JP5986038B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。

フィラメントワインディング装置（以下、適宜、ＦＷ装置と略称する）は、高圧ガスタンクのコアであるライナー等の繊維巻回対象物に繊維を巻回するものとして、広く普及している。ＦＷ装置では、複数の繊維巻回対象物を連続的に繊維巻回に処すことから、繊維を巻き取り済みの繊維ボビンの交換が不可欠となるので、ボビン交換の自動化を図る手法が提案されている（例えば、特許文献１等）。

特開２００９−６６９１７号公報

上記のボビン交換手法によれば、巻き取り済み繊維をほぼ使い切った旧ボビンと新ボビンの交換と、これに伴う新旧ボビン繊維の繋ぎとを自動化し、繊維繋ぎに要する時間における繊維供給をバッファ装置にて図ることで、交換効率を向上させている。この場合、新旧ボビン交換は、旧ボビンに巻き取り済み繊維の末端が所定の繋ぎ箇所に到達した状況でしか実行できないことから、ボビン交換に時期的な制約を受け、新ボビンからの繊維供給への切替に支障が起き得る。また、バッファ装置にて繊維のバッファ供給が可能な時間内で、新旧ボビンの交換と繊維繋ぎとを完了させることが求められるので、新旧ボビンの繊維の接合と樹脂による繊維固着とが不十分なまま、新ボビンから繊維が供給されてしまうことが危惧される。或いは、新旧ボビンの繊維の接合と樹脂による繊維固着とに必要な繊維交換時間の確保のため、バッファ装置の大型化が危惧される。この他、上記の繊維交換時間の短縮のため、繊維繋ぎ機構の構造の複雑化も危惧される。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、フィラメントワインディング装置が提供される。このフィラメントワインディング装置は、繊維巻回対象物に繊維を巻回する繊維巻回部を有するフィラメントワインディング装置であって、前記繊維巻回部に供給される繊維を中空の芯材に巻き取り済みの複数の繊維ボビンと、該複数の繊維ボビンごとの前記芯材にシャフトを貫通して、前記複数の繊維ボビンをシャフト回りに回転可能に前記シャフトに並べて保持するボビンユニットとを備え、隣り合う前記繊維ボビンにおいて、一方の前記繊維ボビンの前記芯材の側の繊維巻き取り開始端と、他方の前記繊維ボビンの最外周の繊維巻き取り終端とを接着固定し、前記シャフトにおける繊維ボビンの並びの一端側の前記繊維ボビンから、前記繊維巻回部に繊維を供給する。

上記形態のフィラメントワインディング装置では、ボビンユニットに繊維ボビンを保持するに当たり、複数の繊維ボビンごとの芯材にシャフトを貫通させて、複数の繊維ボビンをシャフト回りに回転可能にシャフトに並べて保持し、繊維巻回部には、シャフトにおける繊維ボビンの並びの一端側の繊維ボビン（以下、当初繊維ボビンと称する）から繊維を供給する。この当初繊維ボビンからの繊維供給の間、当初繊維ボビンと当該ボビンの隣の繊維ボビン（以下、予備繊維ボビンと称する）とは、一方の繊維ボビン（当初繊維ボビン）の芯材側の繊維巻き取り開始端と他方の繊維ボビン（予備繊維ボビン）の最外周の繊維巻き取り終端とが接着固定されていることから、当初繊維ボビンの回転を来す力が予備繊維ボビンにも及ぶので、シャフト回りに同期して回転し、当初繊維ボビンから繊維巻回部に繊維が供給される。当初繊維ボビンからの繊維供給が進み、当該繊維ボビンの芯材の側の繊維巻き取り開始端の繊維の供給タイミングとなると、当初繊維ボビンの隣の予備繊維ボビンからの繊維供給が開始される。つまり、それまで予備繊維ボビンであった繊維ボビンが新たに上記の当初繊維ボビンとなり、繊維供給対象ボビンが円滑に入れ替わる。シャフトに並べて保持した繊維ボビンが三つ以上であれば、予備繊維ボビンからの繊維供給の開始後では、それまで予備繊維ボビンであった繊維ボビンが新たに上記の当初繊維ボビンとなり、予備繊維ボビンの隣の繊維ボビンが新たに予備繊維ボビンとなるように繊維供給対象ボビンの入れ替わりが円滑に起き、各繊維ボビンからの繊維供給が継続される。その一方、隣り合う繊維ボビンのうちの一方の繊維ボビンの芯材側の繊維巻き取り開始端と、他方の繊維ボビンの最外周の繊維巻き取り終端との接着固定は、繊維供給対象ボビンの入れ替わりのタイミングとは別に実行可能となる。よって、上記形態のフィラメントワインディング装置によれば、シャフトに並べて保持された隣り合う繊維ボビンにおける繊維巻き取り開始端と繊維巻き取り終端との接着固定を、ボビン交換の時に制約されないで実行できるので、予備繊維ボビンから支障なく繊維を円滑に供給できる。

また、上記形態のフィラメントワインディング装置によれば、適宜な時期、例えば、繊維供給開始前の段取りの時期や繊維供給先の繊維巻回部の休止時期に、隣り合う繊維ボビンにおける繊維巻き取り開始端と繊維巻き取り終端との接着固定を予め図ることできる。このため、上記形態のフィラメントワインディング装置によれば、繊維巻き取り開始端と繊維巻き取り終端との繊維同士の接合固着が十分且つ確実に起きた状態で、繊維の継続供給が可能となるので、繊維巻回品質の維持或いは向上を図ることができる。この場合、当初繊維ボビンからの繊維供給に伴うこの当初繊維ボビンと予備繊維ボビンとのシャフト軸回りの回転が低速であれば、当初繊維ボビンからの繊維供給の間においても、隣り合う繊維ボビンにおける繊維巻き取り開始端と繊維巻き取り終端との接着固定を予め図ることできる。しかも、上記形態のフィラメントワインディング装置によれば、隣り合う繊維ボビンにおける繊維巻き取り開始端と繊維巻き取り終端との接着固定を図る間の繊維のバッファ供給が不要となるので、装置の小型化や構成の簡略化を図ることができる。

（２）上記した形態のフィラメントワインディング装置において、隣り合う前記繊維ボビンにおいて、一方の前記繊維ボビンの前記芯材と他方の前記繊維ボビンの前記心材とは、前記シャフト回りの回転を伝達可能に係合するようにできる。こうすれば、当初繊維ボビンからの繊維供給の間における当初繊維ボビンと予備繊維ボビンとのシャフト回りの同期回転が確実に起きるので、予備繊維ボビンからの不用意な繊維の巻き取り解除やこれに伴う繊維の垂れ下がり等の事象が起きないようにできる。

（３）上記したいずれかの形態のフィラメントワインディング装置において、前記ボビンユニットは、前記芯材を貫通して前記複数の繊維ボビンを保持した前記シャフトを、シャフト軸芯に沿って前後退可能に備え、前記一端側の前記繊維ボビン（当初繊維ボビン）から前記繊維巻回部への繊維供給が完了すると、前記シャフトを後退させて、前記繊維供給が完了した前記繊維ボビン（当初繊維ボビン）の前記芯材を前記シャフトから取り除くようにできる。こうすれば、シャフトには、繊維供給が完了した当初繊維ボビン芯材を残さないので、シャフトのその後の前進により、当初繊維ボビンの隣の予備繊維ボビンを当初繊維ボビンの位置に置くことが可能となる。これにより、繊維供給の軌跡を元に戻すことができる。

（４）上記したいずれかの形態のフィラメントワインディング装置において、前記繊維巻回部として、前記繊維巻回対象物に繊維をフープ巻きするフープ巻部と、前記繊維巻回対象物に繊維をヘリカル巻きするヘリカル巻部とを備え、前記ボビンユニットで前記シャフトにより保持した前記繊維ボビンの繊維を前記ヘリカル巻部に供給するようにできる。フープ巻部とヘリカル巻部とは、交互に繊維巻回のために駆動するので、フープ巻部により繊維巻回対象物に繊維をフープ巻きしている間において、ヘリカル巻部は休止または停止している。よって、上記形態のフィラメントワインディング装置によれば、フープ巻部により繊維巻回対象物に繊維をフープ巻きしている間のヘリカル巻部の休止または停止の期間において、隣り合う繊維ボビンにおける繊維巻き取り開始端と繊維巻き取り終端との接着固定を予め図ることできるので、フープ巻部に続きヘリカル巻部によるヘリカル巻きを、支障なく開始して継続できる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ライナーに繊維を巻回した高圧ガスタンクの製造装置や製造方法として構成することもできる。

本発明の実施形態としてのＦＷ装置１００の概略構成を模式的に示す説明図である。 繊維供給ユニット２００の概略構成を模式的に示しつつボビン間の樹脂含浸カーボン繊維Ｗの繋ぎの様子を合わせて示す説明図である。 第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給が進んで第２繊維ボビンＢ２からの繊維供給に推移する様子を第２繊維ボビンＢ２からの繊維供給の継続の間におけるボビン補充の様子と合わせて示す説明図である。 繊維供給ユニット２００によるボビン保持の他の実施形態を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。本実施形態のフィラメントワインディング装置（ＦＷ装置）は、最終製品としての高圧ガスタンクを製造する際に使用され、ライナー１０に樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回する。図１は本発明の実施形態としてのＦＷ装置１００の概略構成を模式的に示す説明図である。本実施形態では、高圧ガスタンクを、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンクとした。

ＦＷ装置１００は、水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂製容器のライナー１０を繊維巻回対象物とする。ライナー１０は、半径が均一である略円筒形状のシリンダー部１０ａと、シリンダー部両端に設けられた凸曲面形状のドーム部１０ｂを有する。ドーム部１０ｂは、等張力曲面によって構成されており、その頂点に、外部配管等と接続するための口金１４を有する。本実施形態では、樹脂容器として、ナイロン系樹脂からなる樹脂製容器を用いるものとした。樹脂容器として、水素ガスに対するガスバリア性を有すれば、他の樹脂からなる樹脂容器を用いるものとしてもよい。

ＦＷ装置１００は、ライナー軸支シャフト１１２と、ヘリカル巻きユニット１００Ｈと、フープ巻きユニット１００Ｆと、繊維供給ユニット２００と、繊維案内ユニット３００とを有する。ライナー軸支シャフト１１２は、ライナー両端の口金１４に挿入され、ライナー両端からシャフトを出した状態で図示しないシャフト保持機構にて保持され、ライナー１０を水平に軸支する。こうしてライナー１０を軸支した後、ＦＷ装置１００は、ヘリカル巻きユニット１００Ｈとフープ巻きユニット１００Ｆとにより、ライナー１０の外周に樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回して、繊維強化樹脂層を形成する（繊維強化樹脂層形成工程）。この繊維強化樹脂層形成工程により、ライナー１０の外周に樹脂硬化前の繊維強化樹脂層を有する中間生成品タンクが得られ、この中間生成品タンクを、図示しない誘導加熱装置等を用いて熱処理することで、最終製品としての高圧ガスタンクが得られる。

ヘリカル巻きユニット１００Ｈは、ライナー１０を取り囲む環状体とされ、ライナー両端のドーム部１０ｂの湾曲外表面領域に樹脂含浸カーボン繊維Ｗを掛け渡してヘリカル巻きを図るべく、ライナー１０の軸芯に沿ってドーム部１０ｂの外側を含む所定範囲に亘りライナー１０に対して相対的に往復動する。繊維供給ユニット２００は、後述するように第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２とを備え、これらボビンから繊維案内ユニット３００を経てヘリカル巻きユニット１００Ｈに樹脂含浸カーボン繊維Ｗを供給する。繊維案内ユニット３００は、繊維供給ユニット２００からの樹脂含浸カーボン繊維Ｗをヘリカル巻きユニット１００Ｈに案内しつつ送り出す。この場合、ライナー１０が軸芯に沿って往復動するのであれば、繊維案内ユニット３００は、その位置を変えることなく樹脂含浸カーボン繊維Ｗをヘリカル巻きユニット１００Ｈに送り出し、ヘリカル巻きユニット１００Ｈが往復移動するのであれば、ヘリカル巻きユニット１００Ｈの相対的な往復動に合わせて移動しつつ、樹脂含浸カーボン繊維Ｗを送り出す。こうして樹脂含浸カーボン繊維Ｗの供給を受けるヘリカル巻きユニット１００Ｈは、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの巻回軌跡がタンク中心軸に対して低角度の繊維角（例えば、約１１〜２５°）で交差する低角度のヘリカル巻きにて、樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回する。この樹脂含浸カーボン繊維Ｗは、複数本のスライバー状のカーボン繊維を揃え、スライバー繊維表面および繊維間にエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂を含む多給糸である。

フープ巻きユニット１００Ｆは、ライナー１０を取り囲む環状体とされ、シリンダー部１０ａの外周に樹脂含浸カーボン繊維Ｗをフープ巻きすべく、ライナー１０の軸芯に沿ってほぼシリンダー部１０ａの長さに相当する所定範囲に亘りライナー１０に対して相対的に往復動する。フープ巻きユニット１００Ｆは、ライナー１０に対する相対的な往復動の過程において、ユニット内蔵の複数の図示しない繊維ボビンから樹脂含浸カーボン繊維Ｗを繰り出し、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの巻回軌跡がタンク中心軸に対してほぼ垂直に近い巻き角度（繊維角：例えば約８９°）で交差するフープ巻きにて、樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻回する。

次に、繊維供給ユニット２００の構成について説明する。図２は繊維供給ユニット２００の概略構成を模式的に示しつつボビン間の樹脂含浸カーボン繊維Ｗの繋ぎの様子を合わせて示す説明図である。図示するように、繊維供給ユニット２００は、スタンドプレート２１０と、プレート凸部２１１と、一対のスタンド枠２１２と、ボビンシャフト２１４と、供給側ボビンプレート２１６と、エンド側ボビンプレート２１８とを備え、第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２とをボビンシャフト２１４に並べて保持する。スタンドプレート２１０は、プレート凸部２１１および供給側ボビンプレート２１６にてボビンシャフト２１４を支え、エンド側ボビンプレート２１８と協働して、ボビンシャフト２１４をほぼ水平に保持する。一対のスタンド枠２１２は、供給側ボビンプレート２１６とエンド側ボビンプレート２１８とを保持することで、間接的にボビンシャフト２１４を保持する。エンド側ボビンプレート２１８は、スタンド枠２１２から取り外し可能とされ、後述のボビン補充の際には、スタンド枠２１２から取り外された後、スタンド枠２１２に再装着される。

第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２の両繊維ボビンは、ヘリカル巻きユニット１００Ｈに供給される樹脂含浸カーボン繊維Ｗを、中空の芯材Ｂｃに予め巻き取り済みであり、ヘリカル巻きユニット１００Ｈへの繊維供給に先立つ段取りの状況下で、繊維供給ユニット２００に保持される。この際、繊維供給ユニット２００は、ボビンシャフト２１４を上記の両繊維ボビンの芯材Ｂｃを貫通させて、第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２の両繊維ボビンをボビンシャフト２１４の回りに回転可能にボビンシャフト２１４に並べて保持する。こうして並べて保持された第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２の両繊維ボビンは、隣り合い、第１繊維ボビンＢ１の芯材Ｂｃの側の樹脂含浸カーボン繊維Ｗの巻取開始端Ｗｃｅと、第２繊維ボビンＢ２における最外周の樹脂含浸カーボン繊維Ｗの巻取終端Ｗｓｅとを接着固定している。この接着固定は、隣り合う第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２との間の繊維固定部位Ｗｔにて、次のようになされる。

図２の下段は、繊維固定部位Ｗｔでの繊維接着固定の様子を示しており、まず、第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅを占める樹脂含浸カーボン繊維Ｗと、第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅを占める樹脂含浸カーボン繊維Ｗとを、繊維束の状態を解きつつ重ね合わせる。次いで、図示しない返し付のニードル等にて、第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅを占める樹脂含浸カーボン繊維Ｗと、第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅを占める樹脂含浸カーボン繊維Ｗとを繊維同士が絡み合うようにし、この状態で、繊維接着固定範囲Ｗｒｅに熱硬化性樹脂Ｒｅを滴下或いは塗布等して、温風加熱処理し樹脂を硬化させる。これにより、第１繊維ボビンＢ１の樹脂含浸カーボン繊維Ｗと第２繊維ボビンＢ２の樹脂含浸カーボン繊維Ｗとは、繊維接着固定範囲Ｗｒｅにおいて、繊維同士で接着固定される。こうした接着固定により、繊維接着固定範囲Ｗｒｅでは、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの引出に伴う力に抗することができる。この場合の熱硬化性樹脂Ｒｅは、樹脂含浸カーボン繊維Ｗにおける熱硬化性樹脂と同等の性状とできるほか、硬化剤を多く配合して硬化性を高めた樹脂としてもよい。この場合、繊維接着固定範囲Ｗｒｅでの繊維同士の接着固定が樹脂含浸カーボン繊維Ｗの引出に伴う力に抗するようにできるのであれば、樹脂含浸カーボン繊維Ｗに含浸済みの熱硬化性樹脂だけで接着してもよい。

こうして繊維固定部位Ｗｔでの繊維の接着固定が完了すると、繊維供給ユニット２００は、ボビンシャフト２１４における繊維ボビンの並びの一端側の第１繊維ボビンＢ１から、繊維案内ユニット３００を経てヘリカル巻きユニット１００Ｈに樹脂含浸カーボン繊維Ｗの供給を図る。この繊維供給は、ヘリカル巻きユニット１００Ｈによるヘリカル巻きの開始のタイミングに合わせて実行される。つまり、フープ巻きユニット１００Ｆによるフープ巻きの実行期間には、ヘリカル巻きユニット１００Ｈが停止していることから、この間には、第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給はなされない。第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給が開始されると、第１繊維ボビンＢ１は、ヘリカル巻きユニット１００Ｈの繊維引出力を受けて、ボビンシャフト２１４の回りに回転する。こうして第１繊維ボビンＢ１が回転すると、第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅもボビンシャフト２１４の回りに回転するので、ヘリカル巻きユニット１００Ｈの繊維引出力は、第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅと接着固定した巻取終端Ｗｓｅの樹脂含浸カーボン繊維Ｗを介して第２繊維ボビンＢ２にも及ぶ。よって、第２繊維ボビンＢ２は、第１繊維ボビンＢ１と同期して、ボビンシャフト２１４の回りに回転することになる。こうした回転状況下で、第１繊維ボビンＢ１からヘリカル巻きユニット１００Ｈへの繊維供給が継続される。

次に、第１繊維ボビンＢ１からヘリカル巻きユニット１００Ｈへの繊維供給が開始された以降の繊維供給の様子とボビン補充の様子について説明する。図３は第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給が進んで第２繊維ボビンＢ２からの繊維供給に推移する様子を第２繊維ボビンＢ２からの繊維供給の継続の間におけるボビン補充の様子と合わせて示す説明図である。

図３に示すように、第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給が進んで、第１繊維ボビンＢ１に巻き取り済みの樹脂含浸カーボン繊維Ｗが全て繊維案内ユニット３００を経てヘリカル巻きユニット１００Ｈ（図１参照）に供給されると、繊維固定部位Ｗｔが繊維案内ユニット３００を経てヘリカル巻きユニット１００Ｈに引き出される。そうすると、繊維固定部位Ｗｔにて第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅの樹脂含浸カーボン繊維Ｗと接着固定された巻取終端Ｗｓｅの樹脂含浸カーボン繊維Ｗを経て、上記の引出力が第２繊維ボビンＢ２に直接掛かる。これにより、繊維固定部位Ｗｔがヘリカル巻きユニット１００Ｈに引き出されたタイミングで、当初に樹脂含浸カーボン繊維Ｗを供給していた第１繊維ボビンＢ１の隣の第２繊維ボビンＢ２からの繊維供給が円滑に開始される。つまり、それまでは第１繊維ボビンＢ１に同期して回転していた第２繊維ボビンＢ２が、ヘリカル巻きユニット１００Ｈへの繊維供給の対象の繊維ボビン（第１繊維ボビンＢ１）となる。そして、ボビンシャフト２１４には、巻き取り済み繊維を全て供給した第１繊維ボビンＢ１の芯材Ｂｃが残る（図３（Ｂ））。

繊維供給ユニット２００は、第２繊維ボビンＢ２からの繊維供給の開始当初、或いは繊維供給が継続されている間において、図３（Ｃ）に示すように、ボビンシャフト２１４を第２繊維ボビンＢ２の側にシャフト軸芯に沿って後退させる。このシャフト後退により、ボビンシャフト２１４に残っていた第１繊維ボビンＢ１の芯材Ｂｃは、ボビンシャフト２１４から脱落して取り除かれる。このシャフト後退の際、第２繊維ボビンＢ２は、エンド側ボビンプレート２１８に支えられるので、当初位置のままである。

繊維供給ユニット２００は、芯材Ｂｃの取り除きに続き、ボビンシャフト２１４を、プレート凸部２１１に当接して供給側ボビンプレート２１６にて保持されるまで前進復帰させる（図３（Ｄ）。このシャフト復帰により、第２繊維ボビンＢ２は、シャフトと共に前進して、当初の第１繊維ボビンＢ１の位置を取り、これ以降は、繊維供給を継続する第１繊維ボビンＢ１となる。このボビン移動により、第１繊維ボビンＢ１の隣にはボビンがない状態となり、ボビン補充が可能となる。

繊維供給ユニット２００は、ボビン補充が可能となった以降であって、第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給が継続されている間に、次のようにボビン補充を実行する。即ち、図３（Ｅ）に示すように、エンド側ボビンプレート２１８をスタンド枠２１２から取り外し、新たなボビンである第２繊維ボビンＢ２をボビンシャフト２１４に装着して保持し、エンド側ボビンプレート２１８をスタンド枠２１２に係合させる。その上で、繊維供給中の第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅと補充された第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅとを繊維接着固定範囲Ｗｒｅにおいて接着固定する。この繊維接着を経てボビン補充が完了し、これ以降は、第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給継続と第２繊維ボビンＢ２からの繊維供給開始（図３（Ａ））、芯材Ｂｃの取り除き（図３（Ｃ））、第２繊維ボビンＢ２の位置移動（図３（Ｄ））、およびボビン補充（図３（Ｅ））が繰り返される。なお、図３（Ｅ）に示すエンド側ボビンプレート２１８の取り外しの際には、ボビンシャフト２１４および第１繊維ボビンＢ１は、図示しない支持機構により、元の姿勢のまま保持される。

以上説明したように、本実施形態の繊維供給ユニット２００を用いたＦＷ装置１００では、繊維供給ユニット２００に二つの第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２とを保持するに当たり、両繊維ボビンごとの芯材Ｂｃにボビンシャフト２１４を貫通させて、両繊維ボビンをシャフト回りに回転可能にボビンシャフト２１４に並べて保持した上で、第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅと第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅとを繊維接着固定範囲Ｗｒｅにおいて接着固定する。そして、ＦＷ装置１００は、ヘリカル巻きユニット１００Ｈに、ボビンシャフト２１４における繊維ボビンの並びの一端側の第１繊維ボビンＢ１から、繊維案内ユニット３００を経て樹脂含浸カーボン繊維Ｗを供給する。この第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給の間、この第１繊維ボビンＢ１とその隣の第２繊維ボビンＢ２とは、共に繊維の引出力を受けて、ボビンシャフト２１４のシャフト回りに同期して回転し、第１繊維ボビンＢ１からはヘリカル巻きユニット１００Ｈに樹脂含浸カーボン繊維Ｗが供給される。

第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給が進み、第１繊維ボビンＢ１の芯材Ｂｃの側の巻取開始端Ｗｃｅの供給タイミングとなると、第１繊維ボビンＢ１の隣の第２繊維ボビンＢ２からの繊維供給が開始される。これにより、それまでは繊維供給に関与していなかった第２繊維ボビンＢ２が新たに繊維供給対象の第１繊維ボビンＢ１となるように繊維供給対象ボビンの入れ替わりが円滑に起き、繊維供給が継続される。その一方、第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅと第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅとの繊維接着固定範囲Ｗｒｅにおける接着固定は（図２参照）、繊維供給対象ボビンの入れ替わりのタイミングとは別に実行可能となる。よって、本実施形態の繊維供給ユニット２００を用いたＦＷ装置１００によれば、ボビンシャフト２１４に並べて保持した隣り合う繊維ボビンにおける第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅと第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅとの接着固定を図る時期を、ボビン交換の時に制限しないようにできる。

本実施形態の繊維供給ユニット２００を用いたＦＷ装置１００によれば、適宜な時期、例えば、ヘリカル巻きユニット１００Ｈへの繊維供給開始前の段取りの時期や、フープ巻きユニット１００Ｆにてライナー１０へのフープ巻きがなされているためにヘリカル巻きユニット１００Ｈによるヘリカル巻きが休止されている時期に、隣り合う繊維ボビンにおける第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅと第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅとの接着固定を予め図ることできる。このため、本実施形態の繊維供給ユニット２００を用いたＦＷ装置１００によれば、繊維接着固定範囲Ｗｒｅにおける繊維同士の接合固着を十分且つ確実に図った状態で、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの継続供給が可能となることから、ヘリカル巻きの巻き品質の維持或いは向上を図ることができる。本実施形態の繊維供給ユニット２００を用いたＦＷ装置１００は、ヘリカル巻きユニット１００Ｈによるライナー１０へのヘリカル巻きを、低速で行うので、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの送り出しに伴う第１繊維ボビンＢ１のシャフト回りの回転速度は、５〜１０ｍ／分程度の低速度となる。このため、図３（Ｅ）に示したボビン補充の際に、第１繊維ボビンＢ１が繊維送り出しに伴い回転していても、その回転速度が上記のように低速であることから、回転している第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅを、補充された第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅに接着固定することが可能である。よって、第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅと第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅとを、高い自由度で確実に接着固定できる。

本実施形態の繊維供給ユニット２００を用いたＦＷ装置１００によれば、第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅと第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅとの接着固定を図る間の繊維のバッファ供給が不要となる。よって、ＦＷ装置の小型化や構成の簡略化を図ることができる。

本実施形態の繊維供給ユニット２００は、芯材Ｂｃを貫通して第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２を保持したボビンシャフト２１４を、シャフト軸芯に沿って前後退可能に備える。その上で、本実施形態の繊維供給ユニット２００は、第１繊維ボビンＢ１からヘリカル巻きユニット１００Ｈへの繊維供給が完了すると、ボビンシャフト２１４を後退させて、繊維供給が完了した第１繊維ボビンＢ１の芯材Ｂｃをボビンシャフト２１４から取り除き、ボビンシャフト２１４には、繊維供給が完了した第１繊維ボビンＢ１の芯材Ｂｃを残さない。よって、本実施形態の繊維供給ユニット２００によれば、ボビンシャフト２１４のその後の前進により、第２繊維ボビンＢ２を第１繊維ボビンＢ１の位置に置くようにして、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの供給軌跡を元に戻すことができるので、供給軌跡の相違によるヘリカル巻きの巻き品質への影響を低減できる。これに加え、新たな第２繊維ボビンＢ２をボビンシャフト２１４に保持するよう補充できるので、樹脂含浸カーボン繊維Ｗの連続供給を図る上でも有益となる。

本実施形態の繊維供給ユニット２００を用いたＦＷ装置１００は、ライナー１０に樹脂含浸カーボン繊維Ｗをフープ巻きするフープ巻きユニット１００Ｆと、ライナー１０に樹脂含浸カーボン繊維Ｗをヘリカル巻きするヘリカル巻きユニット１００Ｈとを備え、繊維供給ユニット２００でボビンシャフト２１４により保持した第１繊維ボビンＢ１および第２繊維ボビンＢ２の樹脂含浸カーボン繊維Ｗをヘリカル巻きユニット１００Ｈに供給する。フープ巻きユニット１００Ｆとヘリカル巻きユニット１００Ｈとは、交互に繊維巻回のために駆動するので、フープ巻きユニット１００Ｆによりライナー１０に樹脂含浸カーボン繊維Ｗをフープ巻きしている間において、ヘリカル巻きユニット１００Ｈを休止または停止させる。よって、本実施形態の繊維供給ユニット２００を用いたＦＷ装置１００によれば、フープ巻きユニット１００Ｆによりライナー１０へのフープ巻きを実行している間のヘリカル巻きユニット１００Ｈの休止または停止の期間において、隣り合う第１繊維ボビンＢ１と第１繊維ボビンＢ１における巻取開始端Ｗｃｅと巻取終端Ｗｓｅとの接着固定を予め確実に実行できるので、フープ巻きユニット１００Ｆに続くヘリカル巻きユニット１００Ｈによるヘリカル巻きを、支障なく速やかに開始して継続できる。

図４は繊維供給ユニット２００によるボビン保持の他の実施形態を模式的に示す説明図である。図示するように、この実施形態では、第１繊維ボビンＢ１および第２繊維ボビンＢ２の芯材Ｂｃは、その両端に係合部Ｃｒを有する。よって、隣り合う第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２において、一方の繊維ボビンの芯材Ｂｃと他方の繊維ボビンの芯材Ｂｃとを、係合部Ｃｒの係合により、ボビンシャフト２１４のシャフト回りの回転伝達が可能に係合できる。このため、この実施形態の繊維供給ユニット２００によれば、第１繊維ボビンＢ１からの繊維供給の間における第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２とのシャフト回りの同期回転を確実に起こすので、第２繊維ボビンＢ２からの不用意な繊維の巻き取り解除やこれに伴う繊維の垂れ下がり等の事象が起きないようにできる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上記の実施形態では、高圧ガスタンクのコア材であるライナー１０を繊維巻回対象物としたが、ライナー以外の繊維巻回対象物に繊維を巻回するようにしてもよい。また、上記の実施形態では、第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２の両繊維ボビンに樹脂含浸カーボン繊維Ｗを巻き取り済みとしたが、熱硬化性樹脂の未含浸のカーボン繊維を巻き取るようにしてもよい。この場合には、既述した第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅを占める樹脂未含浸のカーボン繊維と、第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅを占める樹脂未含浸のカーボン繊維との絡み合わせと、熱硬化性樹脂Ｒｅによる熱硬化を図ることになる。そして、繊維案内ユニット３００への繊維送り出しの際に、樹脂槽にカーボン繊維を沈め込む等して、樹脂含浸カーボン繊維Ｗとすればよい。

上記の実施形態では、繊維供給ユニット２００にて第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２の二つの繊維ボビンをボビンシャフト２１４にて保持するようにしたが、三つ以上の繊維ボビンをボビンシャフト２１４にて保持してもよい。

上記の実施形態では、フープ巻きユニット１００Ｆとヘリカル巻きユニット１００Ｈとを有するＦＷ装置１００において、繊維供給ユニット２００からヘリカル巻きユニット１００Ｈに樹脂含浸カーボン繊維Ｗを供給したが、ヘリカル巻きユニット１００Ｈのみを有するＦＷ装置１００に繊維供給ユニット２００を適用できる。この場合には、第１繊維ボビンＢ１の巻取開始端Ｗｃｅと第２繊維ボビンＢ２の巻取終端Ｗｓｅとの接着固定は、繊維供給に先立つ段取りの時期、或いは、低速度での第１繊維ボビンＢ１の回転中に行えばよい。

１０…ライナー
１０ａ…シリンダー部
１０ｂ…ドーム部
１４…口金
１００…ＦＷ装置（フィラメントワインディング装置）
１００Ｆ…フープ巻きユニット
１００Ｈ…ヘリカル巻きユニット
１１２…ライナー軸支シャフト
２００…繊維供給ユニット
２１０…スタンドプレート
２１１…プレート凸部
２１２…スタンド枠
２１４…ボビンシャフト
２１６…供給側ボビンプレート
２１８…エンド側ボビンプレート
３００…繊維案内ユニット
Ｗ…樹脂含浸カーボン繊維
Ｗｔ…繊維固定部位
Ｗｃｅ…巻取開始端
Ｗｒｅ…繊維接着固定範囲
Ｗｓｅ…巻取終端
Ｂ１…第１繊維ボビン
Ｂ２…第２繊維ボビン
Ｂｃ…芯材
Ｒｅ…熱硬化性樹脂
Ｃｒ…係合部

Claims (4)

1. 繊維巻回対象物に繊維を巻回する繊維巻回部を有するフィラメントワインディング装置であって、
   前記繊維巻回部に供給される繊維を中空の芯材に巻き取り済みの複数の繊維ボビンと、
   該複数の繊維ボビンごとの前記芯材にシャフトを貫通して、前記複数の繊維ボビンをシャフト回りに回転可能に前記シャフトに並べて保持するボビンユニットとを備え、
   隣り合う前記繊維ボビンにおいて、一方の前記繊維ボビンの前記芯材の側の繊維巻き取り開始端と、他方の前記繊維ボビンの最外周の繊維巻き取り終端とを接着固定し、前記シャフトにおける繊維ボビンの並びの一端側の前記繊維ボビンから、前記繊維巻回部に繊維を供給すると共に、一方の前記繊維ボビンの前記芯材と他方の前記繊維ボビンの前記芯材とは、前記シャフト回りの回転を伝達可能に係合する
   フィラメントワインディング装置。
2. 請求項１に記載のフィラメントワインディング装置であって、
   前記ボビンユニットは、前記芯材を貫通して前記複数の繊維ボビンを保持した前記シャフトを、シャフト軸芯に沿って前後退可能に備え、前記一端側の前記繊維ボビンから前記繊維巻回部への繊維供給が完了すると、前記シャフトを後退させて、前記繊維供給が完了した前記繊維ボビンの前記芯材を前記シャフトから取り除く
   フィラメントワインディング装置。
3. 繊維巻回対象物に繊維を巻回する繊維巻回部を有するフィラメントワインディング装置であって、
   前記繊維巻回部に供給される繊維を中空の芯材に巻き取り済みの複数の繊維ボビンと、
   該複数の繊維ボビンごとの前記芯材にシャフトを貫通して、前記複数の繊維ボビンをシャフト回りに回転可能に前記シャフトに並べて保持するボビンユニットとを備え、
   隣り合う前記繊維ボビンにおいて、一方の前記繊維ボビンの前記芯材の側の繊維巻き取り開始端と、他方の前記繊維ボビンの最外周の繊維巻き取り終端とを接着固定し、前記シャフトにおける繊維ボビンの並びの一端側の前記繊維ボビンから、前記繊維巻回部に繊維を供給し、
   前記ボビンユニットは、前記芯材を貫通して前記複数の繊維ボビンを保持した前記シャフトを、シャフト軸芯に沿って前後退可能に備え、前記一端側の前記繊維ボビンから前記繊維巻回部への繊維供給が完了すると、前記シャフトを後退させて、前記繊維供給が完了した前記繊維ボビンの前記芯材を前記シャフトから取り除く
   フィラメントワインディング装置。
4. 請求項１ないし請求項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であって、
   前記繊維巻回部として、前記繊維巻回対象物に繊維をフープ巻きするフープ巻部と、前記繊維巻回対象物に繊維をヘリカル巻きするヘリカル巻部とを備え、
   前記ボビンユニットで前記シャフトにより保持した前記繊維ボビンの繊維を前記ヘリカル巻部に供給する
   フィラメントワインディング装置。

Images