JP2005262504A

JP2005262504A - フィラメントワインディング装置

Info

Publication number: JP2005262504A
Application number: JP2004075136A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Wakao; 佳孝若尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】ボビン端でのフィラメントの横滑りを抑制するとともに、張力変動や毛羽立ち等の不具合を少なくする。
【解決手段】フィラメント１１を連続的に供給する供給手段２０の近傍に案内機構３４を設け、ボビン１０から繰り出されるフィラメント１１のボビン１０端での横滑りを防止するようにした。かかる案内機構３４は、ボビン１０の軸方向に延在して設置されるフィラメント案内レール３５と、ボビン１０から繰り出されるフィラメント１１を案内するとともに、フィラメント１１の繰り出し点に追従してフィラメント案内レール３５上を移動するフィラメント案内部３６と、から構成した。なお、フィラメント案内レール３５とフィラメント案内部３６との間の移動抵抗力は、ボビン１０から繰り出されるフィラメント１１の繰り出し力よりも小さく、ボビン１０上におけるフィラメント１１の滑り力よりも大きく設定した。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、フィラメントワインディング装置に関し、特に、ボビンから供給されるフィラメントを適切に案内することができるフィラメントワインディング装置に関するものである。

フィラメントワインディング法は樹脂を含浸したフィラメント（本明細書中における「フィラメント」は、材質として炭素繊維やガラス繊維等で構成されているものを含むとともに、形態として１本の糸状のものから複数本の繊維を束ねたものを含む概念である）を一定の張力を与えながら回転しているマンドレル又は被フィラメント巻付け部材に規則正しく巻きつけ、所定の厚さまで成形した後、樹脂を硬化させ製品を得る工法であり、あらかじめ樹脂含浸されたフィラメントを用いる方法と、フィラメントワインディング装置に具備された含浸装置を用いて、工程中樹脂を含浸させながら巻き付けを行う方法に大別される。

工程中のフィラメントには、フィラメントが弛まないように所定の張力が付与されていることが重要である。フィラメントに付与される張力が低下すると、フィラメントがたるみ、含浸状態が変化して品質が一定せず、またフィラメントをマンドレル又は被フィラメント巻付け部材に規則正しく巻きつける作業が実現できなくなるからである。

そこで、従来のフィラメントワインディング装置では、フィラメントが巻回されているボビンを装置本体から遠く離れた位置に配置し、そこからフィラメントを繰り出すことによってフィラメントに付与される張力を一定の値に保っていた。しかしながら、このようなフィラメントワインディング装置では、広い設置スペースを必要とする上にボビンの取り替え作業が行い辛い等の欠点があったため、ボビンを本体側に配備させる要望が存在していた。

そこで、下記特許文献１に記載の考案では、ボビンとマンドレルの間にデフレクタロールを配置し、このデフレクタロールによってフィラメントに発生する弛みを吸収するようにした。かかるデフレクタロールは、ボビン近傍にボビンと平行に設置されているので、ボビンからのフィラメント繰り出し角度を大きくとることができ、フィラメントのスムーズな繰り出しを実現するものである。

実開平１−１６９５７０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の考案では、ある程度の弛みを吸収することは可能であるが、フィラメントがボビンの端で折り返す際に発生する大きな弛みまで吸収することはできない。

これは、図５Ａおよび図５Ｂにおいて示されるように、ボビン１０に巻回されているフィラメント１１は、ボビン１０に対して斜めに、かつ、ボビン１０の両端で折り返された状態で巻回されているためであり（図５Ａ参照）、ボビン端の折り返し点付近でフィラメント１１が横滑りを起こすことにより、一時的に大きな弛みを発生させてしまうからである（図５Ｂ参照）。

このような問題は、ボビンの長さが長くなるほど顕著に現れるものであり、上記特許文献１に記載の考案では、フィラメントの弛みを吸収できないばかりか、フィラメントが横滑りすることによって毛羽立ちや切れ等の不具合を発生させることにもつながるものである。

本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであって、ボビン端でのフィラメントの横滑りを抑制するとともに、張力変動や毛羽立ち等の不具合を少なくすることが可能なフィラメントワインディング装置を提供するものである。

本発明に係るフィラメントワインディング装置は、マンドレル又は被フィラメント巻付け部材を支持して回転させながら、連続供給されるフィラメントを前記マンドレル又は被フィラメント巻付け部材の表面に対して巻き付ける巻き付け手段と、フィラメントが巻回されたボビンを回転させることによってフィラメントを繰り出し、前記巻き付け手段に対してフィラメントを連続的に供給する供給手段と、前記供給手段によって繰り出されるフィラメントを案内して、前記巻き付け手段に供給する案内手段と、を備える装置であって、前記案内手段は、前記ボビンから繰り出されるフィラメントを前記供給手段近傍で案内するための案内機構を有しており、かかる案内機構は、前記ボビンの軸方向に延在して設置されるフィラメント案内レールと、ボビンから繰り出されるフィラメントを案内するとともに、前記フィラメントの繰り出し点に追従して前記フィラメント案内レール上を移動するフィラメント案内部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るフィラメントワインディング装置において、前記フィラメント案内レールと前記フィラメント案内部との間の移動抵抗力は、前記ボビンから繰り出されるフィラメントの繰り出し力よりも小さく、前記ボビン上におけるフィラメントの滑り力よりも大きくなるようにすることが好適である。

本発明によれば、ボビン端でのフィラメントの横滑りを抑制するとともに、張力変動や毛羽立ち等の不具合の少ないフィラメントワインディング装置を提供することが可能である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１Ａは、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の全体構成を示す概略図である。また、図１Ｂは、図１Ａのうち、ボビン１０近傍を矢印Ａ方向から見た上面図である。

本実施形態に係るフィラメントワインディング装置は、大きく分けて供給手段２０と案内手段３０、および巻き付け手段４０という３つの手段によって構成されている。

供給手段２０は、フィラメント１１が巻回されたボビン１０と、このボビン１０を支持し、回転させる図示しない支持機構とから構成されている。ボビン１０からのフィラメント１１の繰り出しは、巻き付け手段４０からフィラメント１１が引っ張られることによって行われる。つまり、この引っ張り力によってボビン１０が回転し、フィラメント１１が連続的に繰り出されることになるのである。

一方、案内手段３０は、供給手段２０から繰り出されるフィラメント１１を案内して、フィラメント１１を巻き付け手段４０に供給する役割を担っている。この案内手段３０は、例えば、供給手段２０と巻き付け手段４０の間に設置される固定ガイド３１やガイドローラ３２として構成することが可能である。また、フィラメント１１の弛みを吸収し、所定のテンションを維持するための加重ローラ３３を設けることも好適である。加重ローラ３３の位置制御によって、フィラメント１１に発生するある程度の弛みを吸収し、フィラメント１１のテンションをコントロールすることが可能となるのである。

さらに、巻き付け手段４０は、例えば、被フィラメント巻付け部材としての高圧容器４１と、この高圧容器４１を支持して回転させる図示しない駆動機構とから構成することが可能である。上述した供給手段２０によって繰り出され、案内手段３０によって適切な位置に供給されるフィラメント１１を、高圧容器４１の表面に対して巻き付けることによって、製品が完成するのである。なお、高圧容器４１は、図示しない駆動機構によってその水平方向の軸を中心として回転されるとともに（矢印Ｂの方向）、高圧容器４１全体を紙面の左右方向（矢印Ｃの方向）に移動されることができるので、高圧容器４１の表面に対してフィラメント１１がヘリカルに巻回されることが可能となっている。

ここで、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の特徴的なこととして、上述した案内手段３０が、さらに、ボビン１０から繰り出されるフィラメント１１を供給手段２０近傍で案内するための案内機構３４を有していることがあげられる。

かかる案内機構３４は、ボビン１０の軸方向に延在して設置されるフィラメント案内レール３５と、このフィラメント案内レール３５上を移動することが可能なフィラメント案内部３６とから構成されている。

ボビン１０の軸方向に延在して設置されるフィラメント案内レール３５については、図１Ａおよび図１Ｂにおいて示されるように、ボビン１０上方のフィラメント１１繰り出し側に延在して設置されることが好適である。ただし、フィラメント１１の繰り出し性に影響を与えない範囲で自由な位置に設置することが可能であり、例えば、ボビン１０直上にフィラメント案内レール３５を設置することとしても良いし、ボビン１０の軸方向に対して略平行方向にフィラメント案内レール３５を設置することとしても良い。

一方、フィラメント案内部３６については、ボビン１０から繰り出されるフィラメント１１を案内するものであり、フィラメント１１の繰り出し点に追従してフィラメント案内レール３５上を移動することができるようになっている。フィラメント案内部３６の具体的な形状は、例えば、図１Ｂに示されているような環状部材とし、この環の中にフィラメント１１を通すような構成とすることができる。

また、図２において示すように、フィラメント案内レール３５とフィラメント案内部３６との間の移動抵抗力は、ボビン１０から繰り出されるフィラメント１１の繰り出し力よりも小さく、ボビン１０上におけるフィラメント１１の滑り力よりも大きくなるように構成することが好適である。すなわち、フィラメント案内部３６は、繰り出されるフィラメント１１に従ってフィラメント案内レール３５上を移動することになるのであるが、ボビン１０上を滑ろうとするフィラメント１１の動きには抗することができる。したがって、フィラメント１１の横滑りを防止することができるのである。

フィラメント案内レール３５とフィラメント案内部３６の具体的な構成としては、移動抵抗力を発生することができるものであればどのような構成を採用しても良い。例えば、フィラメント案内レール３５とフィラメント案内部３６を、ラックとピニオン、直動ガイド、チェーンとスプロケット、ベルトとプーリ等の伝導部品によって構成することが可能である。その他、バネ力を用いたもの、油圧を用いたもの、電磁力を用いたもの等も採用することができる。

以上のような構成を有する本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の駆動手順について、図３を用いて説明すると以下の通りである。

すなわち、ボビン１０に巻回されたフィラメント１１は、巻き付け手段４０からの引っ張り力によって、フィラメント案内部３６を介して案内手段３０に繰り出される。フィラメント１１は、フィラメント案内部３６を介して繰り出されることにより、フィラメント１１がボビン１０端で折り返した際に発生しようとする弛みを抑制されるので、連続的に安定したテンションで繰り出されることになる。案内手段３０は、案内機構３４や加重ローラ３３を用いてテンションを調整しながら、巻き付け手段４０側にフィラメント１１を供給する。巻き付け手段４０では、被フィラメント巻付け部材である高圧容器４１を所定の速度で回転させ、高圧容器４１の表面に対してフィラメント１１を巻き付ける。以上のようにして、フィラメントワインディング装置が稼働されるのである。

なお、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の優位性について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａは、従来のフィラメントワインディング装置におけるフィラメントのテンション変動を示す図であり、図４Ｂは、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置におけるフィラメントのテンション変動を示す図である。なお、図４Ａおよび図４Ｂにおいて、横軸は経過時間であり、縦軸はテンションを示している。また、縦軸の中心線上に波形が重なっている場合は、テンションが所望の値となっていることを示している。

図４Ａの場合において、フィラメント１１の繰り出し点がボビン１０端にくるとフィラメント１１に横滑りが発生してたるみが生じるので、一旦テンションは低下する。その直後、加重ローラ３３が移動してテンションを一定に保とうとするので、今度は逆にテンションが増加し、その後テンションが所望の値に落ち着く。このようなテンションの乱れはフィラメント１１の繰り出し点がボビン１０端にくる度に発生するので、従来のフィラメントワインディング装置では、図４Ａに示すようなテンション変動が常に発生してしまっていた。

一方、図４Ｂに示すように、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置では、案内機構３４の効果によってテンション変動を抑制することができる。したがって、ボビン１０端でのフィラメント１１の横滑りを抑制するとともに、張力変動や毛羽立ち等の不具合を少なくすることが可能となるのである。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の全体構成を示す概略図である。図１Ａのうち、ボビン近傍を矢印Ａ方向から見た上面図である。本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の要部を示す図である。本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の駆動手順を説明するための図である。従来のフィラメントワインディング装置におけるフィラメントのテンション変動を示す図である。本実施形態に係るフィラメントワインディング装置におけるフィラメントのテンション変動を示す図である。ボビンに巻回されているフィラメントの様子を示す図である。フィラメントがボビン端の折り返し点付近で発生させる横滑りの様子を示す図である。

符号の説明

１０ボビン、１１フィラメント、２０供給手段、３０案内手段、３１固定ガイド、３２ガイドローラ、３３加重ローラ、３４案内機構、３５フィラメント案内レール、３６フィラメント案内部、４０巻き付け手段、４１高圧容器。

Claims

マンドレル又は被フィラメント巻付け部材を支持して回転させながら、連続供給されるフィラメントを前記マンドレル又は被フィラメント巻付け部材の表面に対して巻き付ける巻き付け手段と、
フィラメントが巻回されたボビンを回転させることによってフィラメントを繰り出し、前記巻き付け手段に対してフィラメントを連続的に供給する供給手段と、
前記供給手段によって繰り出されるフィラメントを案内して、前記巻き付け手段に供給する案内手段と、
を備えるフィラメントワインディング装置であって、
前記案内手段は、前記ボビンから繰り出されるフィラメントを前記供給手段近傍で案内するための案内機構を有しており、
かかる案内機構は、
前記ボビンの軸方向に延在して設置されるフィラメント案内レールと、
ボビンから繰り出されるフィラメントを案内するとともに、前記フィラメントの繰り出し点に追従して前記フィラメント案内レール上を移動するフィラメント案内部と、
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、
前記フィラメント案内レールと前記フィラメント案内部との間の移動抵抗力は、前記ボビンから繰り出されるフィラメントの繰り出し力よりも小さく、前記ボビン上におけるフィラメントの滑り力よりも大きいことを特徴とするフィラメントワインディング装置。