JP2012192621A - Method for heating molded article and heating apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and apparatus for heating a molded article, the method and apparatus capable of thermally curing a resin of the molded article by induction heating uniformly and thermally efficiently when a fiber is wound in multiple directions.SOLUTION: When a carbon fiber 12 where the resin 11 is impregnated heats an uncured tank subjected to helical winding and hoop winding to thermally cure the resin 11, heating is carried out by an induction heating coil 30 so that a winding direction of the induction heating coil 30 matches a direction of the helical winding. Subsequently, by using the same induction heating coil 30, the heating is carried out by the induction heating coil 30 so that the winding direction of the induction heating coil 30 matches the direction of the hoop winding.

Description

本発明は、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製タンクなど、導電性を有し且つ樹脂を含浸した繊維を巻き回した成形体を加熱する方法及びその装置に関するものである。   The present invention relates to a method and an apparatus for heating a molded body around which fibers having conductivity and impregnated resin are wound, such as a tank made of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics).

ＣＦＲＰ製タンクは、例えば燃料電池自動車に搭載される水素供給源として使用されている。ＣＦＲＰ製タンクは、略円筒状の内容器の外周面に、熱硬化性樹脂を含浸したカーボン繊維を巻き付けた後、加熱により熱硬化性樹脂を熱硬化させることで製造される。この熱硬化の方法として、従来から様々な方法が検討されており、そのうちの一つに高周波誘電加熱方法がある。   The CFRP tank is used as a hydrogen supply source mounted on, for example, a fuel cell vehicle. A CFRP tank is manufactured by winding a carbon fiber impregnated with a thermosetting resin around the outer peripheral surface of a substantially cylindrical inner container and then thermosetting the thermosetting resin by heating. Various methods have been studied as a thermosetting method, and one of them is a high frequency dielectric heating method.

特許文献１では、高周波誘導加熱炉内に未硬化の成形体（繊維強化樹脂積層体）をセットし、その成形体の周囲に配置した誘導加熱コイルにより誘導加熱することで、成形体の樹脂を硬化させるようにしている。   In Patent Document 1, an uncured molded body (fiber reinforced resin laminate) is set in a high-frequency induction heating furnace, and induction heating is performed by an induction heating coil disposed around the molded body. It is made to harden.

特開平６−３３５９７３号公報JP-A-6-335773

しかし、誘導加熱の場合、誘導加熱コイルにおけるコイルの巻き方向が成形体における繊維の巻き方向に合っていないと、成形体を効率的に又は均一に加熱することができない。これは、繊維がカーボン繊維といった異方性の材料である場合、繊維の長手方向にしか誘導電流が流れにくく、加熱されにくいからである。この点、特許文献１では、両者の巻き方向の関係について何ら考慮されていなかった。   However, in the case of induction heating, if the coil winding direction in the induction heating coil does not match the fiber winding direction in the molded body, the molded body cannot be heated efficiently or uniformly. This is because when the fiber is an anisotropic material such as carbon fiber, an induced current hardly flows only in the longitudinal direction of the fiber and is not easily heated. In this regard, Patent Document 1 does not consider the relationship between the winding directions of the two.

一般的なＣＦＲＰ製タンクでは、フープ巻き及びヘリカル巻きといった複数の方向にカーボン繊維が巻かれている。このため、仮に、フープ巻きに対応したコイル形状の誘導加熱コイルを用いたとしても、ヘリカル巻きのカーボン繊維は誘導加熱されにくく、全体として均一に加熱することができない。   In a general CFRP tank, carbon fibers are wound in a plurality of directions such as hoop winding and helical winding. For this reason, even if a coil-shaped induction heating coil corresponding to hoop winding is used, the helically wound carbon fiber is difficult to be induction-heated and cannot be heated uniformly as a whole.

そこで、本発明は、繊維が複数の方向に巻かれている場合にも、均一に且つ熱効率良く誘導加熱して成形体の樹脂を熱硬化させることができる、成形体の加熱方法及び加熱装置を提供することをその目的としている。   Therefore, the present invention provides a heating method and heating apparatus for a molded body, which can heat the resin of the molded body by induction heating evenly and efficiently even when the fiber is wound in a plurality of directions. Its purpose is to provide.

上記目的を達成するべく、本発明の成形体の加熱方法は、導電性を有し且つ樹脂を含浸した繊維が第１の方向及び第２の方向に巻き回された成形体を、成形体の周囲に配置した誘導加熱コイルにより加熱することで樹脂を熱硬化するものであって、誘導加熱コイルの巻き方向を第１の方向に合わせた状態で、誘導加熱コイルによる加熱を行う第１の工程と、第１の工程と同じ誘導加熱コイルを用い、誘導加熱コイルの巻き方向を第２の方向に合わせた状態で、誘導加熱コイルによる加熱を行う第２の工程と、を備えたものである。   In order to achieve the above object, the method for heating a molded body according to the present invention comprises a molded body in which fibers having conductivity and impregnated with resin are wound in a first direction and a second direction. The first step of thermosetting the resin by heating with an induction heating coil arranged around, and heating with the induction heating coil in a state in which the winding direction of the induction heating coil is matched with the first direction. And a second step of heating by the induction heating coil using the same induction heating coil as in the first step, with the winding direction of the induction heating coil being matched to the second direction. .

また、上記目的を達成するべく、本発明の成形体の加熱装置は、導電性を有し且つ樹脂を含浸した繊維が第１の方向及び第２の方向に巻き回された成形体を加熱することで樹脂を熱硬化するものであって、成形体の周囲に配置されて成形体を加熱する誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルの巻き方向が第１の方向に合わさるように誘導加熱コイルを成形体に対して相対的に移動させると共に、誘導加熱コイルの巻き方向が第２の方向に合わさるように誘導加熱コイルを成形体に対して相対的に移動させる移動装置と、を備えたものである。   In order to achieve the above object, the heating device for a molded body of the present invention heats the molded body in which fibers having conductivity and impregnated with resin are wound in the first direction and the second direction. The resin is heat-cured, and the induction heating coil is disposed around the molded body to heat the molded body, and the induction heating coil is molded so that the winding direction of the induction heating coil is aligned with the first direction. And a moving device that moves the induction heating coil relative to the molded body so that the winding direction of the induction heating coil is aligned with the second direction. .

本発明によれば、誘導加熱コイル及び繊維の両方の巻き方向を合わせた状態で誘導加熱できるので、繊維に渦電流が生じ易くなり、熱効率よく樹脂を熱硬化させることができる。また、繊維の巻き方向である第１の方向と第２の方向とのそれぞれに、誘導加熱コイルの巻き方向を合わせているので、全体を均一に誘導加熱することができる。さらに、単一の誘導加熱コイルを用いて、複数の繊維の巻き方向に対応した誘導加熱を行うことができる。このため、全ての巻き方向に対応した複雑なコイル形状の誘導加熱コイルを用意したり、あるいは、個々の巻き方向に対応したコイル形状の誘導加熱コイルを２個用意したりしなくて済み、誘導加熱コイルを簡素化し得る。   According to the present invention, since induction heating can be performed in a state in which the winding directions of both the induction heating coil and the fiber are matched, an eddy current is easily generated in the fiber, and the resin can be thermally cured efficiently. Moreover, since the winding direction of the induction heating coil is matched to each of the first direction and the second direction, which are the winding directions of the fibers, the whole can be induction-heated uniformly. Furthermore, induction heating corresponding to the winding direction of a plurality of fibers can be performed using a single induction heating coil. Therefore, it is not necessary to prepare an induction heating coil having a complicated coil shape corresponding to all winding directions, or to prepare two induction heating coils corresponding to individual winding directions. The heating coil can be simplified.

ここで、誘導加熱コイル及び繊維の両方の巻き方向を合わせるとは、誘導加熱コイルが一回巻き回したときになす面と繊維が一回巻き回したときになす面とが平行になるという意味であり、両方の面が完全に平行となる場合のみならず、僅かな交差角度（例えば１０°）があっても加熱効率の観点からは実質的に平行であると言い得る場合をも含むものである。   Here, matching the winding direction of both the induction heating coil and the fiber means that the surface formed when the induction heating coil is wound once and the surface formed when the fiber is wound once are parallel to each other. This includes not only the case where both surfaces are completely parallel, but also the case where it can be said that they are substantially parallel from the viewpoint of heating efficiency even if there is a slight crossing angle (for example, 10 °). .

好ましくは、第１の工程と第２の工程とを繰り返し行うとよい。こうすることで、両方の巻き方向の繊維を繰り返し誘導加熱するため、均一で効率的な誘導加熱を促進することができる。   Preferably, the first step and the second step are performed repeatedly. By carrying out like this, since the fiber of both the winding directions is repeatedly induction-heated, uniform and efficient induction heating can be promoted.

より好ましくは、第１の工程と第２の工程とを繰り返す際、成形体に対して誘導加熱コイルを回転させることで、誘導加熱コイルの巻き方向を第１の方向に合わせた状態と第２の方向に合わせた状態とをそれぞれ設定するとよい。こうすることで、成形体を回転させる場合に比べて、両者の巻き方向を容易に合わせることができる。   More preferably, when the first step and the second step are repeated, the induction heating coil is rotated with respect to the formed body, so that the winding direction of the induction heating coil is matched with the first direction and the second direction. It is good to set the state according to each direction. By carrying out like this, both winding directions can be match | combined easily compared with the case where a molded object is rotated.

好ましくは、成形体はタンクであり、第１の方向はヘリカル巻きの方向であり、第２の方向はフープ巻きの方向であるとよい。これにより、フープ巻きとヘリカル巻きとが混在するタンクであっても、熱効率良く誘導加熱することができる。   Preferably, the molded body is a tank, the first direction is a helical winding direction, and the second direction is a hoop winding direction. Thereby, even in a tank in which hoop winding and helical winding are mixed, induction heating can be performed with high thermal efficiency.

より好ましくは、第１の工程は、誘導加熱コイルによる加熱中、誘導加熱コイルを不動にした状態でタンクをその軸線回りに回転させるとよい。こうすることで、ヘリカル巻きの繊維を短時間で誘導加熱することができる。   More preferably, in the first step, during heating by the induction heating coil, the tank may be rotated around its axis while the induction heating coil is stationary. By doing so, helically wound fibers can be induction-heated in a short time.

より好ましくは、タンクは、互いに対向する両端部のうち一方の端部のみが軸線回りに回転可能に軸支されているとよい。こうすることで、タンクを回転させる軸が誘導加熱コイルに干渉することを回避し易い構成とすることができる。   More preferably, the tank may be pivotally supported so that only one end of both ends facing each other is rotatable about the axis. By doing so, it is possible to make it easy to avoid the shaft that rotates the tank from interfering with the induction heating coil.

別の好ましい一態様によれば、第１の工程及び第２の工程の少なくとも一方では、誘導加熱コイルによる加熱中、誘導加熱コイルを不動にした状態で成形体を回転させるとよい。   According to another preferable aspect, in at least one of the first step and the second step, the molded body may be rotated while the induction heating coil is fixed during heating by the induction heating coil.

また、別の好ましい一態様によれば、成形体は、互いに対向する両端部のうち一方の端部のみが軸支されたタンクであり、第１の方向はヘリカル巻きの方向であり、第２の方向はフープ巻きの方向であり、第１の工程は、誘導加熱コイルによる加熱中、誘導加熱コイルを不動にした状態でタンクをその軸線回りに回転させるとよい。上述したように、ヘリカル巻きの繊維を短時間で誘導加熱することができる。   Moreover, according to another preferable one aspect | mode, a molded object is the tank by which only one edge part was axially supported among the both ends which mutually oppose, a 1st direction is a direction of helical winding, and 2nd Is the direction of hoop winding, and the first step is preferably to rotate the tank around its axis while the induction heating coil is stationary during heating by the induction heating coil. As described above, helically wound fibers can be induction heated in a short time.

好ましくは、繊維は、カーボン繊維であるとよい。   Preferably, the fiber is a carbon fiber.

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模式図である。It is a mimetic diagram showing a fuel cell car carrying a tank concerning an embodiment. 実施形態に係るタンクの製造装置における繊維巻付け装置の概略を、当該タンクの一部の断面とともに示す図である。It is a figure which shows the outline of the fiber winding apparatus in the manufacturing apparatus of the tank which concerns on embodiment with the one part cross section of the said tank. 実施形態に係るタンクにおける繊維の巻き方向を示す図であり、（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。It is a figure which shows the winding direction of the fiber in the tank which concerns on embodiment, (a) is a figure which shows hoop winding, (b) is a figure which shows helical winding. 実施形態に係るタンクの製造装置における加熱装置を示す図である。It is a figure which shows the heating apparatus in the manufacturing apparatus of the tank which concerns on embodiment.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。ここでは、成形体として、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。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, a high-pressure tank capable of storing contents at a pressure higher than normal pressure will be described as an example of the molded body.

図１に示すように、燃料電池自動車１００は、例えば３つのタンク１を車体のリア部に搭載する。各タンク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。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、タンク１は、車両のみならず、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置設備（住宅、ビルなど）にも適用することができる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell vehicle 100 has, for example, three tanks 1 mounted on the rear part of the vehicle body. Each tank 1 constitutes a part of the fuel cell system 101 and supplies fuel gas to the fuel cell 104 through the gas supply line 102. The fuel gas stored in the tank 1 is a combustible high-pressure gas, for example, a compressed natural gas of 20 MPa, or a hydrogen gas of 35 MPa or 70 MPa, for example. The tank 1 can be applied not only to a vehicle but also to various moving objects (for example, a ship, an airplane, a robot, etc.) and stationary equipment (a house, a building, etc.).

図２に示すように、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の外表面を覆う補強繊維層４と、を有する。また、タンク１を全体形状の観点から見れば、タンク１は、円筒状の胴部６ａと、胴部６ａから離れるにつれて縮径する略半球体状の一対のドーム部６ｂ、６ｂと、を有し、胴部６ａ及び一対のドーム部６ｂ、６ｂによって、全体として例えば略楕円体状に形成されていると言える。一対のドーム部６ｂ、６ｂの少なくとも一方の端部中央には、ライナー３の開口部を画定する口金８（参照：図３）が設けられており、この口金８に接続するバルブアッセンブリ（図示省略）を介して、貯留空間２とガス供給ライン１０２との間で燃料ガスの供給／排出がなされる。   As shown in FIG. 2, the tank 1 includes a liner 3 formed in a hollow shape so that a storage space 2 is defined therein, and a reinforcing fiber layer 4 that covers the outer surface of the liner 3. Further, from the viewpoint of the overall shape of the tank 1, the tank 1 has a cylindrical barrel portion 6a and a pair of substantially hemispherical dome portions 6b and 6b whose diameter decreases as the distance from the barrel portion 6a increases. The body 6a and the pair of dome parts 6b and 6b can be said to be formed in, for example, a substantially elliptical shape as a whole. A base 8 (see FIG. 3) for defining an opening of the liner 3 is provided at the center of at least one end of the pair of dome parts 6b, 6b, and a valve assembly (not shown) connected to the base 8 is provided. ), The fuel gas is supplied / discharged between the storage space 2 and the gas supply line 102.

ライナー３は、タンク１の内容器とも換言される部分である。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、金属を用いることができるが、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用いるのが好適である。   The liner 3 is a part that can be referred to as an inner container of the tank 1. The liner 3 has gas barrier properties and suppresses permeation of stored gas to the outside. The material of the liner 3 is not particularly limited. For example, metal can be used, but it is preferable to use polyethylene resin, polypropylene resin, or other hard resin.

補強繊維層４は、タンク１の外容器とも換言される部分である。補強繊維層４は、ライナー３の外表面のほぼ全面（口金８を除いた部分）に形成され、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の外表面に巻回した後で、その樹脂を熱硬化してなるものである。   The reinforcing fiber layer 4 is a part that can be referred to as an outer container of the tank 1. The reinforcing fiber layer 4 is formed on almost the entire outer surface of the liner 3 (portion excluding the base 8), and plays a role of reinforcing the tank 1. The reinforcing fiber layer 4 is formed by winding fibers 12 impregnated with a matrix resin 11 (hereinafter simply referred to as “resin 11”) around the outer surface of the liner 3 and then thermosetting the resin.

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、ここでは絶縁性及び熱硬化性のエポキシ樹脂を用いている。
繊維１２は、絶縁性を有するものであり、例えば、金属繊維、カーボン繊維などである。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。 The resin 11 is, for example, an epoxy resin, a modified epoxy resin, an unsaturated polyester resin, or the like, and here, an insulating and thermosetting epoxy resin is used.
The fiber 12 has insulating properties, and is, for example, a metal fiber or a carbon fiber. Here, carbon fiber is used.
Therefore, the reinforcing fiber layer 4 of the present embodiment is CFRP in which the epoxy resin 11 is reinforced with the carbon fibers 12.

樹脂１１と繊維１２との含有割合としては、樹脂及び繊維の種類、繊維強化方向、厚さ等に依存するが、通常、好ましくは樹脂１１：繊維１２＝１０〜８０体積％：９０〜２０体積％、より好ましくはその比が２５〜５０体積％：７５〜５０体積％とされる。なお、補強繊維層４は、これらの構成材料の他に適宜の添加剤を含んでいてもよい。   The content ratio of the resin 11 and the fiber 12 depends on the kind of the resin and fiber, the fiber reinforcing direction, the thickness, and the like, but preferably the resin 11: fiber 12 = 10 to 80% by volume: 90 to 20 volume %, More preferably the ratio is 25-50% by volume: 75-50% by volume. The reinforcing fiber layer 4 may contain an appropriate additive in addition to these constituent materials.

次に、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。   Next, a manufacturing method of the tank 1, particularly a process for forming the reinforcing fiber layer 4 will be described.

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の外表面に巻回する巻付け工程と、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４を形成する加熱工程と、が行われる。そのため、タンク１の製造装置２０は、巻付け工程を実行する繊維巻付け装置２２（参照：図２）と、加熱工程を実行する加熱２４（参照：図４）と、を有する。なお、図２では補強繊維層４を示しているが、上述のとおり、補強繊維層４は、加熱工程を経ることで形成されるものである。   In this process, the reinforcing fiber layer 4 is formed by winding a fiber 12 impregnated with the resin 11 around the outer surface of the liner 3 and thermosetting the resin 11 impregnated in the wound fiber 12. And a heating step. Therefore, the manufacturing apparatus 20 of the tank 1 has the fiber winding apparatus 22 (refer: FIG. 2) which performs a winding process, and the heating 24 (reference: FIG. 4) which performs a heating process. In addition, although the reinforcement fiber layer 4 is shown in FIG. 2, the reinforcement fiber layer 4 is formed through a heating process as mentioned above.

図２に示すように、繊維巻付け装置２２は、ボビン２４から繊維１２を繰り出し、その張力を張力調整部２５で調整して、液状の樹脂１１を貯留した樹脂槽２６に浸す。これにより、繊維１２に樹脂１１を含浸させる。その後、繊維巻付け装置２２は、樹脂１１を含浸した繊維１２を、所定の張力でライナー３の外表面に巻き付ける。この巻き付けは、シャフト２７にライナー３を取り付け、シャフト２７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２８から繊維１２を供給することで行う。なお、他の実施態様では、供給ユニット２８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。   As shown in FIG. 2, the fiber winding device 22 feeds the fiber 12 from the bobbin 24, adjusts the tension by the tension adjusting unit 25, and immerses the resin in the resin tank 26 in which the liquid resin 11 is stored. As a result, the fibers 12 are impregnated with the resin 11. Thereafter, the fiber winding device 22 winds the fiber 12 impregnated with the resin 11 around the outer surface of the liner 3 with a predetermined tension. This winding is performed by attaching the liner 3 to the shaft 27, rotating the liner 3 around the shaft together with the shaft 27, and supplying the fibers 12 from the supply unit 28 to the rotating liner 3. In another embodiment, the fiber 12 supplied from the supply unit 28 to the liner 3 may be in a prepreg state.

ここで、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（ＦＷ法）やテープワインディング法等が挙げられるが、その中でも、ＦＷ法を用いると好適である。本実施形態では、ＦＷ法により繊維１２の巻き方向を異ならせた複数の巻付け、具体的にはフープ巻き及びヘリカル巻きを行っている。それゆえ、熱硬化後の補強繊維層４は、繊維１２の巻き方向が異なる複数層（例えば、内側の層はフープ巻きによる層で、外側の層はヘリカル巻きによる層）から構成される。なお、その層の数、並びにフープ巻き及びヘリカル巻きの順番及び実施回数は任意である。   Here, examples of the winding method include a filament winding method (FW method) and a tape winding method, among which the FW method is preferable. In the present embodiment, a plurality of windings in which the winding directions of the fibers 12 are changed by the FW method, specifically, hoop winding and helical winding are performed. Therefore, the reinforcing fiber layer 4 after thermosetting is composed of a plurality of layers having different winding directions of the fibers 12 (for example, the inner layer is a layer formed by hoop winding and the outer layer is a layer formed by helical winding). The number of layers, the order of hoop winding and helical winding, and the number of executions are arbitrary.

図３（ａ）に示すように、フープ巻きとは、タンク軸線Ｙ−Ｙに対し略直角（例えば８９°）の巻回角度で、ライナー３の胴部６ａに繊維１２を周方向に巻回することをいう。また、図３（ｂ）に示すように、ヘリカル巻きとは、タンク軸線Ｙ−Ｙに対して斜めの巻回角度（例えば１０°）で、ライナー３の胴部６ａ及びドーム部６ｂ、６ｂに繊維１２をらせん状に巻回することをいう。ヘリカル巻きの巻回角度（繊維１２の配向角度）は、ライナー３の全長によって異なり、タンク軸線Ｙ−Ｙに対して例えば１０°〜３５０°の範囲での任意の角度が考えられる。なお、ヘリカル巻きには、巻回角度の大きさによって高角度ヘリカル巻きや低角度ヘリカル巻きと称されるものもあるが、本明細書におけるヘリカル巻きとは、そのいずれをも含む概念である。   As shown in FIG. 3A, the hoop winding is a winding angle of substantially right angle (for example, 89 °) with respect to the tank axis YY, and the fibers 12 are wound in the circumferential direction on the body portion 6a of the liner 3. To do. Further, as shown in FIG. 3B, the helical winding is an oblique winding angle (for example, 10 °) with respect to the tank axis Y-Y, and is formed on the body portion 6a and the dome portions 6b and 6b of the liner 3. It refers to winding the fibers 12 in a spiral. The helical winding angle (orientation angle of the fibers 12) varies depending on the total length of the liner 3, and an arbitrary angle in the range of, for example, 10 ° to 350 ° with respect to the tank axis YY is conceivable. Some helical windings are called high-angle helical winding or low-angle helical winding depending on the magnitude of the winding angle, and the term “helical winding” in this specification is a concept including both of them.

以下では、繊維１２がフープ巻き（巻回角度：８９°）とヘリカル巻き（巻回角度：１０°）されている場合を例に、その加熱方法を説明する。   Below, the heating method is demonstrated to the case where the fiber 12 is hoop-wrapped (winding angle: 89 degrees) and helically wound (winding angle: 10 degrees).

図４（ａ）に示すように、加熱装置２４は、ライナー３の周囲に配置された誘導加熱コイル３０と、誘導加熱コイル３０を回転させるためのコイル回転機構３２と、ライナー３を軸支するシャフト３４と、を備える。なお、図４（ｂ）及び（ｃ）では、コイル回転機構３２及びシャフト３４を省略している。   As shown in FIG. 4A, the heating device 24 supports the liner 3 with an induction heating coil 30 disposed around the liner 3, a coil rotation mechanism 32 for rotating the induction heating coil 30, and the liner 3. A shaft 34. In FIGS. 4B and 4C, the coil rotating mechanism 32 and the shaft 34 are omitted.

誘導加熱コイル３０は、ライナー３の外表面を囲うようなコイル形状３６を有する。コイル形状３６は、一続きのコイルが枠状に複数回巻き回されたものであり、ライナー３の外表面に対向して配置可能に構成されている。コイル形状３６における一巻き部分は、互いに対向する一対の比較的長い部分と、互いに対向する一対の比較的短い部分とで構成される。コイル形状３６におけるコイルの径・巻き数は、ライナー３の大きさ、肉厚、硬化時間等により適宜決定することができる。誘導加熱コイル３０は、図示省略した高周波発生器から高周波電流を供給されることで、ライナー３の外表面を加熱する。   The induction heating coil 30 has a coil shape 36 that surrounds the outer surface of the liner 3. The coil shape 36 is formed by winding a continuous coil a plurality of times in a frame shape, and is configured to be disposed so as to face the outer surface of the liner 3. The one-turn portion in the coil shape 36 is composed of a pair of relatively long portions facing each other and a pair of relatively short portions facing each other. The diameter and the number of turns of the coil in the coil shape 36 can be appropriately determined according to the size, thickness, curing time, etc. of the liner 3. The induction heating coil 30 heats the outer surface of the liner 3 by being supplied with a high frequency current from a high frequency generator (not shown).

コイル回転機構３２は、図４（ｃ）に示す如く誘導加熱コイル３０の巻き方向がフープ巻きの方向に合わさるように、また、図４（ｂ）に示す如く誘導加熱コイル３０の巻き方向がヘリカル巻きの方向に合わさるように、誘導加熱コイル３０を回転させるように構成されている。例えば、コイル回転機構３２は、誘導加熱コイル３０のうち、コイル形状３６が画定する枠の外側へと延びた部分３８を支持しており、この部分３８を回転中心としてコイル形状３６を回転させる。これにより、コイル形状３６の巻き方向を、繊維１２のフープ巻き及びヘリカル巻きのいずれの方向にも個々に合わせることができるようになっている。   The coil rotating mechanism 32 is arranged so that the winding direction of the induction heating coil 30 is aligned with the hoop winding direction as shown in FIG. 4C, and the winding direction of the induction heating coil 30 is helical as shown in FIG. The induction heating coil 30 is configured to rotate so as to be aligned with the winding direction. For example, the coil rotating mechanism 32 supports a portion 38 of the induction heating coil 30 that extends to the outside of the frame defined by the coil shape 36, and rotates the coil shape 36 around the portion 38. Thereby, the winding direction of the coil shape 36 can be individually adjusted to either the hoop winding or the helical winding of the fiber 12.

シャフト３４は、ライナー３の一端部の口金８に取り付けられており、シャフト３４の回転によって、ライナー３はタンク軸線Ｙ−Ｙ回りに回転する。なお、ライナー３の両端部に口金８を設けた場合であっても、シャフト３４はライナー３の片側の口金８にのみ取り付けられる。これは、仮にシャフト３４をライナー３の両側に取り付けると、コイル回転機構３２による誘導加熱コイル３０の回転がシャフト３４に阻害されることになるからである。   The shaft 34 is attached to the base 8 at one end of the liner 3, and the liner 3 rotates around the tank axis YY by the rotation of the shaft 34. Even when the bases 8 are provided at both ends of the liner 3, the shaft 34 is attached only to the base 8 on one side of the liner 3. This is because if the shaft 34 is attached to both sides of the liner 3, the rotation of the induction heating coil 30 by the coil rotation mechanism 32 is inhibited by the shaft 34.

ここで、加熱装置２４による加熱手順を具体的に説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、加熱装置２４にライナー３（未硬化のタンク１）をセットし、シャフト３４をライナー３に取り付ける。この初期状態では、誘導加熱コイル３０におけるコイル形状３６の巻き方向は、ライナー３上の繊維１２のフープ巻き及びヘリカル巻きのいずれの方向とも合わされていない。 Here, the heating procedure by the heating device 24 will be specifically described.
First, as shown in FIG. 4A, the liner 3 (uncured tank 1) is set in the heating device 24, and the shaft 34 is attached to the liner 3. In this initial state, the winding direction of the coil shape 36 in the induction heating coil 30 is not matched with either the hoop winding or the helical winding of the fiber 12 on the liner 3.

次に、図４（ｂ）に示すように、コイル回転機構３２によって誘導加熱コイル３０を回転させ、コイル形状３６の巻き方向を繊維１２のヘリカル巻きの方向に合わせた状態に設定する。そして、この状態で、誘導加熱コイル３０に高周波電流を供給する。すると、ヘリカル巻きされた繊維１２に誘導電流が流れ、この繊維１２が発熱する。これにより、ヘリカル巻きの繊維１２に含浸されている樹脂１１が加熱され、熱硬化されていく。なお、この場合、フープ巻きの繊維１２には誘導電流が流れにくいため、これに含浸されている樹脂１１は加熱されにくい。   Next, as shown in FIG. 4B, the induction heating coil 30 is rotated by the coil rotation mechanism 32, and the winding direction of the coil shape 36 is set to a state in which the winding direction of the fiber 12 is matched. In this state, a high-frequency current is supplied to the induction heating coil 30. Then, an induced current flows through the helically wound fiber 12, and the fiber 12 generates heat. As a result, the resin 11 impregnated in the helically wound fiber 12 is heated and thermally cured. In this case, since the induced current does not easily flow through the hoop-wrapped fiber 12, the resin 11 impregnated therein is not easily heated.

次いで、図４（ｃ）に示すように、コイル回転機構３２によって誘導加熱コイル３０をさらに回転させ、コイル形状３６の巻き方向を繊維１２のフープ巻きの方向に合わせた状態に設定する。この状態で誘導加熱コイル３０に高周波電流を供給すると、フープ巻きされた繊維１２に誘導電流が流れ、この繊維１２が発熱する。これにより、フープ巻きの繊維１２に含浸されている樹脂１１が加熱され、熱硬化されていく。なお、この場合、ヘリカル巻きの繊維１２には誘導電流が流れにくいため、これに含浸されている樹脂１１は加熱されにくい。   Next, as shown in FIG. 4 (c), the induction heating coil 30 is further rotated by the coil rotation mechanism 32, and the winding direction of the coil shape 36 is set to a state in which the winding direction of the fiber 12 is matched. When a high-frequency current is supplied to the induction heating coil 30 in this state, an induction current flows through the hoop-wrapped fiber 12, and the fiber 12 generates heat. As a result, the resin 11 impregnated in the hoop-wrapped fibers 12 is heated and thermally cured. In this case, since the induced current does not easily flow through the helically wound fiber 12, the resin 11 impregnated therein is not easily heated.

ここで、図４（ｂ）に示す状態での誘導加熱と図４（ｃ）に示す状態での誘導加熱とは、繰り返し行うことが望ましい。その理由は、一方の誘導加熱を長時間行ってから他方の誘導加熱を長時間行うよりも、ヘリカル巻き及びフープ巻きの両方向の繊維１２を繰り返し誘導加熱する方が、均一で熱効率の良い誘導加熱を促進することができるからである。したがって、両状態での誘導加熱が繰り返し行われるように、誘導加熱コイル３０は、誘導加熱中、図４（ｂ）に示す角度位置（すなわち１０°）と図４（ｃ）に示す角度位置（すなわち８９°）との間で回動するサイクルを繰り返すとよい。なお、誘導加熱コイル３０が図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示す角度位置に留まる時間は、誘導加熱コイル３０が両者の角度一間を移動する時間よりも長いことが好ましい。   Here, it is desirable to repeatedly perform the induction heating in the state shown in FIG. 4B and the induction heating in the state shown in FIG. The reason is that the induction heating of the fibers 12 in both the helical winding and the hoop winding is repeated and heated more efficiently than when the induction heating is performed for a long time and then the other induction heating is performed for a long time. It is because it can promote. Therefore, so that induction heating in both states is repeatedly performed, the induction heating coil 30 has an angular position shown in FIG. 4B (that is, 10 °) and an angular position shown in FIG. That is, it is preferable to repeat the cycle of rotating between 89 °). In addition, it is preferable that the time for which the induction heating coil 30 stays at the angular position shown in FIGS. 4B and 4C is longer than the time for which the induction heating coil 30 moves between the two angles.

また、誘導加熱中は、シャフト３４によってライナー３をタンク軸線Ｙ−Ｙ回りに回転させるとよい。特に、図４（ｂ）に示す状態では、誘導加熱コイル３０を不動にした状態で、ライナー３を回転させるとよい。こうすることで、ヘリカル巻きの繊維１２を短時間で誘導加熱することができる。なお、誘導加熱中は、ライナー３と誘導加熱コイル３０との干渉を阻止できる条件であれば、ライナー３をタンク軸線Ｙ−Ｙ方向に往復移動させることも可能である。こうすることで、コイル形状３６の巻き数が少ない場合であっても、ライナー３の外表面の全体を加熱することができる。   Further, during the induction heating, the liner 3 may be rotated around the tank axis YY by the shaft 34. In particular, in the state shown in FIG. 4B, the liner 3 is preferably rotated while the induction heating coil 30 is stationary. By doing so, the helically wound fiber 12 can be induction-heated in a short time. During induction heating, it is possible to reciprocate the liner 3 in the tank axis YY direction as long as interference between the liner 3 and the induction heating coil 30 can be prevented. By doing so, the entire outer surface of the liner 3 can be heated even when the number of turns of the coil shape 36 is small.

以上説明したように、本実施形態によれば、一つの単純形状の誘導加熱コイル３０をコイル配向（巻き方向）と略９０°ずれた方向に回転させることで、コイル形状３６の巻き方向をヘリカル巻き及びフープ巻きの両方向に合わせることができ、且つ、これらの状態で両者の繊維１２をそれぞれ熱効率良く誘導加熱することができる。したがって、フープ巻きとヘリカル巻きとが混在する未硬化のタンクであっても、熱効率良く均一に誘導加熱して樹脂１１を熱硬化させることができ、熱硬化したタンク１を製造することができる。   As described above, according to the present embodiment, the winding direction of the coil shape 36 is helically changed by rotating one simple-shaped induction heating coil 30 in a direction that is substantially 90 ° away from the coil orientation (winding direction). Winding and hoop winding can be performed in both directions, and both fibers 12 can be induction-heated with high thermal efficiency in these states. Therefore, even in an uncured tank in which hoop winding and helical winding are mixed, the resin 11 can be thermally cured by induction heating with uniform heat efficiency, and the thermally cured tank 1 can be manufactured.

加えて、加熱装置２４の設備を簡素化することができる。すなわち、本実施形態と異なり、フープ巻きとヘリカル巻きのそれぞれに対応したコイル形状の誘導加熱コイルを２つ用意したのでは、誘導加熱コイルとしての部品点数が増えると共に、加熱途中で誘導加熱コイルを交換する必要が生じる。また、本実施形態と異なり、フープ巻きとヘリカル巻きの両方に対応したコイル形状の誘導加熱コイルでは、コイル形状が複雑となり、ハンドリングが困難となり得る。この点、本願実施形態によれば、単一の誘導加熱コイル３０を用いて繊維１２の両方の巻き方向に対応させているので、誘導加熱コイル３０を簡素化して、そのハンドリング性を向上することができる。また、本実施形態の如く枠状のコイル形状３６とすることで、加熱装置２４に対するワーク（未硬化のタンク・硬化後のタンク）の搬入出が容易となる。   In addition, the equipment of the heating device 24 can be simplified. That is, unlike this embodiment, when two induction heating coils having coil shapes corresponding to the hoop winding and the helical winding are prepared, the number of parts as the induction heating coil increases, and the induction heating coil is changed during the heating. It needs to be replaced. Further, unlike the present embodiment, in the coil-shaped induction heating coil corresponding to both the hoop winding and the helical winding, the coil shape becomes complicated and handling may be difficult. In this regard, according to the embodiment of the present application, since the single induction heating coil 30 is used to correspond to both winding directions of the fiber 12, the induction heating coil 30 is simplified and its handling property is improved. Can do. Further, by adopting the frame-like coil shape 36 as in the present embodiment, the work (uncured tank / cured tank) can be easily carried in and out of the heating device 24.

＜変形例＞
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば、後記の特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 <Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that those skilled in the art can conceive various modified examples within the scope of the idea described in the claims below. These are naturally understood to be within the technical scope of the present invention.

誘導加熱中、ライナー３に対して誘導加熱コイル３０を所定範囲（上記の例では、１０°〜８９°の範囲）で回動させるのではなく、ライナー３を回動させることで繊維１２の巻き方向と誘導加熱コイル３０の巻き方向とを合わせることも可能である。すなわち、誘導加熱コイル３０をライナー３に対して相対的に移動させる移動機構があれば足り、その一例が上記のコイル回転機構３２である。ただし、上記実施形態の如く、誘導加熱コイル３０を回動させる方が容易である。   During induction heating, instead of rotating the induction heating coil 30 with respect to the liner 3 within a predetermined range (in the above example, a range of 10 ° to 89 °), the liner 3 is rotated to wind the fiber 12. It is also possible to match the direction and the winding direction of the induction heating coil 30. That is, a moving mechanism that moves the induction heating coil 30 relative to the liner 3 is sufficient, and an example thereof is the coil rotating mechanism 32 described above. However, it is easier to rotate the induction heating coil 30 as in the above embodiment.

また、フープ巻きとヘリカル巻きの二つの巻回方向を例に説明したが、これら以外の第３の方向に繊維１２を巻き回してもよい。この場合にも、誘導加熱中に、第３の方向の巻回方向に導加熱コイル３０の巻き方向が合うようにすればよい。   Moreover, although the two winding directions of the hoop winding and the helical winding have been described as examples, the fiber 12 may be wound in a third direction other than these. Also in this case, the induction heating coil 30 may be wound in the winding direction in the third direction during induction heating.

本実施形態は、複数の方向に繊維を巻いている成形体であれば適用することができ、タンク１以外のそのようなものとしては、配管や管継手の他、車両などの移動体のボディを挙げることができる。   The present embodiment can be applied to any molded body in which fibers are wound in a plurality of directions. Examples of such a body other than the tank 1 include a body of a moving body such as a vehicle in addition to a pipe and a pipe joint. Can be mentioned.

１：タンク、 ３：ライナー、 ４：補強繊維層、 １１：樹脂、 １２：繊維、 ２０：製造装置、 ２２：繊維巻付け装置、 ２４：加熱装置、 ３０：誘導加熱コイル、 ３２：コイル回転機構（移動機構）、 Ｙ−Ｙ：タンク軸線   1: tank, 3: liner, 4: reinforcing fiber layer, 11: resin, 12: fiber, 20: manufacturing device, 22: fiber winding device, 24: heating device, 30: induction heating coil, 32: coil rotation mechanism (Movement mechanism), YY: Tank axis

Claims (11)

導電性を有し且つ樹脂を含浸した繊維が第１の方向及び第２の方向に巻き回された成形体を、当該成形体の周囲に配置した誘導加熱コイルにより加熱することで前記樹脂を熱硬化する、成形体の加熱方法であって、
前記誘導加熱コイルの巻き方向を前記第１の方向に合わせた状態で、当該誘導加熱コイルによる加熱を行う第１の工程と、
前記第１の工程と同じ誘導加熱コイルを用い、当該誘導加熱コイルの巻き方向を前記第２の方向に合わせた状態で、当該誘導加熱コイルによる加熱を行う第２の工程と、を備えた、成形体の加熱方法。 Heating the molded body in which the conductive and impregnated fiber is wound in the first direction and the second direction by an induction heating coil arranged around the molded body, heats the resin. A method of heating a molded body that cures,
A first step of heating by the induction heating coil in a state where the winding direction of the induction heating coil is aligned with the first direction;
Using the same induction heating coil as in the first step, and in a state where the winding direction of the induction heating coil is matched to the second direction, the second step of heating by the induction heating coil, Heating method of the molded body. 前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返し行う、請求項１に記載の成形体の加熱方法。   The method for heating a molded body according to claim 1, wherein the first step and the second step are repeated. 前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返す際、前記成形体に対して前記誘導加熱コイルを回転させることで、当該誘導加熱コイルの巻き方向を前記第１の方向に合わせた状態と前記第２の方向に合わせた状態とをそれぞれ設定する、請求項２に記載の成形体の加熱方法。   When repeating the first step and the second step, by rotating the induction heating coil relative to the molded body, a state in which the winding direction of the induction heating coil is aligned with the first direction; The method for heating a molded body according to claim 2, wherein a state in accordance with the second direction is set. 前記成形体は、タンクであり、
前記第１の方向は、ヘリカル巻きの方向であり、
前記第２の方向は、フープ巻きの方向である、請求項３に記載の成形体の加熱方法。 The molded body is a tank,
The first direction is a helical winding direction;
The said 2nd direction is a heating method of the molded object of Claim 3 which is a hoop winding direction. 前記第１の工程は、前記誘導加熱コイルによる加熱中、当該誘導加熱コイルを不動にした状態で前記タンクをその軸線回りに回転させる、請求項４に記載の成形体の加熱方法。   5. The heating method for a molded body according to claim 4, wherein in the first step, the tank is rotated around its axis while the induction heating coil is fixed during heating by the induction heating coil. 前記タンクは、互いに対向する両端部のうち一方の端部のみが前記軸線回りに回転可能に軸支されている、請求項５に記載の成形体の加熱方法。   The method for heating a molded body according to claim 5, wherein only one of the opposite ends of the tank is pivotally supported around the axis. 前記第１の工程及び前記第２の工程の少なくとも一方では、前記誘導加熱コイルによる加熱中、当該誘導加熱コイルを不動にした状態で前記成形体を回転させる、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の成形体の加熱方法。   5. At least one of the first step and the second step, wherein the molded body is rotated while the induction heating coil is fixed during heating by the induction heating coil. The heating method of the molded object of item. 前記成形体は、互いに対向する両端部のうち一方の端部のみが軸支されたタンクであり、
前記第１の方向は、ヘリカル巻きの方向であり、
前記第２の方向は、フープ巻きの方向であり、
前記第１の工程は、前記誘導加熱コイルによる加熱中、当該誘導加熱コイルを不動にした状態で前記タンクをその軸線回りに回転させる、請求項１に記載の成形体の加熱方法。 The molded body is a tank in which only one end of both ends facing each other is pivotally supported,
The first direction is a helical winding direction;
The second direction is a hoop winding direction;
2. The method for heating a molded body according to claim 1, wherein, in the first step, the tank is rotated around its axis while the induction heating coil is fixed during heating by the induction heating coil. 前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返し行う、請求項８に記載の成形体の加熱方法。   The method for heating a molded body according to claim 8, wherein the first step and the second step are repeated. 前記繊維は、カーボン繊維である、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の成形体の加熱方法。   The method for heating a molded body according to any one of claims 1 to 9, wherein the fibers are carbon fibers. 導電性を有し且つ樹脂を含浸した繊維が第１の方向及び第２の方向に巻き回された成形体を加熱することで前記樹脂を熱硬化する、成形体の加熱装置であって、
前記成形体の周囲に配置され、当該成形体を加熱する誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルの巻き方向が前記第１の方向に合わさるように前記誘導加熱コイルを前記成形体に対して相対的に移動させると共に、前記誘導加熱コイルの巻き方向が前記第２の方向に合わさるように前記誘導加熱コイルを前記成形体に対して相対的に移動させる移動装置と、を備えた、成形体の加熱装置。 A heating device for a molded body, wherein the resin is heat-cured by heating the molded body in which fibers having conductivity and impregnated with a resin are wound in a first direction and a second direction,
An induction heating coil that is disposed around the molded body and heats the molded body;
The induction heating coil is moved relative to the molded body so that the winding direction of the induction heating coil is aligned with the first direction, and the winding direction of the induction heating coil is aligned with the second direction. And a moving device for moving the induction heating coil relative to the molded body.
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