繊維強化複合材料成形装置
【課題】繊維に樹脂を含浸して繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置において、樹脂の含浸不足を検知することである。
【解決手段】繊維に樹脂を含浸し、前記樹脂含浸繊維を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置１０であって、樹脂含浸装置２２は、樹脂を繊維１４に付着させる樹脂付着用ローラ２６と、樹脂付着用ローラと所定の幅を有する間隙を設けて配置され、樹脂が付着した繊維３４を間隙に通して樹脂含浸量を調整する樹脂含浸量調整用ローラ３６と、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測する膜厚検出装置３８等の樹脂量計測手段と、樹脂含浸量調整用ローラに付着した樹脂を除去するヘラ４０等の樹脂除去手段とを備え、樹脂含浸量調整用ローラの回転方向に対して、間隙と、樹脂量計測手段と、樹脂除去手段とが順に位置する。
【解決手段】繊維に樹脂を含浸し、前記樹脂含浸繊維を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置１０であって、樹脂含浸装置２２は、樹脂を繊維１４に付着させる樹脂付着用ローラ２６と、樹脂付着用ローラと所定の幅を有する間隙を設けて配置され、樹脂が付着した繊維３４を間隙に通して樹脂含浸量を調整する樹脂含浸量調整用ローラ３６と、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測する膜厚検出装置３８等の樹脂量計測手段と、樹脂含浸量調整用ローラに付着した樹脂を除去するヘラ４０等の樹脂除去手段とを備え、樹脂含浸量調整用ローラの回転方向に対して、間隙と、樹脂量計測手段と、樹脂除去手段とが順に位置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形装置に係り、特に、繊維に樹脂を含浸し、前記樹脂含浸繊維を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等を貯蔵する、例えば、車両用の高圧タンク等には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。このような繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化複合材料が用いられる。そして、繊維強化複合材料を成形するための繊維強化複合材料成形装置には、例えば、フィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ：ＦＷ）装置等が使用される。フィラメントワインディング装置は、樹脂バス等に溜められた樹脂を含浸した繊維が、高圧タンクのライナ等に連続して巻き付けられることにより繊維強化複合材料を成形する装置である。
【０００３】
特許文献１には、フィラメントワインディングにおける繊維への樹脂供給装置において、両周縁にテーパ部を有する樹脂含浸用ローラと、該樹脂含浸用ローラのテーパ部に当接するテーパ部を有するリングと、該ロング間に介装されるとともに前記樹脂含浸用ローラに対して間隙を保持して設けられる間隙ローラと、該間隙ローラを前記樹脂含浸用ローラ側へ押し付けるための押し付け部材とが設けられ、前記間隙ローラと前記リング間にインサート部材を装着し、該インサート部材の厚さを変更することにより、前記間隙ローラと前記樹脂含浸用ローラとの間隙を調整することができることが示されている。そして、同文献には、そのインサート材の厚さに合った樹脂含浸用ローラと間隙ローラ間の間隙を設定し、その間隙に合った樹脂量を繊維に供給可能にし、ＦＲＰの強度特性に影響する繊維含有率Ｖｆを制御することが示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８６０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、樹脂バス等の中に溜められている樹脂が不足する場合や空になる場合には、繊維に予定した樹脂量よりも少ない樹脂量が含浸されることや、繊維に樹脂がまったく含浸されないことがあり、繊維に対する樹脂の含浸不足が生じる可能性がある。
【０００６】
そのような樹脂含浸不足の繊維が、上述したフィラメントワインディング装置等により高圧タンクのライナ等に連続して巻き付けられて繊維強化複合材料が成形されると、成形された繊維強化複合材料の中に樹脂が欠損する部位が生じて均質な繊維強化複合材料が成形されず、耐圧性能が部分的に満足できない部位が高圧タンク等に生じる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、樹脂の含浸不足を検知することができる繊維強化複合材料成形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、繊維に樹脂を含浸し、前記樹脂含浸繊維を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置であって、樹脂含浸装置は、樹脂を繊維に付着させる樹脂付着用ローラと、樹脂付着用ローラと所定の幅を有する間隙を設けて配置され、樹脂が付着した繊維を間隙に通して樹脂含浸量を調整する樹脂含浸量調整用ローラと、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測する樹脂量計測手段と、樹脂含浸量調整用ローラに付着した樹脂を除去する樹脂除去手段とを備え、樹脂含浸量調整用ローラの回転方向に対して、間隙と、樹脂量計測手段と、樹脂除去手段とが順に位置して、樹脂の含浸不足を検知することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、樹脂量計測手段が、膜厚検出装置により、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、樹脂含浸装置が、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとの間隙を調整する間隙調整手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、同一回転数で回転することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、間隙に対して各々逆方向に回転することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記繊維強化複合材料成形装置によれば、除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測することにより樹脂の含浸不足を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、繊維強化複合材料成形装置１０の構成を示す図である。
【００１５】
繊維供給装置１２は、繊維強化複合材料に用いられる繊維１４等を送り出す機能を有している。繊維供給装置１２には、例えば、クリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等を用いることができる。繊維供給装置１２は、繊維１４を巻くための複数のボビン１６と、繊維１４に負荷する張力を調整するための複数の繊維張力調整装置１８とを有している。
【００１６】
繊維１４には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、他の条件次第では、繊維１４には、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。また、繊維１４の形態には、フィラメント、ヤーン、テープ、編組品等の形態を用いることができる。勿論、他の条件次第では、繊維１４の形態は、これらに限定されることはない。
【００１７】
繊維張力測定装置２０は、繊維供給装置１２から送り出された繊維１４に負荷された張力を測定する機能を有している。繊維張力測定装置２０には、一般的に、繊維１４の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。
【００１８】
樹脂含浸装置２２は、繊維張力測定装置２０により張力が測定された繊維１４に樹脂を含浸する機能を有している。図２は、樹脂含浸装置２２の構成を示す模式図であり、図２（Ａ）は、樹脂含浸装置２２を側面から見た模式図であり、図２（Ｂ）は、樹脂含浸装置２２を上面から見た模式図である。
【００１９】
樹脂槽２４は、図２（Ａ）に示すように、繊維１４に含浸するための樹脂を溜める機能を有しており、樹脂含浸装置２２に配置される。樹脂には、熱硬化性樹脂である、例えば、エポキシ樹脂等を用いることができる。勿論、他の条件次第では、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂に限定されることはなく、フェノール樹脂等の他の熱硬化性樹脂を用いることができる。樹脂槽２４には、硬化剤や溶剤等を混合したエポキシ樹脂等が液体の状態で溜められる。そして、樹脂槽２４には、樹脂の粘度等を調整するために、樹脂を加熱して樹脂温度を調節する機能を有する図示されないヒータ等の加熱装置が配置される。また、樹脂槽２４には、樹脂槽２４の中に溜められた樹脂の樹脂温度を測定する機能を有する図示されない熱電対等の樹脂温度センサが配置される。
【００２０】
樹脂付着用ローラ２６は、図２（Ａ）に示すように、樹脂槽２４の中の樹脂をローラ表面に付着させた後、付着させた樹脂を繊維１４に転写させる機能を有しており、樹脂含浸装置２２に配置される。そして、樹脂付着用ローラ２６は、ローラの下部が樹脂槽２４の中の樹脂に浸漬するようにして樹脂含浸装置２２に配置される。また、樹脂付着用ローラ２６は、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とで押さえられた繊維１４に樹脂槽２４中の樹脂を転写して付着させるために、ローラをモータ等により回転させるための回転軸３２を備えている。
【００２１】
そして、樹脂付着用ローラ２６には、ローラ表面に付着した樹脂量を予備調整する機能を有している図示されないブレード等を配置してもよい。ブレードは、繊維１４に転写して付着させる樹脂が略一定となるよう予備調整にするために、ブレードの先端とローラ表面との間が所定の間隔を有するようにして配置される。そして、ブレードの先端とローラ表面との間隔は、例えば、隙間ゲージ等を用いて調整される。このようなブレードは、ゴム、プラスチックスまたはステンレス等の金属材料等により作製することができる。
【００２２】
樹脂含浸量調整用ローラ３６は、図２（Ａ）に示すように、樹脂付着用ローラ２６と所定の幅を有する間隙Ｄを設けて樹脂含浸装置２２に配置され、樹脂が付着した繊維３４を間隙Ｄに通すことにより樹脂含浸量を調整する機能を有している。樹脂含浸量調整用ローラ３６は、樹脂が付着した繊維３４から取り除いた余分な樹脂をローラ表面に付着させることにより、繊維１４の樹脂含浸量を調整することができる。そして、樹脂含浸量調整用ローラ３６は、ローラをモータ等により回転させるための回転軸３５を備えている。また、樹脂含浸量調整用ローラ３６の大きさは、樹脂付着用ローラ２６と同じ大きさとすることができる。勿論、他の条件次第では、樹脂含浸量調整用ローラ３６の大きさは、樹脂付着用ローラ２６と異なる大きさでもよく、これに限定されることはない。
【００２３】
間隙Ｄにおける所定の幅は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄに樹脂が付着した繊維３４を通したときに、樹脂が付着した繊維３４の余分な樹脂を除去して樹脂含有量を調整できるように、樹脂が付着した繊維３４の厚さ（繊維＋樹脂厚さ）よりも小さくなるように定められる。そして、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄを小さくすることで樹脂含浸量を少なくし、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄを大きくすることで樹脂含浸量を多くすることができる。
【００２４】
図示されない間隙調整装置は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄを調整する機能を有しており、樹脂含浸装置２２に配置される。間隙調整装置には、アクチュエータを用いることができる。そして、アクチュエータには、例えば、サーボシリンダ等を使用することができる。サーボシリンダのロッドは、樹脂付着用ローラ２６または樹脂含浸量調整用ローラ３６と、例えば、支持部材等を介して連結される。サーボシリンダのロッドが樹脂含浸量調整用ローラ３６と連結している場合には、サーボシリンダのロッドを上下させることにより樹脂含浸量調整用ローラ３６を上下させて、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙を調整することができる。
【００２５】
樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とは、間隙Ｄに対して各々逆方向に回転させることが好ましい。樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙に樹脂が挿入されるときに、樹脂の滞留を抑制等することにより樹脂含浸量の精度をより高めることができるからである。図２（Ａ）では、間隙Ｄに対して、樹脂付着用ローラ２６は左方向から右方向へ回転し、樹脂含浸量調整用ローラ３６は右方向から左方向へ回転し、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とを各々逆方向となるように回転させた例を示している。勿論、他の条件次第では、樹脂含浸量調整用ローラ３６を、樹脂付着用ローラ２６に対して同一方向に回転させることができる。また、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とは、同一回転数で回転させることが好ましい。勿論、他の条件次第では、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とは、異なる回転数で回転させることもできる。また、樹脂含浸量調整用ローラ３６を、樹脂付着用ローラ２６と同期させることもできる。そして、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とにおける回転数、回転方向または同期等の制御は、図示されないローラ回転調整装置により行うことができる。
【００２６】
膜厚検出装置３８は、図２（Ａ）に示すように、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着され、樹脂付着用ローラ２６から除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測する機能を有している樹脂量計測手段であり、樹脂含浸装置２２に配置される。膜厚検出装置３８は、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚を測定することにより樹脂量を計測する手段である。膜厚検出装置３８には、例えば、非接触型である超音波膜厚計を使用することができる。勿論、他の条件次第では、樹脂量計測手段は、このような膜厚検出装置３８に限定されることはない。
【００２７】
膜厚検出装置３８は、樹脂が付着した繊維３４ごとに配置されることが好ましい。例えば、図２（Ｂ）に示すように、樹脂が付着した繊維３４が３本である場合には、膜厚検出装置３８が３個配置される。また、各々の膜厚検出装置３８は、図２（Ｂ）に示すように、樹脂が付着した繊維３４が間隙Ｄを通過する位置と対応する樹脂含浸量調整ローラ３６の位置に配置される。そして、各々の膜厚検出装置３８により、図２（Ａ）または図２（Ｂ）に示すように、樹脂付着用ローラ２６から除かれた余分な樹脂の樹脂量を、樹脂が付着した繊維３４ごとに計測することができる。
【００２８】
ヘラ４０は、図２（Ａ）に示すように、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂を除去する機能を有している樹脂除去手段であり、樹脂含浸装置２２に配置される。ヘラ４０は、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂を除去するために、ヘラ４０の先端がローラ表面と接するようにして配置されることが好ましい。また、ヘラ４０の大きさは、ローラの幅と略同じとすることが好ましい。勿論、他の条件次第では、ヘラ４０の大きさは、これに限定されることはない。ヘラ４０の材質は、ローラ表面の損傷を抑えるためにゴムまたはプラスチックス等を用いることが好ましい。勿論、他の条件次第では、ヘラ４０の材質は、ステンレス等の金属材料等を用いてもよい。樹脂除去手段は、このようなヘラ４０に限定されることはなく、スクレーパ等を用いることもできる。
【００２９】
ここで、図２（Ａ）に示すように、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、間隙Ｄと、膜厚検出装置３８と、ヘラ４０とが順に位置される。まず、間隙Ｄと膜厚検出装置３８とは、間隙Ｄにより樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚を測定するために、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、間隙Ｄと、膜厚検出装置３８とが順に位置される。次に、膜厚検出装置３８とヘラ４０とは、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚を膜厚検出装置３８により測定した後に、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂を除去するために、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、膜厚検出装置３８と、ヘラ４０とが順に位置される。そして、ヘラ４０と間隙Ｄとは、ヘラ４０により樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂を除去した後に、樹脂含浸量調整用ローラ３６に樹脂付着ローラから除かれた新たな余分な樹脂を付着させるために、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、ヘラ４０と、間隙Ｄとが順に位置される。図２（Ａ）では、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、間隙Ｄを略０度の位置とすると、膜厚検出装置３８は略１８０度の位置にあり、ヘラ４０は略２７０度の位置にあり、間隙Ｄと、膜厚検出装置３８と、ヘラ４０とが順に位置していることを示している。勿論、間隙Ｄと、膜厚検出装置３８と、ヘラ４０とは、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、順に位置していればよく、このような位置に限定されることはない。
【００３０】
再び、図１に戻り、制御装置４４は、繊維張力測定装置２０と、樹脂槽２４に配置される樹脂温度センサと、膜厚検出装置３８等とにリード線とコネクタ等を用いて接続される。また、制御装置４４は、間隙調整装置やローラ回転調整装置等と接続することもできる。制御装置４４は、繊維張力測定装置２０から出力される繊維１４の張力データの電気信号を入力し、繊維１４の張力を制御することができる機能を有している。そして、制御装置４４は、樹脂槽２４に配置された樹脂温度センサから出力される樹脂温度データの電気信号を入力し、樹脂温度を制御することができる機能を有している。
【００３１】
更に、制御装置４４は、膜厚検出装置３８から出力される膜厚データの電気信号を入力して、基準となる所定の樹脂量が樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着されているか否かを検知することができる機能を有している。また、制御装置４４は、計測された樹脂量と基準となる樹脂量とを比較して、膜厚検出装置３８から計測された樹脂量が基準となる樹脂量よりも少ない場合には、異常信号を出力することができる機能を有している。かかる制御装置４４は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。また、制御装置４４と接続されたデータロガ４６には、上述した繊維１４の張力データ、樹脂温度データまたは樹脂量データ等が記憶されて保存される。
【００３２】
フィラメントワインディング装置４８は、樹脂含浸装置２２から送り出された樹脂を含浸した繊維４２を、巻回部材としての型または心金であるマンドレル５０（Ｍａｎｄｒｅｌ）等に巻回することにより巻き付ける機能を有している。そして、フィラメントワインディング装置４８は、樹脂を含浸した繊維４２を、マンドレル５０等を回転させて巻き付けるための回転装置を備えている。また、フィラメントワインディング装置４８は、樹脂を含浸した繊維４２をマンドレル５０等の円周方向や軸方向に巻き付けることができ、例えば、マンドレル５０等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）やマンドレル５０等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）等により巻き付けることができる。例えば、繊維強化複合材料を用いて高圧タンクを製造する場合には、ポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等に、フィラメントワインディング装置４８により、樹脂を含浸した繊維４２が巻き付けることができる。
【００３３】
そして、上述したマンドレル５０またはライナ等に巻き付けた樹脂を含浸した繊維４２を、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより樹脂を硬化させて繊維強化複合材料が成形される。
【００３４】
次に、上記構成における繊維強化複合材料成形装置１０の作用について説明する。繊維供給装置１２のボビン１６から、例えば、炭素繊維である繊維１４が繰り出される。ボビン１６から繰り出された繊維１４は、繊維張力調整装置１８により所定の張力に調整されて繊維供給装置１２から送り出される。
【００３５】
繊維供給装置１２から送り出された繊維１４は、繊維張力測定装置２０により繊維１４に負荷されている張力が測定される。ここで、繊維張力測定装置２０により測定された繊維１４の張力データは、繊維張力測定装置２０から制御装置４４へ出力され、データロガ４６に記憶されて保存される。また、繊維１４に、例えば、基準となる所定の張力が負荷されていない場合には、制御装置４４が、張力の異常を検知して異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形装置１０が停止する。
【００３６】
繊維張力測定装置２０を通過した繊維１４は、樹脂含浸装置２２に送り出される。樹脂含浸装置２２における樹脂槽２４の中には、例えば、エポキシ樹脂である液状の樹脂が溜められている。樹脂の温度は、熱電対等の樹脂温度センサにより測定される。そして、樹脂温度データは、樹脂温度センサから制御装置４４へ出力され、データロガ４６に記憶されて保存される。また、樹脂温度が、例えば、設定された樹脂温度でない場合には、制御装置４４が樹脂温度の異常を検知して、異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形装置１０が停止する。
【００３７】
樹脂付着用ローラ２６は、ローラが回転することにより樹脂槽２４に溜められた樹脂と接触し、ローラ表面に樹脂が付着する。そして、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とにより押さえられた繊維１４は、樹脂付着用ローラ２６と接触することにより樹脂が転写されて付着される。
【００３８】
樹脂が付着した繊維３４は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄを通るときに、樹脂が付着した繊維３４の余分な樹脂が樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着することにより取り除かれて、適正な樹脂量の樹脂が繊維１４に含浸される。さらに、樹脂含浸量調整用ローラ３６が回転することにより、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚が膜厚検出装置３８で測定された後、ヘラ４０により樹脂が除去される。そして、再び間隙Ｄで、樹脂が除去された樹脂含浸量調整用ローラ３６に、新たに樹脂が付着する。
【００３９】
ここで、繊維１４に対する樹脂含浸状態の検知について説明する。図３は、繊維１４の樹脂含浸状態を示す模式図であり、図３（Ａ）は、樹脂含浸状態が正常な場合を示す模式図であり、図３（Ｂ）は、樹脂含浸不足の場合を示す模式図である。
【００４０】
樹脂含浸状態が正常の場合には、図３（Ａ）に示すように、樹脂が付着した繊維３４の厚み（繊維＋樹脂の厚さ）は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄの幅（クリアランス）よりも大きくなる。そして、繊維１４は、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とで押さえられているので、樹脂含浸量調整用ローラ３６により、樹脂が付着した繊維３４の余分な樹脂が取り除かれる。取り除かれた余分な樹脂は、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着する。その後、膜厚検出装置３８により樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚が測定される。そして、膜厚検出装置３８により測定された樹脂の膜厚データは、膜厚検出装置３８から制御装置４４へ出力される。そして、制御装置４４により、計測された樹脂量は基準となる樹脂量と比較され、基準となる樹脂量よりも多い場合には正常と判断される。
【００４１】
樹脂含浸不足の場合には、図３（Ｂ）に示すように、樹脂が付着した繊維３４の厚み（繊維＋樹脂の厚さ）は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄの幅（クリアランス）よりも小さくなる。そのため、樹脂含浸量調整用ローラ３６と樹脂が付着した繊維３４とは接触しないので、樹脂含浸量調整用ローラ３６には樹脂がほとんど付着されない。そして、膜厚検出装置３８により測定された膜厚データは、膜厚検出装置３８から制御装置４４へ出力される。そして、制御装置４４により、計測された樹脂量は基準となる樹脂量と比較され、基準となる樹脂量よりも少ない場合は異常と判断され、それにより、例えば、繊維強化複合材料成形装置１０が停止する。
【００４２】
樹脂を含浸した繊維４２は、第２テンションローラ３０を介した後、フィラメントワインディング装置４８へ送り出される。樹脂を含浸した繊維４２は、フィラメントワインディング装置４８により、マンドレル５０または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等により巻き付けられる。その後、マンドレル５０またはライナ等に巻き付けた樹脂を含浸した繊維４２を樹脂硬化炉で加熱することにより、樹脂を硬化させて繊維強化複合材料が成形される。
【００４３】
以上、上記構成における繊維強化複合材料成形装置によれば、繊維に予定した樹脂量よりも少ない樹脂量が含浸される場合や、繊維に樹脂がまったく含浸されない場合等の樹脂含浸不足が生じても、樹脂含浸量用ローラに付着した余分な樹脂の樹脂量を膜厚検出装置等の樹脂量計測手段により計測することで、樹脂の含浸不足をより速く検知することができる。また、このような構成をとることにより、樹脂含浸と樹脂量調整がローラ上で完結するとともに、樹脂含浸装置内で樹脂量の不足を検知することができるため、異常を瞬時に検知することができる。
【００４４】
上記構成における繊維強化複合材料成形装置によれば、樹脂量計測手段が、膜厚検出装置により、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測することから、樹脂含浸繊維に対して非接触な検知方法であるため、繊維の樹脂含浸量への悪影響や、製造工程の工程数増加なく樹脂含浸量を管理することができる。
【００４５】
上記構成における繊維強化複合材料成形装置によれば、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、間隙に対して各々逆方向に回転することにより、より精度良く繊維の樹脂含浸量を調整しながら樹脂の含浸不足を検知することができる。また、ローラを逆回転させることにより、樹脂含浸量調整用ローラに付着した樹脂が樹脂量調整後の繊維に垂れる心配がなく、樹脂量を好適に制御することができる。
【００４６】
また、上記構成における繊維強化複合材料成形装置によれば、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとの間隙により除かれた余分な樹脂の樹脂量を常時監視する等により、樹脂含浸不足の繊維がマンドレル等に巻き付けられる前に、樹脂の含浸不足を検知することができる。そして、含浸不足を検知した時点で、繊維強化複合材料成形装置を停止させる等により、樹脂含浸不足の繊維が巻き付けられるのを抑制することができる。したがって、上記繊維強化複合材料成形装置によれば、繊維に樹脂をより均一に含浸して繊維強化複合材料を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明における実施の形態である繊維強化複合材料成形装置１０の構成を示す模式図である。
【図２】本発明における実施の形態である樹脂含浸装置２２の構成を示す模式図である。
【図３】本発明における実施の形態である繊維の樹脂含浸状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 繊維強化複合材料成形装置、１２ 繊維供給装置、１４ 繊維、１６ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ 繊維張力測定装置、２２ 樹脂含浸装置、２４ 樹脂槽、２６ 樹脂付着用ローラ ２８ 第１テンションローラ、３０ 第２テンションローラ、３４ 樹脂が付着した繊維、３６ 樹脂含浸量調整用ローラ、３８ 膜厚検出装置、４０ ヘラ、４２ 樹脂を含浸した繊維、４４ 制御装置、４６ データロガ、４８ フィラメントワインディング装置、５０ マンドレル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化複合材料成形装置に係り、特に、繊維に樹脂を含浸し、前記樹脂含浸繊維を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等を貯蔵する、例えば、車両用の高圧タンク等には、軽量化のために、繊維強化複合材料が用いられている。このような繊維強化複合材料には、例えば、強化繊維としての炭素繊維等に、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等を含浸させて成形した繊維強化複合材料が用いられる。そして、繊維強化複合材料を成形するための繊維強化複合材料成形装置には、例えば、フィラメントワインディング（Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ：ＦＷ）装置等が使用される。フィラメントワインディング装置は、樹脂バス等に溜められた樹脂を含浸した繊維が、高圧タンクのライナ等に連続して巻き付けられることにより繊維強化複合材料を成形する装置である。
【０００３】
特許文献１には、フィラメントワインディングにおける繊維への樹脂供給装置において、両周縁にテーパ部を有する樹脂含浸用ローラと、該樹脂含浸用ローラのテーパ部に当接するテーパ部を有するリングと、該ロング間に介装されるとともに前記樹脂含浸用ローラに対して間隙を保持して設けられる間隙ローラと、該間隙ローラを前記樹脂含浸用ローラ側へ押し付けるための押し付け部材とが設けられ、前記間隙ローラと前記リング間にインサート部材を装着し、該インサート部材の厚さを変更することにより、前記間隙ローラと前記樹脂含浸用ローラとの間隙を調整することができることが示されている。そして、同文献には、そのインサート材の厚さに合った樹脂含浸用ローラと間隙ローラ間の間隙を設定し、その間隙に合った樹脂量を繊維に供給可能にし、ＦＲＰの強度特性に影響する繊維含有率Ｖｆを制御することが示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８６０４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、樹脂バス等の中に溜められている樹脂が不足する場合や空になる場合には、繊維に予定した樹脂量よりも少ない樹脂量が含浸されることや、繊維に樹脂がまったく含浸されないことがあり、繊維に対する樹脂の含浸不足が生じる可能性がある。
【０００６】
そのような樹脂含浸不足の繊維が、上述したフィラメントワインディング装置等により高圧タンクのライナ等に連続して巻き付けられて繊維強化複合材料が成形されると、成形された繊維強化複合材料の中に樹脂が欠損する部位が生じて均質な繊維強化複合材料が成形されず、耐圧性能が部分的に満足できない部位が高圧タンク等に生じる場合がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、樹脂の含浸不足を検知することができる繊維強化複合材料成形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、繊維に樹脂を含浸し、前記樹脂含浸繊維を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置であって、樹脂含浸装置は、樹脂を繊維に付着させる樹脂付着用ローラと、樹脂付着用ローラと所定の幅を有する間隙を設けて配置され、樹脂が付着した繊維を間隙に通して樹脂含浸量を調整する樹脂含浸量調整用ローラと、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測する樹脂量計測手段と、樹脂含浸量調整用ローラに付着した樹脂を除去する樹脂除去手段とを備え、樹脂含浸量調整用ローラの回転方向に対して、間隙と、樹脂量計測手段と、樹脂除去手段とが順に位置して、樹脂の含浸不足を検知することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、樹脂量計測手段が、膜厚検出装置により、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、樹脂含浸装置が、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとの間隙を調整する間隙調整手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、同一回転数で回転することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る繊維強化複合材料成形装置は、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、間隙に対して各々逆方向に回転することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記繊維強化複合材料成形装置によれば、除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測することにより樹脂の含浸不足を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、繊維強化複合材料成形装置１０の構成を示す図である。
【００１５】
繊維供給装置１２は、繊維強化複合材料に用いられる繊維１４等を送り出す機能を有している。繊維供給装置１２には、例えば、クリールスタンド（Ｃｒｅｅｌ Ｓｔａｎｄ）等を用いることができる。繊維供給装置１２は、繊維１４を巻くための複数のボビン１６と、繊維１４に負荷する張力を調整するための複数の繊維張力調整装置１８とを有している。
【００１６】
繊維１４には、高強度繊維または高弾性繊維である炭素繊維等を使用することができる。そして、炭素繊維には、レーヨン系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ：ＰＡＮ）系炭素繊維またはピッチ系炭素繊維等が用いられる。勿論、他の条件次第では、繊維１４には、ガラス繊維またはアラミド繊維等を用いることができる。また、繊維１４の形態には、フィラメント、ヤーン、テープ、編組品等の形態を用いることができる。勿論、他の条件次第では、繊維１４の形態は、これらに限定されることはない。
【００１７】
繊維張力測定装置２０は、繊維供給装置１２から送り出された繊維１４に負荷された張力を測定する機能を有している。繊維張力測定装置２０には、一般的に、繊維１４の張力測定に用いられている張力測定装置を使用することができる。
【００１８】
樹脂含浸装置２２は、繊維張力測定装置２０により張力が測定された繊維１４に樹脂を含浸する機能を有している。図２は、樹脂含浸装置２２の構成を示す模式図であり、図２（Ａ）は、樹脂含浸装置２２を側面から見た模式図であり、図２（Ｂ）は、樹脂含浸装置２２を上面から見た模式図である。
【００１９】
樹脂槽２４は、図２（Ａ）に示すように、繊維１４に含浸するための樹脂を溜める機能を有しており、樹脂含浸装置２２に配置される。樹脂には、熱硬化性樹脂である、例えば、エポキシ樹脂等を用いることができる。勿論、他の条件次第では、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂に限定されることはなく、フェノール樹脂等の他の熱硬化性樹脂を用いることができる。樹脂槽２４には、硬化剤や溶剤等を混合したエポキシ樹脂等が液体の状態で溜められる。そして、樹脂槽２４には、樹脂の粘度等を調整するために、樹脂を加熱して樹脂温度を調節する機能を有する図示されないヒータ等の加熱装置が配置される。また、樹脂槽２４には、樹脂槽２４の中に溜められた樹脂の樹脂温度を測定する機能を有する図示されない熱電対等の樹脂温度センサが配置される。
【００２０】
樹脂付着用ローラ２６は、図２（Ａ）に示すように、樹脂槽２４の中の樹脂をローラ表面に付着させた後、付着させた樹脂を繊維１４に転写させる機能を有しており、樹脂含浸装置２２に配置される。そして、樹脂付着用ローラ２６は、ローラの下部が樹脂槽２４の中の樹脂に浸漬するようにして樹脂含浸装置２２に配置される。また、樹脂付着用ローラ２６は、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とで押さえられた繊維１４に樹脂槽２４中の樹脂を転写して付着させるために、ローラをモータ等により回転させるための回転軸３２を備えている。
【００２１】
そして、樹脂付着用ローラ２６には、ローラ表面に付着した樹脂量を予備調整する機能を有している図示されないブレード等を配置してもよい。ブレードは、繊維１４に転写して付着させる樹脂が略一定となるよう予備調整にするために、ブレードの先端とローラ表面との間が所定の間隔を有するようにして配置される。そして、ブレードの先端とローラ表面との間隔は、例えば、隙間ゲージ等を用いて調整される。このようなブレードは、ゴム、プラスチックスまたはステンレス等の金属材料等により作製することができる。
【００２２】
樹脂含浸量調整用ローラ３６は、図２（Ａ）に示すように、樹脂付着用ローラ２６と所定の幅を有する間隙Ｄを設けて樹脂含浸装置２２に配置され、樹脂が付着した繊維３４を間隙Ｄに通すことにより樹脂含浸量を調整する機能を有している。樹脂含浸量調整用ローラ３６は、樹脂が付着した繊維３４から取り除いた余分な樹脂をローラ表面に付着させることにより、繊維１４の樹脂含浸量を調整することができる。そして、樹脂含浸量調整用ローラ３６は、ローラをモータ等により回転させるための回転軸３５を備えている。また、樹脂含浸量調整用ローラ３６の大きさは、樹脂付着用ローラ２６と同じ大きさとすることができる。勿論、他の条件次第では、樹脂含浸量調整用ローラ３６の大きさは、樹脂付着用ローラ２６と異なる大きさでもよく、これに限定されることはない。
【００２３】
間隙Ｄにおける所定の幅は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄに樹脂が付着した繊維３４を通したときに、樹脂が付着した繊維３４の余分な樹脂を除去して樹脂含有量を調整できるように、樹脂が付着した繊維３４の厚さ（繊維＋樹脂厚さ）よりも小さくなるように定められる。そして、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄを小さくすることで樹脂含浸量を少なくし、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄを大きくすることで樹脂含浸量を多くすることができる。
【００２４】
図示されない間隙調整装置は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄを調整する機能を有しており、樹脂含浸装置２２に配置される。間隙調整装置には、アクチュエータを用いることができる。そして、アクチュエータには、例えば、サーボシリンダ等を使用することができる。サーボシリンダのロッドは、樹脂付着用ローラ２６または樹脂含浸量調整用ローラ３６と、例えば、支持部材等を介して連結される。サーボシリンダのロッドが樹脂含浸量調整用ローラ３６と連結している場合には、サーボシリンダのロッドを上下させることにより樹脂含浸量調整用ローラ３６を上下させて、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙を調整することができる。
【００２５】
樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とは、間隙Ｄに対して各々逆方向に回転させることが好ましい。樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙に樹脂が挿入されるときに、樹脂の滞留を抑制等することにより樹脂含浸量の精度をより高めることができるからである。図２（Ａ）では、間隙Ｄに対して、樹脂付着用ローラ２６は左方向から右方向へ回転し、樹脂含浸量調整用ローラ３６は右方向から左方向へ回転し、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とを各々逆方向となるように回転させた例を示している。勿論、他の条件次第では、樹脂含浸量調整用ローラ３６を、樹脂付着用ローラ２６に対して同一方向に回転させることができる。また、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とは、同一回転数で回転させることが好ましい。勿論、他の条件次第では、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とは、異なる回転数で回転させることもできる。また、樹脂含浸量調整用ローラ３６を、樹脂付着用ローラ２６と同期させることもできる。そして、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６とにおける回転数、回転方向または同期等の制御は、図示されないローラ回転調整装置により行うことができる。
【００２６】
膜厚検出装置３８は、図２（Ａ）に示すように、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着され、樹脂付着用ローラ２６から除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測する機能を有している樹脂量計測手段であり、樹脂含浸装置２２に配置される。膜厚検出装置３８は、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚を測定することにより樹脂量を計測する手段である。膜厚検出装置３８には、例えば、非接触型である超音波膜厚計を使用することができる。勿論、他の条件次第では、樹脂量計測手段は、このような膜厚検出装置３８に限定されることはない。
【００２７】
膜厚検出装置３８は、樹脂が付着した繊維３４ごとに配置されることが好ましい。例えば、図２（Ｂ）に示すように、樹脂が付着した繊維３４が３本である場合には、膜厚検出装置３８が３個配置される。また、各々の膜厚検出装置３８は、図２（Ｂ）に示すように、樹脂が付着した繊維３４が間隙Ｄを通過する位置と対応する樹脂含浸量調整ローラ３６の位置に配置される。そして、各々の膜厚検出装置３８により、図２（Ａ）または図２（Ｂ）に示すように、樹脂付着用ローラ２６から除かれた余分な樹脂の樹脂量を、樹脂が付着した繊維３４ごとに計測することができる。
【００２８】
ヘラ４０は、図２（Ａ）に示すように、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂を除去する機能を有している樹脂除去手段であり、樹脂含浸装置２２に配置される。ヘラ４０は、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂を除去するために、ヘラ４０の先端がローラ表面と接するようにして配置されることが好ましい。また、ヘラ４０の大きさは、ローラの幅と略同じとすることが好ましい。勿論、他の条件次第では、ヘラ４０の大きさは、これに限定されることはない。ヘラ４０の材質は、ローラ表面の損傷を抑えるためにゴムまたはプラスチックス等を用いることが好ましい。勿論、他の条件次第では、ヘラ４０の材質は、ステンレス等の金属材料等を用いてもよい。樹脂除去手段は、このようなヘラ４０に限定されることはなく、スクレーパ等を用いることもできる。
【００２９】
ここで、図２（Ａ）に示すように、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、間隙Ｄと、膜厚検出装置３８と、ヘラ４０とが順に位置される。まず、間隙Ｄと膜厚検出装置３８とは、間隙Ｄにより樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚を測定するために、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、間隙Ｄと、膜厚検出装置３８とが順に位置される。次に、膜厚検出装置３８とヘラ４０とは、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚を膜厚検出装置３８により測定した後に、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂を除去するために、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、膜厚検出装置３８と、ヘラ４０とが順に位置される。そして、ヘラ４０と間隙Ｄとは、ヘラ４０により樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂を除去した後に、樹脂含浸量調整用ローラ３６に樹脂付着ローラから除かれた新たな余分な樹脂を付着させるために、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、ヘラ４０と、間隙Ｄとが順に位置される。図２（Ａ）では、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、間隙Ｄを略０度の位置とすると、膜厚検出装置３８は略１８０度の位置にあり、ヘラ４０は略２７０度の位置にあり、間隙Ｄと、膜厚検出装置３８と、ヘラ４０とが順に位置していることを示している。勿論、間隙Ｄと、膜厚検出装置３８と、ヘラ４０とは、樹脂含浸量調整用ローラ３６の回転方向に対して、順に位置していればよく、このような位置に限定されることはない。
【００３０】
再び、図１に戻り、制御装置４４は、繊維張力測定装置２０と、樹脂槽２４に配置される樹脂温度センサと、膜厚検出装置３８等とにリード線とコネクタ等を用いて接続される。また、制御装置４４は、間隙調整装置やローラ回転調整装置等と接続することもできる。制御装置４４は、繊維張力測定装置２０から出力される繊維１４の張力データの電気信号を入力し、繊維１４の張力を制御することができる機能を有している。そして、制御装置４４は、樹脂槽２４に配置された樹脂温度センサから出力される樹脂温度データの電気信号を入力し、樹脂温度を制御することができる機能を有している。
【００３１】
更に、制御装置４４は、膜厚検出装置３８から出力される膜厚データの電気信号を入力して、基準となる所定の樹脂量が樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着されているか否かを検知することができる機能を有している。また、制御装置４４は、計測された樹脂量と基準となる樹脂量とを比較して、膜厚検出装置３８から計測された樹脂量が基準となる樹脂量よりも少ない場合には、異常信号を出力することができる機能を有している。かかる制御装置４４は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。また、制御装置４４と接続されたデータロガ４６には、上述した繊維１４の張力データ、樹脂温度データまたは樹脂量データ等が記憶されて保存される。
【００３２】
フィラメントワインディング装置４８は、樹脂含浸装置２２から送り出された樹脂を含浸した繊維４２を、巻回部材としての型または心金であるマンドレル５０（Ｍａｎｄｒｅｌ）等に巻回することにより巻き付ける機能を有している。そして、フィラメントワインディング装置４８は、樹脂を含浸した繊維４２を、マンドレル５０等を回転させて巻き付けるための回転装置を備えている。また、フィラメントワインディング装置４８は、樹脂を含浸した繊維４２をマンドレル５０等の円周方向や軸方向に巻き付けることができ、例えば、マンドレル５０等の回転軸方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻き（Ｈｏｏｐ Ｗｉｎｄｉｎｇ）やマンドレル５０等の回転軸方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き（Ｈｅｌｉｃａｌ Ｗｉｎｄｉｎｇ）等により巻き付けることができる。例えば、繊維強化複合材料を用いて高圧タンクを製造する場合には、ポリアミド樹脂等により成形された樹脂ライナまたはアルミニウム等により成形された金属ライナ等に、フィラメントワインディング装置４８により、樹脂を含浸した繊維４２が巻き付けることができる。
【００３３】
そして、上述したマンドレル５０またはライナ等に巻き付けた樹脂を含浸した繊維４２を、図示されない樹脂硬化炉等で加熱することにより樹脂を硬化させて繊維強化複合材料が成形される。
【００３４】
次に、上記構成における繊維強化複合材料成形装置１０の作用について説明する。繊維供給装置１２のボビン１６から、例えば、炭素繊維である繊維１４が繰り出される。ボビン１６から繰り出された繊維１４は、繊維張力調整装置１８により所定の張力に調整されて繊維供給装置１２から送り出される。
【００３５】
繊維供給装置１２から送り出された繊維１４は、繊維張力測定装置２０により繊維１４に負荷されている張力が測定される。ここで、繊維張力測定装置２０により測定された繊維１４の張力データは、繊維張力測定装置２０から制御装置４４へ出力され、データロガ４６に記憶されて保存される。また、繊維１４に、例えば、基準となる所定の張力が負荷されていない場合には、制御装置４４が、張力の異常を検知して異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形装置１０が停止する。
【００３６】
繊維張力測定装置２０を通過した繊維１４は、樹脂含浸装置２２に送り出される。樹脂含浸装置２２における樹脂槽２４の中には、例えば、エポキシ樹脂である液状の樹脂が溜められている。樹脂の温度は、熱電対等の樹脂温度センサにより測定される。そして、樹脂温度データは、樹脂温度センサから制御装置４４へ出力され、データロガ４６に記憶されて保存される。また、樹脂温度が、例えば、設定された樹脂温度でない場合には、制御装置４４が樹脂温度の異常を検知して、異常信号等を出力する。それにより、例えば、繊維強化複合材料成形装置１０が停止する。
【００３７】
樹脂付着用ローラ２６は、ローラが回転することにより樹脂槽２４に溜められた樹脂と接触し、ローラ表面に樹脂が付着する。そして、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とにより押さえられた繊維１４は、樹脂付着用ローラ２６と接触することにより樹脂が転写されて付着される。
【００３８】
樹脂が付着した繊維３４は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄを通るときに、樹脂が付着した繊維３４の余分な樹脂が樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着することにより取り除かれて、適正な樹脂量の樹脂が繊維１４に含浸される。さらに、樹脂含浸量調整用ローラ３６が回転することにより、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚が膜厚検出装置３８で測定された後、ヘラ４０により樹脂が除去される。そして、再び間隙Ｄで、樹脂が除去された樹脂含浸量調整用ローラ３６に、新たに樹脂が付着する。
【００３９】
ここで、繊維１４に対する樹脂含浸状態の検知について説明する。図３は、繊維１４の樹脂含浸状態を示す模式図であり、図３（Ａ）は、樹脂含浸状態が正常な場合を示す模式図であり、図３（Ｂ）は、樹脂含浸不足の場合を示す模式図である。
【００４０】
樹脂含浸状態が正常の場合には、図３（Ａ）に示すように、樹脂が付着した繊維３４の厚み（繊維＋樹脂の厚さ）は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄの幅（クリアランス）よりも大きくなる。そして、繊維１４は、第１テンションローラ２８と第２テンションローラ３０とで押さえられているので、樹脂含浸量調整用ローラ３６により、樹脂が付着した繊維３４の余分な樹脂が取り除かれる。取り除かれた余分な樹脂は、樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着する。その後、膜厚検出装置３８により樹脂含浸量調整用ローラ３６に付着した樹脂の膜厚が測定される。そして、膜厚検出装置３８により測定された樹脂の膜厚データは、膜厚検出装置３８から制御装置４４へ出力される。そして、制御装置４４により、計測された樹脂量は基準となる樹脂量と比較され、基準となる樹脂量よりも多い場合には正常と判断される。
【００４１】
樹脂含浸不足の場合には、図３（Ｂ）に示すように、樹脂が付着した繊維３４の厚み（繊維＋樹脂の厚さ）は、樹脂付着用ローラ２６と樹脂含浸量調整用ローラ３６との間隙Ｄの幅（クリアランス）よりも小さくなる。そのため、樹脂含浸量調整用ローラ３６と樹脂が付着した繊維３４とは接触しないので、樹脂含浸量調整用ローラ３６には樹脂がほとんど付着されない。そして、膜厚検出装置３８により測定された膜厚データは、膜厚検出装置３８から制御装置４４へ出力される。そして、制御装置４４により、計測された樹脂量は基準となる樹脂量と比較され、基準となる樹脂量よりも少ない場合は異常と判断され、それにより、例えば、繊維強化複合材料成形装置１０が停止する。
【００４２】
樹脂を含浸した繊維４２は、第２テンションローラ３０を介した後、フィラメントワインディング装置４８へ送り出される。樹脂を含浸した繊維４２は、フィラメントワインディング装置４８により、マンドレル５０または高圧タンクのライナ等にフープ巻き等により巻き付けられる。その後、マンドレル５０またはライナ等に巻き付けた樹脂を含浸した繊維４２を樹脂硬化炉で加熱することにより、樹脂を硬化させて繊維強化複合材料が成形される。
【００４３】
以上、上記構成における繊維強化複合材料成形装置によれば、繊維に予定した樹脂量よりも少ない樹脂量が含浸される場合や、繊維に樹脂がまったく含浸されない場合等の樹脂含浸不足が生じても、樹脂含浸量用ローラに付着した余分な樹脂の樹脂量を膜厚検出装置等の樹脂量計測手段により計測することで、樹脂の含浸不足をより速く検知することができる。また、このような構成をとることにより、樹脂含浸と樹脂量調整がローラ上で完結するとともに、樹脂含浸装置内で樹脂量の不足を検知することができるため、異常を瞬時に検知することができる。
【００４４】
上記構成における繊維強化複合材料成形装置によれば、樹脂量計測手段が、膜厚検出装置により、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測することから、樹脂含浸繊維に対して非接触な検知方法であるため、繊維の樹脂含浸量への悪影響や、製造工程の工程数増加なく樹脂含浸量を管理することができる。
【００４５】
上記構成における繊維強化複合材料成形装置によれば、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、間隙に対して各々逆方向に回転することにより、より精度良く繊維の樹脂含浸量を調整しながら樹脂の含浸不足を検知することができる。また、ローラを逆回転させることにより、樹脂含浸量調整用ローラに付着した樹脂が樹脂量調整後の繊維に垂れる心配がなく、樹脂量を好適に制御することができる。
【００４６】
また、上記構成における繊維強化複合材料成形装置によれば、樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとの間隙により除かれた余分な樹脂の樹脂量を常時監視する等により、樹脂含浸不足の繊維がマンドレル等に巻き付けられる前に、樹脂の含浸不足を検知することができる。そして、含浸不足を検知した時点で、繊維強化複合材料成形装置を停止させる等により、樹脂含浸不足の繊維が巻き付けられるのを抑制することができる。したがって、上記繊維強化複合材料成形装置によれば、繊維に樹脂をより均一に含浸して繊維強化複合材料を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明における実施の形態である繊維強化複合材料成形装置１０の構成を示す模式図である。
【図２】本発明における実施の形態である樹脂含浸装置２２の構成を示す模式図である。
【図３】本発明における実施の形態である繊維の樹脂含浸状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 繊維強化複合材料成形装置、１２ 繊維供給装置、１４ 繊維、１６ ボビン、１８ 繊維張力調整装置、２０ 繊維張力測定装置、２２ 樹脂含浸装置、２４ 樹脂槽、２６ 樹脂付着用ローラ ２８ 第１テンションローラ、３０ 第２テンションローラ、３４ 樹脂が付着した繊維、３６ 樹脂含浸量調整用ローラ、３８ 膜厚検出装置、４０ ヘラ、４２ 樹脂を含浸した繊維、４４ 制御装置、４６ データロガ、４８ フィラメントワインディング装置、５０ マンドレル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維に樹脂を含浸し、前記樹脂含浸繊維を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂含浸装置は、
樹脂を繊維に付着させる樹脂付着用ローラと、
樹脂付着用ローラと所定の幅を有する間隙を設けて配置され、樹脂が付着した繊維を間隙に通して樹脂含浸量を調整する樹脂含浸量調整用ローラと、
樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測する樹脂量計測手段と、
樹脂含浸量調整用ローラに付着した樹脂を除去する樹脂除去手段と、
を備え、
樹脂含浸量調整用ローラの回転方向に対して、間隙と、樹脂量計測手段と、樹脂除去手段とが順に位置して、樹脂の含浸不足を検知することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂量計測手段は、膜厚検出装置により、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂含浸装置は、
樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとの間隙を調整する間隙調整手段を備えることを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、同一回転数で回転することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、間隙に対して各々逆方向に回転することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項１】
繊維に樹脂を含浸し、前記樹脂含浸繊維を巻回部材に巻回することにより繊維強化複合材料を成形する繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂含浸装置は、
樹脂を繊維に付着させる樹脂付着用ローラと、
樹脂付着用ローラと所定の幅を有する間隙を設けて配置され、樹脂が付着した繊維を間隙に通して樹脂含浸量を調整する樹脂含浸量調整用ローラと、
樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測する樹脂量計測手段と、
樹脂含浸量調整用ローラに付着した樹脂を除去する樹脂除去手段と、
を備え、
樹脂含浸量調整用ローラの回転方向に対して、間隙と、樹脂量計測手段と、樹脂除去手段とが順に位置して、樹脂の含浸不足を検知することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂量計測手段は、膜厚検出装置により、樹脂含浸量調整用ローラに付着され、樹脂付着用ローラから除かれた余分な樹脂の樹脂量を計測することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂含浸装置は、
樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとの間隙を調整する間隙調整手段を備えることを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、同一回転数で回転することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１に記載の繊維強化複合材料成形装置であって、
樹脂付着用ローラと樹脂含浸量調整用ローラとが、間隙に対して各々逆方向に回転することを特徴とする繊維強化複合材料成形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−２１０１８２（Ｐ２００７−２１０１８２Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１８４９（Ｐ２００６−３１８４９）
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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