JP7477408B2 - 高圧タンクを構成する筒部材を製造する製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスを収容する高圧タンクのうちの繊維強化樹脂からなる補強層の筒部材を製造する製造装置に関する。

従来、水素等の貯蔵・供給に用いられる高圧タンクとして、タンク本体と、そのタンク本体の長手方向の開口端部に取り付けられた口金とを備えているタンクが知られている。タンク本体は、例えば、水素ガスを気密保持するためのライナーと、その外面を繊維強化樹脂からなる繊維束で巻き付けて補強した補強層と、を含んでいる。

高圧タンクの製造方法としては、例えばフィラメントワインディング法（以下、単に「ＦＷ法」ともいう）によりライナーの外面に繊維束を巻き付けて硬化し、繊維強化樹脂からなる補強層を作製する方法が知られている。例えば特許文献１には、ライナーと、ライナーの外面を覆う補強層とを備えた高圧タンクが開示されている。補強層は、樹脂が含浸された繊維束をライナーの外面にヘリカル巻きして得られるヘリカル層と、樹脂が含浸された繊維束をヘリカル層の外面を覆うようにフープ巻きして得られるフープ層とを含んでいる。

特開２０１９－４４９３７号公報

ところで、従来の高圧タンクの製造方法に代わる製造方法として、繊維強化樹脂からなる筒部材と、繊維強化樹脂からなる一対のドーム部材と、を作製し、一対のドーム部材を筒部材の両端にそれぞれ接合することにより補強層を作製する、という製造方法が考えられる。

しかしながら、繊維強化樹脂からなる筒部材を作製する場合、例えば樹脂が含浸された繊維束を円筒状または円柱状のマンドレルの外周面に巻回して未硬化の繊維強化樹脂からなる筒部材を成形し、その未硬化の繊維強化樹脂を硬化させた後で、筒部材をマンドレルから取り外す必要がある。

ここで、樹脂が含浸された繊維束をマンドレルの外周面に巻回する場合、繊維束は張力が付与された状態で巻回される。このため、筒部材はマンドレルの外周面に押し付けられた状態となっているので、マンドレルを筒部材から引き抜く際に、マンドレルの外周面と筒部材の内周面との間で相対すべりが発生し、筒部材の内周面に傷が生じてしまうという問題点がある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、高圧タンクの筒部材の内周面に傷が生じるのを抑制することが可能な製造装置を提供することを課題とする。

本発明に係る筒部材の製造装置は、ガスを収容する高圧タンクの胴体部の補強層に相当する筒部材を繊維強化樹脂により製造する、筒部材の製造装置であって、所定軸に沿って延びるマンドレルと、前記マンドレルの端部を保持し、前記所定軸を中心として前記マンドレルを回転させる回転装置と、前記回転装置により回転されている前記マンドレルに、樹脂が含浸された繊維束が巻き付くように供給する繊維供給装置と、前記マンドレルに巻き付いた前記繊維束に含浸された樹脂を固化させて前記筒部材を成形する固化装置と、を備え、前記マンドレルは、前記マンドレルの外周面を形成するとともに前記外周面が変形自在となる少なくとも１つの外周部材と、前記外周面が径方向の内側に移動するのを規制する規制部材と、を有し、前記製造装置は、前記繊維束が巻き付く巻き付け形状の前記外周面と、前記巻き付け形状の前記外周面を前記径方向の内側に移動させ前記マンドレルと前記筒部材とを前記マンドレルの軸方向に引き離すことが自在となる引き離し形状の前記外周面とに、前記規制部材を動作させることにより、前記マンドレルの外周面を変形させる変形装置と、前記筒部材と、前記引き離し形状の状態の前記外周面に変形した前記マンドレルと、を前記軸方向に引き離す引き離し装置と、をさらに備える。

本発明の筒部材の製造装置によれば、変形装置により外周面が巻き付け形状にされているマンドレルを回転装置によって回転させながら、繊維供給装置からマンドレルに繊維束を供給することによって、繊維束がマンドレルに巻き付けられる。このとき、規制部材によって外周面が径方向の内側に移動することを規制しているため、外周面は巻き付け形状に保持される。そして、マンドレルに巻き付けられた繊維束に含浸された樹脂を固化装置により固化させることによって、マンドレルの外周面に筒部材を成形する。その後、変形装置により規制部材を動作させ外周面を径方向の内側に移動させることによって、マンドレルの外周面と筒部材の内周面との間に隙間が形成された状態となる。この状態で引き離し装置によってマンドレルと筒部材とを軸方向に相対的に移動させて引き離すため、マンドレルの外周面と筒部材の内周面とが接触するのを抑制することができる。このため、筒部材の内周面に傷が生じるのを抑制することができる。

上記筒部材の製造装置において、好ましくは、前記外周部材は、前記軸方向に延びるスリットが形成された円筒体であり、前記規制部材は、前記スリットに対して挿抜可能なシムであり、前記シムが前記変形装置により前記スリットに挿入された状態で、前記シムは前記外周面が前記径方向の内側に移動するのを規制し、前記外周面は前記巻き付け形状になっており、前記シムが前記変形装置により前記スリットから抜かれた状態で、前記外周面は前記引き離し形状になっている。このように構成すれば、繊維束をマンドレルに巻き付ける際には、変形装置によりシムを外周部材のスリットに挿入することによって、外周面が径方向の内側に移動することが規制されるので、外周面を巻き付け形状に保持した状態で繊維束を巻き付けることができる。その一方、マンドレルと筒部材とを軸方向に相対的に移動させて引き離す際には、変形装置によりシムを外周部材のスリットから抜くことによって、外周面が径方向の内側に移動して引き離し形状になるので、マンドレルの外周面と筒部材の内周面とが接触するのを抑制することができる。また、外周部材は軸方向に延びるスリットが形成された円筒体であるため、スリットからシムを抜く際には、変形装置によりシムを径方向の内側に移動させればよい。すなわち、シムを径方向に移動させることによって、外周面を巻き付け形状と引き離し形状とに変更することができる。このため、外周面を巻き付け形状と引き離し形状とに変更する際にシムを軸方向に移動させる場合に比べて、シムの移動距離を短くすることができるので、外周面を巻き付け形状と引き離し形状とに容易に変更することができる。

上記筒部材の製造装置において、好ましくは、前記規制部材は、前記軸方向に延びる芯材であり、前記外周部材は、前記芯材の周囲に配置され前記外周面を形成する複数の外周体を含み、前記芯材は、前記複数の外周体を組み合わせることで内部に形成される空間に対して挿抜可能に形成されており、前記芯材が前記変形装置により前記空間に挿入された状態で、前記芯材は前記外周面が前記径方向の内側に移動するのを規制し、前記外周面は前記巻き付け形状になっており、前記芯材が前記変形装置により前記空間から抜かれた状態で、前記外周面は前記引き離し形状になっている。このように構成すれば、繊維束をマンドレルに巻き付ける際には、変形装置により芯材を前記空間に挿入することによって、外周面が径方向の内側に移動することが規制されるので、外周面を巻き付け形状に保持した状態で繊維束を巻き付けることができる。その一方、マンドレルと筒部材とを軸方向に相対的に移動させて引き離す際には、変形装置により芯材を前記空間から抜くことによって、外周面が径方向の内側に移動可能となり、外周面を引き離し形状にすることができるので、マンドレルの外周面と筒部材の内周面とが接触するのを抑制することができる。また、複数の外周体を組み合わせることで内部に形成される空間に対して芯材を挿抜することによって、外周面を巻き付け形状と引き離し形状とに変更することが可能となる。このため、例えば、外周面を巻き付け形状にする場合には変形装置によって１つの芯材を軸方向に移動させて前記空間に挿入することによって、１つの芯材により複数の外周体の移動を容易に規制することができる。

上記筒部材の製造装置において、好ましくは、前記マンドレルは、前記軸方向に延びるシャフトをさらに有し、前記外周部材は、前記シャフトの周囲に配置され前記外周面を形成する複数の外周体を含み、前記規制部材は、前記外周体の前記軸方向の両側に一対設けられており、前記規制部材は、前記シャフトと前記複数の外周体との間に配置され前記シャフトに沿って軸方向に移動する移動部材を含み、前記移動部材は、前記軸方向に対して傾斜する傾斜面を有し、前記外周体は、前記軸方向に対して傾斜するとともに前記移動部材の傾斜面に対して摺動する摺動面を有し、前記外周部材には、前記移動部材の傾斜面が前記摺動面に当接した状態で、前記外周面が前記径方向の内側に変位するように、前記複数の外周体を付勢する第１付勢部材が設けられており、一対の前記移動部材が、前記変形装置により前記マンドレルの軸方向に沿った所定位置に配置された状態で、前記移動部材は前記外周面が前記径方向の内側に移動するのを規制し、前記外周面は前記巻き付け形状になっており、前記一対の移動部材が、前記変形装置により前記所定位置から前記マンドレルの軸方向に沿って互いに遠ざかるように移動された状態で、前記外周面は前記引き離し形状になっている。このように、移動部材は軸方向に対して傾斜する傾斜面を有し、外周体は移動部材の傾斜面に対して摺動する摺動面を有するので、変形装置によって移動部材を軸方向に沿って移動させると、外周体の摺動面が移動部材の傾斜面に対して摺動する。このとき、第１付勢部材は外周面が径方向の内側に変位するように複数の外周体を付勢しているので、変形装置により一対の移動部材を互いに遠ざけることによって、外周体は第１付勢部材の付勢力により径方向の内側に移動し、外周面は引き離し形状になる。その一方、変形装置により一対の移動部材を互いに近づけることによって、外周体は第１付勢部材の付勢力に抗して径方向の外側に移動し、外周面は巻き付け形状になる。これにより、変形装置により移動部材を移動させることによって、外周面を巻き付け形状と引き離し形状とに容易に変更することができる。

この場合、好ましくは、一対の前記規制部材は、前記第１付勢部材が前記複数の外周体を付勢した状態で、前記一対の移動部材を、前記マンドレルの軸方向に沿って互いに近づく方向に付勢する第２付勢部材をさらに含み、前記第２付勢部材は、前記繊維束を前記マンドレルに巻き付ける際の前記繊維束による巻き締め力によって、前記第２付勢部材が前記マンドレルの軸方向に沿って圧縮弾性変形自在となるように前記移動部材を付勢する。ところで、繊維束に含浸される樹脂が熱硬化性樹脂である場合、未硬化の熱硬化性樹脂を硬化させる際に樹脂が熱により一旦軟化する。このとき、繊維束は、張力が付与された状態で巻回されているため、樹脂の軟化に伴って樹脂内において径方向内側（マンドレル側）に移動する。これにより、繊維束の張力が低下し、繊維束が緩んだ状態になる場合がある。しかしながら、この製造装置では、第２付勢部材は、繊維束による巻き締め力によって第２付勢部材がマンドレルの軸方向に沿って圧縮弾性変形自在となるように、移動部材を付勢する。すなわち、繊維束をマンドレルに巻き付ける際に外周面が径方向の内側に変位する。また、移動部材には第２付勢部材により互いに近づく方向に付勢力が作用しているため、外周体には径方向の外側に向かう力が作用している。このため、樹脂の軟化に伴って繊維束の張力が低下する分だけ、すなわち繊維束が径方向の内側に移動しようとする分だけ、外周体が径方向の外側に変位する。これにより、繊維束の張力が低下して繊維束が緩んだ状態になることが抑制されるので、繊維強化樹脂の強度が低下するのを抑制することができる。

上記筒部材の製造装置において、好ましくは、前記外周面を前記巻き付け形状にした状態で、前記外周体同士の間に隙間が形成されており、前記マンドレルの前記外周面を覆うように、前記繊維供給装置から前記繊維束が供給されるスリーブが設けられている。このように構成すれば、変形装置によって外周面を巻き付け形状にした状態で（すなわち、繊維束の巻回時に）、外周体同士の間に隙間が形成される場合であっても、スリーブにより隙間が覆われるので、繊維供給装置を用いて繊維束を巻回する際に未硬化の樹脂がその隙間に入り込むのを防止することができる。これにより、筒部材の内周面に凹凸等が形成されるのを防止することができる。

本発明によれば、筒部材の内周面に傷が生じるのを抑制することが可能な筒部材の製造装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る製造装置を用いて作製される高圧タンクの構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法を示すフローチャートである。 図２の接合工程を説明するための斜視図である。 図２のライナー形成工程を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係る製造装置の構成を説明するための概略図である。 本発明の第１実施形態に係る筒部材の製造装置および製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係る筒部材の製造装置および製造方法を説明するための断面図ある。 図２の筒部材形成工程を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る筒部材の製造装置および製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係る筒部材の製造装置および製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る筒部材の製造装置および製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る筒部材の製造装置および製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第４実施形態に係る筒部材の製造装置および製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第４実施形態に係る筒部材の製造装置および製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第４実施形態に係る製造装置を用いた際の効果を説明するための断面図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る筒部材２１を製造する製造装置１００について説明するが、その前に筒部材２１を有する高圧タンク１０の構成について簡単に説明する。以下では、高圧タンク１０を、燃料電池車両に搭載される高圧の水素ガスが充填されるタンクとして説明するが、その他の用途についても適用することができる。また、高圧タンク１０に充填可能なガスとしては、高圧の水素ガスに限定されない。

図１に示すように、高圧タンク１０は、筒状の胴体部の両端にドーム状の部分が設けられた高圧ガス貯蔵容器である。高圧タンク１０は、ガスバリア性を有するライナー１１と、ライナー１１の外面を覆う繊維強化樹脂からなる繊維強化樹脂層１２と、を備える。繊維強化樹脂層１２は、ライナー１１の外面を覆う補強層としての補強体２０と、補強体２０の外面を覆う外側補強層１３と、を有する。高圧タンク１０の一方端には、開口部が形成されており、開口部周辺には口金１４が取り付けられている。なお、高圧タンク１０の他方端には、開口部が形成されておらず、口金も設けられていない。

ライナー１１は、補強体２０の内面に沿って形成されている。ライナー１１は、高圧の水素ガスが充填される収容空間１７を形成する樹脂製部材である。ライナー１１を構成する樹脂は、充填されるガス（ここでは水素ガス）を収容空間１７内に保持する性能、即ち、ガスバリア性が良好な樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、及びエチレン－ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリエステル等の熱可塑性樹脂や、エポキシ等の熱硬化性樹脂が挙げられる。ライナー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、その他のガスが充填されてもよい。

口金１４は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料を所定形状に加工したものである。口金１４には、収容空間１７に対して水素ガスを充填および排出するためのバルブ１５が取り付けられている。

補強体２０は、ライナー１１の外面を覆っているとともに、ライナー１１を補強して高圧タンク１０の剛性や耐圧性等の機械的強度を向上させる機能を有する。補強体２０は、後述するように、円筒状の筒部材２１と、筒部材２１の両端に接続された一対のドーム部材２２および２３とを有するとともに、これらが一体化したものである。

外側補強層１３は、補強体２０の外面を覆うように形成されている。外側補強層１３は、樹脂及び繊維束（連続繊維）から構成されている。この繊維束は、ドーム部材２２および２３の軸方向外側への移動を防止し、ガス圧によってドーム部材２２および２３が筒部材２１から軸方向外側に外れるのを防止する。

次に、本発明の第１実施形態に係る高圧タンク１０の製造方法について説明する。図２は、高圧タンク１０の製造方法を示すフローチャートである。高圧タンク１０の製造方法は、図２に示すように、ドーム部材形成工程Ｓ１と、筒部材形成工程Ｓ２と、接合工程Ｓ３と、外側補強層形成工程Ｓ４と、ライナー形成工程Ｓ５と、を含んで構成されている。なお、ドーム部材形成工程Ｓ１と筒部材形成工程Ｓ２とは、互いに独立した工程であるため、並行して行ってもよいし、いずれの工程を先に行ってもよい。

ドーム部材形成工程Ｓ１において、繊維強化樹脂からなる一対のドーム部材２２および２３を形成する。例えば、樹脂が含浸された繊維束をドーム状の表面を有する型に貼り付けて（又は巻回して）硬化させたり、射出成形したりすることによって、ドーム部材２２および２３を形成することができる。このとき、ドーム部材２２には、貫通穴２２ｂを有する円筒状の突出部２２ａが形成される。そして、ドーム部材２２の突出部２２ａの外面に口金１４を取り付ける。

繊維束に含浸される樹脂としては、特に限定されるものではないが、例えば熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、及びエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましく、特に、機械的強度等の観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。一般的に、エポキシ樹脂とは、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンの共重合体等であるプレポリマーと、ポリアミン等である硬化剤と、を混合して熱硬化することで得られる樹脂である。エポキシ樹脂は、未硬化状態では流動性があり、熱硬化後は強靭な架橋構造を形成する。なお、繊維束に含浸される樹脂として、熱可塑性樹脂を用いてもよい。熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルファイド、ポリアクリル酸エステル、ポリイミド、ポリアミド等を用いることができる。

繊維束を構成する繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、及び炭素繊維等を用いることができ、特に、軽量性や機械的強度等の観点から炭素繊維を用いることが好ましい。

筒部材形成工程Ｓ２においては、後述する製造装置１００を用いて、繊維強化樹脂からなる筒部材２１を形成する。なお、筒部材２１を製造する製造装置１００および筒部材形成工程Ｓ２の詳細については、後述する。

接合工程Ｓ３においては、図３に示すように、筒部材２１の両端の周縁部２１ｂと一対のドーム部材２２および２３の周縁部２２ｃおよび２３ａ（図１参照）とを接合して、補強層としての補強体２０を形成する。

具体的には、筒部材２１の周縁部２１ｂとドーム部材２２および２３の周縁部２２ｃおよび２３ａとの一方（ここでは周縁部２１ｂ）を内側にし、他方（ここでは周縁部２２ｃおよび２３ａ）を外側にして嵌め合せる。このとき、筒部材２１とドーム部材２２および２３との間に接着剤（図示せず）を配置してもよい。このように構成すれば、後の工程において筒部材２１とドーム部材２２および２３とが外れるのをより抑制することができる。接着剤（図示せず）の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。

外側補強層形成工程Ｓ４においては、補強体２０の外面を覆うように、繊維強化樹脂により一対のドーム部材２２および２３に亘って繊維束が配置された外側補強層１３を形成する。これにより、補強体２０および外側補強層１３を有する繊維強化樹脂層１２が形成される。例えば、樹脂が含浸された繊維束を補強体２０の外面にヘリカル巻きすることによって、外側補強層１３を形成してもよい。また、樹脂が含浸された複数の繊維束を補強体２０の軸方向Ｘに延在させた状態で補強体２０の外面に貼り付けることによって外側補強層１３を形成してもよいし、樹脂が含浸された繊維束が編み込まれた繊維シートを補強体２０の外面に巻回する、所謂シートワインディング法を用いて外側補強層１３を形成してもよい。

この繊維束に含浸される樹脂としては、特に限定されるものではないが、筒部材２１およびドーム部材２２と同様の樹脂を用いることができる。また、繊維束を構成する繊維としては、特に限定されるものではないが、筒部材２１およびドーム部材２２と同様の繊維を用いることができる。

ライナー形成工程Ｓ５においては、図４に示すように、補強体２０の突出部２２ａに形成された貫通穴２２ｂを介して樹脂材料Ｍを挿入する。そして、繊維強化樹脂層１２を回転させながら、樹脂材料Ｍを固化することによって、ライナー１１を形成する。

具体的には、貫通穴２２ｂは、繊維強化樹脂層１２の内部空間と外部空間とを連通している。樹脂材料Ｍを吐出するノズル５００を貫通穴２２ｂに挿入し、繊維強化樹脂層１２の内部空間に樹脂材料Ｍを挿入する。そして、ノズル５００を貫通穴２２ｂから引き出す。

樹脂材料Ｍは、上述したように、ガスバリア性が良好な樹脂であることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエチレン、及びエチレン－ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリエステル等の熱可塑性樹脂や、エポキシ等の熱硬化性樹脂が挙げられるが、ポリアミドであることが好ましい。

その後、繊維強化樹脂層１２の内部空間を必要に応じて所定温度以上に加熱して、樹脂材料Ｍが低粘度で流動性を有した状態で、繊維強化樹脂層１２を水平方向に沿った軸を中心として周方向に回転させるとともに繊維強化樹脂層１２の両端を交互に上下させる（図４参照）。これにより、樹脂材料Ｍは流動性を有した状態で繊維強化樹脂層１２の回転により持ち上げられるとともに、樹脂材料Ｍの一部が自重により繊維強化樹脂層１２の内面を流れ落ちることによって、樹脂材料Ｍは補強体２０の内面全面を覆った状態になる。樹脂材料Ｍが熱硬化性樹脂である場合は内部空間を加熱して樹脂材料Ｍを硬化させ、ライナー１１を形成する。樹脂材料Ｍが熱可塑性樹脂である場合は内部空間の温度を下げることによって、樹脂材料Ｍを繊維強化樹脂層１２の内面を覆うように接触させた状態で固化させ、ライナー１１を形成する。ここでは、樹脂材料Ｍとして常温で流動性がある２種類以上の低分子量・低粘度の液体材料を用いて、反応射出成形（Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法によってライナー１１を形成する。この場合、内部空間を加熱することによりモノマーからポリマーを生成し、その後、内部空間を冷却することによりポリマーを固化させてライナー１１を形成する。

このライナー形成工程Ｓ５によれば、繊維強化樹脂層１２を形成した後であっても、繊維強化樹脂層１２の内側にライナー１１を容易に形成することができる。また、金型を用いた射出成形によりライナーを形成する場合と異なり、ライナー成形用の金型が不要である。

そして、口金１４にバルブ１５を取り付けることによって、高圧タンク１０が完成する。
次に、筒部材２１を製造するための製造装置１００について説明する。

図５に示すように、製造装置１００は、筒部材２１が形成される外周面２００ａを有するとともに中心軸（所定軸）ＣＬに沿って延びる円筒状のマンドレル２００と、マンドレル２００の軸方向両側に配置される一対の駆動ユニット１１０ａおよび１１０ｂと、樹脂が含浸された繊維束Ｆをマンドレル２００に供給する繊維供給装置１７０と、マンドレル２００に巻回された繊維束Ｆに含浸された樹脂を硬化（固化）させる加熱装置（固化装置）１８０と、を備える。

駆動ユニット１１０ａおよび１１０ｂの各々は、マンドレル２００を保持する保持装置１２０を備えている。駆動ユニット１１０ａおよび１１０ｂの少なくとも一方（ここでは駆動ユニット１１０ａおよび１１０ｂの両方）は、保持装置１２０をマンドレル２００の軸方向に移動させる移動装置（引き離し装置）１３０を備えている。また、駆動ユニット１１０ａおよび１１０ｂの少なくとも一方（ここでは駆動ユニット１１０ａ）は、保持装置１２０をマンドレル２００と共に中心軸ＣＬを中心として回転させる回転装置１４０を備えている。なお、各保持装置１２０は、中心軸ＣＬを中心として回転可能に設けられている。

各保持装置１２０は、マンドレル２００を構成する部材を保持する１つ以上の保持部材１２１を含んでおり、本実施形態では２つの保持部材１２１を含んでいる。保持部材１２１は、例えば、マンドレル２００を構成する部材を挟持するための複数の爪やアーム等によって構成されている。また、各保持装置１２０には、保持部材１２１の少なくとも１つ（ここでは１つ）を径方向に移動させる径方向移動機構１２５が設けられている。径方向移動機構１２５は、例えば、径方向に延びるレールと、ソレノイドやモータ等とによって構成されている。なお、本実施形態では、径方向移動機構１２５は、本発明の「変形装置」の一例である。

移動装置１３０は、１つ以上の保持部材１２１を一体的にまたは独立してマンドレル２００の軸方向に移動できるように構成されている。移動装置１３０は、例えば、軸方向に延びるレールと、ソレノイドやモータ等とによって構成されている。

回転装置１４０は、例えば、駆動モータと、駆動モータの回転駆動力を保持装置１２０に伝達するギアやシャフト等とによって構成されている。

加熱装置１８０は、例えば、ヒータと、ヒータの熱をマンドレル２００に吹き付ける送風機とによって構成されている。

図６および図７に示すように、マンドレル２００は、マンドレル２００の外周面２００ａを構成するとともに外周面２００ａが変形自在となる少なくとも１つ（ここでは１つ）の外周部材２０１と、外周面２００ａが径方向の内側に移動するのを規制する規制部材２０２と、を有する。本実施形態では、外周部材２０１は、軸方向に延びるスリット２０１ａが形成された円筒体であり、規制部材２０２は、スリット２０１ａに対して挿抜可能なシムである。なお、図７の上から１番目の図、２番目の図、３番目の図は、それぞれ、図６の上から１番目の図のＡ１－Ａ１線、２番目の図のＡ２－Ａ２線、３番目の図のＡ３－Ａ３線に沿った断面図である。以下、本明細書においては、図に関する記載を簡単にするために、例えば図６および図７のように１つの図面に複数の図が含まれている場合、その図面の上から１番目の図、上から２番目の図、上から…に対して、単に図面の１番目、２番目、…と言う。

外周部材２０１の両端は、保持部材１２１に保持されている。この保持部材１２１は、支持本体１２１ａと、マンドレル２００の軸方向に延びる軸部１２１ｂと、外周部材２０１を挟持する複数の爪１２１ｃと、を有する。なお、ここでは詳細な構造については説明を省略するが、複数の爪１２１ｃは、外周部材２０１を挟持するように所定の軸を中心として作動するように構成されているため、外周面２００ａが後述する巻き付け形状になっている場合も引き離し形状になっている場合も、外周部材２０１の端部を挟持することができる。

規制部材２０２は、マンドレル２００の軸方向に沿って延びるように形成されている。規制部材２０２の両端は保持部材１２１に保持されており、規制部材２０２は径方向移動機構１２５により外周部材２０１の径方向に移動可能となっている。また、規制部材２０２は、スリット２０１ａに挿入された状態（図７の２番目の状態）でスリット２０１ａの幅が狭まるのを規制することにより、外周面２００ａが径方向の内側に移動するのを規制する。

規制部材２０２が径方向移動機構１２５によりスリット２０１ａに挿入された状態（図６の２番目および図７の２番目の状態）で、外周面２００ａは、繊維束Ｆが巻き付けられる際の巻き付け形状になっている。その一方、規制部材２０２が径方向移動機構１２５によりスリット２０１ａから抜かれた状態（図６の３番目および図７の３番目の状態）で、外周面２００ａは、巻き付け形状よりも径方向の内側に移動し、マンドレル２００と筒部材２１とを軸方向に引き離すことが自在となる引き離し形状になっている。すなわち、外周部材２０１は、無負荷の状態（規制部材２０２がスリット２０１ａに挿入されていない状態）（図６の１番目および図７の１番目の状態）から、規制部材２０２がスリット２０１ａに挿入されることによって、弾性変形してスリット２０１ａが広げられた状態（図６の２番目および図７の２番目の状態）になる。その一方、外周部材２０１は、規制部材２０２がスリット２０１ａから抜かれることによって、弾性変形して元の状態に戻る。このように、繊維束Ｆをマンドレル２００に巻き付ける際には、径方向移動機構１２５により規制部材２０２を外周部材２０１のスリット２０１ａに挿入することによって、外周面２００ａが径方向の内側に移動することが規制されるので、外周面２００ａを巻き付け形状に保持した状態で繊維束Ｆを巻き付けることができる。その一方、マンドレル２００と筒部材２１とを軸方向に相対的に移動させて引き離す際には、径方向移動機構１２５により規制部材２０２を外周部材２０１のスリット２０１ａから抜くことによって、外周面２００ａが径方向の内側に移動して引き離し形状になるので、マンドレル２００の外周面２００ａと筒部材２１の内周面２１ｃとが接触するのを抑制することができる。また、外周部材２０１は軸方向に延びるスリット２０１ａが形成された円筒体であるため、スリット２０１ａから規制部材２０２を抜く際には、径方向移動機構１２５により規制部材２０２を径方向の内側に移動させればよい。すなわち、規制部材２０２を径方向に移動させることによって、外周面２００ａを巻き付け形状と引き離し形状とに変更することができる。このため、外周面２００ａを巻き付け形状と引き離し形状とに変更する際に規制部材２０２を軸方向に移動させる場合に比べて、規制部材２０２の移動距離を短くすることができるので、外周面２００ａを巻き付け形状と引き離し形状とに容易に変更することができる。

なお、規制部材２０２がスリット２０１ａに挿入され外周面２００ａが巻き付け形状になった状態では、外周部材２０１の外周面と規制部材２０２の外周面とは面一になっている。すなわち、マンドレル２００の外周面２００ａにはスリット２０１ａに起因する段差が形成されない。

外周部材２０１の材質は、特に限定されるものではないが、樹脂が含浸された繊維束Ｆを巻回する際に変形しない強度を確保するためには、金属であることが好ましい。また、規制部材２０２の材質は、特に限定されるものではないが、スリット２０１ａに挿入された際に変形しない強度を確保するためには、金属であることが好ましい。

次に、筒部材形成工程Ｓ２について説明する。

筒部材形成工程Ｓ２においては、図６および図７に示すように、回転装置１４０により回転する円筒状のマンドレル２００の外周面２００ａに繊維束Ｆを巻回するフィラメントワインディング法により筒部材２１となる筒体２１ａを形成する。なお、回転するマンドレル２００の外周面２００ａに繊維シートを巻回する所謂シートワインディング法により筒部材２１となる筒体２１ａを形成してもよい。

本実施形態では、筒部材形成工程Ｓ２は図８に示すように、マンドレル２００の外周面２００ａに、樹脂が含浸された繊維束Ｆを巻回して未硬化の繊維強化樹脂からなる筒体２１ａを形成する工程Ｓ２１と、未硬化の繊維強化樹脂を硬化させて筒部材２１を形成する（筒体２１ａを筒部材２１にする）工程Ｓ２２と、マンドレル２００の外周面２００ａを径方向の内側に移動させてマンドレル２００の外周面２００ａを筒部材２１の内周面２１ｃから離間させる工程Ｓ２３と、筒部材２１とマンドレル２００とを軸方向に相対的に移動させて引き離す工程Ｓ２４と、を含んでいる。なお、繊維束Ｆ（または繊維シート）に含浸される樹脂としては、特に限定されるものではないが、ドーム部材２２と同様の樹脂を用いることができ、本実施形態では熱硬化性樹脂を用いる。また、繊維束Ｆ（または繊維シート）を構成する繊維としては、特に限定されるものではないが、ドーム部材２２と同様の繊維を用いることができる。

筒部材形成工程Ｓ２では、工程Ｓ２１において、規制部材２０２を外周部材２０１のスリット２０１ａに挿入して外周面２００ａが巻き付け形状になった状態（図６の２番目および図７の２番目の状態）で、保持部材１２１およびマンドレル２００を所定の回転速度で回転させながら、マンドレル２００の外周面２００ａの所定領域に、樹脂が含浸された繊維束Ｆを供給する。これにより、マンドレル２００の外周面２００ａに繊維束Ｆが巻回され、未硬化の繊維強化樹脂からなる筒体２１ａが形成される。

その後、工程Ｓ２２において、加熱装置１８０により筒体２１ａに熱風を吹き付け、繊維束Ｆに含浸された未硬化の繊維強化樹脂を硬化させることによって、筒部材２１を形成する。

そして、工程Ｓ２３において、図６の３番目および図７の３番目に示すように、規制部材２０２をマンドレル２００の径方向の内側に移動させることにより、規制部材２０２をスリット２０１ａから引き抜く。これにより、マンドレル２００の外周面２００ａが径方向の内側に移動して、外周面２００ａが筒部材２１の内周面２１ｃから離間し、マンドレル２００の外周面２００ａと筒部材２１の内周面２１ｃとの間に隙間が形成される。なお、製造装置１００には、筒部材２１を保持する筒部材保持装置（図示せず）が設けられている。

その後、工程Ｓ２４において、駆動ユニット１１０ａの移動装置１３０によりマンドレル２００（外周部材２０１および規制部材２０２）を軸方向に移動させることにより、筒部材２１とマンドレル２００とを軸方向に引き離す。このとき、駆動ユニット１１０ｂの保持装置１２０によるマンドレル２００の保持は、解除される。このようにして筒部材形成工程Ｓ２が終了する。

本実施形態では、上記のように、径方向移動機構１２５により外周面２００ａが巻き付け形状にされているマンドレル２００を回転装置１４０によって回転させながら、繊維供給装置１７０からマンドレル２００に繊維束Ｆを供給することによって、繊維束Ｆがマンドレル２００に巻き付けられる。このとき、規制部材２０２によって外周面２００ａが径方向の内側に移動することを規制しているため、外周面２００ａは巻き付け形状に保持される。そして、マンドレル２００に巻き付けられた繊維束Ｆに含浸された樹脂を加熱装置１８０により固化させることによって、マンドレル２００の外周面２００ａに筒部材２１を成形する。その後、径方向移動機構１２５により規制部材２０２を動作させて外周面２００ａを径方向の内側に移動させることによって、マンドレル２００の外周面２００ａと筒部材２１の内周面２１ｃとの間に隙間が形成された状態となる。この状態で移動装置１３０によってマンドレル２００と筒部材２１とを軸方向に相対的に移動させて引き離すため、マンドレル２００の外周面２００ａと筒部材２１の内周面２１ｃとが接触するのを抑制することができる。このため、筒部材２１の内周面２１ｃに傷が生じるのを抑制することができる。

（第２実施形態）
この第２実施形態では、図９および図１０に示すように、上記第１実施形態と異なり、マンドレル２１０は、軸方向に延びる芯材からなる規制部材２１１と、規制部材２１１の周囲に配置され外周面２１０ａを形成する複数（ここでは４個）の外周体（外周部材）２１２、２１３、２１４および２１５との複数（ここでは５個）の分割体により形成されている。また、規制部材２１１および外周体２１２～２１５の各々は、保持部材１２１によって両端が保持されているとともに、移動装置１３０によって独立して軸方向に移動可能となっている。なお、図１０の１番目は、図９の２番目のＢ１－Ｂ１線に沿った断面図である。

外周体２１２～２１５は、互いに組み合わされることにより、内部に空間Ｓ１（図１０の２番目参照）が形成されるように構成されている。空間Ｓ１は、ここではマンドレル２１０の軸方向に延びる直方体状に形成される。すなわち、本実施形態では、外周体２１２～２１５によって、中心部に直方体状の空間Ｓ１を有する円筒が形成される。なお、規制部材２１１は、外周体２１２～２１５を組み合わせた状態で形成される空間Ｓ１と同じ大きさの直方体状に形成されている。

外周体２１２および２１３は、互いに所定間隔を隔てて平行に配置される対向面２１２ａおよび２１３ａを有するとともに、略半円形状の断面を有するように形成されている。外周体２１４および２１５は、外周体２１２および２１３の間に配置されるとともに、対向面２１２ａおよび２１３ａに沿って移動可能に形成されている。

また、図９に示すように、マンドレル２１０の外周面２１０ａの所定領域（具体的には、筒部材２１が形成される領域に対して両外側）には、リング部材２１９が取り付けられる取付溝２１０ｂが周方向に形成されている。取付溝２１０ｂにリング部材２１９を取り付けることによって、外周体２１２～２１５により形成される空間Ｓ１内に規制部材２１１を挿入した状態で、外周体２１２～２１５および規制部材２１１が互いに密着し、マンドレル２１０の外周面２１０ａが真円状になる。なお、リング部材２１９の材質は、筒部材２１を構成する樹脂の硬化温度に対して耐熱性を有していれば特に限定されるものではなく、例えば金属や耐熱ゴムなどを用いることができる。

また、空間Ｓ１内に規制部材２１１を挿入した状態で、外周面２１０ａは巻き付け形状になる。本実施形態では、後述するように、繊維束Ｆをマンドレル２１０に巻き付ける際には、移動装置１３０により規制部材２１１を空間Ｓ１に挿入することによって、外周面２１０ａが径方向の内側に移動することが規制されるので、外周面２１０ａを巻き付け形状に保持した状態で繊維束Ｆを巻き付けることができる。その一方、マンドレル２１０と筒部材２１とを軸方向に相対的に移動させて引き離す際には、移動装置１３０により規制部材２１１を空間Ｓ１から抜くことによって、外周面２１０ａが径方向の内側に移動可能となり、外周面２１０ａを引き離し形状にすることができるので、マンドレル２１０の外周面２１０ａと筒部材２１の内周面２１ｃとが接触するのを抑制することができる。また、外周体２１２～２１５を組み合わせることで内部に形成される空間Ｓ１に対して規制部材２１１を挿抜することによって、外周面２１０ａを巻き付け形状と引き離し形状とに変更することが可能となる。このため、例えば、外周面２１０ａを巻き付け形状にする場合には移動装置１３０によって１つの規制部材２１１を軸方向に移動させて空間Ｓ１に挿入することによって、１つの規制部材２１１により複数の外周体２１２～２１５の移動を容易に規制することができる。

本実施形態の筒部材形成工程Ｓ２では、工程Ｓ２１において、外周体２１２～２１５を組み合わせることにより形成される空間Ｓ１内に規制部材２１１を挿入することによって、マンドレル２１０の外周面２１０ａが巻き付け形状になる。このとき、規制部材２１１は、外周面２１０ａが径方向の内側に移動するのを規制する。この状態（図９の１番目の状態）で、マンドレル２１０の外周面２１０ａに筒体２１ａを形成する（図９の２番目および図１０の１番目参照）。

その後、工程Ｓ２２において、筒体２１ａに熱風を吹き付け未硬化の繊維強化樹脂を硬化させることによって、筒部材２１を形成する。

そして、工程Ｓ２３において、規制部材２１１を軸方向に引き抜くことによって（図１０の２番目参照）、外周体２１４および２１５が径方向内側に移動可能な状態になる。その後、外周体２１４および２１５を外周体２１２および２１３の対向面２１２ａおよび２１３ａに沿って径方向内側に移動させる（図１０の３番目参照）。これにより、外周体２１４および２１５が筒部材２１の内周面２１ｃから離間する。なお、駆動ユニット１１０ａの移動装置１３０により規制部材２１１を引き抜く場合、駆動ユニット１１０ｂの保持部材１２１による規制部材２１１の保持は解除され、規制部材２１１は片持ち状態で引き抜かれる。また、本実施形態では、移動装置１３０は、本発明の「変形装置」の一例である。

そして、外周体２１４および２１５を軸方向に引き抜くことによって、外周体２１２および２１３が径方向内側に移動可能な状態になる。その後、外周体２１２および２１３を径方向内側に移動させる（図１０の４番目参照）。これにより、外周体２１２および２１３の外周面と筒部材２１の内周面２１ｃとの間に隙間が形成され、外周面２１０ａが引き離し形状になる。なお、外周体２１４および２１５を軸方向に引き抜く際も、規制部材２１１と同様、外周体２１４および２１５は片持ち状態で引き抜かれる。

そして、工程Ｓ２４において、外周体２１２および２１３を軸方向に移動させることにより、筒部材２１と外周体２１２および２１３とを軸方向に引き離す。なお、外周体２１２および２１３を軸方向に引き抜く際も、規制部材２１１と同様、外周体２１２および２１３は片持ち状態で引き抜かれる。このようにして、筒部材形成工程Ｓ２が終了する。

第２実施形態のその他の構造、製造方法および効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
この第３実施形態では、図１１に示すように、上記第２実施形態と異なり、外周体２２２、２２３および２２４同士の間に隙間が形成される例について説明する。

第３実施形態では、マンドレル２２０は、軸方向に延びる芯材からなる規制部材２２１と、規制部材２２１の周囲に配置され外周面２２０ａを形成する複数（ここでは３個）の外周体（外周部材）２２２、２２３および２２４との複数（ここでは４個）の分割体により形成されている。外周体２２２～２２４は、扇状の断面を有するように形成されており、互いに組み合わされることにより、内部に空間Ｓ２が形成されるように構成されている。空間Ｓ２は、ここではマンドレル２２０の軸方向に延びる略円柱状に形成される。なお、上記第２実施形態と同様、マンドレル２２０の外周面２２０ａの所定領域には、リング部材２１９が取り付けられる取付溝２１０ｂが周方向に形成されている。

ここで、本実施形態では、外周体２２２～２２４には、外周面２２０ａが径方向の内側に変位するように、外周体２２２～２２４を付勢する第１付勢部材２２５が設けられている。具体的には、外周体２２２～２２４の周方向に隣接する面にはそれぞれ、引張コイルバネからなる第１付勢部材２２５を収容する凹部２２２ａ、２２３ａおよび２２４ａが形成されている。３つの第１付勢部材２２５によって、外周体２２２～２２４が互いに近づく方向に付勢されている。

そして、各外周体２２２～２２４は、２つの第１付勢部材２２５の合力によって径方向の内側に向かって付勢されている。これにより、外周体２２２～２２４を組み合わせた状態（図１１の２番目参照）で、第１付勢部材２２５の付勢力により、外周体２２２～２２４は互いに当接した状態になる。なお、第１付勢部材２２５を設けず、上記リング部材２１９として耐熱性ゴムなどを用いることによって、外周体２２２～２２４を径方向の内側に付勢してもよい。この場合、耐熱性ゴムなどからなるリング部材２１９は、本発明の「第１付勢部材」として機能する。

規制部材２２１は、外周体２２２～２２４を組み合わせた状態で形成される空間Ｓ２よりも外径が少しだけ大きい円柱状に形成されている。このため、空間Ｓ２に規制部材２２１を挿入した状態（図１１の１番目の状態）では、外周体２２２～２２４は、少し（例えば数ｍｍ）径方向外側に移動する。このとき、外周体２２２～２２４同士の間には隙間が形成され、マンドレル２２０の外周面２２０ａにもスリット状の溝（隙間）が形成される。また、このとき、規制部材２２１は、外周面２２０ａが径方向の内側に移動するのを規制する。

また、本実施形態では、マンドレル２２０の外周面２２０ａには、円筒状のスリーブ２２９が設けられている。これにより、ストッパ移動機構１９０を用いて外周面２２０ａを巻き付け形状にした状態で（すなわち、繊維束Ｆの巻回時に）、外周体２２２～２２４同士の間に隙間が形成される場合であっても、スリーブ２２９により隙間が覆われるので、繊維供給装置１７０によって繊維束Ｆを巻回する際に未硬化の樹脂がその隙間に入り込むのを防止することができる。このため、筒部材２１の内周面２１ｃに凹凸等が形成されるのを防止することができる。

また、スリーブ２２９は、空間Ｓ２に規制部材２２１が挿入されていない状態で外周体２２２～２２４の外周面（マンドレル２２０の外周面２２０ａ）に対して隙間を有する内径を有する。また、スリーブ２２９は、空間Ｓ２に規制部材２２１が挿入された状態で外周体２２２～２２４の外周面（マンドレル２２０の外周面２２０ａ）に密着するように形成されている。例えば、スリーブ２２９は、空間Ｓ２に規制部材２２１が挿入された状態（外周面２２０ａが巻き付け形状になっている状態）のマンドレル２２０の外径と同じ大きさの内径を有していてもよいし、径方向に少し（例えば、数ｍｍ以下）弾性変形するように形成されていてもよい。スリーブ２２９の材質としては、特に限定されるものではないが、例えば弾性変形可能な薄膜の鋼板や樹脂を用いることができる。

本実施形態では、工程Ｓ２１において、図１１の１番目に示すように、外周体２２２～２２４を組み合わせることにより形成される空間Ｓ２内に規制部材２２１を挿入することによりマンドレル２２０の外周面２２０ａが巻き付け形状となった状態で、マンドレル２２０の外周面２２０ａを覆うスリーブ２２９の外周面に筒体２１ａを形成する。

その後、工程Ｓ２２において、筒体２１ａに熱風を吹き付け未硬化の繊維強化樹脂を硬化させることによって、筒部材２１を形成する。

そして、工程Ｓ２３において、図１１の２番目に示すように、移動装置１３０により規制部材２２１を軸方向に引き抜くことにより、第１付勢部材２２５の作用によって外周体２２２～２２４が径方向内側に移動する。これにより、外周体２２２～２２４がスリーブ２２９の内周面から離間し、外周面２２０ａが引き離し形状となる。なお、本実施形態では、移動装置１３０は、本発明の「変形装置」の一例である。

その後、工程Ｓ２４において、外周体２２２～２２４を軸方向に引き抜く。この状態では、スリーブ２２９は筒部材２１の内周面２１ｃに密着した状態となっている。

そこで、本実施形態では、図１２に示すように、スリーブ引き抜き機構４００を用いてスリーブ２２９を筒部材２１から離間させる。具体的には、スリーブ引き抜き機構４００は、スリーブ２２９の両端部に配置される一対のアーム４０１と、各アーム４０１に複数（ここでは４個）設けられる爪４０２とを備えている。爪４０２は、アーム４０１に対して所定の角度回動するように構成されている。図１２の１番目の状態から図１２の２番目の状態に爪４０２を回動させることにより、スリーブ２２９は径方向内側に撓み、スリーブ２２９を筒部材２１から剥がすことができる。そして、アーム４０１を軸方向に移動させることにより、スリーブ２２９が引き抜かれる。このようにして、筒部材形成工程Ｓ２が終了する。なお、スリーブ引き抜き機構４００は、製造装置１００に備えられており、駆動ユニット１１０ａおよび１１０ｂによって作動される。

第３実施形態のその他の構造、製造方法および効果は、上記第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
この第４実施形態では、上記実施形態と異なり、未硬化の繊維強化樹脂を硬化させる工程Ｓ２２において、マンドレル２３０の外周面２３０ａが径方向の外側に変位する例について説明する。

第４実施形態では、図１３に示すように、マンドレル２３０は、シャフト２３１と、シャフト２３１の周囲に配置され外周面２３０ａを形成する複数（ここでは４個）の外周体（外周部材）２３２と、シャフト２３１と外周体２３２との間に配置され外周面２３０ａが径方向の内側に移動するのを規制する一対の規制部材２３５ａおよび２３５ｂ（図１４参照）と、を有する。一対の規制部材２３５ａおよび２３５ｂは、外周体２３２の軸方向両側に設けられている。なお、図１３の右図は、マンドレル２３０を軸方向から見た図であるが、理解を容易にするために、各部材にハッチングを施している。

シャフト２３１は、保持部材１２１によって両端が保持されている。

複数の外周体２３２には、上記第３実施形態と同様にして、後述する移動部材２３６ａおよび２３６ｂの傾斜面２３６ｃが外周体２３２の後述する摺動面２３２ａに当接した状態で、外周面２３０ａが径方向の内側に変位するように、外周体２３２を付勢する第１付勢部材２２５が設けられている（図１３の右図参照）。また、外周体２３２の外周面（マンドレル２３０の外周面２３０ａ）の所定領域には、上記第３実施形態と同様、リング部材２１９が取り付けられる取付溝２１０ｂが周方向に形成されている。また、外周体２３２の外周面には、上記第３実施形態と同様、スリーブ２２９が設けられている。

ここで、本実施形態では、外周体２３２は、軸方向両側に向かって厚みが薄くなるように形成されている。具体的には、外周体２３２の内面（シャフト２３１に対向する面）の軸方向両側の部分には、軸方向に対して傾斜する摺動面２３２ａが形成されている。

図１４に示すように、規制部材２３５ａは、シャフト２３１と複数の外周体２３２との間に配置されシャフト２３１に沿って軸方向に移動する移動部材２３６ａと、移動部材２３６ａに対して所定間隔をおいて配置される円盤状のストッパ２３７ａと、移動部材２３６ａとストッパ２３７ａとの間に配置される圧縮コイルバネからなる第２付勢部材２３８ａと、を含んでいる。同様に、規制部材２３５ｂは、シャフト２３１と複数の外周体２３２との間に配置されシャフト２３１に沿って軸方向に移動する移動部材２３６ｂと、移動部材２３６ｂに対して所定間隔をおいて配置される円盤状のストッパ２３７ｂと、移動部材２３６ｂとストッパ２３７ｂとの間に配置される圧縮コイルバネからなる第２付勢部材２３８ｂと、を含んでいる。

移動部材２３６ａおよび２３６ｂは、中心部に貫通穴が形成された円錐台状に形成されている。すなわち、移動部材２３６ａおよび２３６ｂの外周面（円錐台の側面）は、軸方向に対して傾斜する傾斜面２３６ｃである。この傾斜面２３６ｃは、外周体２３２の摺動面２３２ａに対して摺動する。なお、後述するように、移動装置１３０により移動部材２３６ａおよび２３６ｂを軸方向に移動させることにより、外周面２３０ａを巻き付け形状と引き離し形状とに容易に変更することができる。

ストッパ２３７ａおよび２３７ｂは、シャフト２３１の所定位置に取り付けられている。また、ストッパ２３７ａおよび２３７ｂは、駆動ユニット１１０ａおよび１１０ｂに設けられたストッパ移動機構１９０によって軸方向に移動可能に構成されている。ストッパ２３７ａおよび２３７ｂが軸方向に移動されることによって、ストッパ２３７ａおよび２３７ｂと移動部材２３６ａおよび２３６ｂとの間隔が変化するので、一対の第２付勢部材２３８ａおよび２３８ｂの付勢力が変更される。一対の第２付勢部材２３８ａおよび２３８ｂは、第１付勢部材２２５が複数の外周体２３２を付勢した状態で、一対の移動部材２３６ａおよび２３６ｂをマンドレル２３０の軸方向に沿って互いに近づく方向に付勢する。なお、本実施形態では、ストッパ移動機構１９０は、本発明の「変形装置」の一例である。

本実施形態では、例えば、ストッパ移動機構１９０によりストッパ２３７ａおよび２３７ｂが図１４の１番目に示した位置から互いに接近する方向に移動されると、ストッパ２３７ａおよび２３７ｂと移動部材２３６ａおよび２３６ｂとの間隔が狭くなり、第２付勢部材２３８ａおよび２３８ｂの付勢力が大きくなる。これにより、移動部材２３６ａおよび２３６ｂが互いに接近するように移動し、外周体２３２の摺動面２３２ａは、移動部材２３６ａおよび２３６ｂの傾斜面２３６ｃに対して摺動しながら、第１付勢部材２２５の付勢力に抗して径方向の外側に移動する。このとき、移動部材２３６ａおよび２３６ｂは、図１４の２番目に示した位置（所定位置）に配置されるとともに外周面２３０ａが径方向の内側に移動するのを規制し、外周面２３０ａは、スリーブ２２９の内周面に密着するとともに、巻き付け形状になる。

その一方、ストッパ移動機構１９０によりストッパ２３７ａおよび２３７ｂが図１４の２番目に示した位置から互いに遠ざかる方向に移動されると、ストッパ２３７ａおよび２３７ｂと移動部材２３６ａおよび２３６ｂとの間の間隔が広くなり、第２付勢部材２３８ａおよび２３８ｂの付勢力が小さくなる。このとき、第１付勢部材２２５は外周面２３０ａが径方向の内側に変位するように複数の外周体２３２を付勢しているので、ストッパ移動機構１９０により一対の移動部材２３６ａおよび２３６ｂを互いに遠ざけることによって、外周体２３２の摺動面２３２ａは、移動部材２３６ａおよび２３６ｂの傾斜面２３６ｃに対して摺動しながら、第１付勢部材２２５の付勢力により径方向の内側に移動する。このとき、外周面２３０ａは、スリーブ２２９の内周面から離間するとともに、引き離し形状になる。

なお、後述するように、第２付勢部材２３８ａおよび２３８ｂは、繊維束Ｆをマンドレル２３０に巻き付ける際の繊維束Ｆによる巻き締め力によって、第２付勢部材２３８ａおよび２３８ｂがマンドレル２３０の軸方向に沿って圧縮弾性変形自在となるように、すなわち巻き締め力によって外周面２３０ａが径方向の内側に変位可能な付勢力で、移動部材２３６ａおよび２３６ｂを付勢する。このため、後述するように、繊維束Ｆをマンドレル２３０に巻き付けると、巻き締め力によって外周面２３０ａが径方向の内側に変位するとともに、移動部材２３６ａおよび２３６ｂは互いに遠ざかる方向に移動する。

本実施形態では、工程Ｓ２１において、複数の外周体２３２を組み合わせた状態（図１３の１番目および図１４の１番目の状態）で、ストッパ２３７ａおよび２３７ｂを第１の位置（マンドレル２３０から比較的遠い位置、図１４の１番目に示した位置）から第２の位置（マンドレル２３０に比較的近い位置、図１４の２番目に示した位置）に移動させることによって、外周体２３２が径方向外側に移動してスリーブ２２９に密着する。そして、図１３の２番目および図１４の３番目に示すように、マンドレル２３０の外周面２３０ａを覆うスリーブ２２９の外周面に筒体２１ａを形成する。このとき、樹脂が含浸された繊維束Ｆは所定の張力が付与された状態で巻回されるため、繊維束Ｆによる巻き締め力によって、外周面２３０ａが径方向の内側に少しだけ（例えば１ｍｍ未満）変位する。

その後、工程Ｓ２２において、筒体２１ａに熱風を吹き付け未硬化の繊維強化樹脂を硬化させることによって、筒部材２１を形成する。

ここで、図１５に示すように、筒体２１ａを構成する樹脂Ｒは、熱風が吹き付けられることにより硬化する際に、熱により一旦軟化する。このとき、繊維束Ｆは、張力が付与された状態で巻回されているため、樹脂Ｒの軟化に伴って樹脂Ｒ内において径方向内側（マンドレル２３０側）に移動する。これにより、繊維束Ｆの張力が低下し、繊維束Ｆが緩んだ状態になる場合がある。

しかしながら、本実施形態では、第２付勢部材２３８ａおよび２３８ｂは、繊維束Ｆの巻き締め力によって第２付勢部材２３８ａおよび２３８ｂがマンドレル２３０の軸方向に沿って圧縮弾性変形自在となるように、移動部材２３６ａおよび２３６ｂを付勢する。すなわち、繊維束Ｆをマンドレル２３０に巻き付ける際に外周体２３０ａが径方向の内側に変位する。また、移動部材２３６ａおよび２３６ｂには第２付勢部材２３８ａおよび２３８ｂにより近づく方向に付勢力が作用しているため、外周体２３２には径方向の外側に向かう力が作用している。このため、樹脂Ｒの軟化に伴い繊維束Ｆの張力が低下する分だけ、すなわち繊維束Ｆが径方向の内側に移動しようとする分だけ、外周体２３２が径方向の外側に変位する。これにより、繊維束Ｆの張力が低下して繊維束Ｆが緩んだ状態になることが抑制されるので、筒部材２１の強度が低下することが抑制することができる。

そして、工程Ｓ２３において、図１４の４番目に示すように、ストッパ２３７ａおよび２３７ｂを第２の位置から第１の位置に移動させることによって、第１付勢部材２２５の作用により外周体２３２が径方向の内側に移動する。これにより、外周体２３２はスリーブ２２９の内周面から離間し、外周面２３０ａは引き離し形状になる。

その後、工程Ｓ２４において、図１４の５番目に示すように、マンドレル２３０（シャフト２３１、外周体２３２、規制部材２３５ａおよび２３５ｂ）を軸方向に移動させることにより、筒部材２１とマンドレル２３０とを軸方向に引き離す。この状態では、スリーブ２２９は筒部材２１の内周面２１ｃに密着した状態となっている。このため、上記第３実施形態と同様、スリーブ引き抜き機構４００を用いてスリーブ２２９を筒部材２１から離間させた後、引き抜く。このようにして、筒部材形成工程Ｓ２が終了する。

第４実施形態のその他の構造、製造方法および効果は、上記第３実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、補強体および外側補強層を形成した後にライナーを形成する例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、接合工程において筒部材の両端の周縁部とドーム部材の周縁部とを組み合わせる際に、予め形成した樹脂製のライナー（図示せず）に覆い被せてもよい。この場合、ライナー形成工程は実施されない。なお、ライナーは、従来知られた製造方法によって形成することが可能であるが、ライナーの外面にＦＷ法を用いて繊維束を巻回しないため、ライナーの強度を高くしなくてよい。このため、ライナーの厚みを従来のライナーに比べて薄くすることができる。また、ライナーを樹脂材料に替えてアルミニウム合金等の金属材料によって形成してもよい。

また、例えば上記第３および第４実施形態では、マンドレルの外周面にスリーブを設け、スリーブ上に筒体を形成する例について示したが、本発明はこれに限らない。上記第１および第２実施形態においてマンドレルの外周面にスリーブを設けてもよいし、上記第３および第４実施形態においてマンドレルの外周面にスリーブを設けなくてもよい。

また、例えば上記第４実施形態では、第２付勢部材を用いて移動部材を外周体に向かって付勢する例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、油圧機構等を用いて移動部材を外周体に向かって押圧してもよい。また、移動部材を保持する保持機構を用いて移動部材の位置を変更してもよい。いずれの場合も、工程Ｓ２２において、マンドレルの外周面を径方向の外側に変位させることができる。

また、例えば上記第３および第４実施形態では、マンドレルの外周面を巻き付け形状から引き離し形状に変更した際にスリーブが筒部材に密着している例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、スリーブの外周面に対して、離型剤を塗布したり、クロムメッキを施したり、微小な凹凸が形成されるように表面処理を施したりすることによって、スリーブと筒部材との密着性を低下させてもよい。このように構成すれば、マンドレルの外周面を巻き付け形状から引き離し形状に変更する際に、スリーブを筒部材の内周面から離間させる（剥がす）ことが可能となる。この場合、スリーブはマンドレルの外周面に支持されるので、マンドレルを軸方向に引き抜くことによりスリーブも同時に引き抜くことができる。

また、例えば上記第４実施形態では、移動部材を用いて外周体を径方向に移動させる例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、外周体とシャフトとの間に弾性変形可能な耐熱性ゴム等からなる袋状の部材を設けるとともに、この袋状の部材の内部に油等の液体を充填し、油圧（液圧）機構を用いて袋状の部材を膨張・収縮させることにより外周体を径方向に移動させてもよい。

また、上記実施形態では、固化装置として加熱装置を用いる例について示したが、本発明はこれに限らない。例えば、繊維束に含浸させる樹脂として熱可塑性樹脂を用いる場合、樹脂を軟化させた状態で繊維束をマンドレルに巻回する。この場合、樹脂を固化させる固化装置として、冷却風を送風する送風装置を用いてもよい。

１０：高圧タンク、２０：補強体（補強層）、２１：筒部材、１００：製造装置、１２５：径方向移動機構（変形装置）、１３０：移動機構（引き離し装置、変形装置）、１４０：回転装置、１７０：繊維供給装置、１８０：加熱装置（固化装置）、１９０：ストッパ移動機構（変形装置）、２００，２１０，２２０，２３０：マンドレル、２００ａ，２１０ａ，２２０ａ，２３０ａ：外周面、２０１：外周部材、２０１ａ：スリット、２０２，２１１，２２１，２３５ａ，２３５ｂ：規制部材、２１２～２１５，２２２～２２４，２３２：外周体（外周部材）、２２５：第１付勢部材、２２９：スリーブ、２３１：シャフト、２３２ａ：摺動面、２３６ａ，２３６ｂ：移動部材、２３６ｃ：傾斜面、２３８ａ，２３８ｂ：第２付勢部材、ＣＬ：中心軸（所定軸）、Ｆ：繊維束、Ｓ１，Ｓ２：空間

Claims (2)

1. ガスを収容する高圧タンクの胴体部の補強層に相当する筒部材を繊維強化樹脂により製造する、筒部材の製造装置であって、
   所定軸に沿って延びるマンドレルと、
   前記マンドレルの端部を保持し、前記所定軸を中心として前記マンドレルを回転させる回転装置と、
   前記回転装置により回転されている前記マンドレルに、熱硬化性樹脂が含浸された繊維束が巻き付くように供給する繊維供給装置と、
   前記マンドレルに巻き付いた前記繊維束に含浸された熱硬化性樹脂を熱硬化させて前記筒部材を成形する固化装置と、
   を備え、
   前記マンドレルは、前記マンドレルの外周面を形成するとともに前記外周面が変形自在となる少なくとも１つの外周部材と、前記外周面が径方向の内側に移動するのを規制する規制部材と、を有し、
   前記製造装置は、
   前記繊維束が巻き付く巻き付け形状の前記外周面と、前記巻き付け形状の前記外周面を前記径方向の内側に移動させ前記マンドレルと前記筒部材とを前記マンドレルの軸方向に引き離すことが自在となる引き離し形状の前記外周面とに、前記規制部材を動作させることにより、前記マンドレルの外周面を変形させる変形装置と、
   前記筒部材と、前記引き離し形状の状態の前記外周面に変形した前記マンドレルと、を前記軸方向に引き離す引き離し装置と、
   をさらに備え、
   前記マンドレルは、前記軸方向に延びるシャフトをさらに有し、
   前記外周部材は、前記シャフトの周囲に配置され前記外周面を形成する複数の外周体を含み、
   前記規制部材は、前記外周体の前記軸方向の両側に一対設けられており、
   前記規制部材は、前記シャフトと前記複数の外周体との間に配置され前記シャフトに沿って軸方向に移動する移動部材を含み、
   前記移動部材は、前記軸方向に対して傾斜する傾斜面を有し、
   前記外周体は、前記軸方向に対して傾斜するとともに前記移動部材の傾斜面に対して摺動する摺動面を有し、
   前記外周部材には、前記移動部材の傾斜面が前記摺動面に当接した状態で、前記外周面が前記径方向の内側に変位するように、前記複数の外周体を付勢する第１付勢部材が設けられており、
   一対の前記移動部材が、前記変形装置により前記マンドレルの軸方向に沿った所定位置に配置された状態で、前記移動部材は前記外周面が前記径方向の内側に移動するのを規制し、前記外周面は前記巻き付け形状になっており、
   前記一対の移動部材が、前記変形装置により前記所定位置から前記マンドレルの軸方向に沿って互いに遠ざかるように移動された状態で、前記外周面は前記引き離し形状になっており、
   一対の前記規制部材は、前記第１付勢部材が前記複数の外周体を付勢した状態で、前記一対の移動部材を、前記マンドレルの軸方向に沿って互いに近づく方向に付勢する第２付勢部材をさらに含み、
   前記第２付勢部材は、前記繊維束を前記マンドレルに巻き付ける際の前記繊維束による巻き締め力によって、前記第２付勢部材が前記マンドレルの軸方向に沿って圧縮弾性変形自在となるように前記移動部材を付勢することを特徴とする筒部材の製造装置。
2. 前記外周面を前記巻き付け形状にした状態で、前記外周体同士の間に隙間が形成されており、
   前記マンドレルの前記外周面を覆うように、前記繊維供給装置から前記繊維束が供給されるスリーブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の筒部材の製造装置。