特許 7380498 高圧タンクの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】高圧タンクの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 41/04 20060101AFI20231108BHJP

   F17C 1/06 20060101ALI20231108BHJP

   B29C 70/16 20060101ALI20231108BHJP

   B29C 70/32 20060101ALI20231108BHJP

   B29C 70/68 20060101ALI20231108BHJP

   F16J 12/00 20060101ALI20231108BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20231108BHJP

   B29K 101/10 20060101ALN20231108BHJP

   B29L 22/00 20060101ALN20231108BHJP

【ＦＩ】

B29C41/04

F17C1/06

B29C70/16

B29C70/32

B29C70/68

F16J12/00 C

B29K105:08

B29K101:10

B29L22:00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020160289

(22)【出願日】2020-09-25

(65)【公開番号】P2022053579

(43)【公開日】2022-04-06

【審査請求日】2022-08-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】片野 剛司

【審査官】田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５０１５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１６７３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ４１／０４

Ｆ１７Ｃ １／０６

Ｂ２９Ｃ ７０／１６

Ｂ２９Ｃ ７０／３２

Ｂ２９Ｃ ７０／６８

Ｆ１６Ｊ １２／００

Ｂ２９Ｋ １０５／０８

Ｂ２９Ｋ １０１／１０

Ｂ２９Ｌ ２２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素繊維を含む繊維強化樹脂で構成される補強層と、前記補強層の内側に配されるライナと、を備える高圧タンクの製造方法であって、
（ａ）円筒部と、前記円筒部の両側に配される一対のドーム部と、を含む前記補強層を準備する工程と、
（ｂ）前記円筒部と前記ドーム部の内側の表面上に、前記補強層に含まれる成分によって失活させられる重合触媒を使用せずに、膜を形成する工程と、
（ｃ）前記膜の表面上に、前記ライナの未硬化の材料であって、前記重合触媒を含む前記ライナの材料を配置する工程と、
（ｄ）配置された前記ライナの材料を重合反応により硬化させて前記ライナを形成する工程と、
を備える、
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であって、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記補強層の前記円筒部の内側の表面上に、第１膜を形成する工程と、
（ｂ２）前記補強層の前記ドーム部の内側の表面上に、第２膜を形成する工程と、
（ｂ３）前記円筒部の両端に前記ドーム部を接合する際に、前記第１膜の端部と前記第２膜の端部とを接合する工程と、を含む、
高圧タンクの製造方法。

【請求項3】

請求項２に記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記工程（ｂ１）は、前記工程（ｂ３）において前記第２膜の端部と接合される前記第１膜の端部が、前記円筒部の中心軸に対して傾斜した方向を向く傾斜面である第１傾斜面を構成するように、前記第１膜を形成する工程を含み、
前記工程（ｂ２）は、前記工程（ｂ３）において前記第１膜の端部と接合される前記第２膜の端部が、前記第１傾斜面と向かいあう傾斜面である第２傾斜面を構成するように、前記第２膜を形成する工程を含み、
前記工程（ｂ３）は、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面を接合する工程と、を含む、
高圧タンクの製造方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の高圧タンクの製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、前記膜を、エポキシ樹脂によって形成する工程である、
高圧タンクの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、高圧タンクの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、合成樹脂製ライナ材によって形成された中空容器の外層に、接着剤層を設け、接着剤層の上に炭素繊維やガラス繊維等を巻き付けることで、中空容器と強固に接着した補強層を形成する圧力容器の製造方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－１６４１３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示の発明者は、従来の方法に代わる新たな高圧タンクの製造方法として、補強層のパイプ部とドーム部を別個に形成した後に、両者を接合して接合体を作成し、その接合体の内部にライナの材料を注入して、重合反応させることによってライナを形成する方法を考案した。ライナの材料を重合反応させるために、重合触媒が用いられることがある。発明者は、この製造方法において、補強層を形成する繊維が炭素繊維である場合、補強層に含まれる、重合触媒を失活させる成分によって、ライナの材料の硬化が阻害され、ライナの材料のモノマーが高圧タンク内に残存する可能性を見出した。補強層から、失活する原因の成分を取り除くためには、多大なコストを要する。そのため、高圧タンクの製造方法について、さらなる改良が求められた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

（１）本開示の一形態によれば、高圧タンクの製造方法が提供される。この高圧タンクの製造方法は、炭素繊維を含む繊維強化樹脂で構成される補強層と、前記補強層の内側に配されるライナと、を備える高圧タンクの製造方法であって、（ａ）円筒部と、前記円筒部の両側に配される一対のドーム部と、を含む前記補強層を準備する工程と、（ｂ）前記円筒部と前記ドーム部の内側の表面上に、前記補強層に含まれる成分によって失活させられる重合触媒を使用せずに、膜を形成する工程と、（ｃ）前記膜の表面上に、前記ライナの未硬化の材料であって、前記重合触媒を含む前記ライナの材料を配置する工程と、（ｄ）配置された前記ライナの材料を重合反応により硬化させて前記ライナを形成する工程と、を備える。
この形態の高圧タンクの製造方法によれば、補強層の内側とライナの間に、補強層に含まれる成分によって失活させられる重合触媒を使用せずに、膜が形成される。これにより、ライナの材料に含まれる重合触媒が、補強層に含まれる成分によって失活することを抑制することができる。これにより、ライナの材料の硬化の際に、ライナの材料の硬化が阻害され、モノマーが残存することを抑制することができる。
（２）上記形態の高圧タンクの製造方法において、前記工程（ｂ）は、（ｂ１）前記補強層の前記円筒部の内側の表面上に、第１膜を形成する工程と、（ｂ２）前記補強層の前記ドーム部の内側の表面上に、第２膜を形成する工程と、（ｂ３）前記円筒部の両端に前記ドーム部を接合する際に、前記第１膜の端部と前記第２膜の端部とを接合する工程と、を含んでもよい。
この形態の高圧タンクの製造方法によれば、ドーム部と円筒部の接合前に、第１膜と第２膜の形成を行うため、第１膜と第２膜の形成を確認することができる。そのため、膜を円筒部とドーム部の内側に略均一に形成することができる。
（３）上記形態の高圧タンクの製造方法において、前記工程（ｂ１）は、前記工程（ｂ３）において前記第２膜の端部と接合される前記第１膜の端部が、前記円筒部の中心軸に対して傾斜した方向を向く傾斜面である第１傾斜面を構成するように、前記第１膜を形成する工程を含み、前記工程（ｂ２）は、前記工程（ｂ３）において前記第１膜の端部と接合される前記第２膜の端部が、前記第１傾斜面と向かいあう傾斜面である第２傾斜面を構成するように、前記第２膜を形成する工程を含み、前記工程（ｂ３）は、前記第１傾斜面と前記第２傾斜面を接合する工程と、を含んでもよい。
この形態の高圧タンクの製造方法によれば、第１傾斜面が、円筒部の中心軸に対して傾斜した方向を向き、第２傾斜面が、第１傾斜面と向かい合う。そのため、第１傾斜面が円筒部の中心軸に対して平行な方向を向く場合と比べて、第１傾斜面と第２傾斜面の、接合面の面積が大きくなる。ライナの材料の硬化時にモノマーが発生した場合であっても、接合面の間の隙間をモノマーが移動する際に、第１傾斜面と第２傾斜面の接合面が円筒部の中心軸に対して平行な方向を向く場合と比べて、補強層にモノマーが到達することを抑制することができる。
（４）上記形態の高圧タンクの製造方法において、前記工程（ｂ）は、前記膜を、エポキシ樹脂によって形成する工程であってもよい。
この形態の高圧タンクの製造方法によれば、安価で安定性の高いエポキシ樹脂によって膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態の高圧タンクの構成を示す断面図。

【図2】図１の破線枠Ｐ内を拡大した図。

【図3】高圧タンクの製造方法を示す工程図の一例。

【図4】円筒部の形成方法の一例を示す説明図。

【図5】ドーム部の形成方法の一例を示す説明図。

【図6】第１膜の形成方法の一例を示す説明図。

【図7】第２膜の形成方法の一例を示す説明図。

【図8】外ヘリカル層の形成を説明する図。

【図9】第２実施形態の高圧タンクの構成を示す断面図。

【図10】第２実施形態の高圧タンク１００の製造方法を示す工程図の一例。

【図11】第１膜の形成方法の一例を示す説明図。

【図12】第２膜の形成方法の一例を示す説明図。

【図13】他の形態１における、第１膜と第２膜の接合を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態の高圧タンク１００の構成を示す断面図である。高圧タンク１００は、高圧水素などの高圧流体を貯蔵する貯蔵容器である。高圧タンク１００は、例えば、燃料電池に水素を供給するために、燃料電池車両に搭載される。

【0009】

高圧タンク１００は、ライナ１０と、補強層２０と、を備えている。ライナ１０は、高圧タンク１００の内壁を構成する。ライナ１０は、内部空間に充填されたガスが外部に漏れないように遮断する性質を有する樹脂で形成されている。ライナ１０は、反応射出成形（ＲＩＭ：Reaction Injection Molding）によって形成される。本実施形態では、ライナ１０を形成する樹脂として、ナイロン６を用いている。なお、ライナ１０を形成する樹脂として、ナイロン６以外の、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２等のポリアミド樹脂や、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエポキシ等が用いられてもよい。

【0010】

補強層２０は、ライナ１０を補強するための繊維強化樹脂製の層である。補強層２０は、ライナ１０の外面に配置される。補強層２０は、円筒部２１と、ドーム部２２と、を含む接合体３０と、外ヘリカル層２３と、を有する。補強層２０に含まれるドーム部２２と、円筒部２１と、外ヘリカル層２３は、繊維に樹脂を含浸させたものによって形成される。本実施形態では、補強層２０に含まれるドーム部２２と、円筒部２１と、外ヘリカル層２３を形成する繊維として、炭素繊維を用いている。炭素繊維に含侵させる樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。本実施形態において、接合体３０は、更に、ドーム部２２に接合された第１口金４０と、第２口金４１とを含んでいる。

【0011】

円筒部２１は、両端が開口した略円筒の形状を有している。円筒部２１は、直管部２１１と、直管部２１１の両端にそれぞれ設けられた縮径部２１２と、を有する。縮径部２１２は、外径が、円筒部２１の端部に向けて縮小するように形成されている。なお、直管部２１１の内形と縮径部２１２の内形は、等しいことが好ましい。円筒部２１の両端には、ドーム部２２がそれぞれ接合されている。なお、円筒部２１は、縮径部２１２が設けられず、全体が直管部２１１であってもよい。

【0012】

図２は、図１の破線枠Ｐ内を拡大した図である。円筒部２１は、さらに、円筒部２１の内側の表面上に、エポキシ樹脂を用いて形成された膜を有している。円筒部２１の内側とは、円筒部２１の、高圧タンク１００の中心Ｏ側をいう。円筒部２１の内側の表面上に形成された膜を、「第１膜２１３」とよぶ。第１膜２１３の厚さは、円筒部２１の厚さに比べて、薄く形成されている。これにより、安価で安定性の高いエポキシ樹脂を用いて膜を形成することができる。

【0013】

図１に示すように、ドーム部２２は、その一端から他の端部である開口端２２１に向けて外径が次第に増大する形状を有する。開口端２２１は、高圧タンク１００の中心軸ＣＡ方向に沿ったドーム部２２の両端のうち、高圧タンク１００の中心Оにより近い方の端である。反対側の端は、第１口金４０または第２口金４１に接している。ドーム部２２は、中空の略球体の一部を切断して得られる形状を有している。なお、ドーム部２２は、これ以外の種々の形状を採用可能である。後述の製造方法において、ドーム部２２が、円筒部２１と接合されることで、ドーム部２２が円筒部２１の両側に配された高圧タンク１００が製造される。本実施形態では、開口端２２１が円筒部２１の外側に位置するように、ドーム部２２が配置されている。なお、開口端２２１が円筒部２１の内側に位置するようにドーム部２２が配置されていてもよい。

【0014】

図２に示すように、ドーム部２２は、ドーム部２２の内側の表面上に、エポキシ樹脂を用いて形成された膜を有している。ドーム部２２の内側とは、高圧タンク１００の中心Ｏ側をいう。ドーム部２２の内側の表面上に形成された膜を、「第２膜２２３」とよぶ。第２膜２２３の厚さは、ドーム部２２の厚さに比べて、薄く形成されている。本実施形態では、第２膜２２３の厚さは、第１膜２１３の厚さと略均一である。なお、第１膜２１３と第２膜２２３の厚さは異なっていてもよい。また、第１膜２１３と、第２膜２２３の材料は異なっていてもよい。図２では、第１膜２１３と第２膜２２３の厚さを誇張して示している。

【0015】

第１膜２１３と第２膜２２３は、第１膜２１３の端部である第１端２１４と、第２膜２２３の端部である第２端２２４の側面が接合されている。第１端２１４と第２端２２４とが接合した面を、接合面２３０とよぶ。

【0016】

外ヘリカル層２３は、接合体３０の外面に、繊維強化樹脂をヘリカル巻きすることによって形成された層である（図１参照）。外ヘリカル層２３は、高圧タンク１００の内圧が高くなったときに、ドーム部２２の高圧タンク１００の中心から外側へ向かう向きの移動を抑制する。

【0017】

第１口金４０は、ライナ１０内の空間と、外部空間とを連通する連通孔４０ａを有する。連通孔４０ａは、ガスを充填および排出するためのバルブを含む接続装置が設置される。第２口金４１は、外部空間に連通する連通孔４０ａを有していない。しかし、第２口金４１は、連通孔４０ａを有するものとしてもよい。また、第２口金４１は省略してもよい。第１口金４０と第２口金４１は、アルミニウムやステンレス鋼等の金属によって構成されている。

【0018】

図３は、高圧タンク１００の製造方法を示す工程図の一例である。図４は、円筒部２１の形成方法の一例を示す説明図である。図３のステップＳ１００では、円筒部２１とドーム部２２が準備される。本実施形態において、円筒部２１は、フィラメントワインディング法を用いて、マンドレル５０に繊維束ＦＢを巻き付けることによって形成することができる。フィラメントワインディング法では、マンドレル５０を回転させながら、繊維束ガイド５１を移動させることによって、マンドレル５０に繊維束ＦＢが巻き付けられる。

【0019】

一般に、繊維強化樹脂製の物体を形成する方法として、以下のような方法が存在する。
＜ウェットＦＷ＞ウェットＦＷは、繊維束を巻き付ける直前に、粘度を低くした液状の樹脂を繊維束に含侵させ、その樹脂を含浸させた繊維束をマンドレルに巻き付ける方法である。
＜ドライＦＷ＞ドライＦＷは、繊維束に予め樹脂を含浸させて乾燥させたトウプリプレグを準備し、トウプリプレグをマンドレルに巻き付ける方法である。
＜ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成型＞ＲＴＭ成型は、雌雄一対の成形型内に繊維を設置し、型を閉めた後、樹脂注入口より樹脂を注入して繊維に含侵させて成形する方法である。
＜ＣＷ（Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ－Ｗｉｎｄｉｎｇ）法＞ＣＷ法は、回転する円筒形の型の内面に繊維シートを貼り付けることによって筒状の部材を形成する方法である。繊維シートとしては、予め樹脂が含浸された繊維シートを用いてもよく、樹脂が含浸されていない繊維シートを用いてもよい。後者の場合には、繊維シートを筒状に巻いた後に、型内に樹脂を流し込んで繊維シートに樹脂を含浸させる。

【0020】

フィラメントワインディング法としては、ウェットＦＷとドライＦＷのいずれも利用可能である。なお、フィラメントワインディング法以外の、ＲＴＭ成型等の他の方法を用いて円筒部２１を形成してもよい。

【0021】

図５は、ドーム部２２の形成方法の一例を示す説明図である。本実施形態において、ドーム部２２は、フィラメントワインディング法を用いて、マンドレル６０に繊維束ＦＢが巻き付けられることによって形成する。マンドレル６０は、ドーム部２２を２つ合わせた外形と相似形の外形を有するものとする。フィラメントワインディング方では、マンドレル６０を回転させながら、繊維束ガイド６１を移動させることによってマンドレル６０に繊維束ＦＢが巻き付けられる。図５では、ヘリカル巻きによって繊維束ＦＢがマンドレル６０に巻き付けられている。繊維束ＦＢの巻きつけが終了した後に、切断線ＣＬに沿って切断されることにより、２つのドーム部２２を得ることができる。

【0022】

ステップＳ１００で、円筒部２１とドーム部２２の樹脂の硬化が行われる。ステップＳ１００では、樹脂の粘度が安定した状態となるまで完全に硬化を行う「本硬化」が行われる。この際に、ドーム部２２に、第１口金４０と第２口金４１とを接合させる。ドーム部２２と第１口金４０と第２口金４１との接合は、接着剤や粘着剤を用いることで行うことができる。

【0023】

図６は、第１膜２１３の形成方法の一例を示す説明図である。図３のステップＳ２００では、円筒部２１とドーム部２２のそれぞれの内側の表面上に、膜が形成される。図６に示すように、第１膜２１３は、噴射器６２が図の矢印Ａ方向に動かされることで、ステップＳ１００で準備した円筒部２１の内側の表面上に未硬化のエポキシ樹脂ＥＲが配置される。円筒部２１に対し熱が与えられて回転されることで、エポキシ樹脂ＥＲが硬化され、第１膜２１３が形成される。

【0024】

図７は、第２膜２２３の形成方法の一例を示す説明図である。噴射器６３から、一部にマスキング６４が施されたドーム部２２の内側に対して未硬化のエポキシ樹脂ＥＲが配置され、ドーム部２２に対し熱を与えられながら、ドーム部２２が回転されることによってエポキシ樹脂ＥＲが硬化され、第２膜２２３が形成される。本実施形態において、マスキング６４は、ドーム部２２の内側であって、開口端２２１の周囲に施されている。ドーム部２２と円筒部２１の接合前に、第１膜２１３と第２膜２２３の形成が行われることで、それぞれの膜の形成を確認することができる。そのため、第１膜２１３と第２膜２２３を、円筒部２１とドーム部２２の内側の表面上に、厚さが略均一になるように塗布することができる。本明細書における厚さが略均一とは、膜の厚さが、円筒部２１またはドーム部２２の内側の表面からの膜の厚さの平均±１０％の範囲に収まることをいう。

【0025】

図３のステップＳ３００では、円筒部２１と、ドーム部２２とが接合される際に、第１膜２１３と第２膜２２３とが接合される。円筒部２１の、縮径部２１２の外側と、ステップＳ２００にてマスキング６４が施されていたドーム部２２の開口端２２１の内側が接合されることで、接合体３０が形成される。ステップＳ３００での円筒部２１とドーム部２２との接合は、接着剤として、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。ステップＳ３００において、縮径部２１２と開口端２２１を接着させておき、高圧タンク１００を形成した後に内圧により生じる摩擦によって、両者をより強く接合させることもできる。また、内圧に生じる摩擦と接着剤等をあわせた方法により、より強く円筒部２１とドーム部２２とを接合させることができる。

【0026】

円筒部２１とドーム部２２とを接合する際に、第１膜２１３の端部である第１端２１４と、第２膜２２３の端部である第２端２２４とが、接合される（図２参照）。第１端２１４と第２端２２４との接合は、接着剤として、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。

【0027】

図８は、外ヘリカル層２３の形成を説明する図である。図３のステップＳ４００では、接合体３０の外側に、外ヘリカル層２３が形成される。ステップＳ４００では、フィラメントワインディング法を用いて、接合体３０の外側に繊維束ＦＢを巻き付けることにより、外ヘリカル層２３が形成され、補強層２０が形成される。このフィラメントワインディング方では、接合体３０の中心軸ＣＲを中心として、接合体３０を回転させながら、繊維束ガイド７０を移動させることによって接合体３０に繊維束ＦＢを巻き付ける。上述したように、外ヘリカル層２３は、高圧タンク１００の内圧が高くなったときに、ドーム部２２の高圧タンク１００の中心から外側への移動を防止する機能を有している。この機能を達成するため、繊維束ＦＢの巻き付け角度αは、４５度以下とすることが好ましい。巻き付け角度αは、接合体３０の中心軸ＣＲに対する繊維束ＦＢの角度である。フィラメントワインディング法としては、ウェットＦＷと、ドライＦＷのいずれも利用可能である。

【0028】

図３のステップＳ５００では、補強層２０の未硬化の樹脂を硬化させる。この硬化は、上述した本硬化である。ステップＳ６００では、反応射出成形により、ライナ１０が形成される。具体的には、補強層２０の内側である第１膜２１３と第２膜２２３の表面上に、未硬化のライナ１０の材料が配置される。ライナ１０の材料は、ナイロン６を生成する２種類以上の、低分子であり、低粘度である液体の樹脂材料の混合液である。本実施形態では、ライナ１０の材料は、重合触媒としてηーカプロラクタム・ナトリウム塩が含まれている。混合液が、補強層２０の内部に注入され、回転されている補強層２０の内面に付着し、重合反応することによって、高分子のナイロン６が形成される。ステップＳ７００において、補強層２０の内部空間が冷却されることにより、ナイロン６は硬化される。これにより、安価かつ反応性がよいナイロンを用いてライナ１０を形成することができる。

【0029】

なお、ステップＳ１００において、本硬化に至らない予備硬化を行い、ステップＳ５００で本硬化を行ってもよい。一般に、未硬化の熱硬化性樹脂は、加熱すると最初は粘度が低下する。その後も加熱を続けると粘度が上昇してゆき、十分な時間、加熱を継続すると、樹脂の粘度が目標値以上となり、安定した状態となる。このような経過を前提としたとき、粘度の低下後に粘度が再上昇して、加熱開始時の粘度に再度到達した後も硬化を継続し、本硬化の終点に至る前のいずれかの時点で硬化を終了する処理を「予備硬化」と呼ぶ。ステップＳ１００において予備硬化を実施し、後述するステップＳ５００において本硬化を実行するようにすれば、本硬化に至る前の円筒部２１とドーム部２２の樹脂の粘度で接着させることができる。そのため、円筒部２１を、ドーム部２２と外ヘリカル層２３に対して、より強固に接合させることができ、ドーム部２２を、円筒部２１と外ヘリカル層２３に対して、より強固に接合させることができる。

【0030】

発明者は、補強層を形成する繊維が炭素繊維であって、重合触媒を含むライナの材料を注入して、重合反応させることによってライナを形成する場合に、補強層に含まれる重合触媒を失活させる成分によって、ライナの材料の硬化が阻害され、ライナの材料のモノマーが高圧タンク内に残存する可能性を見出した。補強層に含まれる、重合触媒を失活させる成分とは、水分等の補強層に意図的に含まれない成分や、補強層に意図的に含まれる成分をいう。補強層から、失活する原因の成分を取り除くためには、多大なコストを要する。

【0031】

発明者は、本実施形態のエポキシ樹脂膜を硬化させるための硬化剤が、補強層２０に含まれる成分により失活する可能性が低いことを見出した。硬化剤として、ポリアミンや、ポリアミンの誘導体や、多塩酸や、その無水物等、多官能性化合物が挙げられる。エポキシ樹脂を用いることにより、補強層２０の内側とライナ１０の間に、補強層２０に含まれる成分によって失活させられる重合触媒を使用せずに、膜を形成することができる。そのため、ライナ１０の材料に含まれる重合触媒が、補強層２０に含まれる成分によって失活することを抑制することができる。この結果、ライナ１０の材料の硬化の際に、ライナ１０の材料の硬化が阻害され、モノマーが残存することを抑制することができる。上述したように、本実施形態では、高圧タンク１００は燃料電池車両に搭載される。高圧タンクに残存したモノマーが、燃料電池スタックを被毒させることを防ぐことができる。また、安価で反応性の高いエポキシ樹脂を用いることで、生産コストを大きく増大させることなく、高圧タンク１００を製造することができる。

【0032】

なお、第１膜２１３と第２膜２２３の材料は、エポキシ樹脂に限定されず、例えばシート状のエチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ：ethylene-vinylalcohol copolymer）樹脂の膜を別個に準備し、円筒部２１とドーム部２２の内側の表面上に貼り付けることにより膜を形成してもよい。また、重合反応によってナイロンの材料を硬化させることにより、シート状のナイロンを準備し、円筒部２１とドーム部２２の内側の表面上に貼り付けて膜を形成してもよい。この場合、ナイロンの材料に、補強層に含まれる成分によって失活させられる重合触媒が含まれている場合であっても、ステップＳ２００における膜の形成の際には、重合触媒は使用されない。そのため、モノマー化を起こすことなく、ナイロンによる膜を形成することができる。なお、ナイロン以外に、ポリウレタンやポリエステルの膜も、同じ方法で形成することができる。また、射出成形によって、ポリエチレンによる膜を形成することもできる。

【0033】

Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態の高圧タンク１００Ｂの構成を示す断面図である。第２実施形態において、第１実施形態と、第１膜２１３Ｂと第２膜２２３Ｂの形状と形成方法が異なる。その他の構成については、第１実施形態と同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。

【0034】

以下、高圧タンク１００の、図９で示す部位に着目して説明する。第２実施形態の第１膜２１３Ｂの第１端２１４Ｂには、円筒部２１の中心軸に対して、傾斜した方向である矢印Ｂ方向を向く傾斜面が形成されている。第１端２１４Ｂに形成された傾斜面を、第１傾斜面２１５とよぶ。円筒部２１の中心軸は、高圧タンク１００の中心軸ＣＡと一致する。第２膜２２３Ｂの第２端２２４Ｂには、第１傾斜面２１５と向かい合う傾斜面が形成されている。第２端２２４Ｂに形成された傾斜面を、第２傾斜面２２５とよぶ。本明細書において第１傾斜面２１５と向かい合うとは、断面視において、第１傾斜面２１５の、高圧タンク１００の中心軸ＣＡから遠い端２１５ａと、中心軸ＣＡから近い端２１５ｂを中心軸ＣＡに沿って並べた場合に、遠い端２１５ａが、近い端２１５ｂよりも第１口金４０側にあり、第２傾斜面２２５の、断面視において中心軸ＣＡから遠い端２２５ａと、中心軸ＣＡから近い端２２５ｂを中心軸ＣＡに沿って並べた場合に、遠い端２２５ａが、近い端２２５ｂよりも第１口金４０側にあることをいう。そして、第１傾斜面２１５と、第２傾斜面２２５が、接合されている。

【0035】

図１０は、第２実施形態の高圧タンク１００Ｂの製造方法を示す工程図の一例である。第１実施形態の工程と同じ工程は、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0036】

図１１は、第１膜２１３Ｂの形成方法の一例を示す説明図である。以下において、図１１の左上部に着目して説明する。図１０のステップＳ２００Ａでは、円筒部２１とドーム部２２のそれぞれの内部に、金型が設置される。ステップＳ２００Ｂでは、金型に未硬化のエポキシ樹脂ＥＲが流し込まれることで、第１膜２１３Ｂと第２膜２２３Ｂが形成される。

【0037】

円筒部２１には、第１金型３００ａ、３００ｂが配置される。第１金型３００ａは、中心部が貫通した略円筒の形状を有している。第１金型３００ａは、金型傾斜面３０１と、第１ゲート３０２を有している。金型傾斜面３０１は、第１金型３００ａの端部に形成されている（図１１の左上部参照）。金型傾斜面３０１は、円筒部２１の中心軸ＣＳに対して、傾斜した方向である白抜き矢印Ｃ方向を向く。白抜き矢印Ｃは、図９の白抜き矢印Ｂと対向する方向である。第１ゲート３０２は、エポキシ樹脂ＥＲを注入するための開口である。

【0038】

第１金型３００ｂは、略円柱の形状を有している。第１金型３００ｂは、中心軸ＣＳ方向の寸法が第１金型３００ａよりも大きい。第１金型３００ｂは、第１金型３００ａの金型傾斜面３０１に対応する傾斜面を有している。第１金型３００ａと第１金型３００ｂの間に、円筒部２１の中心軸ＣＳ方向について隙間が生じるように、両者は円筒部２１の内部に配置される。生じた隙間を、第１流路３０３とよぶ。第１ゲート３０２から未硬化のエポキシ樹脂ＥＲが注入されると、エポキシ樹脂ＥＲは、第１流路３０３を通って、円筒部２１と第１金型３００ａ、３００ｂの間に配される。エポキシ樹脂ＥＲは、膜を形成するための必要量が注入される。

【0039】

第１金型３００ａ、３００ｂに熱を加え、エポキシ樹脂ＥＲを硬化させた後に、第１金型３００ａが図１１の左方向に引き抜かれ、第１金型３００ｂが右方向に引き抜かれる。第１膜２１３Ｂからはみ出た余分なエポキシ樹脂ＥＲがカッターで切り取られることにより、第１傾斜面２１５を有する第１膜２１３Ｂを形成することができる（図９参照）。

【0040】

図１２は、第２膜２２３Ｂの形成方法の一例を示す説明図である。なお、図１２では、ドーム部２２の全体を図示しているが、以下においてドーム部２２の左半分の部分に着目して説明する。ドーム部２２に設置される第２金型３１０は、金型傾斜面３１１と、第２ゲート３１２と、第２流路３１３を有している。金型傾斜面３１１は、第２金型３１０の端部に設けられており、ドーム部２２の中心軸ＣＱに対して、傾斜した方向である白抜き矢印Ｂ方向を向く。白抜き矢印Ｂは、図９の白抜き矢印Ｂの方向と一致する。ドーム部２２の中心軸ＣＱは、円筒部２１の中心軸ＣＳと一致する。

【0041】

第２ゲート３１２は、第２金型３１０の中心に設けられた開口である。第２流路３１３は、未硬化のエポキシ樹脂ＥＲが流れる流路である。本実施形態の第２金型３１０は、２つの第２流路３１３を有している。なお、第２流路３１３は、２つ以外の数が設けられていてもよい。また、第２ゲート３１２は、第２金型３１０の中心以外に設けられていてもよい。第２金型３１０の、第２ゲート３１２から、液状のエポキシ樹脂ＥＲが矢印方向に注入され、ドーム部２２が回転されながら第２金型３１０に熱を加えられる。これにより、エポキシ樹脂ＥＲが硬化される。その後、第２金型３１０をドーム部２２から取り外される。これにより、第１傾斜面２１５と向かい合う第２傾斜面２２５を有する第２膜２２３Ｂを形成することができる（図９参照）。

【0042】

図１０のステップＳ３００では、円筒部２１とドーム部２２とが接合される際に、第１膜２１３Ｂの第１傾斜面２１５と、第２膜２２３Ｂの第２傾斜面２２５が、接合される。第１傾斜面２１５と第２傾斜面２２５とが接合されることで、第１膜２１３Ｂの第１端２１４Ｂと、第２膜２２３Ｂの第２端２２４Ｂとの接合面２３０Ｂが、円筒部２１の中心軸ＣＳに対して傾斜した方向である矢印Ｂ方向を向く。そのため、第１傾斜面２１５と第２傾斜面２２５が円筒部２１の中心軸ＣＳに対して平行な方向を向く場合と比べて、第１傾斜面２１５と第２傾斜面２２５の、接合面２３０Ｂの面積が大きくなる。ライナ１０の材料の硬化時にモノマーが発生し、接合面２３０Ｂの間の隙間をモノマーが移動する場合であっても、第１傾斜面と第２傾斜面の接合面が円筒部２１の中心軸ＣＳに対して平行な方向を向く場合と比べて、補強層２０にモノマーが到達することを抑制することができる。

【0043】

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ１）図１３は、他の形態１における、第１膜２１３Ｃと第２膜２２３Ｃの接合を説明する図である。図１３は図９に対応する。図１３において、高圧タンク１００の中心軸ＣＡと第１口金４０を省略している。上記第２実施形態では、中心軸ＣＡに対して傾斜した方向を向く第１傾斜面２１５と、第１傾斜面２１５と向かい合う第２傾斜面２２５とが接合されていた。もとより、図１３に示すように、第１傾斜面２１５Ｃと、第２傾斜面２２５Ｃとは、向かい合っていなくてもよい。具体的には、第１傾斜面２１５Ｃと第２傾斜面２２５Ｃの、断面視において高圧タンク１００の中心軸ＣＡから近い端と、中心軸ＣＡから遠い端を、中心軸ＣＡに沿って並べた場合に、第１傾斜面２１５Ｃの、中心軸ＣＡから近い端が、中心軸ＣＡから遠い端よりも第１口金４０側にあり、第２傾斜面２２５Ｃの、中心軸ＣＡから遠い端が、中心軸ＣＡから近い端よりも第１口金４０側にあってもよい。この場合、第１膜２１３Ｃの一部と、第２膜２２３Ｃの一部が、接合部２４０Ｃにおいて接合されている。

【0044】

（Ｃ２）上記実施形態では、高圧タンク１００は、例えば、燃料電池に水素を供給するために、燃料電池車両に搭載される。もとより、高圧タンク１００は、燃料電池車両に限らず、電気自動車、ハイブリッド自動車等の他の車両に搭載されてもよいし、船舶、飛行機、ロボット等の他の移動体に搭載されてもよい。また、住宅、ビル等の定置設備に備えられてもよい。

【0045】

（Ｃ３）上記第１実施形態では、円筒部２１とドーム部２２のそれぞれに膜を形成してから、両者を接合している。もとより、円筒部とドームを接合し、内部に膜の材料を入れて硬化させることにより、膜を形成してもよい。

【0046】

（Ｃ４）上記第２実施形態では、金型に熱を加えることで、未硬化のエポキシ樹脂を硬化させる。もとより、金型に流し込まれる樹脂の種類によっては、ステップＳ１００の円筒部とドーム部の形成時に、円筒部とドーム部に加えられた熱によって硬化されてもよく、また、放置による冷却によって硬化されてもよい。

【0047】

本開示は、上述の実施形態や実施形態、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0048】

１０…ライナ、２０…補強層、２１…円筒部、２２…ドーム部、２３…外ヘリカル層、３０…接合体、４０…第１口金、４０ａ…連通孔、４１…第２口金、５０、６０…マンドレル、５１、６１、７０…繊維束ガイド、６２、６３…噴射器、６４…マスキング、１００、１００Ｂ…高圧タンク、２１１…直管部、２１２…縮径部、２１３、２１３Ｂ、２１３Ｃ…第１膜、２１４、２１４Ｂ…第１端、２１５、２１５Ｃ…第１傾斜面、２１５ａ、２１５ｂ…第１傾斜面の端、２２１…開口端、２２３、２２３Ｂ、２２３Ｃ…第２膜、２２４、２２４Ｂ…第２端、２２５、２２５Ｃ…第２傾斜面、２２５ａ、２２５ｂ…第２傾斜面の端、２３０、２３０Ｂ…接合面、２４０Ｃ…接合部、３００ａ、３００ｂ…第１金型、３０１、３１１…金型傾斜面、３０２…第１ゲート、３０３…第１流路、３１０…第２金型、３１２…第２ゲート、３１３…第２流路、ＣＡ、ＣＱ、ＣＲ、ＣＳ…中心軸、ＣＬ…切断線、ＥＲ…エポキシ樹脂、ＦＢ…繊維束

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】