(57)【要約】【課題】ライナーに巻回された繊維の位置を精度よく検出する。【解決手段】ライナーの外周に繊維が巻回されたタンクの製造方法は、（ａ）繊維を加熱する工程と、（ｂ）加熱された前記繊維を前記ライナーの外周に巻回する工程と、（ｃ）前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度を取得する工程と、（ｄ）前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度に基づいて、前記ライナーに対する該ライナーの外周に巻回された前記繊維の位置を検出する工程と、を備える。【選択図】図２
2015107574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナーの外周に繊維が巻回されたタンクの製造方法であって、
（ａ）繊維を加熱する工程と、
（ｂ）加熱された前記繊維を前記ライナーの外周に巻回する工程と、
（ｃ）前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度を取得する工程と、
（ｄ）前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度に基づいて、前記ライナーに対する該ライナーの外周に巻回された前記繊維の位置を検出する工程と、
を備える、タンクの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のタンクの製造方法であって、
前記工程（ｄ）では、更に、前記ライナーに対する該ライナーの外周に巻回された前記繊維の位置の良否を判定する、タンクの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のタンクの製造方法であって、
前記工程（ｄ）では、更に、前記繊維の位置が所定の位置と異なると判定された場合には、前記ライナーに対する該ライナーの外周に巻回された前記繊維の位置を修正する、タンクの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のタンクの製造方法であって、
前記工程（ｄ）では、前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度に基づいて、前記ライナーの外周に巻回された前記繊維のうち、最外層の前記繊維の前記ライナーに対する位置を検出する、タンクの製造方法。
【請求項５】
ライナーの外周に繊維が巻回されたタンクの製造装置であって、
前記繊維を加熱する加熱部と、
加熱された前記繊維を前記ライナーの外周に巻回する巻回部と、
前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度を取得する取得部と、
前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度に基づいて、前記ライナーに対する該ライナーの外周に巻回された前記繊維の位置を検出する検出部と、を備える、タンクの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクの製造方法及びタンクの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧タンク（以下「タンク」と呼ぶ。）の製造においては、耐圧を向上させるために、タンクのライナーに繊維が巻回される。ライナーに巻回された繊維の位置は、例えば、ライナーに既に巻回された繊維とライナーとを撮影して色差を識別することにより、検出される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５３７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、既に巻回された繊維の上に層状に繊維が巻回されると、巻回される繊維の色が同じである場合には、色差により繊維の位置を精度よく検出することが困難であった。そのため、ライナーに巻回された繊維の位置を精度よく検出する技術が求められていた。そのほか従来のタンクの製造方法では、製造の簡易化、低コスト化等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、ライナーの外周に繊維が巻回されたタンクの製造方法が提供される。この製造方法は、（ａ）繊維を加熱する工程と；（ｂ）加熱された前記繊維を前記ライナーの外周に巻回する工程と；（ｃ）前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度を取得する工程と；（ｄ）前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度に基づいて、前記ライナーに対する該ライナーの外周に巻回された前記繊維の位置を検出する工程と；を備える。このような形態のタンクの製造方法であれば、ライナーの外周に巻回された繊維の位置をその繊維の温度に基づいて検出するので、ライナーの外周に巻回された繊維の位置を精度よく検出することができる。また、繊維が層状に巻回される場合であっても、ライナーの外周に既に巻回されている繊維と、新たに巻回された繊維との温度差により、新たに巻回された繊維のライナーに対する位置を精度よく検出することができる。
【０００７】
（２）上記形態のタンクの製造方法において、前記工程（ｄ）では、更に、前記ライナーに対する該ライナーの外周に巻回された前記繊維の位置の良否を判定してもよい。このような形態のタンクの製造方法であれば、繊維の位置の良否を精度よく判定することができる。
【０００８】
（３）上記形態のタンクの製造方法において、前記工程（ｄ）では、更に、前記繊維の位置が所定の位置と異なると判定された場合には、前記ライナーに対する該ライナーの外周に巻回された前記繊維の位置を修正してもよい。このような形態のタンクの製造方法であれば、ライナーに対して、繊維を適切な位置に巻回することができる。
【０００９】
（４）上記形態のタンクの製造方法において、前記工程（ｄ）では、前記ライナーの外周に巻回された前記繊維の温度に基づいて、前記ライナーの外周に巻回された前記繊維のうち、最外層の前記繊維の前記ライナーに対する位置を検出してもよい。このような形態のタンクの製造方法であれば、ライナーの外周に既に巻回されている繊維のうち、最外層の繊維と、それ以外の繊維やライナーとの温度差により、最外層の繊維の位置を精度よく検出することができる。
【００１０】
本発明は、上述したタンクの製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、ライナーの外周に巻回された繊維の位置を検出する装置やタンクの製造装置、タンクを備える車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】タンク製造装置の構成を示す図である。
【図２】タンク製造装置によるタンクの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】ライナーを示す図である。
【図４】ライナーの外周に繊維が巻回された様子を示す図である。
【図５】ｎ＋１層目まで繊維が巻回された場合において取得される温度と口金部の端部からの距離との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
Ａ．実施形態：
Ａ１．タンク製造装置の構成：
図１は、タンク製造装置１００の構成を示す図である。タンク製造装置１００は、ライナー１０に繊維Ｗが巻回されたタンク１５を製造する装置である。タンク製造装置１００は、繊維巻出部２０と、樹脂含浸部３０と、アイクチ部４０と、加熱部５０と、赤外線カメラ６０Ｌと、制御部７０と、ライナー回転装置９０と、を備える。
【００１３】
繊維巻出部２０は、繊維を巻き出す装置である。繊維巻出部２０は、複数のボビン２１と、複数の搬送ローラ２２と、結束ローラ２３と、を備える。ボビン２１は、本実施形態では、カーボン繊維を巻きつけている。結束ローラ２３は、ボビン２１から巻き出された複数の繊維を揃えて、樹脂含浸部３０に巻き出す。
【００１４】
樹脂含浸部３０は、液体状の熱硬化型エポキシ樹脂を有する槽３１を備え、繊維巻出部２０から巻き出された繊維に対してエポキシ樹脂の含浸を行う。
【００１５】
アイクチ部４０は、エポキシ樹脂が含浸された繊維Ｗを束状に揃えてライナー１０に案内して巻回する機構である。アイクチ部４０は本願の「巻回部」に相当する。
【００１６】
加熱部５０は、繊維Ｗを加熱する。本実施形態では、加熱部５０は、アイクチ部４０と一体に設けられており、アイクチ部４０に案内された繊維Ｗを高周波コイルにより加熱する。加熱温度は、例えば、タンク製造装置１００の設置される環境温度＋１０℃以上であって、１００℃以下の温度を選択することができる。このような温度範囲では、繊維Ｗに含浸されたエポキシ樹脂は、硬化しない。
【００１７】
ライナー回転装置９０は、ライナー１０を回転させることにより、繊維Ｗに張力を掛けると共に、ライナー１０に加熱された繊維Ｗを巻き付ける。
【００１８】
赤外線カメラ６０Ｌは、撮影範囲に存在するライナー１０や、ライナー１０に巻回された繊維Ｗの温度を取得する。赤外線カメラ６０Ｌは、本願の「取得部」に相当する。
【００１９】
制御部７０は、検出部８０と記憶部８５とを備える。検出部８０は、赤外線カメラ６０Ｌによって取得された温度に基づいて、ライナー１０の外周に巻回された繊維のライナー１０に対する位置を検出する。本実施形態では、検出部８０は、ライナー１０に巻回された繊維のうち、最外層の繊維Ｗのライナー１０の端部１４Ｌ，１４Ｒからの位置を検出する。記憶部８５には、予め設定されたライナー１０に対する繊維Ｗの位置が記憶される。
【００２０】
制御部７０は、上述の繊維巻出部２０と、樹脂含浸部３０と、アイクチ部４０と、加熱部５０と、赤外線カメラ６０Ｌと、ライナー回転装置９０等とを制御して、ライナー１０の外周に繊維Ｗを巻回させる。また、制御部７０は、記憶部８５に記憶されたライナー１０に対する繊維の位置と、検出された繊維Ｗの位置とを比較して、ライナー１０の外周に巻回された繊維Ｗの位置の良否判定を行う。繊維Ｗの位置が所定の位置と異なると判定された場合（否判定された場合）には、制御部７０は、繊維巻出部２０や、アイクチ部４０、ライナー回転装置９０等を制御して、ライナー１０の外周への繊維Ｗの巻回を停止する。
【００２１】
Ａ２．タンクの製造方法：
図２は、タンク製造装置１００によるタンクの製造方法を示すフローチャートである。タンク１５の製造では、まず、ライナー１０が用意される（ステップＳ１０）。
【００２２】
図３は、ライナー１０を示す図である。ライナー１０は、略円筒状のシリンダ部１１と、その両端に設けられた略半球状のドーム部１３とを備える中空容器である。ライナー１０は、例えば、ナイロン系樹脂などの樹脂部材によって構成される。２つのドーム部１３の頂部はそれぞれ、ライナー１０の中心軸ＣＸ上に存在している。各ドーム部１３の頂部には、配管やバルブを取り付けるための口金部１４が設けられている。
【００２３】
ライナー１０が用意されると、加熱部５０により繊維Ｗが加熱される（図２、ステップＳ２０）。加熱部５０は、繊維Ｗを、繊維Ｗに含浸されたエポキシ樹脂が硬化する温度よりも低く、ライナー１０が設置される環境温度よりも高い温度に加熱する。例えば、加熱部５０は、上限温度を１００℃、下限温度を環境温度＋１０℃として、繊維Ｗを加熱する。本実施形態では、環境温度は約２０〜３０℃であり、加熱部５０は、繊維Ｗを約７０〜８０℃に加熱する。
【００２４】
次に、加熱された繊維Ｗが、アイクチ部４０により案内されて、ライナー１０の外周に巻回される（図２、ステップＳ３０）。
【００２５】
図４（ａ）は、ライナー１０の外周に繊維Ｗが巻回された様子を示す図である。図４（ａ）には、ライナー１０の近傍に設置された赤外線カメラ６０Ｌを合わせて示している。赤外線カメラ６０Ｌは、口金部１４の端部１４Ｌから、端部１４Ｌ近傍のドーム部１３及びシリンダ部１１を撮影可能なように設置されている。なお、図４（ａ）には示していないが、タンク製造装置１００は、端部１４Ｒの近傍のドーム部１３及びシリンダ部１１も撮影可能なように、赤外線カメラ６０Ｒを備えている。図４（ａ）に示すライナー１０には、繊維Ｗが、ライナー１０の中心軸ＣＸと平行な方向に対して略直角の角度で巻回されている。このような繊維Ｗの巻き方は、「フープ（ＦＲＰ）巻き」とも呼ばれ、中心軸ＣＸと平行な方向へのフープ巻きの幅は、「フープ（ＦＲＰ）幅」とも呼ばれる。タンク製造装置１００は、フープ巻き以外にも、ライナー１０の中心軸ＣＸに対して、略直角ではない所定の角度で、ライナー１０の外周に繊維Ｗを巻回する「ヘリカル巻き」を行うことができる。本実施形態では、説明の簡単のため、タンク製造装置１００が、ライナー１０に対してフープ巻きにより繊維Ｗを巻回する形態について説明する。
【００２６】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の破線Ｃ部分の拡大図である。図４（ｂ）には、口金部１４の端部１４Ｌ側において、ライナー１０の外周にｎ＋１層目まで繊維Ｗが巻回された様子が示されている。
【００２７】
次に、赤外線カメラ６０Ｌにより、ライナー１０の外周に巻回された繊維Ｗの温度が取得される（図２、ステップＳ４０）。ステップＳ４０では、赤外線カメラ６０Ｌは、ライナー１０のシリンダ部１１及びドーム部１３の周辺を撮影することにより、撮影範囲における繊維Ｗの温度やライナー１０の温度を取得する。
【００２８】
赤外線カメラ６０Ｌにより温度が取得されると、検出部８０は、取得された温度に基づいて、巻回された繊維Ｗのライナー１０に対する位置を検出する（図２、ステップＳ５０）。
【００２９】
図５は、ｎ＋１層目まで繊維Ｗが巻回された場合において取得される温度と、口金部１４の端部１４Ｌからの距離との関係を示す図である。図５には、縦軸に温度、横軸に口金部１４の端部１４Ｌからの距離をとったグラフが示されている。ライナー１０の外周にｎ層目まで繊維Ｗが巻回されており、ｎ層目の繊維Ｗの上にｎ＋１層目の繊維Ｗが巻回される場合、既に巻回されたｎ層目までの繊維は、巻回される前に加熱されているものの、ｎ層目より下層の繊維やライナー１０へ放熱することにより、温度が低下している。そのため、赤外線カメラ６０Ｌで取得される温度は、ｎ＋１層目の繊維の温度が最も高く、続いてｎ層目の繊維の温度が高く、ライナー１０の温度が最も低い。例えば、ｎ層目の繊維Ｗとｎ＋１層目の繊維Ｗとは、約２０〜３０℃の温度差を有する。また、ｎ＋１層目の繊維Ｗの端部の温度は、放熱によりｎ層目の繊維Ｗの温度に近づくように低下する。そのため、取得される温度と口金部１４からの距離（位置）との関係は、図５に示すような曲線状を呈する。
【００３０】
検出部８０は、曲線状のグラフの変曲点ｆＬを算出し、変曲点ｆＬに対応する位置を、口金部１４の端部１４Ｌ側における、繊維Ｗの端部の位置ＷＬとして求める。検出部８０は、同様にして、変曲点ｆＲを算出し、変曲点ｆＲに対応する位置を、口金部１４の端部１４Ｒ側における、繊維Ｗの端部の位置ＷＲとして求める。検出部８０は、また、繊維Ｗの端部の位置ＷＬから位置ＷＲまでの距離を、フープ幅（ＦＲＰ幅）として算出することができる。
【００３１】
最外層の繊維Ｗの位置ＷＬが検出されると、制御部７０は、ライナー１０に巻回された繊維Ｗの位置が所定の位置であるか否かの判定を行う（図２、ステップＳ６０）。各層における繊維Ｗの口金部１４の端部１４Ｌ、１４Ｒからの位置は、予め定められ、記憶部８５に記憶されている。制御部７０は、口金部１４の端部１４Ｌからの繊維の位置ＷＬが、予め定められた位置の公差の範囲内であるか否かを判定する。
【００３２】
口金部１４の端部１４Ｌからのｎ＋１層目の繊維Ｗの位置ＷＬが、予め定められた位置である場合、すなわち、繊維Ｗの位置が良判定されている場合には（図２、ステップＳ６０：ＹＥＳ）、制御部７０は、予め定められた所定の層まで繊維Ｗが巻回されているか否かの判定を行う（ステップＳ８０）。ライナー１０の外周に所定の層まで繊維Ｗが巻回されていない場合には（ステップＳ８０：ＮＯ）、制御部７０は、タンク製造装置１００の各部を制御して、引き続き、ステップＳ２０からステップＳ６０を実行する。なお、繊維Ｗが所定の層までライナー１０に巻回されたか否かは、口金部１４の端部１４Ｌ側から端部１４Ｒ側へ向けて繊維が巻回されている場合には、例えば、端部１４Ｌ側及び端部１４Ｒ側において所定の層が検出されたことにより判断することができる。
【００３３】
一方、ｎ＋１層目の繊維Ｗの位置が、予め定められた位置にない場合、すなわち、繊維Ｗの位置が否判定された場合には（図２、ステップＳ６０：ＮＯ）、否判定された層の繊維（ｎ＋１層目の繊維）がライナー１０から剥がされる（ステップＳ７０）。具体的には、制御部７０は、繊維巻出部２０と、アイクチ部４０と、ライナー回転装置９０等とを制御して、ライナー１０の外周への繊維Ｗの巻回を停止する。繊維Ｗの巻回が停止されると、例えば、作業者により、ｎ＋１層目の繊維Ｗがライナー１０から剥がされる。
【００３４】
ｎ＋１層目の繊維Ｗがライナー１０から剥がされると、制御部７０は、ｎ＋１層目の繊維Ｗの位置ＷＬが予め定められた位置になるように、アイクチ部４０のライナー１０に対する位置や、ライナー回転装置９０の回転等を制御して、ステップＳ２０からステップＳ６０を実行する。こうすることで、ライナー１０に巻回された繊維Ｗの位置が修正される。
【００３５】
ライナー１０に巻回された繊維Ｗの位置が所定の位置であり（良判定）（ステップＳ６０：ＹＥＳ）、繊維Ｗが所定の層までライナー１０に巻回された場合には（ステップＳ８０：ＹＥＳ）、タンク製造装置１００によるタンク１５の製造が終了する。製造されたタンク１５には、その後、繊維に含浸された樹脂を硬化させる熱硬化工程や、部品を取り付ける工程が実行され、例えば水素ガス等が充填される。
【００３６】
Ａ３．効果：
以上のようなタンク１５の製造方法であれば、ライナー１０の外周に巻回された繊維Ｗの位置をその繊維の温度に基づいて検出するので、ライナー１０の外周に巻回された繊維Ｗの位置を精度よく検出することができる。また、繊維Ｗが層状に巻回される場合であっても、ライナー１０の外周に既に巻回されている繊維Ｗと、新たに巻回された繊維Ｗとの温度差に基づいて、新たに巻回された繊維Ｗの位置を検出することができるので、繊維の色に基づいて繊維Ｗの位置を検出する場合と比較して、繊維の位置を精度よく検出することができる。
【００３７】
また、ライナー１０の外周に繊維Ｗを巻回しつつ、ライナー１０の外周に巻回された繊維Ｗの位置の良否を判定することができる。そのため、繊維Ｗの位置の良否を判定するために、ライナー１０の外周に繊維Ｗを巻回する工程を停止しなくともよいので、タンク１５の製造に要する時間を短縮することができる。更に、繊維Ｗの位置が所定の位置と異なると判定された場合には、タンク製造装置１００を停止して、ライナー１０の外周に巻回された繊維Ｗの位置を修正するので、ライナー１０に対して、繊維Ｗを適切な位置に巻回することができる。
【００３８】
繊維Ｗの位置の良否は、赤外線カメラ６０Ｌ、６０Ｒが取得した温度に基づいて、簡易に判定することができる。そのため、繊維Ｗの位置が所定の位置と異なると判定された場合であっても、タンク製造装置１００を停止してライナー１０に対する繊維Ｗの巻回を速やかに中断することができる。よって、繊維Ｗの位置を修正するためにライナー１０から剥がす繊維Ｗの量を少なくすることができるので、タンク１５の製造に要する作業者の手間や、コストを低減することができる。
【００３９】
Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上述の実施形態では、ライナー１０に繊維Ｗがフープ巻きされる場合において、繊維の位置を検出してタンクを製造する方法について説明している。これに対し、ライナー１０に繊維Ｗがヘリカル巻きされる場合にも、検出部８０は、口金部１４の端部１４Ｌ側における繊維Ｗの位置ＷＬを、赤外線カメラ６０Ｌにより取得される温度に基づいて検出することができる。また、検出部８０は、２箇所の繊維Ｗの位置を結んだ直線と中心軸ＣＸとのなす角を算出することにより、ヘリカル巻きの角度を検出することができる。制御部７０は、ヘリカル巻きの角度が予め定められた角度であるか否かを判定することができる。ヘリカル巻きの角度が予め定められた角度と異なると判定された場合には、制御部７０は、タンク製造装置１００を制御して、ヘリカル巻きの角度を修正してもよい。
【００４０】
Ｂ２．変形例２：
上述の実施形態では、タンク製造装置１００は、樹脂含浸部３０を備え、樹脂含浸部３０は繊維巻出部２０から巻きだされた繊維にエポキシ樹脂を含浸している。これに対し、繊維巻出部２０は、繊維Ｗに予め樹脂を含浸させたシート状の部材（プリプレグ）を巻き出すこととしてもよい。プリプレグを用いる場合には、タンク製造装置１００は、樹脂含浸部３０を備えなくとも良い。
【００４１】
Ｂ３．変形例３：
上述の実施形態では、加熱部５０はアイクチ部４０と一体に設けられている。これに対し、加熱部５０は、アイクチ部４０とは別に設けられていてもよい。例えば、加熱部５０は、アイクチ部４０とライナー１０との間に設けられていてもよい。
【００４２】
Ｂ４．変形例４：
上述の実施形態では、２台の赤外線カメラ６０Ｌ、６０Ｒにより口金部１４の端部１４Ｌ側及び端部１４Ｒ側の温度を取得している。これに対し、カメラがタンクの中心軸ＣＸと平行な方向に移動可能な１台の赤外線カメラにより、口金部１４の端部１４Ｌ側及び端部１４Ｒ側の温度を取得してもよい。
【００４３】
Ｂ５．変形例５：
上述の実施形態では、ライナー１０に巻回されたｎ＋１層目の繊維Ｗとｎ層目の繊維Ｗとの温度差は、約２０〜３０℃である。これに対し、加熱部５０により加熱される繊維Ｗの温度は、ライナー１０に巻回されたｎ＋１層目の繊維Ｗとｎ層目の繊維Ｗとの温度差が、例えば、５℃や、１〜２℃程度となるような温度であってもよい。このような温度差であっても、赤外線カメラによりｎ＋１層目とｎ層目との温度を識別できるので、検出部８０はｎ＋１層目の位置を検出することができる。
【００４４】
本発明は、上述の実施形態や変形例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、変形例中の技術的特徴は、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】
【００４５】
１０…ライナー
１１…シリンダ部
１３…ドーム部
１４…口金部
１４Ｌ、１４Ｒ…口金部の端部
１５…タンク
２０…繊維巻出部
２１…ボビン
２２…搬送ローラ
２３…結束ローラ
３０…樹脂含浸部
３１…槽
４０…アイクチ部
５０…加熱部
６０Ｌ、６０Ｒ…赤外線カメラ
７０…制御部
８０…検出部
８５…記憶部
９０…ライナー回転装置
１００…タンク製造装置
Ｗ…繊維
ＣＸ…中心軸
ｆＬ、ｆＲ…変曲点
ＷＬ、ＷＲ…繊維の端部の位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015107574.tif 000006
【図５】
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