JP6831282B2

JP6831282B2 - 燃料タンク製造装置

Info

Publication number: JP6831282B2
Application number: JP2017069900A
Authority: JP
Inventors: 健八田; 泰浩佐々木
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018171717A

Description

本発明は、燃料タンク製造装置に関する。

燃料電池自動車や水素自動車等に搭載される水素タンクなどの燃料タンクには、高圧に耐えるために十分な強度を有すること、及び軽量であることが要求されている。このような燃料タンクの製造方法として、円筒状のライナーを回転させながら、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維を該ライナーの表面に繰り返し巻き付けてタンク容器を作製し、その後に熱硬化性樹脂を熱硬化させる方法（すなわち、フィラメントワインディング法）が知られている。

上述の製造方法に適する製造装置として、例えば下記特許文献１に記載のように、タンク容器を該タンク容器の中心軸回りに回転させる回転部と、タンク容器の全体を加熱する熱硬化炉と、局所加熱によりタンク容器の表面に生じる気泡を除去する気泡除去部とを備えるものが挙げられる。このように構成された燃料タンク製造装置によれば、気泡除去部で熱風を噴射して気泡を除去することで、気泡によるタンクの寸法及び意匠性への影響を防止することができる。

特開２０１０−２６４７１８号公報

しかし、上述の燃料タンク製造装置では、熱硬化炉を利用して熱硬化させる際に、炭素繊維に含浸された樹脂は、粘度の一時的な低下に起因してタンク容器の表面に染み出てくる。染み出た樹脂が様々な方向に流れたり、所定の場所に溜まったりすると、タンク容器の表面の樹脂の厚さが不均一になるので、タンク容器の硬化品質が低下する可能性がある。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、タンク容器表面の樹脂の厚さを均一にでき、タンク容器の硬化品質の向上を図ることができる燃料タンク製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料タンク製造装置は、円筒状の胴体部と該胴体部の両端に設けられたドーム部とを有するとともに表面に樹脂を含浸した繊維が巻き付けられたタンク容器を、該タンク容器の中心軸回りに回転させる回転部と、前記タンク容器の表面にガスを噴射するノズルとを備える燃料タンク製造装置であって、前記ノズルは、前記胴体部の表面にガスを噴射する第１ノズルと、前記ドーム部の接線方向から該ドーム部の表面にガスを噴射する第２ノズルとを有し、前記タンク容器の中心軸方向から見たとき、前記第１ノズルは、前記タンク容器の中心軸の鉛直方向に対してずれた位置に配置され、前記回転部は、前記第１ノズルからのガスの噴射方向と逆向きに前記タンク容器を回転させるようにされ、前記第２ノズルからのガスの噴射方向は、前記タンク容器の回転方向と同じであることを特徴としている。

本発明に係る燃料タンク製造装置では、胴体部の表面にガスを噴射する第１ノズルは、タンク容器の中心軸方向から見たときにタンク容器の中心軸の鉛直方向に対してずれた位置に配置されているので、該第１ノズルから噴射されるガスを胴体部の外周に沿って一方向に流すことができ、これによって胴体部の表面では、樹脂の流動方向を一方向にすることができる。また、ドーム部の表面にガスを噴射する第２ノズルは、ドーム部の接線方向からガスを噴射し、且つ第２ノズルからのガスの噴射方向がタンク容器の回転方向と同じであるので、ドーム部の表面に溜まった樹脂を掻き取ることができる。その結果、タンク容器表面の樹脂の厚さを均一にすることができ、タンク容器の硬化品質の向上を図ることができる。

本発明によれば、タンク容器表面の樹脂の厚さを均一にでき、タンク容器の硬化品質の向上を図ることができる。

実施形態に係る燃料タンク製造装置を示す斜視図である。熱硬化炉の内部構造を示す正面模式図である。熱風吹付部、樹脂掻取部及びタンク容器の位置関係を示す斜視図である。熱風吹付部、樹脂掻取部及びタンク容器の位置関係を示す側面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る燃料タンク製造装置の実施形態について説明する。図１は実施形態に係る燃料タンク製造装置を示す斜視図である。本実施形態の燃料タンク製造装置１は、熱硬化性樹脂を含む繊維強化樹脂層を有するタンク容器１０を加熱し、繊維強化樹脂層を熱硬化させて燃料タンクを製造するのに用いられる装置である。この燃料タンク製造装置１は、架台６に支持固定され、タンク容器１０を加熱するための熱硬化炉２と、熱硬化炉２の外部に設置され、熱風を発生するための熱風発生機３と、熱風発生機３で発生した熱風を熱硬化炉２に供給するための吸気ダクト４と、熱硬化炉２からの排気を熱風発生機３に戻すための排気ダクト５とを備えている。

図２は熱硬化炉の内部構造を示す正面模式図であり、図３は熱風吹付部、樹脂掻取部及びタンク容器の位置関係を示す斜視図であり、図４は熱風吹付部、樹脂掻取部及びタンク容器の位置関係を示す側面図である。図２において、内部構造をより理解し易くするために、前側（すわなち、手前）の炉壁２４を省略する。

ここで、まず、タンク容器１０の構造を説明する。図２に示すように、タンク容器１０は、半径が略均一である円筒状の胴体部１１と、胴体部１１の両端に設けられた凸曲面形状のドーム部１２とを有する中空の容器である。タンク容器１０の中心軸Ｌ方向の両端部（図２では左右両端部）には、軸支シャフト１３がそれぞれ着脱可能に取り付けられている。タンク容器１０は、軸支シャフト１３を介して後述の回転部２１の軸受部材２１０に回転可能に支持されながら、回転モータ２１１の回転駆動でその中心軸Ｌ回りに回転する。

また、図示しないが、タンク容器１０は、内部に燃料を貯留するための貯留空間を有するライナーと、ライナーの外壁と密着する繊維強化樹脂層とからなる。ライナーは、例えば樹脂材料やアルミニウム等の軽金属材料によって形成されている。一方、繊維強化樹脂層は、ライナーの外表面を覆う補強層であり、ライナーの外表面に巻き付けられる炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）等の強化繊維と、その強化繊維に含浸されたエポキシ等の熱硬化性樹脂とで構成されている。

熱硬化炉２は、内部にタンク容器１０を収容する空間が設けられ、全体略箱状を呈する。この熱硬化炉２は、例えば金属製の枠体の四周に耐熱性及び保温性を有する炉壁２４を取り付けることにより形成されている。熱硬化炉２の左右両側の炉壁２４には、炉壁２４を貫通する貫通孔２３がそれぞれ設けられている。そして、タンク容器１０の左右両端部に取り付けられた軸支シャフト１３の先端部は、それぞれ貫通孔２３に挿通されるとともに、回転部２１の軸受部材２１０に挿入固定されている。

熱硬化炉２の外部には、タンク容器１０をその中心軸回りに回転させるための回転部２１が配置されている。回転部２１は、熱硬化炉２の炉壁２４の外側に固定されるとともに上述の軸支シャフト１３を軸支する一対の軸受部材２１０と、一対の軸受部材２１０の片側に配置された回転モータ２１１とを有するように構成されている。このように回転部２１を熱硬化炉２の外部に配置することで、熱硬化炉２の内部空間を小さくすることができるので、熱硬化炉２全体のコンパクト化を図ることが可能になる。また、回転部を熱硬化炉の内部に配置する場合と比べて、回転部によって吸収される熱がなくなるので、省エネの効果も奏する。

熱硬化炉２の天井には、熱吸排気ボックス２６が取り付けられている。図示しないが、熱吸排気ボックス２６の内部には、吸気ダクト４と後述の熱風吹付部２２とを連通する吸気路と、排気ダクト５と熱硬化炉２内部と連通する排気路とがそれぞれ設けられている。

熱吸排気ボックス２６の下方には、タンク容器１０の胴体部１１の表面に熱風を吹き付ける熱風吹付部２２が吊設されている。熱風吹付部２２は、タンク容器１０の中心軸Ｌの方向に沿って延びる扁平箱状の熱風整流室２２０と、熱風整流室２２０の上方に設けられて該熱風整流室２２０と熱吸排気ボックス２６とを接続する２本の接続管２２１と、熱風整流室２２０の下方に設けられて胴体部１１の表面に熱風を噴射する一体のノズル（第１ノズル）２２２とを有する。

２本の接続管２２１は、熱風整流室２２０の長手方向（すなわち、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向）に沿って等間隔で配置されている。一方、一体のノズル２２２は、スリット形状を呈しており、熱風整流室２２０の長手方向に沿って延設されている。ノズル２２２は、タンク容器１０の胴体部１１に対応するように該胴体部１１の形状に沿って配置されており、胴体部１１の表面に熱風を噴射する。このように一体のノズル２２２を用いることによって、胴体部１１の表面をムラなく加熱することができる。ここで、ノズル２２２は、タンク容器１０に対して上下方向（すなわち、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向）、左右方向（すなわち、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向）及び前後方向に移動可能に構成されることが好ましく、更に噴射角度が変更可能に構成されることがより好ましい。このようにすれば、タンク容器１０の胴体部１１の形状変化に柔軟に対応することができる。なお、接続管２２１の数は、上述の説明及び図示に制限されずに、必要に応じて適宜増減しても良い。また、ノズル２２２は、別体ノズルを等間隔で複数個直線状に配置しても良い。

本実施形態において、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向から見たとき、ノズル２２２は、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対してずれた位置に配置されている。具体的には、図４に示すように、ノズル２２２は、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対して左側にずれた位置に配置されている。換言すれば、ノズル２２２は、タンク容器１０の中心より左側に偏心する。ここで、ノズル２２２は、タンク容器１０の胴体部１１の接線方向から熱風を噴射するように、中心軸Ｌの鉛直方向に対して胴体部１１の半径と同じ距離で左側にずれた位置に配置されても良い。

また、本実施形態において、回転部２１は、ノズル２２２からの熱風の噴射方向と逆向きにタンク容器１０を回転させるように設定されている。具体的には、図４に示すように、ノズル２２２がタンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対して左側にずれた位置に配置されるので、ノズル２２２から噴射される熱風は、タンク容器１０の表面に沿って反時計回り（矢印Ｆ１参照）に流れる。これに対し、タンク容器１０は回転部２１によって時計回り（白塗り矢印Ｆ２参照）に回転される。

また、熱吸排気ボックス２６の下方には、タンク容器１０の左右のドーム部１２にそれぞれ対応し、ドーム部１２の表面に熱風を吹き付けて表面の熱硬化性樹脂を掻き取るための左右一対の樹脂掻取部２５が吊設されている。樹脂掻取部２５は、熱吸排気ボックス２６の吸気路と接続される接続管２５１と、該接続管２５１経由で供給される熱風を整流するための熱風整流室２５０と、熱風整流室２５０で整流された熱風をドーム部１２に向かって噴射するノズル（第２ノズル）２５２とを有するように構成されている。

図４に示すように、樹脂掻取部２５は、そのノズル２５２からの熱風の噴射方向（矢印Ｆ３参照）がタンク容器１０の回転方向と同じになるように、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対して右側にずれた位置に配置されている。換言すれば、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対し、樹脂掻取部２５は熱風吹付部２２とは反対側に配置されている。

樹脂掻取部２５のノズル２５２は、ドーム部１２の接線方向から該ドーム部１２の表面にガスを噴射できるように設けられている。ここで、ノズル２５２は、タンク容器１０に対して上下方向、左右方向及び前後方向に移動可能に構成されることが好ましく、更に噴射角度が変更可能に構成されることがより好ましい。このようにすれば、タンク容器１０のドーム部１２の形状変化に柔軟に対応することができる。

各樹脂掻取部２５において、ノズル２５２は一体或いは複数であることが好ましい。本実施形態では、ノズル２５２は、直線状に形成されている。そして、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向から見たときに、ノズル２５２は、ドーム部１２の接線方向から該ドーム部１２の表面に熱風を噴射するように、中心軸Ｌ方向に対して４５度回転した方向に配置されている。なお、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向から見たときに、ノズル２５２はドーム部１２の凸曲面形状に沿って湾曲して（すなわち、曲線状）配置されても良く、このようにすれば、ドーム部１２の形状により適合し易くなるとともに、ドーム部１２の接線方向から広範囲にわたって該ドーム部１２の表面に熱風を噴射することができる。

以上の構成を有する燃料タンク製造装置１では、タンク容器１０の胴体部１１の表面に熱風を噴射するノズル２２２は、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向から見たときに、タンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対して左側にずれた位置に配置されているので、該ノズル２２２から噴射される熱風を胴体部１１の外周に沿って反時計回りの一方向に流すことができる。これによって、胴体部１１の表面では、熱硬化性樹脂の流動方向を一方向にすることができる。また、ドーム部１２の表面に熱風を噴射するノズル２５２は、ドーム部１２の接線方向から熱風を噴射し、且つノズル２５２からの熱風の噴射方向がタンク容器１０の回転方向と同じであるので、ドーム部１２の表面に溜まった熱硬化性樹脂を掻き取ることができ、熱硬化性樹脂の溜まりを低減することができる。その結果、タンク容器１０表面の熱硬化性樹脂の厚さを均一にすることができ、タンク容器１０の硬化品質の向上を図ることができる。

更に、回転部２１はノズル２２２からの熱風の噴射方向と逆向きにタンク容器１０を回転させるように設定されるので、ノズル２２２から噴射される熱風を胴体部１１の周囲に拡散させながら、胴体部１１と熱風との接触時間を長くすることで、熱効率を高めることができる。その結果、熱硬化時間を短縮することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態では、タンク容器１０を回転させるための回転部２１が熱硬化炉２の外部に配置される例を挙げて説明したが、必要に応じて回転部２１を熱硬化炉２の内部に配置しても良い。

また、上述の実施形態において、タンク容器１０の中心軸Ｌ方向から見たとき、ノズル２２２はタンク容器１０の中心軸Ｌの鉛直方向に対して左側にずれた位置、ノズル２５２は右側にずれた位置にそれぞれ配置される例を説明したが、双方の配置位置を入れ替えても良い。このとき、ノズル２２２から噴射される熱風はタンク容器１０の外周に沿って時計回りに流れるので、回転部２１は反時計回りにタンク容器１０を回転させるように設定されることになる。

１燃料タンク製造装置
２熱硬化炉
３熱風発生機
４吸気ダクト
５排気ダクト
１０タンク容器
１１胴体部
１２ドーム部
１３軸支シャフト
２１回転部
２２熱風吹付部
２３貫通孔
２４炉壁
２５樹脂掻取部
２６熱吸排気ボックス
２１０軸受部材
２１１回転モータ
２２０，２５０熱風整流室
２２１，２５１接続管
２２２ノズル（第１ノズル）
２５２ノズル（第２ノズル）
Ｌ中心軸

Claims

円筒状の胴体部と該胴体部の両端に設けられたドーム部とを有するとともに表面に樹脂を含浸した繊維が巻き付けられたタンク容器を、該タンク容器の中心軸回りに回転させる回転部と、前記タンク容器の表面に熱風を噴射するノズルとを備える燃料タンク製造装置であって、
前記ノズルは、前記胴体部の表面に熱風を噴射する第１ノズルと、前記ドーム部の接線方向から該ドーム部の表面に熱風を噴射する第２ノズルとを有し、
前記タンク容器の中心軸方向から見たとき、前記第１ノズルは、前記タンク容器の中心軸の鉛直方向に対してずれた位置に配置され、
前記回転部は、前記第１ノズルからの熱風の噴射方向と逆向きに前記タンク容器を回転させるようにされ、
前記第２ノズルからの熱風の噴射方向は、前記タンク容器の回転方向と同じであることを特徴とする燃料タンク製造装置。
前記第２ノズルは、前記タンク容器の中心軸の鉛直方向から見たときに、前記タンク容器の中心軸方向に対して所定の角度回転した方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料タンク製造装置。