フィラメントワインディング装置
【課題】フィラメントワインディング装置を用いて、略円筒状物を製造する場合の、ユーザの作業性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】繊維を、略円柱状を成すマンドレルに巻きつける、フィラメントワインディング装置であって、マンドレルに巻き付けるための繊維を供給する給糸口と、マンドレルを、回転可能に支持するマンドレル支持部と、給糸口から供給される繊維の先端を固定する繊維端固定部と、を備え、繊維端固定部は、マンドレルがマンドレル支持部に支持された場合の、マンドレルの回転軸を中心に回転し、繊維固定部が、マンドレルと同期して回転することによってマンドレルに繊維が巻きつけら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。
【解決手段】繊維を、略円柱状を成すマンドレルに巻きつける、フィラメントワインディング装置であって、マンドレルに巻き付けるための繊維を供給する給糸口と、マンドレルを、回転可能に支持するマンドレル支持部と、給糸口から供給される繊維の先端を固定する繊維端固定部と、を備え、繊維端固定部は、マンドレルがマンドレル支持部に支持された場合の、マンドレルの回転軸を中心に回転し、繊維固定部が、マンドレルと同期して回転することによってマンドレルに繊維が巻きつけら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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フィラメントワインディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチックで円筒状の製品を製造する場合に、フィラメントワインディング法で製造することがある。フィラメントワインディング法では、略円柱状を成すマンドレルを、円の中心を貫く回転軸を中心に回転させながら、マンドレル外周に、樹脂を含浸させた糸を巻きつけて繊維層を構成する。従来、マンドレル外周に糸を巻きつける際には、マンドレルや、回転軸に、糸端を固定している（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７８５４３号公報
【特許文献２】特開２００３−２００５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マンドレルに巻きつける糸を繰り出す給糸部は、フィラメントワインディング装置が備えているため、マンドレルや回転軸に、糸端を固定する場合、ユーザは、マンドレルを、フィラメントワインディング装置にセットした状態で、給糸口から糸を繰り出して、糸端を固定する必要がある。しかしながら、マンドレルを、フィラメントワインディング装置にセットした状態では、作業スペースが狭いため、作業し難く、特に、給糸口を複数備える多給糸型では、ユーザは、複数の糸をマンドレルに固定しなければならないため、作業性が悪いという問題があった。
【０００５】
このような問題は、繊維強化プラスチック容器を製造する場合に限定されず、中空のパイプ等、フィラメントワインディング装置を用いて、略円筒状を成す物を製造する場合に共通する問題である。
【０００６】
そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、フィラメントワインディング装置を用いて、略円筒状物を製造する場合の、ユーザの作業性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］ 繊維を、略円柱状を成すマンドレルに巻きつける、フィラメントワインディング装置であって、
前記マンドレルに巻き付けるための繊維を供給する給糸口と、
前記マンドレルを、回転可能に支持するマンドレル支持部と、
前記給糸口から供給される前記繊維の先端を固定する繊維端固定部と、
を備え、
前記繊維端固定部は、
前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸を中心に回転し、
前記繊維固定部が、前記マンドレルと同期して回転することによって前記マンドレルに前記繊維が巻きつけら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。
【０００９】
このようにすると、フィラメントワインディング装置自体に、マンドレルに巻きつける繊維の先端を固定することができる。そのため、マンドレルを、フィラメントワインディング装置に、セットする前に、繊維端を固定する作業をすることができる。したがって、フィラメントワインディング装置を用いて、略円筒状物を製造する場合の、ユーザの作業性を向上させることができる。
【００１０】
［適用例２］ 適用例１に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記給糸口を複数備えると共に、
前記繊維端固定部を、前記給糸口と同数備え、
複数の前記繊維端固定部は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸を中心とする一つの円上に全て配置されると共に、全ての前記繊維端固定部が、同時に、前記マンドレルと同期して回転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。
【００１１】
フィラメントワインディング装置が、給糸口を複数備える場合に、繊維端固定部を同数備えると、各給糸口からの供給される繊維を、それぞれ、別の繊維端固定部に固定することができる。また、全ての繊維端固定部が、同一の円状に配置されると共に、全ての繊維端固定部が同時に、マンドレルと同期して回転するため、繊維端がマンドレルに固定されているのと同様に、マンドレルに繊維が巻きつけられる。
【００１２】
［適用例３］ 適用例１または２に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記繊維端固定部は、前記マンドレルの最大直径よりも大きい直径の円上を移動するように設けられ、
前記給糸口と前記繊維端固定部との間に配置され、前記繊維を、前記マンドレルの直径方向に、前記マンドレルの回転軸中心に近づくように案内する案内部を、さらに備えることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【００１３】
このようにすると、例えば、給糸口を複数備える場合に、給糸口を、繊維端固定部と同じ高さにして、各繊維間の距離を、マンドレルよりも大きくしておけば、繊維端を繊維端固定部に固定した後に、容易に、マンドレルをセットすることができる。また、案内部を備えることにより、繊維をマンドレルの回転軸中心に近づけることができるため、繊維端固定部をマンドレルから離れた位置に配置していても、マンドレルに繊維を巻きつけることができる。
【００１４】
［適用例４］ 適用例１ないし３のいずれか１つに記載のフィラメントワインディング装置において、
前記繊維端固定部が配置され、円の中心を中心に回転する第１の回転式リングをさらに備え、
前記第１の回転式リングの回転中心は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸上に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。
【００１５】
このようにすると、第１の回転式リングを、マンドレルと同期させて回転させることにより、容易に、繊維端固定部をマンドレルの回転軸を中心にマンドレルと同期して回転させることができる。
【００１６】
［適用例５］ 適用例３に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記繊維端固定部が配置され、円の中心を中心に回転する第１の回転式リングと、
前記案内部が配置され、円の中心を中心に回転する第２の回転式リングと、
を備え、
前記第１の回転式リングの回転中心と、前記第２の回転式リングの回転中心は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸上に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。
【００１７】
このようにすると、第１の回転式リングおよび第２の回転式リングを回転させることにより、容易に、繊維端固定部および案内部をマンドレルの回転軸を中心に回転させることができる。
【００１８】
［適用例６］ 適用例３に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記案内部は、
ピン状を成し、その先端に、前記繊維を切断する刃部を備えることを特徴とするフィラメントワインディング装置。ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【００１９】
このようにすると、繊維は、ピンに沿って、マンドレルの中心に向かって移動し、所定の力が加わると、その先端に備えられた刃によって、切断される。従って、マンドレルに繊維が巻きついて、繊維がマンドレルに固定されたときに、繊維が刃部によって切断されるような所定の力が加わるようにすれば、簡単な構成で、自動的に、繊維を切断することができる。
【００２０】
［適用例７］ 適用例５に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記第２の回転式リングは、一部が切断され、隙間が空いていることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【００２１】
このようにすると、第２の回転式リングの中心を、マンドレルの回転軸が通る場合に、第２の回転式リングに設けられた隙間から、マンドレルの回転軸を第２の回転式リング内に入れることができるため、マンドレルを容易にセットすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
Ａ．実施例：
Ａ１．実施例の構成：
図１は、本発明の実施例としてのフィラメントワインディング装置１００の構成を示す説明図である。本実施例において、フィラメントワインディング装置１００は、圧縮水素が充填される高圧タンクを製造する。本実施例では、ナイロン製の樹脂ライナーと、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：炭素繊維強化プラスチック）製の外殻を供える高圧タンクを製造する。
【００２３】
フィラメントワインディング装置１００は、図１に示すように、マンドレル支持部２０、２２と、第１の回転式リング３０と、第２の回転式リング４０と、クリール５０、６０と、レール５８、６８と、制御部９０と、を主に備える。
【００２４】
マンドレル支持部２０、２２は、後述するマンドレル１０を、回転可能に支持する。クリール５０、６０は、繊維の張力を制御して、繊維を繰り出す装置である。クリール５０は、給糸口５２ｕ、５２ｌを備え、所定の張力で、給糸口５２ｕ、５２ｌを介して炭素繊維を繰り出す。また、クリール５０は、図示するように、レール５８に沿って、図中に示す矢印方向（後述する図２に示すマンドレル１０の長さ方向）移動することができる。また、クリール５０は、給糸口５２ｕ、５２ｌを、後述するマンドレル１０の直径方向に移動させることができる。なお、クリール５０は、内部に、炭素繊維に樹脂を含浸させるための樹脂槽を備え、樹脂が含浸された炭素繊維を、繰り出す。クリール６０も同様に、２つの給糸口６２ｕ、６２ｌを備え、２箇所から樹脂含浸炭素繊維を繰り出す。なお、例えば、予め樹脂を含浸させたプリプレグ樹脂を用いる場合には、クリール５０、６０は、樹脂槽を備えない構成にしてもよい。
【００２５】
すなわち、本実施例のフィラメントワインディング装置１００は、４つの給糸口を備える、多給糸フィラメントワインディング装置である。なお、本実施例において、マンドレル１０に巻きつける繊維として、炭素繊維を用いているが、その他、ガラス繊維等、強度のある種々の繊維を用いることができる。また、炭素繊維に含浸させる樹脂として、エポキシ樹脂を用いているが、エポキシ樹脂に限定されず、耐強度、耐環境性の高い他の樹脂を用いてもよい。また、ライナーとしては、ナイロン樹脂製に限定されず、他の樹脂から成る、ガスバリア性を有するライナーを用いてもよい。また、金属製のライナーを用いてもよい。
【００２６】
制御部９０は、マンドレル１０の回転およびクリール５０、６０の移動等を制御する。制御部９０は制御盤９２を備え、ユーザは、制御盤を操作することによって、クリール５０からの給糸（繊維の張力、給糸口の移動、クリール５０、６０の移動を含む）を制御したり、マンドレル１０の回転・停止を行なう。
【００２７】
図１では、フィラメントワインディング法によって、高圧タンクを作る場合の、準備段階として、ユーザが、制御盤９２を操作して、給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６２ｌを介して、エポキシ樹脂含浸炭素繊維を繰り出して、繰り出された繊維の先端を、後述する第１の回転式リング３０の備える、繊維端固定部(図示しない)に固定した状態を示している。
【００２８】
図２は、フィラメントワインディング装置１００に、マンドレル１０がセットされた状態を示す説明図である。図２では、マンドレル１０に炭素繊維が巻きつけられている途中の状態を示している。マンドレル１０は、中空の略円柱状を成す。本実施例では、マンドレル１０として、ナイロン樹脂製のライナーを用いている。マンドレル１０を回転させる回転軸１４が、マンドレル１０の断面円の中心を、長さ方向に貫通しており、マンドレル１０は回転軸１４に固定されている。そして、その回転軸１４が、フィラメントワインディング装置１００のマンドレル支持部２０、２２に支持されることにより、マンドレル１０が、フィラメントワインディング装置１００にセットされる。マンドレル支持部２０、２２によって、回転軸１４が回転し、それに伴い、マンドレル１０が回転する。なお、回転軸１４は、マンドレル１０を貫通する構成に限定されず、２本の回転軸が、それぞれ、マンドレル１０の両端に固定される構成にしてもよい。
【００２９】
図３は、第１の回転式リング３０の構成を概略的に示す説明図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＣ−Ｃ切断面を示す断面図である。第１の回転式リング３０は、図３（ａ）に示すように、リング状を成す第１の回転式リング基部３１と、第１の回転式リング基部３１の内周に設けられた、繊維端固定部３２、３３、３４、３５と、を備える。図３（ａ）に示すように、繊維端固定部３２、３３、３４、３５は、ピン状を成し、第１の回転式リング基部３１の内周に、等間隔で配置されている。なお、図３（ｂ）では、繊維端固定部３２、３３の位置を、円形で簡単に示している。ユーザは、繊維端を、繊維端固定部３２に結びつけることにより、固定する。
【００３０】
図４は、第２の回転式リング４０の構成を概略的に示す説明図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＸ１部を拡大して模式的に示している。第２の回転式リング４０は、図４（ａ）に示すように、Ｏリングの一部を切り欠いて、切れ目４１Ｃが形成された、Ｃリング状を成す第２の回転式リング基部４１と、第２の回転式リング基部４１の内周に設けられた、繊維案内部４２〜４５と、を備える。図示するように、繊維案内部４２〜４５は、４本のピンから成り、各ピンが、第２の回転式リング基部４１の直径に対して所定の角度を成すように、第２の回転式リング基部４１の内周に、等間隔で配置されている。なお、本実施例における繊維案内部４２〜４５が、請求項における案内部に相当する。
【００３１】
そして、繊維案内部４５のピンの先端には、図４（ｂ）に示すように、糸切り刃４５ｃが設けられている。同様に、繊維案内部４２〜４５の各ピンの先端には、それぞれ、糸切り刃が設けられている。繊維案内部４２〜４５が、糸切り刃を備えることにより、後述するように、繊維が自動的に切断される。
【００３２】
第１の回転式リング３０と、第２の回転式リング４０とは、図２に示すように、略同一の直径のリング状（Ｏリングと、Ｃリング）を成し、その円の中心が一致した状態で、平行に、フィラメントワインディング装置１００に配置されている。そして、図示するように、その２つの円の中心を、回転軸１４が通るように、マンドレル１０が支持される。
【００３３】
本実施例において、各給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６２ｌから供給される繊維Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５は、それぞれ、４本の繊維が束ねられた状態で供給される。給糸口５２ｕから繰り出された繊維Ｆ２は、ユーザによって、４本に分けられて、繊維案内部４２の各ピンの間に通されて、再び束ねられて、繊維端固定部３２に結びつけられる。同様に、その他の給糸口から繰り出された繊維は、繊維案内部を通して、繊維端固定部に結び付けられる。図１は、このようにして、各給糸口５２ｕ等から繰り出された繊維Ｆ２等の端を、第１の回転式リング３０の繊維端固定部３２にそれぞれ結びつけた状態を示している。
【００３４】
上記したように、第２の回転式リング４０は、第２の回転式リング基部４１がＣリング状を成しているため、その切れ目４１Ｃから、回転軸１４を通して、図２に示すように、マンドレル支持部２０、２２に、回転軸１４をセットすることができる。図１において、第２の回転式リング４０の切れ目４１Ｃは、クリール６０側に配置されている（図１では、第１の回転式リング３０に隠れている）ため、ユーザは、繊維端を、繊維端固定部に結び付けて、繊維端を固定した状態で、図１のクリール６０側から、第２の回転式リング４０の切れ目４１Ｃを介して、回転軸１４を通すと共に、マンドレル１０を、繊維Ｆ４とＦ５との間を通すことによって、繊維端を繊維端固定部に固定した後に、マンドレル１０を、フィラメントワインディング装置１００にセットすることができる。従って、ユーザは、マンドレル１０がセットされていない状態で、繊維端を固定する作業をすることができるため、容易に繊維端を固定することができるようになる。
【００３５】
Ａ２．実施例の動作：
図５〜８は、本実施例の動作を説明するための説明図である。図５〜８（ｂ）は、マンドレル支持部２２側からマンドレル１０を見て示している。なお、図５〜８（ｂ）では、第２の回転式リング４０の構成を明瞭に示すために、第１の回転式リング３０の記載を、省略している。図５〜８では、（ｂ）に示すように、マンドレル１０の回転軸１４を通る平面を境にして左側をＡ側、右側をＢ側とする。そして、図５〜８の（ａ）は、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３の、マンドレル１０に対する位置を示している。図５〜８の（ａ）では、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３と、がＡ側にある場合は実線で、Ｂ側にある場合は、破線で表示している。本実施例の動作について、図５〜８に基づいて説明する。
【００３６】
最初は、図５（ｂ）に示すように、給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６２ｌは、第２の回転式リング４０よりも外側に配置されている。そのため、図５（ａ）に示すように、繊維はマンドレル１０から離れた位置に、所定の張力で張られている。
【００３７】
以下、本実施例の動作について、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３と、に注目して説明する。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３とは、Ｂ側に配置されている。
【００３８】
ユーザは、制御盤９２を操作して、マンドレル１０に対する繊維の巻き付けを開始させる。フィラメントワインディング装置１００は、第１の回転式リング３０およびマンドレル１０を回転させず、第２の回転式リング４０のみを、図５（ｂ）に矢印で示すように回転させると共に、給糸口５２ｕ、５２ｌを、図５（ａ）、（ｂ）に矢印で示すように、回転軸１４に向かって、マンドレル１０の直径方向に移動させる。
【００３９】
図６（ｂ）に示すように、第２の回転式リング基部４１を、図５に対して、約３０度回転させると共に、給糸口５２ｕ、５２ｌを、マンドレル１０近傍まで移動させると、図６（ａ）に示すように、繊維Ｆ２、Ｆ３は、それぞれ、繊維案内部４２、４３に沿って、マンドレルに近づくように移動する。そうすると、繊維Ｆ２、Ｆ３は、それぞれ、図示するように、マンドレル１０の胴体部分に沿うように張られた状態になる。このとき、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３とは、Ｂ側に配置されている。
【００４０】
さらに、第２の回転式リング４０のみを、図６（ｂ）に矢印で示すように、図６（ｂ）に対して、約１８０度回転させると共に、給糸口５２ｕ、５２ｌを、図６（ａ）、（ｂ）に矢印で示すように、回転軸１４に向かって、直径方向に移動させる。そうすると、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、繊維案内部４２、４３が、Ａ側に配置される。給糸口５２ｕ、５２ｌ、および繊維端固定部３２、３３は、Ｂ側に配置されているため、図７（ａ）に示すように、繊維Ｆ２は、マンドレル１０の胴体部分に沿って、Ａ側に所定の張力で密着され、繊維Ｆ３は、マンドレル１０の胴体部分に沿って、Ｂ側に所定の張力で密着される。
【００４１】
給糸口６２ｕ、６２ｌと、繊維案内部４４、４５と、繊維Ｆ４、Ｆ５の、マンドレル１０に対する位置は、上記した、給糸口５２ｕ、５２ｌ、繊維案内部４２、４３、繊維Ｆ２、Ｆ３の位置と、回転軸１４に対して対称である。したがって、図５に示す位置から、図７に示す位置まで、第１の回転式リング３０およびマンドレル１０を回転させず、第２の回転式リング４０のみを、図５（ｂ）に矢印で示すように回転させると共に、給糸口６２ｕ、６２ｌを、回転軸１４に向かって、直径方向に移動させると、繊維Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５が、互いに重なりあって、マンドレル１０に対して、固定される。
【００４２】
その後、第１の回転式リング３０、第２の回転式リング４０を、マンドレル１０に同期して回転させると共に、従来のヘリカル巻きを行なう場合と同様に、給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６４ｌを、図８（ａ）に矢印Ｄ１、Ｄ２で示すように、移動させると、図８（ｂ）に示すように、マンドレル１０に、繊維Ｆ２〜Ｆ５が重なりあって巻きついて、マンドレル１０の外周に固定されていく。
【００４３】
なお、給糸口５２ｕが、マンドレル１０の軸中心に、最も近づいた状態から、図８（ａ）に示す矢印Ｄ１に沿って、１回移動する途中で、図８（ａ）に示すように、繊維Ｆ２が重なって、給糸口５２ｕが、回転軸１４に向かって移動すると、繊維Ｆ２が、給糸口５２ｕ近くの繊維Ｆ２によって上から押さえられるため、繊維Ｆ２が、上記した、図４（ｂ）に示した糸切り刃によって切断されるような力が加わる。したがって、Ｆ２が、糸切り刃によって、自動的に切断される。同様に、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５も、給糸口５２ｌ、６２ｕ、６４ｌが、それぞれ、マンドレル１０の軸中心に、最も近づいた状態から、図８（ａ）に示す矢印Ｄ１に沿って、１回移動する途中で、同様に、自動的に切断される。このとき、すでに、各繊維Ｆ２〜５は、互いに重なり合って、マンドレル１０に固定されている。すなわち、繊維Ｆ２〜５が切断されても、繊維Ｆ２〜５は、マンドレルに固定されているため、給糸口５２ｌ等から供給される繊維Ｆ２等の張力は維持される。したがって、その後、第１の回転式リング３０と第２の回転式リング４０の回転は、停止され、マンドレル１０が回転すると共に、給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６４ｌが、矢印Ｄ１、Ｄ２のように、移動を繰り返すことにより、従来のヘリカル巻きを行なう場合と同様に、マンドレル１０に繊維がヘリカル巻きで巻きつけられる。
【００４４】
Ａ３．実施例の効果：
本実施例のフィラメントワインディング装置１００では、フィラメントワインディング装置１００が備える第１の回転式リング３０に、繊維端が固定される。そのため、フィラメントワインディング装置１００に、マンドレル１０をセットする前に、繊維端をフィラメントワインディング装置１００に固定しておくことができる。従って、従来のように、マンドレルや、マンドレルを回転させる回転軸に、繊維端を固定する場合と比べて、マンドレルをセットするためのスペースが空いているため、作業スペースが多く、フィラメントワインディング装置１００のユーザは、容易に繊維端を固定することができる。したがって、フィラメントワインディング装置１００のユーザの作業性が向上される。
【００４５】
そして、本実施例のフィラメントワインディング装置１００によれば、第１の回転式リング３０と第２の回転式リング４０とを利用して、自動的に、マンドレル１０に繊維が固定されるため、従来と同様に、マンドレル１０を回転させると共に、給糸口５２ｌ等を移動させることにより、従来と同様に、ヘリカル巻きにて、マンドレル１０に、繊維を巻きつけることができる。
【００４６】
また、本実施例のフィラメントワインディング装置１００では、第２の回転式リング４０がＣリング状に形成されている。そのため、回転軸１４を、第２の回転式リング４０の切れ目４１Ｃを介して、第２の回転式リング４０の中に入れて、フィラメントワインディング装置１００に、マンドレル１０を、容易にセットすることができる。従って、ユーザの作業性が向上する。
【００４７】
また、本実施例のフィラメントワインディング装置１００では、第１の回転式リング３０および第２の回転式リング４０の直径は、マンドレル１０の直径よりも大きい。そのため、給糸口５２ｌ等を、マンドレル１０よりも外周に配置して、繊維端を繊維端固定部３２等に固定すれば、例えば、繊維Ｆ４と繊維Ｆ５との間が、マンドレルの直径よりも大きくなる。通常、マンドレル１０をセットする場合には、クリール５０またはクリール６０側から、ｘ軸方向にマンドレル１０を動かして、セットする。本実施例のフィラメントワインディング装置１００によれば、繊維Ｆ４と繊維Ｆ５との間を通して、マンドレルをセットすることができるため、容易にマンドレル１０をフィラメントワインディング装置１００にセットすることができる。
【００４８】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４９】
（１）上記した実施例において、給糸口を４つ備えるフィラメントワインディング装置１００を示したが、給糸口の数は、４つに限定されず、１つ以上備えていればよい。そのような場合であっても、フィラメントワインディング装置１００が、繊維を供給する給糸口と、繊維端を固定する繊維端固定部と、の両方を備えることにより、マンドレルをフィラメントワインディング装置にセットする前に、繊維端を固定しておくことができるため、ユーザの作業性が向上される。
【００５０】
（２）また、上記した実施例において、フィラメントワインディング装置１００は、繊維端固定部３２等が配置される、第１の回転式リング３０を備えているが、第１の回転式リング３０を備えない構成にしてもよい。また、繊維端固定部３２の形状も、上記した実施例に限定されない。例えば、繊維端固定部３２を、クリップ等で繊維端を挟持するように構成してもよいし、周知の固定手段で固定するようにしてもよい。
【００５１】
図９は、繊維端固定部３２等の変形例の構成を概略的に示す説明図である。例えば、図９（ａ）に示す、変形例１の繊維端固定部３２Ａ等は、円板状を成す台座３１Ａに、切り込みを入れて形成される爪状を成す。ユーザは、繊維端を、爪状を成す繊維端固定部３２Ａに引っ掛けて挟むことによって、繊維端を固定することができる。また、台座３１Ａには、回転軸１４を挿通する挿通孔３１ｈが設けられている。台座３１Ａは、円の中心を中心に回転するように構成されている。そのため、上記した実施例の第１の回転式リング３０に代えて、台座３１Ａを用いると、繊維端固定部３２Ａ等は、回転軸１４を中心に回転するため、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
例えば、図９（ｂ）に示す、変形例２の繊維端固定部３２Ａ等は、クロス（＋）状を成す台座３１Ｂの端部に、円柱状を成す突起状に設けられている。ユーザは、繊維端を、繊維端固定部３２Ｂに結びつけることによって、繊維端を固定することができる。また、台座３１Ｂには、回転軸１４を挿通する挿通孔３１ｈが設けられている。台座３１Ｂは、挿通孔３１ｈの中心を中心に回転するように構成されている。そのため、上記した実施例の第１の回転式リング３０に代えて、台座３１Ｂを用いると、繊維端固定部３２Ｂ等は、回転軸１４を中心に回転するため、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
（３）上記した実施例において、また、上記した実施例において、フィラメントワインディング装置１００は、繊維案内部４２等が配置される、第２の回転式リング４０を備えているが、繊維案内部の構成は、上記した実施例に限定されず、繊維を、マンドレルの回転中心に向かって近づけることが可能な構成であればよい。
【００５４】
図１０は、繊維案内部４２等の変形例の構成を概略的に示す説明図である。例えば、図１０に示す、変形例３の繊維案内部４２Ａ等は、円板状を成す台座４１Ａに設けられたスリット状を成す。また、台座４１Ａには、回転軸１４を挿通する挿通孔４１ｈが設けられている。台座４１Ａは、挿通孔４１ｈの中心を中心に回転するように構成されている。そのため、上記した実施例の第２の回転式リング４０に代えて、台座４１Ａを用いた場合に、ユーザは、繊維を、繊維案内部４２Ａ等の各スリットに通しておくと、上記した実施例と同様に、繊維は、スリットに沿って、マンドレルの回転中心に向かって移動する。そのため、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
（４）上記した実施例において、Ｃリング状を成す第２の回転式リング４０を用いているが、第２の回転式リング４０の形状は、Ｏリング状であってもよい。例えば、第２の回転式リング４０を横切らなくても、マンドレル１０をフィラメントワインディング装置１００にセットすることが可能な構成であればよい。
【００５６】
（５）上記した実施例において、繊維案内部４２等は、先端に糸切り刃を備えるものを示したが、糸切り刃を備えない構成にしてもよい。糸切り刃を備えない構成の場合には、所定のタイミングで、ユーザが、糸を切断すればよい。また、繊維案内部と給糸口との間に、繊維を切断する切断部（カッター、鋏等）を、備え、制御部９０によって、切断部を制御して、所定のタイミングで、繊維を切断する構成にしてもよい。
【００５７】
（６）上記した実施例において、フィラメントワインディング装置１００として、圧縮水素が充填される高圧タンクを製造するものを、例示したが、高圧タンクを製造する場合に限定されず、本発明は、中空のパイプ等、略円筒状を成す製品を製造するフィラメントワインディング装置に適用することができる。
【００５８】
（７）上記した実施例において、フィラメントワインディング装置１００は、給糸口の数と同数の繊維端固定部を備えるが、繊維端固定部の数は、給糸口の数と同数でなく、少なくてもよい。例えば、複数の給糸口に対して、繊維端固定部を１つ備えるようにしてもよい。このようにしても、繊維をマンドレル１０に固定することができるため、従来と同様に、マンドレルを回転させると共に、給糸口を移動させることによって、ヘリカル巻きにて、マンドレルに繊維を巻きつけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例としてのフィラメントワインディング装置１００の構成を示す説明図である。
【図２】フィラメントワインディング装置１００にマンドレル１０がセットされた状態を示す説明図である。
【図３】第１の回転式リング３０の構成を概略的に示す説明図である。
【図４】第２の回転式リング４０の構成を概略的に示す説明図である。
【図５】本実施例の動作を説明するための説明図である。
【図６】本実施例の動作を説明するための説明図である。
【図７】本実施例の動作を説明するための説明図である。
【図８】本実施例の動作を説明するための説明図である。
【図９】繊維端固定部３２等の変形例の構成を概略的に示す説明図である。
【図１０】繊維案内部４２等の変形例の構成を概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１４...回転軸
２０、２２...マンドレル支持部
３０...第１の回転式リング
３１...第１の回転式リング基部
３１Ａ、３１Ｂ...台座
３１ｈ...挿通孔
３２、３２Ａ、３２Ｂ...繊維端固定部
４０...第２の回転式リング
４１...第２の回転式リング基部
４１Ａ...台座
４１ｈ...挿通孔
４２、４２Ａ、４３、４４、４５...繊維案内部
４５ｃ...刃
５０、６０...クリール
５２ｌ、５２ｕ、６２ｌ、６２ｕ...給糸口
５８...レール
９０...制御部
９２...制御盤
１００...フィラメントワインディング装置
Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５...繊維
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フィラメントワインディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチックで円筒状の製品を製造する場合に、フィラメントワインディング法で製造することがある。フィラメントワインディング法では、略円柱状を成すマンドレルを、円の中心を貫く回転軸を中心に回転させながら、マンドレル外周に、樹脂を含浸させた糸を巻きつけて繊維層を構成する。従来、マンドレル外周に糸を巻きつける際には、マンドレルや、回転軸に、糸端を固定している（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２７８５４３号公報
【特許文献２】特開２００３−２００５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マンドレルに巻きつける糸を繰り出す給糸部は、フィラメントワインディング装置が備えているため、マンドレルや回転軸に、糸端を固定する場合、ユーザは、マンドレルを、フィラメントワインディング装置にセットした状態で、給糸口から糸を繰り出して、糸端を固定する必要がある。しかしながら、マンドレルを、フィラメントワインディング装置にセットした状態では、作業スペースが狭いため、作業し難く、特に、給糸口を複数備える多給糸型では、ユーザは、複数の糸をマンドレルに固定しなければならないため、作業性が悪いという問題があった。
【０００５】
このような問題は、繊維強化プラスチック容器を製造する場合に限定されず、中空のパイプ等、フィラメントワインディング装置を用いて、略円筒状を成す物を製造する場合に共通する問題である。
【０００６】
そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、フィラメントワインディング装置を用いて、略円筒状物を製造する場合の、ユーザの作業性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］ 繊維を、略円柱状を成すマンドレルに巻きつける、フィラメントワインディング装置であって、
前記マンドレルに巻き付けるための繊維を供給する給糸口と、
前記マンドレルを、回転可能に支持するマンドレル支持部と、
前記給糸口から供給される前記繊維の先端を固定する繊維端固定部と、
を備え、
前記繊維端固定部は、
前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸を中心に回転し、
前記繊維固定部が、前記マンドレルと同期して回転することによって前記マンドレルに前記繊維が巻きつけら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。
【０００９】
このようにすると、フィラメントワインディング装置自体に、マンドレルに巻きつける繊維の先端を固定することができる。そのため、マンドレルを、フィラメントワインディング装置に、セットする前に、繊維端を固定する作業をすることができる。したがって、フィラメントワインディング装置を用いて、略円筒状物を製造する場合の、ユーザの作業性を向上させることができる。
【００１０】
［適用例２］ 適用例１に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記給糸口を複数備えると共に、
前記繊維端固定部を、前記給糸口と同数備え、
複数の前記繊維端固定部は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸を中心とする一つの円上に全て配置されると共に、全ての前記繊維端固定部が、同時に、前記マンドレルと同期して回転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。
【００１１】
フィラメントワインディング装置が、給糸口を複数備える場合に、繊維端固定部を同数備えると、各給糸口からの供給される繊維を、それぞれ、別の繊維端固定部に固定することができる。また、全ての繊維端固定部が、同一の円状に配置されると共に、全ての繊維端固定部が同時に、マンドレルと同期して回転するため、繊維端がマンドレルに固定されているのと同様に、マンドレルに繊維が巻きつけられる。
【００１２】
［適用例３］ 適用例１または２に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記繊維端固定部は、前記マンドレルの最大直径よりも大きい直径の円上を移動するように設けられ、
前記給糸口と前記繊維端固定部との間に配置され、前記繊維を、前記マンドレルの直径方向に、前記マンドレルの回転軸中心に近づくように案内する案内部を、さらに備えることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【００１３】
このようにすると、例えば、給糸口を複数備える場合に、給糸口を、繊維端固定部と同じ高さにして、各繊維間の距離を、マンドレルよりも大きくしておけば、繊維端を繊維端固定部に固定した後に、容易に、マンドレルをセットすることができる。また、案内部を備えることにより、繊維をマンドレルの回転軸中心に近づけることができるため、繊維端固定部をマンドレルから離れた位置に配置していても、マンドレルに繊維を巻きつけることができる。
【００１４】
［適用例４］ 適用例１ないし３のいずれか１つに記載のフィラメントワインディング装置において、
前記繊維端固定部が配置され、円の中心を中心に回転する第１の回転式リングをさらに備え、
前記第１の回転式リングの回転中心は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸上に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。
【００１５】
このようにすると、第１の回転式リングを、マンドレルと同期させて回転させることにより、容易に、繊維端固定部をマンドレルの回転軸を中心にマンドレルと同期して回転させることができる。
【００１６】
［適用例５］ 適用例３に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記繊維端固定部が配置され、円の中心を中心に回転する第１の回転式リングと、
前記案内部が配置され、円の中心を中心に回転する第２の回転式リングと、
を備え、
前記第１の回転式リングの回転中心と、前記第２の回転式リングの回転中心は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸上に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。
【００１７】
このようにすると、第１の回転式リングおよび第２の回転式リングを回転させることにより、容易に、繊維端固定部および案内部をマンドレルの回転軸を中心に回転させることができる。
【００１８】
［適用例６］ 適用例３に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記案内部は、
ピン状を成し、その先端に、前記繊維を切断する刃部を備えることを特徴とするフィラメントワインディング装置。ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【００１９】
このようにすると、繊維は、ピンに沿って、マンドレルの中心に向かって移動し、所定の力が加わると、その先端に備えられた刃によって、切断される。従って、マンドレルに繊維が巻きついて、繊維がマンドレルに固定されたときに、繊維が刃部によって切断されるような所定の力が加わるようにすれば、簡単な構成で、自動的に、繊維を切断することができる。
【００２０】
［適用例７］ 適用例５に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記第２の回転式リングは、一部が切断され、隙間が空いていることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【００２１】
このようにすると、第２の回転式リングの中心を、マンドレルの回転軸が通る場合に、第２の回転式リングに設けられた隙間から、マンドレルの回転軸を第２の回転式リング内に入れることができるため、マンドレルを容易にセットすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
Ａ．実施例：
Ａ１．実施例の構成：
図１は、本発明の実施例としてのフィラメントワインディング装置１００の構成を示す説明図である。本実施例において、フィラメントワインディング装置１００は、圧縮水素が充填される高圧タンクを製造する。本実施例では、ナイロン製の樹脂ライナーと、ＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：炭素繊維強化プラスチック）製の外殻を供える高圧タンクを製造する。
【００２３】
フィラメントワインディング装置１００は、図１に示すように、マンドレル支持部２０、２２と、第１の回転式リング３０と、第２の回転式リング４０と、クリール５０、６０と、レール５８、６８と、制御部９０と、を主に備える。
【００２４】
マンドレル支持部２０、２２は、後述するマンドレル１０を、回転可能に支持する。クリール５０、６０は、繊維の張力を制御して、繊維を繰り出す装置である。クリール５０は、給糸口５２ｕ、５２ｌを備え、所定の張力で、給糸口５２ｕ、５２ｌを介して炭素繊維を繰り出す。また、クリール５０は、図示するように、レール５８に沿って、図中に示す矢印方向（後述する図２に示すマンドレル１０の長さ方向）移動することができる。また、クリール５０は、給糸口５２ｕ、５２ｌを、後述するマンドレル１０の直径方向に移動させることができる。なお、クリール５０は、内部に、炭素繊維に樹脂を含浸させるための樹脂槽を備え、樹脂が含浸された炭素繊維を、繰り出す。クリール６０も同様に、２つの給糸口６２ｕ、６２ｌを備え、２箇所から樹脂含浸炭素繊維を繰り出す。なお、例えば、予め樹脂を含浸させたプリプレグ樹脂を用いる場合には、クリール５０、６０は、樹脂槽を備えない構成にしてもよい。
【００２５】
すなわち、本実施例のフィラメントワインディング装置１００は、４つの給糸口を備える、多給糸フィラメントワインディング装置である。なお、本実施例において、マンドレル１０に巻きつける繊維として、炭素繊維を用いているが、その他、ガラス繊維等、強度のある種々の繊維を用いることができる。また、炭素繊維に含浸させる樹脂として、エポキシ樹脂を用いているが、エポキシ樹脂に限定されず、耐強度、耐環境性の高い他の樹脂を用いてもよい。また、ライナーとしては、ナイロン樹脂製に限定されず、他の樹脂から成る、ガスバリア性を有するライナーを用いてもよい。また、金属製のライナーを用いてもよい。
【００２６】
制御部９０は、マンドレル１０の回転およびクリール５０、６０の移動等を制御する。制御部９０は制御盤９２を備え、ユーザは、制御盤を操作することによって、クリール５０からの給糸（繊維の張力、給糸口の移動、クリール５０、６０の移動を含む）を制御したり、マンドレル１０の回転・停止を行なう。
【００２７】
図１では、フィラメントワインディング法によって、高圧タンクを作る場合の、準備段階として、ユーザが、制御盤９２を操作して、給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６２ｌを介して、エポキシ樹脂含浸炭素繊維を繰り出して、繰り出された繊維の先端を、後述する第１の回転式リング３０の備える、繊維端固定部(図示しない)に固定した状態を示している。
【００２８】
図２は、フィラメントワインディング装置１００に、マンドレル１０がセットされた状態を示す説明図である。図２では、マンドレル１０に炭素繊維が巻きつけられている途中の状態を示している。マンドレル１０は、中空の略円柱状を成す。本実施例では、マンドレル１０として、ナイロン樹脂製のライナーを用いている。マンドレル１０を回転させる回転軸１４が、マンドレル１０の断面円の中心を、長さ方向に貫通しており、マンドレル１０は回転軸１４に固定されている。そして、その回転軸１４が、フィラメントワインディング装置１００のマンドレル支持部２０、２２に支持されることにより、マンドレル１０が、フィラメントワインディング装置１００にセットされる。マンドレル支持部２０、２２によって、回転軸１４が回転し、それに伴い、マンドレル１０が回転する。なお、回転軸１４は、マンドレル１０を貫通する構成に限定されず、２本の回転軸が、それぞれ、マンドレル１０の両端に固定される構成にしてもよい。
【００２９】
図３は、第１の回転式リング３０の構成を概略的に示す説明図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＣ−Ｃ切断面を示す断面図である。第１の回転式リング３０は、図３（ａ）に示すように、リング状を成す第１の回転式リング基部３１と、第１の回転式リング基部３１の内周に設けられた、繊維端固定部３２、３３、３４、３５と、を備える。図３（ａ）に示すように、繊維端固定部３２、３３、３４、３５は、ピン状を成し、第１の回転式リング基部３１の内周に、等間隔で配置されている。なお、図３（ｂ）では、繊維端固定部３２、３３の位置を、円形で簡単に示している。ユーザは、繊維端を、繊維端固定部３２に結びつけることにより、固定する。
【００３０】
図４は、第２の回転式リング４０の構成を概略的に示す説明図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＸ１部を拡大して模式的に示している。第２の回転式リング４０は、図４（ａ）に示すように、Ｏリングの一部を切り欠いて、切れ目４１Ｃが形成された、Ｃリング状を成す第２の回転式リング基部４１と、第２の回転式リング基部４１の内周に設けられた、繊維案内部４２〜４５と、を備える。図示するように、繊維案内部４２〜４５は、４本のピンから成り、各ピンが、第２の回転式リング基部４１の直径に対して所定の角度を成すように、第２の回転式リング基部４１の内周に、等間隔で配置されている。なお、本実施例における繊維案内部４２〜４５が、請求項における案内部に相当する。
【００３１】
そして、繊維案内部４５のピンの先端には、図４（ｂ）に示すように、糸切り刃４５ｃが設けられている。同様に、繊維案内部４２〜４５の各ピンの先端には、それぞれ、糸切り刃が設けられている。繊維案内部４２〜４５が、糸切り刃を備えることにより、後述するように、繊維が自動的に切断される。
【００３２】
第１の回転式リング３０と、第２の回転式リング４０とは、図２に示すように、略同一の直径のリング状（Ｏリングと、Ｃリング）を成し、その円の中心が一致した状態で、平行に、フィラメントワインディング装置１００に配置されている。そして、図示するように、その２つの円の中心を、回転軸１４が通るように、マンドレル１０が支持される。
【００３３】
本実施例において、各給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６２ｌから供給される繊維Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５は、それぞれ、４本の繊維が束ねられた状態で供給される。給糸口５２ｕから繰り出された繊維Ｆ２は、ユーザによって、４本に分けられて、繊維案内部４２の各ピンの間に通されて、再び束ねられて、繊維端固定部３２に結びつけられる。同様に、その他の給糸口から繰り出された繊維は、繊維案内部を通して、繊維端固定部に結び付けられる。図１は、このようにして、各給糸口５２ｕ等から繰り出された繊維Ｆ２等の端を、第１の回転式リング３０の繊維端固定部３２にそれぞれ結びつけた状態を示している。
【００３４】
上記したように、第２の回転式リング４０は、第２の回転式リング基部４１がＣリング状を成しているため、その切れ目４１Ｃから、回転軸１４を通して、図２に示すように、マンドレル支持部２０、２２に、回転軸１４をセットすることができる。図１において、第２の回転式リング４０の切れ目４１Ｃは、クリール６０側に配置されている（図１では、第１の回転式リング３０に隠れている）ため、ユーザは、繊維端を、繊維端固定部に結び付けて、繊維端を固定した状態で、図１のクリール６０側から、第２の回転式リング４０の切れ目４１Ｃを介して、回転軸１４を通すと共に、マンドレル１０を、繊維Ｆ４とＦ５との間を通すことによって、繊維端を繊維端固定部に固定した後に、マンドレル１０を、フィラメントワインディング装置１００にセットすることができる。従って、ユーザは、マンドレル１０がセットされていない状態で、繊維端を固定する作業をすることができるため、容易に繊維端を固定することができるようになる。
【００３５】
Ａ２．実施例の動作：
図５〜８は、本実施例の動作を説明するための説明図である。図５〜８（ｂ）は、マンドレル支持部２２側からマンドレル１０を見て示している。なお、図５〜８（ｂ）では、第２の回転式リング４０の構成を明瞭に示すために、第１の回転式リング３０の記載を、省略している。図５〜８では、（ｂ）に示すように、マンドレル１０の回転軸１４を通る平面を境にして左側をＡ側、右側をＢ側とする。そして、図５〜８の（ａ）は、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３の、マンドレル１０に対する位置を示している。図５〜８の（ａ）では、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３と、がＡ側にある場合は実線で、Ｂ側にある場合は、破線で表示している。本実施例の動作について、図５〜８に基づいて説明する。
【００３６】
最初は、図５（ｂ）に示すように、給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６２ｌは、第２の回転式リング４０よりも外側に配置されている。そのため、図５（ａ）に示すように、繊維はマンドレル１０から離れた位置に、所定の張力で張られている。
【００３７】
以下、本実施例の動作について、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３と、に注目して説明する。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３とは、Ｂ側に配置されている。
【００３８】
ユーザは、制御盤９２を操作して、マンドレル１０に対する繊維の巻き付けを開始させる。フィラメントワインディング装置１００は、第１の回転式リング３０およびマンドレル１０を回転させず、第２の回転式リング４０のみを、図５（ｂ）に矢印で示すように回転させると共に、給糸口５２ｕ、５２ｌを、図５（ａ）、（ｂ）に矢印で示すように、回転軸１４に向かって、マンドレル１０の直径方向に移動させる。
【００３９】
図６（ｂ）に示すように、第２の回転式リング基部４１を、図５に対して、約３０度回転させると共に、給糸口５２ｕ、５２ｌを、マンドレル１０近傍まで移動させると、図６（ａ）に示すように、繊維Ｆ２、Ｆ３は、それぞれ、繊維案内部４２、４３に沿って、マンドレルに近づくように移動する。そうすると、繊維Ｆ２、Ｆ３は、それぞれ、図示するように、マンドレル１０の胴体部分に沿うように張られた状態になる。このとき、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、給糸口５２ｕ、５２ｌと、固定部３２、３３と、繊維案内部４２、４３と、繊維Ｆ２、Ｆ３とは、Ｂ側に配置されている。
【００４０】
さらに、第２の回転式リング４０のみを、図６（ｂ）に矢印で示すように、図６（ｂ）に対して、約１８０度回転させると共に、給糸口５２ｕ、５２ｌを、図６（ａ）、（ｂ）に矢印で示すように、回転軸１４に向かって、直径方向に移動させる。そうすると、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、繊維案内部４２、４３が、Ａ側に配置される。給糸口５２ｕ、５２ｌ、および繊維端固定部３２、３３は、Ｂ側に配置されているため、図７（ａ）に示すように、繊維Ｆ２は、マンドレル１０の胴体部分に沿って、Ａ側に所定の張力で密着され、繊維Ｆ３は、マンドレル１０の胴体部分に沿って、Ｂ側に所定の張力で密着される。
【００４１】
給糸口６２ｕ、６２ｌと、繊維案内部４４、４５と、繊維Ｆ４、Ｆ５の、マンドレル１０に対する位置は、上記した、給糸口５２ｕ、５２ｌ、繊維案内部４２、４３、繊維Ｆ２、Ｆ３の位置と、回転軸１４に対して対称である。したがって、図５に示す位置から、図７に示す位置まで、第１の回転式リング３０およびマンドレル１０を回転させず、第２の回転式リング４０のみを、図５（ｂ）に矢印で示すように回転させると共に、給糸口６２ｕ、６２ｌを、回転軸１４に向かって、直径方向に移動させると、繊維Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５が、互いに重なりあって、マンドレル１０に対して、固定される。
【００４２】
その後、第１の回転式リング３０、第２の回転式リング４０を、マンドレル１０に同期して回転させると共に、従来のヘリカル巻きを行なう場合と同様に、給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６４ｌを、図８（ａ）に矢印Ｄ１、Ｄ２で示すように、移動させると、図８（ｂ）に示すように、マンドレル１０に、繊維Ｆ２〜Ｆ５が重なりあって巻きついて、マンドレル１０の外周に固定されていく。
【００４３】
なお、給糸口５２ｕが、マンドレル１０の軸中心に、最も近づいた状態から、図８（ａ）に示す矢印Ｄ１に沿って、１回移動する途中で、図８（ａ）に示すように、繊維Ｆ２が重なって、給糸口５２ｕが、回転軸１４に向かって移動すると、繊維Ｆ２が、給糸口５２ｕ近くの繊維Ｆ２によって上から押さえられるため、繊維Ｆ２が、上記した、図４（ｂ）に示した糸切り刃によって切断されるような力が加わる。したがって、Ｆ２が、糸切り刃によって、自動的に切断される。同様に、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５も、給糸口５２ｌ、６２ｕ、６４ｌが、それぞれ、マンドレル１０の軸中心に、最も近づいた状態から、図８（ａ）に示す矢印Ｄ１に沿って、１回移動する途中で、同様に、自動的に切断される。このとき、すでに、各繊維Ｆ２〜５は、互いに重なり合って、マンドレル１０に固定されている。すなわち、繊維Ｆ２〜５が切断されても、繊維Ｆ２〜５は、マンドレルに固定されているため、給糸口５２ｌ等から供給される繊維Ｆ２等の張力は維持される。したがって、その後、第１の回転式リング３０と第２の回転式リング４０の回転は、停止され、マンドレル１０が回転すると共に、給糸口５２ｕ、５２ｌ、６２ｕ、６４ｌが、矢印Ｄ１、Ｄ２のように、移動を繰り返すことにより、従来のヘリカル巻きを行なう場合と同様に、マンドレル１０に繊維がヘリカル巻きで巻きつけられる。
【００４４】
Ａ３．実施例の効果：
本実施例のフィラメントワインディング装置１００では、フィラメントワインディング装置１００が備える第１の回転式リング３０に、繊維端が固定される。そのため、フィラメントワインディング装置１００に、マンドレル１０をセットする前に、繊維端をフィラメントワインディング装置１００に固定しておくことができる。従って、従来のように、マンドレルや、マンドレルを回転させる回転軸に、繊維端を固定する場合と比べて、マンドレルをセットするためのスペースが空いているため、作業スペースが多く、フィラメントワインディング装置１００のユーザは、容易に繊維端を固定することができる。したがって、フィラメントワインディング装置１００のユーザの作業性が向上される。
【００４５】
そして、本実施例のフィラメントワインディング装置１００によれば、第１の回転式リング３０と第２の回転式リング４０とを利用して、自動的に、マンドレル１０に繊維が固定されるため、従来と同様に、マンドレル１０を回転させると共に、給糸口５２ｌ等を移動させることにより、従来と同様に、ヘリカル巻きにて、マンドレル１０に、繊維を巻きつけることができる。
【００４６】
また、本実施例のフィラメントワインディング装置１００では、第２の回転式リング４０がＣリング状に形成されている。そのため、回転軸１４を、第２の回転式リング４０の切れ目４１Ｃを介して、第２の回転式リング４０の中に入れて、フィラメントワインディング装置１００に、マンドレル１０を、容易にセットすることができる。従って、ユーザの作業性が向上する。
【００４７】
また、本実施例のフィラメントワインディング装置１００では、第１の回転式リング３０および第２の回転式リング４０の直径は、マンドレル１０の直径よりも大きい。そのため、給糸口５２ｌ等を、マンドレル１０よりも外周に配置して、繊維端を繊維端固定部３２等に固定すれば、例えば、繊維Ｆ４と繊維Ｆ５との間が、マンドレルの直径よりも大きくなる。通常、マンドレル１０をセットする場合には、クリール５０またはクリール６０側から、ｘ軸方向にマンドレル１０を動かして、セットする。本実施例のフィラメントワインディング装置１００によれば、繊維Ｆ４と繊維Ｆ５との間を通して、マンドレルをセットすることができるため、容易にマンドレル１０をフィラメントワインディング装置１００にセットすることができる。
【００４８】
Ｂ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４９】
（１）上記した実施例において、給糸口を４つ備えるフィラメントワインディング装置１００を示したが、給糸口の数は、４つに限定されず、１つ以上備えていればよい。そのような場合であっても、フィラメントワインディング装置１００が、繊維を供給する給糸口と、繊維端を固定する繊維端固定部と、の両方を備えることにより、マンドレルをフィラメントワインディング装置にセットする前に、繊維端を固定しておくことができるため、ユーザの作業性が向上される。
【００５０】
（２）また、上記した実施例において、フィラメントワインディング装置１００は、繊維端固定部３２等が配置される、第１の回転式リング３０を備えているが、第１の回転式リング３０を備えない構成にしてもよい。また、繊維端固定部３２の形状も、上記した実施例に限定されない。例えば、繊維端固定部３２を、クリップ等で繊維端を挟持するように構成してもよいし、周知の固定手段で固定するようにしてもよい。
【００５１】
図９は、繊維端固定部３２等の変形例の構成を概略的に示す説明図である。例えば、図９（ａ）に示す、変形例１の繊維端固定部３２Ａ等は、円板状を成す台座３１Ａに、切り込みを入れて形成される爪状を成す。ユーザは、繊維端を、爪状を成す繊維端固定部３２Ａに引っ掛けて挟むことによって、繊維端を固定することができる。また、台座３１Ａには、回転軸１４を挿通する挿通孔３１ｈが設けられている。台座３１Ａは、円の中心を中心に回転するように構成されている。そのため、上記した実施例の第１の回転式リング３０に代えて、台座３１Ａを用いると、繊維端固定部３２Ａ等は、回転軸１４を中心に回転するため、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
例えば、図９（ｂ）に示す、変形例２の繊維端固定部３２Ａ等は、クロス（＋）状を成す台座３１Ｂの端部に、円柱状を成す突起状に設けられている。ユーザは、繊維端を、繊維端固定部３２Ｂに結びつけることによって、繊維端を固定することができる。また、台座３１Ｂには、回転軸１４を挿通する挿通孔３１ｈが設けられている。台座３１Ｂは、挿通孔３１ｈの中心を中心に回転するように構成されている。そのため、上記した実施例の第１の回転式リング３０に代えて、台座３１Ｂを用いると、繊維端固定部３２Ｂ等は、回転軸１４を中心に回転するため、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
（３）上記した実施例において、また、上記した実施例において、フィラメントワインディング装置１００は、繊維案内部４２等が配置される、第２の回転式リング４０を備えているが、繊維案内部の構成は、上記した実施例に限定されず、繊維を、マンドレルの回転中心に向かって近づけることが可能な構成であればよい。
【００５４】
図１０は、繊維案内部４２等の変形例の構成を概略的に示す説明図である。例えば、図１０に示す、変形例３の繊維案内部４２Ａ等は、円板状を成す台座４１Ａに設けられたスリット状を成す。また、台座４１Ａには、回転軸１４を挿通する挿通孔４１ｈが設けられている。台座４１Ａは、挿通孔４１ｈの中心を中心に回転するように構成されている。そのため、上記した実施例の第２の回転式リング４０に代えて、台座４１Ａを用いた場合に、ユーザは、繊維を、繊維案内部４２Ａ等の各スリットに通しておくと、上記した実施例と同様に、繊維は、スリットに沿って、マンドレルの回転中心に向かって移動する。そのため、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
（４）上記した実施例において、Ｃリング状を成す第２の回転式リング４０を用いているが、第２の回転式リング４０の形状は、Ｏリング状であってもよい。例えば、第２の回転式リング４０を横切らなくても、マンドレル１０をフィラメントワインディング装置１００にセットすることが可能な構成であればよい。
【００５６】
（５）上記した実施例において、繊維案内部４２等は、先端に糸切り刃を備えるものを示したが、糸切り刃を備えない構成にしてもよい。糸切り刃を備えない構成の場合には、所定のタイミングで、ユーザが、糸を切断すればよい。また、繊維案内部と給糸口との間に、繊維を切断する切断部（カッター、鋏等）を、備え、制御部９０によって、切断部を制御して、所定のタイミングで、繊維を切断する構成にしてもよい。
【００５７】
（６）上記した実施例において、フィラメントワインディング装置１００として、圧縮水素が充填される高圧タンクを製造するものを、例示したが、高圧タンクを製造する場合に限定されず、本発明は、中空のパイプ等、略円筒状を成す製品を製造するフィラメントワインディング装置に適用することができる。
【００５８】
（７）上記した実施例において、フィラメントワインディング装置１００は、給糸口の数と同数の繊維端固定部を備えるが、繊維端固定部の数は、給糸口の数と同数でなく、少なくてもよい。例えば、複数の給糸口に対して、繊維端固定部を１つ備えるようにしてもよい。このようにしても、繊維をマンドレル１０に固定することができるため、従来と同様に、マンドレルを回転させると共に、給糸口を移動させることによって、ヘリカル巻きにて、マンドレルに繊維を巻きつけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例としてのフィラメントワインディング装置１００の構成を示す説明図である。
【図２】フィラメントワインディング装置１００にマンドレル１０がセットされた状態を示す説明図である。
【図３】第１の回転式リング３０の構成を概略的に示す説明図である。
【図４】第２の回転式リング４０の構成を概略的に示す説明図である。
【図５】本実施例の動作を説明するための説明図である。
【図６】本実施例の動作を説明するための説明図である。
【図７】本実施例の動作を説明するための説明図である。
【図８】本実施例の動作を説明するための説明図である。
【図９】繊維端固定部３２等の変形例の構成を概略的に示す説明図である。
【図１０】繊維案内部４２等の変形例の構成を概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１４...回転軸
２０、２２...マンドレル支持部
３０...第１の回転式リング
３１...第１の回転式リング基部
３１Ａ、３１Ｂ...台座
３１ｈ...挿通孔
３２、３２Ａ、３２Ｂ...繊維端固定部
４０...第２の回転式リング
４１...第２の回転式リング基部
４１Ａ...台座
４１ｈ...挿通孔
４２、４２Ａ、４３、４４、４５...繊維案内部
４５ｃ...刃
５０、６０...クリール
５２ｌ、５２ｕ、６２ｌ、６２ｕ...給糸口
５８...レール
９０...制御部
９２...制御盤
１００...フィラメントワインディング装置
Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５...繊維
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を、略円柱状を成すマンドレルに巻きつける、フィラメントワインディング装置であって、
前記マンドレルに巻き付けるための繊維を供給する給糸口と、
前記マンドレルを、回転可能に支持するマンドレル支持部と、
前記給糸口から供給される前記繊維の先端を固定する繊維端固定部と、
を備え、
前記繊維端固定部は、
前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸を中心に回転し、
前記繊維固定部が、前記マンドレルと同期して回転することによって前記マンドレルに前記繊維が巻きつけら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。
【請求項２】
請求項１に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記給糸口を複数備えると共に、
前記繊維端固定部を、前記給糸口と同数備え、
複数の前記繊維端固定部は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸を中心とする一つの円上に全て配置されると共に、全ての前記繊維端固定部が、同時に、前記マンドレルと同期して回転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。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記繊維端固定部は、前記マンドレルの最大直径よりも大きい直径の円上を移動するように設けられ、
前記給糸口と前記繊維端固定部との間に配置され、前記繊維を、前記マンドレルの直径方向に、前記マンドレルの回転軸中心に近づくように案内する案内部を、さらに備え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４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載のフィラメントワインディング装置において、
前記繊維端固定部が配置され、円の中心を中心に回転する第１の回転式リングをさらに備え、
前記第１の回転式リングの回転中心は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸上に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５】
請求項３に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記繊維端固定部が配置され、円の中心を中心に回転する第１の回転式リングと、
前記案内部が配置され、円の中心を中心に回転する第２の回転式リングと、
を備え、
前記第１の回転式リングの回転中心と、前記第２の回転式リングの回転中心は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸上に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６】
請求項３に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記案内部は、
ピン状を成し、その先端に、前記繊維を切断する刃部を備え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７】
請求項５に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記第２の回転式リングは、一部が切断され、隙間が空いてい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１】
繊維を、略円柱状を成すマンドレルに巻きつける、フィラメントワインディング装置であって、
前記マンドレルに巻き付けるための繊維を供給する給糸口と、
前記マンドレルを、回転可能に支持するマンドレル支持部と、
前記給糸口から供給される前記繊維の先端を固定する繊維端固定部と、
を備え、
前記繊維端固定部は、
前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸を中心に回転し、
前記繊維固定部が、前記マンドレルと同期して回転することによって前記マンドレルに前記繊維が巻きつけら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。
【請求項２】
請求項１に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記給糸口を複数備えると共に、
前記繊維端固定部を、前記給糸口と同数備え、
複数の前記繊維端固定部は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸を中心とする一つの円上に全て配置されると共に、全ての前記繊維端固定部が、同時に、前記マンドレルと同期して回転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。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記繊維端固定部は、前記マンドレルの最大直径よりも大きい直径の円上を移動するように設けられ、
前記給糸口と前記繊維端固定部との間に配置され、前記繊維を、前記マンドレルの直径方向に、前記マンドレルの回転軸中心に近づくように案内する案内部を、さらに備え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４】
請求項１ないし３のいずれか１つに記載のフィラメントワインディング装置において、
前記繊維端固定部が配置され、円の中心を中心に回転する第１の回転式リングをさらに備え、
前記第１の回転式リングの回転中心は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸上に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５】
請求項３に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記繊維端固定部が配置され、円の中心を中心に回転する第１の回転式リングと、
前記案内部が配置され、円の中心を中心に回転する第２の回転式リングと、
を備え、
前記第１の回転式リングの回転中心と、前記第２の回転式リングの回転中心は、前記マンドレルが前記マンドレル支持部に支持された場合の、前記マンドレルの回転軸上に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６】
請求項３に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記案内部は、
ピン状を成し、その先端に、前記繊維を切断する刃部を備え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７】
請求項５に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記第２の回転式リングは、一部が切断され、隙間が空いていることを特徴とする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１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２２６７７０（Ｐ２００９−２２６７７０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７５７３０（Ｐ２００８−７５７３０）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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