JP6856133B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents
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Description
本発明は、繊維束をライナーに巻き付けるフィラメントワインディング装置に関する。
特許文献1、2には、ライナーに複数の繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング装置が開示されている。フィラメントワインディング装置は、ライナーに対して繊維束をヘリカル巻きするヘリカル巻ヘッドを備える。特許文献1に記載のヘリカル巻ヘッドは、ライナーの径方向にそれぞれ延びて放射状に配置され、複数の繊維束をそれぞれライナーへ案内する複数のガイド部材を有する。また、ヘリカル巻ヘッドは、各ガイド部材を上記径方向に移動させる移動機構と、各ガイド部材の長手方向を回転軸方向として各ガイド部材を回転させる回転機構と、制御部とを有する。
ガイド部材は、互いに対向する2つの側部と、2つの側部の間に配置され、走行している繊維束を接触させつつ案内可能な底部と、を有する。つまり、ガイド部材は断面U字状であり、ガイド部材の内部空間は開放されている。走行中の繊維束が底部から浮き上がることによる繊維束の脱落は、以下のようにして抑制される。すなわち、繊維束のライナーへの巻付方向等に応じて、制御部が回転機構を制御することで、走行中の繊維束が底部に押し付けられるようにガイド部材の向きが調整される。
また、ガイド部材には、熱収縮チューブ等で形成された脱落防止部材が設けられている。脱落防止部材は、ガイド部材の長手方向における一部に接着され、ヘリカル巻ヘッドのメンテナンス中など、繊維束が走行していないときに繊維束がガイド部材から脱落することを防止する。
特許文献2に記載のヘリカル巻ヘッドは、複数の繊維束をそれぞれライナーへ案内する複数のガイド孔が形成されたガイドリングと、ガイド孔よりも繊維束の走行方向における下流側に配置された開繊ガイドと、を有する。開繊ガイドは、走行方向に並ぶ2つの開繊ローラを有する。繊維束が、2つの開繊ローラに接触しつつ2つの開繊ローラの間を走行することで、繊維束の走行経路から繊維束が脱落することが防止される。
特許文献1に記載のガイド部材においては、例えば、ガイド部材の回転の制御ミス等が起こった場合に、走行中の繊維束が底部に押し付けられなくなって底部から浮き上がるおそれがある。また、脱落防止部材は、あくまで、走行していない繊維束の脱落防止用に設けられたものである。走行している繊維束には、通常、所定のテンションが付与されているため、走行している繊維束が底面から浮き上がって脱落防止部材に当たると、繊維束によって脱落防止部材が破損し、繊維束がガイド部材から脱落するおそれがある。
かと言って、特許文献1に記載のガイド部材に対し、特許文献2に記載の開繊ローラを適用しようとすると、ローラのサイズをガイド部材に合わせて小さくすることが困難であり、ガイド部材が大型化してしまう。この場合、例えば、移動機構によって複数のガイド部材をライナーの径方向内側に移動させたとき、隣接するガイド部材同士の距離が狭くなり、ガイド部材同士が干渉するおそれがある。
本発明の目的は、ガイド部材の大型化を抑制しつつ、走行中の繊維束がガイド部材から脱落することを防止することである。
第1の発明のフィラメントワインディング装置は、ライナーに複数の繊維束をヘリカル巻きするヘリカル巻ヘッドを備え、前記ヘリカル巻ヘッドは、前記ライナーの径方向にそれぞれ延びて放射状に配置され、各繊維束をライナーへ案内する複数のガイド部材と、各ガイド部材を前記径方向に移動させる移動機構と、各ガイド部材の延びる方向を回転軸方向として各ガイド部材を回転させる回転機構と、を有し、各ガイド部材は、互いに対向し、それぞれ前記径方向に沿って延びる2つの側壁と、前記2つの側壁の間に固定され、走行する繊維束が接触する複数の案内部と、を有し、前記案内部として、走行する繊維束が接触する第1案内面が形成された第1案内部と、走行する繊維束が接触する第2案内面が形成され、前記第1案内部よりも繊維束走行方向における下流側に配置された第2案内部と、が設けられ、前記側壁の長手方向と直交する方向を前記側壁の高さ方向と定義し、前記第1案内面は、前記高さ方向において一方側を向いており、前記第2案内面は、前記高さ方向において他方側を向いており、且つ、前記高さ方向において前記第1案内面よりも前記他方側に配置されていることを特徴とするものである。
本発明では、複数の繊維束が、放射状に配置された複数のガイド部材によってライナーへ案内される。各ガイド部材は、ライナーの径方向に移動可能、且つ、それぞれの延びる方向を回転軸方向として回転可能に構成されている。本発明では、繊維束は、第1案内面と、高さ方向において第1案内面とは逆向きに形成された第2案内面と、に接触しながら案内される。これにより、仮に、走行している繊維束が、側壁の高さ方向における一方側に浮き上がろうとしても、第2案内面によって繊維束の浮き上がりが規制されるため、繊維束の脱落を防止できる。逆に、繊維束が側壁の高さ方向における他方側に浮き上がろうとした場合には、第1案内面によって繊維束の浮き上がりが規制されるため、繊維束の脱落を防止できる。また、側壁の長手方向及び高さ方向の両方と直交する方向においては、2つの側壁によって繊維束の脱落を防止できる。さらに、側壁の高さ方向における第1案内面と第2案内面との位置関係より、側壁の高さ方向において、複数の案内部を少なくとも部分的に重なり合うように配置することができる。このため、側壁の高さ方向におけるサイズの大型化を抑制することができる。
さらに、複数の案内部は、2つの側壁に固定されている。つまり、走行する繊維束に従動して回転するローラのような構成ではない。このため、案内部のサイズを小さく抑えることができる。
したがって、ガイド部材の大型化を抑制しつつ、走行中の繊維束がガイド部材から脱落することを防止することができる。
第2の発明のフィラメントワインディング装置は、前記第1の発明において、前記第1案内部の、前記繊維束走行方向における下流側の端部は、前記下流側に向かうほど前記高さ方向における前記他方側に向かって湾曲していることを特徴とするものである。
本発明では、繊維束が、第1案内面の下流側端部の湾曲面に沿って第2案内面側へ滑らかに走行できるため、繊維束が第1案内部から第2案内部へ移る際に、繊維束の損傷を抑制することができる。
第3の発明のフィラメントワインディング装置は、前記第1又は第2の発明において、 前記第2案内部の、前記繊維束走行方向における上流側の端部は、前記上流側に向かうほど前記高さ方向における前記一方側に向かって湾曲し、前記第2案内部の、前記繊維束走行方向における下流側の端部は、前記下流側に向かうほど前記高さ方向における前記一方側に向かって湾曲していることを特徴とするものである。
本発明では、走行する繊維束が第2案内面の上流側端部に接触する際、或いは第2案内面の下流側端部から離れる際に、湾曲面に沿って滑らかに走行できるため、繊維束の損傷を抑制することができる。
第4の発明のフィラメントワインディング装置は、前記第1〜第3のいずれかの発明において、前記案内部として、走行する繊維束が接触する第3案内面が形成され、前記第2案内部よりも繊維束走行方向における下流側に配置された第3案内部が、さらに設けられ、前記第3案内面は、前記高さ方向において前記一方側を向いており、且つ、前記高さ方向において前記第2案内面よりも前記一方側に配置されていることを特徴とするものである。
本発明では、第1案内部から第3案内部にかけて、繊維束が縫うように案内される。したがって、繊維束をさらに安定的に走行させることができる。
第5の発明のフィラメントワインディング装置は、前記第4の発明において、前記第3案内部の、前記繊維束走行方向における上流側の端部は、前記上流側に向かうほど前記高さ方向における前記他方側に向かって湾曲し、前記第3案内部の、前記繊維束走行方向における下流側の端部は、前記下流側に向かうほど前記高さ方向における前記他方側に向かって湾曲していることを特徴とするものである。
本発明では、走行する繊維束が第3案内面の上流側端部に接触する際、或いは第3案内面の下流側端部から離れる際に、湾曲面に沿って滑らかに走行できるため、繊維束の損傷を抑制することができる。
第6の発明のフィラメントワインディング装置は、前記第1〜第5のいずれかの発明において、前記2つの側壁は、前記径方向における内側へ向かうほど、前記高さ方向におけるサイズが小さくなっていることを特徴とするものである。
本発明では、複数のガイド部材が移動機構によって径方向内側に集まる際に、各ガイド部材の側壁の高さ方向がライナーの周方向に沿うように、各ガイド部材を回転機構によって回転させることで、ガイド部材同士をさらに干渉しにくくすることができる。
第7の発明のフィラメントワインディング装置は、前記第1〜第6のいずれかの発明において、前記ガイド部材は、鋼鉄製であることを特徴とするものである。
本発明では、ガイド部材が鋼鉄により形成されており、高い強度と高い剛性とを有する。したがって、繊維束のテンションがガイド部材に作用しても、ガイド部材が高強度のため壊れにくい。また、ガイド部材が高剛性のため撓みにくいので、複数のガイド部材間の干渉を抑制できる。
第8の発明のフィラメントワインディング装置は、前記第1〜第7のいずれかの発明において、前記複数の案内部は、前記2つの側壁と一体的に形成されていることを特徴とするものである。
本発明では、複数の案内部が、2つの側壁と一体的に(すなわち、継ぎ目なく)形成されている。このため、例えば、ガイド部材が接着、溶接等されることで形成されている(すなわち、継ぎ目を有する)場合と比べて、よりガイド部材の強度を向上させることができる。
次に、本発明の実施の形態について、図1〜図7を参照しながら説明する。なお、説明の便宜上、図1に示す方向を前後左右方向とする。また、前後左右方向と直交する方向を、重力が作用する上下方向とする。
(フィラメントワインディング装置の概略構成)
まず、フィラメントワインディング装置1の概略構成について、図1を用いて説明する。フィラメントワインディング装置1は、巻付装置2と、クリールスタンド3と、コントロールパネル4と、を備える。
まず、フィラメントワインディング装置1の概略構成について、図1を用いて説明する。フィラメントワインディング装置1は、巻付装置2と、クリールスタンド3と、コントロールパネル4と、を備える。
巻付装置2は、ライナーLに繊維束を巻き付ける。繊維束は、例えば炭素繊維等の繊維材料に、熱硬化性の合成樹脂材が含浸されたものである。繊維束の巻付対象物であるライナーLは、例えば、圧力タンクを製造する場合、高強度アルミニウム等で形成されており、円筒部と、円筒部の両側に形成されたドーム部とを有する。なお、巻付装置2の詳細については後述する。
クリールスタンド3は、後述するヘリカル巻ユニット40に繊維束を供給する。クリールスタンド3は、支持フレーム11と、支持フレーム11に支持された複数のボビン支持部12とを有する。支持フレーム11は、概ね左右対称に配置されている。また、支持フレーム11の左右方向における中央部には、巻付装置2の一部が配設される配設空間13が形成されている(なお、配設空間13内の詳細については、図示を省略している)。複数のボビン支持部12は、ヘリカル巻ユニット40に供給される繊維束が巻かれているボビンBを、それぞれ回転可能に支持している。
コントロールパネル4は、制御装置5と、表示部6と、操作部7とを有する。制御装置5は、巻付装置2の各部の動作を制御する。表示部6は、巻付装置2によるライナーLへの繊維束の巻付条件等を表示する。操作部7は、オペレータが巻付装置2による巻付条件等を制御装置5に入力する際に用いられる。
(巻付装置の構成)
次に、巻付装置2の構成について、図2〜図4を用いて説明する。図2は、巻付装置2の斜視図である。図3(a)、(b)は、後述するヘリカル巻ユニットの正面図である。図4は、フィラメントワインディング装置1の電気的構成を示すブロック図である。巻付装置2は、基台15と、支持ユニット20(第1支持ユニット21及び第2支持ユニット22)と、フープ巻ユニット30と、ヘリカル巻ユニット40(本発明のヘリカル巻ヘッド)と、を備える。
次に、巻付装置2の構成について、図2〜図4を用いて説明する。図2は、巻付装置2の斜視図である。図3(a)、(b)は、後述するヘリカル巻ユニットの正面図である。図4は、フィラメントワインディング装置1の電気的構成を示すブロック図である。巻付装置2は、基台15と、支持ユニット20(第1支持ユニット21及び第2支持ユニット22)と、フープ巻ユニット30と、ヘリカル巻ユニット40(本発明のヘリカル巻ヘッド)と、を備える。
基台15は、支持ユニット20、フープ巻ユニット30、及び、ヘリカル巻ユニット40を支持する。基台15は、前後方向に延びている。基台15上には、前側から第1支持ユニット21、フープ巻ユニット30、ヘリカル巻ユニット40、第2支持ユニット22の順で、前後方向に並べて配置されている。また、基台15の上面には、前後方向に延びる複数のレール16が配設されている。支持ユニット20及びフープ巻ユニット30は、レール16上に配置され、レール16に沿って前後方向に移動可能に構成されている。ヘリカル巻ユニット40は、クリールスタンド3の配設空間13の前端部において、基台15に固定されている(図1参照)。
支持ユニット20は、フープ巻ユニット30よりも前側に配置される第1支持ユニット21と、ヘリカル巻ユニット40よりも後側に配置される第2支持ユニット22と、を有する。支持ユニット20は、前後方向に延びる支持軸23を中心として、ライナーLを回転可能に支持する。支持ユニット20は、支持ユニット20をレール16に沿って前後方向に移動させるための移動用モータ24と、ライナーLを回転させるための回転用モータ25と、を有する(図4参照)。移動用モータ24及び回転用モータ25は、制御装置5によって駆動制御される。
フープ巻ユニット30は、ライナーLに対して繊維束をフープ巻きする(ライナーLの軸方向に対して概ね直角な方向に繊維束を巻き付ける)。フープ巻ユニット30は、本体部31と、回転部材32と、を有する。本体部31は、レール16上に配置されており、回転部材32をライナーLの軸周りに回転可能に支持する。回転部材32は、円板形状を有する部材である。回転部材32の径方向中央部には、ライナーLが通過可能な円形の通過穴34が形成されている。フープ巻ユニット30には、それぞれ繊維束が巻かれている複数のボビン33が取り付けられている。複数のボビン33は、回転部材32の周方向に等間隔で配置されている。
フープ巻ユニット30は、図4に示すように、フープ巻ユニット30をレール16に沿って前後方向に移動させるための移動用モータ35と、回転部材32を回転させるための回転用モータ36と、を有する。移動用モータ35及び回転用モータ36は、制御装置5によって駆動制御される。制御装置5は、ライナーLが相対的に通過穴34を通過するようにフープ巻ユニット30をレール16に沿って往復移動させながら、回転部材32を回転させる。これにより、複数のボビン33がライナーLの軸周りに公転し、複数の繊維束が複数のボビン33から引き出される。引き出された複数の繊維束は、ライナーLの表面に一斉にフープ巻きされる。
ヘリカル巻ユニット40は、ライナーLに対して繊維束をヘリカル巻きする(ライナーLの軸方向に対して概ね平行な方向に繊維束を巻き付ける)。ヘリカル巻ユニット40は、図2及び図3に示すように、本体部41と、複数のガイドローラ42と、複数のガイド部材43と、繊維束に所定のテンションを付与するテンション付与部(不図示)とを有する。
本体部41は、基台15に立設配置されている。本体部41の左右方向における中央部には、ライナーLが前後方向に通過可能な円形の通過穴44が形成されている。複数のガイドローラ42及び複数のガイド部材43は、通過穴44の周方向に沿って配置されている。クリールスタンド3に配置されている複数のボビンBから引き出された複数の繊維束F(図3参照)は、複数のガイドローラ42を経由して、複数のガイド部材43に通される。ガイド部材43は、ライナーLの径方向に沿って延びており、当該径方向における外側から内側に向けて繊維束Fを案内する。ガイド部材43は、後述する移動機構47(図5参照)によって、ライナーLの径方向に移動可能である(図3(b)の矢印101参照)。また、ガイド部材43は、後述する回転機構48(図5参照)によって、ガイド部材43の長手方向を回転軸方向として回転可能である(図3(b)の矢印102参照)。なお、ガイド部材43のさらなる詳細については、後述する。
ヘリカル巻ユニット40は、図4に示すように、ガイド部材43を移動させるためのガイド移動用モータ45と、ガイド部材43を回転させるためのガイド回転用モータ46とを有する。ガイド移動用モータ45及びガイド回転用モータ46は、制御装置5によって駆動制御される。制御装置5は、ライナーLが通過穴44を通過するように、支持ユニット20をレール16に沿って往復移動させながら、複数のガイド部材43をライナーLの外形に合わせてライナーLの径方向に移動させる。具体的には、ライナーLのドーム部に繊維束をヘリカル巻きする際には、ガイド部材43を径方向中心に向かって移動させて、ガイド部材43の先端をドーム部の表面に近づける。これにより、複数のガイド部材43から引き出された複数の繊維束Fが、テンション付与部(不図示)によってテンションを付与されつつ走行し、ライナーLの表面に一斉にヘリカル巻きされる(図3参照)。
巻付装置2でライナーLへの繊維束の巻き付け動作を開始する際には、まず、例えば、オペレータが繊維束の糸端をテープ等でライナーLに固定する。或いは、繊維束の糸端の固定等を自動化するための装置を設けてもよい。繊維束の糸端がライナーLに固定された後、制御装置5が各モータ24、25、35、36、45、46(図4参照)を駆動制御することで、支持ユニット20に支持されたライナーLに対して、フープ巻ユニット30によってフープ巻きを施すことができるとともに、ヘリカル巻ユニット40によってヘリカル巻きを施すことができる。
(ヘリカル巻ユニットの移動機構及び回転機構)
次に、ヘリカル巻ユニット40の移動機構47及び回転機構48について、図5を用いて説明する。図5は、図3(a)のV−V断面図である。
次に、ヘリカル巻ユニット40の移動機構47及び回転機構48について、図5を用いて説明する。図5は、図3(a)のV−V断面図である。
図5に示すように、移動機構47は、一例として、スパイラル軸51と、ボールナット52と、前述したガイド移動用モータ45とを有する。スパイラル軸51には雄ねじが形成されている。スパイラル軸51は、ライナーLの径方向に延び、本体部41の前端部41aの後面に取り付けられた支持部材53に回転可能に支持されている。スパイラル軸51は、ガイド移動用モータ45によって回転駆動される。ボールナット52は、概ねL字状の部材である。ボールナット52の前側部分には雌ねじが形成され、スパイラル軸51に螺合されている。ボールナット52の前後方向における中央部には、後述する回転軸61を挿通可能な貫通孔52aが、後側部分には、ガイド部材43を挿通可能な貫通孔52bが、それぞれ形成されている。
移動機構47において、ガイド移動用モータ45はスパイラル軸51を回転駆動する(図5の矢印103参照)。スパイラル軸51が回転すると、スパイラル軸51に螺合されたボールナット52がライナーLの径方向に移動し、ガイド部材43がボールナット52とともに移動する(図5の矢印104参照)。
回転機構48は、一例として、回転軸61と、回転軸61が挿通されたギア62と、前述したガイド回転用モータ46とを有する。回転軸61は、例えば、スプライン軸である。回転軸61は、ボールナット52の貫通孔52aに挿通されてライナーLの径方向に延び、支持部材53に回転可能に支持されている。回転軸61は、前述したガイド回転用モータ46によって回転駆動される。ギア62は、スプライン穴62aを有する歯車である。ギア62は、回転軸61と一体回転可能であり、且つ、回転軸61の軸方向に沿って摺動可能である。ギア62は、貫通孔52aに遊嵌されており、ボールナット52に対して回転可能である。ギア62は、ライナーLの径方向においてボールナット52と一体的に移動可能に支持されている。
また、ガイド部材43は、貫通孔52bに挿通され、ボールナット52に回転可能に支持されており、且つ、径方向においてボールナットと一体的に移動可能である。ガイド部材43には、ギア71が固定されており、回転機構48のギア62と噛み合っている。
回転機構48において、ガイド回転用モータ46が回転軸61を回転駆動する(図5の矢印105参照)ことで、ギア62が回転軸61とともに回転する。これにより、ギア62と噛み合っているギア71が回転し、ガイド部材43の長手方向を回転軸方向として、ガイド部材43が回転する(図5の矢印106参照)。
ここで、従来のガイド部材は断面C字形状であり、内部空間が開放されている。このため、ヘリカル巻ユニット40においては、走行する繊維束Fがガイド部材から脱落することを防止するために、以下のような対策がなされる。すなわち、繊維束Fの巻付方向(ライナーLの移動方向)や巻付角度等に応じて、制御装置5がガイド回転用モータ46を制御する。その際、ガイド回転用モータ46によって駆動される回転機構48がガイド部材を回転させることで、繊維束Fがガイド部材から浮き上がることが抑制される。しかしながら、例えば制御ミス等が起こった場合には、繊維束Fがガイド部材から浮き上がって脱落するおそれがある。そこで、本発明のガイド部材43は、繊維束Fの浮き上がりを抑制するために、以下の構成を有する。
(ガイド部材の詳細構成)
ガイド部材43の詳細構成について、図6及び図7を用いて説明する。図6は、ガイド部材43の斜視図である。図7は、ガイド部材43の、図6に示す幅方向に直交する断面図である。なお、図7(a)は、繊維束Fが通常走行している状態を示しており、図7(b)は、繊維束Fがガイド部材43から浮き上がりかけている状態を示している。
ガイド部材43の詳細構成について、図6及び図7を用いて説明する。図6は、ガイド部材43の斜視図である。図7は、ガイド部材43の、図6に示す幅方向に直交する断面図である。なお、図7(a)は、繊維束Fが通常走行している状態を示しており、図7(b)は、繊維束Fがガイド部材43から浮き上がりかけている状態を示している。
図6及び図7に示すように、ガイド部材43は、2つの側壁81と、3つの案内部82と、を有する。2つの側壁81の長手方向を繊維束走行方向とする(なお、ガイド部材43における繊維束走行方向は、ライナーLの径方向と一致する)。以下では、繊維束走行方向における上流側及び下流側を、それぞれ単に上流側、下流側とする。2つの側壁81が並んでいる方向を、ガイド部材43の幅方向とする。また、ライナーLの径方向及びガイド部材43の幅方向の両方と直交する方向を、2つの側壁の高さ方向とする(以下、単に高さ方向とする)。なお、説明の便宜上、図6及び図7に示すように、高さ方向において上方(本発明の一方)及び下方(本発明の他方)を定義する。以下の説明では、上方及び下方は、高さ方向における上方及び下方をそれぞれ示す。但し、これらの方向は、必ずしも重力の作用する方向を示すものではない。
ガイド部材43は、2つの側壁81の間に配置された3つの案内部82(第1案内部83、第2案内部84及び第3案内部85。詳細は後述する)によって、繊維束Fを下流側へ案内する。ガイド部材43は、例えば、2つの側壁81と3つの案内部82が一体形成された鋼鉄製(例えば、炭素鋼、合金鋼等)の部材である。ガイド部材43は、例えば、1つの棒状の部材を切削加工することで製造される。ガイド部材43は、鋳造により一体形成されてもよい。なお、ガイド部材43の、図6及び図7に示されている部分よりも上流側の部分は、上述した移動機構47のボールナット52の貫通孔52b内で滑らかに回転できるように、長手方向に直交する断面が円弧状に湾曲している。
2つの側壁81は、繊維束Fの幅方向への脱落を防止するとともに、3つの案内部82を固定するための部位である。2つの側壁81は、幅方向に並んで互いに対向し、繊維束走行方向に沿って互いに略平行に延びている。2つの側壁81の高さ方向におけるサイズは、下流側(すなわち、ライナーの径方向における内側)へ向かうほど徐々に小さくなっている(図7参照)。2つの側壁81の下流側端部の高さ方向におけるサイズは、例えば、約5mmである。なお、幅方向における2つの側壁81間の間隔によって、ガイド部材43の幅方向におけるサイズが決まり、2つの側壁81の高さ方向におけるサイズによって、ガイド部材43の高さ方向におけるサイズが決まる。ガイド部材43の高さ方向におけるサイズは、幅方向におけるサイズよりも小さい(図6参照)。
第1案内部83は、2つの側壁81の間に配置され、2つの側壁81に固定された部分である。第1案内部83は、繊維束走行方向において、2つの側壁81の上流側端部から、中央部よりも下流側にかけて延びている。言い換えると、第1案内部83は、繊維束走行方向において、ガイド部材43の半分以上の領域に亘って延びている。
第1案内部83の上面には、走行する繊維束Fが接触する第1案内面83a(図7の太線参照)が形成されている。すなわち、第1案内面83aは上方を向いている。言い換えると、繊維束走行方向において、第1案内面83aが形成されている位置では、上方の空間が開放されている。第1案内部83の下流側端部は、下流側に向かうほど下方に向かって滑らかに湾曲している。このため、繊維束Fが第1案内部から離れるときに、角部で擦られるようなことが防止される。なお、図示は省略するが、第1案内面83aの長手方向に直交する断面は、直線状である。
第2案内部84は、第1案内部83と同様に、2つの側壁81の間に固定された部分である。第2案内部84は、幅方向に直交する断面形状が概ね台形状の部分である(図7参照)。第2案内部84は、第1案内部83よりも下流側に配置されている。第1案内部83と第2案内部84との間には、繊維束Fが通過可能な空間が形成されている。第2案内部84は、高さ方向において、第1案内部83と部分的に重なり合っている。
第2案内部84の下面には、繊維束Fが接触する第2案内面84a(図7の太線参照)が形成されている。すなわち、第2案内面84aは下方を向いている。つまり、第2案内面84aは、第1案内面83aと逆向きに形成されている。また、第2案内面84aは、第1案内面83aよりも下方に配置されている。第2案内部84の繊維束走行方向における両端部は、滑らかに湾曲している。すなわち、第2案内部84の上流側端部は、上流側に向かうほど上方に向かって湾曲している。また、第2案内部84の下流側端部は、下流側に向かうほど上方に向かって湾曲している。なお、第2案内面84aの長手方向に直交する断面は、直線状である(図示省略)。
第3案内部85は、第1案内部83及び第2案内部84と同様に、2つの側壁81の間に固定された部分である。第3案内部85は、幅方向に直交する断面形状が概ね楕円形状の部分である(図7参照)。第3案内部85は、第2案内部84よりもさらに下流側に配置されており、2つの側壁81の下流側端部に固定されている。第2案内部84と第3案内部85との間には、繊維束Fが通過可能な空間が形成されている。第3案内部85は、高さ方向において、第1案内部83及び第2案内部84と部分的に重なり合っている。
第3案内部85の上面には、繊維束Fが接触する第3案内面85a(図7の太線参照)が形成されている。すなわち、第3案内面85aは、第1案内面83aと同様に上方を向いている。第3案内面85aは、第2案内面84aよりも上方に配置されている。第3案内部85の繊維束走行方向における両端部は、第2案内部84と同様に滑らかに湾曲している。すなわち、第3案内部85の上流側端部は、上流側に向かうほど下方に向かって湾曲している。また、第3案内部85の下流側端部は、下流側に向かうほど下方に向かって湾曲している。なお、第3案内面85aの長手方向に直交する断面は、直線状である(図示省略)。
このように、ガイド部材43は、3つの案内部82が、2つの側壁81に固定されることで形成されている。つまり、第1案内部83、第2案内部84及び第3案内部85が、ローラ等のように回転する部材ではない。且つ、第1案内部83、第2案内部84及び第3案内部85は、長手方向から見て、高さ方向において互いに部分的に重なり合っている。よって、ガイド部材43の高さ方向におけるサイズが小さく抑えられている。
(ガイド部材による繊維束の脱落防止)
次に、以上の構成を有するガイド部材43による繊維束Fの脱落防止機能について、図7を用いて説明する。
次に、以上の構成を有するガイド部材43による繊維束Fの脱落防止機能について、図7を用いて説明する。
図7(a)に示すように、繊維束Fは、上流側から順に、第1案内部83、第2案内部84、第3案内部85によって下流側へ案内される。具体的には、まず、繊維束Fは、第1案内面83aに接触しつつ走行する。次に、繊維束Fは、第1案内面83aから離れて下流側の第2案内部84に到達し、第2案内面84aに接触しつつ走行する。さらに、繊維束Fは、第2案内面84aから離れて下流側の第3案内部85に到達し、第3案内面85aに接触しつつ走行する。このように、繊維束Fは、第1案内面83aから第3案内面85aにかけて、縫うように案内される。なお、繊維束Fは、第3案内面85aから離れた後、さらに下流側(ライナー側)へ走行する。
第1案内部83、第2案内部84及び第3案内部85の繊維束走行方向における端部は湾曲しているため、繊維束Fが各案内部から離れるとき、或いは各案内部に到達するときに、繊維束Fは滑らかに走行する。また、走行している繊維束Fには、テンション付与部(不図示)によって所定のテンションが付与されている。これにより、繊維束Fは、各案内面に接触しつつ走行することで、拡幅される。拡幅された繊維束は、ライナーLに巻き付けられる。
ここで、繊維束Fが常に第3案内面85aに接触しながら走行するように(図7(a)参照)、制御装置5(図4参照)は、ガイド部材43の回転角度を調整する。具体的には、前述したように、繊維束Fの巻付方向等に応じて制御装置5がガイド回転用モータ46を制御して、ガイド部材43を回転させる。但し、例えば、制御ミス等が起こった場合に、図7(b)に示すように、繊維束Fが第3案内面85aから上方へ浮き上がることもありうる。しかしながら、繊維束Fが上方へ浮き上がろうとしても、繊維束Fよりも上方に位置している第2案内面84aによって、上方へのさらなる浮き上がりが規制される。これにより、繊維束Fが上方に脱落することが防止される。また、逆に、何らかの原因によって、繊維束Fが第2案内面84aから浮き上がろうとした場合には、第1案内面83a及び第3案内面85aによって、繊維束Fが下方に脱落することが防止される。なお、幅方向においては、2つの側壁81によって繊維束Fの脱落が防止される。
また、ガイド部材43の高さ方向におけるサイズが、幅方向におけるサイズよりも小さい。このため、複数のガイド部材43が径方向内側に集まる(図3(b)参照)ときに、各ガイド部材43の側壁81の高さ方向がライナーLの周方向に沿うように各ガイド部材43を回転させることで、ガイド部材43同士が干渉しにくくなる。さらに、2つの側壁81の高さ方向におけるサイズが、下流側(すなわち、ライナーの径方向における内側)へ向かうほど小さくなっているため、2つの側壁81の高さ方向におけるサイズが一定である場合と比べて、ガイド部材43同士がさらに干渉しにくい。
以上のように、繊維束Fは、第1案内面83aと、第1案内面83aとは逆向きに形成された第2案内面84aと、第1案内面83aと同じ向きに形成された第3案内面85aと、に接触しながら案内される。これにより、仮に、走行している繊維束Fが上方に浮き上がろうとしても、第2案内面84aによって繊維束Fの浮き上がりが規制されるため、繊維束Fの脱落を防止できる。逆に、繊維束Fが第2案内面84aから浮き上がろうとした場合には、第1案内面83a及び第3案内面85aによって繊維束Fの浮き上がりが規制されるため、繊維束Fの脱落を防止できる。また、幅方向においては、2つの側壁81によって繊維束Fの脱落を防止できる。さらに、複数の案内部82を少なくとも部分的に重なり合うように配置することができるため、側壁81の高さ方向におけるサイズを小さく抑えることができる。
さらに、複数の案内部82は、2つの側壁に固定されている。つまり、走行する繊維束に従動して回転するローラのような構成ではない。このため、高さ方向において、案内部82のサイズを小さく抑えることができる。
したがって、ガイド部材43の大型化を抑制しつつ、走行中の繊維束Fがガイド部材43から脱落することを防止することができる。
加えて、案内部82がローラである場合、繊維束Fを構成する繊維の一部が切れた場合に、繊維がローラに巻き付いてしまうおそれがある。その上、細い回転軸を設ける必要があり、ガイド部材43の強度が低下するおそれもある。本発明では、案内部82は、2つの側壁に固定されているため、上記のような問題が生じることを防止することもできる。
また、第1案内部83の下流側端部が、下流側に向かうほど下方に向かって滑らかに湾曲している。このため、繊維束Fが、第1案内部83の下流側端部の湾曲面に沿って第2案内部84側へ滑らかに走行できる。よって、繊維束が第1案内部83から第2案内部84へ移る際に、繊維束Fの損傷を抑制することができる。
また、第2案内部84の繊維束走行方向における両側端部が、滑らかに湾曲している。このため、走行する繊維束Fが第2案内部84の上流側端部に接触する際、或いは第2案内部84の下流側端部から離れる際に、湾曲面に沿って滑らかに走行できるため、繊維束の損傷を抑制することができる。
また、第2案内面84aが高さ方向において第1案内面83aと逆向きであり、且つ、第1案内面83aよりも下方に配置されている。さらに、第3案内面85aが高さ方向において第2案内面84aと逆向きであり、且つ、第2案内面84aよりも上方に配置されている。つまり、第1案内部83から第3案内部85にかけて、繊維束Fが縫うように案内される。したがって、繊維束を安定的に走行させることができる。
また、第3案内部85の繊維束走行方向における両側端部が、滑らかに湾曲している。このため、走行する繊維束が第3案内部85の上流側端部に接触する際、或いは第3案内部85の下流側端部から離れる際に、湾曲面に沿って滑らかに走行できるため、繊維束Fの損傷を抑制することができる。
また、2つの側壁81の高さ方向におけるサイズが、下流側(すなわち、ライナーの径方向における内側)へ向かうほど小さくなっている。このため、複数のガイド部材43が移動機構47によって径方向内側に集まる際に、各ガイド部材43の側壁81の高さ方向がライナーLの周方向に沿うように、各ガイド部材43を回転機構48によって回転させることで、ガイド部材同士をさらに干渉しにくくすることができる。
また、ガイド部材43が鋼鉄により形成されており、高い強度と高い剛性とを有する。したがって、繊維束Fのテンションがガイド部材43に作用しても、ガイド部材43が高強度のため壊れにくい。また、ガイド部材43が高剛性のため撓みにくいので、複数のガイド部材43間の干渉を抑制できる。
また、複数の案内部82が、2つの側壁81と一体的に(すなわち、継ぎ目なく)形成されている。このため、例えば、ガイド部材43が接着、溶接等されることで形成されている(すなわち、継ぎ目を有する)場合と比べて、よりガイド部材43の強度を向上させることができる。
次に、前記実施形態に変更を加えた変形例について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
(1)前記実施形態において、ガイド部材43には、案内部82として、第1案内部83と、第2案内部84と、第3案内部85が設けられているものとしたが、これには限られない。すなわち、図8に示すように、ガイド部材90において、案内部82として、第1案内部83と、第2案内部84の2つのみが設けられた構成であっても良い。このような構成でも、繊維束Fが上方へ浮き上がろうとしたとき、第2案内面84aによって、繊維束Fの上方への脱落が防止される。逆に、繊維束Fが下方へ移動しようとしても、第1案内面83aによって、繊維束Fの下方への脱落が防止される。このように、ガイド部材の構造を単純にしつつ繊維束Fの脱落を防止することもできる。
(2)前記までの実施形態において、ガイド部材43の複数の案内部82の繊維束走行方向における端部が湾曲しているものとしたが、これには限られない。例えば、各案内部の端部が、テーパ面等であっても良い。
(3)前記までの実施形態において、ガイド部材43の側壁81の高さ方向におけるサイズが、下流側に向かうほど小さくなっているものとしたが、これには限られない。例えば、側壁81の高さ方向におけるサイズが一定であっても良い。
(4)ガイド部材43は、必ずしも鋼鉄製でなくても良く、繊維束Fに付与されるテンション等によって破損しない程度の強度を有する部材であれば良い。
(5)ガイド部材43の2つの側壁81と複数の案内部82は、必ずしも一体的に形成されていなくても良い。例えば、溶接或いは接着等によって、複数の案内部82が2つの側壁81に固定されていても良い。
1 フィラメントワインディング装置
40 ヘリカル巻ユニット(ヘリカル巻ヘッド)
43 ガイド部材
47 移動機構
48 回転機構
81 側壁
82 案内部
83 第1案内部
83a 第1案内面
84 第2案内部
84a 第2案内面
85 第3案内部
85a 第3案内面
F 繊維束
L ライナー
40 ヘリカル巻ユニット(ヘリカル巻ヘッド)
43 ガイド部材
47 移動機構
48 回転機構
81 側壁
82 案内部
83 第1案内部
83a 第1案内面
84 第2案内部
84a 第2案内面
85 第3案内部
85a 第3案内面
F 繊維束
L ライナー
Claims (8)
- ライナーに複数の繊維束をヘリカル巻きするヘリカル巻ヘッドを備え、
前記ヘリカル巻ヘッドは、
前記ライナーの径方向にそれぞれ延びて放射状に配置され、各繊維束をライナーへ案内する複数のガイド部材と、各ガイド部材を前記径方向に移動させる移動機構と、各ガイド部材の延びる方向を回転軸方向として各ガイド部材を回転させる回転機構と、を有し、
各ガイド部材は、
互いに対向し、それぞれ前記径方向に沿って延びる2つの側壁と、
前記2つの側壁の間に固定され、走行する繊維束が接触する複数の案内部と、を有し、
前記案内部として、
走行する繊維束が接触する第1案内面が形成された第1案内部と、
走行する繊維束が接触する第2案内面が形成され、前記第1案内部よりも繊維束走行方向における下流側に配置された第2案内部と、が設けられ、
前記側壁の長手方向と直交する方向を前記側壁の高さ方向と定義し、
前記第1案内面は、前記高さ方向において一方側を向いており、
前記第2案内面は、前記高さ方向において他方側を向いており、且つ、前記高さ方向において前記第1案内面よりも前記他方側に配置されていることを特徴とするフィラメントワインディング装置。 - 前記第1案内部の、前記繊維束走行方向における下流側の端部は、前記下流側に向かうほど前記高さ方向における前記他方側に向かって湾曲してい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。
- 前記第2案内部の、前記繊維束走行方向における上流側の端部は、前記上流側に向かうほど前記高さ方向における前記一方側に向かって湾曲し、
前記第2案内部の、前記繊維束走行方向における下流側の端部は、前記下流側に向かうほど前記高さ方向における前記一方側に向かって湾曲していることを特徴とする請求項1又は2に記載のフィラメントワインディング装置。 - 前記案内部として、
走行する繊維束が接触する第3案内面が形成され、前記第2案内部よりも繊維束走行方向における下流側に配置された第3案内部が、さらに設けられ、
前記第3案内面は、前記高さ方向において前記一方側を向いており、且つ、前記高さ方向において前記第2案内面よりも前記一方側に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のフィラメントワインディング装置。 - 前記第3案内部の、前記繊維束走行方向における上流側の端部は、前記上流側に向かうほど前記高さ方向における前記他方側に向かって湾曲し、
前記第3案内部の、前記繊維束走行方向における下流側の端部は、前記下流側に向かうほど前記高さ方向における前記他方側に向かって湾曲してい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。 - 前記2つの側壁は、前記径方向における内側へ向かうほど、前記高さ方向におけるサイズが小さくなっていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のフィラメントワインディング装置。
- 前記ガイド部材は、鋼鉄製であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のフィラメントワインディング装置。
- 前記複数の案内部は、前記2つの側壁と一体的に形成されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のフィラメントワインディング装置。
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