JP2022028240A - 高圧タンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧タンクの使用時に、充填したガスが第２補強層と保護層との界面に滞留することを抑制する高圧タンクの製造方法を提供する。【解決手段】第１補強層３０の外周面に繊維束を巻回して、繊維層３４Ａを形成した予備成形体３Ａを形成する。予備成形体３Ａを成形型７０内に配置し、成形型７０と予備成形体３Ａとの間に形成された空隙Ｇ２に、繊維束を構成する強化繊維Ｆ同士の隙間Ｇ１の大きさよりも大きい粒径のフィラー４１と未硬化の熱硬化性樹脂Ｒとを混合した混合物Ｍを導入し、繊維層３４Ａに未硬化の熱硬化性樹脂Ｒが含浸されるように、混合物Ｍを空隙Ｇ２に充填する。未硬化の熱硬化性樹脂Ｒを熱硬化させて、第２補強層３４と保護層４とを形成する。【選択図】図４

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、樹脂と繊維束を含む補強層と、補強層を覆う保護層とを少なくとも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には、樹脂を含浸したガラス繊維により形成された保護層に、所定の耐圧試験で、亀裂を入れることで、補強層を透過してきたガスを逃がすことができることが開示されている。しかしながら、保護層が樹脂のみで形成された場合には、ガラス繊維を含んでいないため、樹脂を含浸したガラス繊維により形成された場合よりも、亀裂が入り難い。

特開２０１７－７２２４４号公報

ところで、繊維束を巻回して繊維層を形成した後、成形型内で繊維層に樹脂を含浸させると、補強層を形成することができる。この際、成形型内において、補強層の表面には、樹脂のみからなる保護層が形成される。樹脂のみで形成された保護層は、上述の如く、亀裂が入り難いため、高圧タンク使用時に補強層を透過したガスを、高圧タンクの外部に十分に逃がすことができない。このため、補強層を透過したガスは、補強層と保護層との界面に滞留し易い。

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、高圧タンクの使用時に、充填したガスが第２補強層と保護層との界面に滞留することを抑制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、第１補強層と、前記第１補強層を覆う第２補強層と、前記第２補強層を覆う保護層と、を少なくとも備えた高圧タンクの製造方法であって、前記第１および第２補強層は、繊維強化樹脂からなる層であり、前記製造方法は、前記第１補強層の外周面に繊維束を巻回して、繊維層を形成した予備成形体を形成する工程と、前記予備成形体を成形型内に配置し、前記成形型と前記予備成形体との間に形成された空隙に、前記繊維束を構成する強化繊維同士の隙間の大きさよりも大きい粒径のフィラーと未硬化の熱硬化性樹脂とを混合した混合物を導入し、前記繊維層に前記未硬化の熱硬化性樹脂が含浸されるように、前記混合物を前記空隙に充填する工程と、前記未硬化の熱硬化性樹脂を熱硬化させて、繊維強化樹脂からなる前記第２補強層と、熱硬化性樹脂にフィラーを含む前記保護層とを形成する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。

本発明によれば、成形型と予備成形体との間に形成された空隙に、繊維層を構成する繊維束の強化繊維同士間の隙間の大きさよりも大きい粒径のフィラーと未硬化の熱硬化性樹脂とを混合した混合物を導入する。この際、未硬化の熱硬化性樹脂は強化繊維同士の隙間を通過するため、繊維層に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸することができる。その後、繊維層に含浸した未硬化の熱硬化性樹脂を熱硬化することにより、繊維強化樹脂からなる第２補強層を形成することができる。

一方、フィラーは、強化繊維同士の隙間の大きさよりも大きい粒径を有するため、強化繊維同士の間を通過することができない結果、空隙内に留まる。これにより、フィラーを、繊維層に含浸されなかった未硬化の熱硬化性樹脂とともに空隙内に充填することができ、充填した未硬化の熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより、熱硬化性樹脂にフィラーを含む保護層を形成することができる。

このように、本発明では、繊維強化樹脂からなる第２補強層を形成するとともに、熱硬化性樹脂にフィラーを含む保護層を形成することができる。フィラーを含む保護層は、フィラーと熱硬化性樹脂との界面に隙間が発生し易い。たとえば、高圧タンクの出荷前の所定の耐圧試験を行うことで、保護層内に亀裂が発生し易くなる。したがって、高圧タンクの内部から第１および第２補強層を透過したガスを、保護層の亀裂を介して、高圧タンクの外部に放出することができる。結果として、高圧タンクの使用時に、第２補強層を透過したガスが、第２補強層と保護層との界面に滞留することを抑制することができる。

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。 図１に示すＡ部分を拡大した図であって、保護層および第２補強層の構造を説明する図である。 繊維層の繊維束において、強化繊維同士間の隙間の一例を説明する模式的概念図である。 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４に示す第１補強層形成工程を説明する模式的概念図である。 図４に示す巻回工程において形成された予備成形体を説明する模式的断面図である。 図４に示す含浸・充填工程および熱硬化工程を説明する模式的概念図である。 （ａ）～（ｃ）は、未硬化の熱硬化性樹脂の含浸進行を説明する模式的概念図である。 図１に示す高圧タンクにおいて内圧を負荷した後の保護層および第２補強層の状態を説明する図である。 従来の高圧タンクにおいて内圧を負荷した後の樹脂層および第２補強層の状態を説明する図である。

以下に、図１～図９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、本実施形態に係る高圧タンク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、補強部３の外面を覆う保護層４とを備えている。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６が取り付けられている。

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。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。

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の頂部には、開口部２２ａが形成され、この開口部２２ａに管状部２２ｂが連接されている。管状部２２ｂの外面は後述するドーム部材３２に形成された突出部３２ｂで覆われている。

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。

口金６は、ドーム部材３２に形成された突出部３２ｂの外周面に取り付けられ、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６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、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、軸方向Ｘに沿って延びる筒部材３１と、筒部材３１の両端に接合されるドーム部材３２、３３とを含む。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る。

筒部材３１は、ライナー２の胴体部２１の外面を覆う。筒部材３１は、樹脂が含浸された強化繊維からなる繊維束が周方向に配向するように巻回（たとえばフープ巻き）された巻回体によって構成される。

ドーム部材３２、３３は、ライナー２の側端部２２、２３の外面を覆う。ドーム部材３２、３３は、樹脂が含浸された強化繊維からなる繊維束が周方向と交差する方向に配向するように巻回された巻回体によって構成される。第１補強層３０は、予め形成された筒部材３１の周端部３１ａと、予め形成されたドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａとを接合することによって、両端がドーム状に丸みを帯びた略円筒状を成す。

第１補強層３０（筒部材３１およびドーム部材３２、３３）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。

第１補強層３０を構成する強化繊維に含浸される樹脂としては、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。

第２補強層３４は、強化繊維Ｆ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Ｆは、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。

第２補強層３４を構成する強化繊維Ｆとしては、第１補強層３０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る。本実施形態では、第２補強層３４は、後述するＲＴＭ（ｒｅｓｉｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｌｄｉｎｇ）方法により図７に示す成形機７を用いて、繊維層３４Ａ（図６参照）に樹脂を含浸して形成される。そのため、第２補強層３４の強化繊維Ｆに含浸される樹脂には、熱硬化性樹脂を用いる。この熱硬化性樹脂には、第１補強層３０の熱硬化性樹脂として例示した樹脂と同様のものを挙げることができる。

保護層４は、第２補強層３４の外面を覆う層であり、図２示すように、熱硬化性樹脂にフィラー４１を含む層である。フィラー４１を含むことにより、保護層４のじん性が低下するため、軽微な圧力で保護層４に水素ガスの流路となる亀裂Ｃ（図９参照）が形成され易くなる。

保護層４は、後述するように、図７に示す成形機７を用いて、フィラー４１とともに空隙Ｇ２に充填された未硬化の熱硬化性樹脂Ｒを熱硬化させて形成した層である。保護層４は、ＲＴＭ方法により第２補強層３４とともに形成されるため、保護層４を構成する熱硬化性樹脂は、第２補強層３４の形成に用いられる樹脂と同一となる。フィラー４１の材料としては、特に限定されるものではないが、熱硬化性樹脂とフィラー４１との界面の剥離し易さを考慮すると、ガラスビーズが好ましい。

本実施形態では、フィラー４１の粒径は、図３に示す繊維層３４Ａ（第２補強層３４）の繊維束を構成する強化繊維Ｆ同士の隙間Ｇ１の大きさよりも大きい。これにより、後述する未硬化の熱硬化性樹脂Ｒの含浸の際に、成形型７０と予備成形体３Ａとの間に形成された空隙Ｇ２にフィラー４１を留めることができる。たとえば、フィラー４１の粒径とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１の試験用ふるいを用いて、目開きを隙間Ｇ１の大きさとしたふるいを通過しない粒径である。

強化繊維Ｆ同士間の隙間Ｇ１の大きさは、図３に示す強化繊維Ｆの繊維径Ｄ１と、繊維体積含有率Ｖｆ（樹脂と繊維とを含む全体の体積に対する繊維の含有率）とで決定することができる。たとえば、強化繊維Ｆが、８μｍの繊維径を有する炭素繊維であり、繊維体積含有率が５０％の場合には、隣り合う炭素繊維の中心同士の間の距離Ｄ２が１４μｍとなるため、炭素繊維同士の隙間Ｇ１は６μｍとなる。したがって、８μｍの繊維径を有する炭素繊維の繊維体積含有率が５０％～７０％である場合には、フィラー４１の粒径は、６μｍ以上が好ましい。

２．高圧タンク１の製造方法について
図４に示すように、高圧タンク１の製造方法は、第１補強層形成工程Ｓ１０と、第２補強層・保護層形成工程Ｓ２０と、ライナー形成工程Ｓ３０とを含む。

本実施形態では、ＲＴＭ方法を用いて、第２補強層３４とともにフィラー４１を含む保護層４を形成する。そのため、第２補強層・保護層形成工程Ｓ２０は、図４の如く、巻回工程Ｓ２１と、含浸・充填工程Ｓ２２と、熱硬化工程Ｓ２３とを含む。以下に、図４に示す高圧タンク１の製造方法のフローに沿って、本実施形態の高圧タンク１の製造方法について説明する。

２－１．第１補強層形成工程Ｓ１０
第１補強層形成工程Ｓ１０では、図５に示すように、予め形成された筒部材３１およびドーム部材３２、３３と準備して、筒部材３１の両端にドーム部材３２、３３を接合する。これにより第１補強層３０が形成される。

以下に、準備した筒部材３１およびドーム部材３２、３３の形成方法と、これらの接合方法について説明する。筒部材３１の形成およびドーム部材３２、３３の形成は、互いに独立して行うため、並行して行ってもよく、いずれか一方を先に行ってもよい。

（１）筒部材３１の形成方法
筒部材３１は、フィラメントワインディング（ＦＷ）法によって形成されてもよい。具体的には、筒部材３１は、円柱状のマンドレルの外周面に対して、樹脂を含浸させた繊維束を周方向に幾重か巻回（たとえばフープ巻き）して巻回体を形成して、樹脂を固化させることによって形成してよい。なお、ここでは、「樹脂を固化させる」とは、後述の如く、熱硬化により熱硬化性樹脂を固化させる場合と、冷却固化により熱可塑性樹脂を固化させる場合とを含む。

（２）ドーム部材３２、３３の形成方法
ドーム部材３２、３３は、ＦＷ法によって形成されてもよい。具体的には、ドーム部材３２、３３は、楕円体状のマンドレルの外周面に対して、樹脂を含浸させた繊維束を周方向と交差する方向に幾重か巻回して巻回体を形成し、樹脂を固化させた後に、カッター等によって２つに分割することによって形成されてもよい。一方のドーム部材３２には、開口部２２ａおよび略円筒状の突出部３２ｂ（図１参照）が予め設けられる。突出部３２ｂには、口金６が予め取り付けられる。

筒部材３１およびドーム部材３２、３３の形成において、マンドレルに巻回する繊維束の強化繊維は、第１補強層３０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、第１補強層３０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。

ここで、未硬化の熱硬化性樹脂が含浸された繊維束をマンドレルに巻き付けた後、熱硬化性樹脂を熱硬化させることで、筒部材３１およびドーム部材３２、３３の形成してもよい。熱可塑性樹脂を加熱して軟化した熱可塑性樹脂が含浸された繊維束をマンドレルに巻き付けて後、熱可塑性樹脂を冷却により固化させることで、筒部材３１およびドーム部材３２、３３の形成してもよい。

（３）筒部材３１およびドーム部材３２、３３の接合方法
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。図１には、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す。

筒部材３１の周端部３１ａとドーム部材３２、３３の周端部３２ａ、３３ａを、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接合してもよく、熱可塑性樹脂の場合には、これらを融着等により接合してもよい。また、筒部材３１の周端部３１ａとドーム部材３２、３３の嵌合状態を維持することができるのであれば、後の工程で形成される第２補強層３４（具体的には、繊維層３４Ａに含浸される熱硬化性樹脂）により、筒部材３１とドーム部材３２、３３とを一体化してもよい。

２－２．第２補強層・保護層形成工程Ｓ２０
次に、第２補強層・保護層形成工程Ｓ２０を行う。上述の如く、第２補強層・保護層形成工程Ｓ２０は、巻回工程Ｓ２１と、含浸・充填工程Ｓ２２と、熱硬化工程Ｓ２３とを含む。

（１）巻回工程Ｓ２１
まず、巻回工程Ｓ２１では、図６に示すように、第１補強層３０の外周面に繊維束を巻回して、繊維層３４Ａを形成した予備成形体３Ａを形成する。繊維層３４Ａを形成する際、樹脂が含浸されていない繊維束を、ＦＷ法で、第１補強層３０の表面に、ヘリカル巻きで幾重か層状に巻き付ける。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（傾斜角度が１０°以上６０°以下の範囲）に巻き進む巻き方である。ヘリカル巻を行う際には、口金６をモータ（図示せず）に接続し、第１補強層３０となる補強体を回転させながら、繊維束を補強体に巻回する。

樹脂が含浸されていない繊維束の強化繊維Ｆとしては、第１補強層３０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る。本実施形態では、一例として、炭素繊維を用いる。

本実施形態では、含浸・充填工程Ｓ２２および熱硬化工程Ｓ２３は、ＲＴＭ方法により行われ、ＲＴＭ方法は、図７示す成形機７を用いて行われる。含浸・充填工程Ｓ２２および熱硬化工程Ｓ２３を説明する前に、成形機７について説明する。

成形機７は、予備成形体３Ａの繊維層３４Ａに未硬化の熱硬化性樹脂Ｒを含浸させ、熱硬化させる成形機である。加えて、本実施形態では、成形機７は、予備成形体３Ａと成形型７０との間の空隙Ｇ２にフィラー４１とともに未硬化の熱硬化性樹脂Ｒとを充填させ、熱硬化させる成形機である。なお、未硬化の熱硬化性樹脂Ｒは、熱硬化性樹脂の主剤と硬化剤とを含み、加熱により、主剤と硬化剤との架橋反応により、熱硬化性樹脂が熱硬化する。

図７に示すように、成形機７は、成形型７０を構成する固定金型７１および可動金型７２を備える。固定金型７１および可動金型７２が嵌合すると、成形型７０内に空洞が形成される。この空洞には、予備成形体３Ａが配置され、配置された予備成形体３Ａは、シャフト７３によって軸支される。

固定金型７１の空洞を形成する面には、可動金型７２の可動方向に沿って動く可動コア７１ａが設けられている。可動コア７１ａが動くことによって、空洞内の圧力を均一化し、混合物Ｍが空隙Ｇ２内に偏在することを抑制するとともに、未硬化の熱硬化性樹脂Ｒが繊維層３４Ａに偏在して含浸されることを抑制することができる。固定金型７１には、空洞から真空脱気される気体が流れる排気管７４が設けられている。

可動金型７２には、未硬化の熱硬化性樹脂Ｒとフィラー４１とを含む混合物Ｍの空洞への注入口であるゲート７５と、空洞に注入される混合物Ｍが流れる注入管７６とが設けられている。注入管７６には、混合物Ｍを作製して貯留するとともに、混合物Ｍを加圧して空洞に注入する注入装置７７が接続されている。注入装置７７には、熱硬化性樹脂の主剤とフィラー４１を混合したものを貯蔵するタンク７７ａと、硬化剤を貯蔵するタンク７７ｂとが設けられている。

（２）含浸・充填工程Ｓ２２
次に、含浸および充填工程Ｓ２２を行う。この工程では、図７に示すように、予備成形体３Ａを成形型７０内に配置する。配置した状態で、成形型７０と予備成形体３Ａとの間に形成された空隙Ｇ２に、フィラー４１と未硬化の熱硬化性樹脂Ｒとを混合した混合物Ｍを導入する。そして、繊維層３４Ａに未硬化の熱硬化性樹脂Ｒが含浸されるように、混合物Ｍを空隙Ｇ２に充填する。ここで、フィラー４１は、繊維層３４Ａの繊維束を構成する強化繊維Ｆ同士の隙間Ｇ１（図３参照）の大きさよりも大きい粒径を有する。

予備成形体３Ａの配置の際、所定温度に保温された固定金型７１および可動金型７２の空洞に予備成形体３Ａを配置し、シャフト７３によって軸支する。さらに、混合物Ｍを注入する準備を行う。混合物Ｍは、空隙Ｇ２に充填される所定量のフィラー４１と、このフィラー４１とともに空隙Ｇ２に充填される量に、繊維層３４Ａに含浸される量を加えた量の未硬化の熱硬化性樹脂Ｒとを含む。準備の際、タンク７７ａに貯蔵された熱硬化性樹脂の主剤およびフィラー４１と、タンク７７ｂに貯蔵された硬化剤とを注入装置７７内で混合して、液状の混合物Ｍを作製し、これを注入装置７７内に貯留する。

熱硬化性樹脂としては、第１補強層３０の熱硬化性樹脂として例示した樹脂と同様のものを挙げることができる。本実施形態では、一例として、熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂であり、主剤および硬化剤として、それぞれ、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルおよび芳香族アミンを用いる。また、フィラー４１としてガラスビーズを用いる。

混合物Ｍの導入の際には、固定金型７１および可動金型７２を仮締めし、空洞を真空脱気して空洞内の気体を排気管７４から排出する。次に、仮締め状態の固定金型７１および可動金型７２と予備成形体３Ａとの間の空隙Ｇ２に対して混合物Ｍを注入する。

注入しながら、可動金型７２をさらに型締めして、予備成形体３Ａおよび混合物Ｍを加圧しながら、固定金型７１に設けられた可動コア７１ａを、空洞に配置された予備成形体３Ａから離隔する方に動かす。これにより、図８（ａ）に示すように、空洞内の圧力が均一化され、液状の混合物Ｍが繊維層３４Ａの表面全体に行き渡る。

含浸および充填の際には、可動金型７２をさらに型締めするとともに、可動コア７１ａを空洞に配置された予備成形体３Ａに接近する方向に動かして、予備成形体３Ａおよび混合物Ｍをさらに加圧する。これにより、加圧された混合物Ｍを、繊維層３４Ａの表面全体から含浸させる。

この際、未硬化の熱硬化性樹脂Ｒ（具体的には、主剤および硬化剤）は、強化繊維Ｆ同士の間を通過することができる。そのため、図８（ｂ）に示すように、未硬化の熱硬化性樹脂Ｒは、繊維層３４Ａの表面全体から繊維層３４Ａと第１補強層３０（不図示）との界面に向かって含浸されていく。一方、フィラー４１は、繊維束の強化繊維Ｆ同士間の隙間Ｇ１の大きさよりも大きい粒径を有するため、強化繊維Ｆ同士の間を通過することができず、空隙Ｇ２内に留まる。

最終的に、可動コア７１ａを含めて固定金型７１および可動金型７２を完全に型締め（本締め）すると、図８（ｃ）に示すように、導入された混合物Ｍに含まれる未硬化の熱硬化性樹脂Ｒの一部は、繊維層３４Ａ全体の強化繊維Ｆに含浸される。これとともに、導入された混合物Ｍに含まれる未硬化の熱硬化性樹脂Ｒの残部（言い換えると、繊維層３４Ａに含浸されなかった未硬化の熱硬化性樹脂Ｒ）とフィラー４１とが空隙Ｇ２に充填される。繊維層３４Ａへの含浸と空隙Ｇ２への充填とが完了した後、混合物Ｍの注入を停止する。

本実施形態では、上述した含浸および充填状態で、後述する如く、未硬化の熱硬化性樹脂Ｒが熱硬化されると、繊維強化樹脂からなる第２補強層３４を形成するとともに、保護層４には、熱硬化性樹脂にフィラー４１を含ませるように形成することができる。

（３）熱硬化工程Ｓ２３
次に、熱硬化工程Ｓ２３を行う。この工程では、混合物Ｍの未硬化の熱硬化性樹脂Ｒ（具体的には、繊維層３４Ａに含浸した未硬化の熱硬化性樹脂Ｒおよび空隙Ｇ２に充填した未硬化の熱硬化性樹脂Ｒ）を熱硬化させる（図７を参照）。これにより、繊維強化樹脂からなる第２補強層３４と、熱硬化性樹脂にフィラー４１を含む保護層４とを形成する。第２補強層３４の形成により、補強部３が形成される。

熱硬化の際、固定金型７１および可動金型７２を所定の硬化温度で所定時間保温する。熱硬化の終了後、可動金型７２を固定金型７１から離隔する方向に可動させて脱型を行う。これにより、第１補強層３０の外面に第２補強層３４が形成されるとともに、第２補強層３４の外面に保護層４が形成される。なお、上述の如く、筒部材３１とドーム部材３２、３３とが接着剤を用いずに嵌合状態を維持している場合には、第２補強層３４の形成により、筒部材３１とドーム部材３２、３３とが一体化される。

２－３．ライナー形成工程Ｓ３０
次に、ライナー形成工程Ｓ３０を行う。この工程では、ガスバリア性を有する樹脂を、第２補強層３４および保護層４が形成された状態の第１補強層３０の内面に塗布して、第１補強層３０の内面を覆うライナー２を形成する。ガスバリア性を有する樹脂としては、ライナー２の材料として例示したものと同様の材料を用いることができる。

具体的には、まず、開口部２２ａからノズルを挿入し、当該ノズルから第１補強層３０の内面に対して液状の樹脂を吐出しつつ、第１補強層３０および第２補強層３４を軸方向Ｘの周りに回転する。これにより、液状の樹脂を第１補強層３０の内面に塗布することができる。次いで、塗布した液状の樹脂を固化させることにより、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。

図１０は、本実施形態の高圧タンク１の構成と比較するために、従来の高圧タンクにおいて、内圧を負荷した後の樹脂層９１および第２補強層３４の状態を説明する図である。なお、本実施形態と同じ部材および部分に関しては、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

従来の高圧タンクには、第２補強層３４の外面に樹脂のみからなる樹脂層９１が形成されている。ライナー（不図示）から漏れた水素ガスは、第１補強層（不図示）および第２補強層３４中に存在する微細な間隙Ｇ３（または亀裂）を通過することができる。しかしながら、樹脂層９１はフィラーを有していないため、樹脂層９１に、亀裂が発生し難いため、水素ガスは、高圧タンクの外部へ排出されない。この結果、高圧タンク使用時に、間隙Ｇ３を通過した水素ガスは第２補強層３４と樹脂層９１との界面に滞留してしまう。ガスが溜まり続けると、樹脂層９１が変形して、白濁の如く変色することがある。

一方、本実施形態の高圧タンク１の保護層４は、熱硬化性樹脂にフィラー４１を含むため、軽微な内部加圧により、フィラー４１と熱硬化性樹脂との界面に隙間が発生し易い。このため、図９に示すように、高圧タンク１の出荷前に行う所定の耐圧試験の際に、内圧を負荷することで、保護層４内に水素ガスの流路となる亀裂Ｃが発生する。そのため、ライナー（不図示）から漏れた水素ガスは第１補強層（不図示）および第２補強層３４中の微細な間隙Ｇ３を通過し、間隙Ｇ３を通過した水素ガスは、保護層４内の亀裂Ｃを介して、外部に放出される。これにより、高圧タンク１の使用時に、補強部３を透過したガスが第２補強層３４と保護層４との界面に滞留することを抑えることができる。

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、ライナー形成工程を第２補強層・保護層形成工程の後に行う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、ライナー形成工程を第１補強層形成工程と第２補強層・保護層形成工程との間に行ってもよい。

また、上記実施形態では、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する例を説明したが、これに限定されず、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２つのドーム部材とを被覆してもよい。

１：高圧タンク、３Ａ：予備成形体、４：保護層、３０：第１補強層、３４：第２補強層、３４Ａ：繊維層、７０：成形型、４１：フィラー、Ｆ：強化繊維、Ｇ１：隙間、Ｇ２：空隙、Ｍ：混合物、Ｒ：未硬化の熱硬化性樹脂、

Claims (1)

1. 第１補強層と、前記第１補強層を覆う第２補強層と、前記第２補強層を覆う保護層と、を少なくとも備えた高圧タンクの製造方法であって、
   前記第１および第２補強層は、繊維強化樹脂からなる層であり、
   前記製造方法は、前記第１補強層の外周面に繊維束を巻回して、繊維層を形成した予備成形体を形成する工程と、
   前記予備成形体を成形型内に配置し、前記成形型と前記予備成形体との間に形成された空隙に、前記繊維束を構成する強化繊維同士の隙間の大きさよりも大きい粒径のフィラーと未硬化の熱硬化性樹脂とを混合した混合物を導入し、前記繊維層に前記未硬化の熱硬化性樹脂が含浸されるように、前記混合物を前記空隙に充填する工程と、
   前記未硬化の熱硬化性樹脂を熱硬化させて、繊維強化樹脂からなる前記第２補強層と、熱硬化性樹脂にフィラーを含む前記保護層とを形成する工程と、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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