JP7287322B2 - 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２０１９－０８１３１０号公報

このような高圧タンクの製造方法では、金型内で高圧タンク（の繊維層）に含浸させた樹脂を硬化させた後、ゲートカットを行い、余分な樹脂を取り除く必要がある（例えば特許文献２参照）。現状、金型から成型後の高圧タンクを取り出した後、レーザやウォータジェットによってゲートカットを行っている。しかし、このような手法では、レーザによる樹脂の焦げやウォータジェットによる水分などの異物が高圧タンクに入り込んでしまうため、高圧タンクの強度低下につながるおそれがある。また、レーザやウォータジェットによる後処理に、設備投資や時間がかかると、コストアップになると共に、その処理時間が高圧タンク毎に変動すると、高圧タンクの硬化状態が変動して性能バラツキにつながるおそれもある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高圧タンク等の繊維強化樹脂成形品の強度を効果的に向上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、キャビティに熱硬化性樹脂からなる樹脂を注入するためのランナーが設けられると共に、前記ランナーの樹脂を切断すべく前記ランナーに対して相対的に可動する切断コアが設置された金型を用意する工程と、前記プリフォームを前記キャビティに配置する工程と、前記キャビティに前記ランナーを通して樹脂を注入する工程と、前記キャビティへの前記樹脂の注入を停止し、前記樹脂を硬化させつつ、前記切断コアを前記金型よりも高温に加熱する工程と、前記ランナーの前記切断コアが位置する部位の前記樹脂の粘度が所定範囲内になった際に、前記切断コアを前記ランナーに対して相対的に移動させて前記ランナーの前記樹脂を切断する工程と、前記プリフォームに含浸させた前記樹脂の硬化完了後、前記金型を開いて前記プリフォームを取り出す工程と、を含むことを特徴とする。

好ましい態様では、前記樹脂の硬化時間と粘度の関係から予め定められたタイミングで、前記ランナーの前記切断コアが位置する部位の前記樹脂の粘度が所定範囲内になったと判定する。

他の好ましい態様では、前記ランナーの前記樹脂を切断する工程において、前記切断コアによって前記ランナーの前記樹脂の一部を切断し、前記プリフォームを取り出す工程において、前記金型を開くときに、前記ランナーの前記樹脂における前記切断コアよりも前記キャビティ側の部分と前記キャビティ側とは反対側の部分との間に剪断を生じさせて、前記ランナーの前記樹脂の残部を切断する。

別の好ましい態様では、前記プリフォームを取り出す工程の後に、前記プリフォームを前記金型の温度よりも高い温度で加熱するアフターキュア工程を含む。

別の好ましい態様では、前記切断コアの加熱温度は、前記金型の温度よりも高く、前記アフターキュア工程の加熱温度よりも低い。

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キャビティ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、前記キャビティに前記ランナーを通して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、前記キャビティ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、キャビティに熱硬化性樹脂からなる樹脂を注入するためのランナーが設けられると共に、前記ランナーの樹脂を切断すべく前記ランナーに対して相対的に可動する切断コアが設置された金型と、前記切断コアを加熱するための加熱機構と、前記切断コアを駆動するための切断コア駆動機構と、前記金型を開閉方向に駆動するための金型駆動機構と、前記キャビティに前記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、前記加熱機構、前記切断コア駆動機構、前記金型駆動機構、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、前記金型駆動機構によって、前記プリフォームを前記キャビティに配置し、前記樹脂注入機構によって、前記キャビティに前記ランナーを通して樹脂を注入し、前記樹脂注入機構による前記キャビティへの前記樹脂の注入を停止し、前記樹脂を硬化させつつ、前記加熱機構によって、前記切断コアを前記金型よりも高温に加熱し、前記ランナーの前記切断コアが位置する部位の前記樹脂の粘度が所定範囲内になった際に、前記切断コア駆動機構によって、前記切断コアを前記ランナーに対して相対的に移動させて前記ランナーの前記樹脂を切断し、前記プリフォームに含浸させた前記樹脂の硬化完了後、前記金型駆動機構によって、前記金型を開いて前記プリフォームを取り出すことを特徴とする。

好ましい態様では、前記制御装置は、前記樹脂の硬化時間と粘度の関係から予め定められたタイミングで、前記ランナーの前記切断コアが位置する部位の前記樹脂の粘度が所定範囲内になったと判定する。

他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、前記ランナーの前記切断コアが位置する部位よりも前記キャビティ側とは反対側において前記ランナーの一部を形成すると共に、前記第２の型と一体移動可能かつ前記第１の型に対して相対移動可能な押出し部材が設けられ、前記制御装置は、前記切断コア駆動機構によって、前記切断コアを前記ランナーに対して相対的に移動させて前記ランナーの前記樹脂の一部を切断し、前記金型駆動機構によって前記金型を開くときに、前記第２の型と前記押出し部材で前記ランナーの前記樹脂における前記切断コアよりも前記キャビティ側とは反対側の部分を挟持し、前記ランナーの前記樹脂における前記切断コアよりも前記キャビティ側の部分と前記キャビティ側とは反対側の部分との間に剪断を生じさせて、前記ランナーの前記樹脂の残部を切断する。

別の好ましい態様では、前記プリフォームを取り出した後に、前記プリフォームを前記金型の温度よりも高い温度で加熱するアフターキュア工程を実施するための硬化炉をさらに備える。

別の好ましい態様では、前記切断コアの加熱温度は、前記金型の温度より高く、前記アフターキュア工程の加熱温度よりも低い。

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、前記金型駆動機構によって、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、前記キャビティに前記ランナーを通して樹脂を注入しつつ、前記金型駆動機構によって、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、前記キャビティの前記樹脂を圧縮充填する。

本発明の一態様によれば、金型よりも高温に加熱した切断コアを用いて切断箇所の樹脂の硬化を促進すると共に、その切断コアで切断箇所の樹脂の切断を行うことで、異物なしでゲートカットすることが可能となり、かつ、硬化状態が安定するため、高圧タンク等の繊維強化樹脂成形品の強度を向上させることができる。

また、アフターキュア工程によって、高圧タンク等の繊維強化樹脂成形品の強度を向上させることができると共に、金型内でゲートカットを行うことで、アフターキュアを行うまでの製品の温度変化が少なくて済むため、高圧タンク等の繊維強化樹脂成形品の強度、品質を効果的に向上させることができる。

また、切断コアの温度を所定範囲とすることで、切断箇所において良好な切断面を得ることができるため、高圧タンク等の繊維強化樹脂成形品の強度を効果的に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、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・切断コア高温加熱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、切断コア上昇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、樹脂硬化完了工程の状態を示す縦断面図である。 樹脂（エポキシ樹脂）の硬化時間と粘度の関係を示す概略図である。 ランナー内の樹脂の切断構成例の説明に供される要部拡大縦断面図である。

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。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。また、樹脂の硬化時間を短縮するため、金型温度を樹脂硬化開始温度まで上昇させると、粘度上昇が著しく、大型円筒形状の高圧タンクの樹脂流動端末部まで樹脂を含浸させるのが困難である。また、低粘度化による樹脂含浸性向上のため、金型温度を下げると、樹脂の硬化時間が長くなると共に、エポキシ樹脂の分子間結合が低くなり、性能低下につながる。

そのため、ＲＴＭ金型内で脱型可能レベルの低温での金型温度でＲＴＭ成形を行う場合は、物性確保のため、高温でのアフターキュアが必要である。しかし、ＲＴＭ成形とアフターキュアとの間に、時間やタンク温度の変動があると、タンク自体の品質、性能低下が発生する。例えばＲＴＭ成形後に、ランナー、ゲート等、タンク製品以外の部位を処理する際、そのような後処理に設備投資や時間がかかるとコストアップにつながると共に、その処理時間がタンク毎に変動し、タンク温度の低下や変動が発生すると、タンク硬化状態が変動して性能バラツキが発生して重要品質問題につながる。

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（熱硬化性樹脂）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９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９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９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９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９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３箇所のゲート１４から）金型１０内（キャビティ９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、主ランナー１６ａがキャビティ９側へ延設されると共に、前記主ランナー１６ａから分岐して、キャビティ９に開口するゲート（樹脂注入口）１４を形成するランナー１６ｂが複数個延設されている。本例では、ゲート１４は、３箇所設けられており、中央のゲート１４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、両端のゲート１４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。なお、主ランナー１６ａから分岐するランナー１６ｂの個数や大きさ、ゲート１４の開口位置や大きさなどは、図示例に限られない。

樹脂注入配管１６を流れる樹脂３は、主ランナー１６ａから３個のランナー１６ｂに流動する。そのため、樹脂注入機６０から樹脂注入配管１６および主ランナー１６ａ、ランナー１６ｂを介してゲート１４（３箇所）から金型１０内（キャビティ９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および主ランナー１６ａ、ランナー１６ｂは、金型１０内（キャビティ９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、金型１０には、ランナー１６ｂを流動すると共に所定粘度に硬化した後の樹脂３を切断（ゲートカットともいう）すべく、ランナー１６ｂに対して相対的に上下動する可動コアである切断コア１７が設置されている。本例では、下型１１におけるキャビティ９付近に、言い換えれば、ゲート１４の近傍に、上下方向に延びる嵌合溝１１ａが設けられ、この嵌合溝１１ａに、ランナー１６ｂ内の樹脂３を切断する刃先を有する切断コア１７が上下摺動可能に収容されている。本実施形態において、切断コア１７は、加熱機構８０によって所定温度に加熱できるようになっている（後で説明）。

ここで、ランナー１６ｂ内の樹脂３を（完全に）切断するための構成例を、図１１を参照して説明する。

図１１にその要部断面が拡大図示されているように、下型１１には、上記嵌合溝１１ａおよび切断コア１７等に加えて、ランナー１６ｂにおける切断コア１７と樹脂注入配管１６との間、言い換えれば、ランナー１６ｂにおける切断コア１７が位置する部位よりも上流側から下方に延びる挿通穴１１ｂが設けられ、この挿通穴１１ｂに、押出し部材としての押出しピン１９が上下摺動可能に嵌挿されている。この押出しピン１９は、先端面（上端面）がランナー１６ｂの一部を形成すると共に、上型１２と共に（上型１２と一体となって）移動するようになっており、下型１１に対しては上下方向に相対移動可能となっている。なお、図１１に示す例では、切断コア１７および押出しピン１９の先端面（上端面）がランナー１６ｂの底面と面一になっているが、ランナー１６ｂの底面と面一でなくてもよい。

製造フローの全体については後で説明するが、ランナー１６ｂ内の樹脂３の切断は、次のようにして行われる。まず、樹脂注入配管１６内を流れた（未硬化の）樹脂３が、主ランナー１６ａおよびランナー１６ｂを通してゲート１４からキャビティ９内に射出・注入される（後述する樹脂注入工程：Ｓ２０６、および、本締め工程：Ｓ２０７）。このとき、押出しピン１９の先端面（上端面）はランナー１６ｂの一部を形成すると共に、切断コア１７は金型温度に保温されている。

キャビティ９内への樹脂注入停止後、樹脂３を硬化させつつ、加熱機構８０によって切断コア１７を高温加熱する（後述する樹脂注入停止・切断コア高温加熱工程：Ｓ２０８）。このとき、切断コア１７は、金型１０の温度（約100℃）から金型１０よりも高温（約130℃）に加熱する。

所定時間経過後（切断コア１７が位置する部位の樹脂３が半硬化状態になったタイミングで）、切断コア１７を（ランナー１６ｂに対して相対的に）上昇させ、切断コア１７の刃先でランナー１６ｂ内の切断コア１７が位置する部位の樹脂３を切断する（後述する切断コア上昇工程：Ｓ２０９）。このとき、金型１０（上型１２）や切断コア１７の刃先の破損防止、耐久性確保のため、切断コア１７の刃先が上型１２（の下面）に接触しない位置まで上昇させる。そのため、ランナー１６ｂ内の切断コア１７が位置する部位の樹脂３は、上部を残すように切断されることになる。換言すれば、この段階では、ランナー１６ｂ内の樹脂３は、完全には切断されていない。

キャビティ９内の樹脂硬化完了後、金型１０（上型１２）を開いて、高圧タンクを取り出す（後述する脱型工程：Ｓ２１１）。このとき、上型１２を下型１１に対して上昇させると、前記下型１１内に挿通された押出しピン１９は上型１２と共に（上型１２と一体となって）上昇する。そのため、ランナー１６ｂ内の樹脂３の切断コア１７よりも上流側の部分（切断コア１７に対してキャビティ９側とは反対側の部分）は、上型１２（の下面）と押出しピン１９（の上端面）に挟持された状態でそれらと共に上昇する。一方、ランナー１６ｂ内の樹脂３の切断コア１７よりも下流側の部分（切断コア１７に対してキャビティ９側の部分）は、成型後の高圧タンクと共に下型１１上に配置されたままとなる。これにより、ランナー１６ｂ内の樹脂３において切断コア１７よりも下流側の部分と上流側の部分との間で（上下方向の）剪断が生じ、切断コア１７によって切断されずに残っていた樹脂３の上部（残部）が剪断によって切断され、切断コア１７の前後でランナー１６ｂ内の樹脂３が完全に切断されることになる。

なお、前述のランナー１６ｂ内の樹脂３を切断するための構成例は一例であって、例えば、切断コア１７の刃先でランナー１６ｂ内の樹脂３を完全に切断してもよいことは勿論である。

また、図示は省略するが、本実施形態の製造装置１は、金型１０から取り出した後の高圧タンク４（すなわち、樹脂３の含浸・硬化後のプリフォーム２）を金型１０の温度（例えば約80℃～100℃）よりも高い温度（例えば約140℃～160℃）で加熱するアフターキュア工程を実施するための硬化炉を備えている。

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）に駆動するための金型駆動機構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、切断コア１７を切断方向（上下方向）に駆動するための切断コア駆動機構７０と、切断コア１７を加熱するための加熱機構８０と、製造装置１全体の稼働状態（詳しくは、搬送機構２０、金型駆動機構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、切断コア駆動機構７０、加熱機構８０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・切断コア高温加熱工程、切断コア上昇工程、および樹脂硬化工程の状態を示す縦断面図である。また、図１０は、半硬化状態の判定に参照する、樹脂（エポキシ樹脂）の硬化時間と粘度の関係を示す概略図である。

（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（下型１１）には、上述したように、加熱機構８０により所定温度に加熱可能な切断コア１７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。また、この所定温度は、脱型可能レベルの低温であることが望ましく、例えば約80℃～100℃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と金型駆動機構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との間に形成されるキャビティ９）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（のキャビティ９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、金型駆動機構３０が、制御装置９０の制御に従って、切断コア１７を下げた状態で型締めを開始し、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）。

（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、主ランナー１６ａおよびランナー１６ｂを通してゲート（図示例では、プリフォーム２の中央部および両端部に設けられた３箇所のゲート）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）
その後、制御装置９０が金型駆動機構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の繊維層の積層内に含浸させる。

（樹脂注入停止・切断コア高温加熱工程：Ｓ２０８）
そして、樹脂３が繊維層内に含浸完了後、金型１０内（キャビティ９内）への樹脂３の注入を停止して、樹脂３を硬化させる（図７）。同時に、制御装置９０が加熱機構８０を制御することによって、切断コア１７のみ高温加熱を開始する。ここで、切断コア１７は、金型１０の温度（例えば約80℃～100℃）から、金型１０よりも高い温度（例えば約120℃～140℃）に加熱する。これによって、ランナー１６ｂ内の切断コア１７が位置する部位の樹脂３の硬化を加速・促進する。また、金型１０よりも相対的に体積の小さい切断コア１７のみ高温加熱を行うことで、ランナー１６ｂ内の切断コア１７が位置する部位の樹脂３を効果的に（言い換えれば、短時間で）硬化することができる。

（切断コア上昇工程：Ｓ２０９）
切断コア１７の高温加熱によって、ランナー１６ｂ内の切断コア１７が位置する部位（以下、製品以外の部位という）の樹脂３が半硬化状態になったタイミングで、制御装置９０が切断コア駆動機構７０を制御することによって、切断コア１７を上昇して、製品以外の部位の樹脂３を切断する（図８）。製品以外の部位の樹脂３が半硬化状態になるタイミングは、例えば図１０に示す樹脂３の硬化時間と粘度との関係から予め定められたタイミングとして判定することが可能である。また、「半硬化状態」とは、樹脂３の粘度が所定範囲内の状態であり、本実施形態においては、硬化が開始して粘度が上昇した後に一旦下降し始める状態から、完全硬化による最高粘度の約90％の粘度に到達する状態までの状態をいう。ここで、切断コア１７の温度（例えば約120℃～140℃）を維持しつつ、当該切断コア１７で樹脂３を切断することが望ましい。

（樹脂硬化工程：Ｓ２１０）
前述の切断コア１７による切断後、金型１０内（キャビティ９内）の樹脂３（詳しくは、キャビティ９内のプリフォーム２に含浸させた樹脂３）を硬化させる（図９）。ここでの樹脂３の硬度（粘度）は、脱型可能レベルの硬度である。

（脱型工程：Ｓ２１１）
樹脂３の硬化完了後、制御装置９０が金型駆動機構３０を制御することによって、金型１０（上型１２）を開いて、金型１０から成形後の高圧タンク４（樹脂３の含浸・硬化後のプリフォーム２）を取り出す。なお、本実施形態では、上型１２を開く際に、製品以外の部位の樹脂３が完全に切断（剪断）される（図１１参照）。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。

（アフターキュア工程：Ｓ２１２）
その後、制御装置９０が搬送機構２０を制御することによって、金型１０から取り出した成形後の高圧タンク４を、アフターキュア工程を実施するための硬化炉（不図示）に搬送する。アフターキュア工程は、当該高圧タンク４を金型１０の温度（例えば約80℃～100℃）よりも高い温度（例えば約140℃～160℃）で加熱する工程である。これによって、高圧タンク４の樹脂３の分子間結合を強め（反応促進）、高圧タンク４の樹脂３を製品として物性が安定する硬度まで硬化（完全硬化）させる。

なお、アフターキュア工程の加熱温度は、切断コア１７の加熱温度よりも高い。換言すれば、前述の切断コア１７の加熱温度（例えば約120℃～140℃）は、金型１０の温度（例えば約80℃～100℃）よりも高く、アフターキュア工程の加熱温度（例えば約140℃～160℃）よりも低い。例えば、切断コア１７の加熱温度が高すぎる（硬化温度以上にする）と、部分的に硬化が始まってしまい、後工程の樹脂硬化工程（Ｓ２１０）での硬化状態のバラツキの要因にもなる。言い換えれば、切断コア１７の加熱温度を高くし、タンク部分より完全硬化に近づけることで、樹脂３をきれいに切断できる（切断面が汚いと、そこから強度が下がる）が、切断コア１７の加熱温度をさらに高くし、完全硬化させてしまうと、タンク部分と一体化しない（異物となってしまうため、そこから強度が下がる）。

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工法によるタンク製造時、エポキシ樹脂含浸、金型内硬化後に、製品部位以外のランナー、ゲート等を切断、後処理する際、続くアフターキュア工程までの時間やタンク温度が変動すると、タンク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工法での硬化条件（時間、温度）の制御、安定化と、ＲＴＭ金型内での後処理実施による工程集約のため、ＲＴＭ工程での樹脂含浸中に、金型内にタンク製品部位以外を切断する可動コアである切断コア１７と切断コア用加熱機構８０を設置して、切断部位を急速硬化しながら金型内で切断することで、ＲＴＭ樹脂含浸工程内で、製品部位以外を除去する。

タンク（プリフォーム２）を金型１０にセットして型締め後に樹脂３を注入した後、タンク内（プリフォーム２の繊維層）に樹脂３を含浸させて硬化させる。樹脂３の硬化が開始したタイミングで、切断部位の切断コア１７の高温加熱を開始して、製品部位以外の切断部位の樹脂３を硬化促進する。切断部位の樹脂３のみ半硬化したタイミングで、加熱された切断コア１７が上昇して、金型内で切断部位の樹脂３を切断する。その後、樹脂３が硬化完了してタンク取り出し後、タンクのみアフターキュア工程に連続して送ることで、高圧タンクを製造する。エポキシ樹脂含浸、金型内硬化後のアフターキュア工程までの時間、温度が変動することがないので、硬化反応が安定した高圧タンクを製造することができる。

なお、金型全体を高温加熱することはないので、加熱による粘度上昇で、エポキシ樹脂の含浸性が低下することはなく、ＲＴＭ金型内でタンク製品部位以外の切断部位の樹脂３を切断でき、連続生産が可能である。

これにより、本実施形態では、ＲＴＭ含浸技術で厚肉タンクを成形する際、金型内でタンク製品部位以外の切断部位の樹脂３を切断することで、硬化反応を制御、安定化させると共に、後処理工程集約による連続生産も可能となるため、樹脂含浸性、品質、タンク性能向上と低コスト化を両立した高圧タンク４を製造することができる。

以上より、本実施形態によれば、金型１０よりも高温に加熱した切断コア１７を用いてランナー１６ｂの切断箇所の樹脂（熱硬化性樹脂）３の硬化を促進すると共に、その切断コア１７でランナー１６ｂの切断箇所の樹脂３の切断を行うことで、異物なしでゲートカットすることが可能となり、かつ、硬化状態が安定するため、高圧タンク（繊維強化樹脂成形品）４の強度を向上させることができる。

また、アフターキュア工程によって、高圧タンク（繊維強化樹脂成形品）４の強度を向上させることができると共に、金型１０内でゲートカットを行うことで、アフターキュアを行うまでの製品の温度変化が少なくて済むため、高圧タンク（繊維強化樹脂成形品）４の強度、品質を効果的に向上させることができる。

また、切断コア１７の温度を所定範囲とすることで、ランナー１６ｂの切断箇所において良好な切断面を得ることができるため、高圧タンク（繊維強化樹脂成形品）４の強度を効果的に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）
９ キャビティ
１０ 金型
１１ 下型（第１の型）
１１ａ 嵌合溝
１１ｂ 挿通穴
１２ 上型（第２の型）
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 主ランナー（樹脂注入機構）
１６ｂ ランナー（樹脂注入機構）
１７ 切断コア
１９ 押出しピン（押出し部材）
２０ 搬送機構
２５ シャフト
３０ 金型駆動機構
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
７０ 切断コア駆動機構
８０ 加熱機構
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、
   キャビティに熱硬化性樹脂からなる樹脂を注入するためのランナーが設けられると共に、前記ランナーの樹脂を切断すべく前記ランナーに対して相対的に可動する切断コアが設置された金型を用意する工程と、
   前記プリフォームを前記キャビティに配置する工程と、
   前記キャビティに前記ランナーを通して樹脂を注入する工程と、
   前記キャビティへの前記樹脂の注入を停止し、前記樹脂を硬化させつつ、前記切断コアを前記金型よりも高温に加熱する工程と、
   前記ランナーの前記切断コアが位置する部位の前記樹脂の粘度が所定範囲内になった際に、前記切断コアを前記ランナーに対して相対的に移動させて前記ランナーの前記樹脂を切断する工程と、
   前記プリフォームに含浸させた前記樹脂の硬化完了後、前記金型を開いて前記繊維強化樹脂成形品を取り出す工程と、を含み、
   前記ランナーの前記樹脂を切断する工程において、前記切断コアによって前記ランナーの前記樹脂の一部を切断し、
   前記繊維強化樹脂成形品を取り出す工程において、前記金型を開くときに、前記ランナーの前記樹脂における前記切断コアよりも前記キャビティ側の部分と前記キャビティ側とは反対側の部分との間に剪断を生じさせて、前記ランナーの前記樹脂の残部を切断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、
   前記樹脂の硬化時間と粘度の関係から予め定められたタイミングで、前記ランナーの前記切断コアが位置する部位の前記樹脂の粘度が所定範囲内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、
   前記繊維強化樹脂成形品を取り出す工程の後に、前記繊維強化樹脂成形品を前記金型の温度よりも高い温度で加熱するアフターキュア工程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。
4. 請求項３に記載の繊維強化樹脂成形品の製造方法において、
   前記切断コアの加熱温度は、前記金型の温度よりも高く、前記アフターキュア工程の加熱温度よりも低い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、第１の型と第２の型とを含み、
   前記プリフォームを前記キャビティ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、
   前記キャビティに前記ランナーを通して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、前記キャビティ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。
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、
   キャビティに熱硬化性樹脂からなる樹脂を注入するためのランナーが設けられると共に、前記ランナーの樹脂を切断すべく前記ランナーに対して相対的に可動する切断コアが設置された金型と、
   前記切断コアを加熱するための加熱機構と、
   前記切断コアを駆動するための切断コア駆動機構と、
   前記金型を開閉方向に駆動するための金型駆動機構と、
   前記キャビティに前記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、
   前記加熱機構、前記切断コア駆動機構、前記金型駆動機構、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、
   前記金型駆動機構によって、前記プリフォームを前記キャビティに配置し、
   前記樹脂注入機構によって、前記キャビティに前記ランナーを通して樹脂を注入し、
   前記樹脂注入機構による前記キャビティへの前記樹脂の注入を停止し、前記樹脂を硬化させつつ、前記加熱機構によって、前記切断コアを前記金型よりも高温に加熱し、
   前記ランナーの前記切断コアが位置する部位の前記樹脂の粘度が所定範囲内になった際に、前記切断コア駆動機構によって、前記切断コアを前記ランナーに対して相対的に移動させて前記ランナーの前記樹脂を切断し、
   前記プリフォームに含浸させた前記樹脂の硬化完了後、前記金型駆動機構によって、前記金型を開いて前記繊維強化樹脂成形品を取り出し、
   前記金型は、第１の型と第２の型とを含み、前記ランナーの前記切断コアが位置する部位よりも前記キャビティ側とは反対側において前記ランナーの一部を形成すると共に、前記第２の型と一体移動可能かつ前記第１の型に対して相対移動可能な押出し部材が設けられ、
   前記制御装置は、
   前記切断コア駆動機構によって、前記切断コアを前記ランナーに対して相対的に移動させて前記ランナーの前記樹脂の一部を切断し、
   前記金型駆動機構によって前記金型を開くときに、前記第２の型と前記押出し部材で前記ランナーの前記樹脂における前記切断コアよりも前記キャビティ側とは反対側の部分を挟持し、前記ランナーの前記樹脂における前記切断コアよりも前記キャビティ側の部分と前記キャビティ側とは反対側の部分との間に剪断を生じさせて、前記ランナーの前記樹脂の残部を切断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、前記樹脂の硬化時間と粘度の関係から予め定められたタイミングで、前記ランナーの前記切断コアが位置する部位の前記樹脂の粘度が所定範囲内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、
   前記繊維強化樹脂成形品を取り出した後に、前記繊維強化樹脂成形品を前記金型の温度よりも高い温度で加熱するアフターキュア工程を実施するための硬化炉をさらに備え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、
   前記切断コアの加熱温度は、前記金型の温度より高く、前記アフターキュア工程の加熱温度よりも低い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、
    前記金型駆動機構によって、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、前記キャビティに前記ランナーを通して樹脂を注入しつつ、前記金型駆動機構によって、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、前記キャビティ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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