特許 6588298 トウプリプレグ製造装置、及びトウプリプレグ製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6588298

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】トウプリプレグ製造装置、及びトウプリプレグ製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29B 15/10 20060101AFI20191001BHJP

   B29C 70/00 20060101ALI20191001BHJP

   B05D 7/20 20060101ALI20191001BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20191001BHJP

   B05D 1/28 20060101ALI20191001BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20191001BHJP

【ＦＩ】

   B29B15/10

   B29C70/00

   B05D7/20

   B05D3/00 D

   B05D1/28

   B05D3/00 B

   B29K105:08

【請求項の数】14

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-202874(P2015-202874)

(22)【出願日】2015年10月14日

(65)【公開番号】特開2017-74699(P2017-74699A)

(43)【公開日】2017年4月20日

【審査請求日】2018年9月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005935

【氏名又は名称】美津濃株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】302019599

【氏名又は名称】ミズノ テクニクス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】岩田 元孝

(72)【発明者】

【氏名】内海 陽吉

【審査官】 福井 弘子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６７２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０９−５０７１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９５／０１７９９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭４８−０７８２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０１５４７７７４（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２７９１１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１８５９３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｂ １１／１６

Ｂ２９Ｂ １５／０８−１５／１４

Ｃ０８Ｊ ５／０４−５／１０

Ｃ０８Ｊ ５／２４

Ｂ０５Ｃ １／００−３／２０

Ｂ０５Ｄ １／００−７／２６

Ｂ６４Ｂ １／００−１／７０

Ｂ６４Ｃ １／００−９９／００

Ｂ６４Ｄ １／００−４７／００

Ｂ６４Ｆ １／００−５／６０

Ｂ６４Ｇ １／００−９９／００

Ｂ２９Ｃ ７０／００

Ｂ２９Ｋ １０５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

強化繊維の原糸に樹脂を塗布するトウプリプレグ製造装置において、
所定の回転数で回転しながら樹脂の供給を受けるオイリングローラーと、
前記オイリングローラー上に供給された樹脂の形状を整形するスクレーパーと、
前記オイリングローラーに樹脂を供給する樹脂溜めと、
前記樹脂溜めに樹脂を吐出させるチューブポンプと、
前記樹脂溜めより供給される樹脂の量が一定となるよう前記チューブポンプを制御すると共に、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量が目標とする樹脂含有量になるよう前記オイリングローラーの回転数を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするトウプリプレグ製造装置。

【請求項2】

請求項１に記載のトウプリプレグ製造装置において、
前記樹脂溜め内の液面を検出する液面センサを更に備え、
前記制御部は、前記樹脂溜め内の液面高さが一定値になるよう、前記液面センサより出力される液面情報に基づいて、前記チューブポンプの駆動量を制御する、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造装置。

【請求項3】

請求項１に記載のトウプリプレグ製造装置において、
前記制御部は、前記オイリングローラーから原糸への樹脂供給量が、目標とする樹脂含有量に収束させることのできる樹脂量になるよう、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量と目標とする樹脂含有量とに基づいて、前記オイリングローラーの回転数を制御する、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造装置。

【請求項4】

請求項１に記載のトウプリプレグ製造装置において、
前記チューブポンプより吐出された樹脂の重量を検出する第１の重量測定器と、
前記オイリングローラーより滴下する樹脂の重量を検出する第２の重量測定器と、を更に備え、
前記制御部は、巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量を、前記第１の重量測定器、及び前記第２の重量測定器の出力値に基づいて算出し、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を、トウプリプレグの巻取り長、及び前記巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量に基づいて算出する、
ことを備えることを特徴とするトウプリプレグ製造装置。

【請求項5】

請求項１に記載のトウプリプレグ製造装置において、
前記樹脂溜めは、前記オイリングローラーに当接する側壁を備える箱状部材よりなり
前記樹脂溜めの底面の一部と、前記側壁との間に形成される溝部より、前記オイリングローラーに樹脂を供給する、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造装置。

【請求項6】

請求項５に記載のトウプリプレグ製造装置において、
前記樹脂溜めの底面は、前記側壁に挟まれた並行部分の横幅が、段階的に幅狭化されている、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造装置。

【請求項7】

請求項４に記載のトウプリプレグ製造装置において、
前記オイリングローラー以降のトウプリプレグの走行経路において滴下する樹脂の重量を検出するｎ個の重量測定器を更に備え、
前記制御部は、巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量を、前記第１の重量測定器、前記第２の重量測定器、及び前記ｎ個の重量測定器の出力値に基づいて算出する、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造装置。

【請求項8】

樹脂溜めより樹脂の供給を受けるオイリングローラー上に強化繊維の原糸を走行させて、該原糸に樹脂を塗布するトウプリプレグ製造方法において、
オイリングローラーに供給する樹脂の量を一定に保つ樹脂吐出制御と、
巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量が目標とする樹脂含有量に収束するよう前記オイリングローラーの回転数を制御して、前記オイリングローラーから原糸へ供給される樹脂の量を調整するオイリングローラー回転数制御と、を並行して実行する、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造方法。

【請求項9】

請求項８に記載のトウプリプレグ製造方法において、
前記樹脂吐出制御は、
前記樹脂溜めに貯留された樹脂の液面高さを検出するステップと、
検出された液面高さが一定値になるよう、前記樹脂溜めに吐出する樹脂量を制御するステップと、を備える、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造方法。

【請求項10】

請求項８に記載のトウプリプレグ製造方法において、
前記オイリングローラー回転数制御は、
巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を算出するステップと、
前記オイリングローラーから原糸への樹脂供給量が、目標とする樹脂含有量に収束させることのできる樹脂量になるよう、前記巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量と目標とする樹脂含有量とに基づいて、前記オイリングローラーの回転数を制御するステップと、を備える、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造方法。

【請求項11】

請求項８に記載のトウプリプレグ製造方法において、
前記オイリングローラー回転数制御は、
前記樹脂溜めに吐出された樹脂の重量を検出するステップと、
前記オイリングローラーより滴下する樹脂の重量を検出するステップと、
巻き取られたトウプリプレグの巻取り長を検出ステップと、を備え、
巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量を、前記樹脂溜めに吐出された樹脂の重量と、前記オイリングローラーより滴下する樹脂の重量とに基づいて算出し、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を、前記巻き取られたトウプリプレグの巻取り長と、前記巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量とに基づいて算出する、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造方法。

【請求項12】

請求項８に記載のトウプリプレグ製造方法において、
側壁と底壁とに囲まれた溝を有する箱状部材を前記オイリングローラーに当接させて、前記オイリングローラーと前記箱状部材との間に樹脂を貯留する空間を形成し、
前記溝と前記オイリングローラーとの間に形成されるスリット状の開口より樹脂を前記オイリングローラー上に供給する、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造方法。

【請求項13】

請求項１２に記載のトウプリプレグ製造方法において、
前記箱状部材の底面形状の横幅を段階的に幅狭化させて、前記オイリングローラーに供給する樹脂の流れを整流する、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造方法。

【請求項14】

請求項１１に記載のトウプリプレグ製造方法において、
前記オイリングローラー以降のトウプリプレグの走行経路において滴下する樹脂の重量を検出するステップを更に備え、
巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量を、前記樹脂溜めに吐出された樹脂の重量と、前記オイリングローラーより滴下する樹脂の重量と、前記オイリングローラー以降のトウプリプレグの走行経路において滴下する樹脂の重量と、に基づいて算出する、
ことを特徴とするトウプリプレグ製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トウプリプレグの製造装置、及びトウプリプレグの製造方法に関し、特にガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維の原糸に塗布する樹脂の塗布量制御に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維に樹脂を含浸させたトウプリプレグの製造装置においては、繊維の原糸に樹脂を塗布する方式として、キスコート方式の樹脂塗布方法が知られている。例えば特許文献１あるいは特許文献２には、回転するローラー部材に樹脂を供給し、ブレードとローラー部材間のクリアランスを調整することにより樹脂の付与量を調整するようにしたトウプリプレグの製造装置が開示されている。

【0003】

キスコート方式の樹脂塗布方法によれば、糸に樹脂を直接塗布する方式に比べて、原糸の表面に均一な厚みで樹脂を塗布することができ、樹脂塗布量のムラを防止することができる。また、原糸を樹脂に浸漬させるバケット方式やディップ方式に比べて、樹脂の発泡を抑えることができ、含泡樹脂が塗布されるのを防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−２６６５５１

【特許文献2】特開２００１−４０１１９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、原糸は繊維集合体のため空隙が多く、その大きさはばらついており、さらには、原糸の厚さや巾もばらつくため、ローラーとブレードの隙間調整のみによっては巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量（Ｒｃ値：塗布樹脂重量／トウプリプレグ重量）を所望の値に収束させるのが難しい。また、樹脂を含浸させるために樹脂温度を上げて、ローラー部材へ樹脂供給を行うが、樹脂含浸前にローラー部材からの樹脂垂れ後の滴下やスクレーバーに付着した樹脂垂れ後の滴下などが起こり、これによってもＲｃ値を一定に保つことが困難であった。

【0006】

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、トウプリプレグの樹脂含有量を、巻き取られるトウプリプレグの全体に亘って所望の値に収束させることのできるトウプリプレグ製造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】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係るトウプリプレグ製造装置は、強化繊維の原糸に樹脂を塗布するトウプリプレグ製造装置において、所定の回転数で回転しながら樹脂の供給を受けるオイリングローラーと、前記オイリングローラー上に供給された樹脂の形状を整形するスクレーパーと、前記オイリングローラーに樹脂を供給する樹脂溜めと、前記樹脂溜めに樹脂を吐出させるチューブポンプと、前記樹脂溜めより供給される樹脂の量が一定となるよう前記チューブポンプを制御すると共に、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量が目標とする樹脂含有量になるよう前記オイリングローラーの回転数を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

【0008】

かかる構成によれば、オイリングローラー上の樹脂の量を、オイリングローラーの回転数により制御することができるので、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量と、目標とする樹脂含有量とに基づいてオイリングローラーの回転数をフィードバック制御することで、原糸に塗布される樹脂の量を一定の値に収束させることができる。これにより、安定した品質のトウプリプレグを供給することが可能となる。

【0009】

また、本発明の請求項２に係るトウプリプレグ製造装置は、請求項１に記載のトウプリプレグ製造装置において、前記樹脂溜め内の液面を検出する液面センサを更に備え、前記制御部は、前記樹脂溜め内の液面高さが一定値になるよう、前記液面センサより出力される液面情報に基づいて、前記チューブポンプの駆動量を制御することを特徴とする。

【0010】

かかる構成によれば、樹脂溜めの液面高さに基づいて樹脂の吐出量をフィードバック制御することとしたので、樹脂溜め内の樹脂量制御を正確かつ自動的に実行することができる。

【0011】

また、本発明の請求項３に係るトウプリプレグ製造装置は、請求項１に記載のトウプリプレグ製造装置において、前記制御部は、前記オイリングローラーから原糸への樹脂供給量が、目標とする樹脂含有量に収束させることのできる樹脂量になるよう、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量と目標とする樹脂含有量とに基づいて、前記オイリングローラーの回転数を制御することを特徴とする。

【0012】

かかる構成によれば、オイリングローラーの回転数を可変させることで原糸への樹脂の塗布量を調整することとしたので、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を正確に制御することが可能となる。

【0013】

また、本発明の請求項４に係るトウプリプレグ製造装置は、請求項１に記載のトウプリプレグ製造装置において、前記チューブポンプより吐出された樹脂の重量を検出する第１の重量測定器と、前記オイリングローラーより滴下する樹脂の重量を検出する第２の重量測定器と、を更に備え、前記制御部は、巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量を、前記第１の重量測定器、及び前記第２の重量測定器の出力値に基づいて算出し、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を、トウプリプレグの巻取り長、及び前記巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量に基づいて算出することを特徴とする。

【0014】

かかる構成によれば、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を、原糸に実際に塗布された樹脂量に基づいて算出することとしたので、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を正確に算出することができ、オイリングローラーの回転数制御を正確に実行することができる。

【0015】

また、本発明の請求項５に係るトウプリプレグ製造装置は、請求項１に記載のトウプリプレグ製造装置において、前記樹脂溜めは、前記オイリングローラーに当接する側壁を備える箱状部材よりなり、前記樹脂溜めの底面の一部と、前記側壁との間に形成される溝部より前記オイリングローラーに樹脂を供給することを特徴とする。

【0016】

かかる構成によれば、オイリングローラーと樹脂溜めとの間に形成される空間領域に樹脂を溜め置き、この溜め置かれた樹脂をオイリングローラーに供給することとしたので、樹脂溜め内の樹脂の量を制御することができ、これにより、オイリングローラーに供給する樹脂量を安定させることができる。さらに、オイリングローラーへの樹脂の供給前においても、オイリングローラーに十分な量の樹脂を接触させることができるので、オイリングローラーに安定的に樹脂を付着させることができる。

【0017】

また、本発明の請求項６に係るトウプリプレグ製造装置は、請求項５に記載のトウプリプレグ製造装置において、前記樹脂溜めの底面は、前記側壁に挟まれた並行部分の横幅が段階的に幅狭化されていることを特徴とする。

【0018】

かかる構成によれば、樹脂溜め内において、オイリングローラーへ供給される樹脂の流れを整流することができるので、安定した樹脂供給を行うことができる。

【0019】

また、本発明の請求項７に係るトウプリプレグ製造装置は、請求項４に記載のトウプリプレグ製造装置において、前記オイリングローラー以降のトウプリプレグの走行経路において滴下する樹脂の重量を検出するｎ個の重量測定器を更に備え、前記制御部は、巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量を、前記第１の重量測定器、前記第２の重量測定器、及び前記ｎ個の重量測定器の出力値に基づいて算出することを特徴とする。

【0020】

かかる構成によれば、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量をより正確に算出することができ、オイリングローラーの回転数制御をより正確に実行することができる。

【0021】

また、本発明の請求項８に係るトウプリプレグ製造方法は、樹脂溜めより樹脂の供給を受けるオイリングローラー上に強化繊維の原糸を走行させて、該原糸に樹脂を塗布するトウプリプレグ製造方法において、オイリングローラーに供給する樹脂の量を一定に保つ樹脂吐出制御と、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量が目標とする樹脂含有量に収束するよう前記オイリングローラーの回転数を制御して、前記オイリングローラーから原糸へ供給される樹脂の量を調整するオイリングローラー回転数制御と、を並行して実行することを特徴とする。

【0022】

かかる構成によれば、原糸に塗布される樹脂の量を、オイリングローラーの回転数のみにより制御することができるので、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量と、目標とする樹脂含有量とに基づいてオイリングローラーの回転数をフィードバック制御することで、原糸に塗布される樹脂の量を一定の値に収束させることができる。これにより、安定した品質のトウプリプレグを供給することが可能となる。

【0023】

また、本発明の請求項９に係るトウプリプレグ製造方法は、請求項８に記載のトウプリプレグ製造方法において、前記樹脂吐出制御は、前記樹脂溜めに貯留された樹脂の液面高さを検出するステップと、検出された液面高さが一定値になるよう、前記樹脂溜めに吐出する樹脂量を制御するステップと、を備える ことを特徴とする。

【0024】

かかる構成によれば、樹脂溜めの液面高さに基づいて樹脂の吐出量をフィードバック制御することとしたので、樹脂溜め内の樹脂量制御を正確かつ自動的に実行することができる。

【0025】

また、本発明の請求項１０に係るトウプリプレグ製造方法は、請求項８に記載のトウプリプレグ製造方法において、前記オイリングローラー回転数制御は、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を算出するステップと、前記オイリングローラーから原糸への樹脂供給量が、目標とする樹脂含有量に収束させることのできる樹脂量になるよう、前記巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量と目標とする樹脂含有量とに基づいて、前記オイリングローラーの回転数を制御するステップと、を備えることを特徴とする。

【0026】

かかる構成によれば、オイリングローラーの回転数を可変させることで原糸への樹脂の塗布量を調整することとしたので、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を正確に制御することが可能となる。

【0027】

また、本発明の請求項１１に係るトウプリプレグ製造方法は、請求項８に記載のトウプリプレグ製造方法において、前記オイリングローラー回転数制御は、前記樹脂溜めに吐出された樹脂の重量を検出するステップと、前記オイリングローラーより滴下する樹脂の重量を検出するステップと、巻き取られたトウプリプレグの巻取り長を検出ステップと、を備え、巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量を、前記樹脂溜めに吐出された樹脂の重量と、前記オイリングローラーより滴下する樹脂の重量とに基づいて算出し、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を、前記巻き取られたトウプリプレグの巻取り長と、前記巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量とに基づいて算出する、ことを特徴とする。

【0028】

かかる構成によれば、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を、原糸に実際に塗布された樹脂量に基づいて算出することとしたので、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量を正確に算出することができ、オイリングローラーの回転数制御を正確に実行することができる。

【0029】

また、本発明の請求項１２に係るトウプリプレグ製造方法は、請求項８に記載のトウプリプレグ製造方法において、側壁と底壁とに囲まれた溝を有する箱状部材を前記オイリングローラーに当接させて、前記オイリングローラーと前記箱状部材との間に樹脂を貯留する空間を形成し、前記溝と前記オイリングローラーとの間に形成されるスリット状の開口より樹脂を前記オイリングローラー上に供給することを特徴とする。

【0030】

かかる構成によれば、オイリングローラーと樹脂溜めとの間に形成される空間領域に樹脂を溜め置き、この溜め置かれた樹脂をオイリングローラーに供給することしたので、樹脂溜め内の樹脂量を制御することができ、これにより、オイリングローラーに供給する樹脂量を安定させることができる。さらに、オイリングローラーへの樹脂の供給前においても、オイリングローラーに十分な量の樹脂を接触させることができるので、オイリングローラーに安定的に樹脂を付着させることができる。

【0031】

また、本発明の請求項１３に係るトウプリプレグ製造方法は、請求項１２に記載のトウプリプレグ製造方法において、前記箱状部材の底面形状の横幅を段階的に幅狭化させて、前記オイリングローラーに供給する樹脂の流れを整流することを特徴とする。

【0032】

かかる構成によれば、オイリングローラーへ供給される樹脂の流れを整流することができるので、安定した樹脂供給を行うことができる。

【0033】

また、本発明の請求項１４に係るトウプリプレグ製造方法は、請求項１１に記載のトウプリプレグ製造方法において、前記オイリングローラー以降のトウプリプレグの走行経路において滴下する樹脂の重量を検出するステップを更に備え、巻き取られたトウプリプレグに塗布された樹脂量を、前記樹脂溜めに吐出された樹脂の重量と、前記オイリングローラーより滴下する樹脂の重量と、前記オイリングローラー以降のトウプリプレグの走行経路において滴下する樹脂の重量と、に基づいて算出することを特徴とする。

【0034】

かかる構成によれば、巻き取られたトウプリプレグの樹脂含有量をより正確に算出することができ、オイリングローラーの回転数制御を更に正確に実行することができる。

【発明の効果】

【0035】

本発明によれば、オイリングローラーに供給する樹脂の量が一定になるよう樹脂の吐出量を制御しながら、巻き取られるトウプリプレグのＲｃ値が目標とするＲｃ値に収束するよう、オイリングローラーの回転数を制御して原糸へ供給する樹脂量を調整することとしたので、トウプリプレグの樹脂含有量を、巻き取られるトウプリプレグの全体に亘って一定の値に収束させることができ、一定品質のトウプリプレグを供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明によるトウプリプレグ製造装置の全体構成を示す図である。

【図2】樹脂溜めの斜視図である。

【図3】樹脂溜めの平面図である。

【図4】樹脂溜めの右側面図である。

【図5】オイリングローラーと樹脂溜めを当接させた状態の正面図である。

【図6】樹脂吐出制御を説明するためのブロック図である。

【図7】樹脂吐出制御を説明するためのフローチャートである。

【図8】オイリングローラー制御を説明するためのブロック図である。

【図9】オイリングローラー制御を説明するためのフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係るトウプリプレグ製造装置１０００の全体構成を示す図である。図１において、トウプリプレグ製造装置１０００は、炭素繊維原糸の引取り、樹脂の塗布、及び生成されたトウプリプレグの巻取りを実行するトウプリプレグ生成ユニット１００と、生成されたトウプリプレグのＲｃ値が目標値となるよう原糸への樹脂の塗付量を制御するオペレーションユニット２００とより構成される。

【0038】

以下、まず、トウプリプレグ生成ユニット１００の構成について説明する。
図１において、１０１は、原糸を供給する給糸パッケージである。給糸パッケージ１０１には、トウで巻き取られた炭素繊維の原糸が巻回されている。１０２は、原糸に含浸させる樹脂を貯蔵する樹脂タンクである。樹脂タンク１０２は、図示しないヒーターにより、使用する樹脂の粘度特性に応じた最適温度に保温されている。１０３は、樹脂タンク１０２内の樹脂を送出するチューブである。

【0039】

１０４は、チューブ１０３内の樹脂を吐出させるチューブポンプである。チューブポンプ１０４は、任意の速度で回転する複数のローラー部材によりチューブ１０３内の樹脂を押し出すことで樹脂を吐出させている。チューブポンプ１０４の回転数は、オペレーションユニット２００内の制御部２２０により制御されており、制御部２２０より出力される制御信号Ｃ_１を介してチューブポンプ１０４の回転数を任意に設定することができる。なお、制御部２２０の詳細については後述する。

【0040】

１０５は、樹脂タンク１０２の重量を検出する第１の重量測定器である。第１の重量測定器１０５の測定値Ｔは、所定のサンプリング周期毎に制御部２２０に出力される。１０６は、原糸に樹脂を塗布するオイリングローラーである。オイリングローラー１０６は、任意に設定された速度で矢印の方向に回転しながら、その表面上に樹脂の供給を受けており、原糸がオイリングローラー１０６の表面上を走行することで、原糸の片面に樹脂が塗布される。１０７は、オイリングローラー１０６を駆動させるオイリングローラー駆動部１０７である。オイリングローラー駆動部１０７は、制御部２２０により制御されており、制御部２２０より出力される制御信号Ｃ_２を介して、オイリングローラー１０６の回転数を任意に設定することができる。

【0041】

１０８は、チューブ１０３より吐出される樹脂をオイリングローラー１０６上に供給する樹脂溜めである。樹脂溜め１０８は、オイリングローラー１０６に当接する箱状部材であり、オイリングローラー１０６の表面と樹脂溜め１０８の内壁面との間に、樹脂を貯留する空間を形成している。

【0042】

図２は、樹脂溜め１０８の斜視図である。図３、及び図４は、樹脂溜め１０８の平面図、及び右側面図をそれぞれ表している。また、図５は、オイリングローラー１０６と樹脂溜め１０８とを当接させた状態の正面図を表している。

【0043】

図２において、樹脂溜め１０８は、平面視において矩形状の外縁をなす底壁１０８Ａと、底壁１０８Ａの外縁に沿って垂直に立ち上がる側壁１０８Ｂ、及び後壁１０８Ｃとにより構成される。

【0044】

図３に示すように、底壁１０８Ａの内側面、すなわち、樹脂溜め１０８の内側底面は、幅Ｗｄ１の第１のストレート領域１０８Ａｓ_１と、第１のストレート領域１０８Ａｓ_１の幅Ｗｄ１を幅Ｗｄ２まで漸減させるテーパー領域１０８Ａｔと、テーパー領域１０８Ａｔの幅狭端側より再度矩形状に延伸する第２のストレート領域１０８Ａｓ_２とより構成される。このように、樹脂溜め１０８の内側底面は、側壁１０８Ｂ、及び後壁１０８に囲まれた矩形領域が、テーパー領域を介して多段的に絞り込まれる形状をなしている。

【0045】

側壁１０８Ｂは、図４に示すように、側面視において矩形状の一角を円弧形状に切り取った外縁形状をなしており、側壁１０８Ｂの上辺は、円弧の一端から水平線が延びる形状となる。円弧形状の半径ｒは、オイリングローラー１０６の半径と同一径であり、円弧形状の円弧長は、オイリングローラー１０６の外周の２０〜３０％、好ましくは２０〜２５％の長さである。また、円弧形状の下端は、底壁１０８Ａの内側面からスクレーパー１１０とオイリングローラー１０６との隙間長に０．１〜０．５ｍｍ程度のクリアランスを与えた長さｈだけ上側に位置している。

【0046】

側壁１０８Ｂは、水平方向においては、上述した底壁１０８Ａの内側縁辺と外側縁辺とにそれぞれ沿うように、また垂直方向においては、上述した側壁１０８Ｂの上辺形状に沿うように立ち上がっており、このように構成される側壁１０８Ｂには、図２あるいは図３に示すように、オイリングローラー１０６に当接するローラー当接面１０８Ｂｃが形成される。また底壁１０８Ａの第２のストレート領域１０８Ａｓ_２と側壁１０８Ｂとの間には、高さｈの溝部が形成される。
後壁１０８Ｃは、側壁１０８Ｂと同じ高さまで底壁１０８Ａより垂直に立ち上がっており、後壁１０８Ｃには、チューブ１０３が挿入されるアダプター（図示せず）が接続される。

【0047】

以上のように構成される樹脂溜め１０８を、オイリングローラー１０６に密接させた状態で固定金具（図示せず）を用いてトウプリプレグ生成ユニット１００に固定すると、オイリングローラー１０６の表面、底壁１０８Ａ、側壁１０８Ｂ、及び後壁１０８との間に、樹脂を貯留可能な空間が形成される。さらに、図５に示すように、オイリングローラー１０６と第２のストレート領域１０８Ａｓ_２との間には、高さｈのスリットＳＬが形成される。そして、樹脂がスリットＳＬよりオイリングローラー１０６上に少量ずつ流出することにより、オイリングローラー１０６上には高さｈの厚みを持つ樹脂膜が形成される。

【0048】

このように、樹脂溜め１０８に貯留された樹脂は、スリットＳＬの方向に向けて流下しながら、最終的にスリットＳＬよりオイリングローラー１０６上に供給されるのであるが、底壁１０８Ａの内面の第１のストレート領域１０８Ａｓ_１の幅Ｗｄ１を、第２のストレート領域Ａｓ_２の幅Ｗｄ２に変移させる場合、その幅をテーパー領域により連続的に変化させると、樹脂溜め１０８内部の中央部分と側壁側部分とで樹脂の流速に差異が生じ、樹脂の流出ムラが生じる。この点、本発明による樹脂溜め１０８では、第１のストレート領域１０８Ａｓ_１の幅Ｗｄ１を、テーパー領域１０８Ａｔを介して幅Ｗｄ２に一旦幅狭化させた後に、再度、第２のストレート領域１０８Ａｓ_２を経由させて樹脂を流出させるので、第２のストレート領域１０８Ａｓ_２に向けて流下する樹脂の流れを整流することができる。これにより、樹脂の流出ムラを防止することができ、樹脂をオイリングローラー１０６上に均一に供給することが可能となる。

【0049】

また、オイリングローラー１０６と当接するローラー当接面１０８Ｂｃの円弧の長さを、オイリングローラー１０６の周長の２０〜３０％程度、好ましくは２０〜２５％程度にすることで、樹脂塗布後のオイリングローラー１０６に十分な量の樹脂を接触させておくことができ、樹脂をオイリングローラー１０６上に安定的に付着させることができる。特に、本発明によるトウプリプレグ生成ユニット１００では、後述するように、樹脂溜め１０８内の液面が一定に保たれていることより、樹脂塗布後のオイリングローラー１０６に一定量の樹脂を常時接触させることができる。
なお、本実施の形態においては、樹脂溜め１０８の内側底面の幅を１段階のステップで短縮させているが、テーパー領域を複数箇所設けて複数段階のステップで短縮させてもよい。

【0050】

次に図１に戻り、１０９は、樹脂溜め１０８内部の樹脂の液面高さを検出する液面センサである。液面センサ１０９は、センサ内部に延在する電極に流した電気信号に基づいて樹脂溜め１０８内の液面を検出しており、検出された液面高さＦは制御部２２０に出力される。

【0051】

１１０は、オイリングローラー１０６上に塗布された樹脂を一定の厚みに延ばすスクレーパーである。樹脂溜め１０８からオイリングローラー１０６に塗布された樹脂の形状は、スクレーパー１０９に達するまでに樹脂垂れ等により変形する場合があり、スクレーパー１０９は、この樹脂垂れ変形形状を最終的に整形する役割をも担う。スクレーパー１１０は、オイリングローラー１０６に対して所定長離れた位置に固定されており、原糸の厚みに応じて原糸厚みの１〜３倍程度の範囲内でオイリングローラー１０６に対する固定位置を変更するのが望ましい。

【0052】

１１１は、樹脂溜め１０８、オイリングローラー１０６、及びスクレーパー１１０より滴下する樹脂の重量を検出する第２の重量測定器である。第２の重量測定器１１１はオイリングローラー１０６の下部に設置されており、第２の重量測定器１１１には、滴下する樹脂を受け取るトレーが載置されている。第２の重量測定器１１１の測定値Ｓは、所定のサンプリング周期毎に制御部２２０に出力される。

【0053】

１１２は、生成されたトウプリプレグを巻き取る巻取りボビンである。１１３は、巻取りボビン１１２に巻き取られたトウプリプレグの巻取り長を測定する測長ローラーであり、巻取りボビン１１２の前段においてトウプリプレグに掛架されている。１１４は、測長ローラー１１３に電気的に接続された巻取りカウンタ１１４であり、トウプリプレグの巻取り長Ｗを制御部２２０に出力する。１１５は、給糸パッケージ１０１より引き出された原糸や、原糸に樹脂が塗布されたトウプリプレグの走行を安定して送るための回転ローラーである。

【0054】

トウプリプレグ生成ユニット１００は以上のように構成されており、給糸パッケージ１０１より引き出された原糸は、走行経路上に配置されたローラー部材によるアシストを受けながら、オイリングローラー１０６に送り出される。オイリングローラー１０６の回転数は、後述するように、制御部２２０によるフィードバック制御のもと、目標Ｒｃ値となる最適量の樹脂が原糸に供給されるよう制御されており、原糸がオイリングローラー１０６上を走行することで、全長に亘って目標Ｒｃ値に収束したトウプリプレグが生成される。

【0055】

次に、オペレーションユニット２００について説明する。

【0056】

図１において、オペレーションユニット２００は、各種の設定値Ｉ_ｎの入力を外部より受け付ける入力部２１０と、原糸に塗布される樹脂量が目標Ｒｃ値に収束するよう、オイリングローラー１０６から原糸に供給される樹脂の量を制御する制御部２２０と、制御部２２０からの制御信号Ｃ_３を受けてトウプリプレグ生成ユニット１００の制御状態をリアルタイムに表示する表示部２３０とを備える。

【0057】

次に、オペレーションユニット２００の概略動作を説明する。オペレーションユニット２００は、生成されたトウプリプレグのＲｃ値が目標値となるように原糸への樹脂の塗布量を最適化するものである。ここで、原糸への樹脂の塗布量は、オイリングローラー１０６から原糸へ供給される樹脂の量により決定される。具体的には、スクレーパー１１０とオイリングローラー１０６との距離、オイリングローラー１０６へ吐出される樹脂量、及びオイリングローラー１０６の回転速度、の３つの要素により決定される。

【0058】

この３つの要素のうち、本発明によるトウプリプレグ製造装置１０００では、オイリングローラー１０６とスクレーパー１１０との距離を固定値とし、オイリングローラー１０６へ吐出される樹脂量を一定に保つよう制御しながら、巻き取られるトウプリプレグのＲｃ値が目標とするＲｃ値に収束するよう、オイリングローラー１０６の回転数を制御してオイリングローラー１０６から原糸へ供給される樹脂の量を調整するものとしている。すなわち、樹脂溜め１０８に貯留された樹脂量が一定に保たれるよう、チューブポンプ１０４による樹脂の吐出量を制御する「樹脂吐出制御」と、オイリングローラー１０６の回転数を変化させてオイリングローラー１０６から原糸へ供給される樹脂量を所望の値に変化させる「オイリングローラー回転数制御」とを、制御部２２０により並行して実行している。

【0059】

以下、制御部２２０による樹脂吐出制御と、オイリングローラー回転数制御の詳細について説明する。
図６は、樹脂吐出制御を説明するためのブロック図である。図６において、Ｉ_１は、入力部２１０を介して制御部２２０に設定される樹脂溜め１０８の基準液面値である。基準液面値Ｉ_１は任意の値とすることができる。Ｃ_１は、チューブポンプ１０４の回転数の増減を指示する制御信号であり、制御部２２０よりチューブポンプ１０４に出力される。Ｆは、液面センサ１０９により検出された樹脂溜め１０８の液面高さ情報である。

【0060】

樹脂吐出制御の初期設定として、基準液面値Ｉ_１が入力部２１０を介して制御部２２０に設定される。また、一定量の樹脂が樹脂溜め１０８に注入される。以上の初期設定がなされた後に、トウプリプレグ生成ユニット１００を駆動させると、樹脂溜め１０８の底面に形成されるスリットＳＬより樹脂がオイリングローラー１０６上へ供給され、樹脂吐出制御が開始する。

【0061】

図７は、樹脂吐出制御の動作を説明するためのフローチャートである。まず、樹脂溜め１０８の液面高さＦが、液面センサ１０９より制御部２２０へ入力される（ステップ７０１、以下「Ｓ７０１」という。）。次に、制御部２２０は、樹脂溜め１０８の基準液面値Ｉ_１と、現在の液面高さＦとの差分を求め、現在の液面高さＦが基準液面値Ｉ_１より低いか否かを判定する（Ｓ７０２）。現在の液面高さＦが基準液面値Ｉ_１を下回る場合は、制御部２２０はチューブポンプ１０４の回転数を増加させる制御信号Ｃ_１を出力する（Ｓ７０２）。

【0062】

一方、Ｓ７０２において現在の液面高さＦが基準液面値Ｉ_１を下回っていない場合は、制御部２２０はさらに、現在の液面高さＦが基準液面値Ｉ_１より高いか否かを判定する（Ｓ７０４）。Ｓ７０４において液面が基準液面値Ｉ_１よりも高い場合は、制御部２２０は、チューブポンプの回転数を低下させる制御信号Ｃ_１を出力する（Ｓ７０５）。一方、Ｓ７０４において液面が基準液面値Ｉ_１よりも高くない場合は、液面高さＦが基準液面値Ｉ_１であると判断してＳ７０１に帰還し、Ｓ７０１以降のフローを継続して実行する。

【0063】

Ｓ７０３あるいはＳ７０５以降は、いずれもＳ７０１に帰還し、制御部２２０は入力される液面高さＦに基づいて、樹脂溜め１０８内の液面が基準液面値Ｉ_１となるまでチューブポンプ１０４の回転数をフィードバック制御する。そして、トウプリプレグの巻取りが完了するまでＳ７０１ないしＳ７０５のステップが継続的に行われることで、樹脂溜め１０８の液面は一定に保たれるよう制御され、樹脂溜め１０８からは一定量の樹脂が供給され続ける。

【0064】

次に、オイリングローラー回転数制御について説明する。
図８は、オイリングローラー回転数制御を説明するためのブロック図である。図８において、２２１は、巻き取られたトウプリプレグのＲｃ値を演算するＲｃ値演算部である。Ｒｃ値演算部２２１は制御部２２０を構成する機能ブロックの一つである。Ｒｃ値演算部２２１には、オイリングローラー回転数制御の初期設定として、Ｒｃ値の演算に必要な設定値Ｉ_２が入力部２１０を介して入力される。設定値Ｉ_２としては、単位長さあたりの原糸重量：Ｔｅｘと、仕上がり全長：Ｅが入力される。ここで、Ｔｅｘは、「給糸パッケージの重量／パッケージングされている原糸長」により算出され、給糸パッケージ１０１を交換するごとに、入力部２１０を介してＲｃ演算部２２１に設定される。仕上がり全長Ｅは、巻取りボビン１１２に巻き取るトウプリプレグの目標長さであり、最終製品の長さ仕様に応じて入力される。

【0065】

また、Ｒｃ値演算部２２１には、第１の重量測定器１０５により計測された樹脂タンク１０２の重量測定値Ｔと、第２の重量測定器１１０により計測された滴下樹脂の重量測定値Ｓと、巻取りカウンタ１１４により計測されたトウプリプレグの巻取り長Ｗとが、随時Ｒｃ値演算部２２１に入力される。

【0066】

次に図８において、２２２は、オイリングローラー１０６の回転数を制御するオイリングローラー制御部である。オイリングローラー制御部２２２は制御部２２０を構成する機能ブロックの一つである。オイリングローラー制御部２２２には、目標Ｒｃ値Ｉ_３が入力部２１０を介して設定される。また、オイリングローラー制御部２２２には、Ｒｃ値演算部２２１により算出されたＲｃ値が入力される。オイリングローラー制御部２２２は、目標Ｒｃ値Ｉ_３となる最適量の樹脂がオイリングローラー１０６上に供給されるよう、目標Ｒｃ値Ｉ_３と現在のＲｃ値とに基づいてオイリングローラー１０６の回転数をサンプリングタイム毎にＰＩＤ制御する。ここで、ＰＩＤ制御とは、出力値と目標値の乖離差に比例した修正制御量と、かつ、それまでの乖離差の積分値の修正制御量と、かつ、乖離差が増えるか減るかの傾向を減らす修正制御値を算出し、その結果を入力値としてフィードバックコントロールする一般的な制御方法である。この制御方法を用いることにより、オイリングローラー制御部２２２からは、オイリングローラー１０６の回転数を制御する駆動信号Ｃ_２がオイリングローラー駆動部１０７に出力される。

【0067】

オイリングローラー回転数制御の初期設定としてＴｅｘ、仕上がり全長Ｅ及び目標Ｒｃ値Ｉ_３を設定した後に、トウプリプレグ生成ユニット１００を駆動させると、樹脂溜め１０８の底面開口より樹脂がオイリングローラー１０６上へ供給され、オイリングローラー回転数制御が開始する。

【0068】

図９は、オイリングローラー回転数制御を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ９０１において、樹脂タンク１０２の重量測定値Ｔ、オイリングローラー１０６より滴下する樹脂の重量の測定値Ｓ、及び測長ローラー１１３により検出されるトウプリプレグの巻取り長Ｗが、Ｒｃ値演算部２２１に入力される。

【0069】

次に、Ｒｃ値演算部２２１は、Ｓ９０１で測定された検出値と初期設定で入力された設定値Ｉ_２とに基づいて、現在のトウプリプレグのＲｃ値を演算する（Ｓ９０２）。具体的な演算方法は以下の通りである。すなわち、樹脂タンク１０２の初期重量Ｔ_０、樹脂タンク１０２の現在重量Ｔ、第２の重量測定器に載置された受皿の初期重量Ｓ_０、及び受皿の現在重量Ｓに基づいて、現在の樹脂塗布重量Ｃを、下記（式１）に基づいて算出する。
樹脂塗布重量：Ｃ＝（Ｔ_０−Ｔ）−（Ｓ−Ｓ_０） ・・・（式１）
次に、巻取りボビン１１２に巻き取られた巻取り繊維重量ＦＦを、下記（式２）に基づいて算出する。
巻取り繊維重量：ＦＦ＝Ｔｅｘ×Ｗ ・・・（式２）
そして、（式２）より得られた巻取り繊維重量ＦＦと、（式１）より得られた塗布樹脂重量Ｃとより、巻き取られたトウプリプレグの現在のＲｃ値を下記（式３）に基づいて算出する。
Ｒｃ値：Ｒｃ＝Ｃ／（ＦＦ＋Ｃ）×１００ ・・・（式４）
次にＳ９０３において、Ｒｃ値演算部２２１により算出されたＲｃ値がオイリングローラー制御部２２２に入力され、現在のＲｃ値が目標Ｒｃ値Ｉ_３となるよう、オイリングローラー１０６の回転数がＰＩＤ制御される。

【0070】

そして、現在のトウプリプレグの巻取り長Ｗが仕上がり全長Ｅに達したか否かを判断し（Ｓ９０４）、巻取り長Ｗが仕上がり全長Ｅに達した場合は、オイリングローラー回転数制御を終了させる。一方、Ｓ９０４において、巻取り長Ｗが仕上がり全長Ｅに達していないと判断した場合はＳ９０１に帰還し、以降、トウプリプレグの巻取りが完了するまで、Ｓ９０１ないしＳ９０４の各ステップが繰り返し実行され、巻き取られたトウプリプレグのＲｃ値が目標Ｒｃ値Ｅ_３に収束するよう、オイリングローラー１０６の回転数が制御される。

【0071】

以上のように、本発明によるトウプリプレグ製造装置１０００では、スクレーパー１０９の位置を固定し、オイリングローラー１０６に供給する樹脂量が一定になるよう、チューブポンプによる樹脂の吐出量を、原糸に実際に塗布された樹脂量に基づいてフィードバック制御することとしたので、原糸に塗布される樹脂の量を、オイリングローラー１０６の回転数によって制御することができる。

【0072】

そして、かかる樹脂吐出制御と並行して、オイリングローラー１０６から原糸に供給される樹脂量が目標Ｒｃ値に収束する最適樹脂量になるよう、オイリングローラー１０６の回転数を、巻き取られたトウプリプレグのＲｃ値に基づいてフィードバック制御することとしたので、原糸に塗布する樹脂量をトウプリプレグの全長に亘って所望の値に保つことができ、これにより、トウプリプレグの品質を一定に保つことが可能となる。

【0073】

また、樹脂溜め１０８の底面形状のストレート領域の幅を多段的に短縮させることとしたので、樹脂溜め１０８の内部を流れる樹脂を整流させることができ、樹脂溜め１０８から供給される樹脂の流出ムラを防止することができる。これにより、スクレーパー１１０による樹脂の最終整形前においても、オイリングローラー１０６上の樹脂厚みを一定に保つことができるので、スクレーパー１１０において確実に樹脂厚を整形することができ、トウプリプレグのＲｃ値のバラツキを抑えることが可能となる。

【0074】

なお本実施の形態１においては、第２の重量測定器１１１によって、原糸の走行経路から滴下した樹脂の重量を測定するものとしているが、必要に応じて複数（ｎ個）の重量測定器により、トウプリプレグ製造装置より滴下する樹脂の重量を測定してもよい。

【0075】

例えば、オイリングローラー１０６から巻取りボビン１１２までのトウプリプレグの走行経路に重量測定器を設置し、オイリングローラー１０６以降の経路間で滴下する樹脂重量を測定して制御部２２０へ出力してもよい。この場合は、追加した重量測定器に載置した受皿の現在重量と初期重量との差分値を、上述した式１において求めた樹脂塗布重量よりさらに減算することにより、オイリングローラー回転数制御において用いる樹脂塗布重量Ｃとすることができる。かかる構成によれば、より精度の高いオイリングローラー回転数制御を行うことが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0076】

本発明によれば、安定した品質のトウプリプレグを提供できる点において有用である。

【符号の説明】

【0077】

１００ トウプリプレグ生成ユニット
１０１ 給糸パッケージ
１０２ 樹脂タンク
１０３ チューブ
１０４ チューブポンプ
１０５ 第１の重量測定器
１０６ オイリングローラー
１０７ オイリングローラー駆動部
１０８ 樹脂溜め
１０９ 液面センサ
１１０ スクレーパー
１１１ 第２の重量測定器
１１２ 巻取りボビン
１１３ 測長ローラー
１１４ 巻取カウンタ
１１５ 回転ローラー
２００ オペレーションユニット
２１０ 入力部
２２０ 制御部
２２１ Ｒｃ値演算部
２２２ オイリングローラー制御部
２３０ 表示部
１０００ トウプリプレグ製造装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】