JP2011236972A - Method and apparatus for manufacturing of high-pressure tank, and resin liner - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing of a high-pressure tank, capable of particularly suppressing occurrence of looseness of fiber in an inner layer part when winding fiber around a liner.SOLUTION: The method is provided for manufacturing of the high-pressure tank having a liner 16 and a reinforcement layer composed by including a fiber layer formed by fiber wound around the outer surface of the liner 16. In the method, at least a first layer of fiber is wound around the outer surface of the liner 16 having at least a body part 18 and a division structure of both ends 20, 22 which are rotatably fitted to each other, and then at least one of both ends 20, 22 is rotated to wind and tighten the fiber so as to form a fiber layer.

Description

本発明は、高圧タンクの製造方法、高圧タンクの製造装置および樹脂ライナに関する。   The present invention relates to a high-pressure tank manufacturing method, a high-pressure tank manufacturing apparatus, and a resin liner.

燃料電池自動車や天然ガス自動車等には、燃料ガスとしての水素ガスや天然ガス等を貯蔵する高圧タンクが搭載される。高圧タンクとして、樹脂製または金属製タンク(ライナ:内容器)の外面に単位密度当りの強度が非常に高い炭素繊維強化プラスチック材(CFRP材)等を巻き付けて補強した高圧タンクが知られている。このような高圧タンクを製造する際、例えばフィラメントワインディング法のように炭素繊維等の繊維束にエポキシ樹脂等の樹脂溶液を含浸させた状態で樹脂製タンクの外面に巻き付けて繊維層を形成した後、樹脂を硬化させて補強層を形成する方法がある。   Fuel cell vehicles and natural gas vehicles are equipped with a high-pressure tank for storing hydrogen gas, natural gas, or the like as fuel gas. As a high-pressure tank, a high-pressure tank reinforced by winding a carbon fiber reinforced plastic material (CFRP material) or the like having a very high strength per unit density around the outer surface of a resin or metal tank (liner: inner container) is known. . When manufacturing such a high-pressure tank, after forming a fiber layer by wrapping around a resin tank with a resin solution such as an epoxy resin impregnated with a fiber bundle such as carbon fiber as in the filament winding method, for example There is a method of forming a reinforcing layer by curing a resin.

フィラメントワインディング法で高圧タンクを製造する場合、タンクの高い強度を確保するためには、炭素繊維等の繊維の張力を高くすることが好ましい。   When manufacturing a high-pressure tank by the filament winding method, it is preferable to increase the tension of fibers such as carbon fibers in order to ensure high strength of the tank.

通常、ライナに繊維束を何層も巻き付けて繊維層を形成するが、特に内層部は高張力で巻き付けることが望まれ、内層部の繊維張力が低いと繊維層の空隙や繊維折れが発生して、タンク強度低下の原因となることがある。また、高い張力で繊維束を巻き付けて積層していくと、先に巻き付けた内層部の繊維の緩みが発生し、タンク強度低下が発生することがある。そのため、高圧タンクに要求される性能を充分に満足できない可能性がある。   Usually, the fiber layer is formed by winding a number of fiber bundles around the liner, but it is desirable to wind the inner layer part with high tension. If the fiber tension of the inner layer part is low, voids and fiber breakage of the fiber layer occur. This may cause a decrease in tank strength. Further, when the fiber bundle is wound and laminated at a high tension, loosening of the fiber in the inner layer part wound earlier may occur, and the tank strength may decrease. Therefore, there is a possibility that the performance required for the high-pressure tank cannot be sufficiently satisfied.

一方、特許文献1には、従来のものに比較して同じ重量で強度低下を抑制するために、円筒部の両端にドーム部を有する形状に形成され、ガスバリア性を有するライナと、その外側を覆う繊維強化複合材製の外殻とを有し、かつインタンクバルブを備えた圧力容器であって、前記インタンクバルブは、前記ライナのバルブ取付け部にバルブ本体が前記ライナの内側に配置される状態で取り付けられており、前記ライナは少なくとも前記バルブ取付け部が設けられた側で分割されたものが密閉状態で接合又は嵌合シールされたものであること、前記ライナは全体がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されていることが記載されている。   On the other hand, in Patent Document 1, in order to suppress a decrease in strength with the same weight compared to the conventional one, a liner having a dome portion at both ends of a cylindrical portion and having a gas barrier property and an outer side thereof are provided. A pressure vessel having an in-tank valve and an outer tank made of a fiber-reinforced composite material for covering, wherein the in-tank valve has a valve main body disposed at a valve mounting portion of the liner inside the liner. The liner is divided at least on the side where the valve mounting portion is provided and is joined or fitted and sealed in a sealed state. The liner is entirely made of aluminum or aluminum. It is described that it is made of an alloy.

特許文献2には、軽量な圧力容器を容易に且つ安価に製造できるようにするために、筒状の周壁部と該周壁部の両端を閉鎖する2つの端壁部とを備えるアルミニウム合金製の圧力容器において、前記2つの端壁部を構成する構成要素同志が圧力容器内を延びる連結部材により連結されていることが記載されている。   In Patent Document 2, in order to make it possible to easily and inexpensively manufacture a lightweight pressure vessel, it is made of an aluminum alloy including a cylindrical peripheral wall portion and two end wall portions that close both ends of the peripheral wall portion. In the pressure vessel, it is described that the constituent elements constituting the two end wall portions are connected by a connecting member extending in the pressure vessel.

特許文献3には、軽量な圧力容器を容易に且つ安価に製造できるようにするために、押出し加工された金属製の周壁部材と別加工された金属製の端壁部材とが接続されてなるライナと、該ライナの外周に設けられた補強層とを備え、前記周壁部材が周壁部と補強リブ部とを一体的に含む圧力容器が記載されている。   In Patent Document 3, an extruded metal peripheral wall member and a separately processed metal end wall member are connected to enable easy and inexpensive manufacture of a light pressure vessel. There is described a pressure vessel that includes a liner and a reinforcing layer provided on the outer periphery of the liner, and in which the peripheral wall member integrally includes a peripheral wall portion and a reinforcing rib portion.

しかし、特許文献1〜3の技術では、ライナへの繊維の巻き付けの際の特に内層部の繊維の緩みの発生を充分に抑制することができない場合がある。   However, in the techniques of Patent Documents 1 to 3, it may not be possible to sufficiently suppress the occurrence of slack in the fibers particularly in the inner layer portion when the fibers are wound around the liner.

特開2005−133847号公報JP 2005-133847 A 特開平9−096399号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-096399 特開平9−042595号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-042595

本発明は、ライナへの繊維の巻き付けの際の特に内層部の繊維の緩みの発生を抑制することができる高圧タンクの製造方法、高圧タンクの製造装置およびその製造方法に用いる樹脂ライナである。   The present invention is a high-pressure tank manufacturing method, a high-pressure tank manufacturing apparatus, and a resin liner used in the manufacturing method capable of suppressing the occurrence of loosening of fibers particularly in the inner layer portion when the fibers are wound around the liner.

本発明は、ライナと前記ライナの外面に繊維を巻き付けた繊維層を含んで構成された補強層とを有する高圧タンクを製造する高圧タンクの製造方法であって、互いに回転可能に嵌合された少なくとも胴部と両端部との分割構造を有するライナの外面に少なくとも1層目の繊維を巻き付けた後、前記両端部の少なくとも一方を回転させることにより繊維を巻き締めて繊維層を形成する高圧タンクの製造方法である。   The present invention is a method of manufacturing a high-pressure tank having a liner and a reinforcing layer configured to include a fiber layer in which fibers are wound around the outer surface of the liner, which are rotatably fitted to each other. A high-pressure tank in which a fiber layer is formed by winding at least one layer of fibers around an outer surface of a liner having a split structure of at least a body and both ends and then winding the fibers by rotating at least one of the both ends. It is a manufacturing method.

また、前記高圧タンクの製造方法において、前記繊維を巻き締めた後に、前記胴部と前記両端部とを接合することが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of the said high pressure tank, after winding the said fiber, it is preferable to join the said trunk | drum and the said both ends.

また、前記高圧タンクの製造方法において、前記胴部と前記両端部とを接合した後に、前記少なくとも1層目より後の層の繊維を巻き付けて繊維層を形成することが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of the said high pressure tank, after joining the said trunk | drum and the said both ends, it is preferable to wind the fiber of the layer after the said at least 1st layer, and to form a fiber layer.

また、前記高圧タンクの製造方法において、前記ライナが樹脂ライナであり、レーザ光の反射を利用して前記樹脂ライナの内側から前記胴部と前記両端部とを接合することが好ましい。   Moreover, in the method for manufacturing the high-pressure tank, it is preferable that the liner is a resin liner, and the body portion and the both end portions are joined from the inside of the resin liner using reflection of laser light.

また、本発明は、樹脂ライナと前記樹脂ライナの外面に繊維を巻き付けた繊維層を含んで構成された補強層とを有する高圧タンクを製造する高圧タンクの製造装置であって、レーザ光を発振するレーザ発振手段と、樹脂ライナの内側でレーザ光を反射させるための反射手段と、を有する高圧タンクの製造装置である。   The present invention is also a high-pressure tank manufacturing apparatus that manufactures a high-pressure tank having a resin liner and a reinforcing layer including a fiber layer in which fibers are wound around the outer surface of the resin liner, and oscillates laser light. The high-pressure tank manufacturing apparatus includes: a laser oscillation unit configured to reflect the laser beam; and a reflection unit configured to reflect the laser beam inside the resin liner.

また、本発明は、外面に繊維を巻き付けた繊維層を含んで構成された補強層を形成して高圧タンクを製造するための樹脂ライナであって、互いに回転可能に嵌合された少なくとも胴部と両端部との分割構造を有する樹脂ライナである。   Further, the present invention is a resin liner for producing a high-pressure tank by forming a reinforcing layer including a fiber layer in which fibers are wound on an outer surface, and at least a body part rotatably fitted to each other And a resin liner having a divided structure of both ends.

本発明では、互いに回転可能に嵌合された少なくとも胴部と両端部との分割構造を有するライナの外面に少なくとも1層目の繊維を巻き付けた後、前記両端部の少なくとも一方を回転させることにより繊維を巻き締めて繊維層を形成することにより、ライナへの繊維の巻き付けの際の特に内層部の繊維の緩みの発生を抑制することができる高圧タンクの製造方法および高圧タンクの製造装置および樹脂ライナを提供する。   In the present invention, after winding at least the first layer of fibers around the outer surface of a liner having a split structure of at least a body portion and both end portions that are rotatably fitted to each other, and then rotating at least one of the both end portions. A method of manufacturing a high-pressure tank, a high-pressure tank manufacturing apparatus, and a resin capable of suppressing the occurrence of loosening of the fiber particularly in the inner layer portion when winding the fiber around the liner by winding the fiber to form a fiber layer Provide a liner.

本発明の実施形態に係る高圧タンクの製造装置の一例の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of an example of the manufacturing apparatus of the high pressure tank which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る高圧タンクの製造方法におけるライナの構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the structure of the liner in the manufacturing method of the high pressure tank which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態における高圧タンクの製造方法における高圧タンクの軸方向の断面を示す概略図である。It is the schematic which shows the cross section of the axial direction of the high pressure tank in the manufacturing method of the high pressure tank in embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る高圧タンクの製造方法における繊維の巻き締め方法の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the winding method of the fiber in the manufacturing method of the high pressure tank which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る高圧タンクの製造方法における繊維の巻き締め方法の他の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the other example of the winding method of the fiber in the manufacturing method of the high pressure tank which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る高圧タンクの製造方法におけるレーザ光の反射を利用してライナを接合する方法の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the method of joining a liner using the reflection of the laser beam in the manufacturing method of the high pressure tank which concerns on embodiment of this invention.

本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below. This embodiment is an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.

本発明の実施形態に係る高圧タンクの製造装置の一例の全体構成の概略を図1に示す。また、本実施形態に係る高圧タンクの製造装置における繊維の巻き付け部分の構成の一例の概略を図2に示す。   FIG. 1 shows an outline of an overall configuration of an example of a high-pressure tank manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. Moreover, the outline of an example of a structure of the winding part of the fiber in the manufacturing apparatus of the high pressure tank which concerns on this embodiment is shown in FIG.

図1に示すように、高圧タンクの製造装置1は、繊維巻き付け装置10を備える。繊維巻き付け装置10は、ライナ16を支持するための回転支持部12を有する。図2に示すように、ライナ16は、少なくとも直胴部を有する胴部18と、胴部18の両端を閉鎖するドーム状等の両端部20,22との分割構造を有し、胴部18と両端部20,22とは互いに回転可能に嵌合されている。   As shown in FIG. 1, the high-pressure tank manufacturing apparatus 1 includes a fiber winding device 10. The fiber winding device 10 has a rotation support portion 12 for supporting the liner 16. As shown in FIG. 2, the liner 16 has a divided structure of a barrel portion 18 having at least a straight barrel portion and dome-like end portions 20 and 22 that close both ends of the barrel portion 18. And both end portions 20 and 22 are rotatably fitted to each other.

本実施形態に係る高圧タンクの製造方法および高圧タンクの製造装置1の動作について説明する。   The operation of the high-pressure tank manufacturing method and the high-pressure tank manufacturing apparatus 1 according to this embodiment will be described.

図1,2に示すように、ライナ16は、繊維巻き付け装置10の回転支持部12に設置される。例えば、略円柱状のライナ16は図3に示すようなライナ16の軸を通したシャフト26によって、図2に示すように回転支持部12に支持される。回転支持部12によってライナ16が回転され、図1のボビン30から繰り出された繊維束28がライナ16の外面に巻き付けられる。繊維束28には、例えば、繊維巻き付け装置10の上流側で、エポキシ樹脂等の熱硬化性の樹脂溶液が含浸され、その後、図2に示すように繊維ガイド部34で角度調整されて、ライナ16に所定の厚みで巻き付けられる。この後、後述するように両端部20,22の少なくとも一方が回転されることにより繊維が巻き締められ、必要に応じて、さらに繊維束28が所定の厚みで巻き付けられる。こうして、ライナ16の外面に繊維束28が所定の厚みおよび所定の方向で巻き付けられ繊維層が形成される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the liner 16 is installed on the rotation support portion 12 of the fiber winding device 10. For example, the substantially cylindrical liner 16 is supported by the rotation support portion 12 as shown in FIG. 2 by a shaft 26 that passes through the axis of the liner 16 as shown in FIG. The liner 16 is rotated by the rotation support portion 12, and the fiber bundle 28 fed out from the bobbin 30 in FIG. 1 is wound around the outer surface of the liner 16. The fiber bundle 28 is impregnated with, for example, a thermosetting resin solution such as an epoxy resin on the upstream side of the fiber winding apparatus 10, and then the angle is adjusted by the fiber guide portion 34 as shown in FIG. 16 is wound with a predetermined thickness. Thereafter, as will be described later, at least one of both end portions 20 and 22 is rotated to wind the fiber, and if necessary, the fiber bundle 28 is further wound with a predetermined thickness. In this way, the fiber bundle 28 is wound around the outer surface of the liner 16 in a predetermined thickness and a predetermined direction to form a fiber layer.

ライナ16に繊維束28を巻き付ける前に、図1のように拡幅ローラ32等の拡幅手段を設けて、拡幅ローラ32等に繊維束28を押し付けて予め拡幅しておいてもよい。ここで、繊維束を拡幅するとは、例えば、繊維束を構成する繊維を拡げて繊維束を略扁平な状態にすることを意味する。   Before winding the fiber bundle 28 around the liner 16, widening means such as a widening roller 32 may be provided as shown in FIG. 1, and the fiber bundle 28 may be pressed and widened in advance. Here, expanding the fiber bundle means, for example, that the fibers constituting the fiber bundle are expanded to make the fiber bundle substantially flat.

本実施形態では、図2に示すように、ライナ16の外面に少なくとも1層目の繊維束28を巻き付けて内層部を形成する。その後、図4に示すように、ライナ16を巻き締め装置36に付け替えて、両端部20,22の少なくとも一方を回転させることにより内層部の繊維を巻き締める。例えば、両端部20および胴部18を固定して、両端部22を繊維の巻き方向に回転することにより内層部の繊維を巻き締める。図5に示すように、胴部18を固定して、両端部20および両端部22を互いに逆方向に回転することにより内層部の繊維を巻き締めてもよい。繊維を巻き締めた後、後述するように両端部20,22と胴部18とを接合し、接合したライナ16を繊維巻き付け装置10の回転支持部12に付け替えて、さらに、前記少なくとも1層目より後の層の中間層部から外層部の繊維束28を巻き付けて繊維層を形成する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, at least a first-layer fiber bundle 28 is wound around the outer surface of the liner 16 to form an inner layer portion. Thereafter, as shown in FIG. 4, the liner 16 is replaced with a tightening device 36, and at least one of both end portions 20 and 22 is rotated to wind the fibers in the inner layer portion. For example, both ends 20 and body 18 are fixed, and both ends 22 are rotated in the fiber winding direction to tighten the fibers in the inner layer portion. As shown in FIG. 5, the body portion 18 may be fixed, and the fibers in the inner layer portion may be tightened by rotating the both end portions 20 and 22 in opposite directions. After the fiber is tightened, both end portions 20 and 22 and the body portion 18 are joined as will be described later, the joined liner 16 is replaced with the rotation support portion 12 of the fiber winding device 10, and the at least first layer A fiber layer is formed by winding the fiber bundle 28 of the outer layer portion from the intermediate layer portion of the later layer.

例えば、ライナ16の外面に内層部(例えば、1層目から4〜5層目)の繊維束28を巻き付け、内層部の繊維を巻き締めた後、中間層部から外層部(例えば、5〜6層目以降)の繊維束28を巻き付ければよい。   For example, the fiber bundle 28 of the inner layer part (for example, the 4th to 5th layers from the first layer) is wound around the outer surface of the liner 16, and after the fibers of the inner layer part are wound, the outer layer part (for example, 5 to 5) What is necessary is just to wind the fiber bundle 28 of the 6th layer or later.

高圧タンクにおいて高い強度を確保するためには、巻き付ける繊維の張力を高くすることが望ましい。繊維層の内層部より外層部の繊維の張力を高くすると、先に巻き付けた内層部の繊維が緩み、強度、疲労性能等が低下することがあり、特に、ライナに近い巻き始めの内層部の張力を上げることが望ましい。フィラメントワインディング法において、高い張力でライナに繊維を巻き付けると、特に樹脂ライナの場合にライナの変形が生じ、必要な繊維張力まで上げることが困難な場合がある。そのため、高圧タンクに要求される性能(バースト強度等)を満足できないことがある。本実施形態では、少なくとも1層目の繊維束28を巻き付けて繊維層の内層部を形成して、ライナ16の両端部20,22の少なくとも一方を回転させることにより内層部の繊維を巻き締めた後、両端部20,22と胴部18とを接合し、さらに、前記少なくとも1層目より後の層の中間層部から外層部の繊維束28を巻き付けて繊維層を形成する。   In order to ensure high strength in the high-pressure tank, it is desirable to increase the tension of the wound fiber. If the tension of the fiber of the outer layer part is made higher than the inner layer part of the fiber layer, the fiber of the inner layer part wound earlier may loosen, and the strength, fatigue performance, etc. may be lowered. It is desirable to increase the tension. In the filament winding method, when fibers are wound around a liner with a high tension, the liner may be deformed particularly in the case of a resin liner, and it may be difficult to increase the fiber tension to a necessary level. Therefore, the performance required for the high-pressure tank (burst strength, etc.) may not be satisfied. In this embodiment, the fiber bundle 28 of at least the first layer is wound to form the inner layer portion of the fiber layer, and the fibers of the inner layer portion are wound by rotating at least one of the both end portions 20 and 22 of the liner 16. Thereafter, both end portions 20 and 22 and the body portion 18 are joined, and further, the fiber bundle 28 of the outer layer portion is wound from the intermediate layer portion of the layer after the at least first layer to form a fiber layer.

本実施形態において、少なくとも1層目の繊維束28を巻き付けた後、繊維を巻き締めることにより、繊維積層時の繊維間の緩みを防止することができる。よって、繊維の積層時の張力を上げ過ぎることなく、積層時の繊維間の緩みを防止することができるため、タンク強度および疲労強度が確保され、高性能の高圧タンク14を製造することができる。さらに、繊維間の密着性および接着性を向上することができるため、繊維層における空隙等の発生も防止することができる。   In this embodiment, loosening between the fibers during fiber lamination can be prevented by winding the fibers after at least the first-layer fiber bundle 28 is wound. Therefore, since it is possible to prevent loosening between fibers during lamination without excessively increasing the tension during fiber lamination, tank strength and fatigue strength are ensured, and a high-performance high-pressure tank 14 can be manufactured. . Furthermore, since the adhesiveness and adhesiveness between fibers can be improved, the generation of voids and the like in the fiber layer can also be prevented.

特に、繊維層の中間層部から外層部へ繊維束28を巻き付けていくと、先に巻いた内層部の繊維の緩みが発生しやすいので、内層部を巻き付けた後に内層部の繊維を巻き締めると効果が大きい。ライナ16に繊維束28を巻き付けて高圧タンク14を製造する際に、先に巻き付けた内層部の繊維の緩みを防止できるため、中間層部から外層部まで、繊維に張力を充分にかけて繊維束28を巻き付けることができ、高い強度の高圧タンク14を製造することができる。   In particular, when the fiber bundle 28 is wound from the intermediate layer portion of the fiber layer to the outer layer portion, loosening of the fibers of the inner layer portion wound earlier tends to occur, so the fibers of the inner layer portion are wound after the inner layer portion is wound. And the effect is great. When the high-pressure tank 14 is manufactured by winding the fiber bundle 28 around the liner 16, loosening of the fibers in the inner layer portion wound earlier can be prevented. Therefore, the fiber bundle 28 is sufficiently tensioned from the intermediate layer portion to the outer layer portion. The high-pressure tank 14 having high strength can be manufactured.

また、本実施形態において、ライナ16への繊維束28の巻き付けの際の内層部の繊維の張力を高くし、かつ、中間層部から外層部になるに従って徐々に繊維の張力を下げることが好ましい。ライナ16の内層部から外層部にかけて、繊維張力差をつけることができるため、繊維の緩みを防止でき、タンクの高い疲労強度が確保される。   Further, in this embodiment, it is preferable to increase the tension of the fibers in the inner layer portion when the fiber bundle 28 is wound around the liner 16 and gradually decrease the tension of the fibers from the intermediate layer portion to the outer layer portion. . Since a fiber tension difference can be applied from the inner layer portion to the outer layer portion of the liner 16, loosening of the fibers can be prevented, and high fatigue strength of the tank is ensured.

分割構造を有するライナ16の接合方法は、両端部20,22と胴部18とを接合できる方法であればよく、特に制限されない。少なくとも1層目の繊維束28を巻き付け、繊維を巻き締めた後に接合するため、ライナ16の内側から両端部20,22と胴部18とを接合することが好ましい。ライナ16の内側から接合する方法としては、特に制限はないが、レーザ光の反射を利用する方法等が挙げられる。比較的容易に接合を実施できる等の点から、レーザ光の反射を利用する方法が好ましい。   The method for joining the liner 16 having the divided structure is not particularly limited as long as it is a method capable of joining the end portions 20 and 22 and the body portion 18. Since the fiber bundle 28 of at least the first layer is wound and joined after the fibers are tightened, it is preferable to join the end portions 20 and 22 and the body portion 18 from the inside of the liner 16. A method of joining from the inside of the liner 16 is not particularly limited, and examples thereof include a method using reflection of laser light. From the viewpoint that bonding can be performed relatively easily, a method using reflection of laser light is preferable.

図6に、レーザ光の反射を利用してライナを接合する方法の一例の概略を示す。例えば、棒状等の反射鏡保持部材42に所定の角度で保持された反射手段としての反射鏡40等をライナ16の内部に挿入し、ライナ16の軸を中心にして反射鏡40を所定の速度で回転させながら、ライナ16の外部に設置したレーザ発振手段としてのレーザ発振器38から発振されたレーザ光をライナ16の開口部を通して反射鏡40に反射させて溶着部にレーザ光を照射し、ライナ16の内側から両端部20,22と胴部18とを溶着すればよい。   FIG. 6 shows an outline of an example of a method of joining the liner using reflection of laser light. For example, a reflecting mirror 40 or the like as reflecting means held at a predetermined angle by a rod-like reflecting mirror holding member 42 is inserted into the liner 16, and the reflecting mirror 40 is moved at a predetermined speed around the axis of the liner 16. The laser beam oscillated from the laser oscillator 38 as a laser oscillation means installed outside the liner 16 is reflected by the reflecting mirror 40 through the opening of the liner 16, and the welded portion is irradiated with the laser beam. What is necessary is just to weld the both ends 20 and 22 and the trunk | drum 18 from the inner side of 16. FIG.

反射手段としては、レーザを反射することができるものであればよく、特に制限はない。反射手段としては、例えば、反射鏡等が挙げられる。レーザ発振手段としては、レーザを発振することができるものであればよく、特に制限はない。   The reflecting means is not particularly limited as long as it can reflect the laser. Examples of the reflecting means include a reflecting mirror. The laser oscillation means is not particularly limited as long as it can oscillate a laser.

繊維束28の巻き付け工程後、高圧タンク14は、加熱炉等において熱処理される。高圧タンク14は、例えば130℃程度で、10〜15時間程度加熱される。この加熱により、熱硬化性樹脂等が含浸された繊維束28が熱硬化され、図3に示すような補強層24が形成される。その後、高圧タンク14は冷却される。このようにして、ライナ16の外面に補強層24が形成された高圧タンク14が製造される。   After the step of winding the fiber bundle 28, the high-pressure tank 14 is heat-treated in a heating furnace or the like. The high-pressure tank 14 is heated at, for example, about 130 ° C. for about 10 to 15 hours. By this heating, the fiber bundle 28 impregnated with the thermosetting resin or the like is thermoset, and a reinforcing layer 24 as shown in FIG. 3 is formed. Thereafter, the high-pressure tank 14 is cooled. In this way, the high-pressure tank 14 in which the reinforcing layer 24 is formed on the outer surface of the liner 16 is manufactured.

高圧タンク14は、ライナ(内容器)16、補強層(外層)24を含んで構成されている。また、高圧タンク14は、ガス充填・放出口等を備えてもよい。   The high-pressure tank 14 includes a liner (inner container) 16 and a reinforcing layer (outer layer) 24. Further, the high-pressure tank 14 may include a gas filling / releasing port.

ライナ16は、略円柱状等に形成されてなり、例えば高圧水素ガスなどの媒体をその内部に収容するためのものであり、水素ガス等のガスに直接接触する層である。ライナ16の形状、サイズ、厚みは使用目的、仕様等に応じたものを任意に選択することができる。ライナ16の厚みは、例えば、2mm〜4mmの範囲である。   The liner 16 is formed in a substantially cylindrical shape or the like, for example, for accommodating a medium such as high-pressure hydrogen gas therein, and is a layer in direct contact with a gas such as hydrogen gas. The shape, size, and thickness of the liner 16 can be arbitrarily selected according to the purpose of use, specifications, and the like. The liner 16 has a thickness in the range of 2 mm to 4 mm, for example.

ライナ16は、樹脂材料、金属等を含んで構成される。ライナ16を構成する樹脂材料としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ABS樹脂、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やポリウレタン等が挙げられる。ライナを構成する金属としては、アルミ合金等の金属が挙げられる。ライナの肉厚やライナを構成する材料の種類は、ライナ16に要求される強度、気密性、成形性等に応じて適宜選択することができる。これらのうち、強度や耐ガス透過性等の点からナイロン等のポリアミド樹脂が好ましい。また、本実施形態に係る高圧タンクの製造方法は、特にライナ16が樹脂材料から構成される場合に効果をより発揮する。   The liner 16 includes a resin material, a metal, and the like. Examples of the resin material constituting the liner 16 include a thermoplastic resin and a thermosetting resin. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, ABS resin, polystyrene, polyamide, polycarbonate, polyimide, and fluorine resin. Examples of the thermosetting resin include epoxy resin and polyurethane. Examples of the metal constituting the liner include metals such as aluminum alloys. The thickness of the liner and the type of material constituting the liner can be appropriately selected according to the strength, hermeticity, moldability, and the like required for the liner 16. Of these, polyamide resins such as nylon are preferable from the viewpoint of strength and gas permeability resistance. In addition, the high-pressure tank manufacturing method according to the present embodiment is more effective particularly when the liner 16 is made of a resin material.

樹脂材料から構成されるライナ16は、例えば、上記樹脂の射出成形により成形される。例えば、金型にポリアミド樹脂等の樹脂を流し込んで、少なくとも直胴部を有する胴部18と、胴部18の両端を閉鎖するためのドーム状等の両端部20,22との少なくとも3つの成形体を成型する。この射出成形により、厚みが略均一なライナが成形される。胴部18と両端部20,22とを互いに回転可能に嵌合してライナ16を仮の状態で形成し、少なくとも1層目の繊維束28を巻き付けて内層部を形成し、内層部の繊維を巻き締めた後、それらを上述のようにレーザ溶着等により接合して略円柱状の樹脂のライナ16を形成する。ライナ16は、通常はライナ16の軸に略垂直方向に分割された3つの分割体から構成される分割構造を有するが、ライナ16の軸に略垂直方向に分割された4つ以上の分割体から構成される分割構造を有してもよい。   The liner 16 made of a resin material is formed by, for example, injection molding of the resin. For example, a resin such as polyamide resin is poured into a mold, and at least three moldings of a barrel portion 18 having at least a straight barrel portion and dome-like end portions 20 and 22 for closing both ends of the barrel portion 18 are performed. Mold the body. By this injection molding, a liner having a substantially uniform thickness is formed. The body portion 18 and both end portions 20 and 22 are rotatably fitted to each other to form the liner 16 in a temporary state, and at least the first-layer fiber bundle 28 is wound to form an inner layer portion. After being tightened, they are joined by laser welding or the like as described above to form a substantially cylindrical resin liner 16. The liner 16 usually has a divided structure composed of three divided bodies that are divided in a direction substantially perpendicular to the axis of the liner 16, but four or more divided bodies that are divided in a direction substantially perpendicular to the axis of the liner 16. You may have the division structure comprised from these.

両端部20,22と胴部18とは互いに回転可能に嵌合される構造を有する。嵌合方法は、互いに回転可能なものであればよく、特に制限はない。   The both end portions 20 and 22 and the body portion 18 have a structure that can be rotatably fitted to each other. The fitting method is not particularly limited as long as it is rotatable with respect to each other.

補強層24は、ライナ16の外側を覆うように設けられてライナ16を補強する層であり、例えば、繊維およびマトリックス樹脂を含んで構成される。補強層24を構成する繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、金属繊維等が挙げられる。   The reinforcing layer 24 is a layer that is provided so as to cover the outer side of the liner 16 and reinforces the liner 16 and includes, for example, fibers and a matrix resin. Examples of the fibers constituting the reinforcing layer 24 include glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, and metal fibers.

また、補強層24を構成するマトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ABS樹脂、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、フッ素樹脂等が挙げられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やポリウレタン等が挙げられる。これらのうち、強度、接着性、耐ガス透過性等の点からエポキシ樹脂が好ましい。   Moreover, as a matrix resin which comprises the reinforcement layer 24, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, etc. are mentioned. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, ABS resin, polystyrene, polyamide, polycarbonate, polyimide, and fluorine resin. Examples of the thermosetting resin include epoxy resin and polyurethane. Among these, an epoxy resin is preferable from the viewpoints of strength, adhesiveness, gas permeability resistance, and the like.

補強層24は、例えば、繊維の繊維束にマトリックス樹脂溶液を含浸させた状態でライナ16の外面に巻き付けた後、樹脂を硬化させて形成することができる。   The reinforcing layer 24 can be formed, for example, by winding the fiber bundle of fibers around the outer surface of the liner 16 in a state where the matrix resin solution is impregnated and then curing the resin.

補強層24の厚みは、巻き付ける繊維束28の層数等により調整することができ、例えば、20mm〜40mmの範囲である。繊維束28の層数は例えば、30層〜60層程度である。   The thickness of the reinforcing layer 24 can be adjusted by the number of layers of the fiber bundle 28 to be wound, for example, in the range of 20 mm to 40 mm. The number of layers of the fiber bundle 28 is, for example, about 30 to 60 layers.

繊維束28は、例えば、上記繊維が10,000〜40,000本程度束ねられたものである。   The fiber bundle 28 is, for example, a bundle of about 10,000 to 40,000 fibers.

通常、繊維束28の巻き付け方向は、ライナ16の回転軸に対して略垂直方向、または斜め方向である。   Usually, the winding direction of the fiber bundle 28 is a direction substantially perpendicular to the rotation axis of the liner 16 or an oblique direction.

巻き締め手段としての巻き締め装置36は、ライナ16の両端部20,22の少なくとも一方を回転させるものであればよく、その構成は特に制限されない。巻き締め時に巻き締め装置36に付け替えずに、繊維巻き付け装置10の回転支持部12に設置したまま巻き締めてもよい。   The tightening device 36 as the tightening means is not particularly limited as long as it rotates at least one of the both end portions 20 and 22 of the liner 16. The winding may be tightened while being installed on the rotation support portion 12 of the fiber winding device 10 without changing to the winding device 36 at the time of winding.

本実施形態に係る高圧タンク14は、例えば、移動体に搭載され、内部に高圧ガスを貯蔵する高圧タンクである。また、高圧タンク14は、据え置き型の高圧タンクであってもよい。   The high-pressure tank 14 according to the present embodiment is, for example, a high-pressure tank that is mounted on a moving body and stores high-pressure gas therein. The high-pressure tank 14 may be a stationary high-pressure tank.

ここで、移動体としては、二輪の車両、バスや乗用車等の四輪以上の自動車のほか、電車、船舶、航空機、ロボットなどが挙げられ、特に燃料電池車両である。高圧ガスとしては、水素ガスや圧縮天然ガスなどが挙げられる。   Here, examples of the moving body include two-wheeled vehicles, automobiles having four or more wheels such as buses and passenger cars, trains, ships, airplanes, robots, and the like, and particularly fuel cell vehicles. Examples of the high pressure gas include hydrogen gas and compressed natural gas.

本実施形態に係る高圧タンクの製造装置および高圧タンクの製造方法により得られる繊維束は、樹脂溶液を含浸させて硬化した繊維強化プラスチック材(FRP材)等として、各種素材の強化材等に用いることができる。例えば、炭素繊維の場合、炭素繊維の繊維束にエポキシ樹脂等の樹脂溶液を含浸させた炭素繊維強化プラスチック材(CFRP材)として、高圧タンク、自動車用シャフト、航空機の胴体、部品等の補強材として用いることができる。   The fiber bundle obtained by the high-pressure tank manufacturing apparatus and the high-pressure tank manufacturing method according to the present embodiment is used as a reinforcing material for various materials as a fiber reinforced plastic material (FRP material) that has been impregnated with a resin solution and cured. be able to. For example, in the case of carbon fiber, a carbon fiber reinforced plastic material (CFRP material) in which a fiber bundle of carbon fiber is impregnated with a resin solution such as an epoxy resin is used as a reinforcing material for a high-pressure tank, an automobile shaft, an aircraft fuselage, parts, etc. Can be used as

1 高圧タンクの製造装置、10 繊維巻き付け装置、12 回転支持部、14 高圧タンク、16 ライナ(内容器)、18 胴部、20,22 両端部、24 補強層(外層)、26 シャフト、28 繊維束、30 ボビン、32 拡幅ローラ、34 繊維ガイド部、36 巻き締め装置、38 レーザ発振器、40 反射鏡、42 反射鏡保持部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High pressure tank manufacturing apparatus, 10 Fiber winding apparatus, 12 Rotation support part, 14 High pressure tank, 16 Liner (inner container), 18 trunk | drum, 20, 22 Both ends, 24 Reinforcement layer (outer layer), 26 Shaft, 28 Fiber Bundle, 30 bobbin, 32 widening roller, 34 fiber guide part, 36 winding device, 38 laser oscillator, 40 reflecting mirror, 42 reflecting mirror holding member.

Claims (6)

ライナと前記ライナの外面に繊維を巻き付けた繊維層を含んで構成された補強層とを有する高圧タンクを製造する高圧タンクの製造方法であって、
互いに回転可能に嵌合された少なくとも胴部と両端部との分割構造を有するライナの外面に少なくとも1層目の繊維を巻き付けた後、前記両端部の少なくとも一方を回転させることにより繊維を巻き締めて繊維層を形成することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
A high-pressure tank manufacturing method for manufacturing a high-pressure tank having a liner and a reinforcing layer including a fiber layer in which fibers are wound around an outer surface of the liner,
After winding at least the first layer of fibers on the outer surface of a liner having a split structure of at least a body portion and both end portions that are rotatably fitted to each other, the fibers are wound by rotating at least one of the both end portions. And forming a fiber layer.
請求項1に記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記繊維を巻き締めた後に、前記胴部と前記両端部とを接合することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
It is a manufacturing method of the high-pressure tank according to claim 1,
A method of manufacturing a high-pressure tank, comprising: joining the body portion and the both end portions after winding the fiber.
請求項2に記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記胴部と前記両端部とを接合した後に、前記少なくとも1層目より後の層の繊維を巻き付けて繊維層を形成することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
It is a manufacturing method of the high-pressure tank according to claim 2,
After joining the said trunk | drum and the said both ends, the manufacturing method of the high pressure tank characterized by forming the fiber layer by winding the fiber of the layer after the said at least 1st layer.
請求項2または3に記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記ライナが樹脂ライナであり、レーザ光の反射を利用して前記樹脂ライナの内側から前記胴部と前記両端部とを接合することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
It is a manufacturing method of the high-pressure tank according to claim 2 or 3,
The method of manufacturing a high-pressure tank, wherein the liner is a resin liner, and the body portion and the both end portions are joined from the inside of the resin liner using reflection of laser light.
樹脂ライナと前記樹脂ライナの外面に繊維を巻き付けた繊維層を含んで構成された補強層とを有する高圧タンクを製造する高圧タンクの製造装置であって、
レーザ光を発振するレーザ発振手段と、
樹脂ライナの内側でレーザ光を反射させるための反射手段と、
を有することを特徴とする高圧タンクの製造装置。
A high-pressure tank manufacturing apparatus for manufacturing a high-pressure tank having a resin liner and a reinforcing layer including a fiber layer in which fibers are wound around an outer surface of the resin liner,
Laser oscillation means for oscillating laser light;
Reflection means for reflecting the laser beam inside the resin liner;
A high-pressure tank manufacturing apparatus comprising:
外面に繊維を巻き付けた繊維層を含んで構成された補強層を形成して高圧タンクを製造するための樹脂ライナであって、
互いに回転可能に嵌合された少なくとも胴部と両端部との分割構造を有することを特徴とする樹脂ライナ。
A resin liner for producing a high-pressure tank by forming a reinforcing layer including a fiber layer in which fibers are wound on an outer surface,
A resin liner having a divided structure of at least a body portion and both end portions that are rotatably fitted to each other.
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