JP4085780B2

JP4085780B2 - Pressure vessel manufacturing method and fiber bundle array device

Info

Publication number: JP4085780B2
Application number: JP2002319490A
Authority: JP
Inventors: 誠都築
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: JP2004148777A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の高圧ガスや加圧流体を収容するのに好適な圧力容器の製造方法及び繊維束配列装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）等を収容する圧力容器は、一般にスチールやアルミニウム合金等の金属製のため重量が重い。また、近年、天然ガスを燃料とする自動車や、水素を燃料とした燃料電池電気自動車が低公害車として注目されているが、燃料タンクとなる圧力容器の重量が重く、燃費が大きくなる。この不都合を解消するため、ガスバリア性を有するライナ（内殻）を耐圧性の繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製の外殻で覆った圧力容器が提案されている。
【０００３】
図９に示すように、このような圧力容器５１は円筒状の胴部５１ａとその両端に設けられた半球状のドーム部５１ｂとを有し、ドーム部５１ｂの中心に口金５２を有する。そして、ＦＲＰ製の外殻はフィラメントワインディング法でライナ上に巻き付けられた樹脂含浸繊維束層によって形成されている。薄肉回転対称体形状の圧力容器５１の主応力方向は軸方向ａ及び径方向ｄで、繊維強化複合材においては繊維を主応力方向に配列するのが最適な繊維配列である。そして、軸方向と径方向との力の割合は径方向２に対して軸方向１である。従って、強化繊維は軸方向ａと平行な方向と、周方向に配列するのが最も効率がよい。しかし、軸方向ａと平行な方向に配列するのは難しいため、従来、圧力容器のドーム部に対してはインプレーン巻（平面巻）又はヘリカル巻が行われ、円筒部（胴部）に対してはインプレーン巻又はヘリカル巻とフープ巻の組合せで繊維が配列されて圧力容器が製造されている。
【０００４】
ライナに巻き付けられる繊維束層の層数は耐圧要求及び繊維の材質によっても異なるが、多い場合は５０層程度になる。繊維束層を５０層も形成する場合は、１個の圧力容器を製造するのに時間が掛かる。従って、フィラメントワインディング装置で圧力容器を大量に生産するためには、フィラメントワインディング装置を多数設置して生産する必要がある。また、１台のフィラメントワインディング装置で巻き取り位置を複数設け、同時に複数個の製品を製造することができるフィラメントワインディング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２６６４３８号公報（明細書の段落［００２９］〜［００３４］、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ヘリカル巻きは胴部の径及び長さにより適切な巻きパターンが異なり、ヘッドの制御が面倒となる。また、従来のフィラメントワインディング方法では、マンドレルを回転させながら繊維束の供給ヘッドが往復移動されて所定数の繊維束層が積層形成されると、新たなマンドレルに交換される。そして、フィラメントワインディング装置にセットされた新たなマンドレルに繊維束の端部を固定する作業を行った後、再び繊維束の巻き付けを行う。従って、製品が１個できる毎にマンドレル交換と繊維束の固定作業が必要となり、手間が掛かる。高圧容器を製造する際は、マンドレルに代えてライナをフィラメントワインディング装置にセットする。
【０００７】
特許文献１に記載のフィラメントワインディング装置では、一度に複数のマンドレルが取り付けられ、１個の供給ヘッドが複数のマンドレルに繊維束を巻き付けるため、マンドレル交換後に繊維束の端部を固定する作業は多少簡単になる。しかし、マンドレルを回転させて繊維束を巻き付ける構成のため、製品が大型のものでは一度に回転させるマンドレルの数を増やすことが難しい。
【０００８】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その第１の目的はヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができ、圧力容器を連続的に容易に生産できる圧力容器の製造方法を提供することにある。また、第２の目的は圧力容器を製造する際に、ヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができる繊維束配列装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、円筒状の胴部の両端にドーム部を有する形状に形成されたガスバリア性を有するライナと、その外側を覆う繊維強化複合材製の外殻とを有し、ドーム部の中心に口金を備えた圧力容器の製造方法である。前記ライナを直列に連結するとともに連結したライナをその軸方向に沿って直線状に移動させ、その移動経路に、前記ライナの外側又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層の外側に、軸方向配列繊維束をライナの軸方向に沿って配列する。その配列された軸方向配列繊維束の外側からライナの胴部及び口金に対応する位置にライナの周方向に沿って周方向繊維束を巻き付ける作業を行う工程を積層すべき層数に対応して設ける。そして、各工程をライナが順次通過して所定数の層が積層形成された後、前記繊維束に含浸されている樹脂を硬化させる。
【００１０】
従って、この発明では、ライナは直列に順次連結されて、一直線状に移動される。そして、ライナの移動経路に沿って、積層すべき層数に対応して設けられた各巻付け作業工程において、ライナの軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束の層と、その層の上に巻き付けられる周方向繊維束の層とがそれぞれ配列される。軸方向配列繊維束がライナに沿って配列され、その配列された軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置に周方向繊維束が巻き付けられる。そして、各工程をライナが順次通過する毎に繊維束層が順次積層され、所定数の層が積層形成された後、前記繊維束に含浸されている樹脂が硬化される。
【００１１】
例えば、周方向繊維束の層と軸方向配列繊維束の層とが交互に配列されて、積層層数が５０層であれば、巻付け作業工程は２５設けられ、ライナは最低２５個直列に連結される。しかし、従来のフィラメントワインディング装置と異なり、ライナは回転されずに直線状に移動されるため、このように多数のライナが連結されても駆動装置にさほど大きな負荷は掛からない。各巻付け作業工程において一度ライナに繊維束の端部を固定したあとは、その後に、当該巻付け作業工程に送り込まれるライナに対する繊維束の固定作業は不要となる。従って、ヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができ、圧力容器を連続的に容易に生産できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ライナ上に所定数の層が積層形成された段階で、該ライナと他のライナとの連結が解除され、連結が解除されたライナが硬化炉に入れられて樹脂の硬化が行われる。この発明では、ライナ上に所定数の層が積層形成された段階で、該ライナと他のライナとの連結が解除される。即ち、必要な繊維束の巻付けが完了すると、そのライナは他のライナから切り離されるため、連結されている必要のないライナが連結された状態でライナの移動を行う場合に比較して駆動エネルギーが少なくなるとともに、配設スペースを短くできる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、円筒状の胴部の両端にドーム部を有する形状に形成されたガスバリア性を有するライナの外側に、繊維束を積層配列する作業を行う繊維束配列装置である。繊維束配列装置は、ライナの軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束を配設する作業と、１層分の軸方向配列繊維束が配列された状態でその軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置に周方向繊維束を巻き付ける作業を行う。繊維束配列装置は、直列に連結されたライナを支承するとともにライナの軸方向に沿って直線状に一定方向に移動させる移動手段を備えている。また、所定位置に配置され、前記移動手段により直線状に移動されるライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層の周囲に１層分の軸方向配列繊維束を供給するとともに前記軸方向配列繊維束を前記ライナの軸方向に沿って配列させる複数のヘッドがリング状に配置された繊維束供給部を備えている。さらに、前記繊維束供給部より前記ライナの移動方向下流側に配設され、前記供給された１層分の軸方向配列繊維束の外側から周方向繊維束を、ライナの胴部及び口金に対応する位置に巻き付ける周方向繊維束巻付け部とを備えた繊維束配列ユニットをライナの移動方向に沿って複数備えている。
【００１４】
この発明では、直列に連結されたライナが移動手段により直線状に一定方向に移動される。所定位置に配置された繊維束供給部の複数のヘッドから、ライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層の周囲に１層分の軸方向配列繊維束が供給される。１層分の軸方向配列繊維束が配列された状態で、その軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置に、周方向繊維束巻付け部により周方向繊維束を巻き付けられる。そして、ライナが各繊維束配列ユニットを通過した時点で、ライナの外側に所定数の繊維束層が積層される。各繊維束配列ユニットにおいて一度ライナに繊維束の端部を固定したあとは、その後に、当該繊維束配列ユニットに送り込まれるライナに対する繊維束の固定作業は不要となる。従って、圧力容器を製造する際に、ヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記ライナを支承する支承部は、周方向繊維束の巻付けに支障を来さない部分で前記ライナを外側で支承して所定範囲をライナの移動方向へ移動した後、ライナとの係合を解除して元の位置に復帰して再びライナを支承するように移動される。従って、この発明では、直列に連結されたライナを、周方向繊維束の巻付けに支障のない状態で支承することができる構成が簡単で、ライナの移動にも悪影響を与えない。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の発明において、前記繊維束供給部と前記周方向繊維束巻付け部との間には、前記繊維束供給部から供給される繊維束をライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿わせるように案内するガイドが設けられ、前記ライナは前記ガイドを貫通して移動する。
【００１７】
この発明では、繊維束供給部の各ヘッドから供給される繊維束がガイドの作用によりライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿うように案内された状態で、周方向繊維束が巻き付けられる。従って、各軸方向配列繊維束がライナの軸方向に真っ直ぐに延びた状態で、その上に周方向繊維束が巻き付けられる。その結果、樹脂硬化後の強度が向上する。
請求項６に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、直列に連結された前記ライナのうち移動方向先頭のライナの移動方向側の口金に前記軸方向配列繊維束及び前記周方向繊維束の端部を固定させる。
請求項７に記載の発明は、請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記複数の繊維束配列ユニットの設置間隔は、製造される圧力容器の軸方向の長さよりも長く形成されている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図７に従って説明する。図１（ａ）は繊維束配列装置の模式正面図、図１（ｂ），（ｃ）はライナの支承部の模式斜視図であり、図２は繊維束供給部の模式図、図３は周方向繊維束巻付け部の模式断面図、図４は図３のＡ矢視図である。また、図５（ａ），（ｂ）は繊維束の配列状態を示す模式図であり、図６（ａ）〜（ｃ）は繊維束配列装置の作用を示す模式図であり、図７はガイドの模式正面図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、繊維束配列装置１１は、繊維束供給部１２及び周方向繊維束巻付け部１３を備えた繊維束配列ユニット１４が複数一直線状に所定間隔をおいて配設されている。繊維束配列ユニット１４は、例えば高圧容器を製造する際にライナ１５に積層される軸方向配列繊維束の層の数と同じ数設けられる。繊維束配列ユニット１４の設置間隔は、製造される高圧容器の長さより若干長く形成されている。
【００２０】
繊維束配列装置１１は、直列に連結されたライナ１５を支承して直線状に一定方向（図１（ａ）における左側から右側に向かう方向）に移動させる移動手段を備えている。移動手段は直列に連結されたライナ１５を支承する複数の第１の支承部１６ａ及び第２の支承部１６ｂと、直列に連結されたライナ１５の最後部のライナ１５と係合してライナ１５を所定速度で間欠的に押す押圧手段１７とを備えている。また、繊維束配列装置１１は前記支承部１６ａ，１６ｂを、押圧手段１７の押す動作に同期して同じ速度で移動させる駆動部１８を備えている。押圧手段１７は、ライナ１５の一端を保持するチャック部を備えたリニアアクチュエータで構成されている。リニアアクチュエータにはボールネジを使用するとともに、ナットと一体移動可能な移動体１７ａを１軸方向に移動させる構成の公知のものが使用され、移動体１７ａ上にチャック部１７ｂが設けられている。ライナ１５はアルミニウムあるいはアルミニウム合金等の軽い金属製となっている。
【００２１】
第１の支承部１６ａ及び第２の支承部１６ｂは、周方向繊維束１９の巻付けに支障を来さない部分で、ライナ１５をその外側で支承可能に形成されている。図１（ｂ）に示すように、第１の支承部１６ａはライナ１５同士の連結部と、周方向繊維束１９の巻付けが済んだ部分とを支承可能に、胴部１５ａの径の円柱と、口金１５ｃの径の円柱とを安定して支承できるように角度の異なる２段階のＶ字状の凹部１６ｃを有する。図１（ｃ）に示すように、第２の支承部１６ｂはライナ１５同士の連結部を支承可能に、口金１５ｃの径の円柱を安定して支承できるＶ字状の凹部１６ｄを有する。そして、それぞれ複数の支承部１６ａ，１６ｂが往復移動される駆動部１８に連結されている。（第２の支承部１６ｂは１個のみ図示し、第２の支承部１６ｂの駆動部は図示を省略する。）駆動部１８はライナ１５の移動方向に沿って延びるバーで形成され、図示しないアクチュエータにより駆動されるようになっている。
【００２２】
第１の支承部１６ａ及び第２の支承部１６ｂはそれぞれ独立に駆動可能に構成されている。第１の支承部１６ａが連結された駆動部１８は、繊維束供給部１２の配置間隔のほぼ１／２の距離の所定範囲を、第１の支承部１６ａがライナ１５を支承してライナ１５の移動方向へ移動させる動きと、ライナ１５を支承する支承位置及び支承が解除される待機位置へ移動される動きとを行うように移動される。第２の支承部１６ｂは、第１の支承部１６ａがライナ１５の支承位置を変更するために移動する際に、ライナ１５を口金１５ｃ又はその連結部において支承する位置と、ライナ１５と係合が解除されライナ１５の移動に支障のない退避位置とに移動されるようになっている。
【００２３】
第１及び第２の支承部１６ａ，１６ｂは各繊維束配列ユニット１４毎に設けられるのではなく、例えば２個おきに設けられ、第１の支承部１６ａが設けられた繊維束配列ユニット１４以外の繊維束配列ユニット１４に１６ｂが設けられる。
【００２４】
図２に示すように、繊維束供給部１２は円環状の支持枠２０を有し、ライナの軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束２１を供給する複数のヘッド２２が支持枠２０に所定間隔（この実施の形態では一定間隔）でリング状に配設されている。支持枠２０は図示しない機枠に固定されている。ヘッド２２の数は１層分の軸方向配列繊維束２１の本数に対応して設けられている。各繊維束配列ユニット１４においてそれぞれ配列される軸方向配列繊維束２１の層数及び周方向繊維束１９の層数は１層ずつである。しかし、ライナ１５の移動方向下流側に配置された繊維束配列ユニット１４ほどライナ１５上に配列された繊維束層の合計積層数が多くなり、当該ライナ１５上にそれまでに配列された樹脂含浸繊維束層の外径が大きくなる。その結果、繊維束の太さが同じであれば当該ライナ１５上の配列に必要な１層分の軸方向配列繊維束２１の本数が多くなり、ヘッド２２の数もそれに対応して多くなる。また、軸方向配列繊維束２１の本数が同じ場合は繊維束の太さが太くなる。
【００２５】
図２に示すように、各ヘッド２２にはボビン２３から繰り出された軸方向配列繊維束２１が、塗布ローラ２４を備えた樹脂槽２５を通過することにより、樹脂が含浸された後、ガイドローラ２６を経て供給されるようになっている。なお、図２において、ヘッド２２及びガイドローラ２６の一部の図示を省略している。ボビン２３は図示しないモータにより駆動される軸に一体回転可能に支持されている。
【００２６】
図３及び図４に示すように、周方向繊維束巻付け部１３は円環状の回転フレーム２７が複数（４個図示）の支持ローラ２８により回転可能に支持されている。支持ローラ２８は回転フレーム２７がライナ１５を中心として回転可能となるように、図示しない機枠に回転可能に取り付けられている。回転フレーム２７の外周は断面三角径状に形成され、支持ローラ２８の外周にはＶ溝が形成され、回転フレーム２７が軸方向に位置ずれせずに回転されるようになっている。
【００２７】
回転フレーム２７の一方の面（図３の右側）に円環状の外歯歯車２９が固定されている。機枠にはモータ３０が固定され、モータ３０の駆動軸３０ａには外歯歯車２９と歯噛するピニオン３１が固定されている。そして、モータ３０の駆動により回転フレーム２７が所定方向に回転される。
【００２８】
回転フレーム２７には支軸３２がライナ１５の移動方向と平行な状態で回転可能に支持されている。支軸３２は張力調整装置３３に連結されている。支軸３２には周方向繊維束１９が巻かれたボビン３４が支持されている。張力調整装置３３には例えばパウダーブレーキや、渦電流により支軸３２に負荷を加える構成の所謂パーマトルクが使用されている。また、回転フレーム２７にはボビン３４から引き出される周方向繊維束１９の巻き付け位置を一定するためのヘッド３５が設けられている。そして、ボビン３４は周方向繊維束１９の端部がライナ１５に固定された状態で回転フレーム２７が回転することにより、周方向繊維束１９を繰り出す方向に回転され、張力調整装置３３の作用により周方向繊維束１９が引き出される際に所定の張力が付与されるようになっている。ボビン３４には予め必要量の樹脂が付着（含浸）された半硬化状態の繊維束（所謂トウプレグ）が巻かれている。
【００２９】
各繊維束配列ユニット１４には繊維束供給部１２と周方向繊維束巻付け部１３との間の所定位置に、繊維束供給部１２から供給される軸方向配列繊維束２１をライナ１５又はライナ１５上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿わせるように案内するガイド３６が設けられている。ガイド３６は、例えば図７に示すように、ほぼＬ字状の案内部３７ａを有する一対のガイド部材３７が、ライナ１５の移動方向（図７の紙面と垂直方向）に位置がずれた状態で、ガイドロッド３８に沿って移動可能に設けられている。両ガイド部材３７は案内部３７ａによって囲まれる面積が小さくなる方向に引っ張りばね３９により付勢されている。そして、両ガイド部材３７は、案内部３７ａによって囲まれる面積が、ガイド３６がライナ１５の胴部１５ａと対応する状態では大に、口金１５ｃと対応する状態では小になるように移動されるようになっている。
【００３０】
繊維束配列装置１１のライナ１５の移動方向下流側には硬化炉４０が配設されている。そして、所定層の軸方向配列繊維束２１及び周方向繊維束１９の配列が完了したライナ１５が、前記繊維束の配列の完了していないライナ１５との連結が解除された後、硬化炉４０に投入され、繊維束に含浸された樹脂の硬化が行われるようになっている。繊維束に含浸される樹脂には例えばエポキシ樹脂が使用されている。
【００３１】
次に前記のように構成された装置を使用して圧力容器を製造する際の作用を説明する。
図５（ａ），（ｂ）に示すように、圧力容器４１は円筒部としての胴部１５ａの両端にドーム部１５ｂを有する形状に形成されるとともにガスバリア性を有し、ドーム部１５ｂの中心に口金１５ｃを有するライナ１５の外側に、軸方向配列繊維束２１と、周方向繊維束１９とが配列されて形成されている。軸方向配列繊維束２１はライナ１５の軸方向に沿って延びるように配列され、周方向繊維束１９は軸方向配列繊維束２１の上からライナ１５の胴部１５ａ及び口金１５ｃに対応する位置に周方向に巻き付けられた状態で配列されている。繊維束は炭素繊維の無撚りのマルチフィラメントからなり、マルチフィラメントはフィラメント数が３０００〜２４０００本程度である。なお、口金１５ｃには配管のプラグあるいは封止用のボルトを螺合するためのねじ孔が形成されている。
【００３２】
前記の圧力容器４１を製造する場合、まず、図６（ａ）に示すように、１個のライナ１５の一端（後端）を押圧手段１７のチャック部１７ｂに保持させる。また、他端（前端）の口金１５ｃの部分が図１（ａ）及び図６（ａ）の左端の繊維束供給部１２より右側に位置する状態で、繊維束供給部１２のヘッド２２から軸方向配列繊維束２１を引き出してその端部をライナ１５の他端（前端）の口金１５ｃの部分に固定する。ライナ１５の口金１５ｃは圧力容器４１が完成したときの長さより長く形成されており、繊維束の端部はその長く形成された部分に固定される。固定は例えば粘着テープを使用して行われる。
【００３３】
その状態で押圧手段１７を駆動させてライナ１５の前端を周方向繊維束巻付け部１３のヘッド３５と対応する位置に移動させた後、作業者がボビン３４から引き出した周方向繊維束１９の端部を口金１５ｃに固定する。また、第１の支承部１６ａが口金１５ｃとの係合位置に配置される。そして、その状態で押圧手段１７及びモータ３０が駆動され、ライナ１５が所定速度で移動されるとともに、回転フレーム２７が回転され、図６（ｂ）に示すように、ライナ１５の中央付近まで周方向繊維束１９が巻き付けられた状態で押圧手段１７及びモータ３０の駆動が一時停止される。なお、第１の支承部１６ａもライナ１５に同期して移動される。
【００３４】
次に、ライナ１５を例えば手で支持した状態でチャック部１７ｂのチャックを解除する。そして、チャック部１７ｂを後方へ移動させた後、繊維束配列中のライナ１５の後端に次のライナ１５を連結し、そのライナ１５の後端をチャック部１７ｂで支持する。また、第１の支承部１６ａが胴部１５ａを支承する位置へ移動され、図６（ｃ）に示す状態となる。次に再び押圧手段１７及びモータ３０が駆動され、先頭のライナ１５の前端が次の繊維束配列ユニット１４の繊維束供給部１２のヘッド２２と対応する位置に移動された時点で押圧手段１７及び３０の駆動が停止される。そして、作業者がボビン２３から引き出した軸方向配列繊維束２１の端部を先頭のライナ１５の口金１５ｃに固定する。
【００３５】
なお、新たに連結されたライナ１５に対する軸方向配列繊維束２１の端部を固定する作業は不要である。なぜならば、図１（ａ）及び図６（ａ）〜（ｃ）において、左端に配置された繊維束供給部１２のボビン２３から引き出される軸方向配列繊維束２１の端部は既にライナ１５に固定されているからである。
【００３６】
次に第１の支承部１６ａが口金１５ｃとの係合位置に配置される。そして、その状態で押圧手段１７及びモータ３０が駆動され、ライナ１５が所定速度で移動されるとともに、回転フレーム２７が回転され、軸方向配列繊維束２１の配列及び周方向繊維束１９の巻き付けが行われる。先頭のライナ１５の前端が次の繊維束配列ユニット１４の周方向繊維束巻付け部１３のヘッド３５と対応する位置に移動された時点で押圧手段１７及び３０の駆動が停止される。そして、作業者がボビン３４から引き出した周方向繊維束１９の端部を先頭のライナ１５の口金１５ｃに固定する。
【００３７】
なお、新たに連結されたライナ１５に対する周方向繊維束１９の端部を固定する作業は不要である。なぜならば、図１（ａ）及び図６（ａ）〜（ｃ）において、左端に配置された周方向繊維束巻付け部１３のボビン３４から引き出される周方向繊維束１９の端部は既にライナ１５に固定されているからである。
【００３８】
次に、第１の支承部１６ａが胴部１５ａとの係合位置に配置された後、押圧手段１７及びモータ３０が駆動され、ライナ１５が所定速度で移動されるとともに、回転フレーム２７が回転され、軸方向配列繊維束２１の配列及び周方向繊維束１９の巻き付けが行われる。
【００３９】
以下、同様にして、ライナ１５が順次連結され、一定方向に移動される。また、先頭のライナ１５が新たな繊維束配列ユニット１４と対応する位置に配置される毎に、繊維束供給部１２の軸方向配列繊維束２１の端部と、周方向繊維束巻付け部１３の周方向繊維束１９の端部とが前記と同様にして当該ライナ１５の前端の口金１５ｃに固定される作業が作業者によって行われる。そして、図１（ａ）に示すように、先頭のライナ１５がライナ１５の移動方向の最下流位置に配置された繊維束配列ユニット１４による軸方向配列繊維束２１の配列及び周方向繊維束１９の巻付けが行われる状態となった後は、作業者による繊維束の端部の固定作業は不要になる。
【００４０】
そして、その後は、作業者はライナ１５を繊維束配列中のライナ１５の後端に連結する作業と、前記最下流位置に配置された繊維束配列ユニット１４による軸方向配列繊維束２１及び周方向繊維束１９の配列が完了したライナ１５の、他のライナ１５との連結を解除する作業とを行う。そして、他のライナ１５との連結が解除されたライナ１５は硬化炉４０へ投入され、樹脂が加熱硬化される。そして、冷却後、口金１５ｃの余分な部分が切断除去されて圧力容器４１が完成する。
【００４１】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）ライナ１５を直列に連結するとともに直線状に移動させ、その移動経路において、ライナ１５の軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束２１の層を構成する１層分の軸方向配列繊維束２１を同時にライナ１５に沿って配列する。その配列された軸方向配列繊維束２１の上からライナ１５の胴部１５ａ及び口金１５ｃに対応する位置に周方向繊維束１９を巻き付ける作業を行う工程を積層すべき層数に対応して設ける。そして、各工程をライナ１５が順次通過して所定数の層が積層形成された後、前記繊維束に含浸されている樹脂を硬化させる。
【００４２】
従って、例えば、積層層数が５０層であれば、巻付け作業工程は２５設けられ、ライナ１５は最低２５個直列に連結される。しかし、従来のフィラメントワインディング装置と異なり、ライナ１５は回転されずに直線状に移動されるため、このように多数のライナ１５が連結されても駆動装置にさほど大きな負荷は掛からない。また、各巻付け作業工程において一度ライナ１５に繊維束の端部を固定したあとは、その後に、当該巻付け作業工程に送り込まれるライナ１５に対する繊維束の固定作業は不要となる。その結果、ライナ１５の交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができ、圧力容器を連続的に容易に生産できる。また、ヘリカル巻きが不要となる。
【００４３】
（２）ライナ１５上に所定数の樹脂含浸繊維束層が積層形成された段階で、該ライナ１５と他のライナ１５との連結が解除され、連結が解除されたライナ１５が硬化炉４０に入れられて樹脂の硬化が行われる。従って、ライナ１５上に必要な繊維束の巻付けが完了すると、そのライナ１５は他のライナ１５から切り離されるため、連結されている必要のないライナ１５が連結された状態でライナ１５の移動を行う場合に比較して駆動エネルギーが少なくなるとともに、配設スペースを短くできる。
【００４４】
（３）樹脂の硬化が加熱硬化で行われるため、紫外線硬化樹脂を使用して紫外線照射により硬化する構成に比較して、樹脂の硬化が容易になる。
（４）繊維束配列装置１１は、直列に連結されたライナ１５を軸方向に移動させる移動手段と、移動手段により移動されるライナ１５の移動方向に沿って繊維束配列ユニット１４を複数備えている。繊維束配列ユニット１４は、所定位置に配置され、前記移動手段により直線状に移動されるライナ１５又はライナ１５上に配列された樹脂含浸繊維束層の周囲に１層分の軸方向配列繊維束２１を供給する複数のヘッド２２がリング状に配置された繊維束供給部１２を備えている。さらに、繊維束供給部１２よりライナ１５の移動方向下流側に配設され、前記供給された１層分の軸方向配列繊維束２１の上から周方向繊維束１９を、ライナ１５の胴部１５ａ及び口金１５ｃに対応する位置に巻き付ける周方向繊維束巻付け部１３とを備えている。従って、圧力容器４１を製造する際に、ライナ１５の交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができる。
【００４５】
（５）ライナ１５を支承する第１の支承部１６ａは、周方向繊維束１９の巻付けに支障を来さない部分でライナ１５をその外側で支承して所定範囲をライナ１５の移動方向へ移動した後、ライナ１５との係合を解除して元の位置に復帰して再びライナ１５を支承するように移動される。従って、直列に連結されたライナ１５を、周方向繊維束１９の巻付けに支障のない状態で支承することができる構成が簡単で、ライナ１５の移動にも悪影響を与えない。
【００４６】
（６）繊維束供給部１２と周方向繊維束巻付け部１３との間には、繊維束供給部１２から供給される繊維束をライナ１５又はライナ１５上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿わせるように案内するガイド３６が設けられ、ライナ１５はガイド３６を貫通して移動する。従って、繊維束供給部１２の各ヘッド２２から供給される繊維束がガイド３６の作用によりライナ１５又はライナ１５上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿うように案内された状態で、周方向繊維束１９が巻き付けられる。その結果、各軸方向配列繊維束２１がライナ１５の軸方向に真っ直ぐに延びた状態で、その上に周方向繊維束１９が巻き付けられ、樹脂硬化後の強度が向上する。
【００４７】
（７）ガイド３６は、案内部３７ａを有する一対のガイド部材３７を備え、両ガイド部材３７は案内部３７ａによって囲まれる面積が小さくなる方向に引っ張りばね３９により付勢されている。そして、両ガイド部材３７は、案内部３７ａによって囲まれる面積が、ガイド３６がライナ１５の胴部１５ａと対応する状態では大に、口金１５ｃと対応する状態では小になるように変更される。その結果、案内部３７ａによって囲まれる面積が一定の場合に比較して、口金１５ｃと対応する位置における周方向繊維束１９による巻付けが良好に行われる。
【００４８】
（８）ライナ１５の連結及び連結解除が１個ずつ行われるため、製造する圧力容器４１が大型の場合でも作業を容易に行うことができる。
（９）周方向繊維束１９及び軸方向配列繊維束２１に炭素繊維が使用され、マトリックス樹脂にエポキシ樹脂が使用されているため、自動車の燃料タンクとして使用される強度を確保して、軽量化及びコンパクト化をより高めることができる。
【００４９】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 周方向繊維束巻付け部１３に設けられるボビン３４及びヘッド３５の数を２個以上とし、各ヘッド３５から引き出される周方向繊維束１９がそれぞれ異なる位置に巻き付けられるように、各ヘッド３５の位置をライナ１５の軸方向にずらして配置してもよい。例えば、ヘッド３５が２個の場合、２個目のヘッド３５は、図３及び図４に鎖線で示すように、１個目のヘッド３５と対称な位置に配設する。この構成では、回転フレーム２７の回転速度が同じ場合、ヘッド３５の数に対応して必要な周方向繊維束１９の巻付けに要する時間を短縮でき、例えば、ヘッド３５の数が２個であれば、前記時間は１／２になる。
【００５０】
○ 周方向繊維束巻付け部１３に設けるボビン３４及びヘッド３５の数を全ての繊維束配列ユニット１４で同じにする必要はない。例えば、周方向繊維束１９の巻き付け長さが長くなる下流側に配置された繊維束配列ユニット１４の周方向繊維束巻付け部１３において、ボビン３４及びヘッド３５の数を上流側の周方向繊維束巻付け部１３より多くしてもよい。
【００５１】
○ 周方向繊維束巻付け部１３の回転フレーム２７の回転速度を全ての繊維束配列ユニット１４で同じにする必要はなく、周方向繊維束１９の巻き付け長さが長くなる下流側に配置された繊維束配列ユニット１４の回転フレーム２７の回転速度を、上流側の周方向繊維束巻付け部１３より速くしてもよい。この場合、ボビン３４及びヘッド３５を全ての繊維束配列ユニット１４で同じにしても支障がない。
【００５２】
○ 所定数の樹脂含浸繊維束層の形成が完了したライナ１５の切り離しは、必ずしも１個ずつ行う必要はなく、所定数の樹脂含浸繊維束層の形成が完了したライナ１５が複数になった時点で複数同時に切り離し、複数連結された状態で硬化炉４０に投入し、樹脂の硬化後に切り離してもよい。
【００５３】
○ 所定数の樹脂含浸繊維束層の形成が完了したライナ１５を切り離した後、切り離した順に硬化炉４０で樹脂硬化を行うのではなく、ライナ１５の数が所定以上になった時点でまとめて樹脂硬化を行うようにしてもよい。
【００５４】
○ 繊維束の配列中のライナ１５の後端に対する新たなライナ１５の連結を１個ずつ行う代わりに、複数連結されたライナ１５を連結してもよい。この場合、連結作業の間隔を長くできる。
【００５５】
○ 繊維束供給部１２として、各ヘッド２２に供給する軸方向配列繊維束２１に樹脂槽２５で樹脂を含浸させて軸方向配列繊維束２１を供給する構成に代えて、周方向繊維束巻付け部１３と同様に、予め必要量の樹脂が付着（含浸）された半硬化状態の繊維束が巻かれたボビンから供給してもよい。この場合、繊維束供給部１２の構成が簡単になる。
【００５６】
○ 繊維束配列ユニット１４は必ずしも全部が一直線上に配置される構成に限らず、例えば、図８に示すように、繊維束配列ユニット１４が一直線上に配置された複数のグループ４２（図８では２グループ）を設けてもよい。また、硬化炉４０（図示せず）を繊維束配列装置１１から離れた場所に設けてもよい。そして、図８の上側のグループ４２の左側から順にライナ１５が連結されて送り込まれ、グループ４２内の繊維束配列ユニット１４で繊維束の配列が行われたライナ１５が、繊維束配列中のライナ１５と切り離され、下側のグループ４２の繊維束配列ユニット１４に順次送り込まれる。この場合も各巻付け作業工程において一度ライナ１５に繊維束の端部を固定したあとは、その後に、当該巻付け作業工程に送り込まれるライナ１５に対する繊維束の固定作業は不要となる。また、巻付け作業工程が多い場合でも、繊維束配列装置１１を配置するスペースとして細長いスペースを準備しなくてもよくなる。
【００５７】
○ 回転フレーム２７を回転駆動する構成として、回転フレーム２７にプーリを取り付け、該プーリに巻き掛けられたベルトにモータの回転力を伝達する構成としてもよい。
【００５８】
○ ライナ１５のドーム部１５ｂを胴部１５ａより肉厚にしてもよい。ドーム部１５ｂには周方向繊維束１９が巻き付けられないため、胴部１５ａ及びドーム部１５ｂの肉厚が同じ場合、所定数の樹脂含浸繊維束の配列が完了した時点で、ドーム部１５ｂの厚さが胴部１５ａより薄くなる。しかし、前記構成を採用することにより、ドーム部１５ｂ及び胴部１５ａの肉厚を同じにできる。
【００５９】
○ ガイド３６を構成する一対のガイド部材３７を引っ張りばね３９で移動させる構成に代えて、ガイド部材３７をエアシリンダ等のアクチュエータで移動させる構成としてもよい。しかし、引っ張りばね３９を使用する方が構成が簡単になる。
【００６０】
○ ガイド３６は円環状の構成としたり、径あるいは案内部３７ａが囲む面積が一定のものであってもよい。また、ガイド３６を省略してもよい。
○ ライナ１５の連結及び連結解除の作業を作業者が行う構成に代えて、ロボットが行うようにしてもよい。
【００６１】
○ 繊維束に含浸される樹脂（マトリックス樹脂）として、圧力容器に要求される性能に合わせて、エポキシ樹脂に限らず、ビニルエステル樹脂やフェノール樹脂等の他の熱硬化性樹脂を使用してもよい。この場合樹脂の価格がエポキシ樹脂より安いのでコスト低減を図れる。
【００６２】
○ 繊維束の材質は炭素繊維に限らず、圧力容器に要求される性能に合わせて、ガラス繊維等の他の無機繊維やポリアラミド繊維等の高強度・高弾性率の有機繊維を使用してもよい。
【００６３】
○ 周方向繊維束１９及び軸方向配列繊維束２１を構成する繊維として、それぞれ別の繊維を使用してもよい。
○ ライナ１５の口金１５ｃの一方にのみ配管が接続されるねじ孔を形成し、他方の口金１５ｃは、ねじ孔を形成せず充実体としてもよい。
【００６４】
○ マトリックス樹脂として熱硬化性樹脂に代えて紫外線硬化樹脂を使用してもよい。
○ ライナ１５を金属製ではなく樹脂製としてもよい。
【００６５】
前記実施の形態から把握される発明（技術的思想）について以下に記載する。
（１）前記ライナの連結及び連結解除は、１個ずつ行われる。
【００６６】
（２）前記ライナの連結及び連結解除は、複数個ずつ行われる。
（３）前記ガイドは、軸方向配列繊維束を案内する案内部が囲む面積が、ガイドがライナの胴部と対応する状態では大に、口金と対応する状態では小になるように変更可能に構成されている。
【００６７】
（４）前記繊維束配列ユニットは、複数のグループに分けられ、各グループ毎に異なる直線上に配置されている。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述したように、各請求項に記載の発明によれば、ヘリカル巻きが不要で、ライナの交換に伴う繊維束の端部の固定作業の手間をなくすことができ、圧力容器を連続的に生産できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は一実施の形態の繊維束配列装置の模式正面図、（ｂ），（ｃ）は支承部の模式斜視図。
【図２】繊維束供給部等を示す模式図。
【図３】周方向繊維束巻付け部を示す模式断面図。
【図４】周方向繊維束巻付け部を示す図３のＡ矢視図。
【図５】（ａ），（ｂ）は繊維束の配列状態を示す模式図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は繊維束配列装置の作用を示す模式図。
【図７】ガイドの模式正面図。
【図８】別の実施の形態の繊維束配列装置の配置状態を示す模式平面図。
【図９】圧力容器の主応力の方向を示す模式図。
【符号の説明】
１１…繊維束配列装置、１２…繊維束供給部、１３…周方向繊維束巻付け部、１４…繊維束配列ユニット、１５…ライナ、１５ａ…胴部、１５ｂ…ドーム部、１５ｃ…口金、１６ａ…移動手段を構成する第１の支承部、１６ｂ…第２の支承部、１７…移動手段を構成する押圧手段、１８…同じく駆動部、１９…周方向繊維束、２１…軸方向配列繊維束、２２，３５…ヘッド、３６…ガイド、４０…硬化炉、４１…圧力容器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressure vessel manufacturing method and a fiber bundle arranging device suitable for accommodating various high-pressure gases and pressurized fluids.
[0002]
[Prior art]
A pressure vessel containing compressed natural gas (CNG), liquefied natural gas (LNG), or the like is generally heavy because it is made of metal such as steel or aluminum alloy. In recent years, automobiles using natural gas as fuel and fuel cell electric cars using hydrogen as fuel have attracted attention as low-emission vehicles. However, the pressure vessel serving as a fuel tank is heavy and fuel consumption increases. In order to eliminate this inconvenience, a pressure vessel in which a gas barrier liner (inner shell) is covered with an outer shell made of pressure resistant fiber reinforced resin (FRP) has been proposed.
[0003]
As shown in FIG. 9, such a pressure vessel 51 has a cylindrical body portion 51a and hemispherical dome portions 51b provided at both ends thereof, and has a base 52 at the center of the dome portion 51b. The outer shell made of FRP is formed by a resin-impregnated fiber bundle layer wound on a liner by a filament winding method. The main stress directions of the thin-walled rotationally symmetric pressure vessel 51 are the axial direction a and the radial direction d, and in the fiber reinforced composite material, the optimal fiber arrangement is to arrange the fibers in the main stress direction. The ratio of the force between the axial direction and the radial direction is 1 in the axial direction with respect to 2 in the radial direction. Therefore, it is most efficient to arrange the reinforcing fibers in a direction parallel to the axial direction a and in the circumferential direction. However, since it is difficult to arrange in a direction parallel to the axial direction a, conventionally, in-plane winding (plane winding) or helical winding is performed on the dome portion of the pressure vessel, and on the cylindrical portion (trunk portion). In other words, the pressure vessel is manufactured by arranging fibers by in-plane winding or a combination of helical winding and hoop winding.
[0004]
The number of fiber bundle layers wound around the liner varies depending on the pressure resistance requirement and the material of the fiber, but it is about 50 layers in many cases. When 50 fiber bundle layers are formed, it takes time to manufacture one pressure vessel. Therefore, in order to produce a large number of pressure vessels with a filament winding apparatus, it is necessary to install and produce a large number of filament winding apparatuses. In addition, a filament winding apparatus has been proposed in which a plurality of winding positions are provided by a single filament winding apparatus and a plurality of products can be manufactured at the same time (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-7-266438 (paragraphs [0029] to [0034] of FIG. 1, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the helical winding, an appropriate winding pattern differs depending on the diameter and length of the body portion, and the control of the head becomes troublesome. Further, in the conventional filament winding method, when the fiber bundle supply head is reciprocated while rotating the mandrel to form a predetermined number of fiber bundle layers, the mandrel is replaced with a new mandrel. Then, after performing an operation of fixing the end of the fiber bundle to a new mandrel set in the filament winding apparatus, the fiber bundle is wound again. Therefore, every time one product is produced, mandrel replacement and fiber bundle fixing work are required, which is troublesome. When manufacturing a high-pressure vessel, a liner is set in a filament winding apparatus instead of a mandrel.
[0007]
In the filament winding apparatus described in Patent Document 1, a plurality of mandrels are attached at one time, and one supply head winds the fiber bundle around the plurality of mandrels. It will be easy. However, since the fiber bundle is wound by rotating the mandrel, it is difficult to increase the number of mandrels to be rotated at one time if the product is large.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and the first object thereof is that helical winding is unnecessary, and it is possible to eliminate the trouble of fixing the end of the fiber bundle accompanying the exchange of the liner, An object of the present invention is to provide a pressure vessel manufacturing method capable of easily and continuously producing a pressure vessel. A second object of the present invention is to provide a fiber bundle arrangement device that does not require helical winding when manufacturing a pressure vessel and can eliminate the trouble of fixing the end of the fiber bundle accompanying the replacement of the liner. is there.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is made of a liner having a gas barrier property formed in a shape having dome portions at both ends of a cylindrical body portion, and a fiber reinforced composite material covering the outside thereof. And a shell having a base at the center of the dome. And connecting the liners in series Along the connected liner along its axial direction The liner is moved in a straight line, and the liner Outside Or a resin-impregnated fiber bundle layer arranged on a liner Outside The axially aligned fiber bundle Axial direction of Arrange along. Of the aligned axially aligned fiber bundle Outside To the position corresponding to the body and the base of the liner Along the circumferential direction of the liner The step of performing the work of winding the circumferential fiber bundle is provided corresponding to the number of layers to be laminated. The liner sequentially passes through each step to form a predetermined number of layers, and then the resin impregnated in the fiber bundle is cured.
[0010]
Therefore, in the present invention, the liners are sequentially connected in series and moved in a straight line. And in each winding operation step provided corresponding to the number of layers to be laminated along the movement path of the liner, on the layer of the axially arranged fiber bundle extending along the axial direction of the liner, and on the layer The layers of the circumferential fiber bundle to be wound are arranged respectively. The axially arranged fiber bundles are arranged along the liner, and the circumferential fiber bundle is wound around the arranged axially arranged fiber bundles at positions corresponding to the body portion and the base of the liner. The fiber bundle layers are sequentially laminated each time the liner sequentially passes through each step, and after a predetermined number of layers are laminated, the resin impregnated in the fiber bundle is cured.
[0011]
For example, if the layers of the circumferential fiber bundles and the layers of the axially arranged fiber bundles are alternately arranged and the number of laminated layers is 50, 25 winding operation steps are provided, and at least 25 liners are connected in series. Connected. However, unlike the conventional filament winding apparatus, the liner is moved in a straight line without being rotated. Therefore, even if a large number of liners are connected in this way, a large load is not applied to the drive device. After fixing the end of the fiber bundle to the liner once in each winding operation process, the fixing operation of the fiber bundle with respect to the liner fed into the winding operation process is not necessary thereafter. Accordingly, helical winding is not required, the labor of fixing the end of the fiber bundle accompanying the exchange of the liner can be eliminated, and the pressure vessel can be produced easily and continuously.
[0012]
According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, when the predetermined number of layers are laminated on the liner, the connection between the liner and the other liner is released, and the connection is released. The finished liner is placed in a curing furnace to cure the resin. In the present invention, when a predetermined number of layers are formed on the liner, the connection between the liner and the other liner is released. That is, when the winding of the necessary fiber bundle is completed, the liner is cut off from the other liners, so that the driving energy is compared with the case where the liner is moved in a state where a liner that is not necessarily connected is connected. And the installation space can be shortened.
[0013]
The invention according to claim 3 is a fiber bundle arranging device that performs an operation of laminating and arranging fiber bundles on the outer side of a liner having a gas barrier property formed in a shape having dome portions at both ends of a cylindrical body portion. . The fiber bundle arranging device is configured to dispose an axially arranged fiber bundle extending along the axial direction of the liner and from above the axially arranged fiber bundle in a state in which one layer of the axially arranged fiber bundle is arranged. An operation of winding the circumferential fiber bundle around a position corresponding to the body and the base of the liner is performed. The fiber bundle array device supports liners connected in series. And along the axial direction of the liner A moving means for moving in a straight line in a certain direction is provided. Further, an axially-arranged fiber bundle for one layer is supplied around a liner or a resin-impregnated fiber bundle layer arranged on the liner that is arranged at a predetermined position and moved linearly by the moving means. And arranging the axially arranged fiber bundles along the axial direction of the liner A fiber bundle supply unit in which a plurality of heads are arranged in a ring shape is provided. Further, the fiber bundle supply unit is disposed downstream of the liner in the moving direction, and the supplied one-layer axially aligned fiber bundle Outside A plurality of fiber bundle array units each including a circumferential fiber bundle winding portion that winds the circumferential fiber bundle around a position corresponding to the body portion and the base of the liner along the movement direction of the liner.
[0014]
In this invention, the liners connected in series are moved linearly in a fixed direction by the moving means. A plurality of axially arranged fiber bundles are supplied around the liner or the resin-impregnated fiber bundle layer arranged on the liner from a plurality of heads of the fiber bundle supply unit arranged at a predetermined position. In the state where the axially arranged fiber bundle for one layer is arranged, the circumferential fiber bundle is wound around the axially arranged fiber bundle by a circumferential fiber bundle winding portion at a position corresponding to the barrel portion and the base of the liner. Wrapped. And when a liner passes each fiber bundle arrangement | sequence unit, a predetermined number of fiber bundle layers are laminated | stacked on the outer side of a liner. After the end of the fiber bundle is fixed to the liner once in each fiber bundle array unit, the work of fixing the fiber bundle to the liner fed into the fiber bundle array unit is not necessary thereafter. Accordingly, when the pressure vessel is manufactured, helical winding is unnecessary, and the labor of fixing the end of the fiber bundle accompanying the replacement of the liner can be eliminated.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the support portion for supporting the liner supports the liner on the outside at a portion that does not interfere with the winding of the circumferential fiber bundle. After the predetermined range is moved in the liner moving direction, the engagement with the liner is released, the original position is restored, and the liner is supported again. Therefore, in this invention, the structure which can support the liner connected in series in the state which does not hinder the winding of the circumferential fiber bundle is simple, and does not have a bad influence on the movement of the liner.
[0016]
Invention of Claim 5 is supplied from the said fiber bundle supply part in the invention of Claim 3 or Claim 4 between the said fiber bundle supply part and the said circumferential direction fiber bundle winding part. A guide is provided for guiding the fiber bundle along the liner or the resin-impregnated fiber bundle layer arranged on the liner, and the liner moves through the guide.
[0017]
In this invention, the fiber bundles supplied from the heads of the fiber bundle supply unit are guided along the liner or the resin-impregnated fiber bundle layer arranged on the liner by the action of the guide, and the circumferential fiber bundles are Wrapped. Accordingly, in the state where each axially arranged fiber bundle extends straight in the axial direction of the liner, the circumferential fiber bundle is wound thereon. As a result, the strength after resin curing is improved.
The invention according to claim 6 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the axially-aligned fiber bundle and the axially-aligned fiber bundle are connected to a base on the moving direction side of the first liner in the moving direction among the liners connected in series. The end of the circumferential fiber bundle is fixed.
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the third to fifth aspects, the installation interval of the plurality of fiber bundle arrangement units is based on the axial length of the pressure vessel to be manufactured. Length Formed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A is a schematic front view of a fiber bundle arranging device, FIGS. 1B and 1C are schematic perspective views of a support portion of a liner, FIG. 2 is a schematic view of a fiber bundle supply portion, and FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the circumferential fiber bundle winding portion, and FIG. FIGS. 5A and 5B are schematic views showing the arrangement state of the fiber bundles, FIGS. 6A to 6C are schematic views showing the operation of the fiber bundle arrangement device, and FIG. It is a model front view of a guide.
[0019]
As shown in FIG. 1A, the fiber bundle arranging device 11 includes a plurality of fiber bundle arranging units 14 each having a fiber bundle supplying unit 12 and a circumferential fiber bundle winding unit 13 arranged at predetermined intervals. It is installed. For example, when the high-pressure container is manufactured, the same number of fiber bundle arranging units 14 as the number of layers of the axially arranged fiber bundles stacked on the liner 15 are provided. The installation interval of the fiber bundle array unit 14 is formed slightly longer than the length of the high-pressure vessel to be manufactured.
[0020]
The fiber bundle arranging device 11 includes moving means for supporting the liners 15 connected in series and moving them linearly in a certain direction (a direction from the left side to the right side in FIG. 1A). The moving means engages with the plurality of first support portions 16a and second support portions 16b that support the liner 15 connected in series, and the liner 15 at the end of the liner 15 connected in series. Pressing means 17 for intermittently pressing at a predetermined speed. Further, the fiber bundle arranging device 11 includes a drive unit 18 that moves the support portions 16 a and 16 b at the same speed in synchronization with the pressing operation of the pressing means 17. The pressing means 17 is composed of a linear actuator provided with a chuck portion that holds one end of the liner 15. As the linear actuator, a ball screw is used, and a known actuator having a configuration in which a moving body 17a that can move integrally with a nut is moved in one axial direction is used, and a chuck portion 17b is provided on the moving body 17a. The liner 15 is made of a light metal such as aluminum or an aluminum alloy.
[0021]
The first support portion 16a and the second support portion 16b are portions that do not hinder the winding of the circumferential fiber bundle 19, and are formed so that the liner 15 can be supported on the outside thereof. As shown in FIG. 1B, the first support portion 16a is a cylinder having a diameter of the body portion 15a so as to support the connecting portion between the liners 15 and the portion where the circumferential fiber bundle 19 has been wound. And a V-shaped recess 16c having two stages at different angles so that the cylinder having the diameter of the base 15c can be stably supported. As shown in FIG. 1 (c), the second support portion 16b has a V-shaped recess 16d that can stably support a cylinder having a diameter of the base 15c so that the connecting portion between the liners 15 can be supported. A plurality of support parts 16a and 16b are connected to a drive part 18 that is reciprocated. (Only one second support portion 16b is shown, and the drive portion of the second support portion 16b is not shown.) The drive portion 18 is formed by a bar extending along the moving direction of the liner 15, and is not shown. It is driven by an actuator.
[0022]
The first support part 16a and the second support part 16b are configured to be independently driven. The drive unit 18 to which the first support unit 16a is connected has a predetermined range of a distance that is approximately a half of the arrangement interval of the fiber bundle supply unit 12, and the first support unit 16a supports the liner 15 and the liner 15 The movement is performed so as to perform the movement to move in the movement direction of the line, the movement position to support the liner 15 and the movement to the standby position where the support is released. The second support portion 16b is engaged with the liner 15 when the first support portion 16a moves to change the support position of the liner 15 and the position where the liner 15 is supported at the base 15c or its connecting portion. Is released, and the liner 15 is moved to a retracted position that does not hinder the movement of the liner 15.
[0023]
The first and second support portions 16a and 16b are not provided for each fiber bundle arrangement unit 14, but are provided, for example, every two, except for the fiber bundle arrangement unit 14 provided with the first support portions 16a. The fiber bundle array unit 14 is provided with 16b.
[0024]
As shown in FIG. 2, the fiber bundle supply unit 12 has an annular support frame 20, and a plurality of heads 22 for supplying an axially-arranged fiber bundle 21 extending along the axial direction of the liner are predetermined on the support frame 20. They are arranged in a ring shape at intervals (constant intervals in this embodiment). The support frame 20 is fixed to a machine frame (not shown). The number of heads 22 is provided corresponding to the number of axially arranged fiber bundles 21 for one layer. The number of axially arranged fiber bundles 21 and the number of circumferential fiber bundles 19 arranged in each fiber bundle arranging unit 14 are one layer each. However, the total number of fiber bundle layers arranged on the liner 15 increases as the fiber bundle arrangement unit 14 arranged on the downstream side in the movement direction of the liner 15, and the resin impregnation arranged on the liner 15 so far has been performed. The outer diameter of the fiber bundle layer is increased. As a result, if the fiber bundles have the same thickness, the number of the axially arranged fiber bundles 21 for one layer necessary for the arrangement on the liner 15 increases, and the number of the heads 22 increases correspondingly. Further, when the number of the axially arranged fiber bundles 21 is the same, the thickness of the fiber bundle becomes thick.
[0025]
As shown in FIG. 2, each head 22 is impregnated with resin by passing the axially-arranged fiber bundle 21 drawn out from the bobbin 23 through a resin tank 25 provided with a coating roller 24, and then guide rollers 26 is supplied through the terminal 26. In FIG. 2, illustration of a part of the head 22 and the guide roller 26 is omitted. The bobbin 23 is supported on a shaft driven by a motor (not shown) so as to be integrally rotatable.
[0026]
As shown in FIGS. 3 and 4, in the circumferential fiber bundle winding portion 13, an annular rotary frame 27 is rotatably supported by a plurality of (four shown) support rollers 28. The support roller 28 is rotatably attached to a machine frame (not shown) so that the rotary frame 27 can rotate around the liner 15. The outer periphery of the rotating frame 27 is formed in a triangular cross section, and a V-groove is formed in the outer periphery of the support roller 28 so that the rotating frame 27 is rotated without being displaced in the axial direction.
[0027]
An annular external gear 29 is fixed to one surface of the rotating frame 27 (the right side in FIG. 3). A motor 30 is fixed to the machine frame, and a pinion 31 that meshes with the external gear 29 is fixed to a drive shaft 30 a of the motor 30. The rotating frame 27 is rotated in a predetermined direction by driving the motor 30.
[0028]
A support shaft 32 is rotatably supported on the rotary frame 27 in a state parallel to the moving direction of the liner 15. The support shaft 32 is connected to a tension adjusting device 33. A bobbin 34 around which the circumferential fiber bundle 19 is wound is supported on the support shaft 32. For the tension adjusting device 33, for example, a powder brake or a so-called permanent torque configured to apply a load to the support shaft 32 by eddy current is used. The rotating frame 27 is provided with a head 35 for fixing the winding position of the circumferential fiber bundle 19 drawn from the bobbin 34. The bobbin 34 is rotated in the direction in which the circumferential fiber bundle 19 is fed out by rotating the rotating frame 27 in a state where the end of the circumferential fiber bundle 19 is fixed to the liner 15. When the circumferential fiber bundle 19 is pulled out, a predetermined tension is applied. A bobbin 34 is wound with a semi-cured fiber bundle (so-called toe prepreg) in which a necessary amount of resin is attached (impregnated) in advance.
[0029]
Each fiber bundle array unit 14 is provided with an axially aligned fiber bundle 21 supplied from the fiber bundle supply unit 12 at a predetermined position between the fiber bundle supply unit 12 and the circumferential fiber bundle winding unit 13. A guide 36 is provided for guiding along the resin-impregnated fiber bundle layer arranged on 15. For example, as shown in FIG. 7, the guide 36 has a pair of guide members 37 having a substantially L-shaped guide portion 37 a in a state in which the position is shifted in the moving direction of the liner 15 (perpendicular to the paper surface of FIG. 7). The guide rod 38 is provided so as to be movable. Both guide members 37 are urged by a tension spring 39 in a direction in which the area surrounded by the guide portion 37a decreases. Both guide members 37 are moved so that the area surrounded by the guide portion 37a is large when the guide 36 corresponds to the trunk portion 15a of the liner 15 and small when the guide 36 corresponds to the base 15c. It has become.
[0030]
A curing furnace 40 is disposed on the downstream side in the moving direction of the liner 15 of the fiber bundle arranging device 11. Then, after the liner 15 in which the arrangement of the axially arranged fiber bundle 21 and the circumferential fiber bundle 19 of the predetermined layer is completed is disconnected from the liner 15 in which the arrangement of the fiber bundle is not completed, the curing furnace 40 And the resin impregnated in the fiber bundle is cured. For example, an epoxy resin is used as the resin impregnated in the fiber bundle.
[0031]
Next, the operation when the pressure vessel is manufactured using the apparatus configured as described above will be described.
As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the pressure vessel 41 is formed in a shape having dome portions 15b at both ends of a body portion 15a as a cylindrical portion and has a gas barrier property, and the center of the dome portion 15b. An axially arranged fiber bundle 21 and a circumferential fiber bundle 19 are arranged outside the liner 15 having a base 15c. The axially arranged fiber bundles 21 are arranged so as to extend along the axial direction of the liner 15, and the circumferential fiber bundles 19 are located on the axially arranged fiber bundles 21 at positions corresponding to the body portion 15 a and the base 15 c of the liner 15. They are arranged in a state of being wound in the circumferential direction. The fiber bundle is composed of non-twisted multifilaments of carbon fibers, and the number of multifilaments is about 3000 to 24000. The cap 15c is formed with a screw hole for screwing a pipe plug or a sealing bolt.
[0032]
When manufacturing the pressure vessel 41, first, one end (rear end) of one liner 15 is held by the chuck portion 17b of the pressing means 17, as shown in FIG. Further, the other end (front end) of the base 15c is positioned on the right side of the fiber bundle supply unit 12 at the left end in FIGS. 1A and 6A, and the shaft 22 extends from the head 22 of the fiber bundle supply unit 12. The direction-aligned fiber bundle 21 is pulled out and its end is fixed to the portion of the base 15 c at the other end (front end) of the liner 15. The base 15c of the liner 15 is formed longer than the length when the pressure vessel 41 is completed, and the end portion of the fiber bundle is fixed to the long portion. Fixing is performed using, for example, an adhesive tape.
[0033]
In this state, the pressing means 17 is driven to move the front end of the liner 15 to a position corresponding to the head 35 of the circumferential fiber bundle winding portion 13, and then the circumferential fiber bundle 19 pulled out from the bobbin 34 by the operator. The end is fixed to the base 15c. In addition, the first support portion 16a is disposed at an engagement position with the base 15c. In this state, the pressing means 17 and the motor 30 are driven, the liner 15 is moved at a predetermined speed, and the rotating frame 27 is rotated. As shown in FIG. The driving of the pressing unit 17 and the motor 30 is temporarily stopped in a state where the directional fiber bundle 19 is wound. The first support portion 16 a is also moved in synchronization with the liner 15.
[0034]
Next, the chuck of the chuck portion 17b is released with the liner 15 supported by hand, for example. And after moving the chuck | zipper part 17b back, the next liner 15 is connected with the rear end of the liner 15 in a fiber bundle arrangement | sequence, and the rear end of the liner 15 is supported by the chuck | zipper part 17b. Moreover, the 1st support part 16a is moved to the position which supports the trunk | drum 15a, and will be in the state shown in FIG.6 (c). Next, when the pressing means 17 and the motor 30 are driven again and the front end of the leading liner 15 is moved to a position corresponding to the head 22 of the fiber bundle supply unit 12 of the next fiber bundle arranging unit 14, the pressing means 17 and The driving of 30 is stopped. Then, the end of the axially arranged fiber bundle 21 pulled out from the bobbin 23 by the operator is fixed to the base 15 c of the leading liner 15.
[0035]
In addition, the operation | work which fixes the edge part of the axial direction array fiber bundle 21 with respect to the newly connected liner 15 is unnecessary. 1 (a) and FIGS. 6 (a) to 6 (c), the end of the axially arranged fiber bundle 21 drawn from the bobbin 23 of the fiber bundle supply unit 12 arranged at the left end is already in the liner 15. It is because it is fixed.
[0036]
Next, the 1st support part 16a is arrange | positioned in an engagement position with the nozzle | cap | die 15c. In this state, the pressing means 17 and the motor 30 are driven, the liner 15 is moved at a predetermined speed, the rotating frame 27 is rotated, and the arrangement of the axially arranged fiber bundle 21 and the winding of the circumferential fiber bundle 19 are performed. Done. When the front end of the leading liner 15 is moved to a position corresponding to the head 35 of the circumferential fiber bundle winding portion 13 of the next fiber bundle arrangement unit 14, the driving of the pressing means 17 and 30 is stopped. Then, the end of the circumferential fiber bundle 19 pulled out from the bobbin 34 by the operator is fixed to the base 15 c of the leading liner 15.
[0037]
In addition, the operation | work which fixes the edge part of the circumferential direction fiber bundle 19 with respect to the newly connected liner 15 is unnecessary. This is because, in FIGS. 1A and 6A to 6C, the end portion of the circumferential fiber bundle 19 drawn from the bobbin 34 of the circumferential fiber bundle winding portion 13 disposed at the left end is already a liner. This is because it is fixed to 15.
[0038]
Next, after the first support portion 16a is arranged at the engagement position with the body portion 15a, the pressing means 17 and the motor 30 are driven, the liner 15 is moved at a predetermined speed, and the rotating frame 27 is rotated. Then, the arrangement of the axially arranged fiber bundles 21 and the winding of the circumferential fiber bundle 19 are performed.
[0039]
In the same manner, the liners 15 are sequentially connected and moved in a certain direction. Further, every time the leading liner 15 is arranged at a position corresponding to the new fiber bundle arranging unit 14, the end portion of the axially arranged fiber bundle 21 of the fiber bundle supply unit 12 and the circumferential fiber bundle winding unit 13. The operator performs the operation of fixing the end of the circumferential fiber bundle 19 to the base 15c at the front end of the liner 15 in the same manner as described above. As shown in FIG. 1A, the arrangement of the axially arranged fiber bundle 21 and the circumferential fiber bundle 19 by the fiber bundle arranging unit 14 in which the leading liner 15 is arranged at the most downstream position in the movement direction of the liner 15. After the state of being wound, the operator does not need to fix the end of the fiber bundle.
[0040]
After that, the operator connects the liner 15 to the rear end of the liner 15 in the fiber bundle array, and the axially aligned fiber bundle 21 and the circumferential direction by the fiber bundle array unit 14 disposed at the most downstream position. The operation of releasing the connection of the liner 15 in which the arrangement of the fiber bundles 19 is completed with the other liner 15 is performed. Then, the liner 15 released from the connection with the other liner 15 is put into the curing furnace 40, and the resin is heated and cured. And after cooling, the excess part of the nozzle | cap | die 15c is cut and removed, and the pressure vessel 41 is completed.
[0041]
This embodiment has the following effects.
(1) The liner 15 is connected in series and moved linearly, and the axially arranged fibers for one layer constituting the layer of the axially arranged fiber bundle 21 extending along the axial direction of the liner 15 in the moving path. The bundles 21 are simultaneously arranged along the liner 15. A process of performing the work of winding the circumferential fiber bundle 19 from the arranged axially arranged fiber bundle 21 to a position corresponding to the body portion 15a and the base 15c of the liner 15 is provided corresponding to the number of layers to be laminated. Then, after the liner 15 sequentially passes through each step to form a predetermined number of layers, the resin impregnated in the fiber bundle is cured.
[0042]
Therefore, for example, if the number of laminated layers is 50, 25 winding operation steps are provided, and at least 25 liners 15 are connected in series. However, unlike the conventional filament winding apparatus, the liner 15 is moved in a straight line without being rotated. Therefore, even if a large number of liners 15 are connected in this way, a large load is not applied to the drive device. In addition, after the end of the fiber bundle is fixed to the liner 15 once in each winding operation process, the fixing operation of the fiber bundle with respect to the liner 15 that is sent to the winding operation process is not necessary thereafter. As a result, it is possible to eliminate the trouble of fixing the end portion of the fiber bundle accompanying the replacement of the liner 15, and the pressure vessel can be easily produced continuously. Moreover, helical winding is not necessary.
[0043]
(2) When a predetermined number of resin-impregnated fiber bundle layers are laminated on the liner 15, the connection between the liner 15 and the other liner 15 is released, and the released liner 15 is transferred to the curing furnace 40. The resin is then cured. Accordingly, when the winding of the necessary fiber bundle on the liner 15 is completed, the liner 15 is separated from the other liners 15. Therefore, the movement of the liner 15 is performed in a state where the liners 15 that do not need to be connected are connected. Compared with the case where it is performed, the driving energy is reduced and the arrangement space can be shortened.
[0044]
(3) Since the resin is cured by heat curing, the resin is easily cured as compared with a configuration in which an ultraviolet curable resin is used and cured by ultraviolet irradiation.
(4) The fiber bundle arranging device 11 includes a moving means for moving the liners 15 connected in series in the axial direction, and a plurality of fiber bundle arranging units 14 along the moving direction of the liner 15 moved by the moving means. Yes. The fiber bundle arranging unit 14 is arranged at a predetermined position, and is moved linearly by the moving means, or the liner 15 or the resin-impregnated fiber bundle layer arranged on the liner 15 around the axially arranged fiber bundle for one layer. A plurality of heads 22 for supplying 21 are provided with a fiber bundle supply unit 12 arranged in a ring shape. Further, the fiber bundle supply unit 12 is disposed downstream of the liner 15 in the moving direction, and the circumferential fiber bundle 19 is arranged from above the supplied one-layer axially arranged fiber bundle 21 to the body portion 15 a of the liner 15. And a circumferential fiber bundle winding portion 13 wound around a position corresponding to the base 15c. Therefore, when manufacturing the pressure vessel 41, the trouble of fixing the end of the fiber bundle accompanying the replacement of the liner 15 can be eliminated.
[0045]
(5) The first support portion 16 a that supports the liner 15 supports the liner 15 on the outside thereof at a portion that does not interfere with the winding of the circumferential fiber bundle 19, and moves a predetermined range in the moving direction of the liner 15. After the movement, the engagement with the liner 15 is released, the original position is restored, and the liner 15 is moved again. Accordingly, the configuration in which the liners 15 connected in series can be supported in a state in which the winding of the circumferential fiber bundle 19 is not hindered, and the movement of the liner 15 is not adversely affected.
[0046]
(6) Between the fiber bundle supply unit 12 and the circumferential fiber bundle winding unit 13, the fiber bundle supplied from the fiber bundle supply unit 12 is a liner 15 or a resin-impregnated fiber bundle layer arranged on the liner 15. A guide 36 is provided to guide the guide 15 so as to follow the guide. The liner 15 moves through the guide 36. Accordingly, the fiber bundle supplied from each head 22 of the fiber bundle supply unit 12 is guided in the circumferential direction in a state in which the fiber bundle is guided along the liner 15 or the resin-impregnated fiber bundle layer arranged on the liner 15 by the action of the guide 36. A fiber bundle 19 is wound. As a result, the circumferential fiber bundles 19 are wound around the axially aligned fiber bundles 21 extending straight in the axial direction of the liner 15, and the strength after resin curing is improved.
[0047]
(7) The guide 36 includes a pair of guide members 37 having guide portions 37a, and both guide members 37 are urged by a tension spring 39 in a direction in which an area surrounded by the guide portions 37a is reduced. Both guide members 37 are changed so that the area surrounded by the guide portion 37a is large when the guide 36 corresponds to the trunk portion 15a of the liner 15 and small when the guide 36 corresponds to the base 15c. As a result, as compared with the case where the area surrounded by the guide portion 37a is constant, the winding by the circumferential fiber bundle 19 at the position corresponding to the base 15c is performed better.
[0048]
(8) Since the liners 15 are connected and disconnected one by one, the work can be easily performed even when the pressure vessel 41 to be manufactured is large.
(9) Since carbon fibers are used for the circumferential fiber bundle 19 and the axially arranged fiber bundle 21 and epoxy resin is used for the matrix resin, the strength used as a fuel tank of an automobile is ensured and the weight is reduced. In addition, the compactness can be further increased.
[0049]
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
○ The number of bobbins 34 and heads 35 provided in the circumferential fiber bundle winding portion 13 is set to two or more, and the circumferential fiber bundles 19 drawn from each head 35 are wound at different positions. The position may be shifted in the axial direction of the liner 15. For example, when there are two heads 35, the second head 35 is disposed at a position symmetrical to the first head 35, as indicated by a chain line in FIGS. In this configuration, when the rotation speed of the rotary frame 27 is the same, the time required for winding the circumferential fiber bundle 19 required for the number of heads 35 can be shortened. For example, the number of the heads 35 is two. For example, the time is halved.
[0050]
The number of bobbins 34 and heads 35 provided in the circumferential fiber bundle winding unit 13 does not have to be the same in all the fiber bundle arrangement units 14. For example, in the circumferential fiber bundle winding portion 13 of the fiber bundle arrangement unit 14 arranged on the downstream side where the winding length of the circumferential fiber bundle 19 is increased, the number of bobbins 34 and heads 35 is set to the upstream circumferential fiber. You may increase more than the bundle winding part 13. FIG.
[0051]
○ It is not necessary to make the rotational speed of the rotating frame 27 of the circumferential fiber bundle winding part 13 the same in all the fiber bundle arrangement units 14, and it is arranged on the downstream side where the winding length of the circumferential fiber bundle 19 is increased. The rotational speed of the rotating frame 27 of the fiber bundle arranging unit 14 may be faster than that of the upstream circumferential fiber bundle winding unit 13. In this case, there is no problem even if the bobbin 34 and the head 35 are the same in all the fiber bundle arrangement units 14.
[0052]
○ Separation of the liners 15 that have completed the formation of the predetermined number of resin-impregnated fiber bundle layers is not necessarily performed one by one, but when a plurality of liners 15 have been formed of the predetermined number of resin-impregnated fiber bundle layers. May be separated at the same time, put into the curing furnace 40 in a connected state, and separated after the resin is cured.
[0053]
○ After separating the liner 15 in which a predetermined number of resin-impregnated fiber bundle layers have been formed, the resin is not cured in the curing furnace 40 in the order of separation, but when the number of liners 15 reaches a predetermined value or more. Resin curing may be performed.
[0054]
O Instead of connecting one new liner 15 to the rear end of the liner 15 in the fiber bundle arrangement one by one, a plurality of connected liners 15 may be connected. In this case, the interval of the connection work can be increased.
[0055]
○ As the fiber bundle supply unit 12, instead of the configuration in which the axially arranged fiber bundle 21 supplied to each head 22 is impregnated with resin in the resin tank 25 and the axially arranged fiber bundle 21 is supplied, the circumferential fiber bundle is wound Similarly to the section 13, it may be supplied from a bobbin wound with a semi-cured fiber bundle in which a necessary amount of resin is attached (impregnated) in advance. In this case, the configuration of the fiber bundle supply unit 12 is simplified.
[0056]
The fiber bundle arrangement unit 14 is not necessarily limited to a configuration in which all the fiber bundle arrangement units 14 are arranged in a straight line. For example, as shown in FIG. 8, a plurality of groups 42 (in FIG. 8, the fiber bundle arrangement units 14 are arranged in a straight line) 2 groups) may be provided. Moreover, you may provide the hardening furnace 40 (not shown) in the place away from the fiber bundle arrangement | sequence apparatus 11. FIG. Then, the liners 15 are connected and fed in order from the left side of the upper group 42 in FIG. 8, and the fiber bundles arranged in the fiber bundle arrangement unit 14 in the group 42 are the liners in the fiber bundle arrangement. 15 and sequentially fed to the fiber bundle arranging unit 14 of the lower group 42. Also in this case, after the end of the fiber bundle is fixed to the liner 15 once in each winding operation process, the fixing operation of the fiber bundle to the liner 15 sent to the winding operation process is not necessary thereafter. Further, even when there are many winding work steps, it is not necessary to prepare an elongated space as a space for arranging the fiber bundle arranging device 11.
[0057]
As a configuration for rotationally driving the rotary frame 27, a pulley may be attached to the rotary frame 27, and the rotational force of the motor may be transmitted to a belt wound around the pulley.
[0058]
The dome portion 15b of the liner 15 may be thicker than the trunk portion 15a. Since the circumferential fiber bundle 19 is not wound around the dome portion 15b, when the body portion 15a and the dome portion 15b have the same thickness, the thickness of the dome portion 15b is reached when the arrangement of a predetermined number of resin-impregnated fiber bundles is completed. Is thinner than the body portion 15a. However, the thickness of the dome portion 15b and the trunk portion 15a can be made the same by adopting the above configuration.
[0059]
O Instead of the configuration in which the pair of guide members 37 constituting the guide 36 is moved by the tension spring 39, the guide member 37 may be moved by an actuator such as an air cylinder. However, the configuration is simpler when the tension spring 39 is used.
[0060]
The guide 36 may have an annular configuration, or may have a constant diameter or an area surrounded by the guide portion 37a. Further, the guide 36 may be omitted.
A robot may be used instead of the configuration in which the operator performs the operation of connecting and disconnecting the liner 15.
[0061]
○ The resin (matrix resin) impregnated in the fiber bundle is not limited to epoxy resin, and other thermosetting resins such as vinyl ester resin and phenol resin can be used according to the performance required for pressure vessels. Good. In this case, since the price of the resin is lower than that of the epoxy resin, the cost can be reduced.
[0062]
○ The material of the fiber bundle is not limited to carbon fiber, and other inorganic fibers such as glass fiber and organic fibers with high strength and high elasticity such as polyaramid fiber may be used according to the performance required for the pressure vessel. Good.
[0063]
O Different fibers may be used as the fibers constituting the circumferential fiber bundle 19 and the axially arranged fiber bundle 21.
A screw hole to which piping is connected is formed only on one side of the base 15c of the liner 15, and the other base 15c may be a solid body without forming a screw hole.
[0064]
○ As the matrix resin, an ultraviolet curable resin may be used instead of the thermosetting resin.
The liner 15 may be made of resin instead of metal.
[0065]
The invention (technical idea) grasped from the embodiment will be described below.
(1) in front The liners are connected and disconnected one by one.
[0066]
(2) in front A plurality of liners are connected and disconnected.
(3) in front The guide is configured to be changeable so that the area surrounded by the guide portion for guiding the axially arranged fiber bundle is large when the guide corresponds to the body portion of the liner and small when the guide corresponds to the base. Yes.
[0067]
(4) in front The fiber bundle arrangement units are divided into a plurality of groups, and are arranged on different straight lines for each group.
[0068]
【The invention's effect】
As detailed above, Each claim According to the invention described in (2), helical winding is unnecessary, the labor of fixing the end of the fiber bundle accompanying the exchange of the liner can be eliminated, and the pressure vessel can be produced continuously.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic front view of a fiber bundle arranging device according to an embodiment, and FIGS. 1B and 1C are schematic perspective views of a support portion.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a fiber bundle supply unit and the like.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a circumferential fiber bundle winding portion.
4 is a view taken in the direction of arrow A in FIG. 3 showing a circumferential fiber bundle winding portion.
FIGS. 5A and 5B are schematic views showing an arrangement state of fiber bundles. FIGS.
FIGS. 6A to 6C are schematic views showing the operation of the fiber bundle arranging device.
FIG. 7 is a schematic front view of a guide.
FIG. 8 is a schematic plan view showing an arrangement state of a fiber bundle arrangement device of another embodiment.
FIG. 9 is a schematic diagram showing the direction of main stress of a pressure vessel.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Fiber bundle arrangement | sequence apparatus, 12 ... Fiber bundle supply part, 13 ... Circumferential direction fiber bundle winding part, 14 ... Fiber bundle arrangement unit, 15 ... Liner, 15a ... trunk | drum, 15b ... Dome part, 15c ... Base, 16a ... 1st support part which comprises movement means, 16b ... 2nd support part, 17 ... Pressing means which constitutes movement means, 18 ... Similarly drive part, 19 ... Circumferential direction fiber bundle, 21 ... Axial direction arrangement | sequence fiber bundle , 22, 35 ... head, 36 ... guide, 40 ... curing furnace, 41 ... pressure vessel.

Claims

円筒状の胴部の両端にドーム部を有する形状に形成されたガスバリア性を有するライナと、その外側を覆う繊維強化複合材製の外殻とを有し、ドーム部の中心に口金を備えた圧力容器の製造方法であって、
前記ライナを直列に連結するとともに連結したライナをその軸方向に沿って直線状に移動させ、その移動経路に、前記ライナの外側又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層の外側に、軸方向配列繊維束をライナの軸方向に沿って配列するとともに、その配列された軸方向配列繊維束の外側からライナの胴部及び口金に対応する位置にライナの周方向に沿って周方向繊維束を巻き付ける作業を行う工程を積層すべき層数に対応して設け、各工程をライナが順次通過して所定数の層が積層形成された後、前記繊維束に含浸されている樹脂を硬化させる圧力容器の製造方法。A liner having a gas barrier property formed in a shape having dome portions at both ends of a cylindrical body portion, and an outer shell made of a fiber reinforced composite material covering the outside, and having a base at the center of the dome portion A method for manufacturing a pressure vessel, comprising:
Moved linearly along the liner coupled with coupling the liner in series in the axial direction, the path of movement thereof, on the outside of the resin-impregnated fiber bundle layer arranged on the outside or liner of the liner, the shaft The directional fiber bundle is arranged along the axial direction of the liner, and the circumferential fiber bundle is arranged along the circumferential direction of the liner from the outside of the arranged axially arranged fiber bundle to a position corresponding to the body portion and the base of the liner. Steps for winding the wire are provided corresponding to the number of layers to be laminated, and after a predetermined number of layers are laminated by sequentially passing through each step, the resin impregnated in the fiber bundle is cured. A method for manufacturing a pressure vessel.

前記ライナ上に所定数の層が積層形成された段階で、該ライナと他のライナとの連結が解除され、連結が解除されたライナが硬化炉に入れられて樹脂の硬化が行われる請求項１に記載の圧力容器の製造方法。 The stage where a predetermined number of layers are laminated on the liner, the connection between the liner and another liner is released, and the released liner is placed in a curing furnace to cure the resin. 2. A method for producing a pressure vessel according to 1.

円筒状の胴部の両端にドーム部を有する形状に形成されたガスバリア性を有するライナの外側に、ライナの軸方向に沿って延びる軸方向配列繊維束を配設する作業と、１層分の軸方向配列繊維束が配列された状態でその軸方向配列繊維束の上からライナの胴部及び口金に対応する位置にライナの周方向に沿って周方向繊維束を巻き付ける作業を行う繊維束配列装置であって、
直列に連結されたライナを支承するとともにライナの軸方向に沿って直線状に一定方向に移動させる移動手段を備え、所定位置に配置され、前記移動手段により直線状に移動されるライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層の外側に１層分の軸方向配列繊維束を供給するとともに前記軸方向配列繊維束を前記ライナの軸方向に沿って配列させる複数のヘッドがリング状に配置された繊維束供給部と、前記繊維束供給部より前記ライナの移動方向下流側に配設され、前記供給された１層分の軸方向配列繊維束の外側から周方向繊維束を、ライナの胴部及び口金に対応する位置に巻き付ける周方向繊維束巻付け部とを備えた繊維束配列ユニットをライナの移動方向に沿って複数備えている繊維束配列装置。An operation of arranging an axially aligned fiber bundle extending along the axial direction of the liner on the outside of the liner having a gas barrier property formed in a shape having dome portions at both ends of the cylindrical body portion, and for one layer A fiber bundle array that performs an operation of winding the circumferential fiber bundle along the circumferential direction of the liner from above the axially aligned fiber bundle to a position corresponding to the body portion and the base of the liner in a state where the axially aligned fiber bundle is arranged A device,
A liner or liner on which the liner connected in series is supported, is provided with a moving means that moves linearly in a certain direction along the axial direction of the liner, is arranged at a predetermined position, and is linearly moved by the moving means. A plurality of heads for supplying an axially arranged fiber bundle for one layer to the outside of the resin-impregnated fiber bundle layer arranged in a row and arranging the axially arranged fiber bundle along the axial direction of the liner are arranged in a ring shape and the fiber bundle supply unit that is, arranged in the moving direction downstream side of the liner from the fiber bundle supply unit, from the outside of the axial sequence fiber bundle one layer which is the supply of circumferential fiber bundles, the liner A fiber bundle arranging device comprising a plurality of fiber bundle arranging units provided along a moving direction of a liner, each of which includes a circumferential fiber bundle winding portion wound around a position corresponding to a body portion and a base.

前記ライナを支承する支承部は、周方向繊維束の巻付けに支障を来さない部分で前記ライナを外側で支承して所定範囲をライナの移動方向へ移動した後、ライナとの係合を解除して元の位置に復帰して再びライナを支承するように移動される請求項３に記載の繊維束配列装置。 The support portion for supporting the liner supports the liner on the outside at a portion that does not hinder the winding of the circumferential fiber bundle, moves the predetermined range in the movement direction of the liner, and then engages with the liner. The fiber bundle arranging device according to claim 3, wherein the fiber bundle arranging device is moved so as to release and return to the original position and to support the liner again.

前記繊維束供給部と前記周方向繊維束巻付け部との間には、前記繊維束供給部から供給される繊維束をライナ又はライナ上に配列された樹脂含浸繊維束層に沿わせるように案内するガイドが設けられ、前記ライナは前記ガイドを貫通して移動する請求項３又は請求項４に記載の繊維束配列装置。 Between the fiber bundle supply unit and the circumferential fiber bundle winding unit, the fiber bundle supplied from the fiber bundle supply unit is aligned with a liner or a resin-impregnated fiber bundle layer arranged on the liner. The fiber bundle arranging device according to claim 3 or 4, wherein a guide for guiding is provided, and the liner moves through the guide.

直列に連結された前記ライナのうち移動方向先頭のライナの移動方向側の口金に前記軸方向配列繊維束及び前記周方向繊維束の端部を固定させる請求項１又は請求項２に記載の圧力容器の製造方法。 The pressure according to claim 1 or 2, wherein ends of the axially-arranged fiber bundle and the circumferential fiber bundle are fixed to a base on a moving direction side of a liner that is the leading in the moving direction among the liners connected in series. Container manufacturing method.

前記複数の繊維束配列ユニットの設置間隔は、製造される圧力容器の軸方向の長さよりも長く形成されている請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の繊維束配列装置。The plurality of installation interval of the fiber bundle arranging unit, the fiber bundle arranging device according to any one of claims 3 to 5 which is long rather than the axial length of the pressure vessel to be manufactured.