高圧ガスタンク製造装置及び高圧ガスタンクの製造方法
【課題】フィラメント・ワインディング法によって製造される高圧ガスタンクにおいて、熱硬化性樹脂に発生する気泡を除去する技術を提供する。
【解決手段】熱硬化処理装置２００は、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付けることにより外表面に繊維強化樹脂層が形成された繊維強化タンク容器１０の全体を加熱して、繊維強化樹脂層の熱硬化処理を実行する。また、熱硬化処理装置２００は、熱硬化処理において、気泡除去部２３０のノズル２３５から温度調整された高温空気を噴射して、タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に上昇させるとともに、その風圧により、当該一部領域に生じる気泡を除去する。
【解決手段】熱硬化処理装置２００は、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付けることにより外表面に繊維強化樹脂層が形成された繊維強化タンク容器１０の全体を加熱して、繊維強化樹脂層の熱硬化処理を実行する。また、熱硬化処理装置２００は、熱硬化処理において、気泡除去部２３０のノズル２３５から温度調整された高温空気を噴射して、タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に上昇させるとともに、その風圧により、当該一部領域に生じる気泡を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスを貯蔵するための高圧ガスタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガスタンクは、燃料電池車両などの移動体に搭載される場合があり、その軽量化が要求されている。高圧ガスタンクを軽量化する方法としては、フィラメント・ワインディング法（ＦＷ法）による高圧ガスタンクの製造方法が知られている。フィラメント・ワインディング法による高圧ガスタンクの製造方法では、比較的軽量な樹脂製のタンク容器の外周にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付け、熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより、タンク容器の強度を向上させる。
【０００３】
しかし、フィラメント・ワインディング法では、その熱硬化過程において、繊維間に入り込んでいた空気などが、次第に熱硬化性樹脂層の表層へと移動して、熱硬化性樹脂層に気泡が発生してしまうという問題があった。高圧ガスタンクにおいて、熱硬化性樹脂層に気泡が生じると、高圧ガスタンクの外表面に気泡による凹凸が生じることとなる。すると、高圧ガスタンクの寸法に誤差が生じ、高圧ガスタンクの組み付け性が悪化してしまう。また、そのような外表面の凹凸は、高圧ガスタンクの意匠性の低下を引き起こす。さらに、高圧ガスタンクの外表面に表示ラベル等を貼付する場合には、表示ラベルの貼付性が低下するばかりでなく、貼付された表示ラベルの視認性も低下してしまう。
【０００４】
これまで、フィラメント・ワインディング法の熱硬化過程における気泡の発生を抑制するために、種々の技術が提案されてきた（特許文献１等）。しかし、これらの技術によっても、熱硬化過程において、熱硬化性樹脂中の気泡の発生を十分に抑制されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、フィラメント・ワインディング法によって製造される高圧ガスタンクにおいて、熱硬化性樹脂に発生する気泡を除去する技術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】
【０００７】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
高圧ガスタンク製造装置であって、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付けることにより外表面に繊維強化樹脂層が形成されたタンク容器の全体を加熱して、前記繊維強化樹脂層の熱硬化処理を実行するタンク容器熱硬化部と、前記熱硬化処理において、前記タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に変化させるとともに、前記一部領域にガスを吹き付けて、前記タンク容器の表層に生じる気泡を除去する気泡除去部とを備える、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、熱硬化処理において、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に変化させることによって、当該一部領域において生じる気泡を破泡しやすい不安定な状態とした上で、当該気泡を、ガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。従って、フィラメント・ワインディング法によって製造される高圧ガスタンクにおいて、タンク容器表層の熱硬化性樹脂に発生する気泡を、確実に除去することができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記気泡除去部は、前記タンク容器の表層に温度調整されたガスを前記一部領域に局所的に吹き付けることにより、前記一部領域の温度を変化させる、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、温度調整されたガスによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に変化させ、当該一部領域において生じる気泡を破泡しやすい不安定な状態とした上で、当該気泡を、当該ガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１０】
［適用例３］
適用例２記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記気泡除去部は、前記タンク容器硬化部による前記タンク容器の加熱温度より高い温度に調整された高温ガスを、前記タンク容器の表層に吹き付けて、前記一部領域を局所的に加熱する、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、高温ガスによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に上昇させ、当該一部領域の熱硬化性樹脂の粘度の低下を促進させ、当該一部領域に生じる気泡を破泡しやすい状態とした上で、高温ガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１１】
［適用例４］
適用例２または適用例３記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記気泡除去部は、温度の異なる第１と第２のガスを、前記タンク容器の表層に、交互に吹き付けて、前記一部領域の温度を局所的に変化させる、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、温度の異なる第１と第２のガスを吹き付けることによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に、交互に上昇・下降させることができる。そして、この温度変化により、当該一部領域に生じる気泡に膨張・収縮を繰り返させ、当該気泡を、破泡しやすい不安定な状態とした上で、第１と第２のガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１２】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記気泡除去部は、前記ガスを噴射するガス噴射口を有しており、前記ガス噴射口は、前記タンク容器の外表面に沿って移動可能である、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、ガス噴射口が、タンク容器の外表面全体を走査することができるため、タンク容器の形状に拘わらず、タンク容器全体の気泡除去を万遍なく実行することができる。
【００１３】
［適用例６］
高圧ガスタンクの製造方法であって、
（ａ）熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂層が外表面に形成されたタンク容器を準備する工程と、
（ｂ）前記繊維強化樹脂層の全体を加熱して熱硬化させつつ、前記タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に変化させるとともに、前記一部領域にガスを吹き付けて、前記タンク容器の表層に生じる気泡を除去する工程と、
を備える、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、繊維強化樹脂層を熱硬化させる熱硬化処理において、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に変化させることによって、当該一部領域において生じる気泡を破泡しやすい不安定な状態とした上で、ガスの風圧によって、当該気泡を破泡し、消滅させることができる。従って、フィラメント・ワインディング法を用いた高圧ガスタンクの製造工程において、タンク容器表層の熱硬化性樹脂に発生する気泡を、確実に除去することができる。
【００１４】
［適用例７］
適用例６に記載の製造方法であって、前記工程（ｂ）は、前記タンク容器の表層に温度調整されたガスを前記一部領域に局所的に吹き付けることにより、前記一部領域の温度を変化させる工程を含む、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、温度調整されたガスによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に変化させ、当該一部領域において生じる気泡を破泡しやすい不安定な状態とした上で、当該気泡を、温度調整されたガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１５】
［適用例８］
適用例７に記載の製造方法であって、前記工程（ｂ）は、前記繊維強化層の全体を熱硬化させるための加熱温度より高い温度に調整された空気または水蒸気を、前記タンク容器の表層に吹き付けて、前記一部領域を局所的に加熱する工程を含む、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、高温ガスによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に上昇させ、当該一部領域の熱硬化性樹脂の粘度の低下を促進させ、当該一部領域に生じる気泡を破泡しやすい状態とした上で、高温ガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１６】
［適用例９］
適用例７または適用例８に記載の製造方法であって、前記工程（ｂ）は、温度の異なる第１と第２のガスを、前記タンク容器の表層に、交互に吹き付けて、前記一部領域の温度を変化させる工程を含む、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、温度の異なる第１と第２のガスを吹き付けることによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を、局所的に変化させることができる。そして、この温度変化により、当該一部領域に生じる気泡に膨張・収縮を繰り返させ、当該気泡を、破泡しやすい不安定な状態とした上で、第１と第２のガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１７】
［適用例１０］
適用例６ないし適用例９のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記工程（ｂ）は、前記ガスを噴射するガス噴射口を、前記タンク容器の表層に沿って移動させつつ、前記ガスを前記タンク容器の表層に吹き付ける工程を含む、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、ガス噴射口が、タンク容器の外表面全体を走査することができるため、タンク容器の形状に拘わらず、タンク容器全体の気泡除去を万遍なく実行することができる。
【００１８】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、高圧ガスタンクの製造装置および高圧ガスタンクの製造方法、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】繊維強化タンク容器の準備工程を説明するための模式図。
【図２】第１実施例の熱硬化処理装置の構成を示す概略図。
【図３】第１実施例における繊維強化層表層の気泡除去工程を説明するための模式図。
【図４】第１実施例における繊維強化層表層の気泡除去工程を説明するための模式図。
【図５】第２実施例の熱硬化処理装置の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
A．第１実施例：
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の一実施例としてのフィラメント・ワインディング法による高圧ガスタンクの製造工程の一部を説明するための模式図である。図１（Ａ）は、タンク容器１０を示す模式図である。高圧ガスタンクの製造にあたり、まず第１工程として、このタンク容器１０を準備する。タンク容器１０は、略円柱状のシリンダ部１１と、その両端に設けられた略ドーム形状のドーム部１３とを有する中空の容器である。タンク容器１０は、例えば、ナイロン系樹脂などの樹脂によって構成される。なお、タンク容器１０は、他の形状を有していても良く、他の部材によって構成されるものとしても良い。
【００２１】
図１（Ｂ）は、タンク容器１０の外表面にカーボン繊維２０を巻き付ける工程を示す模式図である。この工程では、タンク容器１０を、回転駆動部１１０に取り付け、シリンダ部１１の中心軸ＣＸを中心として回転させる。さらに、カーボン繊維２０が巻かれたリール１２０を、中心軸ＣＸの軸方向に沿って往復動させつつ、シリンダ部１１及びドーム部１３の外表面にカーボン繊維２０を巻き付ける。なお、このカーボン繊維２０には、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が予め含浸されている。この熱硬化性樹脂は、後述する熱硬化処理によって熱硬化させることにより、カーボン繊維２０の接着剤として機能する。
【００２２】
図１（Ｃ）は、カーボン繊維２０が巻き付けられた後のタンク容器１０を示す模式図である。タンク容器１０は、カーボン繊維２０が外表面に巻き付けられることによって、その強度が向上する。以後、このカーボン繊維２０が巻き付けられたタンク容器１０を、「繊維強化タンク容器１０」と呼ぶ。なお、この繊維強化タンク容器１０では、例えば、約３ｍｍ程度のナイロン系樹脂の容器壁の厚みに対して、カーボン繊維２０による繊維強化層が約２０μｍ〜３０μｍ程度の厚みで形成されている。
【００２３】
図２（Ａ）は、繊維強化タンク容器１０の熱硬化性樹脂を熱硬化させるための熱硬化処理を実行する熱硬化処理装置２００を示す概略透視斜視図である。図２（Ａ）では、装置全体を覆う隔壁２１５が破線で図示されている。なお、図２（Ａ）には、互いに直交する三次元方向を示す矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。矢印ｚ方向は、重力方向上向きと一致しており、矢印ｙ方向は、繊維強化タンク容器１０の中心軸ＣＸの軸方向と一致する。
【００２４】
図２（Ｂ）は、熱硬化処理装置２００を、図２（Ａ）のｘ軸方向に沿った方向から見たときの概略側面図である。なお、図２（Ｂ）では、図２（Ａ）において破線で図示された隔壁２１５の図示は省略されている。また、図２（Ｂ）には、図２（Ａ）の矢印ｘ，ｙ，ｚと対応する矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。
【００２５】
熱硬化処理装置２００は、隔壁２１５によって囲まれた内部空間ＷＳに、基台２１０と、タンク取付部２２１，２２２と、回転駆動部２２５と、気泡除去部２３０とを備えている。タンク取付部２２１，２２２と、回転駆動部２２５とはそれぞれ、基台２１０上に配置されている。タンク取付部２２１，２２２は、繊維強化タンク容器１０をその中心軸ＣＸを中心に回動可能なように、その両端から保持する。回転駆動部２２５は、タンク取付部２２１，２２２に保持された繊維強化タンク容器１０を、矢印Ｒ方向に、ほぼ一定の速度で回転させることができる。
【００２６】
熱硬化処理装置２００は、熱硬化処理として、タンク取付部２２１，２２２に取り付けられた繊維強化タンク容器１０を回転駆動部２２５によって回転させつつ、内部空間ＷＳを約１３０℃程度まで昇温して、繊維強化タンク容器１０を約７〜８時間程度加熱する。これにより、カーボン繊維２０に含浸された熱硬化性樹脂が熱硬化する。なお、一般に、熱硬化性樹脂は、熱硬化のための加熱が開始されると、一旦その粘度が低下し、ほぼ液状となるまでに軟化する。また、熱硬化性樹脂は、この軟化した状態から、さらに、加熱が継続されると、架橋反応が進行して硬化する。
【００２７】
ここで、熱硬化性樹脂は、硬化に伴って収縮する性質を有する。従って、熱硬化性樹脂の硬化が進行すると、繊維強化タンク容器１０には、熱硬化性樹脂の収縮により、そのタンク径が縮小する方向に力が働くこととなる。そこで、この熱硬化処理装置２００では、図示せざるタンク内圧力調整部によって、繊維強化タンク容器１０の内部の圧力を調整し、当該圧力と、熱硬化性樹脂の収縮によりタンク径を縮小させる方向に働く力とを均衡させて、熱硬化処理工程においてタンク径が縮小してしまうことを抑制する。
【００２８】
ところで、繊維強化タンク容器１０の繊維強化層には、カーボン繊維２０の巻き付け時に繊維間に入り込んだ空気や、もともとカーボン繊維２０内に入り込んでいた空気などが存在する。上述したように、繊維強化タンク容器１０の熱硬化処理工程において、熱硬化性樹脂の粘度が比較的低下した状態のときには、そうした繊維強化層に入り込んでいる空気が、熱硬化性樹脂中を移動しやすくなる。従って、熱硬化処理工程において、そうした空気が、熱硬化性樹脂中を繊維強化層の表層に向かって移動することにより、繊維強化層の外表面に気泡が発生してしまう場合がある。
【００２９】
繊維強化層の外表面に気泡が生じたまま熱硬化性樹脂が硬化してしまうと、繊維強化タンク容器１０の外表面に気泡による凹凸が生じる。繊維強化タンク容器１０がそうした凹凸を有すると、完成品である高圧ガスタンクの寸法誤差の原因となり、高圧ガスタンクの組み付け性が悪化する可能性がある。また、そのような外表面の凹凸は、高圧ガスタンクの意匠性の低下の原因にもなり、高圧ガスタンクの外表面に表示ラベル等を貼付する場合には、表示ラベルの貼付性の低下や、貼付された表示ラベルの視認性の低下の原因にもなる。
【００３０】
そこで、本実施例の熱硬化処理装置２００には、熱硬化処理過程において繊維強化タンク容器１０の外表面に発生する気泡を除去するための気泡除去部２３０が設けられている。気泡除去部２３０は、タンク取付部２２１，２２２に取り付けられた繊維強化タンク容器１０の重力方向上側に、取り付けられており、繊維強化タンク容器１０に向かって開口するノズル２３５を備える。気泡除去部２３０は、ノズル２３５から、高温度に調整された高温空気を高圧力で噴射することができる。ここで、「高温」とは、熱硬化処理過程における熱硬化処理装置２００の内部空間ＷＳの昇温温度よりも高い温度を意味する。
【００３１】
この構成により、気泡除去部２３０は、熱硬化処理過程において、回転駆動している繊維強化タンク容器１０の外表面に、高温空気を吹き付け、発生する気泡を破泡・除去する。なお、図では、ノズル２３５は、高温空気をシリンダ部１１全体に吹き付けているが、ノズル２３５は、高温空気の吹き付け領域を任意に絞ることが可能である。
【００３２】
図３は、熱硬化処理工程における気泡除去部２３０による気泡の除去を説明するための模式図である。図３は、図２（Ｂ）に示す破線領域３を拡大して示す概略断面図である。図３には、繊維強化タンク容器１０の容器壁の一部断面と、当該容器壁に積層され、カーボン繊維２０と熱硬化性樹脂２３によって形成された繊維強化層２０Ｌの一部断面と、高温空気が吹き付けられる方向を示す矢印とが模式的に示されている。なお、熱硬化性樹脂２３は、硬化する前の比較的軟化した状態である。
【００３３】
図２で説明したように、軟化しはじめた熱硬化性樹脂２３中には、気泡２５が生じ、気泡２５は次第に繊維強化層２０Ｌの表層に向かって移動する。このときに、気泡除去部２３０のノズル２３５から高温空気を吹き付ける。吹き付けられた高温空気により、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓが熱せられて、表層２３ｓの粘度の低下が促進されるとともに、その液体成分の蒸発により、表層２３ｓの薄化が促進される。これによって、繊維強化層２０Ｌの表層２３ｓに生じた気泡２５は、破泡しやすい状態となる。この破泡しやすい状態となった気泡２５を、気泡除去部２３０が噴射した高温空気の風圧によって破泡する。このように、気泡除去部２３０は、熱硬化性樹脂２３に直接的に接触することなく気泡２５を除去できる。従って、気泡の除去工程において、熱硬化性樹脂２３に接触して繊維強化タンク容器１０の外表面を損傷させてしまうことを回避できる。
【００３４】
なお、この気泡除去部２３０による気泡の除去工程は、熱硬化性樹脂２３の粘度が低下しはじめ、その粘度が上昇しはじめる前の熱硬化処理の初期段階において実行されることが好ましい。これによって、気泡除去部２３０の加熱によって、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓの粘度の低下をより促進することができ、破泡しやすい状態の気泡２５を効率的に除去することが可能となる。
【００３５】
ここで、気泡除去部２３０は、図２（Ｂ）における矢印ｙに沿った方向に移動可能である。また、気泡除去部２３０は、矢印ｚに沿った方向に移動して、ノズル２３５と繊維強化タンク容器１０との間の距離を調整することが可能である。これによって、気泡除去部２３０は、繊維強化タンク容器１０の外表面に沿って移動しつつ、高温空気の噴射による気泡除去を実行する。
【００３６】
図４は、上記の気泡除去工程における気泡除去部２３０の移動を説明するための模式図である。図４は、気泡除去部２３０の移動軌跡を段階的に図示している点以外は、図２（Ｂ）とほぼ同じである。気泡除去部２３０は、ノズル２３５と繊維強化タンク容器１０との間の距離をほぼ一定に保つように、矢印ｚの方向に沿って高さを変位しつつ、略一定速度で、矢印ｙに沿った方向に移動するとともに、繊維強化タンク容器１０に対して高温空気を噴射する。
【００３７】
ところで、繊維強化層２０Ｌの局所的な加熱時間が長くなると、かえって、その加熱によって、当該局所部位における気泡２５の発生が促進されてしまう場合がある。しかし、本実施例の気泡除去部２３０は、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓを加熱できる程度の短時間（例えば数秒程度）の局所的な高温空気の噴射を繰り返しつつ、繊維強化タンク容器１０全体を走査する。従って、この気泡除去部２３０によれば、長時間にわたって必要以上に高温空気を局所的に加熱して、気泡２５の発生を促進してしまうことを抑制できる。
【００３８】
また、気泡除去部２３０は、ノズル２３５と繊維強化タンク容器１０との間の距離をほぼ一定に保つことにより、径が略同一のシリンダ部１１も、径の変化するドーム部１３も同様に気泡を除去することができる。即ち、この熱硬化処理装置２００によれば、繊維強化タンク容器１０が、外表面に凹凸を有するするような複雑な形状であっても、気泡除去を確実に実行することが可能である。
【００３９】
熱硬化処理が終了した後、繊維強化タンク容器１０は、熱硬化処理装置２００から取り外される。この繊維強化タンク容器１０にバルブなどが取り付けられ、高圧ガスタンクが製造される。このように、本実施例の構成によれば、フィラメント・ワインディング法によって製造される高圧ガスタンクの熱硬化処理において、熱硬化性樹脂に直接的に接触することを回避しつつ、熱硬化性樹脂層に発生する気泡をより確実に除去することができる。
【００４０】
B．第２実施例：
図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２実施例としての熱硬化処理装置２００Ａの構成を示す概略図である。図５（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、気泡除去部２３０に換えて第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂを有する気泡除去部２３０Ａが設けられている点以外は、図２（Ｂ）とほぼ同じである。なお、図５（Ａ）は、第１のノズル２３５ａが後述する温風を噴射している状態を示しており、図５（Ｂ）は、第２のノズル２３５ｂが後述する冷風を噴射している状態を示している。この熱硬化処理装置２００Ａには、第１実施例と同様に予め準備された繊維強化タンク容器１０（図１）が取り付けられる。
【００４１】
気泡除去部２３０Ａの第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂはそれぞれ、タンク取付部２２１，２２２に取り付けられた繊維強化タンク容器１０に向かって開口する互いに並列に設けられたノズルである。第１のノズル２３５ａは、第１実施例で説明したのと同様な高温空気（温風）を噴射し、第２のノズル２３５ｂは、第１のノズル２３５ａから噴射される高温空気より比較的低い温度に調整された低温空気（冷風）を噴射する。なお、図５（Ａ），（Ｂ）では、温風と冷風とを異なるハッチングによって区別して図示してある。
【００４２】
この熱硬化処理装置２００Ａでは、熱硬化処理工程が開始され、繊維強化タンク容器１０における熱硬化性樹脂２３の粘度が比較的低下しはじめたときに、第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂから温風と冷風とを交互に噴射する。この温風による加熱と冷風による冷却とを交互に繰り返すことによって、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓに生じる気泡２５に膨張と収縮とを交互に繰り返させる。これによって、気泡２５を、不安定な状態へと導き、より破泡しやすくしたうえで、温風または冷風の風圧によって破泡し、除去する。
【００４３】
ここで、この第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂによる温風と冷風の噴射周期は、熱硬化性樹脂２３の粘度が高くなりはじめるのに従って速くすることが好ましい。これによって、比較的粘度が高くなった熱硬化性樹脂２３に生じた気泡２５であっても、膨張と収縮の周期が短くなることにより、破泡しやすい状態にすることができる。なお、温風の温度と冷風の温度との間の温度差は大きいほど好ましい。また、冷風の温度は、熱硬化処理過程における熱硬化処理装置２００Ａの内部空間ＷＳの昇温温度より低い温度であっても良い。
【００４４】
このように、この気泡除去部２３０Ａによれば、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓに生じる気泡２５を破泡しやすい不安定な状態にした上で、確実に除去することが可能である。また、この気泡除去部２３０Ａによれば、冷風による熱硬化性樹脂２３の冷却によって、温風による加熱のために、熱硬化性樹脂２３に発生する気泡２５が増加することを抑制することができる。
【００４５】
C．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態様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。
【００４６】
C1．変形例１：
上記第１実施例において、熱硬化処理装置２００の気泡除去部２３０は、高温空気を噴射することによって、繊維強化タンク容器１０の外表面の一部を局所的に加熱していた。また、上記第２実施例において、熱硬化処理装置２００Ａの気泡除去部２３０Ａは、第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂから、温度の異なる第１と第２のガスを吹き付けることによって、繊維強化タンク容器１０の外表面の一部を局所的に温度変化させていた。しかし、熱硬化処理装置２００，２００Ａは、電熱線などの他の加熱手段や、冷却手段によって、繊維強化タンク容器１０の外表面の一部領域を局所的に加熱または冷却して温度変化させるものとしても良い。この場合には、当該一部領域に温度調整されていない空気を噴射して気泡を除去することも可能である。
【００４７】
C2．変形例２：
上記実施例において、気泡除去部２３０，２３０Ａは、空気を噴射することによって、気泡２５を除去していた。しかし、気泡除去部２３０，２３０Ａは、空気以外のガスを温度調整して噴射し、気泡２５を除去するものとしても良い。例えば、気泡除去部２３０，２３０Ａは、蒸気を噴射するものとしても良い。
【００４８】
C3．変形例３：
上記実施例において、気泡除去部２３０，２３０Ａでは、繊維強化タンク容器１０の表面形状に沿って移動することにより、ノズル２３５，２３５ａ，２３５ｂと、繊維強化タンク容器１０の外表面との間の距離をほぼ一定に保持しつつ、気泡除去を実行していた。しかし、気泡除去部２３０，２３０Ａは、繊維強化タンク容器１０の表面形状に沿って移動しなくとも良い。この場合には、ノズル２３５，２３５ａ，２３５ｂと繊維強化タンク容器１０の外表面との間の距離に応じて、噴射するガスの圧力や温度を調整するものとしても良い。
【００４９】
C4．変形例４：
上記第２実施例において、気泡除去部２３０Ａは、第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂのそれぞれから、温度の異なる第１と第２のガスを噴射していた。しかし、気泡除去部２３０Ａは、単一のノズルから、温度の異なる第１と第２のガスを交互に噴射するものとしても良い。
【００５０】
C5．変形例５：
上記実施例において、カーボン繊維２０には、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が含浸されていたが、カーボン繊維２０には、他の熱硬化性樹脂が含浸されるものとしても良い。例えば、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂や、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが用いられるものとしても良い。
【００５１】
また、上記実施例では、カーボン繊維２０に予め熱硬化性樹脂が含浸されていたが、熱硬化性樹脂は、予め含浸されていなくとも良い。例えば、熱硬化性樹脂は、タンク容器１０へのカーボン繊維２０の巻き付け工程において、カーボン繊維２０に含浸されるものとしても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１０…タンク容器（繊維強化タンク容器）
１１…シリンダ部
１３…ドーム部
２０…カーボン繊維
２０Ｌ…繊維強化層
２３…熱硬化性樹脂
２３ｓ…表層
２５…気泡
１１０…回転駆動部
１２０…リール
２００，２００Ａ…熱硬化処理装置
２１０…基台
２１５…隔壁
２２１，２２２…タンク取付部
２２５…回転駆動部
２３０，２３０Ａ…気泡除去部
２３５…ノズル
２３５ａ…第１のノズル
２３５ｂ…第２のノズル
ＷＳ…内部空間
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスを貯蔵するための高圧ガスタンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガスタンクは、燃料電池車両などの移動体に搭載される場合があり、その軽量化が要求されている。高圧ガスタンクを軽量化する方法としては、フィラメント・ワインディング法（ＦＷ法）による高圧ガスタンクの製造方法が知られている。フィラメント・ワインディング法による高圧ガスタンクの製造方法では、比較的軽量な樹脂製のタンク容器の外周にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付け、熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより、タンク容器の強度を向上させる。
【０００３】
しかし、フィラメント・ワインディング法では、その熱硬化過程において、繊維間に入り込んでいた空気などが、次第に熱硬化性樹脂層の表層へと移動して、熱硬化性樹脂層に気泡が発生してしまうという問題があった。高圧ガスタンクにおいて、熱硬化性樹脂層に気泡が生じると、高圧ガスタンクの外表面に気泡による凹凸が生じることとなる。すると、高圧ガスタンクの寸法に誤差が生じ、高圧ガスタンクの組み付け性が悪化してしまう。また、そのような外表面の凹凸は、高圧ガスタンクの意匠性の低下を引き起こす。さらに、高圧ガスタンクの外表面に表示ラベル等を貼付する場合には、表示ラベルの貼付性が低下するばかりでなく、貼付された表示ラベルの視認性も低下してしまう。
【０００４】
これまで、フィラメント・ワインディング法の熱硬化過程における気泡の発生を抑制するために、種々の技術が提案されてきた（特許文献１等）。しかし、これらの技術によっても、熱硬化過程において、熱硬化性樹脂中の気泡の発生を十分に抑制されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−５３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、フィラメント・ワインディング法によって製造される高圧ガスタンクにおいて、熱硬化性樹脂に発生する気泡を除去する技術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】
【０００７】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
高圧ガスタンク製造装置であって、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付けることにより外表面に繊維強化樹脂層が形成されたタンク容器の全体を加熱して、前記繊維強化樹脂層の熱硬化処理を実行するタンク容器熱硬化部と、前記熱硬化処理において、前記タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に変化させるとともに、前記一部領域にガスを吹き付けて、前記タンク容器の表層に生じる気泡を除去する気泡除去部とを備える、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、熱硬化処理において、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に変化させることによって、当該一部領域において生じる気泡を破泡しやすい不安定な状態とした上で、当該気泡を、ガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。従って、フィラメント・ワインディング法によって製造される高圧ガスタンクにおいて、タンク容器表層の熱硬化性樹脂に発生する気泡を、確実に除去することができる。
【０００９】
［適用例２］
適用例１記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記気泡除去部は、前記タンク容器の表層に温度調整されたガスを前記一部領域に局所的に吹き付けることにより、前記一部領域の温度を変化させる、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、温度調整されたガスによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に変化させ、当該一部領域において生じる気泡を破泡しやすい不安定な状態とした上で、当該気泡を、当該ガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１０】
［適用例３］
適用例２記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記気泡除去部は、前記タンク容器硬化部による前記タンク容器の加熱温度より高い温度に調整された高温ガスを、前記タンク容器の表層に吹き付けて、前記一部領域を局所的に加熱する、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、高温ガスによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に上昇させ、当該一部領域の熱硬化性樹脂の粘度の低下を促進させ、当該一部領域に生じる気泡を破泡しやすい状態とした上で、高温ガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１１】
［適用例４］
適用例２または適用例３記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記気泡除去部は、温度の異なる第１と第２のガスを、前記タンク容器の表層に、交互に吹き付けて、前記一部領域の温度を局所的に変化させる、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、温度の異なる第１と第２のガスを吹き付けることによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に、交互に上昇・下降させることができる。そして、この温度変化により、当該一部領域に生じる気泡に膨張・収縮を繰り返させ、当該気泡を、破泡しやすい不安定な状態とした上で、第１と第２のガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１２】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記気泡除去部は、前記ガスを噴射するガス噴射口を有しており、前記ガス噴射口は、前記タンク容器の外表面に沿って移動可能である、高圧ガスタンク製造装置。
この高圧ガスタンク製造装置によれば、ガス噴射口が、タンク容器の外表面全体を走査することができるため、タンク容器の形状に拘わらず、タンク容器全体の気泡除去を万遍なく実行することができる。
【００１３】
［適用例６］
高圧ガスタンクの製造方法であって、
（ａ）熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂層が外表面に形成されたタンク容器を準備する工程と、
（ｂ）前記繊維強化樹脂層の全体を加熱して熱硬化させつつ、前記タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に変化させるとともに、前記一部領域にガスを吹き付けて、前記タンク容器の表層に生じる気泡を除去する工程と、
を備える、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、繊維強化樹脂層を熱硬化させる熱硬化処理において、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に変化させることによって、当該一部領域において生じる気泡を破泡しやすい不安定な状態とした上で、ガスの風圧によって、当該気泡を破泡し、消滅させることができる。従って、フィラメント・ワインディング法を用いた高圧ガスタンクの製造工程において、タンク容器表層の熱硬化性樹脂に発生する気泡を、確実に除去することができる。
【００１４】
［適用例７］
適用例６に記載の製造方法であって、前記工程（ｂ）は、前記タンク容器の表層に温度調整されたガスを前記一部領域に局所的に吹き付けることにより、前記一部領域の温度を変化させる工程を含む、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、温度調整されたガスによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に変化させ、当該一部領域において生じる気泡を破泡しやすい不安定な状態とした上で、当該気泡を、温度調整されたガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１５】
［適用例８］
適用例７に記載の製造方法であって、前記工程（ｂ）は、前記繊維強化層の全体を熱硬化させるための加熱温度より高い温度に調整された空気または水蒸気を、前記タンク容器の表層に吹き付けて、前記一部領域を局所的に加熱する工程を含む、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、高温ガスによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を局所的に上昇させ、当該一部領域の熱硬化性樹脂の粘度の低下を促進させ、当該一部領域に生じる気泡を破泡しやすい状態とした上で、高温ガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１６】
［適用例９］
適用例７または適用例８に記載の製造方法であって、前記工程（ｂ）は、温度の異なる第１と第２のガスを、前記タンク容器の表層に、交互に吹き付けて、前記一部領域の温度を変化させる工程を含む、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、温度の異なる第１と第２のガスを吹き付けることによって、タンク容器の表層の一部領域の温度を、局所的に変化させることができる。そして、この温度変化により、当該一部領域に生じる気泡に膨張・収縮を繰り返させ、当該気泡を、破泡しやすい不安定な状態とした上で、第１と第２のガスの風圧によって破泡し、消滅させることができる。
【００１７】
［適用例１０］
適用例６ないし適用例９のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク製造装置であって、前記工程（ｂ）は、前記ガスを噴射するガス噴射口を、前記タンク容器の表層に沿って移動させつつ、前記ガスを前記タンク容器の表層に吹き付ける工程を含む、製造方法。
この高圧ガスタンクの製造方法によれば、ガス噴射口が、タンク容器の外表面全体を走査することができるため、タンク容器の形状に拘わらず、タンク容器全体の気泡除去を万遍なく実行することができる。
【００１８】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、高圧ガスタンクの製造装置および高圧ガスタンクの製造方法、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】繊維強化タンク容器の準備工程を説明するための模式図。
【図２】第１実施例の熱硬化処理装置の構成を示す概略図。
【図３】第１実施例における繊維強化層表層の気泡除去工程を説明するための模式図。
【図４】第１実施例における繊維強化層表層の気泡除去工程を説明するための模式図。
【図５】第２実施例の熱硬化処理装置の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
A．第１実施例：
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の一実施例としてのフィラメント・ワインディング法による高圧ガスタンクの製造工程の一部を説明するための模式図である。図１（Ａ）は、タンク容器１０を示す模式図である。高圧ガスタンクの製造にあたり、まず第１工程として、このタンク容器１０を準備する。タンク容器１０は、略円柱状のシリンダ部１１と、その両端に設けられた略ドーム形状のドーム部１３とを有する中空の容器である。タンク容器１０は、例えば、ナイロン系樹脂などの樹脂によって構成される。なお、タンク容器１０は、他の形状を有していても良く、他の部材によって構成されるものとしても良い。
【００２１】
図１（Ｂ）は、タンク容器１０の外表面にカーボン繊維２０を巻き付ける工程を示す模式図である。この工程では、タンク容器１０を、回転駆動部１１０に取り付け、シリンダ部１１の中心軸ＣＸを中心として回転させる。さらに、カーボン繊維２０が巻かれたリール１２０を、中心軸ＣＸの軸方向に沿って往復動させつつ、シリンダ部１１及びドーム部１３の外表面にカーボン繊維２０を巻き付ける。なお、このカーボン繊維２０には、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が予め含浸されている。この熱硬化性樹脂は、後述する熱硬化処理によって熱硬化させることにより、カーボン繊維２０の接着剤として機能する。
【００２２】
図１（Ｃ）は、カーボン繊維２０が巻き付けられた後のタンク容器１０を示す模式図である。タンク容器１０は、カーボン繊維２０が外表面に巻き付けられることによって、その強度が向上する。以後、このカーボン繊維２０が巻き付けられたタンク容器１０を、「繊維強化タンク容器１０」と呼ぶ。なお、この繊維強化タンク容器１０では、例えば、約３ｍｍ程度のナイロン系樹脂の容器壁の厚みに対して、カーボン繊維２０による繊維強化層が約２０μｍ〜３０μｍ程度の厚みで形成されている。
【００２３】
図２（Ａ）は、繊維強化タンク容器１０の熱硬化性樹脂を熱硬化させるための熱硬化処理を実行する熱硬化処理装置２００を示す概略透視斜視図である。図２（Ａ）では、装置全体を覆う隔壁２１５が破線で図示されている。なお、図２（Ａ）には、互いに直交する三次元方向を示す矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。矢印ｚ方向は、重力方向上向きと一致しており、矢印ｙ方向は、繊維強化タンク容器１０の中心軸ＣＸの軸方向と一致する。
【００２４】
図２（Ｂ）は、熱硬化処理装置２００を、図２（Ａ）のｘ軸方向に沿った方向から見たときの概略側面図である。なお、図２（Ｂ）では、図２（Ａ）において破線で図示された隔壁２１５の図示は省略されている。また、図２（Ｂ）には、図２（Ａ）の矢印ｘ，ｙ，ｚと対応する矢印ｘ，ｙ，ｚが図示されている。
【００２５】
熱硬化処理装置２００は、隔壁２１５によって囲まれた内部空間ＷＳに、基台２１０と、タンク取付部２２１，２２２と、回転駆動部２２５と、気泡除去部２３０とを備えている。タンク取付部２２１，２２２と、回転駆動部２２５とはそれぞれ、基台２１０上に配置されている。タンク取付部２２１，２２２は、繊維強化タンク容器１０をその中心軸ＣＸを中心に回動可能なように、その両端から保持する。回転駆動部２２５は、タンク取付部２２１，２２２に保持された繊維強化タンク容器１０を、矢印Ｒ方向に、ほぼ一定の速度で回転させることができる。
【００２６】
熱硬化処理装置２００は、熱硬化処理として、タンク取付部２２１，２２２に取り付けられた繊維強化タンク容器１０を回転駆動部２２５によって回転させつつ、内部空間ＷＳを約１３０℃程度まで昇温して、繊維強化タンク容器１０を約７〜８時間程度加熱する。これにより、カーボン繊維２０に含浸された熱硬化性樹脂が熱硬化する。なお、一般に、熱硬化性樹脂は、熱硬化のための加熱が開始されると、一旦その粘度が低下し、ほぼ液状となるまでに軟化する。また、熱硬化性樹脂は、この軟化した状態から、さらに、加熱が継続されると、架橋反応が進行して硬化する。
【００２７】
ここで、熱硬化性樹脂は、硬化に伴って収縮する性質を有する。従って、熱硬化性樹脂の硬化が進行すると、繊維強化タンク容器１０には、熱硬化性樹脂の収縮により、そのタンク径が縮小する方向に力が働くこととなる。そこで、この熱硬化処理装置２００では、図示せざるタンク内圧力調整部によって、繊維強化タンク容器１０の内部の圧力を調整し、当該圧力と、熱硬化性樹脂の収縮によりタンク径を縮小させる方向に働く力とを均衡させて、熱硬化処理工程においてタンク径が縮小してしまうことを抑制する。
【００２８】
ところで、繊維強化タンク容器１０の繊維強化層には、カーボン繊維２０の巻き付け時に繊維間に入り込んだ空気や、もともとカーボン繊維２０内に入り込んでいた空気などが存在する。上述したように、繊維強化タンク容器１０の熱硬化処理工程において、熱硬化性樹脂の粘度が比較的低下した状態のときには、そうした繊維強化層に入り込んでいる空気が、熱硬化性樹脂中を移動しやすくなる。従って、熱硬化処理工程において、そうした空気が、熱硬化性樹脂中を繊維強化層の表層に向かって移動することにより、繊維強化層の外表面に気泡が発生してしまう場合がある。
【００２９】
繊維強化層の外表面に気泡が生じたまま熱硬化性樹脂が硬化してしまうと、繊維強化タンク容器１０の外表面に気泡による凹凸が生じる。繊維強化タンク容器１０がそうした凹凸を有すると、完成品である高圧ガスタンクの寸法誤差の原因となり、高圧ガスタンクの組み付け性が悪化する可能性がある。また、そのような外表面の凹凸は、高圧ガスタンクの意匠性の低下の原因にもなり、高圧ガスタンクの外表面に表示ラベル等を貼付する場合には、表示ラベルの貼付性の低下や、貼付された表示ラベルの視認性の低下の原因にもなる。
【００３０】
そこで、本実施例の熱硬化処理装置２００には、熱硬化処理過程において繊維強化タンク容器１０の外表面に発生する気泡を除去するための気泡除去部２３０が設けられている。気泡除去部２３０は、タンク取付部２２１，２２２に取り付けられた繊維強化タンク容器１０の重力方向上側に、取り付けられており、繊維強化タンク容器１０に向かって開口するノズル２３５を備える。気泡除去部２３０は、ノズル２３５から、高温度に調整された高温空気を高圧力で噴射することができる。ここで、「高温」とは、熱硬化処理過程における熱硬化処理装置２００の内部空間ＷＳの昇温温度よりも高い温度を意味する。
【００３１】
この構成により、気泡除去部２３０は、熱硬化処理過程において、回転駆動している繊維強化タンク容器１０の外表面に、高温空気を吹き付け、発生する気泡を破泡・除去する。なお、図では、ノズル２３５は、高温空気をシリンダ部１１全体に吹き付けているが、ノズル２３５は、高温空気の吹き付け領域を任意に絞ることが可能である。
【００３２】
図３は、熱硬化処理工程における気泡除去部２３０による気泡の除去を説明するための模式図である。図３は、図２（Ｂ）に示す破線領域３を拡大して示す概略断面図である。図３には、繊維強化タンク容器１０の容器壁の一部断面と、当該容器壁に積層され、カーボン繊維２０と熱硬化性樹脂２３によって形成された繊維強化層２０Ｌの一部断面と、高温空気が吹き付けられる方向を示す矢印とが模式的に示されている。なお、熱硬化性樹脂２３は、硬化する前の比較的軟化した状態である。
【００３３】
図２で説明したように、軟化しはじめた熱硬化性樹脂２３中には、気泡２５が生じ、気泡２５は次第に繊維強化層２０Ｌの表層に向かって移動する。このときに、気泡除去部２３０のノズル２３５から高温空気を吹き付ける。吹き付けられた高温空気により、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓが熱せられて、表層２３ｓの粘度の低下が促進されるとともに、その液体成分の蒸発により、表層２３ｓの薄化が促進される。これによって、繊維強化層２０Ｌの表層２３ｓに生じた気泡２５は、破泡しやすい状態となる。この破泡しやすい状態となった気泡２５を、気泡除去部２３０が噴射した高温空気の風圧によって破泡する。このように、気泡除去部２３０は、熱硬化性樹脂２３に直接的に接触することなく気泡２５を除去できる。従って、気泡の除去工程において、熱硬化性樹脂２３に接触して繊維強化タンク容器１０の外表面を損傷させてしまうことを回避できる。
【００３４】
なお、この気泡除去部２３０による気泡の除去工程は、熱硬化性樹脂２３の粘度が低下しはじめ、その粘度が上昇しはじめる前の熱硬化処理の初期段階において実行されることが好ましい。これによって、気泡除去部２３０の加熱によって、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓの粘度の低下をより促進することができ、破泡しやすい状態の気泡２５を効率的に除去することが可能となる。
【００３５】
ここで、気泡除去部２３０は、図２（Ｂ）における矢印ｙに沿った方向に移動可能である。また、気泡除去部２３０は、矢印ｚに沿った方向に移動して、ノズル２３５と繊維強化タンク容器１０との間の距離を調整することが可能である。これによって、気泡除去部２３０は、繊維強化タンク容器１０の外表面に沿って移動しつつ、高温空気の噴射による気泡除去を実行する。
【００３６】
図４は、上記の気泡除去工程における気泡除去部２３０の移動を説明するための模式図である。図４は、気泡除去部２３０の移動軌跡を段階的に図示している点以外は、図２（Ｂ）とほぼ同じである。気泡除去部２３０は、ノズル２３５と繊維強化タンク容器１０との間の距離をほぼ一定に保つように、矢印ｚの方向に沿って高さを変位しつつ、略一定速度で、矢印ｙに沿った方向に移動するとともに、繊維強化タンク容器１０に対して高温空気を噴射する。
【００３７】
ところで、繊維強化層２０Ｌの局所的な加熱時間が長くなると、かえって、その加熱によって、当該局所部位における気泡２５の発生が促進されてしまう場合がある。しかし、本実施例の気泡除去部２３０は、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓを加熱できる程度の短時間（例えば数秒程度）の局所的な高温空気の噴射を繰り返しつつ、繊維強化タンク容器１０全体を走査する。従って、この気泡除去部２３０によれば、長時間にわたって必要以上に高温空気を局所的に加熱して、気泡２５の発生を促進してしまうことを抑制できる。
【００３８】
また、気泡除去部２３０は、ノズル２３５と繊維強化タンク容器１０との間の距離をほぼ一定に保つことにより、径が略同一のシリンダ部１１も、径の変化するドーム部１３も同様に気泡を除去することができる。即ち、この熱硬化処理装置２００によれば、繊維強化タンク容器１０が、外表面に凹凸を有するするような複雑な形状であっても、気泡除去を確実に実行することが可能である。
【００３９】
熱硬化処理が終了した後、繊維強化タンク容器１０は、熱硬化処理装置２００から取り外される。この繊維強化タンク容器１０にバルブなどが取り付けられ、高圧ガスタンクが製造される。このように、本実施例の構成によれば、フィラメント・ワインディング法によって製造される高圧ガスタンクの熱硬化処理において、熱硬化性樹脂に直接的に接触することを回避しつつ、熱硬化性樹脂層に発生する気泡をより確実に除去することができる。
【００４０】
B．第２実施例：
図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２実施例としての熱硬化処理装置２００Ａの構成を示す概略図である。図５（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、気泡除去部２３０に換えて第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂを有する気泡除去部２３０Ａが設けられている点以外は、図２（Ｂ）とほぼ同じである。なお、図５（Ａ）は、第１のノズル２３５ａが後述する温風を噴射している状態を示しており、図５（Ｂ）は、第２のノズル２３５ｂが後述する冷風を噴射している状態を示している。この熱硬化処理装置２００Ａには、第１実施例と同様に予め準備された繊維強化タンク容器１０（図１）が取り付けられる。
【００４１】
気泡除去部２３０Ａの第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂはそれぞれ、タンク取付部２２１，２２２に取り付けられた繊維強化タンク容器１０に向かって開口する互いに並列に設けられたノズルである。第１のノズル２３５ａは、第１実施例で説明したのと同様な高温空気（温風）を噴射し、第２のノズル２３５ｂは、第１のノズル２３５ａから噴射される高温空気より比較的低い温度に調整された低温空気（冷風）を噴射する。なお、図５（Ａ），（Ｂ）では、温風と冷風とを異なるハッチングによって区別して図示してある。
【００４２】
この熱硬化処理装置２００Ａでは、熱硬化処理工程が開始され、繊維強化タンク容器１０における熱硬化性樹脂２３の粘度が比較的低下しはじめたときに、第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂから温風と冷風とを交互に噴射する。この温風による加熱と冷風による冷却とを交互に繰り返すことによって、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓに生じる気泡２５に膨張と収縮とを交互に繰り返させる。これによって、気泡２５を、不安定な状態へと導き、より破泡しやすくしたうえで、温風または冷風の風圧によって破泡し、除去する。
【００４３】
ここで、この第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂによる温風と冷風の噴射周期は、熱硬化性樹脂２３の粘度が高くなりはじめるのに従って速くすることが好ましい。これによって、比較的粘度が高くなった熱硬化性樹脂２３に生じた気泡２５であっても、膨張と収縮の周期が短くなることにより、破泡しやすい状態にすることができる。なお、温風の温度と冷風の温度との間の温度差は大きいほど好ましい。また、冷風の温度は、熱硬化処理過程における熱硬化処理装置２００Ａの内部空間ＷＳの昇温温度より低い温度であっても良い。
【００４４】
このように、この気泡除去部２３０Ａによれば、熱硬化性樹脂２３の表層２３ｓに生じる気泡２５を破泡しやすい不安定な状態にした上で、確実に除去することが可能である。また、この気泡除去部２３０Ａによれば、冷風による熱硬化性樹脂２３の冷却によって、温風による加熱のために、熱硬化性樹脂２３に発生する気泡２５が増加することを抑制することができる。
【００４５】
C．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態様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。
【００４６】
C1．変形例１：
上記第１実施例において、熱硬化処理装置２００の気泡除去部２３０は、高温空気を噴射することによって、繊維強化タンク容器１０の外表面の一部を局所的に加熱していた。また、上記第２実施例において、熱硬化処理装置２００Ａの気泡除去部２３０Ａは、第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂから、温度の異なる第１と第２のガスを吹き付けることによって、繊維強化タンク容器１０の外表面の一部を局所的に温度変化させていた。しかし、熱硬化処理装置２００，２００Ａは、電熱線などの他の加熱手段や、冷却手段によって、繊維強化タンク容器１０の外表面の一部領域を局所的に加熱または冷却して温度変化させるものとしても良い。この場合には、当該一部領域に温度調整されていない空気を噴射して気泡を除去することも可能である。
【００４７】
C2．変形例２：
上記実施例において、気泡除去部２３０，２３０Ａは、空気を噴射することによって、気泡２５を除去していた。しかし、気泡除去部２３０，２３０Ａは、空気以外のガスを温度調整して噴射し、気泡２５を除去するものとしても良い。例えば、気泡除去部２３０，２３０Ａは、蒸気を噴射するものとしても良い。
【００４８】
C3．変形例３：
上記実施例において、気泡除去部２３０，２３０Ａでは、繊維強化タンク容器１０の表面形状に沿って移動することにより、ノズル２３５，２３５ａ，２３５ｂと、繊維強化タンク容器１０の外表面との間の距離をほぼ一定に保持しつつ、気泡除去を実行していた。しかし、気泡除去部２３０，２３０Ａは、繊維強化タンク容器１０の表面形状に沿って移動しなくとも良い。この場合には、ノズル２３５，２３５ａ，２３５ｂと繊維強化タンク容器１０の外表面との間の距離に応じて、噴射するガスの圧力や温度を調整するものとしても良い。
【００４９】
C4．変形例４：
上記第２実施例において、気泡除去部２３０Ａは、第１と第２のノズル２３５ａ，２３５ｂのそれぞれから、温度の異なる第１と第２のガスを噴射していた。しかし、気泡除去部２３０Ａは、単一のノズルから、温度の異なる第１と第２のガスを交互に噴射するものとしても良い。
【００５０】
C5．変形例５：
上記実施例において、カーボン繊維２０には、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が含浸されていたが、カーボン繊維２０には、他の熱硬化性樹脂が含浸されるものとしても良い。例えば、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂や、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが用いられるものとしても良い。
【００５１】
また、上記実施例では、カーボン繊維２０に予め熱硬化性樹脂が含浸されていたが、熱硬化性樹脂は、予め含浸されていなくとも良い。例えば、熱硬化性樹脂は、タンク容器１０へのカーボン繊維２０の巻き付け工程において、カーボン繊維２０に含浸されるものとしても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１０…タンク容器（繊維強化タンク容器）
１１…シリンダ部
１３…ドーム部
２０…カーボン繊維
２０Ｌ…繊維強化層
２３…熱硬化性樹脂
２３ｓ…表層
２５…気泡
１１０…回転駆動部
１２０…リール
２００，２００Ａ…熱硬化処理装置
２１０…基台
２１５…隔壁
２２１，２２２…タンク取付部
２２５…回転駆動部
２３０，２３０Ａ…気泡除去部
２３５…ノズル
２３５ａ…第１のノズル
２３５ｂ…第２のノズル
ＷＳ…内部空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスタンク製造装置であって、
熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付けることにより外表面に繊維強化樹脂層が形成されたタンク容器の全体を加熱して、前記繊維強化樹脂層の熱硬化処理を実行するタンク容器熱硬化部と、
前記熱硬化処理において、前記タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に変化させるとともに、前記一部領域にガスを吹き付けて、前記タンク容器の表層に生じる気泡を除去する気泡除去部と、
を備える、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記気泡除去部は、前記タンク容器の表層に温度調整されたガスを前記一部領域に局所的に吹き付けることにより、前記一部領域の温度を変化させる、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項３】
請求項２記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記気泡除去部は、前記タンク容器硬化部による前記タンク容器の加熱温度より高い温度に調整された高温ガスを、前記タンク容器の表層に吹き付けて、前記一部領域を局所的に加熱する、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記気泡除去部は、温度の異なる第１と第２のガスを、前記タンク容器の表層に、交互に吹き付けて、前記一部領域の温度を局所的に変化させる、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記気泡除去部は、前記ガスを噴射するガス噴射口を有しており、
前記ガス噴射口は、前記タンク容器の外表面に沿って移動可能である、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項６】
高圧ガスタンクの製造方法であって、
（ａ）熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂層が外表面に形成されたタンク容器を準備する工程と、
（ｂ）前記繊維強化樹脂層の全体を加熱して熱硬化させつつ、前記タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に変化させるとともに、前記一部領域にガスを吹き付けて、前記タンク容器の表層に生じる気泡を除去する工程と、
を備える、製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記タンク容器の表層に温度調整されたガスを前記一部領域に局所的に吹き付けることにより、前記一部領域の温度を変化させる工程を含む、製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記繊維強化層の全体を熱硬化させるための加熱温度より高い温度に調整された空気または水蒸気を、前記タンク容器の表層に吹き付けて、前記一部領域を局所的に加熱する工程を含む、製造方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、温度の異なる第１と第２のガスを、前記タンク容器の表層に、交互に吹き付けて、前記一部領域の温度を変化させる工程を含む、製造方法。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記工程（ｂ）は、前記ガスを噴射するガス噴射口を、前記タンク容器の表層に沿って移動させつつ、前記ガスを前記タンク容器の表層に吹き付ける工程を含む、製造方法。
【請求項１】
高圧ガスタンク製造装置であって、
熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を巻き付けることにより外表面に繊維強化樹脂層が形成されたタンク容器の全体を加熱して、前記繊維強化樹脂層の熱硬化処理を実行するタンク容器熱硬化部と、
前記熱硬化処理において、前記タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に変化させるとともに、前記一部領域にガスを吹き付けて、前記タンク容器の表層に生じる気泡を除去する気泡除去部と、
を備える、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記気泡除去部は、前記タンク容器の表層に温度調整されたガスを前記一部領域に局所的に吹き付けることにより、前記一部領域の温度を変化させる、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項３】
請求項２記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記気泡除去部は、前記タンク容器硬化部による前記タンク容器の加熱温度より高い温度に調整された高温ガスを、前記タンク容器の表層に吹き付けて、前記一部領域を局所的に加熱する、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記気泡除去部は、温度の異なる第１と第２のガスを、前記タンク容器の表層に、交互に吹き付けて、前記一部領域の温度を局所的に変化させる、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記気泡除去部は、前記ガスを噴射するガス噴射口を有しており、
前記ガス噴射口は、前記タンク容器の外表面に沿って移動可能である、高圧ガスタンク製造装置。
【請求項６】
高圧ガスタンクの製造方法であって、
（ａ）熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂層が外表面に形成されたタンク容器を準備する工程と、
（ｂ）前記繊維強化樹脂層の全体を加熱して熱硬化させつつ、前記タンク容器の表層における一部領域の温度を局所的に変化させるとともに、前記一部領域にガスを吹き付けて、前記タンク容器の表層に生じる気泡を除去する工程と、
を備える、製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記タンク容器の表層に温度調整されたガスを前記一部領域に局所的に吹き付けることにより、前記一部領域の温度を変化させる工程を含む、製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記繊維強化層の全体を熱硬化させるための加熱温度より高い温度に調整された空気または水蒸気を、前記タンク容器の表層に吹き付けて、前記一部領域を局所的に加熱する工程を含む、製造方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、温度の異なる第１と第２のガスを、前記タンク容器の表層に、交互に吹き付けて、前記一部領域の温度を変化させる工程を含む、製造方法。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれか一項に記載の高圧ガスタンク製造装置であって、
前記工程（ｂ）は、前記ガスを噴射するガス噴射口を、前記タンク容器の表層に沿って移動させつつ、前記ガスを前記タンク容器の表層に吹き付ける工程を含む、製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２６４７１８（Ｐ２０１０−２６４７１８Ａ）
【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２００９−１１９９２６（Ｐ２００９−１１９９２６）
【出願日】平成２１年５月１８日（２００９．５．１８）
【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１８日（２００９．５．１８）
【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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