WO2010107119A1

WO2010107119A1 - 複合容器の製造方法及び製造装置

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Publication number: WO2010107119A1
Application number: PCT/JP2010/054858
Authority: WO
Inventors: 順二岡崎; 幸次郎中川; 鬼鞍　宏猷; 佐島　隆生
Original assignee: Kyushu University NUC; Nippon Oil Corp
Current assignee: Kyushu University NUC; Eneos Corp
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2011-09-19

Abstract

　所望の形状及び強度を有する複合容器の製造方法を提供する。　トウプリプレグをライナーに巻付けて繊維層を形成し（Ｓ４）、ライナーの内部から加熱して、ライナーに巻付けられた繊維に含浸されている樹脂の粘度を、ライナーに巻付ける前の粘度よりも低下させ（Ｓ５）、この後、ライナーの内部から加熱して、繊維層の樹脂をライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させる（Ｓ６）。　又は、トウプリプレグをライナーに巻付けて繊維層を形成し、ライナーの内部から加熱することで、ライナーに巻付けられた繊維に含浸されている樹脂をライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させ、この硬化に伴って樹脂を発熱させる。

Description

複合容器の製造方法及び製造装置

　本発明は、高圧流体（気体あるいは液体）を収納するために容器（タンク等）を形作るライナーをこれに巻装される複合材料により強化した複合容器の製造方法及び製造装置に関する。

　従来、ガラス繊維、炭素繊維、芳香族ポリアミド繊維等を強化材とし、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等をマトリックス樹脂とした複合材料は、スポーツ用品、自動車部品を始め広く使用されている。

　複合材料の製造方法には、繊維強化材に未硬化のマトリックス樹脂を含浸させてプリプレグとし、該プリプレグを成形硬化させる方法が広く採用されている。一方で、フィラメントワインディング（ＦＷ）による中空物の成形方法、いわゆるＦＷ法も、複合材料の製造方法として多く採用されている。

　ＦＷ法には、予め熱硬化性樹脂マトリックスを含浸したストランドプリプレグを用意し、これをマンドレルに巻付けて成形する方法（ドライＦＷ法）と、ストランドに低粘度樹脂を含浸させながら、マンドレルに巻付けて成形する方法（ウエットＦＷ法）とがあることは広く知られている。更にこのウエットＦＷ法は、ストランドに低粘度樹脂を含浸させる方法の種類によって、キスタッチ法、浸漬法その他の方法に分類されている。

　ＦＷ法における現在の主流は、液状の樹脂を用いる、レジンバス法等のいわゆるウエット法である。

　図７にウエット法に用いられるレジンバスを有するタンク製造装置の一例の模式的な概念図を示す。

　図７に示す製造装置は、炭素繊維等のトウを巻回した供給ロール１０１と、樹脂１０２を収納したレジンバス１０３と、レジンバス１０３内に回転可能に設けられた回転ロール１０４と、樹脂を含浸させたトウを巻取り、タンクを成形するライナー１０５とを有する。複数の供給ロール１０１から供給されたトウはレジンバス１０３内へと案内される。レジンバス１０３内の炭素繊維は回転ロール１０４の周縁を案内されながら樹脂が含浸される。樹脂含有量調整ロール１０６によって余剰の樹脂が搾り取られ、樹脂含有量の調整がなされる。樹脂含有量の調整がなされたトウは、巻付張力調整部１０７により巻付け時の張力が調整されながら、ライナー１０５に巻付けられる。

　レジンバス法は、トウをレジンバス内に通過させて樹脂含浸させた後、樹脂含有量調整ロールによって余剰の樹脂を搾り取り樹脂含有量を調整する際、トウとの摩擦が生じ、糸切れ、毛羽立ち等を伴うトウの損傷が生じる。また樹脂を搾り取ることによって樹脂含有量を調整するため、樹脂含有量を高精度で調整するのが困難である。

　また、レジンバス法は、レジンバス内に直接トウを通過させるので、レジンバス内が毛羽等で汚損してしまう問題がある。

　さらに、レジンバス内に収納されている樹脂は、例えば、０．１Ｐａ・ｓ程度の低粘度のものである。このような低粘度の樹脂内で回転ロールを高速回転させると樹脂が飛散してしまうため、回転ロールの回転速度は制限を受けてしまう。

　また、低粘度の樹脂を用いることから、ライナーに巻付けられたトウが滑りやすい状態にある。特に、厚みのある繊維層、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）を形成しようとすると、炭素繊維の巻き緩みや巻き崩れが生じてしまう。

　このため、レジンバス法等のウエット法は、成形品の形状を所望の形状にすべく、装置を一旦停止して樹脂を固め、固化されたら再度装置を駆動する、といった制御を繰り返す必要がある。これらが原因でウエット法は生産性を向上させるのが困難となる。

　また、レジンバス法等のウエット法では、反応性の高い樹脂を用いることが多く、このため室温で徐々に硬化反応が進行し、ワインディング中に樹脂粘度が増加する傾向がある。このような粘度変化は樹脂のピックアップ量に影響するため、結果として樹脂含有量の均一化が損なわれることになる。

　このように、レジンバス法等のウエット法により製造された成形品は、繊維と樹脂との重量比を精度良く一定にすることが困難であることによる品質安定性の低さ、トウの摩擦による損傷を防ぐために生産速度が低いことによる製造コストの高さ等の問題がある。

　そこで、予め樹脂が含浸されたトウプリプレグを用いてＦＷ成形を行う、いわゆるドライ法が用いられることがある。ここで、「トウプリプレグ」とは、繊維束に樹脂を含浸させたものを意味する。

　図８にトウプリプレグを用いたタンク製造装置の一例の模式的な概念図を示す。
　図８に示す製造装置は、トウプリプレグを巻回した供給ロール２０１と、巻付張力調整部２０７と、タンクを成形するライナー２０５とを有する。尚、トウプリプレグの製造法としては、例えば特許文献１において、ノズルを介してマトリックス樹脂を一定の供給量でトウに供給し、かつ該ノズルを通過するトウを一定速度に制御することにより、トウへの樹脂含浸量の均一性を実現しうる製造法が提案されている。

　供給ロール２０１から供給されたトウプリプレグは、すでに樹脂が含浸されているため、レジンバスを通過することなく、巻付張力調整部２０７により巻付け時の張力が調整されながら、ライナー２０５に巻付けられる。ライナー２０５へのトウプリプレグの巻付け時に、ライナー２０５外部からトウプリプレグを加熱することでトウプリプレグを硬化させる方法もある。尚、トウプリプレグに含浸されている樹脂の粘度は供給ロール２０１部分で５～１００Ｐａ・ｓ程度である。

　トウプリプレグを用いたドライ法によれば、ウエット法の問題点が解消される。すなわち、ドライ法によれば、含有樹脂量の高精度化が可能であり、樹脂を搾り取る際に生じる糸切れ、毛羽立ち等を伴うトウの損傷を生じることもない。また、ＦＷ成形中の巻き緩みや巻き崩れを防ぐことができる。また、レジンバスを用いないので、レジンバスの汚損、樹脂の粘度に起因する生産性向上の制限もない。

日本国公開特許公報：特開２００６－３００１９４国際公開公報：ＷＯ２００４／０７０２５８

　しかしながら、トウプリプレグを用いたドライ法によりタンクを製造する場合、比較的樹脂粘度が高いことからＦＷ時に繊維が浸透しにくい、という問題があった。

　また、ドライ法においては、樹脂の粘度がウエット法に比べ高いため、樹脂が繊維間に浸透しにくい。そのため、繊維間の密着性が低く、タンクの強度を確保するのが困難となる場合があった。また、トウプリプレグは、樹脂が高粘度であるため、積層されたトウプリプレグ間には樹脂が低粘度の場合より空隙（ボイド）が生じ易い。

　また、外側からの加熱のみでは、巻付け後、内側の繊維が室温に戻ってしまう。温度が低下することで内側を十分に固化しにくいため、タンクの強度を確保するのが困難となる場合があった。

　さらに、外部のみから加熱するドライ法においては、繊維の巻量が多くなると、内側に巻かれた樹脂が硬化する前に繊維が重ねて巻かれてしまうことになる。そのため、繊維間に滑りを生じてしまい、所望の形状のタンクを形成するのが困難となる場合があった。

　本発明は、このような実状に鑑み、所望の形状及び強度を有する複合容器の製造方法及び製造装置を提供することを課題とする。

　上記課題を解決するため、本発明に係る複合容器の第１の製造方法は、容器を形作るライナーに熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維を巻付けて繊維層を形成する工程と、前記ライナーの内部から加熱することで、前記ライナーに巻付けられた前記繊維に含浸されている前記樹脂の粘度を、前記ライナーに巻付ける前の粘度よりも低下させる工程と、前記粘度を低下させた後、前記ライナーの内部から加熱することで、前記繊維層の前記樹脂を前記ライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させる工程と、を含むものとする。

　ここで、前記ライナーに巻付ける前の粘度よりも低下させる工程における前記ライナーの温度Ｔ１は、３０℃以上、１５０℃以下（好ましくは、３０℃以上、１００℃以下）、前記樹脂を硬化させる工程における前記ライナーの温度Ｔ２は、６０℃以上、２２０℃以下であるとよい。また、Ｔ１＜Ｔ２であるとよい。

　前記第１の製造方法に対応する第１の製造装置は、熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維を供給する供給部と、前記供給部から供給された前記繊維を巻取り、外周面に繊維層を形成させるライナーと、前記ライナーの内部を加熱する内部加熱部と、前記ライナーに巻付けられた前記繊維に含浸されている前記樹脂の粘度を、前記ライナーに巻付ける前の粘度よりも低下させ、かつ前記粘度を低下させた後、前記繊維層の前記樹脂を前記ライナーの表面に近い側から硬化させるように、前記内部加熱部の温度制御を行う制御部と、を含んで構成される。

　また、本発明に係る複合容器の第２の製造方法は、容器を形作るライナーに熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維を巻付けて繊維層を形成する工程と、前記ライナーの内部から加熱することで、前記ライナーに巻付けられた前記繊維に含浸されている前記樹脂を前記ライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させ、この硬化に伴って前記樹脂を発熱させる工程と、を含むものとする。

　ここで、前記ライナーに前記繊維を巻付ける際の内部加熱温度は、８０℃以上、１５０℃以下であるとよい。
　また、樹脂硬化時の発熱を有効に利用するため、ここで用いる樹脂配合物には、高い反応性や発熱のポテンシャルを有する成分を添加すると好ましい。例えば、添加する成分として、多官能グリシジルアミン、テトラグリシジル－ｍ－キシレンジアミン、及び、テトラグリシジル－１、３－ビス（ビスアミノエチル）シクロヘキサンなどの多官能性化合物を用いることができる。

　前記第２の製造方法に対応する第２の製造装置は、熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維を供給する供給部と、前記供給部から供給された前記繊維を巻取り、外周面に繊維層を形成させるライナーと、前記ライナーの内部を加熱する内部加熱部と、前記ライナーに巻付けられた前記繊維に含浸されている前記樹脂を前記ライナーの表面に近い側から硬化させ、この硬化に伴って発熱するように、前記内部加熱部の温度制御を行う制御部と、を含んで構成される。

　本発明に係る第１の製造方法は、ライナーの内部から加熱するため、ライナーに巻付けられた繊維に含浸されている樹脂の粘度をライナーに巻付ける前の粘度よりも低下させている。粘度が低下した樹脂は、繊維間に樹脂が浸透しやくなるので繊維間に空隙が形成されず、繊維同士の密着性が向上し、その結果、複合容器としての強度を高めることができる。

　また、本発明に係る第１の製造方法は、ライナーの内部から加熱するため、繊維層の樹脂をライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させることができる。このため、硬化した繊維の上に樹脂を巻付けていくことができるので繊維間における滑りを抑制できることとなり、その結果、複合容器を所望の形状に形成することができる。また、本製造方法は、ライナーの内部から加熱するため、複合容器の内側部分の樹脂も十分に硬化することができるので、複合容器としての強度を高めることができる。

　本発明に係る第２の製造方法は、繊維層の樹脂を硬化させながらＦＷ成形ができるため、樹脂硬化時の発熱の過度な蓄熱を抑制することができる。また、樹脂硬化時の発熱を徐々に蓄えながらＦＷ成形が実施できるため、樹脂硬化時の発熱を樹脂硬化に利用できる。
　従って、本発明に係る第２の製造方法によれば、ライナーへの繊維の巻付けと同時に、繊維に含浸された樹脂を加熱して硬化させるため、製造時間の短縮化が可能となる。また、樹脂の硬化反応により発生する熱を併用するため、熱効率の面で極めて優れる。また、巻付けの進行と合わせ、ライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化・発熱させるため、樹脂硬化時の発熱による反応の暴走を抑制することができる。

本発明の第１実施形態として示す複合容器の製造装置の平面図第１実施形態での複合容器の製造フローを示す図本発明の第２実施形態として示す複合容器の製造装置の平面図同上の正面図図４のＡ－Ａ断面図温度分布測定箇所の説明図レジンバスを用いたタンク製造装置の一例の模式的な概念図トウプリプレグを用いたタンク製造装置の一例の模式的な概念図

　以下に本発明の実施の形態について詳細に説明する。
　先ず、本発明の第１実施形態について、図１に基づいて、説明する。
　図１は、本発明の第１実施形態として複合容器の製造に用いる製造装置（ＦＷ装置）を示している。

　本実施形態の製造装置は、供給部１と、巻付張力調整部２と、速度センサプーリ３と、デリバリーアイ４と、ライナー５と、駆動装置６と、外部加熱装置７と、内部加熱装置８と、制御部９とを有する。

　供給部１は、トウプリプレグ１１を供給する装置であり、トウプリプレグ１１が巻回された複数の供給ロール１０を有する。供給ロール１０に巻回されたトウプリプレグ１１は５Ｐａ・ｓ～１００Ｐａ・ｓ、好ましくは７Ｐａ・ｓ～５０Ｐａ・ｓの粘度を維持した状態で保持されている。供給部１からのトウプリプレグ１１の供給速度は制御部９により制御される。尚、本実施形態における供給部１は、すでに製造されたトウプリプレグ１１が供給ロール１０に巻回された状態で供給される方式を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、供給部１において、トウに樹脂供給してトウプリプレグを製造し、この製造されたトウプリプレグを供給する方式を採用してもよい。

　巻付張力調整部２及び速度センサプーリ３は、供給部１とライナー５との間に配置されている。巻付張力調整部２は、ライナー５に巻付けるトウプリプレグ１１に所要の巻付張力を付与することができるように構成されており、制御部９によって付与する巻付張力が制御される。速度センサプーリ３は、トウプリプレグ１１の線速度を感知する速度センサである。速度センサプーリ３で検出されたトウプリプレグ１１の線速度は、不図示の信号送信器から制御部９に送信される。制御部９は、信号送信器からの信号に基づき、供給部１からのトウプリプレグ１１の供給速度を制御する。すなわち、トウプリプレグ１１の線速度は、速度センサプーリ３により常時測定され、リアルタイムで信号送信器から制御部９にフィードバックされるため、例えば、デリバリーアイ４の折り返し時に速度が低下した際も、あるいは巻始めから巻終わりまでにおけるワインディング成形体の径が変化した場合でも、樹脂供給量が制御され、トウに対する樹脂含有量は終始一定に制御されてＦＷ成形が実施される。

　デリバリーアイ４は、供給部１から供給されたトウプリプレグ１１を集束させ、ＦＷでライナー５に巻付ける装置であり、ライナー５の軸方向と平行な方向に往復移動可能に設けられている。トウプリプレグ１１の配向角度は、ライナー５の回転速度とデリバリーアイ４の移動速度の比により決定される。デリバリーアイ４の移動速度は制御部９により制御される。

　ライナー５は、金属製の中空円筒部材であり、駆動装置６により回転駆動される。デリバリーアイ４を通過してきたトウプリプレグ１１はライナー５の外周面にＦＷで巻回される。ライナー５を回転駆動する駆動装置６の制御は制御部９によりなされる。

　外部加熱装置７は、ライナー５の外周面に巻回されたトウプリプレグ１１を加熱するヒータである。外部加熱装置７の温度制御は、制御部９によりなされる。

　内部加熱装置８は、ヒータ８ａと、流体供給部８ｂとを有し、配管８ｃを介してライナー５に接続されている。内部加熱装置８はヒータ８ａにより流体を加熱し、加熱された流体を流体供給部８ｂにより配管８ｃを介してライナー５内に供給することでライナー５の内側からトウプリプレグ１１を加熱するための装置である。配管８ｃは、ライナー５の両端部５ａに接続されており、内部加熱装置８からライナー５に供給された流体が再び内部加熱装置８に戻されるように循環経路を構成している。本実施形態では、加熱用の流体として空気が用いられている。加熱用の流体として空気を用いることで、回転駆動されるライナー５と配管８ｃとの接続部分のシール構造を、加熱用の流体として液体や空気以外の他の気体を用いた場合に比べ、簡素化することが可能である。もっとも、本発明は、加熱用の流体として液体や空気以外の他の気体の適用を排除するものではない。ヒータ８ａとしては、例えば電熱ヒータ等を用いることができ、流体供給部８ｂとしては、例えばポンプ、ファン等を用いることができる。

　ライナー５内の流体温度は温度センサ８ｄにより検知される。温度センサ８ｄで検知した流体温度は制御部９に送信される。制御部９は、温度センサ８ｄから送信されてきた信号に基づき、流体温度が所定の温度となるようにヒータ８ａを制御する。本実施形態においては、流体温度は、約４０℃～１５０℃の温度範囲内で制御されるが、本発明における温度制御範囲はこれに限定されるものではなく、適用されるトウプリプレグ１１の特性に応じて適宜変更されるものであってもよい。

　また、本実施形態では、温度制御をヒータ８ａの制御により行うものとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、流体供給部８ｂによる流体の供給量により制御するものであってもよいし、あるいは配管８ｃの途中に不図示の弁を設け、この弁の開度を調整することにより行うものであってもよい。これら流体供給部８ｂ及び弁の開度の制御も温度センサ８ｄからの信号に基づき制御部９により行われる。

　制御部９は、上述したように、供給部１、巻付張力調整部２、デリバリーアイ４、ライナー５、外部加熱装置７及び内部加熱装置８等を駆動制御する。

　本実施形態に適用可能なトウプリプレグ１１の強化繊維は特に限定されず、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維等が具体的に挙げられ、特に炭素繊維が好ましく用いられる。更に好ましくは、樹脂が含浸し難い、繊維径が６μｍ以下でかつ繊度が８００ｇ／ｋｍ以上の炭素繊維が挙げられる。また、トウに含浸される樹脂も特に限定されず、例えば、熱硬化性の樹脂、特にエポキシ樹脂が取扱い易いので好ましく挙げられる。エポキシ樹脂としては、潜在型硬化剤を用いた１液型のエポキシ樹脂でもよいが、より低粘度の２液型エポキシ樹脂をスタティックミキサにより混合しながら用いることが好ましい。スタティックミキサの使用により、従来のウエット法における問題点の１つであった、ワインディング中に樹脂が徐々に反応して粘度が上昇し、従って樹脂含有量が増加してしまうという問題が解決できる。

　次に、図２を用いて本実施形態に係る複合容器の製造方法について説明する。図２は、本実施形態の製造方法の製造フローを示す図である。尚、以下の説明において「繊維層の内側」とは、ライナー５に巻付けられて形成されたトウプリプレグ１１の層のうち、ライナー５に近い側の層を意味する。

　先ず、制御部９は、内部加熱装置８により温風をライナー５内へと供給し、ライナー５を所定の温度まで昇温させておく（ステップＳ１）。尚、本実施形態の場合、ライナー５は、３０℃～２２０℃の範囲内で温度制御がなされる。

　次に、供給部１は、５Ｐａ・ｓ～１００Ｐａ・ｓ、好ましくは７Ｐａ・ｓ～５０Ｐａ・ｓの粘度のトウプリプレグ１１を巻付張力調整部２へ供給する（ステップＳ２）。続いて、トウプリプレグ１１は巻付張力調整部２により張力を調整されながらデリバリーアイ４へと供給されることで集束される（ステップＳ３）。さらに、トウプリプレグ１１は、デリバリーアイ４でライナー５の軸方向と平行な方向に往復移動させられつつ、回転駆動されているライナー５に巻付けられる（ステップＳ４）。

　制御部９は、ライナー５に巻付けられたトウプリプレグ１１の樹脂を、ライナー５を内部から加熱することで低粘度化させるべく、内部加熱装置８を温度制御する（ステップＳ５）。例えば、加熱温度の制御については、熱画像センサを用いて、外表面温度を測定し、ヒータ８ａを制御する。尚、このときのライナー５内の温度は、３０℃以上、１５０℃以下、好ましくは、３０℃以上、１００℃以下に設定しておく。

　樹脂は、低粘度化されることで流動性が高い状態となるが、特に本実施形態の場合、内部加熱装置８によりライナー５の内側から加熱しているため、巻付けが進行することでライナー５上に形成された繊維層の内側部分の樹脂についても流動性の高い状態を維持することができる。流動性が高くなったトウプリプレグ１１の樹脂は、トウプリプレグ１１間に浸透しやすい状態となり、トウプリプレグ１１間の気泡が除去されると共にトウプリプレグ１１同士の密着性が高められる。

　巻付けが進行することでライナー５上に繊維層が形成されていくと、制御部９は、ライナー５に巻付けられたトウプリプレグ１１の樹脂を硬化させるべく、内部加熱装置８を温度制御する（ステップＳ６）。本実施形態の場合、ライナーの容量と樹脂の粘度によってライナー５内の温度を３０℃～２２０℃の範囲内、好ましくは、６０℃以上、１８０℃以下となるように設定しておく。

　本実施形態の製造方法は、ライナー５の内部を温風で加熱することで繊維層の内側から徐々に熱を加えるため、トウプリプレグ１１の繊維層の内側から外側に向けて（ライナー５に近い側から離れていく側に向けて）徐々に樹脂を硬化させていくことができる。繊維層の内側部分から樹脂を確実に硬化させることで、巻量が多くなったときのトウプリプレグ１１間における滑りが抑制され、複合容器を所望の形状に成形することができる。また、本製造方法は、ライナー５の内部から繊維層を加熱するため、複合容器の内側部分の樹脂も十分に硬化することができるので、複合容器としての強度を高めることができる。

　以上、本実施形態の製造方法によれば、トウプリプレグ１１間の密着性が極めて高く、かつ容器内側部分の樹脂も十分に硬化されているため高耐圧性を有すると共に、繊維の滑りを抑制しつつ成形されているため所望の形状に成形された複合容器を製造することができる。

　次に、本発明の第２実施形態について、図３～図５に基づいて、説明する。
　図３～図５は本発明の第２実施形態として複合容器の製造に用いる製造装置（ＦＷ装置）を示し、図３は平面図、図４は正面図、図５は図４のＡ－Ａ断面図である。

　このＦＷ装置は、容器を形作る円筒状のライナー２１を、側枠３１ａ、３１ｂ間に水平に支持しつつ、その中心軸線周りに回転させ、ライナー２１の中心軸線と平行に移動可能な繰出装置（供給部）３７から熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維Ｆを繰り出すことにより、回転するライナー２１の外周面に繊維Ｆを巻付けるものである。

　ここで、ライナー２１は、金属（例えばアルミ）製で、円筒状胴部の両端をドーム状に丸めて鏡板２２ａ、２２ｂとし、これらの鏡板２２ａ、２２ｂの中央に口金部２３ａ、２３ｂを設けている。口金部２３ａ、２３ｂは、ライナー２１を回転させつつ繊維Ｆを巻装する際の回転軸部を兼ねるものである。

　ＦＷ装置の支持部は、ベース台３０と、ベース台３０の一側から立上がってライナー２１の一端側（口金部２３ａ側）を支持する側枠３１ａと、ベース台３０の他側から立上がってライナー２１の他端側（口金部２３ｂ側）を支持する側枠３１ｂと、から構成される。

　側枠３１ａは、ライナー２１の一端側の口金部２３ａを保持可能なチャック部３２ａを軸受部３３ａを介して回転自在に支持している。そして、側枠３１ａの上部にモータ３４ａが配置され、モータ３４ａの出力軸３５ａとチャック部３２ａとの間にベルト３６ａを巻掛けて、モータ３４ａによりチャック部３２ａと共にライナー２１を回転させることができるようになっている。

　側枠３１ｂは、ライナー２１の他端側の口金部２３ｂを保持可能なチャック部３２ｂを軸受部３３ｂを介して回転自在に支持している。そして、側枠３１ｂの上部にモータ３４ｂが配置され、モータ３４ｂの出力軸３５ｂとチャック部３２ｂとの間にベルト３６ｂを巻掛けて、モータ３４ｂによりチャック部３２ｂと共にライナー２１を回転させることができるようになっている。

　ここで、側枠３１ａ側の機構と側枠３１ｂ側の機構とは互いに鏡面対称に設けられ、モータ３４ａ、３４ｂの協調制御により、ライナー２１をその中心軸線周りに所望の速度で回転させることができる。

　繰出装置３７は、台車（スライダ）３８上に設けられている。台車３８は、ベース台３０上をその延在方向（すなわちライナー２１の回転軸線と平行な方向）に移動可能である。ここでは、台車３８は、側枠３１ａ、３１ｂ間に差し渡した２本のガイド部材３９、４０によって案内され、これらのガイド部材３９、４０のうち、少なくとも１つを送りネジとして、図示しないモータにより回転させることで、ガイド部材３９、４０の延在方向に移動されるようになっている。

　台車３８上の繰出装置３７は、その内部に、熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維Ｆを貯留しており、繰出口４１から繊維Ｆを繰り出すことができる。従って、繊維Ｆの繰出側始端をライナー１の外周面に予め巻付けておいて、ライナー２１を回転させつつ、繰出口４１の位置をライナー２１の回転軸線方向に往復移動させることで、ライナー２１の外周面全域に繊維Ｆを巻付けることができる。

　尚、繰出装置３７から繰り出す熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維Ｆは、トウプリプレグでもよいし、レジンバス法によって含浸された繊維であってもよい。すなわち、前記熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維は、トウプリプレグであるとよいが、レジンバス法によって含浸された繊維であってもよい。ライナーへ巻付けながら硬化させるため、ウエット法での巻き緩みや巻き崩れを回避できるからである。

　トウプリプレグの場合、繰出装置３７は、トウプリプレグをロール状に巻回したリール（図示せず）を備え、このリールからトウプリプレグを繰出口４１を介して繰り出すようにすればよい。
　レジンバス法によって含浸された繊維の場合、繰出装置３７は、含浸前の繊維をロール状に巻回したリール（図示せず）と、このリールから繰り出した繊維が通過するレジンバス（図示せず）とを備え、レジンバスを通過することで樹脂が含浸された繊維を繰出口４１を介して繰り出すようにすればよい。

　次にライナー２１内部からの加熱装置について説明する。
　側枠３１ａ、３１ｂ間に支持して回転可能としたライナー２１には、両端の口金部２３ａ、２３ｂの開口から、中心軸線（回転中心）に沿って、棒状のヒータ（内部加熱部）４２を配設する。そして、ヒータ４２の両端部を側枠３１ａ、３１ｂを貫通させて、これらの外面に固定した電極部を兼ねる保持部４３ａ、４３ｂに保持させる。そして、保持部（電極部）４３ａ、４３ｂを介して、ヒータ４２に通電することにより、ライナー２１の内部から加熱できるようにしている。ヒータ４２の制御は図示しない制御部（図１の制御部９と同様）によりなされる。尚、本実施形態では、ヒータ４２は、ライナー２１と共に回転しないようにしているが、ライナー２１と共に回転するようにしてもよい。

　本実施形態の効果について説明する。
　高圧流体を充填する複合容器では、強度を高めるために繊維層に厚みが生じるため、ＦＷ成形後に樹脂を硬化させる際に、樹脂硬化時の発熱が繊維層に蓄積されてしまい、反応暴走の誘発などが懸念される。
　そのため、厚みのある繊維層を形成するためには、硬化反応発熱が蓄積しない厚み程度にＦＷ成形し硬化させ、再度ＦＷ成形するといった手法を取らざるを得ないため、容器製造時間が長時間に及ぶものとなる。

　一方、特許文献１では、容器を形作るライナーに熱硬化性の樹脂が含浸された繊維を巻付けて繊維層を形成する際に、ライナーを内部から加熱しながら、ライナーの外周面に繊維を巻付けることにより、樹脂を漸次硬化させることが提案されている。
　これによれば、ライナーへの繊維の巻付けと同時に、繊維に含浸された樹脂を加熱して硬化を促すことができるので、製造に要する時間を大幅に削減することができる。

　しかし、樹脂の硬化反応熱を利用しておらず、ライナー内部からの加熱のみによって硬化に必要な熱量を得る構成のため、効率面でなお改善の余地がある。

　そこで、本実施形態では、複合容器のより効率的な製造方法を提供すべく、容器を形作るライナーに熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維を巻付けて繊維層を形成する工程と、ライナーの内部から加熱することで、ライナーに巻付けられた繊維に含浸されている樹脂をライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させ、この硬化に伴って樹脂を発熱させる工程と、を含むようにする。

　本実施形態によれば、ライナー１に熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維Ｆを巻付けて繊維層を形成する際に、ライナー１の内部から加熱することで、ＦＷ成形と同時に樹脂を硬化させることができ、ＦＷ成形後の硬化処理が不要となるため、製造時間を短縮化できる。

　また、ＦＷ成形しながら、樹脂を硬化させるため、トウプリプレグ（ドライ法）の場合はもちろん、レジンバス法（ウエット法）であっても、巻き緩みや巻き崩れを生じることはなく、ＦＷ成形中に装置を停止・運転を繰り返すこともない。従って、この点でも製造時間を短縮できる。

　また、ＦＷ成型中にライナー１の内部から加熱することで、ライナー１に巻付けられる繊維Ｆに含浸された樹脂をライナー１の表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させることができ、これに伴って、硬化反応による発熱もライナー１の表面に近い側から離れる側に向けて徐々に進行する。
　従って、樹脂硬化時の発熱が一気に蓄積されることがなく、樹脂硬化時の発熱による反応の暴走を抑制することができる。

　そして、このような緩やかな発熱であれば、硬化反応発熱に適した樹脂を用いることにより、樹脂硬化時の発熱を大きくして、その発熱を樹脂硬化に利用でき、より効率的な製造が可能となる。
　特に、樹脂配合物中に多官能性樹脂を配合することにより、樹脂硬化時の発熱が大きくなり、効果的である。

　以下に実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。尚、実施例１は前記第１実施形態に対応し、実施例２は前記第２実施形態に対応する。

〔実施例１－１〕
　実施例１－１では、以下の条件において、本発明の複合容器の製造方法により円筒管を製造し、その破裂強度を測定した。

　トウに含浸させる樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂８０重量部、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂２０重量部にジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）１８重量部及び３－（３，４－ジクロロフェニル）－１、１－ジメチルウレア（ＤＣＭＵ）９重量部を混合した樹脂組成物を用いた。この樹脂組成物の粘度は２５℃で７Ｐａ・ｓ、８０℃で０．１Ｐａ・ｓであった。この樹脂組成物を東レ（株）製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントに含浸し、ボビンに巻取り、樹脂含有率２９％のトウプリプレグとした。

　上述のトウプリプレグを中央部分の外径９９ｍｍ、内径９５ｍｍのアルミ製円筒管にフィラメントワインディング（ＦＷ）した。尚、ＦＷ条件は、回転数２００ｒｐｍ、張力５０Ｎのヘリカル巻、内部加熱温度は８０℃とした。樹脂硬化のため、ＦＷ終了後、内部加熱温度を１３０℃とし、２時間保持した後、放冷した。

　以上のようにして作製した円筒管の破裂強度を測定したところ、その破裂圧力は１２０ＭＰａであった。

〔実施例１－２〕
　実施例１－２では、以下の条件において、本発明の複合容器の製造方法により円筒管を製造し、その破裂強度を測定した。

　トウに含浸させる樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂８０重量部、フェノールボラック型エポキシ樹脂２０重量部にジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）１８重量部及びＤＣＭＵ９重量部を混合した樹脂組成物を用いた。この樹脂組成物の粘度は２５℃で５０Ｐａ・ｓ、８０℃で０．２Ｐａ・ｓであった。この樹脂組成物を東レ（株）製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントに含浸し、ボビンに巻取り、樹脂含有率２８％のトウプリプレグとした。

　上述のトウプリプレグを中央部分の外径９９ｍｍ、内径９５ｍｍのアルミ製円筒管にフィラメントワインディング（ＦＷ）した。尚、ＦＷ条件は、回転数２００ｒｐｍ、張力５０Ｎのヘリカル巻、内部加熱温度は８０℃とした。また、ＦＷの際に、予めトウプリプレグのボビンを赤外線ランプで約４０℃に保温し、巻付け時の瞬間的な温度変化を和らげた。樹脂硬化のため、ＦＷ終了後、内部加熱温度を１３０℃とし、２時間保持した後、放冷した。

　以上のようにして作製した円筒管の破裂強度を測定したところ、その破裂圧力は１２５ＭＰａであった。

〔実施例１－３〕
　実施例１－３では、以下の条件において、本発明の複合容器の製造方法により円筒管を製造し、その破裂強度を測定した。

　実施例１－３では、新日本石油株式会社製トウプリプレグＴ８００Ｓ－２４－ＲＣ２７－ＳＹ２を中央部分の外径９９ｍｍ、内径９５ｍｍのアルミ製円筒管にフィラメントワインディング（ＦＷ）した。尚、ＦＷ条件は、回転数２００ｒｐｍ、張力５０Ｎのヘリカル巻、内部加熱温度は８０℃とした。樹脂硬化のため、ＦＷ終了後、内部加熱温度を１３０℃とし、２時間保持した後、放冷した。

　以上のようにして作製した円筒管の破裂強度を測定したところ、その破裂圧力は１２９ＭＰａであった。

〔比較例１－１〕
　比較例１－１では、以下の条件において、内部加熱を行わずに円筒管を製造し、その破裂強度を測定した。

　比較例１－１では、実施例１－１と同じトウプリプレグを使用し、温度条件以外は同じ条件で円筒管にＦＷを行った。尚、本比較例では、内部加熱は行わず、室温でＦＷを行い、樹脂硬化のため、ＦＷ終了後、内部加熱温度を１３０℃とし、２時間保持した後、冷却した。

　以上のようにして作製した円筒管の破裂強度を測定したところ、その破裂圧力は１００ＭＰａであった。

〔比較例１－２〕
　比較例１－２では、以下の条件において、ウエット法により円筒管を製造し、その破裂強度を測定した。

　比較例１－２では、市販の希釈タイプエポキシ樹脂（商品名：エピコート８０１Ｐ、ジャパン　エポキシ　レジン（株）製）４重量部及び市販イミダゾール系硬化剤（商品名：ＥＭＩ２４、ジャパン　エポキシ　レジン（株）製）４重量部を混合した樹脂組成物を用いた。この樹脂組成物の粘度は２５℃で１Ｐａ・ｓ、８０℃で０．０２Ｐａ・ｓであった。尚、本比較例では、この樹脂組成物をウエット用樹脂として使用した。東レ（株）製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントをＦＷする工程内で、この樹脂組成物に含浸させ、実施例１と同じ条件（張力５０Ｎのヘリカル巻、内部加熱温度は８０℃）でＦＷし、樹脂硬化のため、ＦＷ終了後、内部加熱温度を８０℃とし、２時間保持した後、放冷した。但し、樹脂が飛散するため回転数は６０ｒｐｍとした。

　以上のようにして作製した円筒管の破裂強度を測定したところ、その破裂圧力は１１０ＭＰａであった。

　従って、実施例１－１～１－３は、比較例１－１、１－２に比べ、破裂圧力が高くなり、強度の向上が確認された。

〔実施例２－１〕
　実施例２－１では、以下の条件において、本発明の複合容器の製造方法により円筒管を製造し、そのＣＦＲＰ層厚み方向の温度分布測定を実施した。

　実施例２－１で用いたトウプリプレグに含浸させる樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂５０重量部、及び、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂５０重量部に、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）１８重量部、及び、３－（３，４－ジクロロフェニル）－１、１－ジメチルウレア（ＤＣＭＵ）９重量部を混合した組成物を用いた。この組成物を東レ（株）製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントに含浸し、ボビンに巻取り、樹脂含有率２９％のトウプリプレグとした。

　上述のトウプリプレグを中央部分の外径１１３ｍｍ、内径９５ｍｍのアルミ製円筒管にフィラメントワインディング（ＦＷ）した。尚、ＦＷ条件は、回転数１５ｒｐｍ、張力２０Ｎのフープ巻き（ＣＦＲＰ層厚さ６０ｍｍ）、内部加熱条件はＦＷ開始時のライナー表面温度が１３５℃になる状態で固定した。ＦＷ中にＣＦＲＰ層厚み１０ｍｍに熱電対を挿入し、ＣＦＲＰ層厚み方向の温度を詳細に観察した。図６に熱電対の挿入位置を示す。

　以上のようにしてＣＦＲＰ層厚み方向の温度分布測定（各熱電対位置におけるＣＦＲＰ層の最高温度の測定）を実施したところ、表１の実施例２－１の欄に示すようになった。

〔実施例２－２〕
　実施例２－２では、実施例２－１と同様の条件にて円筒管を製造し、その際のＣＦＲＰ層厚み方向の温度分布測定を実施した。

　実施例２－２で用いたトウプリプレグに含浸させる樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂５０重量部、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂３０重量部、及び、多官能性グリシジルアミン２０重量部に、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）１８重量部、及び、３－（３，４－ジクロロフェニル）－１、１－ジメチルウレア（ＤＣＭＵ）９重量部を混合した組成物を用いた。この組成物を東レ（株）製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントに含浸し、ボビンに巻取り、樹脂含有率２９％のトウプリプレグとした。

　上述のトウプリプレグを中央部分の外径１１３ｍｍ、内径９５ｍｍのアルミ製円筒管にフィラメントワインディング（ＦＷ）した。尚、ＦＷ条件は、回転数１５ｒｐｍ、張力２０Ｎのフープ巻き（ＣＦＲＰ層厚さ６０ｍｍ）、内部加熱条件はＦＷ開始時のライナー表面温度が１３５℃になる状態で固定した。ＦＷ中にＣＦＲＰ層厚み１０ｍｍに熱電対を挿入し、ＣＦＲＰ層厚み方向の温度を詳細に観察した。

　以上のようにしてＣＦＲＰ層厚み方向の温度分布測定を実施したところ、表１の実施例２－２の欄に示すようになった。

〔実施例２－３〕
　実施例２－３では、実施例２－１と同様の条件にてレジンバス法にて円筒管を製造し、その際のＣＦＲＰ層厚み方向の温度分布測定を実施した。

　実施例２－３で用いた炭素繊維に含浸させる樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂８０重量部、及び、テトラグリシジル－ｍ－キシレンジアミン２０重量部に、ジシアンジアミド（ＤＩＣＹ）１８重量部、及び、３－（３，４－ジクロロフェニル）－１、１－ジメチルウレア（ＤＣＭＵ）９重量部を混合した組成物を用いた。この組成物をレジンバスに投入した。東レ（株）製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントを用いた。

　中央部分の外径１１３ｍｍ、内径９５ｍｍのアルミ製円筒管にレジンバス法（ウエット法）によるフィラメントワインディング（ＦＷ）した。尚、ＦＷ条件は、回転数１５ｒｐｍ、張力２０Ｎのフープ巻き（ＣＦＲＰ層厚さ６０ｍｍ）、内部加熱条件はＦＷ開始時のライナー表面温度が１３５℃になる状態で固定した。ＦＷ中にＣＦＲＰ層厚み１０ｍｍに熱電対を挿入し、ＣＦＲＰ層厚み方向の温度を詳細に観察した。

　以上のようにしてＣＦＲＰ層厚み方向の温度分布測定を実施したところ、表１の実施例２－３の欄に示すようになった。

〔比較例２－１〕
　比較例２－１では、以下の条件において、内部加熱を行わずに円筒管を作製し、樹脂硬化のために加熱炉で硬化させた。
　すなわち、比較例２－１では、実施例２－１と同じトウプリプレグを使用し、内部加熱条件以外は同じ条件で円筒管にＦＷを実施した。そして、ＦＷ終了後に加熱炉で硬化させた。
　ここで作製したＣＦＲＰ層が硬化済みの円筒管に、ライナー温度が１３５℃になるように熱風を送り込み、ＣＦＲＰ層厚み方向の温度分布測定を実施したところ、表１の比較例２－１の欄に示すようになった。

〔比較例２－２〕
　比較例２－２では、以下の条件において、内部加熱を行わずに円筒管を作製し、樹脂硬化のために加熱炉で硬化させた際の温度分布測定を実施した。
　比較例２－２では、実施例２－１と同じトウプリプレグを使用し、内部加熱条件以外は同じ条件で円筒管にＦＷを実施した。本比較例ではＦＷ内部加熱による硬化を行わなかったため、ＦＷ終了後に加熱炉にて室温から２℃／ｍｉｎの昇温速度で１３０℃まで加熱し、２時間保持した後に放冷した。その際のＣＦＲＰ層厚み方向の温度分布を測定したところ、表１の比較例２－２の欄に示すようになった。

　以上の結果から、実施例２－１～２－３では、ライナーに熱硬化性の樹脂が予め含浸された炭素繊維を巻付けてＣＦＲＰ層を形成する際に、ライナーの内部から加熱することにより、ＣＦＲＰ層の樹脂をライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させ、これに伴って、硬化反応による発熱もライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に進行させることで、反応暴走などのない、安定的な温度分布が得られている。

　これに対し、比較例２－１は、樹脂硬化済みの円筒管に対し、ライナー内部から加熱した場合の温度分布であり、実施例２－１～２－３と比較すると、樹脂硬化時の発熱がない分、温度が低い。従って、この比較例２－１との比較で、実施例２－１～２－３において、樹脂硬化時の発熱を有効に利用できていることがわかる。

　また、実施例２－２、２－３では、実施例２－１に対し、樹脂配合物中に多官能性樹脂（実施例２－２では、多官能性グリシジルアミン、実施例２－３では、テトラグリシジル－ｍ－キシレンジアミン２０）を用いることにより、各位置で２～５℃高くなり、樹脂硬化時の発熱をより有効に利用できることがわかる。

　比較例２－２は、ＦＷ成形後に加熱硬化を行った場合であり、樹脂硬化時の発熱が繊維層に蓄積されることで、極めて高温になっていることがわかる。従って、この比較例２－２との比較で、実施例２－１～２－３において、樹脂硬化時の過度の発熱が抑えられているのがわかる。

　本発明は、所望の形状、強度を有する複合容器を効率的に製造することができ、産業上の利用可能性は大である。

　１　供給部
　２　巻付張力調整部
　３　速度センサプーリ
　４　デリバリーアイ
　５　ライナー
　５ａ　両端部
　６　駆動装置
　７　外部加熱装置
　８　内部加熱装置
　８ａ　ヒータ
　８ｂ　流体供給部
　８ｃ　配管
　８ｄ　温度センサ
　９　制御部
１０　供給ロール
１１　トウプリプレグ
２１　ライナー
２２ａ、２ｂ　鏡板
２３ａ、３ｂ　口金部
３０　ベース台
３１ａ、３１ｂ　側枠
３２ａ、３２ｂ　チャック部
１３ａ、１３ｂ　軸受部
３４ａ、３４ｂ　モータ
３５ａ、３５ｂ　出力軸
３６ａ、３６ｂ　ベルト
３７　繰出装置
３８　台車（スライダ）
３９、４０　ガイド部材（送りネジ）
４１　繰出口
４２　ヒータ
４３ａ、４３ｂ　保持部（電極部）

Claims

　容器を形作るライナーに熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維を巻付けて繊維層を形成する工程と、
　前記ライナーの内部から加熱することで、前記ライナーに巻付けられた前記繊維に含浸されている前記樹脂の粘度を、前記ライナーに巻付ける前の粘度よりも低下させる工程と、
　前記粘度を低下させた後、前記ライナーの内部から加熱することで、前記繊維層の前記樹脂を前記ライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させる工程と、
　を含む複合容器の製造方法。
　前記ライナーに巻付ける前の粘度よりも低下させる工程における前記ライナーの温度は、３０℃以上、１５０℃以下であり、
　前記樹脂を硬化させる工程における前記ライナーの温度は、６０℃以上、２２０℃以下である、請求項１記載の複合容器の製造方法。
　容器を形作るライナーに熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維を巻付けて繊維層を形成する工程と、
　前記ライナーの内部から加熱することで、前記ライナーに巻付けられた前記繊維に含浸されている前記樹脂を前記ライナーの表面に近い側から離れる側に向けて徐々に硬化させ、この硬化に伴って前記樹脂を発熱させる工程と、
　を含む複合容器の製造方法。
　前記ライナーに前記繊維を巻付ける際の内部加熱温度は、８０℃以上、１５０℃以下である、請求項３記載の複合容器の製造方法。
　前記熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維は、トウプリプレグである、請求項１～請求項４のいずれか１つに記載の複合容器の製造方法。
　前記熱硬化性の樹脂配合物中には多官能性樹脂が配合されている、請求項１～請求項５のいずれか１つに記載の複合容器の製造方法。
　前記ライナーの内部加熱は、前記ライナーの内部に加熱された流体を供給することにより行う、請求項１～請求項６のいずれか１つに記載の複合容器の製造方法。
　前記ライナーの内部加熱は、前記ライナーの内部に挿入配置したヒータにより行う、請求項１～請求項６のいずれか１つに記載の複合容器の製造方法。
　熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維を供給する供給部と、
　前記供給部から供給された前記繊維を巻取り、外周面に繊維層を形成させるライナーと、
　前記ライナーの内部を加熱する内部加熱部と、
　前記ライナーに巻付けられた前記繊維に含浸されている前記樹脂の粘度を、前記ライナーに巻付ける前の粘度よりも低下させ、かつ前記粘度を低下させた後、前記繊維層の前記樹脂を前記ライナーの表面に近い側から硬化させるように、前記内部加熱部の温度制御を行う制御部と、
　を含んで構成される複合容器の製造装置。
　熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維を供給する供給部と、
　前記供給部から供給された前記繊維を巻取り、外周面に繊維層を形成させるライナーと、
　前記ライナーの内部を加熱する内部加熱部と、
　前記ライナーに巻付けられた前記繊維に含浸されている前記樹脂を前記ライナーの表面に近い側から硬化させ、この硬化に伴って発熱するように、前記内部加熱部の温度制御を行う制御部と、
　を含んで構成される複合容器の製造装置。