JP6210088B2 - タンクの製造方法、および、タンクの製造装置 - Google Patents

タンクの製造方法、および、タンクの製造装置 Download PDF

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Description

本発明は、タンクの製造方法、および、タンクの製造装置に関する。
従来から、天然ガス自動車や燃料電池自動車などに用いられる高圧タンクの製造方法として、フィラメント・ワインディング法（以下、単に「ＦＷ法」とも呼ぶ）による製造方法が知られている（特許文献１）。ＦＷ法による高圧タンクの製造方法では、エポキシ樹脂等などの熱硬化性樹脂が含浸されている強化繊維束をライナーの外周に巻き付け、その熱硬化性樹脂を加熱して硬化させて繊維強化樹脂層を形成する。
特開２０１４−１５６０１５号公報 特開２００８−２９０３０８号公報 特開平０７−２０５３１３号公報
しかし、樹脂が含浸されている繊維束をライナーの外周に巻き付ける際、ライナーを回転させながら繊維束を巻き付けると、巻き付けられた繊維束に付着している樹脂が遠心力によって飛散するおそれがあった。一般的に、ライナーの外周に巻き付けられる繊維束は、ライナーに巻き付けられる前に、アイクチローラとの間の摩擦によって温度が上昇しているため、繊維束に含まれる樹脂の粘度が低下しており、ライナーの外周に巻き付けた際に樹脂が飛散しやすい。
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、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態によれば、タンクの製造方法が提供される。この製造方法は、樹脂が付着している樹脂付着繊維束を冷却する冷却工程と、前記冷却工程によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける巻回工程と、を含み、前記冷却工程では、前記巻回工程において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定された温度以下になるように、前記樹脂付着繊維束を冷却し、前記巻回工程では、前記樹脂付着繊維束と接触する表面にテフロン（登録商標）コートされたアイクチローラにより、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに送出するように構成されている。この構成によれば、冷却工程における冷却によって、ライナーに巻き付けられる樹脂付着繊維束に付着している樹脂は、ライナーの回転によって飛散しない程度に粘度が高くなっている。また、巻回工程におけるアイクチローラと樹脂付着繊維束との間の摩擦を低減させることができ、樹脂付着繊維束の温度上昇を抑制し、樹脂付着繊維束に含まれる樹脂の粘度の低下を抑制できる。これにより、樹脂付着繊維束を回転するライナーに巻き付けた際に、樹脂付着繊維束に付着している樹脂が遠心力によって飛散することを抑制できる。
本発明の第２の形態によれば、タンクの製造方法が提供される。この製造方法は、タンクの製造方法であって、樹脂が付着している樹脂付着繊維束を冷却する冷却工程と、前記冷却工程によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける巻回工程と、を含み、前記冷却工程では、前記巻回工程において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定された温度以下になるように、前記樹脂付着繊維束を巻き出すボビンに巻き付けられた前記樹脂付着繊維束を冷却するように構成されている。この構成によれば、ライナーに巻き付けられる前の樹脂付着繊維束の温度がライナーに巻き付けた際に樹脂が飛散しない温度以下になるように、樹脂付着繊維束を容易に冷却することができる。
本発明の第３の形態によれば、タンクの製造装置が提供される。この製造装置は、樹脂が付着している樹脂付着繊維束を供給する繊維束供給部と、前記繊維束供給部から供給される前記樹脂付着繊維束を冷却する冷却部と、前記冷却部によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける繊維巻回部と、を備え、前記繊維巻回部は、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに送出するアイクチローラを備えており、前記アイクチローラの前記樹脂付着繊維束と接触する表面はテフロン（登録商標）コートされており、前記冷却部は、前記繊維巻回部において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定前記樹脂付着繊維束を冷却するように構成されている。この構成によれば、冷却部による冷却によって、ライナーに巻き付けられる樹脂付着繊維束に付着している樹脂は、ライナーの回転によって飛散しない程度に粘度が高くなっている。また、繊維巻回部のアイクチローラと樹脂付着繊維束との間の摩擦を低減させることができ、樹脂付着繊維束の温度上昇を抑制し、樹脂付着繊維束に含まれる樹脂の粘度の低下を抑制できる。これにより、樹脂付着繊維束を回転するライナーに巻き付けた際に、樹脂付着繊維束に付着している樹脂が遠心力によって飛散することを抑制できる。
本発明の第４の形態によれば、タンクの製造装置が提供される。この製造装置は、樹脂が付着している樹脂付着繊維束を供給する繊維束供給部と、前記繊維束供給部から供給される前記樹脂付着繊維束を冷却する冷却部と、前記冷却部によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける繊維巻回部と、を備え、前記繊維束供給部は、前記樹脂付着繊維束を巻き出すボビンを備えており、前記冷却部は、前記繊維巻回部において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定された温度以下になるように、前記ボビンに巻き付けられた前記樹脂付着繊維束を冷却するように構成されている。この構成によれば、ライナーに巻き付けられる前の樹脂付着繊維束の温度がライナーに巻き付けた際に樹脂が飛散しない温度以下になるように、樹脂付着繊維束を容易に冷却することができる。
その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。
（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。この製造方法は、樹脂が付着している樹脂付着繊維束を冷却する冷却工程と、前記冷却工程によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける巻回工程と、を含み、前記冷却工程では、前記巻回工程において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定された温度以下になるように、前記樹脂付着繊維束を冷却するように構成されている。
この構成によれば、冷却工程における冷却によって、ライナーに巻き付けられる樹脂付着繊維束に付着している樹脂は、ライナーの回転によって飛散しない程度に粘度が高くなっている。これにより、樹脂付着繊維束を回転するライナーに巻き付けた際に、樹脂付着繊維束に付着している樹脂が遠心力によって飛散することを抑制できる。
（２）上記形態の製造方法において、前記巻回工程では、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けることによって、前記ライナーの外周に補強層を形成し、前記冷却工程では、前記補強層の内層部分を形成するための前記樹脂付着繊維束と、前記補強層の外層部分を形成するための前記樹脂付着繊維束の両方を冷却してもよい。
この構成によれば、補強層の内層部分を形成するための樹脂付着繊維束と、外層部分を形成するための樹脂付着繊維束の両方について、回転するライナーに巻き付けた際に、樹脂付着繊維束に付着している樹脂が飛散することを抑制できる。
（３）上記形態の製造方法において、前記冷却工程では、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに送出するアイクチローラを冷却し、前記アイクチローラを介して前記樹脂付着繊維束を冷却してもよい。
この構成によれば、ライナーに巻き付けられる前の樹脂付着繊維束の温度がライナーに巻き付けた際に樹脂が飛散しない温度以下になるように、樹脂付着繊維束を容易に冷却することができる。
（４）上記形態の製造方法において、前記冷却工程では、前記アイクチローラの内部に冷却媒体を流通させることによって前記アイクチローラを冷却してもよい。
この構成によれば、冷却媒体が直接アイクチローラに触れてアイクチローラを冷却するので、樹脂付着繊維束の温度調整を素早く行うことができる。
（５）上記形態の製造方法において、前記冷却工程では、前記樹脂付着繊維束を巻き出すボビンに巻き付けられた前記樹脂付着繊維束を冷却してもよい。
この構成によっても、ライナーに巻き付けられる前の樹脂付着繊維束の温度がライナーに巻き付けた際に樹脂が飛散しない温度以下になるように、樹脂付着繊維束を容易に冷却することができる。
（６）上記形態の製造方法において、前記冷却工程では、前記ライナーに送出される前記樹脂付着繊維束の温度を検出し、検出した前記温度に基づいて、前記樹脂付着繊維束を冷却する程度を調整してもよい。
この構成によれば、ライナーに巻き付けられる前の樹脂付着繊維束の温度がライナーに巻き付けた際に樹脂が飛散しない温度以下になるように、樹脂付着繊維束の温度を精度良く制御することができる。
（７）上記形態の製造方法において、前記予め設定された温度は３０℃以下の温度であってもよい。この構成によれば、ライナーに巻き付けられるときの樹脂付着繊維束の温度は３０℃以下となるため、回転するライナーに巻き付けた際に、樹脂付着繊維束に付着している樹脂が遠心力によって飛散することをより抑制できる。
（８）本発明の他の一形態によれば、タンクの製造装置が提供される。この製造装置は、前記繊維束供給部から供給される前記樹脂付着繊維束を冷却する冷却部と、前記冷却部によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける繊維巻回部と、を備え、前記冷却部は、前記繊維巻回部において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定された温度以下になるように、前記樹脂付着繊維束を冷却するように構成されている。
この構成によれば、冷却部による冷却によって、ライナーに巻き付けられる樹脂付着繊維束に付着している樹脂は、ライナーの回転によって飛散しない程度に粘度が高くなっている。これにより、樹脂付着繊維束を回転するライナーに巻き付けた際に、樹脂付着繊維束に付着している樹脂が遠心力によって飛散することを抑制できる。
（９）上記形態の製造装置において、前記繊維巻回部は、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けることによって、前記ライナーの外周に補強層を形成し、前記冷却部は、前記繊維巻回部において、前記補強層の内層部分を形成するための前記樹脂付着繊維束と、前記補強層の外層部分を形成するための前記樹脂付着繊維束の両方を冷却してもよい。
この構成によれば、補強層の内層部分を形成するための樹脂付着繊維束と、外層部分を形成するための樹脂付着繊維束の両方について、回転するライナーに巻き付けた際に、樹脂付着繊維束に付着している樹脂が飛散することを抑制できる。
（１０）上記形態の製造装置において、前記繊維巻回部は、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに送出するアイクチローラを備えており、前記冷却部は、前記アイクチローラを冷却し、前記アイクチローラを介して前記樹脂付着繊維束を冷却してもよい。
この構成によれば、ライナーに巻き付けられる前の樹脂付着繊維束の温度がライナーに巻き付けた際に樹脂が飛散しない温度以下になるように、樹脂付着繊維束を容易に冷却することができる。
（１１）上記形態の製造装置において、記冷却部は、前記アイクチローラの内部に冷却媒体を流通させることによって前記アイクチローラを冷却してもよい。
この構成によれば、冷却媒体が直接アイクチローラに触れてアイクチローラを冷却するので、樹脂付着繊維束の温度調整を素早く行うことができる。
（１２）上記形態の製造装置において、前記繊維束供給部は、前記樹脂付着繊維束を巻き出すボビンを備えており、前記冷却部は、前記ボビンに巻き付けられた前記樹脂付着繊維束を冷却してもよい。
この構成によっても、ライナーに巻き付けられる前の樹脂付着繊維束の温度がライナーに巻き付けた際に樹脂が飛散しない温度以下になるように、樹脂付着繊維束を容易に冷却することができる。
（１３）上記形態の製造装置は、さらに、前記ライナーに送出される前記樹脂付着繊維束の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記冷却部を制御して、記樹脂付着繊維束を冷却する程度を調整する制御部と、を備えてもよい。
この構成によれば、ライナーに巻き付けられる前の樹脂付着繊維束の温度がライナーに巻き付けた際に樹脂が飛散しない温度以下になるように、樹脂付着繊維束の温度を精度良く制御することができる。
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ライナーに樹脂付着繊維束を巻き付ける巻回方法、フィラメントワインディング装置、タンクの製造装置の制御方法、その制御方法を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記憶した一時的でない記憶媒体などの形態で実現することができる。
第１実施形態のタンクの製造工程の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態のフィラメントワインディング装置を例示した図である。 冷却部の構成を説明するための図である。 樹脂含浸炭素繊維束の温度と樹脂の粘度との関係を例示した図である。 第２実施形態のフィラメントワインディング装置を例示した図である。 第３実施形態のフィラメントワインディング装置を例示した図である。
Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態としてのタンクの製造工程の手順を示すフローチャートである。この製造工程では、フィラメント・ワインディング法（ＦＷ法）によって、高圧水素や高圧天然ガスなどの高圧流体を貯蔵する高圧タンクを製造する。まず、ステップＳ１０のライナー準備工程において、成形製品の形状を形作る芯材となるライナーの準備をおこなう。ライナーは、高圧タンクの本体部を構成する中空容器であり、図示しない略円筒形状のシリンダ部と、その両端に設けられた略半球状のドーム部を備える。ライナーは、例えば、硬質プラスチックによって構成される。なお、ライナーは、タンクの内径に対応する筒であってもよい。
次に、ステップＳ２０の炭素繊維巻き付け工程において、準備したライナーに対して複数の炭素繊維からなる炭素繊維束の巻き付けをおこなう。この炭素繊維の巻き付けによって、ライナーの外周には炭素繊維の補強層が形成される。ライナーへの炭素繊維束の巻き付けは、フィラメントワインディング装置（図２）によって実行される。本実施形態の炭素繊維巻き付け工程は、後述する樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却する冷却工程（ステップＳ２１）と、冷却された樹脂含浸炭素繊維束７００をライナーに巻回する巻回工程（ステップＳ２２）とを含んでいる。樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却する方法については後述する。本実施形態の冷却工程では、炭素繊維の補強層の内層部分を形成するための樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却する内層部分冷却工程と、補強層の外層部分を形成するための樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却する外層部分冷却工程を含んでいる。
ライナーに炭素繊維の巻き付けをおこなった後、外表面に炭素繊維が巻き付けられたライナーに対して、樹脂を含浸させたガラス繊維の巻き付けをおこなう（ステップＳ３０）。ガラス繊維の巻き付けの後、炭素繊維の外側にガラス繊維が巻き付けられたライナーに対して、熱硬化処理をおこなう（ステップＳ４０）。熱硬化処理は、例えば、炭素繊維およびガラス繊維が巻き付けられたライナーを加熱炉内で加熱することで実行できる。熱硬化処理によって、ライナーの外周に巻き付けられた炭素繊維やガラス繊維に含浸された樹脂が硬化し、繊維強化樹脂複合製品が成形される。なお、口金部等の部品の取り付けは、ステップＳ２０の炭素繊維束の巻き付け前におこなわれてもよいし、熱硬化処理後の繊維強化樹脂複合製品に対しておこなわれてもよい。以上によって、高圧タンクが完成する。
図２は、第１実施形態のフィラメントワインディング装置１０を例示した説明図である。フィラメントワインディング装置１０は、上述の冷却工程（ステップＳ２１）と巻回工程（ステップＳ２２）をおこなう。フィラメントワインディング装置１０は、繊維巻出部２０と、アイクチ案内部３０と、冷却部４０と、ライナー回転装置５０と、制御部６０と、を備える。繊維巻出部２０は、特許請求の範囲の「繊維束供給部」に該当する。アイクチ案内部３０とライナー回転装置５０は、特許請求の範囲の「繊維巻回部」に該当する。
繊維巻出部２０は、炭素繊維を巻き出す機構部であり、複数のボビン２０１〜２０４と、複数の搬送ローラ２１１〜２１７と、結束ローラ２２０と、テンションローラ２３０と、アクティブダンサ２４０とを含んでいる。ボビン２０１〜２０４は、糸を巻き付ける筒状の部材であり、樹脂含浸炭素繊維束７００が巻き付けられている。樹脂含浸炭素繊維束７００は、炭素繊維束を熱硬化型エポキシ樹脂に含浸させた、いわゆるプリプレグである。なお、炭素繊維束としては、例えば、ポリアクリロニトリルの原糸を約３，０００℃で焼成した糸を約２４，０００本程度撚って集め、バインダ樹脂によって軽く接着させた、厚さ約２００μｍ、幅４ｍｍから５ｍｍ程度の扁平なシートを例示することができる。搬送ローラ２１１〜２１４は、各ボビン２０１〜２０４に対応して設けられており、ボビン２０１〜２０４から巻き出された樹脂含浸炭素繊維束７００を結束ローラ２２０に搬送する。結束ローラ２２０は、ボビン２０１〜２０４から巻き出された樹脂含浸炭素繊維束７００を揃えて、テンションローラ２３０に巻き出す。テンションローラ２３０は、所定の圧力になるように設定されたシリンダ２３１を備え、樹脂含浸炭素繊維束７００に所定の張力を加える。アクティブダンサ２４０は、ローラ２４１を移動させることによって、樹脂含浸炭素繊維束７００の張力を調整する。張力が調整された樹脂含浸炭素繊維束７００は、搬送ローラ２１５〜２１７を経由して、アイクチ案内部３０に搬送される。
アイクチ案内部３０は、樹脂含浸炭素繊維束７００を揃えてライナー７０の外表面に案内する機構であり、揃え口３００と、繊維送出部３２０と、温度検出部３６０を含んでいる。揃え口３００は、樹脂含浸炭素繊維束７００を集めて幅方向に並べて揃える。繊維送出部３２０は、第１のアイクチローラ３３０と、第２のアイクチローラ３４０と、第３のアイクチローラ３５０とを含んでおり、３つのアイクチローラ３３０〜３５０を用いて樹脂含浸炭素繊維束７００をライナー７０に搬送する。本実施形態では、樹脂含浸炭素繊維束７００は、第１のアイクチローラ３３０側から入り込み、第１のアイクチローラ３３０の上側外周、第２のアイクチローラ３４０の下側外周、および、第３のアイクチローラ３５０の上側外周にそれぞれ接触してライナー７０に案内される。温度検出部３６０は、例えば、放射温度計によって構成され、ライナー７０に送出される樹脂含浸炭素繊維束７００の温度を検出する。以後、温度検出部３６０によって検出される温度を「検出温度Ｔｄ」とも呼ぶ。
冷却部４０は、樹脂含浸炭素繊維束７００の冷却をおこなう機構であり、冷媒冷却部４２０と、冷媒流路４１０とを備えている。冷媒冷却部４２０は、例えば、ラジエータとコンプレッサーとを含んで構成され、制御部６０による制御によって、冷却媒体（例えば水）の循環速度（流量）を変更可能に構成されている。冷媒流路４１０は、冷媒冷却部４２０によって冷却された冷却媒体を、繊維送出部３２０の３つのアイクチローラ３３０〜３５０の内部に流通させるとともに、アイクチローラ３３０〜３５０の内部を流通した冷却媒体を冷媒冷却部４２０に送り出すことによって、冷却媒体を循環させる。このように、本実施形態の冷却部４０は、３つのアイクチローラ３３０〜３５０を冷却し、アイクチローラ３３０〜３５０を介して樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却する。そのため、冷却媒体が直接アイクチローラ３３０〜３５０に触れてこれらのアイクチローラ３３０〜３５０が冷却されるので、樹脂含浸炭素繊維束７００の温度調整を素早く行うことができる。冷却部４０の具体的な構成については後述する。
ライナー回転装置５０は、ライナー７０を回転可能に支持し、ライナー７０の長手軸周りに回転させる。ライナー回転装置５０は、ライナー７０を回転させことにより、樹脂含浸炭素繊維束７００に張力を掛けつつ、ライナー７０に樹脂含浸炭素繊維束７００を巻き付ける。これにより、樹脂含浸炭素繊維束７００が、ライナー７０の表面にいわゆるフープ巻きやヘリカル巻きを組み合わせて巻き付けられる。これにより、ライナー７０の外周には炭素繊維による補強層が形成される。
制御部６０は、温度検出部３６０によって検出された樹脂含浸炭素繊維束７００の温度（検出温度Ｔｄ）に基づいて、冷媒冷却部４２０を制御して冷却媒体の流量を調整する。制御部６０は、他に、アクティブダンサ２４０の動作や、繊維送出部３２０の移動、ライナーの移動や回転についての制御をおこなってもよい。また、制御部６０は、樹脂含浸炭素繊維束７００の張力に応じて、ライナー回転装置５０の回転速度を制御するように構成されていてもよい。
図３は、冷却部４０の構成を説明するための図である。図３には、冷却部４０のほか、繊維送出部３２０の３つのアイクチローラ３３０〜３５０と、温度検出部３６０とが例示されている。本実施形態の３つのアイクチローラ３３０〜３５０は、それぞれ内側に管路３３１、３４１、３５１を備えており、冷媒流路４１０の一部を構成している。冷媒流路４１０は、冷媒冷却部４２０によって冷却された冷却媒体が管路３３１、３４１、３５１を順に流通するように構成されている。樹脂含浸炭素繊維束７００は、冷却された３つのアイクチローラ３３０、３４０、３５０の外周を上下交互に接触することによって冷却される。
本実施形態の制御部６０は、ライナー７０に巻き付けられるときの樹脂含浸炭素繊維束７００の温度である検出温度Ｔｄが予め設定された設定温度Ｔｐ以下となるように冷却媒体の流量を調整するフィードバック制御をおこなう。ここでの「設定温度Ｔｐ」は、樹脂含浸炭素繊維束７００をライナーに巻き付けたときに、ライナーの回転によって、樹脂含浸炭素繊維束７００から樹脂が飛散しない程度の粘度に樹脂の粘度がなる温度として予め設定された温度である。設定温度Ｔｐは３０℃以下であることが好ましく、２０℃以下であることがさらに好ましい。樹脂含浸炭素繊維束７００が３０℃以下であれば、樹脂含浸炭素繊維束７００に付着している樹脂は、ライナー７０の回転によって飛散しない程度に粘度が高くなっている。これにより、樹脂含浸炭素繊維束７００を回転するライナー７０に巻き付けた際に、樹脂含浸炭素繊維束７００に付着している樹脂が遠心力によって飛散することを抑制できる。なお、設定温度Ｔｐは、固定値ではなく、ライナーの回転速度に応じて変化するように設定されていてもよい。本実施形態では、制御部６０は、冷媒冷却部４２０を制御して、炭素繊維の補強層の内層部分を形成するための樹脂含浸炭素繊維束７００と、外層部分を形成するための樹脂含浸炭素繊維束７００の両方に対して冷却をおこなう。
図４は、樹脂含浸炭素繊維束７００の温度と樹脂含浸炭素繊維束７００に含まれる樹脂の粘度との関係について説明するため図である。図４（Ａ）は、ライナーに樹脂含浸炭素繊維束７００を巻き付けている時間（ＦＷ時間）と、アイクチ温度およびアイクチ繊維温度との関係を例示している。ここで「アイクチ温度」とは、アイクチローラ３３０〜３５０の温度であり、「アイクチ繊維温度」とは、検出温度Ｔｄである。図４（Ｂ）は、樹脂含浸炭素繊維束７００に含まれる樹脂の温度と粘度との関係を例示している。図４（Ａ）に示すように、ライナー７０に巻き付けられる樹脂含浸炭素繊維束７００は、アイクチローラ３３０〜３５０との摩擦等によって温度（アイクチ繊維温度）が上昇する。樹脂含浸炭素繊維束７００の温度が上昇すると、図４（Ｂ）に示すように、樹脂含浸炭素繊維束７００に含まれる樹脂の粘度が低下する。樹脂含浸炭素繊維束７００に含まれる樹脂の粘度が低下すると、樹脂含浸炭素繊維束７００をライナー７０に巻き付けた際、ライナー７０の回転によって樹脂含浸炭素繊維束７００に付着している樹脂が飛散する。一方、本実施形態によれば、ライナー７０に巻き付けられる樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却部によって設定温度Ｔｐ以下になるように冷却するため、樹脂含浸炭素繊維束７００に含まれる樹脂の粘度が、ライナーの回転時に樹脂が飛散しない程度に上昇する。
以上説明した、本実施形態に係るタンクの製造方法によれば、ライナー７０に巻き付けられる樹脂含浸炭素繊維束７００は、図１の冷却工程（ステップＳ２１）によって温度が設定温度Ｔｐ以下になるように冷却されるため、ライナー７０の回転時に、ライナー７０に巻き付けられた樹脂含浸炭素繊維束７００から樹脂が飛散することを抑制できる。近年、タンクの製造効率の向上のために、ライナーの回転速度の高速化が求められている。ライナーの回転速度を上昇させると、ライナーに巻き付けられた樹脂含浸炭素繊維束７００から飛散する樹脂の飛散量も上昇する。樹脂が飛散すると、フィラメントワインディング装置の種々の機構部に樹脂が入り込むおそれや、飛散した樹脂が人体に影響を与えるおそれがある。本実施形態によれば、樹脂の飛散を抑制できるため、これらの問題の発生を抑制できる。また、ライナーの回転を高速化できるため、製造効率の向上を図ることができる。
Ｂ．第２実施形態：
図５は、第２実施形態のフィラメントワインディング装置１０Ｂを例示した説明図である。第２実施形態のフィラメントワインディング装置１０Ｂは、第１実施形態のフィラメントワインディング装置１０（図２）と比較すると、樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却する冷却部の位置が異なる。第２実施形態のフィラメントワインディング装置１０Ｂでは、冷却部４０Ｂは、アイクチ案内部３０ではなく、繊維巻出部２０に形成されている。冷却部４０は、複数の送風装置４４１、４４２、４４３、４４４を備えている。送風装置４４１〜４４４は、各ボビン２０１〜２０４に対応して設けられており、各ボビン２０１〜２０４に巻き付けられている樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却する。送風装置４４１〜４４４は、制御部６０による制御によって、送風量と送風温度の少なくとも一方を変更可能に構成されている。制御部６０は、温度検出部３６０によって検出された樹脂含浸炭素繊維束７００の温度（検出温度Ｔｄ）が予め設定された設定温度Ｔｐ以下となるように送風装置４４１〜４４４の送風量と送風温度の少なくとも一方を調整するフィードバック制御をおこなう。この構成であっても、ライナー７０に巻き付けられる樹脂含浸炭素繊維束７００の温度は設定温度Ｔｐ以下になるため、ライナー７０の回転時に、ライナー７０に巻き付けられた樹脂含浸炭素繊維束７００から樹脂が飛散することを抑制できる。
Ｃ．第３実施形態：
図６は、第３実施形態のフィラメントワインディング装置１０Ｃを例示した説明図である。第３実施形態のフィラメントワインディング装置１０Ｃは、第１実施形態のフィラメントワインディング装置１０（図２）と比較すると、樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却する方法が異なる。第３実施形態のフィラメントワインディング装置１０Ｃでは、冷却部４０Ｃは、送風装置として構成されている。冷却部４０Ｃは、繊維送出部３２０の３つのアイクチローラ３３０〜３５０を搬送される樹脂含浸炭素繊維束７００を冷却する。冷却部４０Ｃは、制御部６０による制御によって、送風量と送風温度の少なくとも一方を変更可能に構成されている。制御部６０は、温度検出部３６０によって検出された樹脂含浸炭素繊維束７００の温度（検出温度Ｔｄ）が予め設定された設定温度Ｔｐ以下となるように冷却部４０Ｃの送風量と送風温度の少なくとも一方を調整するフィードバック制御をおこなう。この構成であっても、ライナー７０に巻き付けられる樹脂含浸炭素繊維束７００の温度は設定温度Ｔｐ以下になるため、ライナー７０の回転時に、ライナー７０に巻き付けられた樹脂含浸炭素繊維束７００から樹脂が飛散することを抑制できる。
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態や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。
Ｄ−１．変形例１：
本実施形態（図１）の冷却工程（ステップＳ２１）および巻回工程（ステップＳ２２）は、炭素繊維巻き付け工程（ステップＳ２０）において実行されるものとして説明した。しかし、これらの工程（ステップＳ２１、Ｓ２２）は、ガラス繊維巻き付け工程（ステップＳ３０）に適用してもよい。すなわち、外表面に炭素繊維の補強層が形成されたライナーに巻き付けられる樹脂含浸ガラス繊維束を冷却する際に、本実施形態の冷却方法を採用してもよい。この場合、ガラス繊維巻き付け工程において、樹脂の飛散を抑制できる。
Ｄ−２．変形例２：
第１〜３実施形態のフィラメントワインディング装置の構成は適宜組み合わせてもよい。例えば、第１実施形態のフィラメントワインディング装置１０は、冷却部４０のほかに第２実施形態の冷却部４０Ｂを備えていてもよい。また、第１〜３実施形態のフィラメントワインディング装置の構成は適宜変更してもよい。例えば、第１実施形態のフィラメントワインディング装置１０において、繊維送出部３２０の３つのアイクチローラ３３０〜３５０のうちの少なくとも１つのローラが冷却部４０によって冷却されない構成であってもよい。また、例えば、第３実施形態のフィラメントワインディング装置１０Ｃにおいて、冷却部４０Ｃは、複数の送風装置を含んでいてもよい。また、温度検出部３６０は、繊維送出部３２０に搬送される前の樹脂含浸炭素繊維束７００の温度を検出するように構成されていてもよい。この場合であっても、繊維送出部３２０に搬送される前の樹脂含浸炭素繊維束７００の温度から、繊維送出部３２０を経由してライナー７０に搬送される樹脂含浸炭素繊維束７００の温度を推定することができる。
Ｄ−３．変形例３：
繊維送出部３２０の３つのアイクチローラ３３０〜３５０の樹脂含浸炭素繊維束７００と接触する表面は、テフロン（登録商標）コートされていてもよい。この場合、樹脂含浸炭素繊維束７００との間の摩擦を低減させることができ、樹脂含浸炭素繊維束７００の温度上昇を抑制することができる。樹脂含浸炭素繊維束７００の温度上昇を抑制することによって、樹脂含浸炭素繊維束７００に含まれる樹脂の粘度の低下を抑制でき、ライナー７０に巻き付けられた樹脂含浸炭素繊維束７００からの樹脂の飛散をより抑制できる。
Ｄ−４．変形例４：
本実施形態では、各ボビン２０１〜２０４には、樹脂含浸炭素繊維束７００が巻き付けられているものとして説明した。しかし、各ボビン２０１〜２０４には、樹脂に含浸されていないドライの炭素繊維束が巻き付けられていてもよい。この場合であっても、例えば、ドライの炭素繊維束を樹脂含浸槽の熱硬化型エポキシ樹脂に浸すことによって、樹脂含浸炭素繊維束７００を得ることができる。また、例えば、ドライの炭素繊維束に樹脂シートを付着させることによって、樹脂付着炭素繊維束を形成してもよい。
１０…フィラメントワインディング装置
２０…繊維巻出部
３０…アイクチ案内部
４０…冷却部
５０…ライナー回転装置
６０…制御部
７０…ライナー
２０１〜２０４…ボビン
２１１〜２１７…搬送ローラ
２２０…結束ローラ
２３０…テンションローラ
２３１…シリンダ
２４０…アクティブダンサ
２４１…ローラ
３００…揃え口
３２０…繊維送出部
３３０…第１のアイクチローラ
３４０…第２のアイクチローラ
３５０…第３のアイクチローラ
３６０…温度検出部
４１０…冷媒流路
４２０…冷媒冷却部
４４１〜４４４…送風装置
７００…樹脂含浸炭素繊維束

Claims (13)

  1. タンクの製造方法であって、
    樹脂が付着している樹脂付着繊維束を冷却する冷却工程と、
    前記冷却工程によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける巻回工程と、を含み、
    前記冷却工程では、前記巻回工程において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定された温度以下になるように、前記樹脂付着繊維束を冷却し、
    前記巻回工程では、前記樹脂付着繊維束と接触する表面にテフロン（登録商標）コートされたアイクチローラにより、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに送出する、製造方法。
  2. 請求項１に記載の製造方法であって、
    前記冷却工程では、前記アイクチローラを冷却し、前記アイクチローラを介して前記樹脂付着繊維束を冷却する、製造方法。
  3. 請求項２に記載の製造方法であって、
    前記冷却工程では、前記アイクチローラの内部に冷却媒体を流通させることによって前記アイクチローラを冷却する、製造方法。
  4. タンクの製造方法であって、
    樹脂が付着している樹脂付着繊維束を冷却する冷却工程と、
    前記冷却工程によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける巻回工程と、を含み、
    前記冷却工程では、前記巻回工程において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定された温度以下になるように、前記樹脂付着繊維束を巻き出すボビンに巻き付けられた前記樹脂付着繊維束を冷却する、製造方法。
  5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の製造方法であって、
    前記巻回工程では、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けることによって、前記ライナーの外周に補強層を形成し、
    前記冷却工程では、前記補強層の内層部分を形成するための前記樹脂付着繊維束と、前記補強層の外層部分を形成するための前記樹脂付着繊維束の両方を冷却する、製造方法。
  6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の製造方法であって、
    前記冷却工程では、前記ライナーに送出される前記樹脂付着繊維束の温度を検出し、検出した前記温度に基づいて、前記樹脂付着繊維束を冷却する程度を調整する、製造方法。
  7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の製造方法であって、
    前記予め設定された温度は３０℃以下の温度である、製造方法。
  8. タンクの製造装置であって、
    樹脂が付着している樹脂付着繊維束を供給する繊維束供給部と、
    前記繊維束供給部から供給される前記樹脂付着繊維束を冷却する冷却部と、
    前記冷却部によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける繊維巻回部と、を備え、
    前記繊維巻回部は、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに送出するアイクチローラを備えており、
    前記アイクチローラの前記樹脂付着繊維束と接触する表面はテフロン（登録商標）コートされており、
    前記冷却部は、前記繊維巻回部において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定前記樹脂付着繊維束を冷却する、製造装置。
  9. 請求項８に記載のタンクの製造装置であって、
    前記冷却部は、前記アイクチローラを冷却し、前記アイクチローラを介して前記樹脂付着繊維束を冷却する、製造装置。
  10. 請求項９に記載のタンクの製造装置であって、
    前記冷却部は、前記アイクチローラの内部に冷却媒体を流通させることによって前記アイクチローラを冷却する、製造装置。
  11. タンクの製造装置であって、
    樹脂が付着している樹脂付着繊維束を供給する繊維束供給部と、
    前記繊維束供給部から供給される前記樹脂付着繊維束を冷却する冷却部と、
    前記冷却部によって冷却された前記樹脂付着繊維束を、回転させたライナーに巻き付ける繊維巻回部と、を備え、
    前記繊維束供給部は、前記樹脂付着繊維束を巻き出すボビンを備えており、
    前記冷却部は、前記繊維巻回部において、前記ライナーに巻き付けられるときの前記樹脂付着繊維束の温度が、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けたときに、前記ライナーの回転によって、前記樹脂付着繊維束から前記樹脂が飛散しない程度の粘度に前記樹脂の粘度がなる温度として予め設定された温度以下になるように、前記ボビンに巻き付けられた前記樹脂付着繊維束を冷却する、製造装置。
  12. 請求項８から請求項１１までのいずれか一項に記載のタンクの製造装置であって、
    前記繊維巻回部は、前記樹脂付着繊維束を前記ライナーに巻き付けることによって、前記ライナーの外周に補強層を形成し、
    前記冷却部は、前記補強層の内層部分を形成するための前記樹脂付着繊維束と、前記補強層の外層部分を形成するための前記樹脂付着繊維束の両方を冷却する、製造装置。
  13. 請求項８から請求項１２までのいずれか一項に記載のタンクの製造装置であって、さらに、
    前記ライナーに送出される前記樹脂付着繊維束の温度を検出する温度検出部と、
    前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記冷却部を制御して、前記樹脂付着繊維束を冷却する程度を調整する制御部と、を備える、製造装置。
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