(57)【要約】【課題】ヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくし、圧力容器を連続的に容易に生産することを可能にする。【解決手段】胴部１５ａの両端にドーム部１５ｂを有し、ドーム部１５ｂの中心に口金１５ｃを備えたライナ１５が直列に連結されるとともに直線状に移動される。ライナ１５の移動経路に繊維束配列ユニット１４が所定間隔で複数配置され、繊維束供給部１２の複数のヘッドから、ライナ１５又はライナ１５上に配列された樹脂含浸繊維束層の周囲に１層分の軸方向配列繊維束２１が供給される。１層分の軸方向配列繊維束２１が配列された状態で、その軸方向配列繊維束２１の上からライナ１５の胴部１５ａ及び口金１５ｃに対応する位置に、周方向繊維束巻付け部１３により周方向繊維束１９を巻き付けられる。そして、ライナ１５が各繊維束配列ユニット１４を通過した時点で、ライナ１５の外側に所定数の繊維束層が積層される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の胴部の両端にドーム部を有する形状に形成されたガスバリア性を有するライナと、その外側を覆う繊維強化複合材製の外殻とを有し、ドーム部の中心に口金を備えた圧力容器の製造方法であって、
前記ライナを直列に連結するとともに直線状に移動させ、その移動経路に、前記ライナ上又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層上に、軸方向配列繊維束をライナに沿って配列するとともに、その配列された軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置に周方向繊維束を巻き付ける作業を行う工程を積層すべき層数に対応して設け、各工程をライナが順次通過して所定数の層が積層形成された後、前記繊維束に含浸されている樹脂を硬化させる圧力容器の製造方法。
【請求項２】
前記ライナ上に所定数の層が積層形成された段階で、該ライナと他のライナとの連結が解除され、連結が解除されたライナが硬化炉に入れられて樹脂の硬化が行われる請求項１に記載の圧力容器の製造方法。
【請求項３】
円筒状の胴部の両端にドーム部を有する形状に形成されたガスバリア性を有するライナの外側に、ライナの軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束を配設する作業と、１層分の軸方向配列繊維束が配列された状態でその軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置に周方向繊維束を巻き付ける作業を行う繊維束配列装置であって、
直列に連結されたライナを支承して直線状に一定方向に移動させる移動手段を備え、所定位置に配置され、前記移動手段により直線状に移動されるライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層の周囲に１層分の軸方向配列繊維束を供給する複数のヘッドがリング状に配置された繊維束供給部と、前記繊維束供給部より前記ライナの移動方向下流側に配設され、前記供給された１層分の軸方向配列繊維束の上から周方向繊維束を、ライナの胴部及び口金に対応する位置に巻き付ける周方向繊維束巻付け部とを備えた繊維束配列ユニットをライナの移動方向に沿って複数備えている繊維束配列装置。
【請求項４】
前記ライナを支承する支承部は、周方向繊維束の巻付けに支障を来さない部分で前記ライナを外側で支承して所定範囲をライナの移動方向へ移動した後、ライナとの係合を解除して元の位置に復帰して再びライナを支承するように移動される請求項３に記載の繊維束配列装置。
【請求項５】
前記繊維束供給部と前記周方向繊維束巻付け部との間には、前記繊維束供給部から供給される繊維束をライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿わせるように案内するガイドが設けられ、前記ライナは前記ガイドを貫通して移動する請求項３又は請求項４に記載の繊維束配列装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の高圧ガスや加圧流体を収容するのに好適な圧力容器の製造方法及び繊維束配列装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）等を収容する圧力容器は、一般にスチールやアルミニウム合金等の金属製のため重量が重い。また、近年、天然ガスを燃料とする自動車や、水素を燃料とした燃料電池電気自動車が低公害車として注目されているが、燃料タンクとなる圧力容器の重量が重く、燃費が大きくなる。この不都合を解消するため、ガスバリア性を有するライナ（内殻）を耐圧性の繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の外殻で覆った圧力容器が提案されている。
【０００３】
図９に示すように、このような圧力容器５１は円筒状の胴部５１ａとその両端に設けられた半球状のドーム部５１ｂとを有し、ドーム部５１ｂの中心に口金５２を有する。そして、ＦＲＰ製の外殻はフィラメントワインディング法でライナ上に巻き付けられた樹脂含浸繊維束層によって形成されている。薄肉回転対称体形状の圧力容器５１の主応力方向は軸方向ａ及び径方向ｄで、繊維強化複合材においては繊維を主応力方向に配列するのが最適な繊維配列である。そして、軸方向と径方向との力の割合は径方向２に対して軸方向１である。従って、強化繊維は軸方向ａと平行な方向と、周方向に配列するのが最も効率がよい。しかし、軸方向ａと平行な方向に配列するのは難しいため、従来、圧力容器のドーム部に対してはインプレーン巻（平面巻）又はヘリカル巻が行われ、円筒部（胴部）に対してはインプレーン巻又はヘリカル巻とフープ巻の組合せで繊維が配列されて圧力容器が製造されている。
【０００４】
ライナに巻き付けられる繊維束層の層数は耐圧要求及び繊維の材質によっても異なるが、多い場合は５０層程度になる。繊維束層を５０層も形成する場合は、１個の圧力容器を製造するのに時間が掛かる。従って、フィラメントワインディング装置で圧力容器を大量に生産するためには、フィラメントワインディング装置を多数設置して生産する必要がある。また、１台のフィラメントワインディング装置で巻き取り位置を複数設け、同時に複数個の製品を製造することができるフィラメントワインディング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２６６４３８号公報（明細書の段落［００２９］〜［００３４］、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ヘリカル巻きは胴部の径及び長さにより適切な巻きパターンが異なり、ヘッドの制御が面倒となる。また、従来のフィラメントワインディング方法では、マンドレルを回転させながら繊維束の供給ヘッドが往復移動されて所定数の繊維束層が積層形成されると、新たなマンドレルに交換される。そして、フィラメントワインディング装置にセットされた新たなマンドレルに繊維束の端部を固定する作業を行った後、再び繊維束の巻き付けを行う。従って、製品が１個できる毎にマンドレル交換と繊維束の固定作業が必要となり、手間が掛かる。高圧容器を製造する際は、マンドレルに代えてライナをフィラメントワインディング装置にセットする。
【０００７】
特許文献１に記載のフィラメントワインディング装置では、一度に複数のマンドレルが取り付けられ、１個の供給ヘッドが複数のマンドレルに繊維束を巻き付けるため、マンドレル交換後に繊維束の端部を固定する作業は多少簡単になる。しかし、マンドレルを回転させて繊維束を巻き付ける構成のため、製品が大型のものでは一度に回転させるマンドレルの数を増やすことが難しい。
【０００８】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その第１の目的はヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができ、圧力容器を連続的に容易に生産できる圧力容器の製造方法を提供することにある。また、第２の目的は圧力容器を製造する際に、ヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができる繊維束配列装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、円筒状の胴部の両端にドーム部を有する形状に形成されたガスバリア性を有するライナと、その外側を覆う繊維強化複合材製の外殻とを有し、ドーム部の中心に口金を備えた圧力容器の製造方法である。前記ライナを直列に連結するとともに直線状に移動させ、その移動経路に、前記ライナ上又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層上に、軸方向配列繊維束をライナに沿って配列する。その配列された軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置に周方向繊維束を巻き付ける作業を行う工程を積層すべき層数に対応して設ける。そして、各工程をライナが順次通過して所定数の層が積層形成された後、前記繊維束に含浸されている樹脂を硬化させる。
【００１０】
従って、この発明では、ライナは直列に順次連結されて、一直線状に移動される。そして、ライナの移動経路に沿って、積層すべき層数に対応して設けられた各巻付け作業工程において、ライナの軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束の層と、その層の上に巻き付けられる周方向繊維束の層とがそれぞれ配列される。軸方向配列繊維束がライナに沿って配列され、その配列された軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置に周方向繊維束が巻き付けられる。そして、各工程をライナが順次通過する毎に繊維束層が順次積層され、所定数の層が積層形成された後、前記繊維束に含浸されている樹脂が硬化される。
【００１１】
例えば、周方向繊維束の層と軸方向配列繊維束の層とが交互に配列されて、積層層数が５０層であれば、巻付け作業工程は２５設けられ、ライナは最低２５個直列に連結される。しかし、従来のフィラメントワインディング装置と異なり、ライナは回転されずに直線状に移動されるため、このように多数のライナが連結されても駆動装置にさほど大きな負荷は掛からない。各巻付け作業工程において一度ライナに繊維束の端部を固定したあとは、その後に、当該巻付け作業工程に送り込まれるライナに対する繊維束の固定作業は不要となる。従って、ヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができ、圧力容器を連続的に容易に生産できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ライナ上に所定数の層が積層形成された段階で、該ライナと他のライナとの連結が解除され、連結が解除されたライナが硬化炉に入れられて樹脂の硬化が行われる。この発明では、ライナ上に所定数の層が積層形成された段階で、該ライナと他のライナとの連結が解除される。即ち、必要な繊維束の巻付けが完了すると、そのライナは他のライナから切り離されるため、連結されている必要のないライナが連結された状態でライナの移動を行う場合に比較して駆動エネルギーが少なくなるとともに、配設スペースを短くできる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、円筒状の胴部の両端にドーム部を有する形状に形成されたガスバリア性を有するライナの外側に、繊維束を積層配列する作業を行う繊維束配列装置である。繊維束配列装置は、ライナの軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束を配設する作業と、１層分の軸方向配列繊維束が配列された状態でその軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置に周方向繊維束を巻き付ける作業を行う。繊維束配列装置は、直列に連結されたライナを支承して直線状に一定方向に移動させる移動手段を備えている。また、所定位置に配置され、前記移動手段により直線状に移動されるライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層の周囲に１層分の軸方向配列繊維束を供給する複数のヘッドがリング状に配置された繊維束供給部を備えている。さらに、前記繊維束供給部より前記ライナの移動方向下流側に配設され、前記供給された１層分の軸方向配列繊維束の上から周方向繊維束を、ライナの胴部及び口金に対応する位置に巻き付ける周方向繊維束巻付け部とを備えた繊維束配列ユニットをライナの移動方向に沿って複数備えている。
【００１４】
この発明では、直列に連結されたライナが移動手段により直線状に一定方向に移動される。所定位置に配置された繊維束供給部の複数のヘッドから、ライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層の周囲に１層分の軸方向配列繊維束が供給される。１層分の軸方向配列繊維束が配列された状態で、その軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置に、周方向繊維束巻付け部により周方向繊維束を巻き付けられる。そして、ライナが各繊維束配列ユニットを通過した時点で、ライナの外側に所定数の繊維束層が積層される。各繊維束配列ユニットにおいて一度ライナに繊維束の端部を固定したあとは、その後に、当該繊維束配列ユニットに送り込まれるライナに対する繊維束の固定作業は不要となる。従って、圧力容器を製造する際に、ヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記ライナを支承する支承部は、周方向繊維束の巻付けに支障を来さない部分で前記ライナを外側で支承して所定範囲をライナの移動方向へ移動した後、ライナとの係合を解除して元の位置に復帰して再びライナを支承するように移動される。従って、この発明では、直列に連結されたライナを、周方向繊維束の巻付けに支障のない状態で支承することができる構成が簡単で、ライナの移動にも悪影響を与えない。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の発明において、前記繊維束供給部と前記周方向繊維束巻付け部との間には、前記繊維束供給部から供給される繊維束をライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿わせるように案内するガイドが設けられ、前記ライナは前記ガイドを貫通して移動する。
【００１７】
この発明では、繊維束供給部の各ヘッドから供給される繊維束がガイドの作用によりライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿うように案内された状態で、周方向繊維束が巻き付けられる。従って、各軸方向配列繊維束がライナの軸方向に真っ直ぐに延びた状態で、その上に周方向繊維束が巻き付けられる。その結果、樹脂硬化後の強度が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図７に従って説明する。図１（ａ）は繊維束配列装置の模式正面図、図１（ｂ），（ｃ）はライナの支承部の模式斜視図であり、図２は繊維束供給部の模式図、図３は周方向繊維束巻付け部の模式断面図、図４は図３のＡ矢視図である。また、図５（ａ），（ｂ）は繊維束の配列状態を示す模式図であり、図６（ａ）〜（ｃ）は繊維束配列装置の作用を示す模式図であり、図７はガイドの模式正面図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、繊維束配列装置１１は、繊維束供給部１２及び周方向繊維束巻付け部１３を備えた繊維束配列ユニット１４が複数一直線状に所定間隔をおいて配設されている。繊維束配列ユニット１４は、例えば高圧容器を製造する際にライナ１５に積層される軸方向配列繊維束の層の数と同じ数設けられる。繊維束配列ユニット１４の設置間隔は、製造される高圧容器の長さより若干長く形成されている。
【００２０】
繊維束配列装置１１は、直列に連結されたライナ１５を支承して直線状に一定方向（図１（ａ）における左側から右側に向かう方向）に移動させる移動手段を備えている。移動手段は直列に連結されたライナ１５を支承する複数の第１の支承部１６ａ及び第２の支承部１６ｂと、直列に連結されたライナ１５の最後部のライナ１５と係合してライナ１５を所定速度で間欠的に押す押圧手段１７とを備えている。また、繊維束配列装置１１は前記支承部１６ａ，１６ｂを、押圧手段１７の押す動作に同期して同じ速度で移動させる駆動部１８を備えている。押圧手段１７は、ライナ１５の一端を保持するチャック部を備えたリニアアクチュエータで構成されている。リニアアクチュエータにはボールネジを使用するとともに、ナットと一体移動可能な移動体１７ａを１軸方向に移動させる構成の公知のものが使用され、移動体１７ａ上にチャック部１７ｂが設けられている。ライナ１５はアルミニウムあるいはアルミニウム合金等の軽い金属製となっている。
【００２１】
第１の支承部１６ａ及び第２の支承部１６ｂは、周方向繊維束１９の巻付けに支障を来さない部分で、ライナ１５をその外側で支承可能に形成されている。図１（ｂ）に示すように、第１の支承部１６ａはライナ１５同士の連結部と、周方向繊維束１９の巻付けが済んだ部分とを支承可能に、胴部１５ａの径の円柱と、口金１５ｃの径の円柱とを安定して支承できるように角度の異なる２段階のＶ字状の凹部１６ｃを有する。図１（ｃ）に示すように、第２の支承部１６ｂはライナ１５同士の連結部を支承可能に、口金１５ｃの径の円柱を安定して支承できるＶ字状の凹部１６ｄを有する。そして、それぞれ複数の支承部１６ａ，１６ｂが往復移動される駆動部１８に連結されている。（第２の支承部１６ｂは１個のみ図示し、第２の支承部１６ｂの駆動部は図示を省略する。）駆動部１８はライナ１５の移動方向に沿って延びるバーで形成され、図示しないアクチュエータにより駆動されるようになっている。
【００２２】
第１の支承部１６ａ及び第２の支承部１６ｂはそれぞれ独立に駆動可能に構成されている。第１の支承部１６ａが連結された駆動部１８は、繊維束供給部１２の配置間隔のほぼ１／２の距離の所定範囲を、第１の支承部１６ａがライナ１５を支承してライナ１５の移動方向へ移動させる動きと、ライナ１５を支承する支承位置及び支承が解除される待機位置へ移動される動きとを行うように移動される。第２の支承部１６ｂは、第１の支承部１６ａがライナ１５の支承位置を変更するために移動する際に、ライナ１５を口金１５ｃ又はその連結部において支承する位置と、ライナ１５と係合が解除されライナ１５の移動に支障のない退避位置とに移動されるようになっている。
【００２３】
第１及び第２の支承部１６ａ，１６ｂは各繊維束配列ユニット１４毎に設けられるのではなく、例えば２個おきに設けられ、第１の支承部１６ａが設けられた繊維束配列ユニット１４以外の繊維束配列ユニット１４に１６ｂが設けられる。
【００２４】
図２に示すように、繊維束供給部１２は円環状の支持枠２０を有し、ライナの軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束２１を供給する複数のヘッド２２が支持枠２０に所定間隔（この実施の形態では一定間隔）でリング状に配設されている。支持枠２０は図示しない機枠に固定されている。ヘッド２２の数は１層分の軸方向配列繊維束２１の本数に対応して設けられている。各繊維束配列ユニット１４においてそれぞれ配列される軸方向配列繊維束２１の層数及び周方向繊維束１９の層数は１層ずつである。しかし、ライナ１５の移動方向下流側に配置された繊維束配列ユニット１４ほどライナ１５上に配列された繊維束層の合計積層数が多くなり、当該ライナ１５上にそれまでに配列された樹脂含浸繊維束層の外径が大きくなる。その結果、繊維束の太さが同じであれば当該ライナ１５上の配列に必要な１層分の軸方向配列繊維束２１の本数が多くなり、ヘッド２２の数もそれに対応して多くなる。また、軸方向配列繊維束２１の本数が同じ場合は繊維束の太さが太くなる。
【００２５】
図２に示すように、各ヘッド２２にはボビン２３から繰り出された軸方向配列繊維束２１が、塗布ローラ２４を備えた樹脂槽２５を通過することにより、樹脂が含浸された後、ガイドローラ２６を経て供給されるようになっている。なお、図２において、ヘッド２２及びガイドローラ２６の一部の図示を省略している。ボビン２３は図示しないモータにより駆動される軸に一体回転可能に支持されている。
【００２６】
図３及び図４に示すように、周方向繊維束巻付け部１３は円環状の回転フレーム２７が複数（４個図示）の支持ローラ２８により回転可能に支持されている。支持ローラ２８は回転フレーム２７がライナ１５を中心として回転可能となるように、図示しない機枠に回転可能に取り付けられている。回転フレーム２７の外周は断面三角径状に形成され、支持ローラ２８の外周にはＶ溝が形成され、回転フレーム２７が軸方向に位置ずれせずに回転されるようになっている。
【００２７】
回転フレーム２７の一方の面（図３の右側）に円環状の外歯歯車２９が固定されている。機枠にはモータ３０が固定され、モータ３０の駆動軸３０ａには外歯歯車２９と歯噛するピニオン３１が固定されている。そして、モータ３０の駆動により回転フレーム２７が所定方向に回転される。
【００２８】
回転フレーム２７には支軸３２がライナ１５の移動方向と平行な状態で回転可能に支持されている。支軸３２は張力調整装置３３に連結されている。支軸３２には周方向繊維束１９が巻かれたボビン３４が支持されている。張力調整装置３３には例えばパウダーブレーキや、渦電流により支軸３２に負荷を加える構成の所謂パーマトルクが使用されている。また、回転フレーム２７にはボビン３４から引き出される周方向繊維束１９の巻き付け位置を一定するためのヘッド３５が設けられている。そして、ボビン３４は周方向繊維束１９の端部がライナ１５に固定された状態で回転フレーム２７が回転することにより、周方向繊維束１９を繰り出す方向に回転され、張力調整装置３３の作用により周方向繊維束１９が引き出される際に所定の張力が付与されるようになっている。ボビン３４には予め必要量の樹脂が付着（含浸）された半硬化状態の繊維束（所謂トウプレグ）が巻かれている。
【００２９】
各繊維束配列ユニット１４には繊維束供給部１２と周方向繊維束巻付け部１３との間の所定位置に、繊維束供給部１２から供給される軸方向配列繊維束２１をライナ１５又はライナ１５上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿わせるように案内するガイド３６が設けられている。ガイド３６は、例えば図７に示すように、ほぼＬ字状の案内部３７ａを有する一対のガイド部材３７が、ライナ１５の移動方向（図７の紙面と垂直方向）に位置がずれた状態で、ガイドロッド３８に沿って移動可能に設けられている。両ガイド部材３７は案内部３７ａによって囲まれる面積が小さくなる方向に引っ張りばね３９により付勢されている。そして、両ガイド部材３７は、案内部３７ａによって囲まれる面積が、ガイド３６がライナ１５の胴部１５ａと対応する状態では大に、口金１５ｃと対応する状態では小になるように移動されるようになっている。
【００３０】
繊維束配列装置１１のライナ１５の移動方向下流側には硬化炉４０が配設されている。そして、所定層の軸方向配列繊維束２１及び周方向繊維束１９の配列が完了したライナ１５が、前記繊維束の配列の完了していないライナ１５との連結が解除された後、硬化炉４０に投入され、繊維束に含浸された樹脂の硬化が行われるようになっている。繊維束に含浸される樹脂には例えばエポキシ樹脂が使用されている。
【００３１】
次に前記のように構成された装置を使用して圧力容器を製造する際の作用を説明する。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、圧力容器４１は円筒部としての胴部１５ａの両端にドーム部１５ｂを有する形状に形成されるとともにガスバリア性を有し、ドーム部１５ｂの中心に口金１５ｃを有するライナ１５の外側に、軸方向配列繊維束２１と、周方向繊維束１９とが配列されて形成されている。軸方向配列繊維束２１はライナ１５の軸方向に沿って延びるように配列され、周方向繊維束１９は軸方向配列繊維束２１の上からライナ１５の胴部１５ａ及び口金１５ｃに対応する位置に周方向に巻き付けられた状態で配列されている。繊維束は炭素繊維の無撚りのマルチフィラメントからなり、マルチフィラメントはフィラメント数が３０００〜２４０００本程度である。なお、口金１５ｃには配管のプラグあるいは封止用のボルトを螺合するためのねじ孔が形成されている。
【００３２】
前記の圧力容器４１を製造する場合、まず、図６（ａ）に示すように、１個のライナ１５の一端（後端）を押圧手段１７のチャック部１７ｂに保持させる。また、他端（前端）の口金１５ｃの部分が図１（ａ）及び図６（ａ）の左端の繊維束供給部１２より右側に位置する状態で、繊維束供給部１２のヘッド２２から軸方向配列繊維束２１を引き出してその端部をライナ１５の他端（前端）の口金１５ｃの部分に固定する。ライナ１５の口金１５ｃは圧力容器４１が完成したときの長さより長く形成されており、繊維束の端部はその長く形成された部分に固定される。固定は例えば粘着テープを使用して行われる。
【００３３】
その状態で押圧手段１７を駆動させてライナ１５の前端を周方向繊維束巻付け部１３のヘッド３５と対応する位置に移動させた後、作業者がボビン３４から引き出した周方向繊維束１９の端部を口金１５ｃに固定する。また、第１の支承部１６ａが口金１５ｃとの係合位置に配置される。そして、その状態で押圧手段１７及びモータ３０が駆動され、ライナ１５が所定速度で移動されるとともに、回転フレーム２７が回転され、図６（ｂ）に示すように、ライナ１５の中央付近まで周方向繊維束１９が巻き付けられた状態で押圧手段１７及びモータ３０の駆動が一時停止される。なお、第１の支承部１６ａもライナ１５に同期して移動される。
【００３４】
次に、ライナ１５を例えば手で支持した状態でチャック部１７ｂのチャックを解除する。そして、チャック部１７ｂを後方へ移動させた後、繊維束配列中のライナ１５の後端に次のライナ１５を連結し、そのライナ１５の後端をチャック部１７ｂで支持する。また、第１の支承部１６ａが胴部１５ａを支承する位置へ移動され、図６（ｃ）に示す状態となる。次に再び押圧手段１７及びモータ３０が駆動され、先頭のライナ１５の前端が次の繊維束配列ユニット１４の繊維束供給部１２のヘッド２２と対応する位置に移動された時点で押圧手段１７及び３０の駆動が停止される。そして、作業者がボビン２３から引き出した軸方向配列繊維束２１の端部を先頭のライナ１５の口金１５ｃに固定する。
【００３５】
なお、新たに連結されたライナ１５に対する軸方向配列繊維束２１の端部を固定する作業は不要である。なぜならば、図１（ａ）及び図６（ａ）〜（ｃ）において、左端に配置された繊維束供給部１２のボビン２３から引き出される軸方向配列繊維束２１の端部は既にライナ１５に固定されているからである。
【００３６】
次に第１の支承部１６ａが口金１５ｃとの係合位置に配置される。そして、その状態で押圧手段１７及びモータ３０が駆動され、ライナ１５が所定速度で移動されるとともに、回転フレーム２７が回転され、軸方向配列繊維束２１の配列及び周方向繊維束１９の巻き付けが行われる。先頭のライナ１５の前端が次の繊維束配列ユニット１４の周方向繊維束巻付け部１３のヘッド３５と対応する位置に移動された時点で押圧手段１７及び３０の駆動が停止される。そして、作業者がボビン３４から引き出した周方向繊維束１９の端部を先頭のライナ１５の口金１５ｃに固定する。
【００３７】
なお、新たに連結されたライナ１５に対する周方向繊維束１９の端部を固定する作業は不要である。なぜならば、図１（ａ）及び図６（ａ）〜（ｃ）において、左端に配置された周方向繊維束巻付け部１３のボビン３４から引き出される周方向繊維束１９の端部は既にライナ１５に固定されているからである。
【００３８】
次に、第１の支承部１６ａが胴部１５ａとの係合位置に配置された後、押圧手段１７及びモータ３０が駆動され、ライナ１５が所定速度で移動されるとともに、回転フレーム２７が回転され、軸方向配列繊維束２１の配列及び周方向繊維束１９の巻き付けが行われる。
【００３９】
以下、同様にして、ライナ１５が順次連結され、一定方向に移動される。また、先頭のライナ１５が新たな繊維束配列ユニット１４と対応する位置に配置される毎に、繊維束供給部１２の軸方向配列繊維束２１の端部と、周方向繊維束巻付け部１３の周方向繊維束１９の端部とが前記と同様にして当該ライナ１５の前端の口金１５ｃに固定される作業が作業者によって行われる。そして、図１（ａ）に示すように、先頭のライナ１５がライナ１５の移動方向の最下流位置に配置された繊維束配列ユニット１４による軸方向配列繊維束２１の配列及び周方向繊維束１９の巻付けが行われる状態となった後は、作業者による繊維束の端部の固定作業は不要になる。
【００４０】
そして、その後は、作業者はライナ１５を繊維束配列中のライナ１５の後端に連結する作業と、前記最下流位置に配置された繊維束配列ユニット１４による軸方向配列繊維束２１及び周方向繊維束１９の配列が完了したライナ１５の、他のライナ１５との連結を解除する作業とを行う。そして、他のライナ１５との連結が解除されたライナ１５は硬化炉４０へ投入され、樹脂が加熱硬化される。そして、冷却後、口金１５ｃの余分な部分が切断除去されて圧力容器４１が完成する。
【００４１】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）  ライナ１５を直列に連結するとともに直線状に移動させ、その移動経路において、ライナ１５の軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束２１の層を構成する１層分の軸方向配列繊維束２１を同時にライナ１５に沿って配列する。その配列された軸方向配列繊維束２１の上からライナ１５の胴部１５ａ及び口金１５ｃに対応する位置に周方向繊維束１９を巻き付ける作業を行う工程を積層すべき層数に対応して設ける。そして、各工程をライナ１５が順次通過して所定数の層が積層形成された後、前記繊維束に含浸されている樹脂を硬化させる。
【００４２】
従って、例えば、積層層数が５０層であれば、巻付け作業工程は２５設けられ、ライナ１５は最低２５個直列に連結される。しかし、従来のフィラメントワインディング装置と異なり、ライナ１５は回転されずに直線状に移動されるため、このように多数のライナ１５が連結されても駆動装置にさほど大きな負荷は掛からない。また、各巻付け作業工程において一度ライナ１５に繊維束の端部を固定したあとは、その後に、当該巻付け作業工程に送り込まれるライナ１５に対する繊維束の固定作業は不要となる。その結果、ライナ１５の交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができ、圧力容器を連続的に容易に生産できる。また、ヘリカル巻きが不要となる。
【００４３】
（２）  ライナ１５上に所定数の樹脂含浸繊維束層が積層形成された段階で、該ライナ１５と他のライナ１５との連結が解除され、連結が解除されたライナ１５が硬化炉４０に入れられて樹脂の硬化が行われる。従って、ライナ１５上に必要な繊維束の巻付けが完了すると、そのライナ１５は他のライナ１５から切り離されるため、連結されている必要のないライナ１５が連結された状態でライナ１５の移動を行う場合に比較して駆動エネルギーが少なくなるとともに、配設スペースを短くできる。
【００４４】
（３）  樹脂の硬化が加熱硬化で行われるため、紫外線硬化樹脂を使用して紫外線照射により硬化する構成に比較して、樹脂の硬化が容易になる。
（４）  繊維束配列装置１１は、直列に連結されたライナ１５を軸方向に移動させる移動手段と、移動手段により移動されるライナ１５の移動方向に沿って繊維束配列ユニット１４を複数備えている。繊維束配列ユニット１４は、所定位置に配置され、前記移動手段により直線状に移動されるライナ１５又はライナ１５上に配列された樹脂含浸繊維束層の周囲に１層分の軸方向配列繊維束２１を供給する複数のヘッド２２がリング状に配置された繊維束供給部１２を備えている。さらに、繊維束供給部１２よりライナ１５の移動方向下流側に配設され、前記供給された１層分の軸方向配列繊維束２１の上から周方向繊維束１９を、ライナ１５の胴部１５ａ及び口金１５ｃに対応する位置に巻き付ける周方向繊維束巻付け部１３とを備えている。従って、圧力容器４１を製造する際に、ライナ１５の交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができる。
【００４５】
（５）  ライナ１５を支承する第１の支承部１６ａは、周方向繊維束１９の巻付けに支障を来さない部分でライナ１５をその外側で支承して所定範囲をライナ１５の移動方向へ移動した後、ライナ１５との係合を解除して元の位置に復帰して再びライナ１５を支承するように移動される。従って、直列に連結されたライナ１５を、周方向繊維束１９の巻付けに支障のない状態で支承することができる構成が簡単で、ライナ１５の移動にも悪影響を与えない。
【００４６】
（６）  繊維束供給部１２と周方向繊維束巻付け部１３との間には、繊維束供給部１２から供給される繊維束をライナ１５又はライナ１５上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿わせるように案内するガイド３６が設けられ、ライナ１５はガイド３６を貫通して移動する。従って、繊維束供給部１２の各ヘッド２２から供給される繊維束がガイド３６の作用によりライナ１５又はライナ１５上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿うように案内された状態で、周方向繊維束１９が巻き付けられる。その結果、各軸方向配列繊維束２１がライナ１５の軸方向に真っ直ぐに延びた状態で、その上に周方向繊維束１９が巻き付けられ、樹脂硬化後の強度が向上する。
【００４７】
（７）  ガイド３６は、案内部３７ａを有する一対のガイド部材３７を備え、両ガイド部材３７は案内部３７ａによって囲まれる面積が小さくなる方向に引っ張りばね３９により付勢されている。そして、両ガイド部材３７は、案内部３７ａによって囲まれる面積が、ガイド３６がライナ１５の胴部１５ａと対応する状態では大に、口金１５ｃと対応する状態では小になるように変更される。その結果、案内部３７ａによって囲まれる面積が一定の場合に比較して、口金１５ｃと対応する位置における周方向繊維束１９による巻付けが良好に行われる。
【００４８】
（８）  ライナ１５の連結及び連結解除が１個ずつ行われるため、製造する圧力容器４１が大型の場合でも作業を容易に行うことができる。
（９）  周方向繊維束１９及び軸方向配列繊維束２１に炭素繊維が使用され、マトリックス樹脂にエポキシ樹脂が使用されているため、自動車の燃料タンクとして使用される強度を確保して、軽量化及びコンパクト化をより高めることができる。
【００４９】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  周方向繊維束巻付け部１３に設けられるボビン３４及びヘッド３５の数を２個以上とし、各ヘッド３５から引き出される周方向繊維束１９がそれぞれ異なる位置に巻き付けられるように、各ヘッド３５の位置をライナ１５の軸方向にずらして配置してもよい。例えば、ヘッド３５が２個の場合、２個目のヘッド３５は、図３及び図４に鎖線で示すように、１個目のヘッド３５と対称な位置に配設する。この構成では、回転フレーム２７の回転速度が同じ場合、ヘッド３５の数に対応して必要な周方向繊維束１９の巻付けに要する時間を短縮でき、例えば、ヘッド３５の数が２個であれば、前記時間は１／２になる。
【００５０】
○  周方向繊維束巻付け部１３に設けるボビン３４及びヘッド３５の数を全ての繊維束配列ユニット１４で同じにする必要はない。例えば、周方向繊維束１９の巻き付け長さが長くなる下流側に配置された繊維束配列ユニット１４の周方向繊維束巻付け部１３において、ボビン３４及びヘッド３５の数を上流側の周方向繊維束巻付け部１３より多くしてもよい。
【００５１】
○  周方向繊維束巻付け部１３の回転フレーム２７の回転速度を全ての繊維束配列ユニット１４で同じにする必要はなく、周方向繊維束１９の巻き付け長さが長くなる下流側に配置された繊維束配列ユニット１４の回転フレーム２７の回転速度を、上流側の周方向繊維束巻付け部１３より速くしてもよい。この場合、ボビン３４及びヘッド３５を全ての繊維束配列ユニット１４で同じにしても支障がない。
【００５２】
○  所定数の樹脂含浸繊維束層の形成が完了したライナ１５の切り離しは、必ずしも１個ずつ行う必要はなく、所定数の樹脂含浸繊維束層の形成が完了したライナ１５が複数になった時点で複数同時に切り離し、複数連結された状態で硬化炉４０に投入し、樹脂の硬化後に切り離してもよい。
【００５３】
○  所定数の樹脂含浸繊維束層の形成が完了したライナ１５を切り離した後、切り離した順に硬化炉４０で樹脂硬化を行うのではなく、ライナ１５の数が所定以上になった時点でまとめて樹脂硬化を行うようにしてもよい。
【００５４】
○  繊維束の配列中のライナ１５の後端に対する新たなライナ１５の連結を１個ずつ行う代わりに、複数連結されたライナ１５を連結してもよい。この場合、連結作業の間隔を長くできる。
【００５５】
○  繊維束供給部１２として、各ヘッド２２に供給する軸方向配列繊維束２１に樹脂槽２５で樹脂を含浸させて軸方向配列繊維束２１を供給する構成に代えて、周方向繊維束巻付け部１３と同様に、予め必要量の樹脂が付着（含浸）された半硬化状態の繊維束が巻かれたボビンから供給してもよい。この場合、繊維束供給部１２の構成が簡単になる。
【００５６】
○  繊維束配列ユニット１４は必ずしも全部が一直線上に配置される構成に限らず、例えば、図８に示すように、繊維束配列ユニット１４が一直線上に配置された複数のグループ４２（図８では２グループ）を設けてもよい。また、硬化炉４０（図示せず）を繊維束配列装置１１から離れた場所に設けてもよい。そして、図８の上側のグループ４２の左側から順にライナ１５が連結されて送り込まれ、グループ４２内の繊維束配列ユニット１４で繊維束の配列が行われたライナ１５が、繊維束配列中のライナ１５と切り離され、下側のグループ４２の繊維束配列ユニット１４に順次送り込まれる。この場合も各巻付け作業工程において一度ライナ１５に繊維束の端部を固定したあとは、その後に、当該巻付け作業工程に送り込まれるライナ１５に対する繊維束の固定作業は不要となる。また、巻付け作業工程が多い場合でも、繊維束配列装置１１を配置するスペースとして細長いスペースを準備しなくてもよくなる。
【００５７】
○  回転フレーム２７を回転駆動する構成として、回転フレーム２７にプーリを取り付け、該プーリに巻き掛けられたベルトにモータの回転力を伝達する構成としてもよい。
【００５８】
○  ライナ１５のドーム部１５ｂを胴部１５ａより肉厚にしてもよい。ドーム部１５ｂには周方向繊維束１９が巻き付けられないため、胴部１５ａ及びドーム部１５ｂの肉厚が同じ場合、所定数の樹脂含浸繊維束の配列が完了した時点で、ドーム部１５ｂの厚さが胴部１５ａより薄くなる。しかし、前記構成を採用することにより、ドーム部１５ｂ及び胴部１５ａの肉厚を同じにできる。
【００５９】
○  ガイド３６を構成する一対のガイド部材３７を引っ張りばね３９で移動させる構成に代えて、ガイド部材３７をエアシリンダ等のアクチュエータで移動させる構成としてもよい。しかし、引っ張りばね３９を使用する方が構成が簡単になる。
【００６０】
○  ガイド３６は円環状の構成としたり、径あるいは案内部３７ａが囲む面積が一定のものであってもよい。また、ガイド３６を省略してもよい。
○  ライナ１５の連結及び連結解除の作業を作業者が行う構成に代えて、ロボットが行うようにしてもよい。
【００６１】
○  繊維束に含浸される樹脂（マトリックス樹脂）として、圧力容器に要求される性能に合わせて、エポキシ樹脂に限らず、ビニルエステル樹脂やフェノール樹脂等の他の熱硬化性樹脂を使用してもよい。この場合樹脂の価格がエポキシ樹脂より安いのでコスト低減を図れる。
【００６２】
○  繊維束の材質は炭素繊維に限らず、圧力容器に要求される性能に合わせて、ガラス繊維等の他の無機繊維やポリアラミド繊維等の高強度・高弾性率の有機繊維を使用してもよい。
【００６３】
○  周方向繊維束１９及び軸方向配列繊維束２１を構成する繊維として、それぞれ別の繊維を使用してもよい。
○  ライナ１５の口金１５ｃの一方にのみ配管が接続されるねじ孔を形成し、他方の口金１５ｃは、ねじ孔を形成せず充実体としてもよい。
【００６４】
○  マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂に代えて紫外線硬化樹脂を使用してもよい。
○  ライナ１５を金属製ではなく樹脂製としてもよい。
【００６５】
前記実施の形態から把握される発明（技術的思想）について以下に記載する。
（１）  請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ライナの連結及び連結解除は、１個ずつ行われる。
【００６６】
（２）  請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ライナの連結及び連結解除は、複数個ずつ行われる。
（３）  請求項５に記載の発明において、前記ガイドは、軸方向配列繊維束を案内する案内部が囲む面積が、ガイドがライナの胴部と対応する状態では大に、口金と対応する状態では小になるように変更可能に構成されている。
【００６７】
（４）  請求項３〜請求項５及び前記技術的思想（３）のいずれか一項に記載の発明において、前記繊維束配列ユニットは、複数のグループに分けられ、各グループ毎に異なる直線上に配置されている。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項５に記載の発明によれば、ヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができ、圧力容器を連続的に生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は一実施の形態の繊維束配列装置の模式正面図、（ｂ），（ｃ）は支承部の模式斜視図。
【図２】繊維束供給部等を示す模式図。
【図３】周方向繊維束巻付け部を示す模式断面図。
【図４】周方向繊維束巻付け部を示す図３のＡ矢視図。
【図５】（ａ），（ｂ）は繊維束の配列状態を示す模式図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は繊維束配列装置の作用を示す模式図。
【図７】ガイドの模式正面図。
【図８】別の実施の形態の繊維束配列装置の配置状態を示す模式平面図。
【図９】圧力容器の主応力の方向を示す模式図。
【符号の説明】
１１…繊維束配列装置、１２…繊維束供給部、１３…周方向繊維束巻付け部、１４…繊維束配列ユニット、１５…ライナ、１５ａ…胴部、１５ｂ…ドーム部、１５ｃ…口金、１６ａ…移動手段を構成する第１の支承部、１６ｂ…第２の支承部、１７…移動手段を構成する押圧手段、１８…同じく駆動部、１９…周方向繊維束、２１…軸方向配列繊維束、２２，３５…ヘッド、３６…ガイド、４０…硬化炉、４１…圧力容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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