JP2007313697A - 繊維束の開繊装置、繊維束の開繊方法及び圧力容器 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維束の開繊装置及び繊維束の開繊方法において、繊維束の繊維をより分散させて、繊維束の繊維を更に開繊させることである。
【解決手段】繊維束１２の方向に略直交して配置され、繊維束１２と接触する接触面を含むガイド部１４と、ガイド部１４を挟んで配置され、繊維束１２をガイド部１４の接触面に押圧する第１押圧部１６と第２押圧部１８とを備える繊維束の開繊装置１０であって、ガイド部１４は、ガイド部１４を超音波振動させる超音波振動発生装置を有する。ガイド部１４は、複数のボビンから供給される複数の繊維束１２を接触面で開繊した後、開繊した繊維を組にする。また、ガイド部の接触面が、凸面であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維束の開繊装置、繊維束の開繊方法及び圧力容器であって、特に、繊維束の方向に略直交して配置され、繊維束と接触する接触面を含むガイド部と、ガイド部を挟んで配置され、繊維束をガイド部の接触面に押圧する第１押圧部と第２押圧部とを備える繊維束の開繊装置、繊維束の開繊方法及び圧力容器に関する。

圧縮水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等を貯蔵する、例えば、車両用高圧タンク等の圧力容器には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化樹脂複合材料が用いられる。

繊維強化複合材料の成形には、例えば、フィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ：ＦＷ）法等が使用される。フィラメントワインディング法は、例えば、ボビン等から送り出された繊維束を開繊させた後、樹脂含浸装置等により開繊した繊維に樹脂を含浸させて、樹脂含浸した繊維を圧力容器用の樹脂ライナ等に連続して巻き付けることにより繊維強化複合材料を成形する方法である。

ここで、特許文献１には、フィラメントワインディング法を用いて、繊維強化プラスチックで外殻を製造した圧力容器が示されている。具体的には、炭素繊維等の補強繊維束をガイドロールへ通して概ね所定断面形状に引き揃えてから樹脂含浸バスで樹脂を含浸し、樹脂含浸された補強繊維束を回転している内殻に所定の角度で巻き付けていくことにより外殻を製造することが示されている。

特開平９−２８０４９６号公報

ここで、繊維束の繊維を上記ガイドロール等のガイドで分散させて開繊する場合には、繊維とガイドとの摩擦等により繊維の分散が抑制される場合がある。そのため、繊維束の繊維が十分に開繊しない場合がある。また、繊維束として予め樹脂を繊維に含浸させたプリプレグを用いた場合には、プリプレグの樹脂は一般的に半硬化しているため樹脂粘度が高く、繊維の分散が抑制される場合がある。そのため、プリプレグの繊維が、十分に開繊しない場合がある。

そこで、本発明の目的は、繊維束の繊維をより分散させて、繊維束の繊維を更に開繊させる繊維束の開繊装置、繊維束の開繊方法及び圧力容器を提供することである。

本発明に係る繊維束の開繊装置は、繊維束の方向に略直交して配置され、繊維束と接触する接触面を含むガイド部と、ガイド部を挟んで配置され、繊維束をガイド部の接触面に押圧する第１押圧部と第２押圧部とを備える繊維束の開繊装置であって、ガイド部は、ガイド部を超音波振動させる超音波振動発生装置を有することを特徴とする。

本発明に係る繊維束の開繊装置において、ガイド部は、複数のボビンから供給される複数の繊維束を接触面で開繊した後、開繊した繊維を組にすることを特徴とする。

本発明に係る繊維束の開繊装置において、ガイド部の接触面が、凸面であることを特徴とする。

本発明に係る繊維束の開繊装置において、凸面が、円弧形状であることを特徴とする。

本発明に係る繊維束の開繊方法は、繊維束の方向に略直交して配置され、繊維束と接触する接触面を含むガイド部と、ガイド部を挟んで配置され、繊維束をガイド部の接触面に押圧する第１押圧部と第２押圧部とを備える繊維束の開繊装置で繊維束を開繊する繊維束の開繊方法であって、ガイド部は、ガイド部を超音波振動させる超音波振動発生装置を有し、ガイド部を超音波振動させて、繊維束を開繊することを特徴とする。

本発明に係る繊維束の開繊方法において、ガイド部は、複数のボビンから供給される複数の繊維束を接触面で開繊した後、開繊した繊維を組にすることを特徴とする。

本発明に係る繊維束の開繊方法において、ガイド部の接触面が、凸面であることを特徴とする。

本発明に係る繊維束の開繊方法において、凸面が、円弧形状であることを特徴とする。

本発明に係る圧力容器は、繊維束の方向に略直交して配置され、繊維束と接触する接触面を含むガイド部と、ガイド部を挟んで配置され、繊維束をガイド部の接触面に押圧する第１押圧部と第２押圧部とを備える繊維束の開繊装置で繊維束を開繊する繊維束の開繊方法あって、ガイド部は、ガイド部を超音波振動させる超音波振動発生装置を有し、ガイド部を超音波振動させて、繊維束を開繊して製造されることを特徴とする。

上記のように本発明に係る繊維束の開繊装置、繊維束の開繊方法及び圧力容器によれば、繊維束の繊維をより分散させて、繊維束の繊維を更に開繊することができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、繊維束の開繊装置１０の構成を示す模式図である。繊維束の開繊装置１０は、繊維束１２の方向に略直交して配置され、繊維束１２と接触する接触面を含むガイド部１４と、ガイド部１４を挟んで配置され、繊維束１２をガイド部１４の接触面に押圧する第１押圧部１６と第２押圧部１８とを備えている。

繊維束１２の繊維には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、繊維には、炭素繊維に限定されることはなく、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。

繊維束１２には、繊維径が、例えば、１μｍから５μｍの単繊維であるフィラメントを束ねたヤーン、ストランド、ロービング等を用いることができる。炭素繊維を用いた繊維束１２には、例えば、炭素繊維フィラメントを１万本〜５万本束ねた炭素繊維ストランドを用いることができる。勿論、他の条件次第では、繊維束１２は、これらに限定されることはない。

繊維束１２には、予め繊維に樹脂を含浸させたプリプレグを使用することができる。そして、プリプレグの樹脂には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂または不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。

繊維束１２は、例えば、図示されないクリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等に設けられた繊維束１２を巻き付けたボビン等から送り出されて、所定の張力に調整されて供給される。そして、複数のボビン等から複数の繊維束１２が供給される。勿論、他の条件次第では、繊維束１２の本数は、複数に限定されることはなく、１本でもよい。

ガイド部１４は、繊維束１２の方向に略直交して配置される。ガイド部１４を繊維束１２の方向に対して略直交して配置するのは、ボビン等から供給される繊維束１２を開繊して、所定の繊維幅に調整するためである。勿論、他の条件次第では、ガイド部１４の配置は、上記配置に限定されることはない。

第１押圧部１６からガイド部１４までの距離Ｒ_ａは、０．９Ｒ’以上１．１Ｒ’以下（Ｒ’±１０％）とすることが好ましい。ここでＲ’は、図１に示すように、第１押圧部１６と第２押圧部１８とを結んだ線に対するガイド部１４の高さをＲ’/２として求めることができる。勿論、他の条件次第では、第１押圧部１６からガイド部１４までの距離Ｒ_ａは、上記距離に限定されることはない。

第２押圧部１８からガイド部１４までの距離Ｒ_ｂは、０．９Ｒ’以上１．１Ｒ’以下（Ｒ’±１０％）とすることが好ましい。ここでＲ’は、同様にして、第１押圧部１６と第２押圧部１８とを結んだ線に対するガイド部１４の高さをＲ’/２として求めることができる。勿論、他の条件次第では、第２押圧部１８からガイド部１４までの距離Ｒ_ｂは、上記距離に限定されることはない。また、第２押圧部１８からガイド部１４までの距離Ｒ_ｂは、上述した第１押圧部１６からガイド部１４までの距離Ｒ_ａと同じとしてもよいし、異なるようにしてもよい。

ガイド部１４は、繊維束１２と接触する接触面を有するガイド部材を備えている。図２は、ガイド部１４における繊維束１２の方向と略直交方向の断面を示す図である。図２（Ａ）または図２（Ｂ）に示すように、ガイド部材２０，２４における接触面は、凸面２２，２６であることが好ましい。図２（Ａ）に示すように、ガイド部材２０には、ガイド部材２０の全体に凸面２２を設けることができる。また、図２（Ｂ）に示すように、ガイド部材２４には、ガイド部材２４の一部に凸面２６を設けてもよい。勿論、他の条件次第では、ガイド部材における接触面は、凸面に限定されることはない。

また、ガイド部材２０，２４における繊維束１２方向の断面形状は、略円形状が好ましい。勿論、他の条件次第では、ガイド部材２０，２４における繊維束１２方向の断面形状は、略円形状に限定されることはない。

ガイド部１４において、繊維束１２と接触する接触面を凸面２２，２６とすることが好ましいのは、繊維束１２を第１押圧部１６と第２押圧部１８とで凸面２２，２６に押圧することにより、繊維束１２の各々繊維に対して開繊させる方向に力を作用させるためである。図３は、ガイド部１４の凸面２２に押圧された繊維束１２に作用する力を示す図である。繊維束１２と接触する接触面を凸面２２とすることにより、繊維束１２の各々繊維には、図３の矢印２７に示すように、各々繊維を外側に分散させて、繊維幅を拡幅させる方向の力を作用させることができる。

再び、図２に戻り、ガイド部材２０，２４における繊維束１２と接触する凸面２２，２６は、円弧形状であることが好ましい。繊維束１２の各々繊維について、第１押圧部１６からガイド部１４までの距離Ｒ_aを略同じとすることができるからである。そして、繊維束１２の各々繊維について、第１押圧部１６からガイド部１４までの距離Ｒ_aを略同じとすることで、各々繊維に作用する張力を、略同じとすることができるからである。

また、ガイド部材２０，２４における繊維束１２と接触する凸面２２，２６を円弧形状とすることにより、繊維束１２の各々繊維について、第２押圧部１８からガイド部１４までの距離Ｒ_ｂを略同じとすることができ、各々繊維に作用する張力を略同じとすることができる。勿論、他の条件次第では、ガイド部材２０，２４における繊維束１２と接触する凸面２２，２６は、円弧形状に限定されることはない。

プレート２８，３０は、開繊された繊維の繊維幅を調整するためにガイド部１４に配置される。プレート２８，３０は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、ガイド部材２０、２４の両端に設けられる。プレート２８，３０は、可動できるようにボルト等によりガイド部材２０，２４に取り付けられる。一方のプレート２８と他方のプレート３０との間隔を定めることにより、開繊された繊維の繊維幅を規定することができる。

そして、各々プレート２８，３０を可動させて一方のプレート２８と他方のプレート３０との間隔を広くすることにより、開繊された繊維の繊維幅を広くして拡幅することができる。また、各々プレート２８，３０を可動させて一方のプレート２８と他方のプレート３０との間隔を狭くすることにより、開繊された繊維の繊維幅を狭くして狭幅することができる。これにより、複数の繊維束１２から開繊された繊維を所定の繊維幅の組にして送り出すことができる。例えば、５本の繊維束１２からそれぞれ開繊された繊維を集約することにより、１つの繊維の組として供給することができる。

ガイド部材２０，２４やプレート２８，３０は、例えば、耐食性を有するステンレス鋼等の金属材料で製造されることが好ましい。勿論、他の条件次第では、ガイド部材２０，２４やプレート２８，３０は、金属材料に限定されることはなく、セラミックス等の無機材料や樹脂材料等で製造されてもよい。

再び、図１に戻り、第１押圧部１６と第２押圧部１８とは、ガイド部１４を挟んで配置され、繊維束１２をガイド部１４の接触面に押圧する機能を有している。そして、接触面が凸面である場合には、繊維束１２をガイド部１４におけるガイド部材の凸面に押圧することにより、上述したように、繊維束１２の各々繊維に対して、繊維束１２の繊維を分散させて繊維束１２を開繊させる方向の力を作用させることができる。

第１押圧部１６には、ガイド部１４と同様に、繊維束１２と接触する凸面を有する凸型のガイド部材等を用いることが好ましい。勿論、他の条件次第では、第１押圧部１６のガイド部材は凸型に限定されることはない。また、第１押圧部１６のガイド部材における繊維束１２方向の断面形状は、円形状が好ましい。

第１押圧部１６におけるガイド部材は、繊維束１２を送り出すために反時計回りに回転することが好ましい。勿論、他の条件次第では、第１押圧部１６におけるガイド部材は、時計回りに回転してもよいし、固定されていてもよい。第１押圧部１６におけるガイド部材等は、例えば、耐食性を有するステンレス鋼等の金属材料で製造されることが好ましい。勿論、他の条件次第では、第１押圧部１６におけるガイド部材等は、金属材料に限定されることはなく、セラミックス等の無機材料や樹脂材料等で製造されてもよい。

また、第１押圧部１６には、上述したガイド部材の代わりに、クリールスタンド等に配置される、繊維束１２を巻き付けたボビン等を用いてもよい。第１押圧部１６としてボビンを用いた場合でも、繊維束１２をガイド部１４の接触面に押圧することができるからである。

第２押圧部１８には、開繊された繊維と接触する凹面を含むガイド部材を有することが好ましい。図４は、第２押圧部１８における開繊された繊維と略直交方向の断面を示す図である。第２押圧部１８におけるガイド部材３２の凹面３４に、ガイド部１４で開繊された繊維３６を押圧して接触させることにより、図４の中の矢印３７に示すように、開繊された繊維３６に対して繊維を集約する方向に力を作用させることができるからである。それにより、開繊された繊維と繊維との間隔をより狭くすることができる。勿論、他の条件次第では、第２押圧部１８におけるガイド部材３２は、凹型のガイド部材に限定されることはない。また、第２押圧部１８におけるガイド部材３２の繊維方向の断面形状は、円形状が好ましい。

第２押圧部１８におけるガイド部材３２は、開繊された繊維を送り出すために反時計回りに回転することが好ましい。勿論、他の条件次第では、第２押圧部１８におけるガイド部材３２は、時計回りに回転してもよいし、固定されていてもよい。第２押圧部１８におけるガイド部材３２等は、例えば、耐食性を有するステンレス鋼等の金属材料で製造されることが好ましい。勿論、他の条件次第では、第２押圧部１８におけるガイド部材等は、金属材料に限定されることはなく、セラミックス等の無機材料や樹脂材料等で製造されてもよい。

また、第２押圧部１８には、上述したガイド部材の代わりに、フィラメントワインディング装置で樹脂含浸した繊維を巻き付けるマンドレルや圧力容器用ライナ等を用いてもよい。第２押圧部１８としてマンドレルや圧力容器用ライナを用いた場合でも、繊維束１２をガイド部１４の接触面に押圧することができるからである。

ここで、ガイド部１４は、ガイド部１４を超音波振動させるために、図示されない超音波振動発生装置を有している。ガイド部１４を超音波振動させるのは、繊維束１２の各々繊維を接触面で超音波振動により振動させて繊維束１２を更に開繊させるためである。また、ガイド部１４の接触面を凸面とした場合には、上述したように繊維束１２の各々繊維には、外側に分散させて繊維幅を拡幅する方向に力が作用しているため、超音波振動により振動させることとで更に繊維束１２を開繊することができる。また、繊維束１２にプリプレグを使用した場合には、プリプレグを超音波振動により振動させてプリプレグに含まれる樹脂に熱エネルギを与えることにより、樹脂粘度を下げてプリプレグに含まれる各々繊維を開繊することができる。

超音波振動発生装置は、高周波の電気信号を出力する発振器と、発振器が出力した電気信号を機械的振動に変換する超音波振動子と、超音波振動子で発生した機械的振動の振幅を増幅するホーンとを備えている。勿論、超音波振動発生装置には、発振器、超音波振動子、ホーンだけでなく他の機器を備えていてもよい。そして、超音波振動発生装置には、超音波応用機器等で用いられている一般的な超音波振動発生装置を使用することができる。超音波振動発生装置は、ガイド部１４におけるガイド部材２０の内部に設けることができる。勿論、他の条件次第では、超音波振動発生装置の配置は、ガイド部材２０の内部に限定されることはない。

超音波振動の振幅は、繊維束１２の単繊維における繊維径の０．０１倍以上１００倍以下とすることが好ましい。例えば、単繊維の繊維径が５μｍの場合には、超音波振動の振幅は、０．０５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。超音波振動の振幅が単繊維における繊維径の０．０１倍以上であるのは、超音波振動の振幅が単繊維における繊維径の０．０１倍よりも小さいと繊維束１２の各々繊維を分散させて開繊することができない場合があるからである。また、超音波振動の振幅が単繊維における繊維径の１００倍以下であるのは、超音波振動の振幅を単繊維における繊維径の１００倍より大きくしても、繊維束１２の各々繊維がそれ以上開繊しない場合があるからである。勿論、他の条件次第では、超音波振動の振幅は、上記範囲に限定されることはない。

超音波振動の振動数は、繊維束１２の巻き速度と外気温度とを含むパラメータにより制御されることが好ましい。超音波振動の振動数が繊維束１２の巻き速度と外気温度とを含むパラメータとして制御されるのは、繊維束１２としてプリプレグを使用した場合に、プリプレグに含まれる樹脂に与える熱エネルギ量を調節するためである。そして、プリプレグを超音波振動させて樹脂に熱エネルギを供給することにより、樹脂の温度を高めて樹脂粘度を低下させることができる。このように、超音波振動の振動数を繊維束１２の巻き速度と外気温度との関数として制御することにより、プリプレグに含まれる樹脂の樹脂粘度を下げて繊維束１２の各々繊維を分散させやすくして、繊維束１２を開繊することができる。勿論、他の条件次第では、超音波振動の振動数は、繊維束１２の巻き速度や外気温度以外の要素についてもパラメータとして制御されてもよい。

超音波振動の振動数は、繊維束１２の巻き速度が速い場合には、振動数が大きくなるように制御される。超音波振動の振動数を小さくすると樹脂に供給される熱エネルギ量が小さくなり、樹脂温度の上昇が抑えられるため樹脂粘度を十分に低下させることができない場合があるからである。また、超音波振動の振動数は、繊維束１２の巻き速度が遅い場合には、振動数が小さくなるように制御される。超音波振動の振動数を大きくすると樹脂に供給されるエネルギ量が大きくなり、樹脂温度が高くなるので樹脂の硬化が進行する場合があるからである。

超音波振動の振動数は、外気温度が低い場合には、振動数が大きくなるように制御される。超音波振動の振動数を小さくすると樹脂に供給される熱エネルギ量が小さくなり、樹脂温度の上昇が抑えられるため樹脂粘度を十分に低下させることができない場合があるからである。また、超音波振動の振動数は、外気温度が高い場合には、振動数が小さくなるように制御される。超音波振動の振動数を大きくすると樹脂に供給される熱エネルギ量が大きくなり、樹脂温度が高くなるので樹脂の硬化が進行する場合があるからである。

超音波振動における振動数の制御は、一般的な制御方法により行うことができる。超音波振動の振動数は、樹脂温度が樹脂の硬化反応開始温度よりも低い温度となるように制御される。樹脂温度が樹脂の硬化反応開始温度よりも高い場合には、樹脂の硬化が進行するからである。また、超音波振動の振動数は、樹脂粘度がより低くなるように制御される。樹脂粘度をより低くなるように制御することにより、プリプレグに含まれる各々繊維を更に分散させて開繊することができるからである。

図５は、図２（Ａ）に示すガイド部１４を超音波振動させて繊維束１２を開繊した状態を示す図である。そして、図６は、図２（Ｂ）に示すガイド部１４を超音波振動させて繊維束１２を開繊した状態を示す図である。図５及び図６に示すように、ガイド部１４を超音波振動させることにより、繊維束１２の各々繊維を振動させて繊維束１２の繊維をより分散させることにより、繊維束１２を更に開繊することができる。そして、繊維束１２の各々繊維は、ガイド部材２０，２４の接触面である凸面２２，２６と接触しているため、繊維束１２の各々繊維にガイド部１４の超音波振動を容易に伝えることができる。

上記構成では、１個のガイド部１４を備える繊維束の開繊装置１０について説明したが、繊維束の開繊装置には、複数個のガイド部を設けることができる。図７は、複数個のガイド部を備える繊維束の開繊装置４０，５０を示す図である。

図７（Ａ）に示す繊維束の開繊装置４０は、第１押圧部１６と第２押圧部１８との間に、２個のガイド部４２，４４を備えている。第１押圧部１６から送り出される繊維束１２は、第１押圧部１６と第２押圧部１８とにより各々ガイド部４２，４４の接触面に押圧されて超音波振動させることにより開繊される。

図７（Ｂ）に示す繊維束の開繊装置５０は、第１押圧部１６と第２押圧部１８との間に、２個のガイド部５２，５４を備えている。第１押圧部１６から送り出される繊維束１２は、第１押圧部１６とガイド部５４とによりガイド部５２の接触面に押圧されて超音波振動させることにより開繊され、ガイド部５２と第２押圧部１８とによりガイド部５４の接触面に押圧されて超音波振動させることにより開繊される。そのため、図７（Ｂ）に示す繊維束の開繊装置５０では、ガイド部５２は第１押圧部としての機能も有し、ガイド部５４は第２押圧部としての機能も有している。

このように、第１押圧部１６と第２押圧部１８との間に複数個のガイド部４２，４４，５２，５４を設けた繊維束の開繊装置４０，５０によれば、繊維幅をより大きくする場合において、段階的に繊維束１２を開繊することにより、より均一に所定の繊維幅まで開繊することができる。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す繊維束の開繊装置４０，５０では、第１押圧部１６と第２押圧部１８との間に各々２個のガイド部４２，４４，５２，５４を備えているが、勿論、ガイド部の個数は２個に限定されることはなく、例えば、３個や５個でもよい。

上記構成によれば、ガイド部を超音波振動させることにより、繊維束の各々繊維をガイド部の接触面でより分散させて、繊維束を更に開繊することができる。そして、繊維束を更に開繊することにより、繊維と繊維との重なりを抑制することができる。

上記構成によれば、ガイド部の接触面を凸面とすることにより、繊維束の各々繊維をガイド部の凸面でより分散させて、繊維束を更に開繊することができる。

上記構成によれば、繊維束がプリプレグである場合でも、ガイド部を超音波振動させてプリプレグに含まれる樹脂の樹脂粘度を下げることにより、プリプレグに含まれる各々繊維をガイド部の接触面でより分散させて、繊維束を更に開繊することができる。また、ガイド部の接触面を凸面とすることにより、プリプレグに含まれる各々繊維をガイド部の凸面でより分散させて、繊維束を更に開繊することができる。

以下に図面を用いて本発明に係る他の実施の形態に付き、詳細に説明する。図８は、圧力容器を製造するための繊維強化複合材料成形装置６０の構成を示す図である。圧力容器は、上記構成における繊維束の開繊装置１０で繊維束１２を開繊して製造される。なお、同様な要素は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

繊維供給装置６２は、炭素繊維ストランド等の繊維束１２を送り出す機能を有している。繊維供給装置６２には、例えば、クリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等を用いることができる。繊維供給装置６２は、繊維束１２を巻き付けるための複数のボビン６４と、複数の繊維束１２に負荷される張力を調整するための複数の繊維張力調整装置６６とを有している。

図示されない繊維張力測定装置は、繊維供給装置６２から送り出された複数の繊維束１２に負荷された張力を測定する機能を有している。図示されない繊維張力測定装置には、一般的に、繊維の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。

繊維束の開繊装置１０は、図示されない繊維張力測定装置により張力が測定された複数の繊維束１２を開繊する機能を有している。そして、繊維束の開繊装置１０により、繊維供給装置６２の複数のボビン６４から供給される複数の繊維束１２は、ガイド部１４を超音波振動させることにより開繊される。そして、複数の繊維束１２から開繊された繊維は、例えば、所定の繊維幅を有する繊維の組にして送り出される。

樹脂含浸装置６８は、繊維束の開繊装置１０により送り出された繊維の組等に、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸する機能を有している。樹脂含浸装置６８は、繊維に含浸する樹脂を溜める樹脂槽７０と、繊維に樹脂を付着させる樹脂含浸ローラ７２とを備えている。また、樹脂含浸装置６８は、樹脂粘度を調整するために樹脂温度を測定する樹脂温度計と、樹脂含浸量を調整するために繊維に付着した樹脂膜厚を測定する樹脂膜厚計とを有している。そして、制御装置７４及びデータロガ７６等により、樹脂温度と樹脂膜厚とが制御され記録される。複数のボビン６４から供給される複数の繊維束１２は開繊されているため、繊維に樹脂をより均一に含浸させることができる。

フィラメントワインディング装置７８は、樹脂含浸装置６８から送り出された樹脂含浸された繊維８０を、型または心金であるマンドレル８２（Ｍａｎｄｒｅｌ）等に巻き付ける機能を有している。また、フィラメントワインディング装置７８は、樹脂含浸された繊維８０をマンドレル８２等の円周方向や軸方向に巻き付けることができ、例えば、マンドレル８２等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）やマンドレル８２等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）等により巻き付けることができる。

圧力容器を製造する場合には、マンドレル８２の代わりにポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等を使用することができる。そして、樹脂含浸された繊維８０は、フィラメントワインディング装置７８により、張力を与えつつ樹脂ライナまたは金属ライナに巻き付けられる。

そして、樹脂ライナまたは金属ライナに巻き付けた樹脂含浸された繊維８０を、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより樹脂を硬化させて繊維強化複合材料が成形され圧力容器が製造される。

上記構成によれば、繊維束の開繊装置１０は、繊維供給装置６２と樹脂含浸装置６８との間に配置されているが、繊維束の開繊装置１０を、樹脂含浸装置６８とフィラメントワインディング装置７８との間に配置することもできる。その場合には、樹脂含浸装置６８により樹脂含浸された繊維束を、繊維束の開繊装置１０におけるガイド部１４で超音波振動させることにより樹脂の粘度を下げて開繊する。

次に、繊維束１２としてプリプレグを使用した場合について説明する。繊維束１２に樹脂を予め含浸したプリプレグを用いた場合には、繊維供給装置６２の複数のボビン６４から供給される複数のプリプレグを、繊維束の開繊装置１０におけるガイド部１４で超音波振動させることにより樹脂の粘度を下げて開繊する。そして、開繊された樹脂含浸された繊維は、フィラメントワインディング装置７８により、上述した樹脂ライナまたは金属ライナ等に直接巻き付けられる。上述したライナ等に巻き付けた樹脂含浸された繊維を、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより樹脂を硬化させて繊維強化複合材料が成形され圧力容器が製造される。

上記構成によれば、ガイド部を超音波振動させることにより繊維束の繊維をより分散させて開繊させた繊維を用いて圧力容器を製造することで、圧力容器の外殻である繊維強化層により均一に繊維が含有されて、圧力容器の耐圧性等を更に均一にすることができる。

本発明の実施の形態において、繊維束の開繊装置１０の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態において、ガイド部１４における繊維束１２の方向と略直交方向の断面を示す図である。 本発明の実施の形態において、ガイド部１４の凸面２２に押圧された繊維束１２に作用する力を示す図である。 本発明の実施の形態において、第２押圧部１８における開繊された繊維と略直交方向の断面を示す図である。 本発明の実施の形態において、図２（Ａ）に示すガイド部１４を超音波振動させて繊維束１２を開繊した状態を示す図である。 本発明の実施の形態において、図２（Ｂ）に示すガイド部１４を超音波振動させて繊維束１２を開繊した状態を示す図である。 本発明の実施の形態において、複数個のガイド部を備える繊維束の開繊装置４０，５０を示す図である。 本発明の他の実施の形態において、圧力容器を製造するための繊維強化複合材料成形装置６０の構成を示す図である。

符号の説明

１０，４０，５０ 繊維束の開繊装置、１２ 繊維束、１４，４２，４４，５２，５４ ガイド部、１６ 第１押圧部、１８ 第２押圧部、２０，２４ ガイド部材、２２，２６ 凸面、２８，３０ プレート、６０ 繊維強化複合材料成形装置、６２ 繊維供給装置、６４ ボビン、６６ 繊維張力調整装置、６８ 樹脂含浸装置、７０ 樹脂槽、７２ 樹脂含浸ローラ、７４ 制御装置、７６ データロガ、７８ フィラメントワインディング装置、８０ 樹脂含浸された繊維、８２ マンドレル。

Claims (9)

1. 繊維束の方向に略直交して配置され、繊維束と接触する接触面を含むガイド部と、
   ガイド部を挟んで配置され、繊維束をガイド部の接触面に押圧する第１押圧部と第２押圧部と、
   を備える繊維束の開繊装置であって、
   ガイド部は、ガイド部を超音波振動させる超音波振動発生装置を有することを特徴とする繊維束の開繊装置。
2. 請求項１に記載の繊維束の開繊装置であって、
   ガイド部は、複数のボビンから供給される複数の繊維束を接触面で開繊した後、開繊した繊維を組にすることを特徴とする繊維束の開繊装置。
3. 請求項１または２に記載の繊維束の開繊装置であって、
   ガイド部の接触面が、凸面であることを特徴とする繊維束の開繊装置。
4. 請求項３に記載の繊維束の開繊装置であって、
   凸面が、円弧形状であることを特徴とする繊維束の開繊装置。
5. 繊維束の方向に略直交して配置され、繊維束と接触する接触面を含むガイド部と、
   ガイド部を挟んで配置され、繊維束をガイド部の接触面に押圧する第１押圧部と第２押圧部と、
   を備える繊維束の開繊装置で繊維束を開繊する繊維束の開繊方法であって、
   ガイド部は、ガイド部を超音波振動させる超音波振動発生装置を有し、
   ガイド部を超音波振動させて、繊維束を開繊することを特徴とする繊維束の開繊方法。
6. 請求項５に記載の繊維束の開繊方法であって、
   ガイド部は、複数のボビンから供給される複数の繊維束を接触面で開繊した後、開繊した繊維を組にすることを特徴とする繊維束の開繊方法。
7. 請求項５または６に記載の繊維束の開繊方法であって、
   ガイド部の接触面が、凸面であることを特徴とする繊維束の開繊方法。
8. 請求項７に記載の繊維束の開繊方法であって、
   凸面が、円弧形状であることを特徴とする繊維束の開繊方法。
9. 請求項５から８のいずれか１に記載の繊維束の開繊方法により繊維束を開繊して製造されることを特徴とする圧力容器。

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