高壓氣罐的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明抑制采用FW法在內(nèi)襯上形成其加強(qiáng)用的纖維層時(shí)的間隙殘存。在向內(nèi)襯(10)形成纖維強(qiáng)化樹脂層(20)時(shí)，首先，將浸滲有樹脂的碳纖維(W)的纏繞端部纖維(Ws)纏繞在遠(yuǎn)離拱頂部(10b)的頂峰的纖維固定用法蘭(114)上并固定(步驟S100)。然后，用從該固定部位延伸了的纏繞端部纖維(Ws)和與之接續(xù)地被送出的浸滲有樹脂的碳纖維(W)形成最內(nèi)層螺旋層(20H1)(步驟S110)。然后，與最內(nèi)層螺旋層(20H1)重疊地形成內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層(20F1)，在形成接下來的第2螺旋層(20H2)之前，將從纖維固定用法蘭(114)的固定部位延伸的纏繞端部纖維(Ws)在拱頂部(10b)的頂峰的周圍切斷。
【專利說明】
高壓氣罐的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在內(nèi)襯上形成有纖維加強(qiáng)層的高壓氣罐的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，開發(fā)了利用燃料氣體的燃燒能量、通過燃料氣體的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電獲得的電能來驅(qū)動(dòng)的車輛，有時(shí)高壓氣罐儲(chǔ)藏天然氣、氫等燃料氣體，并搭載于車輛中。因此，要求高壓氣罐的輕量化，用碳纖維強(qiáng)化塑料、玻璃纖維強(qiáng)化塑料(以下將它們統(tǒng)稱為纖維強(qiáng)化樹脂層)被覆了中空的內(nèi)襯的FRP(Fiber Reinforced Plastics:纖維強(qiáng)化塑料)制的高壓氣罐(以下僅稱為高壓氣罐)的采用不斷進(jìn)展。作為內(nèi)襯，從輕量化的觀點(diǎn)出發(fā)，通常使用具有阻氣性的樹脂制的中空容器。
[0003]在制造這樣的高壓氣罐時(shí)，可采用纖維纏繞法(以下稱為FW法)，采用該FW法，將浸滲了環(huán)氧樹脂等的熱固性樹脂的纖維在內(nèi)襯的外周反復(fù)纏繞從而在內(nèi)襯上形成纖維強(qiáng)化樹脂層(例如專利文獻(xiàn)I)。該情況下，若僅形成了纖維強(qiáng)化樹脂層，則為半成品，因此在樹脂層形成后，通過使該樹脂層所包含的熱固化樹脂熱固化，來制造出用纖維強(qiáng)化樹脂層被覆、加強(qiáng)了內(nèi)襯的高壓氣罐。
[0004]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-5965號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]內(nèi)襯為在圓筒狀的筒體部的兩端接合有凸?fàn)钋嫘螤畹墓绊敳康男螤睿虼嗽贔W法中為確保內(nèi)襯加強(qiáng)的實(shí)效性，在筒體部和拱頂部采用不同的纏繞方法。也就是說，F(xiàn)W法，在筒體部的纖維纏繞中采用遍及筒體部的整個(gè)外表面反復(fù)纏繞纖維的環(huán)箍纏繞，向筒體部兩端的拱頂部反復(fù)纏繞纖維時(shí)，采用在拱頂部使纏繞方向折回(折返)的螺旋纏繞。并且，環(huán)箍纏繞所形成的環(huán)箍層和螺旋纏繞所形成的螺旋層重疊多層而形成，由其全部層形成纖維強(qiáng)化樹脂層。
[0007]在用采用以往的FW法形成的纖維強(qiáng)化樹脂層加強(qiáng)了內(nèi)襯的高壓氣罐中，纖維強(qiáng)化樹脂層的各層之間自不必說，從確保強(qiáng)度的方面來看，希望即使在內(nèi)襯外表面與接近于該外表面的層之間也沒有間隙。但是，被指出:在設(shè)置于內(nèi)襯的拱頂部頂峰的管頭的周邊殘存間隙，有可能發(fā)生由該殘存間隙導(dǎo)致的纖維強(qiáng)化樹脂層的層剝離、加強(qiáng)強(qiáng)度下降。
[0008]本發(fā)明是為解決上述的課題而完成的，其目的是抑制采用纖維纏繞法在內(nèi)襯上形成其加強(qiáng)用的纖維層時(shí)的間隙殘存。
[0009]為了達(dá)成上述目的的至少一部分，本發(fā)明可作為以下的應(yīng)用例來實(shí)施。
[0010][應(yīng)用例1:高壓氣罐的制造方法]
[0011]一種高壓氣罐的制造方法，采用在內(nèi)襯的外表面反復(fù)纏繞纖維的纖維纏繞法在上述內(nèi)襯上形成纖維層，所述內(nèi)襯是在圓筒狀的筒體部的兩端接合有凸?fàn)钋嫘螤畹墓绊敳康膬?nèi)襯，所述高壓氣罐的制造方法的要旨是:在將遍及上述筒體部的整個(gè)外表面反復(fù)纏繞纖維的環(huán)箍纏繞所形成的環(huán)箍層、和在上述拱頂部使纏繞方向折回的螺旋纏繞所形成的螺旋層層疊多層來形成上述纖維層時(shí)，為了形成在上述螺旋層之中最接近上述內(nèi)襯的外表面的最內(nèi)層螺旋層，將上述纖維的纏繞始端固定在固定部位，所述固定部位在上述筒體部側(cè)的相反側(cè)遠(yuǎn)離，用從該固定部位延伸的纖維形成上述最內(nèi)層螺旋層，與該最內(nèi)層螺旋層重疊地形成上述環(huán)箍層來作為內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層，將在形成上述最內(nèi)層螺旋層時(shí)從上述固定部位延伸了的上述纖維，在形成上述內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層后在上述拱頂部的頂峰的周圍切斷后，與上述內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層重疊地形成上述螺旋層。
[0012]在該應(yīng)用例I的高壓氣罐的制造方法中，層疊多層的環(huán)箍層和螺旋層而在內(nèi)襯外表面形成纖維層。并且，在螺旋層之中最接近上述內(nèi)襯的外表面的最內(nèi)層螺旋層的形成中，首先，將上述纖維的纏繞始端固定在固定部位，所述固定部位在上述筒體部側(cè)的相反側(cè)遠(yuǎn)離。纖維從該固定部位向拱頂部側(cè)延伸，因此用從該固定部位延伸的纖維形成最內(nèi)層螺旋層。通過與該最內(nèi)層螺旋層重疊地形成上述環(huán)箍層來作為內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層，在作為該環(huán)箍層的形成范圍的筒體部上，用內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層保持最內(nèi)層螺旋層。因此，為了形成最內(nèi)層螺旋層而被反復(fù)纏繞的纖維，在筒體部其移動(dòng)被制約，因此最內(nèi)層螺旋層，在筒體部不用說，即使在拱頂部的外表面范圍中也不發(fā)生纖維的松動(dòng)而留下來。
[0013]在上述的應(yīng)用例I的高壓氣罐的制造方法中，在與如上述那樣保持最內(nèi)層螺旋層的內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層重疊地形成上述螺旋層之前，將從遠(yuǎn)離拱頂部頂峰的固定部位延伸了的纖維，在上述拱頂部的頂峰的周圍切斷。因此，未被切斷而殘留并在最內(nèi)層螺旋層形成中已螺旋纏繞過的纖維，從為了形成最內(nèi)層螺旋層而被纏繞時(shí)的張力中解放，從作為其切斷部位的拱頂部頂峰沿拱頂部外表面以螺旋纏繞軌跡殘留。因此，形成最內(nèi)層螺旋層的螺旋纏繞時(shí)的張力所引起的纖維的拉伸、纏繞軌跡的偏移，在拱頂部頂峰周圍沒有發(fā)生，因此包含拱頂部頂峰周圍在內(nèi)，在拱頂部外表面的纖維的重疊所形成的螺旋層的厚度成為被維持的狀態(tài)。并且，在上述的應(yīng)用例I的高壓氣罐的制造方法中，在上述的纖維切斷后與內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層重疊地形成螺旋層。
[0014]在上述的應(yīng)用例I的高壓氣罐的制造方法中，在形成最內(nèi)層螺旋層時(shí)，本來就不進(jìn)行在管頭周壁反復(fù)纏繞纖維并固定的工作，并且將從纏繞始端的固定部位延伸了的纖維在拱頂部頂峰切斷而從張力中解放，由此能夠維持螺旋層的厚度。
[0015]與此相對(duì)，在現(xiàn)有的FW法中，將纖維從其纏繞始端開始在拱頂部頂峰的管頭周壁反復(fù)纏繞并固定，從該管頭固定部位，采用螺旋纏繞和環(huán)箍纏繞反復(fù)纏繞了纖維。因此，最內(nèi)層螺旋層和與其重疊的螺旋層，會(huì)受到用于形成最內(nèi)層螺旋層的纏繞始端的纖維位于管頭固定部位的哪個(gè)位置、與在管頭固定部位的纖維的纏繞相伴的張力等的影響，局部地變厚，在層間產(chǎn)生臺(tái)階高差。另外，形成最內(nèi)層螺旋層時(shí)，纖維受到與纖維纏繞相伴的張力，但受到上述的纏繞始端的纖維的位置、在管頭固定部位的纖維的纏繞方式等的影響，從螺旋纏繞軌跡偏移的力會(huì)作用在纖維上。擔(dān)心:由于這樣的局部的厚度變化和纖維行為，導(dǎo)致如已敘述的那樣，在設(shè)置于內(nèi)襯的拱頂部頂峰的管頭的周邊，在最內(nèi)層螺旋層中殘存間隙。
[0016]也就是說，根據(jù)上述的應(yīng)用例I的高壓氣罐的制造方法，如已敘述的那樣，不進(jìn)行在管頭周壁反復(fù)纏繞纖維并固定等等，因此采用纖維纏繞法在內(nèi)襯上形成其加強(qiáng)用的纖維層時(shí)，能夠在管頭周邊不殘留間隙。另外，能夠容易地制造抑制了這樣的間隙的殘存且也抑制了加強(qiáng)強(qiáng)度的降低的高壓氣罐。
[0017]上述的應(yīng)用例I的高壓氣罐的制造方法，能夠采取如下那樣的方式。例如，能夠使上述最內(nèi)層螺旋層為直接纏繞在上述內(nèi)襯的外表面而最先所形成的螺旋層，如果這樣的話，則通過經(jīng)過該最先形成的最內(nèi)層螺旋層和其后的內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層的形成和纖維切斷，能夠交替地連續(xù)地形成與該內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層重疊的螺旋層和進(jìn)而與該螺旋層重疊的環(huán)箍層。
[0018]另外，能夠?qū)⑿纬缮鲜鲎顑?nèi)層螺旋層時(shí)的上述纖維的纏繞始端，固定在軸支承上述內(nèi)襯的軸上。在FW法中，本來利用這樣的軸來軸支承內(nèi)襯，因此根據(jù)該方式，不需要僅用于固定纏繞始端的部件和將該部件保持的結(jié)構(gòu)，因此能夠謀求結(jié)構(gòu)的簡單化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是示意地表示作為本發(fā)明的一實(shí)施例的高壓氣罐的制造工序的說明圖。
[0020]圖2是示意地表示纖維強(qiáng)化樹脂層的形成的情形的說明圖。
[0021]圖3是表示纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序的初期工序的說明圖。
[0022]圖4是表示纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序的中期工序的說明圖。
[0023]圖5是表示纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序的終期工序的說明圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]以下，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式，基于附圖對(duì)其實(shí)施例進(jìn)行說明。圖1是示意地表示作為本發(fā)明的一實(shí)施例的高壓氣罐的制造工序的說明圖，圖2是示意地表示纖維強(qiáng)化樹脂層的形成的情形的說明圖。在本實(shí)施例中，將高壓氣罐設(shè)為儲(chǔ)藏高壓氫的高壓氫罐。
[0025]在本實(shí)施例的罐制造工序中，首先，如圖1(a)所示，準(zhǔn)備具有針對(duì)氫氣的阻氣性的樹脂制容器來作為內(nèi)襯10。內(nèi)襯10具有半徑均一的大致圓筒形狀的筒體部10a、和設(shè)置于筒體部兩端的凸曲面形狀的拱頂部10b。拱頂部1b由等張力曲面構(gòu)成，在其頂點(diǎn)具有用于與外部配管等連接的管頭14。在本實(shí)施例中，作為樹脂容器，使用由尼龍系樹脂形成的樹脂制容器。作為樹脂容器，只要具有針對(duì)氫氣的阻氣性，就可以使用由其他樹脂形成的樹脂容器。
[0026]接著，如圖1 (b)所示，在內(nèi)襯10的外周形成纖維強(qiáng)化樹脂層20 (纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序)。在該纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序中，通過在內(nèi)襯10的外周，反復(fù)纏繞浸滲了作為熱固性樹脂的環(huán)氧樹脂的碳纖維，形成作為纖維強(qiáng)化樹脂層20的碳纖維層。由此，得到在內(nèi)襯10的外周具有樹脂固化前的纖維強(qiáng)化樹脂層20的中間產(chǎn)品罐12。對(duì)于該纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序，在后面描述。
[0027]繼纖維強(qiáng)化樹脂層20形成后，進(jìn)行熱固化。在熱固化工序中，使用圖1(c)所示的感應(yīng)加熱裝置200。該感應(yīng)加熱裝置200，是對(duì)作為被加熱物的中間產(chǎn)品罐12進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱的裝置。感應(yīng)加熱裝置200，在未圖示的臺(tái)架上，經(jīng)由罐兩端的罐支承軸212可旋轉(zhuǎn)地軸支承中間產(chǎn)品罐12，并利用未圖示的馬達(dá)使中間產(chǎn)品罐12在加熱的過程中旋轉(zhuǎn)。感應(yīng)加熱線圈222圍繞軸支承的中間產(chǎn)品罐12，從高頻電源220接受高頻電流的通電，由此形成磁通，以中間產(chǎn)品罐12的纖維強(qiáng)化樹脂層20中的碳纖維(浸滲有樹脂的碳纖維W)為導(dǎo)體對(duì)纖維強(qiáng)化樹脂層20進(jìn)行感應(yīng)加熱。
[0028]在使用圖1(c)所示的上述的感應(yīng)加熱裝置200的熱固化工序中，在將中間產(chǎn)品罐12向感應(yīng)加熱裝置200搬入之前，在已形成纖維強(qiáng)化樹脂層20的中間產(chǎn)品罐12上安裝罐支承軸212。罐支承軸212，以插入到中間產(chǎn)品罐12的兩端的管頭14中、并使軸從罐兩端伸出的狀態(tài)，水平地軸支承中間產(chǎn)品罐12。這樣地軸支承中間產(chǎn)品罐12后，感應(yīng)加熱裝置200對(duì)中間產(chǎn)品罐12進(jìn)行熱固化工序。在該熱固化工序中，使中間產(chǎn)品罐12同罐支承軸212 —起以恒速旋轉(zhuǎn)，在整個(gè)熱固化工序期間維持該旋轉(zhuǎn)。與罐旋轉(zhuǎn)同時(shí)地、或變?yōu)楹闼傩D(zhuǎn)時(shí)，感應(yīng)加熱裝置200采用控制設(shè)備230對(duì)感應(yīng)加熱線圈222通高頻電流來感應(yīng)加熱纖維強(qiáng)化樹脂層20，使得纖維強(qiáng)化樹脂層20的形成所使用的上述的熱固化樹脂(例如環(huán)氧樹脂)發(fā)生熱固化。由此，在中間產(chǎn)品罐12中，形成于內(nèi)襯10的外周的纖維強(qiáng)化樹脂層20中的熱固化樹脂的熱固化，在內(nèi)襯外周周圍大致均等地發(fā)生。再者，也可以使用吹熱風(fēng)來加熱、或利用加熱器進(jìn)行加熱的方式的加熱裝置。
[0029]在采用感應(yīng)加熱裝置200進(jìn)行上述的樹脂的熱固化后，受到加熱的中間產(chǎn)品罐12被冷卻養(yǎng)護(hù)。并且，通過經(jīng)過該冷卻養(yǎng)護(hù)，得到在內(nèi)襯10的外周具有將環(huán)氧樹脂浸滲并熱固化了的纖維強(qiáng)化樹脂層20的高壓氫罐30。
[0030]在此，對(duì)于纖維強(qiáng)化樹脂層20的形成的情形(圖1 (b))進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖2所示，在本實(shí)施例中，在采用FW法由浸滲有樹脂的碳纖維W形成纖維強(qiáng)化樹脂層20時(shí)，分別使用螺旋纏繞和環(huán)箍纏繞，在內(nèi)襯兩端的拱頂部1b和圓筒狀的筒體部1a的外周反復(fù)纏繞浸滲有樹脂的碳纖維W。首先，采用圖2(A)所示的低角度的螺旋纏繞來纏繞浸滲有樹脂的碳纖維W。該浸滲有樹脂的碳纖維W是使多根條狀的碳纖維整齊，并在條纖維表面和纖維間含有環(huán)氧樹脂等的熱固化樹脂的多給絲(多喂紗:multiple yarn feeding)。
[0031]在低角度的螺旋纏繞中，將拱頂部1b的彎曲外表面區(qū)域和環(huán)箍纏繞的筒體部1a作為纖維纏繞對(duì)象，一邊使內(nèi)襯10繞罐中心軸AX旋轉(zhuǎn)，一邊調(diào)整內(nèi)襯旋轉(zhuǎn)速度和纖維送出部132的往復(fù)移動(dòng)速度，使得從作為浸滲有樹脂的纖維W的供給源的纖維送出部132延伸了的浸滲有樹脂的碳纖維W相對(duì)于罐中心軸AX以低角度的纖維角a LH(例如，約11?25° )交叉纏繞。在此基礎(chǔ)上，使纖維送出部132沿罐中心軸AX方向往復(fù)移動(dòng)，以螺旋狀反復(fù)纏繞浸滲有樹脂的碳纖維W使其掛于筒體部1a的兩端的拱頂部10b。該情況下，在兩側(cè)的拱頂部10b，與纖維送出部132的去路、回路的切換相伴，纖維的纏繞方向折回，并且從罐中心軸AX的折回位置也被調(diào)整。
[0032]通過反復(fù)進(jìn)行好幾次的在拱頂部1b上的纏繞方向的折回，在內(nèi)襯10的外表面，以低角度的纖維角a LH形成浸滲有樹脂的碳纖維W被伸展為網(wǎng)狀的纖維纏繞層。該情況下，纖維送出部132，在拱頂部1b的大致整個(gè)區(qū)域的外表面由浸滲有樹脂的碳纖維W覆蓋的基礎(chǔ)上，進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)直到能夠形成數(shù)層的上述的纖維纏繞層為止，該最初的數(shù)層的纖維纏繞層成為在纖維強(qiáng)化樹脂層20中位于最內(nèi)層側(cè)的最內(nèi)層螺旋層。
[0033]繼形成上述的螺旋層后，形成環(huán)箍層，使得其與已形成的螺旋層重疊。該情形示于圖2 (B)，在筒體部1a上，通過一邊在筒體部兩端折回一邊反復(fù)進(jìn)行環(huán)箍纏繞來形成環(huán)箍層。也就是說，通過一邊使內(nèi)襯10繞罐中心軸AX旋轉(zhuǎn)，一邊使纖維送出部132沿罐中心軸AX以規(guī)定速度往復(fù)移動(dòng)，來與已形成的螺旋層重疊地用浸滲有樹脂的碳纖維W纏繞形成環(huán)箍層。在該環(huán)箍纏繞中，調(diào)整內(nèi)襯旋轉(zhuǎn)速度和纖維送出部132的往復(fù)移動(dòng)速度，使得來自纖維送出部132的浸滲有樹脂的碳纖維W，相對(duì)于筒體部1a的罐中心軸AX以大致接近于垂直的纏繞角度(纖維角α O:例如約89° )交叉纏繞。在該基礎(chǔ)上，使纖維送出部132沿罐中心軸AX方向往復(fù)移動(dòng)，將浸滲有樹脂的碳纖維W在筒體部1a的范圍中反復(fù)纏繞。
[0034]通過反復(fù)進(jìn)行好幾次的在筒體部1a上的纏繞方向的折回，在已形成的螺旋層的外表面，以高角度的纖維角a LH形成浸滲有樹脂的碳纖維W被伸展為網(wǎng)狀的環(huán)箍層。該情況下，纖維送出部132往復(fù)移動(dòng)，直到能夠在筒體部1a的整個(gè)區(qū)域中，浸滲有樹脂的碳纖維W反復(fù)纏繞地形成數(shù)層的上述的纖維纏繞層為止，該數(shù)層的纖維纏繞層成為環(huán)箍層。
[0035]從用于形成螺旋層的螺旋纏繞向由于形成環(huán)箍層的環(huán)箍纏繞的變更，是通過進(jìn)行中間產(chǎn)品罐12的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整和纖維送出部132的往復(fù)移動(dòng)速度調(diào)整來完成的。再者，在從上述的低角度的螺旋纏繞向環(huán)箍纏繞變更時(shí)，也可以組入高角度的螺旋纏繞，該高角度的螺旋纏繞，相對(duì)于罐中心軸AX以高角度的纖維角(例如，約30?60° )纏繞浸滲有樹脂的碳纖維W。
[0036]通過這樣地分別使用浸滲有樹脂的碳纖維W的環(huán)箍纏繞和螺旋纏繞來形成，在內(nèi)襯10的外周，采用FW法形成:環(huán)箍層與最內(nèi)層螺旋層重疊、而且螺旋層與環(huán)箍層交替地以層狀重疊的纖維強(qiáng)化樹脂層20。并且，經(jīng)過浸滲有樹脂的碳纖維W的采用FW法進(jìn)行的纏繞，得到在內(nèi)襯10的外周形成了纖維強(qiáng)化樹脂層20的中間產(chǎn)品罐12(參照圖1(b))。在獲得該中間產(chǎn)品罐12的過程中，在本實(shí)施例中，還采用了如下的工序。圖3是表示纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序的初期工序的說明圖，圖4是表示纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序的中期工序的說明圖，圖5是表示纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序的終期工序的說明圖。
[0037]在圖1(b)和圖2所示的纖維強(qiáng)化樹脂層形成工序中，在纖維纏繞之前，在內(nèi)襯10上安裝內(nèi)襯支承軸112。內(nèi)襯支承軸112以插入到內(nèi)襯兩端的管頭14中、并使軸從內(nèi)襯兩端伸出的狀態(tài)，水平地軸支承內(nèi)襯10。這樣地軸支承內(nèi)襯10后，如圖3所示，采用FW裝置(省略圖示)的螺旋纏繞單元100Η，進(jìn)行纏繞始端的固定(步驟S100)。該螺旋纏繞單元100Η，形成為圍繞內(nèi)襯10的環(huán)狀體，以等間距具備多個(gè)已敘述的纖維送出部132。各個(gè)纖維送出部132，為了形成已敘述的低角度的螺旋層(參照圖2(A))，送出浸滲有樹脂的碳纖維I
[0038]在最初的步驟SlOO中，使螺旋纏繞單元100Η移動(dòng)至具有內(nèi)襯支承軸112的纖維固定用法蘭114。纖維固定用法蘭114遠(yuǎn)離內(nèi)襯10的拱頂部1b的頂峰而設(shè)置于內(nèi)襯支承軸112上。并且，通過一邊從螺旋纏繞單元100Η向該纖維固定用法蘭114的外周送出浸滲有樹脂的碳纖維W，一邊使內(nèi)襯10旋轉(zhuǎn)，將浸滲有樹脂的碳纖維W纏繞在纖維固定用法蘭114的外周。接著，在該纏繞部位，將浸滲有樹脂的碳纖維W固定在纖維固定用法蘭114上。該纖維固定，使用環(huán)狀的固定配件等進(jìn)行，浸滲有樹脂的碳纖維W的纏繞端部纖維Ws從該固定部位延伸。
[0039]在接下來的步驟SllO中，形成纖維強(qiáng)化樹脂層20的最內(nèi)層側(cè)的最內(nèi)層螺旋層20Η1。在此，首先將內(nèi)襯10的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整為適合于圖2(A)所示的低角度的螺旋纏繞的速度，使內(nèi)襯10旋轉(zhuǎn)。在該基礎(chǔ)上，使螺旋纏繞單元100Η向內(nèi)襯10的拱頂部1b的頂峰側(cè)移動(dòng)。由此，纏繞端部纖維Ws在從纖維固定用法蘭114的固定部位延伸的基礎(chǔ)上，被纏繞至內(nèi)襯支承軸112和管頭14。然后，一邊繼續(xù)旋轉(zhuǎn)內(nèi)襯10，一邊使螺旋纏繞單元100Η僅往復(fù)移動(dòng)規(guī)定的次數(shù)，且在該期間從纖維送出部132送出纖維，使得形成圖2(A)所示的低角度的螺旋層。由此，用與從纖維固定用法蘭114的固定部位延伸的纏繞端部纖維Ws接續(xù)地送出的浸滲有樹脂的碳纖維W，形成作為低角度的螺旋層的最內(nèi)層螺旋層20Η1。
[0040]在接下來的步驟S120中，如圖4所示，使用環(huán)箍纏繞單元100F，形成與最內(nèi)層螺旋層20H1重疊的內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1。環(huán)箍纏繞單元100F，與螺旋纏繞單元10H同樣地形成為圍繞內(nèi)襯10的環(huán)狀體，以等間距具備多個(gè)用于形成環(huán)箍層的纖維送出部132。各個(gè)纖維送出部132，為了形成已敘述的環(huán)箍層(參照圖2(B))，送出浸滲有樹脂的碳纖維W。在采用該環(huán)箍纏繞單元100F形成內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1時(shí)，首先將內(nèi)襯10的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整為適合于圖2 (B)所示的環(huán)箍纏繞的速度，使內(nèi)襯10旋轉(zhuǎn)。然后，一邊繼續(xù)內(nèi)襯10的旋轉(zhuǎn)，一邊使環(huán)箍纏繞單元100F僅往復(fù)移動(dòng)規(guī)定的次數(shù)，且在該期間從纖維送出部132送出纖維，使得形成圖2(B)所示的環(huán)箍層。由此，與在步驟SllO中已形成的最內(nèi)層螺旋層20H1重疊地，用浸滲有樹脂的碳纖維W形成內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1。這樣形成的內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1，在作為其形成范圍的筒體部1a上,保持最內(nèi)層螺旋層20H1。
[0041]在采用環(huán)箍纏繞單元100F形成內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1后的步驟S130中，將從纖維固定用法蘭114的固定部位延伸并被纏繞至內(nèi)襯支承軸112和管頭14的纏繞端部纖維Ws切斷、除去。該切斷部位，為拱頂部1b的頂峰周圍的、管頭14的外表面附近。
[0042]在接下來的步驟S140中，如圖5所示，再次使用螺旋纏繞單元100H，再形成圖2(A)所示的低角度的螺旋層。該所形成的螺旋層，成為覆蓋最內(nèi)層螺旋層20H1和與其重疊的內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1的第2層的螺旋層(第2螺旋層20H2)。
[0043]在接下來的步驟S150中，將使用了環(huán)箍纏繞單元100F的環(huán)箍層形成(步驟S130)、和使用了螺旋纏繞單元100H的螺旋層形成(步驟S140)交替地反復(fù)進(jìn)行規(guī)定的次數(shù)，卸下內(nèi)襯支承軸112。反復(fù)進(jìn)行的次數(shù)n，根據(jù)纖維強(qiáng)化樹脂層20的厚度和各螺旋層的厚度、各環(huán)箍層的厚度確定。當(dāng)該反復(fù)進(jìn)行的工作完成時(shí)(步驟S160)，在內(nèi)襯10的外表面，形成了如取內(nèi)層螺旋層20H1、內(nèi)層側(cè)環(huán)榧層20F1、弟2螺旋層20H2?弟η螺旋層20Ηη、第η環(huán)箍層20Fn那樣交替地層疊有螺旋層和環(huán)箍層的纖維強(qiáng)化樹脂層20，得到中間產(chǎn)品罐
12。然后，所得到的中間產(chǎn)品罐12，采用圖1(c)所示的感應(yīng)加熱裝置200，如已敘述的那樣進(jìn)行纖維強(qiáng)化樹脂層20的高頻感應(yīng)加熱。
[0044]如以上說明的那樣，在本實(shí)施例的高壓氫罐制造方法中，將環(huán)箍層和螺旋層重疊直到最內(nèi)層螺旋層20H1?第η環(huán)箍層20Fn為止，從而在內(nèi)襯10的外表面形成纖維強(qiáng)化樹脂層20。在直接形成于內(nèi)襯10的外表面而最接近內(nèi)襯外表面的最內(nèi)層螺旋層20H1的形成時(shí)，將從螺旋纏繞單元100H送出的浸滲有樹脂的碳纖維W的纏繞端部纖維Ws，在內(nèi)襯支承軸112的纖維固定用法蘭114上纏繞并固定(圖3:步驟S100)。纖維固定用法蘭114，遠(yuǎn)離內(nèi)襯10的拱頂部1b的頂峰，因此纏繞端部纖維Ws，從纖維固定用法蘭114的外周固定部位向拱頂部1b側(cè)延伸。并且，將繼延伸至拱頂部1b的纏繞端部纖維Ws之后從螺旋纏繞單元100H送出的浸滲有樹脂的碳纖維W，掛于內(nèi)襯10的兩端的拱頂部10b，采用低角度的螺旋纏繞在內(nèi)襯10上纏繞，形成最內(nèi)層螺旋層20H1。
[0045]繼該最內(nèi)層螺旋層20H1的形成之后，將從環(huán)箍纏繞單元100F送出的浸滲有樹脂的碳纖維W，在內(nèi)襯10的筒體部1a的范圍中采用高角度的環(huán)箍纏繞進(jìn)行纏繞而形成環(huán)箍層。該環(huán)箍纏繞的纖維纏繞，相對(duì)于已形成的最內(nèi)層螺旋層20H1進(jìn)行，因此所形成的環(huán)箍層，與最內(nèi)層螺旋層20H1重疊地形成，成為內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1。該內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1，在作為其形成范圍的筒體部1a上，保持最內(nèi)層螺旋層20H1。因此，為了形成最內(nèi)層螺旋層20H1而反復(fù)纏繞的浸滲有樹脂的碳纖維W，在筒體部1a其移動(dòng)被制約，因此最內(nèi)層螺旋層20H1，不僅在筒體部10a，即使在拱頂部1b的外表面范圍也不發(fā)生纖維的松動(dòng)而留下來。
[0046]在本實(shí)施例的高壓氫罐制造方法中，將最內(nèi)層螺旋層20H1和內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1按該順序形成后，再反復(fù)進(jìn)行規(guī)定次數(shù)的采用螺旋纏繞的螺旋層形成和采用環(huán)箍纏繞的環(huán)箍層形成，形成纖維強(qiáng)化樹脂層20(圖5:步驟S150)。但是，在繼保持最內(nèi)層螺旋層20H1的內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1之后形成第2螺旋層20H2之前，將從遠(yuǎn)離拱頂部1b的頂峰的纖維固定用法蘭114的纖維固定部位延伸并被纏繞至內(nèi)襯支承軸112和管頭14的纏繞端部纖維％，在拱頂部1b的頂峰周圍的管頭14的外表面附近切斷。因此，為了形成最內(nèi)層螺旋層20H1而已纏繞于內(nèi)襯10的纖維，通過纏繞端部纖維Ws的切斷，從螺旋纏繞時(shí)的張力中解放，從其切斷部位沿拱頂部1b的外表面以螺旋纏繞軌跡殘留。因此，不發(fā)生由螺旋纏繞時(shí)的張力導(dǎo)致的纖維的拉伸、纏繞軌跡(螺旋纏繞軌跡)的偏移，因此最內(nèi)層螺旋層20H1的厚度，成為包含拱頂部1b的頂峰周圍在內(nèi)被維持的狀態(tài)。
[0047]在本實(shí)施例的高壓氫罐制造方法中，與維持了厚度的狀態(tài)的最內(nèi)層螺旋層20H1重疊地形成第2螺旋層20H2?第η螺旋層20Ηη。自該第2螺旋層20Η2以后的各螺旋層，其纏繞開始點(diǎn)為環(huán)箍層的終點(diǎn)，根本不對(duì)層的厚度造成變化。另外，對(duì)于最內(nèi)層螺旋層20Η1而言，將纏繞端部纖維Ws固定于在罐軸方向上遠(yuǎn)離管頭14的纖維固定用法蘭114上，將浸滲有樹脂的碳纖維W螺旋纏繞，因此能夠易于進(jìn)行在管頭14的周壁周邊的纏繞。自第2螺旋層20Η2以后的各螺旋層也是同樣的。于是，根據(jù)本實(shí)施例的高壓氫罐制造方法，在最內(nèi)層螺旋層20Η1的形成時(shí)，不需要在管頭14的周壁反復(fù)纏繞并固定纖維，并且能夠成為維持了最內(nèi)層螺旋層20Η1的厚度的狀態(tài)。其結(jié)果，根據(jù)本實(shí)施例的高壓氫罐制造方法，采用FW法在內(nèi)襯10上形成其加強(qiáng)用的纖維強(qiáng)化樹脂層20時(shí)，能夠在管頭14的周邊不殘留間隙。另外，根據(jù)本實(shí)施例的高壓氫罐制造方法，通過抑制在管頭14的周邊的間隙的殘存，能夠容易地制造也抑制了纖維強(qiáng)化樹脂層20的加強(qiáng)強(qiáng)度的降低的高壓氫罐30。
[0048]另外，在本實(shí)施例的高壓氫罐制造方法中，在內(nèi)襯10的外表面直接纏繞浸滲有樹脂的碳纖維W而最先形成了最內(nèi)層螺旋層20Η1。因此，通過經(jīng)過最先形成的最內(nèi)層螺旋層20Η1和其后的內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1的形成和纏繞端部纖維Ws的切斷，能夠交替地連續(xù)地形成與該內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1重疊的第2螺旋層20Η2、進(jìn)而與該第2螺旋層20Η2重疊的第2環(huán)箍層20F2?第η螺旋層20Ηη、第η環(huán)箍層20Fn。
[0049]另外，在本實(shí)施例的高壓氫罐制造方法中，在纖維強(qiáng)化樹脂層20的形成方面的軸支承內(nèi)襯所不可欠缺的內(nèi)襯支承軸112上，設(shè)置了固定纏繞端部纖維Ws的纖維固定用法蘭114。因此，不需要僅用于固定纏繞端部纖維Ws的部件和將該部件保持的結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)變得簡單。
[0050]以上，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明絲毫不被這樣的實(shí)施方式限定，能夠在不脫離其要旨的范圍內(nèi)以各種方式來實(shí)施。例如，在上述實(shí)施例中，高壓氣罐設(shè)為高壓氫罐30，但本發(fā)明不限于此。也可以設(shè)為儲(chǔ)藏例如天然氣等其他高壓氣體的高壓氣罐。
[0051]另外，也可以將為了形成纖維強(qiáng)化樹脂層20而軸支承了內(nèi)襯10的內(nèi)襯支承軸112，兼用作其后的采用感應(yīng)加熱裝置200進(jìn)行熱固化處理時(shí)的罐支承軸。這樣的話，能夠通過內(nèi)襯支承軸112將中間產(chǎn)品罐12在其兩端支持而形成為穩(wěn)定的姿勢，能夠在該姿態(tài)下安置于感應(yīng)加熱裝置200中。在感應(yīng)加熱裝置200中，能夠用內(nèi)襯支承軸112對(duì)中間產(chǎn)品罐12進(jìn)行軸支承來進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱。
[0052]另外，在步驟S130中的纏繞端部纖維Ws的切斷，除了在步驟S120中形成內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1之后進(jìn)行以外，也可以在內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層20F1的形成過程中進(jìn)行。
[0053]附圖標(biāo)記說明
[0054]10…內(nèi)襯
[0055]1a…筒體部
[0056]I Ob…拱頂部
[0057]12…中間產(chǎn)品罐
[0058]14…管頭
[0059]20…纖維強(qiáng)化樹脂層
[0060]20F1…內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層
[0061]20F2…第2環(huán)箍層
[0062]20HL...最內(nèi)層螺旋層
[0063]20H2…第2螺旋層
[0064]30…高壓氫罐
[0065]100F…環(huán)箍纏繞單元
[0066]100H…螺旋纏繞單元
[0067]112…內(nèi)襯支承軸
[0068]114…纖維固定用法蘭
[0069]132…纖維送出部
[0070]200…感應(yīng)加熱裝置
[0071]212…罐支承軸
[0072]220…高頻電源
[0073]222…感應(yīng)加熱線圈
[0074]230…控制設(shè)備
[0075]W…浸滲有樹脂的碳纖維
[0076]AX…罐中心軸
[0077]Ws…纏繞端部纖維
【權(quán)利要求】
1.一種高壓氣罐的制造方法，是采用在內(nèi)襯的外表面反復(fù)纏繞纖維的纖維纏繞法在所述內(nèi)襯上形成纖維層的高壓氣罐的制造方法，所述內(nèi)襯是在圓筒狀的筒體部的兩端接合有凸?fàn)钋嫘螤畹墓绊敳康膬?nèi)襯， 在將遍及所述筒體部的整個(gè)外表面反復(fù)纏繞纖維的環(huán)箍纏繞所形成的環(huán)箍層、和在所述拱頂部使纏繞方向折回的螺旋纏繞所形成的螺旋層層疊多層來形成所述纖維層時(shí)， 為了形成在所述螺旋層之中最接近所述內(nèi)襯的外表面的最內(nèi)層螺旋層，將所述纖維的纏繞始端固定在固定部位，所述固定部位在所述筒體部側(cè)的相反側(cè)遠(yuǎn)離，用從該固定部位延伸的纖維形成所述最內(nèi)層螺旋層， 與該最內(nèi)層螺旋層重疊地形成所述環(huán)箍層來作為內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層， 將在形成所述最內(nèi)層螺旋層時(shí)從所述固定部位延伸了的所述纖維，在形成所述內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層后在所述拱頂部的頂峰的周圍切斷后，與所述內(nèi)層側(cè)環(huán)箍層重疊地形成所述螺旋層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣罐的制造方法，所述最內(nèi)層螺旋層是直接纏繞在所述內(nèi)襯的外表面最先所形成的螺旋層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓氣罐的制造方法，形成所述最內(nèi)層螺旋層時(shí)的所述纖維的纏繞始端被固定在軸支承所述內(nèi)襯的軸上。
【文檔編號(hào)】B29K105/08GK104136201SQ201380010910
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月27日
【發(fā)明者】八田健, 谷川元洋, 魚住忠司 申請人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 村田機(jī)械株式會(huì)社