(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクの製造方法であって、
熱硬化性の樹脂を含浸させた樹脂繊維をライナの外周面に巻き付けて、ライナの外層に樹脂繊維層を形成する工程と、
前記樹脂繊維の巻き終わりの終端部を、前記樹脂の熱硬化温度よりも高い融点を有する留め部材により樹脂繊維層に固定する工程と、
その後、前記留め部材が融解しない前記熱硬化温度で、前記樹脂繊維層中の樹脂を熱硬化させる工程と、
その後、前記留め部材を融解させる工程と、
その後、前記留め部材を固化させる工程と、を有することを特徴とする、タンクの製造方法。
【請求項２】
前記留め部材は、前記樹脂繊維の巻き終わりの終端部とその繊維巻き付け面の樹脂繊維を挟み込んで固定するものであることを特徴とする、請求項１に記載のタンクの製造方法。
【請求項３】
熱硬化性の樹脂を含浸させた樹脂繊維をタンクのライナの外周面に巻き付けて、ライナの外層に樹脂繊維層を形成する際に、樹脂繊維の巻き終わりの終端部を樹脂繊維層に固定するための留め部材であって、
前記樹脂の熱硬化温度よりも高い融点を有する熱可塑性樹脂であり、前記樹脂繊維の巻き終わりの終端部を樹脂繊維層に固定した後に溶融し、固化することを特徴とする、留め部材。
【請求項４】
前記樹脂繊維の巻き終わりの終端部とその繊維巻き付け面の樹脂繊維を挟み込んで固定することを特徴とする、請求項３に記載の留め部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクの製造方法及び留め部材に関する。
【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の高圧水素タンクが用いられる。この高圧水素タンクの製造は、一般に、フィラメントワインディング法（以下、「ＦＷ法」という。）を用いて行われる。具体的には、ＦＷ法により例えば熱硬化性の樹脂を含浸させた樹脂繊維をタンクのライナ（内容器）の外周面に巻き付けて樹脂繊維層を形成し、その後、樹脂繊維層中の樹脂を熱硬化させる。これにより、タンクの外殻に硬い樹脂繊維層が形成され、高圧水素タンクの高い強度が確保される（特許文献１参照）。なお、樹脂を巻き付ける方法に関しては、特許文献２にも記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３００１９４号公報
【特許文献２】特開平９−１８３１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ＦＷ法は、通常低粘度の樹脂を含浸させた繊維がライナに巻き付けられて行われるため、ライナの樹脂繊維層の外表面は、低粘度の樹脂が付着した状態になる。このため、例えば樹脂繊維の巻き終わりの端部（以下、「繊維終端部」とする）に対し何ら処理を施さないと、当該繊維終端部は、ライナの樹脂繊維層の外表面に十分に保持されず剥がれる恐れがある。また、樹脂の熱硬化時には、熱により樹脂の粘度がさらに低下するため、樹脂繊維層の巻き付けられた繊維が緩みやすくなる。このため、繊維終端部をライナの樹脂繊維層の外表面にしっかり固定する必要がある。
【０００５】
上記問題を解決するために、例えば繊維終端部を下層の樹脂繊維層内に織り込むことが考えられる。しかしながら、この場合、一部の樹脂繊維層を剥がす必要があり非常に手間と時間がかかる。また、樹脂の熱硬化後に  その織り込んだ部分が盛り上がり、タンクの外表面に凹凸ができて、見た目も美しくない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、繊維終端部を樹脂繊維層内に織り込む処理を行わずに、繊維終端部を樹脂繊維層に固着することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、タンクの製造方法であって、熱硬化性の樹脂を含浸させた樹脂繊維をライナの外周面に巻き付けて、ライナの外層に樹脂繊維層を形成する工程と、前記樹脂繊維の巻き終わりの終端部を、前記樹脂の熱硬化温度よりも高い融点を有する留め部材により樹脂繊維層に固定する工程と、その後、前記留め部材が融解しない前記熱硬化温度で、前記樹脂繊維層中の樹脂を熱硬化させる工程と、その後、前記留め部材を融解させる工程と、その後、前記留め部材を固化させる工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、樹脂繊維の巻き終わりの終端部を留め部材により固定するので、当該繊維終端部を簡単に固定できる。また、繊維終端部を樹脂繊維層内に織り込むような処置を行う必要がないので、外観が美しいタンクを製造できる。さらに、樹脂の熱硬化時に、留め部材が融解せずに形状が維持されるため、熱硬化中に樹脂繊維が緩むことを防止できる。また、留め部材を、樹脂の熱硬化工程後に融解させてその後固化させるので、留め部材を途中で取り外す必要がなく、作業を簡素化できる。
【０００９】
前記留め部材は、前記樹脂繊維の巻き終わりの終端部とその繊維巻き付け面の樹脂繊維を挟み込んで固定するものであってもよい。
【００１０】
別の観点による本発明は、熱硬化性の樹脂を含浸させた樹脂繊維をタンクのライナの外周面に巻き付けて、ライナの外層に樹脂繊維層を形成する際に、樹脂繊維の巻き終わりの終端部を樹脂繊維層に固定するための留め部材であって、前記樹脂の熱硬化温度よりも高い融点を有する熱可塑性樹脂であり、前記樹脂繊維の巻き終わりの終端部を樹脂繊維層に固定した後に溶融し、固化することを特徴とする。
【００１１】
前記留め部材は、前記樹脂繊維の巻き終わりの終端部とその繊維巻き付け面の樹脂繊維を挟み込んで固定するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タンク製造の作業を簡素化できる。また、外観が美しく、樹脂繊維の緩みのないタンクを製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、本実施の形態に係るタンクの製造方法における繊維巻き付け工程が実施される繊維巻き付け装置１の構成の概略を示す説明図である。
【００１４】
繊維巻き付け装置１は、ＦＷ法によりタンク２のライナ３の外周面に樹脂繊維層Ａを形成するものである。本実施の形態においては、タンク２及びそのライナ３は、例えば略楕円体状に形成されており、長手方向の中央に円筒状の胴部を有し、その両側に略半球状のドーム部を有している。
【００１５】
繊維巻き付け装置１は、例えば繊維ガイド部１０と、繊維巻き付け部１１を有している。
【００１６】
繊維ガイド部１０は、樹脂繊維Ｆを繊維巻き付け部１１のライナ３の外周面に所定の角度で案内するものである。繊維ガイド部１０は、例えば樹脂繊維Ｆの進行方向に対し上下方向、左右方向に往復移動自在で、なおかつ樹脂繊維Ｆの進行方向の軸周りに回転自在であり、ライナ３の外周面に対する樹脂繊維Ｆの進入角度を自由に設定できる。なお、繊維ガイド部１０の上流側には、例えば図示しない繊維送出部や樹脂含浸部が設けられており、繊維送出部から送出された樹脂繊維Ｆは、樹脂含浸部において樹脂が含浸され、その後繊維ガイド部１０に送られている。本実施の形態では、樹脂繊維Ｆの繊維としては、例えば例えば炭素繊維や金属繊維が用いられる。また、樹脂としては、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が用いられる。
【００１７】
繊維巻き付け部１１は、ライナ３の長手方向の回転軸上の両端部を支持する支持部２０と、ライナ３を支持部２０を介して回転させる回転駆動部２１を備えている。
【００１８】
支持部２０は、例えばライナ３を水平に支持する。回転駆動部２１は、例えば可変速モータを有しており、このモータによってライナ３を所定の回転速度で回転できる。このライナ３の回転運動と上記繊維ガイド部１０の往復運動とを同期させることにより、樹脂繊維Ｆをライナ３の外周面に所定のパターンで巻き付けることができる。樹脂繊維Ｆの巻き方（パターン）については、特に限定されず、例えばフープ巻きやヘリカル巻き、或いはそれらを組み合わせた巻き方が可能である。
【００１９】
次に、上記繊維巻き付け装置１を用いてライナ３に樹脂繊維Ｆが巻き付けられる際に、樹脂繊維Ｆの繊維終端部Ｆａを留める留め部材としてのクリップ３０の構成について説明する。
【００２０】
クリップ３０は、図２に示すように直方体状の基部３０ａと、当該基部３０ａの一の側面から一方向に延伸する２枚の板状の挟み部３０ｂを有している。２枚の挟み部３０ｂは、互いに対向するように平行に配置され、その間に隙間が形成されている。クリップ３０は、例えば樹脂繊維Ｆの樹脂の熱硬化温度Ｔより高い融点を有する例えばナイロンなどの熱可塑性樹脂により形成されている。
【００２１】
次に、以上の繊維巻き付け装置１やクリップ３０を用いたタンク２の製造方法について説明する。図３は、かかるタンク２の製造方法の主な工程を示すフローチャートである。
【００２２】
先ず、図１に示すようにライナ３が繊維巻き付け部１１に設置される。ライナ３が軸周りに回転され、そのライナ３の外周面に樹脂繊維Ｆが巻き付けられる（図３の工程Ｓ１）。この際、上流部で熱硬化性の樹脂が含浸された樹脂繊維Ｆが、繊維ガイド部１０で角度調整されて、ライナ３の外周面に巻き付けられる。樹脂繊維Ｆは、ライナ３の外周面の全体に所定の厚みに巻き付けられ、ライナ３の外層に樹脂繊維層Ａ（例えば、カーボン製の樹脂を用いたＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）層）が形成される。そして、樹脂繊維Ｆの巻き付けが終了する時に、その巻き終わりの繊維終端部Ｆａが、図４に示すようにクリップ３０により下地の樹脂繊維層Ａに固定される（図３の工程Ｓ２）。このとき、クリップ３０が繊維終端部Ｆａに対して側方から挿入され、クリップ３０の２枚の挟み部３０ｂにより、繊維終端部Ｆａとその繊維巻き付け面の樹脂繊維Ｆが挟み込まれて、繊維終端部Ｆａが固定される。
【００２３】
繊維終端部Ｆａが固定され後、タンク２が繊維巻き付け部１１から取り外され、図示しない加熱炉に搬送される。加熱炉において、タンク２は、樹脂繊維Ｆの樹脂の熱硬化温度Ｔで加熱され、樹脂繊維層Ａ中の樹脂が固まって硬化される（図３の工程Ｓ３）。このとき、繊維終端部Ｆａのクリップ３０の融点は、熱硬化温度Ｔよりも高いので、クリップ３０が融解することなく、クリップ３０の形状が維持されて、繊維終端部Ｆａがタンク２の表面にしっかり固定されている。
【００２４】
その後、例えば同じ加熱炉において、加熱温度が上げられ、タンク２がクリップ３０の融点よりも高い温度で加熱される。これにより、図５に示すようにクリップ３０が融解し（図３の工程Ｓ４）、液状になって繊維終端部Ｆａとその周辺に浸透し付着する。その後、タンク２が冷却され、液状のクリップ３０が固化される（図３の工程Ｓ５）。こうして、外殻に高い強度の樹脂繊維層Ａのあるタンク２が製造される。
【００２５】
以上の実施の形態によれば、繊維終端部Ｆａをクリップ３０により固定するので、繊維終端部Ｆａを樹脂繊維層Ａに簡単に固定できる。また、繊維終端部Ｆａを樹脂繊維層Ａ内に織り込むような処置を行う必要がないので、外観が美しいタンク２を製造できる。さらに、樹脂繊維層Ａ中の樹脂の熱硬化時に、クリップ３０が融解せずに形状が維持されるため、熱硬化工程中に樹脂繊維Ｆが緩むことを防止できる。また、クリップ３０を、樹脂の熱硬化後に融解させてその後固化させるので、クリップ３０を途中で取り外す必要がなく、作業を簡素化できる。
【００２６】
また、クリップ３０は、繊維終端部Ｆａとその繊維巻き付け面の樹脂繊維Ｆを挟み込んで固定するものであるので、繊維終端部Ｆａの固定をより簡単に行うことができる。
【００２７】
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相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。
【００２８】
例えば以上の実施の形態では、留め部材としてクリップ３０を用いたが、他の形状の留め部材を用いてもよい。また、以上の実施の形態で記載したタンク２の製造方法は、例えば燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電する燃料電池システムで用いられる高圧燃料ガスタンクの製造に適用してもよい。また、本発明は、他の用途のガスタンクや液体タンクの製造に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】繊維巻き付け装置の構成の概略を示す説明図である。
【図２】クリップの斜視図である。
【図３】タンクの製造方法の主な工程を示すフローチャートである。
【図４】繊維終端部がクリップで留められた状態を示すタンクの外表面の部分拡大図である。
【図５】クリップが融解した状態を示すタンクの外表面の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  繊維巻き付け装置
２  タンク
３  ライナ
３０  クリップ
Ａ  樹脂繊維層
Ｆ  樹脂繊維
Ｆａ  繊維終端部
Ｔ  熱硬化温度
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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