JP5752627B2 - 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あった。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。

また、このようなフィラメントワインディング装置は、ライナーへの繊維束の巻き付け動作が完了すると、新たなライナーに交換して再び繊維束の巻き付け動作を開始する。しかし、ライナーの交換作業を行なった場合、繊維束の巻き付け動作を開始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、新たなライナーへの繊維束の巻き付け動作を行ないながら、繊維束が少なくなったボビンや既に繊維束が巻き付けられたライナーを交換可能とし、生産効率を向上できる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。

即ち、第一の発明は、
ライナーを回転させながら移送するライナー移送装置と、
前記ライナーの搬入又は搬出時に該ライナーを支持するライナー支持装置と、
前記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、
前記ライナー支持装置及び前記フープ巻き装置を台車に配置し、
前記台車を移動させることによって前記ライナーと前記フープ巻き装置を同時に前記ライナー移送装置へ搬入又は前記ライナー移送装置から搬出できる、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、
少なくとも二つの前記台車がレール上に載置され、
それぞれの前記台車を移動させることによって前記ライナーと前記フープ巻き装置を同時に交換できる、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、
前記レールの近傍に繊維束が巻かれたボビンや前記ライナーの交換作業を行なう作業場を設けた、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、
前記ライナーに取り付けられた状態で前記ライナー支持装置によって支持されるライナー軸を具備するとともに、
前記ライナー軸に前記ライナー移送装置を連結又は分離可能に構成し、
前記ライナー軸と前記ライナー移送装置が分離しているときに前記台車を移動させることができる、とした。

第五の発明は、第四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、
前記ライナー支持装置が前記ライナー軸を支持すると該ライナー軸から前記ライナー移送装置を分離し、
前記ライナー移送装置が前記ライナー軸に連結すると該ライナー支持軸から前記ライナー支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、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置は、ライナー支持装置及びフープ巻き装置を台車に配置しているため、台車を移動させることによってライナーとフープ巻き装置を同時に搬送できる。

第二の発明によれば、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置は、少なくとも二つの台車がレール上に載置されているため、それぞれの台車を移動させることによってライナーとフープ巻き装置を同時に交換できる。

第三の発明によれば、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置は、レールの近傍に繊維束が巻かれたボビンやライナーの交換作業を行なう作業場を設けたため、新たなライナーへの繊維束の巻き付け動作を行ないながら、繊維束が少なくなったボビンや既に繊維束が巻き付けられたライナーの交換作業を行なえる。

第四の発明によれば、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置は、ライナー軸に連結又は分離可能に構成されたライナー移送装置を具備するため、ライナー軸とライナー移送装置が分離しているときに台車を移動させることができる。

第五の発明によれば、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置は、ライナー支持装置がライナー軸を支持すると該ライナー軸からライナー移送装置を分離させるため、ライナーを台車に載置した状態で搬送できる。また、ライナー移送装置がライナー軸に連結すると該ライナー支持軸からライナー支持装置を離間させるため、ライナーをライナー移送装置によって移送できる。

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。 台車４０Ａ・４０Ｂの構成を示す側面図。 フープ巻き装置４３の構成を示す正面図。 ライナー支持装置４２がライナー軸１Ｒを支持した状態を示す平面図。 ライナー移送装置２０がライナー軸１Ｒから分離した状態を示す平面図。 台車４０Ａが所定の位置に移動した状態を示す平面図。 台車４０Ｂが所定の位置に移動した状態を示す平面図。 ライナー移送装置２０がライナー軸１Ｒに連結した状態を示す平面図。 ライナー支持装置４２がライナー軸１Ｒから離間した状態を示す平面図。 台車４０Ａが作業場ＷＦまで移動した状態を示す平面図。

まず、フィラメントワインディング装置１００（以降「ＦＷ装置１００」）の全体構成について簡単に説明する。

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。

また、図２は、台車４０Ａ・４０Ｂの構成を示す側面図である。図中に示す矢印Ｙは、後述するライナー支持軸２２２の摺動方向を示している。図中に示す矢印Ｚは、後述するライナー支持装置４２の伸縮方向を示している。

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、台車４０Ａ・４０Ｂ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。主基台１０の上部には、前後方向に第一レール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。

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を移動させることを可能としている。

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。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。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２２１とライナー支持軸２２２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２２１と、該ライナー支持フレーム２２１から前後方向に向けて延設されたライナー支持軸２２２と、で構成される。そして、ライナー１は、ライナー支持軸２２２に取り付けられた状態で、図示しない動力機構によって一方向に回転される。

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ＦＷ装置１００においては、ライナー１にライナー軸１Ｒが取り付けられている。これは、ライナー支持軸２２２にライナー１を取り付けるためである。また、ライナー支持軸２２２は、それぞれライナー軸１Ｒに対して近接又は離間する方向に摺動可能とされる（図２中矢印Ｙ参照）。従って、ライナー支持軸２２２は、ライナー軸１Ｒと連結又は分離することができる。つまり、ライナー移送装置２０は、ライナー軸１Ｒに連結又は分離可能に構成されている。

更に、基台２１の上部には、第一レール１１に対して垂直に第二レール２３が設けられている。第二レール２３には、台車４０Ａが載置されている。また、第二レール２３には、台車４０Ａの他に台車４０Ｂが載置されている（図４から図９参照）。従って、本ＦＷ装置１００は、該ＦＷ装置１００の前後方向に対して垂直に台車４０Ａと台車４０Ｂを移動させることを可能としている。

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。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。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３２１と可動ヘリカルヘッド３２２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３２１と、同じくヘリカル巻きを行なう可動ヘリカルヘッド３２２と、で構成される。そして、固定ヘリカルヘッド３２１に設けられた繊維束ガイドと可動ヘリカルヘッド３２２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。

台車４０Ａ・４０Ｂは、ライナー１を載置した状態で該ライナー１をライナー移送装置２０に搬入する。また、台車４０Ａ・４０Ｂは、ライナー１を載置した状態で該ライナー１をライナー移送装置２０から搬出する。台車４０Ａ・４０Ｂは、主に基台４１と、ライナー支持装置４２と、フープ巻き装置４３と、で構成される。なお、台車４０Ａと台車４０Ｂは、互いに同一の構造であることから、台車４０Ａについてのみを説明する。

基台４１には、該基台４１の上部に一対のライナー支持装置４２が設けられている。ライナー支持装置４２は、リフト部４２１と台座部４２２で構成され、ライナー１を支持できる。具体的に説明すると、ライナー支持装置４２は、基台４１から上方に向けて配置されたリフト部４２１と、該リフト部４２１の上部に取り付けられた台座部４２２と、で構成される。そして、ライナー１は、リフト部４２１が上方に伸張している場合に、台座部４２２によって支持される。なお、本実施形態におけるライナー支持装置４２は、ライナー１に取り付けられたライナー軸１Ｒに台座部４２２が当接することによってライナー１を支持できる。

また、基台４１の上部には、第一レール１１に対して平行に第三レール４７が設けられている。第三レール４７には、フープ巻き装置４３が載置されている。従って、本ＦＷ装置１００は、該ＦＷ装置１００の前後方向に対して平行にフープ巻き装置４３を移動させることを可能としている。

フープ巻き装置４３は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを巻き付ける。詳細には、フープ巻き装置４３は、繊維束Ｆの巻き付け角度が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。フープ巻き装置４３は、主に基台４４と、動力機構４５と、フープ巻き掛け装置４６と、で構成される。

基台４４には、動力機構４５によって回転されるフープ巻き掛け装置４６が設けられている。フープ巻き掛け装置４６は、巻き掛けテーブル４６１とボビン４６２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４６は、主にフープ巻きを行なう巻き掛けテーブル４６１と、該巻き掛けテーブル４６１に繊維束Ｆを供給するボビン４６２と、で構成される。そして、巻き掛けテーブル４６１に設けられた繊維束ガイド４６４（図３参照）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４６１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４３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３を用いて、フープ巻き装置４３の構成について更に詳しく説明する。

図３は、フープ巻き装置４３の構成を示す正面図である。図中に示す矢印Ｒは、フープ巻き装置４３の回転方向を示している。

フープ巻き装置４３は、繊維束Ｆが巻かれたボビン４６２を具備しており、該ボビン４６２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４３の巻き掛けテーブル４６１とボビン４６２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４６１には、ＦＷ装置１００の前後方向に貫通穴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、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４３は、前後方向に移動することができるため、巻き掛けテーブル４６１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４６１には、ガイドローラ４６３と繊維束ガイド４６４が設けられている。ガイドローラ４６３は、ボビン４６２から供給される繊維束Ｆを繊維束ガイド４６４まで案内する。繊維束ガイド４６４は、ガイドローラ４６３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４３は、ライナー１を中心として回転することで、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、ライナー１への繊維束Ｆの巻き付け動作が完了した場合を想定し、新たなライナー１に交換して再び繊維束Ｆの巻き付け動作を開始する態様を説明する。

ＦＷ装置１００は、ライナー１への繊維束Ｆの巻き付け動作が完了した場合に、該ライナー１とフープ巻き装置４３を同時に交換できることを特徴としている。なお、本ＦＷ装置１００においては、繊維束Ｆの巻き付け動作の途中で該繊維束Ｆがなくならないように、ボビン４６２に巻かれている繊維束Ｆの長さを考慮している。

ＦＷ装置１００は、ライナー１への繊維束Ｆの巻き付け動作が完了した場合に全ての巻き付け動作を停止する。ここで、全て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。

まず、ＦＷ装置１００は、図４に示すように、台車４０Ａに設けられたライナー支持装置４２によってライナー１を支持する。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、ライナー支持装置４２の台座部４２２を待機位置から上方へ移動させて（図中矢印Ｚ参照）、ライナー１に取り付けられたライナー軸１Ｒを支持する。

次に、ＦＷ装置１００は、図５に示すように、ライナー支持軸２２２を摺動させてライナー軸１Ｒから分離させる。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、ライナー支持軸２２２をライナー軸１Ｒから離間する方向に摺動させて（図中矢印Ｙ参照）、該ライナー軸１Ｒと分離させる。こうして、ライナー支持装置４２は、少なくとも台車４０Ａや台車４０Ｂが通過できる程度の隙間をあける。

次に、ＦＷ装置１００は、図６に示すように、ライナー１が載置された状態の台車４０Ａを移動させる。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、ライナー１が載置された状態の台車４０Ａを第二レール２３に沿って移動させる。こうして、ＦＷ装置１００は、ライナー１をライナー移送装置２０から搬出することができる。なお、フープ巻き装置４３は、台車４０Ａに配置されているため、ライナー１とともに移動されることとなる。つまり、本ＦＷ装置１００は、ライナー１とフープ巻き装置４３を同時に搬出（搬送）できるのである。

次に、ＦＷ装置１００は、図７に示すように、新たなライナー１が載置された状態の台車４０Ｂを移動させる。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、新たなライナー１が載置された状態の台車４０Ｂを第二レール２３に沿って移動させる。こうして、ＦＷ装置１００は、新たなライナー１をライナー移送装置２０に搬入することができる。なお、フープ巻き装置４３は、台車４０Ｂに配置されているため、新たなライナー１とともに移動されることとなる。つまり、本ＦＷ装置１００は、新たなライナー１とフープ巻き装置４３を同時に搬入（搬送）できるのである。

次に、ＦＷ装置１００は、図８に示すように、ライナー支持軸２２２を摺動させてライナー軸１Ｒと連結させる。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、ライナー支持軸２２２をライナー軸１Ｒに近接する方向に摺動させて（図中矢印Ｙ参照）、該ライナー軸１Ｒと連結させる。こうして、ライナー１は、ライナー軸１Ｒを介してライナー支持軸２２２と一体となり、回転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、ライナー軸１Ｒからライナー支持装置４２を離間させる。具体的に説明すると、ＦＷ装置１００は、ライナー支持装置４２の台座部４２２を下方へ移動させて（図中矢印Ｚ参照）、該台座部４２２を待機位置に収納する。こうして、ライナー支持装置４２は、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー１を移送した場合においても、ヘリカル巻き装置３０との干渉を回避することが可能となる。

このように、本ＦＷ装置１００は、ライナー支持装置４２及びフープ巻き装置４３を台車４０Ａ・４０Ｂに配置しているため、台車４０Ａ・４０Ｂを移動させることによってライナー１とフープ巻き装置４３を同時に搬送できる。また、本ＦＷ装置１００は、少なくとも二つの台車４０Ａ・４０Ｂがレール（第二レール２３）上に載置されているため、それぞれの台車４０Ａ・４０Ｂを移動させることによってライナー１とフープ巻き装置４３を同時に交換できる。

また、本ＦＷ装置１００は、図１０に示すように、第二レール２３の近傍に繊維束Ｆが巻かれたボビン４６２やライナー１の交換作業を行なう作業場ＷＦを設けたことを特徴としている。

このように、本ＦＷ装置１００は、第二レール２３の近傍に繊維束Ｆが巻かれたボビン４６２やライナー１の交換作業を行なう作業場ＷＦを設けたため、新たなライナー１への繊維束Ｆの巻き付け動作を行ないながら、繊維束Ｆが少なくなったボビン４６２や既に繊維束Ｆが巻き付けられたライナー１の交換作業を行なえる。

更に、本ＦＷ装置１００は、作業場ＷＦまで移動した台車４０Ａのボビン４６２やライナー１の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。

１ ライナー
１Ｓ 外周面
１Ｒ ライナー軸
１０ 主基台
２０ ライナー移送装置
２２ ライナー支持部
２２２ ライナー支持軸
２３ レール（第二レール）
３０ ヘリカル巻き装置
４０Ａ 台車
４０Ｂ 台車
４１ 基台
４２ ライナー支持装置
４２２ 台座部
４３ フープ巻き装置
４６２ ボビン
１００ フィラメントワインディング装置（ＦＷ装置）
Ｆ 繊維束
ＷＦ 作業場

Claims (5)

1. ライナーを回転させながら移送するライナー移送装置と、
   前記ライナーの搬入又は搬出時に該ライナーを支持するライナー支持装置と、
   前記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、
   前記ライナー支持装置及び前記フープ巻き装置を台車に配置し、
   前記台車を移動させることによって前記ライナーと前記フープ巻き装置を同時に前記ライナー移送装置へ搬入又は前記ライナー移送装置から搬出できる、ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
2. 少なくとも二つの前記台車がレール上に載置され、
   それぞれの前記台車を移動させることによって前記ライナーと前記フープ巻き装置を同時に交換できる、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. 前記レールの近傍に繊維束が巻かれたボビンや前記ライナーの交換作業を行なう作業場を設けた、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. 前記ライナーに取り付けられた状態で前記ライナー支持装置によって支持されるライナー軸を具備するとともに、
   前記ライナー軸に前記ライナー移送装置を連結又は分離可能に構成し、
   前記ライナー軸と前記ライナー移送装置が分離しているときに前記台車を移動させることができる、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。
5. 前記ライナー支持装置が前記ライナー軸を支持すると該ライナー軸から前記ライナー移送装置を分離し、
   前記ライナー移送装置が前記ライナー軸に連結すると該ライナー軸から前記ライナー支持装置を離間させる、ことを特徴とする請求項４に記載のフィラメントワインディング装置。

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