JP2018128116A - ガスタンクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスタンクのガス溜まり部の生成を抑制する。【解決手段】ガスタンクの製造方法は、（ａ）中空円筒形状のライナを準備する工程と、（ｂ）前記ライナに樹脂が含浸された第１繊維束を巻き付けて補強層を形成する工程と、（ｃ）前記第１繊維束が巻き付けられた前記ライナに樹脂が含浸された第２繊維束を、前記ライナの中心軸と平行な方向において前記第２繊維束の一部が互いに重なるように巻き付けて表面層を形成する工程と、（ｄ）前記第２繊維束の重なり部分を前記補強層に入り込ませる工程と、（ｅ）前記樹脂を硬化させる工程と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、ガスタンクおよびその製造方法に関する。

ライナの周りに補強層を有するガスタンクを製造する場合、樹脂を含浸した繊維束をライナに巻き付け、その後、樹脂を加熱硬化することで、繊維強化樹脂製の補強層を形成することが行われる（例えば特許文献１）。

特開２００９−２１６１３３号公報

樹脂を加熱硬化するときに、繊維束に含浸された樹脂が、一旦柔らかくなり、ガスタンク（補強層）の表面にしみ出てくる。そして、補強層の表面に樹脂の樹脂被膜が形成される。補強層には繊維束が含まれているため、補強層の繊維束の隙間を通ってガスがライナ側から外側に透過できる。一方、樹脂被膜は、繊維束が含まれていないため、ガスを透過できない。この状態でガスタンクにガスを充填すると、ガスタンクの内部からライナおよび補強層を通って漏れ出たガスが、補強層と、樹脂被膜との間に溜まり、ガス溜まり部が生じる。このガス溜まり部が破裂すると、異音が発生する。また、ガス溜まり部が破裂した跡は、見栄えが良くない。上記特許文献１では、このガス溜まり部の発生を抑制するためにライナと補強層との間に通路を形成し、ガスタンクの使用前にこの通路にガスを送ることで樹脂被膜に亀裂を生じさせて、漏れ出たガスをガスタンクの外部に逃すようにしていた。しかし、この方法では、ライナと補強層との間に通路を形成する工程、ガスを流す工程が必要となり、製造に手間がかかるという問題がある。したがって、より簡単にガス溜まり部を形成させないことが望まれていた。

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、ガスタンクが提供される。このガスタンクは、中空円筒形状のライナと、前記ライナの外側に形成されている、樹脂が含浸した繊維束を有する繊維強化樹脂層と、を備える。前記繊維強化樹脂層は、前記ライナの外周に形成され、第１繊維束を含む補強層と、前記補強層の外側に形成され、第２繊維束を含む表面層と、を有する。前記表面層は、前記ライナの中心軸と平行な方向において隣接する前記第２繊維束の一部が互いに重なるように巻かれており、前記表面層の前記第２繊維束の重なり部分は、前記補強層に入り込んでいる。
樹脂を加熱硬化するときには、一旦樹脂が軟化し、その後硬化する。この形態によれば、第２繊維束が重なっている重なり部分は、重なっていない部分よりも繊維が多いため、樹脂が軟化したときに、樹脂がガスタンクの表面に向かってしみ出し難い。そのため、表面層の樹脂が重なっている部分において、表面層の外側の樹脂が薄くなる。その後の、ガスタンクの膨張試験時にガスをガスタンクに充填すると、この樹脂が薄い部分でヒビ割れが生じ、このヒビ割れからガスが放出される。その結果、ガス溜まり部が生じにくい。したがって、ライナと補強層との間に通路を形成する工程が不要であり、より簡単にガス溜まり部の形成を抑制できる。また、ガス溜まり部の破裂による異音が発生し難く、見栄えも悪くならない。

（２）上記形態において、前記補強層は、前記第１繊維束が隙間を空けて巻かれている層を含んでいてもよい。
この形態によれば、第１繊維束が隙間を空けて巻かれている層を含んでいるので、第２繊維束の重なり部分がその隙間に入り易く、表面層の表面を平坦にし易い。

（３）上記形態において、前記補強層は、前記ライナ側の内層と、前記内層よりも外側の外層と、を含み、前記外層は、前記第１繊維束が前記隙間を空けて巻かれている層を含んでいてもよい。
この形態によれば、内層において、ライナを補強でき、外層において、第１繊維束が隙間を空けて巻かれているので、表面層における第２繊維束の重なり部分が第１繊維束の隙間に入り込みやすく、ガスタンクの表面を平坦にし易い。

（４）上記形態において、前記補強層は、前記ライナ側の内層と、前記内層よりも外側の外層と、を含み、前記外層は、前記第１繊維束における樹脂の体積割合が前記内層における前記第１繊維束における前記樹脂の体積割合よりも大きい層を含んでも良い。
この形態によれば、内層において、ライナを補強でき、外層は、前記第１繊維束における樹脂の体積割合が内層における前記第１繊維束における前記樹脂の体積割合よりも大きい層を含んでいるので、外層を柔らかくできる。その結果、表面層における第２繊維束の重なり部分が第１繊維束の隙間に入り込みやすく、ガスタンクの表面を平坦にし易い。

（５）上記形態において、前記外層は、前記第１繊維束がヘリカル巻きされたヘリカル層を含んでいてもよい。
この形態によれば、表面層の下層である外層は、第１繊維束がヘリカル巻きされたヘリカル層を含んでいる。ヘリカル層では、第１繊維束は、周方向に移動し易いので、第２繊維束が第１繊維束の隙間に入り込みやすく、ガスタンクの表面を平坦にし易い。

（６）上記形態において、前記第１繊維束は、炭素繊維で形成された繊維束であり、前記第２繊維束は、ガラス繊維で形成された繊維束であってもよい。
この形態によれば、補強層の繊維束を強度の強い炭素繊維で形成するので、ガスタンクをより補強できる。また、強度はあまり必要でない表面層を炭素繊維よりも安価なガラス繊維で形成できる。

（７）上記形態において、前記補強層と前記表面層との間にラベルを有し、前記ラベルの上における前記表面層の前記第２繊維束が重なるラップ率は、前記ラベルの上以外における前記表面層の前記第２繊維束が重なるラップ率よりも大きくてもよい。
この形態によれば、ラベルの上における表面層の第２繊維束が重なるラップ率は、ラベルの上以外における表面層の第２繊維束が重なるラップ率よりも大きいので、ラベルが故意に書き換えられにくくできる。

（８）本発明の一形態によれば、ガスタンクの製造方法が提供される。この製造方法は、（ａ）中空円筒形状のライナを準備する工程と、（ｂ）前記ライナに樹脂が含浸された第１繊維束を巻き付けて補強層を形成する工程と、（ｃ）前記第１繊維束が巻き付けられた前記ライナに樹脂が含浸された第２繊維束を、前記ライナの中心軸と平行な方向において前記第２繊維束の一部が互いに重なるように巻き付けて表面層を形成する工程と、（ｄ）前記第２繊維束の重なり部分を前記補強層に入り込ませる工程と、（ｅ）前記樹脂を硬化させる工程と、を備える。
樹脂を加熱硬化するときには、一旦樹脂が軟化し、その後硬化する。この形態によれば、第２繊維束が重なっている重なり部分は、重なっていない部分よりも繊維が多いため、樹脂が軟化したときに、樹脂がガスタンクの表面に向かってしみ出し難い。そのため、表面層の樹脂が重なっている部分において、表面層の外側の樹脂が薄くなる。その後の、ガスタンクの膨張試験時にガスをガスタンクに充填すると、この樹脂が薄い部分でヒビ割れが生じ、このヒビ割れからガスが放出される。その結果、ガス溜まり部が生じにくい。したがって、ライナと補強層との間に通路を形成する工程が不要であり、より簡単にガス溜まり部の形成を抑制できる。また、ガス溜まり部の破裂による異音が発生し難く、見栄えも悪くならない。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ガスタンク、ガスタンクの製造方法等の種々の形態で実現することができる。

ガスタンクの概略構成を示す断面図。 フィラメントワインディング装置の一例を示す説明図。 ライナへの繊維束の巻き方の例を示す説明図。 補強層における第１繊維束の巻き方の一例を示す説明図。 補強層、表面層を加熱硬化する前におけるストレート部の断面を示す概略図。 樹脂の硬化装置を示す説明図。 樹脂の加熱硬化からガス充填までにおける表面層の状態変化を示す説明図。 加熱硬化の変形例を示す説明図。 第２実施形態のガスタンクの概略構成を示す説明図。

・第１実施形態：
図１は、ガスタンク５００の概略構成を示す断面図である。ガスタンク５００は、略円筒形であり、円筒の軸方向の両端は、略球形のドーム形状となっている。ガスタンク５００は、ライナ１００と、ライナ１００の外周に形成された繊維強化樹脂層２００とを備える。ライナ１００は、中空円筒形状を有している。繊維強化樹脂層２００は、ライナ１００側の補強層２１０と、補強層２１０の外側であって外気側の表面層２６０とを備える。補強層２１０は、炭素繊維で形成された繊維束を含んでおり、表面層２６０は、ガラス繊維で形成された繊維束を含んでいる。繊維束とは、多数の繊維（単繊維）を束ねたものである。補強層２１０は、ライナ１００を外側から補強し、ガスタンク５００の強度を高める。表面層２６０は、補強層２１０にキズが生じないように、補強層２１０を保護する。なお、表面層２６０にキズやヒビ割れが生じても、補強層２１０にキズやヒビ割れが生じなければ、ガスタンク５００の強度には影響を与えない。

ガスタンク５００の両端には、それぞれ口金３００、３１０が取り付けられている。口金３００は、ライナ１００の内部と外部とをつなぐ孔３０５を有している。一方、口金３１０は、孔３１５を有している。孔３１５は、ライナ１００の内部と外部とをつないでいない。但し、口金３１０は、口金３１０と同様の内部と外部とをつなぐ孔３１０を有する構成であってもよい。この場合、口金３１０の孔は、閉塞部材により閉塞されていてもよい。口金３００には、ガスタンク５００へのガスの充填や放出をするための部品が取り付けられる。また、口金３００、３１０は、ライナ１００に樹脂が含浸された繊維束を巻き付けるときに、後述するフィラメントワインディング装置の取り付け軸に取り付けられ、ライナ１００を、様々な方向に回転、移動させるために用いられる。ここで、回転には、取り付け軸周りの回転、取り付け軸垂直な方向を回転軸とする回転を含み、移動には、取り付け軸に沿った方向の移動、取り付け軸と垂直な方向の移動を含む。

図２は、フィラメントワインディング装置１０００の一例を示す説明図である。フィラメントワインディング装置１０００は、ライナ１００に樹脂が含浸された繊維束１０を巻き付ける装置である。なお、フィラメントワインディング装置１０００は、繰り出す繊維束１０を第１繊維束１０ｆとすることで補強層２１０用の繊維束をライナ１００に巻き付け、繰り出す繊維束１０を第２繊維束１０ｓとすることで表面層２６０の繊維束をライナ１００に巻き付けできる。

フィラメントワインディング装置１０００は、巻出しボビン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、中継ローラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１６と、ダンサ１８と、アクティブダンサ２０と、中継ローラ２２、２４、２６と、繊維収束治具２８と、繊維送出装置３０と、取り付け軸４０と、制御部５０と、を備える。

巻出しボビン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、それぞれ、トウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを巻いており、トウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを繰り出す繰出部である。トウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、それぞれ約２万本から約５万本の単繊維を含む繊維束にエポキシなどの樹脂をしみ込ませたものである。なお、各トウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに含まれる単繊維の数は、同じであってもよく、異なっていても良い。トウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに含まれる繊維束は、補強層２１０を巻く時は炭素繊維で形成された繊維束、表面層を巻く時はガラス繊維で形成された繊維束である。但し、繊維束は、炭素繊維、ガラス繊維以外の繊維で形成された繊維を含んでいても良い。樹脂もエポキシ以外の樹脂であっても良い。また、巻出しボビン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、樹脂をしみこませていない繊維束を繰り出してもよい。この場合、繊維送出装置３０までの途中で樹脂槽を設け、樹脂槽に繊維束を浸すことで、樹脂をしみ込ませても良い。

中継ローラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１６、２２、２４、２６は、トウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを搬送するときの中継ローラである。第１段目の中継ローラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、トウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ毎に独立して設けられているが、２段目以降の中継ローラ１６、２２、２４、２６は、トウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ毎に独立せず、共通して設けられている。

ダンサ１８は、予め定められた圧力に設定されたシリンダ１９を有している。アクティブダンサ２０は、ボビン軸２１を有し、ダンサ１８が水平になるようにボビン軸２１を移動させることでトウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの張力を調整する。予め定められた圧力は、ライナ１００に繊維束１０を巻き付けるときの張力に対応する。なお、後述するように、各層毎に繊維束を巻き付けるときの張力の大きさが異なる。繊維収束治具２８は、４本のトウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが収束し易いように、４本のトウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを揃える。

繊維送出装置３０は、４本のトウプリプレグ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを収束し、１本の繊維束１０として、巻き付け対象物であるライナ１００に送出する。収束後の繊維束１０は、例えば、幅が５〜２０ｍｍ、厚さが０．４〜０．８ｍｍ程度の帯状である。典型的には、繊維束１０の幅は１６ｍｍであり、厚さ０．６ｍｍである。繊維送出装置３０は、ライナ１００の位置、ライナ１００のどの部分に繊維束１０を巻くかにより、ライナ１００との相対位置が移動可能である。なお、繊維束１０は、補強層２１０用の繊維束と表面層２６０用の繊維束を区別する場合には、補強層２１０用の繊維束を「第１繊維束１０ｆ」、表面層２６０用の繊維束を「第２繊維束１０ｓ」と呼ぶ。

取り付け軸４０は、ライナ１００の口金３００、３１０に取り付けられる。取り付け軸４０は、図示しない駆動装置により、取り付け軸４０周りにライナ１００を回転可能である。また、取り付け軸４０は、取り付け軸４０の軸方向と垂直な軸周りにライナ１００を回転可能である。また、取り付け軸４０は、取り付け軸４０に沿った方向にライナ１００を移動可能であり、取り付け軸４０と垂直な方向にライナ１００を移動可能である。これにより、後述する、フープ巻き、ヘリカル巻きが可能となる。

制御部５０は、アクティブダンサ２０の動作、繊維送出装置３０の移動、ライナ１００の移動や回転を制御する。

図３は、ライナ１００への繊維束の巻き方の例を示す説明図である。本実施形態では、ライナ１００に対して、例えば、フープ巻きとヘリカル巻きの２つの巻き方で繊維束１０（第１繊維束１０ｆ、第２繊維束１０ｓ）を巻く。但し、フープ巻きとヘリカル巻き以外の他の巻き方でライナ１００に繊維束を巻いてもよい。ライナ１００は、略円筒形のストレート部１１０と、その両側の半球形状のドーム部１２０、１２５を備える。フープ巻きとは、繊維束１０をライナ１００のストレート部１１０の円周に沿って、円形に巻く巻き方である。言い換えれば、フープ巻きは、ライナ１００の円筒の軸方向を中心軸としてその中心軸周りに巻く巻き方である。フープ巻きは、「パラレル巻き」とも呼ぶ。ヘリカル巻きとは、繊維束を、ライナ１００の一方のドーム部１２０からストレート部１１０を通って他方のドーム部１２５に亘るように巻く巻き方である。言い換えれば、ヘリカル巻きは、ライナ１００の円筒の軸と垂直な方向を中心軸として、その中心軸周りに巻く巻き方である。なお、図３に示すヘリカル巻きは低角度のヘリカル巻きであり、「レーベル巻き」とも呼ぶ。

図４は、補強層２１０における第１繊維束１０ｆの巻き方の一例を示す説明図である。補強層２１０は、ａ層からｉ層の９種の層を含んでいる。ａ層からｇ層までが内層に対応し、ｈ層とｉ層が外層に対応する。外層は、内層の外側に形成されている。ａ層は、ライナ１００側から数えて１層目からｎ１層目までを含んでおり、ヘリカル巻きで形成されている。ヘリカル巻きされた層を「ヘリカル層」と呼ぶ。ａ層のカバー率は、約１００％であり、第１繊維束１０ｆを巻き付けるときの張力は、約５〜１５Ｎである。カバー率は、第１繊維束１０ｆが巻かれる空間の体積のうち第１繊維束１０ｆがどの程度の体積を占めているかを示す指標である。カバー率１００％とは、隙間無く第１繊維束１０ｆが巻かれていることを意味する。カバー率の詳細については、後述する。図４のｎ１〜ｎ９は、整数であり、１≦ｎ１＜ｎ２＜ｎ３＜ｎ４＜ｎ５＜ｎ６＜ｎ７＜ｎ８＜ｎ９の関係にある。ｎ１＝１の時は、ａ層は１層のみである。

ｂ層は、ライナ１００側から数えてｎ１＋１層目からｎ２層目までを含んでおり、フープ巻きで形成されている。フープ巻きで形成されている層を「フープ層」とも呼ぶ。ｂ層のカバー率は、約１００％であり、第１繊維束１０ｆを巻き付けるときの張力は、約１５〜７０Ｎである。ｃ層からｆ層については、説明を省略する。内層（ａ層からｇ層まで）は、カバー率がほぼ１００％であり、内層を用いてライナ１００を補強できる。

ｈ層は、ライナ１００側から数えてｎ７＋１層目からｎ８層目までを含んでいる。ｈ層は、ライナ１００の中心軸周りの周回方向において隣接する第１繊維束１０ｆが隙間を空けてヘリカル巻きで形成されている。ｈ層における、カバー率は、約７５％であり、第１繊維束１０ｆを巻き付けるときの張力は、約１５〜３０Ｎである。カバー率７５％とは、第１繊維束１０ｆが隙間を空けて巻かれており、第１繊維束１０ｆが巻かれる空間の体積のうち、第１繊維束１０ｆが７５％の体積を占め、隙間の体積が２５％であることを意味する。外層は、第１繊維束１０ｆが隙間を空けて巻かれているｈ層を含んでいる。

ｉ層は、ライナ１００側から数えてｎ８＋１層目からｎ９層目までを含んでいる。ｉ層は、補強層２１０の表面の形状を整えるための層であり、フープ巻きで形成されている。ｉ層におけるカバー率は、約１００％であり、第１繊維束１０ｆを巻き付けるときの張力は、約５０〜７０Ｎである。なお、ｉ層は１層であってもよい。この場合ｎ９＝ｎ＋８である。また、ｉ層を備えない構成であってもよい。

図５は、補強層２１０、表面層２６０を加熱硬化する前におけるストレート部１１０の断面を示す概略図である。図５において、ａ層からｈ層は、第１繊維束１０ｆで形成されている。なお、ａ層からｆ層については、１層または複数層で形成されているが、図示の都合上、簡略化して１層で図示している。

カバー率は、第１繊維束１０ｆの積層方向に複数の層を含む図５の断面Ｓ１における第１繊維束１０ｆの占める割合で算出される。なお、この断面Ｓ１は、図３のドーム部１２０、１２５における断面ではなく、ストレート部１１０における断面における値である。ストレート部１１０では、ドーム部１２０、１２５に比べて、第１繊維束１０ｆの並び方が単純であるため、ストレート部１１０の方がドーム部１２０、１２５よりもカバー率を算出しやすい。したがって、ストレート部１１０における第１繊維束１０ｆの巻き方からカバー率を算出する。なお、第１繊維束１０ｆの幅をＷ１とすると、ｈ層においては、第１繊維束１０ｆは、大きさＷＧ１の隙間を空けて巻かれている。したがって、ｈ層におけるカバー率は、１００×Ｗ１／（Ｗ１＋ＷＧ１）％と算出できる。例えば、隙間の大きさＷＧ１を第１繊維束１０ｆの幅Ｗ１の約３３．３％とすると、カバー率は約７５％となる。

表面層２６０は、第２繊維束１０ｓで形成され、第１表面層２６１と第２表面層２６２の２つの層を含んでいる。本実施形態では、表面層２６０は、２層であるとしたが、３層以上の多層であってもよい。図５の例では、表面層２６０では、ライナ１００の中心軸と平行な方向において隣接する第２繊維束１０ｓの一部が互いに重なるように巻かれている。ラップ率は、繊維束１０が隣接する繊維束１０とどれくらいと重なっているかを示す指標である。図５の例では、表面層２６０を形成する第２繊維束１０ｓの幅はＷ２であり、第２繊維束１０ｓとその隣の第２繊維束１０ｓの重なりはＷＬ２である。この場合、第２繊維束１０ｓのラップ率は、１００×ＷＬ２／Ｗ２％で定義される。図５に示す例では、第２繊維束１０ｓのラップ率は、約３３．３％である。本実施形態では、典型的な値として、第１繊維束１０ｆ間の隙間の大きさＷＧ１を第１繊維束１０ｆの幅Ｗ１の約３３．３％、第２繊維束１０ｓのラップ率を第２繊維束１０ｓの幅Ｗ２の約３３．３％としたが、第１繊維束１０ｆ間の隙間の大きさＷＧ１を繊維束１０の幅Ｗ１の５％以上３３．３％以下、ラップ率を繊維束１０の幅Ｗ２の５％以上３３．３％以下としてもよい。こうすれば、表面層２６０において、第２繊維束１０ｓが重なる第１部分２６２ａおよびｉ層が、補強層２１０のｈ層に形成されている隙間に入り込みやすく、表面層２６０の外表面を平らにし易い。

また、図４で説明したように、ｈ層では、第１繊維束１０ｆを巻く時の張力が、内層を巻く時の張力よりも小さい。そのため、表面層２６０において、第２繊維束１０ｓが重なる第１部分２６２ａおよびｉ層が、補強層２１０のｈ層に形成されている隙間に入り込みやすく、表面層２６０の外表面を平らにし易い。

本実施形態では、第１繊維束１０ｆのｈ層におけるカバー率を１００％よりも小さく、例えば約７５％とすることで、第２繊維束１０ｓが重なる第１部分２６２ａおよびｉ層が、補強層２１０のｈ層に形成されている隙間に入り込み易くしているが、例えば、ｈ層を巻く時の第１繊維束１０ｆの本数密度を下げてもよく、あるいは、第１繊維束１０ｆの樹脂の体積割合を増やしてもよい。

ｈ層の第１繊維束１０ｆを巻く時は、（ａ）内層（ａ層〜ｇ層）を巻く時よりも、第１繊維束１０ｆのカバー率を低くする、（ｂ）第１繊維束１０ｆの本数密度を下げる、あるいは、第１繊維束１０ｆの樹脂の体積割合を増やす、（ｃ）第１繊維束１０ｆを巻く時の張力を、内層を巻く時の張力よりも下げる、のうちの少なくとも１つを行うと、第２繊維束１０ｓが重なる第１部分２６２ａおよびｉ層が、補強層２１０のｈ層に形成されている隙間に入り込みやすく、表面層２６０の外表面を平らにし易い。

図６は、樹脂の硬化装置６００を示す説明図である。樹脂の硬化装置６００は、内部に繊維束１０（第１繊維束１０ｆおよび第２繊維束１０ｓ）が巻かれたライナ１００を収納する収納部６１０と、収納部６１０を加熱する加熱部６２０とを有する中空の型である。収納部６１０の大きさは、繊維束１０が巻かれたライナ１００の大きさとほぼ等しい。本実施形態では、繊維束１０が巻かれたライナ１００を収納部６１０に入れ、加熱部６２０で加熱する。ここで、加熱部６２０は、先ず樹脂の軟化温度まで加熱して繊維束１０に含まれる樹脂を軟化させる。軟化温度は、樹脂により異なるが、例えば５０℃〜８０℃である。その後、硬化温度、まで加熱して樹脂を硬化させる。硬化温度は、樹脂により異なるが、１３０℃〜１７０℃である。ここで、収納部６１０の内面は、滑らかな面で形成されているので、形成されるガスタンク５００（図１）の表面は滑らかとなる。

図７は、樹脂の加熱硬化からガス充填までにおける表面層２６０の状態変化を示す説明図である。図７では、表面層２６０のうち、最表面の第２表面層２６２のみを図示している。第２繊維束１０ｓが巻かれたライナ１００は、第２表面層２６２における繊維束１０が重なる第１部分２６２ａにおいて厚くなり、第２繊維束１０ｓが重ならない第２部分２６２ｂにおいて第１部分２６２ａよりも薄くなる。硬化装置６００に入れられ、硬化装置６００が閉められると、第１部分２６２ａは、収納部６１０の内面に押されて表面側がほぼ平坦となり、図５で示したｈ層側に入り込む。

次いで、硬化装置６００の内部の温度を軟化温度に加熱すると、ａ層からｈ層を形成する第１繊維束１０ｆに含まれる樹脂や第２繊維束１０ｓに含まれる樹脂が軟化し、第２表面層２６２の外面に向かってしみ出て、表面樹脂層２７０を形成する。このとき、第１部分２６２ａは、第２部分２６２ｂに比べると、厚さが厚く、繊維も多いため、第１部分２６２ａでは、樹脂が通り難く、しみ出る樹脂の量が少ない。その結果、第１部分２６２ａにおける外面側の表面樹脂層２７０ａの厚さは、第２部分２６２ｂにおける外面側に表面樹脂層２７０ｂの厚さよりも薄くなる。なお、表面樹脂層２７０の外面は、硬化装置６００の内面が平坦なため、凹凸のない滑らかな表面となる。その後、硬化装置６００が収納部６１０の温度を硬化温度に加熱すると、樹脂が硬化する。その後、硬化装置６００を開けて、収納部６１０からガスタンク５００を取り出して、冷却することでガスタンク５００を形成する。

その後、口金３００にガス充填用の部品を取り付けて、ガスタンク５００にガスを充填してガスタンク５００の膨張試験を行う。このとき、ガスタンク５００の内部の圧力を増加させ、薄い表面樹脂層２７０ａにヒビ割れ２７１を生じさせる。但し、上述したように、表面層２６０は、補強層２１０をキズなどから保護する層であるので、表面樹脂層２７０にヒビ割れ２７１が生じても、ガスタンク５００の強度には影響を与えない。

第１実施形態のガスタンク５００では、表面層２６０は、ライナ１００の中心軸と平行な方向において隣接する第２繊維束１０ｓの一部が互いに重なるように巻かれており、表面層２６０の第２繊維束１０ｓの重なり部分は、補強層２１０に入り込んでいる。そして、表面層２６０の第２繊維束１０ｓの重なり部分では、第２繊維束１０ｓの繊維が密なため、樹脂が表面にしみ出しにくく、表面樹脂層２７０が薄くなる。かかる薄い表面樹脂層２７０ａは、ヒビ割れが生じさせやすい。ガスタンク５００からリークしたガスが、表面層２６０と表面樹脂層２７０との間に浸入しても、薄表面樹脂層２７０ａにヒビ割れ２７１が生じているため、ガス溜まり部の形成を抑制できる。また、ガス溜まり部が形成されないため、ガス溜まり部が破裂することにより異音の発生や、破裂跡にガスタンクの見栄えが悪くなることもない。また、ライナ１００と補強層２１０との間にガスの通路を形成したりする工程も不要である。

第１実施形態では、補強層２１０は、ライナ側の内層（例えばａ層からｇ層）と、表面層２６０側の外層（例えばｈ層）とを備え、外層（ｈ層）は、第１繊維束１０ｆが隙間を空けて巻かれている。そのため、内層（ａ層からｇ層）において、ライナ１００を補強でき、外層において、第１繊維束１０ｆが隙間を空けて巻かれているので、表面層２６０における第２繊維束１０ｓの重なり部分２６２ａが内層における第１繊維束１０ｆの隙間に入り込みやすく、ガスタンク５００の表面を平坦にし易い。なお、第２繊維束１０ｓの重なり部分２６２ａは、樹脂を硬化させるときに、収納部６１０の内面によって平坦化される。したがって、第１繊維束１０ｆは、隙間を空けて巻かれていなくても良い。

第１実施形態では、表面層２６０の下層である外層（ｈ層）は、第１繊維束１０ｆが隙間を空けてヘリカル巻きされたヘリカル層である。ヘリカル層では、その第１繊維束を２つのドーム部１２０、１２５で支持する。そして、ストレート部１１０の軸方向長さが長いため、ストレート部１１０の第１繊維束１０ｆが、周方向に移動し易い。そのため、ストレート部１１０の放射方向の外側から中心方向に向けて力が加わると、表面層２６０の第２繊維束１０ｓがｈ層の第１繊維束１０ｆの隙間に入り込みやすく、ガスタンク５００の表面を平坦にし易い。なお、ｈ層の第１繊維束１０ｆは、ヘリカル巻き以外の巻き方、例えば、フープ巻きで巻かれていても良い。

第１実施形態によれば、補強層２１０の第１繊維束１０ｆを強度の強い炭素繊維で形成するので、ガスタンク５００をより補強できる。また、強度はあまり必要でない表面層２６０の第２繊維束１０ｓを炭素繊維よりも安価なガラス繊維で形成できる。但し、表面層２６０の繊維束を炭素繊維で形成しても良い。

第１実施形態によれば、ライナ１００のストレート部１１０において、補強層２１０の外層の第１繊維束１０ｆは、第１繊維束１０ｆの幅の５％以上３３．３％以下の隙間を開けて巻かれ、表面層２６０の第２繊維束１０ｓは、ラップ率５％以上３３．３％以下で重なるように巻かれているので、表面層２６０の第２繊維束１０ｓの重なった第１部分２６２ａが補強層２１０の第１繊維束１０ｆの隙間に入り込みやすい。その結果、ガスタンクの表面を平坦にし易い。

・変形例：
図８は、加熱硬化の変形例を示す説明図である。第１の実施形態では、繊維束１０（第１繊維束１０ｆ、第２繊維束１０ｓ）が巻かれたライナ１００を硬化装置６００の収納部６１０に入れて、軟化して第２繊維束１０ｓの重なった第１部分２６２ａを補強層２１０に入り込ませ、その後硬化した。変形例では、繊維束１０が巻かれたライナ１００を加熱装置７５０で軟化温度まで加熱しながらで繊維束１０が巻かれたライナ１００の表面をローラ７００で均し、平坦化する。すなわち、ローラ７００で、表面層２６０の第２繊維束１０ｓの重なった第１部分２６２ａを補強層２１０に入り込ませる。その後、繊維束１０が巻かれたライナ１００を、加熱装置７５０で硬化温度まで加熱して、樹脂を硬化させる。こうすれば、硬化装置６００を用いなくても、ガスタンク５００の樹脂を硬化できる。なお、本実施形態では、ローラ７００を用いたが、ローラ７００の代わりにヘラなどの平坦化治具を用いてもよい。第２繊維束１０ｓを巻く時の張力を大きくすることで、表面層２６０の第２繊維束１０ｓの重なった第１部分２６２ａを補強層２１０の第１繊維束１０ｆの隙間に入り込ませてもよい。

・第２実施形態：
図９は、第２実施形態のガスタンクの概略構成を示す説明図である。第２実施形態のガスタンク５０２は、第１実施形態の構成と同じ構成である。図９では、ラベル５５０が図示されている。なお、第１実施形態では説明しなかったが、第１実施形態のガスタンク５００でもラベル５５０を有している。ラベル５５０は、ガスタンク５０２の製造年月日、使用期限、用途などを記載している。ラベル５５０は、書き換えを防止するために、補強層２１０と、表面層２６０との間に貼り付けられる。第１実施形態では、ラベル５５０を貼り付けた後で表面層２６０を形成するときに、ラベル５５０の上であるか、否かにかかわらず、表面層２６０の第２繊維束１０ｓが重なる第１部分２６２ａの割合（ラップ率）をほぼ同じにしている。これに対し、第２実施形態では、ラベル５５０を貼り付けた後で表面層２６０を形成するときに、表面層２６０の第２繊維束１０ｓが重なる第１部分２６２ａの割合（ラップ率）を、ラベル５５０の上以外における表面層２６０の第２繊維束１０ｓが重なる第１部分２６２ａの割合（ラップ率）よりも大きくなるように表面層２６０の第２繊維束１０ｓを巻く点が異なっている。ラップ率が小さいと、繊維束１０をずらして、ラベル５５０の書き換えが可能となるおそれがある。第２実施形態では、ラベル５５０の上における表面層２６０の第２繊維束１０ｓが重なるラップ率は、ラベル５５０の上以外における表面層２６０の第２繊維束１０ｓが重なるラップ率よりも大きいので、第１実施形態に比べて、ラベル５５０が故意に書き換えられ難くすることができる。

本発明は、上述の実施形態や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…繊維束
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…トウプリプレグ
１０ｆ…第１繊維束
１０ｓ…第２繊維束
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…ボビン
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…中継ローラ
１６…中継ローラ
１８…ダンサ
１９…シリンダ
２０…アクティブダンサ
２１…ボビン軸
２２、２４、２６…中継ローラ
２８…繊維収束治具
３０…繊維送出装置
４０…取り付け軸
５０…制御部
１００…ライナ
１１０…ストレート部
１２０、１２５…ドーム部
２００…繊維強化樹脂層
２１０…補強層
２６０…表面層
２６１…第１表面層
２６２…第２表面層
２６２ａ…第１部分
２６２ｂ…第２部分
２７０…表面樹脂層
２７０ａ…表面樹脂層
２７０ｂ…表面樹脂層
２７１…ヒビ割れ
３００、３１０…口金
３０５、３１５…孔
５００、５０２…ガスタンク
５５０…ラベル
６００…硬化装置
６１０…収納部
６２０…加熱部
７００…ローラ
７５０…加熱装置
１０００…フィラメントワインディング装置
Ｓ１…断面
Ｗ１…幅
ＷＧ１…隙間の大きさ
Ｗ２…幅
ＷＬ２…ラップ幅

Claims (17)

1. ガスタンクであって、
   中空円筒形状のライナと、
   前記ライナの外側に形成されている、樹脂が含浸した繊維束を有する繊維強化樹脂層と、
   を備え、
   前記繊維強化樹脂層は、
   前記ライナの外周に形成され、第１繊維束を含む補強層と、
   前記補強層の外側に形成され、第２繊維束を含む表面層と、
   を有し、
   前記表面層は、前記ライナの中心軸と平行な方向において隣接する前記第２繊維束の一部が互いに重なるように巻かれており、
   前記表面層の前記第２繊維束の重なり部分は、前記補強層に入り込んでいる、
   ガスタンク。
2. 請求項１に記載のガスタンクであって、
   前記補強層は、前記第１繊維束が隙間を空けて巻かれて層を含む、
   ガスタンク。
3. 請求項２に記載のガスタンクであって、
   前記補強層は、
   前記ライナ側の内層と、
   前記内層よりも外側の外層と、
   を含み、
   前記外層は、前記第１繊維束が前記隙間を空けて巻かれている層を含む、
   ガスタンク。
4. 請求項１に記載のガスタンクであって、
   前記補強層は、
   前記ライナ側の内層と、
   前記内層よりも外側の外層と、
   を含み、
   前記外層は、前記第１繊維束における樹脂の体積割合が前記内層における前記第１繊維束における前記樹脂の体積割合よりも大きい層を含む、
   ガスタンク。
5. 請求項３または４に記載のガスタンクであって、
   前記外層は、前記第１繊維束がヘリカル巻きされたヘリカル層を含む、ガスタンク。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスタンクにおいて、
   前記第１繊維束は、炭素繊維で形成された繊維束であり、
   前記第２繊維束は、ガラス繊維で形成された繊維束である、
   ガスタンク。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスタンクであって、
   前記補強層と前記表面層との間にラベルを有し、
   前記ラベルの上における前記表面層の前記第２繊維束が重なるラップ率は、前記ラベルの上以外における前記表面層の前記第２繊維束が重なるラップ率よりも大きい、ガスタンク。
8. ガスタンクの製造方法であって、
   （ａ）中空円筒形状のライナを準備する工程と、
   （ｂ）前記ライナに樹脂が含浸された第１繊維束を巻き付けて補強層を形成する工程と、
   （ｃ）前記第１繊維束が巻き付けられた前記ライナに樹脂が含浸された第２繊維束を、前記ライナの中心軸と平行な方向において前記第２繊維束の一部が互いに重なるように巻き付けて表面層を形成する工程と、
   （ｄ）前記第２繊維束の重なり部分を前記補強層に入り込ませる工程と、
   （ｅ）前記樹脂を硬化させる工程と、
   を備える、ガスタンクの製造方法。
9. 請求項８に記載のガスタンクの製造方法において、
   前記工程（ｂ）は、隙間を空けて前記第１繊維束を巻き付ける工程を含む、
   ガスタンクの製造方法。
10. 請求項９に記載のガスタンクの製造方法において、
    前記工程（ｂ）は、
    （ｂ−１）前記ライナ側の内層を形成する工程と、
    （ｂ−２）前記内層の外側に外層を形成する工程と、
    を含み、
    前記工程（ｂ−２）において、前記隙間を空けて前記第１繊維束を巻く、
    ガスタンクの製造方法。
11. 請求項８に記載のガスタンクの製造方法において、
    前記工程（ｂ）は、
    （ｂ−１）前記ライナ側の内層を形成する工程と、
    （ｂ−２）前記内層の外側に外層を形成する工程と、
    を含み、
    前記工程（ｂ−２）は、前記第１繊維束における前記樹脂の体積割合が前記内層における前記第１繊維束における前記樹脂の体積割合よりも大きい層を形成する工程を含む、
    ガスタンクの製造方法。
12. 請求項８に記載のガスタンクの製造方法において、
    前記工程（ｂ）は、
    （ｂ−１）前記ライナ側の内層を形成する工程と、
    （ｂ−２）前記内層の外側に外層を形成する工程と、
    を含み、
    前記工程（ｂ−２）は、前記工程（ｂ−１）における前記第１繊維束の張力よりも小さな張力で前記第１繊維束を巻く工程を含む、
    ガスタンクの製造方法。
13. 請求項１０から１２のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法において、
    前記工程（ｂ−２）では、前記第１繊維束をヘリカル巻きする、
    ガスタンクの製造方法。
14. 請求項８〜１３のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法において、
    前記第１繊維束は、炭素繊維で形成された繊維束であり、
    前記第２繊維束は、ガラス繊維で形成された繊維束である、
    ガスタンクの製造方法。
15. 請求項８〜１４のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法であって、
    前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）との間にラベルを貼り付ける工程を有し、
    前記工程（ｃ）において、前記ラベルの上における前記第２繊維束が重なるラップ率を、前記ラベルの上以外における前記第２繊維束が重なるラップ率よりも大きくなるように前記第２繊維束を巻く、ガスタンクの製造方法。
16. 請求項８〜１５のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法であって、
    前記工程（ｄ）は、前記第２繊維束が巻かれた前記ライナを硬化装置の収納部に入れて、前記樹脂の軟化温度まで加熱し、前記収納部の内面で前記表面層の表面を押さえて前記第２繊維束の重なり部分を前記補強層に入り込ませる工程を含む、
    ガスタンクの製造方法。
17. 請求項８〜１５のいずれか一項に記載のガスタンクの製造方法であって、
    前記工程（ｄ）は、前記表面層の表面を加熱しながら平坦化治具で押さえることにより、前記第２繊維束の重なり部分を前記補強層に入り込ませる工程を含む、
    ガスタンクの製造方法。

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