JP7622687B2 - Manufacturing method of high pressure tank - Google Patents
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Description
本開示は、高圧タンクの製造方法に関する。 This disclosure relates to a method for manufacturing a high-pressure tank.
特許文献1には、樹脂含浸成形用金型を用いて、RTM(Resin Transfer Molding)成形により高圧タンクを製造する高圧タンクの製造方法が開示されている。この高圧タンクの製造方法では、ライナの外周面上に繊維束が巻回された高圧タンクの中間生成品であるタンクを金型内に配置し、樹脂材料を金型内に加圧充填して繊維束に含浸させる。さらに、含浸させた樹脂材料を熱硬化炉において熱硬化させる「キュア工程」を経て、ライナの外周面上に繊維強化樹脂層を形成する。
樹脂材料を金型内に加圧充填して繊維束に含浸させる際に、ライナの内圧(以下、単に「内圧」という)よりも、充填される樹脂の圧力(以下、単に「樹脂圧」という)が大きいと、樹脂圧によりライナが変形する虞れがある。このため、一般的に上記のような高圧タンクの製造方法では、ライナが潰れないように内圧をかけ、内圧が樹脂圧を上回るようにしている。 When resin material is pressurized and filled into a mold to impregnate the fiber bundles, if the pressure of the resin being filled (hereinafter simply referred to as "resin pressure") is greater than the internal pressure of the liner (hereinafter simply referred to as "internal pressure"), there is a risk that the resin pressure will cause the liner to deform. For this reason, in general, in the manufacturing method of high-pressure tanks such as those described above, internal pressure is applied so that the internal pressure exceeds the resin pressure to prevent the liner from collapsing.
上述のRTM成形により高圧タンクを製造する場合、キュア工程後に、繊維強化樹脂層内において剥離が発生するという問題がある。この剥離の発生は、RTM成形時において、内圧と樹脂圧との差圧が拡張力として繊維に作用し、この拡張力が残留応力として残存し、この状態で、キュア工程時にタンクを加熱した際に、樹脂と繊維との間の剪断強度が下がり、残留応力が剪断強度を上回ることに起因すると推察される。 When manufacturing a high-pressure tank using the above-mentioned RTM molding, there is a problem in that delamination occurs within the fiber-reinforced resin layer after the curing process. This delamination is thought to occur because, during RTM molding, the differential pressure between the internal pressure and the resin pressure acts on the fibers as an expansion force, and this expansion force remains as residual stress. In this state, when the tank is heated during the curing process, the shear strength between the resin and the fibers decreases, and the residual stress exceeds the shear strength.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 This disclosure can be realized in the following forms:
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、樹脂含浸成形用金型を用いて、高圧タンクを製造する高圧タンクの製造方法であって、熱硬化前の繊維強化樹脂層を構成する繊維束がライナの外側に巻回された前記高圧タンクの中間生成品であるタンクを、前記樹脂含浸成形用金型内に収容する収容工程と、前記タンクの内圧を、前記樹脂含浸成形用金型内に加圧充填される樹脂材料の圧力である樹脂圧よりも大きくなるように内圧調整機構により調整した状態で、前記樹脂材料を前記樹脂含浸成形用金型内に加圧充填して前記繊維束に充填させる充填工程と、前記充填工程後に、前記樹脂材料が硬化することにより前記樹脂圧が下がり始める樹脂硬化開始点を検知する検知工程と、前記検知工程において前記樹脂硬化開始点を検知した後に、前記内圧から前記樹脂圧を引いた差圧が正の値であって、かつ予め定めた所定値以下となるように、前記内圧調整機構により前記タンクの前記内圧を低減する内圧低減工程と、を有する。
上記形態の高圧タンクの製造方法によれば、内圧低減工程において、内圧調整機構によりタンクの内圧を低減するため、内圧と樹脂圧との差圧を所定値以下に小さくできる。この差圧が大きいことは、完成品としての高圧タンクの繊維強化樹脂層の一部が剥離する原因になる。内圧低減工程において、差圧を低く抑えることにより、こうした剥離の発生を低減できる。
According to one embodiment of the present disclosure, there is provided a method for manufacturing a high-pressure tank, which uses a resin impregnation molding die to manufacture a high-pressure tank, and includes the steps of: accommodating, in the resin impregnation molding die, a tank that is an intermediate product of the high-pressure tank, in which a fiber bundle constituting a fiber reinforced resin layer before thermal curing is wound around the outside of a liner; filling, in a state in which an internal pressure of the tank is adjusted by an internal pressure adjustment mechanism to be higher than a resin pressure, which is a pressure of the resin material pressurized and filled into the resin impregnation molding die, the resin material is pressurized and filled into the fiber bundle; detecting, after the filling step, a resin curing start point at which the resin pressure starts to decrease as the resin material cures; and, after detecting the resin curing start point in the detection step, reducing, by the internal pressure adjustment mechanism, the internal pressure of the tank in the tank by the internal pressure adjustment mechanism, such that a differential pressure obtained by subtracting the resin pressure from the internal pressure is a positive value and is equal to or lower than a predetermined value.
According to the manufacturing method of the high-pressure tank of the above embodiment, in the internal pressure reduction step, the internal pressure of the tank is reduced by the internal pressure adjustment mechanism, so that the differential pressure between the internal pressure and the resin pressure can be reduced to a predetermined value or less. If this differential pressure is large, it can cause a part of the fiber-reinforced resin layer of the finished high-pressure tank to peel off. By keeping the differential pressure low in the internal pressure reduction step, the occurrence of such peeling can be reduced.
A.第1実施形態:
A1.高圧タンク1の構成:
以下、本開示の第1実施形態について、図1~図7を参照して説明する。図1は、本開示の第1実施形態の高圧タンクの製造方法によって製造される高圧タンク1を示す断面図である。高圧タンク1は、ライナ20と、繊維強化樹脂層30と、樹脂層40と、2つの口金91、92と、を備える。本実施形態において、高圧タンク1は、内部空間11に高圧(例えば、70MPa)の気体(例えば、水素や天然ガス)を貯蔵する。
A. First embodiment:
A1. Configuration of high pressure tank 1:
A first embodiment of the present disclosure will be described below with reference to Fig. 1 to Fig. 7. Fig. 1 is a cross-sectional view showing a high-
本実施形態において、高圧タンク1内に貯蔵される高圧の気体は、水素である。高圧タンク1は、例えば、水素を燃料ガスとして用いる燃料電池を動力源とする燃料電池車両等の移動体に積載される。また、高圧タンク1は、燃料電池車両に限らず、船舶、飛行機等の移動体、または、住宅、ビル等の定置設備に備えられても良い。
In this embodiment, the high-pressure gas stored in the high-
ライナ20は、円筒状の円筒部と、円筒部の両端に配置される半球状のドーム部と、を有する。ライナ20は、内側に気体を充填するための空間である内部空間11を有する中空容器である。ライナ20は、高圧タンク1のタンク素体として用いられる。ライナ20は、ガスバリア性、特に水素の透過性が低い樹脂によって形成されている。ライナ20を形成する樹脂としては、例えば、ポリアミドや、エチレンビニルアルコールや、完全ケン化型ポリビニルアルコールが用いることができる。本実施形態では、ポリアミドが採用されている。
The
繊維強化樹脂層30は、繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂の層であり、ライナ20の外側に形成されている。繊維強化樹脂層30は、ライナ20の外表面に接して形成されていてもよいし、離型剤を介してライナ20の外側に形成されていてもよい。繊維強化樹脂層30は、炭素繊維と熱硬化性樹脂とを含む炭素繊維強化樹脂層31と、ガラス繊維と熱硬化性樹脂とを含むガラス繊維強化樹脂層35と、を有する。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂を用いることができる。本実施形態では、エポキシ樹脂を採用している。また、エポキシ樹脂の硬化速度や強度は、硬化促進剤によって調整されている。
The fiber-reinforced
炭素繊維強化樹脂層31は、ライナ20の外表面全体と口金91、92の一部を覆うように形成されている。炭素繊維強化樹脂層31は、炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維強化樹脂(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)から成り、耐圧性を有する。炭素繊維強化樹脂層31の強度(例えば破壊靭性度)は、ガラス繊維強化樹脂層35や樹脂層40の強度に比べて、高圧タンク1の耐圧性への寄与度が大きい。
The carbon fiber reinforced
ガラス繊維強化樹脂層35は、炭素繊維強化樹脂層31の外表面を覆うように形成されている。ガラス繊維強化樹脂層35は、ガラス繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたガラス繊維強化樹脂(GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics)から成り、炭素繊維強化樹脂層31より高い耐衝撃性を有する。
The glass fiber reinforced
樹脂層40は、ガラス繊維強化樹脂層35の外表面に形成されている。樹脂層40は、繊維を含まない熱硬化性樹脂から成る。樹脂層40は、ガラス繊維強化樹脂層35に用いられている熱硬化性樹脂と同じ熱硬化性樹脂によって形成されている。
The
口金91、92は、第1の口金91と第2の口金92とを含む。第1の口金91は、ライナ20の内部空間11に連通する貫通孔を有する略円筒形状を有する。第1の口金91は、高圧タンク1の開口として機能すると共に、高圧タンク1に配管やバルブを取り付けるための取付部として機能する。第2の口金92は、貫通孔を有さない略円柱形状を有する。口金91、92は、繊維強化樹脂層30を形成する際に、ライナ20をフィラメントワインディング装置に取り付けるための取付部としても機能する。口金91、92には、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属を用いることができる。
The
A2.高圧タンク1の製造方法:
次に、上記高圧タンク1の製造方法について説明する。図2は、本開示の第1実施形態の高圧タンク1の製造方法の各工程を示すフローチャートである。図2に示すように、高圧タンク1の製造方法は、タンク準備工程(S100)と、RTM(Resin Transfer Molding)成形工程(S200)と、キュア工程(S300)と、を備え、これらの各工程(S100,S200、S300)が順に実行される。
A2. Manufacturing method of the high pressure tank 1:
Next, a method for manufacturing the high-
タンク準備工程(S100)では、タンク10が準備される。具体的には、口金91,92にシャフトを取り付けた状態のライナ20の外周面に繊維束を巻き回すことにより、ライナ20の外周面に繊維層を形成したタンク10を形成し、これにより、タンク10が準備される。ここで準備される「タンク」は、「ライナの外側に繊維束が巻回された高圧タンクの中間生成品であるタンク」に相当する。繊維束は、熱硬化前の繊維強化樹脂層30を構成する。
In the tank preparation process (S100), the
RTM成形工程(S200)では、樹脂含浸成形用金型によりRTM法を用いて、タンク10の繊維束に熱硬化性の樹脂材料(以下、単に「樹脂」ともいう)を含浸させ、さらに、含浸させた樹脂をある程度まで硬化させる。なお、このRTM成形工程(S200)についての詳細については、樹脂含浸成形用金型の構成と共に後述する。
In the RTM molding process (S200), the fiber bundle of the
キュア工程(S300)では、樹脂含浸成形用金型から取り出されたタンク10を、図示しない熱硬化炉において加熱することにより、RTM成形工程(S200)において含浸させた樹脂を完全に硬化させることによって、繊維強化樹脂層30および樹脂層40を形成する。繊維強化樹脂層30および樹脂層40がライナ20の外周面上に形成されることにより、高圧タンク1が完成する。
In the curing process (S300), the
A3.樹脂含浸成形用金型50の構成:
次に、RTM成形工程(S200)の詳細について説明する。まず、樹脂含浸成形用金型50の構成について、図3~図5を参照して説明する。図3、図4は、樹脂含浸成形用金型50を模式的に示す正面断面図である。図3は、後述するピストン56,57による樹脂材料の加圧前の状態を示し、図4は、ピストン56,57による樹脂材料の加圧後の状態を示している。
A3. Configuration of the resin impregnation molding die 50:
Next, the RTM molding step (S200) will be described in detail. First, the configuration of the resin impregnation molding die 50 will be described with reference to Figs. 3 to 5. Figs. 3 and 4 are front cross-sectional views that typically show the resin impregnation molding die 50. Fig. 3 shows the state before the resin material is pressurized by
図3,図4に示すように、樹脂含浸成形用金型50は、上金型51と、下金型52と、を備えている。上金型51には、上収容部53と、材料流路54と、が形成されている。上収容部53は、下金型52との合わせ面に形成され、タンク10の径方向における上半分とほぼ同じ形状に形成されている。材料流路54は、上金型51を上下方向に貫通して形成されている。材料流路54は、その一方が図示しない樹脂材料供給源に連通し、他方が上収容部53に連通している。
As shown in Figures 3 and 4, the resin impregnation molding die 50 includes an
下金型52には、下収容部55と、保持部58,59と、が形成されている。下収容部55は、上金型51との合わせ面に形成され、タンク10の径方向における下半分とほぼ同じ形状に形成されている。よって、上金型51と下金型52とが型締めされた際には、上収容部53と下収容部55とが合体して連続することにより、タンク10とほぼ同じ形状の収容部60が形成される。タンク10は、収容部60内に、軸方向を水平方向に一致させた姿勢で収容される。
The
保持部58,59は、下金型52を上下方向に貫通して形成され、その内部にピストン56,57を昇降動作可能に保持する。保持部58,59およびピストン56,57は、平面視において略楕円形状に形成され、正面視においてタンク10の径方向の両側位置に、略対称に設けられている。各ピストン56,57の上面と、各保持部58,59の内周面と、で材料貯留部61が区画形成されている。なお、各ピストン56,57の外周面には、材料貯留部61に貯留されている樹脂が下側の空間へ漏出しないように図示しないシール部材が全周に亘って設けられている。
The holding
材料貯留部61は、型締め時には、材料流路54に連通し、材料流路54から供給される樹脂材料を貯留可能となっている。材料貯留部61は、収容部60に連通し、材料貯留部61への材料貯留時には、収容部60内にも樹脂材料が充填されるようになっている。
When the mold is closed, the
さらに、上収容部53には、圧力センサ63が設けられている。本実施形態では、上収容部53の内壁面の異なる位置に4つの圧力センサ63が設けられている。圧力センサ63は、収容部60の内壁の一部として機能するとともに、収容部60内に充填された樹脂材料の圧力(以下、単に「樹脂圧」ともいう)を検出することができる。本実施形態では、圧力センサ63の検出結果を、ピストン56,57により貯留部61へ圧送される樹脂材料の圧送圧力(すなわち、「樹脂圧」)として取り扱う。
Furthermore, the
図5は、RTM成形時に、タンク10の内圧を調整する内圧調整機構70を説明するための図である。なお、図5では、図1に示した完成品としての高圧タンク1と同様の図をタンク10として図示しているが、厳密には、RTM成形開始時には、まだ樹脂の含浸および硬化がなされておらず、繊維強化樹脂層30および樹脂層40が完成されていない状態である。
Figure 5 is a diagram for explaining the internal
図5に示すように、内圧調整機構70は、第1の口金91を介してタンク10の内部空間11へと封入される窒素ガスが流通する供給流路71と、タンク10から排出されるガスを回収する回収流路77と、を備える。内圧調整機構70は、ガス(例えば窒素ガス)をタンク10に封入することによる加圧と、封入したガスを回収することによる減圧と、を実行することによって、ライナ20内の圧力を調整する。
As shown in FIG. 5, the internal
供給流路71には、タンク10へと向けてガスを圧送する加圧ポンプ72が配置されている。供給流路71のうち加圧ポンプ72とタンク10との間には、開閉弁75が配置されている。開閉弁75は、供給流路71のうち開閉弁75を挟んで加圧ポンプ72側とタンク側とを、非連通状態と連通状態とのいずれか一方の状態に切り替える。
A
回収流路77には、ライナ20内に封入されたガスの回収を補助するための減圧ポンプ78が配置されている。回収流路77のうち減圧ポンプ78とタンク10との間には、調圧弁79が配置されている。調圧弁79は、回収流路77の流路幅を段階的に調整することが可能な弁機構である。回収流路77には、タンク10と調圧弁79との間の空間の圧力を計測するための圧力センサ81が配置されている。
A
上記内圧調整機構70および樹脂含浸成形用金型50は、RTM成形工程(S200)における一連の制御を統括して管理する制御部82に接続している。制御部82は、図示しない中央演算処理装置(CPU)と、記憶装置とを有するマイクロコンピュータである。記憶装置は、たとえば、RAM、ROM、ハードディスクドライブ(HDD)である。HDDまたはROMには本実施形態において提供される方法を実現するための各種プログラムが格納されており、HDDまたはROMから読み出された各種プログラムはRAM上に展開され、CPUによって実行される。記憶装置には、上述した各圧力センサ63,81の検出結果が格納される。圧力センサ63,81が計測した圧力情報は、制御部82へと送信される。
The internal
制御部82は、受信した圧力情報に応じて、加圧ポンプ72と開閉弁75と調圧弁79と減圧ポンプ78とを制御することによって、ライナ20内の圧力を調整する。このように、制御部82は、各センサ63,81の検出結果を用いて、内圧調整機構70の制御の他、ピストン56,57の昇降制御などを行う。
The
A4.RTM成形工程(S200)の詳細:
図6は、RTM成形工程(S200)の詳細工程を示すフローチャートである。図6に示すように、RTM成形工程(S200)は、収容工程(S201)と、樹脂注入工程(S202)と、充填工程(S203)と、検知工程(S204)と、内圧低減工程(S205)と、型開き工程(S206)と、を備え、これらの各工程(S201,S202,S203,S204,S205、S206)が順に実行される。
A4. Details of the RTM molding process (S200):
Fig. 6 is a flow chart showing the detailed steps of the RTM molding process (S200). As shown in Fig. 6, the RTM molding process (S200) includes a containing process (S201), a resin injection process (S202), a filling process (S203), a detection process (S204), an internal pressure reduction process (S205), and a mold opening process (S206), and these processes (S201, S202, S203, S204, S205, S206) are performed in order.
収容工程(S201)では、上金型51が開いた状態で、下金型52の下収容部55にタンク10を収容し、上金型51により型締めする。これにより、タンク10は、収容部60に収容される。樹脂注入工程(S202)では、図3において矢印A1に示すように、樹脂材料を、樹脂含浸成形用金型50の材料流路54から材料貯留部61へと供給する。
In the accommodation step (S201), the
充填工程(S203)では、図4に示すように、樹脂材料を、ピストン56,57により加圧繊維束に充填させる。材料貯留部61に貯留された樹脂材料は、ピストン56,57の押圧作用により、図4において矢印A2に示すように、設定された樹脂圧によりタンク10側へ加圧充填される。このとき、タンク10の内圧は、樹脂圧よりも大きくなるように内圧調整機構70により調整される。これは、樹脂圧によりタンク10が潰れないようにするためである。
In the filling step (S203), as shown in FIG. 4, the resin material is filled into the pressurized fiber bundle by
図7は、ピストン56,57の充填加圧動作の開始後における、タンク10の内圧および樹脂圧の変化をグラフに示す図である。図7において、タンク10の内圧の変化を実線で示し、樹脂圧の変化を破線で示している。なお、図7では、4つの圧力センサ63により検出されたそれぞれの樹脂圧を、4つの破線により図示している。また、本実施形態の内圧低減工程(S205)を行わない比較形態におけるタンク10の内圧の変化を、二点鎖線で示している。本実施形態では、樹脂圧は5MPaに設定されている。図7に示すように、時間0~T1までの間に、ピストン56,57による押圧が実行される。時間T1のとき、ピストン56,57は図4の状態にある。時間0~T1までの間、樹脂圧は、ピストン56,57による押圧の影響を受けるため、短い時間で上昇および下降を繰り返す。このため、樹脂圧のグラフとしては、上下に細かくジグザグとした波形を示している。
Figure 7 is a graph showing the change in the internal pressure and resin pressure of the
その後、ピストン56,57の位置は維持されたままで、時間T1から時間T2までの間、樹脂圧は徐々に上昇する。そして、繊維に含浸した樹脂が硬化し始めることにより、繊維を拘束し始める時点T2から、樹脂圧は徐々に下がっていく。この時間T2における樹脂が硬化し始めるポイントを、「樹脂硬化開始点P」という。検知工程(S204)では、樹脂材料が硬化することにより樹脂圧が下がり始める樹脂硬化開始点Pを検知する。樹脂硬化開始点Pは、圧力センサ63によるセンシングにより、制御部82によって検知される。
Thereafter, the positions of
時間0~T1までが充填工程(S203)に対応し、時間T2~T3までが内圧低減工程(S205)に対応している。内圧低減工程(S205)では、樹脂硬化開始点Pが検知された後、調圧弁79により、タンク10の内圧を低減する。このとき、内圧から樹脂圧を引いた差圧Dが正の値であって、かつ予め定めた所定値以下となるように、内圧調整機構70により内圧を低減する。差圧Dが大きいことは、キュア工程(S300)後、完成品としての高圧タンク1の繊維強化樹脂層30の一部が剥離する原因になるためである。樹脂圧としては、複数の圧力センサ63から得られた圧力値の平均値を用いることができる。
The period from time 0 to T1 corresponds to the filling step (S203), and the period from time T2 to T3 corresponds to the internal pressure reduction step (S205). In the internal pressure reduction step (S205), after the resin hardening start point P is detected, the
ここで、予め定めた所定値とは、例えば、約0.5MPa、または、樹脂圧の10%程度である。本願発明者は、差圧Dの設定を種々変更し、完成品としての高圧タンク1に発生する剥離がどの程度であるかを見る試験を行った。キュア工程(S300)でのタンク10の設定温度は110℃とし、設定温度に達してからの放置時間を20分とした。その結果、剥離の抑制効果は、差圧Dが小さいほど高かった。そして、概ね、差圧Dが0.5MPa以下であれば、剥離の発生が少なく、製品精度を満たしていた。なお、剥離の発生状況は、キュア工程(S300)でのワーク(タンク10)の設定温度、加熱時間等の各種設定条件や、含浸させる樹脂の種類によっても変わってくるため、剥離を抑制可能な差圧Dの狙い値は、諸々の加工条件が決まった段階で試験を行い、完成品が規格を満たす程度に設定することが好ましい。
Here, the predetermined value is, for example, about 0.5 MPa or about 10% of the resin pressure. The inventors of the present application performed tests by changing the setting of the differential pressure D in various ways to see the extent to which peeling occurs in the high-
この内圧低減工程(S205)により、樹脂硬化開始点P以降の差圧Dは、正の値であって、かつ予め定めた所定値以下に維持される。すなわち、図7において二点鎖線で示すように、内圧低減工程(S205)を行わずに内圧の制御をなりゆきに任せた場合は、樹脂圧の下降に伴い内圧が上昇していくために差圧が大きくなるのに対し、本実施形態では、差圧Dは所定値以下に維持される。内圧低減工程(S205)が終了し、材料の供給開始から予め定められた時間が経過したら、樹脂の硬化がある程度まで進行したと判断し、型開き工程(S206)に移行する。型開き工程(S206)では、上金型51が取り外されて、タンク10が収容部60から取り出される。その後、上記キュア工程(S300)が実行される。
By this internal pressure reduction process (S205), the differential pressure D after the resin hardening start point P is maintained at a positive value and below a predetermined value. That is, as shown by the two-dot chain line in FIG. 7, if the internal pressure reduction process (S205) is not performed and the internal pressure control is left to chance, the differential pressure increases as the resin pressure decreases, whereas in this embodiment, the differential pressure D is maintained below a predetermined value. When the internal pressure reduction process (S205) is completed and a predetermined time has elapsed since the start of the material supply, it is determined that the resin has hardened to a certain extent, and the mold opening process (S206) is started. In the mold opening process (S206), the
上記第1実施形態の高圧タンク1の製造方法によれば、内圧低減工程(S205)において、検知工程(S204)により樹脂硬化開始点Pが検知された以降、内圧調整機構70によりタンク10の内圧を低減するため、内圧と樹脂圧との差圧Dは、所定値以下に小さく調整される。この差圧Dが大きいことは、完成品としての高圧タンク1の繊維強化樹脂層30の一部が剥離する原因になる。
According to the manufacturing method of the high-
より詳しくは、キュア工程(S300)後に発生する繊維強化樹脂層30の剥離は、RTM成形(S200)時において、内圧と樹脂圧との差圧Dが拡張力として繊維に作用し、この拡張力が残留応力となり、この状態で、キュア工程(S300)時にタンク10を加熱した際に、樹脂と繊維との間の剪断強度が下がり、残留応力が剪断強度を上回ることに起因する。上記形態では、剥離の原因となるRTM成形工程(S200)時における内圧と樹脂圧との差圧Dを低く抑えることにより、残留応力が剪断強度を上回ることを抑制し、その結果、こうした剥離の発生を低減できる。
More specifically, the peeling of the fiber-reinforced
また、樹脂硬化開始点Pが検知された以降の所定時間で内圧を低減するだけであるため、RTM成形工程(S200)の全域に亘って複雑な制御をする必要がない。 In addition, since the internal pressure is only reduced at a predetermined time after the resin hardening start point P is detected, there is no need for complex control throughout the entire RTM molding process (S200).
B.他の実施形態:
(B1)上記第1実施形態の高圧タンク1の製造方法を実施する樹脂含浸成形用金型50は、ピストン56,57を有し、ピストン56,57により樹脂の充填加圧を行うものとしたが、ピストン56,57によるものでなくてもよい。また、各ピストン56,57の形状についても、平面視円形状に限定されるものではない。各ピストン56,57の形状は、例えば平面視で角部が円弧状とされた略矩形状等とされていてもよい。
B. Other embodiments:
(B1) The resin impregnation molding die 50 for implementing the manufacturing method of the high-
(B2)上記第1実施形態の高圧タンク1の製造方法では、複数(4つ)の圧力センサ63から樹脂圧を検出するものとしたが、圧力センサ63の数は、4つには限らず1つであってもよく、また、4つ以外の任意の複数であってもよい。また、圧力センサ63は、上収容部53の内壁面に代えて、下収容部55の内壁面に設けられてもよい。圧力センサ63は、収容部60に限らず、例えば、材料流路54や材料貯留部61などの金型50の内部空間の任意の位置に配置されてもよい。また、例えば、加圧機構を構成するピストン56,57による樹脂材料の圧送圧力を検出するためのセンサを加圧機構が備える場合などには、圧力センサ63は省略されてもよい。
(B2) In the manufacturing method of the high-
(B3)上記第1実施形態の高圧タンク1の製造方法では、RTM成形工程(S200)において、時間T2以降、内圧は、ほぼ同じ値を維持するようにしたが、剥離の発生に影響を与えると考えられる所定時間(例えば少なくとも60秒程度)を超える間、差圧Dを所定値以下に維持できればよく、その後は、樹脂圧より下がらない程度に徐々に下げてもよい。
(B3) In the manufacturing method of the high-
本開示は、上記各実施形態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各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又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。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be realized in various configurations without departing from the spirit of the disclosure. For example, the technical features in each embodiment corresponding to the technical features in each form described in the Summary of the Invention column can be replaced or combined as appropriate to solve some or all of the above-described problems or to achieve some or all of the above-described effects. Furthermore, if a technical feature is not described in this specification as essential, it can be deleted as appropriate.
1…高圧タンク、10…タンク、11…内部空間、20…ライナ、30…繊維強化樹脂層、31…炭素繊維強化樹脂層、35…ガラス繊維強化樹脂層、40…樹脂層、50…樹脂含浸成形用金型、51…上金型、52…下金型、53…上収容部、54…材料流路、55…下収容部、56,57…ピストン、58,59…保持部、60…収容部、61…材料貯留部、63…圧力センサ、70…内圧調整機構、71…供給流路、72…加圧ポンプ、75…開閉弁、77…回収流路、78…減圧ポンプ、79…調圧弁、81…圧力センサ、82…制御部、91…第1の口金、92…第2の口金 1...High pressure tank, 10...Tank, 11...Internal space, 20...Liner, 30...Fiber reinforced resin layer, 31...Carbon fiber reinforced resin layer, 35...Glass fiber reinforced resin layer, 40...Resin layer, 50...Resin impregnation molding die, 51...Upper die, 52...Lower die, 53...Upper storage section, 54...Material flow path, 55...Lower storage section, 56, 57...Piston, 58, 59...Holding section, 60...Storage section, 61...Material storage section, 63...Pressure sensor, 70...Internal pressure adjustment mechanism, 71...Supply flow path, 72...Pressure pump, 75...Opening and closing valve, 77...Recovery flow path, 78...Decompression pump, 79...Pressure adjustment valve, 81...Pressure sensor, 82...Control section, 91...First nozzle, 92...Second nozzle
Claims (1)
熱硬化前の繊維強化樹脂層を構成する繊維束がライナの外側に巻回された前記高圧タンクの中間生成品であるタンクを、前記樹脂含浸成形用金型内に収容する収容工程と、
前記タンクの内圧を、前記樹脂含浸成形用金型内に加圧充填される樹脂材料の圧力である樹脂圧よりも大きくなるように内圧調整機構により調整した状態で、前記樹脂材料を前記樹脂含浸成形用金型内に加圧充填して前記繊維束に充填させる充填工程と、
前記充填工程後に、前記樹脂材料が硬化することにより前記樹脂圧が下がり始める樹脂硬化開始点を検知する検知工程と、
前記検知工程において前記樹脂硬化開始点を検知した後に、前記内圧から前記樹脂圧を引いた差圧が正の値であって、かつ予め定めた所定値以下となるように、前記内圧調整機構により前記タンクの前記内圧を低減する内圧低減工程と、
を有する高圧タンクの製造方法。 A method for manufacturing a high-pressure tank using a resin impregnation molding die, comprising the steps of:
A process of placing a tank, which is an intermediate product of the high-pressure tank in which the fiber bundle constituting the fiber reinforced resin layer before thermal curing is wound around the outside of the liner, in the resin impregnation molding die;
a filling step of pressurizing and filling the resin material into the resin impregnation molding die to fill the fiber bundle while adjusting the internal pressure of the tank by an internal pressure adjustment mechanism so as to be greater than a resin pressure, which is a pressure of the resin material pressurized and filled into the resin impregnation molding die;
a detection step of detecting a resin hardening start point at which the resin pressure starts to decrease as the resin material hardens after the filling step;
an internal pressure reducing step of reducing the internal pressure of the tank by the internal pressure adjusting mechanism after detecting the resin hardening start point in the detection step, so that a differential pressure obtained by subtracting the resin pressure from the internal pressure is a positive value and is equal to or less than a predetermined value;
A method for manufacturing a high-pressure tank having the above structure.
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