JP2021154513A - 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】樹脂含浸不良のプリフォームの発生を効果的に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】金型１０内に設けられた複数個のキャビティ９ａ、９ｂに所定量（同量）の樹脂を注入したことを検知してから、プリフォーム２の繊維層に樹脂を含浸（圧縮充填）させる。樹脂注入量を検知するための圧力センサ１３ａ、１３ｂを用いる。ランナー１６ａ、１６ｂを閉じる際にランナー１６ａ、１６ｂに若干の隙間を空けておく。【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２００１−２６９９６９号公報
ところで、生産性向上のため、金型内に複数のキャビティを設け、複数のプリフォームの繊維層に同時に樹脂を含浸させようとした場合、各キャビティに同量の樹脂を注入することが困難である（例えば特許文献２参照）。そのため、樹脂含浸不良のプリフォームが発生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、樹脂含浸不良のプリフォームの発生を効果的に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の型とを含み、前記第１の型と前記第２の型とによって複数個のキャビティが形成されると共に、前記キャビティに樹脂を注入するためのランナーがキャビティ毎に設けられている金型を用意する工程と、キャビティ毎に、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、各キャビティにランナーを通して樹脂を注入する工程と、樹脂注入量が所定値以上になったと判定されるキャビティに繋がるランナーを順次閉じる工程と、全てのキャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定された後、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、各キャビティの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、前記ランナーを閉じる工程において、各キャビティに設置した圧力センサが検知する樹脂の圧力が所定の閾値以上になった場合に、キャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定する。
別の好ましい態様では、前記ランナーを閉じる工程において、圧力保持のための隙間を前記ランナーに空ける。
別の好ましい態様では、キャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定されるタイミングが所定時間よりも遅れた場合、当該キャビティ内で成形された繊維強化樹脂成形品を不良品と判定する。
別の好ましい態様では、前記ランナーを閉じる工程において、樹脂注入開始から所定時間が経過してもキャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定されないとき、当該キャビティに繋がるランナーを閉じると共に、当該キャビティ内で成形された繊維強化樹脂成形品を不良品と判定する。
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、前記第１の型と前記第２の型とによって複数個のキャビティが形成されると共に、前記キャビティに樹脂を注入するためのランナーがキャビティ毎に設けられている金型と、前記金型を開閉方向に駆動するための駆動機構と、各キャビティにランナーを通して樹脂を注入するための樹脂注入機構と、前記ランナーを開閉するための開閉機構と、前記駆動機構、前記樹脂注入機構、および前記開閉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、キャビティ毎に、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、各キャビティにランナーを通して樹脂を注入し、前記開閉機構によって、樹脂注入量が所定値以上になったと判定されるキャビティに繋がるランナーを順次閉じ、全てのキャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定された後、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、各キャビティの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、各キャビティに設置した圧力センサが検知する樹脂の圧力が所定の閾値以上になった場合に、キャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定する。
別の好ましい態様では、前記制御装置は、前記開閉機構によって、前記ランナーを閉じる際に、圧力保持のための隙間を前記ランナーに空ける。
本発明の一態様によれば、金型内に設けられた複数個のキャビティに所定量（同量）の樹脂を注入したことを検知してから、プリフォームの繊維層に樹脂を含浸（圧縮充填）させることが可能となるため、樹脂含浸不良のプリフォームが発生することを防止することができる。
また、圧力センサを用いることで、精度よく各キャビティの樹脂注入量を検知することができる。
また、ランナーを閉じる際にランナーに若干の隙間を空けておくことで、キャビティ内の圧力を保持できるため、キャビティ毎の樹脂含浸性を向上させることができる。
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、ランナーコア閉工程の状態（前側ランナーコア：開、後側ランナーコア：閉）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の製造装置の、ランナーコア閉工程の状態（全ランナーコア：閉）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の製造装置の、本締め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。
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にくい。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、タンク自体の変形が発生するなど、品質、性能低下が発生する。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成形外板、外装部品の約１０倍）、樹脂含浸が困難である。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。
また、タンク形状が円筒形であるため、樹脂を全体に均一に充填するのが困難で、樹脂含浸が均一にならない。
また、生産性向上のため、複数個同時に樹脂含浸して成形すると、高圧での樹脂注入が困難であるため、金型内の各キャビティ毎の樹脂注入バランスが合わず、樹脂含浸不良が発生し、各タンク毎の樹脂含浸性や硬化状態が変化し、高圧タンクの品質不良、性能低下が発生する。
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複数個形成される。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。図示例では、金型１０内（上型１２と下型１１との間）に、前後に並んで２個のキャビティが形成（画成）され、以下では、前側のキャビティをキャビティ９ａとし、後側のキャビティをキャビティ９ｂとする。
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、金型１０内（上型１２と下型１１との間）に形成されるキャビティは、２個に限られず、３個以上でもよいし、金型１０内の複数個のキャビティの配置態様も図示例に限られない。
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９ａ、９ｂ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がキャビティ９ａ、９ｂ毎に埋設されている。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９ａ、９ｂ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９ａ、９ｂ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１４ａ、１４ｂから）金型１０内（キャビティ９ａ、９ｂ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、前後に並んで設けられたキャビティ９ａ、９ｂの間を通過するように、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、前側のキャビティ９ａに開口するゲート（樹脂注入口）１４ａを形成するランナー１６ａと、後側のキャビティ９ｂに開口するゲート（樹脂注入口）１４ｂを形成するランナー１６ｂとが（キャビティ毎に）設けられている。各キャビティ９ａ、９ｂにおいてゲート１４ａ、１４ｂ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。なお、本例では、前側のキャビティ９ａに樹脂を注入するためのランナー１６ａおよびゲート（樹脂注入口）１４ａと、後側のキャビティ９ｂに樹脂を注入するためのランナー１６ｂおよびゲート（樹脂注入口）１４ｂとが同形状とされているが、各キャビティ９ａ、９ｂに適量の樹脂３を注入（供給）できれば、これらの形状は同じでなくてもよい。
また、前記各ランナー１６ａ、１６ｂに連設して、所定長の装着溝１１ａ、１１ｂが設けられており、各装着溝１１ａ、１１ｂには、各ランナー１６ａ、１６ｂを開閉するための可動コアであるランナーコア１７ａ、１７ｂが設置されている。
全ての（前後両方の）ランナーコア１７ａ、１７ｂが開方向に駆動され、全てのランナー１６ａ、１６ｂが開かれていると、樹脂注入配管１６を流れる樹脂３は、各ランナー１６ａ、１６ｂに流動すると共に、各ランナー１６ａ、１６ｂと各キャビティ９ａ、９ｂが連通しているので、樹脂注入機６０から樹脂注入配管１６およびランナー１６ａ、１６ｂを介してゲート１４ａ、１４ｂから金型１０内の各キャビティ９ａ、９ｂ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、１６ｂは、金型１０内（キャビティ９ａ、９ｂ内）に樹脂３を注入する樹脂注入機構を構成している。
例えば、ランナーコア１７ｂが閉方向に駆動され、ランナー１６ｂが閉じられていると（図６参照）、ランナー１６ｂからキャビティ９ｂへの樹脂３の流れが遮断され、樹脂注入配管１６を流れる樹脂３は、ランナー１６ａからキャビティ９ａのみに流動する。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を介してゲート１４ａ（のみ）から金型１０内のキャビティ９ａに樹脂３を注入（供給）することができる。つまり、この場合、樹脂注入機６０と樹脂注入配管１６およびランナー１６ａが、金型１０内（キャビティ９ａ内）に樹脂３を注入する樹脂注入機構を構成している。また、ランナー１６ａ、１６ｂに設置したランナーコア１７ａ、１７ｂは、ランナー１６ａ、１６ｂを開閉する開閉機構を構成している。
本実施形態では、各ゲート１４ａ、１４ｂに、共通の樹脂注入配管１６（樹脂注入機６０）を介して樹脂３が供給されることになる。
また、金型１０（図示例では下型１１）には、図２に示すように、圧力センサ１３ａ、１３ｂがキャビティ９ａ、９ｂ毎に埋設されている。圧力センサ１３ａ、１３ｂは、本例では、下型１１においてゲート１４ａ、１４ｂとは反対側のプリフォーム２の（軸方向の）中央部に対向する位置、換言すれば、ゲート１４ａ、１４ｂから注入された樹脂の到達が最も遅れると考えられるプリフォーム２の樹脂流動端末部に対向する位置に配置されている。圧力センサ１３ａ、１３ｂは、各キャビティ９ａ、９ｂ内の樹脂注入量を検知するため、各キャビティ９ａ、９ｂ内を流動する樹脂３の圧力を検知する。圧力センサ１３ａ、１３ｂ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、１３ｂで得られた圧力情報（樹脂圧力）に基づいて、各キャビティ９ａ、９ｂ内の樹脂注入量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、１３ｂ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、キャビティ９ａ、９ｂ内の樹脂３の注入量が所定値以上になり、キャビティ９ａ、９ｂの樹脂充填が完了したことを検知する。また、制御装置９０は、その検知結果に基づいて、ランナーコア１７ａ、１７ｂの開閉状態を制御する。
前記圧力センサ１３ａ、１３ｂを、各キャビティ９ａ、９ｂに樹脂３を注入するゲート１４ａ、１４ｂとは反対側、すなわち、プリフォーム２の樹脂流動端末部に対向する位置に配置することで、各キャビティ９ａ、９ｂの樹脂注入量を精度よく検知することができる。
また、本例では、キャビティ９ａ、９ｂ内の樹脂注入量を検知する検知部として圧力センサ１３ａ、１３ｂを用いているが、歪センサや温度センサ等を検知部として利用してもよい。
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）に駆動すると共にランナーコア１７ａ、１７ｂを開閉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５、図８、図９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、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り、図６、図７はそれぞれ、ランナーコア閉工程の状態（前側ランナーコア：開、後側ランナーコア：閉）、ランナーコア閉工程の状態（全ランナーコア：閉）を示す、上型を取り外した下型の上面図である。
（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、キャビティ９ａ、９ｂ毎にランナー１６ａ、１６ｂ、ランナーコア１７ａ、１７ｂ、および圧力センサ１３ａ、１３ｂが設けられている。
（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）の各キャビティ９ａ、９ｂ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の各キャビティ９ａ、９ｂに対応する部分にプリフォーム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。
（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（全キャビティ９ａ、９ｂ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（全キャビティ９ａ、９ｂ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。このとき、制御装置９０は、駆動機構３０を制御することによって全てのランナーコア１７ａ、１７ｂを開く制御を行う。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、各キャビティ９ａ、９ｂに繋がるランナー１６ａ、１６ｂを通してゲート（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）１４ａ、１４ｂ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。
（樹脂充填完了判定工程：Ｓ２０７）
続いて、各キャビティ毎で、金型１０内のキャビティ９ａ、９ｂに射出・注入された樹脂３の注入量が所定値以上になり、樹脂充填が完了したか否かを判定する。具体的には、制御装置９０は、各キャビティ９ａ、９ｂに設置された圧力センサ１３ａ、１３ｂで得られた樹脂３の圧力が所定の閾値以上になったか否かを判定する。制御装置９０は、圧力センサ１３ａ、１３ｂ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、金型１０内のキャビティ９ａ、９ｂに射出・注入された樹脂３の注入量が所定値以上になり、樹脂充填が完了したと判定し（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）、次のステップＳ２０８に進む。
（ランナーコア閉工程：Ｓ２０８）
制御装置９０は、各キャビティ毎で、金型１０内のキャビティに射出・注入された樹脂３の注入量が所定値以上になり、樹脂充填が完了したと判定すると（図示例では、後側のキャビティ９ｂの樹脂充填が完了したと判定）、駆動機構３０を制御することによって、当該キャビティ９ｂに繋がるランナー１６ｂに設置されたランナーコア１７ｂを閉じる制御を行う（図６）。これによって、ランナーコア１７ｂ（つまり、ランナー１６ｂ）が、制御装置９０の制御に従って閉じられた状態で、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、キャビティ９ａに繋がるランナー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）１４ａから、プリフォーム２に向けて樹脂３が射出・注入される。
但し、ランナーコア１７ｂを閉じるに当たっては、キャビティ９ｂ内の圧力保持のため、例えば１ｍｍ以上２ｍｍ以下程度の隙間をランナー１６ｂに空けることが望ましい。
前述のＳ２０７（樹脂充填完了判定工程）およびＳ２０８（ランナーコア閉工程）は、金型１０内の各キャビティの樹脂充填が完了したと判定し、各キャビティに繋がるランナーに設置されたランナーコアを順次閉じていき、最終的に、金型１０内の全キャビティの樹脂充填が完了したと判定し、全キャビティに繋がるランナーに設置されたランナーコアを閉じるまで、繰り返し実行される。
（本締め工程：Ｓ２０９）
続いて、金型１０内の全キャビティ９ａ、９ｂに樹脂３の充填が完了し、全てのランナーコア１７ａ、１７ｂを閉じる制御を行った後（図７）、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８）。これによって、金型１０内（全キャビティ９ａ、９ｂ内）の樹脂３を圧縮充填させ、プリフォーム２の繊維層の積層内に含浸させる。
（樹脂注入停止工程：Ｓ２１０）
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９）。
（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９）。
（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。
なお、金型１０内への樹脂３の射出・注入条件は、各キャビティ９ａ、９ｂにおいて所定時間内に樹脂充填が完了するように予め設定されているが、Ｓ２０７（樹脂充填完了判定工程）およびＳ２０８（ランナーコア閉工程）において、キャビティの樹脂注入量が所定値以上になり、樹脂充填が完了したと判定されるタイミング、本例では、キャビティに設置した圧力センサ１３ａ、１３ｂが検知する樹脂３の圧力が所定の閾値（例えば、樹脂注入配管１６を流れる樹脂３の圧力に基づき決められる閾値）以上になったタイミングが所定時間（例えば、樹脂注入開始から予め設定された経過時間が経過した時間、あるキャビティの樹脂充填完了判定タイミングから予め設定された経過時間が経過した時間など）よりも遅れた場合、当該キャビティ内で成形された繊維強化樹脂成形品を不良品と判定することもできる。
また、Ｓ２０７（樹脂充填完了判定工程）およびＳ２０８（ランナーコア閉工程）において、樹脂注入開始から所定時間が経過してもキャビティの樹脂注入量が所定値以上になり、樹脂充填が完了したと判定されないとき、当該キャビティに繋がるランナーに設置されたランナーコアを閉じてその後の工程を実行すると共に、当該キャビティ内で成形された繊維強化樹脂成形品を不良品と判定することもできる。
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、生産性向上のため、ＲＴＭ樹脂含浸技術で複数個のタンク（プリフォーム２）を同時に樹脂含浸して成形する際、樹脂注入バランスが合わないと、樹脂含浸不良が発生して、高圧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樹脂含浸技術で樹脂含浸（樹脂充填）する際、タンク毎（キャビティ毎）の樹脂流動端末部に設置した圧力センサ１３ａ、１３ｂで樹脂充填タイミングを検知して、樹脂流動するランナー１６ａ、１６ｂの樹脂流量をランナーコア１７ａ、１７ｂの動きで制御する。
複数個のタンク（プリフォーム２）を一つの金型１０にセットして型締めする際、下型１１と上型１２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、各キャビティ毎の樹脂注入量を制御すると共に、樹脂流動端末部に設置した圧力センサ１３ａ、１３ｂで樹脂充填を検知したタイミング毎に、樹脂流動するランナー１６ａ、１６ｂを閉じて樹脂流動を止め、全キャビティ９ａ、９ｂに樹脂が充填したタイミングで、上型１２を再度下降して圧縮充填することで、複数個のタンク（プリフォーム２）の樹脂含浸量を制御する。なお、ランナー１６ａ、１６ｂを閉じる際、圧力保持のため、ランナーコア１７ａ、１７ｂの隙間（ランナー１６ａ、１６ｂの隙間に対応）を若干（１〜２ｍｍ程度）空けることで、各キャビティ毎の含浸性バランスをとる。また、各キャビティ９ａ、９ｂ毎で金型１０内の圧力挙動をフィードバック制御しながら樹脂注入量を制御して含浸させる。
このように、ＲＴＭ樹脂含浸技術で樹脂充填する際、タンク毎（キャビティ毎）の樹脂流動端末部に設置した圧力センサ１３ａ、１３ｂで樹脂充填タイミングを検知して、樹脂流量を制御することができる。また、複数個のタンク（プリフォーム２）を同時に樹脂含浸して成形することができ、生産性向上、低コスト化を図ることができる。また、ランナー１６ａ、１６ｂを閉じる際、圧力保持のため、ランナーコア１７ａ、１７ｂの隙間（ランナー１６ａ、１６ｂの隙間に対応）を若干（１〜２ｍｍ程度）空けることで、各キャビティ毎で保圧をかけることができ、品質向上も図ることができる。また、各キャビティ９ａ、９ｂ毎で金型１０内の圧力挙動をフィードバック制御しながら樹脂注入量を制御しながら含浸させることも可能となる。
したがって、本実施形態では、ＲＴＭ樹脂含浸技術で高圧タンクを複数個同時成形する際、各キャビティ９ａ、９ｂ内の樹脂含浸量を制御することで、複数個のタンクの樹脂注入バランスと樹脂含浸性の向上により、全高圧タンクの性能を向上できると共に品質の良好な高圧タンクを得ることができる。
以上より、本実施形態によれば、金型１０内に設けられた複数個のキャビティ９ａ、９ｂに所定量（同量）の樹脂を注入したことを検知してから、プリフォーム２の繊維層に樹脂を含浸（圧縮充填）させることが可能となるため、樹脂含浸不良のプリフォーム２が発生することを防止することができる。
また、圧力センサ１３ａ、１３ｂを用いることで、精度よく各キャビティ９ａ、９ｂの樹脂注入量を検知することができる。
また、ランナー１６ａ、１６ｂを閉じる際にランナー１６ａ、１６ｂに若干の隙間を空けておくことで、キャビティ９ａ、９ｂ内の圧力を保持できるため、キャビティ９ａ、９ｂ毎の樹脂含浸性を向上させることができる。
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）
９ａ、９ｂ キャビティ
１０ 金型
１１ 下型（第１の型）
１１ａ、１１ｂ 装着溝
１２ 上型（第２の型）
１３ａ、１３ｂ 圧力センサ
１４ａ、１４ｂ 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）
１６ａ、１６ｂ ランナー（樹脂注入機構）
１７ａ、１７ｂ ランナーコア（開閉機構）
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 (8)

  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の型とを含み、前記第１の型と前記第２の型とによって複数個のキャビティが形成されると共に、前記キャビティに樹脂を注入するためのランナーがキャビティ毎に設けられている金型を用意する工程と、
    キャビティ毎に、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、
    各キャビティにランナーを通して樹脂を注入する工程と、
    樹脂注入量が所定値以上になったと判定されるキャビティに繋がるランナーを順次閉じる工程と、
    全てのキャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定された後、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、各キャビティの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. 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、
    前記ランナーを閉じる工程において、各キャビティに設置した圧力センサが検知する樹脂の圧力が所定の閾値以上になった場合に、キャビティの樹脂注入量が所定値以上になっ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、
    前記ランナーを閉じる工程において、圧力保持のための隙間を前記ランナーに空け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、
    キャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定されるタイミングが所定時間よりも遅れた場合、当該キャビティ内で成形された繊維強化樹脂成形品を不良品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。
  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、
    前記ランナーを閉じる工程において、樹脂注入開始から所定時間が経過してもキャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定されないとき、当該キャビティに繋がるランナーを閉じると共に、当該キャビティ内で成形された繊維強化樹脂成形品を不良品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。
  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の型とを含み、前記第１の型と前記第２の型とによって複数個のキャビティが形成されると共に、前記キャビティに樹脂を注入するためのランナーがキャビティ毎に設けられている金型と、
    前記金型を開閉方向に駆動するための駆動機構と、
    各キャビティにランナーを通して樹脂を注入するための樹脂注入機構と、
    前記ランナーを開閉するための開閉機構と、
    前記駆動機構、前記樹脂注入機構、および前記開閉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、キャビティ毎に、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、各キャビティにランナーを通して樹脂を注入し、
    前記開閉機構によって、樹脂注入量が所定値以上になったと判定されるキャビティに繋がるランナーを順次閉じ、
    全てのキャビティの樹脂注入量が所定値以上になったと判定された後、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、各キャビティ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。
  7. 請求項６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、各キャビティに設置した圧力センサが検知する樹脂の圧力が所定の閾値以上になった場合に、キャビティの樹脂注入量が所定値以上になっ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。
  8. 請求項６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、前記開閉機構によって、前記ランナーを閉じる際に、圧力保持のための隙間を前記ランナーに空け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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