繊維強化プラスチックの製造方法
【課題】精度よく複雑な形状に成形することができるとともに、生産性が高いＦＲＰの製造方法を提供する。
【解決手段】ＦＲＰ製タンクの製造方法では、金属製の中子５に強化繊維を巻き付けて被覆する被覆工程を行った後、強化繊維に母材樹脂を含浸させる含浸工程を行う。その後、母材樹脂を加熱してプリキュアするプリキュア工程と、母材樹脂をプリキュア工程より高い温度で加熱してアフターキュアするアフターキュア工程とを行う。中子５は、プリキュア工程での加熱温度より高く、アフターキュア工程での加熱温度以下の融点を有する金属からなる。そして、アフターキュア工程においては、中子５を溶かして流し出す。
【解決手段】ＦＲＰ製タンクの製造方法では、金属製の中子５に強化繊維を巻き付けて被覆する被覆工程を行った後、強化繊維に母材樹脂を含浸させる含浸工程を行う。その後、母材樹脂を加熱してプリキュアするプリキュア工程と、母材樹脂をプリキュア工程より高い温度で加熱してアフターキュアするアフターキュア工程とを行う。中子５は、プリキュア工程での加熱温度より高く、アフターキュア工程での加熱温度以下の融点を有する金属からなる。そして、アフターキュア工程においては、中子５を溶かして流し出す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチックの製造方法に係り、詳しくは中空部を有する繊維強化プラスチックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチックの製造方法において、筒状又は中空形状の繊維強化プラスチック（以下、繊維強化プラスチックをＦＲＰと記載する。）を製造する方法としては、次の（１）〜（３）のような方法が実施されている。
【０００３】
（１）予め中子の形状に沿って強化繊維の賦形を行い、強化繊維からなるプリフォームを作成する。その後、プリフォームを上型及び下型で挟み込んだ後、上型又は下型に設けられた注入口から樹脂を注入する。樹脂硬化後、上型及び下型から内部に中子を有した状態のＦＲＰを取り出し、その後、ＦＲＰから中子を取り出すことで中空形状のＦＲＰを製造する。
【０００４】
（２）図６（ａ）に示すように、上型４０及び下型４１からなる成形型４２に形成されたキャビィティ４３に、中空状（筒状）に形成されたプリフォーム４４を配置するとともにプリフォーム４４の内部に袋状のフィルムシート４５を配置する。そして、成形型４２に形成された注入口４６から樹脂を注入する。樹脂注入後、フィルムシート４５内に空気を供給し、空気圧（図６（ａ）で矢示する。）によってフィルムシート４５を膨張させた後、フィルムシート４５が膨張した状態で樹脂を硬化させる。樹脂硬化後は、図６（ｂ）に示すように、内部にフィルムシート４５を有したＦＲＰ４７を成形型４２から取り出し、フィルムシート４５をＦＲＰ４７から剥がすことで中空形状のＦＲＰ４７を製造する。
【０００５】
（３）水溶性素材（例えば、石膏）からなる中子の形状に沿って強化繊維の賦形を行い、強化繊維からなるプリフォーム４８を作成する。そして、図７（ａ）に示すように、プリフォーム４８を成形型４９の上型５０及び下型５１で挟み込んだ後、成形型４９に設けられた注入口５２から樹脂を注入する。樹脂硬化後、成形型４９から内部に中子５３がある状態のＦＲＰ５４を取り出し、その後、中子５３を水で溶かして除去する（図７（ｂ）で矢示する。）作業を行うことで中空形状のＦＲＰ５４を製造する。
【０００６】
その他に、従来、中子部材を低融点金属で構成し、その中子部材を加熱してＦＲＰから溶出させるガス燃料タンクの成形方法が提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、低融点金属からなる中子部材に母材樹脂が含浸された強化繊維を巻き付ける巻付け工程終了後、低融点金属の融点より低い温度で母材樹脂を加熱して硬化させている。その後、母材樹脂が劣化する温度より低く、低融点金属の融点より高い温度（例えば、１２０℃）で中子部材を加熱することで中子部材を溶出させ、中空形状のＦＲＰ製容器外郭を製造している。
【特許文献１】特開平９−３２３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来方法（１）では、脱型用の抜きテーパー角が形成された中子を用いなければ、ＦＲＰから中子を支障なく取り出すことは難しい。したがって、従来方法（１）では、内部に配置された中子を取り出すことができないような複雑な形状のＦＲＰ（例えば、開口部が内部の空洞より小さい容器等）を成形することができないという問題があった。
【０００８】
従来方法（２）では、膨張したフィルムシート４５にプリフォーム４４の内側面が押圧された状態で樹脂の硬化が行われているが、フィルムシート４５を介して空気圧によってプリフォーム４４押圧しているため、板厚の成形精度及び面の成形精度が低い。したがって、従来方法（２）によって成形されたＦＲＰ４７を高い板厚精度及び面精度が要求される部品に用いることは難しい。
【０００９】
従来方法（３）では、樹脂を硬化させる工程を実施した後、中子５３を水で溶かし流すのに時間を要するため、生産性が低いという問題があった。
また、特許文献１に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、母材樹脂の硬化工程終了後、ヒータの加熱温度を昇温させ、中子部材を溶出させる工程を実施している。したがって、特許文献１に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、母材樹脂を硬化させる工程の後に、ＦＲＰの内部に配置された全ての中子部材を溶かし流さなければならず、その分だけ時間を要し生産性が低いという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＦＲＰを精度よく複雑な形状に成形することができるとともに、生産性が高いＦＲＰの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、金属製の中子を繊維若しくはシート状の繊維製品で被覆した後、被覆している前記繊維若しくは前記シート状の繊維製品に母材樹脂を含浸させるか又は、母材樹脂を含浸させた繊維若しくはシート状の繊維製品で前記中子を被覆した後、前記母材樹脂を加熱してプリキュアし、前記母材樹脂をプリキュアした温度より高い温度で加熱してアフターキュアする繊維強化プラスチックの製造方法であって、前記金属製の中子として、プリキュアさせる時の加熱温度より高く、アフターキュアさせる時の加熱温度以下の融点を有する金属を使用することを要旨とする。
【００１２】
ここで、「シート状の繊維製品」とは、織布、不織布、編み地等、繊維をシート状に形成したものを意味する。また、「シート状の繊維製品で被覆する」とは、シート状の繊維製品で中子全体を被覆する場合に限らず、柱状の中子の両端を除いた周面だけを被覆する場合、複数枚の中子を用いて被覆する場合も意味し、シート状の繊維製品の枚数は１枚に限らない。
【００１３】
この発明では、プリキュア工程で母材樹脂を硬化させた後、アフターキュア工程に移行する。そして、アフターキュア工程では、母材樹脂をほぼ完全硬化させることで繊維強化プラスチックとして完成させる。ここで、アフターキュア工程においては加熱温度が中子を構成する金属の融点を超えるため、アフターキュア工程を実施している最中に中子は溶出し、アフターキュア工程終了後には、中子が除去された繊維強化プラスチックを得ることができる。すなわち、溶ける中子で形成されているため、繊維強化プラスチックを精度よく複雑な形状にすることができる。
【００１４】
また、アフターキュア工程を実施している最中に中子を溶かして除去することができるため、その分、繊維強化プラスチックが完成するまでの時間を短縮することができる。したがって、繊維強化プラスチックの生産性を高めることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記金属製の中子に繊維を巻き付けることにより前記金属製の中子を繊維で被覆し、前記繊維として長繊維を使用することを要旨とする。
【００１６】
この発明では、中子に巻きつける繊維が長繊維であれば、繊維を緊張させた状態で巻き付けることができる。したがって、繊維が中子に巻き付けられることで作成されたプリフォームにしわやズレができることを抑制できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１の発明において、前記金属製の中子を繊維又はシート状の繊維製品で被覆した後、前記母材樹脂の含浸及び成形は、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）法を用いて行われることを要旨とする。
【００１８】
この発明では、従来ＲＴＭ法でできなかった形状（例えば、タンク形状）のＦＲＰを成形することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記金属製の中子を複数使用することで複数の中空部を有する繊維強化プラスチックを形成することを要旨とする。
【００１９】
この発明では、複雑な形状（例えば、ハニカム形状等）の繊維強化プラスチック製品を容易に生産することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＦＲＰを精度よく複雑な形状に成形することができるとともに、生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明をＦＲＰ製タンクの製造方法に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
【００２２】
図１に示すように、ＦＲＰ製タンク１には、側断面長円形状で、かつ略円筒状の貯留部２が設けられている。貯留部２には、その図１における左右両側に口金を取り付ける部分としての孔４が設けられている。孔４は、それぞれＦＲＰ製タンク１の中心軸上において真っ直ぐに延びている。ＦＲＰ製タンク１では、強化繊維として長繊維が用いられている。ＦＲＰ製タンク１では、強化繊維として、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維（炭素繊維）、アラミド繊維等が使用される。
【００２３】
貯留部２は、その肉厚が均一に形成されている。貯留部２の内壁面２ａは、凹凸のない平滑面である。
次に前記のように構成されたＦＲＰ製タンク１の製造方法について説明する。
【００２４】
ここで、ＦＲＰ製タンク１を製造する際に用いられる中子５について説明する。図２（ａ）に示すように、中子５は、略円柱形状で、貯留部２の内壁面２ａに沿うような外形の胴部６と、胴部６の両端に設けられたボス部７とを備えている。ボス部７は、円柱形状に形成され、各ボス部７には、軸部８が突設さられている。
【００２５】
中子５は、例えば、金型成形された金属製のものを使用する。中子５は、母材樹脂がプリキュアされる温度より高く、アフターキュアされる温度以下の融点を有する金属、例えば、Ｓｎ（４２重量％）・Ｂｉ（５８重量％）の合金によって形成されている。
【００２６】
次に、被覆工程Ｓ１からＦＲＰを製造するまでの工程について説明する。
まず、被覆工程Ｓ１では、フィラメントワインディング（以下、フィラメントワインディングを適宜ＦＷと記載する。）装置を用いて、中子５を樹脂が含浸されていない強化繊維で被覆する。なお、本実施形態では、通常、ＦＷ装置で強化繊維を巻き付ける際に用いられるマンドレルの代わりに中子５を対象にして強化繊維を巻き付ける。被覆工程Ｓ１では、ＦＷ装置に中子５の両端に位置する軸部８において、中子５を両持ち状態で取り付けて、ＦＷ装置を駆動する。そして、長繊維である強化繊維を緊張させた状態で、長繊維を胴部６及びボス部７の表面にフープ巻き、ヘリカル巻を併用して巻き付ける。この被覆工程Ｓ１を実施すると、図２（ａ）に示すように、繊維強化樹脂として成形される前のプリフォーム９が作成される。
【００２７】
次に、中子５に巻かれた状態のプリフォーム９（以下、適宜、単にプリフォーム９と記載する。）をＦＷ装置から取り外す。そして、型入れ工程Ｓ２、含浸工程Ｓ３及びプリキュア工程Ｓ４において、レジントランスファーモールディング法（以下、ＲＴＭ法と記載する。）を用いて母材樹脂の含浸及び硬化を行う。図２（ａ）に示すように、ＲＴＭ用の成形型１０は上型１１及び下型１２を備えるとともに、上型１１及び下型１２には、それぞれプリフォーム９の外形に対応する上型収容凹部１３及び下型収容凹部１４が設けられている。また、上型１１には、上型収容凹部１３と連通する図示しない真空引き口が設けられ、図示しない真空引き口は、図示しない真空ポンプに接続される。また、下型１２には、下型収容凹部１４と連通する図示しない注入口が設けられ、図示しない注入口は、母材樹脂を注入可能に構成されている。
【００２８】
そして、型入れ工程Ｓ２では、下型１２に設けられた下型収容凹部１４にプリフォーム９をセットした後、上型１１を下降させる。プリフォーム９が成形型１０内にセットされると、次に、母材樹脂の含浸及び成形（硬化も含む）を行う。含浸工程Ｓ３では、図示しない注入口から成形型１０内のプリフォーム９へ向けて熱硬化性の母材樹脂を注入しつつ図示しない真空引き口を介して上型収容凹部１３及び下型収容凹部１４内を真空引きする。
【００２９】
含浸工程Ｓ３終了後、成形型１０内にプリフォーム９をセットした状態のままプリキュア工程Ｓ４を実施する。プリキュア工程Ｓ４は、母材樹脂に含まれた硬化剤又は添加剤の成分が揮発することによる添加量の減少及び気泡の発生等を防ぐ目的として、母材樹脂を低温で硬化させる工程である。プリキュア工程Ｓ４では、成形型１０内に埋め込まれた図示しない加熱手段（例えば、電気ヒータ）によって母材樹脂をプリキュア温度Ｔ１（例えば、母材樹脂がエポキシ樹脂の場合、プリキュア温度は、常温〜１２０℃。）で所定時間（例えば、１時間）加熱して、母材樹脂を硬化させる。ここで、「プリキュア温度Ｔ１」とは、プリキュア処理を行うときの温度のことを意味する。プリキュア工程Ｓ４が実施されると、母材樹脂が硬化して硬化製品１５（図２（ｂ）参照。）が形成される。プリキュア工程Ｓ４終了後の母材樹脂は、成形型１０から取り出すには支障はないが、目的の強度を得るための硬化度には達していない不完全な状態で硬化している。なお、プリキュア工程Ｓ４において、母材樹脂が硬化するまでに要する時間は、加熱温度によって異なり、加熱温度が高い程、硬化するまでに要する時間は短くなる。
【００３０】
次に、脱型工程Ｓ５を実施して、硬化製品１５を中子５ごと成形型１０から取り出す。脱型工程Ｓ５終了後、図２（ｂ）に示すように、硬化製品１５及び中子５を図示しない炉の中に縦置き（中子５の軸部８が上下方向に向く状態）に配置し、アフターキュア工程Ｓ６を実施する。なお、脱型工程Ｓ５終了後、成形型１０は清掃離型処理が行われる。
【００３１】
アフターキュア工程Ｓ６では、母材樹脂をプリキュア温度Ｔ１よりも高いアフターキュア温度Ｔ２（例えば、母材樹脂がエポキシ樹脂の場合、アフターキュア温度は、１５０℃〜１７０℃。）で所定時間（例えば、１．５時間）加熱する。なお、アフターキュア工程Ｓ６において、母材樹脂を目的の硬化度までに硬化させるのに要する時間は、加熱温度によって異なり、加熱温度が高い程、要する時間は短くなる。ここで、「アフターキュア温度Ｔ２」とは、アフターキュア処理を行うときの温度のことを意味する。
【００３２】
そして、アフターキュア工程Ｓ６を実施している最中、中子５に対する加熱温度は、中子５を構成する金属の融点より高くなり、中子５が溶融を開始する。そして、図２（ｂ）に示すように、硬化製品１５の内部に配置されていた中子５は、溶融することで硬化製品１５の下側の孔４から流れ出す（図２（ｂ）の実線矢印で示す。）。アフターキュア工程Ｓ６終了後には、中子５が除去された状態のＦＲＰ製タンク１（図１参照）が製造されることとなる。
【００３３】
なお、アフターキュア工程Ｓ６において溶け出た金属は、溶融金属回収工程Ｓ７において図示しない回収装置によって回収され、中子成形工程Ｓ８において回収した金属を原料として中子５の成形を行う。すなわち、アフターキュア工程Ｓ６において溶け出た金属は、中子５として再利用される。
【００３４】
ここで、特許文献１の従来技術をこの実施形態に適用した場合（以下、単に従来技術と記載する。）の作業の流れと、この実施形態の作業の流れとを比較する。図３（ａ）は従来技術を適用した場合を示し、図３（ｂ）はこの実施形態の場合を示す。従来技術は、被覆工程Ｓ１から脱型工程Ｓ５まではこの実施形態と同様である。そして、アフターキュア工程Ｓ６ａの後に、中子５の金属を加熱溶融させて除去する中子除去工程Ｓ６ｂを備えている点がこの実施形態と異なる。
【００３５】
即ち、従来技術では、被覆工程Ｓ１、型入れ工程Ｓ２、含浸工程Ｓ３、プリキュア工程Ｓ４、脱型工程Ｓ５、アフターキュア工程Ｓ６ａ、中子除去工程Ｓ６ｂを順に行い、ＦＲＰ製品を完成させていた。したがって、従来技術では、アフターキュア工程Ｓ６ａの後に、中子除去工程Ｓ６ｂが必要なため、中子除去工程Ｓ６ｂを行うのに必要な時間が余分に必要となる。また、アフターキュア工程Ｓ６ａでは、アフターキュア温度が、中子５の金属の融点より低い温度で行われるため、アフターキュアが完了するまでに要する時間がこの実施形態の場合より長くかかる。その結果、ＦＲＰ製品を完成させるまでに要する時間がその分、本実施形態の製造方法に比較して長くなる。
【００３６】
なお、図１及び図２は、ＦＲＰ製タンク１、中子５、プリフォーム９、硬化製品１５等の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。図２（ａ）においては、図示の都合上、中子５及びプリフォーム９を側断面で図示し、成形型１０を斜視図で図示している。また、図によっても、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比が異なっているものもある。
【００３７】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）中子５を構成する金属は、プリキュア温度Ｔ１より高くアフターキュア温度Ｔ２より低い融点を有する。アフターキュア工程Ｓ６では、中子５の溶融温度より高い温度であるアフターキュア温度Ｔ２に達するまで硬化製品１５に対する加熱温度を上げる。そして、アフターキュア工程Ｓ６を実施している最中に中子５を溶かして流し出すため、従来技術と異なり、アフターキュア工程Ｓ６とは別に中子５を除去する中子除去工程を実施する必要がない。そのため、中子除去工程Ｓ６ｂを経ない分と、アフターキュア工程Ｓ６に要する時間が、従来技術のアフターキュア工程Ｓ６ａに要する時間より短い分だけＦＲＰとしてのＦＲＰ製タンク１の完成に要する時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
【００３８】
（２）中子５は、金属によって構成されるとともに、溶けて流れ出ることでＦＲＰから取り出される。したがって、複雑な形状のＦＲＰを精度よく製造することができる。
（３）中子５を被覆する強化繊維は、長繊維である。したがって、連続繊維である強化繊維を緊張させた状態で巻き付けることができるため、被覆工程Ｓ１を実施することで作成されたプリフォーム９にしわやズレができることを抑制できる。
【００３９】
（４）母材樹脂に対する含浸及び成形はＲＴＭ法を用いて行われ、従来ＲＴＭ法によって成形できなかったタンク形状のＦＲＰを成形することができる。
（５）ＦＲＰ製タンク１には、２つの孔４が設けられている。したがって、アフターキュア工程Ｓ６において、一方の孔４から溶融した金属を流し出す時には、もう一方の孔４から空気が導入される（図２（ｂ）の点線矢印で示す。）ため、溶けた金属を速やかに外部へ流し出すことができる。
【００４０】
（６）ＦＲＰ製タンク１には、図１における左右両側にそれぞれ、その中心軸上において真っ直ぐに延びている孔４が設けられている。そして、被覆工程Ｓ１で強化繊維を巻き付ける際、ＦＷ装置が中子５を両軸部８で両持ち状態で支持して強化繊維を巻き付けることができる。したがって、ＦＷ装置が中子５を片持ちしていないため、ＦＷ装置を駆動する際、中子５がぶれずに安定して駆動させることができる。
【００４１】
（７）アフターキュア工程Ｓ６において溶け出た金属は、図３（ｂ）に示すように、溶融金属回収工程Ｓ７及び中子成形工程Ｓ８が実施されることで中子５として再利用される。したがって、中子５をアフターキュア工程Ｓ６において溶融除去する金属から構成しても、中子５の材料を無駄に消費することがないため、経済的に有利である。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、本発明を複数の中空部を有するハニカム状のＦＲＰ製構造体の製造方法に具体化した第２実施形態を図４（ａ）〜（ｃ）にしたがって説明する。なお、第１実施形態と同様な部分については、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、ＦＲＰ製構造体１６は、複数の中空部１７を有するハニカム構造で、平面視矩形状となるように構成されている。ＦＲＰ製構造体１６は、中空部１７が延びている方向と直交する方向における断面形状がどの箇所の断面であっても同じ形状となるように形成されている。中空部１７は、ＦＲＰ製構造体１６の短手方向に沿って延びるように形成されるとともに長手方向に沿って所定間隔を空けて平行に形成されている。中空部１７は、正面視矩形状で、なおかつ、全て同じ形状に形成されている。
【００４４】
次に、ＦＲＰ製構造体１６の製造方法について説明する。
まず、ＦＲＰ製構造体１６を製造する際に用いられるシート状の繊維製品としての第１〜第３繊維シート２０及び断面矩形状の角材である中子５について説明する。
【００４５】
図４（ｂ）に示すように、第１〜第３繊維シート１８〜２０には、長繊維で製織された織布が使用されている。第１〜第３繊維シート１８〜２０は、矩形状に形成され、それぞれの長手方向の辺１８ａ〜２０ａの長さが異なるとともに、それぞれの他の辺１８ｂ〜２０ｂの長さが等しくなっている。第１繊維シート１８は、その一辺１８ａの長さが全ての中子５の幅の和より長くなるように形成されている。第２繊維シート１９は、その一辺１９ａの長さが全ての中子５の幅及び厚みの全ての和より長くなるように設定されている。また、第３繊維シート２０は、その一辺２０ａの長さが全ての中子５の幅と２つの中子２１の厚みの和より長くなるように設定されている。
【００４６】
中子２１は、前記実施形態と同様の金属から構成されるとともに、長さが第１〜第３繊維シート１８〜２０の他の辺１８ｂ〜２０ｂの長さ以上となるように形成されている。また、中子５としては、同じ形状のものが７つ準備される。
【００４７】
次に、準備された第１〜第３繊維シート１８〜２０及び中子２１を成形型２２内にセットするために、下型２３に設けられた下型収容凹部２３ａに第１繊維シート１８を配置する。そして、７つの中子２１のうちの４つを第１繊維シート１８の上に配置する。なお、４つの中子２１は、隣り合う中子２１の間に一つの中子２１が配置できる程度の間隔を空けて配置する。その後、４つの中子２１の外面を被覆するように、第２繊維シート１９を重ねる。さらに、残りの中子２１（３つの中子２１）を、それぞれ第１繊維シート１８の上に配置された中子２１の間に位置するように配置する。そして、最後に、３つの中子２１の上に、第３繊維シート２０を重ねるように配置することで３つの中子２１を被覆して、その上から上型２４を下降させる。
【００４８】
第１〜第３繊維シート１８〜２０及び中子２１が成形型２２内に配置された後、含浸工程Ｓ３、プリキュア工程Ｓ４が実施され、硬化製品２５（図４（ｃ）参照）が作成される。次に、脱型工程Ｓ５において、複数の中子２１を含む硬化製品２５が成形型２２から取り出される。次に、アフターキュア工程Ｓ６が実施されることで複数の中子２１は溶けて流れ出し、アフターキュア工程Ｓ６終了後には、複数の中空部を有したハニカム状のＦＲＰ製構造体１６が製造される。
【００４９】
この実施形態によれば、第１実施形態（１）、（２）、（４）、（５）及び（７）と同様の効果の他に、以下に示す効果を得ることができる。
（８）中子２１を複数使用することで、複数の中空部１７を有するハニカム状のＦＲＰ製構造体１６を容易に生産することができる。
【００５０】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第１実施形態において、中子５に巻き付ける強化繊維を長繊維から短繊維に変更してもよい。この場合、短繊維製の糸を中子５に巻き付けることでプリフォームを作成することができる。
【００５１】
○ 第２実施形態において、シート状の繊維製品である第１〜第３繊維シート１８〜２０の目の粗さ具合については特に限定されない。目が細かい繊維シートを用いてもよいし、目が粗い繊維シートを用いてもよい。
【００５２】
○ 第２実施形態において、シート状の繊維製品として、織布の代わりに不織布を用いてもよい。また、シート状の繊維製品として、織布の代わりに編み地を用いてもよい。
○ 第２実施形態において、一列に並べられた複数の中空部１７が複数段できるように構成してもよい。例えば、繊維シートを間に挟んで中子の上に他の中子を重ねるように配置した状態で、第２実施形態における製造方法を実施すれば、一列に並べられた複数の中空部１７が複数段設けられたＦＲＰ製構造体を製造することができる。
【００５３】
○ 第２実施形態において、複数の中空部１７はその形状が全て同じでなくてもよい。例えば、中央に配置される中子２１の形状を最も大きく形成し、配置位置が左右両側に向うにつれて順に小さい中子２１を配置することで、中央位置から両側に向う中空部となるにつれて小さくなるＦＲＰ製構造体を製造してもよい。このような構成のＦＲＰ製構造体であれば、複数の中空部の形状が全て一定のＦＲＰ製構造体に比べて強度を高めることができる。
【００５４】
○ 本発明を、ガス燃料タンクの一部を構成するＦＲＰ製タンク１やハニカム状のＦＲＰ製構造体１６以外の製品を製造するために用いてもよい。例えば、本発明を、湾曲形状のＦＲＰ製パイプを製造するために用いてもよい。この場合、中子２６を湾曲状に形成し、図５（ａ）に示すように、中子２６に強化繊維を巻き付けることでプリフォーム２７を作成する。そして、それぞれ輪郭が略湾曲状の下型収容凹部３１及び上型収容凹部３２が設けられた上型２９及び下型３０を備えた成形型２８を用いて、含浸工程Ｓ３、プリキュア工程Ｓ４を実施する。その後、成形型２８から中子２６及び硬化製品２５を取り出してアフターキュア工程Ｓ６を実施することで、中子２６を溶かして流し出す。中子２６が溶けて全て流れ出ると、図５（ｂ）に示すように、湾曲状のＦＲＰ製パイプ３３が製造される。
【００５５】
○ プリキュア工程Ｓ４を実施してからアフターキュア工程Ｓ６を実施するまでの間に、母材樹脂を加熱硬化させる工程を追加してもよい。
○ アフターキュア工程Ｓ６終了後に、ＦＲＰ製品を加熱することで中子を溶融除去する工程を追加してもよい。ＦＲＰ製品の形状によっては、アフターキュア工程Ｓ６を実施した後であっても、ＦＲＰ製品の中空部に中子が残存することがあるが、中子を溶融除去する工程を追加すれば、残存した中子も除去することができる。このような場合であっても、アフターキュア工程Ｓ６で大部分の中子は除去されているため、従来の製造方法に比べて中子を溶融除去する工程に要する時間は短縮され、ＦＲＰ製品の生産性を高めることができる。
【００５６】
○ 強化繊維に含浸させる母材樹脂は、金属製の中子５の溶融温度より低い温度でプリキュアを行うことができ、金属製の中子５の溶融温度より高い温度でアフターキュアを行うことができる樹脂であればよく、エポキシ樹脂に限らない。例えば、母材樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、樹脂に複数種類（例えば、２種類）の硬化剤を添加することで母材樹脂を構成し、母材樹脂の硬化が複数段階の温度条件で生じるようにしてもよい。
【００５７】
○ 中子５，２１，２６をアフターキュアされる温度と等しい融点を有する金属で構成してもよい。この場合でも、アフターキュア工程で、アフターキュア温度Ｔ２が中子５，２１，２６を構成する金属の融点にまで達するため、中子５，２１，２６を溶融除去することができる。
【００５８】
○ 中子５，２１，２６を構成する金属は、母材樹脂がプリキュアされる温度より高く、アフターキュアされる温度以下の融点を有する金属であれば、その種類についてはとくに限定されない。母材樹脂の種類に応じてＰｂ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｅ等を選択的に混合した合金や、ウッドメタルを用いて中子５を構成してもよい。例えば、Ｓｎ（４２重量％）・Ｂｉ（５７重量％）・Ａｇ（１重量％）の合金、Ｓｎ（４８重量％）・Ｉｎ（５２重量％）の合金を用いて中子５を構成してもよい。
【００５９】
○ 粒子を含む金属からなる中子に変更してもよい。例えば、中子５，２１，２６を構成する金属と同等以上の熱伝導性を有し、溶融温度が中子の金属より高い材料の粒子が混入された金属で中子を形成してもよい。このように構成すれば、アフターキュア工程Ｓ６において溶かす金属量を低減することができるため、短時間で中子５，２１，２６を除去することができる。前記粒子の材料としては、銅、アルミニウム、タングステン、銀等がある。
【００６０】
○ 強化繊維に対して母材樹脂の含浸を行うタイミングを変更してもよい。例えば、予め母材樹脂を強化繊維に含浸させ、その後、強化繊維を中子５，２１，２６に巻き付けてもよい。また、母材樹脂が含浸された繊維シートを準備して、成形型内に配置するように変更してもよい。
【００６１】
○ 中子５，２１，２６に対して強化繊維を巻き付ける方法を変更してもよい。例えば、ブレーダーによって強化繊維を中子５に巻き付けてもよい。
以下の技術的思想は前記実施形態から把握できる。
【００６２】
○ 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、タンク形状で、かつ、少なくとも２個以上の開口を有する繊維強化プラスチックの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】一実施形態におけるＦＲＰ製容器の概略側断面図。
【図２】（ａ）プリキュア工程を示す模式説明図、（ｂ）アフターキュア工程を示す模式説明図。
【図３】（ａ）従来行われていたＦＲＰの製造手順を示すフローチャート、（ｂ）本実施形態におけるＦＲＰの製造手順を示すフローチャート。
【図４】別の実施形態を示し、（ａ）はＦＲＰ製構造体の概略斜視図、（ｂ）は成形型、第１〜第３繊維シート、中子の関係を示す模式斜視図、（ｃ）は硬化製品を示す模式斜視図。
【図５】別の実施形態を示し、（ａ）は成形型、プリフォーム、中子の関係を示す模式斜視図、（ｂ）はＦＲＰ製パイプの概略斜視図。
【図６】従来技術を示し、（ａ）は製造方法を示す説明図、（ｂ）はフィルムシートを取り出した後のＦＲＰを示す斜視図。
【図７】従来技術を示し、（ａ）は製造方法を示す説明図、（ｂ）は中子を流した後のＦＲＰを示す斜視図。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓ１…被覆工程、Ｓ３…含浸工程、Ｓ４…プリキュア工程、Ｓ６…アフターキュア工程、Ｔ１…プリキュア温度、Ｔ２…アフターキュア温度、１…ＦＲＰ製タンク、５，２１，２６…中子、１６…ＦＲＰ製構造体、１７…中空部、１８…シート状の繊維製品としての第１繊維シート、１９…シート状の繊維製品としての第２繊維シート、２０…シート状の繊維製品としての第３繊維シート、２７…プリフォーム、３３…ＦＲＰ製パイプ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチックの製造方法に係り、詳しくは中空部を有する繊維強化プラスチックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチックの製造方法において、筒状又は中空形状の繊維強化プラスチック（以下、繊維強化プラスチックをＦＲＰと記載する。）を製造する方法としては、次の（１）〜（３）のような方法が実施されている。
【０００３】
（１）予め中子の形状に沿って強化繊維の賦形を行い、強化繊維からなるプリフォームを作成する。その後、プリフォームを上型及び下型で挟み込んだ後、上型又は下型に設けられた注入口から樹脂を注入する。樹脂硬化後、上型及び下型から内部に中子を有した状態のＦＲＰを取り出し、その後、ＦＲＰから中子を取り出すことで中空形状のＦＲＰを製造する。
【０００４】
（２）図６（ａ）に示すように、上型４０及び下型４１からなる成形型４２に形成されたキャビィティ４３に、中空状（筒状）に形成されたプリフォーム４４を配置するとともにプリフォーム４４の内部に袋状のフィルムシート４５を配置する。そして、成形型４２に形成された注入口４６から樹脂を注入する。樹脂注入後、フィルムシート４５内に空気を供給し、空気圧（図６（ａ）で矢示する。）によってフィルムシート４５を膨張させた後、フィルムシート４５が膨張した状態で樹脂を硬化させる。樹脂硬化後は、図６（ｂ）に示すように、内部にフィルムシート４５を有したＦＲＰ４７を成形型４２から取り出し、フィルムシート４５をＦＲＰ４７から剥がすことで中空形状のＦＲＰ４７を製造する。
【０００５】
（３）水溶性素材（例えば、石膏）からなる中子の形状に沿って強化繊維の賦形を行い、強化繊維からなるプリフォーム４８を作成する。そして、図７（ａ）に示すように、プリフォーム４８を成形型４９の上型５０及び下型５１で挟み込んだ後、成形型４９に設けられた注入口５２から樹脂を注入する。樹脂硬化後、成形型４９から内部に中子５３がある状態のＦＲＰ５４を取り出し、その後、中子５３を水で溶かして除去する（図７（ｂ）で矢示する。）作業を行うことで中空形状のＦＲＰ５４を製造する。
【０００６】
その他に、従来、中子部材を低融点金属で構成し、その中子部材を加熱してＦＲＰから溶出させるガス燃料タンクの成形方法が提案されている（特許文献１参照。）。特許文献１に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、低融点金属からなる中子部材に母材樹脂が含浸された強化繊維を巻き付ける巻付け工程終了後、低融点金属の融点より低い温度で母材樹脂を加熱して硬化させている。その後、母材樹脂が劣化する温度より低く、低融点金属の融点より高い温度（例えば、１２０℃）で中子部材を加熱することで中子部材を溶出させ、中空形状のＦＲＰ製容器外郭を製造している。
【特許文献１】特開平９−３２３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、従来方法（１）では、脱型用の抜きテーパー角が形成された中子を用いなければ、ＦＲＰから中子を支障なく取り出すことは難しい。したがって、従来方法（１）では、内部に配置された中子を取り出すことができないような複雑な形状のＦＲＰ（例えば、開口部が内部の空洞より小さい容器等）を成形することができないという問題があった。
【０００８】
従来方法（２）では、膨張したフィルムシート４５にプリフォーム４４の内側面が押圧された状態で樹脂の硬化が行われているが、フィルムシート４５を介して空気圧によってプリフォーム４４押圧しているため、板厚の成形精度及び面の成形精度が低い。したがって、従来方法（２）によって成形されたＦＲＰ４７を高い板厚精度及び面精度が要求される部品に用いることは難しい。
【０００９】
従来方法（３）では、樹脂を硬化させる工程を実施した後、中子５３を水で溶かし流すのに時間を要するため、生産性が低いという問題があった。
また、特許文献１に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、母材樹脂の硬化工程終了後、ヒータの加熱温度を昇温させ、中子部材を溶出させる工程を実施している。したがって、特許文献１に記載されたガス燃料タンクの成形方法では、母材樹脂を硬化させる工程の後に、ＦＲＰの内部に配置された全ての中子部材を溶かし流さなければならず、その分だけ時間を要し生産性が低いという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＦＲＰを精度よく複雑な形状に成形することができるとともに、生産性が高いＦＲＰの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、金属製の中子を繊維若しくはシート状の繊維製品で被覆した後、被覆している前記繊維若しくは前記シート状の繊維製品に母材樹脂を含浸させるか又は、母材樹脂を含浸させた繊維若しくはシート状の繊維製品で前記中子を被覆した後、前記母材樹脂を加熱してプリキュアし、前記母材樹脂をプリキュアした温度より高い温度で加熱してアフターキュアする繊維強化プラスチックの製造方法であって、前記金属製の中子として、プリキュアさせる時の加熱温度より高く、アフターキュアさせる時の加熱温度以下の融点を有する金属を使用することを要旨とする。
【００１２】
ここで、「シート状の繊維製品」とは、織布、不織布、編み地等、繊維をシート状に形成したものを意味する。また、「シート状の繊維製品で被覆する」とは、シート状の繊維製品で中子全体を被覆する場合に限らず、柱状の中子の両端を除いた周面だけを被覆する場合、複数枚の中子を用いて被覆する場合も意味し、シート状の繊維製品の枚数は１枚に限らない。
【００１３】
この発明では、プリキュア工程で母材樹脂を硬化させた後、アフターキュア工程に移行する。そして、アフターキュア工程では、母材樹脂をほぼ完全硬化させることで繊維強化プラスチックとして完成させる。ここで、アフターキュア工程においては加熱温度が中子を構成する金属の融点を超えるため、アフターキュア工程を実施している最中に中子は溶出し、アフターキュア工程終了後には、中子が除去された繊維強化プラスチックを得ることができる。すなわち、溶ける中子で形成されているため、繊維強化プラスチックを精度よく複雑な形状にすることができる。
【００１４】
また、アフターキュア工程を実施している最中に中子を溶かして除去することができるため、その分、繊維強化プラスチックが完成するまでの時間を短縮することができる。したがって、繊維強化プラスチックの生産性を高めることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記金属製の中子に繊維を巻き付けることにより前記金属製の中子を繊維で被覆し、前記繊維として長繊維を使用することを要旨とする。
【００１６】
この発明では、中子に巻きつける繊維が長繊維であれば、繊維を緊張させた状態で巻き付けることができる。したがって、繊維が中子に巻き付けられることで作成されたプリフォームにしわやズレができることを抑制できる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１の発明において、前記金属製の中子を繊維又はシート状の繊維製品で被覆した後、前記母材樹脂の含浸及び成形は、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）法を用いて行われることを要旨とする。
【００１８】
この発明では、従来ＲＴＭ法でできなかった形状（例えば、タンク形状）のＦＲＰを成形することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記金属製の中子を複数使用することで複数の中空部を有する繊維強化プラスチックを形成することを要旨とする。
【００１９】
この発明では、複雑な形状（例えば、ハニカム形状等）の繊維強化プラスチック製品を容易に生産することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＦＲＰを精度よく複雑な形状に成形することができるとともに、生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明をＦＲＰ製タンクの製造方法に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
【００２２】
図１に示すように、ＦＲＰ製タンク１には、側断面長円形状で、かつ略円筒状の貯留部２が設けられている。貯留部２には、その図１における左右両側に口金を取り付ける部分としての孔４が設けられている。孔４は、それぞれＦＲＰ製タンク１の中心軸上において真っ直ぐに延びている。ＦＲＰ製タンク１では、強化繊維として長繊維が用いられている。ＦＲＰ製タンク１では、強化繊維として、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維（炭素繊維）、アラミド繊維等が使用される。
【００２３】
貯留部２は、その肉厚が均一に形成されている。貯留部２の内壁面２ａは、凹凸のない平滑面である。
次に前記のように構成されたＦＲＰ製タンク１の製造方法について説明する。
【００２４】
ここで、ＦＲＰ製タンク１を製造する際に用いられる中子５について説明する。図２（ａ）に示すように、中子５は、略円柱形状で、貯留部２の内壁面２ａに沿うような外形の胴部６と、胴部６の両端に設けられたボス部７とを備えている。ボス部７は、円柱形状に形成され、各ボス部７には、軸部８が突設さられている。
【００２５】
中子５は、例えば、金型成形された金属製のものを使用する。中子５は、母材樹脂がプリキュアされる温度より高く、アフターキュアされる温度以下の融点を有する金属、例えば、Ｓｎ（４２重量％）・Ｂｉ（５８重量％）の合金によって形成されている。
【００２６】
次に、被覆工程Ｓ１からＦＲＰを製造するまでの工程について説明する。
まず、被覆工程Ｓ１では、フィラメントワインディング（以下、フィラメントワインディングを適宜ＦＷと記載する。）装置を用いて、中子５を樹脂が含浸されていない強化繊維で被覆する。なお、本実施形態では、通常、ＦＷ装置で強化繊維を巻き付ける際に用いられるマンドレルの代わりに中子５を対象にして強化繊維を巻き付ける。被覆工程Ｓ１では、ＦＷ装置に中子５の両端に位置する軸部８において、中子５を両持ち状態で取り付けて、ＦＷ装置を駆動する。そして、長繊維である強化繊維を緊張させた状態で、長繊維を胴部６及びボス部７の表面にフープ巻き、ヘリカル巻を併用して巻き付ける。この被覆工程Ｓ１を実施すると、図２（ａ）に示すように、繊維強化樹脂として成形される前のプリフォーム９が作成される。
【００２７】
次に、中子５に巻かれた状態のプリフォーム９（以下、適宜、単にプリフォーム９と記載する。）をＦＷ装置から取り外す。そして、型入れ工程Ｓ２、含浸工程Ｓ３及びプリキュア工程Ｓ４において、レジントランスファーモールディング法（以下、ＲＴＭ法と記載する。）を用いて母材樹脂の含浸及び硬化を行う。図２（ａ）に示すように、ＲＴＭ用の成形型１０は上型１１及び下型１２を備えるとともに、上型１１及び下型１２には、それぞれプリフォーム９の外形に対応する上型収容凹部１３及び下型収容凹部１４が設けられている。また、上型１１には、上型収容凹部１３と連通する図示しない真空引き口が設けられ、図示しない真空引き口は、図示しない真空ポンプに接続される。また、下型１２には、下型収容凹部１４と連通する図示しない注入口が設けられ、図示しない注入口は、母材樹脂を注入可能に構成されている。
【００２８】
そして、型入れ工程Ｓ２では、下型１２に設けられた下型収容凹部１４にプリフォーム９をセットした後、上型１１を下降させる。プリフォーム９が成形型１０内にセットされると、次に、母材樹脂の含浸及び成形（硬化も含む）を行う。含浸工程Ｓ３では、図示しない注入口から成形型１０内のプリフォーム９へ向けて熱硬化性の母材樹脂を注入しつつ図示しない真空引き口を介して上型収容凹部１３及び下型収容凹部１４内を真空引きする。
【００２９】
含浸工程Ｓ３終了後、成形型１０内にプリフォーム９をセットした状態のままプリキュア工程Ｓ４を実施する。プリキュア工程Ｓ４は、母材樹脂に含まれた硬化剤又は添加剤の成分が揮発することによる添加量の減少及び気泡の発生等を防ぐ目的として、母材樹脂を低温で硬化させる工程である。プリキュア工程Ｓ４では、成形型１０内に埋め込まれた図示しない加熱手段（例えば、電気ヒータ）によって母材樹脂をプリキュア温度Ｔ１（例えば、母材樹脂がエポキシ樹脂の場合、プリキュア温度は、常温〜１２０℃。）で所定時間（例えば、１時間）加熱して、母材樹脂を硬化させる。ここで、「プリキュア温度Ｔ１」とは、プリキュア処理を行うときの温度のことを意味する。プリキュア工程Ｓ４が実施されると、母材樹脂が硬化して硬化製品１５（図２（ｂ）参照。）が形成される。プリキュア工程Ｓ４終了後の母材樹脂は、成形型１０から取り出すには支障はないが、目的の強度を得るための硬化度には達していない不完全な状態で硬化している。なお、プリキュア工程Ｓ４において、母材樹脂が硬化するまでに要する時間は、加熱温度によって異なり、加熱温度が高い程、硬化するまでに要する時間は短くなる。
【００３０】
次に、脱型工程Ｓ５を実施して、硬化製品１５を中子５ごと成形型１０から取り出す。脱型工程Ｓ５終了後、図２（ｂ）に示すように、硬化製品１５及び中子５を図示しない炉の中に縦置き（中子５の軸部８が上下方向に向く状態）に配置し、アフターキュア工程Ｓ６を実施する。なお、脱型工程Ｓ５終了後、成形型１０は清掃離型処理が行われる。
【００３１】
アフターキュア工程Ｓ６では、母材樹脂をプリキュア温度Ｔ１よりも高いアフターキュア温度Ｔ２（例えば、母材樹脂がエポキシ樹脂の場合、アフターキュア温度は、１５０℃〜１７０℃。）で所定時間（例えば、１．５時間）加熱する。なお、アフターキュア工程Ｓ６において、母材樹脂を目的の硬化度までに硬化させるのに要する時間は、加熱温度によって異なり、加熱温度が高い程、要する時間は短くなる。ここで、「アフターキュア温度Ｔ２」とは、アフターキュア処理を行うときの温度のことを意味する。
【００３２】
そして、アフターキュア工程Ｓ６を実施している最中、中子５に対する加熱温度は、中子５を構成する金属の融点より高くなり、中子５が溶融を開始する。そして、図２（ｂ）に示すように、硬化製品１５の内部に配置されていた中子５は、溶融することで硬化製品１５の下側の孔４から流れ出す（図２（ｂ）の実線矢印で示す。）。アフターキュア工程Ｓ６終了後には、中子５が除去された状態のＦＲＰ製タンク１（図１参照）が製造されることとなる。
【００３３】
なお、アフターキュア工程Ｓ６において溶け出た金属は、溶融金属回収工程Ｓ７において図示しない回収装置によって回収され、中子成形工程Ｓ８において回収した金属を原料として中子５の成形を行う。すなわち、アフターキュア工程Ｓ６において溶け出た金属は、中子５として再利用される。
【００３４】
ここで、特許文献１の従来技術をこの実施形態に適用した場合（以下、単に従来技術と記載する。）の作業の流れと、この実施形態の作業の流れとを比較する。図３（ａ）は従来技術を適用した場合を示し、図３（ｂ）はこの実施形態の場合を示す。従来技術は、被覆工程Ｓ１から脱型工程Ｓ５まではこの実施形態と同様である。そして、アフターキュア工程Ｓ６ａの後に、中子５の金属を加熱溶融させて除去する中子除去工程Ｓ６ｂを備えている点がこの実施形態と異なる。
【００３５】
即ち、従来技術では、被覆工程Ｓ１、型入れ工程Ｓ２、含浸工程Ｓ３、プリキュア工程Ｓ４、脱型工程Ｓ５、アフターキュア工程Ｓ６ａ、中子除去工程Ｓ６ｂを順に行い、ＦＲＰ製品を完成させていた。したがって、従来技術では、アフターキュア工程Ｓ６ａの後に、中子除去工程Ｓ６ｂが必要なため、中子除去工程Ｓ６ｂを行うのに必要な時間が余分に必要となる。また、アフターキュア工程Ｓ６ａでは、アフターキュア温度が、中子５の金属の融点より低い温度で行われるため、アフターキュアが完了するまでに要する時間がこの実施形態の場合より長くかかる。その結果、ＦＲＰ製品を完成させるまでに要する時間がその分、本実施形態の製造方法に比較して長くなる。
【００３６】
なお、図１及び図２は、ＦＲＰ製タンク１、中子５、プリフォーム９、硬化製品１５等の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。図２（ａ）においては、図示の都合上、中子５及びプリフォーム９を側断面で図示し、成形型１０を斜視図で図示している。また、図によっても、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比が異なっているものもある。
【００３７】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）中子５を構成する金属は、プリキュア温度Ｔ１より高くアフターキュア温度Ｔ２より低い融点を有する。アフターキュア工程Ｓ６では、中子５の溶融温度より高い温度であるアフターキュア温度Ｔ２に達するまで硬化製品１５に対する加熱温度を上げる。そして、アフターキュア工程Ｓ６を実施している最中に中子５を溶かして流し出すため、従来技術と異なり、アフターキュア工程Ｓ６とは別に中子５を除去する中子除去工程を実施する必要がない。そのため、中子除去工程Ｓ６ｂを経ない分と、アフターキュア工程Ｓ６に要する時間が、従来技術のアフターキュア工程Ｓ６ａに要する時間より短い分だけＦＲＰとしてのＦＲＰ製タンク１の完成に要する時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
【００３８】
（２）中子５は、金属によって構成されるとともに、溶けて流れ出ることでＦＲＰから取り出される。したがって、複雑な形状のＦＲＰを精度よく製造することができる。
（３）中子５を被覆する強化繊維は、長繊維である。したがって、連続繊維である強化繊維を緊張させた状態で巻き付けることができるため、被覆工程Ｓ１を実施することで作成されたプリフォーム９にしわやズレができることを抑制できる。
【００３９】
（４）母材樹脂に対する含浸及び成形はＲＴＭ法を用いて行われ、従来ＲＴＭ法によって成形できなかったタンク形状のＦＲＰを成形することができる。
（５）ＦＲＰ製タンク１には、２つの孔４が設けられている。したがって、アフターキュア工程Ｓ６において、一方の孔４から溶融した金属を流し出す時には、もう一方の孔４から空気が導入される（図２（ｂ）の点線矢印で示す。）ため、溶けた金属を速やかに外部へ流し出すことができる。
【００４０】
（６）ＦＲＰ製タンク１には、図１における左右両側にそれぞれ、その中心軸上において真っ直ぐに延びている孔４が設けられている。そして、被覆工程Ｓ１で強化繊維を巻き付ける際、ＦＷ装置が中子５を両軸部８で両持ち状態で支持して強化繊維を巻き付けることができる。したがって、ＦＷ装置が中子５を片持ちしていないため、ＦＷ装置を駆動する際、中子５がぶれずに安定して駆動させることができる。
【００４１】
（７）アフターキュア工程Ｓ６において溶け出た金属は、図３（ｂ）に示すように、溶融金属回収工程Ｓ７及び中子成形工程Ｓ８が実施されることで中子５として再利用される。したがって、中子５をアフターキュア工程Ｓ６において溶融除去する金属から構成しても、中子５の材料を無駄に消費することがないため、経済的に有利である。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、本発明を複数の中空部を有するハニカム状のＦＲＰ製構造体の製造方法に具体化した第２実施形態を図４（ａ）〜（ｃ）にしたがって説明する。なお、第１実施形態と同様な部分については、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、ＦＲＰ製構造体１６は、複数の中空部１７を有するハニカム構造で、平面視矩形状となるように構成されている。ＦＲＰ製構造体１６は、中空部１７が延びている方向と直交する方向における断面形状がどの箇所の断面であっても同じ形状となるように形成されている。中空部１７は、ＦＲＰ製構造体１６の短手方向に沿って延びるように形成されるとともに長手方向に沿って所定間隔を空けて平行に形成されている。中空部１７は、正面視矩形状で、なおかつ、全て同じ形状に形成されている。
【００４４】
次に、ＦＲＰ製構造体１６の製造方法について説明する。
まず、ＦＲＰ製構造体１６を製造する際に用いられるシート状の繊維製品としての第１〜第３繊維シート２０及び断面矩形状の角材である中子５について説明する。
【００４５】
図４（ｂ）に示すように、第１〜第３繊維シート１８〜２０には、長繊維で製織された織布が使用されている。第１〜第３繊維シート１８〜２０は、矩形状に形成され、それぞれの長手方向の辺１８ａ〜２０ａの長さが異なるとともに、それぞれの他の辺１８ｂ〜２０ｂの長さが等しくなっている。第１繊維シート１８は、その一辺１８ａの長さが全ての中子５の幅の和より長くなるように形成されている。第２繊維シート１９は、その一辺１９ａの長さが全ての中子５の幅及び厚みの全ての和より長くなるように設定されている。また、第３繊維シート２０は、その一辺２０ａの長さが全ての中子５の幅と２つの中子２１の厚みの和より長くなるように設定されている。
【００４６】
中子２１は、前記実施形態と同様の金属から構成されるとともに、長さが第１〜第３繊維シート１８〜２０の他の辺１８ｂ〜２０ｂの長さ以上となるように形成されている。また、中子５としては、同じ形状のものが７つ準備される。
【００４７】
次に、準備された第１〜第３繊維シート１８〜２０及び中子２１を成形型２２内にセットするために、下型２３に設けられた下型収容凹部２３ａに第１繊維シート１８を配置する。そして、７つの中子２１のうちの４つを第１繊維シート１８の上に配置する。なお、４つの中子２１は、隣り合う中子２１の間に一つの中子２１が配置できる程度の間隔を空けて配置する。その後、４つの中子２１の外面を被覆するように、第２繊維シート１９を重ねる。さらに、残りの中子２１（３つの中子２１）を、それぞれ第１繊維シート１８の上に配置された中子２１の間に位置するように配置する。そして、最後に、３つの中子２１の上に、第３繊維シート２０を重ねるように配置することで３つの中子２１を被覆して、その上から上型２４を下降させる。
【００４８】
第１〜第３繊維シート１８〜２０及び中子２１が成形型２２内に配置された後、含浸工程Ｓ３、プリキュア工程Ｓ４が実施され、硬化製品２５（図４（ｃ）参照）が作成される。次に、脱型工程Ｓ５において、複数の中子２１を含む硬化製品２５が成形型２２から取り出される。次に、アフターキュア工程Ｓ６が実施されることで複数の中子２１は溶けて流れ出し、アフターキュア工程Ｓ６終了後には、複数の中空部を有したハニカム状のＦＲＰ製構造体１６が製造される。
【００４９】
この実施形態によれば、第１実施形態（１）、（２）、（４）、（５）及び（７）と同様の効果の他に、以下に示す効果を得ることができる。
（８）中子２１を複数使用することで、複数の中空部１７を有するハニカム状のＦＲＰ製構造体１６を容易に生産することができる。
【００５０】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 第１実施形態において、中子５に巻き付ける強化繊維を長繊維から短繊維に変更してもよい。この場合、短繊維製の糸を中子５に巻き付けることでプリフォームを作成することができる。
【００５１】
○ 第２実施形態において、シート状の繊維製品である第１〜第３繊維シート１８〜２０の目の粗さ具合については特に限定されない。目が細かい繊維シートを用いてもよいし、目が粗い繊維シートを用いてもよい。
【００５２】
○ 第２実施形態において、シート状の繊維製品として、織布の代わりに不織布を用いてもよい。また、シート状の繊維製品として、織布の代わりに編み地を用いてもよい。
○ 第２実施形態において、一列に並べられた複数の中空部１７が複数段できるように構成してもよい。例えば、繊維シートを間に挟んで中子の上に他の中子を重ねるように配置した状態で、第２実施形態における製造方法を実施すれば、一列に並べられた複数の中空部１７が複数段設けられたＦＲＰ製構造体を製造することができる。
【００５３】
○ 第２実施形態において、複数の中空部１７はその形状が全て同じでなくてもよい。例えば、中央に配置される中子２１の形状を最も大きく形成し、配置位置が左右両側に向うにつれて順に小さい中子２１を配置することで、中央位置から両側に向う中空部となるにつれて小さくなるＦＲＰ製構造体を製造してもよい。このような構成のＦＲＰ製構造体であれば、複数の中空部の形状が全て一定のＦＲＰ製構造体に比べて強度を高めることができる。
【００５４】
○ 本発明を、ガス燃料タンクの一部を構成するＦＲＰ製タンク１やハニカム状のＦＲＰ製構造体１６以外の製品を製造するために用いてもよい。例えば、本発明を、湾曲形状のＦＲＰ製パイプを製造するために用いてもよい。この場合、中子２６を湾曲状に形成し、図５（ａ）に示すように、中子２６に強化繊維を巻き付けることでプリフォーム２７を作成する。そして、それぞれ輪郭が略湾曲状の下型収容凹部３１及び上型収容凹部３２が設けられた上型２９及び下型３０を備えた成形型２８を用いて、含浸工程Ｓ３、プリキュア工程Ｓ４を実施する。その後、成形型２８から中子２６及び硬化製品２５を取り出してアフターキュア工程Ｓ６を実施することで、中子２６を溶かして流し出す。中子２６が溶けて全て流れ出ると、図５（ｂ）に示すように、湾曲状のＦＲＰ製パイプ３３が製造される。
【００５５】
○ プリキュア工程Ｓ４を実施してからアフターキュア工程Ｓ６を実施するまでの間に、母材樹脂を加熱硬化させる工程を追加してもよい。
○ アフターキュア工程Ｓ６終了後に、ＦＲＰ製品を加熱することで中子を溶融除去する工程を追加してもよい。ＦＲＰ製品の形状によっては、アフターキュア工程Ｓ６を実施した後であっても、ＦＲＰ製品の中空部に中子が残存することがあるが、中子を溶融除去する工程を追加すれば、残存した中子も除去することができる。このような場合であっても、アフターキュア工程Ｓ６で大部分の中子は除去されているため、従来の製造方法に比べて中子を溶融除去する工程に要する時間は短縮され、ＦＲＰ製品の生産性を高めることができる。
【００５６】
○ 強化繊維に含浸させる母材樹脂は、金属製の中子５の溶融温度より低い温度でプリキュアを行うことができ、金属製の中子５の溶融温度より高い温度でアフターキュアを行うことができる樹脂であればよく、エポキシ樹脂に限らない。例えば、母材樹脂として、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、樹脂に複数種類（例えば、２種類）の硬化剤を添加することで母材樹脂を構成し、母材樹脂の硬化が複数段階の温度条件で生じるようにしてもよい。
【００５７】
○ 中子５，２１，２６をアフターキュアされる温度と等しい融点を有する金属で構成してもよい。この場合でも、アフターキュア工程で、アフターキュア温度Ｔ２が中子５，２１，２６を構成する金属の融点にまで達するため、中子５，２１，２６を溶融除去することができる。
【００５８】
○ 中子５，２１，２６を構成する金属は、母材樹脂がプリキュアされる温度より高く、アフターキュアされる温度以下の融点を有する金属であれば、その種類についてはとくに限定されない。母材樹脂の種類に応じてＰｂ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ａｇ、Ｓｂ、Ｚｎ、Ｓｅ等を選択的に混合した合金や、ウッドメタルを用いて中子５を構成してもよい。例えば、Ｓｎ（４２重量％）・Ｂｉ（５７重量％）・Ａｇ（１重量％）の合金、Ｓｎ（４８重量％）・Ｉｎ（５２重量％）の合金を用いて中子５を構成してもよい。
【００５９】
○ 粒子を含む金属からなる中子に変更してもよい。例えば、中子５，２１，２６を構成する金属と同等以上の熱伝導性を有し、溶融温度が中子の金属より高い材料の粒子が混入された金属で中子を形成してもよい。このように構成すれば、アフターキュア工程Ｓ６において溶かす金属量を低減することができるため、短時間で中子５，２１，２６を除去することができる。前記粒子の材料としては、銅、アルミニウム、タングステン、銀等がある。
【００６０】
○ 強化繊維に対して母材樹脂の含浸を行うタイミングを変更してもよい。例えば、予め母材樹脂を強化繊維に含浸させ、その後、強化繊維を中子５，２１，２６に巻き付けてもよい。また、母材樹脂が含浸された繊維シートを準備して、成形型内に配置するように変更してもよい。
【００６１】
○ 中子５，２１，２６に対して強化繊維を巻き付ける方法を変更してもよい。例えば、ブレーダーによって強化繊維を中子５に巻き付けてもよい。
以下の技術的思想は前記実施形態から把握できる。
【００６２】
○ 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、タンク形状で、かつ、少なくとも２個以上の開口を有する繊維強化プラスチックの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】一実施形態におけるＦＲＰ製容器の概略側断面図。
【図２】（ａ）プリキュア工程を示す模式説明図、（ｂ）アフターキュア工程を示す模式説明図。
【図３】（ａ）従来行われていたＦＲＰの製造手順を示すフローチャート、（ｂ）本実施形態におけるＦＲＰの製造手順を示すフローチャート。
【図４】別の実施形態を示し、（ａ）はＦＲＰ製構造体の概略斜視図、（ｂ）は成形型、第１〜第３繊維シート、中子の関係を示す模式斜視図、（ｃ）は硬化製品を示す模式斜視図。
【図５】別の実施形態を示し、（ａ）は成形型、プリフォーム、中子の関係を示す模式斜視図、（ｂ）はＦＲＰ製パイプの概略斜視図。
【図６】従来技術を示し、（ａ）は製造方法を示す説明図、（ｂ）はフィルムシートを取り出した後のＦＲＰを示す斜視図。
【図７】従来技術を示し、（ａ）は製造方法を示す説明図、（ｂ）は中子を流した後のＦＲＰを示す斜視図。
【符号の説明】
【００６４】
Ｓ１…被覆工程、Ｓ３…含浸工程、Ｓ４…プリキュア工程、Ｓ６…アフターキュア工程、Ｔ１…プリキュア温度、Ｔ２…アフターキュア温度、１…ＦＲＰ製タンク、５，２１，２６…中子、１６…ＦＲＰ製構造体、１７…中空部、１８…シート状の繊維製品としての第１繊維シート、１９…シート状の繊維製品としての第２繊維シート、２０…シート状の繊維製品としての第３繊維シート、２７…プリフォーム、３３…ＦＲＰ製パイプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の中子を繊維若しくはシート状の繊維製品で被覆した後、被覆している前記繊維若しくは前記シート状の繊維製品に母材樹脂を含浸させるか又は、母材樹脂を含浸させた繊維若しくはシート状の繊維製品で前記中子を被覆した後、前記母材樹脂を加熱してプリキュアし、前記母材樹脂をプリキュアした温度より高い温度で加熱してアフターキュアする繊維強化プラスチックの製造方法であって、前記金属製の中子として、プリキュアさせる時の加熱温度より高く、アフターキュアさせる時の加熱温度以下の融点を有する金属を使用することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２】
前記金属製の中子に繊維を巻き付けることにより前記金属製の中子を繊維で被覆し、前記繊維として長繊維を使用する請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
前記金属製の中子を繊維又はシート状の繊維製品で被覆した後、前記母材樹脂の含浸及び成形は、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）法を用いて行われる請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
前記金属製の中子を複数使用することで複数の中空部を有する繊維強化プラスチックを形成する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項１】
金属製の中子を繊維若しくはシート状の繊維製品で被覆した後、被覆している前記繊維若しくは前記シート状の繊維製品に母材樹脂を含浸させるか又は、母材樹脂を含浸させた繊維若しくはシート状の繊維製品で前記中子を被覆した後、前記母材樹脂を加熱してプリキュアし、前記母材樹脂をプリキュアした温度より高い温度で加熱してアフターキュアする繊維強化プラスチックの製造方法であって、前記金属製の中子として、プリキュアさせる時の加熱温度より高く、アフターキュアさせる時の加熱温度以下の融点を有する金属を使用することを特徴とする繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項２】
前記金属製の中子に繊維を巻き付けることにより前記金属製の中子を繊維で被覆し、前記繊維として長繊維を使用する請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項３】
前記金属製の中子を繊維又はシート状の繊維製品で被覆した後、前記母材樹脂の含浸及び成形は、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）法を用いて行われる請求項１に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【請求項４】
前記金属製の中子を複数使用することで複数の中空部を有する繊維強化プラスチックを形成する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の繊維強化プラスチックの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１３２７１７（Ｐ２００８−１３２７１７Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２１８８４（Ｐ２００６−３２１８８４）
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２９日（２００６．１１．２９）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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