(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクの製造方法であって、
ライナの外周に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束が巻回されたタンクを加熱し、前記熱硬化性樹脂を硬化させて繊維強化樹脂層を形成する工程と、
前記タンクを外部から冷却しつつ、前記タンクの内部に液体を注入して前記タンクを内部から冷却することによって、前記タンクを前記熱硬化性樹脂の軟化温度まで冷却する工程と、
前記タンクを前記軟化温度で一定期間保持する工程と、
を備えるタンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両搭載用高圧タンクとして、ライナの外周を繊維強化プラスチック層で補強したものが知られている。特許文献１では、ライナの外周に繊維強化プラスチック材料を巻きつけ、それらを昇温して繊維強化プラスチック層（繊維強化樹脂層）を形成した後、ライナおよび繊維強化プラスチック層を冷却することで高圧タンクを製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０１２７６４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、従来技術では、タンクを冷却する際に、タンクの内部と外部に温度差が生じるため、タンクの繊維強化樹脂層に大きな残留歪みが発生してしまう可能性があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、タンクの製造方法が提供される。このタンクの製造方法は、ライナの外周に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束が巻回されたタンクを加熱し、前記熱硬化性樹脂を硬化させて繊維強化樹脂層を形成する工程と、前記タンクを外部から冷却しつつ、前記タンクの内部に液体を注入して前記タンクを内部から冷却することによって、前記タンクを前記熱硬化性樹脂の軟化温度まで冷却する工程と、前記タンクを前記軟化温度で一定期間保持する工程とを備える。
【０００７】
この形態のタンクの製造方法によれば、タンクを外部から冷却しつつ、タンクの内部に液体を注入してタンクを内部から冷却することで、タンクの内部と外部との温度差を減少し、繊維強化樹脂層に大きな残留歪みが生じるのを抑制できる。また、タンクを熱硬化性樹脂の軟化温度で一定期間保持するので、繊維強化樹脂層に残留歪みが生じても、それを緩和することができる。
【０００８】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、タンクの製造装置、タンクの冷却制御装置、タンクの冷却方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の製造方法で得られるタンクの概略構成を示す断面図である。
【図２】タンクの製造装置を示す説明図である。
【図３】第１実施形態におけるタンクの内部温度および外部温度の時間変化の一例を示すグラフである。
【図４】第２実施形態におけるタンクの内部温度および外部温度の時間変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
・第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態の製造方法で得られるタンク１００の概略構成を示す断面図である。このタンク１００は、例えば、燃料電池車両に搭載され、燃料ガスである水素を貯蔵する高圧タンクとして用いられる。
【００１１】
タンク１００は、両端に半球状のドーム部を有する略円筒状の形状を有し、ライナ１０を繊維強化樹脂層３０で被覆して構成されている。ライナ１０は、内部中空であり、長手方向の両端に口金２１，２２が配置されている。口金２１，２２は、略円柱状の形状を有し、例えばステンレス鋼やアルミニウムなどの金属で形成される。第１の口金２１は、ライナ１０の内部に導通する貫通孔２３を有しており、配管（後述）が挿入可能である。第２の口金２２は、長手方向の両端にそれぞれ有底状の凹部２４，２５を有しており、凹部２４の内周面には雌ねじが設けられている。凹部２４には、回転支持棒（後述）がねじ込み接続可能であり、凹部２５には、配管の端部が挿入可能である。
【００１２】
繊維強化樹脂層３０は、ライナ１０の外周を覆うように繊維強化樹脂材料を巻回した後、加熱して硬化させることによって形成される。繊維強化樹脂材料としては、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束、例えば炭素繊維とエポキシ樹脂を含む炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：carbon-fiber-reinforced plastic）の束を利用することが可能である。
【００１３】
図２は、タンク１００の製造装置２００を示す説明図である。製造装置２００は、加熱炉２１０と、液体供給系２３０と、液体排出系２４０と、制御装置２２０とを備えている。加熱炉２１０は、タンク１００を加熱又は冷却するための装置である。加熱炉２１０の内部には、加熱機１９０と、冷却機１７０と、放射温度計１６０とが設けられている。加熱機１９０は、加熱炉２１０の内壁に設置され、例えばタンク１００にマイクロ波を照射して加熱する。冷却機１７０は、加熱炉２１０の内壁に設置され、タンク１００に向けて複数のノズル１７２を備え、冷風ポンプ１８０から供給される冷風を各ノズル１７２からタンク１００に向けて吹き出し、タンク１００を外部から冷却する。放射温度計１６０は、加熱炉２１０内部の温度、すなわちタンク１００外部の温度を測定する。
【００１４】
液体供給系２３０は、加熱炉２１０の外部に設置されており、タンク１００の内部に液体を供給する。液体供給系２３０には、貯留槽１１０と、ポンプ１２０と、ヒータ１３０と、温度センサ１４０とが設けられている。貯留槽１１０に貯留している液体、例えば純水は、ポンプ１２０によって液体供給系２３０に送り出され、ヒータ１３０によって一定の温度に加熱された後に、調温媒体としてタンク１００の内部に注入される。温度センサ１４０は、調温媒体の温度を測定する。タンク１００内部の温度変化が急激でない場合には、調温媒体の温度をタンク１００内部の温度とみなすことが可能である。液体排出系２４０は、ポンプ１５０を備え、タンク１００の内部に注入された調温媒体を加熱炉２１０の外部に排出する。
【００１５】
制御装置２２０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成される。制御装置２２０は、放射温度計１６０と温度センサ１４０との温度測定値を用いて、加熱炉２１０内部、液体供給系２３０及び液体排出系２４０の各種機器の動作を制御する。
【００１６】
タンク１００は、ライナ１０の外周を繊維強化樹脂材料３０ｐで被覆した後に、加熱炉２１０の内部に設置される。加熱する前に、タンク１００の第２の口金２２の凹部２４に、回転支持棒６０の一端部がねじ込んで固定される。回転支持棒６０の他端部は、加熱炉２１０内部にある回転機構に固定されている（図示せず）。また、タンク１００の第１の口金２１の貫通孔２３には、配管４０の一端部が挿入され、貫通孔２３を通過してタンク１００の内部に挿入される。配管４０の他端部は、加熱炉２１０外部に延びて、液体供給系２３０と連結されている。また、配管４０のうち、タンク１００の内部に位置する内部配管４４の外周面には、複数の噴出孔４１が設けられている。また、内部配管４４の第１の口金２１に近い位置には貫通孔４２が設けられており、この貫通孔４２を通して、排出配管５０がタンク１００の下端近くの位置に設置されている。排出配管５０の一端部は配管４０の内部を通して液体排出系２４０と連結されている。液体供給系２３０から供給された調温媒体は、配管４０を通して噴出孔４１からタンク１００内部に注入された後、排出配管５０に吸い取られて液体排出系２４０を通して加熱炉２１０外部に排出される。なお、タンク１００は、回転支持棒６０によって支持されており、回転支持棒６０が回転すると、タンク１００のライナ１０と、口金２１，２２と、繊維強化樹脂材料３０ｐとを含むタンク１００本体が回転支持棒６０と連動して回転する。
【００１７】
図３は、繊維強化樹脂材料３０ｐの加熱・冷却工程におけるタンク１００の内部温度Ｔｉｎおよび外部温度Ｔｏｕｔの時間変化の一例を示すグラフである。時刻ｔ０では、回転支持棒６０が回転しており、加熱機１９０が運転し始めてタンク１００の繊維強化樹脂材料３０ｐを加熱する。また、制御装置２２０は、ポンプ１２０を駆動し、貯留槽１１０の中の液体をヒータ１３０に送り出して加熱させ、調温媒体として配管４０を経由してタンク１００の内部に注入する。このとき、制御装置２２０は、タンク１００の内部温度Ｔｉｎ（すなわち調温媒体の温度）をタンク１００の外部温度Ｔｏｕｔとほぼ一致させるように制御することが好ましい。なお、調温媒体の注入と同時に、制御装置２２０はポンプ１５０を駆動し、排出配管５０と液体排出系２４０とを経由してタンク１００内部の調温媒体を排出する。
【００１８】
加熱を続けると、時刻ｔ１では、タンク１００の外部温度Ｔｏｕｔ及び内部温度Ｔｉｎが熱硬化性樹脂の硬化温度に達し、繊維強化樹脂材料３０ｐの熱硬化性樹脂が硬化し始める。時刻ｔ１から時刻ｔ２までタンク１００の外部温度Ｔｏｕｔを硬化温度で保持し、熱硬化性樹脂の硬化が完成すると、時刻ｔ２から冷却を開始する。時刻ｔ２では、制御装置２２０は加熱機１９０を停止し、冷風ポンプ１８０を駆動して冷却機１７０のノズル１７２から冷風をタンク１００に向けて送出させる。時刻ｔ２から時刻ｔ３まで冷却を続けると、タンク１００の外部温度Ｔｏｕｔ及び内部温度Ｔｉｎが熱硬化性樹脂の軟化温度に達する。時刻ｔ３では、制御装置２２０は冷却機１７０の冷却を停止し、タンク１００の外部温度Ｔｏｕｔと内部温度Ｔｉｎを軟化温度で一定期間ｔｘ保持する。この保持期間ｔｘが終了すると、時刻ｔ４では、制御装置２２０は再び冷却機１７０とポンプ１２０を運転させてタンク１００を冷却する。時刻ｔ５では、タンク１００の外部温度Ｔｏｕｔ及び内部温度Ｔｉｎが室温になり、タンク１００内部へ調温媒体の注入及びタンク１００内部から調温媒体の排出が停止する。これにより、繊維強化樹脂層３０が形成され、タンク１００の製造が完了する。
【００１９】
以上のように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの冷却の過程では、タンク１００を外部から冷却しつつ、タンク１００の内部に調温媒体を注入し、タンク１００を内部から冷却することで、タンク１００の内部と外部との温度差を減少し、繊維強化樹脂層３０に大きな残留歪みが生じるのを抑制できる。また、タンク１００を熱硬化性樹脂の軟化温度で一定期間ｔｘ保持することによって、繊維強化樹脂層３０に残留歪みが生じても、それを緩和することができる。なお、軟化温度で保持する保持期間ｔｘは、残留歪みを十分に減少できるように経験的又は実験的に予め決定される。
【００２０】
・第２実施形態：
図４は、第２実施形態におけるタンク１００の内部温度Ｔｉｎ１および外部温度Ｔｏｕｔ１の時間変化の一例を示すグラフである。図３に示した第１実施形態との違いは、調温媒体の注入が時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間（冷却期間を含む）にのみ行われている点であり、これ以外の構成は第１実施形態と同様である。
【００２１】
図４の時刻ｔ０から時刻ｔ１にかけて、タンク１００の内部に調温媒体を注入せずにタンク１００を外部のみから加熱するため、タンク１００の外部と内部には第１実施形態よりも大きな温度差が生じる。このため、第１実施形態よりもタンク１００の繊維強化樹脂層３０に多くの歪みが生じるが、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間にタンク１００を熱硬化性樹脂の軟化温度で一定期間ｔｙ保持することで、その歪みを緩和することができる。ただし、歪みを完全に緩和するために、第２実施形態での保持期間ｔｙを第１実施形態での保持期間ｔｘよりも長くすることが好ましい。また、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間では、タンク１００の内部に調温媒体の注入がないため、タンク１００の外部温度Ｔｏｕｔ１及び内部温度Ｔｉｎ１が室温になるまでの時間が第１実施形態よりも長い。これらの点を考慮すると、第２実施形態よりも第１実施形態のほうが好ましい。
【００２２】
本発明は、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】
【００２３】
１０…ライナ
２１…第１の口金
２２…第２の口金
２３…貫通孔
２４…凹部
２５…凹部
３０…繊維強化樹脂層
３０ｐ…繊維強化樹脂材料
４０…配管
４１…噴出孔
４２…貫通孔
４４…内部配管
５０…排出配管
６０…回転支持棒
１００…タンク
１１０…貯留槽
１２０…ポンプ
１３０…ヒータ
１４０…温度センサ
１５０…ポンプ
１６０…放射温度計
１７０…冷却機
１７２…ノズル
１８０…冷風ポンプ
１９０…加熱機
２００…製造装置
２１０…加熱炉
２２０…制御装置
２３０…液体供給系
２４０…液体排出系
【図１】
0006540558.tif 000002
【図２】
0006540558.tif 000003
【図３】
0006540558.tif 000004
【図４】
0006540558.tif 000005