JP2021154504A - 繊維強化樹脂成形品の製造方法および製造装置 - Google Patents

繊維強化樹脂成形品の製造方法および製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】樹脂流動端末部に対応するプリフォームの繊維層における樹脂含浸状況を検出でき、プリフォームの繊維層に均一に樹脂を含浸させ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】例えば、樹脂注入時間と圧力センサ１３ａが検知する樹脂３の圧力との関係が所定の条件を満たすときに、あるいは、圧力センサ１３ａが検知する樹脂３の圧力が所定値以上になった際に、プリフォーム２の樹脂流動端末部に樹脂３が含浸したと判定する。【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 特開２００１−０２７６７８号公報 特開２００５−１９９５２４号公報
ところで、ゲート（以下、樹脂注入口という場合がある）から離れた樹脂流動端末部では、プリフォームの繊維層に樹脂が含浸しにくいため、プリフォームの繊維層に均一に樹脂を含浸させることが困難である。さらに、プリフォームの繊維層への樹脂含浸状態を検出することが困難であるため（例えば特許文献２、３参照）、前記樹脂流動端末部に対応するプリフォームの繊維層に樹脂が十分に含浸したかどうかが分からないという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、樹脂流動端末部に対応するプリフォームの繊維層における樹脂含浸状況を検出でき、プリフォームの繊維層に均一に樹脂を含浸させ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、前記プリフォームの樹脂流動端末部に対向する箇所において前記プリフォームに対して相対的に可動すると共に、金型内を流動する樹脂の圧力を検知する圧力センサが具備された可動コアが設置された金型を用意する工程と、前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に押し当てた状態で、前記プリフォームを前記金型内に配置する工程と、前記金型内に樹脂を注入する工程と、を含み、少なくとも前記金型内に樹脂を注入する工程において前記圧力センサが検知する樹脂の圧力に基づいて、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したか否かを判定する。
好ましい態様では、樹脂注入時間と前記圧力センサが検知する樹脂の圧力との関係が所定の条件を満たすときに、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定する。
他の好ましい態様では、前記金型内に樹脂を注入する工程において前記圧力センサが検知する樹脂の圧力が所定値以上になった際に、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定する。
別の好ましい態様では、樹脂注入開始から所定時間経過後、もしくは、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定した後、前記可動コアを前記プリフォームから離れる方向に移動させ、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部と前記可動コアとの間に樹脂流路となる隙間を形成し、該隙間に樹脂を流動させる工程と、前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に再び接近させる工程とをさらに含む。
別の好ましい態様では、前記金型は、前記可動コアを有する第１の型と第２の型とを含み、前記プリフォームを前記金型内に配置する工程において、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、前記金型内に樹脂を注入する工程において、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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填する工程をさらに含む。
別の好ましい態様では、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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填した後、もしくは、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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填しながら、前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に押し当てた状態から離れる方向に移動させる。
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、前記プリフォームの樹脂流動端末部に対向する箇所において前記プリフォームに対して相対的に可動すると共に、金型内を流動する樹脂の圧力を検知する圧力センサが具備された可動コアが設置された金型と、前記可動コアを駆動するための駆動機構と、前記金型内に樹脂を注入するための樹脂注入機構と、前記圧力センサが検知する樹脂の圧力を取得すると共に、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、前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に押し当てた状態で、前記プリフォームを前記金型内に配置し、前記樹脂注入機構によって、前記金型内に樹脂を注入し、少なくとも前記金型内に樹脂を注入するときの前記圧力センサが検知する樹脂の圧力に基づいて、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したか否かを判定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、樹脂注入時間と前記圧力センサが検知する樹脂の圧力との関係が所定の条件を満たすときに、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定する。
他の好ましい態様では、前記制御装置は、前記金型内に樹脂を注入するときの前記圧力センサが検知する樹脂の圧力が所定値以上になった際に、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定する。
別の好ましい態様では、前記制御装置は、樹脂注入開始から所定時間経過後、もしくは、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定した後、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離れる方向に移動させ、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部と前記可動コアとの間に樹脂流路となる隙間を形成し、該隙間に樹脂を流動させ、その後、前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に再び接近させる。
別の好ましい態様では、前記金型は、前記可動コアを有する第１の型と第２の型とを含み、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、前記金型内に樹脂を注入すると共に、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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填する。
別の好ましい態様では、前記制御装置は、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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填した後、もしくは、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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填しながら、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の前記樹脂流動端末部に押し当てた状態から離れる方向に移動させる。
本発明の一態様によれば、例えば、樹脂注入時間と圧力センサが検知する樹脂の圧力との関係が所定の条件を満たすときに、あるいは、圧力センサが検知する樹脂の圧力が所定値以上になった際に、プリフォームの樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定することで、樹脂流動端末部に対応するプリフォームの繊維層における樹脂含浸状況を検出でき、プリフォームの繊維層に均一に樹脂を含浸させることが可能となる。
また、可動コアをプリフォームに対して相対的に移動（離間後に接近）させることで、樹脂が含浸しにくい樹脂流動端末部に対応するプリフォームの繊維層への樹脂含浸性を向上させることが可能となる。
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）の製造装置を示す、上型を取り外した下型の上面図である。 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、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、本締め工程および可動コア離間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、可動コア接近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、樹脂注入停止工程および樹脂硬化工程の状態を示す縦断面図である。 樹脂注入時間と圧力センサの樹脂圧力との関係に基づく樹脂含浸良品条件を示す図である。
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、炭素繊維の内層や樹脂流動端末部（プリフォーム上で樹脂流動が最も遅れる、換言すれば、プリフォーム上で樹脂が最も遅れて到達すると考えられる部位）まで樹脂が含浸しにくい。また、高圧タンクは、厚肉大型な円筒形であるため、樹脂を全体に均一に充填するのが困難で、流動端末部まで樹脂含浸が均一にならない。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と共に、大型円筒形状であるため、特許文献１のようなタンク回転では、炭素繊維の内層や流動端末部までの均一な樹脂含浸効果は少ない。また、炭素繊維の内層や流動端末部まで樹脂を含浸させるために高圧で樹脂を注入すると、タンク自体の変形、繊維配向乱れが発生するなど、品質、性能低下が発生する。
また、工程内での非破壊検査で、樹脂含浸性を検査することは困難であり、樹脂含浸不良が発生するとタンクの性能低下につながる重要品質問題が発生する。
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および図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装置を示し、図１は縦断面図、図２は上型を取り外した下型の上面図である。
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５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。
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には、樹脂注入配管（樹脂注入ゲートともいう）１６が埋設されている。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（後述するゲート１４から）金型１０内（キャビティ内）に樹脂３を注入（供給）することができる（詳細は後で説明）。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、樹脂注入配管１６は、上型１２から下型１１に向かって延設されている。下型１１には、図２に示すように、前記樹脂注入配管１６に連設して、キャビティに開口するゲート（樹脂注入口）１４を形成するランナー１６ａが設けられている。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。よって、本例では、プリフォーム２の（軸方向の）両端部がプリフォーム２上で樹脂流動が最も遅れる樹脂流動端末部となり、このプリフォーム２の樹脂流動端末部に対向する箇所に、後述する一対の可動コア１３、１３が設けられることになる。なお、本例では、ゲート１４位置との関係で、プリフォーム２の（軸方向の）両端部が樹脂流動端末部となっているが、樹脂流動端末部は、前述のように、プリフォーム２上で樹脂流動が最も遅れる、換言すれば、プリフォーム２上で樹脂が最も遅れて到達すると考えられる部位であり、図示例のようにプリフォーム２の（軸方向の）両端部に限られない。
樹脂注入配管１６を流れる樹脂３は、ランナー１６ａに流動する。そのため、樹脂注入機６０から樹脂注入配管１６およびランナー１６ａを介して中央のゲート１４から金型１０内（キャビティ内）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およびランナー１６ａは、金型１０内（キャビティ内）に樹脂３を注入する樹脂注入機構を構成している。
下型１１におけるプリフォーム２の（軸方向の）両端部に対向する箇所には、ライナーの軸に沿って延びる一対の装着溝１１ａ、１１ａが形成されている。各装着溝１１ａ、１１ａには、前記キャビティ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（左右方向に）相対的に可動（接近または離間）する、圧力センサ付きの可動コア１３、１３が備えられている。つまり、可動コア１３、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、可動コア１３、１３のプリフォーム２に対向する面（内面）は、下型１１（のキャビティ面）と共に前記キャビティを形成するキャビティ面となる。また、各可動コア１３、１３が装着溝１１ａ、１１ａ内でプリフォーム２に対して相対的に接近することによって、可動コア１３、１３（の内面）をプリフォーム２の両端部（面）に押し当てることができ、プリフォーム２に対して相対的に離間することによって、プリフォーム２との間に所定幅の隙間（樹脂流路となる隙間）を形成することができる（後で説明）。
また、下型１１に設置された可動コア１３に埋設された圧力センサ１３ａは、金型１０内のプリフォーム２の（軸方向の）両端部、すなわち、樹脂流動端末部を流動する樹脂３の圧力を検知する。圧力センサ１３ａ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。制御装置９０は、圧力センサ１３ａで得られた圧力情報（樹脂圧力）に基づいて、プリフォーム２の樹脂流動端末部の樹脂３の圧力を検知することができる。制御装置９０は、例えば、圧力センサ１３ａで得られた樹脂３の圧力が所定の閾値以上になったときに、プリフォーム２の樹脂流動端末部の繊維層に樹脂３が含浸したことを検知ないし判定する。また、制御装置９０は、その検知結果に基づいて、可動コア１３の稼働状態を制御することもできる。
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、上型１２）を開閉方向（上下方向）に駆動すると共に一対の可動コア１３、１３を開閉方向（左右方向）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３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４〜図８はそれぞれ、プリフォーム配置工程および真空脱気工程、樹脂注入工程、本締め工程および可動コア離間工程、可動コア接近工程、樹脂注入停止工程および樹脂硬化の状態を示す縦断面図である。また、図９は、樹脂注入時間と圧力センサの樹脂圧力との関係に基づく樹脂含浸良品条件を示す図である。
（金型準備工程：Ｓ２０１）
まず、前述した構成の下型１１と上型１２とからなる金型１０を用意する。下型１１には、圧力センサ１３ａ付きの可動コア１３が配備されている。
（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４）。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。また、駆動機構３０が、制御装置９０の制御に従って、下型１１に配備された可動コア１３を内側（プリフォーム２側）に移動してプリフォーム２の両端部に押し当てる。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４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。
なお、前述のように、可動コア１３を内側に移動してプリフォーム２の両端部に押し当てた後に、型締めを開始し、上型１２を仮締めする代わりに、上型１２を仮締めした後に、可動コア１３を内側に移動してプリフォーム２の両端部に押し当てるようにしてもよい。
（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４）。
（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５）。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から下型１１にかけて設けられた樹脂注入配管１６内を（未硬化の）樹脂３が流れ、ランナー１６ａを介してゲート（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、主に、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。
（本締め工程：Ｓ２０７）
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完全に閉じて（プリフォーム２に相対的に接近させて）、上型１２および下型１１を完全に型締め（本締め）する（図６）。これによって、金型１０内の樹脂３を均一に圧縮充填させ、プリフォーム２（特に、可動コア１３が押し当てられるプリフォーム２の両端部以外の部位）の繊維層の積層内に含浸させる。
（可動コア離間工程：Ｓ２０８）
樹脂注入開始および本締めから所定時間経過後（換言すれば、所定のタイミングで）、制御装置９０が駆動機構３０を制御することによって、可動コア１３を外側（プリフォーム２から離れる方向）に移動して、プリフォーム２の両端部（樹脂流動端末部）に所定幅の樹脂流路となる隙間Ｇを形成し、この隙間Ｇに樹脂を流動させる（図６）。ここで、可動コア１３に具備された圧力センサ１３ａで得られた樹脂３の圧力は、制御装置９０に送られ、制御装置９０は、圧力センサ１３ａから送られた樹脂３の圧力を検知および記憶する。
制御装置９０に記憶された樹脂３の圧力は、プリフォーム２の両端部（樹脂流動端末部）の樹脂含浸良品判定（プリフォーム２の両端部（樹脂流動端末部）に樹脂３が含浸したか否かの判定）、すなわち、タンクの品質判定に使用することができる。具体的には、制御装置９０は、図９に示す樹脂含浸良品条件を保持しており、圧力センサ１３ａから送られた樹脂３の圧力が樹脂注入時間との関係で図９に示す良品条件領域に含まれる場合には、プリフォーム２の樹脂流動端末部の樹脂含浸が良好であるとして、当該フローで製造された高圧タンク４（図８）を良品と判定する。一方、制御装置９０は、圧力センサ１３ａから送られた樹脂３の圧力が樹脂注入時間との関係で図９に示す良品条件領域に含まれない場合は、プリフォーム２の樹脂流動端末部の樹脂含浸が良好でない（未含浸、または、高圧異常）として、当該フローで製造された高圧タンク４（図８）を不良品と判定する。不良品と判定した場合、例えば可動コア離間工程（Ｓ２０８）の後段や脱型工程（Ｓ２１２）の後段においてその高圧タンク４を製造ラインから取り除くことができる。
なお、前述のように、上型１２および下型１１を本締めした後に、可動コア１３をプリフォーム２の両端部（樹脂流動端末部）に押し当てた状態から外側に移動して、プリフォーム２の両端部に樹脂流路となる隙間Ｇを形成する代わりに、上型１２および下型１１を本締めしながら、可動コア１３をプリフォーム２の両端部（樹脂流動端末部）に押し当てた状態から外側に移動して、プリフォーム２の両端部に樹脂流路となる隙間Ｇを形成してもよい。つまり、本締め工程（Ｓ２０７）が完了する以前に、可動コア離間工程（Ｓ２０８）を実施してもよい。
（可動コア接近工程：Ｓ２０９）
続いて、所定時間経過後、制御装置９０が駆動機構３０を制御することによって、可動コア１３を内側（プリフォーム２側）に移動して（つまり、再び接近させて）、プリフォーム２の両端部（樹脂流動端末部）に形成された隙間Ｇ（樹脂流路）の樹脂３をプリフォーム２の両端部（の繊維層）に再充填（加圧充填）させる（図７）。ここでの可動コア１３の移動タイミングは、プリフォーム２の両端部の樹脂流路に樹脂３が充填すると予測されるタイミングとして予め設定されたタイミングである。
（樹脂注入停止工程：Ｓ２１０）
そして、前述のように可動コア１３を完全に型締めし、プリフォーム２の両端部（樹脂流動端末部）にも樹脂３が繊維層内に含浸完了後、樹脂３の注入を停止する（図８）。
（樹脂硬化工程：Ｓ２１１）
前述の樹脂３の注入停止後、樹脂３を硬化させる（図８）。
（脱型工程：Ｓ２１２）
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樹脂含浸技術によるタンク製造時、厚肉大型タンク全体に、均一に樹脂圧力をかけて、エポキシ樹脂を充填、含浸させる必要があるが、非破壊検査で、工程内で樹脂含浸性を検査することは困難であり、樹脂含浸不良が発生すると、タンクの性能低下につながる重要品質問題が発生する。
本実施形態は、ＲＴＭ樹脂含浸時の樹脂の含浸性を検知するため、金型１０内の樹脂流動端末部に圧力センサ１３ａを組み込んだ可動コア１３を設置して、ＲＴＭ樹脂含浸時の樹脂の含浸性を検知する。
ＲＴＭ樹脂含浸工程にて、タンク（プリフォーム２）を金型１０にセットした後、圧力センサ１３ａを組み込んだ可動コア１３をスライドしてタンク端末部に押し当てる。その後、型締めしてエポキシ樹脂を注入、含浸した際、圧力センサ１３ａが樹脂含浸性を検知し、閾値に対して判断することで、樹脂含浸状態を検査する。また、樹脂流動端末部の樹脂圧力をフィードバック制御（つまり、次の高圧タンクの製造の際に参照および利用）することで、自動でのＲＴＭ樹脂含浸条件管理も可能になる。
このように、金型１０内の樹脂流動端末部に圧力センサ１３ａを組み込んだ可動コア１３を設置することで、ＲＴＭ樹脂含浸時の樹脂の含浸性を検知することができる。また、型締めしてエポキシ樹脂を注入、含浸する際、圧力センサ１３ａで樹脂含浸性を検知し、閾値に対して判断することで、樹脂含浸状態を確認、良品判断することができる。また、樹脂流動端末部の樹脂圧力をフィードバック制御することで、非破壊で自動でのＲＴＭ樹脂含浸条件管理も可能になる。
また、本実施形態は、ＲＴＭ樹脂含浸時の樹脂流動端末部の樹脂含浸量を向上させるため、金型１０内の樹脂流動端末部に可動コア１３を設置して、樹脂含浸性に応じて、樹脂含浸量を制御する。
ＲＴＭ樹脂含浸工程にて、タンク（プリフォーム２）を金型１０にセットした後、樹脂流動端末部の可動コア１３をスライドしてタンク端末部に押し当てる。その後、型締めしてエポキシ樹脂を注入、含浸した際、可動コア１３を一旦下げることで、充填しにくい樹脂流動端末部の隙間を空け、樹脂流路を形成した後、再度、可動コア１３を戻す（つまり、接近させる）ことで、樹脂流動端末部への樹脂含浸性を上げ、その後、樹脂３を硬化させる。また、スライドする可動コア１３に圧力センサ１３ａを組み込み、樹脂流動端末部の樹脂圧力をフィードバック制御（つまり、次の高圧タンクの製造の際に参照および利用）することで、可動コア１３による流路形成量を管理でき、且つ、自動での樹脂充填量の条件管理も可能になる。
このように、金型１０内の樹脂流動端末部に可動する可動コア１３を設置することで、ＲＴＭ樹脂含浸時の樹脂含浸量を向上することができる。また、スライドする可動コア１３に圧力センサ１３ａを組み込み、樹脂流動端末部の樹脂圧力をフィードバック制御することで、自動でのＲＴＭ樹脂含浸条件管理も可能になる。
したがって、本実施形態では、ＲＴＭ樹脂含浸技術で厚肉タンクを成形する際、樹脂の充填性（含浸性）を検知できると共にタンク（プリフォーム２）の樹脂流動端末部への樹脂含浸性を向上できるため、工程内で樹脂含浸性を保証しつつ、且つ、タンク性能向上と良好な品質を得ることができると共に、工程内検査も可能になり、大幅な生産性向上も図ることができる。
以上より、本実施形態によれば、樹脂注入時間と圧力センサ１３ａが検知する樹脂３の圧力との関係が所定の条件を満たすときに、プリフォーム２の樹脂流動端末部に樹脂３が含浸したと判定することで、樹脂流動端末部に対応するプリフォーム２の繊維層における樹脂含浸状況を検出でき、プリフォーム２の繊維層に均一に樹脂を含浸させることが可能となる。
また、可動コア１３をプリフォーム２に対して相対的に移動（離間後に接近）させることで、樹脂が含浸しにくい樹脂流動端末部に対応するプリフォーム２の繊維層への樹脂含浸性を向上させることが可能となる。
＜他の実施形態＞
上述した実施形態に対し、制御装置９０の処理内容（特に、制御装置９０による良品判定処理および可動コア１３の駆動タイミング）を以下のように変更してもよい。
すなわち、上述した実施形態では、図３に示すＳ２０８（可動コア離間工程）において、樹脂注入開始および本締めから所定時間経過後、制御装置９０が駆動機構３０を制御することによって、可動コア１３を外側に移動した。一方、図３に示すＳ２０８（可動コア離間工程）において、制御装置９０が、圧力センサ１３ａから送られた樹脂３の圧力が所定の閾値以上になった際に、樹脂３がプリフォーム２の両端部（樹脂流動端末部）の積層内に含浸（充填）したと検知（判定）して、可動コア１３を外側に移動して、プリフォーム２の両端部（樹脂流動端末部）に所定幅の樹脂流路となる隙間Ｇを形成し、この隙間Ｇに樹脂を流動させるようにしてもよい。その他の処理の流れは、上述した実施形態と同じである。
このような実施形態によれば、圧力センサ１３ａが検知する樹脂３の圧力が所定値以上になった際に、プリフォーム２の樹脂流動端末部に樹脂３が含浸したと判定することで、樹脂流動端末部に対応するプリフォーム２の繊維層における樹脂含浸状況を検出でき、プリフォーム２の繊維層に均一に樹脂を含浸させることが可能となる。
また、このような実施形態によれば、工程内で制御装置９０がプリフォーム２の樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定することで、制御装置９０の処理負荷が増すものの、樹脂流動端末部に対応するプリフォーム２の繊維層において樹脂含浸状況が良好な高圧タンクのみを製造・搬出できるといった利点もある。
以上、本発明の実施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）
１１ａ 装着溝
１２ 上型（第２の型）
１３ 可動コア
１３ａ 圧力センサ
１４ ゲート
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）
１６ａ ランナー（樹脂注入機構）
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 (12)

  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、
    前記プリフォームの樹脂流動端末部に対向する箇所において前記プリフォームに対して相対的に可動すると共に、金型内を流動する樹脂の圧力を検知する圧力センサが具備された可動コアが設置された金型を用意する工程と、
    前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に押し当てた状態で、前記プリフォームを前記金型内に配置する工程と、
    前記金型内に樹脂を注入する工程と、を含み、
    少なくとも前記金型内に樹脂を注入する工程において前記圧力センサが検知する樹脂の圧力に基づいて、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したか否かを判定することを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
  2. 請求項１に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
    樹脂注入時間と前記圧力センサが検知する樹脂の圧力との関係が所定の条件を満たすときに、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定する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１に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
    前記金型内に樹脂を注入する工程において前記圧力センサが検知する樹脂の圧力が所定値以上になった際に、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定す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１に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
    樹脂注入開始から所定時間経過後、もしくは、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定した後、
    前記可動コアを前記プリフォームから離れる方向に移動させ、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部と前記可動コアとの間に樹脂流路となる隙間を形成し、該隙間に樹脂を流動させる工程と、
    前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に再び接近させる工程とをさらに含む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１に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
    前記金型は、前記可動コアを有する第１の型と第２の型とを含み、
    前記プリフォームを前記金型内に配置する工程において、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、
    前記金型内に樹脂を注入する工程において、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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填する工程をさらに含むことを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
  6. 請求項５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の型を前記プリフォームに相対的に接近させることによって、前記金型内の樹脂を圧縮充填した後、もしくは、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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填しながら、
    前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に押し当てた状態から離れる方向に移動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。
  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、
    前記プリフォームの樹脂流動端末部に対向する箇所において前記プリフォームに対して相対的に可動すると共に、金型内を流動する樹脂の圧力を検知する圧力センサが具備された可動コアが設置された金型と、
    前記可動コアを駆動するための駆動機構と、
    前記金型内に樹脂を注入するための樹脂注入機構と、
    前記圧力センサが検知する樹脂の圧力を取得すると共に、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、前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に押し当てた状態で、前記プリフォームを前記金型内に配置し、
    前記樹脂注入機構によって、前記金型内に樹脂を注入し、
    少なくとも前記金型内に樹脂を注入するときの前記圧力センサが検知する樹脂の圧力に基づいて、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したか否かを判定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、樹脂注入時間と前記圧力センサが検知する樹脂の圧力との関係が所定の条件を満たすときに、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定す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、
    前記制御装置は、前記金型内に樹脂を注入するときの前記圧力センサが検知する樹脂の圧力が所定値以上になった際に、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定す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、
    前記制御装置は、
    樹脂注入開始から所定時間経過後、もしくは、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に樹脂が含浸したと判定した後、
    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離れる方向に移動させ、前記プリフォームの前記樹脂流動端末部と前記可動コアとの間に樹脂流路となる隙間を形成し、該隙間に樹脂を流動させ、その後、前記可動コアを前記プリフォームの前記樹脂流動端末部に再び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。
  11. 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、
    前記金型は、前記可動コアを有する第１の型と第２の型とを含み、
    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、前記金型内に樹脂を注入すると共に、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によって、前記金型内の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。
  12. 請求項１１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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填した後、もしくは、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によって、前記金型内の樹脂を圧縮充填しながら、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の前記樹脂流動端末部に押し当てた状態から離れる方向に移動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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