JP5206162B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Description

繊維束の張力を検知する張力センサを備えたフィラメントワインディング装置の技術に関する。

従来、カーボン繊維等の十分な強度を有する繊維束に液状の樹脂を含浸等させ、製品の形状を形作るライナー等に巻き付け、樹脂を加熱硬化させるフィラメントワインディング装置が知られている。

このようなフィラメントワインディング装置において、繊維束は、フィラメントワインディング成形の際に所定の張力を付与された状態でライナー等に巻き付けられる。この時、繊維束に付与される張力が十分でないと、ライナー等へ繊維束が緊密に巻き付けられず、フィラメントワインディング成形した製品の強度が不十分なものとなる。そのため、フィラメントワインディング成形の際に繊維束に付与される張力は、ライナー等に巻き付けるために充分な張力で一定に保持される必要がある。そこで、フィラメントワインディング装置においては、繊維束に付与される張力を検知する張力センサが設けられている。

従来、フィラメントワインディング装置における張力センサとしては、一対の固定ローラと、当該一対の固定ローラの間であって、当該一対の固定ローラより下方に設けられたガイドローラと、を具備するダンサーローラ式のものが知られている（例えば、特許文献１）。

ダンサーローラ式の張力センサは、固定ローラにより案内された繊維束を下方に設けられたガイドローラに案内し、ガイドローラに働く力を測定することで、繊維束にかかる張力を測定している。
特開２００４−２０９９２３号公報

ダンサーローラ式の張力センサにおいては、繊維束を固定ローラにより下方に設けたガイドローラまで案内することで繊維束の張力を検知する。そのため、ダンサーローラ式の張力センサにおいては、繊維束の経路が固定ローラにより屈曲された状態となることから、繊維束に大きな張力が付与される場合、繊維束の屈曲された部分に必要以上の力がかかり、繊維束に損傷を与えてしまうという問題点があった。

また、ダンサーローラ式の張力センサにおいては、繊維束を固定ローラ、及びガイドローラに案内させて張力を検知するため、固定ローラ、及びガイドローラに繊維束を掛ける等の作業が必要となり煩雑であるという問題点もあった。

さらに、ダンサーローラ式の張力センサにおいては、繊維束に付与される張力を固定ローラの下方に設けられたガイドローラによって検知する構成であることから、張力センサを設けるに際して上下方向に十分なスペースが必要となるため、装置の小型化が困難であるという問題点があった。

本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであり、繊維束の経路を屈曲させることなく繊維束に付与された張力を検知し、設置が容易で、省スペース化が可能な張力センサを備えたフィラメントワインディング装置を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

第１の発明に係るフィラメントワインディング装置は、
走行する繊維束の張力を検知する張力センサを備えたフィラメントワインディング装置であって、
前記張力センサは、
前記走行する繊維束に張力を付与するとともに、前記繊維束の走行方向に移動自在である張力調整部と、
前記張力調節部の移動を阻止する支持部と、
前記支持部が前記張力調節部から受ける力を前記繊維束に付与される張力の値として検知する検知部と、を具備し、
前記張力調整部は、前記走行する繊維束をニップすることにより前記繊維束に張力を付与するとともに、
前記検知部の検知結果に基づき、前記張力が所定の値となるように前記張力調整部のニップ力が調整されるものである。

第２の発明に係るフィラメントワインディング装置は、第１の発明に係るフィラメントワインディング装置において、
前記検知部は、前記張力調整部と前記支持部との間に介設されているものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第１発明においては、張力調整部は、繊維束の走行方向に移動するように付勢力を受ける。支持部は当該付勢力に抗して張力調節部の移動を阻止している。検知部は、支持部が張力調整部から受ける力を繊維束に付与される張力の値として検知することで、走行する繊維束に付与される張力を検知することができる。張力調整部は、走行する繊維束をニップすることにより繊維束に張力を付与するとともに、検知部の検知結果に基づき、張力が所定の値となるように張力調整部のニップ力が調整されるため、張力を検知しつつ、張力を所定の値に調整することができる。

第２発明においては、検知部を張力調整部と支持部との間に介設したため、検知部を繊維束の走行方向に沿って設置することができる。このため、検知部を設けるためのスペースを小さくすることができ、張力センサを小型化することができる。

以下、本発明の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１（以下、ＦＷ装置１と称す）の第１実施例について図面に基づいて説明する。図１は第１実施例に係るＦＷ装置１の斜視図である。

ＦＷ装置１は、ボビン２からのカーボン繊維束３（以下、繊維束３とする）の解舒を担う解舒装置４と、繊維束３に付与される張力を検知する張力センサ５と、繊維束３に対して樹脂を噴射して含浸させる樹脂含浸装置７と、繊維束３をトラバースさせるトラバース装置８と、を具備する。

図１に示すように、繊維束３は上下にフラット面を有するテープ状を呈しており、樹脂含浸装置７より繊維束３に樹脂が含浸される。ＦＷ装置１は、樹脂含浸装置７により樹脂が含浸された繊維束３をトラバース装置８によりトラバースしながら、ライナー９に巻き付ける。

ＦＷ装置１は、樹脂含浸装置７により繊維束３の上面に樹脂が含浸される前に、張力センサ５により、繊維束３に付与される張力が検知され、また、付与される張力が所定の値となるように調整される。張力センサ５により張力が検知され、また調整されることで、繊維束３をライナー９へ緊密に巻き付けることができる。

次に、張力センサ５について説明する。図１に示すように、張力センサ５は、樹脂含浸装置７の上流側に設けられている。尚、張力センサ５の設置位置は、樹脂含浸装置７の上流側に限定されるものではなく、繊維束３に含浸された樹脂に影響のない程度の張力を繊維束３に付与する場合には、樹脂含浸装置７の下流側のライナー９近傍に設けても構わない。

図２は、第１実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５の側面図である。図２に示すように、張力センサ５は、張力調整部２０と、支持部２２と、検知部２３と、から構成されている。

張力調整部２０は、繊維束３をニップするとともに、繊維束３の走行方向（矢印８０）に移動自在である。張力調整部２０は、本体部２１と、当接部２４と、台座部２５と、駆動部２６と、から構成されている。張力調整部２０は、当接部２４の第１端部２４ａと台座部２５とが、走行する繊維束３をニップ可能な位置に、繊維束３に対して設置される。

本体部２１は、当接部２４と、台座部２５と、駆動部２６とを、載置する。本体部２１は、下部に走行手段としての車輪２８・２８が設けられ、繊維束３の走行方向（矢印８０）に移動自在となっている。尚、本体部２１の走行手段は車輪２８・２８に限定されるものではなく、本体部２１が繊維束３の走行方向に移動自在な走行手段であれば、本体部２１の下部にレールを設け、当該レールを本体部２１が滑るような構成としても構わない。

当接部２４は、台座部２５とともに繊維束３をニップする部分である。図２に示すように、当接部２４は、板バネ状の部材であり、当接部２４の一端部である第１端部２４ａが台座部２５の一端部と繊維束３をニップ可能に設けられ、当接部２４の他端部である第２端部２４ｂが駆動部２６の駆動軸２７の周面に固定されている。台座部２５は、当接部２４とともに繊維束３をニップする部分であり、本体部２１に固設されている。

駆動部２６は、駆動軸２７を有する。駆動部２６は、駆動軸２７が図示時計回り（図２）に所定角度だけ回動することで、当接部２４の第１端部２４ａと台座部２５とが繊維束３をニップする位置へ移動する。一方、駆動部２６は、駆動軸２７が図示反時計回りに所定角度だけ回動することで、当接部２４の第１端部２４ａが繊維束３から離間する方向へ移動する。

支持部２２は、張力調整部２０の移動を阻止するものである。支持部２２は、ＦＷ装置１の機台フレーム２９に設けられている。支持部２２は、張力調整部２０の移動方向（矢印８１）に対して前側に設けられており、張力調整部２０が押圧する力を検知部２３を介して受け止める。

検知部２３は、張力調整部２０から受ける力（張力調整部２０が支持部２２を押圧する力）を繊維束３に付与される張力の値として検知するものである。検知部２３は検知手段としてロードセル２３ａを具備し、張力調整部２０から受ける力を検知する。尚、検知部２３の検知手段はロードセル２３ａに限定されるものではなく、張力調整部２０から受ける力を検知することが可能な構成であればよい。ロードセル２３ａは、一端部が張力調整部２０の移動方向前側に接続され、張力調整部２０と支持部２２との間に介設されている。尚、ロードセル２３ａは、一端部を支持部２２に接続しても構わない。

ロードセル２３ａで検知された張力調整部２０から受ける力は、検知信号として後述する制御部８５へ送られる。制御部８５は、当該検知信号に基づいて、張力調整部２０から受ける力を繊維束３に付与される張力の値に変換する。このように、検知部２３は、ロードセル２３ａで検知した張力調整部２０から受ける力を制御部８５で繊維束３に付与される張力の値に変換することで、繊維束３に付与される張力の値を検知する。

次に、張力センサ５のメカニズムについて説明する。図２に示すように、繊維束３は、図示右方向（矢印８０）に走行する。また、張力調整部２０は、繊維束３が走行可能な程度に、当接部２４の第１端部２４ａと台座部２５とにより繊維束３をニップする。これにより、張力調整部２０は、繊維束３に引っ張られる状態で付勢力を受け、図示右方向（矢印８１）に移動する。

張力調整部２０が図示右方向へ移動すると、張力調整部２０が検知部２３のロードセル２３ａを介して支持部２２を押圧する。一方、支持部２２はロードセル２３ａを介して張力調整部２０の移動を阻止する。張力調整部２０の移動が支持部２２により阻止されると、繊維束３のみが図示右方向に走行する。この時、繊維束３は、支持部２２により移動を阻止された張力調整部２０の当接部２４及び台座部２５によりニップされているため、張力調整部２０により引っ張られる状態となり、一定の張力が付与される。また、当接部２４及び台座部２５による繊維束３のニップが解除されると、繊維束３は、張力調整部２０により引っ張られることがないため、張力の付与がされなくなる。

次に、張力センサ５のシステムについて説明する。図３は、第１実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５のシステム図、図４は、第１実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５が繊維束３に付与する張力を調整する際のフローチャートである。図３に示すように、張力調整部２０の駆動部２６、及び検知部２３のロードセル２３ａは、制御部８５に接続されており、駆動部２６、及びロードセル２３ａは、制御部８５により制御されている。ロードセル２３ａは、張力調整部２０が移動して支持部２２を押圧する際に、張力調整部２０から押圧される力を検知信号として制御部８５へ送信する。制御部８５は、当該検知信号を受信すると、予め設定されたプログラムに基づいて、繊維束３に付与される張力を検知する。ここで予め設定されたプログラムとは、検知部２３のロードセル２３ａが押圧される力から繊維束３に付与される張力を算出するプログラムである。尚、繊維束３に付与される張力は、検知部２３のロードセル２３ａが張力調整部２０により押圧される力と対応しており、ロードセル２３ａが張力調整部２０により押圧される力が大きくなるほど繊維束３に付与される張力は大きくなる。

図４に示すように、制御部８５が、駆動部２６に対して駆動軸２７を図示時計周り（図２）に（当接部２４の第２端部２４ｂの巻きを強める方向に）所定角度だけ回動する旨の制御信号を送信することにより、駆動部２６は駆動軸２７を図示時計周り（図２）に（当接部２４の第２端部２４ｂの巻きを強める方向に）所定角度だけ回動するように駆動する（Ｓ１）。駆動部２６が駆動軸２７を駆動することにより、ロードセル２３ａは張力調整部２０から押圧される力を検知し（Ｓ２）、検知信号を制御部８５へ送信する。制御部８５は、当該検知信号を受信すると、上記プログラムに基づいて、繊維束３に付与される張力を検知する（Ｓ３）。

制御部８５は、繊維束３に付与される張力を検知すると、当該張力が所定の張力であるか否かを判断する（Ｓ４）。制御部８５は当該張力が所定の張力であると判断すると（Ｓ４−Ｙｅｓ）、張力センサ５の制御を保持しつつ（Ｓ５）、ロードセル２３ａから送信される検知信号に基づいて、繊維束３に付与される張力の検知を繰り返す（Ｓ２からＳ４）。

制御部８５は当該張力が所定の張力ではないと判断すると（Ｓ４−Ｎｏ）、当該張力が所定の張力より大きいか否かを判断する（Ｓ６）。制御部８５は当該張力が所定の張力より大きいと判断すると（Ｓ６−Ｙｅｓ）、駆動部２６に対して駆動軸２７を図示反時計周り（図２）に（当接部２４の第２端部２４ｂの巻きを緩める方向に）所定角度だけ回動する旨の制御信号を送信する。駆動部２６は当該制御信号を受信すると駆動軸２７を図示反時計周りに（当接部２４の第２端部２４ｂの巻きを緩める方向に）所定角度だけ回動するように駆動する（Ｓ７）。駆動部２６が駆動軸２７を駆動することにより、ロードセル２３ａは張力調整部２０から押圧される力を検知し（Ｓ２）、検知信号を制御部８５へ送信する。制御部８５は、当該検知信号を受信すると、上記プログラムに基づいて、繊維束３に付与される張力を再度検知する（Ｓ３）。

制御部８５は当該張力が所定の張力より小さいと判断すると（Ｓ６−Ｎｏ）、駆動部２６に対して駆動軸２７を図示時計周り（図２）に（当接部２４の第２端部２４ｂの巻きを強める方向に）所定角度だけ回動する旨の制御信号を送信する。駆動部２６は当該制御信号を受信すると駆動軸２７を図示時計周り（図２）に（当接部２４の第２端部２４ｂの巻きを強める方向に）所定角度だけ回動するように駆動する（Ｓ１）。駆動部２６が駆動軸２７を駆動することにより、ロードセル２３ａは張力調整部２０から押圧される力を検知し（Ｓ２）、検知信号を制御部８５へ送信する。制御部８５は、当該検知信号を受信すると、上記プログラムに基づいて、繊維束３に付与される張力を再度検知する（Ｓ３）。

このように制御部８５は、ロードセル２３ａが張力調整部２０によって押圧される力に基づいて繊維束３に付与される張力を検知し、検知した張力に基づいて張力調整部２０を制御することで、張力調整部２０のニップ力を調整し、繊維束３に付与される張力を調整する。

次に、本発明に係るＦＷ装置１の第２実施例について説明する。尚、第２実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５以外の構成については、第１実施例に係るＦＷ装置１の当該構成と同様であるため説明を省略する。

図５は、第２実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５の側面図である。図５に示すように、張力センサ５は、張力調整部２０と、支持部２２と、検知部２３と、から構成されている。ここで、張力調整部２０の構成は、第１実施例に係るＦＷ装置１の当該構成と同様であるため説明を省略する。

支持部２２は、張力調整部２０の移動を阻止するものである。支持部２２は、ＦＷ装置１の機台フレーム２９に設けられている。支持部２２は、張力調節部２０の移動方向（矢印８１）に対して後側に設けられており、張力調節部２０が検知部２３のロードセル２３ａを介して引っ張る力を保持する。

検知部２３は、張力調整部２０から受ける力（張力調整部２０が支持部２２を引っ張る力）を繊維束３に付与される張力の値として検知するものである。検知部２３は検知手段としてロードセル２３ａを具備し、張力調整部２０から受ける力を検知する。尚、検知部２３の検知手段はロードセル２３ａに限定されるものではなく、張力調整部２０から受ける力を検知することが可能な構成であればよい。ロードセル２３ａは、一端部が本体部２１の搬送方向後側に接続され、他端部が支持部２２に接続されることで、張力調整部２０と支持部２２との間に介設されている。

次に、第２実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５のメカニズムについて説明する。図５に示すように、繊維束３は、図示右方向（矢印８０）に走行する。また、張力センサ５は、繊維束３が走行可能な程度に、当接部２４の第１端部２４ａと台座部２５とにより繊維束３をニップする。これにより、張力調整部２０は、繊維束３に引っ張られる状態で付勢力を受け、図示右方向（矢印８１）に移動する。

張力調整部２０が図示右方向へ移動すると、張力調整部２０が検知部２３のロードセル２３ａを介して支持部２２を引っ張る。この時、ロードセル２３ａは引き延ばされる。一方、支持部２２はロードセル２３ａを介して張力調整部２０の移動を阻止する。張力調整部２０の移動が支持部２２により阻止されると、繊維束３のみが図示右方向に走行する。この時、繊維束３は、支持部２２により移動を阻止された張力調整部２０の当接部２４及び台座部２５によりニップされているため、張力調整部２０により引っ張られる状態となり、一定の張力が付与される。また、当接部２４及び台座部２５による繊維束３のニップが解除されると、繊維束３は、張力調整部２０により引っ張られることがないため、張力の付与がされなくなる。

繊維束３に付与される張力は、ロードセル２３ａが張力調整部２０により引っ張られる力と対応しており、ロードセル２３ａが張力調整部２０により引っ張られる力が大きくなるほど繊維束３に付与される張力は大きくなる。第２実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５は、第１実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５の場合と同様に、ロードセル２３ａが張力調整部２０により引っ張られる力に基づいて繊維束３に付与される張力を検知する。

次に、本発明に係るＦＷ装置１の第３実施例について説明する。尚、第３実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５以外の構成については、第１実施例に係るＦＷ装置１の当該構成と同様であるため説明を省略する。

図６は、第３実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５の側面図である。図６に示すように、張力センサ５は、張力調整部２０と、支持部２２と、検知部２３と、から構成されている。ここで、支持部２２、及び検知部２３の構成は、第１実施例に係るＦＷ装置１の当該構成と同様であるため説明を省略する。

張力調整部２０は、繊維束３をニップするとともに、繊維束３の走行方向（矢印８０）に移動自在である。張力調整部２０は、本体部２１と、当接部３１と、台座部２５と、駆動部３３と、から構成されている。尚、本体部２１、及び台座部２５の構成は、第１実施例に係るＦＷ装置１の当該構成と同様であるため説明を省略する。

図６に示すように、当接部３１は略板状の部材であり、当接部３１の当接面３１ａ全体と台座部２５とが、走行する繊維束３をニップ可能に設けられている。駆動部３３は、エアシリンダであり、圧縮された空気の出し入れによりロッド３４を上下に駆動させる。尚、駆動部３３は、エアシリンダに限定されるものではなく、ロッド３４を上下に駆動可能な機構であれば構わない。ロッド３４は、当接部３１に接続されている。ロッド３４が下方向に移動することで、当接部３１の当接面３１ａと台座部２５とが繊維束３をニップ可能な位置へ移動する。一方、ロッド３４が上方向に移動することで、当接部３１の当接面３１ａが繊維束３から離間する方向へ移動する。

尚、第３実施例に係るＦＷ装置１における張力センサ５は、支持部２２、及び検知部２３が張力調整部２０の前側に設けられた場合（第１実施例に係るＦＷ装置１）に限定して設けられる構成ではなく、支持部２２、及び検知部２３が張力調整部２０の後側に設けられた場合（第２実施例に係るＦＷ装置１）に設けても構わない。

以上のように、本発明に係るＦＷ装置１は、張力調整部２０が、繊維束３の走行方向（矢印８０）に移動するように付勢力を受ける。支持部２２は当該付勢力に抗して張力調節部２０の移動を阻止している。張力調節部２０の移動を阻止するのに必要な力が、繊維束３に付与される張力となる。検知部２３は、支持部２２が張力調整部２０から受ける力を繊維束３に付与される張力の値として検知することで、走行する繊維束３に付与される張力を検知することができる。このため、繊維束３の経路を屈曲させることなく、繊維束３の張力を検知する張力センサ５を設けることができ、張力センサ５を設けるためのスペースを小さくすることができる。また、繊維束３の経路を屈曲させていないため、高張力の場合も繊維束３にダメージを与えることがない。

また、本発明に係るＦＷ装置１は、張力調整部２０が、走行する繊維束３をニップすることにより繊維束３に張力を付与するとともに、検知部２３の検知結果に基づき、張力が所定の値となるように張力調整部２０のニップ力が調整されるため、張力を検知しつつ、張力を所定の値に調整することができる。

さらに、本発明に係るＦＷ装置１は、検知部２３のロードセル２３ａを張力調整部２０と支持部２２との間に介設したため、検知部２３を繊維束３の走行方向（矢印８０）に沿って設置することができる。このため、検知部２３を設けるためのスペースを小さくすることができ、張力センサ５を小型化することができる。

第１実施例に係るＦＷ装置１の斜視図。 第１実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５の側面図。 第１実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５のシステム図。 第１実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５が繊維束３に付与する張力を調整する際のフローチャート。 第２実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５の側面図。 第３実施例に係るＦＷ装置１の張力センサ５の側面図。

符号の説明

１ ＦＷ装置
３ 繊維束
５ 張力センサ
２０ 張力調整部
２２ 支持部
２３ 検知部
２３ａ ロードセル（検知部）
８５ 制御部

Claims (2)

1. 走行する繊維束の張力を検知する張力センサを備えたフィラメントワインディング装置であって、
   前記張力センサは、
   前記走行する繊維束に張力を付与するとともに、前記繊維束の走行方向に移動自在である張力調整部と、
   前記張力調節部の移動を阻止する支持部と、
   前記支持部が前記張力調節部から受ける力を前記繊維束に付与される張力の値として検知する検知部と、を具備し、
   前記張力調整部は、前記走行する繊維束をニップすることにより前記繊維束に張力を付与するとともに、
   前記検知部の検知結果に基づき、前記張力が所定の値となるように前記張力調整部のニップ力が調整されることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
2. 前記検知部は、前記張力調整部と前記支持部との間に介設されてい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装置。

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