JP5206949B2 - フィラメントワインディング装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、フープ巻及びヘリカル巻で繊維束をマンドレルに巻き付けるフィラメントワインディング装置及び方法に関する。

フィラメントワインディング装置は、フィラメントワインディング法によって、圧力タンク等の中空容器及びパイプ等を製造する装置である（例えば特許文献１）。フィラメントワインディング法は、繊維束をマンドレル（ライナー）に巻き付けて製造物（圧力タンク等）を製造する。繊維束は、例えば、ガラス繊維等の繊維材料や合成樹脂を用いた繊維材料からなる。

フィラメントワインディング装置は、ヘッド部から繰り出される繊維束をマンドレルに巻き付ける。ヘッド部は、フープ巻で巻き付けるフープ巻ヘッド、ヘリカル巻で巻き付けるヘリカル巻ヘッドからなる。フープ巻は、マンドレルの軸方向に対して略直角に繊維束を巻き付ける（図７（ａ））。ヘリカル巻は、マンドレルの軸方向に対して所定の角度で繊維束を巻き付ける（図７（ｂ）及び（ｃ））。

フィラメントワインディング装置は、フープ巻ヘッド及びヘリカル巻ヘッドからの繊維束の端部をマンドレルに固定して、マンドレルを回転する。マンドレルの回転によって、各ヘッドから繊維束を繰り出してマンドレルに巻き付け、フープ巻及びヘリカル巻を行う。そのため、ヘリカル巻を行う間に、マンドレルの回転によって、フープ巻ヘッドから無駄な繊維束（無駄糸）が繰り出されないように、フープ巻を行った後は、フープ巻ヘッドからの繊維束をカッタ等で切断して、マンドレルから分離する。

また、別実施形態のフィラメントワインディング装置では、フープ巻を行った後、カッタ等で切断せずに、ヘリカル巻を行う間、フープ巻ヘッドをマンドレルから退避させて、その退避場所で、フープ巻ヘッドから繊維束を繰り出して巻き付ける（捨て糸）。
特許第３６７１８５２号

本発明が解決しようとする課題は、上記した問題点に鑑みて、ヘリカル巻を行う間に、フープ巻の後にカッタ等で繊維束を切断する必要がなく、また、無駄な繊維束（無駄糸）が繰り出されることのない、経済性かつ生産性に優れたフィラメントワインディング装置及び方法を提供することである。

本発明に係るフィラメントワインディング装置は、
フープ巻及びヘリカル巻で繊維束をマンドレルに巻き付けるフィラメントワインディング装置において、
フィラメントワインディング装置を制御する制御部と、
マンドレルを回転する回転機構と、
フープ巻で巻き付けるためのフープ巻ヘッドと、
ヘリカル巻で巻き付けるためのヘリカル巻ヘッドとを備え、
フープ巻ヘッドは、
マンドレルに繊維束を繰り出すボビンと、
ボビンをマンドレルの周りに旋回する旋回機構とを備え、
制御部は、ヘリカル巻を行う間、マンドレル及びボビンが同一方向及び同一回転数で回転及び旋回するように、回転機構及び旋回機構を制御する。

好ましくは、
マンドレルを移動するマンドレル移動機構と、
フープ巻ヘッドを移動するフープ巻ヘッド移動機構とを備え、
制御部は、ヘリカル巻を行う間、フープ巻ヘッドがマンドレルから一定の距離で退避移動するように、マンドレル移動機構及びフープ巻ヘッド移動機構を制御する。

本発明に係るフィラメントワインディング方法は、
フープ巻及びヘリカル巻で繊維束をマンドレルに巻き付けるフィラメントワインディング方法において、
フープ巻を行う間は、マンドレルを停止して、繊維束が巻き付けられたボビンをマンドレル周りに旋回し、ヘリカル巻を行う間、マンドレル及びボビンを同一方向に回転する。

本発明に係るフィラメントワインディング装置及び方法によれば、上記した通り、（ｉ）フープ巻を行う間は、マンドレルを停止して、繊維束が巻き付けられたボビンをマンドレル周りに旋回し、（ｉｉ）ヘリカル巻を行う間、マンドレル及びボビンを同一方向に回転する。

停止しているマンドレルに対して、ボビンを旋回することにより繊維束をフープ巻することができる。また、マンドレルを回転することにより繊維束をヘリカル巻することができる。そして、ヘリカル巻を行う間は、マンドレルの回転と同じ方向にボビンを回転するので、ボビンから繊維束が繰り出されることはない。

従って、本発明に係るフィラメントワインディング装置及び方法は、フープ巻の後にカッタ等で繊維束を切断する必要がなく、また、無駄な繊維束（無駄糸）が繰り出されることがないので、優れた経済性かつ生産性を可能とするものである。

以下、図面に基づいて、本発明に係るフィラメントワインディング装置及び方法について説明する。

［装置構成］
図１は、フィラメントワインディング装置を示す一部省略斜視図である。フィラメントワインディング装置は、巻付け装置１と供給部２とを備える。

巻付け装置１は、マンドレルＭに繊維束Ｒを巻き付ける。供給部２は、クリール支持部２１，２１に複数のクリール２０を備える。クリール２０は、繊維束Ｒを巻き取って収納している。

繊維束Ｒは、例えば、ガラス繊維等の繊維材料や合成樹脂を用いた繊維材料からなる。供給部２は、各クリール２０から引き出された繊維束Ｒを巻付け装置１へ供給する。

繊維束Ｒは、予め熱硬化性の合成樹脂材が含浸されている。なお、繊維束Ｒは、樹脂が含浸されていない場合もある。その場合は、巻付け装置１と供給部２との間に、樹脂含浸装置（図示略）が設けられており、樹脂含浸装置が、クリール２０から引き出された繊維束Ｒに樹脂を塗布して、巻付け装置１へ供給する。

巻付け装置１の両側（図手前及び奥）には、複数のマンドレルＭ（Ｍ１，Ｍ２）が並べれらている。巻付け装置１の前方側（図手前）には、巻付け前のマンドレルＭ１が、後方側（図奥）には、巻付け装置１により繊維束Ｒを巻付けた後のマンドレルＭ２が並べられる。そして、巻付け装置１の一端側（図左）に、マンドレルＭ１，Ｍ２が配置される。

［巻付け装置］
図２は、図１の巻付け装置を示す拡大斜視図である。巻付け装置１は、機台１０を備える。機台１０は、長手方向１ａに延設された一対の平行な第一ガイドレール部１０ａ，１０ａを備える。巻付け装置１は、機台１０にマンドレル移動台１１を備える。マンドレル移動台１１は、第一ガイドレール１０ａ，１０ａに沿って長手方向１ａに往復移動可能である。

マンドレルＭは、マンドレル軸方向Ｍｃに延設されたマンドレル用スピンドルＳを備える。マンドレル移動台１１は、両側の回転機構１１１でスピンドルＳを回転支持する。回転機構１１１は、スピンドルＳと共にマンドレルＭを中心軸周りに回転する。

圧力タンクを製造する場合、マンドレルＭは、高強度アルミニウム製、金属製、樹脂製等で形成され、円筒部Ｍａとその両側のドーム部Ｍｂとを有する形状である（図７）。スピンドルＳは、マンドレルＭに着脱可能に固定される。機台１０の長手方向１ａは、マンドレル軸方向Ｍｃとなる。なお、マンドレルＭは、製造物に応じて材料や形状等を変更可能である。

巻付け装置１は、フープ巻ヘッド１２と、ヘリカル巻ヘッド１３とを備える。フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭに対して繊維束Ｒをフープ巻で巻き付ける。ヘリカル巻ヘッド１３は、マンドレルＭに対して繊維束Ｒをヘリカル巻で巻き付ける。

巻付け装置１は、制御部６によって駆動を制御される。制御部６は、マンドレル移動台１１の往復移動、マンドレルＭの回転、フープ巻ヘッド１２の往復移動、ボビン１２ｂの旋回等を制御する。また、制御部６は、後述するマンドレル移動台１１の側壁部１１ｂ，１１ｂの駆動を制御する。

フープ巻ヘッド１２は、本体フレーム１２ａを備える。本体フレーム１２ａは、中央に開口する挿通部１２ｄを備える。フープ巻ヘッド１２は、挿通部１２ｄを通じてマンドレルＭを挿通する。

機台１０は、長手方向１ａに延設された一対の第二ガイドレール１０ｂ，１０ｂを平行に備える。フープ巻用ヘッド１２は、移動ベース１２ｆを備え、第二ガイドレール１０ｂ，１０ｂに沿って長手方向１ａに往復移動する。これにより、フープ巻用ヘッド１２は、挿通部１２ｄにマンドレルＭを挿通した状態で往復移動する。

フープ巻ヘッド１２は、繊維束Ｒを巻き取り収納する複数（例えば２〜４本）のボビン１２ｂを備える。後述する通り、フープ巻ヘッド１２は、旋回機構１２０を備える（図５）。旋回機構１２０は、ボビン１２ｂをマンドレル周方向Ｍｄに旋回する。旋回するボビン１２ｂから繰り出される繊維束Ｒは、マンドレルＭに巻き付けられる。

ヘリカル巻ヘッド１３は、本体フレーム１３ａを備える。本体フレーム１３ａは、中央に開口する挿通部１３ｄを備える。ヘリカル巻ヘッド１３は、挿通部１３ｄを通じてマンドレルＭを挿通する。ヘリカル巻ヘッド１３は、機台１０の長手方向１ａの中央部に位置固定されている。

ヘリカル巻ヘッド１３は、挿通部１３ｄにマンドレルＭを挿通した状態で、マンドレル移動台１１が往復移動する。これにより、ヘリカル巻ヘッド１３は、マンドレルＭに対して長手方向１ａに相対的に往復移動する。

ヘリカル巻ヘッド１３は、供給部２から引き出される繊維束ＲをマンドレルＭに巻き付ける。ヘリカル巻ヘッド１３は、挿通部１３ｄの周囲に、マンドレル周方向Ｍｄに沿って延設された環状のガイドリング部１５を備える。本体フレーム１３ａは、ガイドリング部１５の両側にテンション部１３ｂを備える。さらに、ヘリカル巻ヘッド１３は、本体フレーム１３ａの両側にガイドローラ１３ｃを備える。

ヘリカル巻ヘッド１３は、クリール２０から引き出された繊維束Ｒをガイドローラ１３ｃ，１３ｃでガイドして、テンション部１３ｂ，１３ｂへ導く。テンション部１３ｂ，１３ｂは、繊維束Ｒに所定の樹脂と張力を付与する。テンション部１３ｂ，１３ｂが繊維束Ｒに所定の張力を与えることにより、繊維束ＲをしっかりとマンドレルＭに巻き付けることができる。

［ヘリカル巻ヘッド］
図３は、ヘリカル巻ヘッド１３を示す正面図である。ヘリカル巻ヘッド１３は、リング状の複数の補助ガイド１３ｅを備えている。補助ガイド１３ｅは、ガイドリング部１５の外側に沿って配置されている。

クリール２０から引き出される繊維束Ｒは、ヘリカル巻ヘッド１３の両側からガイドローラ１３ｃを通じてテンション部１３ｂへ供給される。複数の繊維束Ｒは、テンション部１３ｂから各補助ガイド１３ｅを経て、ガイドリング部１５へ案内される。さらに、複数の繊維束Ｒは、ガイドリング部１５に沿って設けられた複数のガイド孔１５ａを経て、マンドレルＭに案内される。

［開繊ガイド］
図４は、開繊ガイドを示す斜視図である。開繊ガイド１６は、ヘリカル巻ヘッド１３のガイドリング部１５の内側に、ガイド孔１５ａ毎に設けられている。開繊ガイド１６は、一対の回転自在な開繊ローラ１６ａ，１６ａを備える。

開繊ローラ１６ａ，１６ａは、ガイド孔１５ａの径方向に平行に設けられる。開繊ガイド１６は、ガイド孔１５ａの中心周りに回転自在な回転ベース１６ｂを備えている。回転ベース１６ｂは、開繊ローラ１６ａ，１６ａを支持する。

開繊ガイド１６は、一対の開繊ローラ１６ａ，１６ａの間に繊維束Ｒが挿通する。これにより、開繊ガイド１６は、マンドレルＭへの繊維束Ｒの巻付け角度θが変わっても自在に回転して、開繊ローラ１６ａ，１６ａで繊維束Ｒを開繊状態（幅を広げた状態）にしてマンドレルＭに巻き付けることができる。

［フープ巻ヘッド等］
図５は、巻付け装置を示す一部側面図である。図６は、マンドレル軸方向から見た一部正面図で、（ａ）はフープ巻ヘッド、（ｂ）はヘリカル巻ヘッドである。

［旋回機構］
図５及び図６（ａ）に示す通り、フープ巻ヘッド１２は、ボビン１２ｂをマンドレルＭの周りに旋回する旋回機構１２０を備える。旋回機構１２０は、回転盤１２ｃを備える。回転盤１２ｃは、本体フレーム１２ａに対して回転自在に支持される。回転盤１２ｃは、本体フレーム１２ａと同様に挿通部１２ｄを有し、マンドレルＭを挿通する。回転盤１２ｃは、マンドレルＭを中心に回転する。

ボビン１２ｂは、回転盤１２ｃに回転自在に支持される。旋回機構１２０は、モーター等からなるボビン回転駆動部１２ｅを備える。旋回機構１２０は、ボビン回転駆動部１２ｅの回転軸に連結されたプーリー１２ｈを備える。回転盤１２ｃ及びプーリー１２ｈは、無端ベルト１２ｇを介して連結される。

フープ巻ヘッド１２は、ボビン回転駆動部１２ｅを駆動することによって、プーリー１２ｈを回転し、無端ベルト１２ｇを介して回転盤１２ｃを回転する。これにより、ボビン１２ｂは、自転しながらマンドレルＭの周りを公転して、マンドレルＭに繊維束Ｒを繰り出し巻き付ける。

なお、ボビン旋回機構１２０は、上記したベルト方式の機構に限らず、歯車方式等の機構を採用できる。

［回転機構］
図５に示す通り、マンドレル移動台１１は、マンドレルＭを中心軸周りに回転するための回転機構１１１を備える。回転機構１１１は、モーター等からなるマンドレル回転駆動部１１ａを備える。マンドレル回転駆動部１１ａは、その回転軸の端部にチャック部１１ｃを有する。チャック部１１ｃは、マンドレル用スピンドルＳをスプライン結合等で回転規制に着脱可能である。

回転機構１１１は、マンドレル回転駆動部１１ａを駆動することにより、チャック部１１ｃに連結されたマンドレル用スピンドルＳを介して、マンドレルＭを中心軸周りに回転する。

［移動機構］
図５では、機台１０は二点鎖線で示され、その内部構造が実線で示されている。機台１０は、マンドレルＭを長手方向１ａに往復移動するためのマンドレル移動機構１０１と、フープ巻ヘッド１２を長手方向１ａに往復移動するためのフープ巻ヘッド移動機構１２１とを備える。

マンドレル移動機構１０１は、モーター等からなるマンドレル移動駆動部１０ｃを備える。マンドレル移動機構１０１は、長手方向１ａに延設されたマンドレル用ボールねじ軸１０ｄを備える。マンドレル用ボールねじ軸１０ｄは、マンドレル移動駆動部１０ｃに連結されており、マンドレル移動駆動部１０ｃの駆動で回転する。

マンドレル移動機構１０１は、マンドレル用ボールねじ軸１０ｄに螺合されたマンドレル用ボールナット１０ｅを備える。マンドレル用ボールナット１０ｅは、マンドレル移動台１１に連結されている。

従って、マンドレル用ボールねじ軸１０ｄが正逆回転して、マンドレル用ボールナット１０ｅがボールねじ軸１０ｄ（長手方向１ａ）に沿って往復移動する。そして、マンドレル用ボールナット１０ｅに連結されたマンドレル移動台１１は、第１ガイドレール部１０ａ（長手方向１ａ）に沿って往復移動する（図２）。

フープ巻ヘッド移動機構１２１は、モーター等からなるフープ巻ヘッド移動駆動部１０ｆを備える。フープ巻ヘッド移動機構１２１は、長手方向１ａに延設されたフープ巻ヘッド用ボールねじ軸１０ｇを備える。フープ巻ヘッド用ボールねじ軸１０ｇは、フープ巻ヘッド移動駆動部１０ｆに連結されており、フープ巻ヘッド移動駆動部１０ｆの駆動で回転する。

フープ巻ヘッド移動機構１２１は、フープ巻ヘッド用ボールねじ軸１０ｇに螺合されたフープ巻ヘッド用ボールナット１０ｈを備える。フープ巻ヘッド用ボールナット１０ｈは、フープ巻ヘッド１２の移動ベース１２ｆに連結されている。

従って、フープ巻ヘッド用ボールねじ軸１０ｇが正逆回転して、フープ巻ヘッド用ボールナット１０ｈがボールねじ軸１０ｇ（長手方向１ａ）に沿って往復移動する。そして、フープ巻ヘッド用ボールナット１０ｈに連結されたフープ巻ヘッド１２（移動ベース１２ｆ）が、第２ガイドレール部１０ｂ（長手方向１ａ）に沿って往復移動する（図２）。

なお、マンドレル移動機構１０１及びフープ巻ヘッド移動機構１２１は、上記したボールねじ方式の機構に限らず、アクチュエータ方式等の機構を採用できる。

［制御部］
制御部６は、ボビン回転駆動部１２ｅ、マンドレル回転駆動部１１ａ、マンドレル移動駆動部１０ｃ及びフープ巻ヘッド移動駆動部１０ｆに接続されている。これにより、制御部６は、予め設定された駆動データ或いは入力される駆動データに基づいて、旋回機構１２０、回転機構１１１、マンドレル移動機構１０１及びフープ巻ヘッド移動機構１２１を制御する。

［フープ巻・ヘリカル巻］
図６（ａ）に示す通り、フープ巻を行う間、ボビン１２ｂは、マンドレルＭの周りを正方向６０ａ（図時計回り）に旋回する。フープ巻を行う間、マンドレルＭの回転は停止する。

図６（ｂ）に示す通り、ヘリカル巻を行う間、マンドレルＭは、マンドレル中心軸周りに逆方向６０ｂ（図反時計回り）に回転する。また、ヘリカル巻を行う間、後述するが、ボビン１２ｂは、マンドレルＭの周りを逆方向６０ｂ（図反時計回り）に旋回する（図６（ａ））。

図７は、フープ巻及びヘリカル巻を示す側面図である。図７（ａ）に示すように、フープ巻は、マンドレル軸方向Ｍｃに対して略直角に繊維束Ｒを巻き付ける。図７（ｂ）・（ｃ）に示すように、ヘリカル巻は、マンドレル軸方向Ｍｃに対して所定の角度θ（θ１，θ２）で繊維束Ｒを巻き付ける。前述の通り、フープ巻ヘッド１２により、フープ巻が行われ、ヘリカル巻ヘッド１３により、ヘリカル巻が行われる。

［製造工程］
図８〜図１５は、フィラメントワインディング装置の製造工程を示す側面図である。

［設置動作］
図８（ａ）に示すように、フィラメントワインディング装置は、受渡装置３を備える。受渡装置３は、受渡ハンド部３０を備える。受渡ハンド部３０は、受渡スピンドル３０ｃを着脱自在に把持して保持する。受渡ハンド部３０は、垂直方向に伸縮自在な伸縮アーム３０ａを備える。

さらに、受渡ハンド部３０は、天井部Ｔに設けられたガイドレール（図示略）に沿って、水平方向に移動自在な移動ベース３０ｂを備える。受渡ハンド部３０は、制御部６によって駆動制御される。

受渡スピンドル３０ｃは、第１受渡リング３１及び第２受渡リング３２を保持する。各受渡リング３１，３２は、スプライン結合等によって、受渡スピンドル３０ｃに対して軸方向に移動可能で周方向に規制されている。

各受渡リング３１，３２は、永久磁石の磁力等を利用した着脱機構（図示略）によって、互いに結合し、受渡スピンドル３０ｃに位置固定される。各受渡リング３１，３２は、後述の工程で、互いに分離したり、受渡スピンドル３０ｃから離れる。

マンドレル移動台１１は、両側壁部１１ｂ，１１ｂにマンドレル回転駆動部１１ａ，１１ａを備える。側壁部１１ｂ，１１ｂは、巻付け時には垂直方向に立設しており、マンドレルＭを設置・排出する時に、水平方向に倒すことができる。

マンドレル移動台１１は、両側壁部１１ｂ，１１ｂが倒れた状態で待機する。受渡ハンド部３０は、受渡スピンドル３０ｃを把持・保持して、機台１０の他端側（図右）から一端側（図左）へ移動する。

図８（ｂ）に示すように、受渡ハンド部３０は、受渡スピンドル３０ｃをフープ巻ヘッド１２及びヘリカル巻ヘッド１３の挿通部１２ｄ，１３ｄに挿通した状態で、位置決めする。

各受渡リング３１，３２は、ヘッド部１２，１３に設けられたチャック機構（図示略）によって、位置固定される。第１受渡リング３１に、テープ等によって、ヘッド部１２，１３から繰り出される繊維束Ｒの始端が固着される。

図９（ａ）に示すように、フィラメントワインディング装置は、設置・排出装置５を備える。設置・排出装置５は、第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２を備える。第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２は、マンドレル用スピンドルＳを着脱自在に把持して、巻取り前及び巻取り後のマンドレルＭ１，Ｍ２を保持し、移動する。

第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２は、受渡ハンド部３０と同様に、伸縮アーム５１ａ，５２ａ及び移動ベース５１ｂ，５２ｂを備える。第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２は、制御部６によって駆動制御される。

第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２は、巻取り前のマンドレルＭ１の両側で、そのスピンドルＳを把持して、移動する。第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２は、マンドレル用スピンドルＳの他端（図右）を受渡スピンドル３０ｃの一端（図左）に当接するように、配置する。

図９（ｂ）に示すように、第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２は、マンドレルＭ１を機台１０の他端側（図右）に移動する。それと同期して、受渡ハンド部３０は、受渡スピンドル３０ｃを機台１０の他端側（図右）に移動する。これにより、各スピンドルＳ，３０ｃは、互いに当接したままとなる。

前述の通り、各受渡リング３１，３２は、ヘッド部１２，１３のチャック機構（図示略）によって、位置固定されているので、受渡スピンドル３０ｃからマンドレル用スピンドルＳに嵌め込まれて（受け渡されて）、保持される。

なお、各受渡リング３１，３２を受渡スピンドル３０ｃに位置固定する着脱機構（図示略）の結合力は、チャック機構（図示略）のそれよりも小さいので、上記工程によって、各受渡リング３１，３２は受渡スピンドル３０ｃから離れる。

設置・排出装置５は、第３設置・排出ハンド部５３を備える。第３設置・排出ハンド部５３は、第１設置・排出ハンド部５１等と同一構成で、伸縮アーム５３ａ及び移動ベース５３ｂを備える。第３設置・排出ハンド部５３は、制御部６によって駆動制御される。

第３設置・排出ハンド部５３は、マンドレル用スピンドルＳを他端側（図右）で保持する。これにより、第２及び第３設置・排出ハンド部５２，５３が、ヘッド部１２，１３の両側でマンドレル用スピンドルＳを保持する。

図１０（ａ）に示すように、受渡ハンド部３０は、受渡スピンドル３０ｃを退避する。第２設置・排出ハンド部５２は、マンドレル用スピンドルＳを離して、伸縮アーム５２ａで上方へ退避する。

そして、第１及び第３設置・排出ハンド部５１，５３が、マンドレルＭ１を機台１０の他端側（図右）へ少し移動する。これにより、受渡用リング３１が、マンドレルＭ１と接合する。

そして、マンドレル移動台の側壁部１１ｂ，１１ｂが起立する。マンドレル用スピンドルＳの両端は、マンドレル回転駆動部１１ａ，１１ａに連結し、支持される。マンドレル移動台１１はマンドレルＭ１を回転支持する。

これにより、巻取り前のマンドレルＭ１が、巻取り位置に設置される。第１及び第３設置・排出ハンド部５１，５３は、マンドレル用スピンドルＳを離して、伸縮アーム５１ａ，５３ａで上方へ退避する。そして、各設置・排出ハンド部５１〜５３が退避する。

［巻付け動作］
図１０（ｂ）に示すように、フープ巻を行う際、制御部６によって、フープ巻ヘッド１２が次のように動作する。フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭの他端（図右）から一端（図左）へ移動しながら、ボビン１２ｂが旋回する。なお、マンドレル移動台１１は停止しているので、マンドレルＭは移動及び回転しない。

これにより、各ボビン１２ｂから繊維束Ｒが繰り出される。繊維束Ｒは、マンドレル軸方向Ｍｃ（図７）に対して略直交（若干傾斜）に、それぞれが重ならないように隙間なく平行に巻き付けられる。このように巻付くよう、フープ巻ヘッド１２の移動速度及びボビン１２ｂの旋回速度が決定される。

フープ巻ヘッド１２が、マンドレル円筒部Ｍａ（図７）の他端（図右）から一端（図左）へ移動することにより、マンドレル円筒部Ｍａに一層の繊維束Ｒが積層される。そして、必要層の繊維束Ｒが積層されるまで、フープ巻ヘッド１２は、マンドレル円筒部Ｍａの一端（図左）と他端（図右）とを往復移動する。

フープ巻完了後、図１１（ａ）に示すように、フープ巻ヘッド１２は、マンドレル移動台１１の一端側（図左）へ退避する。フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭから所定距離Ｗを置いて、マンドレル用スピンドルＳ上に配置される。

図１１（ｂ）に示すように、ヘリカル巻を行う際、制御部６によって、マンドレル移動台１１が次のように動作する。マンドレル移動台１１は、ヘリカル巻ヘッド１３がマンドレルＭの他端（図右）から一端（図左）へ相対的に移動するよう、移動する。この移動と共に、マンドレル回転駆動部１１ａ，１１ａがマンドレルＭを回転する。

ヘリカル巻ヘッド１３から繰り出される複数の繊維束Ｒは、マンドレル平行部でマンドレル軸方向Ｍｃ（図７）に対して巻付け角度θ１に、それぞれが重ならないように隙間なく平行に巻き付けられる。このように巻付くよう、マンドレル移動台１１（ヘリカル巻ヘッド１３）の移動速度及びマンドレル回転駆動部１１ａ（マンドレルＭ）の回転速度が決定される。

ヘリカル巻ヘッド１３が、マンドレルＭの他端（図右）から一端（図左）へ移動することにより、マンドレルＭに、一層の繊維束Ｒが積層される。そして、必要層の繊維束Ｒが積層されるまで、ヘリカル巻ヘッド１３は、マンドレルＭの一端（図左）と他端（図右）とを往復移動する。

さらに、フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭからの所定距離Ｗを保つように、マンドレル移動台１１と同期して移動する。また、マンドレルＭの回転により、ボビン１２ｂから余分な繊維束Ｒが繰り出されてスピンドルＳに巻き付かないように、ボビン１２ｂは、マンドレルＭの回転と同期してマンドレルと同方向に回転する。

図１２（ａ）に示すように、巻付け角度θ２（＞θ１）のヘリカル巻を行う際や、図１２（ｂ）に示すように、その後、再度巻付け角度θ１のヘリカル巻を行う際、上記と同様に、マンドレル移動台１１及びフープ巻ヘッド１２が動作する。

図１３（ａ）に示すように、必要層のヘリカル巻を行った後、マンドレル移動台１１が機台１０の一端側（図左）へ移動して、ヘリカル巻ヘッド１３がマンドレル移動台１１の他端側（図右）に配置される。これにより、ヘリカル巻ヘッド１３から繰り出される繊維束Ｒが、各受渡リング３１，３２に巻き付く。

図１３（ｂ）に示すように、必要層のフープ巻を行った後、フープ巻ヘッド１２が、マンドレルＭ２の他端側（図右）に移動する。これにより、ボビン１２ｂから繰り出される繊維束Ｒが、各受渡リング３１，３２に巻き付く。

従って、ヘッド部１２，１３から繰り出される繊維束Ｒは、各受渡リング３１，３２に巻き付き、保持される。

なお、上記の通り、マンドレルＭ２に巻き付いた繊維束Ｒは、第１受渡リング（マンドレルＭ側の受渡リング）３１が始端となって、第２受渡リング（マンドレルＭと反対側の受渡リング）３２が終端となっている。

［切断動作］
図１４（ａ）に示すように、フィラメントワインディング装置は、切断装置４を備える。切断装置４は、カッター部４０を備える。カッター部４０は、伸縮アーム４０ａ及び移動ベース４０ｂを備える。カッター部４０は、制御部６によって駆動制御される。

カッター部４０は、その刃先を各受渡リング３１，３２の間に配置する。そして、マンドレル回転駆動部１１ａ，１１ａによって、マンドレルＭ２と共に各受渡リング３１，３２を回転する。これにより、各受渡リング３１，３２に巻き付けられた繊維束Ｒは、各受渡リング３１，３２の間で切断されて分離する。

［排出動作］
図１４（ｂ）に示すように、第１及び第３設置・排出ハンド部５１，５３が、マンドレル用スピンドルＳの両側を把持してマンドレルＭ２を保持する。その状態で、巻付け後のマンドレルＭ２を巻付け位置から排出したり、巻付け前のマンドレルＭ１を巻付け位置から設置可能なよう、マンドレル移動台の側壁部１１ｂ，１１ｂが倒れる。

そして、受渡ハンド部３０が、受渡スピンドル３０ｃを移動する。受渡スピンドル３０ｃは、第３受渡リング３３を保持する。受渡ハンド部３０は、受渡スピンドル３０ｃの一端（図左）をマンドレル用スピンドルＳの他端（図右）に当接する。

図１５（ａ）に示すように、各スピンドルＳ，３０ｃを当接した状態で、第１及び第３設置・排出ハンド部５１，５３並びに受渡ハンド部３０が、マンドレルＭ２（スピンドルＳ）及び受渡スピンドル３０ｃを機台１０の一端側（図左）へ若干移動する。

このとき、ヘッド部１２，１３に設けられたチャック機構（図示略）は、第１受渡リング３１を離している（第２受渡リング３２は位置固定する）。従って、第１受渡リング３１は、マンドレルＭ２と共に第２受渡リング３２から離れる。

そして、第２設置・排出ハンド部５２が、各受渡リング３１，３２の間でマンドレル用スピンドルＳを把持して保持する。これにより、第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２が、マンドレルＭ２の両側を保持する。そして、第３設置・排出ハンド部５３は退避する。

さらに、各スピンドルＳ，３０ｃを当接した状態で、第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２並びに受渡ハンド部３０が、マンドレル用スピンドルＳ及び受渡スピンドル３０ｃを機台１０の一端側（図左）へ移動する。

図１５（ｂ）に示すように、第２受渡リング３２は、マンドレル用スピンドルＳから受渡スピンドル３０ｃに嵌め込まれて（受け渡されて）、保持される。そして、第３受渡リング３３は、着脱機構（図示略）によって、第２受渡リング３２に結合する。受渡スピンドル３０ｃは、第２及び第３受渡リング３２，３３を保持する。

第１及び第２設置・排出ハンド部５１，５２は、巻取り後のマンドレルＭ２を巻取り位置から排出する。これまでの製造工程によって、１本の巻取りマンドレルＭ２（製造物）が完成する。

なお、ヘッド部１２，１３から繰り出される繊維束Ｒは、第２受渡リング３２に巻き付き、保持されている。図１５（ｂ）は、上記図８（ｂ）に対応した状態となる。

［受渡し動作］
その後、上述した［設置動作］（図９（ａ）〜図１０（ａ））及び［巻付け動作］（図１０（ｂ）〜図１３（ｂ））を行う。ヘッド部１２，１３から繰り出される繊維束Ｒは、第２受渡リング３２から次のマンドレルＭ１へと巻き付けられる。従って、第２受渡リング３２が、繊維束Ｒを巻取り後のマンドレルＭ２からその次の巻取り前のマンドレルＭ１に受け渡す。

そして、巻付け動作終了後、マンドレルＭ２に巻き付けられた繊維束Ｒは、第３受渡リング３３に巻き付けられる。その後、［切断動作］（図１４（ａ））及び［排出動作］（図１４（ａ）〜図１５（ｂ））を行う。そして、第３受渡リング３３が、繊維束Ｒを巻取り後のマンドレルＭ２からその次の巻取り前のマンドレルＭ１に受け渡す。

［繰り返し動作］
上記の通り、［設置動作］、［巻付け動作］、［切断動作］、［排出動作］及び［受渡し動作］（図９〜図１５）を繰り返し行うことにより、作業者は殆ど作業することなく、製造ラインを自動化することができる。

［タイミングチャート］
図１６は、フープ巻ヘッドのボビン旋回及びマンドレル回転のタイミング及び回転方向を示すタイミングチャートである。

図１６に示す通り、フープ巻を行う間、マンドレルＭの回転は停止し、フープ巻ヘッド１２のボビン１２ｂは正方向６０ａに旋回する（図１０（ｂ））。これにより、マンドレルＭの周囲に繊維束Ｒが巻き付かれて、フープ巻を行う。フープ巻完了後、マンドレルＭ及びボビン１２ｂの回転等を停止して、形状検査等の所定の作業を行う。

そして、フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭから所定距離Ｗを置いて離れるように、マンドレル用スピンドルＳ上に配置される。フープ巻ヘッド１２がマンドレルＭから離れて移動する間、ボビン１２ｂは正方向６０ａに旋回する（図１１（ａ））。これにより、フープ巻ヘッド１２は、繊維束Ｒをマンドレル用スピンドルＳに巻き付けて、所謂フープ捨て巻きを行う。その後、ボビン１２ｂの旋回を停止して、所定の作業を行う。

そして、ヘリカル巻を行う間、マンドレルＭを逆方向６０ｂに回転し、それに同期して、ボビン１２ｂを逆方向６０ｂに旋回する（図１１（ｂ））。マンドレルＭの回転により、ヘリカル巻ヘッド１３から繊維束Ｒが繰り出され、マンドレルＭの周囲に繊維束Ｒが巻き付かれて、ヘリカル巻を行う。また、マンドレルＭの回転と同期して、同じ方向６０ｂかつ同じ回転速度（回転数）で、ボビン１２ｂを旋回することにより、ヘリカル巻を行う間、フープ巻ヘッド１２（ボビン１２ｂ）から繊維束Ｒが繰り出されることはなく、無駄な繊維束（無駄糸）の排出を削除できる。

フィラメントワインディング装置を示す一部省略斜視図である。 図１の巻付け装置を示す拡大斜視図である。 ヘリカル巻ヘッド１３を示す正面図である。 開繊ガイドを示す斜視図である。 巻付け装置を示す一部側面図である。 マンドレル軸方向から見た一部正面図で、（ａ）はフープ巻ヘッド、（ｂ）はヘリカル巻ヘッドである。 フープ巻及びヘリカル巻を示す側面図である。 フィラメントワインディング装置の製造工程を示す側面図である。 図８に続く側面図である。 図９に続く側面図である。 図１０に続く側面図である。 図１１に続く側面図である。 図１２に続く側面図である。 図１３に続く側面図である。 図１４に続く側面図である。 フープ巻ヘッドのボビン旋回及びマンドレル回転のタイミング及び回転方向を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 巻付け装置
１０ 機台
１１ マンドレル移動台
１２ フープ巻ヘッド
１２ｂ ボビン
１３ ヘリカル巻ヘッド
１１１ 回転機構
１２０ 旋回機構
１０１ マンドレル移動機構
１２１ フープ巻ヘッド移動機構
６ 制御部
１ａ 長手方向
Ｍｃ マンドレルの軸方向
Ｍ マンドレル
Ｓ マンドレル用スピンドル
Ｒ 繊維束

Claims (3)

1. フープ巻及びヘリカル巻で繊維束をマンドレルに巻き付けるフィラメントワインディング装置において、
   前記フィラメントワインディング装置を制御する制御部と、
   前記マンドレルを回転する回転機構と、
   前記フープ巻で巻き付けるためのフープ巻ヘッドと、
   前記ヘリカル巻で巻き付けるためのヘリカル巻ヘッドとを備え、
   前記フープ巻ヘッドは、
   前記マンドレルに繊維束を繰り出すボビンと、
   前記ボビンを前記マンドレルの周りに旋回する旋回機構とを備え、
   前記制御部は、ヘリカル巻を行う間、前記マンドレル及び前記ボビンが同一方向及び同一回転数で回転及び旋回するように、前記回転機構及び前記旋回機構を制御す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. 前記マンドレルを移動するマンドレル移動機構と、
   前記フープ巻ヘッドを移動するフープ巻ヘッド移動機構とを備え、
   前記制御部は、ヘリカル巻を行う間、前記フープ巻ヘッドが前記マンドレルから一定の距離で退避移動するように、前記マンドレル移動機構及び前記フープ巻ヘッド移動機構を制御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装置。
3. フープ巻及びヘリカル巻で繊維束をマンドレルに巻き付けるフィラメントワインディング方法において、
   フープ巻を行う間は、前記マンドレルを停止して、前記繊維束が巻き付けられたボビンを前記マンドレル周りに旋回し、ヘリカル巻を行う間、前記マンドレル及び前記ボビンを同一方向に回転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。

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