JP6654458B2 - Tank manufacturing method - Google Patents
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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に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a tank suitable for storing gas and the like.
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、繊維強化樹脂が被覆されている。 For example, a tank for storing fuel gas is used in a natural gas vehicle or a fuel cell vehicle. In this type of tank, a fiber-reinforced resin is coated on a liner according to the shape of the tank in order to reduce the weight and increase the strength.
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、以下に示すタンクの製造方法が提案されている。この製造方法では、まず、筒状の胴体部と、前記胴体部の両側に形成されたドーム状の側端部と、を有したライナーを準備する。次に、ライナーに、樹脂が含浸された連続繊維をヘリカル巻きした第1ヘリカル層を成形する。次に、ヘリカル層の表面に、シート状の繊維強化樹脂を巻回してフープ層(筒状部)を成形する。さらに、第1ヘリカル層が筒状部から露出した部分と、筒状部とに、樹脂が含浸された連続繊維をヘリカル巻きした第2ヘリカル層(補強層)を成形する。 As a method for manufacturing such a tank, for example, Patent Literature 1 proposes a method for manufacturing a tank described below. In this manufacturing method, first, a liner having a cylindrical body and dome-shaped side ends formed on both sides of the body is prepared. Next, a first helical layer formed by helically winding continuous fibers impregnated with a resin is formed on the liner. Next, a hoop layer (cylindrical portion) is formed by winding a sheet-like fiber reinforced resin on the surface of the helical layer. Further, a second helical layer (reinforcing layer) is formed by helically winding a continuous fiber impregnated with a resin on a portion where the first helical layer is exposed from the cylindrical portion and on the cylindrical portion.
しかしながら、特許文献1に示す製造方法では、筒状部を成形した際に、筒状部の肉厚により、筒状部の表面と、筒状部から露出した第1ヘリカル層の表面との間に段差が形成されてしまう。このような段差が形成された部分に補強層を成形した場合、補強層と段差が形成された部分に空洞が形成されてしまい、この空洞によりタンクの強度が低下することが想定される。またこのような段差を無くすため、筒状部の両周縁を削り取ると、筒状部内の強化繊維が切断され、この部分のタンク強度が低下してしまう。 However, in the manufacturing method disclosed in Patent Document 1, when the cylindrical portion is formed, the surface of the cylindrical portion and the surface of the first helical layer exposed from the cylindrical portion depend on the thickness of the cylindrical portion. A step is formed in the pattern. When a reinforcing layer is formed in a portion where such a step is formed, a cavity is formed in a portion where the reinforcing layer and the step are formed, and it is assumed that the strength of the tank is reduced due to the cavity. In addition, if both peripheral edges of the tubular portion are cut off to eliminate such a step, the reinforcing fibers in the tubular portion are cut, and the tank strength at this portion is reduced.
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、ライナーに繊維強化樹脂からなる筒状部を成形しても、筒状部の肉厚による段差に起因した、タンク強度の低下を抑え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。 The present invention has been made in view of such a point, and even if a cylindrical portion made of a fiber reinforced resin is molded in a liner, a decrease in tank strength due to a step due to the thickness of the cylindrical portion is prevented. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a tank that can be suppressed.
前記課題を鑑みて、本発明に係るタンクの製造方法は、円筒状の胴体部と、前記胴体部の両側に形成されたドーム状の側端部と、を有するライナーを少なくとも備えたタンクの製造方法であって、前記胴体部の両端縁の直径が、該両端縁の間の外周面の直径よりも大きくなるように、前記胴体部の両側に段差を有したライナーを準備する工程と、前記胴体部の両側の前記段差を埋めるように、1枚の繊維強化樹脂シートを、前記胴体部の軸心に対して直交する方向から、前記胴体部の前記外周面に複数回巻き付けることにより、筒状部を成形する工程と、前記筒状部が成形されたライナーの両側の側端部に亘って、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きすることにより、補強層を成形する工程と、を含むことを特徴とする。 In view of the above problems, a method for manufacturing a tank according to the present invention is directed to manufacturing a tank including at least a liner having a cylindrical body and dome-shaped side ends formed on both sides of the body. A method of preparing a liner having steps on both sides of the body, such that the diameter of both ends of the body is larger than the diameter of the outer peripheral surface between the both ends. By winding one fiber-reinforced resin sheet around the outer peripheral surface of the body portion a plurality of times from a direction perpendicular to the axis of the body portion so as to fill the steps on both sides of the body portion, Forming a reinforcing layer by helically winding a continuous fiber impregnated with a resin over both side end portions of the liner in which the cylindrical portion is formed. It is characterized by including.
本発明によれば、胴体部の両側の段差を埋めるように、1枚の繊維強化樹脂シートを、胴体部の軸心に対して直交する方向から複数回巻き付ける。このため、ライナーの胴体部の両側に段差がほとんどなく、繊維強化樹脂シート(筒状部)で胴体部の強度を高めることができる。 According to the present invention, one fiber-reinforced resin sheet is wound a plurality of times from a direction perpendicular to the axis of the body so as to fill the steps on both sides of the body. For this reason, there is almost no step on both sides of the body portion of the liner, and the strength of the body portion can be increased by the fiber reinforced resin sheet (tubular portion).
これにより、筒状部が成形されたライナーの両側の側端部に亘って、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きした補強層を成形したとしても、ライナーと補強層との間に空洞が形成され難いため、これが起因となるタンクの強度低下を抑えることができる。 Thereby, even if the reinforcing layer formed by helical winding with continuous fibers impregnated with resin is formed over both side end portions of the liner having the cylindrical portion formed therein, a cavity is formed between the liner and the reinforcing layer. Since it is difficult to form, the reduction in the strength of the tank caused by this can be suppressed.
以下に、本発明の実施形態に係るタンクの製造方法を、図面を参照しながら説明する。
図1(a)〜図1(d)は、本発明の実施形態に係るタンクの製造方法を説明するための図である。図2は、図1(b)に示す工程を説明するための図である。図3(a)は、図1で示されたタンクの製造方法により製造されたタンクの模式的斜視図であり、図3(b)は、図3(a)のA−A線矢視断面図である。なお、図3(b)は、タンクの胴体部の軸心と直交する断面である。
Hereinafter, a method for manufacturing a tank according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A to 1D are views for explaining a method for manufacturing a tank according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view for explaining the step shown in FIG. 3A is a schematic perspective view of a tank manufactured by the method for manufacturing the tank shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3A. FIG. FIG. 3B is a cross section orthogonal to the axis of the body of the tank.
1.ライナー10を準備する工程
本実施形態に係るタンク1は、例えば70MPa程度の高圧水素ガスを収容(充填)するタンクである。まず、本実施形態では、タンク1を構成するライナー10を製造する。図1(a)および図1(b)に示すようにして、収容空間Sが形成されたライナー10を準備(製造)する。
1. Step of Preparing
具体的には、図1(a)に示すよう、胴体部2に相当する胴体部材2Aと、ドーム状の一対の側端部材3A,3Aとを準備する。本実施形態では、胴体部材2Aは、円筒状の本体21Aと、本体21Aの両端に形成された円板状の鍔部22A,22Aとを備えている。鍔部22Aは、本体21Aの両端縁に沿って、後述する筒状部4の肉厚分、本体21Aの外周面23Aから張り出すように形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 1A, a
側端部材3Aは、ドーム状の本体31Aと、本体31Aの頂部に形成された管状部32Aとを備えており、管状部32Aには、貫通孔33Aが形成されている。本体31Aと管状部32Aとは、後述する樹脂により一体的に成形されていてもよいが、例えば、管状部32Aに相当する部分を口金とし、本体31Aを樹脂で成形してもよい。
The
本実施形態では、胴体部材2Aの各鍔部22Aに、側端部材3Aの本体31Aを溶接等により接合する。これにより、図1(b)に示すように、円筒状の胴体部2と、胴体部2の両側に形成された一対のドーム状の側端部3,3とを備えたライナー10が製造される。
In the present embodiment, the
ライナー10は、胴体部2が凹んだ段付き形状となっている。より具体的には、ライナー10は、胴体部2の両側の端縁(両端縁)22,22の直径が、両側の端縁(両端縁)22,22の間に形成された胴体部2の本体21の外周面23の直径よりも大きくなるように、胴体部2の両側に段差26,26を有する。両側の段差26,26の大きさは、いずれも後述する筒状部4の厚み分に相当する。また、ライナー10の内部には、高圧水素ガスを収容する収容空間Sが形成され、収容空間Sは、側端部3の管状部32に形成された貫通孔33に連通する。
The
ライナー10の材料に相当する胴体部材2Aと側端部材3Aとの材料には、熱可塑性樹脂を挙げることができる。たとえば、熱可塑性樹脂として、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、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、またはABS系樹脂などを挙げることができる。またこの他のも、アルミニウム合金、ステンレス鋼などの金属であってもよい。このような材料を用いることにより、収容空間Sに収容された水素ガスが透過することを防止することができる。
The material of the
2.筒状部4を成形する工程
次に、図1(b)および図1(c)に示すように、胴体部2の本体21の外周面23にシートワインディング法により筒状部4を成形する。具体的には、図2に示すように、ライナー10を回転させながら、胴体部2の両側の段差26を埋めるように、1枚の繊維強化樹脂シート4Aを、胴体部2の軸心CLに対して直交する方向から、胴体部2の外周面23に複数回巻き付ける。
2. Step of Forming
より具体的には、筒状部4の外周面41の直径が、胴体部2の各端縁22の直径と一致するように、1枚の繊維強化樹脂シート4Aを巻き付ける。成形された筒状部4の外周面41と、ライナー10(具体的には、端縁22)の表面とは略面一となり、これらの間には段差がほとんど形成されない。
More specifically, one fiber reinforced
なお、繊維強化樹脂シート4Aは、強化繊維に熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が含浸されたシートであり、繊維強化樹脂シート4Aの幅は、ライナー10の胴体部2の外周面23の長さと略同じである。
The fiber-reinforced
繊維強化樹脂シート4Aの強化繊維は、連続強化繊維であり、一方向に引き揃えられた開繊繊維である。これにより、胴体部2の軸心CLと直交する方向に、連続して強化繊維42を配向させることができる。強化繊維42として、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る。
The reinforcing fibers of the fiber-reinforced
繊維強化樹脂シート4Aに含まれる樹脂が、熱可塑性樹脂である場合には、上述したライナー10の材料で例示した熱可塑性樹脂を挙げることができる。繊維強化樹脂シート4Aに含まれる樹脂が、熱硬化性樹脂である場合には、例えば、エポキシ系樹脂、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、熱硬化性ポリイミド樹脂を挙げることができる。
When the resin contained in the fiber reinforced
繊維強化樹脂シート4Aの樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、図2に示すヒータ7,7で繊維強化樹脂シート4Aを熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱し、熱可塑性樹脂を溶融する。繊維強化樹脂シート4Aの熱可塑性樹脂が溶融した状態で、繊維強化樹脂シート4Aをライナー10の円筒状の胴体部2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4A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。
When the resin of the fiber reinforced
繊維強化樹脂シート4Aの樹脂が、熱硬化性樹脂である場合には、繊維強化樹脂シート4Aをライナー10に巻き付けた後、これを加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させる。
When the resin of the fiber reinforced
成形された筒状部4は、図3(b)に示すように、胴体部2の外周面23の両側に亘って、胴体部2の軸心CLに直交する方向から1つのシート状の繊維強化樹脂層4aが、複数回周回した部分となる。このように、シート状の繊維強化樹脂層4aを複数回周回させた筒状部4を設けることにより、タンク1の胴体部11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。
As shown in FIG. 3 (b), the formed
3.補強層6を成形する工程
次に、図1(d)に示すように、筒状部4が成形されたライナー10の両側の側端部3,3に亘って、樹脂が含浸された連続繊維61のフィラメントで、フィラメントワインディング法によりヘリカル巻きする。これにより、筒状部4が成形されたライナー10に、図3(a),(b)に示す如き補強層6を成形する。
3. Step of Forming Reinforcing
具体的には、本実施形態では、ライナー10の両側の側端部3,3間において、連続繊維61が、胴体部2の軸心CLの周りを一周する前に、各側端部3において、連続繊維61の巻き付け方向が折り返されるように巻き付ける。
Specifically, in the present embodiment, between the side ends 3 on both sides of the
また、この他の巻き付け方法として、ライナー10の両側の側端部3,3間において、連続繊維61が、胴体部2の軸心CLの周りを少なくとも複数回した後に、各側端部3において、連続繊維61の巻き付け方向が折り返されるように巻き付けてもよい。
Further, as another winding method, between the side ends 3 on both sides of the
連続繊維61に含浸された樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、加熱しながら、熱可塑性樹脂を軟化させた状態で、連続繊維61を巻き付ける。一方、連続繊維61に含浸された樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、連続繊維61を巻き付けた後、(未硬化の)熱硬化性樹脂を加熱して、これを硬化させる。
When the resin impregnated in the
このようにして、図3(a),(b)に示すタンク1を製造することができる。本実施形態では、上述したようにライナー10を、筒状部4の厚み分、予め凹ませたので筒状部4を成形しても、ライナー10の表面に筒状部4の肉厚に応じた段差が形成されない。このため、樹脂が含浸された連続繊維61でヘリカル巻きした補強層6を成形したとしても、ライナー10と補強層6との間に空洞が形成され難い。このような結果、このような空洞が起因となるタンク1の強度低下を抑えることができる。
Thus, the tank 1 shown in FIGS. 3A and 3B can be manufactured. In the present embodiment, as described above, since the
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。 The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and even if there is a design change within a range not departing from the gist of the present invention, they are not changed. It is included in the invention.
本実施形態では、筒状体を成形する前に、胴体部材と側端部とを接合し、ライナーを形成したが、例えば、胴体部材に筒状体を成形後、筒状体が成形された胴体部材に、側端部を接合してもよい。 In the present embodiment, before forming the tubular body, the body member and the side end were joined to form a liner.For example, after the tubular body was formed into the body member, the tubular body was formed. The side end may be joined to the body member.
1:タンク、10:ライナー、2:胴体部、22:端縁、22A:鍔部、3:側端部、4:筒状部、4A:繊維強化樹脂シート、6:補強層、61:連続繊維、7:ヒータ、CL:軸心、S:収容空間。 1: tank, 10: liner, 2: body part, 22: edge, 22A: flange, 3: side end, 4: cylindrical part, 4A: fiber reinforced resin sheet, 6: reinforcing layer, 61: continuous Fiber, 7: heater, CL: axis, S: accommodation space.
Claims (1)
前記胴体部の両端縁の直径が、該両端縁の間の外周面の直径よりも大きくなるように、前記胴体部の両側に段差を有した前記ライナーを形成するための胴体部材と一対の側端部材とを準備する工程であり、前記胴体部材として、前記ライナーの胴体部に相当し、前記円筒状の本体と、前記段差を有するように前記本体の両端に形成された一対の円板状の鍔部と、を備えた胴体部材を準備し、前記側端部材として、前記ライナーの側端部に相当し、前記胴体部材の前記鍔部に接合される一対のドーム状の側端部材を準備する工程と、
前記胴体部材の両側の前記鍔部による前記段差を埋めるように、1枚の繊維強化樹脂シートを、前記胴体部材の軸心に対して直交する方向から、前記胴体部材の前記外周面に複数回巻き付けることにより、筒状部を成形する工程と、
前記筒状部が形成された前記胴体部材の両側の鍔部に、前記側端部材を接合することにより、前記ライナーを形成する工程と、
前記筒状部が成形された前記ライナーの両側の側端部に亘って、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きすることにより、補強層を成形する工程と、を含むことを特徴とするタンクの製造方法。 A method for manufacturing a tank including at least a liner having a cylindrical body portion and dome-shaped side ends formed on both sides of the body portion,
A body member and a pair of sides for forming the liner having steps on both sides of the body, so that the diameter of both ends of the body is larger than the diameter of the outer peripheral surface between the both edges. In the step of preparing an end member, the body member corresponds to the body of the liner, the cylindrical body, and a pair of disk-shaped members formed at both ends of the body so as to have the step. And a body member having a flange portion, and a pair of dome-shaped side end members corresponding to the side end portions of the liner and joined to the flange portion of the body member as the side end members . The step of preparing,
To fill the step due to the flange portions on both sides of the body member, a single fiber-reinforced resin sheet, in a direction perpendicular to the axis of the body member, the outer peripheral surface of the body member Forming a tubular portion by winding it around a plurality of times,
A step of forming the liner by joining the side end members to flange portions on both sides of the body member in which the tubular portion is formed;
Over the side edge portion of both sides of the liner the tubular portion is formed by helical winding with FRP impregnated with resin, the tank, characterized by comprising a step of forming the reinforcing layer Manufacturing method.
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