JP2022028221A - 高圧タンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸心に沿って隣り合う強化繊維束間の隙間の発生を防止しつつ、強化繊維束が径方向に膨らむことを防止しながら、筒部材を連続して形成する高圧タンクの製造方法を提供する。【解決手段】樹脂が含浸された強化繊維束Ｆに隙間が形成されないように、強化繊維束を回転したマンドレル６０に螺旋状に巻き付けながら、筒状に巻き付いた繊維強化樹脂束Ｆの巻回体３１Ａを、案内部材７０でマンドレル６０の軸心方向Ｄに進行させることにより、巻回体３１Ａを賦形型８０の型孔８２に押し込むように挿通し、巻回体３１Ａを型孔８２の形状に応じた賦形体３１Ｂに賦形し、賦形体３１Ｂを形成する強化繊維束Ｆの樹脂を固化させて、筒体３１Ｃを形成し、所定の長さごとに筒体３１Ｃを切断して、筒部材３１を連続して形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。

たとえば、天然ガス自動車または燃料タンク自動車には、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクが利用されている。この種の高圧タンクには、燃料ガスを気密保持するライナーの外面に、繊維強化樹脂からなる補強層が被覆されている。

このようなタンクの製造方法として、たとえば、特許文献１には、筒状の胴体部と、その両側に形成されたドーム状の側端部とを備えた高圧タンクの製造方法が開示されている。特許文献１に記載の製造方法では、補強層を有し、胴体部となる筒状成形体と、側端部となる側端部材とをそれぞれ別々に形成して、これらを接合することで高圧タンクを製造する。特許文献１では、この筒状成形体を、シートワインディング法により、１枚の繊維強化樹脂シートから形成する。

特開２０１７－９４４９１号公報

しかし、特許文献１に示すようなシートワインディング法では、バッチ式生産となるため、筒状成形体を安価に製造することができない。そのため、フィラメントワインディング法により、樹脂が含浸された強化繊維束をマンドレルに螺旋状に巻き付けて、筒状成形体を連続して形成することも考えられる。

しかしながら、連続的に筒状成形体を形成するために、マンドレルに強化繊維束を螺旋状に巻き続けると、巻き付けられた強化繊維束は緩み易いため、隣り合う強化繊維束間に隙間が生じたり、強化繊維束が径方向に膨らんだりするおそれがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明として、軸心に沿って隣り合う強化繊維束間の隙間の発生と、強化繊維束の径方向への膨らみを抑えつつ、筒部材を連続して形成する高圧タンクの製造方法を提供する。

前記課題を鑑みて、本発明に係る高圧タンクの製造方法は、筒部材の両側にドーム部材が接合された、繊維強化樹脂からなる補強層を少なくとも備えた高圧タンクの製造方法であって、前記筒部材を形成する工程と、前記ドーム部材を準備する工程と、前記筒部材の周端部と前記ドーム部材の周端部とを接合して前記補強層を形成する工程と、を少なくとも含み、前記筒部材を形成する工程は、樹脂が含浸された強化繊維束に隙間が形成されないように、前記強化繊維束を回転したマンドレルに螺旋状に巻き付けながら、筒状に巻き付いた繊維強化樹脂束の巻回体を、案内部材で前記マンドレルの軸心方向に進行させることにより、前記巻回体を賦形型の型孔に押し込むように挿通し、前記巻回体を前記型孔の形状に応じた賦形体に賦形する賦形工程と、前記マンドレルの回転により、前記巻回体とともに前記賦形体を前記軸心方向に進行させながら、前記賦形体を形成する前記強化繊維束の前記樹脂を固化させて、筒体を形成する工程と、前記賦形体の進行とともに前記筒体を前記軸心方向に進行させながら、所定の長さごとに前記筒体を切断して、前記筒部材を連続して形成する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

本発明によれば、樹脂が含浸された強化繊維束を回転したマンドレルに螺旋状に巻き付ける。これとともに、強化繊維束同士に隙間が形成されないように、筒状に巻き付いた強化繊維束の巻回体を、案内部材でマンドレルの軸心方向に進行させることにより、巻回体を賦形型の型孔に押し込むように挿通する。

これにより、型孔の壁面で巻回体を押圧して、巻回体を型孔の形状に賦形する。この結果、案内部材による押し込みに起因して、巻回体の強化繊維束が径方向に膨らむことを抑え、型孔の壁面で押圧することができるため、安定した形状の賦形体を形成することができる。

このように予め賦形した賦形体を形成して、この賦形体を巻回体とともに軸心方向に進行させ、賦形体の樹脂を固化して、賦形した形状を保持した筒体を形成する。さらに、この筒体を賦形体の進行とともに軸心方向に進行させつつ、筒体を所定の長さごとに切断する。このような結果、軸心に沿って隣り合う強化繊維束間の隙間がなく、強化繊維束の径方向への膨らみが抑えられた筒部材を連続して形成することができる。

本発明の一実施形態に係る製造方法により製造される高圧タンクの構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る高圧タンクの製造方法の工程を説明するフロー図である。 図２に示す筒部材形成工程を説明するフロー図である。 筒部材を連続的に形成する方法を説明する図であって、Ａ～Ｃ部は、図３に示す各工程を説明する模式的概念図である。 図２に示す第１補強層形成工程を説明する模式的斜視図である。 図２に示す第２補強層形成工程およびライナー形成工程を説明する模式的概念図である。

以下に、図１～図６を参照しながら本発明に係る実施形態について説明する。まず、高圧タンク１について説明する。以下では、高圧タンク１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１に充填可能なガスとしては、高圧の水素ガスに限定されず、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。

１．高圧タンク１について
図１に示すように、高圧タンク１は、両端がドーム状に丸みを帯びた略円筒状の高圧ガス貯蔵容器である。高圧タンク１は、ガスバリア性を有するライナー２と、ライナー２の外面を覆う繊維強化樹脂からなる補強部３とを備える。補強部３は、ライナー２の外面を覆う第１補強層３０と、第１補強層３０の外面を覆う第２補強層３４と、を有する。高圧タンク１の一方端には、開口部が形成されており、開口部周辺には口金４が取り付けられている。なお、第１補強層３０が、本発明でいう「補強層」に相当する。

ライナー２は、高圧の水素ガスが充填される収容空間５を形成する樹脂製の部材であるが、たとえばアルミニウム製の部材であってもよい。ライナー２は、筒状の胴体部２１と、胴体部２１の両側に形成されたドーム状の側端部２２、２３と、を備えている。なお、ライナー２の材料は後述する。

本実施形態では、胴体部２１は、高圧タンク１の軸方向Ｘに沿って所定の長さで延在しており、略円筒状の形状を有している。各側端部２２、２３は、胴体部２１の両側に連続して形成されており、ドーム状の形状を有している。側端部２２、２３は、胴体部２１から遠ざかるに従って縮径しており、一方の側端部２２では、最も縮径した部分の中心に開口部２２ａが形成され、この開口部２２ａに管状部２２ｂが形成されている。

口金４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属材料を所定形状に加工したものである。口金４には、収容空間５に対して水素ガスを充填および排出するためのバルブ（不図示）が取り付けられている。

補強部３は、ライナー２を補強して高圧タンク１の剛性や耐圧性等の機械的強度を向上させる機能を有し、強化繊維（連続繊維）に樹脂が含浸された繊維強化樹脂により構成されている。本実施形態では、上述した如く、補強部３は、ライナー２の外面を覆う第１補強層３０と、第１補強層３０の外面を覆う第２補強層３４と、を有している。第１補強層３０は、筒部材３１と２つのドーム部材３２、３３とが一体的になるように、筒部材３１の両側にドーム部材３２、３３が接合されている。なお、筒部材３１、ドーム部材３２、３３、および第２補強層３４の材料は、後述する。

筒部材３１は、ライナー２のうち、胴体部２１の外面を覆っており、ドーム部材３２、３３は、ライナー２の側端部２２、２３の外面を覆っている。筒部材３１およびドーム部材３２、３３は、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂層からなる部材であり、繊維強化樹脂層は複数積層されていてもよい。筒部材３１の強化繊維は、樹脂を含浸した強化繊維束Ｆを螺旋状（具体的には、フープ巻き）に巻くことにより、筒部材３１の周方向に配向されている。ドーム部材３２、３３の強化繊維は、筒部材３１の周方向に配向されておらず、頂部近傍からその周端部３２ａ、３３ａに向かって、周方向と交差する様々な方向に延在している。

第２補強層３４は、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂層を積層した層であり、筒部材３１の外面と、ドーム部材３２、３３の外面とを覆う層である。具体的には、第２補強層３４は、２つのドーム部材３２、３３に亘って繊維が配向された繊維強化樹脂からなる層である。第２補強層３４の強化繊維は、樹脂を含浸した強化繊維束のヘリカル巻きにより、筒部材３１の軸方向Ｘに対して傾斜するように配向されている。

２．高圧タンク１の製造方法について
次に、本発明の一実施形態に係る高圧タンク１の製造方法について説明する。図２に示すように、高圧タンク１の製造方法は、筒部材形成工程Ｓ１０と、ドーム部材準備工程Ｓ２０と、第１補強層形成工程Ｓ３０と、第２補強層形成工程Ｓ４０と、ライナー形成工程Ｓ５０と、を含んで構成されている。なお、筒部材形成工程Ｓ１０とドーム部材準備工程Ｓ２０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。

２－１．筒部材形成工程Ｓ１０
筒部材形成工程Ｓ１０では、筒部材３１を形成する。本実施形態では、筒部材形成工程Ｓ１０は、筒部材３１を連続して形成する方法であり、図３の如く、賦形体３１Ｂの形成工程Ｓ１１と、筒体３１Ｃの形成工程Ｓ１２と、筒体３１Ｃの切断工程Ｓ１３とを少なくとも含む。これらの工程Ｓ１１～工程Ｓ１３のそれぞれは、図４に示すＡ部、Ｂ部、およびＣ部で行われる。なお、賦形体３１Ｂの形成工程Ｓ１１および筒体３１Ｃの切断工程Ｓ１３は、本発明でいうところの「賦形工程」および「筒部材を連続して形成する工程」にそれぞれ相当する。

まず、筒部材形成工程Ｓ１０の概要を説明するとともに、筒部材３１を製造する製造装置１００と、筒部材３１の素材となる強化繊維束Ｆを説明する。本実施形態では、図４の如く、巻回体３１Ａ、賦形体３１Ｂ、筒体３１Ｃおよび筒部材３１の形成を、マンドレル６０の一方側から他方側に向かって、マンドレル６０の軸心方向Ｄに進行させながら行う。なお、本実施形態では、軸心方向Ｄは、強化繊維束Ｆが巻き進む方向である。具体的には、マンドレル６０の一方側で強化繊維束Ｆを巻き付けながら、巻回体３１Ａを形成し、案内部材７０で、巻回体３１Ａを軸心方向Ｄに押し込みながら、賦形型８０内で、賦形体３１Ｂを形成する。次に、賦形体３１Ｂの樹脂を固化させて、筒体３１Ｃを形成する。なお、この時点では、巻回体３１Ａ、賦形体３１Ｂ、および筒体３１Ｃは、１つの連続した管状の成形体である。最後に、マンドレル６０の他方側で、筒体３１Ｃを切断して筒部材３１を形成する。

筒部材３１を製造する製造装置１００の要部を以下に説明する。製造装置１００は、マンドレル６０と、マンドレル６０を回転させるモータ（図示せず）と、マンドレル６０が挿通される型孔８２を有した賦形型８０と、強化繊維束Ｆをマンドレル６０に案内するとともに、巻回体３１Ａを賦形型８０に押込む案内部材７０とを少なくとも備えている。製造装置１００は、賦形体３１Ｂを加熱する加熱装置８７と、筒体３１Ｃを冷却する冷却装置８８と、筒体３１Ｃを切断する切断装置８９と、をさらに備えている。以下に、マンドレル６０と、案内部材７０と、賦形型８０と、を簡単に説明する。

マンドレル６０は、ライナー２の胴体部２１の外形と対応した形状であり、本実施形態では、マンドレル６０は略円柱状である。マンドレル６０の外径は、筒部材３１の内径に相当するものであり、ドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａの最外位置における内周の径に相当するものである。マンドレル６０の材質は、特に限定されるものではないが、壁面８３で押し込む際に、変形しない強度を確保するために、アルミニウムまたは鋼などの金属であることが好ましい。マンドレル６０は、モータ（図示せず）に接続されており、モータの駆動により、軸心ＣＬ周りに回転する。これにより、強化繊維束Ｆをマンドレル６０に巻き付けることができる。

案内部材７０は、アルミニウムまたは鋼などの金属製の部材であり、強化繊維束Ｆがマンドレル６０に巻き付き始める位置付近に配置され、供給装置（図示せず）から送られた強化繊維束Ｆをマンドレル６０に案内するものである。具体的には、案内部材７０は、強化繊維束Ｆの端部同士が隙間なく重なり合うように、強化繊維束Ｆを、マンドレル６０に案内する。これにより、強化繊維束Ｆはマンドレル６０に螺旋状に巻き付いて、巻き付けた巻回体３１Ａが形成される。案内部材７０は、マンドレル６０に巻き付いた巻回体３１Ａを、型孔８２に押し込む。

賦形型８０は、アルミニウムまたは鋼などの金属製の部材であり、本体８１に、型孔８２が形成された型である。型孔８２の形状は、筒部材３１の外形の形状に対応しており、本実施形態では、略円柱状である。型孔８２には、その軸心とマンドレル６０の軸心ＣＬとが一致するように、マンドレル６０が挿通されている。この状態で、マンドレル６０の外面６１と型孔８２の壁面８３との間に巻回体３１Ａが挿通される。賦形型８０を用いて、賦形体３１Ｂを形成する。

本実施形態では、強化繊維束Ｆは、数十本の単繊維を撚り合わせて１本の糸にした、いわゆるマルチフィラメントが、数千～数万本程度束ねられた連続繊維である。強化繊維束Ｆを構成する強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、およ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。

強化繊維束Ｆに含浸される樹脂としては、特に限定されるものではないが、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、およびエポキシ樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、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、ポリアミド等を挙げることができる。

本実施形態では、樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、熱硬化性樹脂が未硬化の状態で、マンドレル６０に強化繊維束Ｆを巻き付ける。一方、樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、熱可塑性樹脂を加熱して軟化させた状態で、マンドレル６０に強化繊維束Ｆを巻き付ける。なお、後述する賦形型８０の型孔８２内においても、熱可塑性樹脂は加熱して軟化させた状態である。

（１）賦形体３１Ｂの形成工程Ｓ１１
筒部材形成工程Ｓ１０では、まず、図４のＡ部の如く、賦形体３１Ｂの形成工程Ｓ１１を行う。この工程では、樹脂が含浸された強化繊維束Ｆの長手方向の縁部同士で重なり合い、かつ、強化繊維束Ｆ同士に隙間が形成されないように、回転したマンドレル６０に、強化繊維束Ｆを螺旋状に巻き付けながら、筒状に巻き付いた強化繊維束Ｆの巻回体３１Ａを形成する。これに加えて、案内部材７０で、巻回体３１Ａを、マンドレル６０の軸心方向Ｄに進行させることにより、巻回体３１Ａを賦形型８０の型孔８２に押し込むように挿通して、巻回体３１Ａを型孔８２の形状に応じた賦形体に賦形する。

より具体的には、本実施形態では、マンドレル６０を軸心ＣＬ周りに回転することにより、フィラメントワインディング（ＦＷ）法で、樹脂が含浸された強化繊維束Ｆをマンドレル６０の外面（周面）６１に螺旋状に巻き付ける。具体的には、フープ巻き（軸心ＣＬと強化繊維束Ｆの巻き付け方向とがなす角度が略直角になる方向）で巻き付ける。なお、軸心ＣＬは、筒部材３１の軸心に一致している。

さらに案内部材７０により、強化繊維束Ｆの縁部同士が重なり合って、強化繊維束Ｆに隙間がない状態の巻回体３１Ａを賦形型８０の型孔８２に挿通する。この結果、賦形体３１Ｂは、型孔８２の壁面８３に押圧されるため、賦形体３１Ｂの強化繊維束Ｆが軸心方向Ｄに押されたとしても、これが径方向に広がることを抑えることができる。さらに、賦形型８０の型孔８２内では、強化繊維束Ｆは拘束されているため、軸心ＣＬに沿って隣り合う強化繊維束Ｆ間に隙間が発生する（いわゆる強化繊維束Ｆ同士の位置ずれ）ことを防止することができる。

このような本実施形態では、軸心ＣＬに沿って隣り合う強化繊維束Ｆ間に隙間が発生することを防止しつつ、強化繊維束Ｆが径方向に膨らむことを防止するように巻回体３１Ａを賦形して、賦形体３１Ｂを形成することができる。

さらに、強化繊維束Ｆの縁部同士が重なり合って、強化繊維束Ｆに隙間がない状態の巻回体３１Ａでは、その表面に重なりに起因した凹凸が形成され易いが、巻回体３１Ａを型孔８２の形状に応じた形状に賦形することにより、賦形体３１Ｂの表面を平滑化することができる。

なお、フープ巻きに巻き付けた巻回体３１Ａの層（フープ層）を厚さ方向に複数積層する場合には、図には示していないが、案内部材７０および賦形型８０の下流側に、複数の案内部材および賦形型を連続的に配置する。そして、配置した各箇所で樹脂が含浸された強化繊維束Ｆを、軸心方向Ｄに進行している巻回体３１Ａの周面にフープ巻きに巻き付けつつ、この巻回体３１Ａを案内部材で賦形型の型孔に挿通させることにより、賦形しながら、フープ層を複数積層する。

この場合には、巻き付け毎に、巻回体の層全体の厚みは増加するため、これに対応するように、各個所に配置された賦形型では、型孔の径の大きさを、巻回体の厚みに応じて設定することが好ましい。本実施形態では、上述の如く、強化繊維束Ｆの径方向への膨らみを防止可能であるため、厚さ方向に隣接するフープ層同士の間に隙間が形成され難い。

（２）筒体３１Ｃの形成工程Ｓ１２
次に、図４のＢ部の如く、筒体３１Ｃの形成工程Ｓ１２を行う。この工程では、マンドレル６０の回転により、巻回体３１Ａとともに賦形体３１Ｂをマンドレル６０の軸心方向Ｄに進行させながら、賦形体３１Ｂを形成する強化繊維束Ｆの樹脂を固化させて、筒体３１Ｃを形成する。マンドレル６０から筒体３１Ｃを引き出す場合には、賦形体３１Ｂを固化させた筒体３１Ｃを引き出すことになるので、筒体３１Ｃの破損を防止することができる。

なお、ここでは、「樹脂を固化する」とは、後述の如く、熱硬化により熱硬化性樹脂を固化する場合と、冷却固化により熱可塑性樹脂を固化する場合とを含む。図４に示す製造装置１００では強化繊維束Ｆに含まれる樹脂が、熱硬化性樹脂である場合の装置構成である。具体的には、マンドレル６０の回転により、巻回体３１Ａとともに賦形体３１Ｂを軸心方向Ｄに進行させながら、賦形体３１Ｂを形成する強化繊維束Ｆの樹脂（未硬化の熱硬化性樹脂）を、加熱装置８７で加熱し、これを熱硬化させる。これにより、賦形体３１Ｂの形状を保持した円筒状の筒体３１Ｃを形成することができる。加熱装置８７により加熱状態の筒体３１Ｃは、冷却装置８８の送風により冷却される。

なお、強化繊維束Ｆに含浸された樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、軟化した状態の熱可塑性樹脂を冷却して固化（冷却固化）するように、賦形体３１Ｂを放冷または強制冷却する。

（３）筒体３１Ｃの切断工程Ｓ１３
次に、図４のＣ部の如く、筒体３１Ｃの切断工程Ｓ１３を行う。この工程では、賦形体３１Ｂの進行とともに筒体３１Ｃをマンドレル６０の軸心方向Ｄに進行させながら、所定の長さごとに筒体３１Ｃを切断して（図４のＣ部に示す黒線参照）、筒部材３１を連続して形成する。切断は、刃を有した切断装置８９で行うが、レーザ光により強化繊維束Ｆを切断してもよい。

切断する際、図に示すように、筒体３１Ｃをマンドレル６０から脱型しながら、これを所定の長さごとに切断する。なお、ドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａと接合可能なように、必要に応じて、形成された筒部材３１の周端部３１ａを加工してよい。

このように本実施形態では、上述した如く、軸心方向Ｄに進行させながら、賦形体３１Ｂの形状を保持して形成された筒体３１Ｃを所定の長さごとに切断する。これにより、軸心ＣＬに沿って隣り合う強化繊維束Ｆ間の隙間の発生を防止しつつ、強化繊維束Ｆが径方向に膨らむことを防止しながら、筒部材３１を連続して形成することができる。

２－２．ドーム部材準備工程Ｓ２０
この工程では、図５に示すドーム部材３２、３３を準備する。準備したドーム部材３２、３３は、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂で構成され、ドーム部材３２、３３の形状は、ライナー２の胴体部２１を除いたドーム状の側端部２２、２３の形状に対応している。ドーム部材３２には、貫通穴を有する略円筒状の突出部３２ｂ（図１参照）が形成され、突出部３２ｂには口金４が備えられている。

ドーム部材３２、３３の強化繊維としては、強化繊維束Ｆの強化繊維として例示した材料と同様のものを挙げることができ、強化繊維に含浸される樹脂としては、強化繊維束Ｆの樹脂として例示した材料と同様のものを挙げることができる。

ドーム部材３２、３３の樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、樹脂は、本硬化（熱硬化）した状態（樹脂の重合反応が完全に完了した状態）でもよく、保形性が確保可能であれば、予備硬化した状態（樹脂の重合反応が完了しておらず、さらなる加熱により、反応が進む状態）でもよい。一方、熱可塑性樹脂の場合には、樹脂は冷却固化した状態である。なお、筒部材３１の周端部３１ａと接合可能なように、必要に応じて、準備したドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａが加工されていてもよい。

２－３．第１補強層形成工程Ｓ３０
第１補強層形成工程Ｓ３０では、図５に示すように、筒部材３１の周端部３１ａとドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａとを接合して第１補強層３０を形成する。

具体的には、筒部材３１の周端部３１ａの周縁と、ドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａの周縁との一方を内側にし、他方を外側にして嵌め合せて接合してもよい。あるいは、筒部材３１の周端部３１ａの端面と、ドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａの端面とを突き合せて接合してもよい。図１では、一例として、筒部材３１の周端部３１ａの周縁を内側にして、ドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａの周縁を外側にして、嵌め合わせた例を示している。

筒部材３１の周端部３１ａとドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａとの接合は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂からなる接着剤を介して行ってもよい。また、ドーム部材３２、３３を構成する繊維強化樹脂の樹脂が、予備硬化した状態の熱硬化性樹脂である場合、予備硬化した状態でこれらを嵌め合わせまたは突き合わせて、熱硬化性樹脂を加熱により本硬化させて、これらを接合してもよい。

その他にも、筒部材３１とドーム部材３２、３３とを構成する繊維強化樹脂の樹脂が、熱可塑性樹脂である場合、これらの嵌め合わせ面または突き合わせ面を加熱し、熱可塑性樹脂が溶融した状態で、これらを熱融着（接合）してもよい。

２－４．第２補強層形成工程Ｓ４０
第２補強層形成工程Ｓ４０では、図６に示すように、第１補強層３０の外面を覆うように、繊維強化樹脂からなる第２補強層３４を形成する。これにより、第１補強層３０および第２補強層３４を有する補強部３を形成することができる。

第２補強層３４を形成する際には、樹脂が含浸された強化繊維束を、ＦＷ法で、第１補強層３０の表面に、ヘリカル巻きで層状に巻き付ける。ヘリカル巻きは、ドーム部材３２、３３に亘って、筒部材３１の軸方向Ｘに対して斜め（１０°以上６０°以下の範囲）に巻き進む巻き方である。

なお、第２補強層３４の強化繊維束の強化繊維は、強化繊維束Ｆの強化繊維として例示した材料と同様のものを挙げることができ、強化繊維に含浸される樹脂としては、強化繊維束Ｆの樹脂として例示した材料と同様のものを挙げることができる。

強化繊維束を第１補強層３０の外面に巻き終えた後、強化繊維束に含浸された樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、樹脂を熱硬化させる。強化繊維束に含浸された樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、樹脂を冷却固化する。これにより第２補強層３４が形成される。

２－５．ライナー形成工程Ｓ５０
ライナー形成工程Ｓ５０においては、図６に示すように、第１補強層３０の表面を覆うように樹脂材料Ｍを塗布して、これを固化することによりライナー２を形成する。これにより図１に示す高圧タンク１が完成する。

樹脂材料Ｍを塗布する方法は、第１補強層３０の表面にライナー２を形成することができる方法であれば、特に限定されるものではない。たとえば、図６に示す貫通穴３２ｃを介して、ノズル９０を挿入し、ノズル９０から液状または軟化した樹脂材料Ｍを吐出する。吐出する際、ノズル９０を軸方向Ｘに沿って移動させるとともに、補強部３を周方向に回転させる。これにより、第１補強層３０の全面に樹脂材料Ｍを塗布する。塗布後、貫通穴３２ｃを介して、ノズル９０を内部空間から引き出す。

樹脂材料Ｍ（ライナー２の材料）としては、充填される高圧ガスを収容空間５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、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を挙げることができる。

熱硬化性樹脂としては、たとえば、変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、および熱硬化性ポリイミド樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、たとえば、ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ＡＢＳ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、エチレン－ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、および、ポリエステル系樹脂等を挙げることができる。

樹脂材料Ｍの樹脂が熱硬化性樹脂の場合には、樹脂を本硬化させる。この際、第１補強層３０が熱硬化性樹脂で、完全に硬化していない場合には、これらの樹脂も本硬化させる。この他にも、エポキシ樹脂等の２液混合型の熱硬化性樹脂を塗布し、これを乾燥させて、ライナー２を形成してもよい。

樹脂材料Ｍの樹脂が熱可塑性樹脂の場合には、樹脂を冷却固化させる。この他にも、ε－カプロラクタム等の熱可塑性樹脂モノマーと触媒とを含む樹脂を塗布し、熱可塑性樹脂モノマーの重合反応が開始する温度以上で加熱して、ナイロン６等の熱可塑性樹脂からなるライナー２を形成してもよい。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記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。

たとえば、上記実施形態では、第２補強層を形成した後に、ライナーを形成する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、第１補強層を形成した後に、第１補強層の表面に樹脂材料を塗布して、ライナーを形成してもよい。この場合には、ライナーを形成した状態の第１補強層の外面を覆うように第２補強層を形成する。さらに、ライナーを予め製造し、このライナーを覆うように、筒部材とドーム部材を被覆してもよい。この場合には、ライナーはアルミニウム製であってもよい。

１：高圧タンク、３０：第１補強層（補強層）、３１：筒部材、３２、３３：ドーム部材、３１ａ、３２ａ、３３ａ：周端部、３１Ａ：巻回体、３１Ｂ：賦形体、３１Ｃ：筒体、６０：マンドレル、７０：案内部材、８０：賦形型、８２：型孔、８３：壁面、Ｄ：軸心方向、Ｆ：強化繊維束

Claims (1)

1. 筒部材の両側にドーム部材が接合された、繊維強化樹脂からなる補強層を少なくとも備えた高圧タンクの製造方法であって、
   前記筒部材を形成する工程と、
   前記ドーム部材を準備する工程と、
   前記筒部材の周端部と前記ドーム部材の周端部とを接合して前記補強層を形成する工程と、を少なくとも含み、
   前記筒部材を形成する工程は、
   樹脂が含浸された強化繊維束に隙間が形成されないように、前記強化繊維束を回転したマンドレルに螺旋状に巻き付けながら、筒状に巻き付いた繊維強化樹脂束の巻回体を、案内部材で前記マンドレルの軸心方向に進行させることにより、前記巻回体を賦形型の型孔に押し込むように挿通し、前記巻回体を前記型孔の形状に応じた賦形体に賦形する賦形工程と、
   前記マンドレルの回転により、前記巻回体とともに前記賦形体を前記軸心方向に進行させながら、前記賦形体を形成する前記強化繊維束の前記樹脂を固化させて、筒体を形成する工程と、
   前記賦形体の進行とともに前記筒体を前記軸心方向に進行させながら、所定の長さごとに前記筒体を切断して、前記筒部材を連続して形成する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする高圧タンクの製造方法。
   

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