(57)【要約】【課題】装置を停止することなく繊維への樹脂含浸量を管理することができるフィラメントワインディング装置を提供すること。【解決手段】樹脂を溜めた樹脂槽１９と、樹脂槽１９に繊維を供給する繊維束供給部１２と、を備えたフィラメントワインディング装置１１において、樹脂槽１９内の樹脂重量を計測する荷重計２５と、繊維束供給部１２から供給される繊維の長さを計測する繊維長計測部２６と、荷重計２５により計測された樹脂重量と繊維長計測部２６により計測された供給繊維量とに基づいて、繊維への樹脂含浸量を管理する制御部３０と、を備えた【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を溜めた樹脂槽と、前記樹脂槽に繊維を供給する繊維供給装置と、前記樹脂槽内の樹脂に表面の一部が接触し該表面に付着した前記樹脂を前記繊維供給装置から供給された前記繊維に含浸させる含浸ローラと、を備えたフィラメントワインディング装置において、
前記樹脂槽内の樹脂重量を計測する重量計測部と、
前記繊維供給装置から供給される前記繊維の供給量を計測する供給量計測部と、
前記重量計測部及び前記供給量計測部の各計測結果に基づいて、前記繊維への樹脂含浸量を管理する含浸量管理部と、を備えたフィラメントワインディング装置。
【請求項２】
前記含浸量管理部は、前記繊維に対する単位時間当りの樹脂含浸量を管理する請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項３】
前記供給量計測部は、前記繊維供給装置と前記含浸ローラとの間に設けられて前記繊維の単位時間当たりの通過長を計測する請求項１または２に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項４】
前記供給量計測部は、前記含浸ローラの回転軸に設けられて当該含浸ローラの単位時間当たりの回転数を計測する請求項１または２に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項５】
前記含浸量管理部は、前記樹脂含浸量が規定範囲を外れた場合に警報を発する請求項１から４のいずれかに記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項６】
前記含浸量管理部は、前記樹脂槽内の樹脂が所定量以下となった場合に警報を発する請求項１から５のいずれかに記載のフィラメントワインディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のパイプや容器を効率よく形成する方法としてフィラメントワインディング法がある。フィラメントワインディング法では一般に、樹脂含浸バスで繊維束に樹脂を含浸させ、樹脂含浸繊維束を回転するマンドレルの周囲に所定の角度で巻き付ける（例えば、特許文献１参照）。また、樹脂含浸量一定にて繊維束をマンドレルに巻き付けるべく、樹脂含浸槽から引き出された繊維束に含浸された余分な樹脂をスキージ（パッド）で掻き取るようになっている。
【０００３】
近年、例えば自動車のプロペラシャフトを炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で形成することが提案され、一部、実施されている。プロペラシャフトをＣＦＲＰで製造する場合、炭素繊維に付着させる樹脂の量（重量）は、プロペラシャフトの性能上重要な要素であり、樹脂含浸工程で管理されている。例えば特許文献１には、樹脂槽の重量を計測することにより、樹脂槽内の樹脂残量を管理する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−６５６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１を含め、従来の技術では繊維に含浸させた樹脂量をリアルタイムで管理することができないという問題がある。製品品質を向上させるためには、樹脂含浸量をリアルタイムに管理することが必要である。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、装置を停止することなく繊維への樹脂含浸量を管理することができるフィラメントワインディング装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のフィラメントワインディング装置は、樹脂を溜めた樹脂槽と、前記樹脂槽に繊維を供給する繊維供給装置と、前記樹脂槽内の樹脂に表面の一部が接触し該表面に付着した前記樹脂を前記繊維供給装置から供給された前記繊維に含浸させる含浸ローラと、を備えたフィラメントワインディング装置において、前記樹脂槽内の樹脂重量を計測する重量計測部と、前記繊維供給装置から供給される前記繊維の供給量を計測する供給量計測部と、前記重量計測部及び前記供給量計測部の各計測結果に基づいて、前記繊維への樹脂含浸量を管理する含浸量管理部と、を備えたものである。
【０００７】
本構成によれば、フィラメントワインディング装置の運転を停止させることなく、運転中における所定時間毎の樹脂重量変化と繊維供給量とに基づき、繊維への樹脂含浸量をリアルタイムに管理することが可能となる。
【０００８】
なお、「繊維」とは、繊維１本を意味するだけでなく、複数の繊維を撚ってなる繊維束や、さらに複数の繊維束を撚ってなる繊維束をも含む。また、「樹脂槽内の樹脂重量を計測する」とは、樹脂重量を直接的に計測する場合だけでなく、樹脂槽の単体重量を含む計測値から該単体重量を除算する等、計測値から間接的に樹脂重量を計測する場合も含む。
【０００９】
前記含浸量管理部は、前記繊維に対する単位時間当りの樹脂含浸量を管理する構成でもよい。
【００１０】
前記供給量計測部は、前記繊維供給装置と前記含浸ローラとの間に設けられて前記繊維の単位時間当たりの通過長を計測する構成や、前記含浸ローラの回転軸に設けられて当該含浸ローラの単位時間当たりの回転数を計測する構成としてもよい。特に後者の構成では、繊維と供給量計測部とが非接触となるため、摩擦により生ずる繊維の損傷を低減することができる。
【００１１】
前記含浸量管理部は、例えば前記樹脂含浸量が規定範囲を外れた場合や前記樹脂槽内の樹脂が所定量以下となった場合に警報を発する構成としてもよい。なお、「樹脂含浸量が規定範囲を外れた場合」とは、樹脂含浸量が規定範囲よりも少ない場合と多い場合の両方を含む。警報は、例えば音声やディスプレイへの表示等、ユーザが知覚し得るあらゆる通知手段を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フィラメントワインディング装置を停止することなく繊維への樹脂含浸量を管理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の一実施形態に係るフィラメントワインディング装置について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、フィラメントワインディング装置（以下、「ＦＷ装置」という。）１１は、繊維束供給部（繊維供給装置）１２、樹脂含浸装置１３、繊維束ガイド１４及び給糸ユニット１５を備えている。給糸ユニット１５は、図示しないチャックに支持された被繊維束巻付け部材１６の長手方向（図１における左右方向）に沿って往復移動可能に構成されている。
【００１５】
給糸ユニット１５を往復移動させる第１のアクチュエータ１７には、ボールネジを使用するとともに、ナットと一体移動可能な移動体１７ａを１軸方向に移動させる構成の公知のものが使用されている。移動体１７ａ上には、給糸ユニット１５を昇降させる第２のアクチュエータ１８が固定され、給糸ユニット１５は第２のアクチュエータ１８に取り付けられている。
【００１６】
繊維束供給部１２は、繊維束（繊維）Ｆが巻かれた複数（この実施形態では３つ）のボビンＢが、張力調整装置（図示せず）に連結された支軸１２ａに支持される構成になっている。張力調整装置には例えばパウダーブレーキや、渦電流により支軸１２ａに負荷を加える構成の所謂パーマトルクが使用されている。繊維束Ｆは、例えば、炭素繊維の無撚りのマルチフィラメントからなり、マルチフィラメントはフィラメント数が３０００〜９６０００本程度である。
【００１７】
樹脂含浸装置１３は、樹脂槽１９及び含浸ローラ２０を備え、さらに樹脂槽１９の上方にはボビンＢから引き出された繊維束Ｆを樹脂槽１９の所定位置に案内するローラ２１ａと、樹脂槽１９で樹脂が含浸された後の繊維束Ｆを案内するローラ２１ｂとが設けられている。なお、図１では、ローラ２１ａ，２１ｂの図示を省略している。また、繊維束供給部１２とローラ２１ａとの間には、図示しないテンションローラが各繊維束Ｆに対応して設けられている。
【００１８】
繊維束ガイド１４は複数のボビンＢから引き出された繊維束Ｆを給糸ユニット１５に対して案内する装置である。
【００１９】
前記チャックは被繊維束巻付け部材１６をその軸心を中心に回転可能に支持し、可変速モータにより回転駆動される。そして、後述の制御部３０により可変速モータが制御されて、チャックが給糸ユニット１５の移動速度と同期した状態で回転駆動されることにより、繊維束Ｆの被繊維束巻付け部材１６に対する巻付け角度を任意の角度に設定して巻き付けることができるようになっている。被繊維束巻付け部材１６は、例えばマンドレルあるいはタンクを製造する場合のライナ等である。
【００２０】
図３は、含浸ローラ２０の周辺部を示す図である。樹脂槽１９には含浸ローラ２０が付設されている。含浸ローラ２０は、その表面（外周面）の一部が前記樹脂槽１９内の樹脂に接触して軸周りに回転することにより、ローラ表面に付着した樹脂を繊維束供給部１２から供給された繊維束Ｆに含浸させる。その表面近傍には、前記繊維束Ｆよりも回転方向上流側に、含浸ローラ２０への樹脂付着量を調整するブレード２４を備える。
【００２１】
また、樹脂槽１９の下方には、樹脂槽１９内の樹脂重量を計測するための荷重計（重量計測部）２５が設けられ、樹脂を溜めた樹脂槽１９からの荷重が荷重計２５に作用する。さらに、繊維束供給部１２から供給される繊維長、すなわち単位時間当たりに通過する繊維の通過長を計測する繊維長計測部（供給量計測部）２６が繊維束供給部１２と含浸ローラ２０との間に位置して設けられている。本実施形態の繊維長計測部２６は、繊維束Ｆを挟持する一対のローラ２６ａの回転数を計測するロータリエンコーダとされている。
【００２２】
図４のブロック図に示すように、これら荷重計２５により計測された、樹脂と樹脂槽単体の各重量を含む樹脂槽１９の重量と、繊維長計測部２６により計測された、繊維束Ｆの単位時間当たりの通過長（繊維束長さ）と、が制御部３０に対して入力される。また、制御部３０には繊維束Ｆの単位長さ（単位通過長）当りの適正樹脂含浸量、すなわち単位長さの繊維束Ｆによって樹脂槽１９から消費される樹脂含浸量（重量）が基準値として予め与えられている。このように、本実施形態の制御部３０は、本発明の含浸量管理部の一例である。
【００２３】
次に、前記のように構成された給糸ユニット１５を備えたＦＷ装置１１の作用を説明する。給糸ユニット１５は取付け部２２において第２のアクチュエータ１８に固定されて、ＦＷ装置１１に取り付けられる。そして、例えば、タンクを製造する場合は、先ず被繊維束巻付け部材１６としてのライナをＦＷ装置１１のチャックに支持させる。次に第１のアクチュエータ１７及び第２のアクチュエータ１８を作動させて、給糸ユニット１５を原位置（巻付け開始位置）に配置する
【００２４】
次に繊維束供給部１２から繰り出された繊維束Ｆを、樹脂含浸装置１３及び繊維束ガイド１４を経て給糸ユニット１５に導き、繊維束Ｆの端部を被繊維束巻付け部材１６の所定位置に固定する。繊維束Ｆの端部の固定作業は作業者が手作業で行い、例えば粘着テープを使用して行われる。また、被繊維束巻付け部材１６の長さ、径、被繊維束巻付け部材１６の回転速度、繊維束Ｆの被繊維束巻付け部材１６への巻付け時の幅等の巻付け条件を制御部３０に入力する。
【００２５】
次にＦＷ装置１１による繊維束Ｆの巻付け運転が開始される。ＦＷ装置１１の運転が開始されると、被繊維束巻付け部材１６が一定方向に回転されるとともに、第１のアクチュエータ１７の駆動により、給糸ユニット１５が移動体１７ａと共に巻付け開始位置から被繊維束巻付け部材１６の軸方向と平行に移動される。そして、繊維束供給部１２から繊維束Ｆが順次引き出されて被繊維束巻付け部材１６上に巻き付けられる。
【００２６】
繊維束Ｆには樹脂含浸装置１３を通過する際に回転する含浸ローラ２０により樹脂が含浸される。ボビンＢから引き出された単位時間あたりの繊維束Ｆの長さは繊維長計測部２６により計測され、含浸ローラ２０から繊維束Ｆに含浸された樹脂量は、荷重計２５により樹脂槽１９内の樹脂重量から測定される。制御部３０はこれらボビンＢから引き出された繊維束Ｆの長さと、繊維束Ｆに含浸された樹脂量との相関を算出し、以下の判定を行う。図５にその相関を示した。
【００２７】
例えば、樹脂槽１９内における単位繊維束長さ当たりの樹脂重量の減少率（図５では、直線の傾きに相当する。）が、制御部３０に予め与えられている基準値と比較して規定の範囲内である場合（図５の領域（１）参照）には、正常に含浸が行われていると判定する。
【００２８】
一方、樹脂槽１９内における単位繊維束長さ当たりの樹脂量の減少率が、制御部３０に予め与えられている基準値と比較して規定の範囲から外れている場合には、異常とみなす。例えば図５の領域（２）では、樹脂含浸量が正常であれば領域（１）と同じ傾きで樹脂重量が減少すべきであるところ、樹脂重量が一定で減少していない。
【００２９】
かかる場合には、繊維束Ｆに対して樹脂が全く含浸していないと判断することができるため、この場合にユーザへの警報が行われる。警報としては、音声やディスプレイ表示等の通知手段が採用される。なお、樹脂重量の減少率が、図５の領域（１）における減少率よりも所定以上に小さい又は大きい場合にも、異常と判断される。
【００３０】
本実施形態では、さらに図５の領域（３）で示すように、樹脂槽１９内の樹脂残量が少なくなった場合、つまり、樹脂重量が所定値未満になった場合にも、ユーザへの警報が行われる。このとき、ＦＷ装置１１を一時停止し、樹脂が樹脂槽１９内に自動補給されるようにしてもよい。
【００３１】
そして、移動体１７ａの移動速度及び被繊維束巻付け部材１６の回転速度の調整により、ヘリカル巻層、フープ巻層及びレーベル巻層の巻付けが行われ、ヘリカル巻層、フープ巻層及びレーベル巻層が所定層数巻き付けられた時点で繊維束Ｆの巻付けが完了する。
【００３２】
次いで、被繊維束巻付け部材１６に巻き付けられた繊維束Ｆの端部が被繊維束巻付け部材１６に固定され、固定部から出口ガイドに連なる繊維束Ｆが切断される。しかる後、被繊維束巻付け部材１６がチャックから取り外されて加熱炉に入れられ、所定温度で樹脂が硬化されて、外郭が繊維強化樹脂により回転体形状に形成された構造体としての回転対称形状のタンクが形成される。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態のＦＷ装置１１によれば、ＦＷ装置１１の運転を停止させることなく、運転中における所定時間毎の樹脂重量変化と繊維供給量（単位時間当たりの繊維束供給長さ）とに基づいて、繊維束Ｆへの樹脂含浸量をリアルタイムに管理することが可能となる。
【００３４】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、以下のように構成してもよい。例えば、繊維長計測部２６を樹脂槽１９と繊維束供給部１２との間に設ける代わりに、含浸ローラ２０の軸回転数を検出するロータリエンコーダとして設けてもよい。これにより、繊維束Ｆに対して接する接触個所を減らすことができるため、繊維との摩擦によって生じる繊維の損傷を低減することができる。
【００３５】
また、ボビンＢの回転数等に基づいて繊維供給量を測定してもよい。さらにまた、含浸ローラ２０等の回転数ではなく、他の手段により繊維供給量を測定するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】フィラメントワインディング装置の模式平面図である。
【図２】フィラメントワインディング装置の模式側面図である。
【図３】含浸ローラ近傍の構成を拡大して示した模式側面図である。
【図４】制御部のブロック図である。
【図５】繊維束に対する樹脂塗布量と繊維束の長さの相関を示した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１…ＦＷ装置（フィラメントワインディング装置）、１２…繊維束供給部（繊維供給装置）、１９…樹脂槽、２０…含浸ローラ、２５…荷重計（重量計測部）、２６…繊維長計測部（供給量計測部）、３０…制御部（含浸量管理部）
【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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