JP2021112886A - 繊維強化樹脂成形品の製造方法および製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】樹脂注入口付近に集中していた圧力を分散させ、プリフォームの変形を防止することのできる繊維強化樹脂成形品の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】下型（第１の型）１１に設けられた可動コアである下型コア１３を下降させて（プリフォーム２から相対的に離間させて）樹脂３を下型（第１の型）１１側に流すことで、樹脂注入口１４付近に集中していた圧力を分散させ、プリフォーム２の変形を防止する。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維によって補強（強化）された高圧タンク等の繊維強化樹脂成形品の製造方法および製造装置に関するものである。
燃料電池車には、天然ガスや水素ガス等の燃料ガスを貯蔵する高圧タンク（以下、単にタンクという場合がある）が用いられる。このような高圧タンクは、ガスバリア性を有する中空のライナーをコア材とし、ライナーを炭素繊維強化プラスチックやガラス繊維強化プラスチック（以下、総じて、繊維強化樹脂層とする）で被覆した繊維強化樹脂成形品として製造される。ライナーとしては、軽量化等の観点から、通常、樹脂製の中空容器が用いられる。
高圧タンクの製造方法として、従来から、ＦＷ（Filament Winding）法やＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法が知られている。例えば特許文献１は、ＲＴＭ法を利用した高圧タンクの製造方法を開示している。この製造方法では、高圧タンクの内部空間を形成するライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを金型内に配置し、前記金型内に配置された前記プリフォームに向けてゲートから樹脂を射出しながら、前記プリフォームの中心軸線を回転中心にして、前記プリフォームを前記金型内で周方向に回転させる。
特開２０１９−０５６４１５号公報
上記ＲＴＭ法を利用した製造方法では、プリフォームの樹脂層（束）の内層部まで樹脂を含浸させるために樹脂を高圧で射出（注入）することが考えられる。しかし、樹脂を高圧で射出すると、ゲート（以下、樹脂注入口という場合がある）に圧力が集中しやすいため、ゲート（樹脂注入口）付近と樹脂流動末端部との圧力差が大きくなり、高圧になった領域においてプリフォームが変形してしまうおそれがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、樹脂注入口付近に集中していた圧力を分散させ、プリフォームの変形を防止することのできる繊維強化樹脂成形品の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成すべく、本発明の一態様は、ライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを形成し、前記プリフォームの前記繊維層に樹脂を含浸させて硬化させた繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、第１の型と第２の型とを含む金型を用意する工程と、前記第１の型と前記プリフォームとの間の第１の隙間よりも大きい第２の隙間を前記第２の型と前記プリフォームとの間に形成するように、前記プリフォームを前記第１の型と前記第２の型との間に配置する工程と、前記金型内の前記第２の隙間に向けて樹脂注入口から樹脂を注入する工程と、前記第１の型のうち前記プリフォームに対向する部分の少なくとも一部を前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型の前記少なくとも一部と前記プリフォームとの間に前記第１の隙間よりも大きい第３の隙間を形成し、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填する工程と、前記第２の型および前記第１の型の前記少なくとも一部を共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填する工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、ライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを形成し、前記プリフォームの前記繊維層に樹脂を含浸させて硬化させた繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、第１の型と第２の型とを含み、該第１の型が、前記プリフォームに対向して配置されると共に前記プリフォームに対して相対的に可動し、前記プリフォームとの間に形成される隙間を増減可能な可動コアを有する金型を用意する工程と、前記第１の型と前記プリフォームとの間の第１の隙間よりも大きい第２の隙間を前記第２の型と前記プリフォームとの間に形成するように、前記プリフォームを前記第１の型と前記第２の型との間に配置する工程と、前記金型内の前記第２の隙間に向けて樹脂注入口から樹脂を注入する工程と、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記可動コアと前記プリフォームとの間に前記第１の隙間よりも大きい第３の隙間を形成し、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填する工程と、前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填する工程と、を含むことを特徴とする。
好ましい態様では、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填する工程において、前記第２の型を前記プリフォームに相対的に接近させる。
別の好ましい態様では、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填する工程において、前記第２の型と前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力を検知しながら、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させる。
別の好ましい態様では、前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填する工程において、前記可動コアと前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力と前記第２の型と前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力とが一致するように、前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させる。
また、本発明の他の態様は、ライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを形成し、前記プリフォームの前記繊維層に樹脂を含浸させて硬化させた繊維強化樹脂成形品の製造装置であって、第１の型と第２の型とを含む金型と、前記金型を開閉方向に駆動するための駆動機構と、前記金型内に樹脂注入口から樹脂を注入するための樹脂注入機構と、前記駆動機構および前記樹脂注入機構の稼働状態を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記駆動機構によって、前記第１の型と前記プリフォームとの間の第１の隙間よりも大きい第２の隙間を前記第２の型と前記プリフォームとの間に形成するように、前記プリフォームを前記第１の型と前記第２の型との間に配置し、前記樹脂注入機構によって、前記金型内の前記第２の隙間に向けて樹脂注入口から樹脂を注入し、前記駆動機構によって、前記第１の型のうち前記プリフォームに対向する部分の少なくとも一部を前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型の前記少なくとも一部と前記プリフォームとの間に前記第１の隙間よりも大きい第３の隙間を形成し、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填し、前記駆動機構によって、前記第２の型および前記第１の型の前記少なくとも一部を共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填することを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、ライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを形成し、前記プリフォームの前記繊維層に樹脂を含浸させて硬化させた繊維強化樹脂成形品の製造装置であって、第１の型と第２の型とを含み、該第１の型が、前記プリフォームに対向して配置されると共に前記プリフォームに対して相対的に可動し、前記プリフォームとの間に形成される隙間を増減可能な可動コアを有する金型と、前記金型を開閉方向に駆動するための駆動機構と、前記金型内に樹脂注入口から樹脂を注入するための樹脂注入機構と、前記駆動機構および前記樹脂注入機構の稼働状態を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記駆動機構によって、前記第１の型と前記プリフォームとの間の第１の隙間よりも大きい第２の隙間を前記第２の型と前記プリフォームとの間に形成するように、前記プリフォームを前記第１の型と前記第２の型との間に配置し、前記樹脂注入機構によって、前記金型内の前記第２の隙間に向けて樹脂注入口から樹脂を注入し、前記駆動機構によって、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記可動コアと前記プリフォームとの間に前記第１の隙間よりも大きい第３の隙間を形成し、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填し、前記駆動機構によって、前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填することを特徴とする。
好ましい態様では、前記制御装置は、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填するときに、前記駆動機構によって、前記第２の型を前記プリフォームに相対的に接近させる。
別の好ましい態様では、前記第２の型と前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力を検知する圧力センサが設置されており、前記制御装置は、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填するときに、前記圧力センサで前記樹脂の圧力を検知しながら、前記駆動機構によって、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させる。
別の好ましい態様では、前記可動コアと前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力を検知する第１の圧力センサと前記第２の型と前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力を検知する第２の圧力センサとが設置されており、前記制御装置は、前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填するときに、前記第１の圧力センサで検知される前記樹脂の圧力と前記第２の圧力センサで検知される前記樹脂の圧力とが一致するように、前記駆動機構によって、前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させる。
本発明の一態様によれば、第１の型の少なくとも一部または第１の型に設けられた可動コアをプリフォームから離間させて樹脂を第１の型側に流すことで、樹脂注入口付近に集中していた圧力を分散させ、プリフォームの変形を防止することができる。
実施形態に係る高圧タンク（繊維強化樹脂成形品）の製造装置を示す縦断面図である。 実施形態に係る高圧タンク（繊維強化樹脂成形品）の製造方法を説明するフローチャートである。 実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、プリフォーム配置工程および真空脱気工程の状態を示す縦断面図である。 実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、仮締め状態での樹脂注入工程の状態を示す縦断面図である。 実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、上型下降および下型コア下降状態での樹脂注入工程の状態を示す縦断面図である。 実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、上型下降および下型コア上昇状態での樹脂注入工程の状態を示す縦断面図である。 実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、本締めおよび樹脂注入停止工程並びに樹脂硬化工程の状態を示す縦断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
以下では、繊維強化樹脂成形品の一例としての燃料電池車用高圧タンクを例に挙げて説明する。但し、本発明の適用対象となる繊維強化樹脂成形品は、燃料電池車用高圧タンクに限定されるものではなく、繊維強化樹脂成形品を構成するライナーないしプリフォームの形状、素材等も図示例に限られない。
ＲＴＭ法においては、ライナーに炭素繊維を幾重（幾層）にも巻き付ける（巻回する）ことによってライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを作成し、プリフォームの繊維層にエポキシ樹脂を含浸させて硬化させることによって、ライナーの外周に炭素繊維とエポキシ樹脂を含む繊維強化樹脂層が形成された燃料電池車用高圧タンクが製造される。ライナーは、高圧タンクの内部空間を形成する樹脂製（例えばナイロン樹脂製）の中空容器である。
燃料電池車用高圧タンクは、炭素繊維が厚肉に積層されるため、炭素繊維の内層まで樹脂が含浸し難い。つまり、燃料電池車用高圧タンクの炭素繊維の積層厚みは、強度確保のため、非常に厚く（通常のＲＴＭ成形ボデー部品の約１０倍）、樹脂含浸が困難であるが、特許文献１のようなタンク回転では、炭素繊維の内層までの樹脂含浸効果は少ない。また、炭素繊維の内層まで樹脂を含浸させるために高圧で樹脂を注入すると、圧力分布が不均一になり、部分的に高圧になった部位では、タンク内側の樹脂製ライナーの変形が発生するなど、品質、性能低下が発生する。例えば、ゲート（樹脂注入口）付近に圧力が集中しやすく、ゲート付近が高圧になると共に、ゲート付近と樹脂流動端末部（ゲートに対して反対側）の圧力差が大きくなる。
また、金型とタンクの隙間が狭く、かつ、タンク形状が円筒形であるため、ゲートの反対側には樹脂が流れ難く、樹脂を全体に均一に充填するのが困難で、樹脂含浸が不均一になる。そのため、硬化する前に樹脂を全体へ流動させるためには、例えばタンクを金型内で高速回転させる必要があるが、スペースは少なく、また、炭素繊維を損傷する可能性もある。
そこで、本実施形態は、以下の構成が採用されている。
［高圧タンクの製造装置］
図１は、実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の一例としての高圧タンクの製造装置を示す縦断面図である。
本実施形態において製造される高圧タンクの中間体としてのプリフォーム２は、ライナーと、ライナーの外表面に形成され、ライナーと一体になった繊維層とを含む。ライナーは、高圧タンクの内部空間を形成する、ガスバリア性を有する樹脂製の中空容器である。繊維層は、例えば、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の厚みを有する。繊維層は、フィラメントワインディング法によって、ライナーの外表面に繊維が幾重にも巻き付けられることによって形成される。
ライナーに巻回される繊維としては、例えば、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等を用いることができる。繊維は、連続繊維から構成されてもよく、長繊維や短繊維から構成されてもよい。後述するように、ライナーに巻回された繊維（層）に樹脂を含浸させて硬化させることにより、ライナーの周囲を被覆する繊維強化樹脂層が形成される。樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン樹脂やポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることが可能である。
製造装置１は、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）法を用いて、プリフォーム２を構成する繊維層に樹脂３（符号は図４等に図示）を含浸させ、さらに、含浸させた樹脂３を硬化させることによって、高圧タンクを製造する。
製造装置１は、複数の型、例えば、固定型である下型１１と、可動型である上型１２とからなる金型１０を備える。下型１１と上型１２とを閉じる（型締めともいう）ことによって、繊維強化樹脂層のためのキャビティーが形成される。繊維を積層したプリフォーム２を金型１０内に配置するため、例えば、金型１０のキャビティーは、プリフォーム２の公差分だけ大きく作製される。
なお、ここでは、下型１１を固定型、上型１２を可動型（固定型に対して可動する型）としているが、例えば、上型１２を固定型、下型１１を可動型としてもよいし、下型１１および上型１２の双方を可動型としてもよい。また、ここでは、金型１０を、下型１１および上型１２の２個の型で構成しているが、３個以上の型で構成してもよい。
また、本例では、下型１１におけるプリフォーム２に対向する位置に、前記キャビティーの一部を形成すると共に金型１０内に配置されるプリフォーム２に対して（上下方向に）相対的に可動する可動コアである下型コア１３が備えられている。つまり、下型コア１３は、金型１０内に配置されるプリフォーム２に対向して配置されており、下型コア１３のプリフォーム２に対向する面（上面）は、下型１１（のキャビティー面）と共に前記キャビティーを形成するキャビティー面となる。この下型コア１３がプリフォーム２に対して（上下方向に）相対的に可動することによって、プリフォーム２との間に形成される隙間が増減される。図示例では、下型コア１３は、プリフォーム２の下面の中央部分に対向するように設けられているが、下型コア１３の設置位置はこれに限られないことは当然であるし、プリフォーム２の下面全体に対向するように設置することが望ましい。
プリフォーム２は、ライナーの軸に沿って配置されるシャフト２５により金型１０内に軸支されている。つまり、シャフト２５は、プリフォーム２を金型１０内（キャビティー内）に支持する支持機構を構成している。
金型１０（図示例では下型１１）には、真空脱気配管１５が埋設されている。真空脱気配管１５には真空ポンプ５０が接続されている。真空ポンプ５０を駆動することによって真空脱気配管１５を介して金型１０内（キャビティー内）を真空脱気（排気）することが可能である。つまり、真空ポンプ５０と真空脱気配管１５は、金型１０内（キャビティー内）を真空脱気する真空脱気機構を構成している。
また、金型１０（図示例では上型１２）には、キャビティーに開口するゲート（樹脂注入口）１４を形成する樹脂注入配管１６が埋設されている。ゲート１４は、本例では、プリフォーム２の（軸方向の）中央部に対向する位置に配置されている。樹脂注入配管１６には樹脂注入機６０が接続されている。樹脂注入機６０から樹脂注入配管１６を介してゲート１４から金型１０内（キャビティー内）に樹脂３を注入（供給）することができる。つまり、樹脂注入機６０と樹脂注入配管１６は、金型１０内（キャビティー内）に樹脂３を注入する樹脂注入機構を構成している。樹脂３は、例えば、主剤と硬化剤とからなる２液系の熱硬化性のエポキシ樹脂である。そのため、樹脂注入機６０は、主剤用の樹脂貯蔵器６１、樹脂溜まり６２、加圧装置６３と、硬化剤用の樹脂貯蔵器６６、樹脂溜まり６７、加圧装置６８と、主剤と硬化剤を混合した樹脂３として樹脂注入配管１６に供給する開閉バルブ６５とを備える。
本例では、下型１１（の下型コア１３）に、圧力センサ（第１の圧力センサ）１７が埋設されている。圧力センサ１７は、プリフォーム２の下面側、すなわち、プリフォーム２の下面と下型１１（の下型コア１３）との間の樹脂３の圧力を検知する。また、上型１２に、圧力センサ（第２の圧力センサ）１８が埋設されている。圧力センサ１８は、プリフォーム２の上面側、すなわち、プリフォーム２の上面と上型１２との間の樹脂３の圧力を検知する。圧力センサ１７、１８で得られた圧力情報（樹脂圧力）は、後述する制御装置９０に入力される。
また、製造装置１は、プリフォーム２を所定位置まで搬送するための搬送機構２０と、金型１０（詳しくは、下型１１の下型コア１３、上型１２）を開閉方向（上下方向）に駆動するための駆動機構３０と、金型１０（下型１１、上型１２）の温度を制御する温度制御装置４０と、製造装置１全体の稼働状態（詳しくは、搬送機構２０、駆動機構３０、温度制御装置４０、真空脱気機構である真空ポンプ５０、樹脂注入機構である樹脂注入機６０の加圧装置６３、６８と開閉バルブ６５の稼働状態等）を制御するコントローラとしての制御装置９０とを備える。
［高圧タンクの製造方法］
図２は、実施形態に係る繊維強化樹脂成形品の一例としての高圧タンクの製造方法を説明するフローチャートである。また、図３〜図７はそれぞれ、プリフォーム配置工程および真空脱気工程、仮締め状態での樹脂注入工程、上型下降および下型コア下降状態での樹脂注入工程、上型下降および下型コア上昇状態での樹脂注入工程、本締めおよび樹脂注入停止工程並びに樹脂硬化工程の状態を示す縦断面図である。
（金型準備工程：Ｓ２０１）
まず、前述した構成の下型コア１３を有する下型１１と上型１２とからなる金型１０を用意する。
（プリフォーム準備工程：Ｓ２０２）
また、前述したように、ライナーの外表面に繊維を巻き付ける（巻回する）ことによって繊維層を形成したプリフォーム２を予め用意する。
（金型保温工程：Ｓ２０３）
次に、制御装置９０が温度制御装置４０を制御することによって、金型１０（下型１１、上型１２）を所定温度に保温する。樹脂３が熱硬化性樹脂である場合、この所定温度は、樹脂３の硬化温度以上の温度である。
なお、ここでは、最初に金型１０を樹脂３の硬化温度以上に保温しているが、例えば、最初は金型１０を樹脂３の硬化温度未満に保温しておき、後述する工程の適宜のタイミング（例えば金型１０を完全に型締めした後等）において金型１０を樹脂３の硬化温度以上に保温してもよい。
（プリフォーム配置工程：Ｓ２０４）
続いて、制御装置９０が搬送機構２０と駆動機構３０を制御することによって、プリフォーム２を金型１０内（つまり、下型１１と上型１２との間）に配置する（図１、図３）。具体的には、上型１２を開いた状態で、搬送機構２０が、制御装置９０の制御に従って、下型１１にプリフォーム２を載置する。このとき、プリフォーム２がシャフト２５により軸支される。その後、駆動機構３０が、制御装置９０の制御に従って、型締めを開始し、上型１２を仮締めする。仮締めとは、上型１２が開いた状態と本締めの状態との中間的な状態であって、下型１１と上型１２とが隙間を空けた状態として、図３に示すように、上型１２とプリフォーム２との間に数ｍｍの隙間（第２の隙間）が空く位置に移動させることである。この上型１２とプリフォーム２との間に形成される隙間（第２の隙間）は、下型１１とプリフォーム２との隙間（第１の隙間）よりも大きい。
（真空脱気工程：Ｓ２０５）
次に、上記の仮締めの状態において（言い換えれば、型締め完了前に）、制御装置９０が真空ポンプ５０を制御することによって、金型１０内を真空脱気する（図３）。
（仮締め状態での樹脂注入工程：Ｓ２０６）
上記の真空脱気停止（完了）後、樹脂３を金型１０内に射出・注入する（図４）。具体的には、制御装置９０は、開閉バルブ６５を開き、樹脂溜まり６２に貯留されている主剤を加圧装置６３によって加圧し、樹脂溜まり６７に貯留されている硬化剤を加圧装置６８によって加圧し、主剤と硬化剤を混合して（未硬化の）樹脂３とする。これによって、上型１２に設けられた樹脂注入配管１６内を（未硬化の）樹脂３が流れ、ゲート（図示例では、プリフォーム２の中央部に設けられたゲート）１４から、プリフォーム２に向けて樹脂３が射出・注入される。上型１２が仮締めであるため、上型１２とプリフォーム２（の上面）との間に形成された隙間（第２の隙間）に向けて樹脂３が射出・注入される。
（上型下降および下型コア下降状態での樹脂注入工程：Ｓ２０７）
次に、制御装置９０が駆動機構３０を制御することによって、上型１２を閉じながら（射出圧縮）、下型１１に設けられた下型コア１３を下降（すなわち、プリフォーム２から相対的に離間）させる（図５）。これによって、下型コア１３とプリフォーム２との隙間（第３の隙間）が増大し（換言すれば、下型コア１３とプリフォーム２との間に第１の隙間よりも大きい数ｍｍ程度の第３の隙間が形成され）、プリフォーム２の上面から樹脂含浸させながら、下型１１（特に下型コア１３）とプリフォーム２（の下面）の隙間にも樹脂３を均一に充填する。このとき、プリフォーム２の上面側の樹脂３の圧力を緩和させると共に、プリフォーム２の下面側にも樹脂３を均一に流動させるため、圧力センサ１８でプリフォーム２の上面側の（つまり、上型１２とプリフォーム２との間に注入された）樹脂３の圧力を検知しながら、下型コア１３を下降させる。例えば、制御装置９０は、圧力センサ１８の検知圧力（樹脂圧力）に基づいて、上型１２や下型コア１３の下降速度等を制御可能である。
（上型下降および下型コア上昇状態での樹脂注入工程：Ｓ２０８）
続いて、制御装置９０が駆動機構３０を制御することによって、上型１２を下降端まで下降して型を閉じつつ、同時に、下型１１に設けられた下型コア１３を（下型１１のキャビティー面と同一面となる元の位置まで）上昇（すなわち、プリフォーム２に相対的に接近）させる（図６）。このとき、圧力センサ１８でプリフォーム２の上面側の樹脂３の圧力を検知すると共に、圧力センサ１７でプリフォーム２の下面側の樹脂３の圧力を検知する。そして、それら圧力センサ１８、１７で検知された樹脂３の圧力が一致するように、上型１２を下降および下型コア１３を上昇させる（すなわち、上型１２および下型コア１３を共にプリフォーム２に相対的に接近させる）。これによって、金型１０内の樹脂３が均一に圧縮充填され、プリフォーム２の繊維層内に含浸する。例えば、制御装置９０は、上型１２および下側コア１３を共に（同時に）閉じてプリフォーム２に接近させる際、圧力センサ１８、１７の検知圧力（樹脂圧力）に基づいて、上型１２の下降速度や下型コア１３の上昇速度等を制御可能である。
（本締めおよび樹脂注入停止工程：Ｓ２０９）
樹脂３の充填が完了した後、制御装置９０が駆動機構３０を制御することによって、上型１２および下型１１に設けられた下型コア１３を完全に型締め（本締め）する。そして、樹脂３が繊維層内に含浸完了後、樹脂３の注入を停止する（図７）。
（樹脂硬化工程：Ｓ２１０）
前述の樹脂３の注入停止後、樹脂３を硬化させる（図７）。
（脱型工程：Ｓ２１１）
樹脂３が硬化した後、制御装置９０が駆動機構３０を制御することによって、上型１２を開く。樹脂３の硬化が完了することで、ライナーの外周に繊維強化樹脂層が形成された高圧タンク４が得られる。
以上で説明したように、燃料電池車用高圧タンクにおいて、ＲＴＭ含浸技術によるタンク製造時、炭素繊維（繊維層）が厚肉に積層された（巻かれた）大型タンク全体に、均一に樹脂圧力をかけて、エポキシ樹脂を充填、含浸、硬化させることは困難である。それと共に、タンクは、炭素繊維を厚肉に積層しているため、樹脂を高圧充填しないと、最内層まで含浸しないが、そのため、ゲート（樹脂注入口）直下等の圧力が高くなりすぎて、タンク内部の樹脂製ライナー変形や繊維ズレ等、生産性低下やタンク性能低下に繋がる重要品質問題が発生する。
本実施形態は、ゲート１４の圧力集中を回避するとともに炭素繊維厚肉積層部へ樹脂３を均一に含浸させるため、言い換えれば、樹脂注入時のゲート１４等にかかる圧力を分散させると共に、タンク全体にかかる樹脂圧力を均一化、低圧化させるため、金型１０の下型１１に、上下可動する可動コアである下型コア１３を設置すると共に、上型１２および下型１１に樹脂圧力を検知するための圧力センサ１８、１７を設置する。タンク（プリフォーム２）を金型１０にセットして型締めする際、上型１２と下型１１の隙間を空けることで、上型１２とタンク（プリフォーム２）の間に隙間を形成し、エポキシ樹脂注入時の樹脂流動抵抗を下げ、圧力急上昇を緩和する。それと共に、タンク全体の圧力を均一化、低圧化させて積層内に樹脂３を含浸させるため、上型１２を閉じながら（射出圧縮）タンク上面に樹脂３を含浸させつつ、タンク上面の圧力を緩和させるため、タンク上面の圧力を検知しながら、タンク下面にも樹脂３が均一に流動するように、下型１１とタンクの隙間（樹脂流路となる隙間）を形成するため、入れ子にした下型コア１３を下降することで、低圧化と樹脂の均一含浸を図る。
これにより、樹脂注入時のゲート１４にかかる圧力を分散させると共に、タンク全体にかかる圧力の均一化が図れる。また、金型１０内の流動挙動の最適化を図りながら、積層方向の樹脂含浸性の向上を図ることができる。また、金型１０内の圧力挙動をフィードバック制御しながら樹脂３を含浸させることも可能である。また、積層方向に均一に加圧することで、樹脂含浸性向上とタンク表面品質向上を図ることができる。
また、本実施形態は、樹脂３が上下型内に充填した後、タンク上面と下面の注入圧力を均一、且つ、圧力を低圧化（分散）させるため、タンクの上面と下面の圧力を圧力センサ１８、１７で検知しながらそれらが同一になるように、上型１２と下型コア１３を同時に型締めして圧縮充填することで、低圧化と樹脂の均一含浸化を図り、樹脂含浸性向上、および、タンク性能向上と良好な表面品質を得ることができる。
これにより、タンク全体にかかる圧力の均一化が図れる。また、金型１０内の流動挙動の最適化を図りながら、積層方向の樹脂含浸性の向上を図ることができる。また、金型１０内の圧力挙動をフィードバック制御しながら樹脂３を含浸させることも可能である。また、積層方向に均一に加圧することで、樹脂含浸性向上とタンク表面品質向上を図ることができる。
したがって、本実施形態では、ＲＴＭ含浸技術によりエポキシ樹脂を含浸させる際、タンク全体に均一に、且つ、低圧で積層方向（板厚方向）に、エポキシ樹脂を含浸することができるため、高圧タンクの性能向上と品質の安定化を図ることができると共に、高速充填も可能になり、大幅な成形サイクル短縮も図れる。
このように、本実施形態によれば、下型（第１の型）１１に設けられた可動コアである下型コア１３を下降させて（プリフォーム２から相対的に離間させて）樹脂３を下型（第１の型）１１側に流すことで、樹脂注入口１４付近に集中していた圧力を分散させ、プリフォーム２の変形を防止することができる。
また、上型（第２の型）１２とプリフォーム２との間の樹脂３の圧力に基づいて、下型（第１の型）１１に設けられた可動コアである下型コア１３を下降させる（プリフォーム２から相対的に離間させる）ことで、プリフォーム２全体に均一に樹脂３を含浸させることが可能となる。
また、下型（第１の型）１１とプリフォーム２との間の樹脂３の圧力と上型（第２の型）１２とプリフォーム２との間の樹脂３の圧力とが一致するように、下型（第１の型）１１に設けられた可動コアである下型コア１３を上昇させる（プリフォーム２に相対的に接近させる）ことで、プリフォーム２全体にかかる圧力を均一にすることが可能となるため、プリフォーム２全体に均一に樹脂３を含浸させることが可能となる。
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
１ 高圧タンク（繊維強化樹脂成形品）の製造装置
２ プリフォーム
３ 樹脂
４ 高圧タンク（繊維強化樹脂成形品）
１０ 金型
１１ 下型（第１の型）
１２ 上型（第２の型）
１３ 下型コア（可動コア）
１４ ゲート（樹脂注入口）
１５ 真空脱気配管（真空脱気機構）
１６ 樹脂注入配管（樹脂注入機構）
１７ 圧力センサ（第１の圧力センサ）
１８ 圧力センサ（第２の圧力センサ）
２０ 搬送機構
２５ シャフト
３０ 駆動機構
４０ 温度制御装置
５０ 真空ポンプ（真空脱気機構）
６０ 樹脂注入機（樹脂注入機構）
６１、６６ 樹脂貯蔵器
６２、６７ 樹脂溜まり
６３、６８ 加圧装置
６５ 開閉バルブ
９０ 制御装置

Claims (10)

  1. ライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを形成し、前記プリフォームの前記繊維層に樹脂を含浸させて硬化させた繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、
    第１の型と第２の型とを含む金型を用意する工程と、
    前記第１の型と前記プリフォームとの間の第１の隙間よりも大きい第２の隙間を前記第２の型と前記プリフォームとの間に形成するように、前記プリフォームを前記第１の型と前記第２の型との間に配置する工程と、
    前記金型内の前記第２の隙間に向けて樹脂注入口から樹脂を注入する工程と、
    前記第１の型のうち前記プリフォームに対向する部分の少なくとも一部を前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型の前記少なくとも一部と前記プリフォームとの間に前記第１の隙間よりも大きい第３の隙間を形成し、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填する工程と、
    前記第２の型および前記第１の型の前記少なくとも一部を共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填する工程と、を含むことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
  2. ライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを形成し、前記プリフォームの前記繊維層に樹脂を含浸させて硬化させた繊維強化樹脂成形品の製造方法であって、
    第１の型と第２の型とを含み、該第１の型が、前記プリフォームに対向して配置されると共に前記プリフォームに対して相対的に可動し、前記プリフォームとの間に形成される隙間を増減可能な可動コアを有する金型を用意する工程と、
    前記第１の型と前記プリフォームとの間の第１の隙間よりも大きい第２の隙間を前記第２の型と前記プリフォームとの間に形成するように、前記プリフォームを前記第１の型と前記第２の型との間に配置する工程と、
    前記金型内の前記第２の隙間に向けて樹脂注入口から樹脂を注入する工程と、
    前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記可動コアと前記プリフォームとの間に前記第１の隙間よりも大きい第３の隙間を形成し、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填する工程と、
    前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填する工程と、を含むことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
  3. 請求項２に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
    前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填する工程において、前記第２の型を前記プリフォームに相対的に接近させることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
  4. 請求項２に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
    前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填する工程において、前記第２の型と前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力を検知しながら、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
  5. 請求項２に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
    前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填する工程において、前記可動コアと前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力と前記第２の型と前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力とが一致するように、前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
  6. ライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを形成し、前記プリフォームの前記繊維層に樹脂を含浸させて硬化させた繊維強化樹脂成形品の製造装置であって、
    第１の型と第２の型とを含む金型と、
    前記金型を開閉方向に駆動するための駆動機構と、
    前記金型内に樹脂注入口から樹脂を注入するための樹脂注入機構と、
    前記駆動機構および前記樹脂注入機構の稼働状態を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記駆動機構によって、前記第１の型と前記プリフォームとの間の第１の隙間よりも大きい第２の隙間を前記第２の型と前記プリフォームとの間に形成するように、前記プリフォームを前記第１の型と前記第２の型との間に配置し、
    前記樹脂注入機構によって、前記金型内の前記第２の隙間に向けて樹脂注入口から樹脂を注入し、
    前記駆動機構によって、前記第１の型のうち前記プリフォームに対向する部分の少なくとも一部を前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型の前記少なくとも一部と前記プリフォームとの間に前記第１の隙間よりも大きい第３の隙間を形成し、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填し、
    前記駆動機構によって、前記第２の型および前記第１の型の前記少なくとも一部を共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造装置。
  7. ライナーの外表面に繊維層が形成されたプリフォームを形成し、前記プリフォームの前記繊維層に樹脂を含浸させて硬化させた繊維強化樹脂成形品の製造装置であって、
    第１の型と第２の型とを含み、該第１の型が、前記プリフォームに対向して配置されると共に前記プリフォームに対して相対的に可動し、前記プリフォームとの間に形成される隙間を増減可能な可動コアを有する金型と、
    前記金型を開閉方向に駆動するための駆動機構と、
    前記金型内に樹脂注入口から樹脂を注入するための樹脂注入機構と、
    前記駆動機構および前記樹脂注入機構の稼働状態を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記駆動機構によって、前記第１の型と前記プリフォームとの間の第１の隙間よりも大きい第２の隙間を前記第２の型と前記プリフォームとの間に形成するように、前記プリフォームを前記第１の型と前記第２の型との間に配置し、
    前記樹脂注入機構によって、前記金型内の前記第２の隙間に向けて樹脂注入口から樹脂を注入し、
    前記駆動機構によって、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記可動コアと前記プリフォームとの間に前記第１の隙間よりも大きい第３の隙間を形成し、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填し、
    前記駆動機構によって、前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造装置。
  8. 請求項７に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置において、
    前記制御装置は、
    前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填するときに、前記駆動機構によって、前記第２の型を前記プリフォームに相対的に接近させることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造装置。
  9. 請求項７に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置において、
    前記第２の型と前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力を検知する圧力センサが設置されており、
    前記制御装置は、
    前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることによって、前記第１の型と前記プリフォームとの間に、前記金型内の前記第２の隙間に向けて注入された前記樹脂を充填するときに、前記圧力センサで前記樹脂の圧力を検知しながら、前記駆動機構によって、前記可動コアを前記プリフォームから相対的に離間させることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造装置。
  10. 請求項７に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置において、
    前記可動コアと前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力を検知する第１の圧力センサと前記第２の型と前記プリフォームとの間に注入された前記樹脂の圧力を検知する第２の圧力センサとが設置されており、
    前記制御装置は、
    前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填するときに、前記第１の圧力センサで検知される前記樹脂の圧力と前記第２の圧力センサで検知される前記樹脂の圧力とが一致するように、前記駆動機構によって、前記第２の型および前記可動コアを共に前記プリフォームに相対的に接近させることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造装置。
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