JP4555634B2

JP4555634B2 - 曲面への樹脂層形成方法

Info

Publication number: JP4555634B2
Application number: JP2004250848A
Authority: JP
Inventors: 博三浦; 陽司荒川
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: JP2006062324A

Description

本発明は、略半球状に形成された壁体の内側の曲面に熱可塑性樹脂フィルムを融着して樹脂層を形成する方法に関する。

現在、宇宙航行用のロケットの燃料として使用される液体水素や液体酸素等の極低温流体を貯留するためのタンク（極低温用タンク）の開発が進められている。従来は、気密性の高い金属製の極低温用タンクが使用されていたが、金属製タンクは重量が大きく製造コストも嵩むため、金属よりも比強度が高く軽量の「複合材」で製作した極低温用タンクが提案されている。しかし、複合材製タンクを採用すると、タンクを構成する複合材が極低温流体に接触して極低温になり、複合材を構成する補強繊維と樹脂との熱膨張差に起因して樹脂に微少な亀裂が生じ、この亀裂から極低温燃料が漏出するという問題がある。

このような問題を解決するために、複合材製タンクの内面に、接着剤を用いて気密性の高い液晶ポリマフィルムを接着して液晶ポリマ層を形成することにより、軽量で気密性の高い極低温用タンクを製造する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１０４２９７号公報

ところで、特許文献１に記載された技術においては、液晶ポリマフィルムを裁断して複数の小片とし、隣接する小片の一部を重ね接着剤で接着して小片同士を繋ぎ合わせるとともに、これら小片をタンク内面に接着剤で接着することにより液晶ポリマ層を形成していた。このように接着剤を用いて形成した液晶ポリマ層を有するタンクに対して極低温流体の充填・排出を繰り返すと、タンクを構成する複合材が常温と極低温との間で温度変化して膨張・収縮を行うため、複合材と接着剤との熱膨張差に起因して、小片状の液晶ポリマフィルム同士を繋ぐ接着剤層に亀裂が生じ、この亀裂から極低温流体が漏出するという問題が新たに発生している。

かかる問題を解決するために、タンク内面に液晶ポリマフィルムの小片を「融着」することにより、接着剤を用いることなく液晶ポリマ層を形成して、極低温環境下においても高い気密性を維持することが考えられる。

ところが、液晶ポリマフィルムは粘着性を有しない熱可塑性樹脂で調製されているため、テープ等の仮止材を用いて液晶ポリマフィルムをタンク内面に仮止めする必要があり、製品内に仮止材が残存してしまうという問題がある。また、液晶ポリマフィルムは粘着性を有しないため、タンクのドーム状（略半球状）部分の内側の曲面（内面）に対して液晶ポリマフィルムを追従させることが困難であった。

本発明の課題は、略半球状に形成された壁体の内側の曲面に熱可塑性樹脂フィルムを融着して樹脂層を形成するにあたり、前記曲面に熱可塑性樹脂フィルムを取り付ける際の仮止材を不要とするとともに、前記曲面に熱可塑性樹脂フィルムを追従させて確実な融着を実現させることである。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、半球状に形成された壁体の内側の曲面に熱可塑性樹脂フィルムを融着して樹脂層を形成する方法であって、広幅辺と狭幅辺とこれらを結ぶ２つの長辺とを有する台形状の熱可塑性樹脂フィルムである特定形状フィルムを複数調製するとともに、この特定形状フィルムの前記長辺に沿って並ぶ複数本の切れ目を設けるフィルム調製工程と、前記切れ目を介して複数の前記特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることにより、前記曲面の形状に沿う膜体を形成する膜体形成工程と、前記膜体を前記曲面に載置して加圧・加熱することにより、前記特定形状フィルム同士を融着して接合するとともに前記特定形状フィルムを前記曲面に融着して樹脂層を形成するフィルム融着工程と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、半球状に形成された壁体の内側の曲面に熱可塑性樹脂フィルムを融着して樹脂層を形成する方法であって、等しい長さの２つの長辺と１つの短辺とを有する二等辺三角形状の熱可塑性樹脂フィルムである特定形状フィルムを複数調製するとともに、この特定形状フィルムの前記長辺に沿って並ぶ複数本の切れ目を設けるフィルム調製工程と、前記切れ目を介して複数の前記特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることにより、前記曲面の形状に沿う膜体を形成する膜体形成工程と、前記膜体を前記曲面に載置して加圧・加熱することにより、前記特定形状フィルム同士を融着して接合するとともに前記特定形状フィルムを前記曲面に融着して樹脂層を形成するフィルム融着工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１又は２に記載の発明によれば、広幅辺と狭幅辺とこれらを結ぶ２つの長辺とを有する台形状、又は、等しい長さの２つの長辺と１つの短辺とを有する二等辺三角形状の熱可塑性樹脂フィルム（特定形状フィルム）を複数調製するとともに、この特定形状フィルムの長辺に沿って並ぶ複数本の切れ目を設け、この切れ目を介して複数の特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることにより、曲面の形状に沿う膜体を形成する。そして、形成した膜体を曲面に載置して加圧・加熱することにより、特定形状フィルム同士を融着して接合するとともに特定形状フィルムを曲面に融着して樹脂層を形成する。

すなわち、特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせて膜体を形成して形状を保持することができるとともに、粘着性のない熱可塑性樹脂製の特定形状フィルムからなる膜体を曲面に載置して取り付けることができる。従って、特定形状フィルムを曲面に仮止めするためのテープ等が不要となる。また、特定形状フィルムを部分的に重ね合わせているので、融着時に圧力が加えられた場合にこの重ね合わせた部分がスライドして膜体全体が変形するため、曲面にフィルムを追従させることができる。従って、各フィルムを曲面に確実に融着することができる。また、膜体を構成する複数の特定形状フィルムは、同一形状のものを採用することができるので、大量に簡単に調製することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の曲面への樹脂層形成方法において、前記フィルム調整工程で、前記特定形状フィルムの前記狭幅辺から長手方向に所定長延在するような端部切れ目を設け、前記曲面の頂部に配置される円形状の熱可塑性樹脂フィルムである円形フィルムを調製するとともに、この円形フィルムの周囲に放射状に切れ目を設け、前記膜体形成工程で、前記膜体を構成する前記各特定形状フィルムに設けられた前記端部切れ目と、前記円形フィルムに設けられた切れ目と、をかみ合わせることにより前記各特定形状フィルムと前記円形フィルムとを繋ぎ合わせることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、特定形状フィルムの狭幅辺から長手方向に所定長延在するような端部切れ目を設ける。また、曲面の頂部に配置される円形状の熱可塑性樹脂フィルムである円形フィルムを複数調製するとともに、この円形フィルムの周囲に放射状に切れ目を設ける。そして、膜体を構成する各特定形状フィルムに設けられた端部切れ目と、円形フィルムに設けられた切れ目と、をかみ合わせることにより各特定形状フィルムと円形フィルムとを繋ぎ合わせるので、フィルム融着時に円形フィルムの位置が変動するのを防ぐことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の曲面への樹脂層形成方法において、前記フィルム調製工程で、前記特定形状フィルムの前記各長辺から幅方向中央部に向けて所定長延在するような横切れ目を前記各長辺に沿って並べて複数本設けることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、特定形状フィルムの各長辺から幅方向中央部に向けて所定長延在するような横切れ目を各長辺に沿って並べて複数本設けており、この横切れ目を介して、複数の特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることができる。横切れ目は簡単に設けることができ、横切れ目同士のかみ合わせも容易であるので、膜体を形成する際の労力を低減することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の曲面への樹脂層形成方法において、前記フィルム調製工程で、前記横切れ目を、前記特定形状フィルムの各長辺から幅方向中央部に向けて各幅の１／４長だけ延在するように設けることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、横切れ目を、特定形状フィルムの各長辺から幅方向中央部に向けて各幅の１／４長だけ延在するように設けるので、この横切れ目を介して特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせた際に、特定形状フィルムの１／２の幅を有する領域同士を重ね合わせることができる。従って、特定形状フィルムの重ね合わせによる膜体の厚さムラを解消することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載の曲面への樹脂層形成方法において、前記フィルム調製工程で、前記特定形状フィルムの一の前記長辺から幅方向中央部に向けて所定長延在するような２本の切れ目からなる差込片を少なくとも一つ設ける一方、前記特定形状フィルムの長手方向に所定長延在するような縦切れ目を前記特定形状フィルムの他の前記長辺に沿って少なくとも１本設け、前記差込片の先端幅寸法を前記差込片の基端幅寸法よりも広くするとともに、前記縦切れ目の長さ寸法を前記差込片の先端幅寸法よりも短くし、前記膜体形成工程で、一の前記特定形状フィルムに設けられた前記差込片を、他の前記特定形状フィルムに設けられた前記縦切れ目に差し込むことにより、前記特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、特定形状フィルムの一の長辺から幅方向中央部に向けて所定長延在するような２本の横切れ目からなる差込片を少なくとも一つ設ける一方、特定形状フィルムの長手方向に所定長延在するような縦切れ目を特定形状フィルムの他の長辺に沿って少なくとも１本設ける。そして、一の特定形状フィルムに設けられた差込片を、他の特定形状フィルムに設けられた縦切れ目に差し込むことにより、特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることができる。

ここで、一の特定形状フィルムに設けられた差込片の先端幅寸法は差込部の基端幅寸法よりも長くされており、他の特定形状フィルムに設けられた縦切れ目の長さ寸法は差込片の先端幅寸法よりも短くされているので、他の特定形状フィルムの縦切れ目に差し込まれた一の特定形状フィルムの差込片は、この縦切れ目から抜け難くなる。従って、特定形状フィルム同士の組合せ状態を安定的に維持することができ、膜体の形状を保持することができる。

本発明によれば、台形状又は二等辺三角形状の熱可塑性樹脂フィルム（特定形状フィルム）を複数調製し、この特定形状フィルムの長辺に設けた切れ目を介してフィルム同士を繋ぎ合わせることにより、半球状に形成された壁体の内側の曲面の形状に沿う膜体を形成し、この膜体を曲面に載置して取り付けることができる。この結果、特定形状フィルムを曲面に仮止めするための仮止材が不要となる。また、特定形状フィルムを部分的に重ね合わせているので、融着時に圧力が加えられた場合にこの重ね合わせた部分がスライドして膜体全体が変形するため、曲面にフィルムを追従させ密着させることができる。この結果、フィルムを曲面に確実に融着することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態においては、宇宙航行用のロケットの燃料として使用される液体水素や液体酸素等の極低温流体を貯留する極低温用タンク１の製造方法について説明する。本実施の形態に係る製造方法には、本発明に係る曲面への樹脂層形成方法が適用されている。

[第１の実施の形態]
まず、図１〜図９を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る製造方法について説明する。

最初に、図１及び図２を用いて、本実施の形態に係る製造方法によって製造される極低温用タンク１の構成について説明する。極低温用タンク１は、図１に示すように、内殻１０と、内殻１０の外側に設けられた外殻２０と、内殻１０の内面に設けられた気密樹脂層３０と、タンク上部に設けられた口金４０と、を備えて構成されている。

内殻１０は、タンクの形状を保つための保形用部材であり、気密樹脂層３０の融点以上の加熱に耐え得る繊維強化樹脂複合材で構成される。また、内殻１０は、図２に示すような２つのドーム状殻部材（上方殻部材１１及び下方殻部材１２）結合したものであり、上方殻部材１１には口金４０を取り付けるための取付孔１１ａが設けられている。内殻１０を構成する上方殻部材１１及び下方殻部材１２は本発明における「半球状に形成された壁体」であり、これら上方殻部材１１の内面１１Ａ及び下方殻部材１２の内面１２Ａは本発明における「半球状に形成された壁体の内側の曲面」である。外殻２０は、タンク内に充填される極低温流体の圧力に耐えるための耐圧用部材であり、気密樹脂層３０の融点未満の温度で成形される繊維強化樹脂複合材で構成される。

気密樹脂層３０は、気密性に優れる熱可塑性樹脂フィルムである液晶ポリマフィルムを内殻１０の内面に融着することにより形成された気密性を有する層である。本実施の形態においては、図５（ａ）に示すような長尺台形状の液晶ポリマフィルム（以下「特定形状フィルム」という）３０ａや、円形の液晶ポリマフィルム（以下「円形フィルム」という）３２ｂを内殻１０の内面に複数融着することにより気密樹脂層３０を形成している。口金４０は、図１に示すように環状フランジ部４１を有しており、内殻１０を構成する上方殻部材１１の取付孔１１ａの周囲部分に接着剤で接着される。

次に、図２〜図９を用いて、本実施の形態に係る極低温用タンク１の製造方法について説明する。

まず、極低温用タンク１の製造に必要な各種治具・各種材料を準備・調製する（治具材料準備工程）。具体的には、内殻１０を構成する上方殻部材１１及び下方殻部材１２を各々成形するための雄型成形治具を準備する。また、内殻１０の成形に用いられる炭素繊維強化型ポリイミド系複合材のプリプレグや、外殻２０の成形に用いられる炭素繊維強化型エポキシ系複合材のプリプレグを調製する。また、治具材料準備工程では、気密樹脂層３０の形成に用いられる特定形状フィルム３０ａや、下方殻部材１２の内面１２Ａの頂部中央付近に配置される径の異なる複数の円形フィルム３２ｂを調製する。すなわち、治具材料準備工程は、本発明におけるフィルム調製工程を含むものである。

雄型成形治具は、上方殻部材１１及び下方殻部材１２の形状に対応するように、内殻１０のドーム状部分を形成するための成形面と、内殻１０の円筒状部分の一部を形成するための成形面と、を有している。また、炭素繊維強化型ポリイミド系複合材のプリプレグや炭素繊維強化型エポキシ系複合材のプリプレグは、各々複数枚準備される。本実施の形態においては、炭素繊維強化型ポリイミド系複合材として、ガラス転移点が３００℃を超える「CA104(UPILEX)」（商品名：宇部興産社製）を採用するとともに、炭素繊維強化型エポキシ系複合材として「W-3101/Q-112j」（商品名：東邦テナックス社製）を採用している。

気密樹脂層３０の形成に用いられる特定形状フィルム３０ａは、図５（ａ）に示すように、広幅辺３０ｂと、狭幅辺３０ｃと、これらを結び緩やかに湾曲した２つの長辺３０ｄと、を有する長尺台形状の平面形状を有している。特定形状フィルム３０ａの広幅辺３０ｂは、上方殻部材１１や下方殻部材１２の裾部（開口部）側に配置され、狭幅辺３０ｃは上方殻部材１１や下方殻部材１２の頂部側に配置される。また、特定形状フィルム３０ａには、各長辺３０ｄから幅方向中央部に向けて各幅の１／４長だけ延在するような横切れ目３０ｅが設けられている。

一の特定形状フィルム３０ａの横切れ目３０ｅと、隣接する他の特定形状フィルム３０ａの横切れ目３０ｅと、をかみ合わせることにより、図６（ｂ）に示すように特定形状フィルム３０ａの１／２の幅を有する領域同士を重ね合わせて特定形状フィルム３０ａ同士を繋ぎ合わせることができる。特定形状フィルム３０ａを複数繋ぎ合わせることにより、図６（ｂ）及び図７に示すように、上方殻部材１１の内面１１Ａや下方殻部材１２の内面１２Ａの形状に沿う膜体３１ａ、３２ａが形成される。本実施の形態においては、液晶ポリマフィルム（特定形状フィルム３０ａ及び円形フィルム３２ｂ）として、厚さ５０μｍ〜１００μｍ融点約３００℃の「VecstarFA-100」（商品名：クラレ社製）を採用している。

なお、図５に示すように、特定形状フィルム３０ａの広幅辺３０ｂの寸法をＢ、上方殻部材１１や下方殻部材１２の直径の最大寸法をＤ、上方殻部材１１の内面１１Ａや下方殻部材１２の内面１２Ａに配置される一層の膜体３１ａ、３２ａを構成する特定形状フィルム３０ａの枚数をｎとすると、寸法Ｂは以下の式によって算出される。
Ｂ＝２πＤ／ｎ
また、特定形状フィルム３０ａの任意の位置における幅の寸法をｂ、上方殻部材１１や下方殻部材１２の任意の位置における直径の寸法をｄとすると、寸法ｂは以下の式によって算出される。
ｂ＝２πｄ／ｎ
従って、長辺３０ｄは緩やかな曲線となる。また、特定形状フィルム３０ａの長さ（長手方向の寸法）は、上方殻部材１１や下方殻部材１２の頂部付近と裾部とを結ぶ内面に沿った曲線の長さとなる。

治具材料準備工程を経た後、雄型成形治具及び炭素繊維強化型ポリイミド系複合材のプリプレグを用いて、図２（ａ）に示すように、内殻１０を構成する下方殻部材１１及び下方殻部材１２の成形を行う（内殻成形工程）。具体的には、上方殻部材１１を成形するための雄型成形治具の成形面上に、炭素繊維強化型ポリイミド系複合材のプリプレグを複数枚積層し、これらプリプレグをオートクレーブで加圧・加熱して硬化させることにより、上方殻部材１１の成形を行う。同様に、下方殻部材１２を成形するための雄型成形治具の成形面上に、炭素繊維強化型ポリイミド系複合材のプリプレグを複数枚積層し、これらプリプレグをオートクレーブで加圧・加熱して硬化させることにより、下方殻部材１２の成形を行う。

次いで、図２（ｂ）に示すように、内殻１０を構成する上方殻部材１１の内面１１Ａに特定形状フィルム３０ａを融着して上部液晶ポリマ層３１を形成するとともに、内殻１０を構成する下方殻部材１２の内面１２Ａに特定形状フィルム３０ａ及び円形フィルム３２ｂを融着して下部液晶ポリマ層３２を形成する（上下液晶ポリマ層形成工程）。

具体的には、図５（ａ）に示した特定形状フィルム３０ａを複数枚繋ぎ合わせることにより、図６及び図７（ａ）に示すように上方殻部材１１の内面１１Ａの形状に対応するような膜体３１ａを形成し（膜体形成工程）、この膜体３１ａを上方殻部材１１の内面１１Ａに２層配置する。その後、図８（ａ）に示すように、上方殻部材１１及び膜体３１ａをポリイミドフィルム５０で被覆し、ポリイミドフィルム５０内をシーラント５１で密閉する。そして、真空引きしながらオートクレーブで０．３ＭＰａの圧力を加えるとともに、液晶ポリマフィルムの融点未満の温度（例えば２６０℃〜２９９℃）で加熱して約１５分間以上保持することにより、上方殻部材１１の内面１１Ａに膜体３１ａを融着して、図２（ｂ）及び図６に示すような上部液晶ポリマ層３１を形成する（フィルム融着工程）。

また、図５（ａ）に示した特定形状フィルム３０ａを複数枚繋ぎ合わせることにより、図６及び図７（ｂ）に示すように下方殻部材１２の内面１２Ａの形状に対応するような膜体３２ａを形成し（膜体形成工程）、この膜体３２ａを下方殻部材１２の内面１２Ａに２層配置する。また、図７（ｂ）に示すように、円形フィルム３２ｂを下方殻部材１２の内面１２Ａの頂部中央付近に複数枚配置する。その後、図８（ｂ）に示すように、下方殻部材１２、膜体３２ａ及び円形フィルム３２ｂをポリイミドフィルム５０で被覆し、ポリイミドフィルム５０内をシーラント５１で密閉する。そして、真空引きしながらオートクレーブで０．３ＭＰａの圧力を加えるとともに、液晶ポリマフィルムの融点未満の温度（例えば２６０℃〜２９９℃）で加熱して約１５分間以上保持することにより、下方殻部材１２の内面１２Ａに膜体３２ａ及び円形フィルム３２ｂを融着して、図２（ｂ）及び図６に示すような下部液晶ポリマ層３２を形成する（フィルム融着工程）。

すなわち、本実施の形態における上下液晶ポリマ層形成工程は、本発明における膜体形成工程及びフィルム融着工程を含むものである。この上下液晶ポリマ層形成工程で採用する温度域（例えば２６０℃〜２９９℃）は、液晶ポリマフィルムの融点には達しないが融点に近く、液晶ポリマフィルムとしての機能を保持するが軟化して内殻１０に液晶ポリマフィルムが（又は液晶ポリマフィルム同士が）接着される温度域である。また、前記温度域は、内殻１０を構成するポリイミド樹脂の成形温度より低いので、内殻１０の強度の低下や変形が生じることはない。

なお、図８に示すように、上方殻部材１１及び下方殻部材１２の外面とポリイミドフィルム５０との間にガラスクロス５２を配置する。また、上方殻部材１１の内面１１Ａ及び下方殻部材１２の内面１２Ａに配置された膜体３１ａ、３２ａや円形フィルム３２ｂの上にコールプレート（アルミニウム薄板）５３を配置し、このコールプレート５３とポリイミドフィルム５０との間にガラスクロス５２を配置するようにする。

次いで、図２（ｃ）に示すように、内殻１０を構成する上方殻部材１１の取付孔１１ａに取り付けられるチタン合金製の口金４０を製作する（口金製作工程）。そして、図２（ｄ）に示すように、製作した口金４０の環状フランジ部４１の下面内側部分４１ａに液晶ポリマフィルムを融着して口金部液晶ポリマ層３３を形成する（口金部液晶ポリマ層形成工程）。

次いで、図３（ａ）に示すように、内殻１０を構成する上方殻部材１１の取付孔１１ａに口金４０を取り付ける（口金取付工程）。この際、図９（ａ）に示すように、口金４０の環状フランジ部４１の下面外側部分４１ｂを上方殻部材１１の取付孔１１ａの周囲部分の外面に接着剤６０を用いて接着する。なお、本実施の形態においては、口金４０の内径を、上方殻部材１１の取付孔１１ａの径よりも小さくしているため、口金４０を上方殻部材１１に接着した際に、口金４０の環状フランジ部４１の下面内側部分４１ａに形成された口金部液晶ポリマ層３３が露出することとなる。

次いで、図３（ｂ）及び図９（ａ）に示すように、口金４０の環状フランジ部４１の下面内側部分４１ａに形成された口金部液晶ポリマ層３３と、上方殻部材１１の取付孔１１ａの周囲部分の内面に形成された上部液晶ポリマ層３１と、を被覆するように液晶ポリマフィルムを融着して口金取付部液晶ポリマ層３４を形成する（口金取付部液晶ポリマ層形成工程）。この際には、ハンダゴテ等を用いて液晶ポリマフィルムを部分的に加熱して溶融させる。

次いで、図４（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、上方殻部材１１の端部と下方殻部材１２の端部とを接着剤７０で接着することにより両者を結合して内殻１０を構成するとともに、接着部分の外周に補強バンド８０を巻き付けて接着部分を補強する（上下部材結合工程）。次いで、図４（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、上方殻部材１１と下方殻部材１２との接着部分の内周に液晶ポリマフィルムを融着して上下部材結合部液晶ポリマ層３５を形成する（上下部材結合部液晶ポリマ層形成工程）。この際にも、ハンダゴテ等を用いて液晶ポリマフィルムを部分的に加熱して溶融させる。なお、口金４０の開口径は、口金取付部液晶ポリマ層形成工程及び上下部材結合部液晶ポリマ層形成工程における加熱作業を可能とする大きさに設定しておく。

次いで、炭素繊維強化型エポキシ系複合材のプリプレグを用いて、図４（ｃ）に示すように、外殻２０の成形を行う（外殻成形工程）。具体的には、内殻１０の面上に、炭素繊維強化型エポキシ系複合材のプリプレグを複数枚積層し、これらプリプレグをオートクレーブで加圧・加熱して硬化させることにより、外殻２０の成形を行う。

以上の各工程を経ることにより、極低温用タンク１が製造される。なお、本実施の形態における治具材料準備工程（フィルム調製工程）と、上下液晶ポリマ層形成工程（膜体形成工程及びフィルム融着工程）と、によって本発明に係る曲面への樹脂層形成方法が構成される。

以上説明した実施の形態に係る製造方法においては、広幅辺３０ａと狭幅辺３０ｂとこれらを結ぶ２つの長辺３０ｄとを有する長尺台形状の特定形状フィルム３０ａを複数調製するとともに、この特定形状フィルム３０ａの長辺３０ｄから複数本の横切れ目３０ｅを設け、この横切れ目３０ｅを介して複数の特定形状フィルム３０ａ同士を繋ぎ合わせることにより、上方殻部材１１の内面１１Ａ及び下方殻部材１２の内面１２Ａの形状に沿う膜体３１ａ、３２ａを形成する。そして、形成した膜体３１ａ、３２ａを上方殻部材１１の内面１１Ａ及び下方殻部材１２の内面１２Ａに載置して加圧・加熱することにより、特定形状フィルム３０ａ同士を融着して接合するとともに特定形状フィルム３０ａを上方殻部材１１の内面１１Ａ及び下方殻部材１２の内面１２Ａに融着して液晶ポリマ層を形成する。

すなわち、特定形状フィルム３０ａ同士を横切れ目３０ｅで繋ぎ合わせて膜体３１ａ、３２ａを形成して形状を保持することができるとともに、粘着性のない熱可塑性樹脂製の特定形状フィルム３０ａからなる膜体３１ａ、３２ａを上方殻部材１１の内面１１Ａ及び下方殻部材１２の内面１２Ａに載置して取り付けることができる。従って、特定形状フィルム３０ａを上方殻部材１１の内面１１Ａ及び下方殻部材１２の内面１２Ａに仮止めするためのテープ等が不要となる。

また、特定形状フィルム３０ａを部分的に重ね合わせているので、融着時に圧力が加えられた場合にこの重ね合わせた部分がスライドして膜体３１ａ、３２ａ全体が変形するため、上方殻部材１１の内面１１Ａ及び下方殻部材１２の内面１２Ａにフィルムを追従させることができる。従って、各フィルムを上方殻部材１１の内面１１Ａ及び下方殻部材１２の内面１２Ａに確実に融着することができる。また、膜体３１ａ、３２ａを構成する複数の特定形状フィルム３０ａは、同一形状のものを採用することができるので、大量に簡単に調製することができる。なお、横切れ目３０ｅは簡単に設けることができ、横切れ目３０ｅ同士のかみ合わせも容易であるので、膜体３１ａ、３２ａを形成する際の労力は少ない。

また、以上説明した実施の形態に係る製造方法においては、横切れ目３０ｅを、特定形状フィルム３０ａの各長辺３０ｄから幅方向中央部に向けて各幅の１／４長だけ延在するように設けるので、この横切れ目３０ｅを介して特定形状フィルム３０ａ同士を繋ぎ合わせた際に、特定形状フィルム３０ａの１／２の幅を有する領域同士を重ね合わせることができる。従って、特定形状フィルム３０ａの重ね合わせによる膜体３１ａ、３２ａの厚さムラを解消することができる。

[第２の実施の形態]
次に、図１０及び図１１を用いて、本発明の第２の実施の形態に係る製造方法について説明する。なお、本実施の形態に係る製造方法は、第１の実施の形態で調製される特定形状フィルムの構成及び組合せ方法を変更したものであり、その他の構成及び工程については第１の実施の形態と実質的に同一である。このため、第１の実施の形態と重複する構成及び工程については説明を省略する。

本実施の形態における特定形状フィルム９０は、図１０に示すように、広幅辺９１と狭幅辺９２とこれらを結ぶ２つの長辺９３とを有する長尺台形状の平面形状を有している。また、特定形状フィルム９０には、一の長辺９３から幅方向中央部に向けて所定長延在するような２本一組の横切れ目９４からなる差込片９５を２つ設ける一方、特定形状フィルム９０の長手方向に所定長延在するような縦切れ目９６を他の長辺９３に沿って２本設ける。この際、差込片９５の先端部９５ａの幅寸法（先端幅寸法）Ｗ₁を基端部９５ｂの幅寸法（基端幅寸法）Ｗ₂よりも長くするとともに、縦切れ目９６の長さ寸法Ｌを差込片９５の先端幅寸法Ｗ₁よりも短くしている。

また、本実施の形態においては、図１１に示すように、一の特定形状フィルム９０に設けられた差込片９５を、他の特定形状フィルム９０に設けられた縦切れ目９６に差し込むことにより、特定形状フィルム９０同士を繋ぎ合わせている。なお、差込片９５を縦切れ目９６の下方から上方へ向けて差し込んだ状態を図１１（ａ）に示し、差込片９５を縦切れ目９６の上方から下方へ向けて差し込んだ状態を図１１（ｂ）に示している。

以上の実施の形態に係る製造方法においては、一の特定形状フィルム９０に設けられた差込片９５の先端幅寸法Ｗ₁が基端幅寸法Ｗ₂よりも長くされており、他の特定形状フィルム９０に設けられた縦切れ目９６の長さ寸法Ｌが差込片９５の先端幅寸法Ｗ₁よりも短くされているので、縦切れ目９６に差し込まれた差込片９５は、この縦切れ目９６から抜け難くなる。従って、特定形状フィルム９０同士の組合せ状態を安定的に維持することができ、膜体の形状を保持することができる。

[第３の実施の形態]
次に、図１２を用いて、本発明の第３の実施の形態に係る製造方法について説明する。なお、本実施の形態に係る製造方法は、第１の実施の形態で調製される特定形状フィルム及び円形フィルムの構成を変更するとともに、これらを繋ぎ合わせる工程を付加したものであり、その他の構成及び工程については第１の実施の形態と実質的に同一である。このため、第１の実施の形態と重複する構成及び工程については説明を省略する。

本実施の形態においては、図１２（ａ）に示すように、特定形状フィルム１００の狭幅辺１０１から長手方向に所定長延在するような端部切れ目１０２を設けるとともに、図１２（ｂ）に示すように、円形フィルム１１０の周囲に放射状に切れ目１１１を設ける。そして、膜体を構成する各特定形状フィルム１００に設けられた端部切れ目１０２と、円形フィルム１１０に設けられた切れ目１１１と、をかみ合わせるようにする。

以上の実施の形態に係る製造方法においては、特定形状フィルム１００の狭幅辺１０１から長手方向に所定長延在するような端部切れ目１０２を設け、円形フィルム１１０の周囲に放射状に切れ目１１１を設け、各特定形状フィルム１００の端部切れ目１０２と円形フィルム１１０の切れ目１１１とをかみ合わせることにより各特定形状フィルム１００と円形フィルム１１０とを繋ぎ合わせるので、フィルム融着時に円形フィルム１１０の位置が変動するのを防ぐことができる。

[第４の実施の形態]
次に、図１３を用いて、本発明の第４の実施の形態に係る製造方法について説明する。なお、本実施の形態に係る製造方法は、第１の実施の形態で調製される特定形状フィルム及び円形フィルムの構成を変更するとともに、これらを繋ぎ合わせる工程を付加したものであり、その他の構成及び工程については第１の実施の形態と実質的に同一である。このため、第１の実施の形態と重複する構成及び工程については説明を省略する。

本実施の形態においては、図１３（ａ）に示すように、特定形状フィルム２００の狭幅辺２０１から長手方向に所定長延在するような端部切れ目２０２を２本平行に設ける。また、図１３（ｂ）に示すように、円形フィルム２１０の周囲に放射状に切れ目２１１を設ける。この際、特定形状フィルム２００に設けられた２本の端部切れ目２０２に対応するように、切れ目２１１を２本ずつ平行に設けるようにする。そして、膜体を構成する各特定形状フィルム２００に設けられた２本の端部切れ目２０２と、円形フィルム２１０に設けられた２本の切れ目２１１と、をかみ合わせるようにする。

以上の実施の形態に係る製造方法においては、特定形状フィルム２００の狭幅辺２０１から長手方向に所定長延在するような端部切れ目２０２を２本平行に設け、円形フィルム２１０の周囲に放射状に切れ目２１１を設け、各特定形状フィルム２００の端部切れ目２０２と円形フィルム２１０の切れ目２１１とをかみ合わせることにより各特定形状フィルム２００と円形フィルム２１０とを繋ぎ合わせるので、フィルム融着時に円形フィルム１１０の位置が変動するのを防ぐことができる。この際、各特定形状フィルム２００の２本の端部切れ目２０２と、円形フィルム２１０の２本の切れ目２１１と、をかみ合わせるので、円形フィルム２１０を一層安定させることができる。

なお、以上の各実施の形態においては、特定形状フィルムとして、広幅辺と狭幅辺とこれらを結ぶ２つの長辺とを有する「長尺台形状」の熱可塑性樹脂フィルムを採用した例を示したが、等しい長さの２つの長辺と１つの短辺とを有する「長尺二等辺三角形状」の熱可塑性樹脂フィルムを特定形状フィルムとして採用することもできる。また、以上の各実施の形態においては、本発明に係る方法を、極低温用タンクの製造方法の一部（治具材料準備工程及び上下液晶ポリマ層形成工程）として採用した例を示したが、極低温用タンクの製造以外の用途にも本発明に係る方法を使用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る製造方法で製造される極低温用タンクの断面図である。本発明の第１の実施の形態に係る製造方法を説明するための説明図である。同上。同上。（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る製造方法で使用される特定形状フィルムの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した特定形状フィルムが融着されるドーム状殻部材の斜視図である。図５（ａ）に示した特定形状フィルムを繋ぎ合わせて膜体を形成してドーム状殻部材の内面に載置し、この膜体を加圧・加熱して液晶ポリマ層を形成した状態を示す斜視図である。（ａ）は図１に示した極低温用タンクの内殻を構成する上方殻部材とこの上方殻部材の内面に載置される膜体とを示す説明図であり、（ｂ）は図１に示した極低温用タンクの内殻を構成する下方殻部材とこの下方殻部材の内面に載置される膜体及び円形フィルムとを示す説明図である。（ａ）は上方殻部材に膜体を融着する方法の説明図であり、（ｂ）は下方殻部材に膜体を融着する方法の説明図である。（ａ）は図１のＡ部分の拡大図であり、（ｂ）は図１のＢ部分の拡大図である。本発明の第２の実施の形態に係る製造方法で使用される特定形状フィルムの平面図である。図１０に示した特定形状フィルム同士の組合せ方法を説明するための説明図である。（ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る製造方法で使用される特定形状フィルムの平面図であり、（ｂ）は本発明の第３の実施の形態に係る製造方法で使用される円形フィルムの平面図である。（ａ）は本発明の第４の実施の形態に係る製造方法で使用される特定形状フィルムの平面図であり、（ｂ）は本発明の第４の実施の形態に係る製造方法で使用される円形フィルムの平面図である。

符号の説明

１１上方殻部材（半球状に形成された壁体）
１１Ａ上方殻部材の内面（半球状に形成された壁体の内側の曲面）
１２下方殻部材（半球状に形成された壁体）
１２Ａ下方殻部材の内面（半球状に形成された壁体の内側の曲面）
３０ａ特定形状フィルム
３０ｂ広幅辺
３０ｃ狭幅辺
３０ｄ長辺
３０ｅ横切れ目
３１上部液晶ポリマ層（樹脂層）
３１ａ膜体
３２下部液晶ポリマ層（樹脂層）
３２ａ膜体
９０特定形状フィルム
９１広幅辺
９２狭幅辺
９３長辺
９４横切れ目
９５差込片
９５ａ差込片の先端部
９５ｂ差込片の基端部
９６縦切れ目
１００特定形状フィルム
１０１狭幅辺
１０２端部切れ目
１１０円形フィルム
１１１切れ目
２００特定形状フィルム
２０１狭幅辺
２０２端部切れ目
２１０円形フィルム
２１１切れ目
Ｗ₁ 差込片の先端幅寸法
Ｗ₂ 差込片の基端幅寸法
Ｌ縦切れ目の長さ寸法

Claims

半球状に形成された壁体の内側の曲面に熱可塑性樹脂フィルムを融着して樹脂層を形成する方法であって、
広幅辺と狭幅辺とこれらを結ぶ２つの長辺とを有する台形状の熱可塑性樹脂フィルムである特定形状フィルムを複数調製するとともに、この特定形状フィルムの前記長辺に沿って並ぶ複数本の切れ目を設けるフィルム調製工程と、
前記切れ目を介して複数の前記特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることにより、前記曲面の形状に沿う膜体を形成する膜体形成工程と、
前記膜体を前記曲面に載置して加圧・加熱することにより、前記特定形状フィルム同士を融着して接合するとともに前記特定形状フィルムを前記曲面に融着して樹脂層を形成するフィルム融着工程と、
を備えることを特徴とする曲面への樹脂層形成方法。
半球状に形成された壁体の内側の曲面に熱可塑性樹脂フィルムを融着して樹脂層を形成する方法であって、
等しい長さの２つの長辺と１つの短辺とを有する二等辺三角形状の熱可塑性樹脂フィルムである特定形状フィルムを複数調製するとともに、この特定形状フィルムの前記長辺に沿って並ぶ複数本の切れ目を設けるフィルム調製工程と、
前記切れ目を介して複数の前記特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることにより、前記曲面の形状に沿う膜体を形成する膜体形成工程と、
前記膜体を前記曲面に載置して加圧・加熱することにより、前記特定形状フィルム同士を融着して接合するとともに前記特定形状フィルムを前記曲面に融着して樹脂層を形成するフィルム融着工程と、
を備えることを特徴とする曲面への樹脂層形成方法。
前記フィルム調整工程で、前記特定形状フィルムの前記狭幅辺から長手方向に所定長延在するような端部切れ目を設け、前記曲面の底部に配置される円形状の熱可塑性樹脂フィルムである円形フィルムを調製するとともに、この円形フィルムの周囲に放射状に切れ目を設け、
前記膜体形成工程で、前記膜体を構成する前記各特定形状フィルムに設けられた前記端部切れ目と、前記円形フィルムに設けられた切れ目と、をかみ合わせることにより前記各特定形状フィルムと前記円形フィルムとを繋ぎ合わせることを特徴とする請求項１に記載の曲面への樹脂層形成方法。
前記フィルム調製工程で、前記特定形状フィルムの前記各長辺から幅方向中央部に向けて所定長延在するような横切れ目を前記各長辺に沿って並べて複数本設けることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の曲面への樹脂層形成方法。
前記フィルム調製工程で、前記横切れ目を、前記特定形状フィルムの各長辺から幅方向中央部に向けて各幅の１／４長だけ延在するように設けることを特徴とする請求項４に記載の曲面への樹脂層形成方法。
前記フィルム調製工程で、前記特定形状フィルムの一の前記長辺から幅方向中央部に向けて所定長延在するような２本の切れ目からなる差込片を少なくとも一つ設ける一方、前記特定形状フィルムの長手方向に所定長延在するような縦切れ目を前記特定形状フィルムの他の前記長辺に沿って少なくとも１本設け、前記差込片の先端幅寸法を前記差込片の基端幅寸法よりも広くするとともに、前記縦切れ目の長さ寸法を前記差込片の先端幅寸法よりも短くし、
前記膜体形成工程で、一の前記特定形状フィルムに設けられた前記差込片を、他の前記特定形状フィルムに設けられた前記縦切れ目に差し込むことにより、前記特定形状フィルム同士を繋ぎ合わせることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の曲面への樹脂層形成方法。