JP6834900B2 - 高圧タンクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、収容空間を有したタンクライナの外周面に、繊維強化樹脂層を形成する高圧タンクの製造方法に関するものである。

一般に、耐圧性等の機械的特性と軽量性とが要求される耐圧容器等の製品、例えば燃料電池車両に用いられる高圧タンクでは、ガス等を収容する収容空間を有したタンクライナの外周面に、繊維強化樹脂層が形成されている。たとえば、繊維強化樹脂層の形成には、フィラメントワインディング方法が利用されている。

このようなフィラメントワインディング方法として、たとえば、特許文献１には、タンクライナの外周面に、タンクライナを一方向に回転させながら、樹脂を含浸した繊維束を連続して巻回することにより、繊維強化樹脂層を形成する高圧タンクの製造方法が開示されている。この製造方法では、繊維強化樹脂層は、複数の補強層で構成され、各補強層は、予め設定された設定張力を保持しながら繊維束を巻回することにより、順に積層される。

特開２０１１−２３６９７４号公報

ここで、たとえば、特許文献１に示すような製造方法では、１つの補強層の形成の完了時に、ライナの回転を停止し、繊維束の張力を下げることがある。その後、ライナを再度回転することにより、次の補強層に対して設定された設定張力で繊維束を巻回し、次の補強層を形成する。

しかしながら、次の補強層を形成すべくライナを回転し始めたときから、次の補強層を形成する繊維束が設定張力に到達するまでの間に、繊維束に巻き締まりが生じることがある。この巻き締まりにより、繊維束の巻始めの位置に張力が集中し、この位置の繊維束の配向が乱れることがある。この結果、この繊維束の配向が乱れた部分が起点となって、高圧タンクの強度が低下するおそれがある。

本発明では、このような点を鑑みて成されたものであり、１つの補強層から、次の補強層を繊維束により形成する際に、繊維束の配向の乱れを低減することにより、タンク強度を確保することができる高圧タンクの製造方法を提供する。

前記課題を鑑みて、発明者が鋭意検討を重ねた結果、以下のことを考えた。具体的には、１つ前の補強層から次の補強層を巻回する際に、１つ前の補強層の繊維束は、設定張力で巻回されているので、その巻終わり位置まで強固に巻き付いている。このため、次の補強層を形成すべく、ライナの回転の再開後、次の補強層の設定張力に繊維束の張力が到達するまでの間に、巻き付けた繊維束が巻き締まると考えた。

そして、繊維束が巻き締まった際に付与される張力を、この間に巻いた繊維束の巻始め位置（１つの箇所）で、集中的に受ける（一点集中で受ける）ことになり、この位置において、繊維束の配向に乱れが生じると考えた。したがって、１つ前の補強層の巻終わり位置から、設定張力に張力を増加させながら繊維束を巻始めるまでの間に、この巻き締まりによる張力を受ける、繊維束の巻き付け領域を、新たに設ければよいと考えた。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、本発明に係る高圧タンクの製造方法は、収容空間を有したタンクライナの軸心周りに、前記タンクライナを一方向に回転させながら、前記タンクライナの外周面に、樹脂を含浸した繊維束を巻回することにより、複数の補強層を順に積層した繊維強化樹脂層を形成する高圧タンクの製造方法であって、前記高圧タンクの製造方法は、各補強層を、前記各補強層に対して設定された設定張力を保持しながら前記繊維束を巻回することにより、形成するものであり、前記複数の補強層のうち、少なくとも１つの補強層の形成の完了時に、前記タンクライナの回転を停止し、次の補強層を巻回する際に、前記タンクライナに対して前記一方向の回転と、前記一方向とは逆方向の回転とを交互に繰り返しながら、前記次の補強層に設定された設定張力よりも低い張力で、前記繊維束を前記少なくとも１つの補強層に巻き付けて、前記次の補強層の巻始め部分を形成する巻始め工程と、前記巻始め工程後、前記設定張力で、前記繊維束を巻回することにより、前記次の補強層を形成する本巻工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、次の補強層を形成する前に、タンクライナに対して、一方向（正転方向）の回転と、その逆方向（逆転方向）の回転とを交互に繰り返しながら、次の補強層の設定張力よりも低い張力で、繊維束を巻き付けて、次の補強層の巻始め部分を形成することができる。この巻始め部分は、タンクライナに対して、正転方向の回転後、逆転方向の回転を行うので、正転方向の回転時に巻き付いた状態の繊維束に残存する張力を、逆転方向の回転時に下げることができる。

このような結果、巻始め部分は、次の補強層に対して設定された設定張力よりも低い張力で巻かれているため、本巻工程において、ライナの回転を開始し、繊維束が設定張力に到達するまでの間に、繊維束に巻き締まりが生じても、これに起因した張力を、巻始め部分で分散することができる。

これにより、１つの補強層から、次の補強層を、連続した繊維束により形成する際に、巻き締まりによる繊維束の配向の乱れを低減することができ、この配向の乱れに起因した高圧タンクの強度低下を抑えることができる。

本実施形態に係る高圧タンクの製造方法に用いる製造装置の模式的概念図である。 本実施形態の高圧タンクの製造方法における、補強層の形成のフロー図である。 ある補強層から次の補強層を形成する際の巻始め工程を説明するための高圧タンクの模式的斜視図である。 図３のＡ−Ａ線に沿った矢視方向の断面図である。 本巻工程を説明するための高圧タンクの模式的斜視図である。 繊維束の張力の時間変化を説明するためのグラフである。 ライナの回転速度の時間変化を説明するためのグラフである。 実施例および比較例に係る高圧タンクの繊維束の繊維配向率のグラフである。 実施例および比較例に係る高圧タンクのバースト圧のグラフである。

以下の本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。

１．高圧タンク１の製造装置について
図１は、本実施形態に係る高圧タンク１の製造方法に用いる製造装置１０の模式的概念図である。製造装置１０は、フィラメントワインディング装置であり、繊維巻出部２と、繊維案内部３と、巻付部４と、制御装置６とを備えており、これらは、タンクライナ８（以下「ライナ８」という）への繊維束７の巻き付けを実行する巻回装置５を構成する。本実施形態では、ライナ８は、水素ガスなどの高圧ガスを収容する収容空間が形成された本体８１と、その両側に取付けられた第１および第２の口金８２，８３とを備えている。

繊維巻出部２は、複数のボビン２１ａ〜２１ｄと、複数の搬送ローラ２２ａ〜２２ｄと、結束ローラ２３と、ダンサー２４とを備え、未硬化の熱硬化樹脂を含浸した繊維束７を巻き出す機能を有する。ボビン２１ａ〜２１ｄは、筒状の部材であり、繊維束７が巻回されており、電動モータ（図示せず）によって駆動されて回転し、繊維束７を巻き出す。

搬送ローラ２２ａ〜２２ｄは、各ボビン２１ａ〜２１ｄに対応して設けられており、ボビン２１ａ〜２１ｄから巻き出された繊維束７を結束ローラ２３に搬送する。結束ローラ２３は、ボビン２１ａ〜２１ｄから巻き出された繊維束７を引き揃えて、張力付与装置としてのダンサー２４に巻き出す。

ダンサー２４は、ダンサーアーム２４ａと、シリンダ２４ｂと、ダンサーローラ２４ｃと、空気圧調整装置２４ｄとを備え、ライナ８に巻き付けられる繊維束７に張力を付与する機能を有する。ダンサーアーム２４ａの一端には、ダンサーローラ２４ｃが回転自在に取付けられており、ダンサーローラ２４ｃには、繊維束７が引っ掛けるように巻き付いている。

ダンサーアーム２４ａは、繊維束７に付与する張力を一定にするために、図示矢印のように上下に回動する。シリンダ２４ｂは、ダンサーアーム２４ａと接続されたピストン２４ｅを備えており、圧力センサ２４ｆが接続された配管２４ｇを介して空気圧調整装置２４ｄに連通している。

空気圧調整装置２４ｄは、後述する制御装置６の制御により吐出する空気圧を調整する装置であり、たとえば、コンプレッサと圧力調整弁等（図示せず）により構成される一般的な装置である。ダンサー２４は、空気圧調整装置２４ｄの空気圧の増加又は減少に応じたピストン２４ｅの移動により、ダンサーアーム２４ａを回動させ、繊維束７の張力を調整する。張力が調整された繊維束７は、搬送ローラ２５ａ〜２５ｄを経由して、繊維案内部３に搬送される。

繊維案内部３は、繊維束７を引き揃えてライナ８に案内する機能を有する。繊維案内部３は、第１および第２の案内ローラ３１，３２が設けられた繊維集合部３３と、第３の案内ローラ３４が設けられた繊維送出部３５とを有する。

繊維集合部３３は、矢印のようにライナ８に向かって移動可能であり、繊維送出部３５は、矢印のように上下回動可能である。繊維集合部３３は、第１および第２の案内ローラ３１，３２を用いて繊維束７を引き揃える。繊維送出部３５は、第３の案内ローラ３４を用いて繊維束７をライナ８に搬送する。

本実施形態では、繊維束７は、第１の案内ローラ３１側から入り込み、第１の案内ローラ３１の上側外周、第２の案内ローラ３２の下側外周、及び、第３の案内ローラ３４の上側外周にそれぞれ接触してライナ８に案内される。なお、第２の案内ローラ３２には、これに巻き付いた繊維束７により作用する力を測定し、この測定した力から繊維束７の張力を測定する張力測定部３６が設けられている。

巻付部４は、ライナ８を回転させることによって、ライナ８に繊維束７を巻き付ける機能を有している。ライナ８は、移動装置（図示せず）により、矢印のように軸心ＣＬ方向に沿って往復移動可能であり、また、長手方向の軸心ＣＬの周りに沿って回転可能である。巻付部４は、ライナ８を回転させる電動式の回転装置４１と、回転棒４２と、支持棒４３と、タッチローラ４５とを備える。

回転棒４２の一端部は回転装置４１に固定され、他端部は第１の口金８２に固定されている。支持棒４３は、第２の口金８３を介してライナ８を支持している。回転装置４１が動作すると、回転棒４２が回転してライナ８を、その長手方向の軸心ＣＬの周りに、一方向に回転させることにより、繊維束７をライナ８に巻回することができる。これにより、連続した繊維束７が、ライナ８の外周面に、例えば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。

なお、ライナ８に対して、繊維束７が巻き付く位置には、タッチローラ４５が設けられており、繊維束７をタッチローラ４５で押さえながら、繊維束７をライナ８に巻回することにより、繊維束７の巻き付け状態を安定させることができる。

制御装置６は、巻回装置５（繊維巻出部２、繊維案内部３及び巻付部４）の運転及び停止を制御するものであり、制御装置６は、繊維案内部３の上述した移動や、回転装置４１の回転方向および回転速度を制御するように、制御信号を出力する。

制御装置６は、上述したように、圧力センサ２４ｆの測定値に基づいて、空気圧調整装置２４ｄを制御することによって、繊維束７の張力を制御する。具体的には、本実施形態では、繊維束７の張力は、張力測定部３６により測定され、測定された張力が、繊維束７が予め設定した設定張力（後述する設定張力Ｆ１，Ｆ２等）になるように、空気圧調整装置２４ｄ（の吐出される空気圧）を制御する。

２．高圧タンク１の製造方法について
以下に、本実施形態の高圧タンク１の製造方法について説明する。図２は、本実施形態の高圧タンク１の製造方法における、補強層の形成のフロー図である。図３は、補強層７４から補強層７５を形成する際の巻始め工程を説明するための高圧タンク１の模式的斜視図である。図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った矢視方向の断面図である。図５は、本巻工程を説明するための高圧タンク１の模式的斜視図である。図６は、繊維束７の張力の時間変化を説明するためのグラフであり、図７は、ライナ８の回転速度の時間変化を説明するためのグラフである。なお、図３および図５では、図１に示す巻付部４の各構成を省略している。

本実施形態では、ライナ８の軸心ＣＬ周りにライナ８を正転方向Ｐ（一方向）に回転させながら、ライナ８の外周面に、樹脂を含浸した繊維束７を連続して巻回することにより、ライナ８の外周面に、繊維強化樹脂層７０を形成する。

本実施形態では、樹脂を含浸した繊維束７は、連続した強化繊維からなり、これに、未硬化の熱硬化性樹脂が含浸されている。連続繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、天然繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維を挙げることができる。

また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、ビニルエステル樹脂に代表される変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂を挙げることができる。

なお、本実施形態では、繊維束に含浸する樹脂として、未硬化の熱硬化性樹脂を挙げたが、例えば、ライナ８に巻回時に、樹脂を軟化点（ガラス転移点）以上に加熱することができるのであれば、繊維束に含浸する樹脂は、熱可塑性樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂としては、ポリエステル系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂（例えば６−ナイロン樹脂または６，６−ナイロン樹脂）、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、またはＡＢＳ系樹脂等を挙げることができる。

繊維強化樹脂層７０は、複数の補強層７１，７２，…により構成されており、連続した繊維束７を巻回することにより、ライナ８の外周面に、複数の補強層７１，７２，…を順に積層して、形成される。なお、図３および図４では、その一例として、繊維強化樹脂層７０を構成する補強層７１〜７４と、次の補強層７５の巻始め部分７５ａと、が示されている。

各補強層７１，７２，…は、各補強層７１，７２，…に設定された設定張力を保持しながら、連続した繊維束７を巻回することにより、形成される。本実施形態では、ライナ８の回転の開始により、各補強層７１，７２，…の形成が開始され、繊維束７の張力が所定の設定張力に到達した後、この設定張力を保持しながら繊維束７を巻回し、ライナ８の回転の停止することにより、その形成が完了する。次の補強層７２，７３，…の形成時には、停止状態のライナ８の回転を再度開始し、繊維束７が同様に巻回される。

従って、各補強層７１，７２，…は、巻回前に停止状態のライナ８が、正転方向Ｐに回転し始めてから、繊維束７の巻回を開始し、次の補強層の巻回前にライナ８の回転を停止し、繊維束７の巻回が完了するまでに形成される層のことである。なお、各補強層７１，７２，…は、フープ巻またはヘリカル巻により形成される。

図４では、各補強層７１，７２，…は、樹脂を含浸した繊維束７からなる１層で構成されるが、これらが複数の層で構成されていてもよい。なお、本実施形態では、隣接する（すなわち巻回前後の）補強層に設定される設定張力は異なり、設定張力Ｆ１の方が、設定張力Ｆ２よりも大きいが、設定張力Ｆ２の方が、設定張力Ｆ１よりも大きくてもよく、例えば、これらの設定張力Ｆ１、Ｆ２が、同じであってもよい。

本実施形態では、ある補強層（Ｎ層目の補強層）から、次の補強層（Ｎ＋１層目の補強層）を形成する際には、図２に示すフローに従う。なお、図３〜６を参照して、このフローの一例として、繊維束７がフープ巻により巻回された補強層７３から、次の補強層７４をフープ巻により形成する場合を説明する。

本実施形態では、まず、図２に示すように、ステップＳ１では、Ｎ層目の補強層（補強層７４）を形成する。ここで、図６に示すように、ステップＳ１では、予め設定された設定張力Ｆ１（例えば４００Ｎ）で、繊維束７をライナ８またはＮ−１層目の補強層に巻回し、Ｎ層目の補強層を形成する。この時、図７に示すように、ライナ８の回転速度は、設定された回転速度Ｖで一定であるが、例えば、繊維束７の巻き方およびライナ８に対する巻き付け位置等により、変化してもよい。

ステップＳ２では、ライナ８の回転を停止し、Ｎ層目の補強層の形成を完了する。具体的には、図６及び図７に示すように、時刻ｔ１で、ライナ８の停止に合わせて（具体的には、ライナ８の回転速度の減少に合わせて）、繊維束７の張力を、設定張力Ｆ１から張力ｆａ（例えば３Ｎ）まで下げる。ここで、張力ｆａは、これから巻き付こうとする繊維束７が弛まない程度の張力である。この状態で、例えば、図３および図４に示すように、補強層７４の形成が完了している。

なお、上述したように、繊維束７の張力の制御は、制御装置６でダンサー２４を制御することにより行われる。ライナ８の回転の制御は、制御装置６で回転装置４１を制御することにより行われる。

ステップＳ３では、正転方向Ｐにライナ８を回転角度θ１まで回転させて、Ｎ層目の補強層の表面に、Ｎ＋１層目の補強層の巻始め部分の一部となる繊維束７を巻き付ける。ステップＳ３における正転方向Ｐのライナ８の所定の回転角度θ１は、たとえば、１５°〜２０°の範囲であることが好ましい。

本実施形態では、このステップＳ３では、図６および図７に示すように、時刻ｔ１〜時刻ｔ２までの間に、正転方向Ｐにライナ８を回転角度θ１まで回転させると、巻き付け時の繊維束７の張力は、張力ｆａ（たとえば、３Ｎ）から張力ｆｂ（たとえば、１０Ｎ）に到達する。ここで、ステップＳ３での巻き付け時の繊維束７の張力は、次の補強層（Ｎ＋１層目の補強層）に対して、設定された設定張力Ｆ２よりも低い張力である。

なお、ステップＳ３では、ダンサー２４により、繊維束７の張力を、ステップＳ３における繊維束７の巻き付けに合わせて（すなわち、ライナの正転方向の回転に合わせて）、張力ｆａから張力ｆｂに増加させた。この他にも、ダンサー２４により、繊維束７の張力を、ステップＳ３における繊維束７の巻き付け時に、張力ｆａに保持し、ライナ８が正転方向Ｐに回転したときに生じる張力の増加により（その張力変動により）、繊維束７の張力が張力ｆｂとなるように、ライナ８の回転速度を調整してもよい。この他にも、たとえば、ダンサー２４により、繊維束７の張力が張力ｆｂに達してから、この張力ｆｂを保持するように繊維束７を巻き付けてもよい。いずれの場合であっても、この張力ｆａおよび張力ｆｂが、次の補強層（Ｎ＋１層目）に対して設定された設定張力Ｆ２よりも小さければよい。

次に、ステップＳ４に進み、正転方向Ｐとは逆方向（逆転方向Ｂ）に、正転方向Ｐの回転角度θ１より小さい回転角度θ２まで、ライナ８を回転させる。具体的には、図６および図７に示すように、時刻ｔ２〜時刻ｔ３までの間に、逆転方向Ｂにライナ８を回転させる。このとき、繊維束７の張力は、張力ｆｂ（たとえば、１０Ｎ）から張力ｆａ（たとえば、３Ｎ）に減少させる。

ここで、逆転方向Ｂの回転角度は、正転方向Ｐの回転より小さく、ステップＳ３における正転方向Ｐのライナ８の回転角度θ１が、１０°〜９０°の範囲である場合には、ステップＳ４における逆転方向Ｂのライナ８の回転角度θ２は、５°〜４５°の範囲であることが好ましい。より好ましくは、回転角度θ１が１５°〜２０°であり、回転角度θ２が５°〜７°である。これにより、繊維束７の巻始め部分を好適に形成することができる。なお、ステップＳ３およびＳ４におけるライナ８の回転速度は、５〜１７０ｒｐｍが好ましく、より好ましくは５〜２０ｒｐｍの範囲である。

なお、ステップＳ４では、ダンサー２４により、繊維束７の張力を、ライナ８の逆転方向の回転に合わせて、張力ｆｂから張力ｆａに減少させた。また、この他にも、上述した如く、ダンサー２４により、繊維束７の張力を張力ｆａに保持し、ライナ８の回転速度の調整により、ライナ８が正転方向Ｐに回転したときに張力が、その変動により張力ｆｂに増加すれば、逆転方向Ｂの回転時に、繊維束７の張力を張力ｆａに減少させることができる。この他にも、たとえば、ダンサー２４により、繊維束７の張力が張力ｆａに達してから、この張力ｆａを保持するように繊維束７を巻き付けてもよい。いずれの場合であっても、この張力ｆａおよび張力ｆｂが、次の補強層（Ｎ＋１層目）に対して設定された設定張力Ｆ２よりも小さければよい。

特に、繊維束７に含浸された樹脂は、未硬化の熱硬化性樹脂あり粘性があるため、ステップＳ３で巻回された繊維束７が、高圧タンク１から巻き解けることはない。また、タッチローラ４５により、ステップＳ３で巻回された繊維束７が逆転時に再度押えられる（図１参照）ので、繊維束７が高圧タンク１から巻き解かれることを、より確実に防止することができる。

次に、ステップＳ５に進み、逆転回数Ａが、予め設定された設定回数ａ（たとえば３回）よりも少ない場合には、ステップＳ３に戻り、逆転回数Ａが、設定回数ａ（たとえば３回）となるまで、ステップＳ３からステップＳ５までを繰り返す。

具体的には、図７に示すように、時刻ｔ３〜ｔ４およびｔ５〜ｔ６では、時刻ｔ１〜ｔ２の場合と同様に、ライナ８を正転方向Ｐに回転させ、時刻ｔ４〜ｔ５およびｔ６〜ｔ７では、時刻ｔ２〜ｔ３の場合と同様に、ライナ８を逆転方向Ｂに回転させる。

このようにして、ライナ８に対して一方向（正転方向Ｐ）の回転と、一方向とは逆方向（逆転方向Ｂ）の回転とを交互に繰り返しながら、Ｎ＋１層目の補強層に設定された設定張力Ｆ２よりも低い張力ｆｂで、繊維束７をＮ層目の補強層に巻き付けて、Ｎ＋１層目の補強層の巻始め部分を形成する。たとえば、図３および図４では、補強層７４の上に、次の補強層である補強層７５の巻始め部分７５ａが形成される。なお、本発明でいう、「巻始め工程」は、本実施形態では、ステップＳ３〜ステップＳ５までを繰り返す一連の工程に相当する。

このような巻始め部分の巻き付け範囲は、例えばライナ８の軸心ＣＬと直交する断面において、１／４周分〜１／２周分の範囲、すなわち、軸心ＣＬの周りに９０°〜１８０°の範囲で巻き付いていることが好ましい。このような範囲で巻き付けることにより、後述する巻き締まり時の張力の集中を低減することができる。

次に、ステップＳ６に進み、本巻工程を開始する。具体的には、設定張力Ｆ２で、繊維束７を巻回することにより、Ｎ＋１層目の補強層を形成する。たとえば、図５では、補強層７４の上に、次の補強層である補強層７５が形成される。

ここで、図３、図４、および図６に示すように、ステップＳ６では、予め設定された設定張力Ｆ２（例えば２００Ｎ）を保持しながら、繊維束７をＮ層目の補強層（たとえば補強層７４）に巻回し、Ｎ＋１層目の補強層（たとえば補強層７５）を形成する。

具体的には、時刻ｔ７で、正転方向Ｐへのライナ８の回転を開始するとともに、繊維束７への張力を設定張力Ｆ２まで増加させる。時刻ｔ８で、繊維束７への張力が設定張力Ｆ２に到達後、この張力を保持しながら、繊維束７を巻回することにより、Ｎ＋１層目の補強層（たとえば補強層７５）を形成する（図５参照）。繊維束７により所定の範囲で巻回されると、ライナ８の正転方向Ｐの回転を停止することにより、Ｎ＋１層目の補強層（たとえば補強層７５）の形成を完了する。すべての補強層が形成された後、補強層の含浸されている熱硬化性樹脂を加熱し、これを硬化させる。

本実施形態によれば、Ｎ＋１層目の補強層（たとえば補強層７５）を形成する前に、ライナ８に対して、正転方向Ｐの回転と、その逆転方向Ｂの回転とを交互に繰り返しながら、Ｎ＋１層目の補強層（たとえば補強層７５）の設定張力Ｆ２よりも低い張力ｆａで、繊維束７を巻き付ける。これにより、Ｎ＋１層目の補強層（たとえば補強層７５）の巻始め部分（たとえば巻始め部分７５ａ）を形成することができる。

この巻始め部分では、ライナ８に対して、正転方向Ｐの回転後、逆転方向Ｂの回転を行うので、正転方向Ｐの回転時に巻き付いた状態の繊維束７に残存する張力を、逆転方向Ｂの回転時に下げることができる。

このようにして、ステップＳ６の本巻工程において、ライナ８の回転を開始し、繊維束７が設定張力Ｆ２に到達するまでの間に、繊維束７に巻き締まりが生じても、これに起因した張力が、集中することなく、この張力を巻始め部分（たとえば巻始め部分７５ａ）で分散することができる。

この結果、Ｎ層目の補強層（たとえば補強層７４）から、Ｎ＋１層目の補強層（たとえば補強層７５）を、連続した繊維束７により形成する際に、巻き締まりによる繊維束７の乱れを低減することができ、繊維束７の乱れが起因した高圧タンク１の強度低下を抑えることができる。

なお、本実施形態では、図２に示す工程を、すべての補強層に対して行ってもよく、巻き締まりが生じ易い補強層を選択して、行ってもよい。

以下に本発明の実施例を説明する。

（実施例）
実施例では、本実施形態で示した高圧タンクの製造方法で、複数の高圧タンクを製造した。具体的には、上述したように、ライナを正転方向および逆転方向の回転を交互に繰り返して、図３に示すような巻始め部分を形成した後、ライナの外周面に補強層を形成した。繊維束には、炭素繊維を用い、樹脂には、エポキシ樹脂を用いた。正転方向と回転と、逆転方向の回転を４回繰り返し、張力ｆａを３Ｎとし、張力ｆｂを１０Ｎとした。その他の張力は上に例示した値とした。

（比較例）
実施例と同じように、高圧タンクを製造した。実施例と異なる点は、比較例では、図３に示すような巻始め部分を形成せずに、補強層を形成した点である。

＜繊維配向率の測定＞
実施例および比較例で、得られた複数の補強層のうち、各補強層の巻始め位置の繊維強化樹脂を切り出して、その繊維束の繊維配向率を測定した。「繊維配向率」とは、繊維束の配向する方向に対して、２０°に交差する角度で切断したときの、繊維束の各強化繊維の断面形状（楕円形状）の縦横比を測定し、５００個の強化繊維に対して、この縦横比が所定の範囲内に収まっている割合である。すなわち、繊維配向率が低いほど、繊維束の配向に乱れがあることを意味する。図８は、実施例及び比較例における繊維配向率を示す図である。

図８に示すように、実施例では、繊維束の繊維配向率が９０％以上で安定しており、比較例では、繊維束の繊維配向率のバラツキは大きかった。この結果、比較例に比べて、実施例では、繊維束の配向の乱れが少ないと言える。

＜高圧タンクのバースト圧の測定＞
実施例および比較例に係る高圧タンクに内圧を付与し、バースト圧の測定を行った。図９は、実施例および比較例に係る高圧タンクのバースト圧の結果である。図９に示すように、実施例に係る高圧タンクは、比較例のものに比べて、バースト圧が、高かった。以上のことから、実施例に係る高圧タンクは、比較例のものに比べて、繊維束の配向に乱れが少ないため、高圧タンクのバースト圧が高かったと言える。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

なお、上記実施形態では、ダンサーを用いて繊維束に張力を付与したが、たとえば、ダンサーの代わりに、他の種類の張力付与装置を使用してもよい。また、本実施形態では、ステップＳ３で、ライナに対して正転方向の回転を開始したが、たとえば、ライナに対して逆転方向の回転から開始し、正転方向の回転と逆転方向の回転を交互に行っても良い。

１：高圧タンク、７：繊維束、８：ライナ、７０：繊維強化樹脂層、７１〜７５：補強層、７５ａ：巻始め部分、Ｆ１，Ｆ２：設定張力、Ｐ：正転方向、Ｂ：逆転方向

Claims (3)

1. 収容空間を有したタンクライナの軸心周りに、前記タンクライナを一方向に回転させながら、前記タンクライナの外周面に、樹脂を含浸した繊維束を巻回することにより、複数の補強層を順に積層した繊維強化樹脂層を形成する高圧タンクの製造方法であって、
   前記高圧タンクの製造方法は、各補強層を、前記各補強層に対して設定された設定張力を保持しながら前記繊維束を巻回することにより、形成するものであり、
   前記複数の補強層のうち、少なくとも１つの補強層の形成の完了時に、前記タンクライナの回転を停止し、次の補強層を巻回する際に、前記タンクライナに対して前記一方向の回転と、前記一方向とは逆方向の回転とを交互に繰り返しながら、前記次の補強層に設定された設定張力よりも低い張力で、前記繊維束を前記少なくとも１つの補強層に巻き付けて、前記次の補強層の巻始め部分を形成する巻始め工程と、
   前記巻始め工程後、前記設定張力で、前記繊維束を巻回することにより、前記次の補強層を形成する本巻工程と、を有することを特徴とする高圧タンクの製造方法。
2. 前記巻始め工程において、前記各一方向の回転角度は、１５°〜２０°であり、前記各逆方向の回転角度は、５°〜７°であることを特徴とする請求項１に記載の高圧タンクの製造方法。
3. 前記巻始め工程において、前記巻始め部分の巻き付け範囲は、前記タンクライナの軸心と直交する方向において、１／４周分〜１／２周分の範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の高圧タンクの製造方法。

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