JP6254564B2 - タンクの製造方法およびタンク - Google Patents

Description

本発明は、ガス等を貯蔵するに好適なタンクの製造方法およびタンクに関する。

たとえば、天然ガス自動車または燃料電池自動車などには、燃料ガスを貯蔵するタンクが利用されている。この種のタンクは、軽量化および高強度化を図るべく、タンクの形状に応じたライナーに、繊維強化樹脂材が被覆されている。

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、フィラメントワインディング法によりタンクを製造する方法が提案されている。ここでは、ライナーを被覆する繊維強化樹脂材として、強化繊維のフィラメントに熱硬化性樹脂を含浸した、幅の狭い繊維強化樹脂が用いられている。そして、この方法では、タンクの胴体部の少なくとも一部を構成するライナーに、幅の狭い繊維強化樹脂を、オーバラップするように複数回巻き付けることにより、ライナーの表面に繊維強化樹脂層を成形している。その後、繊維強化樹脂に含まれる熱硬化性樹脂を加熱してこれを硬化させている。

特開２０１０−１２５８２６号公報

しかしながら、上述するフィラメントワインディング法でタンクを製造した場合には、幅の狭い繊維強化樹脂がオーバラップするように、これをライナー（芯材）に巻き付けるため、巻き付け時間が多大な時間となる。また、繊維強化樹脂を巻付けた後、例えば加熱炉内に投入し、繊維強化樹脂に含まれる熱硬化性樹脂を加熱して硬化させるので、さらに時間がかかってしまう。

また、上述したように、幅の狭い繊維強化樹脂をオーバラップさせた繊維強化樹脂層を、厚さ方向に複数形成している。このような結果、タンクの胴体部の軸心に対して直交したいずれの断面も、繊維強化樹脂の巻き付け状態は異なるため、タンク強度にバラツキが生じることが想定される。

さらに、幅の狭い繊維強化樹脂がオーバラップするように繊維強化樹脂テープを芯材に巻き付けると、その表面には凹凸が形成される。この凹凸が形成された表面の上にさらに繊維強化樹脂を巻回すると、厚さ方向に隣接する繊維強化樹脂層同士には隙間が形成され易くなる。この隙間が起因となって、熱硬化性樹脂の硬化後、タンクの胴体部にボイドとなって残存することがあり、タンク強度が低下することがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、胴体部に均一な強度を有したタンクを提供するとともに、これを短時間で製造することができるタンクの製造方法を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係るタンクの製造方法は、筒状の胴体部と、該胴体部の両側に形成されたドーム状の側端部と、を備えたタンクの製造方法であって、前記タンクの製造方法は、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂シートを、前記熱可塑性樹脂が溶融した状態で、芯材の軸心に対して直交する方向から前記芯材の周面に複数回巻き付けることにより、前記胴体部の少なくとも一部となる筒状成形体を、１枚の前記繊維強化樹脂シートから成形する工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、従来の幅の狭い繊維強化樹脂に比べて、幅広である１枚の繊維強化樹脂シートを、前記断面において芯材の軸心周りを連続して複数回周回するように、芯材の周面に巻き付けることができる。これにより、従来の幅の狭い繊維強化樹脂を芯材に巻き付ける場合に比べて、短時間に筒状成形体を成形することができる。

特に、芯材に巻き付いた繊維強化樹脂シートの表面には、従来の幅の狭い繊維強化樹脂をオーバラップさせるように巻き付けた繊維強化樹脂層の表面のような凹凸が形成されないので、この上にさらに繊維強化樹脂シートを連続して巻き付けても、繊維強化樹脂シート同士の間に隙間が形成され難い。これにより、筒状成形体にボイドが形成されることを抑えることができる。

また、１枚の繊維強化樹脂シートから成形された筒状成形体の繊維強化樹脂層は、胴体部の両側に亘って形成され、かつ、胴体部の軸心周りを連続して複数回周回することになる。これにより、タンクの胴体部は、その軸心に直交するいずれの断面においても、より均一な耐圧強度を有することができる。

さらに、強化繊維に含浸されている樹脂は、熱可塑性樹脂であるので、熱硬化性樹脂の如く硬化を目的とした加熱をする必要がない。これにより、熱硬化性樹脂を用いた場合にくらべて、短時間に、筒状成形体を製造することができる。

より好ましい態様としては、前記繊維強化樹脂シートとして、前記強化繊維が一方向に沿って引き揃えられた繊維強化樹脂シートを用い、前記筒状成形体を成形する工程において、前記強化繊維が前記芯材の軸心に対して直交した断面で複数回周回するように、前記繊維強化樹脂シートを前記芯材の周面に巻き付ける。

この態様によれば、製造されたタンクの胴体部には、タンクの内圧により胴体部にフープ応力が作用する方向（すなわち軸心に対して直交する方向）に、連続して複数回周回した強化繊維が存在することになるので、耐圧強度の高いタンクを得ることができる。さらに、タンクの胴体部の薄肉化を実現でき、これによりタンクの軽量化および低コスト化を図ることができる。

さらに、より好ましい態様としては、前記筒状成形体を成形後、前記筒状成形体を前記芯材から引き抜くことにより、前記胴体部に相当する胴体を製造する。この態様によれば、筒状成形体を芯材から引き抜くことにより、従来の如くライナーを有しない筒状成形体からなる胴体を得ることができる。

さらに好ましい態様としては、前記タンクの製造方法は、前記熱可塑性樹脂を主材としたドーム状の側端部材と、前記筒状成形体との少なくとも一方を加熱し、前記筒状成形体に前記側端部材を融着させることにより、前記タンクに前記側端部を形成する工程をさらに含む。

この態様によれば、筒状成形体に側端部材を融着させることにより、側端部材を胴体部の少なくとも一部を構成する筒状成形体に一体化することができるので、胴体部と側端部の境界の耐圧強度を確保することができる。

さらに、本発明に係るタンクは、筒状の胴体部と、該胴体部の両側に形成されたドーム状の側端部と、を備えたタンクであって、前記胴体部の少なくとも一部に、強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したシート状の繊維強化樹脂層からなる筒状成形部を備えており、前記繊維強化樹脂層は、前記胴体部の両側に亘って形成され、かつ、前記胴体部の軸心に対して直交する方向に複数回周回していることを特徴とする。

本発明によれば、筒状成形体の繊維強化樹脂層は、胴体部の両側に亘って形成されており、かつ、胴体部の軸心周りを、軸心に対して直交する方向に連続して複数回周回している。これにより、タンクの胴体部は、その軸心に直交する断面において、より均一な耐圧性を有することができる。

より好ましい態様としては、前記強化繊維は、前記胴体部の周方向に沿って引き揃えられ、かつ、前記胴体部の軸心に対して直交した断面で複数回周回している。この態様によれば、タンクの胴体部には、タンクの内圧により胴体部にフープ応力が作用する方向に、強化繊維が連続して複数回周回することになるので、タンクの耐圧強度を高めることができる。

より好ましい態様としては、前記筒状成形部により、前記タンクの収容空間が形成されている。この態様によれば、従来の如くタンクの胴体部にライナーが不要となるので、タンクの軽量化が図れ、安価なタンクとなる。

より好ましい態様としては、前記側端部は、主材として熱可塑性樹脂を含み、前記タンクは、前記筒状成形部と前記側端部とが接合している。この態様によれば、熱可塑性樹脂を双方に含む筒状成形体と側端部が接合しているので、これらの境界の耐圧強度を確保することができる。

本発明によれば、胴体部に均一な強度を有したタンクを得ることができ、これを短時間で製造することができる。

（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るタンクの模式的断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ部の拡大図である。 （ａ）は、図１に示すタンクのＢ−Ｂ矢視断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す断面図における強化繊維の状態を示した模式的概念図である。 図１に示すタンクの製造方法の一部を説明するための模式的斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１（ａ）に示すタンクの製造方法を説明するための模式的断面図である。 （ａ）は、従来のタンクの製造方法の一部を説明するための模式的斜視図であり、（ｂ）は、従来のタンクの胴体部の部分的拡大断面図である。 （ａ）は、本発明の第２実施形態に係るタンクの模式的断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ部の拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図６（ａ）に示すタンクの製造方法を説明するための模式的断面図である。 （ａ）は、実施例に係る筒状成形体の軸心と直交する方向の断面写真であり、（ｂ）は、比較例に係る筒状成形体の軸心と直交する方向の断面写真である。

以下に、本発明の実施形態に係るタンクおよびその製造方法を、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
１．タンク１について
まず、本発明の第１実施形態に係るタンクについて、図１（ａ），（ｂ）および図２（ａ），（ｂ）を参照しながら、説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るタンク１の模式的断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部の拡大図である。図２（ａ）は、図１に示すタンク１のＢ−Ｂ矢視断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す断面図における強化繊維の状態を示した模式的概念図である。なお、図２（ａ）に示すＡ−Ａ矢視断面図は、タンク１の軸心ＣＬと直交した断面である。

図１に示すように、本実施形態に係るタンク１は、円筒状の胴体部２と、胴体部２の両側に形成されたドーム状の側端部３，４と、を備えている。タンク１の内部には、例えば７０ＭＰａ程度の高圧水素ガスが収容（充填）する収容空間Ｓが形成されている。一方側の側端部３には、水素ガスをタンク１の収容空間Ｓに充填するための貫通孔３１が形成されている。

各側端部３，４はドーム状であり、胴体部２の両側から胴体部２の軸心方向に沿った外側に進むに従って縮径するように形成されている。本実施形態では、側端部３，４は、熱可塑性樹脂を主材として含んでおり、側端部３，４が、後述する熱可塑性樹脂を含む繊維強化樹脂層２５（筒状成形部２０）に接合している。

これにより、熱可塑性樹脂を双方に含む筒状成形部２０と側端部３，４が接合しているので、これらの境界の耐圧強度を確保することができる。また、熱可塑性樹脂を主材とした側端部３は、加熱することにより、タンクの設置個所等に合わせた形状に変形させることができるばかりでなく、貫通孔３１の断面形状および口径を簡単に変更することもできる。さらに、例えばタンク１に高圧の水素ガスを貯蔵する場合には、熱硬化性樹脂で側端部３，４を成形した場合に比べて、水素ガスの透過性を抑制することができる。

ここで、本明細書でいう「熱可塑性樹脂を主材とする」とは、「熱可塑性樹脂からなる」場合または「熱可塑性樹脂に、たとえば短繊維、フィラーなどを含有している」場合の双方を含む。なお、側端部３の貫通孔３１を形成すべく、たとえば、側端部３にアルミニウムまたはステンレス製の金属製の口金をさらに設けてもよい。

胴体部２は、収容空間Ｓの一部を形成するライナー５と、円筒状のライナー５の周面５１に沿って形成された筒状成形部２０と、を備えている。ライナー５の材質は、その周面５１に沿って筒状成形部２０が形成される芯材として作用するものであれば、金属、樹脂等、特にその材質は限定されるものではない。本実施形態では、より好ましい態様として、ライナー５は、熱可塑性樹脂を主材とした成形体である。

図２（ａ）に示すように、筒状成形部２０は、１つの連続したシート状の繊維強化樹脂層（ＦＲＰ層）２５により形成されている。より具体的には、繊維強化樹脂層２５は胴体部２の両側に亘って形成されており、かつ、胴体部２の軸心ＣＬに対して直交する方向に胴体部２の軸心ＣＬの周りを連続して複数回周回している。これにより、タンク１の胴体部２は、その軸心ＣＬに直交する断面において、より均一な耐圧性を有することができる。

ここで、繊維強化樹脂層２５は、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸されたシート状の層である。強化繊維は、短繊維、長繊維、または連続した繊維（連続強化繊維）、布状繊維であってもよいが、本実施形態では、強化繊維は連続強化繊維である。

具体的には、強化繊維２１は、胴体部２の周方向に沿って引き揃えられた連続強化繊維であり、強化繊維２１は、胴体部２の軸心ＣＬと直交する方向に配向している。より具体的には、図２（ｂ）に示すように、胴体部２の軸心ＣＬに対して直交した断面で、胴体部２の軸心ＣＬの周りを連続して複数回周回している。すなわち、強化繊維２１の巻き付き方向は、繊維強化樹脂層２５の巻き付き方向に一致している。

これにより、タンク１の胴体部２には、タンク１の内圧により胴体部２にフープ応力が作用する方向に、強化繊維２１が連続して複数回周回することになるので、タンク１の胴体部２の薄肉化による軽量化、低コスト化を図ることができる。

ここで、強化繊維２１としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、天然繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維を挙げることができ、本実施形態では、強化繊維に炭素繊維が用いられている。

側端部３，４、ライナー５、繊維強化樹脂層２５に含まれる熱可塑性樹脂は、例えば、ポリエステル系樹脂、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）、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、またはＡＢＳ系樹脂等を挙げることができる。側端部３，４、ライナー５、繊維強化樹脂層２５に含まれる熱可塑性樹脂は、上述した樹脂のうち、同種の樹脂であってもよい。また、タンク１に高圧の水素ガスを貯蔵する場合には、水素ガスの透過をより好適に抑える熱可塑性樹脂として、上述した樹脂のうちポリエステル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂などを挙げることができる。

２．タンク１の製造方法について
以下に、タンク１の製造方法（シートワインディング法）を、従来の方法（フィラメントワインディング法）と対比して説明する。図３は、図１に示すタンク１の製造方法の一部を説明するための模式的斜視図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、図１（ａ）に示すタンク１の製造方法を説明するための模式的断面図である。図５（ａ）は、従来のタンクの製造方法の一部を説明するための模式的斜視図であり、図５（ｂ）は、従来のタンクの胴体部の部分的拡大断面図である。

まず、図３に示すように、タンク１のライナー５に相当する円筒状の芯材５Ａを準備し、芯材５Ａと一体的に回転するように、芯材５Ａを円柱状の巻付機（図示せず）に挿通し、嵌合させる。なお、本実施形態では、芯材５Ａがマンドレルとして作用し、巻付機が軸心ＣＬの周りを回転する。次に、強化繊維２１に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂シート（ＦＲＰシート）２５Ａを準備する。ここで、繊維強化樹脂シート２５Ａの幅は、胴体部２の長さと同等またはそれよりも大きい。

このような繊維強化樹脂シート２５Ａは、例えば、上述した織物状の繊維に熱可塑性樹脂を含浸させたものであってもよいが、本実施形態では、繊維強化樹脂シート２５Ａの長手方向（一方向）に沿って強化繊維２１が引き揃えられ、これに熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂シートを用いる。このような繊維強化樹脂シート２５Ａは、たとえば、連続強化繊維からなる繊維束を開繊し、開繊した連続強化繊維に、溶融した熱可塑性樹脂を含浸することにより得ることができる。

次に、巻付機と共に芯材５Ａを回転させながら、芯材５Ａの周面５１に繊維強化樹脂シート２５Ａを芯材５Ａの軸心ＣＬに対して直交する方向から巻回し、１枚の繊維強化樹脂シート２５Ａから、シートワインディング法により筒状成形体２０Ａを成形する。具体的には、ヒータ６０，６０で繊維強化樹脂シート２５Ａを熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱し、繊維強化樹脂シート２５Ａの熱可塑性樹脂が溶融した状態で、繊維強化樹脂シート２５Ａを円筒状の芯材５Ａの周面５１に複数回巻き付ける。巻き付いた状態の繊維強化樹脂シート２５Ａは、放冷または強制冷却により冷却され、熱可塑性樹脂は、軟化点未満となって固まる。

より具体的には、図２（ａ）に示すように、芯材５Ａの軸心ＣＬに対して直交した断面で、１枚の繊維強化樹脂シート２５Ａが、芯材５Ａの軸心ＣＬの周りを連続して複数回周回するように、繊維強化樹脂シート２５Ａを芯材５Ａの周面５１に巻き付ける。本実施形態では、筒状成形体２０Ａは、胴体部２の少なくとも一部になる。

上述したように、繊維強化樹脂シート２５Ａには、繊維強化樹脂シート２５Ａの長手方向（一方向）に沿って強化繊維２１が引き揃えられており、各強化繊維２１は、繊維強化樹脂シート２５Ａの幅方向に直交している。特に、本実施形態では、繊維強化樹脂シート２５Ａの幅方向と、芯材５Ａの長さ方向とを一致させて、繊維強化樹脂シート２５Ａを芯材５Ａの周面５１に巻き付ける。

これにより、芯材５Ａの軸心ＣＬと直交する方向に、強化繊維２１を配向させることができる。すなわち、図２（ｂ）に示すように、芯材５Ａの軸心ＣＬに対して直交した断面で、強化繊維２１が芯材５Ａの軸心ＣＬの周りを連続して複数回周回するように、繊維強化樹脂シート２５Ａを芯材５Ａの周面５１に巻き付けることができる。なお、芯材５Ａの軸心は、タンク１の胴体部２の軸心と一致している。

次に、円柱状の巻付機から、繊維強化樹脂シート２５Ａが巻き付けた芯材５Ａを引き抜く。次に、後述する側端部材３Ａ，４Ａを筒状成形体２０Ａに挿入した状態で、側端部材３Ａ，４Ａが筒状成形体２０Ａの内周面に嵌合可能なように、芯材５Ａを必要に応じて加工する。これにより、タンク１の胴体部２に相当する胴体２Ａを得ることができる（図４（ａ）参照）。

次に、タンク１の側端部３，４に相当するドーム状の側端部材３Ａ，４Ａを準備する（図４（ｂ）参照）。本実施形態では、側端部材３Ａ，４Ａは、上述した熱可塑性樹脂、または、短繊維またはフィラーを含有した熱可塑性樹脂から成形される。

次に、側端部材３Ａ，４Ａと、胴体２Ａ（筒状成形体２０Ａ）との少なくとも一方を加熱し、側端部材３Ａ，４Ａを胴体２Ａに挿入する（図４（ｂ）参照）。これにより、側端部材３Ａ，４Ａを芯材５Ａ及び筒状成形体２０Ａに融着させ、胴体部２の両側に（すなわちタンク１に）側端部３，４を形成する（図４（ｃ）参照）。その後、筒状成形体２０Ａ（筒状成形部２０）の両端を機械加工または加熱により変形させて、図１に示す胴体部２（筒状成形部２０）を有したタンク１を得ることができる。

これまでは、後述する図５（ａ），（ｂ）に示すように、フィラメントワインディング法により、強化繊維９１のフィラメントに熱硬化性樹脂９２を含浸させた、幅Ｂの幅の狭い繊維強化樹脂９５Ａを芯材５Ａに巻き付けて筒状成形体９０Ａを成形していた。具体的には、幅の狭い繊維強化樹脂９５Ａをオーバラップさせながら繊維強化樹脂層９５を成形し、さらに繊維強化樹脂層９５を厚さ方向に複数層形成することで、筒状成形体９０Ａ（筒状成形体部９０）を成形していた。

しかしながら、本実施形態では、繊維強化樹脂９５Ａに比べて、幅広である１枚の繊維強化樹脂シート２５Ａを、シートワインディング法により、芯材５Ａの軸心ＣＬに直交する方向から連続して複数回周回するように、芯材５Ａの周面５１に巻き付けた。これにより、幅の狭い繊維強化樹脂９５Ａを芯材５Ａにオーバラップさせながら巻き付ける場合に比べて、短時間に筒状成形体２０Ａを成形することができる。

さらに、本実施形態では、強化繊維２１に含浸されている樹脂は、熱可塑性樹脂２２であるので、熱硬化性樹脂の如く硬化を目的として、筒状成形体を加熱炉に投入し加熱をする必要がない。これにより、熱硬化性樹脂を用いた場合にくらべて、短時間に、筒状成形体２０Ａを製造することができる。

さらに、これまでは、図５（ｂ）に示すように、幅の狭い繊維強化樹脂９５Ａがオーバラップした部分には隙間が形成されやすく、さらに繊維強化樹脂層９５の表面９５ａには、凹凸が形成され易かった。そして、この凹凸が形成された表面の上にさらに幅の狭い繊維強化樹脂９５Ａを連続して巻き付けて、さらなる繊維強化樹脂層９５を成形すると、厚さ方向に隣接した繊維強化樹脂層９５の間に隙間が形成され易かった。この隙間が、熱硬化性樹脂の硬化後、筒状成形体にボイドとなって残存することがあり、タンク強度が低下するおそれがあった。

しかしながら、本実施形態では、１つの繊維強化樹脂層２５が、胴体部２の軸心ＣＬの周りを連続して複数回周回するように、１枚の繊維強化樹脂シート２５Ａを芯材５Ａの周面５１に巻き付けた。

これにより、ヘリカル巻きにより形成された繊維強化樹脂層９５の表面に比べて、繊維強化樹脂層２５の表面２５ａに凹凸が少ない（図１（ｂ）参照）。この結果、さらに、図３に示すように、引き続き、１枚の繊維強化樹脂シート４０を連続して巻き付けても、図２（ａ）に示すように厚さ方向において繊維強化樹脂層２５同士の間に隙間が形成され難い。これにより、筒状成形体２０Ａ（すなわちタンク１の胴体部２）にボイドが形成されることを抑えることができる。

さらに、これまでは、ヘリカル巻きにより形成された繊維強化樹脂層９５は、胴体部の軸心に対して直交した断面において、胴体部の軸心周りを断続的に周回することになり、胴体部の周方向のタンク強度にバラツキがあった。

しかしながら、本実施形態では、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、繊維強化樹脂層２５は胴体部２の両側に亘って形成され、芯材の軸心ＣＬに対して直交した断面で、胴体部２の軸心ＣＬ周りを連続して複数回周回している。これにより、胴体部２の軸心ＣＬに対して直交するいずれの断面においても、繊維強化樹脂層２５の状態は同じであるので、より均一な耐圧強度を有することができる。

本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、製造されたタンク１には、タンクの内圧により胴体部２にフープ応力が作用する方向に、連続して複数回周回した強化繊維２１が存在することになるので、耐圧強度の高いタンクを得ることができる。

＜第２実施形態＞
以下に、本発明の第２実施形態に係るタンク１’を図６（ａ）および図６（ｂ）を参照しながら説明し、タンク１’の製造方法を、図７（ａ）〜図７（ｃ）を参照しながら説明する。図６（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るタンク１’の模式的断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ部の拡大図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、図６（ａ）に示すタンク１’の製造方法を説明するための模式的断面図である。

なお、第２実施形態に係るタンク１’が、第１実施形態に係るタンク１と相違する点は、タンク１’にライナー５を設けなかった点である。したがって、第１実施形態に係るタンク１と同じ部材には、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態では、タンク１’の胴体部２’は、筒状成形部２０からなり、図１（ａ）に示すライナー５を有しておらず、筒状成形部２０により、タンク１’の収容空間Ｓが形成されている。筒状成形部２０は、第１実施形態と同様に、強化繊維２１に熱可塑性樹脂２２を有したシートからなり、第１実施形態と同様に、１つの連続したシート状の繊維強化樹脂層２５により形成されている。

本実施形態では、胴体部２’である、筒状成形部２０は、熱可塑性樹脂２２を用いた繊維強化樹脂層２５であるので、タンク１’の収容空間Ｓに高圧の水素ガスを貯蔵したとしても、熱硬化性樹脂を用いた繊維強化樹脂層とは異なり、ガスバリア性を有する。

すなわち、図５（ａ）等に示すように、これまでは、繊維強化樹脂層９５に熱硬化性樹脂９２を用いていたので、タンクの収容空間に貯蔵した高圧の水素ガスは繊維強化樹脂層を透過し易いため、金属製または熱可塑性樹脂製のライナー５が必要であった。

しかしながら、本実施形態では、繊維強化樹脂層２５に熱可塑性樹脂２２を用いているので、胴体部２’である、筒状成形部２０は、水素ガスに対してガスバリア性を有する。これにより、胴体部２’にライナーを設けなくても、タンク１’の収容空間Ｓに貯蔵した高圧の水素ガスは、胴体部２’を透過し難い。このような結果、第２実施形態に係るタンク１’に示すように、胴体部２’にライナーを省略することができ、タンクの軽量化が図れ、製造コストを低減することができる。

このようなタンク１’は、以下のようにして製造することができる。第１実施形態では、ライナー５に相当する芯材５Ａの周面に繊維強化樹脂シート２５Ａを巻き付けた（図３参照）が、本実施形態では、円柱状の巻き付け機（図示せず）を、繊維強化樹脂シート２５Ａを巻き付ける芯材（マンドレル）として用いる。すなわち、図３に示す芯材５Ａを用いず、円柱状の巻き付け機（図示せず）に繊維強化樹脂シート２５Ａを、第１実施形態と同様の手法で巻き付け、筒状成形体２０Ａを成形する。

次に、成形された筒状成形体２０Ａを、円柱状の巻き付け機から引き抜き、胴体２Ａ’を得ることができる（図７（ａ）参照）。次に、第１実施形態と同様に、側端部材３Ａ，４Ａを準備し、胴体２Ａ’（筒状成形体２０Ａ）と側端部材３Ａ，４Ａの少なくとも一方を加熱して、筒状成形体２０Ａに側端部材３Ａ，４Ａを挿入して、これらを融着させる（図７（ｂ），（ｃ）参照）。このようにして、図６（ａ）に示す胴体部２’（筒状成形部２０）を有したタンク１’を得ることができる。

以下に本発明を実施例により説明する。

（実施例）
本実施例では、第２実施形態に示す方法（シートワインディング法）により、筒状成形体を成形した。具体的には、炭素繊維（強化繊維）に、ナイロン樹脂（熱可塑性樹脂）を含浸した、幅３００ｍｍ、厚さ４０μｍの繊維強化樹脂シートを準備した。この繊維強化樹脂シートを、熱可塑性樹脂の軟化点温度以上（２３０℃）に加熱して、熱可塑性樹脂を溶融し、芯材の周面に複数回巻き付けて、筒状成形体を成形した。

そして、得られた筒状成形体の断面を光学顕微鏡で観察した。この結果を、図８（ａ）に示す。図８（ａ）は、実施例に係る筒状成形体の軸心と直交する方向の断面写真である。

（比較例）
実施例と同様の形状の筒状成形体を成形した。具体的には、炭素繊維（強化繊維）にエポキシ樹脂（熱硬化性樹脂）を含浸した、幅１０ｍｍ、厚さ２４０μｍの幅の狭い繊維強化樹脂を準備し、図５（ａ）に示す方法（フィラメントワインディング法）で、繊維強化樹脂を芯材に巻き付けた。その後、エポキシ樹脂を加熱して硬化させ、筒状成形体を成形した。

そして、得られた筒状成形体の断面を光学顕微鏡で観察した。この結果を、図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）は、比較例に係る筒状成形体の軸心と直交する方向の断面写真である。

＜結果＞
図８（ａ），（ｂ）に示すように、実施例では、筒状成形体には、ボイドが発生していなかったが、比較例に係る筒状成形体には、ボイドが発生していた。これは、本実施形態で説明したように、実施例では、シートワインディング法により、フープ巻で筒状成形体を成形したことによると考えられる。

以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１，１’：タンク、２，２’：胴体部、２Ａ，２Ａ’：胴体、３，４：側端部、３Ａ，４Ａ：側端部材、２０：筒状成形部、２０Ａ：筒状成形体、２１：強化繊維、２２：熱可塑性樹脂、２５：繊維強化樹脂層、２５Ａ：繊維強化樹脂シート、５：ライナー、５Ａ：芯材、ＣＬ：軸心、Ｓ：収容空間

Claims (7)

1. 筒状の胴体部と、該胴体部の両側に形成されたドーム状の側端部と、を備えたタンクの製造方法であって、
   前記タンクの製造方法は、強化繊維に熱可塑性樹脂が含浸された繊維強化樹脂シートを、前記熱可塑性樹脂が溶融した状態で、芯材の軸心に対して直交する方向から前記芯材の周面に複数回巻き付けることにより、前記胴体部の少なくとも一部となる筒状成形体を、１枚の前記繊維強化樹脂シートから成形する工程を含み、
   前記熱可塑性樹脂を予め含浸した前記繊維強化樹脂シートを準備し、前記筒状成形体を成形する工程において、前記芯材に前記繊維強化樹脂シートを巻き付ける前に、前記熱可塑性樹脂を軟化点以上に加熱し、前記熱可塑性樹脂が溶融した状態で、前記繊維強化シートを複数回巻き付けることを特徴とするタンクの製造方法。
2. 前記繊維強化樹脂シートとして、前記強化繊維が一方向に沿って引き揃えられた繊維強化樹脂シートを用い、
   前記筒状成形体を成形する工程において、前記強化繊維が前記芯材の軸心に対して直交した断面で複数回周回するように、前記繊維強化樹脂シートを前記芯材の周面に巻き付けることを特徴とする請求項１に記載のタンクの製造方法。
3. 前記筒状成形体を成形後、前記筒状成形体を前記芯材から引き抜くことにより、前記胴体部に相当する胴体を製造することを特徴とする請求項１または２に記載のタンクの製造方法。
4. 前記タンクの製造方法は、前記熱可塑性樹脂を主材としたドーム状の側端部材と、前記筒状成形体との少なくとも一方を加熱し、前記筒状成形体に前記側端部材を融着させることにより、前記タンクに前記側端部を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のタンクの製造方法。
5. 筒状の胴体部と、該胴体部の両側に形成されたドーム状の側端部と、を備えたタンクであって、
   前記タンクには、前記胴体部と前記側端部により、水素ガスを収容する収容空間が形成されており、
   前記胴体部は、強化繊維に熱可塑性樹脂を含浸したシート状の繊維強化樹脂層からなる筒状成形部であり、前記筒状成形部には、前記収容空間に面した位置に前記繊維強化樹脂層が形成されており、
   前記繊維強化樹脂層は、前記胴体部の両側に亘って形成され、かつ、前記胴体部の軸心に対して直交する方向に複数回周回していることを特徴とするタンク。
6. 前記強化繊維は、前記胴体部の周方向に沿って引き揃えられ、かつ、前記胴体部の軸心に対して直交した断面で複数回周回していることを特徴とする請求項５に記載のタンク。
7. 前記側端部は、主材として熱可塑性樹脂を含み、前記タンクは、前記筒状成形部と前記側端部とが接合していることを特徴とする請求項５または６に記載のタンク。

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