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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022156090
(43)【公開日】2022-10-14
(54)【発明の名称】高圧タンクの製造方法及び高圧タンクの製造治具
(51)【国際特許分類】
F16J 12/00 20060101AFI20221006BHJP
B29C 70/16 20060101ALI20221006BHJP
B29C 70/32 20060101ALI20221006BHJP
F17C 1/06 20060101ALN20221006BHJP
B29K 105/08 20060101ALN20221006BHJP
B29K 101/10 20060101ALN20221006BHJP
B29L 22/00 20060101ALN20221006BHJP
【ＦＩ】
F16J12/00 A
B29C70/16
B29C70/32
F17C1/06
B29K105:08
B29K101:10
B29L22:00
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021059607
(22)【出願日】2021-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100077665
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 剛宏
(74)【代理人】
【識別番号】100116676
【弁理士】
【氏名又は名称】宮寺 利幸
(74)【代理人】
【識別番号】100191134
【弁理士】
【氏名又は名称】千馬 隆之
(74)【代理人】
【識別番号】100136548
【弁理士】
【氏名又は名称】仲宗根 康晴
(74)【代理人】
【識別番号】100136641
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 志郎
(74)【代理人】
【識別番号】100180448
【弁理士】
【氏名又は名称】関口 亨祐
(72)【発明者】
【氏名】辰島 宏亮
(72)【発明者】
【氏名】小関 徹
【テーマコード（参考）】
3E172
3J046
4F205
【Ｆターム（参考）】
3E172AA02
3E172AA05
3E172AB01
3E172BA01
3E172BB12
3E172BB17
3E172BC01
3E172BC04
3E172BD03
3E172CA20
3E172DA36
3J046AA01
3J046AA14
3J046BA03
3J046BD11
3J046CA04
3J046DA05
3J046EA02
4F205AA36
4F205AD05
4F205AD12
4F205AD16
4F205AG07
4F205AH55
4F205HA02
4F205HA23
4F205HA33
4F205HA37
4F205HA46
4F205HB01
4F205HB12
4F205HC02
4F205HK04
4F205HK05
4F205HK23
4F205HL02
4F205HT22
(57)【要約】
【課題】補強シャフトを用いたフィラメントワインディング工程の後の熱硬化工程における応力発生を抑制できる、高圧タンクの製造方法及び高圧タンクの製造治具を提供する。
【解決手段】高圧タンク１０の製造方法及び製造治具は、口金２６ａからライナ２２の他端に向けて補強シャフト４２を挿入し、補強シャフト４２によりライナ２２の軸方向の長さを固定して、繊維強化樹脂ＲＲを巻き付けるフィラメントワインディング工程と、補強シャフト４２とライナ２２の他端との固定を解除してライナ２２の軸方向の変化を可能として繊維強化樹脂ＲＲを加熱する熱硬化工程と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】高圧タンク１０の製造方法及び製造治具は、口金２６ａからライナ２２の他端に向けて補強シャフト４２を挿入し、補強シャフト４２によりライナ２２の軸方向の長さを固定して、繊維強化樹脂ＲＲを巻き付けるフィラメントワインディング工程と、補強シャフト４２とライナ２２の他端との固定を解除してライナ２２の軸方向の変化を可能として繊維強化樹脂ＲＲを加熱する熱硬化工程と、を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に充填空間を有するライナと、前記ライナの外周部に設けられた補強層と、を有する高圧タンクの製造方法であって、
前記ライナの一端と他端とを貫通するように補強シャフトを挿入して前記ライナに固定し、前記補強シャフトにより前記ライナの軸方向の長さを固定する工程と、
前記ライナの内部を加圧状態に保ちつつ、前記ライナの外周部に繊維強化樹脂を巻き付けるフィラメントワインディング工程と、
前記ライナの一端及び他端の少なくとも一方と前記補強シャフトとの固定を解除し、前記ライナの軸方向の変形を可能とする工程と、
前記補強シャフトと前記ライナの他端との固定を解除した状態で前記繊維強化樹脂を加熱して前記ライナの外周部に補強層を形成する熱硬化工程と、
を有する、高圧タンクの製造方法。
前記ライナの一端と他端とを貫通するように補強シャフトを挿入して前記ライナに固定し、前記補強シャフトにより前記ライナの軸方向の長さを固定する工程と、
前記ライナの内部を加圧状態に保ちつつ、前記ライナの外周部に繊維強化樹脂を巻き付けるフィラメントワインディング工程と、
前記ライナの一端及び他端の少なくとも一方と前記補強シャフトとの固定を解除し、前記ライナの軸方向の変形を可能とする工程と、
前記補強シャフトと前記ライナの他端との固定を解除した状態で前記繊維強化樹脂を加熱して前記ライナの外周部に補強層を形成する熱硬化工程と、
を有する、高圧タンクの製造方法。
【請求項2】
請求項１記載の高圧タンクの製造方法であって、前記高圧タンクは、前記ライナの一端に接合され前記補強シャフトが挿通する第１口金と、前記ライナの他端に接合され前記補強シャフトが挿通する第２口金と、を有しており、
前記第１口金に前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントを取り付け、前記第２口金に前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントを取り付け、
前記フィラメントワインディング工程は、前記補強シャフトを前記第１口金及び前記第２口金で固定した状態で行い、
前記熱硬化工程は、前記第２アタッチメントによる前記補強シャフトの固定を解除した状態で行う、高圧タンクの製造方法。
前記第１口金に前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントを取り付け、前記第２口金に前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントを取り付け、
前記フィラメントワインディング工程は、前記補強シャフトを前記第１口金及び前記第２口金で固定した状態で行い、
前記熱硬化工程は、前記第２アタッチメントによる前記補強シャフトの固定を解除した状態で行う、高圧タンクの製造方法。
【請求項3】
請求項１記載の高圧タンクの製造方法であって、前記高圧タンクは、前記ライナの一端に接合され前記補強シャフトが挿通する第１口金と、前記ライナの他端に接合され前記補強シャフトが挿通する第２口金と、を有しており、
前記補強シャフトは、前記第１口金を挿通する第１シャフトと、前記第２口金を挿通する第２シャフトと、前記第１シャフトと前記第２シャフトとを解除可能に連結する連結機構と、を有しており、
前記第１口金に前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントを取り付け、前記第２口金に前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントを取り付け、
前記フィラメントワインディング工程は、前記連結機構で前記第１シャフトと前記第２シャフトとを連結した状態で行い、
前記熱硬化工程は、前記連結機構による前記第１シャフトと前記第２シャフトとの連結を解除した状態で行う、高圧タンクの製造方法。
前記補強シャフトは、前記第１口金を挿通する第１シャフトと、前記第２口金を挿通する第２シャフトと、前記第１シャフトと前記第２シャフトとを解除可能に連結する連結機構と、を有しており、
前記第１口金に前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントを取り付け、前記第２口金に前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントを取り付け、
前記フィラメントワインディング工程は、前記連結機構で前記第１シャフトと前記第２シャフトとを連結した状態で行い、
前記熱硬化工程は、前記連結機構による前記第１シャフトと前記第２シャフトとの連結を解除した状態で行う、高圧タンクの製造方法。
【請求項4】
請求項２又は３記載の高圧タンクの製造方法であって、前記フィラメントワインディング工程及び前記熱硬化工程は、前記第１口金及び前記第２口金を前記補強シャフトによって気密に封止して行う、高圧タンクの製造方法。
【請求項5】
内部に充填空間を有するライナと、前記ライナの一端に接合された第１口金と、前記ライナの他端に接合された第２口金と、前記ライナの外周部に設けられた補強層と、を有する高圧タンクの製造治具であって、
前記第１口金と前記第２口金とを挿通して前記ライナの内部を気密に封止する補強シャフトと、
前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントと、
前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントと、を備え、
前記第１アタッチメント及び前記第２アタッチメントの少なくとも一方に、前記補強シャフトを解除可能に固定する固定機構が設けられている、高圧タンクの製造治具。
前記第１口金と前記第２口金とを挿通して前記ライナの内部を気密に封止する補強シャフトと、
前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントと、
前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントと、を備え、
前記第１アタッチメント及び前記第２アタッチメントの少なくとも一方に、前記補強シャフトを解除可能に固定する固定機構が設けられている、高圧タンクの製造治具。
【請求項6】
内部に充填空間を有するライナと、前記ライナの一端に接合された第１口金と、前記ライナの他端に接合された第２口金と、前記ライナの外周部に設けられた補強層と、を有する高圧タンクの製造治具であって、
前記第１口金と前記第２口金とを挿通して前記ライナの内部を気密に封止する補強シャフトと、
前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントと、
前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントと、を備え、
前記補強シャフトは、前記第１アタッチメントに固定される第１シャフトと、前記第２アタッチメントに固定される第２シャフトと、前記第１シャフトと前記第２シャフトとを解除可能に連結する連結機構とを備える、高圧タンクの製造治具。
前記第１口金と前記第２口金とを挿通して前記ライナの内部を気密に封止する補強シャフトと、
前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントと、
前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントと、を備え、
前記補強シャフトは、前記第１アタッチメントに固定される第１シャフトと、前記第２アタッチメントに固定される第２シャフトと、前記第１シャフトと前記第２シャフトとを解除可能に連結する連結機構とを備える、高圧タンクの製造治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気体を貯留する高圧タンクの製造方法及び高圧タンクの製造治具に関する。
【背景技術】
【0002】
高圧タンクは、高圧の水素ガスを貯留するデバイスとして燃料電池車両（燃料電池自動車）に搭載される。この種の高圧タンクは、特許文献１に開示されるように、ライナと、ライナを補強する補強層と、ライナに接合され気体を流通可能な流路を有する口金とを備える。補強層は、繊維強化樹脂をライナの外面に巻き付けるフィラメントワインディング工程により形成される。
【0003】
フィラメントワインディング工程では、ライナに内圧を付与した状態で、繊維強化樹脂に張力をかけながらライナの外表面に巻き付ける。その際にライナの内圧と繊維強化樹脂との張力のバランスによって、高圧タンクの全長が変化することがある。
【0004】
そこで、高圧タンクの全長の変化を防ぐために、ライナの内部を貫通する補強シャフトをライナに固定してフィラメントワインディング工程を行う方法も提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第２０１０／０５８４５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、補強シャフトを用いてフィラメントワインディング工程を行うと、これに続く熱硬化工程において、補強層に残留応力が発生するという問題がある。
【0007】
すなわち、補強シャフトが熱硬化工程で熱膨張し、軸方向に拡張する方向の力が作用した状態で繊維強化樹脂が硬化する場合がある。また、熱硬化中の高圧タンクの自然な膨張側の変形が補強シャフトによって抑制されることにより、圧縮側の力が作用した状態で繊維強化樹脂が硬化する場合もある。条件によっては、上記と逆に、熱硬化中の繊維強化樹脂の収縮による変形が補強シャフトによって抑制されることにより、拡張側の力が作用する状態で繊維強化樹脂が硬化する場合もある。
【0008】
また、フィラメントワインディング工程の際にライナの内部に付与した内圧は、繊維強化樹脂の熱硬化が完了する前にゼロにはできないため、フィラメントワインディング工程の後に補強シャフトを取り除くことは困難である。
【0009】
そこで、本発明は、補強シャフトを用いたフィラメントワインディング工程の後の熱硬化工程で、補強層の応力発生を抑制できる、高圧タンクの製造方法及び高圧タンクの製造治具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】
【0010】
以下の開示の一観点は、内部に充填空間を有するライナと、前記ライナの外周部に設けられた補強層と、を有する高圧タンクの製造方法であって、前記ライナの一端と他端とを貫通するように補強シャフトを挿入して前記ライナに固定し、前記補強シャフトにより前記ライナの軸方向の長さを固定する工程と、前記ライナの内部を加圧状態に保ちつつ、前記ライナの外周部に繊維強化樹脂を巻き付けるフィラメントワインディング工程と、前記ライナの一端及び他端の少なくとも一方と前記補強シャフトとの固定を解除し、前記ライナの軸方向の変形を可能とする工程と、前記補強シャフトと前記ライナの他端との固定を解除した状態で前記繊維強化樹脂を加熱して前記ライナの外周部に補強層を形成する熱硬化工程と、を有する、高圧タンクの製造方法にある。
【0011】
別の一観点は、内部に充填空間を有するライナと、前記ライナの一端に接合された第１口金と、前記ライナの他端に接合された第２口金と、前記ライナの外周部に設けられた補強層と、を有する高圧タンクの製造治具であって、前記第１口金と前記第２口金とを挿通して前記ライナの内部を気密に封止する補強シャフトと、前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントと、前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントと、を備え、前記第１アタッチメント及び前記第２アタッチメントの少なくとも一方に、前記補強シャフトを解除可能に固定する固定機構が設けられている、高圧タンクの製造治具にある。
【0012】
さらに別の一観点は、内部に充填空間を有するライナと、前記ライナの一端に接合された第１口金と、前記ライナの他端に接合された第２口金と、前記ライナの外周部に設けられた補強層と、を有する高圧タンクの製造治具であって、前記第１口金と前記第２口金とを挿通して前記ライナの内部を気密に封止する補強シャフトと、前記補強シャフトを前記第１口金に固定する第１アタッチメントと、前記補強シャフトを前記第２口金に固定する第２アタッチメントと、を備え、前記補強シャフトは、前記第１アタッチメントに固定される第１シャフトと、前記第２アタッチメントに固定される第２シャフトと、前記第１シャフトと前記第２シャフトとを解除可能に連結する連結機構とを備える、高圧タンクの製造治具にある。
【発明の効果】
【0013】
上記観点の高圧タンクの製造方法及び高圧タンクの製造治具によれば、補強シャフトを用いたフィラメントワインディング工程の後の熱硬化工程で、補強層への応力発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第１実施形態に係るフィラメントワインディング工程の説明図である。
【図2】第１実施形態に係る高圧タンクの製造治具をライナに取り付けた状態で示す断面図である。
【図3】第２実施形態に係る高圧タンクの製造治具をライナに取り付けた状態で示す断面図である。
【図4】第３実施形態に係る高圧タンクの製造治具をライナに取り付けた状態で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【0016】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る高圧タンク１０は、図１に示すように気体を圧縮して貯留する充填空間１２を有する。この高圧タンク１０は、例えば、燃料電池システムに適用され、気体として水素ガス（燃料ガス、アノードガス）を貯留する。例えば、高圧タンク１０は、図示しない燃料電池車両に搭載されて、ガスステーションから供給される水素ガスを貯留する一方で、車両の走行時等に燃料電池スタック（不図示）に水素ガスを供給する。なお、高圧タンク１０は、燃料電池システムへの適用に限定されず、また水素ガス以外の気体を貯留可能なことは勿論である。
本発明の第１実施形態に係る高圧タンク１０は、図１に示すように気体を圧縮して貯留する充填空間１２を有する。この高圧タンク１０は、例えば、燃料電池システムに適用され、気体として水素ガス（燃料ガス、アノードガス）を貯留する。例えば、高圧タンク１０は、図示しない燃料電池車両に搭載されて、ガスステーションから供給される水素ガスを貯留する一方で、車両の走行時等に燃料電池スタック（不図示）に水素ガスを供給する。なお、高圧タンク１０は、燃料電池システムへの適用に限定されず、また水素ガス以外の気体を貯留可能なことは勿論である。
【0017】
高圧タンク１０は、円筒状の胴部分１６と、胴部分１６の両端を塞ぐ略半球状の閉塞部分１８とを有し、内側の充填空間１２が適宜の容積を有するように形成される。高圧タンク１０の一端側及び他端側の閉塞部分１８には、高圧タンク１０の外部と充填空間１２との間を連通し、燃料電池システムの他の部材（配管やバルブ）と接続するためのポート部２０が設けられる。
【0018】
この高圧タンク１０は、充填空間１２を内側に有するライナ２２と、ライナ２２の外面を覆う補強層２４と、ポート部２０を構成し水素ガスを流通させる口金２６ａ、２６ｂとを含んで構成される。
【0019】
図２に示すように、ライナ２２は、高圧タンク１０の内層（骨格）を構成する。ライナ２２は、本体部２８を有し、本体部２８の一端と他端とで口金２６ａ、２６ｂに固定されている。ライナ２２は、樹脂材料（例えば、ポリアミド系樹脂）により一体的に形成される。なお、ライナ２２は、複数の樹脂層を積層した構成でもよい。また図示例では、本体部２８は、一体に構成されているが、例えば、二つの部材が胴部分１６の軸方向中間部で接合された構成でもよい。
【0020】
本体部２８は、その外周部２９に補強層２４が直接積層される。本体部２８の胴部分１６の構成箇所は、軸方向に直線状に延在する一方で、本体部２８の閉塞部分１８の構成箇所は、胴部分１６の構成箇所から径方向内側に向かって滑らかに湾曲している。
【0021】
補強層２４は、高圧タンク１０の外層を構成し、ライナ２２の本体部２８の全体と、ライナ２２に取り付けられた口金２６ａ、２６ｂの一部とを覆う。補強層２４としては、例えば、炭素繊維強化樹脂を適用することが好ましい。この補強層２４は、フィラメントワインディング工程により、未硬化のテープ状の繊維強化樹脂ＲＲをライナ２２に巻き付け、その後熱硬化工程で硬化させることで形成される。
【0022】
第１口金２６ａは、高圧タンク１０の一端側の閉塞部分１８において水素ガスのポート部２０を構成している。この第１口金２６ａは、ライナ２２の外側に突出する第１部材３０と、ライナ２２の内側に配置される第２部材３２とを有する。第１及び第２部材３０、３２は、金属材料によって構成される。第１部材３０は円筒状に形成され、内部に第１口金２６ａを貫通する貫通孔３４が形成されている。第２部材３２は、第１部材３０の外周側に向けてフランジ状に延び出ている。
【0023】
第１口金２６ａの第１部材３０の外径部分は、燃料電池システムの他の部材（口元バルブ）を取り付け可能な適宜の形状に設定される。高圧タンク１０の製造工程においては、第１口金２６ａの外径部分には、後述する製造治具４０の第１アタッチメント４６が装着される。
【0024】
第２口金２６ｂは、高圧タンク１０の他端側の閉塞部分１８に設けられる。第２口金２６ｂは、第１口金２６ａと同様に構成される。
【0025】
このフィラメントワインディング工程は、図２に示すように、製造治具４０を取り付けた状態で行われる。製造治具４０は、ライナ２２の一端と他端とを貫通するように取り付けられる補強シャフト４２と、補強シャフト４２を第１口金２６ａに固定する第１アタッチメント４６と、補強シャフト４２を第２口金２６ｂに固定する第２アタッチメント４８とを備える。
【0026】
補強シャフト４２は、第１アタッチメント４６に接合されており、第１アタッチメント４６と一体化されている。補強シャフト４２は、第１口金２６ａからライナ２２の内部に挿入される。補強シャフト４２の他端側は、ライナ２２の内部を貫通して第２口金２６ｂから突出するようにして取り付けられる。補強シャフト４２は、口金２６ａ、２６ｂの貫通孔３４の内径と略同じ外径の円柱状に形成されており、口金２６ａ、２６ｂに挿入すると、貫通孔３４を気密に封止する。すなわち、補強シャフト４２を口金２６ａ、２６ｂに挿入すると、ライナ２２の充填空間１２を加圧状態に保つことができる。
【0027】
補強シャフト４２の所定の部位には、第２アタッチメント４８に固定される固定用孔４２ｂが形成されている。固定用孔４２ｂは、補強シャフト４２の外表面に開口しており、径方向に所定深さに形成される。固定用孔４２ｂは、第１アタッチメント４６を第１口金２６ａに締結した際に、第２アタッチメント４８の後述するロックピン４７が挿入可能な位置に形成されている。なお、固定用孔４２ｂに代えて、同程度の深さを有する溝を補強シャフト４２に設けてもよい。この溝は、補強シャフト４２の周方向の全域に亘って環状に形成することができる。
【0028】
第１アタッチメント４６は、本体部４６ａと、本体部４６ａの外周部から突出した締結部４６ｂとを有する。本体部４６ａには、その中央に補強シャフト４２が通る軸孔４６ｃが設けられている。軸孔４６ｃには、接着、嵌合、又は溶接等の手法により、補強シャフト４２が接合されている。締結部４６ｂは、第１口金２６ａの第１部材３０の外径部分に締結される締結機構を備えている。第１アタッチメント４６は、締結部４６ｂを通じて補強シャフト４２を第１口金２６ａに固定する。
【0029】
第２アタッチメント４８は、本体部４８ａと、本体部４８ａの外周部から突出した締結部４８ｂと、ロックピン４７とを有する。本体部４８ａには、補強シャフト４２を挿通可能な挿通孔４８ｃが形成されている。本体部４８ａは、挿通孔４８ｃを通じて補強シャフト４２の軸方向に移動可能となっている。挿通孔４８ｃは、第２アタッチメント４８の補強シャフト４２の軸回りの回動を許容する。
【0030】
また、本体部４８ａには、本実施形態の固定機構５０を構成するロック孔４９が形成されている。ロック孔４９は、本体部４８ａの側部を貫通して形成されており、ロックピン４７を挿通可能な断面寸法に形成されている。ロック孔４９は、第１アタッチメント４６を第１口金２６ａに締結し、第２アタッチメント４８を第２口金２６ｂに取り付けた際に、補強シャフト４２の固定用孔４２ｂと連通可能となっている。第２アタッチメント４８の周方向位置を調整することで、ロック孔４９と補強シャフト４２の固定用孔４２ｂとが連通する。
【0031】
ロックピン４７は、ロック孔４９と固定用孔４２ｂとに挿入される棒状部材である。ロックピン４７は、補強シャフト４２と第２アタッチメント４８とを軸方向及び周方向に固定する。したがって、補強シャフト４２は、第２アタッチメント４８を介して第２口金２６ｂに固定される。すなわち、ロックピン４７とロック孔４９とにより固定機構５０が構成され、固定機構５０により補強シャフト４２と第２口金２６ｂとが解除可能に固定される。また、ロックピン４７は、容易に取り外し可能となっており、ロックピン４７を取り外すと固定機構５０による固定状態が解除される。ロックピン４７に代えて、プレート（板）状部材に置き換えることも可能である。また、固定用孔４２ｂに代えて溝を設ける場合には、ロックピン４７は棒状部材に限定されず、例えば、溝に沿って挿入可能なクリップ状の部材として、補強シャフト４２の周方向の２か所を固定するように構成してもよい。
【0032】
以下、本実施形態の高圧タンク１０の製造方法について説明する。
【0033】
図１に示すように、高圧タンク１０は、ライナ２２と口金２６ａ、２６ｂとを組付けた状態で（以下、まとめてワークＷともいう）、ワークＷの外面に繊維強化樹脂ＲＲを巻き付けるフィラメントワインディング工程を行うことで、補強層２４を形成する。
【0034】
【0035】
フィラメントワインディング工程に先立って、図２に示すように、製造治具４０をワークＷに取り付ける工程が行われる。まず、第１口金２６ａから補強シャフト４２を挿入し、第２口金２６ｂを挿通させた後、第１口金２６ａに第１アタッチメント４６を締結する。これにより、補強シャフト４２が第１口金２６ａに固定される。その後、第２アタッチメント４８の挿通孔４８ｃに補強シャフト４２を通し、第２アタッチメント４８を第２口金２６ｂに固定する。そして、ロックピン４７をロック孔４９及び固定用孔４２ｂに挿入して固定機構５０を固定状態とし、補強シャフト４２を第１口金２６ａと第２口金２６ｂに固定する。
【0036】
その後、図示しないガス流路（補強シャフト４２の内部等に設けられる）を通じて流体をライナ２２の充填空間１２に導入して、ライナ２２の内部を加圧状態とする。
【0037】
その後、図１に示すように、補強シャフト４２の一端と他端とを、回転機構７６に取り付ける。その後、回転機構７６により補強シャフト４２とともにライナ２２を回転させる。そして、１以上のクリール７８から強化繊維ＲＦをくりだし、含浸部８０にて母材樹脂を含浸して繊維強化樹脂ＲＲとし、回転中のワークＷにこの繊維強化樹脂ＲＲを巻き付けていく。
【0038】
繊維強化樹脂ＲＲを巻き付けて行く過程において、ライナ２２の内圧と繊維強化樹脂ＲＲとの張力とのバランスによって、ワークＷの全長を縮小又は伸長させようとする力が作用する。本実施形態においては、補強シャフト４２を第１口金２６ａ及び第２口金２６ｂに固定しておくことにより、ワークＷの全長の変化を阻止できる。
【0039】
繊維強化樹脂ＲＲの巻き付けが完了した後、補強シャフト４２を回転機構７６から取り外す。その後、図２に示すように、第２アタッチメント４８のロックピン４７を引き抜いて、固定機構５０による補強シャフト４２の固定を解除する。これにより、補強シャフト４２と第２口金２６ｂとの固定が解除される。
【0040】
次に、補強シャフト４２とともにワークＷを加熱炉に搬入し、ワークＷを所定温度に加熱して繊維強化樹脂ＲＲを硬化させる。補強シャフト４２は、熱硬化工程で熱膨張し、軸方向に拡張するが、補強シャフト４２は、第２口金２６ｂと固定されていないため、繊維強化樹脂ＲＲに荷重を付与しない状態で硬化させることができる。また、補強シャフト４２は、熱硬化中の高圧タンク１０の自然な膨張又は収縮側の変形に干渉しない。これにより、補強層２４の残留応力の発生を抑制しつつ補強層２４を形成できる。
【0041】
（第２実施形態）
本実施形態では、図２を参照しつつ説明した製造治具４０の変形例について説明する。図３に示すように、本実施形態の製造治具４０Ａは、第１口金２６ａに装着される第１アタッチメント４６Ａが、ロックピン４７及び固定機構５０を有して構成される。補強シャフト４２Ａの第１口金２６ａへの固定は、固定機構５０を介して行う。
本実施形態では、図２を参照しつつ説明した製造治具４０の変形例について説明する。図３に示すように、本実施形態の製造治具４０Ａは、第１口金２６ａに装着される第１アタッチメント４６Ａが、ロックピン４７及び固定機構５０を有して構成される。補強シャフト４２Ａの第１口金２６ａへの固定は、固定機構５０を介して行う。
【0042】
補強シャフト４２Ａは、第１アタッチメント４６Ａの固定機構５０のロックピン４７に係合可能な位置に、固定用孔４２ｂを有している。すなわち、補強シャフト４２Ａは、第１口金２６ａへの固定及び第２口金２６ｂへの固定は、２つの固定機構５０を介して行われる。製造治具４０Ａのその他の構成は、図２の製造治具４０と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付して説明は省略する。本実施形態においても、固定用孔４２ｂに代えて溝を設けることができる。
【0043】
製造治具４０Ａを用いた高圧タンク１０の製造方法は、図１を参照しつつ説明したのと同様である。繊維強化樹脂ＲＲをフィラメントワインディング工程で巻き付ける工程においては、第１アタッチメント４６Ａ及び第２アタッチメント４８の両方の固定機構５０を固定状態として補強シャフト４２を固定する。また、熱硬化工程では、第１アタッチメント４６Ａ及び第２アタッチメント４８の何れか１方又は両方の固定機構５０の固定状態を解除して行う。本実施形態の製造治具４０Ａによっても製造治具４０と同様な効果が得られる。
【0044】
（第３実施形態）
本実施形態は、図２を参照しつつ説明した製造治具４０のさらに別の変形例について説明する。図４に示すように、本実施形態の製造治具４０Ｂは、補強シャフト４２Ｂが、第１シャフト５２と第２シャフト５４とを備えて構成される。第１シャフト５２は、第１アタッチメント４６Ｂを介して第１口金２６ａに固定され、第２シャフト５４は第２アタッチメント４８Ｂを介して第２口金２６ｂに固定される。
本実施形態は、図２を参照しつつ説明した製造治具４０のさらに別の変形例について説明する。図４に示すように、本実施形態の製造治具４０Ｂは、補強シャフト４２Ｂが、第１シャフト５２と第２シャフト５４とを備えて構成される。第１シャフト５２は、第１アタッチメント４６Ｂを介して第１口金２６ａに固定され、第２シャフト５４は第２アタッチメント４８Ｂを介して第２口金２６ｂに固定される。
【0045】
第１シャフト５２及び第２シャフト５４は、連結機構５６を介して、ライナ２２の内部において連結されている。連結機構５６は、ライナ２２から突出している部分の第１シャフト５２又は第２シャフト５４からの操作力の入力によって連結状態を解除可能に構成されている。
【0046】
本実施形態においては、連結機構５６は、ネジ構造によって拘束されている。第１シャフト５２と第２シャフト５４とを互いに所定方向に回転させることにより、第１シャフト５２と第２シャフト５４とが軸方向に変位可能となり、補強シャフト４２Ｂによる第１口金２６ａと第２口金２６ｂとの位置関係の固定状態が解除される。
【0047】
第１アタッチメント４６Ｂ及び第２アタッチメント４８Ｂは、上記の第１シャフト５２と第２シャフト５４の動作を可能とするべく、第１シャフト５２と第２シャフト５４のある程度の回転力以上の入力に基づく回転動作を許容するように構成されている。本実施形態の製造治具４０Ｂによっても製造治具４０と同様な効果が得られる。
【0048】
以下、上記の諸実施形態の高圧タンク１０の製造方法とその製造治具４０、４０Ａ、４０Ｂの効果について説明する。
【0049】
一実施形態に係る高圧タンク１０の製造方法は、内部に充填空間１２を有するライナ２２と、ライナ２２の外周部２９に設けられた補強層２４と、を有する高圧タンク１０の製造方法であって、ライナ２２の一端と他端とを貫通するように補強シャフト４２を挿入してライナ２２に固定し、補強シャフト４２によりライナ２２の軸方向の長さを固定する工程と、ライナ２２の内部を加圧状態に保ちつつ、ライナ２２の外周部２９に繊維強化樹脂ＲＲを巻き付けるフィラメントワインディング工程と、補強シャフト４２とライナ２２の他端（例えば、第２口金２６ｂ）との固定を解除し、ライナ２２の軸方向の変形を可能とする工程と、補強シャフト４２とライナ２２の他端との固定を解除した状態で繊維強化樹脂ＲＲを加熱してライナ２２の外周部２９に補強層２４を形成する熱硬化工程と、を有する。
【0050】
上記の方法によれば、フィラメントワインディング工程の後に、ライナ２２の全長方向の拘束を解くことができるので、フィラメントワインディング工程における高圧タンク１０の変形の防止と、熱硬化工程での残留応力発生リスクの排除を両立することができる。これにより、高圧タンク１０の品質のバラツキが抑制されて信頼性が向上する。また、残留応力の軽減により、補強層２４を肉薄にすることができるため、繊維強化樹脂ＲＲの使用量を削減でき、製造コストを削減できる。
【0051】
上記の高圧タンク１０の製造方法において、高圧タンク１０は、ライナ２２の一端に接合され補強シャフト４２が挿通する第１口金２６ａと、ライナ２２の他端に接合され補強シャフト４２が挿通する第２口金２６ｂと、を有しており、第１口金２６ａに補強シャフト４２を第１口金２６ａに固定する第１アタッチメント４６、４６Ａ、４６Ｂを取り付け、第２口金２６ｂに補強シャフト４２を第２口金２６ｂに固定する第２アタッチメント４８、４８Ｂを取り付け、フィラメントワインディング工程は、補強シャフト４２を第１口金２６ａ及び第２口金２６ｂに固定した状態で行い、熱硬化工程は、第２アタッチメント４８による補強シャフト４２の固定を解除した状態で行う。この方法によっても、フィラメントワインディング工程における高圧タンク１０の変形の防止と、熱硬化工程での残留応力発生リスクの排除を両立することができる。
【0052】
上記の高圧タンク１０の製造方法において、高圧タンク１０は、ライナ２２の一端に接合され補強シャフト４２Ｂが挿通する第１口金２６ａと、ライナ２２の他端に接合され補強シャフト４２Ｂが挿通する第２口金２６ｂと、を有しており、補強シャフト４２Ｂは、第１口金２６ａを挿通する第１シャフト５２と、第２口金２６ｂを挿通する第２シャフト５４と、第１シャフト５２と第２シャフト５４とを解除可能に連結する連結機構５６と、を有しており、第１口金２６ａに補強シャフト４２Ｂを第１口金２６ａに固定する第１アタッチメント４６Ｂを取り付け、第２口金２６ｂに補強シャフト４２Ｂを第２口金２６ｂに固定する第２アタッチメント４８Ｂを取り付け、フィラメントワインディング工程は、連結機構５６で第１シャフト５２と第２シャフト５４とを連結した状態で行い、熱硬化工程は、連結機構５６による第１シャフト５２と第２シャフト５４との連結を解除した状態で行う。この方法によっても、フィラメントワインディング工程における高圧タンク１０の変形の防止と、熱硬化工程での残留応力発生リスクの排除を両立することができる。
【0053】
上記の高圧タンク１０の製造方法であって、フィラメントワインディング工程及び熱硬化工程は、第１口金２６ａ及び第２口金２６ｂを補強シャフト４２によって気密に封止して行う。これにより、熱硬化工程におけるライナ２２の凹みを防止できる。
【0054】
一実施形態に係る高圧タンク１０の製造治具４０、４０Ａは、内部に充填空間１２を有するライナ２２と、ライナ２２の一端に接合された第１口金２６ａと、ライナ２２の他端に接合された第２口金２６ｂと、ライナ２２の外周部２９に設けられた補強層２４と、を有する高圧タンク１０の製造治具４０であって、第１口金２６ａと第２口金２６ｂとを挿通してライナ２２の内部を気密に封止する補強シャフト４２と、補強シャフト４２を第１口金２６ａに固定する第１アタッチメント４６、４６Ａと、補強シャフト４２を第２口金２６ｂに固定する第２アタッチメント４８と、を備え、第１アタッチメント４６、４６Ａ及び第２アタッチメント４８の少なくとも一方に、補強シャフト４２を解除可能に固定する固定機構５０が設けられている。この構成によれば、フィラメントワインディング工程の後に、簡単な操作でライナ２２の全長の拘束を解くことができるため、フィラメントワインディング工程におけるライナ２２の全長の変形防止と、熱硬化工程での残留応力発生リスクの排除とを両立できる。
【0055】
別の一実施形態に係る高圧タンク１０の製造治具４０Ｂは、内部に充填空間１２を有するライナ２２と、ライナ２２の一端に接合された第１口金２６ａと、ライナ２２の他端に接合された第２口金２６ｂと、ライナ２２の外周部２９に設けられた補強層２４と、を有する高圧タンク１０の製造治具４０Ｂであって、第１口金２６ａと第２口金２６ｂとを挿通してライナ２２の内部を気密に封止する補強シャフト４２Ｂと、補強シャフト４２Ｂを第１口金２６ａに固定する第１アタッチメント４６Ｂと、補強シャフト４２Ｂを第２口金２６ｂに固定する第２アタッチメント４８Ｂと、を備え、補強シャフト４２Ｂは、第１アタッチメント４６Ｂに固定される第１シャフト５２と、第２アタッチメント４８Ｂに固定される第２シャフト５４と、第１シャフト５２と第２シャフト５４とを解除可能に連結する連結機構５６とを備える。この構成によっても、簡単な操作でライナ２２の全長の拘束を解くことができるため、フィラメントワインディング工程におけるライナ２２の全長の変形防止と、熱硬化工程での残留応力発生リスクの排除とを両立できる。
【0056】
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。
【符号の説明】
【0057】
１０…高圧タンク ２２…ライナ
２４…補強層 ２６ａ、２６ｂ…口金
４０、４０Ａ、４０Ｂ…製造治具 ４２、４２Ａ、４２Ｂ…補強シャフト
４６、４６Ａ、４６Ｂ…第１アタッチメント
４８、４８Ｂ…第２アタッチメント ５０…固定機構
５２…第１シャフト ５４…第２シャフト
５６…連結機構 ＲＲ…繊維強化樹脂
２４…補強層 ２６ａ、２６ｂ…口金
４０、４０Ａ、４０Ｂ…製造治具 ４２、４２Ａ、４２Ｂ…補強シャフト
４６、４６Ａ、４６Ｂ…第１アタッチメント
４８、４８Ｂ…第２アタッチメント ５０…固定機構
５２…第１シャフト ５４…第２シャフト
５６…連結機構 ＲＲ…繊維強化樹脂
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2021-06-10
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0003】
フィラメントワインディング工程では、ライナに内圧を付与した状態で、繊維強化樹脂に張力をかけながらライナの外表面に巻き付ける。その際にライナの内圧と繊維強化樹脂の張力とのバランスによって、高圧タンクの全長が変化することがある。
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図3】