JP4492464B2 - 繊維束配列装置 - Google Patents

Description

本発明は、繊維束配列装置に係り、詳しくは繊維束被配列部材上に繊維束を折り返し状に配列して積層繊維束群（積層糸群）を形成する際に使用される繊維束配列装置に関する。

繊維強化複合材は軽量の構造材料として広く使用されている。繊維強化複合材のうち、三次元織物（三次元繊維構造体）を強化材として使用したものは強度が非常に高く、航空機等の構造材に使用が考えられ、一部使用されている。このような繊維強化複合材の強化材に使用する三次元繊維構造体の製法として、繊維束（糸）が折り返し状に配列された複数の糸層を積層して少なくとも２軸配向となる積層糸群を形成し、その積層糸群を各糸層と直交する方向に配列される厚さ方向糸で結合する三次元繊維構造体の製造方法がある。そして、積層糸群を形成する際に、所定ピッチで配置したピン間に繊維束を偏平な状態でかつ偏平な面が配列面に沿った状態で折り返し状に配列する繊維束配列装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１の繊維束配列装置では、繊維束配列ヘッドは繊維束を案内する複数本のガイドパイプを備えている。そして、支持部材上に繊維束供給部から供給される繊維束をガイドパイプを介して複数本同時に配列するとともに、配列された繊維束を繊維幅拡大手段によって押圧して偏平に押し拡げるようにしている。支持部材の周縁部にはピンが所定ピッチで固定され、繊維束はピンに係合して折り返すように配列される。繊維束配列ヘッドを９０°回動させることにより、同じ繊維束配列ヘッドでＸ方向及びＹ方向の両方向への繊維束の配列が可能となっている。
特開２００４−９１９９２号公報（明細書の段落［００１９］〜［００２３］［００５４］，［００５５］、図１，図１１）

従来の繊維束配列装置は、ボビンに巻かれている繊維束をガイドパイプを経て支持部材上に配列するとともに、配列された繊維束を押圧ローラや押圧板等の繊維幅拡大手段によって押圧して偏平に押し拡げるようにしている。ガイドパイプは円筒状であり、繊維束はガイドパイプ内で比較的自由に回動できる。従って、ピンに繊維束を係止させて折り返す際に、繊維束がねじれ易い。そして、ねじれた状態で配列された繊維束を押圧した場合は繊維束が拡がり難くなり、配列された繊維束の幅や厚さが不均一になって配列品の品質が低下する虞がある。また、繊維束を構成するフィラメントの本数によっては、繊維束を配列後に単に押圧しただけでは所望の幅に拡げるのが難しい場合もある。

前記問題を解消するため、偏平に押し拡げた状態でボビンに巻き付けられた繊維束をボビンから繰り出すとともに、偏平なガイドパイプを経て支持部材上に配列することが考えられる。しかし、ボビンの向きは一定のままでガイドパイプの向きを配列方向に合わせて変更させた場合、ボビンから繰り出されてガイドパイプに入るまでに繊維束にねじれが生じたり、繊維幅が狭くなったりして、配列品の品質が低下する虞がある。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的はボビンから繰り出された繊維束を繊維束にねじれが生じたり、配列される繊維束の幅が狭くなったりするのを抑制して所望の幅で配列することができ、繊維束配列品の品質の低下を抑制することができる繊維束配列装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ボビンから繰り出される繊維束を偏平な状態で配列する繊維束配列装置である。そして、繊維束が偏平な状態で巻かれたボビンと、前記ボビンを少なくとも巻かれた繊維束が繰り出される方向に回転可能に支持するボビンホルダと、前記ボビンから繰り出される繊維束を偏平な状態で案内するとともに偏平な状態で出口から繰り出すガイドパイプを備えた配列ヘッドとを備えている。また、前記ボビンホルダ及び前記配列ヘッドを一体的に回動させる回動手段と、前記ガイドパイプから繰り出される繊維束の偏平な部分の向きが繊維束の配列方向と対応する状態に前記回動手段を駆動制御する制御手段とを備えている。また、前記配列ヘッドと、前記繊維束が配列される繊維束被配列部材を支持するベース部とのＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の相対位置を移動させる駆動手段を備えている。

この発明では、繊維束は予め偏平に幅が拡げられた状態でボビンに巻かれている。そして、ボビンから繰り出された偏平な繊維束は偏平な状態でガイドパイプに案内されて繊維束被配列部材上に配列される。繊維束は予め配列後の繊維束の幅及び厚さに対応した偏平な状態でボビンに巻かれているため、配列後に押圧部材で押圧して拡げる場合に比較して所望の幅及び厚さで配列することが容易になる。また、ガイドパイプを備えた配列ヘッドとボビンホルダが一体的に回動され、ガイドパイプから繰り出される繊維束の偏平な部分の向きが繊維束の配列方向と対応する状態に配列ヘッド及びボビンホルダが回動されるため、偏平な状態でボビンから繰り出された繊維束が、ガイドパイプに入るまでにねじれを生じるのが抑制される。配列ヘッドと、繊維束被配列部材を支持するベース部とのＸ方向及びＹ方向への相対移動により、繊維束がＸ方向及びＹ方向に配列される。また、配列方向を変更する場合あるいは折り返す場合は、ガイドパイプは繊維束の配列位置より繊維束被配列部材から離れるようにＺ方向に相対移動されるとともに自身の中心軸を中心に回動され、ボビンホルダも共に回動される。従って、ボビンから繰り出された繊維束にねじれが生じたり、配列される繊維束の幅が狭くなったりするのを抑制して、所望の幅で配列することができ、繊維束配列品の品質の低下を抑制することができる。

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、前記駆動手段は、前記ベース部を少なくともＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成されており、前記配列ヘッドはＸ方向及びＹ方向には移動不能な支持部に設けられている。この発明では、ベース部がＸ方向に移動されると繊維束がＸ方向に配列され、ベース部がＹ方向に移動されると繊維束がＹ方向に配列される。ボビンホルダはＸ方向及びＹ方向には移動不能なフレームに設けられているため、ボビンホルダ及びボビンを大きくしてボビンに巻かれている繊維束の長さを長くすることにより、ボビンの交換頻度を少なくすることが容易になる。そのため、生産性を高めることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記駆動手段は、前記配列ヘッドを少なくともＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成されており、前記ベース部はＸ方向及びＹ方向には移動不能に構成されている。この発明では、ベース部を移動させる構成に比較して、繊維束配列装置の設置に必要なスペースを狭くすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記駆動手段は、前記配列ヘッドをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能なスカラーロボットで構成されている。この発明では、駆動手段の占めるスペースを請求項２及び請求項３に記載の発明の装置に比較して小さくすることができる。

本発明によれば、ボビンから繰り出された繊維束を繊維束にねじれが生じたり、配列される繊維束の幅が狭くなったりするのを抑制して所望の幅で配列することができ、繊維束配列品の品質の低下を抑制することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図７に従って説明する。図１は繊維束配列装置の模式正面図、図２は繊維束配列装置の模式平面図、図３は繊維束配列部の模式斜視図である。図４（ａ）はボビンホルダの模式図、（ｂ）はガイドパイプの部分模式斜視図、図５は繊維束供給部の模式斜視図である。

図１及び図２に示すように、繊維束配列装置１１は、ベース部１２、繊維束配列部１３及び繊維束供給部１４を備えている。ベース部１２は繊維束被配列部材としての枠体１５を支持する。枠体１５は長方形状に形成され、ピン１６が枠体１５の上面に所定ピッチ（例えば、数ｍｍピッチ）で配置されている。各ピン１６は、枠体１５の上方に向かって垂直に突出するように、枠体１５に取外し可能に固定されている。

繊維束配列部１３及び繊維束供給部１４は、ベース部１２に対してＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に対して相対移動可能に設けられている。この実施形態では、Ｘ方向とはベース部１２に固定された枠体１５の長手方向と平行な方向を意味し、Ｙ方向はベース部の上面と平行な面内でＸ方向と直交する方向を意味し、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向に垂直な方向を意味する。

ベース部１２の長手方向に沿った両側にはリニアスライダ１７がそれぞれＸ方向に延びるように設けられている。両リニアスライダ１７上には、リニアスライダ１７の移動体１７ａ間に跨る状態でリニアスライダ１８がＹ方向に延びるように設けられている。なお、リニアスライダとはリニアサーボモータ、リニアスケール及びリニアガイドが一体化されたものである。リニアスライダ１８の移動体１８ａに支持フレーム１９が固定されている。支持フレーム１９の移動体１８ａと対向する側と反対側には、支持プレート２０が昇降可能に設けられている。支持プレート２０はボールねじ機構２１及びモータ２２により移動される。

繊維束配列部１３は支持プレート２０に設けられている。支持プレート２０にはモータ２３が固定されている。モータ２３はその出力軸２３ａがＺ方向に延びるように設けられ、出力軸２３ａには支持ブラケット２４が一体回動可能に固定されている。支持フレーム１９の上部にはブラケット２５が固定され、ブラケット２５上には繊維束供給部１４を構成するボビンホルダ２６がモータ２３の出力軸２３ａと同軸上に設けられた回転軸２７を中心に回動可能に支持されている。ボビンホルダ２６には連結アーム２６ａが水平に突設されている。

図１に示すように、支持ブラケット２４は、ボビンホルダ２６の近くまで垂直に延びる垂直部２４ａを備え、垂直部２４ａの上端から水平に突設された部分に、連結アーム２６ａと作動連結されてボビンホルダ２６を支持ブラケット２４と一体的に回動させる連結軸２８が設けられている。連結軸２８は連結アーム２６ａに形成された孔を貫通するように設けられ、支持プレート２０が昇降しても常に連結軸２８が連結アーム２６ａを貫通する長さに形成されている。即ち、支持ブラケット２４はボビンホルダ２６と一体的に回動されるようになっている。

図１及び図３に示すように、支持ブラケット２４の下部となる水平部２４ｂには、ブラケット２９が固定されている。ブラケット２９には、ボビンホルダ２６に支持されたボビンＢから繰り出される繊維束Ｆを偏平な状態で案内するとともに偏平な状態で出口から繰り出すガイドパイプ３０ａを備えた配列ヘッド３０が固定されている。図４（ｂ）に示すように、ガイドパイプ３０ａは偏平に形成されるとともに出口側端部が屈曲されている。ガイドパイプ３０ａは、偏平の長軸方向の幅がピン１６の間隔とほぼ等しく形成されている。そして、配列ヘッド３０は、モータ２３の出力軸２３ａとガイドパイプ３０ａの中心軸とが同軸となる位置においてブラケット２９に固定されている。ブラケット２９には、繊維束Ｆを案内するガイドプーリ３１ａ，３１ｂが設けられている。ガイドプーリ３１ａ，３１ｂは、上方から導かれる繊維束Ｆの走行経路を水平に変えた後、ガイドパイプ３０ａの入口に垂直に向かうように変更する位置に設けられている。ガイドパイプ３０ａの偏平の長軸方向が、ガイドプーリ３１ａ，３１ｂの回転軸方向と平行になるように設けられている。なお、図３において、繊維束Ｆは図示の都合上幅を省略して描いている。

モータ２３、支持ブラケット２４、連結軸２８、ブラケット２９、連結アーム２６ａが、ボビンホルダ２６及び配列ヘッド３０を、ガイドパイプ３０ａの中心軸を中心として一体的に回動させる回動手段３２を構成する。モータ２３は、制御手段としての制御装置Ｃからの指令信号により駆動制御される。

制御装置Ｃは、配列ヘッド３０から繰り出される繊維束Ｆの偏平な部分の向きが繊維束Ｆの配列方向と対応する状態に回動手段３２を駆動制御する。制御装置Ｃは、リニアスライダ１７，１８のリニアモータ（図示せず）及びモータ２２の制御も行う。

リニアスライダ１７，１８は、ボビンホルダ２６、配列ヘッド３０及び回動手段３２を繊維束Ｆが配列される枠体１５を支持するベース部１２に対してＸ方向、Ｙ方向に相対移動させる駆動手段を構成する。また、ボールねじ機構２１及びモータ２２は、配列ヘッド３０及び回動手段３２をＺ方向に対して相対移動させる駆動手段を構成する。

図４（ａ）に示すように、ボビンホルダ２６は、垂直に延びるアーム３３，３４を備える。一方のアーム３３はボビンＢの一端を回動可能に支持している。他方のアーム３４はボビンＢの他端支持している。また、ボビンＢの他端側には歯車部３５がボビンＢと一体回転可能に備えられている。一方のアーム３３は、両アーム３３，３４間にボビンＢを装着、取外し可能とするため、他方のアーム３４との距離を拡大可能に構成されている。この実施形態ではアーム３３は図４（ａ）の状態から反時計回り方向に傾動可能に構成されている。

図２及び図５に示すように、繊維束供給部１４は、ボビンホルダ２６に支持されたボビンＢを回転駆動させるため、サーボモータ３６、サーボアンプ３７、シーケンサ３８を備えており、サーボモータ３６の回転軸には歯車部３５と噛合する歯車３９が固定されている。サーボモータ３６、サーボアンプ３７及びシーケンサ３８は、ボビンホルダ２６と一体的に形成されたプレート４０上に固定され、ボビンホルダ２６が回動されても、常に歯車３９が歯車部３５と噛合するように構成されている。

また、ボビンホルダ２６には、張力調整機構４１を支持するための支持プレート４２が、ボビンホルダ２６と一体的に回動可能に設けられている。張力調整機構４１は、ボビンＢから繰り出される繊維束Ｆに一定の張力を付与する。支持プレート４２には、その上部に２個のプーリ４３ａ，４３ｂが、下部に１個のプーリ４３ｃが、それぞれその支軸の延びる方向がボビンＢの延びる方向と平行になるように支持されている。プーリ４３ａ，４３ｂの下方には、一定荷重ばね４４を介して可動プーリ４５がスリットＳに沿って昇降可能に設けられている。ボビンＢから繰り出された繊維束Ｆは、プーリ４３ａ、可動プーリ４５、プーリ４３ｂ及びプーリ４３ｃを経て繊維束配列部１３側に供給される。図２においては、４３ａ，４３ｂ及び可動プーリ４５等の図示を省略している。

一定荷重ばね４４は、巻き尺に類似の構成をしており、一定の曲率で密着巻きされた薄板ばね４４ａを備え、その外端部を直線状に引き出して使用するばねであり、荷重が薄板ばね４４ａの引き出し量（ストローク）によらず、ほぼ一定となる構成となっている。定荷重ばね４４はロータリエンコーダ（図示せず）を備え、薄板ばね４４ａの引き出し及び巻き戻しに対応してロータリエンコーダから信号がシーケンサ３８に出力される。可動プーリ４５が一定範囲内に保持されるようにサーボモータ３６の回転がシーケンサ３８によって制御される。なお、支持プレート４２には可動プーリ４５が上限位置以上又は下限位置以下にあることを検出するセンサＳ１，Ｓ２（図５にのみ図示）がそれぞれ設けられている。シーケンサ３８は、センサＳ１，Ｓ２からの可動プーリ４５の前記検出信号が出力されないようにサーボモータ３６を制御する。なお、図５において、繊維束Ｆは図示の都合上幅を省略して描いている。

次に前記のように構成された繊維束配列装置１１の作用を説明する。なお、図６（ａ）〜（ｄ）及び図７（ａ）〜（ｃ）は、作用を説明するためのガイドパイプ３０ａの位置及び向きを示す部分模式平面図である。

繊維束Ｆの配列に先立ってガイドパイプ３０ａを配列開始位置に配置するように、リニアスライダ１７，１８及びモータ２２が駆動される。そして、図６（ａ）に示すように、ガイドパイプ３０ａはベース部１２に支持された枠体１５のＸ方向の一端側における一つのコーナー部の外側に位置する状態となる。次に、ボビンＢから繰り出した繊維束Ｆをプーリ４３ａ、可動プーリ４５、プーリ４３ｂ、４３ｃ、ガイドプーリ３１ａ，３１ｂを経てガイドパイプ３０ａへ導き、ガイドパイプ３０ａに挿通して、繊維束Ｆの端部をガイドパイプ３０ａの出口（先端）から引き出す。そして、繊維束Ｆの先端を枠体１５の外側の所定位置に固定する。繊維束Ｆの固定は、例えば、図示しない接着テープを使用して行う。

その状態で繊維束配列装置１１の作動が開始される。先ずモータ２２が駆動され、ガイドパイプ３０ａの先端が繊維束Ｆの配列に適した位置となるまで下降された後、リニアスライダ１７が駆動されて、リニアスライダ１８が繊維束配列部１３及び繊維束供給部１４とともにＸ方向に移動される。繊維束配列部１３の移動に伴ってサーボモータ３６が駆動され、ボビンＢが繊維束配列部１３の移動速度、即ち配列ヘッド３０の移動速度とほぼ同じ速度で繊維束Ｆを繰り出すように回転される。そして、ボビンＢから偏平な状態で繰り出された繊維束Ｆは、張力調整機構４１で適正な張力が付与された状態でガイドパイプ３０ａから繰り出されて枠体１５上に配列される。

繊維束Ｆはその幅がピン１６の中心間の距離と同じ状態でボビンＢに巻かれており、ガイドパイプ３０ａは、偏平の長軸方向の幅が隣接するピン１６間の距離とほぼ同じため、ガイドパイプ３０ａを通過する際に幅が狭くなる。しかし、ガイドパイプ３０ａから繰り出されて枠体１５上に配列されると、ほぼ元の状態に戻るため支障はない。

図６（ｂ）に示すように、ガイドパイプ３０ａが枠体１５のＸ方向における他端側のピン１６の外側まで移動された時点でリニアスライダ１７の駆動が停止される。次にリニアスライダ１７，１８が駆動されてガイドパイプ３０ａがピン１６の１／２ピッチ分Ｙ方向に移動された図６（ｃ）に示す状態となる。さらにリニアスライダ１８が駆動され、リニアスライダ１７が逆方向に駆動されて、ガイドパイプ３０ａがピン１６の１／２ピッチ分Ｙ方向に移動された図６（ｄ）に示す状態になる。

そして、図６（ｄ）の状態からリニアスライダ１７が駆動され、繊維束ＦのＸ方向への配列が再開される。以下同様にして順次、繊維束Ｆがピン１６の外側で折り返すようにしてＸ方向への配列が行われる。繊維束Ｆの１層分のＸ方向への配列が完了した後、Ｙ方向への繊維束Ｆの配列が行われる。

Ｙ方向への繊維束Ｆの配列を行う場合は、図７（ａ）に示すように、ガイドパイプ３０ａが枠体１５のＹ方向の一端側における一つのコーナー部の近傍においてピン１６の外側に位置する状態となるように、モータ２２及びリニアスライダ１７，１８が駆動される。そして、図７（ａ）に示す状態からＹ方向への繊維束Ｆの配列が開始される。繊維束ＦのＹ方向への配列は、リニアスライダ１８が主に駆動されて行われ、ピン１６の外側で折り返す際に、リニアスライダ１７，１８が駆動される。そして、１層分のＹ方向への繊維束Ｆの配列が完了した後、Ｘ方向及びＹ方向に対して±４５°の角度を成すバイアス方向への繊維束Ｆの配列が行われる。

バイアス方向への繊維束Ｆの配列を行う場合は、図７（ｂ）に示すように、ガイドパイプ３０ａが枠体１５におけるピン１６の内側において、Ｘ方向及びＹ方向に対して４５°の角度を成す状態からリニアスライダ１７，１８が当速度で駆動される。そして、ガイドパイプ３０ａが図７（ｂ）の矢印方向に移動することにより、繊維束ＦがＸ方向及びＹ方向に対して４５°の角度を成す状態に配列される。そして、図７（ｃ）に鎖線で示すようにガイドパイプ３０ａがピン１６に近づいた時点からモータ２３が回動されて、図７（ｃ）に実線で示すようにガイドパイプ３０ａの向きが変更される。この状態からガイドパイプ３０ａがＹ方向に移動されてピン１６間を通過する。次にピン１６の外側において折り返されピン１６のピッチ分移動するとともにピン１６間を通過して内側へ移動された後、ガイドパイプ３０ａが所定の配列方向に向く状態でモータ２３の駆動が停止される。その状態からリニアスライダ１７，１８が駆動されて再び繊維束Ｆの配列が行われる。以上の動作を繰り返すことにより１層分のバイアス方向への繊維束Ｆの配列が行われる。

以下、同様にしてＸ方向配列繊維束層、Ｙ方向配列繊維束層及びバイアス方向配列繊維束層が所定数積層されると積層繊維束群の配列が完了する。そして、枠体１５が積層繊維束群と共にベース部１２から取り外され、公知の方法で結合糸（厚さ方向糸）が挿入されて三次元繊維構造体が形成される。

この実施形態では次の効果を有する。
（１）繊維束配列装置１１は、繊維束Ｆが偏平な状態で巻かれたボビンＢのボビンホルダ２６と、ボビンＢから繰り出される繊維束Ｆを偏平な状態で案内するとともに偏平な状態で出口から繰り出すガイドパイプ３０ａを備えた配列ヘッド３０とを備えている。従って、繊維束Ｆは予め配列後の繊維束Ｆの幅及び厚さに対応した偏平な状態でボビンＢに巻かれているため、配列後に押圧部材で押圧して拡げる場合に比較して所望の幅及び厚さで配列することが容易になる。

（２）ボビンホルダ２６及び配列ヘッド３０を一体的に回動させる回動手段３２と、ガイドパイプ３０ａから繰り出される繊維束Ｆの偏平な部分の向きが繊維束Ｆの配列方向と対応する状態に回動手段３２を駆動制御する制御装置Ｃとを備えている。従って、偏平な状態でボビンＢから繰り出された繊維束Ｆが、ガイドパイプ３０ａに入るまでにねじれを生じたり、配列される繊維束Ｆの幅が狭くなったりするのを抑制して、所望の幅で配列することができ、繊維束配列品の品質の低下を抑制することができる。

（３）繊維束配列装置１１は、ベース部１２が固定され、ボビンホルダ２６、配列ヘッド３０及び回動手段３２がＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能に構成されている。従って、ベース部１２を移動させる構成に比較して、繊維束配列装置１１の設置に必要なスペースを狭くすることができる。

（４）ボビンＢから繰り出された偏平な繊維束Ｆに適正な張力を付与する張力調整機構４１は、ボビンＢから繰り出される繊維束Ｆが上方へ導かれた状態で張力調整を行う。従って、繊維束ＦをボビンＢから下方へ繰り出してガイドパイプ３０ａへ導く構成に比較して、ボビンＢから繰り出された繊維束Ｆがガイドパイプ３０ａに導入されるまでの経路長を長くとることが容易になり、ボビンＢへの繊維束Ｆの巻き付け幅（ボビンＢの軸方向への長さ）が広くても繊維束Ｆにねじれが生じ難くなる。

（５）ボビンＢがサーボモータ３６により積極回転駆動されて繊維束ＦがボビンＢから繰り出される。従って、配列ヘッド３０の移動に伴う繊維束の引き出し力でボビンＢを回動させて繊維束Ｆを引き出す構成に比較して、繊維束Ｆに無理な力が作用せず、繊維束Ｆの配列が円滑に行われる。

（６）回動手段３２を構成するモータ２３が、配列ヘッド３０が固定される支持ブラケット２４を駆動し、ボビンホルダ２６を回転軸２７及び連結アーム２６ａを介して回動させる。従って、ボビンホルダ２６側を駆動する構成に比較して、重心が低くなるとともに繊維束配列部１３及び繊維束供給部１４全体としてコンパクトにすることができる。

（７）ボビンホルダ２６がモータ２３の出力軸２３ａと同軸上に設けられた回転軸２７を中心に回動可能に支持されているので、モータ２３による回動時に、ボビンＢの慣性を小さくすることができる。また、ボビンＢに巻かれている繊維束Ｆの量が減少して重量が減少してもボビンＢの慣性の変化を抑えることができる。従って、モータ２３の制御が容易になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ ボビンホルダ２６、配列ヘッド３０及び回動手段３２をベース部１２に対してＸ方向及びＹ方向へ相対移動させる構成として、ベース部１２側を移動させる構成としてもよい。例えば、図８に示すように、フレーム４６に一対のリニアスライダ４７を設け、リニアスライダ４７と直交する状態でリニアスライダ４８を一対設ける。そして、リニアスライダ４８の移動体４８ａ上にベース部１２を設ける。一方、ボビンホルダ２６、配列ヘッド３０及び回動手段３２は、支持プレート２０を支持する支持フレーム１９ごと、フレーム４６の一部を構成するバー４６ａに固定する。この実施形態では、ベース部１２がＸ方向に移動されると繊維束ＦがＸ方向に配列され、ベース部１２がＹ方向に移動されると繊維束ＦがＹ方向に配列される。ボビンホルダ２６はＸ方向及びＹ方向に移動不能な支持部としての支持プレート２０に設けられているため、ボビンホルダ２６及びボビンＢを大きくしてボビンＢに巻かれている繊維束Ｆの長さを長くすることにより、ボビンＢの交換頻度を少なくすることが容易になる。そのため、生産性を高めることができる。

○ ボビンホルダ２６、配列ヘッド３０及び回動手段３２をベース部１２に対してＺ方向へ相対移動させる構成として、ベース部１２を移動させる構成としてもよい。例えば、ボビンホルダ２６、配列ヘッド３０及び回動手段３２がリニアスライダ１７，１８により移動される構成の場合は、リニアスライダ１７をベース部１２と独立したフレームに固定し、ベース部１２をシリンダで昇降させる構成とする。また、ベース部１２がリニアスライダ４７，４８で移動される構成の場合は、リニアスライダ４８とベース部１２との間にシリンダを設ける。ベース部１２を移動させる構成とした場合、ボールねじ機構２１及びモータ２２は不要となり、支持プレート２０と支持フレーム１９を一体に形成できる。また連結軸２８と連結アーム２６ａをなくして、支持ブラケット２４とボビンホルダ２６を一体的に形成できる。

○ ボビンホルダ２６、配列ヘッド３０及び回動手段３２を支持する支持フレーム１９あるいはベース部１２をＸ方向及びＹ方向へ移動させる駆動手段としてリニアスライダ１７，１８，４７，４８に代えてボールねじ機構及びサーボモータを使用したり、サーボシリンダを使用したりしてもよい。

○ 張力調整機構４１にロータリエンコーダとセンサＳ１，Ｓ２とを設けたが、いずれか一方のみを設けてもよい。
○ 繊維束Ｆに適正な張力を付与する構成として、一定荷重ばね４４を使用する構成に代えて、可動プーリ４５に重錘を付ける構成としてもよい。

○ ボビンホルダ、配列ヘッド３０及び回動手段３２をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させる駆動手段として、スカラーロボットを使用してもよい。例えば、図９に示すように、スカラーロボット４９は、フレームに固定される支持部５０と、支持部５０に基端において回動可能に支持された第１アーム５１と、第１アーム５１の先端に回動可能に支持された第２アーム５２とを備えている。第１アーム５１及び第２アーム５２は、基端部において図示しないサーボモータによって駆動される回転軸に連結され、サーボモータにより回動される。第２アーム５２上には支持部５３が設けられている。支持部５３はサーボモータを内蔵し、サーボモータによって回転される回転軸５４が第２アーム５２を貫通してＺ方向に延び、回転軸５４と同軸に配列ヘッド３０及びガイドパイプ３０ａが設けられている。支持部５３の上部にはボビンホルダ５５が回転軸５４と同軸上で回動可能に設けられている。回転軸５４の回転は連結アーム５６、連結軸２８及び連結アーム５５ａを介してボビンホルダ５５に伝達される。ボビンＢは図示しない駆動機構により回動され、ボビンＢから繰り出された繊維束Ｆは図示しない複数のガイドプーリを介してガイドパイプ３０ａへと案内される。この場合、ボビンホルダ５５、配列ヘッド３０及び回動手段を駆動する駆動手段の占めるスペースを前記実施形態より小さくすることができる。

○ 図１０に示すように、繊維束Ｆを折り返す際に繊維束Ｆが係止されるピン１６の配列状態をジグザグ状に配置するとともに、隣接するピン１６の中心を通りＸ方向と平行な直線間の距離Ｌ１はボビンＢから繰り出された状態における繊維束Ｆの幅と同じに設定する。隣接するピン１６の周面間の距離Ｌ２はガイドパイプ３０ａの偏平の長軸方向の幅より若干広くする。また、ガイドパイプ３０ａは、内周面の幅はボビンＢから繰り出された状態における繊維束Ｆの幅と同じに設定されている。図１０は、枠体１５のＸ方向に延びる部分に設けられたピン１６を図示しているが、枠体１５のＹ方向に延びる部分に設けられたピン１６も同様に設ける。この場合、繊維束Ｆはガイドパイプ３０ａ内を通過する際に、ボビンＢから繰り出された状態における幅より縮められることが回避される。

○ 繊維束Ｆを折り返し状に配列する方法として、繊維束Ｆをピン１６に係止して折り返す方法で折り返すようにしてもよい。またピン１６の外側にさらにピンを設けて、そのピンに係止して折り返すようにしてもよい。

○ ガイドパイプ３０ａは１本に限らず複数本設けてもよい。例えば、一実施形態の構成の繊維束配列部１３及び繊維束供給部１４を２組設け、ガイドパイプ３０ａを枠体１５の幅方向長さの１／２程度の間隔をおいて設ける。この場合、繊維束Ｆは同時に複数本（２本）ずつ配列されるため、１層分の配列に必要な時間が１／２以下になる。

○ ガイドパイプ３０ａの内側の幅がボビンＢに巻かれている繊維束Ｆの幅より狭い場合、繊維束Ｆの配列時にガイドパイプ３０ａの進行方向後側において、配列された繊維束Ｆを押圧する押圧部材を設けてもよい。この場合、ガイドパイプ３０ａを通過する際に、幅が狭くなった状態でガイドパイプ３０ａから繰り出された繊維束Ｆの幅を確実に元の状態に拡げることができる。

○ 連結軸２８が連結アーム２６ａに形成された孔を貫通するように形成され、支持ブラケット２４とボビンホルダ２６とが一体的に回動されるように形成され、ボビンホルダ２６は昇降しない構成となっているが、この構成に限らない。支持ブラケット２４とボビンホルダ２６を一体的に形成すれば、回転軸２７をなくすことが出来、昇降に伴なうプーリ４３ｃとガイドプーリ３１ａ間の繊維束Ｆの張力変化をなくすことができる。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記ベース部は前記繊維束を折り返し状に配列するためにジグザグ状に所定ピッチで配置されたピンを備えている。

（２）偏平な繊維束が折り返し状に配列されて形成された繊維束層を少なくとも繊維束の配列方向がＸ方向及びＹ方向の面内２軸となるように複数積層された積層繊維束群を構成する繊維束配列方法であって、
偏平な状態でボビンに巻かれた繊維束をボビンから繰り出し、その繊維束をガイドプーリを経て繊維束を偏平な状態で案内するとともに偏平な状態で出口から繰り出すガイドパイプに導入し、前記ガイドパイプの向きを繊維束の配列方向に向くように調整しつつ、かつ前記ボビンの軸の向きをガイドパイプの向きに合わせて変更しつつガイドパイプを繊維束が配列される繊維束被配列部材に対してＸ方向及びＹ方向に相対移動させて繊維束の配列を行う繊維束配列方法。

一実施形態における繊維束配列装置の模式正面図。 繊維束配列装置の模式平面図。 繊維束配列部の模式斜視図。 （ａ）はボビンホルダの模式図、（ｂ）はガイドパイプの部分模式斜視図。 繊維束供給部の模式斜視図。 （ａ）〜（ｄ）は作用を説明するためのガイドパイプの位置及び向きを示す部分模式平面図。 （ａ）〜（ｃ）は作用を説明するためのガイドパイプの位置及び向きを示す部分模式平面図。 別の実施形態における繊維束配列装置の模式正面図。 別の実施形態における繊維束配列装置の模式斜視図。 別の実施形態におけるピンの配列状態を示す部分模式平面図。

符号の説明

Ｂ…ボビン、Ｃ…制御手段としての制御装置、Ｆ…繊維束、１１…繊維束配列装置、１２…ベース部、１５…繊維束被配列部材としての枠体、１７，１８，４７，４８…駆動手段を構成するリニアスライダ、２２…駆動手段としてのモータ、２６，５５…ボビンホルダ、３０…配列ヘッド、３０ａ…ガイドパイプ、３２…回動手段、４６…フレーム、４９…スカラーロボット。

Claims (4)

1. ボビンから繰り出される繊維束を偏平な状態で配列する繊維束配列装置であって、
   繊維束が偏平な状態で巻かれたボビンと、
   前記ボビンを少なくとも巻かれた繊維束が繰り出される方向に回転可能に支持するボビンホルダと、
   前記ボビンから繰り出される繊維束を偏平な状態で案内するとともに偏平な状態で出口から繰り出すガイドパイプを備えた配列ヘッドと、
   前記ボビンホルダ及び前記配列ヘッドを、前記ガイドパイプの中心軸を中心として一体的に回動させる回動手段と、
   前記ガイドパイプから繰り出される繊維束の偏平な部分の向きが繊維束の配列方向と対応する状態に前記回動手段を駆動制御する制御手段と、
   前記配列ヘッドと、前記繊維束が配列される繊維束被配列部材を支持するベース部とのＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の相対位置を移動させる駆動手段と
   を備えた繊維束配列装置。
2. 前記駆動手段は、前記ベース部を少なくともＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成されており、前記配列ヘッドはＸ方向及びＹ方向には移動不能なフレームに設けられている請求項１に記載の繊維束配列装置。
3. 前記駆動手段は、前記配列ヘッドを少なくともＸ方向及びＹ方向に移動可能に構成されており、前記ベース部はＸ方向及びＹ方向には移動不能に構成されている請求項１に記載の繊維束配列装置。
4. 前記駆動手段は、前記配列ヘッドをＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能なスカラーロボットで構成されている請求項１に記載の繊維束配列装置。

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