特許 6086861 複合容器の製造方法、及び複合容器の製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6086861

(24)【登録日】2017年2月10日

(45)【発行日】2017年3月1日

(54)【発明の名称】複合容器の製造方法、及び複合容器の製造装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/16 20060101AFI20170220BHJP

   F17C 1/06 20060101ALI20170220BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20170220BHJP

   B29L 22/00 20060101ALN20170220BHJP

【ＦＩ】

   B29C67/14 A

   F17C1/06

   B29K105:08

   B29L22:00

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-253513(P2013-253513)

(22)【出願日】2013年12月6日

(65)【公開番号】特開2015-110304(P2015-110304A)

(43)【公開日】2015年6月18日

【審査請求日】2015年12月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004444

【氏名又は名称】ＪＸエネルギー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128381

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義憲

(74)【代理人】

【識別番号】100169454

【弁理士】

【氏名又は名称】平野 裕之

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】蓑田 愛

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 順二

【審査官】 内藤 康彰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１７９６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３００１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４３０２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ４１／００−６７／１８

Ｆ１６Ｊ１２／００−１３／２４

Ｆ１７Ｃ１／００−１３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

強化層を備えた複合容器の製造方法であって、
硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることで繊維束層を形成すると共に、当該繊維束層を複数積層させる巻き付け工程を備え、
前記巻き付け工程においては、
所定の巻き付けパターンで前記繊維束を巻き付けた前記繊維束層を複数積層させることで一のパターン層を形成すると共に、当該パターン層を複数積層させ、
前記繊維束の巻きつけと同時に、積層された前記繊維束層内の前記硬化性樹脂をゲル化させており、
一の前記パターン層を形成しているとき、当該形成中のパターン層よりも内周側の他のパターン層における前記繊維束層の前記硬化性樹脂をゲル化させ、
且つ、新たに前記繊維束が巻き付けられる箇所では、
少なくとも巻き付けに係る前記繊維束と当接する第１繊維束層内の前記硬化性樹脂をゲル化させず、且つ、前記巻き付けに係る前記繊維束が前記形成中のパターン層における内周側から３番目の前記繊維束層を形成するときから最外周の前記繊維束層を形成するときの間の何れかのタイミングにおいて、前記形成中のパターン層における前記第１繊維束層よりも内周側の何れかの前記繊維束層内の前記硬化性樹脂をゲル化させる、複合容器の製造方法。

【請求項2】

前記巻き付け工程においては、前記繊維束の巻き付けに要する時間と前記硬化性樹脂のゲル化に要する時間との関係性を調整することによって、前記繊維束の巻きつけと同時に、積層された前記繊維束層内の前記硬化性樹脂をゲル化させる、請求項１に記載の複合容器の製造方法。

【請求項3】

前記巻き付け工程では、前記ライナへ巻き付ける前記繊維束を繊維束供給部から供給し、
前記繊維束供給部では前記繊維束を冷却手段によって冷却する、請求項１又は２に記載の複合容器の製造方法。

【請求項4】

前記巻き付け工程では、前記繊維束供給部において前記繊維束が巻かれているボビンを前記冷却手段で冷却することによって、前記硬化性樹脂のゲル化に要する時間を調整する、請求項３に記載の複合容器の製造方法。

【請求項5】

前記巻き付け工程では、前記繊維束を加熱することによって前記硬化性樹脂のゲル化に要する時間を調整する、請求項１〜４の何れか一項に記載の複合容器の製造方法。

【請求項6】

強化層を備えた複合容器の製造装置であって、
硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることで繊維束層を形成すると共に、当該繊維束層を複数積層させる巻き付け部と、
前記ライナへ巻き付ける前記繊維束を供給する繊維束供給部と、を備え、
前記繊維束供給部には、前記繊維束を冷却する冷却手段が設けられ、
前記巻き付け部は、前記繊維束の巻き付けと同時に、積層された前記繊維束層内の前記硬化性樹脂をゲル化させる、複合容器の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合容器の製造方法、及び複合容器の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１に記載されているように、強化層を備えた複合容器を製造する製造方法が知られている。このような製造方法では、熱硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナに積層するように巻き付けてから加熱し、繊維束の熱硬化性樹脂を硬化させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−３００１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上述したような複合容器の製造方法においては、繊維束の硬化性樹脂同士の馴染みを良くするために硬化性樹脂の粘度が低く設定する場合がある。しかしながら、硬化性樹脂の粘度が低い場合、繊維束を巻き付けて繊維束層を積層させていくと、内周側の繊維束層の繊維束に緩みや蛇行が発生する場合があった。また、これによって複合容器の強度が低下する場合があった。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、複合容器の強度を向上させることができる複合容器の製造方法、及び複合容器の製造装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明に係る複合容器の製造方法は、強化層を備えた複合容器の製造方法であって、硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることで繊維束層を形成すると共に、当該繊維束層を複数積層させる巻き付け工程を備え、巻き付け工程においては、繊維束の巻きつけと同時に、積層された繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させており、新たに繊維束が巻き付けられる箇所では、少なくとも巻き付けに係る繊維束と当接する第１繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させず、且つ、第１繊維束層よりも内周側の何れかの繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させる。

【0007】

本発明に係る複合容器の製造方法では、巻き付け工程において、繊維束の巻きつけと同時に、積層された繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させている。従って、新たな繊維束が巻き付けられても、内周側の繊維束層の硬化性樹脂がゲル化しているため当該繊維束層中の繊維束をゲル化した硬化性樹脂で支持することができる。また、新たに繊維束が巻き付けられる箇所では、少なくとも巻き付けに係る繊維束と当接する第１繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させず、且つ、第１繊維束層よりも内周側の何れかの繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させている。従って、新たな繊維束の硬化性樹脂と第１繊維束層内の硬化性樹脂とを十分に馴染ませることができる一方、第１繊維束層より内周側の繊維束層では、締付力による繊維束の緩みや蛇行を抑制することができる。以上により、複合容器の強度を向上させることができる。

【0008】

また、本発明に係る複合容器の製造方法において、巻き付け工程では、所定の巻き付けパターンで繊維束を巻き付けた繊維束層を複数積層させることで一のパターン層を形成すると共に、当該パターン層を複数積層させ、一のパターン層を形成しているとき、同一のパターン層における何れかの繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させてよい。このように、既に積層させた繊維束層内の硬化性樹脂を速やかにゲル化させることにより、締付力による繊維束の緩みや蛇行を更に抑制することができる。

【0009】

本発明に係る複合容器の製造方法では、巻き付け工程においては、繊維束の巻き付けに要する時間と硬化性樹脂のゲル化に要する時間との関係性を調整することによって、繊維束の巻きつけと同時に、積層された繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させてよい。例えば、硬化性樹脂のゲル化に要する時間に対して、巻き付けに要する時間を調整することによって、上述のような繊維束の巻き付けが可能となる。あるいは、例えば、巻き付けに要する時間に対して、硬化性樹脂の選定等によってゲル化に要する時間を調整することで、上述のような繊維束の巻き付けが可能となる。

【0010】

また、本発明に係る複合容器の製造方法において、巻き付け工程では、ライナへ巻き付ける繊維束を繊維束供給部から供給し、繊維束供給部では繊維束を冷却手段によって冷却してよい。繊維束供給部において供給される前の繊維束の硬化性樹脂は、冷却手段で冷却されることにより、粘度の上昇が抑えられる。従って、ゲル化へ向かって硬化性樹脂の粘度が上昇し始めるタイミングを調整することができる。

【0011】

また、本発明に係る複合容器の製造方法において、巻き付け工程では、繊維束供給部において繊維束が巻かれているボビンを冷却手段で冷却することによって、硬化性樹脂のゲル化に要する時間を調整してよい。このような冷却によって、容易に硬化性樹脂のゲル化に要する時間が長くなるように調整することができる。

【0012】

また、本発明に係る複合容器の製造方法において、巻き付け工程では、繊維束を加熱することによって硬化性樹脂のゲル化に要する時間を調整してよい。このような加熱によって、容易に硬化性樹脂のゲル化に要する時間が短くなるように調整することができる。

【0013】

また、本発明に係る複合容器の製造装置は、強化層を備えた複合容器の製造装置であって、硬化性樹脂が含浸された繊維束をライナの外周側に巻き付けることで繊維束層を形成すると共に、当該繊維束層を複数積層させる巻き付け部と、ライナへ巻き付ける繊維束を供給する繊維束供給部と、を備え、繊維束供給部には、繊維束を冷却する冷却手段が設けられ、巻き付け部は、繊維束の巻き付けと同時に、積層された繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させる。

【0014】

本発明に係る複合容器の製造装置において、巻き付け部は、繊維束の巻き付けと同時に、積層された繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させる。従って、新たな繊維束が巻き付けられても、内周側の繊維束層の硬化性樹脂がゲル化しているため当該繊維束層中の繊維束をゲル化した硬化性樹脂で支持することができる。従って、締付力による繊維束の緩みや蛇行を抑制することができる。繊維束供給部において供給される前の繊維束の硬化性樹脂は、冷却手段で冷却されることにより、粘度の上昇が抑えられる。従って、ゲル化へ向かって硬化性樹脂の粘度が上昇し始めるタイミングを調整することができ、繊維束層内の硬化性樹脂をより確実にゲル化させることができる。以上により、複合容器の強度を向上させることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、複合容器の強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係る複合容器を示す一部断面図である。

【図2】ヘリカル層とフープ層を説明するための概念図である。

【図3】実施形態に係る複合容器の製造装置を示す模式的な概念図である。

【図4】ゲル化の様子を示す模式的な概念図である。

【図5】ゲル化の様子を示す模式的な概念図である。

【図6】時間と硬化性樹脂の粘度との関係を概念的に示すグラフである。

【図7】変形例に係る複合容器の製造装置を示す模式的な概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0018】

図１は、実施形態に係る製造方法及び製造装置により製造される複合容器を示す一部断面図である。図１に示すように、複合容器１は、水素や天然ガス等の燃料ガスを高圧で貯蔵するための容器である。この複合容器１は、例えば、全長が２〜４ｍ、直径が４００〜６００ｍｍ程度に設定され、使用時には、２０〜９０ＭＰａ程度の圧力に耐えることが可能とされている。複合容器１は、その用途が限定されるものではなく、種々の用途で用いることができる。また、複合容器１は、据置き型として用いられてもよく、移動体に搭載されて用いられてもよい。

【0019】

この複合容器１は、円筒状のライナ２と、ライナ２の外面側（外周面側）を覆うように設けられた強化層３と、を備えている。ライナ２の両端部２ａはドーム状に形成されており、当該両端部２ａの先端には、口金４が取り付けられている。ここでの口金４における取付け高さ（突出高さ）は、強化層３の厚みと同等とされているが、それ以上であってもよく、口金４が強化層３から出っ張る高さとされてもよい。

【0020】

ライナ２の材料は特に限定されるものではないが、用途によっては、樹脂製又は金属製が選択される。樹脂製のライナ２としては、高密度ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を回転成形やブロー成形にて容器形状に賦形したものに、金属製の口金４を付けたものが挙げられる。金属製のライナ２としては、例えば、アルミニウム合金製や鋼鉄製等からなるパイプ形状や板形状をスピニング加工等にて容器形状に形成したものに、口金４の形状を形成したものが挙げられる。

【0021】

強化層３は、硬化性樹脂が含浸された繊維束１０をライナ２の外面側に積層するように巻き付け、所定の処理を行った後に、当該繊維束１０を積層して成る複数層の繊維束層５（図４及び図５参照）を加熱し硬化させることによって形成される。繊維束１０がライナ２の外周側に巻き付けられることによって繊維束層５が形成され、当該繊維束層５を複数積層させることにより強化層３が形成される。また、所定の巻き付けパターンで繊維束１０を巻き付けた繊維束層５を複数積層させることで一のパターン層３０が形成されると共に、当該パターン層３０を複数積層させることにより強化層３が形成される。パターン層３０として、フープ層３１及びヘリカル層３２が形成される。フープ層３１とヘリカル層３２は、交互に形成される。

【0022】

また、繊維束１０としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ポリエチレン繊維、スチール繊維、ザイロン繊維又はビニロン繊維等を用いることができ、ここでは、高強度で高弾性率且つ軽量な炭素繊維を用いている。また、本実施形態の繊維束１０の繊維数（フィラメント）は、特に制限されるものではないが、１０００〜５００００フィラメント、好ましくは３０００〜３００００フィラメントの範囲とされ、ここでは、２４０００フィラメントとされている。

【0023】

図２（ａ）に示すように、フープ層３１は、ライナ２に対して繊維束１０を周方向に巻き付けることによって形成される層である。このとき、フープ層３１の繊維は、ライナ２の径方向から見たときに、ライナ２の軸線ＣＬと略垂直となるように巻き付けられる。なお、フープ層３１を形成するときは、繊維束１０で容器（又はヘリカル層３２）の外周面を覆うことで繊維束層５を形成した後、その上に繊維束１０を巻き付けて更に繊維束層５を形成する。このような繊維束層５を複数層形成することによって、フープ層３１が形成される。フープ層３１内の繊維束層５の数は、１〜１０程度に設定される。フープ層３１は、主にライナ２を径方向に支持する機能を有する。

【0024】

図２（ｂ）に示すように、ヘリカル層３２は、ライナ２に対して繊維束１０を傾斜させた状態で周方向に取り囲むように巻き付けることによって形成される層である。このとき、ヘリカル層３２の繊維は、ライナ２の径方向から見たときに、ライナ２の軸線ＣＬに対して傾斜するように巻き付けられる。軸線ＣＬに対する傾斜角は、１０〜８０°程度に設定される。ヘリカル層３２においては、繊維束１０がライナ２の一方のドーム状の端部２ａから他方のドーム状の端部２ａにて、たすきがけ状に巻き付けられる。なお、ヘリカル層３２を形成するときは、繊維束１０で容器（又はフープ層３１）の外周面を覆うことで繊維束層５を形成した後、その繊維束層５の上に繊維束１０を巻き付けて更に繊維束層５を形成する。このような繊維束層５を複数層形成することによって、ヘリカル層３２が形成される。ヘリカル層３２内の繊維束層５の数は、２〜２０程度に設定される。ヘリカル層３２は、主にライナ２を軸方向に支持する機能を有する。

【0025】

次に、上述のように構成された複合容器１を製造する製造方法について説明する。

【0026】

まず、繊維束１０をライナ２の外周側に巻き付けることで一の繊維束層５を形成すると共に、当該繊維束層５を複数積層させ、これにより、容器中間体を形成する巻き付け工程が行われる。

【0027】

なお、容器中間体とは、製造過程における複合容器１を意図しており、ここでは、繊維束１０の硬化性樹脂が熱硬化する前の状態のものを意図している（以下、同じ）。また、全ての繊維束１０を巻き付け終えていない巻き付け途中のものを容器中間体と呼ぶこともある。また、巻き付け工程における巻き付け方法は特に限定されないが、例えば、ＦＷ（フィラメントワインディング）法を採用することができる。

【0028】

ここで、図３を参照して、本実施形態における上記巻き付け工程の例について詳説する。

【0029】

図３は予め硬化性樹脂が含浸された繊維束（トウプリプレグ）を用いて巻き付け工程を行う、いわゆるＤｒｙ法で用いられる製造装置１００の模式的な概念図である。ここで、「トウプリプレグ」とは、繊維束に樹脂が含浸しているものである。

【0030】

図３に示すように、本実施形態の製造装置１００は、上記複合容器１を製造するものであって、上記巻き付け工程で用いられる。この製造装置１００は、硬化性樹脂を予め含浸させた繊維束１０を巻廻した複数のボビン１０１を備えている。さらに、製造装置１００は、巻き付けられる複数の繊維束１０の通過位置を調整する巻付束通過位置調整部１０２と、巻き付けられる複数の繊維束１０をライナ２の軸方向に沿って移動させる移動部１０３と、繊維束１０をライナ２で巻き取るように当該ライナ２を回転する回転機構（不図示）と、を備えている。このうち、ボビン１０１、巻付束通過位置調整部１０２、及び移動部１０３は、ライナ２へ巻き付ける繊維束１０を供給する繊維束供給部１５０として構成される。また、ライナ２を配置する機構及び回転機構は、繊維束１０をライナ２の外周側に巻き付けることで一の繊維束層５を形成すると共に、当該繊維束層５を複数積層させる巻き付け部１６０として構成される。この製造装置１００による製造方法では、ボビン１０１から繊維束１０が供給され、これら繊維束１０は、巻付束通過位置調整部１０２によって巻き付け時の束通過位置が調整されながら、移動部１０３及び回転機構の協働によってライナ２の外面側に巻き付けられ、これにより、ライナ２を覆うように繊維束層５が形成される。

【0031】

巻き付け工程においては、所定の巻き付けパターンで繊維束１０を巻き付けた繊維束層５を複数積層させることで一のパターン層３０を形成すると共に、当該パターン層３０を複数積層させる。なお、繊維束層５とは、パターン層３０を形成するために繰り返し実行される巻き付けパターンのうち、一回の巻き付けパターンによって形成される繊維束１０の層であり、容器中間体（またはライナ２）の外周面の略全域を覆う繊維束１０の層である。具体的には、フープ層３１の巻き付けパターンで繊維束１０を巻き付けた繊維束層５を複数積層させることで一のフープ層３１を形成する。フープ層３１を形成する場合、図３に示すように、ライナ２の一方の端部２ａから繊維束１０の巻き付けを開始し、繊維束１０をライナ２に巻き付けながら移動部１０３を方向Ｄ１側へ徐々に移動させ、ライナ２の他方の端部２ｂに達するまで巻き付けを行う。これによって、容器中間体（またはライナ２）の外周面の略全域を覆う一の繊維束層５が形成される。次に、移動部１０３の方向転換をし、ライナ２の他方の端部２ｂから繊維束１０の巻き付けを開始し、繊維束１０をライナ２に巻き付けながら移動部１０３を方向Ｄ２側へ徐々に移動させ、ライナ２の一方の端部２ａに達するまで巻き付けを行う。これによって、容器中間体（またはライナ２）の外周面の略全域を覆う一の繊維束層５が形成される。当該パターンを繰り返すことによって複数の繊維束層５が形成され、一のフープ層３１が形成される。フープ層３１の場合、複合容器１の大きさにもよるが、一の繊維束層５を形成するのに５〜２０分程度の時間がかかる。一のフープ層３１を形成する時間は、繊維束層５の層数によって定まる。ヘリカル層３２を形成する場合、移動部１０３を移動させることで繊維束１０をライナ２に斜めに巻き付けを行う。このような斜めの巻き付けがライナ２の一方の端部２ａ側から他方の端部２ｂ側へ向かって徐々に行われるように移動部１０３を移動させる。次に、斜めの巻き付けをライナ２の他方の端部２ｂ側から一方の端部２ａ側へ向かって徐々に行われるように移動部１０３を移動させる。これによって、容器中間体（またはライナ２）の外周面の略全域を覆う一の繊維束層５が形成される。当該パターンを繰り返すことによって複数の繊維束層５が形成され、一のヘリカル層３２が形成される。ヘリカル層３２の場合、複合容器１の大きさにもよるが、一の繊維束層５を形成するのに１０〜３０分程度の時間がかかる。一のヘリカル層３２を形成する時間は、繊維束層５の層数によって定まる。また、一のフープ層３１（またはヘリカル層３２）の形成工程が完了し、ヘリカル層３２（またはフープ層３１）の形成工程へ移行する場合は、繊維束１０の切断や調整等の作業が行われる。

【0032】

本実施形態では、巻き付け工程において、繊維束１０の巻きつけと同時に、積層された繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させている。なお、図４及び図５においては、形成途中の繊維束層５を繊維束層５Ａとし、巻き付けに係る繊維束１０Ａ（ここでは既に巻き付けられた繊維束１０と区別するため、巻き付けに係る繊維束を１０Ａとする）と当接する繊維束層５、すなわち当該繊維束層５Ａに内周側で隣接する繊維束層５を繊維束層（第１繊維束層）５Ｂとし、当該繊維束層５Ｂと内周側で隣接する繊維束層５を繊維束層５Ｃとする。なお、図４及び図５においては、繊維束層５Ａ，５Ｂ，５Ｃ及び当該層を構成する繊維束１０を示しているが、繊維束層５Ｃよりも内周側の繊維束層５については図示を省略している。また、図４及び図５においては、硬化性樹脂がゲル化した部分にグレースケールを付して示している。

【0033】

ここで、「繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させる」とは、硬化性樹脂をゲル化の状態に到達させることを意味する。例えば、図６に示すように、横軸を時間とし、縦軸を粘度とした場合、所定の温度条件下では、硬化性樹脂の粘度は時間の経過と共に増加する。そして、粘度が所定の値（ここでは、閾値ＴＬ１とする）まで到達することで、硬化性樹脂は流動性を失った「ゲル化」した状態となる。以降の説明のため、閾値ＴＬ１より粘度が低い領域をゲル化へ向かって粘度が上昇する領域である「ゲル化進行領域Ｅ１」とする。また、粘度が閾値ＴＬ１以上の領域を、ゲル化が完了した「ゲル化完了領域Ｅ２」とする。図６に示す例では、繊維束層５内の硬化性樹脂の粘度を閾値ＴＬ１へ到達させることが「繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させる」ことに該当する。従って、繊維束層５内の硬化性樹脂の粘度がゲル化進行領域Ｅ１内で上昇している状態は、「繊維束層内の硬化性樹脂をゲル化させる」状態には該当しない。なお、硬化性樹脂がゲル化したことを示す閾値ＴＬ１は、貯蔵弾性率と損失弾性率が一致するときの粘度等に設定することができる。従って、繊維束１０の巻きつけと同時に、積層された繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させるとは、繊維束１０の巻き付けが行われているのと同時に、既に形成された繊維束層５の何れかにおいては、硬化性樹脂の粘度が閾値ＴＬ１へ到達してゲル化することである。

【0034】

図４及び図５に示すように、新たに繊維束１０Ａが巻き付けられる箇所では、少なくとも巻き付けに係る繊維束１０Ａと当接する繊維束層（第１繊維束層）５Ｂ内の硬化性樹脂をゲル化させず、且つ、繊維束層５Ｂよりも内周側の何れかの繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させる。例えば、図４（ａ）に示す例では、新たな繊維束１０Ａを巻き付ける箇所では、繊維束１０Ａが巻き付けられる繊維束層５Ｂはゲル化しておらず、その一段内周側の繊維束層５Ｃ及びそれより内周側の各繊維束層５はゲル化している。

【0035】

図４（ｂ）に示す例では、一のパターン層３０Ｂ（ここでは、既に形成されたパターン層３０と区別するため、形成中のパターン層を３０Ｂとする）を形成しているとき、同一のパターン層３０Ｂにおける何れかの繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させている。すなわち、新たに形成中のパターン層３０Ｂでは、新たに繊維束１０Ａを巻き付けているときに、既に形成された内周側の繊維束層５の何れかの部分の硬化性樹脂がゲル化している。この場合、パターン層３０Ｂの最も外周側の繊維束層５を形成しているときに、少なくともパターン層３０Ｂの最も内周側の繊維束層５がゲル化していればよい。このように、既に積層させた繊維束層５内の硬化性樹脂を速やかにゲル化させることにより、締付力による繊維束１０の緩みや蛇行を更に抑制することができる。

【0036】

図５（ａ）に示す例では、一のパターン層３０Ｂを形成しているとき、内周側の他のパターン層３０における繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させている。例えば、形成中のパターン層３０Ｂが複合容器１中の最も外周側の最外パターン層３０であり、繊維束層５Ａが当該最外パターン層３０の中の最も外周側の繊維束層５である場合に、ライナ２の外周面と繊維束層５Ａとの間の周方向の寸法をＲ１とし、ゲル化している部分の周方向の寸法をＲ２とした場合、寸法Ｒ２は、寸法Ｒ１の３０％以上であってよく、５０％以上であってよい。当該範囲とすることで、内周側の繊維束層５の緩みを効果的に抑制することができる。ただし、このような数値範囲に限定されず、少なくとも繊維束１０Ａの巻き付けが行われているいずれかの時点で、繊維束層５の何れかにおいて硬化性樹脂がゲル化していればよい。例えば、図５（ｂ）に示すように、繊維束層５Ａが最外パターン層３０の中の最も外周側の繊維束層５である時点において、最も内周側のパターン層３０Ａ（ライナ２に当接しているパターン層）の一部の繊維束層５（少なくとも最も内周側のライナ２に当接している繊維束層５）がゲル化していればよい。

【0037】

上述のように、巻き付け工程において、繊維束１０の巻きつけと同時に、積層された繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させることは、硬化性樹脂としてゲル化に至るまでのゲル化時間が短い硬化性樹脂を用いることによって可能となる。すなわち、巻き付け時間やその他の作業時間等とゲル化時間との関係を考慮することにより、ライナ２に繊維束１０を巻き付けているときに、積層された繊維束１０内でゲル化することができる硬化性樹脂を用いる。なお、ゲル化時間は、例えば図６で示すように、硬化性樹脂の粘度の上昇が開始された時点から、粘度が閾値ＴＬ１へ至るまでに要する時間である（図６においてｔ１で示されている）。特に限定されないが、常温（２０〜２５℃）条件下におけるゲル化時間が２０〜６００分の硬化性樹脂を適用してよい。なお、ゲル化時間の測定方法としては動的粘弾性測定を用いることができる。このような測定を行うために、例えば、ＡＲＥＳレオメータ（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用いることができる。粘度の上昇開始から、貯蔵弾性率と損失弾性率が一致するまでの時間をゲル化時間として取得することができる。

【0038】

硬化性樹脂の種類としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂等を採用してよい。また、硬化性樹脂の分子構造としては、例えば、エポキシ樹脂の場合、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等を採用してよい。また、硬化性樹脂に加える硬化剤としては、例えば、エチレンジアミン等の脂肪族アミン、ジエチレントリアミン等の脂肪族ポリアミン、メタフェニレンジアミンまたはジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族アミン、ピペリジンまたはジアザピシクロウンデセン等の第一、第三アミン、メチルテトラヒドロ無水フタル酸等の酸無水物硬化剤等を採用してよい。

【0039】

図４及び図５に示すように、外周側の繊維束層５では硬化性樹脂をゲル化させず、内周側の繊維束層５では硬化性樹脂をゲル化させる状態とすることは、外周側の繊維束層５内の硬化性樹脂のゲル化進行開始のタイミングと、内周側の繊維束層５内の硬化性樹脂のゲル化進行開始のタイミングとを調整することによって可能となる。ゲル化進行開始のタイミングとは、ゲル化へ向かって硬化性樹脂の粘度の上昇が開始するタイミングであり、図６においては「０」に該当するタイミングである。上述のように、ゲル化時間が予め設定された硬化性樹脂を用いるため、先にライナ２に巻き付ける内周側の繊維束層５の硬化性樹脂については、外周側の繊維束層５の硬化性樹脂よりも、ゲル化進行開始のタイミングを早くする。

【0040】

硬化性樹脂のゲル化進行開始のタイミングを調整する方法は、特に限定されるものではなく、あらゆる方法を採用可能である。例えば、製造装置１００において、繊維束供給部１５０における温度条件が常温であり、巻き付け部１６０における温度条件も常温である場合、次のような方法を採用してよい。すなわち、繊維束供給部１５０にセットされる前段階においては、ボビン１０１は冷蔵庫などの低温環境下に貯蔵されており、セットする際に当該冷蔵庫などから取り出す。取り出し後、ボビン１０１が常温となり、含浸されている硬化性樹脂の粘度の上昇が開始する時点が、硬化性樹脂のゲル化進行開始のタイミングとなる。ここで、一つ（又は複数）のパターン層３０を形成するには複数組のボビン１０１が用いられる。すなわち、図３に示すように複数個のボビン１０１の組が繊維束供給部１５０にセットされて巻き付けを開始すると、各ボビン１０１の繊維束１０が無くなるため、次のボビン１０１の組をセットする。このようなボビン１０１の組の取り換えを複数回行うことで一つのパターン層３０が形成される。従って、使用中のボビン１０１の組よりも早い段階で使用されたボビン１０１の繊維束１０で形成された繊維束層５（すなわち、内周側の繊維束層５）内の硬化性樹脂を早くゲル化させることができる。

【0041】

また、繊維束供給部１５０で供給される繊維束１０を冷却手段で冷却することによって、ゲル化進行開始のタイミングを調整してもよい。例えば、図３に示すように、繊維束供給部１５０のうち、ボビン１０１の配置部を冷却領域１７０としてよい。例えば、外部へ繊維束１０を供給可能な機構を備えた冷蔵庫を用い、当該冷蔵庫の内部を冷却領域１７０としてよい。冷却領域１７０内に配置されている状態では、繊維束１０内の硬化性樹脂の粘度の上昇は起こらず、繊維束１０がボビン１０１から引き出されて冷却領域１７０の外部へ出たとき（外部へ出て、硬化性樹脂の温度が所定の温度まで上昇したとき）が、硬化性樹脂のゲル化進行開始のタイミングとなる。従って、内周側の繊維束層５は、早い段階で冷却領域１７０の外へ出てライナ２に巻き付けられた繊維束１０によって形成されているため、外周側の繊維束層５よりも早くゲル化させることができる。冷却手段によって、繊維束１０を−２５〜１０℃に冷却してよい。以上のように、繊維束供給部１５０において供給される前の繊維束１０の硬化性樹脂は、冷却手段で冷却されることにより、粘度の上昇が抑えられる。従って、ゲル化へ向かって硬化性樹脂の粘度が上昇し始めるタイミングを調整することができる。

【0042】

また、繊維束１０に含浸される硬化性樹脂として、常温では粘度が上昇せず（あるいは、上昇するとしても緩やかに上昇する）、常温よりも高い所定の温度条件下におけるゲル化時間が短いものを採用すると共に、巻き付け部１６０に加熱手段（不図示）を設けることによって、ゲル化進行開始のタイミングを調整してもよい。すなわち、繊維束供給部１５０では繊維束１０内の硬化性樹脂の粘度の上昇は起こらず、巻き付け部１６０でライナ２に巻き付けられて、硬化性樹脂が所定の温度となったときが、硬化性樹脂のゲル化進行開始のタイミングとなる。従って、内周側の繊維束層５は、早い段階で巻き付け部１６０で高い温度となった繊維束１０によって形成されているため、外周側の繊維束層５よりも早くゲル化させることができる。加熱手段として、ライナ２内部に温風を通過させる機構や、ライナ２の外周側から熱を供給する機構を採用してよい。加熱手段によって、繊維束１０の硬化性樹脂を４０〜６０℃に加熱してよい。なお、このような巻き付け部１６０側に加熱手段を設ける一方、繊維束供給部１５０に上述のような冷却手段を設けてもよい。

【0043】

次に、本実施形態に係る複合容器１の製造方法、及び製造装置１００の作用・効果について説明する。

【0044】

まず、複合容器の製造方法においては、繊維束の硬化性樹脂同士の馴染みを良くするために硬化性樹脂の粘度を低く設定する場合がある。しかしながら、従来の製造方法においては、硬化性樹脂の粘度が低い場合、繊維束を巻き付けて繊維束層を積層させていくと、締付力の影響によって内周側の繊維束層の繊維束に緩みや蛇行が発生する場合があった。これにより、複合容器の強度が低下する場合があった。

【0045】

一方、本実施形態に係る複合容器１の製造方法では、巻き付け工程において、繊維束１０の巻きつけと同時に、積層された繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させている。従って、新たな繊維束１０Ａが巻き付けられても、内周側の繊維束層５の硬化性樹脂がゲル化しているため当該繊維束層５中の繊維束１０をゲル化した硬化性樹脂で支持することができる。また、新たに繊維束１０Ａが巻き付けられる箇所では、少なくとも巻き付けに係る繊維束と当接する繊維束層５Ｂ内の硬化性樹脂をゲル化させず、且つ、繊維束層５Ｂよりも内周側の何れかの繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させている。従って、新たな繊維束１０Ａの硬化性樹脂と繊維束層５Ｂ内の硬化性樹脂とを十分に馴染ませることができる一方、繊維束層５Ｂより内周側の繊維束層５では、締付力による繊維束１０の緩みや蛇行を抑制することができる。以上により、複合容器１の強度を向上させることができる。

【0046】

また、本実施形態に係る複合容器の製造装置１００において、巻き付け部１６０は、繊維束１０の巻き付けと同時に、積層された繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させる。従って、新たな繊維束１０Ａが巻き付けられても、内周側の繊維束層５の硬化性樹脂がゲル化しているため当該繊維束層５中の繊維束１０をゲル化した硬化性樹脂で支持することができる。従って、締付力による繊維束１０の緩みや蛇行を抑制することができる。繊維束供給部１５０において供給される前の繊維束１０の硬化性樹脂は、冷却手段で冷却されることにより、粘度の上昇が抑えられる。従って、ゲル化へ向かって硬化性樹脂の粘度が上昇し始めるゲル化進行開始のタイミングを調整することができ、繊維束層５内の硬化性樹脂をより確実にゲル化させることができる。以上により、複合容器１の強度を向上させることができる。

【0047】

本実施形態に係る複合容器の製造方法では、巻き付け工程においては、繊維束１０の巻き付けに要する時間と硬化性樹脂のゲル化に要する時間との関係性を調整することによって、繊維束１０の巻きつけと同時に、積層された繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させている。例えば、硬化性樹脂のゲル化に要する時間に対して、繊維束１０の巻き付けに要する時間をコントロールすることで、使用する硬化性樹脂がゲル化するのに要する時間に見合った製造時間をコントロールすることが可能となる。または、繊維束１０の巻き付けに要する時間を鑑みて、硬化性樹脂の選定を行うことによって、ゲル化に要する時間を調整してもよい。このように、巻き付けに要する時間と硬化性樹脂のゲル化に要する時間との関係性を調整することで、新たに繊維束１０Ａが巻き付けられる箇所では、少なくとも巻き付けに係る繊維束と当接する繊維束層５Ｂ内の硬化性樹脂をゲル化させず、且つ、繊維束層５Ｂよりも内周側の何れかの繊維束層５内の硬化性樹脂をゲル化させることが可能となる。また、硬化性樹脂のゲル化が早く、巻き付けに要する時間をコントロールするだけでは上述のようなゲル化を行うことが困難な場合などは、繊維束供給部２５０において繊維束１０が巻かれているボビン１０１を冷却手段で冷却することによって硬化性樹脂のゲル化に要する時間を調整してもよい。なお、ボビン１０１を冷却する方法は、トウプリプレグを用いたＤｒｙ法に限定されるものではなく、レジンバスを用いたＷｅｔ法に適用してもよい。ただし、Ｗｅｔ法においてボビン１０１を冷却する場合、レジンバスも合わせて冷却することが好ましい。また、硬化性樹脂のゲル化が遅く、巻き付けに要する時間をコントロールするだけでは上述のようなゲル化を行うことが困難な場合などは、繊維束１０を加熱することによって硬化性樹脂のゲル化に要する時間を調整してもよい。これらによって、硬化性樹脂のゲル化に要する時間を容易に調整することが可能となる。

【0048】

なお、比較例に係る製造方法として、例えば、一のパターン層３０を形成したら巻き付け部１６０を停止し、常温放置や加熱等を行うことで硬化性樹脂をゲル化させ、その後に次のパターン層３０を形成するために巻き付け部１６０を起動させる方法が挙げられる。このような製造方法では、巻き付けと同時に硬化性樹脂をゲル化させる本実施形態に係る製造方法に比して、製造時間が長くなる。

【0049】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

【0050】

例えば、上記実施形態では、巻き付け工程をトウプリプレグを用いたＤｒｙ法で行ったが、レジンバスを用いたＷｅｔ法で行ってもよい。図７は、変形例に係る複合容器の製造装置２００の模式的な概念図である。この製造装置２００は、繊維束を硬化性樹脂に含浸させながら供給して巻き付け工程を行う、いわゆるＷｅｔ法のうちレジンバス法で用いられる。図７に示すように、製造装置２００は、繊維束１０を供給する繊維束供給部２５０と、繊維束１０を巻き付けるための巻き付け部２６０と、を備えている。製造装置２００の繊維束供給部２５０は、硬化性樹脂２０２を含浸させる前の原糸としての繊維束を巻廻した複数のボビン１０１と、硬化性樹脂２０２を収容したレジンバス２０３と、レジンバス２０３内で回転して繊維束に硬化性樹脂を含浸する回転ロール２０４と、樹脂含有量を調整する樹脂含有量調ロール２０６と、移動部２０７と、を備えている。この製造装置２００による製造方法では、ボビン１０１から原糸としての繊維束が供給され、これら繊維束は、レジンバス２０３内へと案内され、該レジンバス２０３内にて回転可能に設けられた回転ロール２０４の周縁を案内されながら硬化性樹脂２０２が含浸される。その後、樹脂含有量調ロール２０６によって余剰の硬化性樹脂２０２が搾り取られて樹脂含有量の調整がなされ、繊維束１０として後段へ供給され、ライナ２へ巻き付けられる。この製造装置２００の繊維束供給部２５０には、繊維束１０を冷却する冷却手段が設けられている。具体的には、冷却手段として、レジンバス２０３に取り付けられたチラー２７０等が採用される。以上のように、繊維束供給部２５０において供給される前の繊維束１０の硬化性樹脂は、冷却手段で冷却されることにより、粘度の上昇が抑えられる。従って、ゲル化へ向かって硬化性樹脂の粘度が上昇し始めるタイミングを調整することができる。なお、レジンバスを用いたＷｅｔ法による製造方法の場合も、ゲル化進行開始のタイミングを調整する方法は、冷却手段を用いた方法に限らない。例えば、レジンバス２０３に入れる硬化性樹脂を冷蔵庫などに保存しておき、一つのパターン層３０（又は複数のパターン層３０）を形成する間に新たな硬化性樹脂を冷蔵庫から取り出してレジンバス２０３に追加することで、各繊維束層のゲル化進行開始のタイミングを調整してもよい。また、上述のＤｒｙ法で説明したように巻き付け部２６０側で加熱することでゲル化進行開始のタイミングを調整してもよい。

【実施例】

【0051】

以下に実施例を説明する。ただし、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

【0052】

［比較例］
繊維束に含浸させる硬化性樹脂として、ゲル化時間が１００００分以上のものを用いた。なお、ゲル化時間の測定方法としては動的粘弾性測定を用いた。このような測定を行うために、ＡＲＥＳレオメータ（ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用いた。具体的には、硬化性樹脂の種類としてエポキシ樹脂を採用し、硬化性樹脂の分子構造としてビスフェノールＡ型エポキシを採用し、硬化性樹脂に加える硬化剤としてアミン系化合物を採用した。また、トウプリプレグを用いたＤｒｙ法によって繊維束の巻き付けを行った。繊維束供給部及び巻き付け部のいずれにおいても常温とした。全長１５００ｍｍ、直径３５０ｍｍのライナを用い、パターン層（ヘリカル層とフープ層を交互に設ける）の層数は１００であり、一のヘリカル層内の繊維束層の層数は２〜８であり、一のフープ層内の繊維束層の層数は１〜６であった。パターン層を一つ形成するのに、ボビンの入れ替えや繊維束の付け替え等も考慮して１０〜２０分程度の時間を要した。この場合、最も外周側のパターン層における最も外周側の繊維束層を形成する時点で、内周側のいずれの繊維束層内の硬化性樹脂もゲル化していなかった。
［実施例］
繊維束に含浸させる硬化性樹脂として、ゲル化時間が４１０分のものを用いた。具体的には、硬化性樹脂の種類としてエポキシ樹脂を採用し、硬化性樹脂の分子構造としてビスフェノールＡ型エポキシを採用し、硬化性樹脂に加える硬化剤としてアミン系化合物を採用した。また、トウプリプレグを用いたＤｒｙ法によって繊維束の巻き付けを行った。繊維束供給部及び巻き付け部のいずれにおいても常温とした。ライナの大きさやパターン層の層数等は比較例と同じ条件とした。この場合、最も外周側のパターン層における最も外周側の繊維束層を形成する時点で、内周側の半分の繊維束層内の硬化性樹脂がゲル化していた。

【0053】

［評価結果］
比較例及び実施例に係る製造方法で製造した複合容器について、破裂試験を行った。破裂試験は水圧破壊試験で行い、設計強度に対する強度発現率を算出し強度の評価を行った。当該試験実施例に係る複合容器の強度相対値を１００とした場合、比較例に係る複合容器の強度相対値は９７となった。このことより、実施例に係る複合容器の方が強度が高いことが理解される。

【符号の説明】

【0054】

１…複合容器、２…ライナ、３…強化層、５…繊維束層、１０…繊維束、３０…パターン層、３１…フープ層、３２…ヘリカル層、１００，２００…製造装置、１５０，２５０…繊維束供給部、１６０，２６０…巻き付け部、１７０…冷却領域（冷却手段）、２７０…チラー（冷却手段）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図6】

【図7】

【図4】

【図5】