JP7230833B2 - 繊維強化樹脂成形品の製造方法および製造装置 - Google Patents

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 特開平１－２４２２１９号公報 国際公開第２０１３／１２５６４１号

上記ＲＴＭ法を利用した製造方法では、前記金型内の前記プリフォームに向けて、一箇所（一点）のゲート（以下、樹脂注入口という場合がある）から樹脂を射出（注入）している。但し、一箇所のゲートから樹脂を注入すると、プリフォーム全体に均一に樹脂を充填することが困難である。そこで、ゲートを複数設けること、また、そのときに複数のゲートの開閉タイミングを変えることが考えられる（例えば特許文献２、３）。しかし、単にゲートを複数設けた場合は樹脂合流部にウェルドが発生してしまい、タンクの品質が低下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、ウェルドの発生を効果的に抑え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の樹脂注入口と、第２の樹脂注入口と、内部の樹脂流動を検知する検知部とを有する金型を用意する工程と、前記プリフォームを前記金型内に配置する工程と、前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入する工程と、前記検知部により前記第１の樹脂注入口から注入された前記樹脂が前記第２の樹脂注入口に到達したことを検知したとき、前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入し、前記第１の樹脂注入口から注入された前記樹脂と前記第２の樹脂注入口から注入された前記樹脂とを合流させる工程と、を含むことを特徴とする。

好ましい態様では、前記検知部は、前記金型内を流動する樹脂の圧力を検知する圧力センサで構成される。

別の好ましい態様では、前記第１の樹脂注入口は、前記第２の樹脂注入口よりも前記プリフォームの中央寄りに設けられる。

別の好ましい態様では、前記第２の樹脂注入口の前記樹脂の注入方向は、前記第１の樹脂注入口から前記第２の樹脂注入口に向かう方向に向かって傾斜している。

別の好ましい態様では、前記第１の樹脂注入口と前記第２の樹脂注入口に、共通の樹脂注入機を介して樹脂を供給する。

別の好ましい態様では、前記第１の樹脂注入口と前記第２の樹脂注入口に、それぞれ別個の樹脂注入機を介して樹脂を供給する。

別の好ましい態様では、前記金型は、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、前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入する工程および前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入する工程において、前記金型内の前記第２の隙間に向けて前記樹脂を注入し、前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入する工程および前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入する工程の後に、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、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填する工程をさらに含む。

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の樹脂注入口と、第２の樹脂注入口と、内部の樹脂流動を検知する検知部とを有する金型と、前記金型を開閉方向に駆動するための駆動機構と、前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入するための第１の樹脂注入機構と、前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入するための第２の樹脂注入機構と、前記検知部の検知情報を取得すると共に、前記駆動機構、前記第１の樹脂注入機構、および前記第２の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、前記プリフォームを前記金型内に配置し、前記第１の樹脂注入機構によって、前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入し、前記検知部により前記第１の樹脂注入口から注入された前記樹脂が前記第２の樹脂注入口に到達したことを検知したとき、前記第２の樹脂注入機構によって、前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入し、前記第１の樹脂注入口から注入された前記樹脂と前記第２の樹脂注入口から注入された前記樹脂とを合流させることを特徴とする。

別の好ましい態様では、前記検知部は、前記金型内を流動する樹脂の圧力を検知する圧力センサで構成される。

別の好ましい態様では、前記第１の樹脂注入口は、前記第２の樹脂注入口よりも前記プリフォームの中央寄りに設けられる。

別の好ましい態様では、前記第２の樹脂注入口の前記樹脂の注入方向は、前記第１の樹脂注入口から前記第２の樹脂注入口に向かう方向に向かって傾斜している。

別の好ましい態様では、前記第１の樹脂注入口と前記第２の樹脂注入口に、共通の樹脂注入機を介して樹脂が供給される。

別の好ましい態様では、前記第１の樹脂注入口と前記第２の樹脂注入口に、それぞれ別個の樹脂注入機を介して樹脂が供給される。

別の好ましい態様では、前記金型は、第１の型と第２の型とを含み、前記制御装置は、前記プリフォームを前記金型内に配置するときに、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、前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入するときおよび前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入するときに、前記金型内の前記第２の隙間に向けて前記樹脂を注入し、前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入した後および前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入した後に、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、前記金型内の前記樹脂を圧縮充填する。

本発明の一態様によれば、樹脂注入口を複数設けた場合であっても、第２の樹脂注入口において樹脂流動を検知してから樹脂を注入し、第１の樹脂注入口から注入した樹脂と第２の樹脂注入口から注入した樹脂とをスムーズに合流させることで、樹脂の合流角度を無くしてウェルドを無くすことが可能となる。

第一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。 第一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。 第一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。 第一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。 第一実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、開閉ゲートコア閉（一次ゲート：開、二次ゲート：閉）状態での一次樹脂注入工程の状態を示す縦断面図である。 図５の、上型を取り外した下型の上面図である。 第一実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、開閉ゲートコア開（一次ゲート：開、二次ゲート：開）状態での二次樹脂注入工程の状態を示す縦断面図である。 図７の、上型を取り外した下型の上面図である。 第一実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、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る。 第二実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、一次樹脂注入工程の状態を示す、上型を取り外した下型の上面図である。 第二実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、二次樹脂注入工程の状態を示す、上型を取り外した下型の上面図である。 高圧タンクの製造装置の他例を示す、上型を取り外した下型の上面図である。 図１２の、要部拡大斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

＜第一実施形態＞
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製し、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成形外板、外装部品の約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。

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、樹脂含浸が不均一になる。また、高圧タンクは、樹脂流動長が長いため、１点ゲートでは、樹脂充填が困難で、多点ゲート化しなければ、タンク全体の樹脂均一充填および含浸は困難であるが、多点ゲート化すると、樹脂合流部にウェルドが発生して、タンク性能が低下する可能性がある。

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および図２は、第一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。

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（キャビティー内）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、キャビティーに開口する一次ゲート（第１の樹脂注入口）１４ａを形成するランナー１６ａと、キャビティーに開口する二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂを形成する（一対の）分岐ランナー１６ｂとが設けられている。一次ゲート１４ａ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。（一対の）分岐ランナー１６ｂは、ランナー１６ａからプリフォーム２（ライナー）の軸方向の両側に向かって分岐しており、二次ゲート１４ｂは、本例では、プリフォーム２の（軸方向の）両端部に対向する位置に配置されている。

また、分岐ランナー１６ｂの両端部分（ランナー１６ａからの分岐部分と二次ゲート１４ｂの直近部分）には、開閉ゲートコア１７が設置されている。

開閉ゲートコア１７が閉じられていると、ランナー１６ａから分岐ランナー１６ｂ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を介して中央の一次ゲート１４ａ（のみ）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およびランナー１６ａは、金型１０内（キャビティー内）に樹脂３を注入する一次樹脂注入機構（第１の樹脂注入機構）を構成している。

一方、開閉ゲートコア１７が開かれていると、ランナー１６ａと分岐ランナー１６ｂとが連通し、樹脂注入配管１６を流れる樹脂３は、ランナー１６ａに流動すると共に、ランナー１６ａを流動する樹脂３の一部が分岐ランナー１６ｂに流れ込む。また、分岐ランナー１６ｂと金型１０内（キャビティー内）とが連通している。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を介して中央の一次ゲート１４ａから金型１０内（キャビティー内）に樹脂３を注入（供給）することができると共に、樹脂注入機６０から樹脂注入配管１６および分岐ランナー１６ｂを介して両端の二次ゲート１４ｂ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および分岐ランナー１６ｂは、金型１０内（キャビティー内）に樹脂３を注入する二次樹脂注入機構（第２の樹脂注入機構）を構成している。

すなわち、本実施形態では、中央の一次ゲート１４ａと両端の二次ゲート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（図示例では上型１２）に、圧力センサ１３が埋設されている。圧力センサ１３は、本例では、上型１２においてプリフォーム２の（軸方向の）両端部に対向する位置、すなわち、前記の二次ゲート１４ｂに対応する（ライナーの軸方向の）位置に配置されている。圧力センサ１３は、金型１０内の二次ゲート１４ｂに対応する箇所の樹脂流動を検知するため、金型１０内の二次ゲート１４ｂに対応する箇所を流動する樹脂３の圧力を検知する。圧力センサ１３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１３で得られた圧力情報（樹脂圧力）に基づいて、金型１０内の二次ゲート１４ｂに対応する箇所の樹脂流動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１３で得られた樹脂３の圧力が所定の閾値を超えたときに、金型１０内の二次ゲート１４ｂに対応する箇所に樹脂３（詳しくは、一次ゲート１４ａから金型１０内に注入された樹脂３）が流動（到達）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、開閉ゲートコア１７の開閉状態を制御する。

なお、金型１０内（キャビティー内）の二次ゲート１４ｂに対応する箇所に樹脂３が流動（到達）したことを精緻に検知するため、圧力センサ１３は二次ゲート１４ｂの付近に設置することが望ましい。

また、本例では、金型１０内の樹脂流動を検知する検知部として圧力センサ１３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、一次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、二次樹脂注入機構である分岐ランナー１６ｂに付設された開閉ゲートコア１７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、第一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７、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、開閉ゲートコア閉（一次ゲート：開、二次ゲート：閉）状態での一次樹脂注入工程、開閉ゲートコア開（一次ゲート：開、二次ゲート：開）状態での二次樹脂注入工程、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８はそれぞれ、図５、図７の、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。金型１０には、上述したように、一次ゲート１４ａを有するランナー１６ａ、二次ゲート１４ｂ、開閉ゲートコア１７を有する分岐ランナー１６ｂ、金型１０内（キャビティー内）の樹脂流動を検知する検知部としての圧力センサ１３等が設けられている。

（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）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。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内を真空脱気する（図４）。

（開閉ゲートコア閉（一次ゲート：開、二次ゲート：閉）状態での一次樹脂注入工程：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、図６）。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、開閉ゲートコア１７（二次ゲート１４ｂに対応）を閉じる制御を行う。これによって、開閉ゲートコア１７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、ランナー１６ａを介して一次ゲート（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。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。

（樹脂到達判定工程：Ｓ２０７）
続いて、金型１０内に射出・注入された樹脂３がタンク両端部に到達したか否かを判定する。具体的には、制御装置９０は、圧力センサ１３で得られた樹脂３の圧力が所定の閾値を超えたか否かを判定する。制御装置９０は、圧力センサ１３で得られた樹脂３の圧力が所定の閾値を超えたとき、金型１０内に射出・注入された樹脂３がタンク両端部（に位置する二次ゲート１４ｂに対応する箇所）に到達したと判定（言い換えれば、二次ゲート１４ｂに対応する箇所に流動したことを検知）し（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）、次のステップＳ２０８に進む。

（開閉ゲートコア開（一次ゲート：開、二次ゲート：開）状態での二次樹脂注入工程：Ｓ２０８）
制御装置９０は、金型１０内に射出・注入された樹脂３がタンク両端部に到達したと判定すると、開閉ゲートコア１７（二次ゲート１４ｂに対応）を開く制御を行う。これによって、開閉ゲートコア１７が、制御装置９０の制御に従って開かれた状態で、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、ランナー１６ａを介して一次ゲート（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・注入されると共に、（開閉ゲートコア１７を介してランナー１６ａと連通する）分岐ランナー１６ｂを介して二次ゲート（図示例では、プリフォーム２の両端部に設けられたゲート）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（図７、図８）。このとき、一次ゲート１４ａから注入されてタンク両端部（に位置する二次ゲート１４ｂに対応する箇所）に到達した樹脂３と二次ゲート１４ｂから注入された樹脂３とが（二次ゲート１４ｂ付近において）合流することになる。そのため、樹脂合流角度を制御ないし低減することができる。なお、このときも上型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：Ｓ２０９）
金型１０内に樹脂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９）。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。

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、軸方向に長いタンクにエポキシ樹脂を多点注入すると、樹脂流動中にウェルドが発生するため、ウェルド発生部で、タンク強度低下やボイドが発生する等、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可能性がある。

本実施形態は、多点ゲートの樹脂合流角度の大幅低減と低コスト化のために、１点ゲートで樹脂注入すると共に、樹脂流動するランナーに、開閉するゲートを形成する。それと共に、金型内の樹脂流動を検知する圧力センサを設置して、樹脂流動を制御することで、ウェルドの発生を防止する。

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、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、エポキシ樹脂注入時の樹脂流動抵抗を下げると共に、タンク中心のランナー１６ａのみ一次ゲート１４ａを開け、タンク中心から端末のみの樹脂流れとする。それと共に、圧力センサ１３によりタンク端末へ樹脂３が到達したと検知した際、両端末の二次ゲート１４ｂを開けて樹脂３を合流させることで、樹脂合流角度をなくしてウェルドの発生を抑止する。その後、上型１２を閉じてタンク内側に樹脂３を圧縮しながら含浸することで、ウェルドがなく、且つ、ボイドも低減できるため、タンク性能と含浸性確保を両立した製品を製造することができる。

これにより、樹脂注入時のゲート部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、樹脂合流部のウェルド、及び、樹脂合流により発生するボイド等の不具合を防止できる。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（板厚方向）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（板厚方向）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れる。この第一実施形態は、比較的タンク長が短く、且つ、低コスト化のために樹脂注入機が１機のみの場合、特に有効である。

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、ウェルド、ボイドを低減できると共に、タンク全体に均一に、且つ、低圧でエポキシ樹脂を含浸することができるため、タンク性能と含浸性確保を両立したタンクを製造することができる。

このように、本実施形態によれば、ゲート（樹脂注入口）を複数設けた場合であっても、二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂにおいて樹脂流動を検知してから樹脂３を注入し、一次ゲート（第１の樹脂注入口）１４ａから注入した樹脂３と二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂから注入した樹脂３とをスムーズに合流させることで、樹脂３の合流角度を無くしてウェルドを無くすことが可能となる。

また、一次ゲート（第１の樹脂注入口）１４ａと二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂとが１つの樹脂注入配管１６（樹脂注入機６０）を共通して使用することで、設備を簡略化することができる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態は、上述した第一実施形態に対し、金型１０内（キャビティー内）に樹脂３を注入する機構（一次樹脂注入機構、二次樹脂注入機構）のみが相違している。したがって、第一実施形態と同じ機能を有する部分には同じ符号を付して重複説明を省略し、以下では、相違点のみを説明する。

上述した第一実施形態では、１機の樹脂注入機６０を使用して、中央の一次ゲート１４ａと両端の二次ゲート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が供給されるが、第二実施形態では、複数機の樹脂注入機を使用して、中央の一次ゲート１４ａと両端の二次ゲート１４ｂに、それぞれ別個の樹脂注入配管（樹脂注入機）を介して樹脂３が供給される。

［高圧タンクの製造装置］
図１０および図１１は、第二実施形態に係る高圧タンクの製造装置の、上型を取り外した下型の上面図であり、図１０は、一次樹脂注入工程の状態、図１１は、二次樹脂注入工程の状態を示している。

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。また、金型１０において樹脂注入配管１６の両側にも、（一対の）樹脂注入配管（樹脂注入ゲートともいう）１９が埋設されている。下型１１には、図１０、１１に示すように、前記樹脂注入配管１６に連設して、キャビティーに開口する一次ゲート（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たゲート）１４ａを形成するランナー１６ａが設けられると共に、前記（一対の）樹脂注入配管１９に連設して、キャビティーに開口する二次ゲート（プリフォーム２の（軸方向の）両端部に対向する位置に配置されたゲート）１４ｂを形成する（一対の）ランナー１９ａが設けられている。

樹脂注入配管１６には、上述した第一実施形態と同様の構成の樹脂注入機６０が接続されている。樹脂注入機６０から樹脂注入配管１６およびランナー１６ａを介して中央の一次ゲート１４ａ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およびランナー１６ａは、金型１０内（キャビティー内）に樹脂３を注入する一次樹脂注入機構（第１の樹脂注入機構）を構成している。

また、樹脂注入配管１９にも、上述した第一実施形態と同様の構成の樹脂注入機６０が接続されている。樹脂注入機６０から樹脂注入配管１９およびランナー１９ａを介して両端の二次ゲート１４ｂ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１９およびランナー１９ａは、金型１０内（キャビティー内）に樹脂３を注入する二次樹脂注入機構（第２の樹脂注入機構）を構成している。

すなわち、本実施形態では、中央の一次ゲート１４ａと両端の二次ゲート１４ｂに、それぞれ別個の樹脂注入配管１６、１９（樹脂注入機６０）を介して樹脂３が供給されることになる。

［高圧タンクの製造方法］
上述した構成を有する製造装置１を用いて、繊維強化樹脂成形品の一例としての高圧タンクを製造する場合、図３の一次樹脂注入工程（Ｓ２０６）および二次樹脂注入工程（Ｓ２０８）は以下のようになる。

（一次樹脂注入工程：Ｓ２０６）
すなわち、真空脱気停止（完了）後、制御装置９０は、中央の樹脂注入配管１６に繋がる樹脂注入機６０の開閉バルブ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を介して一次ゲート（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（図１０）。

（二次樹脂注入工程：Ｓ２０８）
また、制御装置９０は、圧力センサ１３で得られた圧力情報（樹脂３の圧力）を基に、金型１０内に射出・注入された樹脂３がタンク両端部に到達したと判定すると、両端の樹脂注入配管１９に繋がる樹脂注入機６０の開閉バルブ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１９内を（未硬化の）樹脂３が流れ、ランナー１９ａを介して二次ゲート（図示例では、プリフォーム２の両端部に設けられたゲート）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（図１１）。このとき、一次ゲート１４ａから注入されてタンク両端部（に位置する二次ゲート１４ｂに対応する箇所）に到達した樹脂３と二次ゲート１４ｂから注入された樹脂３とが（二次ゲート１４ｂ付近において）合流することになる。そのため、樹脂合流角度を制御ないし低減することができる。

以上で説明したように、本実施形態は、特に長尺タンクでは、多点ゲートでの樹脂合流角度の大幅低減と樹脂流動長の大幅低減によるハイサイクル化のために、多点ゲートでタンクに直接樹脂注入する際、タンク端末部に樹脂流動を検知する圧力センサを設置して樹脂流動を制御することで、ウェルドの発生を防止する。

また、上述した第一実施形態と同様、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、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、エポキシ樹脂注入時の樹脂流動抵抗を下げると共に、タンク中心のランナー１６ａのみ一次ゲート１４ａを開け、タンク中心から端末のみの樹脂流れとする。それと共に、圧力センサ１３によりタンク端末へ樹脂３が到達したと検知した際、両端末の二次ゲート１４ｂを開けて樹脂３を合流させることで、樹脂合流角度をなくしてウェルドの発生を抑止する。その後、上型１２を閉じてタンク内側に樹脂３を圧縮しながら含浸することで、ウェルドがなく、且つ、ボイドも低減できるため、タンク性能と含浸性確保を両立した製品を製造することができる。

これにより、第一実施形態と同様、樹脂注入時のゲート部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、樹脂合流部のウェルド、及び、樹脂合流により発生するボイド等の不具合を防止できる。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（板厚方向）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（板厚方向）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れる。この第二実施形態は、長尺タンクで、樹脂流動長が長く、且つ、樹脂注入機が複数必要な場合、特に有効である。

したがって、本実施形態では、第一実施形態と同様、ＲＴＭ含浸技術によりエポキシ樹脂を含浸させる際、ウェルド、ボイドを低減できると共に、タンク全体に均一に、且つ、低圧でエポキシ樹脂を含浸することができるため、タンク性能と含浸性確保を両立したタンクを製造することができる。

このように、本第二実施形態によれば、上述した第一実施形態と同様、ゲート（樹脂注入口）を複数設けた場合であっても、二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂにおいて樹脂流動を検知してから樹脂３を注入し、一次ゲート（第１の樹脂注入口）１４ａから注入した樹脂３と二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂから注入した樹脂３とをスムーズに合流させることで、樹脂３の合流角度を無くしてウェルドを無くすことが可能となる。

また、一次ゲート（第１の樹脂注入口）１４ａと二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂとに対応した複数の樹脂注入配管１６、１９（樹脂注入機６０）を設置することで、プリフォーム２が大型化しても均一に樹脂３を含浸させることができる。

＜第１、第２実施形態の変形形態＞
なお、上述した第１、第２実施形態においては、二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂからの樹脂３の注入方向（吐出方向）は、プリフォーム２（のライナー）の軸方向に対して略垂直に設定されており、一次ゲート１４ａから金型１０内に注入されてタンク両端部（に位置する二次ゲート１４ｂに対応する箇所）に到達した樹脂３と二次ゲート１４ｂから金型１０内に注入された樹脂３とが、二次ゲート１４ｂ付近において略垂直に合流することになる。

一方、図１２、図１３に示すように、二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂからの樹脂３の注入方向（吐出方向）（矢印Ｓ方向）を、プリフォーム２（のライナー）の軸方向に対して傾斜、より詳しくは、一次ゲート（第１の樹脂注入口）１４ａから二次ゲート（第２の樹脂注入口）１４ｂに向かう方向（矢印Ｔ方向）に向かって傾斜させ、一次ゲート１４ａから金型１０内に注入されてタンク両端部（に位置する二次ゲート１４ｂに対応する箇所）に到達した樹脂３と二次ゲート１４ｂから金型１０内に注入された樹脂３とを、二次ゲート１４ｂ付近において傾斜した方向で合流させることで、二次ゲート１４ｂ付近において樹脂合流角度を更に低減でき、一次ゲート１４ａから金型１０内に注入されてタンク両端部（に位置する二次ゲート１４ｂに対応する箇所）に到達した樹脂３と二次ゲート１４ｂから金型１０内に注入された樹脂３とを、二次ゲート１４ｂ付近において更にスムーズに合流させることができる。

なお、理解を容易にするために、図１３は、開閉ゲートコア１７やプリフォーム２を省略すると共に、樹脂３の流れ（方向）を実線矢印で示している。

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 圧力センサ（検知部）
１４ａ 一次ゲート（第１の樹脂注入口）
１４ｂ 二次ゲート（第２の樹脂注入口）
１５ 真空脱気配管（真空脱気機構）
１６ 樹脂注入配管（第１、第２の樹脂注入機構）
１６ａ ランナー（第１の樹脂注入機構）
１６ｂ 分岐ランナー（第２の樹脂注入機構）
１７ 開閉ゲートコア
１９ 樹脂注入配管（第二実施形態）
１９ａ ランナー（第二実施形態）
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（第１、第２の樹脂注入機構）
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 (14)

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の樹脂注入口と、第２の樹脂注入口と、内部の樹脂流動を検知する検知部とを有する金型を用意する工程と、
   前記プリフォームを前記金型内に配置する工程と、
   前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入する工程と、
   前記検知部により前記第１の樹脂注入口から注入された前記樹脂が前記第２の樹脂注入口に到達したことを検知したとき、前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入し、前記第１の樹脂注入口から注入された前記樹脂と前記第２の樹脂注入口から注入された前記樹脂とを合流させる工程と、を含み、
   前記第２の樹脂注入口の前記樹脂の注入方向は、前記第１の樹脂注入口から前記第２の樹脂注入口に向かう方向に向かって傾斜してい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、
   前記検知部は、前記金型内を流動する樹脂の圧力を検知する圧力センサで構成されてい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、
   前記第１の樹脂注入口は、前記第２の樹脂注入口よりも前記プリフォームの中央寄りに設けられてい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、
   前記第１の樹脂注入口と前記第２の樹脂注入口に、共通の樹脂注入機を介して樹脂を供給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、
   前記第１の樹脂注入口と前記第２の樹脂注入口に、それぞれ別個の樹脂注入機を介して樹脂を供給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. 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、
   前記樹脂は、熱硬化性樹脂で構成されていることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造方法。
7. 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、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、
   前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入する工程および前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入する工程において、前記金型内の前記第２の隙間に向けて前記樹脂を注入し、
   前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入する工程および前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入する工程の後に、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、前記金型内の前記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。
8. 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の樹脂注入口と、第２の樹脂注入口と、内部の樹脂流動を検知する検知部とを有する金型と、
   前記金型を開閉方向に駆動するための駆動機構と、
   前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入するための第１の樹脂注入機構と、
   前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入するための第２の樹脂注入機構と、
   前記検知部の検知情報を取得すると共に、前記駆動機構、前記第１の樹脂注入機構、および前記第２の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、前記プリフォームを前記金型内に配置し、
   前記第１の樹脂注入機構によって、前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入し、
   前記検知部により前記第１の樹脂注入口から注入された前記樹脂が前記第２の樹脂注入口に到達したことを検知したとき、前記第２の樹脂注入機構によって、前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入し、前記第１の樹脂注入口から注入された前記樹脂と前記第２の樹脂注入口から注入された前記樹脂とを合流させ、
   前記第２の樹脂注入口の前記樹脂の注入方向は、前記第１の樹脂注入口から前記第２の樹脂注入口に向かう方向に向かって傾斜してい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８に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置において、
   前記検知部は、前記金型内を流動する樹脂の圧力を検知する圧力センサで構成されてい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８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１の樹脂注入口は、前記第２の樹脂注入口よりも前記プリフォームの中央寄りに設けられてい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８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１の樹脂注入口と前記第２の樹脂注入口に、共通の樹脂注入機を介して樹脂が供給され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８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１の樹脂注入口と前記第２の樹脂注入口に、それぞれ別個の樹脂注入機を介して樹脂が供給されることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造装置。
13. 請求項８に記載の繊維強化樹脂成形品の製造装置において、
    前記樹脂は、熱硬化性樹脂で構成されていることを特徴とする繊維強化樹脂成形品の製造装置。
14. 請求項８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、第１の型と第２の型とを含み、
    前記制御装置は、
    前記プリフォームを前記金型内に配置するときに、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、
    前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入するときおよび前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入するときに、前記金型内の前記第２の隙間に向けて前記樹脂を注入し、
    前記金型内に前記第１の樹脂注入口から樹脂を注入した後および前記金型内に前記第２の樹脂注入口から樹脂を注入した後に、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。

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