JP2000108212A - 繊維供給ヘッド及び繊維供給ヘッドユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィラメントワインディングに使用した場合
に繊維束を傷付けずに供給し、狭いピッチで配列された
ピン間を通して繊維束を配列できる繊維供給ヘッドを提
供する。 【解決手段】 繊維供給ヘッド21は支持筒部31と、その
先端にベアリング32を介して回動可能に支持された案内
パイプ33とを備えている。案内パイプ33は補強パイプ34
を介してベアリング32に支持され、支持筒部31の先端か
ら突出する状態で取り付けられている。支持筒部31の基
端にはセラミックガイド35が嵌合固定されている。案内
パイプ33の先端部にはその片側に膨出部37が形成されて
いる。膨出部37は、先端側ほど断面積が大きくなるとと
もに内面が内側に凸の曲面形状に形成されている。膨出
部37は扁平に形成されるとともに、その内面は案内パイ
プ33の先端における接線が案内パイプ33とほぼ直交する
方向に延びるように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位置決めピンを備え
たマンドレルを使用して、フィラメントワインディング
法により繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製パイプを製
造する際に好適な繊維供給ヘッド及び繊維供給ヘッドユ
ニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のパ
イプや容器を効率よく形成する方法としてフィラメント
ワインディング法がある。フィラメントワインディング
法では一般にマンドレルの周囲に樹脂を含浸させた糸又
は繊維束（以下、単に繊維と称す）を巻き付けた後、樹
脂を硬化させることにより製品が製造される。また、ワ
インディングの最中に樹脂を含浸させる場合もある。フ
ィラメントワインディング法で形成された製品の強度は
繊維の巻付け角度（配列繊維Ｆとマンドレルの軸方向と
のなす角度）や繊維の配列状態の影響を大きく受ける。
また、フィラメントワインディング法においては、繊維
の巻付け角度が４５°より大きい場合は、円柱状のマン
ドレルに繊維を巻き付けても所定のピッチで巻き付ける
ことができる。しかし、巻付け角度が４５°以下になる
と、繊維の締め付け力が小さくなり、繊維を所定巻付け
角度で、かつ所定のピッチで巻き付けるのが難しくな
る。

【０００３】そのため、巻付け角度が小さな製品を製造
する場合は、両端にピンを突設したマンドレルを使用す
るか、ピンが突設された補助リングを両端部に嵌合した
マンドレルを使用する（例えば、特開昭５０−３３２６
３号公報、実開昭５８−１２００１６号公報）。ピンの
ピッチは配列繊維の太さ、一層当たりの配列繊維の本
数、ピン間に通す繊維の本数、巻付け角度等によって決
まる。

【０００４】強度の大きなＦＲＰ製パイプを製造するに
は、ＦＲＰ全体の体積に占める繊維の割合（Ｖｆ）を高
くする必要がある。Ｖｆを高くするには細い繊維を使用
して狭いピッチで配列する必要があり、細い繊維を狭い
ピッチで配列するにはマンドレルの両端に狭いピッチで
配置された位置決めピンの間を通過して繊維の配列が可
能な繊維供給ヘッドが必要になる。

【０００５】特開平５−５９６３７号公報には、図１０
に示すように、基板６０上に数ｍｍ以下の所定ピッチで
配置された多数のピン６１間に、糸案内管６２から引き
出される糸に損傷を与えることなく糸を配列させること
ができる三次元織物製造用糸供給ヘッド６３が開示され
ている。この糸供給ヘッド６３は糸案内管６２の先端が
円弧状に屈曲形成されているため、糸に張力が加わった
状態で糸案内管６２から引き出されても、糸は糸案内管
６２の先端に大きな力で圧接されることがなく糸案内管
６２との摩擦抵抗により損傷を受けることがない。ま
た、糸案内管６２は支持筒部６４に回動可能に取り付け
られているため、糸案内管６２の先端に先端が延びてい
る方向と異なる方向への力が作用した場合自由に回動さ
れる。その結果、糸供給ヘッド６３が糸案内管６２の向
きを考慮することなくピン６１の列に沿って移動して
も、糸案内管６２の向きが自動的に変更されて糸の配列
が円滑に行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記糸供給ヘッド６３
は糸を平面状に配列するのには都合がよいが、フィラメ
ントワインディングの場合には支障がある。なぜなら
ば、フィラメントワインディングの場合には糸供給ヘッ
ドはマンドレルに対して直交する方向に延びる状態に保
持される。従って、糸案内管６２の先端が屈曲している
と、大きな巻付け角度での巻付け時に、繊維が糸案内管
６２の先端に大きな力で圧接された状態で引き出される
ことになり、糸案内管６２との摩擦抵抗により繊維に毛
羽立ちが発生したり繊維が損傷を受ける。また、糸案内
管６２は樹脂が含浸された繊維を案内するため、糸案内
管６２内に樹脂が残り、その樹脂を除去する必要がある
が、糸案内管６２の先が屈曲していると除去作業が面倒
になる。

【０００７】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的はフィラメントワインディ
ングに使用した場合に繊維束又は糸を傷付けずに供給す
ることができ、狭いピッチで配列されたピン間を通して
繊維束又は糸を配列できる繊維供給ヘッドを提供するこ
とにある。第２の目的は繊維束又は糸を同時に複数本配
列することができる繊維供給ヘッド又は繊維供給ヘッド
ユニットを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため、請求項１に記載の発明では、繊維束又は糸を案
内する案内パイプをその先端側が支持筒部から突出する
状態で回動可能に取り付けるとともに、前記案内パイプ
の先端部の少なくとも片側に、先端側ほど断面積が大き
くなるとともに内面が内側に凸の曲面形状の膨出部を形
成した。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記案内パイプは先端部の両側に、
前記膨出部が形成されている。請求項３に記載の発明で
は、繊維束又は糸を案内する案内パイプをその先端側が
支持筒部から突出する状態で回動不能に取り付けられる
とともに、前記案内パイプの先端部の両側に、先端側ほ
ど断面積が大きくなるとともに内面が内側に凸の曲面形
状の膨出部を形成した。

【００１０】第２の目的を達成するため、請求項４に記
載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記
載の案内パイプを複数本、所定の円弧面に沿って、かつ
所定ピッチで配列した。

【００１１】また、請求項５に記載の発明では、請求項
１〜請求項４のいずれか一項に記載の糸供給用ヘッドを
複数所定の間隔をおいて、かつ所定の円筒面に対して直
交する位置と接線方向に延びる位置とに移動可能に装備
した。

【００１２】請求項１に記載の発明の繊維供給ヘッドを
使用してフィラメントワインディング法によって繊維強
化プラスチック製パイプを製造するときは、繊維束が巻
き付けられるマンドレルにはその両端部に規制部が突設
され、繊維束は規制部によって位置決めされながら配列
されてマンドレルに巻き付けられる。繊維供給ヘッドは
フープ巻きのように巻付け角度が９０°に近い場合は繊
維束が案内パイプから真っ直ぐ引き出される状態におい
てマンドレルに沿って往復移動される。それ以外の場合
は案内パイプが規制部と干渉しないように、案内パイプ
がマンドレルの周面に対して垂直な状態においてマンド
レルに沿って往復移動される。このとき、繊維束は案内
パイプに対して垂直方向に引き出されるが、案内パイプ
の先端に形成された膨出部を経て引き出され、案内パイ
プの内壁面に対しては内壁面とのなす角度が小さな状態
で引き出される。案内パイプは支持筒部に回動可能に取
り付けられているため、膨出部にその延びている方向と
異なる方向への力が作用した場合自由に回動される。そ
の結果、繊維供給ヘッドの移動方向が膨出部の向きを考
慮することなく変更されても、案内パイプの向きが自動
的に変更されて繊維束の配列が円滑に行われる。

【００１３】請求項２に記載の発明では、案内パイプは
先端部の両側に膨出部が形成されているため、膨出部が
片側に設けられたものより円滑に繊維束がいずれかの膨
出部によって案内される。

【００１４】請求項３に記載の発明では、両膨出部がマ
ンドレルと平行に延びるように繊維供給ヘッドが配置さ
れた状態で、繊維供給ヘッドが往復移動される。案内パ
イプが回動不能であっても、両側に膨出部が形成されて
いるため、繊維束は往動時と復動時とで異なる膨出部を
経て摩擦抵抗の小さな状態で引き出される。

【００１５】請求項４に記載の発明では、請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の案内パイプが複数本、所
定の円弧面に沿って、かつ所定ピッチで配列されている
ため、繊維束をマンドレルに巻き付ける場合、繊維供給
ヘッドが１本のものに比較して複数倍の効率となる。

【００１６】請求項５に記載の発明では、請求項４に記
載の発明と同様に、繊維束をマンドレルに巻き付ける場
合、繊維供給ヘッドが１本のものに比較して複数倍の効
率となる。巻付け角度が小さなときには各繊維供給ヘッ
ドが所定の円筒面に対して直交する位置に配置された状
態で繊維束がマンドレルに巻き付けられる。巻付け角度
が９０°に近いときには各繊維供給ヘッドが所定の円筒
面に対して接線方向に延びる位置に配置された状態で繊
維束がマンドレルに巻き付けられる。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を具体化した第１の実施の形態を図１〜図５に従って
説明する。

【００１８】先ず、フィラメントワインディングに使用
するフィラメントワインディング機（以下、ＦＷ機と称
す）について説明する。ＦＷ機１は図２に示すようにベ
ースプレート２の第１端部寄り中央に支持ブラケット３
が立設され、支持ブラケット３にはベースプレート２の
長手方向に延びる回転軸４が装備されている。回転軸４
の基端寄りにはプーリ５が一体回転可能に固定され、先
端にはマンドレル６の軸７を支持するチャック８が設け
られている。

【００１９】ベースプレート２の第２端部側には第１の
支持プレート９がガイドレール（図示せず）に沿ってベ
ースプレート２の長手方向に移動可能に固定されてい
る。支持プレート９上にはレール１０がベースプレート
２の長手方向に沿って敷設され、その上に第２の支持プ
レート１１が摺動部材１２を介して摺動可能に支持され
ている。支持プレート９上にシリンダ１３が固定され、
そのピストンロッド１３ａが支持プレート１１の端部に
固定されている。そして、支持プレート１１はシリンダ
１３の作動によりベースプレート２の長手方向に移動さ
れる。

【００２０】支持プレート１１上には支持ブラケット１
４が立設され、支持ブラケット１４には支持軸１５が回
転軸４と同軸線上に回動可能に配設されている。支持軸
１５の先端にはチャック１６が設けられ、両チャック
８，１６間にマンドレル６が支持されるようになってい
る。

【００２１】ベースプレート２上には正逆回転駆動可能
なモータ１７が固定されている。モータ１７の駆動軸に
は駆動プーリ１８が嵌着固定され、該駆動プーリ１８と
プーリ５との間にベルト１９が巻き掛けられている。即
ち、モータ１７の駆動により回転軸４が所定の方向に回
転されるようになっている。

【００２２】ベースプレート２には支持プレート１１に
対してモータ１７と反対側に第１のアクチュエータ２０
がベースプレート２の長手方向に沿って配設されてい
る。第１のアクチュエータ２０にはボールネジを使用す
るとともに、ナットと一体移動可能な移動体を１軸方向
に移動させる構成の公知のものが使用されている。第１
のアクチュエータ２０に装備された移動体２０ａ上に
は、樹脂が含浸された繊維束Ｆを案内する繊維供給ヘッ
ド２１を備えた第２のアクチュエータ２２が配設されて
いる。

【００２３】第２のアクチュエータ２２は移動体２０ａ
上に固定されたエアシリンダ２３により上昇位置と基準
位置とに移動可能に配設されている。第２のアクチュエ
ータ２２は基準位置では繊維供給ヘッド２１がマンドレ
ル６の周面と直交する位置に保持され、上昇位置に配置
された状態では繊維供給ヘッド２１がマンドレル６の周
面上部における接線方向に延びる位置に保持されるよう
になっている。第２のアクチュエータ２２は繊維供給ヘ
ッド２１をベースプレート２の長手方向と直交する方向
（前後方向）に移動させるように固定されている。

【００２４】モータ１７及び第１のアクチュエータ２０
は制御装置Ｃにより同期した状態で駆動されるようにな
っている。そして、回転軸４の回転速度と、繊維供給ヘ
ッド２１の移動速度を調整することにより、繊維供給ヘ
ッド２１から繰り出される繊維束Ｆを、巻付け角度を任
意の角度に設定してマンドレル６上に巻き付けることが
できるようになっている。

【００２５】ベースプレート２の側方、即ち第１のアク
チュエータ２０に対してモータ１７と反対側には樹脂槽
２４及びボビン２５が配置されている。樹脂槽２４には
ローラ２６が設けられ、樹脂槽２４の近傍にはボビン２
５から繰り出された繊維束Ｆを樹脂槽２４の所定位置に
案内する第１のガイド２７と、樹脂槽２４で樹脂が含浸
された後の繊維束Ｆを案内する第２のガイド２８とが設
けられている。

【００２６】マンドレル６は図２に示すように、金属円
筒で形成されたマンドレル本体６ａの両端に軸７が突設
されるとともに、マンドレル本体６ａの両端部に規制リ
ング２９がマンドレル本体６ａと一体回転可能かつ着脱
可能に固定されている。規制リング２９には周方向に沿
って所定の等ピッチで規制部としてのピン３０が突設さ
れている。ピン３０は金属製で、規制リング２９に着脱
可能に嵌合固定されている。

【００２７】次に繊維供給ヘッド２１についてより詳し
く説明する。図１（ａ）に示すように、繊維供給ヘッド
２１は支持筒部３１と、その先端にベアリング３２を介
して回動可能に支持された案内パイプ３３とを備えてい
る。案内パイプ３３は補強パイプ３４を介してベアリン
グ３２に支持され、支持筒部３１の先端から突出する状
態で取り付けられている。支持筒部３１の基端にはセラ
ミックガイド３５が嵌合固定されている。また、支持筒
部３１にはベアリング３２の固定位置より基端寄りに樹
脂排出孔３６が形成されている。

【００２８】案内パイプ３３の先端部にはその片側に膨
出部３７が形成されている。膨出部３７は、図１
（ｂ），（ｃ）に示すように、案内パイプ３３の先端側
ほど案内パイプ３３の軸と直交する断面積が大きくなる
とともに内面が内側に凸の曲面形状に形成されている。
膨出部３７は扁平に形成されるとともに、その内面は案
内パイプ３３の先端における接線が案内パイプ３３とほ
ぼ直交する方向に延びるように形成されている。また、
図１（ｃ）に示すように、膨出部３７の先端は平らに形
成されている。

【００２９】次に前記のように構成されたＦＷ機１を使
用してプロペラシャフトのシャフト本体を製造する製造
方法を説明する。先ず、両支持ブラケット３，１４の距
離がシャフト本体に対応する所望の間隔となるように、
両支持プレート９，１１の位置を設定する。一度設定さ
れた状態から両支持ブラケット３，１４の距離を変更す
る場合、その変更量が小さな場合はシリンダ１３の作動
により第２の支持プレート１１を移動させる。変更量が
大きな場合は第１の支持プレート９を移動させる。両支
持プレート９，１１の位置設定が終了した後、両チャッ
ク８，１６間にマンドレル６をセットする。また、第２
のアクチュエータ２２が基準位置に配置された状態で、
繊維供給ヘッド２１の先端とマンドレル６との距離が製
造するシャフト本体に対応した所定の値となるように、
繊維供給ヘッド２１の位置が設定される。次に繊維供給
ヘッド２１に連なる繊維束Ｆの先端を規制リング２９に
固定することにより、製造準備が完了する。このとき繊
維供給ヘッド２１は該規制リング２９と対応する位置に
配置されている。

【００３０】マンドレル６がセットされた状態でＦＷ機
１が作動され、モータ１７によりマンドレル６が一定方
向に回転され、第１のアクチュエータ２０により繊維供
給ヘッド２１がマンドレル６の長手方向に沿って往復移
動される。そして、ボビン２５から順次繰り出されて樹
脂槽２４で樹脂が含浸された繊維束Ｆが、繊維供給ヘッ
ド２１を介してマンドレル６上に巻き付けられる。この
実施の形態では樹脂として熱硬化性樹脂（例えばエポキ
シ樹脂）が使用され、繊維束Ｆとして炭素繊維のロービ
ングが使用されている。

【００３１】繊維束Ｆは図３に示すように、ピン３０の
間を通過した後、軸７に巻き掛けられて折り返すように
配列され、マンドレル６の両端に位置するピン３０間に
おけるマンドレル６の軸方向となす角度（巻付け角度）
が所定の角度となるように巻き付けられて、マンドレル
６上に所定の厚さの繊維層が形成される。巻付け角度は
車両に組付けて使用される際に要求される、曲げ、ねじ
り、振動等の特性を満足する所定の値に設定される。こ
の実施の形態では巻付け角度がほぼ±１０°前後に設定
されている。

【００３２】マンドレル６上に巻き付けられた繊維層の
数が所定数となるまで繊維束Ｆが巻き付けられた後、エ
アシリンダ２３が作動されて、第２のアクチュエータ２
２が上昇位置に配置される。その状態でヨーク挿入部と
対応する部分に、繊維束Ｆの巻付け角度がほぼ９０°と
なる状態で、所定の厚さの繊維層が形成されるまで繊維
束Ｆが巻き付けられる。即ち、比較的小さな巻付け角度
で巻き付けられた繊維層の両端部付近にフープ巻きが形
成された成形体が形成される。

【００３３】繊維束Ｆが小さな巻付け角度でマンドレル
６に巻き付けられるときは、マンドレル６の両端におい
てピン３０間を案内パイプ３２が円滑に通過可能とする
ため、繊維供給ヘッド２１は図５に示すように、マンド
レル６の周面と垂直な位置に保持される。そして、案内
パイプ３３は膨出部３７が繊維供給ヘッド２１の移動方
向と反対側へ延びる状態に配置される。また、巻付け角
度がほぼ９０°となるように繊維束Ｆを巻き付ける場合
は、繊維供給ヘッド２１は図４に示すように、繊維束Ｆ
がマンドレル６の上部において接線方向に引き出される
位置に保持される。

【００３４】繊維束Ｆの巻付け終了後、マンドレル本体
６ａと対応する部分の成形体の外周面にプラスチック製
のテープがスパイラル状に巻き付けられる。テープの幅
は５０ｍｍ程度のものが使用される。プラスチック製の
テープとしてはポリエステルフィルム等の熱収縮性フィ
ルムを使用するのが好ましい。

【００３５】次に、マンドレル６がチャック８，１６か
ら取り外され、ピン３０が規制リング２９から取り外さ
れ、成形体が形成されたマンドレル６が加熱炉に入れら
れ、所定温度で樹脂が硬化される。硬化温度は樹脂によ
り異なるが、例えばエポキシ樹脂の場合は１８０°Ｃ程
度である。加熱硬化によりＦＲＰ製の円筒体（パイプ）
が、マンドレル６上に形成される。冷却後、ＦＲＰ製パ
イプの両端がピン３０の抜き跡の列より内側において切
断された後、マンドレル６から規制リング２９及びＦＲ
Ｐ製パイプが取り外されて、所定寸法の長さのプロペラ
シャフトのシャフト本体が形成される。

【００３６】その後、シャフト本体のヨーク挿入部の内
周面と、金属製のヨークの基端外周面に接着剤が塗布さ
れ、ヨークがヨーク挿入部に挿入される。そして、接着
剤が加熱硬化されることにより、ヨークがシャフト本体
に強固に固着されて、プロペラシャフトが完成する。

【００３７】マンドレル６から取り外された規制リング
２９には硬化後の円筒体の一部が嵌合されているが、硬
化前にピン３０が取り外されているため、簡単に規制リ
ング２９を硬化樹脂から取り外すことができる。そし
て、嵌合孔にピン３０が嵌合されて規制リング２９が再
使用される。

【００３８】この実施の形態では以下の効果を有する。 （１） 繊維供給ヘッド２１がマンドレル６の周面に垂
直に配置された状態で移動され、繊維束Ｆが繊維供給ヘ
ッド２１に対して直交する方向に引き出されるが、繊維
束Ｆは案内パイプ３３の内側の曲面に沿って引き出され
るため、繊維束Ｆを傷付けずに供給することができる。
また、狭いピッチで配列されたピン３０間を案内パイプ
３３が円滑に通過できる。

【００３９】（２） 案内パイプ３３の先端の開口には
繊維供給ヘッド２１の軸方向に引き出される繊維束Ｆに
対する抵抗付与部がない。従って、繊維供給ヘッド２１
をマンドレル６の周面に垂直に配置された状態から平行
に移動させて、案内パイプ３３がマンドレル６の周面に
対する接線方向に延びる位置に配置し、巻付け角度が９
０°に近い状態で繊維束Ｆを強い張力で巻き付けること
ができる。

【００４０】（３） 案内パイプ３３が回動可能に設け
られ、巻付け角度が小さな状態で配列される際に膨出部
３７を経て繊維束Ｆが引き出され、膨出部３７にその延
びている方向と異なる方向への力が作用した場合案内パ
イプ３３が自由に回動される。従って、繊維供給ヘッド
２１の移動方向を変更する際に、案内パイプ３３の向き
が自動的に変更されて繊維束Ｆの配列が円滑に行われ
る。

【００４１】（４） 案内パイプ３３を補強パイプ３４
を介してベアリング３２で支持しているため、細い案内
パイプ３３を回動可能に支持するのが容易になる。 （５） 支持筒部３１に樹脂排出孔３６が形成されてい
るため、繊維供給ヘッド２１内に樹脂が溜まるのを防止
できる。

【００４２】（６） 支持筒部３１の基端にセラミック
ガイド３５が設けられているため、繊維供給ヘッド２１
に案内される樹脂が含浸された繊維束Ｆとの摩擦により
支持筒部３１が摩耗するのが防止される。

【００４３】（７） 案内パイプ３３の先端部が拡がっ
ているため、案内パイプ３３内に樹脂が詰まった場合に
も簡単に除去できる。 （８） 膨出部３７の先端が平らに形成されているた
め、繊維束Ｆが引き出される際に、繊維束Ｆが扁平な状
態で配列され易くなる。

【００４４】（９） 繊維供給ヘッド２１がマンドレル
６の中心に向かって延びるように配置された状態で繊維
束を巻き付ける場合、繊維供給ヘッド２１から引き出さ
れる繊維束Ｆの軸方向に対する角度は、マンドレル６の
外径、マンドレル６と繊維供給ヘッド２１との距離、繊
維束Ｆの巻き付け角度によって異なる。しかし、案内パ
イプ３３の先端部の内面が外側に湾曲するように形成さ
れているため、いずれの場合も繊維束Ｆが案内パイプ３
３から円滑に引き出される。

【００４５】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を図６に従って説明する。この実施の形態では複数の
繊維供給ヘッド２１を備えた繊維供給ヘッドユニットが
第２のアクチュエータ２２に支持される点が前記実施の
形態と大きく異なっている。前記実施の形態と異なる部
分についてのみ説明し、同一部分は同一符号を付して詳
しい説明を省略する。

【００４６】エアシリンダ２３を設けず、第２のアクチ
ュエータ２２は移動体２０ａに直接固定されている。繊
維供給ヘッドユニット３８はブラケット３９と、ブラケ
ット３９に固定されたエアシリンダ４０，４１とを備え
ている。エアシリンダ４０，４１はマンドレル６の上方
及び下方において水平に延びるようにブラケット３９に
それぞれ固定され、ピストンロッド４０，４１の先端に
繊維供給ヘッド２１がピストンロッド４０ａ，４１ａと
直交する状態に固定されている。両繊維供給ヘッド２１
は所定の円筒面としてのマンドレル６の周面に対して直
交する基準位置と、接線方向に延びるフープ巻き位置と
に、エアシリンダ４０，４１の作動によって移動配置さ
れるようになっている。上側に配置されたエアシリンダ
４０はピストンロッド４０ａの没入状態において繊維供
給ヘッド２１を基準位置に保持し、ピストンロッド４０
ａの突出状態において繊維供給ヘッド２１をフープ巻き
位置に保持する。下側に配置されたエアシリンダ４１は
ピストンロッド４１ａの突出状態において繊維供給ヘッ
ド２１を基準位置に保持し、ピストンロッド４１ａの没
入状態において繊維供給ヘッド２１をフープ巻き位置に
保持する。繊維供給ヘッド２１を３本以上設けてもよ
い。その場合、エアシリンダはマンドレル６の周方向に
沿って等間隔で配置する。

【００４７】この実施の形態の繊維供給ヘッドユニット
３８を使用した場合は、巻付け角度が９０°に近いと
き、即ちフープ巻きを行う場合は各繊維供給ヘッド２１
がフープ巻き位置に配置される。また、巻付け角度が小
さなときには各繊維供給ヘッド２１が基準位置に配置さ
れた状態で繊維束Ｆがマンドレル６に巻き付けられる。
繊維束Ｆが複数本同時にマンドレル６に巻き付けられる
ため、繊維供給ヘッド２１が１本のものに比較して複数
倍の効率となる。また、この実施の形態においても第１
の実施の形態の（１）〜（９）の効果を有する。

【００４８】なお、実施の形態は前記に限定されるもの
ではなく、例えば、次のように具体化してもよい。 ○ 図７に示すように、１本の繊維供給ヘッド４２に複
数本（例えば３本）の案内パイプ３３を回動可能に設け
てもよい。支持筒部４３は扁平に形成され、案内パイプ
３３は支持部材４４に支持されたベアリング３２に直接
支持されている。案内パイプ３３は所定の円弧面に沿っ
て、かつ所定ピッチ（ピン３０のピッチの整数倍のピッ
チ）で配列されている。セラミックガイド３５は案内パ
イプ３３に対応して設けられている。この実施の形態で
は繊維束Ｆが複数本同時にマンドレル６に巻き付けられ
るため、第１の実施の形態のような案内パイプ３３が１
本の繊維供給ヘッド２１に比較して複数倍の効率で繊維
束Ｆを巻き付けることができる。また、第２の実施の形
態に比較して繊維供給ヘッドを配設するためのスペース
が狭くてよい。

【００４９】○ 第２の実施の形態において図７のよう
に複数本の案内パイプ３３を備えた繊維供給ヘッド４２
を、複数箇所に設ける構成としてもよい。この場合、繊
維束Ｆの巻付け効率がより向上する。

【００５０】○ 図８（ａ），（ｂ）に示すように、案
内パイプ３３の先端部の両側に膨出部３７を設けてもよ
い。この場合、膨出部３７が片側に設けられたものと同
様な効果が得られる他、膨出部３７が片側に設けられた
ものより円滑に繊維束Ｆがいずれかの膨出部３７によっ
て案内される。

【００５１】○ 図９（ａ），（ｂ）に示すように、先
端部の両側に前記実施の形態と同様な膨出部３７を設け
た案内パイプ３３を、その先端側が支持筒部３１から突
出する状態で回動不能に取り付けてもよい。この繊維供
給ヘッド２１を使用する場合は、両膨出部３７がマンド
レル６と平行に延びるように繊維供給ヘッド２１が配置
された状態で、繊維供給ヘッド２１が往復移動される。
案内パイプ３３が回動不能であっても、両側に膨出部３
７が形成されているため、繊維束Ｆは往動時と復動時と
で異なる膨出部３７を経て摩擦抵抗の小さな状態で引き
出される。この実施の形態では案内パイプ３３を支持す
るベアリング３２が不要なため、構成が簡単になる。ま
た、第１の実施の形態の（１），（２）及び（５）〜
（８）の効果を有する。

【００５２】○ ピン３０を備えた規制リング２９をマ
ンドレル６に着脱可能に取り付ける代わりに、ピン３０
をマンドレル本体６に形成された孔に嵌合する構成とし
てもよい。

【００５３】○ フープ巻きを行う前にマンドレル６に
巻き付けられる繊維束Ｆの巻付け角度の絶対値を全ての
層で同じ角度にする必要はなく、層毎に巻付け角度を変
更してもよい。また、フープ巻きはなくてもよい。

【００５４】○ フープ巻きを行わないＦＲＰ製パイプ
を専用に製造するフィラメントワインディング装置では
繊維供給ヘッド２１，４２は案内パイプ３３がマンドレ
ルに対して垂直な位置にのみ保持される構成としてもよ
い。

【００５５】○ マトリックス樹脂として、エポキシ樹
脂に限らず他の熱硬化性樹脂（例えば、ポリイミド樹
脂）や、曲げ弾性率の高い熱可塑性樹脂（例えばポリエ
ーテルエーテルケトン）等を使用してもよい。しかし、
プロペラシャフトを形成する場合は、コストや要求性能
の点からエポキシ樹脂が好ましい。

【００５６】○ 車両のプロペラシャフト以外の駆動シ
ャフト用のパイプの製造に適用してもよい。使用回転速
度が遅い場合や、ねじり強度、耐熱性、耐湿性等の要求
性能が車両のプロペラシャフトに比較して低い場合に
は、強化繊維として炭素繊維にガラス繊維又はアラミド
繊維を混合したり、ガラス繊維又はアラミド繊維を単独
で使用してもよい。また、ＦＲＰを構成する繊維及びマ
トリックス樹脂の組合せとして、炭素繊維とビニルエス
テル樹脂、炭素繊維とフェノール樹脂等の組合せ等を採
用してもよい。この場合樹脂の価格がエポキシ樹脂より
安いのでコスト低減を図れる。

【００５７】○ 駆動シャフトに限らず任意のＦＲＰ製
パイプの製造に適用してもよい。強化繊維としては、カ
ーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等がある。マト
リックスとしては、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬
化性樹脂がある。そして、要求特性に合うように適宜組
み合わせて使用される。前記強化繊維のうち、カーボン
繊維が強度及び軽量化の点で最も好ましく、次にガラス
繊維が良い。マトリックスとしては耐熱性、耐湿性の点
でエポキシ樹脂が最も好ましい。

【００５８】○ マンドレル６に設けられる規制部は必
ずしもピン３０に限らず、板状（フィン状）のものでも
よい。 ○ 繊維の配列精度や製品の強度に対する要求程度が低
い成形体の場合は、繊維を規制リング２９の規制部に巻
き掛けた状態で折り返すように巻き付ける方法を採用し
てもよい。

【００５９】○ 繊維束Ｆではなく糸の配列に使用して
もよい。また、フィラメントワインディングに限らず、
例えば特開平７−９７７３７号公報に開示された円筒状
又は円柱状の繊維構造体を製造する装置に使用する繊維
（糸）供給ヘッドに適用してもよい。

【００６０】前記実施の形態から把握できる請求項記載
以外の発明（技術思想）について、以下にその効果とと
もに記載する。 （１） 請求項１に記載の発明において、前記案内パイ
プは先端部の片側に前記膨出部が形成されている。この
場合、膨出部を両側に形成する場合に比較して案内パイ
プの製造が簡単になる。

【００６１】（２） 請求項１〜請求項４のいずれか一
項に記載の繊維供給ヘッドを、所定の円筒面に対して直
交する位置と接線方向に延びる位置とに移動可能に装備
したＦＷ機。このＦＷ機を使用してフィラメントワイン
ディングによりＦＲＰ製パイプを製造する場合、巻付け
角度に拘わらず繊維束又は糸を傷付けずに供給すること
ができ、狭いピッチで配列されたピン間を通して繊維束
又は糸をマンドレル上に配列できる。

【００６２】（３） 請求項５に記載の繊維供給ヘッド
ユニットを備えたＦＷ機。この場合、繊維供給ヘッドが
１本の場合に比較して繊維束の巻付け効率が向上する。

【００６３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜請求項
５に記載の発明によれば、フィラメントワインディング
に使用した場合に繊維束又は糸を傷付けずに供給するこ
とができ、狭いピッチで配列されたピン間を通して繊維
束又は糸を配列できる。繊維供給ヘッドから引き出され
る繊維束の軸方向に対する角度が、巻付け条件によって
異なっても、案内パイプから円滑に繊維束が引き出され
る。

【００６４】請求項２に記載の発明によれば、膨出部が
片側に設けられたものと同様な効果が得られる他、膨出
部が片側に設けられたものより円滑に繊維束がいずれか
の膨出部によって案内される。

【００６５】請求項３に記載の発明によれば、案内パイ
プを支持するベアリングが不要なため、構成が簡単にな
る。請求項４に記載の発明によれば、繊維束を複数本同
時にマンドレルに巻き付けることができ、案内パイプが
１本の繊維供給ヘッドに比較して複数倍の効率で繊維束
を巻き付けることができる。

【００６６】請求項５に記載の発明によれば、繊維供給
ヘッドが１本のものに比較して複数倍の効率で繊維束を
巻き付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は第１の実施の形態の繊維供給ヘッド
の断面図、（ｂ）は案内パイプの断面図、（ｃ）は案内
パイプの拡大正面図。

【図２】 フィラメントワインディング機の概略斜視
図。

【図３】 繊維束の配列状態を示す模式斜視図。

【図４】 繊維供給ヘッドが上昇位置に配置された状態
の断面図。

【図５】 繊維供給ヘッドが基準位置に配置された状態
の断面図。

【図６】 第２の実施の形態の繊維供給ヘッドユニット
の側面図。

【図７】 別の実施の形態の繊維供給ヘッドの断面図。

【図８】 （ａ）は別の実施の形態の繊維供給ヘッドの
部分断面図、（ｂ）は案内パイプの拡大正面図。

【図９】 （ａ）は別の実施の形態の繊維供給ヘッドの
部分断面図、（ｂ）は案内パイプの拡大正面図。

【図１０】 従来の糸供給ヘッドの部分断面図。

【符号の説明】

２１，４２…繊維供給ヘッド、３１，４３…支持筒部、
３３…案内パイプ、３７…膨出部、３８…繊維供給ヘッ
ドユニット、Ｆ…繊維束。

フロントページの続き (72)発明者 宮下 康己 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 戸枝 稔 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 4F205 AA36 AA39 AD16 AG08 AH17 HA02 HA33 HA37 HA46 HB01 HC02 HC17 HF05 HF23 HK02 HK04 HK05 HL03 HL07 HL14 HM03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維束又は糸を案内する案内パイプをそ
   の先端側が支持筒部から突出する状態で回動可能に取り
   付けるとともに、前記案内パイプの先端部の少なくとも
   片側に、先端側ほど断面積が大きくなるとともに内面が
   内側に凸の曲面形状の膨出部を形成した繊維供給ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 前記案内パイプは先端部の両側に前記膨
   出部が形成されている請求項１に記載の繊維供給ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 繊維束又は糸を案内する案内パイプをそ
   の先端側が支持筒部から突出する状態で回動不能に取り
   付けられるとともに、前記案内パイプの先端部の両側
   に、先端側ほど断面積が大きくなるとともに内面が内側
   に凸の曲面形状の膨出部を形成した繊維供給ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記
   載の案内パイプを複数本、所定の円弧面に沿って、かつ
   所定ピッチで配列した繊維供給ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記
   載の繊維供給ヘッドを複数所定の間隔をおいて、かつ所
   定の円筒面に対して直交する位置と接線方向に延びる位
   置とに移動可能に装備した繊維供給ヘッドユニット。