JP6756275B2 - Filament winding device - Google Patents
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Description
本発明は、被巻付部材の表面に繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング装置に関する。 The present invention relates to a filament winding device that winds a fiber bundle around the surface of a member to be wound.
近年では、燃料ガスの燃焼エネルギーや、燃料ガスの電気化学反応によって発電された電気エネルギーによって駆動する車両が開発されている。これらの車両には、天然ガスや水素等の燃料ガスが充填される高圧ガスタンクが搭載されており、その高圧ガスタンクは、軽量化及び強度向上を図るべく、円筒状のタンク本体の表面が繊維強化樹脂層で覆われた複合構造を有する。 In recent years, vehicles driven by the combustion energy of fuel gas and the electric energy generated by the electrochemical reaction of fuel gas have been developed. These vehicles are equipped with a high-pressure gas tank filled with fuel gas such as natural gas and hydrogen, and the surface of the cylindrical tank body of the high-pressure gas tank is reinforced with fibers in order to reduce weight and improve strength. It has a composite structure covered with a resin layer.
このような複合構造の高圧ガスタンクを製造する方法として、タンク本体を回転させながら、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束を該タンク本体の表面に繰り返し巻き付けるフィラメントワインディング方法(FW方法)が広く採用されている。これに伴い、該FW方法に適したフィラメントワインディング装置の研究開発も盛んに行われている。例えば下記特許文献1に記載のFW装置は、繊維給糸口であるアイクチに複数の繊維を通すことでこれらの繊維を一つの束に収束させる収束部を有しており、収束部は、リニアモータ等の機構によってタンク本体の軸方向に沿って往復移動し、タンク本体への繰り返し巻き付けを制御している。
As a method for manufacturing a high-pressure gas tank having such a composite structure, a filament winding method (FW method) in which a fiber bundle impregnated with a thermosetting resin such as an epoxy resin is repeatedly wound around the surface of the tank body while rotating the tank body. Is widely adopted. Along with this, research and development of a filament winding device suitable for the FW method has been actively carried out. For example, the FW device described in
しかし、リニアモータのようにモータの回転運動をアイクチの直線運動に変換する構造を採用した場合、アイクチの下にリニアモータを取り付ける必要があるため、慣性力が大きくなり、繰り返し巻き付けの制御性が悪くなる問題があった。この問題を解決するために、ワイヤ駆動を用いてアイクチをタンク本体の軸方向に進退させることが望まれている。しかし、ワイヤ駆動の場合、加速時と減速時に負荷の高い箇所でワイヤが伸びてしまうので、アイクチの位置精度が影響され、繊維束を高精度に巻き付けることが難しくなる問題が新たに生じる。 However, when a structure that converts the rotary motion of the motor into the linear motion of the dagger like a linear motor is adopted, it is necessary to install the linear motor under the dagger, so the inertial force becomes large and the controllability of repeated winding is improved. There was a problem that got worse. In order to solve this problem, it is desired to move the dagger in the axial direction of the tank body by using a wire drive. However, in the case of wire drive, since the wire is stretched at a place where the load is high during acceleration and deceleration, the position accuracy of the dagger is affected, and a new problem arises in which it becomes difficult to wind the fiber bundle with high accuracy.
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、繊維束巻き付けの制御性を向上するとともに、繊維束を高精度に巻き付けることが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する。 The present invention has been made to solve such a technical problem, and to provide a filament winding apparatus capable of improving the controllability of fiber bundle winding and winding the fiber bundle with high accuracy. The purpose.
本発明に係るフィラメントワインディング装置は、被巻付部材を回転させながら該被巻付部材の表面に繊維束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、前記被巻付部材に前記繊維束を送り出すアイクチと、前記被巻付部材の軸方向に設けられた複数のローラの間にワイヤを複数巻き掛けることにより形成され、前記アイクチを支持するワイヤ列と、前記ワイヤ列の各ワイヤを往復走行させることにより前記アイクチを前記被巻付部材の軸方向に進退させるワイヤ駆動ユニットと、前記ワイヤ列の各ワイヤに張力を付与する張力付与部材と、を備えることを特徴としている。 The filament winding device according to the present invention is a filament winding device that winds a fiber bundle around the surface of the wound member while rotating the wound member, and includes an eyepiece that sends the fiber bundle to the wound member. The wire is formed by winding a plurality of wires between a plurality of rollers provided in the axial direction of the wound member, and the wire row supporting the dagger and each wire of the wire row are reciprocated to travel. It is characterized by including a wire drive unit for advancing and retreating the dagger in the axial direction of the wound member, and a tension applying member for applying tension to each wire in the wire row.
本発明のフィラメントワインディング装置によれば、ワイヤ駆動ユニットを利用してワイヤ列の各ワイヤを往復走行させることにより、アイクチを被巻付部材の軸方向に進退させるので、被巻付部材への繊維束巻き付けの制御性を向上することができる。加えて、ワイヤ列が複数のローラの間にワイヤを複数巻き掛けることにより形成されているので、ワイヤの剛性を高めることができる。更に、ワイヤ列の各ワイヤに張力を付与する張力付与部材を備えるので、ワイヤの伸びを抑制することができ、被巻付部材の表面に繊維束を高精度に巻き付けることができる。 According to the filament winding apparatus of the present invention, the wire drive unit is used to reciprocate each wire in the wire row to advance and retreat the dagger in the axial direction of the wound member. The controllability of bundle winding can be improved. In addition, since the wire row is formed by winding a plurality of wires between the plurality of rollers, the rigidity of the wires can be increased. Further, since the tension applying member for applying tension to each wire in the wire row is provided, the elongation of the wire can be suppressed, and the fiber bundle can be wound around the surface of the wound member with high accuracy.
本発明によれば、繊維束巻き付けの制御性を向上するとともに、繊維束を高精度に巻き付けることができる。 According to the present invention, the controllability of fiber bundle winding can be improved, and the fiber bundle can be wound with high accuracy.
以下、図面を参照して本発明に係るフィラメントワインディング装置の実施形態について説明する。図1は実施形態に係るフィラメントワインディング装置の構成を示す概略図であり、内部構造をより分かり易くするために、高圧ガスタンクを取り外した状態を示している。本実施形態のフィラメントワインディング装置1は、高圧ガスタンク(被巻付部材)2の表面に繊維束を巻き付けるために用いられるものである。
Hereinafter, embodiments of the filament winding apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the filament winding apparatus according to the embodiment, and shows a state in which the high-pressure gas tank is removed in order to make the internal structure easier to understand. The
高圧ガスタンク2は、例えば樹脂製の容器であり、半径が均一である略円筒形状のシリンダ部2aと、シリンダ部2aの両端に設けられた凸曲面形状のドーム部2bとを有する。この高圧ガスタンク2は、その軸方向が図1に示す左右方向と一致するように、両端部に取り付けられた装着軸15L,15Rを介してフィラメントワインディング装置1に装着されている。なお、以下において、説明の煩雑を避けるために、高圧ガスタンク2の軸方向を左右方向と称する。
The high-
フィラメントワインディング装置1は、主に、高圧ガスタンク2を支持するとともに該高圧ガスタンク2の軸回りに回転させるためのタンク回転部10と、高圧ガスタンク2に繊維束を供給するための繊維束供給部20と、繊維束供給部20のアイクチ22を左右方向に進退させるためのワイヤ駆動ユニット30と、装置全体の制御を行う制御部(図示せず)とを備えている。
The
タンク回転部10は、高圧ガスタンク2をその左右両側で軸支しながら回転させるために、その構成が左右対称になっている。以下の説明において、左側の各構成をL、右側の各構成をRで付して表す。図1に示すように、タンク回転部10L,10Rは、基台11L,11Rと、該基台11L,11Rの上方に配置される軸支ブロック12L,12Rと、軸支ブロック12L,12Rに取り付けられた駆動モータ13L,13Rとを備えている。
The structure of the
基台11L,11Rの上面には、リニアガイド14L,14Rが固定されている。軸支ブロック12L,12Rは、このリニアガイド14L,14Rを介して基台11L,11Rに載置され、左右方向にスライド可能に形成されている。このようにすることで、例えば高圧ガスタンク2の装着時又は取り外し時に、左右両側の軸支ブロック12L,12Rのうちの片方を退避させれば、高圧ガスタンク2を容易に装着し、又は取り外すことができる。また、軸支ブロック12L,12Rには、上述の装着軸15L,15Rを挿入できる挿入穴が設けられている。
駆動モータ13L,13Rは、制御部の制御信号を受けて軸支ブロック12L,12Rに装着された高圧ガスタンク2をその軸回りに回転駆動する。
The
繊維束供給部20は、左右方向に延在する第1ガイドレール21、高圧ガスタンク2に向けて繊維束を送り出すアイクチ22、アイクチ22を載置する可動テーブル23、第1ガイドレール21と可動テーブル23とを連結する連結板24とを備えている。
The fiber
具体的には、第1ガイドレール21は、左右側のタンク回転部10L,10Rの間に架設された第2ガイドレール25から離隔して設置されている。アイクチ22を載置する可動テーブル23は、第2ガイドレール25にスライド自在に設けられている。一方、連結板24は、第1ガイドレール21と可動テーブル23との間を架け渡すように、一端部(図1において、後端部)が第1ガイドレール21にスライド自在に取り付けられ、他端部(図1において、前端部)が可動テーブル23と連結されている。
Specifically, the
繊維束供給部20は、更に、図示しない繊維束巻き取りローラ、該繊維束巻き取りローラを回転駆動する駆動モータ等を備えている。繊維束としては、例えば硬化性の樹脂含浸のカーボン繊維束、ガラス繊維束等が挙げられる。駆動モータは、繊維束巻き取りローラから繊維束を送り出すよう、制御部の制御信号を受けて繊維束巻き取りローラを回転させる。
The fiber
第2ガイドレール25は、左右方向に延在しており、同じ高さ及び長さを有する2本のレール25A,25Bから構成されている。レール25A及びレール25Bは、所定の間隔で離れて平行に配置され、例えば取付金具等を介して軸支ブロック12L,12Rに固定されている。
The
図1に示すように、第2ガイドレール25の長手方向(すなわち、左右方向)の両端には、それぞれ複数の溝が設けられた第1溝ローラ26と第2溝ローラ27が設置されている。第1溝ローラ26は取付金具等を介してタンク回転部10L、第2溝ローラ27は取付金具部材等を介してタンク回転部10Rにそれぞれ回転自在に取り付けられている。
As shown in FIG. 1, a first groove roller 26 and a
第1溝ローラ26と第2溝ローラ27との間には、ワイヤを複数巻き掛けることにより形成されたワイヤ列28が張設されている。本実施形態において、ワイヤ列28は、第1溝ローラ26と第2溝ローラ27との間に往復の3本掛けとされている。ワイヤ列28の各ワイヤは、例えば高い剛性を有する金属材料によって形成されている。
A
平面視において、第1溝ローラ26及び第2溝ローラ27は、それぞれレール25A及びレール25Bの間に挟むように配置されている。このため、第1溝ローラ26と第2溝ローラ27との間に張設されたワイヤ列28の3本のワイヤは、レール25A及びレール25Bの間で所定の間隔で離れて平行に配置されている。そして、上述の可動テーブル23は、その底部がワイヤ列28に固定されており、該ワイヤ列28の往復走行に伴い、第2ガイドレール25に案内されながら進退するようになっている。
In a plan view, the first groove roller 26 and the
ワイヤ駆動ユニット30は、左右側のタンク回転部10L,10Rの間であって第2ガイドレール25の下方に配置されている。このワイヤ駆動ユニット30は、平板状の底板31と、底板31にスライド可能に設けられた取付台32と、取付台32に取り付けられたワイヤ巻き取りローラ33と、ワイヤ巻き取りローラ33を回転駆動するための駆動モータ34とを有する。
The
底板31は、その長手方向が前後方向(すなわち、高圧ガスタンク2の軸方向と直交する方向)と一致するように配置されている。底板31には、取付台32の底部に設置された車輪の動きを案内する2本の案内溝31aが設けられている。
The
取付台32は、底部に車輪が設けられた平板状の台枠32aと、台枠32aの前後両端部から立設された前側取付板32bと後側取付板32cとを有する。この取付台32は、台枠32aに設けられた車輪と底板31に設けられた案内溝31aとを介し、前後方向に進退できる。なお、取付台32の前進位置は、底板31に設けられたストッパー部材35によって制限される。
The mounting
ワイヤ巻き取りローラ33は、前側取付板32b及び後側取付板32cに軸支されており、駆動モータ34の駆動で正転又は逆転できるようになっている。ワイヤ巻き取りローラ33の左右両側には、ワイヤ列28の各ワイヤの絡まり等を防止すべく、各ワイヤの位置をガイドするための第3溝ローラ36、第4溝ローラ37がそれぞれ配置されている。
The wire take-up roller 33 is pivotally supported by the
以上の構成によれば、駆動モータ34の回転でワイヤ巻き取りローラ33が正転又は逆転すると、ワイヤ列28の各ワイヤが左右方向に沿って往復走行する。これに伴い、ワイヤ列28に固定された可動テーブル23は、第2ガイドレール25に案内されながら左右方向に進退する。これによって、アイクチ22は高圧ガスタンク2の軸方向に沿って往復移動しながら、繊維束を被巻付部材に送り出すことができる。
According to the above configuration, when the wire take-up roller 33 rotates forward or reverse due to the rotation of the
制御部は、例えばCPU、ROM、RAMを含むコンピュータを主体として構成されており、予め記憶された制御プログラムに基づいて、駆動モータ13L,13R,34の駆動状況、アイクチ22からの繊維束の送り出し状況等を制御している。
The control unit is mainly composed of a computer including, for example, a CPU, ROM, and RAM, and based on a control program stored in advance, the drive status of the
本実施形態において、フィラメントワインディング装置1は、ワイヤ列28の各ワイヤに張力を付与するための張力付与ローラ(張力付与部材)40を更に備えている。張力付与ローラ40は、例えば第1溝ローラ26及び第2溝ローラ27の間に配置され、ワイヤ列28の下方から同じ力で各ワイヤに押し当てるように形成されている。
In the present embodiment, the
張力付与ローラ40は、常に各ワイヤに押し当てて張力を付与するように形成されても良く、或いは上下方向に昇降できる構造を有し、フィラメントワインディング方法の実施工程において、特に加速又は減速が大きいときのみ、上昇して各ワイヤに押し当てて張力を付与するように形成されても良い。
The
以上の構成を有するフィラメントワインディング装置1によれば、ワイヤ駆動ユニット30を利用してワイヤ列28の各ワイヤを往復走行させることにより、アイクチ22を高圧ガスタンク2の軸方向に進退させるので、高圧ガスタンク2への繊維束巻き付けの制御性を向上することができる。加えて、ワイヤ列28が第1溝ローラ26及び第2溝ローラ27の間にワイヤを複数巻き掛けることにより形成されているので、ワイヤの剛性を高めることができる。更に、ワイヤ列28の各ワイヤに張力を付与する張力付与ローラ40を備えるので、ワイヤの伸びを抑制することができ、各ワイヤのテンションを調整することができる。その結果、アイクチ22の位置精度を高めることができ、高圧ガスタンク2の表面に繊維束を高精度に巻き付けることができる。
According to the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態において、ワイヤ列を3本掛けとしたが、2本掛け又は4本掛け以上としても良い。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs are designed without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It is something that can be changed. For example, in the above-described embodiment, the wire row is hung with three wires, but it may be hung with two wires or four or more wires.
1 フィラメントワインディング装置
2 高圧ガスタンク(被巻付部材)
10 タンク回転部
11L,11R 基台
12L,12R 軸支ブロック
13L,13R 駆動モータ
14L,14R リニアガイド
15L,15R 装着軸
20 繊維束供給部
21 第1ガイドレール
22 アイクチ
23 可動テーブル
25 第2ガイドレール
26 第1溝ローラ
27 第2溝ローラ
28 ワイヤ列
30 ワイヤ駆動ユニット
31 底板
32 取付台
33 ワイヤ巻き取りローラ
40 張力付与ローラ(張力付与部材)
1
10
Claims (1)
前記被巻付部材に前記繊維束を送り出すアイクチと、
前記被巻付部材の軸方向に設けられた複数のローラの間にワイヤを複数巻き掛けることにより形成され、前記アイクチを支持するワイヤ列と、
前記ワイヤ列の各ワイヤを往復走行させることにより前記アイクチを前記被巻付部材の軸方向に進退させるワイヤ駆動ユニットと、
前記ワイヤ列の各ワイヤに張力を付与する張力付与部材と、
を備えることを特徴とするフィラメントワインディング装置。 A filament winding device that winds a fiber bundle around the surface of the wound member while rotating the wound member.
The dagger that sends the fiber bundle to the wound member,
A wire row formed by winding a plurality of wires between a plurality of rollers provided in the axial direction of the wound member to support the dagger, and
A wire drive unit that advances and retreats the dagger in the axial direction of the wound member by reciprocating each wire in the wire row.
A tension applying member that applies tension to each wire in the wire row,
A filament winding device characterized by comprising.
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