JP6652087B2 - ガスタンクおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
樹脂を加熱硬化するときには、一旦樹脂が軟化し、その後硬化する。この形態によれば、第2繊維束が重なっている重なり部分は、重なっていない部分よりも繊維が多いため、樹脂が軟化したときに、樹脂がガスタンクの表面に向かってしみ出し難い。そのため、表面層の樹脂が重なっている部分において、表面層の外側の樹脂が薄くなる。その後の、ガスタンクの膨張試験時にガスをガスタンクに充填すると、この樹脂が薄い部分でヒビ割れが生じ、このヒビ割れからガスが放出される。その結果、ガス溜まり部が生じにくい。したがって、ライナと補強層との間に通路を形成する工程が不要であり、より簡単にガス溜まり部の形成を抑制できる。また、ガス溜まり部の破裂による異音が発生し難く、見栄えも悪くならない。
この形態によれば、第1繊維束が隙間を空けて巻かれている層を含んでいるので、第2繊維束の重なり部分がその隙間に入り易く、表面層の表面を平坦にし易い。
この形態によれば、内層において、ライナを補強でき、外層において、第1繊維束が隙間を空けて巻かれているので、表面層における第2繊維束の重なり部分が第1繊維束の隙間に入り込みやすく、ガスタンクの表面を平坦にし易い。
この形態によれば、内層において、ライナを補強でき、外層は、前記第1繊維束における樹脂の体積割合が内層における前記第1繊維束における前記樹脂の体積割合よりも大きい層を含んでいるので、外層を柔らかくできる。その結果、表面層における第2繊維束の重なり部分が第1繊維束の隙間に入り込みやすく、ガスタンクの表面を平坦にし易い。
この形態によれば、表面層の下層である外層は、第1繊維束がヘリカル巻きされたヘリカル層を含んでいる。ヘリカル層では、第1繊維束は、周方向に移動し易いので、第2繊維束が第1繊維束の隙間に入り込みやすく、ガスタンクの表面を平坦にし易い。
この形態によれば、補強層の繊維束を強度の強い炭素繊維で形成するので、ガスタンクをより補強できる。また、強度はあまり必要でない表面層を炭素繊維よりも安価なガラス繊維で形成できる。
この形態によれば、ラベルの上における表面層の第2繊維束が重なるラップ率は、ラベルの上以外における表面層の第2繊維束が重なるラップ率よりも大きいので、ラベルが故意に書き換えられにくくできる。
樹脂を加熱硬化するときには、一旦樹脂が軟化し、その後硬化する。この形態によれば、第2繊維束が重なっている重なり部分は、重なっていない部分よりも繊維が多いため、樹脂が軟化したときに、樹脂がガスタンクの表面に向かってしみ出し難い。そのため、表面層の樹脂が重なっている部分において、表面層の外側の樹脂が薄くなる。その後の、ガスタンクの膨張試験時にガスをガスタンクに充填すると、この樹脂が薄い部分でヒビ割れが生じ、このヒビ割れからガスが放出される。その結果、ガス溜まり部が生じにくい。したがって、ライナと補強層との間に通路を形成する工程が不要であり、より簡単にガス溜まり部の形成を抑制できる。また、ガス溜まり部の破裂による異音が発生し難く、見栄えも悪くならない。
図1は、ガスタンク500の概略構成を示す断面図である。ガスタンク500は、略円筒形であり、円筒の軸方向の両端は、略球形のドーム形状となっている。ガスタンク500は、ライナ100と、ライナ100の外周に形成された繊維強化樹脂層200とを備える。ライナ100は、中空円筒形状を有している。繊維強化樹脂層200は、ライナ100側の補強層210と、補強層210の外側であって外気側の表面層260とを備える。補強層210は、炭素繊維で形成された繊維束を含んでおり、表面層260は、ガラス繊維で形成された繊維束を含んでいる。繊維束とは、多数の繊維(単繊維)を束ねたものである。補強層210は、ライナ100を外側から補強し、ガスタンク500の強度を高める。表面層260は、補強層210にキズが生じないように、補強層210を保護する。なお、表面層260にキズやヒビ割れが生じても、補強層210にキズやヒビ割れが生じなければ、ガスタンク500の強度には影響を与えない。
図8は、加熱硬化の変形例を示す説明図である。第1の実施形態では、繊維束10(第1繊維束10f、第2繊維束10s)が巻かれたライナ100を硬化装置600の収納部610に入れて、軟化して第2繊維束10sの重なった第1部分262aを補強層210に入り込ませ、その後硬化した。変形例では、繊維束10が巻かれたライナ100を加熱装置750で軟化温度まで加熱しながらで繊維束10が巻かれたライナ100の表面をローラ700で均し、平坦化する。すなわち、ローラ700で、表面層260の第2繊維束10sの重なった第1部分262aを補強層210に入り込ませる。その後、繊維束10が巻かれたライナ100を、加熱装置750で硬化温度まで加熱して、樹脂を硬化させる。こうすれば、硬化装置600を用いなくても、ガスタンク500の樹脂を硬化できる。なお、本実施形態では、ローラ700を用いたが、ローラ700の代わりにヘラなどの平坦化治具を用いてもよい。第2繊維束10sを巻く時の張力を大きくすることで、表面層260の第2繊維束10sの重なった第1部分262aを補強層210の第1繊維束10fの隙間に入り込ませてもよい。
図9は、第2実施形態のガスタンクの概略構成を示す説明図である。第2実施形態のガスタンク502は、第1実施形態の構成と同じ構成である。図9では、ラベル550が図示されている。なお、第1実施形態では説明しなかったが、第1実施形態のガスタンク500でもラベル550を有している。ラベル550は、ガスタンク502の製造年月日、使用期限、用途などを記載している。ラベル550は、書き換えを防止するために、補強層210と、表面層260との間に貼り付けられる。第1実施形態では、ラベル550を貼り付けた後で表面層260を形成するときに、ラベル550の上であるか、否かにかかわらず、表面層260の第2繊維束10sが重なる第1部分262aの割合(ラップ率)をほぼ同じにしている。これに対し、第2実施形態では、ラベル550を貼り付けた後で表面層260を形成するときに、表面層260の第2繊維束10sが重なる第1部分262aの割合(ラップ率)を、ラベル550の上以外における表面層260の第2繊維束10sが重なる第1部分262aの割合(ラップ率)よりも大きくなるように表面層260の第2繊維束10sを巻く点が異なっている。ラップ率が小さいと、繊維束10をずらして、ラベル550の書き換えが可能となるおそれがある。第2実施形態では、ラベル550の上における表面層260の第2繊維束10sが重なるラップ率は、ラベル550の上以外における表面層260の第2繊維束10sが重なるラップ率よりも大きいので、第1実施形態に比べて、ラベル550が故意に書き換えられ難くすることができる。
10a、10b、10c、10d…トウプリプレグ
10f…第1繊維束
10s…第2繊維束
12a、12b、12c、12d…ボビン
14a、14b、14c、14d…中継ローラ
16…中継ローラ
18…ダンサ
19…シリンダ
20…アクティブダンサ
21…ボビン軸
22、24、26…中継ローラ
28…繊維収束治具
30…繊維送出装置
40…取り付け軸
50…制御部
100…ライナ
110…ストレート部
120、125…ドーム部
200…繊維強化樹脂層
210…補強層
260…表面層
261…第1表面層
262…第2表面層
262a…第1部分
262b…第2部分
270…表面樹脂層
270a…表面樹脂層
270b…表面樹脂層
271…ヒビ割れ
300、310…口金
305、315…孔
500、502…ガスタンク
550…ラベル
600…硬化装置
610…収納部
620…加熱部
700…ローラ
750…加熱装置
1000…フィラメントワインディング装置
S1…断面
W1…幅
WG1…隙間の大きさ
W2…幅
WL2…ラップ幅
Claims (17)
- ガスタンクであって、
中空円筒形状のライナと、
前記ライナの外側に形成されている、樹脂が含浸した繊維束を有する繊維強化樹脂層と、
を備え、
前記繊維強化樹脂層は、
前記ライナの外周に形成され、第1繊維束を含む第1層と、
前記第1層の外側に形成され、第2繊維束を含む第2層と、
を有し、
前記第1層は、
前記ライナ側の内層と、
前記内層よりも外側の外層と、
を含み、
前記外層は、前記第1繊維束の隣接する一部同士が離間して巻かれている層を含み、
前記第2層は、前記ライナの中心軸と平行な方向において前記第2繊維束の隣接する一部同士が互いに重なるように巻かれており、
前記第2層の前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分は、前記外層の前記第1繊維束の隣接する一部同士が離間して巻かれている離間部分と重なっており、
前記第2層の重なり部分は、前記外層の離間部分に入り込んでいる、
ガスタンク。 - 請求項1に記載のガスタンクであって、
前記外層は、前記第1繊維束における樹脂の体積割合が前記内層における前記第1繊維束における前記樹脂の体積割合よりも大きい層を含む、
ガスタンク。 - 請求項1または2に記載のガスタンクであって、
前記外層は、前記第1繊維束がヘリカル巻きされたヘリカル層を含む、ガスタンク。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のガスタンクにおいて、
前記第1繊維束は、炭素繊維で形成された繊維束であり、
前記第2繊維束は、ガラス繊維で形成された繊維束である、
ガスタンク。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のガスタンクであって、さらに、
前記第1層と前記第2層との間の一部にラベルを有し、
前記第2層の前記第2繊維束の隣接する一部同士が互いに重なるラップ率は、前記ラベルの上におけるラップ率が、前記ラベルの上以外におけるラップ率よりも大きい、ガスタンク。 - ガスタンクであって、
中空円筒形状のライナと、
前記ライナの外側に形成されている、樹脂が含浸した繊維束を有する繊維強化樹脂層と、
を備え、
前記繊維強化樹脂層は、
前記ライナの外周に形成され、第1繊維束を含む第1層と、
前記第1層の外側に形成され、第2繊維束を含む第2層と、
前記第1層と前記第2層との間の一部に設けられたラベルと、
を有し、
前記第2層の前記第2繊維束の隣接する一部同士が互いに重なるラップ率は、前記ラベルの上におけるラップ率が、前記ラベルの上以外におけるラップ率よりも大きい、ガスタンク。 - ガスタンクの製造方法であって、
(a)中空円筒形状のライナを準備する工程と、
(b)前記ライナに樹脂が含浸された第1繊維束を巻き付けて第1層を形成する工程と、
(c)前記第1繊維束が巻き付けられた前記ライナに、樹脂が含浸された第2繊維束を、前記ライナの中心軸と平行な方向において前記第2繊維束の一部同士が互いに重なるように巻き付けて第2層を形成する工程と、
(d)前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分を前記第1層に入り込ませる工程と、
(e)前記樹脂を硬化させる工程と、
を備え、
前記工程(b)は、
(b−1)前記ライナ側の内層を形成する工程と、
(b−2)前記内層の外側に外層を形成する工程と、
を含み、
前記工程(b−2)において、前記第1繊維束の隣接する一部同士が離間するように隙間を空けて前記第1繊維束を巻き、
前記工程(c)において、前記第2層の前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分は、前記外層の前記第1繊維束の隣接する一部同士が離間して巻かれている離間部分と重なっており、
前記工程(d)において、前記第2層の重なり部分を、前記外層の離間部分に入り込ませる、ガスタンクの製造方法。 - 請求項7に記載のガスタンクの製造方法において、
前記工程(b−2)は、前記第1繊維束における前記樹脂の体積割合が前記内層における前記第1繊維束における前記樹脂の体積割合よりも大きい層を形成する工程を含む、
ガスタンクの製造方法。 - 請求項7に記載のガスタンクの製造方法において、
前記工程(b−2)は、前記工程(b−1)における前記第1繊維束の張力よりも小さな張力で前記第1繊維束を巻く工程を含む、
ガスタンクの製造方法。 - 請求項7から9のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法において、
前記工程(b−2)では、前記第1繊維束をヘリカル巻きするヘリカル層を形成する工程を含む、
ガスタンクの製造方法。 - 請求項7〜10のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法において、
前記第1繊維束は、炭素繊維で形成された繊維束であり、
前記第2繊維束は、ガラス繊維で形成された繊維束である、
ガスタンクの製造方法。 - 請求項7〜11のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法であって、
前記工程(b)と前記工程(c)との間に、前記第1層の一部にラベルを貼り付ける工程を有し、
前記工程(c)において、前記第2層の前記第2繊維束の隣接する一部同士が互いに重なるラップ率について、前記ラベルの上におけるラップ率を前記ラベルの上以外におけるラップ率よりも大きくなるように前記第2繊維束を巻く、ガスタンクの製造方法。 - 請求項7〜12のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法であって、
前記工程(d)は、前記第2繊維束が巻かれた前記ライナを硬化装置の収納部に入れて、前記樹脂の軟化温度まで加熱し、前記収納部の内面で前記第2層の表面を押さえて前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分を前記第1層に入り込ませる工程を含む、
ガスタンクの製造方法。 - 請求項7〜12のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法であって、
前記工程(d)は、前記第2層の表面を加熱しながら平坦化治具で押さえることにより、前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分を前記第1層に入り込ませる工程を含む、
ガスタンクの製造方法。 - ガスタンクの製造方法であって、
(a)中空円筒形状のライナを準備する工程と、
(b)前記ライナに樹脂が含浸された第1繊維束を巻き付けて第1層を形成する工程と、
(c)前記第1繊維束が巻き付けられた前記ライナに、樹脂が含浸された第2繊維束を、前記ライナの中心軸と平行な方向において前記第2繊維束の一部同士が互いに重なるように巻き付けて第2層を形成する工程と、
(d)前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分を前記第1層に入り込ませる工程と、
(e)前記樹脂を硬化させる工程と、
を備え、
前記工程(b)と前記工程(c)との間に、前記第1層の一部にラベルを貼り付ける工程を有し、
前記工程(c)において、前記第2層の前記第2繊維束の隣接する一部同士が互いに重なるラップ率について、前記ラベルの上におけるラップ率を前記ラベルの上以外におけるラップ率よりも大きくなるように前記第2繊維束を巻く、ガスタンクの製造方法。 - ガスタンクの製造方法であって、
(a)中空円筒形状のライナを準備する工程と、
(b)前記ライナに樹脂が含浸された第1繊維束を巻き付けて第1層を形成する工程と、
(c)前記第1繊維束が巻き付けられた前記ライナに、樹脂が含浸された第2繊維束を、前記ライナの中心軸と平行な方向において前記第2繊維束の一部同士が互いに重なるように巻き付けて第2層を形成する工程と、
(d)前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分を前記第1層に入り込ませる工程と、
(e)前記樹脂を硬化させる工程と、
を備え
前記工程(d)は、前記第2繊維束が巻かれた前記ライナを硬化装置の収納部に入れて、前記樹脂の軟化温度まで加熱し、前記収納部の内面で前記第2層の表面を押さえて前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分を前記第1層に入り込ませる工程を含む、
ガスタンクの製造方法。 - ガスタンクの製造方法であって、
(a)中空円筒形状のライナを準備する工程と、
(b)前記ライナに樹脂が含浸された第1繊維束を巻き付けて第1層を形成する工程と、
(c)前記第1繊維束が巻き付けられた前記ライナに、樹脂が含浸された第2繊維束を、前記ライナの中心軸と平行な方向において前記第2繊維束の一部同士が互いに重なるように巻き付けて第2層を形成する工程と、
(d)前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分を前記第1層に入り込ませる工程と、
(e)前記樹脂を硬化させる工程と、
を備え、
前記工程(d)は、前記第2層の表面を加熱しながら平坦化治具で押さえることにより、前記第2繊維束の一部同士が互いに重なる重なり部分を前記第1層に入り込ませる工程を含む、
ガスタンクの製造方法。
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