JP5775501B2 - 繊維保持装置、高圧ガスタンク製造装置、および、タンクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボビンに保持された繊維束を繰り出す技術に関する。

非常に細かな単繊維からなる繊維束（例えば、繊維径が１〜５μｍ程度の単繊維）を数万本束ねたカーボン繊維を、樹脂製のライナーに巻きつけて高圧ガスタンクが製造されている。カーボン繊維は、繊維束同士が張り付く力が強いため、ボビンから繰り出された後の繊維に捩れや損傷が起こる場合があった。このような繊維の捩れや損傷の発生を抑制または修正するために、例えば、特許文献１記載のフィラメントワインディングシステムでは、繊維の搬送路中において、繊維の張力を制御するための張力制御機構を備えている。また、特許文献２には、ボビンの近傍に、ボビンから繰り出された繊維を案内する案内機構を設けたフィラメントワインディング装置が記載されている。

特開２０１１−２４５７８０号公報 特開２００５−２６２５０４公報 特開昭６３−２９６９２５号公報

特許文献１〜３に記載された技術では、ボビンから繰り出された繊維の搬送路中において、繊維の捩れや損傷を抑制または抑制するための独立した機構を備えている。

しかし、独立した機構を必要とすることなしに、ボビンから繰り出された繊維の捩れや損傷を抑制することが可能な技術が望まれていた。

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、以下の形態又は適用例として実現可能である。繊維保持装置であって、軸を中心として回動可能に支持されるボビンであって、巻回された繊維を保持する本体部と、前記本体部とは独立して回動可能な平板部と、を有する前記ボビンと、前記本体部から繰り出された前記繊維に対して、前記ボビンの軸から外周に向かう力を加えるための解除部と、前記本体部から繰り出された前記繊維に対して、張力を加えるための張力付加部と、前記平板部から延伸すると共に、前記解除部と前記張力付加部とを、前記繊維の繰り出し方向下流側に向かって前記解除部と前記張力付加部との順で一体に保持している延伸部と、を備え、前記延伸部は、前記平板部の回動に伴って前記本体部からの前記繊維の繰り出し時における前記本体部の回動方向とは逆方向に回動可能である、繊維保持装置。そのほか、本発明は、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、繊維保持装置が提供される。この繊維保持装置は；軸を中心として回動可能に支持されると共に、巻回された繊維を保持するボビンと；前記ボビンから繰り出された前記繊維に対して、前記ボビンの軸から外周に向かう力を加えるための解除部と；繰り出された前記繊維に対して所定の張力を加えるための張力付加部と；前記ボビンから延伸すると共に、前記解除部と前記張力付加部とを、前記繊維の繰り出し方向下流側に向かって前記解除部と前記張力付加部との順で一体に保持している延伸部と；を備える。
この形態の繊維保持装置によれば、繰り出された繊維に対してボビンの軸から外周に向かう力を加えるための解除部と、繰り出された繊維に対して張力を加えるための張力付加部とが、ボビンから延伸した延伸部により一体に保持されている。このため、独立した機構を必要とすることなしに、ボビンから繰り出された繊維の捩れや損傷を抑制することが可能な繊維保持装置を提供することができる。また、従来のように独立した機構で繊維の捩れや損傷の発生を抑制・修正している装置と比較して、省スペースな繊維保持装置を提供することができる。

（２）上記形態の繊維保持装置において；前記延伸部は、前記ボビンの軸から外周に向かう方向に延伸していてもよい。
この形態の繊維保持装置によれば、延伸部はボビンの軸から外周に向かう方向に延伸しているため、解除部と張力付加部とを同一部材上に配置することができる。

（３）上記形態の繊維保持装置では、さらに；前記ボビンからの前記繊維の繰り出しを補助する補助部を備え；前記延伸部は、前記ボビンの両端面から延伸し；繰り出された前記繊維の張力を受けた前記延伸部が、所定の位置まで回動した際に前記補助部が動作してもよい。
この形態の繊維保持装置によれば、例えば、ボビンに巻回された繊維の固着等に起因して、張力付加部が繰り出された繊維の張力を受け、張力付加部を保持している延伸部が所定の位置まで回動した際に、補助部が動作される。そして、補助部の動作によって、ボビンからの繊維の繰り出しを補助することができる。また、延伸部が所定の位置まで回動した際に限って補助部を動作させるため、補助部の駆動に必要なエネルギーを低減することができる。

（４）上記形態の繊維保持装置において；前記解除部と、前記張力付加部とは、前記ボビンの軸に略並行な棒状に形成されており；前記張力付加部の長手方向の長さＬ２は、前記ボビンの軸の長さＬ１よりも長くてもよい。
この形態の繊維保持装置によれば、解除部と張力付加部とは、ボビンの軸に略並行な棒状に形成されているため、ボビンから繰り出された繊維に対して均等に力を加えることができる。また、張力付加部の長さは、ボビンの軸の長さよりも長いため、ボビンにおいて繊維が巻回された位置に関係なく、繰り出された繊維に対して所定の張力を加えることができる。

（５）上記形態の繊維保持装置において；前記解除部は、前記ボビンに向かって気体を噴射することで、前記補助部として機能してもよい。
この形態の繊維保持装置によれば、解除部は、ボビンに向かって気体を噴射するため、ボビンに巻回されている繊維を剥がしやすくすることができる。この結果、解除部は、ボビンからの繊維の繰り出しを補助する補助部として機能することができる。

（６）上記形態の繊維保持装置において；前記解除部は、多孔質金属を用いて中空状に形成されると共に、前記解除部の外側全方向に向かって気体を噴射することで、前記補助部として機能してもよい。
この形態の繊維保持装置によれば、解除部は、解除部の外側全方向に向かって気体を噴射するため、ボビンに巻回されている繊維を剥がしやすくすることができる。この結果、解除部は、ボビンからの繊維の繰り出しを補助する補助部として機能することができる。

（７）上記形態の繊維保持装置において；前記解除部は、前記解除部を振動させることで前記補助部として機能してもよい。
この形態の繊維保持装置によれば、解除部は、解除部を振動させるため、ボビンに巻回されている繊維を剥がしやすくすることができる。この結果、解除部は、ボビンからの繊維の繰り出しを補助する補助部として機能することができる。

（８）高圧ガスタンク製造装置において上記形態の繊維保持装置を備えてもよい。
この形態の高圧ガスタンク製造装置によれば、ボビンから繰り出された繊維の捩れや損傷を抑制することができるため、製造される高圧ガスタンクの品質を向上させることができる。

（９）高圧ガスタンク製造装置において上記形態の繊維保持装置を複数備えてもよい。
この形態の高圧ガスタンク製造装置によれば、ボビンから繰り出された繊維の捩れや損傷を抑制することができるため、製造される高圧ガスタンクの品質を向上させることができる。また、個々の繊維保持装置は、解除部と張力付加部とが一体に保持されているため、複数の繊維保持装置からの繊維の供給を受ける高圧ガスタンク製造装置の小型化を図ることができる。

本発明は、装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、繊維保持装置の機能を実現するシステム、繊維保持装置の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

本発明の一実施例としての高圧ガスタンク製造装置の構成を概念的に示す説明図である。 ボビン装置の構成を示す斜視図である。 ボビン装置の構成を示す側面図である。 解除バーの作用を示す説明図である。 第２実施形態における解除バーの一部を拡大した図である。 図５におけるＡ−Ａ断面を模式的に示す説明図である。 変形例における延伸部の構成を説明するための説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．高圧ガスタンク製造装置の構成：
図１は、本発明の一実施例としての高圧ガスタンク製造装置の構成を概念的に示す説明図である。高圧ガスタンク製造装置５００は、フィラメントワインディング（ＦＷ）法により、カーボン繊維を略円筒状の樹脂ライナー２００に巻き付けて高圧ガスタンクを製造する。製造された高圧ガスタンクは、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。

高圧ガスタンク製造装置５００は、４つのボビン装置１００Ａ〜１００Ｄと、１１個のガイドローラーｒ１〜ｒ１１と、張力調整部３０と、繊維繰り出し部４０と、ガイドシャフト４２と、繊維巻付部５０とを備えている。

４つのボビン装置１００Ａ〜１００Ｄには、それぞれ同じカーボン繊維が予め巻きつけられている。カーボン繊維は、繊維径が１μｍ程度の単繊維ｃｆを多数（例えば、２万本）束ねて構成されており、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂が予め含侵されたいわゆるプリプレグである。このようなカーボン繊維としては、例えば、レーヨン系カーボン繊維や、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系カーボン繊維や、ピッチ系カーボン繊維を用いることができる。なお、カーボン繊維束の断面は、略円状である。以下では、説明の便宜上、４つのボビン装置１００Ａ〜１００Ｄに巻き付けられたカーボン繊維を、それぞれカーボン繊維束ｆ１〜ｆ４と呼ぶ。

ボビン装置１００Ａ〜１００Ｄは、それぞれ繊維繰り出し部４０と連動しており、樹脂ライナー２００に巻き付けたカーボン繊維束ｆ１〜ｆ４の量に応じて、カーボン繊維束ｆ１〜ｆ４を繰り出す。

１１個のガイドローラーｒ１〜ｒ１１は、それぞれ回転自在に配置されており、４つのボビン装置１００Ａ〜１００Ｄから繰り出されたカーボン繊維束ｆ１〜ｆ４を繊維繰り出し部４０まで搬送する。このとき、８つのガイドローラーｒ１〜ｒ８は、それぞれカーボン繊維束ｆ１〜ｆ４に対して所定の張力を加える。このようなガイドローラーｒ１〜ｒ８としては、例えば、樹脂や金属により円筒状に形成された部材を採用することができる。張力調整部３０は、ガイドローラーｒ６に接続されており、ガイドローラーｒ６を変位させることにより、搬送中のカーボン繊維束ｆ１〜ｆ４の張力を調整する。

繊維繰り出し部４０は、ガイドローラーｒ１１から搬送されたカーボン繊維束ｆ１〜ｆ４を繰り出して、繊維巻付部５０に配置された樹脂ライナー２００に巻き付ける。繊維繰り出し部４０は、ガイドシャフト４２に沿って往復動作し、樹脂ライナー２００の前面にカーボン繊維束ｆ１〜ｆ４を巻き付ける。ガイドシャフト４２は、樹脂ライナー２００の軸ＣＸと平行に配置されている。なお、カーボン繊維束ｆ１〜ｆ４の巻付方法として、例えば、フープ巻きやヘリカル巻きを採用することができる。

繊維巻付部５０は、基台５１と、一対の支持板５３，５４と、回転駆動部５２とを備えている。一対の支持板５３，５４は、所定の間隔を隔てて基台５１に設置されており、樹脂ライナー２００を回転自在に支持する。回転駆動部５２は、支持板５３の外側に配置されており、樹脂ライナー２００の軸ＣＸを中心として樹脂ライナー２００を回転させる。なお、樹脂ライナー２００は、ナイロン樹脂により形成され、中空構造を有している。

なお、ボビン装置１００は、特許請求の範囲における「繊維保持装置」に相当する。また、カーボン繊維束は特許請求の範囲における「繊維」に相当する。

Ａ−２．繊維保持装置の構成：
図２は、ボビン装置の構成を示す斜視図である。以降では、具体例として、ボビン装置１００Ａを例示する。なお、ボビン装置１００Ｂ〜１００Ｄについても同様の構成を有する。

ボビン装置１００Ａは、カーボン繊維束ｆ１を巻回した状態で保持する。ボビン装置１００Ａは、本体部７１と、２枚の円形板７２と、ボビン駆動部７３と、延伸部７４と、解除バー８０と、弛み抑制バー９０と、を備えている。なお、本体部７１と、２枚の円形板７２とを総称して「ボビン」と呼ぶことがある。本体部７１と、２枚の円形板７２とは、特許請求の範囲における「ボビン」に相当する。

本体部７１は、カーボン繊維束ｆ１を巻回された状態で保持するための部材である。本実施形態における本体部７１は円筒状であり、例えば、樹脂や金属により形成されている。円形板７２は、本体部７１の両端の底面部分に配置された部材である。円形板７２は略円形の板状を有し、例えば、樹脂や金属により形成されている。ボビン駆動部７３は、本体部７１に接続されている。ボビン駆動部７３は、内蔵されたモータの駆動力を受けて、本体部７１を本体部７１の軸ＣＹを中心とした反時計回りＣＳに回動させることによって、本体部７１からカーボン繊維束ｆ１を繰り出す。なお、ボビン駆動部７３は、本体部７１にのみ駆動力を伝える構成とされており、円形板７２は回動させない。

延伸部７４は、解除バー８０と、弛み抑制バー９０とを、カーボン繊維束ｆ１の繰り出し方向ＤＦの下流側に向かって、解除バー８０、弛み抑制バー９０の順で一体に保持するための部材である。本実施形態における延伸部７４は、一方の円形板７２から延伸するように設けられた部材であり、Ｒのついた二等辺三角形の板形状を有している。延伸部７４のうち、二等辺三角形の底辺に相当する部分は円形板７２の弧の部分に接合されており、二等辺三角形の２つの等辺に相当する部分はボビンの軸ＣＹから外周に向かう方向（換言すれば、本体部７１の軸ＣＹから外周に向かう方向）に延伸している。延伸部７４は、例えば、樹脂や金属により形成されている。本実施形態では、図２のように、１枚の延伸部７４によって、解除バー８０と弛み抑制バー９０とを保持している。このため、解除バー８０と弛み抑制バー９０とのうち、一方の端部ＥＬは固定されているが、他方の端部ＥＲは固定されていない。従って、ボビン装置１００Ａに対してカーボン繊維束を巻回する際の作業性を向上させることができる。なお、２枚の円形板７２から２枚の延伸部７４がそれぞれ延伸する構成、換言すれば、解除バー８０と弛み抑制バー９０との端部ＥＬと、端部ＥＲとの両方が延伸部７４によって保持される構成を採用することも可能である。

図３は、ボビン装置の構成を示す側面図である。解除バー８０は、棒形状（細長い円柱形状）を有し、延伸部７４の底辺近傍、かつ、カーボン繊維束ｆ１が繰り出される側の端部に対して接合されている。解除バー８０は、解除バー８０の端部ＥＬが延伸部７４の上記位置に接合されていることによって、本体部７１の軸ＣＹに略並行な状態で保持されている（図２）。解除バー８０は、例えば、樹脂や金属により形成されている。

弛み抑制バー９０は、棒形状（細長い円柱形状）を有し、延伸部７４の頂角近傍に接合されている。弛み抑制バー９０は、弛み抑制バー９０の端部ＥＬが延伸部７４の上記位置に接合されていることによって、本体部７１の軸ＣＹに略並行な状態で保持されている（図２）。また、図２のように、弛み抑制バー９０の長手方向の長さＬ２は、本体部７１の軸ＣＹの長さＬ１よりも長いことが好ましい。弛み抑制バー９０は、例えば、樹脂や金属により形成されている。

解除バー８０と弛み抑制バー９０との位置関係は上記の通りである。本体部７１に巻回されている状態のカーボン繊維束ｆ１の外側（外気に触れる側）を「繊維外側」と、本体部７１に巻回されている状態のカーボン繊維束ｆ１の内側（下層のカーボン繊維束ｆ１に触れる側）を「繊維内側」とする。このとき、本体部７１から繰り出されたカーボン繊維束ｆ１の繊維内側が解除バー８０に接触する。また、本体部７１から繰り出されたカーボン繊維束ｆ１の繊維外側が弛み抑制バー９０に接触する。換言すれば、解除バー８０と、弛み抑制バー９０とは、繊維を互い違いに保持している。

円形板７２は、ボビン装置１００Ａを支える支軸に対して、コイルバネを介して固定されている。このバネによって、円形板７２と延伸部７４とには、本体部７１の軸ＣＹを中心とした反時計周りＣＳ方向に向かうバネの力が常に加わった状態となる。このため、延伸部７４は、鉛直方向ＶＤに対して、バネの力による回転方向（すなわち、反時計周りＣＳ方向）に傾斜した状態を維持することとなる。このため、延伸部７４の頂角近傍に接合された弛み抑制バー９０は、本体部７１から繰り出され、弛み抑制バー９０よりも（繰り出し方向の）下流に位置するカーボン繊維束ｆ１を、カーボン繊維束ｆ１が繰り出される方向とは逆の方向ＰＵに向かって引っ張ることとなる。この結果、弛み抑制バー９０は、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１に対して、所定の張力を加えることができる。なお、弛み抑制バー９０によりカーボン繊維束ｆ１に加えられる張力の強さは、バネによって任意に調節可能である。

図４は、解除バー８０の作用を示す説明図である。図４は、図３と同様に、ボビン装置１００を側面から見た場合の様子を示している。

図４において実線で示すのは、巻回されたカーボン繊維束ｆ１の単繊維ｃｆ同士が張り付くことなく、カーボン繊維束ｆ１がスムーズに本体部７１から繰り出されている場合の側面図である。なお、以降では、カーボン繊維束ｆ１の単繊維ｃｆ同士が張り付くことを「カーボン繊維束ｆ１が固着する」とも呼ぶ。カーボン繊維束ｆ１が固着していない場合、解除バー８０は、本体部７１から繰り出されたカーボン繊維束ｆ１に接触するに留まる。また、弛み抑制バー９０は、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１に対して、所定の張力を加えている。詳細は、図３で説明した通りである。

一方、図４において破線で示すのは、巻回されたカーボン繊維束ｆ１の単繊維ｃｆ同士が張り付いていることによって、本体部７１からカーボン繊維束ｆ１が繰り出しにくくなった場合の側面図である。カーボン繊維束ｆ１が固着して繰り出しにくくなった場合、軸ＣＹを中心として反時計周りＣＳ方向に向かうバネの力の一部が、単繊維ｃｆ同士が張り付く力（固着力）によって相殺される。また、本体部７１から新しいカーボン繊維束ｆ１が繰り出されなくなるため、カーボン繊維束ｆ１が固着している部分と、繊維繰り出し部４０へ繰り出されていくカーボン繊維束ｆ１との張力によって弛み抑制バー９０が押圧を受ける。これらの結果、延伸部７４は、鉛直方向ＶＤに対して水平に近い状態となる。

すると、延伸部７４の底辺近傍であってカーボン繊維束ｆ１が繰り出される側の端部に配置されている解除バー８０は、ボビンの軸ＣＹから外周に向かう方向（換言すれば、本体部７１の軸ＣＹから外周に向かう方向）である外側ＰＳに向かって、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１を押し出すように作用する。このように解除バー８０は、延伸部７４が鉛直方向ＶＤに対して水平に近い状態となった際に、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１の根元付近に対して、ボビンの軸ＣＹから外周に向かう方向（本体部７１の軸ＣＹから外周に向かう方向）である外側ＰＳに向かう力を付加することによって、固着しているカーボン繊維束ｆ１を剥離させやすくする。

なお、解除バーは特許請求の範囲における「解除部」に、弛み抑制バーは特許請求の範囲における「張力付加部」に、それぞれ相当する。

以上のように、第１実施形態のボビン装置１００Ａ（繊維保持装置）によれば、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１（繊維）に対してボビンの軸ＣＹから外周に向かう力を加えるための解除バー８０（解除部）と、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１に対して所定の張力を加えるための弛み抑制バー９０（張力付加部）とを備えている。また、解除バー８０と、弛み抑制バー９０とは、ボビンの円形板７２から延伸した延伸部７４によって、カーボン繊維束ｆ１の繰り出し方向ＤＦ（図２）の下流側に向かって一体に保持されている。このため、独立した機構を必要とすることなしに、本体部７１から繰り出されたカーボン繊維束ｆ１の捩れや損傷を抑制することが可能なボビン装置１００Ａを提供することができる。また、従来のように独立した機構でカーボン繊維束の捩れや損傷の発生を抑制・修正している装置と比較して、省スペースなボビン装置１００Ａを提供することができる。

さらに、第１実施形態のボビン装置１００Ａ（繊維保持装置）によれば、異なる作用を持つ２つのバーである解除バー８０（本体部７１からカーボン繊維束ｆ１を剥がす力を加える）と、弛み抑制バー９０（繰り出されたカーボン繊維束ｆ１に張力を加える）との動きを同期させつつ、両者の機能を共存させることができる。このため、カーボン繊維束ｆ１の弛みと解除不良とを同時に抑制することが出来る。

さらに、上記第１実施形態のボビン装置１００Ａ（繊維保持装置）によれば、解除バー８０（解除部）と弛み抑制バー９０（張力付加部）とは、ボビンの軸ＣＹ（図２）に略並行な棒状に形成されているため、本体部７１から繰り出されたカーボン繊維束ｆ１（繊維）に対して均等に力を加えることができる。換言すれば、本体部７１においてカーボン繊維束ｆ１が巻回された位置に関係なく、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１に対して均等に力を加えることができる。また、弛み抑制バー９０の長さＬ２は、ボビンの軸ＣＹの長さＬ１よりも長い（図２、Ｌ２＞Ｌ１）ため、本体部７１においてカーボン繊維束ｆ１が巻回された位置に関係なく、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１に対して所定の張力を加えることができる。

さらに、上記第１実施形態の高圧ガスタンク製造装置５００によれば、本体部７１から繰り出されたカーボン繊維束ｆ１（繊維）の捩れや損傷を抑制しつつ、安定した軌跡でカーボン繊維束ｆ１を供給することができる。このため、高圧ガスタンク製造装置５００によって製造される高圧ガスタンクの強度・寸法を安定させ、品質を向上させることができる。また、個々のボビン装置１００Ａ（繊維保持装置）は、解除バー８０（解除部）と弛み抑制バー９０（張力付加部）とがボビンから延伸する延伸部７４により一体に保持されているため、複数のボビン装置１００Ａからの繊維の供給を受ける高圧ガスタンク製造装置において、装置の小型化を図ることができる。

Ｂ．第２実施形態：
本発明の第２実施形態では、第１実施形態の高圧ガスタンク製造装置において、固着しているカーボン繊維束の剥離をより促進することが可能な構成について説明する。以下では、第１実施形態と異なる構成および動作を有する部分についてのみ説明する。なお、図中において第１実施形態と同様の構成部分については先に説明した第１実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

Ｂ−１．高圧ガスタンク製造装置の構成：
第２実施形態における高圧ガスタンク製造装置５００の概略構成は、図１に示した第１実施例と同様である。

Ｂ−２．繊維保持装置の構成：
第２実施形態におけるボビン装置１００Ａの構成は、図２〜４に示した第１実施例とほぼ同様である。ただし、第２実施形態のボビン装置１００Ａは、ボビン駆動部７３に代えてボビン駆動部７３ｘを、解除バー８０に代えて解除バー８０ｘを、それぞれ備えている。解除バー８０ｘは、本体部７１からのカーボン繊維束ｆ１の繰り出しを補助する機能を備える。

図５は、第２実施形態における解除バー８０ｘの一部を拡大した図である。解除バー８０ｘは、内部が中空の円筒形状を有している。解除バー８０ｘは、外殻部８２と、蓋部８１とを備えている。外殻部８２は、例えばポーラス金属のような多孔質金属で形成されており、微小な孔８３を多数有している。なお、カーボン繊維束ｆ１に含侵された樹脂によって孔８３が詰まることを抑制するために、各孔８３の孔径は、例えば、５００μｍ以下とすることが好ましい。蓋部８１は、外殻部８２の端面に配置されている。蓋部８１は、配管８５と接続され、配管８５を介して供給される空気を、外殻部８２の内部空間に送る。

第２実施形態におけるボビン駆動部７３ｘは、図示しないエアコンプレッサーを内蔵している。エアコンプレッサーは、配管８５を介して解除バー８０ｘと接続されており、解除バー８０ｘの内部に空気を送り込む。なお、本実施形態では、エアコンプレッサーにより送出される空気は、１ＭＰａ以下の圧力に圧縮され、かつ、温度は常温（２５℃程度）であるものとする。

図６は、図５におけるＡ−Ａ断面を模式的に示す説明図である。外殻部８２に設けられた孔８３は、外殻部８２の厚み方向に沿って延びて形成されており、解除バー８０ｘの内部空間と外殻部８２の外部表面とを連通している。このため、解除バー８０ｘの内部空間に送出された空気は、解除バー８０ｘの内部空間から外殻部８２の外部表面の全方向に向かって吹き出す。外殻部８２の外側全方向に向かって噴射される空気のうち、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１の方向に噴射される空気は、単繊維ｃｆの外殻部８２の外部表面への張り付きを抑制する。また、外殻部８２の外側全方向に向かって噴射される空気のうち、ボビンの本体部７１の方向に噴射される空気は、カーボン繊維束ｆ１における単繊維ｃｆ同士の張り付き（カーボン繊維束ｆ１の固着）を抑制する。

なお、エアコンプレッサーによる空気の送出は常時行ってもよいし、所定のトリガが発生した場合に限って行ってもよい。例えば、カーボン繊維束ｆ１の固着が発生した場合に限って、空気の送出を行ってもよい。カーボン繊維束ｆ１の固着が発生した場合とは、図４の破線で示したように、カーボン繊維束ｆ１が固着している部分と、繊維繰り出し部４０へ繰り出されていくカーボン繊維束ｆ１との張力によって弛み抑制バー９０が押圧を受け、延伸部７４が、所定の位置まで回動した場合を意味する。カーボン繊維束ｆ１の固着を検出し、エアコンプレッサー駆動のトリガとするために、例えば、ボビン駆動部７３ｘと円形板７２との間にリミットスイッチを設けることができる。このように、延伸部７４が所定の位置まで回動した際に限って、エアコンプレッサーを動作させ、解除バー８０ｘの補助部としての機能を有効とすれば、必要なエネルギーを低減することができる。

なお、第２実施形態における解除バー８０ｘは特許請求の範囲における「補助部」の機能を備えている。

以上のように、第２実施形態のボビン装置１００Ａ（繊維保持装置）によっても、第１実施形態のボビン装置１００Ａと同様の効果を奏することができる。さらに、第２実施形態のボビン装置１００Ａでは、解除バー８０ｘが補助部として動作することによって、ボビンからのカーボン繊維束ｆ１（繊維）の繰り出しを補助することができる。

具体的には、解除バー８０ｘ（解除部）は、多孔質金属を用いて中空状に形成され、解除バー８０ｘの外側全方向に向かって気体を噴射するため、本体部７１に巻回されているカーボン繊維束ｆ１（繊維）を剥がしやすくすることができる。この結果、解除バー８０ｘは、ボビンからの繊維の繰り出しを補助する補助部として機能することができる。

Ｃ．変形例：
なお、上記各実施形態における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

・変形例１：
上記実施形態では、ボビン装置の構成の一例について例示した。しかし、ボビン装置の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。例えば、一部の構成要素の削除、新たな構成要素の追加、構成要素の変更等を行うことができる。

例えば、上記実施形態におけるボビンは、円筒状の本体部の両面に円形板が配置された構成とした。しかし、上記ボビンの構成はあくまで一例であり、種々の変更が可能である。例えば、円形板を省略し、円筒状部材のみによって構成されてもよい。また、例えば、円筒状の形状に代えて、中空の多角柱状の形状を採用してもよい。また、例えば、２枚の円形板を用いて、複数本の棒状部材の両端を円形または多角形形状に固定した構成でもよい。

例えば、上記実施形態において、延伸部は円形板から延伸するように設けられているものとした。しかし、例えば、円形板を備えない構成において、延伸部は本体部の両端の底面部分から延伸するように設けられていてもよい。この場合、ボビン駆動部は本体部にのみ駆動力を伝える構成とし、延伸部は回動させない構成とする。

例えば、上記実施形態において、延伸部は、Ｒのついた二等辺三角形形状を有する一部材であるものとした。しかし、延伸部は、解除バーと弛み抑制バーとを一体として保持する限りにおいて、任意の形状を採用することができる。例えば、延伸部は、複数の部材から構成されていてもよい。図７は、変形例における延伸部の構成を説明するための説明図である。図７のように、ボビンから解除バー８０を支持するための延伸部７４ａと、弛み抑制バー９０を支持するための延伸部７４ｂとが別個に延伸していて、延伸部７４ａと７４ｂとによって、解除バー８０と弛み抑制バー９０とが一体に保持されていてもよい。この場合、延伸部７４ａと７４ｂとが、特許請求の範囲における「延伸部」に相当する。

例えば、延伸部の形状は、二等辺三角形形状ではなく、長方形状でもよく、楕円形状でもよい。

・変形例２：
上記第２実施形態では、解除バーが補助部としての機能を備えるための構成の一例について説明した。しかし、上記第２実施形態における構成は、あくまで例示であり、種々の変更が可能である。

例えば、解除バーの外殻部は、ポーラス金属で形成されるものとした。しかし、解除バーの外殻部は、ポーラス金属に代えて、多数の孔を設けた薄い金属板（ステンレス等の板）や金属メッシュによって形成されてもよい。多数の孔を設けた薄い金属板により外殻部を形成する場合において、孔の断面形状として円形とすることができる。また、この場合において、孔の断面形状を外殻部の幅方向に延びた長方形とし、孔をスリット状に配置することもできる。

例えば、解除バーの外殻部は、ポーラス金属のような多孔質金属で形成されるものとした。しかし、解除バーの外殻部を、薄い金属板（ステンレス等の板）で形成した上で、所望の位置にスリットを入れる構成としてもよい。外殻部のスリットは、少なくとも、解除バーから本体部の方向に向かって空気を噴射可能な位置に入れられることが好ましい。このような構成にしても、解除バー（解除部）は、ボビンに向かって気体を噴射することができるため、ボビンの本体部に巻回されているカーボン繊維束ｆ１（繊維）を剥がしやすくすることができる。この結果、解除バーは、本体部からのカーボン繊維束ｆ１の繰り出しを補助する補助部として機能することができる。

例えば、解除バーは、ボビンの方向や、繰り出されたカーボン繊維束ｆ１の方向等に向かって空気を噴射することで、補助部として機能するものとした。しかし、解除バーは、空気を噴射する以外の方法によって、ボビンからカーボン繊維束ｆ１の繰り出しを補助してもよい。具体的には、解除バーに超音波振動子を内蔵し、所定のトリガ（詳細は上記第２実施例と同様）の発生によって、解除バーを振動させる。このようにすれば、解除バー（解除部）は、解除バーを振動させるため、ボビンの本体部に巻回されているカーボン繊維束ｆ１（繊維）を剥がしやすくすることができる。この結果、解除バーは、ボビンからのカーボン繊維束ｆ１の繰り出しを補助する補助部として機能することができる。

・変形例３：
上記第２実施形態では、解除バーが補助部としての機能を備えるための構成の一例について説明した。しかし、上記第２実施形態における構成は、あくまで例示であり、種々の変更が可能である。

例えば、エアコンプレッサーにより送出される空気の温度は常温（例えば、２５℃）であるものとしたが、より高温の空気を噴射することもできる。例えば、エアコンプレッサーの内部に電熱線を配置した加熱室を設けて、この加熱室において空気を昇温してから解除バーの内部に供給してもよい。また、例えば、解除バーの内部に電熱線を配置し、解除バーの内部において空気を加熱してからカーボン繊維束ｆ１〜ｆ４に噴射することもできる。一般に、カーボン繊維束ｆ１〜ｆ４に含まれる熱硬化性樹脂は、加熱されると粘度が低下する。このため、高温空気を噴射することとすれば、単繊維ｃｆ同士の張り付きや、単繊維ｃｆの解除バーの表面への張り付きの抑制効果を、より向上させることができる。なお、昇温後の空気の温度としては、例えば、１３０℃〜１８０℃の範囲の温度が好ましい。熱硬化性樹脂の軟化は、この１３０℃〜１８０℃の範囲において起こり得るからである。なお、上記１３０℃〜１８０℃の範囲に限らず、さらに高温に空気を昇温させることもできる。

例えば、エアコンプレッサーにより送出される気体は空気であるものとしたが、これに代えて、窒素ガス等の任意の気体を用いることができる。

・変形例４：
上記実施形態では、カーボン繊維束ｆ１〜ｆ４に含まれる熱硬化性樹脂は、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することができる。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ることができる。また、カーボン繊維束ｆ１〜ｆ４を、熱硬化性樹脂を含まない構成とすることもできる。なお、この場合、繊維束の搬送路の途中において、熱硬化性樹脂を含侵させることもできる。また、カーボン繊維に代えて、ガラス繊維やアラミド繊維等任意の繊維を採用することもできる。

・変形例５：
上記実施形態では、ボビン装置は、高圧ガスタンク製造装置の一部の機能部として構成されていたが、これに代えて、独立した装置として構成することもできる。この場合において、本発明のボビン装置を、高圧タンク製造装置に限らず、繊維を巻きつける任意の装置に適用することもできる。例えば、車両や航空機等で用いられるプロペラシャフトやドアフレーム等に繊維を巻きつける装置に適用することもできる。

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。

３０…張力調整部
４０…繊維繰り出し部
４２…ガイドシャフト
５０…繊維巻付部
５１…基台
５２…回転駆動部
５３…支持板
７１…本体部
７２…円形板
７３…ボビン駆動部
７３ｘ…ボビン駆動部
７４…延伸部
７４ａ…延伸部
７４ｂ…延伸部
８０…解除バー
８０ｘ…解除バー
８１…蓋部
８２…外殻部
８３…孔
８５…配管
９０…弛み抑制バー
１００…ボビン装置
１００Ａ〜Ｄ…ボビン装置
２００…樹脂ライナー
５００…高圧ガスタンク製造装置
ＣＸ…軸
ＣＹ…軸
ｃｆ…単繊維
ｆ１〜ｆ４…カーボン繊維束
ＥＬ…端部
ＥＲ…端部

Claims (12)

1. 繊維保持装置であって、
   軸を中心として回動可能に支持されるボビンであって、巻回された繊維を保持する本体部と、前記本体部とは独立して回動可能な平板部と、を有する前記ボビンと、
   前記本体部から繰り出された前記繊維に対して、前記ボビンの軸から外周に向かう力を加えるための解除部と、
   前記本体部から繰り出された前記繊維に対して、張力を加えるための張力付加部と、
   前記平板部から延伸すると共に、前記解除部と前記張力付加部とを、前記繊維の繰り出し方向下流側に向かって前記解除部と前記張力付加部との順で一体に保持している延伸部と、
   を備え、
   前記延伸部は、前記平板部の回動に伴って前記本体部からの前記繊維の繰り出し時における前記本体部の回動方向とは逆方向に回動可能である、繊維保持装置。
2. 請求項１に記載の繊維保持装置であって、
   前記延伸部は、前記本体部からの前記繊維の繰り出し時における前記本体部の回動方向に付勢されている、繊維保持装置。
3. 請求項１または２に記載の繊維保持装置であって、
   前記延伸部は、前記ボビンの軸から外周に向かう方向に延伸している、繊維保持装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の繊維保持装置であって、
   前記解除部と、前記張力付加部とは、前記ボビンの軸に略平行に形成されており、
   前記張力付加部の前記軸方向の長さＬ２は、前記軸の長さＬ１よりも長い、繊維保持装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項記載の繊維保持装置であって、さらに、
   前記延伸部が所定の位置まで回動した際に、前記ボビンからの前記繊維の繰り出しを補助する補助部を備える、繊維保持装置。
6. 請求項５記載の繊維保持装置であって、
   前記解除部は、前記ボビンに向かって気体を噴射することで、前記補助部として機能する、繊維保持装置。
7. 請求項５記載の繊維保持装置であって、
   前記解除部は、多孔質金属を用いて中空状に形成されると共に、前記解除部の外側全方向に向かって気体を噴射することで、前記補助部として機能する、繊維保持装置。
8. 請求項５記載の繊維保持装置であって、
   前記解除部は、前記解除部を振動させることで前記補助部として機能する、繊維保持装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項記載の繊維保持装置であって、
   前記解除部と、前記張力付加部とは、前記軸に略平行に延びる棒状に形成されており、
   前記延伸部は、前記ボビンの一の前記平板部から延伸するように設けられ、前記解除部の一端と、前記張力付加部の一端とを保持している、繊維保持装置。
10. 請求項１ないし８のいずれか一項記載の繊維保持装置であって、
    前記解除部と、前記張力付加部とは、前記軸に略平行に延びる棒状に形成されており、
    前記延伸部は、前記ボビンの両方の前記平板部からそれぞれ延伸するように設けられ、一方の延伸部が、前記解除部の一端と前記張力付加部の一端とを保持し、他方の延伸部が、前記解除部の他端と前記張力付加部の他端とを保持している、繊維保持装置。
11. 高圧ガスタンク製造装置であって、
    請求項１から１０のいずれか一項記載の繊維保持装置を備える、高圧ガスタンク製造装置。
12. タンクの製造方法であって、
    略円筒形状のライナーを準備する工程と、
    軸を中心として回動可能なボビンの本体部に巻回され、熱硬化性樹脂が含浸されている繊維に対して、前記ボビンのうちの前記本体部とは独立して回動可能な平板部から延伸する延伸部に保持された張力付加部によって張力をかけつつ前記繊維を前記ライナーに対して巻回する工程と、
    前記繊維に含まれる前記熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる工程と、
    を備え、
    前記延伸部は、前記平板部の回動に伴って前記本体部からの前記繊維の繰り出し時における前記本体部の回動方向とは逆方向に回動可能である、タンクの製造方法。

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