CN109384088B - 单纤维卷绕装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的单纤维卷绕装置具备能够旋转地支承套筒并且能够在前后方向移动的支承部和将多条纤维束(F)螺旋卷绕到旋转并在前后方向移动的套筒上的螺旋卷绕单元。螺旋卷绕单元具有沿套筒的周向排列、将提供给螺旋卷绕单元的多条纤维束(F)分别向套筒引导的多个引导器，以及在纤维束(F)的行进方向上配置在比多个引导器靠下游侧、具有形成能够将多条纤维束(F)从所述轴向的一侧穿插到另一侧的孔的内周面的开纤部件。在开纤部件的内周面上形成有多条纤维束(F)边接触边行进的多个开纤面，各开纤面的与所述轴向正交的截面形状为直线形状。

Description

单纤维卷绕装置
技术领域
本发明涉及将纤维束缠绕到套筒(日文：ライナー；英文：liner)上的单纤维卷绕装置。
背景技术
在日本特开2004-314550号公报中，公开了将多条纤维束缠绕到套筒上的单纤维卷绕装置。单纤维卷绕装置具备能够旋转地支承套筒并且能够沿套筒的轴向移动的支承部以及对套筒进行螺旋卷绕(沿与套筒的轴向大致平行的方向缠绕纤维束)的螺旋头。
螺旋头具有将多条纤维束分别向套筒引导的多个纤维束引导器和具有用来使被多个纤维束引导器引导的多条纤维束的宽度扩张(即开纤)的内周面的扩张引导器。扩张引导器的内周面从轴向看为圆形。纤维束边与扩张引导器的内周面接触边行进，通过这样被扩张引导器的内周面捋拽而开纤。
如日本特开2004-314550号公报中记载的那样，如果扩张引导器的内周面为圆形(即全周持续为曲线形状)，则由于纤维束与圆弧形的部分接触，因此即使被捋拽而开纤也难以变平坦，难以沿宽度方向(内周面的周向)展宽。因此，当多条纤维束缠绕到套筒上时，容易在纤维束之间产生周向上的空隙，存在套筒的强度降低的风险。
发明内容
本发明的目的就是要在开纤时使纤维束的宽度扩展容易。
根据本发明的第1方案，其特征在于，单纤维卷绕装置具备：能够旋转地支承套筒、并且能够在所述套筒的轴向上移动的支承部，以及将多条纤维束螺旋卷绕到旋转且在所述轴向上移动的所述套筒上的螺旋卷绕头；所述螺旋卷绕头具有：在所述套筒的周向排列、将提供给所述螺旋卷绕头的多条纤维束分别向所述套筒引导的多个纤维束引导器，以及在纤维束的行进方向上配置在比所述多个纤维束引导器靠下游侧、具有内周面的开纤部件，该内周面形成有能够将多条纤维束从所述轴向的一侧穿插到另一侧的孔；在所述开纤部件的所述内周面上形成有多个开纤面，从所述轴向的所述一侧行进到所述另一侧的多条纤维束与该多个开纤面接触，各开纤面的与所述轴向正交的截面的形状为直线形状。
在第1方案中，多条纤维束分别通过多个纤维束引导器和开纤部件的多个开纤面被向套筒引导。如果套筒边旋转边通过螺旋卷绕头，则从轴向上的一侧向另一侧行进的纤维束通过与开纤面接触而被开纤，缠绕到套筒上。其中，本发明中，由于开纤面的与轴向正交的截面形状为直线形状，因此能够使边沿轴向行进边与开纤面接触的纤维束变平坦，能够沿宽度方向大幅度地扩展各纤维束。因此，开纤时能够容易地扩展纤维束的宽度。
根据本发明的第2方案，其特征在于，在所述第1方案的基础上，单纤维卷绕装置的所述内周面从所述轴向看时具有多边形形状，所述多边形的各边构成各开纤面，所述多个开纤面的数量与所述多个纤维束引导器的数量相等。
在第2方案中，由于内周面上形成的多边形的各边构成各开纤面，因此能够将整个内周面作为开纤面活用。因此，能够在周向上尽可能地增大开纤面，开纤时能够尽可能地扩展纤维束。并且，由于开纤面的数量与纤维束引导器的数量相等，因此能够使多个开纤面与多条纤维束一一对应。由此，能够用一个开纤面捋拽1条纤维束。由此，能够在内周面的周向上无间隙地排列多条纤维束，能够容易地将多条纤维束均匀地缠绕到套筒上。并且，由于没有用1个开纤面共通地捋拽多条纤维束的必要，因此能够抑制纤维束彼此干涉。
根据本发明的第3方案，其特征在于，在所述第1或第2方案的基础上，单纤维卷绕装置的各开纤面具有在所述轴向上从所述一侧越向所述另一侧与所述内周面的径向中心的距离越小、并且朝向所述径向中心突出的弯曲形状。
如果开纤面具有尖角，则存在纤维束被尖角摩擦而损伤等风险。在第3方案中，能够使行进的纤维束顺畅地沿着在轴向上具有向径向中心突出的弯曲形状的开纤面。因此，能够抑制纤维束的损伤。
根据本发明的第4方案，其特征在于，在所述第1～第3方案中的任一方案的基础上，单纤维卷绕装置在所述周向上彼此相邻的2个所述开纤面之间，设置有限制所述周向上纤维束的移动的限制部。
在第4方案中，能够利用限制部抑制纤维束在周向上错位。因此，能够抑制多条纤维束从目标位置错位的状态下缠绕到套筒上，在多条纤维束缠绕到了套筒上时，能够抑制一部分纤维束彼此无意中重叠、在一部分纤维束之间产生周向上的间隙等。
附图说明
图1为本实施方式所涉及的单纤维卷绕装置的立体图；
图2为缠绕装置的立体图；
图3为表示单纤维卷绕装置的电气结构的方框图；
图4为螺旋卷绕单元的上侧部分的主视图；
图5为图4的Ⅴ-Ⅴ线剖视图；
图6为张力赋予部的示意图；
图7A为开纤部件的立体图，图7B为开纤面的放大图；
图8A为开纤部件的后视图，图8B为图7A的Ⅷ(b)-Ⅷ(b)线剖视图；
图9A为表示开纤部件及被开纤部件开纤后的纤维束的图；
图9B为表示开纤部件及被开纤部件开纤后的纤维束的图；
图10为变形例所涉及的螺旋卷绕单元的侧视图。
具体实施方式
下面，参照图1～图9说明本发明的实施方式。另外，为了便于说明，将图1所示的方向作为前后左右方向。并且，将与前后左右方向正交的方向作为重力作用的上下方向。
(单纤维卷绕装置的概略结构)
首先，使用图1说明单纤维卷绕装置1的概略结构。单纤维卷绕装置1具备缠绕装置2、筒子架座3和控制面板4。
缠绕装置2为将纤维束缠绕到套筒L上的装置。纤维束在例如碳素纤维等纤维材料中浸渍热固化性合成树脂材料。作为纤维束的缠绕对象物的套筒L呈例如圆筒形状。另外，有关缠绕装置2的详情将后述。
筒子架座3为给后述的螺旋卷绕单元40提供纤维束的部件。筒子架座3具有支承框11和支承在支承框11上的多个筒管支承部12。支承框11大致左右对称地配置，在支承框11的左右方向的中央部形成有配设缠绕装置2的一部分的配设空间13(另外，有关配设空间13内的详情省略图示)。在多个筒管支承部12上分别旋转自由地支承有缠绕有提供给螺旋卷绕单元40的纤维束的筒管(未图示)。
控制面板4具有控制装置5、显示部6和操作部7。控制装置5控制缠绕装置2的各部分的动作。显示部6显示缠绕装置2向套筒L缠绕纤维束的缠绕条件等。操作人员使用操作部7将缠绕条件等输入控制装置5。
(缠绕装置的结构)
下面，使用图2和图3说明缠绕装置2的结构。缠绕装置2具备底座15、支承单元20(本发明的支承部。第1支承单元21和第2支承单元22)、环向卷绕单元30和螺旋卷绕单元40。
底座15支承支承单元20、环向卷绕单元30和螺旋卷绕单元40(本发明的螺旋卷绕头)。底座15在前后方向(本发明的套筒L的轴向)延伸。在底座15上从前侧开始在前后方向依次排列配置有第1支承单元21、环向卷绕单元30、螺旋卷绕单元40和第2支承单元22。并且，在底座15的上面配设有在前后方向延伸的多条导轨16。支承单元20和环向卷绕单元30配置在导轨16上，能够沿导轨16在前后方向移动地构成。螺旋卷绕单元40在筒子架座3的配设空间13的前端部被固定在底座15上(参照图1)。
支承单元20具有配置在比环向卷绕单元30靠前侧的第1支承单元21和配置在比螺旋卷绕单元40靠后侧的第2支承单元22。支承单元20能够以在前后方向(本发明的套筒L的轴向)延伸的支承轴23为中心旋转地支承套筒L。支承单元20具有使支承单元20沿导轨16在前后方向移动用的移动用电动机24和使套筒L旋转用的旋转用电动机25(参照图3)。移动用电动机24和旋转用电动机25由控制装置5驱动控制。
环向卷绕单元30对套筒L进行环向卷绕纤维束(沿与套筒L的轴向大致成直角的方向缠绕纤维束)。环向卷绕单元30具有主体部31和旋转部件32。主体部31配置在导轨16上，能够围绕套筒L的轴旋转地支承旋转部件32。旋转部件32为呈圆板形状的部件。在旋转部件32的径向中央部，形成有套筒L能够通过的圆形通过孔34。在环向卷绕单元30中安装有分别缠绕有纤维束的多个筒管33。多个筒管33以等间隔配置在旋转部件32的周向上。
如图3所示，环向卷绕单元30具有用于使环向卷绕单元30沿着导轨16在前后方向移动的移动用电动机35和使旋转部件32旋转的旋转用电动机36。移动用电动机35和旋转用电动机36由控制装置5驱动控制。控制装置5边使环向卷绕单元30沿着导轨16往复移动以便使套筒L相对地通过通过孔34，边使旋转部件32旋转。由此，多个筒管33围绕套筒L的轴公转，从多个筒管33抽出多条纤维束。抽出的多条纤维束同时环向卷绕到套筒L的表面上。
螺旋卷绕单元40对套筒L进行螺旋卷绕纤维束(在与前后方向大致平行的方向缠绕纤维束)。螺旋卷绕单元40具有主体部41和引导部42等。主体部41直立配置在底座15上。引导部42将多条纤维束向套筒L引导。引导部42安装在主体部41的前端部上。在主体部41和引导部42的左右方向的中央部，形成有套筒L能够在前后方向通过的圆形通过孔45。从配置在筒子架座3上的多个筒管抽出的多条纤维束经由引导部42向套筒L引导。另外，有关螺旋卷绕单元40的详情将后述。
控制装置5边为了使套筒L通过通过孔45而使支承单元20沿着导轨16往复移动、边控制旋转用电动机25而使套筒L旋转。由此，多条纤维束同时螺旋卷绕到套筒L的表面上。
在开始利用缠绕装置2向套筒L缠绕纤维束的缠绕动作之际，首先例如操作人员利用胶带等将纤维束的纱端固定在套筒L上。或者，也可以设置用于使纤维束的纱端的固定等自动化的装置。在纤维束的纱端固定在套筒L上后，控制装置5驱动控制各电动机24、25、35、36(参照图3)。由此，不仅能够利用环向卷绕单元30对支承在支承单元20上的套筒L实施环向卷绕，而且能够利用螺旋卷绕单元40实施螺旋卷绕。
(螺旋卷绕单元)
下面使用图4～图6说明螺旋卷绕单元40的详情。图4为螺旋卷绕单元40的主视图。图5为图4的V－V线剖视图。图6为后述的张力赋予部70的示意图。
如图4所示，螺旋卷绕单元40具有主体部41、引导部42、多个辅助引导器43和张力赋予装置44。引导部42、多个辅助引导器43和张力赋予装置44配置在主体部41的前面。在多条纤维束F的行进方向(参照图4的箭头101、102、和图5的箭头104)上，从上游侧开始依次配置张力赋予装置44、多个辅助引导器43和引导部42。螺旋卷绕单元40为了将多条纤维束F缠绕到套筒L上而利用张力赋予装置44给多条纤维束F赋予预定的张力，并且经由多个辅助引导器43和引导部42将多条纤维束F向套筒L引导。另外，螺旋卷绕单元40采用例如能够一次将16条纤维束F缠绕到套筒L上的结构，但并不局限于此。
如图4和图5所示，引导部42具有引导部件50和开纤部件60。引导部件50为环形部件，安装在主体部41的前端部。在引导部件50的周面上形成有多个(本实施方式中为16个)开口51。由16个开口51分别构成将纤维束F向套筒L引导的16个引导器52(本发明的纤维束引导器)。16个引导器52等间隔地排列在套筒L的周向(以下简称“周向”)上。16条纤维束F分别被16个引导器52向套筒L引导。
开纤部件60捋拽被引导部件50向套筒L引导的纤维束F使其开纤(即平坦化，使宽度扩展)。开纤部件60为例如圆板状的金属部件。如图5所示，开纤部件60安装在引导部件50的前端部上。开纤部件60配置在纤维束F的行进方向比多个引导器52靠下游一侧。开纤部件60具有内周面61，利用内周面61形成能够将多条纤维束F从后侧(本发明中的一侧)穿插到前侧(本发明的另一侧)的孔62。有关开纤部件60的详情将后述。
如图4所示，多个辅助引导器43在套筒L的径向上配置在比多个引导器52靠外侧。多个辅助引导器43将被张力赋予装置44赋予了张力的多条纤维束F向引导器52一侧引导。
张力赋予装置44给多条纤维束F赋予预定的张力。张力赋予装置44在例如主体部41的前端部左右两侧各安装有一个。2个张力赋予装置44分别具备用于分别给8条纤维束F赋予张力的8个张力赋予部70(参照图4)。如图6所示，各张力赋予部70例如从纤维束F的行进方向(参照图6的箭头106)的上游侧起，依次具有钩挂纤维束F的3个辊71、72、73。辊71、72、73能够随着纤维束F的行进从动旋转地构成。在纤维束F的行进方向上配置在辊71与辊73之间的辊72采用例如为了从动旋转而能够调整必要的转矩大小的结构。即，为了使辊72从动旋转，需要预定以上大小的转矩(换言之，在纤维束F与辊72之间产生预定以上大小的摩擦力)。换言之，比张力赋予装置44靠下游侧的纤维束F被以预定以上的力拖曳而能够行进。通过纤维束F这样行进，给纤维束F被赋予预定的张力。
在具有以上结构的螺旋卷绕单元40中，纤维束F被张力赋予装置44赋予张力，经由辅助引导器43和引导器52向开纤部件60引导(参照图4和图5)。被向开纤部件60引导的纤维束F被内周面61捋拽而开纤。开纤后的纤维束F被开纤部件60向套筒L引导，缠绕到旋转(参照图4的箭头103)并向前方移动(参照图5的箭头105)的套筒L上。换言之，多条纤维束F边在前后方向行进边与开纤部件接触。
(开纤部件的详细结构)
下面，使用图7和图8说明第1实施方式的开纤部件60的详细结构。图7A为从后端一侧看开纤部件60的立体图。图7B为后述多个开纤面66中的一个的放大图。图8A为开纤部件60的后视图。图8B为图8A的Ⅷ(b)－Ⅷ(b)线剖视图。
如图7A和图8A所示，开纤部件60的内周面61具有在周向上等间隔排列的16个开纤面66。16个开纤面66分别捋拽在前后方向行进的16条纤维束F并将它们向套筒L引导。开纤面66的数量与上述引导部件50的引导器52(参照图4)一样，与一次向套筒L引导的纤维束F的数量相等。
说明开纤面66的形状。开纤面66从开纤部件60的后端面64(参照图8B)向着前方并且径向内侧一直延伸到内周面61的前后方向上的中间部(参照图8B的粗线)。如图8B所示，开纤面66具有从后端面64向前方和径向的内侧圆滑地弯曲的圆角形状。更详细为，开纤面66从后侧越向前侧与内周面61的径向的中心的距离越小，并且向内周面61的径向中心突出。另外，内周面61的前侧部分67(参照图8B的粗线)也具有从前端面63向后方的圆角形状。
而且，如图7B所示，开纤面66的与前后方向正交的线在前后方向上的任何位置上都成直线状(参照实线108、109和双点划线110～112)。换言之，开纤面66的与前后方向正交的截面呈直线形状。即，成为在前后方向通过开纤部件60的孔62的纤维束F(参照图7A)能够在与开纤面66的直线部分正交的方向行进的结构。如上所述，开纤面66在与前后方向正交的方向(周向)上为直线形状，在前后方向上弯曲。
如上所述，开纤部件60的内周面61成为在周向上排列配置了16个开纤面66的结构。即，如图8A所示，当从前后方向看开纤部件60时，内周面61呈十六边形形状。该十六角形的各边65包含在各开纤面66中。换言之，各边65构成各开纤面66。
并且，如图7A和图8A所示，在周向上彼此相邻的2个开纤面66之间设置有凸起68(本发明的限制部)。凸起68限制边与开纤面66接触边行进的纤维束F在周向上移动。凸起68在周向上与开纤面66交错排列。即，各开纤面66在周向上被2个凸起68夹着。凸起68比开纤面66的后端部(参照图7B的实线108)向径向内侧突出，并且比开纤面的径向的内侧端部(参照图7B的实线109)向后方突出。凸起68由开纤部件60的一部分形成。凸起68在制造时通过例如削去开纤部件60的后端部的径向内侧部分而与形成开纤面66时同时形成。
(开纤部件进行纤维束的开纤)
下面，使用图7A和图9说明具有以上结构的开纤部件60进行的纤维束F的开纤。图9A为表示开纤部件60和被开纤部件60开纤了的纤维束F的截面的图。图9B为表示内周面假设为圆形截面时的开纤部件160和被开纤部件160开纤了的纤维束F的截面的图。
如图7A所示，纤维束F从开纤部件60的后方向前方并且径向内侧行进(参照箭头107)。如上所述，纤维束F在被张力赋予装置44赋予了张力的状态下与内周面61的开纤面66接触，被开纤面66捋拽而开纤。其中，在假设像图9B所示那样开纤部件为具有截面圆形的内周面161这样的开纤部件160的情况下，由于纤维束F边与圆弧形的面接触边被捋拽，因此即时开纤了也难以变平坦，难以在宽度方向(周向)展宽。因此，存在周向上纤维束F之间容易产生空隙的风险。这一点上，本实施方式的开纤部件60由于开纤面66的与前后方向正交的截面为直线形状，因此像图9A所示那样，开纤后的纤维束F容易变平坦，容易在宽度方向大幅度展宽。
并且，如上所述，由于开纤面66在前后方向上具有弯曲形状，因此纤维束F沿着开纤面66顺畅地行进。由此，纤维束F与开纤面66摩擦引起的纤维束F的损伤被抑制。而且，由于在周向上在2个开纤面66之间形成有凸起68，因此纤维束F在周向上的移动被限制。因此，抑制纤维束F从开纤面66错位。
如上所述，由于开纤面66的与前后方向正交的截面为直线形状，因此能够使边在前后方向行进边与开纤面66接触的纤维束F变平坦，能够在宽度方向大幅度扩展各纤维束F。因此，在开纤时能够容易地展宽纤维束F的宽度。
此外，由于内周面61上形成的多边形的各边65构成各开纤面66，因此能够将整个内周面61作为开纤面66活用。因此，能够使开纤面66在周向上尽可能地大，开纤时能够尽可能地扩展纤维束F。并且，由于开纤面66的数量与引导器52的数量相等，因此能够使多个开纤面66与多条纤维束F一一对应，能够利用1个开纤面66捋拽1条纤维束F。由此，能够在周向上没有间隙地排列多条纤维束F，能够容易地将多条纤维束F均匀地缠绕到套筒L上。并且，由于没有用1个开纤面66共通捋拽多条纤维束F的必要，因此能够抑制纤维束F彼此干涉。
并且，各开纤面66在前后方向上具有向径向中心突出的弯曲形状。因此，能够使在前后方向行进的纤维束F顺畅地沿着开纤面66。因此，能够抑制纤维束F的损伤。
并且，能够利用凸起68抑制纤维束F在周向上错位。因此，能够抑制多条纤维束F在从目标位置错位的状态下缠绕到套筒L上。并且，在多条纤维束F缠绕到套筒L上时能够抑制部分纤维束F互相无意中重合。而且，能够抑制在一部分纤维束F之间产生周向上的间隙。
下面，说明对所述第1实施方式施加了变更的变形例。但是，对于具有与所述实施方式相同的结构的部分，添加相同的标记，适当省略其说明。
在第1实施方式中，开纤部件60的内周面61采用从前后方向看时具有十六边形形状的结构，但并不局限于此。即，也可以根据一次缠绕到套筒L上的纤维束F的数量改变边65的数量。或者，内周面61从前后方向看时也可以不是多边形形状。即，只要是开纤面66的与前后方向正交的截面的形状为直线形状就可以，其他部分的截面也可以是曲线形状。
在第1实施方式中，开纤部件60采用安装在引导部件50的前端部的结构，但并不局限于此。例如像图10所示那样，在螺旋卷绕单元40a中，开纤部件60也可以安装在引导部件50的前后两侧。另外，安装在引导部件50的前端部上的开纤部件60a与安装在引导部件50的后端部(即前后方向上引导部件50与主体部41之间)的开纤部件60b前后对称。在这样的结构中，能够根据使套筒L通过的方向(前方、后方)切换使用的开纤部件60。
在第1实施方式中，开纤部件60中设置在彼此相邻的2个开纤面66之间的凸起68由开纤部件60的一部分形成，但并不局限于此。即，限制纤维束F的周向上移动的限制部和开纤部件60也可以由不同的部件形成。
在第1实施方式中，在开纤部件60中彼此相邻的2个开纤面66之间设置有凸起68等限制部，但并不局限于此。即，也可以不设置限制部。
在第1实施方式中，开纤部件60的开纤面66具有圆角形状，但并不局限于此。即，开纤面66也可以具有圆角形状以外的弯曲形状。或者，开纤面66也可以不一定具有弯曲形状，例如，也可以具有相对于轴向具有倾斜的平面形状。
在第1实施方式中，开纤部件60的开纤面66的数量与引导部件50的引导器52的数量相等，但这些数量也可以彼此不同。例如，开纤面66的数量也可以比一次缠绕到套筒L上的纤维束F的条数少。并且，在一次缠绕到套筒L上的纤维束F的条数多的情况下，也可以采用利用一个开纤面66共通地捋拽多条纤维束F的结构。
张力赋予装置44的结构并不局限于图6所示的结构，只要是能够给纤维束F赋予张力的结构，任何结构都可以。并且，张力赋予装置44也可以不一定安装在螺旋卷绕单元40上。

Claims (5)

1.一种单纤维卷绕装置，其特征在于，具备：
能够旋转地支承套筒、并且能够在所述套筒的轴向上移动的支承部，以及
将多条纤维束螺旋卷绕到旋转且在所述轴向上移动的所述套筒上的螺旋卷绕头；
所述螺旋卷绕头具有：
在所述套筒的周向排列、将提供给所述螺旋卷绕头的多条纤维束分别向所述套筒引导的多个纤维束引导器，以及
在纤维束的行进方向上配置在比所述多个纤维束引导器靠下游侧、具有内周面的开纤部件，该内周面形成有能够将多条纤维束从所述轴向的一侧穿插到另一侧的孔；
在所述开纤部件的所述内周面上形成有多个开纤面，从所述轴向的所述一侧行进到所述另一侧的多条纤维束与该多个开纤面接触，
各开纤面的与所述轴向正交的截面的形状为直线形状。
2.如权利要求1所述的单纤维卷绕装置，其特征在于，所述内周面从所述轴向看时具有多边形形状，
所述多边形的各边构成各开纤面，
所述多个开纤面的数量与所述多个纤维束引导器的数量相等。
3.如权利要求1所述的单纤维卷绕装置，其特征在于，各开纤面具有在所述轴向上从所述一侧越向所述另一侧与所述内周面的径向中心的距离越小、并且朝向所述径向中心突出的弯曲形状。
4.如权利要求2所述的单纤维卷绕装置，其特征在于，各开纤面具有在所述轴向上从所述一侧越向所述另一侧与所述内周面的径向中心的距离越小、并且朝向所述径向中心突出的弯曲形状。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的单纤维卷绕装置，其特征在于，在所述周向上彼此相邻的2个所述开纤面之间，设置有限制所述周向上纤维束的移动的限制部。
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