複合容器の製造方法及び複合容器の製造装置
【課題】所望の形状および強度を有する複合容器の製造方法及び複合容器の製造装置を提供する。
【解決手段】本製法は、トウプリプレグ２０をライナ５に巻き付けて繊維層を形成し（ステップＳ４）、ライナ５の内部から加熱して、ライナ５に巻き付けられた繊維の樹脂の粘度を、ライナ５に巻き付ける前の粘度よりも低下させ（ステップＳ５）、粘度を低下させた後、ライナ５の内部から加熱して、繊維層の樹脂をライナ５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（ステップＳ６）。粘度が低下した樹脂は、繊維間に浸透しやすくなるので繊維間に空隙されず、繊維どうしの密着性が向上する。また、本製造方法は、硬化した繊維上に樹脂を巻き付けていくことができるので繊維間での滑りを抑制できる。また、本製造方法は、ライナ５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。
【解決手段】本製法は、トウプリプレグ２０をライナ５に巻き付けて繊維層を形成し（ステップＳ４）、ライナ５の内部から加熱して、ライナ５に巻き付けられた繊維の樹脂の粘度を、ライナ５に巻き付ける前の粘度よりも低下させ（ステップＳ５）、粘度を低下させた後、ライナ５の内部から加熱して、繊維層の樹脂をライナ５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（ステップＳ６）。粘度が低下した樹脂は、繊維間に浸透しやすくなるので繊維間に空隙されず、繊維どうしの密着性が向上する。また、本製造方法は、硬化した繊維上に樹脂を巻き付けていくことができるので繊維間での滑りを抑制できる。また、本製造方法は、ライナ５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧の気体あるいは液体を収納する複合容器の製造方法及び複合容器の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、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。
【０００４】
ＦＷ（フィラメントワインディング）法には、あらかじ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き付けて成形する方法（Ｄｒｙ ＦＷ法）、とストランドに低粘度樹脂を含浸させながら、マンドレルに巻き付けて成形する方法（Ｗｅｔ ＦＷ法）とがあることは広く知られている。更にこのＷｅｔ 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。
【０００５】
ＦＷ成形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Ｗｅｔ法である。図１にＷｅｔ法に用いられるレジンバスを有するタンクの製造装置の一例の模式的な概念図を示す。
【０００６】
図１に示す製造装置は、炭素繊維等のトウを巻廻した供給ロール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き取り、タンクを成形するライナ１０５とを有する。
【０００７】
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、巻き付け時の張力が調整されながらライナ１０５に巻き付けられる。
【０００８】
レジンバス法は、トウをレジンバス１０３内に通過させて樹脂含浸させた後、樹脂含有量調ロール１０６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。
【０００９】
また、レジンバス法は、レジンバス１０３内に直接トウを通過させるので、レジンバス１０３内が毛羽等で汚損してしまう問題がある。
【００１０】
さらに、レジンバス１０３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１０４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１０４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１０５に巻き付けられたトウが滑りやすい状態にある。このため、Ｗｅｔ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Ｗｅｔ法は生産性を向上させるのが困難となる。
【００１１】
また、レジンバス法では、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、結果として樹脂含量の均一性が損なわれることになる。
【００１２】
このように、レジンバス法により製造された成型品は、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、また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。
【００１３】
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を行う、いわゆるＤｒｙ法が用いられることがある。図２にトウプリプレグを用いたタンクの製造装置の一例の模式的な概念図を示す。ここで、「トウプリプレグ」とは、繊維束に樹脂を含浸し、半硬化状態としたものを意味する。
【００１４】
図２に示す製造装置は、トウプリプレグを巻廻した供給ロール２０１と、巻付張力調整部２０７と、タンクを成形するライナ２０５とを有する。なお、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。
【００１５】
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、巻き付け時の張力が調整されながらライナ２０５に巻き付けられる。ライナ２０５へのトウプリプレグの巻き付け時に、ライナ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。なお、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程度であり、ライナ２０５に巻き付ける時点で１０Ｐａ・Ｓ程度となっており、Ｗｅｔ法のトウに比べ粘度が高い。
【００１６】
トウプリプレグを用いたＤｒｙ法によれば、Ｗｅｔ法の問題点が解消される。すなわち、本方法によれば、含有樹脂量の高精度化が可能であり、樹脂を絞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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００６−３００１９４号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０７０２５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、トウプリプレグを用いたＤｒｙ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。
【００１９】
また、Ｄｒｙ法においては、樹脂の粘度がＷｅｔ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、樹脂が半硬化状態のため、積層されたトウプリプレグ間には樹脂が未硬化の場合より空隙（ボイド）が生じ易い。
【００２０】
また、外側からのみの加熱では、巻き付け後、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。
【００２１】
さらに、外側からのみ加熱するＤｒｙ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、繊維間で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。
【００２２】
そこで、本発明は、所望の形状および強度を有する複合容器の製造方法及び複合容器の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
そこで上記目的を達成するため、本発明の複合容器の製造方法は、熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維をライナに巻き付けて繊維層を形成する工程と、ライナの内部から加熱することで、ライナに巻き付けられた繊維の樹脂の粘度を、ライナに巻き付ける前の粘度よりも低下させる工程と、粘度を低下させた後、ライナの内部から加熱することで、繊維層の樹脂をライナ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、を含むものとしている。
【００２４】
上記のとおり、本発明の複合容器の製造方法は、ライナの内部から加熱するため、ライナに巻き付けられた繊維の樹脂の粘度をライナに巻き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すくなるので繊維間に空隙されず、繊維どうしの密着性が向上し、その結果、複合容器としての強度を高めることができる。
【００２５】
また、本発明の複合容器の製造方法は、ライナの内部から加熱するため、繊維層をライナの表面に近い側から離れる側に向けて樹脂を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き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。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、所望の形状および強度を有する複合容器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｗｅｔ法に用いられるレジンバスを有するタンクの製造装置の一例の模式的な概念図である。
【図２】トウプリプレグを用いたタンクの製造装置の一例の模式的な概念図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る複合容器の製造装置の模式的概念図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る複合容器の製造方法の製造フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図３に、本実施形態にかかる複合容器の製造方法に用いられる製造装置を説明するための概略図である。なお、以下の説明において「繊維層の内側」とは、ライナ５に巻き付けられて形成されたトウプリプレグ２０の層のうち、ライナ５に近い側の層を意味する。
【００２９】
本実施形態の製造装置１０は、供給部１と、巻付張力調整部２と、速度センサプーリ３、デリバリーアイ４と、ライナ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。
【００３０】
供給部１は、トウプリプレグ２０を供給する装置であり、トウプリプレグ２０が巻廻された複数の供給ロール１１を有する。供給ロール１１に巻廻されたトウプリプレグ２０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２０の供給速度は制御部９により制御される。なお、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が供給ロール１１に巻廻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するものであってもよい。
【００３１】
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５との間に配置されている。巻付張力調整部２は、ライナ５に巻き付けるトウプリプレグ２０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２０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２０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２０の供給速度を制御する。すなわち、トウプリプレグ２０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、巻き始めから巻き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浸量は終始一定に制御されてＦＷ成形が実施される。
【００３２】
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２０を集束させ、ＦＷでライナ５に巻きつける装置であり、ライナ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２０の配向角度は、ライナ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。
【００３３】
ライナ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２０はライナ５の外周面にＦＷで巻廻される。ライナ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。
【００３４】
外部加熱装置７は、ライナ５の外周面に巻廻されたトウプリプレグ２０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。
【００３５】
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５内に供給することでライナ５の内側からトウプリプレグ２０を加熱するための装置である。配管８ｃは、ライナ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を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。
【００３６】
ライナ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℃〜１３０℃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２０の特性に応じて適宜変更されるものであってもよい。
【００３７】
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から送信されてきた信号に基づき制御部９により行われる。
【００３８】
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。
【００３９】
本実施形態に適用可能なトウプリプレグ２０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り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一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Ｗｅｔ法ＦＷ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、従って樹脂含浸量が増加してしまうという問題が解決できる。
【００４０】
次に、図４を用いて本実施形態にかかる複合容器の製造方法について説明する。図４は、本実施形態の製造方法の製造フローを示す図である。
【００４１】
まず、制御部９は、内部加熱装置８により温風をライナ５内へと供給し、ライナ５を所定の温度にまで昇温させておく（ステップＳ１）。なお、本実施形態の場合、ライナ５は、３０℃〜２２０℃の範囲内で温度制御がなされる。
【００４２】
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２０を巻付張力調整部２へと供給する（ステップＳ２）。続いて、トウプリプレグ２０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２０は、デリバリーアイ４でライナ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５へと巻き付けられる（ステップＳ４）。
【００４３】
制御部９は、ライナ５へと巻き付けられたトウプリプレグ２０の樹脂を、ライナ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。なお、このときのライナ５内の温度は３０℃以上１００℃以下に設定しておく。
【００４４】
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５の内側から加熱しているため、巻き付けが進行することでライナ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２０の樹脂は、トウプリプレグ２０間に浸透しやすい状態となり、トウプリプレグ２０間の気泡が除去されるとともにトウプリプレグ２０どうしの密着性が高められる。
【００４５】
巻き付けが進行することでライナ５上に繊維層が形成されていくと、制御部９は、ライナ５に巻き付けられたトウプリプレグ２０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、ライナの容量と樹脂の粘度によってライナ５内の温度を３０℃〜２２０℃の範囲内、好ましくは６０℃以上２２０℃以下となるように設定しておく。
【００４６】
本実施形態の製造方法は、ライナ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２０の繊維層の内側から外側に向けて（ライナ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２０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。
【００４７】
以上、本実施形態の製造方法によれば、トウプリプレグ２０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ともに、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。
【実施例１】
【００４８】
本実施例では、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。
【００４９】
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重量部および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社製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントに含浸し、ボビンに巻き取り、樹脂含有率２９％のトウプリプレグとした。
【００５０】
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。なお、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。
【００５１】
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２】
【００５２】
本実施例では、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。
【００５３】
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、フェノールノ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重量部および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社製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントに含浸し、ボビンに巻き取り、樹脂含有率２８％のトウプリプレグとした。
【００５４】
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。なお、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、あらかじ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、巻き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。
【００５５】
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３】
【００５６】
本実施例では、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。
【００５７】
本実施例では、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。なお、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。
【００５８】
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】
【００５９】
本比較例では、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。
【００６０】
本比較例では、実施例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。なお、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、放冷した。
【００６１】
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２】
【００６２】
本比較例では、以下の条件において、ＷＥＴ法により円筒管を製造し、その破裂強度を測定した。
【００６３】
本比較例では、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）１００重量部およ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。なお、本比較例では、この樹脂組成物をＷＥＴ用樹脂として使用した。東レ社製炭素繊維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。
【００６４】
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。
【符号の説明】
【００６５】
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
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
８ｄ 温度センサ
８ｃ 配管
９ 制御部
１０ 製造装置
１１ 供給ロール
２０ トウプリプレグ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧の気体あるいは液体を収納する複合容器の製造方法及び複合容器の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、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。
【０００４】
ＦＷ（フィラメントワインディング）法には、あらかじ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き付けて成形する方法（Ｄｒｙ ＦＷ法）、とストランドに低粘度樹脂を含浸させながら、マンドレルに巻き付けて成形する方法（Ｗｅｔ ＦＷ法）とがあることは広く知られている。更にこのＷｅｔ 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。
【０００５】
ＦＷ成形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Ｗｅｔ法である。図１にＷｅｔ法に用いられるレジンバスを有するタンクの製造装置の一例の模式的な概念図を示す。
【０００６】
図１に示す製造装置は、炭素繊維等のトウを巻廻した供給ロール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き取り、タンクを成形するライナ１０５とを有する。
【０００７】
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、巻き付け時の張力が調整されながらライナ１０５に巻き付けられる。
【０００８】
レジンバス法は、トウをレジンバス１０３内に通過させて樹脂含浸させた後、樹脂含有量調ロール１０６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。
【０００９】
また、レジンバス法は、レジンバス１０３内に直接トウを通過させるので、レジンバス１０３内が毛羽等で汚損してしまう問題がある。
【００１０】
さらに、レジンバス１０３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１０４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１０４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１０５に巻き付けられたトウが滑りやすい状態にある。このため、Ｗｅｔ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Ｗｅｔ法は生産性を向上させるのが困難となる。
【００１１】
また、レジンバス法では、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、結果として樹脂含量の均一性が損なわれることになる。
【００１２】
このように、レジンバス法により製造された成型品は、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、また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。
【００１３】
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を行う、いわゆるＤｒｙ法が用いられることがある。図２にトウプリプレグを用いたタンクの製造装置の一例の模式的な概念図を示す。ここで、「トウプリプレグ」とは、繊維束に樹脂を含浸し、半硬化状態としたものを意味する。
【００１４】
図２に示す製造装置は、トウプリプレグを巻廻した供給ロール２０１と、巻付張力調整部２０７と、タンクを成形するライナ２０５とを有する。なお、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。
【００１５】
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、巻き付け時の張力が調整されながらライナ２０５に巻き付けられる。ライナ２０５へのトウプリプレグの巻き付け時に、ライナ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。なお、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程度であり、ライナ２０５に巻き付ける時点で１０Ｐａ・Ｓ程度となっており、Ｗｅｔ法のトウに比べ粘度が高い。
【００１６】
トウプリプレグを用いたＤｒｙ法によれば、Ｗｅｔ法の問題点が解消される。すなわち、本方法によれば、含有樹脂量の高精度化が可能であり、樹脂を絞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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００６−３００１９４号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０７０２５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、トウプリプレグを用いたＤｒｙ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。
【００１９】
また、Ｄｒｙ法においては、樹脂の粘度がＷｅｔ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、樹脂が半硬化状態のため、積層されたトウプリプレグ間には樹脂が未硬化の場合より空隙（ボイド）が生じ易い。
【００２０】
また、外側からのみの加熱では、巻き付け後、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。
【００２１】
さらに、外側からのみ加熱するＤｒｙ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、繊維間で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。
【００２２】
そこで、本発明は、所望の形状および強度を有する複合容器の製造方法及び複合容器の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
そこで上記目的を達成するため、本発明の複合容器の製造方法は、熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維をライナに巻き付けて繊維層を形成する工程と、ライナの内部から加熱することで、ライナに巻き付けられた繊維の樹脂の粘度を、ライナに巻き付ける前の粘度よりも低下させる工程と、粘度を低下させた後、ライナの内部から加熱することで、繊維層の樹脂をライナ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、を含むものとしている。
【００２４】
上記のとおり、本発明の複合容器の製造方法は、ライナの内部から加熱するため、ライナに巻き付けられた繊維の樹脂の粘度をライナに巻き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すくなるので繊維間に空隙されず、繊維どうしの密着性が向上し、その結果、複合容器としての強度を高めることができる。
【００２５】
また、本発明の複合容器の製造方法は、ライナの内部から加熱するため、繊維層をライナの表面に近い側から離れる側に向けて樹脂を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き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。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、所望の形状および強度を有する複合容器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｗｅｔ法に用いられるレジンバスを有するタンクの製造装置の一例の模式的な概念図である。
【図２】トウプリプレグを用いたタンクの製造装置の一例の模式的な概念図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る複合容器の製造装置の模式的概念図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る複合容器の製造方法の製造フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図３に、本実施形態にかかる複合容器の製造方法に用いられる製造装置を説明するための概略図である。なお、以下の説明において「繊維層の内側」とは、ライナ５に巻き付けられて形成されたトウプリプレグ２０の層のうち、ライナ５に近い側の層を意味する。
【００２９】
本実施形態の製造装置１０は、供給部１と、巻付張力調整部２と、速度センサプーリ３、デリバリーアイ４と、ライナ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。
【００３０】
供給部１は、トウプリプレグ２０を供給する装置であり、トウプリプレグ２０が巻廻された複数の供給ロール１１を有する。供給ロール１１に巻廻されたトウプリプレグ２０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２０の供給速度は制御部９により制御される。なお、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が供給ロール１１に巻廻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するものであってもよい。
【００３１】
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５との間に配置されている。巻付張力調整部２は、ライナ５に巻き付けるトウプリプレグ２０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２０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２０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２０の供給速度を制御する。すなわち、トウプリプレグ２０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、巻き始めから巻き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浸量は終始一定に制御されてＦＷ成形が実施される。
【００３２】
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２０を集束させ、ＦＷでライナ５に巻きつける装置であり、ライナ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２０の配向角度は、ライナ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。
【００３３】
ライナ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２０はライナ５の外周面にＦＷで巻廻される。ライナ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。
【００３４】
外部加熱装置７は、ライナ５の外周面に巻廻されたトウプリプレグ２０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。
【００３５】
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５内に供給することでライナ５の内側からトウプリプレグ２０を加熱するための装置である。配管８ｃは、ライナ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を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。
【００３６】
ライナ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℃〜１３０℃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２０の特性に応じて適宜変更されるものであってもよい。
【００３７】
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から送信されてきた信号に基づき制御部９により行われる。
【００３８】
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。
【００３９】
本実施形態に適用可能なトウプリプレグ２０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り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一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Ｗｅｔ法ＦＷ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、従って樹脂含浸量が増加してしまうという問題が解決できる。
【００４０】
次に、図４を用いて本実施形態にかかる複合容器の製造方法について説明する。図４は、本実施形態の製造方法の製造フローを示す図である。
【００４１】
まず、制御部９は、内部加熱装置８により温風をライナ５内へと供給し、ライナ５を所定の温度にまで昇温させておく（ステップＳ１）。なお、本実施形態の場合、ライナ５は、３０℃〜２２０℃の範囲内で温度制御がなされる。
【００４２】
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２０を巻付張力調整部２へと供給する（ステップＳ２）。続いて、トウプリプレグ２０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２０は、デリバリーアイ４でライナ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５へと巻き付けられる（ステップＳ４）。
【００４３】
制御部９は、ライナ５へと巻き付けられたトウプリプレグ２０の樹脂を、ライナ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。なお、このときのライナ５内の温度は３０℃以上１００℃以下に設定しておく。
【００４４】
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５の内側から加熱しているため、巻き付けが進行することでライナ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２０の樹脂は、トウプリプレグ２０間に浸透しやすい状態となり、トウプリプレグ２０間の気泡が除去されるとともにトウプリプレグ２０どうしの密着性が高められる。
【００４５】
巻き付けが進行することでライナ５上に繊維層が形成されていくと、制御部９は、ライナ５に巻き付けられたトウプリプレグ２０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、ライナの容量と樹脂の粘度によってライナ５内の温度を３０℃〜２２０℃の範囲内、好ましくは６０℃以上２２０℃以下となるように設定しておく。
【００４６】
本実施形態の製造方法は、ライナ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２０の繊維層の内側から外側に向けて（ライナ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２０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。
【００４７】
以上、本実施形態の製造方法によれば、トウプリプレグ２０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ともに、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。
【実施例１】
【００４８】
本実施例では、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。
【００４９】
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重量部および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社製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントに含浸し、ボビンに巻き取り、樹脂含有率２９％のトウプリプレグとした。
【００５０】
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。なお、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。
【００５１】
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２】
【００５２】
本実施例では、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。
【００５３】
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、フェノールノ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重量部および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社製炭素繊維Ｔ８００ＳＣの２４０００フィラメントに含浸し、ボビンに巻き取り、樹脂含有率２８％のトウプリプレグとした。
【００５４】
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。なお、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、あらかじ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、巻き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。
【００５５】
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３】
【００５６】
本実施例では、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。
【００５７】
本実施例では、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。なお、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。
【００５８】
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】
【００５９】
本比較例では、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。
【００６０】
本比較例では、実施例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。なお、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、放冷した。
【００６１】
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２】
【００６２】
本比較例では、以下の条件において、ＷＥＴ法により円筒管を製造し、その破裂強度を測定した。
【００６３】
本比較例では、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）１００重量部およ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。なお、本比較例では、この樹脂組成物をＷＥＴ用樹脂として使用した。東レ社製炭素繊維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。
【００６４】
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。
【符号の説明】
【００６５】
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
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
８ｄ 温度センサ
８ｃ 配管
９ 制御部
１０ 製造装置
１１ 供給ロール
２０ トウプリプレグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維をライナに巻き付けて繊維層を形成する工程と、
前記ライナの内部から加熱することで、前記ライナに巻き付けられた前記繊維の前記樹脂の粘度を、前記ライナに巻き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、前記ライナの内部から加熱することで、前記繊維層の樹脂を前記ライナ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。
【請求項２】
前記ライナに巻き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内の温度は３０℃以上１００℃以下であり、
前記樹脂を硬化させていく工程における前記ライナ内の温度は、６０℃以上２２０℃以下である、請求項１に記載の複合容器の製造方法。
【請求項３】
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または２に記載の複合容器の製造方法。
【請求項４】
前記ライナの内部に加熱された流体を供給する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の複合容器の製造方法。
【請求項５】
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き取り、外周面に繊維層を形成させるライナと、
前記ライナの内部を加熱する内部加熱部と、
前記ライナに巻き付けられた前記繊維の前記樹脂の粘度を、前記ライナに巻き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、前記繊維層を前記ライナの表面に近い側から前記樹脂を硬化させるように、前記内部加熱部の温度制御を行う制御部と、を有する複合容器の製造装置。
【請求項１】
熱硬化性の樹脂が予め含浸された繊維をライナに巻き付けて繊維層を形成する工程と、
前記ライナの内部から加熱することで、前記ライナに巻き付けられた前記繊維の前記樹脂の粘度を、前記ライナに巻き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、前記ライナの内部から加熱することで、前記繊維層の樹脂を前記ライナ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。
【請求項２】
前記ライナに巻き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内の温度は３０℃以上１００℃以下であり、
前記樹脂を硬化させていく工程における前記ライナ内の温度は、６０℃以上２２０℃以下である、請求項１に記載の複合容器の製造方法。
【請求項３】
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または２に記載の複合容器の製造方法。
【請求項４】
前記ライナの内部に加熱された流体を供給する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の複合容器の製造方法。
【請求項５】
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き取り、外周面に繊維層を形成させるライナと、
前記ライナの内部を加熱する内部加熱部と、
前記ライナに巻き付けられた前記繊維の前記樹脂の粘度を、前記ライナに巻き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、前記繊維層を前記ライナの表面に近い側から前記樹脂を硬化させるように、前記内部加熱部の温度制御を行う制御部と、を有する複合容器の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２２１４０１（Ｐ２０１０−２２１４０１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６７７８６（Ｐ２００９−６７７８６）
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）「低コスト型７０ＭＰａ級水素ガス充填対応大型複合蓄圧器の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１９日（２００９．３．１９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）「低コスト型７０ＭＰａ級水素ガス充填対応大型複合蓄圧器の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
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