JP2008307792A - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】品質低下を招くことなく繊維の掛け替えを円滑に行う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。
【解決手段】回転されるライナー１２の側方を移動するアイ口３４，３４Ｂを備え、このアイ口３４Ａ，３４Ｂに繊維Ｓ１，Ｓ２を保持させてライナー１２の回転軸に沿って移動させることにより、繊維Ｓ１，Ｓ２をライナー１２に巻き付けるフィラメントワインディング装置２１であって、互いに独立して移動可能な複数のアイ口３４Ａ，３４Ｂを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転部材に繊維を巻き付けるフィラメントワインディング装置に関する。

水素をはじめとするガスを充填する高圧ガスタンクは、樹脂から成形されたライナーの周囲をガラス繊維や炭素繊維などからなる繊維強化樹脂層によって覆ったタンク本体を有しており、繊維強化樹脂層を構成する繊維は、フィラメントワインディング法によって巻き付けられている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００４−１４８７７７号公報 特開２００６−６２３５５号公報

ところで、ボビンを交換して繊維を補給する際は、まず、ボビンの残糸量を予め確認した上で、繊維がなくなる前に装置を停止させる。その後、繊維を切断してボビンに巻き取り、新たなボビンと交換して繊維を引き廻してタンク本体の口金部分に巻き付けて装置を駆動させる。ある程度ワインディングしたら、一旦装置を停止させ、口金部分に巻き付けた余分な繊維を切断除去する。

このように、ボビンの交換による繊維の掛け替えには、多くの工程を行わなければならず、手間を要していた。しかも、装置を停止させ、交換したボビンの繊維を巻き付けていた繊維に緊結して装置を再駆動させる必要があるので、繊維の緊結部分が繊維強化樹脂層に残留してしまい、品質低下を招くおそれがある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、品質低下を招くことなく繊維の掛け替えを円滑に行う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ことを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明に係るフィラメントワインディング装置は、回転軸によって支持された回転部材に繊維を巻付けるフィラメントワインディング装置において、前記回転軸の軸方向に沿って往復移動させることにより、前記回転部材に対する繊維の巻付け位置を規定する２つの規定手段と、一方の規定手段によって巻付けられる繊維の一部を、他方の規定手段によって巻付けられる繊維によって押止するように前記各規定手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。

この構成によれば、一方の規定手段によって巻付けられる繊維の一部を、他方の規定手段によって巻付けられる繊維によって押止するように各規定手段を制御するので、一方の規定手段によって対象物（回転部材）に巻き付けた繊維の一部（端部など）を、他の規定手段に保持させた繊維を対象物に巻き付けてこの繊維と対象物との間に挟持して固定することができる。

これにより、掛け替える繊維を巻き付けていた繊維に緊結することなく、引き続き他方の規定手段によってワインディングを行うことができる。
つまり、装置を停止させて繊維同士を緊結して繋ぎわせて繊維の掛け替えを行う場合と比較して、緊結部分の残留による品質低下を招くことなく円滑に繊維の掛け替えを行うことができ、生産性の向上を図ることができる。

ここで、上記構成にあっては、前記各規定手段は、繊維切断用のカッタを備え、前記制御手段は、一方の規定手段によって巻付けられる繊維の一部を、他方の規定手段によって巻付けられる繊維によって押止した後、一方の規定手段のカッタによって該一方の規定手段から前記回転部材に巻き付けられる繊維を切断する態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記各規定手段によって巻付けられる繊維の残量を検知する検知機構をさらに備え、前記制御手段は、前記検知機構によって一方の規定手段によって巻付けられる繊維の残量が閾値を下回ったと判断された場合に、他方の規定手段による繊維の巻付けを開始し、一方の規定手段によって巻付けられる繊維の一部を、他方の規定手段によって巻付けられる繊維によって押止する態様がさらに好ましい。

また、上記構成にあっては、前記各規定手段に繊維を供給する繊維供給手段をさらに備え、前記繊維供給手段は、前記繊維を巻回した複数のボビンを有し、前記検知機構は、前記各ボビンに巻回された繊維の残量を検知する態様がさらに好ましい。

本発明によれば、品質低下を招くことなく繊維の掛け替えを円滑に行う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ことが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るフィラメントワインディング装置について説明する。

図１は、内部に高圧ガス（例えば水素ガス）を充填保管するためのガスタンク１１を示すもので、このガスタンク１１は、アルミや合成樹脂製のライナー（回転部材）１２の外周側を、ガラス繊維や炭素繊維などからなる繊維強化樹脂層１３によって覆った構成のタンク本体１４を有している。なお、ライナー１２の構成は特に限定されないが、例えば一対のライナー分割体を互いに突き合わせてレーザ溶着などで接合して一体化したもので構成してもよい。

タンク本体１４の両端には、ライナー１２に形成された口部１５に、口金部材１６が取り付けられている。ただし、ガスタンク１１の構成によっては、口金部材１６が一端にのみ設けられたものや、口金部材１６が設けられていないもの（例えばアルミライナーなど）もあり、これらにも同様に適用可能である。

次に、ライナー１２に繊維強化樹脂層１３を構成する繊維をワインディングするフィラメントワインディング装置について説明する。
図２はフィラメントワインディング装置の概略構成図、図３はワインディング機構の概略構成図である。

図２に示すように、このフィラメントワインディング装置２１は、複数のボビン２２から引き出された繊維Ｓを供給する送り出し機構（繊維供給手段）２３と、これら送り出し機構２３から送り出された繊維Ｓが通されることにより、繊維Ｓに溶融樹脂を付着させるレジンバス２４と、樹脂が付着された繊維Ｓを束ねてライナー１２に巻き付けるワインディング機構２５とを備えている。

図３に示すように、ワインディング機構２５は、それぞれの口金部材１６に取り付けられた支持軸（回転軸）３１に連結される回転クランパ３２Ａ，３２Ｂを備えている。これら回転クランパ３２Ａ，３２Ｂの一方は駆動源によって回転駆動されるようになっており、これにより、これら回転クランパ３２Ａ，３２Ｂに支持軸３１が支持されたライナー１２は、回転クランパ３２Ａ，３２Ｂとともに、その軸線を中心として回転される。なお、これら回転クランパ３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ繊維Ｓのクランプも可能とされている。

また、回転クランパ３２Ａ，３２Ｂの側方には、固定クランパ３３Ａ，３３Ｂが設けられており、これら固定クランパ３３Ａ，３３Ｂは、繊維Ｓをクランプ可能とされている。

また、ワインディング機構２５は、繊維切断用のカッタを備えた二つのアイ口（規定手段）３４Ａ，３４Ｂを備えており、それぞれ軸方向及び上下方向に往復移動とされている。これらのアイ口３４Ａ，３４Ｂは、ライナー１２に対する繊維Ｓの巻付け位置などを規定するものであり、各アイ口３４Ａ，３４Ｂには挿通孔３５が形成さている。この挿通孔３５に繊維Ｓが挿通されるようになっている。

さらに、ワインディング機構２５には、回転クランパ３２Ａ，３２Ｂによって支持したライナー１２の口金部材１６の付近に、繊維Ｓを切断するカッタ３６Ａ，３６Ｂがそれぞれ設けられている。

さらに、ワインディング機構２５には、ワインディング装置の各部を制御する制御装置５０が設けられている。制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成され、ライナー１２の回転やアイ口３４Ａ，３４Ｂの往復移動などを制御する。制御装置５０は、ライナー１２を回転させながら、アイ口３４Ａ，３４Ｂのいずれか一方を、その挿通孔３５に繊維Ｓを挿通させて保持させた状態にて軸方向へ往復移動させることにより、ライナー１２の周囲に繊維Ｓがワインディングされる。

次に、上記フィラメントワインディング装置２１にて、繊維Ｓの掛け替えを行う場合について説明する。

なお、ここでは、アイ口３４Ａにて繊維Ｓ１をライナー１２にワインディングしている状態から繊維Ｓ１から繊維Ｓ２に掛け替える場合について説明する。

図４（ａ）に示すように、アイ口３４Ａによる繊維Ｓ１のワインディング中に、掛け替える繊維Ｓ２を、予め人手または自動繊維送り機構（図示略）によってアイ口３４Ｂの挿通孔３５に通し、固定クランパ３３Ｂに保持させる。

この状態にて、ボビン２２に設けられた残糸量検出センサ（図示略；検知機構）により、繊維Ｓ１のボビン２２の残糸量が設定された閾値量を下回ったことが検知されると、制御装置５０は、アイ口３４Ａを一端側に移動させる。なお、閾値量については、ワインディング装置２１のメモリ（図示略）などに予め設定しておけば良い。また、この閾値量は固定値としても良いが、ワインディング装置２１のオペレータ等によって設定・変更可能としても良い。

そして、図４（ｂ）に示すように、繊維Ｓ１を回転クランパ３２Ｂにクランプさせるとともに、固定クランパ３３Ｂを開放して繊維Ｓ１のクランプを解除させる。
また、制御装置（制御手段）５０は、待機位置のアイ口３４Ｂをアイ口３４Ａ側へ移動させるとともに、アイ口３４Ａを待機位置である下方へ移動させる。これにより、アイ口３４Ａに保持させた繊維Ｓ１の一部(端部など）は、巻付けを開始したアイ口３４Ｂに保持させた繊維Ｓ２によってライナー１２に押止される。その後、制御装置（制御手段）５０は、アイ口３４Ａのカッタにて繊維Ｓ１を切断することになるが、繊維Ｓ１は繊維Ｓ２でライナー１２側に押止されているため、繊維Ｓ１を切断しても繊維Ｓ１がライナー１２から外れることがない。

その後、図４（ｃ）に示すように、制御装置５０は、回転されているライナー１２に対してアイ口３４Ｂを軸方向へ往復移動させて繊維Ｓ２をライナー１２にワインディングする。

また、繊維Ｓ２を数サイクル巻き付けることにより、繊維Ｓ２の端部がライナー１２の表面に固定されたら、制御装置５０は、カッタ３６Ｂによって口金部材１６付近にて繊維Ｓ２を切断し、図４（ｄ）に示すように、回転クランパ３２Ｂを開放して繊維Ｓ２の切れ端を回収する。

また、アイ口３４Ｂによる繊維Ｓ２のワインディング中に、次に掛け替える繊維Ｓ１を、予め人手または自動繊維送り機構（図示略）によってアイ口３４Ａの挿通孔３５に通し、固定クランパ３３Ａに保持させ、その後の掛け替えは、前述と同様に行う。

以上、説明したように、上記実施形態に係るフィラメントワインディング装置によれば、互いに独立して移動可能な複数のアイ口３４Ａ，３４Ｂを備え、かつ、一方のアイ口３４Ａによって巻付けられる繊維Ｓ１の一部を、他方のアイ口３４Ｂによって巻付けられる繊維Ｓ２によって押止するように制御するので、掛け替える繊維Ｓ２を巻き付けていた繊維Ｓ１に緊結することなく他方のワイ口３４Ｂによって引き続きワインディングを行うことができる。

つまり、装置を停止させて繊維同士を緊結して繋ぎわせて繊維の掛け替えを行う場合と比較して、緊結部分の残留による品質低下を招くことなく円滑に繊維Ｓの掛け替えを行うことができ、生産性の向上を図ることができる。

ガスタンクの全体構造を示す断面図である。 フィラメントワインディング装置の全体構成を説明する概略構成図である。 ワインディング機構部分の構成を説明する概略構成図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ繊維の掛け替え手順を説明する概略構成図である。

符号の説明

１２…ライナー、２１…フィラメントワインディング装置、２５…ワインディング機構、３４Ａ，３４Ｂ…アイ口、５０…制御装置、Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…繊維。

Claims (4)

1. 回転軸によって支持された回転部材に繊維を巻付けるフィラメントワインディング装置において、
   前記回転軸の軸方向に沿って往復移動させることにより、前記回転部材に対する繊維の巻付け位置を規定する２つの規定手段と、
   一方の規定手段によって巻付けられる繊維の一部を、他方の規定手段によって巻付けられる繊維によって押止するように前記各規定手段を制御する制御手段と
   を具備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。
2. 前記各規定手段は、繊維切断用のカッタを備え、
   前記制御手段は、一方の規定手段によって巻付けられる繊維の一部を、他方の規定手段によって巻付けられる繊維によって押止した後、一方の規定手段のカッタによって該一方の規定手段から前記回転部材に巻き付けられる繊維を切断することを特徴とする請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
3. 前記各規定手段によって巻付けられる繊維の残量を検知する検知機構をさらに備え、
   前記制御手段は、前記検知機構によって一方の規定手段によって巻付けられる繊維の残量が閾値を下回ったと判断された場合に、他方の規定手段による繊維の巻付けを開始し、一方の規定手段によって巻付けられる繊維の一部を、他方の規定手段によって巻付けられる繊維によって押止することを特徴とする請求項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. 前記各規定手段に繊維を供給する繊維供給手段をさらに備え、
   前記繊維供給手段は、前記繊維を巻回した複数のボビンを有し、
   前記検知機構は、前記各ボビンに巻回された繊維の残量を検知することを特徴とする請求項３に記載のフィラメントワインディング装置。

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