説明

タンクの製造方法及び留め部材

【課題】繊維終端部を樹脂繊維層内に織り込む処置を行わずに、繊維終端部を樹脂繊維層に固着する。
【解決手段】タンク2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Fをライナ3の外周面に巻き付けて、ライナ3の外層に樹脂繊維層Aを形成する工程と、樹脂終端部Faを、樹脂の熱硬化温度Tよりも高い融点を有するクリップ30により樹脂繊維層Aに固定する工程と、その後、クリップ30が融解しない熱硬化温度Tで、樹脂繊維層A中の樹脂を熱硬化させる工程と、その後、クリップ30を融解させる工程と、その後、クリップ30を固化させる工程と、を有する。

【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してい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

【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してい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。

【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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【公開番号】特開2009−191927(P2009−191927A)
【公開日】平成21年8月27日(2009.8.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−32332(P2008−32332)
【出願日】平成20年2月13日(2008.2.13)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】