JP2005319683A - Ｆｒｐ圧力容器用樹脂含浸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】粘度の高い樹脂を確実に含浸させると共に、樹脂含浸後のプリフォーム内でのボイドの発生を防止させようとすると、この処理に関わる装置のコストアップを招いてしまう。
【解決手段】繊維製のプリフォーム２に樹脂を含浸させてＦＲＰ圧力容器を製造するための樹脂含浸装置１は、プリフォーム２を樹脂に浸漬させるための樹脂浴槽４と、樹脂浴槽４中の樹脂の加熱手段としての水浴槽５およびヒータ６と、樹脂浴槽４とプリフォーム２とを収容する収容槽３と、収容槽３内の空気を吸引する真空ポンプ８と、プリフォーム２を回転させるモータ９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維製のプリフォームに樹脂を含浸させてＦＲＰ圧力容器を製造するための樹脂含浸装置の技術に関する。

ＦＲＰ（繊維強化樹脂）において、樹脂の強化材として用いられる繊維プリフォームは、網目状の構造体である。
従来より、網目状の構造体に樹脂を含浸させる方法として、真空含浸法や加圧含浸法がある。特許文献１には、加圧含浸法の一例として、変成器のコイル等（網目状の構造体）に樹脂を含浸させる方法が開示されている。

真空含浸法は、プリフォームの収容槽を真空ポンプにより真空にして、プリフォーム内の空気を除去した状態で、プリフォームに樹脂を含浸させる方法である。
一方、加圧含浸法は、プリフォームを樹脂浴槽内の樹脂に浸漬させると共に、プリフォームおよび樹脂浴槽を収容する加圧槽を加圧して、プリフォーム内より空気が追い出されるように樹脂を含浸させる方法である。
また、真空含浸法と加圧含浸法とを併用して行われることがある。この場合は、プリフォームの収容槽を真空にした後、プリフォームを樹脂浴槽に完全に浸して、樹脂浴槽を加圧して、プリフォームに樹脂を含浸させるものである。

特開平５−１３５９８５号公報

ＦＲＰ製の圧力容器は、例えば２０気圧のＬＰＧ（液化石油ガス）など、高圧の圧力気体を充填する目的で製造されるものであり、耐圧性および耐久性が要求される。
ここで、樹脂を含浸させたプリフォーム内に、空気が残留してボイド（空隙）が形成された部分や、樹脂含浸の不十分な部分があると、圧力容器の耐圧性や耐久性が損なわれることになる。

プリフォームへの樹脂含浸を前記真空含浸法で行う場合、プリフォーム内の空気の除去は真空吸引により確実である。ところが、大気圧下で樹脂含浸が行われるため、粘度の高い樹脂の場合は、十分にプリフォーム内に樹脂を含浸させることが出来ない。特に、プリフォームの構造が複雑化すると、より樹脂含浸が不十分となる。
一方、前記加圧含浸法で行う場合は、粘度の高い樹脂であっても樹脂含浸は確実に行われるが、プリフォーム内からの空気の除去が不十分となり、樹脂含浸後にボイドが形成される可能性が高い。
また、前記真空含浸法と前記加圧含浸法とを併用する場合は、このような不具合の発生を防止できるが、手順が複雑化すると共に、プリフォームへの樹脂含浸を行うための装置全体のコストがアップする。

つまり、解決しようとする問題点は、粘度の高い樹脂を確実に含浸させると共に、樹脂含浸後のプリフォーム内でのボイドの発生を防止させようとすると、この処理に関わる装置のコストアップを招いてしまう点である。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
繊維製のプリフォームに樹脂を含浸させてＦＲＰ圧力容器を製造するための樹脂含浸装置であって、
プリフォームを樹脂に浸漬させるための樹脂浴槽と、
樹脂浴槽中の樹脂の加熱手段と、
前記樹脂浴槽とプリフォームとを収容する収容槽と、
前記収容槽内の空気を吸引する真空ポンプと、
を備えるものである。

請求項２においては、
前記プリフォームを回転させる回転手段を備えるものである。

請求項３においては、
前記加熱手段は、前記樹脂浴槽が浸される水浴槽と、この水浴槽の加熱装置と、から構成されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、樹脂含浸後のプリフォームにボイドを発生させることが無いと共に、粘度の高い樹脂であってもプリフォームに確実に樹脂を含浸させることができる。

請求項２においては、プリフォームの下部を樹脂浴槽中の樹脂溜まりに浸漬させるだけで、プリフォームの全体に樹脂を含浸させることができる。特に、プリフォームの上部が樹脂浴槽中の樹脂溜まり外に位置するため、プリフォームの収容槽への搬入・搬出が、樹脂溜まり中にプリフォームの全体を浸漬させた場合に比して容易である。

請求項３においては、樹脂の粘度をムラ無く低下させることができる。

図１を用いて、本発明の一実施の形態である樹脂含浸装置１を説明する。
樹脂含浸装置１は、繊維製のプリフォーム２に樹脂を含浸させてＦＲＰ（繊維強化樹脂）製の圧力容器を製造する装置である。
樹脂含浸装置１には、プリフォーム２の収容槽３が備えられ、該収容槽３の内部に、プリフォーム２への樹脂含浸用の樹脂浴槽４、プリフォーム２の支持部１６が設けられている。
また、樹脂含浸装置１には、収容槽３の外部に、樹脂浴槽４の加熱手段である水浴槽５およびヒータ６や、樹脂浴槽４に樹脂を補給する樹脂ポンプ１０および樹脂タンク１１、収容槽３の内部空間を真空にする真空ポンプ８、プリフォーム２の回転駆動手段であるモータ９も備えられている。

収容槽３は、槽本体３ａと、槽本体３ａに対して開閉可能に設けられる蓋３ｂと、を備えており、蓋３ｂを開放した状態で、プリフォーム２を槽本体３ａ内への配置や槽本体３ａからの取り出しが行われる。

プリフォーム２の形状は中空で先細りの円筒状であり、プリフォーム２の中心軸方向の両端は開口している。このプリフォーム２の内部には、プリフォーム２形成時の型（マンドレル）としても利用されるライナー（図示せず）が備えられている。このライナーの中心軸方向の一方の端部には、口金の取付部が形成されて開口しており、他方の端部は製造後の圧力容器の底に相当するため閉鎖されている。

前記支持軸７は、プリフォーム２への取付部７ａと軸部７ｂとを備えている。
この取付部７ａは、プリフォーム２の中心軸方向の端部に挿入して、内部のライナーにロックすることが可能に構成されており、支持軸７をプリフォーム２に固定することが可能である。
そして、一対の支持軸７・７をプリフォーム２に固定した状態で、両軸部７ｂ・７ｂを収容槽３に支持することで、プリフォーム２が収容槽３に支持されることになる。

各軸部７ｂを収容槽３に支持する支持部１６は、槽本体３ａに支持される一対の下ローラ１４・１４と、蓋３ｂに支持される上ローラ１５と、により構成されている。そして、これらのローラ１４・１４・１５を軸部３ｂの外周側の三方より当接させることで、軸部３ｂが収容槽３に支持される。
なお、蓋３ｂを開放した状態では、蓋３ｂと共に上ローラ１５が軸部７ｂより離間するので、支持部１６によるプリフォーム２の支持が解除され、プリフォーム２を収容槽３より取り出すことが可能となる。

樹脂浴槽４は、プリフォーム２に樹脂を浸漬させるための手段である。
樹脂浴槽４には、樹脂が満たされて樹脂溜まり１２が形成されており、支持軸７に支持されるプリフォーム２径方向の一部（外周側の一部）のみが、樹脂溜まり１２に浸漬された状態にある。このように、プリフォーム２の一部のみが樹脂浴槽４内の樹脂溜まり１２に浸漬されるように、収容槽３内でのプリフォーム２の支持位置が設定されている。
また、樹脂浴槽４は配管を介して前記樹脂ポンプ１０に接続されており、プリフォーム２に含浸されて消費された分の樹脂が、樹脂タンク１１より樹脂ポンプ１０を介して補充されるようにしている。

前記モータ９は、プリフォーム２を回転させる手段であり、このモータ９の駆動により、プリフォーム２の全周が樹脂浴槽４内の樹脂溜まり１２内に浸漬される。そして、プリフォーム２の全周に樹脂を含浸させることが可能である。
ここで、モータ９を駆動源とするプリフォーム２の回転駆動機構は、プリフォーム２に固定された支持軸７を回転させるように構成されている。本実施の形態では、モータ９のモータ軸９ａと、前記下ローラ１４の軸１４ａとが平行に配置されて、モータ軸９ａから軸１４ａに向けてベルト伝動式により動力が伝達される構成である。

このため、モータ９の駆動により、支持軸７・７とプリフォーム２とが一体的に回動し、プリフォーム２において、樹脂浴槽４中の樹脂溜まり１２に浸漬されている部位が入れ替わる。そして、プリフォーム２の全体に樹脂が含浸される。

水浴槽５およびヒータ６は、樹脂浴槽４内の樹脂を水浴式で加熱する加熱手段に構成されている。
樹脂浴槽４は水浴槽５内に浸されており、水浴槽５内に満たされている水（温水）１３との熱交換により、樹脂浴槽４が加熱されて、樹脂浴槽４内の樹脂温度が上昇する。水浴槽５内にはヒータ６が配置されており、該ヒータ６から発生する熱により水浴槽５内の水１３が加温される。

真空ポンプ８は収容槽３内の空気を吸引する手段であり、真空ポンプ８の駆動により収容槽３内が真空状態とされる。
ここで、収容槽３の内部空間を真空とするのは、プリフォーム２を構成する繊維束間の空気を除去して、繊維束間への樹脂含浸を確実とするためである。

圧力容器は、概略的には、樹脂含浸装置１を用いて、次のようにして製造される。
まず、プリフォーム２に支持軸７・７を取り付ける。その後、蓋３ｂを開放して、収容槽３内にプリフォーム２を入れて、支持軸７・７をそれぞれ下ローラ１４・１４上に載置して、蓋３ｂを閉鎖する。蓋３ｂが閉鎖された状態で、プリフォーム２が支持部１６・１６により支持された状態となる。
そして、蓋３ｂの閉鎖により収容槽３が密閉された状態で、真空ポンプ８を駆動して、収容槽３内を真空とする。
次いで、樹脂ポンプ１０を駆動して、樹脂タンク１１より樹脂浴槽４内に樹脂を供給する。ここで、樹脂浴槽４内での樹脂溜まり１２の液面の高さは、プリフォーム２の径や材質等に応じて、適宜設定可能である。より詳しくは、樹脂含浸装置１に備える制御装置は、液面高さを検出するセンサ等の検出情報に基づいて、樹脂浴槽４の液面高さが設定された液面高さとなるように、樹脂ポンプ１０からの樹脂の供給量を調整する。

樹脂高さが設定の高さに到達すると、モータ９を駆動して、プリフォーム２を回転させる。このようにして、プリフォーム２の全面に樹脂を含浸させる。
一定時間、プリフォーム２を回転させて樹脂含浸を行うと、収容槽３を大気圧に復帰させた後、収容槽３より樹脂が含浸されたプリフォーム２を取り出す。

そして、この樹脂が含浸されたプリフォーム２を、加熱装置（炉）で加熱して、プリフォーム２に含浸されている樹脂を硬化させることで、ＦＲＰ製の圧力容器が製造される。
なお、プリフォーム２に含浸させる樹脂は熱硬化性樹脂としており、圧力容器の製造において、プリフォーム２への樹脂含浸処理の後に、加熱処理が必要である。

以上で説明した樹脂含浸装置１をまとめる。
樹脂含浸装置１は、繊維製のプリフォームに樹脂を含浸させてＦＲＰ圧力容器を製造するための装置、加熱処理の前工程を処理する装置である。
そして、樹脂含浸装置１は、プリフォーム２を樹脂に浸漬させるための樹脂浴槽４と、樹脂浴槽４中の樹脂の加熱手段と、樹脂浴槽４とプリフォーム２とを収容する収容槽３と、収容槽３内の空気を吸引する真空ポンプ８と、を備えている。

このため、樹脂含浸の際にプリフォーム２内の空気が除去されると共に、樹脂が加熱されてその粘度が低下する。
したがって、樹脂含浸後のプリフォーム２にボイド（空隙）を発生させることが無いと共に、粘度の高い樹脂であってもプリフォーム２に確実に樹脂を含浸させることができる。

また、樹脂含浸装置１は、プリフォーム２を回転させる回転手段として、モータ９を備えている。

このため、プリフォーム２の外周上の各部が順次、プリフォーム２の下部へと移動する。
したがって、プリフォーム２の下部を樹脂浴槽４中の樹脂溜まり１２に浸漬させるだけで、プリフォーム２の全体に樹脂を含浸させることができる。特に、プリフォーム２の上部が樹脂浴槽４中の樹脂溜まり１２外に位置するため、プリフォーム２の収容槽３への搬入・搬出が、樹脂溜まり中にプリフォーム２の全体を浸漬させた場合に比して容易である。

また、樹脂浴槽４の加熱手段は、樹脂浴槽４が浸される水浴槽５と、水浴槽５の加熱装置であるヒータ６と、から構成される。

このため、樹脂浴槽４内の樹脂が均一に加熱される。
したがって、樹脂の粘度をムラ無く低下させることができる。

樹脂含浸装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 樹脂含浸装置
２ プリフォーム
３ 収容槽
４ 樹脂浴槽
５ 水浴槽
６ ヒータ（加熱装置）
７ 支持軸（支持手段）
８ 真空ポンプ
９ モータ（回転手段）

Claims (3)

1. 繊維製のプリフォームに樹脂を含浸させてＦＲＰ圧力容器を製造するための樹脂含浸装置であって、
   プリフォームを樹脂に浸漬させるための樹脂浴槽と、
   樹脂浴槽中の樹脂の加熱手段と、
   前記樹脂浴槽とプリフォームとを収容する収容槽と、
   前記収容槽内の空気を吸引する真空ポンプと、
   を備える、
   ことを特徴とするＦＲＰ圧力容器用樹脂含浸装置。
2. 前記プリフォームを回転させる回転手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ圧力容器用樹脂含浸装置。
3. 前記加熱手段は、前記樹脂浴槽が浸される水浴槽と、この水浴槽の加熱装置と、から構成される、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＦＲＰ圧力容器用樹脂含浸装置。

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