JP6969403B2 - Manufacturing method of high pressure gas tank - Google Patents
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本開示は、高圧ガスタンクの製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a high pressure gas tank.
従来から高圧ガスタンクの製造方法に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。特許文献1には、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、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が記載されている。特許文献1に記載された高圧ガスタンクの製造方法は、以下の各工程を備えている(同文献、請求項1等を参照)。
Inventions relating to a method for manufacturing a high-pressure gas tank have been conventionally known (see
まず、ドーム部が等張力曲面に倣った外表面を有するとともに、ドーム部の頂上に口金装着用の有底の陥没台座部を有するライナーを準備する。次に、陥没台座部に入り込む口金フランジと、その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口金を、口金フランジが陥没台座部に入り込むように、頂上に装着する。 First, a liner is prepared in which the dome portion has an outer surface that imitates a uniform tension curved surface, and a bottomed depressed pedestal portion for mounting a base is provided at the top of the dome portion. Next, a mouthpiece having a mouthpiece flange that enters the recessed pedestal portion and a mouthpiece main body that protrudes from the mouthpiece flange toward the liner end is mounted on the top so that the mouthpiece flange enters the recessed pedestal portion.
次に、陥没台座部に入り込んだ口金フランジのフランジ外周縁と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、境界部分の境界隙間をキャップで覆う。次に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維束を、口金およびキャップを装着済みのライナーの外表に繰り返し巻き付けて繊維層を形成する。 Next, a ring-shaped cap is attached to the boundary portion between the outer peripheral edge of the flange of the base flange that has entered the depressed pedestal portion and the inner peripheral wall of the depressed pedestal portion, and the boundary gap of the boundary portion is covered with the cap. Next, the fiber bundle impregnated with the thermosetting resin is repeatedly wound around the outer surface of the liner to which the base and the cap are attached to form a fiber layer.
この従来の高圧ガスタンクの製造方法は、上記境界隙間をキャップで覆う工程では、リング状のキャップとして、ライナーと同等の線膨張係数を有し、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キャップを用いる。また、上記繊維層を形成する工程では、軸方向両端のドーム部に繊維束が掛け渡されるように、繊維束で、ドーム部を、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。 In this conventional method for manufacturing a high-pressure gas tank, in the step of covering the boundary gap with a cap, the ring-shaped cap has a linear expansion coefficient equivalent to that of the liner, and the curved surface of the outer surface of the dome portion and the outer surface of the base flange. Use a cap with an inner surface that follows the shape. Further, in the step of forming the fiber layer, the helical winding layer around which the dome portion is wound including the base flange is first formed by the fiber bundle so that the fiber bundle is hung over the dome portions at both ends in the axial direction. ..
この従来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、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、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る。 According to this conventional method for manufacturing a high-pressure gas tank, the entry of the thermosetting resin from the fiber bundle impregnated with the thermosetting resin to the boundary portion can be easily suppressed by the cap. Further, when the thermosetting resin is heat-cured in the fiber layer formed from the fiber bundle impregnated with the thermosetting resin, the cap can be prevented from being damaged due to the difference in thermal expansion, and the heat is cured from the damaged part to the boundary portion. It is also possible to suppress the entry of sex resin.
上記繊維層を形成する工程では、最先のヘリカル巻層の形成後にライナーの内圧を昇圧し、この内圧の昇圧状況下で、最先のヘリカル巻層に続く繊維層を、ライナーの外表への繊維束の巻き付けの繰り返しにより形成することが、上記特許文献1に記載されている(同文献、請求項3等を参照)。
In the step of forming the fiber layer, the internal pressure of the liner is increased after the formation of the earliest helical winding layer, and under the increased pressure of the internal pressure, the fiber layer following the earliest helical winding layer is transferred to the outer surface of the liner. It is described in the above-mentioned
より具体的には、最内層のヘリカル巻層の形成に続き、ライナー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、その後は、さらなる内圧昇圧状況下でのフープ巻きを実行することが、上記特許文献1に記載されている(同文献、第0036段落等を参照)。 More specifically, following the formation of the innermost helical winding layer, low-angle helical winding is continued under the condition where the internal pressure of the liner is increased, and then hoop winding is performed under the condition of further increasing the internal pressure. This is described in Patent Document 1 (see the same document, paragraph 0036, etc.).
しかし、上記繊維層を形成する工程では、異常発生時に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維束の巻き直しが必要になる場合がある。この場合、ライナーの内圧が昇圧した状況の下で、ライナーの内圧と繊維束の巻き数との関係が崩れると、高圧ガスタンクのバースト強度が低下するおそれがある。 However, in the step of forming the fiber layer, it may be necessary to rewind the fiber bundle impregnated with the thermosetting resin when an abnormality occurs. In this case, if the relationship between the internal pressure of the liner and the number of turns of the fiber bundle is broken under the condition that the internal pressure of the liner is increased, the burst strength of the high-pressure gas tank may decrease.
本開示は、前記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも高圧ガスタンクのバースト強度を向上させることが可能な高圧ガスタンクの製造方法を提供する。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and provides a method for manufacturing a high-pressure gas tank capable of improving the burst strength of the high-pressure gas tank as compared with the conventional case.
本開示に係る高圧ガスタンクの製造方法は、複数層の繊維層を備える高圧ガスタンクの製造方法であって、ライナーに樹脂を含浸した繊維束を巻き付けて前記繊維層を形成する工程と、前記ライナーに巻き付けた前記繊維束に異常が発生したときに前記ライナーから前記繊維束を剥離させる工程と、を備え、前記繊維層を形成する工程および前記繊維束を剥離させる工程は、前記ライナーに巻き付けられている前記繊維束の量を計測する工程と、前記繊維束の前記量に基づいて前記繊維層の層数を求める工程と、前記繊維層の前記層数に応じて前記ライナーの内圧を設定する工程と、を含むことを特徴とする。 The method for manufacturing a high-pressure gas tank according to the present disclosure is a method for manufacturing a high-pressure gas tank including a plurality of fiber layers, which comprises winding a fiber bundle impregnated with a resin around a liner to form the fiber layer, and the liner. A step of peeling the fiber bundle from the liner when an abnormality occurs in the wound fiber bundle is provided, and a step of forming the fiber layer and a step of peeling the fiber bundle are wound around the liner. A step of measuring the amount of the fiber bundle, a step of obtaining the number of layers of the fiber layer based on the amount of the fiber bundle, and a step of setting the internal pressure of the liner according to the number of layers of the fiber layer. And is characterized by including.
この態様の高圧ガスタンクの製造方法は、上記繊維層を形成する工程が、繊維束の量に基づいて繊維層の層数を求める工程を含むことで、ライナーに巻き付けた繊維束に異常が発生したときに、その異常が発生した繊維束を含む繊維層を特定することができる。さらに、上記繊維層を形成する工程が、求めた繊維層の層数に応じてライナーの内圧を設定する工程を含むことで、たとえば、繊維層の層数の増加に応じてライナーの内圧を上昇させることができる。これにより、外側の繊維層において、繊維束をより高い張力でライナーに巻き付けることができ、繊維束の緩みを防止して、高圧ガスタンクのバースト強度を向上させることができる。 In the method for manufacturing a high-pressure gas tank of this embodiment, the step of forming the fiber layer includes a step of determining the number of layers of the fiber layer based on the amount of the fiber bundle, so that an abnormality occurs in the fiber bundle wound around the liner. Occasionally, it is possible to identify the fiber layer containing the fiber bundle in which the abnormality has occurred. Further, the step of forming the fiber layer includes a step of setting the internal pressure of the liner according to the obtained number of layers of the fiber layer, so that the internal pressure of the liner is increased as the number of layers of the fiber layer increases, for example. Can be made to. Thereby, in the outer fiber layer, the fiber bundle can be wound around the liner with a higher tension, the loosening of the fiber bundle can be prevented, and the burst strength of the high-pressure gas tank can be improved.
また、上記のように、異常が発生したときにライナーから繊維束を剥離させる工程が、上記繊維層を形成する工程と同様に、上記繊維束の量を計測する工程と、上記繊維層の層数を求める工程と、上記ライナーの内圧を設定する工程と、を含んでいる。これにより、たとえば、異常が発生した繊維束を含む繊維層をライナーから剥離させるときに、繊維層の層数の減少に応じて、ライナーの内圧を低下させることができる。これにより、ライナーの内圧の極端な低下によるライナーの収縮が防止され、ライナーの内圧と繊維束の張力とのバランスを保つことができる。したがって、ライナーと繊維束との間の隙間の発生が防止され、繊維束の緩みを防止して、高圧ガスタンクのバースト強度を向上させることができる。 Further, as described above, the step of peeling the fiber bundle from the liner when an abnormality occurs is the step of measuring the amount of the fiber bundle and the step of forming the fiber layer in the same manner as the step of forming the fiber layer. It includes a step of determining the number and a step of setting the internal pressure of the liner. Thereby, for example, when the fiber layer including the fiber bundle in which the abnormality has occurred is peeled off from the liner, the internal pressure of the liner can be reduced according to the decrease in the number of layers of the fiber layer. As a result, shrinkage of the liner due to an extreme decrease in the internal pressure of the liner is prevented, and the balance between the internal pressure of the liner and the tension of the fiber bundle can be maintained. Therefore, the generation of a gap between the liner and the fiber bundle can be prevented, the looseness of the fiber bundle can be prevented, and the burst strength of the high-pressure gas tank can be improved.
本開示に係る高圧ガスタンクの製造方法によれば、従来よりも高圧ガスタンクのバースト強度を向上させることができる。 According to the method for manufacturing a high-pressure gas tank according to the present disclosure, the burst strength of the high-pressure gas tank can be improved as compared with the conventional case.
以下、図面を参照して本開示に係る高圧ガスタンクの製造方法の一実施形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the method for manufacturing a high-pressure gas tank according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法によって製造される高圧ガスタンク1の一例を示す断面図である。高圧ガスタンク1は、たとえば、樹脂容器であるライナー2と、ライナー2の外表面に形成された繊維強化樹脂層3と、中心軸4に沿う方向の両端部に設けられた口金5,6と、を備えている。繊維強化樹脂層3は、複数層の繊維層が積層された構成を有している。
Figure 1 is a sectional view showing an example of a high-
図2は、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100のフロー図である。本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100は、たとえば、複数層の繊維層からなる繊維強化樹脂層3を備える高圧ガスタンク1の製造方法である。本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100は、ライナー2に樹脂を含浸した繊維束を巻き付けて繊維層を形成する繊維層形成工程S110と、ライナー2に巻き付けた繊維束に異常が発生したときにライナー2から繊維束を剥離させる繊維束剥離工程S120と、を備えている。
FIG. 2 is a flow chart of the high-pressure gas tank manufacturing method S100 of the present embodiment. The method S100 for manufacturing a high-pressure gas tank according to the present embodiment is, for example, a method for manufacturing a high-
詳細については後述するが、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100は、繊維層形成工程S110および繊維束剥離工程S120が、計測工程S114,S122と、層数演算工程S116,S123と、内圧設定工程S111,S124と、を含むことを特徴としている。計測工程S114,S122は、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量を計測する工程である。層数演算工程S116,S123は、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量に基づいて繊維層の層数を求める工程である。内圧設定工程S111,S124は、ライナー2の外表面の繊維層の層数に応じてライナー2の内圧を設定する工程である。
Although the details will be described later, in the high-pressure gas tank manufacturing method S100 of the present embodiment, the fiber layer forming step S110 and the fiber bundle peeling step S120 are the measurement steps S114 and S122, the layer number calculation steps S116 and S123, and the internal pressure setting. It is characterized by including steps S111 and S124. The measuring steps S114 and S122 are steps for measuring the amount of fiber bundles wound around the
以下、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100について、より詳細に説明する。本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100は、前述のように、ライナー2に樹脂を含浸した繊維束を巻き付けて繊維層を形成する繊維層形成工程S110を備えている。図2に示す例において、繊維層形成工程S110は、前述の計測工程S114、層数演算工程S116、および内圧設定工程S111に加えて、張力設定工程S112および巻き付け工程S113を備えている。
Hereinafter, the method S100 for manufacturing a high-pressure gas tank according to the present embodiment will be described in more detail. As described above, the method S100 for manufacturing a high-pressure gas tank of the present embodiment includes a fiber layer forming step S110 in which a fiber bundle impregnated with a resin is wound around a
また、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100は、前述のように、ライナー2に巻き付けた繊維束に異常が発生したときにライナー2から繊維束を剥離させる繊維束剥離工程S120を備えている。図2に示す例において、繊維束剥離工程S120は、前述の計測工程S122、層数演算工程S123、および内圧設定工程S124に加えて、巻き剥がし工程S121を備えている。
Further, as described above, the high-pressure gas tank manufacturing method S100 of the present embodiment includes a fiber bundle peeling step S120 for peeling the fiber bundle from the
図3は、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100において、ライナー2に巻き付けられた繊維束の量と、ライナー2に巻き付ける繊維束の張力と、ライナー2の内圧が、加工時間の経過に伴って変化する様子の一例を示すグラフである。本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100の開始前は、太い実線で示すライナー2に巻き付けられた繊維束の量(繊維使用量)はゼロである。
FIG. 3 shows the amount of the fiber bundle wound around the
本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100が開始されると、まず、繊維層形成工程S110が開始される。繊維層形成工程S110では、まず、内圧設定工程S111が開始される。内圧設定工程S111は、前述のように、ライナー2の外表面の繊維層の層数に応じてライナー2の内圧を設定する工程である。
When the method S100 for manufacturing a high-pressure gas tank of the present embodiment is started, first, the fiber layer forming step S110 is started. In the fiber layer forming step S110, first, the internal pressure setting step S111 is started. The internal pressure setting step S111 is a step of setting the internal pressure of the
内圧設定工程S111では、たとえば、回転軸によって口金5,6が設けられたライナー2を支持する。そして、たとえば、ライナー2の内圧を測定する圧力計、ライナー2に空気を圧送するエア供給系、およびエア供給系を制御する制御部などを備えた圧力制御機構を用いて、ライナー2の内圧を、設定した圧力に制御する。
In the internal pressure setting step S111, for example, the
内圧設定工程S111では、たとえば、ライナー2の外表面の繊維層の層数が規定層数に達していない場合、ライナー2の内圧を約0.1[MPa]に設定する。内圧設定工程S111の次に、張力設定工程S112が開始される。
In the internal pressure setting step S111, for example, when the number of layers of the fiber layer on the outer surface of the
張力設定工程S112は、たとえば、ライナー2の外表面の繊維層の層数やライナー2の内圧に応じて、ライナー2に巻き付ける繊維束に付与する張力を設定する工程である。図3に示す例において、一層目の繊維層を形成するための繊維束に付与される張力は、たとえば、50[N]から250[N]までの値に設定される。張力設定工程S112の次に、巻き付け工程S113が開始される。
The tension setting step S112 is a step of setting the tension applied to the fiber bundle to be wound around the
巻き付け工程S113では、たとえば、フィラメントワインディング(FW)により、ライナー2の外側に繊維層を形成する。具体的には、樹脂を含浸した繊維束に、張力設定工程S112で設定された張力を付与し、回転軸によって支持したライナー2を回転させながら、繊維束をライナー2に巻き付けて、ライナー2の外側に繊維層を形成する。
In the winding step S113, a fiber layer is formed on the outer side of the
巻き付け工程S113では、たとえば、ライナー2に巻き付ける繊維束に張力を付与するエアシリンダと、繊維束の張力を測定する力センサと、エアシリンダを制御する制御部などを備えた張力付与機構を用いて、ライナー2に巻き付ける繊維束に付与する張力を制御する。図3に示す例において、一層目の繊維層を形成するための繊維束に付与される張力は、たとえば、200[N]以上、250[N]以下の範囲に制御される。
In the winding step S113, for example, an air cylinder for applying tension to the fiber bundle to be wound around the
また、巻き付け工程S113と並行して、計測工程S114が開始される。計測工程S114は、前述のように、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量を計測する工程である。具体的には、たとえば、ライナー2の回転角度を計測するエンコーダの値に基づいて、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量を演算する。図3に示す例において、巻き付け工程S113によってライナー2に繊維束を巻き付けることで、繊維束の量(図3に太い実線で示す繊維使用量)は、加工時間に比例して増加する。
Further, the measurement step S114 is started in parallel with the winding step S113. As described above, the measurement step S114 is a step of measuring the amount of the fiber bundle wound around the
図2に示す高圧ガスタンクの製造方法S100では、巻き付け工程S113および計測工程S114が行われている間に、たとえば、設備異常による停止の有無など異常発生の有無を判定する異常判定S115を行う。異常判定S115において異常がなければ、巻き付け工程S113および計測工程S114と並行して、層数演算工程S116が開始される。 In the high-pressure gas tank manufacturing method S100 shown in FIG. 2, while the winding step S113 and the measurement step S114 are being performed, an abnormality determination S115 for determining the presence or absence of an abnormality such as the presence or absence of a stop due to an equipment abnormality is performed. If there is no abnormality in the abnormality determination S115, the layer number calculation step S116 is started in parallel with the winding step S113 and the measurement step S114.
層数演算工程S116は、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量に基づいて繊維層の層数を求める工程である。すなわち、高圧ガスタンク1の繊維強化樹脂層3を構成する複数の繊維層は、それぞれ、使用される繊維束の量があらかじめ規定されている。したがって、層数演算工程S116では、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量に基づいて、ライナー2の外側に形成された繊維層の層数を算出することができる。
The layer number calculation step S116 is a step of obtaining the number of layers of the fiber layer based on the amount of the fiber bundle wound around the
図2に示す高圧ガスタンクの製造方法S100では、たとえば、層数演算工程S116によって算出された繊維層の層数の増加を判定する層数増加判定S117を行う。層数増加判定S117の結果、層数が増加していなければ、巻き付け工程S113、計測工程S114、異常判定S115、層数演算工程S116を繰り返す。これにより、図3に示すように、繊維束の量(繊維使用量)が加工時間に比例して増加する。 In the high-pressure gas tank manufacturing method S100 shown in FIG. 2, for example, the layer number increase determination S117 for determining the increase in the number of fiber layers calculated by the layer number calculation step S116 is performed. If the number of layers has not increased as a result of the layer number increase determination S117, the winding step S113, the measurement process S114, the abnormality determination S115, and the layer number calculation step S116 are repeated. As a result, as shown in FIG. 3, the amount of fiber bundles (fiber usage amount) increases in proportion to the processing time.
また、図2に示す高圧ガスタンクの製造方法S100では、たとえば、層数増加判定S117において層数の増加が判定されたら、繊維層の層数が規定された層数に達したか否かの規定層数判定S118を行う。規定層数判定S118の結果、ライナー2の外側に形成された繊維層の層数が、規定された層数に達していれば、繊維層形成工程S110を終了する。
Further, in the high-pressure gas tank manufacturing method S100 shown in FIG. 2, for example, if an increase in the number of layers is determined in the determination for increasing the number of layers S117, it is specified whether or not the number of layers of the fiber layer has reached the specified number of layers. The number of layers determination S118 is performed. As a result of the predetermined number of layers determination S118, if the number of layers of the fiber layer formed on the outside of the
規定層数判定S118の結果、ライナー2の外側に形成された繊維層の層数が、規定された層数に達していなければ、再び、内圧設定工程S111を行って、ライナー2の外側に形成された繊維層の層数に応じたライナー2の内圧を設定する。図3に示す例において、一層目の繊維層が形成された後の内圧設定工程S111では、ライナー2の内圧の設定値が、約0.1[MPa]に維持されている。
As a result of the predetermined number of layers determination S118, if the number of layers of the fiber layer formed on the outside of the
その後、再度、張力設定工程S112を行い、ライナー2の外表面の繊維層の層数やライナー2の内圧に応じて、ライナー2に巻き付ける繊維束に付与する張力を設定する。図3に示す例において、一層目の繊維層が形成された後の張力設定工程S112では、二層目の繊維層を形成するための繊維束に付与される張力は、たとえば、200[N]以上、250[N]以下の範囲に維持されている。
After that, the tension setting step S112 is performed again to set the tension applied to the fiber bundle wound around the
その後、再度、巻き付け工程S113、計測工程S114、異常判定S115、層数演算工程S116、層数増加判定S117、規定層数判定S118を行い、二層目の繊維層を形成する。繊維層形成工程S110では、前述の各工程を繰り返すことで、たとえば、一層目および二層目の繊維層に積層させて、三層目、四層目、…、N層目、N+1層目、N+2層目、というように、複数の繊維層を順次形成していく。 After that, the winding step S113, the measurement step S114, the abnormality determination S115, the layer number calculation step S116, the layer number increase determination S117, and the specified number of layers determination S118 are performed again to form the second fiber layer. In the fiber layer forming step S110, by repeating each of the above steps, for example, the fibers are laminated on the first and second fiber layers, and the third layer, the fourth layer, ..., the Nth layer, the N + 1th layer, A plurality of fiber layers are sequentially formed, such as N + 2nd layer.
すなわち、繊維層形成工程S110では、図3の矢印A1で示すように、ライナー2の内圧を、N層目の繊維層に応じた規定内圧に設定する。次に、図3の矢印A2で示すように、ライナー2に巻き付ける繊維束に付与する張力を、N層目の繊維層に応じた規定張力に設定する。次に、図3の矢印A3で示すように、N層目の繊維層をフィラメントワインディングによって形成する。
That is, in the fiber layer forming step S110, as shown by the arrow A1 in FIG. 3, the internal pressure of the
さらに、図3の矢印A4で示すように、ライナー2の内圧を、N+1層目の繊維層に応じた規定内圧に設定する。次に、図3の矢印A5で示すように、ライナー2に巻き付ける繊維束に付与する張力を、N+1層目の繊維層に応じた規定張力に設定する。次に、図3の矢印A6で示すように、N+1層目の繊維層をフィラメントワインディングによって形成する。
Further, as shown by the arrow A4 in FIG. 3, the internal pressure of the
さらに、図3の矢印A7で示すように、ライナー2の内圧を、N+2層目の繊維層に応じた規定内圧に設定する。次に、図3の矢印A8で示すように、ライナー2に巻き付ける繊維束に付与する張力を、N+2層目の繊維層に応じた規定張力に設定する。次に、図3の矢印A9で示すように、N+2層目の繊維層をフィラメントワインディングによって形成する。たとえば、N+2層目の繊維層を形成している途中で異常が発生した場合、図2に示す異常判定S115において異常発生が判定され、繊維束剥離工程S120が開始される。
Further, as shown by the arrow A7 in FIG. 3, the internal pressure of the
繊維束剥離工程S120は、前述のように、ライナー2に巻き付けた繊維束に異常が発生したときにライナー2から繊維束を剥離させる工程である。図2に示す例において、繊維束剥離工程S120は、前述のように、巻き剥がし工程S121、計測工程S122、層数演算工程S123、および内圧設定工程S124を備えている。
As described above, the fiber bundle peeling step S120 is a step of peeling the fiber bundle from the
巻き剥がし工程S121では、たとえば、回転軸によって支持したライナー2を、巻き付け工程S113とは逆方向に回転させながら、異常が発生した繊維束を含む繊維層をライナー2から剥離させる。また、巻き剥がし工程S121と並行して、計測工程S122が開始される。
In the winding peeling step S121, for example, the
計測工程S122は、前述のように、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量を計測する工程である。具体的には、たとえば、ライナー2の回転角度を計測するエンコーダの値に基づいて、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量を演算する。すなわち、巻き剥がし工程S121でライナー2を巻き付け工程S113と逆方向に回転させ、繊維束をライナー2の外側の繊維層から剥離させることで、エンコーダによって計測されるライナー2の回転角度が減少し、計測工程S122で算出されるライナー2に巻き付けられた繊維束の量も減少する。
As described above, the measurement step S122 is a step of measuring the amount of the fiber bundle wound around the
また、巻き剥がし工程S121および計測工程S122と並行して、層数演算工程S123が開始される。層数演算工程S123は、前述のように、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量に基づいて、ライナー2の外側に形成された繊維層の層数を求める工程である。層数演算工程S123の次に、前述の繊維層形成工程S110における内圧設定工程S111と同様の内圧設定工程S124が開始される。内圧設定工程S124では、前述のように、ライナー2の外側に形成された繊維層の層数に応じてライナー2の内圧を設定する。
Further, the layer number calculation step S123 is started in parallel with the unwinding step S121 and the measurement step S122. As described above, the layer number calculation step S123 is a step of obtaining the number of layers of the fiber layer formed on the outside of the
さらに、図2に示す高圧ガスタンクの製造方法S100では、たとえば、繊維束剥離工程S120において巻き剥がす繊維層の層数があらかじめ規定され、規定層数の繊維層が剥離されたか否かを判定する規定層数判定S125を行う。規定層数判定S125の結果、規定層数の繊維層が剥離されていない場合、前述の巻き剥がし工程S121、計測工程S122、層数演算工程S123、および、内圧設定工程S124を繰り返す。規定層数判定S125の結果、規定層数の繊維層が剥離されたことが判定されたら、繊維層形成工程S110の張力設定工程S112を開始し、再び、規定層数の繊維層を形成する。 Further, in the high-pressure gas tank manufacturing method S100 shown in FIG. 2, for example, the number of layers of the fiber layer to be unwound in the fiber bundle peeling step S120 is predetermined, and it is determined whether or not the specified number of fiber layers have been peeled off. The number of layers determination S125 is performed. As a result of the predetermined number of layers determination S125, when the fiber layers of the specified number of layers are not peeled off, the above-mentioned unwinding step S121, measurement step S122, layer number calculation step S123, and internal pressure setting step S124 are repeated. When it is determined that the fiber layer of the specified number of layers has been peeled off as a result of the specified number of layers determination S125, the tension setting step S112 of the fiber layer forming step S110 is started, and the fiber layer of the specified number of layers is formed again.
すなわち、繊維層形成工程S110では、たとえば、N+2層目の繊維層を形成している途中で異常が発生した場合、図3の矢印A10で示すように、N+2層目の繊維層を巻き剥がす。このとき、たとえば、N+1層目の繊維層の形成が完了したときの繊維束の量すなわち繊維使用量に対して、±1[%]程度の繊維使用量になるまで、繊維束をライナー2から巻き剥がす。
That is, in the fiber layer forming step S110, for example, when an abnormality occurs during the formation of the N + 2nd fiber layer, the N + 2nd fiber layer is unwound as shown by the arrow A10 in FIG. At this time, for example, the fiber bundle is transferred from the
次に、図3の矢印A11で示すように、N+1層目の繊維層に応じた規定内圧に設定する。そして、ライナー2の内圧が、N+1層目の繊維層に応じた規定内圧に対して、±1[%]程度の内圧になるまで、ライナー2の内圧を低下させる。ライナー2の内圧は、たとえば、前述の圧力制御機構によって自動で低下させることができる。
Next, as shown by the arrow A11 in FIG. 3, the specified internal pressure is set according to the fiber layer of the N + 1th layer. Then, the internal pressure of the
さらに、図3の矢印A12で示すように、N+1層目の繊維層を巻き剥がす。このとき、たとえば、N層目の繊維層の形成が完了したときの繊維束の量すなわち繊維使用量に対して、±1[%]程度の繊維使用量になるまで、繊維束をライナー2から巻き剥がす。
Further, as shown by the arrow A12 in FIG. 3, the fiber layer of the N + 1th layer is unwound. At this time, for example, the fiber bundle is transferred from the
次に、図3の矢印A13で示すように、N層目の繊維層に応じた規定内圧に設定する。そして、ライナー2の内圧が、N層目の繊維層に応じた規定内圧に対して、±1[%]程度の内圧になるまで、ライナー2の内圧を低下させる。ライナー2の内圧は、たとえば、前述の圧力制御機構によって自動で低下させることができる。
Next, as shown by the arrow A13 in FIG. 3, the specified internal pressure is set according to the fiber layer of the Nth layer. Then, the internal pressure of the
さらに、図3の矢印A14で示すように、N層目の繊維層を巻き剥がす。このとき、たとえば、N−1層目の繊維層の形成が完了したときの繊維束の量すなわち繊維使用量に対して、±1[%]程度の繊維使用量になるまで、繊維束をライナー2から巻き剥がす。その後、再び、図3の矢印A1で示すように、ライナー2の内圧を、N層目の繊維層に応じた規定内圧に設定し、繊維束をライナー2に巻きなおして、規定の層数の繊維層を形成する。なお、以上の説明は、たとえば、N+2層目の繊維層の形成中に異常が発生し、異常処置後の再開ポイントがN層目の繊維層である場合を想定している。
Further, as shown by the arrow A14 in FIG. 3, the fiber layer of the Nth layer is unwound. At this time, for example, the fiber bundle is lined up until the amount of fiber used is about ± 1 [%] with respect to the amount of fiber bundle when the formation of the fiber layer of the N-1th layer is completed, that is, the amount of fiber used. Peel off from 2. Then, as shown by the arrow A1 in FIG. 3, the internal pressure of the
以下、従来の技術との対比に基づいて、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100の作用について説明する。図4は、巻き剥がしの有無による従来の高圧ガスタンクのバースト強度の低下を示すグラフである。 Hereinafter, the operation of the high-pressure gas tank manufacturing method S100 of the present embodiment will be described based on the comparison with the conventional technique. FIG. 4 is a graph showing a decrease in burst strength of a conventional high-pressure gas tank depending on the presence or absence of unwinding.
従来から、高圧ガスタンクは、フィラメントワインディング装置によって樹脂容器に繊維を巻き付け、繊維層ごとに容器内圧を規定の圧力に上げ、最適な巻き付け張力で繊維を巻き付けることによって製造されている。このフィラメントワンディング工程において、たとえば、設備異常などで工程が停止した場合、積層させた繊維層のうち、異常発生時に巻き付けていた繊維を巻き剥がす工程が発生する。 Conventionally, a high-pressure gas tank has been manufactured by winding fibers around a resin container by a filament winding device, raising the internal pressure of the container to a specified pressure for each fiber layer, and winding the fibers with an optimum winding tension. In this filament wandering step, for example, when the step is stopped due to an equipment abnormality or the like, a step of unwinding the fibers wound at the time of occurrence of the abnormality occurs among the laminated fiber layers.
従来、繊維の積層状態に応じて、手作業で樹脂容器の内圧を抜き、繊維を巻き剥がす工程を行っている。このように手動で樹脂容器の内圧を低下させることから、樹脂容器に巻き付けた繊維の緩みが発生するおそれがある。このような巻き剥がし工程があり、樹脂容器に巻き付けた繊維の緩みが発生すると、図4に示すように、巻き剥がしがない場合と比較して、高圧バスタンクのバースト強度にばらつきや強度低下が発生する場合がある。また、巻き剥がし工程の安全性にも課題がある。 Conventionally, the internal pressure of the resin container is manually released according to the laminated state of the fibers, and the fibers are unwound. Since the internal pressure of the resin container is manually reduced in this way, the fibers wound around the resin container may loosen. When there is such a roll-off process and the fibers wound around the resin container become loose, as shown in FIG. 4, the burst strength of the high-pressure bath tank varies and the strength decreases as compared with the case where there is no roll-off. It may occur. There is also a problem in the safety of the unwinding process.
これに対し、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100は、前述のように、複数層の繊維層を備える高圧ガスタンク1の製造方法であって、ライナー2に樹脂を含浸した繊維束を巻き付けて繊維層を形成する繊維層形成工程S110と、前記ライナー2に巻き付けた繊維束に異常が発生したときにライナー2から繊維束を剥離させる繊維束剥離工程S120と、を備えている。そして、繊維層形成工程S110および繊維束剥離工程S120は、ライナー2に巻き付けられている繊維束の量を計測する計測工程S114,S122と、繊維束の量に基づいて繊維層の層数を求める層数演算工程S116,S123と、繊維層の層数に応じてライナー2の内圧を設定する内圧設定工程S111,S124と、を含む。
On the other hand, the method S100 for manufacturing a high-pressure gas tank according to the present embodiment is a method for manufacturing a high-
本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100は、上記繊維層形成工程S110が、繊維束の量に基づいて繊維層の層数を求める層数演算工程S116を含むことで、ライナー2に巻き付けた繊維束に異常が発生したときに、その異常が発生した繊維束を含む繊維層を特定することができる。さらに、繊維層形成工程S110が、求めた繊維層の層数に応じてライナー2の内圧を設定する内圧設定工程S111を含むことで、たとえば、繊維層の層数の増加に応じてライナー2の内圧を上昇させることができる。これにより、外側の繊維層において、繊維束をより高い張力でライナー2に巻き付けることができ、繊維束の緩みを防止して、高圧ガスタンク1のバースト強度を向上させることができる。
In the high-pressure gas tank manufacturing method S100 of the present embodiment, the fiber layer forming step S110 includes a layer number calculation step S116 for obtaining the number of layers of the fiber layer based on the amount of fiber bundles, so that the fiber wound around the
また、上記のように、異常が発生したときにライナー2から繊維束を剥離させる繊維束剥離工程S120が、上記繊維層形成工程S110と同様に、計測工程S122と、層数演算工程S123と、内圧設定工程S124と、を含んでいる。これにより、たとえば、異常が発生した繊維束を含む繊維層をライナー2から剥離させるときに、繊維層の層数の減少に応じて、ライナー2の内圧を低下させることができる。これにより、ライナー2の内圧の極端な低下によるライナー2の収縮が防止され、ライナー2の内圧と繊維束の張力とのバランスを保つことができる。したがって、ライナー2と繊維束との間の隙間の発生が防止され、繊維束の緩みを防止して、高圧ガスタンク1のバースト強度を向上させることができる。
Further, as described above, the fiber bundle peeling step S120 for peeling the fiber bundle from the
なお、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100は、たとえば、独立に制御できる繊維の張力を与えるエアシリンダと、樹脂容器であるライナー2の内圧を与えるエア系統とを備え、樹脂容器の繊維の巻き付け量をエンコーダにより演算しながらフィラメントワインディングすることを特徴とするフィラメントワインディング装置を用いて実施することができる。
The high-pressure gas tank manufacturing method S100 of the present embodiment includes, for example, an air cylinder that applies tension to fibers that can be independently controlled, and an air system that applies internal pressure to the
また、本実施形態の高圧ガスタンクの製造方法S100は、たとえば、上記装置において、任意の層でフィラメントワインディング(FW)中の異常により繊維を巻き剥がす際、(1)巻き剥がした繊維の量とFW中に演算した繊維巻き付け量とを比較し、任意の再開場所でのタンクに巻かれているべき繊維の量が正常かどうかを判定する機能を持ち、(2)内圧を圧力計により監視しながら精度よく指定の圧力まで下げられる機能を持つことを特徴とする装置を用いて実施することができる。 Further, in the high-pressure gas tank manufacturing method S100 of the present embodiment, for example, when the fibers are unwound due to an abnormality in filament winding (FW) in an arbitrary layer in the above apparatus, (1) the amount of the unwound fibers and the FW It has a function to compare with the fiber winding amount calculated inside and judge whether the amount of fiber to be wound in the tank at an arbitrary restart location is normal, and (2) while monitoring the internal pressure with a pressure gauge. It can be carried out using a device characterized by having a function of accurately lowering the pressure to a specified pressure.
上記(1)により、再開すべきポイントまで巻き剥がしを実施したとき、必要以上に繊維束を剥がしてしまい、繊維束不足によるタンク強度低下を防ぐことができる。また、上記(2)により、巻き剥がし時の繊維張力と、タンク内圧とのバランスを保つことが可能となり、繊維の緩み発生による繊維配向の乱れを防止し、タンク強度低下を防ぐことができる。 According to the above (1), when the winding peeling is performed to the point where it should be restarted, the fiber bundle is peeled off more than necessary, and it is possible to prevent the tank strength from being lowered due to the shortage of the fiber bundle. Further, according to the above (2), it is possible to maintain a balance between the fiber tension at the time of unwinding and the tank internal pressure, prevent the fiber orientation from being disturbed due to the occurrence of loosening of the fiber, and prevent the tank strength from being lowered.
以上、図面を用いて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等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like within a range not deviating from the gist of the present invention. Also, they are included in the present invention.
1 高圧ガスタンク
2 ライナー
S100 高圧ガスタンクの製造方法
S110 繊維層形成工程(繊維層を形成する工程)
S111 内圧設定工程(ライナーの内圧を設定する工程)
S114 計測工程(繊維束の量を計測する工程)
S116 層数演算工程(繊維層の層数を求める工程)
S120 繊維束剥離工程(繊維束を剥離させる工程)
S122 計測工程(繊維束の量を計測する工程)
S123 層数演算工程(繊維層の層数を求める工程)
S124 内圧設定工程(ライナーの内圧を設定する工程)
1 High-
S111 Internal pressure setting process (process to set the internal pressure of the liner)
S114 measurement process (process to measure the amount of fiber bundle)
S116 Number of layers calculation process (process to obtain the number of fiber layers)
S120 Fiber bundle peeling step (Step of peeling the fiber bundle)
S122 measurement process (process to measure the amount of fiber bundle)
S123 Layer number calculation process (process to obtain the number of fiber layers)
S124 Internal pressure setting process (process of setting the internal pressure of the liner)
Claims (1)
ライナーに樹脂を含浸した繊維束を巻き付けて前記繊維層を形成する工程と、前記ライナーに巻き付けた前記繊維束に異常が発生したときに前記ライナーから前記繊維束を剥離させる工程と、を備え、
前記繊維層を形成する工程および前記繊維束を剥離させる工程は、前記ライナーに巻き付けられている前記繊維束の量を計測する工程と、前記繊維束の前記量に基づいて前記繊維層の層数を求める工程と、前記繊維層の前記層数の増加に応じて前記ライナーの内圧をより高い規定内圧に設定し、前記繊維層の前記層数の減少に応じて前記ライナーの内圧をより低い規定内圧に設定する工程と、を含むことを特徴と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 plurality of fiber layers.
The liner is provided with a step of winding a fiber bundle impregnated with a resin around the liner to form the fiber layer, and a step of peeling the fiber bundle from the liner when an abnormality occurs in the fiber bundle wound around the liner.
The steps of forming the fiber layer and peeling off the fiber bundle include a step of measuring the amount of the fiber bundle wound around the liner and a number of layers of the fiber layer based on the amount of the fiber bundle. The internal pressure of the liner is set to a higher specified internal pressure according to the increase in the number of layers of the fiber layer, and the internal pressure of the liner is set to be lower according to the decrease in the number of layers of the fiber layer. A method for manufacturing a high-pressure gas tank, which comprises a step of setting an internal pressure.
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