JP7355768B2 - filament winding device - Google Patents
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Description
本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。 FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a filament winding device.
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。 Molded bodies made of fiber-reinforced resin materials are lightweight and have excellent strength, so they are widely used in various fields. Such molded bodies are usually manufactured by laminating sheet-like base materials called prepregs, which are made by impregnating multiple reinforcing fibers with matrix resin, and then thermosetting the resin under pressure and heating to shape it. . As prepreg, sheet prepreg and narrower tow prepreg are known.
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。 Patent Document 1 describes an invention related to a filament winding device for manufacturing a high-pressure hydrogen tank mounted on a fuel cell vehicle using a fiber-reinforced resin material. In the filament winding device described in Patent Document 1, a fiber bundle (tow prepreg) wound around a bobbin is conveyed along the circumferential surface of a plurality of conveyance rollers (conveyance roller and motor drive roller), and is conveyed by a plurality of eye rollers. It is wrapped around a rotating tank in a suitably widened state. A free roller is arranged downstream of the plurality of conveyance rollers, and the rotational speed of the conveyance roller is controlled based on the rotational speed of the free roller. It is said that this suppresses the wear of the fiber bundle on the conveyance roller, making it possible to manufacture a tank with stable quality.
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。 By the way, even if the tow prepreg is homogeneously impregnated with fiber-reinforced resin with a uniform fiber width, the thickness of the tow prepreg may vary due to fluctuations in the fiber width during transportation in a filament winding device. This may occur. When the thickness of the tow prepreg varies, unevenness tends to occur on the surface of the molded product. As a result, the strength of the molded body in the circumferential direction and the axial direction tends to become uneven, making it difficult to stabilize the quality of the molded body. Therefore, in order to stabilize the quality of the molded body, it is necessary to increase the amount of tow prepreg wrapped around the molded body, resulting in a thickened molded body and an increase in weight. This goes against the trend in the world of reducing the weight of various parts mounted on vehicles, for example, from the perspective of improving vehicle fuel efficiency. Furthermore, weight reduction of parts is required not only in the field of transportation such as vehicles, but also in molded bodies applied to various other fields.
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。 The present invention was made to solve these conventional problems, and its purpose is to provide a filament winding device that can form a thin-walled molded product with stable quality.
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。 In order to solve the above problems, the present invention includes a conveyance section in which a plurality of conveyance rollers are arranged and conveys the tow prepreg along the circumferential surface thereof, and a winding section that wraps the conveyed tow prepreg around a core material. In the filament winding device, the core material is rotated at a predetermined rotational speed in the winding section, and in the conveyance section, the tension of the tow prepreg conveyed from each of the conveyance rollers is It is controlled so that it increases in stages from the side to the downstream side.
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。 If you try to convey the tow prepreg under high tension, the reinforcing fibers that make up the tow prepreg will bite into each other as the tow prepreg overlaps in the stacking direction when unwinding the bobbin on which the tow prepreg is wound. It's easy to get into a situation like this. As a result, the tow prepreg cannot be unrolled smoothly, and the fiber width tends to fluctuate. Further, when the tow prepreg is conveyed under a large tension, the tow prepreg becomes slippery on the circumferential surface of the conveyance roller, and only the conveyance roller rotates. This also makes it impossible to unwind the tow prepreg smoothly, and the fiber width tends to fluctuate.
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。 According to the above configuration, the conveyance section controls the plurality of conveyance rollers so that the tension of the tow prepreg conveyed from the conveyance rollers increases stepwise from the upstream side to the downstream side. Therefore, on the upstream bobbin, the tension when unwinding the tow prepreg can be kept small, while on the downstream conveyance roller, a large tension can be applied to the tow prepreg.
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。 This makes it difficult for the reinforcing fibers to bite into each other when unwinding the tow prepreg, and the tow prepreg being transported becomes difficult to slip on the circumferential surface of each transport roller. As a result, the unwinding of the tow prepreg becomes smooth, and the tow prepreg is conveyed between the plurality of conveyance rollers with a stable fiber width. In addition, since a large tension is applied to the conveying roller on the downstream side, the resin in the tow prepreg oozes out when being conveyed along the circumferential surface of the conveying roller, reducing its thickness and increasing the fiber volume content Vf. do. In this way, the tow prepreg is transported between the plurality of transport rollers with a stable fiber width and has a high fiber volume content Vf. Therefore, even if the molded product is thin, it is possible to mold a molded product with stable quality. Further, even if the molded product is thin, it is possible to mold a molded product with excellent strength.
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。
In the above configuration, it is preferable that the rotational torque of the plurality of conveyance rollers is controlled in the conveyance section.
According to the above configuration, since the rotation of the conveyance roller is controlled by the rotational torque, even if the diameters of the plurality of conveyance rollers are different, the tension applied to the tow prepreg can be easily adjusted, and the conveyance speed of the tow prepreg can be adjusted. can be easily done.
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。
In the above configuration, it is preferable that, in the conveyance section, the plurality of conveyance rollers are arranged such that contact lengths of the tow prepreg with respect to the circumferential surfaces of the plurality of conveyance rollers are substantially the same.
According to the above configuration, it is possible to increase the rotational torque of the plurality of conveyance rollers to the same extent. Therefore, the rotational torque of the plurality of conveyance rollers can be managed by one control section. Control can be simplified and the device configuration can be simplified. Note that "substantially the same" here includes not only the case where the contact length of the tow prepreg with the circumferential surface of a plurality of conveyance rollers is completely the same, but also the case where the contact length is within an error range of about ±20%, for example. .
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。 The above configuration includes a detection unit that detects the tension of the tow prepreg conveyed from the most downstream conveyance roller, and the conveyance unit detects the most of the plurality of conveyance rollers based on the detected tension value. The tension applied to the tow prepreg on the downstream side is controlled, and the tension of the tow prepreg conveyed from each of the conveyance rollers is controlled so as to increase stepwise from the upstream side to the downstream side. It is preferable.
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。 According to the above configuration, the tension of the tow prepreg being conveyed by the conveyance roller is controlled based on the tension applied to the tow prepreg before being wound around the core material, so the tension applied to the tow prepreg is managed to a targeted value. Easy to do. By being able to manage the tension applied to the tow prepreg to a targeted value, it is easy to manage the fiber volume content Vf (%) of the tow prepreg to a targeted value.
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。 According to the present invention, a thin-walled molded article with stable quality can be molded.
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。
Hereinafter, a filament winding device (hereinafter referred to as FW device) embodying the present invention will be described based on FIG. 1.
The material of the fiber-reinforced resin constituting the molded body is not particularly limited, and the resin and reinforcing fibers constituting the fiber-reinforced resin can be appropriately selected from conventionally known ones. For example, examples of the resin constituting the fiber-reinforced resin include thermosetting resins such as epoxy resin, polyester resin, and phenol resin. Furthermore, examples of the reinforcing fibers constituting the fiber-reinforced resin include carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, and the like.
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。
As shown in FIG. 1, the FW device 1 of this embodiment includes an unwinding section 10, a conveyance section 20, a winding section 30, a control section 40, a detection section 50, and an input section 60.
The unwinding section 10 is provided with a bobbin 11, and a tow prepreg T in which a reinforcing fiber bundle is impregnated with resin is wound around the bobbin 11. The tow prepreg T is unwound from the bobbin 11 and conveyed in the direction shown by arrow A in FIG. That is, in FIG. 1, the left side is the upstream side of the FW device 1, and the right side is the downstream side of the FW device 1.
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。 The conveyance section 20 is provided with a tension roller 21, a conveyance roller 22, and an eye tip roller 23 from the upstream side. The tension roller 21 is a roller for applying a predetermined tension to the tow prepreg T and unwinding the tow prepreg T from the bobbin 11. A plurality of conveyance rollers 22 are provided and are rollers for conveying the tow prepreg T along its circumferential surface. In this embodiment, five conveyance rollers 22 are provided. The eye cutter roller 23 is a roller that applies appropriate pressure to the tow prepreg T and conveys the tow prepreg T while maintaining its fiber width.
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。 The five conveyance rollers 22 are arranged in such a positional relationship that the contact lengths of the tow prepreg T with the circumferential surface thereof are approximately the same when the tow prepreg T is conveyed. Specifically, if the five conveyance rollers 22 are conveyance rollers 22a, 22b, 22c, 22d, and 22e in order from the upstream side, the contact length of the tow prepreg T with the circumferential surface of the conveyance roller 22a is the conveyance roller 22b. This is approximately the same as the contact length of the tow prepreg T with the circumferential surface of the tow prepreg T. Similarly, the contact lengths of the tow prepreg T with the circumferential surfaces of the conveyance rollers 22c, 22d, and 22e are also approximately the same.
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。 The conveyance roller 22 is provided with a rotational torque drive section 24 . The rotational torque drive unit 24 is controlled by a control unit 40 that will be described later. In this embodiment, five conveyance rollers 22 are configured to be driven by one rotary torque drive unit 24.
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。 The winding portion 30 is provided with a mandrel 31 as a core material. The mandrel 31 is a cylindrical hollow body or solid body having the size of the molded body to be manufactured, and is formed to have an outer diameter of 90 cm and a length of 100 cm, for example.
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。
The control section 40 includes a conveyance roller control section 41 , a feed speed control section 42 , a tension roller control section 43 , an eye roller control section 44 , and a rotation speed control section 45 .
The conveyance roller control section 41 is connected to the rotational torque drive section 24 of the conveyance section 20. The conveyance roller control section 41 controls the rotational torque of the conveyance roller 22 by driving the rotational torque drive section 24 based on a detected value of the tension applied to the tow prepreg T detected by a detection section 50 which will be described later.
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。 The feed speed control section 42 is connected to the bobbin 11 of the unwinding section 10 and controls the unwinding speed of the tow prepreg T. The tension roller control section 43 is connected to the tension roller 21 of the conveyance section 20, and controls the tension applied to the tow prepreg T unwound from the bobbin 11 by adjusting the rotational torque or height of the tension roller 21. The eye tip roller control section 44 is connected to the eye tip roller 23, adjusts the height of the eye tip roller 23, and controls the pressure with which the tow prepreg T is pressed against the circumferential surface of the eye tip roller 23. By adjusting the height of the eye opening roller 23, the tow prepreg T conveyed from the conveying roller 22 is pressed against the circumferential surface of the eye opening roller 23, and the fiber width of the tow prepreg T is maintained. The rotational speed control section 45 is connected to the mandrel 31 and controls the rotational speed of the mandrel 31.
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。 The detection unit 50 is configured as a contact type tension detection sensor provided on the eye roller 23. The tension detection sensor detects the tension applied to the tow prepreg T on the downstream side of the eye cutter roller 23, acquires it as a detected value, converts the detected value into an electric signal (tension detection signal ST), and sends it to the control unit at predetermined intervals. It outputs to the conveyance roller control section 41 of 40.
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。 The input unit 60 inputs, as initial settings when driving the FW device 1, the feed speed of the bobbin 11, the rotational torque or height of the tension roller 21, the height of the eye roller 23, and the tension applied to the tow prepreg T on the downstream side of the eye roller 23. The target value of the mandrel 31 and the rotational speed of the mandrel 31 can be input to the control unit 40. From these input values, a rotational torque signal SR is output from the conveyance roller control section 41 to the rotational torque drive section 24 of the conveyance section 20 based on the map stored in the control section 40, and the rotational torque of the conveyance roller 22 is set to the initial value. set to the value.
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。
Next, tension control for the tow prepreg T in the FW device 1 will be explained.
In the FW device 1, the rotational torque of the plurality of conveyance rollers 22 is controlled based on the detected value of the tension applied to the tow prepreg T by the tension detection sensor of the detection unit 50. By controlling the rotational torque of the plurality of conveyance rollers 22, the tension applied to the tow prepreg T conveyed from the most downstream conveyance roller 22e among the plurality of conveyance rollers 22 is set to a predetermined value, and the tension of each The tension of the tow prepreg T conveyed from the conveyance roller 22 is set to increase stepwise from the upstream side to the downstream side.
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。 Prior to conveying the tow prepreg T in the FW device 1, first, the fiber width of the tow prepreg T wound around the bobbin 11, the resin content Rc, the number of reinforcing fibers in the fiber bundle, the material of the reinforcing fibers, and the applied Initial settings of the FW device 1 are performed from the input section 60 based on the material of the resin and the like. Specifically, the feed speed of the bobbin 11, the rotational torque or height of the tension roller 21, the height of the eye roller 23, the target value of the tension applied to the tow prepreg T downstream of the eye roller 23, the rotation speed of the mandrel 31, etc. is input from the input section 60. Further, the fiber width of the tow prepreg T is inputted from the input section 60. Each input value input from the input section 60 is sent to the control section 40.
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。 The input value regarding the feed speed of the bobbin 11 is outputted from the feed speed control section 42 to the bobbin 11 as an initial value. Thereby, the bobbin 11 rotates at a predetermined rotational speed, and the tow prepreg T is unwound at a predetermined unwinding speed. The input value regarding the rotational torque or height of the tension roller 21 is outputted from the tension roller control section 43 to the tension roller 21 as an initial value, and a predetermined tension is applied to the tow prepreg T unwound from the bobbin 11. The input value regarding the height of the eye tip roller 23 is outputted from the eye tip roller control unit 44 to the eye tip roller 23 as an initial value, and the tow prepreg T being conveyed is pressed against the circumferential surface of the eye tip roller 23 to apply a predetermined pressure. The input value regarding the rotational speed of the mandrel 31 is outputted from the rotational speed control section 45 to the mandrel 31 as an initial value, and the mandrel 31 rotates at a predetermined rotational speed. Further, the target value of the tension applied to the tow prepreg T on the downstream side of the eye opening roller 23, which is input from the input unit 60, is stored in the control unit 40 as an initial value of the tension applied to the tow prepreg T conveyed from the eye opening roller 23.
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。 In the control section 40 , a rotational torque signal SR for setting the rotational torque of the conveyance roller 22 is outputted from the conveyance roller control section 41 to the rotational torque drive section 24 based on the map stored in the control section 40 . The rotational torque of the conveyance roller 22 is set to an initial value by the rotational torque signal SR here.
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。 The FW device 1 is provided with one rotary torque drive section 24 for five conveyance rollers 22, and the five conveyance rollers 22 are driven by one rotary torque drive section 24. The rotational torque signal SR output from the conveyance roller control section 41 drives the rotational torque drive section 24 so that the tension applied to the tow prepreg T conveyed from each conveyance roller 22 increases step by step with the same raising width. let Specifically, when the tension on the tow prepreg T conveyed from the most downstream conveyance roller 22e is set to be X (kgf), the tow prepreg T conveyed from the most upstream conveyance roller 22a is , X/5 (kgf) is applied to the tow prepreg T, which is conveyed from the downstream conveyance roller 22b. The rotational torque drive unit 24 is driven so that a tension of 3X/5 (kgf) is applied to the prepreg T. In the FW device 1, the five conveyance rollers 22 are arranged in a positional relationship such that the contact length of the tow prepreg T with the circumferential surface during conveyance of the tow prepreg T is approximately the same. The torque drive unit 24 can control the rotational torque of all the conveyance rollers 22 so that they increase by the same amount.
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。 As shown in the flowchart of FIG. 2, the tension detection sensor of the detection unit 50 is configured to detect the value of tension applied to the tow prepreg T at predetermined intervals. In step S11, the detected tension value is converted into a tension detection signal ST and input to the conveyance roller control section 41 of the control section 40.
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。 In step S12, the conveyance roller control unit 41 determines whether the detected tension value has a variation width greater than a predetermined value with respect to the target tension value. If it is determined that the fluctuation range is not greater than the predetermined range, the rotational torque signal SR from the conveyance roller control section 41 to the rotational torque drive section 24 is not output. If it is determined that the fluctuation range is greater than the predetermined value, the process advances to step S13.
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。 In step S13, it is determined whether the detected tension value is smaller than the target tension value. If it is determined that the detected tension value is smaller than the target tension value, the conveyance roller control unit 41 calculates a target value for increasing the rotational torque of the conveyance roller 22 . Then, in step S14, a rotational torque signal SR is transmitted from the conveyance roller control unit 41 to the rotational torque drive unit 24, and the rotational torque drive unit 24 is driven so that the rotational torque of the conveyance roller 22 reaches the target increase range. .
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。 On the other hand, if it is determined that the detected tension value is larger than the target tension value, the conveyance roller control unit 41 calculates a target value for decreasing the rotational torque of the conveyance roller 22 . Then, in step S15, a rotational torque signal SR is transmitted from the conveyance roller control unit 41 to the rotational torque drive unit 24, and the rotational torque drive unit 24 is driven so that the rotational torque of the conveyance roller 22 reaches the target lowering range. let
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。 In this manner, the FW device 1 detects the tension applied to the tow prepreg T at predetermined time intervals, and controls the rotational torque of the conveyance roller 22 based on the detected value. As a result, the tension applied to the tow prepreg T conveyed from the eye opening roller 23 is controlled to approach the target value, and the tension applied to the tow prepreg T conveyed from the five conveyance rollers 22 is controlled from the upstream side to the downstream side. The width is controlled so that it gradually increases in the same width as you go.
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。
Next, a method for manufacturing a fiber-reinforced resin molded body using the FW device 1 will be described along with its operation.
The manufacturing method of the molded article includes a fiber opening step of opening fiber bundles of reinforcing fibers in a so-called dry state before being impregnated with resin, and a resin-spreading step of impregnating the spread reinforcing fibers with resin to obtain tow prepreg T. A coating process, a filament winding process in which the tow prepreg T is transported by the FW device 1 and wound around a mandrel 31 to obtain an intermediate, a wrapping process in which a wrapping tape is wrapped around the circumferential surface of the intermediate, and an intermediate body wrapped with the wrapping tape is It has a molding step of heating to obtain a molded body. The opening process, resin coating process, wrapping process, and molding process can be performed by conventionally known methods.
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。 For example, the opening process includes a method in which a dry fiber bundle running under a constant tension is rubbed with a roll, a method in which an air flow is applied to the fiber bundle while the fiber bundle is bent, and the like. By going through the opening process, the waviness of the fiber bundle is suppressed, so-called fiber unevenness is reduced, and the thickness can be reduced. Moreover, the fiber width becomes constant over the entire length, and the amount of resin applied in the resin application process can be stabilized.
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。 The resin application process can be carried out by dipping the opened fiber bundle in a resin bath while being conveyed along a conveyor roller, or by placing the fiber bundle along the circumference of an oiling roller to which a certain amount of resin is supplied. Examples include a method of transporting. By going through the resin application step, a certain amount of resin can be applied to the spread fiber bundle. The tow prepreg T that has undergone the resin coating process is arranged to have a predetermined fiber width, and the resin content Rc (wt%) is stable over the entire length of the tow prepreg T. The tow prepreg T is wound onto a bobbin 11 and supplied to a filament winding process.
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。 The filament winding process is performed using the FW device 1. First, initial settings of the FW device 1 are performed from the input section 60. The tow prepreg T is unwound from the bobbin 11 under a predetermined tension at a predetermined unwinding speed. Further, the tension is increased in stages along the circumferential surface of the conveyance roller 22 and the sheet is conveyed to the eye tip roller 23 . The eye cutter roller 23 conveys the tow prepreg T to the mandrel 31 while maintaining its fiber width, and winds the tow prepreg T around the mandrel 31 .
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。 In the filament winding process, the above control is performed based on the detected value of the tension applied to the tow prepreg T by the detection unit 50 in the FW device 1. Therefore, when the tow prepreg T is unwound, the reinforcing fibers are less likely to bite into each other, and the tow prepreg T is less likely to slip on the circumferential surface of each transport roller 22 while being transported. As a result, the tow prepreg T is transported between the plurality of transport rollers 22 with the fiber width being stabilized.
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。 Further, as shown in FIG. 3, when the tow prepreg T under tension is conveyed along the circumferential surface of the conveying roller 22, the tow prepreg T is pressed against the circumferential surface of the conveying roller 22 and tends to become flat. . In the tow prepreg T pressed against the peripheral surface of the conveyance roller 22, the impregnated resin R oozes out in the width direction due to the pressure, and as a result, the fiber volume content Vf of the tow prepreg T increases. By increasing the tension stepwise, a large tension is applied to the tow prepreg T transported from the most downstream transport roller 22e. As the tension increases, the resin in the tow prepreg T oozes out more easily, its thickness becomes thinner, and the fiber volume content Vf increases.
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。 FIG. 4 shows a graph showing the relationship between the tension applied to the tow prepreg T and the fiber volume content Vf. As shown in FIG. 4, in the tension range up to 1.5 kgf, the value of the fiber volume content Vf tends to increase as the tension applied to the tow prepreg T increases. In this way, by conveying the tow prepreg T while applying tension in stages in the filament winding process, the fiber width is kept constant, the fiber volume content Vf is improved, and the quality of the tow prepreg T is improved. becomes stable.
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。 The wrapping process is performed by winding a known wrapping tape around the circumferential surface of an intermediate body formed by winding the tow prepreg T around the mandrel 31. By going through the wrapping process, an appropriate pressure can be applied to the circumferential surface of the intermediate body, thereby suppressing the generation of voids in the resin and suppressing the generation of uneven shapes in the subsequent molding process.
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。 In the molding process, for example, the intermediate is heated in a mold or heated in a heating furnace, thereby thermosetting the resin. At this time, the heat shrinkage of the wrapping tape applies pressure to the intermediate body from its outer circumferential surface, and the thermosetting of the resin progresses, which suppresses the formation of voids within the resin and prevents the formation of uneven shapes on the surface. suppressed.
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。
Next, the effects of the above embodiment will be explained.
(1) A plurality of conveyance rollers 22 are arranged in the conveyance section 20 of the FW device 1, and in the conveyance section 20, the tension of the tow prepreg T conveyed from the conveyance rollers 22 is gradually increased from the upstream side to the downstream side. It is controlled to increase in size.
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。 Therefore, a large tension can be applied to the tow prepreg T conveyed from the most downstream side. The thickness of the tow prepreg T becomes thinner, and the fiber volume content Vf improves. Thereby, a molded article with excellent strength can be molded even if it is thin.
(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。
(2) The tension of the tow prepreg T conveyed from the conveyance roller 22 is controlled to increase stepwise from the upstream side to the downstream side.
Therefore, sudden large tension is suppressed from being applied to the tow prepreg T being transported. When the tow prepreg T is unwound from the bobbin 11, the reinforcing fibers constituting the tow prepreg T are prevented from digging into each other, and the tow prepreg T can be unwound smoothly. This suppresses fluctuations in fiber width and suppresses variations in fiber width over the entire length of the tow prepreg T.
(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。 (3) Since a sudden large tension is suppressed from being applied to the tow prepreg T being transported, the tow prepreg T is difficult to slip on the circumferential surface of the transport roller 22. The tow prepreg T can be unrolled smoothly, and fluctuations in the fiber width of the tow prepreg T are suppressed. The quality of the molded product is stable.
(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。
(4) In the conveyance section 20 of the FW device 1, the tension applied to the tow prepreg T conveyed by the conveyance roller 22 is adjusted by controlling the rotational torque of the conveyance roller 22.
Therefore, even if the diameters of the plurality of conveyance rollers 22 are different, the tension applied to the tow prepreg T can be easily adjusted, and the conveyance speed of the tow prepreg T can be easily adjusted.
(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。
(5) In the conveyance section 20 of the FW device 1, the plurality of conveyance rollers 22 are arranged so that the contact length of the tow prepreg T with the circumferential surface thereof is approximately the same.
Therefore, even if there are a plurality of conveyance rollers 22, the increase in the rotational torque of the conveyance rollers 22 can be made the same. Thereby, the rotational torque of the plurality of conveyance rollers 22 can be managed by one rotational torque drive unit 24. The tension of the tow prepregs T from the plurality of conveyance rollers 22 can be controlled by one rotational torque signal SR from the conveyance roller control section 41. Control of the tension applied to the tow prepreg T can be simplified, and the configuration of the FW device 1 can be simplified.
(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。 (6) A detection unit 50 that detects the tension applied to the tow prepreg T is provided downstream of the most downstream conveyance roller 22e and immediately before the mandrel 31 of the winding unit 30. Then, the tension of the tow prepreg T in the conveyance section 20 is controlled based on the detected tension value detected by the detection section 50.
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。 Therefore, the tension can be brought close to the target value, and the tow prepreg T can be wound around the mandrel 31 while the fiber volume content Vf is well controlled. The quality of the molded body can be improved.
(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。 (7) In the conveyance unit 20, based on the detected value of the tension applied to the tow prepreg T, the tension applied to the tow prepreg T at the most downstream side of the plurality of conveyance rollers 22 is controlled, and the tow prepreg T is conveyed from each conveyance roller 22. The tension of the tow prepreg T is controlled to increase stepwise from the upstream side to the downstream side.
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。
Therefore, the tension applied to the tow prepreg T can be easily controlled to a targeted state, and the fiber volume content Vf can be brought close to the targeted value.
(8) The method for manufacturing a molded body using the FW device 1 includes a fiber opening process and a resin coating process before the filament winding process. In the opening step, a fiber bundle of reinforcing fibers in a so-called dry state before being impregnated with resin is opened.
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。 Therefore, in the tow prepreg T supplied to the FW device 1, waviness of the fiber bundle is suppressed, so-called fiber unevenness is reduced, and the thickness thereof is reduced. Furthermore, since the fiber width is constant over the entire length, the amount of resin applied in the resin application process can be stabilized.
(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。
(9) In the resin application step, the reinforcing fiber bundles opened in the opening step are impregnated with resin.
Therefore, a certain amount of resin can be applied, and the resin content Rc (wt%) is stabilized over the entire length of the tow prepreg T.
(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。
(10) The tow prepreg T, whose fiber width and resin content Rc have been stabilized through the opening process and the resin coating process, is transported while controlling the tension using the FW device 1.
Therefore, the tow prepreg T of good quality can be wound around the mandrel 31 while maintaining its state. Furthermore, it is possible to suppress the occurrence of unevenness in the state of being wound around the mandrel 31. A molded article with excellent quality can be obtained.
(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。 (11) Since a large tension can be applied to the tow prepreg T, the fiber volume content Vf of the tow prepreg T can be improved, and variations in the thickness of the tow prepreg T can be suppressed.
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。 Therefore, the number of laminated tow prepregs T for forming a molded body can be reduced, and generation of gaps between the multiple layers of tow prepregs T is suppressed. This suppresses the generation of voids due to gaps during the wrapping process and molding process. A molded article with good quality can be produced.
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。
The above embodiment can be modified as follows. Note that the above embodiment and the following modification examples can be applied in combination with each other within a technically consistent range.
- Although five conveyance rollers 22 are provided in the conveyance section 20, the number is not particularly limited. The number can be set to an appropriate number depending on the magnitude of the tension applied to the tow prepreg T, the width of increase in tension, the diameter of the conveyance roller 22, etc.
・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。
- The plurality of conveyance rollers 22 may all have the same diameter, or may have a mixture of different diameters, or may all have different diameters.
- The configuration of the tension roller 21 is not particularly limited. The tension of the tow prepreg T may be adjusted together with a known active dancer roller.
・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。 - The tension roller 21 and the eye roller 23 may be omitted. If the eye roller 23 is omitted, the tension detection sensor of the detection unit 50 may be provided on the most downstream conveyance roller 22e.
・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。
- The number of rotational torque drive units 24 may not be one, but may be provided separately for each conveyance roller 22, for example.
- The plurality of conveyance rollers 22 do not need to be arranged so that the length of contact with the circumferential surface of the tow prepreg T is approximately the same.
・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。
- The configuration of the control unit 40 is not limited to that of the above embodiment. For example, the feed speed control section 42 and the tension roller control section 43 may not be provided.
- The amount of increase in the rotational torque may not be substantially the same, and the amount of increase in the tension of the tow prepreg T conveyed from the conveyance roller 22 may not be substantially the same. The amount of increase is not particularly limited as long as it increases gradually from the upstream side to the downstream side. The amount of increase in rotational torque and the amount of increase in tension can be appropriately set within a range that does not cause slippage of the tow prepreg T on the circumferential surface of the conveyance roller 22 or fluctuation of the fiber width.
・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。 - In the above embodiment, the detection unit 50 detects the tension applied to the tow prepreg T, and based on the detected value, the conveyance unit 20 detects the tension applied to the tow prepreg T at the most downstream side of the plurality of conveyance rollers 22. At the same time, the tension of the tow prepreg T conveyed from each conveyance roller 22 is controlled to increase stepwise from the upstream side to the downstream side. However, the object detected by the detection unit 50 is not limited to tension. The fiber width of the tow prepreg T may be used, or the thickness of the tow prepreg T may be used. Furthermore, the control mode is not limited to that of the above embodiment.
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。 For example, a case where the detection unit 50 is configured with a width detection sensor that detects the fiber width of the tow prepreg T on the downstream side of the eye cutter roller 23 will be described. Examples of the width detection sensor include a sensor including a light projecting section and a light receiving section. The width detection sensor converts a change in the amount of light that reaches the light receiving section into an electrical signal and outputs the electrical signal when the light projected from the light projecting section is blocked by the tow prepreg T. For example, when the tow prepreg T passes through the width detection sensor, the width detection sensor detects the positions of both edges of the tow prepreg T in the width direction based on changes in the amount of light reaching the light receiving part, and then determines the position of the tow prepreg T from the detected value. Obtain the fiber width value of prepreg T. The fiber width value is converted into an electrical signal and outputted to the conveyance roller control section 41 of the control section 40 at predetermined time intervals.
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。 As a control mode in this case, a flowchart as shown in FIG. 5 can be considered. First, the input value of the fiber width of the tow prepreg T inputted from the input section 60 is stored in the control section 40 as the initial value of the fiber width of the tow prepreg T.
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。 The detection section 50 is configured to detect the value of the fiber width when the tow prepreg T passes through the detection section 50 at predetermined time intervals. In step S21, the detected value of the fiber width is converted into a width detection signal and input to the conveyance roller control section 41 of the control section 40.
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。 In step S22, the conveyance roller control unit 41 determines whether the detected value of the fiber width is within a predetermined range of variation or more with respect to the initial value of the fiber width. If it is determined that the fluctuation range is not greater than the predetermined range, the rotational torque signal SR from the conveyance roller control section 41 to the rotational torque drive section 24 is not output. If it is determined that the variation range is greater than the predetermined value, the process advances to step S23.
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。 In step S23, it is determined whether the detected value of the fiber width is smaller than the initial value of the fiber width. When it is determined that the detected value of the fiber width is smaller than the initial value of the fiber width, the conveyance roller control unit 41 calculates a target value for increasing the rotational torque of the conveyance roller 22. Then, in step S24, the conveyance roller control section 41 transmits a rotational torque signal SR to the rotational torque drive section 24, and drives the rotational torque drive section 24 so that the rotational torque of the conveyance roller 22 increases to the target value. let
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。 On the other hand, if it is determined that the detected value of the fiber width is larger than the initial value of the fiber width, the conveyance roller control section 41 calculates a target value for the amount of decrease in the rotational torque of the conveyance roller 22. Then, in step S25, the rotational torque signal SR is transmitted from the conveyance roller control unit 41 to the rotational torque drive unit 24, and the rotational torque drive unit 24 is activated so that the rotational torque of the conveyance roller 22 falls within the range of the target value. drive.
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。 In this way, by detecting the fiber width of the tow prepreg T at predetermined intervals and controlling the rotational torque of the conveyance roller 22 based on the detected value, the fiber width of the tow prepreg T can be adjusted while being conveyed by the conveyance roller 22. fluctuations are suppressed.
・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。 - In the winding part 30, a temperature adjustment mechanism may be mounted on the mandrel 31 as a core material. Examples of the temperature adjustment mechanism include a structure in which a heat source such as an IH heater is disposed inside the mandrel 31, a structure in which a high-temperature fluid serving as a heat source is circulated inside the mandrel 31, and the like. In this case, the temperature control section 40 may be provided with a temperature control section, and the temperature control section may be connected to the temperature adjustment mechanism of the mandrel 31 to control the temperature of the mandrel 31. Further, the temperature of the mandrel 31 may be input from the input unit 60 as an initial setting when driving the FW device 1. The input value regarding the temperature of the mandrel 31 is outputted from the temperature adjustment section to the temperature adjustment mechanism as an initial value, and the heat source is set to a predetermined temperature.
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。 In this way, by mounting the temperature adjustment mechanism on the mandrel 31, the temperature change of the mandrel 31 during molding is suppressed, and the outer diameter dimension of the mandrel 31 can be stabilized. Thereby, the quality of the molded article can be improved.
・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。 - The method for manufacturing the molded body is not limited to the case where the tow prepreg T is prepared through a fiber opening process and a resin coating process. A commercially available tow prepreg T wound around a bobbin may be procured. If the fiber width and resin content Rc of the tow prepreg T are appropriately controlled, the state of the tow prepreg T can be maintained during transportation by the FW device 1.
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。
Technical ideas that can be derived from the above embodiments and modified examples will be added below.
(a) A method for producing a molded article made of fiber-reinforced resin by a filament winding method, which includes a conveying step of conveying tow prepreg along the circumferential surface of a plurality of conveying rollers, and a conveying step of conveying the conveyed tow prepreg to a core material. A winding step of winding the intermediate body around the periphery to form an intermediate body, and a molding process of thermosetting the intermediate body to form a molded body, and in the winding process, the core material is rotated at a predetermined rotational speed, A method for manufacturing a molded article, characterized in that, in the conveyance step, the tension of the tow prepreg conveyed from the conveyance roller is controlled to increase stepwise from the upstream side to the downstream side.
(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。
(b) The method for manufacturing a molded body according to (a) above, wherein in the conveying step, the rotational torque of the plurality of conveying rollers is controlled.
(c) In the conveyance step, the tension applied to the tow prepreg at the most downstream side of the plurality of conveyance rollers is calculated based on the detected value of the fiber width of the tow prepreg at the most downstream side of the plurality of conveyance rollers. (a) or (b) above, characterized in that the tension of the tow prepreg conveyed from each of the conveyance rollers is controlled to increase stepwise from the upstream side to the downstream side. A method for producing a molded article as described in .
(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。 (d) A manufacturing system for manufacturing a fiber-reinforced resin molded article by a filament winding method, which includes a conveyance section in which a plurality of conveyance rollers are arranged and conveys tow prepreg along the circumferential surface thereof, and a conveyance section for conveying tow prepreg along the circumferential surface thereof, and A winding section that wraps the tow prepreg around a core material, a detection section that detects the fiber width of the tow prepreg at the most downstream side of the plurality of conveyance rollers, and the tow prepreg that is conveyed from each of the conveyance rollers. The control unit controls the tension applied to the tow prepreg at the most downstream side of the plurality of conveyance rollers based on the detected value of the fiber width by the detection unit. Further, the manufacturing system is characterized in that the tension of the tow prepreg conveyed from each of the conveyance rollers is controlled to increase stepwise from the upstream side to the downstream side.
(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。 (E) A conveyance section in which a plurality of conveyance rollers are arranged and convey the tow prepreg along the circumferential surface thereof, a winding section that wraps the conveyed tow prepreg around a core material, and a plurality of conveyance rollers. comprising a detection unit that detects at least one of the fiber width and thickness of the tow prepreg at the most downstream side, in the winding unit, the core material is rotated at a predetermined rotational speed, and in the conveyance unit, Based on the detected value, the tension applied to the tow prepreg at the most downstream side of the plurality of conveyance rollers is controlled, and the tension of the tow prepreg conveyed from each of the conveyance rollers is controlled from the upstream side to the downstream side. A filament winding device characterized in that the filament winding device is controlled to gradually increase in size as it goes to the side.
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。 T... Tow prepreg, 1... Filament winding device, 10... Unwinding section, 11... Bobbin, 20... Conveyance section, 21... Tension roller, 22, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e... Conveyance roller, 23... Eye cutter roller, 30... Winding section, 31... Mandrel (core material), 40... Control section, 41... Conveyance roller control section, 50... Detection section.
Claims (3)
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、
最も下流に配置された前記搬送ローラの下流に配置されて、前記トウプリプレグの張力、前記トウプリプレグの繊維幅、及び前記トウプリプレグの厚さのいずれかを検出する検出部と、
複数の前記搬送ローラの回転トルクを制御する制御部と
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、
前記制御部は、前記検出部での検出値に基づいて前記回転トルクを制御することにより、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、上流側から下流側へ行くほど段階的に大きくすることを特徴とするフィラメントワインディング装置。 a conveying section in which a plurality of conveying rollers are arranged and conveying tow prepreg along the circumferential surface thereof;
a winding unit that winds the transported tow prepreg around a core material;
a detection unit that is disposed downstream of the conveyance roller that is disposed most downstream and detects any one of the tension of the tow prepreg, the fiber width of the tow prepreg, and the thickness of the tow prepreg;
and a control unit that controls the rotational torque of the plurality of conveyance rollers,
In the winding section, the core material is rotated at a predetermined rotational speed,
The control unit controls the rotational torque based on the detected value by the detection unit, so that the tension of the tow prepreg conveyed from each of the conveyance rollers is gradually increased from the upstream side to the downstream side. A filament winding device characterized by increasing the size of the filament.
前記制御部は、前記ボビンの回転速度、前記検出部での前記トウプリプレグの張力の目標値、及び前記芯材の回転速度の各初期値を設定し、前記検出部での検出値と前記目標値とを比較して、前記回転トルクを制御す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。 an unwinding section provided with a bobbin around which the tow prepreg is wound;
The control unit sets each initial value of the rotational speed of the bobbin, the target value of the tension of the tow prepreg in the detection unit, and the rotational speed of the core material, and sets the detected value in the detection unit and the target value. The filament winding device according to claim 1, wherein the rotational torque is controlled by comparing the rotational torque with the rotational torque.
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