JP2008143029A - 成形体の製造方法、成形体、並びにタンク - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂含浸繊維の樹脂が巻き付けによって染み出すことを抑制できると共に、樹脂含浸繊維層の内部での剥離を抑制できる、成形体の製造方法、成形体、並びにタンク。
【解決手段】樹脂含浸繊維を硬化させてなる樹脂含浸繊維層（４）を有する成形体の製造方法において、樹脂含浸繊維層（４）を形成するための一連の工程を備える。一連の工程は、樹脂含浸繊維を所定分巻き付ける巻付け工程と、巻き付けられた樹脂含浸繊維の樹脂をゲル化するゲル化工程と、を有する。そして、一連の工程では、巻付け工程及びゲル化工程を実行後、さらに巻付け工程を実行することで、ゲル化されたものの上に新たな樹脂含浸繊維を所定分巻き付けるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、タンクや配管などの成形体の製造方法に関し、特に、樹脂含浸繊維を硬化させてなる樹脂含浸繊維層を有する成形体の製造方法に関するものである。

近年、燃料電池システムに用いられる高圧水素タンクの開発が進んでいる。この種の高圧水素タンクの製造方法は、一般に、フィラメントワインディング法（以下、「ＦＷ法」という。）を用いて行われる。具体的には、ＦＷ法により樹脂含浸繊維をライナーに巻き付け、その後、樹脂含浸繊維の樹脂を硬化させる。こうすることで、ライナーの外表面を覆う樹脂含浸繊維層が形成され、高圧水素タンクの強度が確保される。この樹脂含浸繊維層は、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）からなる。

ところで、この種の樹脂含浸繊維をライナーに巻き付ける際、樹脂含浸繊維には張力が付与される。この張力による巻き締め効果により、樹脂含浸繊維をライナーに巻き付けていくに従って、つまり積層がすすむに従って、内層ほど、せっかく含浸させた樹脂が染み出す（流出する）場合がある。

このような樹脂の流出を抑制できる方法として、例えば特許文献１に記載のタンクの製造方法が知られている。この方法では、マンドレル（被巻付け体）に樹脂含浸繊維を所定の厚さになるまで巻きつけることと、その後の加熱によって樹脂含浸繊維の樹脂の溶剤を除去することとを繰り返し行い、最終的に樹脂を硬化させる。
特開平９−３０８６９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の製造方法は溶剤が除去されるものであり、樹脂の反応率・粘度といった樹脂硬化具合が不明である。このため、樹脂が柔らかいときには樹脂の染み出しのおそれがある一方、樹脂が硬いときには層間剥離のおそれがある。

本発明は、樹脂含浸繊維の樹脂が巻き付けによって染み出すことを抑制できると共に、樹脂含浸繊維層の内部での剥離を抑制できる、成形体の製造方法、成形体、並びにタンクを提供することをその目的としている。

上記目的を達成するべく、本発明の成形体の製造方法は、樹脂含浸繊維を硬化させてなる樹脂含浸繊維層を有する成形体の製造方法において、樹脂含浸繊維層を形成するための一連の工程を備える。一連の工程は、樹脂含浸繊維を所定分巻き付ける巻付け工程と、巻き付けられた樹脂含浸繊維の樹脂をゲル化するゲル化工程と、を有する。そして、一連の工程では、巻付け工程及びゲル化工程が実行された後、さらに巻付け工程が実行されるものである。

かかる製造方法によれば、ゲル化工程により、既に巻き付けられている樹脂含浸繊維の樹脂はその流動が抑制された状態になる。このため、一連の工程では、既に巻き付けられてゲル化されてなるものの上に、新たに樹脂含浸繊維を巻き付けることになる。これにより、新たに樹脂含浸繊維を巻き付ける際に、既に巻き付けられている樹脂含浸繊維の樹脂が染み出すことを抑制できる。また、いったんゲル化してから新たに樹脂含浸繊維を巻き付けるので、一回目の巻付け工程で樹脂含浸繊維が巻きつけられてなる面と二回目の巻付け工程で巻きつけられてなる面との間で、剥離が生じることを好適に抑制できる。

好ましくは、一連の工程では、巻付け工程及びゲル化工程が順に複数回繰り返し実行されるとよい。

こうすることで、樹脂含浸繊維層を所定の厚みに形成でき、しかも内部での剥離を好適に抑制できる。また、樹脂含浸繊維の樹脂が複数回の巻き付けでも染み出すことを抑制できているので、樹脂含浸繊維層の形成に際して、繊維密度の小さい制御も可能となる。

好ましい一態様では、一連の工程は、最終工程に先行する工程として、樹脂含浸繊維の樹脂を硬化する硬化工程を有するとよい。

こうすることで、一連の工程の途中で樹脂が硬化されるので、例えば樹脂含浸繊維層の厚みが非常に大きくなった際に、途中で樹脂含浸繊維層の安定化を図り得る。

好ましい別の一態様では、一連の工程は、最終工程として、樹脂含浸繊維の樹脂を硬化する硬化工程を有するとよい。

こうすることで、ゲル化状態の樹脂含浸繊維の樹脂、並びにその上に巻き付けられている樹脂含浸繊維の樹脂のいずれも、完全に硬化できる。これにより、樹脂含浸繊維層を形成できる。

好ましい一態様では、樹脂含浸繊維の樹脂は、熱硬化性であるとよい。そして、ゲル化工程は、硬化工程における加熱温度よりも低い温度で、巻き付けられた樹脂含浸繊維の樹脂を加熱することで行われるとよい。

こうすることで、ゲル化工程で樹脂を完全に硬化させなくて済み、樹脂を良好にゲル化できる。しかも、ゲル化工程では、樹脂を加熱するので、短時間で樹脂をゲル化できる。さらに、ゲル化工程と硬化工程とで同じ加熱装置を用い得るので、製造設備をコンパクトにもできる。

好ましい別の一態様では、ゲル化工程は常温で行われ、硬化工程は常温よりも高い温度で行われるとよい。

こうすることで、単純な方法でゲル化工程を実行できる。

好ましくは、ゲル化された樹脂の粘度は、６０００〜１２０００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは、９０００ｍＰａ・ｓであるとよい。

好ましくは、ゲル化された樹脂の反応率は約３５％であるとよい。

好ましくは、巻付け工程は、フィラメントワインディング法を用いて、繊維を樹脂槽に浸して繊維に樹脂を含浸させ、それにより構成された樹脂含浸繊維を所定分巻き付けることで行われるとよい。

こうすることで、比強度に優れた樹脂含浸繊維層を形成できる。

好ましくは、巻付け工程は、被巻付け体を回転させながら、被巻付け体に樹脂含浸繊維を所定分巻き付けることで行われるとよい。また、ゲル化工程は、被巻付け体を回転させながら、被巻付け体に巻き付けられた樹脂含浸繊維の樹脂をゲル化することで行われるとよい。

こうすることで、ゲル化工程で、被巻付け体の一部に樹脂が偏ることを抑制できる。これにより、樹脂含浸繊維層の厚みの制御を適切に行える。また、巻付け工程とゲル化工程とで、被巻付け体を回転させる装置を共用し得るので、製造設備をコンパクトにもできる。

ここで、被巻付け体は、製造後の成形体の一部を構成するものであってもよいし、一連の工程後に取り除かれて成形体の一部を構成しないものであってもよい。前者の場合には、例えば成形体がタンクの場合には、被巻付け体が中空のライナー層であるとよい。

好ましくは、樹脂含浸繊維の樹脂はエポキシ樹脂であるとよい。

本発明のタンクは、上記した本発明の成形体の製造方法を用いて製造されたタンクであって、樹脂含浸繊維層に外面を覆われたライナー層を有するものである。

この構成によれば、ライナー層を樹脂含浸繊維層で補強したタンクを製造できる。

上記目的を達成するための本発明の成形体は、樹脂含浸繊維が巻かれて硬化されてなる樹脂含浸繊維層を有する成形体において、樹脂含浸繊維層は、第１の繊維体積含有率である第１の部分と、第１の部分よりも成形体の径方向外側の位置にある第２の部分であって、第１の繊維体積含有率よりも大きい第２の繊維体積含有率である第２の部分と、を有するものである。

好ましくは、本発明の成形体は、樹脂含浸繊維層に外面を覆われたライナー層を更に有するタンクであるとよい。

本発明の成形体の製造方法によれば、樹脂含浸繊維の樹脂が巻き付けによって染み出すことを抑制できると共に、樹脂含浸繊維層の内部での剥離を抑制できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る成形体について説明する。ここでは、成形体として高圧タンクを例に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る高圧タンクを搭載した燃料電池自動車を示す図である。
燃料電池自動車１００は、例えば３つの高圧タンク１を車体のリア部に搭載する。各高圧タンク１は、燃料電池システム１０１の一部を構成し、ガス供給ライン１０２を通じて燃料電池１０４に燃料ガスを供給可能に構成される。高圧タンク１に貯留される燃料ガスは、可燃性の高圧ガスであり、例えば圧縮天然ガス又は水素ガスである。なお、高圧タンク１は、燃料電池自動車のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型にも適用できる。

図２は、本実施形態に係る高圧タンク１の製造方法を説明するための図であり、高圧タンク１の一部を破断して示す図である。
高圧タンク１は、内部に貯留空間２が画成されるように中空状に形成されたライナー３と、ライナー３の外面を覆う複数層からなる樹脂含浸繊維層４と、からなる構造を有している。高圧タンク１の軸方向の一端部又は両端部の中心に形成した開口部（図示省略）を介して、高圧タンク１とガス供給ライン１０２との間で燃料ガスが供給／排出される。

貯留空間２は、常圧の流体、又は、常圧よりも高い圧力（すなわち高圧）の燃料ガスを貯留できるように構成されている。例えば３５ＭＰａあるいは７０ＭＰａの水素ガスが、貯留空間２に貯留される。以下では、高圧タンク１が貯留する高圧ガスとして水素ガスを例に説明する。

ライナー３は、高圧タンク１の内殻又は内容器とも換言される部分である。ライナー３は、ガスバリア性を有し、水素ガスの外部への透過を抑制する。ライナー３の材質は、特に制限されるものではなく、例えば、金属のほか、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂その他の硬質樹脂を挙げることができる。ライナー３の外面は、樹脂含浸繊維層４により覆われる。

樹脂含浸繊維層４は、高圧タンク１の外殻、シェル又は外容器とも換言される部分であり、高圧タンク１を補強する役割を果たす。樹脂含浸繊維層４は、ライナー３に樹脂含浸繊維を巻きつけ、それを硬化させてなるものである。樹脂含浸繊維とは、マトリックス樹脂１１（以下、単に「樹脂１１」という。）を含浸された繊維１２をいう。

樹脂１１としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。本実施形態では、熱硬化性のエポキシ樹脂を用いている。

繊維１２としては、金属繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維、といった無機繊維、或いは、アラミド繊維等の合成有機繊維、或いは綿等の天然有機繊維を例示できる。これらの繊維は、単独で又は混合して（混繊として）使用することができ、これらの中では、カーボン繊維、アラミド繊維が特に好ましい。本実施形態では、カーボン繊維を用いている。つまり、本実施形態の樹脂含浸繊維層４は、溶剤を用いてなるものではなく、エポキシ樹脂１１がカーボン繊維１２で補強されたＣＦＲＰである。

樹脂１１と繊維１２との含有割合としては、樹脂及び繊維の種類、繊維強化方向、厚さ等に依存するが、通常、好ましくは樹脂１１：繊維１２＝１０〜８０体積％：９０〜２０体積％、より好ましくはその比が２５〜５０体積％：７５〜５０体積％とされる。なお、樹脂含浸繊維層４は、これらの構成材料の他に適宜の添加剤を含んでいてもよい。

繊維１２は、ボビン１４から繰り出され、張力調整部１５によりその張力が調整された後、樹脂槽１６に浸されることで、液状の樹脂１１を含浸する。樹脂１１を含浸した樹脂含浸繊維が、所定の張力でライナー３に巻きつけられる。この巻きつけは、シャフト１７にライナー３を取り付け、シャフト１７と共にライナー３を回転させ、回転中のライナー３に対し、供給ユニット１８から樹脂含浸繊維を供給することで行われる。

巻きつけ方法としては、例えば、フィラメントワインディング法、ハンドレイアップ法、テープワインディング法等が挙げられる。本実施形態では、フィラメントワインディング法を用い、樹脂含浸繊維をライナー３にフープ巻き及びヘリカル巻きしている。

図３は、樹脂含浸繊維の巻き方を示すライナー３の側面図であり、（Ａ）はフープ巻きを示す図であり、（Ｂ）はヘリカル巻きを示す図である。なお、図３では、樹脂含浸繊維が複数の繊維束として示される。

図３（Ａ）に示すように、フープ巻きとは、ライナー３の胴部３ａに樹脂含浸繊維を周方向に巻回することをいう。このフープ巻きは、例えば、ライナー３を回転させながら、供給ユニット１８をライナー３の軸方向に往復移動させ、供給ユニット１８から樹脂含浸繊維を供給することで行われる。フープ巻きされてなるフープ層によって、胴部３ａの周方向の強度が確保される。

図３（Ｂ）に示すように、ヘリカル巻きとは、ライナー３の胴部３ａ及びドーム部３ｂ、３ｂに樹脂含浸繊維をらせん状に巻回することをいう。このヘリカル巻きは、例えば、ライナー３を回転させながら、供給ユニット５０をライナー３の軸方向及び径方向に往復移動させ、供給ユニット１８から樹脂含浸繊維を供給することで行われる。ヘリカル巻きされてなるヘリカル層によって、高圧タンク１の長手方向の強度が確保される。

本実施形態の樹脂含浸繊維層４は、このようなフープ巻き及びヘリカル巻きを複数回施されてなるものであり、実際には複数の層で構成される。その層の数は、任意であるが、例えば１０個又は３０個である。また、フープ巻き及びヘリカル巻きの順番は任意であり、適宜設計変更可能である。以下の説明において、「樹脂含浸繊維を巻きつける」というときには、特に断らない限り、フープ巻き、ヘリカル巻き又はその他の巻き方のいずれかにより、樹脂含浸繊維を巻きつけることを意味する。

図４は、樹脂含浸繊維層４を形成するための一連の工程を示すフローチャートである。
この一連の工程は、樹脂含浸繊維を所定分巻き付ける巻付け工程（以下、「ＦＷ成形」という場合もある。）と、巻きつけられた樹脂含浸繊維の樹脂をゲル化するゲル化工程と、樹脂含浸繊維の樹脂を硬化する硬化工程と、を有する。ここで、ＦＷ成形の「所定分巻きつける」とは、樹脂含浸繊維を一以上巻きつけることをいい、樹脂含浸繊維を数回転ぶん巻きつけて、それにより形成される層が数層に亘ることを含む。

先ず、巻付け工程の一回目として、被巻付け体としてのライナー３に、樹脂含浸繊維の束を所定分巻き付ける（Ｓ１−１）。これにより、第１のＦＷ成形層が形成される。第１のＦＷ成形層では、樹脂含浸繊維の樹脂１１が液状となっている。なお、巻付け工程の一回目では、例えば１〜５層程度巻きつければよい。

次いで、ゲル化工程の一回目が行われ、第１のＦＷ成形層における樹脂１１がゲル化する（Ｓ２−１）。

ゲル化工程は、例えば、常温放置、恒温槽加熱、又はヒータ加熱の方法により行うことができる。

常温放置の場合には、第１のＦＷ成形層付きのライナー３を常温で所定期間放置することで行えばよい。その際、液状の樹脂１１が偏ってゲル化しないように、ライナー３をシャフト１７と共に回転させるとよい。常温放置によれば、単純な方法で樹脂１１をゲル化できる。

図５に示すように、恒温槽加熱の場合には、第１のＦＷ成形層付きのライナー３を恒温槽２０内に投入し、恒温槽２０内の雰囲気を加熱すればよい。加熱の温度及び時間は、樹脂１４の性状によっても異なるが、例えば６０〜１００℃及び０．５〜３．０時間である。この場合も、液状の樹脂１１が偏ってゲル化しないように、ライナー３をシャフト１７と共に回転させるとよい。このような恒温槽加熱によれば、常温放置に比べて、外気温の影響を受けずに、ゲル化の時間を短縮できる。

図６に示すように、ヒータ加熱の場合には、第１のＦＷ成形層付きのライナー３の外側に、例えば電熱ヒータ３０を配置し、電熱ヒータ３０を駆動すればよい。電熱ヒータ３０による加熱温度及び時間や、加熱時にライナー３をシャフト１７と共に回転させることは、恒温槽加熱の場合と同様である。このようなヒータ加熱によれば、同様にゲル化の時間の短縮を図れる。特に、ヒータ加熱によれば、巻付け工程で用いる設備に電熱ヒータ３０を設置すれば済むので、恒温槽加熱に比べて設備コストを低減できる。

上記のようなゲル化工程でゲル化された樹脂１１は、粘度が６０００〜１２０００ｍＰａ・ｓの樹脂であり、好ましくは約９０００ｍＰａ・ｓの樹脂であるとよい。また、ゲル化された樹脂１１は、反応率（硬化率）が約３５％の樹脂であることが好ましい。

次いで、巻付け工程の二回目として、ゲル化された第１のＦＷ成形層上に、樹脂含浸繊維の束を所定分巻き付ける（Ｓ１−２）。これにより、第１のＦＷ成形層の上に、第２のＦＷ成形層が形成される。このとき、第２のＦＷ成形層では、樹脂含浸繊維の樹脂１１が液状となっている。なお、巻付け工程の二回目では、例えば１〜５層程度巻きつければよい。

その後、ゲル化工程の二回目を行い、第２のＦＷ成形層における樹脂１１をゲル化する（Ｓ２−２）。このゲル化工程は、上記と同様に、例えば、常温放置、恒温槽加熱、又はヒータ加熱の方法により行われ、ゲル化された樹脂１１の粘度及び反応率も上記と同様である。

その後同様に、三回目の巻付け工程（Ｓ１−３）及びゲル化工程（Ｓ２−３）を実行するなど、巻付け工程とゲル化工程とを順番に繰り返し、ライナー３の外層を所定の厚さにする。そして、ｎ回目の巻付け工程を行った後、一連の工程の最終工程として、ゲル化工程ではなく、硬化工程を実行する（Ｓ３）。なお、ここでは「ｎ」は４以上の自然数である。

硬化工程は、ゲル化工程よりも高い温度で実行される。具体的には、硬化工程は、ゲル化工程での加熱温度（６０〜１００℃）よりも高い温度、例えば１００〜１５０℃で、各ＦＷ成形層の樹脂１１を加熱することで行われる。これにより、ゲル化状態の樹脂１１は完全に硬化すると共に、第ｎ回目のＦＷ成形層の液状の樹脂１１も完全に硬化して、所定厚の樹脂含浸繊維層４が形成される。

樹脂含浸繊維層４の厚さは、その材質、高圧タンク１の寸法形状、要求される耐圧等に依存するものの、特に限定されない。この厚さは、好ましくは数ｍｍ程度、より好ましくは数ｍｍ〜５０ｍｍ程度とされ、高圧タンク１の外径が３００ｍｍφ程度であるときに２０ｍｍ程度とされる場合が多い。

なお、硬化工程ではゲル化工程と同じ加熱装置を用いてもよく、こうすることで製造設備をコンパクトにできる。例えば、硬化工程では、図５に示す恒温槽加熱による方法を用いて、加熱時にはライナー３を軸周りに回転させるとよい。

他の実施態様では、巻付け工程とゲル化工程との繰り返しは、１回又は２回であってもよい。この繰り返しが１回の場合には、樹脂含浸繊維層４を形成するための一連の工程は、巻付け工程、ゲル化工程、巻付け工程及び硬化工程の順となる。この場合には、１回目の巻付け工程よりも、二回目の巻付け工程の方が、樹脂含浸繊維の巻き付け量が多いことが好ましい。

図７は、ｎ回の巻付け工程を含む一連の工程を経て製造された高圧タンク１の断面図であり、図２の点線ＶＩＩで囲む部分を拡大した断面図である。また、図８は、図７の点線ＶＩＩＩで囲む部分を拡大した断面図である。

図７及び図８に示すように、樹脂含浸繊維層４は、ライナー３の外面３ａに所定の厚みで形成される。樹脂含浸繊維層４は、内周面４１から外周面４２にかけて、一回目の巻付け工程による第１のＦＷ成形層４ａ、二回目の巻付け工程による第２のＦＷ成形層４ｂと続き、ｎ回目の巻付け工程による最外層のＦＷ成形層４ｎまでの各ＦＷ成形層により構成される。

図９は、高圧タンクの積層位置とＶ_f（繊維体積含有率）との関係を示すグラフである。
線Ｌ１に示される比較例と線Ｌ２に示される本実施形態とでは、樹脂含浸繊維層４を形成する一連の工程が異なる。なお、線Ｌ２に示される本実施形態では、計四回の巻付け工程を含む一連の工程を実行した例である（図４において、ｎ＝４。）。

比較例の一連の工程は、複数回の巻付け工程とその後の硬化工程とからなり、ゲル化工程を含まない。つまり、比較例では、樹脂含浸繊維をライナー３に連続して所定数巻きつけた後、樹脂含浸繊維の樹脂を硬化させる。このような比較例では、線Ｌ１に示すように、Ｖ_fが内層ほど大きく、外層ほど小さくなる。つまり、樹脂含浸繊維層の内層ほど、樹脂の割合が低下する。これは、樹脂含浸繊維の巻付け時の張力による巻き締め効果により、積層がすすむに従って、内層ほど、せっかく含浸させた樹脂が染み出してしまう傾向があるからである。このような傾向は、高圧タンク１の使用圧が高圧になるほど、樹脂含浸繊維層４を厚くする必要があるため、より一層顕著になる。

これに対し、本実施形態の一連の工程では、所定分巻きつけた樹脂含浸繊維の樹脂１１をゲル化してから、次に新しい樹脂含浸繊維を巻き付けるようにしている。これにより、例えば一回目の巻付け工程による第１のＦＷ成形層４ａでは、線Ｌ２に示すように、Ｖ_fが外層に向かうにつれて小さくなるものの、各巻付け工程によるＦＷ成形層間では、Ｖ_fの変化率はさほど変わらない。これは、一旦ゲル化することで、既に巻き付けられている樹脂含浸繊維の樹脂１１はその流動が抑制されるので、その上に新たに樹脂含浸繊維を巻き付けても、既に巻き付けられている樹脂含浸繊維の樹脂１１が染み出すことを抑制できるからである。したがって、Ｖ_fは線Ｌ２に示すように折れ線上になり、積層位置の最内部と最外部とにおけるＶ_fの格差が小さくなる。

なお、本特許請求の範囲における「第１の繊維体積含有率である第１の部分」とは、例えば、ＦＷ成形層４ａにおける外層側の部分（繊維体積含有率がＶ_f1である。）であり、「第２の繊維体積含有率である第２の部分」とは、例えば、ＦＷ成形層４ｂにおける内層側の部分（繊維体積含有率がＶ_f2である。）である。

以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、樹脂含浸繊維層４の形成の際に、巻きつけによる樹脂１１の染み出しを好適に抑制できる。また、ゲル化したものの上に、次の樹脂含浸繊維を巻きつけるので、例えば、一回目の巻付け工程で樹脂含浸繊維が巻きつけられてなる面と二回目の巻付け工程で巻きつけられてなる面との間で、剥離が生じることを好適に抑制できる。つまり、ＦＷ成形層間での界面の剥離を好適に抑制できる。

通常、樹脂含浸繊維層のＶ_fを小さくすると、樹脂が多くなる分、高圧タンクの外径が大きくなる。このような大きな高圧タンクは、スペースの制約の多い燃料電池自動車１００では、好ましくない。しかし、本実施形態によれば、樹脂含浸繊維層４の内層のＶ_fを効果的に小さくできるので、樹脂含浸繊維層４の肉厚の増大を抑制でき、高圧タンク１全体の大型化を好適に抑制できる。特に本実施形態の製造方法は、温度の調整、エポキシの粘度の調整、又は張力の調整によって樹脂含浸繊維層のＶ_fを制御する場合に比べて、より効果的に樹脂含浸繊維層４の内層のＶ_fを小さくできる。

他の実施態様では、供給ユニット１８からライナー３に供給される樹脂含浸繊維は、プリプレグ状態のものであってもよい。ただし、本発明の製造方法は、上記したように、樹脂１１を樹脂槽１６に浸して繊維に含浸させるタイプの樹脂含浸繊維にとって、特に有用である。

＜第２実施形態＞
次に、図１０を参照して、第２の実施形態に係る製造方法について相違点を中心に説明する。第１実施形態との大きな相違点は、樹脂含浸繊維層４を形成するための一連の工程が、最終工程に先行する工程として、硬化工程を有することである。なお、巻付け工程、ゲル化工程及び硬化工程の具体的な内容は、第１実施形態と同様であるのでその詳細な説明を省略する。

具体的には、先ず、一回目の巻付け工程及びゲル化工程を順に行うことで（Ｓ１１−１，Ｓ１２−１）、樹脂含浸繊維をライナー３に巻き付けた後、その樹脂１１をゲル化する。次いで、巻付け工程の二回目として、ゲル化されてなる第１のＦＷ成形層上に、樹脂含浸繊維の束を所定分巻き付け（Ｓ１１−２）、第２のＦＷ成形層を形成する。その後、硬化工程を行う（Ｓ１３−１）。これにより、第１のＦＷ成形層及び第２のＦＷ成形層の樹脂１１が完全に硬化する。そして、再び巻付け工程を行い（Ｓ１１−３）、一連の工程の最終工程として、再び硬化工程を実行する（Ｓ１３−２）。これにより、第３のＦＷ成形層の樹脂１１が完全に硬化する。

このような本実施形態によれば、ゲル化したものの上に樹脂含浸繊維を巻き付けるので、樹脂１１が巻き付けによって染み出すことを抑制できると共に、樹脂含浸繊維層４の内部での剥離を抑制できる。特に、一回目及び二回目の巻付け工程（Ｓ１１−１、Ｓ１１−２）によりＦＷ成形層の厚みが非常に大きくなった場合に、一連の工程の途中で樹脂１１を硬化できるので、樹脂含浸繊維層４（ＦＷ成形層）の安定化を図り得る。

他の実施態様では、巻付け工程及びゲル化工程の繰り返しの途中で硬化工程を一回又は複数回行い、その後、巻付け工程及びゲル化工程を行って、最終的に硬化工程を行ってもよい。

本発明の成形体の製造方法は、上記した高圧タンク１に代表される耐圧品を製造するのに適している。耐圧品としては、例えば、高圧下で用いられる配管が挙げられる。配管を本発明の製造方法により製造する場合には、被巻付け体を製造後に取り除くとよい。

第１実施形態に係るタンクを搭載した燃料電池自動車を示す図である。 第１実施形態に係る高圧タンクの製造方法を説明するための図であり、高圧タンク１の一部を破断して示す図である。 樹脂含浸繊維の巻き方を示すライナーの側面図であり、（Ａ）はフープ巻きを示す図であり、（Ｂ）はヘリカル巻きを示す図である。 第１実施形態に係る樹脂含浸繊維層を形成するための一連の工程を示すフローチャートである。 第１実施形態に係るゲル化工程の一例を説明するための図であり、ライナーを恒温槽内に投入した斜視図である。 第１実施形態に係るゲル化工程の一例を説明するための図であり、電熱ヒータにライナーを臨ませた斜視図である。 第１実施形態に係る一連の工程を経て製造された高圧タンクの断面図であり、図２の点線ＶＩＩで囲む部分を拡大した断面図である。 図７の点線ＶＩＩＩで囲む部分を拡大した断面図である。 高圧タンクの積層位置とＶ_f（繊維体積含有率）との関係について、本実施形態と比較例を示すグラフである。 第２実施形態に係る樹脂含浸繊維層を形成するための一連の工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１：高圧タンク（成形体）、３：ライナー、４：樹脂含浸繊維層、１１：樹脂、１２：繊維

Claims (15)

1. 樹脂含浸繊維を硬化させてなる樹脂含浸繊維層を有する成形体の製造方法において、
   前記樹脂含浸繊維層を形成するための一連の工程を備え、
   前記一連の工程は、樹脂含浸繊維を所定分巻き付ける巻付け工程と、巻き付けられた樹脂含浸繊維の樹脂をゲル化するゲル化工程と、を有し、
   前記一連の工程では、巻付け工程及びゲル化工程が実行された後、さらに巻付け工程が実行される、成形体の製造方法。
2. 前記一連の工程では、前記巻付け工程及び前記ゲル化工程が順に複数回繰り返し実行される、請求項１に記載の成形体の製造方法。
3. 前記一連の工程は、最終工程に先行する工程として、前記樹脂含浸繊維の樹脂を硬化する硬化工程を有する、請求項１又は２に記載の成形体の製造方法。
4. 前記一連の工程は、最終工程として、前記樹脂含浸繊維の樹脂を硬化する硬化工程を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
5. 前記樹脂含浸繊維の樹脂は、熱硬化性であり、
   前記ゲル化工程は、巻き付けられた樹脂含浸繊維を、前記硬化工程における加熱温度よりも低い温度で加熱することで行われる、請求項３又は４に記載の成形体の製造方法。
6. 前記樹脂含浸繊維の樹脂は、熱硬化性であり、
   前記ゲル化工程は、常温で行われ、
   前記硬化工程は、常温よりも高い温度で行われる、請求項３又は４に記載の成形体の製造方法。
7. 前記ゲル化工程によりゲル化された樹脂は、粘度が６０００〜１２０００ｍＰａ・ｓである、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
8. 前記ゲル化工程によりゲル化された樹脂は、粘度が９０００ｍＰａ・ｓである、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
9. 前記ゲル化工程によりゲル化された樹脂は、反応率が約３５％である、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
10. 前記巻付け工程は、フィラメントワインディング法を用いて、繊維を樹脂槽に浸して当該繊維に樹脂を含浸させ、それにより構成された前記樹脂含浸繊維を所定分巻き付けることで行われる、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
11. 前記巻付け工程は、被巻付け体を回転させながら、当該被巻付け体に前記樹脂含浸繊維を所定分巻き付けることで行われ、
    前記ゲル化工程は、前記被巻付け体を回転させながら、当該被巻付け体に巻き付けられた前記樹脂含浸繊維の樹脂をゲル化することで行われる、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
12. 前記樹脂含浸繊維の樹脂は、エポキシ樹脂である、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
13. 請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の成形体の製造方法を用いて製造されたタンクであって、
    前記樹脂含浸繊維層に外面を覆われたライナー層を有する、タンク。
14. 樹脂含浸繊維が巻かれて硬化されてなる樹脂含浸繊維層を有する成形体において、
    前記樹脂含浸繊維層は、
    第１の繊維体積含有率である第１の部分と、
    第１の部分よりも当該成形体の径方向外側の位置にある第２の部分であって、前記第１の繊維体積含有率よりも大きい第２の繊維体積含有率である第２の部分と、
    を有する、成形体。
15. 前記樹脂含浸繊維層に外面を覆われたライナー層を更に有し、
    当該成形体は、タンクである、請求項１４に記載の成形体。

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