JP6405843B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents
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Description
本発明の一形態によれば、フィラメントワインディング装置が提供される。このフィラメントワインディング装置は、前記繊維を巻き出す繊維巻出部と、前記繊維巻出部から供給される前記繊維を前記ライナーの外表面に案内するアイクチ案内部と、制御部と、を備える。前記アイクチ案内部は、偏心軸を有する偏心ローラであって、前記ライナーの外表面に案内される前記繊維と接触する偏心ローラと、前記偏心軸を回転させて、前記偏心ローラと前記繊維との接触角を変更した状態で前記偏心ローラを保持することで、前記偏心ローラが前記繊維に付与する張力を調整する駆動部と、前記偏心ローラと前記ライナーとの間に配置される張力測定ローラと、前記張力測定ローラに掛かる、水平方向荷重および鉛直方向荷重である二方向荷重と、トルクとを測定する測定部と、を備える。前記制御部は、前記測定部によって測定された、前記二方向荷重と、前記トルクとを用いて求められる、前記張力測定ローラと前記ライナーとの間における前記繊維の張力が目標値となるように、前記偏心ローラを制御する。
この構成によれば、偏心軸の回転によって、ライナーに案内される繊維の張力を調整することができるため、シリンダによってアームを伸縮させて繊維の張力を調整する引用文献1の構成よりも、張力調整機構の大きさを抑制することができる。これにより、張力調整機構をアイクチ案内部に配置した場合でもアイクチ案内部の大型化を抑制することができる。また、ライナーと張力測定ローラとの間における繊維の張力をより正確に推定することができ、張力測定ローラとライナーとの間における前記繊維の張力が目標値となるように、偏心ローラを制御することができる。
その他、本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
図1は、フィラメントワインディング装置10を例示した説明図である。フィラメントワインディング装置10は、繊維巻出部20と、樹脂含浸部30と、アイクチ案内部40と、ライナー回転装置50と、制御部60と、を備える。繊維巻出部20は、繊維を巻き出す機構部であり、複数のボビン201〜204と、複数の搬送ローラ211〜214と、結束ローラ220と、を含んでいる。ボビン201〜204は、糸を巻き付ける筒状の部材であり、カーボン繊維700が巻き付けられている。カーボン繊維700としては、例えば、ポリアクリロニトリルの原糸を約3,000℃で焼成した糸を約24,000本程度撚って集め、バインダ樹脂によって軽く接着させた、厚さ約200μm、幅4mmから5mm程度の扁平なシートを例示することができる。搬送ローラ211〜214は、各ボビン201〜204に対応して設けられており、ボビン201〜204から巻き出されたカーボン繊維700を結束ローラ220に搬送する。結束ローラ220は、ボビン201〜204から巻き出された複数のカーボン繊維700を揃えて、樹脂含浸部30に巻き出す。
T2=T3×eμθ ・・・(1)
このとき、μは、第2のアイクチローラ440と樹脂含浸カーボン繊維710との間の摩擦係数である。式(1)から、接触角θを大きくなるほど、第2ローラ入口張力T3に対する第2ローラ出口張力T2の増加量が大きくなることがわかる。
Fm=M/r ・・・(2)
ここで、rは、第3のアイクチローラ450の半径である。
Fx=T1cosθ1+T2cosθ2 ・・・(3)
Fy=T1sinθ1+T2sinθ2 ・・・(4)
T1=T2+Fm ・・・(5)
T1={Fx2+Fy2−2×Fm(Fxcosθ2−Fysinθ2)+Fm2}/−2(Fxcosθ2−Fysinθ2−Fm) ・・・(6)
ここで、水平方向荷重Fx、鉛直方向荷重Fy、回転方向荷重Fm、および、第3ローラ入口角度θ2は既知の値であるから、これらの値と式(6)から、張力T1を推定することができる。
T1=T2×eμ1(θ1+θ2) ・・・(7)
このとき、μ1は、第3のアイクチローラ450と樹脂含浸カーボン繊維710との間の摩擦係数である。式(7)から、第2のアイクチローラ440の第3のアイクチローラ450に対する相対的な移動によって、第2ローラ出口張力T2(第3ローラ入口張力T2)と、第3ローラ入口角度θ2とが大きくなると、第3ローラ出口張力T1が大きくなることがわかる。
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
本実施形態は、アイクチ案内部40が特定の体勢となっているときの一例を示しているだけであり、明細書中に「水平方向」、「鉛直方向」と記載されている部分は、アイクチ案内部40の体勢によっては、必ずしも、「水平方向」、「鉛直方向」とならなくてもよい。
本実施形態では、エポキシ樹脂が含浸されていないカーボン繊維700を用いるとして説明したが、カーボン繊維700の代わりに樹脂が含浸されたプリプレグを用いても良い。プリプレグは、炭素繊維に樹脂を含浸させたシート状の部材である。樹脂としては、例えばエポキシ樹脂を用いても良い。プリプレグの状態では、エポキシ樹脂は熱硬化していないので、プリプレグをライナー70に巻き付けることが可能である。なお、プリプレグを用いる場合には、樹脂含浸槽310は無くても良い。
制御部60は、樹脂含浸カーボン繊維710の張力に応じて、ライナー回転装置50の回転速度を制御するように構成されていてもよい。
トルク測定部460は、板バネ462、ピン464と、ギャップセンサ466とを含んでいてもよいと説明したが、ギャップセンサ466の代わりにひずみゲージを備えていてもよい。この場合、ひずみゲージを板バネ462に貼り付けられる。トルク測定部460は、板バネ462のひずみによる電気抵抗の変化から、第3のアイクチローラ450に生じた摩擦トルクの大きさを推定することができる。
20…繊維巻出部
30…樹脂含浸部
40…アイクチ案内部
50…ライナー回転装置
60…制御部
70…ライナー
201〜204…ボビン
211〜214…搬送ローラ
220…結束ローラ
301〜305…搬送ローラ
310…樹脂含浸槽
320…膜厚測定装置
400…揃え口
410…搬送ローラ
420…張力調整部
430…第1のアイクチローラ
440…第2のアイクチローラ
441…偏心軸
442…モータ
450…第3のアイクチローラ
460…トルク測定部
462…板バネ
464…ピン
466…ギャップセンサ
470…水平方向荷重測定部
480…鉛直方向荷重測定部
700…カーボン繊維
710…樹脂含浸カーボン繊維
Claims (1)
- ライナーの外表面に繊維を巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
前記繊維を巻き出す繊維巻出部と、
前記繊維巻出部から供給される前記繊維を前記ライナーの外表面に案内するアイクチ案内部と、
制御部と、
を備え、
前記アイクチ案内部は、
偏心軸を有する偏心ローラであって、前記ライナーの外表面に案内される前記繊維と接触する偏心ローラと、
前記偏心軸を回転させて、前記偏心ローラと前記繊維との接触角を変更した状態で前記偏心ローラを保持することで、前記偏心ローラが前記繊維に付与する張力を調整する駆動部と、
前記偏心ローラと前記ライナーとの間に配置される張力測定ローラと、
前記張力測定ローラに掛かる、水平方向荷重および鉛直方向荷重である二方向荷重と、トルクとを測定する測定部と、を備え、
前記制御部は、前記測定部によって測定された、前記二方向荷重と、前記トルクとを用いて求められる、前記張力測定ローラと前記ライナーとの間における前記繊維の張力が目標値となるように、前記偏心ローラを制御する、フィラメントワインディング装置。
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Family Applications (1)
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