JP2003201060A - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純な機構によりマンドレルへの糸の巻き始
めや巻き終わりの工程を自動化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を課題とす
る。 【解決手段】 フィラメントワインディング装置１は、
マンドレルＭを回転可能に支持すると共に駆動力を伝達
する中継軸３と、中継軸の外周に回転可能に設けられて
糸の巻き始め時又は巻き終わり時に糸を巻き貯めておく
巻きため用スリーブ１１と、トラバースしながら糸を供
給する供給ヘッド２３と、巻きため用スリーブの糸の巻
き取り方向の回転のみを許容し巻き出し方向の回転を規
制するワンウェイクラッチ１９と、糸の張力を用いてマ
ンドレルの回転力を巻きため用スリーブに伝達する一対
のピン列１５、１７と、巻き終わり時に、供給ヘッドが
巻きため用スリーブに糸を供給している状態で、糸の切
断を行うカッタ９とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィラメントワイ
ンディング装置に関し、特にマンドレルへの巻き始め時
又は巻き終わり時における糸の保持についての技術に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＦＲＰ（繊維強化プラスチッ
ク）製の筒などを製作する方法としてフィラメントワイ
ンディング法がある。このフィラメントワインディング
法においては、心棒となる円柱状のマンドレルの両端部
をチャック機構により回転可能に支持し、マンドレルを
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。その後、繊維層が形成
されたマンドレルをチャック機構から取り外し、加熱炉
内で樹脂を硬化させた後、円筒状の繊維層からマンドレ
ルを抜き出して、筒状のＦＲＰ製品を得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フィラメントワインディング法を実施する装置において
は、マンドレルへの糸の巻き始めの際には、手作業で糸
の端部を所定位置に固定し、糸の巻き終わりの際には、
糸を切断した後、マンドレルを交換する間、手作業で所
定位置に糸をくくりつけて固定していた。このため、作
業効率を向上させるために、糸の巻き始めと巻き終わり
の工程を自動化する要望があった。また、かかる自動化
の一例としては、専用の把持機構を設け、マンドレルへ
の糸の巻き始めと巻き終わりに糸の一部を把持機構によ
り把持しておく技術がある。しかしながら、かかる把持
機構は、一般的に構造を単純にすることが困難であるこ
とが多い。

【０００４】そこで、本発明は、このような従来の問題
点に鑑み、単純な機構によりマンドレルへの糸の巻き始
めや巻き終わりの工程を自動化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を目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、マンドレルに糸を巻きつけるフィラメン
トワインディング装置であって、前記マンドレルを回転
可能に支持すると共に該マンドレルに駆動力を伝達する
駆動軸と、前記駆動軸の外周に同軸的に配置されると共
に該駆動軸と相対回転可能に設けられ、前記マンドレル
への糸の巻き始め時又は巻き終わり時に糸を巻き貯めて
おく巻きため用スリーブと、前記マンドレル及び前記巻
きため用スリーブに沿ってトラバースし糸を供給する供
給ヘッドと、前記巻きため用スリーブに係合し、該巻き
ため用スリーブの糸の巻き取り方向の回転のみを許容
し、巻き出し方向の回転を規制する回転規制手段と、前
記巻きため用スリーブに前記マンドレルと同期的な駆動
力を伝達する駆動力伝達手段とを備えている。

【０００６】好適には、前記駆動力伝達手段は、前記マ
ンドレルと前記巻きため用スリーブにそれぞれ設けら
れ、該マンドレルと該巻きため用スリーブとに跨って巻
き付けられた糸の張力を用いて駆動力の伝達を行う一対
のピン列を備える。また、好適には、フィラメントワイ
ンディング装置は前記巻き終わり時に、前記供給ヘッド
が前記巻きため用スリーブに糸を供給している状態で、
糸の切断を行うカッタを更に備え、このカッタは、前記
一対のピン列の間の糸の部分を切断する。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形
態に係るフィラメントワインディング装置における巻き
ため部周辺を示す図である。なお、フィラメントワイン
ディング装置は、以下に説明する構造以外の部分は既存
のフィラメントワインディング装置の構造と同様でよい
ものとする。フィラメントワインディング装置１は、マ
ンドレルＭにトルクを伝達する駆動軸としての中継軸３
を備えている。図１において、中継軸３の右端部は、図
示しない駆動モータに接続されており、これにより、中
継軸３が回転する。中継軸３の図１における左端部に
は、マンドレルＭの右端部が接続されている。中継軸３
の左端部すなわちマンドレル側の端部３ａは、中継軸３
の他の部分すなわち本体部３ｂに比べてその直径が大き
く形成されている。このマンドレル側端部３ａには、左
端面から所定深さの穴が形成されている。この穴には、
マンドレルＭの右端部Ｍａが挿入される。中継軸３とマ
ンドレルＭとは、両者が長手方向にオバーラップする部
分において、中継軸３のマンドレル側端部３ａとマンド
レルＭの右端部Ｍａとの双方を貫通するピン５によって
トルク伝達関係に接続されている。また、マンドレルＭ
の右端部Ｍａは、本体部Ｍｂよりも小径に形成されてい
る。なお、マンドレルＭと駆動軸との接続構造は、上記
の構造に限定されるものではなく、例えばチャック機構
を用いるなど、トルク伝達可能な関係で連結する他の構
造でもよい。

【０００８】中継軸３のマンドレル側端部３ａの外周面
には、糸切断補助部７が設けられている。糸切断補充部
７は、中継軸３の長手方向に所定距離、離隔する一対の
鍔状部７ａ、７ｂを備えている。また、糸切断補充部７
のほぼ上方には、カッタ９が昇降可能に設けられてい
る。カッタ９は、糸の切断が必要な場合に下降されて、
一対の鍔状部７ａ、７ｂの間の糸の部分を切断し、その
他の場合には、糸切断補充部７から十分に離れた位置へ
と上昇されている。

【０００９】中継軸３の本体部３ｂの外周には、巻きた
め用スリーブ１１が配設されている。巻きため用スリー
ブ１１は、筒状の部材であり、スリーブ両端部の内側に
配置された一対のベアリング１３ａ、１３ｂによって、
中継軸３に対して相対回転可能に支持されている。

【００１０】巻きため用スリーブ１１のマンドレル側端
部の外周には、複数のピンから構成されるピン列１５が
設けられている。ピン列１５のピンは、巻きため用スリ
ーブ１１の軸心とほぼ直交する面上に配置され、且つ、
巻きため用スリーブ１１の外周面から放射状に且つ相互
に等角度で離隔するように配置されている。なお、マン
ドレルＭの本体部Ｍｂにおける巻きため用スリーブ側の
端部にも、ピン列１５と同様なピン列１７が設けられて
いる。

【００１１】巻きため用スリーブ１１の反マンドレル側
端部の外周には、巻きため用スリーブ１１が一方向（後
述する巻き取り方向）にのみ回転することができるよう
にする回転規制手段としてのワンウェイクラッチ１９が
配置されている。ワンウェイクラッチ１９は、適当なブ
ラケット２１によって所定位置に固定されると共に、巻
きため用スリーブ１１の端部を支持する。

【００１２】さらに、マンドレルＭ及び巻きため用スリ
ーブ１１の近傍には、それらの長手方向に沿ってトラバ
ース可能な糸の供給ヘッド２３が設けられている。供給
ヘッド２３は、図示しない供給装置からの糸をトラバー
スしながらマンドレルＭ又は巻きため用スリーブ１１に
供給する。

【００１３】次に、以上のように構成された巻きため部
周辺構造を含むフィラメントワインディング装置の動作
について説明する。尚、本実施の形態では、樹脂で含浸
された糸の巻き付けが終了し、その上から含浸していな
いドライ糸を巻き付ける際の、巻き始めから巻き終わり
までの工程に適用した場合について説明する。よって、
図２に示されるマンドレルＭにはすでに、樹脂で含浸さ
れた糸が巻き付けられているものとし、この含浸された
糸の巻き付けは、マンドレルＭの図示しない左端から巻
き始め、同じく左端で巻き終わるものとする。この含浸
した糸の上にドライ糸を、マンドレルＭの右端から巻き
始め、同じく右端で巻き終わるようにする。

【００１４】図２の第１状態に示されるように、巻きた
め用スリーブ１１には、前のマンドレルＭへのドライ糸
の巻き付けが完了した後のドライ糸Ｔが巻き付いてお
り、供給ヘッド２３は巻きため用スリーブ１１の近傍に
待機している（待機状態）。すなわち、巻き始め時、ド
ライ糸Ｔは巻きため用スリーブ１１に保持されている。
この状態から、図２の第２状態に示されるように、供給
ヘッド２３をピン列１５、糸切断補助部７、ピン列１７
を通って、マンドレルＭの本体部Ｍｂの方へトラバース
させる。このとき、中継軸３及びそれと接続するマンド
レルＭは、図示しない駆動モータの駆動力により図２の
矢印の方向に回転している。一方、巻きため用スリーブ
１１には、ベアリング１３ａ、１３ｂの存在により、中
継軸３の駆動力は直接伝達されることはない。図２の第
２状態のように、供給ヘッド２３がマンドレルＭの本体
部Ｍｂまでトラバースされると、ドライ糸Ｔがピン列１
５及びピン列１７の双方に引っ掛かった状態となり、中
継軸３からマンドレルＭ、ピン列１７に伝達された駆動
力が、このピン列１５、１７に掛止されたドライ糸Ｔを
介して、ピン列１５さらに巻きため用スリーブ１１にも
伝達されるようになる。すなわち、ピン列１５、１７
は、マンドレルＭの駆動力を巻きため用スリーブ１１に
伝達する駆動力伝達手段として機能する。これによっ
て、巻きため用スリーブ１１が中継軸３やマンドレルＭ
と同期的に回転する。また、このとき、ワンウェイクラ
ッチ１９は巻きため用スリーブ１１が糸の巻き取り方向
にのみ回転することを許容しているため、巻きため用ス
リーブ１１がマンドレルＭと共に回転することをワンウ
ェイクラッチ１９によって阻害されることはない（図３
参照）。

【００１５】図２の第２状態から、供給ヘッド２３は、
マンドレルＭの本体部Ｍｂの右端部から左端部の間を必
要回数だけ往復移動し、マンドレルＭの回転を利用して
必要量のドライ糸Ｔを本体部Ｍｂに巻き付ける。供給ヘ
ッド２３は、マンドレルＭの本体部Ｍｂへの必要量の巻
き付けが完了したら、ピン列１７、糸切断補助部７、ピ
ン列１５を通って、図２の第３状態に示されるように巻
きため用スリーブ１１の近傍までトラバースする。この
とき、巻きため用スリーブ１１はマンドレルＭと同期的
に回転しているため、供給ヘッド２３から供給される糸
Ｔは、マンドレルＭへの巻き付けと同様に、巻きため用
スリーブ１１上にスパイラル状に巻き付けられる。

【００１６】その後、図２の第４状態に示されるよう
に、カッタ９が下降され糸切断補助部７における一対の
鍔状部７ａ、７ｂの間の糸Ｔの部分が切断される。切断
されたマンドレルＭ側の糸Ｔの端部Ｔａは、マンドレル
Ｍをチャック機構から外し、次の処理工程へ運搬する際
に、マンドレルＭと一体に移動する。一方、切断された
巻きため用スリーブ１１側の糸Ｔの端部Ｔｂは、すでに
巻きため用スリーブ１１に巻き付けられている糸に覆わ
れてそれ以上ほどけることがないようになっている。ま
た、切断後、供給ヘッド２３から巻きため用スリーブ１
１側に供給されているドライ糸Ｔには、適当な張力が作
用している一方、切断によりピン列１５、１７の間の糸
によるトルク伝達は解消されているため、図３に示され
るように、巻きため用スリーブ１１には糸の巻き出し方
向のトルクが作用する。しかしながら、巻きため用スリ
ーブ１１はワンウェイクラッチ１９によって巻き取り方
向にのみ回転することが許されているため、切断後も、
巻きため用スリーブ１１が糸の張力により巻き出し方向
に回転してしまうことが防止され、待機状態（図２の第
４状態から第１状態にかけて）に巻きため用スリーブ１
１上の糸が弛んでしまうことが防止されている。このよ
うにして、巻き終わり時も、ドライ糸Ｔは巻きため用ス
リーブ１１に好適な張力を持ったまま保持されている
（待機状態）。

【００１７】図２の第４状態の後、新たなマンドレルＭ
の準備が完了すると、すぐに図２の第１状態から次の巻
き付け作業を行うことができ、しかも、上述したように
待機状態にも糸は弛むことなく保持されているため、糸
の巻き始めと巻き終わりの工程を自動化することができ
る。かかる自動化は、特別な糸の把持機構を新設するこ
ともなく、マンドレルＭを回転させ、供給ヘッド２３を
トラバースするという通常の糸の巻き付け動作と同じ動
作だけを必要とする単純な機構で実現される。また、巻
きため用スリーブ１１の糸の巻き出しが防止され糸の張
力が適当に保持されている待機状態の間も、中継軸３を
介するマンドレルＭの回転は行うことができ、例えばド
ライ糸の巻き付けは待機させたまま、マンドレルＭを回
転させ他の供給ヘッドから別の糸を巻き付ける作業を行
うことも可能である。

【００１８】以上説明してきた本発明は、上記の実施の
形態に限定されるものではなく、適宜改変を施すことが
可能である。すなわち、自動化の対象となる糸の巻き付
け工程は、含浸をしていないドライ糸だけに限定される
ものではなく、含浸した糸の巻き付け工程の自動化にも
適用することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のフィラメ
ントワインディング装置によれば、待機状態にも糸を弛
めずに保持することができ、糸の巻き始めや巻き終わり
の工程を自動化することができる。また、かかる自動化
は、特別な糸の把持機構を新設することもなく、通常の
糸の巻き付け動作と同じ動作だけを必要とする単純な機
構で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るフィラメントワイ
ンディング装置における巻きため用スリーブ周辺部を示
す側面図である。

【図２】 本発明の実施の形態に係るフィラメントワイ
ンディング装置における巻き付け動作を説明する図であ
る。

【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線から見た巻きため用
スリーブを示し、当該スリーブの回転条件を説明する図
である。

【符号の説明】

１…フィラメントワインディング装置、３…中継軸（駆
動軸）、９…カッタ、１１…巻きため用スリーブ、１
５、１７…ピン列（駆動力伝達手段）、１９…ワンウェ
イクラッチ（回転規制手段）、２３…供給ヘッド、Ｍ…
マンドレル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マンドレルに糸を巻きつけるフィラメン
   トワインディング装置であって、 前記マンドレルを回転可能に支持すると共に該マンドレ
   ルに駆動力を伝達する駆動軸と、 前記駆動軸の外周に同軸的に配置されると共に該駆動軸
   と相対回転可能に設けられ、前記マンドレルへの糸の巻
   き始め時又は巻き終わり時に糸を巻き貯めておく巻きた
   め用スリーブと、 前記マンドレル及び前記巻きため用スリーブに沿ってト
   ラバースし糸を供給する供給ヘッドと、 前記巻きため用スリーブに係合し、該巻きため用スリー
   ブの糸の巻き取り方向の回転のみを許容し、巻き出し方
   向の回転を規制する回転規制手段と、 前記巻きため用スリーブに前記マンドレルと同期的な駆
   動力を伝達する駆動力伝達手段と、を備えたフィラメン
   トワインディング装置。
2. 【請求項２】 前記駆動力伝達手段は、前記マンドレル
   と前記巻きため用スリーブにそれぞれ設けられ、該マン
   ドレルと該巻きため用スリーブとに跨って巻き付けられ
   た糸の張力を用いて駆動力の伝達を行う一対のピン列を
   備える請求項１に記載のフィラメントワインディング装
   置。
3. 【請求項３】 前記巻き終わり時に、前記供給ヘッドが
   前記巻きため用スリーブに糸を供給している状態で、糸
   の切断を行うカッタを更に備えた請求項１または２に記
   載のフィラメントワインディング装置。
4. 【請求項４】 前記カッタは、前記一対のピン列の間の
   糸の部分を切断する請求項３に記載のフィラメントワイ
   ンディング装置。