JP7207103B2 - 高圧タンク及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、高圧タンク及びその製造方法に関する。
燃料電池自動車に搭載される水素タンク等の高圧タンクとして、円筒状の胴体部と胴体部の軸方向の両端に設けられたドーム部とを有するライナーと、樹脂が含浸された繊維を巻き付けることによってライナーを覆うように形成された補強層と、を備えるものが知られている。そして、補強層は、胴体部の外周に樹脂が含浸された繊維をフープ巻きにして積層されたフープ層と、ドーム部を含むライナーの外周に樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きにして積層されたヘリカル層とを有する。このように構成された高圧タンクは、安全性を確保するために、高い引張強度及び疲労強度が求められている。このような要求に応えるべく、様々な技術が提案されている。
一例として、例えば下記特許文献１には、ライナーのドーム部に巻き付けられる繊維にプラズマを照射することで繊維に対する樹脂の密着性を高め、高圧タンクの疲労強度を向上する技術が開示されている。
国際公開第２０１７／１４９８１７号
しかし、上述の技術では、プラズマ照射は樹脂が含浸された繊維の表層部分しか届かず、樹脂が含浸された繊維の内層部分まで届かないので、疲労強度を向上するには限界があった。また、このようなプラズマ照射だけでは、高圧タンクの引張強度を向上するのは困難であった。
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、引張強度及び疲労強度を両立できる高圧タンク及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る高圧タンクは、円筒状の胴体部と前記胴体部の軸方向の両端に設けられたドーム部とを有するライナーと、樹脂が含浸された繊維をフープ巻きにして前記胴体部を覆うように積層されたフープ層と、樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きにして少なくとも前記ドーム部を覆うように積層されたヘリカル層と、を備える高圧タンクであって、前記胴体部を覆うフープ層における繊維と樹脂との界面強度は、前記ドーム部を覆うヘリカル層における繊維と樹脂との界面強度と比べて、疲労強度が低く且つ引張強度が高いことを特徴としている。
本発明に係る高圧タンクでは、胴体部を覆うフープ層における繊維と樹脂との界面強度は、ドーム部を覆うヘリカル層における繊維と樹脂との界面強度と比べて疲労強度が低く且つ引張強度が高い。これによって、高圧タンクの引張強度に大きく影響する胴体部が、引張強度の高い界面強度を有するフープ層で補強されており、高圧タンクの疲労強度に大きく影響するドーム部が、疲労強度の高い界面強度を有するヘリカル層で補強されることになる。その結果、高圧タンクの引張強度及び疲労強度を両立させることができる。
本発明に係る高圧タンクにおいて、前記胴体部を覆うフープ層と前記ドーム部を覆うヘリカル層とで、用いられる繊維及び／又は樹脂が異なることが好ましい。
また、本発明に係る高圧タンクにおいて、前記胴体部を覆うフープ層と前記ドーム部を覆うヘリカル層とで、樹脂を加熱する加熱量が異なることが好ましい。
本発明に係る高圧タンクの製造方法は、円筒状の胴体部と前記胴体部の軸方向の両端に設けられたドーム部とを有するライナーと、樹脂が含浸された繊維をフープ巻きにして前記胴体部を覆うように積層されたフープ層と、樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きにして少なくとも前記ドーム部を覆うように積層されたヘリカル層と、を備える高圧タンクの製造方法であって、繊維と樹脂との界面強度において、前記ドーム部を覆うヘリカル層と比べて疲労強度が低く且つ引張強度が高くなるように、前記胴体部を覆うフープ層を積層するフープ層積層工程と、繊維と樹脂との界面強度において、前記胴体部を覆うフープ層と比べて疲労強度が高く且つ引張強度が低くなるように、前記ドーム部を覆うヘリカル層を積層するヘリカル層積層工程と、を含むことを特徴としている。
本発明に係る高圧タンクの製造方法では、繊維と樹脂との界面強度において、ドーム部を覆うヘリカル層と比べて疲労強度が低く且つ引張強度が高くなるように、胴体部を覆うフープ層を積層するフープ層積層工程と、繊維と樹脂との界面強度において、胴体部を覆うフープ層と比べて疲労強度が高く且つ引張強度が低くなるように、ドーム部を覆うヘリカル層を積層するヘリカル層積層工程と、を含む。これによって、高圧タンクの引張強度に大きく影響する胴体部を、引張強度の高い界面強度を有するフープ層で補強しつつ、高圧タンクの疲労強度に大きく影響するドーム部を、疲労強度の高い界面強度を有するヘリカル層で補強することができる。その結果、製造された高圧タンクの引張強度及び疲労強度を両立させることができる。
本発明に係る高圧タンクの製造方法において、前記フープ層積層工程と、前記ヘリカル層積層工程とで、用いられる繊維及び／又は樹脂が異なることが好ましい。
また、本発明に係る高圧タンクの製造方法において、積層されたフープ層及びヘリカル層を熱硬化させる熱硬化工程を更に含み、前記熱硬化工程において、前記胴体部を覆うフープ層を加熱する加熱量と、前記ドーム部を覆うヘリカル層を加熱する加熱量とは異なることが好ましい。
本発明によれば、引張強度及び疲労強度を両立させることができる。
高圧タンクの構造を示す断面図である。 フープ巻きを説明するための模式図である。 ヘリカル巻きを説明するための模式図である。 繊維と樹脂との界面強度及び引張強度の関係を示す図である。 繊維と樹脂との界面強度及び疲労強度の関係を示す図である。 胴体部を覆うフープ層及びドーム部を覆うヘリカル層を熱硬化する様子を示す模式図である。 ライナーの部位と風速との関係を示す図である。 通常の熱硬化時、通常の熱硬化とＩＨヒータによる口金伝熱との併用時におけるドーム部の温度変化を示す図である。 口金伝熱時のドーム部の温度上昇を示す図である。 実施例１に関する界面接着強度と引張強度との結果を示す図である。
以下、図面を参照して本発明に係る高圧タンク及びその製造方法の実施形態について説明する。以下の説明において、特に言及しない限り、「樹脂が含浸された繊維」を「樹脂含浸繊維」と、「繊維と樹脂との界面強度」を「界面強度」と省略する。
[高圧タンクについて]
まず、図１に基づいて高圧タンクの構造を説明する。図１は高圧タンクの構造を示す断面図である。高圧タンク１は、例えば燃料電池自動車に搭載される水素タンクであり、円筒状の胴体部１１と胴体部１１の軸方向の両端に設けられたドーム部１２とを有するライナー１０と、樹脂が含浸された繊維をフープ巻きにして胴体部１１を覆うように積層されたフープ層２１と、樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きにしてドーム部１２及び胴体部１１（すなわち、ライナー１０全体）を覆うように積層されたヘリカル層２２と、を備えている。なお、フープ層２１及びヘリカル層２２は、いわゆる補強層２０を構成する。
ライナー１０は、高圧水素を貯留する貯留空間を有する中空の容器であって、水素ガスに対するガスバリア性を有する材料によって形成されている。このライナー１０は、上述したように胴体部１１と一対のドーム部１２とからなる。ドーム部１２は、半球状を呈する。また、一対のドーム部１２の頂部には開口部がそれぞれ形成され、これらの開口部の一方にバルブ側口金１３、他方にエンド側口金１４が内挿されている。
このライナー１０は、例えば、ポリエチレンやナイロン等の樹脂部材を用いて回転・ブロー成形法によって一体的に形成されている。また、ライナー１０は、樹脂部材に代えてアルミニウム等の軽金属によって形成されても良い。更に、ライナー１０は、回転・ブロー成形法のような一体成形の製造方法に代えて、射出・押出成形等により複数に分割された部材を接合することにより形成されても良い。
フープ層２１は、図２Ａに示すように、ライナー１０の中心軸Ｌと略垂直な巻き角度で、胴体部１１の周方向に樹脂含浸繊維（例えば、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５）をフープ巻きにすることにより形成された補強層である。ここで、「略垂直」とは、９０°と、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５同士が重ならないようにフープ巻き用樹脂含浸繊維１５の巻き付け位置をずらすことによって生じ得る９０°前後の角度との両方を含む。
ヘリカル層２２は、積層されたフープ層２１とドーム部１２とを包むようにライナー１０を全体的に覆うように形成されている。このヘリカル層２２は、図２Ｂに示すように、ライナー１０の中心軸Ｌと０°より大きく９０°未満の巻き角度で、胴体部１１及びドーム部１２の周方向に樹脂含浸繊維（例えば、ヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６）をヘリカル巻きにすることによって形成されている。なお、ヘリカル巻きは、巻き角度によって低角度ヘリカル巻きと高角度ヘリカル巻きに更に分けられる。
低角度ヘリカル巻きは、すなわち巻き角度が小さい（例えば０°より大きく３０°以下）場合のヘリカル巻きであり、ヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６が中心軸Ｌを一周する前にドーム部１２におけるヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６の巻付方向の折り返しが生じる巻付方法である。高角度ヘリカル巻きは、すなわち巻き角度が大きい（例えば３０°より大きく９０°未満）場合のヘリカル巻きであり、ドーム部１２におけるヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６の巻付方向の折り返しが生じるまでに、胴体部１１においてヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６が中心軸Ｌを少なくとも一周する巻付方法である。なお、図２Ｂは低角度ヘリカル巻きを示す。
フープ巻き用樹脂含浸繊維１５とヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６とは、例えば直径が数μｍ程度の単繊維を束ねて構成されたものに、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させることにより形成されている。単繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、天然繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維を挙げることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂に代表される変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂を挙げることができる。フープ巻き用樹脂含浸繊維１５とヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６には、同じ樹脂且つ同じ繊維を用いても良く、異なる樹脂及び／又は異なる繊維を用いても良い。
ここで、本発明に至った経緯を説明する。図３Ａは繊維と樹脂との界面強度及び引張強度の関係を示す図であり、図３Ｂは繊維と樹脂との界面強度及び疲労強度の関係を示す図である。図３Ａに示すように、引張強度は、繊維と樹脂との界面強度が大きくなるに従って大きくなるが、ある値を超えると、繊維と樹脂との界面強度が大きくなっても引張強度は減少していく。一方、疲労強度は、図３Ｂに示すように、繊維と樹脂との界面強度が大きくなるに従って大きくなる。なお、ここでの引張強度は初期的強度又は静的強度ともいい、疲労強度は層間せん断強度ともいう。繊維と樹脂との界面強度は、例えば既に周知されたプッシュアウト法又はドロップレット法等によって測定することができる。
また、高圧タンク１の引張強度はライナー１０の胴体部１１を覆うフープ層２１に大きく影響され、高圧タンク１の疲労強度はライナー１０のドーム部１２を覆うヘリカル層２２に大きく影響されることが知られている。
そこで、本願発明者は、ライナー１０の胴体部１１を覆うフープ層２１における界面強度とドーム部１２を覆うヘリカル層２２における界面強度とをそれぞれ最適化すれば、すなわち、胴体部１１を覆うフープ層２１における界面強度を、引張強度ができる限り最大となる界面強度にしつつ、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２における界面強度を、疲労強度ができる限り最大となる界面強度にすることで、高圧タンク１の引張強度及び疲労強度を両立できることを見出した（図３Ａ及び図３Ｂ中の破線で囲む領域参照）。なお、この場合は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、胴体部１１を覆うフープ層２１における界面強度がドーム部１２を覆うヘリカル層２２における界面強度よりも小さいときである。
更に本願発明者は、鋭意な研究を重ねた結果、胴体部１１を覆うフープ層２１における界面強度と、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２における界面強度とをそれぞれ最適化するためには、例えばフープ巻き用樹脂含浸繊維１５とヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６に用いられる樹脂及び／又は繊維を変えること、或いは、胴体部１１を覆うフープ層２１の物性及びドーム部１２を覆うヘリカル層２２の物性を加熱で変えることで実現できることを見出した。
そして、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５とヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６に用いられる樹脂及び／又は繊維を変える手法として、例えばフープ層には、ヘリカル層における界面強度と比べて疲労強度が低く且つ引張強度が高い界面強度をもつ材料を用い、ヘリカル層には、フープ層における界面強度と比べて疲労強度が高く且つ引張強度が低い界面強度をもつ材料を用いる。
一方、胴体部１１を覆うフープ層２１の物性及びドーム部１２を覆うヘリカル層２２の物性を加熱で変える手法として、例えば、胴体部１１を覆うフープ層２１を加熱する加熱量よりも、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２を加熱する加熱量を大きくする。
従って、本実施形態に係る高圧タンク１において、胴体部１１を覆うフープ層２１における界面強度は、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２における界面強度と比べて、疲労強度が低く且つ引張強度が高い。
このように構成された高圧タンク１では、胴体部１１を覆うフープ層２１における界面強度は、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２における界面強度と比べて、疲労強度が低く且つ引張強度が高いので、高圧タンク１の引張強度に大きく影響する胴体部１１が、引張強度の高い界面強度を有するフープ層２１で補強され、高圧タンク１の疲労強度に大きく影響するドーム部１２が、疲労強度の高い界面強度を有するヘリカル層２２で補強されることになる。その結果、高圧タンク１の引張強度及び疲労強度を両立させることができる。
また、本実施形態に係る高圧タンク１において、胴体部１１を覆うフープ層２１とドーム部１２を覆うヘリカル層２２とで、用いられる繊維及び／又は樹脂が異なっても良く、或いは、繊維に含浸された樹脂を加熱する加熱量が異なっても良い。このようにすれば、胴体部１１を覆うフープ層２１における界面強度はドーム部１２を覆うヘリカル層２２における界面強度と比べて、疲労強度が低く且つ引張強度が高くなり、高圧タンク１の引張強度及び疲労強度を容易に両立させることが可能になる。
[高圧タンクの製造方法について]
以下、高圧タンク１の製造方法の実施形態を説明する。第１実施形態では、胴体部１１を覆うフープ層２１とドーム部１２を覆うヘリカル層２２とで用いられる樹脂含浸繊維の種類が異なる高圧タンクの製造方法を説明し、第２実施形態では、胴体部１１を覆うフープ層２１とドーム部１２を覆うヘリカル層２２とで樹脂を加熱する加熱量が異なる高圧タンクの製造方法を説明する。
[第１実施形態]
第１実施形態に係る高圧タンク１の製造方法は、繊維と樹脂との界面強度において、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２と比べて疲労強度が低く且つ引張強度が高くなるように、胴体部１１を覆うフープ層２１を積層するフープ層積層工程と、繊維と樹脂との界面強度において、胴体部１１を覆うフープ層２１と比べて疲労強度が高く且つ引張強度が低くなるように、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２を積層するヘリカル層積層工程と、積層されたフープ層２１及びヘリカル層２２を熱硬化する熱硬化工程と、を含む。
具体的には、まず、フープ層積層工程では、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５をライナー１０の胴体部１１に巻き付けてフープ層２１を複数積層する。このとき、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５の樹脂は、硬化剤として酸無水物を含むものであり、繊維と樹脂との界面強度が約２０ＭＰａである。なお、ここでは、硬化剤に代えて、樹脂の主剤を変更しても良く、或いは、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５の炭素繊維サイズ材のＯ／Ｃ（すなわち、炭素繊維表面の酸素濃度）を変更しても良く、又は繊維表面粗度を変更しても良く、又は繊維に塗布するサイジング剤を変更しても良い。
フープ層積層工程に続くヘリカル層積層工程では、積層されたフープ層２１とドーム部１２とを包むように、ヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６をライナー１０に巻き付けてヘリカル層２２を複数積層する。このとき、ヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６の樹脂は、硬化剤として芳香族アミンを含むものであり、繊維と樹脂との界面強度が約７６ＭＰａである。なお、ここでは、硬化剤に代えて、樹脂の主剤を変更しても良く、或いは、ヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６の炭素繊維サイズ材のＯ／Ｃ（すなわち、炭素繊維表面の酸素濃度）を変更しても良く、又は繊維表面粗度を変更しても良く、又は繊維に塗布するサイジング剤を変更しても良い。
次に、必要に応じて、上述のフープ層２１の積層工程とヘリカル層２２の積層工程とを繰り返し実施することで、ライナー１０の外周に未硬化前の補強層２０を形成する。
一方、熱硬化工程では、積層されたフープ層２１及びヘリカル層２２を有するライナー１０を熱硬化炉に入れて、例えば８５℃程度の温度で加熱し、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５及びヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６中の樹脂を熱硬化させる。これによって、高圧タンク１が製造される。
本実施形態に係る高圧タンク１の製造方法では、繊維と樹脂との界面強度において、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２と比べて疲労強度が低く且つ引張強度が高くなるように、胴体部１１を覆うフープ層２１を積層するフープ層積層工程と、繊維と樹脂との界面強度において、胴体部１１を覆うフープ層２１と比べて疲労強度が高く且つ引張強度が低くなるように、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２を積層するヘリカル層積層工程と、を含む。これによって、高圧タンク１の引張強度に大きく影響する胴体部１１を、引張強度の高い界面強度を有するフープ層２１で補強しつつ、高圧タンク１の疲労強度に大きく影響するドーム部１２を、疲労強度の高い界面強度を有するヘリカル層２２で補強することができる。その結果、製造された高圧タンク１の引張強度及び疲労強度を両立させることができる。
また、本実施形態に係る高圧タンク１の製造方法では、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５とヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６といった２種類の樹脂含浸繊維を使い分けることで、高圧タンク１の引張強度及び疲労強度を容易に両立させることが可能になる。
[第２実施形態]
第２実施形態に係る高圧タンク１の製造方法は、上述の第１実施形態と同様に、フープ層積層工程とヘリカル層積層工程と熱硬化工程とを含むが、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５とヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６とが同じであること、熱硬化工程で胴体部１１を覆うフープ層２１を加熱する加熱量とドーム部１２を覆うヘリカル層２２を加熱する加熱量とが異なる点において、第１実施形態と相違している。以下、その相違点のみを説明する。
すなわち、フープ層積層工程で使用されるフープ巻き用樹脂含浸繊維１５と、熱硬化工程で使用されるヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６は、繊維及び樹脂が全て同じものである。一方、熱硬化工程では、胴体部１１を覆うフープ層２１を加熱する加熱量よりも、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２を加熱する加熱量を大きくする。
より具体的には、熱硬化工程では、図４に示すように、胴体部１１を覆うフープ層２１及びドーム部１２を覆うヘリカル層２２に温風を吹き付けて、フープ巻き用樹脂含浸繊維１５の樹脂と、ヘリカル巻き用樹脂含浸繊維１６の樹脂とを熱硬化させる。このとき、胴体部１１を覆うフープ層２１に吹き付ける風量を相対的に小さく、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２に吹き付ける風量を相対的に大きくする。
また、このとき、図５に示すように、胴体部１１に吹き付ける風速よりも、ドーム部１２に吹き付ける風速を上げることで、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２を加熱する加熱量を大きくする。なお、比較のために、図５には通常の熱硬化時におけるライナーの部位と風速との関係も記載されている。図５から、通常の熱硬化時と比べて、本実施形態ではドーム部１２に吹き付ける風速を大きく上げていることが分かる。
また、本実施形態の熱硬化工程は、上記第１実施形態で述べた樹脂含浸繊維の樹脂を熱硬化させることと異なり、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２における界面強度を向上するために該ヘリカル層２２の物性を変えるための加熱である。
なお、胴体部１１を覆うフープ層２１を加熱する加熱量よりもドーム部１２を覆うヘリカル層２２を加熱する加熱量を大きくするためには、上述した風速や風量を変える方法に代えて、通常の熱硬化を行うとともに口金伝熱を利用してドーム部１２の内部からヘリカル層２２を加熱することも考えられる。
具体的には、ライナー１０のバルブ側口金１３及びエンド側口金１４にそれぞれ金属製治具を接続させ、通常の熱硬化と同時にＩＨヒータ又はＩＲヒータを用いて治具を加熱する。このようにすることで、熱が治具を介してバルブ側口金１３及びエンド側口金１４に伝わり、ドーム部１２の内部からもドーム部１２を覆うヘリカル層２２を加熱できる。
図６は通常の熱硬化（温風のみ）時、通常の熱硬化とＩＨヒータによる口金伝熱（温風＋ＩＨ）との併用時におけるドーム部の温度変化を示す図である。図６に示すように、通常の熱硬化時にドーム部の温度が加熱によって緩やかに上昇することに対し、通常の熱硬化とＩＨヒータによる口金伝熱との併用時は、ドーム部の温度を急速に上昇させることができる。
図７は口金伝熱時のドーム部の温度上昇を示す図である。図７に示すように、従来の熱硬化の場合は、ドーム部を覆うヘリカル層が厚く且つ熱がバルブ側口金及びエンド側口金にも逃げるため、ドーム部の温度上昇が胴体部よりも遅く、ドーム部の温度が胴体部よりも低い。しかし、ＩＨヒータによる口金伝熱を採用することで、ドーム部の温度上昇が胴体部よりも早くなり、ドーム部の温度が胴体部よりも高くなる。また、ＩＨヒータによる口金伝熱の場合は、加熱温度が高くなる（１６０℃→１８０℃）に従い、温度上昇も大きくなることが分かる。
本実施形態に係る高圧タンク１の製造方法では、繊維と樹脂との界面強度において、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２と比べて疲労強度が低く且つ引張強度が高くなるように、胴体部１１を覆うフープ層２１を積層するフープ層積層工程と、繊維と樹脂との界面強度において、胴体部１１を覆うフープ層２１と比べて疲労強度が高く且つ引張強度が低くなるように、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２を積層するヘリカル層積層工程と、積層されたフープ層２１及びヘリカル層２２を熱硬化させる熱硬化工程と、を含む。これによって、高圧タンク１の引張強度に大きく影響する胴体部１１を、引張強度の高い界面強度を有するフープ層２１で補強しつつ、高圧タンク１の疲労強度に大きく影響するドーム部１２を、疲労強度の高い界面強度を有するヘリカル層２２で補強することができる。その結果、製造された高圧タンク１の引張強度及び疲労強度を両立させることができる。
また、熱硬化工程では、胴体部１１を覆うフープ層２１を加熱する加熱量よりも、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２を加熱する加熱量を大きくすることで、ドーム部１２を覆うヘリカル層２２における界面強度を向上することできる。従って、高圧タンク１の引張強度及び疲労強度を容易に両立させることが可能になる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は実施例の範囲に限定されるものではない。
[実施例１]
実施例１では、炭素繊維に塗布するサイジング剤を変更する場合（手段Ａ）、繊維に含浸される樹脂の主剤をビスＦからビスＦに変更する場合（手段Ｂ１）、繊維に含浸される樹脂の硬化剤を芳香族アミンから酸無水物に変更する場合（手段Ｂ２）、加熱量を変更する場合（手段Ｃ）について、界面強度としての界面接着強度と引張強度との関係を調べた。なお、手段Ａでは、炭素繊維のサイジング剤だけが相違し、Ｏ／Ｃを７５％低減しており、熱硬化条件等の条件が同じであった。
図８は実施例１に関する界面接着強度と引張強度との結果を示す図である。図８の星印に示すように、手段Ａの場合は、界面接着強度が５８ＭＰａから３４ＭＰａに下がり、疲労性能に効く層間せん断強度が１０％低下した（図示せず）ことが分かった。
一方、手段Ｂ１の場合は、樹脂の主剤を変更することによって、界面接着強度が７５ＭＰａ前後から５８ＭＰａ前後に下がった。これに対し、手段Ｂ２の場合は、樹脂の硬化剤を芳香族アミンから酸無水物に変更することによって、界面接着強度が７５ＭＰａ前後から２２ＭＰａ前後に大幅に下がった。
手段Ｃの場合は、加熱量が大きいと界面接着強度が大きくなり、言い換えれば加熱量が小さいと界面接着強度が小さくなる結果であった。
[実施例２]
実施例２では、繊維に含浸される樹脂の硬化剤を、表１に示すように胴体部を覆うフープ層とドーム部を覆うヘリカル層とで変更させることで高圧タンクを作製し、作製した高圧タンクの引張強度及び常温９０ＭＰａでの疲労試験について調べた。
[比較例１及び比較例２]
また、比較のために、繊維に含浸される樹脂の硬化剤を変更せずに、すなわちフープ層とヘリカル層とで同じ硬化剤を使用する前提で実施例２と同じ条件で高圧タンクを作製し、作製した高圧タンクに対して実施例２と同様に引張試験及び疲労試験について調べた。なお、比較例１と比較例２とは、樹脂の硬化剤の種類において異なる。調べた結果を表１に示す。
Figure 0007207103000001
表１から、実施例２の場合は、高圧タンクの引張強度及び疲労強度を両立できることが分かった。一方、比較例１及び比較例２の場合は、いずれも高圧タンクの引張強度及び疲労強度の両立ができなかった。
[実施例３]
実施例３では、表２に示すように通常の熱硬化とＩＨヒータによる口金伝熱との併用でドーム部を覆うヘリカル層を加熱して高圧タンクを作製し、作製した高圧タンクの引張強度及び常温９０ＭＰａでの疲労試験について調べた。
[比較例３及び比較例４]
また、比較のために、通常の熱硬化のみでドーム部を覆うヘリカル層を加熱して高圧タンクを作製し、作製した高圧タンクに対して実施例３と同様に引張強度及び疲労試験について調べた。なお、比較例３と比較例４とは、熱硬化炉の炉温において異なる。調べた結果を表２に示す。
Figure 0007207103000002
表２から、実施例３の場合は、高圧タンクの引張強度及び疲労強度を両立できることが分かった。一方、比較例３及び比較例４の場合は、いずれも高圧タンクの引張強度及び疲労強度の両立ができなかった。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
１ 高圧タンク
１０ ライナー
１１ 胴体部
１２ ドーム部
１３ バルブ側口金
１４ エンド側口金
１５ フープ巻き用樹脂含浸繊維
１６ ヘリカル巻き用樹脂含浸繊維
２０ 補強層
２１ フープ層
２２ ヘリカル層

Claims (6)

  1. 円筒状の胴体部と前記胴体部の軸方向の両端に設けられたドーム部とを有するライナーと、樹脂が含浸された繊維をフープ巻きにして前記胴体部を覆うように積層されたフープ層と、樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きにして少なくとも前記ドーム部を覆うように積層されたヘリカル層と、を備える高圧タンクであって、
    前記ドーム部を覆うヘリカル層における繊維と樹脂との界面強度を、前記胴体部を覆うフープ層における繊維と樹脂との界面強度よりも大きくすることにより、前記胴体部を覆うフープ層における引張強度は前記ドーム部を覆うヘリカル層における引張強度に比べて高く、且つ、前記ドーム部を覆うヘリカル層における疲労強度は前記胴体部を覆うフープ層における疲労強度と比べて高いことを特徴とする高圧タンク。
  2. 前記胴体部を覆うフープ層と前記ドーム部を覆うヘリカル層とで、用いられる繊維及び／又は樹脂が異なる請求項１に記載の高圧タンク。
  3. 前記ドーム部を覆うヘリカル層は、前記胴体部を覆うフープ層に比べて、樹脂を加熱する加熱量が多い請求項１に記載の高圧タンク。
  4. 円筒状の胴体部と前記胴体部の軸方向の両端に設けられたドーム部とを有するライナーと、樹脂が含浸された繊維をフープ巻きにして前記胴体部を覆うように積層されたフープ層と、樹脂が含浸された繊維をヘリカル巻きにして少なくとも前記ドーム部を覆うように積層されたヘリカル層と、を備える高圧タンクの製造方法であって、
    前記ドーム部を覆うヘリカル層と比べて疲労強度が低く且つ引張強度が高くなるように、前記胴体部を覆うフープ層における繊維と樹脂との界面強度を前記ドーム部を覆うヘリカル層における繊維と樹脂との界面強度よりも小さくしてフープ層を積層するフープ層積層工程と、
    前記胴体部を覆うフープ層と比べて疲労強度が高く且つ引張強度が低くなるように、前記ドーム部を覆うヘリカル層における繊維と樹脂との界面強度を前記胴体部を覆うフープ層における繊維と樹脂との界面強度よりも大きくしてヘリカル層を積層するヘリカル層積層工程と、
    を含むことを特徴とする高圧タンクの製造方法。
  5. 前記フープ層積層工程と、前記ヘリカル層積層工程とで、用いられる繊維及び／又は樹脂が異なる請求項４に記載の高圧タンクの製造方法。
  6. 積層されたフープ層及びヘリカル層を熱硬化させる熱硬化工程を更に含み、
    前記熱硬化工程において、前記胴体部を覆うフープ層を加熱する加熱量よりも、前記ドーム部を覆うヘリカル層を加熱する加熱量を多くする請求項４に記載の高圧タンクの製造方法。
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