JP6914981B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の繊維を束ねた繊維束をワーク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。

例えば、特許文献１に開示されるように、樹脂を含浸させた繊維束をワークに巻き付けるフィラメントワインディング装置が知られている。この装置では、繊維束を拡幅して帯状としてからワークに巻き付ける。具体的には、繊維束を巻いた複数のボビンからワークまでの繊維束の搬送路におけるワーク側に拡幅ローラを設け、繊維束を拡幅ローラの周面に押し付けながら搬送することで繊維束の拡幅を行う。この拡幅ローラの周面には、その軸方向に交互に並ぶ凸曲面と凹曲面とが設けられ、凸曲面から繊維束に加えられる面圧によって、繊維束が拡幅される。

特開２００７−２７６１９３号公報

上記のように周面の軸方向に凸曲面及び凹曲面が交互に設けられた拡幅ローラでは、繊維束の幅方向のうち、凸曲面に接触する部分と凹曲面に臨む部分とで付与される面圧の大きさにばらつきが生じ易い。すなわち、繊維束の幅方向の全体に均等に面圧をかけることが困難であり、繊維束を効率的に拡幅することができない懸念がある。

また、搬送中の繊維束が凸曲面に押圧されることで拡幅しても、該凸曲面から離間して、面圧が付与された状態から解放されると繊維束が幅方向に収縮してしまう懸念がある。これを抑制するべく、上記の拡幅ローラを搬送方向に複数設けても、拡幅ローラ同士の間隔（ピッチ）を小さくできる範囲には限度がある。このため、搬送中の繊維束が拡幅ローラから、隣接する拡幅ローラに達するまでの間に、繊維束が収縮してしまい、結局、繊維束を効率的に拡幅することが困難となる懸念がある。

本発明は上記した課題を考慮してなされたものであり、繊維束を効率的に拡幅することが可能な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。

本発明の一実施形態は、複数の繊維を束ねた繊維束をワークに巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、搬送中の前記繊維束に接触しながら回転する拡幅ローラを備え、前記拡幅ローラの周面には、軸方向に延在する突条部が周方向に複数設けられ、前記突条部が前記繊維束に接触して該繊維束を拡幅し、前記拡幅ローラを通過する前の前記繊維束に接触しながら回転する整列ローラと、前記拡幅ローラを通過した後の前記繊維束に接触しながら回転することで、前記繊維束を帯状の帯状束とする集合ローラと、をさらに備え、前記整列ローラの周面には、周方向に延在する周方向溝が軸方向に複数設けられ、前記周方向溝の内部で搬送路に対する前記繊維束の位置を調整し、前記繊維束の前記搬送路は、複数の第１繊維束を間隔を置いて並列させた状態で搬送する第１搬送路と、複数の第２繊維束を間隔を置いて並列させた状態で搬送する第２搬送路と、前記第１繊維束及び前記第２繊維束を合流させて搬送する合流路とを有し、前記整列ローラは、前記第１搬送路に設けられる第１整列ローラと、前記第２搬送路に設けられる第２整列ローラとを有し、前記拡幅ローラは、前記第１搬送路に設けられる第１拡幅ローラと、前記第２搬送路に設けられる第２拡幅ローラとを有し、前記集合ローラは、前記第１搬送路と前記第２搬送路とを合流させる第１集合ローラ及び第２集合ローラを有し、前記第１集合ローラを通過した前記第１繊維束が、前記第２繊維束とともに前記第２集合ローラを通過することで、前記第１繊維束同士の隙間に前記第２繊維束が配置されるとともに、前記第２繊維束同士の隙間に前記第１繊維束が配置されて前記帯状束となる。

本発明では、拡幅ローラの周面に対し、軸方向に延在する突条部が周方向に複数設けられている。このように軸方向に延在する突条部を繊維束に接触させることで、該繊維束の幅方向の全体に略均等に面圧を付与して、繊維束を効率的に拡幅することが可能になる。

また、突条部は、拡幅ローラの周面の周方向に複数設けられているため、例えば、突条部を備えないローラ（不図示）を搬送路に増設する場合よりも、狭い間隔で繊維束に突条部を接触させて面圧を付与することができる。つまり、先の突条部に接触して拡幅された繊維束が、該突条部から離間しても、繊維束が幅方向に収縮する前に、先の突条部に隣接する次の突条部を繊維束に接触させて面圧を付与することができる。このように、複数の突条部を介して狭い間隔で連続的に面圧を付与できることにより、繊維束の幅方向の収縮を効果的に抑制して、繊維束を効率的に拡幅することが可能になる。

本発明の実施形態に係るフィラメントワインディング装置とライナの概略全体図である。 本体部を除くデリバリーヘッドの概略斜視図である。 図３Ａは、拡幅ローラの軸方向視で突条部が繊維束に接触する様子を説明する説明図であり、図３Ｂは、拡幅ローラの径方向視で突条部が繊維束に接触する様子を説明する説明図である。 図４Ａは、図３Ｂの繊維束のＩＶＡ−ＩＶＡ線矢視断面図であり、図４Ｂは、図３Ｂの繊維束のＩＶＢ−ＩＶＢ線矢視断面図である。

本発明に係るフィラメントワインディング装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。

図１に示すように、以下では、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０について、高圧タンク（不図示）を構成する樹脂製のライナ１２をワーク１２ａとし、複数の繊維１４（図４Ａ及び図４Ｂ参照）を束ねた繊維束１６をライナ１２の外表面に巻き付けて繊維強化樹脂層（不図示）を形成する用途で用いられる例を説明する。しかしながら、特にこれらに限定されるものではなく、フィラメントワインディング装置１０は、樹脂製のライナ１２以外のワーク１２ａに対して、繊維束１６を巻き付ける用途で用いることも可能である。

また、本実施形態では、繊維束１６が予め熱硬化性の樹脂１８（図４Ａ及び図４Ｂ参照）を含浸させたトウプリプレグであることとする。しかしながら、繊維束１６は樹脂１８を含んでいなくてもよく、この場合、繊維束１６の搬送路２０の途中において、樹脂１８を含浸させることとしてもよい。繊維束１６を構成する繊維１４の一例としては、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を挙げることができる。繊維束１６に含浸させる樹脂１８の一例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂や、不飽和ポリエステル樹脂等を挙げることができる。

フィラメントワインディング装置１０は、クイルスタンド２２と、デリバリーヘッド２４と、不図示のライナ支持部とを備える。クイルスタンド２２には、複数のボビン２６と、不図示のボビン駆動部と、複数のガイドローラ２８とが設けられている。ボビン２６には、繊維束１６が予め巻き回されている。ボビン駆動部は、ボビン２６を回転駆動させることで、ボビン２６から繊維束１６を繰り出す。ガイドローラ２８は、回転自在に設けられ、各ボビン２６から繰り出された繊維束１６を集合させたり、方向転換させたりしながら搬送してデリバリーヘッド２４へと導く。なお、本実施形態では、ボビン２６に巻き回されている繊維束も、各ボビン２６から繰り出した後に集合させた繊維束も、複数の繊維を束ねたものであれば同様に繊維束１６と呼ぶ。

図１では、２個のガイドローラ２８のみを図示するが、ガイドローラ２８の個数や配設箇所等は繊維束１６を搬送する経路等に合わせて種々に設定することが可能である。また、クイルスタンド２２とデリバリーヘッド２４との間には、搬送中の繊維束１６の張力を調整する不図示の張力調整機構等が設けられていてもよい。

本実施形態では、複数のボビン２６から繰り出された複数の繊維束１６を搬送する各搬送路２０が、デリバリーヘッド２４に到達するまでに第１搬送路２０ａと、第２搬送路２０ｂとの２つに纏められる。すなわち、デリバリーヘッド２４には、第１搬送路２０ａ及び第２搬送路２０ｂの各々を介して繊維束１６が供給される。

以下では、第１搬送路２０ａを搬送される繊維束１６を第１繊維束１６ａともいう。また、第２搬送路２０ｂを搬送される繊維束１６を第２繊維束１６ｂともいう。さらに、第１繊維束１６ａ及び第２繊維束１６ｂを総称して単に繊維束１６ともいう。

図２に示すように、第１搬送路２０ａは、２つの第１繊維束１６ａを間隔を置いて並列させた状態で搬送する。第２搬送路２０ｂは、３つの第２繊維束１６ｂを間隔を置いて並列させた状態で搬送する。なお、第１搬送路２０ａ及び第２搬送路２０ｂをそれぞれ搬送される第１繊維束１６ａ及び第２繊維束１６ｂの束数は、特に限定されるものではなく、１束であってもよいし上記の束数以外の複数束であってもよい。

デリバリーヘッド２４は、上記のようにして供給された第１繊維束１６ａと第２繊維束１６ｂを集合させて１つの帯状の繊維束１６（以下、帯状束３０ともいう）としてから、ライナ支持部に支持されたライナ１２（図１）に供給する。図１に示すように、デリバリーヘッド２４は、ライナ１２に対して、該ライナ１２の軸方向に相対的に往復移動することや、後述する合流路２０ｃの延在方向を軸として正逆回転すること等が可能な本体部３２を有する。なお、図２では、本体部３２の図示を省略している。本体部３２には、整列ローラ３４と、拡幅ローラ３６と、集合ローラ３８と、幅調整ローラ４０と、先端ローラ４２とが、それぞれ回転自在に且つ互いの軸方向が平行となるように設けられている。

本実施形態では、整列ローラ３４は、第１搬送路２０ａに配設される第１整列ローラ３４ａ及び第２搬送路２０ｂに配設される第２整列ローラ３４ｂをそれぞれ２個ずつ合計４個有する（これらを総称して、単に「整列ローラ３４」ともいう）。拡幅ローラ３６は、第１搬送路２０ａに配設される第１拡幅ローラ３６ａ及び第２搬送路２０ｂに配設される第２拡幅ローラ３６ｂをそれぞれ２個ずつ合計４個有する（これらを総称して、単に「拡幅ローラ３６」ともいう）。

集合ローラ３８は、第１搬送路２０ａに配設される第１集合ローラ３８ａ及び第２搬送路２０ｂに配設される第２集合ローラ３８ｂをそれぞれ１個ずつ合計２個有する（これらを総称して、単に「集合ローラ３８」ともいう）。以下では、整列ローラ３４、拡幅ローラ３６、集合ローラ３８のそれぞれを互いに区別しない場合等には、これらを総称してローラともいう。

第１搬送路２０ａには、その上流側から下流側に向かって、２個の第１整列ローラ３４ａと、２個の第１拡幅ローラ３６ａと、１個の第１集合ローラ３８ａとがこの順に設けられている。これらの第１整列ローラ３４ａと、第１拡幅ローラ３６ａと、第１集合ローラ３８ａとは、それぞれの軸方向視で、繊維束１６の搬送方向に互い違いとなるように配置され、各ローラに対する第１繊維束１６ａの進入方向と排出方向とが成す角度である経路角θが鋭角となっている。

また、第２搬送路２０ｂには、その上流側から下流側に向かって、２個の第２整列ローラ３４ｂと、２個の第２拡幅ローラ３６ｂと、１個の第２集合ローラ３８ｂとがこの順に設けられている。これらの第２整列ローラ３４ｂと、第２拡幅ローラ３６ｂと、第２集合ローラ３８ｂとは、それぞれの軸方向視で、繊維束１６の搬送方向に互い違いとなるように配置され、各ローラに対する第２繊維束１６ｂの進入方向と排出方向とが成す角度である経路角θが鋭角となっている。

図１及び図２に示すように、第１搬送路２０ａと第２搬送路２０ｂは、第２集合ローラ３８ｂに到達した時点で合流する。このため、第２集合ローラ３８ｂから下流側には、帯状束３０を搬送する合流路２０ｃが形成されている。図１に示すように、合流路２０ｃには、その上流側から下流側に向かって、２個の幅調整ローラ４０と、１個の先端ローラ４２とがこの順に設けられている。この合流路２０ｃを介してライナ１２の外表面に帯状束３０が供給される。

整列ローラ３４は、ガイドローラ２８を通過した後の繊維束１６に接触しながら回転する。図２に示すように、整列ローラ３４の周面には、周方向に延在する周方向溝４４が軸方向に複数設けられる。上記のように２つの第１繊維束１６ａを搬送する第１搬送路２０ａに配設される第１整列ローラ３４ａは、２本の周方向溝４４が設けられ、各周方向溝４４の内部を１つの第１繊維束１６ａが通過する。また、３つの第２繊維束１６ｂを搬送する第２搬送路２０ｂに配設される第２整列ローラ３４ｂは、３本の周方向溝４４が設けられ、各周方向溝４４の内部を１つの第２繊維束１６ｂが通過する。このように、繊維束１６が周方向溝４４の内部を通過することで、搬送路２０に対する複数の繊維束１６のそれぞれの位置を調整することが可能となる。

拡幅ローラ３６は、整列ローラ３４を通過した後の繊維束１６に接触しながら回転する。図２、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、拡幅ローラ３６の周面には、軸方向に延在する突条部４６が周方向に複数設けられる。これらの複数の突条部４６が、拡幅ローラ３６の回転に伴い繊維束１６に連続的に接触することで、各突条部４６を介して繊維束１６に連続的に面圧が付与される。その結果、繊維束１６は、図３Ｂ及び図４Ａに示すように拡幅ローラ３６を通過する前よりも、図３Ｂ及び図４Ｂに示すように通過した後の幅が広くなる（拡幅する）。

すなわち、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、繊維束１６では、樹脂１８を介して複数の繊維１４が該繊維束１６の厚さ方向に積み重なっている。そして、繊維束１６が拡幅ローラ３６を通過する際、突条部４６を介して面圧が付与されることで、積み重なっていた複数の繊維１４が幅方向に広がる。これによって、繊維束１６の厚さが低減するとともに、繊維束１６の幅が広くなる。

図３Ａに示すように、複数の突条部４６は、拡幅ローラ３６の周方向に等間隔を置いて設けられている。これらの突条部４６同士の間隔Ｐは、例えば、拡幅ローラ３６の軸心から突条部４６の先端までの径方向の長さｒより狭くなるように設定されている。また、拡幅ローラ３６では、隣り合う突条部４６を両端とする円弧の中心角が９０°以下となることが好ましく、４５°以下となることが一層好ましく、３０°以下となることがより一層好ましい。

図１及び図２に示すように、集合ローラ３８は、拡幅ローラ３６を通過した後の繊維束１６に接触しながら回転する。集合ローラ３８の周面に接触した繊維束１６の表面は平滑化される。すなわち、繊維束１６の長さ方向における厚さのばらつき等が低減される。

また、図２に示すように、第１集合ローラ３８ａを通過した第１繊維束１６ａは、第２繊維束１６ｂとともに第２集合ローラ３８ｂを通過することで、第１繊維束１６ａ同士の隙間に第２繊維束１６ｂが配置されるとともに、第２繊維束１６ｂ同士の隙間に第１繊維束１６ａが配置されて帯状束３０となる。この際、隣接する第１繊維束１６ａ及び第２繊維束１６ｂは、互いの幅方向の端部が重なるようにラップして配置されてもよい。なお、整列ローラ３４によって搬送路２０に対する繊維束１６の位置を調整することによって、集合ローラ３８で第１繊維束１６ａ及び第２繊維束１６ｂをそれぞれ所定の配置で集合させて帯状束３０を形成することができる。

各ローラは、少なくとも繊維束１６と接触する部分である周面がフッ素系樹脂又はシリコン系樹脂からなる。なお、各ローラは、金属から形成されてもよく、この場合、周面がフッ素系樹脂又はシリコン系樹脂によってコーティングされる。

また、各ローラには、例えば、内部にヒータ等の加熱部４８（図１参照）が設けられることで、周面を昇温させることが可能となっている。加熱部４８は、例えば、各ローラの周面を、該周面に接触した繊維束１６に含まれる樹脂１８の粘度を低下させることが可能な温度とすることが好ましい。

幅調整ローラ４０は、第２集合ローラ３８ｂを通過した後の帯状束３０に接触しながら回転することで、帯状束３０の幅を調整する。なお、フィラメントワインディング装置１０は、幅調整ローラ４０を備えていなくてもよい。先端ローラ４２は、幅調整ローラ４０で幅が調整された帯状束３０を、ライナ支持部に支持されたライナ１２に向かって繰り出す。

ライナ支持部は、何れも不図示ではあるが、ライナ１２をその長手方向を軸として回転自在に支持する支持機構と、該ライナ１２を回転させる回転駆動機構とを有する。フィラメントワインディング装置１０では、ライナ支持部により回転駆動されるライナ１２に対して、デリバリーヘッド２４の本体部３２を移動させながら、先端ローラ４２を介して帯状束３０を繰り出すことで、ライナ１２の外表面に帯状束３０を巻き付けることができる。

本実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０は、基本的には上記のように構成される。フィラメントワインディング装置１０によりライナ１２に対する繊維束１６の巻き付け動作を行う場合、クイルスタンド２２の各ボビン２６から繰り出した繊維束１６を、第１搬送路２０ａ及び第２搬送路２０ｂの各々を介してデリバリーヘッド２４に供給する。第１搬送路２０ａを２列で搬送される第１繊維束１６ａは、第１整列ローラ３４ａにより繊維１４の第１搬送路２０ａに対する位置調整が行われた後、第１拡幅ローラ３６ａで拡幅され、第１集合ローラ３８ａで表面が平滑化されてから第２搬送路２０ｂの第２集合ローラ３８ｂに送られる。

第２搬送路２０ｂを３列で搬送される第２繊維束１６ｂは、第２整列ローラ３４ｂにより第２搬送路２０ｂに対する位置調整が行われた後、第２拡幅ローラ３６ｂで拡幅され、第２集合ローラ３８ｂで表面が平滑化されるとともに、第１繊維束１６ａと一体化されて１列の帯状束３０となる。帯状束３０は、合流路２０ｃを搬送され、幅調整ローラ４０で幅が調整された後、先端ローラ４２を介してライナ１２に供給される。

この際、ライナ支持部によりライナ１２を回転させることで、帯状束３０がライナ１２の外表面に巻き付けられる。また、デリバリーヘッド２４の本体部３２を上記のように回転させて、ライナ１２の外表面に対する帯状束３０の供給角度を調整したり、本体部３２を上記のように往復移動させて、ライナ１２の軸方向に対する帯状束３０の供給位置を調整したりすることで、ライナ１２の外表面の全体を覆うように帯状束３０を所定の巻き方で巻き付ける。このようにして巻き付けた帯状束３０の樹脂１８を硬化させることで、ライナ１２の外表面を覆う繊維強化樹脂層を形成することができる。

以上から、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０では、拡幅ローラ３６の周面に対し、軸方向に延在する突条部４６が周方向に複数設けられている。このように軸方向に延在する突条部４６を繊維束１６に接触させることで、該繊維束１６の幅方向の全体に略均等に面圧を付与して、繊維束１６を効率的に拡幅することが可能になる。

また、この拡幅ローラ３６では、突条部４６の先端の面積が繊維束１６との接触面積となる。この突条部４６の先端と繊維束１６との接触面積は、例えば、突条部４６を備えない同径のローラの周面（不図示）と繊維束１６との接触面積よりも小さくなる。このように、接触面積を小さくできる分、突条部４６を介して繊維束１６に付与することが可能な面圧を大きくできるため、繊維束１６を効率的に拡幅することが可能になる。

ところで、例えば、ローラの径自体を小さくすることにより繊維束１６との接触面積を小さくして面圧を大きくすることも考えられる。しかしながら、ローラの径が小さくなると、繊維束１６がローラに絡まり易くなる懸念がある。フィラメントワインディング装置１０の拡幅ローラ３６では、上記の通り、突条部４６を設けることによって、拡幅ローラ３６の径を小さくすることなく面圧を大きくできる。このため、繊維束１６がローラに絡まりやすくなる懸念もない。

さらにまた、突条部４６は、拡幅ローラ３６の周面の周方向に複数設けられているため、例えば、突条部４６を備えないローラ（不図示）を搬送路２０に増設する場合よりも、狭い間隔Ｐで繊維束１６に突条部４６を接触させて面圧を付与することができる。つまり、先の突条部４６に接触して拡幅された繊維束１６が、該突条部４６から離間しても、繊維束１６が幅方向に収縮する前に、先の突条部４６に隣接する次の突条部４６を繊維束１６に接触させて面圧を付与することができる。このように、複数の突条部４６を介して狭い間隔Ｐで連続的に面圧を付与できることにより、繊維束１６の幅方向の収縮を効果的に抑制して、繊維束１６を効率的に拡幅することが可能になる。

上記の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０では、複数の突条部４６は、拡幅ローラ３６の周方向に等間隔を置いて設けられ、突条部４６同士の間隔Ｐは、拡幅ローラ３６の軸心から突条部４６の先端までの径方向の長さｒより狭いこととした。この場合、搬送中の繊維束１６に突条部４６が接触する間隔Ｐを十分に小さくすること及び突条部４６を介して付与される面圧を十分に大きくすることができる。これによって、繊維束１６の拡幅効率を一層向上させることができる。なお、複数の突条部４６は、拡幅ローラ３６の周方向に異なる間隔を置いて配設されてもよい。また、突条部４６同士の間隔Ｐは、特に限定されるものではなく、搬送中の繊維束１６に連続的に面圧を付与して繊維束１６を拡幅可能に設定されていればよい。

上記の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０では、拡幅ローラ３６の周面は、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂からなるか、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂でコーティングされていることとした。この場合、拡幅ローラ３６の周面に繊維束１６が張り付くことを抑制して、繊維束１６を一層良好に拡幅することができる。また、上記の実施形態では、整列ローラ３４及び集合ローラ３８の周面についても同様に、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂からなるか、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂でコーティングされていることとした。これによって、繊維束１６を円滑に搬送して、帯状束３０を高品質に形成することが可能となる。

上記の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０では、拡幅ローラ３６が繊維束１６の搬送方向に複数（第１搬送路２０ａ及び第２搬送路２０ｂのそれぞれに２個ずつ）設けられることとした。これによって、一層効果的に繊維束１６を拡幅することが可能になる。しかしながら、搬送路２０に設けられる拡幅ローラ３６の個数は特に限定されるものではなく、１個でもよく、３個以上の複数個でもよい。

上記の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０では、拡幅ローラ３６を通過する前の繊維束１６に接触しながら回転する整列ローラ３４と、拡幅ローラ３６を通過した後の繊維束１６に接触しながら回転することで、繊維束１６を帯状の帯状束３０とする集合ローラ３８と、を備え、整列ローラ３４の周面には、周方向に延在する周方向溝４４が軸方向に複数設けられ、周方向溝４４の内部で搬送路２０に対する繊維束１６の位置を調整することとした。

例えば、繊維束１６がガイドローラ２８等により方向転換しながら搬送されることや、デリバリーヘッド２４の本体部３２が回転すること等により、整列ローラ３４に到達する前の繊維束１６にねじれが生じることがある。その結果、繊維束１６が幅方向に収縮し易くなったり、搬送路２０に対する繊維束１６の位置がばらつき易くなったりする。このような場合であっても、整列ローラ３４を介して拡幅ローラ３６に繊維束１６を供給することで、繊維束１６の拡幅を良好に行うことができる。

また、集合ローラ３８によって、繊維束１６を集合させて帯状束３０とし、該帯状束３０をライナ１２に供給することで、繊維束１６の滑り等を抑制しつつ効率的にライナ１２に繊維束１６を巻き付けることが可能になる。

上記の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０では、集合ローラ３８の周面を繊維束１６の表面に接触させることで、繊維束１６の表面を平滑化することとした。拡幅ローラ３６を通過した後の繊維束１６の長さ方向において、突条部４６が接触した部分と他部位との間で厚さのばらつきが生じた場合であっても、集合ローラ３８を通過させることで、上記のばらつきを低減して、繊維束１６の表面を平滑化することができる。これによって、繊維束１６の拡幅効率のさらなる向上を図ったり、繊維束１６をライナ１２に巻き付けて得られる繊維強化樹脂層の高品質化を図ったりすることが可能になる。

上記の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０では、整列ローラ３４と、拡幅ローラ３６と、集合ローラ３８とのうち、少なくとも拡幅ローラ３６及び集合ローラ３８には、周面を昇温させる加熱部４８が設けられることとした。この場合、繊維束１６に含まれる樹脂１８の粘度を低減させることができるため、繊維束１６を一層効果的に拡幅することや、繊維束１６の表面の平滑化及び帯状束３０の形成を容易にすること等が可能になる。

上記の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０では、整列ローラ３４と、拡幅ローラ３６と、集合ローラ３８との各ローラは、軸方向視で、繊維束１６の搬送方向に互い違いとなるように配置されることとした。この場合、各ローラに対する繊維束１６の進入方向と排出方向とが成す角度である経路角θを鋭角にすることが容易となる。このため、拡幅ローラ３６では、突条部４６から繊維束１６に付与される面圧を大きくして繊維束１６を一層効率的に拡幅することが可能になる。

上記の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１０では、繊維束１６の搬送路２０は、複数の第１繊維束１６ａを間隔を置いて並列させた状態で搬送する第１搬送路２０ａと、複数の第２繊維束１６ｂを間隔を置いて並列させた状態で搬送する第２搬送路２０ｂと、第１繊維束１６ａ及び第２繊維束１６ｂを合流させて搬送する合流路２０ｃとを有し、整列ローラ３４は、第１搬送路２０ａに設けられる第１整列ローラ３４ａと、第２搬送路２０ｂに設けられる第２整列ローラ３４ｂとを有し、拡幅ローラ３６は、第１搬送路２０ａに設けられる第１拡幅ローラ３６ａと、第２搬送路２０ｂに設けられる第２拡幅ローラ３６ｂとを有し、集合ローラ３８は、第１搬送路２０ａと第２搬送路２０ｂとを合流させる第１集合ローラ３８ａ及び第２集合ローラ３８ｂを有し、第１集合ローラ３８ａを通過した第１繊維束１６ａが、第２繊維束１６ｂとともに第２集合ローラ３８ｂを通過することで、第１繊維束１６ａ同士の隙間に第２繊維束１６ｂが配置されるとともに、第２繊維束１６ｂ同士の隙間に第１繊維束１６ａが配置されて帯状束３０となることとした。

ところで、十分に拡幅されていない繊維束１６を幅方向に並列させて帯状束３０とした場合、並列する繊維束１６同士の間、換言すると、帯状束３０内に隙間が生じ易くなる。このように内部に隙間が形成された帯状束３０をライナ１２に巻き付けると、得られる繊維強化樹脂層にボイドが生じ易くなる。

帯状束３０内に隙間が生じることを抑制するためには、並列方向の中心側に繊維束１６を寄せて帯状束３０を形成することが考えられる。しかしながら、この場合、得られる帯状束３０の幅が狭くなってしまうため、ライナ１２に巻き付ける際、隣接する帯状束３０同士の間に隙間が生じ易くなってしまい、結局、繊維強化樹脂層に生じるボイドを抑制することは困難である。

上記の通り、フィラメントワインディング装置１０は、突条部４６が設けられた拡幅ローラ３６によって繊維束１６を良好に拡幅することができる。また、第１搬送路２０ａに複数の第１繊維束１６ａが間隔を置いて並列しているため、第１拡幅ローラ３６ａの突条部４６に接触した第１繊維束１６ａのそれぞれは、幅方向両側の隙間に向かって良好に広がることができる。これによっても、複数の第１繊維束１６ａのそれぞれを効果的に拡幅することができる。第２搬送路２０ｂにおける第２繊維束１６ｂについても同様にして効果的に拡幅することができる。

従って、フィラメントワインディング装置１０では、良好に拡幅された繊維束１６を並列させて帯状束３０を形成することが可能である。このため、帯状束３０の幅を狭めることなく、隣接する繊維束１６同士の間に隙間が生じることを抑制できる。つまり、ボイドの発生が抑制された繊維強化樹脂層を得ることが可能となり、ひいては、該ボイドを起点としたクラックの発生を抑制すること等が可能となる。その結果、高圧タンクの耐久性、特に、流体の給排に関するサイクル性能を良好に向上させることが可能になる。

なお、繊維束１６の搬送路２０は、第１搬送路２０ａ及び第２搬送路２０ｂの何れか一方のみを有してもよい。また、１つの第１搬送路２０ａ及び１つの第２搬送路２０ｂのみではなく、複数の第１搬送路２０ａ及び複数の第２搬送路２０ｂを有してもよい。さらに、第１搬送路２０ａは、第１繊維束１６ａを間隔を置かずに並列させた状態で搬送してもよいし、一列からなる第１繊維束１６ａを搬送してもよい。第２搬送路２０ｂも同様に、第２繊維束１６ｂを間隔を置かずに並列させた状態で搬送してもよいし、一列からなる第２繊維束１６ｂを搬送してもよい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。

１０…フィラメントワインディング装置 １２ａ…ワーク
１４…繊維 １６…繊維束
１６ａ…第１繊維束 １６ｂ…第２繊維束
２０…搬送路 ２０ａ…第１搬送路
２０ｂ…第２搬送路 ２０ｃ…合流路
３０…帯状束 ３４…整列ローラ
３４ａ…第１整列ローラ ３４ｂ…第２整列ローラ
３６…拡幅ローラ ３６ａ…第１拡幅ローラ
３６ｂ…第２拡幅ローラ ３８…集合ローラ
３８ａ…第１集合ローラ ３８ｂ…第２集合ローラ
４４…周方向溝 ４６…突条部
４８…加熱部

Claims (7)

1. 複数の繊維を束ねた繊維束をワークに巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
   搬送中の前記繊維束に接触しながら回転する拡幅ローラを備え、
   前記拡幅ローラの周面には、軸方向に延在する突条部が周方向に複数設けられ、前記突条部が前記繊維束に接触して該繊維束を拡幅し、
   前記拡幅ローラを通過する前の前記繊維束に接触しながら回転する整列ローラと、
   前記拡幅ローラを通過した後の前記繊維束に接触しながら回転することで、前記繊維束を帯状の帯状束とする集合ローラと、
   をさらに備え、
   前記整列ローラの周面には、周方向に延在する周方向溝が軸方向に複数設けられ、前記周方向溝の内部で搬送路に対する前記繊維束の位置を調整し、
   前記繊維束の前記搬送路は、複数の第１繊維束を間隔を置いて並列させた状態で搬送する第１搬送路と、複数の第２繊維束を間隔を置いて並列させた状態で搬送する第２搬送路と、前記第１繊維束及び前記第２繊維束を合流させて搬送する合流路とを有し、
   前記整列ローラは、前記第１搬送路に設けられる第１整列ローラと、前記第２搬送路に設けられる第２整列ローラとを有し、
   前記拡幅ローラは、前記第１搬送路に設けられる第１拡幅ローラと、前記第２搬送路に設けられる第２拡幅ローラとを有し、
   前記集合ローラは、前記第１搬送路と前記第２搬送路とを合流させる第１集合ローラ及び第２集合ローラを有し、前記第１集合ローラを通過した前記第１繊維束が、前記第２繊維束とともに前記第２集合ローラを通過することで、前記第１繊維束同士の隙間に前記第２繊維束が配置されるとともに、前記第２繊維束同士の隙間に前記第１繊維束が配置されて前記帯状束となる、フィラメントワインディング装置。
2. 請求項１記載のフィラメントワインディング装置において、
   複数の前記突条部は、前記拡幅ローラの周方向に等間隔を置いて設けられ、
   前記突条部同士の間隔は、前記拡幅ローラの軸心から前記突条部の先端までの径方向の長さより狭い、フィラメントワインディング装置。
3. 請求項１又は２記載のフィラメントワインディング装置において、
   前記拡幅ローラの周面は、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂からなるか、フッ素系樹脂又はシリコン系樹脂でコーティングされている、フィラメントワインディング装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のフィラメントワインディング装置において、
   前記拡幅ローラは前記繊維束の搬送方向に複数設けられる、フィラメントワインディング装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のフィラメントワインディング装置において、
   前記集合ローラの周面を前記繊維束の表面に接触させることで、該繊維束の表面を平滑化する、フィラメントワインディング装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のフィラメントワインディング装置において、
   前記整列ローラと、前記拡幅ローラと、前記集合ローラとのうち、少なくとも前記拡幅ローラ及び前記集合ローラには、周面を昇温させる加熱部が設けられる、フィラメントワインディング装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載のフィラメントワインディング装置において、
   前記整列ローラと、前記拡幅ローラと、前記集合ローラとの各ローラは、軸方向視で、前記繊維束の搬送方向に互い違いとなるように配置される、フィラメントワインディング装置。
   

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