JP2015003404A - タンクの製造方法および繊維巻付装置 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維を切断後において、マンドレルに巻き付けられた繊維の緩み又は繊維の端部の広がりを抑制する。【解決手段】タンクの製造方法は、（ａ）繊維押さえ装置を、タンク容器状のマンドレルに接して配置する工程と、（ｂ）繊維巻き装置を用いて、繊維押さえ装置の表面のうち、マンドレルに接する部分を含む少なくとも一部の表面と、マンドレルと、に繊維を巻き付ける工程と、（ｃ）繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている繊維を、繊維押さえ装置の表面に向かう方向に、繊維押さえ装置の内部から吸引する工程と、（ｄ）繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている部分と前記繊維巻き装置との間において切断する工程と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、タンクの製造に関する。

燃料電池システムでは、燃料ガスを貯蔵した高圧ガスタンクが用いられる。高圧ガスタンクは、一般に、フィラメントワインディング法により製造される。フィラメントワインディング法では、熱硬化性樹脂が含浸された繊維が、タンク容器状のマンドレルの表面に巻き付けられる。マンドレルの表面に巻き付けられた繊維は、マンドレルと、繊維をマンドレルに巻き付ける装置（以下、「繊維巻付装置」と呼ぶ）との間において切断され、マンドレルは、繊維巻付装置から取り外される（特許文献１ないし３）。

特開２０１３−８８７号公報 特開２０１２−１５２９１１号公報 特開２００９−７８４９５号公報

しかしながら、マンドレルと繊維巻付装置との間で繊維を切断すると、マンドレル側に巻き付けられていた繊維の端部が広がり、周辺に位置する設備や既にマンドレルに巻き付けられている繊維に絡んで、設備の故障やタンクの品質劣化を生じるという問題があった。また、切断後において、マンドレルに巻き付けられている繊維が緩み、マンドレルの表面と巻き付けられている繊維との間に空隙が生じて、タンク強度が低下するという問題があった。このような問題は、燃料電池システム用の高圧ガスタンクに限らず、任意の用途で用いられるタンク及び任意の流体を貯蔵するタンクにおいて共通していた。そのほか、従来のタンクの製造方法においては、タンクの製造効率の向上、低コスト化、省電力化、製造の容易化、製造装置の操作性の向上等が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、タンクの製造方法が提供される。このタンクの製造方法は、（ａ）繊維押さえ装置を、タンク容器状のマンドレルに接して配置する工程と、（ｂ）繊維巻き装置を用いて、前記繊維押さえ装置の表面のうち、前記マンドレルに接する部分を含む少なくとも一部の表面と、前記マンドレルと、に繊維を巻き付ける工程と、（ｃ）前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に向かう方向に、前記繊維押さえ装置の内部から吸引する工程と、（ｄ）前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている部分と前記繊維巻き装置との間において切断する工程と、を備える。この形態のタンクの製造方法によれば、繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている繊維を、繊維押さえ装置の表面に向かう方向に繊維押さえ装置の内部から吸引するので、繊維を切断する際および切断後において、繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている繊維が緩み、繊維押さえ装置の表面から離れて広がることを抑制できる。このため、繊維の端部が、マンドレルの周辺に位置する設備や、マンドレルに巻き付かれた繊維に絡むことを抑制でき、設備の故障やタンクの品質劣化を抑制できる。

（２）上記タンクの製造方法において、前記マンドレルは、円筒形の胴体部と、前記胴体部の一端に位置し、ドーム状の外観形状を有するドーム部と、前記ドーム部の円頂部に配置された口金部と、を有し、前記工程（ａ）は、前記繊維押さえ装置を、前記口金部に接して配置する工程であってもよい。この形態のタンクの製造方法によれば、繊維押さえ装置は、マンドレルの中心軸に沿ってマンドレルに隣接して配置され得る。このため、繊維押さえ装置の表面のうち、マンドレルに接する部分を含む少なくとも一部の表面と、マンドレルとに繊維を巻き付ける際に、これら部分に連続して繊維を巻き付けることができる。したがって、タンクの製造時間を短縮化できる。

（３）上記タンクの製造方法において、前記繊維押さえ装置は、内部に形成された流体の流路と、前記流路と前記繊維押さえ装置の表面とを連通する連通孔と、前記流路に前記流体を供給する流体供給部と、を有し、前記工程（ｃ）は、前記流路に前記流体を流通させることにより、前記連通孔に負圧を発生させて、前記繊維押さえ装置に巻き付けられている前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に向かう方向に吸引する工程であってもよい。この形態のタンクの製造方法によれば、流路に流体を流通させることにより、いわゆるベルヌイ効果を生じさせて、繊維を繊維押さえ装置の表面に向かう方向に吸引することができる。このため、ポンプ等により流路内部を吸引して負圧を生じさせる構成に比べて、繊維押さえ装置の気密性を高める必要がないので、繊維押さえ装置の製造コストを抑えることができる。

（４）上記タンクの製造方法において、前記繊維押さえ装置は、前記流路の端部と前記繊維押さえ装置の表面とを連通し、前記流路を流通する前記流体を前記マンドレルのドーム部に向けて排出する排出孔を備えてもよい。この形態のタンクの製造方法によれば、連通孔に負圧を生じさせるために繊維押さえ装置内部を通った流体を、マンドレルのドーム部に吹き当てることができるので、ドーム部の表面に巻き付けられている繊維が緩んでドーム部の表面から浮き上がることを抑制できる。このため、ドーム部の表面と巻き付けられている繊維との間に空隙が生じることが抑制でき、マンドレルの強度劣化を抑制できる。

（５）上記タンクの製造方法において、前記繊維押さえ装置は、円筒状の外観形状を有し、前記工程（ｄ）は、前記繊維押さえ装置のうち、前記マンドレルと接する先端側とは反対の基端側において、前記繊維押さえ装置を円周方向に沿って囲むように配置されるチャック装置により、前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている部分と、前記繊維巻き装置との間において固定する工程を含んでもよい。この形態のタンクの製造方法によれば、チャック装置は、繊維押さえ装置を円周方向に沿って囲んで配置されているので、繊維押さえ装置と繊維巻き装置との間に位置するすべての繊維を、確実に固定できる。

（６）本発明の他の形態によれば、タンク容器状のマンドレルに繊維を巻き付けるための繊維巻付装置が提供される。この繊維巻付装置は、前記マンドレルに接して配置される繊維押さえ部と；前記繊維押さえ装置の表面のうち、前記マンドレルに接する部分を含む少なくとも一部の表面と、前記マンドレルと、に繊維を巻き付ける繊維巻き部と；前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に向かう方向に、前記繊維押さえ装置の内部から吸引する吸引部と；を備える。この形態の繊維巻付装置によれば、繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている繊維を、繊維押さえ装置の表面に向かう方向に繊維押さえ装置の内部から吸引するので、繊維を切断する際および切断後において、繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている繊維が緩み、繊維押さえ装置の表面から離れて広がることを抑制できる。このため、繊維の端部が、マンドレルの周辺に位置する設備や、マンドレルに巻き付かれた繊維に絡むことを抑制でき、設備の故障やタンクの品質劣化を抑制できる。

（７）上記繊維巻付装置において、さらに、前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている部分と前記繊維巻き装置との間において切断する切断部を備えてもよい。この形態の繊維巻付装置によれば、切断装置を備えているので、繊維の吸引と繊維の切断とを連続して実行することができる。このため、タンクの製造時間を短縮化できる。加えて、繊維の切断のために、繊維押さえ装置とは別の装置として切断装置を用意する必要がないので、タンクの製造設備全体を小型化できる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、タンクに繊維を巻き付ける方法や、タンク製造装置等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての繊維巻付装置の外観構成を示す斜視図である。 図１に示す繊維処理ユニット４００の詳細構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態としてのタンクの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態におけるタンクの製造方法の一部の処理を模式的に示す説明図である。 ステップＳ１３０が実行される際の繊維押さえ部４１０近傍における空気の流れを示す概略断面図である。 ステップＳ１４０（繊維の切断）を実行した直後のマンドレル２０の実際の様子を示す説明図である。 比較例において繊維が切断された直後のマンドレル２０の実際の様子を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の一実施形態としての繊維巻付装置の外観構成を示す斜視図である。繊維巻付装置１０は、フィラメントワインディング法によってマンドレル２０に繊維を巻き付ける装置である。本実施形態では、マンドレル２０に巻き付ける繊維は、直径が数マイクロメートル程度の単繊維を多数（例えば、２万本）束ねて構成され、熱硬化性樹脂が含浸されたカーボン繊維（いわゆるプリプレグ）である。本実施形態では、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いる。また、本実施形態では、カーボン繊維として、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系カーボン繊維を用いる。なお、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系カーボン繊維に代えて、レーヨン系カーボン繊維やピッチ系カーボン繊維など、他の任意のプリプレグを用いてもよい。

マンドレル２０は、本実施形態では、樹脂成形品により構成されている。なお、かかる樹脂成形品に代えて、高強度のアルミニウム材やステンレス材等の金属材により構成してもよい。マンドレル２０は、カプセル状の外観形状を有する。具体的には、マンドレル２０は、マンドレル２０の軸ＡＸ方向の中央部分に形成された胴体部と、胴体部の両端からそれぞれ連続して形成されているドーム状の外観形状を有するドーム部とを有する。マンドレル２０の両端に位置する２つのドーム部のうち、少なくとも一方のドーム部の円頂部分には、図示しない口金部が形成されている。本実施形態では、カーボン繊維（以下、単に「繊維」と呼ぶ）が巻き付けられたマンドレルを利用して、高圧ガスタンクが製造される。この高圧ガスタンクは、例えば、燃料電池車両において、燃料ガスである水素ガスの収容タンクとして用いられる。前述の口金部は、タンクへの水素ガスの貯蔵およびタンクからの水素ガスの排出に用いられる。なお、図１には、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とを明示している。Ｘ軸は、マンドレル２０の軸ＡＸ方向と平行である。Ｙ軸は鉛直方向と平行である。なお、−Ｙ方向は、鉛直下方に相当する。Ｚ軸は、水平方向と平行である。

繊維巻付装置１０は、クリール装置２１０と、基台３００と、フープ巻き装置１００と、ヘリカル巻き装置２００と、繊維処理ユニット４００とを備えている。

クリール装置２１０は、繊維が巻かれた多数のボビン２１１と、給糸ガイド２１２とを備えており、各ボビン２１１から給糸ガイド２１２を介してヘリカル巻き装置２００に繊維を供給する。図１に示すように、クリール装置２１０は、基台３００と平行して配置されている。

基台３００は、Ｘ軸に沿って延設されており、第１のレール３０２と、第２のレール３０４と、第１の支持台３１０と、第２の支持台３１１とを備えている。第１のレール３０２及び第２のレール３０４は、いずれも基台３００の上面において互いに平行となるように形成された一対の溝であり、基台３００の長手方向（Ｘ軸に沿った方向）に延設されている。第２のレール３０４は、第１のレール３０２を挟むように配置されている。

第１の支持台３１０は、繊維処理ユニット４００を支持し、かつ、第２の支持台３１１と共にマンドレル２０を支持する。第１の支持台３１０は、基台３００の上面において、ヘリカル巻き装置２００に対して＋Ｘ方向側に配置されている。第１の支持台３１０は、図示しない駆動機構により駆動されて、第１のレール３０２上を往復動できる。第１の支持台３１０は、ベース３１２と、支持腕３１４とを備えている。ベース３１２は、板状の部材であり、第１のレール３０２に対して、スライド可能に配置されている。支持腕３１４は、Ｙ軸方向を長手方向とする四角柱状の外観形状を有し、一端はベース３１２に接続され、他端は繊維処理ユニット４００に接続されている。

第２の支持台３１１は、取り付け治具３１５を支持し、かつ、第１の支持台３１０と共にマンドレル２０を支持する。第２の支持台３１１は、フープ巻き装置１００に対して−Ｘ方向側に配置されている点と、繊維処理ユニット４００に代えて取り付け治具３１５を支持している点とにおいて、第１の支持台３１０と異なり、他の構成は第１の支持台３１０と同じであるため、詳細な説明を省略する。取り付け治具３１５は、棒状の部材であって、Ｘ軸と平行に配置されている。取り付け治具３１５の中心軸は、マンドレル２０の軸ＡＸと一致している。取り付け治具３１５の一端は第２の支持台３１１の支持腕３１４（図２）に固定されており、他端はマンドレル２０を支持する。取り付け治具３１５は、図示しない駆動機構により、軸を中心として回転される。このため、取り付け治具３１５により支持されるマンドレル２０も、取り付け治具３１５と共に軸ＡＸを中心として回転する。

フープ巻き装置１００は、基台３００の上面に配置されており、マンドレル２０に繊維をフープ巻きする。フープ巻き装置１００は、フレーム１０２と、巻掛テーブル１０４と、５個のホルダー１０６と、５個のボビン１０７とを備えている。フレーム１０２は、フープ巻き装置１００の各部材を収容する筐体である。フレーム１０２は、図示しない駆動機構により駆動されて、第２のレール３０４上を往復動できる。

巻掛テーブル１０４は、円盤状の外観形状を有し、厚さ方向がＸ軸と平行となるように、フレーム１０２に固定されている。巻掛テーブル１０４の中央には、厚さ方向に貫通する中央孔１０５が形成されている。中央孔１０５の中心は軸ＡＸ上に位置し、中央孔１０５には、取り付け治具３１５が貫通されている。巻掛テーブル１０４は、中央孔１０５の近傍に、第１のガイド給糸部１０８と、第２のガイド給糸部１０９とを備えている。第１のガイド給糸部１０８および第２のガイド給糸部１０９は、それぞれ巻掛テーブル１０４から＋Ｘ方向に突出して配置されている。第１のガイド給糸部１０８は、マンドレル２０に対して上方（＋Ｙ方向）に位置している。第２のガイド給糸部１０９は、マンドレル２０に対して下方（−Ｙ方向）に位置している。第１のガイド給糸部１０８と第２のガイド給糸部１０９とは、マンドレル２０に向かって繊維を繰り出す。

５個のホルダー１０６は、巻掛テーブル１０４において、中央孔１０５を囲むように環状に並んで配置されている。各ホルダー１０６は、それぞれ１つのボビン１０７を収容する。ボビン１０７には、ボビン２１１と同様に予め繊維が巻かれている。各ホルダー１０６は、図示しない駆動機構により回転駆動され、ボビン１０７から第１のガイド給糸部１０８および第２のガイド給糸部１０９に繊維を繰り出す。

ヘリカル巻き装置２００は、基台３００の上面に配置されており、マンドレル２０に繊維をヘリカル巻きする。ヘリカル巻き装置２００は、フレーム２０２と、給糸リング２０４とを備えている。フレーム２０２は、給糸リング２０４を収容する筐体である。マンドレル２０は、図示しない駆動機構により駆動されて、給糸リング２０４の中を往復動できる。

給糸リング２０４は、クリール装置２１０から供給される繊維を、マンドレル２０に向けて繰り出す。給糸リング２０４は、厚み方向がＸ軸と平行となる略円柱状の外観形状を有する。給糸リング２０４の軸は、マンドレル２０の軸ＡＸと一致する。給糸リング２０４の中央には、厚み方向に貫通する中央孔２０６が形成されている。中央孔２０６内には、マンドレル２０又は繊維処理ユニット４００の先端側（支持腕３１４と接続された側とは反対側）が配置され得る。中央孔２０６を形成する給糸リング２０４の内壁には、繊維を排出するための図示しない繊維供給口が多数設けられており、かかる繊維供給口からマンドレル２０に向かって多数の繊維（繊維束）が繰り出される。

ヘリカル巻き装置２００は、軸ＡＸを中心として回転しているマンドレル２０に、繊維を軸ＡＸに対して低角度で交差させつつ巻き付ける。また、ヘリカル巻き装置２００は、繊維をマンドレル２０の両端のドーム部に掛け渡すように螺旋状に繰り返し巻き付ける。

図２は、図１に示す繊維処理ユニット４００の詳細構成を示す斜視図である。繊維処理ユニット４００は、軸ＡＸと一致する軸を有する略円筒形の外観形状を有する。繊維処理ユニット４００は、繊維押さえ部４１０と、繊維固定部４８０とを備えている。

繊維押さえ部４１０は、繊維処理ユニット４００において最も−Ｘ方向に位置する。繊維押さえ部４１０は、胴体部４１１と、テーパ部４１２と、先端部４１３とを備えている。胴体部４１１は、円筒形の外観形状を有し、一端はテーパ部４１２に接続され、他端は繊維固定部４８０（後述するベース部４７１）に接続されている。胴体部４１１の表面には、胴体部４１１の円周方向に沿って所定の間隔で並んだ吸引孔４２１の列が、Ｘ軸方向に２つ並んで形成されている。各吸引孔４２１は、繊維押さえ部４１０の内部に形成された流体流路と連通している。なお、流体流路については後述する。

テーパ部４１２は、胴体部４１１と先端部４１３との間に配置され、軸ＡＸと一致する軸を有する略円錐状の外観形状を有する。具体的には、テーパ部４１２は、−Ｘ方向に向かうにつれて細くなる外観形状を有する。テーパ部４１２の表面には、テーパ部４１２の円周方向に沿って所定の間隔で並んだ噴射孔４２３の列が形成されている。噴射孔４２３は、繊維押さえ部４１０の内部に形成された流体流路と連通している。

先端部４１３は、繊維押さえ部４１０において最も−Ｘ方向に位置する。先端部４１３は、軸ＡＸと一致する軸を有する円柱状（棒状）の部材である。先端部４１３の一端は、テーパ部４１２に接続され、他端はマンドレル２０を保持する。

繊維固定部４８０は、軸ＡＸと一致する軸を有する略円筒形の外観形状を有し、図２では、繊維押さえ部４１０よりも＋Ｘ方向に位置する。繊維固定部４８０は、チャック部４３０と、繊維巻取部４５０と、支持部４６０と、駆動部４７０とを備えている。

チャック部４３０は、繊維を把持することにより固定し、また、固定した繊維を開放することができる。チャック部４３０は、環状に並んだ多数のチャックピンからなる内側チャックピン列４３１と、環状に並んだ多数のチャックピンからなる外側チャックピン列４３２とを備えている。内側チャックピン列４３１は、外側チャックピン列４３２よりも内側に位置している。換言すると、内側チャックピン列４３１の直径は、外側チャックピン列４３２の直径よりも小さい。チャック部４３０は、繊維押さえ部４１０の胴体部４１１の一部を囲むように配置されている。チャック部４３０により繊維が固定される際、繊維は、内側チャックピン列４３１において隣り合う２つのチャックピンの間に配置されると共に、外側チャックピン列４３２において隣り合う２つのチャックピンの間に配置される。そして、内側チャックピン列４３１が円周方向に沿って若干回転する（ずれる）ことにより、繊維は固定される。なお、内側チャックピン列４３１に代えて、外側チャックピン列４３２が円周方向に沿って回転することにより繊維を固定してもよい。また、内側チャックピン列４３１と外側チャックピン列４３２とが互いに円周方向に沿って反対に回転することにより、繊維を固定してもよい。図示は省略しているが、内側チャックピン列４３１のさらに内側には、円周方向に回転可能な切断部が配置されている。

繊維巻取部４５０は、繊維が切断された後に、繊維を巻き取る。支持部４６０は、Ｘ軸方向に沿って延設された多数の柱状部材と、これら柱状部材を支持するリング状の部材とを有し、チャック部４３０を支持すると共に駆動部４７０を支持する。

駆動部４７０は、繊維処理ユニット４００の構成部材のうち、一部の構成部材を駆動する。例えば、駆動部４７０は、内側チャックピン列４３１を円周方向に沿って移動させる。また、駆動部４７０は、チャック部４３０および支持部４６０を、Ｘ軸方向に沿って移動させる。したがって、胴体部４１１の表面のうち、チャック部４３０により覆われる部分の面積は、チャック部４３０および支持部４６０の配置位置によって異なる。

上記構成を備える繊維巻付装置１０を用いて、後述するタンクの製造方法が実行されると、マンドレル２０に繊維を巻き付けた後において繊維を切断した場合に、マンドレル２０に巻き付けられた繊維の緩みを抑制できると共に、巻き付けられている繊維の端部の広がりを抑制できる。

上述した繊維押さえ部４１０は、請求項における繊維押さえ装置および繊維押さえ部に相当する。また、ヘリカル巻き装置２００は、請求項における繊維巻き装置に相当する。

Ａ２．タンクの製造：
図３は、本発明の一実施形態としてのタンクの製造方法の処理手順を示すフローチャートである。

マンドレル２０が繊維巻付装置１０に取り付けられる（ステップＳ１０５）。このステップＳ１０５の処理では、マンドレル２０が、繊維処理ユニット４００（先端部４１３）と取り付け治具３１５とにより支持される。このとき、マンドレル２０の口金部には、繊維処理ユニット４００の先端部４１３が挿入される。

フープ巻き装置１００およびヘリカル巻き装置２００により、マンドレル２０と繊維押さえ部４１０とに繊維が巻き付けられる（ステップＳ１１０）。本実施形態では、先ずフープ巻き装置１００によりマンドレル２０に繊維がフープ巻きされ、次に、マンドレル２０にフープ巻きされた繊維の上に、ヘリカル巻き装置２００により繊維がヘリカル巻きされ、その後、ヘリカル巻き装置２００により繊維押さえ部４１０に繊維が巻き付けられる。ここで、ヘリカル巻き装置２００によるマンドレル２０への繊維の巻き付けと、繊維押さえ部４１０への繊維の巻き付けとは連続的に行われる。

図４は、実施形態におけるタンクの製造方法の一部の処理を模式的に示す説明図である。図４において最上段は、ステップＳ１１０の処理を模式的に示している。図４において、上から２段目は後述するステップＳ１１５およびＳ１２０の処理を、上から３段目は後述するステップＳ１２５およびＳ１３０の処理を、最下段は後述するステップＳ１３５およびＳ１４０の処理を、それぞれ模式的に示している。なお、図４では、図示の便宜上、マンドレル２０が有する２つのドーム部のうち、一方のドーム部２２のみ明示し、他方のドーム部は省略している。

図４の最上段に示すように、ステップＳ１１０が実行された後には、マンドレル２０と繊維押さえ部４１０の一部に繊維が巻き付けられている。前述の「繊維押さえ部４１０の一部」とは、先端部４１３と、テーパ部４１２と、胴体部４１１のうちの先端側（−Ｘ方向側）の一部とを意味する。図４の最上段に示すように、ステップＳ１１０実行後において、繊維処理ユニット４００のチャック部４３０は、ヘリカル巻き装置２００に対して＋Ｘ方向に位置している。

図３に示すように、チャック部４３０は、−Ｘ方向に移動（前進）する（ステップＳ１１５）。このとき、ヘリカル巻き装置２００から繰り出された各繊維は、内側チャックピン列４３１における隣り合う２つのチャックピンの間に入り込むと共に、外側チャックピン列４３２における隣り合う２つのチャックピンの間に入り込む。

図３に示すように、駆動部４７０により内側チャックピン列４３１が所定の角度だけ回転移動され、内側チャックピン列４３１と外側チャックピン列４３２とにより、繊維が、胴体部４１１に巻き付けられた部分と装置２００との間において固定される（ステップＳ１２０）。図４の上から２段目に示すように、前述のステップＳ１１５およびＳ１２０が実行されると、チャック部４３０は、最上段の状態に比べて−Ｘ方向に移動し、繊維処理ユニット４００により繊維が固定される。なお、チャック部４３０の移動と共に、繊維巻取部４５０および支持部４６０も併せて−Ｘ方向に移動している。

図３に示すように、ヘリカル巻き装置２００により、繊維固定部４８０に繊維が巻き付けられる（ステップＳ１２５）。図４において上から３段目に示すように、ヘリカル巻き装置２００は、図４の最上段および上から２段目の状態よりも＋Ｘ方向に移動し、繊維処理ユニット４００（支持部４６０）には、繊維が巻かれている。なお、図４において上から３段目では、繊維処理ユニット４００（支持部４６０）への繊維の巻き付き量は、およそ７周であるが、２〜３周にすることもできる。

図３に示すように、繊維押さえ部４１０の内部に空気を供給する（ステップＳ１３０）。図５は、ステップＳ１３０が実行される際の繊維押さえ部４１０近傍における空気の流れを示す概略断面図である。図５に示すように、繊維押さえ部４１０の内部には、流体が流れる複数の流体流路４２４が形成されている。本実施形態では、流体は空気である。複数の流体流路４２４は、いずれも繊維押さえ部４１０内部においてＸ軸と平行に延設されており、互いに円周方向に沿って所定の間隔で並んで配置されている。なお、図５では、複数の流体流路４２４のうち、２つの流体流路４２４のみ表している。各流体流路４２４は、２つの吸引孔４２１および１つの噴射孔４２３と連通している。

繊維押さえ部４１０の基端部（＋Ｘ方向側の端部）は、ベース部４７１に接続されている。ベース部４７１は、分配流路４７２と、押当駆動部４９４と、支持部４９２と、押当部４９０とを備えている。分配流路４７２は、ベース部４７１の内部に設けられた流体（空気）の流路である。分配流路４７２の一端は、弁４７３を介してエアコンプレッサー４７４に接続され、他端は各流体流路４２４に接続されている。分配流路４７２は、エアコンプレッサー４７４から供給される圧縮空気を、各流体流路４２４に分配する。なお、弁４７３の開度およびエアコンプレッサー４７４の供給空気量は、図示しない制御部により制御される。

押当駆動部４９４は、支持部４９２をＸ軸に沿って移動させる。支持部４９２は、一端が押当駆動部４９４に接続され、他端が押当部４９０に接続されている。押当部４９０は、繊維押さえ部４１０の表面を覆うリング状の部材であり、支持部４９２の移動に合わせて、Ｘ軸に沿って移動する。なお、ベース部４７１、弁４７３およびエアコンプレッサー４７４は、前述の駆動部４７０の一部に該当する。

上述のステップＳ１３０では、弁４７３が開放され、エアコンプレッサー４７４から供給される圧縮空気が分配流路４７２に流れ込む。分配流路４７２に流れ込んだ空気は、各流体流路４２４に分配される。噴射孔４２３は、流体流路４２４の−Ｘ方向の端に設けられているので、流体流路４２４を−Ｘ方向に流れる空気は、噴射孔４２３から−Ｘ方向に噴出する。なお、噴射孔４２３の上にも繊維は巻かれているが、繊維と繊維との間の空隙から、空気は噴出し得る。

ここで、流体流路４２４の延長上には、ドーム部２２が配置されているので、噴射孔４２３から噴出した空気は、ドーム部２２の表面に巻き付けられている繊維に吹き付けられる。このため、ドーム部２２の表面に巻き付けられている繊維は、ドーム部２２の表面に向かって押し付けられる。したがって、ドーム部２２の表面に巻き付けられている繊維が緩んで、ドーム部２２（マンドレル２０）の表面から浮き上がることが抑制される。

これに対して、吸引孔４２１は、流体流路４２４に対して垂直に形成されている。このため、流体流路４２４を流れる空気は、吸引孔４２１からほとんど噴出しない。流体流路４２４内を空気が高速で流れることにより、いわゆるベルヌイ効果によって吸引孔４２１に負圧が発生する。このため、繊維押さえ部４１０に巻き付けられている繊維は、繊維押さえ部４１０の表面に向かって吸引される。

なお、上述した吸引孔４２１は、請求項における連通孔に相当する。また、流体流路４２４および分配流路４７２は請求項における流路に、弁４７３およびエアコンプレッサー４７４は請求項における流体供給部に、流体流路４２４と分配流路４７２と弁４７３とエアコンプレッサー４７４とは請求項における吸引部に、それぞれ相当する。

図３に示すように、ステップＳ１３０が実行された後、押当部４９０により、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）に巻き付いた繊維が押さえられる（ステップＳ１３５）。ステップＳ１３５では、図５に示す押当部４９０が−Ｘ方向に移動する。そして、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）に巻き付けられ、繊維押さえ部４１０の表面に向かって吸引された繊維は、押当部４９０により、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）の表面に向かって押さえられる。

図３に示すように、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）とチャック部４３０との間において、図示しない切断部により繊維が切断される（ステップＳ１４０）。上述したように、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）に巻き付いた繊維は、繊維押さえ部４１０の表面に向かって吸引されると共に、押当部４９０により繊維押さえ部４１０の表面に向かって押さえられる。したがって、ステップＳ１４０により繊維が切断された後において、マンドレル２０および繊維押さえ部４１０に巻き付いた繊維の端部が広がることが抑制される。

図３に示すように、繊維が切断された後（ステップＳ１４０の後）、弁４７３が閉じられ、繊維押さえ部４１０内部への空気の供給が停止される（ステップＳ１４５）。押当部４９０がマンドレル２０から離れる方向（＋Ｘ方向）に戻され、マンドレル２０が繊維巻付装置１０から取り外される（ステップＳ１５０）。内側チャックピン列４３１が回転駆動され、チャック部４３０により固定されていた繊維が開放される（ステップＳ１５５）。繊維巻取部４５０により、チャック部４３０とヘリカル巻き装置２００との間に巻き付いていた繊維が巻き取られる（ステップＳ１６０）。

繊維巻付装置１０から取り外されたマンドレル２０が加熱される（ステップＳ１６５）。この加熱により、繊維に含浸されていた熱硬化性樹脂が硬化し、タンクが完成する。なお、ステップＳ１５５とステップＳ１６５との間において、口金部２１より先（＋Ｘ方向）に存在する余分な繊維を切断してもよい。

図６は、上述したステップＳ１４０（繊維の切断）を実行した直後のマンドレル２０の実際の様子を示す説明図である。図６に示すように、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）に巻き付けられている繊維Ｗ１は、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）の表面に向かって吸引されており、かつ、繊維の端部Ｗ２は広がっていない。このため、繊維の端部Ｗ２が周辺に存在する設備やマンドレル２０のドーム部２２等に絡むことを抑制できる。

図７は、比較例において繊維が切断された直後のマンドレル２０の実際の様子を示す説明図である。比較例では、図３に示す各処理のうち、ステップＳ１３０およびＳ１３５が省略される。したがって、比較例では、ステップＳ１２５（繊維押さえ部４１０への繊維の巻き付け）が実行された後にステップＳ１４０（繊維の切断）が実行される。そして、図７は、比較例において、ステップＳ１４０が実行された直後のマンドレル２０の実際の様子を示している。

図７に示すように、比較例では、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）に巻き付けられた繊維は繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）から離れ、繊維の端部Ｗ３は、径方向（繊維押さえ部４１０軸と垂直な方向）に広がっている。したがって、繊維の端部Ｗ３が周辺に存在する設備やマンドレル２０のドーム部２２に絡むおそれがある。

以上説明したように、実施形態のタンクの製造方法によると、繊維押さえ部４１０の吸引孔４２１に負圧を発生させ、胴体部４１１に巻き付いた繊維を繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）の表面に向かって吸引するので、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）に巻き付けられていた繊維が繊維押さえ部４１０から離れてしまい、繊維の端部が広がることを抑制できる。したがって、繊維の端部が、周辺の設備やマンドレル２０（ドーム部２２等）に巻き付けられている繊維に絡んでしまうことを抑制できるので、設備の故障やマンドレル２０の劣化を抑制できる。

加えて、繊維押さえ部４１０の内部を流通した空気を、マンドレル２０のドーム部２２に向かって吹き付けるので、ドーム部２２に巻き付けられている繊維を、ドーム部２２の表面に向かって押し付けることができる。このため、ドーム部２２表面に巻き付けられている繊維が緩んで、ドーム部２２の表面から浮き上がることを抑制できる。したがって、ドーム部２２の表面と巻き付いた繊維との間に空隙が生じることを抑制できるので、マンドレル２０の強度劣化を抑制できる。また、吸引孔４２１に負圧を発生させるために、繊維押さえ部４１０の内部に空気を供給するので、例えば、ポンプ等により、繊維押さえ部４１０の内部を吸引して負圧を発生させる構成に比べて、繊維押さえ部４１０の気密性を高める必要がない。このため、繊維押さえ部４１０の製造コストを抑えることができる。

また、マンドレル２０を繊維巻付装置１０に取り付ける際に、繊維処理ユニット４００の先端部４１３がマンドレル２０の口金部２１に挿入するようにマンドレル２０が配置される。このため、繊維押さえ部４１０は、マンドレル２０に対して軸ＡＸ方向に沿って隣接して配置されるので、マンドレル２０と繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）とに繊維を巻き付ける際に、これら部位に連続して繊維を巻き付けることができる。したがって、タンクの製造時間を短縮できる。

また、チャック部４３０は、繊維押さえ部４１０を円周方向に沿って囲んで配置されているので、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）に巻き付けられているすべての繊維を、確実に固定できる。

また、繊維処理ユニット４００は、切断部を備えているので、繊維押さえ部４１０（胴体部４１１）に巻き付けられている繊維を押さえる処理（ステップＳ１３０およびＳ１３５）と、繊維を切断する処理（ステップＳ１４０）とを連続して実行することができる。このため、タンクの製造時間を短縮化できる。加えて、繊維を切断するために、繊維処理ユニット４００とは別の装置として切断装置を用意する必要がないので、タンクの製造設備全体を小型化できる。

Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上述した実施形態では、繊維に含浸される樹脂は、エポキシ樹脂であったが、エポキシ樹脂に限らず任意の樹脂を採用してもよい。例えば、フェノール樹脂や、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを用いてもよい。また、上述した実施形態では、マンドレル２０に巻き付けられる繊維は、熱硬化性樹脂が含浸されたカーボン繊維であったが、かかるカーボン繊維に代えて、または、カーボン繊維に加えて、ガラス繊維やアラミド繊維などの任意の繊維を用いてもよい。このような構成においても、マンドレル２０に巻き付けられている繊維の切断後において、繊維の端部の広がりを抑制し、かつ、マンドレル２０に巻き付いた繊維の緩みを抑制できる。

Ｂ２．変形例２：
上述した実施形態では、繊維押さえ部４１０の内部（流体流路４２４）を流通する流体は、空気であったが、空気に代えて、窒素ガスや炭酸ガスなど任意の流体を用いてもよい。また、上述した実施形態では、流体流路４２４に空気を流通させることにより吸引孔４２１に負圧を発生させていたが、他の任意の方法により負圧を発生させてもよい。例えば、エアコンプレッサー４７４の代わりにポンプを配置し、かかるポンプによって分配流路４７２内の空気を吸引することにより、吸引孔４２１に負圧を発生させてもよい。かかる構成によっても、胴体部４１１および先端部４１３に巻き付いた繊維を、胴体部４１１の表面および先端部４１３の表面に押し付けることができる。

Ｂ３．変形例３：
上述した実施形態では、ステップＳ１４０において、繊維巻付装置１０（繊維処理ユニット４００）が備える切断部により繊維が切断されていたが、かかる切断部とは異なる切断手段により、繊維を切断してもよい。具体的には、例えば、繊維巻付装置１０とは別体として用意された切断装置（カッター）を用いて、繊維押さえ部４１０とチャック部４３０との間において繊維を切断する構成を採用してもよい。この構成によれば、繊維巻付装置１０（繊維処理ユニット４００）は切断部を備えなくてもよい。

Ｂ４．変形例４：
上述した実施形態では、チャック部４３０は、内側チャックピン列４３１と外側チャックピン列４３２とにより構成されていたが、かかる構成に代えて、繊維を固定可能な任意の構成を採用してもよい。

Ｂ５．変形例５：
上述した実施形態では、繊維処理ユニット４００の先端部４１３は、マンドレル２０の口金部２１に挿入されていたが、口金部２１に挿入させることに代えて、口金部２１の端部に接して配置されていてもよい。また、口金部２１に代えて、マンドレル２０の任意の位置に接して配置してもよい。例えば、口金部２１が設けられているドーム部とは反対側のドーム部の円頂部に、先端部４１３を接して配置してもよい。この構成では、取り付け治具３１５は、口金部２１に接して配置される。すなわち、一般には、繊維押さえ部４１０を口金部２１に接して配置する工程を、本発明に採用してもよい。

Ｂ６．変形例６：
上述した実施形態では、燃料電池システムで用いられる高圧ガスタンクが製造されたが、かかる高圧ガスタンクに代えて、他の任意の用途で用いられる高圧ガスタンクを製造してもよい。また、高圧ガスタンクに限らず、液体等の他の任意の流体を貯蔵可能なタンクを製造してもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…繊維巻付装置
２０…マンドレル
２１…口金部
２２…ドーム部
１００…フープ巻き装置
１０２…フレーム
１０４…巻掛テーブル
１０５…中央孔
１０６…ホルダー
１０７…ボビン
１０８…第１のガイド給糸部
１０９…第２のガイド給糸部
２００…ヘリカル巻き装置
２０２…フレーム
２０４…給糸リング
２０６…中央孔
２１０…クリール装置
２１１…ボビン
３００…基台
３０２…第１のレール
３０４…第２のレール
３１０…第１の支持台
３１１…第２の支持台
３１２…ベース
３１４…支持腕
３１５…取り付け治具
４００…繊維処理ユニット
４１０…繊維押さえ部
４１１…胴体部
４１２…テーパ部
４１３…先端部
４２１…吸引孔
４２３…噴射孔
４２４…流体流路
４３０…チャック部
４３１…内側チャックピン列
４３２…外側チャックピン列
４５０…繊維巻取部
４６０…支持部
４７０…駆動部
４７１…ベース部
４７２…分配流路
４７３…弁
４７４…エアコンプレッサー
４８０…繊維固定部
４９０…押当部
４９２…支持部
４９４…押当駆動部
ＡＸ…軸
Ｗ１…繊維
Ｗ２，Ｗ３…繊維の端部

Claims (7)

1. タンクの製造方法であって、
   （ａ）繊維押さえ装置を、タンク容器状のマンドレルに接して配置する工程と、
   （ｂ）繊維巻き装置を用いて、前記繊維押さえ装置の表面のうち、前記マンドレルに接する部分を含む少なくとも一部の表面と、前記マンドレルと、に繊維を巻き付ける工程と、
   （ｃ）前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に向かう方向に、前記繊維押さえ装置の内部から吸引する工程と、
   （ｄ）前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている部分と前記繊維巻き装置との間において切断する工程と、
   を備えるタンクの製造方法。
2. 請求項１に記載のタンクの製造方法において、
   前記マンドレルは、円筒形の胴体部と、前記胴体部の一端に位置し、ドーム状の外観形状を有するドーム部と、前記ドーム部の円頂部に配置された口金部と、を有し、
   前記工程（ａ）は、前記繊維押さえ装置を、前記口金部に接して配置する工程である、タンクの製造方法。
3. 請求項２に記載のタンクの製造方法において、
   前記繊維押さえ装置は、内部に形成された流体の流路と、前記流路と前記繊維押さえ装置の表面とを連通する連通孔と、前記流路に前記流体を供給する流体供給部と、を有し、
   前記工程（ｃ）は、前記流路に前記流体を流通させることにより、前記連通孔に負圧を発生させて、前記繊維押さえ装置に巻き付けられている前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に向かう方向に吸引する工程である、タンクの製造方法。
4. 請求項３に記載のタンクの製造方法において、
   前記繊維押さえ装置は、前記流路の端部と前記繊維押さえ装置の表面とを連通し、前記流路を流通する前記流体を前記マンドレルのドーム部に向けて排出する排出孔を備える、タンクの製造方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のタンクの製造方法において、
   前記繊維押さえ装置は、円筒状の外観形状を有し、
   前記工程（ｄ）は、前記繊維押さえ装置のうち、前記マンドレルと接する先端側とは反対の基端側において、前記繊維押さえ装置を円周方向に沿って囲むように配置されるチャック装置により、前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている部分と、前記繊維巻き装置との間において固定する工程を含む、タンクの製造方法。
6. タンク容器状のマンドレルに繊維を巻き付けるための繊維巻付装置であって、
   前記マンドレルに接して配置される繊維押さえ部と、
   前記繊維押さえ装置の表面のうち、前記マンドレルに接する部分を含む少なくとも一部の表面と、前記マンドレルと、に繊維を巻き付ける繊維巻き部と、
   前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に向かう方向に、前記繊維押さえ装置の内部から吸引する吸引部と、
   を備える、繊維巻付装置。
7. 請求項６に記載の繊維巻付装置において、さらに、
   前記繊維を、前記繊維押さえ装置の表面に巻き付けられている部分と前記繊維巻き装置との間において切断する切断部を備える、繊維巻付装置。