JP6191400B2 - 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。

従来、ライナーの外周面に繊維を巻き付けるフィラメントワインディング装置の技術は公知である（例えば、特許文献１）。
従来のフィラメントワインディング装置は、ライナーの外周面に繊維を同一方向に巻き付けており、かつ、繊維を隙間なく巻き付けていた。
しかし、ライナーの外周面に繊維を巻き付ける際に、繊維を従来とは異なるように巻き付けたいとの要望がある。

特開２０１０−２３４８１号公報

本発明は、ライナーの外周面に繊維を巻き付けることができると共に、巻き付けた繊維をライナーから離れないように締め付けることが可能なフィラメントワインディング装置を提供する。

第１の発明は、
ライナーの外周に第一繊維を供給する第一供給部と、
前記ライナーの外周に第二繊維を供給する第二供給部と、
を備え、
前記ライナーを前記第一供給部及び前記第二供給部に対して前記ライナーの軸方向に相対移動させつつ、前記第一供給部及び前記第二供給部を前記ライナーに対して前記ライナーの周方向に相対回転させることより、前記第一供給部から供給された前記第一繊維を前記ライナーの軸に対して第一方向に傾斜するように前記ライナーの外周面に巻き付けると共に、前記第二供給部から供給された前記第二繊維を前記ライナーの軸に対して前記第一方向と反対側の方向である第二方向に傾斜するように前記ライナーの外周面に巻き付けて、これにより、前記ライナーの外周面に巻き付けた前記第一繊維と前記第二繊維で構成された筒構造体を形成するフィラメントワインディング装置であって、
前記ライナーの軸方向に少なくとも一つの繊維供給口を有し、前記繊維供給口から前記ライナーの外周に巻締繊維を供給する巻締繊維供給部を備え、
前記繊維供給口を前記ライナーに対して前記ライナーの軸方向に相対移動させつつ、前記繊維供給口を前記ライナーに対して前記ライナーの周方向に相対回転させることにより、前記繊維供給口から前記巻締繊維を引き出して前記ライナーの外周面に巻き付け、前記ライナーの外周面における、前記ライナーの軸方向の所定領域に、前記巻締繊維を隙間なく巻き付ける。

第２の発明は、
前記巻締繊維を隙間なく巻き付けた領域における、前記ライナーの軸方向の中間部を切断する。

第３の発明は、
前記巻締繊維供給部は、一つの前記繊維供給口を有し、複数の前記巻締繊維を、前記ライナーの軸方向に並べた状態で前記繊維供給口から前記ライナーの外周に供給する。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明によれば、ライナーの外周面に第一繊維を第一方向に傾斜するように巻き付けると共に、第二繊維を第二方向に傾斜するように巻き付ける。
また、ライナーの外周面に巻き付けた第一繊維と第二繊維を、巻締繊維により締め付けて、第一繊維と第二繊維がライナーから離れることを防ぐことが可能である。
さらに、第一繊維と第二繊維を、ライナーの軸端部の両側で、巻締繊維により締め付けることが可能となる。

第２の発明によれば、軸方向に隣り合うライナーにそれぞれ巻き付けられていた筒網構造体を互いに分断することが可能となる。

第３の発明によれば、一つの繊維供給口から複数の巻締繊維を一度にライナーの外周面に巻き付けるので、巻締繊維を効率的に巻き付け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概略構成図。 第一供給部の正面図。 第二供給部の正面図。 第三供給部の正面図。 （ａ）第三ガイドローラーを上方から見た図、（ｂ）第三ガイドローラーを側方から見た図。 制御ブロック図。 （ａ）第一繊維と第二繊維を巻き付けられたライナーを、ライナーの軸に垂直な方向から見た図、（ｂ）第一繊維を巻き付けられたライナーを、ライナーの軸に垂直な方向から見た図、（ｃ）第二繊維を巻き付けられたライナーを、ライナーの軸に垂直な方向から見た図。 （ａ）第三供給部によりライナーの軸方向における所定領域に第三繊維を巻き付けている状態を示す図、（ｂ）所定領域におけるライナーの軸方向の中間部を切断している状態を示す図、（ｃ）分断された筒構造体を示す図。

まず、フィラメントワインディング装置１００について説明する。

フィラメントワインディング装置１００は、円筒状のライナー１の外周面（外周側面）２に第一繊維Ｆ１、第二繊維Ｆ２、及び巻締繊維Ｆ３を巻き付ける装置である。
本実施形態の第一繊維Ｆ１、第二繊維Ｆ２、及び巻締繊維Ｆ３には、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の合成繊維が用いられるが、炭素繊維等を用いることも可能である。

図１に示すように、フィラメントワインディング装置１００は、基台１０と、搬送部２０と、第一供給部３０と、第二供給部４０と、巻締繊維供給部５０と、制御装置６０（図６参照）と、を備える。

基台１０の上部には一対のライナー支持部１１・１１が設けられている。ライナー支持部１１・１１の間には、支持軸１２が架設されている。
搬送部２０は、ライナー１を軸方向Ｘに移動させるものである。ライナー１の軸方向Ｘは、ライナー１の軸Ａに平行な方向である。搬送部２０は、押し出し部２１及び搬送ローラ２２を有している。押し出し部２１は、円筒状のライナー１を支持軸１２に挿通させて順次押し出していく。押し出されたライナー１・１・・・は、軸方向Ｘに連なった状態で、搬送ローラ２２の回転により軸方向Ｘに移動していく。このとき、ライナー１は、無回転状態、すなわち、ライナー１の周方向Ｂに回転していない状態で軸方向Ｘに移動する。
ライナー１の周方向Ｂは、ライナー１が軸Ａまわりに回転するときの回転方向である。

図１及び図２に示すように、第一供給部３０は、ライナー１の移動経路上に配置されている。
第一供給部３０は、ライナー１の外周に第一繊維Ｆ１を供給する。本実施形態では、第一供給部３０は、ライナー１の外周に複数（四本）の第一繊維Ｆ１を供給する。なお、第一供給部３０がライナー１の外周に単数の第一繊維Ｆ１を供給するように構成してもよい。
第一供給部３０は、第一テーブル３１、第一ボビン３２、及び第一ガイド部材（第一ガイドローラー３３等）を有する。

第一テーブル３１は、中空円盤状に形成されており、その中央部には孔３１ａが形成されている。ライナー１は、第一テーブル３１の孔３１ａを通って軸方向Ｘに移動する。

第一テーブル３１は、基台１０から立設する第一フレーム１３に取り付けられており、ライナー１の周方向Ｂに回転可能に支持されている。第一テーブル３１には、第一アクチュエータ（モータ）６１が接続されている。第一テーブル３１を含む第一供給部３０は、第一アクチュエータ６１の駆動力によりライナー１の周方向Ｂに回転する。

第一ボビン３２は、第一テーブル３１に取り付けられている。本実施形態では、四つの第一ボビン３２・３２・３２・３２が設けられている。各第一ボビン３２には、第一繊維Ｆ１がそれぞれ巻回されている。

前記第一ガイド部材（第一ガイドローラー３３等）は、第一テーブル３１に取り付けられており、第一ボビン３２から引き出された第一繊維Ｆ１をライナー１の外周に向けてガイドする。前記第一ガイド部材は、複数の第一繊維Ｆ１・Ｆ１・・・がライナー１の周方向Ｂに並んだ状態でライナー１の外周に供給されるように、第一繊維Ｆ１・Ｆ１・・・をガイドする。本実施形態では、前記第一ガイド部材は、四本の第一繊維Ｆ１・Ｆ１・・・をガイドするので、四本の第一繊維Ｆ１・Ｆ１・・・がライナー１の周方向Ｂに並んだ状態でライナー１の外周に供給されるようにガイドする。

図１及び図３に示すように、第二供給部４０は、第一供給部３０の下流側に配置されている。
第二供給部４０は、ライナー１の外周に第二繊維Ｆ２を供給する。本実施形態の第二供給部４０は、第一供給部３０が供給する第一繊維Ｆ１の本数と同数の第二繊維Ｆ２を供給する。従って、本実施形態では、第二供給部４０は、四本の第二繊維Ｆ２を供給する。
第二供給部４０は、第二テーブル４１、第二ボビン４２、及び第二ガイド部材（第二ガイドローラー４３等）を有する。

第二テーブル４１は、中空円盤状に形成されており、その中央部には孔４１ａが形成されている。ライナー１は、第二テーブル４１の孔４１ａを通って軸方向Ｘに移動する。

第二テーブル４１は、基台１０から立設する第二フレーム１４に取り付けられており、ライナー１の周方向Ｂに回転可能に支持されている。第二テーブル４１には、第二アクチュエータ（モータ）６２が接続されている。第二テーブル４１を含む第二供給部４０は、第二アクチュエータ６２の駆動力によりライナー１の周方向Ｂに回転する。

第二ボビン４２は、第二テーブル４１に取り付けられている。本実施形態では、第二ボビン４２は、第一ボビン４２と同数（四個）設けられている。各第二ボビン４２には、第二繊維Ｆ２がそれぞれ巻回されている。
なお、本実施形態では、第一供給部３０から供給される第一繊維Ｆ１の本数（第一ボビン３２の個数）と、第二供給部４０から供給される第二繊維Ｆ２の本数（第二ボビン４２の個数）と、同数にしたが、本発明はこれに限定されず、互いに異ならせてもよい。

前記第二ガイド部材（第二ガイドローラー４３等）は、第二テーブル４１に取り付けられおり、第二ボビン４２から引き出された第二繊維Ｆ２をライナー１の外周に向けてガイドする。前記第二ガイド部材は、複数の第二繊維Ｆ２・Ｆ２・・・がライナー１の周方向Ｂに並んだ状態でライナー１の外周に供給されるように、第二繊維Ｆ２・Ｆ２・・・をガイドする。本実施形態では、前記第二ガイド部材は、四本の第二繊維Ｆ２・Ｆ２・・・をガイドするので、四本の第二繊維Ｆ２・Ｆ２・・・がライナー１の周方向Ｂに並んだ状態でライナー１の外周に供給されるようにガイドする。
本実施形態では、第一供給部３０から供給される第一繊維Ｆ１の本数（第一ボビン３２の個数）と、第二供給部４０から供給される第二繊維Ｆ２の本数（第二ボビン４２の個数）と、が同数なので、Ｄ１＝Ｄ２になる。

図１及び図４に示すように、巻締繊維供給部５０は、第二供給部４０の下流側に配置されている。
巻締繊維供給部５０は、ライナー１の外周に巻締繊維Ｆ３を供給する。
巻締繊維供給部５０は、巻締テーブル５１、巻締ボビン５２、巻締ガイド部材（第三ガイドローラー５３ａ・５３ｂ等）、及び繊維供給口５４を有する。

巻締テーブル５１は、中空円盤状に形成されており、その中央部には孔５１ａが形成されている。ライナー１は、巻締テーブル５１の孔５１ａを通って軸方向Ｘに移動する。

巻締テーブル５１は、基台１０から立設する巻締フレーム１５に取り付けられており、ライナー１の周方向Ｂに回転可能に支持されている。巻締テーブル５１には、巻締アクチュエータ（モータ）６３が接続されている。巻締テーブル５１を含む巻締繊維供給部５０は、巻締アクチュエータ６３の駆動力によりライナー１の周方向Ｂに回転する。

巻締フレーム１５は、基台１０により、ライナー１の軸方向Ｘに移動可能に支持されている。巻締フレーム１５にはフレームアクチュエータ（油圧シリンダ、空圧シリンダ等）６４が接続されている。巻締フレーム１５は、フレームアクチュエータ６４の駆動力によりライナー１の軸方向Ｘに移動する。

巻締ボビン５２は、巻締テーブル５１に取り付けられている。本実施形態では、巻締ボビン５２は、四個設けられている。各巻締ボビン５２には、巻締繊維Ｆ３がそれぞれ巻回されている。

巻締ガイド部材（第三ガイドローラー５３ａ・５３ｂ等）は、巻締テーブル５１に取り付けられおり、巻締ボビン５２・５２・・・から引き出された巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・を一つの繊維供給口５４に向けてガイドする。

繊維供給口５４は、巻締テーブル５１に取り付けられている。
図１及び図４に示すように、巻締ボビン５２・５２・・・に巻き付けられる巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・は、第三ガイドローラー５３ａ・５３ａ・５３ａ・５３ａ・５３ｂ・５３ｂにより繊維供給口５４へ案内されて、繊維供給口５４から引き出されて、ライナー１の外周に供給される。この際、巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・は、ライナー１の軸方向Ｘに並んだ状態で繊維供給口５４からライナー１の外周に供給される。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、各第三ガイドローラー５３ａの外周面には、巻締繊維Ｆ３の位置決めを行うための溝５３ｃがそれぞれ形成されている。各溝５３ｃは、ライナー１の軸方向Ｘの位置が互いに異なっており、軸方向Ｘの間隔が巻締繊維Ｆ３の太さに合わせた等間隔に形成されている。
巻締繊維供給部５０は、各巻締繊維Ｆ３の軸方向Ｘの位置を各溝５３ｃにより整えて、巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・を軸方向Ｘに並べた状態で繊維供給口５４からライナー１の外周に供給する。なお、巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・を軸方向Ｘに並べた状態で繊維供給口５４からライナー１の外周に供給すための構成は、本実施形態のものに限定されない。

また、本実施形態では繊維供給口５４を一つ設けたが、本発明はこれに限定されず、繊維供給口５４を複数設けて、各繊維供給口５４からライナー１の外周面２に巻締繊維Ｆ３をそれぞれ供給するように構成してもよい。

図６に示すように、制御装置６０は、搬送部２０に接続されており、搬送部２０を操作することで、ライナー１を軸方向Ｘに移動させることが可能である。
制御装置６０は、第一アクチュエータ６１に接続されており、第一アクチュエータ６１を操作することで、第一供給部３０をライナー１の周方向Ｂに回転させることが可能である。
制御装置６０は、第二アクチュエータ６２に接続されており、第二アクチュエータ６２を操作することで、第二供給部４０をライナー１の周方向Ｂに回転させることが可能である。
制御装置６０は、巻締アクチュエータ６３に接続されており、巻締アクチュエータ６３を操作することで、巻締テーブル５１（繊維供給口５４）をライナー１の周方向Ｂに回転させることが可能である。
制御装置６０は、フレームアクチュエータ６４に接続されており、フレームアクチュエータ６４を操作することで、巻締フレーム１５（繊維供給口５４）をライナー１の軸方向Ｘに移動させることが可能である。
制御装置６０は、切断装置６５に接続されており、切断装置６５の切断刃６５ａを操作して、繊維Ｆ１〜Ｆ３を切断することが可能である。

以下では、制御装置６０によりライナー１の外周面２に第一繊維Ｆ１、第二繊維Ｆ２、及び巻締繊維Ｆ３が巻き付けられるときの手順（１）〜（４）について説明する。

（１）まず、制御装置６０は、ライナー１を第一供給部３０及び第二供給部４０に対してライナー１の軸方向Ｘに相対移動させつつ、第一供給部３０及び第二供給部４０をライナー１に対してライナー１の周方向Ｂに相対回転させることにより、第一繊維Ｆ１及び第二繊維Ｆ２をそれぞれライナー１の外周面２に螺旋状に巻き付ける（図１〜図３参照）。
このとき、本実施形態では、制御装置６０は、搬送部２０によりライナー１を軸方向Ｘに移動させるが、本発明はこれに限定されず、供給部３０・４０をライナー１の軸方向Ｘに移動させるように構成してもよい。また、このとき、本実施形態では、制御装置６０は、アクチュエータ６１・６２により供給部３０・４０をライナー１の周方向Ｂに回転させるが、本発明はこれに限定されず、ライナー１を周方向Ｂに回転させるように構成してもよい。

また、このとき、制御装置６０は、第一供給部３０の相対回転の方向と、第二供給部４０の相対回転の方向と、を互いに逆方向にする。

また、このとき、制御装置６０は、第一供給部３０の相対回転の速度と、第二供給部４０の相対回転の回転速度と、ライナー１の相対移動の速度と、がそれぞれ所定の大きさα１・α２・α３になるように制御する。
前記所定の大きさα１・α２・α３は、ライナー１の軸Ａに垂直な方向からライナー１を見たときに、ライナー１に巻き付けられた第一繊維Ｆ１がライナー１の軸方向Ｘに並んでいるように見え、且つ、ライナー１に巻き付けられた第二繊維Ｆ２がライナー１の軸方向Ｘに並んでいるように見える大きさである。
前記所定の大きさα１・α２・α３に関する情報は、予め制御装置６０に記憶されている。

以上のように構成することで、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、第一供給部３０から供給された第一繊維Ｆ１がライナー１の軸Ａに対して第一方向に傾斜するようにライナー１の外周面２に螺旋状に巻き付けられると共に、第二供給部４０から供給された第二繊維Ｆ２がライナー１の軸Ａに対して前記第一方向と反対側の方向である第二方向に傾斜するようにライナー１の外周面２に螺旋状に巻き付けられる。すなわち、ライナー１の軸Ａに垂直な方向からライナー１を見たときに、第一繊維Ｆ１がライナー１の軸Ａに対して一側に傾斜しているように見えて、第二繊維Ｆ２がライナー１の軸Ａに対して他側に傾斜しているように見える。

このように制御装置６０によりライナー１の外周面２に第一繊維Ｆ１と第二繊維Ｆ２が巻き付けられることで、ライナー１の外周面２上には筒構造体Ｚが形成される。
筒構造体Ｚは、ライナー１の外周面２に巻き付けられた第一繊維Ｆ１と第二繊維Ｆ２で構成され、第一繊維Ｆ１と第二繊維Ｆ２が複数個所で交差する形状を有する。
図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、筒構造体Ｚに関しては、ライナー１の軸Ａに垂直な方向から見たときに、第一繊維Ｆ１がライナー１の軸方向Ｘに並んでいるように見え、且つ、第二繊維Ｆ２がライナー１の軸方向Ｘに並んでいるように見える。

（２）次に、図１、図４及び図８（ａ）に示すように、制御装置６０は、繊維供給口５４をライナー１に対してライナー１の軸方向Ｘに相対移動させつつ、繊維供給口５４をライナー１の周方向Ｂに回転させることにより、繊維供給口５４から巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・を引き出してライナー１の外周面２に巻き付ける。
このとき、制御装置６０は、ライナー１の軸方向Ｘにおける所定領域Ｅに、巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・を隙間無く巻き付ける。所定領域Ｅは、ライナー１の軸端部の両側であり、搬送部２０により連なった状態で送られるライナー１・１・・・における、隣りあうライナー１・１の接触部である。これにより、第一繊維Ｆ１及び第二繊維Ｆ２が、ライナー１の軸端部の両側で、巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・により締め付けられる。
これにより、ライナー１の外周面２に巻き付けられた第一繊維Ｆ１及び第二繊維Ｆ２がライナー１から離れることを防ぐことが可能である。
また、一つの繊維供給口５４から複数の巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・を一度にライナー１の外周面２に巻き付けるので、巻締繊維Ｆ３・Ｆ３・・・を効率的に巻き付けることが可能となる。

（３）次に、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、制御装置６０は、切断装置６５の切断刃６５ａにより、前記所定領域Ｅにおけるライナー１の軸方向Ｘの中間部を切断する。このとき、切断刃６５ａが、軸方向Ｘに隣り合うライナー１・１の隣接部を通過する。これにより、軸方向Ｘに隣り合うライナー１・１にそれぞれ巻き付けられていた筒構造体Ｚ・Ｚが互いに分断される。

上記したように筒構造体Ｚは、第一繊維Ｆ１のピッチ及び第二繊維Ｆ２のピッチがそれぞれ均等になる構造を有している。
これにより、ライナー１の外周面２に、樹脂を含浸させた筒構造体Ｚを形成して、樹脂を加熱硬化させて、ライナー１の外周面２に強化繊維層を形成することで、ライナー１の強度を向上させる場合、補強後のライナー１は応力を加えられてもねじれにくくなる。従って、ライナー１の強度を安定的に向上させることが可能となる。

１ ライナー
２ 外周面
３０ 第一供給部
４０ 第二供給部
５０ 巻締繊維供給部
５４ 繊維供給口
１００ フィラメントワインディング装置
Ｆ１ 第一繊維
Ｆ２ 第二繊維
Ｆ３ 巻締繊維
Ｚ 筒構造体

Claims (3)

1. ライナーの外周に第一繊維を供給する第一供給部と、
   前記ライナーの外周に第二繊維を供給する第二供給部と、
   を備え、
   前記ライナーを前記第一供給部及び前記第二供給部に対して前記ライナーの軸方向に相対移動させつつ、前記第一供給部及び前記第二供給部を前記ライナーに対して前記ライナーの周方向に相対回転させることより、前記第一供給部から供給された前記第一繊維を前記ライナーの軸に対して第一方向に傾斜するように前記ライナーの外周面に巻き付けると共に、前記第二供給部から供給された前記第二繊維を前記ライナーの軸に対して前記第一方向と反対側の方向である第二方向に傾斜するように前記ライナーの外周面に巻き付けて、これにより、前記ライナーの外周面に巻き付けた前記第一繊維と前記第二繊維で構成された筒構造体を形成するフィラメントワインディング装置であって、
   前記ライナーの軸方向に少なくとも一つの繊維供給口を有し、前記繊維供給口から前記ライナーの外周に巻締繊維を供給する巻締繊維供給部を備え、
   前記繊維供給口を前記ライナーに対して前記ライナーの軸方向に相対移動させつつ、前記繊維供給口を前記ライナーに対して前記ライナーの周方向に相対回転させることにより、前記繊維供給口から前記巻締繊維を引き出して前記ライナーの外周面に巻き付け、
   前記ライナーの外周面における、前記ライナーの軸方向の所定領域に、前記巻締繊維を隙間なく巻き付ける、
   フィラメントワインディング装置。
2. 前記巻締繊維を隙間なく巻き付けた領域における、前記ライナーの軸方向の中間部を切断する、
   請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
3. 前記巻締繊維供給部は、一つの前記繊維供給口を有し、複数の前記巻締繊維を、前記ライナーの軸方向に並べた状態で前記繊維供給口から前記ライナーの外周に供給する、
   請求項１又は２に記載のフィラメントワインディング装置。

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