KR20230031152A - 탱크의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

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겐 핫타
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

단시간에 수지를 함침시킬 수 있는 탱크의 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.
돔부(12B)의 외표면에서의 제1 섬유층(브레이딩층)(17B)이 직동부(12A)의 외표면에서의 제2 섬유층(헬리컬층)(17A)보다도 성기게 되도록, 또한, 제2 섬유층(17A)의 적층간의 일부에 제1 섬유층(17B)으로부터 연속해서 성기게 되는 제1 섬유층(17B)의 적층의 일부를 개재시키도록, 라이너(12)의 외표면에 섬유(16)를 직경 방향으로 겹쳐서 권취하고, 제1 섬유층(17B) 및 제2 섬유층(17A)을 포함하는 섬유층(17)에 수지(18)를 함침시킨다.

Description

탱크의 제조 방법 및 제조 장치{METHOD FOR MANUFACTURING TANK AND MANUFACTURING DEVICE THEREOF}
본 발명은, 섬유에 의해 보강(강화)된 탱크의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1은, FRP제 탱크(이하, 고압 탱크라고도 칭함)의 제조 방법을 개시하고 있다. 이 제조 방법에서는, 라이너에 섬유를 감아서 피복하는 피복 공정을 실행한 후, 섬유에 수지를 함침시키는 함침 공정을 행하고, 그 후, 수지를 함침시킨 섬유를 가열함으로써 수지를 경화시킨다.
또한, 특허문헌 2는, 이러한 RTM(Resin Transfer Molding)법을 이용한 고압 탱크의 제조 방법을 개시하고 있다. 이 제조 방법에서는, 고압 탱크의 내부 공간을 형성하는 라이너의 외표면에 섬유층이 형성된 프리폼을 금형 내에 배치하고, 상기 금형 내에 배치된 상기 프리폼을 향해서 게이트로부터 수지를 사출하면서, 상기 프리폼의 중심 축선을 회전 중심으로 해서, 상기 프리폼을 상기 금형 내에서 주위 방향으로 회전시킨다.
일본 특허 공개 제2020-085199호 공보 일본 특허 공개 제2019-056415호 공보
상기 RTM법을 이용한 제조 방법에서는, 고압 탱크의 제조 시에, 섬유 권취 공정과 수지 함침 공정을 나누어서 행한다. 그러나, 고압 탱크의 섬유 권취량은 많아, 섬유를 감아서 이루어지는 섬유층(적층)의 두께가 크기 때문에, 섬유층의 안쪽(최내층)까지 수지를 함침시킬 때까지 시간이 걸려버릴 우려가 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 단시간에 수지를 함침시킬 수 있는 탱크의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 양태는, 통 형상의 직동부와, 해당 직동부의 축방향의 단부로부터 해당 직동부와는 반대측을 향함에 따라서 점차 옴츠러드는 돔부를 갖는 중공의 라이너의 외표면에, 섬유를 직경 방향으로 겹쳐서 권취하여 이루어지는 섬유층에, 수지를 함침해서 이루어지는 보강층이 형성된 탱크의 제조 방법이며, 상기 돔부의 외표면에서의 제1 섬유층이 상기 직동부의 외표면에서의 제2 섬유층보다도 성기게 되도록, 또한, 상기 제2 섬유층의 적층간의 일부에 상기 제1 섬유층으로부터 연속해서 상기 성기게 되는 상기 제1 섬유층의 적층의 일부를 개재시키도록, 상기 라이너의 외표면에 상기 섬유를 직경 방향으로 겹쳐서 권취하는 공정과, 상기 제1 섬유층 및 상기 제2 섬유층을 포함하는 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 양태에서는, 상기 섬유층에의 상기 수지의 함침을, 상기 라이너의 축방향과 직경 방향으로 제각각 행한다.
다른 바람직한 양태에서는, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입해서 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시키고, 상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입해서 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시킨다.
다른 바람직한 양태에서는, 상기 섬유층에의 상기 수지의 함침을, 상기 라이너의 축방향으로 행한 후, 상기 라이너의 축방향 및 직경 방향의 양방향으로 행한다.
다른 바람직한 양태에서는, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입한 후, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입하면서, 상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입하여, 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시킨다.
다른 바람직한 양태에서는, 상기 돔부의 외표면에 섬유를 번갈아 짜여지도록 권취함으로써 상기 제1 섬유층을 구성하고, 상기 직동부의 외표면에 상기 제1 섬유층으로부터 연속해서 섬유를 헬리컬 형상 또는 후프 형상으로 권취함으로써 상기 제2 섬유층을 구성하고, 상기 제2 섬유층의 적층간의 일부에 상기 제1 섬유층으로부터 연속해서 섬유를 번갈아 짜여지도록 권취함으로써 상기 성기게 되는 상기 제1 섬유층의 적층의 일부를 개재시킨다.
또한, 본 발명의 다른 양태는, 통 형상의 직동부와, 해당 직동부의 축방향의 단부로부터 해당 직동부와는 반대측을 향함에 따라서 점차 옴츠러드는 돔부를 갖는 중공의 라이너의 외표면에, 섬유를 직경 방향으로 겹쳐서 권취하여 이루어지는 섬유층에, 수지를 함침해서 이루어지는 보강층이 형성된 탱크의 제조 장치이며, 상기 돔부의 외표면에서의 제1 섬유층이 상기 직동부의 외표면에서의 제2 섬유층보다도 성기게 되도록, 또한, 상기 제2 섬유층의 적층간의 일부에 상기 제1 섬유층으로부터 연속해서 상기 성기게 되는 상기 제1 섬유층의 적층의 일부를 개재시키도록, 상기 라이너의 외표면에 상기 섬유를 직경 방향에 겹쳐서 권취한 프리폼을 수용하고, 상기 제1 섬유층 및 상기 제2 섬유층을 포함하는 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시키기 위한 금형을 구비하고, 상기 금형에, 상기 섬유층에의 상기 수지의 함침을, 상기 라이너의 축방향과 직경 방향으로 제각각 행하기 위해서, 상기 수지가 유동함과 함께 상기 금형 내에 개구되는 게이트를 형성하는 러너가 복수개 마련됨과 함께, 상기 복수개의 러너의 적어도 하나에 개폐 기구가 마련되어 있다.
바람직한 양태에서는, 상기 복수개의 러너는, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입하는 제1 러너와, 상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입하는 제2 러너를 포함하여 구성된다.
다른 바람직한 양태에서는, 상기 개폐 기구는, 상기 섬유층에의 상기 수지의 함침을, 상기 라이너의 축방향으로 행한 후, 상기 라이너의 축방향 및 직경 방향의 양방향으로 행하도록, 상기 복수개의 러너의 적어도 하나를 개폐한다.
다른 바람직한 양태에서는, 상기 복수개의 러너는, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입하는 제1 러너와, 상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입하는 제2 러너를 포함하여 구성되고, 상기 개폐 기구는, 적어도 상기 제2 러너에 마련되고, 상기 개폐 기구에 의해 상기 제2 러너를 닫은 상태에서, 상기 제1 러너를 통해서, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입한 후, 상기 개폐 기구에 의해 상기 제2 러너를 개방한 상태에서, 상기 제1 러너를 통해서 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입하면서, 상기 제2 러너를 통해서, 상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 섬유 권취 시에 섬유(섬유 밀도)가 성기게 되는 개소를 돔부와 직동부 양쪽에 마련함으로써, 수지 주입 시의 저항이 작아지기 때문에, 수지를 함침시키기 쉬워져서, 단시간에의 수지 함침이 가능하게 된다.
또한, 수지 주입 시에 각 방향(축방향 내지 적층 연장 방향, 직경 방향 내지 판 두께 방향)의 수지의 주입압이 서로 저해되지 않기 때문에, 단시간에 내층까지의 수지 함침이 가능하게 된다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 고압 탱크(섬유가 권회된 라이너)를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 고압 탱크(섬유가 권회된 라이너)의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 고압 탱크를 구성하는 라이너에 섬유를 권취하는 제조 장치(편조기)를 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 고압 탱크의 돔부에 권취할 때의 섬유 조출 위치를 도시하는 모식도이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 고압 탱크의 직동부에 권취할 때의 섬유 조출 위치를 도시하는 모식도이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 고압 탱크(섬유가 권회된 라이너)의, 헬리컬층의 적층간에 브레이딩층의 적층을 개재시킨 적층 부분을 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 고압 탱크의 제조 장치(수지 함침 성형용 금형)의, 프리폼 배치 공정 및 진공 탈기 공정의 상태를 도시하는 종단면도이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 고압 탱크의 제조 장치(수지 함침 성형용 금형)의, 수지 주입 공정의 상태를 도시하는 종단면도이다.
도 9는 본 실시 형태에 관한 고압 탱크의 제조 장치(수지 함침 성형용 금형)의, 개폐 기구가 폐쇄 상태에서의 수지 주입 공정을 설명하는, 상형을 떼어낸 하형의 상면도이다.
도 10은 본 실시 형태에 관한 고압 탱크의 제조 장치(수지 함침 성형용 금형)의, 개폐 기구가 개방 상태에서의 수지 주입 공정을 설명하는, 상형을 떼어낸 하형의 상면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
이하에서는, 탱크의 일례로서의 연료 전지차용 고압 탱크를 예로 들어 설명한다. 단, 본 발명의 적용 대상이 되는 탱크는, 연료 전지차용 고압 탱크에 한정되는 것이 아니라, 탱크를 구성하는 라이너 내지 프리폼의 형상, 소재 등도 도시 예에 한정되지는 않는다.
RTM법에 있어서는, 라이너에 탄소 섬유를 여러 겹(몇층) 권취함(권회함)으로써 라이너의 외표면에 섬유층이 형성된 프리폼을 작성하고, 프리폼의 섬유층에 에폭시 수지를 함침시켜서 경화시킴으로써, 라이너의 외주에 탄소 섬유와 에폭시 수지를 포함하는 섬유 강화 수지층이 형성된 연료 전지차용 고압 탱크가 제조된다. 라이너는, 고압 탱크의 내부 공간을 형성하는 수지제(예를 들어 나일론 수지제)의 중공 용기이다.
연료 전지차용 고압 탱크는, 탄소 섬유가 두껍게 적층되기 때문에, 탄소 섬유의 내층까지 수지가 함침되지 않는다. 탄소 섬유의 내층까지 수지를 함침시키기 위해서 고압으로 수지를 주입하면, 탱크 자체의 변형이 발생하는 등, 품질, 성능 저하가 발생한다. 또한, 탱크 형상이 원통형이기 때문에, 수지를 전체에 균일하게 충전하는 것이 곤란해서, 수지 함침이 균일하게 되지 않는다. 또한, 게이트 부근에 압력이 집중되기 쉬워, 그 게이트부가 고압으로 됨과 함께 게이트부와 수지 유동 단말부(게이트부와는 반대측)의 압력차가 크다.
즉, 연료 전지차용 고압 탱크의 탄소 섬유의 적층 두께는, 강도 확보를 위해서, 매우 두꺼워(통상의 RTM 성형 보디 부품의 약 10배), 수지 함침이 곤란한데, 특허문헌 2와 같은 탱크 회전에서는, 탄소 섬유의 내층까지의 수지 함침 효과는 적다. 또한, 탄소 섬유의 내층까지 수지를 함침시키기 위해서 고압으로 수지를 주입하면, 압력 분포가 불균일해져서, 부분적으로 고압으로 된 부위에서는, 탱크 내측의 수지제 라이너의 변형이 발생하는 등, 품질, 성능 저하가 발생한다. 또한, 금형과 탱크의 간극이 좁아, 게이트부의 반대측에는 수지가 흐르기 어렵기 때문에, 수지가 경화하기 전에 전체에 수지를 유동시키기 위해서는, 특허문헌 2와 같이 탱크를 금형 내에서 고속 회전시킬 필요가 있지만, 금형 내의 스페이스는 적고, 또한, 탄소 섬유를 손상시킬 가능성이 있다.
그래서, 본 실시 형태는, 이하의 구성이 채용되어 있다.
(고압 탱크 구성)
먼저, 본 발명 실시 형태에 관한 고압 탱크(10)의 구조에 대해서, 도면을 기초로 상세하게 설명한다. 도 1, 도 2는 각각, 본 실시 형태에 관한 고압 탱크(10)(섬유가 권회된 라이너)를 모식적으로 도시하는 측면도, 단면도이다. 또한, 설명 편의상, 각 도면에서 적절히 나타내는 화살표 D를 고압 탱크(10)의 축방향, 화살표 R을 고압 탱크(10)의 직경 방향으로 한다. 또한, 고압 탱크(10)의 중심축(CL)의 축방향에서, 고압 탱크(10)(라이너(12))의 중심으로부터 이격되는 측을 「축방향 단부측」으로 한다. 또한, 그것과는 반대로 고압 탱크(10)(라이너(12))의 중심에 가까워지는 측을 「축방향 중앙부측」으로 한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 고압 탱크(10)는, 그 내부에, 예를 들어 연료로서의 수소가 충전되도록 되어 있고, 연료 전지차(도시 생략) 등에 탑재되도록 되어 있다.
도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 고압 탱크(10)는, 용기 본체로서의 라이너(12)를 갖고 있다. 라이너(12)는, 일례로서, 가스 배리어성이 우수하고, 또한 치수 안정성이 우수한 액정 수지재로 블로 성형되어 있고, 원통상의 직동부(12A)와, 직동부(12A)의 양단(단부 개구)에 일체로 형성된 대략 반구상의 돔부(12B)를 갖고 있다. 보다 구체적으로 설명하면 이 라이너(12)는, 그 길이 방향(축방향)의 중간부에서 내경 및 외경이 일정하게 된 원통상의 직동부(12A)와, 그 길이 방향(축방향)의 양측 부분을 구성하고, 직동부(12A)와는 반대측(축방향 단부측)을 향함에 따라서 점차 옴츠러드는(직경 축소되는) 돔부(12B)를 갖고 있다.
또한, 돔부(12B)는, 그 축심부에 라이너(12)에서의 중심축(CL)의 축방향 단부측(외측)으로 돌출되는 원통부(12C)를 포함하고 있다. 원통부(12C)는, 직동부(12A)보다도 내경 및 외경이, 소경이면서 또한 대략 일정하게 되어 있다.
그리고, 고압 탱크(10)는, 라이너(12)의 직동부(12A)의 외주면과 돔부(12B)의 외주면에, 소정의 폭을 갖는 테이프상의 섬유(섬유 다발이라고도 함)(16)가 층상으로 권취되어 구성되어 있다. 섬유(16)는, 유리 섬유, 탄소 섬유 또는 아라미드 섬유 등을 포함하는 섬유 강화 수지(FRP: Fiber Reinforced Plastics)제로 되어 있고, 라이너(12)의 외주면(외표면)에 보강층으로서의 섬유 강화 수지층(FRP층)을 형성하도록 되어 있다.
구체적으로 설명하면, 돔부(12B)의 외주면(외표면)에는, 섬유(16)가 번갈아 짜여지게 권취되도록 되어 있고(이하, 「브레이딩 권취」라고 하는 경우가 있음), 그 브레이딩 권취된 섬유(16)에 의해 제1 섬유층으로서의 브레이딩층(17B)이 형성된다. 그리고, 이 브레이딩층(제1 섬유층)(17B)에 열경화성 수지(18)(도 8 등)가 함침·경화함으로써 보강층이 형성되도록 되어 있다.
한편, 직동부(12A)의 외주면(외표면)에는, 섬유(16)가 헬리컬 형상으로 권취되어 있고(이하, 「헬리컬 권취」라고 하는 경우가 있음), 그 헬리컬 권취된 섬유(16)에 의해 제2 섬유층으로서의 헬리컬층(17A)이 형성된다. 그리고, 이 헬리컬층(제2 섬유층)(17A)에 열경화성 수지(18)(도 8 등)가 함침·경화함으로써 보강층이 형성되도록 되어 있다.
헬리컬 권취란, 섬유(16)를, 라이너(12)의 중심축(CL)에 대하여 소정의 권취 각도 +θ로 직동부(12A)의 외주면 전체에 권취한 후, 또한 라이너(12)의 중심축(CL)에 대하여 소정의 권취 각도 -θ로, 그 위에서부터(각도 +θ로 권취된 섬유(16) 위에 교차해서) 권취하는 것을 가리킨다. 즉, 헬리컬층(제2 섬유층)(17A)은, 직동부(12A)의 외주면에 섬유(16)가 소정의 권취 각도 +θ 및 권취 각도 -θ로 적어도 2층은 권취됨으로써 구성되어 있다. 또한, 직동부(12A)의 내압 및 섬유(다발)(16)의 섬유 개수 등에 기인하지만, 섬유(다발)(16)는, 실제로는 예를 들어 수층 내지 수십층 정도(직경 방향으로 겹쳐서 혹은 적층시켜) 권취된다.
브레이딩 권취란, 상기한 바와 같이, 섬유(16)를, 번갈아 짜여지도록 권취하는 것으로, 여기에서는 라이너(12)의 중심축(CL)에 대하여 소정의 권취 각도 +θ 및 권취 각도 -θ로 돔부(12B)의 외주면 전체에 권취하는 것을 가리킨다.
즉, 여기에서는 브레이딩 권취도 헬리컬 권취도 동일한 권취 각도(θ)로 권취되도록 되어 있고, 그 권취 각도(θ)는, 공차를 포함하여, θ=54.7도±10도의 범위 내, 바람직하게는 θ=54.7도±5도의 범위 내, 더욱 바람직하게는 θ=54.7도±1도의 범위 내로 되어 있다.
이 권취 각도(θ)는, 소정의 내압이 작용하고 있을 때의 직동부(12A)에서의 응력(축방향의 응력 및 주위 방향의 응력)으로부터 도출되는 각도이며, 축방향의 응력에 대하여 주위 방향의 응력이 2배인 것에 기인하는 각도이다. 즉, 상세한 계산식은 생략하지만, 넷팅 이론(Netting theory)에 의해, 응력에 따른 권취 각도(θ)를 계산했을 때, tan2θ=2가 되므로, θ=54.7도(평형각)가 도출되도록 되어 있다.
여기서, 돔부(12B)는, 직동부(12A)에 비하여, 내압이 작용하고 있을 때의 응력이 작기 때문에, 직동부(12A)에 비해서 보강하는 정도가 작아도 된다. 따라서, 기본 구조로서, 돔부(12B)에서는, 헬리컬 권취(헬리컬층(17A))에 비해서 섬유 간격이 커서 섬유(밀도)가 성기게 되어 저강도로 되는 브레이딩 권취(브레이딩층(17B))로 되고, 직동부(12A)에서는, 브레이딩 권취(브레이딩층(17B))에 비해서 섬유 간격이 작아 섬유(밀도)가 밀해서 고강도로 되는 헬리컬 권취(헬리컬층(17A))로 되어 있다.
또한, 상세한 구조 설명은 생략하지만, 돔부(12B)에서의 브레이딩 권취(브레이딩층(17B))로부터 직동부(12A)에서의 헬리컬 권취(헬리컬층(17A))로의 전환, 반대로 직동부(12A)에서의 헬리컬 권취(헬리컬층(17A))로부터 돔부(12B)에서의 브레이딩 권취(브레이딩층(17B))로의 전환은, 라이너(12)에서의 중심축(CL)의 축방향과 직교하는 방향에서 보아, 직동부(12A)와 돔부(12B)의 경계부 근방의 축방향에서 소정의 길이의 영역 내에서 행하여지도록 되어 있다.
또한, 도시는 생략하지만, 일례로서, 한쪽의 원통부(12C)에는, 밀봉 플러그가 끼워 맞춰지고, 다른 쪽의 원통부(12C)에는, 구금 플러그가 끼워 맞춰지도록 되어 있고, 그 구금 플러그에는, 밸브가 장착되도록 되어 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 섬유(16)는, 공지의 제조 장치(편조기라고도 함)(40)에 의해, 라이너(12)의 외주면에 권취도록 되어 있다. 제조 장치(40)는, 도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이, 원주 상에 2열로 배치된 복수의 보빈(42, 44)을 갖고 있고, 각 열의 복수의 보빈(42, 44)으로부터 풀어내지는 섬유(16)가, 중심축(CL)의 축방향(도 3에서의 좌측 방향)으로 이동하는 라이너(12)의 한쪽 돔부(12B)의 외주면, 직동부(12A)의 외주면, 다른 쪽 돔부(12B)의 외주면에 순서대로 권취되어 나가도록 되어 있다.
또한, 한쪽 및 다른 쪽 돔부(12B)에 섬유(16)를 브레이딩 권취할 때는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 실선으로 연결되어 있는 복수의 보빈(42)과 가상선으로 연결되어 있는 복수의 보빈(44)이, 주위 방향으로 또한 직경 방향 내측과 직경 방향 외측에 교대가 되도록 배치된다. 그리고, 실선으로 연결되어 있는 복수의 보빈(42)과 가상선으로 연결되어 있는 복수의 보빈(44)이 서로 역방향으로 이동하면서, 그들 각 보빈(42, 44)이 직경 방향 내측으로부터 직경 방향 외측 및 직경 방향 외측으로부터 직경 방향 내측으로 순차 교체되도록, 제조 장치(40)가 구동된다.
또한, 직동부(12A)에 섬유(16)를 헬리컬 권취할 때는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 실선으로 연결되어 있는 복수의 보빈(42)과 가상선으로 연결되어 있는 복수의 보빈(44)이, 주위 방향으로 또한 직경 방향 외측과 직경 방향 내측에 배치된다. 그리고, 실선으로 연결되어 있는 복수의 보빈(42)과 가상선으로 연결되어 있는 복수의 보빈(44)이 서로 역방향으로 이동하도록, 제조 장치(40)가 구동된다.
상기한 바와 같이 본 실시 형태는, 기본 구조로서, 돔부(12B)에서는, 섬유 간격이 커서 섬유(밀도)가 성기게 되어 저강도로 되는 브레이딩 권취(브레이딩층(17B))로 되고, 직동부(12A)에서는, 섬유 간격이 작아 섬유(밀도)가 밀해서 고강도로 되는 헬리컬 권취(헬리컬층(17A))로 되어 있지만, 수지(18)를 함침시키기 쉽게 해서 단시간에 수지(18)를 함침시키기 위해, 이하의 구성이 부가되어 있다.
즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 헬리컬층(17A)(예를 들어 수층 내지 수십층 정도로 구성)의 적층간(최내층의 내측이나 최외층의 외측을 포함함)의 일부에, 브레이딩층(17B)으로부터 연속해서 브레이딩층(17B)의 적층의 일부(17D)를 개재시키도록, 라이너(12)의 직동부(12A)의 외주면과 돔부(12B)의 외주면에 섬유(16)가 층상으로 권취되어 구성되어 있다.
구체적으로 설명하면, 돔부(12B)의 외주면(외표면)에서의 소정의 브레이딩층(17B)의 적층 개소에 있어서, 섬유(16)를, 번갈아 짜여지도록 권취한 후(브레이딩 권취한 후), 거기로부터 연속해서(환언하면, 브레이딩 권취로부터 헬리컬 권취로의 전환을 행하지 않고) 직동부(12A)의 외주면(외표면)에서의 헬리컬층(17A)(브레이딩층(17B)에 인접하는 헬리컬층(17A))(최내층의 경우는 직동부(12A)의 외주면) 상에, 섬유(16)를 번갈아 짜여지도록 권취한다(도 2의 17D 부분). 또한, 직동부(12A)의 외주면(외표면)에서의 헬리컬층(17A) 상에, 섬유(16)를 번갈아 짜여지도록 권취한 후, 거기로부터 연속해서 다른 쪽 돔부(12B)의 외주면(외표면)에서의 브레이딩층(17B)(헬리컬층(17A)에 인접하는 브레이딩층(17B)) 상에, 섬유(16)를 번갈아 짜여지도록 권취함(브레이딩 권취를 행함)으로써, 다른 쪽 돔부(12B)의 외주면(외표면)에 또한 브레이딩층(17B)을 형성한다(도 6을 아울러 참조).
상기와 같은 섬유(16)의 권취를, 헬리컬층(17A)(예를 들어 수층 내지 수십층 정도로 구성)의 적층간(최내층의 내측이나 최외층의 외측을 포함함)의 1개소(1층), 혹은 복수 개소(복수층)로 행함으로써, 헬리컬층(17A)의 적층간에, 브레이딩층(17B)으로부터 연속해서 브레이딩층(17B)의 적층의 일부(17D)가 개재하게 된다. 또한, 헬리컬층(17A)의 적층간에 있어서, 브레이딩층(17B)의 적층을, 1층마다 개재시켜도 되고, 복수층을 통합해서 개재시키도록 해도 된다. 도 2에서는, 브레이딩층(17B)의 적층을 1층마다 개재시키는 예를 도시하고 있다.
이에 의해, 섬유 간격이 작아 섬유(밀도)가 밀하게 되는 헬리컬층(17A)의 적층간에, (브레이딩층(17B)으로부터 연속해) 섬유 간격이 커서 섬유(밀도)가 성기게 되는 브레이딩층(17B)의 적층의 일부가 개재하므로, 후술하는 수지 주입 시에 수지(18)가 함침되기 쉬워져(특히, 직동부(12A)의 외주면에서의 헬리컬층(17A) 부분에서), 단시간에 수지(18)를 함침시킬 수 있다.
고압 탱크(10)는, 상기와 같이 해서 라이너(12)에 섬유(16)가 층상으로 권취되어 형성된, 브레이딩층(17B) 및 헬리컬층(17A)(헬리컬층(17A)의 적층간의 브레이딩층(17B)의 적층의 일부(17D)를 포함함)을 포함하는 섬유층(17)에, 유동성을 갖는 미경화 열경화성 수지(예를 들어, 에폭시 수지와 경화제가 혼합된 수지. 본 명세서에서는, 단순히 「수지」라고 하는 경우가 있음)(18)를 함침시켜서 가열하여, 경화시킴으로써 형성된다.
(고압 탱크의 제조 방법)
이상과 같은 구성으로 된 고압 탱크(10)의 제조 방법에 대해서, 도면을 기초로 상세하게 설명한다.
(섬유 권회 공정)
본 실시 형태에 관한 고압 탱크(10)는, 먼저, 라이너(12)의 외주면에 섬유(16)를 권취함으로써 구성된다. 즉, 도 3 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 제조 장치(40)의 복수의 보빈(42, 44)으로부터 순차 섬유(16)가 풀어내져, 먼저 한쪽 돔부(12B)의 외주면에 그 섬유(16)를 브레이딩 권취해서 브레이딩층(17B)을 형성한다(제1 공정). 상세하게는, 돔부(12B)의 직동부(12A)측과는 반대측 단부로부터 직동부(12A)측 단부까지, 순차 섬유(16)를 브레이딩 권취해서 브레이딩층(17B)을 형성한다.
한쪽 돔부(12B)의 외주면에 대한 섬유(16)의 브레이딩 권취가 종료되면, 그에 이어서, 직동부(12A)의 외주면에 섬유(16)를 헬리컬 권취해서 헬리컬층(17A)을 형성한다(제2 공정). 상세하게는, 직동부(12A)의 한쪽 돔부(12B)측의 단부로부터 다른 쪽 돔부(12B)측의 단부까지, 순차 섬유(16)를 헬리컬 권취해서 헬리컬층(17A)을 형성한다. 또한, 돔부(12B)에서의 브레이딩 권취로부터 직동부(12A)에서의 헬리컬 권취로의 전환은, 제조 장치(40)의 복수의 보빈(42, 44)의 배치(도 4, 도 5)를 소정 시간 폭으로 전환함으로써, 돔부(12B)와 직동부(12A)의 경계부 근방의 축방향에서 소정의 길이의 영역 내에서 행하여진다. 여기서, 상기 영역 내에서, 섬유(16)는, 브레이딩 권취로부터 헬리컬 권취로 동일한 권취 각도(θ)로 원활하게 전환될 수 있다.
직동부(12A)의 외주면에 대한 섬유(16)의 헬리컬 권취가 종료되면, 그에 이어서, 다른 쪽 돔부(12B)의 외주면에 섬유(16)를 브레이딩 권취해서 브레이딩층(17B)을 형성한다(제3 공정). 상세하게는, 돔부(12B)의 직동부(12A)측의 단부로부터 직동부(12A)측과는 반대측 단부까지, 순차 섬유(16)를 브레이딩 권취해서 브레이딩층(17B)을 형성한다. 또한, 직동부(12A)에서의 헬리컬 권취로부터 돔부(12B)에서의 브레이딩 권취로의 전환도, 제조 장치(40)의 복수의 보빈(42, 44)의 배치(도 4, 도 5)를 소정 시간 폭으로 전환함으로써, 직동부(12A)와 돔부(12B)의 경계부 근방의 축방향에서 소정의 길이의 영역 내에서 행하여진다. 여기서, 상기 영역 내에서, 섬유(16)는, 헬리컬 권취로부터 브레이딩 권취로 동일한 권취 각도(θ)로 원활하게 전환될 수 있다.
또한, 한쪽 및 다른 쪽 돔부(12B) 및 직동부(12A)에 권취하는 섬유(16)의 권취 각도(θ)는, 예를 들어 54.7도±10도의 범위 내로 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 소정의 브레이딩층(17B)의 적층 개소에 있어서, 섬유(16)의 브레이딩 권취가 종료되면, 상기와 같은 돔부(12B)에서의 브레이딩 권취로부터 직동부(12A)에서의 헬리컬 권취로의 전환을 행하지 않고, 그에 이어서, 직동부(12A)의 외주면(상세하게는, 직동부(12A)의 외주면에서의 헬리컬층(17A)의 적층 부분의 외주면)에 섬유(16)를 브레이딩 권취해서 브레이딩층(도 2의 17D에 상당하는 부분)을 형성한다. 또한, 직동부(12A)의 외주면(상세하게는, 직동부(12A)의 외주면에서의 헬리컬층(17A)의 적층 부분의 외주면)에 대한 섬유(16)의 브레이딩 권취가 종료되면, (상기와 같은 직동부(12A)에서의 헬리컬 권취로부터 돔부(12B)에서의 브레이딩 권취로의 전환을 행하지 않고) 그에 이어서, 다른 쪽 돔부(12B)의 외주면에 섬유(16)를 브레이딩 권취해서 브레이딩층(17B)을 형성한다(도 6).
환언하면, 소정의 브레이딩층(17B)의 적층 개소에서는, 한쪽 돔부(12B)의 직동부(12A)측과는 반대측 단부로부터 다른 쪽 돔부(12B)의 직동부(12A)측과는 반대측 단부까지(라이너(12)의 축방향 전체 길이에 걸쳐서), 순차 섬유(16)를 브레이딩 권취해서 브레이딩층(17B, 17D, 17B)을 형성한다(도 6).
상기와 같은 섬유(16)의 권취를, 헬리컬층(17A)(예를 들어 수층 내지 수십층 정도로 구성)의 적층간(최내층의 내측이나 최외층의 외측을 포함함)의 1개소(1층), 혹은 복수 개소(복수층)로 행함으로써, 헬리컬층(17A)의 적층간에, 브레이딩층(17B)으로부터 연속해서 브레이딩층(17B)의 적층의 일부(17D)를 개재시킨다.
상기와 같이 하여, 섬유(16)를, 최종적으로는 예를 들어 수층 내지 수십층 정도(직경 방향으로 겹쳐서 내지 적층시켜서) 권취함으로써, 중공의 라이너(12)의 외주면(외표면)에, 섬유(16)를 권취해서 이루어지는 섬유층(17)(브레이딩층(17B) 및 헬리컬층(17A)(헬리컬층(17A)의 적층간의 브레이딩층(17B)의 적층의 일부(17D)를 포함함))이 형성된 중간체로서의 프리폼(11)(도 7 내지 도 10)을 형성한다.
(수지 주입(수지 함침 성형) 공정)
상기와 같이 하여, 중공의 라이너(12)에 섬유(16)가 권취되어 섬유층(17)이 형성된 프리폼(11)(도 7 내지 도 10)을, 제조 장치로서의 수지 함침 성형용 금형(50) 내(하형(60)과 상형(80)의 사이, 캐비티라고도 함)에 배치하고, 금형(50) 내에 열경화성 수지(18)를 주입하여, 섬유층(17)(을 구성하는 섬유(16))에 열경화성 수지(18)를 함침시켜서 가열하여, 경화시킨다.
구체적으로 설명하면, 도 7, 도 8에 도시하는 바와 같이, 금형(50)(도시 예에서는 하형(60))에는, 진공 펌프(61)가 접속되어 있는 진공 탈기 배관(62)이 매설되어 있다.
또한, 금형(50)(도시 예에서는 상형(80))에는, 수지 주입기(81)가 접속되어 있는 수지 주입 배관(수지 주입 게이트라고도 함)(82)이 매설되어 있다.
또한, 도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 금형(50)(도시 예에서는 하형(60))에는, 상기 수지 주입 배관(82)에 연속 설치하여, 수지(18)가 유동함과 함께 캐비티에 개구되는 게이트(수지 주입구)를 형성하는 러너(72A, 72B)가 복수개 형성되어 있다. 러너(72A)는, 프리폼(11)의 축방향의 중앙부(즉, 직동부(12A)의 중앙부 부근)에서, 수지 주입 배관(82)으로부터 프리폼(11)의 직경 방향으로 연장되어 있다. 러너(72A)로 형성되는 게이트(74A)는, 프리폼(11)의 축방향의 중앙부(즉, 직동부(12A)의 중앙부 부근)에서 프리폼(11)의 직경 방향으로 개구되어 있다. 따라서, 게이트(74A)로부터 금형(50) 내(캐비티)의 직동부(12A)의 외주면에서의 헬리컬층(제2 섬유층)(17A)에 프리폼(11)의 직경 방향(바꾸어 말하면, 헬리컬층(17A)의 판 두께 방향 내지 적층 방향)으로 수지(18)를 주입할 수 있다. 또한, 러너(72B)는, 수지 주입 배관(82)으로부터 프리폼(11)의 직경 방향으로 연장되어 있는 러너(72A)로부터 프리폼(11)의 축방향 양측으로 분기되도록 연장되어 있다. 러너(72B)로 형성되는 게이트(74B)는, 프리폼(11)의 축방향의 양단부(즉, 양단의 돔부(12B)의 중앙부 부근)에서 프리폼(11)의 축방향으로 개구되어 있다. 따라서, 게이트(74B)로부터 금형(50) 내(캐비티)의 돔부(12B)의 외주면에서의 브레이딩층(제1 섬유층)(17B)으로 프리폼(11)의 축방향(바꾸어 말하면, 헬리컬층(17A)의 적층 연장 방향)으로 수지(18)를 주입할 수 있다.
또한, 도 9, 도 10에 도시되는 예에서는, 프리폼(11)의 축방향의 중앙부에 위치하는 러너(72A), 및 프리폼(11)의 축방향의 양단부에 위치하는 러너(72B)는 각각, 프리폼(11)의 중심축(CL)에 대하여 대향하는 위치에(바꾸어 말하면, 프리폼(11)의 전후에서 쌍을 이루도록) 형성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 프리폼(11)의 축방향의 중앙부에 위치하는 러너(72A)를 소정의 타이밍에 개폐하기 위해서, 당해 러너(72A)에, 개폐 밸브 등으로 구성되는 개폐 기구(76)가 마련되어 있다. 예를 들어 개폐 기구(76)에 의해 당해 러너(72A)를 닫으면, 게이트(74A)로부터 금형(50) 내(캐비티)에의 수지(18)의 주입을 차단할 수 있다.
프리폼(11)의 섬유층(17)(을 구성하는 섬유(16))에 열경화성 수지(18)를 함침시킴에 있어서는, 먼저, 소정 온도(열경화성 수지(18)의 경화 온도 이상의 온도)로 보온된 상기 구성을 갖는 금형(50) 내(하형(60)과 상형(80)의 사이)에 프리폼(11)을 배치한 상태에서(바꿔 말하면, 형 체결 완료 후에), 진공 펌프(61)를 제어함으로써 금형(50) 내를 진공 탈기한다(도 7).
상기 진공 탈기 정지(완료) 후, 수지 주입기(81)를 구동함으로써, 금형(50) 내에 열경화성 수지(18)를 주입한다(도 8). 여기서, 금형(50) 내에 배치된 프리폼(11)의 섬유층(17)에의 열경화성 수지(18)의 주입(함침)은, 프리폼(11)(라이너(12))의 축방향(적층 연장 방향)과 직경 방향(판 두께 방향 내지 적층 방향)으로 제각각 행한다.
상세하게는, 먼저, 개폐 기구(76)가 폐쇄된 상태(즉, 러너(72A)가 폐쇄되어 게이트(74A)로부터 금형(50) 내에의 수지(18)의 주입을 차단한 상태)에서, 수지 주입 배관(82) 내를 (미경화)수지(18)가 흘러, 러너(72B)를 통해서 게이트(74B)로부터, 금형(50) 내(캐비티)의 돔부(12B)의 외주면에서의 브레이딩층(제1 섬유층)(17B)에 프리폼(11)의 축방향으로 수지(18)가 주입(토출)된다(도 9).
이에 의해, 섬유 간격이 커서 섬유(밀도)가 성기게 되는 브레이딩층(제1 섬유층)(17B)에 프리폼(11)의 축방향으로 수지(18)가 주입(토출)되어, 섬유층(17)에 수지(18)가 함침되어 간다. 이때, 헬리컬층(17A)의 적층간에, 브레이딩층(17B)으로부터 연속해서 브레이딩층(17B)의 적층의 일부(17D)가 개재하므로(도 2 참조), 섬유 간격이 작아 섬유(밀도)가 밀하게 되는 헬리컬층(17A)의 적층간에도, (브레이딩층(17B)을 통해서) 수지(18)가 함침되어 간다.
그 후, 개폐 기구(76)를 개방하는 제어를 행하여, 개폐 기구(76)가 개방된 상태(러너(72A)가 개방된 상태)에서, 수지 주입 배관(82) 내를 (미경화)수지(18)가 흘러, 러너(72B)를 통해서 게이트(74B)로부터, 금형(50) 내(캐비티)의 돔부(12B)의 외주면에서의 브레이딩층(제1 섬유층)(17B)에 프리폼(11)의 축방향으로 수지(18)가 주입(토출)됨과 함께, 러너(72A)를 통해서 게이트(74A)로부터, 금형(50) 내(캐비티)의 직동부(12A)의 외주면에서의 헬리컬층(제2 섬유층)(17A)에 프리폼(11)의 직경 방향으로 수지(18)가 주입(토출)된다(도 10).
이에 의해, 섬유 간격이 커서 섬유(밀도)가 성기게 되는 브레이딩층(제1 섬유층)(17B)에 프리폼(11)의 축방향으로 수지(18)가 주입(토출)됨과 함께, 섬유 간격이 작아 섬유(밀도)가 밀하게 되는 헬리컬층(제2 섬유층)(17A)에 프리폼(11)의 직경 방향으로 수지(18)가 주입(토출)되어(바꾸어 말하면, 프리폼(11)의 축방향 및 직경 방향의 양방향에서 수지(18)가 주입되어), 섬유층(17) 전체에 수지(18)가 함침되어 간다.
또한, 개폐 기구(76)를 개방하는 타이밍(즉, 러너(72A)를 통해서 게이트(74A)로부터 수지(18)를 주입하는 타이밍)은, 유동하는 수지(18)의 압력을 검출하는 압력 센서로부터 얻어지는 계측값을 기초로 판단해도 되고, 미리 실험 등으로 구한 타이밍을 기초로 판단해도 된다.
수지(18)가 섬유층(17)의 적층 내에 함침 완료 후, 수지 주입을 정지하고 가열해서 경화시킴으로써, 라이너(12)의 외주에 보강층으로서의 섬유 강화 수지층이 형성된다. 이에 의해, 내부식성이 우수함과 함께, 경량화 및 저비용화가 도모되고 또한 운반 및 취급이 용이한 고압 탱크(10)가 얻어진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 연료 전지차용 고압 탱크에 있어서, RTM 함침 기술에 의한 탱크 제조 시, 에폭시 수지를, 후육 적층의 (탄소 섬유를 두껍게 권취한) 대형 탱크 전체에 균일하게 수지 압력을 걸어서, 충전, 함침, 경화시키는 것은 곤란하여, 생산성 저하나 탱크 성능 저하로 이어진다. 또한, 탱크는, 탄소 섬유를 두껍게 적층하고 있기 때문에, 수지를 고압 충전하지 않으면, 탄소 섬유의 최내층까지 함침되지 않는데, 그 때문에, 게이트 바로 아래 등의 압력이 너무 높아져서, 탱크 내부의 수지제 라이너의 변형이나, 섬유 어긋남 등, 생산성 저하나 탱크 성능 저하로 이어지는 중요 품질 문제가 발생한다.
본 실시 형태는, 적층 탱크의 수지 유동성의 획기적 향상을 목적으로, 돔부와 직동부를 갖는 탱크의 제조 방법이며, 라이너를 준비하는 공정과, 준비한 라이너에 섬유를 권회하는 공정과, 권회한 섬유에 수지를 주입하는 공정과, 주입한 수지를 경화시키는 공정을 갖고, 권회하는 공정에서는, 돔부가 직동부보다 성기게 되도록 권회하고, 주입하는 공정에서는, 돔부로부터 수지를 주입함과 함께, 적층 연장 방향의 가일층의 함침성 향상을 위해서, 직동부(의 헬리컬층)의 적층간에 (브레이딩층으로부터 연속해서) 성긴 적층을 넣는다.
또한, 수지 함침 시에 있어서, 적층 연장 방향으로 수지 주입하는 공정과, 판 두께 방향 내지 적층 방향으로 수지 주입하는 공정 양쪽을 가짐과 함께, 적층 연장 방향의 수지 주입과 판 두께 방향 내지 적층 방향의 수지 주입을 나누어서 행함과 함께, 적층 연장 방향의 수지 주입을 먼저 행하고, 함침성을 제어하여, 탱크 전체의 함침성을 향상시킨다.
또한, RTM 금형 내의 수지 유동의 러너에 개폐 기구(76)를 갖는 금형(50)이며, 탱크 구조의 섬유가 성기게 되고 또한 함침성이 좋은 적층 연장 방향으로 흐르는 돔부를 먼저 수지 주입하고, 적층 연장 방향이 수지 함침된 후, 시간 차를 두고 판 두께 방향으로 수지를 주입함으로써, 서로의 함침성을 손상시키지 않고 함침성을 제어함과 함께, 수지 유동의 압력을 관측하거나 하여, 수지 유동성의 피드백 자동 제어도 가능하게 된다.
적층 연장 방향을 따라 수지 주입할 수 있으므로, 탄소 섬유의 내층까지 함침할 수 있고 또한 보다 내층까지 함침할 수 있다. 또한, 탱크가 축방향으로 길어졌을 때도 수지의 함침을 불균일이 없이 할 수 있다. 또한, 각 방향(적층 연장 방향, 판 두께 방향)의 수지의 주입압이 서로 저해되지 않으므로, 보다 탄소 섬유의 내층까지 수지 함침할 수 있다. 또한, 저항이 적은 적층 연장 방향의 수지 주입을 행함으로써, 수지의 점도에 의해 섬유의 이동이 억제되어, 판 두께 방향 수지 주입 시에도 섬유 어긋남의 발생을 억제할 수 있다.
이에 의해, RTM 함침 기술에 의해 에폭시 수지를 함침시킬 때, 탱크 전체에 균일하면서 또한 저압으로 적층 연장 방향 및 판 두께 방향으로도 에폭시 수지를 함침할 수 있기 때문에, 고압 탱크의 성능 향상과 품질의 안정화를 도모할 수 있음과 함께, 수지의 고속 충전도 가능해져서, 대폭적인 성형 사이클 단축도 도모된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 섬유 권취 시에 섬유(섬유 밀도)가 성기게 되는 개소를 돔부(12B)와 직동부(12A) 양쪽에 마련함으로써, 수지 주입 시의 저항이 작아지기 때문에, 수지(18)를 함침시키기 쉬워져서 단시간에의 수지 함침이 가능하게 된다.
또한, 수지 주입 시에 각 방향(축방향 내지 적층 연장 방향, 직경 방향 내지 판 두께 방향)의 수지(18)의 주입압이 서로 저해되지 않기 때문에, 단시간에 내층까지의 수지 함침이 가능하게 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 헬리컬층(17A)의 적층간에 있어서 그 전체면에(헬리컬층(17A)의 외주면 전체를 덮도록), 브레이딩층(17B)의 적층의 일부를 개재시키도록 하고 있지만(도 6 참조), 헬리컬층(17A)의 적층간에 있어서 그 일부의 표면에만, 브레이딩층(17B)의 적층의 일부를 개재시키도록 해도 되는 것은 당연하다.
또한, 직동부(12A)의 외주면에 섬유를 헬리컬 형상으로 권취해서(헬리컬 권취해서) 헬리컬층을 형성하는 것으로 하고 있지만, 예를 들어 권취 각도(θ)를 적절하게 조정하거나 하여, 직동부(12A)의 외주면에 섬유를 후프 형상으로 권취해서(후프 권취해서) 후프층을 형성하도록 해도 된다. 또한, 돔부(12B)의 외주면에 섬유를 권취해서 이루어지는 제1 섬유층(의 섬유 밀도)이 직동부(12A)의 외주면에 섬유를 권취해서 이루어지는 제2 섬유층(의 섬유 밀도)보다도 성기게 되도록 하면, 섬유의 권취 방법 자체는 상술한 형태에 한정되지는 않는 것은 상세하게 설명할 필요도 없다.
또한, 예를 들어 라이너(12)는, 액정 수지제에 한정되는 것은 아니다. 라이너(12)는, 예를 들어 고밀도 폴리에틸렌 등의 가스 배리어성을 갖는 다른 합성 수지제이어도 되고, 알루미늄 합금 등의 경량 금속제이어도 된다. 또한, 라이너(12)는, 블로 성형에 의해 제조되는 것에 한정되는 것이 아니라, 사출 성형 등에 의해 제조되어도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용해서 상세하게 설명해 왔지만, 구체적인 구성은 이 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 설계 변경 등이 있어도, 그것들은 본 발명에 포함되는 것이다.
10: 고압 탱크(탱크)
11: 프리폼
12: 라이너
12A: 직동부
12B: 돔부
12C: 원통부
16: 섬유
17: 섬유층
17A: 헬리컬층(제2 섬유층)
17B: 브레이딩층(제1 섬유층)
18: 열경화성 수지(수지)
50: 금형
60: 하형
72A, 72B: 러너
74A, 74B: 게이트
76: 개폐 기구
80: 상형
CL: 중심축

Claims (10)

  1. 통 형상의 직동부와, 해당 직동부의 축방향 단부로부터 해당 직동부와는 반대측을 향함에 따라서 점차 옴츠러드는 돔부를 갖는 중공의 라이너의 외표면에, 섬유를 직경 방향으로 겹쳐서 권취하여 이루어지는 섬유층에, 수지를 함침해서 이루어지는 보강층이 형성된 탱크의 제조 방법이며,
    상기 돔부의 외표면에서의 제1 섬유층이 상기 직동부의 외표면에서의 제2 섬유층보다도 성기게 되도록, 또한, 상기 제2 섬유층의 적층간의 일부에 상기 제1 섬유층으로부터 연속해서 상기 성기게 되는 상기 제1 섬유층의 적층의 일부를 개재시키도록, 상기 라이너의 외표면에 상기 섬유를 직경 방향으로 겹쳐서 권취하는 공정과,
    상기 제1 섬유층 및 상기 제2 섬유층을 포함하는 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유층에의 상기 수지의 함침을, 상기 라이너의 축방향과 직경 방향으로 제각각 행하는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입해서 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시키고,
    상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입해서 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시키는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 섬유층에의 상기 수지의 함침을, 상기 라이너의 축방향으로 행한 후, 상기 라이너의 축방향 및 직경 방향의 양방향으로 행하는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입한 후,
    상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입하면서, 상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입하여, 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시키는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 돔부의 외표면에 섬유를 번갈아 짜여지도록 권취함으로써 상기 제1 섬유층을 구성하고,
    상기 직동부의 외표면에 상기 제1 섬유층으로부터 연속해서 섬유를 헬리컬 형상 또는 후프 형상으로 권취함으로써 상기 제2 섬유층을 구성하고,
    상기 제2 섬유층의 적층간의 일부에 상기 제1 섬유층으로부터 연속해서 섬유를 번갈아 짜여지도록 권취함으로써 상기 성기게 되는 상기 제1 섬유층의 적층의 일부를 개재시키는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 방법.
  7. 통 형상의 직동부와, 해당 직동부의 축방향 단부로부터 해당 직동부와는 반대측을 향함에 따라서 점차 옴츠러드는 돔부를 갖는 중공의 라이너의 외표면에, 섬유를 직경 방향으로 겹쳐서 권취하여 이루어지는 섬유층에, 수지를 함침해서 이루어지는 보강층이 형성된 탱크의 제조 장치이며,
    상기 돔부의 외표면에서의 제1 섬유층이 상기 직동부의 외표면에서의 제2 섬유층보다도 성기게 되도록, 또한, 상기 제2 섬유층의 적층간의 일부에 상기 제1 섬유층으로부터 연속해서 상기 성기게 되는 상기 제1 섬유층의 적층의 일부를 개재시키도록, 상기 라이너의 외표면에 상기 섬유를 직경 방향으로 겹쳐서 권취한 프리폼을 수용하고, 상기 제1 섬유층 및 상기 제2 섬유층을 포함하는 상기 섬유층에 상기 수지를 함침시키기 위한 금형을 구비하고,
    상기 금형에, 상기 섬유층에의 상기 수지의 함침을, 상기 라이너의 축방향과 직경 방향으로 제각각 행하기 위해, 상기 수지가 유동함과 함께 상기 금형 내에 개구되는 게이트를 형성하는 러너가 복수개 마련됨과 함께, 상기 복수개의 러너의 적어도 하나에 개폐 기구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수개의 러너는, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입하는 제1 러너와, 상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입하는 제2 러너를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 개폐 기구는, 상기 섬유층에의 상기 수지의 함침을, 상기 라이너의 축방향으로 행한 후, 상기 라이너의 축방향 및 직경 방향의 양방향으로 행하도록, 상기 복수개의 러너의 적어도 하나를 개폐하는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 복수개의 러너는, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입하는 제1 러너와, 상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입하는 제2 러너를 포함하여 구성되고,
    상기 개폐 기구는, 적어도 상기 제2 러너에 마련되고,
    상기 개폐 기구에 의해 상기 제2 러너를 닫은 상태에서, 상기 제1 러너를 통해서, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입한 후, 상기 개폐 기구에 의해 상기 제2 러너를 개방한 상태에서, 상기 제1 러너를 통해서, 상기 제1 섬유층에 상기 라이너의 축방향으로 상기 수지를 주입하면서, 상기 제2 러너를 통해서, 상기 제2 섬유층에 상기 라이너의 직경 방향으로 상기 수지를 주입하는 것을 특징으로 하는, 탱크의 제조 장치.
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