JP2024019920A - Method for manufacturing high-pressure tank - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a high-pressure tank in which a matrix resin is impregnated to acquire stable strength while suppressing looseness of a reinforcement fiber that is wound around a boundary part.
SOLUTION: A method for manufacturing a high-pressure tank includes the steps of: preparing a liner that includes a liner body 11A continuing to a barrel part 14 in which a storage space S is formed and including a neck part 15 extending toward an opening 13 and a metal reinforcement body 40 disposed in the neck part 15, as a liner 11; forming a reinforcement fiber base material 12A at an outer peripheral surface 11a of the liner 11 by winding a reinforcement fiber 12a around the outer peripheral surface of the liner 11; and disposing the liner 11 around which the reinforcement fiber base material 12A is wound in a shaping mold 93 and injecting a matrix resin 11B between the shaping mold 93 and the liner 11 while applying internal pressure to the storage space S to impregnate the matrix resin 11B into the reinforcement fiber base material 12A and form a reinforcement layer 12.
SELECTED DRAWING: Figure 7
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a high pressure tank.

たとえば、天然ガス自動車または燃料電池自動車等には、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は、高圧ガスである流体を収容されるライナと、ライナの外周面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、を備えている。 For example, high-pressure tanks for storing fuel gas are used in natural gas vehicles, fuel cell vehicles, and the like. This type of high-pressure tank includes a liner that accommodates fluid, which is high-pressure gas, and a reinforcing layer made of fiber-reinforced resin that covers the outer peripheral surface of the liner.

高圧タンクを製造する際には、まず、樹脂製のライナを準備する。ライナは、高圧ガスを収容する収容空間が形成された胴体部と、胴体部の端部に連続して形成されたネック部と、を有する。この準備したライナに対して、胴体部およびネック部の外周面に、繊維強化樹脂からなる補強層を成形する(たとえば、特許文献1参照)。 When manufacturing a high-pressure tank, first a resin liner is prepared. The liner has a body portion in which a storage space for containing high-pressure gas is formed, and a neck portion formed continuously at an end of the body portion. A reinforcing layer made of fiber-reinforced resin is formed on the outer peripheral surfaces of the body and neck of the prepared liner (for example, see Patent Document 1).

特開2020-60265号公報JP2020-60265A

ここで、たとえば、特許文献1に示す補強層を形成する際に、ライナの外周面に、強化繊維を巻き付けることにより、ライナの外周面に強化繊維基材を形成した後、強化繊維基材にマトリクス樹脂を含浸させることが想定される。 Here, for example, when forming the reinforcing layer shown in Patent Document 1, a reinforcing fiber base material is formed on the outer peripheral surface of the liner by winding reinforcing fibers around the outer peripheral surface of the liner, and then the reinforcing fiber base material is It is envisaged that it will be impregnated with a matrix resin.

この場合、強化繊維基材が巻き付けられたライナを、成形型に配置し、ライナの収容空間に内圧をかけながら、成形型とライナとの間に、マトリクス樹脂を注入する。このとき、ライナの胴体部には、胴体部の周方向に拡大するようにフープ応力が作用するため、ライナの胴体部に巻かれた強化繊維の巻きずれは生じ難い。 In this case, a liner around which a reinforcing fiber base material is wound is placed in a mold, and a matrix resin is injected between the mold and the liner while applying internal pressure to the housing space of the liner. At this time, hoop stress acts on the body of the liner so as to expand in the circumferential direction of the body, so that the reinforcing fibers wound around the body of the liner are unlikely to be misaligned.

しかしながら、胴体部とネック部の境界部分は、凹んだ形状となるため、その形状に起因して、境界部分の周方向に縮小するようにフープ応力が作用する。このフープ応力により、境界部分の径が僅かに縮小し、境界部分に巻かれた強化繊維は弛み易い。この状態で、マトリクス樹脂を強化繊維(強化繊維基材)に含浸させたとしても、境界部分の機械的強度は確保し難い。 However, since the boundary portion between the body portion and the neck portion has a concave shape, hoop stress acts on the boundary portion so as to reduce it in the circumferential direction due to the shape. Due to this hoop stress, the diameter of the boundary portion is slightly reduced, and the reinforcing fibers wound around the boundary portion tend to loosen. Even if reinforcing fibers (reinforcing fiber base material) are impregnated with matrix resin in this state, it is difficult to ensure mechanical strength at the boundary portion.

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、境界部分に巻かれた強化繊維の弛みを抑えた状態で、マトリクス樹脂を含浸し、安定した強度を得ることができる高圧タンクの製造方法を提供する。 The present invention was made in view of these points, and provides a high-pressure tank that can obtain stable strength by impregnating matrix resin with the reinforcing fibers wound around the boundary portions suppressing the slack. A manufacturing method is provided.

前記課題に鑑みて、本発明に係る高圧タンクの製造方法は、流体を収容する収容空間が形成され、少なくとも一端側に開口部が形成された樹脂製のライナと、前記ライナの外周面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、を有した高圧タンクの製造方法であって、前記ライナとして、前記収容空間が形成された胴体部に連続し、前記開口部に向かって延在したネック部を有したライナ本体と、少なくとも前記ネック部と前記胴体部の境界部分に配置された金属製の補強体と、を備えたライナを準備する工程と、前記ライナの外周面に、強化繊維を巻き付けることにより、前記ライナの外周面に強化繊維基材を形成する工程と、前記強化繊維基材が巻き付けられた前記ライナを、成形型に配置し、前記収容空間に内圧をかけながら、前記成形型と前記ライナとの間に、マトリクス樹脂を注入することにより、前記強化繊維基材に前記マトリクス樹脂を含浸し、前記補強層を形成する工程とを、含むことを特徴とする。 In view of the above-mentioned problems, the method for manufacturing a high-pressure tank according to the present invention includes: a resin liner in which a storage space for accommodating a fluid is formed and an opening formed in at least one end side; and a resin liner that covers the outer circumferential surface of the liner. a reinforcing layer made of fiber-reinforced resin, the method comprising: as the liner, a neck portion that is continuous with the body portion in which the accommodation space is formed and extends toward the opening portion; a step of preparing a liner including a liner body having a liner body and a metal reinforcing body disposed at least at a boundary portion between the neck portion and the body portion; and winding reinforcing fibers around the outer peripheral surface of the liner. The step of forming a reinforcing fiber base material on the outer peripheral surface of the liner, placing the liner around which the reinforcing fiber base material is wound in a mold, and applying internal pressure to the accommodation space with the mold. The method is characterized by including a step of impregnating the reinforcing fiber base material with the matrix resin and forming the reinforcing layer by injecting the matrix resin between the reinforcing fiber base material and the liner.

本発明によれば、補強層を形成する際に、ライナの形成された収容空間に内圧をかけると、ライナのネック部と胴体部との境界部分は、凹んだ形状であるため、この境界部分には、その周方向に縮小するようにフープ応力が作用する。しかしながら、本発明では、少なくとも境界部分には、金属製の補強体が配置されているので、境界部分の周方向の変形を抑えることができる。これにより、境界部分に巻かれた強化繊維の弛みを抑えた状態で、マトリクス樹脂を強化繊維基材に含浸させることができる。このような結果、安定した強度の高圧タンクを得ることができる。 According to the present invention, when forming the reinforcing layer, when internal pressure is applied to the accommodation space in which the liner is formed, the boundary between the neck part of the liner and the body part has a concave shape. Hoop stress acts on the hoop so that it shrinks in the circumferential direction. However, in the present invention, since the metal reinforcing body is disposed at least at the boundary portion, deformation of the boundary portion in the circumferential direction can be suppressed. Thereby, the matrix resin can be impregnated into the reinforcing fiber base material while suppressing the slack of the reinforcing fibers wound around the boundary portion. As a result, a high pressure tank with stable strength can be obtained.

より好ましい態様としては、前記ライナを準備する工程において、前記補強体を前記ライナ本体とともに一体成形する。 In a more preferred embodiment, the reinforcing body is integrally molded with the liner main body in the step of preparing the liner.

この態様によれば、補強体をライナ本体とともに一体成形するので、ライナ本体が補強体に拘束される。したがって、境界部分に、周方向に縮小するようにフープ応力が作用したとしても、境界部分の形状を保持することができる。 According to this aspect, since the reinforcing body is integrally molded with the liner body, the liner body is restrained by the reinforcing body. Therefore, even if hoop stress acts on the boundary portion so as to reduce it in the circumferential direction, the shape of the boundary portion can be maintained.

より好ましい態様としては、前記高圧タンクは、前記開口部を覆う接続部材が取り付けられており、前記接続部材には、前記開口部に挿入される挿入部が形成されており、前記挿入部には、前記ライナの内周面に接触するシール部材が取り付けられており、前記補強体は、前記シール部材と対向する位置まで延在している。 In a more preferred embodiment, the high-pressure tank is provided with a connecting member that covers the opening, and the connecting member is formed with an insertion portion that is inserted into the opening, and the insertion portion includes a connecting member that covers the opening. , a sealing member that contacts the inner circumferential surface of the liner is attached, and the reinforcing body extends to a position facing the sealing member.

この態様によれば、補強体をシール部材と対向する位置まで延在させたので、高圧タンクの使用時に、収容空間への流体の充填および放出をしたとしても、補強体によりシール部材によるシール性を確保することができる。 According to this aspect, since the reinforcing body is extended to a position facing the sealing member, even if fluid is filled and discharged into the accommodation space when the high-pressure tank is used, the reinforcing body will ensure that the sealing by the sealing member is maintained. can be ensured.

本発明によれば、境界部分に巻かれた強化繊維の弛みを抑えた状態で、マトリクス樹脂を強化繊維基材に含浸し、安定した強度を得ることができる。 According to the present invention, stable strength can be obtained by impregnating the matrix resin into the reinforcing fiber base material while suppressing the slack of the reinforcing fibers wound around the boundary portion.

本実施形態に係る製造方法により製造された高圧タンクを備えたタンクユニットの構造を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a tank unit including a high-pressure tank manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment. 図1のA-A線に沿った高圧タンクの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the high-pressure tank taken along line AA in FIG. 1; 図2に示すブラケット側の高圧タンクの要部拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of a main part of the high-pressure tank on the bracket side shown in FIG. 2; 図3に示す高圧タンクの製造方法において、ライナを準備する工程を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a step of preparing a liner in the method of manufacturing the high-pressure tank shown in FIG. 3. FIG. 図1に示す高圧タンクの製造方法において、強化繊維基材を形成する工程を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a step of forming a reinforcing fiber base material in the method for manufacturing the high-pressure tank shown in FIG. 1. FIG. 図3に示す高圧タンクの製造方法において、強化繊維基材を形成した状態を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which a reinforcing fiber base material is formed in the method for manufacturing the high-pressure tank shown in FIG. 3. FIG. 図1に示す高圧タンクの製造方法において、補強層を形成する工程を説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a step of forming a reinforcing layer in the method of manufacturing the high-pressure tank shown in FIG. 1. FIG. 本実施形態に係る高圧タンクの製造方法において、補強層を形成する際に作用するフープ応力を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining hoop stress that acts when forming a reinforcing layer in the method for manufacturing a high-pressure tank according to the present embodiment.

1.高圧タンク10について
以下に、まず、図1~図3を参照しながら、高圧タンク10を備えたタンクユニット1の実施形態について説明する。図1および図2に示すように、本実施形態に係るタンクユニット1は、複数の高圧タンク10と、高圧タンク10の両端に接続される一対の接続部材30、30と、を備えている。
1. Regarding the high-pressure tank 10 First, an embodiment of the tank unit 1 including the high-pressure tank 10 will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIGS. 1 and 2, the tank unit 1 according to the present embodiment includes a plurality of high-pressure tanks 10 and a pair of connecting members 30, 30 connected to both ends of the high-pressure tanks 10.

高圧タンク10は、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である。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(流体)が充填されてもよく、耐圧試験用に一時的に液体などの流体が、充填されてもよい。 The high-pressure tank 10 is a tank loaded with high-pressure hydrogen gas that is mounted on a fuel cell vehicle. The gases that can be filled into the high-pressure tank 10 are not limited to high-pressure hydrogen gas, but also various compressed gases such as CNG (compressed natural gas), and various liquefied gases such as LNG (liquefied natural gas) and LPG (liquefied petroleum gas). , or other gases (fluids), or may be temporarily filled with a fluid such as a liquid for a pressure test.

高圧タンク10は、水素ガスを収容する収容空間Sが形成され、両側に開口部13が形成されたライナ11と、ライナ11の外周面11aを覆うように、ライナ11に積層された補強層12と、を備えている。ライナ11は、ガスバリア性を有する樹脂材料からなるライナ本体11Aと、金属製の補強体40とからなる。補強層12は、繊維強化樹脂からなる。 The high-pressure tank 10 includes a liner 11 in which a storage space S for storing hydrogen gas is formed and openings 13 formed on both sides, and a reinforcing layer 12 laminated on the liner 11 so as to cover the outer peripheral surface 11a of the liner 11. It is equipped with. The liner 11 includes a liner body 11A made of a resin material having gas barrier properties and a reinforcing body 40 made of metal. The reinforcing layer 12 is made of fiber reinforced resin.

ライナ本体11Aは、上述した収容空間Sが形成された胴体部14と、胴体部14の端部に連続し、開口部13が形成された一対のネック部15、15と、を備えている。本実施形態では、ライナ11の両側にネック部15、15が形成されているが、高圧タンク10は、一方側にのみネック部15が形成されたボトル状の構造であってもよい。 The liner main body 11A includes a body part 14 in which the above-described accommodation space S is formed, and a pair of neck parts 15, 15 that are continuous with the ends of the body part 14 and have an opening 13 formed therein. In this embodiment, the neck portions 15 are formed on both sides of the liner 11, but the high-pressure tank 10 may have a bottle-like structure in which the neck portion 15 is formed only on one side.

本実施形態では、胴体部14は、筒状の一例として円筒状の本体14aと、本体14aから胴体部14の端部に進むに従って、内径および外径が縮径した肩部14bと、を備えている。肩部14bは、円錐台状の筒状部分であり、肩部14bに連続するように、ネック部15が形成されている。ネック部15は、円筒状の部分であり、開口部13に向かって、高圧タンク10の軸線CLに沿った方向に延在している。したがって、胴体部14(肩部14b)と、ネック部15との境界部分16は、見かけ上、凹んだ形状となっている。 In this embodiment, the body part 14 includes a cylindrical body 14a, which is an example of a cylindrical shape, and a shoulder part 14b whose inner diameter and outer diameter decrease as the body progresses from the body 14a toward the end of the body part 14. ing. The shoulder portion 14b is a cylindrical portion in the shape of a truncated cone, and a neck portion 15 is formed so as to be continuous with the shoulder portion 14b. The neck portion 15 is a cylindrical portion, and extends toward the opening 13 in a direction along the axis CL of the high-pressure tank 10. Therefore, the boundary portion 16 between the body portion 14 (shoulder portion 14b) and the neck portion 15 has an apparently concave shape.

本実施形態では、ネック部15と胴体部14の境界部分16には、金属製の補強体40が配置されている。補強体40は、後述するシール性の確保のため、ネック部15の一部まで延在してもよい。 In this embodiment, a metal reinforcing body 40 is disposed at the boundary portion 16 between the neck portion 15 and the body portion 14 . The reinforcing body 40 may extend to a part of the neck portion 15 in order to ensure sealing performance, which will be described later.

本実施形態では、ネック部15を覆う補強層12の外周面12bには、環状の口金20が取り付けられている。口金20の内周面22には、複数の突起が形成されており、補強層12は、内周面22に食い込む(具体的には突起同士の間に食い込む)ように形成されている。これにより、口金20を、補強層12に係止することができる。口金20の外周面21には、雄ネジが形成されており、この雄ネジを、後述する接続部材30に形成された内壁面34の雌ネジに螺合することができる。 In this embodiment, an annular base 20 is attached to the outer peripheral surface 12b of the reinforcing layer 12 that covers the neck portion 15. A plurality of protrusions are formed on the inner circumferential surface 22 of the cap 20, and the reinforcing layer 12 is formed to bite into the inner circumferential surface 22 (specifically, to bite between the protrusions). Thereby, the cap 20 can be locked to the reinforcing layer 12. A male thread is formed on the outer circumferential surface 21 of the cap 20, and this male thread can be screwed into a female thread on an inner wall surface 34 formed on a connecting member 30, which will be described later.

ここで、本実施形態では、ライナ本体11Aを構成する樹脂としては、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、ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂(たとえば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)、またはポリエステル系樹脂等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。 Here, in this embodiment, the resin constituting the liner main body 11A is preferably a resin with good gas barrier properties. Such resins include polypropylene resins, nylon resins (for example, 6-nylon resins or 6,6-nylon resins), polycarbonate resins, acrylic resins, ABS resins, polyamide resins, polyethylene resins, and ethylene resins. - Thermoplastic resins such as vinyl alcohol copolymer resins (EVOH) and polyester resins can be mentioned.

補強層12は、強化繊維(強化繊維基材)に、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が含浸されたものである。本実施形態では、強化繊維は、繊維束である。強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、および炭素繊維等の強化繊維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。マトリクス樹脂としては、熱硬化性樹脂が好ましく、熱硬化性樹脂としては、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、ユリア系樹脂、またはエポキシ系樹脂であり、機械的強度等の観点からエポキシ系樹脂前駆体を用いることが好ましい。エポキシ系樹脂は、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エポキシ系樹脂となる。 The reinforcing layer 12 is made of reinforcing fibers (reinforcing fiber base material) impregnated with a thermoplastic resin or thermosetting resin as a matrix resin. In this embodiment, the reinforcing fibers are fiber bundles. As the reinforcing fibers, reinforcing fibers such as glass fibers, aramid fibers, boron fibers, and carbon fibers can be used, and it is particularly preferable to use carbon fibers from the viewpoints of lightness and mechanical strength. The matrix resin is preferably a thermosetting resin, and the thermosetting resin is a phenol resin, a melamine resin, a urea resin, or an epoxy resin. It is preferable to use The epoxy resin has fluidity in an uncured state, and becomes an epoxy resin that forms a strong crosslinked structure after thermosetting.

補強層12は、フィラメントワインディング法またはシートワインディング法により、ライナ11の外周面11aに、マトリクス樹脂が含浸された強化繊維(強化繊維束)を巻回したものである。補強層12は、高圧タンク10の軸線CLに対して、繊維束が傾斜するように巻かれたヘリカル巻の層であってもよく、たとえば、高圧タンク10の軸線CLに対して、繊維束が傾斜するように織り込まれた層(ブレーダー巻き)であってもよく、これらの層を組み合わせて積層したものであってもよい。 The reinforcing layer 12 is formed by winding reinforcing fibers (reinforcing fiber bundles) impregnated with matrix resin around the outer peripheral surface 11a of the liner 11 by a filament winding method or a sheet winding method. The reinforcing layer 12 may be a layer of helical winding in which the fiber bundle is wound so as to be inclined with respect to the axis CL of the high pressure tank 10; for example, the fiber bundle is wound with respect to the axis CL of the high pressure tank 10. It may be a layer woven in a diagonal manner (brader winding), or a combination of these layers may be laminated.

一対の接続部材30、30は、アルミニウム、鋼などの金属製の部材であり、ブラケット30Aと、マニホールド30Bとで構成されている。ブラケット30Aは、複数の高圧タンク10、10、…を、一体的に拘束し、車両に取り付けるための部材である。 The pair of connecting members 30, 30 are members made of metal such as aluminum or steel, and are composed of a bracket 30A and a manifold 30B. The bracket 30A is a member for integrally restraining the plurality of high pressure tanks 10, 10, . . . and attaching it to the vehicle.

マニホールド30Bは、高圧タンク10の収容空間Sに水素ガスを導入し、この収容空間Sから水素ガスを放出するガス流路が形成された部材である。ブラケット30Aおよびマニホールド30Bは、図2に示すように、ガス流路の形成の有無が主に相違するため、図3を参照して、接続部材30としての、マニホールド30Bの構造について説明する。 The manifold 30B is a member in which a gas flow path for introducing hydrogen gas into the accommodation space S of the high-pressure tank 10 and discharging hydrogen gas from the accommodation space S is formed. As shown in FIG. 2, the bracket 30A and the manifold 30B differ mainly in the presence or absence of a gas flow path, so the structure of the manifold 30B as the connection member 30 will be described with reference to FIG. 3.

マニホールド30Bは、高圧タンク10の軸線CL方向の端部に形成された開口部13を覆うように形成されており、マニホールド30Bは、挿入部31と、キャップ部32と、を備えている。キャップ部32は、口金20の外周面21で、口金20に螺着するとともに、高圧タンク10の端面を覆う部分であり、キャップ部32の中央に、挿入部31が形成されている。 The manifold 30B is formed to cover the opening 13 formed at the end of the high-pressure tank 10 in the direction of the axis CL, and includes an insertion portion 31 and a cap portion 32. The cap portion 32 is a portion of the outer peripheral surface 21 of the cap portion 20 that is screwed onto the cap portion 20 and covers the end surface of the high-pressure tank 10. The insertion portion 31 is formed in the center of the cap portion 32.

挿入部31は、ネック部15において、開口部13からネック部15の内周面15aに沿って挿入される栓状部分である。挿入部31の外周面31aには、その周方向に沿って、環状溝35が形成されており、環状溝35には、収容空間Sを封止する環状のシール部材61、62が配置されている。具体的には、シール部材61、62は、ライナ11の内周面11b(具体的にはネック部15の内周面15a)に接触しており、収容空間S内のシール性を確保するため、径方向にわずかに弾性変形した状態で、内周面11bに当接している。シール部材61、62は、ガスバリア性を有した樹脂材料またはゴム材料等の弾性を有した材料からなる。 The insertion portion 31 is a plug-shaped portion that is inserted into the neck portion 15 from the opening 13 along the inner circumferential surface 15a of the neck portion 15. An annular groove 35 is formed along the circumferential direction of the outer peripheral surface 31a of the insertion portion 31, and annular seal members 61 and 62 for sealing the accommodation space S are arranged in the annular groove 35. There is. Specifically, the seal members 61 and 62 are in contact with the inner circumferential surface 11b of the liner 11 (specifically, the inner circumferential surface 15a of the neck portion 15), and in order to ensure sealing performance within the accommodation space S. , is in contact with the inner circumferential surface 11b while being slightly elastically deformed in the radial direction. The seal members 61 and 62 are made of an elastic material such as a resin material or a rubber material having gas barrier properties.

本実施形態では、補強体40は、円筒状であり、ネック部15の内周面15aが径方向の変形を制限する部材である。補強体40は、ライナ本体11Aのネック部15と胴体部14の境界部分16に配置されている。補強体40は、少なくとも境界部分16の径方向の変形を拘束するものであり、ネック部15の外周面15dを周回するように形成されている。本実施形態では、補強体40は、ライナ本体11Aとともに、一体的に成形されている。 In this embodiment, the reinforcing body 40 has a cylindrical shape, and the inner circumferential surface 15a of the neck portion 15 is a member that limits deformation in the radial direction. The reinforcing body 40 is arranged at the boundary portion 16 between the neck portion 15 and the body portion 14 of the liner main body 11A. The reinforcing body 40 restrains deformation of at least the boundary portion 16 in the radial direction, and is formed so as to go around the outer circumferential surface 15d of the neck portion 15. In this embodiment, the reinforcing body 40 is integrally molded with the liner main body 11A.

さらに、本実施形態では、補強体40は、ライナ11の外周面15dを周回するように、シール部材61、62に対向した位置にまで延在している。補強体40をシール部材61、62と対向する位置まで延在させたので、高圧タンク10の使用時に、収容空間Sへの流体の充填および放出をしたとしても、補強体40によりシール部材61、62によるシール性を確保することができる。 Furthermore, in this embodiment, the reinforcing body 40 extends to a position facing the seal members 61 and 62 so as to go around the outer circumferential surface 15d of the liner 11. Since the reinforcing body 40 is extended to a position facing the sealing members 61 and 62, even if fluid is filled and discharged into the storage space S when the high-pressure tank 10 is used, the reinforcing body 40 prevents the sealing members 61 and 62 can ensure sealing performance.

補強体40の材料としては、ステンレス鋼、アルミニウムなどの金属材料であり、ネック部15の内周面15aが、径方向に広がる変形を制限することができるのであれば、その材料は、特に限定されるものではない。 The material of the reinforcing body 40 is a metal material such as stainless steel or aluminum, and if the inner circumferential surface 15a of the neck portion 15 can limit the deformation that spreads in the radial direction, the material is particularly limited. It is not something that will be done.

ここで、「ネック部15の内周面15aが径方向の変形」とは、水素ガスの圧力で、ネック部15にフープ応力が発生した際の変形であり、ネック部15を形成するライナ11(より具体的にはシール部材61、62に当接するライナ11の部分)が、径方向に広がる変形のことである。 Here, "radial deformation of the inner circumferential surface 15a of the neck portion 15" refers to deformation when hoop stress is generated in the neck portion 15 due to the pressure of hydrogen gas. (More specifically, the portion of the liner 11 that contacts the seal members 61 and 62) is deformed to expand in the radial direction.

さらに、補強体40の内周面(対向面)は、ネック部15の外周面15dに当接している。本実施形態では、補強体40は、高圧タンク10の端面から、胴体部14の肩部14bの一部まで延在している。補強体40の両端部のうち、開口部13側の端部は、補強体40の径方向に広がった形状であり、胴体部14側の端部は、境界部分16の形状に沿って形成されている。これにより、補強体40が、補強層12に係合し易くなり、補強体40が軸線CLに沿った方向に抜け出すのを防止することができる。 Further, the inner circumferential surface (opposing surface) of the reinforcing body 40 is in contact with the outer circumferential surface 15d of the neck portion 15. In this embodiment, the reinforcing body 40 extends from the end surface of the high-pressure tank 10 to a part of the shoulder portion 14b of the body portion 14. Of both ends of the reinforcing body 40, the end on the opening 13 side has a shape that expands in the radial direction of the reinforcing body 40, and the end on the body part 14 side is formed along the shape of the boundary portion 16. ing. This makes it easier for the reinforcing body 40 to engage with the reinforcing layer 12, and it is possible to prevent the reinforcing body 40 from slipping out in the direction along the axis CL.

2.高圧タンクの製造方法について
以下に、本実施形態の高圧タンク10の製造方法について、図4~図8を参照しながら説明する。
2. Regarding the manufacturing method of the high-pressure tank The method of manufacturing the high-pressure tank 10 of this embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 to 8.

(ライナ11を準備する工程)
まず、図4に示すように、樹脂製のライナ本体11Aと、金属製の補強体40とを備えたライナ11を準備する。本実施形態では、射出成型機(図示せず)に、補強体40を配置し、補強体40とともに、ライナ本体11Aを一体成形する。ライナ本体11Aと成形する際には、軸線CLと直交し、ライナ本体11Aの中央に位置する分割面において、ライナ本体11Aが分割された2つの分割体を成形後、これらを接合して、ライナ本体11Aを製造してもよい。また、ライナ本体11Aを成形後に、ネック部15と胴体部14の境界部分16に配置してもよい。
(Process of preparing liner 11)
First, as shown in FIG. 4, a liner 11 including a liner main body 11A made of resin and a reinforcing body 40 made of metal is prepared. In this embodiment, the reinforcing body 40 is placed in an injection molding machine (not shown), and the liner main body 11A is integrally molded together with the reinforcing body 40. When molding with the liner body 11A, the liner body 11A is divided into two parts at a dividing plane perpendicular to the axis CL and located at the center of the liner body 11A, and then these are joined to form the liner body. The main body 11A may also be manufactured. Alternatively, the liner main body 11A may be disposed at the boundary portion 16 between the neck portion 15 and the body portion 14 after being molded.

(強化繊維基材を形成する工程)
図5および図6に示すように、ライナ11の外周面11aに、強化繊維12aを巻き付けることにより、ライナ11の外周面11aに強化繊維基材12Aを形成する。これにより、プリフォーム10Aが形成される。ブレーダー(編組機)80の複数のボビン82、82から順次、連続した強化繊維12aが繰り出され、一方のネック部15の外周面に強化繊維12aをブレーディング巻きし、ライナ11の一方側のネック部15から、胴体部14、他方側のネック部15まで、強化繊維基材12Aを形成する。この方法を繰り返して、強化繊維基材12Aを形成してもよく、ヘリカル巻きとブレーディング巻きを併用し、強化繊維基材12Aを形成してもよく、ヘリカル巻きのみで、強化繊維基材12Aを形成してもよい。
(Step of forming reinforcing fiber base material)
As shown in FIGS. 5 and 6, a reinforcing fiber base material 12A is formed on the outer circumferential surface 11a of the liner 11 by winding the reinforcing fibers 12a around the outer circumferential surface 11a of the liner 11. Thereby, the preform 10A is formed. Continuous reinforcing fibers 12a are sequentially paid out from a plurality of bobbins 82, 82 of a braider (braiding machine) 80, and the reinforcing fibers 12a are braided and wound around the outer peripheral surface of one neck portion 15, and A reinforcing fiber base material 12A is formed from the portion 15 to the body portion 14 and the neck portion 15 on the other side. This method may be repeated to form the reinforcing fiber base material 12A, or helical winding and braiding winding may be used in combination to form the reinforcing fiber base material 12A, or only helical winding may be used to form the reinforcing fiber base material 12A. may be formed.

(補強層12を形成する工程)
上記のようにして、中空のライナ11に強化繊維基材12Aが形成されたプリフォーム10A(図6、図7)を、成形型93内(下型93Aと上型93Bとの間、キャビティともいう)に配置する。次に、RTM含浸技術を利用して、補強層12を成形する。
(Step of forming reinforcing layer 12)
As described above, the preform 10A (FIGS. 6 and 7) in which the reinforcing fiber base material 12A is formed on the hollow liner 11 is placed inside the mold 93 (between the lower mold 93A and the upper mold 93B, and also in the cavity). ). Next, the reinforcing layer 12 is molded using RTM impregnation technology.

具体的には、成形型93に埋設されたガス供給管95を介してライナ11の収容空間Sにガスで内圧をかけながら、成形型93とライナ11(具体的にはキャビティ内)との間に、マトリクス樹脂11Bを注入することにより、強化繊維基材12Aにマトリクス樹脂11Bを含浸し、補強層12を形成する。 Specifically, while applying internal pressure with gas to the housing space S of the liner 11 through a gas supply pipe 95 buried in the mold 93, the air pressure between the mold 93 and the liner 11 (specifically, inside the cavity) is increased. Then, by injecting the matrix resin 11B, the reinforcing fiber base material 12A is impregnated with the matrix resin 11B, thereby forming the reinforcing layer 12.

ここで、マトリクス樹脂11Bが熱硬化性樹脂の場合には、マトリクス樹脂11Bの含浸後、硬化開始温度以上の加熱温度で、含浸したマトリクス樹脂を熱硬化させてもよい。また、成形型93を予め硬化開始温度以上の加熱温度で加熱し、含浸と同時にマトリクス樹脂を熱硬化させてもよい。一方、マトリクス樹脂11Bが熱可塑性樹脂の場合には、マトリクス樹脂11Bを軟化点以上に加熱した状態で、マトリクス樹脂11Bを含浸後、これを冷却し、固化させてもよい。 Here, when the matrix resin 11B is a thermosetting resin, after the matrix resin 11B is impregnated, the impregnated matrix resin may be thermoset at a heating temperature equal to or higher than the curing start temperature. Alternatively, the mold 93 may be heated in advance at a heating temperature equal to or higher than the curing start temperature, and the matrix resin may be thermally cured at the same time as the impregnation. On the other hand, when the matrix resin 11B is a thermoplastic resin, the matrix resin 11B may be impregnated with the matrix resin 11B while being heated above its softening point, and then cooled and solidified.

なお、成形型93とライナ11(具体的にはキャビティ内)との間に、マトリクス樹脂11Bを注入する際には、樹脂注入機91が接続された樹脂注入配管(樹脂注入ゲートともいう)92を介して、マトリクス樹脂11Bを注入する。これと同時に、真空ポンプ98が接続された真空脱気配管97を介して、成形型93とライナ11(具体的にはキャビティ内)との間の空気を脱気する。 Note that when injecting the matrix resin 11B between the mold 93 and the liner 11 (specifically, inside the cavity), a resin injection pipe (also referred to as a resin injection gate) 92 to which a resin injection machine 91 is connected is used. The matrix resin 11B is injected through the injector. At the same time, air between the mold 93 and the liner 11 (specifically, inside the cavity) is degassed via a vacuum deaeration pipe 97 to which a vacuum pump 98 is connected.

ところで、ライナ11の収容空間Sに内圧をかけながら、成形型93とライナ11との間に、マトリクス樹脂11Bを注入すると、以下のような現象が生じる。具体的には、図8のA部に示すように、ライナ11の胴体部14には、胴体部14の周方向に拡大するようにフープ応力Tが作用するため、ライナ11の胴体部14に巻かれた強化繊維の巻きずれは生じ難い。 By the way, when the matrix resin 11B is injected between the mold 93 and the liner 11 while applying internal pressure to the accommodation space S of the liner 11, the following phenomenon occurs. Specifically, as shown in part A in FIG. The rolled reinforcing fibers are unlikely to be misaligned.

しかしながら、図8のB部に示すに、胴体部14とネック部15の境界部分16は、凹んだ形状となるため、その形状に起因して、境界部分16の周方向に縮小するようにフープ応力Tが作用する。このフープ応力Tにより、境界部分16の径が僅かに縮小し、境界部分16に巻かれた強化繊維基材12Aの強化繊維12aは弛み易い。特に、真空ポンプ98により脱気をすると、このような現象はさらに顕著になる。この状態で、マトリクス樹脂11Bを強化繊維基材12Aに含浸させたとしても、境界部分16の機械的強度は確保し難い。 However, as shown in part B of FIG. 8, the boundary portion 16 between the body portion 14 and the neck portion 15 has a concave shape, and due to this shape, the hoop shrinks in the circumferential direction of the boundary portion 16. A stress T acts. Due to this hoop stress T, the diameter of the boundary portion 16 is slightly reduced, and the reinforcing fibers 12a of the reinforcing fiber base material 12A wound around the boundary portion 16 are likely to loosen. In particular, when degassing is performed using the vacuum pump 98, this phenomenon becomes even more noticeable. In this state, even if the reinforcing fiber base material 12A is impregnated with the matrix resin 11B, it is difficult to ensure the mechanical strength of the boundary portion 16.

そこで本実施形態では、ライナ11のネック部15と胴体部14との境界部分16に、金属製の補強体40が配置されているので、境界部分16の周方向の変形を抑えることができる。これにより、境界部分16に巻かれた強化繊維の弛みを抑えた状態で、マトリクス樹脂11Bを強化繊維基材12Aに含浸させることができる。このような結果、安定した強度の高圧タンク10を得ることができる。 Therefore, in this embodiment, since the metal reinforcing body 40 is disposed at the boundary portion 16 between the neck portion 15 and the body portion 14 of the liner 11, deformation of the boundary portion 16 in the circumferential direction can be suppressed. Thereby, the reinforcing fiber base material 12A can be impregnated with the matrix resin 11B while suppressing the slack of the reinforcing fibers wound around the boundary portion 16. As a result, a high-pressure tank 10 with stable strength can be obtained.

特に、本実施形態では、補強体40をライナ本体11Aとともに一体成形するので、ライナ本体11Aが補強体40に拘束される。したがって、境界部分16に、周方向に縮小するようにフープ応力Tが作用したとしても、境界部分16の形状を保持することができる。 In particular, in this embodiment, since the reinforcing body 40 is integrally molded with the liner body 11A, the liner body 11A is restrained by the reinforcing body 40. Therefore, even if the hoop stress T acts on the boundary portion 16 so as to reduce it in the circumferential direction, the shape of the boundary portion 16 can be maintained.

以上、本発明の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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention as described in the claims. Changes can be made.

10:高圧タンク、11:ライナ、11A:ライナ本体、11B:マトリクス樹脂、12:補強層、12A:強化繊維基材、14:胴体部、15:ネック部、16:境界部分、30:接続部材、31:挿入部、40:補強体、93:成形型、S:収容空間
10: High pressure tank, 11: Liner, 11A: Liner main body, 11B: Matrix resin, 12: Reinforcement layer, 12A: Reinforced fiber base material, 14: Body part, 15: Neck part, 16: Boundary part, 30: Connection member , 31: Insertion part, 40: Reinforcement body, 93: Molding mold, S: Accommodation space

Claims (3)

流体を収容する収容空間が形成され、少なくとも一端側に開口部が形成された樹脂製のライナと、前記ライナの外周面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層と、を有した高圧タンクの製造方法であって、
前記ライナとして、前記収容空間が形成された胴体部に連続し、前記開口部に向かって延在したネック部を有したライナ本体と、少なくとも前記ネック部と前記胴体部の境界部分に配置された金属製の補強体と、を備えたライナを準備する工程と、
前記ライナの外周面に、強化繊維を巻き付けることにより、前記ライナの外周面に強化繊維基材を形成する工程と、
前記強化繊維基材が巻き付けられた前記ライナを、成形型に配置し、前記収容空間に内圧をかけながら、前記成形型と前記ライナとの間に、マトリクス樹脂を注入することにより、前記強化繊維基材に前記マトリクス樹脂を含浸し、前記補強層を形成する工程とを、含むことを特徴とする高圧タンクの製造方法。
A method for manufacturing a high-pressure tank having a resin liner in which a storage space for containing a fluid is formed and an opening formed in at least one end, and a reinforcing layer made of fiber-reinforced resin that covers the outer peripheral surface of the liner. And,
The liner includes a liner main body having a neck part continuous with the body part in which the housing space is formed and extending toward the opening, and a liner body disposed at least at a boundary part between the neck part and the body part. providing a liner with a metal reinforcement;
forming a reinforcing fiber base material on the outer peripheral surface of the liner by winding reinforcing fibers around the outer peripheral surface of the liner;
The liner around which the reinforcing fiber base material is wound is placed in a mold, and while applying internal pressure to the accommodation space, a matrix resin is injected between the mold and the liner, so that the reinforcing fibers are injected between the mold and the liner. A method for manufacturing a high-pressure tank, comprising the steps of impregnating a base material with the matrix resin and forming the reinforcing layer.
前記ライナを準備する工程において、前記補強体を前記ライナ本体とともに一体成形す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。 2. The method of manufacturing a high-pressure tank according to claim 1, wherein in the step of preparing the liner, the reinforcing body is integrally molded with the liner body. 前記高圧タンクは、前記開口部を覆う接続部材が取り付けられており、
前記接続部材には、前記開口部に挿入される挿入部が形成されており、
前記挿入部には、前記ライナの内周面に接触するシール部材が取り付けられており、
前記補強体は、前記シール部材と対向する位置まで延在してい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 high pressure tank is attached with a connecting member that covers the opening,
The connecting member is formed with an insertion portion that is inserted into the opening,
A sealing member that contacts the inner circumferential surface of the liner is attached to the insertion portion,
2. The method of manufacturing a high-pressure tank according to claim 1, wherein the reinforcing body extends to a position facing the sealing member.
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