(57)【要約】【課題】部品点数が増加することを抑制するとともに、ライナと口金との間のシール性を確保可能な技術を提供する。【解決手段】高圧タンクの製造方法は、口金のフランジ部が装着される口金取付部であって、該フランジ部の高さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する口金取付部を備えるライナを形成する工程と、形成されたライナの口金取付部に口金を装着する工程と、加熱下において口金取付部をフランジ部に向けて押圧する工程と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タンクの製造方法であって、
口金のフランジ部が装着される口金取付部であって、該フランジ部の高さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する口金取付部を備えるライナを形成する工程と、
形成された前記ライナの前記口金取付部に前記口金を装着する工程と、
加熱下において前記口金取付部を前記フランジ部に向けて押圧する工程と、
を備える、高圧タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高圧タンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧の流体を貯蔵・密封するための高圧タンクとして、流体を貯蔵する空間を形成するライナと、ライナの長手方向の端部に取り付けられた口金とを備える高圧タンクが知られている。例えば、特許文献１に記載の高圧タンクは、ライナと口金との間の十分なシール性を確保するために、ライナと口金との間を覆うように樹脂系の液状ガスケットであるＦＩＰＧ（Formed In Place Gasket）を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２０９８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の高圧タンクでは、ライナと口金との間をシールするためにライナおよび口金とは異なる別の部材を用いるので、部品点数が増加し、製造コストが増加するおそれがある。このため、部品点数を抑えつつ、ライナと口金との間のシール性を確保する技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本開示の一形態によれば、高圧タンクの製造方法が提供される。この製造方法は、口金のフランジ部が装着される口金取付部であって、該フランジ部の高さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する口金取付部を備えるライナを形成する工程と、形成された前記ライナの前記口金取付部に前記口金を装着する工程と、加熱下において前記口金取付部を前記フランジ部に向けて押圧する工程と、を備える。
この形態の高圧タンクの製造方法によれば、フランジ部の高さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する口金取付部を備えるライナが形成され、形成されたライナに口金が装着され、加熱下において口金取付部がフランジ部に向けて押圧されるので、口金取付部をフランジ部に向かって移動させることができる。このため、移動した口金取付部によってライナと口金との間をシールすることができる。したがって、部品点数を抑えつつ、ライナと口金との間のシール性を確保できる。
【０００７】
本開示は、種々の実施形態で実現することも可能である。例えば、高圧タンクの製造方法、当該製造方法によって製造される高圧タンク、高圧タンクの製造装置等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態としての製造方法により製造された高圧タンクの概略構成を示す断面図。
【図２】図１における領域の拡大図。
【図３】本実施形態における高圧タンクの製造方法を示す工程図。
【図４】工程Ｐ１０５で形成されたライナの口金取付部を拡大して示す説明図。
【図５】工程Ｐ１１５の実行中における口金取付部を拡大して示す説明図。
【図６】工程Ｐ１１５の実行後における口金取付部を拡大して示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態：
Ａ１．高圧タンクの構成：
図１は、本開示の一実施形態としての製造方法により製造された高圧タンク１００の概略構成を示す断面図である。本実施形態の製造方法により製造された高圧タンク１００は、高圧タンク１００の基材であるライナ１０の外表面に繊維強化樹脂層２０が形成された構成を有する。高圧タンク１００は、例えば、燃料電池システムにおいて、燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵するために用いられる。図１では、高圧タンク１００の長手方向に沿った断面を示している。
【００１０】
高圧タンク１００は、上述のライナ１０および繊維強化樹脂層２０に加えて、口金３０と、エンドボス４０とを備える。
【００１１】
ライナ１０は、高いガスバリア性を有する中空形状の容器である。ライナ１０は、略円筒状で長手方向に延びる胴体部１１と、胴体部１１の中心軸の軸線方向の両端に設けられた半球状の２つのドーム部１２ａおよび１２ｂとを有する。胴体部１１の中心軸は、ライナ１０の中心軸ＣＸと一致する。ドーム部１２ａおよび１２ｂの中心軸は、胴体部１１の中心軸と一致する。「軸線方向」とは、胴体部１１の中心軸に沿った方向である。以降の説明では、軸線方向と直交する方向を「径方向」と呼ぶ。ライナ１０は、例えば、ポリアミド、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリエチレン等の樹脂により形成されている。なお、樹脂に代えて、アルミニウム合金などの金属により形成されていてもよい。
【００１２】
一方のドーム部１２ａの頂部には口金３０が取り付けられ、他方のドーム部１２ｂの頂部にはエンドボス４０が取り付けられている。口金３０およびエンドボス４０は、いずれもアルミニウムにより形成されており、ライナ１０の内部空間の熱が高圧タンク１００の外部に放出されることを促進する。
【００１３】
口金３０は、口金３０の中心軸と、胴体部１１の中心軸とが一致するようにドーム部１２ａに取り付けられている。口金３０は、円筒部３１と、フランジ部３２とを有する。円筒部３１は、胴体部１１からドーム部１２ａに向かって軸線方向に突出する略円筒状の部位である。円筒部３１は、高圧タンク１００の内部と外部とを連通する開口を有する。円筒部３１には、水素ガス供給用の配管が接続される。フランジ部３２は、円筒部３１から径方向外側に張り出して形成された鍔状の部位である。フランジ部３２の最も径方向外側の部位は、ライナ１０の口金取付部１５に装着される。ライナ１０およびフランジ部３２は、圧入によって互いに接合される。口金取付部１５についての詳細な説明は、後述する。
【００１４】
エンドボス４０は、口金３０と同様の形状を有する。エンドボス４０は、口金３０とは異なり、高圧タンク１００の外部に向けて開口していない。
【００１５】
繊維強化樹脂層２０は、ライナ１０の外周面、口金３０の外周側面およびエンドボス４０の外周側面を覆うように形成されている。繊維強化樹脂層２０は、耐圧性を有し、ライナ１０の強度を高めるために用いられる。繊維強化樹脂層２０は、カーボン繊維強化プラスチック層（ＣＦＲＰ層：Carbon Fiber Reinforced Plastics層）であり、熱硬化性樹脂が含浸されたカーボン繊維が幾重にも巻き付けられ、かかる繊維からなる層が複数積層された構造を有する。
【００１６】
本実施形態において、上述のカーボン繊維として、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系カーボン繊維を用いる。なお、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系カーボン繊維に代えて、レーヨン系カーボン繊維や、ピッチ系カーボン繊維など、他の任意のカーボン繊維を用いてもよいし、カーボン繊維の補強を目的として、ガラス繊維やアラミド繊維を含んでもよい。また、カーボン繊維に含浸される熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いる。なお、エポキシ樹脂に代えて、ポリエステル樹脂や、ポリアミド樹脂など、熱硬化性を有する他の任意の樹脂を用いてもよい。また、熱硬化性樹脂に代えて紫外線硬化性樹脂が含浸されていてもよい。
【００１７】
図２は、図１における領域Ａｒの拡大図である。図２では、繊維強化樹脂層２０の図示を省略している。図２に示すように、口金３０のフランジ部３２の外表面３２ｕは、径方向内側から径方向外側に向かうにつれてフランジ部３２の厚みが小さくなるように、弧状に傾斜させた曲面形状を有する。フランジ部３２の最も径方向外側の部位は、ライナ１０の口金取付部１５に装着されている。口金取付部１５の上面１５ｕは、フランジ部３２の径方向外側の端面３２ｓと、フランジ部３２の外表面３２ｕの一部とを、軸線方向外側から覆っている。ここで、「軸線方向外側」とは、図１に示す断面において、軸線方向（中心軸ＣＸ）に沿って、胴体部１１から遠ざかる向きのことを意味する。
【００１８】
Ａ２．高圧タンクの製造方法：
図３は、本実施形態における高圧タンク１００の製造方法を示す工程図である。まず、口金取付部１５を備えるライナ１０を形成する（工程Ｐ１０５）。具体的には、ライナ１０を成形するための樹脂成形金型内に樹脂材料を流入し、樹脂を射出成形することによりライナ１０を形成する。樹脂成形金型内には、口金取付部１５の形状と略一致する空隙が形成されており、かかる空隙内に流入した樹脂材料が加熱されて硬化すると、口金取付部１５を備えるライナ１０が形成される。
【００１９】
図４は、工程Ｐ１０５で形成されたライナ１０の口金取付部１５を拡大して示す説明図である。図４では、図１における領域Ａｒに対応する領域を拡大して示している。なお、理解の便を図るために、図４では、後述の工程でライナ１０に装着される口金３０を併せて図示している。ライナ１０に口金３０が装着される際には、口金取付部１５の径方向内側の端面１５ｓとフランジ部３２の径方向外側の端面３２ｓとが対面し、口金取付部１５の端面１５ｓとフランジ部３２の端面３２ｓとの間の空隙の距離ｄ１が０．８ｍｍ程度となるように、ライナ１０と口金３０とが配置される。
【００２０】
図４に示すように、ライナ１０に口金３０が装着される前の状態において、口金取付部１５の端面１５ｓ側の上面１５ｕは、フランジ部３２の外表面３２ｕよりも軸線方向外側に突出している。具体的には、口金取付部１５の端面１５ｓ側の上面１５ｕは、フランジ部３２の端面３２ｓ側の外表面３２ｕよりも距離ｄ２だけ軸線方向外側に突出している。換言すると、口金取付部１５の端面１５ｓ側の高さ寸法（軸線方向の厚み）は、フランジ部３２の端面３２ｓ側の高さ寸法（軸線方向の厚み）よりも大きい。上述の距離ｄ２としては、例えば、２ｍｍとしてもよい。なお、距離ｄ２は、口金取付部１５の端面１５ｓとフランジ部３２の端面３２ｓとの間の空隙の距離ｄ１や、ライナ１０および口金３０の成形誤差、ライナ１０および口金３０の組み付け誤差等に応じて他の任意の距離を設定してもよい。
【００２１】
また、口金取付部１５の上面１５ｕは、径方向外側から径方向内側（端面１５ｓ側）に向かうにつれて、フランジ部３２の端面３２ｓ側の外表面３２ｕの位置よりも軸線方向外側に突出するように傾斜している。このため、フランジ部３２側に口金取付部１５が存在しても、ライナ１０に口金３０を容易に取り付けることができる。
【００２２】
図３に示すように、工程Ｐ１０５の完了後、ライナ１０に口金３０を取り付ける（工程Ｐ１１０）。具体的には、ライナ１０のドーム部１２ａの開口端に、口金３０のフランジ部３２を入り込ませて口金取付部１５に装着した上で、ドーム部１２ａの開口に口金３０の円筒部３１を嵌合させる。
【００２３】
次に、加熱下において口金取付部１５をフランジ部３２に向けて押圧する（工程Ｐ１１５）。具体的には、まず、ライナ１０が溶解する温度付近まで口金取付部１５の所定の範囲ＷＡｒ（図４）を加熱する。本実施形態において、「所定の範囲」とは、口金取付部１５の端面１５ｓから径方向外側に距離ｄ３の範囲を意味する。距離ｄ３は、例えば、７ｍｍとしてもよい。なお、距離ｄ３は、７ｍｍに代えて、口金取付部１５の高さ寸法等に応じて他の任意の距離を設定してもよい。また、口金取付部１５の加熱方法としては、例えば、口金取付部１５の上面１５ｕを囲むように誘電加熱コイルを配置し、かかるコイルに通電することで磁束を形成して、導体としての口金取付部１５（ライナ１０）を誘電加熱する方法を採用してもよい。また、例えば、口金取付部１５に温風を吹き付けることにより口金取付部１５を加熱する方法を採用してもよいし、ヒーターによって口金取付部１５を加熱する方法を採用してもよい。
【００２４】
次に、押圧部材を用いて口金取付部１５をフランジ部３２の外表面３２ｕに向けて押し当てる。図５は、工程Ｐ１１５の実行中における口金取付部１５を拡大して示す説明図である。図５では、図４と同様に、図１における領域Ａｒを拡大して示している。図５における白抜きの矢印は、図示しない押圧部材による口金取付部１５の押し当て方向を示す。図５に示すように、口金取付部１５の径方向内側の上面１５ｕをフランジ部３２の外表面３２ｕに押し当てつつ、その押し当て箇所を径方向内側に移動させる。これに伴って、口金取付部１５は、フランジ部３２の外表面３２ｕの方向に潰されて、生じた口金取付部１５の余剰分（図４に示す距離ｄ２に相当する口金取付部１５の体積）は、フランジ部３２の外表面３２ｕの形状に沿うようにフランジ部３２に向かって移動（流動）する。
【００２５】
図６は、工程Ｐ１１５の実行後における口金取付部１５を拡大して示す説明図である。図６では、図４および図５と同様に、図１における領域Ａｒを拡大して示している。図６に示すように、口金取付部１５をフランジ部３２に向けて押圧することで、ライナ１０と口金３０との間の空隙、より正確には、口金取付部１５の端面１５ｓとフランジ部３２の端面３２ｓとの間の空隙は、軸線方向外側から口金取付部１５によって覆われる。このとき、口金取付部１５の最も径方向内側の上面１５ｕと、フランジ部３２の端面３２ｓにおける外表面３２ｕとの間の距離ｄ４は、０．４ｍｍとなっている。また、工程Ｐ１１５を実行前の状態における距離ｄ３（図４）に対応する距離ｄ５は、４０ｍｍとなっている。なお、図４、図５および図６を比較して理解できるように、ライナ１０を加熱することによって、ライナ１０が変形して、ライナ１０と口金３０との間の空隙は低減する。
【００２６】
工程Ｐ１１５の完了後、口金取付部１５を冷却する（工程Ｐ１２０）。工程Ｐ１２０では、所定の時間の間、口金取付部１５の上面１５ｕに冷却風を吹き付ける。所定の時間としては、例えば、４０秒としてもよい。なお、所定の時間は、４０秒に代えて、他の任意の時間を設定してもよい。
【００２７】
次に、ライナ１０の外周面全体に、熱硬化性樹脂が含浸されたカーボン繊維を巻き付ける（工程Ｐ１２５）。カーボン繊維は、ライナ１０に対して、ヘリカル巻きや、フープ巻きにて巻き付けられる。上述のように、ライナ１０の口金取付部１５は、フランジ部３２の外表面３２ｕの形状に沿うように形成されているので、ライナ１０にカーボン繊維を巻き付ける際に、ライナ１０と口金３０との境界部分に段差（凹凸）が生じることを抑制できる。
【００２８】
次に、ライナ１０全体を加熱する（工程Ｐ１３０）。工程Ｐ１３０により、カーボン繊維に含まれる熱硬化性樹脂が硬化し、繊維強化樹脂層２０が形成される。上述のように、口金取付部１５は、軸線方向外側からフランジ部３２の端面３２ｓおよび外表面３２ｕの一部を覆っているので、カーボン繊維に含まれる熱硬化性樹脂がライナ１０と口金３０との間に入り込むことを抑制できる。また、カーボン繊維は、ライナ１０および口金３０の外表面において段差が生じることを抑制しつつ巻き付けられているので、形成された繊維強化樹脂層２０の表面に凹凸が生じることが抑制される。このため、繊維強化樹脂層２０の強度の低下を抑制できる。なお、工程Ｐ１３０におけるライナ１０の加熱方法は、上述の工程Ｐ１１５における口金取付部１５の加熱方法と同様な方法を採用できる。
【００２９】
以上の構成を有する実施形態の高圧タンク１００の製造方法によれば、フランジ部３２の高さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する口金取付部１５を備えるライナ１０が形成され、形成されたライナ１０に口金３０が装着され、加熱下において口金取付部１５がフランジ部３２に向けて押圧されるので、口金取付部１５をフランジ部３２に向かって移動させることができる。このため、移動した口金取付部１５によってライナ１０と口金３０との間をシールすることができる。したがって、部品点数を抑えつつ、ライナ１０と口金３０との間のシール性を確保できる。
【００３０】
Ｂ．他の実施形態：
（１）上記実施形態において、口金取付部１５において、フランジ部３２の高さ寸法よりも大きな高さ寸法を有する部位は、最も径方向内側の端面１５ｓ側に設けられていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、端面１５ｓから所定の距離だけ径方向外側の位置に設けてもよい。所定の距離は、口金取付部１５をフランジ部３２に向けて押圧した際に、口金取付部１５が端面１５ｓと端面３２ｓとの間を覆ってフランジ部３２に向かって移動できる距離とすればよく、かかる距離は、実験等により算出できる。また、口金取付部１５の形状は、略円筒状などの他の任意の形状であってもよく、口金３０の装着を阻害せず、また、口金取付部１５をフランジ部３２に向けて押圧した際に口金取付部１５がフランジ部３２に向かって移動できる形状にしてもよい。このような構成においても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００３１】
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０…ライナ、１１…胴体部、１２ａ,１２ｂ…ドーム部、１５…口金取付部、１５ｓ…端面、１５ｕ…上面、２０…繊維強化樹脂層、３０…口金、３１…円筒部、３２…フランジ部、３２ｓ…端面、３２ｕ…外表面、４０…エンドボス、１００…高圧タンク、Ａｒ…領域、ＣＸ…中心軸、ＷＡｒ…範囲、ｄ１,ｄ２,ｄ３,ｄ４,ｄ５…距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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