JP7491290B2 - 高圧タンクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。

燃料電池自動車等に搭載される高圧タンクとして、円筒状のパイプ部と該パイプ部の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部とを有するライナーと、ライナーの外周面を覆う繊維強化樹脂からなる補強層とを備えるものが知られている。このような構造を有する高圧タンクは、先にライナーを形成し、形成したライナーを巻き芯としてフィラメントワインディング法（ＦＷ法）で、樹脂が含浸された繊維束を該ライナーの外周面に巻回して補強層を形成することにより製造されている（例えば下記特許文献１参照）。

特開２０１２－１４９７３９号公報

最近では、上述の製造方法に代わる方法として、型を使ってライナーのパイプ部を覆うパイプ補強層及びドーム部を覆うドーム補強層をそれぞれ作製し、作製したパイプ補強層とドーム補強層とを組み付ける方法が検討されている。しかし、この製造方法において、ドーム補強層を効率良く作製する方法が未だ確立されておらず、高圧タンクの生産性の向上を図り難い問題がある。

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、ドーム補強層を効率良く作製でき、高圧タンクの生産性を向上できる高圧タンクの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る高圧タンクの製造方法は、円筒状のパイプ部と前記パイプ部の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部とを有するライナーと、前記パイプ部の外周面を覆うパイプ補強層と前記ドーム部の外周面を覆うドーム補強層とを有する補強部とを備える高圧タンクの製造方法であって、複数の繊維強化樹脂板材を互いに交差するように積層することにより円板状のドーム補強層中間体を形成し、形成した前記ドーム補強層中間体をドーム状にプレス成形することにより前記ドーム補強層を作製するドーム補強層作製工程を含むことを特徴とする高圧タンクの製造方法。

本発明に係る高圧タンクの製造方法によれば、ドーム補強層は、複数の繊維強化樹脂板材を互いに交差するように積層することにより円板状のドーム補強層中間体を形成し、形成した前記ドーム補強層中間体をドーム状にプレス成形することにより作製される。従って、ドーム補強層を効率良く作製でき、高圧タンクの生産性を向上することができる。また、複数の繊維強化樹脂板材を互いに交差するように積層するため、繊維強化樹脂板材を平行に積層する場合と比べて、作製されるドーム補強層の強度を高めることができる。

本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記ドーム補強層作製工程において、円柱状のガイド凹部と前記ガイド凹部の中央位置に立設されたシャフトとを有する治具を用いて、前記シャフトを中心として回転するように前記複数の繊維強化樹脂板材を前記ガイド凹部に積層することにより前記ドーム補強層中間体を形成することが好ましい。このようにすれば、ドーム補強層中間体を効率良く作製できるとともに、作製されるドーム補強層の強度を確保することができる。

本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記ドーム補強層作製工程において、円柱状のガイド凹部を有する治具を用いて、前記ガイド凹部の中心を中心として回転するように前記複数の繊維強化樹脂板材を前記ガイド凹部に積層することにより前記ドーム補強層中間体を形成することが好ましい。このようにすれば、ドーム補強層中間体を効率良く作製できるとともに、作製されるドーム補強層の強度を確保することができる。

本発明によれば、ドーム補強層を効率良く作製でき、高圧タンクの生産性を向上することができる。

高圧タンクの構造を示す概略断面図である。 実施形態に係る高圧タンクの製造方法を示す工程図である。 第１ドーム補強層の作製を説明する模式図である。 第１ドーム補強層に口金を取り付けることを示す断面図である。 第１ドーム分割体の形成を説明する断面図である。 第２ドーム分割体の形成を説明する断面図である。 パイプ補強層の作製を説明する断面図である。 パイプ分割体の形成を説明する断面図である。 第１ドーム分割体、パイプ分割体及び第２ドーム分割体の組み付けを説明する断面図である。 高ヘリカル層の形成を説明する断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る高圧の製造方法の実施形態について説明するが、その前に図１を基に高圧タンクの構造を説明する。

[高圧タンクについて]
図１は高圧タンクの構造を示す概略断面図である。高圧タンク１は、例えば燃料電池車両に搭載されており、その内部には高圧の水素ガスが充填される。なお、高圧タンク１に充填されるガスとしては、高圧の水素ガスに限定されず、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、その他のガスであっても良い。

図１に示すように、高圧タンク１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２と、ライナー２の外周面を覆うとともに複数の補強層を有する補強部３と、高圧タンク１の一端部に取り付けられた口金４と、を備えている。

ライナー２は、高圧水素を貯留する貯留空間５を有する中空の容器であって、水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂材料によって形成されている。このライナー２は、円筒状のパイプ部２１と該パイプ部２１の軸方向（すなわち、高圧タンク１の軸Ｌ方向）の両側に設けられた一対のドーム部（第１ドーム部２２、第２ドーム部２３）とで構成されている。パイプ部２１は、高圧タンク１の軸Ｌ方向に沿って所定の長さで延在している。第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３は、パイプ部２１の両側に連続して形成されており、パイプ部２１から遠ざかるに従ってそれぞれ縮径している。

第１ドーム部２２の端部２２１は、口金４と連結されている。第１ドーム部２２の端部２２１とは反対側の端部２２２は、高圧タンク１の外側に反るように形成されている。そして、第２ドーム部２３の端部２３１も、高圧タンク１の外側に反るように形成されている。

ライナー２を形成する樹脂材料は、充填されるガスを貯留空間５内に保持する性能、すなわち、ガスバリア性が良好なものであることが好ましい。このような樹脂材料としては、後述する熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が挙げられる。

口金４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属材料を所定形状に加工したものである。この口金４は、略円筒状の口金本体部４１と、ライナー２と補強部３との間に嵌入された鍔部４２とを有する。口金４には、貯留空間５に対して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。

補強部３は、ライナー２を補強して高圧タンク１の剛性や耐圧性等の機械的強度を向上させる機能を有し、強化繊維（連続繊維）に樹脂が含浸された繊維強化樹脂等により形成された補強層を複数有する。具体的には、この補強部３は、パイプ部２１の外周面を覆うパイプ補強層３１と、第１ドーム部２２の外周面を覆う第１ドーム補強層３２と、第２ドーム部２３の外周面を覆う第２ドーム補強層３３と、パイプ補強層３１の全体、第１ドーム補強層３２の一部及び第２ドーム補強層３３の一部を覆う高ヘリカル層３４と、高ヘリカル層３４の全体、第１ドーム補強層３２の一部及び第２ドーム補強層３３の一部を覆う外ヘリカル層３５と、を有する。

パイプ補強層３１は、パイプ部２１に対応する補強層であり、パイプ部２１の形状に倣って円筒状を呈している。パイプ補強層３１は強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂によって形成されている。パイプ補強層３１の強化繊維は、高圧タンク１の軸Ｌ方向に対して略直交する角度で周状に配向されており、言い換えれば、パイプ補強層３１の強化繊維は、高圧タンク１の周方向に配向されている。

第１ドーム補強層３２は、第１ドーム部２２に対応する補強層であり、第１ドーム部２２の形状に倣ってドーム状を呈している。第１ドーム補強層３２は、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂によって形成されている。第１ドーム補強層３２の強化繊維は、高圧タンク１の周方向に配向されておらず、高圧タンク１の周方向と交差する様々な方向に延在している。

第２ドーム補強層３３は、第２ドーム部２３に対応する補強層であり、第２ドーム部２３の形状に倣ってドーム状を呈している。第２ドーム補強層３３は、強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂によって形成されている。第２ドーム補強層３３の強化繊維は、高圧タンク１の周方向に配向されておらず、高圧タンク１の周方向と交差する様々な方向に延在している。

なお、パイプ補強層３１の強化繊維と、第１ドーム補強層３２又は第２ドーム補強層３３の強化繊維とは連続していない（繋がっていない）。これは、後述するように、パイプ補強層３１と第１ドーム補強層３２と第２ドーム補強層３３とが別々に作製されたものであるからである。

本実施形態では、パイプ部２１と該パイプ部２１の外周面を覆うパイプ補強層３１とはパイプ分割体１１を構成し、第１ドーム部２２と該第１ドーム部２２の外周面を覆う第１ドーム補強層３２とは第１ドーム分割体１２を構成し、第２ドーム部２３と該第２ドーム部２３の外周面を覆う第２ドーム補強層３３とは第２ドーム分割体１３を構成する。

高圧タンク１の軸Ｌ方向において、パイプ分割体１１、第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３は、パイプ分割体１１の一端部が第１ドーム分割体１２と組み付けられ、パイプ分割体１１の他端部が第２ドーム分割体１３と組み付けられることにより、組付体１０を形成する。そして、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２とは、第１ドーム部２２がパイプ部２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように、組み付けられている。同様に、パイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３とは、第２ドーム部２３がパイプ部２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように、組み付けられている。

高圧タンク１の軸Ｌ方向におけるパイプ部２１の両端部は、それぞれ高圧タンク１の外側に折り返された折り返し端部２１１である。具体的には、折り返し端部２１１は、その外側に配置されたパイプ補強層３１の端部を囲むように高圧タンク１の外側に折り返され、該パイプ補強層３１の厚さの半分程度まで延びるように形成されている。そして、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３との組付部位において、パイプ部２１の折り返し端部２１１は、第１ドーム部２２又は第２ドーム部２３と当接されている。

具体的には、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２との組付部位において、パイプ部２１の折り返し端部２１１は、第１ドーム部２２の端部２２２と当接している。パイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位において、パイプ部２１の折り返し端部２１１は、第２ドーム部２３の端部２３１と当接している。なお、ここでの「組付部位」とは、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３との重なる部分を意味する。

また、第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３の厚さは、ともにパイプ部２１の厚さよりも大きいことが好ましい。このようにすれば、パイプ部２１と第１ドーム部２２又は第２ドーム部２３との当接位置の凹凸を吸収できるので、パイプ部２１、第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３で形成されたライナー２のシール性を確実に確保できる効果を奏する。

高ヘリカル層３４は、組付体１０の外側に強化繊維に樹脂が含浸されてなる繊維束を高角度ヘリカル巻きすることにより形成された補強層である。ヘリカル巻きは、高圧タンク１の軸Ｌ方向に対して０°より大きく９０°未満の巻き角度で繊維束を巻回する態様である。このヘリカル巻きは、巻き角度の大きさによって低角度ヘリカル巻きと高角度ヘリカル巻きに分けられている。低角度ヘリカル巻きは、すなわち巻き角度が小さい（例えば０°より大きく３０°以下）場合のヘリカル巻きであり、高角度ヘリカル巻きは、すなわち巻き角度が大きい（例えば３０°より大きく９０°未満）場合のヘリカル巻きである。

高ヘリカル層３４が強化繊維に樹脂が含浸されてなる繊維束を高角度ヘリカル巻きすることにより形成されるため、高ヘリカル層３４の強化繊維は高圧タンク１の軸Ｌ方向に対して傾斜するように配向されている。図１に示すように、高ヘリカル層３４は、パイプ補強層３１の全体のみならず、その一端部がパイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２との組付部位を越えて第１ドーム分割体１２の一部まで延び、他端部がパイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位を越えて第２ドーム分割体１３の一部まで延びるように、形成されている。

外ヘリカル層３５は、高圧タンク１の最も外側に配置された補強層であって、組付体１０及び高ヘリカル層３４の外側に強化繊維に樹脂が含浸されてなる繊維束を低角度ヘリカル巻きすることにより形成されている。そして、外ヘリカル層３５の強化繊維も高圧タンク１の軸Ｌ方向に対して傾斜するように配向されている。

[高圧タンクの製造方法について]
以下、高圧タンク１の製造方法について説明する。図２は実施形態に係る高圧タンクの製造方法を示す工程図である。高圧タンク１の製造方法は、第１ドーム補強層作製工程Ｓ１と、第１ドーム分割体形成工程Ｓ２と、第２ドーム補強層作製工程Ｓ３と、第２ドーム分割体形成工程Ｓ４と、パイプ補強層作製工程Ｓ５と、パイプ分割体形成工程Ｓ６と、組付工程Ｓ７と、シール性検査工程Ｓ８と、高ヘリカル層形成工程Ｓ９と、外ヘリカル層形成工程Ｓ１０とを含む。

なお、第１ドーム補強層作製工程Ｓ１と、第２ドーム補強層作製工程Ｓ３と、パイプ補強層作製工程Ｓ５とは、互いに独立するので、並行して行われても良く、いずれか一方が先に行われても良い。また、第１ドーム分割体形成工程Ｓ２と、第２ドーム分割体形成工程Ｓ４と、パイプ分割体形成工程Ｓ６とは、互いに独立するので、並行して行われても良く、いずれか一方が先に行われても良い。ここでは、第１ドーム補強層作製工程Ｓ１～パイプ分割体形成工程Ｓ６の順で説明する。

［第１ドーム補強層作製工程Ｓ１］
第１ドーム補強層作製工程Ｓ１では、複数の繊維強化樹脂板材を互いに交差するように積層することにより円板状のドーム補強層中間体を形成し、形成したドーム補強層中間体をドーム状にプレス成形することにより第１ドーム補強層３２を作製する。具体的には、まず図３（ａ）に示すように円柱状のガイド凹部１０１と、該ガイド凹部１０１の中央位置に立設された円柱状のシャフト１０２とを有する治具１００を用意する。シャフト１０２は、口金４の外径と同じ直径を有する。

次に、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、シャフト１０２を中心として回転するように強化繊維に樹脂が含浸された繊維強化樹脂板材Ｆ１をガイド凹部１０１に積層することで、円板状のドーム補強層中間体３０を形成する。このようにすれば、ドーム補強層中間体３０を効率良く作製できるとともに、作製される第１ドーム補強層３２の強度を確保することができる。

なお、繊維強化樹脂板材Ｆ１は、薄いシート状に加工されている。また、繊維強化樹脂板材Ｆ１を積層する際に、形成されるドーム補強層中間体３０の中央部と縁部とでの厚さの違いについては、例えば積層する層数を調整することにより実現される。

続いて、形成されたドーム補強層中間体３０を治具１００から取り外して、図示しない金型を入れて第１ドーム部２２と同じ形状になるように該ドーム補強層中間体３０をプレス成形する。これによって、図３（ｄ）に示すように、口金４を挿入できる開口部を有する第１ドーム補強層３２が作製される。

繊維強化樹脂板材Ｆ１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い。この場合には、熱硬化性樹脂が未硬化の状態で、治具１００のガイド凹部１０１に繊維強化樹脂板材Ｆ１を積層する。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。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。

また、このように熱硬化性樹脂を用いる場合、プレス成形すると同時にドーム補強層中間体３０を加熱することにより未硬化の熱硬化性樹脂を熱硬化させても良く、あるいはドーム補強層中間体３０をプレス成形した後に、熱硬化装置を入れて熱硬化させても良い。

なお、繊維強化樹脂板材Ｆ１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、ポリフェニレンスルファイド、ポリアクリル酸エステル、ポリイミド、ポリアミド、ナイロン６、ナイロン６，６、ポリエチレンテレフタラート等を用いることができる。この場合には、熱可塑性樹脂を加熱して軟化させた状態で、治具１００のガイド凹部１０１に繊維強化樹脂板材Ｆ１を積層し、且つ形成したドーム補強層中間体３０をプレス成形する。そして、プレス成形後に、作製された第１ドーム補強層３２を冷却して軟化した状態の熱可塑性樹脂を固化させる。

繊維強化樹脂板材Ｆ１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、軽量性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。

本実施形態では、繊維強化樹脂板材Ｆ１に炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）板材を用いたが、例えば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）シート等を用いても良い。

［第１ドーム分割体形成工程Ｓ２］
第１ドーム分割体形成工程Ｓ２では、第１ドーム補強層作製工程Ｓ１で作製された第１ドーム補強層３２の内面に第１ドーム部２２を形成することにより、第１ドーム分割体を形成する。具体的には、まず図４に示すように、第１ドーム補強層３２の開口部に予めされた口金４を取り付ける。次に、図５に示すように、第１ドーム補強層３２の内面に液状または軟化した樹脂材料を塗布したり、或いは樹脂材料からなるシートを貼り付けたりすることで第１ドーム部２２を形成する。このとき、第１ドーム部２２の端部２２２は、外側に反るように形成される。

ここでの樹脂材料は、上述したようにガスバリア性に優れたものが好ましく、例えば熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を挙げることができる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂（例えば６－ナイロン樹脂または６，６－ナイロン樹脂）、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、ＡＢＳ系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエチレン系樹脂、エチレン－ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、及び、ポリエステル系樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタラート）等を挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂に代表される変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、及び熱硬化性ポリイミド樹脂等を挙げることができる。

この他にも、第１ドーム補強層３２の内面にエポキシ樹脂などの２液混合型の熱硬化性樹脂を塗布し、これを乾燥させることで、第１ドーム部２２を形成しても良い。この他にも、ε－カプロラクタムなどの熱可塑性樹脂モノマーと触媒とを含む樹脂を第１ドーム補強層３２の内面に塗布し、熱可塑性樹脂モノマーの重合反応が開始する温度以上で加熱することで、ナイロン６などの熱可塑性樹脂からなる第１ドーム部２２を形成しても良い。

そして、第１ドーム部２２の樹脂材料が、熱硬化性樹脂である場合には、熱硬化性樹脂は未硬化であっても良く、熱硬化性樹脂が完全に硬化していない状態になるように、加熱により樹脂を予備硬化しても良く、完全に硬化した状態となるように、加熱により本硬化しても良い。なお、第１ドーム部２２の樹脂材料が熱可塑性樹脂である場合には、冷却により熱可塑性樹脂を固化させる。

このような樹脂材料を熱硬化または固化させると、第１ドーム部２２と該第１ドーム部２２の外周面を覆う第１ドーム補強層３２とを有する第１ドーム分割体１２が形成される。

［第２ドーム補強層作製工程Ｓ３］
第２ドーム補強層作製工程Ｓ３では、複数の繊維強化樹脂板材を互いに交差するように積層することにより円板状のドーム補強層中間体を形成し、形成した前記ドーム補強層中間体をドーム状にプレス成形することにより第２ドーム補強層３３を作製する。第１ドーム補強層３２の作製方法は、上述の第１ドーム補強層３２と同様であるのでその説明を省略するが、第２ドーム補強層３３には口金４を挿入するための開口部が設けられていないため、シャフト１０２とを有しない治具１００が用いられる。この場合には、治具１００のガイド凹部１０１の中心を中心として回転するように繊維強化樹脂板材Ｆ１をガイド凹部１０１に積層することで、第２ドーム補強層中間体を作製する。このようにすれば、第２ドーム補強層中間体を効率良く作製できるとともに、作製される第２ドーム補強層３３の強度を確保することができる。

［第２ドーム分割体形成工程Ｓ４］
第２ドーム分割体形成工程Ｓ４では、第２ドーム補強層作製工程Ｓ３で作製された第２ドーム補強層３３の内面に第２ドーム部２３を形成することにより第２ドーム分割体１３を形成する（図６参照）。その形成方法は、上述の第１ドーム分割体１２と同様である。なお、第２ドーム補強層３３の内面に第２ドーム部２３を形成する際に、その端部２３１が外側に反るように該第２ドーム部２３を形成する。

［パイプ補強層作製工程Ｓ５］
一方、パイプ補強層作製工程Ｓ５では、図７に示すように、例えば円柱状のマンドレル２００の外面に、繊維シートＦ２を巻回することによって、パイプ補強層３１を作製する。マンドレル２００の外径は、パイプ補強層３１の内径に相当する外径である。マンドレル２００の材質は、特に限定されるものではないが、繊維シートＦ２を貼り付ける際に変形しない強度を確保するためには、金属であることが好ましい。

パイプ補強層３１を作製する際には、回転機構（図示せず）によりマンドレル２００を周方向に回転させながら、巻出された繊維シートＦ２を、マンドレル２００に複数回巻き付ける（言い換えれば、巻回する）。繊維シートＦ２は、一方向に引き揃えられた強化繊維に樹脂が含浸されたシートであり、強化繊維がマンドレル２００の周方向に配向されるように、繊維シートＦ２をマンドレル２００に巻回する。これにより、周方向に強化繊維が配向されたパイプ補強層３１が作製される。

繊維シートＦ２としては、例えば、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）シートを用いたが、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等を用いても良い。

なお、繊維シートＦ２の強化繊維は、繊維強化樹脂板材Ｆ１で例示した材料と同様の材料を挙げることができ、強化繊維に含浸される樹脂としては、繊維強化樹脂板材Ｆ１で例示した材料と同様の樹脂を挙げることができる。

繊維シートＦ２の樹脂が熱硬化性樹脂からなる場合には、マンドレル２００に巻回した状態の繊維シートＦ２を熱硬化させる。一方、繊維シートＦ２の樹脂が熱可塑性樹脂からなる場合には、冷却することにより、マンドレル２００に巻回した状態の繊維シートＦ２を固化させる。

樹脂の熱硬化または固化後、パイプ補強層３１をマンドレル２００から取り外す。樹脂の熱硬化または固化により、パイプ補強層３１の保形性が高まる。このため、マンドレル２００からパイプ補強層３１を容易に脱型可能となり、マンドレル２００からパイプ補強層３１を取り外す際のパイプ補強層３１の変形を抑制することができる。

なお、ここでは、マンドレル２００の外面に繊維シートＦ２を巻回してパイプ補強層３１を作製する例について説明したが、マンドレル２００の外面にＦＷ法により樹脂が含浸された繊維束をフープ巻きすることによって、パイプ補強層３１を作製しても良い。あるいは、その他の方法としては、回転するマンドレル２００の内面に繊維シートを貼り付ける、所謂ＣＷ（Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）法によりパイプ補強層３１を形成しても良い。

［パイプ分割体形成工程Ｓ６］
パイプ分割体形成工程Ｓ６では、パイプ補強層作製工程Ｓ５で作製されたパイプ補強層３１の内面にパイプ部２１を形成することによりパイプ分割体１１を形成する（図８参照）。パイプ分割体１１の形成方法は、上述の第１ドーム分割体１２と同様である。そして、パイプ部２１を形成する際に、その両端部がそれぞれ外側に折り返された折り返し端部２１１になるように行われる。

なお、第１ドーム補強層３２の内面に第１ドーム部２２、第２ドーム補強層３３の内面に第２ドーム部２３、パイプ補強層３１の内面にパイプ部２１をそれぞれ形成する際に、第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３の厚さがともにパイプ部２１の厚さよりも大きくなるように行われることが好ましい。このようにすれば、後の組付工程Ｓ７で組付体１０を形成する際に、パイプ部２１と第１ドーム部２２又は第２ドーム部２３との当接位置の凹凸を吸収できるので、パイプ部２１、第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３により形成されたライナー２のシール性を確実に確保できる。

［組付工程Ｓ７］
組付工程Ｓ７では、第１ドーム分割体形成工程Ｓ２で形成された第１ドーム分割体１２と、第２ドーム分割体形成工程Ｓ４で形成された第２ドーム分割体１３と、パイプ分割体形成工程Ｓ６で形成されたパイプ分割体１１とを組み付けて組付体１０を形成する。具体的には、図９に示すように、例えばパイプ分割体１１の一端部を第１ドーム分割体１２に、パイプ分割体１１の他端部を第２ドーム分割体１３にそれぞれ組み付ける。その際に、第１ドーム部２２がパイプ部２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように第１ドーム分割体１２とパイプ分割体１１とを組み付け、第２ドーム部２３がパイプ部２１よりも高圧タンク１の外側に配置されるように第２ドーム分割体１３とパイプ分割体１１とを組み付ける。

より具体的には、まず、第１ドーム部２２がパイプ部２１と当接せずにパイプ補強層３１と当接するように、パイプ分割体１１を所定の押圧力で第１ドーム分割体１２内に圧入する。同様に、第２ドーム部２３がパイプ部２１と当接せずにパイプ補強層３１と当接するように、パイプ分割体１１を所定の押圧力で第２ドーム分割体１３内に圧入する。このようにすれば、第１ドーム部２２又は第２ドーム部２３が直接パイプ部２１と当接するようにこれらの分割体の圧入を行う場合と比べて、圧入時のライナー同士のこすり合いがないので、形成されるシール部を傷つけるのを防止できる。その結果、ライナー２のシール性を確保することできる。

そして、押圧力が解除されると、復元力によってパイプ分割体１１が拡がる。これによって、内側に配置されたパイプ分割体１１から第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３を外側に拡げる力が働く。このため、第１ドーム部２２及びパイプ部２１がともに変形し、第１ドーム部２２の端部２２２はパイプ部２１の折り返し端部２１１と当接することになる（図１参照）。そして、第１ドーム部２２の端部２２２とパイプ部２１の折り返し端部２１１との当接位置には、ライナー２のシール部が形成される。同様に、第２ドーム部２３及びパイプ部２１も変形し、第２ドーム部２３の端部２３１はパイプ部２１の折り返し端部２１１と当接することになる（図１参照）。第２ドーム部２３の端部２３１とパイプ部２１の折り返し端部２１１との当接位置には、ライナー２のシール部が形成される。

これによって、組付体１０が形成される。

なお、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３とを組み付ける際に、パイプ部２１、第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３が変形しやすくなるようにこれらのライナーを加温してからそれぞれの組付作業を行っても良い。このようにすれば、パイプ部２１と第１ドーム部２２との当接位置の凹凸、パイプ部２１と第２ドーム部２３との当接位置の凹凸をそれぞれ容易に吸収することができるので、パイプ部２１と第１ドーム部２２又は第２ドーム部２３との当接状態をより確保しやすくなる。また、パイプ部２１と、第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３とのうち、パイプ部２１のみ、或いは第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３のみを加温しても良い。一方、第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３がパイプ部２１よりも厚く形成された場合、第１ドーム部２２及び第２ドーム部２３を加温するのが好ましい。

[シール性検査工程Ｓ８]
シール性検査工程Ｓ８では、組付工程Ｓ７で形成された組付体１０の内部に負圧をかけて該組付体１０のシール性を検査する。このようにすれば、仮に組付体１０の内部に空気が侵入した場合（すなわち、シール性に問題がある場合）、組付体１０を分解することにより問題となる分割体を取り換えることができる。従って、例えば組付体１０の外側に高ヘリカル層３４と外ヘリカル層３５とを形成して樹脂硬化又は固化した後にシール性検査を行う場合と比べて、問題となる分割体を容易に交換することができる。

[高ヘリカル層形成工程Ｓ９]
高ヘリカル層形成工程Ｓ９では、シール性検査に問題のない組付体１０に対し、少なくともパイプ分割体１１の外周面に樹脂が含浸された繊維束を高角度ヘリカル巻きで層状に巻回することで高ヘリカル層３４を形成する（図１０参照）。巻回する繊維束の層数は、高ヘリカル層３４の強度が確保されるのであれば、特に限定されるものではないが、例えば２～１０層程度である。

なお、高ヘリカル層３４の形成に用いられる繊維束の強化繊維は、上記繊維強化樹脂板材Ｆ１で例示した材料と同様の材料を挙げることができ、強化繊維に含浸される樹脂材料としては、繊維強化樹脂板材Ｆ１で例示した材料と同様の樹脂を挙げることができる。

高ヘリカル層３４を形成する際に、図１０に示すように、パイプ補強層３１の全体のみならず、高ヘリカル層３４の一端部がパイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２との組付部位を越えて第１ドーム分割体１２の一部まで延び、高ヘリカル層３４の他端部がパイプ分割体１１と第２ドーム分割体１３との組付部位を越えて第２ドーム分割体１３の一部まで延びるように、高ヘリカル層３４を形成する。このようにすれば、パイプ分割体１１の復元力に起因する第１ドーム分割体１２の外側への拡がり、又は第２ドーム分割体１３の外側への拡がりを抑制できるので、パイプ分割体１１と第１ドーム分割体１２又は第２ドーム分割体１３との組付部位の歪みを低減し、パイプ部２１と第１ドーム部２２又は第２ドーム部２３との当接状態を維持することができる。

[外ヘリカル層形成工程Ｓ１０]
外ヘリカル層形成工程Ｓ１０では、高ヘリカル層形成工程Ｓ９で形成された高ヘリカル層３４の外側に外ヘリカル層３５を形成する。具体的には、高ヘリカル層３４の外周面と、高ヘリカル層３４に覆われていない第１ドーム分割体１２及び第２ドーム分割体１３との外周面に、樹脂が含浸された繊維束を低角度ヘリカル巻きで層状に巻回する。巻回する繊維束の層数は、外ヘリカル層３５の強度が確保されるのであれば、特に限定されるものではないが、例えば２～１０層程度である。

なお、外ヘリカル層３５に用いられる繊維束の強化繊維は、上記繊維強化樹脂板材Ｆ１で例示した材料と同様の材料を挙げることができ、強化繊維に含浸される樹脂材料としては、繊維強化樹脂板材Ｆ１で例示した材料と同様の樹脂を挙げることができる。

繊維束を巻き終えた後、繊維束に含浸された樹脂が熱硬化性樹脂の場合、加熱により外ヘリカル層３５中の熱硬化性樹脂を硬化させる。一方、繊維束に含浸された樹脂が熱可塑性樹脂の場合、冷却により外ヘリカル層３５中の熱可塑性樹脂を固化させる。

これによって、高圧タンク１の製造が完成する。

本実施形態に係る高圧タンク１の製造方法によれば、第１ドーム補強層３２及び第２ドーム補強層３３は、複数の繊維強化樹脂板材Ｆ１を互いに交差するように積層することにより円板状のドーム補強層中間体を形成し、形成したドーム補強層中間体をドーム状にプレス成形することにより作製される。従って、第１ドーム補強層３２及び第２ドーム補強層３３を効率良く作製でき、高圧タンク１の生産性を向上することができる。また、複数の繊維強化樹脂板材Ｆ１を互いに交差するように積層するため、繊維強化樹脂板材Ｆ１を平行に（すなわち、交差しないように）積層する場合と比べて、作製される第１ドーム補強層３２及び第２ドーム補強層３３の強度を高めることができる。

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。

１：高圧タンク、２：ライナー、３：補強部、４：口金、５：貯留空間、１０：組付体、１１：パイプ分割体、１２：第１ドーム分割体、１３：第２ドーム分割体、２１：パイプ部、２２：第１ドーム部、２３：第２ドーム部、３０：ドーム補強層中間体、３１：パイプ補強層、３２：第１ドーム補強層、３３：第２ドーム補強層、３４：高ヘリカル層、３５：外ヘリカル層、４１：口金本体部、４２：鍔部、１００：治具、１０１：ガイド凹部、１０２：シャフト、２１１：折り返し端部、２２１，２２２，２３１：端部

Claims (3)

1. 円筒状のパイプ部と前記パイプ部の軸方向の両端に設けられた一対のドーム部とを有するライナーと、前記パイプ部の外周面を覆うパイプ補強層と前記ドーム部の外周面を覆うドーム補強層とを有する補強部とを備える高圧タンクの製造方法であって、
   複数の繊維強化樹脂板材を互いに交差するように積層することにより円板状のドーム補強層中間体を形成し、形成した前記ドーム補強層中間体をドーム状にプレス成形することにより前記ドーム補強層を作製するドーム補強層作製工程を含むことを特徴とする高圧タンクの製造方法。
2. 前記ドーム補強層作製工程において、円柱状のガイド凹部と前記ガイド凹部の中央位置に立設されたシャフトとを有する治具を用いて、前記シャフトを中心として回転するように前記複数の繊維強化樹脂板材を前記ガイド凹部に積層することにより前記ドーム補強層中間体を形成する請求項１に記載の高圧タンクの製造方法。
3. 前記ドーム補強層作製工程において、円柱状のガイド凹部を有する治具を用いて、前記ガイド凹部の中心を中心として回転するように前記複数の繊維強化樹脂板材を前記ガイド凹部に積層することにより前記ドーム補強層中間体を形成する請求項１に記載の高圧タンクの製造方法。

Images