(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタンクの製造方法であって、
熱硬化性樹脂が含浸された繊維を内容器の外周に巻回して内容器の外周に繊維強化樹脂層を形成する第１の工程と、
前記繊維強化樹脂層を熱硬化する第２の工程と、を有し、
前記繊維強化樹脂層は、前記繊維が前記内容器の軸周りに当該軸に対し直角方向に巻かれるフープ巻き層を少なくとも有し、
前記第２の工程では、前記内容器の軸周りの前記繊維強化樹脂層の外周に誘導加熱コイルを配置し、当該誘導加熱コイルを、前記繊維強化樹脂層の表面に沿って前記内容器の軸方向に移動させて、前記繊維強化樹脂層を誘導加熱し、
前記第２の工程において、前記誘導加熱コイルを第１の速度で前記内容器の軸方向に移動させ、その後前記誘導加熱コイルを前記第１の速度よりも大きな第２の速度で前記内容器の軸方向に移動させる、ガスタンクの製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程において、前記誘導加熱コイルを前記第１の速度で前記内容器の一の端部から他の端部まで移動させ、その後前記誘導加熱コイルを前記第２の速度で前記内容器の他の端部と一の端部の間を複数回移動させる、請求項１に記載のガスタンクの製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程において、前記内容器を軸周りに回転させる、請求項１又は２に記載のガスタンクの製造方法。
【請求項４】
ガスタンクの製造方法であって、
熱硬化性樹脂が含浸された繊維を内容器の外周に巻回して内容器の外周に繊維強化樹脂層を形成する第１の工程と、
前記繊維強化樹脂層を熱硬化する第２の工程と、を有し、
前記繊維強化樹脂層は、前記繊維が前記内容器の軸周りに当該軸に対し直角方向に巻かれるフープ巻き層を少なくとも有し、
前記第２の工程では、前記内容器の軸周りの前記繊維強化樹脂層の外周に誘導加熱コイルを配置し、当該誘導加熱コイルを、前記繊維強化樹脂層の表面に沿って前記内容器の軸方向に移動させて、前記繊維強化樹脂層を誘導加熱し、
前記第２の工程において、前記内容器を軸周りに回転させる、ガスタンクの製造方法。
【請求項５】
熱硬化性樹脂を含む繊維がガスタンクの内容器の外周に巻回されて形成された繊維強化樹脂層を熱硬化する熱硬化装置であって、
前記内容器の軸周りの前記繊維強化樹脂層の外周に配置された誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルを、前記繊維強化樹脂層の表面に沿って前記内容器の軸方向に移動させるコイル移動装置と、を有し、
前記コイル移動装置による前記誘導加熱コイルの移動速度を変更可能である、熱硬化装置。
【請求項６】
前記内容器を軸周りに回転させる回転装置をさらに有する、請求項５に記載の熱硬化装置。
【請求項７】
熱硬化性樹脂を含む繊維がガスタンクの内容器の外周に巻回されて形成された繊維強化樹脂層を熱硬化する熱硬化装置であって、
前記内容器の軸周りの前記繊維強化樹脂層の外周に配置された誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルを、前記繊維強化樹脂層の表面に沿って前記内容器の軸方向に移動させるコイル移動装置と、
前記内容器を軸周りに回転させる回転装置と、を有する、熱硬化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタンクの製造方法及び熱硬化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車等の車両に搭載される燃料電池システムには、燃料ガスの供給源として高圧ガスタンクが用いられている。
【０００３】
この種のガスタンクの製造時には、略楕円体状の内容器の外周に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維が巻き付けられて繊維強化樹脂（ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics））層が形成され、その後当該繊維強化樹脂層が熱硬化されている（特許文献１参照）。この熱硬化は、従来より熱風を繊維強化樹脂層の外周面に吹き付けることにより行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９１９０４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１６５２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように熱風により熱硬化を行う場合、直接繊維強化樹脂層に熱風があたるため、繊維強化樹脂層の耐熱性などの観点から熱風の温度が制限される。このため、繊維強化樹脂層の熱硬化に数時間かかる。
【０００６】
また、熱風があたる繊維強化樹脂層の最表面が先に硬化される。このため、繊維強化樹脂層の内部にボイド（気孔）が残りやすい。繊維強化樹脂層の内部に多くのボイドが残留すると、ガスタンクの強度に影響を与える。
【０００７】
そこで、熱硬化時間を短縮し、繊維強化樹脂層内のボイドの残留を抑制するため、発明者らは、熱風に代えて誘導加熱により繊維強化樹脂層を熱硬化することを提案する。この誘導加熱を用いた熱硬化方法として、例えば誘導加熱コイルを内容器の全体を覆うように配置し、当該誘導加熱コイルに電流を流すことが考えられる。
【０００８】
しかしながら、この場合、誘導加熱コイルの軸方向の長さが内容器と同程度必要になり、コイルの巻き数が多くなる。また、その軸方向に長い誘導加熱コイル内に内容器を挿入するための機構やスペースが必要になる。さらに、繊維強化樹脂層を均一に加熱するために内容器を誘導加熱コイルの軸方向の中心に正確に配置するための位置決め機構が必要になる。この結果、熱硬化を行うための装置が大型化し、加えて他種の機能が必要になるため、設備コストが増大する。
【０００９】
また、誘導加熱コイルが内容器の全体を覆うため、誘導加熱コイルに電流が流されている場合に、常に内容器の全体に熱が供給され続ける。このため、繊維強化樹脂層を加熱しすぎてしまうという問題がある。繊維強化樹脂層を加熱しすぎると、樹脂が劣化し、ガスタンクの強度に影響を与える。この問題を誘導加熱コイルのＯＮ、ＯＦＦの制御で解消しようとすると、制御が煩雑になり、コストが増大する。
【００１０】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、誘導加熱を用いた繊維強化樹脂層の熱硬化を、コストを抑えて適切に行うことをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明は、ガスタンクの製造方法であって、熱硬化性樹脂が含浸された繊維を内容器の外周に巻回して内容器の外周に繊維強化樹脂層を形成する第１の工程と、前記繊維強化樹脂層を熱硬化する第２の工程と、を有し、前記繊維強化樹脂層は、前記繊維が前記内容器の軸周りに当該軸に対し直角方向に巻かれるフープ巻き層を少なくとも有し、前記第２の工程では、前記内容器の軸周りの前記繊維強化樹脂層の外周に誘導加熱コイルを配置し、当該誘導加熱コイルを、前記繊維強化樹脂層の表面に沿って前記内容器の軸方向に移動させて、前記繊維強化樹脂層を誘導加熱するガスタンクの製造方法である。
【００１２】
本発明によれば、内容器の外周に配置された誘導加熱コイルを内容器の軸方向に移動させて繊維強化樹脂層を熱硬化するので、内容器の全体を覆う誘導加熱コイルに比べて誘導加熱コイルの寸法を小さくできる。また、内容器の全体を覆う誘導加熱コイルを用いた場合のように内容器を誘導加熱コイル内に挿入するための装置やスペースが必要ない。さらに、内容器を誘導加熱コイルの軸方向の中心に配置するための位置決め装置も必要ない。よって、設備コストを低減できる。また、繊維強化樹脂層の表面に沿って誘導加熱コイルを移動させるので、繊維強化樹脂層の各部分を断続的に加熱でき、繊維強化樹脂層の過加熱を防止できる。よって、誘導加熱を用いた繊維強化樹脂層の熱硬化を、コストを抑えて適切に行うことができる。
【００１３】
前記第２の工程において、前記誘導加熱コイルを第１の速度で前記内容器の軸方向に移動させ、その後前記誘導加熱コイルを前記第１の速度よりも大きな第２の速度で前記内容器の軸方向に移動させるようにしてもよい。
【００１４】
前記第２の工程において、前記誘導加熱コイルを前記第１の速度で前記内容器の一の端部から他の端部まで移動させ、その後前記誘導加熱コイルを前記第２の速度で前記内容器の他の端部と一の端部の間を複数回移動させるようにしてもよい。なお、ここでいう、内容器の一の端部から他の端部まで移動させるとは、一の端部の外側から他の端部の外側まで移動させる場合も含む。また、容器の他の端部と一の端部の間を複数回移動させるとは、他の端部の外側から一の端部の外側の間を移動させる場合も含む。
【００１５】
前記第２の工程において、前記内容器を軸周りに回転させるようにしてもよい。
【００１６】
別の観点による本発明は、熱硬化性樹脂を含む繊維がガスタンクの内容器の外周に巻回されて形成された繊維強化樹脂層を熱硬化する熱硬化装置であって、前記内容器の軸周りの前記繊維強化樹脂層の外周に配置された誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルを、前記繊維強化樹脂層の表面に沿って前記内容器の軸方向に移動させるコイル移動装置と、を有する熱硬化装置である。
【００１７】
本発明によれば、内容器の外周に配置された誘導加熱コイルを内容器の軸方向に移動させて誘導加熱により繊維強化樹脂層を熱硬化できるので、内容器の全体を覆う誘導加熱コイルに比べて誘導加熱コイルの寸法を小さくできる。また、内容器の全体を覆う誘導加熱コイルを用いた場合のように内容器を誘導加熱コイル内に挿入するための装置やスペースが必要ない。さらに、内容器を誘導加熱コイルの軸方向の中心に配置するための位置決め装置も必要ない。よって、設備コストを低減できる。また、繊維強化樹脂層の表面に沿って誘導加熱コイルを移動させるので、繊維強化樹脂層の各部分を断続的に加熱でき、繊維強化樹脂層の過加熱を防止できる。よって、誘導加熱を用いた繊維強化樹脂層の熱硬化を、コストを抑えて適切に行うことができる。
【００１８】
前記熱硬化装置は、前記コイル移動装置による前記誘導加熱コイルの移動速度を変更可能であってもよい。
【００１９】
前記熱硬化装置は、前記内容器を軸周りに回転させる回転装置をさらに有していてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、誘導加熱を用いた繊維強化樹脂層の熱硬化を、コストを抑えて適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガスタンクを搭載した燃料電池自動車の模式図である。
【図２】ガスタンクの構成の概略を示す縦断面図である。
【図３】ガスタンクのフープ巻き層を示す説明図である。
【図４】熱硬化装置の構成の概略を示す模式図である。
【図５】誘導加熱コイルを内容器の一の端部から他の端部に移動させる様子を示す説明図である。
【図６】誘導加熱コイルの移動時のフープ巻き層及びヘリカル巻き層の温度変化を示す模式図である。
【図７】誘導加熱コイルを内容器の他の端部と一の端部との間で移動させる様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、ガスタンクを搭載した燃料電池自動車１の模式図である。
【００２３】
燃料電池自動車１には、例えば３つのガスタンク２が車体のリア部に搭載されている。ガスタンク２は、燃料電池システム３の一部を構成し、ガス供給ライン４を通じて各ガスタンク２から燃料電池５に燃料ガスが供給可能になっている。ガスタンク２に貯留される燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば水素ガスである。なお、本発明におけるガスタンクは、燃料電池自動車１のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置設備（住宅、ビル）にも適用できる。
【００２４】
図２は、ガスタンク２の構成の概略を示す縦断面図である。ガスタンク２は、例えば略楕円体状に形成され、径の同じ円筒状の胴部２ａと、当該胴部２ａの両端に接続され当該胴部２ａから離れるにつれて縮径する略半球体状のドーム部２ｂを有している。ガスタンク２のタンク軸上の両端部には、口金１０が設けられている。
【００２５】
ガスタンク２は、内側に略楕円体状の樹脂製の内容器（ライナ）２０を有している。内容器２０は、例えばナイロン６、ナイロン６,６などのポリアミド系樹脂、及び、ポリエチレン系樹脂により成形されている。なお、本実施の形態では、ガスタンク２の内容器は、樹脂製であるが、アルミ製であってもよい。内容器２０の外周のほぼ全面（口金１０を除いた部分）には、繊維強化樹脂層２１が形成されている。
【００２６】
繊維強化樹脂層２１は、フィラメントワイディング（ＦＷ）法により内容器２０の外周に、熱硬化性の樹脂が含浸された繊維が巻かれることにより形成されている。繊維強化樹脂層２１は、例えば繊維の巻き方向が異なる複数層から形成され、例えば図３に示すように胴部２ａの繊維強化樹脂層２１は、少なくともタンクの軸周りに当該軸に対して直角方向に巻かれたフープ巻き層２１ａを有している。本発明は、誘電加熱により繊維強化樹脂層２１を硬化するため、誘導加熱コイル４０の巻き方向と同一方向に巻かれたフープ巻き層の硬化に適している。特にフープ巻き層を内層に集めた繊維強化樹脂層２１では、外側から熱の伝わり難い内層を確実に効果的に硬化させることができる。なお、繊維強化樹脂層２１は、フープ巻き層と、タンクの軸に対して斜めに巻かれたヘリカル巻き層とを厚み方向に交互に備えていてもよいし、フープ巻き層を内側に備え、ヘルカリ巻き層を外側に備えていてもよく、その巻き方、巻く位置は任意に選択できる。繊維強化樹脂層２１の樹脂として、例えばエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、又は不飽和ポリエステル樹脂などが用いられている。また、繊維としては、例えば炭素繊維が用いられている。
【００２７】
図４には、内容器２０の外周に形成された繊維強化樹脂層２１を熱硬化する熱硬化装置３０を示す。熱硬化装置３０は、内容器２０の軸周りの繊維強化樹脂層２１の外周に配置された誘導加熱コイル４０と、誘導加熱コイル４０を繊維強化樹脂層２１の表面に沿って内容器２０の軸方向に移動させるコイル移動装置４１と、内容器２０を軸周りに回転させる回転装置４２を有している。
【００２８】
誘導加熱コイル４０は、導電線が内容器２０の軸周りに複数回巻かれて形成されている。誘導加熱コイル４０は、図示しない電流供給源からの給電により、コイル周りに渦電流を発生する。
【００２９】
コイル移動装置４１は、例えば誘導加熱コイル４０を支持部材５０で支持し、当該支持部材５０を図示しないモータ等の駆動源によりレール５１に沿って移動させて、誘導加熱コイル４０を内容器２０の軸方向に移動させることができる。また、コイル移動装置４１は、モータ等の出力を変更することにより、誘導加熱コイル４０の移動速度を変更することができる。
【００３０】
回転装置４２は、内容器２０の軸上にある両側の口金１０を支持体６０により支持し、当該支持体６０をモータ等の駆動源６１により回転させて、内容器２０を回転させることができる。
【００３１】
次に、ガスタンクの製造方法について説明する。先ず、熱硬化性樹脂が含浸された繊維がフィラメントワインディング法により内容器２０の外周に巻回されて、内容器２０の外周に繊維強化樹脂層２１が形成される（第１の工程）。このとき、繊維強化樹脂層２１の少なくとも一部の層には、フープ巻き層２１ａが形成される。本実施の形態では、例えば繊維強化樹脂層２１の内層にフープ巻き層２１ａが形成され、外層にヘリカル巻き層が形成される。
【００３２】
次に、内容器２０が図４に示す熱硬化装置３０に搬送され、内容器２０が支持体６０により支持される。次に、回転装置４２により内容器２０が回転され、誘導加熱コイル４０に電流が流される。この状態で図５に示すようにコイル移動装置４１により誘導加熱コイル４０が内容器２０の一の端部Ａから他の端部Ｂに移動される。この誘導加熱コイル４０により、繊維強化樹脂層２１のフープ巻き層２１ａが誘導加熱される（第２の工程）。このときの一の端部Ａから他の端部Ｂへの最初の移動は、相対的に低速の第１の速度で行われる。これにより、繊維強化樹脂層２１の各部分の熱硬化性樹脂に十分な熱が供給され、当該樹脂の自己発熱（反応熱）が誘発される。この誘電加熱コイル４０の移動時のフープ巻き層２１ａ及びヘリカル巻き層２１ｂの温度変化の一例を図６に示す。図６に示すように第１の速度で誘導加熱コイル４０を移動させているときには、フープ巻き層２１ａが集中的に昇温し硬化する。またヘリカル巻き層２１ｂは、フープ巻き層２１ａからの熱により僅かに昇温する。
【００３３】
次に、図７に示すように誘導加熱コイル４０が、引き続き電流が流された状態で、内容器２０の他の端部Ｂと一の端部Ａとの間で往復移動される。この誘導加熱コイル４０により、繊維強化樹脂層２１のフープ巻き層２１ａがまた誘導加熱される。このときの他の端部Ｂと一の端部Ａとの間の往復移動は、相対的に高速の第２の速度で行われる。これにより、繊維強化樹脂層２１の各部分の熱硬化性樹脂への熱供給が制限され、当該樹脂の自己発熱の状態が維持され、その結果繊維強化樹脂層２１全体の温度が均一に均される。より具体的には、例えば図６に示すようにフープ巻き層２１ａは、誘導加熱コイル４０が高速の第２の速度で通過しても、低速時に誘発された自己発熱の反応熱により温度が維持されつつ、誘導加熱コイル４０の往復移動により、ガスタンク２の全体に亘って温度が均等化される。また、ヘリカル巻き層２１ｂは、フープ巻き層２１ａの反応熱により徐々に昇温し、誘導加熱コイル４０の往復移動により、ガスタンク２の全体に亘って温度が均等化しながら、硬化が開始される。こうして繊維強化樹脂層２１全体の硬化が行われる。
【００３４】
第２の速度で複数回往復移動したあと、誘導加熱コイル４０への電流の供給が停止され、誘導加熱が終了して、繊維強化樹脂層２１の熱硬化処理が終了する。
【００３５】
以上の実施の形態によれば、内容器２０の繊維強化樹脂層２１の外周に配置された誘導加熱コイル４０を内容器２０の軸方向に移動させて誘導加熱により繊維強化樹脂層２１を熱硬化するので、内容器２０の全体を覆う誘導加熱コイルに比べて誘導加熱コイルの巻き数を著しく少なくできる。また、内容器２０の全体を覆う誘導加熱コイルを用いた場合のように内容器２０を誘導加熱コイル内に挿入するための装置やスペースが必要ない。さらに、内容器２０を誘導加熱コイルの軸方向の中心に配置するための位置決め装置も必要ない。よって、熱硬化装置３０の設備コストを低減できる。また、繊維強化樹脂層２１の表面に沿って誘導加熱コイル４０を移動させるので、繊維強化樹脂層２１の各部分に断続的に熱を供給でき、繊維強化樹脂層２１の過加熱を防止できる。よって、誘導加熱を用いた繊維強化樹脂層２１の熱硬化を、コストを抑えて適切に行うことができる。
【００３６】
また、第２の工程において、誘導加熱コイル４０を相対的に遅い第１の速度で内容器２０の軸方向に移動させ、その後誘導加熱コイル４０を相対的に速い第２の速度で内容器２０の軸方向に移動させるので、初めに遅い速度で繊維強化樹脂層２１の各部分に十分な熱を供給して樹脂の自己発熱（反応熱）を誘発し、その後速い速度で繊維強化樹脂層２１の各部分に少量ずつ熱を供給して繊維強化樹脂層２１全体の温度を均すことができる。これにより、繊維強化樹脂層２１の熱硬化を効果的かつ均一に行うことができる。
【００３７】
また、第２の工程において、誘導加熱コイル４０を第１の速度で内容器２０の一の端部Ａから他の端部Ｂまで移動させ、その後誘導加熱コイル４０を第２の速度で内容器２０の他の端部Ｂと一の端部Ａの間を複数回移動させている。これにより、前記樹脂の自己発熱の誘発と、その後の温度の均一化を効率的かつ適正に行うことができる。
【００３８】
第２の工程において、内容器２０を軸周りに回転させるので、硬化前の樹脂が重力により内容器２０の下部に流下し溜まることを防止できる。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４０】
１  燃料電池自動車
２  ガスタンク
２０  内容器
２１  繊維強化樹脂層
２１ａ  フープ巻き層
３０  熱硬化装置
４０  誘導加熱コイル
４１  コイル移動装置
４２  回転装置
【図１】
0005716905.tif 000002
【図２】
0005716905.tif 000003
【図３】
0005716905.tif 000004
【図４】
0005716905.tif 000005
【図５】
0005716905.tif 000006
【図６】
0005716905.tif 000007
【図７】
0005716905.tif 000008