01MIRAI、3本目のタンク

タンク内の「水素」と空気中の「酸素」を化学反応させて発電した電力で走るFCEV。トヨタ自動車が2020年に発売した2代目MIRAIは1回の水素充填で走れる航続距離を延ばすため、初代MIRAIよりも1本多い3本のタンクを搭載しています。豊田合成は20年以上にわたり培った高圧水素タンクの技術を生かし、車両後部に搭載された3本目のタンクの生産を担っています。

FCEVの仕組み

02より多くの水素を貯蔵するために

高圧水素タンクの役割は水素を効率的に貯蔵すること。そこで密閉性と耐圧性を高めるため3層構造としています。一番内側の層である「A.樹脂ライナ」は分子が小さく物質を通り抜けやすい水素の透過を抑える特殊な分子構造を持った樹脂製のカプセルです。ここに水素ガスを700気圧まで圧縮して貯蔵します。水深7,000メートルの深海と同じ高圧に耐えられるよう「B.炭素繊維強化プラスチック（CFRP）」という鉄より軽く強度も高いことから飛行機の機体にも使われる素材を何層も巻き付けています。一番外側の層には、このCFRPの耐圧層を保護するために「C.ガラス繊維強化プラスチック（GFRP）」を巻きます。

2代目MIRAIのタンクはトヨタ自動車と豊田合成が共同で開発し、初代のタンクより性能を高めています。耐圧層の構造や生産方法の工夫により､耐圧強度を保持しつつ、3層の中で最も厚みのある耐圧層を極小化して内容積を増やし、水素の貯蔵効率（タンク重量に対する水素貯蔵量の割合）を約1割向上させました。コンピュータを用いたシミュレーション技術を活用し、最も強度の出るCFRPの巻き方を考案。さらに樹脂ライナも材料と工法を見直して気密性を高め薄肉化しました。

03生産性向上の取り組み

工程の時間短縮などにより生産性も高めました。高圧水素タンクの工程は①成形、②溶着、③フィラメントワインディング（FW）、④硬化、⑤検査の5つ。この中で、樹脂ライナの②溶着工程ではレーザー溶着から加熱溶着（非接触の赤外線溶着）に変更し、加工時間を大幅に短縮。溶着方法の変更により、溶着不良による樹脂ライナの強度・伸びの低下を抑えることにも成功し、不良率低減と溶着品質の安定化を実現しています。さらに、多くの時間を費やしていたCFRPとGFRPを巻く③FW工程と、その後にCFRPとGFRPに含まれる熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂）を加熱して固める④硬化工程を改善しました。CFRPを高速で巻けるように独自の制御プログラムを開発し、巻き時間を短縮。さらにエポキシ樹脂の添加物を工夫し、硬化時間も大幅に短縮しました。

04水素の利用促進に向けたさらなる挑戦

豊田合成では2022年10月から、商用トラック向けの大型のタンクの生産を開始しました。商用車に限らず､バイクや船舶､鉄道など、各種モビリティへの搭載を視野に､サイズや耐圧性能などのバリエーションを拡大していきます。同時に、水素を家庭でも手軽に持ち運べる｢ポータブル容器｣や小型で大容量のタンクを実現する材料の開発などにも挑みます。