(57)【要約】【課題】巻きつけの高速化を図る。【解決手段】フープ巻きにて樹脂含浸繊維を巻回するフープ巻き工程と、ヘリカル巻きにて前記樹脂含浸繊維を巻回するヘリカル巻き工程とを備えるフィラメントワインディング方法において、ヘリカル巻き工程における前記樹脂含浸繊維の温度を、前記フープ巻き工程における前記樹脂含浸繊維の温度よりも低く制御する。【選択図】図２
2011005660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フープ巻きにて樹脂含浸繊維を巻回するフープ巻き工程と、
ヘリカル巻きにて前記樹脂含浸繊維を巻回するヘリカル巻き工程と
を備えるフィラメントワインディング方法において、
前記ヘリカル巻き工程における前記樹脂含浸繊維の温度を、前記フープ巻き工程における前記樹脂含浸繊維の温度よりも低く制御することを特徴とす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】
本発明は、樹脂含浸繊維を被巻きつけ部材に巻きつけるフィラメントワインディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池システムに用いられる高圧水素タンクの開発が進んでおり、その一つとして、フィラメントワインディング（Filament Winding：以下、単に「ＦＷ」と呼ぶ）法により樹脂含浸繊維をタンクの外郭に巻きつける方法がある。
【０００３】
上記ＦＷ法を採用するタンクの製造方法の一つとして、巻きつけ前の樹脂含浸繊維を、内径側部分を構成するときには冷却し、外径側部分を構成するときには加熱する技術が提案されている（特許文献１）。この構成により、タンクの疲労耐久性能を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９０３０８号公報
【０００５】
しかしながら、前記従来の技術では、ヘリカル巻きを行うときにタンクのドーム部（長手方向における胴部外側の部分）で樹脂含浸繊維が滑りやすく、巻きつけの高速化を図ることが困難である問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、巻きつけの高速化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
[適用例１]   フープ巻きにて樹脂含浸繊維を巻回するフープ巻き工程と、ヘリカル巻きにて前記樹脂含浸繊維を巻回するヘリカル巻き工程とを備えるフィラメントワインディング方法において、前記ヘリカル巻き工程における前記樹脂含浸繊維の温度を、前記フープ巻き工程における前記樹脂含浸繊維の温度よりも低く制御することを特徴とするフィラメントワインディング方法。
【０００９】
上記構成のフィラメントワインディング方法によれば、ヘリカル巻き工程において、樹脂含浸繊維の温度が低く制御されることで、樹脂含浸繊維が高粘度・高タックとなり、巻きつけ時の樹脂含浸繊維の滑りを防止することができる。したがって、巻きつけの高速化を図ることができる。
【００１０】
なお、前記フィラメントワインディング方法は、装置発明としての態様で実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例におけるＦＷ方法を採用したＦＷ装置１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】制御部５０により実行される繊維温度制御処理を示すフローチャートである。
【図３】樹脂含浸繊維Ｗについての温度と粘度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
【００１３】
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．ハードウエア構成：
図１は、本発明の第１実施例におけるＦＷ方法を採用したＦＷ装置１００の概略構成を示す説明図である。図示するように、本実施例のＦＷ装置１００は、クリールスタンド１０と、巻取部３０と、クリールスタンド１０と巻取部３０とを結ぶ経路部２０と、制御部５０とを備える。
【００１４】
クリールスタンド１０は、樹脂含浸繊維Ｗを巻きつけた複数のボビン１２を備え、固定滑車１４等を用いて各ボビン１２から所定の方向に樹脂含浸繊維Ｗを巻き出す機能を有する。樹脂含浸繊維Ｗは、例えば、炭素繊維に熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグである。なお、炭素繊維に換えて、適当な強度を有するフィラメントワインディングに適した他の材料とすることもできる。また、エポキシ樹脂に換えて、適当な接合強度を有するフィラメントワインディングに適した樹脂材料とすることもできる。
【００１５】
各ボビン１２からは、巻取部３０の働きにより樹脂含浸繊維Ｗがそれぞれ引き出され、各樹脂含浸繊維Ｗは経路部２０を介して巻取部３０へ導かれる。
【００１６】
経路部２０は、ローラやガイド等を備え、クリールスタンド１０から巻取部３０への樹脂含浸繊維Ｗへの経路を構成する。
【００１７】
巻取部３０は、アイクチガイド３２と、ライナーＭがセットされる回転駆動装置３４とを備える。ライナーＭは、タンク製品の形状を形作るための中空円筒形のマンドレルである。回転駆動装置３４は、ライナーＭをその長軸周りに回転駆動させる。
【００１８】
アイクチガイド３２は、ライナーＭの長軸方向であるｘ軸、ｘ軸に垂直なｙ軸、ｘ軸およびｙ軸に垂直なｚ軸の３次元で移動して、経路部２０から供給された複数本の樹脂含浸繊維Ｗを束ねてライナーＭに向かって供給する。アイクチガイド３２の３次元方向への移動と回転駆動装置３４によるライナーＭの回転とにより、樹脂含浸繊維ＷがライナーＭに緊密に巻きつけられることになる。詳細には、フープ巻きとヘリカル巻きとを交互に行うことで、緊密な巻きつけを実現している。ここで、ヘリカル巻きは、ライナーＭに樹脂含浸繊維Ｗをある角度をつけ（例えば３０゜〜６０゜）巻きつける方法である。フープ巻きは周方向に樹脂含浸繊維Ｗを揃えて巻きつけるものである。
【００１９】
巻取部３０により樹脂含浸繊維ＷをライナーＭに巻きつけていくことで、樹脂含浸繊維Ｗは、引っ張られる形で、クリールスタンド１０から引き出され、経路部２０を介して巻取部３０に至ることになる。こうして、成形品である高圧タンクが製造される。この高圧タンクは、燃料電池システム用の高圧水素タンクとして用いられる。
【００２０】
アイクチガイド３２は、また、通過する樹脂含浸繊維Ｗの温度を調整する温度調整機構を備える。図中の吹き出しＢＬは、温度調整機構の概略構成を示すものである。吹き出しＢＬに示すように、アイクチガイド３２は、樹脂含浸繊維Ｗに沿って設けられる温調ローラ４０を備える。温調ローラ４０は、熱伝導性に優れた金属材料（例えばアルミニウム）により構成され、樹脂含浸繊維Ｗに直接接触する。温調ローラ４０には、アイクチガイド３２の外部に設けられた温調水供給部４２から管路４４を介して、温度調整された温調水が供給される。
【００２１】
温調水供給部４２は、温調水として高温水と冷却水とを切り替えて供給を行う。温調水供給部４２は、高温水を温調ローラ４０に供給することで、温調ローラ４０を０℃を上回る所定の温度（以下、この温度を「高温度」と呼ぶ）に制御することができる。また、温調水供給部４２は、冷却水を温調ローラ４０に供給することで、温調ローラ４０を０℃以下の所定の温度（以下、この温度を「低温度」と呼ぶ）に制御することができる。
【００２２】
なお、温調ローラ４０は、図示のように複数設けてもよいし、１つであってもよい。
【００２３】
制御部５０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムをＲＡＭに展開して実行することで、フィラメントワインディングの作業をフープ巻きとヘリカル巻きとで交互に切り替えて行う。すなわち、制御部５０は、フープ巻きにて樹脂含浸繊維Ｗを巻回するフープ巻き工程と、ヘリカル巻きにて前記樹脂含浸繊維Ｗを巻回するヘリカル巻き工程とを行う。
【００２４】
さらに、制御部５０は、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、温調水供給部４２に指令を送信して、樹脂含浸繊維Ｗの温度を上記高温度と低温度との間で切り替える制御を行う。
【００２５】
Ａ−２．ソフトウェア構成：
図２は、制御部５０により実行される繊維温度制御処理を示すフローチャートである。この繊維温度制御処理は、前述した樹脂含浸繊維Ｗの温度の制御を行うためのものである。この繊維温度制御処理は、制御部５０のＣＰＵにより所定時間毎に繰り返し実行される。
【００２６】
図２に示すように、処理が開始されると、ＣＰＵは、現在、前述したフープ巻き工程とヘリカル巻き工程とのいずれが実行されているかを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、フープ巻き工程であると判定されたときには、ＣＰＵは、高温水を供給させる旨の指令を温調水供給部４２に送信する（ステップＳ１２０）。一方、ヘリカル巻き工程であると判定されたときには、ＣＰＵは、冷却水を供給させる旨の指令を温調水供給部４２に送信する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１２０またはＳ１３０の実行後、「リターン」に抜けてこの繊維温度制御処理を一旦終了する。
【００２７】
上記構成の繊維温度制御処理によれば、フープ巻き工程時に、温調水供給部４２から高温水が供給されることから、温調ローラ４０は上記高温度に制御される。このため、フープ巻き工程における樹脂含浸繊維Ｗの温度は高く制御される。一方、ヘリカル巻き工程時には、温調水供給部４２から冷却水が供給されることから、温調ローラ４０は上記低温度に制御される。このため、ヘリカル巻き工程における樹脂含浸繊維Ｗの温度は低く制御される。
【００２８】
図３は、樹脂含浸繊維Ｗについての温度と粘度との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、樹脂含浸繊維Ｗの温度が低くなるほど粘度は高くなる。樹脂含浸繊維Ｗの温度が図中ｔ１（例えば１０℃）を下回るときには、樹脂含浸繊維Ｗの粘度は１００Ｐａ・ｓを上回り、樹脂含浸繊維Ｗは高粘度・高タックとなる。すなわち、１００Ｐａ・ｓとは水飴と同等の粘度レベルであり、樹脂含浸繊維Ｗは高タック性を有する。
【００２９】
樹脂含浸繊維Ｗの温度が図中ｔ２（例えば４５℃）を上回るときには、樹脂含浸繊維Ｗの粘度は１００Ｐａ・ｓを上回り、樹脂含浸繊維Ｗは低粘度・低タックとなる。
【００３０】
本実施例では、温調ローラ４０が制御される上記低温度は、樹脂含浸繊維Ｗを上記ｔ１を下回る温度とするに十分なものである。また、温調ローラ４０が制御される上記高温度は、樹脂含浸繊維Ｗを上記ｔ２を上回る温度とするに十分なものである。したがって、ヘリカル巻き工程における樹脂含浸繊維Ｗは、上記ｔ１を下回る温度に制御され、高粘度・高タックの状態となる。一方、フープ巻き工程における樹脂含浸繊維Ｗは、上記ｔ２を上回る温度に制御され、低粘度・低タックの状態となる。
【００３１】
Ａ−３．効果：
以上のように構成された第１実施例のＦＷ方法によれば、ヘリカル巻き工程において、樹脂含浸繊維Ｗの温度が低く制御されることで、樹脂含浸繊維Ｗが高粘度・高タックとなり、巻きつけ時の樹脂含浸繊維Ｗの滑りを防止することができる。この結果、従来、４０゜〜５０゜の中角度のヘリカル巻きにおいては、ライナーのドーム部で樹脂含浸繊維Ｗが滑って巻くのが困難であったが、第１実施例によれば容易に巻くこともできる。したがって、フィラメントワインディング方法における巻きつけの高速化を図ることができる。
【００３２】
一方、フープ巻き工程においては、樹脂含浸繊維Ｗが低粘度・低タック状態となっていることから、フープ巻きは高速で行うにもかかわらず、毛羽立ちの発生を防止することができる。
【００３３】
また本実施例では、樹脂含浸繊維Ｗと温調ローラ４０が直接接触する構成としたことから、温度調整の効率がよい。特に、タンク成形時には、樹脂含浸繊維Ｗは常に移動していることから、直接接触して温調する方が効率がよい。
【００３４】
Ａ−４．変形例：
本実施例では、温調ローラ４０に、高温水と冷却水とを切り替えて供給を行う構成としたが、これに換えて、冷却水を供給する状態と、冷却水を供給しない状態とを切り替える構成としてもよい。これによっても、ヘリカル巻き工程における樹脂含浸繊維Ｗを低温度にすることができることから、ヘリカル巻き工程における巻きつけ時の滑りを防止することができる。
【００３５】
Ｂ．第２実施例：
前記第１実施例では、ヘリカル巻き工程における樹脂含浸繊維Ｗを低温度に制御し、フープ巻き工程における樹脂含浸繊維Ｗを低温度に制御していたが、これに換えて、第２実施例では、上記変形例と同様に、ヘリカル巻き工程においては、温調ローラ４０に冷却水を供給し、フープ工程においては、温調ローラ４０に冷却水を供給しない構成とする。その上で、ＦＷ装置を備える室内の空調を、樹脂含浸繊維Ｗを低粘度な状態を維持できる温度に制御する。この構成により、クリールスタンド１０からの繰り出し部位においては、樹脂含浸繊維Ｗは低粘度な状態となる。
【００３６】
上記構成の第２実施例のＦＷ法によれば、クリールスタンド１０からの繰り出し時において、樹脂含浸繊維Ｗ同士の固着を防止し、繰り出しをスムーズにすることができるという効果を奏する。
【００３７】
Ｃ．第３実施例：
前記第１実施例では、ヘリカル巻きとフープ巻きとのいずれにあるかに応じて樹脂含浸繊維Ｗの粘度が変えられるように、温調ローラ４０の温度を制御していたが、これに換えて、第３実施例では、第１実施例のこの構成を備えた上で更に、ヘリカル巻き工程において、タンクへの樹脂含浸繊維Ｗの積層数、巻き付け時の樹脂含浸繊維Ｗの張力に応じて、温調ローラ４０の温度を制御する構成としてもよい。
【００３８】
一般に、樹脂含浸繊維Ｗの積層数が増えてくると、タンクのドーム形状が変化し、また、繊維自体の表面粗さにより滑りが生じ難くなる。このため、ヘリカル巻き工程において、常に樹脂含浸繊維Ｗを高粘度化するのではなく、タンクへの樹脂含浸繊維Ｗの積層数や、巻き付け時の樹脂含浸繊維Ｗの張力に応じて樹脂含浸繊維Ｗの粘度調整が可能となる。したがって、適切な粘度状態でＦＷを行うことができ、巻きつけの高速化を図ることができる。
【００３９】
なお、この発明は上記の各実施例や各変形例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さらに種々の態様において実施することが可能であり、例えば、温調ローラ４０の温度制御を、温調水に換えて、温度調整されたエアにより行う構成等、種々の構成に変形することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…クリールスタンド
１２…ボビン
１４…固定滑車
２０…経路部
３０…巻取部
３２…アイクチガイド
３４…回転駆動装置
４０…温調ローラ
４２…温調水供給部
４４…管路
５０…制御部
Ｗ…樹脂含浸繊維
Ｍ…ライナー
【図１】
2011005660.tif 000003
【図２】
2011005660.tif 000004
【図３】
2011005660.tif 000005