(57)【要約】【課題】繊維強化樹脂シェルの白濁化と滞留ガスの放出音の発生を防止するガス容器製造方法、ガス容器製造装置、及びガス容器を提供する。【解決手段】ガス容器４の樹脂ライナ２の外面に樹脂を含浸させた強化繊維である含浸繊維Ｆｂを巻き付けて下巻き層を形成し、その下巻き層の上に樹脂が含浸されていない強化繊維である未含浸繊維Ｆａを巻き付けて上巻き層を形成する。そして、巻き付けにより下巻き層の含浸繊維Ｆｂから染み出した樹脂を上巻き層の未含浸繊維Ｆａに含浸させて、その後に、下巻き層と上巻き層の樹脂を硬化させて繊維強化樹脂シェル３を形成する。これにより、繊維強化樹脂シェル３の最外層に形成される樹脂層の厚さを薄くして、繊維強化樹脂シェル３のガス透過性を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス容器の樹脂ライナに強化繊維を巻き付けて、該強化繊維に含浸された樹脂を硬化させることにより、前記樹脂ライナの外面を覆う繊維強化樹脂シェルを成形するフィラメントワインディング成形法を用いたガス容器製造方法において、
前記強化繊維の樹脂含浸量が段階的又は連続的に減少するように調整しながら前記強化繊維を前記樹脂ライナに巻き付けることを特徴とするガス容器製造方法。
【請求項２】
ガス容器の樹脂ライナに強化繊維を巻き付けて、該強化繊維に含浸された樹脂を硬化させることにより、前記樹脂ライナの外面を覆う繊維強化樹脂シェルを成形するフィラメントワインディング成形法を用いたガス容器製造方法において、
前記樹脂ライナの外面に、前記樹脂を含浸させた強化繊維である含浸繊維を巻き付けて下巻き層を形成し、
該下巻き層の上に、樹脂が含浸されていない強化繊維である未含浸繊維を巻き付けて上巻き層を形成し、
前記巻き付けにより前記下巻き層から染み出した樹脂を前記上巻き層の強化繊維に含浸させることを特徴とするガス容器製造方法。
【請求項３】
ガス容器の樹脂ライナに強化繊維を巻きつけて、該強化繊維に含浸された樹脂を硬化させることにより、前記樹脂ライナの外面を覆う繊維強化樹脂シェルを成形するフィラメントワインディング成形法を用いたガス容器製造装置において、
前記樹脂ライナの外面に前記強化繊維を巻き付ける巻付手段と、
該巻付手段に前記強化繊維を供給する供給手段と、
該供給手段から前記巻付手段に供給される強化繊維の樹脂含浸量が段階的又は連続的に減少するように調整する含浸量調整手段と、
を備えることを特徴とするガス容器製造装置。
【請求項４】
前記含浸量調整手段は、
前記強化繊維を通過させた場合に前記強化繊維に樹脂を含浸させる含浸手段と、
該含浸手段に対する強化繊維の通過、又は非通過を選択的に切替可能な切替手段と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載のガス容器製造装置。
【請求項５】
樹脂ライナの外側が繊維強化樹脂シェルで覆われたガス容器において、
前記繊維強化樹脂シェルは、
前記樹脂ライナの外面に樹脂を含浸させた強化繊維である含浸繊維を巻き付けて下巻き層を形成し、該下巻き層の上に樹脂を含浸させていない強化繊維である未含浸繊維を巻き付けて上巻き層を形成し、前記巻き付けにより前記下巻き層から染み出した樹脂を前記上巻き層に含浸させ、前記下巻き層と上巻き層の樹脂を硬化させることによって形成されたことを特徴とするガス容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂ライナの外面が繊維強化樹脂シェルで覆われたガス容器を製造するガス容器製造方法、ガス容器製造装置、及びガス容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化樹脂（ＦＲＰ）は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と強化繊維とを一体化したものであり、軽量でかつ強度特性に優れていることから多くの分野で使用されている。用いられる熱硬化性樹脂の例としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができ、熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等を挙げることができる。強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を挙げることができる。
【０００３】
繊維強化樹脂を用いて中空状の成形品を作ることも行われており、その成形法の一つにフィラメントワインディング成形法がある。フィラメントワインディング成形法は、液状の未硬化樹脂を含浸した強化繊維である樹脂含浸繊維をマンドレルに巻き付けて、樹脂を加熱硬化させる方法である。
【０００４】
フィラメントワインディング成形法を用いて中空状の成形品を作る一例が特許文献１に記載されている。そこでは、樹脂ライナをマンドレルとして、フィラメントワインディング装置のマンドレル支持部に装着し、軸線周りに回転可能に支持する。そして、樹脂ライナを回転させ、樹脂ライナの外面に樹脂含浸繊維を巻き付けて樹脂ライナ全体を覆い、その後、樹脂を硬化させて、樹脂ライナの外面が繊維強化樹脂シェルで覆われた圧力容器を得ている。
【０００５】
このフィラメントワインディング成形法において、樹脂含浸繊維は、樹脂ライナに緊密に巻き付けて成形製品の十分な強度を得るべく、適当な張力で樹脂ライナの外面に巻き付けられる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０６１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、樹脂含浸繊維を適当な張力で引っ張りながら樹脂ライナの外面に巻き付けると、樹脂含浸繊維から未硬化の樹脂が染み出して繊維強化樹脂シェルの最外層に集中し、最外層に形成される樹脂層の厚みが増大する。そして、樹脂層の厚みが増大するのに応じて、繊維強化樹脂シェルを透過する滞留ガスのガス透過率が低くなる。
【０００８】
樹脂ライナ内に高圧ガスを充填するとその高圧ガスが樹脂ライナを透過して樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間に流れ込むが、上述のように繊維強化樹脂シェルのガス透過率が低い場合、樹脂ライナ内の高圧ガスを放出したとしても、樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間には高圧の滞留ガスが滞留する。
【０００９】
このような高圧の滞留ガスが滞留している状態で再び樹脂ライナに高圧ガスが充填されると、樹脂ライナが膨張して、高圧の滞留ガスにより繊維強化樹脂シェルに過大な圧力が加えられて、最外層の樹脂層に亀裂が生じ、繊維強化樹脂シェルが白濁化すると共に、滞留ガスが亀裂を通過して外部に放出され、その放出の際に放出音が発生するという問題を有する。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、繊維強化樹脂シェルの白濁化と滞留ガスの放出音の発生を防止するガス容器製造方法、ガス容器製造装置、及びガス容器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明のガス容器製造方法は、ガス容器の樹脂ライナに強化繊維を巻き付けて、強化繊維に含浸された樹脂を硬化させることにより、樹脂ライナの外面を覆う繊維強化樹脂シェルを成形するフィラメントワインディング成形法を用いたガス容器製造方法において、強化繊維の樹脂含浸量が段階的又は連続的に減少するように調整しながら強化繊維を樹脂ライナに巻き付けることを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、巻付始めから巻付終わりまで同一の樹脂含浸量で強化繊維を巻きつけた場合と比較して、樹脂ライナに巻き付けられた強化繊維から外側に染み出す未硬化状態の樹脂の量を低減することができ、繊維強化樹脂シェルの最外層に形成される樹脂層の厚さを薄くすることができる。
【００１３】
従って、繊維強化樹脂シェルのガス透過性を向上させることができ、樹脂ライナを透過して樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間に流れ込んだガスを、繊維強化樹脂シェルを透過させて外部に迅速に放出することができる。従って、樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間に高圧の滞留ガスが滞留するのを防ぎ、樹脂ライナ内に高圧ガスを充填した際に、繊維強化樹脂シェルの樹脂層が白濁化するのを防止すると共に、滞留ガスの放出音の発生を防ぐことができる。
【００１４】
また、本発明のガス容器製造方法は、ガス容器の樹脂ライナに強化繊維を巻き付けて、強化繊維に含浸された樹脂を硬化させることにより、樹脂ライナの外面を覆う繊維強化樹脂シェルを成形するフィラメントワインディング成形法を用いたガス容器製造方法において、樹脂ライナの外面に、樹脂を含浸させた強化繊維である含浸繊維を巻き付けて下巻き層を形成し、下巻き層の上に、樹脂が含浸されていない強化繊維である未含浸繊維を巻き付けて上巻き層を形成し、巻き付けにより下巻き層から染み出した樹脂を上巻き層の強化繊維に含浸させることを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、巻付始めから巻付終わりまで同一の樹脂含浸量で強化繊維を巻きつけた場合と比較して、樹脂ライナに巻き付けられた強化繊維から外側に染み出す未硬化状態の樹脂の量を低減することができ、繊維強化樹脂シェルの最外層に形成される樹脂層の厚さを薄くすることができる。
【００１６】
従って、繊維強化樹脂シェルのガス透過性を向上させることができ、樹脂ライナを透過して樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間に流れ込んだガスを、繊維強化樹脂シェルを透過させて外部に迅速に放出することができる。従って、樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間に高圧の滞留ガスが滞留するのを防ぎ、樹脂ライナ内に高圧ガスを充填した際に、繊維強化樹脂シェルの樹脂層が白濁化するのを防止すると共に、滞留ガスの放出音の発生を防ぐことができる。
【００１７】
本発明のガス容器製造装置は、ガス容器の樹脂ライナに強化繊維を巻きつけて、強化繊維に含浸された樹脂を硬化させることにより、樹脂ライナの外面を覆う繊維強化樹脂シェルを成形するフィラメントワインディング成形法を用いたガス容器製造装置において、樹脂ライナの外面に強化繊維を巻き付ける巻付手段と、巻付手段に強化繊維を供給する供給手段と、供給手段から巻付手段に供給される強化繊維の樹脂含浸量が段階的又は連続的に減少するように調整する含浸量調整手段とを備えることを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、強化繊維の樹脂含浸量を段階的又は連続的に減少するように調整しながら強化繊維を樹脂ライナに巻き付けることができる。従って、巻付始めから巻付終わりまで同一の樹脂含浸量で強化繊維を巻きつけた場合と比較して、樹脂ライナに巻き付けられた強化繊維から外側に染み出す樹脂の量を低減することができ、繊維強化樹脂シェルの最外層に形成される樹脂層の厚さを薄くすることができる。
【００１９】
従って、繊維強化樹脂シェルのガス透過性を向上させることができ、樹脂ライナを透過して樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間に流れ込んだガスを、繊維強化樹脂シェルを透過させて外部に迅速に放出することができる。従って、樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間に高圧の滞留ガスが滞留するのを防ぎ、樹脂ライナ内に高圧ガスを充填した際に、繊維強化樹脂シェルの樹脂層が白濁化するのを防止すると共に、滞留ガスの放出音の発生を防ぐことができる。
【００２０】
本発明の具体的な態様として、含浸量調整手段は、強化繊維を通過させた場合に強化繊維に樹脂を含浸させる含浸手段と、含浸手段に対する強化繊維の通過、又は非通過を選択的に切替可能な切替手段とを備えることとしてもよい。
【００２１】
本発明によれば、強化繊維を含浸手段に通過させるか否かを切替手段によって切り替えることができ、含浸手段の通過を選択した場合には、樹脂を含浸させた強化繊維である含浸繊維を巻付手段に供給することができ、含浸手段の非通過を選択した場合には、樹脂が含浸されていない強化繊維である未含浸繊維を巻付手段に供給することができる。
【００２２】
従って、含浸繊維を樹脂ライナの外面に巻き付けて下巻き層を形成し、その下巻き層の上に未含浸繊維を巻き付けて上巻き層を形成することができる。そして、下巻き層から染み出した樹脂を上巻き層の強化繊維に含浸させて、下巻き層と上巻き層の樹脂の硬化により繊維強化樹脂シェルを形成することができる。
【００２３】
従って、上巻き層から染み出す樹脂の量を低減することができ、繊維強化樹脂シェルの最外層に形成される樹脂層の厚さを薄くすることができる。従って、繊維強化樹脂シェルのガス透過性を向上させることができ、樹脂ライナを透過して樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間に流れ込んだガスを、繊維強化樹脂シェルを透過させて外部に迅速に放出することができる。従って、樹脂ライナと繊維強化樹脂シェルとの間に滞留ガスが滞留するのを防ぎ、樹脂ライナ内に高圧ガスを充填した際に、繊維強化樹脂シェルの樹脂層が白濁化するのを防止すると共に、滞留ガスの放出音の発生を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、繊維強化樹脂シェルの最外層に形成される樹脂層の厚さを薄くすることができ、繊維強化樹脂シェルのガス透過性を向上させ、樹脂ライナへのガス充填時に滞留ガスに起因して繊維強化樹脂シェルに亀裂が発生するのを抑え、繊維強化樹脂シェルの白濁化及び滞留ガスの放出音の発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１は、ガス容器製造装置１の構成を説明する図である。
【００２６】
本発明のガス容器製造装置１は、ガス容器４の樹脂ライナ２に強化繊維Ｆを巻き付けて、強化繊維Ｆに含浸された樹脂を硬化させることにより、樹脂ライナ２の外面を覆う繊維強化樹脂シェル３を成形するフィラメントワインディング成形法を用いた装置であり、樹脂ライナ２の外面に強化繊維Ｆを巻き付ける巻付装置（巻付手段）１１と、巻付装置１１に強化繊維Ｆを供給するクリールスタンド（供給手段）２１と、クリールスタンド２１から巻付装置１１に供給される強化繊維Ｆの樹脂含浸量を調整する含浸量調整装置（含浸量調整手段）３１を有する。
【００２７】
巻付装置１１は、ガス容器４の樹脂ライナ２を着脱可能に装着して軸線周りに回転可能に支持し、その樹脂ライナ２を回転機構１３により回転させながら、案内機構１４の案内部１４ａを樹脂ライナ２に対して相対的に往復移動させて、強化繊維Ｆを案内し、樹脂ライナ２の外面に巻き付ける構成を有する。強化繊維Ｆは、樹脂ライナ２の回転によって張力が与えられ、樹脂ライナ２の外面に緊密に巻き付けられる。
【００２８】
巻付装置１１には、樹脂ライナ２の外面に巻き付けられた強化繊維Ｆを加熱して強化繊維Ｆに含浸されている未硬化状態の樹脂を硬化させるための遠赤外線ヒータ１５と、遠赤外線ヒータ１５で加熱された強化繊維Ｆの温度を検出する非接触式の加熱温度計１６が設けられている。
【００２９】
クリールスタンド２１には、複数個のボビン２２が着脱自在にセットされている。ボビン２２には、樹脂が含浸されていない強化繊維Ｆである未含浸繊維Ｆａが巻回されている。本実施の形態では、未含浸繊維Ｆａとして、熱硬化性のマトリックス樹脂を含浸させる前の、いわばドライな状態のカーボン繊維が巻回されている。カーボン繊維は、複数本からなる繊維束をバインダ樹脂で軽く接着して扁平なシート状としたものが用いられており、ボビン２２からテンショナー２３を介して巻き出されるようになっている。クリールスタンド２１と含浸量調整装置３１との間には、クリールスタンド２１から巻き出された未含浸繊維Ｆａの張力を測定する張力計２４が設けられている。
【００３０】
含浸量調整装置３１は、クリールスタンド２１から巻き出された未含浸繊維Ｆａを通過させた場合に樹脂を含浸させるレジンバス（含浸手段）３２と、レジンバス３２に対する未含浸繊維Ｆａの通過、又は非通過を選択的に切替可能な切替機構（切替手段）３３とを備える。
【００３１】
レジンバス３２は、未硬化である液状のマトリックス樹脂を貯留しており、このマトリックス樹脂を未含浸繊維Ｆａに含浸させて含浸繊維Ｆｂとする構成を有する。レジンバス３２には、含浸繊維Ｆｂの樹脂層の厚さを測定する樹脂層厚測定器３２ａと、レジンバス３２内の温度を検出してマトリックス樹脂の粘度管理を行うための樹脂温度計３２ｂが設けられている。
【００３２】
切替機構３３は、クリールスタンド２１から巻き出された強化繊維Ｆが掛け渡される複数個のローラ３３ａ〜３３ｃを備えており、これらのローラ３３ａ〜３３ｃを制御することによって、強化繊維Ｆをレジンバス３２内に通過させるか否かを選択的に切り替えることができる。
【００３３】
切替機構３３は、通過の選択により、強化繊維Ｆをレンジバス３２内に通過させて未含浸繊維Ｆａにマトリックス樹脂を含浸させて含浸繊維Ｆｂとし、その含浸繊維Ｆｂを巻付装置１１に供給することができる。また、非通過の選択により、強化繊維Ｆをレジンバス３２内に通過させず、未含浸繊維Ｆａのまま巻付装置１１に供給することができる。従って、切替機構３３の切り替えによって、巻付装置１１に未含浸繊維Ｆａと含浸繊維Ｆｂのいずれか一方を選択して供給することができる。
【００３４】
樹脂ライナ２は、繊維強化樹脂シェル３と協働してガス容器４の容器本体を構成するものであって、高密度ポリエチレン等の樹脂材料によって作られており、円筒状の胴部と、胴部の両側を閉塞する椀状の前端部及び後端部が一体に形成された略樽状の外形を有する。そして、前端部には口金２ａが取り付けられ、後端部にはエンドボス２ｂが取り付けられている。
【００３５】
樹脂ライナ２は、口金２ａとエンドボス２ｂがガス容器製造装置１に支持され、回転機構によって長軸周りに回転され、強化繊維Ｆがその外周に巻き付けられる。強化繊維Ｆの樹脂ライナ２への巻付工程において、必要に応じて、樹脂ライナ２の内部に加圧ポンプＰから加圧気体を供給してもよい。
【００３６】
加熱温度計１６、張力計２４、樹脂層厚測定器３２ａ、樹脂温度計３２ｂの各測定信号は、制御部４０に入力される。制御部４０は、これら各センサからの測定信号に基づいて、樹脂ライナ２の回転速度、案内部１４ａの移動速度等の各種制御を行い、ガス容器４が所望の規格を具備するようにする。制御部４０は、ＣＰＵ、メモリ、Ｉ／Ｏ等を備えており、例えばシーケンスプログラムコンピュータ等によって構成される。
【００３７】
次に、上記ガス容器製造装置１の動作制御について以下に説明する。なお、以下の制御は制御部４０によって実行される。
【００３８】
ガス容器製造装置１は、強化繊維Ｆの樹脂含浸量が段階的又は連続的に減少するように調整しながら強化繊維Ｆを樹脂ライナ２に巻き付ける。具体的には、まず、クリールスタンド２１のボビン２２から巻き出された強化繊維Ｆを、含浸量調整装置３１の切替機構３３によってレジンバス３２内を通過させて含浸繊維Ｆｂとし、巻付装置１１に供給して、下巻き層を形成する。そして、含浸量調整装置３１の切替機構３３によって強化繊維Ｆをレジンバス３２内を通過させずに、未含浸繊維Ｆａのまま巻付装置１１に供給して、上巻き層を形成する。
【００３９】
本実施の形態では、総巻き数の８割から９割の含浸繊維Ｆｂを樹脂ライナ２に巻き付けて下巻き層を形成し、その下巻き層の上に、総巻き数の残り分の未含浸繊維Ｆａを巻きつけて上巻き層を形成する。
【００４０】
含浸繊維Ｆｂ及び未含浸繊維Ｆａの巻き付けにより、下巻き層の含浸繊維Ｆｂから未硬化の樹脂が染み出して、上巻き層の未含浸繊維Ｆａに含浸される。その後に、遠赤外線ヒータ１５で加熱して下巻き層と上巻き層の樹脂を硬化させ、繊維強化樹脂シェル３を形成する。
【００４１】
上記のガス容器製造方法によれば、先に含浸繊維Ｆｂを巻き付け、その上に未含浸繊維Ｆａを巻き付けて、強化繊維Ｆの樹脂含浸量が段階的に減少するように調整しながら強化繊維Ｆを樹脂ライナ２に巻き付けている。これにより、含浸繊維Ｆｂを巻き付けた下巻き層を形成し、その下巻き層の上に未含浸繊維Ｆａを巻きつけた上巻き層を形成し、下巻き層の含浸繊維Ｆｂから染み出した未硬化の樹脂を、上巻き層の未含浸繊維Ｆａに含浸させることができる。
【００４２】
従って、従来のように巻付始めから巻付終わりまで同一の樹脂含浸量で強化繊維を巻きつけた場合と比較して、上巻き層から外側に染み出す樹脂の量を低減することができ、繊維強化樹脂シェル３の最外層に形成される樹脂層の厚さを薄くすることができ、繊維強化樹脂シェル３のガス透過性を向上させることができる。
【００４３】
従って、樹脂ライナ２を透過して樹脂ライナ２と繊維強化樹脂シェル３との間に流れ込んだガスを、繊維強化樹脂シェル３を透過させて外部に迅速に放出することができる。その結果、樹脂ライナ２と繊維強化樹脂シェル３との間に滞留ガスが滞留するのを防ぎ、樹脂ライナ２内に高圧ガスを充填した際に、繊維強化樹脂シェル３の樹脂層が白濁化するのを防止すると共に、滞留ガスの放出音の発生を防ぐことができる。
【００４４】
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上述の実施の形態では、下巻き層を総巻き数の８割〜９割とした場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、下巻き層である含浸繊維Ｆｂから染み出した未硬化の樹脂を、上巻き層である未含浸繊維Ｆａに含浸させることができ、最外層に形成される樹脂層の厚さを薄くできるものであればよい。
【００４５】
また、上述の実施の形態では、含浸量調整装置３１において含浸繊維Ｆｂから未含浸繊維Ｆａに切り替えて強化繊維Ｆの樹脂含浸量を有から無に減少させる場合を例に説明したが、含浸繊維Ｆｂの樹脂含浸量を更に段階的に減少させるように調整しながら巻き付けてもよく、また、含浸繊維Ｆｂの樹脂含浸量を連続的に減少させるように調整しながら巻き付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ガス容器製造装置の構成を説明する図。
【符号の説明】
【００４７】
１  ガス容器製造装置
２  樹脂ライナ
３  繊維強化樹脂シェル
４  ガス容器
１１  巻付装置（巻付手段）
２１  クリールスタンド（供給手段）
２２  ボビン
３１  含浸量調整装置（含浸量調整手段）
３２  レジンバス（含浸手段）
３３  切替機構（切替手段）
【図１】
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