(57)【要約】【課題】繊維強化樹脂中に気泡が形成されることを抑制することにより、タンク表面の凹凸や轍の発生を抑制することができる高圧タンクの製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係る高圧タンクの製造方法は、熱硬化性樹脂の粘度が流動性を有する所定値に達するまでタンク本体を加熱装置により加熱する加熱工程と、所定値に達した後に、所定値以下で所定時間以上維持するように、タンク本体の外部から樹脂表面を冷却する冷却装置と加熱装置を用いて温度調整する温度調整工程とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントワインディング法により熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維をライナーに巻き付けた高圧タンクの製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂の粘度が流動性を有する所定値に達するまでタンク本体を加熱装置により加熱する加熱工程と、
前記所定値に達した後に、前記所定値以下で所定時間以上維持するように、タンク本体の外部から前記熱硬化性樹脂表面を冷却する冷却装置と前記加熱装置を用いて温度調整する温度調整工程と、
を備えることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項２】
前記所定値は、誘電率計測用熱電対において計測周波数１０Ｈｚで測定した際のイオン抵抗が７．８以下であり、前記所定時間は２０分以上であることを特徴とする請求項１に記載の高圧タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガス（水素ガス等）を貯蔵する高圧タンクの開発が進んでいる。特に、車載用の高圧タンクにおいては、強度や軽量化等の観点から、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics : 繊維強化プラスチック）製のものが有力視されている。
【０００３】
この種の高圧タンクの製造では、フィラメントワインディング法（以下、「ＦＷ法」という。）が用いられる。このＦＷ法では、まず、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維をライナーの外周に繰り返し巻回して、ライナーの外周に繊維強化樹脂層を形成する。そして、その後に当該繊維強化樹脂層に含まれる熱硬化樹脂を加熱して熱硬化させることで、ライナーを繊維強化樹脂層で被覆・補強した高圧タンクが製造される。
【０００４】
ところで、ＦＷ法による高圧タンクを製造する際には、繊維強化樹脂中に気泡が形成されることが知られている。この気泡を抑制するための技術が下記特許文献１で提案されている。下記特許文献１では、熱硬化処理工程において、繊維層の表層に染み出した熱硬化性樹脂を、エアの噴き付けによってタンク容器から脱落させる気泡抑制処理を行っている。これにより、熱硬化性樹脂の量を低減させて、タンク容器の表層に発生する気泡の量を低減できる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１３−０５７７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では、樹脂の粘度に応じた気泡抑制処理を行っているものの、気泡の抑制に関して改善する余地が依然として残されていた。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、繊維強化樹脂中に気泡が形成されることを抑制することにより、タンク表面の凹凸や轍の発生を抑制することができる高圧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】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る高圧タンクの製造方法は、フィラメントワインディング法により熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維をライナーに巻き付けた高圧タンクの製造方法であって、前記熱硬化性樹脂が流動性を有する粘度に相当する所定値に達するまでタンク本体を加熱装置により加熱する加熱工程と、前記所定値に達した後に、前記所定値以下で所定時間以上維持するように、タンク本体の外部から樹脂表面を冷却する冷却装置と前記加熱装置を用いて温度調整する温度調整工程と、を備える。また、前記所定値は、誘電率計測用熱電対において計測周波数１０Ｈｚで測定した際のイオン抵抗が７．８であり、前記所定時間は２０分であることも好ましい。
【０００９】
かかる方法によれば、熱硬化性樹脂の粘度が流動性を有する所定値以下で所定時間以上維持するように、冷却装置及び加熱装置で温度調整することにより、熱硬化性樹脂の粘度が流動可能な状態が従来の熱硬化処理工程と比較して長時間継続され、これにより気泡の除去が促進される。このように気泡の除去が促進されるので、気泡の残留に起因して発生するタンク表面の凹凸や轍を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、繊維強化樹脂中に気泡が形成されることを抑制することにより、タンク表面の凹凸や轍の発生を抑制することができる高圧タンクの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】高圧タンクの製造工程の手順を示す説明図である。
【図２】（Ａ）時間と温度の関係を示すグラフ（Ｂ）時間と粘度の関係を示すグラフである。
【図３】熱硬化処理装置の構成を示す概略図である。
【図４】図３に示す熱硬化処理装置を用いた実験結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態としての高圧タンクの製造工程の手順を示すフローチャートである。この製造工程では、フィラメントワインディング法（ＦＷ法）によって水素などの高圧流体を貯蔵する高圧タンクを製造する。
【００１４】
（ステップ１０）
まず、高圧タンクの本体部を構成するタンク容器（以下、ライナーとも呼ぶ）が準備される。この工程では、ライナーの外表面に、熱硬化性樹脂が含浸された強化繊維を巻き付けた補強層が形成される。ライナーは、略円筒状のストレート部と、その両端に設けられた略半球状のドーム部とを有する中空容器である。このライナーの表層に、熱硬化性樹脂が予め含浸されている強化繊維が、いわゆるフープ巻やヘリカル巻を組み合わせて巻き付けられる。これによって、ライナーのストレート部及びドーム部を被覆する補強層が形成され、その強度が向上する。なお、強化繊維としては、例えば、エポキシ樹脂が含浸されたカーボン繊維を採用しても良い。以下では、この強化繊維がライナーの外表面に巻き付けられた容器を、「タンク」とも呼ぶ。
【００１５】
（ステップＳ２０、ステップＳ３０）
次いで、補強層に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させる熱硬化処理（ステップＳ２０及びステップＳ３０）が行われる。なお、本明細書では、熱硬化処理によって熱硬化性樹脂を硬化させた後の補強層を「繊維強化樹脂層」とも呼ぶ。
【００１６】
ところで、繊維強化樹脂層には、カーボン繊維の巻き付け時に繊維間に入り込んだ空気や、もともとカーボン繊維内に入り込んでいた空気などが存在する。上述したように、熱硬化処理工程において、熱硬化性樹脂の粘度が比較的低下した状態のときには、そうしたカーボン繊維内に入り込んでいる空気が、熱硬化性樹脂中を移動しやすくなる。従って、熱硬化処理工程において、そうした空気が、熱硬化性樹脂中を繊維層の表層に向かって移動することにより、繊維強化樹脂層の外表面に気泡が発生してしまう。これにより、タンク表面に凹凸や轍が生じる場合がある。そこで、本実施形態では、熱硬化処理の間に、繊維強化樹脂層の表層に析出する気泡を除去するための処理が実行される。具体的には、以下で説明する、温度調整機能を備えた熱硬化処理装置を用いて処理が行われる。
【００１７】
まず、熱硬化処理における加熱工程について説明する。ステップＳ２０（加熱工程）では、熱硬化樹脂の硬化反応が始まる前の温度域で急昇温して（図２（Ａ）の期間Ｔ１）、粘度を早く低下させる。この加熱工程では、熱硬化性樹脂の粘度が流動性を有する所定値Ｒに達するまでタンクを加熱する。このように急昇温することによって、図２（Ｂ）の波線（比較例）及び実線（本発明）から明らかなように、本発明の方が比較例と比べて、低粘度の状態である時間を延ばすことができる。
【００１８】
次いで、ステップＳ３０（温度調整工程）では、熱硬化性樹脂の粘度が流動性を有する所定値Ｒに達した後に、該所定値Ｒ以下で所定時間以上維持するように、タンクの温度調整を行う。なお、この粘度の所定値Ｒ、所定時間の詳細については、後述する。
【００１９】
上記ステップＳ２０（加熱工程）及びステップＳ３０（温度調整工程）を実施する装置としては、例えば、次のような熱硬化処理装置が挙げられる。
【００２０】
図３（Ａ）に示す熱硬化処理装置１０は、タンクを内部に収容すると共に、タンクに温風を吹き付けて加熱する加熱装置１０１と、タンクに向けて冷風を吹き付ける冷却ノズル２０（冷却装置）とを備える。熱硬化処理装置１０内の加熱装置１０１内に載置されたタンクに対しては、まず、ステップＳ２０（加熱工程）の処理が実施され、熱硬化性樹脂の粘度が流動性を有する所定値Ｒに達っするまで加熱される。次いで、冷却ノズル２０から冷風をタンクに向けて吹き付けて、上記ステップＳ３０（温度調整工程）の処理が実施される。なお、温度調整工程において、加熱装置１０１による加熱処理と、冷却ノズル２０による冷却処理は、同時に行っても良く、冷却処理のみを行って温度調整をするようにしても良い。
【００２１】
他の構成としては、図３（Ｂ）に示すように、温度が異なる２つの収容部にタンクを搬送して温度調整する熱硬化処理装置１０ｂが挙げられる。図３（Ｂ）に示す熱硬化処理装置１０ｂは、内部に収容したタンクに向けて温風を吹き付ける加熱装置１０１と、当該加熱装置１０１に隣接して設けられ、タンクに向けて冷風を吹き付ける冷却装置１０２と、加熱装置１０１から冷却装置１０２へタンクを搬送するための搬送装置（図示略）とを備える。まず、加熱処理として、加熱装置１０１内に搬入されたタンクに対して温風が吹き付けられ、熱硬化性樹脂の粘度が流動性を有する所定値Ｒに達っするまで加熱される。所定値Ｒに達した後には、搬送装置により加熱装置１０１から冷却装置１０２へとタンクが搬送され、冷却装置１０２において温度調整処理（タンクに向けて冷風が吹き付けられる処理）が実施される。
【００２２】
なお、上述した、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す熱硬化処理装置１０、１０ｂにおいて、加熱装置１０１からの温風の吹出量・吹出時間や、冷却ノズル２０又は冷却装置１０２からの冷風の吹出量・吹出時間、加熱装置１０１から冷却装置１０２への搬送タイミングについては、適宜調整される。熱硬化処理装置１０、１０ｂを用いたステップＳ２０（加熱工程）からステップＳ３０（温度調整工程）の切替は、内部に収容したタンクの熱硬化性樹脂の粘度をモニターし、当該モニター結果に基づいて切り替えても良いし、制御部（図示略）に格納したデータに基づき予め設定した条件で切り替えても良い。
【００２３】
（実験結果）
続いて、上述した温度調整工程（熱硬化性樹脂の粘度が流動性を有する所定値に達した後に、所定値以下で所定時間以上維持する工程）において、気泡が抑制される好適な値（所定値及び所定時間）を検証するための実験を行った。実験条件として、タンクに吹き付ける温風の温度を６０℃〜１１０℃に変化させ、６０秒維持したときの、硬化後のタンク外観（表面の気泡凸部の有無、表面の樹脂轍の有無）を確認した。なお、粘度の計測方法としては、誘電率計測用熱電対（Ｊタイプ）を用いて計測周波数１０Ｈｚで測定した。
【００２４】
図４（Ａ）に示すＧ６は、温風６０℃を吹き付けたときの熱硬化性樹脂の粘度経時変化を示す。同様に、Ｇ７は、温風７０℃での熱硬化性樹脂の粘度経時変化を示す。Ｇ８は、温風８０℃での粘度経時変化を示す。Ｇ９は、温風９０℃での粘度経時変化を示す。Ｇ１１は、温風１１０℃での粘度経時変化を示す。
【００２５】
図４（Ａ）のＧ１１における気泡発生状況を確認したところ、図４（Ｂ）（比較例）に示すように、タンク外表面に凹凸や轍が存在することが確認された。これは、繊維強化層の外表面に気泡が残留し、タンク表面に凹凸や轍が生じたことを示している。
【００２６】
図４（Ａ）のＧ７、Ｇ８、Ｇ９における温度での気泡発生状況を確認したところ、図４（Ｂ）（本発明）に示すように、タンク表面の凹凸や轍の発生が抑制されていることが確認された。これは、繊維強化層の内部の気泡が除去されたことを示している。
【００２７】
図４の実験結果に示すように、熱硬化処理後のタンク表面に、凹凸や轍の発生が抑制されるためには、誘電率計測用熱電対（Ｊタイプ）において計測周波数１０Ｈｚで測定した際のイオン抵抗が７．８以下であり、２０分以上（所定時間）行うことが好ましい。言い換えれば、樹脂の粘度の所定値は、誘電率計測用熱電対（Ｊタイプ）において計測周波数１０Ｈｚで測定した際のイオン抵抗が７．８以下であり、所定時間は２０分以上であることが好ましい。なお、イオン抵抗は粘度に相関性を有する。
【００２８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０、１０ｂ：熱硬化処理装置
２０：冷却ノズル
１０１：加熱装置
１０２：冷却装置
Ｒ：所定値
【図１】
2017217890.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017217890.tif 000005
【図４】
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