JPWO2013099010A1 - タンク及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

補強繊維層を有するタンクの製造方法であって、樹脂を含浸した繊維を所定分巻き付ける巻き付け工程と、巻き付けた繊維に含浸している樹脂を熱硬化することで、補強繊維層を形成する硬化工程と、を備える。巻き付け工程では、巻き終わりとなる繊維の端部を、既に巻き付けられている内側繊維層に押し込み、端部の一部である固定領域の少なくとも一部を、前記最外層を形成する繊維間に挟み、 前記端部を前記内側繊維層に対して固定する。

Description

本発明は、補強繊維層を有するタンク及びその製造方法に関する。
例えば燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムには、燃料ガスの供給源として、高圧水素タンクが用いられる。この高圧水素タンクの製造は、一般に、フィラメントワインディング法を用いて行われる。具体的には、フィラメントワインディング法により、熱硬化性の樹脂を含浸した繊維をライナー（内容器）の外周面に巻き付け、その後、巻き付けた繊維の樹脂を熱硬化する。これにより、ライナーの外周面に補強繊維層を形成し、高圧水素タンクの強度を確保している。
ところで、フィラメントワインディング法は、一般に低粘度の樹脂を含浸した繊維を用いるため、巻き終わりとなる繊維の端部である繊維終端は、既に繊維が巻き付けられることで形成された面である巻き付け面に十分に付かず、剥がれるおそれがある。また、熱硬化時には、熱により樹脂の粘度がさらに低下するため、繊維終端が緩みやすくなる。このため、巻き終わりの際には、作業員が、繊維を切断した後、繊維終端を巻き付け面にしっかりと縛り固定することなどが行われていた。
このような縛り固定方法とは別の繊維終端処置方法として、例えば下記特許文献１に記載の方法も知られている。この方法では、プリプレグの繊維終端の内面に両面テープを貼着し、巻き終わりの際に、繊維終端を巻き付け面に貼着している。また、下記特許文献２に記載のタンクの製造方法は、樹脂を含浸した繊維を所定分巻き付ける巻き付け工程と、巻き付けた繊維に含浸している樹脂を熱硬化することで補強繊維層を形成する硬化工程と、を有する。この巻き付け工程では、治具を用いて、既に巻き付けられた繊維の内側へ繊維終端を入れるようにしている。より具体的には、既に巻き付けられた繊維の最外層とその最外層よりも内側の層との間に繊維終端を挟むように、既に巻き付けられた最外層を形成する繊維を横切らせて繊維終端を入れ込み、複数本の既に巻き付けられた繊維によって繊維終端を押さえ込んでいるものである。
しかしながら、作業員の手で繊維終端を縛り固定する方法では、非常に手間と時間がかかる。タンクを量産化するためには、フィラメントワインディング法の巻き付け工程にかかる時間を短くし、その作業性を改善することが望ましい。
また、両面テープを用いる特許文献１に記載の方法や、すでに巻き付けられた繊維の内側へ繊維終端を入れる特許文献２に記載の方法では、熱硬化後に、その両面テープの部分あるいは繊維が入れこまれて繊維同士が重なっている部分が盛り上がり、タンクの外表面に凹凸ができる可能性が高い。この凹凸ができると、完成品としてのタンクの見た目が美しくないばかりか、凹凸に応力集中が生じて損傷の原因となってしまい、補強繊維層の強度も低下してしまうことがある。更に、特許文献１または特許文献２に記載の技術では、人の手による作業が必須のものとなり、自動化が困難である。
特開平９?１８３１６４号公報 特開２００９?２８５９７３号公報
上述したように、上記特許文献１または特許文献２に記載の技術では、人の手による作業が必須のものであることに加え、表面に凹凸ができてしまうという解決すべき課題がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、完成後のタンク表面の平滑度をより高めることが可能であり量産化のための製造時の作業性を改善することが可能なタンクの製造方法及びその表面の平滑度がより高度に確保されたタンクを提供することにある。
上記課題を解決するために本発明に係るタンクの製造方法は、補強繊維層を有するタンクの製造方法であって、樹脂を含浸した繊維を所定分巻き付ける巻き付け工程と、巻き付けた繊維に含浸している樹脂を熱硬化することで、補強繊維層を形成する硬化工程と、を備える。巻き付け工程では、巻き終わりとなる繊維の端部を、既に巻き付けられている内側繊維層に押し込むことで、端部の一部である固定領域の少なくとも一部を、最外層を形成する繊維間に挟み、端部を内側繊維層に対して固定する。
本発明者らは、従来のタンクの製造方法では、既に巻き付けられた繊維を横切るように繊維終端を入れ込んで、複数本の既に巻き付けられた繊維によって繊維終端を押さえ込んでいることそのものが、製造後のタンク表面の凹凸の原因になっているのではないかと考えた。既に巻き付けられた繊維の最外層とその最外層よりも内側の層との間に繊維終端を挟むように、既に巻き付けられた最外層を形成する繊維を横切らせて繊維終端を入れ込めば、繊維終端が入り込んだ部分によって既に巻き付けられた繊維が持ち上げられる。換言すれば、入り込ませた繊維終端を乗り越えるように、既に巻き付けられた繊維が他の部分と比較して急激に盛り上がる。
そこで本発明では、巻き終わりとなる繊維の端部を、既に巻き付けられている内側繊維層に押し込むことで、端部の一部である固定領域の少なくとも一部を、最外層を形成する繊維間に挟み、端部を内側繊維層に対して固定する。このように端部を処理することで、端部が入り込む内側繊維層の局所的な盛り上がりを緩和している。具体的には、既に巻き付けられている内側繊維層を形成する繊維は、複数本の繊維が隣接している状態となっている。そこで、端部を内側繊維層に対して押し込むことで、隣接する繊維間に存在する微小な隙間を極力利用し、端部の一部である固定領域が入り込む空間を形成している。このように固定領域が入り込む空間を形成することで、内側繊維層の局所的な盛り上がりを緩和している。更に本発明では、端部を押し込むことのみで終端処理が可能なので、作業性が格段に向上される。
また本発明に係るタンクの製造方法では、巻き付け工程において、端部の押し込みによって、固定領域の一部を最外層を形成する繊維間に挟む一方で、固定領域の残部を最外層よりも奥側の内側繊維層に配置することも好ましい。
この好ましい態様では、固定領域の一部を最外層を形成する繊維間に挟んでいるので、最外層の局所的な盛り上がりを緩和しつつ固定領域の一部を狭持することができる。更に固定領域の残部を最外層よりも奥側の内側繊維層に配置するので、固定領域の残部をより確実に保持することができる。従って、固定領域全体を、最外層の盛り上がりを回避しつつ、最外層及びそれよりも奥側の内側繊維層においてより確実に保持することができる。
また本発明に係るタンクの製造方法では、固定領域の残部を、固定領域の一部よりも端部の末端に近い方に形成してなることも好ましい。
この好ましい態様では、端部の末端に近い方に固定領域の残部を形成することで、固定領域の残部を内側繊維層の奥側に配置することがより容易なものとなる。
また本発明に係るタンクの製造方法では、固定領域を最外層を含む面と交差する方向に沿わせて屈曲させ、固定領域の残部を最外層よりも奥側の内側繊維層に配置することも好ましい。
この好ましい態様では、固定領域を、最外層を含む面と交差する方向に屈曲させて内側繊維層に配置しているので、固定領域を引き抜く方向に作用する外力に対して固定領域の残部と内側繊維層との摩擦力によって対抗することができ、繊維の端部をより確実に固定することができる。
また本発明に係るタンクの製造方法では、巻き付け工程において、終端処理治具を用いて端部を処理するものであって、終端処理治具は、内側繊維層に差し込まれることで互いに隣接する繊維同士の間隔を広げる第１部分と、その間隔を広げた部分に端部を押し込む第２部分とを有することも好ましい。
この好ましい態様では、終端処理治具の第１部分が繊維同士の間隔を一時的に広げるので、その広げた間隔に固定領域を配置することがより容易に可能なものとなり、隣接する繊維間に存在する微小な空間を有効に利用することができる。更に、第１部分が隣接する繊維同士の間隔を広げたところに、第２部分が端部を押し込むので、端部の一分である固定領域を内側繊維層内に容易に配置することができる。
また上記課題を解決するために本発明に係るタンクは、樹脂を含浸した繊維を巻き付けた後でその樹脂を熱硬化させてなる補強繊維層を有するタンクであって、補強繊維層は、巻き終わりとなる繊維の端部と、端部よりも先に巻き付けられてなる内側繊維層とを有し、端部の一部である固定領域の少なくとも一部が、内側繊維層の最外層を形成する繊維間に挟み込まれることで、端部が内側繊維層に対して固定されている。
本発明では、端部の一部である固定領域の少なくとも一部を、最外層を形成する繊維間に挟み、端部を内側繊維層に対して固定する。このように端部を処理することで、端部が入り込む内側繊維層の局所的な盛り上がりを緩和している。具体的には、既に巻き付けられている内側繊維層を形成する繊維は、複数本の繊維が隣接している状態となっている。そこで、隣接する繊維間に存在する微小な隙間を極力利用し、端部の一部である固定領域が入り込む空間を内部繊維層に形成している。このように固定領域が入り込む空間を形成することで、内側繊維層の局所的な盛り上がりを緩和している。
また本発明に係るタンクでは、固定領域の一部が最外層を形成する繊維間に挟まれている一方で、固定領域の残部が最外層よりも奥側の内側繊維層に配置されていることも好ましい。
この好ましい態様では、固定領域の一部を最外層を形成する繊維間に挟んでいるので、最外層の局所的な盛り上がりを緩和しつつ固定領域の一部を狭持することができる。更に固定領域の残部を最外層よりも奥側の内側繊維層に配置するので、固定領域の残部をより確実に保持することができる。従って、固定領域全体を、最外層の盛り上がりを回避しつつ、最外層及びそれよりも奥側の内側繊維層においてより確実に保持することができる。
また本発明に係るタンクでは、固定領域の残部が、固定領域の一部よりも端部の末端に近い方に形成されてなることも好ましい。
この好ましい態様では、端部の末端に近い方に固定領域の残部を形成することで、固定領域の残部を内側繊維層の奥側に配置することがより容易なものとなる。
また本発明に係るタンクでは、固定領域が最外層を含む面と交差する方向に沿わせて屈曲され、固定領域の残部が最外層よりも奥側の内側繊維層に配置されてなることも好ましい。
この好ましい態様では、固定領域を、最外層を含む面と交差する方向に屈曲させて内側繊維層に配置しているので、固定領域を引き抜く方向に作用する外力に対して固定領域の残部と内側繊維層との摩擦力によって対抗することができ、繊維の端部をより確実に固定することができる。
本発明によれば、完成後のタンク表面の平滑度をより高めることが可能であり作業性も向上可能なタンクの製造方法及びその表面の平滑度がより高度に確保されたタンクを提供することができる。
実施形態に係るタンクを搭載した燃料電池自動車を示す図である。 実施形態に係る高圧タンクの製造設備の概略を示す図であり、高圧タンクの一部を断面で示す図である。 繊維の巻き方を示すライナーの側面図であり、（Ａ）はフープ巻きを示す図であり、（Ｂ）はヘリカル巻きを示す図である。 巻付け工程が終了するときの繊維終端の処置を示す図であって、繊維の巻き付けを数巻き分残した状態の高圧タンクの拡大側面図である。 巻付け工程が終了するときの繊維終端の処置を示す図であって、（Ａ）は図４のＢ方向からみた拡大図であって治具をセットした状態を示し、（Ｂ）は治具を用いて繊維終端を処置した状態を示すものである。 治具によって繊維終端を処置するメカニズムを説明するための図である。 従来の終端処理方法を説明するための図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。尚、本実施形態では、タンクとして、常圧よりも高い圧力で内容物を貯留可能な高圧タンクを例に説明する。
図１は、本実施形態に係る高圧タンクを搭載した燃料電池自動車を示す図である。図１に示すように、燃料電池自動車１００は、例えば３つの高圧タンク１を車体のリア部に搭載する。各高圧タンク１は、燃料電池システム１０１の一部を構成し、ガス供給ライン１０２を通じて燃料電池１０４に燃料ガスを供給する。高圧タンク１に貯留される燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば２０ＭＰａの圧縮天然ガス、又は、例えば３５ＭＰａあるいは７０ＭＰａ水素ガスである。なお、高圧タンク１は、燃料電池自動車のみならず、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型にも適用できる。
図２は、高圧タンク１の製造設備の概略を示す図であり、高圧タンク１の一部を断面で示す図である。図２に示すように、高圧タンク１は、内部に貯留空間２が画成されるように中空状に形成されたライナー３と、ライナー３の外面を覆う補強繊維層４と、を有している。高圧タンク１の軸方向の一端部又は両端部の中心に形成した開口部（図示省略）を介して、貯留空間２とガス供給ライン１０２との間で燃料ガスが供給／排出される。
ライナー３は、高圧タンク１の内殻又は内容器に相当する部分である。ライナー３は、ガスバリア性を有し、貯留ガスの外部への透過を抑制する。ライナー３の材質は、特に制限されるものではなく、例えば、金属のほか、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂その他の硬質樹脂を挙げることができる。
補強繊維層４は、高圧タンク１の外殻又は外容器に相当する部分であり、高圧タンク１を補強する役割を果たす。補強繊維層４は、マトリックス樹脂１１（以下、単に「樹脂１１」という。）を含浸した繊維１２をライナー３の外表面に巻いた後で、その樹脂を硬化してなるものである。
樹脂１１は、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などであり、ここでは熱硬化性のエポキシ樹脂を用いている。繊維１２は、例えば、金属繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、天然有機繊維などである。これらの中では、カーボン繊維、アラミド繊維が特に好ましく、ここでは、カーボン繊維を用いている。したがって、本実施形態の補強繊維層４は、エポキシ樹脂１１がカーボン繊維１２で補強されたＣＦＲＰである。
繊維１２は、ボビン１４から繰り出され、張力調整部１５によりその張力が調整された後、樹脂槽１６に浸されることで、液状の樹脂１１を含浸する。樹脂１１を含浸した繊維１２が、所定の張力でライナー３に巻き付けられる。この巻き付けは、シャフト１７にライナー３を取り付け、シャフト１７と共にライナー３を軸回りに回転させ、回転中のライナー３に対し、供給ユニット１８から繊維１２を供給することで行われる。なお、他の実施態様では、供給ユニット１８からライナー３に供給される繊維１２は、プリプレグ状態のものであってもよい。更に本実施形態では、繊維１２の終端を処理するための終端処理治具２０が設けられている。
巻き付け方法としては、例えば、フィラメントワインディング法やテープワインディング法等が挙げられる。本実施形態では、フィラメントワインディング法（ＦＷ法）を用い、繊維１２をライナー３にフープ巻き及びヘリカル巻きしている。
図３は、繊維１２の巻き方を示すライナー３の側面図であり、（Ａ）はフープ巻きを示す図であり、（Ｂ）はヘリカル巻きを示す図である。なお、本実施形態では、繊維１２は複数の繊維束として構成されている。
図３（Ａ）に示すように、フープ巻きとは、ライナー３の胴部３ａに繊維１２を周方向に巻回することをいう。このフープ巻きは、例えば、ライナー３を回転させながら、供給ユニット１８をライナー３の軸方向に往復移動させ、供給ユニット１８から繊維１２を供給することで行われる。フープ巻きされてなるフープ層によって、胴部３ａの周方向の強度が確保される。
図３（Ｂ）に示すように、ヘリカル巻きとは、ライナー３の胴部３ａ及びドーム部３ｂ、３ｂに繊維１２をらせん状に巻回することをいう。このヘリカル巻きは、例えば、ライナー３を回転させながら、供給ユニット１８をライナー３の軸方向及び径方向に往復移動させ、供給ユニット１８から繊維１２を供給することで行われる。ヘリカル巻きされてなるヘリカル層によって、高圧タンク１の長手方向の強度が確保される。
補強繊維層４は、このようなフープ巻き及びヘリカル巻きを複数回施されてなるものであり、実際には複数の層で構成される。その層の数は、任意であるが、例えば１０個又は３０個である。また、フープ巻き及びヘリカル巻きの順番は任意であり、適宜設計変更可能である。以下の説明において、「繊維１２を巻き付ける」というときには、特に断らない限り、フープ巻き、ヘリカル巻き又はその他の巻き方のいずれかにより、繊維１２を巻きつけることを意味する。
続いて、高圧タンク１の製造方法、特に補強繊維層４を形成するプロセスについて説明する。このプロセスでは、樹脂１１を含浸した繊維１２をライナー３にＦＷ法により所定分巻き付ける巻き付け工程と、巻き付けた繊維１２に含浸している樹脂１１を熱硬化する硬化工程と、が行われる。巻き付け工程によって、軸回りに回転させたライナー３の外周面に繊維１２が所定の厚みまで巻き付けられる。なお、巻き付け工程の「所定分巻き付ける」とは、補強繊維層４全体を形成するのに必要な分、繊維１２を巻き付けることを含む。
続いて、図４及び図５を参照しながら、本実施形態における繊維１２の終端処理方法について説明する。図４は、巻き付け工程が終了するときの繊維終端の処置を示す図であって、繊維の巻き付けを数巻き分残した状態の高圧タンクの拡大側面図である。図５は、巻付け工程が終了するときの繊維終端の処置を示す図であって、（Ａ）は図４のＢ方向からみたＡ部分の拡大図であって治具をセットした状態を示し、（Ｂ）は治具を用いて繊維終端を処置した状態を示すものである。
終端処理治具２０は、ライナー３に繊維１２を巻き付ける際に、巻き終わりとなる繊維１２の端部、すなわち固定領域１２ａを処置するのに用いられるものである。図５の（Ａ）に示すように、巻き終わりとなる固定領域１２ａを残して、カットラインＣＬで繊維１２を切断する。この固定領域１２ａを、終端処理治具２０を用いて処置する。
終端処理治具２０を用いた固定領域１２ａの処置方法について具体的に説明する。固定領域１２ａを含む外側繊維層４０の内側には、内側繊維層４２が形成されている。内側繊維層４２は、繊維１２が何層にも渡って積層されている。この内側繊維層４２は、繊維１２が互いに沿うように複数本並べられているものである。
終端処理治具２０は、巻き終わりとなる繊維１２の固定領域１２ａを、既に巻き付けられている内側繊維層４２を形成する繊維１２の最外層を形成する繊維１２ｂの延在方向に沿わせて押し込む。固定領域１２ａは、複数本の単繊維が撚り合わされているので、その少なくとも一部の単繊維１２１が内側繊維層４２に押し込まれる。その結果、終端領域１２ａの延在方向と最外層を形成する繊維１２ｂの延在方向とが沿った状態で、終端領域１２ａの少なくとも一部の単繊維が繊維１２ｂの内側に配置される。尚、図５の（Ｂ）では、３本の単繊維１２１が押し込まれている状態を例示しているけれども、終端領域１２ａを構成する単繊維全てが内側繊維層４２の中に押し込まれても好ましいものである。
このように終端処理を施すことで、固定領域１２ａの少なくとも一部が、内側繊維層４２の最外層を形成する繊維１２ｂの間に挟まれる。本実施形態の場合、固定領域１２ａ（単繊維１２１）の先端側の残部相当部分１２１ａが内側繊維層４２の最外層を形成する繊維１２ｂよりも奥側まで入り込み、固定領域１２ａ（単繊維１２１）の残部相当部分１２１ａよりも既に巻き付けられている繊維１２側の一部相当部分１２１ｂが内側繊維層４２の最外層を形成する繊維１２ｂに挟まれる。
図５（Ｂ）に示すように、固定領域１２ａが内側繊維層４２の最外層（繊維１２ｂが形成する層）を含む面と交差する方向に沿って屈曲され、内側繊維層４２の内部に延伸配置されている。固定領域１２ａの屈曲態様はこれに限られるものではなく、例えば、略９０度の角度を成すように屈曲され、タンクの軸心に向かって垂直に入り込むような屈曲態様も好ましいものである。
続いて、図６（Ａ）〜（Ｆ）を参照しながら、固定領域１２ａを最外層を形成する繊維１２ｂに沿わせて押し込む態様について説明する。図６の（Ａ）〜（Ｆ）は、繊維１２の延在方向が紙面を貫くように見た状態を示す模式図である。図６の（Ａ）は、最外層を形成する繊維１２ｂの外側に繊維１２の固定領域１２ａが位置していることを示している。図６の（Ａ）に示す状態から、終端処理治具２０を差し込む。
具体的には、図６の（Ｂ）に示すように、終端処理治具２０を固定領域１２ａ側から繊維１２ｂ側に差し込む。終端処理治具２０は、第１部分２０１と、第２部分２０２とによって構成されている。
第１部分２０１は、先端が尖った形状を成す部分であって、終端処理治具２０の先端部分を形成する部分である。第１部分２０１は、内側繊維層４２の最外層を形成する繊維１２ｂの間に差し込まれることで、互いに隣接する繊維１２ｂ同士の間隔を広げる。第２部分２０２は、第１部分２０１よりも終端処理治具２０の根元に近い部分を構成し、カギ状に突出した形状を成す部分である。第２部分２０２は、第１部分２０１が間隔を広げた部分に固定領域１２ａを押し込む部分である。
図６の（Ｃ）に示すように、終端処理治具２０が差し込まれていくと、終端処理治具２０の第２部分２０２が、固定領域１２ａを構成する単繊維の何本かを引っ掛けて、終端処理治具２０の進行方向へと押し込んでいく。更に終端処理治具２０の押し込みが進行すると、図６の（Ｄ）に示すように、第２部分２０２によって引っ掛けられた固定領域１２ａの一部が、繊維１２ｂの間に入り込む。
図６の（Ｅ）に示すように、終端処理治具２０が引き抜かれると、繊維１２ｂの間に入り込んだ固定領域１２ａが残される。これは、第２部分２０２が、終端処理治具２０の第１部分２０１が差し込まれる方向に移動する場合にのみ固定領域１２ａを引っ掛けることができるように構成されていることで実現される。従って、第２部分２０２の形状は、図６（Ａ）〜（Ｆ）に示すものに限られるものではない。
図６の（Ｆ）に示すように、終端処理治具２０が完全に引き抜かれると、複数本並置されている繊維１２ｂ同士の間隔が狭まり、内側に押し込められた固定領域１２ａが抜けないように保持される。
続いて、図７の（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら、従来の治具３０及びそれを用いた終端処理方法について説明する。図７（Ａ）に示すように、治具３０は、リング３２及び操作部３４を備える。リング３２と操作部３４とは一体に形成されており、操作部３４はリング３２の一部に連結されて直線状に延在している。操作部３４は、リング３２と反対側の部分を作業員又は作業ロボットなどにより操作されるものである。操作部３４の操作により、高圧タンク１に対するリング３２の位置を操作部３４とともに移動させることができる。
リング３２は、繊維束としての繊維１２を挿通可能に構成され、且つ、その内周面で繊維１２に係合可能となるように構成される。リング３２は、全体がひと続きの環状であってもよいが、ここではその一部に切欠き３６が形成されている。
巻き付け工程の終了時には、図７（Ａ）に示すように、既に巻き付けられている繊維１２の外表面（巻付け面）に治具３０を水平にセットする。このとき、治具３０の操作部３４は、補強繊維層４の硬化後にその表層となる外側繊維層４０と、残りの数巻き分の繊維１２が巻かれる内側繊維層４２と、の両者の上にわたっておかれることになる。
次いで、図７（Ｂ）に示すように、残りの数巻き分の繊維１２（樹脂１１を含浸している。）を操作部３４の部分３４ａの上から内側繊維層４２に巻き付ける。そして、繊維１２を切欠き３６からリング３２内に案内して、繊維１２をリング３２内に通し、繊維１２を切断する。この切断によって、リング３２内を通過した先の部分に終端領域１２ａが形成される。その後、終端領域１２ａの基部側をリング３２の内周面で引っ掛けるようにして、外側繊維層４０上の操作部３４の部分３４ｂを矢印６０の方向に引っ張るように操作する。
そして、この操作により、図７（Ｃ）に示すように、終端領域１２ａを先に巻いた繊維１２の内側へ引き入れるようにする。詳細には、図７（Ｂ）で巻き付けられた残りの数巻き分の繊維群１２ｃの少なくとも一部に終端領域１２ａを引き入れるようにする。これによって、終端領域１２ａは繊維群１２ｃに覆われることになる。その後も、操作部３４の操作を続行することで、リング３２を終端領域１２ａから自動的に取り外して繊維群１２ｃの外側へと引き出し、最終的に治具３０全体を高圧タンク１外へと取り外す。
上述したように本実施形態に係るタンクの製造方法は、補強繊維層を有するタンクの製造方法であって、樹脂を含浸した繊維１２を所定分巻き付ける巻き付け工程と、巻き付けた繊維１２に含浸している樹脂１１を熱硬化することで、補強繊維層を形成する硬化工程と、を備える。巻き付け工程では、巻き終わりとなる繊維１２の端部を含む固定領域１２ａを、既に巻き付けられている内側繊維層４２を形成する繊維１２ｂの延在方向に沿わせて押し込み、固定領域１２ａの延在方向と繊維１２ｂの延在方向とが沿った状態で固定領域１２ａを繊維１２ｂよりも内側に配置する。
本発明者らは、図７（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明した従来のタンクの製造方法では、既に巻き付けられた繊維を横切るように繊維終端を入れ込んで、複数本の既に巻き付けられた繊維によって繊維終端を押さえ込んでいることそのものが、製造後のタンク表面の凹凸の原因になっているのではないかと考えた。既に巻き付けられた繊維を横切るように繊維終端を入れ込めば、繊維終端が入り込んだ部分によって既に巻き付けられた繊維が持ち上げられる。換言すれば、入り込ませた繊維終端を乗り越えるように、既に巻き付けられた繊維が他の部分と比較して急激に盛り上がる。
そこで本実施形態では、巻き終わりとなる繊維１２の端部を含む固定領域１２ａを、既に巻き付けられている内側繊維層４２の最外層を形成する繊維１２ｂ間に押し込み、固定領域１２ａの少なくとも一部を最外層を形成する繊維１２ｂの間に挟み込むことで保持し、固定領域１２ａが入り込む内側繊維層４２の局所的な盛り上がりを緩和している。
具体的には、既に巻き付けられている内側繊維層４２の最外層は、複数本の繊維１２ｂが隣接している状態となっている。そこで、固定領域１２ａを押し込むことで、隣接する繊維１２ｂの間に存在する微小な隙間を極力利用し、固定領域１２ａが入り込む空間を形成している（図６（Ａ）〜（Ｆ）及びその説明参照）。このように固定領域１２ａが入り込む空間を形成することで、内側繊維層４２の局所的な盛り上がりを緩和している。
また本実施形態では、巻き付け工程において、端部の押し込みによって、固定領域１２ａの一部相当部分１２１ｂを最外層を形成する繊維１２ｂ間に挟む一方で、固定領域１ａの残部相当部分１２１ａを最外層よりも奥側の内側繊維層４２に配置している。
このように、固定領域１２ａの一部を最外層を形成する繊維１２ｂ間に挟んでいるので、最外層の局所的な盛り上がりを緩和しつつ固定領域１２ａの一部を狭持することができる。更に固定領域１２ａの残部１２１ａを最外層よりも奥側の内側繊維層４２に配置するので、固定領域１２ａの残部をより確実に保持することができる。従って、固定領域１２ａ全体を、最外層の盛り上がりを回避しつつ、最外層及びそれよりも奥側の内側繊維層においてより確実に保持することができる。
また本実施形態では、固定領域１２ａの残部相当部分１２１ａを、固定領域１２ａの一部相当部分１２１ｂよりも端部の末端に近い方に形成してなる。
このように、端部の末端に近い方に固定領域１２ａの残部相当部分１２１ａを形成することで、固定領域１２ａの残部相当部分１２１ａを内側繊維層４２の奥側に配置することがより容易なものとなる。
また本実施形態では、固定領域１２を最外層を含む面と交差する方向に沿わせて屈曲させ、固定領域１２の残部相当部分１２１ａを最外層よりも奥側の内側繊維層４２に配置している。
このように、固定領域１２ａを、最外層を含む面と交差する方向に屈曲させて内側繊維層４２に配置しているので、固定領域１２ａを引き抜く方向に作用する外力に対して固定領域１２ａの残部相当部分１２１ａと内側繊維層４２との摩擦力によって対抗することができ、繊維の端部をより確実に固定することができる。
また、巻き付け工程では、終端処理治具２０を用いて固定領域１２ａを処理するものであって、終端処理治具２０は、内側繊維層４２に差し込まれることで互いに隣接する繊維１２ｂ同士の間隔を広げる第１部分２０１と、その間隔を広げた部分に固定領域１２ａを押し込む第２部分２０２とを有する。
終端処理治具２０の第１部分２０１が繊維１２ｂ同士の間隔を一時的に広げるので、その広げた間隔に固定領域１２ａを配置することがより容易に可能なものとなり、隣接する繊維１２ｂの間に存在する微小な空間を有効に利用することができる。更に、第１部分２０１が隣接する繊維１２ｂ同士の間隔を広げたところに、第２部分２０２が固定領域１２ａを押し込むので、固定領域１２ａを繊維１２ｂよりも内側に容易に配置することができる。
また、本実施形態において説明した製造方法によって製造される高圧タンク１は、樹脂１１を含浸した繊維１２を巻き付けた後でその樹脂１１を熱硬化させてなる補強繊維層を有するタンクであって、補強繊維層は、巻き終わりとなる繊維１２の端部を含む固定領域１２ａと、固定領域１２ａよりも先に巻き付けられてなる内側繊維層４２を形成する繊維１２ｂとを有する。
この高圧タンク１では、端部の一部である固定領域１２ａの少なくとも一部を、最外層を形成する繊維１２ｂ間に挟み、端部を内側繊維層４２に対して固定する。このように端部を処理することで、端部が入り込む内側繊維層４２の局所的な盛り上がりを緩和している。具体的には、既に巻き付けられている内側繊維層４２を形成する繊維１２ｂは、複数本の繊維が隣接している状態となっている。そこで、隣接する繊維１２ｂ間に存在する微小な隙間を極力利用し、端部の一部である固定領域１２ａが入り込む空間を内部繊維層４２に形成している。このように固定領域１２ａが入り込む空間を形成することで、内側繊維層４２の局所的な盛り上がりを緩和している。
１：高圧タンク
２：貯留空間
３：ライナー
３ａ：胴部
３ｂ：ドーム部
４：補強繊維層
１１：樹脂
１２：繊維
１２ａ：固定領域
１２ｂ：繊維
１２ｃ：繊維群
１４：ボビン
１５ 張力調整部
１６：樹脂槽
１７：シャフト
１８：供給ユニット
２０：終端処理治具
３０：治具
３２：リング
３４：操作部
３４ａ：部分
３４ｂ：部分
４０：外側繊維層
４２：内側繊維層
６０：矢印
１００：燃料電池自動車
１０１：燃料電池システム
１０２：ガス供給ライン
１０４：燃料電池
１２１：単繊維
２０１：第１部分
２０２：第２部分

Claims (9)

  1. 補強繊維層を有するタンクの製造方法であって、
    樹脂を含浸した繊維を所定分巻き付ける巻き付け工程と、
    巻き付けた繊維に含浸している樹脂を熱硬化することで、前記補強繊維層を形成する硬化工程と、を備え、
    前記巻き付け工程では、
    巻き終わりとなる繊維の端部を、既に巻き付けられている内側繊維層に押し込むことで、前記端部の一部である固定領域の少なくとも一部を、前記最外層を形成する繊維間に挟み、
    前記端部を前記内側繊維層に対して固定することを特徴とするタンクの製造方法。
  2. 前記巻き付け工程では、
    前記端部の押し込みによって、前記固定領域の一部を前記最外層を形成する繊維間に挟む一方で、前記固定領域の残部を前記最外層よりも奥側の前記内側繊維層に配置することを特徴とする請求項１に記載のタンクの製造方法。
  3. 前記固定領域の残部を、前記固定領域の一部よりも前記端部の末端に近い方に形成してなることを特徴とする請求項２に記載のタンクの製造方法。
  4. 前記固定領域を前記最外層を含む面と交差する方向に沿わせて屈曲させ、前記固定領域の残部を前記最外層よりも奥側の前記内側繊維層に配置することを特徴とする請求項３に記載のタンクの製造方法。
  5. 前記巻き付け工程では、終端処理治具を用いて前記端部を処理するものであって、
    前記終端処理治具は、前記内側繊維層に差し込まれることで互いに隣接する繊維同士の間隔を広げる第１部分と、その間隔を広げた部分に前記端部を押し込む第２部分とを有することを特徴とする請求項１に記載のタンクの製造方法。
  6. 樹脂を含浸した繊維を巻き付けた後でその樹脂を熱硬化させてなる補強繊維層を有するタンクであって、
    前記補強繊維層は、巻き終わりとなる繊維の端部と、前記端部よりも先に巻き付けられてなる内側繊維層とを有し、
    前記端部の一部である固定領域の少なくとも一部が、前記内側繊維層の最外層を形成する繊維間に挟み込まれることで、前記端部が前記内側繊維層に対して固定されていることを特徴とするタンク。
  7. 前記固定領域の一部が前記最外層を形成する繊維間に挟まれている一方で、前記固定領域の残部が前記最外層よりも奥側の前記内側繊維層に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のタンク。
  8. 前記固定領域の残部が、前記固定領域の一部よりも前記端部の末端に近い方に形成されてなることを特徴とする請求項７に記載のタンク。
  9. 前記固定領域が前記最外層を含む面と交差する方向に沿わせて屈曲され、前記固定領域の残部が前記最外層よりも奥側の前記内側繊維層に配置されてなることを特徴とする請求項８に記載のタンク。
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