JP4743422B2 - Filament winding method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂を含浸させた繊維束を被巻付け部材に巻付けるフィラメントワインディング方法および装置に関する。   The present invention relates to a filament winding method and apparatus for winding a fiber bundle impregnated with a resin around a member to be wound.

例えば、燃料電池システムに用いられる水素タンクは、軽量化を図るため、タンク本体の表面を繊維強化プラスチック層(FRP層)で被覆して複合構造とすることが多くなっている。そして従来、このような複合構造の水素タンクを製作するには、図6に示されるように、タンク本体(被巻付け部材)1を回転させながらこれに樹脂を含浸させた繊維束(以下、単に繊維束という)2を巻付けるフィラメントワインディング法が一般に用いられている。この場合、同図(A)に示すヘリカル巻きと同図(B)に示すフープ巻きとを交互に行って、繊維束2をタンク本体1に多層(一例として、70層)に巻付け、主としてヘリカル巻きしたFRP層に軸方向応力を、フープ巻きしたFRP層に半径方向応力をそれぞれ負担させて、所望の耐圧強度を確保するようにしている。   For example, in order to reduce the weight of hydrogen tanks used in fuel cell systems, the surface of the tank body is often covered with a fiber reinforced plastic layer (FRP layer) to form a composite structure. Conventionally, in order to manufacture a hydrogen tank having such a composite structure, as shown in FIG. 6, a fiber bundle (hereinafter referred to as “tank wound member” 1) impregnated with a resin while rotating the tank body (member to be wound) 1. A filament winding method in which 2) is simply used is generally used. In this case, the helical winding shown in FIG. 1A and the hoop winding shown in FIG. 1B are alternately performed, and the fiber bundle 2 is wound around the tank body 1 in multiple layers (for example, 70 layers). The helically wound FRP layer is subjected to axial stress, and the hoop-wrapped FRP layer is subjected to radial stress to ensure a desired pressure strength.

ところで、この種のフィラメントワインディング方法では、繊維束の積層数が多くなるに従って、すなわち巻き径が大きくなるに従って下層の繊維束に配向乱れや座屈などの不具合が生じ易くなり、これを避けるため、巻き径に応じて張力を減少させる制御を行っている(例えば、特許文献1参照)。また、上記したヘリカル巻き(図6(A))においては、タンク本体1の胴部に対する巻付け速度と折返し端部に対する巻付け速度とに大きな差があり、この速度差を解消するため、巻き部位に応じて繊維束の繰出し量を調整する制御を行っている(例えば、特許文献2参照)。   By the way, in this type of filament winding method, as the number of stacked fiber bundles increases, that is, as the winding diameter increases, problems such as orientation disorder and buckling tend to occur in the lower fiber bundle, in order to avoid this, Control is performed to reduce the tension according to the winding diameter (see, for example, Patent Document 1). In the helical winding described above (FIG. 6A), there is a large difference between the winding speed of the tank body 1 and the winding speed of the folded end portion. Control is performed to adjust the feeding amount of the fiber bundle according to the part (for example, see Patent Document 2).

特開2001−260240号公報JP 2001-260240 A 特開2005−255359号公報JP 2005-255359 A

一方、この種のフィラメントワインディング方法により所望の強度を確保するには、被巻付部材に対して繊維束を隙間なく巻付ける必要がある。しかるに、フィラメントワインディング方法においては、巻出し装置から巻付け装置まで種々のローラを通して繊維束が案内され、かつ被巻付け部材と相対移動する、巻付け装置内の巻付けローラを経て繊維束が繰出されるため、何らかの原因で繊維束の幅が変化する。そして、この繊維束の幅が規定幅より狭くなると、例えば、上記した水素タンクにおいては、図7に示すように、被巻付け部材であるタンク本体1上のFRP層3内に空孔4が発生し、この空孔4が水素タンクの強度(耐圧強度)を低下させる大きな原因になる。   On the other hand, in order to secure a desired strength by this type of filament winding method, it is necessary to wind the fiber bundle around the member to be wound without any gap. However, in the filament winding method, the fiber bundle is fed out through a winding roller in the winding apparatus in which the fiber bundle is guided through various rollers from the unwinding apparatus to the winding apparatus and moves relative to the member to be wound. Therefore, the width of the fiber bundle changes for some reason. When the width of the fiber bundle becomes narrower than the specified width, for example, in the above-described hydrogen tank, as shown in FIG. 7, holes 4 are formed in the FRP layer 3 on the tank body 1 that is a member to be wound. These holes 4 are a major cause of reducing the strength (pressure strength) of the hydrogen tank.

そこで従来は、水素タンクの製作後、抜取りで耐圧試験(破壊試験)を行って、品質の良否を判定するようにしていた。しかし、このような耐圧試験には、大掛かりな設備が必要になることに加え、試験そのものに多くの時間がかかり、試験に要するコスト負担が大きいという問題があった。また、抜取り試験であるため、不良品が発生した場合には、良品を含めてロッド単位で不良判定となり、全体として品質管理に要するコスト負担が極めて大きいという問題があった。   Therefore, conventionally, after the hydrogen tank is manufactured, a pressure resistance test (destructive test) is performed by sampling to determine whether the quality is good or bad. However, such a pressure test has a problem that a large facility is required and the test itself takes a lot of time and a cost burden for the test is large. In addition, since it is a sampling test, when a defective product occurs, it is judged as defective for each rod including a non-defective product, and the cost burden required for quality control as a whole is extremely large.

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、破壊試験に頼ることなく品質の良否を的確に判断することができるようにし、もって品質管理に要するコスト負担の低減に大きく寄与するフィラメントワインディング方法および装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the problem is that the quality can be accurately judged without relying on a destructive test, and is required for quality control. An object of the present invention is to provide a filament winding method and apparatus that greatly contributes to a reduction in cost burden.

上記課題を解決するための、本発明に係るフィラメントワインディング方法は、樹脂を含浸させた繊維束を被巻付け部材に巻付けるフィラメントワインディング方法において、前記被巻付け部材に対する前記繊維束の繰出し付近で、該繊維束の幅を連続的に測定し、前記測定結果を記録した繊維束幅線図に基づいて品質の良否を判定することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a filament winding method according to the present invention is a filament winding method in which a fiber bundle impregnated with a resin is wound around a member to be wound, in the vicinity of the feeding of the fiber bundle to the member to be wound. The width of the fiber bundle is continuously measured, and the quality is judged based on the fiber bundle width diagram in which the measurement result is recorded.

このように行うフィラメントワインディング方法においては、強度に重大な影響を及ぼす空孔と密接に関係する繊維束の幅を測定して、その測定結果を記録した繊維束幅線図上で品質の良否を判定するので、破壊試験は不要になる。また、被巻付け部材に対する繊維束の繰出し付近で該繊維束の幅を測定するので、十分に精度の高い測定データが得られ、繊維束幅線図上での品質の良否判定に対する信頼性は十分に高いものとなる。   In the filament winding method performed in this way, the width of the fiber bundle closely related to the pores having a significant influence on the strength is measured, and the quality is checked on the fiber bundle width diagram in which the measurement result is recorded. Since the determination is made, the destructive test becomes unnecessary. Further, since the width of the fiber bundle is measured in the vicinity of the feeding of the fiber bundle with respect to the member to be wound, sufficiently accurate measurement data is obtained, and the reliability with respect to the quality determination on the fiber bundle width diagram is It will be high enough.

本発明の方法は、上記した繊維束の幅の測定結果を記録した繊維束幅線図上で品質の良否を判定することに加え、繊維束の巻出し量を連続的に測定し、前記測定結果を記録した巻出し量線図に基づいて品質の良否を判定し、あるいは繊維束の張力を連続的に測定し、前記測定結果を記録した張力線図に基づいて品質の良否を判定するようにしてもよく、この場合は、品質保証に対する信頼性がより一層向上する。   The method of the present invention continuously measures the unwinding amount of the fiber bundle in addition to determining the quality on the fiber bundle width diagram in which the measurement result of the width of the fiber bundle described above is recorded. The quality is judged based on the unwinding amount diagram in which the result is recorded, or the tension of the fiber bundle is continuously measured, and the quality is judged based on the tension diagram in which the measurement result is recorded. In this case, the reliability for quality assurance is further improved.

一方、上記課題を解決するための、本発明に係るフィラメントワインディング装置は、樹脂を含浸させた繊維束を、その巻出し量および張力を制御しながら被巻付け部材に巻付けるフィラメントワインディング装置において、前記繊維束を前記被巻付け部材に巻付ける巻付けヘッドに装備される巻付けローラの周辺に、前記繊維束の幅を検出するセンサを、該巻付けローラと一体に移動可能に配設したことを特徴とする。   On the other hand, the filament winding apparatus according to the present invention for solving the above problems is a filament winding apparatus for winding a fiber bundle impregnated with a resin around a member to be wound while controlling the unwinding amount and tension. A sensor for detecting the width of the fiber bundle is arranged around the winding roller provided in a winding head for winding the fiber bundle around the member to be wound so as to be movable integrally with the winding roller. It is characterized by that.

このように構成したフィラメントワインディング装置においては、繊維束を繰出す巻付けローラの周辺に、該巻付けローラと一体に移動可能にセンサを設けたので、品質管理のための繊維束幅線図を正確に求めることができる。   In the filament winding apparatus configured as described above, a sensor is provided around the winding roller for feeding out the fiber bundle so as to be movable integrally with the winding roller. Therefore, a fiber bundle width diagram for quality control is provided. It can be determined accurately.

本発明に係るフィラメントワインディング方法および装置によれば、被巻付け部材に対する繊維束の繰出し付近で測定して得た繊維束幅線図上で品質管理を行うので、破壊試験を省略でき、品質管理に要するコスト負担が著しく低減する。また、前記繊維束幅線図に加え、巻出し量線図または張力線図上で品質管理を行った場合は、品質保証に対する信頼性がより一層向上する。   According to the filament winding method and apparatus according to the present invention, quality control is performed on the fiber bundle width diagram obtained by measurement in the vicinity of the feeding of the fiber bundle with respect to the member to be wound. Cost burden is significantly reduced. In addition to the fiber bundle width diagram, when quality control is performed on the unwinding amount diagram or tension diagram, the reliability for quality assurance is further improved.

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係るフィラメントワインディング装置の全体的構成を示したものである。本実施形態は、前記した燃料電池システム用水素タンクの製造(図6)に適用されるもので、前記樹脂を含浸させた繊維束2をボビン11から巻出す巻出し装置10とこの繊維束2を前記タンク本体(被巻付け部材)1に巻付ける巻付け装置30とから概略構成されている。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an overall configuration of a filament winding apparatus according to the present invention. The present embodiment is applied to the manufacture of the hydrogen tank for a fuel cell system described above (FIG. 6). The unwinding device 10 for unwinding the fiber bundle 2 impregnated with the resin from the bobbin 11 and the fiber bundle 2 Is wound around the tank main body (member to be wound) 1.

巻出し装置10は、前記ボビン11のほか、該ボビン11を回転駆動するモータ(サーボモータ)12、ボビン11から巻出された繊維束2にダンサロール13を介して所定の張力を付与する張力付与手段14および前記ダンサロール13の位置を制御する制御手段15を備えている。   In addition to the bobbin 11, the unwinding device 10 includes a motor (servo motor) 12 that rotationally drives the bobbin 11, and a tension that applies a predetermined tension to the fiber bundle 2 unwound from the bobbin 11 via the dancer roll 13. Control means 15 for controlling the position of the applying means 14 and the dancer roll 13 is provided.

張力付与手段14は、前記ダンサロール13を支持し、該ダンサロール13を一対の支持ローラ16,16間の繊維束2に押付けるエアシリンダ17を備えている。エアシリンダ17には、エア源18から圧力制御弁19を介して所定のエア圧が供給されるようになっており、張力付与手段14は、このエアシリンダ17の内圧に応じた押付力でダンサロール13を繊維束2に押付けることで該繊維束2に所定の張力を付与する。また、制御手段15は、ダンサロール13の支軸に一端が連結されたレバー20と、このレバー20の他端に連結されたギア対21と、このギア対21の回転角を検出する回転角センサ(エンコーダ)22と、この回転角センサ22の信号を受けて前記ボビン11用のモータ12を制御する制御回路23とからなっている。制御回路23は、回転角センサ22からダンサロール13の位置情報を取込むことで、ダンサロール13の位置が所定範囲を超えて変位する場合には、モータ12の回転を制御してボビン11からの繊維束2の巻出し量(速度)を調整する。これによってダンサロール13は、常時エアシリンダ17の作動範囲内の一定位置を維持し、この結果、繊維束2に対する所定の張力付与が保証される。   The tension applying means 14 includes an air cylinder 17 that supports the dancer roll 13 and presses the dancer roll 13 against the fiber bundle 2 between the pair of support rollers 16 and 16. A predetermined air pressure is supplied to the air cylinder 17 from the air source 18 via the pressure control valve 19, and the tension applying means 14 performs a dancer with a pressing force corresponding to the internal pressure of the air cylinder 17. A predetermined tension is applied to the fiber bundle 2 by pressing the roll 13 against the fiber bundle 2. The control means 15 also includes a lever 20 having one end connected to the support shaft of the dancer roll 13, a gear pair 21 connected to the other end of the lever 20, and a rotation angle for detecting the rotation angle of the gear pair 21. A sensor (encoder) 22 and a control circuit 23 that receives a signal from the rotation angle sensor 22 and controls the motor 12 for the bobbin 11 are included. The control circuit 23 takes in the positional information of the dancer roll 13 from the rotation angle sensor 22, and controls the rotation of the motor 12 to control the rotation of the motor 12 when the position of the dancer roll 13 is displaced beyond a predetermined range. The unwinding amount (speed) of the fiber bundle 2 is adjusted. As a result, the dancer roll 13 always maintains a fixed position within the operating range of the air cylinder 17, and as a result, given tension is guaranteed to the fiber bundle 2.

一方、巻付け装置30は、前記タンク本体1を支持し回転および軸方向移動させるワーク支持手段31と上記巻出し装置10から送られた繊維束2を前記タンク本体1に向けて繰出す繊維繰出し手段32とを備えている。ワーク支持手段31は、ガイドフレーム33上に配置した案内レール34に摺動可能に装着され、タンク本体1を両端から脱着可能に挟持するクランプユニット35と、モータ(サーボモータ)36を駆動源として作動し、前記クランプユニット35を前記案内レール34に沿って往復移動させる送り機構(ボールねじ機構)37と、モータ(サーボモータ)38を駆動源として作動し、前記クランプユニット35を介してタンク本体1を回転させる回動機構39とからなっている。  On the other hand, the winding device 30 feeds the fiber bundle 2 fed from the unwinding device 10 toward the tank body 1 and the work support means 31 that supports the tank body 1 and rotates and moves in the axial direction. Means 32. The work support means 31 is slidably mounted on a guide rail 34 disposed on a guide frame 33, and a clamp unit 35 that detachably holds the tank body 1 from both ends, and a motor (servo motor) 36 as a drive source. The tank main body operates with a feeding mechanism (ball screw mechanism) 37 and a motor (servo motor) 38 that actuate and reciprocately move the clamp unit 35 along the guide rail 34. 1 and a rotating mechanism 39 for rotating 1.

繊維繰出し手段32は、上記ワーク支持手段31のガイドフレーム33と平行に延ばされたガイドフレーム40に摺動可能に装着された巻付けヘッド41と、モータ(サーボモータ)42を駆動源として作動し、前記巻付けヘッド41をガイドフレーム40に沿って往復移動させる送り機構(ボールねじ機構)43とからなっている。   The fiber feeding means 32 operates with a winding head 41 slidably mounted on a guide frame 40 extending parallel to the guide frame 33 of the work support means 31 and a motor (servo motor) 42 as a drive source. The feeding head (ball screw mechanism) 43 reciprocally moves the winding head 41 along the guide frame 40.

巻付けヘッド41は、図2によく示されるように、上記ガイドフレーム40に沿って摺動するヘッド本体44と、このヘッド本体44内からその摺動方向と直交する方向へ延ばしたガイドバー45の先端部に取付けられた支持板46と、この支持板46と一体のケーシング47内に軸受48を介して回動可能に配設された中空ガイド49と、この中空ガイド49の先端に一対のブラケット50(片側は、図示省略)を介して回動可能に支持された巻付けローラ(巻付け治具)51とを備えている。繊維束2は、ヘッド本体44の側面に設けられた開口44aおよび中空ガイド49の内部を通して巻付けローラ51の上に引出される。ここで、前記巻付けローラ51を支持する支持板46は、ヘッド本体44内に配設された図示を略すモータ(サーボモータ)を駆動源として直動する直動部材52によって前後駆動されるようになっている。また、前記中空ガイド49は、ヘッド本体44内に配設された図示を略すモータ(サーボモータ)を駆動源して作動するギヤ機構53によって回転駆動されるようにようになっている。すなわち、巻付けローラ51は、前後動可能にかつ旋回可能にヘッド本体44に搭載されている。   As shown well in FIG. 2, the winding head 41 includes a head main body 44 that slides along the guide frame 40 and a guide bar 45 that extends from the head main body 44 in a direction perpendicular to the sliding direction. A pair of support plates 46 attached to the tip of the guide plate, a hollow guide 49 rotatably disposed in a casing 47 integral with the support plate 46 via a bearing 48, and a pair of tips at the tip of the hollow guide 49. A winding roller (winding jig) 51 is rotatably supported via a bracket 50 (one side is not shown). The fiber bundle 2 is drawn onto the winding roller 51 through the opening 44 a provided on the side surface of the head main body 44 and the inside of the hollow guide 49. Here, the support plate 46 that supports the winding roller 51 is driven back and forth by a linear motion member 52 that linearly moves using a motor (servo motor) (not shown) disposed in the head body 44 as a drive source. It has become. The hollow guide 49 is rotationally driven by a gear mechanism 53 that operates with a motor (servo motor) (not shown) disposed in the head body 44 as a drive source. That is, the winding roller 51 is mounted on the head main body 44 so as to be movable back and forth and turnable.

上記巻出し装置10と巻付け装置30との間の繊維束2の走行経路には、図1に示されるように、巻出し装置10からの繊維束2の巻出し量を測定する巻出し量測定手段60と繊維束2に発生している張力を測定する張力測定手段61とが配設されている。巻出し量測定手段60は、繊維束2に接触して回転する回転ローラ62と回転ローラ62の回転数から繊維束2の巻出し量を検出する回転センサ(エンコーダ)63とからなっている。また、張力測定手段61は、一対のガイドローラ64間の繊維束2に一方向への押付け力を加える押付けローラ65とこの押付けローラ65に加わる付勢力から繊維束2の張力を検出する張力センサ66とからなっている。   In the traveling path of the fiber bundle 2 between the unwinding device 10 and the winding device 30, the unwinding amount for measuring the unwinding amount of the fiber bundle 2 from the unwinding device 10 as shown in FIG. Measuring means 60 and tension measuring means 61 for measuring the tension generated in the fiber bundle 2 are arranged. The unwinding amount measuring means 60 includes a rotating roller 62 that rotates in contact with the fiber bundle 2 and a rotation sensor (encoder) 63 that detects the unwinding amount of the fiber bundle 2 from the number of rotations of the rotating roller 62. The tension measuring means 61 is a tension roller 65 that applies a pressing force in one direction to the fiber bundle 2 between the pair of guide rollers 64, and a tension sensor that detects the tension of the fiber bundle 2 from the biasing force applied to the pressing roller 65. 66.

一方、上記巻付け装置30内の巻付けヘッド41には、図2によく示されるように巻付けローラ51から繰出された繊維束2の幅を測定する幅センサ(光センサ)67が搭載されている。この幅センサ67は、発光部67aと受光部67bとからなっており、これら発光部67aと受光部67bとは、前記巻付けローラ51を支持する一対のブラケット50間に橋渡した上下一対の取付板68に相対向して配置されている。したがって、この幅センサ67は巻付けローラ51と一体に移動(往復移動、前後動、旋回)する。   On the other hand, the winding head 41 in the winding device 30 is mounted with a width sensor (optical sensor) 67 for measuring the width of the fiber bundle 2 fed from the winding roller 51 as well shown in FIG. ing. The width sensor 67 includes a light emitting portion 67a and a light receiving portion 67b. The light emitting portion 67a and the light receiving portion 67b are attached to a pair of upper and lower parts bridged between a pair of brackets 50 that support the winding roller 51. It is arranged opposite to the plate 68. Therefore, the width sensor 67 moves integrally with the winding roller 51 (reciprocating movement, back-and-forth movement, and turning).

本実施形態において、上記巻出し量測定手段60内の回転センサ63、張力測定手段61内の張力センサ66および巻付けヘッド41に設けた幅センサ67の信号は、制御装置70に送出されるようになっている。制御装置70は、巻出し装置10内のモータ12、張力付与手段14の圧力制御弁19、巻付け装置30内の各種モータ36、38、42等を数値制御(NC)する機能に加え、前記センサ類63、66、67による測定結果を記憶する機能を有している。また、この制御装置70には、前記センサ類63、66、67による測定結果を経時的に記録する記録装置71が付設されている。   In the present embodiment, signals from the rotation sensor 63 in the unwinding amount measuring means 60, the tension sensor 66 in the tension measuring means 61, and the width sensor 67 provided in the winding head 41 are sent to the control device 70. It has become. In addition to the function of numerically controlling (NC) the motor 12 in the unwinding device 10, the pressure control valve 19 of the tension applying means 14, the various motors 36, 38, 42, etc. in the winding device 30, the control device 70 It has a function of storing the measurement results obtained by the sensors 63, 66, and 67. Further, the control device 70 is provided with a recording device 71 for recording the measurement results obtained by the sensors 63, 66, and 67 with time.

以下、上記のように構成したフィラメントワインディング装置によるフィラメントワインディング方法について説明する。   Hereinafter, a filament winding method using the filament winding apparatus configured as described above will be described.

フィラメントワインディング方法の実施に際しては、巻付け装置30内のワーク支持手段31のクランプユニット35に被巻付け部材であるタンク本体1を支持させた後、巻出し装置10内のボビン11から樹脂を含浸させた繊維束2を巻出し、該繊維束2を張力付与手段14を経て巻付け装置30内の巻付けヘッド41に誘導し、さらに巻付けローラ51の上に引出して、その先端部をタンク本体1の所定部位に固定する。   In carrying out the filament winding method, the tank body 1 as a member to be wound is supported by the clamp unit 35 of the work support means 31 in the winding device 30 and then impregnated with resin from the bobbin 11 in the unwinding device 10. The fiber bundle 2 is unwound, the fiber bundle 2 is guided to the winding head 41 in the winding device 30 through the tension applying means 14, and further drawn out onto the winding roller 51, and the tip portion thereof is stored in the tank. It is fixed to a predetermined part of the main body 1.

そして、上記した準備完了後、制御装置70からの巻付け指示で、巻出し装置10内のモータ12および巻付け装置30内の各モータ36、38、42の運転が開始される。すると、タンク本体1が回転および軸方向移動すると共に巻付けローラ51を有する巻付けヘッド41がタンク本体1と相対移動(平行移動)し、これによってタンク本体1には繊維束2が巻付けられる。このとき、タンク本体1の両端部は絞り形状となっているので、この両端部に対する巻付けに際しては、巻付けローラ51が前後動および旋回して巻付け距離および巻付け角度が調整される。これによってタンク本体1には、前出図6に示したヘリカル巻きおよびフープ巻きのパターンで繊維束2が次第に積層され、この巻付けを所定の積層数になるまで繰返すことで、タンク本体1の表面をFRP層3(図7)で被覆してなる複合構造の水素タンクが完成する。   Then, after the above preparation is completed, the operation of the motor 12 in the unwinding device 10 and the motors 36, 38, and 42 in the winding device 30 is started by a winding instruction from the control device 70. Then, the tank main body 1 rotates and moves in the axial direction, and the winding head 41 having the winding roller 51 moves relative to the tank main body 1 (parallel movement), whereby the fiber bundle 2 is wound around the tank main body 1. . At this time, since both ends of the tank main body 1 are formed in a throttle shape, the winding roller 51 moves back and forth and turns to adjust the winding distance and winding angle when winding the both ends. As a result, the fiber bundle 2 is gradually laminated on the tank body 1 in the helical winding and hoop winding pattern shown in FIG. 6, and the winding of the tank body 1 is repeated by repeating this winding until the predetermined number of laminations. A hydrogen tank having a composite structure in which the surface is covered with the FRP layer 3 (FIG. 7) is completed.

しかして、上記したタンク本体1に対する繊維束2の巻付けの間、回転センサ63、張力センサ66,幅センサ67によって繊維束2の巻出し量、張力、幅がそれぞれ連続測定されており、これら測定結果は制御装置70に付設した記録装置71に記録される。本実施形態においては、上記したように水素タンクが完成した後、この記録装置71に記録された線図に基づいて品質の良否を判定する。   During the winding of the fiber bundle 2 around the tank body 1 described above, the unwinding amount, tension, and width of the fiber bundle 2 are continuously measured by the rotation sensor 63, the tension sensor 66, and the width sensor 67, respectively. The measurement result is recorded in a recording device 71 attached to the control device 70. In the present embodiment, after the hydrogen tank is completed as described above, quality is determined based on the diagram recorded in the recording device 71.

図3は、幅センサ67により測定した繊維束2の幅の記録線図(繊維束幅線図)の一例を示したものである。繊維束2の幅は、前出図7に関連して説明したように、タンク本体1上のFRP層3内に発生する空孔4と関係している。図3の繊維束幅線図において、繊維束2の幅が標準のレベルより大きく落込んでいる(狭くなっている)部分P1は、水素タンクの強度(耐圧強度)を規格よりも低下させる程度に空孔4(図7)が発生していることを表している。本実施形態においては、事前の調査で繊維束2の幅と空孔4の発生状況との関係を把握し、図3の繊維束幅線図上で繊維束2の幅が標準レベルに対して所定値以上狭くなっている場合は、品質不良と判断する。この場合、幅センサ67による測定データの精度が問題になるが、本実施形態においては、巻付けローラ51からの繊維束2の繰出し直後で幅を測定し、かつ巻付けローラ51と一体に移動する幅センサ67により幅を測定しているので、十分に精度の高い測定データが得られ、この繊維束幅線図上での品質の良否判定に対する信頼性は十分に高いものとなる。   FIG. 3 shows an example of a recording diagram (fiber bundle width diagram) of the width of the fiber bundle 2 measured by the width sensor 67. The width of the fiber bundle 2 is related to the holes 4 generated in the FRP layer 3 on the tank body 1 as described above with reference to FIG. In the fiber bundle width diagram of FIG. 3, the portion P <b> 1 where the width of the fiber bundle 2 is lowered (narrower) than the standard level is such that the strength (pressure strength) of the hydrogen tank is lower than the standard. This shows that the holes 4 (FIG. 7) are generated. In the present embodiment, the relationship between the width of the fiber bundle 2 and the state of occurrence of the holes 4 is grasped by a prior investigation, and the width of the fiber bundle 2 is compared with the standard level on the fiber bundle width diagram of FIG. If it is narrower than a predetermined value, it is determined that the quality is poor. In this case, the accuracy of the measurement data by the width sensor 67 becomes a problem, but in this embodiment, the width is measured immediately after the fiber bundle 2 is fed from the winding roller 51 and moved together with the winding roller 51. Since the width is measured by the width sensor 67, the measurement data with sufficiently high accuracy is obtained, and the reliability for quality determination on the fiber bundle width diagram is sufficiently high.

図4は、回転センサ63により測定した繊維束2の巻出し量の記録線図(巻出し量線図)の一例を示したものである。上記したタンク本体1に繊維束2をフープ巻およびヘリカル巻する場合(図6)、タンク本体1の両端部の折返し付近で繊維束2の巻出し量は小さく抑えられ、したがって、同図に示すように、巻出し量線図は大きな波を描きながら次第に増加する傾向を示す。本実施形態においては、事前に理想の巻出し量線図(破線で示す)を把握し、実際の巻出し量と理想の巻出し量との差がある値以上に大きくなる部分P2が存在する場合は、強度低下が懸念されるので、品質不良と判断する。   FIG. 4 shows an example of a recording diagram (unwinding amount diagram) of the unwinding amount of the fiber bundle 2 measured by the rotation sensor 63. When the fiber bundle 2 is hoop-wound and helically wound on the tank body 1 described above (FIG. 6), the unwinding amount of the fiber bundle 2 is kept small in the vicinity of the turn-up of both ends of the tank body 1, and therefore shown in FIG. Thus, the unwinding amount diagram shows a tendency to gradually increase while drawing a large wave. In the present embodiment, an ideal unwinding amount diagram (indicated by a broken line) is grasped in advance, and there is a portion P2 where the difference between the actual unwinding amount and the ideal unwinding amount becomes larger than a certain value. In such a case, it is judged that the quality is poor because there is a concern about a decrease in strength.

図5は、張力センサ66により測定した繊維束2の張力の記録線図(張力線図)の一例を示したものである。前記したようにフィラメントワインディング方法では、繊維束の巻き径に応じて張力を減少させる制御を行っており、したがって、同図に示すように、張力線図は時間の経過とともに次第に小さくなる。本実施形態においては、この張力線図上で張力が標準のレベルに対して大きく変化している部分P3が存在するか否かを把握し、大きく変化している部分P3が存在する場合は、強度低下が懸念されるので、品質不良と判断する。   FIG. 5 shows an example of a recording diagram (tension diagram) of the tension of the fiber bundle 2 measured by the tension sensor 66. As described above, in the filament winding method, control is performed to reduce the tension in accordance with the winding diameter of the fiber bundle. Therefore, as shown in the figure, the tension diagram gradually decreases with time. In the present embodiment, on the tension diagram, it is grasped whether or not there is a portion P3 in which the tension greatly changes with respect to the standard level. Since there is a concern about strength reduction, it is determined that the quality is poor.

このようにして本実施形態においては、フィラメントワインディング方法の実行中、品質に重大な影響を及ぼす繊維束2の幅、巻出し量、張力を記録して、それらの記録線図上で品質の良否を判定するの、製作された水素タンクに対する耐圧試験を省略でき、品質管理に要するコスト負担が著しく低減する。   In this way, in the present embodiment, during the execution of the filament winding method, the width, unwinding amount, and tension of the fiber bundle 2 that has a significant effect on the quality are recorded, and the quality of the quality is confirmed on these recording diagrams. The pressure resistance test for the manufactured hydrogen tank can be omitted, and the cost burden required for quality control is significantly reduced.

なお、上記実施形態においては、巻付けヘッド41から繊維束2を繰出す巻付け治具として巻付けローラ51を用いたが、この巻付け治具の種類は任意であり、ローラ対であっても、あるいはアイであってもよい。   In the above embodiment, the winding roller 51 is used as a winding jig for feeding the fiber bundle 2 from the winding head 41. However, the type of the winding jig is arbitrary, and a roller pair. Or eye.

また、上記実施形態においては、樹脂を含浸させた繊維束2をボビン11から巻出すようにしたが、フィラメントワインディング方法としては、巻出し装置10と巻付け装置30との間の繊維束2の走行経路の途中で繊維束に樹脂を含浸させる方式もあり、本発明は、当然にこのような方式のフィラメントワインディング方法も含むものである。   Moreover, in the said embodiment, although the fiber bundle 2 impregnated with resin was unwound from the bobbin 11, as a filament winding method, the fiber bundle 2 between the unwinding apparatus 10 and the winding apparatus 30 is used. There is also a method of impregnating the fiber bundle with resin in the course of the traveling path, and the present invention naturally includes such a method of filament winding.

さらに、上記実施形態においては、燃料電池システム用水素タンクの製造に適用した例を説明したが、本発明で巻付け対象とする被巻付け部材の種類は任意であり、タンク以外の他の構造物であってもよい。また、FRP層単独の構造物の製造に本フィラメントワインディング方法を適用してもよく、この場合は、前記被巻付け部材は、タンク本体1に代わってマンドレルとなる。   Furthermore, although the example applied to manufacture of the hydrogen tank for fuel cell systems was demonstrated in the said embodiment, the kind of to-be-wrapped member made into winding object by this invention is arbitrary, Other structures other than a tank It may be a thing. Further, the present filament winding method may be applied to the manufacture of a structure with a single FRP layer. In this case, the member to be wound becomes a mandrel instead of the tank body 1.

本発明にフィラメントワインディング装置の全体的構成を模式的に示す系統図である。1 is a system diagram schematically showing the overall configuration of a filament winding apparatus according to the present invention. 本フィラメントワインディング装置で装備する巻付けヘッドの要部構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part structure of the winding head with which this filament winding apparatus is equipped. 本発明に係るフィラメントワインディング方法で得られる繊維束の幅の測定記録の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement recording of the width | variety of the fiber bundle obtained with the filament winding method which concerns on this invention. 本フィラメントワインディング方法で得られる繊維束の巻出し量の測定記録の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement recording of the unwinding amount of the fiber bundle obtained by this filament winding method. 本フィラメントワインディング方法で得られる繊維束の張力の測定記録の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement recording of the tension | tensile_strength of the fiber bundle obtained by this filament winding method. フィラメントワインディング方法により水素タンクを製造する際の繊維束の巻付け形態を示したもので、(A)はヘリカル巻きの状態を、(B)はフープ巻きの状態をそれぞれ示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a winding state of a fiber bundle when a hydrogen tank is manufactured by a filament winding method, where (A) shows a helical winding state and (B) shows a hoop winding state. フィラメントワインディング方法による繊維束の巻付け不具合による空孔の発生状況を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the generation | occurrence | production state of the void | hole by the winding defect of the fiber bundle by a filament winding method.

符号の説明Explanation of symbols

1 タンク本体(被巻付け部材)
2 樹脂を含浸させた繊維束
10 巻出し装置
11 ボビン
14 張力付与装置
30 巻付け装置
31 ワーク支持手段
32 繊維繰出し手段
41 巻付けヘッド
51 巻付けローラ(巻付け治具)
63 回転センサ(巻出し量測定手段)
66 張力センサ
67 幅センサ(光センサ)
70 制御装置
71 記録装置

1 Tank body (member to be wrapped)
2 Fiber bundle impregnated with resin 10 Unwinding device 11 Bobbin 14 Tension applying device 30 Winding device 31 Work support means 32 Fiber unwinding means 41 Winding head 51 Winding roller (winding jig)
63 Rotation sensor (unwinding amount measuring means)
66 Tension sensor 67 Width sensor (optical sensor)
70 Control device 71 Recording device

Claims (4)

樹脂を含浸させた繊維束を被巻付け部材に巻付けるフィラメントワインディング方法において、前記被巻付け部材に対する前記繊維束の繰出し付近で、該繊維束の幅を連続的に測定し、前記測定結果を記録した繊維束幅線図に基づいて品質の良否を判定することを特徴とするフィラメントワインディング方法。   In a filament winding method in which a fiber bundle impregnated with resin is wound around a member to be wound, the width of the fiber bundle is continuously measured in the vicinity of the feeding of the fiber bundle with respect to the member to be wound, and the measurement result is obtained. A filament winding method, wherein quality is determined based on a recorded fiber bundle width diagram. 繊維束の巻出し量を連続的に測定し、前記測定結果を記録した巻出し量線図に基づいて品質良否を判定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方法。   The filament winding method according to claim 1, wherein the unwinding amount of the fiber bundle is continuously measured, and the quality is determined based on the unwinding amount diagram in which the measurement result is recorded. 繊維束の張力を連続的に測定し、前記測定結果を記録した張力線図に基づいて品質良否を判定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方法。   2. The filament winding method according to claim 1, wherein the tension of the fiber bundle is continuously measured, and the quality is determined based on a tension diagram in which the measurement result is recorded. 樹脂を含浸させた繊維束を、その巻出し量および張力を制御しながら被巻付け部材に巻付けるフィラメントワインディング装置において、前記繊維束を前記被巻付け部材に巻付ける巻付けヘッドに装備される巻付けローラの周辺に、前記繊維束の幅を検出するセンサを、該巻付けローラと一体に移動可能に配設したことを特徴とするフィラメントワインディング装置。

In a filament winding apparatus for winding a fiber bundle impregnated with a resin around a member to be wound while controlling an unwinding amount and a tension, the fiber bundle is equipped in a winding head for winding the fiber bundle around the member to be wound. A filament winding apparatus characterized in that a sensor for detecting the width of the fiber bundle is arranged around the winding roller so as to be movable integrally with the winding roller.

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