WO2011058842A1

WO2011058842A1 - 樹脂吐出装置

Info

Publication number: WO2011058842A1
Application number: PCT/JP2010/068008
Authority: WO
Inventors: 秀明中西; 晃前田
Original assignee: 村田機械株式会社
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2011-05-19
Also published as: JP5589357B2; JP2011102010A

Abstract

　液状の樹脂を貯溜する樹脂タンク１１１と、前記樹脂タンク１１１から供給された前記樹脂を吐出する樹脂供給ノズル８０と、前記樹脂の温度を検出する樹脂温度センサ１１３と、前記樹脂温度センサ１１３からの検出信号を伝達可能に接続された制御装置１３０と、を備えた樹脂吐出装置９０であって、前記制御装置１３０は、前記樹脂を構成する主剤に硬化剤を混合、又は、主剤に硬化剤ならびに硬化促進剤を混合してからの経過時間と、前記樹脂温度センサ１１３により検出された前記樹脂の温度と、に基づいて前記樹脂の粘度を算出し、粘度に応じて前記樹脂供給ノズル８０から吐出される前記樹脂の吐出圧力を調節するとした。

Description

樹脂吐出装置

　本発明は、樹脂吐出装置の技術に関する。

　従来より、樹脂を含浸させた繊維束をライナーの外周面に巻き付けていくフィラメントワインディング装置等の繊維機械が知られている。また、繊維束に樹脂を含浸させる方法として、繊維束を樹脂槽に浸漬させる方法（例えば特許文献１参照。）や、繊維束に対して樹脂を吹付ける方法（例えば特許文献２参照。）等が公知となっている。

　しかし、繊維束を樹脂槽に浸漬させる方法を用いた繊維機械においては、浸漬後の繊維束を送り出すガイドローラ等に樹脂が付着するためにメンテナンスの頻度が増加するという問題点があった。一方、繊維束に対して樹脂を吹付ける方法を用いた繊維機械においては、繊維束が巻き付けられる直前に樹脂を吹付けることによってガイドローラ等に樹脂が付着することを回避できるが、樹脂粘度の変化に起因する樹脂の吐出量の変化によって繊維束にムラ無く確実に樹脂を含浸させることは困難とされていた。
特開平８－１０８４８７号公報特開平９－２６２９１０号公報

　本発明は、繊維束に対して樹脂を吹付けることによって、繊維束にムラ無く確実に樹脂を含浸させることができる樹脂吐出装置の技術を提供することを目的としている。

　本発明の第一の態様は、液状の樹脂を貯溜する樹脂タンクと、
　前記樹脂タンクから供給された前記樹脂を吐出する樹脂供給ノズルと、
　前記樹脂の温度を検出する樹脂温度センサと、
　前記樹脂温度センサからの検出信号を伝達可能に接続された制御装置と、を備えた樹脂吐出装置であって、
　前記制御装置は、前記樹脂を構成する主剤に硬化剤を混合、又は、主剤に硬化剤ならびに硬化促進剤を混合してからの経過時間と、前記樹脂温度センサにより検出された前記樹脂の温度と、に基づいて前記樹脂の粘度を算出し、粘度に応じて前記樹脂供給ノズルから吐出される前記樹脂の吐出圧力を調節する。

　本発明の第二の態様は、第一の態様において、前記樹脂供給ノズルは、空気を吐出させる外管と樹脂を吐出させる内管とにより構成される二重管構造とし、
　前記空気の温度を検出する空気温度センサを備え、
　前記制御装置は、前記樹脂を構成する主剤に硬化剤を混合、又は、主剤に硬化剤ならびに硬化促進剤を混合してからの経過時間と、前記樹脂温度センサにより検出された前記樹脂の温度と、前記空気温度センサにより検出された前記空気の温度と、に基づいて前記樹脂の粘度を算出し、粘度に応じて前記樹脂供給ノズルから吐出される前記樹脂の吐出圧力を調節する。

　本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様において、前記樹脂供給ノズルは、空気を吐出させる外管と樹脂を吐出させる内管とにより構成される二重管構造とし、
　前記空気の温度を調節する空気温度調節手段を備え、
　前記制御装置は、前記樹脂温度センサにより検出された前記樹脂の温度と同一又は略同一に前記空気の温度を調節する。

　本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

　本発明の第一の態様によれば、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間と、樹脂温度センサにより検出された樹脂温度と、により樹脂粘度を算出することで、樹脂粘度に応じた最適な樹脂の吐出圧力に適宜調節することが可能となる。これにより、単位時間あたりの樹脂の吐出量を管理することができて、繊維束にムラ無く確実に樹脂を含浸させることが可能となる。

　本発明の第二の態様によれば、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間と、樹脂温度センサにより検出された樹脂温度と、空気温度センサにより検出された空気温度と、により樹脂粘度を算出することで、樹脂粘度に応じた最適な樹脂の吐出圧力に適宜調節することが可能となる。これにより、単位時間あたりの樹脂の吐出量を管理することができて、繊維束にムラ無く確実に樹脂を含浸させることが可能となる。

　本発明の第三の態様によれば、空気温度と樹脂温度との差異が小さくなるように空気温度を調節することで、空気温度の影響による樹脂温度の変化を低減できて樹脂温度の変化に起因する樹脂粘度の変化を抑制することが可能となる。これにより、単位時間あたりの樹脂の吐出量を正確に管理することができて、繊維束にムラ無く確実に樹脂を含浸させることが可能となる。

フィラメントワインディング装置の全体構成を示す図。ヘリカル巻き装置の構成を示す側面図。（３Ａ）ヘリカル巻き装置を構成する繊維供給ガイドならびに樹脂供給ノズルを示す側面図。（３Ｂ）ヘリカル巻き装置を構成する繊維供給ガイドならびに樹脂供給ノズルを示す背面図。樹脂吐出装置の構成を示す概略図。制御システムの構成を示すブロック図。樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間が樹脂粘度に及ぼす影響を示す図。樹脂温度が樹脂粘度に及ぼす影響を示す図。樹脂の吐出圧力が樹脂の単位時間あたりの吐出量に及ぼす影響を示す図。樹脂粘度が樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比に及ぼす影響を示す図。空気温度と樹脂温度の差異が樹脂供給ノズルの内管を流れる樹脂の温度に及ぼす影響を示す図。繊維束の巻き付け速度と樹脂の吐出量との関係を示す図。

　１　　　　　　　　フィラメントワインディング装置
　２　　　　　　　　ライナー
　２ａ　　　　　　　外周面
　１０　　　　　　　主基台
　２０　　　　　　　ライナー移送装置
　３０　　　　　　　フープ巻き装置
　４０　　　　　　　ヘリカル巻き装置
　４２　　　　　　　ヘリカル巻き掛け装置
　４３　　　　　　　ヘリカル巻きヘッド
　４４　　　　　　　繊維供給ガイド
　５０　　　　　　　ガイド
　６０　　　　　　　ガイド進退機構
　７０　　　　　　　ガイド回転機構
　８０　　　　　　　樹脂供給ノズル
　８１　　　　　　　ノズル本体部
　８５　　　　　　　二重管ノズル部
　８５ａ　　　　　　吐出口
　８６　　　　　　　外管
　８７　　　　　　　内管
　９０　　　　　　　樹脂吐出装置
　１００　　　　　　空気供給経路
　１０１　　　　　　空気タンク
　１０３　　　　　　エアヒータ（空気温度調節手段）
　１１０　　　　　　樹脂供給経路
　１１１　　　　　　樹脂タンク
　１１３　　　　　　樹脂温度センサ
　１２０　　　　　　空気圧送装置
　１２１　　　　　　コンプレッサ
　１２７　　　　　　空気温度センサ
　１３０　　　　　　制御装置
　１３１　　　　　　ＲＯＭ（記憶手段）
　Ｙ　　　　　　　　繊維束

　次に、発明の実施の形態を説明する。

　まず、図１を用いて本発明に係る樹脂吐出装置９０を備えたフィラメントワインディング装置１の全体構成について説明する。なお、樹脂吐出装置９０は、本図では簡単のために省略している。

　図１は、フィラメントワインディング装置１の側面図である。図中に示す矢印は、ライナー２の移送方向を示している。ここで、ライナー２の移送方向に平行となる方向をライナー２若しくはフィラメントワインディング装置１の前後方向とし、ライナー２が移送される方向を前側（本図左側）、その反対側を後側（本図右側）と定義する。なお、ライナー２は、フィラメントワインディング装置１の前後方向に往復動するものであるため、図１に示す移送方向と反対側に移送される場合には、前後方向が反対向きとなる。

　フィラメントワインディング装置１は、備え付けられたライナー２の外周面２ａに樹脂を含浸させた繊維束Ｙを巻き付けていく装置である。フィラメントワインディング装置１は、主に主基台１０と、ライナー移送装置２０と、フープ巻き装置３０と、ヘリカル巻き装置４０と、から構成される。

　ライナー２は、フィラメントワインディング装置１によって、外周面２ａに繊維束Ｙが巻き付けられる被巻回物である。ライナー２は、例えば高強度アルミニウム材やポリアミド系樹脂等によって形成された略円筒形状の中空容器とされ、該ライナー２の外周面２ａに繊維束Ｙが巻き付けられることによって耐圧特性の向上が図られる。つまり、ライナー２は、耐圧容器を構成する基材とされる。

　主基台１０は、フィラメントワインディング装置１の主たる構造体をなすものである。そして、主基台１０の上部に設けられたライナー移送装置用レール１１には、ライナー移送装置２０がフィラメントワインディング装置１の前後方向に移動可能に載置されている。また、ライナー移送装置用レール１１と平行するように設けられたフープ巻き装置用レール１２には、フープ巻き装置３０がフィラメントワインディング装置１の前後方向に移動可能に載置されている。

　ライナー移送装置２０は、備え付けられたライナー２を回転させるとともに、該ライナー２をフィラメントワインディング装置１の前後方向に移送する装置である。ライナー移送装置２０は、主に移送装置基台２１と、図示しない移送用駆動装置と、ライナー支持部２２と、から構成される。

　移送装置基台２１は、ライナー移送装置２０の主たる構造体をなすものである。前述したように、ライナー移送装置２０は、主基台１０のライナー移送装置用レール１１に載置されて移送用駆動装置によって前後方向に移動可能とされる。移送装置基台２１には、前後方向に一対のライナー支持部２２が設けられており、該ライナー支持部２２によってライナー２が支持されることとなる。

　具体的には、ライナー支持部２２は、主に移送装置基台２１から上方に向けて延設されたライナー支持フレーム２３と、該ライナー支持フレーム２３の上部から前後方向に向けて延設された回転軸部２４と、で構成される。そして、一対のライナー支持部２２を構成するそれぞれの回転軸部２４にチャック等によって取り付けられたライナー２は、回転軸部２４によって一方向に回転されることとなる。

　このような構成により、ライナー２は、該ライナー２の回転軸がフィラメントワインディング装置１の前後方向に対して平行となるように回転されるとともに、フィラメントワインディング装置１の前後方向に移送されるのである。

　フープ巻き装置３０は、フィラメントワインディング装置１の前後方向に対して略垂直となるようにライナー２の外周面２ａに繊維束Ｙを巻き付けていく、いわゆるフープ巻きを行なう装置である。フープ巻き装置３０は、主にフープ巻き装置基台３１と、図示しない移送用駆動装置と、回転用駆動装置３２と、フープ巻き掛け装置３３と、から構成される。

　フープ巻き装置基台３１は、フープ巻き装置３０の主たる構造体をなすものである。前述したように、フープ巻き装置３０は、主基台１０のフープ巻き装置用レール１２に載置されて移送用駆動装置によって前後方向に移動可能とされる。フープ巻き装置基台３１には、回転用駆動装置３２ならびにフープ巻き掛け装置３３が設けられており、回転用駆動装置３２によりフープ巻き掛け装置３３が回転されることによって繊維束Ｙの巻き付けが行なわれる。

　具体的には、フープ巻き掛け装置３３は、主にフープ巻きを行なう巻き掛けテーブル３４と、該巻き掛けテーブル３４に繊維束Ｙの供給を行なうボビン３５と、で構成される。巻き掛けテーブル３４は、ライナー２の外周面２ａに繊維束Ｙを導く複数の繊維供給ガイドと、該繊維供給ガイドからライナー２へ向かう繊維束Ｙに対して樹脂を吹付ける複数の樹脂供給ノズルとが配置された部材である。

　詳細に説明すると、巻き掛けテーブル３４には、ライナー２の外周面２ａから互いに等しい距離となるように繊維供給ガイドが放射状に配置されており、これらの繊維供給ガイドにより導かれるそれぞれの繊維束Ｙに対して樹脂供給ノズルから樹脂を吹付ける。そして、このようにして樹脂が含浸された繊維束Ｙは、フープ巻き装置３０が巻き掛けテーブル３４を回転させながら前後方向に移動することによってライナー２の外周面２ａに巻き付けられていくのである。

　ヘリカル巻き装置４０は、フィラメントワインディング装置１の前後方向に対して所定の角度となるようにライナー２の外周面２ａに繊維束Ｙを巻き付けていく、いわゆるヘリカル巻きを行なう装置である。ヘリカル巻き装置４０は、主にヘリカル巻き装置基台４１と、ヘリカル巻き掛け装置４２と、から構成される。

　ヘリカル巻き装置基台４１は、ヘリカル巻き装置４０の主たる構造体をなすものである。ヘリカル巻き装置４０は、主基台１０に固設されている。ヘリカル巻き装置基台４１には、ヘリカル巻き掛け装置４２が設けられており、ライナー移送装置２０に備え付けられたライナー２が回転されながら移送されて、ヘリカル巻き掛け装置４２を通過することによって繊維束Ｙの巻き付けが行なわれる。

　具体的には、ヘリカル巻き掛け装置４２は、主にヘリカル巻きを行なうヘリカル巻きヘッド４３と、該ヘリカル巻きヘッド４３に繊維束Ｙの供給を行なう図示しないボビンと、で構成される。ヘリカル巻きヘッド４３は、ライナー２の外周面２ａに繊維束Ｙを導く複数の繊維供給ガイド４４と、該繊維供給ガイド４４からライナー２へ向かう繊維束Ｙに対して樹脂を吹付ける複数の樹脂供給ノズル８０とが配置された部材である（図２参照。）。

　詳細に説明すると、ヘリカル巻きヘッド４３には、ライナー２の外周面２ａから互いに等しい距離となるように繊維供給ガイド４４が放射状に配置されており、これらの繊維供給ガイド４４により導かれるそれぞれの繊維束Ｙに対して樹脂供給ノズル８０から樹脂を吹付ける。そして、このようにして樹脂が含浸された繊維束Ｙは、ライナー移送装置２０に備え付けられたライナー２が回転されながら移送されることによって該ライナー２の外周面２ａに巻き付けられていくのである。

　次に、前述したヘリカル巻き装置４０を用いて繊維束Ｙにムラ無く確実に樹脂を含浸させる技術について解説すべく、繊維供給ガイド４４ならびに樹脂供給ノズル８０について詳細に説明する。また、樹脂供給ノズル８０から吐出される空気と樹脂を該樹脂供給ノズル８０に供給する樹脂吐出装置９０について説明する。

　図２は、フィラメントワインディング装置１のヘリカル巻き装置４０の構成を示す側面図である。図３Ａは、ヘリカル巻き装置４０を構成する繊維供給ガイド４４ならびに樹脂供給ノズル８０を示す側面図である。図３Ｂは、その背面図を示している。また、図４は、フィラメントワインディング装置１の樹脂吐出装置９０の構成を示す概略図である。

　まず、図２、図３を用いて繊維供給ガイド４４について詳細に説明する。繊維供給ガイド４４は、主にガイド５０と、ガイド進退機構６０と、ガイド回転機構７０と、から構成される。

　ガイド５０は、ボビンから供給された繊維束Ｙをライナー２の外周面２ａまで導くものである。ガイド５０は、主に繊維束Ｙの案内通路が形成された略テーパ形状のガイド部材５１と、該ガイド部材５１が挿通される側面視Ｌ字形状のガイド支持部材５２と、で構成される。

　ガイド部材５１は、その一側である入口部５１ａから他側である出口部５１ｂまで貫通するように繊維束Ｙの案内通路が形成されている。また、ガイド部材５１は、その出口部５１ｂの形状が略長円形状に形成されており、繊維束Ｙを円滑に供給することを可能としている。

　ガイド支持部材５２は、ガイド部材５１が挿通される貫通穴５２ａが設けられて、該ガイド部材５１をその軸心を中心軸として回転自在に支持するものである。

　このような構成により、ボビンから供給された繊維束Ｙは、ガイド支持部材５２に支持されたガイド部材５１に導かれてライナー２の外周面２ａに巻き付けられていくのである。

　ガイド進退機構６０は、ライナー２の外周面２ａに対して進退する方向にガイド５０を移動させる機構である。ガイド進退機構６０は、主にガイド支持部材５２に設けられた貫通穴５２ｂに挿通されたガイド軸６１と、ガイド支持部材５２を案内する案内溝６２ａが穿設された環状の溝カム６２と、で構成される。

　ガイド軸６１は、その軸心方向がライナー２の回転軸に対して垂直となる方向に設けられており、該ガイド軸６１の両端はライナー２の回転軸と同軸となるように配置された断面視Ｃ字形状の環状部材４６に固設されている。

　溝カム６２は、その回転軸がライナー２の回転軸と同軸となるように配置され、環状部材４６の凹部４６ａに内設されている。そして、溝カム６２の一面には回転に伴って径方向に軌道が変化する案内溝６２ａが穿設されており、該案内溝６２ａにはガイド支持部材５２の突出部５２ｃが挿入されている。

　このような構成により、溝カム６２を回転すると、該溝カム６２の案内溝６２ａにガイド支持部材５２を案内させることができ、ガイド５０をガイド軸６１の軸心方向に移動させることが可能となるのである。

　ガイド回転機構７０は、ガイド部材５１の軸心方向を中心軸として該ガイド部材５１を回転させる機構である。ガイド回転機構７０は、主にガイド支持部材５２に設けられた貫通穴５２ｄに挿通された伝達軸７１と、該伝達軸７１の一端部に形成されたスプライン軸部により挿通される略円筒形状のソケット７２と、環状のフェースギヤ７３と、で構成される。

　伝達軸７１は、その軸心方向がライナー２の回転軸に対して垂直となる方向であってガイド進退機構６０を構成するガイド軸６１と平行に設けられている。そして、伝達軸７１の一端はガイド支持部材５２の貫通穴５２ｄに回転自在に挿通され、スプライン軸部が形成された他端はソケット７２に挿通されている。また、伝達軸７１の中途部にはガイド部材５１の一端部に設けられたドリブンギヤ５１ｃと噛合するようにドライブギヤ７１ａが設けられている。

　ソケット７２は、その軸心方向にスプライン穴が形成されており、該スプライン穴には前述したように伝達軸７１のスプライン軸部が挿通される。そして、ソケット７２は、その軸心方向を中心軸として回転自在に環状部材４６に支持されている。

　フェースギヤ７３は、その回転軸がライナー２の回転軸と同軸となるように配置され、環状部材４６の外周に回転自在に外嵌されている。そして、フェースギヤ７３のギヤ部はソケット７２の一端部に設けられたドリブンギヤ７２ａと噛合される。

　このような構成により、フェースギヤ７３を回転すると、伝達軸７１やソケット７２を介してガイド部材５１を回転させることができ、ガイド部材５１とライナー２とを近接させた場合であってもガイド部材５１同士の当接を回避することが可能となる。つまり、ガイド部材５１の略長円形状である出口部５１ｂを互いに干渉しない角度に位相を揃えることができて該ガイド部材５１同士の当接を回避することが可能となるのである。

　次に、図２、図３を用いて樹脂供給ノズル８０について詳細に説明する。樹脂供給ノズル８０は、主にノズル本体部８１と、二重管ノズル部８５と、で構成される。なお、樹脂供給ノズル８０は、繊維供給ガイド４４を構成するガイド支持部材５２の側方に取り付けられている。

　ノズル本体部８１は、後述する空気タンク１０１と接続されており（図４参照。）、該空気タンク１０１から供給される空気を二重管ノズル部８５へ導くものである。ノズル本体部８１には、空気タンク１０１から空気を導く配管１０２（図４参照。）が接続される空気通路８１ａと、該空気通路８１ａによって導かれた空気が流入する空気室８１ｂと、が設けられている。なお、本樹脂供給ノズル８０における空気室８１ｂは、ノズル本体部８１の一端面から穿設された円筒形状の空間であり、該空気室８１ｂの軸心方向に対して垂直に空気通路８１ａが連通されている。

　二重管ノズル部８５は、その先端部分にある吐出口８５ａから空気ならびに樹脂を吐出させる二重管構造の吐出管である。二重管ノズル部８５は、主に円管形状の外管８６と、該外管８６に内設された円管形状の内管８７と、から構成される。

　外管８６は、空気を吐出させるエアノズルである。外管８６の一端部には、ノズル本体部８１に設けられた空気室８１ｂの内径と略同一の外径とする拡管部８６ａが形成されている。そして、外管８６は、空気室８１ｂの開口部に拡管部８６ａが圧入されることによって取り付けられ、空気タンク１０１から空気室８１ｂに導かれた空気を吐出口８５ａから吐出することを可能としている。

　内管８７は、樹脂を吐出させる樹脂ノズルである。内管８７の一端部には樹脂タンク１１１から樹脂を導く配管１１２（図４参照。）が接続されている。そして、内管８７は、ノズル本体部８１の空気室８１ｂと同軸となるように設けられた貫通穴８１ｃに挿通されることによって、二重管ノズル部８５を構成するとともに、外管８６による空気の吐出方向と同じ方向に樹脂を吐出することを可能としている。

　このような構成により、空気タンク１０１から供給された空気は、外管８６と内管８７との隙間から吐出し、樹脂タンク１１１から供給された樹脂は、内管８７から吐出させることが可能となる。

　これにより、樹脂供給ノズル８０から吐出された樹脂は、比較的に粘度が高く比重が大きい場合であっても周囲に形成される空気噴流によって適度に微粒化されて運ばれる。つまり、樹脂供給ノズル８０の内管８７から吐出された樹脂は、微粒化された後に、その周囲に形成された空気噴流に乗じることによって搬送されることとなるのである。

　次に、図４を用いて樹脂吐出装置９０について詳細に説明する。樹脂吐出装置９０は、主に空気供給経路１００と、樹脂供給経路１１０と、空気圧送装置１２０と、で構成される。

　空気供給経路１００は、樹脂供給ノズル８０を構成するノズル本体部８１に空気を供給するものである。空気供給経路１００は、主に圧縮空気を貯溜する空気タンク１０１と、該空気タンク１０１からノズル本体部８１へ空気を送る配管１０２と、から構成される。

　空気タンク１０１は、後述するコンプレッサ１２１によって圧送された圧縮空気を貯溜するものである。また、空気タンク１０１は、コンプレッサ１２１が圧縮空気を圧送する際に生じる脈動を低減させることによってノズル本体部８１に送られる空気の安定化を図っている。

　更に、空気タンク１０１には、空気温度調節手段としてエアヒータ１０３が設けられており、後述する制御装置１３０からの制御信号によって空気の温度を自在に制御することを可能としている。なお、本樹脂吐出装置９０においては空気温度を上昇させるエアヒータ１０３を採用しているが、空気温度の上昇のみならず降下させることができる冷暖房装置であっても良い。

　配管１０２は、空気タンク１０１とノズル本体部８１とを接続する空気の通路である。配管１０２は、ヘリカル巻きヘッド４３に配置された複数の樹脂供給ノズル８０にそれぞれ接続されており、その中途部に備えられた各バルブ１０４を調節することによって互いの流量特性のバラツキを低減することが可能とされる。

　樹脂供給経路１１０は、樹脂供給ノズル８０を構成する内管８７に樹脂を供給するものである。樹脂供給経路１１０は、主に液状の樹脂を貯溜する樹脂タンク１１１と、該樹脂タンク１１１から内管８７へ樹脂を送る配管１１２と、から構成される。

　樹脂タンク１１１は、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合するとともに、混合されてなる液状の樹脂を貯溜するものである。また、樹脂タンク１１１には、貯溜されている樹脂の温度を検出する樹脂温度センサ１１３が設けられており、該樹脂温度センサ１１３からの検出信号は制御装置１３０に伝達可能とされている。

　更に、樹脂タンク１１１には、制御装置１３０からの制御信号によって主剤や硬化剤等を補充する各補充装置（図示せず）が接続されており、樹脂タンク１１１内の樹脂が所定量以下になると所定の割合で補充が行なわれる。そして、補充された主剤等は、樹脂タンク１１１に設けられた攪拌装置１１５によって混合される。本フィラメントワインディング装置１においては、エポキシ樹脂を採用しており、いわゆる２液混合型の場合は主剤と硬化剤、いわゆる３液混合型の場合は主剤と硬化剤と硬化促進剤を混合するものとされる。

　なお、本樹脂吐出装置９０においては、樹脂タンク１１１において主剤や硬化剤等を混合するものとしているが、予め混合されてなる液状の樹脂を樹脂タンク１１１に充填する構成としても良い。

　配管１１２は、樹脂タンク１１１と樹脂供給ノズル８０の内管８７とを接続する樹脂の通路である。配管１１２は、ヘリカル巻きヘッド４３に配置された複数の樹脂供給ノズル８０にそれぞれ接続されており、その中途部に備えられた各バルブ１１４を調節することによって互いの流量特性のバラツキを低減することが可能とされる。

　空気圧送装置１２０は、空気供給経路１００を構成する空気タンク１０１に圧縮空気を圧送するものである。空気圧送装置１２０は、主に空気を圧縮するコンプレッサ１２１と、該コンプレッサ１２１から空気タンク１０１へ圧縮空気を送る配管１２２と、から構成される。また、本樹脂吐出装置９０においては、コンプレッサ１２１から樹脂タンク１１１に圧縮空気を送る配管１２３が設けられており、樹脂タンク１１１の内気圧を高めることによって該樹脂タンク１１１に貯溜されている樹脂を送り出すことを可能としている。

　コンプレッサ１２１は、電力の供給を受けて駆動する電動式圧縮機であって吸入した空気を圧縮するとともに、圧縮した空気を空気タンク１０１および樹脂タンク１１１に圧送するものである。

　配管１２２は、コンプレッサ１２１と空気タンク１０１とを接続する圧縮空気の通路である。配管１２２の中途部には、空気バルブ１２４の他に空気圧力センサ１２５、空気流量センサ１２６、空気温度センサ１２７が備えられており、各センサ１２５・・・からの検出信号は制御装置１３０に伝達可能とされている。また、制御装置１３０からの制御信号によって空気バルブ１２４の開度を制御することができ、空気タンク１０１に圧送される圧縮空気を適宜に調量可能としている。

　配管１２３は、コンプレッサ１２１と樹脂タンク１１１とを接続する圧縮空気の通路である。配管１２３の中途部には、樹脂バルブ１２８の他に樹脂圧力センサ１２９が備えられており、該樹脂圧力センサ１２９からの検出信号は制御装置１３０に伝達可能とされている。また、制御装置１３０からの制御信号によって樹脂バルブ１２８の開度を制御することができ、樹脂タンク１１１に圧送される圧縮空気を適宜に調量可能としている。

　このような構成により、コンプレッサ１２１から圧送された圧縮空気は、空気タンク１０１に貯溜された後にノズル本体部８１に送られて、二重管ノズル部８５を構成する外管８６と内管８７との隙間から吐出されることとなる。このとき、空気バルブ１２４の開度を制御することによって吐出口８５ａからの空気の吐出圧力を調節できるほか、エアヒータ１０３を制御することによって空気温度を調節することが可能とされる。

　一方、樹脂タンク１１１に貯溜された樹脂は、コンプレッサ１２１から圧送された圧縮空気によって樹脂タンク１１１の内気圧が高められた結果、二重管ノズル部８５を構成する内管８７に送られて、該内管８７から吐出されることとなる。このとき、樹脂バルブ１２８の開度を制御することによって吐出口８５ａからの樹脂の吐出圧力を調節することが可能とされる。

　また、二重管ノズル部８５の吐出口８５ａから同軸に吐出される空気と樹脂は、互いの吐出量に影響を及ぼす場合があるため、制御装置１３０が樹脂の吐出圧力を調節する際には、樹脂バルブ１２８の開度のみならず空気バルブ１２４の開度を調節するものとしている。

　次に、制御装置１３０の構成について説明するとともに、樹脂粘度に応じて樹脂の吐出圧力を調節する一実施形態について説明する。

　図５は、フィラメントワインディング装置１の制御システムの構成を示すブロック図である。図６から図９は、制御装置１３０の記憶手段であるフラッシュメモリ等のＲＯＭ１３１に予め記憶されている樹脂の特性を示す図である。なお、図６以降に示す樹脂の特性図は、所定の条件における樹脂の特性を簡略化して表したものであり、条件が相違すると異なる特性を示す場合がある。

　図５に示すように、制御装置１３０は、空気圧送装置１２０に備えられた各センサ１２５・・・や樹脂タンク１１１に備えられた樹脂温度センサ１１３等と電気的に接続されている。制御装置１３０は、各センサ１２５・・・等からの検出信号に基づいて制御信号を作成するとともに、空気バルブ１２４や樹脂バルブ１２８等に対して作成した制御信号を出力する。

　詳細には、制御装置１３０のＲＯＭ１３１には、予め試験によって見出された樹脂のさまざまな特性が記憶されており、前述した各センサ１２５・・・等からの検出信号と、記憶されている樹脂の特性と、に基づいて制御信号が作成される。そして、このようにして作成された制御信号が樹脂バルブ１２８等に出力されることによって、例えば樹脂の吐出圧力を適宜に調節可能としているのである。

　図６は、ある樹脂温度において、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間が樹脂粘度に及ぼす影響を示したものである。図６は、横軸が硬化剤等を混合してからの経過時間を示し、縦軸が樹脂粘度を示している。図７は、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからある一定時間が経過した時点において、樹脂温度が樹脂粘度に及ぼす影響を示したものである。図７は、横軸が樹脂温度を示し、縦軸が樹脂粘度を示している。

　図６に示すように、主剤に硬化剤等を混合してなる液状の樹脂においては、混合してからの時間の経過に伴って樹脂粘度が単調に増加していくことがわかる。これは、例えばアミン系硬化剤を用いた場合、時間の経過とともにアミンがエポキシ基と反応して分子間架橋を形成していくためである。

　従って、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間を把握することによって樹脂の粘度を算出することが可能となる。

　また、図７に示すように、主剤に硬化剤等を混合してなる液状の樹脂においては、樹脂の温度が上昇するに伴って樹脂粘度が単調に減少していくことがわかる。これは、液体の粘度は主に分子間力に起因するものとされるが、液体の温度が上昇するにつれて分子運動が活発になると分子運動が分子間力による拘束に打勝つようになるためである。

　従って、硬化剤等を混合してから分子間架橋の形成が進行するまでの所定時間内においては、樹脂の温度を把握することによって樹脂の粘度を算出することが可能となる。

　このように、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間と、その樹脂の温度と、を把握することによって、その時点における樹脂の粘度を算出することが可能となる。

　なお、本実施形態においては、樹脂供給ノズル８０の内管８７から吐出される樹脂の温度に対して外管８６と内管８７との隙間から吐出される空気の温度を同一又は略同一に調節するものとしている。詳細には、制御装置１３０は、樹脂タンク１１１に備えられた樹脂温度センサ１１３からの検出信号によって樹脂温度を把握し、空気タンク１０１に設けられているエアヒータ１０３に対して制御信号を送ることで、これらの温度を同一又は略同一に制御しているのである。

　これにより、樹脂供給ノズル８０を構成する二重管ノズル部８５において、外管８６と内管８７との隙間を流れる空気が、内管８７を流れる樹脂の粘度に影響を及ぼすことを防ぐことが可能となる。つまり、空気温度を調節して樹脂温度との差異を小さくすることによって、樹脂温度の変化による樹脂粘度への影響を低減することが可能となるのである。

　次に、樹脂供給ノズル８０から吐出される樹脂の吐出圧力の算出について説明する。

　図８は、樹脂の吐出圧力が樹脂の単位時間あたりの吐出量に及ぼす影響を示したものである。図８は、横軸が樹脂の吐出圧力を示し、縦軸が樹脂の単位時間あたりの吐出量を示している。図９は、樹脂粘度が樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比に及ぼす影響を示したものである。図９は、横軸が樹脂粘度を示し、縦軸が樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比を示している。図９は、樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比を樹脂粘度と対比させてグラフ化したものである。

　図８に示すように、樹脂温度ならびに樹脂粘度が一定である場合においては、樹脂の吐出圧力の上昇に伴って樹脂の吐出量が単調に増加していくことがわかる。これは、樹脂の吐出圧力と吐出量とが比例関係にあることを示しており、換言すると、樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比は、常に樹脂温度と樹脂粘度に応じた一定値となることを示している。

　また、図９に示すように、樹脂粘度の上昇に伴って樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比も単調に増加していくことがわかる。これは、下記の式に示すように、樹脂粘度と樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比とが比例関係にあることを示しており、この式が成り立つ条件下で樹脂の吐出圧力の算出が行なわれる。
　樹脂粘度∝樹脂の吐出圧力／吐出量

　そして、このようにして把握された吐出圧力に対する吐出量の比に対して、予め試験によって見出されている繊維束Ｙにムラ無く確実に樹脂を含浸させるために必要とされる樹脂の吐出量を代入することによって、ある樹脂粘度に対応する最適な樹脂の吐出圧力を算出することが可能となるのである。

　以下に、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間と、樹脂温度センサにより検出された樹脂温度と、により樹脂粘度を算出し、該樹脂粘度に応じた最適な樹脂の吐出圧力を見出す工程を、より具体的に説明する。

　ここで、例えば樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間がＴｉであり、樹脂温度センサ１１３により検出された樹脂温度がＴｍｒであった場合を想定する。

　制御装置１３０は、記憶手段であるＲＯＭ１３１に記憶されている樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間と樹脂粘度との関係を参照し、樹脂温度Ｔｍｒにおける経過時間Ｔｉ時の樹脂粘度を算出する。具体的には、ＲＯＭ１３１に記憶されている複数の樹脂の特性図から樹脂温度Ｔｍｒにおける経過時間と樹脂粘度との関係を示した特性図を呼出し、経過時間Ｔｉを代入することによって樹脂粘度Ｐｒが算出されるのである（図６参照。）。

　一方、制御装置１３０は、記憶手段であるＲＯＭ１３１に記憶されている樹脂温度と樹脂粘度との関係を参照することによっても樹脂粘度を算出することが可能とされる。具体的には、ＲＯＭ１３１に記憶されている複数の樹脂の特性図から経過時間Ｔｉにおける樹脂温度と樹脂粘度との関係を示した特性図を呼出し、樹脂温度Ｔｍｒを代入することによって樹脂粘度Ｐｒが算出されるのである（図７参照。）。

　そして、制御装置１３０は、記憶手段であるＲＯＭ１３１に記憶されている樹脂粘度と樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比との関係を参照し、樹脂粘度Ｐｒ時の樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比を算出する。具体的には、ＲＯＭ１３１に記憶されている複数の樹脂の特性図から樹脂粘度と樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比との関係を示した特性図を呼出し、樹脂粘度Ｐｒを代入することによって樹脂の吐出圧力に対する吐出量の比Ａｒが算出されるのである（図９参照。）。

　その後、制御装置１３０は、繊維束Ｙにムラ無く確実に樹脂を含浸させるために必要とされる樹脂の吐出量を代入することによって、下記の式により吐出圧力を見出すのである。
　樹脂の吐出圧力＝Ａｒ×吐出量

　なお、樹脂の吐出圧力の計算は、所定の周期毎に行なわれるために硬化剤等を混合してからの経過時間や樹脂温度の変化に影響を受けて樹脂粘度が変化したり、あるいは必要とされる樹脂の吐出量が変化した場合であっても常に所望の吐出量を確保することが可能とされる。

　このように、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間と、樹脂温度センサにより検出された樹脂温度と、により樹脂粘度を算出することで、樹脂粘度に応じた最適な樹脂の吐出圧力を見出すことが可能となる。そして、制御装置１３０が、見出された樹脂の吐出圧力となるように樹脂バルブ１２８の開度、及び空気バルブ１２４の開度を制御することによって繊維束Ｙに対してムラ無く確実に樹脂を含浸させることが可能となるのである。

　なお、本制御装置１３０においては、上記のように、主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間ならびに検出された樹脂温度から最適な樹脂の吐出圧力を見出すものとしているが、これと並行して、実際に吐出された樹脂量からも樹脂の吐出圧力を算出するようにしても良い。具体的には、樹脂タンク１１１に樹脂残量センサ１１６を設けて樹脂の残量を上述の吐出圧力の計算間隔よりも長い周期にて把握する。そして、樹脂の残量の経緯から単位時間あたりの樹脂の吐出量を算出して、この算出された樹脂の吐出量から吐出圧力を求めて補正する（図８参照。）。

　つまり、主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間や検出された樹脂温度、目標とする単位時間あたりの樹脂の吐出量に基づいて樹脂の吐出圧力を算出しているが、実際に吐出された樹脂量と若干の差異を生じることがある。そのような場合には、その差異分を樹脂の吐出圧力の補正値として設定するようなフィードバック制御を行なうことにより、樹脂の吐出圧力の制御について精度向上を図っているのである。

　次に、樹脂粘度に応じて樹脂の吐出圧力を調節する他の実施形態について説明する。

　本実施形態においては、前述した樹脂の特性に加えて、空気タンク１０１における空気温度と樹脂タンク１１１における樹脂温度の差異が樹脂供給ノズル８０の内管８７を流れる樹脂の温度に及ぼす影響についても記憶されている（図１０参照。）。図１０は、横軸が空気温度と樹脂温度の差異を示し、縦軸が内管８７を流れる樹脂の樹脂温度の変化量を示している。これは、樹脂供給ノズル８０の外管８６と内管８７との隙間を流れる空気によって内管８７を流れる樹脂の温度が変化した場合に、樹脂粘度の変化量を算出可能とするためのものである。

　つまり、内管８７を流れる樹脂の温度に、空気温度と樹脂温度との差が与える影響を予め試験によって見出しておくことで、空気と樹脂の温度差による樹脂粘度の変化量について算出することが可能となるのである。

　詳細には、制御装置１３０は、まず、空気圧送装置１２０の配管１２２に備えられた空気温度センサ１２７からの検出信号によって空気温度を把握し、樹脂タンク１１１に備えられた樹脂温度センサ１１３からの検出信号によって樹脂温度を把握する。そして、両者の差異が樹脂供給ノズル８０の内管８７を流れる樹脂の温度に及ぼす影響、即ち、樹脂温度の変化量についてを図１０に示す特性から類推し、更に、図７に示す樹脂温度と樹脂粘度との関係を参照することによって樹脂粘度の変化量について算出することが可能となるのである。

　このように、樹脂を構成する主剤に硬化剤等を混合してからの経過時間と、樹脂温度センサにより検出された樹脂温度と、空気温度センサにより検出された空気温度と、により樹脂粘度を算出することで、樹脂粘度に基づいた最適な樹脂の吐出圧力を見出すことが可能となる。そして、制御装置１３０が、見出された樹脂の吐出圧力となるように制御を行なうことによって繊維束Ｙに対してムラ無く確実に樹脂を含浸させることが可能となるのである。

　次に、ライナー２に巻き付けられる繊維束Ｙの巻き付け速度に応じて樹脂の吐出圧力を調節する実施形態について説明する。

　本実施形態においては、制御装置１３０のＲＯＭ１３１に繊維束Ｙの巻き付け速度と樹脂の吐出量との関係が記憶されている（図１１参照。）。図１１は、横軸が繊維束Ｙの巻き付け速度を示し、縦軸が樹脂の吐出量を示している。これは、例えばライナー移送装置２０によるライナー２の回転速度や移送速度の変化によって繊維束Ｙの巻き付け速度が変化した場合に、最適な樹脂の吐出圧力に調節可能とするためのものである。

　つまり、繊維束Ｙにムラ無く確実に樹脂を含浸させるために必要とされる樹脂の吐出量は、単位長さあたりの繊維束Ｙに対して常に一定量を必要とすることから、例えば繊維束Ｙの巻き付け速度が増速されると樹脂の吐出量を増加させ、例えば繊維束Ｙの巻き付け速度が減速されると樹脂の吐出量を減少させる必要が生じるのである。

　詳細には、制御装置１３０は、まず、ライナー移送装置２０によるライナー２の回転速度や移送速度、繊維束Ｙの巻き付け位置におけるライナー２の外径を把握する。そして、ライナー移送装置２０の運転状態を変化させる旨の制御信号を作成した際には、運転状態が変化した後の繊維束Ｙの巻き付け速度を算出し、ＲＯＭ１３１に記憶されている繊維束Ｙの巻き付け速度と樹脂の吐出量との関係を参照することによって樹脂の吐出圧力を適宜に調節することが可能となるのである。

　更に、繊維束Ｙの糸速度（単位時間あたりの繊維束Ｙの送り出し速度）を検出する糸速度センサを設置し、その検出信号から繊維束Ｙの巻き付け速度を求めることで樹脂の吐出圧力を高精度に調節することも可能となる。

　このように、ライナー２の外周面２ａに巻き付けられる繊維束Ｙの巻き付け速度が変化した場合であっても、繊維束Ｙの巻き付け速度に応じた最適な樹脂の吐出圧力を見出すことが可能となる。そして、制御装置１３０が、見出された樹脂の吐出圧力となるように制御を行なうことによって繊維束Ｙに対してムラ無く確実に樹脂を含浸させることが可能となるのである。

　また、樹脂供給ノズル８０から吐出される樹脂は、樹脂温度センサ１１３によってその温度を検出されるのみであるが、ヒータ等の樹脂温度調節手段を設けて樹脂の温度を所望の温度に制御しても良い。これにより、樹脂の粘度を制御することができて樹脂の吐出圧力を更に高精度に調節することが可能となる。

　本発明は、樹脂吐出装置の技術に利用可能である。

Claims

　液状の樹脂を貯溜する樹脂タンクと、
　前記樹脂タンクから供給された前記樹脂を吐出する樹脂供給ノズルと、
　前記樹脂の温度を検出する樹脂温度センサと、
　前記樹脂温度センサからの検出信号を伝達可能に接続された制御装置と、を備えた樹脂吐出装置であって、
　前記制御装置は、前記樹脂を構成する主剤に硬化剤を混合、又は、主剤に硬化剤ならびに硬化促進剤を混合してからの経過時間と、前記樹脂温度センサにより検出された前記樹脂の温度と、に基づいて前記樹脂の粘度を算出し、粘度に応じて前記樹脂供給ノズルから吐出される前記樹脂の吐出圧力を調節する、ことを特徴とする樹脂吐出装置。
　前記樹脂供給ノズルは、空気を吐出させる外管と樹脂を吐出させる内管とにより構成される二重管構造とし、
　前記空気の温度を検出する空気温度センサを備え、
　前記制御装置は、前記樹脂を構成する主剤に硬化剤を混合、又は、主剤に硬化剤ならびに硬化促進剤を混合してからの経過時間と、前記樹脂温度センサにより検出された前記樹脂の温度と、前記空気温度センサにより検出された前記空気の温度と、に基づいて前記樹脂の粘度を算出し、粘度に応じて前記樹脂供給ノズルから吐出される前記樹脂の吐出圧力を調節する、ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂吐出装置。
　前記樹脂供給ノズルは、空気を吐出させる外管と樹脂を吐出させる内管とにより構成される二重管構造とし、
　前記空気の温度を調節する空気温度調節手段を備え、
　前記制御装置は、前記樹脂温度センサにより検出された前記樹脂の温度と同一又は略同一に前記空気の温度を調節する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹脂吐出装置。