タンク及びその製造方法
【課題】樹脂製ライナの熱劣化を防止できるタンクの製造方法を提供する。
【解決手段】熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材により樹脂製ライナの外周面を被覆する断熱材被覆工程Ｓ１１と、熱硬化性樹脂とその熱硬化性樹脂を含浸した繊維とを含む樹脂含浸繊維により上記断熱材の外周面を被覆するＦＲＰ被覆工程Ｓ１２と、上記熱硬化性樹脂を加熱により硬化する熱硬化工程Ｓ１３とを含むタンクの製造方法。
【解決手段】熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材により樹脂製ライナの外周面を被覆する断熱材被覆工程Ｓ１１と、熱硬化性樹脂とその熱硬化性樹脂を含浸した繊維とを含む樹脂含浸繊維により上記断熱材の外周面を被覆するＦＲＰ被覆工程Ｓ１２と、上記熱硬化性樹脂を加熱により硬化する熱硬化工程Ｓ１３とを含むタンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば天然ガス自動車に搭載される燃料装置、及び燃料電池自動車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、高圧天然ガスタンクや高圧水素タンクが用いられる。このような高圧タンクは、タンク容器本体であるライナと、そのライナを被覆した繊維強化樹脂（以下、「ＦＲＰ」と表記する）層とを備えている。かかる構成を有すると、ライナを薄肉化してもＦＲＰ層によりタンクの高い内圧に耐える強度が維持されるので、タンク自体の軽量化が図れる。ＦＲＰ層は、例えば、熱硬化性樹脂を含浸した繊維をライナの外周面に巻き付け、その熱硬化性樹脂を加熱により熱硬化して形成される。
【０００３】
従来、上記構成を有する高圧タンクとして、種々の目的でＦＲＰ層と他の層とを積層したものが提案されている。例えば特許文献１では、複合容器の製作段階において、使用後の再生資源としての利用を容易ならしめる工夫を加えることを意図して、金属製ライナの外周をＦＲＰで補強した複合容器であって、金属製ライナとＦＲＰ層との間の全面又はその主要部分に離型用フィルムからなる固着防止層を形成させたことを特徴とする天然ガス自動車燃料装置用複合容器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９２８９９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、本発明者は、上記特許文献１に記載のものを始めとする従来のタンクについて詳細に検討を行ったところ、ライナが樹脂製ライナであると熱劣化することを知見した。そこで、本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、樹脂製ライナの熱劣化を防止できるタンクの製造方法及びその製造方法により得られるタンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ＦＲＰ層の形成の際、熱硬化性樹脂の熱硬化に伴う発熱により樹脂製ライナが熱劣化することを見出した。つまり、熱硬化性樹脂の硬化反応は発熱反応であるため、樹脂製ライナの耐熱温度を考慮して熱硬化性樹脂に対する加熱温度を設定しても、樹脂製ライナが曝される温度は、熱硬化性樹脂の硬化時の発熱によって、設定した加熱温度よりも高くなる。その結果、樹脂製ライナの熱劣化が生じてしまうことを見出した。
【０００７】
図６は、従来のタンクを製造するために、ポリアミド６製ライナの外周面をエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維で被覆し、そのエポキシ樹脂を硬化するために加熱したときのライナの温度変化を示すチャートである。（ａ）がライナの温度、（ｂ）が加熱に用いた硬化炉の炉内温度のプロットである。図６によると、硬化炉の炉内温度を約８０℃に保持してエポキシ樹脂を硬化すると、ライナの温度は室温から徐々に上昇する。ところが、ある時点になるとそのライナの温度が急激に上昇し、最高で１７４℃に達する。ポリアミド６製ライナは、１５０℃以上に加熱されるとその破断伸びが急激に低下するため、かかる温度上昇はライナの熱劣化を引き起こす。そこで、本発明者は、樹脂製ライナの上記温度上昇を抑制すべく更に検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明のタンクの製造方法は、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材により樹脂製ライナの外周面を被覆する第１の工程と、熱硬化性樹脂とその熱硬化性樹脂を含浸した繊維とを含む樹脂含浸繊維により上記断熱材の外周面を被覆する第２の工程と、上記熱硬化性樹脂を加熱により硬化する第３の工程とを含む。
【０００９】
上記本発明のタンクの製造方法によると、樹脂製ライナと繊維強化樹脂との間に熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材を挟んだ状態で、樹脂含浸繊維中の熱硬化性樹脂を加熱する。例えば、２５℃、１気圧での乾燥空気の熱伝導率が約０．０２Ｗ／ｍ・Ｋであることからも明らかなように、本発明では、非常に断熱性能に優れた断熱材を採用する。これにより、たとえ熱硬化性樹脂を加熱した際にその樹脂が発熱しても、樹脂製ライナへの伝熱は抑制されるため、そのライナの熱劣化を十分に防止できる。
【００１０】
本発明のタンクの製造方法において、上記断熱材は、ウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材であってもよい。これらの断熱材は、０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有し得るので、本発明の目的を確実に達成することができる。また、断熱材が１ｍｍ以下の厚さを有すると、断熱材を備えることに伴うタンク外径の増大を抑えることができ、タンクを搭載する空間を小さくできるので好ましい。
【００１１】
上記樹脂製ライナを構成する樹脂は、ポリアミド、ポリエチレン及びポリエチレンテレフタレートからなる群より選ばれる１種以上の樹脂であると好ましい。また、上記熱硬化性樹脂は、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びポリビニルエステルからなる群より選ばれる１種以上の樹脂であると好ましい。さらに、上記繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維であると好ましい。それら各材料の組合せは、樹脂製ライナを構成する前記樹脂がポリアミドであり、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、繊維が炭素繊維であり、かつ断熱材がウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材である組合せが特に好ましい。
【００１２】
また、本発明のタンクは、樹脂製ライナと、その樹脂製ライナの外周面を被覆する、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材を含む断熱層と、その断熱層の外周面を被覆する、繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化樹脂層とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、樹脂製ライナの熱劣化を防止できるタンクの製造方法及びその製造方法により得られるタンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を示すタンクの製造方法の工程図である。
【図２】樹脂製ライナに断熱材を被覆する様子を模式的に示す図である。
【図３】樹脂含浸繊維により樹脂製ライナを被覆する様子を模式的に示す図である。
【図４】樹脂含浸繊維層の熱硬化性樹脂を加熱により硬化する様子を模式的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態のタンクを模式的に示す断面図である。
【図６】従来のタンクを製造するために、樹脂製ライナの外周面を樹脂含浸繊維で被覆して加熱したときの樹脂製ライナの温度変化を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１６】
図１は、本実施形態のタンクの製造方法を示す工程図である。本実施形態のタンクの製造方法は、樹脂製ライナの外周面を断熱材で被覆する断熱材被覆工程Ｓ１１と、上記断熱材の外周面を樹脂含浸繊維により被覆するＦＲＰ被覆工程Ｓ１２と、上記樹脂含浸繊維に含まれる熱硬化性樹脂を加熱により硬化する熱硬化工程Ｓ１３とを含む。
【００１７】
まず、断熱材被覆工程Ｓ１１について説明する。図２は、断熱材被覆工程Ｓ１１において樹脂製ライナ２１に断熱材２２を被覆する様子を示す図である。まず、断熱材被覆工程Ｓ１１に先立って、樹脂製ライナ２１と、その樹脂製ライナ２１の長手方向の両端部に取り付けられた口金２３とを有する構造体２４を準備する。樹脂製ライナ２１は、例えば、両端が略半球状である円筒形状を有しており、本明細書ではその略半球状部分をドーム部、筒状胴体部分をストレート部といい、それぞれ符号２１ｄ、２１ｓで表す。
【００１８】
樹脂製ライナ２１を構成する樹脂は、ガスバリア性に優れ、タンクに貯留するガスの外部への透過を抑制できるものであれば特に限定されず、ホモポリマーであってもコポリマーであってもよい。ホモポリマーとしては、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンに代表されるポリオレフィン；ポリスチレン；ポリアミド；ポリイミド；ポリウレタン；エポキシ樹脂；ポリカーボネート；メラミンホルミアルデヒド；ポリアセタール；ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレートに代表されるポリエステル；ポリメタクリル酸メチルに代表されるアクリル樹脂；ポリフェニレンスルフィド；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンに代表されるポリハロオレフィン；並びに、ポリビニルアルコールが挙げられる。また、コポリマーとしては、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリルニトリル−スチレン共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を混合して用いられる。
【００１９】
樹脂製ライナ２１を構成する樹脂は、ガスバリア性に一層優れる観点から、ポリアミド、ポリエチレン及びポリエチレンテレフタレートからなる群より選ばれる１種以上の樹脂であると好ましい。ポリアミドとしては、例えば、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６Ｔ、ポリアミド６Ｉ、ポリアミド９Ｔ、ポリアミドＭ５Ｔ及びポリアミド６１２が挙げられる。ポリエチレンとしては、例えば、高圧法低密度ポリエチレン、直鎖状短鎖分岐ポリエチレン、中低圧法高密度ポリエチレン、及びメタロセン触媒直鎖状短鎖分岐ポリエチレンが挙げられる。上述と同様の観点から、ポリエチレンは中低圧法高密度ポリエチレンであると好ましく、ポリアミドはポリアミド６であると好ましい。
【００２０】
樹脂製ライナ２１の両端には開口部が形成されており、その開口部に口金２３が嵌入されている。口金２３の一方は更に貫通孔を形成し、バルブと嵌合することによりガスの導入又は導出口として機能し、他方は封止されている。口金２３は例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、例えばダイキャスト法等により所定の形状に製造されている。
【００２１】
一方で、樹脂製ライナ２１のドーム部２１ｄを被覆するための断熱材２２ｄと、樹脂製ライナ２１のストレート部２１ｓを被覆するための断熱材２２ｓとを準備する。これらの断熱材２２ｄ及び２２ｓは、最終的に樹脂製ライナ２１を被覆する断熱材２２を形成する。
【００２２】
断熱材２２は、通常、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものであれば特に限定されず、繊維系断熱材及び発泡系断熱材のいずれであってもよい。これらの中では、より高断熱性を発揮できる観点から、発泡系断熱材が好ましい。繊維系断熱材としては、例えば、グラスウールに代表される無機繊維系断熱材、並びに、セルロースファイバー及び羊毛断熱材に代表される天然繊維系断熱材が挙げられる。また、発泡系断熱材としては、ビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、高発泡ポリエチレンフォーム、及びアイシネンフォームが挙げられる。これらの中では、所望の断熱性を有し入手が容易な観点からウレタンフォーム及びフェノールフォームが好ましい。
【００２３】
断熱材２２は、公知の方法により製造してもよく、市販のモノを入手してもよい。また、断熱材２２として、フィルム状又はシート状の断熱材を単層で用いてもよく、２層以上積層して用いてもよい。２層以上積層して用いる場合、各層の断熱材は互いに異なっていても同一であってもよい。
【００２４】
断熱材２２を公知の方法により製造する場合において、その熱伝導率を０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下にするには、断熱材２２を構成する固体部分の材質として熱伝導率が低い材質を選択したり、断熱材２２が内包する気体部分の割合を多くしたりすればよい。
【００２５】
また、断熱材２２の耐熱性を高めるため、断熱材２２の固体部分が難燃剤を含有するものであると好ましい。そのような難燃剤としては、例えば、臭素化合物、リン化化合物、無機系粒子（例えばシリカ、アルミナ）が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。難燃剤を添加することにより、断熱材２２が例えば１５０℃以上に加熱されても、その熱劣化を抑制することができる。
【００２６】
断熱材２２の熱伝導率は、本発明の目的を達成すると共に、タンクを更に小型化する観点から、０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下であると好ましい。なお、本明細書において、熱伝導率はレーザーフラッシュ法（ＪＩＳＲ１６１１−１９９７）、熱線法（プローブ法）により測定される。
【００２７】
断熱材２２の厚さは特に限定されないが、１ｍｍ以下であるとタンクの更なる小型化を実現できるので好ましい。同様の観点から、断熱材２２の厚さは２．０ｍｍ以下であるとより好ましく、１．０ｍｍ以下であると更に好ましい。
【００２８】
本発明による作用効果をより確実かつ有効に奏する観点から、断熱材２２は、熱伝導率と厚さとの積（熱伝導率×厚さ）が０．０６７ｍ2・Ｋ／Ｗ以下であると好ましく、０．０３３０６７ｍ2・Ｋ／Ｗ以下であるとより好ましい。
【００２９】
また、断熱材２２の厚さを部分的に変化させてもよい。例えば、後述の樹脂含浸繊維層２６における熱硬化性樹脂は、その下地の形状によって発熱の程度が変化する。樹脂製ライナ２１のドーム部２１ｄに対応する部分での発熱の方が、ストレート部２１ｓに対応する部分での発熱よりも小さい。そこで、断熱材２２ｄの厚さを断熱材２２ｓの厚さよりも薄くすることが好ましい。これにより、熱硬化性樹脂の発熱に伴う樹脂製ライナ２１の熱劣化を有効に防止すると同時に、タンクの小型化を効率的に図ることができる。
【００３０】
断熱材被覆工程Ｓ１１では、まず、円筒状の断熱材２２ｓによって樹脂製ライナ２１のストレート部２１ｓ外周面を被覆する。図２の（ａ）に示すように、断熱材２２ｓは、予め円筒状に成形されていてもよい。あるいは、図示していないが、シート状又はフィルム状の断熱材を樹脂製ライナ２１のストレート部２１ｓ外周面の全体に巻き付けた後、その両端を互いに接着することで、円筒状の断熱材２２ｓを得てもよい。
【００３１】
次いで、略半球状（ただし口金２３に対応する部分は切り抜かれている。）の断熱材２２ｄによって樹脂製ライナ２１のドーム部２１ｄ外周面を被覆する。図２の（ｂ）に示すように、断熱材２２ｄは、予め略半球状に成形されていてもよい。あるいは、図示していないが、シート状又はフィルム状の断熱材であって、ドーム部２１ｄ外周面に被覆することで略半球状になるような平面形状に成形されていてもよい。なお、後者の場合、ドーム部２１ｄ外周面を被覆した後に、断熱材の所定の端部をそれぞれ互いに接着することで略半球状の断熱材２２ｄが形成される。
【００３２】
断熱材２２ｓ及び２２ｄをフィルム状又はシート状のものとして用いることにより、樹脂製ライナ２１への巻き付けが容易であり、しかも、断熱材を備えることに伴うタンクの大型化を最小限に留めることができる。
【００３３】
続いて、図２の（ｃ）に示すように、円筒状の断熱材２２ｓの縁端部と略半球状の断熱材２２ｄの縁端部とを接着テープ２５により互いに接着して、樹脂製ライナ２１全体の外周面を被覆した断熱材２２を形成する。なお、接着テープ２５に代えて粘着テープ又は液状の接着剤などを用いて上記縁端部同士を互いに接着してもよい。
【００３４】
次に、ＦＲＰ被覆工程Ｓ１２について説明する。ここでは、フィラメントワインディング成形を利用して樹脂含浸繊維により樹脂製ライナを被覆する方法について例示して説明する。図３は、ＦＲＰ被覆工程Ｓ１２において用いられる樹脂含浸繊維の被覆システムの概略を示す図である。
【００３５】
この被覆システム３０は、繊維束供給部３１と、張力測定器３２と、樹脂含浸部３３と、繊維束ガイド（アイロ）３５と、樹脂製ライナ２１及び口金２３を有する構造体２４と、制御部３７とを備えている。
【００３６】
繊維束供給部３１には、繊維束ｆ１〜ｆ３が巻き付けられた複数（図１においては３つ）のボビン３４ａ〜３４ｃが備えられている。繊維束供給部３１は、繊維束ｆ１〜ｆ３の張力を調整して張力測定器３２に送り出す。
【００３７】
繊維束ｆ１〜ｆ３は、後の工程で得られるＦＲＰにおいて強化繊維を構成するものである。その強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、金属繊維、並びに、アラミド繊維、ポリエチレン繊維及びポリ（パラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維に代表される樹脂繊維が挙げられる。これらの中では、材質の熱容量が低く熱硬化性樹脂への伝熱を容易ならしめる観点及び入手の容易性の観点から、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維が好ましく、炭素繊維がより好ましい。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。強化繊維は常法により製造してもよく、市販品を入手してもよい。
【００３８】
張力測定器３２は、繊維束ｆ１〜ｆ３の張力を測定し、その測定結果を制御部３７に出力する。
【００３９】
樹脂含浸部３３は、未硬化の状態（液体又はゲル状）の熱硬化性樹脂が貯留された樹脂槽３３ａと、繊維束ｆ１〜ｆ３を樹脂槽３３ａの所定の位置に案内する含浸ローラ３３ｂ、３３ｃ及び３３ｄとを備えており、繊維束ｆ１〜ｆ３に樹脂槽３３ａ内の樹脂を含浸させる。
【００４０】
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、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、熱硬化性ポリイミドが挙げられる。これらの中では、繊維との接着強度、耐環境性、耐熱性などの観点から、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂及びポリイミド樹脂が好ましく、エポキシ樹脂がより好ましい。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。熱硬化性樹脂は常法により製造してもよく、市販品を入手してもよい。
【００４１】
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビフェニル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型が挙げられる。ビニルエステル樹脂としては、例えば、ビス系ビニルエステル樹脂、ノボラック系ビニルエステル樹脂が挙げられる。フェノール樹脂としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂が挙げられる。ポリイミド樹脂としては、例えば、ポリアミド型、ポリアミック酸型が挙げられる。
【００４２】
繊維束ガイド３５は、熱硬化性樹脂を含浸した繊維束ｆ１〜ｆ３を１つに束ねることにより繊維束Ｆを形成し、これを構造体２４に案内する。繊維束ガイド５０は、構造体２４の長手方向及びそれに垂直な方向に往復可能であり、かつ、構造体２４に対する角度を変更できるように回転可能な状態で設置されている。
【００４３】
構造体２４は、その軸心を中心に回転可能となるように、支持部３６ａを介して回転駆動部３６ｂに取り付けられている。回転駆動部３６ｂは可変速モータを有しており、このモータによって構造体２４を回転駆動する。
【００４４】
加圧ポンプ３６ｃは、樹脂含浸繊維層２６の形成中に構造体２４が凹むのを防ぐために、構造体２４の内部を加圧する。
【００４５】
制御部３７は、樹脂含浸繊維の被覆システム３０の運転を制御するプログラムを備えている。制御部３７は、このプログラムに従って、例えば、繊維束供給部３１の供給、樹脂含浸部３３の回転、繊維束ガイド３５の位置、構造体２４の回転等、被覆システム３０全体を制御するようになっている。
【００４６】
ＦＲＰ被覆工程Ｓ１２では、まず、構造体２４を、支持部３６ａを介して回転駆動部３６ｂに取り付ける。次に、繊維束ガイド３５を巻きつけ開始位置に配置する。そして、繊維束供給部３１から繰り出された繊維束ｆ１〜ｆ３を、張力測定器３２、樹脂含浸部３３を経て繊維束ガイド３５に導く。このとき、繊維束ｆ１〜ｆ３は、樹脂含浸部３３にて樹脂が含浸される。
【００４７】
次に、繊維束ガイド３５にて、熱硬化性樹脂を含浸しかつ繊維束ｆ１〜ｆ３を１つに束ねることにより繊維束Ｆを形成する。その繊維束Ｆを構造体２４に巻きつけていくことで、樹脂含浸繊維層２６を形成する。より具体的には、回転駆動部３６ｂのモータによって構造体２４を回転駆動するとともに、繊維束ガイド５０の往復運動とを同期させることにより、繊維束Ｆを構造体２４に所定のパターンで巻き付け、複数層からなる樹脂含浸繊維層２６を形成した。繊維束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や、それらを組み合わせた巻き方であってもよい。
【００４８】
次いで、熱硬化工程Ｓ１３について説明する。図４は、上記樹脂含浸繊維層２６の熱硬化性樹脂を加熱により硬化する様子を模式的に示す図である。この工程Ｓ１３では、まず、熱硬化性樹脂を加熱により硬化するための硬化炉（図示せず）内で、樹脂含浸繊維層２６で被覆された構造体２４を支持部４１を介して回転駆動部４２に取り付ける。次に、硬化炉のヒータ（図示せず）を作動させると共に、樹脂含浸繊維層２６で被覆された構造体２４を回転駆動部４２のモータによって回転駆動する。ヒータによる加熱温度は、樹脂含浸繊維層２６の熱硬化性樹脂が硬化するために十分な温度であって、かつ、樹脂製ライナ２１や強化繊維を熱劣化させない温度であればよい。
【００４９】
この際、熱硬化性樹脂の硬化反応に伴う発熱より、樹脂含浸繊維層２６の温度は上記加熱温度よりも高い温度に上昇する。一方、樹脂含浸繊維層２６と樹脂製ライナ２１との間に断熱材２２を挟み込んでいるため、樹脂含浸繊維層２６から樹脂製ライナ２１への伝熱は断熱材２２によって阻害される。その結果、樹脂製ライナ２１の温度は上記加熱温度以下か、加熱温度よりも僅かに高い程度の温度である。よって、例えばタンクの生産性を向上させるために熱硬化性樹脂を速硬化させても、従来発生した樹脂製ライナ２１の熱劣化は十分に抑制される。
【００５０】
こうして、樹脂含浸繊維層２６が硬化して強化繊維樹脂層２７となり、本実施形態のタンク５０が得られる。図５は、そのタンク５０の長手方向に垂直な方向に切断して現れる断面を模式的に示す図である。タンク５０は、樹脂製ライナ２１と、その樹脂製ライナ２１の外周面を被覆し断熱材からなる断熱層２２と、その断熱層２２の外周面を被覆する強化繊維樹脂層２７とを備える。
【００５１】
そのタンク５０において、強化繊維樹脂層２７は、接着剤としても機能する熱硬化性樹脂の硬化により断熱層２２に固着する。一方、断熱層２２は樹脂製ライナ２１に固着していない状態にある。従来のタンクにおいて、樹脂製ライナを被覆する層（例えば強化繊維樹脂層）を樹脂製ライナに接着する場合、実際にはそれらの間で不均一に接着する。そのため、タンク内にガスを補充したりタンクを加熱、冷却したりすることで樹脂製ライナが膨張及び収縮を繰り返すと、接着力が強い部分（例えばストレート部とドーム部との境界部分）に過度な応力が負荷され、樹脂製ライナの割れや変形が生じやすくなる。ところが、本実施形態のタンク５０では、上述の通り、樹脂製ライナ２１に断熱層２２が固着していないため、樹脂製ライナ２１に応力がかかり難くなる。その結果、樹脂製ライナ２１が膨張及び収縮を繰り返しても、その割れや変形を十分に防止することができる。
【００５２】
本実施形態のタンク５０及びその製造方法において、樹脂製ライナ２１を構成する樹脂がポリアミドであり、樹脂含浸繊維層２６（強化繊維樹脂層２７）における熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、繊維が炭素繊維であり、かつ、断熱材２２がウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材であると好ましい。エポキシ樹脂は、その入手の容易さ及びコストの面及び硬化後の機械的強度の観点から、炭素繊維は靱性に優れると共に発熱しやすくエポキシ樹脂の熱硬化を効率的に補助できる観点から、ポリアミドはガスバリア性に優れている観点から、それぞれ好ましい。また、ウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材は、樹脂含浸繊維層２６におけるエポキシ樹脂が硬化時に発熱しても、ポリアミド製であるライナ２１への伝熱を十分に防止して、ライナ２１の熱劣化（例えば破断伸び性の低下）を抑制することができる。
【００５３】
本実施形態のタンク５０は、その中に高圧ガスを貯留するタンクとして有用である。そのような高圧タンクとしては、例えば、燃料電池システム等において利用可能な水素タンク、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）を燃料として用いるＣＮＧ車両に利用される高圧圧力容器が挙げられる。
【００５４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００５５】
例えば、上記本実施形態では、断熱材被覆工程Ｓ１１において、シート状又はフィルム状の断熱材を用いたが、それに代えて、断熱材としてウレタンフォーム等の発泡系断熱材を用いる場合、液状の樹脂（組成物）を樹脂製ライナ２１の外周面全体に吹き付けると共に発泡させることで、断熱材を形成してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
２１…樹脂製ライナ、２２…断熱材、２３…口金、２４…構造体、２５…接着テープ、２６…樹脂含浸繊維層、２７…強化繊維樹脂層、３０…被覆システム、５０…タンク、Ｓ１１…断熱材被覆工程、Ｓ１２…被覆工程、Ｓ１３…熱硬化工程。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば天然ガス自動車に搭載される燃料装置、及び燃料電池自動車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、高圧天然ガスタンクや高圧水素タンクが用いられる。このような高圧タンクは、タンク容器本体であるライナと、そのライナを被覆した繊維強化樹脂（以下、「ＦＲＰ」と表記する）層とを備えている。かかる構成を有すると、ライナを薄肉化してもＦＲＰ層によりタンクの高い内圧に耐える強度が維持されるので、タンク自体の軽量化が図れる。ＦＲＰ層は、例えば、熱硬化性樹脂を含浸した繊維をライナの外周面に巻き付け、その熱硬化性樹脂を加熱により熱硬化して形成される。
【０００３】
従来、上記構成を有する高圧タンクとして、種々の目的でＦＲＰ層と他の層とを積層したものが提案されている。例えば特許文献１では、複合容器の製作段階において、使用後の再生資源としての利用を容易ならしめる工夫を加えることを意図して、金属製ライナの外周をＦＲＰで補強した複合容器であって、金属製ライナとＦＲＰ層との間の全面又はその主要部分に離型用フィルムからなる固着防止層を形成させたことを特徴とする天然ガス自動車燃料装置用複合容器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９２８９９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、本発明者は、上記特許文献１に記載のものを始めとする従来のタンクについて詳細に検討を行ったところ、ライナが樹脂製ライナであると熱劣化することを知見した。そこで、本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、樹脂製ライナの熱劣化を防止できるタンクの製造方法及びその製造方法により得られるタンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ＦＲＰ層の形成の際、熱硬化性樹脂の熱硬化に伴う発熱により樹脂製ライナが熱劣化することを見出した。つまり、熱硬化性樹脂の硬化反応は発熱反応であるため、樹脂製ライナの耐熱温度を考慮して熱硬化性樹脂に対する加熱温度を設定しても、樹脂製ライナが曝される温度は、熱硬化性樹脂の硬化時の発熱によって、設定した加熱温度よりも高くなる。その結果、樹脂製ライナの熱劣化が生じてしまうことを見出した。
【０００７】
図６は、従来のタンクを製造するために、ポリアミド６製ライナの外周面をエポキシ樹脂を含浸した炭素繊維で被覆し、そのエポキシ樹脂を硬化するために加熱したときのライナの温度変化を示すチャートである。（ａ）がライナの温度、（ｂ）が加熱に用いた硬化炉の炉内温度のプロットである。図６によると、硬化炉の炉内温度を約８０℃に保持してエポキシ樹脂を硬化すると、ライナの温度は室温から徐々に上昇する。ところが、ある時点になるとそのライナの温度が急激に上昇し、最高で１７４℃に達する。ポリアミド６製ライナは、１５０℃以上に加熱されるとその破断伸びが急激に低下するため、かかる温度上昇はライナの熱劣化を引き起こす。そこで、本発明者は、樹脂製ライナの上記温度上昇を抑制すべく更に検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明のタンクの製造方法は、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材により樹脂製ライナの外周面を被覆する第１の工程と、熱硬化性樹脂とその熱硬化性樹脂を含浸した繊維とを含む樹脂含浸繊維により上記断熱材の外周面を被覆する第２の工程と、上記熱硬化性樹脂を加熱により硬化する第３の工程とを含む。
【０００９】
上記本発明のタンクの製造方法によると、樹脂製ライナと繊維強化樹脂との間に熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材を挟んだ状態で、樹脂含浸繊維中の熱硬化性樹脂を加熱する。例えば、２５℃、１気圧での乾燥空気の熱伝導率が約０．０２Ｗ／ｍ・Ｋであることからも明らかなように、本発明では、非常に断熱性能に優れた断熱材を採用する。これにより、たとえ熱硬化性樹脂を加熱した際にその樹脂が発熱しても、樹脂製ライナへの伝熱は抑制されるため、そのライナの熱劣化を十分に防止できる。
【００１０】
本発明のタンクの製造方法において、上記断熱材は、ウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材であってもよい。これらの断熱材は、０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率を有し得るので、本発明の目的を確実に達成することができる。また、断熱材が１ｍｍ以下の厚さを有すると、断熱材を備えることに伴うタンク外径の増大を抑えることができ、タンクを搭載する空間を小さくできるので好ましい。
【００１１】
上記樹脂製ライナを構成する樹脂は、ポリアミド、ポリエチレン及びポリエチレンテレフタレートからなる群より選ばれる１種以上の樹脂であると好ましい。また、上記熱硬化性樹脂は、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びポリビニルエステルからなる群より選ばれる１種以上の樹脂であると好ましい。さらに、上記繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維であると好ましい。それら各材料の組合せは、樹脂製ライナを構成する前記樹脂がポリアミドであり、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、繊維が炭素繊維であり、かつ断熱材がウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材である組合せが特に好ましい。
【００１２】
また、本発明のタンクは、樹脂製ライナと、その樹脂製ライナの外周面を被覆する、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材を含む断熱層と、その断熱層の外周面を被覆する、繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化樹脂層とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、樹脂製ライナの熱劣化を防止できるタンクの製造方法及びその製造方法により得られるタンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を示すタンクの製造方法の工程図である。
【図２】樹脂製ライナに断熱材を被覆する様子を模式的に示す図である。
【図３】樹脂含浸繊維により樹脂製ライナを被覆する様子を模式的に示す図である。
【図４】樹脂含浸繊維層の熱硬化性樹脂を加熱により硬化する様子を模式的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態のタンクを模式的に示す断面図である。
【図６】従来のタンクを製造するために、樹脂製ライナの外周面を樹脂含浸繊維で被覆して加熱したときの樹脂製ライナの温度変化を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１６】
図１は、本実施形態のタンクの製造方法を示す工程図である。本実施形態のタンクの製造方法は、樹脂製ライナの外周面を断熱材で被覆する断熱材被覆工程Ｓ１１と、上記断熱材の外周面を樹脂含浸繊維により被覆するＦＲＰ被覆工程Ｓ１２と、上記樹脂含浸繊維に含まれる熱硬化性樹脂を加熱により硬化する熱硬化工程Ｓ１３とを含む。
【００１７】
まず、断熱材被覆工程Ｓ１１について説明する。図２は、断熱材被覆工程Ｓ１１において樹脂製ライナ２１に断熱材２２を被覆する様子を示す図である。まず、断熱材被覆工程Ｓ１１に先立って、樹脂製ライナ２１と、その樹脂製ライナ２１の長手方向の両端部に取り付けられた口金２３とを有する構造体２４を準備する。樹脂製ライナ２１は、例えば、両端が略半球状である円筒形状を有しており、本明細書ではその略半球状部分をドーム部、筒状胴体部分をストレート部といい、それぞれ符号２１ｄ、２１ｓで表す。
【００１８】
樹脂製ライナ２１を構成する樹脂は、ガスバリア性に優れ、タンクに貯留するガスの外部への透過を抑制できるものであれば特に限定されず、ホモポリマーであってもコポリマーであってもよい。ホモポリマーとしては、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンに代表されるポリオレフィン；ポリスチレン；ポリアミド；ポリイミド；ポリウレタン；エポキシ樹脂；ポリカーボネート；メラミンホルミアルデヒド；ポリアセタール；ポリエチレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレートに代表されるポリエステル；ポリメタクリル酸メチルに代表されるアクリル樹脂；ポリフェニレンスルフィド；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンに代表されるポリハロオレフィン；並びに、ポリビニルアルコールが挙げられる。また、コポリマーとしては、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリルニトリル−スチレン共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を混合して用いられる。
【００１９】
樹脂製ライナ２１を構成する樹脂は、ガスバリア性に一層優れる観点から、ポリアミド、ポリエチレン及びポリエチレンテレフタレートからなる群より選ばれる１種以上の樹脂であると好ましい。ポリアミドとしては、例えば、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド６Ｔ、ポリアミド６Ｉ、ポリアミド９Ｔ、ポリアミドＭ５Ｔ及びポリアミド６１２が挙げられる。ポリエチレンとしては、例えば、高圧法低密度ポリエチレン、直鎖状短鎖分岐ポリエチレン、中低圧法高密度ポリエチレン、及びメタロセン触媒直鎖状短鎖分岐ポリエチレンが挙げられる。上述と同様の観点から、ポリエチレンは中低圧法高密度ポリエチレンであると好ましく、ポリアミドはポリアミド６であると好ましい。
【００２０】
樹脂製ライナ２１の両端には開口部が形成されており、その開口部に口金２３が嵌入されている。口金２３の一方は更に貫通孔を形成し、バルブと嵌合することによりガスの導入又は導出口として機能し、他方は封止されている。口金２３は例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、例えばダイキャスト法等により所定の形状に製造されている。
【００２１】
一方で、樹脂製ライナ２１のドーム部２１ｄを被覆するための断熱材２２ｄと、樹脂製ライナ２１のストレート部２１ｓを被覆するための断熱材２２ｓとを準備する。これらの断熱材２２ｄ及び２２ｓは、最終的に樹脂製ライナ２１を被覆する断熱材２２を形成する。
【００２２】
断熱材２２は、通常、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものであれば特に限定されず、繊維系断熱材及び発泡系断熱材のいずれであってもよい。これらの中では、より高断熱性を発揮できる観点から、発泡系断熱材が好ましい。繊維系断熱材としては、例えば、グラスウールに代表される無機繊維系断熱材、並びに、セルロースファイバー及び羊毛断熱材に代表される天然繊維系断熱材が挙げられる。また、発泡系断熱材としては、ビーズ法ポリスチレンフォーム、押出法ポリスチレンフォーム、ウレタンフォーム、フェノールフォーム、高発泡ポリエチレンフォーム、及びアイシネンフォームが挙げられる。これらの中では、所望の断熱性を有し入手が容易な観点からウレタンフォーム及びフェノールフォームが好ましい。
【００２３】
断熱材２２は、公知の方法により製造してもよく、市販のモノを入手してもよい。また、断熱材２２として、フィルム状又はシート状の断熱材を単層で用いてもよく、２層以上積層して用いてもよい。２層以上積層して用いる場合、各層の断熱材は互いに異なっていても同一であってもよい。
【００２４】
断熱材２２を公知の方法により製造する場合において、その熱伝導率を０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下にするには、断熱材２２を構成する固体部分の材質として熱伝導率が低い材質を選択したり、断熱材２２が内包する気体部分の割合を多くしたりすればよい。
【００２５】
また、断熱材２２の耐熱性を高めるため、断熱材２２の固体部分が難燃剤を含有するものであると好ましい。そのような難燃剤としては、例えば、臭素化合物、リン化化合物、無機系粒子（例えばシリカ、アルミナ）が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。難燃剤を添加することにより、断熱材２２が例えば１５０℃以上に加熱されても、その熱劣化を抑制することができる。
【００２６】
断熱材２２の熱伝導率は、本発明の目的を達成すると共に、タンクを更に小型化する観点から、０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下であると好ましい。なお、本明細書において、熱伝導率はレーザーフラッシュ法（ＪＩＳＲ１６１１−１９９７）、熱線法（プローブ法）により測定される。
【００２７】
断熱材２２の厚さは特に限定されないが、１ｍｍ以下であるとタンクの更なる小型化を実現できるので好ましい。同様の観点から、断熱材２２の厚さは２．０ｍｍ以下であるとより好ましく、１．０ｍｍ以下であると更に好ましい。
【００２８】
本発明による作用効果をより確実かつ有効に奏する観点から、断熱材２２は、熱伝導率と厚さとの積（熱伝導率×厚さ）が０．０６７ｍ2・Ｋ／Ｗ以下であると好ましく、０．０３３０６７ｍ2・Ｋ／Ｗ以下であるとより好ましい。
【００２９】
また、断熱材２２の厚さを部分的に変化させてもよい。例えば、後述の樹脂含浸繊維層２６における熱硬化性樹脂は、その下地の形状によって発熱の程度が変化する。樹脂製ライナ２１のドーム部２１ｄに対応する部分での発熱の方が、ストレート部２１ｓに対応する部分での発熱よりも小さい。そこで、断熱材２２ｄの厚さを断熱材２２ｓの厚さよりも薄くすることが好ましい。これにより、熱硬化性樹脂の発熱に伴う樹脂製ライナ２１の熱劣化を有効に防止すると同時に、タンクの小型化を効率的に図ることができる。
【００３０】
断熱材被覆工程Ｓ１１では、まず、円筒状の断熱材２２ｓによって樹脂製ライナ２１のストレート部２１ｓ外周面を被覆する。図２の（ａ）に示すように、断熱材２２ｓは、予め円筒状に成形されていてもよい。あるいは、図示していないが、シート状又はフィルム状の断熱材を樹脂製ライナ２１のストレート部２１ｓ外周面の全体に巻き付けた後、その両端を互いに接着することで、円筒状の断熱材２２ｓを得てもよい。
【００３１】
次いで、略半球状（ただし口金２３に対応する部分は切り抜かれている。）の断熱材２２ｄによって樹脂製ライナ２１のドーム部２１ｄ外周面を被覆する。図２の（ｂ）に示すように、断熱材２２ｄは、予め略半球状に成形されていてもよい。あるいは、図示していないが、シート状又はフィルム状の断熱材であって、ドーム部２１ｄ外周面に被覆することで略半球状になるような平面形状に成形されていてもよい。なお、後者の場合、ドーム部２１ｄ外周面を被覆した後に、断熱材の所定の端部をそれぞれ互いに接着することで略半球状の断熱材２２ｄが形成される。
【００３２】
断熱材２２ｓ及び２２ｄをフィルム状又はシート状のものとして用いることにより、樹脂製ライナ２１への巻き付けが容易であり、しかも、断熱材を備えることに伴うタンクの大型化を最小限に留めることができる。
【００３３】
続いて、図２の（ｃ）に示すように、円筒状の断熱材２２ｓの縁端部と略半球状の断熱材２２ｄの縁端部とを接着テープ２５により互いに接着して、樹脂製ライナ２１全体の外周面を被覆した断熱材２２を形成する。なお、接着テープ２５に代えて粘着テープ又は液状の接着剤などを用いて上記縁端部同士を互いに接着してもよい。
【００３４】
次に、ＦＲＰ被覆工程Ｓ１２について説明する。ここでは、フィラメントワインディング成形を利用して樹脂含浸繊維により樹脂製ライナを被覆する方法について例示して説明する。図３は、ＦＲＰ被覆工程Ｓ１２において用いられる樹脂含浸繊維の被覆システムの概略を示す図である。
【００３５】
この被覆システム３０は、繊維束供給部３１と、張力測定器３２と、樹脂含浸部３３と、繊維束ガイド（アイロ）３５と、樹脂製ライナ２１及び口金２３を有する構造体２４と、制御部３７とを備えている。
【００３６】
繊維束供給部３１には、繊維束ｆ１〜ｆ３が巻き付けられた複数（図１においては３つ）のボビン３４ａ〜３４ｃが備えられている。繊維束供給部３１は、繊維束ｆ１〜ｆ３の張力を調整して張力測定器３２に送り出す。
【００３７】
繊維束ｆ１〜ｆ３は、後の工程で得られるＦＲＰにおいて強化繊維を構成するものである。その強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、金属繊維、並びに、アラミド繊維、ポリエチレン繊維及びポリ（パラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維に代表される樹脂繊維が挙げられる。これらの中では、材質の熱容量が低く熱硬化性樹脂への伝熱を容易ならしめる観点及び入手の容易性の観点から、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維が好ましく、炭素繊維がより好ましい。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。強化繊維は常法により製造してもよく、市販品を入手してもよい。
【００３８】
張力測定器３２は、繊維束ｆ１〜ｆ３の張力を測定し、その測定結果を制御部３７に出力する。
【００３９】
樹脂含浸部３３は、未硬化の状態（液体又はゲル状）の熱硬化性樹脂が貯留された樹脂槽３３ａと、繊維束ｆ１〜ｆ３を樹脂槽３３ａの所定の位置に案内する含浸ローラ３３ｂ、３３ｃ及び３３ｄとを備えており、繊維束ｆ１〜ｆ３に樹脂槽３３ａ内の樹脂を含浸させる。
【００４０】
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、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、熱硬化性ポリイミドが挙げられる。これらの中では、繊維との接着強度、耐環境性、耐熱性などの観点から、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂及びポリイミド樹脂が好ましく、エポキシ樹脂がより好ましい。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。熱硬化性樹脂は常法により製造してもよく、市販品を入手してもよい。
【００４１】
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビフェニル型、グリシジルエステル型、グリシジルアミン型が挙げられる。ビニルエステル樹脂としては、例えば、ビス系ビニルエステル樹脂、ノボラック系ビニルエステル樹脂が挙げられる。フェノール樹脂としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂が挙げられる。ポリイミド樹脂としては、例えば、ポリアミド型、ポリアミック酸型が挙げられる。
【００４２】
繊維束ガイド３５は、熱硬化性樹脂を含浸した繊維束ｆ１〜ｆ３を１つに束ねることにより繊維束Ｆを形成し、これを構造体２４に案内する。繊維束ガイド５０は、構造体２４の長手方向及びそれに垂直な方向に往復可能であり、かつ、構造体２４に対する角度を変更できるように回転可能な状態で設置されている。
【００４３】
構造体２４は、その軸心を中心に回転可能となるように、支持部３６ａを介して回転駆動部３６ｂに取り付けられている。回転駆動部３６ｂは可変速モータを有しており、このモータによって構造体２４を回転駆動する。
【００４４】
加圧ポンプ３６ｃは、樹脂含浸繊維層２６の形成中に構造体２４が凹むのを防ぐために、構造体２４の内部を加圧する。
【００４５】
制御部３７は、樹脂含浸繊維の被覆システム３０の運転を制御するプログラムを備えている。制御部３７は、このプログラムに従って、例えば、繊維束供給部３１の供給、樹脂含浸部３３の回転、繊維束ガイド３５の位置、構造体２４の回転等、被覆システム３０全体を制御するようになっている。
【００４６】
ＦＲＰ被覆工程Ｓ１２では、まず、構造体２４を、支持部３６ａを介して回転駆動部３６ｂに取り付ける。次に、繊維束ガイド３５を巻きつけ開始位置に配置する。そして、繊維束供給部３１から繰り出された繊維束ｆ１〜ｆ３を、張力測定器３２、樹脂含浸部３３を経て繊維束ガイド３５に導く。このとき、繊維束ｆ１〜ｆ３は、樹脂含浸部３３にて樹脂が含浸される。
【００４７】
次に、繊維束ガイド３５にて、熱硬化性樹脂を含浸しかつ繊維束ｆ１〜ｆ３を１つに束ねることにより繊維束Ｆを形成する。その繊維束Ｆを構造体２４に巻きつけていくことで、樹脂含浸繊維層２６を形成する。より具体的には、回転駆動部３６ｂのモータによって構造体２４を回転駆動するとともに、繊維束ガイド５０の往復運動とを同期させることにより、繊維束Ｆを構造体２４に所定のパターンで巻き付け、複数層からなる樹脂含浸繊維層２６を形成した。繊維束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や、それらを組み合わせた巻き方であってもよい。
【００４８】
次いで、熱硬化工程Ｓ１３について説明する。図４は、上記樹脂含浸繊維層２６の熱硬化性樹脂を加熱により硬化する様子を模式的に示す図である。この工程Ｓ１３では、まず、熱硬化性樹脂を加熱により硬化するための硬化炉（図示せず）内で、樹脂含浸繊維層２６で被覆された構造体２４を支持部４１を介して回転駆動部４２に取り付ける。次に、硬化炉のヒータ（図示せず）を作動させると共に、樹脂含浸繊維層２６で被覆された構造体２４を回転駆動部４２のモータによって回転駆動する。ヒータによる加熱温度は、樹脂含浸繊維層２６の熱硬化性樹脂が硬化するために十分な温度であって、かつ、樹脂製ライナ２１や強化繊維を熱劣化させない温度であればよい。
【００４９】
この際、熱硬化性樹脂の硬化反応に伴う発熱より、樹脂含浸繊維層２６の温度は上記加熱温度よりも高い温度に上昇する。一方、樹脂含浸繊維層２６と樹脂製ライナ２１との間に断熱材２２を挟み込んでいるため、樹脂含浸繊維層２６から樹脂製ライナ２１への伝熱は断熱材２２によって阻害される。その結果、樹脂製ライナ２１の温度は上記加熱温度以下か、加熱温度よりも僅かに高い程度の温度である。よって、例えばタンクの生産性を向上させるために熱硬化性樹脂を速硬化させても、従来発生した樹脂製ライナ２１の熱劣化は十分に抑制される。
【００５０】
こうして、樹脂含浸繊維層２６が硬化して強化繊維樹脂層２７となり、本実施形態のタンク５０が得られる。図５は、そのタンク５０の長手方向に垂直な方向に切断して現れる断面を模式的に示す図である。タンク５０は、樹脂製ライナ２１と、その樹脂製ライナ２１の外周面を被覆し断熱材からなる断熱層２２と、その断熱層２２の外周面を被覆する強化繊維樹脂層２７とを備える。
【００５１】
そのタンク５０において、強化繊維樹脂層２７は、接着剤としても機能する熱硬化性樹脂の硬化により断熱層２２に固着する。一方、断熱層２２は樹脂製ライナ２１に固着していない状態にある。従来のタンクにおいて、樹脂製ライナを被覆する層（例えば強化繊維樹脂層）を樹脂製ライナに接着する場合、実際にはそれらの間で不均一に接着する。そのため、タンク内にガスを補充したりタンクを加熱、冷却したりすることで樹脂製ライナが膨張及び収縮を繰り返すと、接着力が強い部分（例えばストレート部とドーム部との境界部分）に過度な応力が負荷され、樹脂製ライナの割れや変形が生じやすくなる。ところが、本実施形態のタンク５０では、上述の通り、樹脂製ライナ２１に断熱層２２が固着していないため、樹脂製ライナ２１に応力がかかり難くなる。その結果、樹脂製ライナ２１が膨張及び収縮を繰り返しても、その割れや変形を十分に防止することができる。
【００５２】
本実施形態のタンク５０及びその製造方法において、樹脂製ライナ２１を構成する樹脂がポリアミドであり、樹脂含浸繊維層２６（強化繊維樹脂層２７）における熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、繊維が炭素繊維であり、かつ、断熱材２２がウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材であると好ましい。エポキシ樹脂は、その入手の容易さ及びコストの面及び硬化後の機械的強度の観点から、炭素繊維は靱性に優れると共に発熱しやすくエポキシ樹脂の熱硬化を効率的に補助できる観点から、ポリアミドはガスバリア性に優れている観点から、それぞれ好ましい。また、ウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材は、樹脂含浸繊維層２６におけるエポキシ樹脂が硬化時に発熱しても、ポリアミド製であるライナ２１への伝熱を十分に防止して、ライナ２１の熱劣化（例えば破断伸び性の低下）を抑制することができる。
【００５３】
本実施形態のタンク５０は、その中に高圧ガスを貯留するタンクとして有用である。そのような高圧タンクとしては、例えば、燃料電池システム等において利用可能な水素タンク、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）を燃料として用いるＣＮＧ車両に利用される高圧圧力容器が挙げられる。
【００５４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００５５】
例えば、上記本実施形態では、断熱材被覆工程Ｓ１１において、シート状又はフィルム状の断熱材を用いたが、それに代えて、断熱材としてウレタンフォーム等の発泡系断熱材を用いる場合、液状の樹脂（組成物）を樹脂製ライナ２１の外周面全体に吹き付けると共に発泡させることで、断熱材を形成してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
２１…樹脂製ライナ、２２…断熱材、２３…口金、２４…構造体、２５…接着テープ、２６…樹脂含浸繊維層、２７…強化繊維樹脂層、３０…被覆システム、５０…タンク、Ｓ１１…断熱材被覆工程、Ｓ１２…被覆工程、Ｓ１３…熱硬化工程。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材により樹脂製ライナの外周面を被覆する第１の工程と、
熱硬化性樹脂とその熱硬化性樹脂を含浸した繊維とを含む樹脂含浸繊維により前記断熱材の外周面を被覆する第２の工程と、
前記熱硬化性樹脂を加熱により硬化する第３の工程と、
を含むタンクの製造方法。
【請求項２】
前記断熱材は、ウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材である、請求項１に記載のタンクの製造方法。
【請求項３】
前記断熱材は、１ｍｍ以下の厚さを有する、請求項１又は２に記載のタンクの製造方法。
【請求項４】
前記樹脂製ライナを構成する樹脂は、ポリアミド、ポリエチレン及びポリエチレンテレフタレートからなる群より選ばれる１種以上の樹脂である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のタンクの製造方法。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂は、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びポリビニルエステルからなる群より選ばれる１種以上の樹脂である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のタンクの製造方法。
【請求項６】
前記繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のタンクの製造方法。
【請求項７】
前記樹脂製ライナを構成する前記樹脂はポリアミドであり、前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂であり、前記繊維は炭素繊維である、請求項２に記載のタンクの製造方法。
【請求項８】
樹脂製ライナと、
前記樹脂製ライナの外周面を被覆する、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材を含む断熱層と、
前記断熱層の外周面を被覆する、繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化樹脂層と、
を備えるタンク。
【請求項１】
熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材により樹脂製ライナの外周面を被覆する第１の工程と、
熱硬化性樹脂とその熱硬化性樹脂を含浸した繊維とを含む樹脂含浸繊維により前記断熱材の外周面を被覆する第２の工程と、
前記熱硬化性樹脂を加熱により硬化する第３の工程と、
を含むタンクの製造方法。
【請求項２】
前記断熱材は、ウレタンフォーム及びフェノールフォームからなる群より選ばれる１種以上の断熱材である、請求項１に記載のタンクの製造方法。
【請求項３】
前記断熱材は、１ｍｍ以下の厚さを有する、請求項１又は２に記載のタンクの製造方法。
【請求項４】
前記樹脂製ライナを構成する樹脂は、ポリアミド、ポリエチレン及びポリエチレンテレフタレートからなる群より選ばれる１種以上の樹脂である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のタンクの製造方法。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂は、ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及びポリビニルエステルからなる群より選ばれる１種以上の樹脂である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のタンクの製造方法。
【請求項６】
前記繊維は、ガラス繊維、炭素繊維及びアラミド繊維からなる群より選ばれる１種以上の繊維である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のタンクの製造方法。
【請求項７】
前記樹脂製ライナを構成する前記樹脂はポリアミドであり、前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂であり、前記繊維は炭素繊維である、請求項２に記載のタンクの製造方法。
【請求項８】
樹脂製ライナと、
前記樹脂製ライナの外周面を被覆する、熱伝導率が０．０３Ｗ／ｍ・Ｋ以下の断熱材を含む断熱層と、
前記断熱層の外周面を被覆する、繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化樹脂層と、
を備えるタンク。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２６５９３２（Ｐ２０１０−２６５９３２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５８４５（Ｐ２００９−１１５８４５）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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