(57)【要約】【課題】噴付装置の部材等に固着した熱硬化性樹脂によるタンク容器の損傷を抑制する。【解決手段】発明の高圧ガスタンクの製造装置は、タンク容器を加熱する加熱装置と、タンク容器を支持してその中心軸を中心として回転させる回転装置と、タンク容器の上方に配置され、タンク容器に向けて流体を噴き付けることによって、タンク容器の繊維層の熱硬化性樹脂内の気泡を除去する噴付装置と、タンク容器の上方に配置され、気泡が除去される際に、タンク容器の上方へ向けて飛散する熱硬化性樹脂を付着させる下面を有する樹脂飛散防護部材と、付着した熱硬化性樹脂が流動状態を維持するように樹脂飛散防護部材を加熱するヒーターと、を備える。樹脂飛散防護部材は、熱硬化性樹脂が付着する下面の樹脂付着領域が連続的に下方に向けて傾斜するとともに、樹脂飛散防護部材を平面視した樹脂付着領域のうちの最下端部がタンク容器の外側の位置に存在する形状を有している。【選択図】図１
2017222040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスタンクの製造装置であって、
未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻き付けられた繊維層を有するタンク容器を加熱する加熱装置と、
前記タンク容器の中心軸を水平に支持し、前記中心軸を中心として回転させる回転装置と、
前記タンク容器の上方に配置されており、下方の前記タンク容器に向けて流体を噴き付けることによって、前記繊維層の前記未硬化の熱硬化性樹脂内の気泡を除去する噴付装置と、
前記タンク容器の上方に配置されており、前記気泡が除去される際に、前記タンク容器の上方へ向けて飛散する前記未硬化の熱硬化性樹脂を付着させる下面を有する樹脂飛散防護部材と、
付着した前記未硬化の熱硬化性樹脂が流動状態を維持するように前記樹脂飛散防護部材を加熱するヒーターと、
を備え、
前記樹脂飛散防護部材は、前記未硬化の熱硬化性樹脂が付着する前記下面の樹脂付着領域が、連続的に下方に向けて傾斜するとともに、前記樹脂飛散防護部材を平面視した状態で前記樹脂付着領域のうちの最下端部が前記タンク容器の外側の位置に存在する形状を有している、
製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高圧ガスタンクの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、高圧ガスタンクの製造装置において、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻き付けられた繊維層を有するタンク容器を加熱する加熱装置と、タンク容器を支持してタンク容器の中心軸を中心として回転させる回転装置と、タンク容器に空気を噴き付ける噴付装置と、を備える装置の例が開示されている。この製造装置では、噴付装置による空気の噴き付けによって、タンク容器の繊維層の表層に発生した気泡を除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０５７７５３号
【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、上記製造装置では、加熱装置による加熱によって流動状態となっている低粘度の熱硬化性樹脂が、噴付装置による空気の噴き付けによってタンク容器から飛散し、噴付装置の配管等の部材に付着して硬化する場合がある。そして、その部材に固着した樹脂が、回転装置によって回転するタンク容器に接触した場合、タンク容器の表面にキズを発生させてしまう可能性がある。
【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、高圧ガスタンクの製造装置が提供される。この高圧ガスタンクの製造装置は、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻き付けられた繊維層を有するタンク容器を加熱する加熱装置と；前記タンク容器の中心軸を水平に支持し、前記中心軸を中心として回転させる回転装置と；前記タンク容器の上方に配置されており、下方の前記タンク容器に向けて流体を噴き付けることによって、前記繊維層の前記熱硬化性樹脂内の気泡を除去する噴付装置と；前記タンク容器の上方に配置されており、前記気泡が除去される際に、前記タンク容器の上方へ向けて飛散する前記未硬化の熱硬化性樹脂を付着させる下面を有する樹脂飛散防護部材と；付着した前記未硬化の熱硬化性樹脂が流動状態を維持するように前記樹脂飛散防護部材を加熱するヒーターと；を備える。前記樹脂飛散防護部材は、前記未硬化の熱硬化性樹脂が付着する前記下面の樹脂付着領域が、連続的に下方に向けて傾斜するとともに、前記樹脂飛散防護部材を平面視した状態で前記樹脂付着領域のうちの最下端部が前記タンク容器の外側の位置に存在する形状を有している。
この形態の高圧ガスタンクの製造装置によれば、樹脂付着領域に付着した未硬化の熱硬化性樹脂を樹脂付着領域の傾斜に沿って樹脂付着領域のうちの最下端部へ向けて移動させ、タンク容器の外側に排出させることができる。これにより、タンク容器の上方に存在する噴付装置の部材等に熱硬化性樹脂が固着することを抑制することが可能であり、固着した熱硬化性樹脂によるタンク容器の損傷を抑制することができる。
【０００７】
本発明は、上記高圧ガスタンクの製造装置や高圧ガスタンクの製造方法等の種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態として高圧ガスタンクの製造装置に含まれる熱硬化処理装置の構成を示す概略正面図である。
【図２】熱硬化処理装置の構成を示す概略側面図である。
【図３】比較例の熱硬化処理装置の構成を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態：
図１は、一実施形態として高圧ガスタンクの製造装置に含まれる熱硬化処理装置１００の構成を示す概略正面図である。図２は、熱硬化処理装置１００の構成を示す概略側面図である。図中で、互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸のうち、Ｘ軸及びＺ軸は水平面と平行であり、＋Ｙ方向は鉛直上方を示し、−Ｙ方向は鉛直下方を示す。Ｚ方向は、熱硬化処理装置１００による熱硬化処理の対象であるタンク容器１０の中心軸ＣＸに沿った方向を示す。なお、図２は、図１における熱硬化処理装置１００の＋Ｚ方向側の側面を見た図であり、図示の便宜上、加熱装置１１０、回転装置１２０、及びアーム駆動部１３２を省略するともに、タンク容器１０を断面図で示している。
【００１０】
処理対象のタンク容器１０は、中空のタンク容器本体１４と、タンク容器本体１４の外表面に形成された繊維層２１とを有している。タンク容器本体１４は、筒状のシリンダ部１１とシリンダ部１１の両側のドーム部１２，１３とで構成される。繊維層２１は、タンク容器本体１４の外表面に、未硬化の熱硬化性樹脂２２を含浸させた繊維（「樹脂含浸繊維」とも呼ぶ）をフィラメントワインディング法により巻き付けることによって形成される。なお、タンク容器本体１４は、ナイロン系樹脂などの樹脂を用いて構成される。樹脂含浸繊維には、炭素繊維等の剛性の高い繊維にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させたものが用いられる。
【００１１】
熱硬化処理装置１００は、加熱装置１１０と、回転装置１２０と、噴付装置１３０と、樹脂飛散防護部材１４０と、ヒーター１５０と、樹脂受パン１６０と、制御装置１７０と、を備えている。回転装置１２０と噴付装置１３０と樹脂飛散防護部材１４０とヒーター１５０と樹脂受パン１６０は、加熱装置１１０の室内１１２に配置されている。
【００１２】
加熱装置１１０は、室内１１２の壁面に設けられたブロワ―１１４から送出される加熱空気によって室内１１２を加熱し、これによって処理対象のタンク容器１０の全体を、熱硬化処理のために予め定められた温度および時間で加熱する。
【００１３】
回転装置１２０は、タンク容器１０の中心軸ＣＸを中心として、タンク容器１０を所定の回転速度で回転可能なように、タンク容器１０を両端から保持するシャフトであるタンク取付部１２１，１２２を有している。また、回転装置１２０は、タンク取付部１２１，１２２を介してタンク容器１０に回転駆動力を付与する回転駆動部１２３を有している。
【００１４】
噴付装置１３０は、タンク容器１０の上方（＋Ｙ方向）に配置されており、下方（−Ｙ方向）のタンク容器１０に向かって空気を噴出するノズル１３３を備える。ノズル１３３は、図２に示すように、タンク容器１０の中心軸ＣＸの上方に配置されたノズル支持アーム１３１に取り付けられて、タンク容器１０の中心軸ＣＸから−Ｘ方向にずれたタンク容器１０の外表面の上方（＋Ｙ方向）の位置に配置されている。また、ノズル１３３は、図１に示すように、一列に並ぶ複数（図では５つ）のノズル部分１３３ａを有している。各ノズル部分１３３ａには分岐配管１３６が接続されており、分岐配管１３６はノズル支持アーム１３１に取り付けられた主配管１３５に接続されている。主配管１３５には、不図示のポンプが接続されている。各ノズル部分１３３ａは、図２に示すように、ポンプから送出されて主配管１３５及び分岐配管１３６を介して供給される空気を、それぞれ、下方のタンク容器１０に向かって噴出する。タンク容器１０に向かって噴出された空気は、後述するように、タンク容器１０の繊維層２１の表層に発生する気泡２４を除去する。
【００１５】
なお、ノズル支持アーム１３１は、図２に示すように、タンク容器１０の中心軸ＣＸの上方で、Ｙ軸に平行な中心軸ＣＹを中心として水平に旋回する旋回アームである。ノズル支持アーム１３１がアーム駆動部１３２によって駆動されることによって、噴付装置１３０の全体が中心軸ＣＹを中心として旋回する。これにより、噴付装置１３０は、タンク容器１０のシリンダ部１１に向かって、−Ｘ方向側の上方から、あるいは、＋Ｘ方向側の上方から空気を噴出することができ、タンク容器１０の＋Ｚ方向側のドーム部１２あるいは−Ｚ方向側のドーム部１３に向かって空気を噴き付けることができる。
【００１６】
樹脂飛散防護部材１４０は、平板形状を有しており、図１及び図２に示すように、その下面１４４がタンク容器１０の方向を向くように、タンク容器１０の上方に配置されている。また、樹脂飛散防護部材１４０は、図２に示すように、樹脂飛散防護部材１４０を上方視した状態で噴付装置１３０のノズル支持アーム１３１や主配管１３５、分岐配管１３６を覆うように配置されている。さらにまた、樹脂飛散防護部材１４０は、図１及び図２に示すように、水平面（ＸＺ平面）に対して、−Ｚ方向側および−Ｘ方向側が下方に向けて傾斜した状態で配置されている。また、樹脂飛散防護部材１４０は、傾斜した下面１４４のうち最も下方となる最下端部１４４ｅが、樹脂飛散防護部材１４０を下方視した状態でタンク容器１０よりも外側、図１及び図２の例では、タンク容器１０の−Ｚ方向側の端部よりも−Ｚ方向側となるように配置される形状を有している。なお、樹脂飛散防護部材１４０については、さらに後述する。
【００１７】
ヒーター１５０は、樹脂飛散防護部材１４０の上面１４３に設けられている。ヒーター１５０は、樹脂飛散防護部材１４０が流動状態を維持する予め定められた温度となるように樹脂飛散防護部材１４０を加熱する。樹脂飛散防護部材１４０として用いられる部材に特に制限はないが、熱伝導性および耐熱性を満たす部材であることが好ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、銅などの金属や、高熱伝導性の樹脂等の種々の部材を用いることができる。
【００１８】
樹脂受パン１６０は、タンク容器１０の下方に配置されており、後述するように、熱硬化処理の過程において、タンク容器１０から離脱した熱硬化性樹脂２２の廃材（「廃樹脂」とも呼ぶ）を回収する容器である。
【００１９】
制御装置１７０は、加熱装置１１０、回転装置１２０、噴付装置１３０、アーム駆動部１３２、及びヒーター１５０の動作を制御する。
【００２０】
熱硬化処理装置１００は、タンク取付部１２１，１２２に取り付けられたタンク容器１０を、回転駆動部１２３によって、水平な中心軸ＣＸを中心として、あらかじめ定めた回転速度で回転させつつ、加熱装置１１０によって、あらかじめ定めた温度(例えば約１３０℃）および時間（例えば約７〜８時間程度）で加熱する。これにより、熱硬化処理装置１００は、タンク容器本体１４の外表面の繊維層２１に含まれる熱硬化性樹脂２２を熱硬化させ、タンク容器本体１４の外表面に繊維強化樹脂層（「繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）層」とも呼ぶ）が形成された高圧ガスタンクを作製する。
【００２１】
ここで、上記の熱硬化処理において、繊維層２１に含まれる熱硬化性樹脂２２は、加熱によって、まず、粘度の低い流動状態となり、その後、更なる加熱の継続により、熱硬化性樹脂２２の架橋反応が進行して硬化する。熱硬化性樹脂２２が低粘度の流動状態となっている過程において、繊維層２１に含まれる流動状態の熱硬化性樹脂２２には、樹脂含浸繊維中に元々入り込んでいた空気や樹脂含浸繊維の巻き付けの際に繊維間に入り込んだ空気によって気泡２４が発生する。この気泡２４は、回転による遠心力に応じて繊維層２１の外表面側（表層側）へと移動する熱硬化性樹脂２２とともに繊維層２１の表層側へ移動する。そこで、気泡２４が発生している繊維層２１の表層部分に、ノズル１３３から空気を噴き付けて、気泡２４を破泡させ、また、気泡２４を含む熱硬化性樹脂２２を繊維層２１から離脱させることにより、気泡２４を除去することができる。離脱させた熱硬化性樹脂２２の液滴は、タンク容器１０の下部に配置された樹脂受パン１６０に落下して廃樹脂として回収される。
【００２２】
図３は、比較例の熱硬化処理装置１００Ｒの構成を示す概略側面図であり、図２に対応する図である。比較例の熱硬化処理装置１００Ｒは、樹脂飛散防護部材１４０及びヒーター１５０が省略されている点を除いて実施形態の熱硬化処理装置１００と同じである。
【００２３】
上述したように、気泡除去において、タンク容器１０の繊維層２１から離脱させた熱硬化性樹脂２２には、落下して廃樹脂として回収されるものだけでなく、空気中を飛散して上方へ移動するものも存在する。比較例の熱硬化処理装置１００Ｒでは、このような上方へ飛散した熱硬化性樹脂２２は、噴付装置１３０のノズル支持アーム１３１や主配管１３５、分岐配管１３６に付着して硬化する。この熱硬化性樹脂２２の噴付装置１３０への固着が断続的に続くことにより、硬化した熱硬化性樹脂２２がつらら状に成長し、最終的に、回転装置１２０によって回転するタンク容器１０に接触した場合、タンク容器１０の繊維層２１に損傷を与えてしまう可能性がある。また、固着した熱硬化性樹脂２２が欠けて、それにより発生した欠片がタンク容器１０の繊維層２１に付着した場合、作製された高圧ガスタンクの品質低下を招く可能性もある。
【００２４】
一方、実施形態の熱硬化処理装置１００（図１，図２）では、上述のように、回転装置１２０に支持されたタンク容器１０の上方に樹脂飛散防護部材１４０及びヒーター１５０を備えている。そして、上述したように、樹脂飛散防護部材１４０は、その下面１４４がタンク容器１０の方向を向くように、タンク容器１０の上方に配置され、樹脂飛散防護部材１４０を上方視した状態で噴付装置１３０のノズル支持アーム１３１や主配管１３５、分岐配管１３６を覆うように配置されている。これにより、飛散した熱硬化性樹脂２２は、樹脂飛散防護部材１４０の下面１４４に付着することになるので、噴付装置１３０のノズル支持アーム１３１や主配管１３５、分岐配管１３６への熱硬化性樹脂２２の付着を抑制することができる。
【００２５】
また、上述したように、樹脂飛散防護部材１４０は、水平面（ＸＺ平面）に対して、−Ｚ方向側および−Ｘ方向側が下方に向けて傾斜した状態で配置されており、傾斜した下面１４４のうち最も下方となる最下端部１４４ｅが、樹脂飛散防護部材１４０を下方視した状態でタンク容器１０よりも外側となるように配置されている。そして、樹脂飛散防護部材１４０は、ヒーター１５０によって予め定められた温度となるように加熱されている。この予め定められた温度は、下面１４４に付着した熱硬化性樹脂２２が低粘度の流動状態を維持することが可能な温度に設定されることが好ましい。これにより、樹脂飛散防護部材１４０の下面１４４に付着した熱硬化性樹脂２２を、低粘度の流動状態を維持させたまま下面１４４を傾斜に沿って最下端部１４４ｅへ向けて流し、タンク容器１０を下方視した状態でタンク容器１０の外側に位置する最下端部１４４ｅから樹脂受パン１６０へ向けて排出することができる。
【００２６】
従って、実施形態の熱硬化処理装置１００では、タンク容器１０の上方でつらら状に樹脂が形成されることを抑制することができ、つらら状に形成される樹脂によってタンク容器１０の表面にキズが発生することや、樹脂の欠片の付着によって、作製した高圧ガスタンクの品質が低下すること、を抑制することができる。
【００２７】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００２８】
（１）変形例１
タンク容器としては、樹脂性だけでなく金属性等の種々のタンク容器を用いることができる。また、樹脂含浸繊維の繊維としては、炭素繊維だけでなく金属繊維やガラス繊維、アラミド繊維などの種々の強化繊維、これらの混合繊維等の種々の繊維を適用することができる。また、樹脂含浸繊維の熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂だけでなくポリアミド樹脂やフェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の種々の樹脂を適用することができる。また、繊維層を形成する方法としては、フィラメントワインディング法だけでなくハンドレイアップ法やテープワインディング法等の種々の一般的な方法を適用することができる。
【００２９】
（２）変形例２
実施形態の樹脂飛散防護部材１４０は平板形状を有しており、その下面１４４が平面であり、水平面（ＸＺ平面）に対して、−Ｚ方向側および−Ｘ方向側が下方に向けて傾斜した状態で配置されている場合（図１，図２）を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、下面１４４の傾斜は、水平面に対して−Ｘ方向及びーＺ方向ではなく、−Ｚ方向側のみが下方に向けて傾斜した状態で配置されていてもよい。また、樹脂飛散防護部材１４０の下面１４４が平面でなく滑らかな曲面であってもよい。また、下面１４４の全体が傾斜している必要はなく、少なくとも、熱硬化性樹脂２２が付着する樹脂付着領域が傾斜してれいばよい。すなわち、樹脂飛散防護部材１４０は、その下面１４４のうちの樹脂付着領域が、連続的に下方に向けて傾斜するとともに、樹脂飛散防護部材１４０を平面視した状態で樹脂付着領域のうちの最下端部がタンク容器１０の外側の位置に存在する形状を有していればよい。
【００３０】
（３）変形例３
実施形態の噴付装置１３０は、タンク容器１０に向かって空気を噴き付けているが、空気以外の気体や、液体等の種々の流体を噴き付ける構成としてもよい。
【００３１】
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例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、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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】
【００３２】
１０…タンク容器
１１…シリンダ部
１２…ドーム部
１３…ドーム部
１４…タンク容器本体
２１…繊維層
２２…熱硬化性樹脂
２４…気泡
１００…熱硬化処理装置
１００Ｒ…熱硬化処理装置
１１０…加熱装置
１１２…室内
１１４…ブロワ―
１２０…回転装置
１２１，１２２…タンク取付部
１２３…回転駆動部
１３０…噴付装置
１３１…ノズル支持アーム
１３２…アーム駆動部
１３３…ノズル
１３３ａ…ノズル部分
１３５…主配管
１３６…分岐配管
１４０…樹脂飛散防護部材
１４３…上面
１４４…下面
１４４ｅ…最下端部
１５０…ヒーター
１６０…樹脂受パン
１７０…制御装置
ＣＸ…中心軸
ＣＹ…中心軸
【図１】
2017222040.tif 000003
【図２】
2017222040.tif 000004
【図３】
2017222040.tif 000005