JP2006150829A - Filament winding device, filament winding method and bobbin - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、適切な張力を維持してボビンからフィラメントを供給することを可能とするフィラメントワインディング装置、フィラメントワインディング方法及びボビンに関する。 The present invention relates to a filament winding apparatus, a filament winding method, and a bobbin that can supply a filament from a bobbin while maintaining an appropriate tension.
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付け、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る。フィラメントワインディング法は、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。 The filament winding method is a filament impregnated with a resin (in this specification, “filament” includes a material composed of carbon fiber, glass fiber, or the like as a material, and from a single filamentous form to a plurality of filaments. It is a concept that includes a bundle of fibers) that is regularly wound around a rotating mandrel or filament wound member while applying a certain tension, molded to a predetermined thickness, and then cured to form a product. is there. The filament winding method is roughly classified into a method using a filament impregnated with a resin in advance and a method of winding while impregnating a resin during the process using an impregnation apparatus provided in the filament winding apparatus.
フィラメントを部材に巻き付ける際には、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ことができなくなる。 When the filament is wound around the member, it is important that a predetermined tension is applied so that the filament does not loosen. When the tension applied to the filament is lowered, the filament is slack, the impregnation state is changed, the quality is not constant, and the filament cannot be regularly wound around the mandrel or the filament wound member.
そこで、特許文献1〜5には、ボビンと巻き付け部材との間に張力調整機構を配置し、フィラメントの張力を調整しつつ巻き付けを行う技術が開示されている。 Therefore, Patent Documents 1 to 5 disclose a technique in which a tension adjusting mechanism is disposed between a bobbin and a winding member, and winding is performed while adjusting the tension of the filament.
上記従来技術では、図5A及び図5Bに示すように、フィラメントをガイドするローラー14を介して、ボビン10に巻かれたフィラメント12を引き出している。図6に、フィラメントを部材に巻き付ける際のボビン10の軸方向におけるフィラメント12の引き出し位置X、位置Xからフィラメントが引き出されているときのボビン10とローラー14との間に張られるフィラメント12の長さL、及び、長さLの時間的な変化率ΔL、のそれぞれの時間変化について示す。
In the prior art, as shown in FIGS. 5A and 5B, the
上記従来技術で用いられているボビン10及びローラー14は共に直径が均一である円筒形状であり、ボビン10の端部で折り返されるようにフィラメント12が巻かれているため、フィラメント12を引き出す際にフィラメント12の引き出し位置Xがボビン10の端部で折り返されるタイミングで、ボビン10とローラー14との間に張られるフィラメント12の長さLの時間的な変化率ΔLが不連続に変化する。そのタイミングにおいて、ボビン10とローラー14との間に張られるフィラメント12に撓みが発生し、上記従来技術の張力調整機構ではフィラメント12の張力を所望範囲に調整することができなくなる。
Both the
本発明は、上記従来技術の課題を鑑み、フィラメントの張力を適切に維持することができるフィラメントワインディング装置、フィラメントワインディング方法及びボビンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a filament winding apparatus, a filament winding method, and a bobbin that can appropriately maintain the tension of the filament.
本発明は、被巻き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被巻き付け部材に巻き付ける巻き付け部と、フィラメントが巻かれたボビンを備え、前記ボビンを回転させることによってフィラメントを連続的に供給する供給部と、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを備え、フィラメントを前記巻き付け部に案内する案内部と、を備えるフィラメントワインディング装置であって、前記ボビンは、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となる形状を有することを特徴とする。 The present invention includes a winding portion for winding a continuously supplied filament around the member to be wound while supporting and rotating the member to be wound, and a bobbin around which the filament is wound, and the filament is continuously formed by rotating the bobbin. A filament winding apparatus comprising: a supply unit that supplies the filament; a roller on which the filament supplied from the bobbin is directly mounted; and a guide unit that guides the filament to the winding unit, wherein the bobbin includes the bobbin And the length of the filament stretched between the roller and the roller has a continuous shape.
ここで、前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であることが好適である。具体的には、前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも大きいことが好適である。 Here, it is preferable that the bobbin has a non-uniform diameter along the axial direction in a region where the filament is wound. Specifically, it is preferable that the bobbin has a diameter in the vicinity of the end of the region where the filament is wound larger than the diameter in the vicinity of the center.
また、本発明は、被巻き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被巻き付け部材に巻き付ける巻き付け部と、フィラメントが巻かれたボビンを備え、前記ボビンを回転させることによってフィラメントを連続的に供給する供給部と、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを備え、フィラメントを前記巻き付け部に案内する案内部と、を備えるフィラメントワインディング装置であって、前記ローラーは、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となる形状を有することを特徴とする。 The present invention also includes a winding portion for winding a continuously supplied filament around the member to be wound while supporting and rotating the member to be wound, and a bobbin around which the filament is wound, and the filament is obtained by rotating the bobbin. A filament winding apparatus comprising: a supply unit for continuously supplying a filament; and a roller on which a filament supplied from the bobbin is directly hung, and a guide unit for guiding the filament to the winding unit. It has a shape in which the temporal change rate of the length of the filament stretched between the bobbin and the roller is continuous.
ここで、前記ローラーは、フィラメントが掛けられる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であることが好適である。具体的には、前記ローラーは、フィラメントが掛けられる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも小さいことが好適である。 Here, it is preferable that the roller has a non-uniform diameter along the axial direction in a region where the filament is hung. Specifically, it is preferable that the roller has a smaller diameter near the end of the region where the filament is hung than a diameter near the center.
また、本発明は、フィラメントワインディング装置に用いられるボビンであって、前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であること特徴とする。具体的には、フィラメントが巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも大きいことが好適である。 Further, the present invention is a bobbin used in a filament winding apparatus, wherein the bobbin has a non-uniform diameter along the axial direction in a region where the filament is wound. Specifically, it is preferable that the diameter near the end of the region where the filament is wound is larger than the diameter near the center.
本発明は、被巻き付け部材を支持して回転させることによって、フィラメントが巻かれたボビンからフィラメントを連続供給して、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを介して、前記被巻き付け部材に巻き付けるフィラメントワインディング方法であって、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となるようにフィラメントを供給することを特徴とする。 According to the present invention, the member to be wound is supplied by continuously supplying the filament from the bobbin wound with the filament by supporting and rotating the member to be wound, and via the roller on which the filament supplied from the bobbin is directly laid. The filament winding method is characterized in that the filament is supplied so that the temporal change rate of the length of the filament stretched between the bobbin and the roller is continuous.
また、被巻き付け部材を支持して回転させることによって、フィラメントが巻かれたボビンからフィラメントを連続供給して、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを介して、前記被巻き付け部材に巻き付けるフィラメントワインディング方法であって、フィラメントが連続的に供給される際に、前記ボビンからフィラメントが供給される点と、供給されたフィラメントが前記ローラーと接する点との2点間の距離変化が抑制されるようにフィラメントを供給することを特徴とする。 Further, by supporting and rotating the member to be wound, the filament is continuously supplied from the bobbin around which the filament is wound, and is wound around the member to be wound through a roller on which the filament supplied from the bobbin is directly laid. In the filament winding method, when the filament is continuously supplied, a change in the distance between the point where the filament is supplied from the bobbin and the point where the supplied filament contacts the roller is suppressed. The filament is supplied in such a manner.
本発明によれば、ボビンとローラーとの間に張られるフィラメントの撓みを抑制し、フィラメントの巻き付け時にフィラメントの張力を適切に維持することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the bending of the filament stretched between a bobbin and a roller can be suppressed, and the tension | tensile_strength of a filament can be maintained appropriately at the time of winding of a filament.
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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments do not limit the invention according to each claim, and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. .
図1は、本実施の形態におけるフィラメントワインディング装置100の全体構成を示す概略図である。フィラメントワインディング装置100は、大きく分けて供給部102と案内部104及び巻き付け部106という3つの部分によって構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a
供給部102は、フィラメント12が巻回されたボビン20と、このボビン20を支持し、回転させる支持機構(図示しない)とから構成されている。フィラメント12は、ボビン20から引き出され、案内部104で張力調整が行われた後に巻き付け部106に供給される。ボビン20からのフィラメント12の繰り出しは、巻き付け部106からフィラメント12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20が回転し、フィラメント12が連続的に繰り出される。
The
案内部104は、供給部102から引き出されたフィラメント12をガイドして、フィラメント12を巻き付け部106に供給する。この案内部104は、例えば、供給部102と巻き付け部106の間に設置される固定ガイド22やローラー24を含んで構成される。また、フィラメント12の弛みを吸収し、フィラメント12の張力を所定の範囲に保つためのアクティブダンサー26を設けることも好適である。アクティブダンサー26は、ダンサーロール28を備える。張力センサ30によって引き出されたフィラメント12の張力を測定し、その結果を受けた制御部32がウェイトを調整することによってフィラメント12に発生するある程度の弛みを吸収し、フィラメント12の張力を制御することを可能とする。
The
巻き付け部106は、例えば、被巻付け部材としての高圧容器34と、この高圧容器34を支持して回転させる駆動機構(図示しない)とを含んで構成される。供給部102から繰り出され、案内部104によって適切な位置に保持されたフィラメント12を、高圧容器34の表面に巻き付ける。なお、高圧容器34は、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、高圧容器34の軸方向に沿って移動させることができる。これにより、高圧容器34の表面にフィラメント12をヘリカルに巻き付けることが可能となる。
The
本実施形態に係るフィラメントワインディング装置100は、供給部102に備わるボビン20がその軸方向に沿って直径が不均一であることを特徴とする。図2Aは、供給部102及び案内部104の主要部を正面からみた部分図であり、図2Bは、供給部102及び案内部104の主要部を側面からみた部分図である。
The
ボビン20からフィラメント12が供給される点と供給されたフィラメント12がローラー24と接する点との2点間の距離変化が抑制されることが好適である。具体的には、ボビン20と一番目のローラー24との間に張られるフィラメント12の長さLについて時間に対する一階微分が可能とすることが好ましい。例えば、ボビン20の直径は、その軸方向に沿って、ボビン20と一番目のローラー24との間に張られるフィラメント12の長さLの時間的な変化率ΔLが常に連続となるように設定する。
It is preferable that the change in the distance between the point where the
より具体的には、ボビン20の軸方向に沿って、フィラメント12が巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも大きい形状とすることが好ましい。ここで、ボビン20の直径は、軸方向に沿って滑らかに連続的に変化させることが好ましい。例えば、図2A及び図2Bに示すように、ボビン20と一番目のローラー24との間に張られるフィラメント12の長さLが略一定に保たれるようにボビン20の直径を設定することが好ましい。
More specifically, it is preferable that the diameter near the end of the region where the
図3に、フィラメントを引き出す際における、ボビン20の軸方向におけるフィラメント12の引き出し位置X、位置Xからフィラメントが引き出されているときのボビン20と一番目のローラー24との間に張られるフィラメント12の長さL、及び、長さLの時間的な変化率ΔL、のそれぞれの時間変化について示す。
FIG. 3 shows the
ボビン20では、端部付近で折り返されるようにフィラメント12が巻かれているため、フィラメント12を引き出す際に引き出し位置Xがボビン20の端部で折り返されるタイミングにおいても、ボビン20とローラー24との間に張られるフィラメント12の長さLの時間的な変化率ΔLを連続に維持することができる。従って、ボビン20とローラー24との間に張られるフィラメント12には撓みが発生することがなくなり、アクティブダンサー26等の張力調整機構においてフィラメント12の張力を所望範囲に維持しつつフィラメント12を巻き付けることができる。
In the
例えば、図2A及び図2Bに示すボビン20では、ボビン20と一番目のローラー24との間に張られるフィラメント12の長さLが略一定に保たれるので、長さLの時間的な変化率ΔLも略一定に維持される。これにより、張力調整機構を用いてフィラメント12の張力を所望範囲に維持しつつフィラメント12を巻き付けることができる。
For example, in the
同様の原理により、ローラー24の形状を変えることによって、フィラメント12の撓みを抑制することもできる。
Based on the same principle, the deflection of the
変形例では、ボビンから直接フィラメントが架けられる1番目のローラー25がその軸方向に沿って直径が不均一であることを特徴とする。図4Aは、供給部102及び案内部104の主要部を正面からみた部分図であり、図4Bは、供給部102及び案内部104の主要部を側面からみた部分図である。
In the modification, the
ローラー25の直径は、その軸方向に沿って、ボビン21と一番目のローラー25との間に張られるフィラメント12の長さLの時間的な変化率ΔLが常に連続となるように設定する。すなわち、ボビン21とローラー25との間に張られるフィラメント12の長さLについて時間に対する一階微分が可能とすることが好ましい。
The diameter of the
具体的には、ローラー25の軸方向に沿って、フィラメント12が掛けられる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも小さい形状とすることが好ましい。ここで、ローラー25の直径は、軸方向に沿って滑らかに連続的に変化させることが好ましい。例えば、図4A及び図4Bに示すように、ボビン21とローラー25との間に張られるフィラメント12の長さLが略一定に保たれるようにローラー25の直径を設定することが好ましい。
Specifically, it is preferable that the diameter near the end of the region where the
このときのフィラメントを引き出す際における、ボビン21の軸方向におけるフィラメント12の引き出し位置X、位置Xからフィラメントが引き出されているときのボビン21と一番目のローラー25との間に張られるフィラメント12の長さL、及び、長さLの時間的な変化率ΔL、のそれぞれの時間変化は図3と同様となる。
At the time of drawing the filament at this time, the
このようなローラー25を備えることによって、フィラメント12を引き出す際に引き出し位置Xがボビン21の端部で折り返されるタイミングにおいても、ボビン21とローラー25との間に張られるフィラメント12の長さLの時間的な変化率ΔLを連続に維持することができる。従って、ボビン21とローラー25との間に張られるフィラメント12には撓みが発生することがなくなり、アクティブダンサー26等の張力調整機構においてフィラメント12の張力を所望範囲に維持しつつフィラメント12を巻き付けることができる。
By providing such a
なお、本実施の形態におけるボビン20とローラー25を組み合わせて適用することも好適である。この場合も、ボビン20とローラー25との間に張られるフィラメント12の長さLの時間的な変化率ΔLが常に連続となるように設定する。
In addition, it is also suitable to apply the
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。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various modifications or improvements can be added to the embodiment. It is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
10 ボビン、12 フィラメント、14 ローラー、20,21 ボビン、22 固定ガイド、24,25 ローラー、26 アクティブダンサー、28 ダンサーロール、30 張力センサ、32 制御部、34 高圧容器、100 フィラメントワインディング装置、102 供給部、104 案内部、106 巻き付け部。 10 bobbins, 12 filaments, 14 rollers, 20, 21 bobbins, 22 fixed guides, 24, 25 rollers, 26 active dancers, 28 dancer rolls, 30 tension sensors, 32 control units, 34 high pressure vessels, 100 filament winding devices, 102 supply Part, 104 guide part, 106 winding part.
Claims (10)
フィラメントが巻かれたボビンを備え、前記ボビンを回転させることによってフィラメントを連続的に供給する供給部と、
前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを備え、フィラメントを前記巻き付け部に案内する案内部と、
を備えるフィラメントワインディング装置であって、
前記ボビンは、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となる形状を有することを特徴とするフィラメントワインディング装置。 A winding unit for winding the continuously supplied filament around the member to be wound while supporting and rotating the member to be wound;
A supply unit comprising a bobbin wound with a filament, and continuously supplying the filament by rotating the bobbin;
A roller on which the filament supplied from the bobbin is directly laid, and a guide unit for guiding the filament to the winding unit;
A filament winding apparatus comprising:
The filament winding apparatus, wherein the bobbin has a shape in which a rate of change in the length of the filament stretched between the bobbin and the roller is continuous.
前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であることを特徴とするフィラメントワインディング装置。 The filament winding apparatus according to claim 1, wherein
The bobbin has a non-uniform diameter along the axial direction in a region where the filament is wound.
前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径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。 The filament winding apparatus according to claim 2,
The filament winding apparatus according to claim 1, wherein the bobbin has a diameter near an end portion of a region where the filament is wound larger than a diameter near the center.
フィラメントが巻かれたボビンを備え、前記ボビンを回転させることによってフィラメントを連続的に供給する供給部と、
前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを備え、フィラメントを前記巻き付け部に案内する案内部と、
を備えるフィラメントワインディング装置であって、
前記ローラーは、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となる形状を有することを特徴とするフィラメントワインディング装置。 A winding unit for winding the continuously supplied filament around the member to be wound while supporting and rotating the member to be wound;
A supply unit comprising a bobbin wound with a filament, and continuously supplying the filament by rotating the bobbin;
A roller on which the filament supplied from the bobbin is directly laid, and a guide unit for guiding the filament to the winding unit;
A filament winding apparatus comprising:
The filament winding apparatus, wherein the roller has a shape in which a temporal change rate of a length of a filament stretched between the bobbin and the roller is continuous.
前記ローラーは、フィラメントが掛けられる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であることを特徴とするフィラメントワインディング装置。 The filament winding apparatus according to claim 4, wherein
The filament winding apparatus according to claim 1, wherein the roller has a non-uniform diameter along an axial direction in a region where the filament is hung.
前記ローラーは、フィラメントが掛けられる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも小さいことを特徴とするフィラメントワインディング装置。 The filament winding apparatus according to claim 5, wherein
The filament winding apparatus according to claim 1, wherein the roller has a diameter near an end of a region where the filament is hung smaller than a diameter near the center.
前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であること特徴とするボビン。 A bobbin used in a filament winding apparatus,
The bobbin has a non-uniform diameter along the axial direction in a region where the filament is wound.
フィラメントが巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも大きいことを特徴とするボビン。 The bobbin according to claim 7,
A bobbin characterized in that the diameter near the end of the region where the filament is wound is larger than the diameter near the center.
前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となるようにフィラメントを供給することを特徴とするフィラメントワインディング方法。 Filament winding in which a filament is continuously supplied from a bobbin wound with a filament by supporting and rotating the member to be wound, and then wound around the member to be wound via a roller on which the filament supplied from the bobbin is directly mounted. A method,
A filament winding method, characterized in that the filament is supplied such that the rate of change in the length of the filament stretched between the bobbin and the roller is continuous.
フィラメントが連続的に供給される際に、前記ボビンからフィラメントが供給される点と、供給されたフィラメントが前記ローラーと接する点との2点間の距離変化が抑制されるようにフィラメントを供給することを特徴とするフィラメントワインディング方法。
Filament winding in which a filament is continuously supplied from a bobbin wound with a filament by supporting and rotating the member to be wound, and then wound around the member to be wound via a roller on which the filament supplied from the bobbin is directly laid. A method,
When the filament is continuously supplied, the filament is supplied so that a change in the distance between the point where the filament is supplied from the bobbin and the point where the supplied filament contacts the roller is suppressed. A filament winding method characterized by that.
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