KR20220129474A - 고압 탱크의 제조 방법, 고압 탱크 제조 장치 및 비일시적 기억 매체 - Google Patents

고압 탱크의 제조 방법, 고압 탱크 제조 장치 및 비일시적 기억 매체 Download PDF

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Abstract

고압 탱크의 제조 방법은, 금형(11)의 캐비티(40) 내에, 라이너(102)와 상기 라이너(102)에 권회되어 있는 섬유 다발을 포함하는 중간체(200)를 배치하는 배치 공정과, 상기 캐비티(40)에 주입되는 용융 수지를 승압하여, 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지를, 상기 섬유 다발에 함침시키는 함침 공정을 구비하고, 상기 함침 공정은, 상기 용융 수지의 승압 시에, 상기 중간체(200)의 내압을 상승시키는 승압 공정을 포함한다.

Description

고압 탱크의 제조 방법, 고압 탱크 제조 장치 및 비일시적 기억 매체 {METHOD FOR MANUFACTURING HIGH-PRESSURE TANK, HIGH-PRESSURE TANK MANUFACTURING APPARATUS, AND NON-TRANSITORY STORAGE MEDIUM}
본 명세서는 고압 탱크 제조 장치, 고압 탱크의 제조 방법 및 비일시적 기억 매체를 개시한다.
일본 특허 공개 제2019-152310에는 고압 탱크의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 제조 방법에서는, 라이너에 섬유 다발을 권회한 중간체가 배치되어 있는 금형 내에 수지를 충전하여 가압함으로써, 수지를 섬유 다발에 함침시킨다.
수지를 가압할 때, 중간체가 수지의 압력에 눌려 변형되는 것을 방지하기 위해서는, 중간체의 내압을 미리 높게 해 두면 된다. 그러나, 중간체의 내압이 지나치게 높으면, 라이너가 팽창함으로써 섬유 다발이 어긋나는 경우가 있다.
본 명세서에서는, 중간체의 내압을 미리 높게 설정하지 않아도, 승압되는 수지의 압력에 의해, 중간체가 변형되는 것을 억제하는 기술을 제공한다.
본 명세서에서는, 고압 탱크 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 제1 양태는, 금형의 캐비티 내에, 라이너와 상기 라이너에 권회되어 있는 섬유 다발을 포함하는 중간체를 배치하는 배치 공정과, 상기 캐비티에 주입되는 용융 수지를 승압하여, 상기 캐비티 내의 상기 용융 수지를, 상기 섬유 다발에 함침시키는 함침 공정을 구비하고, 상기 함침 공정은, 상기 용융 수지의 승압 시에, 상기 중간체의 내압을 상승시키는 승압 공정을 포함하는 고압 탱크의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 명세서에서는, 고압 탱크 제조 장치를 개시한다. 본 발명의 제2 양태는, 라이너와 상기 라이너에 권회되어 있는 섬유 다발을 포함하는 중간체를 배치하는 캐비티를 갖는 금형과, 상기 캐비티 내에 용융 수지를 주입하여 승압하는 주입 기구와, 상기 용융 수지의 승압 시에, 상기 캐비티 내에 배치된 상기 중간체의 내압을 승압하는 승압 기구를 구비하는 고압 탱크 제조 장치에 관한 것이다.
상기한 제조 방법 및 제조 장치에서는, 용융 수지를 승압할 때, 중간체의 내압이 상승된다. 이 구성에 따르면, 중간체의 내압을 미리 높게 설정하지 않아도 된다. 이에 의해, 라이너가 변형되어 섬유 다발이 어긋나는 것을 억제할 수 있다. 또한, 용융 수지의 승압 시에, 중간체의 내압을 상승시킴으로써, 용융 수지의 승압에 의해 중간체가 변형되는 것을 억제할 수 있다.
본 명세서에서는, 또한 고압 탱크 제조 장치를 위한 명령을 기록하는 비일시적 기억 매체를 개시한다.
상기 고압 탱크 제조 장치는, 라이너와 상기 라이너에 권회되어 있는 섬유 다발을 포함하는 중간체를 배치하는 캐비티를 갖는 금형과, 상기 캐비티 내에 용융 수지를 주입하여 승압하는 주입 기구와, 상기 용융 수지의 승압 중에, 상기 캐비티 내에 배치된 상기 중간체의 내압을 승압하는 승압 기구와, 상기 주입 기구와 승압 기구 중 적어도 한쪽을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 구비한다. 본 발명의 제3 양태는, 상기 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하고, 상기 캐비티 내의 상기 용융 수지의 승압 시에, 상기 중간체의 상기 내압과, 상기 캐비티 내의 상기 용융 수지의 압력 중 적어도 한쪽의 승압을 제어시키는 것을 포함하는 기능을 상기 하나 이상의 프로세서가 수행하게 하는 명령을 기억하는 비일시적 기억 매체이다.
이 구성에 따르면, 용융 수지를 승압할 때, 중간체의 내압과 캐비티 내의 용융 수지의 압력 중 적어도 한쪽의 승압을 제어함으로써, 중간체의 내압을 미리 높게 설정하지 않아도, 용융 수지를 승압할 때, 중간체의 내압과 캐비티 내의 용융 수지의 압력의 밸런스를 유지할 수 있다. 이에 의해, 라이너가 변형되어 섬유 다발이 어긋나는 것을 억제할 수 있음과 함께, 중간체가 변형되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점, 그리고 기술적 및 산업적 의의는 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명될 것이며, 여기서 유사한 기호는 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 실시예의 고압 탱크 제조 장치의 종단면도.
도 2는 실시예의 하형을 상방에서 본 평면도.
도 3은 실시예의 피스톤 종단면도.
도 4는 실시예의 고압 탱크의 종단면도.
도 5는 실시예의 고압 탱크의 제조 방법을 도시하는 흐름도.
도 6은 실시예의 중간체의 내압과 용융 수지의 압력을 나타내는 그래프.
본 명세서가 개시하는 기술 요소를 이하에 열기한다. 또한, 이하의 각 기술 요소는, 각각 독립적으로 유용한 것이다.
상기 함침 공정은, 상기 캐비티 내의 상기 용융 수지의 승압을 제어하는 압력 제어 공정을 포함하고 있어도 된다. 상기 승압 공정에서는, 제어되는 상기 용융 수지의 승압에 따라, 상기 중간체의 상기 내압이 상승되어도 된다.
이 구성에 따르면, 용융 수지의 승압을 제어함으로써, 중간체의 내압의 승압에 맞추어 용융 수지를 승압시킬 수 있다. 용융 수지의 승압에 의해 중간체가 변형되는 것을 적절하게 억제할 수 있다.
상기 압력 제어 공정에서는, 상기 용융 수지를 압박하는 힘과, 상기 캐비티에 유입되는 상기 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어해도 된다.
용융 수지를 압박하는 힘과, 캐비티에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 캐비티 내에 유입되어 있는 용융 수지의 압력을, 중간체의 내압에 맞추어 상승시킬 수 있다.
상기 배치 공정에서는, 상기 중간체의 내압은 초기 내압이어도 된다. 상기 함침 공정에서는, 상기 용융 수지가 경화할 때까지의 동안, 상기 중간체의 상기 내압과 상기 캐비티 내의 상기 용융 수지의 압력과의 차압이 상기 초기 내압 이상이어도 된다.
용융 수지를 승압하는 과정에서는, 캐비티 내에 용융 수지가 충전된 직후에, 용융 수지의 압력이 급상승하는 것을 알 수 있었다. 중간체의 내압과 캐비티 내의 용융 수지의 압력의 차압을 중간체의 초기 내압 이상으로 유지함으로써, 용융 수지의 압력의 급상승에 의해, 중간체의 내압을 초과하는 사태를 피할 수 있다. 이에 의해, 용융 수지의 압력에 의해 중간체가 변형되는 것을 억제할 수 있다.
상기 함침 공정에서는, 상기 용융 수지가 경화할 때까지의 동안, 상기 중간체의 상기 내압과 상기 캐비티 내의 상기 용융 수지의 압력과의 차압이 2MPa 이하여도 된다.
이 구성에 따르면, 용융 수지의 압력이 지나치게 작아, 중간체가 내압에 의해 변형되는 것을 억제할 수 있다.
상기 금형의 상기 캐비티 이외의 저류 공간으로서, 상기 캐비티에 연통되는 상기 저류 공간에, 상기 용융 수지를 저류하는 저류 공정을 더 구비하고 있어도 된다. 상기 함침 공정에서는, 상기 저류 공간 내에 저류되는 상기 용융 수지를 압출하여, 상기 캐비티에 주입해도 된다.
이 구성에 따르면, 금형 밖의 용융 수지를 직접적으로 캐비티에 주입하는 경우와 비교하여, 캐비티 내의 용융 수지의 압력을 제어하기 쉽다.
상기 금형은, 상기 캐비티에 연통되는 저류 공간을 구비하고 있어도 된다. 상기 주입 기구는, 상기 저류 공간에 저류되는 상기 용융 수지를 상기 캐비티에 압출하는 피스톤과, 상기 피스톤을 이동시키는 액추에이터를 구비하고 있어도 된다.
이 구성에 따르면, 액추에이터에 의해 피스톤을 제어함으로써, 캐비티 내의 용융 수지의 압력을 제어할 수 있다.
상기 액추에이터는, 서보 모터를 구비하고 있어도 된다.
이 구성에 따르면, 서보 모터에 의해 피스톤의 이동을 세밀하게 제어할 수 있다. 이에 의해, 캐비티 내의 용융 수지의 압력을 제어하기 쉽다.
상기 주입 기구는, 상기 캐비티에 상기 용융 수지를 주입하는 힘과, 상기 캐비티에 유입되는 상기 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어하는 제어부를 구비하고 있어도 된다.
캐비티에 용융 수지를 주입하는 힘과, 캐비티에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 캐비티 내에 유입된 용융 수지의 압력을, 중간체의 내압에 맞추어 상승시킬 수 있다.
고압 탱크 제조 장치를 위한 컴퓨터 프로그램은, 고압 탱크 제조 장치의 컴퓨터에, 상기 캐비티 내의 상기 용융 수지의 승압 시에, 상기 용융 수지를 압박하는 힘과, 상기 캐비티에 유입되는 상기 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 상기 용융 수지의 압력을 제어시켜도 된다.
캐비티에 용융 수지를 주입하는 힘과, 캐비티에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 캐비티 내에 유입되어 있는 용융 수지의 압력을, 중간체의 내압에 맞추어 상승시킬 수 있다.
고압 탱크 제조 장치를 위한 컴퓨터 프로그램은, 고압 탱크 제조 장치의 컴퓨터에, 상기 캐비티 내의 상기 용융 수지의 승압 중에, 0.5초 이하의 간격으로, 상기 캐비티 내의 상기 용융 수지를 압박하는 힘과, 상기 캐비티에 유입되는 상기 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 상기 용융 수지의 압력을 제어시켜도 된다.
이 구성에 따르면, 용융 수지에 대한 압박력과 유입 속도를 세밀하게 제어함으로써, 용융 수지의 압력을, 중간체의 내압의 승압에 맞추어 승압시킬 수 있다.
(제1 실시예)
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 고압 탱크 제조 장치(10)는, 고압 탱크(100)를 제조할 때 사용된다.
(고압 탱크의 구성)
처음에, 도 4를 참조하여 고압 탱크(100)를 설명한다. 고압 탱크(100)는, 연료 전지 자동차에 탑재되며, 천연 가스, 수소 가스 등의 연료 가스를 저장한다. 고압 탱크(100)는, 라이너(102)와, 수지가 함침되어 있는 섬유 다발(104)과, 환상 부재(106)를 구비한다. 라이너(102)는, 가스 배리어성의 수지 재료로 제작되어 있다. 라이너(102)는, 중앙 부분(104a)에 있어서 원통 형상을 갖고 있다. 라이너(102)의 선단 부분(104b)은, 중앙 부분(104a)으로부터 이격하여 라이너(102)의 끝을 향함에 따라, 점차 가늘게 되어 있다.
라이너(102)의 외측 표면에는, 섬유 다발(104)이 배치되어 있다. 섬유 다발(104)은, 라이너(102)의 외측 표면에 탄소 섬유를 권회시킴으로써 형성되어 있다. 섬유 다발(104)은, 라이너(102)의 전체 길이에 걸쳐 배치되어 있다. 섬유 다발(104)은, 브레이딩 제법에 의해 탄소 섬유가 권회되어 있다.
섬유 다발(104)은, 고압 탱크(100)의 양단에 있어서, 라이너(102)와 환상 부재(106)에 의해 끼워져 보유 지지되어 있다. 고압 탱크 제조 장치(10)는, 라이너(102)에 섬유 다발(104)이 권회되며, 또한 환상 부재(106)에 의해 섬유 다발(104)이 보유 지지되어 있는 중간체(200)의 섬유 다발(104)에 수지를 함침시키기 위해 사용된다. 이 때문에, 고압 탱크 제조 장치(10)는 함침 장치라고 칭할 수도 있다. 또한, 변형예에서는, 고압 탱크(100)의 용도는, 연료 전지 자동차의 연료 가스를 저류하는 탱크에 한하지 않고, 상기와 마찬가지의 구조를 갖고 있으며, 고압의 가스를 저류하는 탱크여도 된다.
(고압 탱크 제조 장치의 구성)
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 고압 탱크 제조 장치(10)는, 금형(11)과, 승압 기구(50)와, 주입 기구(60)를 구비한다. 금형(11)은, 상형(12)과 하형(14)을 구비한다. 상형(12)과 하형(14)이 폐쇄되면, 금형(11) 내에 캐비티(40)가 형성된다. 캐비티(40)에는 중간체(200)가 배치된다. 캐비티(40)는, 중간체(200)의 외형보다 약간 큰 공간을 갖는다. 이 때문에, 캐비티(40)에 중간체(200)가 배치되어 있는 상태에서는, 캐비티(40)와 중간체(200) 사이에, 용융 수지가 흐를 정도의 작은 간극이 형성된다. 또한, 도 1에서는, 보기 쉬움을 우선하여, 캐비티(40)와 중간체(200)의 간극이 크게 그려져 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 금형(11)에는 승압 기구(50)가 설치되어 있다. 승압 기구(50)는, 금형(11)에 배치되는 중간체(200)의 내압을 승압한다. 승압 기구(50)는, 가스 봄베(52)와, 연통관(54)과, 밸브 장치(56)를 구비한다. 가스 봄베(52)는, 예를 들어 질소 가스와 같이, 라이너(102)에 주입되는 가스를 저류한다. 연통관(54)은, 캐비티(40) 내에 배치되는 중간체(200)의 내부에 연통되고, 중간체(200)의 내부와 가스 봄베(52)를 연통한다. 밸브 장치(56)는, 연통관(54)을 개폐함으로써 가스 봄베(52)로부터 중간체(200)의 내부로 흐르는 질소의 양을 조정한다. 밸브 장치(56)는, 작업자가 수동으로 제어한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 하형(14)에는 주입 기구(60)가 배치되어 있다. 주입 기구(60)는, 캐비티(40)에 용융 수지를 주입한다. 주입 기구(60)는, 주입구(66)와, 복수의 저류 공간(62, 64, 65)과, 수지 유로(68, 69)와, 복수의 피스톤(70)과, 서보 모터(74)와, 제어 장치(80)(도 3 참조)를 구비한다. 주입구(66)는, 하형(14)의 상면에 개구되어 있다. 주입구(66)는, 하형(14)에 형성되어 있는 관통 구멍을 통하여, 하형(14)의 외부에 배치되어 있는 저류조에 연통되어 있다. 저류조에는, 용융 수지가 저류되어 있다.
주입구(66)는, 수지 유로(68)에 접속되어 있다. 수지 유로(68)는, 하형(14)의 상면에 형성되어 있는 홈 형상을 갖는다. 수지 유로(68)는, 캐비티(40)보다 주입구(66)측에 배치되어 있는 복수의 저류 공간(62)까지 연장되어 있다. 이에 의해, 주입구(66)와 복수의 저류 공간(62)의 각각이 연통되어 있다. 또한, 수지 유로(68)는, 복수의 저류 공간(62)의 각각으로부터 캐비티(40)까지 연장되어 있다. 이에 의해, 복수의 저류 공간(62)의 각각과 캐비티(40)가 연통되어 있다. 복수의 저류 공간(62)의 각각은, 하형(14)의 상면으로부터 하방을 향하여 연장되는 둥근관 형상의 공공을 갖는다. 복수의 저류 공간(62)은, 서로 동일한 형상을 갖는다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 복수의 저류 공간(62)의 각각에는, 피스톤(70)이 배치되어 있다. 피스톤(70)은, 저류 공간(62) 내에서 상하 방향으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 피스톤(70)은, 저류 공간(62)의 주위벽에 대하여, 용융 수지가 유입되지 않을 정도의 간극을 갖고 배치되어 있다. 피스톤(70)은, 평판 형상의 지지 플레이트(72)를 개재시켜, 복수의 서보 모터(74)에 설치되어 있다. 서보 모터(74)는, 제어 장치(80)에 의해 제어되어 있다. 제어 장치(80)는, CPU 및 메모리를 갖는다. 메모리에는, CPU를 위한 컴퓨터 프로그램이 미리 저장되어 있다. 제어 장치(80)는, 컴퓨터 프로그램에 따라, 서보 모터(74)의 토크 및 피스톤(70)의 이동 속도를 제어한다. 또한, 본 실시예에서는, 4개의 서보 모터(74)가 배치되지만, 서보 모터의 개수는 1개여도 되고, 2개 이상이어도 된다.
복수의 저류 공간(62)에 배치되는 복수의 피스톤(70)은, 1매의 지지 플레이트(72)에 설치되어 있다. 이에 의해, 복수의 피스톤(70)은, 서보 모터(74)에 의해 상하 방향으로 이동되는 1매의 지지 플레이트(72)에 의해, 상하 방향으로 이동된다.
주입구(66)에 대하여 캐비티(40)를 사이에 두고 반대측의 하형(14)의 상면에는, 수지 유로(69)가 배치되어 있다. 수지 유로(69)는, 수지 유로(68)와 마찬가지로 홈 형상을 갖는다. 수지 유로(69)는, 캐비티(40)로부터 복수의 저류 공간(64, 65)의 각각까지 연장되어 있다. 이에 의해, 캐비티(40)와 복수의 저류 공간(64, 65)의 각각이 연통되어 있다. 복수의 저류 공간(65)의 각각은, 저류 공간(62)과 동일한 형상을 갖는다. 복수의 저류 공간(64)은, 저류 공간(62, 65)보다 공경이 작은 원통 형상의 공공을 갖는다. 복수의 저류 공간(64, 65)의 각각에는, 저류 공간(62)과 마찬가지로 피스톤(70)이 배치되어 있다. 저류 공간(64, 65) 내의 피스톤(70)은, 저류 공간(62) 내의 피스톤(70)과 동일한 지지 플레이트(72)에 설치되어 있다.
(고압 탱크의 제조 방법)
다음에, 도 5, 도 6을 참조하여, 고압 탱크(100)의 제조 방법을 설명한다. 이 제조 방법에서는, 우선, 라이너(102)에 섬유 다발(104)을 배치하고 환상 부재(106)로 보유 지지함으로써, 중간체(200)가 제작된다. 다음에, 섬유 다발(104)에 수지를 함침시키는 수지 함침 처리가 실행된다. 수지 함침 처리에서는, 중간체(200)가 배치되어 있는 캐비티(40)에 수지를 주입하고, 설비(300)(예를 들어 프레스 장치)에 설치된 금형(11)의 수지를 가압함으로써, 섬유 다발(104)에 수지를 함침시키는, 소위 RTM(Resin Tranfer Molding의 약칭) 성형이 실행된다.
수지 함침 처리에서는, 우선, 금형(11)의 상형(12)과 하형(14)을 이격시켜, 하형(14)의 캐비티(40)의 형상 부분에 중간체(200)를 배치하고, 지지부(16)로 중간체(200)를 고정한다(S12). 중간체(200)에는, 중간체(200)의 일단측으로부터 승압 기구(50)의 연통관(54)이 설치되고, 연통관(54)이 중간체(200)의 내부에 연통된다. 다음에, 상형(12)과 하형(14)을 폐쇄한다.
다음에, 용융 수지를 주입구(66)로부터 저류 공간(62, 64, 65)에 주입한다(S14). 주입되는 수지는, 예를 들어 에폭시 수지이다. 또한, S14의 처리 전에, 저류 공간(62, 64, 65) 내의 피스톤(70)은 하한 위치에 배치된다. 주입구(66)로부터 금형(11) 내에 유입된 용융 수지는, 수지 유로(68)를 통과하여, 복수의 저류 공간(62)에 유입되어, 충전된다. 또한, 용융 수지는, 수지 유로(68)로부터 캐비티(40)의 표면과 중간체(200)의 간극을 통과하여, 수지 유로(69)에 유입된다. 수지 유로(69)를 흐르는 용융 수지는, 복수의 저류 공간(64, 65)에 유입되어 충전된다.
다음에, S15에 있어서, 제어 장치(80)가 서보 모터(74)를 구동시켜, 피스톤(70)을 상승시킴으로써, 복수의 저류 공간(62, 64, 65)에 저류되어 있는 용융 수지를 압박하여, 캐비티(40)에 용융 수지를 충전한다. 다음에, S16에 있어서, 제어 장치(80)가 서보 모터(74)에 의해 피스톤(70)을 상향으로 압박함으로써, 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력을 상승시킨다. 이에 의해, 수지가 섬유 다발(104)에 함침되기 시작한다. S16에서는, 또한 작업자가 밸브 장치(56)를 조작함으로써, 가스 봄베(52)로부터 연통관(54)을 통하여, 중간체(200)의 내부에 가스를 도입한다. 이에 의해, 중간체(200)의 내압을 승압한다. S15 및 S16의 공정에서는, 제어 장치(80)는, 컴퓨터 프로그램에 의해 미리 설정되어 있는 서보 모터(74)의 토크 및 상승 속도의 상한값을 사용하여, 서보 모터(74)를 제어한다.
S16에 있어서, 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력 및 중간체(200)의 내압이 각각에 대하여 미리 결정된 압력값으로 승압되면, S18에 있어서, 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력 및 중간체(200)의 내압이 유지된다. 용융 수지가 보압되어 함침이 진행되면, 용융 수지가 점차 경화되어 간다. 수지의 경화 후(S20), 상형(12)과 하형(14)을 이격시키고, 성형 완료의 고압 탱크(100)를 금형(11)으로부터 취출하여(S22), 수지 함침 처리를 종료한다.
(S14 내지 S18에 있어서의 중간체의 내압과 용융 수지의 압력의 설명)
다음에, 도 6을 참조하여, 금형(11)에 용융 수지가 주입되고 나서 용융 수지가 경화할 때까지의 공정에 있어서의 중간체(200)의 내압(202)과 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력(204)에 대하여 설명한다. 또한, 도 6에서는, 내압(202) 및 압력(204)은, 압력 변화의 경향을 설명하기 위해, 실제의 중간체(200)의 내압 및 용융 수지의 압력을 모식적으로 도시하고 있다.
금형(11)에 배치되는 중간체(200)에는, 미리 압력 P1의 내압이 부여되어 있다. 압력 P1은, 중간체(200)의 형상을 유지하기 위해 부여되는 압력이며, 예를 들어 0.7MPa이다. S14에 있어서 저류 공간(62, 64, 65) 내에 용융 수지가 저류되는 단계에서는, 타이밍 T1까지의 기간에서 나타나는 바와 같이, 캐비티(40)를 통과하는 용융 수지의 압력이 캐비티(40) 내에 유입되기 전의 캐비티(40) 내의 압력(도 6에서 0.0MPa)과 동등하게 되도록 용융 수지가 유입된다. S14의 단계에서는, 피스톤(70)은 하한 위치로부터 이동되지 않는다.
다음에, S15에서는, 제어 장치(80)는, 서보 모터(74)를 제어함으로써, 복수의 피스톤(70)을 상승시켜, 복수의 저류 공간(62, 64, 65)에 저류되어 있는 용융 수지를 압박한다. 이에 의해, 용융 수지가 캐비티(40)에 유입된다. S15에서는, 타이밍 T1 내지 T2의 기간에서 나타나는 바와 같이, 중간체(200)의 내압(202)과 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력(204)은 변화하지 않는다. 타이밍 T2까지의 동안은, 중간체(200)의 내압(202)과 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력(204)의 압력차는, 차압 D1로 유지되어 있다. 이 기간에서는, 제어 장치(80)는, 서보 모터(74)를 제어함으로써, 서보 모터(74)를 토크 N1로 유지하고, 피스톤(70)의 상승 속도의 상한을 속도 V1로 유지한다. 이에 의해, 제어 장치(80)는, 용융 수지를 압박하는 힘을 일정하게 유지하고, 캐비티(40)에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량의 상한을 결정한다.
다음에, S16에서는, 타이밍 T2 내지 T3의 기간에서 나타나는 바와 같이, 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력(204)이 압력 P2까지 상승되고, 중간체(200)의 내압(202)이 압력 P1로부터 압력 P3까지 상승된다. 타이밍 T2 내지 T3의 기간에서는, 제어 장치(80)는, 서보 모터(74)의 토크를 토크 N1로부터 점차 상승시킨다. 예를 들어, S16에 있어서, 타이밍 T2 내지 T3의 기간이 15초간이고, 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력(204)과 중간체(200)의 내압(202)의 각각을, 미리 결정된 압력 P2, P3 각각으로 상승시키는 경우, 제어 장치(80)는, 서보 모터(74)의 토크를 토크 N1로부터 0.1초의 간격으로 점차 상승시켜, 15초간 토크 N2에 도달시킨다. 토크 N2는, 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력(204)을 압력 P2에 도달시키기 위한 토크이다. 또한, 토크는 0.1초마다 일정하게 상승된다. 이에 의해, 제어 장치(80)는, 캐비티(40) 내의 용융 수지에 부여되는 압박력을 점차 상승시킨다.
또한, 이 기간에서는, 제어 장치(80)는, 피스톤(70)의 상승 속도의 상한을 속도 V1보다 낮은 속도 V2로 유지한다. 이에 의해, 제어 장치(80)는, 캐비티(40)에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량의 상한을 결정한다.
용융 수지의 승압의 초기 단계에서는, 용융 수지가 캐비티(40)에 충전되어 함침이 개시되면, 용융 수지의 압력이 급격하게 상승한다. 상기한 구성에 따르면, 용융 수지에 부여되는 압박력과 캐비티(40)에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량을 제어함으로써, 용융 수지의 압력의 상승을 억제할 수 있다. 이에 의해, 타이밍 T2 내지 T3의 기간에 있어서, 승압 공정에 있어서의 중간체(200)의 내압(202)과 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력(204)의 차압 D2는, 차압 D1 이상으로 유지된다. 또한, 차압 D2는 2.0MPa 이하로 억제된다. 이에 의해, 중간체(200)의 내압(202)이 지나치게 높아, 중간체(200)가 팽창하여, 섬유 다발(104)이 어긋나 버리는 것을 억제할 수 있다.
다음에, S18에서는, 타이밍 T3 내지 T4의 기간에 나타내는 바와 같이, 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력(204)이 압력 P2로 유지되고, 중간체(200)의 내압(202)이 압력 P3으로 유지된다. 타이밍 T3 내지 T4의 기간에서는, 제어 장치(80)는, 서보 모터(74)의 토크를 토크 N2로 유지한다. 이에 의해, 캐비티(40) 내의 용융 수지에 부여되는 압박력이 유지된다.
또한, 이 기간에서는, 제어 장치(80)는 피스톤(70)을 정지한다. 이에 의해, 캐비티(40)에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량의 상한이 결정된다. 타이밍 T3 내지 T4의 보압 공정에 있어서의 중간체(200)의 내압(202)과 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력(204)의 차압 D3은, 차압 D1 이상 2.0MPa 이하로 유지된다.
타이밍 T4가 지나면, 수지가 경화되어 압력(204)은 저하된다. 이 타이밍에, 제어 장치(80)는 피스톤(70)을 강하시킨다.
(효과)
본 실시예에서는, 용융 수지의 승압 중에, 캐비티(40) 내에 배치된 중간체(200)의 내압이 승압된다. 이 구성에 따르면, 중간체(200)의 초기 내압을 미리 높게 설정하지 않아도 된다. 이에 의해, 내압에 의해 라이너(102)가 변형되어 섬유 다발(104)이 어긋나는 것을 억제할 수 있다. 또한, 용융 수지의 승압 시에, 중간체(200)의 내압을 상승시킴으로써, 용융 수지의 승압에 의해 중간체(200)가 변형되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 용융 수지를 승압할 때, 용융 수지의 압력을 제어함으로써, 중간체(200)의 내압과 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력의 밸런스를 유지할 수 있다. 이에 의해, 라이너(102)가 변형되어 섬유 다발(104)이 어긋나는 것을 억제할 수 있음과 함께, 중간체(200)가 변형되는 것을 억제할 수 있다.
용융 수지를 승압할 때, 제어 장치(80)는, 서보 모터(74)의 토크와 상승 속도를 제어함으로써, 용융 수지를 압박하는 힘과, 캐비티(40)에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량을 제어한다. 이에 의해, 캐비티(40) 내에 유입되고 있는 용융 수지의 압력을, 중간체(200)의 내압에 맞추어 상승시킬 수 있다.
제어 장치(80)는, 서보 모터(74)의 토크를 0.1초 단위로 상승시킨다. 또한, 제어 장치(80)는, 서보 모터(74)의 상승 속도의 상한을 결정하고 있다. 이에 의해, 용융 수지의 압력이 급격하게 변화하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 타이밍 T2 내지 T3의 기간의 초기 단계에서, 용융 수지의 압력(204)이 크게 변화하고 있다. 서보 모터(74)의 토크의 변화량이 클수록, 용융 수지의 압력의 변화 정도가, 압력(204)으로 나타나는 변화보다 심해진다.
수지 함침 공정에서는, 용융 수지의 경화가 개시되기 전에, 용융 수지를 섬유 다발(104)에 함침시키지 않으면 안된다. 이 때문에, 용융 수지의 압력을 승압하기 위한 기간은, 용융 수지의 경화 속도에 따라 미리 결정되어 있다. 또한, 함침을 위해 유지해야 할 용융 수지의 압력, 즉 상승시켜야 할 서보 모터(74)의 토크도 미리 결정되어 있다. 따라서, 서보 모터(74)의 토크를, 0.1초보다 긴 시간 단위(예를 들어 1.0초 단위)로 상승시키려고 하면, 단위 시간당 상승시키는 토크가 커진다. 즉, 단위 시간당 토크의 변화량이 커진다. 본 실시예에서는 0.5초 단위 이하에서 토크를 점차 상승시킬 수 있다면, 용융 수지의 급격한 압력 변화를 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 용융 수지 및 중간체(200)의 내압의 승압 과정에 있어서, 차압 D2를 초기의 차압 D1 이상으로 유지함으로써, 용융 수지의 압력의 급상승에 의해, 중간체(200)의 내압을 초과하는 사태를 피할 수 있다. 이에 의해, 용융 수지의 압력에 의해 중간체(200)가 변형되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 차압 D2를 2.0MPa 이하로 유지함으로써, 용융 수지의 압력이 지나치게 작아, 중간체(200)가 내압에 의해 변형되는 것을 억제할 수 있다.
본 실시예에서는, 주입구(66)로부터 금형(11)에 주입되는 용융 수지를, 일단, 저류 공간(62, 64, 65)에 저류하고 나서 캐비티(40)에 충전한다. 이 구성에 따르면, 주입구(66)로부터 용융 수지를 직접적으로 캐비티(40)에 충전하는 경우와 비교하여, 캐비티 내의 용융 수지의 압력을 제어하기 쉽다.
또한, 저류 공간(62, 64, 65) 내의 용융 수지를, 서보 모터(74)에 의해 이동되는 피스톤(70)으로 압출함으로써, 캐비티(40)에 충전시킨다. 이에 의해, 서보 모터(74)에 의해 피스톤(70)의 이동을 세밀하게 제어함으로써, 캐비티(40) 내의 용융 수지의 압력을 적절하게 제어할 수 있다.
(제2 실시예)
본 실시예에서는, 제어 장치(80)는, 컴퓨터 프로그램에 따라 서보 모터(74)와 함께 밸브 장치(56)를 제어한다. 구체적으로는, 제어 장치(80)는, 타이밍 T2에 있어서, 밸브 장치(56)를 밸브 개방하고, 타이밍 T3에 있어서, 밸브 장치(56)를 밸브 폐쇄한다. 타이밍 T2 내지 T3의 기간에서는, 제어 장치(80)는 밸브 장치(56)의 개방도를 일정하게 유지한다. 다음에, 타이밍 T3 이후의 기간에서는, 제어 장치(80)는 밸브 장치(56)를 밸브 폐쇄한다. 또한, 변형예에서는, 제어 장치(80)는, 타이밍 T2 내지 T3의 기간에 있어서, 용융 수지의 압력에 맞추어 밸브 장치(56)의 개방도를 변화시켜도 된다.
또한, 변형예에서는, 제어 장치(80)는, 용융 수지를 압박하는 힘 및 캐비티(40)에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량을 제어하지 않고, 밸브 장치(56)의 개폐를 제어해도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만, 이것들은 예시에 지나지 않으며, 발명을 한정하는 것은 아니다. 개시되는 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다.
(1) 피스톤(70)은, 서보 모터(74) 이외에, 에어 실린더, 유압 실린더 등의 액추에이터에 의해 이동되어도 된다.
(2) 금형(11)은, 복수의 저류 공간(62, 64, 65)을 구비하고 있지 않아도 된다. 이 경우, 용융 수지는, 주입구(66)로부터 유로(예를 들어 수지 유로(68))를 통과하여, 캐비티(40)에 유입되어도 된다.
(3) 제어 장치(80)는, 서보 모터(74)의 토크와 상승 속도 중 한쪽만을 제어해도 된다. 즉, 제어 장치(80)는, 용융 수지를 압박하는 힘과 캐비티(40)에 유입되는 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 한쪽만을 제어해도 된다.
(4) 용융 수지는, 저류 공간(62, 64, 65)에 충만되어 있지 않아도 된다. 이 경우, 제어 장치(80)는, 피스톤(70)을 상승시킬 때의 초기 단계에서, 저류 공간(62, 64, 65)으로부터 캐비티(40)를 향하여 용융 수지가 흐를 때까지의 동안, 서보 모터(74)의 토크를 크게(예를 들어 최댓값) 설정하여, 서보 모터(74)를 제어해도 된다. 이에 의해, 용융 수지를 저류 공간(62, 64, 65)으로부터 캐비티(40)로 충전시키는 기간을 짧게 할 수 있다.
(5) 제어 장치(80)는, 서보 모터(74)를 피드백 제어에 의해 제어해도 된다. 예를 들어, 제어 장치(80)는, 중간체(200)의 내압을 계측하는 센서와 용융 수지의 압력을 계측하는 센서로부터, 중간체(200)의 내압 및 용융 수지의 압력의 승압 중의 압력값을 취득하여, 취득 완료의 압력값을 사용하여, 서보 모터(74)의 토크 및 상한 속도를 보정해도 된다.
또한, 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것으로, 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성하는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (13)

  1. 고압 탱크의 제조 방법이며,
    금형(11)의 캐비티(40) 내에, 라이너(102)와 상기 라이너(102)에 권회되어 있는 섬유 다발을 포함하는 중간체(200)를 배치하는 배치 공정과,
    상기 캐비티(40)에 주입되는 용융 수지를 승압하여, 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지를, 상기 섬유 다발에 함침시키는 함침 공정을 포함하고,
    상기 함침 공정은, 상기 용융 수지의 승압 시에, 상기 중간체(200)의 내압을 상승시키는 승압 공정을 포함하는, 고압 탱크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 함침 공정은, 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지의 승압을 제어하는 압력 제어 공정을 포함하고,
    상기 승압 공정에서는, 제어되는 상기 용융 수지의 승압에 따라, 상기 중간체(200)의 상기 내압이 상승되는, 고압 탱크의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압력 제어 공정에서는, 상기 용융 수지를 압박하는 힘과, 상기 캐비티(40)에 유입되는 상기 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어하는, 고압 탱크의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배치 공정에서는, 상기 중간체(200)의 상기 내압은 초기 내압이며,
    상기 함침 공정에서는, 상기 용융 수지가 경화할 때까지의 동안, 상기 중간체(200)의 상기 내압과 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지의 압력과의 차압이 상기 초기 내압 이상인, 고압 탱크의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 함침 공정에서는, 상기 용융 수지가 경화할 때까지의 동안, 상기 중간체(200)의 상기 내압과 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지의 압력과의 차압이 2MPa 이하인, 고압 탱크의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금형(11)의 상기 캐비티(40) 이외의 저류 공간(62, 64, 65)으로서, 상기 캐비티(40)에 연통되는 상기 저류 공간(62, 64, 65)에, 상기 용융 수지를 저류하는 저류 공정을 더 포함하고,
    상기 함침 공정에서는, 상기 저류 공간(62, 64, 65) 내에 저류되는 상기 용융 수지를 압출하여 상기 캐비티(40)에 주입하는, 고압 탱크의 제조 방법.
  7. 고압 탱크 제조 장치이며,
    라이너(102)와 상기 라이너(102)에 권회되어 있는 섬유 다발을 포함하는 중간체(200)를 배치하는 캐비티(40)를 갖는 금형(11)과,
    상기 캐비티(40) 내에 용융 수지를 주입하여 승압하는 주입 기구(60)와,
    상기 용융 수지의 승압 시에, 상기 캐비티(40) 내에 배치된 상기 중간체(200)의 내압을 승압하는 승압 기구(50)를 포함하는, 고압 탱크 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금형(11)은, 상기 캐비티(40)에 연통되는 저류 공간(62, 64, 65)을 구비하고,
    상기 주입 기구(60)는,
    상기 저류 공간(62, 64, 65)에 저류되는 상기 용융 수지를 상기 캐비티(40)에 압출하는 피스톤(70)과,
    상기 피스톤(70)을 이동시키는 액추에이터를 구비하는, 고압 탱크 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 액추에이터는 서보 모터(74)를 구비하는, 고압 탱크 제조 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주입 기구(60)는, 상기 캐비티(40)에 상기 용융 수지를 주입하는 힘과, 상기 캐비티(40)에 유입되는 상기 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어하도록 구성된 제어부를 구비하는, 고압 탱크 제조 장치.
  11. 고압 탱크 제조 장치를 위한 명령을 기억하는 비일시적 기억 매체이며,
    상기 고압 탱크 제조 장치는,
    라이너(102)와 상기 라이너(102)에 권회되어 있는 섬유 다발을 포함하는 중간체(200)를 배치하는 캐비티(40)를 갖는 금형(11)과,
    상기 캐비티(40) 내에 용융 수지를 주입하여 승압하는 주입 기구(60)와,
    상기 용융 수지의 승압 중에, 상기 캐비티(40) 내에 배치된 상기 중간체(200)의 내압을 승압하는 승압 기구(50)와,
    상기 주입 기구(60)과 승압 기구(50) 중 적어도 한쪽을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 구비하고,
    상기 비일시적 기억 매체는, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하고, 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지의 승압 시에, 상기 중간체(200)의 상기 내압과 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지의 압력 중 적어도 한쪽의 승압을 제어시키는 것을 포함하는 기능을 상기 하나 이상의 프로세서가 수행하게 하는 명령을 기억하는, 비일시적 기억 매체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기능은 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지의 승압 시에, 상기 용융 수지를 압박하는 힘과, 상기 캐비티(40)에 유입되는 상기 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 상기 용융 수지의 압력을 제어시키는 것을 구비하는, 비일시적 기억 매체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기능은, 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지의 승압 중에, 0.5초 이하의 간격으로, 상기 캐비티(40) 내의 상기 용융 수지를 압박하는 힘과, 상기 캐비티(40)에 유입되는 상기 용융 수지의 단위 시간당 유량 중 적어도 한쪽을 제어함으로써, 상기 용융 수지의 압력을 제어시키는 것을 구비하는, 비일시적 기억 매체.
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