JP3994853B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラメントワインディング装置に係り、詳しくはヘリカル巻層及びフープ巻層（パラレル巻層）を有するタンクの製造に好適なフィラメントワインディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のパイプや容器（タンク）等の構造体を効率よく形成する方法としてフィラメントワインディング法がある。フィラメントワインディング法では一般に、マンドレルをその両端に突設された軸部で把持して所定の速度で回転させ、該マンドレルに対して樹脂を含浸させた繊維束（糸条）を、マンドレルの軸方向に沿って往復移動するガイド部材を介して巻き付ける。そして、フィラメントワインディング装置として、糸条の巻付けに際して、マンドレルの回転角とガイド部材の移動量とをエンコーダで検出し、両者の動きをフィードバック制御することにより、軌跡及び巻付け量を精度良く制御できるようにした装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。圧力容器の製造ではマンドレルの代わりにライナを回転させ、その周囲に糸条を巻き付ける。
【０００３】
フィラメントワインディング装置において、特に大型タンクの生産性を高めるためには、ライナの中心軸に沿って糸条を巻き付ける所謂レーベル巻き（ポーラ巻き）を行う際に、制御が複雑になる。そこで、マンドレルの中心軸回りの回転と、その中心軸に対する直交軸回りの回転と、前後方向への傾動を可能にするとともに、糸条（線材）の送り出し位置を上下、左右、前後方向及び回転方向に調節可能なフィラメントワインディング装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、生産性を高めるため、被糸条巻付け部材に対して複数本の糸条で同時にヘリカル巻を行うヘリカル巻部と、糸条を被糸条巻付け部材に対してフープ巻を行うフープ巻部とを備えたフィラメントワインディング装置が提案されている（特許文献３参照）。特許文献３に記載の装置では、複数の糸条を被糸条巻付け部材に対して同時にヘリカル巻で巻付け可能とするため、ヘリカル巻部は被糸条巻付け部材の周方向に沿って配列された複数のガイドを備えている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−５５０７３号公報（明細書の１頁、図１）
【特許文献２】
特開平６−１４３４３９号公報（明細書の段落［００１２］、図１）
【特許文献３】
特開２００２−２８３４６７号公報（明細書の段落［００１２］〜［００１３］、図１、図５、図７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に記載の装置は、特許文献１に記載の装置では大型の燃料タンクやガス容器の製造において、レーベル巻きを行う際に糸条がマンドレルの端面に係止された状態で折り返すのに手間がかかり、生産性が低下するのを解消することを目的としている。しかし、マンドレルを回転だけでなく傾動させることで、ガイド部材の往復運動の距離を短くして高速化を図る構成のため、タンクの長さが例えば１ｍ程度の大型になると、支持構造を強固にするためフレーム等が大型加する。また、構造及び制御が複雑になるという問題もある。
【０００７】
特許文献３に記載の装置は、ヘリカル巻を行う際に、複数本の糸条を被糸条巻付け部材に対して同時に巻き付けるため、１本の糸条を巻き付ける構成の装置に比較して生産性は向上する。しかし、この装置ではヘリカル巻部とフープ巻部とが独立して設けられているため、構成部品数が増加するとともに、装置が大型化する。
【０００８】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的はヘリカル巻及びフープ巻のガイドをそれぞれ専用に設けることなく、複数のガイドをヘリカル巻及びフープ巻で共用して精度良く巻付けを行うことができ、かつ生産性を高めることができるフィラメントワインディング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、被糸条巻付け部材をその軸心を中心に回転可能に支持する支持部と、樹脂が含浸された糸条を供給する糸条供給部とを備えている。また、前記支持部に支持された被糸条巻付け部材の軸方向と平行に移動可能、かつ前記軸方向と垂直な線を中心として回動可能に設けられ、前記糸条供給部から供給される糸条を前記被糸条巻付け部材の表面に案内する複数の糸条ガイド部材を備えている。さらに、ヘリカル巻を行う際は各糸条ガイド部材を被糸条巻付け部材の軸線と垂直な平面上に位置する状態に配置させ、フープ巻を行う際は前記各糸条ガイド部材を前記被糸条巻付け部材の軸方向に所定量ずつずれた状態に配置させる駆動手段とを備えた。
【００１０】
ここで、「所定量」とは糸条がフープ巻で被糸条巻付け部材に巻き付けられたとき、隣接する糸条の間に隙間が無く、しかも隣接する糸条同士の重なり幅が少なくなる距離である。所定量は、糸条の幅以下となる。
【００１１】
この発明では、複数装備された同じ糸条ガイド部材が、ヘリカル巻を行う際とフープ巻を行う際とで共用される。ヘリカル巻を行う際は、各糸条ガイド部材は被糸条巻付け部材の軸線と垂直な平面上に配置され、その状態で被糸条巻付け部材の軸方向に往復動される。そして、各糸条ガイド部材が同じ動きをしてもヘリカル巻が精度良く行われる。フープ巻を行う際は、各糸条ガイド部材が被糸条巻付け部材の軸方向に所定量ずつずれた状態に配置される。そして、各糸条ガイド部材から繰り出される糸条が同じ位置に巻き付けられないように被糸条巻付け部材上に巻き付けられる。従って、ヘリカル巻及びフープ巻用のガイド（糸条ガイド部材）をそれぞれ専用に設けることなく、複数のガイドをヘリカル巻及びフープ巻で共用して精度良く巻付けを行うことができ、かつ生産性を高めることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記各糸条ガイド部材に、同じ作用のための所定の動きを与える駆動源が共通である。この発明では、例えば、各糸条ガイド部材を被糸条巻付け部材の軸方向と垂直な線を中心として回動可能に駆動する駆動源が共通のため、糸条ガイド部材が複数あっても、駆動源の数は糸条ガイド部材が１個の場合と同じになり、駆動源の配置のためのスペースが少なくてよい。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記糸条ガイド部材は前記被糸条巻付け部材の軸線を含む鉛直平面に対して対称に２個設けられている。両糸条ガイド部材を被糸条巻付け部材の軸方向と垂直な線を中心として回動させる駆動機構は、被糸条巻付け部材の軸線と直交する方向に延びる回転軸と、前記回転軸の回転を各糸条ガイド部材の被回転伝達部に伝達する巻掛け伝動機構とを備えている。一方の糸条ガイド部材の被回転伝達部を回転可能に支持する支持部材は、アクチュエータにより前記回転軸を中心とした円弧に沿って移動可能に設けられている。
【００１４】
この発明では、２個の糸条ガイド部材が被糸条巻付け部材を挟んで対称に設けられ、糸条ガイド部材の糸条案内部が回転軸の回転により被糸条巻付け部材の軸方向と垂直な線を中心として同方向に回動される。また、一方の糸条ガイド部材は、アクチュエータにより前記回転軸を中心とした円弧に沿って移動され、ヘリカル巻を行う際の位置と、フープ巻を行う際の位置とに配置される。従って、糸条ガイド部材を駆動する構成が簡単になるとともに、その高さを低くできる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のフィラメントワインディング装置を少なくともフレームの一部を共用する状態で上下方向に複数配置した。この発明では、フィラメントワインディング装置が上下方向に複数配置されているため、同じ設置面積で複数倍の生産性が得られる。また、請求項３に記載のフィラメントワインディング装置は高さを低くできるため、その装置を積み重ねた場合も、他の構成のフィラメントワインディング装置を積み重ねた場合に比較して装置全体の高さを低くできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図５に従って説明する。図１（ａ）はフィラメントワインディング装置（以下、ＦＷ装置と称す。）の要部概略斜視図、図２は糸条ガイド部材の概略斜視図である。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、ＦＷ装置１１は被糸条巻付け部材１２をその軸心を中心に回転可能に支持する支持部１３を一対備えている。被糸条巻付け部材１２は、例えばマンドレルあるいはタンクを製造する場合のライナである。支持部１３は例えば公知のＦＷ装置１１に使用されているものと同様な構成のチャック部であり被糸条巻付け部材１２を軸部１２ａにおいて支持し、図示しない可変速モータにより一方のチャック部が回転されることにより、被糸条巻付け部材１２がその軸心を中心に回転されるようになっている。
【００１８】
ＦＷ装置１１には支持部１３の軸方向に沿って移動可能な移動フレーム１４（一部のみ図示）が設けられている。移動フレーム１４は門型に形成され、支持部１３に支持された被糸条巻付け部材１２を跨ぐように配置され、支持部１３の軸方向に沿って延びるように敷設されたレール（図示せず）上を移動可能に設けられている。移動フレーム１４はボールねじ機構（図示せず）により駆動される構成で、ボールねじ機構のねじ軸が正逆回転可能な可変速モータにより駆動される。
【００１９】
移動フレーム１４の一対の縦フレーム１４ａ（一方のみ図示）間には、回転軸１５が被糸条巻付け部材１２の上方において軸線と直交する方向に延びるように水平に支持されている。回転軸１５はスプラインシャフトで構成されている。図１（ｂ）に示すように、回転軸１５は中間部で２本に分割されるとともに、ギヤ１５ａで連結され、ギヤ１５ａによる連結部を挟んでそれぞれ回転方向が異なるように構成されている。回転軸１５は図示しない正逆回転可能なモータにより回転されるようになっている。回転軸１５の下方には糸条供給部１６（図５（ａ）に模式的に図示）から供給される糸条１７を被糸条巻付け部材１２の表面に案内する複数の糸条ガイド部材１８が設けられている。
【００２０】
糸条供給部１６として、予め必要量の樹脂が付着（含浸）された半硬化状態の繊維束（所謂トウプレグ）が巻かれたボビンＢを備えたものが使用されている。ボビンＢは、張力調整装置（図示せず）に連結された支軸１６ａに支持されている。張力調整装置には例えばパウダーブレーキや、渦電流により支軸１６ａに負荷を加える構成の所謂パーマトルクが使用されている。糸条１７に使用される繊維束は炭素繊維の無撚りのマルチフィラメントからなり、マルチフィラメントはフィラメント数が３０００〜２４０００本程度である。また、繊維束に含浸される樹脂には例えばエポキシ樹脂が使用される。
【００２１】
この実施の形態では糸条ガイド部材１８は、被糸条巻付け部材１２の軸線を含む鉛直平面に対して対称に２個設けられている。各糸条ガイド部材１８は、縦フレーム１４ａを貫通する状態で回転軸１５と平行に延びる支持部材としてのガイドパイプ１９に沿って内輪が摺動可能に支承されたベアリング２０の外輪に固定された円筒状の被回転伝達部２１を備えている。即ち、被回転伝達部２１は軸方向への力を受けるとベアリング２０と共にガイドパイプ１９に沿って移動可能になっている。ガイドパイプ１９は被回転伝達部２１をベアリング２０を介して回転可能に支持する。また、被回転伝達部２１は歯付きプーリとして機能するようにその外周に多数の歯部（図示せず）が形成されている。
【００２２】
図２に示すように、糸条ガイド部材１８は、先端に糸条案内部としてのフィードアイ２２ａを有するアーム２２が、その基端において被回転伝達部２１の端面に固定されている。そして、糸条供給部１６から供給される糸条１７がガイドパイプ１９を経て引き出され、フィードアイ２２ａを通って被糸条巻付け部材１２へと送り出される。アーム２２は、糸条１７が被回転伝達部２１の回転中心と一致する状態でフィードアイ２２ａと係合しつつ送り出される位置にフィードアイ２２ａを位置させるように、先端側が屈曲されている。
【００２３】
基準位置においては、図１（ａ）に示すように、図において左側に位置する一方の被回転伝達部２１はアーム２２が上側に位置し、他方の被回転伝達部２１はアーム２２が下側に位置する状態に設けられている。
【００２４】
アーム２２の途中には糸条１７を扁平にする作用を為すローラ２３ａ，２３ｂ（図１（ａ）では図示略）が設けられ、糸条１７はローラ２３ａ，２３ｂを経てフィードアイ２２ａへ導かれることにより、扁平化されるようになっている。
【００２５】
前記回転軸１５には各糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１と対向する位置に、歯付きプーリ２４が回転軸１５の軸方向に摺動可能、かつ回転軸１５と一体回転可能に支承されている。歯付きプーリ２４と被回転伝達部２１との間には歯付きベルト２５が巻き掛けられている。歯付きプーリ２４及び歯付きベルト２５が、回転軸１５の回転を各糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１に伝達する巻掛け伝動機構２６を構成する。そして、回転軸１５及び巻掛け伝動機構２６が両糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向と垂直な線を中心として回動させる駆動機構を構成する。
【００２６】
回転軸１５の上方には回転軸１５の中央と対応する位置に、モータ（図示せず）により正逆回転駆動されるピニオン２７が設けられている。前記モータは移動フレーム１４に固定され、常に回転軸１５に対して同じ位置関係を保持するようになっている。各縦フレーム１４ａには、ピニオン２７と歯噛するラック２８ａ，２８ｂを回転軸１５と平行に案内するガイド部材２９ａ，２９ｂが回転軸１５より上方において、各縦フレーム１４ａと垂直に固定されている。ガイド部材２９ａ，２９ｂは断面コ字状に形成されている。各ラック２８ａ，２８ｂのピニオン２７側と反対側の端部寄りには、一対の係合片３０が歯付きプーリ２４を挟むように突設され、歯付きプーリ２４が係合片３０を介してラック２８ａ，２８ｂと一体的に同方向へ移動可能となっている。即ち、ピニオン２７の回転に伴い、歯付きプーリ２４が回転軸１５に沿って移動されるとともに、歯付きベルト２５を介して被回転伝達部２１も同方向へ一体的に移動されるようになっている。
【００２７】
図１（ａ）において左側に位置する一方のガイドパイプ１９は縦フレーム１４ａに形成された長孔（図示せず）を貫通する状態で設けられ、前記長孔はガイドパイプ１９が回転軸１５を中心とした円弧に沿って移動可能な形状に設けられている。ガイドパイプ１９はアクチュエータとしてのリニアアクチュエータ３１のロッド３１ａに連結され、リニアアクチュエータ３１の駆動により一方の糸条ガイド部材１８が被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量移動させられる。リニアアクチュエータ３１はボールねじ及びモータを内蔵し、ロッド３１ａの突出量を調整可能に構成されている。リニアアクチュエータ３１は図示しないブラケットを介して縦フレーム１４ａに対して、ロッド３１ａの移動に干渉しないように取り付けられている。この実施の形態では、所定量は糸条１７が被糸条巻付け部材１２に巻き付けられるときの糸条１７の幅と同じに設定されている。ガイドパイプ１９、長孔及びリニアアクチュエータ３１が、ヘリカル巻を行う際は両糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に位置する状態に配置させ、フープ巻を行う際は糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量ずれた状態に配置させる駆動手段を構成する。
【００２８】
支持部１３、移動フレーム１４、回転軸１５及びピニオン２７をそれぞれ駆動する各モータは、図示しない制御手段からの制御指令によって駆動されるようになっている。また、リニアアクチュエータ３１も前記制御手段からの指令信号によって駆動されるようになっている。制御手段はコンピュータを備え、ＦＷ装置１１の運転に先だって設定された巻付け条件に基づいて、移動フレーム１４の往復移動量、移動速度、被糸条巻付け部材１２の回転速度、回転軸１５及びピニオン２７の回転駆動量及び回転速度、リニアアクチュエータ３１の駆動量を制御する。移動フレーム１４の往復移動量は被糸条巻付け部材１２の長さによって決められ、ピニオン２７の回転駆動量は被糸条巻付け部材１２の径によって決められる。リニアアクチュエータ３１の駆動量は糸条１７の被糸条巻付け部材１２への巻付け時の幅によって決められる。
【００２９】
次に前記のように構成されたＦＷ装置１１を使用してタンクを製造する場合の作用を説明する。
タンクを製造する場合は、先ず両支持部１３に被糸条巻付け部材１２としてライナを支持させる。次に移動フレーム１４を原位置（巻付け開始位置）に配置する。原位置は例えば、ライナの胴部の一端部と対応する位置にフィードアイ２２ａが配置される位置である。次に糸条供給部１６から繰り出された糸条１７を、ガイドパイプ１９及びローラ２３ａ，２３ｂを経てフィードアイ２２ａに挿通した後、糸条１７の端部を被糸条巻付け部材１２の所定位置に固定する。糸条１７の端部の固定作業は作業者が手作業で行い、例えば粘着テープを使用して行われる。また、被糸条巻付け部材１２の長さ、径、被糸条巻付け部材１２の回転速度、糸条１７の被糸条巻付け部材１２への巻付け時の幅等の巻付け条件を制御手段に入力する。
【００３０】
次にＦＷ装置１１による糸条１７の巻付け運転が開始される。ヘリカル巻層を形成する際は、移動フレーム１４の移動に先だって、各糸条ガイド部材１８のフィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に配置された状態、即ちリニアアクチュエータ３１のロッド３１ａが突出位置に保持される。その状態で支持部１３が回転駆動されて被糸条巻付け部材１２が一定方向に回転されるとともに、移動フレーム１４が移動されて両糸条ガイド部材１８が巻付け開始位置から同方向へ移動される。そして、糸条供給部１６から糸条１７が順次繰り出されて被糸条巻付け部材１２上にヘリカル巻で巻き付けられる。
【００３１】
フィードアイ２２ａは、被糸条巻付け部材１２の胴部、即ち両端部より大径で径が一定な部分と対向する状態では基準位置に保持され、端部と対向する状態では基準位置から回動された位置に配置される。フィードアイ２２ａの回動は、回転軸１５の回転が歯付きプーリ２４及び歯付きベルト２５を介して被回転伝達部２１に伝達されることにより行われる。フィードアイ２２ａが図１（ａ）における被糸条巻付け部材１２の左端部と対応する場合は、一方の被回転伝達部２１は基準位置（図１（ａ）の状態）から反時計方向に回動され、他方の被回転伝達部２１は時計方向に回動される。そして、アーム２２が上側に位置する一方の被回転伝達部２１のフィードアイ２２ａと、アーム２２が下側に位置する他方の被回転伝達部２１のフィードアイ２２ａとはともに被糸条巻付け部材１２の軸部１２ａ側に回動される。また、フィードアイ２２ａが図１（ａ）における被糸条巻付け部材１２の右端部と対応する場合は、一方の被回転伝達部２１は基準位置（図１（ａ）の状態）から時計方向に回動され、他方の被回転伝達部２１は反時計方向に回動される。前記回動時の角度は９０°程度である。
【００３２】
また、フィードアイ２２ａが端部と対応する状態では、フィードアイ２２ａは胴部と対応する位置を移動する場合より被糸条巻付け部材１２の軸線に近づく位置に移動される。この移動はピニオン２７の回転駆動に伴い、ラック２８ａ，２８ｂが回転軸１５に沿って移動され、係合片３０及び巻掛け伝動機構２６を介して被回転伝達部２１がベアリング２０と共にガイドパイプ１９に沿って移動されることで行われる。
【００３３】
図５（ｂ）に示すように、両フィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に配置された状態で被糸条巻付け部材１２の軸方向に往復移動されるとともに、被糸条巻付け部材１２が回転されて糸条１７の巻き付けが行われる。従って、各糸条１７は同じ条件で精度良く被糸条巻付け部材１２に巻き付けられる。
【００３４】
フィードアイ２２ａが少なくとも１往復以上の所定往復移動された時点で１回目のヘリカル巻層の形成が完了し、次にフープ巻層の形成が行われる。フープ巻層を形成する際は、移動フレーム１４の移動に先だって、図１（ａ）において左側に位置する一方の糸条ガイド部材１８が、被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量移動される。この移動はリニアアクチュエータ３１を駆動してロッド３１ａを引き込み位置に移動させることで行われる。その結果、両フィードアイ２２ａは被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に配置された状態ではなく、図５（ａ）に示すように、被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量、例えば糸条１７が被糸条巻付け部材１２に巻き付けられるときの糸条１７の幅だけずれた状態となる。
【００３５】
そして、その状態で移動フレーム１４が被糸条巻付け部材１２の軸方向に移動される。フープ巻を行う際は、フィードアイ２２ａは基準位置に保持され、被糸条巻付け部材１２の胴部に糸条１７が巻き付けられる。移動フレーム１４が往動することで、両フィードアイ２２ａから繰り出された糸条１７が同じ位置に巻き付けられない状態で１層分のフープ巻層が形成される。移動フレーム１４の移動速度は、１個の糸条ガイド部材１８でフープ巻層を形成する際の２倍の速度で移動される。
【００３６】
以下、前記の動作が繰り返されて、ヘリカル巻層とフープ巻層とが交互に積層形成され、所定層数積層された時点で糸条１７の巻付けが完了する。そして、被糸条巻付け部材１２に巻き付けられた糸条１７の端部を被糸条巻付け部材１２に固定し、固定部から各フィードアイ２２ａに連なる糸条１７を切断する。次に被糸条巻付け部材１２が支持部１３から取り外されて加熱炉に入れられ、所定温度で樹脂が硬化されて回転対称形状のタンクが形成される。
【００３７】
なお、図面において、被糸条巻付け部材１２、移動フレーム１４、糸条ガイド部材１８、巻掛け伝動機構２６、ピニオン２７、ラック２８ａ，２８ｂ等の寸法比は、図示の都合上、実際とは必ずしも一致しない相対関係で示されている。
【００３８】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） 複数装備された同じ糸条ガイド部材１８が、ヘリカル巻を行う際とフープ巻を行う際とで共用される。そして、ヘリカル巻を行う際は各糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に位置する状態に配置させ、フープ巻を行う際は一つの糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量ずれた状態に移動させる駆動手段（リニアアクチュエータ３１）を備えた。従って、ヘリカル巻及びフープ巻用のガイド（糸条ガイド部材１８）をそれぞれ専用に設けることなく、複数のガイドをヘリカル巻及びフープ巻で共用して精度良く巻付けを行うことができ、かつ生産性を高めることができる。
【００３９】
（２） 糸条ガイド部材１８が２個設けられ、前記所定量は、糸条１７が被糸条巻付け部材１２に巻き付けられるときの糸条１７の幅と同じに設定されている。従って、糸条ガイド部材１８が被糸条巻付け部材１２の胴部の長さだけ一定方向へ移動されることにより、糸条１７をフープ巻で隙間無く巻き付けることができ、しかも糸条ガイド部材１８が１個の場合に比較して、生産性を２倍に上げることができる。
【００４０】
（３） 各糸条ガイド部材１８に、同じ作用のための所定の動き、例えばフィードアイ２２ａの回動、フィードアイ２２ａの前進（被糸条巻付け部材１２の軸線に接近する動き）及び後進（被糸条巻付け部材１２の軸線から遠ざかる動き）を与える駆動源が共通である。従って、糸条ガイド部材１８が複数あっても、駆動源の数は糸条ガイド部材１８が１個の場合と同じになり、駆動源の配置のためのスペースを新たに確保する必要がない。
【００４１】
（４） 糸条ガイド部材１８は被糸条巻付け部材１２の軸線を含む鉛直平面に対して対称に２個設けられている。従って、各糸条ガイド部材１８に、同じ作用のための所定の動きを与える駆動源を共通にする場合の構成が、両糸条ガイド部材１８が非対称に配置された場合に比較して簡単になる。
【００４２】
（５） 両糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向と垂直な線を中心として回動させる駆動機構は、被糸条巻付け部材１２の軸線と直交する方向に延びる回転軸１５と、回転軸１５の回転を各糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１に伝達する巻掛け伝動機構２６とを備えている。従って、両糸条ガイド部材１８のフィードアイ２２ａを被糸条巻付け部材１２の軸方向と垂直な線を中心として、共通の駆動源で同方向に回動させる構成が簡単になるとともに、前記駆動機構の高さを低くできる。
【００４３】
（６） 一方の糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１を回転可能に支持する支持部材（ガイドパイプ１９）は、アクチュエータ（リニアアクチュエータ３１）により回転軸１５を中心とした円弧に沿って移動可能に設けられている。従って、一方の糸条ガイド部材１８を、ヘリカル巻を行う際の位置と、フープ巻を行う際の位置とに移動させる構成が簡単になる。また、移動量を変更するのが容易になる。また、糸条１７の巻き付け条件として、フープ巻を形成する際、隣接する糸条１７の一部が重なるように変更することも簡単にできる。
【００４４】
（７） 支持部材（ガイドパイプ１９）を移動させるアクチュエータとしてリニアアクチュエータ３１が使用されているため、その移動量を簡単に調整できる。従って、製品によって糸条１７の太さを変更した場合に、それに対応してフープ巻とヘリカル巻との切り替え時におけるガイドパイプ１９の移動量を適正な値に簡単に調整できる。
【００４５】
（８） 各糸条ガイド部材１８は、フィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の端部と対応する状態では、フィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の胴部と対応する位置を移動する場合より被糸条巻付け部材１２の軸線に近づく位置に共通の駆動源により移動される。従って、タンクのように両端部において軸部１２ａの近くに糸条１７を巻き付けるのに必要な移動フレーム１４の移動量を簡単な構成で少なくできる。
【００４６】
（９） 回転軸１５の回転を被回転伝達部２１に伝達する巻掛け伝動機構２６が、糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸線に近づく位置と、遠ざかる位置とに移動させる駆動手段の一部を構成する。従って、前記駆動手段を巻掛け伝動機構２６と独立して構成する場合に比較して、構成が簡単になる。
【００４７】
（１０） 糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１を回転可能に支持する支持部材がガイドパイプ１９で構成され、糸条１７がガイドパイプ１９を貫通した状態でフィードアイ２２ａに導かれるため、糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向と垂直な線を中心として回動させる駆動機構の構成が簡単になる。
【００４８】
（１１） 各糸条ガイド部材１８は被回転伝達部２１とフィードアイ２２ａとの間に糸条１７を扁平にするための手段（ローラ２３ａ，２３ｂ）を備えている。従って、フィードアイ２２ａから繰り出される糸条１７の幅を拡げた状態で巻き付け易くなる。
【００４９】
（１２） 糸条供給部１６として、ボビンＢに予め必要量の樹脂が付着（含浸）された半硬化状態の繊維束（所謂トウプレグ）が巻かれたものが使用されている。従って、樹脂塗布部を備えた構成の糸条供給部に比較して構成が簡単になる。
【００５０】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 前記構成のＦＷ装置１１を、少なくともフレームの一部を共用する状態で上下方向に複数配置して、被糸条巻付け部材１２を同時に複数回転させて糸条１７の巻付けを同時に並行して行うことができる構成のＦＷ装置としてもよい。例えば、図６及び図７に示すように、ＦＷ装置１１を４段に積層配置したＦＷ装置３２としてもよい。これらのＦＷ装置３２では、ＦＷ装置１１が上下方向に複数配置されているため、同じ設置面積で複数倍の生産性が得られる。また、２個の糸条ガイド部材１８が同じ高さにおいて対称に配設されているため、ＦＷ装置１１の高さを低くでき、その装置を積み重ねた場合も、他の構成のＦＷ装置を積み重ねた場合に比較して装置全体の高さを低くできる。なお、図６及び図７においては、糸条ガイド部材１８を駆動させる各駆動部の図示を省略している。図６に示すＦＷ装置３２は、糸条供給部１６として、所謂トウプレグが巻かれたボビンＢを備えた構成が採用されている。
【００５１】
〇 図７に示すＦＷ装置３２は、糸条供給部１６として、ボビンＢから繰り出された糸条１７が、塗布ローラ３３を備えた樹脂槽３４を通過することにより、樹脂が含浸された後、ガイドローラ３５を経て供給される構成になっている。また、被糸条巻付け部材１２を挟んで対称に配設される一対の糸条ガイド部材１８に対して、共通の糸条供給部１６から糸条１７が供給される。従って、樹脂槽３４を各糸条ガイド部材１８に対応して設ける構成に比較して、設置スペースを小さくできる。
【００５２】
○ フープ巻を形成する際、各糸条ガイド部材１８から繰り出される糸条１７を、被糸条巻付け部材１２上に重ならない状態で互いに接するように巻き付ける代わりに、一部が重なるように巻き付けてもよい。糸条１７は多数の細い繊維が束ねられたものであり、扁平にした場合、長手方向に沿った両側の厚みが薄くなり易いため、一部が重なった方が厚みが均一になる。
【００５３】
○ アクチュエータとしてリニアアクチュエータ３１に代えてソレノイドやエアシリンダを使用し、支持部材（ガイドパイプ１９）の移動量を一定としてもよい。この場合、使用する糸条１７のうち最も細い糸条１７を基準にして移動量を決定する。
【００５４】
○ 糸条ガイド部材１８の数は２個に限らず３個以上としてもよい。糸条ガイド部材１８をＮ個（Ｎは３以上の自然数）設ける場合、移動フレーム１４のフープ巻時における移動速度は、糸条ガイド部材１８が１個設けられた場合のＮ倍に設定され、生産性がＮ倍となる。しかし、数が増えると、糸条ガイド部材１８を駆動する機構が複雑になるとともに、フープ巻層を形成する際に各糸条１７の巻付け状態が、被糸条巻付け部材１２の軸線と直交する面との成す角度が０°から大きくずれるようになるため、実用上は８個以下が好ましい。
【００５５】
○ 糸条ガイド部材１８の数を２個より増やす場合、偶数個とするとともに被糸条巻付け部材１２の軸線を含む鉛直平面に対して対称に設けるのが好ましい。このような配置により、少なくとも対をなす糸条ガイド部材１８の駆動源を共通にするのが容易となり、構成が簡単になる。
【００５６】
○ 糸条ガイド部材１８に糸条１７を扁平にする手段としてローラ２３ａ，２３ｂを設ける代わりに、糸条１７と係合する部分が回転不能なバーを２本以上設けたり、スリットを備えた板材を設けてもよい。また、糸条１７を扁平化する手段を特に設けなくても、フィードアイ２２ａを通過する際に糸条１７が扱かれて多少扁平化される。
【００５７】
○ フィードアイ２２ａを前進及び後進させる機構として、その駆動源を独立に設けた構成としてもよい。例えば、ピニオン２７とラック２８ａ，２８ｂに代えて、リニアアクチュエータで各歯付きプーリ２４を移動させる構成とする。この場合、構成が簡単で小型になる。
【００５８】
○ フィードアイ２２ａを前進及び後進させる機構、即ちフィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の端部において被糸条巻付け部材１２の軸線に近づくように移動させる構成を省略してもよい。
【００５９】
○ 各糸条ガイド部材１８に同じ作用のための所定の動きを与える駆動源をそれぞれ独立して設けてもよい。
○ 繊維束に含浸される樹脂として、製品（例えば圧力タンク）に要求される性能に合わせて、エポキシ樹脂に限らず、ビニルエステル樹脂やフェノール樹脂等の他の熱硬化性樹脂を使用してもよい。この場合樹脂の価格がエポキシ樹脂より安いのでコスト低減を図れる。
【００６０】
○ 繊維束の材質は炭素繊維に限らず、製品（例えば圧力タンク）に要求される性能に合わせて、ガラス繊維等の他の無機繊維やポリアラミド繊維等の高強度・高弾性率の有機繊維を使用してもよい。
【００６１】
前記実施の形態から把握される発明（技術的思想）について以下に記載する。
（１） 請求項１に記載の発明において、前記各糸条ガイド部材は、前記被糸条巻付け部材の軸線を含む鉛直平面に対して対称に偶数個設けられている。
【００６２】
（２） 請求項１に記載の発明において、前記駆動手段は１個の糸条ガイド部材は移動させずに、残りの糸条ガイド部材を前記所定量のＮ倍（Ｎは自然数）移動させる。
【００６３】
（３） 請求項３に記載の発明において、前記アクチュエータとしてリニアアクチュエータが使用されている。
（４） 請求項３に記載の発明において、前記支持部材にはパイプが使用されている。
【００６４】
（５） 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記糸条ガイド部材は糸条を扁平にする扁平化手段を備えている。
（６） 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記糸条ガイド部材はフィードアイを備え、該フィードアイ糸が前記被糸条巻付け部材の端部と対応する状態では、フィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材の胴部と対応する位置を移動する場合より被糸条巻付け部材の軸線に近づく位置に移動される。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、ヘリカル巻及びフープ巻のガイドをそれぞれ専用に設けることなく、複数のガイドをヘリカル巻及びフープ巻で共用して精度良く巻付けを行うことができ、かつ生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）はフィラメントワインディング装置の要部概略斜視図、（ｂ）は回転軸の部分斜視図。
【図２】 糸条ガイド部材の概略斜視図。
【図３】 （ａ）はラックとピニオン及び回転軸の関係を示す概略平断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図。
【図４】 リニアアクチュエータとガイドパイプを示す概略平断面図。
【図５】 （ａ）はフープ巻時の巻付け状態を示す模式平面図、（ｂ）はヘリカル巻時の巻付け状態を示す模式平面図。
【図６】 別の実施の形態の概略側面図。
【図７】 別の実施の形態の概略側面図。
【符号の説明】
１１，３２…ＦＷ装置、１２…被糸条巻付け部材、１３…支持部、１５…回転軸、１６…糸条供給部、１７…糸条、１８…糸条ガイド部材、１９…支持部材としてのガイドパイプ、２１…被回転伝達部、２６…巻掛け伝動機構、３１…アクチュエータとしてのリニアアクチュエータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラメントワインディング装置に係り、詳しくはヘリカル巻層及びフープ巻層（パラレル巻層）を有するタンクの製造に好適なフィラメントワインディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のパイプや容器（タンク）等の構造体を効率よく形成する方法としてフィラメントワインディング法がある。フィラメントワインディング法では一般に、マンドレルをその両端に突設された軸部で把持して所定の速度で回転させ、該マンドレルに対して樹脂を含浸させた繊維束（糸条）を、マンドレルの軸方向に沿って往復移動するガイド部材を介して巻き付ける。そして、フィラメントワインディング装置として、糸条の巻付けに際して、マンドレルの回転角とガイド部材の移動量とをエンコーダで検出し、両者の動きをフィードバック制御することにより、軌跡及び巻付け量を精度良く制御できるようにした装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。圧力容器の製造ではマンドレルの代わりにライナを回転させ、その周囲に糸条を巻き付ける。
【０００３】
フィラメントワインディング装置において、特に大型タンクの生産性を高めるためには、ライナの中心軸に沿って糸条を巻き付ける所謂レーベル巻き（ポーラ巻き）を行う際に、制御が複雑になる。そこで、マンドレルの中心軸回りの回転と、その中心軸に対する直交軸回りの回転と、前後方向への傾動を可能にするとともに、糸条（線材）の送り出し位置を上下、左右、前後方向及び回転方向に調節可能なフィラメントワインディング装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、生産性を高めるため、被糸条巻付け部材に対して複数本の糸条で同時にヘリカル巻を行うヘリカル巻部と、糸条を被糸条巻付け部材に対してフープ巻を行うフープ巻部とを備えたフィラメントワインディング装置が提案されている（特許文献３参照）。特許文献３に記載の装置では、複数の糸条を被糸条巻付け部材に対して同時にヘリカル巻で巻付け可能とするため、ヘリカル巻部は被糸条巻付け部材の周方向に沿って配列された複数のガイドを備えている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−５５０７３号公報（明細書の１頁、図１）
【特許文献２】
特開平６−１４３４３９号公報（明細書の段落［００１２］、図１）
【特許文献３】
特開２００２−２８３４６７号公報（明細書の段落［００１２］〜［００１３］、図１、図５、図７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２に記載の装置は、特許文献１に記載の装置では大型の燃料タンクやガス容器の製造において、レーベル巻きを行う際に糸条がマンドレルの端面に係止された状態で折り返すのに手間がかかり、生産性が低下するのを解消することを目的としている。しかし、マンドレルを回転だけでなく傾動させることで、ガイド部材の往復運動の距離を短くして高速化を図る構成のため、タンクの長さが例えば１ｍ程度の大型になると、支持構造を強固にするためフレーム等が大型加する。また、構造及び制御が複雑になるという問題もある。
【０００７】
特許文献３に記載の装置は、ヘリカル巻を行う際に、複数本の糸条を被糸条巻付け部材に対して同時に巻き付けるため、１本の糸条を巻き付ける構成の装置に比較して生産性は向上する。しかし、この装置ではヘリカル巻部とフープ巻部とが独立して設けられているため、構成部品数が増加するとともに、装置が大型化する。
【０００８】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的はヘリカル巻及びフープ巻のガイドをそれぞれ専用に設けることなく、複数のガイドをヘリカル巻及びフープ巻で共用して精度良く巻付けを行うことができ、かつ生産性を高めることができるフィラメントワインディング装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、被糸条巻付け部材をその軸心を中心に回転可能に支持する支持部と、樹脂が含浸された糸条を供給する糸条供給部とを備えている。また、前記支持部に支持された被糸条巻付け部材の軸方向と平行に移動可能、かつ前記軸方向と垂直な線を中心として回動可能に設けられ、前記糸条供給部から供給される糸条を前記被糸条巻付け部材の表面に案内する複数の糸条ガイド部材を備えている。さらに、ヘリカル巻を行う際は各糸条ガイド部材を被糸条巻付け部材の軸線と垂直な平面上に位置する状態に配置させ、フープ巻を行う際は前記各糸条ガイド部材を前記被糸条巻付け部材の軸方向に所定量ずつずれた状態に配置させる駆動手段とを備えた。
【００１０】
ここで、「所定量」とは糸条がフープ巻で被糸条巻付け部材に巻き付けられたとき、隣接する糸条の間に隙間が無く、しかも隣接する糸条同士の重なり幅が少なくなる距離である。所定量は、糸条の幅以下となる。
【００１１】
この発明では、複数装備された同じ糸条ガイド部材が、ヘリカル巻を行う際とフープ巻を行う際とで共用される。ヘリカル巻を行う際は、各糸条ガイド部材は被糸条巻付け部材の軸線と垂直な平面上に配置され、その状態で被糸条巻付け部材の軸方向に往復動される。そして、各糸条ガイド部材が同じ動きをしてもヘリカル巻が精度良く行われる。フープ巻を行う際は、各糸条ガイド部材が被糸条巻付け部材の軸方向に所定量ずつずれた状態に配置される。そして、各糸条ガイド部材から繰り出される糸条が同じ位置に巻き付けられないように被糸条巻付け部材上に巻き付けられる。従って、ヘリカル巻及びフープ巻用のガイド（糸条ガイド部材）をそれぞれ専用に設けることなく、複数のガイドをヘリカル巻及びフープ巻で共用して精度良く巻付けを行うことができ、かつ生産性を高めることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記各糸条ガイド部材に、同じ作用のための所定の動きを与える駆動源が共通である。この発明では、例えば、各糸条ガイド部材を被糸条巻付け部材の軸方向と垂直な線を中心として回動可能に駆動する駆動源が共通のため、糸条ガイド部材が複数あっても、駆動源の数は糸条ガイド部材が１個の場合と同じになり、駆動源の配置のためのスペースが少なくてよい。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記糸条ガイド部材は前記被糸条巻付け部材の軸線を含む鉛直平面に対して対称に２個設けられている。両糸条ガイド部材を被糸条巻付け部材の軸方向と垂直な線を中心として回動させる駆動機構は、被糸条巻付け部材の軸線と直交する方向に延びる回転軸と、前記回転軸の回転を各糸条ガイド部材の被回転伝達部に伝達する巻掛け伝動機構とを備えている。一方の糸条ガイド部材の被回転伝達部を回転可能に支持する支持部材は、アクチュエータにより前記回転軸を中心とした円弧に沿って移動可能に設けられている。
【００１４】
この発明では、２個の糸条ガイド部材が被糸条巻付け部材を挟んで対称に設けられ、糸条ガイド部材の糸条案内部が回転軸の回転により被糸条巻付け部材の軸方向と垂直な線を中心として同方向に回動される。また、一方の糸条ガイド部材は、アクチュエータにより前記回転軸を中心とした円弧に沿って移動され、ヘリカル巻を行う際の位置と、フープ巻を行う際の位置とに配置される。従って、糸条ガイド部材を駆動する構成が簡単になるとともに、その高さを低くできる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のフィラメントワインディング装置を少なくともフレームの一部を共用する状態で上下方向に複数配置した。この発明では、フィラメントワインディング装置が上下方向に複数配置されているため、同じ設置面積で複数倍の生産性が得られる。また、請求項３に記載のフィラメントワインディング装置は高さを低くできるため、その装置を積み重ねた場合も、他の構成のフィラメントワインディング装置を積み重ねた場合に比較して装置全体の高さを低くできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図５に従って説明する。図１（ａ）はフィラメントワインディング装置（以下、ＦＷ装置と称す。）の要部概略斜視図、図２は糸条ガイド部材の概略斜視図である。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、ＦＷ装置１１は被糸条巻付け部材１２をその軸心を中心に回転可能に支持する支持部１３を一対備えている。被糸条巻付け部材１２は、例えばマンドレルあるいはタンクを製造する場合のライナである。支持部１３は例えば公知のＦＷ装置１１に使用されているものと同様な構成のチャック部であり被糸条巻付け部材１２を軸部１２ａにおいて支持し、図示しない可変速モータにより一方のチャック部が回転されることにより、被糸条巻付け部材１２がその軸心を中心に回転されるようになっている。
【００１８】
ＦＷ装置１１には支持部１３の軸方向に沿って移動可能な移動フレーム１４（一部のみ図示）が設けられている。移動フレーム１４は門型に形成され、支持部１３に支持された被糸条巻付け部材１２を跨ぐように配置され、支持部１３の軸方向に沿って延びるように敷設されたレール（図示せず）上を移動可能に設けられている。移動フレーム１４はボールねじ機構（図示せず）により駆動される構成で、ボールねじ機構のねじ軸が正逆回転可能な可変速モータにより駆動される。
【００１９】
移動フレーム１４の一対の縦フレーム１４ａ（一方のみ図示）間には、回転軸１５が被糸条巻付け部材１２の上方において軸線と直交する方向に延びるように水平に支持されている。回転軸１５はスプラインシャフトで構成されている。図１（ｂ）に示すように、回転軸１５は中間部で２本に分割されるとともに、ギヤ１５ａで連結され、ギヤ１５ａによる連結部を挟んでそれぞれ回転方向が異なるように構成されている。回転軸１５は図示しない正逆回転可能なモータにより回転されるようになっている。回転軸１５の下方には糸条供給部１６（図５（ａ）に模式的に図示）から供給される糸条１７を被糸条巻付け部材１２の表面に案内する複数の糸条ガイド部材１８が設けられている。
【００２０】
糸条供給部１６として、予め必要量の樹脂が付着（含浸）された半硬化状態の繊維束（所謂トウプレグ）が巻かれたボビンＢを備えたものが使用されている。ボビンＢは、張力調整装置（図示せず）に連結された支軸１６ａに支持されている。張力調整装置には例えばパウダーブレーキや、渦電流により支軸１６ａに負荷を加える構成の所謂パーマトルクが使用されている。糸条１７に使用される繊維束は炭素繊維の無撚りのマルチフィラメントからなり、マルチフィラメントはフィラメント数が３０００〜２４０００本程度である。また、繊維束に含浸される樹脂には例えばエポキシ樹脂が使用される。
【００２１】
この実施の形態では糸条ガイド部材１８は、被糸条巻付け部材１２の軸線を含む鉛直平面に対して対称に２個設けられている。各糸条ガイド部材１８は、縦フレーム１４ａを貫通する状態で回転軸１５と平行に延びる支持部材としてのガイドパイプ１９に沿って内輪が摺動可能に支承されたベアリング２０の外輪に固定された円筒状の被回転伝達部２１を備えている。即ち、被回転伝達部２１は軸方向への力を受けるとベアリング２０と共にガイドパイプ１９に沿って移動可能になっている。ガイドパイプ１９は被回転伝達部２１をベアリング２０を介して回転可能に支持する。また、被回転伝達部２１は歯付きプーリとして機能するようにその外周に多数の歯部（図示せず）が形成されている。
【００２２】
図２に示すように、糸条ガイド部材１８は、先端に糸条案内部としてのフィードアイ２２ａを有するアーム２２が、その基端において被回転伝達部２１の端面に固定されている。そして、糸条供給部１６から供給される糸条１７がガイドパイプ１９を経て引き出され、フィードアイ２２ａを通って被糸条巻付け部材１２へと送り出される。アーム２２は、糸条１７が被回転伝達部２１の回転中心と一致する状態でフィードアイ２２ａと係合しつつ送り出される位置にフィードアイ２２ａを位置させるように、先端側が屈曲されている。
【００２３】
基準位置においては、図１（ａ）に示すように、図において左側に位置する一方の被回転伝達部２１はアーム２２が上側に位置し、他方の被回転伝達部２１はアーム２２が下側に位置する状態に設けられている。
【００２４】
アーム２２の途中には糸条１７を扁平にする作用を為すローラ２３ａ，２３ｂ（図１（ａ）では図示略）が設けられ、糸条１７はローラ２３ａ，２３ｂを経てフィードアイ２２ａへ導かれることにより、扁平化されるようになっている。
【００２５】
前記回転軸１５には各糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１と対向する位置に、歯付きプーリ２４が回転軸１５の軸方向に摺動可能、かつ回転軸１５と一体回転可能に支承されている。歯付きプーリ２４と被回転伝達部２１との間には歯付きベルト２５が巻き掛けられている。歯付きプーリ２４及び歯付きベルト２５が、回転軸１５の回転を各糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１に伝達する巻掛け伝動機構２６を構成する。そして、回転軸１５及び巻掛け伝動機構２６が両糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向と垂直な線を中心として回動させる駆動機構を構成する。
【００２６】
回転軸１５の上方には回転軸１５の中央と対応する位置に、モータ（図示せず）により正逆回転駆動されるピニオン２７が設けられている。前記モータは移動フレーム１４に固定され、常に回転軸１５に対して同じ位置関係を保持するようになっている。各縦フレーム１４ａには、ピニオン２７と歯噛するラック２８ａ，２８ｂを回転軸１５と平行に案内するガイド部材２９ａ，２９ｂが回転軸１５より上方において、各縦フレーム１４ａと垂直に固定されている。ガイド部材２９ａ，２９ｂは断面コ字状に形成されている。各ラック２８ａ，２８ｂのピニオン２７側と反対側の端部寄りには、一対の係合片３０が歯付きプーリ２４を挟むように突設され、歯付きプーリ２４が係合片３０を介してラック２８ａ，２８ｂと一体的に同方向へ移動可能となっている。即ち、ピニオン２７の回転に伴い、歯付きプーリ２４が回転軸１５に沿って移動されるとともに、歯付きベルト２５を介して被回転伝達部２１も同方向へ一体的に移動されるようになっている。
【００２７】
図１（ａ）において左側に位置する一方のガイドパイプ１９は縦フレーム１４ａに形成された長孔（図示せず）を貫通する状態で設けられ、前記長孔はガイドパイプ１９が回転軸１５を中心とした円弧に沿って移動可能な形状に設けられている。ガイドパイプ１９はアクチュエータとしてのリニアアクチュエータ３１のロッド３１ａに連結され、リニアアクチュエータ３１の駆動により一方の糸条ガイド部材１８が被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量移動させられる。リニアアクチュエータ３１はボールねじ及びモータを内蔵し、ロッド３１ａの突出量を調整可能に構成されている。リニアアクチュエータ３１は図示しないブラケットを介して縦フレーム１４ａに対して、ロッド３１ａの移動に干渉しないように取り付けられている。この実施の形態では、所定量は糸条１７が被糸条巻付け部材１２に巻き付けられるときの糸条１７の幅と同じに設定されている。ガイドパイプ１９、長孔及びリニアアクチュエータ３１が、ヘリカル巻を行う際は両糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に位置する状態に配置させ、フープ巻を行う際は糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量ずれた状態に配置させる駆動手段を構成する。
【００２８】
支持部１３、移動フレーム１４、回転軸１５及びピニオン２７をそれぞれ駆動する各モータは、図示しない制御手段からの制御指令によって駆動されるようになっている。また、リニアアクチュエータ３１も前記制御手段からの指令信号によって駆動されるようになっている。制御手段はコンピュータを備え、ＦＷ装置１１の運転に先だって設定された巻付け条件に基づいて、移動フレーム１４の往復移動量、移動速度、被糸条巻付け部材１２の回転速度、回転軸１５及びピニオン２７の回転駆動量及び回転速度、リニアアクチュエータ３１の駆動量を制御する。移動フレーム１４の往復移動量は被糸条巻付け部材１２の長さによって決められ、ピニオン２７の回転駆動量は被糸条巻付け部材１２の径によって決められる。リニアアクチュエータ３１の駆動量は糸条１７の被糸条巻付け部材１２への巻付け時の幅によって決められる。
【００２９】
次に前記のように構成されたＦＷ装置１１を使用してタンクを製造する場合の作用を説明する。
タンクを製造する場合は、先ず両支持部１３に被糸条巻付け部材１２としてライナを支持させる。次に移動フレーム１４を原位置（巻付け開始位置）に配置する。原位置は例えば、ライナの胴部の一端部と対応する位置にフィードアイ２２ａが配置される位置である。次に糸条供給部１６から繰り出された糸条１７を、ガイドパイプ１９及びローラ２３ａ，２３ｂを経てフィードアイ２２ａに挿通した後、糸条１７の端部を被糸条巻付け部材１２の所定位置に固定する。糸条１７の端部の固定作業は作業者が手作業で行い、例えば粘着テープを使用して行われる。また、被糸条巻付け部材１２の長さ、径、被糸条巻付け部材１２の回転速度、糸条１７の被糸条巻付け部材１２への巻付け時の幅等の巻付け条件を制御手段に入力する。
【００３０】
次にＦＷ装置１１による糸条１７の巻付け運転が開始される。ヘリカル巻層を形成する際は、移動フレーム１４の移動に先だって、各糸条ガイド部材１８のフィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に配置された状態、即ちリニアアクチュエータ３１のロッド３１ａが突出位置に保持される。その状態で支持部１３が回転駆動されて被糸条巻付け部材１２が一定方向に回転されるとともに、移動フレーム１４が移動されて両糸条ガイド部材１８が巻付け開始位置から同方向へ移動される。そして、糸条供給部１６から糸条１７が順次繰り出されて被糸条巻付け部材１２上にヘリカル巻で巻き付けられる。
【００３１】
フィードアイ２２ａは、被糸条巻付け部材１２の胴部、即ち両端部より大径で径が一定な部分と対向する状態では基準位置に保持され、端部と対向する状態では基準位置から回動された位置に配置される。フィードアイ２２ａの回動は、回転軸１５の回転が歯付きプーリ２４及び歯付きベルト２５を介して被回転伝達部２１に伝達されることにより行われる。フィードアイ２２ａが図１（ａ）における被糸条巻付け部材１２の左端部と対応する場合は、一方の被回転伝達部２１は基準位置（図１（ａ）の状態）から反時計方向に回動され、他方の被回転伝達部２１は時計方向に回動される。そして、アーム２２が上側に位置する一方の被回転伝達部２１のフィードアイ２２ａと、アーム２２が下側に位置する他方の被回転伝達部２１のフィードアイ２２ａとはともに被糸条巻付け部材１２の軸部１２ａ側に回動される。また、フィードアイ２２ａが図１（ａ）における被糸条巻付け部材１２の右端部と対応する場合は、一方の被回転伝達部２１は基準位置（図１（ａ）の状態）から時計方向に回動され、他方の被回転伝達部２１は反時計方向に回動される。前記回動時の角度は９０°程度である。
【００３２】
また、フィードアイ２２ａが端部と対応する状態では、フィードアイ２２ａは胴部と対応する位置を移動する場合より被糸条巻付け部材１２の軸線に近づく位置に移動される。この移動はピニオン２７の回転駆動に伴い、ラック２８ａ，２８ｂが回転軸１５に沿って移動され、係合片３０及び巻掛け伝動機構２６を介して被回転伝達部２１がベアリング２０と共にガイドパイプ１９に沿って移動されることで行われる。
【００３３】
図５（ｂ）に示すように、両フィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に配置された状態で被糸条巻付け部材１２の軸方向に往復移動されるとともに、被糸条巻付け部材１２が回転されて糸条１７の巻き付けが行われる。従って、各糸条１７は同じ条件で精度良く被糸条巻付け部材１２に巻き付けられる。
【００３４】
フィードアイ２２ａが少なくとも１往復以上の所定往復移動された時点で１回目のヘリカル巻層の形成が完了し、次にフープ巻層の形成が行われる。フープ巻層を形成する際は、移動フレーム１４の移動に先だって、図１（ａ）において左側に位置する一方の糸条ガイド部材１８が、被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量移動される。この移動はリニアアクチュエータ３１を駆動してロッド３１ａを引き込み位置に移動させることで行われる。その結果、両フィードアイ２２ａは被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に配置された状態ではなく、図５（ａ）に示すように、被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量、例えば糸条１７が被糸条巻付け部材１２に巻き付けられるときの糸条１７の幅だけずれた状態となる。
【００３５】
そして、その状態で移動フレーム１４が被糸条巻付け部材１２の軸方向に移動される。フープ巻を行う際は、フィードアイ２２ａは基準位置に保持され、被糸条巻付け部材１２の胴部に糸条１７が巻き付けられる。移動フレーム１４が往動することで、両フィードアイ２２ａから繰り出された糸条１７が同じ位置に巻き付けられない状態で１層分のフープ巻層が形成される。移動フレーム１４の移動速度は、１個の糸条ガイド部材１８でフープ巻層を形成する際の２倍の速度で移動される。
【００３６】
以下、前記の動作が繰り返されて、ヘリカル巻層とフープ巻層とが交互に積層形成され、所定層数積層された時点で糸条１７の巻付けが完了する。そして、被糸条巻付け部材１２に巻き付けられた糸条１７の端部を被糸条巻付け部材１２に固定し、固定部から各フィードアイ２２ａに連なる糸条１７を切断する。次に被糸条巻付け部材１２が支持部１３から取り外されて加熱炉に入れられ、所定温度で樹脂が硬化されて回転対称形状のタンクが形成される。
【００３７】
なお、図面において、被糸条巻付け部材１２、移動フレーム１４、糸条ガイド部材１８、巻掛け伝動機構２６、ピニオン２７、ラック２８ａ，２８ｂ等の寸法比は、図示の都合上、実際とは必ずしも一致しない相対関係で示されている。
【００３８】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） 複数装備された同じ糸条ガイド部材１８が、ヘリカル巻を行う際とフープ巻を行う際とで共用される。そして、ヘリカル巻を行う際は各糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸線と垂直な平面上に位置する状態に配置させ、フープ巻を行う際は一つの糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向に所定量ずれた状態に移動させる駆動手段（リニアアクチュエータ３１）を備えた。従って、ヘリカル巻及びフープ巻用のガイド（糸条ガイド部材１８）をそれぞれ専用に設けることなく、複数のガイドをヘリカル巻及びフープ巻で共用して精度良く巻付けを行うことができ、かつ生産性を高めることができる。
【００３９】
（２） 糸条ガイド部材１８が２個設けられ、前記所定量は、糸条１７が被糸条巻付け部材１２に巻き付けられるときの糸条１７の幅と同じに設定されている。従って、糸条ガイド部材１８が被糸条巻付け部材１２の胴部の長さだけ一定方向へ移動されることにより、糸条１７をフープ巻で隙間無く巻き付けることができ、しかも糸条ガイド部材１８が１個の場合に比較して、生産性を２倍に上げることができる。
【００４０】
（３） 各糸条ガイド部材１８に、同じ作用のための所定の動き、例えばフィードアイ２２ａの回動、フィードアイ２２ａの前進（被糸条巻付け部材１２の軸線に接近する動き）及び後進（被糸条巻付け部材１２の軸線から遠ざかる動き）を与える駆動源が共通である。従って、糸条ガイド部材１８が複数あっても、駆動源の数は糸条ガイド部材１８が１個の場合と同じになり、駆動源の配置のためのスペースを新たに確保する必要がない。
【００４１】
（４） 糸条ガイド部材１８は被糸条巻付け部材１２の軸線を含む鉛直平面に対して対称に２個設けられている。従って、各糸条ガイド部材１８に、同じ作用のための所定の動きを与える駆動源を共通にする場合の構成が、両糸条ガイド部材１８が非対称に配置された場合に比較して簡単になる。
【００４２】
（５） 両糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向と垂直な線を中心として回動させる駆動機構は、被糸条巻付け部材１２の軸線と直交する方向に延びる回転軸１５と、回転軸１５の回転を各糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１に伝達する巻掛け伝動機構２６とを備えている。従って、両糸条ガイド部材１８のフィードアイ２２ａを被糸条巻付け部材１２の軸方向と垂直な線を中心として、共通の駆動源で同方向に回動させる構成が簡単になるとともに、前記駆動機構の高さを低くできる。
【００４３】
（６） 一方の糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１を回転可能に支持する支持部材（ガイドパイプ１９）は、アクチュエータ（リニアアクチュエータ３１）により回転軸１５を中心とした円弧に沿って移動可能に設けられている。従って、一方の糸条ガイド部材１８を、ヘリカル巻を行う際の位置と、フープ巻を行う際の位置とに移動させる構成が簡単になる。また、移動量を変更するのが容易になる。また、糸条１７の巻き付け条件として、フープ巻を形成する際、隣接する糸条１７の一部が重なるように変更することも簡単にできる。
【００４４】
（７） 支持部材（ガイドパイプ１９）を移動させるアクチュエータとしてリニアアクチュエータ３１が使用されているため、その移動量を簡単に調整できる。従って、製品によって糸条１７の太さを変更した場合に、それに対応してフープ巻とヘリカル巻との切り替え時におけるガイドパイプ１９の移動量を適正な値に簡単に調整できる。
【００４５】
（８） 各糸条ガイド部材１８は、フィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の端部と対応する状態では、フィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の胴部と対応する位置を移動する場合より被糸条巻付け部材１２の軸線に近づく位置に共通の駆動源により移動される。従って、タンクのように両端部において軸部１２ａの近くに糸条１７を巻き付けるのに必要な移動フレーム１４の移動量を簡単な構成で少なくできる。
【００４６】
（９） 回転軸１５の回転を被回転伝達部２１に伝達する巻掛け伝動機構２６が、糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸線に近づく位置と、遠ざかる位置とに移動させる駆動手段の一部を構成する。従って、前記駆動手段を巻掛け伝動機構２６と独立して構成する場合に比較して、構成が簡単になる。
【００４７】
（１０） 糸条ガイド部材１８の被回転伝達部２１を回転可能に支持する支持部材がガイドパイプ１９で構成され、糸条１７がガイドパイプ１９を貫通した状態でフィードアイ２２ａに導かれるため、糸条ガイド部材１８を被糸条巻付け部材１２の軸方向と垂直な線を中心として回動させる駆動機構の構成が簡単になる。
【００４８】
（１１） 各糸条ガイド部材１８は被回転伝達部２１とフィードアイ２２ａとの間に糸条１７を扁平にするための手段（ローラ２３ａ，２３ｂ）を備えている。従って、フィードアイ２２ａから繰り出される糸条１７の幅を拡げた状態で巻き付け易くなる。
【００４９】
（１２） 糸条供給部１６として、ボビンＢに予め必要量の樹脂が付着（含浸）された半硬化状態の繊維束（所謂トウプレグ）が巻かれたものが使用されている。従って、樹脂塗布部を備えた構成の糸条供給部に比較して構成が簡単になる。
【００５０】
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 前記構成のＦＷ装置１１を、少なくともフレームの一部を共用する状態で上下方向に複数配置して、被糸条巻付け部材１２を同時に複数回転させて糸条１７の巻付けを同時に並行して行うことができる構成のＦＷ装置としてもよい。例えば、図６及び図７に示すように、ＦＷ装置１１を４段に積層配置したＦＷ装置３２としてもよい。これらのＦＷ装置３２では、ＦＷ装置１１が上下方向に複数配置されているため、同じ設置面積で複数倍の生産性が得られる。また、２個の糸条ガイド部材１８が同じ高さにおいて対称に配設されているため、ＦＷ装置１１の高さを低くでき、その装置を積み重ねた場合も、他の構成のＦＷ装置を積み重ねた場合に比較して装置全体の高さを低くできる。なお、図６及び図７においては、糸条ガイド部材１８を駆動させる各駆動部の図示を省略している。図６に示すＦＷ装置３２は、糸条供給部１６として、所謂トウプレグが巻かれたボビンＢを備えた構成が採用されている。
【００５１】
〇 図７に示すＦＷ装置３２は、糸条供給部１６として、ボビンＢから繰り出された糸条１７が、塗布ローラ３３を備えた樹脂槽３４を通過することにより、樹脂が含浸された後、ガイドローラ３５を経て供給される構成になっている。また、被糸条巻付け部材１２を挟んで対称に配設される一対の糸条ガイド部材１８に対して、共通の糸条供給部１６から糸条１７が供給される。従って、樹脂槽３４を各糸条ガイド部材１８に対応して設ける構成に比較して、設置スペースを小さくできる。
【００５２】
○ フープ巻を形成する際、各糸条ガイド部材１８から繰り出される糸条１７を、被糸条巻付け部材１２上に重ならない状態で互いに接するように巻き付ける代わりに、一部が重なるように巻き付けてもよい。糸条１７は多数の細い繊維が束ねられたものであり、扁平にした場合、長手方向に沿った両側の厚みが薄くなり易いため、一部が重なった方が厚みが均一になる。
【００５３】
○ アクチュエータとしてリニアアクチュエータ３１に代えてソレノイドやエアシリンダを使用し、支持部材（ガイドパイプ１９）の移動量を一定としてもよい。この場合、使用する糸条１７のうち最も細い糸条１７を基準にして移動量を決定する。
【００５４】
○ 糸条ガイド部材１８の数は２個に限らず３個以上としてもよい。糸条ガイド部材１８をＮ個（Ｎは３以上の自然数）設ける場合、移動フレーム１４のフープ巻時における移動速度は、糸条ガイド部材１８が１個設けられた場合のＮ倍に設定され、生産性がＮ倍となる。しかし、数が増えると、糸条ガイド部材１８を駆動する機構が複雑になるとともに、フープ巻層を形成する際に各糸条１７の巻付け状態が、被糸条巻付け部材１２の軸線と直交する面との成す角度が０°から大きくずれるようになるため、実用上は８個以下が好ましい。
【００５５】
○ 糸条ガイド部材１８の数を２個より増やす場合、偶数個とするとともに被糸条巻付け部材１２の軸線を含む鉛直平面に対して対称に設けるのが好ましい。このような配置により、少なくとも対をなす糸条ガイド部材１８の駆動源を共通にするのが容易となり、構成が簡単になる。
【００５６】
○ 糸条ガイド部材１８に糸条１７を扁平にする手段としてローラ２３ａ，２３ｂを設ける代わりに、糸条１７と係合する部分が回転不能なバーを２本以上設けたり、スリットを備えた板材を設けてもよい。また、糸条１７を扁平化する手段を特に設けなくても、フィードアイ２２ａを通過する際に糸条１７が扱かれて多少扁平化される。
【００５７】
○ フィードアイ２２ａを前進及び後進させる機構として、その駆動源を独立に設けた構成としてもよい。例えば、ピニオン２７とラック２８ａ，２８ｂに代えて、リニアアクチュエータで各歯付きプーリ２４を移動させる構成とする。この場合、構成が簡単で小型になる。
【００５８】
○ フィードアイ２２ａを前進及び後進させる機構、即ちフィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材１２の端部において被糸条巻付け部材１２の軸線に近づくように移動させる構成を省略してもよい。
【００５９】
○ 各糸条ガイド部材１８に同じ作用のための所定の動きを与える駆動源をそれぞれ独立して設けてもよい。
○ 繊維束に含浸される樹脂として、製品（例えば圧力タンク）に要求される性能に合わせて、エポキシ樹脂に限らず、ビニルエステル樹脂やフェノール樹脂等の他の熱硬化性樹脂を使用してもよい。この場合樹脂の価格がエポキシ樹脂より安いのでコスト低減を図れる。
【００６０】
○ 繊維束の材質は炭素繊維に限らず、製品（例えば圧力タンク）に要求される性能に合わせて、ガラス繊維等の他の無機繊維やポリアラミド繊維等の高強度・高弾性率の有機繊維を使用してもよい。
【００６１】
前記実施の形態から把握される発明（技術的思想）について以下に記載する。
（１） 請求項１に記載の発明において、前記各糸条ガイド部材は、前記被糸条巻付け部材の軸線を含む鉛直平面に対して対称に偶数個設けられている。
【００６２】
（２） 請求項１に記載の発明において、前記駆動手段は１個の糸条ガイド部材は移動させずに、残りの糸条ガイド部材を前記所定量のＮ倍（Ｎは自然数）移動させる。
【００６３】
（３） 請求項３に記載の発明において、前記アクチュエータとしてリニアアクチュエータが使用されている。
（４） 請求項３に記載の発明において、前記支持部材にはパイプが使用されている。
【００６４】
（５） 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記糸条ガイド部材は糸条を扁平にする扁平化手段を備えている。
（６） 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記糸条ガイド部材はフィードアイを備え、該フィードアイ糸が前記被糸条巻付け部材の端部と対応する状態では、フィードアイ２２ａが被糸条巻付け部材の胴部と対応する位置を移動する場合より被糸条巻付け部材の軸線に近づく位置に移動される。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、ヘリカル巻及びフープ巻のガイドをそれぞれ専用に設けることなく、複数のガイドをヘリカル巻及びフープ巻で共用して精度良く巻付けを行うことができ、かつ生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）はフィラメントワインディング装置の要部概略斜視図、（ｂ）は回転軸の部分斜視図。
【図２】 糸条ガイド部材の概略斜視図。
【図３】 （ａ）はラックとピニオン及び回転軸の関係を示す概略平断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図。
【図４】 リニアアクチュエータとガイドパイプを示す概略平断面図。
【図５】 （ａ）はフープ巻時の巻付け状態を示す模式平面図、（ｂ）はヘリカル巻時の巻付け状態を示す模式平面図。
【図６】 別の実施の形態の概略側面図。
【図７】 別の実施の形態の概略側面図。
【符号の説明】
１１，３２…ＦＷ装置、１２…被糸条巻付け部材、１３…支持部、１５…回転軸、１６…糸条供給部、１７…糸条、１８…糸条ガイド部材、１９…支持部材としてのガイドパイプ、２１…被回転伝達部、２６…巻掛け伝動機構、３１…アクチュエータとしてのリニアアクチュエータ。
Claims (4)
- 被糸条巻付け部材をその軸心を中心に回転可能に支持する支持部と、
樹脂が含浸された糸条を供給する糸条供給部と、
前記支持部に支持された被糸条巻付け部材の軸方向と平行に移動可能、かつ前記軸方向と垂直な線を中心として回動可能に設けられ、前記糸条供給部から供給される糸条を前記被糸条巻付け部材の表面に案内する複数の糸条ガイド部材と、
ヘリカル巻を行う際は前記各糸条ガイド部材を前記被糸条巻付け部材の軸線と垂直な平面上に位置する状態に配置させ、フープ巻を行う際は前記各糸条ガイド部材を前記被糸条巻付け部材の軸方向に所定量ずつずれた状態に配置させる駆動手段と
を備えたフィラメントワインディング装置。 - 前記各糸条ガイド部材に、同じ作用のための所定の動きを与える駆動源が共通である請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
- 前記糸条ガイド部材は前記被糸条巻付け部材の軸線を含む鉛直平面に対して対称に２個設けられ、両糸条ガイド部材を被糸条巻付け部材の軸方向と垂直な線を中心として回動させる駆動機構は、前記被糸条巻付け部材の軸線と直交する方向に延びる回転軸と、前記回転軸の回転を各糸条ガイド部材の被回転伝達部に伝達する巻掛け伝動機構とを備え、一方の糸条ガイド部材の被回転伝達部を回転可能に支持する支持部材は、アクチュエータにより前記回転軸を中心とした円弧に沿って移動可能に設けられている請求項２に記載のフィラメントワインディング装置。
- 請求項３に記載のフィラメントワインディング装置を少なくともフレームの一部を共用する状態で上下方向に複数配置したフィラメントワインディング装置。
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