JP2019120268A - タンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数層の繊維強化樹脂層を形成する際の繊維束の巻き付けの一時停止における繊維束挙動の適正化を図る。【解決手段】ライナーの外表に複数層の繊維強化樹脂層を形成するに当たり、ライナー側の最内層の繊維強化樹脂層から、繊維強化樹脂層ごとの巻き付け張力での連続的な樹脂含浸の繊維束の巻き付けにより、繊維強化樹脂層を順次、積層して形成する。そして、形成済み繊維強化樹脂層に新たな繊維強化樹脂層を形成する際には、繊維束の巻き付けを一時停止すると共に、該巻き付け一時停止の間における繊維束の張力を、形成済み繊維強化樹脂層の形成の際の巻き付け張力より小さい４０〜１００Ｎの張力に調整する。【選択図】図４

Description

本発明は、タンクの製造方法に関する。

燃料電池などのガス消費機器に供給される燃料ガスはタンクに貯留され、タンクには、高圧でのガス貯留に耐える強度の確保や、車両等への搭載を考慮した軽量化が求められる。こうした要請に対処すべく、ライナーの外表に繊維強化樹脂層を複数層に亘って積層して備えるタンクの製造方法が提案されている（例えば特許文献１）。この特許文献では、繊維強化樹脂層を連続的な繊維束の巻き付けにより順次、積層して形成する際の繊維束の巻き付け張力を調整することで、繊維強化樹脂層における気泡の発生を抑制している。

特開２０１０−２２３２４３号公報

ところで、形成済みの繊維強化樹脂層に新たな繊維強化樹脂層を形成する際には、それまでなされていた繊維束の巻き付けは、通常、一時停止される。そして、この一時停止の後に、新たな繊維強化樹脂層の形成のための繊維束の巻き付けが開始され、上記の特許文献では、繊維束の巻き付け張力の調整がなされる。こうした繊維束の巻き付けの一時停止においても、繊維束は、形成済みの繊維強化樹脂層と連続していることから、形成済みの繊維強化樹脂層に何らかの影響を及ぼし得る。そこで、本発明は、複数層の繊維強化樹脂層を形成する際の繊維束の巻き付けの一時停止における繊維束挙動の適正化を図ることを、その課題とする。

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、ライナーの外表に繊維強化樹脂層を複数層に亘って積層して備えるタンクの製造方法であって、前記ライナーの側の最内層の前記繊維強化樹脂層から、前記繊維強化樹脂層ごとの巻き付け張力での連続的な樹脂含浸の繊維束の巻き付けにより、前記繊維強化樹脂層を順次、積層して形成する積層工程と、形成済みの前記繊維強化樹脂層に前記積層工程により新たな前記繊維強化樹脂層を形成する際に、前記繊維束の巻き付けを一時停止すると共に、該巻き付け一時停止の間における前記繊維束の張力を、前記形成済みの前記繊維強化樹脂層の形成の際の巻き付け張力より小さい４０〜１００Ｎの張力に調整する一時停止工程とを備える。

この形態のタンクの製造方法は、形成済み繊維強化樹脂層に積層して新たな繊維強化樹脂層を形成する際の繊維束の巻き付けの一時停止の間において、繊維束の張力を、形成済み繊維強化樹脂層の形成時の巻き付け張力に拘わらず、この巻き付け張力より小さい４０Ｎ以上とする。よって、形成済み繊維強化樹脂層と連続している樹脂含浸の繊維束に弛みを生じさせないようにして、形成済み繊維強化樹脂層における繊維束の張力を不用意に低下させない。また、この形態のタンクの製造方法は、上記の繊維束の巻き付けの一時停止の間において、繊維束の張力を、形成済み繊維強化樹脂層の形成時の巻き付け張力に拘わらず、この巻き付け張力より小さい１００Ｎ以下とする。よって、形成済み繊維強化樹脂層と連続している繊維束から形成済み繊維強化樹脂層の繊維束に及ぶ張力が過度とならないので、形成済み繊維強化樹脂層における樹脂含浸の繊維束の過度の巻き締まりを抑制できる。これらの結果、この形態のタンクの製造方法によれば、形成済み繊維強化樹脂層における繊維束の張力低下に起因した繊維強化樹脂層の強度バラツキと、形成済み繊維強化樹脂層における繊維束の過度の巻き締まりに起因した繊維強化樹脂層の強度低下とを抑制することが可能となる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、タンク製造装置等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態であるタンクの製造方法で得られる高圧水素タンクの概要を示す説明図である。 本実施形態のタンク製造工程の手順を示すフローチャートである。 ＦＷ装置の構成を概略的に示す説明図である。 第１繊維強化樹脂層〜第４繊維強化樹脂層をライナーに順次形成する際に樹脂含浸カーボン繊維束に掛ける張力の推移を示す説明図である。 繊維強化樹脂層の形成後の一時停止の際における樹脂含浸カーボン繊維束の張力とアイクチガイドから送り出された樹脂含浸カーボン繊維束の挙動との関係を模式的に示す説明図である。 第１繊維強化樹脂層〜第４繊維強化樹脂層の順次形成の際の一時停止張力とタンク強度（バースト強度）との関係を示す説明図である。 樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けの一時停止張力と弛み変位との関係を示す説明図である。

図１は、本発明の実施形態であるタンクの製造方法で得られる高圧水素タンク３０の概要を示す説明図である。本実施形態のタンク製造方法で製造されるタンクは、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンク３０であって、両端に口金１４を備えたライナー１０の外表に繊維強化樹脂層２０を複数層に亘って積層して備える。

繊維強化樹脂層２０は、ライナー１０の側の最内層の第１繊維強化樹脂層２１に、第２繊維強化樹脂層２２、第３繊維強化樹脂層２３、および第４繊維強化樹脂層２４が順次、積層して形成された繊維強化樹脂層である。第１繊維強化樹脂層２１と第２繊維強化樹脂層２２は、樹脂含浸の繊維束、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸したカーボン繊維束（以下、このカーボン繊維束を樹脂含浸カーボン繊維束Ｗと称する）を、ライナー１０の軸心と低角度（例えば、２０〜３０°）で交差させつつライナー１０に連続的に巻き付けた低ヘリカル巻層である。第３繊維強化樹脂層２３は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを、ライナー１０の軸心と高角度（例えば、４０〜６０°）で交差させつつ、形成済みの第２繊維強化樹脂層２２に重ねて連続的に巻き付けた高ヘリカル巻層である。第４繊維強化樹脂層２４は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを、ライナー１０の軸心と更に高角度（例えば、７０〜８０°）で交差させつつ、形成済みの第３繊維強化樹脂層２３に重ねて連続的に巻き付けたフープ巻層である。なお、繊維強化樹脂層２０は、上記した４層の繊維強化樹脂層が積層した形態に限られるものではなく、水素ガスの貯留圧力等に応じて層数やヘリカル・フープの巻層種別は規定される。

図２は、本実施形態のタンク製造工程の手順を示すフローチャートである。本実施形態のタンク製造工程では、まず、最初のステップＳ１００で、口金１４が装着済みの樹脂製容器をライナー１０として用意する。本実施形態では、樹脂容器として、ナイロン系樹脂からなる樹脂製容器を用いるものとした。樹脂容器として、他の樹脂からなる樹脂容器を用いるものとしてもよい。また、薄肉の金属製容器をライナー１０とすることもできる。

次に、ステップＳ２００にて、ライナー１０の外周部に、繊維強化樹脂層２０をフィラメント・ワインディング法（以下、ＦＷ法）により形成する（繊維強化樹脂層の積層工程）。ＦＷ法によるステップＳ２００では、フィラメント・ワインディング装置（以下、ＦＷ装置１００）が用いられる。図３は、ＦＷ装置１００の構成を概略的に示す説明図である。このＦＷ装置１００は、クリールスタンド１１０と、巻取部１３０と、クリールスタンド１１０と巻取部１３０とを結ぶ経路部１２０と、制御部１５０とを備える。そして、ＦＷ装置１００は、ライナー１０の外周に、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４ごとの巻き付け張力で連続的に巻き付けることにより、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４を、この順に順次、積層して形成する。

クリールスタンド１１０は、熱硬化樹脂としてのエポキシ樹脂を含浸済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを巻き付けた複数のボビン１１２を備え、固定滑車１１４等を用いて各ボビン１１２から所定の方向に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを繰り出す機能を有する。本実施形態では、熱硬化性樹脂を含浸済みのいわゆるプリプレグの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗとしたが、ボビン１１２にはカーボン繊維のみを巻き取って備え、クリールスタンド１１０からの繊維繰り出し経路途中で、その繰り出されるカーボン繊維に熱硬化性樹脂を含浸させるようにすることもできる。なお、カーボン繊維に代えて、適当な強度を有するフィラメントワインディングに適した他の材料、例えばガラス繊維やアラミド繊維とすることもできる。また、エポキシ樹脂に代えて、熱硬化により適当な接合強度を有するフィラメントワインディングに適した熱硬化性樹脂、例えばポリエステル樹脂やポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂とすることもできる。

各ボビン１１２からは、制御部１５０の制御を受けた巻取部１３０の働きにより樹脂含浸カーボン繊維束Ｗがそれぞれ引き出され、各樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは経路部１２０を介して巻取部１３０へ導かれる。

経路部１２０は、ローラーやガイド等を備え、クリールスタンド１１０から巻取部１３０への樹脂含浸カーボン繊維束Ｗへの経路を構成する。

巻取部１３０は、アイクチガイド１３２と、ライナー１０がセットされる回転駆動装置１３４とを備える。回転駆動装置１３４は、ライナー１０を軸支してその軸周りにライナー１０を回転駆動させる。

アイクチガイド１３２は、ライナー１０への樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの供給と、ライナー１０への樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの連続的な巻き付けの際の巻き付け張力を調整する。つまり、アイクチガイド１３２は、ライナー１０の長軸方向であるｘ軸、ｘ軸に垂直なｙ軸、ｘ軸およびｙ軸に垂直なｚ軸の３次元で移動して、経路部１２０から供給された複数本の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを束ねてライナー１０に向かって供給する。アイクチガイド１３２の３次元方向への移動と回転駆動装置１３４によるライナー１０の回転とにより、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、ライナー１０の外周に繰り返し連続的に巻き付けられる。

巻取部１３０により樹脂含浸カーボン繊維束Ｗをライナー１０に連続的に巻き付けることで、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、引っ張られる形で、クリールスタンド１１０から引き出されて張力を受ける。そして、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、その張力（巻き付け張力）でライナー１０の外周に繰り返し連続的に巻き付けられ、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４がこの順で積層された繊維強化樹脂層２０となる（図１参照）。アイクチガイド１３２は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの連続的な巻き付けの際の巻回張力を、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４の各繊維強化樹脂層ごとに調整すべく、固定ローラー１４０を樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの経路上下流に備え、その間に、上下動可能な可動ローラー１４４を備える。この可動ローラー１４４は、後述の制御部１５０から制御を受ける張力調整部１４２にて上下に駆動され、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗがライナー１０に連続的に巻き付けられる際の巻き付け張力を調整する。

制御部１５０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたコンピュータプログラムをＲＡＭに展開して実行することで、図２に示すステップＳ２００を経たライナー１０への第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４の各繊維強化樹脂層を順次形成を実行する。

図２に戻ってタンク製造工程について説明すると、ＦＷ装置１００を用いたステップＳ２００の最初のステップＳ２１０では、第ｉ層目（ｉは層数を示し、本実施形態では１〜３の整数）、即ち第１層目の第１繊維強化樹脂層２１を、ライナー１０の側の最内層に形成する。この際、第１繊維強化樹脂層２１は、低ヘリカル巻層であることから、制御部１５０は、低ヘリカル巻層の形成に適合した巻き付け張力（例えば、１８０〜２３０Ｎ）を、張力調整部１４２により調整して樹脂含浸カーボン繊維束Ｗに掛ける。そして、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、この巻き付け張力を受けた状態で、回転駆動装置１３４により回転しているライナー１０に、所定の時間、或いは所定の巻き付け数に亘って、繰り返し連続的に巻き付けられ、ライナー１０に最内層の第１繊維強化樹脂層２１を形成する。この巻き付け時間や巻き付け数は、第１繊維強化樹脂層２１に求められる層厚により予め規定されている。

制御部１５０は、第１繊維強化樹脂層２１についての樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付け開始からの経過時間や巻き付け数のカウントに基づいて、巻き付けが完了したか否かを判定し（ステップＳ２２０）、第ｉ層（ｉ＝１）である第１繊維強化樹脂層２１についての樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けが完了するまでステップＳ２１０を繰り返す。制御部１５０は、ステップＳ２２０において、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けが完了したと判定すると、層数を示すｉを値１だけインクリメントし（ステップＳ２３０）、全層、本実施形態では第４層までの巻き付けが完了したか否かを判定する（ステップＳ２４０）。ここで全層（第４層）までの巻き付けが完了していないと判定すると、制御部１５０は、回転駆動装置１３４によるライナー１０の回転を停止して樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けを一時停止する（ステップＳ２５０）。そして、この巻き付け一時停止の期間において、制御部１５０は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗが受ける張力を、形成済み第１繊維強化樹脂層２１の形成時の巻き付け張力（１８０〜２３０Ｎ）に拘わらず、この巻き付け張力より小さい４０〜１００Ｎの張力に調整する。本実施形態では、一時停止を２〜３分確保することにしたが、これに限らない。一時停止の際に張力調整をなす工程は、形成済みの第１繊維強化樹脂層２１に重ねて新たな第２繊維強化樹脂層２２を形成する際の本発明における一時停止工程となる。図４は、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４をライナー１０に順次形成する際に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗに掛ける張力の推移を示す説明図である。

制御部１５０は、第１繊維強化樹脂層２１の形成後の一時停止（ステップＳ２５０）に続き、既述したステップＳ２１０に移行し、巻き付け張力の調整を経た第２層目の第２繊維強化樹脂層２２の形成を行う。この際の巻き付け張力は、第２繊維強化樹脂層２２が低ヘリカル巻層であることから、制御部１５０は、低ヘリカル巻層（第２繊維強化樹脂層２２）の形成に適合した巻き付け張力（１８０〜２３０Ｎ）を、張力調整部１４２により調整して樹脂含浸カーボン繊維束Ｗに掛ける。そして、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、この巻き付け張力を受けた状態で、回転駆動装置１３４により回転しているライナー１０に、所定の時間、或いは所定の巻き付け数に亘って、繰り返し連続的に巻き付けられ、形成済みの第１繊維強化樹脂層２１に重ねて第２繊維強化樹脂層２２を形成する（ステップＳ２１０）。第２繊維強化樹脂層２２の形成の際の巻き付け時間や巻き付け数も、第２繊維強化樹脂層２２に求められる層厚により予め規定されている。

第２繊維強化樹脂層２２の形成後、制御部１５０は、既述したステップＳ２２０〜２５０を順次実行することで、第２繊維強化樹脂層２２の形成後の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けの一時停止と、この巻き付け一時停止の間における一時停止張力を、形成済み第２繊維強化樹脂層２２の形成時の巻き付け張力（１８０〜２３０Ｎ）に拘わらず、この巻き付け張力より小さい図４に示す４０〜１００Ｎの張力に調整する。本実施形態では、一時停止を２〜３分確保することにしたが、これに限らない。この場合、第２繊維強化樹脂層２２に重ねて次回に形成する第３繊維強化樹脂層２３は高ヘリカル巻層であり、この第３繊維強化樹脂層２３に適合した巻き付け張力は、第２繊維強化樹脂層２２の巻き付け張力より大きい。よって、本実施形態では、第２繊維強化樹脂層２２の形成後の一時停止の間において樹脂含浸カーボン繊維束Ｗが受ける張力を、図４に示すように、４０〜１００Ｎの範囲で高めの張力（例えば、７０〜１００Ｎ）に調整する。第２繊維強化樹脂層２２の形成後の一時停止において張力調整をなす工程にあっても、本発明における一時停止工程となる。

制御部１５０は、第２繊維強化樹脂層２２の形成後の一時停止（ステップＳ２５０）に続き、既述したステップＳ２１０に移行し、巻き付け張力の調整を経た第３層目の第３繊維強化樹脂層２３の形成を行う。この際の巻き付け張力は、第３繊維強化樹脂層２３が高ヘリカル巻層であることから、制御部１５０は、高ヘリカル巻層（第３繊維強化樹脂層２３）の形成に適合した巻き付け張力（例えば、４３０〜４７０Ｎ）を、張力調整部１４２により調整して樹脂含浸カーボン繊維束Ｗに掛ける。そして、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、この巻き付け張力を受けた状態で、回転駆動装置１３４により回転しているライナー１０に、所定の時間、或いは所定の巻き付け数に亘って、繰り返し連続的に巻き付けられ、形成済みの第２繊維強化樹脂層２２に重ねて第３繊維強化樹脂層２３を形成する（ステップＳ２１０）。第３繊維強化樹脂層２３の形成の際の巻き付け時間や巻き付け数も、第３繊維強化樹脂層２３に求められる層厚により予め規定されている。

第３繊維強化樹脂層２３の形成後、制御部１５０は、既述したステップＳ２２０〜２５０を順次実行することで、第３繊維強化樹脂層２３の形成後の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けの一時停止と、この巻き付け一時停止の間における一時停止張力を、形成済み第３繊維強化樹脂層２３の形成時の巻き付け張力（４３０〜４７０Ｎ）に拘わらず、この巻き付け張力より小さい図４に示す４０〜１００Ｎの張力に調整する。本実施形態では、一時停止を２〜３分確保することにしたが、これに限らない。この場合、第３繊維強化樹脂層２３に重ねて次回に形成する第４繊維強化樹脂層２４はフープ巻層であって適合巻き付け張力も大きいことから、本実施形態では、第３繊維強化樹脂層２３の形成後の一時停止の間において樹脂含浸カーボン繊維束Ｗが受ける張力を、図４に示すように、４０〜１００Ｎの範囲で高めの張力（例えば、７０〜１００Ｎ）に調整する。第３繊維強化樹脂層２３の形成後の一時停止において張力調整をなす工程にあっても、本発明における一時停止工程となる。

制御部１５０は、第３繊維強化樹脂層２３の形成後の一時停止（ステップＳ２５０）に続き、既述したステップＳ２１０に移行し、巻き付け張力の調整を経た第４層目の第４繊維強化樹脂層２４の形成を行う。この際の巻き付け張力は、第４繊維強化樹脂層２４がフープ巻層であることから、制御部１５０は、フープ巻層（第４繊維強化樹脂層２４）の形成に適合した巻き付け張力（例えば、４３０〜４７０Ｎ）を、張力調整部１４２により調整して樹脂含浸カーボン繊維束Ｗに掛ける。そして、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、この巻き付け張力を受けた状態で、回転駆動装置１３４により回転しているライナー１０に、所定の時間、或いは所定の巻き付け数に亘って、繰り返し連続的に巻き付けられ、形成済みの第３繊維強化樹脂層２３に重ねて第４繊維強化樹脂層２４を形成する（ステップＳ２１０）。第４繊維強化樹脂層２４の形成の際の巻き付け時間や巻き付け数も、第４繊維強化樹脂層２４に求められる層厚により予め規定されている。第４繊維強化樹脂層２４の形成により繊維強化樹脂層２０が形成されるので、ステップＳ２４０では、全層の巻き付けが完了したと判定され、制御部１５０は、回転駆動装置１３４によるライナー１０の回転を停止して樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けを停止する（ステップＳ２６０）。この際、制御部１５０は、作業者による、或いは切断装置による樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの切断処理と繊維束末端の固定処理、並びにタンク取り外し・取り付け処理を待機し、これら処理の後は、新たな高圧水素タンク３０の製造、即ち新たなライナー１０への樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けを行う。なお、第４繊維強化樹脂層２４の形成後から樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの切断・固定がなされるまでの間において、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗが受ける張力を、４０〜１００Ｎの範囲で高めの張力（例えば、７０〜１００Ｎ）に調整するようにしてもよい。

ＦＷ装置１００を用いた上記の繊維強化樹脂層２０の形成に続いては、熱硬化を行い（ステップＳ３００）、本ルーチンを終了する。熱硬化工程では、放熱ヒーターを備える熱硬化炉や、加熱コイルを用いた高周波誘電加熱式の熱硬化炉において、高圧水素タンク３０を回転させつつ加熱して、繊維強化樹脂層２０の形成に用いた上記の熱硬化樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を熱硬化させる。そして、樹脂の熱硬化後の冷却養生を経て、ライナー１０の外周にエポキシ樹脂を含浸して熱硬化した繊維強化樹脂層２０を有する高圧水素タンク３０が得られる。

図５は、繊維強化樹脂層の形成後の一時停止の際における樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの張力とアイクチガイド１３２から送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの挙動との関係を模式的に示す説明図である。図５（Ａ）に示すように、繊維強化樹脂層の形成後の一時停止の際における樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの張力（以下、一時停止張力と略称する）が４０Ｎ未満であると、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの引き付けが緩い分、形成済みの第１繊維強化樹脂層２１と連続している樹脂含浸カーボン繊維束Ｗに弛みが生じる。よって、アイクチガイド１３２と第１繊維強化樹脂層２１の最外表の繊維束起点域Ｗｒを結ぶ直線軌道Ｗｐからの弛み変位ｔは、大きくなる。これに対し、図５（Ｂ）や図５（Ｃ）に示すように、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗに掛かる一時停止張力が大きくなると、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの引き付けが増すので、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗに弛みが少なくなり、弛み変位ｔは、小さくなる。

樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの一時停止張力は、第１繊維強化樹脂層２１の繊維束起点域Ｗｒにおける樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けの状態に影響を及ぼし、一時停止張力が小さいと繊維束起点域Ｗｒにおいて樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けが緩んで繊維の配向の乱れが生じ、繊維束起点域Ｗｒが脆弱となり得る。その一方、一時停止張力が大きいと繊維束起点域Ｗｒにおいて樹脂含浸カーボン繊維束Ｗが巻き締まって樹脂の染み出しが進むので、繊維束起点域Ｗｒが破壊起点となり得る。このことを、弛み変位ｔと関連付けて説明すると、弛み変位ｔが図５（Ａ）に示すように大きいと、一時停止張力が小さい故に繊維束起点域Ｗｒが脆弱となり得、弛み変位ｔが図５（Ｃ）に示すように小さいと、一時停止張力が大きい故に繊維束起点域Ｗｒが破壊起点となり得ることになる。

こうした知見に立ち、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４の順次形成の際の一時停止張力が相違する高圧水素タンク３０を複数製造し、一時停止張力とタンク強度との関係を調べた。図６は、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４の順次形成の際の一時停止張力とタンク強度（バースト強度）との関係を示す説明図である。図６に示すサンプルＡは、図４に示すそれぞれの一時停止の際の張力を４０Ｎ未満の異なる７種の張力にそれぞれ設定して、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４を順次形成した複数種の高圧水素タンク３０である。図示するように、このサンプルＡの高圧水素タンク３０では、規定のバースト強度（下限値）を得られないものがあった。図６に示すサンプルＢは、図４に示すそれぞれの一時停止の際の張力を４０〜１００Ｎにおいて異なる５種の張力にそれぞれ設定して、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４を順次形成した高圧水素タンク３０である。図示するように、このサンプルＢの高圧水素タンク３０では、いずれも高いバースト強度を備えていた。図６に示すサンプルＣは、図４に示すそれぞれの一時停止の際の張力を１００Ｎを越えて異なる４種の張力にそれぞれ設定して、第１繊維強化樹脂層２１〜第４繊維強化樹脂層２４を順次形成した複数種の高圧水素タンク３０である。図示するように、このサンプルＣの高圧水素タンク３０では、いずれも規定のバースト強度（下限値）を得られなかった。なお、規定のバースト強度を得られなかった高圧水素タンク３０は、バースト試験にて不良品と判定されるので、製品化されることはない。

図７は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けの一時停止張力と弛み変位ｔとの関係を示す説明図である。この図７に示すように、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの一時停止張力が大きくなる程、図５で説明したように弛み変位ｔは小さく推移する。そして、一時停止張力が１００Ｎを超えると、図６のように強度が得られない。この強度不足は、一時停止張力が大きい故に繊維束起点域Ｗｒ（図５参照）において樹脂含浸カーボン繊維束Ｗが巻き締まって樹脂の染み出しが進み、これにより、繊維束起点域Ｗｒが破壊起点となり得ることに起因すると想定される。その一方、一時停止張力が４０Ｎ未満であると、図６のように強度が得られない場合もある。このことは、一時停止張力が小さい故に繊維束起点域Ｗｒ（図５参照）において樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けが緩んで繊維の配向の乱れが生じ、繊維束起点域Ｗｒが脆弱となり得ることに起因すると想定される。これに対し、一時停止張力を４０〜１００Ｎとする本実施形態のタンク製造方法によれば、図６に示すサンプルＢのように高圧水素タンク３０を高強度とできる。これは、一時停止張力の適正化により、樹脂の染み出しに伴う繊維束起点域Ｗｒの破壊起点化や、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻き付けの緩みに伴う繊維束起点域Ｗｒの脆弱化を回避できるためであると想定される。また、一時停止張力を４０〜１００Ｎとする本実施形態のタンク製造方法によれば、弛み変位ｔを２〜３ｍｍの範囲とするので、この弛み変位ｔの計測等により、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの一時停止において、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗには適切な一時停止張力が掛かっていることを判定できる。

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、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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。

既述した実施形態では、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの一時停止の際の張力調整を、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの送り出しを行うアイクチガイド１３２において実行したが、アイクチガイド１３２の下流側に張力調整用のローラー機構を設けてもよい。

１０…ライナー
１４…口金
２０…繊維強化樹脂層
２１…第１繊維強化樹脂層
２２…第２繊維強化樹脂層
２３…第３繊維強化樹脂層
２４…第４繊維強化樹脂層
３０…高圧水素タンク
１００…ＦＷ装置
１１０…クリールスタンド
１１２…ボビン
１２０…経路部
１３０…巻取部
１３２…アイクチガイド
１３４…回転駆動装置
１４０…固定ローラー
１４２…張力調整部
１４４…可動ローラー
１５０…制御部
Ｗ…樹脂含浸カーボン繊維束
Ｗｐ…直線軌道
Ｗｒ…繊維束起点域
ｔ…弛み変位

Claims (1)

1. ライナーの外表に繊維強化樹脂層を複数層に亘って積層して備えるタンクの製造方法であって、
   前記ライナーの側の最内層の前記繊維強化樹脂層から、前記繊維強化樹脂層ごとの巻き付け張力での連続的な樹脂含浸の繊維束の巻き付けにより、前記繊維強化樹脂層を順次、積層して形成する積層工程と、
   形成済みの前記繊維強化樹脂層に前記積層工程により新たな前記繊維強化樹脂層を形成する際に、前記繊維束の巻き付けを一時停止すると共に、該巻き付け一時停止の間における前記繊維束の張力を、前記形成済みの前記繊維強化樹脂層の形成の際の巻き付け張力より小さい４０〜１００Ｎの張力に調整する一時停止工程とを備える、
   タンクの製造方法。

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