JP2021151770A - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】品質の安定した薄肉の成形体を成形することのできるフィラメントワインディング装置を提供する。【解決手段】複数の搬送ローラ２２が配置され、その周面に沿ってトウプリプレグＴを搬送する搬送部２０と、搬送された前記トウプリプレグＴを芯材３１の周囲に巻き付ける巻付部３０とを備えたフィラメントワインディング装置１であって、前記巻付部３０では、前記芯材３１が所定の回転速度で回転され、前記搬送部２０では、それぞれの前記搬送ローラ２２から搬送される前記トウプリプレグＴの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御される。【選択図】図１

Description

本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。

繊維強化樹脂材料からなる成形体は、軽量でありながら強度に優れていることから様々な分野で広く利用されている。こうした成形体は、通常、複数本の強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させたいわゆるプリプレグと呼ばれるシート状基材を積層し、加圧及び加熱により樹脂を熱硬化させて賦形することにより製造される。プリプレグとしては、シートプリプレグや、より細幅のトウプリプレグが知られている。

特許文献１には、燃料電池車両に搭載される高圧水素タンクを、繊維強化樹脂材料で製造するためのフィラメントワインディング装置に係る発明が記載されている。特許文献１に記載されるフィラメントワインディング装置では、ボビンに巻き付けられた繊維束（トウプリプレグ）が、複数の搬送ローラ（搬送ローラ及びモータ駆動ローラ）の周面に沿って搬送され、複数のアイクチローラで適度に拡幅された状態で、回転するタンクに巻き付けられる。複数の搬送ローラの下流側にはフリーローラが配置されており、搬送ローラの回転速度は、フリーローラの回転速度に基づいて制御されている。これにより、搬送ローラ上での繊維束の摩耗が抑制されて、安定した品質のタンクを製造することができるとされている。

特開２０１９−５５８３１号公報

ところで、トウプリプレグに、均一な繊維幅で均質に繊維強化樹脂が含浸されていたとしても、フィラメントワインディング装置での搬送中に、その繊維幅が変動等することにより、トウプリプレグの厚みにばらつきが生じることがある。トウプリプレグの厚みにばらつきが生じると、成形された成形体の表面に凹凸が発生し易くなる。その結果、成形体の周方向や軸方向における強度が不均一になり易くなって、成形体の品質が安定し難い。そのため、成形体の品質を安定させるためには、トウプリプレグの巻き付け量を多くせざるを得ず、成形体が厚肉化して重量が大きくなってしまうことになる。これは、例えば、車両の燃費向上の観点から、車両に搭載する各種部品を軽量化するといった世の中の流れに反する。また、部品の軽量化は、車両等の輸送分野のみならず、他の様々な分野に適用される成形体においても要請されるところである。

本発明は、このような従来の課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、品質の安定した薄肉の成形体を成形することの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である。

上記課題を解決するため、本発明は、複数の搬送ローラが配置され、その周面に沿ってトウプリプレグを搬送する搬送部と、搬送された前記トウプリプレグを芯材の周囲に巻き付ける巻付部とを備えるフィラメントワインディング装置であって、前記巻付部では、前記芯材が所定の回転速度で回転され、前記搬送部では、それぞれの前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御される。

トウプリプレグに大きな張力を掛けて搬送しようとすると、トウプリプレグが巻回されたボビンでは、トウプリプレグを巻き出す際に、積層方向に重なり合ったトウプリプレグで、トウプリプレグを構成する強化繊維同士が食い込むような状態となり易い。これにより、トウプリプレグの巻き出しがスムーズに行えず、繊維幅が変動し易くなる。また、トウプリプレグに大きな張力を掛けて搬送すると、搬送ローラの周面上では、トウプリプレグが滑り易くなって搬送ローラだけが回転する状態となる。これによっても、トウプリプレグの巻き出しがスムーズに行えず、繊維幅が変動し易くなる。

上記の構成によれば、搬送部では、複数の搬送ローラに対して、上流側から下流側へ行くほど搬送ローラから搬送されるトウプリプレグの張力が段階的に大きくなるように制御している。そのため、上流側のボビンでは、トウプリプレグを巻き出す際の張力を小さく抑えることができる一方で、下流側の搬送ローラでは、トウプリプレグに対して大きな張力を掛けることができる。

これにより、トウプリプレグの巻き出し時に強化繊維同士の食い込みが発生し難くなり、搬送中のトウプリプレグが各搬送ローラの周面上で滑り難くなる。その結果、トウプリプレグの巻き出しがスムーズになって、トウプリプレグは複数の搬送ローラ間を繊維幅が安定した状態で搬送される。また、下流側の搬送ローラでは大きな張力が掛けられるため、搬送ローラの周面に沿って搬送される際にトウプリプレグ中の樹脂が滲み出してその厚みが薄くなり、繊維体積含有率Ｖｆが上昇する。このように、トウプリプレグは、複数の搬送ローラ間を繊維幅が安定した状態で搬送されるとともに、高い繊維体積含有率Ｖｆとなる。そのため、薄肉であっても安定した品質の成形体を成形することができる。また、薄肉であっても強度に優れた成形体を成形することができる。

上記の構成において、前記搬送部では、複数の前記搬送ローラの回転トルクが制御されることが好ましい。
上記の構成によれば、搬送ローラの回転を回転トルクで制御するので、複数の搬送ローラの径が異なっていても、トウプリプレグに掛かる張力の調整を容易に行え、トウプリプレグの搬送速度の調整が容易に行える。

上記の構成において、前記搬送部では、複数の前記搬送ローラが、その周面に対する前記トウプリプレグの接触長さが略同一になるように配置されていることが好ましい。
上記の構成によれば、複数の搬送ローラの回転トルクの上げ幅を同じにすることができる。そのため、複数の搬送ローラの回転トルクを一つの制御部で管理することができる。制御を簡単にすることができ、装置構成を簡略化することができる。なお、ここでの略同一とは、複数の搬送ローラの周面に対するトウプリプレグの接触長さが完全に同一である場合だけでなく、例えば、±２０％程度の誤差範囲である場合を含むものとする。

上記の構成において、最も下流側の前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力を検出する検出部を備え、前記搬送部では、前記張力の検出値に基づいて、複数の前記搬送ローラの最も下流側での前記トウプリプレグに掛かる張力が制御されるとともに、それぞれの前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御されることが好ましい。

上記の構成によれば、芯材に巻かれる手前のトウプリプレグに掛かる張力に基づいて、搬送ローラでの搬送中のトウプリプレグの張力を制御するため、トウプリプレグに掛かる張力を狙った値に管理し易い。トウプリプレグに掛かる張力を狙った値に管理できることにより、トウプリプレグの繊維体積含有率Ｖｆ（％）を狙った値に管理し易い。

本発明によれば、品質の安定した薄肉の成形体を成形することができる。

本実施形態のフィラメントワインディング装置の模式図。 フィラメントワインディング装置での搬送ローラの回転トルクの制御について説明するフローチャート。 搬送ローラでトウプリプレグが搬送される状態について説明する図。 トウプリプレグに掛かる張力と繊維体積含有率Ｖｆとの関係について示す図。 搬送ローラの回転トルクの制御の変更例について説明するフローチャート。

以下、本発明を具体化したフィラメントワインディング装置（以下、ＦＷ装置と言う。）について、図１に基づいて説明する。
成形体を構成する繊維強化樹脂の材質は特に限定されず、繊維強化樹脂を構成する樹脂及び強化繊維は従来公知のものから適宜選択することができる。例えば、繊維強化樹脂を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。また、繊維強化樹脂を構成する強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が挙げられる。

図１に示すように、本実施形態のＦＷ装置１は、巻出部１０、搬送部２０、巻付部３０、制御部４０、検出部５０、及び入力部６０を備えている。
巻出部１０には、ボビン１１が設けられており、ボビン１１には、強化繊維束に樹脂が含浸されたトウプリプレグＴが巻き付けられている。トウプリプレグＴは、ボビン１１から巻き出されて、図１に矢印Ａで示す方向に搬送される。つまり、図１において、左側がＦＷ装置１の上流側、右側がＦＷ装置１の下流側である。

搬送部２０には、上流側からテンションローラ２１、搬送ローラ２２、アイクチローラ２３が設けられている。テンションローラ２１は、トウプリプレグＴに所定の張力を付与して、ボビン１１からトウプリプレグＴを巻き出すためのローラである。搬送ローラ２２は、複数設けられており、トウプリプレグＴをその周面に沿わせて搬送するためのローラである。本実施形態では、搬送ローラ２２は５個設けられている。アイクチローラ２３は、トウプリプレグＴに適切な圧力を加えて、その繊維幅を保持した状態で搬送するためのローラである。

５個の搬送ローラ２２は、トウプリプレグＴの搬送時に、その周面に対するトウプリプレグＴの接触長さが、それぞれ略同一となるような位置関係で配置されている。具体的には、５個の搬送ローラ２２をそれぞれ上流側から順に搬送ローラ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅとすると、搬送ローラ２２ａの周面に対するトウプリプレグＴの接触長さは、搬送ローラ２２ｂの周面に対するトウプリプレグＴの接触長さと略同一である。同様に搬送ローラ２２ｃ、２２ｄ、２２ｅの周面に対するトウプリプレグＴの接触長さとも略同一である。

搬送ローラ２２には、回転トルク駆動部２４が設けられている。回転トルク駆動部２４は、後に説明する制御部４０によって制御される。本実施形態では、５個の搬送ローラ２２が１つの回転トルク駆動部２４で駆動可能に構成されている。

巻付部３０には、芯材としてのマンドレル３１が設けられている。マンドレル３１は、製造する成形体の大きさを有する円柱状の中空体もしくは中実体であり、例えば、外径が９０ｃｍ、長さが１００ｃｍに形成されている。

制御部４０は、搬送ローラ制御部４１、送り速度制御部４２、テンションローラ制御部４３、アイクチローラ制御部４４、及び回転速度制御部４５を備えている。
搬送ローラ制御部４１は、搬送部２０の回転トルク駆動部２４に接続されている。搬送ローラ制御部４１は、後に説明する検出部５０で検出されたトウプリプレグＴに掛かる張力の検出値に基づいて、回転トルク駆動部２４を駆動させて、搬送ローラ２２の回転トルクを制御する。

送り速度制御部４２は、巻出部１０のボビン１１に接続されており、トウプリプレグＴの巻き出し速度を制御する。テンションローラ制御部４３は、搬送部２０のテンションローラ２１に接続されており、テンションローラ２１の回転トルク乃至高さを調整して、ボビン１１から巻き出されるトウプリプレグＴに掛かる張力を制御する。アイクチローラ制御部４４は、アイクチローラ２３に接続されており、アイクチローラ２３の高さを調整して、トウプリプレグＴがアイクチローラ２３の周面に押し付けられる圧力を制御する。アイクチローラ２３の高さを調整することで、搬送ローラ２２から搬送されたトウプリプレグＴがアイクチローラ２３の周面に押し付けられて、トウプリプレグＴの繊維幅が保持される。回転速度制御部４５は、マンドレル３１に接続されており、マンドレル３１の回転速度を制御する。

検出部５０は、アイクチローラ２３に設けられた接触式の張力検出センサとして構成されている。張力検出センサは、アイクチローラ２３の下流側でトウプリプレグＴに掛かる張力を検出して検出値として取得し、その検出値を電気信号（張力検出信号ＳＴ）に変換して、所定時間ごとに制御部４０の搬送ローラ制御部４１に出力する。

入力部６０は、ＦＷ装置１の駆動時の初期設定として、ボビン１１の送り速度、テンションローラ２１の回転トルク乃至高さ、アイクチローラ２３の高さ、アイクチローラ２３の下流側でトウプリプレグＴに掛かる張力の目標値、及びマンドレル３１の回転速度等を制御部４０に入力可能に構成されている。これらの入力値から、制御部４０に記憶されたマップに基づいて、搬送ローラ制御部４１から搬送部２０の回転トルク駆動部２４へ回転トルク信号ＳＲが出力され、搬送ローラ２２の回転トルクが初期値に設定される。

次に、ＦＷ装置１でのトウプリプレグＴに対する張力制御について説明する。
ＦＷ装置１では、検出部５０の張力検出センサでのトウプリプレグＴに掛かる張力の検出値に基づいて、複数の搬送ローラ２２の回転トルクを制御している。複数の搬送ローラ２２の回転トルクを制御することにより、複数の搬送ローラ２２のうち、最も下流側の搬送ローラ２２ｅから搬送されたトウプリプレグＴに掛かる張力が所定値に設定されるとともに、それぞれの搬送ローラ２２から搬送されるトウプリプレグＴの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように設定される。

ＦＷ装置１でのトウプリプレグＴの搬送に先立って、まず、ボビン１１に巻き付けられたトウプリプレグＴの繊維幅、樹脂含有率Ｒｃ、繊維束における強化繊維の本数、強化繊維の材質、塗布された樹脂の材質等に基づいて、入力部６０からＦＷ装置１の初期設定を行う。具体的には、ボビン１１の送り速度、テンションローラ２１の回転トルク乃至高さ、アイクチローラ２３の高さ、アイクチローラ２３の下流側でトウプリプレグＴに掛かる張力の目標値、及びマンドレル３１の回転速度等を入力部６０から入力する。また、トウプリプレグＴの繊維幅を入力部６０から入力する。入力部６０から入力された各入力値は、制御部４０に送られる。

ボビン１１の送り速度に関する入力値は、送り速度制御部４２からボビン１１へ初期値として出力される。これにより、ボビン１１が所定の回転速度で回転して、トウプリプレグＴが所定の巻き出し速度で巻き出される。テンションローラ２１の回転トルク乃至高さに関する入力値は、テンションローラ制御部４３からテンションローラ２１へ初期値として出力されて、ボビン１１から巻き出されるトウプリプレグＴに所定の張力が付与される。アイクチローラ２３の高さに関する入力値は、アイクチローラ制御部４４からアイクチローラ２３へ初期値として出力されて、搬送されるトウプリプレグＴがアイクチローラ２３の周面に押し付けられて所定の圧力が付与される。マンドレル３１の回転速度に関する入力値は、回転速度制御部４５からマンドレル３１へ初期値として出力されて、マンドレル３１が所定の回転速度で回転する。また、入力部６０から入力されたアイクチローラ２３の下流側でトウプリプレグＴに掛かる張力の目標値は、アイクチローラ２３から搬送されるトウプリプレグＴに掛かる張力の初期値として制御部４０で記憶される。

制御部４０では、制御部４０に記憶されたマップに基づいて、搬送ローラ２２の回転トルクを設定する回転トルク信号ＳＲが、搬送ローラ制御部４１から回転トルク駆動部２４へ出力される。ここでの回転トルク信号ＳＲにより、搬送ローラ２２の回転トルクが初期値に設定される。

ＦＷ装置１には、５個の搬送ローラ２２に対して１個の回転トルク駆動部２４が設けられており、５個の搬送ローラ２２を１個の回転トルク駆動部２４で駆動している。搬送ローラ制御部４１から出力された回転トルク信号ＳＲは、各搬送ローラ２２から搬送されるトウプリプレグＴに掛かる張力が、同じ上げ幅で段階的に上がっていくように、回転トルク駆動部２４を駆動させる。具体的には、最も下流側の搬送ローラ２２ｅから搬送されたトウプリプレグＴに対する張力がＸ（ｋｇｆ）となるように設定したとき、最も上流側の搬送ローラ２２ａから搬送されるトウプリプレグＴには、Ｘ／５（ｋｇｆ）の張力が掛かり、その下流の搬送ローラ２２ｂから搬送されるトウプリプレグＴには、２Ｘ／５（ｋｇｆ）の張力が掛かり、その下流の搬送ローラ２２ｃから搬送されるトウプリプレグＴには、３Ｘ／５（ｋｇｆ）の張力が掛かるように回転トルク駆動部２４を駆動させる。ＦＷ装置１では、５個の搬送ローラ２２が、トウプリプレグＴの搬送時における周面に対するトウプリプレグＴの接触長さがそれぞれ略同一となるような位置関係で配置されているため、１つの回転トルク駆動部２４で、すべての搬送ローラ２２の回転トルクが同じ上げ幅で上がっていくように制御することが可能となっている。

図２のフローチャートに示すように、検出部５０の張力検出センサでは、所定時間ごとにトウプリプレグＴに掛かる張力の値を検出するように構成されている。ステップＳ１１では、張力の検出値が張力検出信号ＳＴに変換されて制御部４０の搬送ローラ制御部４１に入力される。

ステップＳ１２では、搬送ローラ制御部４１において、張力の検出値が張力の目標値に対して所定以上の変動幅であるか否かを判定する。所定以上の変動幅でないと判定された場合には、搬送ローラ制御部４１からの回転トルク駆動部２４への回転トルク信号ＳＲは出力されない。所定以上の変動幅であると判定された場合には、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、張力の検出値が張力の目標値に対して小さいか否かを判定する。張力の検出値が張力の目標値に対して小さいと判定された場合には、搬送ローラ制御部４１において、搬送ローラ２２の回転トルクの上げ幅の目標値を演算する。そして、ステップＳ１４で、搬送ローラ制御部４１から回転トルク駆動部２４へ、回転トルク信号ＳＲを発信して、搬送ローラ２２の回転トルクが目標の上げ幅となるように回転トルク駆動部２４を駆動させる。

一方、張力の検出値が張力の目標値に対して大きいと判定された場合には、搬送ローラ制御部４１において、搬送ローラ２２の回転トルクの下げ幅の目標値を演算する。そして、ステップＳ１５で、搬送ローラ制御部４１から回転トルク駆動部２４へ、回転トルク信号ＳＲを発信して、搬送ローラ２２の回転トルクが目標の下げ幅となるように回転トルク駆動部２４を駆動させる。

このように、ＦＷ装置１では、所定時間ごとにトウプリプレグＴに掛かる張力を検出して、その検出値に基づいて搬送ローラ２２の回転トルクを制御している。これにより、アイクチローラ２３から搬送されるトウプリプレグＴに掛かる張力が目標値に近づくように制御されるとともに、５個の搬送ローラ２２から搬送されるトウプリプレグＴに掛かる張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に同じ幅で大きくなるように制御される。

次に、ＦＷ装置１を使用して繊維強化樹脂製の成形体を製造する方法について、その作用とともに説明する。
成形体の製造方法は、樹脂が含浸される前のいわゆるドライな状態の強化繊維の繊維束を開繊する開繊工程、開繊された強化繊維に樹脂を含浸させてトウプリプレグＴを得る樹脂塗布工程、トウプリプレグＴをＦＷ装置１で搬送してマンドレル３１に巻き付けることにより中間体を得るフィラメントワインディング工程、中間体の周面にラッピングテープを巻き付けるラッピング工程、ラッピングテープが巻き付けられた中間体を加熱して成形体を得る成形工程を有している。開繊工程、樹脂塗布工程、ラッピング工程、及び成形工程は、従来公知の方法で行うことができる。

例えば、開繊工程としては、一定の張力で走行するドライな状態の繊維束をロールで擦過する方法や、繊維束を撓ませた状態で空気流を作用させる方法等が挙げられる。開繊工程を経ることにより、繊維束のうねりが抑制され、いわゆる繊維むらが減少して、その厚みを薄くすることができる。また、繊維幅が全長に亘って一定になり、樹脂塗布工程での樹脂の塗布量を安定させることができる。

樹脂塗布工程としては、開繊された繊維束を、搬送ローラに沿って搬送させながら樹脂槽内に漬ける方法や、一定量の樹脂が供給されるオイリングローラの周面に繊維束を沿わせながら搬送する方法等が挙げられる。樹脂塗布工程を経ることにより、開繊された繊維束に対して、一定量の樹脂を塗布することができる。樹脂塗布工程を経たトウプリプレグＴは、所定の繊維幅に整えられ、樹脂含有率Ｒｃ（ｗｔ％）がトウプリプレグＴの全長に亘って安定している。トウプリプレグＴは、ボビン１１に巻き取られて、フィラメントワインディング工程に供給される。

フィラメントワインディング工程は、ＦＷ装置１を用いて行う。まず、入力部６０からＦＷ装置１の初期設定を行う。トウプリプレグＴは、ボビン１１から所定の張力が掛かった状態で、所定の巻き出し速度で巻き出される。また、搬送ローラ２２の周面に沿いながら、段階的に張力が上げられて、アイクチローラ２３に搬送される。アイクチローラ２３では、トウプリプレグＴの繊維幅が保持された状態でマンドレル３１に搬送され、マンドレル３１に巻き付けられる。

フィラメントワインディング工程では、ＦＷ装置１における検出部５０でのトウプリプレグＴに掛かる張力の検出値に基づいて、上記のような制御が行われる。そのため、トウプリプレグＴの巻き出し時に強化繊維同士の食い込みが発生し難くなり、搬送中のトウプリプレグＴが各搬送ローラ２２の周面上で滑り難くなる。その結果、トウプリプレグＴは複数の搬送ローラ２２間を繊維幅が安定した状態で搬送される。

また、図３に示すように、張力が作用したトウプリプレグＴを、搬送ローラ２２の周面に沿わせて搬送すると、トウプリプレグＴは搬送ローラ２２の周面に押し付けられて扁平になろうとする。搬送ローラ２２の周面に押し付けられたトウプリプレグＴでは、含浸された樹脂Ｒがその圧力で幅方向に滲み出し、その結果として、トウプリプレグＴの繊維体積含有率Ｖｆが上がる。張力を段階的に上げることによって最も下流側の搬送ローラ２２ｅから搬送されたトウプリプレグＴには、大きな張力が掛かっている。大きな張力が掛かるほどトウプリプレグＴ中の樹脂が滲み出し易くなり、その厚みが薄くなって繊維体積含有率Ｖｆが上昇する。

図４には、トウプリプレグＴに掛かる張力と繊維体積含有率Ｖｆの関係を示すグラフを示している。図４に示すように、張力が１．５ｋｇｆまでの範囲では、トウプリプレグＴに掛かる張力が上がるほど、繊維体積含有率Ｖｆの値が上がる傾向となっている。このように、フィラメントワインディング工程で、段階的に張力を掛けながらトウプリプレグＴを搬送することにより、繊維幅が一定に保持されるとともに、繊維体積含有率Ｖｆが向上して、トウプリプレグＴの品質が安定する。

ラッピング工程は、マンドレル３１にトウプリプレグＴが巻き付けられて形成された中間体の周面に、公知のラッピングテープを巻回することにより行う。ラッピング工程を経ることにより、中間体の周面に適度な圧力を掛けることができるため、樹脂内に空隙が発生することが抑制され、その後の成形工程における凹凸形状の発生を抑制される。

成形工程では、例えば、中間体を成形型内で加熱するか、加熱炉内で加熱することにより、樹脂を熱硬化させる。このとき、ラッピングテープの熱収縮により中間体はその外周面から圧力が掛けられた状態で樹脂の熱硬化が進むため、樹脂内のボイドの発生が抑制され、表面に凹凸形状が発生することが抑制される。

次に、上記実施形態の効果について説明する。
（１）ＦＷ装置１の搬送部２０には、複数の搬送ローラ２２が配置され、搬送部２０では搬送ローラ２２から搬送されるトウプリプレグＴの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御されている。

そのため、最も下流側から搬送されるトウプリプレグＴに対して大きな張力を掛けることができる。トウプリプレグＴの厚みが薄くなり、繊維体積含有率Ｖｆが向上する。これにより、薄肉であっても強度に優れた成形体を成形することができる。

（２）搬送ローラ２２から搬送されるトウプリプレグＴの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御されている。
そのため、搬送されるトウプリプレグＴには、急激に大きな張力が掛かることが抑制される。トウプリプレグＴをボビン１１から巻き出す際に、トウプリプレグＴを構成する強化繊維同士が食い込むような状態となることが抑制され、トウプリプレグＴの巻き出しをスムーズに行うことができる。これにより、繊維幅の変動が抑制され、トウプリプレグＴの全長に亘って繊維幅にばらつきが生じることが抑制される。

（３）搬送されるトウプリプレグＴに対して急激に大きな張力が掛かることが抑制されるため、搬送ローラ２２の周面上でトウプリプレグＴが滑り難い。トウプリプレグＴの巻き出しをスムーズに行うことができて、トウプリプレグＴの繊維幅の変動が抑制される。成形体の品質が安定する。

（４）ＦＷ装置１の搬送部２０では、搬送ローラ２２の回転トルクを制御することで、搬送ローラ２２で搬送されるトウプリプレグＴに掛かる張力を調整している。
そのため、複数の搬送ローラ２２の径が異なっていても、トウプリプレグＴに掛かる張力の調整を容易に行うことが可能であり、トウプリプレグＴの搬送速度の調整を容易に行うことができる。

（５）ＦＷ装置１の搬送部２０では、複数の搬送ローラ２２が、その周面に対するトウプリプレグＴの接触長さが略同一になるように配置されている。
そのため、搬送ローラ２２が複数あっても、それらの回転トルクの上げ幅を同じにすることができる。これにより、複数の搬送ローラ２２の回転トルクを１つの回転トルク駆動部２４で管理することができる。搬送ローラ制御部４１からの１つの回転トルク信号ＳＲにより複数の搬送ローラ２２からのトウプリプレグＴの張力を制御することができる。トウプリプレグＴに掛かる張力の制御を簡略化することができ、ＦＷ装置１の構成を簡略化することができる。

（６）最も下流側の搬送ローラ２２ｅの下流であって、巻付部３０のマンドレル３１の直前には、トウプリプレグＴに掛かる張力を検出する検出部５０が設けられている。そして、検出部５０で検出された張力の検出値に基づいて、搬送部２０でのトウプリプレグＴの張力を制御している。

そのため、張力を目標値に近づけることができ、繊維体積含有率Ｖｆが良好に管理された状態でトウプリプレグＴをマンドレル３１に巻き付けることができる。成形体の品質を良好なものにすることができる。

（７）搬送部２０では、トウプリプレグＴに掛かる張力の検出値に基づいて、複数の搬送ローラ２２の最も下流側でのトウプリプレグＴに掛かる張力を制御するとともに、それぞれの搬送ローラ２２から搬送されるトウプリプレグＴの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御している。

そのため、トウプリプレグＴに掛かる張力を狙った状態に管理し易く、繊維体積含有率Ｖｆを狙った値に近づけることができる。
（８）ＦＷ装置１を使用した成形体の製造方法では、フィラメントワインディング工程の前に、開繊工程、樹脂塗布工程を備えている。開繊工程では、樹脂が含浸される前のいわゆるドライな状態の強化繊維の繊維束を開繊する。

そのため、ＦＷ装置１に供給されるトウプリプレグＴは、繊維束のうねりが抑制され、いわゆる繊維むらが減少して、その厚みを薄くされている。また、繊維幅が全長に亘って一定になっているため、樹脂塗布工程での樹脂の塗布量を安定させることができる。

（９）樹脂塗布工程では、開繊工程で開繊された強化繊維の繊維束に樹脂を含浸させている。
そのため、一定量の樹脂を塗布することができて、樹脂含有率Ｒｃ（ｗｔ％）がトウプリプレグＴの全長に亘って安定する。

（１０）開繊工程、樹脂塗布工程を経て繊維幅、樹脂含有率Ｒｃが安定した状態のトウプリプレグＴを、ＦＷ装置１により張力を制御しながら搬送している。
そのため、品質の良好なトウプリプレグＴを、その状態を保持したままマンドレル３１に巻き付けることができる。また、マンドレル３１に巻き付けられた状態での凹凸の発生を抑制することができる。品質に優れた成形体を得ることができる。

（１１）トウプリプレグＴに大きな張力を掛けることができるため、トウプリプレグＴの繊維体積含有率Ｖｆが向上するとともに、トウプリプレグＴの厚みの変動を抑制することができる。

そのため、成形体を成形するためのトウプリプレグＴの積層数を少なくすることができるとともに、複数層のトウプリプレグＴの層間に隙間が生じることが抑制される。これにより、ラッピング工程、成形工程で、隙間に起因するボイドの発生が抑制される。品質の良好な成形体を製造することができる。

上記実施形態は、次のように変更することができる。なお、上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて適用することができる。
・搬送部２０には、５個の搬送ローラ２２が設けられているが、その数は特に限定されない。トウプリプレグＴに掛ける張力の大きさ、張力の上げ幅、搬送ローラ２２の径等に応じて、適宜の数に設定することができる。

・複数の搬送ローラ２２は、すべて同径のものであってもよく、異なる径のものが混在していてもよく、すべて異なる径であってもよい。
・テンションローラ２１の構成は特に限定されない。公知のアクティブダンサーローラとともにトウプリプレグＴの張力を調整するようなものであってもよい。

・テンションローラ２１、アイクチローラ２３は省略してもよい。アイクチローラ２３が省略されている場合、検出部５０の張力検出センサは、最も下流側の搬送ローラ２２ｅに設けるようにすればよい。

・回転トルク駆動部２４は、一つでなく、例えば、各搬送ローラ２２に対して別個に設けられていてもよい。
・複数の搬送ローラ２２は、トウプリプレグＴの周面への接触長さが略同一になるように配置されていなくてもよい。

・制御部４０の構成は、上記実施形態のものに限定されない。例えば、送り速度制御部４２、テンションローラ制御部４３が設けられていなくてもよい。
・回転トルクの上げ幅は略同一でなくてもよく、搬送ローラ２２から搬送されたトウプリプレグＴの張力の上げ幅は略同一でなくてもよい。上流側から下流側へ行くほど段階的に上がっていけば、上げ幅は特に限定されない。回転トルクの上げ幅や張力の上げ幅は、搬送ローラ２２の周面上でのトウプリプレグＴの滑りや繊維幅の変動を起こさない範囲で適宜設定することができる。

・上記実施形態では、検出部５０でトウプリプレグＴに掛かる張力を検出し、その検出値に基づいて、搬送部２０では、複数の搬送ローラ２２の最も下流側でのトウプリプレグＴに掛かる張力を制御するとともに、それぞれの搬送ローラ２２から搬送されるトウプリプレグＴの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御している。しかし、検出部５０での検出する対象は張力に限定されない。トウプリプレグＴの繊維幅でもよく、トウプリプレグＴの厚さでもよい。また、制御態様も上記実施形態のものに限定されない。

例えば、検出部５０を、アイクチローラ２３の下流側でのトウプリプレグＴの繊維幅を検出する幅検出センサで構成する場合について説明する。幅検出センサとしては、投光部及び受光部を備えるセンサが挙げられる。幅検出センサは、投光部から投光された光がトウプリプレグＴによって遮られたときに、受光部に到達する光量の変化を電気信号に変換して出力する。例えば、幅検出センサは、トウプリプレグＴが幅検出センサを通過する際に、受光部に到達する光量の変化から、トウプリプレグＴの幅方向の両端縁の位置を検出し、その検出値からトウプリプレグＴの繊維幅の値を取得する。繊維幅の値を電気信号に変換して、所定時間ごとに制御部４０の搬送ローラ制御部４１に出力する。

この場合の制御態様としては、図５に示すようなフローチャートが考えられる。まず、入力部６０から入力されたトウプリプレグＴの繊維幅の入力値が、トウプリプレグＴの繊維幅の初期値として制御部４０で記憶される。

検出部５０では、所定時間ごとに、トウプリプレグＴが検出部５０を通過したときの繊維幅の値を検出するように構成されている。ステップＳ２１では、繊維幅の検出値が幅検出信号に変換されて制御部４０の搬送ローラ制御部４１に入力される。

ステップＳ２２では、搬送ローラ制御部４１において、繊維幅の検出値が繊維幅の初期値に対して所定以上の変動幅であるか否かを判定する。所定以上の変動幅でないと判定された場合には、搬送ローラ制御部４１からの回転トルク駆動部２４への回転トルク信号ＳＲは出力されない。所定以上の変動幅であると判定された場合には、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、繊維幅の検出値が繊維幅の初期値に対して小さいか否かを判定する。繊維幅の検出値が繊維幅の初期値に対して小さいと判定された場合には、搬送ローラ制御部４１において、搬送ローラ２２の回転トルクの上げ幅の目標値を演算する。そして、ステップＳ２４で、搬送ローラ制御部４１から回転トルク駆動部２４へ、回転トルク信号ＳＲを発信して、搬送ローラ２２の回転トルクが目標値の上げ幅となるように回転トルク駆動部２４を駆動させる。

一方、繊維幅の検出値が繊維幅の初期値に対して大きいと判定された場合には、搬送ローラ制御部４１において、搬送ローラ２２の回転トルクの下げ幅の目標値を演算する。そして、ステップＳ２５で、搬送ローラ制御部４１から回転トルク駆動部２４へ、回転トルク信号ＳＲを発信して、搬送ローラ２２の回転トルクが目標値の下げ幅となるように回転トルク駆動部２４を駆動させる。

このように、所定時間ごとにトウプリプレグＴの繊維幅を検出して、その検出値に基づいて搬送ローラ２２の回転トルクを制御することで、トウプリプレグＴの繊維幅が搬送ローラ２２による搬送中に変動することが抑制される。

・巻付部３０で、芯材としてのマンドレル３１に温度調節機構を搭載するようにしてもよい。温度調節機構としては、例えば、マンドレル３１の内部にＩＨヒータ等の熱源を配置する構造、マンドレル３１の内部に熱源となる高温の流体を循環させる構造等が挙げられる。この場合、制御部４０に温度制御部を設け、温度制御部をマンドレル３１の温度調節機構に接続して、マンドレル３１の温度を制御するようにすればよい。また、入力部６０から、ＦＷ装置１の駆動時の初期設定として、マンドレル３１の温度を入力可能にすればよい。マンドレル３１の温度に関する入力値は、温度調節部から温度調節機構に初期値として出力されて、熱源が所定温度に設定される。

このように、マンドレル３１に温度調節機構を搭載することにより、成形途中でのマンドレル３１の温度変化が抑制され、マンドレル３１の外径寸法を安定させることができる。これにより、成形体の品質をより良好にすることができる。

・成形体の製造方法は、開繊工程、樹脂塗布工程を経てトウプリプレグＴを調整する場合に限らない。ボビンに巻き付けられた状態の市販品のトウプリプレグＴを調達するようにしてもよい。トウプリプレグＴの繊維幅、樹脂含有率Ｒｃが好適に管理されていれば、上記ＦＷ装置１による搬送時に、トウプリプレグＴの状態を保持することができる。

上記実施形態及び変更例から導き出せる技術思想を以下に追記する。
（イ）フィラメントワインディング法による繊維強化樹脂製の成形体の製造方法であって、複数の搬送ローラの周面に沿ってトウプリプレグを搬送する搬送工程と、搬送された前記トウプリプレグを芯材の周囲に巻き付けて中間体を形成する巻き付け工程と、前記中間体を熱硬化させて成形体を成形する成形工程とを備え、前記巻き付け工程では、前記芯材を所定の回転速度で回転させ、前記搬送工程では、前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御することを特徴とする成形体の製造方法。

（ロ）前記搬送工程では、複数の前記搬送ローラの回転トルクを制御することを特徴とする前記（イ）に記載の成形体の製造方法。
（ハ）前記搬送工程では、複数の前記搬送ローラの最も下流側での前記トウプリプレグの繊維幅の検出値に基づいて、複数の前記搬送ローラの最も下流側での前記トウプリプレグに掛かる張力を制御するとともに、それぞれの前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御することを特徴とする前記（イ）又は（ロ）に記載の成形体の製造方法。

（ニ）フィラメントワインディング法によって繊維強化樹脂製の成形体を製造する製造システムであって、複数の搬送ローラが配置され、その周面に沿ってトウプリプレグを搬送する搬送部と、搬送された前記トウプリプレグを芯材の周囲に巻き付ける巻付部と、複数の前記搬送ローラの最も下流側での前記トウプリプレグの繊維幅を検出する検出部と、それぞれの前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力を制御する制御部を備え、前記制御部では、前記検出部での前記繊維幅の検出値に基づいて、複数の前記搬送ローラの最も下流側での前記トウプリプレグに掛かる張力を制御するとともに、それぞれの前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御することを特徴とする製造システム。

（ホ）複数の搬送ローラが配置され、その周面に沿ってトウプリプレグを搬送する搬送部と、搬送された前記トウプリプレグを芯材の周囲に巻き付ける巻付部と、複数の前記搬送ローラの最も下流側での前記トウプリプレグの繊維幅及び厚さの少なくとも一方の値を検出する検出部を備え、前記巻付部では、前記芯材が所定の回転速度で回転され、前記搬送部では、前記検出値に基づいて、複数の前記搬送ローラの最も下流側での前記トウプリプレグに掛かる張力が制御されるとともに、それぞれの前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御されることを特徴とするフィラメントワインディング装置。

Ｔ…トウプリプレグ、１…フィラメントワインディング装置、１０…巻出部、１１…ボビン、２０…搬送部、２１…テンションローラ、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ…搬送ローラ、２３…アイクチローラ、３０…巻付部、３１…マンドレル（芯材）、４０…制御部、４１…搬送ローラ制御部、５０…検出部。

Claims (4)

1. 複数の搬送ローラが配置され、その周面に沿ってトウプリプレグを搬送する搬送部と、
   搬送された前記トウプリプレグを芯材の周囲に巻き付ける巻付部と
   を備え、
   前記巻付部では、前記芯材が所定の回転速度で回転され、
   前記搬送部では、それぞれの前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御されることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
2. 前記搬送部では、複数の前記搬送ローラの回転トルクが制御されることを特徴とする請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
3. 前記搬送部では、複数の前記搬送ローラが、その周面に対する前記トウプリプレグの接触長さが略同一になるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィラメントワインディング装置。
4. 最も下流側の前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力を検出する検出部を備え、
   前記搬送部では、前記張力の検出値に基づいて、複数の前記搬送ローラの最も下流側での前記トウプリプレグに掛かる張力が制御されるとともに、それぞれの前記搬送ローラから搬送される前記トウプリプレグの張力が、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくなるように制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィラメントワインディング装置。

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