JP2015000553A - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多数本の繊維を含む繊維束を巻回する際に、繊維束巻回軌跡に沿った空隙を残さないようにする。【解決手段】ＦＷ装置１００は、第１ボビン保持ユニット１３０Ａの第１繊維ボビンＢ１から送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と第２ボビン保持ユニット１３０Ｂの第２繊維ボビンＢ２から送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とを、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１については繊維束幅を拡幅した上で、第１給糸ローラー１２１にて上下に重ねて集合させる。こうして樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とが上下に重なった状態の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを、繊維束案内体２１０に供給する。【選択図】図４

Description

本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。

フィラメントワインディング装置（以下、適宜、ＦＷ装置と略称する）は、高圧ガスタンクのコアである樹脂製のライナー等の繊維巻回対象物に多数本の繊維を繊維束の形態で巻回するものとして、広く普及している。ＦＷ装置では、ライナーへの巻回効率を高めるため、多数本の繊維を繊維束の形態で巻き取り済みの複数の繊維ボビンから繊維束を並行に並べて供給し、ライナー外周に巻回される複数の繊維束の幅を繊維束ごとに広狭変更する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−９３２７６号公報

上記の繊維束幅の変更手法によれば、複数の繊維束の幅を繊維束ごとに広狭変更後の繊維束幅で各繊維束を連続供給できる他、各繊維束幅の拡幅により繊維束の巻回幅も広くなって繊維束の巻回効率も高まる。しかも、上記の繊維束の変更手法では、繊維幅広狭変更済みの複数の繊維束が並行に並んだ多列の繊維束の状態でライナー外周への繊維束巻回を行うことから、繊維束の巻回効率がより高まる。しかしながら、複数の繊維束が並行に並んだ多列の繊維束の状態でのライナー外周への繊維束巻回軌跡では、隣り合う繊維束の間に空隙が残ったまま、ライナー外周への複数筋の繊維束巻回がなされ得る。隣り合う繊維束間の空隙は、繊維束巻回軌跡に沿って残り、空隙の両隣は多数本の繊維を含む繊維束であることから、空隙とその両隣の繊維束とでは繊維束の厚みに相当する段差が残り得る。繊維束の巻回軌跡に沿って残った空隙或いはこの空隙に起因する段差は、繊維束による補強強度に影響を及ぼすことが危惧されるので、繊維束の巻回軌跡に沿った空隙を残さないようにすることが要請されるに到った。この他、繊維束の巻回軌跡に沿った空隙を残さないで繊維束幅の拡幅を図ることや、ＦＷ装置の構成の簡略化、或いは低コスト化を可能とすることも要請されている。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、フィラメントワインディング装置が提供される。このフィラメントワインディング装置は、繊維巻回対象物に多数本の繊維を繊維束の形態で巻回するフィラメントワインディング装置であって、前記繊維束を巻き取り済みの第１と第２の繊維ボビンとを、前記繊維束を送り出し可能に保持するボビンユニットと、前記繊維巻回対象物の軸芯に沿って相対的に往復動し供給を受けた前記繊維束を前記往復動の過程で前記繊維巻回対象物の外表面に案内する繊維束案内体を備える繊維巻回部と、前記ボビンユニットから前記繊維束案内体に到る繊維束経路に配設され、前記繊維束を前記繊維束案内体に送り出す給糸ローラーと、前記第１の繊維ボビンから送り出された前記繊維束である第１の繊維束と前記第２の繊維ボビンから送り出された前記繊維束である第２の繊維束とが前記給糸ローラーにおいて上下に集合するよう、前記第１の繊維束と前記第２の繊維束とを前記給糸ローラーに重ねて導く繊維束導入機構とを備える。

上記形態のフィラメントワインディング装置は、第１の繊維ボビンから送り出された第１の繊維束と第２の繊維ボビンから送り出された第２の繊維束とを、繊維束導入機構により給糸ローラーにおいて上下に集合するよう、給糸ローラーに重ねて導くので、給糸ローラーから繊維束案内体への繊維束送り出しは、第１の繊維束と第２の繊維束とが上下に重なった積層繊維束の状態でなされる。この結果、上記形態のフィラメントワインディング装置によれば、第１の繊維束と第２の繊維束の両繊維束が並行に並んだ多列の繊維束の状態ではなく、第１の繊維束と第２の繊維束の両繊維束を上下に重ねた積層繊維束の状態で繊維巻回対象物に巻回するので、繊維巻回対象物の外表面の繊維束巻回軌跡において繊維束の間の空隙を残さない。

（２）上記した形態のフィラメントワインディング装置において、前記第１の繊維束と前記第２の繊維束の少なくとも一方の繊維束の繊維束幅を、前記給糸ローラーに前記繊維束が到る経路の上流側で拡幅する拡幅機構を備え、前記繊維束導入機構は、前記拡幅を受けた繊維束と他方の繊維束とが前記給糸ローラーにおいて上下に集合するよう、前記拡幅を受けた拡幅繊維束と前記他方の繊維束とを前記給糸ローラーに重ねて導くようにできる。この形態のフィラメントワインディング装置では、繊維束幅が拡幅した拡幅繊維束（第１の繊維束と第２の繊維束の少なくとも一方の繊維束）と、他方の繊維束とを上下に重ねた積層繊維束の状態で、給糸ローラーから繊維束案内体に送り出して繊維巻回対象物に巻回する。この結果、この形態のフィラメントワインディング装置によれば、繊維巻回対象物の外表面の繊維束巻回軌跡において繊維束の間の空隙を残さないと共に、繊維束幅が拡幅した状態で繊維巻回対象物の外表面に繊維束を巻回して、当該外表面における繊維束巻回軌跡をより幅広とできる。しかも、第１の繊維束と第２の繊維束の少なくとも一方の繊維束を繊維束幅が拡幅した拡幅繊維束としてから、両繊維束を給糸ローラーにて上下に重ねた積層繊維束の状態とするので、拡幅繊維束に対して重なった他方の繊維束についても繊維束幅の拡幅を図った上で、拡幅繊維束に含まれる多数本の繊維と他方の繊維束に含まれる多数本の繊維とを馴染ませることができる。このため、この形態のフィラメントワインディング装置によれば、繊維束案内体により繊維巻回対象物の外表面に巻回された繊維束巻回軌跡において、上下に重なった積層繊維束に含まれる多数本の繊維の間隔についてもほぼ均一とでき、巻回品質を高めることができる。

（３）上記した形態のフィラメントワインディング装置において、前記拡幅機構は、前記繊維束幅の拡幅の対象となる前記繊維ボビンから送り出される前記繊維束と接触するボビン下流ローラーの内部から、前記接触した繊維束に向けてエアーを噴出することで、前記少なくとも一方の繊維束の繊維束幅を拡幅するようにできる。こうすれば、エアー噴出という簡便な手法で、繊維束の繊維束幅を拡幅できるので、フィラメントワインディング装置の機器構成の簡略化と、低コスト化を図ることができる。

（４）上記したいずれかの形態のフィラメントワインディング装置において、前記繊維束案内体は、前記供給を受けた前記繊維束の幅より拡幅の凹状をなして該凹状の底面にて前記繊維束と繊維長手方向に沿って接触し、該接触した繊維束を案内すると共に、前記凹状の底面の中央域を前記長手方向に沿った凸条とし、該凸条の両側を下降傾斜面とするようにできる。こうすれば、上下に重ねた積層繊維束の状態で給糸ローラーから繊維束案内体まで送り出された繊維束は、繊維束案内体がなす凹状の底面に接触することで、中央域が凸条でその両側が下降傾斜面の凹状底面に倣うよう更に拡幅する。よって、この形態のフィラメントワインディング装置によれば、繊維巻回対象物の外表面の繊維束巻回軌跡をより幅広とできる。しかも、凹状底面に倣った繊維束の拡幅は、凹状の両端凸部位にて制限されるので、拡幅後の繊維束の形状安定化が可能となり、巻回品質の向上にも寄与できる。

（５）上記した形態のフィラメントワインディング装置において、前記凸条を加熱する加熱機構と、前記下降傾斜面を冷却する冷却機構とを有するようにできる。通常、繊維束は、熱硬化性樹脂に予め含浸された状態で繊維ボビンに巻かれて繊維束案内体まで送り出されるか、繊維束案内体の手前で熱硬化性樹脂に含浸される。よって、いずれの場合も、繊維束案内体に接触する繊維束は熱硬化性樹脂に含浸済みであり、この熱硬化性樹脂含浸済み繊維束を、中央域の凸条からの熱により容易に拡幅できると共に、下降傾斜面での冷却により、凹状を超えるような過度の拡幅を防止できる。こうしたことから、この形態のフィラメントワインディング装置によれば、繊維束の拡幅と拡幅後の繊維束の形状安定化とが確実となるので、巻回品質をより高めることができる。

（６）上記した形態のフィラメントワインディング装置において、前記冷却機構は、前記下降傾斜面の下面側にエアーを通気すると共に、前記下降傾斜面と前記凸状との繋ぎ箇所から前記下降傾斜面に沿ってエアーを吹き出すようにできる。こうすれば、中央域の凸条両側の下降傾斜面に向けた繊維束の拡幅が進むので、繊維束の拡幅と拡幅後の繊維束の形状安定化との実効性がより高まり、巻回品質向上の上から好ましい。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ライナーに多数本の繊維を繊維束の形態で巻回した高圧ガスタンクの他、高圧ガスタンクの製造装置或いは製造方法として構成することもできる。

本発明の実施形態としてのＦＷ装置１００の概略構成を模式的に示す説明図である。 ＦＷ装置１００の要部であるヘリカル巻きユニット１００Ｈと樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの送り出しを図るボビンユニット１２０との概略的な位置関係を示す説明図である。 繊維強化樹脂層の形成の様子を模式的に示す説明図である。 ボビンユニット１２０における第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２の位置関係とボビン保持構成を示す説明図である。 第１ボビン保持ユニット１３０Ａを斜視にて示す説明図である。 第１ボビン保持ユニット１３０Ａが有する拡幅シャフト１４０の概要を説明する説明図である。 拡幅シャフト１４０を図６における７−７線で断面視してその機能を説明する説明図である。 繊維束案内体２１０の概略的な外観をＸ−Ｘ線の断面視の概略と共に示す説明図である。 繊維束案内体２１０による樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの案内の様子を模式的に示す説明図である。 樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２の上下の重なりの他の態様を示す説明図である。 三つの樹脂含浸カーボン繊維束を上下に重ねた一態様の樹脂含浸カーボン繊維束を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。本実施形態のフィラメントワインディング装置（ＦＷ装置）は、最終製品としての高圧ガスタンクを製造する際に使用され、ライナー１０に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを巻回する。図１は本発明の実施形態としてのＦＷ装置１００の概略構成を模式的に示す説明図、図２はＦＷ装置１００の要部であるヘリカル巻きユニット１００Ｈと樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの送り出しを図るボビンユニット１２０との概略的な位置関係を示す説明図、図３は繊維強化樹脂層の形成の様子を模式的に示す説明図である。本実施形態では、高圧ガスタンクを、高圧水素を貯蔵する高圧水素タンクとした。

ＦＷ装置１００は、水素ガスに対するガスバリア性を有する樹脂製容器のライナー１０を繊維巻回対象物とする。ライナー１０は、半径が均一である略円筒形状のシリンダー部１０ａと、シリンダー部両端に設けられた凸曲面形状のドーム部１０ｂを有する。ドーム部１０ｂは、等張力曲面によって構成されており、その頂点に、外部配管等と接続するための口金１４を有する。本実施形態では、樹脂容器として、ナイロン系樹脂からなる樹脂製容器を用いるものとした。樹脂容器として、水素ガスに対するガスバリア性を有すれば、他の樹脂からなる樹脂容器を用いるものとしてもよい。

ＦＷ装置１００は、ライナー軸支シャフト１０２と、ヘリカル巻きユニット１００Ｈと、フープ巻きユニット１００Ｆと、クリルスタンド１１０と、繊維束分配ユニット１５０と、制御装置１６０とを有する。ライナー軸支シャフト１０２は、ライナー両端の口金１４に挿入され、ライナー両端からシャフトを出した状態で後述する支持台３１０にて保持され、ライナー１０を水平に軸支する。こうしてライナー１０を軸支した後、ＦＷ装置１００は、ヘリカル巻きユニット１００Ｈとフープ巻きユニット１００Ｆとにより、ライナー１０の外周に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを巻回して、繊維強化樹脂層を形成する（繊維強化樹脂層形成工程）。この繊維強化樹脂層形成工程により、ライナー１０の外周に樹脂硬化前の繊維強化樹脂層を有する中間生成品タンクが得られ、この中間生成品タンクを、図示しない誘導加熱装置等を用いて熱処理することで、最終製品としての高圧ガスタンクが得られる。

ヘリカル巻きユニット１００Ｈは、図２に斜視にて示すように、ライナー１０を取り囲む環状体の繊維束案内フレーム２０２を、基台３００に固定フレーム２０４にて固定して備える。このヘリカル巻きユニット１００Ｈは、ライナー両端のドーム部１０ｂの湾曲外表面領域に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを掛け渡してヘリカル巻きを図るべく、ライナー１０におけるタンク中心軸ＡＸに沿って、繊維束案内フレーム２０２とライナー１０とを、ドーム部１０ｂの外側を含む所定範囲に亘って相対的に往復駆動させる。つまり、ライナー１０に対して繊維束案内フレーム２０２を往復動させるようにできるほか、繊維束案内フレーム２０２に対して、ライナー１０を水平に軸支したまま往復動させてもよい。本実施形態では、繊維束案内フレーム２０２を含むヘリカル巻きユニット１００Ｈを基台３００に固定してライナー１０を往復動する構成としたが、図１では、図示の都合から、ヘリカル巻きユニット１００Ｈを相対的にライナー１０に対して往復動するよう示した。

基台３００は、第１レール３０２と、第２レール３０４と、支持台３１０とを備えている。第１レール３０２は、基台３００の長手方向に延伸する一対の溝であり、基台３００の上方向（Ｙ方向）の面に形成されている。第２レール３０４は、基台３００の長手方向に延伸する一対の溝であり、基台３００の上面であって、第１レール３０２に対して基台３００の短手方向（Ｚ方向）の外側に形成されている。

支持台３１０は、基台３００の上面に配置され、既述したライナー軸支シャフト１０２と共にライナー１０を回転自在に支持する。支持台３１０は、タンク中心軸ＡＸを中心にライナー１０を回転する。支持台３１０は、図示しない駆動機構によって、基台３００の長手方向に沿って第１レール３０２上を往復動自在に駆動し、ライナー１０を繊維束案内フレーム２０２に対して往復動させる。支持台３１０は、ベース３１２と、支持腕３１４と、チャック３１６とを備えている。ベース３１２は、板状を有し、第１レール３０２に嵌合することで第１レール３０２上を移動可能に構成されている。支持腕３１４は、四角柱状を有し、基台３００の上方向に向かって延伸するように設けられている。チャック３１６は、支持腕３１４の上端部、換言すれば、支持腕３１４がベース３１２に固定されている側とは反対側の端部に設けられており、ライナー軸支シャフト１０２を固定する。

基台３００に固定された繊維束案内フレーム２０２は、支持台３１０にて軸支されたライナー１０が入り込む貫通孔の周囲に、複数個の繊維束案内体２１０を当ピッチに放射状に備える。それぞれの繊維束案内体２１０は、後述の繊維束分配ユニット１５０から樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの供給を受け、その供給を受けた樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを、既述した繊維束案内フレーム２０２の相対的な往復動の過程でライナー１０の外表面に案内する。なお、繊維束案内体２１０の詳細構成については、後述する。

クリルスタンド１１０は、図１に示すように、ヘリカル巻きユニット１００Ｈの左右（図における上下）に配設され、繊維束案内フレーム２０２に設けられた繊維束案内体２１０の個数に相当する数のボビンユニット１２０を有する。それぞれのボビンユニット１２０は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを巻き取り済みの第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２とを回転可能に保持し、これらボビンから、繊維束分配ユニット１５０を経てヘリカル巻きユニット１００Ｈの繊維束案内体２１０に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを送り出す。

繊維束分配ユニット１５０は、それぞれのボビンユニット１２０が後述するように送り出した樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを、繊維束案内フレーム２０２に組み込まれた個々の繊維束案内体２１０に、供給する。なお、ヘリカル巻きユニット１００Ｈがライナー１０に対して往復動する構成であれば、この繊維束分配ユニット１５０は、ヘリカル巻きユニット１００Ｈの往復動に合わせて移動し、クリルスタンド１１０の個々のボビンユニット１２０からの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗをヘリカル巻きユニット１００Ｈに案内しつつ送り出す。

こうして樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの供給を受けるヘリカル巻きユニット１００Ｈは、図３（Ａ）に示すように、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻回軌跡がタンク中心軸ＡＸに対して低角度の繊維角αＬＨ（例えば、約１１〜２５°）で交差する低角度のヘリカル巻きにて、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを巻回する。この樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、複数本のスライバー状のカーボン単繊維ｃｆを揃えて繊維束の状態とされ、単繊維表面および単繊維間にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含む多給糸のいわゆるプリプレグである。ヘリカル巻きユニット１００Ｈによるヘリカル巻きの際、ライナー１０は、タンク中心軸ＡＸの回りに回転し、ライナー１０の回転速度とヘリカル巻きユニット１００Ｈに対するライナー１０の往復動速度が制御装置１６０により調整される。この低角度のヘリカル巻きでは、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、シリンダー部１０ａの両端のドーム部１０ｂに掛け渡るよう螺旋状に繰り返し巻回される。そして、両側のドーム部１０ｂでは、ライナー１０の往路・復路の切換に伴って繊維の巻き付け方向が折り返されると共に、タンク中心軸ＡＸからの折り返し位置も調整される。

ドーム部１０ｂにおける巻き付け方向の折り返しを何度も繰り返すことにより、ライナー１０の外表面には、低角度の繊維角αＬＨで樹脂含浸カーボン繊維束Ｗが網目状に張り渡された繊維巻回層が形成される。この場合、ヘリカル巻きユニット１００Ｈの相対的な往復動範囲は、ドーム部１０ｂのほぼ全域の外表が樹脂含浸カーボン繊維束Ｗにて覆われた上で、数層の上記の繊維巻回層が形成できる範囲とされ、この最初の数層の繊維巻回層が最内層側に位置する最内層ヘリカル層となる。

フープ巻きユニット１００Ｆは、ライナー１０を取り囲む環状体とされ、シリンダー部１０ａの外周に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗをフープ巻きすべく、ライナー１０におけるタンク中心軸ＡＸに沿ってほぼシリンダー部１０ａの長さに相当する所定範囲に亘って相対的に往復動する。フープ巻きユニット１００Ｆは、相対的な往復動の過程において、ユニット内蔵の複数の図示しない繊維ボビンから樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを繰り出し、図３（Ｂ）に示すように、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの巻回軌跡がタンク中心軸ＡＸに対してほぼ垂直に近い巻き角度（繊維角α０：例えば約８９°）で交差するフープ巻きにて、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを巻回する。このフープ巻きをシリンダー部両端で折り返しつつ繰り返すことで、最内層ヘリカル層に重ねてフープ層が形成される。つまり、ライナー１０をタンク中心軸ＡＸの回りで回転させつつ、フープ巻きユニット１００Ｆをタンク中心軸ＡＸに沿って所定速度で繰り返し往復動させることで、既に形成済みのヘリカル層に重なってフープ層が樹脂含浸カーボン繊維束Ｗにて巻回形成される。

シリンダー部１０ａにおける巻き付け方向の折り返しを何度も繰り返すことにより、既に形成済みのヘリカル層の外表面には、高角度の繊維角αＬＨで樹脂含浸カーボン繊維束Ｗが網目状に張り渡されたフープ層が形成される。この場合、フープ巻きユニット１００Ｆの相対的な往復動範囲は、シリンダー部１０ａの全域において樹脂含浸カーボン繊維束Ｗが繰り返し巻回されて数層の上記の繊維巻回層が形成できる範囲とされ、この数層の繊維巻回層がフープ層となる。

ヘリカル巻きユニット１００Ｈによる低角度のヘリカル巻きから、フープ巻きユニット１００Ｆによるフープ巻きへの変更を行うに際し、タンク中心軸ＡＸに対して高角度の繊維角（例えば、約３０〜６０°）で樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを巻回する高角度のヘリカル巻きを組み込むこともできる。

こうして樹脂含浸カーボン繊維束Ｗのフープ巻きおよびヘリカル巻きが使い分けて繰り返されることで、ライナー１０の外周には、最内層ヘリカル層にフープ層が重なり、更に、ヘリカル層とフープ層が交互に層状に複数層重なった繊維強化樹脂層がＦＷ装置１００にて形成される。

制御装置１６０は、論理演算を行うＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むいわゆるシーケンシャルコンピューターとして構成され、支持台３１０に支持したライナー１０の回転速度や、ヘリカル巻きユニット１００Ｈおよびフープ巻きユニット１００Ｆに対するライナー１０の往復動速度、ボビンユニット１２０からの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの送り出し状況等、ＦＷ装置１００の各種制御を統括して行う。

次に、ボビンユニット１２０からの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの送り出しの様子と繊維束送り出しに要する構成について説明する。図４はボビンユニット１２０における第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２の位置関係とボビン保持構成を示す説明図、図５は第１ボビン保持ユニット１３０Ａを斜視にて示す説明図、図６は第１ボビン保持ユニット１３０Ａが有する拡幅シャフト１４０の概要を説明する説明図、図７は拡幅シャフト１４０を図６における７−７線で断面視してその機能を説明する説明図である。

図４に示すように、ボビンユニット１２０は、第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２とを上下に保持し、各繊維ボビンを、第１ボビン保持ユニット１３０Ａと第２ボビン保持ユニット１３０Ｂとで保持する。また、ボビンユニット１２０は、ボビン下流に、第１給糸ローラー１２１と、第２給糸ローラー１２２と、繊維束導入ローラー１２３ｕと、繊維束導入ローラー１２３ｄとを有する。これら各ローラーは、第１ボビン保持ユニット１３０Ａ或いは第２ボビン保持ユニット１３０Ｂからヘリカル巻きユニット１００Ｈの繊維束案内体２１０に到る繊維束経路に配設されている。

第１ボビン保持ユニット１３０Ａと第２ボビン保持ユニット１３０Ｂの両ボビン保持ユニットは、ほぼ同一の構成を備え、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを巻き取り済みの第１繊維ボビンＢ１或いは第２繊維ボビンＢ２を、各繊維ボビンから送り出し可能に保持する。以下、説明の便宜上、第１繊維ボビンＢ１に巻き取られた樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と称し、第２繊維ボビンＢ２に巻き取られた樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２と称して、区別する。

図４および図５に示すように、第１ボビン保持ユニット１３０Ａは、対向する円形板１３２の間に図示しないシャフトを備え、当該シャフトを第１繊維ボビンＢ１の中空芯材に貫通することで、第１繊維ボビンＢ１を円形板１３２の間に保持する。この他、第１ボビン保持ユニット１３０Ａは、ボビン駆動部１３３と、シャフト保持腕１３４と、拡幅シャフト１４０と、弛み抑制シャフト１３７とを備える。

ボビン駆動部１３３は、図示しないモーターを内蔵し、制御装置１６０の制御を受けて、第１繊維ボビンＢ１をボビン軸ＣＹを中心に反時計回りＣＳに回動させる。これにより、第１繊維ボビンＢ１は、回転して樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１を送り出す。なお、第１繊維ボビンＢ１からの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１の送り出しを、ライナー１０への繊維束巻回に伴う引出力だけで行う場合には、ボビン駆動部１３３は、不要となる。また、対向する円形板１３２の間に図示しないシャフトに樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１を直接巻き取るようにすれば、対向する円形板１３２とその間のシャフト自体が、第１繊維ボビンＢ１となる。

シャフト保持腕１３４は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１の繰り出し方向ＤＦの下流側に向かって円形板１３２から延び、拡幅シャフト１４０と弛み抑制シャフト１３７とを、この順で一体に保持する。そして、第１繊維ボビンＢ１から送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１は、拡幅シャフト１４０に接触した上で、弛み抑制シャフト１３７にも接触して、この両シャフトで保持され、下流の後述の繊維束導入ローラー１２３ｕに導かれる。

シャフト保持腕１３４は、例えば、樹脂や金属を用いて形成される。本実施形態では、図５のように、一つのシャフト保持腕１３４によって、拡幅シャフト１４０と弛み抑制シャフト１３７とを保持している。このため、拡幅シャフト１４０と弛み抑制シャフト１３７とのうち、一方の端部ＥＬは固定されているが、他方の端部ＥＲは固定されていない。従って、対向する円形板１３２の間のシャフトに樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１を直接巻回する際の作業性を向上させることができる。なお、２枚の円形板１３２から２枚のシャフト保持腕１３４がそれぞれ延伸する構成、換言すれば、拡幅シャフト１４０と弛み抑制シャフト１３７との端部ＥＬと、端部ＥＲとの両方がシャフト保持腕１３４によって保持される構成を採用することも可能である。

弛み抑制シャフト１３７は、棒形状（細長い円柱形状）を有し、シャフト保持腕１３４の頂角近傍に接合されている。弛み抑制シャフト１３７は、弛み抑制シャフト１３７の端部ＥＬがシャフト保持腕１３４の上記位置に接合されていることによって、第１繊維ボビンＢ１のボビン軸ＣＹに略並行な状態で保持されている（図５参照）。

拡幅シャフト１４０は、シャフト保持腕１３４の基部近傍で、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１が繰り出される側の端部に対して接合されている。この拡幅シャフト１４０は、拡幅シャフト１４０の端部ＥＬがシャフト保持腕１３４の上記位置に接合されていることによって、第１ボビン保持ユニット１３０Ａのボビン軸ＣＹに略並行な状態で保持されている（図５参照）。拡幅シャフト１４０は、中空の円筒形状とされ、図６に示すように、外殻部１４２と、蓋部１４１とを備えている。外殻部１４２は、例えばポーラス金属のような多孔質金属で形成されており、微小な孔１４３を多数有している。樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１の樹脂によって孔１４３が詰まることを抑制するために、各孔１４３の孔径は、例えば、５００μｍ以下とすることが好ましい。孔１４３は、図７に示すように、外殻部１４２の厚み方向に沿って延びる細孔と擬制でき、拡幅シャフト１４０の内部空間と外殻部１４２の外部表面とを連通する。蓋部１４１は、外殻部１４２の端面に配置されている。蓋部１４１は、配管１４５と接続され、配管１４５を介して供給されるエアーを、外殻部１４２の内部空間に送る。

第１ボビン保持ユニット１３０Ａは、図示しないエアコンプレッサーを備え、制御装置１６０の制御を受けてエアコンプレッサーを駆動し、配管１４５を介して拡幅シャフト１４０の内部に空気を送り込む。本実施形態では、１ＭＰａ以下の圧力で常温（２５℃程度）のエアーを拡幅シャフト１４０の内部に送り込む。こうして送り込まれたエアーは、図７に示すように、拡幅シャフト１４０の内部空間から外殻部１４２の外部表面の全方向に向けて孔１４３を通過し、孔開口から噴出される。外殻部１４２の外側全方向に向かって噴射されるエアーのうち、第１繊維ボビンＢ１から送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１に向けて噴射されるエアーは、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１に含まれる複数本のスライバー状のカーボン単繊維ｃｆの間を通り抜ける。このため、第１繊維ボビンＢ１から送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１は、拡幅シャフト１４０に接触して通過する間に、この拡幅シャフト１４０からの噴出エアーにより繊維束幅が拡幅され、この拡幅シャフト１４０より下流側では、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１として送り出される。この様子は、図４においてＡ部概略断面として示されている。

第１繊維ボビンＢ１に巻き付けられた状態の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１は、カーボン単繊維ｃｆがほぼ円形となるように集合した状態の繊維束であったり、カーボン単繊維ｃｆが既に矩形形状で集合した状態の繊維束であるが、いずれの場合であっても、拡幅シャフト１４０は、接触して通過する樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１を、図４のＡ部概略断面に示すように、繊維束幅が拡幅した略矩形形状の繊維束として下流に送り出す。また、外殻部１４２の外側全方向に向かって噴射される空気のうち、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と向き合うことなく噴射されるエアーは、拡幅シャフト１４０が繊維束送り出しに伴い自転する構成であれば、接触した樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１から転写された樹脂を孔１４３から吹き飛ばし、孔の閉塞を抑制する。こうしたエアー噴出による樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１の繊維束幅の拡幅は、ヘリカル巻きユニット１００Ｈの繊維束案内体２１０（図２参照）への繊維供給が行われている間において、継続される。

第２ボビン保持ユニット１３０Ｂは、既述した第１ボビン保持ユニット１３０Ａとほぼ同様の構成を備え、拡幅シャフト１４０に代えて案内シャフト１３８を有する。この案内シャフト１３８は、第１ボビン保持ユニット１３０Ａにおける拡幅シャフト１４０の配設位置に設置され、弛み抑制シャフト１３７と同様の棒形状である。そして、第２ボビン保持ユニット１３０Ｂは、第２繊維ボビンＢ２に巻き付けられた状態の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２を、カーボン単繊維ｃｆがほぼ円形となるように集合した状態の巻き込み当初の繊維束として、図４のＢ部概略断面に示すように、下流に送り出す。

図４に示すように、繊維束導入ローラー１２３ｕは、第１ボビン保持ユニット１３０Ａの送り出す樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１の送り出し経路の下流に位置し、弛み抑制シャフト１３７から送り出される樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と接触する。この繊維束導入ローラー１２３ｕは、図４の紙面奥側から手前側、およびその逆に移動したり、図４の紙面に対して左右に傾動することで、第１ボビン保持ユニット１３０Ａから送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１を第１給糸ローラー１２１の所定の繊維束集合箇所に導く。第２ボビン保持ユニット１３０Ｂの下流の繊維束導入ローラー１２３ｄにあっても繊維束導入ローラー１２３ｕと同様に駆動し、第２ボビン保持ユニット１３０Ｂから送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２を第１給糸ローラー１２１の所定の繊維束集合箇所に導く。制御装置１６０は、第１繊維ボビンＢ１および第２繊維ボビンＢ２からのボビン軸方向に沿った繊維束送り出し位置や送り出し速度に基づいて、上記の両繊維束導入ローラーを駆動するので、第１ボビン保持ユニット１３０Ａから送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と、第２ボビン保持ユニット１３０Ｂから送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とは、共に、第１給糸ローラー１２１の所定の繊維束集合箇所に常に導かれる。本実施形態では、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とがほぼ同軸で上下に重なるように、両繊維束を繊維束導入ローラー１２３ｕと繊維束導入ローラー１２３ｄで導くようにした。

これにより、第１ボビン保持ユニット１３０Ａから送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と、第２ボビン保持ユニット１３０Ｂから送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とは、第１給糸ローラー１２１においてほぼ同軸で上下に集合して重なる。よって、ボビンユニット１２０は、第１給糸ローラー１２１より下流側では、図４のＣ部概略断面に示すように、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とが上下に重なった上でカーボン単繊維ｃｆが入り組んだ樹脂含浸カーボン繊維束Ｗとして、この樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを、第２給糸ローラー１２２を経て繊維束分配ユニット１５０、延いてはヘリカル巻きユニット１００Ｈの繊維束案内体２１０に供給する。こうして繊維束案内体２１０に供給される樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、第１給糸ローラー１２１にて上記の両繊維束が上下に重なった上で第１給糸ローラー１２１に接触して送り出されること、更に第２給糸ローラー１２２に接触した上でその進行方向が変えられて送り出されることから、第２ボビン保持ユニット１３０Ｂからの送り出し直後では図４のＢ部概略断面に示すようにほぼ円形にカーボン単繊維ｃｆが集合していた樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２にあっても、含まれるカーボン単繊維ｃｆが拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１のカーボン単繊維ｃｆに入り込むようにして当該繊維束に倣うよう拡幅された状態となる。この場合、第２給糸ローラー１２２を、制御装置１６０の制御を受けて図４における紙面左右方向に移動させて、第１給糸ローラー１２１を経て送り出される樹脂含浸カーボン繊維束Ｗにテンションを加えれば、ほぼ円形にカーボン単繊維ｃｆが集合していた樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２を、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１により一層と倣うように拡幅できる。

次に、ボビンユニット１２０から樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの供給を受けて、その樹脂含浸カーボン繊維束Ｗをライナー１０の外表面に案内する繊維束案内体２１０について説明する。図８は繊維束案内体２１０の概略的な外観をＸ−Ｘ線の断面視の概略と共に示す説明図である。

繊維束案内体２１０は、繊維束分配ユニット１５０（図１参照）から供給を受けた樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの幅より拡幅の凹状の矩形プレート体であり、この凹状プレート底面にて樹脂含浸カーボン繊維束Ｗと繊維長手方向に沿って接触し、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを案内する。こうした繊維束案内を図る上で、繊維束案内体２１０は、凹状プレートの底面中央域を長手方向に沿った凸条部２１１とし、その両側底面を下降傾斜面部２１２とし、幅方向端部を傾斜面部下端から上に延びた堰部２１３とする。また、繊維束案内体２１０は、凸条部２１１の下面側にヒーター２１４を備え、下降傾斜面部２１２の下面側の区画領域をエアー通気部２１５とする。このエアー通気部２１５に通気されたエアーは、下降傾斜面部２１２を介して樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを冷却し、下降傾斜面部２１２と凸条部２１１との繋ぎ箇所のスリット２１６から、下降傾斜面部２１２に沿って噴出される。

以上説明したように、本実施形態のＦＷ装置１００は、第１ボビン保持ユニット１３０Ａの第１繊維ボビンＢ１から送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と、第２ボビン保持ユニット１３０Ｂの第２繊維ボビンＢ２から送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とを繊維束分配ユニット１５０をへて繊維束案内体２１０に供給するに当たり、ボビンユニット１２０が有する繊維束導入ローラー１２３ｕと繊維束導入ローラー１２３ｄにて、第１給糸ローラー１２１の所定の繊維束集合箇所に常に導く。その上で、ＦＷ装置１００は、第１給糸ローラー１２１において、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とが上下に重ねて集合した樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ（図４のＣ部概略断面参照）として、この樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを、第２給糸ローラー１２２を経て繊維束分配ユニット１５０、延いてはヘリカル巻きユニット１００Ｈの繊維束案内体２１０に供給する。つまり、本実施形態の１００は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とをこの両繊維束が並行に並んだ多列の繊維束の状態ではなく、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とが上下に重なって集合した一筋の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ（図４のＣ部概略断面参照）を繊維束案内体２１０に供給して、この樹脂含浸カーボン繊維束Ｗをライナー１０の外表面に巻回する（図３（Ａ）参照）。この結果、本実施形態のＦＷ装置１００によれば、ライナー１０の外表面の低角度および高角度のヘリカル巻回軌跡を一筋の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ（図４のＣ部概略断面参照）による軌跡とするので、ライナー１０の外表面の繊維束巻回軌跡に繊維束の間の空隙を残さない。よって、本実施形態のＦＷ装置１００によれば、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗをライナー１０に巻回して得られた最終製品たる高圧ガスタンクにおいて、繊維束の巻回軌跡に沿って残った空隙や段差に起因した補強強度不足等を抑制でき、タンク強度を向上できる。

本実施形態のＦＷ装置１００は、第１ボビン保持ユニット１３０Ａの第１繊維ボビンＢ１から送り出された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１の繊維束幅を、当該ボビンからの送り出し当初に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１が接触する拡幅シャフト１４０にて拡幅する（図４のＡ部概略断面参照）。その上で、本実施形態のＦＷ装置１００は、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１を、第１給糸ローラー１２１にて樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２に上下に重ねて集合させるので、第１給糸ローラー１２１の下流の第２給糸ローラー１２２から繊維束案内体２１０へ供給される樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの繊維束幅を幅広とできる。この結果、本実施形態のＦＷ装置１００によれば、既述したようにライナー１０の外表面の低角度および高角度のヘリカル巻回軌跡に繊維束の間の空隙を残さないことに加え、繊維束幅が拡幅した状態でヘリカル巻きを行うので、ヘリカル巻き回軌跡をより幅広とできる。

本実施形態のＦＷ装置１００は、繊維束幅が拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２を第１給糸ローラー１２１にて上下に重ねるので、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１に対して重なった樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２についても、その繊維束幅を拡幅する（図４のＣ部概略断面参照）。このため、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１に含まれる多数本のカーボン単繊維ｃｆと樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２に含まれる多数本のカーボン単繊維ｃｆとを馴染ませることができる。従って、本実施形態のＦＷ装置１００によれば、繊維束案内体２１０によりライナー１０の外表面に巻回された低角度および高角度のヘリカル巻回軌跡において、上下に重なった積層繊維束である樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ（図４のＣ部概略断面参照）に含まれる多数本のカーボン単繊維ｃｆの間隔についてもほぼ均一とでき、巻回品質が高まる。

本実施形態のＦＷ装置１００は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１の繊維束幅を拡幅するに当たり、第１繊維ボビンＢ１から送り出される樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と接触する拡幅シャフト１４０の内部から、この樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１に向けてエアーを噴出する。よって、本実施形態のＦＷ装置１００によれば、拡幅シャフト１４０からのエアー噴出という簡便な手法で、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１の繊維束幅を拡幅できるので、機器構成の簡略化と、低コスト化を図ることができる。また、エアー噴出による拡幅であるため、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１に含まれる個々のカーボン単繊維ｃｆに損傷を与えないようにでき、巻回品質の維持或いは向上の上から有益となる。

本実施形態のＦＷ装置１００は、ライナー１０の外表面に低角度および高角度のヘリカル巻回軌跡で樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを繊維束案内体２１０にて案内する。図９は繊維束案内体２１０による樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの案内の様子を模式的に示す説明図である。樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを案内する繊維束案内体２１０は、図８に示すように、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの幅より拡幅の凹状の矩形プレート体であり、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを、図９に示すように、この凹状プレート底面である凸条部２１１の頂上面および下降傾斜面部２１２の傾斜面に繊維長手方向に沿って接触させて案内する。よって、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２が上下に重なって繊維束案内体２１０まで供給された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、繊維束案内体２１０の凹状プレート底面である凸条部２１１の頂上面とこれに続く下降傾斜面部２１２の傾斜面に倣うよう更に拡幅する。このため、本実施形態のＦＷ装置１００によれば、ライナー１０の外表面の低角度および高角度のヘリカル巻回軌跡をより幅広とできる。しかも、凹状底面に倣った樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの拡幅は、凹状両端の堰部２１３にて制限されるので、拡幅後の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの形状を安定化でき、巻回品質も高まる。

本実施形態のＦＷ装置１００は、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とが上下に重なった樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを繊維束案内体２１０に案内するに当たり、第１繊維ボビンＢ１の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１を拡幅することで、その拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１が、繊維束案内体２１０における凸条部２１１の頂上面および下降傾斜面部２１２に接触するようにした。よって、繊維束案内体２１０における樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの案内において、確実に樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを上記の頂上面と傾斜面に接触させるので、繊維束案内体２１０による拡幅の実効性が高まる。

本実施形態のＦＷ装置１００は、繊維束案内体２１０にて樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを案内しつつ拡幅するに当たり、凸条部２１１をヒーター２１４により加熱し、凸条部２１１の両側の下降傾斜面部２１２では、エアー通気により冷却する。繊維束案内体２１０まで案内された樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、熱硬化性樹脂に予め含浸されていることから、凸条部２１１の頂上面との接触範囲で熱せられるので、樹脂の軟化により容易に拡幅する。また、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗは、下降傾斜面部２１２での冷却を受けるので、堰部２１３を超えるように過度に拡幅されない。こうしたことから、本実施形態のＦＷ装置１００によれば、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの更なる拡幅の実効性と拡幅後の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの形状安定化の実効性とが高まるので、低角度および高角度のヘリカル巻きの巻回品質をより高めることができる。

本実施形態のＦＷ装置１００は、エアー通気部２１５に通気したエアーを、図９に示すように、凸条部２１１と下降傾斜面部２１２との繋ぎ箇所に設けたスリット２１６から、下降傾斜面部２１２に沿って吹き出す。よって、本実施形態のＦＷ装置１００によれば、繊維束案内体２１０において、その中央域の凸条部２１１からその両側の下降傾斜面部２１２に向けた樹脂含浸カーボン繊維束Ｗの拡幅が進むので、繊維束の更なる拡幅の実効性と拡幅後の繊維束の形状安定化の実効性とがより高まり、低角度および高角度のヘリカル巻きの巻回品質をより一層と高めることができる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

本実施形態では、高圧ガスタンクのコア材であるライナー１０を繊維巻回対象物としたが、ライナー以外の繊維巻回対象物に繊維を巻回するようにしてもよい。また、本実施形態では、第１繊維ボビンＢ１と第２繊維ボビンＢ２の両繊維ボビンに樹脂含浸カーボン繊維を巻き取り済みとしたが、熱硬化性樹脂の未含浸のカーボン繊維を巻き取るようにしてもよい。この場合には、繊維束分配ユニット１５０から繊維束案内体２１０に樹脂未含浸のカーボン繊維束を供給する際に、繊維束案内体２１０の上流の樹脂槽にカーボン繊維束を沈め込む等して、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗとすればよい。

本実施形態では、フープ巻きユニット１００Ｆとヘリカル巻きユニット１００Ｈとを有するＦＷ装置１００において、クリルスタンド１１０からヘリカル巻きユニット１００Ｈに樹脂含浸カーボン繊維束Ｗを供給したが、ヘリカル巻きユニット１００Ｈのみを有するＦＷ装置１００に適用できる。

本実施形態では、図４に示した第１ボビン保持ユニット１３０Ａと第２ボビン保持ユニット１３０Ｂのうち、第１ボビン保持ユニット１３０Ａの第１繊維ボビンＢ１から送り出される樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１を、拡幅シャフト１４０にて拡幅したが、第２ボビン保持ユニット１３０Ｂの第２繊維ボビンＢ２から送り出される樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２を、拡幅するようにしてもよい。また、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２を共に、拡幅するようにしてもよい。

本実施形態では、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２の二つの繊維束をほぼ同軸に上下に重ねて樹脂含浸カーボン繊維束Ｗとしたが、この両繊維束が第１給糸ローラー１２１の所定の繊維束集合箇所において上下に重なればよい。図１０は樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２の上下の重なりの他の態様を示す説明図である。図示するように、この実施形態では、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２は、図における左方側で樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１に上下に重なるが、この態様であっても、ボビンユニット１２０は、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２の両繊維束が並行に並んだ多列の繊維束の状態ではなく、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とが上下に重なって集合した一筋の樹脂含浸カーボン繊維束Ｗとして繊維束案内体２１０に供給する。

本実施形態では、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２の二つの繊維束を上下に重ねて樹脂含浸カーボン繊維束Ｗとしたが、ボビンユニット１２０におけるボビン保持ユニットを増やし、三つ以上の樹脂含浸カーボン繊維束を上下に重ねた多数層の樹脂含浸カーボン繊維束を繊維束案内体２１０に供給するようにしてもよい。このように多数層とする場合には、拡幅シャフト１４０からのエアー噴出を増やしたり、多数の拡幅シャフト１４０にて拡幅を図るようにして、個々の樹脂含浸カーボン繊維束の拡幅度合いを高めることが好ましい。また、三つ以上の樹脂含浸カーボン繊維束を上下に重ねるに当たり、隣り合う繊維束が交互に重なるようにしてもよい。

図１１は三つの樹脂含浸カーボン繊維束を上下に重ねた一態様の樹脂含浸カーボン繊維束を示す説明図である。図示するように、この実施形態では、第１繊維ボビンＢ１〜第３繊維ボビンＢの三つの繊維ボビンからの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１〜Ｗ３を、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ３については、図５〜図７で示した拡幅シャフト１４０にて拡幅済みとして第１給糸ローラー１２１の所定の繊維束集合箇所に導く。この際には、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ３が並ぶようにする。その上で、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２については、隣り合う樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ３に上下に重なるように、第１給糸ローラー１２１の所定の繊維束集合箇所に導く。こうしても、第１給糸ローラー１２１から下流では、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ３と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２とが上下に重なった上でカーボン単繊維ｃｆが入り組んだ樹脂含浸カーボン繊維束Ｗとして、この樹脂含浸カーボン繊維束Ｗをヘリカル巻きユニット１００Ｈの繊維束案内体２１０に供給でき、既述した効果を奏することができる。この図１１において、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２についてもこれを拡幅し、拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２を、隣り合う樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ３に上下に重なるように、第１給糸ローラー１２１の所定の繊維束集合箇所に導いてもよい。また、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２を拡幅済みの繊維束とし、隣り合う樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１と樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ３を未拡幅とし、この両繊維束に拡幅済みの樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ２を上下に重なるように、第１給糸ローラー１２１の所定の繊維束集合箇所に導いてもよい。

本実施形態では、拡幅シャフト１４０の内部からのエアー噴出により樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１の拡幅を図ったが、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１が接触する拡幅シャフト１４０を振動等することで、樹脂含浸カーボン繊維束Ｗ１を拡幅するようにしてもよい。

１０…ライナー
１０ａ…シリンダー部
１０ｂ…ドーム部
１４…口金
１００…ＦＷ装置（フィラメントワインディング装置）
１００Ｆ…フープ巻きユニット
１００Ｈ…ヘリカル巻きユニット
１０２…ライナー軸支シャフト
１１０…クリルスタンド
１２０…ボビンユニット
１２１…第１給糸ローラー
１２２…第２給糸ローラー
１２３ｄ…繊維束導入ローラー
１２３ｕ…繊維束導入ローラー
１３０Ａ…第１ボビン保持ユニット
１３０Ｂ…第２ボビン保持ユニット
１３２…円形板
１３３…ボビン駆動部
１３４…シャフト保持腕
１３７…弛み抑制シャフト
１３８…案内シャフト
１４０…拡幅シャフト
１４１…蓋部
１４２…外殻部
１４３…孔
１４５…配管
１５０…繊維束分配ユニット
１６０…制御装置
２０２…繊維束案内フレーム
２０４…固定フレーム
２１０…繊維束案内体
２１１…凸条部
２１２…下降傾斜面部
２１３…堰部
２１４…ヒーター
２１５…エアー通気部
２１６…スリット
３００…基台
３０２…第１レール
３０４…第２レール
３１０…支持台
３１２…ベース
３１４…支持腕
３１６…チャック
Ｂ１…第１繊維ボビン
Ｂ２…第２繊維ボビン
Ｗ…樹脂含浸カーボン繊維束
Ｗ１…樹脂含浸カーボン繊維束
Ｗ２…樹脂含浸カーボン繊維束
ＥＬ…端部
ＥＲ…端部
ＡＸ…タンク中心軸
ＣＹ…ボビン軸
ｃｆ…カーボン単繊維

Claims (6)

1. 繊維巻回対象物に多数本の繊維を繊維束の形態で巻回するフィラメントワインディング装置であって、
   前記繊維束を巻き取り済みの第１と第２の繊維ボビンとを、前記繊維束を送り出し可能に保持するボビンユニットと、
   前記繊維巻回対象物の軸芯に沿って相対的に往復動し供給を受けた前記繊維束を前記往復動の過程で前記繊維巻回対象物の外表面に案内する繊維束案内体を備える繊維巻回部と、
   前記ボビンユニットから前記繊維束案内体に到る繊維束経路に配設され、前記繊維束を前記繊維束案内体に送り出す給糸ローラーと、
   前記第１の繊維ボビンから送り出された前記繊維束である第１の繊維束と前記第２の繊維ボビンから送り出された前記繊維束である第２の繊維束とが前記給糸ローラーにおいて上下に集合するよう、前記第１の繊維束と前記第２の繊維束とを前記給糸ローラーに重ねて導く繊維束導入機構とを備える
   フィラメントワインディング装置。
2. 請求項１に記載のフィラメントワインディング装置であって、
   前記第１の繊維束と前記第２の繊維束の少なくとも一方の繊維束の繊維束幅を、前記給糸ローラーに前記繊維束が到る経路の上流側で拡幅する拡幅機構を備え、
   前記繊維束導入機構は、前記拡幅を受けた拡幅繊維束と他方の繊維束とが前記給糸ローラーにおいて上下に集合するよう、前記拡幅を受けた繊維束と前記他方の繊維束とを前記給糸ローラーに重ねて導く
   フィラメントワインディング装置。
3. 前記拡幅機構は、前記繊維束幅の拡幅の対象となる前記繊維ボビンから送り出される前記繊維束と接触するボビン下流ローラーの内部から、前記接触した繊維束に向けてエアーを噴出することで、前記少なくとも一方の繊維束の繊維束幅を拡幅する請求項２に記載のフィラメントワインディング装置。
4. 前記繊維束案内体は、前記供給を受けた前記繊維束の幅より拡幅の凹状をなして該凹状の底面にて前記繊維束と繊維長手方向に沿って接触し、該接触した繊維束を案内すると共に、前記凹状の底面の中央域を前記長手方向に沿った凸条とし、該凸条の両側を下降傾斜面とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のフィラメントワインディング装置。
5. 前記凸条を加熱する加熱機構と、前記下降傾斜面を冷却する冷却機構とを有する請求項４に記載のフィラメントワインディング装置。
6. 前記冷却機構は、前記下降傾斜面の下面側にエアーを通気すると共に、前記下降傾斜面と前記凸状との繋ぎ箇所から前記下降傾斜面に沿ってエアーを吹き出す請求項５に記載のフィラメントワインディング装置。

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