(57)【要約】【課題】熱硬化性樹脂を繊維に含浸させたプリプレグから作製されるプリプレグ部材を製造するに当たり、生産性を低下させることなく、当該プリプレグ部材の強度を確実に確保することのできるプリプレグ部材の製造方法を提供する。【解決手段】含浸工程（Ｓ１２）において、一部の繊維に含浸させる熱硬化性樹脂に蛍光剤を添加し、巻付け工程（Ｓ２２）において、ライナに紫外光を照射しながら繊維の巻付けを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維に熱硬化性樹脂を含浸させる含浸工程と、
前記熱硬化性樹脂を含浸した前記繊維をライナに巻付ける巻付け工程と、
前記熱硬化性樹脂を硬化させる硬化工程と、を含むプリプレグ部材の製造方法であって、
前記含浸工程において、一部の繊維に含浸させる熱硬化性樹脂に蛍光剤を添加し、
前記巻付け工程において、前記ライナに紫外光を照射しながら前記繊維の巻付けを行う、プリプレグ部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリプレグ部材の製造方法に係り、例えば、高圧の水素を貯蔵する高圧ガスタンク等のプリプレグ部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば高圧の水素を貯蔵する高圧ガスタンク等のプリプレグ部材を製造する方法として、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）を繊維（例えば、炭素繊維）に含浸させたプリプレグを、フィラメントワインディング法（ＦＷ法）を利用して中空のライナの外側に巻付けた後に、加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる方法がある（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献２には、上記のような高圧ガスタンクの製造において、当該高圧ガスタンクの性能向上やプリプレグの硬化時間の短縮等のために、紫外線硬化性樹脂が含浸された繊維に紫外線を照射しつつ、前記繊維をライナの外周に巻回して繊維強化樹脂層を形成し、それにより得られたタンク中間品を加熱して、前記巻回された繊維を硬化させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０２７２１８号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２４８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記高圧ガスタンクの強度を確保するためには、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維（プリプレグ）をライナに対して正しい位置、角度で巻付ける必要がある。しかし、前記繊維は、一般に複数層に亘ってライナに巻付けられるので、視認性が悪く、前記繊維の巻付け状態を確認するためには、巻付け工程を一旦中断し、作業者が経験等に基づいて前記繊維を目視にて識別して前記巻付け状態を確認する必要があった。そのため、確認作業に多くの時間がかかって生産性が低下するという問題や、巻付け工程を途中で中断することで巻付け状態が不連続となり、当該高圧ガスタンクの強度が低下してしまう可能性があった。
【０００６】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、熱硬化性樹脂を繊維に含浸させたプリプレグから作製されるプリプレグ部材を製造するに当たり、生産性を低下させることなく、当該プリプレグ部材の強度を確実に確保することのできるプリプレグ部材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明によるプリプレグ部材の製造方法は、繊維に熱硬化性樹脂を含浸させる含浸工程と、前記熱硬化性樹脂を含浸した前記繊維をライナに巻付ける巻付け工程と、前記熱硬化性樹脂を硬化させる硬化工程と、を含むプリプレグ部材の製造方法であって、前記含浸工程において、一部の繊維に含浸させる熱硬化性樹脂に蛍光剤を添加し、前記巻付け工程において、前記ライナに紫外光を照射しながら前記繊維の巻付けを行う方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、蛍光剤が添加された繊維（プリプレグ）が巻付け工程にて紫外光によって発光するので、ライナに対して繊維の巻付けを行いながら当該ライナに対する繊維の位置、角度を確認できるため、プリプレグ部材の製造に当たり、生産性を低下させることなく、当該プリプレグ部材の強度を確実に確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるプリプレグ部材としての高圧ガスタンクの製造方法を説明するフロー図。
【図２】プリプレグの製造装置の一例の全体構成を示す概略図。
【図３】図２に示すプリプレグの製造装置で製造されたプリプレグを使用した、高圧ガスタンクの製造装置の一例の全体構成を示す概略図。
【図４】図３に示す高圧ガスタンクの製造装置で製造される高圧ガスタンクの一部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明によるプリプレグ部材の製造方法の実施形態を説明する。
【００１１】
なお、以下では、主に、例えば燃料電池自動車の水素を貯蔵するための、炭素繊維からなる繊維束であるトウにエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂を含浸させたトウプリプレグ（ＴＰＰ：Tow-Prepreg）が外殻部分等に使用される高圧ガスタンクを製造するための製造方法について説明するが、本発明は、シャフト、外板等のプリプレグ部材、また、トウプリプレグ以外の形態のプリプレグから作製されるプリプレグ部材を製造するための製造方法にも適用できることは勿論である。
【００１２】
図１は、本発明によるプリプレグ部材としての高圧ガスタンクの製造方法を説明するフロー図である。また、図２は、プリプレグの製造装置の一例の全体構成を示す概略図、図３は、図２に示すプリプレグの製造装置で製造されたプリプレグを使用した、高圧ガスタンクの製造装置の一例の全体構成を示す概略図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態による高圧ガスタンクの製造方法は、基本的に、繊維束（糸状の繊維（フィラメント）を数千〜数万本程度束ねたもの）にマトリックス樹脂である熱硬化性樹脂を含浸してなるプリプレグ（トウプリプレグ）を製造するプリプレグ製造工程（Ｓ１）と、プリプレグ製造工程（Ｓ１）にて製造されたプリプレグを複数（束）使用して、ＦＷ法により高圧ガスタンクを製造する高圧ガスタンク製造工程（Ｓ２）とで構成されている。
【００１４】
前記プリプレグ製造工程（Ｓ１）は、主に、繊維束を形成する繊維基材を巻出し用ボビンから巻出す繊維基材巻出し工程（Ｓ１１）、繊維束に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させる含浸工程（Ｓ１２）、熱硬化性樹脂が含浸された繊維束であるプリプレグを巻取り用ボビンに巻取るプリプレグ巻取り工程（Ｓ１３）を含んでいる。
【００１５】
そして、本実施形態では、前記含浸工程（Ｓ１２）において、後段の高圧ガスタンク製造工程（Ｓ２）でライナに巻付けられる一部の繊維束に含浸させる熱硬化性樹脂に蛍光剤を添加する。
【００１６】
より詳しくは、例えば、図２に示されるように、前記プリプレグ製造工程（Ｓ１）を実施するプリプレグの製造装置１０では、繊維束５を形成する繊維基材３を巻出し用ボビン１１に巻かれた状態から巻出し（繊維基材巻出し工程（Ｓ１１））、開繊、加熱等の前処理を施して繊維束５を作製した後、所定温度に加熱された複数（図示例では、２個）の含浸ローラ１２ａ、１２ｂに沿って繊維束５を送ることにより、当該繊維束５に熱硬化性樹脂６を含浸させる（含浸工程（Ｓ１２））。なお、ここでは、樹脂が塗工された含浸ローラ１２ａ、１２ｂに繊維束５を接触させる方法によって、繊維束５にマトリックス樹脂である熱硬化性樹脂６を含浸しているが、樹脂溶液を貯留した浸漬槽に繊維束を浸漬して含浸させる方法、繊維束の上から樹脂を塗布した後に加圧ローラ等により加圧する方法等の他の工程によって、前記繊維束５に熱硬化性樹脂６を含浸させても良い。
【００１７】
含浸ローラ１２ａ、１２ｂを通過して熱硬化性樹脂６が含浸された繊維束からなるプリプレグ７は、回転軸（不図示）周りに回転自在に配置された複数（図示例では、５個）の搬送ローラ１３ａ〜１３ｅの表面（外周面）に順次に沿うようにして搬送され、加熱等の後処理が施された後に、所定の回転速度で回転する巻取り用ボビン１５に巻取られる（プリプレグ巻取り工程（Ｓ１３））。
【００１８】
ここで、前記プリプレグ製造工程（Ｓ１）では、後段の高圧ガスタンク製造工程（Ｓ２）で使用される複数本（束）のプリプレグが製造されることになるが、そのうちの一部（本例では、高圧ガスタンク製造工程（Ｓ２）で使用される５本のプリプレグのうちの１本）の製造工程において、前記含浸工程（Ｓ１２）にて、繊維束５に含浸される熱硬化性樹脂６に蛍光剤が添加されており、蛍光剤が添加された熱硬化性樹脂６が繊維束５に含浸され、製造後のプリプレグ７（に含浸される熱硬化性樹脂６）が紫外光によって発光するようになっている。なお、蛍光剤の添加量は、熱硬化性樹脂６の特性に影響しない量（例えば、1%以下）とする。
【００１９】
前記プリプレグ製造工程（Ｓ１）に続いて前記高圧ガスタンク製造工程（Ｓ２）は、図１に示すように、基本的に、前記プリプレグ製造工程（Ｓ１）で製造された複数本のプリプレグをボビン（巻取り用ボビン）から巻出すプリプレグ巻出し工程（Ｓ２１）、複数本のプリプレグを集束してライナに巻付ける巻付け工程（Ｓ２２）、プリプレグに含まれる熱硬化性樹脂を硬化させる硬化工程（Ｓ２３）を含んでいる。
【００２０】
そして、本実施形態では、前記巻付け工程（Ｓ２２）において、前記ライナに紫外光を照射しながら前記プリプレグの巻付けを行うとともに、前記ライナに巻付けられるプリプレグを撮影した画像からライナに対するプリプレグの巻付け状態を確認する。
【００２１】
より詳しくは、例えば、図３に示されるように、前記高圧ガスタンク製造工程（Ｓ２）を実施する高圧ガスタンクの製造装置１では、前記プリプレグの製造装置１０で作製された複数本のプリプレグ７ａ〜７ｅ（図示例では、５本であって、そのうちの１本のプリプレグ７ａに含浸される熱硬化性樹脂には蛍光剤が添加されている）がそれぞれボビン１５ａ〜１５ｅに巻付けられており、前記複数本のプリプレグ７ａ〜７ｅを、各ボビン１５ａ〜１５ｅに巻付けられた状態から、各ボビン１５ａ〜１５ｅに対応して配置された供給ローラ１６ａ〜１６ｅ、入口ローラ１７、複数（図示例では、２個）のダンサーローラ１８ａ、１８ｂ、複数（図示例では、３個）の給糸ローラ１９ａ〜１９ｃを介して繰出し装置（例えば、アイトラバース装置）２０まで搬送する（プリプレグ巻出し工程（Ｓ２１））。入口ローラ１７では、各供給ローラ１６ａ〜１６ｅから送り出された各プリプレグ７ａ〜７ｅを受け入れるとともに、各プリプレグ７ａ〜７ｅを例えば並列に整列させて送り出す。ダンサーローラ１８ａ、１８ｂでは、例えば各ダンサーローラ１８ａ、１８ｂが所定の軸を回転中心として揺動したり上下動したりすることで、搬送中の各プリプレグ７ａ〜７ｅに生じる張力を調整する。
【００２２】
次いで、前記複数の給糸ローラ１９ａ〜１９ｃに順次に沿うようにして繰出し装置２０まで搬送された各プリプレグ７ａ〜７ｅを、緊密に纏めて当該繰出し部２０から繰出し、所定の回転速度で回転するライナ２１の外周部分に繰り返し（つまり、連続的に且つ複数層に亘って）巻付ける（巻付け工程（Ｓ２２））。このとき、前記ライナ２１の周りの所定箇所に発光装置２２と撮影装置（例えば、カメラ）２３をそれぞれ配置しておき、前記発光装置２２からライナ２１（の表面）に紫外光を照射するとともに、前記撮影装置２３によって前記ライナ２１及びライナ２１に巻付けられるプリプレグ７ａ〜７ｅ（そのうちの紫外光が照射される部分）を撮影する。
【００２３】
この巻付け時において、前記ライナ２１に対する各プリプレグ７ａ〜７ｅの位置や角度は、繰出し装置２０やライナ２１（の回転速度）等を制御することによって変更されるが、本実施形態では、前記ライナ２１に同時に巻付けられるプリプレグ７ａ〜７ｅの一部（図示例では、５本のプリプレグ７ａ〜７ｅのうちの蛍光剤が添加されている１本のプリプレグ７ａ）が、発光装置２２から照射される紫外光によって発光する（図４参照）。そのため、前記撮影装置２３によって撮影される画像を不図示の画像処理装置等によって逐次解析することにより、前記ライナ２１にプリプレグ７ａ〜７ｅを巻付けながら（すなわち、巻付け工程を停止することなく）、前記ライナ２１に対する各プリプレグ７ａ〜７ｅの位置、角度（特に、蛍光剤が添加されたプリプレグ７ａの位置、角度）といった品質保証に必要な巻付け状態を確認できる。
【００２４】
そして、プリプレグ７ａ〜７ｅが巻付けられたライナ２１を加熱炉内に収容して前記プリプレグ７ａ〜７ｅに含まれる熱硬化性樹脂６を硬化させた後（硬化工程（Ｓ２３））、樹脂硬化後のライナ２１を加熱炉内から取り出し、冷却及びバリ等の除去を行う。これにより、中空のライナ２１の外周を覆うようにプリプレグ７ａ〜７ｅからなる繊維強化樹脂層が形成された高圧ガスタンクが製造される。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、蛍光剤が添加された繊維束からなるプリプレグが巻付け工程（Ｓ２２）にて紫外光によって発光するので、ライナ２１に対してプリプレグの巻付けを行いながら（すなわち、巻付け工程を停止することなく）当該ライナ２１に対するプリプレグの位置、角度を確認できるため、高圧ガスタンク等のプリプレグ部材の製造に当たり、生産性を低下させることなく、当該プリプレグ部材の強度を確実に確保することが可能となる。
【００２６】
また、抜き取り検査等ではなく、製造対象となるプリプレグ部材の全数に対して前記プリプレグの巻付け状態を検査できるため、これによっても、品質保証レベルを向上させることが可能となる。
【００２７】
なお、上記実施形態では、炭素繊維からなる繊維束であるトウにエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂を含浸させたトウプリプレグを用いて、プリプレグ部材である高圧ガスタンクを製造する製造方法について説明したが、プリプレグ部材を形成する繊維（束）や熱硬化性樹脂は、適宜のものを選択し得る。例えば、繊維としては、前述した炭素繊維の他、例えば、ボロンやアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアなどのセラミック繊維、ガラス繊維などの無機繊維、銅や鋼、アルミニウム、ステンレスなどの金属繊維、ポリアミドやポリエステル、セルロース、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの有機繊維のいずれか一種もしくは二種以上の混合物を採用し得る。また、熱硬化性樹脂としては、前述したエポキシ樹脂の他、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタンなどを採用し得る。
【００２８】
また、上記実施形態では、ライナに同時に巻付けられる複数本（５本）のプリプレグのうちの１本に含浸させる熱硬化性樹脂に蛍光剤を添加しているが、例えば、ライナに同時に巻付けられる複数本のプリプレグのうちの複数本（例えば、５本のプリプレグのうちの４本等）に蛍光剤を添加しても良い。この場合、前記撮影装置で撮影された画像から、蛍光剤が添加されていないプリプレグのライナに対する位置や角度を検出して、前記ライナに対する各プリプレグの位置、角度を確認することもできる。また、例えば、ライナに同時に巻付けられるプリプレグを偶数本用意し、奇数側を蛍光剤有りとし、偶数側を蛍光剤無しとすることで、ライナに同時に巻付けられる全てのプリプレグの位置や角度を精緻に検出することも可能となる。
【００２９】
また、上記実施形態では、プリプレグ製造工程（Ｓ１）と高圧ガスタンク製造工程（Ｓ２）とを分離し、予め繊維（束）に熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグを用いてフィラメントワインディングを行う、いわゆる、ドライ法のＦＷ法を利用しているが、例えば、フィラメントワインディングの途中に、繊維（束）に熱硬化性樹脂を含浸する工程を含む、いわゆる、ウェット法のＦＷ法を利用しても良い。この場合、製品形状を形作るライナに巻回される直前にプリプレグが作製される。
【００３０】
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。
【符号の説明】
【００３１】
１…高圧ガスタンク（プリプレグ部材）の製造装置、３…繊維基材、５…繊維束、６…熱硬化性樹脂、７…熱硬化性樹脂含浸後の繊維束（プリプレグ）、１０…プリプレグの製造装置、１１…巻出し用ボビン、１５、１５ａ〜１５ｅ…巻取り用ボビン、２１…ライナ、２２…発光装置、２３…撮影装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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