高壓氣罐和高壓氣罐的制造方法
【專利摘要】該高壓氣罐（1）是通過繞罐襯里（2）的外周卷繞浸漬有熱固性樹脂的纖維而繞所述罐襯里（2）的外周形成纖維增強(qiáng)的樹脂層（3）的罐。所述纖維增強(qiáng)的樹脂層（3）包括形成在所述罐襯里（2）側(cè)的內(nèi)側(cè)層（3a）和形成在所述內(nèi)側(cè)層（3a）的外周上的外側(cè)層（3b）。所述內(nèi)側(cè)層（3a）形成為致密層，而所述外側(cè)層（3b）通過在所述外側(cè)層（3b）中形成比所述內(nèi)側(cè)層（3a）中更大量的空隙而形成為密度比所述內(nèi)側(cè)層（3a）低的層。
【專利說明】高壓氣罐和高壓氣罐的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓氣罐，更特別地涉及一種具有其中罐襯里的外周由纖維增強(qiáng)的樹脂層覆蓋的結(jié)構(gòu)的高壓氣罐。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓氣罐的罐襯里的外周覆蓋有纖維增強(qiáng)的樹脂。日本專利申請公報(bào)N0.2009-216133 (JP 2009-216133 A)描述了在纖維增強(qiáng)的樹脂中形成通氣孔以便防止已透過罐襯里并存留在罐襯里和纖維增強(qiáng)的樹脂之間的殘留氣體伴隨著放出噪聲一下子同時(shí)放出到外部的技術(shù)。
[0003]此外，日本專利申請公報(bào)N0.2009-191904 (JP 2009-191904 A)描述了通過溶化形成在纖維增強(qiáng)的樹脂層的最外周部上的熱固性樹脂層以使殘留氣體更容易從熱固性樹脂層通過來抑制殘留氣體的放出噪聲的產(chǎn)生的技術(shù)。
[0004]日本專利申請公報(bào)N0.2009-216133 (JP 2009-216133 A)中記載的通氣孔形成方法涉及通過在罐襯里和纖維增強(qiáng)的樹脂層之間注入等于或大于常規(guī)壓力的氣體來產(chǎn)生微小裂縫而在纖維增強(qiáng)的樹脂層中形成通氣孔。然而，對于該方法，難以控制微小裂縫產(chǎn)生的位置，因而難以在整個(gè)纖維增強(qiáng)的樹脂層上均勻地形成通氣孔。如果在纖維增強(qiáng)的樹脂層的一部分中存在沒有形成通氣孔的區(qū)域，則在該區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生氣體放出噪聲。因此，試圖抑制氣體放出噪聲將需要用于檢查通氣孔的分布并選擇通氣孔適當(dāng)?shù)胤植嫉墓薜膯为?dú)工序，這會(huì)增加與制造相關(guān)的時(shí)間和成本兩者。
[0005]另外，JP 2009-191904 A中記載的制造方法涉及使用溶劑來溶化形成在纖維增強(qiáng)的樹脂層的最外周部上的熱固性樹脂層。對于該制造方法，難以均勻地形成最終熱固性樹脂層的厚度。因此，殘留氣體可能最終局部存留在熱固性樹脂層形成得厚的部分中，并且結(jié)果，不能夠完全防止殘留氣體最終伴隨著放出噪聲一下子同時(shí)放出到外部的現(xiàn)象。
[0006]此外，如果局部地產(chǎn)生大量將透過罐襯里到達(dá)外部的氣體，則會(huì)超過能夠透過熱固性樹脂層的氣體的容許極限，因而無法防止在該部分的放出噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]由此本發(fā)明提供了一種能夠抑制由已透過罐襯里的氣體引起的氣體放出噪聲的高壓氣罐，以及該高壓氣罐的制造方法。
[0008]本發(fā)明的第一方面涉及一種高壓氣罐，在所述高壓氣罐中通過繞罐襯里的外周卷繞浸潰有熱固性樹脂的纖維而在所述罐襯里的外周上形成纖維增強(qiáng)的樹脂層。所述纖維增強(qiáng)的樹脂層包括形成在所述罐襯里側(cè)的內(nèi)側(cè)層和形成在所述內(nèi)側(cè)層的外周上的外側(cè)層。所述內(nèi)側(cè)層形成為致密層，而所述外側(cè)層形成為密度比所述內(nèi)側(cè)層低的層。
[0009]根據(jù)該方面，纖維增強(qiáng)的樹脂層形成為被分成內(nèi)側(cè)層和外側(cè)層。因此，通過使這些層的特性彼此不同，能夠提高整個(gè)纖維增強(qiáng)的樹脂層的功能。更具體地，將內(nèi)側(cè)層形成為致密層使得能夠確保能承受從罐襯里側(cè)施加的大的力的強(qiáng)度。即使以此方式致密地形成內(nèi)側(cè)層，儲(chǔ)存在罐襯里內(nèi)部的氣體處于高壓力下，因而氣體也透過內(nèi)側(cè)層傳送到外側(cè)層。因此，通過使外側(cè)層成為密度比內(nèi)側(cè)層低的層，已透過的氣體分散在具有低密度的整個(gè)外側(cè)層上。為了使外側(cè)層成為密度比內(nèi)側(cè)層低的層，例如，可在外側(cè)層中形成大量空隙。通過以此方式在外側(cè)層中設(shè)置大量空隙，已透過的氣體在大量空隙之間移動(dòng)并分散在整個(gè)外側(cè)層上。以此方式使氣體遍及整個(gè)外側(cè)層分散能夠降低局部的氣體放出，這又使得可充分地抑制氣體放出噪聲。
[0010]此外，即使透過罐襯里到達(dá)外部的氣體局部大量地產(chǎn)生，纖維增強(qiáng)的樹脂層的外側(cè)層的密度低，因而氣體也不會(huì)集中在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，而是將代之以在分散之后到達(dá)表面樹脂層。結(jié)果，氣體透過表面樹脂層并從高壓氣罐流出，因而能夠可靠地抑制氣體放出噪聲的產(chǎn)生。
[0011]在上述方面中，所述外側(cè)層的厚度可形成得比所述內(nèi)側(cè)層的厚度薄。
[0012]如上所述，內(nèi)側(cè)層主要用來確保強(qiáng)度，而外側(cè)層主要用來分散已從內(nèi)側(cè)層側(cè)透過的氣體。對于該結(jié)構(gòu)，通過使外側(cè)層的厚度比內(nèi)側(cè)層的厚度薄，能夠確保內(nèi)側(cè)層的厚度，且由此能夠確保充分的強(qiáng)度。
[0013]在上述方面中，在所述外側(cè)層中可形成有空隙，并且在所述內(nèi)側(cè)層中可沒有空隙形成。
[0014]本發(fā)明的第二方面涉及一種高壓氣罐的制造方法，在所述高壓氣罐中通過繞罐襯里的外周卷繞浸潰有熱固性樹脂的纖維而在所述罐襯里的外周上形成纖維增強(qiáng)的樹脂層。該制造方法包括用于準(zhǔn)備所述罐襯里的準(zhǔn)備工序、用于通過在所述罐襯里上卷繞所述纖維而在所述罐襯里上形成內(nèi)側(cè)未固化層的第一形成工序、用于通過在所述內(nèi)側(cè)未固化層上卷繞所述纖維而在所述內(nèi)側(cè)未固化層上形成外側(cè)未固化層的第二形成工序、以及用于通過加熱而使所述內(nèi)側(cè)未固化層和所述外側(cè)未固化層的所述熱固性樹脂硬化以分別形成內(nèi)側(cè)層和外側(cè)層并由此形成所述纖維增強(qiáng)的樹脂層的硬化工序。在所述第一形成工序中所述內(nèi)側(cè)未固化層致密地形成。通過在所述第二形成工序中在所述外側(cè)未固化層中形成大量空隙，使所述內(nèi)側(cè)層成為致密層，而使所述外側(cè)層成為密度比所述內(nèi)側(cè)層低的層。
[0015]根據(jù)該方面，使在第一形成工序中形成內(nèi)側(cè)未固化層的方式與在第二形成工序中形成外側(cè)未固化層的方式不同導(dǎo)致具有特性不同的內(nèi)側(cè)層和外側(cè)層的纖維增強(qiáng)的樹脂層的形成。以此方式，形成在罐襯里的外側(cè)的纖維增強(qiáng)的樹脂層形成為被分成內(nèi)側(cè)層和外側(cè)層，因而非常容易使這些層的特性不同，并且結(jié)果，易于提高整個(gè)纖維增強(qiáng)的樹脂層的功能。更具體地，將內(nèi)側(cè)層形成為致密層使得可確保能承受從罐襯里側(cè)施加的大的力的強(qiáng)度。即使以此方式致密地形成內(nèi)側(cè)層，儲(chǔ)存在罐襯里內(nèi)部的氣體處在高壓力下，因而氣體也透過內(nèi)側(cè)層傳送到外側(cè)層。因此，在本發(fā)明中，通過將外側(cè)層形成為密度比內(nèi)側(cè)層低的層，已透過的氣體在具有低密度的整個(gè)外側(cè)層上分散。為了使外側(cè)層成為密度比內(nèi)側(cè)層低的層，例如，可在外側(cè)層中形成大量空隙。通過以此方式在外側(cè)層中設(shè)置大量空隙，已透過的氣體在大量空隙之間移動(dòng)并在整個(gè)外側(cè)層上分散。以此方式使氣體遍及整個(gè)外側(cè)層分散能夠降低局部的氣體放出，這又使得可充分地抑制氣體放出噪聲。
[0016]另外，在上述方面中，在所述第二形成工序中，可通過以比所述第一形成工序中所述纖維的卷繞數(shù)少的所述纖維的卷繞數(shù)形成所述外側(cè)未固化層而使所述外側(cè)層的厚度形成得比所述內(nèi)側(cè)層的厚度薄。[0017]在該結(jié)構(gòu)中，內(nèi)側(cè)層主要用來確保強(qiáng)度，而外側(cè)層主要用來分散已從內(nèi)側(cè)層側(cè)透過的氣體。對于該結(jié)構(gòu)，可通過使外側(cè)未固化層的卷繞數(shù)比內(nèi)側(cè)未固化層的卷繞數(shù)少而使外側(cè)層的厚度形成得比內(nèi)側(cè)層的厚度薄。因此，能夠通過簡單地改變卷繞數(shù)來確保內(nèi)側(cè)層的厚度，從而能夠確保充分的強(qiáng)度。
[0018]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，在所述第二形成工序中，可通過使所述纖維的卷繞張力比所述第一形成工序中所述纖維的卷繞張力低而在所述外側(cè)層中形成所述大量空隙。
[0019]當(dāng)纖維的卷繞張力降低時(shí)，在該卷繞部分中發(fā)生松弛，并且由該松弛可靠地形成氣隙。在上述結(jié)構(gòu)中，通過使第二形成工序中纖維的卷繞張力比第一形成工序中纖維的卷繞張力低而容易且可靠地在外側(cè)層中形成大量空隙。
[0020]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，所述第二形成工序中所述纖維的卷繞張力可等于或小于所述第一形成工序中所述纖維的卷繞張力的1/2。
[0021 ]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，在所述第二形成工序中，可通過使所述纖維的卷繞方向與所述第一形成工序中所述纖維的卷繞方向不同而在所述外側(cè)層中形成所述大量空隙。
[0022]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，所述第一形成工序中所述纖維的卷繞方向可基本垂直于所述罐襯里的軸線，并且所述第二形成工序中所述纖維的卷繞方向可相對于所述罐襯里的軸線成小的角度。
[0023]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，所述第一形成工序可包括環(huán)向卷繞，且所述第二形成工序可包括螺旋式卷繞。
[0024]在該結(jié)構(gòu)中，例如，可通過使第二形成工序中纖維的卷繞方向不同于第一形成工序中纖維的卷繞方向而采用相對于罐襯里的軸線成小的角度卷繞的螺旋式卷繞。以此方式在形成外側(cè)未固化層時(shí)采用螺旋式卷繞使得能夠在纖維的側(cè)端部形成空隙。
[0025]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，在所述第二形成工序中，可通過在所述纖維之間介設(shè)間隙材料而在所述外側(cè)層中形成所述大量空隙。
[0026]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，所述間隙材料可由玻璃纖維形成。
[0027]在該結(jié)構(gòu)中，在第二形成工序中，例如，能夠通過在卷繞纖維時(shí)加入諸如玻璃纖維之類的間隙材料而在外側(cè)層中可靠地形成大量空隙。
[0028]根據(jù)上述方面和結(jié)構(gòu)，能提供一種能夠抑制由已透過罐襯里的氣體引起的氣體放出噪聲的高壓氣罐，以及該高壓氣罐的制造方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素，并且其中:
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的高壓氣罐的剖視圖；
[0031]圖2是圖1中的A部分的結(jié)構(gòu)的放大剖視圖；
[0032]圖3是圖1中的B部分的結(jié)構(gòu)的放大剖視圖；
[0033]圖4是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的高壓氣罐的制造工序的流程圖；
[0034]圖5是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的卷繞工序的細(xì)節(jié)的流程圖；
[0035]圖6是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的卷繞工序的一個(gè)修改示例的流程圖；
[0036]圖7是在由根據(jù)圖6所示的修改示例的卷繞工序形成時(shí)外側(cè)層的結(jié)構(gòu)的剖視圖；[0037]圖8是示出根據(jù)示例性實(shí)施例的卷繞工序的另一個(gè)修改示例的流程圖；以及
[0038]圖9是在由根據(jù)圖8所示的修改示例的卷繞工序形成時(shí)外側(cè)層的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。為了便于理解描述，圖中同樣的構(gòu)成要素將盡量用同樣的附圖標(biāo)記表示，并且將省略這些要素的贅述。
[0040]首先，將參照圖1描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的高壓氣罐。圖1是根據(jù)該示例性實(shí)施例的高壓氣罐I的剖視圖。圖1示出在與高壓氣罐I的軸向(即，縱長方向)正交的平面上穿過高壓氣罐I的中心附近的區(qū)域的截面。
[0041]如圖1所示，高壓氣罐I包括罐襯里2、纖維增強(qiáng)的樹脂層3、表面樹脂層5和帽蓋
6。罐襯里2配置在最內(nèi)側(cè)，并且是兩端都封閉以使得能將諸如氫氣之類的氣體保持在內(nèi)部的筒狀部件。
[0042]帽蓋6安裝在罐襯里2在縱長方向上的一個(gè)端部上，并且用作供氣體導(dǎo)入罐襯里2中的入口。更具體地，帽蓋6具有大致圓筒形狀，并且是配合在罐襯里2的開口中的金屬部件。帽蓋6用于在將高壓氣罐I內(nèi)的氫供給到罐的外部時(shí)提供與外部氣體供給管路的連接。
[0043]纖維增強(qiáng)的樹脂層3是通過繞罐襯里2的外周卷繞纖維而形成的層。纖維增強(qiáng)的樹脂層3包括內(nèi)側(cè)層3a和外側(cè)層3b。內(nèi)側(cè)層3a形成為與罐襯里2的外周鄰接的致密層。另一方面，外側(cè)層3b形成為其中具有大量空隙并與內(nèi)側(cè)層3a的外周側(cè)鄰接的低密度層。
[0044]表面樹脂層5作為僅由不包括纖維的樹脂構(gòu)成的層形成在纖維增強(qiáng)的樹脂層3的最外周上。
[0045]接下來，將參照圖2和3描述構(gòu)成纖維增強(qiáng)的樹脂層3的內(nèi)側(cè)層3a和外側(cè)層3b。圖2是圖1中的A部分的結(jié)構(gòu)的放大剖視圖，并且詳細(xì)示出外側(cè)層3b。圖3是圖1中的B部分的結(jié)構(gòu)的放大剖視圖，并且詳細(xì)示出內(nèi)側(cè)層3a。
[0046]如圖2所示，外側(cè)層3b形成為整體CFRP (碳纖維增強(qiáng)塑料)結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中碳纖維7彼此疊置并且相鄰的碳纖維7與未示出的環(huán)氧樹脂結(jié)合在一起。
[0047]在外側(cè)層3b中，在碳纖維7 (包括將碳纖維7結(jié)合在一起的環(huán)氧樹脂；下同)之間形成有空隙8a。遍及整個(gè)外側(cè)層3b形成有大量這些空隙8a。因而，外側(cè)層3b是其中具有大量空隙8a的層。
[0048]同時(shí)，如圖3所示，內(nèi)側(cè)層3a也是整體CFRP結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中碳纖維7彼此疊置并且相鄰的碳纖維7與未示出的環(huán)氧樹脂結(jié)合在一起。
[0049]然而，在內(nèi)側(cè)層3a中，在碳纖維7之間沒有空隙形成。而是，碳纖維7緊密地連接在一起。因而，內(nèi)側(cè)層3a形成為致密層，其中幾乎沒有空隙。
[0050]如上所述，在該示例性實(shí)施例中，形成在罐襯里2的外側(cè)的纖維增強(qiáng)的樹脂層3形成為被分成內(nèi)側(cè)層3a和外側(cè)層3b。因此，通過使這些層的特性彼此不同而提高了整個(gè)纖維增強(qiáng)的樹脂層3的功能。更具體地，將內(nèi)側(cè)層3a形成為致密層使得能夠確保能承受從罐襯里2側(cè)施加的大的力的強(qiáng)度。即使在內(nèi)側(cè)層3a以此方式致密地形成時(shí)，儲(chǔ)存在罐襯里2內(nèi)部的氣體處在高壓力下，因而氣體也透過內(nèi)側(cè)層3a傳送到外側(cè)層3b。因此，通過在外側(cè)層3b中形成比內(nèi)側(cè)層3a中更多的空隙8a而使外側(cè)層3b成為低密度層，已透過的氣體在大量空隙8a之間移動(dòng)以使得氣體遍及整個(gè)外側(cè)層3b分散。以此方式使氣體遍及整個(gè)外側(cè)層3b分散使得可減少局部的氣體放出，由此能夠充分地抑制氣體放出噪聲。
[0051]此外，即使透過罐襯里2傳送到外側(cè)的氣體局部大量地產(chǎn)生，外側(cè)層3b的密度由于遍及纖維增強(qiáng)的樹脂層3的外側(cè)層3b分布的大量空隙8a而低，因而氣體也不會(huì)集中在一個(gè)區(qū)域內(nèi)，而是將代之以在按照空隙8a的分布分散之后到達(dá)表面樹脂層5。結(jié)果，氣體透過表面樹脂層5并從高壓氣罐流出，因而能夠可靠地抑制氣體放出噪聲的產(chǎn)生。
[0052]另外，在該示例性實(shí)施例中，外側(cè)層3b的厚度形成得比內(nèi)側(cè)層3a的厚度薄。如上所述，在該示例性實(shí)施例中，內(nèi)側(cè)層3a主要用來確保強(qiáng)度，而外側(cè)層3b主要用來分散已從內(nèi)側(cè)層3a側(cè)透過的氣體。因此，使外側(cè)層3b的厚度比內(nèi)側(cè)層3a的厚度薄確保了內(nèi)側(cè)層3a的厚度，并由此使得可確保充分的強(qiáng)度。
[0053]接下來，現(xiàn)將描述根據(jù)該示例性實(shí)施例的高壓氣罐I的制造方法。圖4是示出根據(jù)該示例性實(shí)施例的高壓氣罐I的制造方法的流程圖。如圖4所示，高壓氣罐I的制造方法包括罐襯里/帽蓋組裝工序S10、卷繞工序S20、熱固化工序S30和加壓檢查工序S40。
[0054]在罐襯里/帽蓋組裝工序SlO中，作為準(zhǔn)備工序的一部分，將帽蓋6組裝到罐襯里2上。在這種情況下，帽蓋6不是特殊的帽蓋；可使用一般的帽蓋。
[0055]在罐襯里/帽蓋組裝工序SlO之后的卷繞工序S20中，通過繞罐襯里2的外表面卷繞CFRP半固化片/預(yù)浸潰坯(通過用環(huán)氧樹脂浸潰碳纖維并使環(huán)氧樹脂半固化而形成；呈帶狀)并使其熱固化(即，熱硬化)而形成將變成纖維增強(qiáng)的樹脂層3的未固化的纖維增強(qiáng)的樹脂層。
[0056]接下來，將參照圖5詳細(xì)描述卷繞工序S20。圖5是示出卷繞工序S20的詳細(xì)步驟的流程圖。首先，在步驟S21 (第一形成工序)中，通過熱固化而形成將變成內(nèi)側(cè)層3a的內(nèi)側(cè)未固化層。更具體地，通過纏絲法繞罐襯里2的外表面以卷繞張力Fl卷繞CFRP半固化片。
[0057]例如，此時(shí)的預(yù)定卷繞張力Fl可為約60N。當(dāng)大致以該張力卷繞時(shí)，能夠無松弛地卷繞CFRP半固化片，由此抑制由松弛引起的空隙的形成。形成內(nèi)側(cè)未固化層時(shí)的卷繞張力Fl并不限于始終是恒定的，而是可根據(jù)卷繞數(shù)在以所述預(yù)定卷繞張力為中心或下限的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)刈兓?br> [0058]CFRP半固化片的卷繞方向可以是沿與罐襯里2的軸線基本垂直的方向的所謂的環(huán)向卷繞的卷繞方向。環(huán)向卷繞使得可抑制在CFRP半固化片的側(cè)端部形成空隙的現(xiàn)象。
[0059]在步驟S21之后的步驟S22中，判定內(nèi)側(cè)未固化層的厚度是否已達(dá)到預(yù)定厚度。如果內(nèi)側(cè)未固化層的厚度還沒有達(dá)到預(yù)定厚度，則繼續(xù)卷繞，并且繼續(xù)進(jìn)行步驟S22中的判定。如果內(nèi)側(cè)未固化層的厚度已達(dá)到預(yù)定厚度，則處理過程繼續(xù)轉(zhuǎn)到步驟S23。所述預(yù)定厚度是提供能夠承受高壓氣罐I被使用時(shí)的內(nèi)部壓力的強(qiáng)度所需的厚度，并且可被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
[0060]在步驟S23 (第二形成工序)中，以比步驟S21中的卷繞張力Fl低的卷繞張力F2繼續(xù)卷繞CFRP半固化片。正如內(nèi)側(cè)未固化層的形成那樣，通過用纏絲法卷繞CFRP半固化片而形成外側(cè)未固化層。此時(shí)的卷繞張力是比形成內(nèi)側(cè)未固化層時(shí)的卷繞張力Fl低的卷繞張力F2。外側(cè)未固化層在維持該卷繞張力F2的同時(shí)形成。
[0061]形成外側(cè)未固化層時(shí)的預(yù)定卷繞張力F2可等于或小于卷繞張力Fl的1/2，例如，約30N。以此方式在將卷繞張力F2設(shè)定得低時(shí)形成外側(cè)未固化層允許在卷繞的同時(shí)形成空隙(即，能在熱固化之后變成空隙8a的空隙)。因此，在外側(cè)未固化層的形成結(jié)束的時(shí)點(diǎn)，在整個(gè)外側(cè)未固化層中確實(shí)地存在空隙，因而外側(cè)未固化層具有低密度。
[0062]正如形成內(nèi)側(cè)未固化層時(shí)的卷繞張力Fl那樣，形成外側(cè)未固化層時(shí)的卷繞張力F2并不限于始終是恒定的。形成外側(cè)未固化層時(shí)的卷繞張力F2也可根據(jù)卷繞數(shù)在以所述預(yù)定卷繞張力為中心或下限的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)刈兓?br> [0063]在該示例性實(shí)施例中，在第二形成工序(S卩，步驟S23)中，CFRP半固化片的卷繞數(shù)比第一形成工序(即，步驟S21)中的卷繞數(shù)少。因此，外側(cè)未固化層的厚度形成得比內(nèi)側(cè)未固化層的厚度薄，并且在硬化之后，外側(cè)層3b的厚度形成得比內(nèi)側(cè)層3a的厚度薄。
[0064]將返回圖4繼續(xù)說明。在卷繞工序S20之后的熱固化工序S30中，通過加熱而使未固化層的熱固性樹脂硬化，由此形成纖維增強(qiáng)的樹脂層3。如上所述，在卷繞工序S20完成的時(shí)點(diǎn)，罐襯里2的外周覆蓋有兩層，S卩，內(nèi)部由于以較強(qiáng)的卷繞張力進(jìn)行卷繞而幾乎不存在空隙的內(nèi)側(cè)未固化層和內(nèi)部由于以較弱的卷繞張力進(jìn)行卷繞而遍及存在大量空隙的外側(cè)未固化層。
[0065]在此狀態(tài)下，在通過加熱整體而使熱固性樹脂硬化的熱固化工序S30之后，內(nèi)側(cè)未固化層和外側(cè)未固化層的熱固性樹脂在僅外側(cè)未固化層中存在大量空隙的狀態(tài)下硬化，由此產(chǎn)生內(nèi)側(cè)層3a和外側(cè)層3b。纖維增強(qiáng)的樹脂層3以此方式形成。
[0066]在熱固化工序S30之后的加壓檢查工序S40中，進(jìn)行加壓檢查以檢查高壓氣罐I是否具有預(yù)定強(qiáng)度。外側(cè)層3b中已形成了大量空隙，因而在該加壓檢查工序中不必再形成空隙，從而能進(jìn)行通常的加壓檢查。
[0067]對于根據(jù)該示例性實(shí)施例的高壓氣罐I的制造方法，在第二形成工序中(即，在圖5中的步驟S21中)，通過相對于第一形成工序(即，圖5中的步驟S23)中的卷繞張力降低纖維(CFRP半固化片)的卷繞張力而在外側(cè)層3b中形成大量空隙。
[0068]更具體地，在內(nèi)側(cè)未固化層中，以高的卷繞張力Fl卷繞CFRP半固化片，因而通過CFRP半固化片的變形填充了在CFRP半固化片本身相互接觸的邊界形成的間隙。結(jié)果，沒有氣隙存留。
[0069]相比之下，在外側(cè)未固化層中，CFRP半固化片以等于或小于卷繞張力Fl的1/2的弱卷繞張力F2卷繞，因而CFRP半固化片的變形小。因此，在CFRP半固化片本身相互接觸的邊界形成的間隙未被填充，而是作為空隙存留。
[0070]這樣，當(dāng)CFRP半固化片的卷繞力低時(shí)，卷繞部分中存在松弛，并且由該松弛可靠地形成空隙。因此，第二形成工序(即，圖5中的步驟S21)中纖維的卷繞張力比第一形成工序(即，圖5中的步驟S23)中低，因而在外側(cè)層3b中容易和可靠地形成了大量空隙8a。
[0071]在該示例性實(shí)施例中，作為用于在外側(cè)層3b中形成比內(nèi)側(cè)層3a中更大數(shù)量的空隙的同時(shí)將內(nèi)側(cè)層3a形成為致密層的方法，描述了使內(nèi)側(cè)層3a的卷繞張力不同于外側(cè)層3b的卷繞張力的示例。然而，也能夠不僅通過使卷繞張力不同而且通過使卷繞方向不同而在外側(cè)層3b中形成大量空隙。在下文中，將描述使卷繞方向不同的示例作為修改示例。
[0072]圖6是示出修改示例的卷繞工序(與圖4所示的卷繞工序S20對應(yīng))的細(xì)節(jié)的流程圖。在此示例中,僅卷繞工序的內(nèi)容不同于上述示例性實(shí)施例；其余部分與上述示例性實(shí)施例中相同。[0073]首先，在步驟S24 (第一形成工序)中，通過熱固化而形成將變成內(nèi)側(cè)層3a的內(nèi)側(cè)未固化層。更具體地，通過纏絲法以卷繞張力Fl繞罐襯里2的外表面卷繞CFRP半固化片。這種情況下的CFRP半固化片的卷繞方向是沿與罐襯里2的軸線基本垂直的方向的所謂的環(huán)向卷繞的卷繞方向。環(huán)向卷繞使得可抑制在CFRP半固化片的側(cè)端部形成空隙的現(xiàn)象。
[0074]例如，此時(shí)的預(yù)定卷繞張力Fl可為約60N。當(dāng)大致以該張力卷繞時(shí)，能夠無松弛地卷繞CFRP半固化片，由此抑制由松弛引起的空隙的形成。形成內(nèi)側(cè)未固化層時(shí)的卷繞張力Fl并不限于始終是恒定的，而是可根據(jù)卷繞數(shù)在以所述預(yù)定卷繞張力為中心或下限的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)刈兓?br> [0075]在步驟S24之后的步驟S25中，判定內(nèi)側(cè)未固化層的厚度是否已達(dá)到預(yù)定厚度。如果內(nèi)側(cè)未固化層的厚度還沒有達(dá)到預(yù)定厚度，則繼續(xù)卷繞，并且繼續(xù)進(jìn)行步驟S25中的判定。如果內(nèi)側(cè)未固化層的厚度已達(dá)到預(yù)定厚度，則處理過程繼續(xù)轉(zhuǎn)到步驟S26。所述預(yù)定厚度是提供能夠承受高壓氣罐I被使用時(shí)的內(nèi)部壓力的強(qiáng)度所需的厚度，并且可被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
[0076]在步驟S26 (第二形成工序)中，以相當(dāng)于步驟S21中的卷繞張力Fl的張力繼續(xù)卷繞CFRP半固化片。在步驟S26中，卷繞方向從沿與罐襯里2的軸線基本垂直的方向卷繞的環(huán)向卷繞的卷繞方向變成相對于罐襯里2的軸線以小的角度卷繞的螺旋式卷繞的卷繞方向。
[0077]以此方式使形成外側(cè)未固化層時(shí)的卷繞方向?yàn)槁菪骄砝@的卷繞方向有利于在CFRP半固化片自相重疊時(shí)在CFRP半固化片的側(cè)端部形成間隙。因此，即使在維持強(qiáng)卷繞張力的同時(shí)進(jìn)行卷繞，間隙也不會(huì)消失，而是將作為空隙存留。
[0078]圖7是由參照圖6描述的卷繞工序形成的高壓氣罐的外側(cè)層3b的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在外側(cè)層3b中，卷繞方向?yàn)槁菪骄砝@的卷繞方向，因而當(dāng)碳纖維7彼此重疊時(shí)，間隙趨于在碳纖維7的側(cè)端部形成并且存留在那里，由此形成空隙Sb。
[0079]接下來，將描述利用間隙材料而不是通過卷繞張力在外側(cè)層3b中形成大量空隙的示例作為另一個(gè)修改示例。
[0080]圖8是示出根據(jù)該修改示例的卷繞工序(與圖4中的卷繞工序S20對應(yīng))的細(xì)節(jié)的流程圖。在此示例中，僅卷繞工序的內(nèi)容不同于上述示例性實(shí)施例；其余部分與上述示例性實(shí)施例中相同。
[0081]首先，在步驟S27 (第一形成工序)中，通過熱固化而形成將變成內(nèi)側(cè)層3a的內(nèi)側(cè)未固化層。更具體地，通過纏絲法以卷繞張力Fl繞罐襯里2的外表面卷繞CFRP半固化片。這種情況下的CFRP半固化片的卷繞方向是沿與罐襯里2的軸線基本垂直的方向的所謂的環(huán)向卷繞的卷繞方向。環(huán)向卷繞使得可抑制在CFRP半固化片的側(cè)端部形成空隙的現(xiàn)象。
[0082]例如，此時(shí)的預(yù)定卷繞張力Fl可為約60N。當(dāng)大致以該張力卷繞時(shí)，能夠無松弛地卷繞CFRP半固化片，由此抑制由松弛引起的空隙的形成。形成內(nèi)側(cè)未固化層時(shí)的卷繞張力Fl并不限于始終是恒定的，而是可根據(jù)卷繞數(shù)在以所述預(yù)定卷繞張力為中心或下限的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)刈兓?br> [0083]在步驟S27之后的步驟S28中，判定內(nèi)側(cè)未固化層的厚度是否已達(dá)到預(yù)定厚度。如果內(nèi)側(cè)未固化層的厚度還沒有達(dá)到預(yù)定厚度，則繼續(xù)卷繞，并且繼續(xù)進(jìn)行步驟S28中的判定。如果內(nèi)側(cè)未固化層的厚度已達(dá)到預(yù)定厚度，則處理過程繼續(xù)轉(zhuǎn)到步驟S29。所述預(yù)定厚度是提供能夠承受高壓氣罐I被使用時(shí)的內(nèi)部壓力的強(qiáng)度所需的厚度，并且可被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
[0084]在步驟S29 (第二形成工序)中，以相當(dāng)于步驟S21中的卷繞張力Fl的張力繼續(xù)卷繞CFRP半固化片。在步驟S29中，當(dāng)卷繞CFRP半固化片時(shí)，在加入玻璃纖維9作為間隙材料的同時(shí)形成外側(cè)未固化層。
[0085]在形成外側(cè)未固化層時(shí)加入玻璃纖維9作為間隙材料有利于在CFRP半固化片自相重疊時(shí)在玻璃纖維9附近形成間隙。因此，即使在維持強(qiáng)卷繞張力的同時(shí)進(jìn)行卷繞，間隙也不會(huì)消失，而是將作為空隙存留。
[0086]圖9是由參照圖8所述的卷繞工序形成的高壓氣罐的外側(cè)層3b的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在外側(cè)層3b中，玻璃纖維作為間隙材料被添加，因而當(dāng)碳纖維7彼此重疊時(shí)，間隙趨于在碳纖維7的側(cè)端部形成并存留在那里，由此形成空隙Sc。
[0087]在上述示例性實(shí)施例及其修改示例中，通過在第二形成工序中改變卷繞張力、卷繞方向和/或間隙材料的有無中的一者而在外側(cè)未固化層中形成大量空隙。然而，本發(fā)明并不限于此。例如，第二形成工序中的卷繞張力、卷繞方向和間隙材料的有無中的多者也可相對于它們在第一形成工序中的情況同時(shí)改變。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓氣罐(1)，在所述高壓氣罐中通過繞罐襯里(2)的外周卷繞浸潰有熱固性樹脂的纖維而在所述罐襯里(2)的外周上形成纖維增強(qiáng)的樹脂層(3)，所述高壓氣罐的特征在于: 所述纖維增強(qiáng)的樹脂層(3)包括形成在所述罐襯里(2)側(cè)的內(nèi)側(cè)層(3a)和形成在所述內(nèi)側(cè)層(3a)的外周上的外側(cè)層(3b);并且 所述內(nèi)側(cè)層(3a)形成為致密層，而所述外側(cè)層(3b)形成為密度比所述內(nèi)側(cè)層(3a)低的層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣罐(1)，其中，所述外側(cè)層(3b)的厚度形成得比所述內(nèi)側(cè)層(3a)的厚度薄。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓氣罐(1)，其中，在所述外側(cè)層(3b)中形成有空隙(8a)，并且在所述內(nèi)側(cè)層(3a)中沒有空隙形成。
4.一種高壓氣罐的制造方法，在所述高壓氣罐中通過繞罐襯里(2)的外周卷繞浸潰有熱固性樹脂的纖維而在所述罐襯里(2)的外周上形成纖維增強(qiáng)的樹脂層(3)，所述制造方法的特征在于包括: 用于準(zhǔn)備所述罐襯里(2)的準(zhǔn)備工序； 用于通過在所述罐襯里(2)上卷繞所述纖維而在所述罐襯里(2)上形成內(nèi)側(cè)未固化層的第一形成工序； 用于通過在所述內(nèi)側(cè)未固化層上卷繞所述纖維而在所述內(nèi)側(cè)未固化層上形成外側(cè)未固化層的第二形成工序；和 用于通過加熱而使所述內(nèi)側(cè)未固化層和所述外側(cè)未固化層的所述熱固性樹脂硬化以分別形成內(nèi)側(cè)層(3a)和外側(cè)層(3b)并由此形成所述纖維增強(qiáng)的樹脂層(3)的硬化工序， 其中，在所述第一形成工序中所述內(nèi)側(cè)未固化層致密地形成；并且 通過在所述第二形成工序中在所述外側(cè)未固化層中形成大量空隙，使所述內(nèi)側(cè)層(3a)成為致密層，而使所述外側(cè)層(3b)成為密度比所述內(nèi)側(cè)層(3a)低的層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓氣罐的制造方法，其中，在所述第二形成工序中，通過以比所述第一形成工序中所述纖維的卷繞數(shù)少的所述纖維的卷繞數(shù)形成所述外側(cè)未固化層而使所述外側(cè)層的厚度形成得比所述內(nèi)側(cè)層的厚度薄。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓氣罐的制造方法，其中，在所述第二形成工序中，通過使所述纖維的卷繞張力(F2)比所述第一形成工序中所述纖維的卷繞張力(Fl)低而在所述外側(cè)層(3b)中形成所述大量空隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓氣罐的制造方法，其中，所述第二形成工序中所述纖維的卷繞張力(F2)等于或小于所述第一形成工序中所述纖維的卷繞張力(Fl)的1/2。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓氣罐的制造方法，其中，在所述第二形成工序中，通過使所述纖維的卷繞方向與所述第一形成工序中所述纖維的卷繞方向不同而在所述外側(cè)層(3b)中形成所述大量空隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高壓氣罐的制造方法，其中，所述第一形成工序中所述纖維的卷繞方向基本垂直于所述罐襯里(2)的軸線，并且所述第二形成工序中所述纖維的卷繞方向相對于所述罐襯里(2)的軸線成小的角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高壓氣罐的制造方法，其中，所述第一形成工序包括環(huán)向卷繞，且所述第二形成工序包括螺旋式卷繞。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓氣罐的制造方法，其中，在所述第二形成工序中，通過在所述纖維之間介設(shè)間隙材料而在所述外側(cè)層(3b)中形成所述大量空隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的高壓氣罐的制造方法，其中，所述間隙材料由玻璃纖維(9)形成。
13.—種高壓氣罐,包括: 罐襯里；和 通過繞所述罐襯里的外周卷繞浸潰有熱固性樹脂的纖維而在所述罐襯里的外周上形成的纖維增強(qiáng)的樹脂層， 其中，所述纖維增強(qiáng)的樹脂層包括形成在所述罐襯里側(cè)的內(nèi)側(cè)層和形成在所述內(nèi)側(cè)層的外周上的外側(cè)層，并且 其中，所述內(nèi)側(cè)層形成為致密層，而所述外側(cè)層形成為密度比所述內(nèi)側(cè)層低的層。
【文檔編號】F17C1/06GK103620291SQ201280032081
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月29日
【發(fā)明者】三好新二, 日置健太郎 申請人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社