JP6099039B2 - 複合容器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合容器の製造方法に関する。

従来の複合容器の製造方法として、特許文献１に記載されたものが知られている。この製造方法では、中空のライナーに対して、硬化性樹脂が含浸された炭素繊維束を巻回して、強化層を形成している。炭素繊維束を巻き終えたら、容器を加熱することによって硬化性樹脂を熱硬化している。

特開２００８−３０４０３８号公報

ここで、従来の製造方法によって製造された複合容器においては、強化層中の繊維に波打ちや緩みが発生することで、複合容器の強度に影響が及ぼされる場合があった。また、製造条件によっては、繊維と繊維との間に空隙が形成され、複合容器の強度に影響が及ぼされる場合があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、複合容器の強度を向上することができる複合容器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る複合容器の製造方法は、容器を形作るライナーに硬化性樹脂が予め含浸された繊維を巻き付けることによって、強化層を備えた複合容器を製造する複合容器の製造方法であって、ライナーに繊維を巻き付けることによってフープ層を形成するフープ層形成工程と、ライナーに繊維を巻き付けることによってヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、を備え、フープ層形成工程における条件は、ヘリカル層形成工程における条件よりも、硬化性樹脂の粘度が高くなる条件である。

本発明に係る複合容器の製造方法では、フープ層を形成するフープ層形成工程における条件は、ヘリカル層形成工程における条件よりも、繊維に含浸された硬化性樹脂の粘度が高くなる条件である。すなわち、フープ層形成工程での硬化性樹脂の粘度が高くなり、ヘリカル層形成工程での硬化性樹脂の粘度が低くなる。ここで、ヘリカル層は繊維と繊維が交差することによって空隙ができ易い層であるが、硬化性樹脂の粘度を低くすることで繊維と硬化性樹脂を馴染み易くすることができ、空隙を抑制できる。また、フープ層はヘリカル層に締め付けられることにより、繊維に波打ちや緩みが発生し易い層であるが、硬化性樹脂の粘度を高くすることで繊維の波打ちや緩みを抑制することができる。以上によって、複合容器の強度を向上できる。

本発明に係る複合容器の製造方法において、硬化性樹脂は、熱によって硬化し、フープ層形成工程では、第１の温度条件にて繊維の巻き付けが行われ、ヘリカル層形成工程では、第２の温度条件にて繊維の巻き付けが行われ、第１の温度条件は、第２の温度条件よりも高い温度であってよい。フープ層形成工程における第１の温度条件を、第２の温度条件よりも高い温度とすることで、フープ層形成工程における硬化性樹脂の粘度を高くすることができる。このように、フープ層形成工程とヘリカル層形成工程とで温度条件を変化させることにより、容易に硬化性樹脂の粘度を調整することが可能となる。

本発明に係る複合容器の製造方法において、第１の温度条件は、硬化性樹脂の粘度が高くなり得る温度であってよい。これによって、硬化性樹脂の粘度を高くした状態でフープ層形成工程を行うことができる。

本発明に係る複合容器の製造方法において、第２の温度条件は、常温よりも硬化性樹脂の粘度が低くなる温度であってよい。これにより、硬化性樹脂の粘度を低くした状態でヘリカル層形成工程を行うことができる。

本発明に係る複合容器の製造方法において、第１の温度条件は、８０〜１５０℃であってよい。当該温度範囲とすることで、硬化性樹脂の粘度を高くした状態でフープ層形成工程を行うことができる。

本発明に係る複合容器の製造方法において、第２の温度条件は、４０℃〜８０℃であってよい。当該温度範囲とすることで、硬化性樹脂の粘度を低くした状態でヘリカル層形成工程を行うことができる。

本発明に係る複合容器の製造方法において、硬化性樹脂は、光によって硬化し、フープ層形成工程では、第１の光照射条件にて繊維の巻き付けが行われ、ヘリカル層形成工程では、第２の光照射条件にて繊維の巻き付けが行われ、第１の光照射条件は、第２の光照射条件よりも照射される総光量が多い条件であってよい。フープ層形成工程における第１の光照射条件を、第２の光照射条件よりも照射される総光量が多い条件とすることで、フープ層形成工程における硬化性樹脂の粘度を高くすることができる。このように、フープ層形成工程とヘリカル層形成工程とで光照射条件を変化させることにより、容易に硬化性樹脂の粘度を調整することが可能となる。

本発明に係る複合容器の製造方法において、繊維は、トウプリプレグであってよい。また、繊維は、レジンバス法によって硬化性樹脂が含浸されてよい。

本発明によれば、複合容器の強度を向上できる。

本発明の実施形態に係る製造方法によって作成される複合容器１を示す図である。 レジンバス法で用いられる製造装置の模式的な概念図である。 トウプリプレグを用いてＦＷを行う製造装置の模式的な概念図である。 本実施形態に係る製造方法に用いられる製造装置の構成の一例を示す図である。 図１に示すＶ−Ｖ線に沿った断面を模式的に示した図である。 フープ層とヘリカル層を説明するための模式図である。 温度と粘度の関係を示す模式的な粘度曲線である。 変形例に係る製造方法に用いられる製造装置の構成の一例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は下記実施形態に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る製造方法によって作成される複合容器１を示す図である。図１に示すように、複合容器１は、円筒形状のライナー２と、ライナー２の外面側を覆うように設けられた強化層３と、を備えている。ライナー２の両端部２ａはドーム状に形成されており、当該両端部２ａの先端には、口金４が取り付けられている。ライナー２の材料は特に限定されないが、用途によって、樹脂製、金属製が選択される。樹脂製のライナー２としては、高密度ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を回転成形やブロー成形にて容器形状に賦形されたものに、金属製の口金４が付けられているものが挙げられる。金属製のライナー２は、例えば、アルミニウム合金製や鋼鉄製等からなるパイプ形状や板形状からスピニング加工等により容器形状を形成したあとで、口金４の形状を形成するものが挙げられる。強化層３は、ライナーに硬化性樹脂が予め含浸された繊維１０を巻き付けることによって形成される。強化層３の構造の詳細については後述する。

複合容器１は、特に用途は限定されないが、例えば、水素や天然ガスなどの燃料ガスを高圧で貯蔵するための容器である。複合容器１は、据え置き型として用いられてもよく、移動体に搭載されて用いられてもよい。複合容器１は、例えば、全長が２〜４ｍ、直径が４０〜６０ｍｍ程度に設定され、使用時には、２０〜９０ＭＰａ程度の圧力に耐えることができる。

本実施形態では、繊維１０に含浸される硬化樹脂は、熱で硬化する熱硬化性樹脂である。このような熱で硬化する硬化性樹脂の種類としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、アリル樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

また、熱で硬化する硬化性樹脂の分子構造としては、例えば、エポキシ樹脂の場合、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。

また、熱で硬化する硬化性樹脂に加える硬化剤としては、例えば、エチレンジアミン等の脂肪族アミン、ジエチレントリアミン等の脂肪族ポリアミン、メタフェニレンジアミンまたはジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族アミン、ピペリジンまたはジアザピシクロウンデセン等の第一、第三アミン、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物硬化剤等が挙げられる。

また、本実施形態に用いられる繊維１０としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ポリエチレン繊維、スチール繊維、ザイロン繊維、ビニロン繊維等が挙げられるが、特に高強度、高弾性率かつ軽量な炭素繊維を用いてよい。

また、本実施形態の繊維１０の繊維数（フィラメント）は、特に制限されるものではないが１０００フィラメント〜５００００フィラメント、好ましくは３０００フィラメント〜３００００フィラメントの範囲である。なお、繊維１０の繊維数が、１０００フィラメントより低いと繊維中に含まれる熱硬化性樹脂の含有量が少なくなる場合があり、５００００フィラメントを超えると繊維が太くなり、巻きつけるのが困難になる。

ライナー２に硬化性樹脂が予め含浸された繊維１０を巻き付ける方法は特に限定されないが、例えば、ＦＷ（フィラメントワインディング）法を採用することができる。ＦＷ法には、予め硬化性樹脂を含浸した繊維１０を用意し、これをライナー２に巻き付けて成形する方法（ＤｒｙＦＷ法）と、繊維に低粘度の硬化性樹脂を含浸させながら、ライナー２に巻き付けて成形する方法（Ｗｅｔ ＦＷ法）とがある。更にこのＷｅｔ ＦＷ法は、ストランドに低粘度樹脂を含浸させる方法の種類によって、キスタッチ法、浸漬法その他の方法に分類されている。図２及び図３を参照して、ライナー２に硬化性樹脂を含浸させた繊維１０を巻き付ける方法の一例について説明する。

図２は、Ｗｅｔ法のうち、レジンバス法で用いられる製造装置１００の模式的な概念図を示す。図２に示すように、製造装置１００は、繊維１０を巻廻した供給部１０１と、硬化性樹脂１０２を収納したレジンバス１０３と、レジンバス１０３内に回転可能に設けられた回転ロール１０４と、硬化性樹脂１０２を含浸させた繊維をライナー２で巻き取るように当該ライナー２を回転する回転機構（不図示）とを有する。

複数の供給部１０１から供給された繊維１０はレジンバス１０３内へと案内される。レジンバス１０３内の繊維１０は回転ロール１０４の周縁を案内されながら硬化性樹脂１０２が含浸される。樹脂含有量調ロール１０６によって余剰の硬化性樹脂１０２が搾り取られ、樹脂含有量の調整がなされる。樹脂含有量の調整がなされた繊維１０は、巻付張力調整部１０７により、巻き付け時の張力が調整されながらライナー２に巻き付けられる。

図３は、予め硬化性樹脂が含浸された繊維（トウプリプレグ）を用いてＦＷを行う、いわゆるＤｒｙ法で用いられる製造装置２００の模式的な概念図を示す。ここで、「トウプリプレグ」とは、繊維束に樹脂を含浸し、半硬化状態としたものを意味する。

製造装置２００は、繊維１０（トウプリプレグ）を巻廻した供給部２０１と、巻付張力調整部２０７と、硬化性樹脂１０２を含浸させた繊維をライナー２で巻き取るように当該ライナー２を回転する回転機構（不図示）とを有する。

供給部２０１から供給された繊維１０は、すでに硬化性樹脂が含浸されているため、レジンバスを通過することなく、巻付張力調整部２０７により、巻き付け時の張力が調整されながらライナー２に巻き付けられる。

ここで、本実施形態に係る製造方法では、ライナー２に繊維１０を巻き付けているときに、温度制御がなされる。このような温度制御可能な製造装置３００のより詳細な構成の一例について図４を参照して説明する。なお、図４では繊維１０としてトウプリプレグを用いた場合の構成を例にしているが、レジンバス法を採用してもよい。図４に示すように、製造装置３００は、供給部１１と、巻付張力調整部１２と、速度センサプーリ１３と、デリバリーアイ１４と、ライナ−２を回転させる駆動部１６と、ライナー２を内部から加熱する内部加熱部１７と、ライナー２を外部から加熱する外部加熱部１８と、温度を検出する温度検出部１９と、装置内の各構成要素を制御する制御部２０とを有する。

供給部１１は、繊維１０を供給する装置であり、繊維１０が巻廻された複数の供給部１１を有する。供給部１１からの繊維１０の供給速度は制御部２０により制御される。巻付張力調整部１２及び速度センサプーリ１３は供給部１１とライナー２との間に配置されている。巻付張力調整部１２は、ライナー２に巻き付ける繊維１０に所要の巻付張力を付与することができるように構成されており、制御部２０によって付与する巻付張力が制御される。速度センサプーリ１３は、繊維１０の線速度を感知する速度センサである。速度センサプーリ１３で検出された繊維１０の線速度は、不図示の信号送信器から制御部２０に送信される。制御部２０は、信号送信器からの信号に基づき、供給部１１からの繊維１０の供給速度を制御する。すなわち、繊維１０の線速度は、速度センサプーリ１３により常時測定され、リアルタイムで信号送信器から制御部２０にフィードバックされるため、例えば、デリバリーアイ１４の折り返し時に速度が低下した際も、あるいは、巻き始めから巻き終わりまでにおけるワインディング成形体の径が変化した場合でも、樹脂供給量が制御され、繊維１０に対する樹脂含浸量は終始一定に制御されてＦＷ成形が実施される。デリバリーアイ１４は、供給部１１から供給された繊維１０を集束させ、ＦＷでライナ−２に巻きつける装置であり、ライナ−２の軸方向と平行な方向に往復移動可能に設けられている。繊維１０の配向角度は、ライナ−２の回転速度とデリバリーアイ１４の移動速度の比により決定される。デリバリーアイ１４の移動速度は制御部２０により制御される。駆動部１６は、ライナー２の口金４を軸として、ライナー２を回転する。駆動部１６は、制御部２０によって制御される。

内部加熱装置１６は、ライナー２を内側から加熱するように構成されており、例えば、ライナー２内に一方の口金４から温風ＨＡを供給し、他方の口金４から排出することによって、ライナー２を内側から加熱できる。なお、内部加熱装置６の構成は特に限定されず、例えばライナー２内にヒータを配置することで加熱してもよい。外部加熱装置１８は、ライナー２を外側から加熱するように構成されており、例えば、容器の表面に温風などを供給する（「容器」とは、ライナー２に対して繊維を巻き付けている途中の完成前の複合容器１を示し、「容器の表面」とは、ライナー２の外周面または完成前の途中の状態の強化層３の表面を指すものとして、以下の説明を行う）。なお、外部加熱装置１８の構成は特に限定されず、ライナー２の外部にヒータを配置することで加熱してもよい。これにより、加熱部１７，１８は繊維１０を加熱することによって、当該繊維１０に含浸された熱硬化する硬化性樹脂の粘度を適切なものに設定することができる。加熱装置１７，１８は、それぞれ制御部２０により制御される。温度検出部１９は、例えばサーモカメラなどによって構成されており、容器の表面の温度を取得することができる。温度検出部１９は、取得した温度を制御部２０へ送信する。なお、温度検出部１９は、温度制御が可能となるならば、容器表面のみならず、どこの温度を検出してもよい。

制御部８は、上述したように、速度センサプーリ１３及び温度検出部１９から各種情報を取得すると共に、供給部１１、巻付張力調整部１２、デリバリーアイ１４、駆動部１６、及び加熱装置１７，１８等を駆動制御する。

次に、強化層３の構成について図５及び図６を参照して説明する。図５は、図１に示すＶ−Ｖ線に沿った断面を模式的に示した図である。図６は、フープ層３１とヘリカル層３２を説明するための模式図である。図５に示すように、強化層３は、複数のフープ層３１と複数のヘリカル層３２とを交互に形成することによって構成されている。なお、フープ層３１とヘリカル層３２の形成の順序は特に限定されない。すなわち、ライナー２上にフープ層３１、ヘリカル層３２、フープ層３１…の順序で形成してもよく、ライナー２上にヘリカル層３２、フープ層３１、ヘリカル層３２…の順序で形成してもよい。

図６（ａ）に示すように、フープ層３１は、ライナー２に対して繊維１０を周方向に巻き付けることによって形成される層である。このとき、フープ層３１の繊維は、ライナー２の径方向から見たときに、ライナー２の軸線ＣＬと略垂直となるように巻き付けられる。なお、フープ層３１を形成するときは、繊維１０で容器の外周面を覆うことで一の層（なお、フープ層３１やヘリカル層３２と区別するため、このような層を「単層」と称して以下の説明を行う）を形成した後、その単層の上に繊維１０を巻き付けて更に単層を形成する。このような単層を複数形成することによって、フープ層３１が形成される。フープ層３１内の単層の数は、１〜１０程度に設定される。フープ層３１は、主にライナー２を径方向に支持する機能を有する。

図６（ｂ）に示すように、ヘリカル層３２は、ライナー２に対して繊維１０を傾斜させた状態で周方向に取り囲むように巻き付けることによって形成される層である。このとき、ヘリカル層３２の繊維は、ライナー２の径方向から見たときに、ライナー２の軸線ＣＬにたいして傾斜するように巻き付けられる。軸線ＣＬに対する傾斜角は、１０〜８０°程度に設定される。ヘリカル層３２においては、繊維１０がライナー２の一方のドーム状の端部２ａから他方のドーム状の端部２ａにて、たすきがけ状に巻き付けられる。なお、ヘリカル層３２を形成するときは、繊維１０で容器の外周面を覆うことで一の単層を形成した後、その単層の上に繊維１０を巻き付けて更に単層を形成する。このような単層を複数形成することによって、ヘリカル層３２が形成される。ヘリカル層３２内の単層の数は、２〜２０程度に設定される。ヘリカル層３２は、主にライナー２を軸方向に支持する機能を有する。

ここで、ヘリカル層３２は、繊維１０と繊維１０とがクロスする部分（例えば、図６（ｂ）でＣＥで示す部分）を有する。従って、ヘリカル層３２は、フープ層３１に比して内部に空隙が形成され易い。ヘリカル層３２を形成するときの硬化性樹脂の粘度が高い場合、ヘリカル層３２の内部に空隙が形成され易くなる。従って、ヘリカル層３２を形成するときは、硬化性樹脂の粘度は低い方が好ましい。これによって、繊維１０と硬化性樹脂の馴染みが良くなり、空隙を出来にくくすることができる。

これに対して、フープ層３１は、径方向において複合容器１を支持できるように、繊維１０の波打ちや緩みを少なくする必要がある。複合容器１に耐圧性能を越えて圧力が付与された時は、軸方向の破壊（両端側で破壊）よりも、径方向での破壊が先行することが好ましい。従って、フープ層３１が緩みなく巻き付けられることで、フープ層３１は複合容器１の径方向の変形による荷重を直ちに付与され、軸方向よりも早く破壊されるようにすることができる。フープ層３１を形成するときの硬化性樹脂の粘度が低い場合、ヘリカル層３２に締め付けられることで、フープ層３１を構成する繊維１０に波打ちや緩みが発生し易くなる。従って、フープ層３１を形成するときは、硬化性樹脂の粘度は高いことが好ましい。これによって、フープ層３１を構成する繊維１０の波打ちや緩みを抑制することができる。

以上のような観点から、本実施形態では、フープ層３１とヘリカル層３２とで、硬化樹脂の粘度を変化させて各層を形成している。フープ層３１を形成するフープ層形成工程では、ヘリカル層３２を形成するヘリカル層形成工程における条件よりも、硬化樹脂の粘度が高くなる条件にて、繊維１０の巻き付けが行われる。

具体的には、フープ層３１を形成するフープ層形成工程では、硬化性樹脂の粘度の下限値が、０．３Ｐａ・ｓとなるような条件を設定することが好ましい。硬化性樹脂の粘度を当該下限値以上とすることによって、フープ層３１内の繊維１０の波打ちや緩みを抑制することができる。また、フープ層形成工程では、硬化性樹脂の粘度の上限値が、０．３Ｐａ・ｓとなるような条件を設定することが好ましい。当該上限値より粘度に設定した場合、容器の表面の単層と、新たに巻き付けられる繊維１０との硬化性樹脂との粘着性が悪くなる（ただし、既に巻き付けられてフープ層３１の内周側に配置される各単層では、完全に硬化していてもよい）。なお、ここで示している粘度は、上層に新しいトウが重なる時における硬化性樹脂の粘度である。

具体的には、ヘリカル層３２を形成するヘリカル層形成工程では、硬化性樹脂の粘度の上限値が、０．３Ｐａ・ｓとなるような条件を設定することが好ましい。硬化性樹脂の粘度を当該上限値以下とすることによって、ヘリカル層３２内部の空隙の発生を抑制することができる。また、ヘリカル層形成工程では、硬化性樹脂は材料に応じて可能な範囲で粘度を低くしてよく、硬化性樹脂の粘度の下限値は特に限定されない。なお、ここで示している粘度は、上層に新しいトウが重なる時における硬化性樹脂の粘度である。

本実施形態では、硬化性樹脂として熱硬化性樹脂を用いているため、フープ層形成工程における温度条件（第１の温度条件）と、ヘリカル層形成工程における温度条件（第２の温度条件）と、を変化させることによって強化層３を形成している。フープ層形成工程における第１の温度条件は、ヘリカル層形成工程における第２の温度条件よりも高い温度である。第１の温度条件でフープ層形成工程に加熱を行うことで、硬化性樹脂を上述で説明したような高い粘度とすることができる。また、第２の温度条件でヘリカル層形成工程に加熱を行うことで、硬化性樹脂を上述で説明したような低い粘度とすることができる。

ここで、図７を参照して、硬化性樹脂の粘度と温度の関係について説明する。図７は、Ｘ軸を温度に設定し、Ｙ軸を粘度に設定した、温度と粘度の関係を示す模式的な粘度曲線である。なお、図７はあくまでも説明のための模式的な図であり、実際の粘度曲線とは異なる。図７に示す粘度曲線は、硬化性樹脂を所定の加熱時間、設定された温度で加熱したときの粘度を示しているため、加熱時間が変わると、粘度曲線の態様も変わる。図７に示すように、硬化性樹脂は、加熱することによって、常温よりも粘度が低くなる。更に温度を高くすることで順次粘度が下がってゆく。極小値となる温度Ｔ１よりも高い温度で加熱すると温度が高くなるに従って粘度が高くなる。それ以降は完全硬化へ向かって粘度が高くなってゆく。

なお、上述のように、加熱時間が変わると粘度曲線の態様も変わるため、極小値となる温度Ｔ１も変わる。加熱時間が長くなると、極小値となる温度Ｔ１は低くなり、加熱温度が短くなると、極小値となる温度Ｔ１は高くなる。ここで、所定の温度より低い温度の場合は、加熱時間を長く（複合容器１の製造において想定される最長の加熱時間であり、例えば２０時間程度である）しても粘度が高くならない。すなわち、硬化性樹脂の加熱温度が当該温度（図７において温度Ｔ２で示す）以上である場合は、想定される加熱時間だけ加熱すると、硬化性樹脂の粘度が高くなり得る。このような温度Ｔ２以上の温度を、「（加熱時間によって）硬化性樹脂の粘度が高くなり得る温度」とする。

一方、所定の温度（図７において温度Ｔ３で示す）以上の場合は、加熱時間を短く（例えば１０分程度である）しても直ちに硬化性樹脂の粘度が高くなる。このような温度Ｔ３以上の温度を、「（加熱時間によらず）硬化性樹脂の粘度が直ちに高くなる温度」とする。

フープ層３１を形成するフープ層形成工程における第１の温度条件は、少なくともヘリカル層形成工程における第２の温度条件よりも高い温度である。第１の温度条件は、第２の温度条件よりも、硬化性樹脂の粘度を高くする温度である。また、第１の温度条件は、常温よりも硬化性樹脂の粘度が高くなる温度である。また、第１の温度条件は、少なくとも、所定の加熱時間において硬化性樹脂の粘度が上昇する温度である（すなわち、図７において、極小値となる温度Ｔ１よりも高い温度領域ＨＥにおける温度）。また、第１の温度条件は、硬化性樹脂の粘度が高くなり得る温度であってもよい（すなわち、図７に示す温度Ｔ２以上の温度）。ただし、温度Ｔ２〜温度Ｔ３の間の温度は、加熱時間によっては硬化性樹脂の温度が低くなる場合があるため、第１の温度条件は、硬化性樹脂の粘度が直ちに高くなる温度であってもよい（すなわち、図７に示す温度Ｔ３以上の温度）。なお、過剰に熱が供給されることを防止するため、第１の温度条件は、硬化性樹脂が直ちに（１０分程度）完全硬化する温度以下とすることが好ましい。

なお、第１の温度条件による加熱時間（フープ層形成工程の開始から終了までの時間）は、１０分〜２時間である。なお、フープ層３２の一の単層に対する加熱時間（一の単層を形成するのに要する時間）は、１分〜５分である。なお、フープ層形成工程では、繊維を巻き付けている最中は第１の温度条件以外の温度条件に設定しておき、巻き付けが終了した後、第１の温度条件で所定時間、保持してもよい。あるいは、繊維を巻き付けている最中も第１の温度条件で加熱してもよい（このとき、巻き付け終了後に、第１の温度条件で所定時間保持してもよく、保持することなく次のヘリカル層形成工程へ移行してもよい）。

第１の温度条件は、硬化性樹脂の材料によって好適な範囲が変わるため、上述のような条件を満たす温度を適宜選択して設定する。なお、具体的な第１の温度条件を例示すると、例えば、硬化性樹脂材料としてエポキシ樹脂を採用した場合、第１の温度条件の下限値は、８０℃、９０℃に設定されることが好ましく、上限値は、１５０℃、１３０℃に設定されることが好ましい。例えば、フェノール樹脂を採用した場合、第１の温度条件の下限値は、１３０℃、１４０℃に設定されることが好ましく、上限値は、１７０℃、１５０℃に設定されることが好ましい。

ヘリカル層３２を形成するヘリカル層形成工程における第２の温度条件は、少なくともフープ層形成工程における第１の温度条件よりも低い温度である。第２の温度条件は、第１の温度条件よりも、硬化性樹脂の粘度を低くする温度である。また、第２の温度条件は、常温よりも硬化性樹脂の粘度が低くなる温度である。また、第２の温度条件は、少なくとも、所定の加熱時間において硬化性樹脂の粘度が下降する温度である（すなわち、図７において、極小値となる温度Ｔ１以下の温度領域ＬＥにおける温度）。また、第２の温度条件は、（加熱時間によっては）直ちに硬化性樹脂の粘度が高くならない温度であってもよい（すなわち、図７に示す温度Ｔ３より低い温度）。ただし、温度Ｔ２〜温度Ｔ３の間の温度は、加熱時間によっては硬化性樹脂の温度が低くなる場合があるため、第２の温度条件は、（加熱時間によらず）硬化性樹脂の粘度が高くならない温度であってもよい（すなわち、図７に示す温度Ｔ２より低い温度）。

なお、第２の温度条件による加熱時間（ヘリカル層形成工程の開始から終了までの時間）は、１０分〜２時間である。なお、フープ層３２の一の単層に対する加熱時間（一の単層を形成するのに要する時間）は、１分〜１０分である。

第２の温度条件は、硬化性樹脂の材料によって好適な範囲が変わるため、上述のような条件を満たす温度を適宜選択して設定する。なお、具体的な第２の温度条件を例示すると、例えば、硬化性樹脂材料としてエポキシ樹脂を採用した場合、第２の温度条件の下限値は、常温、４０℃、５０℃に設定されることが好ましく、上限値は、８０℃、９０℃に設定されることが好ましい。また、例えば、硬化性樹脂材料としてフェノール樹脂を採用した場合、第２の温度条件の下限値は、４０℃、５０℃に設定されることが好ましく、上限値は、９０℃、１００℃に設定されることが好ましい。なお、第２の温度条件を常温とする場合は、容器の加熱を行わずにヘリカル層形成工程を行う。ただし、ヘリカル層形成工程における硬化性樹脂の粘度を下げるために、加熱を行うことがより好ましい。

次に、本実施形態に係る複合容器１の製造方法について説明する。ここでは、図４に示す製造装置３００を用いて複合容器１を製造する場合を例にして説明する。ただし、当該製造方法に限定されるものではない。

まず、ライナー２を駆動部１６にセットして所定の回転速度（１０ｒｐｍ〜４５ｒｐｍ）にて回転させる。温度検出部１９で温度を検出しながら、加熱装置１７，１８でライナー２を加熱する（なお、出力が足りるならば、加熱装置１７，１８の一方のみで加熱してもよい）。ライナー２の表面が設定された第１の温度条件となったら、供給部１１から繊維１０を供給しながらライナー２に巻き付けることでフープ層３１を形成する（フープ層形成工程）。これによって、硬化性樹脂が高い粘度となった状態で、フープ層３１が形成される。なお、一層分のフープ層３１が完成した後、所定時間保持して、第１の温度条件での加熱を継続することで、フープ層３１の硬化性樹脂を硬化させてもよい。または、フープ層３１が完成した後、直ちに外部加熱装置１８を停止し、ヘリカル層形成工程へ移行してもよい。

次に、温度検出部１９で温度を検出しながら、設定された第２の温度条件とする。このとき、容器を加熱装置１７，１８の一方のみで加熱してもよく、加熱装置１７，１８を組み合わせて用いてもよい（ただし、フープ層形成工程の時より出力は低い）。容器の表面が設定された第２の温度条件となったら、供給部１１から繊維１０を供給しながらライナー２に巻き付けることでヘリカル層３２を形成する（ヘリカル層形成工程）。これによって、硬化性樹脂が低い粘度となった状態で、ヘリカル層３２が形成される。

その後、フープ層形成工程、ヘリカル層形成工程を上述と同様な方法にて繰り返し実行する。所望の数のフープ層３１及びヘリカル層３２が形成されたら、複合容器１全体を硬化炉に入れて強化層３全体を硬化させてよい。あるいは、フープ層形成工程を実行しているときに強化層３の硬化を同時に行ってもよく（フープ層形成工程での温度や加熱時間を調整することで、フープ層３１を完全硬化させると共に、ヘリカル層３２も完全硬化させる）、その場合は硬化炉で硬化する工程を省略できる。

次に、本実施形態に係る複合容器１の製造方法の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る複合容器１の製造方法では、フープ層３１を形成するフープ層形成工程における条件は、ヘリカル層３２を形成するヘリカル層形成工程における条件よりも、繊維１０に含浸された硬化性樹脂の粘度が高くなる条件である。すなわち、フープ層形成工程での硬化性樹脂の粘度が高くなり、ヘリカル層形成工程での硬化性樹脂の粘度が低くなる。ここで、ヘリカル層３２は繊維１０と繊維１０が交差することによって空隙ができ易い層であるが、硬化性樹脂の粘度を低くすることで繊維１０と硬化性樹脂を馴染み易くすることができ、空隙を抑制できる。また、フープ層３１はヘリカル層３２に締め付けられることにより、繊維１０に波打ちや緩みが発生し易い層であるが、硬化性樹脂の粘度を高くすることで繊維１０の波打ちや緩みを抑制することができる。以上によって、複合容器１の強度を向上できる。

本実施形態に係る複合容器１の製造方法において、硬化性樹脂は、熱によって硬化し、フープ層形成工程では、第１の温度条件にて繊維１０の巻き付けが行われ、ヘリカル層形成工程では、第２の温度条件にて繊維１０の巻き付けが行われる。また、第１の温度条件は、第２の温度条件よりも高い温度である。フープ層形成工程における第１の温度条件を、第２の温度条件よりも高い温度とすることで、フープ層形成工程における硬化性樹脂の粘度を高くすることができる。このように、フープ層形成工程とヘリカル層形成工程とで温度条件を変化させることにより、容易に硬化性樹脂の粘度を調整することが可能となる。

本実施形態に係る複合容器１の製造方法において、第１の温度条件は、硬化性樹脂の粘度が高くなり得る温度であってよい。これによって、硬化性樹脂の粘度を高くした状態でフープ層形成工程を行うことができる。

本実施形態に係る複合容器１の製造方法において、第２の温度条件は、常温よりも硬化性樹脂の粘度が低くなる温度であってよい。これにより、硬化性樹脂の粘度をより低くした状態でヘリカル層形成工程を行うことができる。

本実施形態に係る複合容器１の製造方法において、第１の温度条件は、８０〜１５０℃であってよい。当該温度範囲とすることで、硬化性樹脂の粘度を高くした状態でフープ層形成工程を行うことができる。

本実施形態に係る複合容器１の製造方法において、第２の温度条件は、４０℃〜８０℃であってよい。当該温度範囲とすることで、硬化性樹脂の粘度を低くした状態でヘリカル層形成工程を行うことができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。

例えば、上述の実施形態では硬化性樹脂に熱を与えることによって硬化させていたが、光を照射することによって硬化させてもよい。

図８は、光によって硬化性樹脂を硬化させる場合に用いられる製造装置４００の一例を示している。図８に示すように、製造装置４００は、図４に示す製造装置３００の加熱装置１７，１８及び温度検出部１９に代えて、光照射部４８を有している。光照射部４８は、ライナー２上全体に均一に光が当たるようにすると、ライナー２が回転するたびに硬化部分に均一に当たるため望ましい。また、光源はライナー２に対して一方向ではなく、ライナー２の直径方向に対して複数の角度で照射してもよい。

本実施形態において、フープ層形成工程では、第１の光照射条件にて繊維の巻き付けが行われ、ヘリカル層形成工程では、第２の光照射条件にて繊維の巻き付けが行われる。第１の光照射条件は、第２の光照射条件よりも照射される総光量が多い条件である。フープ層形成工程における総光量を多くすることで、フープ層形成工程における硬化性樹脂の粘度を、ヘリカル層形成工程よりも高くすることができる。なお、各工程における、好適な硬化性樹脂の粘度範囲は、熱硬化性の硬化性樹脂を用いた場合と同様の範囲を設定可能であり、そのような粘度となるように総光量を調整する。なお、総光量を変化させる場合、ライナー２の回転速度を一定とし、フープ層形成工程のときの光照射部４８の出力をヘリカル層形成工程よりも高くすることで容器に照射される総光量を多くしてもよい。または、光照射部４８の出力を一定とし、フープ層形成工程のときのライナー２の回転速度をヘリカル層形成工程よりも遅くすることで容器に照射される総光量を多くしてもよい。または、ライナー２の回転速度と光照射部４８の出力の両方を調整してもよい。

本実施形態において、硬化に用いられる光照射部４８の露光光源としては、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ及びレーザー光線等が挙げられるが、３００ｎｍ〜４００ｎｍ付近の紫外線を放射する高圧水銀灯、超高圧水銀灯又はメタルハライドランプを光源とした露光装置を用いることが好ましい。これらの光照射の条件は、４０００〜８０００ｍＪ／ｃｍ² 、好ましくは５０００〜６５００ｍＪ／ｃｍ² である。

本実施形態で用いる光硬化性の硬化性樹脂は、主成分としてエポキシ樹脂の硬化性樹脂を含む。使用できるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型樹脂、ビスフェノールＦ型樹脂、ビスフェノールＡＤ型樹脂、ナフタレン型樹脂、ビフェニル型樹脂、グリシジルアミン型樹脂、ジシクロペンタジエン型樹脂、フェノールノボラック型樹脂、脂環式エポキシ樹脂、上記エポキシ樹脂のプレポリマー、ポリエーテル変性エポキシ樹脂、シリコン変性エポキシ樹脂などが挙げられる。

本実施形態で用いる光硬化性の硬化性樹脂は、光重合開始剤（光硬化剤）を含む。光重合開始剤は、光照射によりプロトン酸又はルイス酸を発生する光カチオン重合開始剤、又は光照射によりラジカルを発生する光ラジカル重合開始剤のいずれであってもよいし、併用してもよい。使用できる光重合開始剤としては、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ヨードニウム塩、芳香族スルホニウム塩、鉄−アレン錯体化合物、ピリジニウム、アルミニウム錯体／シラノール塩、ハロゲン化アルキル置換トリアジン誘導体、トリフルオロメタンスルホン酸−Ｎ−イミドエステル誘導体、ベンゼンスルホン酸−Ｎ−イミドエステル誘導体、メタンスルホン酸−Ｎ−イミドエステル誘導体、トリブロモメチルフェニルスルホン誘導体等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。また使用量としては、硬化性樹脂（ｃ）１００重量部に対して１重量部以上、２０重量部以下が好ましい。

本実施形態においては、硬化性樹脂と光重合開始剤のほかに任意の成分を配合することができる。一般的な有機・無機フィラーや酸化防止剤、着色剤のほかに、必要に応じて保持安定剤等を使用することができる。

以下に実施例を説明する。但し、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

［比較例１］
比較例１では、硬化性樹脂が含浸された繊維としてトウプリプレグを用いた。繊維に含浸させる硬化性樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂５０重量部、及び、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂５０重量部に、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）１８重量部、及び、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１、１−ジメチルウレア（ＤＣＭＵ）９重量部を混合した組成物を用いた。この組成物を東レ（株）製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントに含浸し、ボビンに巻取り、樹脂含有率２９％のトウプリプレグとした。

上述のトウプリプレグを５５Ｌのアルミ製のライナーにフィラメントワインディング（ＦＷ）した。フープ層形成工程における回転数を４５ｒｐｍとし、張力を４０Ｎとし、６層の単層を形成することで一層のフープ層とした。ヘリカル層形成工程における回転数を３０ｒｐｍとし、張力を４０Ｎとし、１０層の単層を形成することで一層のヘリカル層とした。このようなフープ層及びヘリカル層を交互に形成し、フープ層とヘリカル層で合計６０層とした。温度条件は、フープ層形成工程及びヘリカル層形成工程の両方において加熱は行わず、常温とした。繊維の巻き付けが完了したら、硬化炉に複合容器を入れて加熱し、硬化性樹脂を完全硬化させた。

［比較例２］
比較例２では、レジンバス法を用いて繊維に硬化性樹脂を含浸させたこと以外は、比較例１と同様な条件とした。比較例２で用いた硬化性樹脂の常温における粘度は、比較例１で用いた硬化性樹脂の常温における粘度よりも低かった。なお、比較例２の硬化性樹脂の常温における粘度は、比較例１の硬化性樹脂の４０〜４５℃のときの粘度に相当する。なお、比較例２と比較例１の硬化性樹脂の種類は異なっているが、硬化性樹脂の材料の違いによる強度への影響は少ない。

比較例２で用いた繊維に含浸させる硬化性樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂８０重量部、及び、テトラグリシジル−ｍ−キシレンジアミン２０重量部に、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）１８重量部、及び、３−（３，４−ジクロロフェニル）−１、１−ジメチルウレア（ＤＣＭＵ）９重量部を混合した組成物を用いた。この組成物をレジンバスに投入した。東レ（株）製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントを用いた。温度条件は、フープ層形成工程及びヘリカル層形成工程の両方において加熱は行わず、常温とした。

［比較例３］
比較例３では、繊維を巻き付けながら加熱することで、巻き付けと硬化性樹脂の硬化を同時に行ったこと以外は、比較例１と同様な条件とした。

温度条件は、フープ層形成工程及びヘリカル層形成工程の両方において同様な温度条件にて加熱を行った（なお、内部加熱及び外部加熱の両方を行った）。温度条件は、容器の表面が１００〜１２０℃となるように加熱した（なお、ＦＷ前にライナーの表面が１２０℃となるように加熱装置の出力を設定し、出力を一定にした状態でＦＷを行ったため、容器の表面の温度には変動がある）。繊維の巻き付けが完了したら、硬化炉に複合容器を入れて加熱し、硬化性樹脂を完全硬化させた。

［実施例］
実施例では、フープ層形成工程と、ヘリカル層形成工程とで、温度条件を変更して加熱したこと以外は、比較例１と同様な条件とした。

フープ層形成工程では、容器の表面が４０℃で一定になるように内部加熱装置と外部加熱装置を制御して加熱した。また、一層のフープ層の形成が完了したら、１１０℃で２０分保持した。これにより、硬化性樹脂を完全硬化させた。ヘリカル層形成工程では、容器の表面が４０℃で一定になるように内部加熱装置を制御して加熱した。繊維の巻き付けが完了したら、硬化炉に複合容器を入れて加熱し、硬化性樹脂を完全硬化させた。

（外観観察）
各複合容器の横断面の外観を、軸方向から観察した。ヘリカル層形成工程において硬化性樹脂の粘度の高い比較例３に係る複合容器が、最もヘリカル層の空隙が多くなった。ヘリカル層形成工程において硬化性樹脂の粘度が最も低い比較例２に係る複合容器が、最もヘリカル層の空隙が少なかった。実施例に係る複合容器も低い粘度にてヘリカル層形成工程を行ったため、ヘリカル層の空隙が少なかった。

１…複合容器、２…ライナー、３…強化層、４…口金、３１…フープ層、３２…ヘリカル層、１００，２００，３００，４００…製造装置。

Claims (9)

1. 容器を形作るライナーに硬化性樹脂が予め含浸された繊維を巻き付けることによって、強化層を備えた複合容器を製造する複合容器の製造方法であって、
   前記ライナーに前記繊維を巻き付けることによってフープ層を形成するフープ層形成工程と、
   前記ライナーに前記繊維を巻き付けることによってヘリカル層を形成するヘリカル層形成工程と、を備え、
   複数の前記フープ層と複数の前記ヘリカル層とは、径方向に沿って交互に存在し、
   複数の前記フープ層と複数の前記ヘリカル層とが交互に存在する箇所において、前記フープ層形成工程における条件は、前記ヘリカル層形成工程における条件よりも、前記硬化性樹脂の粘度が高くなる条件である、複合容器の製造方法。
2. 前記硬化性樹脂は、熱によって硬化し、
   前記フープ層形成工程では、第１の温度条件にて前記繊維の巻き付けが行われ、
   前記ヘリカル層形成工程では、第２の温度条件にて前記繊維の巻き付けが行われ、
   前記第１の温度条件は、前記第２の温度条件よりも高い温度である、請求項１に記載の複合容器の製造方法。
3. 前記第１の温度条件は、前記硬化性樹脂の粘度が高くなり得る温度である、請求項２に記載の複合容器の製造方法。
4. 前記第２の温度条件は、常温よりも前記硬化性樹脂の粘度が低くなる温度である、請求項２又は３に記載の複合容器の製造方法。
5. 前記第１の温度条件は、８０〜１５０℃である、請求項２〜４の何れか一項に記載の複合容器の製造方法。
6. 前記第２の温度条件は、４０℃〜８０℃である、請求項２〜５の何れか一項に記載の複合容器の製造方法。
7. 前記硬化性樹脂は、光によって硬化し、
   前記フープ層形成工程では、第１の光照射条件にて前記繊維の巻き付けが行われ、
   前記ヘリカル層形成工程では、第２の光照射条件にて前記繊維の巻き付けが行われ、
   前記第１の光照射条件は、前記第２の光照射条件よりも照射される総光量が多い条件である、請求項１に記載の複合容器の製造方法。
8. 前記繊維は、トウプリプレグである、請求項１〜７の何れか一項に記載の複合容器の製造方法。
9. 前記繊維は、レジンバス法によって前記硬化性樹脂が含浸される、請求項１〜７の何れか一項に記載の複合容器の製造方法。

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