(57)【要約】【課題】フィラメントワインディング加工の作業時間を短縮する。【解決手段】フィラメントワインディング方法は、（ａ）口金を備えるマンドレルの口金の外周面に繊維束の端部を巻き付けることによって、繊維束の端部をマンドレルに固定する工程と、（ｂ）端部が固定された繊維束をマンドレルの外周面に巻き付けて繊維層を形成する工程とを備え、工程（ａ）は、口金を受ける受け部と、受け部よりも高い投入位置を有し投入位置と受け部にわたって設けられた移動板と、を備えるフィラメントワインディング装置を用いて実行される。工程（ａ）は、（ｉ）マンドレルの口金を投入位置に配置するとともに、繊維束の端部を口金と移動板との間に挟み込む動作と、（ｉｉ）マンドレルを移動板に沿って受け部まで回転させつつ移動させることによって、繊維束の端部を口金に巻き付けて固定する動作とを含む。【選択図】図３
2017087663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントワインディング方法であって、
（ａ）口金を備えるマンドレルの前記口金の外周面に繊維束の端部を巻き付けることによって、前記繊維束の端部を前記マンドレルに固定する工程と、
（ｂ）前記端部が固定された前記繊維束を前記マンドレルの外周面に巻き付けて繊維層を形成する工程と、
を備え、
前記工程（ａ）は、
前記口金を受ける受け部と、前記受け部よりも高い投入位置を有し前記投入位置と前記受け部にわたって設けられた移動板と、を備えるフィラメントワインディング装置を用いて実行され、前記工程（ａ）は、
（ｉ）前記マンドレルの前記口金を前記投入位置に配置するとともに、前記繊維束の端部を前記口金と前記移動板との間に挟み込む動作と、
（ｉｉ）前記マンドレルを前記移動板に沿って前記受け部まで回転させつつ移動させることによって、前記繊維束の端部を前記口金に巻き付けて固定する動作と、
を含む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、フィラメントワインディング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、燃料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、一般に、フィラメントワインディング（以下、「ＦＷ」と呼ぶ）方法を用いて製造される。ＦＷ方法により、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維束が、タンク容器状のマンドレルの外周面に巻き付けられる。ＦＷ方法において、繊維束をマンドレルの外周面に巻き付ける前に、予め繊維束をマンドレルの口金に固定する工程が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７４５５４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、従来は、マンドレルをＦＷ装置の受け部に配置する動作と、繊維束をマンドレルの口金に固定する動作とを別個に行っていたため、かなりの作業時間を要するという問題があった。
【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（aspect）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、ＦＷ方法が提供される。このＦＷ方法は、（ａ）口金を備えるマンドレルの前記口金の外周面に繊維束の端部を巻き付けることによって、前記繊維束の端部を前記マンドレルに固定する工程と、（ｂ）前記端部が固定された前記繊維束を前記マンドレルの外周面に巻き付けて繊維層を形成する工程と、を備える。前記工程（ａ）は、前記口金を受ける受け部と、前記受け部よりも高い投入位置を有し前記投入位置と前記受け部にわたって設けられた移動板と、を備えるＦＷ装置を用いて実行される。前記工程（ａ）は、（ｉ）前記マンドレルの前記口金を前記投入位置に配置するとともに、前記繊維束の端部を前記口金と前記移動板との間に挟み込む動作と、（ｉｉ）前記マンドレルを前記移動板に沿って前記受け部まで回転させつつ移動させることによって、前記繊維束の端部を前記口金に巻き付けて固定する動作と、を含む。
【０００７】
この形態のＦＷ方法によれば、ＦＷ装置の投入位置にマンドレルの口金を配置するとともに、マンドレルの口金と移動板との間に繊維束の端部を挟み込み、マンドレルを移動板に沿って受け部まで回転させつつ移動させることによって、繊維束の端部を口金に巻き付けて固定できる。このため、マンドレルをＦＷ装置の受け部に配置する動作と、繊維束の端部をマンドレルの口金に巻き付けて固定する動作を一工程で行うことによって、作業時間を短縮できる。
【０００８】
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、ＦＷ加工方法、ＦＷ装置、繊維巻き付け方法、繊維巻き付け装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】マンドレルの外観図である。
【図２】マンドレルをＦＷ装置に配置する際の説明図である。
【図３】マンドレルの移動の様子を示す説明図である。
【図４】ＦＷ加工を開始した後の説明図である。
【図５】変形例２におけるスピンドルがマンドレルに固定された状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施形態のマンドレル１０の外観図である。本実施形態では、未硬化樹脂を含浸させた炭素繊維の束（以下、「繊維束」と呼ぶ）をマンドレルに巻き付けて、マンドレルの外周面に繊維層を形成することによって、高圧ガスタンクが製造される。この高圧ガスタンクは、例えば、燃料電池自動車において、燃料ガスである水素ガスの収容タンクとして用いられる。
【００１１】
マンドレル１０は、ライナー２０と、口金３１，３２とを備える。ライナー２０は、中空の略円筒状の形状を有する。本実施形態では、ライナー２０は、水素分子が通り抜けることを防ぐために、例えばナイロン系の素材により形成されている。ライナー２０の長手方向の両端に、それぞれ口金３１，３２が設けられている。口金３１，３２は、略円柱状の外観形状を有する。一方の口金３１は、有底状の凹部３１ｒを有する。他方の口金３２は、ライナー２０の内部に導通する貫通孔３２ｈを有する。貫通孔３２ｈは、ガス流路として利用される孔である。凹部３１ｒと貫通孔３２ｈには、ＦＷ加工を実行する際に、ＦＷ装置の回転支持軸（後述）が挿入される。
【００１２】
図２は、マンドレル１０をＦＷ装置１００に配置する際の説明図である。図２（ａ）は、ＦＷ装置１００にマンドレル１０を配置した状態の側面図である。図２（ｂ）は、ＦＷ装置１００にマンドレル１０を配置した状態の上面図である。ＦＷ装置１００は、受け部６１，６２と、移動板５１，５２と、回転部８１，８２とを備える。但し、図２（ａ）では回転部８１，８２は図示が省略されている。また、図２（ｂ）では、回転部８１，８２は、受け部６１，６２から離れた位置に退避している。
【００１３】
受け部６１，６２は、マンドレル１０の口金３１，３２に回転部８１，８２の回転支持軸８１ｓ，８２ｓを挿入する際に、口金３１，３２を鉛直下方から支持するための部材である。受け部６１，６２にはそれぞれ、マンドレル１０の口金３１，３２をそれぞれ受ける凹部６３，６４が形成されている。また、受け部６１，６２は、図示しない駆動機構によって駆動されて、自由に上昇または下降することが可能である。
【００１４】
移動板５１，５２は、マンドレル１０の口金３１，３２を案内するための平板状部材である。すなわち、移動板５１，５２は、マンドレル１０の口金３１，３２が移動板５１，５２の上を回転しつつ下降して、口金３１，３２が受け部６１，６２の凹部６３，６４に到達するまで、口金３１，３２を案内する。そのため、移動板５１，５２の縁部９１，９２は、受け部６１，６２の凹部６３，６４に隣接する位置に配置され、また、縁部９１，９２よりも後方の部分はほぼ直線的に斜め上方に延びている。移動板５１，５２はそれぞれ、受け部６１，６２の位置よりも高い投入位置７１，７２を有する。
【００１５】
移動板５１，５２と受け部６１，６２は、移動板５１，５２の投入位置７１，７２にマンドレル１０の口金３１，３２を載置した後に、口金３１，３２が移動板５１，５２を経由して受け部６１，６２に渡されるように配置されている。具体的には、移動板５１，５２と受け部６１，６２は、マンドレル１０の口金３１，３２が投入位置７１，７２に載置され、自重によって縁部９１，９２へ回転しつつ移動した後、受け部６１，６２により受け止められて支持されるように配置されている。また、移動板５１，５２は、上記の動作において、マンドレル１０の口金３１，３２が受け部６１，６２まで移動した際、口金３１に巻き付けられた繊維束４０の端部４２の巻き数が２以上の所定数以上になるように設計されることが好ましい。
【００１６】
マンドレル１０への繊維束４０のＦＷ加工は、以下のように実行される。まず、移動板５１，５２の投入位置７１，７２に、マンドレル１０の口金３１，３２を手作業で、またはロボットなどの機械によって載置する。また、図２（ａ）に示すように、繊維束４０の端部４２の先端４１付近をマンドレル１０の口金３１と移動板５１との間に挟み込む。上記繊維束４０の先端４１付近は、口金３１が投入位置７１に載置されたときに、口金３１と移動板５１の間に挟み込まれるように口金３１の下に配置されてもよいし、或いは、投入位置７１の手前に配置され、口金３１が回転して下降したときに口金３１と移動板５１との間に挟み込まれるようにしてもよい。本実施形態では、繊維束４０には未硬化の樹脂が含浸されているので粘着性を有する。このため、繊維束４０の先端４１付近の一部は、マンドレル１０の口金３１と移動板５１との間に挟まれると同時に、口金３１の外周面に粘着する。この時、上記先端４１付近の一部が移動板５１の表面にも粘着するのを防ぐために、移動板５１の表面にはフッ素処理等の粘着防止処理を行うことが好ましい。
【００１７】
図３は、マンドレルの移動の様子を示す説明図である。図３（ａ）は、マンドレル１０が移動板５１，５２から受け部６１，６２まで移動した状態の側面図である。図３（ｂ）は、マンドレル１０が移動板５１，５２から受け部６１，６２まで移動した状態の上面図である。
【００１８】
投入位置７１，７２に載置されたマンドレル１０を自重によって移動板５１，５２上を移動させると、図３に示す白抜きの矢印で示すように、マンドレル１０は回転しながら下降して移動板５１，５２の縁部９１，９２へと移動し、やがて受け部６１，６２に受け止められて支持される。なお、マンドレル１０が自由に回転して下降してしまうと、口金３１，３２は受け部６１，６２の凹部６３，６４で停止しない可能性がある。このような事態を防止するために、マンドレル１０の自重による回転の期間も、口金３１，３２を治具等で支えて下降速度を制限することが好ましい。この際、繊維束４０の端部４２は、マンドレル１０の自重により荷重をかけられつつ、口金３１の外周面に張り付けられ、マンドレル１０が回転するに従って口金３１の外周面に巻き付けられる。マンドレル１０の口金３１，３２が受け部６１，６２まで移動した状態で、繊維束４０の端部４２は、口金３１に巻き付けられることによって固定されている。これにより、繊維束４０の端部４２をマンドレル１０に固定する工程が完了し、ＦＷ加工を始められる状態となる。
【００１９】
図４は、ＦＷ加工を開始した後の説明図である。図４（ａ）は、マンドレル１０が回転部８１，８２に支持された状態の側面図である。図４（ｂ）は、マンドレル１０が回転部８１，８２に支持された状態の上面図である。
【００２０】
ＦＷ加工を開始する際には、まず、口金３１，３２を受け部６１，６２で支持した状態で、回転部８１，８２の回転支持軸８１ｓ，８２ｓを口金３１の凹部３１ｒ（図１）と口金３２の貫通孔３２ｈ（図１）にそれぞれ挿入し、口金３１，３２を支持する。この後、受け部６１，６２は下降し、回転部８１，８２の回転支持軸８１ｓ，８２ｓが回転し始める。これにより、図４（ｂ）に示すように、繊維束４０がマンドレル１０のライナー２０の外周面に巻き付けられ、繊維層を形成し始める。
【００２１】
以上のように、上記実施形態では、ＦＷ装置１００の投入位置７１，７２にマンドレル１０を配置するとともに、マンドレル１０の口金３１と移動板５１との間に繊維束４０の端部４２を挟み込み、マンドレル１０を移動板５１，５２に沿って受け部６１，６２まで回転させつつ移動させることによって、繊維束４０の端部４２を口金３１に巻き付けて固定できる。従って、マンドレル１０をＦＷ装置の受け部６１，６２に配置する動作と、繊維束４０の端部４２をマンドレル１０の口金３１に巻き付けて固定する動作を一工程で行うことによって、作業時間を短縮できる。
【００２２】
・変形例：
なお、この発明は上記の実施形態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種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００２３】
・変形例１：
上記実施形態において、移動板５１，５２は、平板状の部材としていたが、この代わりに、表面が凹状に曲がった部材で構成されてもよい。
【００２４】
・変形例２：
図５は、変形例２におけるスピンドル１１０，１２０がマンドレル１０に固定された状態の断面図である。この変形例では、ＦＷ回転補助部材として、スピンドル１１０，１２０を用いている。マンドレル１０をＦＷ装置に配置する前に、あらかじめスピンドル１２０の一端をマンドレル１０の口金３２の貫通孔３２ｈに挿入し、貫通孔３２ｈを通して口金３１に固定する。スピンドル１２０の一端には雄ねじ（図示しない）が設けられ、口金３１に設けられた雌ねじと螺合して固定される。スピンドル１１０の一端にも雄ねじ（図示しない）が設けられており、口金３１に設けられた雌ねじ（図示しない）と螺合して固定される。ＦＷ加工を開始する際、スピンドル１１０，１２０が回転部８１，８２の回転支持軸８１ｓ，８２ｓによって支持される。なお、スピンドル１１０，１２０はマンドレル１０のＦＷ加工時の変形を抑制する機能を有する。
【００２５】
本発明は、上述の実施形態及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】
【００２６】
１０…マンドレル
２０…ライナー
３１，３２…口金
３１ｒ…凹部
３２ｈ…貫通孔
４０…繊維束
４１…先端
４２…端部
５１，５２…移動板
６１，６２…受け部
６３，６４…凹部
７１，７２…投入位置
８１，８２…回転部
８１ｓ，８２ｓ…回転支持軸
９１，９２…縁部
１００…ＦＷ装置
１１０，１２０…スピンドル
【図１】
2017087663.tif 000003
【図２】
2017087663.tif 000004
【図３】
2017087663.tif 000005
【図４】
2017087663.tif 000006
【図５】
2017087663.tif 000007