(57)【要約】【課題】タンクに繊維を巻き付ける際における当該繊維のすべりや弛みを抑制する。【解決手段】繊維３の巻付け対象たるタンク２のうち少なくとも繊維３が巻き付けられる領域に磁界を形成する磁界発生装置４と、該磁界発生装置４により形成される磁界Ｂの向きを変化させる磁界方向調整装置５と、繊維３がタンク２に押し付けられる方向に当該繊維３に対して通電する電圧印加装置とを備える。タンク２を磁界Ｂ中に配置し、繊維３がタンク２に押し付けられる方向へと当該繊維３に通電しながらこの繊維３をタンク２の外周に巻き付ける。通電量を制御して繊維３がタンク２に押し付けられる力を調節することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維の巻き付け対象たるタンクを磁界中に配置し、前記繊維が前記タンクに押し付けられる方向へと当該繊維に通電しながらこの繊維を前記タンクの外周に巻き付けることを特徴とするタンクへの繊維巻付け方法。
【請求項２】
前記通電量を制御して前記繊維が前記タンクに押し付けられる力を調節する請求項１に記載のタンクへの繊維巻付け方法。
【請求項３】
前記磁界を発生させるための機器を回転自在とし、前記繊維が受ける力が前記タンクの中心軸を向くように調節する請求項１または２に記載のタンクへの繊維巻付け方法。
【請求項４】
前記タンクに対する前記繊維の相対的な巻付け方向に応じて前記磁界を発生させる機器を回転させる請求項３に記載のタンクへの繊維巻付け方法。
【請求項５】
前記タンクの口金部付近から前記繊維の巻付けを始める請求項１から４のいずれか一項に記載のタンクへの繊維巻付け方法。
【請求項６】
繊維の巻付け対象たるタンクのうち少なくとも前記繊維が巻き付けられる領域に磁界を形成する磁界発生装置と、
該磁界発生装置により形成される磁界の向きを変化させる磁界方向調整装置と、
前記繊維が前記タンクに押し付けられる方向に当該繊維に対して通電する電圧印加装置と、
を備えることを特徴とするタンクへの繊維巻付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクへの繊維巻付け方法およびその装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、タンクの強度を向上させる等のために用いられる繊維を当該タンクに巻き付ける際の方法およびそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形等の圧力容器（本明細書ではこれら圧力容器をタンクと呼ぶ）の強度を向上させるため、ＦＷ法（フィラメントワインディング法）によりタンク外周にカーボン繊維を巻き付けることが行われている。また、タンク形状にストレート部（例えば円筒部分）とドーム部（例えば口金部付近の半球状部分）とがある場合、フープ巻き、ヘリカル巻き、あるいはフープ巻きからヘリカル巻きに繋ぐコンビを繰り返しながら繊維が巻き付けられる。
【０００３】
従来、このような繊維巻付けの際に用いられる手法（ＦＷ法）として、マンドレル（芯型）の位置を磁力で維持するもの、マンドレルの位置を可変制御するもの等が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開平３−１６９６１９号公報
【特許文献２】特開平６−３３９９９３号公報
【特許文献３】特開平６−１４３４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現状のＦＷ法では、上述のようなコンビやヘリカル巻きを行う際に繊維のすべりが生じる場合がある。また、高速ＦＷ機などを使ってタンクの回転スピードを上がると遠心力が大きくなって繊維が弛んだり、あるいはドーム部における引っ掛かり力が下がってさらにすべりやすくなったりする。
【０００５】
そこで、本発明は、繊維のすべりや弛みを抑制できるようにしたタンクへの繊維巻付け方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため、本発明者は種々の検討を行い、かかる課題の解決に結びつく技術を知見するに至った。本発明はかかる知見に基づくものであり、繊維の巻き付け対象たるタンクを磁界中に配置し、繊維がタンクに押し付けられる方向へと当該繊維に通電しながらこの繊維をタンクの外周に巻き付けるというタンクへの繊維巻付け方法である。
【０００７】
このように磁界中において繊維に通電した場合、当該繊維に一定方向への力が作用する（フレミングの左手の法則）。本発明ではこの力を利用して繊維をタンクに押し付けた状態を形成し、巻付け時における繊維のすべりや弛みを抑制する。
【０００８】
この場合、通電量を制御して繊維がタンクに押し付けられる力を調節することが好ましい。通電量の大小に応じて繊維がタンクへ押付けられる力を調節することが可能である。
【０００９】
また、磁界を発生させるための機器を回転自在とし、繊維が受ける力がタンクの中心軸を向くように調節することが好ましい。この場合には、タンクに対する繊維の相対的な巻付け方向に応じて磁界を発生させる機器を回転させることがさらに好ましい。例えば繊維を巻き付ける箇所が変わるにつれてタンク形状や繊維送り位置の相対位置が変化し、磁界中に送り出される繊維の角度が変わる場合がある。本発明によれば、このような場合に磁界を発生させるための機器を適宜回転させ、繊維の巻付け方向に応じて磁界の向きを調整することができる。
【００１０】
また、本発明ではタンクの口金部付近から繊維の巻付けを始めるようにしている。
【００１１】
さらに、本発明にかかるタンクへの繊維巻付け装置は、繊維の巻付け対象たるタンクのうち少なくとも繊維が巻き付けられる領域に磁界を形成する磁界発生装置と、該磁界発生装置により形成される磁界の向きを変化させる磁界方向調整装置と、繊維がタンクに押し付けられる方向に当該繊維に対して通電する電圧印加装置と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タンクに繊維を巻き付ける際における当該繊維のすべりや弛みを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１、図２に本発明にかかるタンクへの繊維巻付け方法およびその装置の実施形態を示す。本発明にかかるタンク２への繊維巻付け装置１は、磁界を形成する磁界発生装置４と、磁界の向きを変化させる磁界方向調整装置５と、繊維３に対して通電する電圧印加装置６とを備える装置である。
【００１５】
タンク２は、各種気体や液体を貯留可能な例えば円筒形等の圧力容器である（図１等参照）。タンク２の外形や構造は種々あるが、本実施形態のタンク２は当該タンク２のボディを構成する密閉円筒状の本体の一端に口金部が設けられた構造となっている（図１参照）。このようなタンク２には、例えば燃料電池システムにおいて利用される３５ＭＰａ〜７０ＭＰａ程度のガスを貯蔵可能な燃料ガス（水素ガス）用の圧力容器などが含まれる。また、タンク強度を向上させるため、当該タンク２の外周には例えばＦＷ法によって繊維３が巻き付けられる。
【００１６】
口金部は、例えばアルミニウムを含む金属などで形成され、タンク本体の半球状をした端壁部の中心に設けられている。また、この口金部の内周面に形成されためねじを介して、バルブアッセンブリ２ａが当該口金部にねじ込まれて着脱可能な状態で締結されるようになっている。
【００１７】
繊維３はタンク２の外周に巻き付けられて当該タンク２の強度を向上させるように機能する。本実施形態では例えばカーボン繊維のような導電性の樹脂含浸繊維をこの繊維３として用いている。繊維３はボビン７に巻かれた状態になっている（図２参照）。
【００１８】
磁界発生装置４は、繊維３の巻付け対象たるタンク２およびその周囲に磁界Ｂを形成するための装置である。例えば本実施形態では、タンク２を挟むように配置したＮ極とＳ極からなる一対の磁石をこの磁界発生装置４として用いている。より具体的な例を示せば、タンク２の口金部側の中心軸上にＳ極４２、反対側（底側）の中心軸上にＮ極４１をそれぞれ配置している（図１参照）。これにより、タンク２およびその周囲には底側から口金部側へと向かう磁界Ｂが形成されている。また、本実施形態ではタンク２の横断面よりも大きな面積の板状のＮ極４１、Ｓ極４２を用いることとし、当該タンク２のうち少なくとも繊維３が巻回される領域に磁界Ｂを形成するようにしている（図１参照）。
【００１９】
磁界方向調整装置５は、上述の磁界発生装置４により形成される磁界Ｂの向きを変化させるための装置である。このような磁界方向調整装置５はタンク２に対する磁界Ｂの相対的な向きを変化させるものであれば足り、一例として、上述した磁石（Ｎ極４１、Ｓ極４２）を可動式とした装置で構成することができる。例えば本実施形態では、タンク２の上方に配置した支持部材５１の両端にＮ極４１とＳ極４２とを固定するとともに、当該支持部材５１の略中心に設けられた鉛直回転軸５２を中心としてこの支持部材５１を回転可能としている（図１参照）。この鉛直回転軸５２を中心に支持部材５１を回転させると、支持部材５１の両端に固定されたＮ極４１とＳ極４２の位置が変わって磁束Ｂの向きが変化する。特に詳しく説明しないが、符号５３は鉛直回転軸５２および支持部材５１を回転させるためのアクチュエータである（図１参照）。また、磁界方向調整装置５はタンク２に繊維３を巻き付ける作業を阻害しないように構成されている。
【００２０】
電圧印加装置６は繊維３に対して通電するための装置である。例えば本実施形態では、繊維３の先端と、ボビン７に巻回されている繊維３の末端とに導線６２を接続して回路を形成し、導線６２の途中に設けた電源６１によって電圧を印加するようにしている（図２参照）。なお、タンク２に繊維３を巻き付ける際、繊維３の先端を少し余らした状態としてから巻き付け始めれば導線６２を巻き付けないで済む。
【００２１】
また、電圧印加装置６は、繊維３がタンク２に押し付けられる方向に当該繊維３に対して通電する。磁界Ｂ中に位置する繊維３に通電した場合、フレミングの左手の法則にしたがって当該繊維３に力が作用するので、繊維３がタンク２に押付けられるように通電する。例えば本実施形態の場合には、タンク２の底側から口金部側へと向かう磁界Ｂの中において、繊維３に末端から先端へと向かう方向の電流を流すことにより、およそ鉛直下向きの力Ｆを当該繊維３に作用させている（図１参照）。
【００２２】
ここで、磁界Ｂの中にある繊維３の長さをＬ、繊維３を流れる電流の向きと磁界Ｂの向きとのなす角度をθとすると、フレミングの左手の法則に従い繊維３に作用する力Ｆは
Ｆ＝ＩＢＬsinθ
となる。なお、ＩとＢはそれぞれ電流と磁界の大きさを表す。
【００２３】
また、特に詳しく図示していないが、タンク２に繊維３を巻き付けるための装置、例えばタンク２を回転させるための装置や繊維３に張力を与えるための装置は公知のもので足りる。図１では、タンク２を回転させる際の中心軸、および繊維３の送り経路の途中に設けたガイドのみをそれぞれ符号８，９で示している（図１参照）。
【００２４】
以上のような本実施形態の繊維巻付け装置１によれば、磁界Ｂ中において繊維３に通電することにより、当該繊維３にタンク２側への力Ｆを作用させながら巻き付けることが可能である。こうした場合、当該力Ｆを利用して繊維３をタンク２に押し付けて密着力を高めた状態とし、巻付け時における繊維３のすべりや弛みを抑制し、ひいては樹脂ライナの位置を制御することができる。
【００２５】
また、タンク２の外周に繊維３を巻き付ける際、例えば繊維３を巻き付ける箇所が変わるにつれてタンク形状や繊維送り位置（例えばガイド９の位置）の相対位置が変化し、磁界Ｂ中に送り出される繊維３の角度が変わる場合があるが、本実施形態の繊維巻付け装置１においては、このような場合に磁界方向調整装置５を利用して磁界Ｂの向きを適宜変化させ、繊維３の巻付け方向に応じて磁界Ｂの向きを調整することができる。これによれば、繊維３が受ける力Ｆが常にタンク２の中心軸を向くように調節し、繊維３をタンク２に押し付けた状態を維持することが可能である。
【００２６】
さらにこの繊維巻付け装置１においては、電圧印加装置６による繊維３への通電量を制御することによって当該繊維３がタンク２に押し付けられる力Ｆの大きさを調節することが可能である。さらには、磁石（Ｎ極４１、Ｓ極４２）の磁力の大きさを適宜変えることによって力Ｆの大きさを適宜調節することとしてもよい。このように繊維３をタンク２に押し付ける力（密着力）Ｆを適宜調節することにより、例えば高速ＦＷ機を利用して繊維３を高速で巻き付ける場合においても遠心力に打ち勝つ力Ｆを与えてすべりを極力抑制することが可能である。
【００２７】
ちなみに、本実施形態ではタンク２の口金部付近から繊維の巻付けを始めるようにしている。この場合、巻付けを始めた部分から繊維３の先端を上述したように少し余らした状態とし、導線６２および電源６１を含む回路を形成しておくようにする。
【００２８】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態における磁界方向調整装置５は、上述の磁界発生装置４により形成される磁界の向きを変化させる装置であったが、この他、タンク２の向きを変化させて磁界Ｂの向きを相対的に変化させるようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す繊維巻付け装置の斜視図である。
【図２】電圧印加装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…繊維巻付け装置、２…タンク、３…カーボン繊維（繊維）、４…磁界発生装置、５…磁界方向調整装置、６…電圧印加装置、Ｂ…磁界
【図１】
2009029006.tif 000003
【図２】
2009029006.tif 000004