JP2014219066A - Composite container, composite container manufacturing method, and composite container manufacturing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複合容器、複合容器の製造方法、及び複合容器の製造システムに関する。 The present invention relates to a composite container, a composite container manufacturing method, and a composite container manufacturing system.
従来、例えば特許文献１に記載されているように、強化層を備えた複合容器を製造する製造方法が知られている。このような製造方法では、熱硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナに巻き付けて容器中間体を形成し、この容器中間体を硬化炉で加熱して繊維束の熱硬化性樹脂を硬化させている。 Conventionally, as described in Patent Document 1, for example, a manufacturing method for manufacturing a composite container provided with a reinforcing layer is known. In such a manufacturing method, a fiber bundle impregnated with a thermosetting resin is wound around a liner to form a container intermediate, and the container intermediate is heated in a curing furnace to cure the thermosetting resin of the fiber bundle. ing.
ここで、従来の製造方法によって製造された複合容器においては、強化層中の繊維束に波打ちや緩みが発生することで、複合容器の強度に影響が及ぼされる場合があった。従って、それらの繊維束の波打ちや緩みを抑制することによって複合容器の強度を向上することが求められていた。 Here, in the composite container manufactured by the conventional manufacturing method, the strength and strength of the composite container may be affected by the occurrence of undulation and looseness in the fiber bundle in the reinforcing layer. Accordingly, there has been a demand for improving the strength of the composite container by suppressing the undulation and loosening of those fiber bundles.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、強度を向上することができる複合容器、複合容器の製造方法及び製造システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a composite container, a composite container manufacturing method, and a manufacturing system capable of improving strength.
上記課題を解決するため、本発明に係る複合容器は、強化層を備えた複合容器であって、硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることによって形成されるフープ層と、硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることによって形成されるヘリカル層と、ヘリカル層またはフープ層の外周面の平滑性を確保するために、外周面側に形成される表面処理層と、を備える。 In order to solve the above problems, a composite container according to the present invention is a composite container including a reinforcing layer, and a hoop layer formed by winding a fiber bundle impregnated with a curable resin around the outer periphery of a liner; In order to ensure the smoothness of the helical layer formed by winding the fiber bundle impregnated with the curable resin around the outer peripheral side of the liner and the outer peripheral surface of the helical layer or the hoop layer, it is formed on the outer peripheral surface side. A surface treatment layer.
また、本発明に係る複合容器の製造方法は、強化層を備えた複合容器を製造する製造方法であって、硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることによってフープ層を形成するフープ層形成工程と、硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることによってヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、ヘリカル層形成工程によって形成されたヘリカル層、またはフープ層形成工程によって形成されたフープ層の外周面の平滑性を確保するために、外周面側に表面処理層を形成する表面処理層形成工程と、を備える。 The method for manufacturing a composite container according to the present invention is a method for manufacturing a composite container having a reinforcing layer, and the hoop layer is formed by winding a fiber bundle impregnated with a curable resin around the outer periphery of the liner. A hoop layer forming step to be formed, a helical layer forming step of forming a helical layer by winding a fiber bundle impregnated with a curable resin around the outer periphery of the liner, a helical layer formed by the helical layer forming step, or a hoop In order to ensure the smoothness of the outer peripheral surface of the hoop layer formed by the layer forming step, a surface treatment layer forming step of forming a surface treatment layer on the outer peripheral surface side is provided.
また、本発明に係る複合容器の製造システムは、強化層を備えた複合容器を製造する製造システムであって、硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることによってフープ層及びヘリカル層を形成する巻付け部と、ヘリカル層、またはフープ層の外周面の平滑性を確保するために、外周面側に表面処理層を形成する表面処理層形成部と、を備える。 Further, a composite container manufacturing system according to the present invention is a manufacturing system for manufacturing a composite container having a reinforcing layer, and a hoop layer and a fiber bundle impregnated with a curable resin are wound around the outer peripheral side of the liner. In order to ensure the smoothness of the outer peripheral surface of a helical layer or a hoop layer, the winding part which forms a helical layer, and the surface treatment layer formation part which forms a surface treatment layer in the outer peripheral surface side are provided.
これらの本発明では、ヘリカル層及びフープ層の少なくとも一方の外周面側には、当該外周面の平滑性を確保するための表面処理層が形成される。ヘリカル層の外周面側に表面処理層が形成されることによって、ヘリカル層の外周面に段差が形成される場合であっても、当該段差の大きさが減少するため、当該外周面上に形成されるフープ層の波打ちや緩みが低減される。または、フープ層の外周面側に表面処理層が形成されることによって、ヘリカル層の段差に伴って形成されるフープ層の外周面の段差の大きさが減少する。従って、フープ層の外周面上に更に形成されるヘリカル層の段差の大きさが大きくなることを抑制できる。これによって、繊維束の巻付けによって形成される各層の波打ちや緩みの発生を抑制できる。以上によって、複合容器の強度を向上できる。 In the present invention, a surface treatment layer for ensuring the smoothness of the outer peripheral surface is formed on the outer peripheral surface side of at least one of the helical layer and the hoop layer. Since the surface treatment layer is formed on the outer peripheral surface side of the helical layer, even if a step is formed on the outer peripheral surface of the helical layer, the size of the step is reduced. Therefore, the step is formed on the outer peripheral surface. The waving and loosening of the hoop layer is reduced. Alternatively, by forming the surface treatment layer on the outer peripheral surface side of the hoop layer, the size of the step on the outer peripheral surface of the hoop layer formed along with the step of the helical layer is reduced. Therefore, it is possible to suppress an increase in the step size of the helical layer further formed on the outer peripheral surface of the hoop layer. This can suppress the occurrence of undulation and loosening of each layer formed by winding the fiber bundle. As described above, the strength of the composite container can be improved.
また、表面処理層は、少なくともヘリカル層の外周面側に形成されてよい。外周面に段差が形成され易いヘリカル層の外周面側に表面処理層を形成することで、繊維束の波うちや緩みの発生をより確実に抑制できる。 The surface treatment layer may be formed at least on the outer peripheral surface side of the helical layer. By forming the surface treatment layer on the outer peripheral surface side of the helical layer where a step is likely to be formed on the outer peripheral surface, it is possible to more reliably suppress the occurrence of wave undulations and loosening of the fiber bundle.
また、表面処理層形成工程において、外周面に熱硬化性樹脂を塗布することによって表面処理層を形成してよい。また、表面処理層形成工程において、外周面に光硬化性樹脂を塗布することによって表面処理層を形成してよい。これによって、容易に表面処理層を形成できる。 In the surface treatment layer forming step, the surface treatment layer may be formed by applying a thermosetting resin to the outer peripheral surface. In the surface treatment layer forming step, the surface treatment layer may be formed by applying a photocurable resin to the outer peripheral surface. Thereby, the surface treatment layer can be easily formed.
本発明によれば、複合容器の強度を向上できる。 According to the present invention, the strength of the composite container can be improved.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図１は、本発明の実施形態に係る製造方法及び製造システムにより製造される複合容器を示す一部断面図である。図１に示すように、複合容器１は、例えば水素や天然ガス等の燃料ガスを高圧で貯蔵するための容器である。この複合容器１は、例えば、全長が２〜４ｍ、直径が４００〜６００ｍｍ程度に設定され、使用時には、２０〜９０ＭＰａ程度の圧力に耐えることが可能とされている。複合容器１は、その用途が限定されるものではなく、種々の用途で用いることができる。また、複合容器１は、据置き型として用いられてもよく、移動体に搭載されて用いられてもよい。 FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a composite container manufactured by a manufacturing method and a manufacturing system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the composite container 1 is a container for storing fuel gas such as hydrogen or natural gas at a high pressure. For example, the composite container 1 has a total length of 2 to 4 m and a diameter of about 400 to 600 mm, and can withstand a pressure of about 20 to 90 MPa when used. The use of the composite container 1 is not limited and can be used for various purposes. In addition, the composite container 1 may be used as a stationary type or may be used by being mounted on a moving body.
この複合容器１は、円筒状のライナ２と、ライナ２の外面側（外周面側）を覆うように設けられた強化層３と、を備えている。ライナ２の両端部２ａはドーム状に形成されており、当該両端部２ａの先端には、口金４が取り付けられている。 The composite container 1 includes a cylindrical liner 2 and a reinforcing layer 3 provided so as to cover the outer surface side (outer peripheral surface side) of the liner 2. Both end portions 2a of the liner 2 are formed in a dome shape, and a base 4 is attached to the tips of the both end portions 2a.
ライナ２の材料は特に限定されるものではないが、用途によっては、樹脂製又は金属製が選択される。樹脂製のライナ２としては、高密度ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を回転成形やブロー成形にて容器形状に賦形したものに、金属製の口金４を付けたものが挙げられる。金属製のライナ２としては、例えば、アルミニウム合金製や鋼鉄製等からなるパイプ形状や板形状をスピニング加工等にて容器形状に形成したものに、口金４の形状を形成したものが挙げられる。 The material of the liner 2 is not particularly limited, but resin or metal is selected depending on the application. Examples of the resin liner 2 include a resin obtained by shaping a thermoplastic resin such as high-density polyethylene into a container shape by rotational molding or blow molding and a metal base 4. As the metal liner 2, for example, a pipe shape or plate shape made of an aluminum alloy, steel, or the like is formed into a container shape by spinning or the like, and the shape of the base 4 is formed.
強化層３は、ライナ２の外面側に熱硬化性樹脂が含浸された繊維束１０を巻き付け、当該繊維束１０を硬化炉で加熱し硬化させることによって形成される。熱硬化性樹脂の種類としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂又はアリル樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The reinforcing layer 3 is formed by winding a fiber bundle 10 impregnated with a thermosetting resin around the outer surface side of the liner 2 and heating and curing the fiber bundle 10 in a curing furnace. Types of thermosetting resins include phenolic resin, urea resin, unsaturated polyester resin, vinyl ester resin, polyimide resin, bismaleimide resin, polyimide resin, polyurethane resin, diallyl phthalate resin, epoxy resin, melamine resin or allyl resin However, it is not limited to these.
また、繊維束１０としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ポリエチレン繊維、スチール繊維、ザイロン繊維又はビニロン繊維等を用いることができ、ここでは、高強度で高弾性率且つ軽量な炭素繊維を用いている。また、本実施形態の繊維束１０の繊維数（フィラメント）は、特に制限されるものではないが、１０００〜５００００フィラメント、好ましくは３０００〜３００００フィラメントの範囲とされ、ここでは、２４０００フィラメントとされている。 Further, as the fiber bundle 10, for example, carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, polyethylene fiber, steel fiber, Zylon fiber, or vinylon fiber can be used. Lightweight carbon fiber is used. In addition, the number of fibers (filament) of the fiber bundle 10 of the present embodiment is not particularly limited, but is in the range of 1000 to 50000 filaments, preferably 3000 to 30000 filaments, and here, 24,000 filaments. Yes.
以上のように構成された複合容器１を製造する場合、まず、ライナ２の外面側に繊維束１０を巻き付けることにより、ライナ２の外面側に複数層の繊維束層（繊維強化プラスチック層）を形成し、これにより、容器中間体を得る（巻付け工程）。形成する複数の繊維束層には、ライナ２に対して繊維束１０を周方向に巻き付けてなるフープ層と、ライナ２に対して繊維束１０を傾斜させた状態で周方向に取り囲むように巻き付けてなるヘリカル層と、が含まれている。 When manufacturing the composite container 1 configured as described above, first, the fiber bundle 10 is wound around the outer surface side of the liner 2, so that a plurality of fiber bundle layers (fiber reinforced plastic layers) are formed on the outer surface side of the liner 2. Forming, thereby obtaining a container intermediate (winding step). A plurality of fiber bundle layers to be formed are wound so as to surround the hoop layer in which the fiber bundle 10 is wound around the liner 2 in the circumferential direction and the fiber bundle 10 in the circumferential direction while being inclined with respect to the liner 2. And a helical layer.
なお、容器中間体とは、製造過程における複合容器１を意図しており、ここでは、繊維束１０の熱硬化性樹脂が熱硬化する前の状態のものを意図している（以下、同じ）。また、巻付け工程における巻付け方法は特に限定されないが、例えば、ＦＷ（フィラメントワインディング）法を採用することができる。 In addition, the container intermediate is intended for the composite container 1 in the manufacturing process, and here, is intended for the state before the thermosetting resin of the fiber bundle 10 is thermoset (hereinafter the same). . Further, the winding method in the winding step is not particularly limited, but for example, an FW (filament winding) method can be adopted.
そして、上記巻付け工程の後、容器中間体を硬化炉で加熱することにより繊維束１０の熱硬化性樹脂を硬化させ、これにより、強化層３を備えた複合容器１を得る。（硬化工程）。或いは、硬化工程は、上記巻付け工程を実行しているときに同時に行ってもよく、その場合、硬化炉による硬化を省略できる。 And after the said winding process, the thermosetting resin of the fiber bundle 10 is hardened by heating a container intermediate body with a hardening furnace, and, thereby, the composite container 1 provided with the reinforcement layer 3 is obtained. (Curing process). Alternatively, the curing step may be performed simultaneously with the winding step, and in that case, curing by the curing furnace can be omitted.
次に、強化層３の構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を模式的に示した図である。図３は、フープ層３１とヘリカル層３２を説明するための模式図である。図２に示すように、強化層３は、複数のフープ層３１と複数のヘリカル層３２とを交互に形成することによって構成されている。なお、フープ層３１とヘリカル層３２の形成の順序は特に限定されない。すなわち、ライナ２上にフープ層３１、ヘリカル層３２、フープ層３１…の順序で形成してもよく、ライナ２上にヘリカル層３２、フープ層３１、ヘリカル層３２…の順序で形成してもよい。 Next, the configuration of the reinforcing layer 3 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram schematically showing a cross section taken along line II-II shown in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the hoop layer 31 and the helical layer 32. As shown in FIG. 2, the reinforcing layer 3 is configured by alternately forming a plurality of hoop layers 31 and a plurality of helical layers 32. The order of forming the hoop layer 31 and the helical layer 32 is not particularly limited. That is, the hoop layer 31, the helical layer 32, the hoop layer 31... May be formed on the liner 2, or the helical layer 32, the hoop layer 31, the helical layer 32. Good.
図３（ａ）に示すように、フープ層３１は、ライナ２に対して繊維束１０を周方向に巻き付けることによって形成される層である。このとき、フープ層３１の繊維は、ライナ２の径方向から見たときに、ライナ２の軸線ＣＬと略垂直となるように巻き付けられる。なお、フープ層３１を形成するときは、繊維束１０で容器の外周面を覆うことで一の層（なお、フープ層３１やヘリカル層３２と区別するため、このような層を「単層」と称して以下の説明を行う）を形成した後、その単層の上に繊維束１０を巻き付けて更に単層を形成する。このような単層を複数形成することによって、フープ層３１が形成される。フープ層３１内の単層の数は、１〜１０程度に設定される。フープ層３１は、主にライナ２を径方向に支持する機能を有する。 As shown in FIG. 3A, the hoop layer 31 is a layer formed by winding the fiber bundle 10 around the liner 2 in the circumferential direction. At this time, the fibers of the hoop layer 31 are wound so as to be substantially perpendicular to the axis CL of the liner 2 when viewed from the radial direction of the liner 2. When the hoop layer 31 is formed, the outer peripheral surface of the container is covered with the fiber bundle 10 so that one layer (in order to distinguish from the hoop layer 31 and the helical layer 32, such a layer is referred to as “single layer”. The fiber bundle 10 is wound around the single layer to form a single layer. The hoop layer 31 is formed by forming a plurality of such single layers. The number of single layers in the hoop layer 31 is set to about 1 to 10. The hoop layer 31 mainly has a function of supporting the liner 2 in the radial direction.
図３（ｂ）に示すように、ヘリカル層３２は、ライナ２に対して繊維束１０を傾斜させた状態で周方向に取り囲むように巻き付けることによって形成される層である。このとき、ヘリカル層３２の繊維は、ライナ２の径方向から見たときに、ライナ２の軸線ＣＬに対して傾斜するように巻き付けられる。軸線ＣＬに対する傾斜角は、１０〜８０°程度に設定される。ヘリカル層３２においては、繊維束１０がライナ２の一方のドーム状の端部２ａから他方のドーム状の端部２ａにて、たすきがけ状に巻き付けられる。なお、ヘリカル層３２を形成するときは、繊維束１０で容器の外周面を覆うことで一の単層を形成した後、その単層の上に繊維束１０を巻き付けて更に単層を形成する。このような単層を複数形成することによって、ヘリカル層３２が形成される。ヘリカル層３２内の単層の数は、２〜２０程度に設定される。ヘリカル層３２は、主にライナ２を軸方向に支持する機能を有する。 As shown in FIG. 3B, the helical layer 32 is a layer formed by winding the fiber bundle 10 so as to surround the liner 2 in the circumferential direction while being inclined. At this time, the fibers of the helical layer 32 are wound so as to be inclined with respect to the axis CL of the liner 2 when viewed from the radial direction of the liner 2. The inclination angle with respect to the axis CL is set to about 10 to 80 °. In the helical layer 32, the fiber bundle 10 is wound in a brush shape from one dome-shaped end 2a of the liner 2 to the other dome-shaped end 2a. When forming the helical layer 32, after forming one single layer by covering the outer peripheral surface of the container with the fiber bundle 10, the fiber bundle 10 is wound on the single layer to further form a single layer. . The helical layer 32 is formed by forming a plurality of such single layers. The number of single layers in the helical layer 32 is set to about 2 to 20. The helical layer 32 mainly has a function of supporting the liner 2 in the axial direction.
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態における上記巻付け工程（ワインディング時）の例について、詳説する。 Next, with reference to FIGS. 4 and 5, an example of the winding step (during winding) in the present embodiment will be described in detail.
図４は予め熱硬化性樹脂が含浸された繊維束（トウプリプレグ）を用いて巻付け工程を行う、いわゆるＤｒｙ法で用いられる製造システムの模式的な概念図であり、図５は巻き付けられた複数の繊維束の並びを示す模式的な断面図である。ここで、「トウプリプレグ」とは、繊維束に樹脂が含浸しているものである。 FIG. 4 is a schematic conceptual diagram of a manufacturing system used in a so-called Dry method in which a winding process is performed using a fiber bundle (tow prepreg) impregnated with a thermosetting resin in advance, and FIG. 5 is wound. It is typical sectional drawing which shows the arrangement | sequence of several fiber bundles. Here, the “toe prepreg” is a fiber bundle in which a resin is impregnated.
図４に示すように、本実施形態の製造システム１００は、上記複合容器１を製造するものであって、上記巻付け工程で用いられる。この製造システム１００は、熱硬化性樹脂を予め含浸させた繊維束１０を巻廻した複数のボビン１０１を巻付け部１５０として備え、ここでは、繊維束１０をそれぞれ巻廻した複数のボビン１０１を備えている。さらに、製造システム１００は、巻き付けられる複数の繊維束１０の通過位置を調整する巻付束通過位置調整部１０２と、巻き付けられる複数の繊維束１０をライナ２の軸方向に沿って移動させる移動部１０３と、繊維束１０をライナ２で巻き取るように当該ライナ２を回転する回転機構（不図示）と、を巻付け部１５０として備えている。この製造システム１００による製造方法では、ボビン１０１から繊維束１０が供給され、これら繊維束１０は、巻付束通過位置調整部１０２によって巻付け時の束通過位置が調整されながら、移動部１０３及び回転機構の協働によってライナ２の外面側に巻き付けられ、これにより、ライナ２を覆うように繊維束層が形成される。 As shown in FIG. 4, the manufacturing system 100 of this embodiment manufactures the said composite container 1, Comprising: It is used at the said winding process. The manufacturing system 100 includes a plurality of bobbins 101 wound around a fiber bundle 10 pre-impregnated with a thermosetting resin as a winding part 150, and here, a plurality of bobbins 101 around which the fiber bundle 10 is wound are provided. I have. Furthermore, the manufacturing system 100 includes a wound bundle passing position adjusting unit 102 that adjusts the passing position of the plurality of fiber bundles 10 to be wound, and a moving unit that moves the plurality of wound fiber bundles 10 along the axial direction of the liner 2. 103 and a rotating mechanism (not shown) that rotates the liner 2 so as to wind the fiber bundle 10 with the liner 2 are provided as the winding unit 150. In the manufacturing method by the manufacturing system 100, the fiber bundles 10 are supplied from the bobbin 101, and the fiber bundles 10 are adjusted while the bundle passing position at the time of winding is adjusted by the winding bundle passing position adjusting unit 102, and the moving unit 103 and It is wound around the outer surface side of the liner 2 by the cooperation of the rotation mechanism, whereby a fiber bundle layer is formed so as to cover the liner 2.
また、本実施形態の製造システム１００は、ヘリカル層３２及びフープ層３１の少なくとも一方の外周面の平滑性を確保するために、当該外周面側に形成される表面処理層２０を形成する表面処理層形成部１６０を備えている。表面処理層形成部１６０は、巻付け部１５０が一のフープ層３１を形成した後、当該フープ層３１の外周面３１ａ（図２参照）に表面処理層２０を形成する。あるいは、表面処理層形成部１６０は、巻付け部１５０が一のヘリカル層３２を形成した後、当該ヘリカル層３２の外周面３２ａ（図２参照）に表面処理層２０を形成する。 In addition, the manufacturing system 100 of the present embodiment forms a surface treatment layer 20 that is formed on the outer peripheral surface side in order to ensure the smoothness of at least one outer peripheral surface of the helical layer 32 and the hoop layer 31. A layer forming unit 160 is provided. The surface treatment layer forming unit 160 forms the surface treatment layer 20 on the outer peripheral surface 31 a (see FIG. 2) of the hoop layer 31 after the winding unit 150 forms one hoop layer 31. Alternatively, the surface treatment layer forming unit 160 forms the surface treatment layer 20 on the outer peripheral surface 32 a (see FIG. 2) of the helical layer 32 after the winding unit 150 forms one helical layer 32.
具体的には、ヘリカル層３２の（表面処理層２０形成前の）外周面３２ａでは繊維束１０同士が交差する部分（例えば図３（ｂ）においてＣＥで示す部分など）が存在するため、表面に凹凸部が形成されるような状態となる。このような凹凸部によって、ヘリカル層３２の外周面３２ａには、図５（ａ）に示すような段差（図において、段差の大きさがＴ１で示される）が形成される。当該外周面３２ａに対して、図５（ｂ）に示すように、複数の凹部を埋めるように硬化性樹脂を塗布することによって、当該凹部内に表面処理層２０を形成する。例えば、交差する繊維束１０同士の間に形成される菱形状の凹部を埋めるように表面処理層２０が形成される。なお、表面処理層２０は、外周面３２ａ全体を覆うように形成されるものではなく、表面処理層２０形成前の外周面３２ａの一部（凹部に対応する箇所）に形成される。表面処理層２０形成後のヘリカル層３２の外周面３２ａは、繊維束１０と表面処理層２０の表面とによって、平滑性が確保された面として構成される。これによって、図５（ａ）に示すように、外周面３２ａの段差が低減または解消されて、当該外周面３２ａの平滑度が確保される。また、ヘリカル層３２の外周面３２ａの凹凸部の影響によって、当該外周面３２ａ上に形成されるフープ層３１の外周面３１ａにも複数の凹凸部が形成される場合がある。このような凹部によって、フープ層３１の外周面３１ａには、図５（ａ）に示すような段差（図において、段差の大きさがＴ２で示される）が形成される。当該外周面３１ａに対して、複数の凹部を埋めるように硬化性樹脂を塗布することによって、当該凹部内に表面処理層２０を形成する。なお、表面処理層２０は、外周面３１ａ全体に形成されるものではなく、表面処理層２０形成前の外周面３１ａの一部（凹部に対応する箇所）に形成される。表面処理層２０形成後のフープ層３１の外周面３１ａは、繊維束１０と表面処理層２０の表面とによって、平滑性が確保された面として構成される。これによって、図５（ａ）に示すように、外周面３１ａの段差が低減または解消されて、当該外周面３１ａの平滑度が確保される。なお、上述の説明及び図では、理解を容易とするために、凹部のみを埋めるように硬化性樹脂が塗布される例について説明したが、凹部以外の部分にも硬化性樹脂が塗布されていてよい（凸凹になっていない部分や、凸になっている部分に薄く硬化性樹脂が塗布されていてよい）。 Specifically, the outer circumferential surface 32a of the helical layer 32 (before the surface treatment layer 20 is formed) has a portion where the fiber bundles 10 intersect each other (for example, a portion indicated by CE in FIG. 3B). As a result, a concavo-convex portion is formed. Due to such uneven portions, a step as shown in FIG. 5A (the size of the step is indicated by T1) is formed on the outer peripheral surface 32a of the helical layer 32. As shown in FIG. 5B, the surface treatment layer 20 is formed in the recesses by applying a curable resin to fill the plurality of recesses on the outer peripheral surface 32a. For example, the surface treatment layer 20 is formed so as to fill a diamond-shaped recess formed between the intersecting fiber bundles 10. The surface treatment layer 20 is not formed so as to cover the entire outer peripheral surface 32a, but is formed on a part of the outer peripheral surface 32a before the surface treatment layer 20 is formed (location corresponding to the recess). The outer peripheral surface 32 a of the helical layer 32 after the surface treatment layer 20 is formed is configured as a surface in which smoothness is ensured by the fiber bundle 10 and the surface of the surface treatment layer 20. Thereby, as shown in FIG. 5A, the step of the outer peripheral surface 32a is reduced or eliminated, and the smoothness of the outer peripheral surface 32a is ensured. In addition, due to the influence of the uneven portion of the outer peripheral surface 32 a of the helical layer 32, a plurality of uneven portions may be formed also on the outer peripheral surface 31 a of the hoop layer 31 formed on the outer peripheral surface 32 a. By such a recess, a step as shown in FIG. 5A (the size of the step is indicated by T2) is formed on the outer peripheral surface 31a of the hoop layer 31. The surface treatment layer 20 is formed in the concave portion by applying a curable resin to the outer peripheral surface 31a so as to fill the plurality of concave portions. The surface treatment layer 20 is not formed on the entire outer peripheral surface 31a, but is formed on a part of the outer peripheral surface 31a before the surface treatment layer 20 is formed (location corresponding to the recess). The outer peripheral surface 31 a of the hoop layer 31 after the surface treatment layer 20 is formed is configured as a surface in which smoothness is ensured by the fiber bundle 10 and the surface of the surface treatment layer 20. Thereby, as shown in FIG. 5A, the step of the outer peripheral surface 31a is reduced or eliminated, and the smoothness of the outer peripheral surface 31a is ensured. In the above description and drawings, for the sake of easy understanding, an example in which the curable resin is applied so as to fill only the concave portion has been described, but the curable resin is also applied to portions other than the concave portion. It is good (a thin curable resin may be applied to a portion that is not uneven or convex).
なお、表面処理層２０として繊維束１０で構成される外周面３１ａ，３２ａ全体を覆うような大きさのものを形成した場合、フープ層３１とヘリカル層３２との間の距離が大きくなってしまい、強化層３としての強度自体が低下してしまう。従って、表面処理層２０は、表面処理層２０形成前の外周面３１ａ，３２ａの一部に局所的に形成される凹凸を埋めることができる程度の大きさであることが好ましい。 In addition, when the thing of the magnitude | size which covers the outer peripheral surfaces 31a and 32a comprised with the fiber bundle 10 as the surface treatment layer 20 is formed, the distance between the hoop layer 31 and the helical layer 32 will become large. Further, the strength itself as the reinforcing layer 3 is lowered. Therefore, it is preferable that the surface treatment layer 20 has such a size as to be able to fill unevenness locally formed in a part of the outer peripheral surfaces 31a and 32a before the surface treatment layer 20 is formed.
上述のような表面処理層２０は、表面処理層２０形成前の外周面３２ａ，３１ａに硬化性樹脂を塗布することによって形成される。表面処理層２０を形成するための硬化性樹脂として、繊維束１０に含浸される硬化性樹脂と同様なものを用いてもよく、異なる硬化性樹脂（例えば、より粘度の高いもの）を使用してよい。 The surface treatment layer 20 as described above is formed by applying a curable resin to the outer peripheral surfaces 32a and 31a before the surface treatment layer 20 is formed. As the curable resin for forming the surface treatment layer 20, the same curable resin impregnated in the fiber bundle 10 may be used, or a different curable resin (for example, one having a higher viscosity) is used. It's okay.
例えば、硬化性樹脂として、熱硬化性樹脂を採用してよく、室温硬化性樹脂（室温程度の熱で硬化するものであり、例えば１５〜４０℃で硬化する）を採用することが好ましい。室温硬化性樹脂として、例えば、室温硬化性エポキシ樹脂を採用してよい。当該室温硬化性樹脂を採用した場合、ヘリカル層３２（またはフープ層３１）を形成した後、外周面３２ａ（または外周面３１ａ）に塗布する。このとき、室温硬化性樹脂は外周面３２ａ，３１ａの凹部を埋めるように当該凹部に入り込んで表面処理層２０として機能する。その後、室温硬化性樹脂が常温で硬化される。なお、熱硬化性樹脂は、外周面３２ａ，３１ａに塗布した後に直ちに硬化するものでなくともよく、容器中間体を加熱して最終硬化させる際に同時に硬化してもよい。 For example, a thermosetting resin may be employed as the curable resin, and it is preferable to employ a room temperature curable resin (which is cured by heat at about room temperature, for example, is cured at 15 to 40 ° C.). For example, a room temperature curable epoxy resin may be employed as the room temperature curable resin. When the room temperature curable resin is employed, the helical layer 32 (or the hoop layer 31) is formed and then applied to the outer peripheral surface 32a (or the outer peripheral surface 31a). At this time, the room temperature curable resin enters the concave portions so as to fill the concave portions of the outer peripheral surfaces 32 a and 31 a and functions as the surface treatment layer 20. Thereafter, the room temperature curable resin is cured at room temperature. The thermosetting resin may not be cured immediately after being applied to the outer peripheral surfaces 32a and 31a, and may be cured simultaneously when the container intermediate is heated and finally cured.
または、硬化性樹脂として、光硬化性樹脂を採用してよい。光硬化性樹脂として、例えば、紫外線硬化型エポキシ樹脂を採用してよい。当該光硬化性樹脂を採用した場合、ヘリカル層３２（またはフープ層３１）を形成した後、外周面３２ａ（または外周面３１ａ）に塗布する。このとき、室温硬化性樹脂は外周面３２ａ，３１ａの凹部を埋めるように当該凹部に入り込んで表面処理層２０として機能する。その後、紫外線ランプで紫外線を照射することで光硬化性樹脂を硬化させる。ない、光硬化性樹脂は、外周面３２ａ，３１ａに塗布した後に直ちに紫外線を照射して硬化させてもよく、全てのヘリカル層３２及びフープ層３１を巻き付けた後の容器中間体に紫外線を照射して硬化させてもよい。 Alternatively, a photocurable resin may be adopted as the curable resin. For example, an ultraviolet curable epoxy resin may be employed as the photocurable resin. When the photocurable resin is employed, the helical layer 32 (or hoop layer 31) is formed and then applied to the outer peripheral surface 32a (or outer peripheral surface 31a). At this time, the room temperature curable resin enters the concave portions so as to fill the concave portions of the outer peripheral surfaces 32 a and 31 a and functions as the surface treatment layer 20. Thereafter, the photocurable resin is cured by irradiating ultraviolet rays with an ultraviolet lamp. The photo-curing resin may be cured by irradiating ultraviolet rays immediately after being applied to the outer peripheral surfaces 32a and 31a, and irradiating the container intermediate body after all the helical layer 32 and the hoop layer 31 are wound with ultraviolet rays. And may be cured.
本実施形態では、表面処理層形成部１６０は、図４に示すように、硬化性樹脂１６１を貯留するレジンバス１６２を備えている。表面処理層形成部１６０は、ライナ２に形成されたヘリカル層３２（またはフープ層３１）の一部をレジンバス１６２中の硬化性樹脂１６１内に浸漬させた状態でライナ２を回転させることによって、ヘリカル層３２（またはフープ層３１）の全周にわたって硬化性樹脂１６１を塗布する。なお、ヘリカル層３２（またはフープ層３１）への硬化性樹脂の塗布は、作業者がハケなどを用いて手作業で行ってもよい。 In the present embodiment, the surface treatment layer forming unit 160 includes a resin bath 162 that stores a curable resin 161 as illustrated in FIG. 4. The surface treatment layer forming unit 160 rotates the liner 2 in a state where a part of the helical layer 32 (or the hoop layer 31) formed on the liner 2 is immersed in the curable resin 161 in the resin bath 162. The curable resin 161 is applied over the entire circumference of the helical layer 32 (or the hoop layer 31). The application of the curable resin to the helical layer 32 (or the hoop layer 31) may be performed manually by an operator using a brush or the like.
上述のような製造システム１００を用いて、巻付け部１５０がヘリカル層３２を形成した後（ヘリカル層形成工程）、表面処理層形成部１６０が当該ヘリカル層３２の外周面３２ａに硬化性樹脂を塗布することによって表面処理層２０を形成する（表面処理部形成工程）。その後、巻付け部１５０がフープ層３１を形成した後（フープ層形成工程）、表面処理層形成部１６０が当該フープ層３１の外周面３１ａに硬化性樹脂を塗布することによって表面処理層２０を形成する（表面処理層形成工程）。なお、表面処理層形成部１６０は、ヘリカル層３２の外周面３２ａとフープ層３１の外周面３１ａの何れか一方に表面処理層を形成すればよい。また、表面処理層形成部１６０は、強化層３中の全てのヘリカル層３２またはフープ層３１に表面処理層を形成する必要はなく、何層かに一つの割合で表面処理層を形成してよい。例えば、図２に示す例では、複数のヘリカル層３２の内の一部のヘリカル層３２の外周面３２ａに表面処理層２０を形成し、複数のフープ層３１の内の一部のフープ層３１の外周面３１ａに表面処理層２０を形成している。 After the winding unit 150 forms the helical layer 32 using the manufacturing system 100 as described above (helical layer forming step), the surface treatment layer forming unit 160 applies a curable resin to the outer peripheral surface 32a of the helical layer 32. The surface treatment layer 20 is formed by applying (surface treatment portion forming step). Then, after the winding part 150 forms the hoop layer 31 (hoop layer formation process), the surface treatment layer forming part 160 applies the curable resin to the outer peripheral surface 31a of the hoop layer 31 to thereby form the surface treatment layer 20. Form (surface treatment layer forming step). The surface treatment layer forming unit 160 may form a surface treatment layer on either the outer peripheral surface 32 a of the helical layer 32 or the outer peripheral surface 31 a of the hoop layer 31. Further, the surface treatment layer forming unit 160 does not need to form the surface treatment layer on all the helical layers 32 or the hoop layers 31 in the reinforcing layer 3, and forms the surface treatment layer at a ratio of one to several layers. Good. For example, in the example shown in FIG. 2, the surface treatment layer 20 is formed on the outer peripheral surface 32 a of some of the helical layers 32 in the plurality of helical layers 32, and some of the hoop layers 31 in the plurality of hoop layers 31 are formed. The surface treatment layer 20 is formed on the outer peripheral surface 31a.
ところで、前述のようにヘリカル層３２は繊維束１０を交差させながら巻付ける（図３（ｂ）参照）ことによって形成されるため、図６（ａ）に示すように、ヘリカル層３２の外周面には段差（図において、段差の大きさがＴ１で示される）が形成された状態となる。従来の製造システムのように、段差を有するヘリカル層３２の外周面３２ａに対してそのままフープ層３１を構成する繊維束１０を巻き付けた場合、巻付けた繊維束１０がヘリカル層３２の段差に沿って歪んだ状態で巻き付けられる。また、歪んだ状態のフープ層３１の外周面３１ａ上に形成したヘリカル層３２の外周面３２ａは、更に段差が大きくなる。このように各層３１，３２の歪みが累積されてゆく。これによって、フープ層３１に波打ちや緩みが発生し、複合容器の強度に影響が及ぼされる場合がある。 By the way, as described above, the helical layer 32 is formed by winding the fiber bundle 10 while intersecting (see FIG. 3B), so that the outer peripheral surface of the helical layer 32 is shown in FIG. Is formed with a step (the size of the step is indicated by T1 in the drawing). When the fiber bundle 10 constituting the hoop layer 31 is wound around the outer peripheral surface 32a of the helical layer 32 having a step as in the conventional manufacturing system, the wound fiber bundle 10 follows the step of the helical layer 32. It is wound in a distorted state. In addition, the outer peripheral surface 32a of the helical layer 32 formed on the outer peripheral surface 31a of the hoop layer 31 in a distorted state further increases in level difference. In this way, the strains of the layers 31 and 32 are accumulated. As a result, the hoop layer 31 may be wavy or loosened, which may affect the strength of the composite container.
この点、本実施形態では、ヘリカル層３２及びフープ層３１の少なくとも一方の外周面３２ａ，３１ａ側には、当該外周面３２ａ，３１ａの平滑性を確保するための表面処理層２０が形成される。ヘリカル層３２の外周面３２ａ側に表面処理層２０が形成されることによって、外周面３２ａの段差の大きさＴ１が減少するため、当該外周面３２ａ上に形成されるフープ層３１の波打ちや緩みが低減される。または、フープ層３１の外周面３１ａに表面処理層２０が形成されることによって、外周面３１ａの段差の大きさＴ２が減少するため、当該外周面３１ａ上に形成されるヘリカル層３２の段差の大きさＴ１が更に大きくなることを抑制できる。これによって、そのヘリカル層３２上に更に形成されるフープ層３１の波打ちや緩みの発生を抑制できる。以上によって、複合容器１の強度を向上できる。 In this regard, in the present embodiment, the surface treatment layer 20 for ensuring the smoothness of the outer peripheral surfaces 32a and 31a is formed on at least one outer peripheral surface 32a and 31a side of the helical layer 32 and the hoop layer 31. . Since the surface treatment layer 20 is formed on the outer peripheral surface 32a side of the helical layer 32, the step size T1 of the outer peripheral surface 32a is reduced, so that the hoop layer 31 formed on the outer peripheral surface 32a is wavy or loosened. Is reduced. Alternatively, since the surface treatment layer 20 is formed on the outer peripheral surface 31a of the hoop layer 31 and the step size T2 of the outer peripheral surface 31a is reduced, the step of the helical layer 32 formed on the outer peripheral surface 31a is reduced. It can suppress that size T1 becomes still larger. As a result, the occurrence of undulation and loosening of the hoop layer 31 further formed on the helical layer 32 can be suppressed. As described above, the strength of the composite container 1 can be improved.
また、本実施形態では、表面処理層２０は、少なくともヘリカル層３２の外周面３２ａに形成される。ヘリカル層３２の外周面３２ａは、繊維束１０が交差することによって段差が生じやすい構成となっているため、当該外周面３２ａ側に表面処理層２０を形成することによって、段差を直接的に減少させることができる。 In the present embodiment, the surface treatment layer 20 is formed on at least the outer peripheral surface 32 a of the helical layer 32. Since the outer peripheral surface 32a of the helical layer 32 has a configuration in which a step is likely to occur when the fiber bundles 10 intersect, the step is directly reduced by forming the surface treatment layer 20 on the outer peripheral surface 32a side. Can be made.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The present invention is modified without departing from the scope described in the claims or applied to others. It may be.
例えば、上述の実施形態では繊維束に含浸させる硬化性樹脂として熱硬化性樹脂を用いているが、例えば光硬化性樹脂等を用いてもよく、種々の硬化性樹脂を用いることができる。なお、光硬化性樹脂としては、主成分としてエポキシ樹脂の硬化性樹脂を含む。 For example, in the above-described embodiment, a thermosetting resin is used as the curable resin impregnated in the fiber bundle. However, for example, a photocurable resin or the like may be used, and various curable resins may be used. In addition, as a photocurable resin, the curable resin of an epoxy resin is included as a main component.
また、製造システムは、図４に示す構造のものに限定されず、表面処理層２０を形成できるものであればどのようなシステム構成を有していてもよい。例えば、図７に示すような製造システム２００を採用してもよい。 In addition, the manufacturing system is not limited to the structure shown in FIG. 4, and may have any system configuration as long as the surface treatment layer 20 can be formed. For example, a manufacturing system 200 as shown in FIG. 7 may be adopted.
図７は、変形例に係る複合容器の製造システム２００の模式的な概念図である。この製造システム２００は、繊維束を熱硬化性樹脂に含浸させながら供給して巻付け工程を行う、いわゆるＷｅｔ法のうちレジンバス法で用いられる。図７に示すように、製造システム２００は、繊維束１０を巻き付けるための巻付け部２５０と、表面処理層形成部１６０と、を備えている。製造システム２００の巻付け部２５０は、熱硬化性樹脂２０２を含浸させる前の原糸としての繊維束を巻廻した複数のボビン１０１と、熱硬化性樹脂２０２を収容したレジンバス２０３と、レジンバス２０３内で回転して繊維束に熱硬化性樹脂を含浸する回転ロール２０４と、樹脂含有量を調整する樹脂含有量調ロール２０６と、移動部２０７と、熱硬化性樹脂２０２を含浸させた繊維束１０をライナ２で巻き取るように当該ライナ２を回転する回転機構（不図示）と、を備えている。なお、表面処理層形成部１６０の構成は、図４に示す製造システム１００のものと同様である。 FIG. 7 is a schematic conceptual diagram of a composite container manufacturing system 200 according to a modification. This manufacturing system 200 is used in a resin bath method of a so-called Wet method in which a fiber bundle is supplied while impregnating a thermosetting resin and a winding step is performed. As shown in FIG. 7, the manufacturing system 200 includes a winding unit 250 for winding the fiber bundle 10 and a surface treatment layer forming unit 160. The winding unit 250 of the manufacturing system 200 includes a plurality of bobbins 101 around which a fiber bundle as a raw yarn before impregnation with the thermosetting resin 202 is wound, a resin bath 203 containing the thermosetting resin 202, and a resin bath 203. A rotating roll 204 that rotates in the fiber bundle to impregnate the thermosetting resin into the fiber bundle, a resin content adjustment roll 206 that adjusts the resin content, a moving unit 207, and a fiber bundle that impregnates the thermosetting resin 202. A rotation mechanism (not shown) that rotates the liner 2 so as to wind the wire 10 by the liner 2. In addition, the structure of the surface treatment layer formation part 160 is the same as that of the manufacturing system 100 shown in FIG.
この製造システム２００による製造方法では、ボビン１０１から原糸としての繊維束が供給され、これら繊維束は、レジンバス２０３内へと案内され、該レジンバス２０３内にて回転可能に設けられた回転ロール２０４の周縁を案内されながら熱硬化性樹脂２０２が含浸される。その後、樹脂含有量調ロール２０６によって余剰の熱硬化性樹脂２０２が搾り取られて樹脂含有量の調整がなされ、繊維束１０として後段へ供給され、ライナ２へ巻き付けられる。 In the manufacturing method by the manufacturing system 200, fiber bundles as raw yarns are supplied from the bobbin 101, the fiber bundles are guided into the resin bath 203, and a rotating roll 204 provided rotatably in the resin bus 203. The thermosetting resin 202 is impregnated while being guided around the periphery. Thereafter, the surplus thermosetting resin 202 is squeezed out by the resin content adjusting roll 206, the resin content is adjusted, supplied to the subsequent stage as the fiber bundle 10, and wound around the liner 2.
１…複合容器、２…ライナ、３…強化層、４…口金、１０…繊維束、３１…フープ層、３２…ヘリカル層、１００，２００…製造システム、１５０，２５０…巻付け部、１６０…表面処理層形成部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Composite container, 2 ... Liner, 3 ... Reinforcement layer, 4 ... Base, 10 ... Fiber bundle, 31 ... Hoop layer, 32 ... Helical layer, 100, 200 ... Manufacturing system, 150, 250 ... Winding part, 160 ... Surface treatment layer forming part.
Claims (6)
硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることによって形成されるフープ層と、
硬化性樹脂が含浸された繊維束を前記ライナの外周側に巻き付けることによって形成されるヘリカル層と、
前記ヘリカル層及び前記フープ層の少なくとも一方の外周面の平滑性を確保するために、前記外周面側に形成される表面処理層と、を備える複合容器。 A composite container with a reinforcing layer,
A hoop layer formed by winding a fiber bundle impregnated with a curable resin around the outer periphery of the liner;
A helical layer formed by winding a fiber bundle impregnated with a curable resin around the outer periphery of the liner;
In order to ensure the smoothness of the outer peripheral surface of at least one of the helical layer and the hoop layer, a composite container comprising a surface treatment layer formed on the outer peripheral surface side.
硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることによってフープ層を形成するフープ層形成工程と、
硬化性樹脂が含浸された繊維束を前記ライナの外周側に巻き付けることによってヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、
前記ヘリカル層形成工程で形成されたヘリカル層、及び前記フープ層形成工程で形成されたフープ層の少なくとも一方の外周面の平滑性を確保するために、前記外周面側に表面処理層を形成する表面処理層形成工程と、を備える複合容器の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing a composite container having a reinforcing layer,
A hoop layer forming step of forming a hoop layer by winding a fiber bundle impregnated with a curable resin around the outer periphery of the liner;
A helical layer forming step of forming a helical layer by winding a fiber bundle impregnated with a curable resin around the outer periphery of the liner;
In order to ensure the smoothness of the outer peripheral surface of at least one of the helical layer formed in the helical layer forming step and the hoop layer formed in the hoop layer forming step, a surface treatment layer is formed on the outer peripheral surface side. And a surface treatment layer forming step.
硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることによってフープ層及びヘリカル層を形成する巻付け部と、
前記ヘリカル層及び前記フープ層の少なくとも一方の外周面の平滑性を確保するために、
前記外周面側に表面処理層を形成する表面処理層形成部と、を備える複合容器の製造システム。
A manufacturing system for manufacturing a composite container having a reinforcing layer,
A winding part for forming a hoop layer and a helical layer by winding a fiber bundle impregnated with a curable resin around the outer periphery of the liner;
In order to ensure the smoothness of the outer peripheral surface of at least one of the helical layer and the hoop layer,
A composite container manufacturing system comprising: a surface treatment layer forming part that forms a surface treatment layer on the outer peripheral surface side.
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