(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクの製造方法であって、
（ａ）前記タンク用のライナの両端部にそれぞれ取り付けられる軸部材と、前記軸部材が挿入され、前記軸部材を固定するチャックであって、前記ライナの端部から離れるにつれて内周径が大きくなる胴部と前記胴部に嵌合し、前記ライナの端部から離れるにつれて外周径が大きくなるテーパ部とを備えるチャックと、を用いて、前記ライナの軸線に沿った両端を、前記軸線を中心軸として前記ライナが回転可能に保持する工程と、
（ｂ）前記チャックに固定された２つの前記軸部材を用いて、前記軸線に沿って前記ライナの両端が離れる方向に前記ライナの両端を引っ張りながら前記軸部材と連動して前記ライナを回転させる工程と、
（ｃ）前記（ｂ）により前記軸部材と共に回転する前記ライナに繊維を巻き付ける工程と、
を備える、
タンクの製造方法。
【請求項２】
タンクの製造装置であって、
前記タンク用のライナの軸線に沿った両端部にそれぞれ取り付けられる軸部材と、前記軸部材を固定するチャックとを有する保持装置であって、前記軸線を中心軸として前記ライナが回転可能に保持する保持装置を有し、
前記チャックは、
前記軸部材の一方の端部が挿入される胴部であって、前記ライナの端部から離れるにつれて内周径が大きくなる胴部と、
前記胴部に嵌合する円筒状のくさび型形状を有するテーパ部であって、前記ライナの端部から離れるにつれて外周径が大きくなるテーパ部と、
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、タンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵した高圧ガスタンクが用いられる。高圧ガスタンクは、フィラメントワインディング法（以下、「ＦＷ法」と呼ぶ）により製造される。ＦＷ法では、樹脂製のライナの外周面に、熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維を巻き付け、その強化繊維に含まれる熱硬化性樹脂を加熱して硬化させることにより、繊維強化樹脂層を形成する。ライナの外周表面への強化繊維の巻き付けは、水平に支持した軸部材（芯型）に、ライナを回転可能に固定し、ライナを回転させつつ、強化繊維を巻き付けることにより行われる。特許文献１には、軸部材の一方の端部を駆動し、他方の端部を芯押し台に押し当てることによってライナを回転させて、強化繊維の加熱硬化を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−６３１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のタンクの製造方法では、軸部材の一方の端部のみを駆動することによってライナを回転させるので、軸部材のうちの駆動側の端部に力が集中し、他方側の端部には、あまり力が加わらないこととなる。このため、ライナに加わる力が両端でアンバランスとなって、ライナにたわみや、ねじれが生じるという課題がある。また、繊維をライナへ巻き付ける際に繊維に与える張力によっても、ライナにたわみが生じるという課題がある。このような課題は、燃料電池システム用の高圧ガスタンクに限らず、他の任意の用途で用いられるタンクおよび任意の流体を貯蔵するタンクにおいても共通する。そこで、繊維の巻き付け時において、ライナの変形を抑制する技術が望まれている。
【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。
［形態１］タンクの製造方法は、（ａ）前記タンク用のライナの両端部にそれぞれ取り付けられる軸部材と、前記軸部材が挿入され、前記軸部材を固定するチャックであって、前記ライナの端部から離れるにつれて内周径が大きくなる胴部と前記胴部に嵌合し、前記ライナの端部から離れるにつれて外周径が大きくなるテーパ部とを備えるチャックと、を用いて、前記ライナの軸線に沿った両端を、前記軸線を中心軸として前記ライナが回転可能に保持する工程と、（ｂ）前記チャックに固定された２つの前記軸部材を用いて、前記軸線に沿って前記ライナの両端が離れる方向に前記ライナの両端を引っ張りながら前記軸部材と連動して前記ライナを回転させる工程と、（ｃ）前記（ｂ）により前記軸部材と共に回転する前記ライナに繊維を巻き付ける工程と、を備える。
この形態のタンクの製造方法によれば、ライナの両端部にそれぞれ取り付けられる軸部材と、軸部材を固定するチャックであって、ライナの端部から離れるにつれて内周径が大きくなる胴部と胴部に嵌合し、ライナの端部から離れるにつれて外周径が大きくなるテーパ部とを備えるチャックと、を用いて、ライナの軸線に沿った両端をライナが回転可能に保持するので、テーパ部がくさびとして機能することによって軸部材にライナの中心軸に向かう力を加えることができ、軸部材をより強固に把持できる。また、繊維をライナの外周面に巻き付ける際に、チャックに固定された軸部材を用いて、ライナの両端が離れる方向にライナの両端を引っ張りながら軸部材と連動してライナを回転させるので、軸線に沿った力と、回転方向への力とを同時に軸部材に伝達させることができ、ライナの一方の端部に駆動力が集中することを抑制して、ライナにたわみや、ねじれ等の変形が発生することを抑制できる。このため、ライナの外周面に繊維を精度よく巻き付けることができる。
［形態２］タンクの製造装置は、前記タンク用のライナの軸線に沿った両端部にそれぞれ取り付けられる軸部材と、前記軸部材を固定するチャックとを有する保持装置であって、前記軸線を中心軸として前記ライナが回転可能に保持する保持装置を有し、前記チャックは、前記軸部材の一方の端部が挿入される胴部であって、前記ライナの端部から離れるにつれて内周径が大きくなる胴部と、前記胴部に嵌合する円筒状のくさび型形状を有するテーパ部であって、前記ライナの端部から離れるにつれて外周径が大きくなるテーパ部と、を備える。
この形態のタンクの製造装置によれば、チャックは、ライナの端部から離れるにつれて内周径が大きくなる胴部と、胴部に嵌合する円筒状のくさび型形状を有し、ライナの端部から離れるにつれて外周径が大きくなるテーパ部と、を備えるので、テーパ部がくさびとして機能することによって、軸部材にライナの中心軸に向かう力を加えることができる。このため、軸部材をより強固に把持することができる。また、軸部材を用いてライナの両端が離れる方向にライナの両端を引っ張りながらライナを回転させる際、ライナの一方の端部に駆動力が集中することを抑制して、ライナにたわみや、ねじれ等の変形が発生することをより抑制できる。
【０００６】
（１）本発明の一実施形態によれば、タンクの製造方法が提供される。この製造方法は、（ａ）軸部材を用いて、前記タンク用のライナの軸線に沿った両端を、前記軸線を中心軸として前記ライナが回転可能に保持する工程と；（ｂ）前記軸部材を、前記軸線に沿って前記ライナの両端の外側へ引っ張りながら前記軸部材のうちの前記ライナを挟んだ両側を回転駆動させる工程と；（ｃ）前記（ｂ）により前記軸部材と共に回転する前記ライナに繊維を巻き付ける工程と；を備える。
この形態の製造方法によれば、繊維をライナの外周面に巻き付ける際に、ライナの軸線に沿った両端を保持する軸部材を、軸線に沿ってライナの両端の外側へ引っ張りながら、軸部材のライナを挟んだ両側を軸線を中心軸として回転駆動させるので、軸線に沿った力と、回転方向に沿った力とを同時に軸部材に伝達させることができ、ライナの一方の端部に駆動力が集中することを抑制して、ライナにたわみや、ねじれ等の変形が発生することを抑制できる。このため、ライナの外周面に繊維を精度よく巻き付けることができる。
【０００７】
本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、タンクに繊維を巻き付ける方法や、タンクの製造装置等の形態においても実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態におけるタンクの製造方法を示す工程図である。
【図２】準備工程で準備されるライナの一例を示す断面図である。
【図３】保持装置の概略構成を示す説明図である。
【図４】軸部材がチャックにより固定されている様子を模式的に示す断面図である。
【図５】チャックの構成を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態におけるタンクの製造方法を示す工程図である。本実施形態の製造方法により製造されるタンクは、略円筒形の容器形状のタンク用のライナ（後述のライナ１０）に強化繊維を巻き付けた構成を有する。かかるタンクは、燃料電池システムにおいて、燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵するために用いられる。図１に示すように、まず準備工程が実行される（工程Ｐ１０５）。準備工程（工程Ｐ１０５）では、上述のライナや、強化繊維などのタンクの製造にあたって必要となる装置や、材料を準備する。本実施形態において、強化繊維として、あらかじめ熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維が用いられる。炭素繊維に含浸される熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂や、ポリエステル樹脂や、ポリアミド樹脂等の熱硬化性を有する任意の樹脂である。また、これらの樹脂に加えて、炭素繊維の補強を目的として、ガラス繊維やアラミド繊維を含んでもよい。
【００１０】
図２は、準備工程（工程Ｐ１０５）で準備されるライナの一例を示す断面図である。ライナ１０は、本体部２０と、２つの口金部３０と、を備える。本体部２０は、高いガスバリア性を有する樹脂製の容器である。本体部２０は、例えば、ポリアミド、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリエチレン等の樹脂により形成されている。なお、樹脂に代えて、アルミニウム合金などの金属により形成されていてもよい。本体部２０は、略円筒状のシリンダー部２１と、シリンダー部２１を挟んで配置される凸曲面形状の２つのドーム部２２と、を有する。図２において、中心軸ＣＸは、シリンダー部２１の中心軸を表わす。換言すると、中心軸ＣＸは、ライナ１０の中心軸でもあると言える。
【００１１】
２つの口金部３０は、それぞれドーム部２２の頂点部分に取り付けられている。図２に示すように、口金部３０は、ライナ１０における長手方向（ライナ１０の中心軸ＣＸに沿った方向）の両端部に装着されている。口金部３０は、口金部３０の中心軸と、ライナ１０の中心軸ＣＸとが一致するように取り付けられている。口金部３０は、ライナ１０の内部と連通しており、後述のライナ保持工程において、軸部材（後述の軸部材２１０）が挿入される。また、本実施形態におけるタンクの製造方法により製造されたタンクが燃料電池システムに用いられる際には、口金部３０に水素ガス供給用の配管が接続される。
【００１２】
図１に示すように、準備工程（工程Ｐ１０５）が完了すると、ライナ保持工程が実行される（工程Ｐ１１０）。ライナ保持工程（工程Ｐ１１０）では、保持装置（後述の保持装置２００）にライナ１０が取り付けられて、ライナ１０が保持される。
【００１３】
図３は、保持装置２００の概略構成を示す説明図である。図３では、ライナ保持工程（工程Ｐ１１０）実行後の状態を示している。また、図３では、説明の便宜上、ライナ１０は、図２と同様に、断面により表わされている。ライナ保持工程では、一対の保持装置２００により、ライナ１０の中心軸ＣＸに沿った両端が保持される。各保持装置２００は、軸部材２１０と、チャック２２０と、モータ２３０と、を備える。なお、一対の保持装置２００は、互いに同じ構成を有するため、互いに同一の符号を付している。軸部材２１０は、ライナ１０を保持するために用いられる。加えて、後述の回転駆動工程において、ライナ１０を中心軸ＣＸを軸線として回転させる際に支軸としても用いられる。軸部材２１０は、棒状の外観形状を有し、一方の端部は、ライナ１０の口金部３０に挿入され、他方の端部は、チャック２２０により固定されている。このとき、軸部材２１０は、ライナ１０が中心軸ＣＸを中心軸として回転方向Ｒへ回転可能となるようにライナ１０を保持する。このため、軸部材２１０が回転すると、ライナ１０は、軸部材２１０と連動して中心軸ＣＸを中心軸として回転する。図３において、Ｘ軸およびＹ軸は水平面と平行であり、Ｚ軸は鉛直方向と平行である。＋Ｚ方向は鉛直上方、−Ｚ方向は鉛直下方を示す。中心軸ＣＸは、Ｘ軸と平行である。
【００１４】
チャック２２０は、軸部材２１０を固定するための金属製の固定治具である。本実施形態では、チャック２２０は、コレットチャックとして構成されている。チャック２２０の一方の端部には、軸部材２１０が挿入されて固定されており、他方の端部には、モータ２３０が接続されている。モータ２３０は、軸部材２１０を回転駆動させるための動力源として用いられる。軸部材２１０およびチャック２２０の詳細構成については、後述する。なお、ライナ保持工程（工程Ｐ１１０）の完了後においても、ライナ１０は、一対の保持装置２００により継続して保持される。
【００１５】
図１に示すように、ライナ保持工程（工程Ｐ１１０）が完了すると、回転駆動工程が実行される（工程Ｐ１１５）。回転駆動工程（工程Ｐ１１５）では、図３の白抜き矢印で示すように、軸部材２１０をライナ１０の両端外側へ引っ張りながら、軸部材２１０のうちライナ１０を挟んだ両側を回転方向Ｒへ回転駆動させる。具体的には、ライナ１０の−Ｘ側の端部を保持している軸部材２１０を−Ｘ方向へ引っ張り、ライナ１０の＋Ｘ側の端部を保持している軸部材２１０を＋Ｘ方向へ引っ張る。そして、それぞれの軸部材２１０を回転方向Ｒへ互いに同じ速度で回転駆動する。
【００１６】
図４は、軸部材２１０がチャック２２０により固定されている様子を模式的に示す断面図である。図５は、チャック２２０の構成を示す分解斜視図である。図４では、図３におけるライナ１０の右側（＋Ｘ側）の口金部３０と、軸部材２１０およびチャック２２０とのＺ軸に沿った断面を示している。図４および図５に示すように、チャック２２０は、テーパ部２２１と、胴部２２２とを備える。図４に示すように、テーパ部２２１は、胴部２２２の軸孔に差し込まれている。図５では、胴部２２２からテーパ部２２１を抜いた状態のチャック２２０を示している。
【００１７】
テーパ部２２１は、円筒状のくさび型形状を有する。テーパ部２２１の先端（−Ｘ方向側）は、−Ｘ方向へ向かうにつれて外周径が小さくなるテーパ状に形成されている。テーパ状に形成された部分には、円周方向に所定の間隔で並んだ複数のスリットＳＬが形成されている。各スリットＳＬは、Ｘ軸と略平行に延設されている。図５に示す−Ｘ方向と平行な白抜き矢印の方向にテーパ部２２１が胴部２２２の軸孔に挿入される。
【００１８】
胴部２２２は、円筒状の外観形状を有している。胴部２２２の後端（＋Ｘ方向側）の端部の内周は、テーパ部２２１のテーパ形状の部分に合わせた形状に形成されている。具体的には、胴部２２２は、＋Ｘ方向に向かうにつれて内周径が大きくなるテーパ状に形成されている。胴部２２２の軸孔にテーパ部２２１が差し込まれると、胴部２２２のテーパ状の部分とテーパ部２２１のテーパ状の部分とが互いに接し合う。このとき、テーパ部２２１のスリットＳＬの幅が狭くなり、テーパ部２２１のテーパ状の部分が縮径する。これによりテーパ部２２１は、くさびとして機能する。図４に示すように、各軸部材２１０には、テーパ部２２１から中心軸ＣＸに向かう力ｆ１が加わる。また、各軸部材２１０は、回転駆動工程（工程Ｐ１１５）において、中心軸ＣＸに沿って＋Ｘ側へ引っ張られながら、回転方向Ｒへ回転しているので、各軸部材２１０には、中心軸ＣＸに沿った力と、回転方向Ｒへの力とが同時に伝わることになる。このため、ライナ１０の一方の端部に力が集中することを抑制できる。
【００１９】
図１に示すように、回転駆動工程（工程Ｐ１１５）が完了すると、繊維巻き付け工程が実行される（工程Ｐ１２０）。繊維巻き付け工程（工程Ｐ１２０）では、ライナ１０の外周面全体に強化繊維を巻き付ける。ここで、上述の回転駆動工程（Ｐ１１５）において、図３に示すように、ライナ１０は、軸部材２１０とともに回転方向Ｒへ回転しているので、強化繊維は、回転しているライナ１０に対して巻き付けられる。本実施形態では、強化繊維は、ライナ１０に対して、ヘリカル巻きで巻き付けられる。なお、ヘリカル巻きに代えて、フープ巻きで巻き付けられてもよいし、ヘリカル巻きとフープ巻きとを組み合わせて巻き付けられてもよい。
【００２０】
図１に示すように、繊維巻き付け工程（工程Ｐ１２０）が完了すると、熱硬化工程が実行される（工程Ｐ１２５）。熱硬化工程（工程Ｐ１２５）では、ライナ１０全体を加熱する。これにより、ライナ１０の外周面に巻き付けられた強化繊維に含まれる熱硬化製樹脂が硬化し、ライナ１０の外表面を覆う繊維強化樹脂層が形成される。このようにして、繊維強化樹脂層を有するタンクが得られる。
【００２１】
以上説明した、本実施形態のタンクの製造方法によれば、繊維巻き付け工程（工程Ｐ１２５）において、ライナ１０の中心軸ＣＸに沿った両端を保持する軸部材２１０を、中心軸ＣＸに沿ってライナ１０の両端の外側へ引っ張りながら、軸部材２１０のライナ１０を挟んだ両側を中心軸ＣＸを中心軸として回転駆動させるので、中心軸ＣＸに沿った力と、回転方向Ｒに沿った力とを同時に軸部材２１０に伝達させることができ、ライナ１０の一方の端部に力が集中することを抑制して、ライナ１０にたわみや、ねじれ等の変形が発生することを抑制できる。このため、ライナ１０の外周面に繊維を精度よく巻き付けることができる。
【００２２】
Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上記実施形態において、準備工程Ｐ１０５において、ライナ１０の準備をしていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ライナ１０に巻き付ける強化繊維への熱硬化性樹脂の含浸工程を含んでもよい。これらの構成においても、本実施形態と同様の効果を奏する。
【００２３】
Ｂ２．変形例２：
上記実施形態において、強化繊維として、熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維を用いていたが、本発明はこれに限定されない。熱硬化性樹脂に代えて、紫外線硬化性樹脂を含浸させてもよい。その場合、熱硬化工程（工程Ｐ１２５）において紫外線を照射させて樹脂を硬化させてもよい。このような構成においても、本実施形態と同様の効果を奏する。
【００２４】
本発明は、上述の実施形態および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】
【００２５】
１０…ライナ
２０…本体部
２１…シリンダー部
２２…ドーム部
３０…口金部
２００…保持装置
２１０…軸部材
２２０…チャック
２２１…テーパ部
２２２…胴部
２３０…モータ
ＣＸ…中心軸
Ｒ…回転方向
ＳＬ…スリット
ｆ１…力
【図１】
0006572817.tif 000002
【図２】
0006572817.tif 000003
【図３】
0006572817.tif 000004
【図４】
0006572817.tif 000005
【図５】
0006572817.tif 000006