JP5256706B2

JP5256706B2 - 樹脂付着装置

Info

Publication number: JP5256706B2
Application number: JP2007303336A
Authority: JP
Inventors: 忠司魚住; 元洋谷川
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: JP2009126054A

Description

フィラメントワインディング成形において、繊維に樹脂を付着させる樹脂付着装置の技術に関する。

従来、フィラメントワインディング成形における樹脂付着装置として、樹脂が溜められる樹脂槽と、該樹脂槽内の樹脂に下部が浸かった状態で配置される回転ローラと、該回転ローラの表面に付着した樹脂の量を調整するためのナイフエッジと、を備え、前記回転ローラを繊維の送り速度に応じて回転させることにより、前記回転ローラの表面に付着した樹脂を、前記回転ローラの上部に触れつつ送られてくる繊維に付着させる、ローラ方式の装置が知られている（例えば、特許文献１）。

ローラ方式の樹脂付着装置は、繊維の送り速度を速くすると回転ローラの表面に十分な量の樹脂が付着せず、結果として繊維に対して樹脂を十分に付着することができない。従って、ローラ方式では処理速度をあげると樹脂の付着ムラが生じるおそれがあるため、処理速度に限界があり、フィラメントワインディング成形の生産性向上の妨げになっていた。

そこで、繊維をマンドレルに巻き付ける時点、ないしその前後に、繊維表面に向けて樹脂を噴射する液滴噴射方式の樹脂付着装置が発明されている（例えば、特許文献２）。
特開２００７−１８５８２７号公報特開平４−１１５９３０号公報

液滴噴射方式の樹脂付着装置においては、樹脂の主剤と、硬化剤とを別々のノズルから搬送中の繊維に噴射する方式がある。この方式では、ノズル性能や液滴特性等の影響により、ノズルから噴射される液滴を充分に微少に出来ない場合や、主剤と硬化剤が充分近い状態で繊維に付着できない場合がある。この場合、主剤及び硬化剤が繊維に付着するものの、両剤が十分に撹拌混合されないため、不良な成形品を生産してしまうという問題点があった。

本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであり、フィラメントワインディング成形における、繊維に樹脂を付着させる樹脂付着装置であって、特に、液滴噴射方式の樹脂付着装置において、樹脂を繊維に噴射した後に、樹脂の主剤及び硬化剤を撹拌混合することで、主剤及び硬化剤の撹拌混合不良を防止する樹脂付着装置を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

第１の発明に係る樹脂付着装置は、フィラメントワインディング成形における、繊維に樹脂を付着させる樹脂付着装置であって、繊維を搬送する搬送装置と、該搬送装置により搬送される繊維の表面に向けて、樹脂の主剤、及び硬化剤を噴射する液滴噴射装置と、前記繊維の表面に付着した樹脂の主剤、及び硬化剤を撹拌する撹拌装置と、を具備し、前記液滴噴射装置は、繊維の搬送方向に沿って交互に配置される、主剤噴射用の複数の第１ヘッドと、硬化剤噴射用の複数の第２ヘッドとを具備し、前記撹拌装置は、前記樹脂の主剤、及び硬化剤が前記液滴噴射装置から噴射される位置より下流側に設置され、前記撹拌装置は、前記繊維に接触する撹拌部材を有し、前記撹拌部材は、前記繊維を挟むように対向して設けられた撹拌ローラ対である。

第２の発明に係る樹脂付着装置は、第１の発明に係る樹脂付着装置において、前記撹拌ローラは、ローラ表面に幅方向の溝が形成されている。

第３の発明に係る樹脂付着装置は、第１又は第２の発明に係る樹脂付着装置において、前記撹拌装置は前記繊維を加熱する加熱装置を具備する。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明においては、繊維の表面に向けて、樹脂の主剤、及び硬化剤を噴射する液滴噴射装置は、繊維の搬送方向に沿って交互に配置される、主剤噴射用の複数の第１ヘッドと、硬化剤噴射用の複数の第２ヘッドとを具備し、繊維の表面に付着した樹脂の主剤、及び硬化剤を撹拌する撹拌装置は、樹脂の主剤、及び硬化剤が液滴噴射装置から噴射される位置より下流側に設置されていることから、樹脂噴射時に主剤、及び硬化剤の撹拌混合不良が生じた場合でも、樹脂噴射後に主剤、及び硬化剤の撹拌混合が可能なため、撹拌混合不良がなく、不良な成形品の生産を防止することができる。
また、撹拌装置が、繊維に接触する撹拌部材を有することから、搬送された繊維が撹拌装置を通過することで、繊維に付着した樹脂が撹拌部材と接触し、付着した樹脂の主剤、及び硬化剤が流動し、両剤を撹拌混合することができる。
さらに、撹拌部材が、繊維を挟むように対向して設けられた撹拌ローラ対であることから、搬送された繊維が撹拌ローラを通過することで、繊維がローラに押され、付着した樹脂の主剤、及び硬化剤が流動し、両剤を撹拌混合することができる。

第２の発明においては、撹拌ローラはローラ表面に幅方向の溝が形成されていることから、溝部が主剤、及び硬化剤の流動撹拌を促進するため、両剤の撹拌混合効率を向上することができる。また、繊維のローラ表面への付着を防止することができる。

第３の発明においては、撹拌装置は繊維を加熱する加熱装置を具備することから、繊維を加熱することで主剤、及び硬化剤の撹拌混合が促進されるため、両剤の撹拌混合効率を向上することができる。

以下、本発明の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１（以下、ＦＷ装置１と称す）について図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る樹脂付着装置７を含むＦＷ装置１の斜視図である。

ＦＷ装置１は、ボビン２からのカーボン繊維３（以下、繊維３とする）の解舒を担う解舒装置４と、繊維３に所定のテンションを付与するテンション装置５と、繊維３に対して樹脂６（図３）を噴射して付着させる樹脂付着装置７と、繊維３をトラバースさせるトラバース装置８と、から構成されている。

ＦＷ装置１は、樹脂付着装置７により樹脂６が付着された繊維３をトラバース装置８によりトラバースしながら、マンドレル９に巻き付ける。繊維３は上下にフラット面を有するテープ状を呈しており、図１に示すように、樹脂付着装置７は繊維３の上面に樹脂６を付着させる。

樹脂付着装置７は、搬送装置１０と、液滴噴射装置１１と、撹拌装置１２と、から構成されている。

搬送装置１０は、液滴噴射装置１１、及び撹拌装置１２を挟むように、上流側に配置された第１搬送ローラ１３と、下流側に配置された第２搬送ローラ１４と、から構成されている。第１搬送ローラ１３、及び第２搬送ローラ１４はフリーローラであり、マンドレル９が回転して繊維３が走行することにより回転する。なお、第１搬送ローラ１３、及び第２搬送ローラ１４を駆動ローラとして、ローラ自体を回転させることも可能である。

図２は、液滴噴射装置１１の側面図である。
液滴噴射装置１１は、第１ヘッド１５・１５・１５と、第２ヘッド１６・１６・１６と、主剤タンク１７と、硬化剤タンク１８と、第１経路１９と、第２経路２０と、から構成されている。

第１ヘッド１５・１５・１５は、主剤噴射用のノズル群である。第２ヘッド１６・１６・１６は、硬化剤噴射用のノズル群である。各ヘッド１５・１６は繊維３の搬送方向に沿って交互に配置されている。

主剤タンク１７は樹脂６の主剤２１が充填されている。硬化剤タンク１８は硬化剤２２が充填されている。

第１経路１９は、第１ヘッド１５・１５・１５と主剤タンク１７とを接続し、主剤タンク１７に充填された主剤２１を第１ヘッド１５・１５・１５へ供給する。第２経路２０は、第２ヘッド１６・１６・１６と、硬化剤タンク１８とを接続し、硬化剤タンク１８に充填された硬化剤２２を第２ヘッド１６・１６・１６へ供給する。第１経路１９及び第２経路２０は、金属又は樹脂製の管や、ホース等からなる。なお、第１経路１９及び第２経路２０には、流量をコントロールするための電磁弁やポンプなどを設けることができる。

図３は、第１ヘッド１５、及び第２ヘッド１６近傍の側面図である。
第１ヘッド１５は第１経路１９から供給された主剤２１を受ける一つの接続室２３と、接続室２３に連設されて主剤２１が溜められる一つの貯留室２４と、貯留室２４から分岐された複数個の圧力室２５とを備える。各圧力室２５には、主剤２１の噴出し口となるノズル２６ａが設けられている。第１ヘッド１５は、電圧により伸縮するピエゾ素子２７を圧力室２５に対する圧力発生源とするものであり、各圧力室２５の隔壁（上壁）には、ピエゾ素子２７により振動される振動板２８が設置されている。ピエゾ素子２７の伸縮を受けて、図３に仮想線で示すように、振動板２８が下方に膨らむ凸状に姿勢変位すると、圧力室２５内の体積が減少する。これにより、第１ヘッド１５の下面に開口するノズル２６ａから、ピコリットルオーダーの所定量の液滴からなる主剤２１が繊維３の上面に向けて噴射される。この状態から図３に実線で示すように振動板２８がフラットに戻ると、圧力室２５内の体積が増加する。これにより、貯留室２４から圧力室２５へ主剤２１が供給される。

接続室２３には、主剤２１を加熱して、所定温度（４０〜１００℃の一定温度）に維持するための熱線（恒温手段）２９と、接続室２３内の温度を検知するための温度センサ（不図示）とが設置されている。温度センサによる検出結果を予め設定されている閾値と比較し、この比較結果に基づいて熱線２９をオン・オフ制御することで、主剤２１を所定温度（例えば８０℃以上）に保つ。

第２ヘッド１６の構成も第１ヘッド１５の構成と同等であり、図３において、同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。なお、符号２６ｂは、硬化剤吐出用のノズルを示す。

撹拌装置１２は、樹脂６の主剤２１と硬化剤２２の付着した繊維３に外力を加えて、主剤２１又は硬化剤２２を積極的に流動させて主剤２１と硬化剤２２とを混合させる装置である。図１に示すように、撹拌装置１２は液滴噴射装置１１の下流側に設置され、繊維３の表面に付着した樹脂６の主剤２１、及び硬化剤２２を撹拌混合する。つまり、撹拌装置１２は樹脂６の主剤２１、及び硬化剤２２が液滴噴射装置１１から噴射される位置より下流側に設けられ、液滴噴射装置１１で樹脂６が付着された繊維３は、トラバース装置８によりトラバースされる前に、必ず撹拌装置１２を通過し、付着した樹脂６の主剤２１、及び硬化剤２２が撹拌混合されることとなる。

このように、樹脂付着装置７において、繊維３の表面に付着した樹脂６の主剤２１、及び硬化剤２２を撹拌混合する撹拌装置１２は、主剤２１、及び硬化剤２２が液滴噴射装置１１から噴射される位置より下流側に設置されていることから、樹脂６噴射時に主剤２１、及び硬化剤２２の撹拌混合不良が生じた場合でも、樹脂６噴射後に主剤２１、及び硬化剤２２の撹拌混合が可能なため、撹拌混合不良がなく、不良な成形品の生産を防止することができる。以下に撹拌装置１２の実施例について説明する。

撹拌装置１２の第１実施例について説明する。図４は撹拌装置１２の第１実施例である撹拌ローラ３０・３０の斜視図である。第１実施例に係る撹拌装置１２は、撹拌部材として一対の撹拌ローラ３０・３０を有する。なお、第１実施例に係る撹拌装置１２においては、撹拌ローラを一対設置した場合について説明するが、撹拌ローラ３０・３０を複数対設置しても構わない。

撹拌ローラ３０・３０は、繊維３の上下のフラット面を挟むように対向して配置されている。撹拌ローラ３０・３０は、図示せぬ駆動源と接続され、撹拌ローラ３０・３０が繊維３をニップするニップ点３１に搬送されてきた繊維３を搬送方向へ押し出す方向（図４矢印３２、３３）へ回動する。なお、撹拌ローラ３０・３０はフリーローラであってもよい。

図４に示すように、液滴噴射装置１１（図示左上方向）から搬送されてきた繊維３は、ニップ点３１において撹拌ローラ３０・３０にニップされながら、図示右下方向へ搬送される。この時、繊維３は、図示上下方向から撹拌ローラ３０・３０により押された状態となる。繊維３が押された状態となることにより、繊維３に付着している主剤２１、及び硬化剤２２が互いに流動する。主剤２１、及び硬化剤２２が互いに流動することにより、両剤が撹拌され混合する。

図４に示すように、撹拌ローラ３０・３０はローラ表面に溝３４を具備する。溝３４は撹拌ローラ３０の軸方向に等間隔で設けられている。なお、図４においては、溝３４が撹拌ローラ３０の一部分にのみ設けられているが、溝３４はローラ表面全体に設けられている。溝３４は、撹拌ローラ３０の側面からローラ表面の中心へ向けて、撹拌ローラ３０の回転方向に対して角度をつけて設けられている。溝３４が角度をつけて設けられていることから、撹拌ローラ３０の回転の際に溝３４の傾斜により、ローラ面に付着した主剤２１、及び硬化剤２２がローラ面の中心に集められ、集められた主剤２１、及び硬化剤２２が、後に搬送される繊維３へ再付着し易くなる。なお、撹拌ローラ３０・３０は、ローラ表面が溝加工となっているものに限定されず、ローラ表面が梨地加工であっても構わない。

撹拌ローラ３０は軸心にヒータ４０が挿入されている。ヒータ４０は電源４１に接続されている。ヒータ４０が加熱されることにより、撹拌ローラ３０のローラ表面が加熱される。ローラ表面が加熱されることで、ニップ点３１でニップされた繊維３も加熱される。

ヒータ４０は図示下側の撹拌ローラ３０のみに挿入されているが、図示上側の撹拌ローラ３０のみに挿入してもよく、また、撹拌ローラ３０・３０の両方に挿入しても構わない。また、加熱装置はヒータ４０に限定されるものではなく、撹拌ローラ３０のローラ表面が加熱されれば、他の方式の加熱装置を設けても構わない。

このように、第１実施例に係る撹拌装置１２を具備する樹脂付着装置７は、撹拌装置１２が、撹拌部材として、繊維３を挟むように対向して設けられた一対の撹拌ローラ３０・３０を有することから、搬送された繊維３が撹拌ローラ３０・３０を通過することで、繊維３がローラに押され、付着した樹脂６の主剤２１、及び硬化剤２２が流動し、両剤を撹拌混合することができる。

また、第１実施例に係る撹拌装置１２を具備する樹脂付着装置７は、撹拌ローラ３０・３０が、ローラ表面に幅方向の溝３４が形成されていることから、溝３４が主剤２１、及び硬化剤２２の流動撹拌を促進するため、両剤の撹拌混合効率を向上することができる。また、繊維６のローラ表面への付着を防止することができる。

さらに、第１実施例に係る撹拌装置１２を具備する樹脂付着装置７は、撹拌装置１２である撹拌ローラ３０が繊維３を加熱する加熱装置を具備することから、繊維３を加熱することで主剤２１、及び硬化剤２２の撹拌混合が促進されるため、両剤の撹拌混合効率を向上することができる。

なお、上記第１実施例では、撹拌部材が繊維に接触して撹拌を行うものとして記載したが、その他に例えば、ローラに所定の角度で巻き付き接触するだけのタイプ、あるいは、板状体に押圧接触するタイプなど種々の機構が適用可能である。

次に、撹拌装置１２の第２実施例について説明する。図５は撹拌装置１２の第２実施例である音波振動撹拌装置３５の側面図である。第２実施例に係る撹拌装置１２は、繊維３から離間した位置より樹脂６の主剤２１、及び硬化剤２２を撹拌混合する。繊維３から離間した位置より主剤２１、及び硬化剤２２を撹拌混合する撹拌装置１２としては、図５に示すような、音波により振動撹拌する音波振動撹拌装置３５が挙げられる。以下、音波振動撹拌装置３５について説明する。なお、第２実施例に係る撹拌装置１２においては、音波振動撹拌装置３５を一台設置した場合について説明するが、音波振動撹拌装置３５を複数台設置しても構わない。

図５に示すように、音波振動撹拌装置３５は、振動子３６と、高周波電源３７と、から構成されている。振動子３６は、音波振動撹拌装置３５の撹拌部を形成する。振動子３６は、電圧を加えると歪みが生じる圧電素子材料である。高周波電源３７は、振動子３６と接続され、振動子３６に電圧を供給する。なお、音波振動撹拌装置３５は、振動子３６と、高周波電源３７と、から構成されるものに限定されることはなく、音波を発することで振動を繊維３に伝達し、且つ撹拌部が繊維３と非接触であればよい。

音波振動撹拌装置３５は、振動子３６が繊維３の上面近傍となるように設置される。振動子３６から繊維３までの距離は特に限定されないが、振動子３６の音波振動が繊維３に伝わる距離であればよい。ただし、振動子３６と繊維３とは非接触である。

図５に示すように、液滴噴射装置１１から搬送された繊維３は、音波振動撹拌装置３５の下部を通過する。この時、振動子３６は高周波電源３７より電圧が供給されることで振動運動を行う。振動子３６が振動運動をすることにより音波振動が発生する。この音波振動が繊維３に伝わることで繊維３が振動する。繊維３が振動することで、繊維３に付着している主剤２１、及び硬化剤２２が互いに流動する。主剤２１、及び硬化剤２２が互いに流動することにより、両剤が撹拌され混合する。

音波振動撹拌装置３５は、下部に加熱装置４２を具備する。音波振動撹拌装置３５を作動させるとともに、加熱装置４２を同時に作動させることにより、繊維３を下部から加熱しながら、繊維３に付着した樹脂６を上部から撹拌混合することができる。

第２実施例に係る撹拌装置１２は、音波により振動撹拌する音波振動撹拌装置３５に限定して説明したが、撹拌部が繊維３から離間し、且つ繊維３に付着した樹脂６の主剤２１、及び硬化剤２２を撹拌混合するものであれば、音波により振動撹拌する音波振動撹拌装置３５に限定されない。

このように、第２実施例に係る撹拌装置１２を具備する樹脂付着装置７は、撹拌装置１２の撹拌部が繊維から離間して設けられていることから、撹拌装置１２の撹拌部が繊維３に接触することなく、繊維３に付着した主剤２１、及び硬化剤２２を撹拌混合をすることができる。そのため、繊維３に対するダメージを軽減することができる。

また、第２実施例に係る撹拌装置１２を具備する樹脂付着装置７は、撹拌装置１２が繊維３を加熱する加熱装置を具備することから、繊維３を加熱することで主剤２１、及び硬化剤２２の撹拌混合が促進されるため、両剤の撹拌混合効率を向上することができる。

なお、本発明に係る撹拌装置１２は、第１及び第２実施例に限定されるものではなく、繊維３に付着した樹脂６の主剤２１、及び硬化剤２２を撹拌混合できる構成であればよい。

本発明に係る樹脂付着装置７を含むＦＷ装置１の斜視図。液滴噴射装置１１の側面図。第１ヘッド１５、及び第２ヘッド１６近傍の側面図。撹拌装置１２の第１実施例である撹拌ローラ３０・３０の斜視図。撹拌装置１２の第２実施例である音波振動撹拌装置３５の側面図。

符号の説明

３繊維
６樹脂
７樹脂付着装置
１０搬送装置
１１液滴噴射装置
１２撹拌装置
２１主剤
２２硬化剤
３０撹拌ローラ
３４溝
３５音波振動撹拌装置
４０ヒータ
４２加熱装置

Claims

フィラメントワインディング成形における、繊維に樹脂を付着させる樹脂付着装置であって、
繊維を搬送する搬送装置と、
該搬送装置により搬送される繊維の表面に向けて、樹脂の主剤、及び硬化剤を噴射する液滴噴射装置と、
前記繊維の表面に付着した樹脂の主剤、及び硬化剤を撹拌する撹拌装置と、
を具備し、
前記液滴噴射装置は、繊維の搬送方向に沿って交互に配置される、主剤噴射用の複数の第１ヘッドと、硬化剤噴射用の複数の第２ヘッドとを具備し、
前記撹拌装置は、前記樹脂の主剤、及び硬化剤が前記液滴噴射装置から噴射される位置より下流側に設置され、
前記撹拌装置は、前記繊維に接触する撹拌部材を有し、
前記撹拌部材は、前記繊維を挟むように対向して設けられた撹拌ローラ対であることを特徴とする樹脂付着装置。
前記撹拌ローラは、ローラ表面に幅方向の溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂付着装置。
前記撹拌装置は、前記繊維を加熱する加熱装置を具備することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹脂付着装置。