JP7298486B2 - 高圧タンクの製造方法及び高圧タンク - Google Patents

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Description

本発明は、高圧タンクの製造方法及び高圧タンクに関する。
燃料電池自動車や水素自動車に搭載される水素タンクなどの高圧タンクとして、略円筒形状のライナーと、ライナーの外面を覆う繊維強化樹脂材料からなる補強層とを備えるものが知られている。このような高圧タンクは、例えば特許文献１に記載されたように、ライナーの外面にフィラメントワインディング法（ＦＷ法）で繊維強化樹脂材料からなる繊維束を複数巻き付けて補強層を形成することにより製造されている。
特開２０１２－１４９７３９号公報
最近では、型を使って作製した分割体同士を連結して補強層を形成し、形成した補強層の内部に樹脂材料を流し込んでライナーを形成する製造方法が検討されている。この製造方法によれば、従来のようにライナーに繊維束を巻き付ける必要がなくなるので、ライナーに巻付芯としての機能を付与する必要もなくなり、ライナーの軽量化を図ることができる。しかし、この製造方法を採用した場合、分割体を搬送する際に分割体同士間の位置ずれが発生しやすく、分割体同士の間に隙間が生じる問題があった。
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、分割体同士間の位置ずれを防止することができる高圧タンクの製造方法及び高圧タンクを提供することを目的とする。
本発明に係るガス高圧タンクの製造方法は、複数の分割体を嵌合することにより形成される補強層を備える高圧タンクの製造方法であって、前記複数の分割体を、隣接する分割体同士の間に樹脂介在部材が配置された状態で嵌合して嵌合体を作製する第１工程と、前記嵌合体の外面に熱硬化性樹脂が含浸された繊維束を巻き付ける第２工程と、前記嵌合体に巻き付けられた繊維束の樹脂を熱硬化させる第３工程と、を含むことを特徴としている。
本発明に係る高圧タンクの製造方法では、隣接する分割体同士の間に樹脂介在部材が配置された状態で複数の分割体を嵌合して嵌合体を作製するので、該樹脂介在部材によって、隣接する分割体同士間の位置ずれを防止することができる。
本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記樹脂介在部材は隣接する分割体同士の間に挟まれる第１部分を少なくとも有することが好ましい。このようにすれば、隣接する分割体同士間の位置ずれを防止する役割を果たしつつ、樹脂介在部材に用いられる材料を少なくすることができるので、樹脂介在部材のコスト削減を図ることができる。
本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記樹脂介在部材は、前記第１部分とともに、嵌合する分割体の端部同士のうち少なくとも片方を覆う第２部分を更に有することが好ましい。このようにすれば、嵌合する分割体の端部を保護することができる。
本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記樹脂介在部材はリング状に形成されていることが好ましい。このようにすれば、樹脂介在部材が隣接する分割体同士間の位置ずれを防止する役割を果たしつつ、シール部材としての役割も果たすことができる。従って、例えば嵌合体の内部に樹脂材料を流し込んでライナーを形成する場合、該樹脂材料が分割体同士間の隙間に流れ込むことを防止することができる。
本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記樹脂介在部材は繊維を含有しない樹脂材料によって形成されていることが好ましい。このようにすれば、樹脂介在部材は伸びやすく、分割体同士間の隙間に好適にフィットすることができるので、分割体同士間の位置ずれを一層防止することができる。
本発明に係る高圧タンクは、ガスを収容するライナーと、前記ライナーの外面を覆うとともに複数の分割体を嵌合することにより形成された第１補強層と、前記第１補強層の外面を覆う第２補強層とを備える高圧タンクであって、前記複数の分割体は、隣接する分割体同士の間に樹脂介在部材が配置された状態で嵌合されていることを特徴とする。
本発明に係る高圧タンクでは、第１補強層を形成する複数の分割体は、隣接する分割体同士の間に樹脂介在部材が配置された状態で嵌合されている。この樹脂介在部材によって、隣接する分割体同士間の位置ずれを防止することができる。
本発明によれば、分割体同士間の位置ずれを防止することができる。
高圧タンクの構造を示す概略断面図である。 高圧タンクの構造を示す拡大断面図である。 高圧タンクの製造方法を示すフローチャートである。 高圧タンクの製造方法を説明するための模式図である。 高圧タンクの製造方法を説明するための模式図である。 高圧タンクの樹脂介在部材の変形例を示す概略断面図である。 高圧タンクの樹脂介在部材の変形例を示す概略断面図である。 高圧タンクの樹脂介在部材の変形例を示す概略断面図である。
以下、図面を参照して高圧タンク及びその製造方法の実施形態について説明する。本実施形態において、高圧タンク１０は燃料電池車両に搭載されて内部に高圧の水素ガスが充填される例として説明するが、その他の用途についても適用されても良い。また、高圧タンク１０に充填可能なガスとしては、高圧の水素ガスに限定されない。
図１は高圧タンクの構造を示す概略断面図であり、図２は高圧タンクの構造を示す拡大断面図である。高圧タンク１０は、両端がドーム状に丸みを帯びた略円筒形状の高圧ガス貯蔵容器であって、ガスバリア性を有するライナー１１と、ライナー１１の外面を覆う繊維強化樹脂材料からなる第１補強層１２と、第１補強層１２の外面を覆う繊維強化樹脂材料からなる第２補強層１３とを備えている。
高圧タンク１０の軸Ｌ方向の一端には、円形状の開口部１２４が形成されており、該開口部１２４には略円筒形状の口金１４が装着されている。口金１４には、水素ガスを充填及び排出するためのバルブ（図示せず）が取り付けられる。一方、高圧タンク１０の軸Ｌ方向の他端には、開口部が形成されておらず、口金も設けられていない。以下では、口金１４が装着された側を「バルブ側」、口金が設けられていない側を「エンド側」と呼ぶ。
ライナー１１は、第１補強層１２の内面に沿って形成されている。このライナー１１は、高圧の水素ガスが充填される収容空間１５を形成する樹脂製部材である。ライナー１１を構成する樹脂は、充填されるガス（ここでは水素ガス）を収容空間１５内に保持する性能、すなわち、ガスバリア性が良好な樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、及びエチレン－ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリエステル等の熱可塑性樹脂や、エポキシ等の熱硬化性樹脂が挙げられる。ライナー１１の収容空間１５には、燃料ガスとして水素ガスの他に、例えば、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス、その他のガスが充填されても良い。
口金１４は、ステンレスやアルミニウムなどの金属材料を所定形状に加工したものである。口金１４は、略円筒形状の口金本体部１４１と、ライナー１１と第１補強層１２のバルブ側ドーム部材１２２（後述する）との間に嵌入された鍔部１４２とを有する。
第１補強層１２は、ライナー１１の外面を覆うとともに、ライナー１１を補強して高圧タンク１０の剛性や耐圧性等の機械的強度を向上させる機能を有する。第１補強層１２は、複数の分割体を嵌合することにより形成されている。本実施形態において、第１補強層１２は、３つの分割体（すなわち円筒部材１２１、バルブ側ドーム部材１２２及びエンド側ドーム部材１２３）を、隣接する分割体同士の間に樹脂介在部材１６が配置された状態で嵌合することにより一体化したものである。
より具体的には、円筒部材１２１のバルブ側嵌合端部１２１ａ及びエンド側嵌合端部１２１ｂは、それぞれ、高圧タンク１０の外側から内側に向かって厚みが徐々に薄くなるようにテーパ状に形成されている。円筒部材１２１のバルブ側嵌合端部１２１ａと嵌合するバルブ側ドーム部材１２２の嵌合端部１２２ａ、及びエンド側嵌合端部１２１ｂと嵌合するエンド側ドーム部材１２３の嵌合端部１２３ａは、それぞれ、高圧タンク１０の内側から外側に向かって厚みが徐々に薄くなるようにテーパ状に形成されている。
そして、バルブ側ドーム部材１２２と円筒部材１２１とは、嵌合端部１２２ａが外側、バルブ側嵌合端部１２１ａが内側にそれぞれ位置した状態で互いに嵌合されている。嵌合端部１２２ａとバルブ側嵌合端部１２１ａとの間には、樹脂介在部材１６が配置されている。樹脂介在部材１６は、断面がＺ字状を呈しており、嵌合端部１２２ａとバルブ側嵌合端部１２１ａとの間に挟まれる第１部分１６１と、第１部分１６１とともに嵌合端部１２２ａを覆う第２部分１６２と、第１部分１６１とともにバルブ側嵌合端部１２１ａを覆う第２部分１６３とを有する。
一方、エンド側ドーム部材１２３と円筒部材１２１とは、嵌合端部１２３ａが外側、エンド側嵌合端部１２１ｂが内側にそれぞれ位置した状態で互いに嵌合されている。嵌合端部１２３ａとエンド側嵌合端部１２１ｂとの間には、上述の樹脂介在部材１６が配置されている。このとき、樹脂介在部材１６は、第１部分１６１が嵌合端部１２３ａとエンド側嵌合端部１２１ｂとの間に挟まれつつ、第２部分１６２が第１部分１６１とともに嵌合端部１２３ａ、第２部分１６３が第１部分１６１とともにエンド側嵌合端部１２１ｂをそれぞれ覆うように配置されている。
樹脂介在部材１６は、円筒部材１２１の円周に合うようにリング状を呈している。この樹脂介在部材１６は、例えば熱可塑性樹脂材料を用いて射出成型により形成されている。熱可塑性樹脂材料としては、例えばポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。更に、樹脂介在部材１６に用いられる熱可塑性樹脂材料は、高い耐熱性（例えば熱硬化温度である１６０℃でも溶けない）をもつことが好ましい。このようにすれば、熱硬化されても樹脂介在部材１６の形状を維持することができる。
また、これらの熱可塑性樹脂材料は、炭素繊維等の繊維を含有（すなわち、繊維強化）しても良く、含有しなくても良い。繊維を含有しない場合、樹脂介在部材１６は伸びやすいので、嵌合端部同士間の隙間に好適にフィットし、嵌合部材同士間の位置ずれを確実に防止することができる。
バルブ側ドーム部材１２２、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３を嵌合することにより形成された第１補強層１２は、樹脂及び繊維（連続繊維）によって構成されている。円筒部材１２１では、繊維は、円筒部材１２１の軸Ｌ方向に対して略直交する角度で周状に形成されている。言い換えれば、円筒部材１２１では、繊維は、円筒部材１２１の周方向に配向されている。このように円筒部材１２１に繊維が周方向に配向されることにより、内圧（ガス圧）により生じるフープ応力に対する第１補強層１２の強度を適切な量の繊維強化樹脂によって確保することができる。
一方、バルブ側ドーム部材１２２及びエンド側ドーム部材１２３では、繊維は円筒部材１２１の周方向に配向されておらず、周方向と交差する様々な方向に向かって延びる繊維同士が重なるように配置されている。これにより、バルブ側ドーム部材１２２及びエンド側ドーム部材１２３は、繊維によって内圧（ガス圧）により生じる応力に対する第１補強層１２の強度を適切な量の繊維強化樹脂によって確保することができる。
本実施形態では、円筒部材１２１の繊維と、バルブ側ドーム部材１２２及びエンド側ドーム部材１２３の繊維とは連続していない（すなわち、繋がっていない）。これは、円筒部材１２１と、２つのドーム部材（バルブ側ドーム部材１２２及びエンド側ドーム部材１２３）とを別々に形成した後、円筒部材１２１の両端部にバルブ側ドーム部材１２２とエンド側ドーム部材１２３とをそれぞれ嵌合するためである。
一方、第２補強層１３は、第１補強層１２の外面を覆うように形成されている。第２補強層１３は、円筒部材１２１、バルブ側ドーム部材１２２及びエンド側ドーム部材１２３の全体を覆っている。この第２補強層１３は、樹脂及び繊維（連続繊維）から構成されている。
以上のように構成された高圧タンク１０では、第１補強層１２を形成するバルブ側ドーム部材１２２、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３は、間に樹脂介在部材１６が配置された状態で嵌合されている。この樹脂介在部材１６によって、バルブ側ドーム部材１２２及び円筒部材１２１間の位置ずれ、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３間の位置ずれを防止することができる。
また、樹脂介在部材１６がリング状に形成されているので、バルブ側ドーム部材１２２及び円筒部材１２１間の隙間、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３間の隙間を樹脂介在部材１６で埋めることができる。そして、この樹脂介在部材１６は、シール部材としての役割も果たすことができるので、例えば第１補強層１２の内部に樹脂材料を流し込んでライナー１１を形成する場合、樹脂材料がバルブ側ドーム部材１２２及び円筒部材１２１間の隙間、或いは円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３間の隙間に流れ込むことを防止することができる。
更に、樹脂介在部材１６は、嵌合端部１２２ａとバルブ側嵌合端部１２１ａとの間（或いは嵌合端部１２３ａとエンド側嵌合端部１２１ｂとの間）に挟まれる第１部分１６１と、第１部分１６１とともに嵌合端部１２２ａ（或いは嵌合端部１２３ａ）を覆う第２部分１６２と、第１部分１６１とともにバルブ側嵌合端部１２１ａ（或いはエンド側嵌合端部１２１ｂ）を覆う第２部分１６３とを有するので、位置ずれ防止及びシール部材としての役割を果たしつつ、嵌合端部１２２ａとバルブ側嵌合端部１２１ａと（或いは嵌合端部１２３ａとエンド側嵌合端部１２１ｂと）をそれぞれ保護することができる。
以下、高圧タンク１０の製造方法を説明する。図３は高圧タンクの製造方法を示すフローチャートである。高圧タンク１０の製造方法は、ドーム部材形成工程Ｓ１と、円筒部材形成工程Ｓ２と、接合工程Ｓ３と、繊維束巻き付け工程Ｓ４と、熱硬化工程Ｓ５と、ライナー形成工程Ｓ６とを含む。なお、ドーム部材形成工程Ｓ１と円筒部材形成工程Ｓ２とは、互いに独立した工程であるため、並行して行っても良いし、いずれの工程を先に行っても良い。
ドーム部材形成工程Ｓ１では、例えばフィラメントワインディング法を用いて、樹脂が含浸された繊維束を所定の型の外面を覆うように巻回して巻回体を作製し、作製した巻回体を固化させた後にカッター等で分割することにより２つのドーム部材（バルブ側ドーム部材１２２とエンド側ドーム部材１２３）を形成する（図４参照）。このとき、形成されるバルブ側ドーム部材１２２には、口金１４を装着するための開口部１２４が設けられている。
繊維束に含浸される樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。一般的に、エポキシ樹脂とは、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンの共重合体等であるプレポリマーと、ポリアミン等である硬化剤と、を混合して熱硬化することで得られる樹脂である。エポキシ樹脂は、未硬化状態では流動性があり、熱硬化後は強靭な架橋構造を形成する。なお、繊維束に含浸される樹脂として、熱可塑性樹脂を用いても良い。熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアクリル酸エステル、ポリイミド、ポリアミド等を用いることができる。
繊維束を構成する繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量化や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。
巻回体を固化させる（言い換えれば、繊維束の樹脂を固化させる）方法としては、特に限定されるものではないが、例えば繊維束の樹脂が熱硬化性樹脂からなる場合、樹脂を予備硬化しても良い。予備硬化の条件（温度及び時間）は、繊維束の樹脂の種類によって異なるが、繊維束の樹脂の粘度が所定の型に巻回したときの粘度（予備硬化前の粘度）よりも高くなるように設定される。ここでは、予備硬化として、繊維束の樹脂の流動性がなくなるまで繊維束を硬化させる。一方、繊維束の樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合、樹脂が流動性を有した状態の繊維束を冷却することによって、繊維束の樹脂を固化させても良い。
繊維束の樹脂を固化させることによって、カッター等による切断時（すなわち、分割時）の繊維束の変形を抑制することができるとともに、所定の型から取り外す際のバルブ側ドーム部材１２２及びエンド側ドーム部材１２３の変形を抑制することができる。
円筒部材形成工程Ｓ２では、例えばＣＷ（Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）法を用いて、回転する円筒金型の内面に繊維シートを貼り付けることにより円筒部材１２１を形成する。繊維シートは、例えば円筒金型の周方向に配向された繊維を少なくとも有している。これによって、周方向に繊維が配向された円筒部材１２１を得られる。
繊維シートとしては、例えば、単一方向に揃えられた複数の繊維束が拘束糸で編み込まれた所謂ＵＤ（Ｕｎｉ－Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）シートや、単一方向に揃えられた複数の繊維束とこの複数の繊維束に交差する、例えば直交する複数の繊維束とが編み込まれた繊維シートなどを用いることができる。また、繊維シートとしては、予め樹脂が含浸されていない繊維シートを用いても良く、予め樹脂が含浸された繊維シートを用いても良い。
繊維シートに含浸される樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、上述の繊維束と同様、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
繊維シートを構成する繊維としては、上述の繊維束と同様、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量化や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。
なお、円筒金型の内面に形成された円筒部材１２１は、図４に示すように、バルブ側嵌合端部１２１ａ及びエンド側嵌合端部１２１ｂにおいて内側から外側に向かって厚みが徐々に薄くなるように形成されている。これにより、後に円筒部材１２１とバルブ側ドーム部材１２２又はエンド側ドーム部材１２３とを嵌合して連結する際に、嵌合される端部に段差が形成されにくくなる。このようにすれば、段差に起因して、第１補強層１２と第２補強層１３との間にボイドが形成されるのを抑制することができる。
なお、円筒部材１２１の樹脂が熱硬化性樹脂からなる場合（言い換えれば、熱硬化性樹脂が含浸された繊維シートを用いた場合）、樹脂を予備硬化することで円筒部材１２１を固化させる必要がある。予備硬化の条件（温度及び時間）は、樹脂の種類によって異なるが、樹脂の粘度が円筒金型に巻回したときよりも高くなるように設定される。ここでは、予備硬化として、繊維シートの樹脂の流動性がなくなるまで繊維シートを硬化させる。
接合工程Ｓ３では、図４に示すように、バルブ側ドーム部材１２２、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３を連結して第１補強層１２を形成する。具体的には、まず、バルブ側ドーム部材１２２の開口部１２４に口金１４を装着する。このとき、例えばバルブ側ドーム部材１２２の内側から口金１４を開口部１２４に差し込み、更に口金１４の鍔部１４２がバルブ側ドーム部材１２２の内側に当たるまで該口金１４を挿入する。
次に、例えばバルブ側ドーム部材１２２の嵌合端部１２２ａを外側、円筒部材１２１のバルブ側嵌合端部１２１ａを内側にし、嵌合端部１２２ａとバルブ側嵌合端部１２１ａとの間に樹脂介在部材１６が配置された状態でこれらの嵌合端部を嵌合する。このとき、樹脂介在部材１６の第１部分１６１が嵌合端部１２２ａとバルブ側嵌合端部１２１ａとの間に位置し、且つ第２部分１６２が嵌合端部１２２ａ、第２部分１６３がバルブ側嵌合端部１２１ａをそれぞれ覆うように、両者の嵌合が行われる。
続いて、エンド側ドーム部材１２３の嵌合端部１２３ａを外側、円筒部材１２１のエンド側嵌合端部１２１ｂを内側に、嵌合端部１２３ａとエンド側嵌合端部１２１ｂとの間に樹脂介在部材１６が配置された状態でこれらの嵌合端部を嵌合する。このとき、樹脂介在部材１６の第１部分１６１が嵌合端部１２３ａとエンド側嵌合端部１２１ｂとの間に位置し、且つ第２部分１６２が嵌合端部１２３ａ、第２部分１６３がエンド側嵌合端部１２１ｂをそれぞれ覆うように、両者の嵌合が行われる。
円筒部材１２１のバルブ側嵌合端部１２１ａ及びエンド側嵌合端部１２１ｂ、バルブ側ドーム部材１２２の嵌合端部１２２ａ、及びエンド側ドーム部材１２３の嵌合端部１２３ａの各々は、円周状に形成されているため、嵌合端部１２２ａ及び嵌合端部１２３ａは、円筒部材１２１のバルブ側嵌合端部１２１ａ又はエンド側嵌合端部１２１ｂに対し、リング状の樹脂介在部材１６を介して全周に亘って接触する。
このようにバルブ側ドーム部材１２２、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３を嵌合することにより形成された嵌合体は、上述の第１補強層１２となる。続いて、第１補強層１２は次工程である繊維束巻き付け工程Ｓ４に搬送される。搬送時において、バルブ側ドーム部材１２２と円筒部材１２１との間、円筒部材１２１とエンド側ドーム部材１２３との間に樹脂介在部材１６がそれぞれ配置されるので、バルブ側ドーム部材１２２及び円筒部材１２１間の位置ずれ、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３間の位置ずれを防止することができる。
接合工程Ｓ３は、特許請求の範囲に記載の「第１工程」に相当するものである。なお、接合工程Ｓ３では、バルブ側ドーム部材１２２の嵌合端部１２２ａ及びエンド側ドーム部材１２３の嵌合端部１２３ａを内側にし、円筒部材１２１のバルブ側嵌合端部１２１ａ及びエンド側嵌合端部１２１ｂを外側にした状態でこれらの部材を嵌合して連結しても良い。
繊維束巻き付け工程Ｓ４では、接合工程Ｓ３で形成された第１補強層１２（すなわち、バルブ側ドーム部材１２２、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３の嵌合体）に対し、例えばヘリカル巻きで第１補強層１２の外面に熱硬化性樹脂が含浸された繊維束を巻き付ける。
ここでの熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、繊維束を構成する繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量化や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。
なお、この繊維束巻き付け工程Ｓ４は、特許請求の範囲に記載の「第２工程」に相当するものである。
熱硬化工程Ｓ５では、繊維束が巻き付けられた第１補強層１２を熱硬化炉に搬送し、熱硬化炉で例えば１６０℃で１０分加熱することにより、繊維束の樹脂を熱硬化させる。熱硬化炉への搬送時において、バルブ側ドーム部材１２２と円筒部材１２１との間、円筒部材１２１とエンド側ドーム部材１２３との間に樹脂介在部材１６がそれぞれ配置されるため、バルブ側ドーム部材１２２及び円筒部材１２１間の位置ずれ、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３間の位置ずれを防止することができる。
熱硬化工程Ｓ５は、特許請求の範囲に記載の「第３工程」に相当するものである。
ライナー形成工程Ｓ６では、上述の工程で形成された第１補強層１２及び第２補強層１３について、第１補強層１２の内部に樹脂材料を流し込んだ後に、流し込んだ樹脂材料が第１補強層１２の内面を覆うようにこれらの補強層を回転させ、樹脂材料を固化させることによりライナー１１を形成する。
具体的には、図５に示すように、口金１４が装着された第１補強層１２及び第２補強層１３を水平状態で（すなわち、軸Ｌ方向が水平方向と一致するように）配置し、口金１４の開口を介して第１補強層１２の内部にノズル１７を挿入する。続いて、ノズル１７を介して第１補強層１２の内部に液体の樹脂材料Ｍを流し込み、その後、ノズル１７を口金１４から引き出し、栓部材（図示せず）で口金１４の開口を塞ぐ。
樹脂材料Ｍは、上述したように、ガスバリア性が良好な樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、及びエチレン－ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリエステル等の熱可塑性樹脂や、エポキシ等の熱硬化性樹脂が挙げられるが、ポリアミドであることが好ましい。
その後、第１補強層１２の内面を樹脂材料Ｍが覆うように第１補強層１２及び第２補強層１３を回転させる。具体的には、第１補強層１２の内部空間を必要に応じて所定温度以上に加熱して、樹脂材料Ｍが低粘度（０～０．０５Ｐａ・ｓ）で流動性を有した状態で、第１補強層１２及び第２補強層１３を軸Ｌを中心として周方向に回転させるとともに第１補強層１２のバルブ側端部及びエンド側端部を交互に上下させる（図５中の矢印参照）。これにより、流動性を有する樹脂材料Ｍは回転により持ち上げられるとともに、樹脂材料Ｍの一部が自重により第１補強層１２の内面を流れ落ちることによって、樹脂材料Ｍは第１補強層１２の内面全面に接触して覆った状態になる。
次に、樹脂材料Ｍを固化させる。樹脂材料Ｍが熱硬化性樹脂である場合、例えば第１補強層１２を加熱することにより、樹脂材料Ｍを硬化させてライナー１１を形成する。一方、樹脂材料Ｍが熱可塑性樹脂である場合、第１補強層１２の温度を下げることによって、樹脂材料Ｍを第１補強層１２の内面を覆うように接触させた状態で固化させ、ライナー１１を形成する。
本実施形態に係る高圧タンク１０の製造方法では、接合工程Ｓ３においてバルブ側ドーム部材１２２と円筒部材１２１との間、円筒部材１２１とエンド側ドーム部材１２３との間に樹脂介在部材１６がそれぞれ配置された状態でこれらの部材を嵌合して嵌合体を作製する。樹脂介在部材１６によって、バルブ側ドーム部材１２２及び円筒部材１２１間の位置ずれ、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３間の位置ずれを防止することができる。従って、例えば嵌合体搬送時であっても位置ずれの発生を確実に防止することができる。
また、樹脂介在部材１６がリング状に形成されているので、バルブ側ドーム部材１２２及び円筒部材１２１間の隙間、円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３間の隙間が樹脂介在部材１６で埋められる。これによって、樹脂介在部材１６はシール部材としての役割も果たすことができるので、第１補強層１２の内部に樹脂材料Ｍを流し込んでライナー１１を形成する際に、樹脂材料Ｍがバルブ側ドーム部材１２２及び円筒部材１２１間の隙間、又は円筒部材１２１及びエンド側ドーム部材１２３間の隙間に流れ込むのを防止することができる。
更に、樹脂介在部材１６は、嵌合端部１２２ａとバルブ側嵌合端部１２１ａとの間（或いは嵌合端部１２３ａとエンド側嵌合端部１２１ｂとの間）に挟まれる第１部分１６１と、第１部分１６１とともに嵌合端部１２２ａ（或いは嵌合端部１２３ａ）を覆う第２部分１６２と、第１部分１６１とともにバルブ側嵌合端部１２１ａ（或いはエンド側嵌合端部１２１ｂ）を覆う第２部分１６３とを有するので、位置ずれ防止及びシール部材としての役割を果たしつつ、嵌合端部１２２ａとバルブ側嵌合端部１２１ａと（或いは嵌合端部１２３ａとエンド側嵌合端部１２１ｂと）をそれぞれ保護することができる。
なお、高圧タンク１０の樹脂介在部材について、様々な変形例が考えられる。例えば、図６に示す変形例では、樹脂介在部材１６Ａは、バルブ側ドーム部材１２２の嵌合端部１２２ａと円筒部材１２１のバルブ側嵌合端部１２１ａとの間に挟まれる第１部分１６１のみを有する。このようにすれば、上述の樹脂介在部材１６と比べて第２部分１６２，１６３を有さないので、コスト削減を図ることができる。
また、図７に示す変形例では、樹脂介在部材１６Ｂは、バルブ側ドーム部材１２２の嵌合端部１２２ａと円筒部材１２１のバルブ側嵌合端部１２１ａとの間に挟まれる第１部分１６１と、第１部分１６１とともに嵌合端部１２２ａを覆う第２部分１６２とを有する。
また、図８に示す変形例では、樹脂介在部材１６Ｃは、バルブ側ドーム部材１２２の嵌合端部１２２ａと円筒部材１２１のバルブ側嵌合端部１２１ａとの間に挟まれる第１部分１６１と、第１部分１６１とともにバルブ側嵌合端部１２１ａを覆う第２部分１６３とを有する。
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、上述した実施形態では、樹脂介在部材についてリング状に形成されたものとして説明したが、樹脂介在部材は必ずしもリング状に形成されるものに限らず、例えば所定の長さを有するブロック状に形成されるものでも良い。この場合、嵌合端部１２２ａとバルブ側嵌合端部１２１ａとの間（或いは嵌合端部１２３ａとエンド側嵌合端部１２１ｂとの間）において、樹脂介在部材を円周方向に沿って断続且つ均等に配置することにより、部材同士間の位置ずれを防止することができる。
１０ 高圧タンク
１１ ライナー
１２ 第１補強層
１３ 第２補強層
１４ 口金
１５ 収容空間
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 樹脂介在部材
１７ ノズル
１２１ 円筒部材
１２１ａ バルブ側嵌合端部
１２１ｂ エンド側嵌合端部
１２２ バルブ側ドーム部材
１２２ａ 嵌合端部
１２３ エンド側ドーム部材
１２３ａ 嵌合端部
１２４ 開口部
１４１ 口金本体部
１４２ 鍔部
１６１ 第１部分
１６２，１６３ 第２部分

Claims (6)

  1. 複数の分割体を嵌合することにより形成される補強層を備える高圧タンクの製造方法であって、
    前記複数の分割体を、隣接する分割体同士の間に樹脂介在部材が配置された状態で嵌合して嵌合体を作製する第１工程と、
    前記嵌合体の外面に熱硬化性樹脂が含浸された繊維束を巻き付ける第２工程と、
    前記嵌合体に巻き付けられた繊維束の樹脂を熱硬化させる第３工程と、
    を含み、
    前記樹脂介在部材は、中間に位置する第１部分と、前記第１部分の一端及び他端にそれぞれ連結されるとともに互いに逆方向に延びる一対の第２部分とを有する断面Ｚ字状を呈し、
    前記第１工程において、前記第１部分が隣接する分割体同士の間に挟まれ、且つ、前記一対の第２部分のうちの一方が前記第１部分とともに嵌合する分割体の端部同士の一方を覆い、前記一対の第２部分のうちの他方が前記第１部分とともに嵌合する分割体の端部同士の他方を覆うように、前記樹脂介在部材を隣接する分割体同士の間に配置することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
  2. 前記樹脂介在部材は、リング状に形成されている請求項１に記載の高圧タンクの製造方法。
  3. 前記樹脂介在部材は、繊維を含有しない樹脂材料によって形成されている請求項１又は２に記載の高圧タンクの製造方法。
  4. ガスを収容するライナーと、前記ライナーの外面を覆うとともに複数の分割体を嵌合することにより形成された第１補強層と、前記第１補強層の外面を覆う第２補強層とを備える高圧タンクであって、
    前記複数の分割体は、隣接する分割体同士の間に樹脂介在部材が配置された状態で嵌合され、
    前記樹脂介在部材は、中間に位置する第１部分と、前記第１部分の一端及び他端にそれぞれ連結されるとともに互いに逆方向に延びる一対の第２部分とを有する断面Ｚ字状を呈し、
    前記樹脂介在部材は、前記第１部分が隣接する分割体同士の間に挟まれ、且つ、前記一対の第２部分のうちの一方が前記第１部分とともに嵌合する分割体の端部同士の一方を覆い、前記一対の第２部分のうちの他方が前記第１部分とともに嵌合する分割体の端部同士の他方を覆うように、隣接する分割体同士の間に配置されていることを特徴とする高圧タンク。
  5. 前記樹脂介在部材は、リング状に形成されている請求項４に記載の高圧タンク。
  6. 前記樹脂介在部材は、繊維を含有しない樹脂材料によって形成されている請求項４又は５に記載の高圧タンク。
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