(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントワインディング法によってタンク容器に強化繊維を巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
タンク容器を回転可能なように保持するタンク容器保持部と、
前記タンク容器保持部に保持された前記タンク容器を回転させる回転駆動部と、
回転している前記タンク容器の外周に強化繊維を供給することによって、前記タンク容器の外周に強化繊維を巻き付ける強化繊維供給部と、
を備え、
前記タンク容器保持部は、前記タンク容器の第１の頂部に設けられた開口部から前記タンク容器の内部に挿入されて前記第１の頂部とは反対側の前記タンク容器の第２の頂部の容器壁に達する第１の回転軸と、前記タンク容器の外側において、前記第２の頂部の容器壁を挟んで前記第１の回転軸と反対側の位置に配置される第２の回転軸とを有し、
前記第１の回転軸は、前記タンク容器に挿入された状態で、前記第１の頂部において保持され、
前記第１と第２の回転軸は、それぞれの互いに対向する第１と第２の軸端部によって、前記第２の頂部の容器壁を狭持することにより、前記タンク容器を保持し、
前記第１と第２の軸端部には、前記第１と第２の軸端部同士を引き合わせるように電磁力を発生させる電磁力発生部が設けられている、フィラメントワインディング装置。
【請求項２】
請求項１記載のフィラメントワインディング装置であって、さらに、
前記電磁力発生部の電磁力を制御する電磁力制御部を備え、
前記電磁力制御部は、前記強化繊維の前記タンク容器への巻き付けに際して、前記強化繊維に生じる繊維張力の大きさに応じて前記電磁力を増大させて、前記第１と第２の回転軸による前記タンク容器における前記第２の頂部の容器壁に対する狭持力を増大させる、フィラメントワインディング装置。
【請求項３】
請求項２記載のフィラメントワインディング装置であって、
前記タンク容器保持部に保持された前記タンク容器の重量を検出する重量検出部を有しており、
前記電磁力制御部は、前記強化繊維の前記タンク容器への巻き付けに際して、前記タンク容器の重量の増加に応じて前記電磁力を増大させる、フィラメントワインディング装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のフィラメントワインディング装置であって、
前記電磁力発生部は、前記第１または第２の軸端部の一方において、第１の磁極が前記容器壁側に配置されるように埋設された電磁石と、前記第１または第２の軸端部の他方に、前記電磁石の前記第１の磁極と対向するように埋設され、前記電磁石の電磁力によって引き寄せられる電磁石対向部材とを有し、
前記電磁石対向部材の外周には、前記タンク容器の取り付けに際して、前記電磁石が前記電磁石対向部材の外周側に位置ずれしてしまうことを抑制するように、前記第１の磁極と反発し合う磁力を発生させる磁石が配置されている、フィラメントワインディング装置。
【請求項５】
タンク容器に強化繊維を巻き付けるフィラメントワインディング方法であって、
（ａ）第１の回転軸を前記タンク容器の第１の頂部に設けられた開口部から前記タンク容器の内部に挿入して、前記第１の頂部とは反対側の前記タンク容器の第２の頂部の容器壁に到達させた状態で前記第１の頂部において保持するとともに、第２の回転軸を前記タンク容器の外側において、前記第２の頂部の容器壁を挟んで、前記第１の回転軸と反対側の位置に配置し、前記第１と第２の回転軸の互いに対向する第１と第２の軸端部によって前記第２の頂部の容器壁を狭持させることにより、前記タンク容器を回転可能に保持する工程と、
（ｂ）前記タンク容器を回転させ、回転している前記タンク容器の外周に強化繊維を供給することによって、前記タンク容器の外周に前記強化繊維を巻き付ける工程と、
を備え、
前記工程（ａ）または（ｂ）には、前記第１と第２の軸端部同士を引き合わせるように電磁力を発生させる工程が含まれる、フィラメントワインディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高圧ガスタンクの製造に用いられるフィラメントワインディング法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガスタンクの製造方法としては、フィラメントワインディング法（以下、「ＦＷ法」とも呼ぶ）が知られている。ＦＷ法では、樹脂製のタンク容器の外表面に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維を巻き付ける。そして、その強化繊維に含まれる熱硬化性樹脂を熱硬化させることにより強化繊維層を形成し、タンク容器の強度を向上させる。
【０００３】
ところで、一般に、ＦＷ法では、タンク容器を回転可能に保持した上で、タンク容器を回転させつつ、強化繊維を巻き付ける（下記特許文献１参照）。しかし、タンク容器への強化繊維の巻き付け工程においては、強化繊維にかかる繊維張力が変化したり、巻き付けられた強化繊維によってタンク容器の重量が増加するため、タンク容器を保持する保持部にかかる負荷が変化する。従って、ＦＷ法では、そうした負荷の変化がある場合であっても、タンク容器が所定の位置からずれないようにタンク容器を確実に保持することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５７４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ＦＷ法による高圧ガスタンクの製造工程において、強化繊維を巻き付ける際にタンク容器をより確実に保持する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
フィラメントワインディング法によってタンク容器に強化繊維を巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、タンク容器を回転可能なように保持するタンク容器保持部と、前記タンク容器保持部に保持された前記タンク容器を回転させる回転駆動部と、回転している前記タンク容器の外周に強化繊維を供給することによって、前記タンク容器の外周に強化繊維を巻き付ける強化繊維供給部とを備え、前記タンク容器保持部は、前記タンク容器の第１の頂部に設けられた開口部から前記タンク容器の内部に挿入されて前記第１の頂部とは反対側の前記タンク容器の第２の頂部の容器壁に達する第１の回転軸と、前記タンク容器の外側において、前記第２の頂部の容器壁を挟んで前記第１の回転軸と反対側の位置に配置される第２の回転軸とを有し、前記第１の回転軸は、前記タンク容器に挿入された状態で、前記第１の頂部において保持され、前記第１と第２の回転軸は、それぞれの互いに対向する第１と第２の軸端部によって、前記第２の頂部の容器壁を狭持することにより、前記タンク容器を保持し、前記第１と第２の軸端部には、前記第１と第２の軸端部同士を引き合わせるように電磁力を発生させる電磁力発生部が設けられている、フィラメントワインディング装置。
このフィラメントワインディング装置によれば、第１と第２の回転軸の軸端部同士で狭持することによってタンク容器を保持する際に、その狭持力に電磁力発生部による電磁力を付加させることができる。従って、タンク容器を、所定の取り付け位置からずれてしまわないように、確実に保持することができる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載のフィラメントワインディング装置であって、さらに、前記電磁力発生部の電磁力を制御する電磁力制御部を備え、前記電磁力制御部は、前記強化繊維の前記タンク容器への巻き付けに際して、前記強化繊維に生じる繊維張力の大きさに応じて前記電磁力を増大させて、前記第１と第２の回転軸による前記タンク容器における前記第２の頂部の容器壁に対する狭持力を増大させる、フィラメントワインディング装置。
このフィラメントワインディング装置によれば、繊維張力の大きさが変化して、タンク容器保持部にかかる負荷が変化した場合であっても、タンク容器を保持するための狭持力を適切に制御することができる。従って、強化繊維を巻き付ける際に、タンク容器を、所定の取り付け位置からずれてしまわないように、より確実に保持することができる。
【０００９】
［適用例３］
適用例２記載のフィラメントワインディング装置であって、前記タンク容器保持部に保持された前記タンク容器の重量を検出する重量検出部を有しており、前記電磁力制御部は、前記強化繊維の前記タンク容器への巻き付けに際して、前記タンク容器の重量の増加に応じて前記電磁力を増大させる、フィラメントワインディング装置。
このフィラメントワインディング装置によれば、タンク容器の重量が増加して、タンク容器保持部にかかる負荷が増大した場合であっても、それに応じて、タンク容器を保持するための狭持力を適切に制御することができる。従って、強化繊維を巻き付ける際に、タンク容器を、所定の取り付け位置からずれてしまわないように、より確実に保持することができる。
【００１０】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一つに記載のフィラメントワインディング装置であって、前記電磁力発生部は、前記第１または第２の軸端部の一方において、第１の磁極が前記容器壁側に配置されるように埋設された電磁石と、前記第１または第２の軸端部の他方に、前記電磁石の前記第１の磁極と対向するように埋設され、前記電磁石の電磁力によって引き寄せられる電磁石対向部材とを有し、前記電磁石対向部材の外周には、前記タンク容器の取り付けに際して、前記電磁石が前記電磁石対向部材の外周側に位置ずれしてしまうことを抑制するように、前記第１の磁極と反発し合う磁力を発生させる磁石が配置されている、フィラメントワインディング装置。
このフィラメントワインディング装置によれば、タンク容器の取付の際に、電磁石が電磁石対向部材を引きよせる電磁力と、電磁石と磁石との間の反発力とで、第１と第２の軸端部の互いの位置が所定の取付位置から外れてしまうことを抑制することができる。従って、より確実にタンク容器を保持することができる。
【００１１】
［適用例５］
タンク容器に強化繊維を巻き付けるフィラメントワインディング方法であって、
（ａ）第１の回転軸を前記タンク容器の第１の頂部に設けられた開口部から前記タンク容器の内部に挿入して、前記第１の頂部とは反対側の前記タンク容器の第２の頂部の容器壁に到達させた状態で前記第１の頂部において保持するとともに、第２の回転軸を前記タンク容器の外側において、前記第２の頂部の容器壁を挟んで、前記第１の回転軸と反対側の位置に配置し、前記第１と第２の回転軸の互いに対向する第１と第２の軸端部によって前記第２の頂部の容器壁を狭持させることにより、前記タンク容器を回転可能に保持する工程と、
（ｂ）前記タンク容器を回転させ、回転している前記タンク容器の外周に強化繊維を供給することによって、前記タンク容器の外周に前記強化繊維を巻き付ける工程と、
を備え、
前記工程（ａ）または（ｂ）には、前記第１と第２の軸端部同士を引き合わせるように電磁力を発生させる工程が含まれる、フィラメントワインディング方法。
【００１２】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、高圧ガスタンクを製造するためにタンク容器に強化繊維を巻きつけるフィラメントワインディング装置およびフィラメントワインディング方法、それらの装置または方法の機能を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】タンク容器を示す概略断面図。
【図２】タンク容器が取り付けられたフィラメントワインディング装置を示す模式図。
【図３】電磁力発生部の構成を説明するための模式図。
【図４】強化繊維の巻き付けが完了したタンク容器を示す模式図と、第５工程として、フィラメントワインディング装置からタンク容器が取り外された後に、タンク容器に対して行われる処理を説明するための模式図。
【図５】比較例における高圧ガスタンクの製造工程および比較例におけるフィラメントワインディング装置を説明するための模式図。
【図６】第２実施例における電磁力発生部の構成を示す概略図。
【図７】第３実施例における電磁力発生部の構成を示す概略図。
【図８】第３実施例における電磁力発生部の他の構成例を説明するための概略図。
【図９】第４実施例におけるタンク容器の構成を説明するための概略図。
【図１０】第５実施例におけるフィラメントワインディング装置を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
A．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としてのＦＷ法による高圧ガスタンクの製造工程のうちの第１工程を説明するための模式図である。図１には、タンク容器１０の概略断面図が図示されている。第１工程では、このタンク容器１０を準備する。タンク容器１０は、略円筒状のシリンダー部１１と、その両端にそれぞれ設けられた凸曲面形状の第１と第２のドーム部１２ａ，１２ｂとを有する中空容器である。タンク容器１０は、例えば、ナイロン系樹脂などの樹脂によって構成される。なお、タンク容器１０は、他の形状を有していても良く、他の部材（例えば金属）によって構成されるものとしても良い。
【００１５】
タンク容器１０の第１のドーム部１２ａにおける頂部には、口金部１５が取り付けられている。口金部１５は、タンク容器１０の中空部１３と連通する貫通孔１６を有している。口金部１５は、タンク容器１０に配管やバルブを取り付けるための取付部として機能する。また、口金部１５は、タンク容器１０を後述するフィラメントワインディング装置１００（以後、「ＦＷ装置１００」と呼ぶ）へ取り付けるための取付部としても機能する。
【００１６】
第２のドーム部１２ｂの頂部には、タンク容器１０の内側と外側のそれぞれに、後述する第１と第２の回転軸１１０，１２０を嵌合させるための凹部１８ａ，１８ｂが設けられている。なお、凹部１８ａ，１８ｂおよび口金部１５は、それらの中心がそれぞれ、シリンダー部１１の中心軸ＣＸ上に位置するように設けられている。
【００１７】
図２は、第２工程および第３工程を説明するための模式図である。図２には、タンク容器１０が取り付けられたＦＷ装置１００が模式的に図示されている。なお、図２では、便宜上、タンク容器１０および第１と第２の回転軸１１０，１２０を概略断面図により図示してある。また、図２には、タンク容器１０の外周に巻き付けられた強化繊維５を破線で図示してある。
【００１８】
第２工程では、タンク容器１０をＦＷ装置１００に取り付ける。ここで、ＦＷ装置１００は、タンク容器１０を、シリンダー部１１の円周方向に回転させつつ、タンク容器１０の外周全体に、強化繊維５を巻き付けるための装置である。ＦＷ装置１００は、第１と第２の回転軸１１０，１２０と、支持基台１３０と、電磁力制御部１４０と、回転駆動部１５０と、繊維繰り出し部１６０と、ガス供給部１７０とを備える。
【００１９】
第１と第２の回転軸１１０，１２０は、ＦＷ装置１００において、タンク容器１０を、その中心軸ＣＸを中心として回転可能なように保持するための支持軸である。タンク容器１０の取り付けに際して、第１の回転軸１１０は、口金部１５の貫通孔１６からタンク容器１０の中心軸ＣＸに沿ってタンク容器１０の中空部１３に挿入され、その軸端部１１１が凹部１８ａに嵌合させられる。なお、第１の回転軸１１０には、封止治具１１５が設けられている。封止治具１１５は、第１の回転軸１１０の中心軸がタンク容器１０の中心軸ＣＸと一致するように、第１の回転軸１１０の位置を固定するとともに、口金部１５の貫通孔１６を気密に封止する。一方、第２の回転軸１２０は、タンク容器１０の外側において、その中心軸がタンク容器１０の中心軸ＣＸと一致するように配置され、その軸端部１２１が凹部１８ｂに嵌合させられる。
【００２０】
第１と第２の回転軸１１０，１２０はそれぞれ、支持基台１３０の両端に設けられた第１と第２の回転軸支持部１３１，１３２によって支持される。第１の回転軸支持部１３１には、チャック部１３３が取り付けられている。チャック部１３３は、第１の回転軸１１０を固定的に把持するとともに、モーターなどによって構成される回転駆動部１５０によって回転する。即ち、タンク容器１０には、チャック部１３３を介して、回転駆動部１５０からの回転駆動力が伝達される。なお、第２の回転軸支持部１３２は、第２の回転軸１２０に回転可能に保持され、第１の回転軸１１０およびタンク容器１０が回転したときに、それに従って回転する。
【００２１】
第３工程では、タンク容器１０をほぼ一定の速度で回転させつつ、繊維繰り出し部１６０から強化繊維５を供給することによって、タンク容器の外周全体に、強化繊維５を、いわゆるフープ巻きやヘリカル巻きによって巻き付ける。繊維繰り出し部１６０は、リール１６１と、張力付加機構１６２と、繊維張力制御部１６５とを備える。リール１６１には、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を予め含浸させた炭素繊維である強化繊維５が巻き付けられている。張力付加機構１６２は、リール１６１から強化繊維５を送り出すためのローラーを有している。張力付加機構１６２は、このローラーによって強化繊維５に所望の繊維張力を付加することができる。繊維張力制御部１６５は、張力付加機構１６２に指令を出し、強化繊維５の繊維張力を制御する。
【００２２】
ここで、第１の回転軸１１０には、タンク容器１０の中空部１３とタンク容器１０の外部とを連通する連通路１１７が設けられている。連通路１１７には、配管１７１を介してガス供給部１７０が接続されている。ＦＷ装置１００では、強化繊維５の巻き付けに際して、ガス供給部１７０から中空部１３にガスを供給することにより、タンク容器１０内の圧力を調整する。ＦＷ装置１００は、このタンク容器１０内のガスの圧力によって、強化繊維５が巻き付けられることによるタンク容器１０の変形を抑制する。
【００２３】
ところで、この第３工程では、繊維繰り出し部１６０から送り出された強化繊維５の繊維張力の変化や、巻き付けられた強化繊維５によるタンク容器１０の重量の増加によって、第１と第２の回転軸１１０，１２０にかかる負荷が変化する。従って、第３工程において、第１と第２の回転軸１１０，１２０によってタンク容器１０を確実に保持し続けるためには、第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１の間に働く狭持力を適切に制御することが好ましい。そこで、本実施例のＦＷ装置１００では、第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１に電磁力発生部２０を設けることにより、その狭持力の制御を可能としている。
【００２４】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第１と第２の回転軸１１０，１２０に設けられた電磁力発生部２０の構成を説明するための模式図である。図３（Ａ）は、図２に示した第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１の近傍を拡大して図示した模式図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す矢印Ｂの方向に沿って第１の回転軸１１０の軸端部１１１を見たときの模式図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す矢印Ｃの方向に沿って第２の回転軸１２０の軸端部１２１を見たときの模式図である。
【００２５】
電磁力発生部２０は、第１と第２の回転軸１１０，１２０のそれぞれの軸端部１１１，１２１に内蔵された第１と第２の電磁石２１，２２を有する。第１の電磁石２１は、一方の磁極（図ではＮ極）が軸端部１１１の端面の中心部を構成するように、軸端部１１１に嵌め込まれている。ここで、第１の回転軸１１０には、封止治具１１５より外側の外周に一対のリング状電極１１４が取りつけられている（図２）。これら一対のリング状電極１１４と、第１の電磁石２１とは、第１の回転軸１１０の内部に配線された内蔵導電線１１２によって電気的に接続されている。また、一対のリング状電極１１４は、一対のリング状電極１１４の各電極を摺擦する一対のブラシ電極１４１と、一対の導電線１４３とを介して、電磁力制御部１４０と電気的に接続されている。この構成によって、第１の電磁石２１は、第１の回転軸１１０が回転している場合であっても、電磁力制御部１４０から電力の供給を受けることが可能である。
【００２６】
第２の電磁石２２は、第１の回転軸１１０の端面を構成する第１の電磁石２１の磁極とは反対の磁極（図ではＳ極）が軸端部１２１の端面の中心部を構成するように、軸端部１２１に嵌め込まれている。なお、第２の電磁石２２は、第１の電磁石２１と同様に、一対の内蔵導電線１２２と、一対のリング状電極１２４と、一対のブラシ電極１４２と、一対の導電線１４４とを介して、電磁力制御部１４０から電力の供給を受ける（図２）。
【００２７】
電磁力発生部２０は、強化繊維５の巻き付けに際して、第１と第２の電磁石２１，２２に互いに引き合う電磁力を発生させる。これによって、第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１の間に働く狭持力が増大するため、タンク容器１０をより確実に保持することが可能となる。
【００２８】
ここで、電磁力発生部２０が発生させる電磁力は、電磁力制御部１４０が第１と第２の電磁石２１，２２に供給する電力を制御することにより、適切に制御される。即ち、電磁力制御部１４０は、強化繊維５に対して付加されている繊維張力に関する情報を繊維張力制御部１６５から取得し、その繊維張力に応じて、電磁力発生部２０の電磁力を増大させる。このように、ＦＷ装置１００は、電磁力発生部２０が発生させる電磁力によって、第３工程において、タンク容器１０の保持位置がずれてしまわないように、確実にタンク容器１０を保持することができる。
【００２９】
図４（Ａ）は、強化繊維５の巻き付けが完了し、熱硬化処理を終えた後のタンク容器１０を模式的に示す概略断面図である。第４工程では、強化繊維５が巻き付けられたタンク容器１０を加熱することにより、強化繊維５に含浸された熱硬化性樹脂を熱硬化させる熱硬化処理を実行する。以後、タンク容器１０において、熱硬化性樹脂を硬化させた後の強化繊維５によって構成される外表層を「繊維強化層７」と呼ぶ。なお、第４工程における熱硬化処理は、ＦＷ装置１００においてタンク容器１０を回転させつつ加熱することにより実行されるものとしても良い。
【００３０】
図４（Ｂ）は、第５工程として、ＦＷ装置１００からタンク容器１０が取り外された後に、タンク容器１０に対して行われる処理を説明するための模式図である。図４（Ｂ）には、繊維強化層７が形成されたタンク容器１０における第１と第２の凹部１８ａ，１８ｂの近傍の概略断面が模式的に図示されている。繊維強化層７には、第２の回転軸１２０が取り付けられていた部位に、凹部１８ｂと連続する貫通孔８が生じてしまう。そこで、第５工程では、その貫通孔８および凹部１８ｂを樹脂部材９によって塞ぎ、高圧ガスタンクにおける当該部位の強度が低下してしまうことを抑制する。
【００３１】
なお、この処理の後、タンク容器１０の口金部１５に高圧ガスのための配管やバルブが取り付けられ、高圧ガスタンクが完成する。
【００３２】
図５は、本発明の比較例としての高圧ガスタンクの製造工程および比較例におけるＦＷ装置１００ａを説明するための模式図である。図５は、以下の点以外は、図２とほぼ同じである。即ち、図５では、２つの凹部１８ａ，１８ｂに換えて、タンク容器１０ａに回転軸取付部３０が設けられている。また、図５では、第１と第２の回転軸１１０，１２０に換えて、電磁力発生部２０や、リング状電極１１４，１２４、内蔵導電線１１２，１２２が省略された第１と第２の回転軸１１０ａ，１２０ａが設けられている。さらに、図５では、電磁力制御部１４０と、そのブラシ電極１４１，１４２および導電線１４３，１４４が省略されている。
【００３３】
比較例の高圧ガスタンクの製造工程では、第１工程において、回転軸取付部３０が接合されたタンク容器１０ａを準備する。回転軸取付部３０は、ＦＷ装置１００ａの第１と第２の回転軸１１０ａ，１２０ａの軸端部１１１，１２１を螺合して保持するための第１と第２の取付孔部３１，３２を有している。
【００３４】
なお、回転軸取付部３０は、タンク容器１０ａの容体との間の接合性および気密性を向上させ、第１の回転軸１１０ａを確実に保持するために、第１の取付孔部３１がタンク容器１０ａの中空部１３側に突出するように、タンク容器１０ａに取り付けられている。また、回転軸取付部３０は、第１と第２の回転軸１１０ａ，１２０ａをより確実に固定的の保持するために、例えば、金属などの比較的剛性の高い部材によって構成されている。
【００３５】
比較例の第２工程では、第１と第２の回転軸１１０ａ，１２０ａの軸端部１１１，１２１をそれぞれ、回転軸取付部３０の第１と第２の取付孔部３１，３２に螺合させて、ＦＷ装置１００ａにタンク容器１０ａを取り付ける。第３工程では、図２で説明したのと同様に、タンク容器１０ａを回転させつつ、その外表面全体に強化繊維５を巻き付ける。第４工程では、タンク容器１０ａに対して熱硬化処理を行った後、口金部１５に高圧ガスのための配管やバルブを取り付けて高圧ガスタンクを完成させる。
【００３６】
このように、比較例の製造工程によっても、タンク容器１００ａおよびＦＷ装置１００ａを用いて、ＦＷ法による高圧ガスタンクの製造が可能である。しかし、比較例の製造工程によって製造される高圧ガスタンクは、回転軸取付部３０を有する分だけ、本実施例の製造工程により製造される高圧ガスタンクよりも、タンク容積が減少しており、タンクの重量も増加している。また、タンク容器１０ａでは、回転軸取付部３０の接合部において中空部１３の気密性が低下してしまう可能性がある。
【００３７】
さらに、比較例のＦＷ装置１００ａは、強化繊維５の巻き付けに際して、強化繊維５の繊維張力の変化や、タンク容器１０ａの重量変化に応じたタンク容器１０ａの保持するための力の制御を容易に行うことができない。従って、回転軸取付部３０を省略したり、小型化した場合には、第１と第２の回転軸１１０ａ，１２０にかかる負荷が変化する場合などに、タンク容器１０ａが脱落してしまう可能性が高くなる。
【００３８】
このように、本実施例の構成によれば、高圧ガスタンクの製造工程における強化繊維５の巻き付けの際に、電磁力発生部２０の電磁力によって、タンク容器１０を保持するための力を増大させて、より確実にタンク容器１０を保持することができる。また、比較例の回転軸取付部３０のような、ＦＷ装置１００にタンク容器１０を取り付けて保持させるための部材を、タンク容器１０に設けることを省略したり、小型化することも可能である。従って、高圧ガスタンクのタンク容積を増加させたり、軽量化したりすることが容易となる。
【００３９】
B．第２実施例：
図６は、本発明の第２実施例としてのＦＷ装置に設けられた電磁力発生部２０Ａの構成を示す概略図である。図６は、第２の電磁石２２に換えて、強磁性体４０が設けられている点以外は、図３（Ａ）とほぼ同じである。なお、第２実施例における他の構成は、第１実施例の構成と同様である。
【００４０】
第２実施例の電磁力発生部２０Ａは、第２の回転軸１２０の軸端部１２１に、タンク容器１０の容器壁を介して、第１の電磁石２１と対向するように、金属などの強磁性体４０が嵌め込まれている。このような構成であっても、第１の電磁石２１の電磁力によって、第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１同士を互いに引き合わせ、タンク容器１０の容器壁に対する狭持力を増大させることができる。
【００４１】
従って、第１実施例と同様に、強化繊維５の巻き付けの際に、タンク容器１０を確実に保持することができる。なお、電磁力発生部２０Ａは、第２の回転軸１２０自体を強磁性体によって構成するものとしても良い。また、電磁力発生部２０Ａは、第１の回転軸１１０に強磁性体４０が埋設され、第２の回転軸１２０に第２の電磁石２２が埋設される構成としても良い。
【００４２】
C．第３実施例：
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第３実施例としてのＦＷ装置に設けられた電磁力発生部２０Ｂの構成を示す概略図である。図７（Ａ）〜（Ｃ）は、第２の電磁石２２の外周に第３の電磁石２３が複数個設けられている点以外は、図３（Ａ）〜（Ｃ）とほぼ同じである。なお、第３実施例における他の構成は、第１実施例の構成と同様である。
【００４３】
第３実施例の電磁力発生部２０Ｂは、複数の第３の電磁石２３が第２の回転軸１２０の軸端部１２１に嵌め込まれている。第３の電磁石２３のそれぞれは、第２の電磁石２２を中心とする円周上において、その磁極が軸端部１２１の端面の一部を構成するように、円環状に配列されている（図７（Ｃ））。また、第３の電磁石２３のそれぞれは、第２の電磁石２２とは磁極の向きが反対となるように配置されている。なお、第３の電磁石２３のそれぞれのコイルと第２の電磁石２２のコイルとは、互いに電気的に接続されており、これによって、内蔵導電線１２２を介して、電磁力制御部１４０（図２）からの電力の供給を共通して受ける。
【００４４】
ここで、強化繊維５の巻き付け工程においてタンク容器１０を確実に保持し続けるためには、ＦＷ装置へのタンク容器１０の取り付けの際に、第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１の位置決めが、より正確に行われることが好ましい。即ち、タンク容器１０の取り付けの際に、第１と第２の回転軸１１０，１２０の互いの中心軸の位置が、より正確に一致した状態で、軸端部１１１，１２１のそれぞれを、タンク容器１０の凹部１８ａ，１８ｂに嵌合させることが好ましい。
【００４５】
そこで、第３実施例のＦＷ装置では、第２工程におけるＦＷ装置へのタンク容器１０の取り付けの際に、電磁力発生部２０に電磁力を発生させる。これによって、第１と第２の電磁石２１，２２は互いに引き合い、第１と第３の電磁石２１，２３は互いに反発しあう。そのため、第１と第２の回転軸１１０，１２０のそれぞれの中心軸が一致するように、軸端部１１１，１２１が誘導され、その位置決めを容易かつ正確に実行することが可能となる。従って、ＦＷ装置において、タンク容器１０がより確実に保持される。
【００４６】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施例における電磁力発生部２０Ｂの他の構成例としての電磁力発生部２０Ｂａを説明するための概略図である。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、第２と第３の電磁石２２，２３に換えて、第２の回転軸１２０の軸端部１２１に第４の電磁石２４が設けられている点以外は、図７（Ａ）〜（Ｃ）とほぼ同じである。
【００４７】
第４の電磁石２４は、強磁性体２４０を有している。強磁性体２４０は、略円柱状の中央芯部２４１と、中央芯部２４１を中心とする略円筒状の外周円筒部２４２とを有している。中央芯部２４１と外周円筒部２４２とは、それぞれの一方の端部において互いに連結されて連続している。第４の電磁石２４は、前述の連結された端部とは反対側における中央芯部２４１および外周円筒部２４２のそれぞれの端部２４３，２４４の端面が、軸端部１２１の端面を構成するように、第２の回転軸１２０に嵌め込まれる。また、第４の電磁石２４は、中央芯部２４１が第２の回転軸１２０の中央に位置するように配置される。
【００４８】
ここで、第４の電磁石２４では、中央芯部２４１に内蔵導電線１２２と電気的に接続されたコイルが巻かれる。これによって、第４の電磁石２４では、電磁力を発生させたときに、中央芯部２４１および外周円筒部２４２のそれぞれの端部２４３，２４４が磁極を構成する。即ち、第４の電磁石２４は、中央芯部２４１の端部２４１において、対向する第１の電磁石２１の磁極と引き合う電磁力を発生し、外周円筒部２４２において、第１の電磁石２１の当該磁極と反発する電磁力を発生する。このような構成によって、図７で説明した電磁力発生部２０Ｂと同様に、第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１の位置決めをより正確かつ容易に行うことが可能となり、ＦＷ装置においてタンク容器１０をより確実に保持することが可能となる。
【００４９】
D．第４実施例：
図９は、本発明の第４実施例としての高圧ガスタンクの製造工程において準備されるタンク容器１０Ｃの構成を示す概略図である。図９は、タンク容器１０Ｃの第２のドーム部１２ｂに、凹部１８ａ，１８ｂに換えて、凸部１９ａ，１９ｂが設けられている点以外は、図３（Ａ）とほぼ同じである。なお、第４実施例における他の構成は、第１実施例における構成と同様である。
【００５０】
タンク容器１０Ｃの第２のドーム部１２ｂの頂部には、第１と第２の回転軸１１０，１２０のそれぞれの軸端部１１１，１２１を嵌合可能な、円環状の凸部１９ａ，１９ｂが形成されている。これらの凸部１９ａ，１９ｂは、タンク容器１０ＣをＦＷ装置１００（図２）に取り付ける際に、第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１を所定の位置に固定するための取付部として機能する。
【００５１】
このように、第４実施例のタンク容器１０Ｃでは、その容器壁を薄肉化することなく、第１と第２の回転軸１１０，１２０の取付部が設けられている。従って、他の実施例における凹部１８ａ，１８ｂのように、容器壁を薄肉化して第１と第２の回転軸１１０，１２０の取付部を形成した場合に比較して、高圧ガスタンクの強度の低下を抑制できる。ただし、高圧ガスタンクのタンク容積の増加や軽量化を考慮する場合には、他の実施例のように、位置決め部として、凹部１８ａ，１８ｂを形成することが好ましい。
【００５２】
E．第５実施例：
図１０は、本発明の第５実施例としてのＦＷ装置１００Ｄの構成を示す概略図である。図１０は、取り付けられたタンク容器１０の重量を検出するための重量検出部１８０および荷重センサー１８１，１８２が設けられている点以外は、図２とほぼ同じである。なお、第５実施例における他の構成は、第１実施例で説明した構成と同様である。重量検出部１８０は、第１と第２の回転軸支持部１３１，１３２に設けられた荷重センサー１８１，１８２を介して、タンク容器１０の重量を検出し、電磁力制御部１４０に送信する。
【００５３】
ここで、第１実施例において説明した通り、タンク容器１０は、強化繊維５の巻き付け工程において、強化繊維５が巻き付けられるほど、その重量が増加する。すると、それに応じて、第１と第２の回転軸１１０，１２０にかかる負荷も増大する。そこで、電磁力制御部１４０は、重量検出部１８０からの検出結果に基づいて、タンク容器１０の重量の増加に応じた電磁力を電磁力発生部２０に発生させる。
【００５４】
このように、このＦＷ装置１００Ｄでは、強化繊維５の巻き付け工程において、タンク容器１０の重量が増加した場合であっても、その重量変化に応じて、タンク容器１０を保持するための電磁力を電磁力発生部２０に発生させる。従って、ＦＷ装置１００Ｄにおいて、タンク容器１０をより確実に保持させることが可能となる。
【００５５】
F．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５６】
F1．変形例１：
上記実施例において、電磁力制御部１４０は、繊維張力制御部１６５から取得した繊維張力に関する情報に応じて、電磁力発生部２０に発生させる電磁力を制御していた。しかし、電磁力制御部１４０は、繊維張力に応じて電磁力を制御しなくとも良い。ただし、電磁力制御部１４０によって繊維張力に応じた電磁力を発生させることにより、タンク容器１０を保持する力を適切に制御できるため好ましい。なお、ＦＷ装置１００は、強化繊維５にかかる繊維張力を検出するセンサー部を有し、電磁力制御部１４０は、そのセンサー部からの情報に応じて電磁力を制御するものとしても良い。
【００５７】
F2．変形例２：
上記実施例では、タンク容器１０，１０Ｃに、凹部１８ａ，１８ｂや凸部１９ａ，１９ｂが形成されていた。しかし、凹部１８ａ，１８ｂや、凸部１９ａ，１９ｂは省略されても良い。ただし、第１と第２の回転軸１１０，１２０のそれぞれの軸端部１１１，１２１を所定の位置に正確に固定するためにも、タンク容器１０，１０Ｃには、凹部１８ａ，１８ｂや凸部１９ａ，１９ｂが形成されることが好ましい。
【００５８】
F3．変形例３：
上記実施例では、強化繊維５の巻き付け工程において、配管１７１および第１の回転軸１１０に設けられた連通路１１７を介して、ガス供給部１７０からタンク容器１０の中空部１３にガスを供給していた。しかし、ガス供給部１７０や配管１７１および連通路１１７は省略されるものとしても良い。ただし、中空部１３に供給されたガスによって、タンク容器１０は内部からの略均一なガス圧を受けることとなるため、強化繊維５の巻き付けによるタンク容器１０の変形をより確実に抑制できる。
【００５９】
F4．変形例４：
上記第１実施例および第２実施例では、第３工程において、電磁力発生部２０に電磁力を発生させていた。しかし、電磁力発生部２０は、第２工程においても、第１と第２の電磁石２１，２２に互いに引き合う電磁力を発生させるものとしても良い。これによって、第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１同士が引き合うことにより、互いに所定の固定位置への誘導が可能である。
【００６０】
F5．変形例５：
上記第３実施例において、電磁力発生部２０Ｂは、第３の電磁石２３を有していた。しかし、電磁力発生部２０Ｂは、第３の電磁石２３に換えて、永久磁石を有するものとしても良い。即ち、第２の回転軸１２０の軸端部１２１には、複数の永久磁石が、第３の電磁石２３と同様な配列で、嵌め込まれるものとしても良い。このように構成した場合であっても、第１と第２の回転軸１１０，１２０の軸端部１１１，１２１の位置決めをより正確に行うことができる。また、永久磁石であれば、第２の電磁石２２に接触させて配置できるため、電磁力発生部２０を小型化することも可能である。
【００６１】
F6．変形例６：
上記第３実施例において、第１の回転軸１１０には第１の電磁石２１が設けられ、第２の回転軸１２０には、第１の電磁石２１と互いに引き合う第２の電磁石２２と、第１の電磁石２１と反発し合う第３の電磁石２３とが設けられていた。しかし、第１の電磁石２１が第２の回転軸１２０に設けられ、第２と第３の電磁石２２，２３が第１の回転軸１１０に設けられるものとしても良い。また、第２の電磁石２２に換えて、第１の電磁石２１によって引き寄せられるような強磁性体や永久磁石が配置されるものとしても良い。さらに、第１の電磁石２１の外周に、第３の電磁石２３のそれぞれと互いに引き合う第４の電磁石が設けられるものとしても良い。
【符号の説明】
【００６２】
５…強化繊維
７…繊維強化層
８…貫通孔
９…樹脂部材
１０，１０Ｃ，１０ａ…タンク容器
１１…シリンダー部
１２ａ…第１のドーム部
１２ｂ…第２のドーム部
１３…中空部
１５…口金部
１６…貫通孔
１８ａ，１８ｂ…凹部
１９ａ，１９ｂ…凸部
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｂａ…電磁力発生部
２１…第１の電磁石
２２…第２の電磁石
２３…第３の電磁石
２４…第４の電磁石
３０…回転軸取付部
３１…第１の取付孔部
３２…第２の取付孔部
４０…強磁性体
１００，１００Ｄ，１００ａ…フィラメントワインディング装置（ＦＷ装置）
１１０，１１０ａ…第１の回転軸
１１１…軸端部
１１２…内蔵導電線
１１４…リング状電極
１１５…封止治具
１１７…連通路
１２０，１２０ａ…第２の回転軸
１２１…軸端部
１２２…内蔵導電線
１２４…リング状電極
１３０…支持基台
１３１…第１の回転軸支持部
１３２…第２の回転軸支持部
１３３…チャック部
１４０…電磁力制御部
１４１，１４２…ブラシ電極
１４３，１４４…導電線
１５０…回転駆動部
１６０…繊維繰り出し部
１６１…リール
１６２…張力付加機構
１６５…繊維張力制御部
１７０…ガス供給部
１７１…配管
１８０…重量検出部
１８１，１８２…荷重センサー
２４０…強磁性体
２４１…中央芯部
２４２…外周円筒部
２４３，２４４…端部
ＣＸ…中心軸
【図１】
0005446822.tif 000002
【図２】
0005446822.tif 000003
【図３】
0005446822.tif 000004
【図４】
0005446822.tif 000005
【図５】
0005446822.tif 000006
【図６】
0005446822.tif 000007
【図７】
0005446822.tif 000008
【図８】
0005446822.tif 000009
【図９】
0005446822.tif 000010
【図１０】
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