(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の胴体部と、前記胴体部の両側に形成されたドーム状の側端部と、を有するライナーを少なくとも備えたタンクの製造方法であって、
前記胴体部の両端縁の直径が、該両端縁の間の外周面の直径よりも大きくなるように、前記胴体部の両側に段差を有した前記ライナーを形成するための胴体部材と一対の側端部材とを準備する工程であり、前記胴体部材として、前記ライナーの胴体部に相当し、前記円筒状の本体と、前記段差を有するように前記本体の両端に形成された一対の円板状の鍔部と、を備えた胴体部材を準備し、前記側端部材として、前記ライナーの側端部に相当し、前記胴体部材の前記鍔部に接合される一対のドーム状の側端部材を準備する工程と、
前記胴体部材の両側の前記鍔部による前記段差を埋めるように、１枚の繊維強化樹脂シートを、前記胴体部材の軸心に対して直交する方向から、前記胴体部材の前記外周面に複数回巻き付けることにより、筒状部を成形する工程と、
前記筒状部が形成された前記胴体部材の両側の鍔部に、前記側端部材を接合することにより、前記ライナーを形成する工程と、
前記筒状部が成形された前記ライナーの両側の側端部に亘って、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きすることにより、補強層を成形する工程と、を含むことを特徴とす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、ガス等を貯蔵するに好適なタンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、天然ガス自動車または燃料電池自動車などには、燃料ガスを貯蔵するタンクが利用されている。この種のタンクは、軽量化および高強度化を図るべく、タンクの形状に応じたライナーに、繊維強化樹脂が被覆されている。
【０００３】
このようなタンクの製造方法として、たとえば、特許文献１には、以下に示すタンクの製造方法が提案されている。この製造方法では、まず、筒状の胴体部と、前記胴体部の両側に形成されたドーム状の側端部と、を有したライナーを準備する。次に、ライナーに、樹脂が含浸された連続繊維をヘリカル巻きした第１ヘリカル層を成形する。次に、ヘリカル層の表面に、シート状の繊維強化樹脂を巻回してフープ層（筒状部）を成形する。さらに、第１ヘリカル層が筒状部から露出した部分と、筒状部とに、樹脂が含浸された連続繊維をヘリカル巻きした第２ヘリカル層（補強層）を成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６５９３１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、特許文献１に示す製造方法では、筒状部を成形した際に、筒状部の肉厚により、筒状部の表面と、筒状部から露出した第１ヘリカル層の表面との間に段差が形成されてしまう。このような段差が形成された部分に補強層を成形した場合、補強層と段差が形成された部分に空洞が形成されてしまい、この空洞によりタンクの強度が低下することが想定される。またこのような段差を無くすため、筒状部の両周縁を削り取ると、筒状部内の強化繊維が切断され、この部分のタンク強度が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、ライナーに繊維強化樹脂からなる筒状部を成形しても、筒状部の肉厚による段差に起因した、タンク強度の低下を抑えることができるタンクの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を鑑みて、本発明に係るタンクの製造方法は、円筒状の胴体部と、前記胴体部の両側に形成されたドーム状の側端部と、を有するライナーを少なくとも備えたタンクの製造方法であって、前記胴体部の両端縁の直径が、該両端縁の間の外周面の直径よりも大きくなるように、前記胴体部の両側に段差を有したライナーを準備する工程と、前記胴体部の両側の前記段差を埋めるように、１枚の繊維強化樹脂シートを、前記胴体部の軸心に対して直交する方向から、前記胴体部の前記外周面に複数回巻き付けることにより、筒状部を成形する工程と、前記筒状部が成形されたライナーの両側の側端部に亘って、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きすることにより、補強層を成形する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、胴体部の両側の段差を埋めるように、１枚の繊維強化樹脂シートを、胴体部の軸心に対して直交する方向から複数回巻き付ける。このため、ライナーの胴体部の両側に段差がほとんどなく、繊維強化樹脂シート（筒状部）で胴体部の強度を高めることができる。
【０００９】
これにより、筒状部が成形されたライナーの両側の側端部に亘って、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きした補強層を成形したとしても、ライナーと補強層との間に空洞が形成され難いため、これが起因となるタンクの強度低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係るタンクの製造方法を説明するための図である。
【図２】図１（ｃ）に示す工程を説明するための図である。
【図３】（ａ）は、図１で示されたタンクの製造方法により製造されたタンクの模式的斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態に係るタンクの製造方法を、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明の実施形態に係るタンクの製造方法を説明するための図である。図２は、図１（ｂ）に示す工程を説明するための図である。図３（ａ）は、図１で示されたタンクの製造方法により製造されたタンクの模式的斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。なお、図３（ｂ）は、タンクの胴体部の軸心と直交する断面である。
【００１２】
１．ライナー１０を準備する工程
本実施形態に係るタンク１は、例えば７０ＭＰａ程度の高圧水素ガスを収容（充填）するタンクである。まず、本実施形態では、タンク１を構成するライナー１０を製造する。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すようにして、収容空間Ｓが形成されたライナー１０を準備（製造）する。
【００１３】
具体的には、図１（ａ）に示すよう、胴体部２に相当する胴体部材２Ａと、ドーム状の一対の側端部材３Ａ，３Ａとを準備する。本実施形態では、胴体部材２Ａは、円筒状の本体２１Ａと、本体２１Ａの両端に形成された円板状の鍔部２２Ａ，２２Ａとを備えている。鍔部２２Ａは、本体２１Ａの両端縁に沿って、後述する筒状部４の肉厚分、本体２１Ａの外周面２３Ａから張り出すように形成されている。
【００１４】
側端部材３Ａは、ドーム状の本体３１Ａと、本体３１Ａの頂部に形成された管状部３２Ａとを備えており、管状部３２Ａには、貫通孔３３Ａが形成されている。本体３１Ａと管状部３２Ａとは、後述する樹脂により一体的に成形されていてもよいが、例えば、管状部３２Ａに相当する部分を口金とし、本体３１Ａを樹脂で成形してもよい。
【００１５】
本実施形態では、胴体部材２Ａの各鍔部２２Ａに、側端部材３Ａの本体３１Ａを溶接等により接合する。これにより、図１（ｂ）に示すように、円筒状の胴体部２と、胴体部２の両側に形成された一対のドーム状の側端部３，３とを備えたライナー１０が製造される。
【００１６】
ライナー１０は、胴体部２が凹んだ段付き形状となっている。より具体的には、ライナー１０は、胴体部２の両側の端縁（両端縁）２２，２２の直径が、両側の端縁（両端縁）２２，２２の間に形成された胴体部２の本体２１の外周面２３の直径よりも大きくなるように、胴体部２の両側に段差２６，２６を有する。両側の段差２６，２６の大きさは、いずれも後述する筒状部４の厚み分に相当する。また、ライナー１０の内部には、高圧水素ガスを収容する収容空間Ｓが形成され、収容空間Ｓは、側端部３の管状部３２に形成された貫通孔３３に連通する。
【００１７】
ライナー１０の材料に相当する胴体部材２Ａと側端部材３Ａとの材料には、熱可塑性樹脂を挙げることができる。たとえば、熱可塑性樹脂として、ポリエステル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂（例えば６−ナイロン樹脂または６，６−ナイロン樹脂）、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、またはＡＢＳ系樹脂などを挙げることができる。またこの他のも、アルミニウム合金、ステンレス鋼などの金属であってもよい。このような材料を用いることにより、収容空間Ｓに収容された水素ガスが透過することを防止することができる。
【００１８】
２．筒状部４を成形する工程
次に、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、胴体部２の本体２１の外周面２３にシートワインディング法により筒状部４を成形する。具体的には、図２に示すように、ライナー１０を回転させながら、胴体部２の両側の段差２６を埋めるように、１枚の繊維強化樹脂シート４Ａを、胴体部２の軸心ＣＬに対して直交する方向から、胴体部２の外周面２３に複数回巻き付ける。
【００１９】
より具体的には、筒状部４の外周面４１の直径が、胴体部２の各端縁２２の直径と一致するように、１枚の繊維強化樹脂シート４Ａを巻き付ける。成形された筒状部４の外周面４１と、ライナー１０（具体的には、端縁２２）の表面とは略面一となり、これらの間には段差がほとんど形成されない。
【００２０】
なお、繊維強化樹脂シート４Ａは、強化繊維に熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が含浸されたシートであり、繊維強化樹脂シート４Ａの幅は、ライナー１０の胴体部２の外周面２３の長さと略同じである。
【００２１】
繊維強化樹脂シート４Ａの強化繊維は、連続強化繊維であり、一方向に引き揃えられた開繊繊維である。これにより、胴体部２の軸心ＣＬと直交する方向に、連続して強化繊維４２を配向させることができる。強化繊維４２として、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、天然繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維を挙げることができる。
【００２２】
繊維強化樹脂シート４Ａに含まれる樹脂が、熱可塑性樹脂である場合には、上述したライナー１０の材料で例示した熱可塑性樹脂を挙げることができる。繊維強化樹脂シート４Ａに含まれる樹脂が、熱硬化性樹脂である場合には、例えば、エポキシ系樹脂、ビニルエステル樹脂に代表される変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂を挙げることができる。
【００２３】
繊維強化樹脂シート４Ａの樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、図２に示すヒータ７，７で繊維強化樹脂シート４Ａを熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱し、熱可塑性樹脂を溶融する。繊維強化樹脂シート４Ａの熱可塑性樹脂が溶融した状態で、繊維強化樹脂シート４Ａをライナー１０の円筒状の胴体部２に複数回巻き付ける。巻き付いた状態の繊維強化樹脂シート４Ａは、放冷または強制冷却により冷却され、熱可塑性樹脂は、軟化点未満となって固まる。
【００２４】
繊維強化樹脂シート４Ａの樹脂が、熱硬化性樹脂である場合には、繊維強化樹脂シート４Ａをライナー１０に巻き付けた後、これを加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させる。
【００２５】
成形された筒状部４は、図３（ｂ）に示すように、胴体部２の外周面２３の両側に亘って、胴体部２の軸心ＣＬに直交する方向から１つのシート状の繊維強化樹脂層４ａが、複数回周回した部分となる。このように、シート状の繊維強化樹脂層４ａを複数回周回させた筒状部４を設けることにより、タンク１の胴体部１１は、その軸心ＣＬに直交する断面において、より均一な耐圧性を有することができる。
【００２６】
３．補強層６を成形する工程
次に、図１（ｄ）に示すように、筒状部４が成形されたライナー１０の両側の側端部３，３に亘って、樹脂が含浸された連続繊維６１のフィラメントで、フィラメントワインディング法によりヘリカル巻きする。これにより、筒状部４が成形されたライナー１０に、図３（ａ），（ｂ）に示す如き補強層６を成形する。
【００２７】
具体的には、本実施形態では、ライナー１０の両側の側端部３，３間において、連続繊維６１が、胴体部２の軸心ＣＬの周りを一周する前に、各側端部３において、連続繊維６１の巻き付け方向が折り返されるように巻き付ける。
【００２８】
また、この他の巻き付け方法として、ライナー１０の両側の側端部３，３間において、連続繊維６１が、胴体部２の軸心ＣＬの周りを少なくとも複数回した後に、各側端部３において、連続繊維６１の巻き付け方向が折り返されるように巻き付けてもよい。
【００２９】
連続繊維６１に含浸された樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、加熱しながら、熱可塑性樹脂を軟化させた状態で、連続繊維６１を巻き付ける。一方、連続繊維６１に含浸された樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、連続繊維６１を巻き付けた後、（未硬化の）熱硬化性樹脂を加熱して、これを硬化させる。
【００３０】
このようにして、図３（ａ），（ｂ）に示すタンク１を製造することができる。本実施形態では、上述したようにライナー１０を、筒状部４の厚み分、予め凹ませたので筒状部４を成形しても、ライナー１０の表面に筒状部４の肉厚に応じた段差が形成されない。このため、樹脂が含浸された連続繊維６１でヘリカル巻きした補強層６を成形したとしても、ライナー１０と補強層６との間に空洞が形成され難い。このような結果、このような空洞が起因となるタンク１の強度低下を抑えることができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【００３２】
本実施形態では、筒状体を成形する前に、胴体部材と側端部とを接合し、ライナーを形成したが、例えば、胴体部材に筒状体を成形後、筒状体が成形された胴体部材に、側端部を接合してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１：タンク、１０：ライナー、２：胴体部、２２：端縁、２２Ａ：鍔部、３：側端部、４：筒状部、４Ａ：繊維強化樹脂シート、６：補強層、６１：連続繊維、７：ヒータ、ＣＬ：軸心、Ｓ：収容空間。
【図１】
0006654458.tif 000002
【図２】
0006654458.tif 000003
【図３】
0006654458.tif 000004