(57)【要約】      （修正有）【課題】ボイドの発生を防止または抑制させたプリプレグ繊維製造方法を提供する。【解決手段】プリプレグ繊維５０の製造装置１００は、搬送される繊維束１０を拡幅し、開繊する拡幅ローラ１２と、開繊した繊維束を挿通させるための、並列する複数のスリットを有する含浸用部材１４と、を備える。含浸用部材１４は、スリットに挿通させた開繊繊維束のそれぞれに樹脂液を連続的に吐出し、含浸させる樹脂液吐出孔を有し、開繊された繊維束が複数の開口部に挿通される際に、該開繊された繊維束に対して樹脂液を供給する樹脂液供給部とを備えたことを特徴とするプリプレグ繊維製造装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続した糸状の繊維を樹脂液に含浸させたプリプレグ繊維を製造するためのプリプレグ繊維製造方法であって、
前記繊維を複数束ねて構成される繊維束を拡幅して開繊する拡幅工程と、
前記拡幅工程において開繊された繊維束を、並列する複数の開口部に挿通させる挿通工程と、
前記開口部に挿通させた繊維束に樹脂液を連続的に供給し、繊維束に樹脂液を含浸させる含浸工程と、
を含むことを特徴とするプリプレグ繊維製造方法。
【請求項２】
連続した糸状の繊維を複数束ねて構成される繊維束を、所定の搬送路に沿って連続的に搬送する搬送部と、
搬送された繊維束を拡幅して開繊する拡幅部と、
開繊された繊維束を挿通させるための複数の開口部を有する開口部材と、
前記開繊された繊維束が複数の開口部に挿通される際に、該開繊された繊維束に対して樹脂液を供給する樹脂液供給部と、
を備えたことを特徴とするプリプレグ繊維製造装置。
【請求項３】
前記樹脂液供給部が、前記開口部材の内部から内面に向かって形成された、樹脂液を連続的に供給する供給路と、開口部材の内面に形成され、前記供給路に連通した吐出孔と、を介して樹脂液を繊維束に供給することを特徴とする請求項２に記載のプリプレグ繊維製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリプレグ繊維製造方法およびプリプレグ繊維製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素や窒素など、常温常圧状態における容積の大きな気体を高密度、小容量にて貯蔵するための容器として、所定の圧力により圧縮させて液体または気体として貯蔵する、圧力容器が使用されている。従来、耐圧性を有する鋼鉄製その他の金属製圧力容器が使用されてきたが、近年、天然ガスや水素ガスなどを貯蔵した圧力容器を車両などの移動体に搭載し、燃料として使用する技術に適用するため、圧力容器に対して要求される性能として、高密度化可能な耐圧性、耐久性はもちろんのこと、容器の軽量化も重要な課題となっていた。
【０００３】
一方、例えば炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）などの繊維強化樹脂（ＦＲＰ）を用いた圧力容器が知られている。ＦＲＰ製の圧力容器は一般に、金属製圧力容器よりも軽量であるため、車両などの移動体への搭載には有利であり、また、水素用圧力容器として使用する場合における、従来の鋼鉄製容器の課題であった水素脆化その他の懸念も少ないため、特に注目されている。
【０００４】
図６は、一般的なＦＲＰ製圧力容器の構成の概略を説明するための図である。図６に示す圧力容器２００は例えば、６−ナイロン（ナイロン６とも称する）、６，６−ナイロン（ナイロン６６とも称する）などのナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂などの熱可塑性樹脂で形成された中空形状のライナ３０と、ライナ３０の外周部分を被覆する繊維強化樹脂層（ＦＲＰ層）３２とを備え、構成されている。圧力容器２００にはまた、少なくとも一つの口金３８を有する。口金３８には、図示しないバルブが接続可能に構成されており、このバルブ操作により圧力容器２００の内外への高圧流体の流通を調節することができる。
【０００５】
図７は、図６に示すＡ−Ａ’断面の構成の概略を示す拡大図である。繊維強化樹脂層３２は一般に、長く連続した糸状の繊維（フィラメント）に熱硬化性樹脂などの樹脂液を含浸させ、必要に応じて乾燥させたいわゆるプリプレグ繊維をライナの外周表面に巻きつけて、その後該樹脂液を硬化させることにより形成される。これにより、繊維強化樹脂層３２は、図７に示すように、ライナ３０の外周表面に複数回および／または複数本巻きつけられた繊維３４の間を樹脂３６が埋めるような構成を有することとなる。このとき、ライナ３０の材質および／または厚みの他、例えば、繊維３４の太さや巻き数を調整し、繊維強化樹脂層３２の厚みを調整することにより、圧力容器２００の設計圧力を制御することができる。
【０００６】
圧力容器の製造に用いられるプリプレグ繊維を作製するに当たり、繊維束をそのまま樹脂液に浸漬させるだけでは、樹脂液の浸透が不十分なことに起因していわゆる含浸ムラが生じることがあり得た。このため、かかるプリプレグ繊維を作製する方法として、繊維束を予め開繊させることにより該繊維間に隙間を生じさせ、樹脂液の浸透を促進することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２６２４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、繊維束を単に開繊させた後に樹脂液に浸漬させるだけでは、繊維間に形成された隙間に空気が入り込み、いわゆるボイドが発生することがあり得た。このようなプリプレグ繊維を用いて作製された圧力容器については、ボイドを含まないプリプレグ繊維を用いて作製された圧力容器と比較して、樹脂量または樹脂密度が低い箇所を有するため、例えば耐衝撃性、耐圧性、耐久性などの物理的強度が懸念される場合があり得た。
【０００９】
本発明は、繊維間のボイドの発生を防止または抑制させたプリプレグ繊維を作製することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の構成は以下のとおりである。
【００１１】
（１）連続した糸状の繊維を樹脂液に含浸させたプリプレグ繊維を製造するためのプリプレグ繊維製造方法であって、前記繊維を複数束ねて構成される繊維束を拡幅して開繊する拡幅工程と、前記拡幅工程において開繊された繊維束を、並列する複数の開口部に挿通させる挿通工程と、前記開口部に挿通させた繊維束に樹脂液を連続的に供給し、繊維束に樹脂液を含浸させる含浸工程と、を含む、プリプレグ繊維製造方法である。
【００１２】
（２）連続した糸状の繊維を複数束ねて構成される繊維束を、所定の搬送路に沿って連続的に搬送する搬送部と、搬送された繊維束を拡幅して開繊する拡幅部と、開繊された繊維束を挿通させるための複数の開口部を有する開口部材と、前記開繊された繊維束が複数の開口部に挿通される際に、該開繊された繊維束に対して樹脂液を供給する樹脂液供給部と、を備えた、プリプレグ繊維製造装置である。
【００１３】
（３）前記樹脂液供給部が、前記開口部材の内部から内面に向かって形成された、樹脂液を連続的に供給する供給路と、開口部材の内面に形成され、前記供給路に連通した吐出孔と、を介して樹脂液を繊維束に供給する、プリプレグ繊維製造装置である。
【発明の効果】
【００１４】
プリプレグ繊維間のボイドの発生を防止または抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態におけるプリプレグ繊維の製造装置の一例について、その構成の概略を説明するための図である。
【図２】図１に示す拡幅ローラ１２の一例を示す要部拡大図である。
【図３】図１に示す含浸用部材１４の一例を示す要部拡大図である。
【図４】図１に示す収束ローラ１６の一例を示す要部拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるプリプレグ繊維の製造方法について示したフローチャートである。
【図６】圧力容器の構成の概略を示す図である。
【図７】図６に示すＡ−Ａ’断面の構成の概略を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図１を参照し、本発明の実施の形態におけるプリプレグ繊維の製造装置の構成の概略について説明する。図１に示すプリプレグ繊維の製造装置１００は、連続的に搬送される繊維束１０を拡幅し、開繊する拡幅ローラ１２と、開繊した繊維束（以下「開繊繊維束」と称する場合もある）に樹脂液を含浸させる含浸用部材１４と、樹脂液を含浸させた樹脂含浸繊維２０を収束させる収束ローラ１６と、収束させたプリプレグ繊維５０を巻き取る巻取りローラ１８と、を備える。繊維束１０は一般に、必要な長さの繊維束を巻き取ったボビンを設置した送出しローラ（図示せず）から搬送される。必要に応じて、駆動または搬送ローラ２２，２４、ダンサーロールやアキュームレータなどの図示しない張力緩和装置その他の公知の搬送補助機構を適用することができる。
【００１８】
図２は、図１に示す拡幅ローラ１２の一例を示す要部拡大図である。図２に示す拡幅ローラ１２は、表面の摩擦抵抗を交互に変更させたライン形状を有する円筒状の拡幅ローラ部材１２ａ，１２ｂの端部同士を接合させて一体化した構成を有している。拡幅ローラ１２の表面に形成されたラインは、拡幅ローラ１２の回転に伴い、その上部を図面手前側から奥に向かって搬送された、ここでは図示しない繊維束が拡幅ローラ１２のほぼ中央に位置する拡幅ローラ部材１２ａ，１２ｂの接合部１２ｃに対して外側、つまり繊維束が拡幅されるよう、拡幅ローラ部材１２ａ，１２ｂの接合面に対して互いに対称となるように繊維束の搬送方向に対して斜めに形成されている。
【００１９】
本実施の形態において、拡幅ローラ１２または拡幅ローラ部材１２ａ，１２ｂの表面に形成されるライン形状は、例えば、所望するライン形状となるようにその表面粗さを異ならせることにより形成することができるが、その手法に制限はなく、例えば表面粗さを変更するために材質を変化させることにより形成するものであっても良い。なお、設定される摩擦抵抗の程度は、搬送される繊維束１０の材質やその太さ、必要とされる開繊の程度などに応じて適宜設定することができる。
【００２０】
図３は、図１に示す含浸用部材１４の一例を示す要部拡大図である。図３に示す含浸用部材１４は、全体として下方が開放した櫛形状の外観を有している。含浸用部材１４は、開繊された繊維束の搬送方向に所定の厚みを有し、その長手方向が該開繊繊維束の搬送方向にほぼ垂直でかつ水平方向となるように配置される樹脂液配分枠１４ａと、樹脂液配分枠１４ａから鉛直方向下向きに延び、ほぼ等間隔に並んで配置された複数のガイド１４ｂを備える。ガイド１４ｂは、櫛の「歯」に相当する部材であり、含浸用部材１４に搬送される開繊繊維束を、隣り合うガイド１４ｂの間に形成されたスリット１４ｃのそれぞれにほぼ均等に分配し、挿通させることができる。
【００２１】
樹脂液配分枠１４ａは中空形状を有し、その内部を樹脂液が流通するように形成されている。また、樹脂液配分枠１４ａの上部に形成された樹脂液導入口１４ｄから導入された樹脂液が樹脂液配分枠１４ａの内部全体に行き渡り、樹脂液配分枠１４ａの底面であって、隣り合うガイド１４ｂの間に形成された樹脂液吐出孔１４ｅから連続的に吐出された樹脂液が、スリット１４ｃに挿通された開繊繊維束に浸透し、含浸させるように形成されている。なお、含浸用部材１４の形状は、図３に示すような下方が開放した櫛形状のものに限らず、他の実施の形態として、例えばスリットの下方が閉じた、全体として格子状のものであってもよい。
【００２２】
また、樹脂液吐出孔１４ｅは、樹脂液配分枠１４ａの底面に限らず、必要に応じて、さらにガイド１４ｂからも樹脂液が吐出されるように構成してもよい。
【００２３】
図４は、図１に示す収束ローラ１６の一例を示す要部拡大図である。図４に示す収束ローラ１６は、表面の摩擦抵抗を交互に変更させたライン形状を有する円筒状の収束ローラ部材１６ａ，１６ｂの端部同士を接合させて一体化した構成を有している。収束ローラ１６の表面に形成されたラインは、収束ローラ１６の回転に伴い、その上部を図面手前側から奥に向かって搬送された、ここでは図示しない樹脂含浸繊維が収束ローラ１６のほぼ中央に位置する収束ローラ部材１６ａ，１６ｂの接合部１６ｃに向かって、つまり樹脂含浸繊維が収束するよう、収束ローラ部材１６ａ，１６ｂの接合面に対して互いに対称となるように樹脂含浸繊維の搬送方向に対して斜めに形成されている。
【００２４】
本実施の形態において、収束ローラ１６または収束ローラ部材１６ａ，１６ｂの表面に形成されるライン形状は、上述した拡幅ローラ１２または拡幅ローラ部材１２ａ，１２ｂ表面のライン形状と同様の手法により作製することができる。なお、図２に示す拡幅ローラ１２の回転方向を逆にし、かつその上部を図面奥から手前側に向かって樹脂含浸繊維２０が搬送されるように配置することにより、拡幅ローラ１２は収束ローラ１６の役目を果たすことができる。同様に、収束ローラ１６もまた、その配置を変更することにより、拡幅ローラ１２の役目を果たすことができる。このため、拡幅ローラ１２および収束ローラ１６は、互いに異なる形状を有するものをそれぞれ用意してもよく、また、同様の構成を有するローラを２つ用意し、その配置を変更するだけであっても良い。
【００２５】
図１〜５を参照して、本発明の実施の形態におけるプリプレグ繊維の製造方法の概略について説明する。まず、搬送される繊維束１０を、拡幅ローラ１２を用いて拡幅して開繊する（Ｓ１００）。次いで、開繊した繊維束１０を、含浸用部材１４に形成されたスリット１４ｃに挿通させる（Ｓ１０２）。次いで、スリット１４ｃに挿通された、開繊した繊維束１０に、樹脂吐出孔１４ｅから樹脂液を吐出させ、含浸させて樹脂含浸繊維２０を形成する（Ｓ１０４）。次いで、収束ローラ１６を用いて、搬送される樹脂含浸繊維２０を収束させ（Ｓ１０６）、得られたプリプレグ繊維５０を必要に応じて巻取りローラ１８により巻き取る（Ｓ１０８）。他の実施の形態として、Ｓ１０８に代えて、圧力容器の作製材料であるライナに直接巻きつけても良い。
【００２６】
本発明の実施の形態において、図１に示す繊維束１０を構成する繊維の材料としては、例えばガラス繊維、炭素繊維、ケブラ繊維などを用いることが可能であり、特に比強度、比剛性の観点から炭素繊維が好適に用いられる。より具体的には、Ｔ８００繊維（東レ社製）、テナックスＩＭ６００（商品名）（東邦テナックス社製）などを挙げることができるが、これらに限定されない。また、繊維束１０の機械的強度として、引張り強度が１００〜３００ＧＰａ程度のものが好ましいが、これに限定されない。
【００２７】
また、繊維束１０の幅（繊維束幅）は、使用する材料の強度に応じて適宜選択することが可能である。具体的には、２〜５ｍｍ程度のものが好適に用いられるが、これに限定されるものではない。
【００２８】
一方、拡幅ローラ１２を用いて拡幅された開繊繊維束の幅は、樹脂液の粘性や該繊維（束）に対する濡れ性、含浸速度などに応じて適宜選択することが可能である。具体的には、５〜１５ｍｍ程度となるように開繊し、含浸用部材１４に形成された各スリット１４ｃに挿通させることが好適であるが、これに限定されるものではない。
【００２９】
また、開繊した繊維束を挿通させるための、含浸用部材１４に形成された、複数の並列するスリット１４ｃの間隔ｄは、挿通させる開繊繊維束の幅に応じて設定することができる。実施の形態では、例えば１ｍｍ程度とすることができるが、これに限定されるものではない。
【００３０】
一方、含浸用部材１４を用いて開繊繊維束に含浸される樹脂液として、例えば液状の熱硬化性樹脂を用いることができ、要求される性能に応じて適宜選択することが可能である。かかる熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂などを使用することができるが、これに限定されない。
【００３１】
さらに、収束ローラ１６を用いて収束されたプリプレグ繊維５０の幅は、使用される繊維束１０や要求される圧力容器の性能に応じて適宜設定することができる。具体的には、５〜１５ｍｍ程度となるように収束させることができるが、これに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、ＦＲＰ製のあらゆる圧力容器の作製のために利用することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  繊維束、１２  拡幅ローラ、１２ａ，１２ｂ  拡幅ローラ部材、１２ｃ，１６ｃ  接合部、１４  含浸用部材、１４ａ  樹脂液配分枠、１４ｂ  ガイド、１４ｃ  スリット、１４ｄ  樹脂液導入口、１４ｅ  樹脂液吐出孔、１６  収束ローラ、１６ａ，１６ｂ  収束ローラ部材、１８  巻取りローラ、２０  樹脂含浸繊維、２２，２４  搬送ローラ、３０  ライナ、３２  繊維強化樹脂層、３４  繊維、３６  樹脂、３８  口金、５０  プリプレグ繊維、１００  プリプレグ繊維の製造装置、２００  圧力容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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