(57)【要約】【課題】樹脂ライナと繊維強化樹脂層との間の滞留ガスに起因する繊維強化樹脂層の白濁化と滞留ガスの放出音の発生を防止するガス容器製造方法、及びガス容器を提供する。【解決手段】未硬化のエポキシ樹脂を含浸させた強化繊維をガス容器１の樹脂ライナ２に巻き付けて繊維強化樹脂層３を形成し（Ｓ１０１）、その繊維強化樹脂層３の表面にエポキシ分解溶媒を塗布して、繊維強化樹脂層３の最外層に位置する未硬化のエポキシ樹脂を揮発性分解物に分解する（Ｓ１０２）。そして、繊維強化樹脂層３を加熱して、繊維強化樹脂層３の内層のエポキシ樹脂を硬化させるとともに繊維強化樹脂層３の最外層の揮発性分解物を揮発させて除去する（Ｓ１０３）。これにより、繊維強化樹脂層３の最外層の厚みをコントロールし、繊維強化樹脂層３のガス透過率を適切な値に設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂ライナの外面が繊維強化樹脂層で覆われたガス容器を製造する方法であって、
未硬化のエポキシ樹脂を含浸させた強化繊維を樹脂ライナに巻き付けて前記繊維強化樹脂層を形成する巻き付け工程と、
エポキシ分解溶媒を用いて、前記繊維強化樹脂層の最外層に位置する未硬化のエポキシ樹脂を揮発性分解物に分解する分解工程と、
前記繊維強化樹脂層を加熱して、前記繊維強化樹脂層の内層のエポキシ樹脂を硬化させるとともに前記最外層の揮発性分解物を揮発させて除去する加熱工程と、
を含むことを特徴とするガス容器製造方法。
【請求項２】
前記分解工程は、前記エポキシ分解溶媒を前記繊維強化樹脂層の表面に塗布する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス容器製造方法。
【請求項３】
前記巻き付け工程は、未硬化のエポキシ樹脂を含浸させた強化繊維を前記樹脂ライナに巻き付けて繊維強化樹脂層の内層を形成する工程と、該繊維強化樹脂層の内層の上に未硬化のエポキシ樹脂とエポキシ分解溶媒を含浸させた強化繊維を巻き付けて前記繊維強化樹脂層の外層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス容器製造方法。
【請求項４】
前記加熱工程の後に、前記繊維強化樹脂層の表面に残留している前記揮発性分解物を拭き取って除去する拭き取り工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のガス容器製造方法。
【請求項５】
前記加熱工程の後に、前記繊維強化樹脂層の上に皮膜剤を塗布してコーティングするコーティング工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載のガス容器製造方法。
【請求項６】
前記エポキシ分解溶媒として、煮沸５％ＮａＯＨ、ギ酸、トリクレン、オクタン、アセトン、トルエンから選ばれる１種類又はその組み合わせが用いられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載のガス容器製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一つに記載のガス容器製造方法により製造されたガス容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂ライナの外面が繊維強化樹脂層で覆われたガス容器を製造するガス容器製造方法及びガス容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池電気自動車には、高圧の水素ガスが充填されるガス容器が搭載されており、そのガス容器は、軽量化及び強度向上を図るべく、樽状の樹脂ライナの外面が繊維強化樹脂層で覆われた複合構造を有している。
【０００３】
このような複合構造のガス容器を製造する方法として、樹脂ライナをマンドレルとして回転させながらこれに熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維を巻き付けて繊維強化樹脂層で覆うフィラメントワインディング法が一般に用いられている。
【０００４】
特許文献１には、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維束をライナに巻き付けるフィラメントワインディング法を用いて圧力容器を製造する方法が示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０６５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フィラメントワインディング法では、繊維束を適当な張力で引っ張りながらライナの外面に巻き付けるので、繊維束から未硬化の熱硬化性樹脂が滲み出して繊維強化樹脂層の外側に集中し、熱硬化性樹脂のみからなる最外層が形成され、その厚みが増大する。
【０００７】
そして、最外層の厚みが増大するのに応じて、繊維強化樹脂層を透過する滞留ガスのガス透過率が低くなる。従って、樹脂ライナ内に充填された水素ガスが樹脂ライナを透過して樹脂ライナと繊維強化樹脂層との間に流れ込み、高圧の滞留ガスとして滞留する。
【０００８】
このような高圧の滞留ガスが滞留している状態で再び樹脂ライナに高圧ガスが充填されると、樹脂ライナが膨張して、高圧の滞留ガスにより繊維強化樹脂層に過大な圧力が加えられて、最外層に亀裂が生じ、繊維強化樹脂層が白濁化すると共に、滞留ガスが亀裂を通過して外部に放出され、その放出の際に放出音が発生するという問題を有する。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂ライナと繊維強化樹脂層との間の滞留ガスに起因する繊維強化樹脂層の白濁化と滞留ガスの放出音の発生を防止するガス容器製造方法、及びガス容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明のガス容器製造方法は、樹脂ライナの外面が繊維強化樹脂層で覆われたガス容器を製造する方法であって、未硬化のエポキシ樹脂を含浸させた強化繊維を樹脂ライナに巻き付けて繊維強化樹脂層を形成する巻き付け工程と、エポキシ分解溶媒を用いて、繊維強化樹脂層の最外層に位置する未硬化のエポキシ樹脂を揮発性分解物に分解する分解工程と、繊維強化樹脂層を加熱して、繊維強化樹脂層の内層のエポキシ樹脂を硬化させるとともに最外層の揮発性分解物を揮発させて除去する加熱工程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、巻き付け工程によって繊維強化樹脂層の内層からエポキシ樹脂が滲み出して繊維強化樹脂の外側に集中し、未硬化のエポキシ樹脂のみからなる最外層が形成され、その厚みが増大するが、エポキシ分解溶媒によって最外層のエポキシ樹脂が揮発性分解物に分解され、加熱工程により揮発されるので、最外層の厚みを低減させて、適切な厚みにすることができる。従って、繊維強化樹脂層のガス透過率を適切な値に設定することができ、滞留ガスに起因した繊維強化樹脂層の白濁化と滞留ガスの放出音の発生を防ぐことができる。
【００１２】
そして、本発明によるガス容器製造方法の好適な実施の形態では、分解工程は、エポキシ分解溶媒を繊維強化樹脂層の表面に塗布する工程を含む。これにより、最外層に位置する未硬化のエポキシ樹脂を外側から内側に向かって分解することができ、エポキシ分解溶媒を塗布する量に応じて最外層の厚みをコントロールすることができる。
【００１３】
また、本発明によるガス容器製造方法の他の好適な実施の形態では、巻き付け工程は、未硬化のエポキシ樹脂を含浸させた強化繊維を樹脂ライナに巻き付けて繊維強化樹脂層の内層を形成する工程と、繊維強化樹脂層の内層の上に未硬化のエポキシ樹脂とエポキシ分解溶媒を含浸させた強化繊維を巻き付けて繊維強化樹脂層の外層を形成する工程を含むことを特徴としている。
【００１４】
これによれば、繊維強化樹脂層の最外層に位置する未硬化のエポキシ樹脂を、外層の強化繊維に含浸されているエポキシ分解溶媒によって揮発性分解物に分解することができ、加熱工程により揮発させて最外層の厚みを低減させることができる。従って、繊維強化樹脂層の表面にエポキシ分解溶媒を塗布する工程を省略することができ、製造時間の短縮化、及び低コストを図ることができる。
【００１５】
そして、加熱工程の後に、繊維強化樹脂層の表面に残留している揮発性分解物を拭き取って除去する工程を含むこととしてもよい。これにより、加熱工程で揮発性分解物が完全に揮発することができずに残留している場合に、その残留している揮発性分解物を取り除くことができる。
【００１６】
また、加熱工程の後に、繊維強化樹脂層の上に皮膜剤を塗布してコーティングする工程を含むこととしてもよい。このように皮膜剤でコーティングすることによって、繊維強化樹脂層の最外層の厚みをコントロールすることができ、また、繊維強化樹脂層の強化繊維の外部への露出や強化繊維の毛羽立ちを抑える等、繊維強化樹脂層を保護することができる。
【００１７】
そして、エポキシ分解溶媒として、煮沸５％ＮａＯＨ、ギ酸、トリクレン、オクタン、アセトン、トルエンから選ばれる１種類又はその組み合わせを用いてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、繊維強化樹脂層の最外層の厚みを、適切な厚みにコントロールすることができる。従って、繊維強化樹脂層のガス透過率を適切な値に設定することができ、樹脂ライナと繊維強化樹脂層との間に高圧の滞留ガスが滞留するのを防ぎ、滞留ガスに起因する繊維強化樹脂層の白濁化と滞留ガスの放出音の発生を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて以下に説明する。
図１は、本実施の形態におけるガス容器製造方法により製造されるガス容器を示す図である。ガス容器１は、燃料電池電気自動車に用いられる水素タンクであり、内部に高圧の水素ガスが充填されるものである。
【００２０】
ガス容器１は、図１に示すように、樹脂ライナ２と、樹脂ライナ２の外面を覆う繊維強化樹脂層３とを有する。樹脂ライナ２は、繊維強化樹脂層３と協働してガス容器１の容器本体を構成するものであって、高密度ポリエチレン等の樹脂材料によって作られている。そして、円筒状の胴部１１と、胴部１１の両側を閉塞する椀状の前端部１２及び後端部１３が一体に形成された略樽状の外形を有し、前端部１２には口金１４が取り付けられ、後端部にはエンドボス１５が取り付けられている。繊維強化樹脂層３は、公知のフィラメントワインディング装置（図示せず）によって、樹脂ライナ２の外面に巻き付けられて形成される。
【００２１】
本実施の形態におけるガス容器製造方法では、まず、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含浸させた強化繊維を樹脂ライナ２の外面に巻き付けて、繊維強化樹脂層３を形成する。そして、その繊維強化樹脂層３の表面にエポキシ分解溶媒を塗布して繊維強化樹脂層３の最外層のエポキシ樹脂を揮発性分解物に分解する。それから、繊維強化樹脂層３を加熱して、内層のエポキシ樹脂を硬化させるとともに、最外層の揮発性分解物を揮発させて除去する。以上の方法によって、ガス容器１が製造される。
【００２２】
図２は、本実施の形態におけるガス容器製造方法を説明するためのフローチャートである。本実施の形態におけるガス容器製造方法は、巻き付け工程（Ｓ１０１）、分解工程（Ｓ１０２）、加熱工程（Ｓ１０３）を含む。
【００２３】
ステップＳ１０１の巻き付け工程では、未硬化のエポキシ樹脂を含浸させた強化繊維を樹脂ライナ２に巻き付けて繊維強化樹脂層３を形成する作業が行われる。ここでは、図示していないフィラメントワインディング装置のクリールスタンドに取り付けられたボビンから未含浸のいわゆるドライな強化繊維が繰り出され、エポキシ樹脂が未硬化の状態で貯留されているレジンバスを通過して、強化繊維に未硬化のエポキシ樹脂が含浸される。
【００２４】
そして、その強化繊維をフィラメントワインディング装置に支持されて軸周りに回転される樹脂ライナ２に巻き付けて、ヘリカル巻きやフープ巻きにより、樹脂ライナ２の外面を覆う繊維強化樹脂層３が形成される。
【００２５】
エポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を持つ化合物であり、下記の式（１）によって定義される。
【００２６】
【化１】
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【００２７】
Ｒ１は炭化水素基、破線で囲まれる部分がエポキシ基である。
【００２８】
上記した巻き付け工程により、繊維強化樹脂層３の外側には未硬化のエポキシ樹脂のみからなる最外層が形成され、その厚みは、繊維強化樹脂層３の内層から滲み出したエポキシ樹脂が集中することによって、適切な厚みよりも増大した状態となっている。
【００２９】
ステップＳ１０２の分解工程では、エポキシ分解溶媒を用いて、最外層に位置する未硬化のエポキシ樹脂を揮発性分解物に分解する作業が行われる。ここでは、エポキシ分解溶媒が、スプレー噴霧や刷毛塗り等によって繊維強化樹脂層３の表面全体に塗布される。
【００３０】
最外層に位置する未硬化のエポキシ樹脂は、エポキシ分解溶媒が与えられることによって分解反応を起こす。繊維強化樹脂層３の表面にエポキシ分解溶媒を塗布するだけなので、繊維強化樹脂層３の内層のエポキシ樹脂は分解されず、最外層に位置するエポキシ樹脂のみを外側から内側に向かって分解することができる。
【００３１】
エポキシ樹脂の分解反応は、エーテル結合、またはエステル結合の分解を意味し、図３に示すように、エポキシ樹脂から揮発性分解物である炭化水素と低級アルコールに分解される。
【００３２】
エポキシ分解溶媒には、未硬化のエポキシ樹脂を分解しかつ強化繊維には影響を与えない有機溶剤が用いられる。エポキシ分解溶媒に含まれ、エポキシ基の分解反応を起こす化合物としては、例えば煮沸５％ＮａＯＨ、ギ酸、トリクレン、オクタン、アセトン、トルエンから選ばれる１種類またはその組み合わせが用いられる。そして、エポキシ分解溶媒には、必要に応じ、各種溶媒に合った触媒が付与される。
【００３３】
ステップＳ１０３の加熱工程では、繊維強化樹脂層３を加熱する処理が行われる。例えば加熱炉内で繊維強化樹脂層３を予め設定された硬化温度まで加熱すると、繊維強化樹脂層３の内層のエポキシ樹脂は硬化し、最外層の揮発性分解物は揮発する。
【００３４】
最外層の揮発性分解物は、エポキシ樹脂が硬化する硬化温度以下の温度で揮発する。本実施の形態では、エポキシ樹脂が１３０℃から１６０℃で加熱されることによって硬化し、揮発性分解物はその加熱温度以下で揮発するようになっている。
【００３５】
従って、繊維強化樹脂層３の最外層の厚みを低減することができる。また、加熱時の高温によって、エポキシ樹脂とエポキシ分解溶媒との分解反応は進行し易く、分解後にすぐに揮発することから、分解反応のために別の工程を踏む必要がない。従って、簡単に最外層の余分なエポキシ樹脂を除去することができ、最外層の厚みを適切な厚みに調整することができる。
【００３６】
なお、加熱工程の後に、繊維強化樹脂層３の表面に残留している揮発性分解物を拭き取って除去する拭き取り工程を付加してもよい。これにより、加熱工程で揮発性分解物を完全に揮発させることができずに繊維強化樹脂層３の表面に残留している場合に、その残留している揮発性分解物を取り除くことができる。
【００３７】
また、加熱工程で揮発性分解物を揮発させて除去した後に、繊維強化樹脂層３の上に塗料などの被膜剤を塗布して繊維強化樹脂層３の表面をコーティングしてもよい。このコーティングにより、繊維強化樹脂層３の最外層の厚みをコントロールすることができ、また、繊維強化樹脂層３の強化繊維の外部への露出や強化繊維の毛羽立ちを抑える等、繊維強化樹脂層３を保護することができる。
【００３８】
上記したガス容器製造方法によれば、繊維強化樹脂層３の最外層の厚みを、予め設定された適切な厚みにコントロールすることができる。従って、繊維強化樹脂層３のガス透過率を適切な値に設定することができ、樹脂ライナ２と繊維強化樹脂層３との間に高圧の滞留ガスが滞留するのを防ぎ、樹脂ライナ２に高圧ガスを充填した際に、繊維強化樹脂層３の白濁化と放出音の発生を防ぐことができる。そして、繊維強化樹脂層３の最外層の表面形状を平滑化し、気泡の発生を抑制して、繊維強化樹脂層３の表面性状を良好なものとすることができ、製品品質の安定化を図ることができる。
【００３９】
そして、例えば最外層に位置する未硬化のエポキシ樹脂をヘラで刮ぎ採る等の物理的に除去する場合と比較して、強化繊維を傷付けるおそれがなく、所望の強度を有するガス容器１を簡単且つ確実に得ることができる。
【００４０】
また、上記したガス容器製造方法によれば、繊維強化樹脂層３の表面にエポキシ分解溶媒を塗布する際に塗布量を調整することによって最外層の厚みを簡単にコントロールすることができる。
【００４１】
なお、上記した実施の形態では、繊維強化樹脂層３の表面にエポキシ分解溶媒を塗布する場合を例に説明したが、他の実施の形態として、例えば巻き付け工程において、未硬化のエポキシ樹脂を含浸させた強化繊維を樹脂ライナ２に巻き付けて繊維強化樹脂層３の内層を形成する工程と、繊維強化樹脂層３の内層の上に未硬化のエポキシ樹脂とエポキシ分解溶媒を含浸させた強化繊維を巻き付けて繊維強化樹脂層３の外層を形成する工程を含むこととしてもよい。
【００４２】
かかる方法によれば、繊維強化樹脂層３の最外層のエポキシ樹脂を、外層の強化繊維に含浸されているエポキシ分解溶媒によって揮発性分解物に分解することができ、加熱工程で揮発させて最外層の厚みを低減させることができる。従って、上記した実施の形態と比較して、繊維強化樹脂層３の表面にエポキシ分解溶媒を塗布する工程を省略することができ、製造時間の短縮化、及び低コストを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ガス容器の構成を概略的に示す図。
【図２】ガス容器の製造方法を説明するフローチャート。
【図３】エポキシ分解溶媒によるエポキシ樹脂の分解反応を説明する図。
【符号の説明】
【００４４】
１  ガス容器
２  樹脂ライナ
３  繊維強化樹脂層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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