高圧タンクの製造方法および高圧タンクの製造装置
【課題】可使時間（ポットライフ）および硬化時間を短縮しつつ、ＦＲＰ層の耐久性を維持及び向上させる高圧タンクの製造方法および高圧タンクの製造装置を提供する。
【解決手段】高圧タンクの製造方法は、主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１００）と、プレＦＲＰ層が形成された基材を後述する硬化用金型の収容部に収容し（Ｓ１０２）、硬化用金型に設けられた注入配管を介してプレＦＲＰ層に硬化剤を加圧条件下で注入し（Ｓ１０４）、プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１０６）と、を有する。
【解決手段】高圧タンクの製造方法は、主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１００）と、プレＦＲＰ層が形成された基材を後述する硬化用金型の収容部に収容し（Ｓ１０２）、硬化用金型に設けられた注入配管を介してプレＦＲＰ層に硬化剤を加圧条件下で注入し（Ｓ１０４）、プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１０６）と、を有する。
【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および高圧タンクの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧タンク等の高圧容器は、鉄等に比べ軽量であって強靱性を有するＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）部材が用いられ、基材表面にＦＰＲ部材からなるＦＲＰ層が形成されている。ここで、ＦＲＰ部材は、例えば、繊維と樹脂を含み、プラスチックが強化されたものである。
【０００３】
ＦＲＰ層を形成する方法として、例えば、フィラメントワインディング法（以下「ＦＷ法」ともいう）が知られており、このフィラメントワインディング法は、樹脂を含浸した繊維を、円筒状の基材に巻き付けて、ＦＲＰ層を形成する方法である。ＦＲＰ層を形成したのち、通常、熱硬化処理が施される。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ＦＲＰ層のうち、外側に向かうほど硬化開始温度の高い樹脂を用いるマトリックス樹脂を用いる多層ＦＲＰ層の製造方法が提案されている。ここで、マトリックス樹脂は、樹脂からなる主剤と、樹脂を硬化させる硬化剤とからなる。
【０００５】
上述した多層ＦＲＰ層の製造方法は、硬化剤の種類及びＦＷ法による巻回時間に応じて、フィラメントワインディング作業中に、硬化が開始してしまう場合がある。
【０００６】
また、特許文献２には、樹脂からなる主剤成分と、硬化剤からなる硬化剤成分とを、それぞれ個別に糸状または紐状に吐出流下させ、それぞれを独立に被着体面に複数の線状に塗布した後、加圧接着させる積層体の製造方法が提案されている。
【０００７】
主剤成分と硬化剤成分とを独立に線状にして被着体に塗布する際に、主剤成分と硬化剤成分との塗布位置やそれぞれの成分の比率に応じて、被着体表面の硬化にばらつきが生じるおそれがある。また、繊維強化複合材を用いていないので、ＦＲＰ層を形成することはできない。
【０００８】
なお、特許文献３には、例えば、繊維間に半硬化状態の熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグ繊維を用いて１〜１０層に対するフィラメントワインディング成形を行い、続いて、液状の熱硬化性樹脂が含浸された繊維玉を用いて１１〜３６層に対するフィラメントワインディング成形を行い、フィラメントワインディング成形時の繊維間からの熱硬化性樹脂のしみ出しを抑制する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１２６６１５号公報
【特許文献２】特公平４−１７１３９号公報
【特許文献３】特開２００８−２８６２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、主剤と硬化剤とを混合した熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を基材にフィラメントワインディング法により巻回し、熱硬化性樹脂を硬化させて高圧タンクを製造する総製造時間を考慮して、熱硬化性樹脂の硬化時間を制御していた。一方、高圧タンクの製造時間の短縮化が望まれている。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、可使時間（ポットライフ）および硬化時間を短縮しつつ、ＦＲＰ層の耐久性を維持及び向上させる高圧タンクの製造方法および高圧タンクの製造装置を提供する。ここで、可使時間（ポットライフ）とは、主剤である樹脂に、硬化剤を混合した後、粘度や状態が使用に耐えられなくなるまでの時間をいう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の高圧タンクの製造方法および高圧タンクの製造装置は以下の特徴を有する。
【００１３】
（１）主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、前記主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程と、前記プレＦＲＰ層に前記硬化剤を加圧条件下で注入し、前記プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、前記基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程と、を有する高圧タンクの製造方法である。
【００１４】
主剤は、硬化剤がなければ反応しないため、主剤のみを含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回している間に、主剤が硬化することはない。一方、硬化剤を加圧条件下で注入することによって、主剤のみを含むプレＦＲＰ層中に硬化剤を強制的に浸透させ、プレＦＲＰ層全体を硬化させることができる。したがって、従来、硬化時間の短かった硬化剤を使用することができ、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間の短縮化を図ることができる。
【００１５】
（２）上記（１）に記載の高圧タンクの製造方法において、前記ＦＲＰ層を形成する工程において、硬化開始温度の低い硬化剤を注入し、次いで硬化開始温度の高い硬化剤を順に注入して、前記プレＦＲＰ層の主剤と硬化開始温度の低い硬化剤及び硬化開始温度の高い硬化剤を反応させ、前記基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する高圧タンクの製造方法である。
【００１６】
フィラメントワインディング成形の後、硬化剤を注入して熱を用いて硬化させる場合、基材に形成された層の厚み（肉厚）方向に温度分布が生じ、通常、基材側の内層は外層に比べ温度が低くなる傾向がある。そこで、硬化開始温度の低い硬化剤を先に圧入して基材側の内層に硬化開始温度の低い硬化剤を浸透させ、一方、外層に硬化開始温度の高い硬化剤を圧入することによって、温度分布に応じた硬化速度を有する硬化剤を配置することができ、ＦＲＰ層全体の硬化時間を短縮することができ、また硬化度を均一に保つことができる。
【００１７】
（３）上記（１）または（２）に記載の高圧タンクの製造方法において、前記主剤を含浸した繊維が、予め主剤が含浸され半硬化状態のプリプレグ繊維である高圧タンクの製造方法である。
【００１８】
プリプレグ繊維を用いることにより、主剤を繊維に含浸させる工程が省かれるため、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間の短縮化を図ることができる。また、一般に、主剤を繊維に均一に含浸させるため、繊維を主剤バスへ走行させる時間を短縮するには限界がある。したがって、プリプレグ繊維を用いることで、高圧タンクの製造時間が大幅に短縮される。
【００１９】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の高圧タンクの製造方法において、前記主剤が、エポキシ樹脂であり、前記硬化剤が、メルカプタン系硬化剤およびチオール系硬化剤の少なくとも一方である高圧タンクの製造方法である。
【００２０】
エポキシ樹脂によりＦＲＰ層の強靱性が得られるとともに、メルカプタン系硬化剤およびチオール系硬化剤のような速硬化性の硬化剤を用いることに、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間の短縮化を図ることができる。
【００２１】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の高圧タンクの製造方法において、前記ＦＲＰ層を形成する工程において、さらに加熱を行う高圧タンクの製造方法である。
【００２２】
加熱を行うことにより、より硬化時間を短縮化させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間が大幅に短縮される。
【００２３】
（６）主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いて高圧タンクを製造する製造装置であって、前記主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する巻回装置と、前記プレＦＲＰ層が形成された基材を収容可能な収容部と、前記収容部に硬化剤を注入可能な少なくとも１つ以上の注入配管とを設けられた硬化用金型と、を備えた高圧タンクの製造装置である。
【００２４】
主剤のみを含むプレＦＲＰ層が形成された基材を硬化用金型の収容部に収容し、この収容部に少なくとも１つ以上の注入配管により注入することにより、効率よく、主剤のみを含むプレＦＲＰ層全体に均一に硬化剤を注入させて、浸透させることができる。これにより、硬化度の均一なＦＲＰ層が形成される。
【００２５】
（７）上記（６）に記載の高圧タンクの製造装置において、硬化用金型の注入配管には、硬化剤を圧入可能な加圧手段が設けられている高圧タンクの製造装置である。
【００２６】
加圧手段を用いて硬化剤を圧入することによって、速やかに主剤のみを含むプレＦＲＰ層に浸透させることができ、これにより、硬化時間をより短縮化させることができる。
【００２７】
（８）上記（６）または（７）に記載の高圧タンクの製造装置において、前記硬化用金型は、さらに前記収容部を加熱可能な加熱装置を備える高圧タンクの製造装置である。
【００２８】
硬化剤注入後に加熱装置によって加熱することにより、硬化時間をさらに短縮化させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、従来、硬化時間の短かった硬化剤を使用することができ、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る含浸バスを用いたフィラメントワインディング成形に用いる巻回装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る高圧タンクの製造における硬化剤注入装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態における高圧タンクの製造方法の一例を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係るプリプレグを用いたフィラメントワインディング成形に用いる巻回装置の一例の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態における高圧タンクの製造方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態における高圧タンクの製造方法の他の例によるＦＲＰ層の厚み方向の構成について説明する図である。
【図７】図６の破線で囲ったＸ部分の拡大模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００３２】
本実施の形態における高圧タンクの製造方法の一例は、図３に示すように、主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法（以下「ＦＷ法」ともいう）を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１００）と、プレＦＲＰ層が形成された基材を後述する硬化用金型の収容部に収容し（Ｓ１０２）、硬化用金型に設けられた注入配管を介してプレＦＲＰ層に硬化剤を加圧条件下で注入し（Ｓ１０４）、プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１０６）と、を有する。
【００３３】
ＦＷ法を用いて主剤を含浸した繊維を基材に巻回させてプレＦＲＰ層を形成する工程（図３のＳ１００）に用いる巻回装置の一例が、図１に示されている。図１に示すように、巻回装置２０は、リール１２に巻き付けられた繊維１０を巻き取りながら、繊維１０を主剤が貯留されている主剤含浸バス１４に浸漬走行させ、この主剤が含浸した含浸繊維２２を基材１６の表面に巻き付ける装置である。ここで、繊維は、例えばカーボン繊維が用いられる。また、表面の巻き付け方は、フープ巻き、ヘリカル巻きのいずれであってもよい。なお、フープ巻きは、基材１６の軸方向に対して略垂直に含浸繊維２２を巻き付けるものであり、ヘリカル巻きは、基材１６の軸方向に沿って、含浸繊維２２をらせん状に巻き付けるものである。
【００３４】
本実施の形態における主剤とは、硬化剤との反応により熱硬化性樹脂を形成する樹脂であれば如何なる樹脂でもよいが、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。主剤として、好ましくは、エポキシ樹脂であり、直鎖型であっても分岐型であってもよい。本実施の形態の主剤は、原則、後述する硬化剤と反応させる前に硬化反応は開始しない。
【００３５】
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００３６】
次に、プレＦＲＰ層に硬化剤を加圧条件下で注入し、プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１０２からＳ１０６）に用いる硬化剤注入装置の構成について、図２を用いて説明する。
【００３７】
図２に示すように、硬化剤注入装置は、プレＦＲＰ層３０が形成された基材１６を収容可能な収容部と、収容部に硬化剤を注入可能な少なくとも１つ以上の注入配管４２とを設けられた硬化用金型４０が設けられ、さらに、硬化開始温度の異なる硬化剤を貯留する第１の硬化剤貯留槽４６と第２の硬化剤貯留槽４８と、第１の硬化剤貯留槽４６および第２の硬化剤貯留槽４８から注入配管４２に導入する導入管４４と、導入管４４により注入配管４２に導入される硬化剤を圧入するために圧力を加える加圧手段５４とが設けられている。さらに、必要に応じて、図示しないが、硬化用金型４０内に加熱手段が設けられている。また、本実施の形態では、第１の硬化剤貯留槽４６には、硬化開始温度が相対的に低い硬化剤が貯留され、第２の硬化剤貯留槽４８には、硬化開始温度が相対的に高い硬化剤が貯留されている。
【００３８】
本実施の形態において、硬化剤は、熱硬化樹脂を反応により得ることができれば如何なる硬化剤であっても良いが、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、変性アミンなどの一級、二級、三級アミンであって、具体的には、ピペリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノールなどのアミン系硬化剤や、ポリアミド樹脂、メルカプタン系硬化剤、トリアジンチオール等のチオール系硬化剤など挙げられる。ここで、アミン系硬化剤およびポリアミド樹脂は、硬化開始温度が高く、可使時間（ポットライフ）も例えば７〜８時間と長い。一方、メルカプタン系硬化剤、トリアジンチオール等のチオール系硬化剤は、硬化開始温度が低く、可使時間（ポットライフ）も例えば２〜１０分（約２５℃で）であり、速硬化性を有する。上述のメルカプタン系硬化剤を用いたエポキシ樹脂「２０８６Ｂ Ｔｈｒｅｅ Ｂｏｎｄ（スリーボンド）社製」は、１００℃で１０分で硬化する。また、チオール系硬化剤を用いたエポキシ樹脂である「ＹＬ７３００」、「ＹＬＨ１３０１」（ジャパンエポキシレジン社製）は、低温速硬化型エポキシ樹脂であり、硬化時間は５０℃で５分である。
【００３９】
ここで、上述したように、可使時間（ポットライフ）とは、主剤である樹脂に、硬化剤を混合した後、粘度や状態が使用に耐えられなくなるまでの時間をいう。
【００４０】
次に、図２に示す硬化剤注入装置を用いたプレＦＲＰ層への硬化剤の注入および硬化反応操作について、以下に説明する。
【００４１】
予め設定した硬化開始温度に応じて、バルブ５０，５２のいずれかを開けて、第１の硬化剤貯留槽４６または第２の硬化剤貯留槽４８のいずれかから所望の硬化剤を、導入管４４を介し、硬化用金型４０の注入配管４２を介して、プレＦＲＰ層に硬化剤を浸透させる。ここで、硬化剤の注入時に、加圧手段５４を用いて加圧することにより、硬化剤がより短時間でプレＦＲＰ層に浸透する。さらに、硬化用金型４０内に設けられた加熱手段（図示）することにより、プレＦＲＰ層３０中の主剤と硬化剤との硬化反応が促進されて、さらに短時間で、基材１６に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層が形成される。
【００４２】
ここで、加圧手段５４は、硬化剤の注入の際に、加圧状態を変化させてもさせなくてもよく、例えば、初期に高い加圧状態に保ち、後に低い加圧状態にするように制御してもよく、また、注入の間常時同じ加圧状態であってもよく、また初期に低い加圧状態に保ち、後に高い加圧状態にするように制御してもよい。また、硬化剤を所定量注入した後も、硬化剤の浸透促進および逆流防止のために、加圧状態に保つことが好ましい。
【００４３】
また、ＦＷ法によりプレＦＲＰ層３０を形成した際に、プレＦＲＰ層中の主剤の重量を把握するため、基材１６へのプレＦＲＰ層３０の形成前後の重量を測定しておく。そして、測定により得られたプレＦＲＰ層中の主剤の重量に応じて、訂正配合比になるよう、硬化剤の注入量を設定し、上述した操作により硬化剤を所定量注入する。
【００４４】
硬化用金型４０は、プレＦＲＰ層３０が形成された基材１６を収容する収容部が内部に形成された上側金型と下側金型とからなり、プレＦＲＰ層３０が覆われる収容部を有する形状であれば如何なる形状であってもよい。硬化用金型４０を用いることにより、従来の熱風炉による硬化に比べ効率よく熱を加えることができ、硬化剤を加えたときの外部への垂れも防止できる。
【００４５】
従来のように、主剤と硬化剤を混合したものを繊維に含浸させてＦＷ法により基材に巻回させた後に硬化させる製造方法では、高圧タンクの製造に係る時間（例えば４〜１０時間）と硬化にかかる時間は同等時間（例えば１３０℃で７時間）かけていたが、本実施の形態における高圧タンクの製造方法および製造装置では、ＦＷ法による巻回と硬化とを別工程にしたため、硬化にかかる時間を従来に比べ大幅に短くすることができる（例えば１００℃で１０分または５０℃で５分）。
【００４６】
また、図１に示す巻回装置に用いた、含浸バスを用いて主剤を繊維に含浸させてから基材に巻き付ける代わりに、図４に示すように、予め主剤が含浸され半硬化状態のプリプレグ繊維２４を用いることにより、含浸されている主剤量が予め分かっているので、適正な硬化剤量が、上述したプレＦＲＰ層の形成前後の重量の測定を行わなくても分かるという利点がある。さらに、主剤を繊維に含浸させる工程が省かれるため、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、また、一般に、主剤を繊維に均一に含浸させるため、繊維を主剤バスへ走行させる時間を短縮するには限界があるので、プリプレグ繊維を用いることで、高圧タンクの製造時間が大幅に短縮される。ここで、プリプレグとは、繊維に主剤のみが適量含浸されたものであり、樹脂として反応していない状態をいう。なお、他の製造方法は上述同様であるため、説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態における高圧タンクの製造方法の他の例について、図２，５，６，７を用いて以下に説明する。
【００４８】
本実施の形態における高圧タンクの製造方法の他の例は、図５に示すように、主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法（以下「ＦＷ法」ともいう）を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１００）と、プレＦＲＰ層が形成された基材を後述する硬化用金型の収容部に収容し（Ｓ１０２）、硬化開始温度の低い硬化剤を加圧条件下で注入し（Ｓ１１４）、次いで硬化開始温度の高い硬化剤を加圧条件下で順に注入して（Ｓ１１６）、プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１０６）と、を有する。
【００４９】
図６に示すように、フィラメントワインディング成形の後、硬化剤を注入して熱を用いて硬化させる場合、基材１６に形成された層３２の厚み（肉厚）方向に温度分布が生じ、通常、基材１６側の内層は外層に比べ温度が低くなる傾向がある。そこで、硬化開始温度の低い硬化剤を先に圧入して、図７に示すように、基材側の内層に硬化開始温度の低い硬化剤を浸透させ、一方、外層に硬化開始温度の高い硬化剤を圧入することによって、温度分布に応じた硬化速度を有する硬化剤を配置することができ、ＦＲＰ層全体の硬化時間を短縮することができ、また硬化度を均一に保つことができる。
【００５０】
次に、図２に示す硬化剤注入装置を用いたプレＦＲＰ層への２種類の硬化剤の注入および硬化反応操作について、以下に説明する。
【００５１】
まず、バルブ５２を閉じて、バルブ５０を開けて、第１の硬化剤貯留槽４６から硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０（図７）を導入管４４を介し、硬化用金型４０の注入配管４２を介して、プレＦＲＰ層に硬化剤を浸透させる。その際に、加圧手段５４を用いて加圧することにより、適正量の硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０がより短時間でプレＦＲＰ層に浸透する。次いで、バルブ５０を閉じて、バルブ５２を開けて、第２の硬化剤貯留槽４６から硬化開始温度が相対的に高い硬化剤６２（図７）を導入管４４を介し、硬化用金型４０の注入配管４２を介して、プレＦＲＰ層に硬化剤を浸透させる。その際に、加圧手段５４を用いて加圧することにより、適正量の硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０がより短時間でプレＦＲＰ層に浸透する。さらに、硬化用金型４０内に設けられた加熱手段（図示）することにより、プレＦＲＰ層３０中の主剤と硬化剤との硬化反応が促進されて、さらに短時間で、基材１６に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層が形成される。
【００５２】
ここで、硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０として、メルカプタン系硬化剤、チオール系硬化剤を用い、硬化開始温度が相対的に高い硬化剤６２として、アミン系硬化剤およびポリアミド樹脂を用いてもよいし、また、硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０としてチオール系硬化剤を用い、硬化開始温度が相対的に高い硬化剤６２として、メルカプタン系硬化剤を用いてもよい。後者の組み合わせは、硬化時間が大幅に短縮されるだけでなく、硬化温度も従来の交換温度より低い温度に設定することが可能であるため、製造コストも削減される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、高圧タンクを用いる用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に車両用の燃料電池に燃料ガスを供給するための高圧タンクに供することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 繊維、１２ リール、１４ 主剤含浸バス、１６ 基材、２０ 巻回装置、２２ 含浸繊維、２４ プリプレグ繊維、３０ プレＦＲＰ層、３２ 層、４０ 硬化用金型、４２ 注入配管、４４ 導入管、４６ 第１の硬化剤貯留槽、４８ 第２の硬化剤貯留槽、５０，５２ バルブ、５４ 加圧手段、６０ 硬化開始温度の低い硬化剤、６２ 硬化開始温度の高い硬化剤。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧タンクの製造方法および高圧タンクの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧タンク等の高圧容器は、鉄等に比べ軽量であって強靱性を有するＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）部材が用いられ、基材表面にＦＰＲ部材からなるＦＲＰ層が形成されている。ここで、ＦＲＰ部材は、例えば、繊維と樹脂を含み、プラスチックが強化されたものである。
【０００３】
ＦＲＰ層を形成する方法として、例えば、フィラメントワインディング法（以下「ＦＷ法」ともいう）が知られており、このフィラメントワインディング法は、樹脂を含浸した繊維を、円筒状の基材に巻き付けて、ＦＲＰ層を形成する方法である。ＦＲＰ層を形成したのち、通常、熱硬化処理が施される。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ＦＲＰ層のうち、外側に向かうほど硬化開始温度の高い樹脂を用いるマトリックス樹脂を用いる多層ＦＲＰ層の製造方法が提案されている。ここで、マトリックス樹脂は、樹脂からなる主剤と、樹脂を硬化させる硬化剤とからなる。
【０００５】
上述した多層ＦＲＰ層の製造方法は、硬化剤の種類及びＦＷ法による巻回時間に応じて、フィラメントワインディング作業中に、硬化が開始してしまう場合がある。
【０００６】
また、特許文献２には、樹脂からなる主剤成分と、硬化剤からなる硬化剤成分とを、それぞれ個別に糸状または紐状に吐出流下させ、それぞれを独立に被着体面に複数の線状に塗布した後、加圧接着させる積層体の製造方法が提案されている。
【０００７】
主剤成分と硬化剤成分とを独立に線状にして被着体に塗布する際に、主剤成分と硬化剤成分との塗布位置やそれぞれの成分の比率に応じて、被着体表面の硬化にばらつきが生じるおそれがある。また、繊維強化複合材を用いていないので、ＦＲＰ層を形成することはできない。
【０００８】
なお、特許文献３には、例えば、繊維間に半硬化状態の熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグ繊維を用いて１〜１０層に対するフィラメントワインディング成形を行い、続いて、液状の熱硬化性樹脂が含浸された繊維玉を用いて１１〜３６層に対するフィラメントワインディング成形を行い、フィラメントワインディング成形時の繊維間からの熱硬化性樹脂のしみ出しを抑制する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１２６６１５号公報
【特許文献２】特公平４−１７１３９号公報
【特許文献３】特開２００８−２８６２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、主剤と硬化剤とを混合した熱硬化性樹脂を含浸させた繊維を基材にフィラメントワインディング法により巻回し、熱硬化性樹脂を硬化させて高圧タンクを製造する総製造時間を考慮して、熱硬化性樹脂の硬化時間を制御していた。一方、高圧タンクの製造時間の短縮化が望まれている。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、可使時間（ポットライフ）および硬化時間を短縮しつつ、ＦＲＰ層の耐久性を維持及び向上させる高圧タンクの製造方法および高圧タンクの製造装置を提供する。ここで、可使時間（ポットライフ）とは、主剤である樹脂に、硬化剤を混合した後、粘度や状態が使用に耐えられなくなるまでの時間をいう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の高圧タンクの製造方法および高圧タンクの製造装置は以下の特徴を有する。
【００１３】
（１）主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、前記主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程と、前記プレＦＲＰ層に前記硬化剤を加圧条件下で注入し、前記プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、前記基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程と、を有する高圧タンクの製造方法である。
【００１４】
主剤は、硬化剤がなければ反応しないため、主剤のみを含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回している間に、主剤が硬化することはない。一方、硬化剤を加圧条件下で注入することによって、主剤のみを含むプレＦＲＰ層中に硬化剤を強制的に浸透させ、プレＦＲＰ層全体を硬化させることができる。したがって、従来、硬化時間の短かった硬化剤を使用することができ、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間の短縮化を図ることができる。
【００１５】
（２）上記（１）に記載の高圧タンクの製造方法において、前記ＦＲＰ層を形成する工程において、硬化開始温度の低い硬化剤を注入し、次いで硬化開始温度の高い硬化剤を順に注入して、前記プレＦＲＰ層の主剤と硬化開始温度の低い硬化剤及び硬化開始温度の高い硬化剤を反応させ、前記基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する高圧タンクの製造方法である。
【００１６】
フィラメントワインディング成形の後、硬化剤を注入して熱を用いて硬化させる場合、基材に形成された層の厚み（肉厚）方向に温度分布が生じ、通常、基材側の内層は外層に比べ温度が低くなる傾向がある。そこで、硬化開始温度の低い硬化剤を先に圧入して基材側の内層に硬化開始温度の低い硬化剤を浸透させ、一方、外層に硬化開始温度の高い硬化剤を圧入することによって、温度分布に応じた硬化速度を有する硬化剤を配置することができ、ＦＲＰ層全体の硬化時間を短縮することができ、また硬化度を均一に保つことができる。
【００１７】
（３）上記（１）または（２）に記載の高圧タンクの製造方法において、前記主剤を含浸した繊維が、予め主剤が含浸され半硬化状態のプリプレグ繊維である高圧タンクの製造方法である。
【００１８】
プリプレグ繊維を用いることにより、主剤を繊維に含浸させる工程が省かれるため、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間の短縮化を図ることができる。また、一般に、主剤を繊維に均一に含浸させるため、繊維を主剤バスへ走行させる時間を短縮するには限界がある。したがって、プリプレグ繊維を用いることで、高圧タンクの製造時間が大幅に短縮される。
【００１９】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の高圧タンクの製造方法において、前記主剤が、エポキシ樹脂であり、前記硬化剤が、メルカプタン系硬化剤およびチオール系硬化剤の少なくとも一方である高圧タンクの製造方法である。
【００２０】
エポキシ樹脂によりＦＲＰ層の強靱性が得られるとともに、メルカプタン系硬化剤およびチオール系硬化剤のような速硬化性の硬化剤を用いることに、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間の短縮化を図ることができる。
【００２１】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の高圧タンクの製造方法において、前記ＦＲＰ層を形成する工程において、さらに加熱を行う高圧タンクの製造方法である。
【００２２】
加熱を行うことにより、より硬化時間を短縮化させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間が大幅に短縮される。
【００２３】
（６）主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いて高圧タンクを製造する製造装置であって、前記主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する巻回装置と、前記プレＦＲＰ層が形成された基材を収容可能な収容部と、前記収容部に硬化剤を注入可能な少なくとも１つ以上の注入配管とを設けられた硬化用金型と、を備えた高圧タンクの製造装置である。
【００２４】
主剤のみを含むプレＦＲＰ層が形成された基材を硬化用金型の収容部に収容し、この収容部に少なくとも１つ以上の注入配管により注入することにより、効率よく、主剤のみを含むプレＦＲＰ層全体に均一に硬化剤を注入させて、浸透させることができる。これにより、硬化度の均一なＦＲＰ層が形成される。
【００２５】
（７）上記（６）に記載の高圧タンクの製造装置において、硬化用金型の注入配管には、硬化剤を圧入可能な加圧手段が設けられている高圧タンクの製造装置である。
【００２６】
加圧手段を用いて硬化剤を圧入することによって、速やかに主剤のみを含むプレＦＲＰ層に浸透させることができ、これにより、硬化時間をより短縮化させることができる。
【００２７】
（８）上記（６）または（７）に記載の高圧タンクの製造装置において、前記硬化用金型は、さらに前記収容部を加熱可能な加熱装置を備える高圧タンクの製造装置である。
【００２８】
硬化剤注入後に加熱装置によって加熱することにより、硬化時間をさらに短縮化させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、従来、硬化時間の短かった硬化剤を使用することができ、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、その結果、高圧タンクの製造時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る含浸バスを用いたフィラメントワインディング成形に用いる巻回装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る高圧タンクの製造における硬化剤注入装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態における高圧タンクの製造方法の一例を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係るプリプレグを用いたフィラメントワインディング成形に用いる巻回装置の一例の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態における高圧タンクの製造方法の他の例を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態における高圧タンクの製造方法の他の例によるＦＲＰ層の厚み方向の構成について説明する図である。
【図７】図６の破線で囲ったＸ部分の拡大模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００３２】
本実施の形態における高圧タンクの製造方法の一例は、図３に示すように、主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法（以下「ＦＷ法」ともいう）を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１００）と、プレＦＲＰ層が形成された基材を後述する硬化用金型の収容部に収容し（Ｓ１０２）、硬化用金型に設けられた注入配管を介してプレＦＲＰ層に硬化剤を加圧条件下で注入し（Ｓ１０４）、プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１０６）と、を有する。
【００３３】
ＦＷ法を用いて主剤を含浸した繊維を基材に巻回させてプレＦＲＰ層を形成する工程（図３のＳ１００）に用いる巻回装置の一例が、図１に示されている。図１に示すように、巻回装置２０は、リール１２に巻き付けられた繊維１０を巻き取りながら、繊維１０を主剤が貯留されている主剤含浸バス１４に浸漬走行させ、この主剤が含浸した含浸繊維２２を基材１６の表面に巻き付ける装置である。ここで、繊維は、例えばカーボン繊維が用いられる。また、表面の巻き付け方は、フープ巻き、ヘリカル巻きのいずれであってもよい。なお、フープ巻きは、基材１６の軸方向に対して略垂直に含浸繊維２２を巻き付けるものであり、ヘリカル巻きは、基材１６の軸方向に沿って、含浸繊維２２をらせん状に巻き付けるものである。
【００３４】
本実施の形態における主剤とは、硬化剤との反応により熱硬化性樹脂を形成する樹脂であれば如何なる樹脂でもよいが、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。主剤として、好ましくは、エポキシ樹脂であり、直鎖型であっても分岐型であってもよい。本実施の形態の主剤は、原則、後述する硬化剤と反応させる前に硬化反応は開始しない。
【００３５】
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００３６】
次に、プレＦＲＰ層に硬化剤を加圧条件下で注入し、プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１０２からＳ１０６）に用いる硬化剤注入装置の構成について、図２を用いて説明する。
【００３７】
図２に示すように、硬化剤注入装置は、プレＦＲＰ層３０が形成された基材１６を収容可能な収容部と、収容部に硬化剤を注入可能な少なくとも１つ以上の注入配管４２とを設けられた硬化用金型４０が設けられ、さらに、硬化開始温度の異なる硬化剤を貯留する第１の硬化剤貯留槽４６と第２の硬化剤貯留槽４８と、第１の硬化剤貯留槽４６および第２の硬化剤貯留槽４８から注入配管４２に導入する導入管４４と、導入管４４により注入配管４２に導入される硬化剤を圧入するために圧力を加える加圧手段５４とが設けられている。さらに、必要に応じて、図示しないが、硬化用金型４０内に加熱手段が設けられている。また、本実施の形態では、第１の硬化剤貯留槽４６には、硬化開始温度が相対的に低い硬化剤が貯留され、第２の硬化剤貯留槽４８には、硬化開始温度が相対的に高い硬化剤が貯留されている。
【００３８】
本実施の形態において、硬化剤は、熱硬化樹脂を反応により得ることができれば如何なる硬化剤であっても良いが、例えば、脂肪族アミン、芳香族アミン、変性アミンなどの一級、二級、三級アミンであって、具体的には、ピペリジン、Ｎ，Ｎ−ジメチルピペラジン、トリエチレンジアミン、２，４，６−トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジルジメチルアミン、２−（ジメチルアミノメチル）フェノールなどのアミン系硬化剤や、ポリアミド樹脂、メルカプタン系硬化剤、トリアジンチオール等のチオール系硬化剤など挙げられる。ここで、アミン系硬化剤およびポリアミド樹脂は、硬化開始温度が高く、可使時間（ポットライフ）も例えば７〜８時間と長い。一方、メルカプタン系硬化剤、トリアジンチオール等のチオール系硬化剤は、硬化開始温度が低く、可使時間（ポットライフ）も例えば２〜１０分（約２５℃で）であり、速硬化性を有する。上述のメルカプタン系硬化剤を用いたエポキシ樹脂「２０８６Ｂ Ｔｈｒｅｅ Ｂｏｎｄ（スリーボンド）社製」は、１００℃で１０分で硬化する。また、チオール系硬化剤を用いたエポキシ樹脂である「ＹＬ７３００」、「ＹＬＨ１３０１」（ジャパンエポキシレジン社製）は、低温速硬化型エポキシ樹脂であり、硬化時間は５０℃で５分である。
【００３９】
ここで、上述したように、可使時間（ポットライフ）とは、主剤である樹脂に、硬化剤を混合した後、粘度や状態が使用に耐えられなくなるまでの時間をいう。
【００４０】
次に、図２に示す硬化剤注入装置を用いたプレＦＲＰ層への硬化剤の注入および硬化反応操作について、以下に説明する。
【００４１】
予め設定した硬化開始温度に応じて、バルブ５０，５２のいずれかを開けて、第１の硬化剤貯留槽４６または第２の硬化剤貯留槽４８のいずれかから所望の硬化剤を、導入管４４を介し、硬化用金型４０の注入配管４２を介して、プレＦＲＰ層に硬化剤を浸透させる。ここで、硬化剤の注入時に、加圧手段５４を用いて加圧することにより、硬化剤がより短時間でプレＦＲＰ層に浸透する。さらに、硬化用金型４０内に設けられた加熱手段（図示）することにより、プレＦＲＰ層３０中の主剤と硬化剤との硬化反応が促進されて、さらに短時間で、基材１６に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層が形成される。
【００４２】
ここで、加圧手段５４は、硬化剤の注入の際に、加圧状態を変化させてもさせなくてもよく、例えば、初期に高い加圧状態に保ち、後に低い加圧状態にするように制御してもよく、また、注入の間常時同じ加圧状態であってもよく、また初期に低い加圧状態に保ち、後に高い加圧状態にするように制御してもよい。また、硬化剤を所定量注入した後も、硬化剤の浸透促進および逆流防止のために、加圧状態に保つことが好ましい。
【００４３】
また、ＦＷ法によりプレＦＲＰ層３０を形成した際に、プレＦＲＰ層中の主剤の重量を把握するため、基材１６へのプレＦＲＰ層３０の形成前後の重量を測定しておく。そして、測定により得られたプレＦＲＰ層中の主剤の重量に応じて、訂正配合比になるよう、硬化剤の注入量を設定し、上述した操作により硬化剤を所定量注入する。
【００４４】
硬化用金型４０は、プレＦＲＰ層３０が形成された基材１６を収容する収容部が内部に形成された上側金型と下側金型とからなり、プレＦＲＰ層３０が覆われる収容部を有する形状であれば如何なる形状であってもよい。硬化用金型４０を用いることにより、従来の熱風炉による硬化に比べ効率よく熱を加えることができ、硬化剤を加えたときの外部への垂れも防止できる。
【００４５】
従来のように、主剤と硬化剤を混合したものを繊維に含浸させてＦＷ法により基材に巻回させた後に硬化させる製造方法では、高圧タンクの製造に係る時間（例えば４〜１０時間）と硬化にかかる時間は同等時間（例えば１３０℃で７時間）かけていたが、本実施の形態における高圧タンクの製造方法および製造装置では、ＦＷ法による巻回と硬化とを別工程にしたため、硬化にかかる時間を従来に比べ大幅に短くすることができる（例えば１００℃で１０分または５０℃で５分）。
【００４６】
また、図１に示す巻回装置に用いた、含浸バスを用いて主剤を繊維に含浸させてから基材に巻き付ける代わりに、図４に示すように、予め主剤が含浸され半硬化状態のプリプレグ繊維２４を用いることにより、含浸されている主剤量が予め分かっているので、適正な硬化剤量が、上述したプレＦＲＰ層の形成前後の重量の測定を行わなくても分かるという利点がある。さらに、主剤を繊維に含浸させる工程が省かれるため、ＦＲＰ層形成時間を大幅に短縮させることができ、また、一般に、主剤を繊維に均一に含浸させるため、繊維を主剤バスへ走行させる時間を短縮するには限界があるので、プリプレグ繊維を用いることで、高圧タンクの製造時間が大幅に短縮される。ここで、プリプレグとは、繊維に主剤のみが適量含浸されたものであり、樹脂として反応していない状態をいう。なお、他の製造方法は上述同様であるため、説明は省略する。
【００４７】
本実施の形態における高圧タンクの製造方法の他の例について、図２，５，６，７を用いて以下に説明する。
【００４８】
本実施の形態における高圧タンクの製造方法の他の例は、図５に示すように、主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法（以下「ＦＷ法」ともいう）を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１００）と、プレＦＲＰ層が形成された基材を後述する硬化用金型の収容部に収容し（Ｓ１０２）、硬化開始温度の低い硬化剤を加圧条件下で注入し（Ｓ１１４）、次いで硬化開始温度の高い硬化剤を加圧条件下で順に注入して（Ｓ１１６）、プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程（Ｓ１０６）と、を有する。
【００４９】
図６に示すように、フィラメントワインディング成形の後、硬化剤を注入して熱を用いて硬化させる場合、基材１６に形成された層３２の厚み（肉厚）方向に温度分布が生じ、通常、基材１６側の内層は外層に比べ温度が低くなる傾向がある。そこで、硬化開始温度の低い硬化剤を先に圧入して、図７に示すように、基材側の内層に硬化開始温度の低い硬化剤を浸透させ、一方、外層に硬化開始温度の高い硬化剤を圧入することによって、温度分布に応じた硬化速度を有する硬化剤を配置することができ、ＦＲＰ層全体の硬化時間を短縮することができ、また硬化度を均一に保つことができる。
【００５０】
次に、図２に示す硬化剤注入装置を用いたプレＦＲＰ層への２種類の硬化剤の注入および硬化反応操作について、以下に説明する。
【００５１】
まず、バルブ５２を閉じて、バルブ５０を開けて、第１の硬化剤貯留槽４６から硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０（図７）を導入管４４を介し、硬化用金型４０の注入配管４２を介して、プレＦＲＰ層に硬化剤を浸透させる。その際に、加圧手段５４を用いて加圧することにより、適正量の硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０がより短時間でプレＦＲＰ層に浸透する。次いで、バルブ５０を閉じて、バルブ５２を開けて、第２の硬化剤貯留槽４６から硬化開始温度が相対的に高い硬化剤６２（図７）を導入管４４を介し、硬化用金型４０の注入配管４２を介して、プレＦＲＰ層に硬化剤を浸透させる。その際に、加圧手段５４を用いて加圧することにより、適正量の硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０がより短時間でプレＦＲＰ層に浸透する。さらに、硬化用金型４０内に設けられた加熱手段（図示）することにより、プレＦＲＰ層３０中の主剤と硬化剤との硬化反応が促進されて、さらに短時間で、基材１６に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層が形成される。
【００５２】
ここで、硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０として、メルカプタン系硬化剤、チオール系硬化剤を用い、硬化開始温度が相対的に高い硬化剤６２として、アミン系硬化剤およびポリアミド樹脂を用いてもよいし、また、硬化開始温度が相対的に低い硬化剤６０としてチオール系硬化剤を用い、硬化開始温度が相対的に高い硬化剤６２として、メルカプタン系硬化剤を用いてもよい。後者の組み合わせは、硬化時間が大幅に短縮されるだけでなく、硬化温度も従来の交換温度より低い温度に設定することが可能であるため、製造コストも削減される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、高圧タンクを用いる用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に車両用の燃料電池に燃料ガスを供給するための高圧タンクに供することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 繊維、１２ リール、１４ 主剤含浸バス、１６ 基材、２０ 巻回装置、２２ 含浸繊維、２４ プリプレグ繊維、３０ プレＦＲＰ層、３２ 層、４０ 硬化用金型、４２ 注入配管、４４ 導入管、４６ 第１の硬化剤貯留槽、４８ 第２の硬化剤貯留槽、５０，５２ バルブ、５４ 加圧手段、６０ 硬化開始温度の低い硬化剤、６２ 硬化開始温度の高い硬化剤。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、
前記主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程と、
前記プレＦＲＰ層に前記硬化剤を加圧条件下で注入し、前記プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、前記基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程と、を有することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記ＦＲＰ層を形成する工程において、硬化開始温度の低い硬化剤を注入し、次いで硬化開始温度の高い硬化剤を順に注入して、前記プレＦＲＰ層の主剤と硬化開始温度の低い硬化剤及び硬化開始温度の高い硬化剤を反応させ、前記基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記主剤を含浸した繊維が、予め主剤が含浸され半硬化状態のプリプレグ繊維であることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記主剤が、エポキシ樹脂であり、
前記硬化剤が、メルカプタン系硬化剤およびチオール系硬化剤の少なくとも一方であることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記ＦＲＰ層を形成する工程において、さらに加熱を行うことを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項６】
主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いて高圧タンクを製造する製造装置であって、
前記主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する巻回装置と、
前記プレＦＲＰ層が形成された基材を収容可能な収容部と、前記収容部に硬化剤を注入可能な少なくとも１つ以上の注入配管とを設けられた硬化用金型と、を備えたことを特徴とする高圧タンクの製造装置。
【請求項７】
請求項６に記載の高圧タンクの製造装置において、
硬化用金型の注入配管には、硬化剤を圧入可能な加圧手段が設けられていることを特徴とする高圧タンクの製造装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の高圧タンクの製造装置において、
前記硬化用金型は、さらに前記収容部を加熱可能な加熱装置を備えることを特徴とする高圧タンクの製造装置。
【請求項１】
主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いた高圧タンクの製造方法であって、
前記主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する工程と、
前記プレＦＲＰ層に前記硬化剤を加圧条件下で注入し、前記プレＦＲＰ層の主剤と硬化剤とを反応させて、前記基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成する工程と、を有することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記ＦＲＰ層を形成する工程において、硬化開始温度の低い硬化剤を注入し、次いで硬化開始温度の高い硬化剤を順に注入して、前記プレＦＲＰ層の主剤と硬化開始温度の低い硬化剤及び硬化開始温度の高い硬化剤を反応させ、前記基材に熱硬化性樹脂と繊維とを含むＦＲＰ層を形成することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記主剤を含浸した繊維が、予め主剤が含浸され半硬化状態のプリプレグ繊維であることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記主剤が、エポキシ樹脂であり、
前記硬化剤が、メルカプタン系硬化剤およびチオール系硬化剤の少なくとも一方であることを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の高圧タンクの製造方法において、
前記ＦＲＰ層を形成する工程において、さらに加熱を行うことを特徴とする高圧タンクの製造方法。
【請求項６】
主剤を硬化剤により反応させて得られる熱硬化性樹脂を用いて高圧タンクを製造する製造装置であって、
前記主剤を含浸した繊維を基材にフィラメントワインディング法を用いて巻回させプレＦＲＰ層を形成する巻回装置と、
前記プレＦＲＰ層が形成された基材を収容可能な収容部と、前記収容部に硬化剤を注入可能な少なくとも１つ以上の注入配管とを設けられた硬化用金型と、を備えたことを特徴とする高圧タンクの製造装置。
【請求項７】
請求項６に記載の高圧タンクの製造装置において、
硬化用金型の注入配管には、硬化剤を圧入可能な加圧手段が設けられていることを特徴とする高圧タンクの製造装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の高圧タンクの製造装置において、
前記硬化用金型は、さらに前記収容部を加熱可能な加熱装置を備えることを特徴とする高圧タンクの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−８１１（Ｐ２０１１−８１１Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４６４１７（Ｐ２００９−１４６４１７）
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【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１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【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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