JP7235411B2 - High-pressure tank manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ライナーの周囲に配置される複数のガイド部材からライナーの外面に繊維束を供給して、ライナーの外面に繊維強化樹脂層を形成する高圧タンクの製造方法に関する。 The present invention relates to a high-pressure tank manufacturing method for forming a fiber reinforced resin layer on the outer surface of the liner by supplying fiber bundles from a plurality of guide members arranged around the liner to the outer surface of the liner.
従来、例えば、水素ガスを気密保持するためのライナーと、その外面を繊維強化樹脂からなる繊維束で巻き付けて強化した繊維強化樹脂層と、を備えた高圧タンクが知られている。繊維強化樹脂層の形成方法としては、ライナーの外面に繊維束を巻き付ける、所謂フィラメントワインディング法が広く用いられている。 Conventionally, for example, a high-pressure tank is known that includes a liner for keeping hydrogen gas airtight and a fiber reinforced resin layer that is reinforced by winding a fiber bundle made of fiber reinforced resin around the outer surface of the liner. As a method for forming a fiber-reinforced resin layer, a so-called filament winding method of winding a fiber bundle around the outer surface of a liner is widely used.
また、繊維強化樹脂層の形成時間を短縮するために、ライナーの周囲に複数のガイド部材を配置し、複数のガイド部材からライナーの外面に繊維束を供給して繊維強化樹脂層を形成する方法が知られている。 In addition, in order to shorten the formation time of the fiber reinforced resin layer, a plurality of guide members are arranged around the liner, and fiber bundles are supplied from the plurality of guide members to the outer surface of the liner to form the fiber reinforced resin layer. It has been known.
ところで、繊維強化樹脂層は、一般的に、繊維束をライナーの円筒部にフープ巻きして得られるフープ層と、繊維束をライナー全体にヘリカル巻きして得られるヘリカル層とによって構成される。ヘリカル層は、ライナーをその中心軸に沿って往復移動させるとともに中心軸周りに回転させながら、ガイド部材から繊維束を供給することによって形成される。このヘリカル層を上述したように複数のガイド部材を用いて形成する場合、ライナーが中心軸に沿って1往復する間に、例えば図10に示すように、1往復目の繊維束F1が周方向に所定間隔をおいて配置され、次にライナーが1往復する際(2往復目)には、2往復目の繊維束F2は1往復目の繊維束F1同士の間に配置される。 By the way, the fiber-reinforced resin layer is generally composed of a hoop layer obtained by hoop-winding a fiber bundle around the cylindrical portion of the liner and a helical layer obtained by helically winding the fiber bundle around the entire liner. The helical layer is formed by feeding fiber bundles from a guide member while reciprocating the liner along its central axis and rotating about the central axis. When the helical layer is formed using a plurality of guide members as described above, while the liner makes one reciprocation along the central axis, the fiber bundle F1 of the first reciprocation moves in the circumferential direction as shown in FIG. , and when the liner makes one round trip (second round trip), the fiber bundle F2 of the second round trip is arranged between the fiber bundles F1 of the first round trip.
このとき、図10(b)に示すように、1往復目の繊維束F1と2往復目の繊維束F2との間に隙間が形成されると、その次にライナーが1往復する際(3往復目)には、3往復目の繊維束F3の上記隙間と交差する部分は1往復目の繊維束F1と2往復目の繊維束F2とに橋渡しされた状態になり、1往復目の繊維束F1と2往復目の繊維束F2との間に、ライナーと3往復目の繊維束F3とに挟まれた空隙が形成される。この空隙は、繊維強化樹脂層のボイドの原因となる。 At this time, as shown in FIG. 10(b), when a gap is formed between the fiber bundle F1 of the first reciprocation and the fiber bundle F2 of the second reciprocation, the next time the liner makes one reciprocation (3 In the second round trip), the portion of the fiber bundle F3 of the third round trip that intersects the gap is bridged between the fiber bundle F1 of the first round trip and the fiber bundle F2 of the second round trip. A gap sandwiched between the liner and the fiber bundle F3 for the third round is formed between the bundle F1 and the fiber bundle F2 for the second round. These voids cause voids in the fiber-reinforced resin layer.
この不都合を改善するために、例えば特許文献1には、先に形成された繊維束(以下、第1繊維束という)同士の間に別の繊維束(以下、第2繊維束という)を配置しながら、第2繊維束を周方向に揺れ動かすことによって、第2繊維束の幅を広げる方法が記載されている。この方法では、第2繊維束の幅を広げることによって、第2繊維束と第1繊維束との間に隙間が生じるのをある程度抑制することが可能である。
In order to improve this inconvenience, for example, in
しかしながら、上記特許文献1の方法では、第2繊維束を周方向に揺れ動かしながら第1繊維束同士の間に配置するため、第2繊維束の配置タイミングによって、第2繊維束は、隣接する第1繊維束の一方に近接して配置されたり、他方に近接して配置されたりする。このため、第2繊維束と第1繊維束との間に隙間が生じるのを抑制することは困難であるので、その隙間に交差するように次の層の第1繊維束および第2繊維束が配置された場合に、繊維強化樹脂層に空隙が生じるのを抑制することは困難である。
However, in the method of
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、繊維強化樹脂層に空隙が生じるのを抑制することが可能な高圧タンクの製造方法を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a high-pressure tank capable of suppressing formation of voids in a fiber-reinforced resin layer.
本発明に係る高圧タンクの製造方法は、円筒状の筒部および前記筒部の両端に設けられたドーム部を有するライナーに対して、前記ライナーの周囲に前記ライナーの中心軸を中心として等間隔で配置された複数のガイド部材から繊維束を供給して、前記筒部および一対の前記ドーム部を覆うように繊維強化樹脂からなるヘリカル層を1層以上形成する高圧タンクの製造方法であって、前記筒部の周囲を周方向に隙間なく覆うように前記ヘリカル層を1層形成するにあたり前記ライナーを前記中心軸に沿ってM回往復(ただし、Mは2以上の整数)させるとともに、前記ライナーを1往復当たりα°回転させ、n個(ただし、nは2以上の整数)の前記ガイド部材から前記繊維束を供給し、前記ライナーに前記ヘリカル層を形成し、前記ライナーの往復回数M、前記ライナーの1往復当たりの回転角度α、前記ガイド部材の個数n、およびk(ただし、kは整数)は、以下の式(1)を満たす。
α=360/(n×M)+(360/n)×k・・・(1)
In a method for manufacturing a high-pressure tank according to the present invention, a liner having a cylindrical cylindrical portion and dome portions provided at both ends of the cylindrical portion is provided at equal intervals around the liner around the central axis of the liner. A high-pressure tank manufacturing method for forming one or more helical layers made of fiber-reinforced resin so as to cover the cylindrical portion and the pair of dome portions by supplying fiber bundles from a plurality of guide members arranged in , the liner is reciprocated M times (where M is an integer equal to or greater than 2) along the central axis in forming one helical layer so as to cover the periphery of the tubular portion in the circumferential direction without gaps, and The liner is rotated by α° per reciprocation, the fiber bundle is supplied from n guide members (where n is an integer of 2 or more), the helical layer is formed on the liner, and the number of reciprocations of the liner is M. , the rotation angle α per reciprocation of the liner, the number n of the guide members, and k (where k is an integer) satisfy the following formula (1).
α=360/(n×M)+(360/n)×k (1)
本発明の高圧タンクの製造方法によれば、ライナーが中心軸に沿って1往復する間に、1往復目の繊維束は周方向に所定間隔をおいて配置される。ここで、前記ライナーの往復回数M、前記ライナーの1往復当たりの回転角度α、前記ガイド部材の個数n、およびk(ただし、kは整数)は、上記式(1)を満たす。 According to the high-pressure tank manufacturing method of the present invention, while the liner reciprocates once along the central axis, the fiber bundles of the first reciprocation are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. Here, the number of reciprocations M of the liner, the rotation angle α per one reciprocation of the liner, the number n of the guide members, and k (where k is an integer) satisfy the above formula (1).
n×Mは、筒部の周囲を周方向に隙間なく覆うようにヘリカル層を1層形成する際に筒部を所定方向に通過する繊維束の総数であるため、360/(n×M)は、ヘリカル層を1層形成する際のその層を構成する繊維束の周方向のピッチ(角度)となる。仮に、ライナーの1往復当たりの回転角度を360/(n×M)とすると、ライナーが1往復する度に、繊維束は、同じガイド部材によって前回(前の往復の際に)巻回された部分から周方向に1束分(1ピッチ分)移動した部分に配置される。言い換えると、繊維束は、前回巻回された繊維束に対して隙間を有することなく周方向に連続して(すなわち、同じ繊維束の一側端に接触するように順次)配置される。 Since n×M is the total number of fiber bundles passing through the cylindrical portion in a predetermined direction when one helical layer is formed so as to cover the circumference of the cylindrical portion in the circumferential direction without gaps, 360/(n×M) is the pitch (angle) in the circumferential direction of the fiber bundles forming one helical layer. Assuming that the rotation angle per one round trip of the liner is 360/(n×M), each time the liner makes one round trip, the fiber bundle is wound by the same guide member the previous time (during the previous round trip). It is arranged in a part that is moved by one bundle (one pitch) in the circumferential direction from the part. In other words, the fiber bundles are arranged continuously in the circumferential direction (that is, sequentially so as to contact one side end of the same fiber bundle) without gaps with respect to the previously wound fiber bundle.
また、360/nは、複数のガイド部材の周方向のピッチ(角度)である。このため、仮に、ライナーが1往復当たり(360/n)×k回転すると、ライナーのうちガイド部材に対向する部分(繊維束が配置された部分)は、いずれかのガイド部材に対向する位置に配置され、ライナーには、繊維束が常に同じ部分に巻回されることになる。 360/n is the circumferential pitch (angle) of the plurality of guide members. Therefore, if the liner rotates (360/n)×k per reciprocation, the portion of the liner that faces the guide members (the portion where the fiber bundle is arranged) is positioned to face any of the guide members. The fiber bundles are always wound on the same portion of the liner.
本発明の高圧タンクの製造方法では、ライナーの1往復当たりの回転角度αは、360/(n×M)+(360/n)×kであるから、ライナーが1往復する度に、繊維束は、前回配置された繊維束の一側端に接触するように順次配置される。 In the high-pressure tank manufacturing method of the present invention, the rotation angle α per one reciprocation of the liner is 360/(n×M)+(360/n)×k. are sequentially arranged so as to contact one side end of the previously arranged fiber bundle.
したがって、ライナーが1往復した後、次に1往復する際(2往復目)には、2往復目の繊維束は1往復目の繊維束の一側端に接触した状態で配置される。そして、次にライナーが1往復する際(3往復目)には、3往復目の繊維束は2往復目の繊維束の一側端に接触した状態で配置される。このように、繊維束は、前回配置された繊維束の一側端に接触した状態で配置されるため、1往復目の繊維束同士の間の隙間は、繊維束の一側端側から順に埋められていく。そして、M往復目の繊維束は、M-1往復目の繊維束と1往復目の繊維束とに対して隙間が形成されないように配置される。 Therefore, when the liner makes one reciprocation after one reciprocation (second reciprocation), the fiber bundle of the second reciprocation is placed in contact with one side end of the fiber bundle of the first reciprocation. When the liner next makes one round trip (third round trip), the fiber bundle of the third round trip is placed in contact with one side end of the fiber bundle of the second round trip. In this way, since the fiber bundles are arranged in contact with one side end of the previously arranged fiber bundle, the gap between the fiber bundles in the first round trip is filled up. Then, the M-th round trip fiber bundle is arranged so that no gap is formed between the M-1 round trip fiber bundle and the 1st round trip fiber bundle.
このように、1往復目の繊維束同士の間において、一方側(一側端側)では、繊維束同士が接触した状態で配置されるため、繊維束同士の間に隙間が形成されることが抑制される。これにより、例えば3往復目以降の繊維束がそれ以前に配置された繊維束に対して橋渡しされた状態になるのを抑制することができる。 In this way, between the fiber bundles of the first reciprocation, on one side (one side end side), the fiber bundles are arranged in contact with each other, so that a gap is formed between the fiber bundles. is suppressed. As a result, for example, it is possible to prevent the fiber bundles after the third round trip from being bridged with the previously arranged fiber bundles.
また、1往復目の繊維束同士の間において、他方側では、繊維束同士の間の隙間が大きくなる。これにより、例えば3往復目以降の繊維束は、それ以前に配置された繊維束に対して橋渡しされた状態にはならず、垂れ下がって隙間を埋める。 Further, between the fiber bundles of the first round trip, the gap between the fiber bundles becomes larger on the other side. As a result, for example, the fiber bundles after the third reciprocation do not bridge the previously arranged fiber bundles, but hang down to fill the gap.
このように、1往復目の繊維束同士の間において、一方側の部分も他方側の部分も、繊維束がそれ以前に配置された繊維束に対して橋渡しされた状態になるのを抑制することができるので、繊維強化樹脂層に空隙が生じるのを抑制することができる。 In this way, between the fiber bundles of the first round trip, both the one-side portion and the other-side portion suppress the fiber bundle from being bridged with the previously arranged fiber bundle. Therefore, it is possible to suppress the formation of voids in the fiber-reinforced resin layer.
本発明によれば、繊維強化樹脂層に空隙が生じるのを抑制することが可能な高圧タンクの製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the high pressure tank which can suppress that a space|gap arises in a fiber reinforced resin layer can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る高圧タンク10の製造方法について説明するが、その前に高圧タンク10の構成について簡単に説明する。以下では、高圧タンク10を、燃料電池車両に搭載される高圧の水素ガスが充填されるタンクとして説明するが、その他の用途についても適用することができる。また、高圧タンク10に充填可能なガスとしては、水素ガスに限定されない。
A method of manufacturing a high-
図1に示すように、高圧タンク10は、両端がドーム状に丸みを帯びた略円筒形状の高圧ガス貯蔵容器である。高圧タンク10は、ガスバリア性を有するライナー11と、ライナー11の外面を覆う繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂層12と、を備える。高圧タンク10の両端には、開口部が形成されている。
As shown in FIG. 1, the high-
ライナー11は、高圧の水素ガスが充填される収容空間17を形成する樹脂製部材である。一般的に、ライナー11は、略円筒形状等に加工可能な熱可塑性樹脂から構成される。ライナー11を構成する樹脂は、充填されるガス(ここでは水素ガス)を収容空間17内に保持する性能、即ち、ガスバリア性が良好な樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、及びエチレン-ビニルアルコール共重合樹脂(EVOH)、ポリエステル等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
The
ライナー11は、円筒状の筒部11aと、筒部11aの両端に設けられた一対のドーム部11bとによって構成されている。ライナー11の一対のドーム部11bには、開口部が形成されており、口金14およびエンドボス16がそれぞれ設けられている。
The
口金14は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料を所定形状に加工したものである。口金14には、収容空間17に対して水素ガスを充填および排出するためのバルブ(図示せず)が取り付けられる。
The
エンドボス16は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料を所定形状に加工したものである。エンドボス16は、繊維強化樹脂層12を形成する際にライナー11を回転させるシャフトを取り付けるための部材である。なお、シャフトは、エンドボス16だけでなく、口金14にも取り付けられる。
The
繊維強化樹脂層12は、ライナー11の外面を覆っているとともに、ライナー11を補強して高圧タンク10の剛性や耐圧性等の機械的強度を向上させる機能を有する。繊維強化樹脂層12は、熱硬化性樹脂及び強化繊維によって構成されている。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。強化繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量性や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。
The fiber-reinforced
一般的に、エポキシ樹脂とは、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンの共重合体等であるプレポリマーと、ポリアミン等である硬化剤と、を混合して熱硬化することで得られる樹脂である。エポキシ樹脂は、未硬化状態では流動性があり、熱硬化後は強靭な架橋構造を形成する。 Generally, an epoxy resin is a resin obtained by mixing a prepolymer such as a copolymer of bisphenol A and epichlorohydrin with a curing agent such as polyamine and then thermally curing the mixture. Epoxy resin has fluidity in an uncured state and forms a strong crosslinked structure after thermal curing.
繊維強化樹脂層12は、未硬化の樹脂(例えば、エポキシ樹脂)が含浸された繊維(例えば、炭素繊維)の束をライナー11の外面に巻き付け、樹脂を硬化させることにより形成される。例えば、ライナー11の口金14とエンドボス16にシャフトを取り付けて回転可能に支持し、回転させながら樹脂が含浸された繊維束をヘリカル巻きとフープ巻きとを併用して巻き付ける。そして、樹脂の硬化温度で加熱して樹脂成分を硬化させる。ヘリカル巻きとフープ巻きとを併用することで、高圧タンク10の軸方向及び径方向について耐圧性等の機械的強度を確保することができる。なお、フープ巻きとは、ライナー11の筒部11aの外周に、筒部11aの軸方向に対して略直交する角度で周状に巻き付けることをいう。一方、ヘリカル巻きとは、ライナー11全体を覆うように、すなわち一対のドーム部11bに亘って、筒部11aの軸方向に対して所定角度(例えば45度以下)傾斜する角度で巻き付けることをいう。
The fiber-reinforced
次に、本発明の一実施形態に係る高圧タンク10の製造方法について説明する。高圧タンク10の製造方法は、ライナー11の周囲に未硬化の樹脂が含浸された繊維束を巻回する巻回工程と、繊維束を加熱して硬化させる加熱工程と、を含んでおり、巻回工程では、繊維束がライナー11に対してヘリカル巻きとフープ巻きとを併用して巻き付けられる。ここでは、高圧タンク10の製造方法のうちヘリカル巻きについて詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing the high-
巻回工程では図2に示すように、ライナー11の口金14およびエンドボス16にシャフト30および31がそれぞれ取り付けられる。シャフト30および31は、シャフト駆動機構(図示せず)によって、回転可能であるとともに、シャフト30および31の軸方向に移動可能となっている。また、シャフト30および31の回転および軸方向の移動に伴って、ライナー11も回転および軸方向に移動する。
In the winding process, as shown in FIG. 2,
図2および図3に示すように、ライナー11の周囲には、ライナー11に対して繊維束Fを供給する複数(ここでは9個)のガイド部材40が配置されている。複数のガイド部材40は、ライナー11の中心軸Lを中心として等間隔(ここでは40°間隔)で配置されている。また、複数のガイド部材40は、ガイド保持機構(図示せず)によって保持されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of (here, nine)
ライナー11の周囲に繊維束Fを巻回する場合、シャフト30および31によってライナー11が所定速度で回転されるとともに軸方向に移動されることで、ボビン(図示せず)から繊維束Fが引き出され、複数のガイド部材40によって繊維束Fがライナー11の周囲に巻き付けられる。このように、複数のガイド部材40を用いてライナー11の周囲に繊維束Fを巻回することによって、唯一のガイド部材40を用いる場合と比較して、巻回時間を短縮することができる。また、ライナー11を中心軸Lに沿って往復移動させながら、ライナー11を中心軸L周りに回転させる。これにより、繊維束Fは中心軸Lに対して所定角度傾斜した状態でライナー11の外面に巻き付けられる。
When the fiber bundle F is wound around the
ライナー11の周囲に繊維束Fをヘリカル巻きしてヘリカル層を1層形成する場合、筒部11aの周囲において隣接する繊維束F同士の間に隙間が形成されないように巻き付ける。すなわち、ヘリカル層を1層形成することにより、筒部11aの周囲が隙間なく繊維束によって覆われる。
When one helical layer is formed by helically winding the fiber bundles F around the
図4および図5に示すように、筒部11aにおいて、1往復目の繊維束F1は、隣接する繊維束F1に対して所定間隔をおいて平行に配置される。なお、図4および図5では、図面簡略化のため、4往復分の繊維束Fを巻回することによりヘリカル層が1層形成されるように描いている。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the
ここで、本実施形態では、2往復目の繊維束F2は、1往復目の繊維束F1に接触した状態、すなわち1往復目の繊維束F1の端部にオーバーラップした状態または1往復目の繊維束F1の端面に接触した状態で配置される。なお、図4および図5では、理解を容易にするために、2往復目の繊維束F2が1往復目の繊維束F1の端面に接触した状態を示している。3往復目以降の繊維束F3・・・も同様に、前回配置された繊維束Fに接触した状態で配置される。これにより、1往復目の繊維束F1同士の間の隙間は、2往復目以降の繊維束F2、F3・・・によって一方から他方に向かって順次埋められる。このように繊維束Fを配置する方法について、以下詳細に説明する。 Here, in the present embodiment, the fiber bundle F2 in the second round trip is in contact with the fiber bundle F1 in the first round trip, that is, in a state where it overlaps the end of the fiber bundle F1 in the first round trip, or It is arranged in contact with the end face of the fiber bundle F1. 4 and 5 show a state in which the fiber bundle F2 of the second round trip is in contact with the end face of the fiber bundle F1 of the first round trip, for easy understanding. Similarly, the fiber bundles F3, . As a result, the gaps between the fiber bundles F1 in the first round trip are sequentially filled from one side to the other by the fiber bundles F2, F3, . A method for arranging the fiber bundles F in this manner will be described in detail below.
具体的には、ヘリカル層を1層形成する際にライナー11を中心軸Lに沿って往復させる回数をM(ただし、Mは2以上の整数)、ライナー11の1往復当たりの回転角度をα°、ガイド部材40の個数をn(ただし、nは2以上の整数。ここでは9個)とすると、ライナー11の往復回数M、ライナー11の1往復あたりの回転角度α、ガイド部材40の個数n、およびk(ただし、kは整数)は、以下の式(1)を満たす。
α=360/(n×M)+(360/n)×k・・・(1)
Specifically, the number of times the
α=360/(n×M)+(360/n)×k (1)
なお、ヘリカル層を1層形成する際のライナー11の往復回数Mは、繊維束Fのライナー11の周方向に沿った幅、繊維束Fの幅のばらつき、ライナー11の周長、およびガイド部材40の個数nを用いて容易に設定することができる。例えば、繊維束Fのライナー11の周方向に沿った幅をW、繊維束Fの幅のばらつきをe、ライナー11の周長をCとすると、ヘリカル層を1層形成する際のライナー11の往復回数Mは、C≦(W-e)×n×Mを満たすように設定される。往復回数Mが大きくなるにしたがって隣接する繊維束F同士のオーバーラップ量が多くなるので、往復回数Mは小さい方が好ましい。
The number of reciprocations M of the
次に、上記式(1)について説明する。n×Mは、筒部11aの周囲を周方向に隙間なく覆うようにヘリカル層を1層形成する際に筒部11aを所定方向に通過する繊維束Fの総数であるため、360/(n×M)は、ヘリカル層を1層形成する際のその層を構成する繊維束Fの周方向のピッチ(角度)となる。仮に、ライナー11の1往復当たりの回転角度を360/(n×M)とすると、ライナー11が1往復する度に、繊維束Fは、同じガイド部材40によって前回巻回された部分から周方向に1束分(1ピッチ分)移動した部分に配置される。言い換えると、繊維束Fは、前回巻回された繊維束Fに対して隙間を有することなく周方向に連続して(すなわち、同じ繊維束Fの一側端に接触するように順次)配置される。
Next, the above formula (1) will be explained. Since n×M is the total number of fiber bundles F passing through the
また、360/nは、複数のガイド部材40の周方向のピッチ(角度)である。このため、仮に、ライナー11が1往復当たり(360/n)×k回転すると、ライナー11のうちガイド部材40に対向する部分(繊維束Fが配置された部分)は、いずれかのガイド部材40に対向する位置に配置され、ライナー11には、繊維束Fが常に同じ部分に巻回されることになる。
360/n is the pitch (angle) of the plurality of
本実施形態の高圧タンク10の製造方法では、上記のように、ライナー11の1往復当たりの回転角度αは、360/(n×M)+(360/n)×kであるから、ライナー11が1往復する度に、繊維束Fは、前回配置された繊維束Fの一側端に接触するように順次配置される。
In the method for manufacturing the high-
したがって、ライナー11が1往復した後、次に1往復する際(2往復目)には、図4に示すように、2往復目の繊維束F2は1往復目の繊維束F1の一側端に接触した状態で配置される。そして、次にライナー11が1往復する際(3往復目)には、図5に示すように、3往復目の繊維束F3は2往復目の繊維束F2の一側端に接触した状態で配置される。このように、繊維束Fは、前回配置された繊維束Fの一側端に接触した状態で配置されるため、1往復目の繊維束F1同士の間の隙間は、繊維束F1の一側端側から順に埋められていく。そして、M往復目の繊維束Fは、M-1往復目の繊維束Fと1往復目の繊維束F1とに対して隙間が形成されないように配置される。
Therefore, when the
このように、1往復目の繊維束F1同士の間において、一方側(一側端側)では、繊維束F同士が接触した状態で配置されるため、繊維束F同士の間に隙間が形成されることが抑制される。これにより、例えば3往復目以降の繊維束F3・・・がそれ以前に配置された繊維束Fに対して橋渡しされた状態になるのを抑制することができる。 In this way, between the fiber bundles F1 in the first round trip, on one side (one side end side), the fiber bundles F are arranged in contact with each other, so a gap is formed between the fiber bundles F. is suppressed. As a result, it is possible to prevent the fiber bundles F3, .
また、1往復目の繊維束F1同士の間において、他方側では、繊維束F同士の間の隙間が大きくなる。これにより、例えば3往復目以降の繊維束F3・・・は、それ以前に配置された繊維束Fに対して橋渡しされた状態にはならず、垂れ下がって隙間を埋める。 In addition, between the fiber bundles F1 of the first round trip, the gap between the fiber bundles F becomes larger on the other side. As a result, for example, the fiber bundles F3, .
このように、1往復目の繊維束F1同士の間において、一方側の部分も他方側の部分も、繊維束Fがそれ以前に配置された繊維束Fに対して橋渡しされた状態になるのを抑制することができるので、繊維強化樹脂層に空隙が生じるのを抑制することができる。 In this way, between the fiber bundles F1 of the first round trip, both the one side portion and the other side portion are in a state where the fiber bundle F is bridged with the fiber bundle F arranged before. can be suppressed, it is possible to suppress the formation of voids in the fiber reinforced resin layer.
次に、本実施形態の高圧タンク10の製造方法による効果を確認するために行った実験について説明する。この確認実験では、本実施形態に対応する実施例と、比較例とについて説明する。
Next, an experiment conducted to confirm the effects of the method for manufacturing the high-
(実施例)
実施例では、ライナー11の往復回数Mを10回、ガイド部材40の個数nを9個、kを5とした。また、上記式(1)を用いて、ライナー11の1往復当たりの回転角度α°を204°とした。そして、複数(ここでは9個)のガイド部材40によって繊維束Fをライナー11に巻回し、ヘリカル層を1層形成した。このとき、図4および図5と同様、1往復目の繊維束F1同士の間の隙間が2往復目以降の繊維束F2、F3・・・によって一方から他方に向かって埋められた。この際の、ライナー11の往復回数と、ライナー11の所定位置と各ガイド部材40との中心軸L周りの相対角度と、の関係を図6に示す。図6に示すように、例えば、1往復目においてガイド部材40aにより配置された繊維束F1に対して、2往復目においてガイド部材40eにより繊維束F2が接触するように配置された。これに続いて、3往復目においてガイド部材40iにより配置される繊維束F3、4往復目においてガイド部材40dにより配置される繊維束F4・・・が順に接触するように配置された。
(Example)
In the example, the number of reciprocations M of the
1層目と同様にして、ヘリカル層を10層形成した後、高圧タンク10を加熱して繊維強化樹脂層12を硬化させた。
After ten helical layers were formed in the same manner as the first layer, the high-
(比較例)
比較例では、ライナー11の往復回数Mを10回、ガイド部材40の個数nを9個とした。一方、上記式(1)を用いずに、ライナー11の1往復当たりの回転角度を設定した。そして、複数(ここでは9個)のガイド部材40によって繊維束Fをライナー11に巻回し、ヘリカル層を1層形成した。このとき、図10と同様、2往復目の繊維束F2は、1往復目の繊維束F1から所定間隔をおいて配置され、2往復目の繊維束F2の幅方向両側に隙間が形成された。3往復目の繊維束F3も同様にして、1往復目の繊維束F1と2往復目の繊維束F2とに対して所定間隔をおいて配置され、3往復目の繊維束F3の幅方向両側に隙間が形成された。同様にして、4層目以降の繊維束F4・・・も、既に配置されている繊維束F同士の間の隙間を中央部から埋めるように配置した。
(Comparative example)
In the comparative example, the number of reciprocations M of the
1層目と同様にして、ヘリカル層を10層形成した後、高圧タンク10を加熱して繊維強化樹脂層12を硬化させた。
After ten helical layers were formed in the same manner as the first layer, the high-
そして、実施例および比較例による高圧タンク10を図7に示す位置A~位置Jで切断し、各切断面において繊維強化樹脂層12の8か所のボイド率を測定した。ボイド率の測定は、測定箇所をX線CTにより撮影し、撮影画像を2値化してボイドの有無を判定し、ボイドの面積率を算出することによって行った。その結果を、図8および図9にそれぞれ示す。なお、図8および図9では、各位置における8か所のボイド率と、各位置におけるボイド率の平均値(棒グラフ)とを示している。
Then, the high-
図8に示すように、実施例では、筒部11aの各位置B~位置Iにおけるボイド率の平均は、それぞれ、0.5%、0.9%、0.6%、0.3%、0.5%、0.2%、0.1%および0.2%であり、ドーム部11bの位置Aおよび位置Jにおけるボイド率は、それぞれ、5.9%および6.1%であった。また、実施例の筒部11aにおける全ボイド率の平均は0.4%であり、ドーム部11bにおける全ボイド率の平均は6.0%であった。
As shown in FIG. 8, in the example, the average void fractions at positions B to I of the
一方、図9に示すように、比較例では、筒部11aの各位置B~位置Iにおけるボイド率の平均は、それぞれ、1.3%、1.4%、2.8%、2.1%、3.6%、3.8%、2.3%および1.2%であり、ドーム部11bの位置Aおよび位置Jにおけるボイド率は、それぞれ、6.9%および7.9%であった。また、比較例の筒部11aにおける全ボイド率の平均は2.3%であり、ドーム部11bにおける全ボイド率の平均は7.4%であった。
On the other hand, as shown in FIG. 9, in the comparative example, the average void fractions at positions B to I of the
したがって、実施例は比較例に比べて、筒部11aにおけるボイド率が1.9%低下し、ドーム部11bにおけるボイド率が1.4%低下した。このように、実施例のボイド率が比較例のボイド率に比べて低下したのは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、実施例では、1往復目の繊維束F1同士の間の隙間は、2往復目以降の繊維束F2によって一方から他方に向かって順次埋められるので、例えば3往復目以降の繊維束F3・・・がそれ以前に配置された繊維束Fに対して橋渡しされた状態になるのを抑制することができる。このため、硬化後の繊維強化樹脂層12にボイドが発生するのを抑制することができたと考えられる。
Therefore, in the example, the void ratio in the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 It should be noted that the embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
例えば、上記実施形態では、ヘリカル層を1層形成する際のライナー11の往復回数Mを設定する際に、ライナー11の周長を用いる例について示したが、本発明はこれに限らない。ライナー11の外面に繊維束Fを配置するにしたがって、ライナー11および繊維束F周りの周長が増加するので、既に配置された繊維束Fの厚みを考慮してライナー11および繊維束F周りの周長を用いてライナー11の往復回数Mを設定してもよい。すなわち、ヘリカル層を1層形成する毎に、往復回数Mを再設定してもよい。
For example, in the above-described embodiment, an example in which the circumference of the
10:高圧タンク、11:ライナー、11a:筒部、11b:ドーム部、40,40a~40i:ガイド部材、F,F1~F3:繊維束、L:中心軸 10: high pressure tank, 11: liner, 11a: cylindrical portion, 11b: dome portion, 40, 40a to 40i: guide member, F, F1 to F3: fiber bundle, L: central axis
Claims (1)
前記筒部の周囲を周方向に隙間なく覆うように前記ヘリカル層を1層形成するにあたり前記ライナーを前記中心軸に沿ってM回往復(ただし、Mは2以上の整数)させるとともに、前記ライナーを1往復当たりα°回転させ、n個(ただし、nは2以上の整数)の前記ガイド部材から前記繊維束を供給し、前記ライナーに前記ヘリカル層を形成し、
前記ライナーの往復回数M、前記ライナーの1往復当たりの回転角度α、前記ガイド部材の個数n、およびk(ただし、kは整数)は、以下の式(1)を満たすことを特徴とする高圧タンクの製造方法。
α=360/(n×M)+(360/n)×k・・・(1)
For a liner having a cylindrical tubular portion and dome portions provided at both ends of the tubular portion, a plurality of guide members arranged around the liner at equal intervals centering on the central axis of the liner to guide fiber bundles. is supplied to form one or more helical layers made of fiber-reinforced resin so as to cover the cylindrical portion and the pair of dome portions, wherein
The liner is reciprocated M times (where M is an integer of 2 or more) along the central axis in forming one helical layer so as to cover the periphery of the cylindrical portion in the circumferential direction without gaps, and the liner is is rotated by α° per reciprocation, and the fiber bundle is supplied from n guide members (where n is an integer of 2 or more) to form the helical layer on the liner,
The number of reciprocations M of the liner, the rotation angle α per one reciprocation of the liner, the number n of the guide members, and k (where k is an integer) satisfy the following formula (1): How the tank is made.
α=360/(n×M)+(360/n)×k (1)
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