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JP2020128010A - Method for manufacturing high-pressure tank - Google Patents

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JP2020128010A
JP2020128010A JP2019020282A JP2019020282A JP2020128010A JP 2020128010 A JP2020128010 A JP 2020128010A JP 2019020282 A JP2019020282 A JP 2019020282A JP 2019020282 A JP2019020282 A JP 2019020282A JP 2020128010 A JP2020128010 A JP 2020128010A
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helical
pressure tank
liner
hoop
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JP2019020282A
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圭太朗 中村
Keitaro Nakamura
圭太朗 中村
飯田 康博
Yasuhiro Iida
康博 飯田
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】フープ層の繊維の位置ずれを抑制でき、高圧タンクの強度を高めることができる高圧タンクの製造方法を提供する。【解決手段】高圧タンク1の製造方法は、円筒状の胴体部11と胴体部11の両端に設けられたドーム部12とを有するライナー10の外周面に樹脂が含浸された繊維Fを巻回して、ヘリカル層とフープ層とを有する補強層20を形成する方法である。高圧タンク1の製造方法では、形成される補強層20のうちライナー10の外周面に最も近い最内層に、胴体部11の軸方向に対して26〜40°の巻き角度で一層のヘリカル層を形成し、形成されたヘリカル層の外側に複数のフープ層を形成する。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a high-pressure tank capable of suppressing misalignment of fibers in a hoop layer and increasing the strength of the high-pressure tank. SOLUTION: In a method of manufacturing a high pressure tank 1, a fiber F impregnated with resin is wound around an outer peripheral surface of a liner 10 having a cylindrical body portion 11 and dome portions 12 provided at both ends of the body portion 11. This is a method of forming a reinforcing layer 20 having a helical layer and a hoop layer. In the method for manufacturing the high-pressure tank 1, one helical layer is formed on the innermost layer of the formed reinforcing layer 20 closest to the outer peripheral surface of the liner 10 at a winding angle of 26 to 40 ° with respect to the axial direction of the body portion 11. It is formed and a plurality of hoop layers are formed on the outside of the formed helical layer. [Selection diagram] Fig. 3

Description

本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a high pressure tank.

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は、安全性を確保するために高い強度等が求められている。このような高圧タンクの製造方法として、フィラメントワインディング(FW)法が知られている。具体的には、円筒状の胴体部と胴体部の両端に設けられたドーム部とを有するライナーを回転させながら、熱硬化性樹脂が含浸された繊維を一定の張力(すなわち、繊維を巻き付ける力)で該ライナーの外周面に繰り返し巻回することでヘリカル層とフープ層からなる補強層を形成し、その後に熱硬化性樹脂を熱硬化させる。 High-pressure tanks such as hydrogen tanks installed in fuel cell vehicles are required to have high strength and the like in order to ensure safety. A filament winding (FW) method is known as a method for manufacturing such a high-pressure tank. Specifically, while rotating a liner having a cylindrical body portion and dome portions provided at both ends of the body portion, the fiber impregnated with the thermosetting resin has a constant tension (that is, a force for winding the fiber). ) Is repeatedly wound around the outer peripheral surface of the liner to form a reinforcing layer composed of a helical layer and a hoop layer, and then the thermosetting resin is thermoset.

一例として、例えば下記特許文献1には、補強層のうちライナーの外周面に最も近い最内層にヘリカル層を形成した後にフープ層を形成する高圧タンクの製造方法が開示されている(特許文献1の段落0025〜0030参照)。 As an example, for example, Patent Document 1 below discloses a method for manufacturing a high-pressure tank in which a hoop layer is formed after forming a helical layer in the innermost layer of the reinforcing layer closest to the outer peripheral surface of the liner (Patent Document 1). Paragraphs 0025-0030).

特開2013−173304号公報JP, 2013-173304, A

しかし、上述の製造方法では、胴体部にフープ層を複数形成する際に、外側(すなわち、ライナーの外周面に遠い側)フープ層の繊維を巻き付ける力によって、内側(すなわち、ライナーの外周面に近い側)フープ層の繊維に圧力が加わるので、内側フープ層の繊維が押し出される。これによって、内側フープ層の繊維は、胴体部の軸方向に沿ってドーム部側に横滑りして位置ずれが発生する。このようなフープ層の繊維の位置ずれが発生すると、高圧タンクの強度の低下を招き、品質低下の問題を引き起こす可能性がある。 However, in the above-described manufacturing method, when a plurality of hoop layers are formed on the body, the inner (that is, the outer circumferential surface of the liner is wound by the force of winding the fibers of the outer hoop layer (that is, the side far from the outer circumferential surface of the liner)). The fibers of the inner hoop layer are extruded because pressure is applied to the fibers of the (closer side) hoop layer. As a result, the fibers of the inner hoop layer slide sideward along the axial direction of the body portion toward the dome portion, causing a positional shift. When such displacement of the fibers of the hoop layer occurs, the strength of the high-pressure tank may be reduced, which may cause a problem of quality deterioration.

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、フープ層の繊維の位置ずれを抑制でき、高圧タンクの強度を高めることができる高圧タンクの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a technical problem, and provides a method for manufacturing a high-pressure tank capable of suppressing positional displacement of fibers in the hoop layer and increasing the strength of the high-pressure tank. With the goal.

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両端に設けられたドーム部とを有するライナーの外周面に樹脂が含浸された繊維を巻回して、ヘリカル層とフープ層とを有する補強層を形成する高圧タンクの製造方法であって、形成される前記補強層のうち前記ライナーの外周面に最も近い最内層に、前記胴体部の軸方向に対して26〜40°の巻き角度で一層のヘリカル層を形成し、形成された前記ヘリカル層の外側に複数のフープ層を形成することを特徴としている。 The method for producing a high-pressure tank according to the present invention comprises winding a resin-impregnated fiber on the outer peripheral surface of a liner having a cylindrical body portion and dome portions provided at both ends of the body portion, and a helical layer. A method for manufacturing a high-pressure tank, comprising forming a reinforcing layer having a hoop layer, wherein the innermost layer closest to the outer peripheral surface of the liner among the reinforcing layers to be formed is 26 to 26 in the axial direction of the body portion. One feature is that a single helical layer is formed at a winding angle of 40°, and a plurality of hoop layers are formed outside the formed helical layer.

高圧タンクの強度は、形成される補強層のうちライナーの外表面に最も近い最内層からの数層に大きく左右されると言われている。このため、形成される補強層の最内層からの数層の位置ずれを抑制できれば、製造される高圧タンクの強度を確保できると考えられている。これに対し、本発明に係る高圧タンクの製造方法では、形成される補強層のうちライナーの外周面に最も近い最内層に一層のヘリカル層を形成し、形成されたヘリカル層の外側に複数のフープ層を形成するので、最内層に形成されたヘリカル層における繊維同士の交点を利用して、該ヘリカル層の外側に形成されたフープ層との間の摩擦力を高くすることができる。これによって、フープ層の繊維の位置ずれを抑制することができる。 It is said that the strength of the high-pressure tank largely depends on several layers from the innermost layer closest to the outer surface of the liner among the reinforcing layers formed. Therefore, it is considered that the strength of the manufactured high-pressure tank can be secured if the displacement of several layers from the innermost layer of the reinforcing layer to be formed can be suppressed. On the other hand, in the method for manufacturing a high-pressure tank according to the present invention, among the reinforcing layers to be formed, one helical layer is formed in the innermost layer closest to the outer peripheral surface of the liner, and a plurality of helical layers are formed outside the formed helical layer. Since the hoop layer is formed, the frictional force with the hoop layer formed outside the helical layer can be increased by utilizing the intersection of the fibers in the helical layer formed as the innermost layer. As a result, it is possible to suppress the positional deviation of the fibers of the hoop layer.

しかも、最内層のヘリカル層を形成する際に、胴体部の軸方向に対して26〜40°の巻き角度で行うので、胴体部の軸方向における単位長さあたりの繊維同士の交点を増やすことができ、ヘリカル層とフープ層との間の摩擦力をより高くすることができ、フープ層の繊維の位置ずれを効果的に抑制することができる。その結果、高圧タンクの強度を高めることができる。更に、ヘリカル層が一層のみであるので、補強層の厚さを変えない前提で高圧タンクの強度に対する寄与率の高いフープ層を増やすことができるので、高圧タンクの強度を向上することが可能になる。 Moreover, when forming the innermost helical layer, since the winding angle is 26 to 40° with respect to the axial direction of the body portion, increase the number of intersections of fibers per unit length in the axial direction of the body portion. Therefore, the frictional force between the helical layer and the hoop layer can be further increased, and the positional deviation of the fibers of the hoop layer can be effectively suppressed. As a result, the strength of the high pressure tank can be increased. Further, since there is only one helical layer, it is possible to increase the number of hoop layers that have a high contribution to the strength of the high-pressure tank without changing the thickness of the reinforcing layer, so it is possible to improve the strength of the high-pressure tank. Become.

本発明によれば、フープ層の繊維の位置ずれを抑制でき、高圧タンクの強度を高めることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the positional deviation of the fibers of the hoop layer and increase the strength of the high pressure tank.

高圧タンクの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a high-pressure tank. (a)はヘリカル巻きによるヘリカル層の形成を示す斜視図であり、(b)はフープ巻きによるフープ層の形成を示す斜視図である。(A) is a perspective view showing formation of a helical layer by helical winding, and (b) is a perspective view showing formation of a hoop layer by hoop winding. 実施形態に係る高圧タンクの製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the high-pressure tank which concerns on embodiment. (a)は従来品に係るヘリカル層を示す模式図であり、(b)は本発明品に係るヘリカル層を示す模式図である。(A) is a schematic diagram showing a helical layer according to a conventional product, and (b) is a schematic diagram showing a helical layer according to the present invention. ヘリカル巻き角度と繊維の位置ずれ量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a helical winding angle and the positional shift amount of a fiber. 本発明品及び従来品に関するバースト圧の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the burst pressure regarding this invention product and the conventional product.

以下、図面を参照して高圧タンクの製造方法の実施形態について説明するが、その前に図1を基に高圧タンクの構造を説明する。なお、以下の説明において、特に言及しない限り、「内側」はライナーの外表面に近い側、「外側」はライナーの外表面に遠い側をそれぞれ指す。 Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a high pressure tank will be described with reference to the drawings, but before that, a structure of the high pressure tank will be described based on FIG. In the following description, "inside" refers to the side closer to the outer surface of the liner, and "outer" refers to the side farther from the outer surface of the liner, unless otherwise specified.

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、例えば燃料電池車両に搭載される水素タンクであり、内部に高圧水素を貯留するための貯留空間を有するライナー10と、該ライナー10の外周面に密着して配置された補強層20とを備えている。 FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a high-pressure tank. The high-pressure tank 1 is, for example, a hydrogen tank mounted on a fuel cell vehicle, and has a liner 10 having a storage space for storing high-pressure hydrogen therein, and a reinforcing layer arranged in close contact with the outer peripheral surface of the liner 10. 20 and 20 are provided.

ライナー10は、水素ガスに対するガスバリア性を有しており、円筒状の胴体部11と、胴体部11の左右両端にそれぞれ設けられた略半球状のドーム部12とを有する中空の容器である。2つのドーム部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。 The liner 10 has a gas barrier property against hydrogen gas, and is a hollow container having a cylindrical body portion 11 and substantially hemispherical dome portions 12 provided at the left and right ends of the body portion 11, respectively. Openings are respectively formed at the tops of the two dome portions 12, and the valve side cap 13 is inserted into one of these openings and the end side cap 14 is inserted into the other.

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、このライナー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。 The liner 10 is integrally formed by a rotational/blow molding method using a resin member such as polyethylene or nylon. The liner 10 may be formed of a light metal such as aluminum instead of the resin member. Further, the liner 10 may be formed by joining a plurality of divided members by injection/extrusion molding or the like instead of the integral molding manufacturing method such as the rotation/blow molding method.

補強層20は、熱硬化性樹脂が含浸された繊維Fをライナー10の外周面に複数巻回することにより形成されている。繊維Fは、カーボン繊維(Carbon Fiber)、ガラス繊維(Glass Fiber)やアラミド繊維(Aromatic Polyamide Fiber)などをプラスチックの中に入れて強度を向上させた複合材料で形成されている。また、繊維Fは、直径が数μm程度の単繊維を束ねて構成された繊維束のことであるが、ここでは単に「繊維」という。 The reinforcing layer 20 is formed by winding a plurality of the fibers F impregnated with the thermosetting resin around the outer peripheral surface of the liner 10. The fiber F is formed of a composite material in which carbon fiber (Carbon Fiber), glass fiber (Glass Fiber), aramid fiber (Aromatic Polyamide Fiber), etc. are put in plastic to improve the strength. Further, the fiber F is a fiber bundle formed by bundling single fibers having a diameter of about several μm, and is simply referred to as “fiber” here.

本実施形態では、例えば2種類の繊維Fが用いられており、ライナー10の外周面に巻回される熱硬化性樹脂を含浸したカーボン繊維と、該カーボン繊維の外側に更に巻回される熱硬化性樹脂を含浸したガラス繊維である。そして、熱硬化性樹脂として、例えばエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂などが挙げられる。 In the present embodiment, for example, two types of fibers F are used, and the carbon fiber impregnated with the thermosetting resin wound on the outer peripheral surface of the liner 10 and the heat further wound on the outer side of the carbon fiber are used. A glass fiber impregnated with a curable resin. Examples of the thermosetting resin include epoxy resin, polyester resin, polyamide resin and the like.

補強層20は、胴体部11及びドーム部12を包むようにライナー10を全体的に覆うヘリカル層と、胴体部11を覆うように形成されたフープ層とを有する。 The reinforcing layer 20 includes a helical layer that entirely covers the liner 10 so as to wrap the body 11 and the dome 12, and a hoop layer that is formed so as to cover the body 11.

ヘリカル層は、図2(a)に示すように、ライナー10の軸L方向(すなわち、胴体部11の軸L方向)に対して0°より大きく90°未満の巻き角度θで、胴体部11及びドーム部12の周方向に繊維Fをヘリカル巻きにすることによって網目状に形成された繊維層である。なお、ヘリカル巻きは、巻き角度θの大きさ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ている。低角度ヘリカル巻きは、すなわち巻き角度θが小さい(例えば0°<θ≦30°)場合のヘリカル巻きであり、繊維Fがライナー10の軸Lを一周する前にドーム部12における繊維F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θが大きい(例えば30°<θ<90°)場合のヘリカル巻きであり、ドーム部12における繊維Fの巻付方向の折り返しが生じるまでに、胴体部11において繊維Fがライナー10の軸Lを少なくとも一周する巻付方法である。 As shown in FIG. 2A, the helical layer has a winding angle θ of more than 0° and less than 90° with respect to the axis L direction of the liner 10 (that is, the axis L direction of the body portion 11 ), and the body portion 11 And a fiber layer formed in a mesh shape by helically winding the fiber F in the circumferential direction of the dome portion 12. The helical winding is further divided into low-angle helical winding and high-angle helical winding depending on the size of the winding angle θ. The low-angle helical winding is a helical winding when the winding angle θ is small (for example, 0°<θ≦30°), and the winding of the fiber F in the dome portion 12 is performed before the fiber F goes around the axis L of the liner 10. This is a winding method in which folding back occurs in the attaching direction. The high-angle helical winding is a helical winding in the case where the winding angle θ is large (for example, 30°<θ<90°), and the body portion 11 has a fold-back in the winding direction of the fiber F in the dome portion 12. This is a winding method in which the fiber F makes at least one revolution around the axis L of the liner 10.

一方、フープ層は、図2(b)に示すように、ライナー10の軸Lと略垂直な巻き角度θで、胴体部11の周方向に繊維Fをフープ巻きにすることにより形成された繊維層である。ここで、「略垂直」とは、90°と、繊維F同士が重ならないように繊維Fの巻回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。 On the other hand, the hoop layer is formed by hoop-winding the fiber F in the circumferential direction of the body 11 at a winding angle θ substantially perpendicular to the axis L of the liner 10, as shown in FIG. 2B. It is a layer. Here, “substantially vertical” includes both 90° and an angle of about 90° that can be generated by shifting the winding positions of the fibers F so that the fibers F do not overlap each other.

以下、本実施形態に係る高圧タンクの製造方法について説明する。高圧タンク1の製造方法は、図3に示すように、ライナー10及び繊維Fなどを準備する準備工程S1と、一層のヘリカル層形成工程S2と、複数のフープ層形成工程S3と、その他のヘリカル層とフープ層の形成工程S4と、繊維Fを熱硬化する熱硬化工程S5とを含む。 Hereinafter, a method for manufacturing the high-pressure tank according to this embodiment will be described. As shown in FIG. 3, the method for manufacturing the high-pressure tank 1 includes a preparatory step S1 for preparing the liner 10 and the fibers F, a single-layer helical layer forming step S2, a plurality of hoop layer forming step S3, and other helical layers. It includes a layer and hoop layer forming step S4 and a thermosetting step S5 for thermosetting the fiber F.

まず、準備工程S1では、ライナー10及び繊維Fなどの準備がそれぞれ行われる。具体的には、例えば上述したように回転・ブロー成形法により樹脂製のライナー10を製造する。ライナー10の製造作業と同時又はその前後に、熱硬化性樹脂が含浸された繊維Fを巻き付けたボビンなどを用意する。 First, in the preparation step S1, the liner 10 and the fibers F are prepared. Specifically, for example, the resin liner 10 is manufactured by the rotation/blow molding method as described above. A bobbin around which the fiber F impregnated with the thermosetting resin is wound is prepared at the same time as or before or after the manufacturing operation of the liner 10.

準備工程S1に続く一層のヘリカル層形成工程S2では、形成される補強層20のうちライナー10の外周面に最も近い最内層に一層のヘリカル層を形成する。すなわち、ヘリカル巻きで胴体部11及びドーム部12の外周面に繊維Fを直に巻回し、最内層であるヘリカル層を一層のみ形成する。このとき、ヘリカル巻き角度θを26〜40°とする。 In the one-layer helical layer forming step S2 subsequent to the preparation step S1, one helical layer is formed in the innermost layer closest to the outer peripheral surface of the liner 10 in the reinforcing layer 20 to be formed. That is, the fiber F is directly wound around the outer peripheral surfaces of the body portion 11 and the dome portion 12 by helical winding to form only one innermost helical layer. At this time, the helical winding angle θ is set to 26 to 40°.

一層のヘリカル層形成工程S2に続く複数のフープ層形成工程S3では、形成されたヘリカル層の外側にフープ巻きで複数のフープ層を形成する。具体的には、形成されたヘリカル層と重なるように該ヘリカル層の外側にフープ層を順次に形成していく。 In a plurality of hoop layer forming steps S3 subsequent to the one-layer helical layer forming step S2, a plurality of hoop layers are formed by hoop winding outside the formed helical layers. Specifically, the hoop layer is sequentially formed outside the helical layer so as to overlap with the formed helical layer.

複数のフープ層形成工程S3に続くその他のヘリカル層とフープ層の形成工程S4では、形成された複数のフープ層の外側に繊維Fを巻回し、複数のヘリカル層と複数のフープ層とを繰り返し形成する。このような工程は、要求される層数に達するまで行われる。 In another helical layer and hoop layer forming step S4 subsequent to the plurality of hoop layer forming step S3, the fiber F is wound around the formed plurality of hoop layers, and the plurality of helical layers and the plurality of hoop layers are repeated. Form. Such a process is performed until the required number of layers is reached.

その他のヘリカル層とフープ層の形成工程S4に続く熱硬化工程S5では、ライナー10に巻回された繊維Fに含浸された熱硬化性樹脂が熱硬化される。具体的には、外周面に繊維Fが巻回されたライナー10を熱硬化炉や恒温槽に入れて、例えば85℃程度の温度で所定の時間加熱し、繊維F内の熱硬化性樹脂を熱硬化する。これによって、補強層20が形成され、高圧タンク1が製造される。 In the thermosetting step S5 subsequent to the other helical layer and hoop layer forming step S4, the thermosetting resin impregnated in the fiber F wound around the liner 10 is thermoset. Specifically, the liner 10 in which the fiber F is wound around the outer peripheral surface is placed in a thermosetting oven or a thermostat and heated at a temperature of, for example, about 85° C. for a predetermined time to remove the thermosetting resin in the fiber F. Heat cure. Thereby, the reinforcing layer 20 is formed and the high-pressure tank 1 is manufactured.

本実施形態に係る高圧タンクの製造方法によれば、形成される補強層20のうちライナー10の外周面に最も近い最内層に一層のヘリカル層を形成し、形成されたヘリカル層の外側に複数のフープ層を形成するので、最内層に形成されたヘリカル層における繊維同士の交点を利用して、該ヘリカル層の外側に形成されたフープ層との間の摩擦力を高くすることができる。これによって、フープ層の繊維の位置ずれを抑制することができる。しかも、最内層のヘリカル層を形成する際に、胴体部の軸方向に対して26〜40°の巻き角度で行うので、図4に示すように、胴体部の軸方向における単位長さあたりの繊維同士の交点を増やすことができる。 According to the method for manufacturing a high-pressure tank according to this embodiment, one helical layer is formed in the innermost layer of the reinforcing layer 20 that is closest to the outer peripheral surface of the liner 10, and a plurality of layers are formed outside the formed helical layer. Since the hoop layer is formed, the frictional force with the hoop layer formed outside the helical layer can be increased by utilizing the intersection of the fibers in the helical layer formed in the innermost layer. As a result, it is possible to suppress the positional deviation of the fibers of the hoop layer. Moreover, when forming the innermost helical layer, since the winding angle is 26 to 40° with respect to the axial direction of the body portion, as shown in FIG. 4, per unit length in the axial direction of the body portion. The number of intersections between fibers can be increased.

図4(a)は従来品(ヘリカル巻き角度=18°)に係るヘリカル層を示す模式図であり、図4(b)は本発明品(ヘリカル巻き角度=32°)に係るヘリカル層を示す模式図である。図4において、矢印はライナーの軸方向を示す。図4に示すように、ヘリカル巻き角度を大きくすると、形成されたヘリカル層では、軸方向における単位長さあたりの繊維同士の交点が増える(図4中の黒点参照)。そして、繊維同士の交点が増えると、ヘリカル層の外側にフープ層を形成する場合、フープ層とヘリカル層との間の摩擦力が高くなるので、フープ層の繊維の位置ずれを効果的に抑制することができる。その結果、高圧タンクの強度を高めることができる。 FIG. 4(a) is a schematic view showing a helical layer according to a conventional product (helical winding angle=18°), and FIG. 4(b) shows a helical layer according to the present invention product (helical winding angle=32°). It is a schematic diagram. In FIG. 4, the arrow indicates the axial direction of the liner. As shown in FIG. 4, when the helical winding angle is increased, the number of intersections of fibers per unit length in the axial direction increases in the formed helical layer (see black dots in FIG. 4 ). When the number of intersections between the fibers increases, when the hoop layer is formed outside the helical layer, the frictional force between the hoop layer and the helical layer increases, so that the displacement of the fibers in the hoop layer is effectively suppressed. can do. As a result, the strength of the high pressure tank can be increased.

ここで、図5を基にヘリカル巻き角度を26〜40°とする根拠を説明する。図5はヘリカル巻き角度と繊維の位置ずれ量との関係を示す図である。図5から分かるように、ヘリカル巻き角度が大きくなるにつれ、その外側に形成されたフープ層の位置ずれ量及びそのばらつきが減っていく。しかし、ドーム部が略半球状であるので、ヘリカル巻き角度があまり大きくなると、繊維がライナーのドーム部に引っ掛かり難くなり、ライナーの軸方向においてドーム部による繊維への保持力が低下してしまう。本実施形態では、繊維の位置ずれ量を許容できる範囲を考慮して、ヘリカル巻き角度の下限値は26°と設定されている。また、上述のドーム部による繊維への保持力を確保する観点から、ヘリカル巻き角度の上限値は40°と設定されている。 Here, the basis for setting the helical winding angle to 26 to 40° will be described based on FIG. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the helical winding angle and the positional displacement amount of the fiber. As can be seen from FIG. 5, as the helical winding angle increases, the amount of positional deviation of the hoop layer formed on the outer side and its variation decrease. However, since the dome portion has a substantially hemispherical shape, if the helical winding angle becomes too large, it becomes difficult for the fiber to be caught in the dome portion of the liner, and the holding force of the dome portion on the fiber in the axial direction of the liner decreases. In the present embodiment, the lower limit value of the helical winding angle is set to 26° in consideration of the range in which the positional displacement amount of the fibers is allowable. Further, from the viewpoint of securing the holding force of the dome portion on the fiber, the upper limit value of the helical winding angle is set to 40°.

更に、ヘリカル層が一層のみであるので、補強層の厚さを変えない前提で高圧タンクの強度に対する寄与率の高いフープ層を増やすことができるので、高圧タンクの強度を向上することが可能になる。 Further, since there is only one helical layer, it is possible to increase the number of hoop layers that have a high contribution to the strength of the high-pressure tank without changing the thickness of the reinforcing layer, so it is possible to improve the strength of the high-pressure tank. Become.

また、本願発明者らは、本実施形態に係る高圧タンクの製造方法に基づいて本発明品(ヘリカル巻き角度=32°)及び従来品(ヘリカル巻き角度=18°)を試作し、それぞれのバースト圧(すなわち、耐圧強度)を測定した。また、参考として、同じ製造方法でヘリカル巻き角度が50°の場合の参考品を作成し、参考品のバースト圧も測定した。 In addition, the inventors of the present application prototyped the product of the present invention (helical winding angle=32°) and the conventional product (helical winding angle=18°) based on the method for manufacturing a high-pressure tank according to the present embodiment, and made the respective bursts. The pressure (that is, compressive strength) was measured. In addition, as a reference, a reference product was prepared by the same manufacturing method when the helical winding angle was 50°, and the burst pressure of the reference product was also measured.

各バースト圧の測定結果を図6に示す。図6から、従来品及び参考品と比べて、本発明品のバースト圧が高くなり、バースト圧のばらつきが小さくなったことが分かる。これによって、本発明における高圧タンクの強度を向上できることが示された。一方、参考品は従来品と比べてバースト圧が却って低くなることが分かった。これは、ヘリカル巻き角度があまり大きくなると、繊維がライナーのドーム部に引っ掛かり難くなり、ライナーの軸方向においてドーム部による繊維への保持力が低下したことが原因だと考えられる。 The measurement result of each burst pressure is shown in FIG. It can be seen from FIG. 6 that the burst pressure of the product of the present invention is higher and the variation of the burst pressure is smaller than that of the conventional product and the reference product. It was shown that this can improve the strength of the high-pressure tank according to the present invention. On the other hand, it was found that the burst pressure of the reference product was much lower than that of the conventional product. It is considered that this is because when the helical winding angle becomes too large, the fiber is less likely to be caught in the dome portion of the liner, and the holding force of the dome portion on the fiber is reduced in the axial direction of the liner.

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。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. You can make changes.

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
20 補強層
F 繊維
L 軸
1 High-pressure tank 10 Liner 11 Body 12 Dome 13 Valve side cap 14 End side cap 20 Reinforcing layer F Fiber L axis

Claims (1)

円筒状の胴体部と前記胴体部の両端に設けられたドーム部とを有するライナーの外周面に樹脂が含浸された繊維を巻回して、ヘリカル層とフープ層とを有する補強層を形成する高圧タンクの製造方法であって、
形成される前記補強層のうち前記ライナーの外周面に最も近い最内層に、前記胴体部の軸方向に対して26〜40°の巻き角度で一層のヘリカル層を形成し、
形成された前記ヘリカル層の外側に複数のフープ層を形成することを特徴とする高圧タンクの製造方法。

A resin-impregnated fiber is wound around the outer peripheral surface of a liner having a cylindrical body portion and dome portions provided at both ends of the body portion to form a reinforcing layer having a helical layer and a hoop layer. A method of manufacturing a tank,
In the innermost layer closest to the outer peripheral surface of the liner among the reinforcing layers formed, a single helical layer is formed at a winding angle of 26 to 40° with respect to the axial direction of the body portion,
A method of manufacturing a high-pressure tank, characterized in that a plurality of hoop layers are formed outside the formed helical layer.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117307946A (en) * 2022-06-27 2023-12-29 本田技研工业株式会社 High-pressure storage tank liner and manufacturing method thereof and high-pressure storage tank
JP2024093044A (en) * 2022-12-27 2024-07-09 本田技研工業株式会社 Filament winding device and filament winding method

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