の繊維製品で中子を被覆した後、母材樹脂を加熱してプリキュアし、母材樹脂をプリキュアした温度より高い温度で加熱してアフターキュアする繊維強化プラスチックの製造方法であって、金属製の中子として、プリキュアさせる時の加熱温度より高く、アフターキュアさせる時の加熱温度以下の融点を有する金属を使用することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法が開示されている。

特許文献２には、主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程と、プレＦＲＰ層に硬化剤を加圧条件下で注入し、プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程と、を有し、ＦＲＰ層を形成する工程において、硬化開始温度の低い硬化剤を注入し、次いで硬化開始温度の高い硬化剤を順に注入して、プレＦＲＰ層の主剤と硬化開始温度の低い硬化剤及び硬化開始温度の高い硬化剤を反応させ、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成することが開示されている。

特許文献３には、熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維をライナに巻き付けて繊維層を形成する工程と、ライナの内部から加熱することで、ライナに巻き付けられた繊維の樹脂の粘度を、ライナに巻き付ける前の粘度よりも低下させる工程と、粘度を低下させた後、ライナの内部から加熱することで、繊維層の樹脂をライナの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させる工程と、を含む複合容器の製造方法が開示されている。

特許文献４には、中空のライナの外周に、複数の繊維からなる第１繊維束と各繊維間に非硬化状態で設けられた熱硬化性樹脂とを含む第１繊維強化複合材を巻回し、第１繊維強化複合材層を積層形成するステップと、第１繊維強化複合材層の外周に、複数の繊維からなる第２繊維束と各繊維間に非硬化状態で設けられた熱硬化性樹脂とを含む第２繊維強化複合材を巻回し、第２繊維強化複合材層を積層形成するステップと、第１繊維強化複合材層及び第２繊維強化複合材層が積層形成された後に、加熱により熱硬化性樹脂を硬化させるステップと、を含み、巻回時においては、第１繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性は、第２繊維強化複合材に設けられた熱硬化性樹脂の粘性に比べて高く設定されていることを特徴とする高圧タンク製造方法が開示されている。

特許文献５には、高圧タンクの製造方法が開示され、高圧タンクの内部空間を形成するライナの外表面に繊維層が設けられたプリフォームを金型内に配置し、この金型内に配置されたプリフォームに向けて樹脂を射出しながら、プリフォームの中心軸線を回転中心にしてプリフォームを金型内で周方向に回転させることで樹脂を繊維層に含浸することが開示されている。

特開２００８−１３２７１７号公報 特開２０１１−０００８１１号公報 特開２０１０−２２１４０１号公報 特開２００８−２８６２９７号公報 特開２０１９−０５６４１５号公報

プリフォーム（ライナに繊維層が形成された部材）の繊維層に対して樹脂組成物を含浸させ、その後に硬化させることで補強層を形成する、いわゆるＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）では、繊維層の厚さや形状により均一な樹脂の含浸が難しいことがある。特に燃料電池車用高圧タンクは強度確保のため、繊維層を厚くするとともに、その形状が軸方向に長い円筒形であるため上記の問題がより顕著である。

これに対して高圧で樹脂を注入すれば、圧力によりライナ等に変形を生じさせたり、設備が大掛かりになったりする。一方で、樹脂の流動性を高めた状態で含浸をさせると、樹脂の硬化に時間がかかるため生産性が低下する。

また、予め樹脂が含まれた繊維をライナに巻き、その後に加熱するなどして流動させて補強層を形成すると、繊維に含まれていた樹脂の流動により樹脂の巻き状態に変化が生じ、当該巻きの密度や均一性に不具合が生じることがある。

本開示は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、繊維層に樹脂を含浸する際に樹脂の含浸性を高め生産性の低下を抑制しつつ、品質の高い高圧タンクを製造する方法を提供することを主目的とする。

本願は、ライナの外周に巻回層を形成してプリフォームを作製する工程と、プリフォームを型に設置して巻回層に対して樹脂組成物を供給する工程と、を含み、巻回層の形成には、トウプリプレグの巻き付け、及び、繊維束の巻き付けが含まれる、高圧タンクの製造方法を開示する。

巻回層を形成する工程は、トウプリプレグの巻き付けの後に、トウプリプレグの外周側に繊維束の巻き付けを行ってもよい。
また、これに代えて巻回層を形成する工程は、巻回層を構成する層のうちの少なくとも１つの層は、トウプリプレグ及び繊維束が混在するように巻き付けてもよい。

樹脂組成物を供給する工程では、トウプリプレグに含まれる樹脂の粘度を巻き付け時よりも低下させてから樹脂組成物の供給を開始するようにしてもよい。

トウプリプレグに含まれる樹脂には型の温度よりも低い温度で樹脂を硬化させる硬化剤が添加されてもよい。

トウプリプレグの巻き付け、及び、繊維束の巻き付けは、多給糸フィラメントワインディング装置、又は、連続多給糸フィラメントワインディング装置で行うこともできる。

本開示によれば、巻回層に樹脂を含浸する際に樹脂の含浸性を高め生産性の低下を抑制しつつ、品質の高い高圧タンクを製造することができる。

図１は高圧タンク１０の外観を模式的に示す図である。 図２は高圧タンク１０の断面を模式的に表した図である。 図３はプリフォーム２０の断面を模式的に表した図である。 図４は図３の一部を拡大して示した図である。 図５はＴＰＰ層２２を説明する図である。 図６は繊維層２３を説明する図である。 図７は高圧タンクの製造方法Ｓ１０の流れを説明する図である。 図８はＴＰＰ層の形成の工程Ｓ１１を説明する図である。 図９は繊維層の形成の工程Ｓ１２を説明する図である。 図１０は型４０について説明する図である。 図１１は型４０について説明する図である。 図１２は樹脂組成物の供給・停止の工程Ｓ１４について説明する図である。 図１３はＴＰＰに含まれる樹脂の時間と温度との関係の例を示した図である。 図１４は他の例にかかる巻回層２１について説明する図である。 図１５は他の例にかかるＴＰＰ２２ａ及び繊維束２３ａの巻き付け態様を説明する図である。 図１６は図１５の巻き付けを行う方法を説明する図である。 図１７は高圧タンクの製造方法Ｓ２０について説明する図である。

１．高圧タンクの構造
図１には１つの形態にかかる高圧タンク１０の外観を模式的に表し、図２には高圧タンク１０の軸線に沿った断面を模式的に表した。これらの図からわかるように、本形態で高圧タンク１０はライナ１１、補強層１２、保護層１３、及び、口金１４を有している。以下に各構成について説明する。

＜ライナ＞
ライナ１１は、高圧タンク１０の内部空間を区画する中空の部材である。ライナはその内部空間に収容されたもの（例えば水素）を漏らすことなく保持することができる材料で構成されていればよく、材料は公知のものを用いることができるが、例えばナイロン樹脂、ポリエチレン系の合成樹脂や、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属等からなるものである。
ライナ１１の厚さは特に限定されることはないが、０．５ｍｍ乃至１．０ｍｍであることが好ましい。

＜補強層＞
補強層１２は、繊維が複数層に亘って積層されるとともに、その繊維に含浸され硬化した樹脂を有している。繊維による層は、ライナ１１の外表面に繊維束が所定の厚さにまで何層にも亘って巻き付けられて構成されている。
補強層１２の厚さは必要な強度により決められるため特に限定されることはないが、１０ｍｍ乃至３０ｍｍ程度である。特に燃料電池車用高圧タンクは、強度確保のために補強層を厚く形成する必要があり、それに伴い厚くなった繊維による層への樹脂の含浸という観点から含浸の困難性が高い。なお、補強層１２（及び、後述する巻回層２１）のうち、補強層１２（及び、後述する巻回層２１）の厚さの半分よりライナ１１側を「内層側」と記載することがあり、厚さの半分よりライナ１１側とは反対側（外周側）を「外層側」と記載することがある。

補強層の繊維束には炭素繊維が用いられおり、繊維束は炭素繊維が束となって所定の断面形状（例えば長方形断面）を有する帯状である。具体的には特に限定されることはないが、断面形状が、幅６ｍｍ乃至１０ｍｍ、厚さが０．１ｍｍ乃至０．１５ｍｍ程度の長方形であることが挙げられる。繊維束に含まれる炭素繊維の量も特に限定されることはないが、例えば３６０００本程度の炭素繊維からなることが挙げられる。

補強層１２において繊維に含浸して硬化した樹脂は、これにより繊維の強度を高めることができるものであれば特に限定されることはない。これには例えば熱により硬化する熱硬化樹脂を挙げることができ、例えばアミン系又は無水物系の硬化促進剤、及び、ゴム系の強化剤を含むエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等がある。その他、エポキシ樹脂を主剤とし、これに硬化剤を混ぜることにより硬化する樹脂組成物も挙げることができる。これによれば、主剤と硬化剤とを混ぜてから硬化するまでの間にこの混合物である樹脂組成物を繊維層に到達及び浸透させることで、自動的に硬化する。

＜保護層＞
保護層１３は必要に応じて補強層１２の外周に配置される層であり、設けられた際には例えばガラス繊維が巻かれ、ここに樹脂が含浸されてなる。含浸される樹脂は補強層１２と同様に考えることができる。これにより高圧タンク１０に対して耐衝撃性を付与することができる。
保護層１３の厚さは特に限定されることはないが、１．０ｍｍ乃至２．０ｍｍ程度とすることができる。

＜口金＞
口金１４は、ライナ１１の２つの開口端にそれぞれ取付けられている部材であり、その一方は、高圧タンク１０の内外を連通する開口として機能すると共に、高圧タンク１０に配管やバルブを取り付けるための取付部として機能する。また、口金１４は、補強層１２を形成する際に、ライナ１１を後述する多給糸フィラメントワインディング装置へ取り付けるための取付部としても機能する。
なお、ライナ１１が金属で構成されている場合には、口金を別途設ける必要はなく、ライナ１１から連続して口金と同様の形状が形成されていればよい。

２．プリフォームの構造
プリフォーム２０は、最終的に高圧タンク１０となる中間部材であり、少なくともライナ１１、巻回層２１を有して構成されている。すなわちプリフォーム２０は巻回層２１（そのうちの繊維層２３）に樹脂が含浸される前の部材である。図３にはプリフォーム２０の断面形状、図４には図３にＡで示した部分の拡大図で、層構成を説明するための図を表した。
本形態でプリフォーム２０はライナ１１、巻回層２１、及び、口金１４を有している。ライナ１１及び口金１４については上記した通りなのでここでは説明を省略し、巻回層２１について説明する。
なお、ここではプリフォーム２０としてライナ１１に巻回層２１が配置されたものを示して説明するが、巻回層２１の外周にさらに保護層１３のためのガラス繊維が巻かれたものであってもよい。

＜巻回層＞
巻回層２１は、後述するようにここに樹脂組成物が供給されて含浸、硬化されることにより高圧タンク１０の補強層１２となる層であり、本形態で、巻回層２１は図４からわかるように、ＴＰＰ層２２及び繊維層２３を備えている。

ＴＴＰ層２２は、予め半硬化状態の樹脂が含浸された繊維束（トウプリプレグ、ＴＰＰ）が巻かれた層である。
ＴＰＰを構成する繊維束は特に限定されることはないが、上記した繊維束と同じように考えることができ、炭素繊維が束となって所定の断面形状（例えば長方形断面）を有する帯状とすることができる。

また、ＴＰＰに含まれる樹脂も特に限定されることはないが、後述するように繊維層２３に含浸される樹脂と同じ種類の樹脂であることが好ましい。これにより繊維層２３に含浸される樹脂と一体化しやすく、均一性や剥離の問題が生じにくい。従って例えば、熱により硬化する熱硬化樹脂を挙げることができ、アミン系又は無水物系等の硬化促進剤、及び、ゴム系の強化剤を含むエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等がある。その他、エポキシ樹脂を主剤とし、これに硬化剤を混ぜることにより硬化する樹脂組成物も挙げることができる。
また、ＴＰＰ層に含まれる樹脂に対して低温硬化剤が添加されていてもよい。低温硬化剤は、比較的低い温度（具体的には型４０の温度よりも低い温度）で樹脂の硬化を開始させ、高い反応性を付与するものであり、その際の高い発熱で内層側から供給された樹脂組成物を加熱することができ、高速含浸と高速硬化を両立させることが可能となる。低温硬化剤としては、限定されることはないが、例えばキシレンジアミド、ジエチレントリアミン、及び、トリエチレンテトラを挙げることができる。

本形態ではＴＰＰ層２２は巻回層２１の内層側に配置されている（巻かれている）。これにより、補強層１２を厚くするために巻回層２１を厚くする必要がある場合であっても、内層側に含まれる樹脂をＴＰＰの樹脂で補うことができ、均一な樹脂分布及びこれによる補強層として高い性能を確保することが可能となる。また、含浸し難い部分に樹脂が予め配置されていることから、繊維層２３への樹脂の含浸は迅速に行われ、効率よい含浸、すなわち高圧タンクの生産性を高めることもできる。
内層側のなかでもＴＰＰ層２２は、少なくともライナ１１に接するように最も内層側となる層を含んでいることが好ましく、ライナ１１に接する層の１層のみをＴＰＰ層としてもよい。

繊維層２３は、樹脂が含浸されていない繊維束が巻かれた層であり、ＴＰＰ層２２以外の層を構成する。従って、本形態で繊維層２３はＴＰＰ層２２の外周側に配置されている（巻かれている）。好ましくは、図４に表れているように、内層側のうちライナ１１に接する層の１層又はさらにこれに積層される複数層をＴＰＰ層２２とし、その外側を繊維層２３とする。
繊維層２３を構成する繊維束は、上記した繊維束と同じように考えることができ、炭素繊維が束となって所定の断面形状（例えば長方形断面）を有する帯状とすることができる。

本形態では、ＴＰＰ層２２及び繊維層２３のいずれも図５、図６に示したようにいわゆるヘリカル巻きによりＴＰＰ２２ａ、繊維束２３ａが巻かれている。図５はＴＰＰ層２２を外観して拡大した図、図６は繊維層２３を外観して拡大した図である。これによればＴＴＰ、繊維束を早く巻くことができるとともに、隣接するＴＰＰ同士、隣接する繊維束同士の間に若干の間隙が形成されるため樹脂が含浸しやすくなる。
ただしこれに限らず例えばＴＰＰ層をフープ巻きとして高い締め付け力及び隣接するＴＰＰ同時の密着性を付与し、繊維層２３は樹脂組成物を含浸しやすいヘリカル巻きにする態様とすることもできる。

３．製造方法１
図７には１つの形態にかかる高圧タンクの製造方法Ｓ１０の流れを示した。図７からわかるように、高圧タンクの製造方法Ｓ１０は、ＴＴＰ層の形成の工程Ｓ１１、繊維層の形成の工程Ｓ１２、型への設置・脱気の工程Ｓ１３、樹脂組成物の供給・停止の工程Ｓ１４、及び離型の工程Ｓ１５を含んでいる。
なお、ＴＴＰ層の形成の工程Ｓ１１及び繊維層の形成の工程Ｓ１２により巻回層の形成をする工程となるとともに、これによりプリフォーム２０が作製される。
以下各工程について説明する。

＜ＴＰＰ層の形成の工程Ｓ１１＞
ＴＰＰ層の形成の工程Ｓ１１（「工程Ｓ１１」と記載することがある。）では、ライナ１１の外周にＴＰＰ２２ａを巻きつける。図８に説明のための図を示した。図８はＴＰＰ２２ａの巻き付けによるＴＰＰ層２２の形成の場面を模式的に表したものである。

工程Ｓ１１でライナ１１にＴＰＰ２２ａを巻きつけてＴＰＰ層２２を形成する。すなわち、本形態で工程Ｓ１１ではライナ１１に接する１層、又は、この１層の外に巻かれる複数の層におけるＴＰＰ２２ａによる層を形成してＴＰＰ層２２とする。

そしてこのようなＴＰＰ２２ａの巻き付けは、図８からわかるように、本形態ではフィラメントワインディング法により行う。
本形態では、ＴＰＰ２２ａが巻かれたボビンであるＴＰＰボビン３０が複数、ライナ１１の外周に沿ってライナ１１を取り囲むように配置された多給糸フィラメントワインディング装置（以下「多給糸ＦＷ装置」と記載することがある。）１台を用いている。

より具体的には、ライナ１１の周りに複数のボビンを設置し得る多給糸ＦＷ装置において、工程Ｓ１１ではそのボビンの全てをＴＰＰボビン３０とする。そして、複数のＴＰＰボビン３０からＴＰＰ２２ａを繰り出してライナ１１の外周に巻き付ける。
そして、ＴＰＰ２２ａが所望のＴＰＰ層２２となるまで当該巻き付けが行われる。

多給糸ＦＷ装置に同時に設置できるボビンの数は特に限定されることはないが、例えば４８個のボビンを設置することができるものもある。その際には、ＴＰＰ層２２を形成する際には、全てのボビン（４８個）をＴＰＰボビン３０とすることができる。

＜繊維層の形成の工程Ｓ１２＞
繊維層の形成の工程Ｓ１２（「工程Ｓ１２」と記載することがある。）では、工程Ｓ１１で形成したＴＰＰ層２２の外周に繊維束２３ａを巻きつける。図９に説明のための図を示した。図９は繊維束２３ａの巻き付けによる繊維層２３の形成の場面を模式的に表したものである。

工程Ｓ１２でＴＰＰ層２２の外周に繊維束２３ａを巻きつけて繊維層２３を形成する。すなわち、本形態で工程Ｓ１２ではＴＰＰ層２２の外周に巻かれる繊維束２３ａによる複数の層を形成して繊維層２３とする。

そしてこのような繊維束２３ａの積層は、図９からわかるように、本形態ではフィラメントワインディング法により行う。
本形態では、繊維束２３ａが巻かれたボビンである繊維束ボビン３１が複数、ライナ１１の外周に沿ってライナ１１を取り囲むように配置された多給糸ＦＷ装置１台を用いている。この多給糸ＦＷ装置は工程Ｓ１１で用いた多給糸ＦＷ装置を用いることもできる。

より具体的には、ライナ１１の周りに複数のボビンを設置し得る多給糸ＦＷ装置において、工程Ｓ１２ではそのボビンの全てを繊維束ボビン３１とする。そして、複数の繊維束ボビン３１から繊維束２３ａを繰り出してライナ１１に巻き付けられたＴＰＰ層２２の外周に巻き付ける。
そして、繊維束２３ａが繊維層２３となるまで当該巻き付けが行われる。
なお、工程Ｓ１２で用いる多給糸ＦＷ装置を工程Ｓ１１で用いた多給糸ＦＷ装置と同じとするときには、ＴＰＰボビン３０から繊維束ボビン３１にボビンの交換を行えばよい。

そして、この工程Ｓ１２により、工程Ｓ１１と合わせて巻回層を形成する工程となり、これによりプリフォーム２０が作製される。また、必要に応じて引き続き保護層１３のためのガラス繊維が巻かれてもよい。

＜型への設置・脱気の工程Ｓ１３＞
型への設置・脱気の工程Ｓ１３（「工程Ｓ１３」と記載することがある。）では、工程Ｓ１２で作製したプリフォーム２０を型に設置し、真空引きにより脱気を行う。この脱気により、含浸される樹脂組成物が巻回層２１（主に繊維層２３）に浸透しやすくなり、含浸がより円滑に行われる。

図１０、図１１に、１つの例にかかる型４０を説明するための図を示した。図１０はプリフォーム２０とともに示した型４０の模式的な分解断面図、図１１はプリフォーム２０が設置された状態の型４０の模式的な断面図である（プリフォーム２０は断面でなく表面で表している。）。
型４０はプリフォーム２０の巻回層２１（主に繊維層２３）に対して樹脂を含浸するための型であり、本形態では上型４１及び下型４２を有して構成されている。上型４１と下型４２とが重なることで、型４０の内側にプリフォーム２０の形状に沿った内部空間が形成される。この内部空間は真空引きが可能とされ、密閉された空間を形成することできる。

また、上型４１は、図１１に直線矢印で示したように下型４２に対して相対的に移動することができ、これによりプリフォーム２０の型４０への設置、型４０からの離脱（離型）をすることができる。

また、上型４１には、外部から、設置されたプリフォーム２０の外周（巻回層２１）にまで達する流路４１ａが設けられている。この流路４１ａに樹脂組成物を流すことにより巻回層２１（繊維層２３）に対して樹脂組成物を供給し含浸させる。
さらに型４０には形成された内部空間内の真空引き（真空脱気）をするための不図示の空気流通路も設けられている。

また、型４０にはプリフォーム２０の温度を測定することができるように、温度センサ４３が設置されており、プリフォーム２０の温度を得ることができるとともに、不図示の温度制御装置により、型の温度を所望の温度に変更及び保持することができるように構成されている。

型４０に用いられる材料は特に限定されることはないが、通常の通り金属が好ましく用いられ、型４５はいわゆる金型である。

本工程Ｓ１３では、型４０の上型４１が下型４２から離脱されて開放状態とされ、上面が大きく露出した下型４２に対してプリフォーム２０を設置し、その後、下型４２及びここに設置されたプリフォーム２０に対して被せるように上型４１を配置して締め付ける。そして、真空ポンプにより真空脱気をする。
真空脱気は次の工程で行われる樹脂組成物を巻回層２１に供給する前に終了する。

＜樹脂組成物の供給・停止の工程Ｓ１４＞
樹脂組成物の供給・停止の工程Ｓ１４（「工程Ｓ１４」と記載することがある。）では、図１２に示したように、硬化前の樹脂組成物を流路４１ａを通じて型４０に配置されたプリフォーム２０の巻回層２１に対して供給し、必要な量の樹脂組成物の供給により供給を停止する。これにより樹脂組成物が巻回層２１に含浸する。

この樹脂組成物の供給のタイミングは特に限定されることはないが、次のように行うことが好ましい。すなわち、型４０を加熱することでＴＰＰ層２２に含まれる樹脂を加熱してＴＰＰ２２ａの巻き付け時よりも当該樹脂を低粘度化し、そのタイミングで樹脂組成物の供給を開始する。これによれば、ＴＰＰ層２２に含まれる低粘度化した樹脂と、工程Ｓ１４で供給した樹脂組成物との混合の程度を高めることができ、補強層における樹脂分布の均一性やＴＰＰの樹脂と含浸させた樹脂組成物との密着性を高めて剥離や局所的な強度低下を回避することができる。
より具体的な一例としては、例えば温度センサ４３によりにプリフォーム２０の温度を測定し、図１３に示したように予め取得しておいた時間と温度との関係に基づいて、図１３にＢで示した部分であり、その昇温時に一時的に温度が一定となるときがＴＰＰに含まれる樹脂が低粘度であるとして、そのタイミングで含浸する樹脂組成物を供給することができる。このようにＴＰＰに含まれている樹脂の温度と粘度との関係を予め把握しておくことで、温度センサ４３の測定結果に基づいて明確に樹脂組成物の供給のタイミングを得ることが可能であり、安定した品質の高圧タンクを提供することができる。

また、ＴＰＰに含まれる樹脂は図１３にも表れているように、時間を経ることで温度が上昇し、Ｃで示した部位の温度に達する。この温度上昇により工程Ｓ１４で供給した樹脂組成物の硬化が促進されるため、含浸から硬化までの時間の短縮をすることができ、効率的な含浸が可能となる。ＴＰＰに含まれる樹脂に上記したような低温硬化剤を含めたときにはその効果がより顕著に表れる。

供給する樹脂組成物は、流動性のある状態で巻回層に到達及び浸透し、その後何らかの方法により硬化することで繊維層の強度を高めることができるものであれば特に限定されることはない。これには例えば熱により硬化する熱硬化樹脂が挙げられ、例えばアミン系又は無水物系の硬化促進剤、及び、ゴム系の強化剤を含むエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等がある。この他にも、エポキシ樹脂を主剤とし、これに硬化剤を混ぜることにより硬化する樹脂組成物を挙げることができる。これによれば、主剤と硬化剤とを混ぜてから硬化するまでの間にこの混合物である樹脂組成物を繊維層に到達及び浸透させることで、自動的に硬化する。

＜離型の工程Ｓ１５＞
離型の工程Ｓ１５（「工程Ｓ１５」と記載することがある。）では、工程Ｓ１４で、ＴＰＰに含まれる樹脂、及び、供給され含浸した樹脂組成物が硬化していることを得て、樹脂が含浸されたプリフォーム２０を型４０から離脱する。
本形態では型４０の上型４１を下型４２から離脱し、開放状態とすることで離型を行う。

＜その他＞
以上の各工程を含む製造方法により、樹脂が含浸されたプリフォーム２０が得られる。この樹脂が含浸されたプリフォーム２０に対して、必要に応じてさらに樹脂が含浸されたガラス繊維による層が形成される等して高圧タンク１０とすることができる。

４．効果等
本開示によれば、プリフォームに形成された繊維層へのＲＴＭによる樹脂含浸を含む場合において、高圧タンク等のように補強層を厚くする必要があっても、その少なくとも一部に、好ましくは樹脂含浸が難しい内層側に樹脂含浸済のＴＰＰを配置することで、層内に樹脂の配置を予め確保することができることから、補強層内の樹脂の均一性を高めることができ、高い性能の高圧タンクを提供することができる。また、これは含浸時間の短縮を可能とすることにもなり、生産性の向上も提供される。

プリフォームに形成された繊維層に樹脂組成物を供給するタイミングを、ＴＰＰ層に含まれる樹脂の低粘度状態の時に合わせることで、供給した樹脂組成物とＴＰＰ層に含まれていた樹脂との混合を促進し、両者の一体化が図られることで、効率の良い含浸性と高圧タンクの性能向上を両立することができる。

また、ＴＰＰ層に含まれる樹脂に対して、低温硬化剤を添加しておき、早いタイミングで硬化を開始するとともに高い反応性を付与することで、その硬化発熱で内層側から含浸した樹脂組成物を加熱することができ、効率のよい含浸と迅速な硬化を両立することが可能となる。

本開示によれば、プリフォーム２０の巻回層２１にはＴＰＰ層２２を含んでいるものの、含浸前の繊維束２３ａを巻いた繊維層２３を有しているため、型４０内でＴＰＰ層２２の樹脂に流動性を付与し、当該樹脂が移動してＴＰＰ層２２の巻きの状態に変化が生じる場合でも、繊維層２３によってＴＰＰ層２２の変化は抑えられることから、樹脂の硬化の過程で巻回層に大きな変化を生じにくく、安定した品質の高圧タンクを得ることができる。

５．他の態様
以上示した、プリフォーム、及び、高圧タンクの製造方法では、図４、図５、図６、図８、及び図９に典型的に表れているように、ライナ１１に接するＴＰＰ層２２、その外側に繊維層２３を設ける形態である。本開示は、これに限らず他の態様として例えば図１４、図１５に示したように各層を配置してもよい。
図１４は図４と同じ視点による図であり、図１４に示した例では、複数のＴＰＰ層２２の間に繊維層２３が配置される例である。この例によれば、ＴＰＰ層２２が外層側に配置されることもある。このようなＴＰＰ層２２の配置であっても上記効果を奏するものとなる。ただし、この場合であっても、少なくとも１つのＴＰＰ層２２は内層側に配置されることが好ましく、より好ましくは１つのＴＰＰ層２２はライナ１１に接している。

図１５は図５と同じ視点による図であり、図１５に示した例では、巻回層の少なくとも１つの層において、１つの層の中にＴＰＰ２２ａと繊維束２３ａとが混在する例である。このようなＴＰＰ２２ａと繊維束２３ａの配置によるＴＰＰ層及び繊維層を含む場合にも上記効果を奏するものとなる。なお、このような層を形成するには例えば図１６に示したように多給糸ＦＷ装置に設置する複数のボビンに、ＴＰＰボビン３０と繊維層ボビン３１を混在させればよい。

６．製造方法２
ここでは、他の形態にかかる高圧タンクの製造方法Ｓ２０について説明する。高圧タンクの製造方法Ｓ２０では、図７を示して説明した高圧タンクの製造方法Ｓ１０に対して、ＴＰＰ層の形成の工程Ｓ１１、繊維層の形成の工程Ｓ１２で行われたＴＰＰ２２ａの巻き付け、繊維束２３ａの巻き付けの方法（手段）が異なる。当該巻き付けの手段に関する事項以外は高圧タンクの製造方法Ｓ１０と同じであるためここでは説明を省略する。以下、高圧タンクの製造方法Ｓ２０におけるＴＰＰ２２ａや繊維束２３ａの巻き付けの方法（手段）について説明する。

本形態における工程Ｓ１１のＴＰＰ２２ａの巻き付け、工程Ｓ１２の繊維束２３ａの巻き付けについて図１７に説明のための図を示した。

本形態もフィラメントワインディング法によりＴＰＰ２２ａ、繊維束２３ａをライナ１１に巻きつけるが、複数の多給糸ＦＷ装置が並べられた連続多給糸ＦＷ装置により当該巻き付けを行う。この形態では図１７に示したように、複数の多給糸ＦＷ装置５０ａ乃至多給糸ＦＷ装置５０ｆが並べられている。これら個々の多給糸ＦＷ装置は図８、図９を用いて説明した多給糸ＦＷ装置と同じである。

本形態では、複数の多給糸ＦＷ装置を配置することで、多給糸ＦＷ装置ごとに担当する層を分けて巻き付けを行うものである。従って図１７に示したように、ライナ１１が紙面右側から左側に移動し、例えば多給糸ＦＷ装置５０ａが１層目、多給糸ＦＷ装置５０ｂが２層目、多給糸ＦＷ装置５０ｃが３層目、…というようにして複数の多給糸ＦＷ装置を通過することで全部の層が巻かれる。

このような連続多給糸ＦＷ装置によれば、ＴＰＰ２２ａを巻く多給糸ＦＷ装置、繊維束２３ａを巻く多給糸ＦＷ装置、場合によってはＴＰＰ２２ａと繊維束２３ａとを混在して巻く多給糸ＦＷ装置を固定することができ、巻いている途中にボビンの変更をする必要がなく、効率よく繊維の巻き付けを行うことができる。
例えば、１層目（ライナ１１に接する層）をＴＰＰ２２ａによる層（ＴＰＰ層２２）にしたい場合には、図１７の多給糸ＦＷ装置５０ａを図８のようにしてＴＰＰボビン３０のみとすればよい。そして、多給糸ＦＷ装置５０ｂ乃至多給糸ＦＷ装置５０ｆを図９のように全てのボビンを繊維束ボビン３１とする。
本形態によれば、巻いている途中におけるボビンの種類の変更は必要ないため、効率よくＴＰＰ２２ａ、繊維束２３ａを巻くことができる。

１０ 高圧タンク
１１ ライナ
１２ 補強層
１３ 保護層
１４ 口金
２０ プリフォーム
２１ 巻回層
２２ ＴＰＰ層
２２ａ ＴＰＰ
２３ 繊維層
２３ａ 繊維束
３０ ＴＰＰボビン
３１ 繊維束ボビン
４０ 型
４１ 上型
４２ 下型
４３ 温度センサ

Claims (6)

1. ライナの外周に巻回層を形成してプリフォームを作製する工程と、
   前記プリフォームを型に設置して前記巻回層に対して樹脂組成物を供給する工程と、を含み、
   前記巻回層の形成には、トウプリプレグの巻き付け、及び、繊維束の巻き付けが含まれる、
   高圧タンクの製造方法。
2. 前記巻回層を形成する工程は、前記トウプリプレグの巻き付けの後に、前記トウプリプレグの外周側に前記繊維束の巻き付けを行う、請求項１に記載の高圧タンクの製造方法。
3. 前記巻回層を形成する工程は、前記巻回層を構成する層のうちの少なくとも１つの層は、前記トウプリプレグ及び前記繊維束が混在するように巻き付ける、請求項１に記載の高圧タンクの製造方法。
4. 前記樹脂組成物を供給する工程では、
   前記トウプリプレグに含まれる樹脂の粘度を巻き付け時よりも低下させてから前記樹脂組成物の供給を開始する、請求項１乃至３のいずれかに記載の高圧タンクの製造方法。
5. 前記トウプリプレグに含まれる樹脂には前記型の温度よりも低い温度で前記樹脂を硬化させる硬化剤が添加されている請求項１乃至４のいずれかに記載の高圧タンクの製造方法。
6. 前記トウプリプレグの巻き付け、及び、前記繊維束の巻き付けは、多給糸フィラメントワインディング装置、又は、連続多給糸フィラメントワインディング装置で行われる請求項１乃至５のいずれかに記載の高圧タンクの製造方法。

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