JP2012152911A - ガスタンクの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維配設工程の作業性を向上できて、この工程に要する時間を短縮でき、その上で、ライナーの交換作業を容易化することが可能なガスタンクの製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】複数の繊維２０を支持するヘリカルユニットをライナーの外側で移動させることによりライナーの周囲に複数の繊維２０を配設する繊維配設工程と、切断用リング４０により複数の繊維２０をライナーに配設された既設部とヘリカルユニットとの間で切断する切断工程とを有し、切断工程にて切断用リング４０により複数の繊維２０の切断位置よりもヘリカルユニット側を吸着保持した状態で次のライナーに対する繊維配設工程を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、繊維補強型のガスタンクの製造方法及び製造装置に関するものである。

複数の繊維を内容器としてのマンドレルに巻き付ける巻付部と、巻き付け処理後の複数の繊維を切り離してその切断端を次の巻き付けを行うために巻き付け処理前のマンドレルに受け渡す受渡機構とを備えるフィラメントワインディング装置がある。このフィラメントワインディング装置では、複数の繊維の切断端を受渡リングとローラとで挟持して次のマンドレルに受け渡すようになっている。これにより、繊維を内容器の周囲に配設する繊維配設工程の作業性を向上し、この工程に要する時間を短縮するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−６６８８３号公報

上記のように、複数の繊維の切断端を受渡リングとローラとで挟持して次の内容器に受け渡すのでは、受渡リングとローラとが摺接可能な位置関係を維持していなければならず、内容器の交換作業が繁雑になってしまう。

そこで、本発明は、繊維配設工程の作業性を向上できて、この工程に要する時間を短縮でき、その上で、ライナーの交換作業を容易化することが可能なガスタンクの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のガスタンクの製造方法は、複数の繊維を支持する供給手段をライナーの外側で移動させることにより前記ライナーの周囲に前記複数の繊維を配設する繊維配設工程と、切断手段により前記複数の繊維を前記ライナーに配設された既設部と前記供給手段との間で切断する切断工程とを有し、前記切断工程にて前記切断手段により前記複数の繊維の切断位置よりも前記供給手段側を吸着保持した状態で、次のライナーに対する前記繊維配設工程を行う。

かかる製造方法によれば、切断手段により複数の繊維の切断位置よりも供給手段側を吸着保持した状態で次のライナーに対する繊維配設工程を行うことになるため、繊維配設工程の作業性を向上でき、この工程に要する時間を短縮できる。その上で、ライナーの交換作業に対し、複数の繊維の切断端を保持する構成が邪魔になり難い。よって、ライナーの交換作業を容易化可能となる。

また、上記製造方法にあっては、前記ライナーは金具部を有しており、前記切断手段は前記金具部の位置で前記複数の繊維を切断しても良い。

また、上記製造方法にあっては、前記切断手段は、前記既設部と前記金具部との境界位置で前記複数の繊維を切断しても良い。

また、上記製造方法にあっては、前記ライナーはシャフトに保持されており、前記切断手段は前記既設部と前記シャフトとの境界位置で前記複数の繊維を切断しても良い。

また、上記製造方法にあっては、前記切断手段は、前記ライナーのタンクエンド側で前記複数の繊維を切断しても良い。

本発明のガスタンクの製造装置は、複数の繊維を支持しつつライナーの外側を移動することで前記ライナーの周囲に前記複数の繊維を配設する供給手段と、前記複数の繊維を前記ライナーに配設された既設部と前記供給手段との間で切断する切断手段とを有し、前記切断手段が前記複数の繊維の切断位置よりも前記供給手段側を吸着保持する。

かかる構成によれば、切断手段により複数の繊維の切断位置よりも供給手段側を吸着保持した状態で次のライナーに対する繊維配設工程を行うことが可能になるため、繊維配設工程の作業性を向上でき、この工程に要する時間を短縮できる。その上で、ライナーの交換作業に対し、複数の繊維の切断端を保持する構成が邪魔になり難い。よって、ライナーの交換作業を容易化可能となる。

本発明によれば、繊維配設工程の作業性を向上できて、この工程に要する時間を短縮でき、その上で、ライナーの交換作業を容易化することが可能となる。

多給糸フィラメントワインディング装置の概略図である。 切断用リングを含むフィラメントワインディング装置の概略図である。 切断用リングを示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は部分断面図である。 切断用リングを示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は部分断面図である。 切断用リングを示す部分断面図である。 多給糸フィラメントワインディング法のフローチャートである。 ライナー、繊維及び切断用リングを示す正面図である。 ライナー、繊維及び切断用リングを示す正面図である。 切断用リングを含むフィラメントワインディング装置の概略図である。 ライナー、繊維及び切断用リングを示す正面図である。 切断用リングを含むフィラメントワインディング装置の概略図である。

本発明に係るガスタンクの製造方法及び製造装置の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係るガスタンクは、例えば、燃料電池システム等において高圧水素ガスを貯留するタンクとして用いられるものである。

図１に示すように、ガスタンクは、ライナー１の周囲を複数の繊維２０を含む繊維強化樹脂層で補強して構成されるものである。なお、図示の便宜上、図面において繊維２０の数及び向き等を簡略化して記載している。

ライナー１は、例えば、合成樹脂製またはアルミニウム製などであり、円筒状の胴部１１と、胴部１１の一側に繋がる半球状のドーム部１２と、胴部１１の逆側に繋がる半球状のドーム部１３と、一方のドーム部１２の胴部１１とは反対側に繋がる一方の口金部材１４と、他方のドーム部１３の胴部１１とは反対側に繋がる他方の口金部材（金具部）１５とを有している。一方の口金部材１４はガスタンクとなった場合に貯留ガスの入出が行われる部分であり、他方の口金部材１５はガスタンクとなった場合に貯留ガスの入出が行われないタンクエンド側となる部分である。

本実施形態は、ライナー１の周囲に、熱硬化性樹脂を含浸させた複数の繊維を配設する多給糸フィラメントワインディング法並びに多給糸フィラメントワインディング装置である。

多給糸フィラメントワインディング装置３は、ライナー１をその中心軸を中心に回転可能に支持し、この中心軸周りに回転駆動する図示略の回転装置と、この回転装置によって回転駆動されるライナー１の外側でライナー１の軸方向に移動するヘリカルユニット（供給手段）３１及びフープユニット３２とを有している。

ヘリカルユニット３１は、ライナー１を全周にわたって囲むように配置されており、複数の繊維２０を円周上に並べて支持しつつ繰り出しながらライナー１の外側を軸線方向に沿って移動する。このとき、ヘリカルユニット３１は、ライナー１の軸方向の全体にわたって移動する。これにより、ヘリカルユニット３１は、複数の繊維２０をライナー１の軸方向に沿って繰り出して供給する。このとき、ライナー１は図示略の回転装置によって回転させられるため、ヘリカルユニット３１から繰り出された複数の繊維２０は、ライナー１の外表面に軸方向に対して斜めに敷設される。つまり、ヘリカルユニット３１は、複数の繊維２０をライナー１の周囲にたすき掛け状に巻き付ける。ヘリカルユニット３１は、このようなフィラメントワインディングのヘリカル巻きを行うことによってライナー１の全体の周囲に複数の繊維２０を配設する。このようにしてライナー１の全体に繊維２０の層であるヘリカル層２１が形成される。

フープユニット３２は、ライナー１の径方向の一側に配置され、複数の繊維２０をライナー１の軸方向に並べた状態で支持し、回転するライナー１に周方向に巻き付ける。フープユニット３２は、このように回転するライナー１の周方向に複数の繊維２０を巻き付けながらライナー１の軸方向に移動する。フープユニット３２は、このようなフィラメントワインディングのフープ巻きを行うことによってライナー１上に複数の繊維２０を配設する。このようにしてライナー１に繊維２０の層であるフープ層２２が形成される。

そして、本実施形態では、図２に示すように、ヘリカルユニット３１でライナー１に配設された複数の繊維２０の既設部２３と、ライナー１への複数の繊維２０の配設後にライナー１から軸方向に離れたヘリカルユニット３１との間で、これらの間の複数の繊維２０を切断する切断用リング（切断手段）４０が設けられている。

この切断用リング４０は、図３（ａ）に示すように、全体として円形状をなすベースリング４１と、ベースリング４１の内周面からベースリング４１の径方向に沿って突出可能な複数の円弧状のカッタ４２と、図３（ｂ）に示すように、各カッタ４２をベースリング４１に対し進退させる油圧式あるいは空圧式のシリンダ４３とを有している。ベースリング４１に設けられた全てのカッタ４２は、図４（ａ）に示すように、前進端まで前進すると隣り合うもの同士が近接して全体として円形状に連続する状態となる。なお、カッタ４２の駆動源は、カッタ４２に複数の繊維２０に対し押し付け力を働かせて切断することができるものであれば、油圧式あるいは空圧式のシリンダ４３以外にも、スプリングやワイヤを用いた機械式の駆動源、モータ等の電気式の駆動源等を用いることができる。

ベースリング４１の内周部には、図３（ｂ）、図４（ｂ）および図５に示すように、進退時にカッタ４２が通過するスリット４１１が形成されており、ベースリング４１の外周部には、カッタ駆動用のシリンダ４３が取り付けられている。シリンダ４３の進退するピストンロッド４３１にはその進退により移動するカッタベース４４が固定されており、このカッタベース４４にカッタ４２が取り付けられている。ベースリング４１の外周部には、図示略のエア吸引装置に接続されるエア吸引口４１２が形成されており、ピストンロッド４３１の進退により移動するカッタベース４４には、ピストンロッド４３１の後退端への後退時にエア吸引口４１２を閉塞し、ピストンロッド４３１が後退端以外にあるときにエア吸引口４１２を開放する開閉部４４１が設けられている。

ベースリング４１内は、基本的にスリット４１１以外では外気に開放されておらず、エア吸引口４１２が開かれベースリング４１内のエアが吸引されると、基本的にスリット４１１のみから外気を吸引する状態となる。

多給糸フィラメントワインディング法では、ライナー１を図示略の回転装置で回転させながら、例えば、まず、複数の繊維２０を支持するフープユニット３２をライナー１の外側で上記のように移動させることにより、ライナー１の胴部１１の周囲に複数の繊維２０をフープ巻きで配設してフープ層２２を形成するフープ巻き繊維配設工程を行う。

次に、ライナー１を図示略の回転装置で回転させながら、図１に示すように、複数の繊維を支持するヘリカルユニット３１をライナー１の外側で上記のように移動させることによりライナー１の周囲に複数の繊維２０をヘリカル巻きで配設してヘリカル層２１を形成するヘリカル巻き繊維配設工程を行う。一回目のヘリカル巻き繊維配設工程においては、巻き始め側である一方の口金部材１４の軸方向外側のシャフト５に複数の繊維２０の端部が巻き付けられており、これらの繊維２０の中間部を支持するヘリカルユニット３１をライナー１の軸線方向に移動させる。そして、このヘリカル巻き繊維配設工程の最終段階では、図２に示すように、ヘリカルユニット３１が、ライナー１の巻き終わり側であるタンクエンド側の口金部材１５からさらに軸方向に離れた位置で停止する。

なお、フープ巻き繊維配設工程及びヘリカル巻き繊維配設工程の順番は、いずれを先に行っても良く、上記とは逆に、ライナー１の周囲に複数の繊維をヘリカル巻きで配設するヘリカル巻き繊維配設工程を行った後に、ヘリカル層２１の周囲に複数の繊維をフープ巻きで配設するフープ巻き繊維配設工程を行うようにしても良い。

上記のようにして、繊維２０が巻き付け終わったら（図６：ステップＳ１）、図２に示すように切断用リング４０を、複数の繊維２０のライナー１に配設された既設部２３とヘリカルユニット３１との間の複数の繊維２０を挟むべくタンクエンド側の口金部材１５を覆うようにセットする（図６：ステップＳ２）。ここで、切断用リング４０は、図７に示すように、ベースリング４１が二つの半割体４１Ａ，４１Ｂに二分割されており、タンクエンド側の口金部材１５を外径側から覆うようにしてこれら半割体４１Ａ，４１Ｂ同士を円状に当接させることでセットされる。そして、図４に示すように、この切断用リング４０のシリンダ４３のピストンロッド４３１を前進させる切断工程を行う（図６：ステップＳ３）。すると、ベースリング４１のスリット４１１からカッタ４２が、図８の矢印のように口金部材１５側に前進し、口金部材１５とカッタ４２との間にある複数の繊維２０を一度に切断しつつ前進端で口金部材１５に当接する。

なお、フープ層２２を形成する複数の繊維２０の切断は、上記したフープ巻き繊維配設工程の終了後、ヘリカル巻き繊維配設工程の前に、別途行われることになるが、図９に示すように、フープ巻きの繊維２０を口金部材１５の位置まで延ばし、ヘリカル巻き繊維配設工程後の上記切断工程にて同時に切断することも可能である。

切断工程において、ピストンロッド４３１を前進後に後退させ後退端の手前の中間位置で停止させる。これにより、図５に示すように、ピストンロッド４３１の前進で開閉部４４１により開かれたエア吸引口４１２からベースリング４１内のエアが吸引される状態に維持される。これにより、スリット４１１の位置にある複数の繊維２０の切断位置よりもヘリカルユニット３１側がベースリング４１の内周面に、図１０の矢印に示すように吸着される（図６：ステップＳ４）。つまり、切断工程において、切断用リング４０が、複数の繊維２０の切断端を自動的に保持する。

この状態で、上記のようにしてフープ巻き繊維配設工程及びヘリカル巻き繊維配設工程でフィラメントワインディングによりフープ層２２及びヘリカル層２１をライナー１に形成してなるワークを図示略の回転装置から外して搬送する（図６：ステップＳ５）。なお、フープ層２２及びヘリカル層２１をライナー１に形成してなるワークは加熱炉に搬入され加熱される。これにより樹脂含浸繊維層であるヘリカル層２１及びフープ層２２が熱硬化され、ライナー１を覆う繊維強化樹脂層が形成されることになる。

フープ巻き繊維配設工程及びヘリカル巻き繊維配設工程が行われるべき次のライナー１を回転装置にセットし、図１１に示すように、このライナー１の巻き始め側である一方の口金部材１４の軸方向外側に切断用リング４０を配置する（図６：ステップＳ６）。また、これに伴い、この切断用リング４０と一方の口金部材１４との間にヘリカルユニット３１を配置する。そして、このライナー１に対しフープ巻き繊維配設工程及びヘリカル巻き繊維配設工程を行う。つまり、複数の繊維２０を巻き始める（図６：ステップＳ７）。

上記した次のライナー１に対するヘリカル巻き繊維配設工程においては、図１１に示すように、一方の口金部材１４と切断用リング４０との間に配置されたヘリカルユニット３１を、この位置から、ライナー１の軸方向に沿ってタンクエンド側に向け移動を開始させて複数の繊維２０を巻き始める。これにより、切断用リング４０のベースリング４１で切断端が自動的に吸着された状態にある複数の繊維２０をヘリカルユニット３１がライナー１にヘリカル巻きで配設することになる。シャフト５で保持される初回を除いて、ヘリカル巻き繊維配設工程は、切断用リング４０で複数の繊維２０の切断端を吸着保持しつつヘリカルユニット３１をライナー１に対し軸方向に移動させることになる。

以上に述べた本実施形態によれば、切断用リング４０が、シリンダ４３により駆動されるカッタ４２で口金部材１５の周囲のヘリカル巻きされた後の複数の繊維２０の余長部分を一度に切断することになるため、切断作業を手作業で行う必要がなくなる。したがって、巻き終わりの処理である繊維２０の切断が容易となり、また既設部２３の繊維２０を傷つけてしまうことを抑制できる。

また、切断用リング４０により複数の繊維２０の切断位置よりもヘリカルユニット３１側を吸着保持した状態で次のライナー１に対するヘリカル巻き繊維配設工程を行うことが可能になるため、ライナー１の交換作業に対し、複数の繊維２０の切断端を保持する構成が邪魔になり難い。よって、ライナー１の交換作業を容易化可能となる。しかも、ヘリカル巻き繊維配設工程の開始の都度、複数の繊維の切断端を巻き始めの処理であるシャフト５に保持する作業が不要となるため、ヘリカル巻き繊維配設工程の作業性を向上でき、ヘリカル巻き繊維配設工程に要する時間を短縮できる。

つまり、複数の繊維を切断する切断用リング４０に、切断された複数の繊維２０の切断端を吸着するため、前のライナー１に対する巻き終わりの切断処理と次のライナー１に対する巻き始めの処理とを同時に行うことができることになり、作業時間が従来よりも大幅に短縮でき、自動化が可能となる。

加えて、上記した特許文献１のように複数の繊維の切断端をリングとローラとで挟持するものではなく、切断用リング４０に吸着するものであるため、完成したガスタンク内にリングを残すことがない。よって、充填容積を大きくとることができる。

また、切断用リング４０は、ライナー１の金具部である口金部材１５の位置で複数の繊維２０を切断するため、既設部２３の損傷を抑制できる。

また、切断用リング４０は、傷が付いても影響が少ないライナー１のタンクエンド側となる他方の口金部材１５側で複数の繊維を切断するため、傷付きによる影響を抑えることができる。

また、両側のドーム部１２，１３に同様にヘリカル層２１を形成できるため、衝撃に対する強度低下を抑制できる。

なお、切断用リング４０によって、複数の繊維２０を、ライナー１への既設部２３と、金具部である口金部材１５との境界位置で切断するようにしても良い。このように既設部２３と口金部材１５との境界位置で複数の繊維２０を切断すれば、繊維２０の余長の発生を抑制できる。よって、熱硬化時の樹脂垂れを抑止でき、外観性が良くなる。

あるいは、ライナー１が回転装置のシャフトに保持される場合に、切断用リング４０によって、複数の繊維２０を、ライナー１への既設部２３と、シャフトとの境界位置で切断するようにしても良い。このように既設部２３とシャフトとの境界位置で複数の繊維２０を切断すれば、繊維２０の余長の発生を抑制できる。よって、この場合も、熱硬化時の樹脂垂れを抑止でき、外観性が良くなる。

１…ライナー、１５…口金部材（金具部）、２０…繊維、２３…既設部、３１…ヘリカルユニット（供給手段）３１、４０…切断用リング（切断手段）。

Claims (6)

1. 複数の繊維を支持する供給手段をライナーの外側で移動させることにより前記ライナーの周囲に前記複数の繊維を配設する繊維配設工程と、
   切断手段により前記複数の繊維を前記ライナーに配設された既設部と前記供給手段との間で切断する切断工程とを有し、
   前記切断工程にて前記切断手段により前記複数の繊維の切断位置よりも前記供給手段側を吸着保持した状態で、次のライナーに対する前記繊維配設工程を行うガスタンクの製造方法。
2. 前記ライナーは金具部を有しており、前記切断手段は前記金具部の位置で前記複数の繊維を切断する請求項１記載のガスタンクの製造方法。
3. 前記切断手段は、前記既設部と前記金具部との境界位置で前記複数の繊維を切断する請求項２記載のガスタンクの製造方法。
4. 前記ライナーはシャフトに保持されており、前記切断手段は前記既設部と前記シャフトとの境界位置で前記複数の繊維を切断する請求項１記載のガスタンクの製造方法。
5. 前記切断手段は、前記ライナーのタンクエンド側で前記複数の繊維を切断する請求項１から４のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法。
6. 複数の繊維を支持しつつライナーの外側を移動することで前記ライナーの周囲に前記複数の繊維を配設する供給手段と、
   前記複数の繊維を前記ライナーに配設された既設部と前記供給手段との間で切断する切断手段とを有し、
   前記切断手段が前記複数の繊維の切断位置よりも前記供給手段側を吸着保持するガスタンクの製造装置。