(57)【要約】【課題】繊維束巻付一時停止中に樹脂が繊維束から染み出ることを抑制する。【解決手段】タンクの製造方法は、ライナ（５００）を製造装置（１０）に設置する設置工程と、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束（７０）をライナ（５００）に巻き付ける繊維束巻付工程と、を備える。繊維束巻付工程は、繊維束（７０）の巻付を停止させる直前と繊維束（７０）の巻付を開始させた直後の少なくとも一方の際に繊維束（７０）の張力を変動させる工程を含む。【選択図】図３
2020020349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクの製造方法であって、
ライナを製造装置に設置する設置工程と、
未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束を前記ライナに巻き付ける繊維束巻付工程と、
を備え、
前記繊維束巻付工程は、前記繊維束の巻付を停止させる直前と前記繊維束の巻付を開始させた直後の少なくとも一方の際に前記繊維束の張力を変動させる工程を含む、
タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィラメントワインディング装置を用いてタンクを製造する方法では、ダンサーローラを利用して繊維束の張力を調整する技術が開示されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９６８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
繊維束に張力を付与しながら繊維束をライナに巻き付ける過程において、繊維束の巻付を一時停止させるとき、繊維束の張力を一定に保ち続けると、繊維束に含浸させた樹脂が繊維束から染み出てしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、タンクの製造方法が提供される。このタンクの製造方法は、ライナを製造装置に設置する設置工程と、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束を前記ライナに巻き付ける繊維束巻付工程と、を備える。前記繊維束巻付工程は、前記繊維束の巻付を停止させる直前と前記繊維束の巻付を開始させた直後の少なくとも一方の際に前記繊維束の張力を変動させる工程を含む。この形態のタンクの製造方法によれば、繊維束の巻付を停止させる直前と巻付を開始させた直後の少なくとも一方の際に繊維束の張力を変動させるので、樹脂を繊維束になじませることができ、樹脂が繊維束から染み出ることを抑制できる。
【０００７】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、タンクの製造装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態のタンクの製造方法で用いられる製造装置を例示する図。
【図２】繊維束がライナに巻き付けられる様子を示す図。
【図３】繊維束の張力の時間変化を例示する図。
【図４】一実施形態及び比較例における繊維束の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態におけるタンクの製造方法で用いられる製造装置１０の一例を示す説明図である。タンクの製造において、まず、口金５０１，５０２を有するライナ５００を製造装置１０に設置する。次に、製造装置１０によって繊維束７０をライナ５００に巻き付ける。繊維束７０は、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した複数の繊維を束にしたものであり、例えば、炭素繊維に熱硬化型エポキシ樹脂を含浸した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：carbon-fiber-reinforced plastic）の束を採用可能である。繊維束７０が巻き付けられたライナ５００は、加熱により、繊維束７０による補強層を備えるタンクとなる。このタンクは、例えば、燃料電池車両に搭載され、燃料ガスである水素を貯蔵する高圧タンクとして用いられる。
【００１０】
製造装置１０は、繊維巻出部２０と、張力区切部３０と、繊維案内部４０と、繊維巻付部５０と、制御装置６０と、を備える。製造装置１０のことをフィラメントワインディング装置と呼ぶこともできる。
【００１１】
繊維巻出部２０は、繊維束７０を巻き出す機構部であり、ボビン２０１と、複数の搬送ローラ２１０〜２１８と、第１のダンサーローラ２２０と、アクティブダンサ２３０と、測定部９１とを備える。ボビン２０１は、繊維束７０が巻き付けられた筒状の部材であり、繊維束７０の供給を行う部材である。ボビン２０１から供給される繊維束７０は、複数の搬送ローラ２１０〜２１８と順に接触し、搬送ローラ２１０〜２１８によって搬送される。
【００１２】
搬送ローラ２１０と搬送ローラ２１２との間には、繊維束７０と接触する第１のダンサーローラ２２０が設置されている。第１のダンサーローラ２２０は、モータ８１の回転軸を中心に揺動可能なローラである。モータ８１は、制御装置６０からの制御信号に応じて、第１のダンサーローラ２２０を揺動させることによって、繊維束７０の張力を調整する。
【００１３】
搬送ローラ２１４には、測定部９１が設けられている。測定部９１は、搬送ローラ２１３によって送り出された繊維束７０の張力、すなわち、第１のダンサーローラ２２０によって張力が調整された後の繊維束７０の張力を測定する。測定部９１は、搬送ローラ２１４が繊維束７０から受ける圧力を用いて、繊維束７０の張力を測定する。測定部９１は、測定した張力を制御装置６０に出力する。
【００１４】
搬送ローラ２１６と搬送ローラ２１８との間には、アクティブダンサ２３０が設けられている。アクティブダンサ２３０は、搬送ローラ２１７に設けられており、搬送ローラ２１７を移動させることによって、繊維束７０の張力を調整する。アクティブダンサ２３０によって張力が調整された繊維束７０は、搬送ローラ２１８によって張力区切部３０に搬送される。
【００１５】
張力区切部３０は、ボビン２０１側とライナ５００側のそれぞれの張力調整区間の区切り目である。張力区切部３０は、複数の搬送ローラ３０１〜３０３を備える。複数の搬送ローラ３０１〜３０３は、繊維束７０を繊維案内部４０に搬送する。
【００１６】
繊維案内部４０は、複数の搬送ローラ４０１，４０２と、第２のダンサーローラ４１０と、アイクチ４２０とを備える。第２のダンサーローラ４１０は、モータ８２の回転軸を中心に揺動可能なローラである。モータ８２は、制御装置６０からの制御信号に応じて、第２のダンサーローラ４１０を揺動させることによって、繊維束７０の張力を調整する。張力が調整された繊維束７０は、搬送ローラ４０２を経由して、アイクチ４２０に搬送される。
【００１７】
アイクチ４２０は、制御装置６０からの制御信号に応じて、ライナ５００の長手方向と平行する方向、すなわち矢印ＡＷ１１の方向に移動してライナ５００に繊維束７０を供給する。アイクチ４２０は、回転式ローラである３つのアイクチローラ４３０〜４５０と、測定部９２とを備える。繊維束７０は、３つのアイクチローラ４３０〜４５０と順に接触し、これらのアイクチローラ４３０〜４５０によってライナ５００に供給される。
【００１８】
アイクチローラ４４０には、測定部９２が設けられている。測定部９２は、アイクチローラ４３０によって送り出された繊維束７０の張力、すなわち、第２のダンサーローラ４１０によって張力が調整された後の繊維束７０の張力を測定する。測定部９２は、アイクチローラ４４０が繊維束７０から受ける圧力を用いて、繊維束７０の張力を測定する。測定部９２は、測定した張力を制御装置６０に出力する。
【００１９】
繊維巻付部５０は、ライナ５００を回転させることによって、ライナ５００に繊維束７０を巻き付ける。繊維巻付部５０は、モータ８３と、回転棒５２０と、支持棒５４０とを備える。回転棒５２０の一端部はモータ８３に固定され、他端部はライナ５００の第１の口金５０１を通してライナ５００内部に挿入し、他端部に設けられた雄ねじが第２の口金５０２と螺合することによって第２の口金５０２に固定されている。支持棒５４０は、一端部が第２の口金５０２に挿入して、ライナ５００を支持している。モータ８３は、制御装置６０からの制御信号に応じて、回転棒５２０を介してライナ５００を長手軸周り方向、すなわち矢印ＡＷ１２の方向に回転させることにより、繊維束７０に張力を掛けつつ、ライナ５００に繊維束７０を巻き付ける。
【００２０】
制御装置６０は、ＣＰＵとメモリとを備えるコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、モータ８１〜８３とアイクチ４２０との動作を制御する。
【００２１】
図２は、繊維束７０がライナ５００に巻き付けられる様子を示す図である。図２は、ライナ５００の短手方向に巻き付けるフープ巻の例である。繊維束７０の巻付工程では、ライナ５００の内部に圧力を供給するために繊維束７０の巻付を一時停止させる場合がある。図２の例では、繊維束７０がライナ５００の第２の口金５０２側の端部からライナ５００の略中央まで巻き付けられて、巻付が一時停止している様子を示している。この後、アイクチ４２０から供給される繊維束７０が位置Ｐ１から巻付が再度開始する。繊維束７０がアイクチ４２０によって矢印ＡＷ１の方向、矢印ＡＷ２の方向、矢印ＡＷ３の方向に順次に導かれて、位置Ｐ２に到達するとき、繊維束７０の巻付が再度停止する。ここで、繊維束７０の巻付が開始した直後、及び、繊維束７０の巻付が停止する直前に、モータ８３（図１）の回転動作によって、繊維束７０の張力が変動される。
【００２２】
図３は、繊維束７０の張力の時間変化を例示する図である。図３は、図２に示したアイクチ４２０から供給される繊維束７０が位置Ｐ１から位置Ｐ２に移動する間に、測定部９２（図１）によって測定された繊維束７０の張力を示している。図３から分かるように、アイクチ４２０から供給される繊維束７０が位置Ｐ１及び位置Ｐ２にあるとき、すなわち、繊維束７０の巻付の開始直後と停止直前には、繊維束７０の張力は、異なる値の間でパルス状に変動している。一方、アイクチ４２０から供給される繊維束７０が位置Ｐ１及び位置Ｐ２以外の位置にあるとき、すなわち、繊維束７０の巻付中には、繊維束７０の張力は、ほぼ一定である。
【００２３】
繊維束７０の巻付の開始直後において、制御装置６０（図１）は、モータ８３を制御することにより、ライナ５００の回転速度を段階的に上昇させる。例えば、制御装置６０は、ライナ５００の回転速度を目標速度の０％から２０％、４０％、６０％…１００％のように５段階に分けて上昇させる。この結果、各段階の間で回転速度が変化することにより、繊維束７０の張力はパルス状に変動する。一方、繊維束７０の巻付の停止直前において、制御装置６０は、モータ８３を制御することにより、ライナ５００の回転速度を段階的に減少させる。例えば、制御装置６０は、ライナ５００の回転速度を現在速度の１００％から８０％、６０％、４０％…０％のように５段階に分けて減少させる。この結果、各段階の間で回転速度が変化することにより、繊維束７０の張力はパルス状に変動する。
【００２４】
繊維束７０の巻付が一時停止しているときに繊維束７０の張力を一定の値に保ち続けると、繊維束７０に含浸させた樹脂が繊維束７０から染み出てしまい、樹脂が染み出た部位と対応する補強層の疲労耐久性が低下してしまう。一方、繊維束７０の巻付が一時停止しているときに繊維束７０に張力を持たせないと、繊維束７０が弛んだ部位と対応する補強層の耐圧性が低下してしまう。ここで、繊維束７０の巻付の開始直後及び停止直前に繊維束７０の張力を変動させると、樹脂を繊維束７０になじませることができるので、巻付が一時停止しているときに繊維束７０の張力を一定の値に保ち続けても、樹脂が繊維束７０から染み出ることを抑制できる。こうすれば、タンクの疲労耐久性及び耐圧性を確保することができる。なお、繊維束７０の巻付の開始直後と停止直前のいずれか一方の際に繊維束７０の張力を変動させてもよい。また、ライナ５００の回転速度を制御することによって繊維束７０の張力を変動させる代わりに、モータ８２（図１）を制御することにより、第２のダンサーローラ４１０（図１）によって繊維束７０の張力を変動させてもよい。
【００２５】
図４は、一実施形態における繊維束７０の断面の一部と比較例の繊維束の断面の一部を示す図である。比較例は、繊維７０ｆと樹脂７０ｃとによって構成された繊維束の巻付の開始直後及び停止直前に繊維束の張力を変動させない例であり、樹脂７０ｃが繊維束から染み出た部位の断面を示している。一実施形態によれば、樹脂７０ｃが繊維束７０から染み出ることが抑制されるので、比較例と比べて、一実施形態における繊維束７０の樹脂体積率が１０％高く、タンクの疲労耐久性が１．５倍となる。
【００２６】
以上説明したように、一実施形態では、繊維束７０をライナ５００に巻き付ける繊維束巻付工程において、繊維束７０の巻付を停止させる直前と繊維束７０の巻付を開始させた直後の少なくとも一方の際に繊維束７０の張力を変動させるので、繊維束７０に含浸させた樹脂が繊維束７０から染み出ることを抑制できる。
【００２７】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０…製造装置、２０…繊維巻出部、３０…張力区切部、４０…繊維案内部、５０…繊維巻付部、６０…制御装置、２０１…ボビン、２１０〜２１８，３０１〜３０３，４０１，４０２…搬送ローラ、２２０…第１のダンサーローラ、２３０…アクティブダンサ、４１０…第２のダンサーローラ、４２０…アイクチ、４３０，４４０，４５０…アイクチローラ、５００…ライナ、５０１…第１の口金、５０２…第２の口金、５２０…回転棒、５４０…支持棒、９１，９２…測定部、８１，８２，８３…モータ、７０…繊維束、７０ｆ…繊維、７０ｃ…樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020020349.tif 000005
【図４】
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