JP6769348B2 - How to manufacture a high-pressure gas tank - Google Patents
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Description
本発明は、高圧ガスタンクの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a high pressure gas tank.
高圧ガスタンクは、ライナーをコア材とし、ライナーをカーボン繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチック(以下、これらを総称して、繊維強化樹脂層と呼ぶ)で被覆して製造される。通常、ライナーは、軽量化の観点から、ガスバリア性を有する樹脂製の中空容器とされ、口金は、金属成形品とされている。このため、口金・ライナー間のガスシール性を、タンク製造過程において確保するタンク製造方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 The high-pressure gas tank is manufactured by using a liner as a core material and coating the liner with carbon fiber reinforced plastic or glass fiber reinforced plastic (hereinafter, these are collectively referred to as a fiber reinforced resin layer). Usually, the liner is a hollow container made of resin having a gas barrier property from the viewpoint of weight reduction, and the base is a metal molded product. Therefore, a tank manufacturing method for ensuring the gas sealability between the base and the liner in the tank manufacturing process has been proposed (for example, Patent Document 1).
この特許文献1で提案された製造方法は、フィラメントワインディング方法(以下、FW法)による繊維強化樹脂層の形成に先立ち、口金のフランジとライナーの境界部分に液状ガスケット等のシール部材を塗布し、このシール部材により、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束から熱硬化性樹脂が口金のフランジとライナーとの間に入り込むことを抑制している。ところで、口金のフランジとライナーの境界部分のシール部材は、塗布時において液状であることから、樹脂の入り込みの抑制を担保するには液状のシール部材の硬化が必要であり、硬化待機の時間に相当する分、タンク製造に時間が掛かるのが実情である。また、液状のシール材は、その調合が複雑である他、塗布形状の人為的な調整処理が必要である等の理由から、コストアップの一因でもあった。こうしたことから、熱硬化性樹脂を含浸した繊維束からの熱硬化性樹脂の入り込みを液状のシール部材を用いなくとも簡便に安価で抑制可能な新たなタンク製造方法が要請されるに到った。
In the manufacturing method proposed in
上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。 In order to achieve at least a part of the above-mentioned problems, the present invention can be carried out in the following forms.
(1)本発明の一形態によれば、高圧ガスタンクの製造方法が提供される。この高圧ガスタンクの製造方法は、ライナーの軸方向両端のドーム部の頂上に口金を装着し、前記ライナーの外表に繊維束を繰り返し巻き付けて形成した繊維層を備える高圧ガスタンクの製造方法であって、前記ドーム部を等張力曲面に倣った外表面を有するよう備えると共に、前記ドーム部の前記頂上に口金装着用の有底の陥没台座部を有する前記ライナーを準備する工程と、前記陥没台座部に入り込む口金フランジと、該口金フランジからライナー端部側に突出した口金本体とを有する前記口金を、前記口金フランジが前記陥没台座部に入り込むように、前記頂上に装着する工程と、前記陥没台座部に入り込んだ前記口金フランジのフランジ外周縁と前記陥没台座部との境界部分にリング状のキャップを装着し、前記境界部分の隙間を前記キャップで覆う工程と、熱硬化性樹脂を含浸した前記繊維束を、前記口金および前記キャップを装着済みの前記ライナーの外表に繰り返し巻き付けて前記繊維層を形成する工程とを備える。そして、前記境界部分の隙間を前記キャップで覆う工程では、前記リング状のキャップとして、前記ライナーと同等の線膨張係数を有し、前記ドーム部の外表面と前記口金フランジの外表面の曲面形状に倣った内表面を有するキャップを用い、前記繊維層を形成する工程では、前記軸方向両端の前記ドーム部に前記繊維束が掛け渡されるように前記繊維束で前記ドーム部を前記口金フランジを含んで巻き付けるヘリカル巻層を最先に形成する。 (1) According to one embodiment of the present invention, a method for manufacturing a high-pressure gas tank is provided. This method for manufacturing a high-pressure gas tank is a method for manufacturing a high-pressure gas tank having a fiber layer formed by repeatedly winding a fiber bundle around the outer surface of the liner by attaching a base to the tops of dome portions at both ends in the axial direction of the liner. A step of preparing the liner having a bottomed recessed pedestal portion for mounting a base on the top of the dome portion while providing the dome portion so as to have an outer surface following an isotonic curved surface, and a step of preparing the recessed pedestal portion. A step of mounting the mouthpiece having a mouthpiece flange to be inserted and a mouthpiece body protruding from the mouthpiece flange toward the end of the liner onto the top so that the mouthpiece flange enters the recessed pedestal portion, and the recessed pedestal portion. A step of attaching a ring-shaped cap to the boundary portion between the flange outer peripheral edge of the mouthpiece flange and the recessed pedestal portion, and covering the gap of the boundary portion with the cap, and the fiber impregnated with a thermosetting resin. The bundle is repeatedly wound around the outer surface of the liner to which the mouthpiece and the cap are attached to form the fiber layer. Then, in the step of covering the gap of the boundary portion with the cap, the ring-shaped cap has a linear expansion coefficient equivalent to that of the liner, and has a curved surface shape of the outer surface of the dome portion and the outer surface of the base flange. In the step of forming the fiber layer using a cap having an inner surface similar to the above, the dome portion is attached to the base flange by the fiber bundle so that the fiber bundle is hung over the dome portions at both ends in the axial direction. The helical winding layer to be included and wound is formed first.
上記形態の高圧ガスタンクの製造方法では、口金フランジのフランジ外周縁と陥没台座部との境界部分を覆ったキャップを、最先に形成されるヘリカル巻層の繊維束で覆う。よって、上記形態の高圧ガスタンクの製造方法によれば、熱硬化性樹脂を含浸した繊維束から境界部分への熱硬化性樹脂の入り込みをキャップにより簡便に抑制できる。また、上記形態の高圧ガスタンクの製造方法によれば、既存の金型成形手法で安価に製造可能なリング状のキャップを用いれば済むので、境界部分への熱硬化性樹脂の入り込みを安価に抑制できる。しかも、既存手法のようなシール材の硬化のための待機が不要であることから、境界部分への熱硬化性樹脂の入り込みが抑制された高圧ガスタンクを短時間で製造できる。 In the method for manufacturing a high-pressure gas tank of the above embodiment, the cap covering the boundary portion between the outer peripheral edge of the flange of the base flange and the depressed pedestal portion is covered with the fiber bundle of the helical winding layer formed first. Therefore, according to the method for manufacturing a high-pressure gas tank of the above-described embodiment, it is possible to easily suppress the entry of the thermosetting resin from the fiber bundle impregnated with the thermosetting resin into the boundary portion by the cap. Further, according to the method for manufacturing a high-pressure gas tank of the above-described form, it is sufficient to use a ring-shaped cap that can be manufactured at low cost by the existing mold molding method, so that the entry of the thermosetting resin into the boundary portion can be suppressed at low cost. it can. Moreover, since it is not necessary to wait for the sealing material to cure as in the existing method, it is possible to manufacture a high-pressure gas tank in which the entry of the thermosetting resin into the boundary portion is suppressed in a short time.
また、上記形態の高圧ガスタンクの製造方法では、境界部分の隙間を覆うリング状のキャップを、ライナーと同等の線膨張係数を有するものとしたので、熱硬化性樹脂を含浸した繊維束から形成済みの繊維層における熱硬化性樹脂の加熱硬化の際に、熱膨張の相違によるキャップの破損を抑制できる。このため、破損箇所から境界部分への熱硬化性樹脂の入り込みも抑制でき、好ましい。この場合、キャップは、ライナーと同一の材料から形成することで、ライナーと同じ線膨張係数を有するものとしてもよい。元より、キャップとライナーとが同一の材料であることに限られるわけでは無く、キャップの線膨張係数は、熱硬化性樹脂の加熱硬化の際の熱膨張の相違によるキャップ破損が抑制できる範囲において、ライナーと同等であればよい。この他、キャップがドーム部の外表面と口金フランジの外表面の曲面形状に倣った内表面を有することにより、ドーム部の外表面と口金フランジの外表面に対するキャップの密着性が増すので、キャップとの隙間から境界部分への熱硬化性樹脂の入り込みも抑制可能となる。 Further, in the method for manufacturing a high-pressure gas tank of the above embodiment, since the ring-shaped cap covering the gap at the boundary portion has a linear expansion coefficient equivalent to that of the liner, it has already been formed from a fiber bundle impregnated with a thermosetting resin. When the thermosetting resin is heat-cured in the fiber layer of No. 1, it is possible to suppress the breakage of the cap due to the difference in thermal expansion. Therefore, it is possible to suppress the entry of the thermosetting resin from the damaged portion to the boundary portion, which is preferable. In this case, the cap may have the same coefficient of linear expansion as the liner by forming it from the same material as the liner. Originally, the cap and the liner are not limited to the same material, and the coefficient of linear expansion of the cap is within a range in which damage to the cap due to the difference in thermal expansion during heat curing of the thermosetting resin can be suppressed. , It may be equivalent to the liner. In addition, since the cap has an inner surface that follows the curved surface shape of the outer surface of the dome portion and the outer surface of the base flange, the adhesion of the cap to the outer surface of the dome portion and the outer surface of the base flange is increased. It is also possible to suppress the entry of the thermosetting resin from the gap between the two and the boundary portion.
(2)上記した形態の高圧ガスタンクの製造方法において、前記最先の前記ヘリカル巻層の形成に当たり、前記ヘリカル巻層の形成の際における前記繊維束の巻き付けを、前記ドーム部において前記等張力曲面を描く理論線と前記繊維束の中心線とのズレが前記繊維束の幅の半分以内に収まるように、繰り返すようにしてもよい。こうすれば、ヘリカル巻層の形成の際にドーム部を口金フランジとキャップを含んで覆うように巻き付けられた繊維束を、ドーム部において等張力曲面を描く理論線から繊維束の幅の半分以内にしかずらさないので、ドーム部の外表面における繊維束のズレを抑制することにより、キャップにおけるシワの発生も抑制する。このため、キャップにおけるシワの部位から境界部分に熱硬化性樹脂が入り込まないようにできる。 (2) In the method for manufacturing a high-pressure gas tank of the above-described embodiment, in forming the earliest helical winding layer, the winding of the fiber bundle at the time of forming the helical winding layer is performed on the isotonic curved surface at the dome portion. It may be repeated so that the deviation between the theoretical line drawing the above and the center line of the fiber bundle is within half the width of the fiber bundle. In this way, the fiber bundle wound so as to cover the dome portion including the base flange and the cap when forming the helical winding layer is within half the width of the fiber bundle from the theoretical line drawing the isotonic curved surface at the dome portion. By suppressing the displacement of the fiber bundles on the outer surface of the dome portion, the occurrence of wrinkles on the cap is also suppressed. Therefore, it is possible to prevent the thermosetting resin from entering the boundary portion from the wrinkled portion of the cap.
(3)上記した形態の高圧ガスタンクの製造方法において、前記繊維層を形成する工程では、前記最先の前記ヘリカル巻層の形成後に前記ライナーの内圧を昇圧し、該内圧の昇圧状況下で、前記最先の前記ヘリカル巻層に続く前記繊維層を、前記ライナーの外表への前記繊維束の巻き付けの繰り返しにより形成するようにしてもよい。こうすれば、口金フランジのフランジ外周縁と陥没台座部との境界部分の隙間を覆った状態で繊維層で挟まれたキャップに対して、ライナーの側から圧力を掛けることで、高い面圧でキャップにより境界部分の隙間を覆ってキャップによるシール性、即ち境界部分への熱硬化性樹脂の入り込み抑制効果を高めることができる。 (3) In the step of forming the fiber layer in the method for manufacturing a high-pressure gas tank of the above-described form, the internal pressure of the liner is increased after the formation of the earliest helical winding layer, and the internal pressure is increased. The fiber layer following the earliest helical winding layer may be formed by repeatedly winding the fiber bundle around the outer surface of the liner. By doing so, a high surface pressure can be obtained by applying pressure from the liner side to the cap sandwiched between the fiber layers while covering the gap between the outer peripheral edge of the flange of the base flange and the recessed pedestal portion. The cap can cover the gap of the boundary portion to enhance the sealing property of the cap, that is, the effect of suppressing the entry of the thermosetting resin into the boundary portion.
(4)上記したいずれかの形態の高圧ガスタンクの製造方法において、前記境界部分の隙間を前記キャップで覆う工程では、前記ドーム部の外表面と前記口金フランジの外表面の少なくともいずれかの外表面に弾性接着剤を塗布してから前記境界部分に前記キャップを装着するようにしてもよい。こうすれば、キャップ装着後のキャップのズレを抑制して、キャップ装着位置の安定化を図ることができると共に、キャップの製造上の公差によってキャップ内面側に生じる可能性のある隙間を弾性接着剤で塞ぐことで、この隙間から境界部分に熱硬化性樹脂が入り込まないようにできる。 (4) In the method for manufacturing a high-pressure gas tank of any of the above forms, in the step of covering the gap of the boundary portion with the cap, at least one of the outer surface of the outer surface of the dome portion and the outer surface of the mouthpiece flange is used. The cap may be attached to the boundary portion after applying the elastic adhesive to the dome. By doing so, it is possible to suppress the displacement of the cap after mounting the cap, to stabilize the mounting position of the cap, and to fill the gap that may occur on the inner surface side of the cap due to the manufacturing tolerance of the cap with the elastic adhesive. By closing with, it is possible to prevent the thermosetting resin from entering the boundary portion through this gap.
(5)上記したいずれかの形態の高圧ガスタンクの製造方法において、前記キャップは、キャップ内周面に前記境界部分を取り囲む凸部または凹部の少なくとも1つを含むキャップ側係合部を有し、前記ライナーと前記口金は、前記キャップが有する前記キャップ側係合部と係合する係合部を有するようにしてもよい。こうすれば、キャップの製造上の公差によってキャップ内面側に生じる可能性のある隙間、具体的にはキャップとフランジ外表面の隙間、或いはキャップとライナー外表面の隙間から熱硬化性樹脂が入り込んでも、その熱硬化性樹脂をキャップ側係合部と係合部の係合部位に留めることができる。この結果、境界部分への熱硬化性樹脂の入り込み抑制効果を高めることができる。また、キャップ側係合部との係合により、キャップの位置決めも可能となる他、繊維束の巻き付けの際のキャップの位置ズレも抑制可能となる。 (5) In the method for manufacturing a high-pressure gas tank of any of the above forms, the cap has a cap-side engaging portion including at least one of a convex portion or a concave portion surrounding the boundary portion on the inner peripheral surface of the cap. The liner and the base may have an engaging portion that engages with the cap-side engaging portion of the cap. In this way, even if the thermosetting resin enters through a gap that may occur on the inner surface side of the cap due to the manufacturing tolerance of the cap, specifically, a gap between the cap and the outer surface of the flange, or a gap between the cap and the outer surface of the liner. , The thermosetting resin can be fastened to the cap side engaging portion and the engaging portion of the engaging portion. As a result, the effect of suppressing the entry of the thermosetting resin into the boundary portion can be enhanced. Further, by engaging with the cap-side engaging portion, the cap can be positioned, and the displacement of the cap when winding the fiber bundle can be suppressed.
(6)上記したいずれかの形態の高圧ガスタンクの製造方法において、前記キャップは、前記境界隙間に入り込む凸部を有するようにしてもよい。こうすれば、境界隙間への凸部の入り込みにより、キャップの位置決めも可能となる他、繊維束の巻き付けの際のキャップの位置ズレも抑制可能となる。 (6) In the method for manufacturing a high-pressure gas tank of any of the above-described forms, the cap may have a convex portion that enters the boundary gap. By doing so, it is possible to position the cap by inserting the convex portion into the boundary gap, and it is also possible to suppress the displacement of the cap when winding the fiber bundle.
(7)上記形態の高圧ガスタンクの製造方法において、前記境界隙間は、前記ライナーの前記内周壁と前記口金の前記フランジ外周縁とにより、前記キャップの側ほど広がったテーパー形状に形成され、前記キャップは、前記凸部を前記境界隙間の前記テーパー形状に倣ったテーパー状凸部として有するようにしてもよい。こうすれば、次の利点がある。キャップは、ライナーの外表に巻き付けられる繊維束から押付力を受けるので、テーパー形状の境界隙間とこれに入り込むテーパー状凸部との密着性が高まる。よって、境界部分への熱硬化性樹脂の入り込み抑制効果をより高めることができる。 (7) In the method for manufacturing a high-pressure gas tank of the above embodiment, the boundary gap is formed in a tapered shape that widens toward the side of the cap by the inner peripheral wall of the liner and the outer peripheral edge of the flange of the mouthpiece. May have the convex portion as a tapered convex portion that follows the tapered shape of the boundary gap. This has the following advantages: Since the cap receives a pressing force from the fiber bundle wound around the outer surface of the liner, the adhesion between the tapered boundary gap and the tapered convex portion entering the boundary gap is improved. Therefore, the effect of suppressing the entry of the thermosetting resin into the boundary portion can be further enhanced.
(8)上記したいずれかの形態の高圧ガスタンクの製造方法において、前記キャップは、前記最先の前記ヘリカル巻層の形成の際に巻き付けられる前記繊維束の繊維束幅方向の位置ズレを抑制するガイドを、前記ヘリカル巻層における繊維束巻き付け経路に沿って有するようにしてもよい。こうすれば、最先のヘリカル巻層の形成に際して、繊維束を幅方向に位置ズレないようにできるので、繊維束の位置ズレに伴うキャップのズレを抑制できる。 (8) In the method for manufacturing a high-pressure gas tank of any of the above-described forms, the cap suppresses the positional deviation of the fiber bundle wound in the formation of the earliest helical winding layer in the fiber bundle width direction. The guide may be provided along the fiber bundle winding path in the helical winding layer. In this way, when the earliest helical winding layer is formed, the fiber bundles can be prevented from being displaced in the width direction, so that the displacement of the cap due to the positional displacement of the fiber bundles can be suppressed.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、円筒状のライナーの外表に繊維束を巻き付けてライナーに繊維層を形成する高圧ガスタンクの製造装置や、ライナーの軸方向両端のドーム部の頂上に口金を装着して繊維層を備える高圧ガスタンク等の態様で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, a high-pressure gas tank manufacturing apparatus for winding a fiber bundle around the outer surface of a cylindrical liner to form a fiber layer on the liner, or an axial direction of the liner. This can be realized in the form of a high-pressure gas tank or the like in which a base is attached to the tops of the dome portions at both ends to provide a fiber layer.
図1は本発明の実施形態としてのタンク製造方法で得られた高圧ガスタンク100の構成をその外観と断面図および要部拡大断面図にて示す説明図であり、図2はライナー10の構成を半断面図と正面図および要部拡大図で示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing the configuration of the high-
図示するように、高圧ガスタンク100は、ライナー10を繊維強化樹脂層102で被覆して構成され、口金16を両端から突出させている。繊維強化樹脂層102は、熱硬化性樹脂を含浸した繊維束を後述のFW法によりライナー外表に巻き付けることで形成されている。
As shown in the figure, the high-
ライナー10は、中空のタンク容器であり、タンク長手方向の中央で2分割された一対のライナーパーツの接合品である。2分割のライナーパーツは、それぞれナイロン系樹脂等の適宜な樹脂にて型成形され、その型成形品のライナーパーツを接合してその接合箇所をレーザー融着することで、ライナー10が形成される。このパーツ接合を経て、ライナー10は、円筒状のシリンダー部12の両側に球面形状のドーム部14を備えることになる。このライナー10は、等張力曲面に倣った外表面を有するドーム部14の頂上、即ちライナー軸AXの軸線に沿った軸方向両端に、口金装着用の有底の陥没台座部14rを備え、その中央にライナー軸AXと同軸の貫通孔14hを有する。
The
ライナー軸AXに沿った軸方向両端のドーム部14の頂上に装着された口金16は金属製であり、陥没台座部14rに入り込む口金フランジ16fと、当該フランジからライナー端部側に突出した口金本体16bと、口金フランジ16fからライナー内部側に突出した凸部16tと、バルブ接続孔16hを備える。両側の口金16は、外形を含む基本構造において共通するが、一方の口金16は、バルブ接続孔16hを貫通孔として備えるのに対し、他方はバルブ接続孔16hを有底とし、ライナー内側に、バルブ接続孔16hと同軸の有底孔16iを備える点で相違する。凸部16tは、ドーム部14の貫通孔14hに嵌合され、口金16をライナー10に対して位置決めする。なお、バルブ接続孔16hは、その開口側に配管接続用の高圧シール仕様のテーパネジ部を有する。
The base 16 mounted on the tops of the
口金フランジ16fは、フランジ底面側が平面で、外表面が弧状となるよう形成されている。従って、口金フランジ16fの外周縁16feは、フランジ厚みが外側に行くほど減ずる。この口金フランジ16fは、陥没台座部14rの凹所内周壁14rsとの間に、開口凹所15を形成する。開口凹所15は、ライナー端部側ほど広く開口したくさび形状の凹所であり、陥没台座部14rに入り込んだ口金フランジ16f、詳しくは当該フランジの外周縁16feと陥没台座部14rとの境界部分の隙間(境界隙間)となる。この場合、ドーム部14の凹所内周壁14rsは、図2に示すように、ライナー10の軸回りに矩形波形状に蛇行してライナー軸AXを取り囲むよう形成され、口金フランジ16fは、その外周縁16feを凹所内周壁14rsの蛇行形状に合致して蛇行させている。このため、開口凹所15は、蛇行しつつライナー軸AXを取り囲む。
The
キャップ18は、ライナー10と同一の樹脂、例えばナイロン系樹脂を用いて最大厚みが1mm以下、好ましくは0.3〜0.5mm程度の薄葉断面のリング形状をなすよう型成形された型成形品であり、ライナー10と同じ線膨張係数を有する。このキャップ18は、口金フランジ16fの外周縁16feからドーム部14に掛けてフランジ外表面とドーム外表面を覆う。ドーム部14は、その外表面(以下、ドーム外表面と称する)を等張力曲面に倣った曲面とし、口金16は、少なくともキャップ18で覆われる範囲の口金フランジ16fの外周縁16feの外表面(以下、フランジ外表面と称する)を、ドーム部14の等張力曲面に倣ったドーム外表面に連続した等張力曲面としている。キャップ18は、等張力曲面に倣ったドーム部14のドーム外表面と当該外表面に等張力曲面に倣って連続する口金フランジ16fのフランジ外表面の曲面形状に倣った内表面を有する。よって、キャップ18は、蛇行軌跡の開口凹所15を覆った状態で、口金フランジ16fの外周縁16feからドーム部14に掛けてフランジ外表面とドーム外表面に密着する。
The
本実施形態の製造方法で得られた高圧ガスタンク100は、既述したように蛇行しつつライナー軸AXを取り囲む開口凹所15を、リング状のキャップ18で覆った上で、キャップ18の外表を含むライナー10の外表に繊維強化樹脂層102を形成して備える。この繊維強化樹脂層102は、後述するFW法において、フープ巻きによる繊維巻き付けと低角度・高角度のヘリカル巻きによる繊維巻き付けとが使い分けられて形成される。繊維強化樹脂層102の形成には、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いることが一般的であるが、ポリエステル樹脂やポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
In the high-
次に、本実施形態としての高圧ガスタンク100の製造方法について説明する。図3は高圧ガスタンク100の製造工程の前半を示す工程図であり、図4は高圧ガスタンク100の製造工程の後半を示す工程図である。まず、ライナー10を製造して準備する(工程S100)。ライナー製造に当たっては、樹脂成形である一対のライナーパーツと上記構成の口金16とを準備した上で、口金16をライナーパーツのドーム部14に組み付ける(工程S102)。具体的には、各ライナーパーツにおけるドーム部14の陥没台座部14rに、口金16の口金フランジ16fを入り込ませた上で、ドーム部14の貫通孔14hに口金16の凸部16tを嵌合させる。これにより、口金16は、ドーム部14に位置決めされてドーム部14に装着され、口金16をドーム部頂上に有するライナーパーツが得られる。このライナーパーツにおいては、装着済みの口金16における口金フランジ16fの外周縁16feと陥没台座部14rの凹所内周壁14rsとの間に、開口凹所15が形成される。
Next, a method of manufacturing the high-
次いで、口金16を両端に装着済みの一対のライナーパーツを、シリンダー部12の側で接合してその接合箇所をレーザー融着して組み付ける(工程S104)。これにより、口金16を両端に装着済みのライナー10が得られる。次に、得られたライナー10のドーム部14に、詳しくは、ドーム部14と陥没台座部14rに入り込んだ口金16の口金フランジ16fとの境界部位に、キャップ18を装着する(工程S106)。このキャップ装着に当たっては、キャップ装着前に、変成シリコーン系やウレタン樹脂系の弾性接着剤を、陥没台座部14rの周囲におけるドーム部14のドーム外表面と陥没台座部14rに入り込んだ口金フランジ16fにおける外周縁16feの側のフランジ外表面の少なくともいずれかに塗布し、接着剤塗布に続いてキャップ18を装着する。このキャップ装着により、ドーム部14と陥没台座部14rに入り込んだ口金16の口金フランジ16fとの境界部位の隙間である開口凹所15がキャップ18でライナー軸AXの軸回りに覆われる。塗布した弾性接着剤は、数分程度で硬化してキャップ18を接着する。ここまでのライナー製造工程により、ライナー10の製造・準備が完了し、得られたライナー10は、円筒状のシリンダー部12の両側に、等張力曲面に倣った球面形状のドーム外表面を有するドーム部14を備え、各ドーム部の頂上に口金16を装着して有することになる。
Next, a pair of liner parts having the base 16 attached to both ends are joined on the side of the
こうしてライナー10が得られると、図4に示すように、ライナー10の外表に、FW法によって、繊維強化樹脂層102を形成する(工程S200)。図5は繊維強化樹脂層102の形成に際しての準備手順の様子を説明する説明図である。工程S200の繊維強化樹脂層の形成を行うに当たっては、まず、両端のドーム部14に口金16が装着済みでキャップ18についても装着済みのライナー10に各種治具を装着する。装着される治具は、軸受長寸治具200と、軸受短寸治具210と、回転軸受治具230である。
When the
軸受長寸治具200は、一方の口金16のバルブ接続孔16hにシール性を確保して挿入され、治具先端を他方の口金16のライナー内の有底孔16iに入り込ませる。軸受短寸治具210は、他方の口金16のライナー外側のバルブ接続孔16hにシール性を確保して挿入されており、軸受長寸治具200と軸受短寸治具210とは、ライナー10を両端で受け止めて、ライナー10の回転軸回りの軸受けとして機能する。軸受長寸治具200は、ライナー内に位置する筒状部位に、複数のエアー放出口201を軸方向に沿って列状に有し、ライナー外部の側に、エアーカプラ204を有する。エアーカプラ204は、図示しないコンプレッサと接続され、そのコンプレッサが圧送する加圧エアーを、軸受短寸治具210の軸方向に沿って形成された図示しないエアー管路を経てそれぞれのエアー放出口201からライナー内に導く。エアーカプラ204は、ライナー10と一体となった軸受長寸治具200の回転および回転軸受けに支障が無いよう、軸受長寸治具200に装着されている。加圧エアーの供給については後述する。
The
回転軸受治具230は、軸受脚231を備え、この軸受脚231によりライナー10の両側の軸受長寸治具200と軸受短寸治具210とを軸受けし、図示しないモーターの回転により回転するライナー10をライナー軸AXの軸回りに回転自在に軸支する。なお、図5では軸受脚231の軸支の様子を模式的に示すが、軸受脚231は、ローラーベアリング等を用いて、ライナー10を軸ブレすることなく軸支する。こうして各種治具により軸支されたライナー10にFW法を用いて繊維強化樹脂層102が次の手順で形成される。
The
図4に示す工程S200での繊維強化樹脂層102の形成は、軸受長寸治具200と軸受短寸治具210が装着されたライナー10を、回転軸受治具230で軸支した状態で、ライナー軸AXの軸回りに回転させ、回転しているライナー10の外表に、エポキシ樹脂EPを含浸させたカーボン繊維束CF(以下、樹脂含浸カーボン繊維束ECFと称する)を繰り返し巻き付けることでなされる。本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法では、繊維強化樹脂層102の形成に際して、ライナー10の外表に密着する最内層のヘリカル巻層を最先に形成する(工程S202)。最内層のヘリカル巻層の形成に際し、軸受長寸治具200は、回転しているライナー10の内部にコンプレッサの圧送した加圧エアーをエアーカプラ204とエアー放出口201を経て導き、ライナー内圧を0.1MPaの初期内圧に調整する。図6は最内層のヘリカル巻層形成の様子を模式的に示す説明図であり、図7は最内層のヘリカル巻層形成の様子を図6における矢印A方向から模式的に示す説明図である。なお、図7では、巻き付けられる樹脂含浸カーボン繊維束ECFの順序を表すために、樹脂含浸カーボン繊維束ECFに添え字を付けている。
The fiber reinforced
工程S202で形成される最内層のヘリカル巻層は、樹脂含浸カーボン繊維束ECFがライナー軸AXに対してなす角度が低角度の繊維角αLH(例えば、約11〜25°)である低角度のヘリカル巻きで形成される。より詳細に説明すると、最内層のヘリカル巻層の形成のための低角度のヘリカル巻きでは、キャップ18が装着済みのドーム部14(図5参照)の等張力曲面に倣ったドーム外表面の領域とシリンダー部12の外表面の領域とを繊維束巻き付け対象とし、ライナー10をライナー軸AXの軸回りに回転させつつ、樹脂含浸カーボン繊維束ECFの供給元である繊維送出部132から延びた樹脂含浸カーボン繊維束ECFがライナー軸AXに対して低角度の繊維角αLH(約11〜25°)で交差して巻き付けられるよう、ライナー回転速度と繊維送出部132の往復動速度を調整する。その上で、ライナー軸AX方向に沿って繊維送出部132を往復移動させて、樹脂含浸カーボン繊維束ECFをシリンダー部12の両端のドーム部14に掛け渡されるよう螺旋状に繰り返し巻き付ける。この場合、両側のドーム部14では、繊維送出部132の往路・復路の切換に伴って繊維束の巻き付け方向が折り返されると共に、ライナー軸AXからの折り返し位置も調整される。
The innermost helical winding layer formed in step S202 has a low angle of fiber angle αLH (for example, about 11 to 25 °) formed by the resin-impregnated carbon fiber bundle ECF with respect to the liner shaft AX. It is formed by helical winding. More specifically, in the low angle helical winding for forming the innermost helical winding layer, the region of the outer surface of the dome that follows the isotonic curved surface of the dome portion 14 (see FIG. 5) to which the
ドーム部14における巻き付け方向の折り返しを複数回繰り返すことにより、ライナー10の外表面には、低角度の繊維角αLHで樹脂含浸カーボン繊維束ECFが網目状に張り渡されて巻き付けた最内層のヘリカル巻層が形成される。この場合、樹脂含浸カーボン繊維束ECFの巻き付けは、ドーム部14のほぼ全域の外表、詳しくは装着済みのキャップ18の外表が、最初に巻き付けられた樹脂含浸カーボン繊維束ECF1から最後に巻き付けられた樹脂含浸カーボン繊維束ECFnのそれぞれのカーボン繊維束で覆われるまで、繰り返される。
By repeating folding back in the winding direction of the dome portion 14 a plurality of times, a resin-impregnated carbon fiber bundle ECF with a low-angle fiber angle αLH is stretched in a mesh shape on the outer surface of the
最内層のヘリカル巻層において、樹脂含浸カーボン繊維束ECFは、低角度でヘリカル巻きされているので、口金16の口金フランジ16fとキャップ18を含んでドーム部14を覆うようにドーム部14に掛け渡されて、順次、巻き付けられ、キャップ18を口金フランジ16fとドーム部14に押し付ける。本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法では、ライナー10の回転速度と繊維送出部132の往復動速度と往復切り替えのタイミングを調整することで、最内層のヘリカル巻層における樹脂含浸カーボン繊維束ECFの巻き付けを次のように規定した。図8は低角度のヘリカル巻きで最初と2番目に巻き付けられた樹脂含浸カーボン繊維束の巻き付けの様子を概略的に示す説明図である。
Since the resin-impregnated carbon fiber bundle ECF is helically wound at a low angle in the innermost helical winding layer, the resin-impregnated carbon fiber bundle ECF is hung on the
最内層のヘリカル巻層の形成のための低角度のヘリカル巻きでは、キャップ18を装着したタンク製造設計上、それぞれの樹脂含浸カーボン繊維束ECFは、ライナー軸AXに対して低角度の繊維角αLH(約11〜25°)で交差すると共に、樹脂含浸カーボン繊維束ECFの中心線ECFcは、ドーム部14の外表面が倣って形成された等張力曲面を描く理論線PLcと一致する。ところが、繊維束巻き付け時のライナー10の回転速度や繊維送出部132の往復速度および往復動切り替えタイミングを樹脂含浸カーボン繊維束ECFの中心線ECFcと等張力曲面を描く理論線PLcとが一致するよう調整済みであっても、樹脂含浸カーボン繊維束ECFに係る張力や樹脂含浸量等の影響を受けて、樹脂含浸カーボン繊維束ECFの中心線ECFcと等張力曲面を描く理論線PLcとがずれることが起き得る。図8では、樹脂含浸カーボン繊維束ECFの中心線ECFcが、図中白抜き矢印で示すように、ライナー外側にずれた状態が示されている。
In the low-angle helical winding for forming the innermost helical winding layer, each resin-impregnated carbon fiber bundle ECF has a low-angle fiber angle αLH with respect to the liner shaft AX due to the tank manufacturing design with the
樹脂含浸カーボン繊維束ECFの中心線ECFcが等張力曲面を描く理論線PLcからずれて樹脂含浸カーボン繊維束ECFが巻き付けられた場合、低角度のヘリカル巻きであっても、中心線のズレCz(図8参照)により、樹脂含浸カーボン繊維束ECFそのものが、例えば図8に示すように、ライナー外側にずれ得る。こうした繊維束のズレに起因して、ドーム部14に装着済みのキャップ18にシワが発生し得ると想定される。よって、本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法では、樹脂含浸カーボン繊維束ECFの中心線ECFcと等張力曲面を描く理論線PLcとのズレCzが樹脂含浸カーボン繊維束ECFの幅(繊維束幅ECFw)の半分以内に収まるように、繊維束巻き付け時のライナー10の回転速度や繊維送出部132の往復速度および往復動切り替えタイミングを適宜調整し、このズレCzで収まるように、低角度のヘリカル巻きを所定の回数に亘って繰り返した。これにより、最初に巻き付けられた樹脂含浸カーボン繊維束ECF1と2番目に巻き付けられた樹脂含浸カーボン繊維束ECF2、およびそれ以降に巻き付けられた樹脂含浸カーボン繊維束ECF3〜ECFn(添え字nは、整数)は、ズレCzが繊維束幅ECFwの半分以内に収まるように順次巻き付けられて、最内層のヘリカル巻層を形成する。なお、順次巻き付けられていく樹脂含浸カーボン繊維束ECFをデジタル光学カメラで撮像することで、樹脂含浸カーボン繊維束ECFの中心線ECFcと等張力曲面を描く理論線PLcとのズレCzの程度を求め、そのズレの程度により繊維束巻き付け時のライナー10の回転速度や繊維送出部132の往復速度および往復動切り替えタイミングを適宜調整するようにすれば、より好ましい。
When the center line ECFc of the resin-impregnated carbon fiber bundle ECF deviates from the theoretical line PLc that draws an iso-tension curved surface and the resin-impregnated carbon fiber bundle ECF is wound, the center line shift Cz (even if the helical winding is at a low angle. (See FIG. 8) allows the resin-impregnated carbon fiber bundle ECF itself to shift to the outside of the liner, for example, as shown in FIG. It is assumed that wrinkles may occur in the
上記した工程S202での最内層のヘリカル巻層の形成に続き、ライナー10の内圧を昇圧した状況下で低角度のヘリカル巻きを継続し(工程S204)、その後は、更なる内圧昇圧状況下でのフープ巻き(工程S206)を実行する。工程S204では、回転しているライナー10の内部にコンプレッサの圧送した加圧エアーをエアーカプラ204とエアー放出口201を経て改めて導き、ライナー内圧を初期内圧(0.1MPa)より高圧の1次内圧(0.5MPa)に昇圧調整し、この昇圧調整の状況下で、低角度のヘリカル巻きを継続する。そして、工程S204の低角度のヘリカル巻きの継続の間において、適宜の間隔で、高角度のヘリカル巻きを併用する。この高角度のヘリカル巻きは、樹脂含浸カーボン繊維束ECFがライナー軸AXに対してなす角度が高角度の繊維角(例えば、約30〜60°)となるように、ライナー10の回転速度や繊維送出部132の往復速度および往復動切り替えタイミングを適宜調整して、実行される。高角度のヘリカル巻きを併用しつつ低角度のヘリカル巻きを継続することで、ドーム部14の内側を含むライナー10の内圧を1次内圧(0.5MPa)に昇圧調整した状態で、ドーム部14のキャップ18は、樹脂含浸カーボン繊維束ECFで覆われる。
Following the formation of the innermost helical winding layer in step S202 described above, low-angle helical winding is continued under the condition that the internal pressure of the
工程S204の低角度のヘリカル巻きの継続に続く工程S206では、回転しているライナー10の内部にコンプレッサの圧送した加圧エアーをエアーカプラ204とエアー放出口201を経て改めて導き、ライナー内圧を1次内圧(0.5MPa)より高圧の2次内圧(0.8MPa)に昇圧調整し、この昇圧調整の状況下で、フープ巻きを実行する。そして、工程S206のフープ巻きは、樹脂含浸カーボン繊維束ECFがライナー軸AXに対してほぼ垂直に近い巻き角度(繊維角α0:例えば約89°)で交差して巻き付けられるように、ライナー10の回転速度や繊維送出部132の往復速度および往復動切り替えタイミングを適宜調整して、実行される。このフープ巻きを所定の回数繰り返す間に低角度のヘリカル巻きを適宜間隔で併用すれば、ドーム部14の側においては、2次内圧(0.8MPa)に昇圧調整された状況下でキャップ18を樹脂含浸カーボン繊維束ECFで覆うことになる。なお、工程S206のフープ巻きにおいて、低角度のヘリカル巻きを省略してもよい。
In step S206, which follows the continuation of the low-angle helical winding in step S204, the pressurized air pumped by the compressor into the
工程S204における高角度のヘリカル巻きを併用した低角度のヘリカル巻きの繊維束の巻数や、工程S206におけるフープ巻きの繊維束の巻数、およびフープ巻きへの切り替えタイミングは、完成品としての高圧ガスタンク100に求められる繊維強化樹脂層102の層厚さを考慮して設定される。上記した工程S202〜206の樹脂含浸カーボン繊維束ECFの巻き付けにより、ライナー10の外表には、樹脂含浸カーボン繊維束ECFにおけるエポキシ樹脂EPが未硬化の状態の繊維強化樹脂層が形成され、繊維強化樹脂層が未硬化の半製品高圧ガスタンクが得られる。なお、この半製品高圧ガスタンクは、繊維強化樹脂層が未硬化であるものの、タンク外観は高圧ガスタンク100と同じである。
The number of turns of the low-angle helical winding fiber bundle combined with the high-angle helical winding in step S204, the number of turns of the hoop-wound fiber bundle in step S206, and the timing of switching to hoop winding are determined by the high-
得られた半製品高圧ガスタンクは、軸受長寸治具200や軸受短寸治具210および回転軸受治具230で軸支された状態のまま、エポキシ樹脂EPの硬化工程へ搬送されて、樹脂加熱処理に処される。この加熱処理により、樹脂含浸カーボン繊維束ECFにおけるエポキシ樹脂EPが硬化して、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics:カーボン繊維強化プラスチック)から成る繊維強化樹脂層102が形成され、養生冷却を経て高圧ガスタンク100が完成する。なお、樹脂加熱処理に際しては、ヒータ内蔵の加熱炉を用いることができるほか、高周波誘導加熱を誘起する誘導加熱コイルを用いて誘導加熱する加熱手法を用いることができる。この高周波誘導加熱では、速やかな熱硬化性樹脂の昇温を図ることができる。
The obtained semi-finished high-pressure gas tank is conveyed to the curing process of the epoxy resin EP while being pivotally supported by the
以上説明したように、本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法では、ドーム部14の陥没台座部14rに入り込んだ口金16の口金フランジ16f、詳しくは当該フランジにおける外周縁16feとドーム部14との境界部分の隙間である開口凹所15をリング状のキャップ18で覆う。その上で、このキャップ18を、最内層のヘリカル巻層を形成するよう低角度のヘリカル巻きで繰り返し巻き付けられたそれぞれの樹脂含浸カーボン繊維束ECF1〜ECFnで覆って(図7,図8参照)、ドーム外表面およびフランジ外表面に押し付ける。よって、本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法によれば、樹脂含浸カーボン繊維束ECFから開口凹所15へのエポキシ樹脂EPの入り込みをキャップ18により簡便に抑制できる。
As described above, in the method for manufacturing the high-
本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法では、既存の金型成形手法で安価に製造可能なリング状のキャップ18を用いれば済み、既存手法のようなシール材の硬化のための待機が不要である。よって、本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法によれば、境界部分へのエポキシ樹脂EPの入り込みを安価に抑制できると共に、境界部分へのエポキシ樹脂EPの入り込みが抑制された高圧ガスタンク100を短時間で製造できる。
In the method for manufacturing the high-
本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法では、キャップ18を、ライナー10と同一のナイロン系樹脂を用いて、ライナー10と同じ線膨張係数を有し、等張力曲面に倣ったドーム部14のドーム外表面と当該外表面に等張力曲面に倣って連続する口金フランジ16fのフランジ外表面の曲面形状に倣った内表面を有する薄葉断面のリング状の型成形品とした。よって、樹脂含浸カーボン繊維束ECFから形成済みの未硬化の繊維強化樹脂層におけるエポキシ樹脂EPの加熱硬化の際に、ライナー10との熱膨張の相違に起因したキャップ18の破損を抑制できると共に、ドーム部14のドーム外表面とこれに連続する口金フランジ16fのフランジ外表面へのキャップ18の密着性を高めることができる。このため、本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法によれば、キャップ18の破損箇所やキャップ18とドーム外表面およびフランジ外表面との隙間から境界部分の隙間である開口凹所15への未硬化のエポキシ樹脂EPの入り込みをより確実に抑制できる。ところで、未硬化の繊維強化樹脂層におけるエポキシ樹脂EPの加熱硬化が済むと、タンクからのガス放出等の手法により、高圧ガスタンク100は冷却される。この冷却の際においても、ライナー10との熱膨張の相違に起因したキャップ18の破損を抑制でき、好ましい。
In the method for manufacturing the high-
本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法では、キャップ18をドーム部14のドーム外表面や口金16の口金フランジ16fのフランジ外表面に押し付ける最内層のヘリカル層を樹脂含浸カーボン繊維束ECFにより形成するに当たり、口金16の口金フランジ16fとキャップ18を含んで覆うようにドーム部14に掛け渡されて最初に巻き付けられた樹脂含浸カーボン繊維束ECF1から最後に巻き付けられた樹脂含浸カーボン繊維束ECFnを、樹脂含浸カーボン繊維束ECFの中心線ECFcと等張力曲面を描く理論線PLcとのズレCzが繊維束幅ECFwの半分以内に収まるように巻き付けた(図8参照)。このようにズレを規定することで、繊維束のズレに起因して発生し得ると想定されるシワはキャップ18に発生し難くなる。よって、本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法によれば、ドーム部14の外表面における巻き付け済み樹脂含浸カーボン繊維束ECFのズレの抑制により、キャップ18におけるシワの発生も抑制して、キャップ18におけるシワの部位から境界部分の隙間である開口凹所15への未硬化のエポキシ樹脂EPの入り込みをより確実に抑制できる。
In the method for manufacturing the high-
本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法では、ドーム部14と口金16の口金フランジ16fとの境界部分の隙間である開口凹所15を覆うようキャップ18を装着するに当たり、キャップ装着前に、弾性接着剤をドーム部14のドーム外表面と口金フランジ16fのフランジ外表面の少なくともいずれかに塗布し、接着剤塗布に続いてキャップ18を装着した。よって、本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法によれば、装着後のキャップ18の位置ズレを抑制して、キャップ装着位置の安定化や再現性を高めることができる。この他、本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法によれば、キャップ18の製造上の公差によってキャップ内面側に生じる可能性のある隙間を弾性接着剤で塞ぐことで、この隙間から開口凹所15に未硬化のエポキシ樹脂EPが入り込まないようにできる。
In the method for manufacturing the high-
本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法では、最内層のヘリカル巻層を初期内圧(0.1MPa)のライナー内圧の状況下で樹脂含浸カーボン繊維束ECF1〜ECFnで形成した後に、ライナー10の内圧を初期内圧(0.1MPa)より高圧の1次内圧(0.5MPa)に昇圧した状況下でのヘリカル巻きの継続(工程S204)と、ライナー内圧を1次内圧(0.5MPa)より高圧の2次内圧(0.8MPa)に昇圧した状況下でのフープ巻き(工程S206)とを行って、最内層のヘリカル巻層に続く繊維層(ヘリカル巻層、フープ巻層)を形成した。よって、本実施形態の高圧ガスタンク100の製造方法によれば、ドーム部14と口金16の口金フランジ16fとの境界部分の隙間である開口凹所15を覆った状態で最内層のヘリカル巻層で挟まれたキャップ18にライナー10の側から1次内圧(0.5MPa)や2次内圧(0.8MPa)といった高圧の圧力を掛けることで、開口凹所15を高い面圧でキャップ18により覆ってシール性を高め、開口凹所15への未硬化のエポキシ樹脂EPの入り込みを抑制するという効果をより高めることができる。
In the method for manufacturing the high-
次に、上記した実施形態としてのタンク製造方法で、キャップ18に代わって用いることが可能な変形例のキャップについて説明する。図9は、第1変形例のキャップ18Aを用いたライナー10を半断面図と正面図および要部拡大図で示す説明図である。この変形例のキャップ18Aは、開口凹所15を覆うよう装着され、ドーム部14の外表面に接するライナー側内周面19aに第1キャップ側凸部21を、口金フランジ16fの外表面に接する口金フランジ側内周面19bに第2キャップ側凸部31を有する。このライナー側内周面19aと口金フランジ側内周面19bは、いずれもキャップ内周面であり、キャップ18Aは、第1キャップ側凸部21と第2キャップ側凸部31を、キャップ側係合部として有する。
Next, a modified example cap that can be used in place of the
このキャップ18Aが装着されるライナー10は、ドーム部14に第1キャップ側凸部21と係合する第1係合凹部22をキャップ側係合部と係合する係合部として有し、口金16は、口金フランジ16fに第2キャップ側凸部31と係合する第2係合凹部32をキャップ側係合部と係合する係合部として有する。第1キャップ側凸部21と第1係合凹部22は、開口凹所15の外側に円形状に形成され、第1係合凹部22に第1キャップ側凸部21が係合した第1キャップ係合部位20は、開口凹所15を外側で取り囲む。第2キャップ側凸部31と第2係合凹部32は、開口凹所15の内側に円形状に形成され、第2係合凹部32に第2キャップ側凸部31が係合した第2キャップ係合部位30は、開口凹所15を内側で取り囲む。よって、第1変形例のキャップ18Aを用いた高圧ガスタンク100の製造方法によれば、次の利点がある。
The
樹脂含浸カーボン繊維束ECFを用いた繊維強化樹脂層102の形成の過程で、キャップ18Aとドーム部14の外表面の隙間、或いはキャップ18Aと口金フランジ16fの外表面の隙間から、樹脂含浸カーボン繊維束ECFにおける熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が入り込む可能性がある。しかしながら、第1変形例のキャップ18Aを用いた高圧ガスタンク100の製造方法によれば、上記した隙間から入り込んだ未硬化のエポキシ樹脂を第1キャップ係合部位20と第2キャップ係合部位30に留め置くことで、開口凹所15へのエポキシ樹脂の入り込みを高い実効性で抑制できる。また、第1キャップ係合部位20と第2キャップ係合部位30により、キャップ18Aを位置決めできるほか、樹脂含浸カーボン繊維束ECFの巻き付けの際のキャップ18Aの位置ズレも抑制できる。
In the process of forming the fiber-reinforced
図10は、第2変形例のキャップ18Bを用いたライナー10を半断面図と正面図および要部拡大図で示す説明図である。この変形例のキャップ18Bは、ライナー側内周面19aに第1キャップ側凹部23を、口金フランジ側内周面19bに第2キャップ側凹部33を有する。そして、このキャップ18Bが装着されるライナー10は、ドーム部14に第1キャップ側凹部23と係合する第1係合凸部24を有し、口金16は、口金フランジ16fに第2キャップ側凹部33と係合する第2係合凸部34を有する。第1キャップ側凹部23と第1係合凸部24は、開口凹所15の外側に円形状に形成され、第1キャップ側凹部23に第1係合凸部24が係合した第1キャップ係合部位20は、開口凹所15を外側で取り囲む。第2キャップ側凹部33と第2係合凸部34は、開口凹所15の内側に円形状に形成され、第2キャップ側凹部33に第2係合凸部34が係合した第2キャップ係合部位30は、開口凹所15を内側で取り囲む。よって、第2変形例のキャップ18Bを用いた高圧ガスタンク100の製造方法によっても、開口凹所15へのエポキシ樹脂の入り込みを高い実効性で抑制できると共に、キャップ18Bの位置決めや位置ズレ抑制も達成できる。
FIG. 10 is an explanatory view showing a semi-cross-sectional view, a front view, and an enlarged view of a main part of the
図11は、第3変形例のキャップ18Cを用いたライナー10を半断面図と正面図および要部拡大図で示す説明図である。この変形例のキャップ18Cは、ライナー側内周面19aに、既述した第1キャップ側凸部21を有し、口金フランジ側内周面19bに、既述した第2キャップ側凹部33を有する。そして、このキャップ18Cが装着されるライナー10は、ドーム部14に第1キャップ側凸部21と係合する既述した第1係合凹部22を有し、口金16は、口金フランジ16fに第2キャップ側凹部33と係合する既述した第2係合凸部34を有する。そして、第1キャップ側凸部21に第1係合凹部22が係合した第1キャップ係合部位20は、開口凹所15を外側で取り囲み、第2キャップ側凹部33に第2係合凸部34が係合した第2キャップ係合部位30は、開口凹所15を内側で取り囲む。よって、第3変形例のキャップ18Cを用いた高圧ガスタンク100の製造方法によっても、開口凹所15へのエポキシ樹脂の入り込みを高い実効性で抑制できると共に、キャップ18Bの位置決めや位置ズレ抑制も達成できる。なお、この変形例において、第1キャップ係合部位20を、図10に示した第1キャップ側凹部23と第1係合凸部24で構成し、第2キャップ係合部位30を、図9に示した第2キャップ側凸部31と第2係合凹部32で構成してもよい。
FIG. 11 is an explanatory view showing a semi-cross-sectional view, a front view, and an enlarged view of a main part of the
図12は、第4変形例のキャップ18Dを用いたライナー10を半断面図と正面図および要部拡大図で示す説明図である。図13は、キャップ18Dが有する境界凸部40の概要を示す説明図である。この変形例のキャップ18Dが装着されるライナー10は、開口凹所15を、口金16を取り囲む円形形状として備え、キャップ18Dは、境界隙間である開口凹所15に入り込む境界凸部40を有する。境界凸部40は、キャップ18Dの下面であるキャップ内周面から突出した薄肉の環状体であり、開口凹所15の全域において、この開口凹所15に入り込む。第4変形例のキャップ18Dを用いた高圧ガスタンク100の製造方法によっても、境界凸部40への開口凹所15の入り込みにより、キャップ18Dの位置決めや位置ズレ抑制も達成できる。また、図13に示すように、境界凸部40に凸状41を設ければ、この凸状41によりキャップ18Dのライナー軸AX回りの回転も防止可能となる。なお、開口凹所15が既述した実施形態のように矩形波形状の繰り返しによりライナー軸を取り囲む凹所であれば、境界凸部40を、矩形波形状の一部部位に入り込むような湾曲した板状体とすればよい。
FIG. 12 is an explanatory view showing a semi-cross-sectional view, a front view, and an enlarged view of a main part of the
図14は、第5変形例のキャップ18Eを用いたライナー10を半断面図と正面図および要部拡大図で示す説明図である。この変形例のキャップ18Eが装着されるライナー10と口金16は、境界隙間である開口凹所15をキャップ18Eの側ほど広がったテーパー形状に凹所内周壁14rsと外周縁16feとで形成する。そして、キャップ18Eは、境界凸部40Aを開口凹所15のテーパー形状に倣ったテーパー状凸部として有する。この変形例のキャップ18Eは、ライナー10の外表に巻き付けられる樹脂含浸カーボン繊維束ECFから図中の白抜き矢印で示すように押付力を受けるので、境界凸部40Aを高い密着性でテーパー形状の開口凹所15に押し付ける。よって、第5変形例のキャップ18Eを用いた高圧ガスタンク100の製造方法によれば、開口凹所15へのエポキシ樹脂の入り込みをより高い実効性で抑制できる。なお、開口凹所15が既述した実施形態のように矩形波形状の繰り返しによりライナー軸を取り囲む凹所であれば、矩形波形状の一部部位において、開口凹所15をテーパー状とし、この一部部位の開口凹所15に境界凸部40Aが入り込むようにすればよい。
FIG. 14 is an explanatory view showing a semi-cross-sectional view, a front view, and an enlarged view of a main part of the
図15は、第6変形例のキャップ18Fを用いたライナー10を要部の概略斜視と正面図で示す説明図である。図16は、キャップ18Fが装着済みのライナー10を図15における16−16屈曲線に沿った断面視により示す説明図である。この変形例のキャップ18Fは、図7を用いて説明した最内層のヘリカル巻層の形成のために低角度の繊維角αLH(例えば、約11〜25°)で最初にヘリカル巻きされる樹脂含浸カーボン繊維束ECF1が入り込む凹状ガイド50を有する。この凹状ガイド50は、樹脂含浸カーボン繊維束ECF1の入り込みにより、この樹脂含浸カーボン繊維束ECF1の繊維束幅方向の位置ズレを抑制する機能を果たし、最初にヘリカル巻きされる樹脂含浸カーボン繊維束ECF1の繊維束巻き付け経路に沿って形成され、その深さは、樹脂含浸カーボン繊維束ECF1が収まるよう0.1mm程度とされている。最初にヘリカル巻きされる樹脂含浸カーボン繊維束ECF1は、凹状ガイド50に収まった状態で、低角度のヘリカル巻きされるので、口金16の口金フランジ16fとキャップ18Fを含んでドーム部14を覆うようにドーム部14に掛け渡され、図16の白抜き矢印で示すように、キャップ18Fを口金フランジ16fとドーム部14に押し付ける。この押付力の分力は、樹脂含浸カーボン繊維束ECF1をドーム部14の等張力曲面を描く理論線PLc(図8参照)から繊維束幅方向にずれる側に作用し得るが、樹脂含浸カーボン繊維束ECF1は、その巻き付け経路において凹状ガイド50に収まっているので、繊維束の位置ズレは回避される。よって、第6変形例のキャップ18Fを用いた高圧ガスタンク100の製造方法によれば、樹脂含浸カーボン繊維束ECF1の位置ズレに伴うキャップ18Fのズレを抑制できる。
FIG. 15 is an explanatory view showing a
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or a part of the above-mentioned effects. Or, in order to achieve all of them, it is possible to replace or combine them as appropriate. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be appropriately deleted.
上記の実施形態では、開口凹所15を矩形波形状の繰り返しによりライナー軸を取り囲むようにしたが、正弦波や三角波等の形状の繰り返しでライナー軸AXを取り囲んだり、一部領域に異形形状を有するようにしてライナー軸AXを囲むよう開口凹所15を形成してもよい。また、開口凹所15を円状にライナー軸AXを取り囲むようにしたり、開口凹所15を円弧状としてライナー軸AXを部分的に取り囲むようにしてもよい。
In the above embodiment, the
上記の実施形態では、キャップ18をライナー10と同一のナイロン系樹脂を用いてリング状に型成形することで、ライナー10と同じ線膨張係数を有するものとしたが、キャップ18を、ライナー10と異なる樹脂材料を用いてリング状に型成形してもよく、この場合には、得られたキャップ18の線膨張係数が次のようなものとなればよい。キャップ18の線膨張係数がライナー10と大きく相違しないのであれば、繊維強化樹脂層102を形成するエポキシ樹脂EPの加熱硬化の際の熱膨張の相違に起因してキャップが破損する可能性を抑制できる。よって、熱膨張の相違に起因したキャップ破損が抑制できる範囲において、キャップ18の線膨張係数がライナー10と同等となるように、キャップ形成材料を選定すればよい。或いは、キャップ18の線膨張係数がライナー10と相違しても、熱膨張の相違によるキャップ破損を抑制できるように、キャップ18の強度を高めてもよい。
In the above embodiment, the
上記の実施形態では、キャップ18の装着に際して、弾性接着剤をドーム部14のドーム外表面と口金フランジ16fのフランジ外表面の少なくともいずれかに塗布したが、弾性接着剤をキャップ18の内表面に塗布し、接着剤塗布済みのキャップ18を装着してもよい。なお、キャップ装着前の弾性接着剤の塗布を省略してもよい。
In the above embodiment, when the
上記の実施形態では、FW法によりライナー外表に巻き付けられる補強用の繊維束を樹脂含浸カーボン繊維束ECFとしたが、エポキシ樹脂含有のガラス繊維束やアラミド繊維束等を用いることができる他、複数種類のスライバー繊維が束状となった繊維束、例えばガラス繊維とカーボン繊維とが入り交じった繊維束をFW法により繰り返し巻き付けて、繊維強化樹脂層102を形成することもできる。
In the above embodiment, the reinforcing fiber bundle wound around the outer surface of the liner by the FW method is a resin-impregnated carbon fiber bundle ECF. However, an epoxy resin-containing glass fiber bundle, an aramid fiber bundle, or the like can be used, and a plurality of fibers can be used. A fiber bundle in which various types of sliver fibers are bundled, for example, a fiber bundle in which glass fibers and carbon fibers are mixed is repeatedly wound by the FW method to form a fiber reinforced
上記の実施形態では、ライナー10を2分割のツーパーツ品としたが、シリンダー部12とその両側のドーム部14とに別れたスリーパーツ品としてもよい。
In the above embodiment, the
上記の第1変形例〜第3変形例では、開口凹所15の外側と内側に開口凹所15を取り囲む第1キャップ係合部位20と第2キャップ係合部位30とを設けたが、第1キャップ係合部位20と第2キャップ係合部位30のいずれか一方のキャップ係合部位を設けるようにしてもよい。
In the first modification to the third modification described above, the first
上記の第6変形例では、キャップ18Fに最初にヘリカル巻きされる樹脂含浸カーボン繊維束ECF1が入り込む凹状ガイド50を設けたが、図7に示すように、2番目に巻き付けられる樹脂含浸カーボン繊維束ECF2や3番目に巻き付けられた樹脂含浸カーボン繊維束ECF3が入り込むよう、凹状ガイド50を複数設けてもよい。
In the sixth modification described above, the
また、上記の第6変形例では、最初にヘリカル巻きされる樹脂含浸カーボン繊維束ECF1の繊維束幅方向の位置ズレ抑制を凹状ガイド50により図ったが、これに限らない。例えば、キャップ18Fの外表面に、最初にヘリカル巻きされる樹脂含浸カーボン繊維束ECF1の繊維束幅方向の位置ズレを抑制するよう、小突起を繊維束の幅方向両側に点在して複数設けたり、二筋の小突起の凸状を繊維束の幅方向両側に設けてもよい。
Further, in the sixth modification described above, the
上記の第1変形例〜第6変形例では、キャップ装着に際しての弾性接着剤の塗布を省略してもよい。 In the above-mentioned first modification to sixth modification, the application of the elastic adhesive at the time of attaching the cap may be omitted.
10…ライナー
12…シリンダー部
14…ドーム部
14h…貫通孔
14r…陥没台座部
14rs…凹所内周壁
15…開口凹所
16…口金
16b…口金本体
16f…口金フランジ
16fe…外周縁
16h…バルブ接続孔
16i…有底孔
16t…凸部
18、18A〜18F…キャップ
19a…ライナー側内周面
19b…口金フランジ側内周面
20…第1キャップ係合部位
21…第1キャップ側凸部
22…第1係合凹部
23…第1キャップ側凹部
24…第1係合凸部
30…第2キャップ係合部位
31…第2キャップ側凸部
32…第2係合凹部
33…第2キャップ側凹部
34…第2係合凸部
40、40A…境界凸部
41…凸状
50…凹状ガイド
100…高圧ガスタンク
102…繊維強化樹脂層
132…繊維送出部
200…軸受長寸治具
201…エアー放出口
204…エアーカプラ
210…軸受短寸治具
230…回転軸受治具
231…軸受脚
AX…ライナー軸
CF…カーボン繊維束
Cz…ズレ
EP…エポキシ樹脂
ECF、ECF1〜ECFn…樹脂含浸カーボン繊維束
ECFw…繊維束幅
ECFc…中心線
PLc…理論線
αLH…繊維角
10 ...
Claims (8)
前記ドーム部が等張力曲面に倣った外表面を有すると共に、前記ドーム部の前記頂上に口金装着用の有底の陥没台座部を有する前記ライナーを準備する工程と、
前記陥没台座部に入り込む口金フランジと、該口金フランジからライナー端部側に突出した口金本体とを有する前記口金を、前記口金フランジが前記陥没台座部に入り込むように、前記頂上に装着する工程と、
前記陥没台座部に入り込んだ前記口金フランジのフランジ外周縁と前記陥没台座部の内周壁との境界部分にリング状のキャップを装着し、前記境界部分の境界隙間を前記キャップで覆う工程と、
熱硬化性樹脂を含浸した前記繊維束を、前記口金および前記キャップを装着済みの前記ライナーの外表に繰り返し巻き付けて前記繊維層を形成する工程とを備え、
前記境界隙間を前記キャップで覆う工程では、
前記リング状のキャップとして、前記ライナーと同等の線膨張係数を有し、前記ドーム部の外表面と前記口金フランジの外表面の曲面形状に倣った内表面を有するキャップであって、キャップ内周面に前記境界部分を取り囲む凸部または凹部の少なくとも1つを含むキャップ側係合部を有するキャップを用い、
前記ライナーと前記口金として、前記キャップが有する前記キャップ側係合部と係合する係合部を有するライナーと口金を用い、
前記繊維層を形成する工程では、
前記軸方向両端の前記ドーム部に前記繊維束が掛け渡されるように前記繊維束で前記ドーム部を前記口金フランジを含んで巻き付けるヘリカル巻層を最先に形成する、
高圧ガスタンクの製造方法。 A method for manufacturing a high-pressure gas tank having a fiber layer formed by repeatedly winding a fiber bundle around the outer surface of the liner by attaching a mouthpiece to the top of the dome portion at both ends in the axial direction of the liner.
A step of preparing the liner having the outer surface of the dome portion following an isotonic curved surface and having a bottomed depressed pedestal portion for mounting a base on the top of the dome portion.
A step of mounting the base having a base flange that enters the recessed pedestal portion and a base body that protrudes from the base flange toward the liner end side onto the top so that the base flange enters the recessed pedestal portion. ,
A step of attaching a ring-shaped cap to the boundary portion between the outer peripheral edge of the flange of the mouthpiece flange and the inner peripheral wall of the depressed pedestal portion that has entered the recessed pedestal portion, and covering the boundary gap of the boundary portion with the cap.
The fiber bundle impregnated with a thermosetting resin is repeatedly wound around the outer surface of the liner to which the mouthpiece and the cap are attached to form the fiber layer.
In the step of covering the boundary gap with the cap,
The ring-shaped cap has a linear expansion coefficient equivalent to that of the liner, and has an inner surface that follows the curved surface shape of the outer surface of the dome portion and the outer surface of the mouthpiece flange, and is the inner circumference of the cap. Use a cap having a cap-side engaging portion on the surface that includes at least one of a convex or concave portion surrounding the boundary portion.
As the liner and the mouthpiece, a liner and a mouthpiece having an engaging portion that engages with the cap-side engaging portion of the cap are used.
In the step of forming the fiber layer,
A helical winding layer in which the dome portion is wound around the dome portion including the base flange is first formed by the fiber bundle so that the fiber bundle is hung around the dome portions at both ends in the axial direction.
Manufacturing method of high pressure gas tank.
前記ドーム部が等張力曲面に倣った外表面を有すると共に、前記ドーム部の前記頂上に口金装着用の有底の陥没台座部を有する前記ライナーを準備する工程と、
前記陥没台座部に入り込む口金フランジと、該口金フランジからライナー端部側に突出した口金本体とを有する前記口金を、前記口金フランジが前記陥没台座部に入り込むように、前記頂上に装着する工程と、
前記陥没台座部に入り込んだ前記口金フランジのフランジ外周縁と前記陥没台座部の内周壁との境界部分にリング状のキャップを装着し、前記境界部分の境界隙間を前記キャップで覆う工程と、
熱硬化性樹脂を含浸した前記繊維束を、前記口金および前記キャップを装着済みの前記ライナーの外表に繰り返し巻き付けて前記繊維層を形成する工程とを備え、
前記境界隙間を前記キャップで覆う工程では、
前記リング状のキャップとして、前記ライナーと同じ材料からなり、前記ドーム部の外表面と前記口金フランジの外表面の曲面形状に倣った内表面を有するキャップを用い、
前記繊維層を形成する工程では、
前記軸方向両端の前記ドーム部に前記繊維束が掛け渡されるように前記繊維束で前記ドーム部を前記口金フランジを含んで巻き付けるヘリカル巻層を最先に形成する、
高圧ガスタンクの製造方法。 A method for manufacturing a high-pressure gas tank having a fiber layer formed by repeatedly winding a fiber bundle around the outer surface of the liner by attaching a base to the top of the dome portion at both ends in the axial direction of the liner.
A step of preparing the liner having the outer surface of the dome portion following an isotonic curved surface and having a bottomed depressed pedestal portion for mounting a base on the top of the dome portion.
A step of mounting the mouthpiece having a mouthpiece flange that enters the recessed pedestal portion and a mouthpiece body that protrudes from the mouthpiece flange toward the liner end side onto the top so that the mouthpiece flange enters the recessed pedestal portion. ,
A step of attaching a ring-shaped cap to the boundary portion between the outer peripheral edge of the flange of the mouthpiece flange and the inner peripheral wall of the depressed pedestal portion that has entered the recessed pedestal portion, and covering the boundary gap of the boundary portion with the cap.
The fiber bundle impregnated with a thermosetting resin is repeatedly wound around the outer surface of the liner to which the mouthpiece and the cap are attached to form the fiber layer.
In the step of covering the boundary gap with the cap,
As the ring-shaped cap, a cap made of the same material as the liner and having an inner surface that follows the curved surface shape of the outer surface of the dome portion and the outer surface of the mouthpiece flange is used.
In the step of forming the fiber layer,
A helical winding layer in which the dome portion is wound around the dome portion including the base flange is first formed by the fiber bundle so that the fiber bundle is hung around the dome portions at both ends in the axial direction.
Manufacturing method of high pressure gas tank.
前記境界隙間は、前記ライナーの前記内周壁と前記口金の前記フランジ外周縁とにより、前記キャップの側ほど広がったテーパー形状に形成され、
前記キャップは、前記凸部を前記境界隙間の前記テーパー形状に倣ったテーパー状凸部として有する、高圧ガスタンクの製造方法。 The method for manufacturing a high-pressure gas tank according to claim 6 .
The boundary gap is formed in a tapered shape that widens toward the side of the cap by the inner peripheral wall of the liner and the outer peripheral edge of the flange of the mouthpiece.
A method for manufacturing a high-pressure gas tank, wherein the cap has the convex portion as a tapered convex portion that follows the tapered shape of the boundary gap.
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