JP6859448B2

JP6859448B2 - 繊維強化樹脂部材の製造方法、燃料タンク及び繊維強化樹脂部材

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Publication number: JP6859448B2
Application number: JP2019546599A
Authority: JP
Inventors: 龍志谷; 鷹志森本
Original assignee: Yachiyo Industry Co Ltd
Current assignee: Yachiyo Industry Co Ltd
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: WO2019069639A1; JPWO2019069639A1

Description

本発明は、繊維強化樹脂部材の製造方法、燃料タンク及び繊維強化樹脂部材に関する。

繊維強化樹脂（ＦＲＰ：Fiber-Reinforced Plastics）部材の製造方法として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の製造方法は、繊維シートと樹脂シートとを積層させて積層体を形成した後、成形型を用いて成形するというものである。

特開平７−０４７５９６号公報

しかし、従来の製造方法では、繊維強化樹脂部材の端部に繊維が露出することにより、露出した繊維が毛羽立ってしまうという問題がある。作業者が毛羽立った部分に触れると裂傷するおそれがあるため繊維強化樹脂部材の取扱いが困難となる。また、毛羽立った部分から繊維がほつれたり、繊維と樹脂との間から物質が入り込んだりして製品の劣化の原因にもなる。

本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、繊維の毛羽立ちの発生を抑えることができる繊維強化樹脂部材の製造方法、燃料タンク及び繊維強化樹脂部材を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、繊維シートを当該繊維シートよりもサイズが大きく繊維が含有されていない樹脂シートで挟むように積層した積層体を準備する準備工程と、前記繊維シートが露出しないように前記積層体を加圧成形する本成形工程と、を有し、前記本成形工程後、前記繊維シートが延在する部分に取付孔を形成する一方、前記繊維シートの端部よりも外側の位置の未強化部の領域において不要な部分をカットすることを特徴とする。

かかる構成によれば、繊維強化樹脂部材の外部に繊維が露出しないので、繊維の毛羽立ちの発生を抑えることができる。

また、前記本成形工程では、前記繊維シートの端部よりも外側の位置で、前記樹脂シートを成形型によってピンチすることが好ましい。

かかる構成によれば、別途端部をカットする作業を省略することができるため、作業工数を減らすことができる。

また、前記積層体を、複数の前記繊維シートと、複数の前記繊維シートの間及び最外層に配置される複数の前記樹脂シートとで構成し、前記準備工程では、最外層に配置される前記樹脂シートのみのサイズを前記繊維シートよりも大きくすることを特徴とする。

かかる構成によれば、最外層の樹脂シートのみを大きくするため、材料コストを低減することができる。

また、本発明は、タンク本体と、前記タンク本体の外側を挟持する一対の繊維強化樹脂部材と、一対の前記繊維強化樹脂部材の両端を締結する締結部と、を有し、前記繊維強化樹脂部材は、繊維強化層と繊維が含有されていないマトリックス樹脂層とが積層して構成されるとともに、端部に前記繊維強化層が介在していない未強化部が形成されており、前記締結部用の取付孔が前記繊維強化層が延在する部分に形成され、前記未強化部の領域において不要な部分がカットされていることを特徴とする。

かかる構成によれば、繊維強化樹脂部材の端部が未強化部によって覆われることにより、繊維が露出しない。これにより、炭素性強化樹脂部材をタンク本体に組み付ける作業を容易に行うことができる。

また、本発明は、繊維強化層と繊維が含有されていないマトリックス樹脂層とが積層して構成されるとともに、端部に前記繊維強化層が介在していない未強化部が形成されており、取付孔が前記繊維強化層が延在する部分に形成され、前記未強化部の領域において不要な部分がカットされていることを特徴とする。

本発明の繊維強化樹脂部材の製造方法、燃料タンク及び繊維強化樹脂部材によれば、繊維の毛羽立ちの発生を抑えることができる。

本発明の第一実施形態に係る燃料タンクを示す斜視図である。第一実施形態の繊維強化樹脂部材周りを示す断面図である。繊維強化樹脂部材を示す斜視図である。繊維強化樹脂部材を示す側面図である。図４のＡ部分の要部拡大断面図である。図４のＢ部分の要部拡大断面図である。第一実施形態に係る繊維強化樹脂部材の製造方法の準備工程を示す斜視図である。第一実施形態に係る繊維強化樹脂部材の製造方法の配置工程及び成形工程を示す断面図である。第二実施形態の繊維強化樹脂部材の製造方法の準備工程を示す斜視図である。第二実施形態の繊維強化樹脂部材の製造方法により完成した繊維強化樹脂部材を示す概略平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る繊維強化樹脂部材の製造方法を燃料タンクの製造方法に適用する場合を想定して説明する。以下の説明において、「前後」、「左右」、「上下」を言うときは、図１に示した方向を基準とする。なお、各方向は、燃料タンクＴを説明する上で便宜上設定したものであり、燃料タンクＴを車両に搭載したときの方向を限定する趣旨ではない。

［第一実施形態］
燃料タンクＴは、図１及び図２に示すように、自動車やバイク並びに船舶等の移動手段に搭載されるものであり、タンク本体１と、複数の繊維強化樹脂部材２１（本実施形態では８つ）とで主に構成されている。

タンク本体１は、ガソリン等の燃料を貯溜する樹脂製の中空容器であり、例えばバリア層を含んだ複数層構造になっている。タンク本体１は、例えば、ポリエチレン、高密度ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を主な材料としている。タンク本体１は、例えばブロー成形等によって成形される。

タンク本体１は、下壁１１と、上壁１２と、第一側壁１３、第二側壁１４、第三側壁１５及び第四側壁１６とで構成されている。タンク本体１の下壁１１、上壁１２、第三側壁１５及び第四側壁１６には、全周に亘って連続する凹部３が形成されている。凹部３は、本実施形態では間をあけて前後方向に平行に４つ並設されている。凹部３は、図２に示すように、底部及び当該底部から立ち上がる一対の側壁を有し、外側に開放するように形成されている。凹部３は、全周に亘って一定の断面で形成されている。凹部３の個数は限定されるものではない。

繊維強化樹脂部材２１は、タンク本体１を補強する部材であって、タンク本体１の外面に間をあけて前後方向に平行に並設されている。繊維強化樹脂部材２１は、繊維シート（炭素繊維シート、ガラス繊維シート等）に樹脂を含浸させて形成された繊維強化樹脂（ＦＲＰ：Fiber-Reinforced Plastics）である。繊維強化樹脂部材２１は、図３及び図４に示すように、薄い帯状の部材であり、タンク本体１（図１参照）の外面に沿って一方の半周側を覆うバンド部２１ａと、バンド部２１ａの両端から外側方向に延在する延在部２１ｂ，２１ｂとで構成されている。バンド部２１ａの形状は、タンク本体１の外面の形状に対応して成形されている。両方の延在部２１ｂには締結部２２（例えば、ボルト及びナット）用の取付孔２１ｃが形成されている。

繊維強化樹脂部材２１は、タンク本体１に形成される凹部３に配置された状態で、上下を一組として締結部２２により締結される。つまり、一対の繊維強化樹脂部材２１でタンク本体１の外側を挟持している。下側に配置された繊維強化樹脂部材２１は、第三側壁１５、下壁１１及び第四側壁１６に亘って連続的に配置されている。また、上側に配置された繊維強化樹脂部材２１は、第三側壁１５、上壁１２及び第四側壁１６に亘って連続的に配置されている。なお、繊維強化樹脂部材２１の配置位置はタンク本体１の形状や用途に応じて適宜設定すればよい。

図５は、図４のＡ部分の要部拡大断面図である。図５は、繊維強化樹脂部材２１のバンド部２１ａの断面を模式的に示すものである。
繊維強化樹脂部材２１は、例えば、三つの繊維強化層３１と、四つのマトリックス樹脂層３２とで構成されており、各々の層が交互に積層されている。なお、層の厚さや層の数は模式的に示すものであって、本発明を限定するものではない。

繊維強化層３１は、繊維シート４１（図７参照）にマトリックス樹脂（マトリックス樹脂シート４２（図７参照））が含浸し、硬化して形成された層である。
マトリックス樹脂層３２は、マトリックス樹脂（マトリックス樹脂シート４２）が硬化して形成された層である。マトリックス樹脂層３２は、繊維強化層３１の両面（つまり、繊維強化層３１の間や繊維強化樹脂部材２１の最外層（表面））に形成されている。

図６は、図４のＢ部分の要部拡大断面図である。図６は、繊維強化樹脂部材２１の延在部２１ｂの断面を模式的に示すものである。
繊維強化層３１は、延在部２１ｂの端部まで到達しておらず、延在部２１ｂの端部には、複数のマトリックス樹脂（マトリックス樹脂シート４２（図７参照））が一体となって硬化した未強化部３３が形成されている。なお、図示を省略するが、繊維強化層３１の幅方向における両側にも未強化部３３が形成されている。そのため、本実施形態における繊維強化樹脂部材２１は、マトリックス樹脂によって覆われることで繊維強化層３１が外部に露出しないようになっている。なお、取付孔２１ｃ（図３参照）は、未強化部３３の領域ではなく繊維強化層３１が延在する部分に形成されていることが好ましい。

次に、燃料タンクの製造方法について説明する。燃料タンクの製造方法では、タンク本体成形工程と、繊維強化樹脂部材成形工程と、繊維強化樹脂部材取付工程と、を主に行う。

タンク本体成形工程は、タンク本体用成形型でタンク本体１（図１参照）をブロー成形する工程である。本体成形工程では、一方型と他方型との間に筒状又はシート状のパリソンをダイから吐出させる。パリソンは、例えば、内部にバリア層を含んで複数層で構成された熱可塑性樹脂である。タンク本体用成形型は、パリソンが塑性変形するように所定の温度まで予め加熱させておく。そして、一方型及び他方型を型締めしつつ、内部にエアーを供給することで、パリソンはタンク本体用成形型の成形面に転写される。なお、一方型及び他方型に設けられた真空引き手段を用いてパリソンを吸引し、パリソンをタンク本体用成形型に転写させてもよい。所定の時間が経過したら脱型し、余分なバリを切除することでタンク本体１が完成する。

次に、繊維強化樹脂部材成形工程について説明する。繊維強化樹脂部材成形工程は、繊維強化樹脂部材２１を製造する工程である。繊維強化樹脂部材成形工程は、準備工程と、配置工程と、本成形工程と、を主に行う。

準備工程は、図７に示すように、複数の繊維シート４１と、複数のマトリックス樹脂シート４２と、を順番に重ね合わせて積層体４０を形成する工程である。準備工程では、マトリックス樹脂シート４２を繊維シート４１の両面に配置する。これにより、マトリックス樹脂シート４２は、繊維シート４１の間や積層体４０の最外層（表面）に配置される。

繊維シート４１は、炭素繊維、ガラス繊維又は樹脂繊維等で形成された薄いシートである。繊維シート４１の種類は特に限定されず、例えば繊維を織ったクロス材や細かく切った短繊維を成形したフェルト材などであってよい。また、繊維シート４１の形状や大きさは特に限定されるものではないが、完成品の形状に合わせて予め成形されているのがよい。ここでの繊維シート４１は、繊維強化樹脂部材２１（図３参照）に合わせて、細長い帯状を呈している。

マトリックス樹脂シート４２は、熱可塑性樹脂（高密度ポリエチレン、ポリエチレン、ポリアミド（ナイロン）等）又は熱硬化性樹脂（フェノール樹脂、エポキシ樹脂等）で形成された薄いフィルムである。マトリックス樹脂シート４２は、繊維シート４１を覆うことができる形状及び大きさであるのがよく、例えば繊維シート４１と同様の形状であると共に繊維シート４１よりもサイズが大きいものである。ここでのマトリックス樹脂シート４２は、繊維シート４１と同様に細長い帯状を呈しており、サイズが繊維シート４１よりも大きくなっている。なお、積層体４０の最外層（表面）に配置されるマトリックス樹脂シート４２のサイズのみを、繊維シート４１を覆うことができる大きさにしてもよい。

配置工程は、図８に示すように、積層体４０を成形型Ｋに配置する工程である。成形型Ｋは、下側に配置される第一型Ｋ１と、上側に配置される第二型Ｋ２を用いている。第一型Ｋ１及び第二型Ｋ２とも内部に温度調節手段Ｍを備えている。配置工程では、第一型Ｋ１と第二型Ｋ２との間に積層体４０を配置する。

本成形工程は、図８に示すように、成形型Ｋによって繊維強化樹脂部材２１（図３参照）を成形する工程であり、第一型Ｋ１及び第二型Ｋ２を型締めしてプレス成形する。本成形工程では、成形型Ｋの温度は積層体４０が成形可能な温度に適宜設定すればよい。そして、脱型した後に、レーザー加工やウォータージェット加工などで不要な部分をカットし、繊維強化樹脂部材２１（図３参照）が完成する。ここで、不要な部分をカットするのは未強化部３３（図６参照）の領域であって、繊維強化層３１をカットしないようにする（つまり、繊維強化層３１の外側をカットする）。また、繊維シート４１の端部よりも外側の位置、つまり、未強化部３３の領域を成形型Ｋによってピンチして（挟んで）、不要な部分をカットしてもよい。

なお、本成形工程の前に、予備成形工程を行うようにしてもよい。予備成形工程と本成形工程とでは、例えば成形型Ｋの温度が異なっており、予備成形工程を行った後で不要な部分のカットを行い、その後に本成形工程を行ってもよい。その場合、予備成形工程後にカットを行った後で、新たなマトリックス樹脂シート４２を最外層（表面）に配置し、そして本成形工程を行ってもよい。
また、マトリックス樹脂シート４２のサイズを本成形工程後において不要な部分が発生しないように調整することで、不要な部分をカットする作業を省略することも可能である。

次に、繊維強化樹脂部材取付工程について説明する。繊維強化樹脂部材取付工程は、繊維強化樹脂部材２１（図３参照）をタンク本体１（図１参照）に取り付ける工程である。繊維強化樹脂部材取付工程では、タンク本体１の下壁１１及び上壁１２に形成される凹部３に繊維強化樹脂部材２１を配置する。そして、上下に配置される繊維強化樹脂部材２１を一組として締結部２２を用いて締結する。これにより、図１に示す燃料タンクＴが完成する。なお、タンク本体１と繊維強化樹脂部材２１との間に図示しないクッション部材を配置してもよい。

以上説明した第一実施形態に係る繊維強化樹脂部材の製造方法によれば、図６に示すように、繊維強化樹脂部材２１の端部に繊維強化層３１が達しておらず、繊維強化樹脂部材２１の端部には未強化部３３が形成される。これにより、繊維強化層３１が繊維強化樹脂部材２１の外部に露出しないので、繊維の毛羽立ちの発生を抑えることができる。そのため、繊維強化樹脂部材２１の取り扱いが容易となるとともに、繊維強化樹脂部材取付工程において、繊維強化樹脂部材２１を容易に組み付けることができる。また、繊維強化層３１の繊維がほつれたり、繊維と樹脂との間から物質が入り込んで劣化することを防ぐことができる。

また、本実施形態の一例では、成形型Ｋによって繊維シート４１の外側をピンチするので、別途端部をカットする作業を省略することができるため、作業工数を減らすことができる。

また、本実施形態の一例では、積層体４０が、複数の繊維シート４１と、繊維シート４１の間及び最外層に配置される複数のマトリックス樹脂シート４２とで構成される。そして、準備工程では、最外層に配置されるマトリックス樹脂シート４２のサイズのみを繊維シート４１よりも大きくしてある。そのため、材料コストを低減することができる。

［第二実施形態］
第二実施形態では、直方体のタンク本体（図示せず）の外面（例えば、上面）に薄板状の繊維強化樹脂部材を取り付ける場合について説明する。
第二実施形態に係る繊維強化樹脂部材成形工程は、第一実施形態と同様に、準備工程と、配置工程と、本成形工程と、を主に行う。

準備工程は、図９に示すように、複数の繊維シート１４１と、複数のマトリックス樹脂シート１４２と、を順番に重ね合わせて積層体１４０を形成する工程である。準備工程では、マトリックス樹脂シート１４２を繊維シート１４１の両面に配置する。これにより、マトリックス樹脂シート４２は、繊維シート４１の間や積層体１４０の最外層（表面）に配置される。

繊維シート１４１は、矩形状を呈し、中央部分に切欠き１４１ａが形成されている。切欠き１４１ａは、例えば、直方体のタンク本体（図示せず）が有するポンプモジュール（図示省略）に対応したものである。マトリックス樹脂シート１４２は、繊維シート１４１を覆うことができる形状及び大きさであり、ここでは矩形状を呈する。

配置工程及び本成形工程は、第一実施形態と同様なので説明を省略する。第二実施形態の繊維強化樹脂部材の製造方法により完成した繊維強化樹脂部材１２１の概略を図１０に示す。図１０は、繊維強化樹脂部材１２１の平面を模式的に示すものである。

繊維強化樹脂部材１２１は、繊維強化層１３１と、繊維強化層１３１の両面に形成されるマトリックス樹脂層１３２とで構成されており、各々の層が交互に積層されている。マトリックス樹脂層１３２に形成される切欠き１３２ａは、例えば本成形工程において成形型Ｋによってピンチして（挟んで）形成されたものである。なお、準備工程において、切欠きが形成されたマトリックス樹脂シート１４２を予め用意し、それを積層してもよい。

繊維強化層１３１は、繊維強化樹脂部材１２１の外縁まで到達しておらず、繊維強化樹脂部材１２１の外縁には、複数のマトリックス樹脂（マトリックス樹脂シート１４２（図９参照））が一体となって硬化した未強化部１３３が形成されている。未強化部１３３は、繊維強化層１３１の外縁の全周に亘って形成されている。つまり、未強化部１３３によって繊維強化層１３１が外部に露出していない。

以上説明した第二実施形態に係る繊維強化樹脂部材の製造方法によれば、第一実施形態に係る繊維強化樹脂部材の製造方法と同様の効果を奏する。

以上発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。

１タンク本体
３凹部
２１，１２１繊維強化樹脂部材
３１，１３１繊維強化層
３２，１３２マトリックス樹脂層
３３，１３３未強化部
４０，１４０積層体
４１，１４１繊維シート
４２，１４２マトリックス樹脂シート（樹脂シート）
Ｔ燃料タンク
Ｋ成形型

Claims

繊維シートを当該繊維シートよりもサイズが大きく繊維が含有されていない樹脂シートで挟むように積層した積層体を準備する準備工程と、
前記繊維シートが露出しないように前記積層体を加圧成形する本成形工程と、を有し、
前記本成形工程後、前記繊維シートが延在する部分に取付孔を形成する一方、前記繊維シートの端部よりも外側の位置の未強化部の領域において不要な部分をカットすることを特徴とする繊維強化樹脂部材の製造方法。
前記本成形工程では、前記繊維シートの端部よりも外側の位置で、前記樹脂シートを成形型によってピンチすることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化樹脂部材の製造方法。
前記積層体を、複数の前記繊維シートと、複数の前記繊維シートの間及び最外層に配置される複数の前記樹脂シートとで構成し、
前記準備工程では、最外層に配置される前記樹脂シートのみのサイズを前記繊維シートよりも大きくすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の繊維強化樹脂部材の製造方法。
タンク本体と、
前記タンク本体の外側を挟持する一対の繊維強化樹脂部材と、
一対の前記繊維強化樹脂部材の両端を締結する締結部と、を有し、
前記繊維強化樹脂部材は、繊維強化層と繊維が含有されていないマトリックス樹脂層とが積層して構成されるとともに、端部に前記繊維強化層が介在していない未強化部が形成されており、
前記締結部用の取付孔が前記繊維強化層が延在する部分に形成され、前記未強化部の領域において不要な部分がカットされていることを特徴とする燃料タンク。
繊維強化層と繊維が含有されていないマトリックス樹脂層とが積層して構成されるとともに、端部に前記繊維強化層が介在していない未強化部が形成されており、
取付孔が前記繊維強化層が延在する部分に形成され、前記未強化部の領域において不要な部分がカットされていることを特徴とする繊維強化樹脂部材。