JP7078905B2

JP7078905B2 - 高圧タンクの製造方法

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Inventors: 健八田
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Description

本発明は、高圧タンクの製造方法に関する。

高圧タンクとして、ガス等の高圧流体が充填されるライナを強化繊維によって外側から補強したものが知られている。高圧タンクの製造方法では、いわゆるフィラメントワインディング工法（以下、ＦＷ工法）によって、樹脂含浸された帯状の強化繊維束がライナの外面に巻き付けられる。ＦＷ工法では、回転するライナに対して強化繊維束が巻き付けられてフープ層が形成されるが、フープ層の端位置の強化繊維束に滑りが生じるという問題がある。このため、フープ層の端位置における強化繊維束の巻き数を増やして、強化繊維束の滑りを抑える方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１３３３０４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の高圧タンクの製造方法では、ライナに対する強化繊維束の巻き付けが多い箇所と少ない箇所で強度のバラツキが生じるおそれがある。また、強化繊維束の滑りの発生は、ライナにフープ層を形成する場合に限られない。さらに、ライナに対する強化繊維束の巻き付け時に、強化繊維束の滑りの他にも、強化繊維束の側端がライナに局所的に当たる片当たり等が、強度や耐久性等のタンク性能を低下させる要因になっている。強化繊維束の巻き張力を上げることも考えられるが、強化繊維束からの樹脂の染み出しによってＶｆ（繊維体積含有率）が上昇して、タンク性能が低下する他、強化繊維束の摩耗、折損、滑りが発生し易くなるという問題があった。

本発明では、強度や耐久性等を向上させると共に品質が安定した高圧タンクを製造することができる高圧タンクの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る高圧タンクの製造方法は、回転するライナに対して樹脂含浸された帯状の強化繊維束を巻き付けて、前記ライナの外面に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、前記ライナに対して前記強化繊維束を巻き付けるのに並行して、前記強化繊維束に交差するように前記ライナに対して前記強化繊維束よりも細幅の繊維材を巻き付けることを特徴とする。

この構成によれば、ライナに対して強化繊維束が巻き付けられると共に、強化繊維束を押え込むようにライナに対して繊維材が巻き付けられる。帯状の強化繊維束の側端がライナの外面に片当たりすることが抑えられ、ライナの外面に対する強化繊維束のズレを抑えることができる。また、繊維材が細幅に形成されているため、ライナに対して強化繊維束及び繊維材が巻き付けられても、ライナに対する強化繊維束の巻き付け状態が悪化することがない。よって、強度や耐久性等を向上させると共に、品質が安定した高圧タンクを製造することができる。

ライナに対して強化繊維束に交差するように繊維材を巻き付けることができれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記繊維材を加熱しながら、前記ライナに対して前記繊維材を巻き付ける。この構成によれば、繊維材に接着性を持たせることができ、繊維材によって強化繊維束を強く押え込むことができる。

強化繊維束よりも細幅の繊維材であれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記繊維材は、前記強化繊維束よりも細幅で樹脂含浸された細幅強化繊維束である。この構成によれば、細幅強化繊維束によって強化繊維束を押え込むだけでなく、細幅強化繊維束によってライナの強度を高めることができる。よって、ライナに対する強化繊維束の巻き付け量を減らすことができ、強化繊維束の巻き付け時間を短縮することができる。

強化繊維束よりも細幅の繊維材であれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記繊維材は、前記ライナと相溶性がある。この構成によれば、ライナに相溶性がある繊維材によって強化繊維束をライナに対して強く押え込むことができる。

より好ましい態様としては、前記強化繊維束と前記繊維材が前記ライナを挟んで反対方向から前記ライナに巻き付けられる。この構成によれば、ライナに対する強化繊維束と繊維材の巻き付け時に、強化繊維束と繊維材が絡まることが抑制される。

ライナに対して強化繊維束を巻き付けるのに並行して、ライナに対して繊維材を巻き付けることができれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記ライナに対して前記強化繊維束をフープ巻きによって巻き付けるのに並行して、前記強化繊維束に交差するように前記ライナに対して前記繊維材をヘリカル巻きによって巻き付ける。この構成によれば、ライナに対する補強効果の高いフープ層を形成することができる。

ライナに対して強化繊維束を巻き付けるのに並行して、ライナに対して繊維材を巻き付けることができれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記ライナに対して前記強化繊維束をヘリカル巻きによって巻き付けるのに並行して、前記強化繊維束に交差するように前記ライナに対して前記繊維材をフープ巻きによって巻き付ける。この構成によれば、ライナに対する補強効果の高いヘリカル層を形成することができる。

強化繊維束に交差するようにライナに対して強化繊維束よりも細幅の繊維材を巻き付けることができれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記ライナに巻き付けられる前記強化繊維束に対して６０度以上９０度以下の交差角度をもって、前記ライナに前記繊維材を巻き付ける。この構成によれば、強化繊維束と繊維材の交差角度を直交に近づけることで、繊維材によって強化繊維束の滑りを効果的に抑えることができる。

本発明によれば、ライナに対して強化繊維束が巻き付けられると共に、強化繊維束を押え込むようにライナに対して繊維材が巻き付けられる。よって、強度や耐久性等を向上させると共に品質が安定した高圧タンクを製造することができる。

本実施形態に係る高圧タンクの模式断面図である。本実施形態に係る強化繊維束の巻き付け装置の概略構成図である。本実施形態に係るフープ層の形成工程の一例を示す図である。本実施形態に係るヘリカル層の形成工程の一例を示す図である。

以下、本実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る高圧タンクの模式断面図である。なお、以下では、高圧タンクとして車載用の燃料電池システムで燃料電池に水素等の燃料ガスを貯蔵する燃料タンクを例示して説明するが、高圧タンクは燃料電池システム以外の任意の用途で使用されてもよい。

図１に示すように、高圧タンク１０は、タンクの基材となるライナ１１の外面を繊維強化樹脂層１２によって被覆したタンク本体１３を有している。タンク本体１３は、筒状の胴体部１４の両端から一対のドーム部１５、１６を半球状に膨出させた外面形状を有している。各ドーム部１５、１６の頂点箇所には一対の口金２１、２６が設けられている。一方の口金２１には貫通孔２４が形成されており、貫通孔２４に取り付けられたバルブ（不図示）によってタンク本体１３内のガスの放出及び流入が行われている。他方の口金２６には貫通孔が形成されておらず、口金２６によってタンク本体１３が封止されている。

ライナ１１は、高圧タンク１０の基材になるものであり、燃料ガスの貯留空間１９を持つように中空形状に形成されている。ライナ１１は、燃料ガスに対するガスバリア性を有する樹脂によって形成されている。ライナ１１の樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリエチレン等の樹脂を用いることができる。ライナ１１には、燃料ガスとして水素ガスの他に、例えば、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス、その他の各種加圧物質が充填されてもよい。なお、ライナ１１は、樹脂材料に代えてアルミニウム合金等の金属材料によって形成されていてもよい。

繊維強化樹脂層１２は、未硬化樹脂（未硬化の熱硬化性樹脂）が含浸された帯状の強化繊維束と細幅の繊維材がライナ１１に巻き付けられて、加熱によって未硬化樹脂が硬化されることで形成される。繊維強化樹脂層１２は、ライナ１１の円筒部１７を覆うフープ層Ｌ１と、ライナ１１を全体的に覆うヘリカル層Ｌ２とによって形成されている。詳細は後述するが、本実施形態では、ライナ１１に対して強化繊維束がフープ巻きされるのに並行して、ライナ１１に対して繊維材がヘリカル巻きされることによってフープ層Ｌ１が形成される。また、ライナ１１に対して強化繊維束がヘリカル巻きされるのに並行して、ライナ１１に対して繊維材がフープ巻きされることによってヘリカル層Ｌ２が形成される。

なお、フープ巻きとは、ライナ１１の中心軸ＣＸに略直交する巻き付け角度で、ライナ１１に対して強化繊維束又は繊維材を巻き付ける巻き付け態様である。ヘリカル巻きとは、ライナ１１の中心軸ＣＸに斜めに交差する巻き付け角度で、ライナ１１に対して強化繊維束又は繊維材を巻き付ける巻き付け態様である。強化繊維としては炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が採用されてもよい。未硬化樹脂としては熱可塑性樹脂が採用されてもよい。未硬化樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合、熱可塑性樹脂が軟化した状態でライナ１１の外面に強化繊維束が巻き付けられた後に、放冷によって熱可塑性樹脂が硬化される。

細幅の繊維材としては、帯状の強化繊維束よりも細幅に形成されたものであればよく、例えば未硬化樹脂が含浸された細幅強化繊維束、又はライナ１１と相溶性がある繊維材が採用されてもよい。細幅強化繊維束は、帯状の強化繊維束と同じ強化繊維及び樹脂によって形成されてもよいし、帯状の強化繊維束と異なる強化繊維及び樹脂によって形成されてもよい。また、細幅強化繊維束は、強化繊維が細幅の帯状に束ねられたものでもよいし、強化繊維が細幅の断面視円形状に束ねられたものでもよい。ライナ１１と相溶性がある繊維材としては、ポリアミド繊維（ナイロン繊維）が採用されてもよい。ポリアミド繊維は、１本のポリアミド繊維でもよいし、細いポリアミド繊維を束にしたものでもよい。

また、細幅の繊維材の幅寸法及び厚み寸法は、帯状の強化繊維束をライナ１１に巻き付けた際に、ライナ１１に対する強化繊維束の巻き付け状態が悪化しない程度に設計されている。すなわち、細幅の繊維材と帯状の強化繊維束が交差するようにライナ１１に巻き付けられるため、繊維材と強化繊維束に部分的な重なりが生じるが、この重なりによって高圧タンク１０の強度や耐久性に影響を与えない幅寸法及び厚み寸法の繊維材が使用される。繊維材として強化繊維束及びポリアミド繊維を用いる場合、強化繊維束及びポリアミド繊維の加熱によって強化繊維束及びポリアミド繊維に十分な接着性を持たせることができる。

一方の口金２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。一方の口金２１は、本体となる筒状部２２の外周にフランジ部２３が形成され、筒状部２２の一部をドーム部１５から突出させるようにライナ１１に取り付けられている。筒状部２２の内側の貫通孔２４には、貯留空間１９に対して燃料ガスを充填及び排出するバルブ（不図示）が取り付けられている。他方の口金２６は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。他方の口金２６は、一方の口金２１と略同様な外形に形成されているが、一方の口金２１とは筒状部２７の内側が閉塞されている点で相違している。

図２を参照して、強化繊維束の巻き付け装置について説明する。図２は、本実施形態に係る強化繊維束の巻き付け装置の概略構成図である。なお、図２は、繊維材として細幅強化繊維束を巻き付ける一例を示している。

図２に示すように、巻き付け装置３０は、帯状の強化繊維束Ｆ１をライナ１１に給送する第１の給送装置３１と、細幅強化繊維束Ｆ２をライナ１１に給送する第２の給送装置３２と、強化繊維束Ｆ１、Ｆ２を巻き取るようにライナ１１を回転する回転機構３３とを備えている。第１、第２の給送装置３１、３２は回転機構３３を挟んで対向するように設置されており、ライナ１１に対する強化繊維束Ｆ１の給送方向と強化繊維束Ｆ２の給送方向が逆向きになっている。巻き付け装置３０では、ライナ１１に対する強化繊維束Ｆ１の巻き付けに並行して、ライナ１１に対する強化繊維束Ｆ２の巻き付けが実施されている。

第１の給送装置３１は、複数の繰り出し軸４１と、複数の給送ローラ４２ａ－４２ｆと、アイクチ４６とを有している。この複数の繰り出し軸４１と、複数の給送ローラ４２ａ－４２ｆと、アイクチ４６とによって、各繰り出し軸４１にセットされたボビン４３からライナ１１に向かう強化繊維束Ｆ１の給送経路が形成されている。各ボビン４３には樹脂含浸された強化繊維束Ｆ１（プリプレグ）が予め巻き付けられている。各ボビン４３から繰り出された強化繊維束Ｆ１は、各給送ローラ４２ａを介して給送ローラ４２ｂに集められ、給送ローラ４２ｃ、４２ｄにおいて張力が調整された後に給送ローラ４２ｅ、４２ｆを介してアイクチ４６に送り出される。

給送ローラ４２ｃは、いわゆるテンションローラであり、張力調整機構４４に接続されている。張力調整機構４４によって給送ローラ４２ｃが動かされることで、ライナ１１に対して強化繊維束Ｆ１を巻き付ける際の張力が調整される。給送ローラ４２ｄは、いわゆるダンサローラであり、アクティブダンサコントローラ４５に接続されている。アクティブダンサコントローラ４５によって給送ローラ４２ｄが動かされることで、給送ローラ４２ｄと給送ローラ４２ｅの距離が調整される。これにより、強化繊維束Ｆ１の巻き付けが停止した際や、巻き付け速度が変化した場合でも、強化繊維束Ｆ１の張力が一定に維持される。

アイクチ４６は、強化繊維束Ｆ１をライナ１１に案内する案内機構である。アイクチ４６には、一対の拡幅ローラ４７ａ、４７ｂと、送り出しローラ４８とが設けられている。一対の拡幅ローラ４７ａ、４７ｂは複数の強化繊維束Ｆ１を挟み込んで拡幅することによって１本の帯状の強化繊維束Ｆ１を形成し、送り出しローラ４８は拡幅ローラ４７ａ、４７ｂを通過した帯状の強化繊維束Ｆ１をライナ１１に送り出す。アイクチ４６は、アクチュエータ（不図示）によってライナ１１の軸方向に往復移動される。また、アイクチ４６の往復移動の移動経路やライナ１１の回転速度等を変えることによって強化繊維束Ｆ１の巻き付け態様を変更することができる。

第２の給送装置３２は、複数の繰り出し軸５１と、複数の給送ローラ５２ａ－５２ｆと、アイクチ５６とを有している。給送ローラ５２ｃには張力調整機構５４が接続され、給送ローラ５２ｄにはアクティブダンサコントローラ５５が接続されている。アイクチ５６には一対の拡幅ローラ５７ａ、５７ｂと、送り出しローラ５８とが設けられている。第２の給送装置３２のボビン５３の数が第１の給送装置３１よりも少ないため、第２の給送装置３２からは幅が狭い細幅強化繊維束Ｆ２が送り出される。第２の給送装置３２の各部は、アイクチ５６の送り出しローラ５８以外の構成については、第１の給送装置３１と同様であるため説明を省略する。

アイクチ５６の送り出しローラ５８には、細幅強化繊維束Ｆ２を加熱する加熱機構（不図示）が内蔵されている。このため、細幅強化繊維束Ｆ２が送り出しローラ５８を通過する際に、送り出しローラ５８によって細幅強化繊維束Ｆ２が加熱されて細幅強化繊維束Ｆ２の接着性が高められる。なお、加熱機構は、アイクチ５６を通過する細幅強化繊維束Ｆ２等の繊維材を加熱可能であればよい。加熱機構は、一対の拡幅ローラ５７ａ、５７ｂ、送り出しローラ５８のいずれかに内蔵されてもよいし、一対の拡幅ローラ５７ａ、５７ｂ、送り出しローラ５８の全てに内蔵されてもよい。

回転機構３３は、ライナ１１を回転可能に支持している。回転機構３３にはモータ３５が設けられており、モータ３５によってライナ１１が中心軸ＣＸ周りに回転される。ライナ１１の回転によって第１の給送装置３１から帯状の強化繊維束Ｆ１が巻き取られると共に、第２の給送装置３２から細幅強化繊維束Ｆ２が巻き取られる。ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２が交差するように巻き付けられて、接着性を持った細幅強化繊維束Ｆ２によって帯状の強化繊維束Ｆ１がライナ１１に押え込まれる。これにより、ライナ１１に対する帯状の強化繊維束Ｆ１の滑りや片当たり等が防止される。

このとき、第１の給送装置３１から給送された帯状の強化繊維束Ｆ１と第２の給送装置３２から給送された細幅強化繊維束Ｆ２がライナ１１に対して異なる巻き付け態様で巻き付けられる。例えば、帯状の強化繊維束Ｆ１がライナ１１にフープ巻きされる場合には細幅強化繊維束Ｆ２がライナ１１にヘリカル巻きされ、帯状の強化繊維束Ｆ１がライナ１１にヘリカル巻きされる場合には細幅強化繊維束Ｆ２がライナ１１にフープ巻きされる。これにより、ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２が異なる巻き付け方向に巻き付けられて、帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２を交差させることができる。

以下、図３及び図４を参照して、フープ層の形成工程及びヘリカル層の形成工程について説明する。図３は、本実施形態に係るフープ層の形成工程の一例を示す図である。図４は、本実施形態に係るヘリカル層の形成工程の一例を示す図である。なお、図４においては、説明の便宜上、ヘリカル層については簡略化して記載している。

図３に示すように、フープ層Ｌ１（図１参照）の形成工程では、ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１がフープ巻きされ、ライナ１１に対して細幅強化繊維束Ｆ２がヘリカル巻きされる。第１の給送装置３１のアイクチ４６と第２の給送装置３２のアイクチ５６はライナ１１を挟んで反対側に位置し、第１の給送装置３１から帯状の強化繊維束Ｆ１がライナ１１に給送され、第２の給送装置３２から細幅強化繊維束Ｆ２がライナ１１に給送される。帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２が互いに反対方向からライナ１１に巻き付けられるため、帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２が絡まることが防止される。

ライナ１１が中心軸ＣＸ周りに回転することによって、第１の給送装置３１から帯状の強化繊維束Ｆ１が中心軸ＣＸに略直交する巻き付け角度でライナ１１に巻き取られ、第２の給送装置３２から細幅強化繊維束Ｆ２が中心軸ＣＸに斜めに交差する巻き付け角度でライナ１１に巻き取られる。アイクチ４６がライナ１１の中心軸ＣＸに沿って往復移動することによって、ライナ１１の円筒部１７に対して帯状の強化繊維束Ｆ１がフープ巻きされる。それと同時に、アイクチ４６とはライナ１１を挟んだ逆側で、アイクチ５６がライナ１１の中心軸方向の両端の間で円弧状に往復移動することによって、ライナ１１に対して細幅強化繊維束Ｆ２がヘリカル巻きされる。

より詳細には、帯状の強化繊維束Ｆ１の巻き付け位置が軸方向に移動されながら、ライナ１１の円筒部１７に帯状の強化繊維束Ｆ１が巻き付けられるのと同時に、細幅強化繊維束Ｆ２が帯状の強化繊維束Ｆ１に交差するようにライナ１１に巻き付けられる。ライナ１１の円筒部１７に対して帯状の強化繊維束Ｆ１の巻き付け位置が１ピッチ分（強化繊維束Ｆ１の幅分）だけ軸方向に移動する間に、ライナ１１に細幅強化繊維束Ｆ２が巻き付けられる。この帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２のライナ１１に対する巻き付けが繰り返されることで、帯状の強化繊維束Ｆ１を細幅強化繊維束Ｆ２によって押え込みながらライナ１１に巻き付けることが可能になっている。

これにより、ライナ１１の円筒部１７に帯状の強化繊維束Ｆ１がフープ状に巻き付けられ、帯状の強化繊維束Ｆ１を押え込むように細幅強化繊維束Ｆ２がヘリカル状に巻き付けられる。帯状の強化繊維束Ｆ１の側端がライナ１１に局所的に当たるような片当たりをしても、細幅強化繊維束Ｆ２によって帯状の強化繊維束Ｆ１の巻き付け面がライナ１１の外面に全体的に当たるように押え込まれる。また、細幅強化繊維束Ｆ２が送り出しローラ５８によって加熱されているため、細幅強化繊維束Ｆ２の接着性が増して、ライナ１１に対する帯状の強化繊維束Ｆ１の滑りが防止される。

ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１がフープ巻きされるのに並行して、帯状の強化繊維束Ｆ１に交差するようにライナ１１に対して細幅強化繊維束Ｆ２がヘリカル巻きされることによってライナ１１の円筒部１７にフープ層Ｌ１が形成される。ライナ１１の軸方向において円筒部１７に対して帯状の強化繊維束Ｆ１が隙間なく巻き付けられると共に、ライナ１１の外面に細幅強化繊維束Ｆ２がヘリカル状に巻き付けられるため、ライナ１１に対するフープ層Ｌ１の補強効果が高められている。よって、フープ層Ｌ１の補強効果が向上した分だけ、フープ層Ｌ１の積層数を減らして帯状の強化繊維束Ｆ１の巻き付け時間を短縮することができる。

図４に示すように、ヘリカル層Ｌ２（図１参照）の形成工程では、ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１がヘリカル巻きされ、ライナ１１に対して細幅強化繊維束Ｆ２がフープ巻きされる。この場合、アイクチ４６、５６の往復移動の移動経路やライナ１１の回転速度を変えることによって、帯状の強化繊維束Ｆ１の巻き付け態様がフープ巻きからヘリカル巻きに切り替えられ、細幅強化繊維束Ｆ２の巻き付け態様がヘリカル巻きからフープ巻きに切り替えられる。ヘリカル層Ｌ２の形成工程でも、帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２が互いに反対方向からライナ１１に巻き付けられるため、帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２が絡まることが防止される。

ライナ１１が中心軸ＣＸ周りに回転することによって、第１の給送装置３１から帯状の強化繊維束Ｆ１が中心軸ＣＸに斜めに交差する巻き付け角度でライナ１１に巻き取られ、第２の給送装置３２から細幅強化繊維束Ｆ２が中心軸ＣＸに略直交する巻き付け角度でライナ１１に巻き取られる。アイクチ４６がライナ１１の中心軸方向の両端の間で円弧状に往復移動することによって、ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１がヘリカル巻きされる。アイクチ４６とはライナ１１を挟んだ逆側で、アイクチ５６がライナ１１の中心軸ＣＸに沿って往復移動することによって、ライナ１１の円筒部１７に対して細幅強化繊維束Ｆ２がフープ巻きされる。

より詳細には、帯状の強化繊維束Ｆ１の巻き付け位置及び巻き付け角度を変えながら、ライナ１１に帯状の強化繊維束Ｆ１が巻き付けられるのと同時に、細幅強化繊維束Ｆ２が帯状の強化繊維束Ｆ１に交差するようにライナ１１に巻き付けられる。帯状の強化繊維束Ｆ１がライナ１１に対して１周分だけ巻き付けられる間に、ライナ１１に細幅強化繊維束Ｆ２が巻き付けられる。この帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２のライナ１１に対する巻き付けが繰り返されることで、帯状の強化繊維束Ｆ１を細幅強化繊維束Ｆ２によって押え込みながらライナ１１に巻き付けることが可能になっている。

これにより、ライナ１１の全体に帯状の強化繊維束Ｆ１がヘリカル状に巻き付けられ、帯状の強化繊維束Ｆ１を押え込むように細幅強化繊維束Ｆ２がフープ状に巻き付けられる。帯状の強化繊維束Ｆ１の側端がライナ１１に局所的に当たるような片当たりをしても、細幅強化繊維束Ｆ２によって帯状の強化繊維束Ｆ１の巻き付け面がライナ１１の外面に全体的に当たるように押え込まれる。また、細幅強化繊維束Ｆ２が送り出しローラ５８によって加熱されているため、細幅強化繊維束Ｆ２の接着性が増して、ライナ１１に対する帯状の強化繊維束Ｆ１の滑りが防止される。

ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１がヘリカル巻きされるのに並行して、帯状の強化繊維束Ｆ１に交差するようにライナ１１に対して細幅強化繊維束Ｆ２がフープ巻きされることによってライナ１１を全体的に覆うようにヘリカル層Ｌ２が形成される。ライナ１１の外面全体に帯状の強化繊維束Ｆ１が隙間なく巻き付けられると共に、ライナ１１の円筒部１７に細幅強化繊維束Ｆ２がフープ状に巻き付けられるため、ライナ１１に対するヘリカル層Ｌ２の補強効果が高められている。よって、ヘリカル層Ｌ２の補強効果が向上した分だけ、ヘリカル層Ｌ２の積層数を減らして帯状の強化繊維束Ｆ１の巻き付け時間を短縮することができる。

ライナ１１の外面にフープ層Ｌ１及びヘリカル層Ｌ２が形成されると、硬化炉にて強化繊維束Ｆ１に含浸された未硬化樹脂が硬化されることによって、ライナ１１の外面に繊維強化樹脂層１２が形成される。フープ層Ｌ１及びヘリカル層Ｌ２には、帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２の重なりが生じているが、細幅強化繊維束Ｆ２の幅寸法及び厚み寸法が帯状の強化繊維束Ｆ１に比べて小さいため、繊維強化樹脂層１２の強度等が悪化することがない。本実施形態では、繊維材として細幅強化繊維束Ｆ２を使用したが、繊維材としてライナ１１と相溶性があるポリアミド繊維を使用しても同様である。

また、本実施形態では、ライナ１１に対してフープ巻きとヘリカル巻きを並行して行う構成にしたが、ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２が交差するように巻き付ける構成であればよい。例えば、巻き付け角度が異なる高角度ヘリカル巻きと低角度ヘリカル巻きを並行して行うようにしてもよい。高角度ヘリカル巻きは、例えば中心軸ＣＸに対する交差角度（巻き付け角度）が７０度以上８０度以下のヘリカル巻きであり、低角度ヘリカル巻きは、例えば中心軸ＣＸに対する交差角度が５度以上３０度以下のヘリカル巻きである。

また、ライナ１１に巻き付けられる帯状の強化繊維束Ｆ１に対して、細幅強化繊維束Ｆ２が巻き付けられる交差角度は特に限定されないが、ライナ１１に巻き付けられる帯状の強化繊維束Ｆ１に対して６０度以上９０度以下の交差角度をもって、ライナ１１に細幅強化繊維束Ｆ２が巻き付けられることが好ましい。帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２の交差角度を直交に近づけることによって、細幅強化繊維束Ｆ２によって帯状の強化繊維束Ｆ１の滑りを効果的に抑えることができる。さらに、細幅強化繊維束Ｆ２はライナ１１に対して隙間なく巻き付けられてもよいし、ライナ１１に対して一定の巻き付け間隔で巻き付けられてもよい。

以上のように、本実施形態の高圧タンクの製造方法では、ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１が巻き付けられると共に、帯状の強化繊維束Ｆ１を押え込むようにライナ１１に対して細幅強化繊維束Ｆ２が巻き付けられる。これにより、帯状の強化繊維束Ｆ１の側端がライナ１１の外面に片当たりすることが抑えられ、ライナ１１の外面に対する帯状の強化繊維束Ｆ１のズレを抑えることができる。また、細幅強化繊維束Ｆ２が細幅に形成されているため、ライナ１１に対して帯状の強化繊維束Ｆ１及び細幅強化繊維束Ｆ２が巻き付けられても、ライナ１１に対する帯状の強化繊維束Ｆ１の巻き付け状態が悪化することがない。よって、強度や耐久性等を向上させると共に、品質が安定した高圧タンク１０を製造することができる。

なお、本実施形態では、細幅強化繊維束Ｆ２等の繊維材を加熱しながらライナ１１に巻き付ける構成にしたが、この構成に限定されない。繊維材が常温で接着性を有している場合や、加熱しなくても帯状の強化繊維束Ｆ１を十分に押え込むことが可能であれば、繊維材を加熱しなくてもよい。

また、本実施形態では、帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２がライナ１１を挟んで反対方向からライナ１１に対して巻き付けられる構成にしたが、この構成に限定されない。帯状の強化繊維束Ｆ１と細幅強化繊維束Ｆ２等の繊維材が絡まなければ、強化繊維束Ｆ１と繊維材が同じ方向からライナ１１に対して巻き付けられてもよい。

また、本実施形態では、帯状の強化繊維束Ｆ１をライナ１１に１回巻き付ける間に細幅強化繊維束Ｆ２をライナ１１に１回巻き付けるようにしてもよいし、帯状の強化繊維束Ｆ１をライナ１１に複数回巻き付ける間に細幅強化繊維束Ｆ２をライナ１１に１回巻き付けるようにしてもよい。

また、本実施形態について説明したが、他の実施形態として実施形態および変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。さらに、本開示の技術は本実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩または派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

１０：高圧タンク、１１：ライナ、Ｌ１：フープ層、Ｌ２：ヘリカル層、Ｆ１：帯状の強化繊維束、Ｆ２：細幅強化繊維束

Claims

回転するライナに対して樹脂含浸された帯状の強化繊維束を巻き付けて、前記ライナの外面を覆うフープ層と前記フープ層の外面を覆うヘリカル層とを有する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、
前記ライナに対して前記強化繊維束をフープ巻きで巻き付けるのに並行して、前記強化繊維束に交差するように前記ライナに対して前記強化繊維束よりも細幅の繊維材をヘリカル巻きで巻き付けることによって、前記フープ層を形成することと、
前記フープ層に対して前記強化繊維束をヘリカル巻きで巻き付けるのに並行して、前記強化繊維束に交差するように前記フープ層に対して前記強化繊維束よりも細幅の繊維材をフープ巻きで巻き付けることによって、前記ヘリカル層を形成することと、
を含むことを特徴とする高圧タンクの製造方法。
前記繊維材を加熱しながら、前記ライナ又は前記フープ層に対して前記繊維材を巻き付け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。
前記繊維材は、前記強化繊維束よりも細幅で樹脂含浸された細幅強化繊維束であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高圧タンクの製造方法。
前記繊維材は、前記ライナと相溶性があることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高圧タンクの製造方法。
前記強化繊維束と前記繊維材が前記ライナを挟んで反対方向から前記ライナ又は前記フープ層に巻き付けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の高圧タンクの製造方法。
前記ライナ又は前記フープ層に巻き付けられる前記強化繊維束に対して６０度以上９０度以下の交差角度をもって、前記ライナ又は前記フープ層に前記繊維材を巻き付けることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の高圧タンクの製造方法。