JP5531040B2 - 高圧ガスタンクの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ライナーに繊維補強層を形成した高圧ガスタンクの製造方法に関する。
近年では、燃料ガスの燃焼エネルギや、燃料ガスの電気化学反応によって発電された電気エネルギによって駆動する車両が開発されており、高圧ガスタンクには、天然ガスや水素等の燃料ガスが貯蔵され、車両に搭載される場合がある。このため、高圧ガスタンクの軽量化が求められており、カーボン繊維強化プラスチックや、ガラス繊維強化プラスチック（以下、これらを総称して、繊維強化樹脂層と呼ぶ）で中空のライナーを被覆したＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics : 繊維強化プラスチック）製の高圧ガスタンク（以下、単に高圧ガスタンクと称する）の採用が進んでいる。ライナーとしては、軽量化の観点から、通常、ガスバリア性を有する樹脂製の中空容器が用いられる。
こうした高圧ガスタンクの製造に際しては、フィラメントワインディング法（以下、ＦＷ法）が採用され、このＦＷ法により、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維をライナーの外周に繰り返し巻き付けて繊維強化樹脂層をライナーに形成する（例えば、特許文献１）。この場合、繊維強化樹脂層を形成しただけでは、半製品であることから、樹脂層形成後に、当該樹脂層に含まれる熱硬化樹脂を熱硬化させることで、ライナーを繊維強化樹脂層で被覆・補強した高圧ガスタンクが製造される。
特開２０１０−５９６５号公報
ライナーは、円筒状のシリンダー部の両端に凸状曲面形状のドーム部を接合した形状であることから、ＦＷ法では、ライナー補強の実効性を確保すべく、シリンダー部とドーム部とで異なる巻き方を採用する。つまり、ＦＷ法は、シリンダー部の繊維巻き付けに、シリンダー部の外表面全体に渡って繊維を繰り返し巻き付けるフープ巻きを採用し、シリンダー部両端のドーム部に掛けて繊維を繰り返し巻き付ける際には、ドーム部において巻き付け方向を折り返すヘリカル巻きを採用する。そして、フープ巻きによるフープ層とヘリカル巻きによるヘリカル層とは、複数層に亘って重ねて形成され、その全層にて繊維強化樹脂層が形成されることになる。
従来のＦＷ法で形成した繊維強化樹脂層でライナーを補強した高圧ガスタンクでは、繊維強化樹脂層の各層の間は勿論、ライナー外表と当該外表に近い層との間においても、隙間が無いことが、強度確保の上から望ましい。ところが、ライナーのドーム部頂上に設けた口金の周辺で隙間が残存し、その残存隙間による繊維強化樹脂層の層剥離が起きてしまい、補強強度が低下することが有り得ると指摘されるに到った。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、フィラメントワインディング法によってライナーにその補強用の繊維層を形成する際の隙間残存を抑制することを目的とする。
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の適用例として実施することができる。
[適用例１：高圧ガスタンクの製造方法]
円筒状のシリンダー部の両端に凸状曲面形状のドーム部を接合して備えるライナーの外表に繊維を繰り返し巻き付けるフィラメントワインディング法によって、前記ライナーに繊維層を形成する高圧ガスタンクの製造方法であって、前記シリンダー部の外表面全体に渡って繊維を繰り返し巻き付けるフープ巻きによるフープ層と、前記ドーム部において巻き付け方向を折り返すヘリカル巻きによるヘリカル層とを複数層重ねて前記繊維層を形成するに当たり、前記ヘリカル層の内で前記ライナーの外表に最も近い最内層ヘリカル層の形成のために、前記繊維の巻き始め端を前記シリンダー部の側とは逆側に離れた固定箇所に固定し、該固定箇所から延びる繊維にて前記最内層ヘリカル層を形成し、該最内層ヘリカル層に重ねて前記フープ層を内層側フープ層として形成し、前記最内層ヘリカル層の形成の際に前記固定箇所から延びていた前記繊維を、前記内層側フープ層の形成の後に前記ドーム部の頂上の周囲で切断してから、前記内層側フープ層に重ねて前記ヘリカル層を形成することを要旨とする。
この適用例１の高圧ガスタンクの製造方法では、フープ層とヘリカル層とを複数層重ねてライナー外表に繊維層を形成する。そして、ヘリカル層の内で前記ライナーの外表に最も近い最内層ヘリカル層の形成では、まず、前記繊維の巻き始め端を前記シリンダー部の側とは逆側に離れた固定箇所に固定する。繊維は、この固定箇所からドーム部の側に掛けて延びるので、その固定箇所から延びる繊維にて最内層ヘリカル層を形成する。この最内層ヘリカル層に重ねて前記フープ層を内層側フープ層として形成することで、当該フープ層の形成範囲であるシリンダー部において、最内層ヘリカル層を内層側フープ層にて保持する。このため、最内層ヘリカル層の形成のために繰り返し巻かれた繊維は、シリンダー部でその動きが制約されるので、最内層ヘリカル層は、シリンダー部では元より、ドーム部の外表範囲においても、繊維の緩みが起きないまま残ることになる。
上記の適用例１の高圧ガスタンクの製造方法では、最内層ヘリカル層を上記のように保持する内層側フープ層に重ねて前記ヘリカル層を形成する前に、ドーム部頂上から離れた固定箇所から延びていた繊維を、前記ドーム部の頂上の周囲で切断する。このため、切断されずに残って最内層ヘリカル層形成でヘリカル巻き済みの繊維は、最内層ヘリカル層の形成のために巻かれた際の張力から解放され、その切断箇所であるドーム部頂上からドーム部外表に倣ってヘリカル巻き軌跡で残ることになる。よって、最内層ヘリカル層形成のヘリカル巻きの際の張力による繊維の引っ張りや巻き軌跡のズレは、ドーム部頂上周囲で起きないので、ドーム部頂上周囲を含めドーム部外表での繊維の重なりによるヘリカル層の厚みは、維持されたままとなる。そして、上記の適用例１の高圧ガスタンクの製造方法では、上記の繊維切断後に内層側フープ層に重ねてヘリカル層を形成する。
上記の適用例１の高圧ガスタンクの製造方法では、最内層ヘリカル層の形成に当たって、そもそも口金周壁に繊維を繰り返し巻いて固定するようなことをしないと共に、巻き始め端の固定箇所から延びていた繊維をドーム部頂上で切断して張力から解放することで、ヘリカル層の厚みを維持できる。
これに対し、既存のＦＷ法では、繊維をその巻き始め端からドーム部頂上の口金周壁に繰り返し巻いて固定し、この口金固定箇所から、ヘリカル巻きおよびフープ巻きにて繊維を繰り返し巻き付けていた。このため、最内層ヘリカル層およびこれに重なるヘリカル層は、最内層ヘリカル層形成のための巻かれ始めの繊維が口金固定箇所のどの位置に位置するかや、口金固定箇所での繊維の巻回に伴う張力等の影響を受け、部分的に厚肉になって、層間に段差を生じ得る。また、最内層ヘリカル層形成の際、繊維は繊維巻回に伴う張力を受けるが、上記の巻かれ始めの繊維の位置や口金固定箇所での繊維の巻き方等の影響を受けて、繊維にヘリカル巻き軌跡からずれるような力が働き得る。こうした部分的な肉厚変化や繊維挙動により、既述したように、ライナーのドーム部頂上に設けた口金の周辺で、最内層ヘリカル層において隙間が残存することが危惧される。
つまり、上記の適用例１の高圧ガスタンクの製造方法によれば、既述したように口金周壁に繊維を繰り返し巻いて固定等しないことから、フィラメントワインディング法によってライナーにその補強用の繊維層を形成する際に、口金周辺に隙間を残さないようにできる。また、こうした隙間の残存を抑制済みで補強強度の低下も抑制された高圧ガスタンクを容易に製造できる。
上記した適用例１の高圧ガスタンクの製造方法は、次のような態様とすることができる。例えば、前記最内層ヘリカル層を、前記ライナーの外表に直に巻かれて最先に形成されるヘリカル層とでき、こうすれば、この最先に形成した最内層ヘリカル層とその後の内層側フープ層の形成と繊維切断とを経ることで、この内層側フープ層に重なるヘリカル層と更にこれに重なるフープ層とを交互に連続的に形成できる。
また、前記最内層ヘリカル層の形成の際の前記繊維の巻き始め端を、前記ライナーを軸支するシャフトに固定することができる。ＦＷ法では、こうしたシャフトにより、そもそもライナーを軸支することから、この態様によれば、巻き始め端の固定のためだけの部材やこれを保持する構成が不要であることから、構成の簡略化を図ることができる。
本発明の一実施例としての高圧ガスタンクの製造工程を模式的に示す説明図である。 繊維強化樹脂層の形成の様子を模式的に示す説明図である。 繊維強化樹脂層形成工程の初期工程を示す説明図である。 繊維強化樹脂層形成工程の中期工程を示す説明図である。 繊維強化樹脂層形成工程の終期工程を示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態について、その実施例を図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施例としての高圧ガスタンクの製造工程を模式的に示す説明図、図２は繊維強化樹脂層の形成の様子を模式的に示す説明図である。本実施例では、高圧ガスタンクを、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンクとした。
本実施例のタンク製造工程では、まず、図１（ａ）に示したように、水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂製容器をライナー１０として用意する。ライナー１０は、半径が均一である略円筒形状のシリンダー部１０ａと、シリンダー部両端に設けられた凸曲面形状のドーム部１０ｂを有する。ドーム部１０ｂは、等張力曲面によって構成されており、その頂点に、外部配管等と接続するための口金１４を有する。本実施例では、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、水素ガスに対するガスバリア性を有すれば、他の樹脂からなる樹脂容器を用いるものとしてもよい。
次に、図１（ｂ）に示したように、ライナー１０の外周に繊維強化樹脂層２０を形成する（繊維強化樹脂層形成工程）。この繊維強化樹脂層形成工程では、ライナー１０の外周に、熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂を含浸したカーボン繊維を繰り返し巻回することにより、繊維強化樹脂層２０としてのカーボン繊維層を形成する。これにより、ライナー１０の外周に樹脂硬化前の繊維強化樹脂層２０を有する中間生成品タンク１２が得られる。この繊維強化樹脂層形成工程については、後述する。
繊維強化樹脂層２０の形成に続いては、熱硬化を行う。熱硬化工程では、図１（ｃ）に示す誘導加熱装置２００を用いる。この誘導加熱装置２００は、被加熱物としての中間生成品タンク１２を高周波誘導加熱する装置である。誘導加熱装置２００は、図示しない架台に、タンク両端のタンク軸支シャフト２１２を介して中間生成品タンク１２を回転可能に軸支し、図示しないモーターにて中間生成品タンク１２を加熱の過程において回転させる。誘導加熱コイル２２２は、軸支した中間生成品タンク１２を取り囲み、高周波電源２２０から高周波電流の通電を受けることで、磁束を形成し、中間生成品タンク１２の繊維強化樹脂層２０におけるカーボン繊維（樹脂含浸カーボン繊維Ｗ）を導体として繊維強化樹脂層２０を誘導加熱する。
図１（ｃ）に示す上記の誘導加熱装置２００を用いた熱硬化工程では、誘導加熱装置２００への中間生成品タンク１２の搬入に先だち、繊維強化樹脂層２０を形成済みの中間生成品タンク１２にタンク軸支シャフト２１２を装着する。タンク軸支シャフト２１２は、中間生成品タンク１２の両端の口金１４に挿入され、タンク両端からシャフトを出した状態で、中間生成品タンク１２を水平に軸支する。こうして中間生成品タンク１２を軸支した後、誘導加熱装置２００は、中間生成品タンク１２を熱硬化工程に処する。この熱硬化工程では、中間生成品タンク１２をタンク軸支シャフト２１２ごと定速で回転させ、その回転を熱硬化工程の間に亘って維持する。タンク回転と同時に、或いは、定速回転となると、誘導加熱装置２００は、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）の熱硬化が起きるよう、制御機器２３０にて誘導加熱コイル２２２に高周波電流を通電して繊維強化樹脂層２０を誘導加熱する。これにより、中間生成品タンク１２では、ライナー１０の外周に形成された繊維強化樹脂層２０における熱硬化樹脂の熱硬化がライナー外周回りにほぼ均等に起きる。なお、温風を吹き付けて加熱したり、ヒーターにより加熱する方式の加熱装置を用いることもできる。
誘導加熱装置２００による上記した樹脂の熱硬化後には、加熱を受けた中間生成品タンク１２は、冷却養生に処される。そして、この冷却養生を経ることで、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。
ここで、繊維強化樹脂層２０の形成の様子（図１（ｂ））について詳述する。図２に示すように、本実施例では、繊維強化樹脂層２０を樹脂含浸カーボン繊維ＷからＦＷ法にて形成するに当たり、ヘリカル巻きとフープ巻きとを使い分け、樹脂含浸カーボン繊維Ｗを、ライナー両端のドーム部１０ｂと円筒状のシリンダー部１０ａとの外周に繰り返し巻回する。まず、図２（Ａ）に示す低角度のヘリカル巻きにて樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回する。この樹脂含浸カーボン繊維Ｗは、複数本のスライバー状のカーボン繊維を揃え、スライバー繊維表面および繊維間にエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂を含む多給糸である。
低角度のヘリカル巻きでは、ドーム部１０ｂの湾曲外表面領域とフープ巻き済みのシリンダー部１０ａを繊維巻回対象とし、ライナー１０をタンク中心軸ＡＸの回りで回転させつつ、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの供給元である繊維送出部１３２から延びた樹脂含浸カーボン繊維Ｗがタンク中心軸ＡＸに対して低角度の繊維角αＬＨ（例えば、約１１〜２５°）で交差して巻回されるよう、ライナー回転速度と繊維送出部１３２の往復動速度を調整する。その上で、タンク中心軸ＡＸ方向に沿って繊維送出部１３２を往復移動させて、樹脂含浸カーボン繊維Ｗをシリンダー部１０ａの両端のドーム部１０ｂに掛け渡るよう螺旋状に繰り返し巻回する。この場合、両側のドーム部１０ｂでは、繊維送出部１３２の往路・復路の切換に伴って繊維の巻き付け方向が折り返されると共に、タンク中心軸ＡＸからの折り返し位置も調整される。
ドーム部１０ｂにおける巻き付け方向の折り返しを何度も繰り返すことにより、ライナー１０の外表面には、低角度の繊維角αＬＨで樹脂含浸カーボン繊維Ｗが網目状に張り渡された繊維巻回層が形成される。この場合、繊維送出部１３２は、ドーム部１０ｂのほぼ全域の外表が樹脂含浸カーボン繊維Ｗにて覆われた上で、数層の上記の繊維巻回層が形成できるまで、往復動し、この最初の数層の繊維巻回層が繊維強化樹脂層２０において最内層側に位置する最内層ヘリカル層となる。
上記したヘリカル層の形成に続いては、形成済みヘリカル層に重なるようフープ層を形成する。この様子は図２（Ｂ）に示され、シリンダー部１０ａにおいて、フープ巻きをシリンダー部両端で折り返しつつ繰り返すことで、フープ層を形成する。つまり、ライナー１０をタンク中心軸ＡＸの回りで回転させつつ、繊維送出部１３２をタンク中心軸ＡＸに沿って所定速度で往復動させることで、既に形成済みのヘリカル層に重なってフープ層が樹脂含浸カーボン繊維Ｗにて巻回形成される。このフープ巻きでは、繊維送出部１３２からの樹脂含浸カーボン繊維Ｗが、シリンダー部１０ａのタンク中心軸ＡＸに対してほぼ垂直に近い巻き角度（繊維角α０：例えば約８９°）で交差して巻回されるよう、ライナー回転速度と繊維送出部１３２の往復動速度を調整する。その上で、タンク中心軸ＡＸ方向に沿って繊維送出部１３２を往復移動させて、樹脂含浸カーボン繊維Ｗをシリンダー部１０ａの範囲において繰り返し巻回する。
シリンダー部１０ａにおける巻き付け方向の折り返しを何度も繰り返すことにより、既に形成済みのヘリカル層の外表面には、高角度の繊維角αＬＨで樹脂含浸カーボン繊維Ｗが網目状に張り渡されたフープ層が形成される。この場合、繊維送出部１３２は、シリンダー部１０ａの全域において樹脂含浸カーボン繊維Ｗが繰り返し巻回されて数層の上記の繊維巻回層が形成できるまで、往復動し、この数層の繊維巻回層がフープ層となる。
ヘリカル層形成のためのヘリカル巻きから、フープ層形成のためのフープ巻きへの変更は、中間生成品タンク１２の回転速度調整と繊維送出部１３２の往復動速度調整をすることでなされる。なお、上記した低角度のヘリカル巻きからフープ巻きに変更する際に、タンク中心軸ＡＸに対して高角度の繊維角（例えば、約３０〜６０°）で樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回する高角度のヘリカル巻きを組み込むこともできる。
こうして樹脂含浸カーボン繊維Ｗのフープ巻きおよびヘリカル巻きが使い分けてなされることで、ライナー１０の外周には、最内層ヘリカル層にフープ層が重なり、更に、ヘリカル層とフープ層が交互に層状に重なった繊維強化樹脂層２０がＦＷ法にて形成される。そして、樹脂含浸カーボン繊維ＷのＦＷ法による巻回を経て、ライナー１０の外周に繊維強化樹脂層２０を形成した中間生成品タンク１２が得られる（図１（ｂ）参照）。この中間生成品タンク１２を得るに当たり、本実施例では、更に、次のような工程を採用した。図３は繊維強化樹脂層形成工程の初期工程を示す説明図、図４は繊維強化樹脂層形成工程の中期工程を示す説明図、図５は繊維強化樹脂層形成工程の終期工程を示す説明図である。
図１（ｂ）と図２に示す繊維強化樹脂層形成工程では、繊維巻回に先だち、ライナー１０にライナー軸支シャフト１１２を装着する。ライナー軸支シャフト１１２は、ライナー両端の口金１４に挿入され、ライナー両端からシャフトを出した状態で、ライナー１０を水平に軸支する。こうしてライナー１０を軸支した後、図３に示すように、ＦＷ装置（図示略）のヘリカル巻きユニット１００Ｈにて、巻き始め端の固定を行う（ステップＳ１００）。このヘリカル巻きユニット１００Ｈは、ライナー１０を取り囲む環状体とされ、既述した繊維送出部１３２を等ピッチで複数備える。繊維送出部１３２のそれぞれは、既述した低角度のヘリカル層（図２（Ａ）参照）を形成すべく、樹脂含浸カーボン繊維Ｗを送り出す。
最初のステップＳ１００では、ヘリカル巻きユニット１００Ｈをライナー軸支シャフト１１２が有する繊維固定用フランジ１１４まで移動させる。繊維固定用フランジ１１４は、ライナー１０のドーム部１０ｂの頂上から離れてライナー軸支シャフト１１２に設けられている。そして、この繊維固定用フランジ１１４の外周にヘリカル巻きユニット１００Ｈから樹脂含浸カーボン繊維Ｗを送り出しつつ、ライナー１０を回転させることで、樹脂含浸カーボン繊維Ｗを繊維固定用フランジ１１４の外周に巻回する。次いで、この巻回箇所で、樹脂含浸カーボン繊維Ｗを繊維固定用フランジ１１４に固定する。この繊維固定は、リング状の固定金具等を用いて行われ、この固定箇所から、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの巻回端部繊維Ｗｓが延びることになる。
続くステップＳ１１０では、繊維強化樹脂層２０の最内層側の最内層ヘリカル層２０Ｈ１を形成する。これには、まず、ライナー１０の回転速度を図２（Ａ）に示した低角度のヘリカル巻きに適った速度に調整して、ライナー１０を回転させる。その上で、ヘリカル巻きユニット１００Ｈをライナー１０のドーム部１０ｂの頂上側に移動させる。これにより、巻回端部繊維Ｗｓは、繊維固定用フランジ１１４の固定箇所から延びた上で、ライナー軸支シャフト１１２および口金１４まで巻かれる。そして、ライナー１０の回転を継続しつつ、ヘリカル巻きユニット１００Ｈを、図２（Ａ）に示した低角度のヘリカル層が形成されるよう、所定の回数だけ往復動させ、その間に繊維送出部１３２から繊維を送り出す。これにより、繊維固定用フランジ１１４の固定箇所から延びた巻回端部繊維Ｗｓに続いて送り出された樹脂含浸カーボン繊維Ｗにて、低角度のヘリカル層たる最内層ヘリカル層２０Ｈ１が形成される。
続くステップＳ１２０では、図４に示すように、フープ巻きユニット１００Ｆを用いて、最内層ヘリカル層２０Ｈ１に重なる内層側フープ層２０Ｆ１を形成する。フープ巻きユニット１００Ｆは、ヘリカル巻きユニット１００Ｈと同様にライナー１０を取り囲む環状体とされ、フープ層形成のための繊維送出部１３２を等ピッチで複数備える。繊維送出部１３２のそれぞれは、既述したフープ層（図２（Ｂ）参照）を形成すべく、樹脂含浸カーボン繊維Ｗを送り出す。このフープ巻きユニット１００Ｆによる内層側フープ層２０Ｆ１の形成に際しては、まず、ライナー１０の回転速度を図２（Ｂ）に示したフープ巻きに適った速度に調整して、ライナー１０を回転させる。そして、ライナー１０の回転を継続しつつ、フープ巻きユニット１００Ｆを、図２（Ｂ）に示したフープ層が形成されるよう、所定の回数だけ往復動させ、その間に繊維送出部１３２から繊維を送り出す。これにより、ステップＳ１１０で既に形成済みの最内層ヘリカル層２０Ｈ１に重なって、樹脂含浸カーボン繊維Ｗにて内層側フープ層２０Ｆ１が形成される。こうして形成された内層側フープ層２０Ｆ１は、その形成範囲であるシリンダー部１０ａにおいて、最内層ヘリカル層２０Ｈ１を保持する。
フープ巻きユニット１００Ｆによる内層側フープ層２０Ｆ１の形成後のステップＳ１３０では、繊維固定用フランジ１１４の固定箇所から延びてライナー軸支シャフト１１２および口金１４まで巻かれた巻回端部繊維Ｗｓを切断、除去する。その切断箇所は、ドーム部１０ｂの頂上周囲であって、口金１４の外表面付近となる。
続くステップＳ１４０では、図５に示すように、再度、ヘリカル巻きユニット１００Ｈを用いて、図２（Ａ）に示した低角度のヘリカル層を改めて形成する。この形成されたヘリカル層は、最内層ヘリカル層２０Ｈ１およびこれに重なった内層側フープ層２０Ｆ１を覆う第２層目のヘリカル層（第２ヘリカル層２０Ｈ２）となる。
続くステップＳ１５０では、フープ巻きユニット１００Ｆを用いたフープ層形成（ステップＳ１３０）と、ヘリカル巻きユニット１００Ｈを用いたヘリカル層形成（ステップＳ１４０）とを、交互に所定回数繰り返し、ライナー軸支シャフト１１２を取り外す。繰り返し回数ｎは、繊維強化樹脂層２０の厚みと各ヘリカル層の厚み、各フープ層の厚みで定まる。この繰り返しが完了すると（ステップＳ１６０）、ライナー１０の外表には、最内層ヘリカル層２０Ｈ１、内層側フープ層２０Ｆ１、第２ヘリカル層２０Ｈ２〜第ｎヘリカル層２０Ｈｎ、第ｎフープ層２０Ｆｎのようにヘリカル層とフープ層が交互に積層した繊維強化樹脂層２０が形成され、中間生成品タンク１２が得られる。そして、得られた中間生成品タンク１２は、図１（ｃ）に示した誘導加熱装置２００にて、既述したように繊維強化樹脂層２０の高周波誘導加熱に処される。
以上説明したように、本実施例の高圧水素タンク製造方法では、フープ層とヘリカル層とを最内層ヘリカル層２０Ｈ１〜第ｎフープ層２０Ｆｎまで重ねてライナー１０の外表に繊維強化樹脂層２０を形成する。ライナー１０の外表に直接形成されてライナー外表に最も近い最内層ヘリカル層２０Ｈ１の形成に当たっては、ヘリカル巻きユニット１００Ｈから送り出される樹脂含浸カーボン繊維Ｗの巻回端部繊維Ｗｓを、ライナー軸支シャフト１１２の繊維固定用フランジ１１４に巻き付けて固定する（図３：ステップＳ１００）。繊維固定用フランジ１１４は、ライナー１０のドーム部１０ｂの頂上から離れていることから、巻回端部繊維Ｗｓは、繊維固定用フランジ１１４の外周固定箇所からドーム部１０ｂの側に掛けて延びる。そして、ドーム部１０ｂまで延びた巻回端部繊維Ｗｓに続いてヘリカル巻きユニット１００Ｈから送り出された樹脂含浸カーボン繊維Ｗを、ライナー１０の両端のドーム部１０ｂに掛けて、低角度のヘリカル巻きでライナー１０に巻き付け、最内層ヘリカル層２０Ｈ１を形成する。
この最内層ヘリカル層２０Ｈ１の形成に続いて、フープ巻きユニット１００Ｆから送り出された樹脂含浸カーボン繊維Ｗを、ライナー１０のシリンダー部１０ａの範囲において高角度のフープ巻きで巻き付けてフープ層を形成する。このフープ巻きの繊維巻き付けは、既に形成済みの最内層ヘリカル層２０Ｈ１に対して行われることから、形成されたフープ層は、最内層ヘリカル層２０Ｈ１に重ねて形成され、内層側フープ層２０Ｆ１となる。この内層側フープ層２０Ｆ１は、その形成範囲であるシリンダー部１０ａにおいて、最内層ヘリカル層２０Ｈ１を保持する。このため、最内層ヘリカル層２０Ｈ１の形成のために繰り返し巻かれた樹脂含浸カーボン繊維Ｗは、シリンダー部１０ａでその動きが制約されるので、最内層ヘリカル層２０Ｈ１は、シリンダー部１０ａのみならずドーム部１０ｂの外表範囲においても、繊維の緩みが起きないまま残る。
本実施例の高圧水素タンク製造方法では、最内層ヘリカル層２０Ｈ１と内層側フープ層２０Ｆ１とをこの順で形成した後に、改めてヘリカル巻きによるヘリカル層形成とフープ巻きによるフープ層形成とを所定回数繰り返し、繊維強化樹脂層２０を形成する（図５：ステップＳ１５０）。ところが、最内層ヘリカル層２０Ｈ１を保持する内層側フープ層２０Ｆ１に続いて第２ヘリカル層２０Ｈ２を形成する前に、ドーム部１０ｂの頂上から離れた繊維固定用フランジ１１４の繊維固定箇所から延びてライナー軸支シャフト１１２および口金１４まで巻かれた巻回端部繊維Ｗｓを、ドーム部１０ｂの頂上周囲の口金１４の外表面付近で切断する。このため、最内層ヘリカル層２０Ｈ１の形成のためにライナー１０に巻回済みの繊維は、巻回端部繊維Ｗｓの切断により、ヘリカル巻きの際の張力から解放され、その切断箇所からドーム部１０ｂの外表に倣ってヘリカル巻き軌跡で残ることになる。よって、ヘリカル巻きの際の張力による繊維の引っ張りや巻き軌跡（ヘリカル巻き軌跡）のズレは起きないので、最内層ヘリカル層２０Ｈ１の厚みは、ドーム部１０ｂの頂上周囲を含めて維持されたままとなる。
本実施例の高圧水素タンク製造方法では、厚みを維持したままの最内層ヘリカル層２０Ｈ１に重ねて第２ヘリカル層２０Ｈ２〜第ｎヘリカル層２０Ｈｎを形成する。この第２ヘリカル層２０Ｈ２以降の各ヘリカル層は、その巻き始めがフープ層の終点であり、そもそも層の厚みに変化を来さない。また、最内層ヘリカル層２０Ｈ１にあっては、巻回端部繊維Ｗｓを口金１４からタンク軸方向に離れた繊維固定用フランジ１１４に固定して、樹脂含浸カーボン繊維Ｗをヘリカル巻きするので、口金１４の周壁周辺での巻き付きをし易くできる。第２ヘリカル層２０Ｈ２以降の各ヘリカル層も同様である。そうすると、本実施例の高圧水素タンク製造方法によれば、最内層ヘリカル層２０Ｈ１の形成に当たって口金１４の周壁に繊維を繰り返し巻いて固定することを要しないと共に、最内層ヘリカル層２０Ｈ１の厚みを維持したままとできる。この結果、本実施例の高圧水素タンク製造方法によれば、ＦＷ法によってライナー１０にその補強用の繊維強化樹脂層２０を形成する際に、口金１４の周辺に隙間を残さないようにできる。また、本実施例の高圧水素タンク製造方法によれば、口金１４の周辺での隙間の残存を抑制することで、繊維強化樹脂層２０の補強強度の低下も抑制された高圧水素タンク３０を容易に製造できる。
また、本実施例の高圧水素タンク製造方法では、最内層ヘリカル層２０Ｈ１を、ライナー１０の外表に樹脂含浸カーボン繊維Ｗを直に巻き付けて最先に形成した。このため、最先に形成した最内層ヘリカル層２０Ｈ１とその後の内層側フープ層２０Ｆ１の形成と巻回端部繊維Ｗｓの切断とを経ることで、この内層側フープ層２０Ｆ１に重なる第２ヘリカル層２０Ｈ２や、更にこれに重なる第２フープ層２０Ｆ２〜第ｎヘリカル層２０Ｈｎ、第ｎフープ層２０Ｆｎを交互に連続的に形成できる。
また、本実施例の高圧水素タンク製造方法では、繊維強化樹脂層２０の形成の上でのライナー軸支に不可欠なライナー軸支シャフト１１２に、巻回端部繊維Ｗｓを固定する繊維固定用フランジ１１４を設けた。このため、巻回端部繊維Ｗｓの固定のためだけの部材やこれを保持する構成が不要であることから、構成が簡略となる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、上記の実施例では、高圧ガスタンクは、高圧水素タンク３０であるものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、天然ガス等、他の高圧ガスを貯蔵する高圧ガスタンクとしてもよい。
また、繊維強化樹脂層２０の形成のためにライナー１０を軸支したライナー軸支シャフト１１２を、その後の誘導加熱装置２００による熱硬化処理の際のタンク軸支シャフトと兼用することもできる。こうすれば、ライナー軸支シャフト１１２を介して中間生成品タンク１２をその両端で支持して安定した姿勢とでき、この姿勢のまま、誘導加熱装置２００にセットできる。誘導加熱装置２００においては、ライナー軸支シャフト１１２で中間生成品タンク１２を軸支して高周波誘導加熱を行うことができる。
また、ステップＳ１３０での巻回端部繊維Ｗｓの切断は、ステップＳ１２０での内層側フープ層２０Ｆ１の形成後の他、内層側フープ層２０Ｆ１の形成過程において行うこともできる。
１０…ライナー
１０ａ…シリンダー部
１０ｂ…ドーム部
１２…中間生成品タンク
１４…口金
２０…繊維強化樹脂層
２０Ｆ１…内層側フープ層
２０Ｆ２…第２フープ層
２０Ｈ１…最内層ヘリカル層
２０Ｈ２…第２ヘリカル層
３０…高圧水素タンク
１００Ｆ…フープ巻きユニット
１００Ｈ…ヘリカル巻きユニット
１１２…ライナー軸支シャフト
１１４…繊維固定用フランジ
１３２…繊維送出部
２００…誘導加熱装置
２１２…タンク軸支シャフト
２２０…高周波電源
２２２…誘導加熱コイル
２３０…制御機器
Ｗ…樹脂含浸カーボン繊維
ＡＸ…タンク中心軸
Ｗｓ…巻回端部繊維

Claims (3)

  1. 円筒状のシリンダー部の両端に凸状曲面形状のドーム部を接合して備えるライナーの外表に繊維を繰り返し巻き付けるフィラメントワインディング法によって、前記ライナーに繊維層を形成する高圧ガスタンクの製造方法であって、
    前記シリンダー部の外表面全体に渡って繊維を繰り返し巻き付けるフープ巻きによるフープ層と、前記ドーム部において巻き付け方向を折り返すヘリカル巻きによるヘリカル層とを複数層重ねて前記繊維層を形成するに当たり、
    前記ヘリカル層の内で前記ライナーの外表に最も近い最内層ヘリカル層の形成のために、前記繊維の巻き始め端を前記シリンダー部の側とは逆側に離れた固定箇所に固定し、該固定箇所から延びる繊維にて前記最内層ヘリカル層を形成し、
    該最内層ヘリカル層に重ねて前記フープ層を内層側フープ層として形成し、
    前記最内層ヘリカル層の形成の際に前記固定箇所から延びていた前記繊維を、前記内層側フープ層の形成の後に前記ドーム部の頂上の周囲で切断してから、前記内層側フープ層に重ねて前記ヘリカル層を形成する
    高圧ガスタンクの製造方法。
  2. 前記最内層ヘリカル層は、前記ライナーの外表に直に巻かれて最先に形成されるヘリカル層である請求項１に記載の高圧ガスタンクの製造方法。
  3. 前記最内層ヘリカル層の形成の際の前記繊維の巻き始め端は、前記ライナーを軸支するシャフトに固定される請求項１または請求項２に記載の高圧ガスタンクの製造方法。
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