JP2018114629A - 繊維供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端部にドーム形状部２を備える円筒形の容器１の周囲に繊維束１４，１４ａを前記容器１の軸方向に沿って移動しながら供給する繊維供給装置において、得られる最終製品の品質を低下させることなく、生産能力を確実に向上させることのできるようにした繊維供給装置１００を提供する。【解決手段】繊維供給装置１００において、繊維束案内用のアイクチ部材は上下２段にアイクチ３０とアイクチ３０ａとを積層した構成であり、各段のアイクチは幅方向に配列した姿勢で複数本の繊維１１が通過するようになっており、かつ、各段のアイクチはそれぞれ独立した位置および姿勢の制御が可能とされている。【選択図】図１

Description

本発明は、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器の周囲に繊維束を前記容器の軸方向に沿って移動しながら供給する繊維供給装置に関する。

例えば、水素等の貯蔵ないしは供給に用いられる高圧容器の製造方法として、容器（ライナー）の外周面に、フィラメントワインディング法により、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維束を所定のピッチ幅で巻き付けた後、樹脂を硬化させて繊維強化樹脂層を形成するようにした製造方法は知られている。

特許文献１には、そのようなフィラメントワインディング法によって製造されるタンクが記載されており、そこでは、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器（ライナー）の周囲に、樹脂を含む繊維束を、容器（ライナー）の軸方向移動する繊維供給装置（供給ユニット）を利用して、容器（ライナー）の外周面に供給するようにしている。また、特許文献２には、そのような繊維供給装置で用いられるアイクチの一例が記載されている。

図４は、高圧容器製造用のフィラメントワインディング装置として用いられている上記した従来知られた繊維供給装置Ａの一例であり、繊維１１を巻き込んだ適数個（図では４個）のボビン１２を収容したクリルスタンド１０を有し、各ボビン１２から繰り出された複数本の繊維１１は、張力制御装置１３を通過して、適宜の繊維収束冶具２０に送られ、そこから、繊維束案内用のアイクチ３０に送られる。

アイクチ３０は、例えば前記特許文献２に記載されるように従来知られたものであり、図５にその一例の平面図を示すように、繊維１１の送り方向に並列する適数本（図では３本）の案内ロール３１を備え、該案内ロールの横幅方向に配列して姿勢で、適数本（図示のものでは４本）の繊維１１が、通過するようになっている。なお、図５で、３２は繊維を容器（ライナー）１に巻き付けやすいように揃えるための揃え口であり、必要に応じて配置される。

複数本（４本）の繊維１１はアイクチ３０によって所要に案内されながら、繊維束１４として、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器（ライナー）１の外周面に巻き付けられる。図６に示すように、アイクチ３０を出た繊維束１４は、繊維１１が横方向に並列した姿勢で容器（ライナー）１に向けて送り出され、その姿勢で容器（ライナー）１の外周面に巻き付けられる。

なお、アイクチ３０は、繊維供給装置Ａの移動によって、円筒形の容器（ライナー）１の軸方向に往復移動するとともに、円筒形の容器（ライナー）１に対して接近離間する移動、および繊維１１の移動方向に対して回動する移動、等もなすように制御されている。

特開２００８−０３２０８８号公報 特開２００７−１９０６９７号公報

近年、特許文献１に記載されるようなフィラメントワインディング法によるタンクの製造において、最終製品の品質を落とすことなく、繊維束を巻くのに要する時間を短縮することが、生産能力向上の観点から求められている。

そのための方法として、巻き付け速度を上げる方法が考えられるが、その場合、ボビンからの繊維の繰り出しスピードが速くなり、繊維へのダメージ（毛羽や絡まり等）による設備停止が生じる恐れがある。また、設備の負荷増による巻位置のバラつきが生じる恐れがある。これらのことから、巻き付け速度を上げる方法は現実的な解決策とはならない。

他の方法として、より多くの本数の繊維を同時に容器の外周面に巻き付けることが考えられる。従来の繊維供給装置で繊維の案内に用いられるアイクチ３０は、図５に示すように、複数本（図示のものでは４本）の繊維１１を横一例に配列する形状であり、より多くの本数の繊維（例えば８本）を同時に容器１の外周面に巻き付けようとすると、図７に示すように、横一列に配列する繊維の本数を倍に増加させることとなり、容器外周面に同時に巻き付けられる繊維束の横幅は繊維の本数が増えた分だけ広がることとなる。なお、図６および図７において、１は端部にドーム形状部２を備える円筒形の容器であり、前記したように、複数のボビンから供給される繊維１１がアイクチ３０によって案内され、容器１の回転とともに繊維束１４として容器１の外周面に巻き付けられる。

アイクチ３０を通る繊維群の横幅が大きくなると、繊維束１４の横幅が大きくなり、容器１の外周面に繊維束１４を巻き付けるときに、特に、ドーム形状部２での巻き付けに不都合が生じるのを避けられない。すなわち、繊維束１４の横幅が狭い場合には、図６に示すように、容器１のドーム形状部２の形状に追従して凹凸の無い状態での巻き付けが進行するが、繊維束１４の横幅が広くなってくると、図７に示すように、ドーム形状部２の形状に繊維束１４の張力が追従することが困難となり、ドーム形状部２に沿った巻き付けが困難となる。結果、巻き付け面に凹凸が生じやすくなり、最終製品の品質の低下を招く恐れがある。そのために、単にアイクチ３０の横幅を広げてより多くの本数の繊維１１を同時に容器１の外周面に巻き付ける方法も、生産能力向上のための現実的な解決策とはならない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器の周囲に繊維束を繊維束案内用のアイクチ部材を通して前記容器の軸方向に沿って移動しながら供給する繊維供給装置において、得られる最終製品の品質を低下させることなく、生産能力を確実に向上させることのできる、より改良された繊維供給装置を提供することを課題とする。

本発明による繊維供給装置は、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器の周囲に繊維束を繊維束案内用のアイクチ部材を通して前記容器の軸方向に沿って移動しながら供給する繊維供給装置であって、前記アイクチ部材は２段以上にアイクチを積層した構成であり、各段のアイクチは幅方向に配列した姿勢で複数本の繊維が通過するようになっており、かつ、各段のアイクチはそれぞれ独立した位置および姿勢の制御が可能とされていることを特徴とする。

本発明による繊維供給装置を用いることにより、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器の周囲に繊維束を巻き付ける作業を、得られる製品の品質を低下させることなく、短時間化することが可能となる。

本発明による繊維供給装置の一実施の形態を説明する図。 容器に繊維束が巻き付けられる状態を示す図。 容器のドーム形状部での巻き付け状態を拡大して示す図。 従来の繊維供給装置を用いて容器に繊維束を巻き付ける状態を説明する図。 従来の繊維供給装置で用いられる繊維案内用のアイクチを説明する図。 従来の繊維供給装置で容器のドーム形状部に繊維束を巻き付ける状態を説明する図。 従来の繊維供給装置での不都合を説明するための図。

以下、本発明の一実施の形態を説明する。

図１は、本発明による繊維供給装置１００が使用される具体例の１つの例として、高圧容器製造用のフィラメントワインディング装置を示している。図１において、１０は、クリルスタンドであり、繊維１１を巻き込んだ適数個（図では４個）のボビン１２を有し、各ボビン１２から繰り出された４本の繊維１１は、張力制御装置１３を通過して、従来知られた構成の繊維収束冶具２０に送られる。繊維収束冶具２０はボビン１２から供給される繊維１１を収束して複数本（ここでは４本）の繊維からなる繊維束１４とする。４本の繊維からなる繊維束１４は、先に図５に基づき説明した形状のアイクチ３０に入り込み、そこから、ライナーとしての端部にドーム形状部２を備える円筒形の容器１に巻き付けられる。なお、クリルスタンド１０、繊維収束冶具２０およびアイクチ３０は、前記したように、図４に基づき説明した従来の繊維供給装置Ａでのものと同じであってよい。

繊維供給装置１００は、もう一つのクリルスタンド１０ａを有している。クリルスタンド１０ａはクリルスタンド１０と同じものであり、繊維１１ａを巻き込んだ４個のボビン１２ａを有し、各ボビン１２ａから繰り出された４本の繊維１１ａは、張力制御装置１３ａを通過して、繊維収束冶具２０ａに送られる。繊維収束冶具２０ａは４本の繊維からなる繊維束１４ａに収束し、４本の繊維からなる繊維束１４ａはアイクチ３０ａに入り込み、そこから、前記した円筒形の容器１に巻き付けられる。繊維収束冶具２０ａおよびアイクチ３０ａは、前記した繊維収束冶具２０およびアイクチ３０と同じものである。

円筒形の容器１は、長手方向の回転軸Ｌを有し、図示しない適宜の回転駆動装置によって、回転軸Ｌには所望の回転が与えられる。前記２つのアイクチ３０およびアイクチ３０ａから送り出される繊維束１４および繊維束１４ａは、容器１への巻き付け時には、同時に容器１の外周面に巻き付けられる。なお、前記回転軸Ｌの方向をＸ軸方向と呼ぶ。

繊維収束冶具２０と繊維収束冶具２０ａ、およびアイクチ３０とアイクチ３０ａは、図１に示すように、円筒形の容器１の側面側に、上下方向に２段に並設されている。そして、少なくともアイクチ３０とアイクチ３０ａは、制御部４０からの信号を受けて、円筒形の容器１に対する位置および姿勢とが、独立的に制御されるようになっている。

具体的には、円筒形の容器１に接近離間する方向であるＺ軸方向の移動（前後移動）ａと、前記Ｘ軸に沿う方向の移動（トラバース）ｂと、前記前後移動の移動軸周りの回転（搖動移動）ｃ、の各移動が、独立して制御されるようになっている。なお、アイクチ３０あるいはアイクチ３０ａにおける前記前後移動ａ，トラバースｂ，搖動移動ｃは、従来の繊維供給装置におけるアイクチにおいて既に行われているものであり、この繊維供給装置１００では、これらの移動が、２つのアイクチ、すなわち、アイクチ３０およびアイクチ３０ａにおいて、個々に独立して行うことができることで、従来の繊維供給装置と相違する。

図２は、図１に示した繊維供給装置１００および回転軸Ｌを水平方向とした容器１を上から見て示している。２つのアイクチ３０およびアイクチ３０ａから出てくる４本の繊維が横方向に並んだ形の繊維束１４と繊維束１４ａは、上下方向に重なった状態で、円筒形の容器１の外周面に巻き付けられる。また、送り出される繊維束１４と繊維束１４ａは、それぞれが通過するアイクチ３０およびアイクチ３０ａが独立して位置と姿勢が制御されることで、それぞれの巻き付け時の張力を別個に調整することが可能となる。

なお、図２では、わかりやすさのために、繊維束１４と繊維束１４ａとを横方向にずらしたようにして描いているが、実際の巻き付けでは、前記のように、上下に重なった状態で巻き付けられる。

したがって、１回のトラバースで２層の繊維束１４，１４ａを同時に容器１に巻き付けることが可能となり、アイクチが一段のものと比較して、生産効率は２倍となる。そして、各層を形成する繊維束１４および繊維束１４ａについて、独立して張力を制御することが可能なことから、同時に巻き付けられる２層の繊維束１４および繊維束１４ａは、ともに所期の条件を満足したものなる。

このことは、特に、容器１のドーム形状部２における繊維束の巻き付けに、有効に作用する。すなわち、図３に示すように、２つの繊維束１４と繊維束１４ａは、横幅は従来の４本繊維のものと同じであり、かつ、前記のようにそれぞれ適切な張力制御が可能であることから、前記図７に示したような、ドーム形状部２において張力追従が困難となるような事象は発現せず、下段の繊維束１４ａの上に上段の繊維束１４が積層した状態で、ドーム形状部２への巻き付けが進行し、繊維束１４と繊維束１４ａは、ともにドーム形状部２の外形の忠実に追従した状態となる。それにより、例えば高圧容器の製造を、その品質を劣化させることなく、２倍の速度で製造することが可能となり、生産効率は向上する。

なお、図３においても、図２と同様に、繊維束１４と繊維束１４ａとを横方向にずらしたようにして描いているが、実際の巻き付けでは、やはり上下に重なった状態で巻き付けられる。

上記の実施の形態では、繊維束を４本の繊維からなるものとして説明したが、それは例示であり、巻き付けの対象とする端部にドーム形状部２を備える円筒形の容器１の大きさにあわせて、適宜の数とすることができる。また、アイクチも２段に分割して積層配置したものを説明したが、これも例示であって、３段以上であってもよい。さらに、アイクチ３０（３０ａ）に加えて、繊維収束冶具２０（２０ａ）の姿勢も、アイクチ３０（３０ａ）にあわせて制御するようにしてもよい。

さらに、アイクチ３０（３０ａ）の位置および姿勢の制御は、前記前後移動ａ，トラバースｂ，搖動移動ｃのすべてを同時に行うようにしてもよく、そのいずれかを選択的に行うようにしてもよい。特に、トラバースｂは、繊維供給装置１００自体が、容器１の軸方向に沿って移動するものであり、不要である場合が多い。また、アイクチ３０（３０ａ）は、従来知られた揃え口３２（図５参照）を有していてもよい。

なお、本発明において、前記アイクチ３０とアイクチ３０ａとを少なくとも備えた部材をアイクチ部材といい、前記のように、前記アイクチ部材は２段以上にアイクチを積層した構成であり、各段のアイクチは幅方向に配列した姿勢で複数本の繊維が通過するようになっており、かつ、各段のアイクチはそれぞれ独立した位置および姿勢の制御が可能とされる。

本発明による繊維供給装置１００で用いる前記繊維１１（１１ａ）は、ボビン１２（１２ａ）に巻かれた状態で予め未硬化の熱硬化性樹脂が含浸したものであってもよく、ボビン１２（１２ａ）から繊維収束冶具２０（２０ａ）に至る途中で図示しないレジンバスを通すことで樹脂を含浸させるようにしてもよい。

樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、等が挙げられ、これらのなかでは、エポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂がより好ましい。

繊維としては、金属繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維、といった無機繊維、或いは、アラミド繊維等の合成有機繊維、あるいは綿等の天然有機繊維を例示できる。これらの繊維は、単独でまたは混合して（混繊として）使用することができ、これらの中では、カーボン繊維、アラミド繊維が特に好ましい。

１００…本発明による繊維供給装置、
１…端部にドーム形状部を備える円筒形の容器（ライナー）
２…容器のドーム形状部、
１０，１０ａ…クリルスタンド、
１１，１１ａ…繊維、
１２，１２ａ…ボビン、
１３，１３ａ…張力制御装置、
１４，１４ａ…繊維束、
２０，２０ａ…繊維収束冶具、
３０，３０ａ…繊維束案内用のアイクチ、
３１…案内ロール、
４０…制御部、
Ｌ…円筒形の容器の回転軸。

Claims (1)

1. 端部にドーム形状部を備える円筒形の容器の周囲に繊維束を繊維束案内用のアイクチ部材を通して前記容器の軸方向に沿って移動しながら供給する繊維供給装置であって、
   前記アイクチ部材は２段以上にアイクチを積層した構成であり、各段のアイクチは幅方向に配列した姿勢で複数本の繊維が通過するようになっており、かつ、各段のアイクチはそれぞれ独立した位置および姿勢の制御が可能とされていることを特徴とする繊維供給装置。

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