高圧ガスタンクの製造方法
【課題】高圧ガスが高圧ガスタンクを透過する際の異音の発生を抑制する。
【解決手段】樹脂性容器のライナー外周部にＦＷ法により繊維を巻き付けて、熱硬化性樹脂含浸の繊維強化樹脂層を形成し、その後、熱硬化装置にて加熱して熱硬化性樹脂を熱硬化させる。次いで、繊維強化樹脂層の最外周部に熱硬化して形成され樹脂熱硬化層に、研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理を施す。
【解決手段】樹脂性容器のライナー外周部にＦＷ法により繊維を巻き付けて、熱硬化性樹脂含浸の繊維強化樹脂層を形成し、その後、熱硬化装置にて加熱して熱硬化性樹脂を熱硬化させる。次いで、繊維強化樹脂層の最外周部に熱硬化して形成され樹脂熱硬化層に、研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理を施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスタンクの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧ガスタンクの製造方法について、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、ライナーとしての金属製タンクの外面に帯状の炭素繊維強化プラスチック材を複数層にわたって巻き付けてなる複合高圧タンクの製作方法が記載されている。
【０００３】
近年では、燃料ガスの燃焼エネルギや、燃料ガスの電気化学反応によって発電された電気エネルギによって駆動する車両が開発されており、高圧ガスタンクには、天然ガスや水素等の燃料ガスが貯蔵され、車両に搭載される場合がある。このため、高圧ガスタンクの軽量化が求められており、炭素繊維強化プラスチックや、ガラス繊維強化プラスチック（以下、これらを総称して、繊維強化樹脂層と呼ぶ）で被覆するライナーとして、樹脂製容器を用いることが検討されている。
【０００４】
一般に、このような高圧ガスタンクは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層をライナー外周に形成する。こうした繊維強化樹脂層の形成に際しては、熱硬化性樹脂を含浸した繊維を樹脂製容器の外周に繰り返し巻き付けて繊維強化樹脂層とし、その後に、当該樹脂層に含まれる熱硬化樹脂を熱硬化させる。これにより、樹脂製容器のライナーを繊維強化樹脂層で被覆した高圧ガスタンクが製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２０３４９７号公報
【特許文献２】特開平７−２７６５３８号公報
【特許文献３】特開平６−２５４９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ライナー外周への上述した繊維強化樹脂層の形成のための繊維巻き付けの際には、繊維にテンションを掛けてライナーに繊維を重ねて巻き付けることから、過剰な熱硬化性樹脂が表面に浮き出す。このため、熱硬化性樹脂層の最外層部では、浮き出した熱硬化性樹脂がリッチとなる。こうした熱硬化性樹脂層の最外層部での熱硬化性樹脂のリッチ化は、その後の熱硬化の過程でも起きる。つまり、熱硬化の過程では、熱硬化性樹脂は、加熱により粘度が低下して流動性が高まった状態で、高圧ガスタンクの均等加熱用のタンク回転に伴う遠心力を受けるので、熱硬化性樹脂層の最外層部に留まりやすくなる。このため、製造された高圧タンクでは、ライナーを被覆する熱硬化性樹脂層の最外層部に、熱硬化性樹脂が熱硬化した樹脂熱硬化層が形成されることになる。
【０００７】
こうした高圧ガスタンクにおいて、軽量化のために樹脂製容器をライナーとして用いた場合、高圧ガスタンク内に貯蔵されたガスが、高圧充填を受けているがために、わずかながらライナーを透過することがある。特に、高圧ガスタンク内に貯蔵されたガスが、水素等の分子量が小さいガスである場合には、樹脂製容器のライナーを透過しやすくなる。そして、ライナーを透過したガスは、繊維強化樹脂層も透過し、繊維強化樹脂層と樹脂熱硬化層との界面に滞留して、この界面を剥離させ、さらに、滞留したガスの圧力によって、樹脂熱硬化層に亀裂を生じさせる。このような樹脂熱硬化層に生じた亀裂は、高圧ガスタンクの性能を直接的に低下させるものではないが、樹脂熱硬化層に亀裂が生じる際に異音が生じることがあるため、高圧ガスタンクのユーザに、違和感や、不快感を与える場合があった。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、樹脂製容器の外周部に熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層を有する高圧ガスタンクにおいて、高圧ガスが高圧ガスタンクを透過する際の異音の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【００１０】
[適用１：高圧ガスタンクの製造方法]
高圧ガスタンクの製造方法であって、
樹脂製容器をライナーとして用意する工程と、
前記ライナーの外周に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層を形成する繊維強化樹脂層形成工程と、
前記繊維強化樹脂層を熱硬化する熱硬化工程と、
前記繊維強化樹脂層に含まれる前記熱硬化性樹脂が前記熱硬化工程を経て前記繊維強化樹脂層の最外周部で熱硬化して形成された樹脂熱硬化層に、層の厚みを薄くする薄肉化処理を施す薄肉化工程とを備える
ことを要旨とする。
【００１１】
上記構成を備える高圧ガスタンクの製造方法では、樹脂性容器のライナー外周部への繊維強化樹脂層の形成と、その後の熱硬化を経ることで、繊維強化樹脂層の最外周部には、繊維強化樹脂層に含まれる熱硬化性樹脂が熱硬化した樹脂熱硬化層が残ることになる。そして、この樹脂熱硬化層は、薄肉化処理、例えば、微小な研磨材を高圧気流に乗せて噴出するブラスト処理や、水を高圧噴出するウォータブラスト処理、或いはサンドペーパー等の研磨用ペーパーを用いた研磨処理などを受けることになるので、樹脂熱硬化層の厚みは薄くなる。このため、樹脂製容器のライナーおよび繊維強化樹脂層を透過した高圧ガスタンク内のガスは、樹脂熱硬化層をも透過しやすくなるので、樹脂熱硬化層の亀裂や、亀裂が生じる際の大きな異音の発生を抑制することがきる。
【００１２】
この場合、樹脂熱硬化層は、できるだけ薄くなるように薄肉化することが好ましい。ところが、繊維強化樹脂層ではその形成に炭素繊維やガラス繊維等の繊維を用いている都合上、繊維強化樹脂層の表層には棘状の毛羽が多数存在する。このため、高圧ガスタンクの取扱性確保の観点から、上記毛羽が樹脂熱硬化層の内部に埋め込まれ、樹脂熱硬化層の表面から突出しない程度に薄くすることが好ましい。
【００１３】
また、薄肉化処理としてのブラスト処理を施す場合には、繊維強化樹脂層を薄肉の状態で覆う樹脂熱硬化層には、微小研磨材や高圧の水の衝突の衝撃により繊維強化樹脂層の表層に達する亀裂を予め残しておくことができる。よって、ライナーおよび繊維強化樹脂層を透過したガスは、樹脂熱硬化層においては当該層に予め残された亀裂を通過するので、ガス透過に伴う異音をより確実に抑制できる。
【００１４】
この他、薄肉化処理としてのブラスト処理を、樹脂熱硬化層を除去するまで行うようにすれば、ガス透過に伴う異音発生自体を回避できる。そして、ブラスト処理による樹脂熱硬化層除去に伴い、微小研磨材や高圧の水は、その衝突により繊維強化樹脂層の表層の毛羽を取り除くので、タンク取扱の上でも支障はない。
【００１５】
本発明は、上述した高圧ガスタンクの製造方法としての構成の他、この製造方法によって製造された高圧ガスタンクの発明として構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例としての高圧ガスタンクの製造工程を模式的に示す説明図である。
【図２】ショットブラスト処理による薄肉化の様子を模式的に示す説明図である。
【図３】研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理の変形例を示す説明図である。
【図４】また別のショットブラスト処理の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施例としての高圧ガスタンクの製造工程を模式的に示す説明図である。本実施例では、高圧ガスタンクを、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンクとした。
【００１８】
本実施例のタンク製造工程では、まず、図１（ａ）に示したように、樹脂製容器をライナーとして用意する。本実施例では、樹脂容器として、ナイロン系樹脂からなる樹脂製容器を用いるものとした。樹脂容器として、他の樹脂からなる樹脂容器を用いるものとしてもよい。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示したように、ライナーの外周部に、繊維強化樹脂層を形成する（繊維強化樹脂層形成工程）。本実施例では、繊維強化樹脂層形成工程として、ライナーの外周部に、フィラメント・ワインディング法（ＦＷ法）によって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂を含浸したカーボン繊維を繰り返し巻き付けることにより、カーボン繊維層を形成する（図１（ｂ−１））。その後、カーボン繊維層外周部に、さらに、フィラメント・ワインディング法（ＦＷ法）によって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂を含浸したガラス繊維を繰り返し巻き付けることにより、ガラス繊維層をカーボン繊維層に重ねて形成する（図１（ｂ−２））。こうして重なったカーボン繊維層とガラス繊維層が、繊維強化樹脂層となる。ガラス繊維層はカーボン繊維層よりも機械的強度が高いため、高圧水素タンクの機械的強度を高くすることができる。なお、本実施例では、繊維強化樹脂層形成工程において、カーボン繊維やガラス繊維に含浸された過剰なエポキシ樹脂を、これらの繊維に機械的なダメージが加わらない程度の力でしごいて除去しつつ、各繊維を巻き付けるものとした。こうすることによって、ガラス繊維層の表面に浮き出して形成されるエポキシ樹脂層の厚さを、予めある程度薄くすることができる。エポキシ樹脂に代えて、ポリエステル樹脂やポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることもできる。また、後述の熱硬化工程での加熱を受けて硬化する樹脂であればよく、熱硬化後において更に熱を受けた場合は変形し、その熱が取り除かれるとその時の形状を保持できる性状の樹脂でもよい。
【００２０】
上述した繊維強化樹脂層形成工程では、過剰なエポキシ樹脂を除去しつつ、ライナーに、カーボン繊維とガラス繊維を重ねて繰り返し巻き付けて、カーボン繊維層とガラス繊維層を形成するが、その際に、ガラス繊維層の表面には、なおも過剰なエポキシ樹脂が浮き出す。この浮き出したエポキシ樹脂は、後述の熱硬化工程を経て繊維強化樹脂層の最外周部で熱硬化して樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）となる。そして、樹脂浮き出しの程度は、ＦＷ法により繊維巻き付けの条件、例えば、巻き取り速度や樹脂含浸の程度等によって定まり、通常は１〜２ｍｍと想定され、この厚みで樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）が形成されることになる。なお、本実施例では、カーボン繊維とこれに重なるガラス繊維とで繊維強化樹脂層を形成したが、カーボン繊維での繊維強化樹脂層形成、ガラス繊維での繊維強化樹脂層形成とすることもできる。また、アラミド繊維での繊維強化樹脂層形成を行うようにすることもできる。
【００２１】
繊維強化樹脂層の形成に続いては、図１（ｃ）に示すように、樹脂層形成済みの中間生成品タンクを熱硬化炉（図示略）に搬入して、エポキシ樹脂の硬化温度まで中間生成品タンクを回転させながら加熱する（熱硬化工程）。この加熱により、繊維強化樹脂層に含まれるエポキシ樹脂は熱硬化して、繊維を相互に接着して繊維強化樹脂層を熱硬化形成する。上記したＦＷ法による繊維巻き取りの際に繊維強化樹脂層から浮き出したエポキシ樹脂と、上記加熱の際のタンク回転に伴う遠心力を受けて繊維強化樹脂層から浮き出したエポキシ樹脂とは、繊維強化樹脂層の最外周部において熱硬化して、繊維強化樹脂層の最外周部に樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）を形成する。熱硬化炉は、加熱源をタンク軸方向の複数箇所に備え、タンク外表をタンク軸方向において均等に加熱する。
【００２２】
上記した熱硬化工程に続いては、冷却養生を経てから中間生成品タンクをショットブラスト装置に搬入し、図１（ｄ）に示すように、研磨材Ｂを噴出部ＢＳから高圧エアー流に乗せて噴出し、研磨材Ｂを中間生成品タンクの表面に衝突させる。この際、中間生成品タンクは、回転しながら研磨材Ｂの噴出を受ける。研磨材Ｂは、アルミナ、炭化珪素、ガラスビーズ、鉄粉、スチール粉、ポリアミド樹脂粒、ポリカーボネイト樹脂粒等の微小粒状の研磨材であり、研磨材Ｂの噴出条件、例えばエアー噴出圧や噴出時間（ブラスト処理時間）、研磨材選択等は、繊維強化樹脂層の最外周部に熱硬化して形成された樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）の薄肉化の程度に応じて定められる。例えば、この樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）を、既述した形成時の厚み（１〜２ｍｍ）から０．２ｍｍ程度とする場合には、この薄肉化程度に応じて、エアー噴出圧と噴出時間（ブラスト処理時間）の設定と、研磨材選択などを行う。樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）の薄肉化の程度は、上記した０．２ｍｍに限られるものではなく、タンク容量や内圧等に応じて適宜設定される。以上の工程によって、本実施例の高圧水素タンクが製造される。
【００２３】
以上説明したように、本実施例の製造方法では、繊維強化樹脂層の最外周部に熱硬化して形成された樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）に、研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理を施す。図２はショットブラスト処理による薄肉化の様子を模式的に示す説明図である。図示するように、高圧水素タンク１００は、樹脂製容器のライナー１１０の外周にカーボン繊維とガラス繊維にて強化した繊維強化樹脂層１２０を備え、当該樹脂層の外側にエポキシ樹脂硬化層１３０を備える。このエポキシ樹脂硬化層１３０は、図１の熱硬化工程（ｃ）では、ＦＷ法による繊維巻き付けを経て硬化形成された繊維強化樹脂層１２０の最外周部に熱硬化して残されているが、ショットブラスト処理による薄肉化を経ることで、繊維強化樹脂層１２０の厚みを０．２ｍｍ程度まで薄くした。このため、本実施例の製造方法を経て得られた高圧水素タンク１００では、ライナー１１０およびその周囲の繊維強化樹脂層１２０を透過したタンク内の水素ガスは、０．２ｍｍ程度という薄肉なエポキシ樹脂硬化層１３０をも透過しやすくなる。よって、本実施例の製造方法によれば、エポキシ樹脂硬化層１３０の亀裂発生や亀裂が生じる際の大きな異音発生を抑制した高圧水素タンク１００を容易に製造することがきる。
【００２４】
また、０．２ｍｍという薄肉であってもエポキシ樹脂硬化層１３０を残すので、繊維強化樹脂層１２０の表層の毛羽をエポキシ樹脂硬化層１３０の内部に埋め込んでエポキシ樹脂硬化層１３０の表面から突出しないようにできる。このため、高圧ガスタンクの取扱性が損なわれず、好ましい。
【００２５】
また、研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理により、繊維強化樹脂層１２０の外側の薄肉のエポキシ樹脂硬化層１３０には、噴出された研磨材Ｂの衝突の衝撃により繊維強化樹脂層１２０の表層に達する亀裂を予め残しておくことができる。よって、ライナー１１０および繊維強化樹脂層１２０を透過したガスは、エポキシ樹脂硬化層１３０においては当該層に予め残された亀裂を通過するので、ガス透過に伴う異音をより確実に抑制できる。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００２７】
図３は研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理の変形例を示す説明図である。図示するように、この変形例では、噴出部ＢＳを中間生成品タンクの上下および左右に配置し、それぞれの噴出部ＢＳから研磨材Ｂを中間生成品タンクに向けて噴出する。この場合には、中間生成品タンクを回転させる必要はない。
【００２８】
図４はまた別のショットブラスト処理の変形例を示す説明図である。図示するように、この変形例では、中間生成品タンクのストレート部とその両端のドーム部に対応付けて噴出部ＢＳと噴出部ＢＳＤを設置し、それぞれの噴出部から研磨材Ｂを噴出する。この変形例によれば、それぞれの噴出部はタンク外表からほぼ同じ距離だけ隔たっていることから、中間生成品タンクのストレート部における研磨材Ｂの衝突状況とドーム部における研磨材Ｂの衝突状況とをほぼ同じにできる。このため、エポキシ樹脂硬化層１３０の薄肉化の程度をタンクのストレート部とドーム部とでほぼ同じにできる。
【００２９】
上記実施例では、高圧水素タンク１００の製造工程の繊維強化樹脂層形成工程（図１（ｂ））において、カーボン繊維とガラス繊維とをそれぞれフィラメント・ワインディング法によってライナー１１０に繰り返し巻き付けて繊維強化樹脂層１２０を形成するものとしたが、本発明は、これに限られない。この繊維強化樹脂層形成工程において、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維（糸）の代わりに、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた織布をライナー１１０の外周に重ねて巻き付けるようにしてもよい。
【００３０】
上記実施例では、高圧水素タンク１００の製造工程の繊維強化樹脂層形成工程において、カーボン繊維やガラス繊維に含浸された過剰なエポキシ樹脂を、これらの繊維に機械的なダメージが加わらない程度の力でしごいて除去しつつ、各繊維を巻き付けるものとしたが、本発明は、これに限られない。カーボン繊維やガラス繊維に含浸された過剰なエポキシ樹脂をしごいて除去する工程を省略するようにしてもよい。ただし、この工程を経ることによって、エポキシ樹脂硬化層１３０の厚さを予めある程度薄くすることができるため、ショットブラスト処理による薄肉化の程度を小さくすることができ、ブラスト処理の短縮が可能となる。
【００３１】
上記実施例では、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いるものとしたが、他の熱硬化性樹脂を用いるものとしてもよい。
【００３２】
上記実施例では、高圧ガスタンクは、高圧水素タンク１００であるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、天然ガス等、他の高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクとしてもよい。
【００３３】
また、研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理に代わり、水を高圧噴出するウォータブラスト処理をエポキシ樹脂硬化層１３０（図２参照）に施すこともできる。この他、サンドペーパー等の研磨用ペーパーを回転する高圧水素タンク１００の外表面に押し当てつつ、その押し当て箇所をタンク軸方向に移動させる研磨処理をエポキシ樹脂硬化層１３０に施すこともできる。こうすれば、エポキシ樹脂硬化層１３０を、研磨用ペーパーによる研磨を経て薄肉化できる。
【符号の説明】
【００３４】
１００…高圧水素タンク
１１０…ライナー
１２０…繊維強化樹脂層
１３０…エポキシ樹脂硬化層
Ｂ…研磨材
ＢＳ…噴出部
ＢＳＤ…噴出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスタンクの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧ガスタンクの製造方法について、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１には、ライナーとしての金属製タンクの外面に帯状の炭素繊維強化プラスチック材を複数層にわたって巻き付けてなる複合高圧タンクの製作方法が記載されている。
【０００３】
近年では、燃料ガスの燃焼エネルギや、燃料ガスの電気化学反応によって発電された電気エネルギによって駆動する車両が開発されており、高圧ガスタンクには、天然ガスや水素等の燃料ガスが貯蔵され、車両に搭載される場合がある。このため、高圧ガスタンクの軽量化が求められており、炭素繊維強化プラスチックや、ガラス繊維強化プラスチック（以下、これらを総称して、繊維強化樹脂層と呼ぶ）で被覆するライナーとして、樹脂製容器を用いることが検討されている。
【０００４】
一般に、このような高圧ガスタンクは、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層をライナー外周に形成する。こうした繊維強化樹脂層の形成に際しては、熱硬化性樹脂を含浸した繊維を樹脂製容器の外周に繰り返し巻き付けて繊維強化樹脂層とし、その後に、当該樹脂層に含まれる熱硬化樹脂を熱硬化させる。これにより、樹脂製容器のライナーを繊維強化樹脂層で被覆した高圧ガスタンクが製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２０３４９７号公報
【特許文献２】特開平７−２７６５３８号公報
【特許文献３】特開平６−２５４９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ライナー外周への上述した繊維強化樹脂層の形成のための繊維巻き付けの際には、繊維にテンションを掛けてライナーに繊維を重ねて巻き付けることから、過剰な熱硬化性樹脂が表面に浮き出す。このため、熱硬化性樹脂層の最外層部では、浮き出した熱硬化性樹脂がリッチとなる。こうした熱硬化性樹脂層の最外層部での熱硬化性樹脂のリッチ化は、その後の熱硬化の過程でも起きる。つまり、熱硬化の過程では、熱硬化性樹脂は、加熱により粘度が低下して流動性が高まった状態で、高圧ガスタンクの均等加熱用のタンク回転に伴う遠心力を受けるので、熱硬化性樹脂層の最外層部に留まりやすくなる。このため、製造された高圧タンクでは、ライナーを被覆する熱硬化性樹脂層の最外層部に、熱硬化性樹脂が熱硬化した樹脂熱硬化層が形成されることになる。
【０００７】
こうした高圧ガスタンクにおいて、軽量化のために樹脂製容器をライナーとして用いた場合、高圧ガスタンク内に貯蔵されたガスが、高圧充填を受けているがために、わずかながらライナーを透過することがある。特に、高圧ガスタンク内に貯蔵されたガスが、水素等の分子量が小さいガスである場合には、樹脂製容器のライナーを透過しやすくなる。そして、ライナーを透過したガスは、繊維強化樹脂層も透過し、繊維強化樹脂層と樹脂熱硬化層との界面に滞留して、この界面を剥離させ、さらに、滞留したガスの圧力によって、樹脂熱硬化層に亀裂を生じさせる。このような樹脂熱硬化層に生じた亀裂は、高圧ガスタンクの性能を直接的に低下させるものではないが、樹脂熱硬化層に亀裂が生じる際に異音が生じることがあるため、高圧ガスタンクのユーザに、違和感や、不快感を与える場合があった。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、樹脂製容器の外周部に熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層を有する高圧ガスタンクにおいて、高圧ガスが高圧ガスタンクを透過する際の異音の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。
【００１０】
[適用１：高圧ガスタンクの製造方法]
高圧ガスタンクの製造方法であって、
樹脂製容器をライナーとして用意する工程と、
前記ライナーの外周に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層を形成する繊維強化樹脂層形成工程と、
前記繊維強化樹脂層を熱硬化する熱硬化工程と、
前記繊維強化樹脂層に含まれる前記熱硬化性樹脂が前記熱硬化工程を経て前記繊維強化樹脂層の最外周部で熱硬化して形成された樹脂熱硬化層に、層の厚みを薄くする薄肉化処理を施す薄肉化工程とを備える
ことを要旨とする。
【００１１】
上記構成を備える高圧ガスタンクの製造方法では、樹脂性容器のライナー外周部への繊維強化樹脂層の形成と、その後の熱硬化を経ることで、繊維強化樹脂層の最外周部には、繊維強化樹脂層に含まれる熱硬化性樹脂が熱硬化した樹脂熱硬化層が残ることになる。そして、この樹脂熱硬化層は、薄肉化処理、例えば、微小な研磨材を高圧気流に乗せて噴出するブラスト処理や、水を高圧噴出するウォータブラスト処理、或いはサンドペーパー等の研磨用ペーパーを用いた研磨処理などを受けることになるので、樹脂熱硬化層の厚みは薄くなる。このため、樹脂製容器のライナーおよび繊維強化樹脂層を透過した高圧ガスタンク内のガスは、樹脂熱硬化層をも透過しやすくなるので、樹脂熱硬化層の亀裂や、亀裂が生じる際の大きな異音の発生を抑制することがきる。
【００１２】
この場合、樹脂熱硬化層は、できるだけ薄くなるように薄肉化することが好ましい。ところが、繊維強化樹脂層ではその形成に炭素繊維やガラス繊維等の繊維を用いている都合上、繊維強化樹脂層の表層には棘状の毛羽が多数存在する。このため、高圧ガスタンクの取扱性確保の観点から、上記毛羽が樹脂熱硬化層の内部に埋め込まれ、樹脂熱硬化層の表面から突出しない程度に薄くすることが好ましい。
【００１３】
また、薄肉化処理としてのブラスト処理を施す場合には、繊維強化樹脂層を薄肉の状態で覆う樹脂熱硬化層には、微小研磨材や高圧の水の衝突の衝撃により繊維強化樹脂層の表層に達する亀裂を予め残しておくことができる。よって、ライナーおよび繊維強化樹脂層を透過したガスは、樹脂熱硬化層においては当該層に予め残された亀裂を通過するので、ガス透過に伴う異音をより確実に抑制できる。
【００１４】
この他、薄肉化処理としてのブラスト処理を、樹脂熱硬化層を除去するまで行うようにすれば、ガス透過に伴う異音発生自体を回避できる。そして、ブラスト処理による樹脂熱硬化層除去に伴い、微小研磨材や高圧の水は、その衝突により繊維強化樹脂層の表層の毛羽を取り除くので、タンク取扱の上でも支障はない。
【００１５】
本発明は、上述した高圧ガスタンクの製造方法としての構成の他、この製造方法によって製造された高圧ガスタンクの発明として構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例としての高圧ガスタンクの製造工程を模式的に示す説明図である。
【図２】ショットブラスト処理による薄肉化の様子を模式的に示す説明図である。
【図３】研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理の変形例を示す説明図である。
【図４】また別のショットブラスト処理の変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施例としての高圧ガスタンクの製造工程を模式的に示す説明図である。本実施例では、高圧ガスタンクを、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンクとした。
【００１８】
本実施例のタンク製造工程では、まず、図１（ａ）に示したように、樹脂製容器をライナーとして用意する。本実施例では、樹脂容器として、ナイロン系樹脂からなる樹脂製容器を用いるものとした。樹脂容器として、他の樹脂からなる樹脂容器を用いるものとしてもよい。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示したように、ライナーの外周部に、繊維強化樹脂層を形成する（繊維強化樹脂層形成工程）。本実施例では、繊維強化樹脂層形成工程として、ライナーの外周部に、フィラメント・ワインディング法（ＦＷ法）によって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂を含浸したカーボン繊維を繰り返し巻き付けることにより、カーボン繊維層を形成する（図１（ｂ−１））。その後、カーボン繊維層外周部に、さらに、フィラメント・ワインディング法（ＦＷ法）によって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂を含浸したガラス繊維を繰り返し巻き付けることにより、ガラス繊維層をカーボン繊維層に重ねて形成する（図１（ｂ−２））。こうして重なったカーボン繊維層とガラス繊維層が、繊維強化樹脂層となる。ガラス繊維層はカーボン繊維層よりも機械的強度が高いため、高圧水素タンクの機械的強度を高くすることができる。なお、本実施例では、繊維強化樹脂層形成工程において、カーボン繊維やガラス繊維に含浸された過剰なエポキシ樹脂を、これらの繊維に機械的なダメージが加わらない程度の力でしごいて除去しつつ、各繊維を巻き付けるものとした。こうすることによって、ガラス繊維層の表面に浮き出して形成されるエポキシ樹脂層の厚さを、予めある程度薄くすることができる。エポキシ樹脂に代えて、ポリエステル樹脂やポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることもできる。また、後述の熱硬化工程での加熱を受けて硬化する樹脂であればよく、熱硬化後において更に熱を受けた場合は変形し、その熱が取り除かれるとその時の形状を保持できる性状の樹脂でもよい。
【００２０】
上述した繊維強化樹脂層形成工程では、過剰なエポキシ樹脂を除去しつつ、ライナーに、カーボン繊維とガラス繊維を重ねて繰り返し巻き付けて、カーボン繊維層とガラス繊維層を形成するが、その際に、ガラス繊維層の表面には、なおも過剰なエポキシ樹脂が浮き出す。この浮き出したエポキシ樹脂は、後述の熱硬化工程を経て繊維強化樹脂層の最外周部で熱硬化して樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）となる。そして、樹脂浮き出しの程度は、ＦＷ法により繊維巻き付けの条件、例えば、巻き取り速度や樹脂含浸の程度等によって定まり、通常は１〜２ｍｍと想定され、この厚みで樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）が形成されることになる。なお、本実施例では、カーボン繊維とこれに重なるガラス繊維とで繊維強化樹脂層を形成したが、カーボン繊維での繊維強化樹脂層形成、ガラス繊維での繊維強化樹脂層形成とすることもできる。また、アラミド繊維での繊維強化樹脂層形成を行うようにすることもできる。
【００２１】
繊維強化樹脂層の形成に続いては、図１（ｃ）に示すように、樹脂層形成済みの中間生成品タンクを熱硬化炉（図示略）に搬入して、エポキシ樹脂の硬化温度まで中間生成品タンクを回転させながら加熱する（熱硬化工程）。この加熱により、繊維強化樹脂層に含まれるエポキシ樹脂は熱硬化して、繊維を相互に接着して繊維強化樹脂層を熱硬化形成する。上記したＦＷ法による繊維巻き取りの際に繊維強化樹脂層から浮き出したエポキシ樹脂と、上記加熱の際のタンク回転に伴う遠心力を受けて繊維強化樹脂層から浮き出したエポキシ樹脂とは、繊維強化樹脂層の最外周部において熱硬化して、繊維強化樹脂層の最外周部に樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）を形成する。熱硬化炉は、加熱源をタンク軸方向の複数箇所に備え、タンク外表をタンク軸方向において均等に加熱する。
【００２２】
上記した熱硬化工程に続いては、冷却養生を経てから中間生成品タンクをショットブラスト装置に搬入し、図１（ｄ）に示すように、研磨材Ｂを噴出部ＢＳから高圧エアー流に乗せて噴出し、研磨材Ｂを中間生成品タンクの表面に衝突させる。この際、中間生成品タンクは、回転しながら研磨材Ｂの噴出を受ける。研磨材Ｂは、アルミナ、炭化珪素、ガラスビーズ、鉄粉、スチール粉、ポリアミド樹脂粒、ポリカーボネイト樹脂粒等の微小粒状の研磨材であり、研磨材Ｂの噴出条件、例えばエアー噴出圧や噴出時間（ブラスト処理時間）、研磨材選択等は、繊維強化樹脂層の最外周部に熱硬化して形成された樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）の薄肉化の程度に応じて定められる。例えば、この樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）を、既述した形成時の厚み（１〜２ｍｍ）から０．２ｍｍ程度とする場合には、この薄肉化程度に応じて、エアー噴出圧と噴出時間（ブラスト処理時間）の設定と、研磨材選択などを行う。樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）の薄肉化の程度は、上記した０．２ｍｍに限られるものではなく、タンク容量や内圧等に応じて適宜設定される。以上の工程によって、本実施例の高圧水素タンクが製造される。
【００２３】
以上説明したように、本実施例の製造方法では、繊維強化樹脂層の最外周部に熱硬化して形成された樹脂熱硬化層（エポキシ樹脂硬化層）に、研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理を施す。図２はショットブラスト処理による薄肉化の様子を模式的に示す説明図である。図示するように、高圧水素タンク１００は、樹脂製容器のライナー１１０の外周にカーボン繊維とガラス繊維にて強化した繊維強化樹脂層１２０を備え、当該樹脂層の外側にエポキシ樹脂硬化層１３０を備える。このエポキシ樹脂硬化層１３０は、図１の熱硬化工程（ｃ）では、ＦＷ法による繊維巻き付けを経て硬化形成された繊維強化樹脂層１２０の最外周部に熱硬化して残されているが、ショットブラスト処理による薄肉化を経ることで、繊維強化樹脂層１２０の厚みを０．２ｍｍ程度まで薄くした。このため、本実施例の製造方法を経て得られた高圧水素タンク１００では、ライナー１１０およびその周囲の繊維強化樹脂層１２０を透過したタンク内の水素ガスは、０．２ｍｍ程度という薄肉なエポキシ樹脂硬化層１３０をも透過しやすくなる。よって、本実施例の製造方法によれば、エポキシ樹脂硬化層１３０の亀裂発生や亀裂が生じる際の大きな異音発生を抑制した高圧水素タンク１００を容易に製造することがきる。
【００２４】
また、０．２ｍｍという薄肉であってもエポキシ樹脂硬化層１３０を残すので、繊維強化樹脂層１２０の表層の毛羽をエポキシ樹脂硬化層１３０の内部に埋め込んでエポキシ樹脂硬化層１３０の表面から突出しないようにできる。このため、高圧ガスタンクの取扱性が損なわれず、好ましい。
【００２５】
また、研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理により、繊維強化樹脂層１２０の外側の薄肉のエポキシ樹脂硬化層１３０には、噴出された研磨材Ｂの衝突の衝撃により繊維強化樹脂層１２０の表層に達する亀裂を予め残しておくことができる。よって、ライナー１１０および繊維強化樹脂層１２０を透過したガスは、エポキシ樹脂硬化層１３０においては当該層に予め残された亀裂を通過するので、ガス透過に伴う異音をより確実に抑制できる。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００２７】
図３は研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理の変形例を示す説明図である。図示するように、この変形例では、噴出部ＢＳを中間生成品タンクの上下および左右に配置し、それぞれの噴出部ＢＳから研磨材Ｂを中間生成品タンクに向けて噴出する。この場合には、中間生成品タンクを回転させる必要はない。
【００２８】
図４はまた別のショットブラスト処理の変形例を示す説明図である。図示するように、この変形例では、中間生成品タンクのストレート部とその両端のドーム部に対応付けて噴出部ＢＳと噴出部ＢＳＤを設置し、それぞれの噴出部から研磨材Ｂを噴出する。この変形例によれば、それぞれの噴出部はタンク外表からほぼ同じ距離だけ隔たっていることから、中間生成品タンクのストレート部における研磨材Ｂの衝突状況とドーム部における研磨材Ｂの衝突状況とをほぼ同じにできる。このため、エポキシ樹脂硬化層１３０の薄肉化の程度をタンクのストレート部とドーム部とでほぼ同じにできる。
【００２９】
上記実施例では、高圧水素タンク１００の製造工程の繊維強化樹脂層形成工程（図１（ｂ））において、カーボン繊維とガラス繊維とをそれぞれフィラメント・ワインディング法によってライナー１１０に繰り返し巻き付けて繊維強化樹脂層１２０を形成するものとしたが、本発明は、これに限られない。この繊維強化樹脂層形成工程において、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維（糸）の代わりに、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた織布をライナー１１０の外周に重ねて巻き付けるようにしてもよい。
【００３０】
上記実施例では、高圧水素タンク１００の製造工程の繊維強化樹脂層形成工程において、カーボン繊維やガラス繊維に含浸された過剰なエポキシ樹脂を、これらの繊維に機械的なダメージが加わらない程度の力でしごいて除去しつつ、各繊維を巻き付けるものとしたが、本発明は、これに限られない。カーボン繊維やガラス繊維に含浸された過剰なエポキシ樹脂をしごいて除去する工程を省略するようにしてもよい。ただし、この工程を経ることによって、エポキシ樹脂硬化層１３０の厚さを予めある程度薄くすることができるため、ショットブラスト処理による薄肉化の程度を小さくすることができ、ブラスト処理の短縮が可能となる。
【００３１】
上記実施例では、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いるものとしたが、他の熱硬化性樹脂を用いるものとしてもよい。
【００３２】
上記実施例では、高圧ガスタンクは、高圧水素タンク１００であるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、天然ガス等、他の高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクとしてもよい。
【００３３】
また、研磨材Ｂを用いたショットブラスト処理に代わり、水を高圧噴出するウォータブラスト処理をエポキシ樹脂硬化層１３０（図２参照）に施すこともできる。この他、サンドペーパー等の研磨用ペーパーを回転する高圧水素タンク１００の外表面に押し当てつつ、その押し当て箇所をタンク軸方向に移動させる研磨処理をエポキシ樹脂硬化層１３０に施すこともできる。こうすれば、エポキシ樹脂硬化層１３０を、研磨用ペーパーによる研磨を経て薄肉化できる。
【符号の説明】
【００３４】
１００…高圧水素タンク
１１０…ライナー
１２０…繊維強化樹脂層
１３０…エポキシ樹脂硬化層
Ｂ…研磨材
ＢＳ…噴出部
ＢＳＤ…噴出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスタンクの製造方法であって、
樹脂製容器をライナーとして用意する工程と、
前記ライナーの外周に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層を形成する繊維強化樹脂層形成工程と、
前記繊維強化樹脂層を熱硬化する熱硬化工程と、
前記繊維強化樹脂層に含まれる前記熱硬化性樹脂が前記熱硬化工程を経て前記繊維強化樹脂層の最外周部で熱硬化して形成された樹脂熱硬化層に、層の厚みを薄くする薄肉化処理を施す薄肉化工程とを備える
製造方法。
【請求項１】
高圧ガスタンクの製造方法であって、
樹脂製容器をライナーとして用意する工程と、
前記ライナーの外周に、熱硬化性樹脂を含浸した繊維強化樹脂層を形成する繊維強化樹脂層形成工程と、
前記繊維強化樹脂層を熱硬化する熱硬化工程と、
前記繊維強化樹脂層に含まれる前記熱硬化性樹脂が前記熱硬化工程を経て前記繊維強化樹脂層の最外周部で熱硬化して形成された樹脂熱硬化層に、層の厚みを薄くする薄肉化処理を施す薄肉化工程とを備える
製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２５４９７（Ｐ２０１１−２５４９７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２９０２（Ｐ２００９−１７２９０２）
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【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２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２４日（２００９．７．２４）
【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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