(57)【要約】【課題】導電性繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化プラスチック層を有する圧力容器における熱硬化性樹脂を、電磁誘導加熱によって熱硬化する際に、繊維強化プラスチック層の内層側から外層側への熱硬化性樹脂の染み出しを抑制する。【解決手段】比較的遅い昇温速度で、熱硬化性樹脂の最低粘度を比較的高く維持して、熱硬化性樹脂の熱硬化を行い、その後、比較的速い昇温速度で、急速に熱硬化性樹脂の熱硬化を行う。【選択図】図２
2013043323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化プラスチック層を有する圧力容器における前記熱硬化性樹脂を熱硬化する熱硬化装置であって、
前記圧力容器が配置される空間を取り巻くように設けられ、前記空間内に交流磁界を発生させて、前記繊維強化プラスチック層の誘導加熱を行うための誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルに交流電流を流すための交流電源と、
を含む誘導加熱部を備え、
前記誘導加熱部は、第１の昇温速度で、前記誘導加熱を行った後に、前記第１の昇温速度よりも速い第２の昇温速度で、前記誘導加熱を行うように構成されている、
熱硬化装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱硬化装置であって、
前記誘導加熱コイルは、
前記第１の昇温速度で、前記誘導加熱を行うための第１のコイル部と、
前記第２の昇温速度で、前記誘導加熱を行うための第２のコイル部と、
を含み、
前記熱硬化装置は、さらに、前記圧力容器を、前記第１のコイル部内から前記第２のコイル部内に搬送する搬送機構を備える、
熱硬化装置。
【請求項３】
請求項２記載の熱硬化装置であって、
前記第１のコイル部の直径は、前記第２のコイル部の直径よりも大きく、
前記交流電源は、前記第１のコイル部、および、前記第２のコイル部に、同一の交流電流を流す、
熱硬化装置。
【請求項４】
請求項３記載の熱硬化装置であって、
前記第１のコイル部と、前記第２のコイル部とは、直列に接続されており、
前記誘導加熱コイルは、該誘導加熱コイルの内部に、冷却水を流すための冷却水流路を有しており、
前記熱硬化装置は、さらに、
前記冷却水流路に冷却水を流すための冷却システムを備える、
熱硬化装置。
【請求項５】
請求項２記載の熱硬化装置であって、
前記交流電源は、
前記第１のコイル部に第１の交流電流を流すための第１の電源部と、
前記第２のコイル部に前記第１の交流電流よりも大きい第２の交流電流を流すための第２の電源部と、
を備える熱硬化装置。
【請求項６】
請求項１記載の熱硬化装置であって、
前記誘導加熱コイルは、直径が一定の単一のコイルからなり、
前記交流電源は、前記誘導加熱コイルに、第１の交流電流を流した後に、前記第１の交流電流よりも大きい第２の交流電流を流す、
熱硬化装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の熱硬化装置であって、さらに、
前記誘導加熱コイルの中心軸に平行または略平行な軸を中心として、前記空間内に配置された前記圧力容器を回転させるための回転機構を備える、
熱硬化装置。
【請求項８】
導電性繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化プラスチック層を有する圧力容器における前記熱硬化性樹脂を熱硬化する熱硬化方法であって、
第１の昇温速度で、前記繊維強化プラスチック層の誘導加熱を行う第１の誘導加熱工程と、
前記第１の誘導加熱工程の後に、前記第１の昇温速度よりも速い第２の昇温速度で、前記繊維強化プラスチック層の誘導加熱を行う第２の誘導加熱工程と、
を備える熱硬化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化プラスチック層を備える圧力容器における熱硬化性樹脂を熱硬化する熱硬化装置、および、熱硬化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ライナー（内容器）の外表面に繊維強化プラスチック層を形成することによって製造された圧力容器が知られている。この圧力容器において、繊維強化プラスチック層は、例えば、熱硬化性樹脂が含浸された繊維を、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巻き付けた後に、熱硬化性樹脂を熱硬化することによって形成される。そして、熱硬化性樹脂の熱硬化には、一般に、温風や赤外線等によって、繊維強化プラスチック層の外側から加熱を行う加熱炉が用いられる（例えば、下記特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２３２４３号公報
【特許文献２】特開２０１１−０１２７６４号公報
【特許文献３】特開２００７−０１５２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、繊維強化プラスチック層に利用される繊維が、炭素繊維等の導電性繊維である場合には、熱硬化性樹脂の熱硬化に、電磁誘導加熱（高周波加熱）を用いることができる。この電磁誘導加熱では、電磁誘導により、繊維強化プラスチック層内の導電性繊維が発熱することによって、熱硬化性樹脂が加熱される。そして、電磁誘導加熱によれば、繊維強化プラスチック層の外部から加熱を行う場合よりも、熱硬化性樹脂の硬化温度までの昇温時間を短縮し、熱硬化に要する時間を短縮することができる。
【０００５】
しかし、ライナーの外表面に上記繊維を巻き付ける際に、上記繊維は、張力が加えられた状態で、複数層巻き付けられる。また、熱硬化性樹脂は、加熱初期に、熱硬化する前に、一旦、粘度が低下して、流動性が高くなる。このため、熱硬化性樹脂の加熱時に、繊維強化プラスチック層における内層側の流動性が高くなった熱硬化性樹脂が、繊維に加えられた張力によって、外層側に染み出す。そして、この熱硬化性樹脂の染み出しが多いほど、繊維強化プラスチック層の内層側の熱硬化性樹脂の体積率が低くなり、換言すれば、繊維体積率が高くなり、圧力容器の疲労強度の低下を招く。さらに、熱硬化性樹脂は、加熱時の昇温速度が速いほど、最低粘度（加熱初期に、一旦、粘度が低下してから増加するときの最低値）が低くなり、流動性が高くなる傾向にある。このため、電磁誘導加熱によって、熱硬化性樹脂を急速に加熱する場合には、繊維強化プラスチック層の外側から加熱を行う場合よりも、繊維強化プラスチック層の内層側の繊維体積率が高くなりやすく、圧力容器の疲労強度の低下は、より顕著になる。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、導電性繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化プラスチック層を有する圧力容器における熱硬化性樹脂を、電磁誘導加熱によって熱硬化する際に、繊維強化プラスチック層の内層側から外層側への熱硬化性樹脂の染み出しを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
導電性繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化プラスチック層を有する圧力容器における前記熱硬化性樹脂を熱硬化する熱硬化装置であって、
前記圧力容器が配置される空間を取り巻くように設けられ、前記空間内に交流磁界を発生させて、前記繊維強化プラスチック層の誘導加熱を行うための誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルに交流電流を流すための交流電源と、
を含む誘導加熱部を備え、
前記誘導加熱部は、第１の昇温速度で、前記誘導加熱を行った後に、前記第１の昇温速度よりも速い第２の昇温速度で、前記誘導加熱を行うように構成されている、
熱硬化装置。
【０００９】
適用例１の熱硬化装置では、まず、第２の昇温速度よりも遅い第１の昇温速度で上記誘導加熱を行い、熱硬化性樹脂の熱硬化を行う。すなわち、第２の昇温速度で熱硬化性樹脂の加熱を行う場合よりも、熱硬化性樹脂の最低粘度を高く維持して、熱硬化性樹脂の熱硬化を行う。このとき、熱硬化性樹脂の粘度が、一旦、最低粘度に低下し、熱硬化によって増加した場合には、その後、昇温速度を増加させても、熱硬化性樹脂の粘度が再度低下することはない。そして、熱硬化性樹脂の粘度が最低粘度よりも増加した後に、第１の昇温速度よりも速い第２の昇温速度で上記誘導加熱を行い、急速に熱硬化性樹脂の熱硬化を行う。こうすることによって、上記圧力容器における熱硬化性樹脂を、電磁誘導加熱によって熱硬化する際に、繊維強化プラスチック層の内層側から外層側への熱硬化性樹脂の染み出しを抑制することができる。
【００１０】
なお、第１の昇温速度は、熱硬化性樹脂の最低粘度が、所望の値（例えば、１（Ｐａ・ｓ））以上となるように設定される。
【００１１】
［適用例２］
適用例１記載の熱硬化装置であって、
前記誘導加熱コイルは、
前記第１の昇温速度で、前記誘導加熱を行うための第１のコイル部と、
前記第２の昇温速度で、前記誘導加熱を行うための第２のコイル部と、
を含み、
前記熱硬化装置は、さらに、前記圧力容器を、前記第１のコイル部内から前記第２のコイル部内に搬送する搬送機構を備える、
熱硬化装置。
【００１２】
適用例２の熱硬化装置では、搬送機構によって、上記圧力容器を、第１のコイル部内から第２のコイル部内に搬送することによって、第１の昇温速度での上記誘導加熱、および、第２の昇温速度での上記誘導加熱を順次行うことができる。
【００１３】
［適用例３］
適用例２記載の熱硬化装置であって、
前記第１のコイル部の直径は、前記第２のコイル部の直径よりも大きく、
前記交流電源は、前記第１のコイル部、および、前記第２のコイル部に、同一の交流電流を流す、
熱硬化装置。
【００１４】
適用例３の熱硬化装置では、第１のコイル部内の中心軸上、および、第２のコイル部内の中心軸上に、上記圧力容器を配置したときに、第１のコイル部内における上記圧力容器とコイルとのギャップ（距離）は、第２のコイル部内における上記圧力容器とコイルとのギャップよりも大きくなる。したがって、第１のコイル部、および、第２のコイル部に同一の交流電流を流しても、第１のコイル部による昇温速度を、第２のコイル部による昇温速度よりも遅くすることができる。なお、同一の交流電流とは、同一位相、同一周波数、同一電流値の交流電流である。
【００１５】
また、適用例３の熱硬化装置では、第１のコイル部、および、第２のコイル部に、それぞれ、異なる交流電流を流すことができる交流電源を必要としない。したがって、熱硬化装置の簡素化を図ることができる。
【００１６】
［適用例４］
適用例３記載の熱硬化装置であって、
前記第１のコイル部と、前記第２のコイル部とは、直列に接続されており、
前記誘導加熱コイルは、該誘導加熱コイルの内部に、冷却水を流すための冷却水流路を有しており、
前記熱硬化装置は、さらに、
前記冷却水流路に冷却水を流すための冷却システムを備える、
熱硬化装置。
【００１７】
適用例４の熱硬化装置では、第１のコイル部と、第２のコイル部とが、直列に接続されているので、交流電源を１つとすることができる。したがって、熱硬化装置の小型化を図ることができる。
【００１８】
また、適用例４の熱硬化装置では、第１のコイル部と、第２のコイル部とが、直列に接続されているので、第１のコイル部、および、第２のコイル部に、連続的に冷却水を流すことができる。したがって、第１のコイル部用の冷却システム、および、第２のコイル部用の冷却システムを個別に備える場合よりも、熱硬化装置の小型化を図ることができる。
【００１９】
［適用例５］
適用例２記載の熱硬化装置であって、
前記交流電源は、
前記第１のコイル部に第１の交流電流を流すための第１の電源部と、
前記第２のコイル部に前記第１の交流電流よりも大きい第２の交流電流を流すための第２の電源部と、
を備える熱硬化装置。
【００２０】
適用例５の熱硬化装置では、第１のコイル部による第１の昇温速度、および、第２のコイル部による第２の昇温速度を、個別に変更することができる。したがって、熱硬化装置の利便性を向上させることができる。
【００２１】
［適用例６］
適用例１記載の熱硬化装置であって、
前記誘導加熱コイルは、直径が一定の単一のコイルからなり、
前記交流電源は、前記誘導加熱コイルに、第１の交流電流を流した後に、前記第１の交流電流よりも大きい第２の交流電流を流す、
熱硬化装置。
【００２２】
適用例６の熱硬化装置では、誘導加熱コイルとして、単一のコイルを用いるので、複数のコイルを用いる場合よりも、熱硬化装置の小型化を図ることができる。
【００２３】
［適用例７］
適用例１ないし６のいずれかに記載の熱硬化装置であって、さらに、
前記誘導加熱コイルの中心軸に平行または略平行な軸を中心として、前記空間内に配置された前記圧力容器を回転させるための回転機構を備える、
熱硬化装置。
【００２４】
適用例７の熱硬化装置では、上記圧力容器が誘導加熱コイルの中心軸とずれた位置に配置された場合であっても、上記誘導加熱を均一に行うことができる。
【００２５】
［適用例８］
導電性繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化プラスチック層を有する圧力容器における前記熱硬化性樹脂を熱硬化する熱硬化方法であって、
第１の昇温速度で、前記繊維強化プラスチック層の誘導加熱を行う第１の誘導加熱工程と、
前記第１の誘導加熱工程の後に、前記第１の昇温速度よりも速い第２の昇温速度で、前記繊維強化プラスチック層の誘導加熱を行う第２の誘導加熱工程と、
を備える熱硬化方法。
【００２６】
適用例８の熱硬化方法では、適用例１の熱硬化装置と同様に、上記圧力容器における熱硬化性樹脂を、電磁誘導加熱によって熱硬化する際に、繊維強化プラスチック層の内層側から外層側への熱硬化性樹脂の染み出しを抑制することができる。
【００２７】
なお、適用例８の熱硬化方法においても、適用例１と同様に、第１の昇温速度は、熱硬化性樹脂の最低粘度が、所望の値（例えば、１（Ｐａ・ｓ））以上となるように設定される。
【００２８】
本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略したり、適宜、組み合わせたりして構成することができる。また、本発明は、上述の熱硬化装置、熱硬化方法としての構成の他、上記圧力容器の製造装置、製造方法の発明として構成することもできる。なお、それぞれの態様において、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施例としての熱硬化装置１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例の熱硬化装置１００による熱硬化性樹脂の熱硬化方法を示す説明図である。
【図３】本発明の第２実施例としての熱硬化装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第３実施例としての熱硬化装置１００Ｂの概略構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第４実施例としての熱硬化装置１００Ｃの概略構成を示す説明図である。
【図６】交流電源２０Ｃが誘導加熱コイル１０ａに流す交流電流（コイル電流）を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．熱硬化装置の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての熱硬化装置１００の概略構成を示す説明図である。この熱硬化装置１００は、導電性繊維と熱硬化性樹脂とを含む繊維強化プラスチック層を有する圧力容器２００における熱硬化性樹脂を、電磁誘導加熱によって熱硬化する装置である。
【００３１】
なお、本実施例では、圧力容器２００は、高圧水素を貯蔵するための高圧水素タンクであるものとした。そして、図示は省略するが、この圧力容器２００は、ライナーと、繊維強化プラスチック層と、を備えている。ライナーは、圧力容器２００の内殻をなし、内容器とも言われる中空状の部材である。本実施例では、ライナーは、円筒形状を有する円筒部と、ドーム形状を有し円筒部の両端部に設けられたドーム部と、を有しているものとした。ライナーは、ナイロン系樹脂、ポリエチレン系樹脂等の合成樹脂や、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属を用いて作製される。本実施例では、ライナーは、ナイロン系樹脂を用いて一体成形されるものとした。繊維強化プラスチック層は、熱硬化性樹脂が含浸された導電性繊維（例えば、炭素繊維）を、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巻き付けた後に、熱硬化性樹脂を熱硬化することによって形成される。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等を用いることができる。本実施例では、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いるものとした。
【００３２】
図示するように、熱硬化装置１００は、誘導加熱コイル１０と、交流電源２０と、搬送機構３０と、回転機構４０と、を備えている。また、図示は省略しているが、熱硬化装置１００は、誘導加熱コイル１０を冷却するための冷却システムも備えている。誘導加熱コイル１０は、パイプ形状を有しており、誘導加熱コイル１０の内部には、冷却水を流すための冷却水流路が形成されている。そして、この冷却水流路に冷却水を流すことによって、誘導加熱コイル１０を冷却することができる。誘導加熱コイル１０、および、交流電源２０は、［課題を解決するための手段］における誘導加熱部に相当する。
【００３３】
誘導加熱コイル１０は、圧力容器２００が配置される空間を取り巻くように設けられ、交流電流が流れたときに、この空間内に交流磁界を発生させる。圧力容器２００は、誘導加熱コイル１０内の中心軸ＡＸ上に配置される。誘導加熱コイル１０は、第１コイル部１２と、第２コイル部１４と、第３コイル部１６と、第４コイル部１８と、を備えている。そして、第１コイル部１２の直径は、ｄ１である。また、第２コイル部１４の直径は、ｄ２（＜ｄ１）である。また、第３コイル部１６の直径は、ｄ３（＜ｄ２）である。また、第４コイル部１８の直径は、ｄ４（＜ｄ３）である。すなわち、第１コイル部１２の直径ｄ１と、第２コイル部１４の直径ｄ２と、第３コイル部１６の直径ｄ３と、第４コイル部１８の直径ｄ４との関係は、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４である。そして、第１コイル部１２と、第２コイル部１４と、第３コイル部１６と、第４コイル部１８とは、この順に、直列に接続されている。
【００３４】
第１コイル部１２は、［課題を解決するための手段］における第１のコイル部に相当する。また、第２コイル部１４、第３コイル部１６、第４コイル部１８は、それぞれ、［課題を解決するための手段］における第２のコイル部に相当する。なお、第１コイル部１２、および、第２コイル部１４を、［課題を解決するための手段］における第１のコイル部として把握し、第３コイル部１６、および、第４コイル部１８を、［課題を解決するための手段］における第２のコイル部として把握してもよい。また、第１コイル部１２、第２コイル部１４、第３コイル部１６を、［課題を解決するための手段］における第１のコイル部として把握し、第４コイル部１８を、［課題を解決するための手段］における第２のコイル部として把握してもよい。
【００３５】
交流電源２０は、図示するように、誘導加熱コイル１０の両端部に接続されており、誘導加熱コイル１０に交流電流Ｉを流す。したがって、第１コイル部１２と、第２コイル部１４と、第３コイル部１６と、第４コイル部１８には、同一の交流電流Ｉが流れる。このとき、第１コイル部１２の直径ｄ１と、第２コイル部１４の直径ｄ２と、第３コイル部１６の直径ｄ３と、第４コイル部１８の直径ｄ４との関係は、先に説明したように、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４であるので、第１コイル部１２内における圧力容器２００とコイルとのギャップ（距離）ｇ１と、第２コイル部１４内における圧力容器２００とコイルとのギャップｇ２と、第３コイル部１６内における圧力容器２００とコイルとのギャップｇ３と、第４コイル部１８内における圧力容器２００とコイルとのギャップｇ４との関係は、ｇ１＞ｇ２＞ｇ３＞ｇ４となる。したがって、第１コイル部１２による圧力容器２００における熱硬化性樹脂の昇温速度ｒ１と、第２コイル部１４による圧力容器２００における熱硬化性樹脂の昇温速度ｒ２と、第３コイル部１６による圧力容器２００における熱硬化性樹脂の昇温速度ｒ３と、第４コイル部１８による圧力容器２００における熱硬化性樹脂の昇温速度ｒ４との関係は、ｒ１＜ｒ２＜ｒ３＜ｒ４となる。
【００３６】
搬送機構３０は、圧力容器２００を、誘導加熱コイル１０の第１コイル部１２内に搬入する。その後、搬送機構３０は、圧力容器２００を、第２コイル部１４内、第３コイル部１６内、第４コイル部１８内の順に搬送する。第１コイル部１２内、第２コイル部１４内、第３コイル部１６内、第４コイル部１８内では、順次、圧力容器２００の繊維強化プラスチック層における熱硬化性樹脂の誘導加熱が行われる。そして、搬送機構３０は、圧力容器２００を、誘導加熱コイル１０の第４コイル部１８内から搬出する。
【００３７】
回転機構４０は、誘導加熱コイル１０による電磁誘導加熱中に、誘導加熱コイル１０内に配置された圧力容器２００を、圧力容器２００の円筒部の中心軸を中心として回転させる。すなわち、回転機構４０は、誘導加熱コイル１０の中心軸ＡＸに平行または略平行な軸を中心として、誘導加熱コイル１０内に配置された圧力容器２００を回転させる。こうすることによって、圧力容器２００が誘導加熱コイル１０の中心軸ＡＸとずれた位置に配置された場合であっても、誘導加熱を均一に行うことができる。
【００３８】
Ａ２．熱硬化方法：
図２は、第１実施例の熱硬化装置１００による熱硬化性樹脂の熱硬化方法を示す説明図である。なお、実施例の熱硬化方法との比較のため、図２中に、比較例の熱硬化方法について、併せて示した。
【００３９】
図２（ａ）に、時間（加熱時間）と昇温速度（圧力容器２００における熱硬化性樹脂の昇温速度）との関係を示した。また、図２（ｂ）に、時間（加熱時間）と樹脂温度（圧力容器２００の繊維強化プラスチック層における熱硬化性樹脂の温度）との関係を示した。
【００４０】
実施例の熱硬化方法では、図２（ａ）に示したように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの昇温速度を、ｒ１（℃／ｍｉｎ）とし、図２（ｂ）に示したように、樹脂温度を、Ｔ０（℃）からＴ１（℃）に上昇させる。また、図２（ａ）に示したように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの昇温速度を、ｒ２（℃／ｍｉｎ）とし、図２（ｂ）に示したように、樹脂温度を、Ｔ１（℃）からＴ２（℃）に上昇させる。また、図２（ａ）に示したように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの昇温速度を、ｒ３（℃／ｍｉｎ）とし、図２（ｂ）に示したように、樹脂温度を、Ｔ２（℃）からＴ３（℃）に上昇させる。また、図２（ａ）に示したように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの昇温速度を、ｒ４（℃／ｍｉｎ）とし、図２（ｂ）に示したように、樹脂温度を、Ｔ３（℃）からＴ４（℃）に上昇させる。
【００４１】
一方、比較例の熱硬化方法では、図２（ａ）に示したように、時刻ｔ０から時刻ｔ４までの昇温速度を、一定値ｒｃ（℃／ｍｉｎ）とし（ｒ２＜ｒｃ＜ｒ３）、図２（ｂ）に示したように、樹脂温度を、Ｔ０（℃）からＴ４（℃）に上昇させる。
【００４２】
上述した実施例の熱硬化方法と比較例の熱硬化方法とでは、圧力容器２００における熱硬化性樹脂の最低粘度が異なる。ここで、「最低粘度」とは、熱硬化性樹脂の加熱初期に、一旦、粘度が低下してから増加するときの最低値である。
【００４３】
図２（ｃ）に、実施例の熱硬化方法による加熱初期の熱硬化性樹脂の粘度、および、比較例の熱硬化方法による加熱初期の熱硬化性樹脂の粘度の変化の様子を示した。図示するように、実施例の熱硬化方法では、比較例の熱硬化方法よりも、加熱初期における昇温速度が遅いため（ｒ１＜ｒｃ）、熱硬化性樹脂の最低粘度が、比較例の熱硬化方法よりも高くなる。具体的には、比較例の熱硬化方法では、熱硬化性樹脂の最低粘度は、Ｖｍｉｎ１（Ｐａ・ｓ）となり、１（Ｐａ・ｓ）よりも低かった。一方、実施例の熱硬化方法では、熱硬化性樹脂の最低粘度は、Ｖｍｉｎ２（Ｐａ・ｓ）となり、１（Ｐａ・ｓ）よりも高かった。なお、熱硬化性樹脂は、加熱初期に、粘度が、一旦、最低粘度に低下し、熱硬化によって増加した場合には、その後、昇温速度を増加させても、熱硬化性樹脂の粘度が再度低下することはない。このため、実施例の熱硬化方法を適用した場合には、圧力容器２００において、繊維強化プラスチック層の内層側から外層側への熱硬化性樹脂の染み出しが、比較例の熱硬化方法を適用した場合よりも少なくなった。
【００４４】
以上説明した第１実施例の熱硬化装置１００では、比較的遅い昇温速度で、熱硬化性樹脂の最低粘度を比較的高く維持して、熱硬化性樹脂の熱硬化を行い、その後、比較的速い昇温速度で、急速に熱硬化性樹脂の熱硬化を行う。こうすることによって、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を、電磁誘導加熱によって熱硬化する際に、繊維強化プラスチック層の内層側から外層側への熱硬化性樹脂の染み出しを抑制することができる。
【００４５】
Ｂ．第２実施例：
図３は、本発明の第２実施例としての熱硬化装置１００Ａの概略構成を示す説明図である。図示するように、第２実施例の熱硬化装置１００Ａは、第１実施例の熱硬化装置１００における誘導加熱コイル１０（第１コイル部１２、第２コイル部１４、第３コイル部１６、第４コイル部１８）の代わりに、４つの誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを備えている。なお、熱硬化装置１００Ａにおいて、誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、各中心軸ＡＸが一致するように、縦列に配置されている。そして、誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄには、それぞれ、交流電源２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが接続されている。また、図示は省略しているが、熱硬化装置１００Ａは、誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを、それぞれ、冷却するための冷却システムも備えている。搬送機構３０、および、回転機構４０は、第１実施例の熱硬化装置１００と同じである。
【００４６】
誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、それぞれ、圧力容器２００が配置される空間を取り巻くように設けられ、交流電流が流れたときに、各空間内に交流磁界を発生させる。圧力容器２００は、誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの中心軸ＡＸ上に配置される。なお、誘導加熱コイル１０ａの直径は、第１実施例の熱硬化装置１００における第１コイル部１２の直径ｄ１と同じである。また、誘導加熱コイル１０ｂの直径は、第１実施例の熱硬化装置１００における第２コイル部１４の直径ｄ２と同じである。また、誘導加熱コイル１０ｃの直径は、第１実施例の熱硬化装置１００における第３コイル部１６の直径ｄ３と同じである。また、誘導加熱コイル１０ｄの直径は、第１実施例の熱硬化装置１００における第４コイル部１８の直径ｄ４と同じである。
【００４７】
熱硬化装置１００Ａにおいて、交流電源２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、それぞれ、第１実施例の熱硬化装置１００における交流電源２０と同一の交流電流Ｉを、誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに流す。したがって、熱硬化装置１００Ａでは、誘導加熱コイル１０ａによって、第１実施例の熱硬化装置１００における第１コイル部１２と同様に、昇温速度ｒ１で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができる。また、誘導加熱コイル１０ｂによって、第１実施例の熱硬化装置１００における第２コイル部１４と同様に、昇温速度ｒ２で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができる。また、誘導加熱コイル１０ｃによって、第１実施例の熱硬化装置１００における第３コイル部１６と同様に、昇温速度ｒ３で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができる。また、誘導加熱コイル１０ｄによって、第１実施例の熱硬化装置１００における第４コイル部１８と同様に、昇温速度ｒ４で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができる。なお、第２実施例の熱硬化装置１００Ａによる熱硬化方法は、図２に示した第１実施例の熱硬化装置１００による熱硬化方法と同じである。
【００４８】
以上説明した第２実施例の熱硬化装置１００Ａによっても、第１実施例の熱硬化装置１００と同様に、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を、電磁誘導加熱によって熱硬化する際に、繊維強化プラスチック層の内層側から外層側への熱硬化性樹脂の染み出しを抑制することができる。
【００４９】
また、第２実施例の１００Ａでは、誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄには、それぞれ、交流電源２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが接続されているので、交流電源２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが流す交流電流を、個別に設定するようにすることができる。したがって、熱硬化装置１００Ａの利便性を向上させることができる。ただし、第１実施例の熱硬化装置１００によれば、第１コイル部１２と第２コイル部１４と第３コイル部１６と第４コイル部１８とが直列に接続された誘導加熱コイル１０を備えており、交流電源、および、冷却システムを１つとすることができるので、熱硬化装置１００の小型化を図ることができる。
【００５０】
Ｃ．第３実施例：
図４は、本発明の第３実施例としての熱硬化装置１００Ｂの概略構成を示す説明図である。図示するように、第３実施例の熱硬化装置１００Ｂは、第２実施例の熱硬化装置１００Ａにおける誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの代わりに、誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４を備えている。なお、熱硬化装置１００Ｂにおいて、４つの誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４は、各中心軸ＡＸが一致するように、縦列に配置されている。そして、誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４には、それぞれ、交流電源２０ａ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇが接続されている。また、図示は省略しているが、熱硬化装置１００Ｂは、誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４を、それぞれ、冷却するための冷却システムも備えている。搬送機構３０、および、回転機構４０は、第１実施例の熱硬化装置１００と同じである。
【００５１】
誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４は、それぞれ、圧力容器２００が配置される空間を取り巻くように設けられ、交流電流が流れたときに、各空間内に交流磁界を発生させる。圧力容器２００は、誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４の中心軸ＡＸ上に配置される。なお、誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４の直径は、すべて、第２実施例の熱硬化装置１００における誘導加熱コイル１０ａの直径ｄ１と同じである。
【００５２】
熱硬化装置１００Ｂにおいて、交流電源２０ａは、第２実施例の熱硬化装置１００における交流電源２０ａと同一の交流電流Ｉを、誘導加熱コイル１０ａ１に流す。また、交流電源２０ｅは、交流電流Ｉよりも大きい交流電流Ｉａを、誘導加熱コイル１０ａ２に流す。この交流電流Ｉａは、昇温速度ｒ２で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができるように設定されている。また、交流電源２０ｆは、交流電流Ｉａよりも大きい交流電流Ｉｂを、誘導加熱コイル１０ａ３に流す。この交流電流Ｉｂは、昇温速度ｒ３で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができるように設定されている。また、交流電源２０ｇは、交流電流Ｉｂよりも大きい交流電流Ｉｃを、誘導加熱コイル１０ａ４に流す。この交流電流Ｉｃは、昇温速度ｒ４で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができるように設定されている。
【００５３】
誘導加熱コイル１０ａ１を、［課題を解決するための手段］における第１のコイル部として把握し、誘導加熱コイル１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４を、［課題を解決するための手段］における第２のコイル部として把握した場合、交流電源２０ａは、［課題を解決するための手段］における第１の電源部に相当し、交流電源２０ｅ，２０ｆ，２０ｇは、［課題を解決するための手段］における第２の電源部に相当する。また、誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２を、［課題を解決するための手段］における第１のコイル部として把握し、誘導加熱コイル１０ａ３，１０ａ４を、［課題を解決するための手段］における第２のコイル部として把握した場合、交流電源２０ａ，２０ｅは、［課題を解決するための手段］における第１の電源部に相当し、交流電源２０ｆ，２０ｇは、［課題を解決するための手段］における第２の電源部に相当する。また、誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３を、［課題を解決するための手段］における第１のコイル部として把握し、誘導加熱コイル１０ａ４を、［課題を解決するための手段］における第２のコイル部として把握した場合、交流電源２０ａ，２０ｅ，２０ｆは、［課題を解決するための手段］における第１の電源部に相当し、交流電源２０ｇは、［課題を解決するための手段］における第２の電源部に相当する。
【００５４】
熱硬化装置１００Ｂでは、誘導加熱コイル１０ａ１によって、第２実施例の熱硬化装置１００Ａにおける誘導加熱コイル１０ａと同様に、昇温速度ｒ１で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができる。また、誘導加熱コイル１０ａ２によって、第２実施例の熱硬化装置１００Ａにおける誘導加熱コイル１０ｂと同様に、昇温速度ｒ２で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができる。また、誘導加熱コイル１０ａ３によって、第２実施例の熱硬化装置１００Ａにおける誘導加熱コイル１０ｃと同様に、昇温速度ｒ３で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができる。また、誘導加熱コイル１０ａ４によって、第２実施例の熱硬化装置１００Ａにおける誘導加熱コイル１０ｄと同様に、昇温速度ｒ４で、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を加熱することができる。なお、第３実施例の熱硬化装置１００Ｂによる熱硬化方法は、図２に示した第１実施例の熱硬化装置１００による熱硬化方法と同じである。
【００５５】
以上説明した第３実施例の熱硬化装置１００Ｂによっても、第１，２実施例の熱硬化装置１００，１００Ａと同様に、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を、電磁誘導加熱によって熱硬化する際に、繊維強化プラスチック層の内層側から外層側への熱硬化性樹脂の染み出しを抑制することができる。
【００５６】
また、第３実施例の１００Ｂでは、誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４には、それぞれ、交流電源２０ａ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇが接続されているので、交流電源２０ａ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇが流す交流電流を、それぞれ変更することによって、誘導加熱コイル１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４による昇温速度を、個別に変更するようにすることができる。したがって、熱硬化装置１００Ｂの利便性を向上させることができる。
【００５７】
Ｄ．第４実施例：
図５は、本発明の第４実施例としての熱硬化装置１００Ｃの概略構成を示す説明図である。図示するように、第４実施例の熱硬化装置１００Ｃは、誘導加熱コイル１０ａと、交流電源２０Ｃと、搬送機構３０と、回転機構４０と、を備えている。また、図示は省略しているが、熱硬化装置１００Ｃは、誘導加熱コイル１０ａを冷却するための冷却システムも備えている。搬送機構３０、および、回転機構４０は、第１実施例の熱硬化装置１００と同じである。
【００５８】
なお、熱硬化装置１００Ｃにおける誘導加熱コイル１０ａは、第３実施例の熱硬化装置１００Ｂにおける誘導加熱コイル１０ａ１、あるいは、誘導加熱コイル１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４と同じである。すなわち、誘導加熱コイル１０ａは、直径が一定（ｄ１）の単一のコイルからなる。そして、交流電源２０Ｃは、誘導加熱コイル１０ａに流す交流電流を、適宜、変化させる。
【００５９】
図６は、交流電源２０Ｃが誘導加熱コイル１０ａに流す交流電流（コイル電流）を示す説明図である。図示するように、交流電源２０Ｃは、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、誘導加熱コイル１０ａに、交流電流Ｉを流す。この交流電流Ｉは、第３実施例の熱硬化装置１００Ｂにおいて、交流電源２０ａが誘導加熱コイル１０ａ１に流す交流電流Ｉと同じである。したがって、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの昇温速度は、ｒ１（℃／ｍｉｎ）となる。また、交流電源２０Ｃは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、誘導加熱コイル１０ａに、交流電流Ｉａを流す。この交流電流Ｉａは、第３実施例の熱硬化装置１００Ｂにおいて、交流電源２０ｅが誘導加熱コイル１０ａ２に流す交流電流Ｉａと同じである。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの昇温速度は、ｒ２（℃／ｍｉｎ）となる。また、交流電源２０Ｃは、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、誘導加熱コイル１０ａに、交流電流Ｉｂを流す。この交流電流Ｉｂは、第３実施例の熱硬化装置１００Ｂにおいて、交流電源２０ｆが誘導加熱コイル１０ａ３に流す交流電流Ｉｂと同じである。したがって、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの昇温速度は、ｒ３（℃／ｍｉｎ）となる。また、交流電源２０Ｃは、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで、誘導加熱コイル１０ａに、交流電流Ｉｃを流す。この交流電流Ｉｃは、第３実施例の熱硬化装置１００Ｂにおいて、交流電源２０ｇが誘導加熱コイル１０ａ４に流す交流電流Ｉｃと同じである。したがって、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの昇温速度は、ｒ４（℃／ｍｉｎ）となる。すなわち、第４実施例の熱硬化装置１００Ｃによる熱硬化方法は、第３実施例の熱硬化装置１００Ｂによる熱硬化方法と同じである（図２参照）。
【００６０】
以上説明した第４実施例の熱硬化装置１００Ｃによっても、第１〜３実施例の熱硬化装置１００，１００Ａ，１００Ｂと同様に、圧力容器２００における熱硬化性樹脂を、電磁誘導加熱によって熱硬化する際に、繊維強化プラスチック層の内層側から外層側への熱硬化性樹脂の染み出しを抑制することができる。
【００６１】
また、第４実施例の熱硬化装置１００Ｃでは、単一の誘導加熱コイル１０ａを用いるので、例えば、第３実施例の熱硬化装置１００Ｂのように、複数の誘導加熱コイル、複数の交流電源を用いる場合よりも、熱硬化装置１００Ｃの小型化を図ることができる。
【００６２】
Ｅ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
【００６３】
Ｅ１．変形例１：
上記実施例の熱硬化装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃでは、熱硬化性樹脂を熱硬化する際に、昇温速度を４段階に変更するものとしたが、本発明は、これに限られない。本発明は、一般に、第１の昇温速度で、誘導加熱を行った後に、第１の昇温速度よりも速い第２の昇温速度で、前記誘導加熱を行うようにすればよい。したがって、昇温速度を２段階、あるいは、３段階に変更したり、５段階以上に変更したりするようにしてもよい。
【００６４】
Ｅ２．変形例２：
上記実施例の熱硬化装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃでは、熱硬化性樹脂を熱硬化する際に、時間（加熱時間）によって、昇温速度を変更するものとしたが、本発明は、これに限られない。樹脂温度（圧力容器２００の繊維強化プラスチック層における熱硬化性樹脂の温度）によって、昇温速度を変更するものとしてもよい。
【００６５】
Ｅ３．変形例３：
上記第２実施例の熱硬化装置１００Ａでは、交流電源２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、それぞれ、誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに、同一の交流電流Ｉを流すものとしたが、本発明は、これに限られない。交流電源２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、それぞれ、誘導加熱コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに、異なる交流電流を流すものとしてもよい。
【００６６】
Ｅ４．変形例４：
上記第４実施例の熱硬化装置１００Ｃでは、交流電源２０Ｃは、誘導加熱コイル１０ａに流す交流電流を段階的に増加させるものとしたが、本発明は、これに限られない。交流電源２０Ｃは、誘導加熱コイル１０ａに流す交流電流を、連続的に増加させるようにしてもよい。
【００６７】
Ｅ５．変形例５：
例えば、上記第４実施例の熱硬化装置１００Ｃでは、交流電源２０Ｃは、誘導加熱コイル１０ａに流す交流電流を段階的に変化させるものとしたが、これに併せて、誘導加熱コイル１０ａに流す交流電流の周波数も変化させるようにしてもよい。誘導加熱コイル１０ａに流す交流電流の周波数を変化させることによって、誘導加熱時の電流浸透の深さを変化させることができる。
【００６８】
Ｅ６．変形例６：
上記実施例の熱硬化装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、冷却システムを備えるものとしたが、冷却システムを省略するようにしてもよい。
【００６９】
Ｅ７．変形例７：
上記実施例の熱硬化装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、回転機構４０を備えるものとしたが、回転機構４０を省略するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…熱硬化装置
１０，１０ａ，１０ａ１〜１０ａ４，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…誘導加熱コイル
１２…第１コイル部
１４…第２コイル部
１６…第３コイル部
１８…第４コイル部
２０，２０ａ〜２０ｇ，２０Ｃ…交流電源
３０…搬送機構
４０…回転機構
２００…圧力容器
【図１】
2013043323.tif 000003
【図２】
2013043323.tif 000004
【図３】
2013043323.tif 000005
【図４】
2013043323.tif 000006
【図５】
2013043323.tif 000007
【図６】
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