JP2009051014A - Automated system for filament winding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フィラメントワインディング法による製造ラインを自動化したフィラメントワインディング自動化システムに関する。 The present invention relates to a filament winding automation system that automates a production line by a filament winding method.
フィラメントワインディング装置は、フィラメントワインディング法によって、圧力タンク等の中空容器やパイプ等を製造する装置である(例えば、特許文献1及び特許文献2)。フィラメントワインディング法は、繊維束をマンドレル(ライナ)に巻き付けて製造物(圧力タンク等)を製造する。繊維束は、例えば、ガラス繊維等の繊維材料と合成樹脂とを用いた繊維材料からなる。
The filament winding apparatus is an apparatus for manufacturing a hollow container such as a pressure tank, a pipe, or the like by a filament winding method (for example,
フィラメントワインディング装置は、ヘッド部から繰り出される繊維束をマンドレルに巻き付ける。ヘッド部は、フープ巻で巻き付けるフープ巻ヘッドや、ヘリカル巻で巻き付けるヘリカル巻ヘッドからなる。フープ巻は、マンドレルの軸方向に対して略直角に繊維束を巻き付ける(図5(a))。ヘリカル巻は、マンドレルの軸方向に対して所定の角度で繊維束を巻き付ける(図5(b)・(c))。 The filament winding apparatus winds a fiber bundle fed from a head portion around a mandrel. The head portion includes a hoop winding head wound by hoop winding and a helical winding head wound by helical winding. In the hoop winding, a fiber bundle is wound substantially perpendicular to the axial direction of the mandrel (FIG. 5A). In helical winding, a fiber bundle is wound at a predetermined angle with respect to the axial direction of the mandrel (FIGS. 5B and 5C).
フィラメントワインディング装置は、巻付け位置に設置されたマンドレルに対して、繊維束を巻き付ける。そのため、マンドレルを巻付け位置に設置して巻付け開始し、巻付け完了後に、マンドレルを巻付け位置から排出する。このマンドレルを設置及び排出する工程は、作業者が手作業で行う。さらに、作業者は、巻付け開始時に、繊維束の始端をマンドレルに固定し、巻付け終了時に、繊維束をマンドレルから切断する。 The filament winding apparatus winds a fiber bundle around a mandrel installed at a winding position. Therefore, the mandrel is installed at the winding position and winding starts, and after the winding is completed, the mandrel is discharged from the winding position. The process of installing and discharging the mandrel is performed manually by an operator. Furthermore, the operator fixes the starting end of the fiber bundle to the mandrel at the start of winding, and cuts the fiber bundle from the mandrel at the end of winding.
このように、巻付け開始及び終了の際に、作業者は、種々の作業を行う必要がある。作業者による作業時間や作業数が多くなると、全体的な生産効率が低下し、コストアップの原因となる問題がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記した問題点に鑑みて、生産効率の向上及び低コスト化を可能とするフィラメントワインディング自動化システムを提供することにある。 Therefore, in view of the above-described problems, the problem to be solved by the present invention is to provide a filament winding automation system capable of improving production efficiency and reducing costs.
上記課題を解決するため、本発明のフィラメントワインディング自動化システムは、ヘッド部から繰り出される繊維束をマンドレルに巻き付ける巻付け装置と、巻付け前のマンドレルを巻付け位置に設置する設置装置と、巻付け後のマンドレルを巻付け位置から排出する排出装置と、繊維束を保持して、巻付け後のマンドレルから巻付け前のマンドレルに受け渡す受渡装置と、繊維束を切断する切断装置とを備える。
さらに、巻付け装置は、ヘリカル巻で巻き付けるためのヘリカル巻ヘッドと、ヘリカル巻ヘッドの両側に配置されて、フープ巻で巻き付けるための一対のフープ巻ヘッドとを備える。
さらに、フィラメントワインディング自動化システムは、巻付け終了後、受渡装置がヘッド部から繰り出される繊維束を保持し、切断装置が繊維束を巻付け後のマンドレルから切断して分離し、排出装置が巻付け後のマンドレルを排出し、設置装置が巻付け前のマンドレルを設置し、巻付け装置が受渡装置で保持した繊維束を巻付け前のマンドレルに巻付け開始する。
In order to solve the above-mentioned problems, the filament winding automation system of the present invention includes a winding device that winds a fiber bundle fed from a head portion around a mandrel, an installation device that installs a mandrel before winding at a winding position, and winding A discharging device that discharges the subsequent mandrel from the winding position, a delivery device that holds the fiber bundle and transfers it from the mandrel after winding to the mandrel before winding, and a cutting device that cuts the fiber bundle.
Furthermore, the winding device includes a helical winding head for winding by helical winding, and a pair of hoop winding heads arranged on both sides of the helical winding head and wound by hoop winding.
Furthermore, in the filament winding automation system, after the winding is completed, the delivery device holds the fiber bundle fed out from the head portion, the cutting device cuts and separates the fiber bundle from the wound mandrel, and the discharge device winds. The subsequent mandrel is discharged, the installation device installs the mandrel before winding, and the winding device starts winding the fiber bundle held by the delivery device around the mandrel before winding.
好ましくは、フープ巻ヘッドは、マンドレルの軸方向に往復移動する移動ベースと、マンドレルに繊維束を供給するためのボビンと、ボビンをマンドレルの周方向に旋回する旋回機構とを備える。
さらに、フィラメントワインディング自動化システムは、フープ巻を行う際、マンドレルが位置固定して、旋回機構がボビンを回転しながら、移動ベースがフープ巻ヘッドを往復移動する。
Preferably, the hoop winding head includes a moving base that reciprocates in the axial direction of the mandrel, a bobbin for supplying a fiber bundle to the mandrel, and a turning mechanism that turns the bobbin in the circumferential direction of the mandrel.
Further, in the filament winding automation system, when the hoop winding is performed, the mandrel is fixed in position, and the moving base reciprocates the hoop winding head while the turning mechanism rotates the bobbin.
好ましくは、フィラメントワインディング自動化システムは、マンドレルを周方向に回転するマンドレル回転軸と、マンドレルを軸方向に往復移動するマンドレル移動台とを備える。
さらに、フィラメントワインディング自動化システムは、ヘリカル巻を行う際、ヘリカル巻ヘッドが位置固定して、マンドレル回転軸がマンドレルを回転しながら、マンドレル移動台がマンドレルを往復移動する。
Preferably, the filament winding automation system includes a mandrel rotating shaft that rotates the mandrel in the circumferential direction, and a mandrel moving base that moves the mandrel back and forth in the axial direction.
Further, in the filament winding automation system, when the helical winding is performed, the position of the helical winding head is fixed, and the mandrel moving base reciprocates the mandrel while the mandrel rotating shaft rotates the mandrel.
本発明のフィラメントワインディング自動化システムは、設置装置と排出装置とを備える。設置装置は、巻付け前のマンドレルを巻付け位置に設置する。排出装置は、巻付け後のマンドレルを巻付け位置から排出する。従って、作業者は、マンドレルを巻付け位置に設置したり、巻付け位置から排出する必要がない。 The filament winding automation system of the present invention includes an installation device and a discharge device. The installation device installs the mandrel before winding at the winding position. The discharging device discharges the mandrel after winding from the winding position. Therefore, the operator does not have to install the mandrel at the winding position or eject the mandrel from the winding position.
さらに、本発明のフィラメントワインディング自動化システムは、受渡装置と切断装置とを備える。受渡装置は、繊維束を保持して、巻付け後のマンドレルから巻付け前のマンドレルに受け渡す。切断装置は繊維束を切断する。これにより、作業者は、巻付け開始時に、繊維束の始端をマンドレルに取り付けたり、巻付け終了時に、繊維束をマンドレルから切断して分離する必要がない。 Furthermore, the filament winding automation system of the present invention includes a delivery device and a cutting device. The delivery device holds the fiber bundle and delivers it from the mandrel after winding to the mandrel before winding. The cutting device cuts the fiber bundle. Thereby, the operator does not need to attach the starting end of the fiber bundle to the mandrel at the start of winding, or to cut and separate the fiber bundle from the mandrel at the end of winding.
さらに、本発明のフィラメントワインディング自動化システムは、巻付け装置を備える。巻付け装置は、ヘリカル巻ヘッドとフープ巻ヘッドとを備える。フープ巻ヘッドは、ヘリカル巻ヘッドの両側に配置されている。これにより、巻付け装置の両側で、マンドレルを設置・排出でき、設置・排出動作の効率化を図ることができる。 Furthermore, the filament winding automation system of the present invention includes a winding device. The winding device includes a helical winding head and a hoop winding head. The hoop winding head is arranged on both sides of the helical winding head. Thereby, the mandrel can be installed and discharged on both sides of the winding device, and the efficiency of the installation and discharge operation can be improved.
従って、本発明のフィラメントワインディング自動化システムは、従来のフィラメントワインディング装置に比べて、製造ラインのほぼ全てを自動化し、作業者の作業数及び作業時間を大幅に削減すると共に、生産効率の向上、省力化・低コスト化を可能とする。 Therefore, the filament winding automation system of the present invention automates almost all of the production line compared to the conventional filament winding apparatus, greatly reducing the number of workers and the work time, improving the production efficiency, and saving labor. And cost reduction.
以下、図面に基づいて、本発明に係るフィラメントワインディング自動化システムについて詳細に説明する。 Hereinafter, a filament winding automation system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[全体構成]
図1は、フィラメントワインディング自動化システムを示す一部省略斜視図である。フィラメントワインディング自動化システムは、巻付け装置1と供給部2とを備える。
[overall structure]
FIG. 1 is a partially omitted perspective view showing a filament winding automation system. The filament winding automation system includes a
巻付け装置1は、マンドレルMに繊維束Rを巻き付ける。供給部2は、クリール支持部21,21に複数のクリール20を備える。クリール20は、繊維束Rを巻き取って収納している。
The
繊維束Rは、例えば、ガラス繊維等の繊維材料や合成樹脂とを用いた繊維材料からなる。供給部2は、各クリール20から引き出された繊維束Rを巻付け装置1へ供給する。
The fiber bundle R is made of, for example, a fiber material using a fiber material such as glass fiber or a synthetic resin. The
繊維束Rは、予め熱硬化性の合成樹脂材が含浸されている。なお、繊維束Rは、樹脂が含浸されていない場合もある。その場合は、巻付け装置1と供給部2との間に、樹脂含浸装置(図示略)が設けられており、樹脂含浸装置が、クリール20から引き出された繊維束Rに樹脂を塗布して、巻付け装置1へ供給する。
The fiber bundle R is impregnated with a thermosetting synthetic resin material in advance. The fiber bundle R may not be impregnated with resin. In that case, a resin impregnation device (not shown) is provided between the
巻付け装置1の両側(図手前及び奥)には、複数のマンドレルM(M1,M2)が並べれらている。巻付け装置1の前方側(図手前)には、巻付け前のマンドレルM1が、後方側(図奥)には、巻付け装置1により繊維束Rを巻付けた後のマンドレルM2が並べられる。そして、巻付け装置1の一端側(図左)及び他端側(図右)に、マンドレルM(M1,M2)が配置される。
A plurality of mandrels M (M1, M2) are arranged on both sides (front and back of the drawing) of the
[巻付け装置]
図2は、図1の巻付け装置を示す拡大斜視図である。巻付け装置1は、機台10を備える。機台10は、長手方向1aに延設された一対の平行な第一ガイドレール部10a,10aを備える。巻付け装置1は、機台10にマンドレル移動台11を備える。マンドレル移動台11は、第一ガイドレール10a,10aに沿って長手方向1aに往復移動する。
[Winding device]
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the winding device of FIG. The
マンドレルMは、マンドレル軸方向Mcに延設されたマンドレル用スピンドルSを備える。マンドレル移動台11は、両側のマンドレル回転軸11a,11aでスピンドルSを回転支持する。マンドレル回転軸11a,11aは、スピンドルSと共にマンドレルMを中心軸周りに回転する。
The mandrel M includes a mandrel spindle S extending in the mandrel axial direction Mc. The mandrel moving table 11 rotatably supports the spindle S with the
圧力タンクを製造する場合、マンドレルMは、高強度アルミニウム製、金属製、樹脂製等で形成され、円筒部Maとその両側のドーム部Mbとを有する形状である(図5)。スピンドルSは、マンドレルMに着脱可能に固定される。機台10の長手方向1aは、マンドレル軸方向Mcとなる。なお、マンドレルMは、製造物に応じて材料や形状等を変更可能である。
When manufacturing a pressure tank, the mandrel M is made of high-strength aluminum, metal, resin, or the like, and has a shape having a cylindrical portion Ma and dome portions Mb on both sides thereof (FIG. 5). The spindle S is detachably fixed to the mandrel M. The
巻付け装置1は、2つのフープ巻ヘッド12,12’と、1つのヘリカル巻ヘッド13とを備える。ヘリカル巻ヘッド13の一端側(図左)に第1フープ巻ヘッド12が、他端側(図右)に第2フープ巻ヘッド12’が配置される。フープ巻ヘッド12,12’は、マンドレルMに対して繊維束Rをフープ巻で巻き付ける。ヘリカル巻ヘッド13は、マンドレルMに対して繊維束Rをヘリカル巻で巻き付ける。
The winding
巻付け装置1は、制御部6によって駆動制御される。制御部6は、マンドレル移動台11の往復移動、マンドレル回転軸11a,11aによるマンドレルMの回転を制御する。制御部6は、フープ巻ヘッド12,12’の往復移動、ボビン12bの旋回等を制御する。また、制御部6は、後述するマンドレル移動台11の側壁部11b,11bの駆動を制御する。
The winding
フープ巻ヘッド12,12’は、本体部12aを備える。本体部12aは、中央に開口する挿通部12dを備える。フープ巻ヘッド12,12’は、挿通部12dを通じてマンドレルMを挿通する。
The
機台10は、長手方向1aに延設された一対の第二ガイドレール10b,10bを平行に備える。フープ巻用ヘッド12,12’は、移動ベース12fを備え、第二ガイドレール10b,10bに沿って長手方向1aに往復移動する。これにより、フープ巻用ヘッド12,12’は、挿通部12dにマンドレルMを挿通した状態で往復移動する。
The
フープ巻ヘッド12,12’は、繊維束Rを巻き取り収納する複数(本実施形態では2つ)のボビン12b,12bを備える。フープ巻ヘッド12は、旋回機構を備える。旋回機構は、挿通部12dの周囲にマンドレル周方向Mdに沿うガイド溝12cと、モータ等の駆動部12eとを備える。ボビン12b,12bは、駆動部12eの動力によって、ガイド溝12cに沿って旋回する。旋回するボビン12b,12bから繰り出される繊維束Rは、マンドレルMに巻き付けられる。
The
ヘリカル巻ヘッド13は、本体部13aを備える。本体部13aは、中央に開口する挿通部13dを備える。ヘリカル巻ヘッド13は、挿通部13dを通じてマンドレルMを挿通する。ヘリカル巻ヘッド13は、機台10の長手方向1aの中央部に位置固定されている。
The helical winding
ヘリカル巻ヘッド13は、挿通部13dにマンドレルMを挿通した状態で、マンドレル移動台11が往復移動する。これにより、ヘリカル巻ヘッド13は、マンドレルMに対して長手方向1aに相対的に往復移動する。
In the helical winding
ヘリカル巻ヘッド13は、供給部2から引き出される繊維束RをマンドレルMに巻き付ける。ヘリカル巻ヘッド13は、挿通部13dの周囲に、マンドレル周方向Mdに沿って延設された環状のガイドリング部15を備える。本体部13aは、ガイドリング部15の両側にテンション部13b,13bを備える。さらに、ヘリカル巻ヘッド13は、本体部13aの両側にガイドローラ13c,13cを備える。
The helical winding
ヘリカル巻ヘッド13は、クリール20から引き出された繊維束Rをガイドローラ13c,13cでガイドして、テンション部13b,13bへ導く。テンション部13b,13bは、繊維束Rに所定の張力を付与する。テンション部13b,13bが繊維束Rに所定の張力を与えることにより、繊維束RをしっかりとマンドレルMに巻き付けることができる。
The helical winding
[ヘリカル巻ヘッド]
図3は、ヘリカル巻ヘッド13を示す正面図である。ヘリカル巻ヘッド13は、リング状の複数の補助ガイド13eを備えている。補助ガイド13eは、ガイドリング部15の外側に沿って配置されている。
[Helical winding head]
FIG. 3 is a front view showing the helical winding
クリール20から引き出される繊維束Rは、ヘリカル巻ヘッド13の両側からガイドローラ13cを通じてテンション部13bへ供給される。複数の繊維束Rは、テンション部13bから各補助ガイド13eを経て、ガイドリング部15へ案内される。さらに、複数の繊維束Rは、ガイドリング部15に沿って設けられた複数のガイド孔15aを経て、マンドレルMに案内される。
The fiber bundle R drawn from the
[開繊ガイド]
図4は、開繊ガイドを示す斜視図である。開繊ガイド16は、ヘリカル巻ヘッド13のガイドリング部15の内側に、ガイド孔15a毎に設けられている。開繊ガイド16は、一対の回転自在な開繊ローラ16a,16aを備える。
[Opening guide]
FIG. 4 is a perspective view showing a fiber opening guide. The
開繊ローラ16a,16aは、ガイド孔15aの径方向に平行に設けられる。開繊ガイド16は、ガイド孔15aの中心周りに回転自在な回転ベース16bを備えている。回転ベース16bは、開繊ローラ16a,16aを支持する。
The opening
開繊ガイド16は、一対の開繊ローラ16a,16aの間に繊維束Rが挿通する。これにより、開繊ガイド16は、マンドレルMへの繊維束Rの巻付け角度θが変わっても自在に回転して、開繊ローラ16a,16aで繊維束Rを開繊状態(幅を広げた状態)にしてマンドレルMに巻き付けることができる。
In the
[フープ巻・ヘリカル巻]
図5は、フープ巻及びヘリカル巻を示す側面図である。図5(a)に示すように、フープ巻は、マンドレル軸方向Mcに対して略直角に繊維束Rを巻き付ける。図5(b)・(c)に示すように、ヘリカル巻は、マンドレル軸方向Mcに対して所定の角度θ(θ1,θ2)で繊維束Rを巻き付ける。前述の通り、フープ巻ヘッド12により、フープ巻が行われ、ヘリカル巻ヘッド13により、ヘリカル巻が行われる。
[Hoop winding / helical winding]
FIG. 5 is a side view showing hoop winding and helical winding. As shown in FIG. 5A, in the hoop winding, the fiber bundle R is wound substantially perpendicular to the mandrel axial direction Mc. As shown in FIGS. 5B and 5C, the helical winding winds the fiber bundle R at a predetermined angle θ (θ1, θ2) with respect to the mandrel axial direction Mc. As described above, the
図6〜図20は、フィラメントワインディング自動化システムの製造工程を示す側面図である。 6-20 is a side view which shows the manufacturing process of a filament winding automation system.
[設置動作]
図6(a)に示すように、フィラメントワインディング自動化システムは、設置・排出装置5を備える。設置・排出装置5は、第1及び第2設置・排出ハンド部51,52を備える。第1及び第2設置・排出ハンド部51,52は、マンドレル用スピンドルSを着脱自在に把持して保持する。
[Installation operation]
As shown in FIG. 6A, the filament winding automation system includes an installation /
第1及び第2設置・排出ハンド部51,52は、垂直方向に伸縮自在な伸縮アーム51a,52aを備える。第1及び第2設置・排出ハンド部51,52は、天井部Tに設けられたガイドレール(図示略)に沿って、水平方向に移動自在な移動ベース51b,52bを備える。
The first and second installation /
第1及び第2設置・排出ハンド部51,52は、制御部6によって駆動制御される。第1及び第2設置・排出ハンド部51,52が、制御部6によって、機台10の一端側(図左)の巻取り前のマンドレルM1を把持・保持して、マンドレル移動台11のほうへ移動する。
The first and second installation /
マンドレルM1は、そのスピンドルSの他端側(図右)に第1及び第2受渡リング31,32を保持している。なお、各受渡リング31,32は、スプライン結合等によって、マンドレル用スピンドルSに対して軸方向に移動可能で周方向に回転規制されている。 The mandrel M1 holds the first and second delivery rings 31 and 32 on the other end side (the right side in the figure) of the spindle S. The delivery rings 31 and 32 are movable in the axial direction with respect to the mandrel spindle S by spline coupling or the like, and are restricted in rotation in the circumferential direction.
各受渡リング31,32は、永久磁石の磁力等を利用した着脱機構(図示略)によって、互いに結合し、マンドレル用スピンドルSに位置固定される。各受渡リング31,32は、後述の工程で、互いに分離したり、受渡スピンドルS1から離れる。 The delivery rings 31 and 32 are coupled to each other and fixed to the mandrel spindle S by an attaching / detaching mechanism (not shown) using a magnetic force of a permanent magnet. The delivery rings 31 and 32 are separated from each other or separated from the delivery spindle S1 in a process described later.
マンドレル移動台11は、両側壁部11b,11bにマンドレル回転軸11a,11aを備える。側壁部11b,11bは、巻付け時には垂直方向に立設しており、マンドレルMを設置・排出する時に、水平方向に倒すことができる。
The
マンドレル移動台11は、マンドレルM1を巻付け位置に移動可能なよう、両側壁部11b,11bを倒した状態で待機する。
The
図6(b)に示すように、第1及び第2設置・排出ハンド部51,52は、マンドレル用スピンドルS(マンドレルM1の一部)をフープ巻ヘッド12,12’及びヘリカル巻ヘッド13の挿通部12d,13dに挿通した状態で、位置決めする。
As shown in FIG. 6 (b), the first and second installation /
マンドレル移動台11は、両側壁部11b,11bを起立する。そして、マンドレル用スピンドルSの両端が、マンドレル回転軸11a,11aに連結する。これにより、マンドレルM1は、機台10の一端側(図左)の巻取り位置に設置される。
The
第1及び第2設置・排出ハンド部51,52は、マンドレルM1を離して退避する。ヘッド部12,12’,13から繰り出された繊維束Rの始端を、第1受渡リング(マンドレルM1側の受渡リング)31に固着する。
The first and second installation / discharge hands 51 and 52 are moved away from the mandrel M1. The start end of the fiber bundle R fed out from the
各受渡リング31,32は、ヘッド部12,12’,13に設けられたチャック機構(図示略)によって、位置固定される。第1受渡リング31は、フック等の結合機構(図示略)によって、マンドレルM1に結合する。
The delivery rings 31 and 32 are fixed in position by a chuck mechanism (not shown) provided in the
[巻付け動作]
図7(a)に示すように、フープ巻を行う際、制御部6によって、第1フープ巻ヘッド12が動作する。フープ巻ヘッド12は、マンドレルMの他端(図右)から一端(図左)へ移動しながら、ボビン12b,12bが旋回する。なお、マンドレル移動台11は停止しているので、マンドレルMは移動及び回転しない。また、第2フープ巻ヘッド12’は停止している。
[Winding operation]
As shown in FIG. 7A, when the hoop winding is performed, the first
これにより、各ボビン12b,12bから繊維束Rが繰り出される。繊維束Rは、マンドレル軸方向Mc(図5)に対して略直交(若干傾斜)に、それぞれが重ならないように隙間なく平行に巻き付けられる。このように巻付くよう、フープ巻ヘッド12の移動速度及びボビン12b,12bの旋回速度が決定される。
Thereby, the fiber bundle R is drawn out from each
フープ巻ヘッド12が、マンドレル円筒部Ma(図5)の他端(図右)から一端(図左)へ移動することにより、マンドレル円筒部Maに一層の繊維束Rが積層される。そして、必要層の繊維束Rが積層されるまで、第1フープ巻ヘッド12は、マンドレル円筒部Ma(図5)の一端(図左)と他端(図右)とを往復移動する。
As the
フープ巻完了後、図7(b)に示すように、第1フープ巻ヘッド12は、マンドレル移動台11の一端側(図左)へ退避する。第1フープ巻ヘッド12は、マンドレルMから所定距離Wを置いて、マンドレル用スピンドルS上に配置される。
After the completion of the hoop winding, as shown in FIG. 7B, the first
図8(a)に示すように、ヘリカル巻を行う際、制御部6によって、マンドレル移動台11が動作する。マンドレル移動台11は、ヘリカル巻ヘッド13がマンドレルMの他端(図右)から一端(図左)へ相対的に移動するよう、移動する。この移動と共に、マンドレル回転軸11a,11aがマンドレルMを回転する。
As shown in FIG. 8A, the
ヘリカル巻ヘッド13から繰り出される複数の繊維束Rは、マンドレル平行部において、マンドレル軸方向Mc(図5)に対して巻付け角度θ1に、それぞれが重ならないように隙間なく平行に巻き付けられる。このように巻付くよう、マンドレル移動台11(ヘリカル巻ヘッド13)の移動速度及びマンドレル回転軸11a(マンドレルM)の回転速度が決定される。
A plurality of fiber bundles R fed out from the helical winding
ヘリカル巻ヘッド13が、マンドレルMの他端(図右)から一端(図左)へ移動することにより、マンドレルMに、一層の繊維束Rが積層される。そして、必要層の繊維束Rが積層されるまで(巻付け角度θ1)、マンドレル移動台11は、ヘリカル巻ヘッド13が、相対的に、マンドレルMの一端(図左)と他端(図右)とを往復移動するように移動する。
As the helical winding
第1フープ巻ヘッド12は、マンドレルMからの所定距離Wを保つように、第2フープ巻ヘッド12’は、マンドレルMの他端(図右)の位置を保つように、マンドレル移動台11と同期して移動する。また、マンドレルMの回転により、ボビン12b,12bから余分な繊維束Rが繰り出されてスピンドルSに巻き付かないように、ボビン12b,12bは、マンドレルMの回転と同期して同方向に回転する。
The first
図8(b)に示すように、巻付け角度θ2(>θ1)のヘリカル巻を行う際や、図9(a)に示すように、その後、再度巻付け角度θ1のヘリカル巻を行う際、上記と同様に、マンドレル移動台11及び第1・第2フープ巻ヘッド12,12’が動作する。
When performing helical winding with a winding angle θ2 (> θ1) as shown in FIG. 8B, or when performing helical winding with a winding angle θ1 again as shown in FIG. 9A, Similarly to the above, the
図9(b)に示すように、第2フープ巻ヘッド12’が、機台10の他端側(図右)へ移動する。これにより、フープ巻ヘッド12’から繰り出される繊維束Rが、各受渡リング31,32に巻き付く。
As shown in FIG. 9B, the second
図10(a)に示すように、必要数のヘリカル巻を行った後、マンドレル移動台11が機台10の一端側(図左)へ移動して、ヘリカル巻ヘッド13がマンドレル移動台11の他端側(図右)に配置される。これにより、ヘリカル巻ヘッド13から繰り出される繊維束Rが、各受渡リング31,32に巻き付く。
As shown in FIG. 10A, after performing the required number of helical windings, the
図10(b)に示すように、必要層のフープ巻を行った後、第1フープ巻ヘッド12が、マンドレル移動台11の他端側(図右)に移動する。これにより、第1フープ巻ヘッド12から繰り出される繊維束Rが、各受渡リング31,32に巻き付く。
As shown in FIG. 10B, after the hoop winding of the necessary layer is performed, the first
従って、ヘッド部12,12’,13から繰り出される繊維束Rは、各受渡リング31,32に巻き付き、保持される。
Accordingly, the fiber bundle R fed out from the
なお、上記の通り、マンドレルM2に巻き付いた繊維束Rは、第1受渡リング(マンドレルM側の受渡リング)31が始端となって、第2受渡リング(マンドレルMと反対側の受渡リング)32が終端となっている。 As described above, the fiber bundle R wound around the mandrel M2 has the first delivery ring (delivery ring on the mandrel M side) 31 as the starting end, and the second delivery ring (delivery ring on the side opposite to the mandrel M) 32. Is the end.
[切断動作]
図11(a)に示すように、フィラメントワインディング自動化システムは、切断装置4を備える。切断装置4は、カッター部40を備える。カッター部40は、伸縮アーム40a及び移動ベース40bを備える。カッター部40は、制御部6によって駆動制御される。
[Cut operation]
As shown in FIG. 11A, the filament winding automation system includes a
カッター部40が、その刃先を各受渡リング31,32の間に配置する。マンドレル回転軸11a,11aによって、マンドレルMと共に各受渡リング31,32を回転する。これにより、各受渡リング31,32に巻き付けられた繊維束Rは、各受渡リング31,32の間で切断されて分離する。
The
[設置・排出動作]
図11(b)に示すように、第1及び第3設置・排出ハンド部51,53が、マンドレルM2を把持・保持する。設置・排出装置5は、第4及び第5設置・排出ハンド部54,55を備える。第4及び第5設置・排出ハンド部54,55は、第1ハンド部30等と同一構成で、制御部6によって駆動制御される。
[Installation / discharge operation]
As shown in FIG. 11B, the first and third installation / discharge hands 51 and 53 hold and hold the mandrel M2. The installation /
マンドレル移動台11は、マンドレルM2を巻付け位置から排出し、マンドレルM1を巻付け位置に移動可能なよう、両側壁部11b,11bを倒す。制御部6によって、第4及び第5設置・排出ハンド部54,55が、機台10の他端側(図右)の巻取り前のマンドレルM1を把持・保持して移動する。マンドレルM1(図右)のスピンドルSの一端(図左)が、マンドレルM2(図左)のスピンドルSの他端(図右)に当接する。
The
図12(a)に示すように、各スピンドルS,Sを当接した状態で、第1,第3,第4及び第5設置・排出ハンド部51,53,54,55が、マンドレルM2(スピンドルS)及びマンドレルM1(スピンドルS)を機台10の一端側(図左)へ若干移動する。
As shown in FIG. 12 (a), the first, third, fourth, and fifth installation /
このとき、ヘッド部12,12’,13に設けられたチャック機構(図示略)は、第1受渡リング31を離している(第2受渡リング32は位置固定する)。従って、第1受渡リング31は、マンドレルM2と共に第2受渡リング32から離れる。
At this time, the chuck mechanism (not shown) provided in the
そして、第2設置・排出ハンド部52が、各受渡リング31,32の間でマンドレルM2(図左)のスピンドルSを把持して保持する。これにより、第1及び第2設置・排出ハンド部51,52が、マンドレルM2の両側を保持する。そして、第3設置・排出ハンド部53は退避する。
Then, the second installation /
さらに、各スピンドルS,Sを当接した状態で、第1,第2,第4及び第5設置・排出ハンド部51,52,54,55が、マンドレルM2(スピンドルS)及びマンドレルM1(スピンドルS)を機台10の一端側(図左)へ移動する。
Further, the first, second, fourth, and fifth installation /
これにより、第2受渡リング32は、マンドレルM2(図左)のスピンドルSからマンドレルM1(図右)のスピンドルSに嵌め込まれて(受け渡されて)、保持される。
Thus, the
図12(b)に示すように、第1及び第2設置・排出ハンド部51,52は、巻取り後のマンドレルM2を巻取り位置から排出する。これまでの製造工程によって、1本の巻取りマンドレルM2(製造物)が完成する。なお、ヘッド部12,12’,13から繰り出される繊維束Rは、第2受渡リング32に巻き付き、保持されている。
As shown in FIG. 12B, the first and second installation / discharge hands 51 and 52 discharge the mandrel M2 after winding from the winding position. One winding mandrel M2 (manufactured product) is completed by the conventional manufacturing process. The fiber bundle R fed out from the
図13(a)に示すように、フィラメントワインディング自動化システムは、受渡装置3を備える。受渡装置3は、受渡ハンド部30を備える。受渡ハンド部30は、制御部6によって、第3受渡リング33を把持・保持して、機台10の一端側(図左)からマンドレルM1(図右)へ移動する。なお、受渡ハンド部30は、第1設置・排出ハンド部51等と略同一構成である。
As shown in FIG. 13A, the filament winding automation system includes a
図13(b)に示すように、受渡ハンド部30は、第3受渡リング33をマンドレルM1のスピンドルSに嵌めこむ。第2及び第3受渡リング32,33は、永久磁石の磁力等を利用した着脱機構(図示略)により、互いに結合する。そして、受渡ハンド部30が退避する。
As shown in FIG. 13 (b), the
図14(a)に示すように、マンドレル移動台11は、両側壁部11b,11bを起立する。そして、マンドレル用スピンドルSの両端が、マンドレル回転軸11a,11aに連結する。これにより、マンドレルM1は、機台10の他端側(図右)の巻取り位置に設置される。
As shown in FIG. 14A, the
第4及び第5設置・排出ハンド部54,55は退避する。各受渡リング32,33は、ヘッド部12,12’,13に設けられたチャック機構(図示略)によって、位置固定される。第2受渡リング32は、結合機構(図示略)によってマンドレルM1に結合する。
The fourth and fifth installation / discharge hands 54 and 55 are retracted. The delivery rings 32 and 33 are fixed in position by a chuck mechanism (not shown) provided in the
[受渡し・巻付け動作]
図14(b)に示すように、フープ巻を行う際、制御部6によって、第2フープ巻ヘッド12’が動作する。必要層の繊維束Rが積層されるまで、前述した第1フープ巻ヘッド12と同様の動作で、第2フープ巻ヘッド12’が、マンドレル円筒部Ma(図5)の一端(図左)と他端(図右)とを往復移動する。なお、マンドレル移動台11及び第1フープ巻ヘッド12は停止している。
[Delivery and winding operation]
As shown in FIG. 14B, when the hoop winding is performed, the
第2フープ巻ヘッド12’から繰り出される繊維束Rは、第2受渡リング32からマンドレルM1へと巻き付けられる。従って、第2受渡リング32が、繊維束Rを巻取り後のマンドレルM2から巻取り前のマンドレルM1に受け渡す。
The fiber bundle R fed out from the second
フープ巻完了後、図15(a)に示すように、第2フープ巻ヘッド12’は、マンドレル移動台11の他端側(図右)へ退避する。第2フープ巻ヘッド12’は、マンドレルMから所定距離Wを置いて、マンドレル用スピンドルS上に配置される。
After completion of the hoop winding, as shown in FIG. 15A, the second
図15(b)に示すように、ヘリカル巻(巻付け角度θ1)を行う際、制御部6によって、マンドレル移動台11が動作する。必要層の繊維束Rが積層されるまで、マンドレル移動台11は、ヘリカル巻ヘッド13が、相対的に、マンドレルMの一端(図左)と他端(図右)とを往復移動するように往復移動する。
As shown in FIG. 15B, the
なお、第2フープ巻ヘッド12’は、マンドレルMからの所定距離Wを保つように、第1フープ巻ヘッド12は、マンドレルMの一端(図左)の位置を保つように、マンドレル移動台11と同期して移動する。
The second
図16(a)に示すように、巻付け角度θ2(>θ1)のヘリカル巻を行う際や、図15(b)に示すように、その後、再度巻付け角度θ1のヘリカル巻を行う際、上記と同様に、マンドレル移動台11及び第1・第2フープ巻ヘッド12,12’が動作する。
When performing helical winding at a winding angle θ2 (> θ1) as shown in FIG. 16 (a) or when performing helical winding at a winding angle θ1 again as shown in FIG. 15 (b), Similarly to the above, the
その後、図16(b)に示すように、第1フープ巻ヘッド12が、マンドレル移動台11の一端側(図左)へ移動する。これにより、フープ巻ヘッド12から繰り出される繊維束Rが、各受渡リング32,33に巻き付く。
Thereafter, as shown in FIG. 16B, the first
図17(a)に示すように、マンドレル移動台11が機台10の他端側(図右)へ移動して、ヘリカル巻ヘッド13がマンドレル移動台11の一端側(図左)に配置される。これにより、ヘリカル巻ヘッド13から繰り出される繊維束Rが、各受渡リング32,33に巻き付く。
As shown in FIG. 17A, the
図17(b)に示すように、第2フープ巻ヘッド12’が、マンドレル移動台11の一端側(図左)に移動する。これにより、第2フープ巻ヘッド12’から繰り出される繊維束Rが、各受渡リング32,33に巻き付く。
As shown in FIG. 17 (b), the second
従って、ヘッド部12,12’,13から繰り出される繊維束Rは、各受渡リング32,33に巻き付き、保持される。
Accordingly, the fiber bundle R fed out from the
なお、上記の通り、マンドレルM2に巻き付いた繊維束Rは、第2受渡リング(マンドレルM側の受渡リング)32が始端となって、第3受渡リング(マンドレルMと反対側の受渡リング)33が終端となっている。 As described above, the fiber bundle R wound around the mandrel M2 has the second delivery ring (delivery ring on the mandrel M side) 32 as the starting end, and the third delivery ring (delivery ring on the side opposite to the mandrel M) 33. Is the end.
[切断動作]
図18(a)に示すように、カッター部40が、その刃先を各受渡リング32,33の間に配置する。マンドレル回転軸11a,11aによって、マンドレルMと共に各受渡リング32,33を回転する。これにより、各受渡リング32,33に巻き付けられた繊維束Rは、各受渡リング32,33の間で切断されて分離する。
[Cut operation]
As shown in FIG. 18A, the
[設置・排出動作]
図18(b)に示すように、第3及び第5設置・排出ハンド部53,55が、マンドレルM2を保持・保持する。マンドレル移動台11は、両側壁部11b,11bを倒す。
[Installation / discharge operation]
As shown in FIG. 18B, the third and fifth installation /
制御部6によって、第1及び第2設置・排出ハンド部51,52が、機台10の一端側(図左)の巻取り前のマンドレルM1を把持・保持して移動する。マンドレルM1(図左)のスピンドルSの他端(図右)が、マンドレルM2(図右)のスピンドルSの一端(図左)に当接する。
The
図19(a)に示すように、各スピンドルS,Sを当接した状態で、第1,第2,第3及び第5設置・排出ハンド部51,52,53,55が、マンドレルM2(スピンドルS)及びマンドレルM1(スピンドルS)を機台10の他端側(図右)へ若干移動する。
As shown in FIG. 19 (a), the first, second, third, and fifth installation /
このとき、ヘッド部12,12’,13に設けられたチャック機構(図示略)は、第2受渡リング32を離している(第3受渡リング33は位置固定する)。従って、第2受渡リング32は、マンドレルM2と共に第3受渡リング33から離れる。
At this time, the chuck mechanism (not shown) provided in the
そして、第4設置・排出ハンド部54が、各受渡リング32,33の間でマンドレルM2(図右)のスピンドルSを把持して保持する。これにより、第4及び第5設置・排出ハンド部54,55が、マンドレルM2の両側を保持する。そして、第3設置・排出ハンド部53は退避する。
Then, the fourth installation /
さらに、各スピンドルS,Sを当接した状態で、第1,第2,第4及び第5設置・排出ハンド部51,52,54,55が、マンドレルM2(スピンドルS)及びマンドレルM1(スピンドルS)を機台10の他端側(図右)へ移動する。
Further, the first, second, fourth, and fifth installation /
これにより、第3受渡リング33は、マンドレルM2(図右)のスピンドルSからマンドレルM1(図左)のスピンドルSに嵌め込まれて(受け渡されて)、保持される。
Thus, the
図19(b)に示すように、第4及び第5設置・排出ハンド部54,55は、巻取り後のマンドレルM2を巻取り位置から排出する。これまでの製造工程によって、さらに1本の巻取りマンドレルM2(製造物)が完成する。なお、ヘッド部12,12’,13から繰り出される繊維束Rは、第3受渡リング33に巻き付き、保持されている。
As shown in FIG. 19B, the fourth and fifth installation / discharge hands 54 and 55 discharge the mandrel M2 after winding from the winding position. One winding mandrel M2 (manufactured product) is further completed by the conventional manufacturing process. The fiber bundle R fed out from the
図20(a)に示すように、制御部6によって、受渡ハンド部30は、第4受渡リング34を把持・保持して、機台10の他端側(図右)からマンドレルM1(図左)へ移動する。
As shown in FIG. 20 (a), the
図20(b)に示すように、受渡ハンド部30は、第4受渡リング34をマンドレルM1のスピンドルSに嵌めこむ。受渡ハンド部30が退避する。図20(b)は、図6(a)に対応した状態となる。
As shown in FIG. 20 (b), the
[受渡し動作]
その後、上述した[設置動作](図6(b))及び[巻付け動作](図7〜図9(a))を行う。ヘッド部12,12’,13から繰り出される繊維束Rは、第3受渡リング33からマンドレルM1へと巻き付けられる。従って、第3受渡リング33が、繊維束Rを巻取り後のマンドレルM2から巻取り前のマンドレルM1に受け渡す。
[Delivery operation]
Thereafter, the [installation operation] (FIG. 6B) and [winding operation] (FIGS. 7 to 9A) described above are performed. The fiber bundle R fed out from the
そして、巻付け動作終了後、マンドレルM2に巻き付けられた繊維束Rは、第4受渡リング34に巻き付けられる(図9(b)〜図10)。その後、[切断動作]、[設置・排出動作]等(図11〜図20)を行う。そして、第4受渡リング34が、繊維束Rを巻取り後のマンドレルM2から巻取り前のマンドレルM1に受け渡す。
Then, after the end of the winding operation, the fiber bundle R wound around the mandrel M2 is wound around the fourth delivery ring 34 (FIGS. 9B to 10). Thereafter, [cutting operation], [installation / discharge operation] and the like (FIGS. 11 to 20) are performed. Then, the
[繰り返し動作]
その後、[設置動作]、[巻付け動作]、[切断動作]、[排出動作]及び[受渡し動作](図6(b)〜図20)を繰り返し行うことにより、製造ラインを自動化することができる。
[Repeat operation]
Thereafter, the production line can be automated by repeatedly performing [installation operation], [winding operation], [cutting operation], [discharge operation] and [delivery operation] (FIGS. 6B to 20). it can.
このフィラメントワインディング自動化システムは、機台10の一端側(図左)及び他端側(図右)において、巻取り前のマンドレルM1の設置動作、巻取り後のマンドレルM2の排出動作を行うことができ、設置・排出動作の効率化を図ることができる。
This filament winding automation system can perform the installation operation of the mandrel M1 before winding and the discharging operation of the mandrel M2 after winding on one end side (left side) and the other end side (right side) of the
1 巻付け装置
10 機台
11 マンドレル移動台
12,12’,13 ヘッド部
12 第1フープ巻ヘッド
12’ 第2フープ巻ヘッド
13 ヘリカル巻ヘッド
3 受渡装置
30 受渡ハンド部
31,32,33,34 第1〜第4受渡リング
4 切断装置
40 カッター部
5 設置・排出装置
51,52,53,54,55 第1〜第5設置・排出ハンド部
6 制御部
M マンドレル
M1 巻付け前のマンドレル
M2 巻付け後のマンドレル
S マンドレル用スピンドル
R 繊維束
1 Winding
12 First
Claims (3)
前記巻付け装置は、ヘリカル巻で巻き付けるためのヘリカル巻ヘッドと、前記ヘリカル巻ヘッドの両側に配置されて、フープ巻で巻き付けるための一対のフープ巻ヘッドとを備え、
巻付け終了後、前記受渡装置が前記ヘッド部から繰り出される繊維束を保持し、前記切断装置が前記繊維束を前記巻付け後のマンドレルから切断して分離し、前記排出装置が前記巻付け後のマンドレルを排出し、前記設置装置が前記巻付け前のマンドレルを設置し、前記巻付け装置が前記受渡装置で保持した前記繊維束を前記巻付け前のマンドレルに巻付け開始することを特徴とするフィラメントワインディング自動化システム。 A winding device for winding a fiber bundle fed out from a head portion around a mandrel, an installation device for installing the mandrel before winding at a winding position, and a discharge device for discharging the mandrel after winding from the winding position. A delivery device that holds the fiber bundle and delivers it from the mandrel after winding to the mandrel before winding, and a cutting device that cuts the fiber bundle,
The winding device includes a helical winding head for winding by helical winding, and a pair of hoop winding heads arranged on both sides of the helical winding head for winding by hoop winding,
After the winding is completed, the delivery device holds the fiber bundle fed out from the head unit, the cutting device cuts and separates the fiber bundle from the wound mandrel, and the discharging device is after the winding The mandrel is discharged, the installation device installs the mandrel before winding, and the winding device starts winding the fiber bundle held by the delivery device around the mandrel before winding. Filament winding automation system.
フープ巻を行う際、前記マンドレルが位置固定して、前記旋回機構が前記ボビンを回転しながら、前記移動ベースが前記フープ巻ヘッドを往復移動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自動化システム。 The hoop winding head includes a moving base that reciprocates in the axial direction of the mandrel, a bobbin for supplying a fiber bundle to the mandrel, and a turning mechanism that turns the bobbin in a circumferential direction of the mandrel,
2. The filament winding according to claim 1, wherein when performing the hoop winding, the mandrel is fixed in position, and the moving base reciprocates the hoop winding head while the turning mechanism rotates the bobbin. Automation system.
ヘリカル巻を行う際、前記ヘリカル巻ヘッドが位置固定して、前記マンドレル回転軸が前記マンドレルを回転しながら、前記マンドレル移動台が前記マンドレルを往復移動することを特徴とする請求項1又は2に記載のフィラメントワインディング自動化システム。 A mandrel rotating shaft that rotates the mandrel in the circumferential direction; and a mandrel moving table that reciprocates the mandrel in the axial direction;
3. The method according to claim 1, wherein when performing helical winding, the position of the helical winding head is fixed, and the mandrel moving base reciprocates the mandrel while the mandrel rotating shaft rotates the mandrel. Filament winding automation system as described.
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