JP2023009945A - 高圧タンク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造し易い高圧タンク及びその製造方法を提供する。【解決手段】高圧タンク１は、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２と第２ドーム分割体１３とを組み付けてなる組付体１０を備える。パイプ分割体１１はパイプライナー２１とパイプライナー２１の外周面を覆うパイプ補強層３１とを有し、第１ドーム分割体１２は第１ドームライナー２２と第１ドームライナー２２の外周面を覆う第１ドーム補強層３２とを有し、第２ドーム分割体１３は第２ドームライナー２３と第２ドームライナー２３の外周面を覆う第２ドーム補強層３３とを有する。パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２は、第１ドームライナー２２がパイプライナー２１より高圧タンク１の外側に配置されるように組み付けられる。パイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３は、第２ドームライナー２３がパイプライナー２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように組み付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、高圧タンク及びその製造方法に関する。

燃料電池自動車等に搭載される高圧タンクとして、円筒状のパイプ部と該パイプ部の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部とを有するライナーと、ライナーの外周面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層とを備えるものが知られている。このような構造を有する高圧タンクは、先にライナーを形成し、形成したライナーを巻き芯としてフィラメントワインディング法（ＦＷ法）で、樹脂が含浸された繊維束を該ライナーの外周面に巻回して補強層を形成することにより製造されている（例えば下記特許文献１参照）。

特開２０１２－１４９７３９号公報

最近では、上述の製造方法に代わる方法として、型を使って補強層の分割体を作製し、別途用意したライナーの外側に補強層分割体を配置する製造方法が検討されている。しかし、この製造方法を採用する場合、ライナーと補強層分割体とのサイズ合わせの精度が求められるため、高圧タンクの製造が容易ではないという問題が生じる。

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、製造し易い高圧タンク及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る高圧タンクは、パイプ分割体と２つのドーム分割体とを組み付けてなる組付体と、前記組付体の外側に設けられたヘリカル層とを備える高圧タンクであって、前記パイプ分割体は、パイプライナーと前記パイプライナーの外周面を覆うパイプ補強層とを有し、前記ドーム分割体は、ドームライナーと前記ドームライナーの外周面を覆うドーム補強層とを有し、前記パイプ分割体と２つの前記ドーム分割体とは、前記ドームライナーが前記パイプライナーよりも前記高圧タンクの外側に配置されるように、組み付けられていることを特徴としている。

本発明に係る高圧タンクでは、パイプ分割体はパイプライナーと該パイプライナーの外周面を覆うパイプ補強層とを有し、ドーム分割体はドームライナーと該ドームライナーの外周面を覆うドーム補強層とを有しており、ドーム分割体と２つのパイプ分割体とはドームライナーが前記パイプライナーよりも前記高圧タンクの外側に配置されるように組み付けられている。これによって、ドーム分割体とパイプ分割体とを組み付けるだけでライナーを形成することができるので、製造し易い高圧タンクを実現できる。

本発明に係る高圧タンクにおいて、前記パイプライナーの端部は、前記高圧タンクの外側に折り返された折り返し端部であり、前記パイプ分割体と前記ドーム分割体との組付部位において、前記パイプライナーの前記折り返し端部は前記ドームライナーと当接されていることが好ましい。このようにすれば、パイプライナー及びドームライナーにより形成されるライナーのシール性を確保することができる。

また、本発明に係る高圧タンクにおいて、前記ヘリカル層は、少なくとも前記パイプ分割体を覆う高ヘリカル層と、前記高ヘリカル層の外側に設けられた外ヘリカル層とを有し、前記高ヘリカル層は、前記パイプ分割体と前記ドーム分割体との組付部位を更に越えて前記ドーム分割体の一部まで延びるように形成されていることが好ましい。このようにすれば、パイプライナーとドームライナーとの当接状態を維持することができ、パイプ分割体とドーム分割体との組付部位の歪みを低減することができる。その結果、高圧タンクのシール性を高める効果を奏する。

本発明に係る高圧タンクの製造方法は、パイプ分割体及び２つのドーム分割体を組み付けてなる組付体と前記組付体の外側に設けられたヘリカル層とを備える高圧タンクの製造方法であって、パイプライナーと前記パイプライナーの外周面を覆うパイプ補強層とを有する前記パイプ分割体と、ドームライナーと前記ドームライナーの外周面を覆うドーム補強層とを有する前記ドーム分割体と、をそれぞれ形成する分割体形成工程と、前記パイプ分割体と２つの前記ドーム分割体とを組み付けることにより前記組付体を形成する組付工程と、前記組付体の外側に前記ヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、を含み、前記組付工程において、前記ドームライナーが前記パイプライナーよりも前記高圧タンクの外側に配置されるように、前記パイプ分割体と２つの前記ドーム分割体とを組み付けることを特徴としている。

本発明に係る高圧タンクの製造方法では、組付工程において、ドームライナーがパイプライナーよりも高圧タンクの外側に配置されるようにパイプ分割体とドーム分割体とを組み付ける。このようにすれば、ドーム分割体とパイプ分割体とを組み付けるだけでライナーを形成することができるので、高圧タンクを製造し易くなる。

本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記組付工程において、前記ドームライナーが前記パイプライナーと当接せずに前記パイプ補強層と当接するように、前記パイプ分割体を前記ドーム分割体内に圧入することが好ましい。このようにすれば、ドームライナーが直接パイプライナーと当接するようにパイプ分割体をドーム分割体内に圧入する場合と比べて、圧入時のライナー同士のこすり合いがないので、形成されるシール部を傷つけることを防止できる。その結果、ライナーのシール性を確保することできる。

また、本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記ヘリカル層形成工程は、少なくとも前記パイプ分割体を覆う高ヘリカル層を形成する高ヘリカル層形成工程と、前記高ヘリカル層の外側にヘリカル層を形成する外ヘリカル層形成工程とを有し、前記高ヘリカル層形成工程において、前記パイプ分割体を覆うとともに、前記パイプ分割体と前記ドーム分割体との組付部位を更に越えて前記ドーム分割体の一部まで延びるように、前記高ヘリカル層を形成することが好ましい。このようにすれば、パイプ分割体の復元力に起因するドーム分割体の外側への拡がりを抑制できるので、パイプ分割体とドーム分割体との組付部位の歪みを低減し、パイプライナーとドームライナーとの当接状態を維持することができる。

また、本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記組付工程と前記ヘリカル層形成工程との間に、前記組付体のシール性を検査するシール性検査工程を含み、前記シール性検査工程において、前記組付体の内部に負圧をかけることが好ましい。このようにすれば、仮に組付体にシール性に問題が生じた場合、組付体を分解して問題となる分割体を取り換えることができる。従って、組付体の外側にヘリカル層を形成し樹脂硬化又は固化した後にシール性検査を行う場合と比べて、問題となる分割体を容易に交換することができる。

本発明によれば、高圧タンクを容易に製造することができる。

実施形態に係る高圧タンクの構造を示す概略断面図である。 図１のＡ部分を示す拡大断面図である。 実施形態に係る高圧タンクの製造方法を示す工程図である。 分割体形成工程におけるドーム分割体の形成を説明する断面図である。 分割体形成工程におけるドーム分割体の形成を説明する断面図である。 分割体形成工程におけるパイプ分割体の形成を説明する断面図である。 分割体形成工程におけるドーム分割体の形成を説明する断面図である。 分割体形成工程におけるパイプ分割体の形成を説明する断面図である。 パイプ分割体とドーム分割体とを組み付ける組付工程を説明する断面図である。 パイプ分割体をドーム分割体内に圧入することを説明するための部分拡大断面である。 高ヘリカル層形成工程を説明する断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る高圧タンク及びその製造方法の実施形態について説明する。本実施形態において、高圧タンク１は、燃料電池車両に搭載されて内部に高圧の水素ガスが充填される例として説明するが、その他の用途についても適用されても良い。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良い。

[高圧タンクについて]
まず、図１及び図２に基づいて高圧タンクの構造を説明する。図１は実施形態に係る高圧タンクの構造を示す概略断面図であり、図２は図１のＡ部分を示す拡大断面図である。本実施形態の高圧タンク１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って、ガスバリア性を有するライナー２と、ライナー２の外周面を覆うとともに複数の補強層を有する補強部３と、高圧タンク１の一端部に取り付けられた口金４と、を備えている。

ライナー２は、高圧水素を貯留する貯留空間５を有する中空の容器であって、水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂材料によって形成されている。このライナー２は、円筒状のパイプライナー２１と該パイプライナー２１の両側に配置された一対のドームライナー（第１ドームライナー２２、第２ドームライナー２３）とで構成されている。パイプライナー２１は、高圧タンク１の軸Ｌ方向に沿って所定の長さで延在している。第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３は、パイプライナー２１の両側に連続して形成されており、パイプライナー２１から遠ざかるに従ってそれぞれ縮径している。

そして、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３のうち、第１ドームライナー２２には、最も縮径した部分に管状部２２１が形成されている。また、第１ドームライナー２２の管状部２２１とは反対側の端部２２２は、高圧タンク１の外側に反るように形成されている。これに対応し、第２ドームライナー２３の端部２３１も高圧タンク１の外側に反るように形成されている。

ライナー２を形成する樹脂材料は、充填されるガスを貯留空間５内に保持する性能、すなわち、ガスバリア性が良好なものであることが好ましい。このような樹脂材料としては、後述する熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が挙げられる。

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、貯留空間５に対して水素ガスの充填及び排出を行うためのバルブ６が取り付けられている。バルブ６は口金４と螺合されている。このバルブ６は、第１ドームライナー２２の管状部２２１を閉塞するように該管状部２２１に内挿入される挿入部６１を有する。挿入部６１には、周溝が設けられている。該周溝には、挿入部６１と管状部２２１との間のシール性（言い換えれば密閉性）を保つＯリング６２が嵌め込まれている。

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等により形成された補強層を複数（本実施形態では、５つ）有する。具体的には、この補強部３は、パイプライナー２１の外周面を覆うパイプ補強層３１と、第１ドームライナー２２の外周面を覆う第１ドーム補強層３２と、第２ドームライナー２３の外周面を覆う第２ドーム補強層３３と、パイプ補強層３１の全体、第１ドーム補強層３２の一部及び第２ドーム補強層３３の一部を覆う高ヘリカル層３４と、高ヘリカル層３４の全体、第１ドーム補強層３２の一部及び第２ドーム補強層３３の一部を覆う外ヘリカル層３５と、を有する。なお、高ヘリカル層３４と外ヘリカル層３５とは、特許請求の範囲に記載の「ヘリカル層」に相当するものである。

パイプ補強層３１は、パイプライナー２１に対応する補強層であり、パイプライナー２１の形状に倣って円筒状を呈している。パイプ補強層３１は強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂によって形成されている。パイプ補強層３１の強化繊維は、高圧タンク１の軸Ｌ方向に対して略直交する角度で周状に配向されており、言い換えれば、パイプ補強層３１の強化繊維は、高圧タンク１の周方向に配向されている。

第１ドーム補強層３２は、第１ドームライナー２２に対応する補強層であり、第１ドームライナー２２の形状に倣ってドーム状を呈している。図１に示すように、第１ドーム補強層３２は、管状部２２１の外周面を覆う突出部３２１を有する。この第１ドーム補強層３２は、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂によって形成されている。第１ドーム補強層３２の強化繊維は、高圧タンク１の周方向に配向されておらず、高圧タンク１の周方向と交差する様々な方向に延在している。

第２ドーム補強層３３は、第２ドームライナー２３に対応する補強層であり、第２ドームライナー２３の形状に倣ってドーム状を呈している。第２ドーム補強層３３は、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂によって形成されている。第２ドーム補強層３３の強化繊維は、高圧タンク１の周方向に配向されておらず、高圧タンク１の周方向と交差する様々な方向に延在している。

なお、パイプ補強層３１の強化繊維と、第１ドーム補強層３２又は第２ドーム補強層３３の強化繊維とは連続していない（繋がっていない）。これは、後述するように、パイプ補強層３１と第１ドーム補強層３２と第２ドーム補強層３３とが別々に形成されるからである。

本実施形態では、パイプライナー２１と該パイプライナー２１の外周面を覆うパイプ補強層３１とはパイプ分割体１１を構成し、第１ドームライナー２２と該第１ドームライナー２２の外周面を覆う第１ドーム補強層３２とは第１ドーム分割体１２を構成し、第２ドームライナー２３と該第２ドームライナー２３の外周面を覆う第２ドーム補強層３３とは第２ドーム分割体１３を構成する。

高圧タンク１の軸Ｌ方向において、パイプ分割体１１、第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３は、パイプ分割体１１の一端部が第１ドーム分割体１２と組み付けられ、パイプ分割体１１の他端部が第２ドーム分割体１３と組み付けられることにより、組付体１０を形成する。そして、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２とは、第１ドームライナー２２がパイプライナー２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように、組み付けられている。同様に、パイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３とは、第２ドームライナー２３がパイプライナー２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように、組み付けられている。

高圧タンク１の軸Ｌ方向におけるパイプライナー２１の両端部は、それぞれ高圧タンク１の外側に折り返された折り返し端部２１１である。具体的には、折り返し端部２１１は、その外側に配置されたパイプ補強層３１の端部を囲むように高圧タンク１の外側に折り返され、該パイプ補強層３１の厚さの半分程度まで延びるように形成されている。そして、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３との組付部位において、パイプライナー２１の折り返し端部２１１は、第１ドームライナー２２又は第２ドームライナー２３と当接されている。

より具体的には、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２との組付部位において、パイプライナー２１の折り返し端部２１１は、第１ドームライナー２２の端部２２２と当接している。パイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位において、パイプライナー２１の折り返し端部２１１は、第２ドームライナー２３の端部２３１と当接している。なお、ここでの「組付部位」とは、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３との重なる部分を意味する。

また、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３の厚さは、ともにパイプライナー２１の厚さよりも大きいことが好ましい。このようにすれば、パイプライナー２１と第１ドームライナー２２又は第２ドームライナー２３との当接位置の凹凸を吸収できるので、パイプライナー２１、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３で形成されたライナー２のシール性を確実に確保できる効果を奏する。

高ヘリカル層３４は、組付体１０の外側に強化繊維に樹脂が含浸されてなる繊維束を高角度ヘリカル巻きすることにより形成された補強層である。ヘリカル巻きは、高圧タンク１の軸Ｌ方向に対して０°より大きく９０°未満の巻き角度で繊維束を巻回する態様である。このヘリカル巻きは、巻き角度の大きさによって低角度ヘリカル巻きと高角度ヘリカル巻きに分けられている。低角度ヘリカル巻きは、すなわち巻き角度が小さい（例えば０°より大きく３０°以下）場合のヘリカル巻きであり、高角度ヘリカル巻きは、すなわち巻き角度が大きい（例えば３０°より大きく９０°未満）場合のヘリカル巻きである。

高ヘリカル層３４が強化繊維に樹脂が含浸されてなる繊維束を高角度ヘリカル巻きすることにより形成されるため、高ヘリカル層３４の強化繊維は高圧タンク１の軸Ｌ方向に対して傾斜するように配向されている。図１及び図２に示すように、高ヘリカル層３４は、パイプ補強層３１の全体のみならず、その一端部がパイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２との組付部位を越えて第１ドーム分割体１２の一部まで延び、他端部がパイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位を越えて第２ドーム分割体１３の一部まで延びるように、形成されている。

外ヘリカル層３５は、高圧タンク１の最も外側に配置された補強層であって、組付体１０及び高ヘリカル層３４の外側に強化繊維に樹脂が含浸されてなる繊維束を低角度ヘリカル巻きすることにより形成されている。そして、外ヘリカル層３５の強化繊維も高圧タンク１の軸Ｌ方向に対して傾斜するように配向されている。

以上のように構成された高圧タンク１では、パイプ分割体１１はパイプライナー２１と該パイプライナー２１の外周面を覆うパイプ補強層３１とを有し、第１ドーム分割体１２は第１ドームライナー２２と該第１ドームライナー２２の外周面を覆う第１ドーム補強層３２とを有し、第２ドーム分割体１３は第２ドームライナー２３と該第２ドームライナー２３の外周面を覆う第２ドーム補強層３３とを有する。そして、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３とは、第１ドームライナー２２又は第２ドームライナー２３がパイプライナー２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように組み付けられている。これによって、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３とを組み付けるだけでライナー２を形成することができるので、製造し易い高圧タンク１を実現できる。

また、パイプライナー２１の両端部は、それぞれ高圧タンク１の外側に折り返された折り返し端部２１１であり、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２との組付部位において折り返し端部２１１は第１ドームライナー２２と当接されており、パイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位において折り返し端部２１１は第２ドームライナー２３と当接されている。このようにすれば、パイプライナー２１、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３により形成されるライナー２のシール性を確保することができる。

更に、高ヘリカル層３４は、パイプ補強層３１の全体のみならず、その一端部がパイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２との組付部位を越えて第１ドーム分割体１２の一部まで延び、他端部がパイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位を越えて第２ドーム分割体１３の一部まで延びるように形成されている。これによって、パイプライナー２１と第１ドームライナー２２との当接状態、及びパイプライナー２１と第２ドームライナー２３との当接状態は、高ヘリカル層３４により維持されるので、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２と組付部位の歪み、及びパイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位の歪みをそれぞれ低減することができ、高圧タンク１のシール性を高めることができる。

［高圧タンクの製造方法について]
以下、高圧タンク１の製造方法について説明する。図３は実施形態に係る高圧タンクの製造方法を示す工程図である。高圧タンク１の製造方法は、分割体形成工程Ｓ１と、組付工程Ｓ２と、シール性検査工程Ｓ３と、高ヘリカル層形成工程Ｓ４と、外ヘリカル層形成工程Ｓ５とを含む。なお、高ヘリカル層形成工程Ｓ４と外ヘリカル層形成工程Ｓ５は、特許請求の範囲に記載の「ヘリカル層形成工程」を構成する。

［分割体形成工程Ｓ１］
分割体形成工程Ｓ１は、パイプ分割体１１、第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３をそれぞれ形成する工程である。パイプ分割体１１の形成と、第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３の形成とは、互いに独立するので、並行して行われても良く、いずれか一方が先に行われても良い。ここでは、まず第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３の形成方法を説明し、その後にパイプ分割体１１の形成方法を説明する。

第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３の形成方法では、図４に示すように、例えばＦＷ法により、樹脂が含浸された繊維束Ｆ１をマンドレル１００の外周面に巻回する。具体的には、マンドレル１００は、本体部１０１と、本体部１０１の一端から外側に延在するシャフト部１０２と、を有する。本体部１０１は、シャフト部１０２の軸方向から見て円形状に形成されている。本体部１０１の軸方向中央の外周面には、周方向に１周にわたって延在する溝部１０１ａが形成されている。シャフト部１０２は、回転機構（図示せず）に回転可能に支持されている。

そして、マンドレル１００を回転させることにより、マンドレル１００の外周面を被覆するように繊維束Ｆ１を巻回して巻回体３０を形成する。このとき、シャフト部１０２の外周面にも繊維束Ｆ１を巻回することによって、貫通穴３２２（図５参照）を有する円筒状の突出部３２１が形成される。繊維束Ｆ１を、シャフト部１０２の軸方向に対して例えば３０°～５０°の巻き角度で巻回する。なお、マンドレル１００の材質は、特に限定されるものではないが、繊維束Ｆ１を巻回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。

繊維束Ｆ１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、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、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い。この場合には、熱硬化性樹脂が未硬化の状態で、マンドレル１００に繊維束Ｆ１を巻回する。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。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。

なお、繊維束Ｆ１に含浸される樹脂として、熱可塑性樹脂を用いても良い。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、ナイロン６、ナイロン６，６、ポリエチレンテレフタラート等を用いることができる。この場合には、熱可塑性樹脂を加熱して軟化させた状態で、マンドレル１００に繊維束Ｆ１を巻回する。

繊維束Ｆ１を構成する繊維としては、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。

次に、マンドレル１００の外周面に巻回された巻回体３０を、カッター１１０（図４参照）を用いて２つに分割する。その後、図５に示すように、分割した巻回体３０をマンドレル１００から分離することによって一対のドーム補強層（第１ドーム補強層３２及び第２ドーム補強層３３）を形成する。

具体的には、図４に示した状態において、突出部３２１の外周面に口金４を取り付ける。その後、巻回体３０の樹脂（言い換えれば、繊維束Ｆ１の樹脂）を熱硬化又は固化させる。すなわち、繊維束Ｆ１に含浸された樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、未硬化の熱硬化性樹脂が完全に硬化した状態となるように、巻回体３０を加熱する。ここでは、「完全に硬化した状態」とは、未硬化の熱硬化性樹脂の重合反応が完了した状態をいい、加熱により、それ以上硬化しない状態のことをいう。但し、第１ドーム補強層３２及び第２ドーム補強層３３の保形性が確保されるのであれば、未硬化の熱硬化性樹脂が完全に硬化していない状態となるように、巻回体３０を加熱する。

ここでは、「完全に硬化していない状態」とは、加熱により、未硬化の熱硬化性樹脂の重合反応が進み、後の工程において保形性が確保できるよう、熱硬化性樹脂の流動性が低下している状態をいう。なお、以下の明細書では、完全に硬化した状態を本硬化といい、完全に硬化していない状態を予備硬化といい、これらを総称して熱硬化という。一方、繊維束Ｆ１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、繊維束Ｆ１の樹脂を固化させる。

このように繊維束Ｆ１に含浸された樹脂を熱硬化または固化した状態で、マンドレル１００を回転させながら、カッター１１０の刃先をマンドレル１００の溝部１０１ａに挿入する。これにより、カッター１１０で繊維束Ｆ１が切断され、巻回体３０を２つに分割することができる。分割された巻回体３０をマンドレル１００から分離することによって一対のドーム補強層を形成する。形成された一対のドーム補強層のうち、突出部３２１を有する方を第１ドーム補強層３２とし、突出部３２１を有さない方を第２ドーム補強層３３とする。なお、カッター１１０としては、特に限定されるものではないが、例えば回転円盤の外周面に刃が形成されたものや、薄板の側面に刃が形成されたものや、レーザ光により繊維束Ｆ１を切断するものを用いることができる。

繊維束Ｆ１に含浸された樹脂を熱硬化または固化した状態で、カッター１１０により切断するので、切断時の繊維束Ｆ１の変形を抑制することができるとともに、マンドレル１００から取り外す際の第１ドーム補強層３２及び第２ドーム補強層３３の変形を抑制することができる。

なお、ここでは、繊維束Ｆ１の樹脂を熱硬化または固化した状態でカッター１１０により切断する例を示したが、繊維束Ｆ１の樹脂を熱硬化または固化することなくカッター１１０により切断しても良い。この場合には、繊維束Ｆ１をカッター１１０により切断した後に熱硬化または固化させても良い。

一方、パイプ補強層３１の形成方法では、図６に示すように、例えば円柱状のマンドレル２００の外面に、繊維シートＦ２を巻回することによって、パイプ補強層３１を形成する。マンドレル２００の外径は、パイプ補強層３１の内径に相当する外径である。マンドレル２００の材質は、特に限定されるものではないが、繊維シートＦ２を貼り付け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。

パイプ補強層３１を形成する際には、回転機構（図示せず）によりマンドレル２００を周方向に回転させながら、巻出された繊維シートＦ２を、マンドレル２００に複数回巻き付ける（言い換えれば、巻回する）。繊維シートＦ２は、一方向に引き揃えられた強化繊維に樹脂が含浸されたシートであり、強化繊維がマンドレル２００の周方向に配向されるように、繊維シートＦ２をマンドレル２００に巻回する。これにより、周方向に強化繊維が配向されたパイプ補強層３１が形成される。

繊維シートＦ２としては、例えば、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）シートを用いたが、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等を用いても良い。

なお、繊維シートＦ２の強化繊維は、繊維束Ｆ１で例示した材料と同様の材料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、繊維束Ｆ１で例示した材料と同様の樹脂を挙げることができる。

繊維シートＦ２の樹脂が熱硬化性樹脂からなる場合には、繊維束Ｆ１の場合と同様、予備硬化または本硬化の条件（加熱温度及び加熱時間）で、マンドレル２００に巻回した状態の繊維シートＦ２を熱硬化して良い。一方、繊維シートＦ２の樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合には、繊維束Ｆ１の場合と同様、冷却することにより、マンドレル２００に巻回した状態の繊維シートＦ２を固化して良い。

樹脂の熱硬化または固化後、パイプ補強層３１をマンドレル２００から取り外す。樹脂の熱硬化または固化により、パイプ補強層３１の保形性が高まる。このため、マンドレル２００からパイプ補強層３１を容易に脱型可能となり、マンドレル２００からパイプ補強層３１を取り外す際のパイプ補強層３１の変形を抑制することができる。

なお、ここでは、マンドレル２００の外面に繊維シートＦ２を巻回してパイプ補強層３１を形成する例について説明したが、マンドレル２００の外面にＦＷ法により樹脂が含浸された繊維束をフープ巻きすることによって、パイプ補強層３１を形成しても良い。あるいは、その他の方法としては、回転するマンドレル２００の内面に繊維シートを貼り付ける、所謂ＣＷ（Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）法によりパイプ補強層３１を形成しても良い。

続いて、第１ドーム補強層３２の内面に第１ドームライナー２２を形成することで第１ドーム分割体１２、第２ドーム補強層３３の内面に第２ドームライナー２３を形成することで第２ドーム分割体１３をそれぞれ形成する。

具体的には、例えば第１ドーム補強層３２の内面に液状または軟化した樹脂材料を塗布したり、或いは樹脂材料からなるシートを貼り付けたりすることで第１ドームライナー２２を形成する。このとき、図７に示すように、第１ドームライナー２２の端部２２２は、外側に反るように形成される。

ここでの樹脂材料は、上述したようにガスバリア性に優れたものが好ましく、例えば熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂（例えば６－ナイロン樹脂または６，６－ナイロン樹脂）、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）、及び、ポリエステル系樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタラート）等を挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂に代表される変性エポキシ樹脂、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、及び熱硬化性ポリイミド樹脂等を挙げることができる。

この他にも、第１ドーム補強層３２の内面にエポキシ樹脂などの２液混合型の熱硬化性樹脂を塗布し、これを乾燥させることで、第１ドームライナー２２を形成しても良い。この他にも、ε－カプロラクタムなどの熱可塑性樹脂モノマーと触媒とを含む樹脂を第１ドーム補強層３２の内面に塗布し、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することで、ナイロン６などの熱可塑性樹脂からなる第１ドームライナー２２を形成しても良い。

そして、第１ドームライナー２２の樹脂材料が、熱硬化性樹脂である場合には、熱硬化性樹脂は未硬化であっても良く、熱硬化性樹脂が完全に硬化していない状態になるように、加熱により樹脂を予備硬化しても良く、完全に硬化した状態となるように、加熱により本硬化しても良い。なお、第１ドームライナー２２の樹脂材料が熱可塑性樹脂である場合には、熱可塑性樹脂を固化させる。

このような樹脂材料を熱硬化または固化すると、第１ドームライナー２２と該第１ドームライナー２２の外周面を覆う第１ドーム補強層３２とを有する第１ドーム分割体１２が形成される。

なお、第２ドーム補強層３３の内面に第２ドームライナー２３を形成することにより第２ドーム分割体１３を形成する方法は、上述の第１ドーム分割体１２と同様であるので、その説明を省略する。そして、第２ドーム補強層３３の内面に第２ドームライナー２３を形成する際に、その端部２３１が外側に反るように該第２ドームライナー２３を形成する（図７参照）。

続いて、パイプ補強層３１の内面にパイプライナー２１を形成することによりパイプ分割体１１を形成する。パイプ分割体１１の形成方法は、上述の第１ドーム分割体１２と同様であるので、その説明を省略するが、図８に示すように、形成されるパイプライナー２１の両端部は、それぞれ外側に折り返された折り返し端部２１１になる。

なお、第１ドーム補強層３２の内面に第１ドームライナー２２、第２ドーム補強層３３の内面に第２ドームライナー２３、パイプ補強層３１の内面にパイプライナー２１をそれぞれ形成する際に、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３の厚さがともにパイプライナー２１の厚さよりも大きくなるように行われることが好ましい。このようにすれば、後の組付工程Ｓ２で組付体１０を形成する際に、パイプライナー２１と第１ドームライナー２２又は第２ドームライナー２３との当接位置の凹凸を吸収できるので、パイプライナー２１、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３により形成されたライナー２のシール性を確実に確保できる。

［組付工程Ｓ２］
組付工程Ｓ２は、分割体形成工程Ｓ１で形成されたパイプ分割体１１と一対のドーム分割体（第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３）とを組み付けて組付体１０を形成する。図９に示すように、例えばパイプ分割体１１の一端部を第１ドーム分割体１２に、パイプ分割体１１の他端部を第２ドーム分割体１３にそれぞれ組み付ける。その際に、第１ドームライナー２２がパイプライナー２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように第１ドーム分割体１２とパイプ分割体１１とを組み付け、第２ドームライナー２３がパイプライナー２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように第２ドーム分割体１３とパイプ分割体１１とを組み付ける。

より具体的には、図１０に示すように、まず、第１ドームライナー２２がパイプライナー２１と当接せずにパイプ補強層３１と当接するように、パイプ分割体１１を所定の押圧力ｆで第１ドーム分割体１２内に圧入する。同様に、第２ドームライナー２３がパイプライナー２１と当接せずにパイプ補強層３１と当接するように、パイプ分割体１１を所定の押圧力ｆで第２ドーム分割体１３内に圧入する。

そして、押圧力ｆが解除されると、復元力によってパイプ分割体１１が拡がる。これによって、内側に配置されたパイプ分割体１１から第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３を外側に拡げる力が働く。このため、第１ドームライナー２２及びパイプライナー２１がともに変形し、第１ドームライナー２２の端部２２２はパイプライナー２１の折り返し端部２１１と当接することになる（図１参照）。そして、第１ドームライナー２２の端部２２２とパイプライナー２１の折り返し端部２１１との当接位置には、ライナー２のシール部が形成される。同様に、第２ドームライナー２３及びパイプライナー２１も変形し、第２ドームライナー２３の端部２３１はパイプライナー２１の折り返し端部２１１と当接することになる（図１参照）。第２ドームライナー２３の端部２３１とパイプライナー２１の折り返し端部２１１との当接位置には、ライナー２のシール部が形成される。
これによって、組付体１０が形成される。

なお、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３とを組み付ける際に、パイプライナー２１、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３が変形しやすくなるようにこれらのライナーを加温してからそれぞれの組付作業を行っても良い。このようにすれば、パイプライナー２１と第１ドームライナー２２との当接位置の凹凸、パイプライナー２１と第２ドームライナー２３との当接位置の凹凸をそれぞれ容易に吸収することができるので、パイプライナー２１と第１ドームライナー２２又は第２ドームライナー２３との当接状態をより確保しやすくなる。また、パイプライナー２１と、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３とのうち、パイプライナー２１のみ、或いは第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３のみを加温しても良い。一方、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３がパイプライナー２１よりも厚く形成された場合、第１ドームライナー２２及び第２ドームライナー２３を加温するのが好ましい。

[シール性検査工程Ｓ３]
シール性検査工程Ｓ３は、組付工程Ｓ２で形成した組付体１０のシール性を検査する工程である。シール性検査工程Ｓ３では、組付体１０の内部に負圧をかけて組付体１０のシール性を検査する。このように組付体１０の状態でシール性検査を行うことで、仮に組付体１０の内部に空気が侵入した場合（すなわち、シール性に問題がある場合）、組付体１０を分解することにより問題となる分割体を取り換えることができる。従って、例えば組付体１０の外側に高ヘリカル層３４と外ヘリカル層３５とを形成して樹脂硬化又は固化した後にシール性検査を行う場合と比べて、問題となる分割体を容易に交換することができる。

[高ヘリカル層形成工程Ｓ４]
高ヘリカル層形成工程Ｓ４は、シール性検査に問題のない組付体１０に対し、少なくともパイプ分割体１１の外周面に樹脂が含浸された繊維束を高角度ヘリカル巻きで層状に巻回することで高ヘリカル層３４を形成する。巻回する繊維束の層数は、高ヘリカル層３４の強度が確保されるのであれば、特に限定されるものではないが、例えば２～１０層程度である。

なお、繊維束の強化繊維は、上記繊維束Ｆ１で例示した材料と同様の材料を挙げることができ、強化繊維に含浸される樹脂材料としては、繊維束Ｆ１で例示した材料と同様の樹脂を挙げることができる。

高ヘリカル層３４を形成する際に、図１１に示すように、パイプ補強層３１の全体のみならず、高ヘリカル層３４の一端部がパイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２との組付部位を越えて第１ドーム分割体１２の一部まで延び、高ヘリカル層３４の他端部がパイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位を越えて第２ドーム分割体１３の一部まで延びるように、高ヘリカル層３４を形成する。

[外ヘリカル層形成工程Ｓ５]
外ヘリカル層形成工程Ｓ５は、高ヘリカル層３４の外側に外ヘリカル層３５を形成する。より具体的には、高ヘリカル層形成工程Ｓ４で形成した高ヘリカル層３４の外周面と、高ヘリカル層３４に覆われていない第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３との外周面に、樹脂が含浸された繊維束を低角度ヘリカル巻きで層状に巻回する。巻回する繊維束の層数は、外ヘリカル層３５の強度が確保されるのであれば、特に限定されるものではないが、例えば２～１０層程度である。

なお、繊維束の強化繊維は、上記繊維束Ｆ１で例示した材料と同様の材料を挙げることができ、強化繊維に含浸される樹脂材料としては、繊維束Ｆ１で例示した材料と同様の樹脂を挙げることができる。

繊維束を巻き終えた後、繊維束に含浸された樹脂が熱硬化性樹脂の場合、外ヘリカル層３５を本硬化させる。その際、組付体１０の樹脂及び高ヘリカル層３４の樹脂が、熱硬化性樹脂で、完全に硬化していない場合、これらの樹脂も本硬化させる。繊維束に含浸された樹脂が熱可塑性樹脂の場合、外ヘリカル層３５を、放冷または強制冷却によって冷却して固化させる。

このようにして外ヘリカル層３５を形成した後、図１に示すように、口金４にバルブ６を取り付けることによって、高圧タンク１の製造が完成する。

本実施形態に係る高圧タンクの製造方法では、組付工程Ｓ２において、第１ドームライナー２２がパイプライナー２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように第１ドーム分割体１２とパイプ分割体１１とを組み付け、第２ドームライナー２３がパイプライナー２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように第２ドーム分割体１３とパイプ分割体１１とを組み付ける。このようにすれば、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３とを組み付けるだけでライナー２を形成することができるので、高圧タンク１を製造し易くなる。

また、組付工程Ｓ２において、第１ドームライナー２２がパイプライナー２１と当接せずにパイプ補強層３１と当接するように、パイプ分割体１１を第１ドーム分割体１２内に圧入しており、第２ドームライナー２３がパイプライナー２１と当接せずにパイプ補強層３１と当接するように、パイプ分割体１１を第２ドーム分割体１３内に圧入する。このようにすれば、第１ドームライナー２２又は第２ドームライナー２３が直接パイプライナー２１と当接するようにこれらの分割体の圧入を行う場合と比べて、圧入時のライナー同士のこすり合いがないので、形成されるシール部を傷つけるのを防止できる。その結果、ライナー２のシール性を確保することできる。

更に、高ヘリカル層形成工程Ｓ４工程において、パイプ補強層３１の全体のみならず、高ヘリカル層３４の一端部がパイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２との組付部位を越えて第１ドーム分割体１２の一部まで延び、高ヘリカル層３４の他端部がパイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位を越えて第２ドーム分割体１３の一部まで延びるように高ヘリカル層３４を形成する。このようにすれば、パイプ分割体１１の復元力に起因する第１ドーム分割体１２の外側への拡がり、又は第２ドーム分割体１３の外側への拡がりを抑制できるので、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３との組付部位の歪みを低減し、パイプライナー２１と第１ドームライナー２２又は第２ドームライナー２３との当接状態を維持することができる。

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 高圧タンク
２ ライナー
３ 補強部
４ 口金
５ 貯留空間
６ バルブ
１０ 組付体
１１ パイプ分割体
１２ 第１ドーム分割体
１３ 第２ドーム分割体
２１ パイプライナー
２２ 第１ドームライナー
２３ 第２ドームライナー
３１ パイプ補強層
３２ 第１ドーム補強層
３３ 第２ドーム補強層
３４ 高ヘリカル層
３５ 外ヘリカル層
６１ 挿入部
６２ Ｏリング
２１１ 折り返し端部
２２１ 管状部
２２２，２３１ 端部
３２１ 突出部

Claims (7)

1. パイプ分割体と２つのドーム分割体とを組み付けてなる組付体と、前記組付体の外側に設けられたヘリカル層とを備える高圧タンクであって、
   前記パイプ分割体は、パイプライナーと前記パイプライナーの外周面を覆うパイプ補強層とを有し、
   前記ドーム分割体は、ドームライナーと前記ドームライナーの外周面を覆うドーム補強層とを有し、
   前記パイプ分割体と２つの前記ドーム分割体とは、前記ドームライナーが前記パイプライナーよりも前記高圧タンクの外側に配置されるように、組み付けられていることを特徴とする高圧タンク。
2. 前記パイプライナーの端部は、前記高圧タンクの外側に折り返された折り返し端部であり、
   前記パイプ分割体と前記ドーム分割体との組付部位において、前記パイプライナーの前記折り返し端部は前記ドームライナーと当接されている請求項１に記載の高圧タンク。
3. 前記ヘリカル層は、少なくとも前記パイプ分割体を覆う高ヘリカル層と、前記高ヘリカル層の外側に設けられた外ヘリカル層とを有し、
   前記高ヘリカル層は、前記パイプ分割体と前記ドーム分割体との組付部位を更に越えて前記ドーム分割体の一部まで延びるように形成されている請求項１又は２に記載の高圧タンク。
4. パイプ分割体及び２つのドーム分割体を組み付けてなる組付体と前記組付体の外側に設けられたヘリカル層とを備える高圧タンクの製造方法であって、
   パイプライナーと前記パイプライナーの外周面を覆うパイプ補強層とを有する前記パイプ分割体と、ドームライナーと前記ドームライナーの外周面を覆うドーム補強層とを有する前記ドーム分割体と、をそれぞれ形成する分割体形成工程と、
   前記パイプ分割体と２つの前記ドーム分割体とを組み付けることにより前記組付体を形成する組付工程と、
   前記組付体の外側に前記ヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、
   を含み、
   前記組付工程において、前記ドームライナーが前記パイプライナーよりも前記高圧タンクの外側に配置されるように、前記パイプ分割体と２つの前記ドーム分割体とを組み付けることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
5. 前記組付工程において、前記ドームライナーが前記パイプライナーと当接せずに前記パイプ補強層と当接するように、前記パイプ分割体を前記ドーム分割体内に圧入する請求項４に記載の高圧タンクの製造方法。
6. 前記ヘリカル層形成工程は、少なくとも前記パイプ分割体を覆う高ヘリカル層を形成する高ヘリカル層形成工程と、前記高ヘリカル層の外側にヘリカル層を形成する外ヘリカル層形成工程とを有し、
   前記高ヘリカル層形成工程において、前記パイプ分割体を覆うとともに、前記パイプ分割体と前記ドーム分割体との組付部位を更に越えて前記ドーム分割体の一部まで延びるように、前記高ヘリカル層を形成する請求項４又は５に記載の高圧タンクの製造方法。
7. 前記組付工程と前記ヘリカル層形成工程との間に、前記組付体のシール性を検査するシール性検査工程を含み、
   前記シール性検査工程において、前記組付体の内部に負圧をかける請求項４～６のいずれか一項に記載の高圧タンクの製造方法。

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