JP5419156B2 - Liner for production test of composite container and production test method - Google Patents
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本発明は、容器を形作るライナーに繊維材料を巻装して強化してなる複合容器の製造試験用ライナー、及び、製造試験方法に関する。 The present invention relates to a liner for manufacturing test of a composite container obtained by winding and reinforcing a fiber material on a liner forming a container, and a manufacturing test method.
水素を初めとする気体を高圧で貯蔵・輸送するため、高圧ボンベとして、金属製ライナーを繊維材料で強化してなる複合容器を使用する。こうした複合容器の製造には、FW(フィラメントワインディング)法が用いられ、繊維材料に樹脂を含浸させた後、この繊維材料を適当な張力で、容器を形作る金属製ライナーに巻装する(特許文献1参照)。
この際、巻装の条件により複合容器の強度が決定するが、当該条件によっては、繊維材料と樹脂とからなる強化層に空気の入った欠損部が生じることがある。
In order to store and transport gas such as hydrogen at high pressure, a composite container formed by reinforcing a metal liner with a fiber material is used as a high-pressure cylinder. For manufacturing such a composite container, a FW (filament winding) method is used. After the fiber material is impregnated with a resin, the fiber material is wound around a metal liner that forms the container with an appropriate tension (Patent Literature). 1).
Under the present circumstances, although the intensity | strength of a composite container determines with the conditions of winding, the defect | deletion part which air entered may arise in the reinforcement layer which consists of a fiber material and resin depending on the said conditions.
こうした欠損部は、高圧のガスを封入したときに破損の原因となるため、できるだけ少なくすることが望ましい。
このため、巻装においては、繊維の種類や性状、樹脂の種類や性状、巻装の温度、張力等の様々な要因を考慮しなければならない。こうした要因と欠損部との関係は、数多くの製造試験により初めて把握されるものである。
Since such a defective part causes damage when high-pressure gas is sealed, it is desirable to reduce it as much as possible.
For this reason, in the winding, various factors such as the type and properties of the fiber, the type and properties of the resin, the temperature and tension of the winding must be considered. The relationship between these factors and the defect is first grasped by numerous manufacturing tests.
上記の製造試験では、巻装の条件を変えて製造し、繊維材料と樹脂とからなる強化層を切断し、その断面を観察することにより、欠損部を確認する。そのため、強化層を切断する度に、金属製のライナーを切断しなければならない。
従って、金属を切断するという大変さもさることながら、1回の試験ごとにライナーを破棄しなければならず、環境及びコストの面で改善が求められていた。
In the manufacturing test described above, manufacturing is performed by changing the winding conditions, the reinforcing layer made of the fiber material and the resin is cut, and the cross section is observed to confirm the defect portion. Therefore, every time the reinforcing layer is cut, the metal liner must be cut.
Therefore, in addition to the difficulty of cutting the metal, the liner had to be discarded for each test, and improvements were required in terms of environment and cost.
本発明は、このような実状に鑑み、複合容器の製造試験に用いるライナーをリサイクル可能にすることを課題とする。 In view of such a situation, it is an object of the present invention to make a liner used for a production test of a composite container recyclable.
上記の課題を解決するため、本発明は、容器を形作るライナーに繊維材料を巻装して強化してなる複合容器の製造試験に用いるライナーであって、予め定めた断面にて分割及び結合可能な分割部を有する製造試験用ライナーを提供し、これを複合容器の製造試験に用いるようにする。
また、本発明の複合容器の製造試験方法は、少なくとも2つに分割される分割体を着脱可能に結合して、容器を形作るライナーを形成し、このライナーに繊維材料を巻装して強化することにより複合容器を形成した後、前記分割体の結合位置にて、前記繊維材料の強化層を切断し、前記分割体を分離して、切断面を露出させるようにする。
In order to solve the above problems, the present invention is a liner used in a production test of a composite container in which a fiber material is wound around a liner forming a container and reinforced, and can be divided and bonded in a predetermined cross section. A production test liner having a split portion is provided and used for a production test of a composite container.
In the method for manufacturing and testing a composite container according to the present invention, at least two divided parts are detachably coupled to form a liner that forms the container, and a fiber material is wound around the liner to be reinforced. Thus, after forming the composite container, the reinforcing layer of the fiber material is cut at the joining position of the divided bodies, and the divided bodies are separated to expose the cut surfaces.
本発明によれば、予め定めた断面にて分割可能な分割部を有する製造試験用ライナーを用いて、製造試験を行い、前記断面にて強化層を切断して、ライナーを分割すれば、強化層の断面を観察できる。そして、このライナーは、再結合することで、何度でも、製造試験に使用することができる。また、本発明の複合容器の製造試験方法も同様の効果を奏する。 According to the present invention, if a production test is performed using a liner for production test having a division part that can be divided at a predetermined cross section, the reinforcing layer is cut at the cross section, and the liner is divided. The cross section of the layer can be observed. And this liner can be used for a manufacturing test any number of times by recombining. Further, the composite container manufacturing test method of the present invention has the same effect.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本発明の対象とする複合容器は、金属製ライナーに繊維材料を巻装して、内部に高圧気体を封入することにも耐えるようにしたもので、より詳しくは、容器を形作る金属製ライナーをこれに巻装された繊維材料と樹脂とで強化してなるものである。
使用する繊維としては、炭素繊維が好ましい。こうした炭素繊維をライナーに巻装するには、FW(フィラメントワインディング)法で巻装していくのが一般的である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The composite container which is the subject of the present invention is such that a fiber material is wound around a metal liner so that it can withstand high-pressure gas inside. More specifically, a metal liner forming the container is provided. The fiber material and resin wound around this are reinforced.
As the fiber to be used, carbon fiber is preferable. In order to wind such a carbon fiber around a liner, it is common to wind the carbon fiber by a FW (filament winding) method.
FW法とは、ライナーを回転させながら、繊維に一定の張力をかけ、必要な箇所に繊維を巻装していく方法である。ウエット法であれば、溶融した樹脂のバスに炭素繊維を浸しライナーに巻装した後、硬化炉で加熱し固化させる。ドライ法であれば、炭素繊維に予め樹脂を含浸させて樹脂を半固化したトウプリプレグと呼ばれる材料を巻装した後、硬化炉で加熱し固化させるものである。 The FW method is a method in which a constant tension is applied to the fiber while rotating the liner, and the fiber is wound around a necessary portion. In the wet method, carbon fiber is immersed in a molten resin bath, wound around a liner, and then heated and solidified in a curing furnace. In the case of the dry method, a material called a tow prepreg obtained by impregnating a resin into carbon fiber in advance and semi-solidifying the resin is wound, and then heated and solidified in a curing furnace.
ここで、使用する樹脂は硬化性の樹脂であり、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂や光硬化性の樹脂を使用するのが一般的である。
こうして巻装された樹脂と繊維は、例えば図1に示すように、ライナー1の周囲に強化層2を形成する。その厚さは、使用する目的、封入する気体の圧力、ライナーの大きさ、強化繊維や樹脂の種類等により適宜変更されるものであるが、ライナーの肉厚の1〜10倍程度が良い。
Here, the resin to be used is a curable resin. For example, a thermosetting resin such as an epoxy resin or a photocurable resin is generally used.
The resin and fibers wound in this way form a reinforcing
本発明の対象とする複合容器は、前記の強化層によって高圧に耐えるものとなる。しかしながら、こうした強化層は樹脂を含浸した繊維により形成されるため、樹脂に欠損があれば、その欠損が破壊点となり、気体を封入した際に破壊の原因となることがある。
図1はライナー1の周囲の強化用繊維を含む強化層2の樹脂内部に欠損(ボイド)を生じている例を示している。
The composite container which is the subject of the present invention can withstand high pressure by the reinforcing layer. However, since such a reinforcing layer is formed of fibers impregnated with a resin, if there is a defect in the resin, the defect becomes a breaking point and may cause destruction when gas is sealed.
FIG. 1 shows an example in which a defect (void) is generated inside the resin of the reinforcing
このため、製造試験を行う。すなわち、巻装において、繊維の種類や性状、樹脂の種類や性状、巻装の温度、張力等のさまざまな要因を変化させて、製造し、繊維材料と樹脂とからなる強化層を切断し、その断面を観察することにより、欠損部の有無や状態を調べ、最適な巻装の条件を求めていく。
本発明は、このような製造試験において、金属製のライナーを切断して破棄しなくてもよいように、リサイクル可能な製造試験用ライナーを提供するものである。
For this reason, a manufacturing test is performed. That is, in the winding, various factors such as the type and properties of the fiber, the type and properties of the resin, the temperature and tension of the winding are changed, and the reinforcing layer made of the fiber material and the resin is cut. By observing the cross section, the presence or state of the defect portion is examined, and the optimum winding condition is obtained.
The present invention provides a recyclable production test liner so that the metal liner does not have to be cut and discarded in such a production test.
図2は本発明の第1実施形態を示す製造試験用ライナーの構成図であり、(a)は結合状態、(b)は分割状態を示している。
ライナー1は、金属(例えばアルミ)製で、両端をドーム状に丸めて閉塞した円筒状である。そして、ライナー1本体の両端のドーム部に、口金部31、32が設けられる。口金部31、32は、ライナー1本体を回転させつつ繊維材料を巻装する際の回転軸部を兼ねるものであり、また、少なくとも一方は、パイプ部材により形成されて、貯蔵気体の出入口となる。
2A and 2B are configuration diagrams of the production test liner according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 2A shows a combined state and FIG. 2B shows a divided state.
The
ここにおいて、ライナー1は、予め定めた断面、例えば軸方向中央部の断面にて分割及び結合可能な分割部Sを有している。具体的には、軸方向中央部にて、2つの分割体11、12に分割されており、一方の分割体11と他方の分割体12とが互いの嵌合部11a、12aで着脱可能に嵌合するようになっている。すなわち、この例では、分割部Sは、ライナー1の分割体11、12を着脱可能に嵌合する嵌合部11a、12aとして構成されている。また、この例では、嵌合部11aが嵌合用凹部、嵌合部12aが嵌合用凸部である。
Here, the
図3は図2の製造試験用ライナー1に繊維材料を巻装して強化層2を形成してなる複合容器の断面図である。この図3に嵌合部11a、12aの詳細形状を示してあり、(i)と(ii)は異なる例として、形状を異ならせてある。図4は図3(i)又は(ii)の分割部での断面図である。
嵌合部の詳細形状について説明すると、例えば図3(i)では、右側の分割体12の内周部に環状部材13を固着して、この環状部材13を左側の分割体11に向けて突出させてある。そして、この環状部材13の突出部を嵌合用凸部12aとして、左側の分割体11の内周部である嵌合用凹部11aに嵌合することで、両分割体11、12を互いに結合する。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a composite container in which a reinforcing
The detailed shape of the fitting portion will be described. For example, in FIG. 3I, the
また、例えば図3(ii)では、左側の分割体11の分割部内周部にライナー内径より大径の嵌合用凹部11aを形成し、右側の分割体12の分割部内周部にライナー外径より小径の嵌合用凸部12aを形成しておき、左側の分割体11の凹部11a内に右側の分割体12の凸部12aを嵌合することで、両分割体11、12を結合する。
従って、本実施形態によれば、一方の分割体11と他方の分割体12とを着脱可能に嵌合することにより、ライナー1を形成し、このライナー1に繊維材料を巻装して強化層2を形成することにより、複合容器を試験的に製造することができる。
Further, for example, in FIG. 3 (ii), a
Therefore, according to this embodiment, the
そして、複合容器の製造後、分割体11、12の嵌合位置にて、強化層2を切断し、分割体11、12を分離して、切断面を露出させることができ、これにより、強化層2の断面を観察・分析することができる。そして、このライナー1は、切断等により破壊することなく、2つの分割体11、12に分離しているだけであるので、再結合することで、何度でも、製造試験に使用することができる。
And after manufacture of a composite container, in the fitting position of the
また、特に本実施形態によれば、分割部Sは、円筒状のライナー1の軸方向中央部に設けられることから、巻装状態を最も把握しやい部位の断面を観察・分析することができるようになる。但し、分割部を設ける位置について、これに限るものでないことは言うまでもない。
また、特に本実施形態によれば、分割部Sを、ライナー1の分割体11、12を着脱可能に嵌合する嵌合部として構成したことにより、着脱が容易で、取り扱いが容易となる。但し、嵌合形式に限定するものでないことは言うまでもない。
In particular, according to the present embodiment, since the dividing portion S is provided at the central portion in the axial direction of the
In particular, according to the present embodiment, since the divided portion S is configured as a fitting portion that detachably fits the divided
図5は本発明の第2実施形態を示す製造試験用ライナーの斜視図である。
図5のライナーでは、分割部Sは、ライナー1の分割体11、12を着脱可能に螺合する螺合部11b、12bとして構成されている。
すなわち、一方の分割体11の端部外周におねじ部11bが形成され、他方の分割体の端部内周にめねじ部12bが形成され、これらが螺合されて結合される。もちろん、逆方向に操作することで、分離できる。このような螺合手段を用いても、同様の効果を得ることができる。
FIG. 5 is a perspective view of a production test liner showing a second embodiment of the present invention.
In the liner of FIG. 5, the dividing portion S is configured as screwing
That is, the threaded
特に本実施形態によれば、分割部Sを、ライナー1の分割体11、12を着脱可能に螺合する螺合部として構成したことにより、結合がより確実となる利点がある。但し、螺合形式に限定するものでないことも言うまでもなく、様々な仮止め手段を用いることができる。
図6は本発明の第3実施形態を示す製造試験用ライナーの構成図であり、(a)は結合状態、(b)は分割状態を示している。
In particular, according to the present embodiment, since the dividing portion S is configured as a threaded portion that detachably engages the divided
6A and 6B are configuration diagrams of a production test liner showing a third embodiment of the present invention, in which FIG. 6A shows a combined state and FIG. 6B shows a divided state.
図6のライナーは、予め定めた断面、例えば軸方向の2箇所の断面にて分割及び結合可能な分割部S1、S2を有している。具体的には、軸方向の2箇所にて分割されることで、3つの分割体21、22、23に分割され、3つの分割体21、22、23が互いの嵌合部で着脱可能に嵌合するようになっている。この例では、中央の分割体22の両端に嵌合用凸部22a、22aがあり、これらが、左右の分割体21、22の嵌合用凹部21a、23aに嵌合するようになっている。尚、ここでは、21a、22a、23aを嵌合部として説明したが、ねじによる螺合部としてもよい。もちろん、他の仮止め手段としてもよい。
The liner of FIG. 6 has divided portions S1 and S2 that can be divided and joined in a predetermined cross section, for example, two cross sections in the axial direction. Specifically, by dividing at two locations in the axial direction, it is divided into three divided
特に本実施形態によれば、分割部Sは、円筒状のライナー1の軸方向の複数箇所に設けられることから、より多くの断面で、欠損の状態を確認することができる。但し、分割部の個数、位置については、これに限定されるものではなく、3個以上の分割部としてもよいし、ドーム部に設けるなどしてもよい。
図7は本発明の第4実施形態を示す製造試験用ライナーの構成図である。
In particular, according to the present embodiment, since the divided portions S are provided at a plurality of positions in the axial direction of the
FIG. 7 is a block diagram of a production test liner showing a fourth embodiment of the present invention.
図7のライナーでは、分割部Sは、ライナー1本体とその端部の口金部31(及び32)との間に設けられる。すなわち、ライナー1本体に口金部31を着脱可能に嵌合又は螺合等によって取付けておくことにより、ライナー1本体から口金部31を分離可能としている。
従って、口金部31の近傍で強化層を切断し、口金部31を外すことで、当該断面における欠損部の状態を調べることが可能となる。
In the liner of FIG. 7, the dividing portion S is provided between the
Therefore, by cutting the reinforcing layer in the vicinity of the
特に本実施形態によれば、分割部Sは、ライナー1本体とその端部の口金部31(及び32)との間に設けられることから、圧力集中を生じやすい口金部付近の巻装の状態を観察・分析することが可能となる。もちろん、これに限るものではなく、巻装の状態を観察することが求められる部位にて分割できるようにすればよい。
尚、以上に本発明のいくつかの実施形態を図面に基づいて説明したが、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更(例えば、金属製ライナーの表面を剥離処理したり、シートを張るなど)を包含するものであることは言うまでもない。
In particular, according to the present embodiment, since the dividing portion S is provided between the
Although several embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the illustrated embodiments are merely illustrative of the present invention, and the present invention is directly illustrated by the described embodiments. In addition to the above, it goes without saying that various modifications and changes made by those skilled in the art within the scope of the claims (for example, a surface of a metal liner is peeled off or a sheet is stretched) are included.
本発明は、分割部を有する製造試験用のライナーを提供することで、試験の度にライナーを破棄することなく、繰り返し使用でき、環境面及びコスト面において優れることから、産業上の利用可能性は大である。 The present invention provides a production test liner having a divided portion, and can be used repeatedly without discarding the liner for each test, and is excellent in terms of environment and cost. Is great.
1 ライナー
2 強化層
S、S1、S2 分割部
11、12 分割体
11a、12a 嵌合部
11b、12b 螺合部
13 環状部材
21、22、23 分割体
21a、22a、23a 嵌合部(又は螺合部)
31、32 口金部
DESCRIPTION OF
31, 32 Base part
Claims (7)
予め定めた断面にて分割及び結合可能な分割部を有することを特徴とする、複合容器の製造試験用ライナー。 A liner used for a production test of a composite container in which a fiber material is wound around a liner forming a container and reinforced,
A liner for manufacturing test of a composite container, characterized in that it has a divided portion that can be divided and joined in a predetermined cross section.
このライナーに繊維材料を巻装して強化することにより複合容器を製造した後、
前記分割体の結合位置にて、前記繊維材料の強化層を切断し、前記分割体を分離して、切断面を露出させることを特徴とする、複合容器の製造試験方法。 Releasably connecting at least two divided pieces to form a liner that forms a container;
After manufacturing a composite container by winding and reinforcing fiber material around this liner,
A method for manufacturing and testing a composite container, comprising: cutting a reinforcing layer of the fiber material at a joining position of the divided bodies, separating the divided bodies, and exposing a cut surface.
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