フィラメントワインディング装置
【課題】生産効率の向上および低コスト化を可能とする。
【解決手段】フィラメントワインディング装置は、マンドレルＭを支持し、マンドレルＭの軸方向に往復移動でき、マンドレルＭを回転させる支持台２と、マンドレルＭに繊維束Ｒを供給するボビン１７を支持し、軸方向に往復移動でき、マンドレルＭの周囲を回転するフープ巻装置３と、固定的に設置され、マンドレルＭに複数の繊維束Ｒを供給するヘリカル巻装置４とを備える。フープ巻を行うときには、支持台２は、軸方向及び回転方向に静止しており、フープ巻装置３が、軸方向に移動しながら回転して、マンドレルＭの周面に繊維束Ｒをフープ巻で巻き付け、ヘリカル巻を行うときには、支持台２が、軸方向に移動しながらマンドレルＭを回転させて、マンドレルＭの周面に繊維束Ｒをヘリカル巻で巻き付ける。
【解決手段】フィラメントワインディング装置は、マンドレルＭを支持し、マンドレルＭの軸方向に往復移動でき、マンドレルＭを回転させる支持台２と、マンドレルＭに繊維束Ｒを供給するボビン１７を支持し、軸方向に往復移動でき、マンドレルＭの周囲を回転するフープ巻装置３と、固定的に設置され、マンドレルＭに複数の繊維束Ｒを供給するヘリカル巻装置４とを備える。フープ巻を行うときには、支持台２は、軸方向及び回転方向に静止しており、フープ巻装置３が、軸方向に移動しながら回転して、マンドレルＭの周面に繊維束Ｒをフープ巻で巻き付け、ヘリカル巻を行うときには、支持台２が、軸方向に移動しながらマンドレルＭを回転させて、マンドレルＭの周面に繊維束Ｒをヘリカル巻で巻き付ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フープ巻装置及びヘリカル巻装置を備えたフィラメントワインディング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィラメントワインディング（以下、ＦＷという）法により、圧力タンクなどの中空容器やパイプなどを製造する場合、例えば、樹脂などを含浸させた繊維束をマンドレル（ライナーともいう）の回りに、フープ巻きし、あるいはヘリカル巻きすることにより補強層を形成する、特許文献1に記載のようなＦＷ装置が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１９１３８号公報（段落番号０００２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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することができることになる。
【０００５】
上記するＦＷ装置では、例えば、ヘリカル巻き装置により繊維束をマンドレルのまわりにヘリカル巻きする場合、ヘリカル巻きヘッドを構成するヘリカル巻きリングに等角度間隔に取り付けられている糸道ガイド筒内に、繊維束を通してマンドレル上の巻き付け位置に案内している。
【０００６】
従来、上記する糸道ガイド筒は、円筒形状のパイプ形状のものが用いられていた。これに対して、案内される繊維束Ｒは、扁平性を有する扁平状繊維束により構成されている場合もあり、当該扁平性のある繊維束を、従来のような円筒形状の糸道ガイド筒に通すと、図８Ｂ１および図８Ｂ２に示すように、当該繊維束Ｒが、糸道ガイド筒を通過する過程において、横断面円形状に型くずれしてしまい、ヘリカル巻きに適した形態の繊維束をマンドレル上に供給案内することができず、へリカル巻きによる製品の安定化を阻害するものであった。
【０００７】
そこで、この発明は、ヘリカル巻き装置におけるヘリカル巻きヘッドに組み込まれている糸道ガイド筒の筒孔を、形状的に変更することによって、当該糸道ガイド筒における筒孔を通ってマンドレル上に案内される繊維束の状態を安定化させ、その結果、ヘリカル層を適正に、しかも能率よく形成することが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】
この発明は、上記する課題を解決するにあたって、具体的には、マンドレルの周面に繊維束をヘリカル巻きに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糸道ガイド筒とを含むものからなり、
前記糸道ガイド筒が、該糸道ガイド筒内を通過する平状繊維束の平状状態を維持する平状状態維持手段を有するものからなることを特徴とするフィラメントワインディング装置を構成するものである。
【０００９】
さらに、この発明において、請求項２に記載の発明は、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、前記平状状態維持手段が、糸道ガイド筒の筒孔により構成され、前記糸道ガイド筒の筒孔が、横断面扁平矩形状の扁平角孔であることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、この発明において、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のフィラメントワインディング装置であって、前記糸道ガイド筒の筒孔が、扁平角孔でなり、前記繊維束の巻き角度に応じて、前記糸道ガイド筒の扁平角孔の向きを制御する向き制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明では、マンドレルの周面に繊維束をヘリカル巻きで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において、ヘリカル巻きヘッドに取り付けられている糸道ガイド筒に対し、平状の繊維束を平状に維持した状態でマンドレル上に案内する平状状態維持手段を設けたことにより、当該糸道ガイド筒を通ってマンドレル上に案内される繊維束の状態を安定化させた状態で巻き付け位置に供給することができ、その結果、ヘリカル巻き層を適正に、しかも能率よく形成することができるという点において、極めて有効に作用するものといえる。
【００１２】
さらに、この発明では、平状状態維持手段が、糸道ガイド筒の筒孔により構成され、糸道ガイド筒の筒孔が、扁平角孔によって構成されるものであり、構造が簡単であり、製造が容易であるなどの点において、極めて有効に作用するものといえる。
【００１３】
繊維束の巻き角度に応じて、糸道ガイド筒の扁平角孔の向きを制御する向き制御手段を設けたことにより、巻き角度の如何にかかわりなく、平状に維持した繊維束をマンドレル上の巻き付け位置に供給することができるという点においても極めて有効に作用するものといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、この発明の適用になるフィラメントワインディング装置の全体の構成を示す概略的な斜視図である。
【図２】図２Ａは、フィラメントワインディング装置の概略的な正面図であり、図２Ｂは、ヘリカル巻き中の状況を示す概略的な平面図である。
【図３】図３Ａは、フープ巻きの構成を説明するための概略的な側面図であり、図３Ｂと図３Ｃは、ヘリカル巻きの構成を説明するための概略的な側面図である。
【図４】図４は、図２ＢにおけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６Ａは、図７におけるＣ−Ｃ線断面図であるり、図６Ｂは、図６ＡにおけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】図７は、ガイドリングの位置をずらした状態の側面図である。
【図８】図８Ａ１は、この発明になる糸道ガイドに繊維束が通過する状況を示す概略的な斜視図、図８Ａ２は、その横断面図、図８Ｂ１は、従来の糸道ガイドに繊維束が通過する状況を示す概略的な斜視図、図８Ｂ２は、その横断面図、図８Ｃは、この発明になる糸道ガイドから繊維束が出て行く有効な状況を示す出口端側側面図、図８Ｄ１は、傾斜角を持って引き出される状況を示す出口側側面図、図８Ｄ２は、向き制御手段によって、糸道ガイド筒の扁平角孔の向きを回動制御した状態を示す出口端側側面図である。
【図９】図９Ａは、前記向き制御手段の第１の実施例を示すものであって、各糸道ガイド筒に対して、これをそれぞれ個別単独に向き制御する構成のものであり、図９Ｂは、前記向き制御手段の第２の実施例を示すものであって、各糸道ガイド筒に対して、これらを一括して向き制御することができるように構成したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明になるＦＷ装置について、図１〜図９に示す具体的な実施例に基づいて、詳細に説明する。
【００１６】
〔全体構成〕
図１は、ＦＷ装置の全体の構成を一部省略して示す概略的な斜視図である。当該ＦＷ装置は、巻き付け装置Ｗと糸供給装置Ｓとを備えたものからなっている。
【００１７】
巻き付け装置Ｗは、マンドレルＭに繊維束Ｒを巻き付けるための装置であり、糸供給装置Ｓは、クリール５１に複数の給糸パッケージ５０を備える。複数の給糸パッケージ５０は、繊維束Ｒを巻き取って収納している。
【００１８】
前記繊維束Ｒとしては、例えば、ガラス繊維等の繊維材料や合成樹脂とを用いた繊維材料からなる。前記繊維束供給装置Ｓは、各給糸パッケージ５０から引き出された繊維束Ｒを巻き付け装置Ｗへ供給する。
【００１９】
繊維束Ｒは、予め熱硬化性の合成樹脂材が含浸されている。なお、繊維束Ｒは、樹脂が含浸されていない場合もある。その場合は、前記巻き付け装置Ｗと前記繊維束供給装置Ｓとの間に、樹脂含浸装置（図示省略）が設けられており、樹脂含浸装置が、クリール５０から引き出された繊維束Ｒに樹脂を塗布して、巻き付け装置Ｗへ供給する。
【００２０】
巻き付け装置Ｗの両側（図１において手前および奥）には、複数本のマンドレルＭ（巻き付け前のマンドレルをＭ１とし、巻き付け後のマンドレルをＭ２とする）が並べれらている。巻き付け装置Ｗの前方側（図１において手前）には、巻き付け前のマンドレルＭ１が、該巻き付け装置Ｗの後方側（図１において奥）には、巻き付け装置Ｗにより繊維束Ｒを巻き付けた後のマンドレルＭ２が並べられる。そして、巻き付け装置Ｗの一端側（図１において左）に、マンドレルＭ１、Ｍ２が配置される。
【００２１】
図２Ａおよび図２ＢにおいてＦＷ装置における巻き付け装置Ｗは、左右に長い基台１と、該基台１の上部に配置されていて、マンドレルＭを支持する支持台２と、フープ巻き装置３と、ヘリカル巻き装置４と、マンドレル交換装置５などで構成する。支持台２およびフープ巻き装置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。ヘリカル巻き装置４は、基台１の中央位置に固定してあり、前記繊維束供給装置Ｓで支持された一群の給糸パッケージ５０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。
【００２２】
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３に示すように中央の円筒部Ｍａと、円筒部Ｍａの左右両端に連続するドーム部Ｍｂと、ドーム部Ｍｂの頂部に突設される口部Ｍｄ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、先の給糸パッケージ５０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、給糸パッケージから繰り出された繊維束Ｒに樹脂を含浸させたのち、ヘリカル巻き装置４に送給してもよい。
【００２３】
前記支持台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。
【００２４】
フープ巻き装置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、フープ巻き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き装置３の全体を往復移動させることにより、マンドレルＭの周面にフープ巻き層を形成することができる。
【００２５】
図２Ａないし図４においてヘリカル巻き装置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きヘッド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）、開ロ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２Ｂ参照）。
【００２６】
ヘリカル巻きヘッド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糸道ガイド筒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に装着される糸道ガイド筒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糸道ガイド筒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。
【００２７】
〔フープ巻き・ヘリカル巻き〕
図３は、フープ巻きおよびヘリカル巻きを示す側面図である。図３Ａに示すように、フープ巻きは、マンドレル軸方向Ｍｃに対して略直角に繊維束Ｒを巻き付ける。図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、ヘリカル巻きは、マンドレル軸方向Ｍｃに対して所定の角度θ（θ１，θ２）で繊維束Ｒを巻き付ける。前述の通り、フープ巻きヘッド３により、フープ巻きが行われ、ヘリカル巻きヘッド４により、ヘリカル巻きが行われる。
【００２８】
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）。
【００２９】
前記糸道ガイド筒３１は、各ガイドリング２７、２８に取り付けてある。詳しくは、固定側のガイドリング２７においては、糸道ガイド筒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、糸道ガイド筒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における糸道ガイド筒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、各糸道ガイド筒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。
【００３０】
この発明において、前記糸道ガイド筒３１は、該糸道ガイド筒３１内を通過する平状繊維束Ｒの平状状態を維持する平状状態維持手段Ｃｍを有するものからなっている。この発明において、前記平状状態維持手段Ｃｍは、糸道ガイド筒３１の筒孔により構成され、前記糸道ガイド筒３１の筒孔が、横断面でみた場合、扁平矩形状の扁平角孔３１ｃにより構成されている。
【００３１】
さらに、前記糸道ガイド筒３１の詳細について、図８に基づいて説明する。従来の糸道ガイド筒３１は、図８Ｂ１および図８Ｂ２に示すように、円形の孔３１ｄを持つ直線状の円筒体によって構成されていた。この従来の糸道ガイド筒３１では、平状の繊維束Ｒが、糸道ガイド筒３１の入口側３１ｂから出口側３１ａに向けて通過する際、その通過の過程において、図８Ｂ２に示すように平状状態から丸状状態に型くずれしてしまい、適正なヘリカル巻きができなかった。
【００３２】
この発明では、従来の上記する問題点を解決するべく、当該糸道ガイド筒３１を、図８Ａ１および図８Ａ２に示すように、当該筒孔を扁平角孔３１ｃにより形成する。このように、糸道ガイド筒３１の筒孔を扁平角孔３１ｃにより形成することにより、平状の繊維束Ｒが、糸道ガイド筒３１の入口側３１ｂから出口側３１ａに向けて通過する際、その通過の過程において、図８Ａ１および図８Ａ２に示すように平状状態を維持したままの状態で案内することができ、適正なヘリカル巻きを行うことができる。
【００３３】
なお、この発明になる扁平角孔３１ｃを有する糸道ガイド筒３１では、繊維束Ｒの巻き角度θ（図２および図３参照）に応じて、当該糸道ガイド筒３１の出口端３１ａ側から、繊維束Ｒが引き出される方向Ｘ１と、糸道ガイド筒３１の扁平角孔３１ｃの長辺軸線Ａｘ２とが略直交する関係、すなわち、繊維束Ｒが引き出される方向Ｘ１と、糸道ガイド筒３１の扁平角孔３１ｃの短辺軸線Ａｘ１とが略一致する関係（図８Ｃ参照）にあると、平状の繊維束Ｒをそのままの平状状態で、マンドレルＭの巻き付け部に供給でき、適正なヘリカル巻きを行うことができる。
【００３４】
一方、これに対して、巻き角度θを変えてヘリカル巻きを行う際、前記糸道ガイド筒３１の出口端３１ａ側から、繊維束Ｒが引き出される方向Ｘ１が、糸道ガイド筒３１における扁平角孔３１ｃの短辺軸線Ａｘ１に対して角度α傾いた場合には、糸道ガイド筒３１の筒孔、扁平角孔３１ｃで形成したものであっても、図８Ｄ１に示すように、平状の繊維束Ｒが型くずれしてしまう。
【００３５】
そこで、この発明では、さらに、上記図８Ｄ１に示すような平状の繊維束Ｒの型くずれを防止するため、前記繊維束Ｒの巻き角度θに応じて変位する繊維束Ｒの引き出し方向Ｘ１に対して、前記糸道ガイド筒３１における扁平角孔３１ｃの向き、すなわち、前記引き出し方向Ｘ１と、該引き出し方向Ｘ１に対する糸道ガイド筒３１における扁平角孔３１ｃの長辺軸線Ａｘ２とが略直交する関係（前記引き出し方向Ｘ１と、糸道ガイド筒３１における扁平角孔３１ｃの短辺軸線Ａｘ１とが略一致する関係）に向きを制御する向き制御手段６０が設けられている。
【００３６】
前記向き制御手段６０について、図９に示す具体的な実施例に基づいて説明する。図９Ａは、前記向き制御手段６０の第１の実施例を示すものであり、各糸道ガイド筒３１に対して、これをそれぞれ個別単独に向き制御することができるように構成したものである。この実施例では、前記向き制御手段６０は、各糸道ガイド筒３１の入口端３１ｂ側に設けた平ギヤ６１と、モータ６３により回転駆動する平ギヤ６２とを噛合させて構成したものである。この場合、各モータ６３は、例えば、パルスモータなどにより構成され、図示しないモータ駆動制御手段により、同期駆動するようにも構成することができる。
【００３７】
図９Ｂは、前記向き制御手段６０の第２の実施例を示すものであり、各糸道ガイド筒３１に対して、これらを一括して向き制御することができるように構成したものである。この実施例では、前記向き制御手段６０は、各糸道ガイド筒３１の入口端３１ｂ側に設けたベベルギヤ６４と、軸６６の一端にベベルギヤ６５を備え、他端に平ギヤ６７を備え、前記ベベルギヤ６５を前記ベベルギヤ６４に噛合させ、前記平ギヤ６７を大径平ギヤ６８に噛合させ、前記大径平ギヤ６８の回転により、平ギヤ６７、軸６６、ベベルギヤ６５、およびベベルギヤ６４を介して、前記各糸道ガイド筒３１を一斉に回動させるようにしたものである。
【００３８】
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６Ａ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６Ｂ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。
【００３９】
図７に示すように、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。前記エアーシリンダー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で連結され、前記エアーシリンダー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。後者のブラケット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７に実線で示す状態から仮想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。
【００４０】
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に設けた糸道ガイド筒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における糸道ガイド筒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における糸道ガイド筒３１の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態（図７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糸道ガイド筒３１のずれ量は、各ガイドリング２７、２８における糸道ガイド筒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糸道ガイド筒３１の個数は２４個となる。
【００４１】
第１状態においては、同じ位相位置にある糸道ガイド筒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の糸道ガイド筒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。
【００４２】
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に従い、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き処理を、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。
【００４３】
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の糸道ガイド筒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における糸道ガイド筒３１の軸心方向の位置にずれが生じてしまう。とくに、図５に仮想線で示すように、糸道ガイド筒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、各糸道ガイド筒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。
【００４４】
この位置ずれは、各糸道ガイド筒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の糸道ガイド筒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の糸道ガイド筒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、各糸道ガイド筒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。
【００４５】
このように、マンドレルＭの軸心方向に隣接する糸道ガイド筒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。各糸道ガイド筒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、糸道ガイド筒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。
【００４６】
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に設けられる各糸道ガイド筒３１の筒出ロ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。
【００４７】
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。
【００４８】
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２Ａ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における糸道ガイド筒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、各糸道ガイド筒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糸道ガイド筒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。
【００４９】
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、位相が一致する糸道ガイド筒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、位相が一致する糸道ガイド筒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２Ｂ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。
【００５０】
マンドレルＭの全体が、図２Ｂに示す状態から、ヘリカル巻ベッド２１を一方向にくぐり抜け、さらに逆方向に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。
【００５１】
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における糸道ガイド筒３１の位相位置を異ならせておく。各糸道ガイド筒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。
【００５２】
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。
【００５３】
上記の実施例以外に、糸道ガイド筒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、隣接する糸道ガイド筒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。
【符号の説明】
【００５４】
Ｗ 巻き付け装置
Ｓ 繊維束供給装置
Ｍ マンドレル
Ｒ 繊維束
Ｃｍ 平状状態維持手段
６０ 向き制御手段
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 糸道ガイド筒
３１ａ 筒出口
３１ｂ 筒入口
３１ｃ 扁平角孔
３２ 位相切換機構
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フープ巻装置及びヘリカル巻装置を備えたフィラメントワインディング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィラメントワインディング（以下、ＦＷという）法により、圧力タンクなどの中空容器やパイプなどを製造する場合、例えば、樹脂などを含浸させた繊維束をマンドレル（ライナーともいう）の回りに、フープ巻きし、あるいはヘリカル巻きすることにより補強層を形成する、特許文献1に記載のようなＦＷ装置が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１９１３８号公報（段落番号０００２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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することができることになる。
【０００５】
上記するＦＷ装置では、例えば、ヘリカル巻き装置により繊維束をマンドレルのまわりにヘリカル巻きする場合、ヘリカル巻きヘッドを構成するヘリカル巻きリングに等角度間隔に取り付けられている糸道ガイド筒内に、繊維束を通してマンドレル上の巻き付け位置に案内している。
【０００６】
従来、上記する糸道ガイド筒は、円筒形状のパイプ形状のものが用いられていた。これに対して、案内される繊維束Ｒは、扁平性を有する扁平状繊維束により構成されている場合もあり、当該扁平性のある繊維束を、従来のような円筒形状の糸道ガイド筒に通すと、図８Ｂ１および図８Ｂ２に示すように、当該繊維束Ｒが、糸道ガイド筒を通過する過程において、横断面円形状に型くずれしてしまい、ヘリカル巻きに適した形態の繊維束をマンドレル上に供給案内することができず、へリカル巻きによる製品の安定化を阻害するものであった。
【０００７】
そこで、この発明は、ヘリカル巻き装置におけるヘリカル巻きヘッドに組み込まれている糸道ガイド筒の筒孔を、形状的に変更することによって、当該糸道ガイド筒における筒孔を通ってマンドレル上に案内される繊維束の状態を安定化させ、その結果、ヘリカル層を適正に、しかも能率よく形成することが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】
この発明は、上記する課題を解決するにあたって、具体的には、マンドレルの周面に繊維束をヘリカル巻きに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糸道ガイド筒とを含むものからなり、
前記糸道ガイド筒が、該糸道ガイド筒内を通過する平状繊維束の平状状態を維持する平状状態維持手段を有するものからなることを特徴とするフィラメントワインディング装置を構成するものである。
【０００９】
さらに、この発明において、請求項２に記載の発明は、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、前記平状状態維持手段が、糸道ガイド筒の筒孔により構成され、前記糸道ガイド筒の筒孔が、横断面扁平矩形状の扁平角孔であることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、この発明において、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のフィラメントワインディング装置であって、前記糸道ガイド筒の筒孔が、扁平角孔でなり、前記繊維束の巻き角度に応じて、前記糸道ガイド筒の扁平角孔の向きを制御する向き制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明では、マンドレルの周面に繊維束をヘリカル巻きで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において、ヘリカル巻きヘッドに取り付けられている糸道ガイド筒に対し、平状の繊維束を平状に維持した状態でマンドレル上に案内する平状状態維持手段を設けたことにより、当該糸道ガイド筒を通ってマンドレル上に案内される繊維束の状態を安定化させた状態で巻き付け位置に供給することができ、その結果、ヘリカル巻き層を適正に、しかも能率よく形成することができるという点において、極めて有効に作用するものといえる。
【００１２】
さらに、この発明では、平状状態維持手段が、糸道ガイド筒の筒孔により構成され、糸道ガイド筒の筒孔が、扁平角孔によって構成されるものであり、構造が簡単であり、製造が容易であるなどの点において、極めて有効に作用するものといえる。
【００１３】
繊維束の巻き角度に応じて、糸道ガイド筒の扁平角孔の向きを制御する向き制御手段を設けたことにより、巻き角度の如何にかかわりなく、平状に維持した繊維束をマンドレル上の巻き付け位置に供給することができるという点においても極めて有効に作用するものといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、この発明の適用になるフィラメントワインディング装置の全体の構成を示す概略的な斜視図である。
【図２】図２Ａは、フィラメントワインディング装置の概略的な正面図であり、図２Ｂは、ヘリカル巻き中の状況を示す概略的な平面図である。
【図３】図３Ａは、フープ巻きの構成を説明するための概略的な側面図であり、図３Ｂと図３Ｃは、ヘリカル巻きの構成を説明するための概略的な側面図である。
【図４】図４は、図２ＢにおけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６Ａは、図７におけるＣ−Ｃ線断面図であるり、図６Ｂは、図６ＡにおけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】図７は、ガイドリングの位置をずらした状態の側面図である。
【図８】図８Ａ１は、この発明になる糸道ガイドに繊維束が通過する状況を示す概略的な斜視図、図８Ａ２は、その横断面図、図８Ｂ１は、従来の糸道ガイドに繊維束が通過する状況を示す概略的な斜視図、図８Ｂ２は、その横断面図、図８Ｃは、この発明になる糸道ガイドから繊維束が出て行く有効な状況を示す出口端側側面図、図８Ｄ１は、傾斜角を持って引き出される状況を示す出口側側面図、図８Ｄ２は、向き制御手段によって、糸道ガイド筒の扁平角孔の向きを回動制御した状態を示す出口端側側面図である。
【図９】図９Ａは、前記向き制御手段の第１の実施例を示すものであって、各糸道ガイド筒に対して、これをそれぞれ個別単独に向き制御する構成のものであり、図９Ｂは、前記向き制御手段の第２の実施例を示すものであって、各糸道ガイド筒に対して、これらを一括して向き制御することができるように構成したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明になるＦＷ装置について、図１〜図９に示す具体的な実施例に基づいて、詳細に説明する。
【００１６】
〔全体構成〕
図１は、ＦＷ装置の全体の構成を一部省略して示す概略的な斜視図である。当該ＦＷ装置は、巻き付け装置Ｗと糸供給装置Ｓとを備えたものからなっている。
【００１７】
巻き付け装置Ｗは、マンドレルＭに繊維束Ｒを巻き付けるための装置であり、糸供給装置Ｓは、クリール５１に複数の給糸パッケージ５０を備える。複数の給糸パッケージ５０は、繊維束Ｒを巻き取って収納している。
【００１８】
前記繊維束Ｒとしては、例えば、ガラス繊維等の繊維材料や合成樹脂とを用いた繊維材料からなる。前記繊維束供給装置Ｓは、各給糸パッケージ５０から引き出された繊維束Ｒを巻き付け装置Ｗへ供給する。
【００１９】
繊維束Ｒは、予め熱硬化性の合成樹脂材が含浸されている。なお、繊維束Ｒは、樹脂が含浸されていない場合もある。その場合は、前記巻き付け装置Ｗと前記繊維束供給装置Ｓとの間に、樹脂含浸装置（図示省略）が設けられており、樹脂含浸装置が、クリール５０から引き出された繊維束Ｒに樹脂を塗布して、巻き付け装置Ｗへ供給する。
【００２０】
巻き付け装置Ｗの両側（図１において手前および奥）には、複数本のマンドレルＭ（巻き付け前のマンドレルをＭ１とし、巻き付け後のマンドレルをＭ２とする）が並べれらている。巻き付け装置Ｗの前方側（図１において手前）には、巻き付け前のマンドレルＭ１が、該巻き付け装置Ｗの後方側（図１において奥）には、巻き付け装置Ｗにより繊維束Ｒを巻き付けた後のマンドレルＭ２が並べられる。そして、巻き付け装置Ｗの一端側（図１において左）に、マンドレルＭ１、Ｍ２が配置される。
【００２１】
図２Ａおよび図２ＢにおいてＦＷ装置における巻き付け装置Ｗは、左右に長い基台１と、該基台１の上部に配置されていて、マンドレルＭを支持する支持台２と、フープ巻き装置３と、ヘリカル巻き装置４と、マンドレル交換装置５などで構成する。支持台２およびフープ巻き装置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。ヘリカル巻き装置４は、基台１の中央位置に固定してあり、前記繊維束供給装置Ｓで支持された一群の給糸パッケージ５０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。
【００２２】
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３に示すように中央の円筒部Ｍａと、円筒部Ｍａの左右両端に連続するドーム部Ｍｂと、ドーム部Ｍｂの頂部に突設される口部Ｍｄ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、先の給糸パッケージ５０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、給糸パッケージから繰り出された繊維束Ｒに樹脂を含浸させたのち、ヘリカル巻き装置４に送給してもよい。
【００２３】
前記支持台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。
【００２４】
フープ巻き装置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、フープ巻き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き装置３の全体を往復移動させることにより、マンドレルＭの周面にフープ巻き層を形成することができる。
【００２５】
図２Ａないし図４においてヘリカル巻き装置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きヘッド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）、開ロ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２Ｂ参照）。
【００２６】
ヘリカル巻きヘッド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糸道ガイド筒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に装着される糸道ガイド筒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糸道ガイド筒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。
【００２７】
〔フープ巻き・ヘリカル巻き〕
図３は、フープ巻きおよびヘリカル巻きを示す側面図である。図３Ａに示すように、フープ巻きは、マンドレル軸方向Ｍｃに対して略直角に繊維束Ｒを巻き付ける。図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、ヘリカル巻きは、マンドレル軸方向Ｍｃに対して所定の角度θ（θ１，θ２）で繊維束Ｒを巻き付ける。前述の通り、フープ巻きヘッド３により、フープ巻きが行われ、ヘリカル巻きヘッド４により、ヘリカル巻きが行われる。
【００２８】
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）。
【００２９】
前記糸道ガイド筒３１は、各ガイドリング２７、２８に取り付けてある。詳しくは、固定側のガイドリング２７においては、糸道ガイド筒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、糸道ガイド筒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における糸道ガイド筒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、各糸道ガイド筒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。
【００３０】
この発明において、前記糸道ガイド筒３１は、該糸道ガイド筒３１内を通過する平状繊維束Ｒの平状状態を維持する平状状態維持手段Ｃｍを有するものからなっている。この発明において、前記平状状態維持手段Ｃｍは、糸道ガイド筒３１の筒孔により構成され、前記糸道ガイド筒３１の筒孔が、横断面でみた場合、扁平矩形状の扁平角孔３１ｃにより構成されている。
【００３１】
さらに、前記糸道ガイド筒３１の詳細について、図８に基づいて説明する。従来の糸道ガイド筒３１は、図８Ｂ１および図８Ｂ２に示すように、円形の孔３１ｄを持つ直線状の円筒体によって構成されていた。この従来の糸道ガイド筒３１では、平状の繊維束Ｒが、糸道ガイド筒３１の入口側３１ｂから出口側３１ａに向けて通過する際、その通過の過程において、図８Ｂ２に示すように平状状態から丸状状態に型くずれしてしまい、適正なヘリカル巻きができなかった。
【００３２】
この発明では、従来の上記する問題点を解決するべく、当該糸道ガイド筒３１を、図８Ａ１および図８Ａ２に示すように、当該筒孔を扁平角孔３１ｃにより形成する。このように、糸道ガイド筒３１の筒孔を扁平角孔３１ｃにより形成することにより、平状の繊維束Ｒが、糸道ガイド筒３１の入口側３１ｂから出口側３１ａに向けて通過する際、その通過の過程において、図８Ａ１および図８Ａ２に示すように平状状態を維持したままの状態で案内することができ、適正なヘリカル巻きを行うことができる。
【００３３】
なお、この発明になる扁平角孔３１ｃを有する糸道ガイド筒３１では、繊維束Ｒの巻き角度θ（図２および図３参照）に応じて、当該糸道ガイド筒３１の出口端３１ａ側から、繊維束Ｒが引き出される方向Ｘ１と、糸道ガイド筒３１の扁平角孔３１ｃの長辺軸線Ａｘ２とが略直交する関係、すなわち、繊維束Ｒが引き出される方向Ｘ１と、糸道ガイド筒３１の扁平角孔３１ｃの短辺軸線Ａｘ１とが略一致する関係（図８Ｃ参照）にあると、平状の繊維束Ｒをそのままの平状状態で、マンドレルＭの巻き付け部に供給でき、適正なヘリカル巻きを行うことができる。
【００３４】
一方、これに対して、巻き角度θを変えてヘリカル巻きを行う際、前記糸道ガイド筒３１の出口端３１ａ側から、繊維束Ｒが引き出される方向Ｘ１が、糸道ガイド筒３１における扁平角孔３１ｃの短辺軸線Ａｘ１に対して角度α傾いた場合には、糸道ガイド筒３１の筒孔、扁平角孔３１ｃで形成したものであっても、図８Ｄ１に示すように、平状の繊維束Ｒが型くずれしてしまう。
【００３５】
そこで、この発明では、さらに、上記図８Ｄ１に示すような平状の繊維束Ｒの型くずれを防止するため、前記繊維束Ｒの巻き角度θに応じて変位する繊維束Ｒの引き出し方向Ｘ１に対して、前記糸道ガイド筒３１における扁平角孔３１ｃの向き、すなわち、前記引き出し方向Ｘ１と、該引き出し方向Ｘ１に対する糸道ガイド筒３１における扁平角孔３１ｃの長辺軸線Ａｘ２とが略直交する関係（前記引き出し方向Ｘ１と、糸道ガイド筒３１における扁平角孔３１ｃの短辺軸線Ａｘ１とが略一致する関係）に向きを制御する向き制御手段６０が設けられている。
【００３６】
前記向き制御手段６０について、図９に示す具体的な実施例に基づいて説明する。図９Ａは、前記向き制御手段６０の第１の実施例を示すものであり、各糸道ガイド筒３１に対して、これをそれぞれ個別単独に向き制御することができるように構成したものである。この実施例では、前記向き制御手段６０は、各糸道ガイド筒３１の入口端３１ｂ側に設けた平ギヤ６１と、モータ６３により回転駆動する平ギヤ６２とを噛合させて構成したものである。この場合、各モータ６３は、例えば、パルスモータなどにより構成され、図示しないモータ駆動制御手段により、同期駆動するようにも構成することができる。
【００３７】
図９Ｂは、前記向き制御手段６０の第２の実施例を示すものであり、各糸道ガイド筒３１に対して、これらを一括して向き制御することができるように構成したものである。この実施例では、前記向き制御手段６０は、各糸道ガイド筒３１の入口端３１ｂ側に設けたベベルギヤ６４と、軸６６の一端にベベルギヤ６５を備え、他端に平ギヤ６７を備え、前記ベベルギヤ６５を前記ベベルギヤ６４に噛合させ、前記平ギヤ６７を大径平ギヤ６８に噛合させ、前記大径平ギヤ６８の回転により、平ギヤ６７、軸６６、ベベルギヤ６５、およびベベルギヤ６４を介して、前記各糸道ガイド筒３１を一斉に回動させるようにしたものである。
【００３８】
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６Ａ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６Ｂ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。
【００３９】
図７に示すように、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。前記エアーシリンダー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で連結され、前記エアーシリンダー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。後者のブラケット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７に実線で示す状態から仮想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。
【００４０】
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に設けた糸道ガイド筒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における糸道ガイド筒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における糸道ガイド筒３１の位相位置が周方向へ均等にずれる第２状態（図７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糸道ガイド筒３１のずれ量は、各ガイドリング２７、２８における糸道ガイド筒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糸道ガイド筒３１の個数は２４個となる。
【００４１】
第１状態においては、同じ位相位置にある糸道ガイド筒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の糸道ガイド筒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。
【００４２】
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に従い、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き処理を、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。
【００４３】
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の糸道ガイド筒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における糸道ガイド筒３１の軸心方向の位置にずれが生じてしまう。とくに、図５に仮想線で示すように、糸道ガイド筒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、各糸道ガイド筒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。
【００４４】
この位置ずれは、各糸道ガイド筒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の糸道ガイド筒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の糸道ガイド筒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、各糸道ガイド筒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。
【００４５】
このように、マンドレルＭの軸心方向に隣接する糸道ガイド筒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。各糸道ガイド筒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、糸道ガイド筒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。
【００４６】
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に設けられる各糸道ガイド筒３１の筒出ロ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。
【００４７】
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。
【００４８】
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２Ａ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における糸道ガイド筒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、各糸道ガイド筒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糸道ガイド筒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。
【００４９】
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、位相が一致する糸道ガイド筒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、位相が一致する糸道ガイド筒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２Ｂ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。
【００５０】
マンドレルＭの全体が、図２Ｂに示す状態から、ヘリカル巻ベッド２１を一方向にくぐり抜け、さらに逆方向に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。
【００５１】
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における糸道ガイド筒３１の位相位置を異ならせておく。各糸道ガイド筒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。
【００５２】
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。
【００５３】
上記の実施例以外に、糸道ガイド筒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、隣接する糸道ガイド筒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。
【符号の説明】
【００５４】
Ｗ 巻き付け装置
Ｓ 繊維束供給装置
Ｍ マンドレル
Ｒ 繊維束
Ｃｍ 平状状態維持手段
６０ 向き制御手段
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 糸道ガイド筒
３１ａ 筒出口
３１ｂ 筒入口
３１ｃ 扁平角孔
３２ 位相切換機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンドレルの周面に繊維束をフープ巻及びヘリカル巻で巻き付けるフィラメントワインディング装置において、
前記マンドレルを支持し、前記マンドレルの軸方向に往復移動でき、前記マンドレルを回転させる支持台と、
前記マンドレルに前記繊維束を供給するボビンを支持し、前記軸方向に往復移動でき、前記マンドレルの周囲を回転するフープ巻装置と、
固定的に設置され、前記マンドレルに複数の前記繊維束を供給するヘリカル巻装置と、を備え、
フープ巻を行うときには、前記支持台は、前記軸方向及び回転方向に静止しており、前記フープ巻装置が、前記軸方向に移動しながら回転して、前記マンドレルの周面に前記繊維束をフープ巻で巻き付け、
ヘリカル巻を行うときには、前記支持台が、前記軸方向に移動しながら前記マンドレルを回転させて、前記マンドレルの周面に前記繊維束をヘリカル巻で巻き付け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】
前記フープ巻装置は、前記軸方向に往復移動可能なフレームと、前記フレームに支持され、前記マンドレルの周囲を回転する巻掛テーブルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項３】
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、前記固定フレームに支持されるヘリカル巻ヘッドと、を備え、
前記ヘリカル巻ヘッドは、前記マンドレルの周囲に配置され、周方向に相対回転可能に前記軸方向に連結される複数のガイドリングを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項４】
前記複数のガイドリングは、前記固定フレームに固定される固定側のガイドリングと、前記固定側のガイドリングに対して相対回転可能に連結される可動側のガイドリングと、からなり、
前記可動側のガイドリングが相対的に回転することで、前記繊維束の前記マンドレルへの供給状態が切り換えられることを特徴とする請求項３に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項５】
前記ヘリカル巻ヘッドは、前記各ガイドリングに取り付けられ、前記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複数の糸道ガイド筒を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に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フープ巻及びヘリカル巻で巻き付けるフィラメントワインディング装置において、
前記マンドレルを支持し、前記マンドレルの軸方向に往復移動でき、前記マンドレルを回転させる支持台と、
前記マンドレルに前記繊維束を供給するボビンを支持し、前記軸方向に往復移動でき、前記マンドレルの周囲を回転するフープ巻装置と、
固定的に設置され、前記マンドレルに複数の前記繊維束を供給するヘリカル巻装置と、を備え、
フープ巻を行うときには、前記支持台は、前記軸方向及び回転方向に静止しており、前記フープ巻装置が、前記軸方向に移動しながら回転して、前記マンドレルの周面に前記繊維束をフープ巻で巻き付け、
ヘリカル巻を行うときには、前記支持台が、前記軸方向に移動しながら前記マンドレルを回転させて、前記マンドレルの周面に前記繊維束をヘリカル巻で巻き付け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】
前記フープ巻装置は、前記軸方向に往復移動可能なフレームと、前記フレームに支持され、前記マンドレルの周囲を回転する巻掛テーブルと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項３】
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、前記固定フレームに支持されるヘリカル巻ヘッドと、を備え、
前記ヘリカル巻ヘッドは、前記マンドレルの周囲に配置され、周方向に相対回転可能に前記軸方向に連結される複数のガイドリングを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項４】
前記複数のガイドリングは、前記固定フレームに固定される固定側のガイドリングと、前記固定側のガイドリングに対して相対回転可能に連結される可動側のガイドリングと、からなり、
前記可動側のガイドリングが相対的に回転することで、前記繊維束の前記マンドレルへの供給状態が切り換えられることを特徴とする請求項３に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項５】
前記ヘリカル巻ヘッドは、前記各ガイドリングに取り付けられ、前記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複数の糸道ガイド筒を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に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２０１３−７８９５９（Ｐ２０１３−７８９５９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−２１２８１（Ｐ２０１３−２１２８１）
【出願日】平成２５年２月６日（２０１３．２．６）
【分割の表示】特願２００８−１６５３５１（Ｐ２００８−１６５３５１）の分割
【原出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【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２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月６日（２０１３．２．６）
【分割の表示】特願２００８−１６５３５１（Ｐ２００８−１６５３５１）の分割
【原出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
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