(57)【要約】【課題】  製造時間の短縮及び製造コストの節減が可能なブレイディング法の利点を生かしながら、高強度の耐圧容器を得ることができる耐圧容器製造方法を提供する。【解決手段】  口金１３を有するライナ１０の外周に、繊維強化複合材製の外殻を形成して耐圧容器を製造する方法であって、ライナ１０を軸方向に往復移動させながら、ライナ１０の周方向に沿って複数配置されたブレイダのボビンから繊維束２０を供給して、ライナ１０の外周に組成体３０を形成する組成体形成工程と、繊維束２０に含浸させた樹脂を硬化させて外殻を形成する樹脂硬化工程と、を備える。組成体形成工程において、組成体３０の形成位置がライナ１０の口金１３の根元部に到達した時点でライナ１０の移動を停止させ、各ボビン（例えばボビン１００Ａ、１００Ｂ）をライナ１０の周方向に略半周回転させた後、ライナ１０を軸に沿って逆方向に移動させながら組成体３０の形成を続行する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部とこの円筒部の両端に連設されたドーム部とこのドーム部の頂部に設けられた口金とを有するライナの外周に、繊維強化複合材製の外殻を形成して耐圧容器を製造する方法であって、
前記ライナを軸方向に往復移動させながら、前記ライナの周方向に沿って複数配置されたブレイダのボビンから繊維束を供給して組み上げ、前記ライナの外周に組成体を形成する組成体形成工程と、
前記繊維束に含浸させた樹脂を硬化させて前記外殻を形成する樹脂硬化工程と、
を備え、
前記組成体形成工程において、
前記組成体の形成位置が前記ライナの前記口金の根元部に到達した時点で前記ライナの移動を停止させ、前記各ボビンを前記ライナの周方向に略半周回転させた後、前記ライナを軸に沿って逆方向に移動させながら前記組成体の形成を続行することを特徴とする耐圧容器製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐圧容器製造方法に関し、特に、ライナを繊維強化複合材で被覆して補強した耐圧容器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）やＣＨＧ（Compressed Hydrogen Gas）等の加圧ガスや低温ガスを貯蔵・輸送したりするための耐圧容器が実用化されている。従来は、高強度でガスバリア性に優れる金属製の耐圧容器が主流であったが、金属製の耐圧容器は重量が大きいため、軽量化が求められる自動車や宇宙航行体の燃料タンクに適用することが困難であった。このため、近年においては、中空円筒状のライナの外周にＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）層を形成してなる比較的軽量のＦＲＰ外装耐圧容器が提案されている。
【０００３】
中空円筒状のライナの外周にＦＲＰ層を形成する方法としては、ＦＷ（Filament Winding）法がある。ＦＷ法は、繊維束に予め樹脂を含浸させてトウ状のプリプレグを調製し、このトウ状のプリプレグをライナに巻き付けてＦＲＰ層を成形する方法である。このＦＷ法を採用すると、比較的軽量でかつ高い強度を有するＦＲＰ外装耐圧容器を得ることが可能となるが、トウ状の連続したプリプレグをライナに巻き付ける作業に長時間を要してしまうという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、近年においては、ブレイダを用いて複数の繊維束を組み上げてライナの外周に組成体を形成し、この組成体に樹脂を含浸させ硬化させてＦＲＰ層を形成する方法（ブレイディング法）が提案されている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照。）。このブレイディング法を採用すると、ＦＷ法を採用した場合と比較して、ＦＲＰ外装耐圧容器の製造時間の短縮と製造コストの節減とを実現させることができる。
【特許文献１】特開平１１−５８５４０号公報（第３頁、第４図）
【特許文献２】特開平７−２５６７７１号公報（第２頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のブレイディング法においては、ライナを軸方向に往復移動させながら、ライナの周方向に沿って複数配置されたブレイダのボビンから繊維束を供給することにより、ライナの外周に組成体を形成している。
【０００６】
従来においては、このようにライナの外周に組成体を形成する際に、組成体の形成位置がライナの口金の根元部に達した時点でライナの移動を停止させ、繊維束を切断した後、ライナを軸に沿って逆方向に移動させながら組成体の形成を続行している。又は、組成体の形成位置がライナの口金の根元部に達した時点ですぐにライナを軸に沿って逆方向に移動させて繊維束を大きく屈曲させて折り返した後、組成体の形成を続行している。
【０００７】
すなわち、従来のブレイディング法においては、ライナの移動方向を逆転させる際に、繊維束を切断したり、繊維束を大きく屈曲させて折り返したりしていた。このため、従来のブレイディング法を採用して形成したＦＲＰ層は、ＦＷ法を採用して形成したＦＲＰ層と比較すると強度が低くなるという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、ブレイディング法の利点（製造時間の短縮及び製造コストの節減）を生かしながら高強度の耐圧容器を得ることができる耐圧容器製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、円筒部とこの円筒部の両端に連設されたドーム部とこのドーム部の頂部に設けられた口金とを有するライナの外周に、繊維強化複合材製の外殻を形成して耐圧容器を製造する方法であって、前記ライナを軸方向に往復移動させながら、前記ライナの周方向に沿って複数配置されたブレイダのボビンから繊維束を供給して組み上げ、前記ライナの外周に組成体を形成する組成体形成工程と、前記繊維束に含浸させた樹脂を硬化させて前記外殻を形成する樹脂硬化工程と、を備え、前記組成体形成工程において、前記組成体の形成位置が前記ライナの前記口金の根元部に到達した時点で前記ライナの移動を停止させ、前記各ボビンを前記ライナの周方向に略半周回転させた後、前記ライナを軸に沿って逆方向に移動させながら前記組成体の形成を続行することを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、ライナを軸方向に往復移動させながら、ライナの周方向に沿って複数配置されたブレイダのボビンから繊維束を供給してライナの外周に組成体を形成する工程において、組成体の形成位置がライナの口金の根元部に到達した時点でライナの移動を停止させる。そして、各ボビンをライナの周方向に略半周回転させることにより、各ボビンを回転前の位置に対して口金を挟んで略相対する位置に配置した後、ライナを軸に沿って逆方向に移動させながら組成体の形成を続行する。
【００１１】
このため、ＦＷ法のヘリカル巻き方式と同様に、ライナのドーム部に繊維束を巻き付けるようにして連続的にブレイディングを行うことができる。従って、ライナの移動方向を逆転させる際に繊維束を切断したり、繊維束を大きく屈曲させて折り返したりする必要がない。この結果、繊維強化複合材製の外殻の強度を高めることができ、ひいては、耐圧容器の強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ライナを軸方向に往復移動させながらブレイダのボビンから繊維束を供給してライナの外周に組成体を形成するにあたり、組成体の形成位置がライナの口金の根元部に到達した時点でライナの移動を停止させ、各ボビンをライナの周方向に略半周回転させた後、ライナを軸に沿って逆方向に移動させて組成体の形成を続行する。従って、ライナの移動方向を逆転させる際に繊維束を切断したり、繊維束を大きく屈曲させて折り返したりする必要がない。この結果、繊維強化複合材製の外殻の強度を高めることができ、ブレイディング法の利点（製造時間の短縮・製造コスト節減）を生かしながら高強度の耐圧容器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて詳細に説明する。本実施の形態においては、ライナ１０（図１参照）の外周に繊維強化複合材製の外殻を形成してタンクを製造する方法について説明する。本実施の形態に係る製造方法で製造されるタンクは、数１００気圧の気体を充填することができる耐圧容器である。
【００１４】
まず、ガスバリア性に優れた材料でライナ１０を成形する（ライナ成形工程）。本実施の形態においては、ガスバリア性に優れるとともに寸法安定性・耐薬品性に優れる液晶樹脂を用いてブロー成形法によりライナ１０を成形している。ライナ１０は、図１に示すように、円筒部１１と、この円筒部１１の両端に形成されたドーム部１２と、を有しており、ドーム部１２の頂部には、金属製の口金１３が取り付けられている。
【００１５】
次いで、複数の炭素繊維からなる炭素繊維束に繊維状の熱可塑性樹脂を組み込んで繊維束２０を調製する（繊維束調製工程）。繊維束２０は、ブレイダのボビン１００（図１参照）に巻き付けられ、後述する組成体形成工程で使用される。なお、繊維束２０に組み込まれる熱可塑性樹脂としては、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイト、ポリエチレンテレフタレート、等を採用することができる。
【００１６】
次いで、図１に示すように、ライナ１０を軸方向（矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向）に往復移動させながら、ライナ１０の周方向に沿って複数配置されたブレイダのボビン１００から繊維束２０を連続的に供給して組み上げることにより、ライナ１０の円筒部１１及びドーム部１２の外側に組成体３０を形成する（組成体形成工程）。
【００１７】
この組成体形成工程の手順について具体的に説明する。最初に、ライナ１０の円筒部１１の周方向に沿って配置された複数のボビン１００から繊維束２０を供給し、これら繊維束２０の端部を、ライナ１０の円筒部１１の軸方向略中央部に取り付ける。この際、繊維束２０の端部の熱可塑性樹脂を加熱溶融してライナ１０の円筒部１１に融着する。
【００１８】
その後、ライナ１０を軸方向（矢印Ａ方向）に移動させながら、ボビン１００から繊維束２０を連続的に供給して組み上げることにより、図２に示すようにライナ１０の円筒部１１及びドーム部１２の外側に組成体３０を形成する（図２参照）。そして、図２に示すように組成体３０の形成位置がライナ１０の口金１３の根元部に到達した時点で、ライナ１０の移動を停止させ、各ボビン１００をライナ１０の周方向に略半周回転させる。
【００１９】
このような各ボビン１００の動作を、図３に示したボビン１００Ａ及びボビン１００Ｂを例に挙げて具体的に説明する。なお、ボビン１００Ａは、組成体形成工程において図３の矢印ＲA方向に回転し、ボビン１００Ｂは、組成体形成工程において図３の矢印ＲB方向に回転することとする。
【００２０】
組成体３０がライナ１０の口金１３の根元部に到達した時点で、ライナ１０の移動を停止させ、ボビン１００Ａを図３の矢印ＲA方向にθA°だけ回転させるとともに、ボビン１００Ｂを図３の矢印ＲB方向にθB°だけ回転させる（図３参照）。θA（θB）の値は、ボビン１００Ａ（ボビン１００Ｂ）を、回転前の位置に対して口金１３を挟んで略相対する位置に配置させるような値であり、例えば約１８０°〜約２２５°の範囲で適宜設定することができる。
【００２１】
このように各ボビン１００をライナ１０の周方向に略半周回転させて、各ボビン１００を、回転前の位置に対して口金１３を挟んで略相対する位置に配置した後、ライナ１０を逆方向（矢印Ｂ方向）に移動させながら組成体３０の形成を続行する。以上のような手順を繰り返すことにより、ライナ１０の円筒部１１及びドーム部１２の外側全体に所定厚さの組成体３０を形成する。
【００２２】
また、組成体形成工程による組成体３０の形成と同時に、ライナ１０の周囲に配置された（図示されていない）環状ヒータを用いて組成体３０を加熱することにより、繊維束２０に組み込まれた熱可塑性樹脂を溶融させる。その後、自然冷却により熱可塑性樹脂を硬化させて、繊維強化複合材製の外殻を形成する（樹脂硬化工程）。以上の工程群を経ることにより、耐圧容器であるタンクを得ることができる。
【００２３】
以上説明した実施の形態に係る製造方法においては、ライナ１０を軸方向に往復移動させながらブレイダのボビン１００から繊維束２０を供給してライナ１０の外周に組成体３０を形成する工程において、組成体３０の形成位置がライナ１０の口金１３の根元部に到達した時点でライナ１０の移動を停止させる。そして、各ボビン１００をライナ１０の周方向に略半周回転させることにより、各ボビン１００を回転前の位置に対して口金１３を挟んで略相対する位置に配置した後、ライナ１０を軸に沿って逆方向に移動させながら組成体３０の形成を続行する。
【００２４】
このため、ＦＷ法のヘリカル巻き方式と同様に、ライナ１０のドーム部１２に繊維束２０を巻き付けるようにして連続的にブレイディングを行うことができる。従って、ライナ１０の移動方向を逆転させる際に繊維束２０を切断したり、繊維束２０を大きく屈曲させて折り返したりする必要がない。この結果、繊維強化複合材製の外殻の強度を高めることができ、ひいては、タンクの強度を高めることができる。
【００２５】
なお、以上の実施の形態においては、液晶樹脂を用いてライナ１０を調製した例を示したが、ライナ１０の材料は液晶樹脂に限られるものではない。例えば、高密度ポリエチレン等のガスバリア性を有する他の合成樹脂やアルミニウム合金等の金属材料を用いてライナ１０を調製することもできる。また、以上の実施の形態においては、ブロー成形法によりライナ１０を成形した例を示したが、射出成形法等を採用してライナ１０を成形することもできる。
【００２６】
また、以上の実施の形態に係る製造方法においては、炭素繊維を用いて繊維束２０を調製した例を示したが、ガラス繊維やアラミド繊維等の他の強化繊維を用いて繊維束２０を調製することもできる。また、繊維束２０を構成する炭素繊維の外部を、ガラス繊維等で被覆して保護することもできる。
【００２７】
また、以上の実施の形態においては、繊維束２０に繊維状の熱可塑性樹脂を予め組み込み、この熱可塑性樹脂を加熱して硬化させた例を示したが、樹脂未含浸の繊維束を用いて組成体３０を形成し、この組成体３０を熱硬化性樹脂に浸漬することにより繊維束に熱硬化性樹脂を含浸させ、その後、含浸させた熱硬化性樹脂を加熱して硬化させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る耐圧容器製造方法の組成体形成工程を説明するための説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る耐圧容器製造方法の組成体形成工程において、組成体の形成位置がライナの口金の根元部に到達した状態を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る耐圧容器製造方法の組成体形成工程におけるボビンの周方向の回転動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０      ライナ
１１      円筒部
１２      ドーム部
１３      口金
２０      繊維束
３０      組成体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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