JP7690887B2 - 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.
例えば、特許文献1には、高圧タンクのドーム部にプロテクタを装着して、ドーム部を保護する技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a technology for protecting the dome portion of a high-pressure tank by attaching a protector to the dome portion.
高圧タンクにプロテクタを装着する場合は、高圧タンクのドーム部の外表面またはプロテクタの内面に接着剤を塗布し、プロテクタを高圧タンクのドーム部に押圧する。高圧タンクがフィラメントワインディング法によって形成されている場合は、繊維に含浸された樹脂の量や粘度、繊維に加えられる張力、繊維の巻き位置のばらつきにより、ドーム部の表面形状が高圧タンクの個体によって異なる。そのため、ドーム部の表面形状の個体差によらずにプロテクタの内面とドーム部の外表面を密着させることが困難であった。また、高圧タンクにプロテクタを固定するには、接着剤が硬化するまで治具によってプロテクタを高圧タンクのドーム部に押圧した状態を保つことが好ましい。治具によってプロテクタを高圧タンクに押圧する場合には治具を配置するためのスペースが必要であるため、接着剤が硬化するまでの長時間にわたりタンクと治具を設置するための広いスペースが専有されるという問題があった。 When attaching a protector to a high-pressure tank, adhesive is applied to the outer surface of the dome of the high-pressure tank or the inner surface of the protector, and the protector is pressed against the dome of the high-pressure tank. When the high-pressure tank is formed by the filament winding method, the surface shape of the dome varies from one high-pressure tank to another due to the amount and viscosity of the resin impregnated in the fibers, the tension applied to the fibers, and the variation in the winding position of the fibers. Therefore, it was difficult to make the inner surface of the protector and the outer surface of the dome adhere to each other regardless of the individual differences in the surface shape of the dome. In addition, in order to fix the protector to the high-pressure tank, it is preferable to keep the protector pressed against the dome of the high-pressure tank with a jig until the adhesive hardens. When pressing the protector against the high-pressure tank with a jig, space is required to place the jig, so there was a problem that a large space was occupied for a long time until the adhesive hardened to install the tank and the jig.
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、円筒部と前記円筒部の両端に配置されるドーム部とを有する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、前記ドーム部の外表面の曲率よりも大きい曲率の内面を有し弾性を有するプロテクタの内面、または前記ドーム部の外表面の少なくとも一方に接着剤を塗布する工程と、前記プロテクタを前記ドーム部に対して押圧し前記プロテクタの内面と前記ドーム部の外表面を密着させる工程と、前記プロテクタを押圧したまま、前記プロテクタの前記円筒部側の端部である一端部と、前記プロテクタの前記一端部以外の部分とのうち、前記一端部のみを加熱して前記一端部の前記接着剤を硬化し、前記一端部を前記ドーム部と固定する工程と、前記一端部の前記接着剤が硬化した後に、前記プロテクタのうち前記一端部が前記ドーム部と固定されている状態で、前記プロテクタへの押圧を解放する工程と、を備える。
この形態の高圧タンクの製造方法によれば、ドーム部の表面形状の個体差によらずにプロテクタの内面とドーム部の外表面を密着させることができる。また、プロテクタの内面とドーム部の外面が密着した状態でプロテクタの円筒部側の端部の接着剤を硬化させることで、その後プロテクタへの押圧を解放しても、プロテクタをドーム部に密着させ続けることができる。したがって、タンクと治具を設置するための広いスペースが専有される時間を短縮することができる。
According to one aspect of the present disclosure, there is provided a method for manufacturing a high-pressure tank having a cylindrical portion and dome portions disposed at both ends of the cylindrical portion, the method for manufacturing the high-pressure tank comprising the steps of: applying an adhesive to at least one of an inner surface of an elastic protector having an inner surface with a curvature larger than a curvature of an outer surface of the dome portion or an outer surface of the dome portion, pressing the protector against the dome portion to bring the inner surface of the protector into close contact with the outer surface of the dome portion, heating only one end of the protector, which is an end of the protector on the cylindrical portion side, and a portion of the protector other than the one end, while keeping the protector pressed, to harden the adhesive of the one end and fix the one end to the dome portion, and releasing the pressure on the protector after the adhesive of the one end has hardened and the one end of the protector is fixed to the dome portion.
According to this embodiment of the manufacturing method of the high-pressure tank, the inner surface of the protector and the outer surface of the dome portion can be tightly attached to each other regardless of individual differences in the surface shape of the dome portion. Also, by hardening the adhesive at the end of the cylindrical portion of the protector while the inner surface of the protector and the outer surface of the dome portion are in tight contact with each other, the protector can continue to be tightly attached to the dome portion even after the pressure on the protector is released. Therefore, the time required to occupy a large space for installing the tank and the jig can be shortened.
A.第1実施形態:
図1は、高圧タンク100の概略構成を示す断面図である。高圧タンク100は、例えば、10~70MPaの高圧水素を収容し、燃料電池車両に搭載される。高圧タンク100は、タンク本体110と、プロテクタ50とを備える。タンク本体110は、ライナ10と、補強層20と、口金30,40とを備える。
A. First embodiment:
1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a high-
ライナ10は、その内部に水素ガス等を貯留するための中空容器である。ライナ10は、例えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン等の水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂によって形成されていてもよいし、金属によって形成されていてもよい。ライナ10の軸線は、高圧タンク100の軸線AXと一致する。
The
補強層20は、ライナ10の周囲を覆う層であり、ライナ10を補強するための層である。補強層20は、例えば、フィラメントワインディング法によって形成される。具体的には、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維をライナ10の外表面に張力をかけながら巻回させて積層し、その後、加熱によって熱硬化性樹脂を硬化させることで形成される。ライナ10に巻き付ける繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が用いられる。繊維に含浸させる熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等が用いられる。補強層20は、略円筒形状の円筒部21と、円筒部21の両端に連続して設けられた略半球形状のドーム部22とを有する。円筒部21の軸線と、ドーム部22の軸線とは、高圧タンク100の軸線AXと一致する。
The reinforcing
口金30,40は、各ドーム部22の頂部に設けられている。口金30,40は、例えば、アルミニウムまたはその合金等の金属によって形成されている。一方の口金30は、高圧タンク100へのガスの充填、あるいは、高圧タンク100からのガスの放出のために用いられる。他方の口金40は、封止されており、製造時の芯出し等に用いられる。なお、口金40は省略されてもよい。
The
プロテクタ50は、例えば高圧タンク100が落下した場合に、衝撃を吸収してタンク本体110を保護するために、各ドーム部22に装着されている。プロテクタ50は、例えば、ポリウレタン、シリコーン、発泡スチロール等の弾性を有する樹脂から形成されている。プロテクタ50の形状は、高圧タンク100の軸線AXに沿って見たときに、口金30,40に対応する部分に穴を有するドーナツ形の形状であり、その内面はドーム状である。
The
図2は、本実施形態においてタンク本体110にプロテクタ50を装着する方法を示す工程図である。タンク本体110へのプロテクタ50の装着は、高圧タンク100の製造における一工程として実行される。タンク本体110へのプロテクタ50の装着が実行される前に、予めタンク本体110が準備されている。
Figure 2 is a process diagram showing a method for attaching the
まず、ステップS10において、プロテクタ50の内面またはドーム部22の外表面の少なくとも一方に接着剤が塗布される。接着剤としては、例えば、FIPGが使用される。接着剤は、高温条件下において短時間で硬化するものが好ましく、FIPG以外であってもよい。
First, in step S10, adhesive is applied to at least one of the inner surface of the
図3は、図2のステップS10の一例として、プロテクタ50の内面に接着剤60を塗布した状態の、タンク本体110とプロテクタ50の断面図を示している。図3には、それぞれ直交するX,Y,Z方向が示されている。Z方向は、高圧タンク100の軸線AXに平行な方向である。X方向は、紙面に垂直な方向である。Y方向は、X方向およびZ方向に直交する方向である。図3におけるX,Y,Z方向と、他の図におけるX,Y,Z方向とは、同じ方向を表している。
Figure 3 shows a cross-sectional view of the
プロテクタ50は、ドーム部22に押圧されて弾性変形した状態で、タンク本体110に固定される。図3は、ドーム部22に押圧される前のプロテクタ50の形状を示している。プロテクタ50がドーム部22に押圧されていない状態では、YZ平面において、プロテクタ50の内面の曲率はドーム部22の外表面の曲率よりも大きい。そのため、プロテクタ50の内面とドーム部22の外表面との間に隙間が存在する。
The
次に、図2のステップS20において、プロテクタ50がドーム部22に押圧される。図4は、図2のステップS20において、治具70によってプロテクタ50をドーム部22に押圧した状態の、タンク本体110とプロテクタ50の断面図を示している。治具70は、XY平面で環状の形状であり、プロテクタ50を-Z方向に押圧する。プロテクタ50をドーム部22に対して-Z方向に押圧することにより、プロテクタ50が弾性変形し、プロテクタ50の内面とドーム部22の外表面が密着する。プロテクタ50の内面の曲率は、プロテクタ50をドーム部22に押圧したときに、互いに密着する曲率に定められている。プロテクタ50が弾性変形することで、ドーム部22の表面形状の個体差によらずに、プロテクタ50の内面とドーム部22の外表面を密着させることができる。また、プロテクタ50の内面とドーム部22の外表面が密着することで、接着剤60が薄く均一に広がる。なお、治具70の形状およびプロテクタ50への押圧方向は、プロテクタ50の内面とドーム部22の外表面を密着できる形状および押圧方向であればよい。
2, the
次に、図2のステップS30において、プロテクタ50の円筒部21側の端部である一端部51が加熱される。ステップS30では、プロテクタ50は治具70によってドーム部22に押圧されたままである。ステップS30では、図4に示すように、一端部51をヒーター80で加熱することで、一端部51付近の接着剤60を硬化し、一端部51をドーム部22と固定する。ヒーター80としては、例えば、赤外線ヒーターや温風ヒーターを用いることができる。短時間で一端部51付近の接着剤60を硬化するためには、一端部51の厚みが、プロテクタ50の一端部51以外の部分の厚みと比べて薄いことが好ましい。なお、本実施形態では、ヒーター80は治具70と一体として形成されているが、ヒーター80は治具70と一体として形成されていなくてもよい。
2, the one
最後に、図2のステップS40において、治具70によるプロテクタ50に対する押圧を解放する。プロテクタ50に対する押圧を解放した時点では、プロテクタ50は、一端部51だけがドーム部22と固定されている。このとき、プロテクタ50の復元力によって、ドーム部22の外表面を垂直方向に押す力がプロテクタ50の内部に生じている。そのため、一端部51がドーム部22に固定されていれば、治具70によるプロテクタ50に対する押圧を解放しても、プロテクタ50の内面がドーム部22の外表面に密着した状態を保つことができる。したがって、治具70によってプロテクタ50をドーム部22に押圧した状態を保たなくても、プロテクタ50の一端部51以外の部分の内面をドーム部22の外表面に固定することができる。
2, the pressure applied to the
以上で説明した本実施形態における高圧タンク100の製造方法によれば、YZ平面において、プロテクタ50の内面の曲率はドーム部22の外表面の曲率よりも大きく、治具70によってプロテクタ50をドーム部22に対して-Z方向に押圧すると、プロテクタ50が弾性変形することにより、プロテクタ50の内面とドーム部22の外表面が密着する。そのため、ドーム部22の表面形状の個体差によらずに、プロテクタ50の内面とドーム部22の外表面を密着させることができる。プロテクタ50をドーム部22に対して押圧したまま一端部51をヒーター80で加熱し、一端部51をドーム部22に固定すると、ドーム部22の外表面を垂直方向に押す力がプロテクタ50の内部に生じる。よって、一端部51をドーム部22に固定した後に治具70によるプロテクタ50への押圧を解放しても、プロテクタ50がドーム部22に密着した状態を維持することができ、プロテクタ50をタンク本体110に固定することができる。したがって、一端部51がタンク本体110に固定された後は治具70が不要となり、接着剤60の全体が硬化するまでの長時間にわたり、高圧タンク100と治具70を設置するための広いスペースを専有する必要をなくすことができる。また、プロテクタ50をドーム部22に押圧することにより、塗布された接着剤60が広がって薄くなるため、一端部51付近の接着剤60の硬化にかかる時間を短縮することができる。
According to the manufacturing method of the high-
B.第2実施形態:
図5は、第2実施形態におけるプロテクタ50aの内面の形状を示す図である。プロテクタ50aの内面には、プロテクタ50aをドーム部22に押圧した場合に開くスリット52が設けられている。スリット52は、XY平面において環状に設けられていることが好ましく、スリット52の深さ方向は、ドーム部22の表面に対して垂直となる方向に設けられていることが好ましい。高圧タンク100を設置するためのスペースが限られている場合に、プロテクタ50aの衝撃吸収性能を高めるためには、例えば、プロテクタ50aの硬度を高くすることや、高圧タンク100の軸線AXに対する角度が45°の方向のプロテクタ50aの厚みを厚くすることが有効である。しかし、プロテクタ50aの硬度を高くしたり、高圧タンク100の軸線AXに対する角度が45°の方向のプロテクタ50aの厚みを厚くしたりすると、プロテクタ50aをドーム部22に押圧した場合に、プロテクタ50aの内面とドーム部22の外表面を密着させることが困難になる。しかし、プロテクタ50aにスリット52を設けることにより、例えば、治具70によってプロテクタ50aをドーム部22に押圧した際に治具70がプロテクタ50aから受ける反力や、プロテクタ50aの弾性限度を調節することができる。したがって、スリット52を設けることにより、衝撃吸収性能の高いプロテクタ50aであっても、プロテクタ50aの内面とドーム部22の外表面を密着させることができる。
B. Second embodiment:
5 is a diagram showing the shape of the inner surface of the
C.他の実施形態:
上記各実施形態では、プロテクタ50の形状は、高圧タンク100の軸線AXに沿って見たときに、口金30,40に対応する部分に穴を有するドーナツ形の形状であった。これに対して、一方のドーム部22のみに口金を有するタンク本体110の、口金を有していない片方のドーム部22にプロテクタ50を装着する場合の、プロテクタ50の形状は、ドーム部22の外表面の曲率よりも大きい曲率のドーム状の内面を有し、ドーム部22の全体に覆い被さる形状であってもよい。この場合、プロテクタ50がドーム部22に押圧されたときにプロテクタ50の内面がドーム部22の外表面に密着すればよく、プロテクタ50がドーム部22に押圧されていない状態では、ドーム部22の頂点部分に対応するプロテクタ50の内面は、ドーム部22の外表面と接していなくてもよい。
C. Other embodiments:
In each of the above embodiments, the shape of the
本開示は、上述の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 present disclosure. For example, the technical features in the embodiments 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 as essential in this specification, it can be deleted as appropriate.
10…ライナ、20…補強層、21…円筒部、22…ドーム部、30,40…口金、50…プロテクタ、51…一端部、52…スリット、60…接着剤、70…治具、80…ヒーター、100…高圧タンク、110…タンク本体、AX…高圧タンクの軸線 10...liner, 20...reinforcing layer, 21...cylindrical portion, 22...dome portion, 30, 40...ferrule, 50...protector, 51...one end, 52...slit, 60...adhesive, 70...jig, 80...heater, 100...high pressure tank, 110...tank body, AX...axis of high pressure tank
Claims (2)
前記ドーム部の外表面の曲率よりも大きい曲率の内面を有し弾性を有するプロテクタの内面、または前記ドーム部の外表面の少なくとも一方に接着剤を塗布する工程と、
前記プロテクタを前記ドーム部に対して押圧し前記プロテクタの内面と前記ドーム部の外表面を密着させる工程と、
前記プロテクタを押圧したまま、前記プロテクタの前記円筒部側の端部である一端部と、前記プロテクタの前記一端部以外の部分とのうち、前記一端部のみを加熱して前記一端部の前記接着剤を硬化し、前記一端部を前記ドーム部と固定する工程と、
前記一端部の前記接着剤が硬化した後に、前記プロテクタのうち前記一端部が前記ドーム部と固定されている状態で、前記プロテクタへの押圧を解放する工程と、
を備える、高圧タンクの製造方法。 A method for manufacturing a high-pressure tank having a cylindrical portion and dome portions disposed on both ends of the cylindrical portion, comprising the steps of:
applying an adhesive to at least one of an inner surface of a protector having an inner curvature larger than a curvature of the outer surface of the dome portion and an outer surface of the dome portion;
pressing the protector against the dome portion to bring the inner surface of the protector into intimate contact with the outer surface of the dome portion;
a step of heating only one end portion of the protector, which is an end portion of the protector on the cylindrical portion side, and a portion of the protector other than the one end portion while keeping the protector pressed, to harden the adhesive of the one end portion and fix the one end portion to the dome portion ;
releasing the pressure on the protector after the adhesive at the one end has hardened, while the one end of the protector is fixed to the dome portion ;
A method for manufacturing a high-pressure tank comprising the steps of:
前記プロテクタの内面には、前記高圧タンクの軸線に直交する面において環状のスリットが設けられている、An annular slit is provided on the inner surface of the protector in a plane perpendicular to the axis of the high-pressure tank.
高圧タンクの製造方法。A method for manufacturing high-pressure tanks.
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