(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナーの外周側に熱硬化性樹脂を含浸させた誘導性材料からなる強化繊維を巻き回して積層した繊維強化樹脂層を有するガスタンクの製造方法であって、
前記強化繊維とともに導電線を巻き回すことにより、前記繊維強化樹脂層の内層部に前記導電線からなる内部コイルを設けるとともに、外周に外部コイルを巻き付けて配置し、
前記内部コイル及び外部コイルに、異なる周波数の電流を流して前記強化繊維を発熱させることにより、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化させ、
前記外部コイルに電流を流す前に、前記内部コイルに電流を流すガスタンクの製造方法。
【請求項２】
前記外部コイルに流す電流の周波数を、前記内部コイルに流す電流の周波数よりも低くする請求項１に記載のガスタンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素等のガスを高圧で充填するガスタンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素をはじめとするガスを充填する高圧ガスタンクは、樹脂等から成形されたライナーの周囲を炭素繊維などからなる繊維強化樹脂層によって覆ったタンク本体を有している。
【０００３】
このような繊維強化樹脂層を硬化させる技術として、スチールベルトからなる芯型の周りに、樹脂モルタルからなる中間層の内外面に繊維強化樹脂からなる内外層を有する成形材料層を形成し、その成形材料層を加熱硬化させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、樹脂モルタルに導電性物質を入れて中間層を形成し、中間層及びスチールベルトからなる芯型を高周波誘導手段により誘導加熱して成形材料層を硬化させることが示されている。
【０００４】
また、未加硫ゴムと金属板とを交互に積層してなる積層体及びそれを保持する金型に対して電磁誘導による加熱保持を行う加硫装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この装置は、金属板と金型に磁界を印加する誘導コイルと、誘導コイルに交流電流を通電する電源手段と、交流電源を調整する周波数調整手段とを有し、周波数調整手段は、電源手段の交流電源を低周波に変換する低周波数変換手段と、電源手段の交流電源を高周波に変換する高周波数変換手段と、低周波に高周波を重畳する波形加算手段とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３７７８４号公報
【特許文献２】特開平１１−２４００１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１のような誘導加熱の技術でタンクの繊維強化樹脂層を外層部側から加熱しても、加熱電流が繊維強化樹脂層の内層部に浸透しにくいため、タンク各部で昇温速度に差が出て、硬化状態にバラツキが生じてしまう。また、誘導加熱の加熱電流は、加熱周波数の違いで浸透レベルが異なるため、浸透深さが深い低周波電流程加熱効率が低くなってしまう。
【０００７】
しかも、外部加熱だけで加熱すると、繊維強化樹脂層の内層部まで昇温するのに時間がかかり、全体を硬化させるのに長時間を要してしまう。また、外層部だけが硬化して内層部の硬化が不十分となったり、性能低下や品質のバラツキが生じるおそれがあった。さらには、外層部が先に硬化すると、層内の残留気泡が樹脂の硬化時に円滑に抜けず、繊維強化樹脂層にボイド等が発生して外観不良や性能低下を生じるおそれがあった。
【０００８】
なお、特許文献２の技術では、金属板及び金型の昇温速度を一致させることにより、積層体全体を均一温度で一定温度範囲（加硫温度域）にまで昇温させられるが、低周波に高周波を重畳させるといった複雑な処理を行わなければならなかった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、繊維強化樹脂層を均一に昇温させることにより、短時間にかつ均一に繊維強化樹脂層を硬化させて、外観が良好で、しかも、品質が安定したガスタンクの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のガスタンクの製造方法は、ライナーの外周側に熱硬化性樹脂を含浸させた誘導性材料からなる強化繊維を巻き回して積層した繊維強化樹脂層を有するガスタンクの製造方法であって、
前記強化繊維とともに導電線を巻き回すことにより、前記繊維強化樹脂層の内層部に前記導電線からなる内部コイルを設けるとともに、外周に外部コイルを巻き付けて配置し、
前記内部コイル及び外部コイルに、異なる周波数の電流を流して前記強化繊維を発熱させることにより、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化させる。
【００１１】
かかる製造方法によれば、繊維強化樹脂層の内層部に内部コイルを設けるとともに、外周に外部コイルを巻き付けて配置し、内部コイル及び外部コイルに、異なる周波数の電流を流して強化繊維を発熱させる。例えば、外部コイルに流す電流の周波数を、内部コイルに流す電流の周波数よりも低くする。これにより、複雑な処理を行うことなく、繊維強化樹脂層を、その内層部から外層部にわたって均一にかつ急速に加熱して昇温させ、短時間にかつ均一に繊維強化樹脂層を硬化させて、ボイドの発生が抑制され、外観が良好で、しかも、品質が安定したガスタンクを容易にかつ短時間で製造することができる。
【００１２】
また、上記製造方法にあっては、前記外部コイルに流す電流の周波数を、前記内部コイルに流す電流の周波数よりも低くしても良い。
【００１３】
また、上記製造方法にあっては、前記外部コイルに電流を流す前に、前記内部コイルに電流を流しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、繊維強化樹脂層を均一に昇温させることにより、短時間にかつ均一に繊維強化樹脂層を硬化させて、外観が良好で、しかも、品質が安定したガスタンクの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガスタンクの全体構造を示す断面図である。
【図２】図１におけるＡ部の拡大図である。
【図３】強化繊維の巻き付け工程を示す斜視図である。
【図４】強化繊維の巻き付け工程を示す斜視図である。
【図５】強化繊維の巻き付け工程を示す斜視図である。
【図６】繊維強化樹脂層の加熱硬化工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るガスタンクの製造方法について説明する。
【００１７】
図１は、内部に高圧ガス（例えば水素ガス）を充填保管するためのガスタンク１１を示す。このガスタンク１１は、合成樹脂製またはアルミニウム製などのライナー１２の外周側を、炭素繊維などの誘導性材料からなる繊維強化樹脂層１３によって覆った構成のタンク本体１４を有している。タンク本体１４を構成するライナー１２は、一対のライナー分割体１２ａを互いに突き合わせてレーザ溶着などで接合して一体化したものである。
【００１８】
タンク本体１４の両端には、ライナー１２に形成された口部１５に、口金部材（口金）１６が取り付けられており、バルブが取り付け可能な口金部材１６を有する側がバルブ側とされ、その反対側がエンド側とされている。
【００１９】
口金部材１６には、外周における中間部に、フランジ部２２が形成され、このフランジ部２２がライナー１２に当接するまで口部１５に圧入して嵌合させることによって口金部材１６がライナー１２に取り付けられる。
【００２０】
図２に示すように、繊維強化樹脂層１３は、ヘリカル巻によって形成されたヘリカル層及びフープ巻によって形成されたフープ層などの繊維層１３ａから構成されている。この繊維強化樹脂層１３には、銅線や銅箔等の導電線からなる内部コイル３１がタンク本体１４の軸方向へ螺旋状に巻回されている。この内部コイル３１は、繊維強化樹脂層１３内における内層部に配置されている。なお、この内部コイル３１は、ライナー１２が合成樹脂製またはアルミニウム製などの非導電性材料から形成されている場合、ライナー１２に接触していても良い。
【００２１】
この内部コイル３１を構成する導電線は、その両端が、タンク本体１４の両端に設けられた口金部材１６に巻き付けられ、これらの口金部材１６と導通されている。
【００２２】
次に、ガスタンク１１を製造する場合について説明する。
図３に示すように、口金部材１６を取り付けたライナー１２の外周に、繊維巻き付け装置を用いてフィラメントワインディング法によって、ボビンから繰り出される強化繊維３５を、所定の張力を付与しつつ巻き回す。強化繊維３５は、プリプレグからなるもので、このプリプレグとしては、予め、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の半硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたものである。なお、強化繊維３５としては、プリプレグとなっていない単繊維のものでも良い。
【００２３】
繊維巻き付け装置は、ライナー１２の軸心に沿って往復移動するガイドであるアイロ４１を有している。そして、このアイロ４１によって、軸心を中心に回転されるライナー１２に対する強化繊維３５の巻き付け位置を移動させる。これにより、ライナー１２の外周に、強化繊維３５をヘリカル巻及びフープ巻で交互に巻き付け、繊維層１３ａを形成する。
【００２４】
上記の強化繊維３５の巻き付け工程のときに、図４に示すように、ライナー１２に対して、銅線や銅箔等の導電線からなる内部コイル３１をフープ巻で螺旋状に巻き付ける。このとき、内部コイル３１は、巻き付け開始端をライナー１２の一方の口金部材１６に巻き付け、巻き付け終了端をライナー１２の他方の口金部材１６に巻き付ける。この内部コイル３１を内層部に巻き付けたら、図５に示すように、再び強化繊維３５を巻き付ける。
【００２５】
その後、強化繊維３５のヘリカル巻き及びフープ巻きを必要な層厚となるまで繰り返し行うことにより、内層部に内部コイル３１が巻回されて埋め込まれた繊維強化樹脂層１３を形成する。なお、ライナー１２が合成樹脂製またはアルミニウム製等の非導電性材料から形成されている場合は、内部コイル３１は、ライナー１２に直接巻き付けても良い。
【００２６】
上記のようにして、ライナー１２の外周に、内層部に内部コイル３１を有する繊維強化樹脂層１３を形成してガスタンク１１としたら、図６に示すように、このガスタンク１１を、誘導加熱硬化炉４２内にセットし、このガスタンク１１の周囲に、低周波電流用コイルからなる外部コイル３２を巻き付けて配置させる。
【００２７】
この状態で、内部コイル３１が接続された両端の口金部材１６及び外部コイル３２の両端に、誘導加熱装置（図示略）の電極を接続する。そして、この誘導加熱装置によって、内部コイル３１及び外部コイル３２に、それぞれ加熱電流を流す。
【００２８】
すると、加熱電流は、口金部材１６間の内部コイル３１及び外部コイル３２を流れる。これにより、繊維強化樹脂層１３では、内部コイル３１によって内層部側の強化繊維３５が発熱し、外部コイル３２によって外層部側の強化繊維３５が発熱する。これにより、繊維強化樹脂層１３では、熱硬化性樹脂が加熱されて誘導加熱硬化が開始される。
【００２９】
このとき、内部コイル３１及び外部コイル３２に、異なる周波数の電流を流す。具体的には、外部コイル３２に流す電流の周波数を、内部コイル３１に流す電流の周波数よりも低くする。例えば、外部コイル３２に流す電流の周波数を１ｋＨｚ以下とし、内部コイル３１に流す電流の周波数を２〜３ｋＨｚとする。
【００３０】
ここで、ガスタンク１１の繊維強化樹脂層１３は、外部からの加熱だけでは、外層部が昇温しても内層部の昇温が不十分となり、熱硬化性樹脂の硬化にバラツキが生じる。
【００３１】
本実施形態では、繊維強化樹脂層１３の内層部に内部コイル３１を設け、外部コイル３２では電流浸透深さの深い低周波の電流を流すとともに、内部コイル３１では電流浸透性深さが比較的浅いが高発熱効果のある高周波の電流を流す。これにより、繊維強化樹脂層１３は、その内層部から外層部にわたって均一にかつ急速に加熱されて昇温し、繊維強化樹脂層１３の全体で熱硬化性樹脂がバラツキなく硬化する。
【００３２】
繊維強化樹脂層１３の熱硬化性樹脂が完全に硬化してガスタンク１１が完成したら、このガスタンク１１を誘導加熱硬化炉４２から取り出して外部コイル３２を取り外す。
【００３３】
このように、上記実施形態のガスタンクの製造方法によれば、繊維強化樹脂層１３の内層部に内部コイル３１を設けるとともに、外周に外部コイル３２を巻き付けて配置し、内部コイル３１及び外部コイル３２に、異なる周波数の電流を流して強化繊維３５を発熱させる。具体的には、外部コイル３２に流す電流の周波数を、内部コイル３１に流す電流の周波数よりも低くする。
【００３４】
これにより、複雑な処理を行うことなく、繊維強化樹脂層１３を、その内層部から外層部にわたって均一にかつ急速に加熱して昇温させ、短時間にかつ均一に繊維強化樹脂層１３を硬化させて、ボイドの発生が抑制され、外観が良好で、しかも、品質が安定したガスタンク１１を容易にかつ短時間で製造することができる。
【００３５】
また、外部コイル３２に電流を流す前に、内部コイル３１に電流を流すように制御すれば、ボイドの発生をさらに良好に抑制しつつ、繊維強化樹脂層１３を、さらにバランス良く昇温させて均一に硬化させることができる。
【００３６】
また、内部コイル３１は、ライナー１２の両端の口金部材１６に接続されているので、口金部材１６間に加熱電流を流すことにより、繊維強化樹脂層１３の内層部を容易に誘導加熱させることができる。
【００３７】
また、繊維強化樹脂層１３の樹脂の硬化特性等に応じて、ライナー１２に巻き回す内部コイル３１及び外部コイル３２の径、巻回ピッチなどを容易に調整することができる。
【００３８】
なお、繊維強化樹脂層１３の加熱硬化工程において、繊維強化樹脂層１３の硬化状態に応じて内部コイル３１及び外部コイル３２へ流す加熱電流の周波数や出力をフィードバック制御しても良く、このようにフィードバック制御して繊維強化樹脂層１３の硬化状態を管理すれば、繊維強化樹脂層１３をさらに均一に硬化させて品質を高めることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１１…ガスタンク、１２…ライナー、１３…繊維強化樹脂層、３１…内部コイル、３２…外部コイル、３５…強化繊維。
【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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