JP5687981B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィラメントワインディング装置の技術に関する。

従来より、樹脂を含浸させた繊維束をライナーの外周面に巻き付けていくフィラメントワインディング装置が知られている。フィラメントワインディング装置には、ライナーを中心として回転することで該ライナーの外周面に繊維束を巻き付けるフープ巻き装置が備えられている（例えば特許文献１参照）。

フープ巻き装置は、繊維束が巻かれたボビンを具備しており、該ボビンから供給された繊維束を自らが回転することによってライナーに巻き付ける。そのため、フープ巻き装置を備えるフィラメントワインディング装置においては、ボビンに巻かれた繊維束が少なくなると、繊維束の巻き付け動作を中断してボビンを交換する必要が生じていた。

しかし、繊維束の巻き付け動作を中断してボビンの交換を行なった場合、繊維束の巻き付け動作を再開できるまでに相当の時間が必要となり、生産効率が悪化するという問題を有していた。

特開２００９−６１７２１号公報

本発明は、繊維束の巻き付け動作を中断してから再開できるまでの所要時間を短縮すべく、フープ巻き装置を交換可能とする技術を提供することを目的としている。

次に、この課題を解決するための手段を説明する。

第一の発明は、
ライナーを支持するライナー支持軸と、
前記ライナー及び前記ライナー支持軸を中心として回転することで該ライナーの外周面に繊維束を巻き付ける略円環形状のフープ巻き装置と、を備えたフィラメントワインディング装置において、
前記ライナー支持軸は、該ライナー支持軸の軸心方向の中途部で連結又は分離可能に構成され、
前記ライナー支持軸を分離することによって前記フープ巻き装置を他のフープ巻き装置と交換できる、とした。

第二の発明は、第一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、
少なくとも一台の他のフープ巻き装置を備え、
前記ライナー支持軸を分離することによって前記フープ巻き装置を他のフープ巻き装置置と交換できる、とした。

第三の発明は、第二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、
前記フープ巻き装置と他のフープ巻き装置は、一つのレール上に載置され、
前記フープ巻き装置と他のフープ巻き装置を移動させることによって交換できる、とした。

第四の発明は、第一から第三のいずれか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、
前記ライナー支持軸を支える支持軸把持装置を備え、
前記支持軸把持装置が前記ライナー支持軸を支えた後に該ライナー支持軸を分離し、
前記ライナー支持軸が連結した後に該ライナー支持軸から前記支持軸把持装置を離間させる、とした。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第一の発明によれば、ライナー支持軸を分離することができるため、略円環形状のフープ巻き装置を他のフープ巻き装置と交換することが可能となる。これにより、繊維束の巻き付け動作を中断してから再開できるまでの所要時間を短縮できる。

第二の発明によれば、少なくとも一台の他のフープ巻き装置を備えるため、フープ巻き装置を他のフープ巻き装置と交換することが可能となる。これにより、繊維束の巻き付け動作を中断してから再開できるまでの所要時間を短縮できる。

第三の発明によれば、フープ巻き装置と他のフープ巻き装置が一つのレール上に載置されているため、フープ巻き装置と他のフープ巻き装置を移動させることによって交換することが可能となる。これにより、繊維束の巻き付け動作を中断してから再開できるまでの所要時間を短縮できる。

第四の発明によれば、ライナー支持軸を支える支持軸把持装置を備えるため、ライナー支持軸が分離しているときに該ライナー支持軸の一端を支えることが可能となる。これにより、ライナーに歪が生じることを防止できる。

フィラメントワインディング装置１００の全体構成を示す側面図。 フープ巻き装置４０の構成を示す正面図。 フープ巻き装置４０を所定の位置に移動させた状態を示す平面図。 支持軸把持装置１４によってライナー支持軸２４が支えられた状態を示す平面図。 ライナー支持軸２４が分離された状態を示す平面図。 フープ巻き装置４０とフープ巻き装置５０が交換された状態を示す平面図。 ライナー支持軸２４が連結された状態を示す平面図。 支持軸把持装置１４がライナー支持軸２４から離間した状態を示す平面図。 フープ巻き装置５０を所定の位置に移動させた状態を示す平面図。

まず、本発明の一実施形態に係るフィラメントワインディング装置１００（以降「ＦＷ装置１００」）について説明する。

図１は、ＦＷ装置１００の全体構成を示す側面図である。図中に示す矢印Ｘは、ライナー１の移送方向を示している。また、ライナー１の移送方向と平行な方向をＦＷ装置１００の前後方向とし、ライナー１が移送される一方向を前側（本図右側）、他方向を後側（本図左側）と定義する。なお、ＦＷ装置１００は、ライナー１を前後方向に往復動させるため、該ライナー１の移送方向に応じて前側及び後側が定まる。

ＦＷ装置１００は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを巻き付けていく装置である。ＦＷ装置１００は、主に主基台１０と、ライナー移送装置２０と、ヘリカル巻き装置３０と、フープ巻き装置４０と、で構成される。

ライナー１は、例えば高強度アルミニウム材やポリアミド系樹脂等によって形成された略円筒形状の中空容器である。ライナー１は、該ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆが巻き付けられることによって耐圧特性の向上が図られる。つまり、ライナー１は、耐圧容器を構成する基材とされる。

主基台１０は、ＦＷ装置１００の基礎を構成する主たる構造体である。主基台１０の上部には、第一レール１１が設けられている。第一レール１１には、ライナー移送装置２０が載置されている。また、主基台１０の上部には、第一レール１１に対して平行に第二レール１２が設けられている。第二レール１２には、フープ巻き装置４０が載置されている。

このような構成により、主基台１０は、ＦＷ装置１００の基礎を構成するとともに、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー移送装置２０ならびにフープ巻き装置４０を移動させることを可能としている。

なお、本実施形態に係るＦＷ装置１００においては、第二レール１２に対して垂直に第三レール１３が設けられている。第三レール１３には、他のフープ巻き装置５０が載置されている（図３から図９参照）。これにより、主基台１０は、ＦＷ装置１００の前後方向に対して垂直にフープ巻き装置５０を移動させることを可能としている。なお、本ＦＷ装置１００は、フープ巻き装置５０を移動させる手段としてレールを用いているが、他の手段であっても良い。

ライナー移送装置２０は、ライナー１を回転させながら移送する装置である。詳細には、ライナー移送装置２０は、ＦＷ装置１００の前後方向を中心軸としてライナー１を回転させるとともに、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー１を移送する装置である。ライナー移送装置２０は、主に基台２１と、ライナー支持部２２と、で構成される。

基台２１には、該基台２１の上部に一対のライナー支持部２２が設けられている。ライナー支持部２２は、ライナー支持フレーム２３とライナー支持軸２４で構成され、ライナー１を回転させる。具体的に説明すると、ライナー支持部２２は、基台２１から上方に向けて延設されたライナー支持フレーム２３と、該ライナー支持フレーム２３から前後方向に向けて延設されたライナー支持軸２４と、で構成される。そして、ライナー支持軸２４に取り付けられたライナー１は、図示しない動力機構によって一方向に回転されるのである。

このような構成により、ライナー移送装置２０は、ＦＷ装置１００の前後方向を中心軸としてライナー１を回転させるとともに、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー１を移送することを可能としている。

なお、本実施形態に係るＦＷ装置１００においては、一方のライナー支持軸２４が第一ライナー支持軸２４ａと第二ライナー支持軸２４ｂで構成されている。第二ライナー支持軸２４ｂは、該第二ライナー支持軸２４ｂの軸心方向に摺動することができる。これにより、ライナー支持軸２４は、該ライナー支持軸２４の軸心方向の中途部で連結又は分離することを可能としている。なお、本ＦＷ装置１００は、ライナー支持軸２４を連結又は分離させる手段として第二ライナー支持軸２４ｂを摺動させる構造を用いているが、他の手段であっても良い。

ヘリカル巻き装置３０は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを巻き付ける装置である。詳細には、ヘリカル巻き装置３０は、繊維束Ｆの巻き付け角度がＦＷ装置１００の前後方向に対して所定の値となる、いわゆるヘリカル巻きを行なう装置である。ヘリカル巻き装置３０は、主に基台３１と、ヘリカル巻き掛け装置３２と、で構成される。

基台３１には、ヘリカル巻き掛け装置３２が設けられている。ヘリカル巻き掛け装置３２は、固定ヘリカルヘッド３３と可動ヘリカルヘッド３４で構成され、ライナー１の外周面１Ｓにヘリカル巻きを行なう。具体的に説明すると、ヘリカル巻き掛け装置３２は、主にヘリカル巻きを行なう固定ヘリカルヘッド３３と、同じくヘリカル巻きを行なう可動ヘリカルヘッド３４と、で構成される。そして、固定ヘリカルヘッド３３に設けられた繊維束ガイドと可動ヘリカルヘッド３４に設けられた繊維束ガイドによってライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆが導かれ、ライナー１が回転しながら通過することでヘリカル巻きが行なわれる。

このような構成により、ヘリカル巻き装置３０は、繊維束Ｆの巻き付け角度がＦＷ装置１００の前後方向に対して所定の値となるヘリカル巻きを行なうことを可能としている。

フープ巻き装置４０は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを巻き付ける装置である。詳細には、フープ巻き装置４０は、繊維束Ｆの巻き付け角度がＦＷ装置１００の前後方向に対して略垂直となる、いわゆるフープ巻きを行なう装置である。フープ巻き装置４０は、主に基台４１と、動力機構４２と、フープ巻き掛け装置４３と、で構成される。

基台４１には、動力機構４２によって回転されるフープ巻き掛け装置４３が設けられている。フープ巻き掛け装置４３は、巻き掛けテーブル４４とボビン４５で構成され、ライナー１の外周面１Ｓにフープ巻きを行なう。具体的に説明すると、フープ巻き掛け装置４３は、主にフープ巻きを行なう巻き掛けテーブル４４と、該巻き掛けテーブル４４に繊維束Ｆを供給するボビン４５と、で構成される。そして、巻き掛けテーブル４４に設けられた繊維束ガイド４７（図２参照）によってライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆが導かれ、巻き掛けテーブル４４が回転することでフープ巻きが行なわれる。

このような構成により、フープ巻き装置４０は、繊維束Ｆの巻き付け角度がＦＷ装置１００の前後方向に対して略垂直となるフープ巻きを行なうことを可能としている。

ここで、図２を用いて、フープ巻き装置４０の構成について更に詳しく説明する。

図２は、フープ巻き装置４０の構成を示す正面図である。図中に示す矢印Ｙは、フープ巻き装置４０の回転方向を示している。なお、フープ巻き装置５０は、フープ巻き装置４０と同一の構成であることからフープ巻き装置５０の説明は省略する。

フープ巻き装置４０は、繊維束Ｆが巻かれたボビン４５を具備しており、該ボビン４５から供給される繊維束Ｆを自らが回転することによってライナー１に巻き付ける。詳細には、フープ巻き装置４０の巻き掛けテーブル４４とボビン４５が一体となって回転することで繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに巻き付ける。

巻き掛けテーブル４４には、ＦＷ装置１００の前後方向に貫通穴４４ａが形成されて略円環形状となっている。上述したように、ライナー移送装置２０は、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー１を移送することができ、フープ巻き装置４０は、ＦＷ装置１００の前後方向に移動することができるため、貫通穴４４ａにライナー１を挿入することができる。

また、巻き掛けテーブル４４には、ガイドローラ４６と繊維束ガイド４７が設けられている。ガイドローラ４６は、ボビン４５から供給される繊維束Ｆを繊維束ガイド４７まで案内する。繊維束ガイド４７は、ガイドローラ４６によって案内された繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに導く。

このような構成により、フープ巻き装置４０は、ライナー１及びライナー支持軸２４を中心として回転することができ、該ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを巻き付けることを可能としている。

次に、フープ巻き装置４０をフープ巻き装置５０と交換する際の動作について説明する。

本ＦＷ装置１００は、ボビン４５に巻かれた繊維束Ｆが少なくなった場合にフープ巻き装置４０をフープ巻き装置５０と交換できることを特徴としている。なお、ボビン４５に巻かれた繊維束Ｆが少なくなった場合のみならず、メンテナンスなどフープ巻き装置４０を交換する必要が生じた場合にも同様の動作を行なうことが可能である。

ＦＷ装置１００は、ボビン４５に巻かれた繊維束Ｆが少なくなったと判断した場合に繊維束Ｆの巻き付け動作を中断する。ここで、繊維束Ｆの巻き付け動作とは、例えばライナー移送装置２０によるライナー１の回転動作や移送動作なども含み、繊維束Ｆを巻き付けるための全ての動作をいう。但し、本ＦＷ装置１００は、ヘリカル巻き装置３０やフープ巻き装置４０による巻き付け工程の途中で中断することができないため、これらの巻き付け工程が完了した後に中断する。つまり、本ＦＷ装置１００は、例えばフープ巻きの途中でボビン４５に巻かれた繊維束Ｆが少なくなったと判断した場合、フープ巻きが完了した後に全ての動作を中断するのである。

まず、ＦＷ装置１００は、図３に示すように、フープ巻き装置４０を所定の位置まで移動させる（図中矢印Ａ参照）。本ＦＷ装置１００は、フープ巻き装置４０を移動させることによって該フープ巻き装置４０を第三レール１３上に載置する（図１参照）。

次に、ＦＷ装置１００は、図４に示すように、主基台１０に設けられた支持軸把持装置１４によってライナー支持軸２４を支える。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、支持軸把持装置１４を待機位置から移動させて（図中矢印Ｂ参照）、ライナー支持軸２４を構成する第一ライナー支持軸２４ａを支える。なお、第一ライナー支持軸２４ａは、ライナー支持軸２４のライナー１側の部材である。

次に、ＦＷ装置１００は、図５に示すように、ライナー支持軸２４を該ライナー支持軸２４の軸心方向の中途部で分離させる。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、第二ライナー支持軸２４ｂを軸心方向に摺動させて（図中矢印Ｃ参照）、第一ライナー支持軸２４ａから分離させる。こうして、ライナー支持軸２４は、少なくともフープ巻き装置４０やフープ巻き装置５０が通過できる程度に離間される。

次に、ＦＷ装置１００は、図６に示すように、繊維束Ｆの残量が少なくなったフープ巻き装置４０（以降、旧フープ巻き装置４０）と繊維束Ｆが満巻状態であるフープ巻き装置５０（以降、新フープ巻き装置５０）を移動させることによって交換する。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、第三レール１３上に載置された旧フープ巻き装置４０を待避位置まで移動させ、新フープ巻き装置５０をライナー支持軸２４に対して同軸となるように移動する（図中矢印Ｄ参照）。こうして、旧フープ巻き装置４０は、新フープ巻き装置５０と交換される。

次に、ＦＷ装置１００は、図７に示すように、ライナー支持軸２４を連結する。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、第二ライナー支持軸２４ｂを軸心方向に摺動させて（図中矢印Ｅ参照）、第一ライナー支持軸２４ａに連結する。こうして、第一ライナー支持軸２４ａと第二ライナー支持軸２４ｂは、一体となって回転することが可能となる。

次に、ＦＷ装置１００は、図８に示すように、ライナー支持軸２４から支持軸把持装置１４を離間させる。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、支持軸把持装置１４を移動させて（図中矢印Ｆ参照）、該支持軸把持装置１４を待機位置に収納する。こうして、支持軸把持装置１４は、新フープ巻き装置５０との干渉を回避することが可能となる。

次に、ＦＷ装置１００は、図９に示すように、新フープ巻き装置５０を所定の位置まで移動させる（図中矢印Ｇ参照）。こうして、ＦＷ装置１００は、新フープ巻き装置５０を用いてフープ巻きを行なうことが可能となる。

このような動作により、本ＦＷ装置１００は、繊維束Ｆの巻き付け動作を中断してから再開できるまでの所要時間を短縮することを可能としている。これは、ボビン４５を交換するよりも旧フープ巻き装置４０を新フープ巻き装置５０に交換するほうが早いためである。

また、本ＦＷ装置１００は、待避位置に移動された旧フープ巻き装置４０のボビン交換作業を任意の時間に行なうことを可能とする。このため、本ＦＷ装置１００は、作業性や整備性も向上している。

更に、本ＦＷ装置１００は、支持軸把持装置１４によってライナー支持軸２４の一端を支えることを可能としている。このため、ライナー支持軸２４が分離しているときにライナー１に掛かる曲げ荷重を低減し、該ライナー１に歪が生じることを防いでいる。

１ ライナー
１Ｓ 外周面
１０ 主基台
１４ 支持軸把持装置
２０ ライナー移送装置
２４ ライナー支持軸
２４ａ 第一ライナー支持軸
２４ｂ 第二ライナー支持軸
３０ ヘリカル巻き装置
４０ 旧フープ巻き装置（フープ巻き装置）
５０ 新フープ巻き装置（フープ巻き装置）
１００ フィラメントワインディング装置（ＦＷ装置）
Ｆ 繊維束

Claims (4)

1. ライナーを支持するライナー支持軸と、
   前記ライナー及び前記ライナー支持軸を中心として回転することで該ライナーの外周面に繊維束を巻き付ける略円環形状のフープ巻き装置と、を備えたフィラメントワインディング装置において、
   前記ライナー支持軸は、該ライナー支持軸の軸心方向の中途部で連結又は分離可能に構成され、
   前記ライナー支持軸を分離することによって前記フープ巻き装置を他のフープ巻き装置と交換できる、ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
2. 少なくとも一台の他のフープ巻き装置を備え、
   前記ライナー支持軸を分離することによって前記フープ巻き装置を他のフープ巻き装置置と交換できる、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. 前記フープ巻き装置と他のフープ巻き装置は、一つのレール上に載置され、
   前記フープ巻き装置と他のフープ巻き装置を移動させることによって交換できる、ことを特徴とする請求項２に記載のフィラメントワインディング装置。
4. 前記ライナー支持軸を支える支持軸把持装置を備え、
   前記支持軸把持装置が前記ライナー支持軸を支えた後に該ライナー支持軸を分離し、
   前記ライナー支持軸が連結した後に該ライナー支持軸から前記支持軸把持装置を離間させる、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のフィラメントワインディング装置。

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