(57)【要約】【課題】ライナー２に繊維強化樹脂からなる筒状部４を成形しても、筒状部４の肉厚により形成された段差Ｌに起因して、タンク１の強度が低下すること抑えることができるタンク１の製造方法およびタンク１を提供する。【解決手段】筒状の胴体部２１と、胴体部２１の両側に形成されたドーム状の側端部２２と、を有するライナー２を備えたタンク１を製造する。ライナー２の表面から所定の肉厚を有するように、胴体部２１の両側に亘って、胴体部２１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４１が複数回周回した筒状部４を、備えたライナー２を準備する。筒状部４の肉厚により、筒状部４の表面とライナー２の側端部２２の表面との間に形成された段差Ｌを埋めるように、ライナー２の両側から１対のキャップ５，５で、側端部２２を覆い、筒状部４と１対のキャップ５，５とを、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記ライナーの表面から所定の肉厚を有するように、前記胴体部の両側に亘って、前記胴体部の軸心に直交する方向から１つのシート状の繊維強化樹脂層が、複数回周回した筒状部を、備えたライナーを準備する工程と、
前記筒状部の前記肉厚により、前記筒状部の表面と前記ライナーの前記側端部の表面との間に形成された段差を埋めるように、前記ライナーの両側から１対のキャップで、前記側端部を覆う工程と、
前記筒状部と前記１対のキャップとを、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きする工程と、と含むことを特徴とするタンクの製造方法。
【請求項２】
前記ライナーを準備する工程において、１枚の繊維強化樹脂シートを前記ライナーの前記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とにより、前記筒状部を成形す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】
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備えたライナーと、
前記ライナーの表面から所定の肉厚を有するように、前記胴体部の両側に亘って、前記胴体部の軸心に直交する方向から１つのシート状の繊維強化樹脂層が、複数回周回した筒状部と、
前記筒状部の前記肉厚により、前記筒状部の表面と前記ライナーの前記側端部の表面との間に形成された段差を埋めるように、前記側端部を覆う１対のキャップと、
前記筒状部と前記１対のキャップとが、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きされた状態の補強層と、を備えることを特徴とするタンク。
【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およびタンクに関する。
【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、第２ヘリカル層を成形した場合、第２ヘリカル層と段差が形成された部分に空孔が形成されてしまい、この空孔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が起因した、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およびタンク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、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、前記ライナーの表面から所定の肉厚を有するように、前記胴体部の両側に亘って、前記胴体部の軸心に直交する方向から１つのシート状の繊維強化樹脂層が、複数回周回した筒状部を、備えたライナーを準備する工程と、前記筒状部の前記肉厚により、前記筒状部の表面と前記ライナーの前記側端部の表面との間に形成された段差を埋めるように、前記ライナーの両側から１対のキャップで、前記側端部を覆う工程と、前記筒状部と前記１対のキャップとを、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きする工程と、と含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、筒状部の表面とライナーの側端部の表面との間に形成された段差を、１対のキャップで埋めた状態で、筒状部と１対のキャップとを、連続繊維でヘリカル巻きすることができる。これにより、ヘリカル巻きした後のタンクには、筒状部の表面とライナーの側端部の表面との間に形成された段差が起因となる、空孔が形成されない。このような結果、空孔（段差）を起因としたタンクの強度の低下を抑えることができる。
【０００９】
より好ましい態様としては、前記ライナーを準備する工程において、１枚の繊維強化樹脂シートを前記ライナーの前記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とにより、前記筒状部を成形する。この態様によれば、ライナーに１枚の繊維強化樹脂シートを巻き付けて、筒状部をライナーと共に、一体的に成形することができる。
【００１０】
本発明に係るタンクは、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備えたライナーと、前記ライナーの表面から所定の肉厚を有するように、前記胴体部の両側に亘って、前記胴体部の軸心に直交する方向から１つのシート状の繊維強化樹脂層が、複数回周回した筒状部と、前記筒状部の前記肉厚により、前記筒状部の表面と前記ライナーの前記側端部の表面との間に形成された段差を埋めるように、前記側端部を覆う１対のキャップと、前記筒状部と前記１対のキャップとが、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きされた状態の補強層と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、このようなタンクの筒状部は、１つシート状の繊維強化樹脂層が複数回周回した部分であるので、１枚の繊維強化樹脂シートを用いて、簡単かつ短時間に、筒状部を成形することができる。
【００１２】
さらに、ライナーの側端部を覆う１対のキャップが、筒状部とライナーの側端部との間の段差を埋めた状態で、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きされた状態の補強層が形成されているので、タンクには、段差が起因となった空孔を有しない。これにより、空孔（段差）を起因としたタンクの強度の低下を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ライナーに繊維強化樹脂からなる筒状部を成形しても、この筒状部の肉厚により形成された段差に起因して、タンクの強度が低下すること抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の本実施形態に係るタンクの模式的斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ線矢視断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す筒状部の強化繊維の状態を示した図である。
【図４】（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５】図４（ａ）に示す工程を説明するための図である。
【図６】図４（ａ）に示す別の工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施形態に係るタンクおよびその製造方法を、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
１．タンク１について
図１は、本発明の本実施形態に係るタンク１の模式的斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。図３（ａ）は、図２のＢ−Ｂ線矢視断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す筒状部の強化繊維の状態を示した図である。なお、図３（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面は、後述するライナー２の胴体部２１の軸心ＣＬに直交する断面である。
【００１７】
図１および図２に示すように、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が収容（充填）するタンクである。タンク１は、ライナー２を備えている。ライナー２は、タンク１と略形状であり、円筒状の胴体部２１と、胴体部２１の両側に形成されたドーム状の側端部２２とを備えている。ライナー２の内部には、高圧水素ガスを収容する収容空間Ｓが形成されている。
【００１８】
ライナー２の材料は、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、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、またはＡＢＳ系樹脂などの熱可塑性樹脂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。
【００１９】
本実施形態では、ライナー２の両側には、ライナー２の側端部２２を収容空間Ｓ側に折り返すようにして、口金３，３が取り付けられている。各口金３には、管状部３１が形成されており、管状部３１には、貫通孔３２が形成されている。
【００２０】
タンク１を使用する際には、一方の口金３に形成された貫通孔３２を封止し、他方の貫通孔３２から、収容空間Ｓに水素ガスを供給および排出を行う。口金３の材料は、アルミニウム合金等の金属からなるが、この他にも、ライナー２の材料で例示した熱可塑性樹脂であってもよい。
【００２１】
ライナー２の胴体部２１の周面には、胴体部２１の両端に亘って胴体部２１を覆うように、筒状部４が形成されている。図３（ａ）に示すように、筒状部４は、胴体部２１の両側に亘って、胴体部２１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４１が、複数回周回した部分である。
【００２２】
このように、シート状の繊維強化樹脂層４１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。
【００２３】
筒状部４を形成する繊維強化樹脂層４１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状の層である。強化繊維は、短繊維、長繊維、または連続した繊維（連続強化繊維）、布状繊維であってもよいが、本実施形態では、強化繊維は連続強化繊維である。
【００２４】
具体的には、繊維強化樹脂層４１の強化繊維は、胴体部２１の周方向に沿って引き揃えられた連続強化繊維であり、強化繊維は、胴体部２１の軸心ＣＬと直交する方向に配向している。より具体的には、図３（ｂ）に示すように、強化繊維４２は、胴体部２１の軸心ＣＬに対して直交した断面で、胴体部２１の軸心ＣＬの周りを連続して複数回周回している。すなわち、強化繊維４２の巻き付き方向は、繊維強化樹脂層４１の巻き付き方向に一致している。
【００２５】
これにより、タンク１の胴体部１１には、タンク１の内圧により胴体部１１にフープ応力が作用する方向に、筒状部４の強化繊維４２が連続して複数回周回することになるので、タンク１の胴体部１１の強度を高めることができる。
【００２６】
ここで、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。
【００２７】
繊維強化樹脂層４１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２の材料で例示した熱可塑性樹脂を挙げることができる。繊維強化樹脂層４１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。
【００２８】
このように、ライナー２の胴体部２１の周面に筒状部４を形成すると、筒状部４は所定の肉厚を有する。この肉厚により、筒状部４の表面と、筒状部４から露出したライナー２の側端部２２の表面との間には、段差Ｌが形成される（例えば後述する図４（ａ）参照）。
【００２９】
そこで、本実施形態では、タンク１は、筒状部４の肉厚により、筒状部４の表面と側端部２２の表面との間に形成された段差を埋めるように、側端部２２，２２を覆う一対のキャップ５，５を備えている。
【００３０】
キャップ５には、口金３の管状部３１を通す通し孔５１が形成されており、側端部２２に応じた形状の凹部５２が形成されている。キャップ５の周端面５３は、筒状部４の周端面４５に当接しており、周端面５３，４５同士が溶着等により、接合されていてもよい。
【００３１】
キャップ５の材料として、上述した段差Ｌを埋めることができるのであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ライナー２で例示した熱可塑性樹脂または金属、または、繊維強化樹脂層４１で例示した熱可塑性樹脂などを挙げることができる。
【００３２】
さらに、タンク１は、筒状部４と１対のキャップ５，５とを、樹脂が含浸された連続繊維でヘリカル巻きされた状態の補強層６を備えている。補強層６は、図１に示すように、樹脂が含浸された連続繊維のフィラメントが、タンク１の両側に配置されキャップ５，５をわたすように、筒状部４と１対のキャップ５，５にヘリカル巻きで巻き付いた層である。連続繊維の材料として、上述した強化繊維で例示した材料を挙げることができ、樹脂の材料として、繊維強化樹脂層４１で例示した熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を挙げることができる。
【００３３】
本実施形態によれば、ライナー２の側端部２２，２２を覆う１対のキャップ５，５が、筒状部４の表面とライナー２の側端部の表面との間に形成された段差Ｌを埋めた状態で、連続繊維でヘリカル巻きされた状態の補強層６が形成されている。このため、タンク１には、段差Ｌが起因となった空孔を有しない。これにより、空孔を起因としたタンク１の強度の低下を抑えることができる。
【００３４】
２．タンク１の製造方法について
図４（ａ）〜図４（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５は、図４（ａ）に示す工程を説明するための図である。図６は、図４（ａ）に示す別の工程を説明するための図である。
【００３５】
まず、図４（ａ）に示すように、口金３，３を備えたライナー２を準備し、図５に示すように、ライナー２をマンドレルとして、ライナー２の軸心ＣＬの周りを回転するように、巻付機に取付ける。
【００３６】
次に、強化繊維４２に樹脂が含浸された繊維強化樹脂シート４１Ａ（ＦＲＰシート）を準備する。ここで、繊維強化樹脂シート４１Ａの幅は、ライナー２の胴体部２１の長さと略同じである。
【００３７】
繊維強化樹脂シート４１Ａは、例えば、上述した織物状の繊維に樹脂を含浸させたものであってもよいが、本実施形態では、繊維強化樹脂シート４１Ａの長手方向（一方向）に沿って強化繊維４２が引き揃えられ、これに樹脂が含浸された繊維強化樹脂シート４１Ａを用いる。このような繊維強化樹脂シート４１Ａは、たとえば、連続繊維からなる繊維束を開繊し、開繊した連続繊維に、樹脂を含浸することにより得ることができる。
【００３８】
次に、ライナー２を回転させながら、ライナー２の周面に繊維強化樹脂シート４１Ａをライナー２の胴体部２１の軸心ＣＬに対して直交する方向から巻回し、１枚の繊維強化樹脂シート４１Ａから、シートワインディング法により筒状部４を成形する。これにより、胴体部２１の軸心ＣＬと直交する方向に、強化繊維４２を配向させることができる。
【００３９】
繊維強化樹脂シート４１Ａの樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、図５に示すヒータ７，７で繊維強化樹脂シート４１Ａを熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱し、繊維強化樹脂シート４１Ａの熱可塑性樹脂が溶融した状態で、繊維強化樹脂シート４１Ａをライナー２の円筒状の胴体部２１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４１Ａ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。
【００４０】
繊維強化樹脂シート４１Ａ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４１Ａをライナー２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。
【００４１】
このようにして、ライナー２に１枚の繊維強化樹脂シート４１Ａを巻き付けることにより、筒状部４をライナー２と共に、簡単かつ短時間で、一体的に成形することができる。
【００４２】
ここで、図４（ａ）に示すように、得られた筒状部４の表面とライナー２の側端部２２の表面との間には、段差Ｌが形成される。そこで、図４（ｂ），図４（ｃ）に示すように、筒状部４の表面とライナー２の側端部２２の表面との間に形成された段差Ｌを埋めるように、ライナー２の両側から１対のキャップ５，５で、側端部２２，２２を覆う。
【００４３】
具体的には、ライナー２に装着された口金３の管状部３１に、キャップ５の通し孔５１を通し、キャップ５の凹部５２に、側端部２２を収容し、これらを当接させる。この状態で、キャップ５の周端面５３は、筒状部４の周端面４５に当接し、キャップ５で段差Ｌを埋めることができる。なお、この際、筒状部４の繊維強化樹脂層４１の樹脂が、熱可塑性樹脂である場合には、筒状部４の周端面４５を、熱可塑性樹脂が軟化するまで加熱して、筒状部４をキャップ５に溶着させてもよい。
【００４４】
次に、図４（ｄ）に示すように、筒状部４と１対のキャップ５，５とを、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し、図１および図２に示す如き補強層６を成形する。具体的には、本実施形態では、一対のキャップ５，５間において、連続繊維６１が、胴体部２１の軸心ＣＬの周りを一周する前に、一方のキャップ５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。
【００４５】
また、この他の巻き付け方法として、一対のキャップ５，５間において、連続繊維６１が、胴体部２１の軸心ＣＬの周りを少なくとも複数回した後に、一方のキャップ５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。
【００４６】
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。
【００４７】
このようにして、図１および図２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、筒状部４の表面とライナー２の側端部２２の表面との間に形成された段差Ｌを、１対のキャップ５，５で埋めた状態で、筒状部４と１対のキャップとを、連続繊維６１でヘリカル巻きすることができる。
【００４８】
これにより、ヘリカル巻きした後のタンク１には、筒状部４の表面とライナー２の側端部２２の表面との間に形成された段差Ｌが起因となる、空孔が形成されない。このような結果、空孔（段差Ｌ）を起因としたタンク１の強度の低下を抑えることができる。
【００４９】
本実施形態では、図４（ａ）および図５に示すように、口金３，３を装着したライナー２を準備して、これに、繊維強化樹脂シート４１Ａを巻き付けた。しかしながら、例えば、円柱状のマンドレルに繊維強化樹脂シート４１Ａを巻き付けて、図６（ａ）に示す筒状体４Ａを成形し、その後、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、筒状体４Ａの内部空間４８に、ライナー２を挿入してもよい。
【００５０】
その後、図６（ｃ），図６（ｄ）に示すように、ライナー２の両側から、口金３，３を装着してもよい。このようにして、筒状部４が形成されたライナー２から、上述した図６（ｂ）〜図６（ｄ）に示す工程を経て、タンク１を製造することができる。
【００５１】
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。
【００５２】
本実施形態では、図５に示すように、口金を装着したライナーに、繊維強化樹脂シートを巻き付けたが、ライナーに繊維強化樹脂シートを巻き付けた後、ライナーに口金を装着してもよい。
【００５３】
またこの他にも、ライナーの一部の胴体部に相当する部材に、繊維強化樹脂シートを巻き付けた後、ライナーの一部である側端部に相当する部分を取り付けてもよく、側端部に口金に相当する部分を予め成形してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１：タンク、２：ライナー、２１：胴体部、２２：側端部、３：口金、３１：管状部、３２：貫通孔、４：筒状部、４１：繊維強化樹脂層、管状部４１Ａ：繊維強化樹脂シート、５：キャップ、５１：通し孔、６：補強層、６１：連続繊維、７：ヒータ、ＣＬ：軸心、Ｌ：段差、Ｓ：収容空間
【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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