JP2019043080A - 樹脂成形品の製造装置及び光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光硬化性樹脂を用いたＦＲＰ製の、上面及び／又は下面を有する容器などの樹脂成形品を高い生産性で製造することが可能な樹脂成形品の製造装置を提供する。【解決手段】光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーを回転させながら、前記光硬化性樹脂に光を照射することにより前記光硬化性樹脂を硬化させる樹脂成形品の製造装置であって、前記ライナーの外面に対向して配置されて、前記光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーに対して第１の方向から光を照射する第１照射ユニットと、前記ライナーの回転軸に対して平行な方向において前記第１照射ユニットとは異なる位置に、前記ライナーの外面に対向して配置されて、前記光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーに対して前記第１の方向とは前記ライナーの回転軸に対する角度が異なる第２の方向から光を照射する第２照射ユニットと、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、樹脂成形品の製造装置及び光照射装置に関する。特に、光硬化性樹脂を用いたフィラメントワインディング成形のための樹脂成形品の製造装置、並びにそのような樹脂成形品の製造装置に用いられる光照射装置に関する。

繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。）は、樹脂中にガラス繊維等の繊維を含有させた複合材料である。ＦＲＰは、軽量かつ高強度、高剛性の材料として、例えば、航空機、船舶、自動車から生活用品等まで、様々な分野で用いられている。また、ＦＲＰの具体的な用途の一例として、高圧タンクのような容器が挙げられる。

ＦＲＰの形態としては、細かく切断した繊維を樹脂中に分散させたものと、繊維を特定の方向に揃えたものを樹脂中に含浸させたものとが挙げられる。特に後者のものは、繊維が揃う方向において非常に高い引張強度が得られる。さらに、繊維の方向が異なる複数の層を積層することで、様々な方向に対して高い引張強度を有するＦＲＰが得られる。このようなＦＲＰは、上述した高い強度が求められる容器としての用途に適している。

繊維が特定の方向に揃ったＦＲＰの製造方法の１つとして、フィラメントワインディング成形が挙げられる。フィラメントワインディング成形は、１本又は複数本のガラス繊維や炭素繊維等をマトリックス樹脂に含浸させ、回転するマンドレルにテンションをかけながら巻きつけて、マンドレル上で硬化させた後、脱型することによって、成形品を得る成形方法である。

樹脂の硬化方法としては、加熱炉内でマンドレルを回転させながら樹脂を硬化させる熱硬化が一般的である。しかし、熱硬化の場合、硬化反応の進行を抑制するためには、硬化剤を配合した樹脂に使用可能な期間（可使時間）がある。このため、このような期間に合わせて樹脂を頻繁に配合する必要があった。

このような問題点を解決するために、マンドレル上の樹脂に光を照射して樹脂を硬化させる光硬化の技術が開発されている。光硬化の場合は、光硬化の開始剤が配合された樹脂に対して、硬化反応が起こる波長の光を遮蔽すればよい。これにより、樹脂を長期間使用可能な状態で保つことができる。また、上述した熱硬化の場合のように、樹脂を頻繁に配合する必要がなくなる。

光硬化によるフィラメントワインディング成形の例としては、下記特許文献１、２が挙げられる。具体的に、特許文献１には、可視光硬化型樹脂を含浸したガラスロービングをマンドレルに巻き取り、マンドレルを回転させながら、メタルハライドランプ及び水銀灯より選ばれる少なくとも１種以上のランプを２個以上装備した光照射装置を用いて、可視光を照射することが記載されている。

また、特許文献２には、繊維束に光硬化性の樹脂組成物を含浸させたトウプリプレグを、中空円筒部材であるライナーを回転させながらライナー外周に巻回し、このライナーの外周面に巻回されたトウプリプレグに光を照射する複合容器の製造方法が記載されている。

特開２０１０−１２７９４号公報 特開２０１１−２０６９３３号公報

しかし、特許文献１に記載されている光照射装置は、１方向の直線状にランプを並べたものである。このため、上述した高圧タンクのような面の方向が変化する形状の樹脂成形品を製造する場合には、品質及び生産性の確保が難しい。

また、特許文献２に記載の製造方法も同様に、ライナーの回転軸に直角な方向にしか光を照射できない。このため、高圧タンクのように両端が閉じられた容器においては、両端面に効率的に光を照射することができない。したがって、特許文献２に記載の製造方法では、両端面の樹脂を硬化させるのに長い時間を要することになる。また、上述した容器のような樹脂成形品の製造においては、生産性が低くなる。

そこで、本発明は、光硬化性樹脂を用いたＦＲＰ製の、上面及び／又は下面を有する容器などの樹脂成形品を高い生産性で製造することが可能な樹脂成形品の製造装置、並びに、光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーなどの被照射物に対して光を効率良く照射することが可能な光照射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕 光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーを回転させながら、前記光硬化性樹脂に光を照射することにより前記光硬化性樹脂を硬化させる樹脂成形品の製造装置であって、前記ライナーの外面に対向して配置されて、前記光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーに対して第１の方向から光を照射する第１照射ユニットと、前記ライナーの回転軸に対して平行な方向において前記第１照射ユニットとは異なる位置に、前記ライナーの外面に対向して配置されて、前記光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーに対して前記第１の方向とは前記ライナーの回転軸に対する角度が異なる第２の方向から光を照射する第２照射ユニットと、を備えることを特徴とする樹脂成形品の製造装置。
〔２〕 前記第１の方向は、前記ライナーの回転軸に対して垂直である前記〔１〕に記載の樹脂成形品の製造装置。
〔３〕 前記第２照射ユニットは、面状に光を照射する面光源である前記〔１〕又は〔２〕に記載の樹脂成形品の製造装置。
〔４〕 前記面光源は、複数の光源が配置されることにより構成されている前記〔３〕に記載の樹脂成形品の製造装置。
〔５〕 前記面光源は、前記複数の光源が長方形の面内における行方向及び列方向に並んで配置されることにより構成されている前記〔４〕に記載の樹脂成形品の製造装置。
〔６〕 前記第２照射ユニットは、前記ライナーの回転軸及び前記第２の方向に対して垂直な軸回りに回転可能である〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の樹脂成形品の製造装置。
〔７〕 前記第２照射ユニットは、前記ライナーの回転軸に対して近づく方向及び遠ざかる方向に移動可能である〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の樹脂成形品の製造装置。
〔８〕 前記第２照射ユニットは、光源としてＬＥＤを備える〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の樹脂成形品の製造装置。
〔９〕 被照射物を回転させながら、前記被照射物に光を照射する光照射装置であって、前記被照射物の外面に対向して配置されて、前記被照射物に対して第１の方向から光を照射する第１照射ユニットと、前記被照射物の回転軸に対して平行な方向において前記第１照射ユニットとは異なる位置に、前記被照射物の外面に対向して配置されて、前記被照射物に対して前記第１の方向とは前記被照射物の回転軸に対する角度が異なる第２の方向から光を照射する第２照射ユニットと、を備えることを特徴とする光照射装置。

以上のように、本発明によれば、光硬化性樹脂を用いたＦＲＰ製の、上面及び／又は下面を有する容器などの樹脂成形品を高い生産性で製造することが可能な樹脂成形品の製造装置、並びに、光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーなどの被照射物に対して光を効率良く照射することが可能な光照射装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる樹脂成形品の一例としての容器の断面図である。 本発明の一実施形態にかかる樹脂成形品の製造装置の一例としてのフィラメントワインディング成形装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかるフィラメントワインディング成形装置が備える回転装置を示す正面図である。 本発明の一実施形態にかかるフィラメントワインディング成形装置が備える光照射装置を示す正面図である。 一例としての第１照射ユニットを光の照射方向から見た平面図である。 一例としての第２照射ユニットを光の照射方向から見た平面図である。 本発明の一実施形態にかかる光照射装置の第１変形例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる光照射装置の第２変形例を示す正面図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態では、本発明を適用して製造される樹脂成形品の一例として、図１に示す容器Ｖ、並びに、本発明を適用した樹脂成形品の製造装置の一例として、図２に示す光硬化性樹脂を用いたフィラメントワインディング成形のためのフィラメントワインディング成形装置（以下、ＦＷ成形装置という。）１について説明する。

ただし、本発明の範囲は、以下の実施形態の構成に限らない。また、以下の説明において、「回転軸」とは、特に断りがなければ、ＦＷ成形装置１に取り付けられたライナーＬ又は容器Ｖの回転軸を指すものとする。また、「軸方向」とは回転軸に対して平行な方向を指すものとする。

＜１．樹脂成形品＞
先ず、図１に示す容器Ｖの構成について具体的に説明する。なお、図１は、本発明の一実施形態にかかる樹脂成形品の一例としての容器Ｖの断面図である。
本実施形態の容器Ｖは、図１に示すように、ライナーＬと、インサート部材Ｍと、複合材料層Ｃとを備える。

ライナーＬは、回転面を持つ外面を有し、容器Ｖの内壁を構成する。ライナーＬは、軸方向に延びる円筒状の胴部Ｌ１と、胴部Ｌ１の両端を閉じる鏡部Ｌ２、Ｌ３（上面Ｌ２、下面Ｌ３）と、一方の鏡部Ｌ２の中心にネック部Ｌ４と、他方の鏡部Ｌ３の中心に底部Ｌ５とを有する。

本実施形態において、ライナーＬは、例えば熱可塑性樹脂をブロー成形、あるいは射出成形すること等により製造される。ライナーＬの材質としては、容器Ｖの用途を考慮した上で、後述する図４に示す光照射装置５０の各照射ユニット５１、５２、５３が備える複数の光源５１１、５２１、５３１が発光する光を透過するものがよく、例えば、高密度ポリエチレン等が挙げられる。

ネック部Ｌ４は、鏡部Ｌ２から容器Ｖの外側に向かって軸方向に延びる円筒部Ｌ４１を有する。また、ネック部Ｌ４は、円筒部Ｌ４１の容器Ｖ外側の一端から回転軸に向かって形成された端壁Ｌ４２と、円筒部Ｌ４１の容器Ｖ外側の一端から円筒部Ｌ４１の外側に向かって形成されたフランジＬ４３とを有する。端壁Ｌ４２には、回転軸を中心とした円形の貫通穴Ｌ４４が形成されている。

底部Ｌ５は、鏡部Ｌ３から容器Ｖの外側に向かって軸方向に延びる首部Ｌ５１と、首部Ｌ５１の容器Ｖ外側の一端から、回転軸から離れる方向に向かって形成されたフランジＬ５２と、フランジＬ５２から容器Ｖの外側に向かって軸方向に延びる円筒部Ｌ５３とを有する。

底部Ｌ５には、円筒部Ｌ５３の容器Ｖの外側の端面から容器Ｖの内側に向かって軸方向に挿入穴Ｌ５４が形成されている。容器Ｖの製造工程において、挿入穴Ｌ５４には、後述する図３に示す回転装置４０が備える補助軸４２が挿入される。

挿入穴Ｌ５４の深さについては、ライナーＬを貫通せず、挿入穴Ｌ５４の底とライナーＬの内面との距離を、鏡部Ｌ３におけるライナーＬの厚さ以上とすることが好ましい。また、挿入穴Ｌ５４の深さについては、フランジＬ５２の厚さと円筒部Ｌ５３の長さの合計以下とすることがより好ましい。これにより、底部Ｌ５に応力が集中した場合に、底部Ｌ５が破損することを避けることができる。

インサート部材Ｍは、ライナーＬのネック部Ｌ４の内側に、円筒部Ｌ４１の内面及び端壁Ｌ４２の内面に当接した状態で配置される。本実施形態においては、インサート部材ＭがライナーＬと一体成形されている。例えば、ライナーＬをブロー成形する際に、型内の所定の位置にインサート部材Ｍを固定しておくことで、インサート部材ＭをライナーＬと一体成形することができる。インサート部材Ｍの材質については、金属が好ましく、特にアルミニウム合金が好ましい。

インサート部材Ｍには、回転軸を中心とした貫通穴Ｍ１が形成されている。貫通穴Ｍ１の直径は、端壁Ｌ４２の貫通穴Ｌ４４の直径よりも小さい。貫通穴Ｍ１の内周面には、貫通穴Ｍ１の全長、あるいは容器Ｖ外側の一部にわたって、めねじ部Ｍ１１が形成されている。めねじ部Ｍ１１には、製造工程において、後述する図３に示す回転装置４０が備える駆動軸４１のおねじ部４１１が螺合する。また、めねじ部Ｍ１１には、容器Ｖの使用時に、例えば、レギュレータ等に設けられたおねじが螺合する。

複合材料層Ｃは、胴部Ｌ１、鏡部Ｌ２、Ｌ３の全体、及びネック部Ｌ４、底部Ｌ５の一部において、ライナーＬの外側に形成されている。複合材料層Ｃは、第１フープ層Ｃ１と、ヘリカル層Ｃ２と、第２フープ層Ｃ３とを有する。複合材料層Ｃは、樹脂硬化物Ｐをマトリックスとし、マトリックス中に繊維Ｆを含むＦＲＰからなる。樹脂硬化物Ｐは、後述する光硬化性樹脂Ｐ１を硬化させることに生成される。繊維Ｆとしては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等が挙げられる。その中でも、後述する光照射装置５０で照射される光を透過しやすいガラス繊維を用いることが好ましい。

第１フープ層Ｃ１は、胴部Ｌ１の外側に形成されている。第１フープ層Ｃ１において、繊維Ｆは、回転軸と略直角となる角度で、いわゆるフープ巻きで巻回されている。なお、第１フープ層Ｃ１において、繊維Ｆは、１層で巻回されていてもよく、２層以上を形成するように巻回されていてもよい。

ここで、繊維Ｆの巻回方向を回転軸と略直角としたのは、厳密に回転軸に対して直角とした場合、繊維Ｆが胴部Ｌ１を１周したときに、繊維Ｆの始点と重なり、繊維Ｆが軸方向へは進まないためである。そのため、本実施形態においては、胴部Ｌ１を１周した繊維Ｆが１周前の繊維Ｆに対して、少なくとも繊維Ｆの直径以上、軸方向に進んでいる。また、繊維Ｆが、軸方向に並ぶＮ本の繊維である場合、胴部Ｌ１を１周した繊維Ｆが１周前の繊維Ｆに対して、少なくとも繊維Ｆの直径のＮ倍以上、軸方向に進むことが好ましい。

第１フープ層Ｃ１により、容器Ｖ内部の圧力等により胴部Ｌ１に外側に向かって大きな力が作用した場合に、胴部Ｌ１の変形を抑制することができる。この構成は、本実施形態のような円筒状の容器で特に有効である。

ヘリカル層Ｃ２は、胴部Ｌ１において、第１フープ層Ｃ１の外側に形成されている。また、ヘリカル層Ｃ２は、鏡部Ｌ２、Ｌ３の全体、及びネック部Ｌ４、底部Ｌ５の一部において、ライナーＬの外側に形成されている。

ヘリカル層Ｃ２において、繊維Ｆは、回転軸の方向とフープ巻きの方向との間の角度で、いわゆるヘリカル巻きで巻回されている。ヘリカル層Ｃ２では、複数の層をなすように繊維Ｆが巻回される。また、隣り合う層の一方の層における繊維Ｆの巻回方向が右ねじの方向である場合、他方の層における繊維Ｆの巻回方向は、左ねじの方向であることが好ましい。

ヘリカル層Ｃ２により、鏡部Ｌ２、Ｌ３、ネック部Ｌ４、及び底部Ｌ５に作用する応力に対してライナーＬの変形を抑制することができる。また、ヘリカル層Ｃ２の繊維Ｆが、外側から第１フープ層Ｃ１を絞めつけることで、第１フープ層Ｃ１の繊維Ｆが軸方向に動くことが抑制され、第１フープ層Ｃ１が補強される。

第２フープ層Ｃ３は、胴部Ｌ１において、ヘリカル層Ｃ２の外側に形成される。第２フープ層Ｃ３において、繊維Ｆは、第１フープ層Ｃ１と同様にフープ巻きで胴部Ｌ１の周りに巻回されている。なお、第２フープ層Ｃ３において、繊維Ｆは１層で巻回されていてもよく、２層以上を形成するように巻回されていてもよい。

第２フープ層Ｃ３を設ける理由及び効果については、第１フープ層Ｃ１で述べたことの他、第２フープ層Ｃ３の繊維Ｆが、外側からヘリカル層Ｃ２を絞めつけることで、ヘリカル層Ｃ２の繊維Ｆがより強固に固定され、ヘリカル層Ｃ２が補強されるといった効果が挙げられる。

＜２．樹脂成形品の製造装置＞
次に、図２に示すＦＷ成形装置１の構成について具体的に説明する。なお、図２は、本発明の一実施形態にかかる樹脂成形品の製造装置の一例としてのＦＷ成形装置１を示す斜視図である。

ＦＷ成形装置１は、図２に示すように、ライナーＬを回転させながら、光硬化性樹脂Ｐ１を含浸させた繊維ＦをライナーＬ上に巻回し、ライナーＬ上の光硬化性樹脂Ｐ１に光を照射することにより光硬化性樹脂Ｐ１を硬化させ、複合材料層Ｃを形成する樹脂成形品の製造装置である。具体的に、このＦＷ成形装置１は、繊維供給部１０と、樹脂供給部２０と、繊維ガイド部３０と、回転装置４０と、光照射装置５０とを備える。

繊維供給部１０は、円筒状に巻かれた繊維Ｆを有するロービング１１と、繊維Ｆを搬送する供給ローラ１２とを備える。繊維供給部１０では、ロービング１１から繊維Ｆの一端が引き出され、繊維Ｆを供給ローラ１２に当接させ、供給ローラ１２を回転させることにより、樹脂供給部２０へ繊維Ｆが供給される。

本実施形態において、ロービング１１は、複数設置された構成であり、それぞれのロービング１１から繊維Ｆが引き出される。なお、用途によっては、繊維供給部１０は、予め織られた布状の繊維等を供給するものであってもよい。また、本実施形態では、１つの供給ローラ１２が設けられた構成となっているが、必要に応じて複数の供給ローラ１２を設けてもよい。

樹脂供給部２０は、樹脂槽２１と、搬送ローラ２２及び搬送ローラ２３とを備える。樹脂槽２１には、液体の光硬化性樹脂Ｐ１が貯められている。光硬化性樹脂Ｐ１は、樹脂硬化物Ｐ、すなわち複合材料層Ｃのマトリックスの原料となる。光硬化性樹脂Ｐ１は、例えば、可視光硬化性樹脂であるリポキシＬＣ−７２０、ＬＣ−７６０等が挙げられるが、これに限らない。

搬送ローラ２２は、樹脂槽２１内に設けられている。この搬送ローラ２２の下側に繊維Ｆを当接させることで、繊維Ｆが樹脂槽２１内に導かれ、繊維Ｆに光硬化性樹脂Ｐ１を含浸させることができる。

搬送ローラ２３は、樹脂槽２１と繊維ガイド部３０との間に設けられている。この搬送ローラ２３に繊維Ｆが当接した状態で搬送ローラ２３が回転することで、光硬化性樹脂Ｐ１を含浸させた繊維Ｆが繊維ガイド部３０へと送られる。

繊維ガイド部３０は、レール３１と、繊維ガイド３２とを備える。レール３１は、ライナーＬの軸方向に延びる一対の棒状部材である。繊維ガイド３２は、樹脂供給部２０から送られてきた繊維Ｆを、この繊維ガイド３２の内部で束ねて、回転装置４０に固定されて回転するライナーＬに送る。

繊維ガイド３２は、レール３１に取り付けられ、レール３１上を軸方向に往復移動可能である。繊維ガイド３２の動作機構としては、例えば、レール３１の片方にラックを設け、繊維ガイド３２内にピニオンが取り付けられた電動モータを設け、ラックとピニオンとを噛み合わせる構造（ラック・アンド・ピニオン）等が挙げられる。なお、ここで述べた繊維ガイド部３０の構成は一例であり、例えば、繊維ガイド部３０に樹脂槽を搭載してもよく、さらに、ロービングを搭載してもよい。

この構成により、繊維ガイド部３０では、繊維ガイド３２の移動速度を制御することで、繊維Ｆの巻回構造をコントロールすることができる。また、繊維ガイド３２の移動範囲を制御することで、繊維Ｆを巻回する範囲を調整することができる。

繊維ガイド３２の移動制御は、例えば、コンピュータ（図示せず。）により制御される。例えば、図１に示すような容器Ｖを製造する場合、以下のように繊維ガイド部の動作が制御される。

まず、繊維ガイド３２を、胴部Ｌ１の範囲で遅い速度（例えば、ライナーＬが１回転する間に、（繊維Ｆの直径＋繊維Ｆ間の光硬化性樹脂Ｐ１の厚み）×（供給される繊維Ｆの本数）だけ進む速度）で往復させることで、第１フープ層Ｃ１が形成される。次に、繊維ガイド３２を、胴部Ｌ１及び鏡部Ｌ２、Ｌ３をカバーする範囲で速い速度（例えば、第１フープ層Ｃ１の形成時よりも速い速度）で往復させることで、ヘリカル層Ｃ２が形成される。その後、繊維ガイド３２を、胴部Ｌ１の範囲で遅い速度（例えば、第１フープ層Ｃ１の形成時と同じ速度）で往復させることで、第２フープ層Ｃ３が形成される。なお、各層の厚さは、繊維ガイド部３０の往復回数でコントロールすることができる。

＜３．回転装置＞
次に、ＦＷ成形装置１が備える回転装置４０の構成について図３を参照しながら説明する。なお、図３は、本発明の一実施形態にかかるフィラメントワインディング成形装置１が備える回転装置４０を示す正面図である。

回転装置４０は、図３に示すように、ライナーＬを回転させるものであり、駆動軸４１と、補助軸４２と、補助支持部４３と、本体部４４とを備える。駆動軸４１は、回転軸上にある棒状の部材であり、本体部４４を貫通する。駆動軸４１は、ライナーＬ側の一端におねじ部４１１と、本体部４４内となる部分にギア４１２とを備える。

おねじ部４１１は、ネック部Ｌ４内のインサート部材Ｍの貫通穴Ｌ４４のめねじ部Ｍ１１に螺合する。これにより、ライナーＬは、駆動軸４１に固定され、駆動軸４１と共に回転する。

本実施形態においては、駆動軸４１側からライナーＬを見た場合、繊維ガイド部３０から送られてきた繊維ＦがライナーＬの左上からライナーＬ上に達する。また、ライナーＬが右方向に回転することで、繊維ＦがライナーＬに巻回される。なお、ライナーＬを左回転させる場合、繊維ＦがライナーＬの右下から達するようにしてもよい。

また、本実施形態において、おねじ部４１１及びめねじ部Ｍ１１は、右ねじである。すなわち、本実施形態において、ライナーＬを回転させる方向と、駆動軸４１とライナーＬを結合させているねじの方向とは同じである。この構成によれば、ねじの緩みを抑制できる。また、ライナーＬは、より確実に駆動軸４１に固定される。なお、ライナーＬを逆に回転させる場合、おねじ部４１１及びめねじ部Ｍ１１は、左ねじ（逆ねじ）にすることが好ましい。

補助軸４２は、ライナーＬの鏡部Ｌ３側を回転可能に支持する。補助軸４２は、回転軸上にある棒状の部材である。補助軸４２の一端は、後述する補助支持部４３の軸支部４３１に挿入されている。また、補助軸４２の他端は、ライナーＬの底部Ｌ５の挿入穴Ｌ５４に挿入される。

補助支持部４３は、上下に延びる部材の上側に軸支部４３１と、下側にピストン４３２とを備える。軸支部４３１は、補助軸４２を軸支する。軸支部４３１の代表的な構成は、ボールベアリングであるが、これに限らない。ピストン４３２は、ライナーＬの下方に位置し、軸方向に延びる。

本体部４４は、駆動装置４４１と、動力伝達部４４２と、シリンダ４４３とを備える。駆動装置４４１は、動力源であり、例えば、電動モータ、内燃機関、外燃機関等が挙げられる。その中でも、制御のしやすさから電動モータを用いることが好ましい。動力伝達部４４２は、駆動装置４４１及び駆動軸４１のギア４１２と噛み合うギアである。本実施形態では、駆動装置４４１から駆動軸４１へ動力を伝達する手段としてギアを用いている。また、動力を伝達する手段としては、これに限らず、例えば、ベルト及びプーリーを用いた手段などを用いることができる。

シリンダ４４３は、ライナーＬの下方に位置する。シリンダ４４３は、本体部４４から補助支持部４３に向かって延びる軸である。シリンダ４４３には、ピストン４３２が挿し込まれる。この構成により、補助支持部４３が軸方向（図３の矢印ＡＬ１及びＡＲ１の方向）に往復移動可能に支持される。そのため、先にライナーＬのネック部Ｌ４が駆動軸４１に固定された状態で、補助支持部４３をライナーＬの方向に移動させる。これにより、補助軸４２が底部Ｌ５に挿し込まれ、ライナーＬが回転装置４０に回転可能に固定される。

＜４．光照射装置＞
次に、ＦＷ成形装置１が備える光照射装置５０の構成について図４を参照しながら説明する。なお、図４は、本発明の一実施形態にかかる光照射装置５０を示す正面図である。

光照射装置５０は、ライナーＬ上にある光硬化性樹脂Ｐ１（被照射物）に光を照射するものであり、第１照射ユニット５１と、第２照射ユニット５２と、第３照射ユニット５３と、リテーナ５４と、台車５５とを備える。

なお、以下の説明において、各照射ユニット５１、５２、５３の向き、及び各照射ユニット５１、５２、５３が光を照射する方向（後述する第１の方向Ｄ１、第２の方向Ｄ２、及び第３の方向Ｄ３）とは、各照射ユニット５１、５２、５３が発する光が最も強い方向を指すものとする。

第１照射ユニット５１は、ライナーＬの胴部Ｌ１の外面に対向している。第１照射ユニット５１は、複数の光源５１１（光源５１１の配置については、後述する図５を参照しながら説明する。）と、カバー５１２とを備える。本実施形態では、第１照射ユニット５１が光を照射する方向（以下、第１の方向という。）Ｄ１は、回転軸に向かう向きであり、回転軸に対して垂直な方向である。

複数の光源５１１は、第１の方向Ｄ１に向けて光を照射する。各光源５１１が発する光の波長は、光硬化性樹脂Ｐ１が効率よく硬化する領域であることが好ましい。また、各光源５１１が発する光は、ライナーＬを透過することが好ましい。光を直接照射することが難しい部分を有していても、ライナーＬを透過した光がその部分に届くためである。

例えば、ライナーＬが高密度ポリエチレンからなる場合、光源５１１は、３８０〜４５０ｎｍの波長を持つ光を発することが好ましい。光源５１１としては、ＬＥＤを用いることが好ましい。ＬＥＤは、発光効率の高い発光素子であるため、省電力で多くの光を照射することができる。また、ＬＥＤは、長寿命の発光素子でもある。そのため、光源５１１の交換によるメンテナンスコストを低減することができる。ただし、条件によっては光源５１１として、メタルハライドランプ、有機ＥＬ、無機ＥＬ等を用いてもよい。

カバー５１２は、照射する対象物（被照射物）であるライナーＬ上の光硬化性樹脂Ｐ１と光源５１１との間で、複数の光源５１１の配列される面に平行に配置された板状の部材である。カバー５１２は、複数の光源５１１を光硬化性樹脂Ｐ１の飛沫から保護することができる。そのため、繊維Ｆの巻回中でも、光硬化性樹脂Ｐ１に光を照射することができ、容器Ｖの生産性が向上する。

なお、この場合、カバー５１２は、光硬化性樹脂Ｐ１を硬化させるために必要な波長の光を透過することができる必要がある。カバー５１２の材質としては、例えば、ガラス、石英、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル等が挙げられる。さらに、耐溶剤性及び耐食性等に優れたガラス、石英が好ましく、設備のコストを考慮するとガラスが特に好ましい。

図５は、一例としての第１照射ユニット５１を光の照射方向から見た平面図である。第１照射ユニット５１では、図５に示すように、軸方向を長手方向とした長方形（正方形の場合も含む。特に断りがなければ以下同様である。）の範囲に、複数の光源５１１が軸方向と平行な行方向と、行方向と直交する列方向とに並んで配置されている。すなわち、第１照射ユニット５１では、複数の光源５１１が長方形の面内における行方向及び列方向に並んで配置されることにより、面状に光を照射する面光源が構成されている。

この面光源を構成する複数の光源５１１の配置については、以下の点について考慮すべきである。すなわち、軸方向（行方向）における光源５１１の間隔が狭くなるほど、ライナーＬに対して照射する光の均一性が高くなる。一方、必要とされる光源５１１の数が増加し、消費電力及びメンテナンス等のコストが増大する。

これに対して、軸方向における光源５１１の間隔が広くなるほど、必要とされる光源５１１の数が減少し、消費電力及びメンテナンス等のコストを抑えることができる。一方、ライナーＬに対して照射する光の均一性が低下する。また、照射される光の強度が小さい部分は光硬化性樹脂Ｐ１の効果に時間を要するため、容器Ｖの生産性が低下する。

ライナーＬの回転方向（列方向）において、複数の光源５１１を設けることにより、ライナーＬに照射される光の量が増加する。また、ライナーＬ上の光硬化性樹脂Ｐ１は、１回転する間に、光がより長い時間照射されるため、容器Ｖの生産性が向上する。

なお、図５に示す複数の光源５１１の配置は、一例にすぎず、ライナーＬの形状等の条件によっては、光源５１１の間隔を等間隔ではなく、場所により変化させてもよい。また、図５に示す構成は、複数の光源５１１の配置の一例であり、形成される面は長方形に限らない。

第２照射ユニット５２は、図４に示すように、回転軸に対して平行な方向において、第１照射ユニット５１とは異なる位置に配置されている。本実施形態において、第２照射ユニット５２は、第１照射ユニット５１に対して鏡部Ｌ２側に配置されている。

第２照射ユニット５２は、ライナーＬの鏡部Ｌ２の外面に対向している。第２照射ユニット５２は、複数の光源５２１（光源５２１の配置については、後述する図６を参照しながら説明する。）と、カバー５２２とを備える。本実施形態では、第２照射ユニット５２が光を照射する方向（以下、第２の方向という。）Ｄ２は、回転軸に向かう方向、かつ第１照射ユニット５１側に向かう方向である。第２の方向Ｄ２は、その回転軸に対する角度が第１の方向Ｄ１とは異なる。すなわち、第２の方向Ｄ２は、回転軸に対して鋭角をなす、あるいは回転軸と平行な方向である。

複数の光源５２１は、第２の方向Ｄ２に向けて光を照射する。各光源５２１には、第１照射ユニット５１で用いた光源５１１と同様のものを用いることができる。カバー５２２は、照射する対象物（被照射物）であるライナーＬ上の光硬化性樹脂Ｐ１と光源５２１との間で、複数の光源５２１の配列される面に平行に配置された板状の部材である。カバー５２２は、第１照射ユニット５１で用いたカバー５１２と同様の材質のものを用いることができる。

第２照射ユニット５２の各光源５２１への電力供給は、第１照射ユニット５１の各光源５１１と独立して行うことが好ましい。これにより、例えば、鏡部Ｌ２上には形成されない第１フープ層Ｃ１、及び第２フープ層Ｃ３の形成工程において、第２照射ユニット５２の各光源５２１への電力供給を行わなければ、光照射装置５０が使用する電力を削減できる。

図６は、一例としての第２照射ユニット５２を光の照射方向から見た平面図である。
第２照射ユニット５２では、図６に示すように、複数の光源５２１が回転軸に垂直な行方向と、列方向と直交する行方向とに並んで配置されている。すなわち、第２照射ユニット５２では、複数の光源５２１が長方形の面内における行方向及び列方向に並んで配置されることにより、面状に光を照射する面光源が構成されている。

この面光源を構成する複数の光源５２１の行方向における配置及び間隔については、第１照射ユニット５１の複数の光源５２１の行方向における配置及び間隔と同様の理由を考慮すべきである。

また、列方向に複数の光源５２１を設ける利点は、第１照射ユニット５１で述べたものの他に、以下の利点も考えられる。すなわち、流動性のある光硬化性樹脂Ｐ１は、回転するライナーＬ上で、回転軸に近い部分ほど厚く形成される傾向にある。そのため、回転軸に近い部分の光硬化性樹脂Ｐ１は、硬化するために、より多くの光が照射される必要がある。

ここで、本実施形態のように、第２照射ユニット５２が面光源を構成している場合、回転軸に近い部分ほど、広角で光が照射される。すなわち、回転軸に近いほど、光が長い時間照射される。このことから、第２照射ユニット５２を面光源とした場合、より効率的かつ均一に、鏡部Ｌ２上の光硬化性樹脂Ｐ１を硬化させることができる。

なお、図６に示す複数の光源５２１の配置は、一例にすぎず、ライナーＬの形状等の条件によっては、光源５２１の間隔を等間隔ではなく、場所により変化させてもよい。また、図６に示す構成は、複数の光源５２１の配置の一例であり、形成される面は長方形に限らない。

第３照射ユニット５３は、図４に示すように、回転軸に対して平行な方向において、第１照射ユニット５１とは異なる位置に配置されている。本実施形態において、第３照射ユニット５３は、第１照射ユニット５１に対して鏡部Ｌ３側に配置されている。

第３照射ユニット５３は、ライナーＬの鏡部Ｌ３の外面に対向している。第３照射ユニット５３は、複数の光源５３１と、カバー５３２とを備える。本実施形態では、第３照射ユニット５３が光を照射する方向（以下、第３の方向という。）Ｄ３は、軸方向、すなわち、回転軸と平行な方向である。

複数の光源５３１及びカバー５３２は、第２照射ユニット５２における複数の光源５２１及びカバー５２２と同様である。また、第３照射ユニット５３を構成する複数の光源５３１の配置及び間隔については、第２照射ユニット５２を構成する複数の光源５２１の配置及び間隔と同様であるため、ここでは説明を省略する。

第３照射ユニット５３の各光源５３１への電力供給は、第１照射ユニット５１の各光源５１１と独立して行うことが好ましい。これにより、例えば、鏡部Ｌ３上には形成されない第１フープ層Ｃ１、及び第２フープ層Ｃ３の形成工程において、第３照射ユニット５３の各光源５３１への電力供給を行わなければ、光照射装置５０が使用する電力を削減できる。

リテーナ５４は、本体部材５４１と、第１昇降装置５４２と、第２昇降装置５４３と、第３昇降装置５４４と、第２回転装置５４５とを備える。本体部材５４１は、各照射ユニット５１、５２、５３の上において軸方向に延びる部材である。第２昇降装置５４３及び第２回転装置５４５は、駆動軸４１側に取り付けられている。第３昇降装置５４４は、補助軸４２側に取り付けられている。第１昇降装置５４２は、第２昇降装置５４３と第３昇降装置５４４との間に取り付けられている。

第１昇降装置５４２は、第１照射ユニット５１を支持し、かつ第１照射ユニット５１を上下方向に移動させる装置である。第１昇降装置５４２の具体的な構成としては、図４では、動力源として電動モータを用いて、ラックとピニオンにより動力を第１照射ユニット５１に伝える等の構成が挙げられるが、一例にすぎず、これに限らない。

第１照射ユニット５１は、第１昇降装置５４２により回転軸に近づく方向及び遠ざかる方向に移動することができ、様々な直径を有する容器Ｖに対して、適切な位置から光を照射することができる。

また、第２昇降装置５４３及び第３昇降装置５４４は、それぞれ第２照射ユニット５２及び第３照射ユニット５３を支持し、第２照射ユニット５２及び第３照射ユニット５３を上下方向に移動させる装置である。第２昇降装置５４３及び第３昇降装置５４４については、第１昇降装置５４２と同様の構成とすることができる。この構成により、直径の大きな容器Ｖである場合、すなわち、鏡部Ｌ２、Ｌ３が大きくても、鏡部Ｌ２、Ｌ３の全体に光を照射することができる。特に、第３照射ユニット５３が昇降可能であることで、底部Ｌ５周辺にある光硬化性樹脂Ｐ１にも効率よく光を照射することができる。

第２回転装置５４５は、第２照射ユニット５２を回転軸及び第２の方向Ｄ２に対して垂直な軸回りに回転させる装置である。すなわち、第２照射ユニット５２は、図示されている矢印ＡＬ２及びＡＲ２の方向に回転可能である。

第２回転装置５４５の例としては、電動モータ等が挙げられるが、これに限らない。この構成により、第２照射ユニット５２の向きである第２の方向Ｄ２を、軸方向に近づけることで、鏡部Ｌ２に効率よく光を照射することができる。また、軸方向と第２の方向Ｄ２とがなす角を大きくすることで、ネック部Ｌ４上にある光硬化性樹脂Ｐ１に効率よく光を照射することができる。

台車５５は、支柱５５１と、本体部５５２と、車輪５５３とを備える。支柱５５１は、上下方向に延びる柱部材である。支柱５５１の上部には、リテーナ５４の本体部材５４１が取り付けられている。また、支柱５５１の下部は、本体部５５２に取り付けられる。これらの取り付け構造としては、ねじ締結、溶接等による一体化等、適宜選択可能である。

本体部５５２には、適宜ウエイト等を設けることができる。それにより、台車５５の重心を低くして、光照射装置５０の姿勢を安定させることができる。車輪５５３は、本体部５５２の下側に取り付けられることによって、光照射装置５０を床面（又は地面）上で移動可能に支持する。車輪５５３には、光照射装置５０の使用時に光照射装置５０を固定するために、ストッパーを設けることが好ましい。

＜５．光照射装置の第１変形例＞
次に、本発明の一実施形態にかかる光照射装置５０の第１変形例について図７を参照しながら説明する。なお、図７は、本発明の一実施形態にかかる光照射装置５０の第１の変形例を示す斜視図である。

第１変形例における光照射装置５０では、図７に示すように、照射ユニットのセット５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃが回転軸の周りに３カ所設けられている。

セット５０Ａは、第１Ａ照射ユニット５１Ａと、第２Ａ照射手ニット５２Ａと、第３Ａ照射ユニット５３Ａとを備える。セット５０Ｂは、第１Ｂ照射ユニット５１Ｂと、第２Ｂ照射手ニット５２Ｂと、第３Ｂ照射ユニット５３Ｂとを備える。セット５０Ｃは、第１Ｃ照射ユニット５１Ｃと、第２Ｃ照射手ニット５２Ｃと、第３Ｃ照射ユニット５３Ｃとを備える。

なお、この図７では、各照射ユニット５１Ａ〜５３Ａ、５１Ｂ〜５３Ｂ、５１Ｃ〜５３Ｃ以外の光照射装置５０の構成については図示を省略するが、各セット５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに含まれる照射ユニット５１Ａ〜５３Ａ、５１Ｂ〜５３Ｂ、５１Ｃ〜５３Ｃは、図４で示す照射ユニット５１、５２、５３の構成と同様の構成で支持されている。

この例では、第２Ａ照射ユニット５２Ａ、第２Ｂ照射ユニット５２Ｂ、及び第２Ｃ照射ユニット５２Ｃは、いずれも回転軸の方向に頂点を有し、回転軸から離れるにつれて幅が広がる三角形の形状を有する面光源となっている。この構成により、各照射ユニット５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを干渉させることなく、照射ユニット間の隙間を小さく配置することができ、鏡部Ｌ２上の光硬化性樹脂Ｐ１に効率よく光を照射することができる。

また、第３Ａ照射ユニット５３Ａ、第３Ｂ照射ユニット５３Ｂ、及び第３Ｃ照射ユニット５３Ｃも同様に、いずれも回転軸の方向に頂点を有し、回転軸から離れるにつれて幅が広がる三角形の形状を有する面光源となっている。

なお、各第２Ａ〜２Ｃ照射ユニット５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、及び、各第３Ａ〜３Ｃ照射ユニット５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃにおいて、ＬＥＤ等の点光源を複数配置する場合、その配置方法については特に限定されず、例えば、格子状に配置してもよく、三角形の各辺に平行な列を形成するように配置してもよい。

この構成によれば、ライナーＬ上の光硬化性樹脂Ｐ１は、ライナーＬが１回転する間により多くの光が照射される。そのため、光硬化性樹脂Ｐ１はより速く硬化が進むことにより、容器Ｖの製造に必要な時間が短縮され、生産性が向上する。

なお、図７に示す例において、セット５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、同様の構成を有しているが、製造条件、設備のサイズ等を考慮して、適宜異なる構成としてもよい。

＜６．光照射装置の第２変形例＞
次に、本発明の一実施形態にかかる光照射装置５０の第２変形例について図８を参照しながら説明する。なお、図８は、本発明の一実施形態にかかる光照射装置５０の第２変形例を示す正面図である。また、図８では、ライナーＬの回転軸Ａを一点鎖線で図示する。

第２変形例における光照射装置５０では、図８に示すように、第１照射ユニット５１に代えて、第１Ｌ照射ユニット５１Ｌ、及び第１Ｒ照射ユニット５１Ｒを備える。なお、この図８では、各照射ユニット５１Ｌ、５１Ｒ以外の光照射装置５０の構成については図示を省略するが、第１Ｌ照射ユニット５１Ｌ及び第１Ｒ照射ユニット５１Ｒは、図４で示した第１照射ユニット５１を支持する構成と同様の構成で支持されている。

図８では、第１Ｌ照射ユニット５１Ｌ、第１Ｒ照射ユニット５１Ｒ、及び第２照射ユニット５２の光の照射方向Ｄ１Ｌ、Ｄ１Ｒ、及びＤ２を一点鎖線で示す。第１Ｌ照射ユニット５１Ｌが光を照射する方向Ｄ１Ｌと回転軸Ａとがなす角θ１Ｌは、鋭角である。また、角θ１Ｌは、第２照射ユニット５２が光を照射する方向Ｄ２と回転軸Ａとがなす角θ２よりも大きい（θ２＜θ１Ｌ＜９０°）。

第１Ｒ照射ユニット５１Ｒは、第１Ｌ照射ユニット５１Ｌと第３照射ユニット５３との間に配される。第１Ｒ照射ユニット５１Ｒは、回転軸Ａに向けられ、かつ第１Ｌ照射ユニット５１Ｌ側に向けられている。すなわち、第１Ｒ照射ユニット５１Ｒが光を照射する方向Ｄ１Ｒと回転軸Ａとがなす角θ１Ｒは、鋭角である（０°＜θ１Ｒ＜９０°）。

第２変形例の構成によれば、例えば図８に示すような胴部に膨らみを持つ形状の容器Ｖ２であっても、効率的に光を照射することができ、生産性を向上させることができる。

＜７．本実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態にかかるＦＷ成形装置１は、ライナーＬの外面に対向して配置されて、第１の方向Ｄ１に光を照射する第１照射ユニット５１の他に、回転軸に対して平行な方向において前記第１照射ユニット５１とは異なる位置に、ライナーＬの外面に対向して配置されて、ライナーＬの回転軸に対する角度が第１の方向Ｄ１と異なる第２の方向Ｄ２に光を照射する第２照射ユニット５２とを備えている。

この構成によれば、回転軸を含む断面において回転軸に対する角度が変化する断面をもつ形状、例えば容器Ｖのような鏡部Ｌ２、Ｌ３、すなわち上面及び／又は下面を有する樹脂成形物を製造する場合であっても効率よく光硬化性樹脂Ｐ１に光を照射することができる。したがって、本実施形態により、光硬化性樹脂を用いたＦＲＰ製の、上面及び／又は下面を有する容器Ｖを高い生産性で製造することが可能なＦＷ成形装置１を提供することができる。

なお、本実施形態の構成は、ＬＥＤのような指向性の高い光源を用いた場合、特に大きな効果が得られる。

１…フィラメントワインディング（ＦＷ）成形装置（樹脂成形品の製造装置） １０…繊維供給部 ２０…樹脂供給部 ３０…繊維ガイド部 ４０…回転装置 ５０…光照射装置 ５１…第１照射ユニット ５１１…光源 ５２…第２照射ユニット ５２１…光源 ５３…第３照射ユニット ５３１…光源 ５４…リテーナ ５４２…第１昇降装置 ５４３…第２昇降装置 ５４４…第３昇降装置 ５５…台車 Ｖ…容器 Ｌ…ライナー Ｍ…インサート部材 Ｃ…複合材料層 Ｐ１…光硬化性樹脂（被照射物）

Claims (9)

1. 光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーを回転させながら、前記光硬化性樹脂に光を照射することにより前記光硬化性樹脂を硬化させる樹脂成形品の製造装置であって、
   前記ライナーの外面に対向して配置されて、前記光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーに対して第１の方向から光を照射する第１照射ユニットと、
   前記ライナーの回転軸に対して平行な方向において前記第１照射ユニットとは異なる位置に、前記ライナーの外面に対向して配置されて、前記光硬化性樹脂を含浸させた繊維が巻回されたライナーに対して前記第１の方向とは前記ライナーの回転軸に対する角度が異なる第２の方向から光を照射する第２照射ユニットと、
   を備えることを特徴とする樹脂成形品の製造装置。
2. 前記第１の方向は、前記ライナーの回転軸に対して垂直である請求項１に記載の樹脂成形品の製造装置。
3. 前記第２照射ユニットは、面状に光を照射する面光源である請求項１又は２に記載の樹脂成形品の製造装置。
4. 前記面光源は、複数の光源が配置されることにより構成されている請求項３に記載の樹脂成形品の製造装置。
5. 前記面光源は、前記複数の光源が長方形の面内における行方向及び列方向に並んで配置されることにより構成されている請求項４に記載の樹脂成形品の製造装置。
6. 前記第２照射ユニットは、前記ライナーの回転軸及び前記第２の方向に対して垂直な軸回りに回転可能である請求項１〜５のいずれか一項に記載の樹脂成形品の製造装置。
7. 前記第２照射ユニットは、前記ライナーの回転軸に対して近づく方向及び遠ざかる方向に移動可能である請求項１〜６のいずれか一項に記載の樹脂成形品の製造装置。
8. 前記第２照射ユニットは、光源としてＬＥＤを備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の樹脂成形品の製造装置。
9. 被照射物を回転させながら、前記被照射物に光を照射する光照射装置であって、
   前記被照射物の外面に対向して配置されて、前記被照射物に対して第１の方向から光を照射する第１照射ユニットと、
   前記被照射物の回転軸に対して平行な方向において前記第１照射ユニットとは異なる位置に、前記被照射物の外面に対向して配置されて、前記被照射物に対して前記第１の方向とは前記被照射物の回転軸に対する角度が異なる第２の方向から光を照射する第２照射ユニットと、
   を備えることを特徴とする光照射装置。

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