(57)【要約】【課題】耐圧性を向上させ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、繊維束に含まれる炭素繊維に金属を蒸着する工程と、蒸着した繊維束に樹脂を含浸する工程と、ライナー上に繊維束を巻回する工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タンクの製造方法であって、
繊維束に含まれる炭素繊維に金属を蒸着する工程と、
前記繊維束に樹脂を含浸する工程と、
ライナー上に前記繊維束を巻回する工程と、を備える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】
高圧タンクとして、例えば、樹脂製の中空容器であるライナーの外周に、繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics）で構成された補強層を形成したものがある。例えば下記特許文献１には、この高圧タンクを製造する方法が記載されている。下記特許文献１では、ライナー上に繊維束を巻回することで、ライナーの外周に補強層を形成し、高圧タンクを製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１０−１１６５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記高圧タンクでは、タンク内が加圧されたときに、繊維束が伸びるおそれがある。そうすると、繊維束の伸びによって繊維束が破断するおそれがあった。
【０００５】
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、耐圧性を向上させ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】
【０００６】
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、高圧タンクの製造方法であって、繊維束に含まれる炭素繊維に金属を蒸着する工程と、前記繊維束に樹脂を含浸する工程と、ライナー上に前記繊維束を巻回する工程と、を備える。
【０００７】
かかる方法によれば、タンク内に例えば圧縮ガスを充填してタンクが加圧されたときに、繊維束が伸びることを、繊維束に蒸着した金属によってとどめることができるので、タンクの耐圧性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、耐圧性を向上させ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】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における高圧タンクの製造工程の一部を示すフローチャートである。
【図２】バースト圧試験結果について比較するためのグラフである。
【図３】高圧タンクのＸ線ＣＴ画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態における高圧タンクの製造工程の一部を示すフローチャートである。高圧タンクは、ライナーと、当該ライナー上に繊維束を巻回した層（補強層）とを備え、例えば水素燃料供給源としての高圧水素タンクに用いられる。
【００１２】
（ステップＳ１０）
まず、炭素繊維の表面にＴａ（タンタル）をスパッタ成膜する。この炭素繊維は、後工程でＦＷ法によってライナー上に巻回される繊維束に用いられるものである。なお、本実施形態ではＴａ（タンタル）を用いるが、これに限定されず、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｐｔ（白金）、Ｍ（モリブデン）、Ｈｆ（ハフニウム）、これらを含む合金（例えばＷＣ、ＴａＮ、ＷＢ）を用いることも可能である。
【００１３】
（ステップＳ２０）
次いで、ステップＳ１０において金属蒸着した炭素繊維に、エポキシ樹脂等の熱硬化樹脂を含浸する。
【００１４】
（ステップＳ３０）
次いで、ステップＳ２０においてエポキシ樹脂を含浸した繊維束を、ＦＷ法によってライナー上に巻回する。なお、ライナーは、内部に水素を充填するための空間（内殻）を形成するものであり、例えば樹脂成形によって作製される。このライナーを補強するために、ライナーの外周が繊維束によって覆われる。
【００１５】
（ステップＳ４０）
次いで、巻回された繊維束を加熱硬化させ、ライナー上に繊維束を巻回した補強層を有する高圧タンクが作製される。
【００１６】
上述したステップＳ１０〜Ｓ４０の工程を経て作製された高圧タンクについて、バースト圧試験（高圧タンクのバースト強度を検査するための試験）を行った（以下、本試験とも称する）。その結果を図２に示す。
【００１７】
図２は、水圧を２００ＭＰａまで加えた場合の試験結果（バースト圧試験結果）を比較するグラフである。図２の「銅メッキ」は、めっき法により銅をめっきした炭素繊維を用いた高圧タンク（以下、銅めっき高圧タンク）のバースト圧試験結果を示す。図２の「処理無し」は、炭素繊維に金属被覆をせずに作製した高圧タンク（以下、従来高圧タンク）のバースト圧試験結果を示す。図２の「タンタルスパッタ」は、スパッタ、蒸着又はイオンプレーティング等で表面のみにタンタルを金属被覆した炭素繊維を用いて作製した高圧タンク（以下、タンタルスパッタ高圧タンク）のバースト圧試験結果を示す。
【００１８】
図２に示すように、銅めっき高圧タンクでは、従来高圧タンクと比較して、バースト圧が低下した。本試験では、銅めっき高圧タンクは、従来高圧タンクよりも約１０ＭＰａ程度バースト圧が低下し、強度が低下することが確認された。これは、めっき法のような液体含浸では炭素繊維内部まで被覆され、繊維のばらけにより繊維束としての強度が低下してしまうことを示している。
【００１９】
一方で、タンタルスパッタ高圧タンクでは、従来高圧タンクと比較して、バースト圧が向上した。本試験では、タンタルスパッタ高圧タンクは、従来高圧タンクよりも約１１ＭＰａ程度のバースト圧が高まり、強度が上昇することが確認された。これは、スパッタや蒸着等で繊維束を構成する炭素繊維表面のみに金属被覆すると、タンク内が加圧されたときに、繊維束が伸びることを繊維束に蒸着した金属によってとどめることができるためである。このように繊維束の伸びを蒸着した金属によってとどめることで、タンクの耐圧性を向上させることができる。
【００２０】
上述したステップＳ１０〜Ｓ４０の工程を経て作製された高圧タンクを用いて、Ｘ線ＣＴ検査を行った。図３に、Ｘ線ＣＴ検査を行ったときの高圧タンクの画像を示す。
【００２１】
上述した従来高圧タンク（炭素繊維に金属被覆をせずに作製した高圧タンク）では、Ｘ線ＣＴ画像によっては、内部を非破壊で観察することができない。また上述した銅めっき高圧タンク（銅めっきを被覆した炭素繊維を用いて作製した高圧タンク）においては、銅（Ｃｕ）ではＸ線の吸収量が少ないため、小型（例えば５ｃｍ×５ｃｍ）のＸ線ＣＴ検査では観察できるが、この小型より大きなサイズのタンクであると、解像度が低下するためＸ線ＣＴ検査で観察することができない。これに対し、本実施形態における高圧タンクでは、図３に示すＸ線ＣＴ検査での画像に示すように、内部を非破壊で観察することができる（図３に示すタンタルＴａ）。このように、炭素繊維表面のみにタンタルＴａを被覆した繊維束を用いて高圧タンク１を作製することで、Ｘ線ＣＴ検査で観察しながらバースト圧試験等、内部を非破壊で検査することができる。
【００２２】
なお、上記ステップＳ１０において、炭素繊維に硬度Ｈｖ５０以上の金属を被覆することが好ましい。好適には、上記したように、タンタルを炭素繊維表面に被覆する材料として用いることが好ましい。タンタルは空気中で不動態となり耐酸性が強いため、エポキシ内の酸触媒に高い耐性を有する。
【００２３】
また、硬度Ｈｖ５０以上の金属を被覆した炭素繊維を、タンクの破壊起点部位（弱部位）に用いることが好ましい。このタンクの破壊起点部位（弱部位）としては、ライナーを覆うＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）層のうちの内側１／２の部位（内層側のフープ巻の部位）が挙げられる。このように、破壊強度への寄与率が低い外層側のヘリカル巻ではなく、タンクの破壊起点部位（弱部位）となる内層側のフープ巻に、硬度Ｈｖ５０以上の金属を被覆した炭素繊維を用いてタンクを作製することで、タンクの耐圧性を向上させることができる。
【００２４】
また、上記ステップＳ１０において、密度９．０ｍｇ／ｃｍ3以上の金属を表面に被覆した炭素繊維を、長手方向３０ｃｍ以上のタンクに用いることが好ましい。密度９．０ｍｇ／ｃｍ3以上の金属を被覆することで、Ｘ線吸収を高めることができる。したがって、密度９．０ｍｇ／ｃｍ3以上の金属を表面に被覆した炭素繊維を用いて作製した高圧タンクでＸ線ＣＴ検査を行うことにより、ＣＴ観察しながらタンクの内部構造を非破壊で検査することができる。
【００２５】
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】
【００２６】
１：高圧タンク
Ｔａ：タンタル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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