フィラメントワインディング装置
【課題】繊維束の巻付角度が異なるヘリカル巻処理を能率よく行えるフィラメントワインディング装置を提供する。
【解決手段】基台１に立設される固定フレーム２０と、ヘリカル巻ヘッド２１などでヘリカル巻装置４を構成する。ヘリカル巻ヘッド２１は、マンドレルＭの軸心に沿って隣接配置される２個のガイドリング２７・２８と、各ガイドリング２７・２８の周方向に等間隔おきに配置される一群のガイド筒３１を含む。各ガイドリング２７・２８は周方向へ相対回転自在に連結する。さらに位相切換構造３２で、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置が一致する第１状態と、ガイド筒３１の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態との間で切り換え可能に構成する。第１状態において、各ガイドリング２７・２８に装着したガイド筒３１の筒出口３１ａを接近配置する。
【解決手段】基台１に立設される固定フレーム２０と、ヘリカル巻ヘッド２１などでヘリカル巻装置４を構成する。ヘリカル巻ヘッド２１は、マンドレルＭの軸心に沿って隣接配置される２個のガイドリング２７・２８と、各ガイドリング２７・２８の周方向に等間隔おきに配置される一群のガイド筒３１を含む。各ガイドリング２７・２８は周方向へ相対回転自在に連結する。さらに位相切換構造３２で、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置が一致する第１状態と、ガイド筒３１の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態との間で切り換え可能に構成する。第１状態において、各ガイドリング２７・２８に装着したガイド筒３１の筒出口３１ａを接近配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリカル巻装置を備えているフィラメントワインディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィラメントワインディング法で圧力容器などを形成する場合には、樹脂が塗布された繊維束をマンドレルに対してフープ巻し、あるいはヘリカル巻することにより補強層を形成する（特許文献１参照）。本発明に関して、複数個のヘリカル巻リングで多数本の繊維束を案内し、一群の繊維束を同時にマンドレルに巻き付ける形態のフィラメントワインディング装置は、例えば特許文献２に公知である。そこでは、マンドレルの軸心に沿って２個のヘリカル巻リングを隣接配置し、各リングを介して送給される一群の繊維束をマンドレルに巻き付けている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１９１３８号公報（段落番号０００２、図３）
【特許文献２】特開２００４−３１４５５０号公報（段落番号００１９、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、一群の繊維束をマンドレルに対して同時にヘリカル巻すると、ワインディング処理をより短時間で行うことができ、その分だけ圧力容器などを能率よく製造できる。その限りでは、ヘリカル巻によってマンドレルに巻き付けられる繊維束の本数が多いほど、ワインディング処理に要する時間を短くできることになる。
【０００５】
しかし、マンドレルの直径寸法と、開繊状態の繊維束の平均幅寸法を一定とする条件下でヘリカル巻を行う場合には、繊維束の巻付角度と巻付本数とに相関関係のあることが知られている。例えば、ある直径のマンドレルにおいては、先の巻付角度が小さい場合には、多数本の繊維束を互いに重なることもなく均等に巻き付けることができる。しかし、巻付角度が大きくなるのに従い、隣接する繊維束が互いに重ならない状態で均等に巻き付けられる適正本数は減少する。この適正本数を無視して、巻付角度が小さい場合と同じ本数の繊維束を大きな巻付角度で巻き付けることはできるが、その場合には巻層の表面に凹凸を生じるうえ、繊維束の巻き付けに乱れを生じさせ、結果的に強度を低下させてしまう。つまり繊維束が無駄に消費されるのを避けられない。
【０００６】
上記のような理由から、繊維束の巻付角度を変化させてヘリカル巻を行う場合には、巻付角度が大きい場合と巻付角度が小さい場合とで、マンドレルに巻き付けられる繊維束の本数を変更する必要があり、そのための段取り変更に多くの手間を要する。
【０００７】
本発明の目的は、複数個のガイドリングを備えていて、繊維束の巻付角度が異なるヘリカル巻処理を能率よく行え、しかもヘリカル巻を適正に形成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にある。本発明の目的は、繊維束Ｒの巻付角度が大きな状態においても、各ガイドリングに装着したガイド筒から供給される繊維束Ｒの巻付角度を概ね一致させて、ヘリカル巻層を適正に、しかも能率よく形成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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のフィラメントワインディング装置は、マンドレルの周面に繊維束を巻き付けるヘリカル巻装置を備えている。ヘリカル巻装置は、基台に立設される固定フレームと、固定フレームで支持されるヘリカル巻ヘッドとを含む。ヘリカル巻ヘッドは、マンドレルの軸心に沿って隣接配置されて、周方向へ相対回転自在に連結される複数個のガイドリングと、各ガイドリングの周方向に沿って等間隔おきに配置される一群のガイド筒と、可動側のガイドリングを回転操作する位相切換構造を含む。各ガイドリングは位相切換構造で、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が一致する第１状態と、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態との間で切り換え可能に構成されている。以て、第１状態において、各ガイドリングに装着したガイド筒の筒出口が、マンドレルの軸心方向に沿って接近配置してあることを特徴とする。
【０００９】
具体的には、各ガイドリングのひとつを固定フレームに固定支持し、他のガイドリングは固定支持されたガイドリングに対して周方向へ回転自在に連結する。位相切換構造は、回転変位できるガイドリングのひとつを切り換え操作する操作器と、隣接する各ガイドリングの間に設けられる位置決め構造を含んで構成する。
【００１０】
直線筒状に形成したガイド筒を各ガイドリングに装着固定する。少なくともひとつのガイドリングに装着したガイド筒を傾斜させて、筒出口を接近配置する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、相対回転自在に連結される複数個のガイドリングと、各ガイドリングの周方向に配置される一群のガイド筒と、可動側のガイドリングを回転操作する位相切換構造などでヘリカル巻ヘッドを構成した。また、可動側のガイドリングを位相切換構造で回転操作することにより、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が一致する第１状態と、ガイド筒の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態とに切り換えられるようにした。
【００１２】
上記のフィラメントワインディング装置によれば、各ガイドリングを位相切換構造で第１状態と第２状態とに切り換えて、ヘリカル巻ヘッド２１から供給される繊維束Ｒの本数を、繊維束Ｒの巻付角度が異なるごとに変更できる。したがって、本発明装置によれば、繊維束の巻付角度が異なるヘリカル巻処理を能率よく行うことができ、しかも、繊維束Ｒの巻付角度が大きい場合でも、繊維束が無駄に消費されるのを避けながら、ヘリカル巻層を適正に形成できる。また、巻付角度が異なるヘリカル巻処理を連続して行えるので、段取り変更に要する手間を一掃できる利点もある。
【００１３】
また、本発明においては第１状態において、各ガイドリングに装着したガイド筒の筒出口をマンドレルの軸心方向に沿って接近配置した。このように、筒出口が接近配置してあると、繊維束Ｒの巻付角度が大きい状態であっても、各ガイド筒から供給される繊維束Ｒの巻付角度を概ね一致させて、ヘリカル巻層を適正に、しかも能率よく形成できる。
【００１４】
各ガイドリングのひとつを固定フレームに固定支持し、他のガイドリングは固定支持されたガイドリングに対して周方向へ回転自在に連結するヘリカル巻ヘッドによれば、各ガイドリングの支持構造を簡素化できる。例えば２個のガイドリングでヘリカル巻ヘッドを構成する場合には、片方のガイドリングを固定支持し、残るガイドリングを先のガイドリングに対して相対回転可能に連結すればよく、可動部分を片方のガイドリングに限ることができるからである。
【００１５】
また、回転変位できるガイドリングのひとつを切り換え操作する操作器と、隣接する各ガイドリングの間に設けられる位置決め構造などで位相切換構造を構成すると、位置決め構造によって可動側のガイドリングの回転限界を規定できる。したがって、操作器による切り換え機能と、位置決め構造による位置決め機能とを個別に行って、位相切換構造の構造を単純化できるにもかかわらず、ガイドリングを常に正確に切り換え操作できる。
【００１６】
各ガイドリングに直線筒状のガイド筒を装着固定し、少なくともひとつのガイドリングに装着されるガイド筒を傾斜させて筒出口を接近配置するヘリカル巻ヘッドによれば、ガイド筒の取付構造を単純化して、その分だけヘリカル巻ヘッドの構造を簡素化できる。これにより、各ガイドリングの加工の手間を削減できるうえ、組立や補修に掛かる手間を軽減できる。例えば、ガイド筒の中途部をく字状に折り曲げて筒出口を接近配置するような場合には、ガイド筒の各ガイドリングに対する固定構造が複雑になるため、加工や組立、あるいは補修に多くの手間が掛かるのを避けられない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施例） 図１ないし図８は本発明に係るフィラメントワインディング装置（以下単にワインディング装置と言う）の実施例を示す。図２および図３においてワインディング装置は、図示していない繊維束供給構造と、巻付装置とで構成する。巻付装置は、左右に長い基台１の上部に配置されてマンドレルＭを支持する支持台２と、フープ巻装置３と、ヘリカル巻装置４と、図示していないマンドレル交換装置などで構成する。支持台２およびフープ巻装置３は、それぞれ図示していない駆動機構で基台１の長手方向に沿って往復駆動できる。ヘリカル巻装置４は、基台１の中央位置に固定してあり、先の繊維束供給構造で支持された一群のクリールから送給される繊維束ＲをマンドレルＭに送給案内する。
【００１８】
最終製品が圧力容器である場合のマンドレルＭは、高強度アルミニウム材、ステンレス材などの金属製容器からなる。必要があれば、プラスチック製の容器でマンドレルＭを構成することもある。この実施例ではマンドレルＭが、図２に示すように中央の円筒部と、円筒部の左右両端に連続するドーム部と、ドーム部の頂部に突設される口部とを一体に備えている場合について説明する。繊維束Ｒは、例えばガラス繊維や炭素繊維の束からなり、先のクリールに巻き込まれた状態の繊維束Ｒには、予め熱硬化性樹脂が含浸させてある。なお、クリールから繰り出された繊維束Ｒに樹脂を含浸させたのち、ヘリカル巻装置４に送給してもよい。
【００１９】
支持台２は、基台１上の前後一対のレール７で移行案内されるベース８と、ベース８の両側端に立設される支持腕９・９と、両支持腕９・９の上端対向面に設けられるチャック１０などで構成する。マンドレルＭの左右両側には一対の取付治具１１が固定してあり、これらの取付治具１１を先のチャック１０で掴み固定することにより、マンドレルＭが左右の支持腕９・９の間に支持される。片方のチャック１０は、図示していない駆動構造で回転駆動されてマンドレルＭを同行回転させる。両支持腕９・９は、マンドレルＭの交換を容易化するために、ベース８に対して起立姿勢から横臥姿勢へ倒伏できるように組み付けてある。
【００２０】
フープ巻装置３は、基台１上のレール１４で移行案内されるフレーム１５と、フレーム１５で回転自在に支持される円盤状の巻掛テーブル１６と、巻掛テーブル１６を回転駆動する駆動機構（図示していない）などで構成する。巻掛テーブル１６の一側には、フープ巻時に繊維束を供給する複数個のボビン１７が、テーブル周縁に沿って等間隔おきに配置してある。巻掛テーブル１６の板面中央には、マンドレルＭの往復移動を許す円形の開口が形成してある。この開口の開口面とマンドレルＭとが直交する状態で、巻掛テーブル１６を回転駆動しながらフープ巻装置３の全体を往復移動させることにより、マンドレルＭの周面にフープ巻層を形成することができる。
【００２１】
図２ないし図４においてヘリカル巻装置４は、基台１に立設される固定フレーム２０と、固定フレーム２０で支持されるヘリカル巻ヘッド２１と、繊維束の一群をヘリカル巻ヘッド２１へ向かって変向案内するガイドローラー（ガイド構造）２２などで構成する。固定フレーム２０の板面中央には、マンドレルＭの往復移動を許す円形の開口２０ａが形成され（図５参照）、開口２０ａの周囲の板面に先のガイドローラー２２が配置してある。繊維束供給構造から供給される繊維束Ｒは、固定フレーム２０の前後両側に配置した変向ローラー２３で案内されたのち、張力調整構造２４を通過してヘリカル巻ヘッド２１へと送給される。張力調整構造２４は、後述する左右のガイドリング２７・２８に対応して、固定フレーム２０の前後両側に一対ずつ配置してある（図３参照）。
【００２２】
ヘリカル巻ヘッド２１は、隣接配置される２個のガイドリング２７・２８と、各ガイドリング２７・２８の周方向に沿って等間隔おきに配置される一群のガイド筒３１と、可動側のガイドリング２８を回転操作する位相切換構造３２などで構成する。この実施例では、図面を簡略化するために各ガイドリング２７・２８に装着されるガイド筒３１の数を１２個に限っているが、実際には数十個から百数十個もの一群のガイド筒３１をガイドリング２７・２８に装着する。なお、ヘリカル巻を行う場合の繊維束Ｒの適正本数は、マンドレルＭの直径寸法と、繊維束Ｒの巻付幅および巻付角度（図３に符号θで示す角度）を変数にして算出することができる。
【００２３】
上記のガイドリング２７・２８のうち、一方のガイドリング２７は固定フレーム２０に設けた開口２０ａの周縁壁に固定し、他方のガイドリング２８は、固定されたガイドリング２７に対して回転自在に連結する。可動側のガイドリング２８の側端には補助フレーム３０が固定してある。補助フレーム３０の板面中央には、マンドレルＭの往復移動を許す円形の開口３０ａが形成され、開口３０ａの周囲の板面にガイドローラー２２が配置してある（図５参照）。
【００２４】
ガイド筒３１は直線状の丸筒からなり、全体が傾斜する状態で各ガイドリング２７・２８にねじ込み固定してある。詳しくは、固定側のガイドリング２７においては、ガイド筒３１を、その筒出口３１ａが可動側のガイドリング２８の内面内方を指向する状態に傾斜させている。また、可動側のガイドリング２８においては、ガイド筒３１を、その筒出口３１ａが固定側のガイドリング２７の内面内方を指向する状態に傾斜させている。このように、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の傾斜角度を同じにし、傾斜する向きを逆向きとすることにより、各ガイド筒３１の筒出口３１ａを可能な限り接近する状態で配置することができる。これにより、両筒出口３１ａ・３１ａは、後述する第１状態において各ガイドリング２７・２８の隣接方向の中央部分で隣接する。その意味は後述する。
【００２５】
マンドレルＭの軸心に沿って隣接配置した両ガイドリング２７・２８は、図６に示すように連結する。固定側リング２７の接合部にリング周面より小径の連結軸３４を形成し、可動側リング２８の接合部の内面に連結軸３４に外嵌する連結穴３５を形成する。さらに、可動側リング２８の接合部分の周囲４箇所に、連結穴３５で開口する位置決め溝３６を形成する（図７参照）。両リング２７・２８を接合して連結穴３５と連結軸３４を嵌合し、さらに位置決め溝３６に挿通した六角穴付ボルト３７を連結軸３４にねじ込むことにより、両リング２７・２８が相対回転可能に連結される。これにより、可動側のガイドリング２８が、固定側のガイドリング２７に対して分離不能に、しかも位置決め溝３６と六角穴付ボルト３７によって規定される範囲内で往復回転変位可能に連結される。
【００２６】
位相切換構造３２は、可動側のガイドリング２８を切り換え操作するエアーシリンダー（操作器）４０と、隣接する両ガイドリング２７・２８の間に設けられる位置決め構造とで構成する。図８に示すように、エアーシリンダー４０のピストンロッドの端部は、補助フレーム３０の下部に設けたブラケット４２にピン４３で連結し、エアーシリンダー４０のシリンダー側の端部はブラケット４４にピン４５で連結する。後者ブラケット４４は、固定フレーム２０、あるいは基台１に固定する。これにより、図８に実線で示す状態から想像線で示すようにピストンロッドを伸長変位させると、補助フレーム３０および可動側のガイドリング２８を反時計回転方向へ回転操作することができる。また、ピストンロッドをシリンダー内へ退入移動させると、補助フレーム３０および可動側のガイドリング２８を時計回転方向へ回転操作することができる。位置決め構造は、先に説明した位置決め溝３６と六角穴付ボルト３７とが兼ねている。
【００２７】
上記のように、両ガイドリング２７・２８を相対回転可能に連結し、さらに位相切換構造３２で可動側のガイドリング２８を回転操作することにより、両ガイドリング２７・２８に設けたガイド筒３１の位相を、二つの状態に切り換えることができる。そのひとつは、図４に示すように、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置が一致する第１状態である。二つめは、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態（図８に実線と想像線で示す状態）である。第１状態から第２状態に切り換えたときのガイド筒３１のずれ量は、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の周方向の隣接ピッチの半分となる。この第２状態においては、固定フレーム２０と正対するときに視認されるガイド筒３１の個数は２４個となる。
【００２８】
第１状態においては、同じ位相位置にあるガイド筒３１から繊維束Ｒが供給されるので、繊維束Ｒの供給本数は擬似的に１２本となる。また、第２状態においては、各ガイドリング２７・２８のガイド筒３１の位相がずれるため、第１状態のときの繊維束Ｒの数の２倍の供給本数でヘリカル巻が行われる。
【００２９】
因みに、繊維束Ｒの巻付角度が小さい場合には、多数本の繊維束を互いに重なることもなく同時に巻き付けることができる。しかし、巻付角度が大きくなるの従い、隣接する繊維束Ｒが互いに重ならない状態で同時に巻き付けられる本数は減少する。したがって、繊維束ＲのマンドレルＭに対する巻付角度を変更する場合には、可動側のガイドリング２８を位相切換構造３２で操作して、繊維束Ｒの供給状態を第１状態と第２状態とに切り換えることにより、マンドレルＭに供給される繊維束Ｒの本数を変更できる。このように、繊維束Ｒの供給状態を変更することにより、巻付角度が二つに異なるヘリカル巻処理を、段取り変更の手間を省いて連続して行えることになる。なお、繊維束Ｒの巻付角度は、マンドレルＭの駆動回転数と支持台２の送り速度を選定することで変更でき、マンドレルＭの形状と、繊維束Ｒの大きさおよび供給本数によって決定される。
【００３０】
先に説明したように、第１状態における各ガイドリング２７・２８のガイド筒３１の位相位置は一致している。しかし、各ガイドリング２７・２８をマンドレルＭの軸心に沿って隣接配置する関係で、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の軸心方向の位置にずれが生じてしまう。とくに、図１に想像線で示すように、ガイド筒３１が各ガイドリング２７・２８の直径線に沿って放射状に装着してある場合には、各ガイド筒３１の筒中心軸の位置が、マンドレルＭの軸心方向に大きく位置ずれする。
【００３１】
この位置ずれは、各ガイド筒３１から送給される繊維束Ｒの巻付角度に影響を及ぼす。具体的には、固定側ガイドリング２７のガイド筒３１で送給案内される繊維束Ｒの巻付角度が、可動側ガイドリング２８のガイド筒３１で送給案内される繊維束Ｒの巻付角度より大きくなる。繊維束ＲがマンドレルＭに外接する位置と、各ガイド筒３１の筒出口３１ａとの間の距離が、先のずれ寸法分だけ異なるためである。
【００３２】
このように、マンドレルＭの軸心方向に隣接するガイド筒３１から供給される繊維束Ｒの巻付角度が僅かに異なると、繊維束Ｒの巻付角度が大きな第１状態において問題を生じる。各ガイド筒３１から供給される繊維束Ｒの巻付角度が少しずつ違う状態でヘリカル巻を行うので、繊維束Ｒが内外に重ならず、周方向へずれた状態でマンドレルＭに巻き付けられるからである。その結果、巻層の表面に凹凸が生じる。因みに、巻付角度が小さな第２状態においては、ガイド筒３１の軸心方向の位置ずれの影響が殆ど現われないので、実用上問題のない状態のヘリカル巻層を形成できる。
【００３３】
上記の第１状態における繊維束Ｒのずれを解消するために、先に説明したように各ガイドリング２７・２８に設けられる各ガイド筒３１の筒出口３１ａ・３１ａを、両リング２７・２８の隣接方向の中央部分において接近配置させている。両筒出口３１ａの隣接間隔は小さければ小さいほどよいが、可動側のガイドリング２８の回動変位を円滑に行える余裕隙間を備えている必要がある。
【００３４】
以下、ワインディング装置の巻き付け動作を説明する。フープ巻を行う場合には、巻掛テーブル１６をマンドレルＭの円筒部の一側端に位置させ、各ボビン１７から繰り出された繊維束Ｒを、粘着テープでマンドレルＭの表面に固定する。このとき、複数本の繊維束Ｒを、マンドレルＭの周面に沿って隙間なく平行に配置する。この状態で、巻掛テーブル１６を回転駆動しながら、フレーム１５をマンドレルＭの円筒部の他側端へ向かって移動させて、一層めのフープ巻層Ｈ１を形成する。引き続き、フレーム１５をマンドレルＭの円筒部の一側端（巻付始端側）へ反転移動させることにより、二層めのフープ巻層Ｈ１を形成できる。さらにフープ巻層Ｈ１を形成する場合には、先と同様にして巻付処理を必要回数行う。
【００３５】
フープ巻層Ｈ１の外面にヘリカル巻層Ｈ２を形成する場合には、図２に示すようにフープ巻装置３を基台１の一側端に退避させる。ヘリカル巻装置４は、可動側のガイドリング２８をエアーシリンダー４０で回転操作して第１状態に保持し、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置を一致させておく。並行して支持台２を移動操作し、マンドレルＭの口部の基端をヘリカル巻装置４のガイドリング２７・２８の内面に臨ませ、各ガイド筒３１から引き出された繊維束Ｒを粘着テープで口部の周面に固定する。このとき、各ガイドリング２７・２８において位相が一致するガイド筒３１から引き出された繊維束Ｒを、内外に重なる状態で口部の周面に固定する。
【００３６】
上記の準備作業が終了したのち、チャック１０およびマンドレルＭを回転駆動しながら支持台２を一定速度で移動させて、先のフープ巻層Ｈ１の外面にヘリカル巻層Ｈ２を形成する。このときの繊維束Ｒの供給状態は第１状態であるので、繊維束Ｒの巻付角度が大きな状態でヘリカル巻が行われる。本発明においては、位相が一致するガイド筒３１の筒出口３１ａを可能な限り近接させている。したがって、巻付角度が大きい状態でヘリカル巻を行っても、位相が一致するガイド筒３１から送給される繊維束Ｒを、内外に重ねた状態で巻装でき、各繊維束Ｒが周方向へずれることはなく、適正にヘリカル巻層Ｈ２を形成できる。図３に、ヘリカル巻装置４より右側のマンドレルＭの表面にフープ巻層Ｈ１が形成され、ヘリカル巻装置４より左側のフープ巻層Ｈ１の外面にヘリカル巻層Ｈ２が形成された状態を示している。
【００３７】
マンドレルＭの全体がヘリカル巻ヘッド２１一方向へくぐり抜けた状態では、内外に二層のヘリカル巻層Ｈ２が形成されている。同様にして、支持台２をそれまでとは逆向きに移動させながらヘリカル巻を行うことにより、先のヘリカル巻層Ｈ２の外面に、二層のヘリカル巻層Ｈ２が形成される。さらにヘリカル巻層Ｈ２を形成する場合には、先と同様にして巻付処理を必要回数行う。
【００３８】
巻付角度が大きなヘリカル巻処理に連続して、巻付角度が小さなヘリカル巻処理を連続して行うことができる。その場合には、可動側のガイドリング２８をエアーシリンダー４０で時計回転方向へ変位操作して第２状態に保持し、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置を異ならせておく。各ガイド筒３１の位相位置を周方向へ均等にずらすことにより、全ての繊維束Ｒは、先のヘリカル巻層Ｈ２の周面に沿って隙間なく平行に配置される。この状態で、チャック１０およびマンドレルＭを回転駆動しながら支持台２を一方向へ一定速度で移動させることにより、巻付角度が小さなヘリカル巻層Ｈ２を形成することができる。
【００３９】
また、支持台２をそれまでとは逆向きに移動させながらヘリカル巻を行うことにより、巻付角度が小さなヘリカル巻層Ｈ２を同様に形成することができる。ヘリカル巻処理が終了したら、繊維束Ｒを切断したのち、切断端を口部に粘着テープで固定する。以上のようにして、フープ巻とヘリカル巻とを交互に行ったのち、マンドレルＭを支持台２から取り外して加熱処理し、繊維束Ｒに含浸させた樹脂を硬化させることにより、補強層とマンドレルＭとからなる圧力容器が得られる。
【００４０】
図９は、ヘリカル巻ヘッド２１の別の実施例を示す。そこでは、隣接配置される３個のガイドリング２７・２８・２９と、各リング２７・２８・２９の周方向に沿って等間隔おきに配置される一群のガイド筒３１と、右側端のガイドリング２９を回転操作する位相切換構造３２などでヘリカル巻ヘッド２１を構成する。上記のガイドリング２７・２８・２９のうち、図９に向かって左端のガイドリング２７は固定フレーム２０に設けた開口２０ａの周縁壁に固定する。中央のガイドリング２８は、固定されたガイドリング２７に対して回転自在に連結する。さらに、図９に向かって右端のガイドリング２９は、中央のガイドリング２８に対して回転自在に連結する。
【００４１】
中央のガイドリング２８と固定されたガイドリング２７、および右端のガイドリング２９と中央のガイドリング２８とは、それぞれ図６および図７で説明した連結構造によって、相対回転可能に連結してある。但し、第２状態におけるガイド筒３１のずれ量は、各ガイドリング２７・２８・２９におけるガイド筒３１の周方向の隣接ピッチの３分の１であるので、位置決め溝３６の周方向長さはその分だけ短く形成してある。右端のガイドリング２９の側端には補助フレーム３０を固定し、補助フレーム３０の板面中央に円形の開口３０ａを形成し、開口３０ａの周囲の板面にガイドローラー２２を配置する。なお、中央のガイドリング２８に向かって繊維束Ｒを案内するガイドローラー２２は、固定フレーム２０に設ける。
【００４２】
この実施例では、第１状態における繊維束Ｒのずれを解消するために、各ガイドリング２７・２８・２９に設けられる各ガイド筒３１の筒出口３１ａ・３１ａ・３１ａを、中央のガイドリング２８の内面の幅方向中央において接近配置させている。詳しくは、中央のガイドリング２８においては、ガイド筒３１をガイドリング２８の直径線に沿って放射状に装着する。また、固定側ガイドリング２７と、右端のガイドリング２９においては、ガイド筒３１を互いに逆向きに傾斜させる。これにより、隣接する３個のガイド筒３１の筒出口３１ａ・３１ａ・３１ａを近接させることができる。
【００４３】
以上のように構成したヘリカル巻ヘッド２１によれば、可動側の２個のガイドリング２８・２９を位相切換構造３２で回転操作することにより、各ガイド筒３１の位相が一致する第１状態と、各ガイド筒３１の位相が均等にずれる第２状態とに切り換えることができる。なお、エアーシリンダー４０は、補助フレーム３０を介して右端のガイドリング２９を回転操作するが、このガイドリング２９が限界位置まで回転変位したのち、中央のガイドリング２８が回転操作される。他は先の実施例と同じであるので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
各ガイドリング２７・２８・２９を第１状態に切り換えると、各ガイド筒３１の位相を一致させ、さらに３個の筒出口３１ａ・３１ａ・３１ａをマンドレルＭの軸心方向に沿って接近させることができる。これにより、各ガイド筒３１から送給された繊維束ＲのマンドレルＭに対する巻付角度を概ね一致させて、３本の繊維束Ｒを内外に重ねた状態で巻き付けることができる。したがって、巻付角度が大きな状態でヘリカル巻を行っても、巻層を適正に形成できる。また、同時に３本の繊維束Ｒを供給しながらヘリカル巻を行うので、ワインディング処理をさらに能率よく行うことができる。各ガイドリング２７・２８・２９を第２状態に切り換えると、３個の筒出口３１ａ・３１ａ・３１ａの位相を均等にずらして、巻付角度が小さな状態でヘリカル巻を行える。とくにマンドレルＭの直径寸法が大きい場合に、ワインディング処理を能率よく行うことができる。
【００４５】
図１に示す実施例では、固定側と可動側の両ガイドリング２７・２８に装着されるガイド筒３１のそれぞれを、互いに逆向きに傾斜させたがその必要はない。例えば、固定側のガイドリング２７に装着されるガイド筒３１を、図９の中央に位置するガイド筒３１と同様に、ガイドリング２７の直径線に沿って放射状に装着する。そのうえで、可動側のガイドリング２８に装着されるガイド筒３１のみを、先のガイド筒３１へ向かって大きく傾斜させて、各ガイド筒３１の筒出口３１ａ・３１ａを接近させる。この場合には、両筒出口３１ａ・３１ａが固定側のガイドリング２７の内面内方において接近配置される。なお、固定側のガイドリング２７に装着されるガイド筒３１のみを大きく傾斜させて、両筒出口３１ａ・３１ａを可動側のガイドリング２８の内面内方において接近配置することもできる。
【００４６】
上記の実施例以外に、ガイド筒３１は直線筒状に形成する必要はなく、その筒出口３１ａの側が、隣接するガイド筒３１の側へ向かって曲げてあってもよい。位相切換構造３２は、隣接するガイドリング２７・２８の間に設けることができる。可動側のガイドリング２８を回転操作する操作器４０は、エアーシリンダー以外にソレノイドや電動シリンダーなどを適用することができる。位置決め構造は、各ガイドリングの連結構造とは別の専用の構造として形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ヘリカル巻ヘッドの概略構造を示す断面図である。
【図２】フィラメントワインディング装置の正面図である。
【図３】フィラメントワインディング装置の平面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図８におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図６におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】ガイドリングの位相をずらした状態の側面図である。
【図９】ヘリカル巻ヘッドの別の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２０ 固定フレーム
２１ ヘリカル巻ヘッド
２７ ガイドリング
２８ ガイドリング
３１ ガイド筒
３１ａ 筒出口
３２ 位相切換機構
Ｍ マンドレル
Ｒ 繊維束
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリカル巻装置を備えているフィラメントワインディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィラメントワインディング法で圧力容器などを形成する場合には、樹脂が塗布された繊維束をマンドレルに対してフープ巻し、あるいはヘリカル巻することにより補強層を形成する（特許文献１参照）。本発明に関して、複数個のヘリカル巻リングで多数本の繊維束を案内し、一群の繊維束を同時にマンドレルに巻き付ける形態のフィラメントワインディング装置は、例えば特許文献２に公知である。そこでは、マンドレルの軸心に沿って２個のヘリカル巻リングを隣接配置し、各リングを介して送給される一群の繊維束をマンドレルに巻き付けている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１９１３８号公報（段落番号０００２、図３）
【特許文献２】特開２００４−３１４５５０号公報（段落番号００１９、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、一群の繊維束をマンドレルに対して同時にヘリカル巻すると、ワインディング処理をより短時間で行うことができ、その分だけ圧力容器などを能率よく製造できる。その限りでは、ヘリカル巻によってマンドレルに巻き付けられる繊維束の本数が多いほど、ワインディング処理に要する時間を短くできることになる。
【０００５】
しかし、マンドレルの直径寸法と、開繊状態の繊維束の平均幅寸法を一定とする条件下でヘリカル巻を行う場合には、繊維束の巻付角度と巻付本数とに相関関係のあることが知られている。例えば、ある直径のマンドレルにおいては、先の巻付角度が小さい場合には、多数本の繊維束を互いに重なることもなく均等に巻き付けることができる。しかし、巻付角度が大きくなるのに従い、隣接する繊維束が互いに重ならない状態で均等に巻き付けられる適正本数は減少する。この適正本数を無視して、巻付角度が小さい場合と同じ本数の繊維束を大きな巻付角度で巻き付けることはできるが、その場合には巻層の表面に凹凸を生じるうえ、繊維束の巻き付けに乱れを生じさせ、結果的に強度を低下させてしまう。つまり繊維束が無駄に消費されるのを避けられない。
【０００６】
上記のような理由から、繊維束の巻付角度を変化させてヘリカル巻を行う場合には、巻付角度が大きい場合と巻付角度が小さい場合とで、マンドレルに巻き付けられる繊維束の本数を変更する必要があり、そのための段取り変更に多くの手間を要する。
【０００７】
本発明の目的は、複数個のガイドリングを備えていて、繊維束の巻付角度が異なるヘリカル巻処理を能率よく行え、しかもヘリカル巻を適正に形成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にある。本発明の目的は、繊維束Ｒの巻付角度が大きな状態においても、各ガイドリングに装着したガイド筒から供給される繊維束Ｒの巻付角度を概ね一致させて、ヘリカル巻層を適正に、しかも能率よく形成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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のフィラメントワインディング装置は、マンドレルの周面に繊維束を巻き付けるヘリカル巻装置を備えている。ヘリカル巻装置は、基台に立設される固定フレームと、固定フレームで支持されるヘリカル巻ヘッドとを含む。ヘリカル巻ヘッドは、マンドレルの軸心に沿って隣接配置されて、周方向へ相対回転自在に連結される複数個のガイドリングと、各ガイドリングの周方向に沿って等間隔おきに配置される一群のガイド筒と、可動側のガイドリングを回転操作する位相切換構造を含む。各ガイドリングは位相切換構造で、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が一致する第１状態と、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態との間で切り換え可能に構成されている。以て、第１状態において、各ガイドリングに装着したガイド筒の筒出口が、マンドレルの軸心方向に沿って接近配置してあることを特徴とする。
【０００９】
具体的には、各ガイドリングのひとつを固定フレームに固定支持し、他のガイドリングは固定支持されたガイドリングに対して周方向へ回転自在に連結する。位相切換構造は、回転変位できるガイドリングのひとつを切り換え操作する操作器と、隣接する各ガイドリングの間に設けられる位置決め構造を含んで構成する。
【００１０】
直線筒状に形成したガイド筒を各ガイドリングに装着固定する。少なくともひとつのガイドリングに装着したガイド筒を傾斜させて、筒出口を接近配置する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、相対回転自在に連結される複数個のガイドリングと、各ガイドリングの周方向に配置される一群のガイド筒と、可動側のガイドリングを回転操作する位相切換構造などでヘリカル巻ヘッドを構成した。また、可動側のガイドリングを位相切換構造で回転操作することにより、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が一致する第１状態と、ガイド筒の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態とに切り換えられるようにした。
【００１２】
上記のフィラメントワインディング装置によれば、各ガイドリングを位相切換構造で第１状態と第２状態とに切り換えて、ヘリカル巻ヘッド２１から供給される繊維束Ｒの本数を、繊維束Ｒの巻付角度が異なるごとに変更できる。したがって、本発明装置によれば、繊維束の巻付角度が異なるヘリカル巻処理を能率よく行うことができ、しかも、繊維束Ｒの巻付角度が大きい場合でも、繊維束が無駄に消費されるのを避けながら、ヘリカル巻層を適正に形成できる。また、巻付角度が異なるヘリカル巻処理を連続して行えるので、段取り変更に要する手間を一掃できる利点もある。
【００１３】
また、本発明においては第１状態において、各ガイドリングに装着したガイド筒の筒出口をマンドレルの軸心方向に沿って接近配置した。このように、筒出口が接近配置してあると、繊維束Ｒの巻付角度が大きい状態であっても、各ガイド筒から供給される繊維束Ｒの巻付角度を概ね一致させて、ヘリカル巻層を適正に、しかも能率よく形成できる。
【００１４】
各ガイドリングのひとつを固定フレームに固定支持し、他のガイドリングは固定支持されたガイドリングに対して周方向へ回転自在に連結するヘリカル巻ヘッドによれば、各ガイドリングの支持構造を簡素化できる。例えば２個のガイドリングでヘリカル巻ヘッドを構成する場合には、片方のガイドリングを固定支持し、残るガイドリングを先のガイドリングに対して相対回転可能に連結すればよく、可動部分を片方のガイドリングに限ることができるからである。
【００１５】
また、回転変位できるガイドリングのひとつを切り換え操作する操作器と、隣接する各ガイドリングの間に設けられる位置決め構造などで位相切換構造を構成すると、位置決め構造によって可動側のガイドリングの回転限界を規定できる。したがって、操作器による切り換え機能と、位置決め構造による位置決め機能とを個別に行って、位相切換構造の構造を単純化できるにもかかわらず、ガイドリングを常に正確に切り換え操作できる。
【００１６】
各ガイドリングに直線筒状のガイド筒を装着固定し、少なくともひとつのガイドリングに装着されるガイド筒を傾斜させて筒出口を接近配置するヘリカル巻ヘッドによれば、ガイド筒の取付構造を単純化して、その分だけヘリカル巻ヘッドの構造を簡素化できる。これにより、各ガイドリングの加工の手間を削減できるうえ、組立や補修に掛かる手間を軽減できる。例えば、ガイド筒の中途部をく字状に折り曲げて筒出口を接近配置するような場合には、ガイド筒の各ガイドリングに対する固定構造が複雑になるため、加工や組立、あるいは補修に多くの手間が掛かるのを避けられない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施例） 図１ないし図８は本発明に係るフィラメントワインディング装置（以下単にワインディング装置と言う）の実施例を示す。図２および図３においてワインディング装置は、図示していない繊維束供給構造と、巻付装置とで構成する。巻付装置は、左右に長い基台１の上部に配置されてマンドレルＭを支持する支持台２と、フープ巻装置３と、ヘリカル巻装置４と、図示していないマンドレル交換装置などで構成する。支持台２およびフープ巻装置３は、それぞれ図示していない駆動機構で基台１の長手方向に沿って往復駆動できる。ヘリカル巻装置４は、基台１の中央位置に固定してあり、先の繊維束供給構造で支持された一群のクリールから送給される繊維束ＲをマンドレルＭに送給案内する。
【００１８】
最終製品が圧力容器である場合のマンドレルＭは、高強度アルミニウム材、ステンレス材などの金属製容器からなる。必要があれば、プラスチック製の容器でマンドレルＭを構成することもある。この実施例ではマンドレルＭが、図２に示すように中央の円筒部と、円筒部の左右両端に連続するドーム部と、ドーム部の頂部に突設される口部とを一体に備えている場合について説明する。繊維束Ｒは、例えばガラス繊維や炭素繊維の束からなり、先のクリールに巻き込まれた状態の繊維束Ｒには、予め熱硬化性樹脂が含浸させてある。なお、クリールから繰り出された繊維束Ｒに樹脂を含浸させたのち、ヘリカル巻装置４に送給してもよい。
【００１９】
支持台２は、基台１上の前後一対のレール７で移行案内されるベース８と、ベース８の両側端に立設される支持腕９・９と、両支持腕９・９の上端対向面に設けられるチャック１０などで構成する。マンドレルＭの左右両側には一対の取付治具１１が固定してあり、これらの取付治具１１を先のチャック１０で掴み固定することにより、マンドレルＭが左右の支持腕９・９の間に支持される。片方のチャック１０は、図示していない駆動構造で回転駆動されてマンドレルＭを同行回転させる。両支持腕９・９は、マンドレルＭの交換を容易化するために、ベース８に対して起立姿勢から横臥姿勢へ倒伏できるように組み付けてある。
【００２０】
フープ巻装置３は、基台１上のレール１４で移行案内されるフレーム１５と、フレーム１５で回転自在に支持される円盤状の巻掛テーブル１６と、巻掛テーブル１６を回転駆動する駆動機構（図示していない）などで構成する。巻掛テーブル１６の一側には、フープ巻時に繊維束を供給する複数個のボビン１７が、テーブル周縁に沿って等間隔おきに配置してある。巻掛テーブル１６の板面中央には、マンドレルＭの往復移動を許す円形の開口が形成してある。この開口の開口面とマンドレルＭとが直交する状態で、巻掛テーブル１６を回転駆動しながらフープ巻装置３の全体を往復移動させることにより、マンドレルＭの周面にフープ巻層を形成することができる。
【００２１】
図２ないし図４においてヘリカル巻装置４は、基台１に立設される固定フレーム２０と、固定フレーム２０で支持されるヘリカル巻ヘッド２１と、繊維束の一群をヘリカル巻ヘッド２１へ向かって変向案内するガイドローラー（ガイド構造）２２などで構成する。固定フレーム２０の板面中央には、マンドレルＭの往復移動を許す円形の開口２０ａが形成され（図５参照）、開口２０ａの周囲の板面に先のガイドローラー２２が配置してある。繊維束供給構造から供給される繊維束Ｒは、固定フレーム２０の前後両側に配置した変向ローラー２３で案内されたのち、張力調整構造２４を通過してヘリカル巻ヘッド２１へと送給される。張力調整構造２４は、後述する左右のガイドリング２７・２８に対応して、固定フレーム２０の前後両側に一対ずつ配置してある（図３参照）。
【００２２】
ヘリカル巻ヘッド２１は、隣接配置される２個のガイドリング２７・２８と、各ガイドリング２７・２８の周方向に沿って等間隔おきに配置される一群のガイド筒３１と、可動側のガイドリング２８を回転操作する位相切換構造３２などで構成する。この実施例では、図面を簡略化するために各ガイドリング２７・２８に装着されるガイド筒３１の数を１２個に限っているが、実際には数十個から百数十個もの一群のガイド筒３１をガイドリング２７・２８に装着する。なお、ヘリカル巻を行う場合の繊維束Ｒの適正本数は、マンドレルＭの直径寸法と、繊維束Ｒの巻付幅および巻付角度（図３に符号θで示す角度）を変数にして算出することができる。
【００２３】
上記のガイドリング２７・２８のうち、一方のガイドリング２７は固定フレーム２０に設けた開口２０ａの周縁壁に固定し、他方のガイドリング２８は、固定されたガイドリング２７に対して回転自在に連結する。可動側のガイドリング２８の側端には補助フレーム３０が固定してある。補助フレーム３０の板面中央には、マンドレルＭの往復移動を許す円形の開口３０ａが形成され、開口３０ａの周囲の板面にガイドローラー２２が配置してある（図５参照）。
【００２４】
ガイド筒３１は直線状の丸筒からなり、全体が傾斜する状態で各ガイドリング２７・２８にねじ込み固定してある。詳しくは、固定側のガイドリング２７においては、ガイド筒３１を、その筒出口３１ａが可動側のガイドリング２８の内面内方を指向する状態に傾斜させている。また、可動側のガイドリング２８においては、ガイド筒３１を、その筒出口３１ａが固定側のガイドリング２７の内面内方を指向する状態に傾斜させている。このように、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の傾斜角度を同じにし、傾斜する向きを逆向きとすることにより、各ガイド筒３１の筒出口３１ａを可能な限り接近する状態で配置することができる。これにより、両筒出口３１ａ・３１ａは、後述する第１状態において各ガイドリング２７・２８の隣接方向の中央部分で隣接する。その意味は後述する。
【００２５】
マンドレルＭの軸心に沿って隣接配置した両ガイドリング２７・２８は、図６に示すように連結する。固定側リング２７の接合部にリング周面より小径の連結軸３４を形成し、可動側リング２８の接合部の内面に連結軸３４に外嵌する連結穴３５を形成する。さらに、可動側リング２８の接合部分の周囲４箇所に、連結穴３５で開口する位置決め溝３６を形成する（図７参照）。両リング２７・２８を接合して連結穴３５と連結軸３４を嵌合し、さらに位置決め溝３６に挿通した六角穴付ボルト３７を連結軸３４にねじ込むことにより、両リング２７・２８が相対回転可能に連結される。これにより、可動側のガイドリング２８が、固定側のガイドリング２７に対して分離不能に、しかも位置決め溝３６と六角穴付ボルト３７によって規定される範囲内で往復回転変位可能に連結される。
【００２６】
位相切換構造３２は、可動側のガイドリング２８を切り換え操作するエアーシリンダー（操作器）４０と、隣接する両ガイドリング２７・２８の間に設けられる位置決め構造とで構成する。図８に示すように、エアーシリンダー４０のピストンロッドの端部は、補助フレーム３０の下部に設けたブラケット４２にピン４３で連結し、エアーシリンダー４０のシリンダー側の端部はブラケット４４にピン４５で連結する。後者ブラケット４４は、固定フレーム２０、あるいは基台１に固定する。これにより、図８に実線で示す状態から想像線で示すようにピストンロッドを伸長変位させると、補助フレーム３０および可動側のガイドリング２８を反時計回転方向へ回転操作することができる。また、ピストンロッドをシリンダー内へ退入移動させると、補助フレーム３０および可動側のガイドリング２８を時計回転方向へ回転操作することができる。位置決め構造は、先に説明した位置決め溝３６と六角穴付ボルト３７とが兼ねている。
【００２７】
上記のように、両ガイドリング２７・２８を相対回転可能に連結し、さらに位相切換構造３２で可動側のガイドリング２８を回転操作することにより、両ガイドリング２７・２８に設けたガイド筒３１の位相を、二つの状態に切り換えることができる。そのひとつは、図４に示すように、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置が一致する第１状態である。二つめは、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態（図８に実線と想像線で示す状態）である。第１状態から第２状態に切り換えたときのガイド筒３１のずれ量は、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の周方向の隣接ピッチの半分となる。この第２状態においては、固定フレーム２０と正対するときに視認されるガイド筒３１の個数は２４個となる。
【００２８】
第１状態においては、同じ位相位置にあるガイド筒３１から繊維束Ｒが供給されるので、繊維束Ｒの供給本数は擬似的に１２本となる。また、第２状態においては、各ガイドリング２７・２８のガイド筒３１の位相がずれるため、第１状態のときの繊維束Ｒの数の２倍の供給本数でヘリカル巻が行われる。
【００２９】
因みに、繊維束Ｒの巻付角度が小さい場合には、多数本の繊維束を互いに重なることもなく同時に巻き付けることができる。しかし、巻付角度が大きくなるの従い、隣接する繊維束Ｒが互いに重ならない状態で同時に巻き付けられる本数は減少する。したがって、繊維束ＲのマンドレルＭに対する巻付角度を変更する場合には、可動側のガイドリング２８を位相切換構造３２で操作して、繊維束Ｒの供給状態を第１状態と第２状態とに切り換えることにより、マンドレルＭに供給される繊維束Ｒの本数を変更できる。このように、繊維束Ｒの供給状態を変更することにより、巻付角度が二つに異なるヘリカル巻処理を、段取り変更の手間を省いて連続して行えることになる。なお、繊維束Ｒの巻付角度は、マンドレルＭの駆動回転数と支持台２の送り速度を選定することで変更でき、マンドレルＭの形状と、繊維束Ｒの大きさおよび供給本数によって決定される。
【００３０】
先に説明したように、第１状態における各ガイドリング２７・２８のガイド筒３１の位相位置は一致している。しかし、各ガイドリング２７・２８をマンドレルＭの軸心に沿って隣接配置する関係で、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の軸心方向の位置にずれが生じてしまう。とくに、図１に想像線で示すように、ガイド筒３１が各ガイドリング２７・２８の直径線に沿って放射状に装着してある場合には、各ガイド筒３１の筒中心軸の位置が、マンドレルＭの軸心方向に大きく位置ずれする。
【００３１】
この位置ずれは、各ガイド筒３１から送給される繊維束Ｒの巻付角度に影響を及ぼす。具体的には、固定側ガイドリング２７のガイド筒３１で送給案内される繊維束Ｒの巻付角度が、可動側ガイドリング２８のガイド筒３１で送給案内される繊維束Ｒの巻付角度より大きくなる。繊維束ＲがマンドレルＭに外接する位置と、各ガイド筒３１の筒出口３１ａとの間の距離が、先のずれ寸法分だけ異なるためである。
【００３２】
このように、マンドレルＭの軸心方向に隣接するガイド筒３１から供給される繊維束Ｒの巻付角度が僅かに異なると、繊維束Ｒの巻付角度が大きな第１状態において問題を生じる。各ガイド筒３１から供給される繊維束Ｒの巻付角度が少しずつ違う状態でヘリカル巻を行うので、繊維束Ｒが内外に重ならず、周方向へずれた状態でマンドレルＭに巻き付けられるからである。その結果、巻層の表面に凹凸が生じる。因みに、巻付角度が小さな第２状態においては、ガイド筒３１の軸心方向の位置ずれの影響が殆ど現われないので、実用上問題のない状態のヘリカル巻層を形成できる。
【００３３】
上記の第１状態における繊維束Ｒのずれを解消するために、先に説明したように各ガイドリング２７・２８に設けられる各ガイド筒３１の筒出口３１ａ・３１ａを、両リング２７・２８の隣接方向の中央部分において接近配置させている。両筒出口３１ａの隣接間隔は小さければ小さいほどよいが、可動側のガイドリング２８の回動変位を円滑に行える余裕隙間を備えている必要がある。
【００３４】
以下、ワインディング装置の巻き付け動作を説明する。フープ巻を行う場合には、巻掛テーブル１６をマンドレルＭの円筒部の一側端に位置させ、各ボビン１７から繰り出された繊維束Ｒを、粘着テープでマンドレルＭの表面に固定する。このとき、複数本の繊維束Ｒを、マンドレルＭの周面に沿って隙間なく平行に配置する。この状態で、巻掛テーブル１６を回転駆動しながら、フレーム１５をマンドレルＭの円筒部の他側端へ向かって移動させて、一層めのフープ巻層Ｈ１を形成する。引き続き、フレーム１５をマンドレルＭの円筒部の一側端（巻付始端側）へ反転移動させることにより、二層めのフープ巻層Ｈ１を形成できる。さらにフープ巻層Ｈ１を形成する場合には、先と同様にして巻付処理を必要回数行う。
【００３５】
フープ巻層Ｈ１の外面にヘリカル巻層Ｈ２を形成する場合には、図２に示すようにフープ巻装置３を基台１の一側端に退避させる。ヘリカル巻装置４は、可動側のガイドリング２８をエアーシリンダー４０で回転操作して第１状態に保持し、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置を一致させておく。並行して支持台２を移動操作し、マンドレルＭの口部の基端をヘリカル巻装置４のガイドリング２７・２８の内面に臨ませ、各ガイド筒３１から引き出された繊維束Ｒを粘着テープで口部の周面に固定する。このとき、各ガイドリング２７・２８において位相が一致するガイド筒３１から引き出された繊維束Ｒを、内外に重なる状態で口部の周面に固定する。
【００３６】
上記の準備作業が終了したのち、チャック１０およびマンドレルＭを回転駆動しながら支持台２を一定速度で移動させて、先のフープ巻層Ｈ１の外面にヘリカル巻層Ｈ２を形成する。このときの繊維束Ｒの供給状態は第１状態であるので、繊維束Ｒの巻付角度が大きな状態でヘリカル巻が行われる。本発明においては、位相が一致するガイド筒３１の筒出口３１ａを可能な限り近接させている。したがって、巻付角度が大きい状態でヘリカル巻を行っても、位相が一致するガイド筒３１から送給される繊維束Ｒを、内外に重ねた状態で巻装でき、各繊維束Ｒが周方向へずれることはなく、適正にヘリカル巻層Ｈ２を形成できる。図３に、ヘリカル巻装置４より右側のマンドレルＭの表面にフープ巻層Ｈ１が形成され、ヘリカル巻装置４より左側のフープ巻層Ｈ１の外面にヘリカル巻層Ｈ２が形成された状態を示している。
【００３７】
マンドレルＭの全体がヘリカル巻ヘッド２１一方向へくぐり抜けた状態では、内外に二層のヘリカル巻層Ｈ２が形成されている。同様にして、支持台２をそれまでとは逆向きに移動させながらヘリカル巻を行うことにより、先のヘリカル巻層Ｈ２の外面に、二層のヘリカル巻層Ｈ２が形成される。さらにヘリカル巻層Ｈ２を形成する場合には、先と同様にして巻付処理を必要回数行う。
【００３８】
巻付角度が大きなヘリカル巻処理に連続して、巻付角度が小さなヘリカル巻処理を連続して行うことができる。その場合には、可動側のガイドリング２８をエアーシリンダー４０で時計回転方向へ変位操作して第２状態に保持し、各ガイドリング２７・２８におけるガイド筒３１の位相位置を異ならせておく。各ガイド筒３１の位相位置を周方向へ均等にずらすことにより、全ての繊維束Ｒは、先のヘリカル巻層Ｈ２の周面に沿って隙間なく平行に配置される。この状態で、チャック１０およびマンドレルＭを回転駆動しながら支持台２を一方向へ一定速度で移動させることにより、巻付角度が小さなヘリカル巻層Ｈ２を形成することができる。
【００３９】
また、支持台２をそれまでとは逆向きに移動させながらヘリカル巻を行うことにより、巻付角度が小さなヘリカル巻層Ｈ２を同様に形成することができる。ヘリカル巻処理が終了したら、繊維束Ｒを切断したのち、切断端を口部に粘着テープで固定する。以上のようにして、フープ巻とヘリカル巻とを交互に行ったのち、マンドレルＭを支持台２から取り外して加熱処理し、繊維束Ｒに含浸させた樹脂を硬化させることにより、補強層とマンドレルＭとからなる圧力容器が得られる。
【００４０】
図９は、ヘリカル巻ヘッド２１の別の実施例を示す。そこでは、隣接配置される３個のガイドリング２７・２８・２９と、各リング２７・２８・２９の周方向に沿って等間隔おきに配置される一群のガイド筒３１と、右側端のガイドリング２９を回転操作する位相切換構造３２などでヘリカル巻ヘッド２１を構成する。上記のガイドリング２７・２８・２９のうち、図９に向かって左端のガイドリング２７は固定フレーム２０に設けた開口２０ａの周縁壁に固定する。中央のガイドリング２８は、固定されたガイドリング２７に対して回転自在に連結する。さらに、図９に向かって右端のガイドリング２９は、中央のガイドリング２８に対して回転自在に連結する。
【００４１】
中央のガイドリング２８と固定されたガイドリング２７、および右端のガイドリング２９と中央のガイドリング２８とは、それぞれ図６および図７で説明した連結構造によって、相対回転可能に連結してある。但し、第２状態におけるガイド筒３１のずれ量は、各ガイドリング２７・２８・２９におけるガイド筒３１の周方向の隣接ピッチの３分の１であるので、位置決め溝３６の周方向長さはその分だけ短く形成してある。右端のガイドリング２９の側端には補助フレーム３０を固定し、補助フレーム３０の板面中央に円形の開口３０ａを形成し、開口３０ａの周囲の板面にガイドローラー２２を配置する。なお、中央のガイドリング２８に向かって繊維束Ｒを案内するガイドローラー２２は、固定フレーム２０に設ける。
【００４２】
この実施例では、第１状態における繊維束Ｒのずれを解消するために、各ガイドリング２７・２８・２９に設けられる各ガイド筒３１の筒出口３１ａ・３１ａ・３１ａを、中央のガイドリング２８の内面の幅方向中央において接近配置させている。詳しくは、中央のガイドリング２８においては、ガイド筒３１をガイドリング２８の直径線に沿って放射状に装着する。また、固定側ガイドリング２７と、右端のガイドリング２９においては、ガイド筒３１を互いに逆向きに傾斜させる。これにより、隣接する３個のガイド筒３１の筒出口３１ａ・３１ａ・３１ａを近接させることができる。
【００４３】
以上のように構成したヘリカル巻ヘッド２１によれば、可動側の２個のガイドリング２８・２９を位相切換構造３２で回転操作することにより、各ガイド筒３１の位相が一致する第１状態と、各ガイド筒３１の位相が均等にずれる第２状態とに切り換えることができる。なお、エアーシリンダー４０は、補助フレーム３０を介して右端のガイドリング２９を回転操作するが、このガイドリング２９が限界位置まで回転変位したのち、中央のガイドリング２８が回転操作される。他は先の実施例と同じであるので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
各ガイドリング２７・２８・２９を第１状態に切り換えると、各ガイド筒３１の位相を一致させ、さらに３個の筒出口３１ａ・３１ａ・３１ａをマンドレルＭの軸心方向に沿って接近させることができる。これにより、各ガイド筒３１から送給された繊維束ＲのマンドレルＭに対する巻付角度を概ね一致させて、３本の繊維束Ｒを内外に重ねた状態で巻き付けることができる。したがって、巻付角度が大きな状態でヘリカル巻を行っても、巻層を適正に形成できる。また、同時に３本の繊維束Ｒを供給しながらヘリカル巻を行うので、ワインディング処理をさらに能率よく行うことができる。各ガイドリング２７・２８・２９を第２状態に切り換えると、３個の筒出口３１ａ・３１ａ・３１ａの位相を均等にずらして、巻付角度が小さな状態でヘリカル巻を行える。とくにマンドレルＭの直径寸法が大きい場合に、ワインディング処理を能率よく行うことができる。
【００４５】
図１に示す実施例では、固定側と可動側の両ガイドリング２７・２８に装着されるガイド筒３１のそれぞれを、互いに逆向きに傾斜させたがその必要はない。例えば、固定側のガイドリング２７に装着されるガイド筒３１を、図９の中央に位置するガイド筒３１と同様に、ガイドリング２７の直径線に沿って放射状に装着する。そのうえで、可動側のガイドリング２８に装着されるガイド筒３１のみを、先のガイド筒３１へ向かって大きく傾斜させて、各ガイド筒３１の筒出口３１ａ・３１ａを接近させる。この場合には、両筒出口３１ａ・３１ａが固定側のガイドリング２７の内面内方において接近配置される。なお、固定側のガイドリング２７に装着されるガイド筒３１のみを大きく傾斜させて、両筒出口３１ａ・３１ａを可動側のガイドリング２８の内面内方において接近配置することもできる。
【００４６】
上記の実施例以外に、ガイド筒３１は直線筒状に形成する必要はなく、その筒出口３１ａの側が、隣接するガイド筒３１の側へ向かって曲げてあってもよい。位相切換構造３２は、隣接するガイドリング２７・２８の間に設けることができる。可動側のガイドリング２８を回転操作する操作器４０は、エアーシリンダー以外にソレノイドや電動シリンダーなどを適用することができる。位置決め構造は、各ガイドリングの連結構造とは別の専用の構造として形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ヘリカル巻ヘッドの概略構造を示す断面図である。
【図２】フィラメントワインディング装置の正面図である。
【図３】フィラメントワインディング装置の平面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図８におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図６におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】ガイドリングの位相をずらした状態の側面図である。
【図９】ヘリカル巻ヘッドの別の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２０ 固定フレーム
２１ ヘリカル巻ヘッド
２７ ガイドリング
２８ ガイドリング
３１ ガイド筒
３１ａ 筒出口
３２ 位相切換機構
Ｍ マンドレル
Ｒ 繊維束
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンドレルの周面に繊維束を巻き付けるヘリカル巻装置を備えているフィラメントワインディング装置であって、
前記ヘリカル巻装置は、基台に立設される固定フレームと、前記固定フレームで支持されるヘリカル巻ヘッドとを含み、
前記ヘリカル巻ヘッドは、前記マンドレルの軸心に沿って隣接配置されて、周方向へ相対回転自在に連結される複数個のガイドリングと、各ガイドリングの周方向に沿って等間隔おきに配置される一群のガイド筒と、可動側のガイドリングを回転操作する位相切換構造を含み、
前記各ガイドリングが前記位相切換構造で、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が一致する第１状態と、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態との間で切り換え可能に構成されており、
前記第１状態において、前記各ガイドリングに装着した前記ガイド筒の筒出口が、前記マンドレルの軸心方向に沿って接近配置してあることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【請求項２】
前記各ガイドリングのひとつが前記固定フレームに固定支持され、他のガイドリングが固定支持されたガイドリングに対して周方向へ回転自在に連結されており、
前記位相切換構造が、回転変位できる前記ガイドリングのひとつを切り換え操作する操作器と、隣接する前記各ガイドリングの間に設けられる位置決め構造を含んで構成してある請求項１記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項３】
直線筒状に形成した前記ガイド筒が前記各ガイドリングに装着固定されており、
少なくともひとつの前記ガイドリングに装着した前記ガイド筒を傾斜させて、前記筒出口が接近配置してある請求項１又は２記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項１】
マンドレルの周面に繊維束を巻き付けるヘリカル巻装置を備えているフィラメントワインディング装置であって、
前記ヘリカル巻装置は、基台に立設される固定フレームと、前記固定フレームで支持されるヘリカル巻ヘッドとを含み、
前記ヘリカル巻ヘッドは、前記マンドレルの軸心に沿って隣接配置されて、周方向へ相対回転自在に連結される複数個のガイドリングと、各ガイドリングの周方向に沿って等間隔おきに配置される一群のガイド筒と、可動側のガイドリングを回転操作する位相切換構造を含み、
前記各ガイドリングが前記位相切換構造で、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が一致する第１状態と、各ガイドリングにおけるガイド筒の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態との間で切り換え可能に構成されており、
前記第１状態において、前記各ガイドリングに装着した前記ガイド筒の筒出口が、前記マンドレルの軸心方向に沿って接近配置してあることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【請求項２】
前記各ガイドリングのひとつが前記固定フレームに固定支持され、他のガイドリングが固定支持されたガイドリングに対して周方向へ回転自在に連結されており、
前記位相切換構造が、回転変位できる前記ガイドリングのひとつを切り換え操作する操作器と、隣接する前記各ガイドリングの間に設けられる位置決め構造を含んで構成してある請求項１記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項３】
直線筒状に形成した前記ガイド筒が前記各ガイドリングに装着固定されており、
少なくともひとつの前記ガイドリングに装着した前記ガイド筒を傾斜させて、前記筒出口が接近配置してある請求項１又は２記載のフィラメントワインディング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１１９８０３（Ｐ２００９−１１９８０３Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９８７０４（Ｐ２００７−２９８７０４）
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１６日（２００７．１１．１６）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
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