(57)【要約】  ボビンから繊維束を繰り出す解舒工程と、固定軸上で回転する巻芯に対し、巻付けヘッドが自在に移動し、繊維束を巻芯上に巻き付けることで製品を得る巻付け工程とを少なくとも有し、前記解舒工程と前記巻付け工程との間に、前記解舒工程で繰り出された繊維束を前記巻付け工程へと誘導するガイド部材を備えた誘導工程を含む樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法であって、前記誘導工程または前記巻付け工程のいずれかにおいて、繊維束に樹脂を含浸させる樹脂付着操作を実施するとともに、前記巻付け工程において、巻芯上に樹脂含浸繊維束を巻き付ける巻付け操作を実施中の中間体における樹脂含浸繊維束層の繊維含有率Ｖｆ（％）を計算する繊維含有率計算操作をさらに実施し、前記繊維含有率Ｖｆ（％）の値に応じて、前記樹脂付着操作における樹脂付着量、前記中間体への繊維束巻付け張力、前記中間体の外表面上に生じた余剰樹脂の除去量、前記中間体上の樹脂粘度、のいずれか１つ以上を制御することを特徴とする樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。巻き付け後の樹脂含浸繊維束層の状態を把握して製造条件に反映させることで、製品品質向上に貢献する樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法を提供する。
2018155151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンから繊維束を繰り出す解舒工程と、
固定軸上で回転する巻芯に対し、巻付けヘッドが自在に移動し、繊維束を巻芯上に巻き付けることで製品を得る巻付け工程とを少なくとも有し、
前記解舒工程と前記巻付け工程との間に、前記解舒工程で繰り出された繊維束を前記巻付け工程へと誘導するガイド部材を備えた誘導工程を含む樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法であって、
前記誘導工程または前記巻付け工程のいずれかにおいて、繊維束に樹脂を含浸させる樹脂付着操作を実施するとともに、
前記巻付け工程において、巻芯上に樹脂含浸繊維束を巻き付ける巻付け操作を実施中の中間体における樹脂含浸繊維束層の繊維含有率Ｖｆ（％）を計算する繊維含有率計算操作をさらに実施し、
前記繊維含有率Ｖｆ（％）の値に応じて、
（ｉ）前記樹脂付着操作における樹脂付着量
（ｉｉ）前記中間体への繊維束巻付け張力
（ｉｉｉ）前記中間体の外表面上に生じた余剰樹脂の除去量
（ｉｖ）前記中間体上の樹脂粘度
のいずれか１つ以上を制御することを特徴とする樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
【請求項２】
前記中間体における前記樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰを計算する樹脂含浸繊維束層厚み計算操作をさらに実施し、
前記厚みｔＦＲＰを用いて前記繊維含有率計算操作を実施する、請求項１に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂含浸繊維束層厚み計算操作は、
前記巻付け操作を実施中の前記巻芯または前記中間体の外径を計測する外径計測操作を含み、
該外径計測操作によって計測された、第１時刻ｔ１における前記巻芯または前記中間体の外径である第１外径ｄ１と、前記第１時刻ｔ１よりも後の第２時刻ｔ２における前記中間体の外径である第２外径ｄ２とを用いて、前記第１時刻ｔ１から前記第２時刻ｔ２までの間に形成された前記樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰを計算する、請求項２に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂含浸繊維束層厚み計算操作は、
前記中間体の外表面上に生じた余剰樹脂層の厚みを計測する余剰樹脂層厚み計測操作をさらに含み、
前記第１外径ｄ１と、前記第２外径ｄ２と、前記余剰樹脂層厚み計測操作によって計測された前記第２時刻ｔ２における余剰樹脂層の厚みｔｒとを用いて、前記第１時刻ｔ１から前記第２時刻ｔ２までの間に形成された前記樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰを計算する、請求項３に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
【請求項５】
前記余剰樹脂厚み計測操作が光電手段または超音波手段を用いて実施される、請求項４に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
【請求項６】
前記外径計測操作が光電手段を用いて実施される、請求項３〜５のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
【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（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ，ＦＲＰ）製パイプや圧力容器などに係る、樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰは、樹脂を強化繊維で補強した複合材料であり、鉄やアルミ等の金属材料と比較して軽量でありながらも金属材料と同等以上の強度および剛性を発揮できることから、広く利用されている。【０００３】
ＦＲＰ製造において原料段階では、複数の単繊維が合わさって構成される繊維束と、液状の樹脂という別個の形態となっているのが一般的であり、種々の製造手段で繊維束と樹脂を複合化する必要がある。【０００４】
例えば、図１に工程概略を示すようなフィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｗｉｎｄｉｎｇ、ＦＷ）成形法は、ボビン状に巻き取られた繊維束を連続的に巻き出し、繊維束を樹脂と複合化・含浸させた後に、巻芯に巻き取ることで、製品（樹脂含浸繊維束巻取体）を得る工法である。本成形法のように、繊維束を連続的に巻き出してＦＲＰ製品を製造する工法においては、工程中で繊維束を撚り（ねじれ）や折り畳み等なきように形態安定させることや、繊維束と樹脂との混合比、すなわち繊維含有率（あるいは、樹脂含有率）を、製品に応じて設定される適性値域に安定させることが工程管理上重要であり、これまでに種々の技術開発がなされている。【０００５】
例えば特許文献１には、巻芯上に繊維束を巻き取る巻付け処理を実施中の、中間体には接触せずに中間体の外径を計測する非接触式外径計測器をＦＷ装置上に設置し、巻付け処理中の各ステップにおいて検出された中間体の外径に応じて、繊維束繰出しヘッドの位置や角度を微調整し、繊維束を狙い通りの巻付け角度に安定させ、品質向上させる技術が記載されている。【０００６】
特許文献２には、ＦＷ装置における繊維束の巻付け直前において、工程中で樹脂付着・含浸した繊維束の静電容量、または厚みを光学的に計測することで繊維含有率を検出し、検出された値に応じて上流工程における樹脂付着量を増減させ、製品の繊維含有率を精度良く管理する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−２３１１４１号公報
【特許文献２】特開２００９−１１９７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ＦＷ工法においては一般的に、工程中における繊維束の形態安定や、巻付け中あるいは巻付け完了後に繊維束が緩むのを防止するため、繊維束に張力を付与して搬送および巻付けがなされる。すなわち、巻芯上においては、先に巻き付けられた内層側の樹脂含浸繊維束が、その上に巻き付けられる外層側の樹脂含浸繊維束によって締め付けられ、先に巻き付けられた内側の樹脂含浸繊維束に付着させた樹脂が絞り出される。【０００９】
結果として、中間体ないし最終製品における繊維含有率については、工程中における繊維含有率と同一でなく、図２に断面図を示す通り、内層側には、工程中における繊維含有率よりも高い繊維含有率を有する、実際の樹脂含浸繊維束層１１を生じ、外層側には、繊維束を含まない樹脂のみの層である余剰樹脂層１２を生じる。【００１０】
このとき、製品性能の寄与割合が大きいのは繊維束を含む実際の樹脂含浸繊維束層１１の状態であり、余剰樹脂層１２の状態の寄与割合は小さい。また、中間体において余剰樹脂層１２の厚みが過剰に大きいと、樹脂の種類によっては、巻付け処理時に繊維束を中間体の外表面上で保持する摩擦力が小さくなり、繊維束のすべりが発生し、設計どおりに繊維束を配置できないほか、繊維束の緩みが起きる恐れがある。【００１１】
そのほか、工程張力および樹脂粘度のバランス次第では、工程中ないし中間体において樹脂の垂れ落ちが発生し、これも工程中で設定された繊維含有率と、製品における最終的な繊維含有率との間に差異が生じる要因となる。【００１２】
よって、従来技術においては、絞り出しによる余剰樹脂の存在や工程中の樹脂ロスをあらかじめ見込んだ工程管理および製品設計をせざるを得ないため、巻付け後の樹脂含浸繊維束層の状態に基づいた品質管理にはなっておらず改善の余地があった。【００１３】
したがって本発明は、巻付け後の樹脂含浸繊維束層の状態を把握して製造条件に反映することで、製品品質向上に貢献する樹脂含浸繊維束巻取体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】
【００１４】
上記の課題は、次の発明により解決される。
（１）ボビンから繊維束を繰り出す解舒工程と、
固定軸上で回転する巻芯に対し、巻付けヘッドが自在に移動し、繊維束を巻芯上に巻き付けることで製品を得る巻付け工程とを少なくとも有し、
前記解舒工程と前記巻付け工程との間に、前記解舒工程で繰り出された繊維束を前記巻付け工程へと誘導するガイド部材を備えた誘導工程を含む樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法であって、
前記誘導工程または前記巻付け工程のいずれかにおいて、繊維束に樹脂を含浸させる樹脂付着操作を実施するとともに、
前記巻付け工程において、巻芯上に樹脂含浸繊維束を巻き付ける巻付け操作を実施中の中間体における樹脂含浸繊維束層の繊維含有率Ｖｆ（％）を計算する繊維含有率計算操作をさらに実施し、
前記繊維含有率Ｖｆ（％）の値に応じて、
（ｉ）前記樹脂付着操作における樹脂付着量
（ｉｉ）前記中間体への繊維束巻付け張力
（ｉｉｉ）前記中間体の外表面上に生じた余剰樹脂の除去量
（ｉｖ）前記中間体上の樹脂粘度
のいずれか１つ以上を制御することを特徴とする樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。【００１５】
（２）前記中間体における前記樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰを計算する樹脂含浸繊維束層厚み計算操作をさらに実施し、
前記厚みｔＦＲＰを用いて前記繊維含有率計算操作を実施する、（１）に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。【００１６】
（３）前記樹脂含浸繊維束層厚み計算操作は、
前記巻付け操作を実施中の前記巻芯または前記中間体の外径を計測する外径計測操作を含み、
該外径計測操作によって計測された、第１時刻ｔ１における前記巻芯または前記中間体の外径である第１外径ｄ１と、前記第１時刻ｔ１よりも後の第２時刻ｔ２における前記中間体の外径である第２外径ｄ２とを用いて、前記第１時刻ｔ１から前記第２時刻ｔ２までの間に形成された前記樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰを計算する、（２）に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。【００１７】
（４）前記樹脂含浸繊維束層厚み計算操作は、
前記中間体の外表面上に生じた余剰樹脂層の厚みを計測する余剰樹脂層厚み計測操作をさらに含み、
前記第１外径ｄ１と、前記第２外径ｄ２と、前記余剰樹脂層厚み計測操作によって計測された前記第２時刻ｔ２における余剰樹脂層の厚みｔｒとを用いて、前記第１時刻ｔ１から前記第２時刻ｔ２までの間に形成された前記樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰを計算する、（３）に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。【００１８】
（５）前記余剰樹脂厚み計測操作が光電手段または超音波手段を用いて実施される、（４）に記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。【００１９】
（５）前記外径計測操作が光電手段を用いて実施される、（３）〜（５）のいずれかに記載の樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、巻付け後の樹脂含浸繊維束層の繊維含有率に基づいた製造条件の設定が可能になるため、製品の品質向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】樹脂含浸繊維束巻取体の製造工程の一例を示す概略構成図である。
【図２】樹脂含浸繊維束巻取体の一例を示す断面図である。
【図３】一般的なガイド部材の例を示す図である。
【図４】ガイド部材と直交して走行する繊維束を説明する図である。
【図５】ガイド部材における望ましい繊維束の通過形態を示す図である。
【図６】樹脂付着手段の位置に関する別の一例を示す概略図である。
【図７】樹脂含浸促進工程を更に含む別の一例を示す概略図である。
【図８】外径計測手段を更に含む巻付け工程の一例を示す概略図である。
【図９】外径計測の例を示す概略図である。
【図１０】時刻ｔ１およびｔ２における樹脂含浸繊維束巻取体の一例を示す断面図である。
【図１１】超音波方式の余剰樹脂厚み計測手段を更に含む巻付け工程の一例を示す概略図である。
【図１２】超音波方式の余剰樹脂厚み計測を示す概略図である。
【図１３】時刻ｔ１およびｔ２における樹脂含浸繊維束巻取体の一例を示す断面図である。
【図１４】光電方式の余剰樹脂厚み計測手段を更に含む巻付け工程の一例を示す概略図である。
【図１５】光電方式の余剰樹脂厚み計測を示す概略図である。
【図１６】挟み込み式の外径計測手段を更に含む巻付け工程の一例を示す概略図である。
【図１７】挟み込み式の樹脂含浸繊維束層厚み計測を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を詳細に説明する。
＜工程概要＞
図１に示す実施例を用いて、本発明に係る樹脂含浸繊維束巻取体の製造方法について説明する。本製造方法は少なくとも、樹脂の付着していない繊維束ボビン１０１から繊維束１を巻き出す解舒工程１００と、前記解舒工程で巻き出された繊維束１を下流側の工程である巻付け工程３００へと導く誘導工程２００と、前記誘導工程２００から導かれた繊維束１を、巻付けヘッド３０２を介して巻芯３０１上に巻き付けることで樹脂含浸繊維束巻取体３０４を得る巻付け工程３００と、繊維束に樹脂を付着させる樹脂付着手段４０１と、から構成される。
【００２３】
＜ガイド部材概要＞
以下、本明細書中に登場する“ガイド”または“ガイド部材”（例えば、解舒ガイド１０２や誘導ガイド２０１などのように表記する）とは、繊維束ボビン１０１から繰り出された繊維束１に接触させて用いられ、繊維束１に不必要なねじれや折り畳みを与えることなく、その高さや方向を変化させながら巻芯まで誘導して、巻芯に巻き付けることを目的として配置される部材の総称である。
【００２４】
図３に一般的なガイド部材の形状５１、５２、５３、５４を示す。ガイド部材５１〜５４の形状は一方向に長く延伸した棒状の部材であり、長く延伸した軸（中心軸５５）を回転軸とした回転対称形状が好ましい。より具体的には、中心軸５５方向に一様な形状（５１）でもよく、連続的または不連続的に変化する部位を含んだ形状とされていてもよい（５２、５３、５４）。
【００２５】
ガイド部材は、その中心軸５５と繊維束１の走行方向とが略直交するように、かつ回転対称形状の外周面上に繊維束１が接触しながら走行するよう配置されることで、繊維束１の位置を所定位置に規制することが可能である。本発明における“直交”状態とは、図４に示されるようにガイド部材の中心軸５５と繊維束１の走行方向Ｍ（巻き取られて進む方向）とがなす角度θがθ＝９０°であることを指すが、θ＝９０°±５°の範囲を含んでいてもよい。
【００２６】
好ましくは、図５に繊維束１の理想的な通過状態を示すように、繊維束１の幅方向をガイド部材（図５の例示においては、ガイド部材５１）の中心軸５５の方向に沿うよう走行させることで、繊維束１の幅方向でなく厚み方向に反力Ｆを作用させることが可能になり、結果として繊維束にねじれや折り畳みを生じにくくさせることができる。
【００２７】
繊維束１が接触する領域については、中心軸５５まわりに回転が可能なローラ部材として繊維束１に過大な抵抗を与えること無く繊維束１を走行させることができるように構成されたものや、中心軸５５まわりに回転不可能な固定ガイドバー部材として、繊維束１に対して抵抗を与えて走行させることができるように構成されたものでもよい。各工程に配置するガイド部材が果たすべき所定の目的に応じて選択することが可能である。
【００２８】
＜解舒工程＞
解舒工程１００は、繊維束ボビン１０１と解舒ガイド１０２とを少なくとも含んで構成される。
【００２９】
繊維束ボビン１０１から巻き出した繊維束１を誘導工程２００へと誘導する解舒ガイド１０２の数については、製造設備レイアウト制約の観点や経済性の観点から、各々の製造工程にとって最適な数が選択される。解舒ガイド１０２の軸方向については、繊維束１の走行方向に対して直交していることが重要であり、繊維束ボビン１０１の軸方向と軸方向が一致していてもよいし、直交していてもよいし、ねじれの位置に配置されていてもよい。また、繊維束ボビン１０１の数についても、製造設備レイアウト制約の観点や経済性の観点から、各々の製造工程にとって最適な数を選択することが可能である。
【００３０】
＜繊維＞
本製造手法に用いられる強化繊維としては、ＦＲＰの強化繊維として一般的に用いられているガラス繊維などの無機繊維、炭素繊維やアラミド繊維などの有機繊維など、種々の強化繊維を単体または複数種の組合せで使用することが可能であるが、炭素繊維またはガラス繊維を用いることが、得られる樹脂含浸繊維束巻取体の剛性および強度を高められるため好ましい。
【００３１】
＜誘導工程＞
誘導工程２００は、解舒工程１００で巻き出された繊維束１を、より下流側の工程である巻付け工程３００へと誘導するための誘導ガイド２０１を少なくとも含んで構成される。
【００３２】
誘導ガイド２０１の数および軸方向については、解舒ガイド１０１と同様の思想のもとで決定される。すなわち、誘導ガイド２０１の数については製造設備レイアウト制約の観点や経済性の観点から、各々の製造工程にとって最適な数が選択され、誘導ガイド２０１の軸方向については、繊維束１の走行方向に対して直交していることが重要であり、解舒工程１００に配置された繊維束ボビン１０１の軸方向と軸方向が一致していてもよいし、直交していてもよいし、ねじれの位置に配置されていてもよい。
【００３３】
＜巻付け工程＞
巻付け工程３００は、巻付け対象物である巻芯３０１と、巻芯３０１に対して自在に移動可能な巻付けヘッド３０２と、誘導工程２００から送られた繊維束１を巻芯３０１へと誘導するための巻付けガイド３０３と、を少なくとも含んで構成される。
【００３４】
巻付け工程３００において、誘導工程２００から送られた繊維束１は、巻付けヘッド３０２上に設けられた巻付けガイド３０３を通過して、空間上に固定された軸上にて回転可能な巻芯３０１に巻き付けられる。巻付けヘッド３０２は、製品の要求特性に合わせて予め設計された繊維束巻付け量・巻付け角度に対応して、その位置を自在に移動させながら、巻芯３０１への巻付けを実施することで樹脂含浸繊維束巻取体３０４が製造される。
【００３５】
巻付けガイド３０３の数および軸方向については、解舒ガイド１０１や誘導ガイド２０１と同様の思想のもとで決定される。すなわち、巻付けガイド３０３の数については製造設備レイアウト制約の観点や経済性の観点から、各々の製造工程にとって最適な数が選択され、巻付けガイド３０３の軸方向については、繊維束１の走行方向に対して直交していることが重要であり、巻芯３０１の軸方向と軸方向が一致していてもよいし、直交していてもよいし、ねじれの位置に配置されていてもよい。
【００３６】
＜巻芯＞
巻芯３０１は、製品形状や要求される機能に合わせて最適なものが選択される。例えば、中空パイプ部材の製造においては、樹脂含浸繊維束の巻付け処理後、あるいは熱硬化性樹脂使用時においては樹脂硬化工程の通過後に脱芯が可能な円筒状の巻芯や、加熱等によって溶融させることで脱芯が可能な各種形状の巻芯が使用可能である。圧力容器の製造においては、所定の収容物に対するシール性が確保された巻芯である、金属製あるいは樹脂製の各種ライナー部材を使用可能である。
【００３７】
熱硬化性の樹脂を用いた中空パイプ部材や圧力容器のように、樹脂の硬化を要する製品に関しては、巻付けの完了後に樹脂硬化工程、および余剰部トリミング等の追加工、などからなる仕上げ工程を経て、最終製品となる。硬化工程および仕上げ工程は、巻付け工程から移動されずに同じ場所で実施できる構成としても良いし、巻付け工程から移動させて別の場所で実施する構成としてもよい。
【００３８】
＜樹脂付着手段＞
樹脂付着手段４０１は、繊維束１に樹脂２を付着させるプロセスであるが、図１に示すように誘導工程２００内、あるいは、図６に示すように巻付け工程３００内（より好ましくは、巻付けヘッド３０２上）に備えることが可能である。図示されている含浸ローラ式による樹脂付着手段４０１は一例に過ぎず、他に、樹脂中に繊維束を直接通過させるディップ方式、含浸ダイに繊維束を引き込み、ダイ内部に別途計量された樹脂を吐出する定量吐出方式など、繊維束に所定量の樹脂を付着および含浸させることが目的である限りは、種々の樹脂付着手段が適用可能である。
【００３９】
図示されている含浸ローラ式においては、繊維束１が誘導ガイド２０１（又は巻付けガイド３０３）を通過した後、含浸ローラ４０３上を通過し、別の誘導ガイド２０１（又は巻付けガイド３０３）を通過して工程の下流へと送り出される。含浸ローラ４０３を収容している樹脂バス４０２内は樹脂２で満たされており、含浸ローラ４０３の下部が樹脂２中を通過する配置とすることで含浸ローラ４０２の表面に樹脂が付着する。掻き取り部材４０４によって含浸ローラ４０３上の余剰樹脂を掻き落としてローラ上の樹脂量を適正に制御した後に、繊維束１が含浸ローラ４０３上を通過することで、繊維束１へ適正量の樹脂２を付着させることができる。
【００４０】
＜樹脂＞
樹脂２については液状のものが好ましく、最終製品の用途、仕様環境、製品要求特性に応じて、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化樹脂、またはポリアミド樹脂などの熱可塑樹脂が選択されるが、特に制約があるものではない。作業性やエネルギー消費量の観点からは、エポキシ樹脂など熱硬化樹脂のほうが、樹脂温度をおおむね低い状態で含浸工程を実施できるために、作業性がよく好ましい。
【００４１】
含浸樹脂の粘度について、含浸性の観点からは、低いほうが良いが、低すぎると樹脂が繊維束中に十分に含浸する前に垂れ落ち、所定の樹脂含有量を保てない恐れがあるため、適切な粘度は必要である。具体的には、１０〜２０００ｍＰａ・ｓの範囲にあることが好ましい。更に好ましくは、１００〜１１００ｍＰａ・ｓの範囲である。
【００４２】
＜含浸促進手段＞
また図７に例示するように、樹脂付着手段４０１の通過後には、樹脂の含浸（浸透）をさらに促進する目的で設置される含浸促進手段５０１を含んでもよい。
【００４３】
含浸促進手段５０１は、少なくとも１つ以上の含浸ガイド５０２（しごきバー）を含んで構成される。含浸ガイド５０２は通常、ガイドの中心軸回りの回転を拘束された状態で設置され、繊維束１は含浸ガイド５０２上を通過する時、繊維束１はその厚み方向に対して含浸ガイド５０２からの反力を受ける。この反力により、樹脂付着手段４０１で繊維束１に付着した樹脂２の繊維束中への更なる含浸が促進され、繊維束１中に残留している空隙を樹脂２に置換することが可能である。含浸ガイド５０２を含む構成においては、含浸ガイド５０２通過時に含浸ガイド５０２表面と繊維束１との間で生じる摩擦力によって繊維束に張力が付与されるため、含浸性と工程張力とのバランスの観点から最適な含浸ガイド５０２の本数を決定することができる。
【００４４】
＜製造速度＞
繊維束１の走行速度に関しては、生産効率の観点から０．１〜３００ｍ／ｍｉｎの範囲が好ましい。走行速度が速すぎると樹脂含浸時間が確保されずに製品の品質が低下する恐れがある。また、繊維束１の走行抵抗が大きくなることや、単位時間あたりの繊維走行量が増えるため、毛羽の発生量が増えるなど、メンテナンスが追いつかずに糸切れなどのトラブルを引き起こす恐れがある。
【００４５】
＜巻付け後の状態に基づく製造条件管理＞
本発明は、製造条件管理に用いる指標を、中間体における樹脂含浸繊維束層の繊維含有率Ｖｆ（％）とすることを特徴とする。繊維含有率Ｖｆ（％）の算出手段としては、中間体における繊維含有率を精度よく把握可能な手段である限り、特に制約があるものではない。例えば、Ｘ線など、樹脂含浸繊維束層内を透過・計測可能な手法等が挙げられるが、樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）を用いて繊維含有率を算出することが、計測が比較的容易であり好ましい。
【００４６】
ここで、厚みを用いた繊維含有率の算出方法は、式（１）にて表される。
【００４７】
（繊維含有率Ｖｆ）＝（樹脂のない繊維束層の厚み）／（樹脂含浸繊維束層の厚み）  （％）・・・（１）
【００４８】
事前に設計がなされた品種においては一般に、繊維束の投入量が既知であり、樹脂のない繊維束層の厚みが算出できるため、樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）を計測することで繊維含有率Ｖｆ（％）を算出することが可能である。
【００４９】
樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）の計測手法としては、樹脂含浸繊維束層の厚みを精度良く検出できる手段である限り、特に制約があるものではない。好ましくは、工程を止めずに計測が可能でありかつ、中間体に触れることによる異物混入や繊維束の乱れを生じづらい、非接触式の計測手段であるとよい。
【００５０】
上式（１）で求められた繊維含有率Ｖｆ（％）が、品種ごとに定められた適正範囲に収まるように製造条件の制御を行うことで本発明の目的を達成することができる。すなわち、事前に設計がなされた品種においては先述のように繊維束１の投入量が既知であることから、樹脂付着手段での付着樹脂量の増減あるいは樹脂絞り出し量の増減、場合によっては余剰樹脂の除去を行うことによって、本発明の目的を達成することができる。
【００５１】
製造条件の制御対象については、樹脂付着手段における樹脂付着量の増減、繊維束巻付け張力の増減、中間体における余剰樹脂の除去量、中間体における樹脂粘度、のいずれかを少なくとも１つ以上含んでいることが好ましい。また、先述した複数の項目を組み合わせてもよいし、ここに挙げていない制御対象であっても、中間体における繊維含有率Ｖｆ（％）の管理に寄与するものであれば、選択することが可能である。
【００５２】
＜樹脂付着手段における樹脂付着量＞
樹脂付着量が過多あるいは不足であると判断された場合、樹脂付着手段４０１における樹脂付着量を制御する。樹脂付着量の制御方法としては、樹脂付着手段４０１の方式に応じて異なるが、図示している含浸ロール方式の例においては、含浸ローラ４０３と掻き取り部材４０４との間の距離を増減することで、樹脂付着量の増減が可能である。
【００５３】
より正確な樹脂付着量の制御や製造の効率化を目的として、掻き取り部材４０４の位置をモータ等の駆動によって調整する構成とし、算出された繊維含有率Ｖｆ（％）に対応して自動で制御される構成としてもよい。
【００５４】
＜繊維束巻付け張力＞
巻付け時の張力が、過多あるいは不足であると判断された場合、繊維束ボビン１０１の解舒時に付与される張力の増減や各工程内ガイド部材の構成を調節する等の手段によって制御することができる。また、別の張力調整機構（図示しない）を工程内に更に含んだ構成としてもよい。張力調整機構の種類としては特に制限があるものではなく、例えばダンサーロールや、ガイド部材の本数・高さ調節による機構など、種々の形態を選択可能である。
【００５５】
より正確な巻付け張力の制御や製造の効率化を目的として、張力センサやロードセルを工程内にさらに含み、その計測値を制御パラメータとして張力調整機構を自動制御し、巻付け張力を適正範囲に制御する構成としてもよい。
【００５６】
＜中間体における余剰樹脂の除去＞
中間体における余剰樹脂量が過多であると判断された場合、余剰樹脂を除去するプロセスを巻付け処理に組み込むことで余剰樹脂量を制御することができる。
【００５７】
余剰樹脂除去の手法としては、中間体の外表面上に生じた余剰樹脂を除去する目的が果たされる手法である限り、特に制限があるものではない。ヘラに代表されるような平板状の掻き取り部材を中間体の外表面に押し当てながら中間体を回転させる手法や、回転していない中間体の外表面にヘラを押し当てながらヘラを移動させる手法や、余剰樹脂を吸着する物質を外表面に接触させることで樹脂を除去する手法や、中間体を高速回転させて生じる遠心力で樹脂除去する手法など、種々の手法を選択可能である。
【００５８】
より正確な樹脂除去量の制御や製造の効率化を目的として、例えば先述の掻き取り部材による手法において、掻き取り部材の位置をモータ等の駆動によって調整する構成とし、自動で樹脂除去がなされる構成としてもよい。
【００５９】
＜中間体における樹脂粘度の調整＞
中間体における樹脂の絞り出し量が過多あるいは不足と判断された場合、中間体内の樹脂粘度を調整することで樹脂の絞り出し量を制御することができる。樹脂粘度の調整手段としては、樹脂粘度調整の目的が果たせる手法である限り、特に制限があるものではないが、中間体を加熱または冷却する手法が、実施が比較的容易であることから好ましい。
【００６０】
本手法においては、樹脂の絞り出し量が過小な場合において、樹脂の絞り出しを促進するために中間体を加熱し、樹脂粘度を低下させることができる。樹脂の絞り出しが過大になったと判断した場合において、樹脂の絞り出しを抑制するために中間体を冷却し、樹脂粘度を上昇させることができる。また、樹脂によっては、加熱によって硬化が促進されるため、加熱しながらも樹脂粘度を低下させず上昇させることができ、結果として、樹脂の絞り出しを抑制できる。
【００６１】
より正確な樹脂粘度の制御や製造の効率化を目的として、算出された繊維含有率Ｖｆ（％）に対応して加熱量または冷却量を自動で制御する構成としてもよい。
【００６２】
＜巻付け処理中の樹脂含浸繊維束層厚み計測に関する実施例＞
図８に、巻付け処理中の樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）計測が可能な外径計測手段３１０をさらに含んだ、巻付け工程３００の例を示す。
【００６３】
外径計測手段３１０については、製造設備の周囲にて巻付け処理中に稼動可能な方式であれば特に制限があるものではなく、種々の手段が適用可能である。また、巻付けヘッド３０２上に外径計測手段３１０が固定された構成とする必要もなく、巻芯３０１の周囲に外径計測手段３１０が定置された構成としてもよい。
【００６４】
本例においては、レーザー光を用いた光電手段による外径計測手段３１０について例示しており、少なくとも一対の送光部３１１および受光部３１２から構成される。図９（Ａ）に示す通り、送光部３１１より光線が線上に発されるが、樹脂含浸繊維束巻取体３０４によって遮られる光線３１２が発生し、樹脂含浸繊維束巻取体３０４によって遮られない光線３１４のみが受光部３１２に達する。すなわち、遮られる光線３１３の存在する範囲が樹脂含浸繊維束巻取体３０４の外径を示すことに他ならない。また、図９（Ｂ）に示すとおり二対の送光部３１１および受光部３１２から構成されていてもよい。本構成においては、一対は中間体における片側の直径端部を含んで光線を照射し、もう一対は反対側の直径端部を含んで光線を照射する。このとき、二対の送光部３１１および受光部３１２との位置関係が既知であれば、それぞれの計測値に基づいて中間体の外径を算出することができる。
【００６５】
光電手段による方法は、短時間で外径を検出することができるうえ、外形計測のために工程を停止させる必要が無く、製造性の観点からも好ましい実施形態である。
【００６６】
＜外径による樹脂含浸繊維束厚みの算出＞
まず、巻付け処理における時刻ｔ１において、図１０（Ａ）に例示するような中間体の外径ｄ１（ｍｍ）を計測する。
【００６７】
次に、時刻ｔ２（ｔ１よりも後の時刻）において、図１０（Ｂ）に示す中間体の外径ｄ２（ｍｍ）、を計測する。ここで、時刻ｔ２においては、巻付け処理が時刻ｔ１対比進行している。このとき、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間における外径の変化は樹脂含浸繊維束が巻き付けられた分から樹脂が垂れ落ちたか、または樹脂が除去された結果によるものと判断できるため、ｄ２（ｍｍ）とｄ１（ｍｍ）の差分をとることで、時刻ｔ１から時刻ｔ２間に巻き付けられ、最終的に残留した樹脂含浸繊維束の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）を算出することができる。
【００６８】
すなわち、ｔ１からｔ２間において形成された樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）は式（２）のように定めることができる。
【００６９】
ｔＦＲＰ  ＝（ｄ２−ｄ１）／２  （ｍｍ）    ・・・（２）
【００７０】
求められた樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）に対し式（１）を適用することで、巻付け後の樹脂含浸繊維束層１０における繊維含有率Ｖｆ（％）を求めることができるため、工程中での樹脂垂れ落ちや巻芯上での樹脂垂れ落ちを反映した品質管理が可能になる。
【００７１】
＜実際の樹脂含浸繊維束層の厚みへの補正＞
背景で述べた通り、製品性能への寄与が大きいのは実際の樹脂含浸繊維束層１１における繊維含有率Ｖｆ（％）であるが、先述の算出手法においては余剰樹脂層１２も含まれた樹脂含浸繊維束層１０における繊維含有率Ｖｆ（％）が算出される。実際の樹脂含浸繊維束層１１のみの厚みを精度良く算出可能な、より好ましい構成は、図１１に示すように余剰樹脂厚み計測手段３２０を更に含んで構成される。余剰樹脂厚み計測手段３２０は、図１１に示されたように巻付けヘッド３０２上に固定された構成とする必要はなく、巻芯３０１の周囲に定置された構成としてもよい。余剰樹脂厚み計測手段３２０については、余剰樹脂層１２の厚みのみ抽出することができる手段であり、製造設備の周囲にて巻付け処理中に稼動可能な手段であれば特に制限があるものではなく、超音波方式や光電方式など、種々の手段が適用可能である。
【００７２】
図１２に示す余剰樹脂厚み計測手段３２０は、接触式の超音波厚み計３３０を例示している。入射波３２１が樹脂含浸繊維束層１１と余剰樹脂層１２との界面で反射し、反射波３２２となって再度、余剰樹脂厚み計測手段３２０に取り込まれることで、取り込まれるまでの時間と余剰樹脂内における音速を用いることで、余剰樹脂層１２の厚みを算出することができる。
【００７３】
図１４に示す余剰樹脂厚み計測手段３２０は、非接触式のレーザー膜厚計３３１を例示している。本方式においては図１５に示すように、入射光３２３を照射すると、一部の光線は余剰樹脂層１２の表面上で反射して第１反射光３２４となってレーザー膜厚計３３１に取り込まれ、残りの光線は余剰樹脂層１２を透過し、実際の樹脂含浸繊維束層１１の表面上で反射して第２反射光３２５となってレーザー膜厚計３３１に取り込まれる。第１反射光３２４と第２反射光３２５とを個別に認識して処理を行うことで、余剰樹脂層１２の厚みを算出することができる。レーザー膜厚計のような光電方式は、短時間で余剰樹脂層１２の厚みを検出することができるうえ、外形計測のために工程を停止させる必要が無く、製造性の観点からも好ましい実施形態である。
【００７４】
外径の計測によって樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）を算出する過程は同じであるが、図１３に示すように、さらに余剰樹脂層厚みｔｒ（ｍｍ）を計測し、式（２）に対して余剰樹脂層１２の補正を加えた式（３）を用いることで、実際の樹脂含浸繊維束層１１の厚みのみを抽出した樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）を算出することができる。
【００７５】
ｔＦＲＰ＝（ｄ２／２−ｔｒ）−（ｄ１／２）  （ｍｍ）  ・・・（３）
【００７６】
式（３）にて求められた樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）に対し式（１）を適用することで、実際の樹脂含浸繊維束層１１における繊維含有率Ｖｆ（％）を求めることができるため、巻芯上での樹脂絞り出し等を反映した、より高度な品質管理が可能になる。
【００７７】
＜接触式の樹脂含浸繊維束層厚み計測＞
一方、接触式の計測方法については、巻尺を樹脂含浸繊維束巻取体３０４に巻き付けて円周長から外径を計算する方法などが挙げられるが、短時間で計測が可能な点で、挟み込み式外径計測方法が好ましい態様である。
【００７８】
図１６に、挟み込み式外径計測手段３４０を含んで構成される製造方法の例を示す。挟み込み式外径計測手段３４０は少なくとも一対の計測ヘッド３４１から構成されており、一対の計測ヘッド３４１が樹脂含浸繊維束巻取体３０４を挟み込むことで、計測ヘッド３４１の相対位置関係から樹脂含浸繊維束巻取体３０４の外径を算出し、巻芯３０１の直径との差から樹脂含浸繊維束層の厚みを計測できるが、この際、挟み込み式では図１７に示すように余剰樹脂１２を押しのけて外径を計測できるため、実際の樹脂含浸繊維束層の厚み１１を計測することができる。
【００７９】
本手法によれば、単純な装置構成でありながら、実際の樹脂含浸繊維束層１１の厚みのみを抽出した樹脂含浸繊維束層の厚みｔＦＲＰ（ｍｍ）を計測することができ、高精度な工程管理に貢献する。本手法による外径計測においては、樹脂の不必要な掻き取りや繊維束の乱れを防止する観点から、工程を一旦停止させて、計測ヘッド３４１で樹脂含浸繊維束巻取体３０４を挟み込み、外径計測するのが好ましい。
【００８０】
＜他の実施形態＞
本発明は、明細書における実施形態にのみ縛られるものではなく、同様の技術思想に基づいて定められた実施形態である限り、各種部材の選定や配置を変更して実施が可能なものである。
【符号の説明】
【００８１】
１：繊維束
２：樹脂
１０：樹脂含浸繊維束層
１１：実際の樹脂含浸繊維束層
１２：余剰樹脂層
５１、５２、５３、５４：ガイド部材の例
５５：中心軸
１００：解舒工程
１０１：繊維束ボビン
１０２：解舒ガイド
２００：誘導工程
２０１：誘導ガイド
３００：巻付け工程
３０１：巻芯
３０２：巻付けヘッド
３０３：巻付けガイド
３０４：樹脂含浸繊維束巻取体
３１０：外径計測手段
３１１：送光部
３１２：受光部
３１３：遮られる光線
３１４：遮られない光線
３２０：余剰樹脂層厚み計測手段
３２１：入射波
３２２：反射波
３２３：入射光
３２４：第１反射光
３２５：第２反射光
３３０：超音波厚み計
３３１：レーザー膜厚計
３４０：挟み込み式外径計測手段
３４１：計測ヘッド
４０１：樹脂付着手段
４０２：樹脂バス
４０３：含浸ローラ
４０４：掻き取り部材
４１０：含浸ガイド
５０１：樹脂含浸促進手段
５０２：含浸ガイド
Ｆ：繊維束への反力
Ｍ：繊維束の走行方向
θ：ガイド部材の中心軸と繊維束の走行方向とがなす角度
Ｖｆ：樹脂含浸繊維束層の繊維含有率
ｔＦＲＰ：樹脂含浸繊維束層の厚み
ｔｒ：余剰樹脂厚み
ｔ１、ｔ２：第１（第２）時刻
ｄ１、ｄ２：第１（第２）時刻における中間体の外径
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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2018155151.tif 000021
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