JP6969343B2 - 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に関する。

例えば特許文献１には、繊維を供給するボビンと、供給される繊維の張力を調整するアクティブダンサと、繊維に樹脂を含浸させる樹脂含浸部と、繊維をタンクに巻き付ける巻付装置とを備えたフィラメントワインディング装置の技術が開示されている。

特許文献１に記載のフィラメントワインディング装置では、ボビンから供給される繊維は、アクティブダンサを通過して張力が調整され、樹脂含浸部で樹脂が含浸されて巻付装置に送られる。巻付装置は、タンクを回転させながら、タンクの外周面にヘリカル巻きやフープ巻きで繊維を巻き付けるように構成されている。

特許第６１９１６５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のフィラメントワインディング装置の場合、ヘリカル巻きとフープ巻きでは、それぞれ巻き付けの速度が異なっている。また、同じ巻き付け方でも、タンクへの巻き始めや巻き終わりで巻き付けの速度が変化する。巻き付けの速度が変化すると、樹脂含浸部を通過する繊維の供給速度も変化し、安定した量の樹脂含浸を行うことが難しいという問題がある。巻き付けの速度の変化を吸収するために、アクティブダンサを樹脂含浸部の繊維供給方向における下流側に配置すれば、ヘリカル巻きのような急激な速度変化はアクティブダンサにより吸収することができる。しかしながら、アクティブダンサでは、フープ巻きの巻き始めや巻き終わりの速度変化を吸収することはできず、繊維への安定した樹脂含浸量を確保することができないおそれがあるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、タンクへの繊維の巻き付け速度の変化により繊維の供給速度が変化しても、繊維への安定した樹脂含浸量を確保す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課題とする。

本発明は、ボビンから繊維を巻き出してタン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、前記ボビンから前記タンクまでの間の繊維供給路に配置されるアクティブダンサと、前記繊維供給路の前記ボビンと前記アクティブダンサとの間に配置され、前記繊維に樹脂を含浸させる樹脂含浸部と、前記繊維供給路の前記樹脂含浸部と前記アクティブダンサとの間に配置され、前記繊維の供給速度を検知するエンコーダと、該エンコーダにより検知した前記繊維の供給速度に基づいて前記樹脂含浸部の樹脂供給量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るフィラメントワインディング装置は、樹脂含浸部が、繊維供給路のボビンとアクティブダンサとの間の位置に配置されるので、ヘリカル巻きにより巻き付け速度が急激に変化することで繊維の供給速度が変化しても、樹脂含浸部よりも繊維供給路の巻き付け側に位置するアクティブダンサにより繊維の供給速度の変化が吸収される。その結果、樹脂含浸部において繊維への安定した樹脂含浸量が確保される。また、エンコーダが、繊維供給路の樹脂含浸部とアクティブダンサとの間の位置に配置されるので、エンコーダにより樹脂含浸部とアクティブダンサとの間の繊維の供給速度が検知される。

この構成により、フープ巻きの巻き始めや巻き終わりの速度変化により繊維の供給速度が変化しても、エンコーダにより繊維の供給速度が検知され、検知された供給速度に基づいて制御部により樹脂含浸部の樹脂供給量が制御される。その結果、樹脂含浸部において繊維への安定した樹脂含浸量が確保される。

本発明によれば、タンクへの繊維の巻き付け速度の変化により繊維の供給速度が変化しても、繊維への安定した樹脂含浸量を確保す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ができる。

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により作製されるタンクの斜視図。 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の構成を模式的に表した模式図。 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の樹脂含浸部の拡大断面図であり、図３（ａ）は、ブレードが移動していない状態を示し、図３（ｂ）は、ブレードが移動した状態を示す。 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における樹脂の温度と粘度との関係を示すグラフ。 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におけるフープ巻きの時間と繊維束の供給速度との関係を示すグラフ。 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におけるヘリカル巻きの時間と繊維束の供給速度との関係を示すグラフ。 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により繊維束が巻き付けられたタンクの斜視図であり、図７（ａ）は、繊維束がヘリカル巻きで巻き付けられた状態を示し、図７（ｂ）は、繊維束がフープ巻きで巻き付けられた状態を示す。

本発明に係るフィラメントワインディング装置を適用した実施形態に係るフィラメントワインディング装置（Filament Winding Process、以下ＦＷ装置という。）１０について図面を参照して説明する。

実施形態に係るＦＷ装置１０は、図１に示すタンク２０を作製する装置からなる。タンク２０は、ライナー２１と、ライナー２１の外周面に形成された補強層２２と、口金２３，２４とを有している。タンク２０は、気体を透過させにくい性質、いわゆるガスバリア性を有しており内部には水素などの比較的高圧のガスが充填されるように構成されている。なお、本実施形態のライナー２１は、本発明に係るＦＷ装置におけるタンクに対応する。

ライナー２１は、筒状の中空容器からなり、ポリアミド樹脂（ＰＡ）などのプラスチックを炭素繊維（Carbon Fiber）で強化した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics、以下ＣＦＲＰという。）で形成されている。なお、ライナー２１の材料は、いわゆるナイロン（登録商標）などの高い機械的強度を有するエンジニアリングプラスチックや金属材料であってもよい。

ライナー２１は、シリンダ部２５と、シリンダ部２５の両端部に設けられた一対のドーム部２６とを有している。シリンダ部２５は円筒状に形成され、各ドーム部２６は、それぞれ中空の略半球体からなりシリンダ部２５と一体的に形成されている。各ドーム部２６は、図示しない口金装着部を有しており、口金装着部には口金２３，２４が装着されている。

口金２３は、金属材料からなり、ドーム部２６からライナー２１の軸線方向に突出している。口金２４は、口金２３と同様、金属材料からなり、ドーム部２６からライナー２１の軸線方向に突出している。口金２３は、高圧のガスが流通する通路を有しており、高圧のガスをライナー２１の内部に充填する配管が接続され、高圧のガスが流通するように構成されている。口金２３，２４は、ライナー２１を回転させる回転軸を支持する回転支持部としての機能を有している。

補強層２２は、繊維束Ｆがライナー２１の外周面に巻き付けられて形成されている。繊維束Ｆは、ガラス繊維（Glass Fiber）、カーボン繊維（Carbon Fiber）、アラミド繊維（Aromatic Polyamide Fiber）などの繊維からなる。繊維束Ｆは、数十本の単繊維を撚り合わせて１本の糸にした、いわゆるマルチフィラメントが、数千〜数万本程度束ねられた繊維束からなる。補強層２２の形成は、ＦＷ装置１０によって行われる。なお、本実施形態の繊維束Ｆは、本発明に係るフィラメントワインディング装置の繊維に対応する。

ＦＷ装置１０は、図２に示すように、繊維束供給路１１に設けられた含浸部３０と、繊維巻取り部４０と、制御部５０とを備えている。制御部５０は、演算処理を行う中央処理装置および制御プログラムを格納したメモリを有し、センサの検知情報や設定値情報に基づいて各構成要素を制御する。ＦＷ装置１０は、含浸部３０から樹脂を含浸させた繊維束Ｆを供給し、供給された繊維束Ｆを繊維巻取り部４０でライナー２１の外周面にヘリカル巻きやフープ巻きで巻き取らせるように構成されている。なお、本実施形態の繊維束供給路１１は、本発明に係るＦＷ装置の繊維供給路に対応する。

含浸部３０は、ボビン３１と、開繊機構３２と、含浸機構３３と、ニップローラ３４と、送りローラ３５，３６，３７，３８と、図示しない冷却チラーを備えている。含浸部３０では、供給される繊維束Ｆの供給速度（ｍ／ｓｅｃ）が一定に保たれている。本実施形態の含浸機構３３は、本発明に係るＦＷ装置における樹脂含浸部に対応する。

ボビン３１は、繊維束Ｆが巻き付けられた円筒状の部材からなり、張力を調整しつつ繊維束Ｆを巻き出すよう支持する図示しないクリールスタンドにセットされている。ボビン３１は、単一または複数で構成されており、クリールスタンドに支持されている各ボビン３１から開繊機構３２に向けて繊維束Ｆが巻き出されるようになっている。

開繊機構３２は、複数の開繊ローラ３２ａを有しており、中央部分に配置されたローラ３２ａが繊維束Ｆを挟持する開繊位置と、繊維束Ｆの挟持を解除する解除位置との間を図示しないエアシリンダなどのアクチュエータにより移動する構成を有している。この開繊機構３２により、ボビン３１から巻き出された繊維束Ｆは、その幅を広げて扁平な状態になる。即ち、開繊される。開繊機構３２は、制御部５０に接続されており、制御部５０により動作が制御されるようになっている。

含浸機構３３は、図２および図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、樹脂塗布ローラ４１，４２と、ブレード４３，４４と、樹脂貯留部４５，４６と、ブレード４３，４４をそれぞれ移動させる図示しないアクチュエータとを有している。含浸機構３３は、開繊機構３２により開繊された繊維束Ｆに樹脂を含浸させてニップローラ３４に向けて送り出すように構成されている。

樹脂塗布ローラ４１は、円柱形で形成され、図示しない支持軸に回転自在に支持されている。樹脂塗布ローラ４１は、外周のローラ面４１ａが、樹脂貯留部４５に貯留されている樹脂と接触しており、矢印方向に回転することにより、ローラ面４１ａに樹脂が塗布される。樹脂塗布ローラ４１には、繊維束Ｆが巻き掛けられており、ローラ面４１ａに塗布された樹脂が繊維束Ｆに含浸されるようになっている。樹脂塗布ローラ４２も、樹脂塗布ローラ４１と同様、円柱形で形成され、図示しない支持軸に回転自在に支持されている。
樹脂塗布ローラ４２も、外周のローラ面４２ａが、樹脂貯留部４６に貯留されている樹脂と接触しており、矢印方向に回転することにより、ローラ面４２ａに樹脂が塗布される。樹脂塗布ローラ４２には、繊維束Ｆが巻き掛けられており、ローラ面４２ａに塗布された樹脂が繊維束Ｆに含浸されるようになっている。

ブレード４３は、樹脂貯留部４５の一部を構成し、アクチュエータにより樹脂塗布ローラ４１に近接する方向に移動し、樹脂塗布ローラ４１のローラ面４１ａとブレード４３との間の隙間を小さくすることで、ローラ面４１ａに塗布される樹脂供給量を少なくし、繊維束Ｆへの樹脂含浸量を少なくするように構成されている。一方、ブレード４３は、樹脂塗布ローラ４１から離間する方向に移動し、樹脂塗布ローラ４１のローラ面４１ａとブレード４３との間の隙間を大きくすることで、ローラ面４１ａに塗布される樹脂供給量を多くし、繊維束Ｆへの樹脂含浸量を多くするように構成されている。

ブレード４４も、ブレード４３と同様、樹脂貯留部４６の一部を構成し、アクチュエータにより樹脂塗布ローラ４２に近接する方向に移動し、樹脂塗布ローラ４２のローラ面４２ａとブレード４４との間の隙間を小さくすることで、ローラ面４２ａに塗布される樹脂供給量を少なくし、繊維束Ｆへの樹脂含浸量を少なくするように構成されている。一方、ブレード４４は、樹脂塗布ローラ４２から離間する方向に移動し、樹脂塗布ローラ４２のローラ面４２ａとブレード４４との間の隙間を大きくすることで、ローラ面４２ａに塗布される樹脂供給量を多くし、繊維束Ｆへの樹脂含浸量を多くするように構成されている。

樹脂貯留部４５，４６にそれぞれ貯留されている樹脂は、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ポリエステル樹脂（ＰＥ）やポリアミド樹脂（ＰＡ）などの未硬化の熱硬化性樹脂からなり、ローラ面４１ａ，４２ａにそれぞれ塗布されるよう流動性を有している。アクチュエータは、制御部５０に接続されており、制御部５０により動作が制御され、ブレード４３，４４をそれぞれ移動させる。

ニップローラ３４は、複数のローラで構成されており、各ローラは、図示しない支持軸で回転自在に支持されている。ニップローラ３４は、含浸機構３３から送り出された繊維束Ｆを、各ローラの回転により通過させ、繊維巻取り部４０に向けて送り出すように構成されている。

ニップローラ３４は、繊維束Ｆを各ローラに通過させることで、繊維供給路の上流の巻出側の繊維束Ｆの張力と、繊維供給路の下流の巻取側の繊維束Ｆの張力とを分断する構成を有している。この構成により、繊維束Ｆに掛かる巻出側の張力と巻取側の張力とは、実質的に影響し合うことがなく、互いに独立した状態となり、含浸部３０では、繊維束Ｆの供給速度が一定とされ、繊維巻取り部４０では、繊維束Ｆの供給速度が可変とされる。

冷却チラーは、含浸機構３３で樹脂が含浸され、温度（℃）が上昇した繊維束Ｆを冷却するよう、ニップローラ３４の各ローラ内を冷却する冷却機構を有している。図４に示すように、繊維束Ｆに含浸された樹脂は、温度が高まると粘度（Ｐａ・ｓ）が低下する特性を有している。樹脂の粘度が低下すると、流動性が高まり、繊維束Ｆがライナー２１の外周面に巻き付けられる際、即ち、ライナー２１で繊維束Ｆを巻き取る際に、繊維束Ｆから樹脂が飛散してしまうおそれがある。冷却チラーで樹脂の温度を下げることで、繊維束Ｆから樹脂が飛散することが抑制される。

冷却チラーの冷却機構は、冷却水を各ローラ内に流通させ熱交換機との間で冷却水を循環させる水冷によるものでもよく、冷風を熱交換機を介して各ローラ内に送り込む空冷のものであってもよい。樹脂の温度は、含浸された樹脂の特性や繊維束Ｆの供給速度（ｍ／ｓｅｃ）など、ＦＷ装置１０の設定諸元、実験値などのデータに基づいて、予め設定された目標の設定温度に基づいて調整される。具体的には、温度の調整は、ニップローラ３４に設けられた図示しない温度センサの検知温度に基づいて、冷却機構に接続されている制御部５０により、冷却機構の動作がフィードバック制御されることで行われる。

送りローラ３５，３６は、図２に示すように、繊維束供給路１１におけるボビン３１と開繊機構３２との間にそれぞれ配置された図示しない支持軸に回転自在に支持されており、ボビン３１から巻き出された繊維束Ｆの供給方向を転換して繊維束Ｆを開繊機構３２に送るように構成されている。送りローラ３７，３８は、繊維束供給路１１における開繊機構３２と含浸機構３３との間にそれぞれ配置された図示しない支持軸に回転自在に支持されており、開繊機構３２から送り出された繊維束Ｆの供給方向を転換して繊維束Ｆを含浸機構３３に送るように構成されている。

繊維巻取り部４０は、図２に示すように、繊維束供給路１１に設けられたテンションローラ５１と、エンコーダ５２と、アクティブダンサ５３と、送りローラ５４，５５，５６と、繊維束供給機構５７と、繊維束巻取機構５８を備えている。

テンションローラ５１は、繊維束供給路１１におけるニップローラ３４とアクティブダンサ５３との間に配置されている。テンションローラ５１は、図示しない支持軸に回転自在に支持され支点となるローラ５１ａと、揺動可能なローラ５１ｂと、ローラ５１ａとローラ５１ｂとの間に設けられたステー５１ｃと、ステー５１ｃに連結されたピストンロッドを有するシリンダ５１ｄとを有している。

シリンダ５１ｄは、制御部５０に接続されており、制御部５０によりピストンロッドが伸縮され、それに応じてステー５１ｃに所定の圧力（ＭＰａ）を負荷し、ローラ５１ｂを揺動させ、繊維束Ｆに張力（Ｎ）を付与し、繊維束Ｆの張力を調整するように構成されている。テンションローラ５１で張力が調整された繊維束Ｆは、アクティブダンサ５３に向けて送られる。

エンコーダ５２は、繊維束Ｆの供給速度を検知するためのものであり、繊維束供給路１１におけるニップローラ３４とアクティブダンサ５３との間に配置されている。本実施例では、エンコーダ５２は、テンションローラ５１のローラ５１ｂに取り付けられており、ローラ５１ｂとともに回転するロータリエンコーダにより構成されている。ロータリエンコーダは、制御部５０に接続されており、ローラ５１ｂの回転速度（ｒｐｍ）を検知し、回転の機械的変位量を電気信号に変換し、制御部５０に電気信号を送信する。

なお、ニップローラ３４が含浸機構３３の構造の一部となるよう、ニップローラを備えた含浸機構３３が構成される場合には、エンコーダ５２は、繊維束供給路１１における含浸機構３３とアクティブダンサ５３との間に配置されることになる。しかしながら、ニップローラは、繊維束Ｆの張力を調整するように構成されているので、ニップローラよりも、繊維束供給路１１における上流側、即ち、巻き出し側にエンコーダ５２を配置すると、繊維束巻取機構５８によるフープ巻きの際の繊維束Ｆの供給速度の変化を的確に検知することができないおそれがある。

制御部５０は、エンコーダ５２から送信された電気信号に基づいて、含浸機構３３のブレード４３，４４に設けられた各アクチュエータの移動量を算出し、算出結果および格納されている設定値情報によりアクチュエータを移動させる制御を行う。この構成により、樹脂塗布ローラ４１のローラ面４１ａとブレード４３との間の隙間および樹脂塗布ローラ４２のローラ面４２ａとブレード４４との間の隙間が調整され、繊維束Ｆへの樹脂供給量が調整され、繊維束Ｆの樹脂含浸量が調整される。

例えば、繊維束巻取機構５８によりライナー２１がその外周面に繊維束Ｆをフープ巻きで巻き取る場合、図５に示すように、繊維束Ｆの巻き始めは、定速（ｍ／ｓｅｃ）になるまでは急激に繊維束Ｆの供給速度が上昇する。一方、繊維束Ｆの定速から巻き終わりまでは、急激に繊維束Ｆの供給速度が下降する。このような供給速度の変動は、繊維束Ｆの樹脂含浸量に影響する。エンコーダ５２により、このような繊維束Ｆの供給速度の変動を検知することで、制御部５０によるフィードバック制御が行われ、供給速度の変動が吸収され、安定した樹脂含浸量が確保される。

アクティブダンサ５３は、図２に示すように、ローラ５３ａと５３ｂとにより構成されている。ローラ５３ａ，５３ｂは、図示しない支持軸で回転自在に支持されている。アクティブダンサ５３は、送りローラ５４およびエンコーダ５２を介して送られる繊維束Ｆに対して、ローラ５３ａが矢印ａ方向へ昇降することにより、繊維束Ｆの張力（Ｎ）の変動幅を小さくして供給速度が一定になるように構成されている。即ち、アクティブダンサ５３においては、繊維束Ｆの供給速度（ｍ／ｓｅｃ）における加速度（ｍ／ｓｅｃ^２）や減速度（ｍ／ｓｅｃ^２）が調整され、いわゆる加速度や減速度の吸収が行われて、供給速度が一定になるよう調整される。

例えば、繊維束巻取機構５８によりライナー２１がその外周面に繊維束Ｆをヘリカル巻きで巻き取る場合、アクティブダンサ５３が無いと、図６に示す繊維束Ｆの巻き始めから巻き終わりの間は、破線で示すように、急激に繊維束Ｆの供給速度が上昇と下降を繰り返す。このような供給速度の変動は、繊維束Ｆの樹脂含浸量に影響する。一方、アクティブダンサ５３があると、実線で示すように、繊維束Ｆの巻き始めから巻き終わりの間は、供給速度が一定に保たれる。アクティブダンサ５３は、このように急激に上昇と下降を繰り返す繊維束Ｆの供給速度を一定に保つ機能を有している。

アクティブダンサ５３で張力調整が行われ、供給速度が一定に保たれた繊維束Ｆは、送りローラ５５，５６を介して繊維束供給機構５７に向けてアクティブダンサ５３から送り出されるように構成されている。

送りローラ５４は、繊維束供給路１１におけるニップローラ３４とテンションローラ５１との間に配置された図示しない支持軸に回転自在に支持されており、ニップローラ３４から送られた繊維束Ｆの供給方向を転換して繊維束Ｆをテンションローラ５１に送るように構成されている。送りローラ５５，５６は、繊維束供給路１１におけるアクティブダンサ５３と繊維束供給機構５７との間にそれぞれ配置された図示しない支持軸に回転自在に支持されており、アクティブダンサ５３から送られた繊維束Ｆの供給方向を転換して繊維束Ｆを繊維束供給機構５７に送るように構成されている。

繊維束供給機構５７は、図示しない支持軸に回転自在に支持されたローラ６１，６２，６３と、図示しない張力計とを有しており、複数のボビン３１から供給される繊維束Ｆをまとめて単一の繊維束Ｆとして繊維束巻取機構５８に供給する、いわゆるアイクチとしての機能を有している。

繊維束供給機構５７は、図示しない移動機構により、矢印ｂで示すアイクチトラバース方向に往復移動し、矢印ｃで示すアイクチ前後方向に往復移動し、矢印ｄ方向で示すアイクチ揺動方向に揺動するように構成されている。移動機構は、制御部５０に接続されており制御部５０により移動機構の動作が制御される。

張力計は、ローラ６１，６２，６３を通過する繊維束Ｆの張力を測定し、測定結果の信号を制御部５０に送る。制御部５０は、送られた信号に基づいて、開繊機構３２、含浸機構３３、ニップローラ３４、テンションローラ５１、繊維束供給機構５７および繊維束巻取機構５８の各構成要素を制御する。

繊維束巻取機構５８は、ライナー２１を長手方向の両端部で支持する一対の支持部７１と、ライナー２１を矢印ｅ方向、即ち、ライナー２１の軸心周りに回転させる回転駆動部７２と、矢印ｆで示すライナートラバース方向にライナー２１を往復移動させる図示しない移動機構とを有している。

繊維束巻取機構５８は、繊維束供給機構５７から供給されるとともに、繊維束供給機構５７のアイクチトラバース方向、アイクチ前後方向およびアイクチ揺動方向への動作と、繊維束巻取機構５８におけるライナー２１の回転およびライナートラバース方向への移動との協働により、ライナー２１に繊維束Ｆを巻き取らせる構成を有している。即ち、繊維束巻取機構５８は、繊維束供給機構５７から供給される繊維束Ｆをライナー２１に巻き付けるように構成されている。

繊維束巻取機構５８は、繊維束供給機構５７による繊維束Ｆの各方向における移動速度（ｍ／ｓｅｃ）と、繊維束巻取機構５８によるライナー２１の回転速度（ｒｐｍ）および移動速度（ｍ／ｓｅｃ）とを制御部５０により制御することで、ライナー２１の繊維束Ｆの巻き取り方をヘリカル巻きやフープ巻きに変化させることができる。

ヘリカル巻きは、図７（ａ）に示すように、繊維束Ｆの巻回軌跡がライナー２１の軸線ＣＬに対して、例えば１０°〜３０°程度の低角度θで交差する巻回方法で、繊維束Ｆがライナー２１の長手方向の円筒部および両端部の全体に亘って螺旋状に繰り返し巻き付けられる。このヘリカル巻きでは、繊維束供給機構５７が、アイクチトラバース方向に平行移動するとともに、繊維束巻取機構５８の回転駆動部７２がライナー２１を軸心周り回転させることで、ライナー２１に繊維束Ｆのヘリカル層が形成される。

フープ巻きは、図７（ｂ）に示すように、繊維束Ｆの巻回軌跡がライナー２１の軸線ＣＬに対して、例えば９０°程度の直角に近い角度で交差する巻き付け方で、ライナー２１の長手方向の円筒部に繰り返し巻き付ける。このフープ巻きにおいても、繊維束供給機構５７が、アイクチトラバース方向に平行移動するとともに、繊維束巻取機構５８の回転駆動部７２がライナー２１を軸心周り回転させることで、ライナー２１に繊維束Ｆのフープ層が形成される。

次いで、本実施形態に係るＦＷ装置１０の動作について図面を参照して簡単に説明する。

まず、本実施形態に係るＦＷ装置１０で作製されるタンク２０を構成するライナー２１が、図２に示すように、繊維束巻取機構５８にセットされ、ボビン３１が図示しないクリールスタンドにセットされて、ボビン３１から繊維束Ｆが巻き出される。巻き出された繊維束Ｆは、送りローラ３５，３６を介して開繊機構３２にセットされ、送りローラ３７，３８を介して含浸機構３３にセットされ、ニップローラ３４にセットされる。次いで、繊維束Ｆは、送りローラ５４を介してテンションローラ５１およびエンコーダ５２、アクティブダンサ５３にセットされ、送りローラ５５，５６を介して繊維束供給機構５７にセットされる。

繊維束ＦのＦＷ装置１０へのセットが完了すると、制御部５０の制御により、ボビン３１から繊維束Ｆの巻き出しが開始され、開繊機構３２により繊維束Ｆが開繊される。そして、開繊された繊維束Ｆは、含浸機構３３で繊維束Ｆに樹脂が含浸され、ニップローラ３４を通過して繊維束Ｆの張力が調整される。ニップローラ３４を通過する際に、冷却チラーにより、繊維束Ｆに含浸された樹脂が効率よく冷却される。

繊維束Ｆは、繊維束供給機構５７から繊維束巻取機構５８に供給され、テンションローラ５１を通過して張力が調整されるとともに、テンションローラ５１のローラ５１ｂに設けられたエンコーダ５２により、繊維束Ｆの供給速度が検知され、検知情報が制御部５０に送信される。そして、繊維束巻取機構５８によりライナー２１への繊維束Ｆの巻き付けが開始する。即ち、ライナー２１による繊維束Ｆの巻き取りが開始する。ライナー２１による繊維束Ｆの巻き取りの開始と同時に、繊維束供給機構５７の張力計による繊維束Ｆの張力の検知が開始され、検知情報が制御部５０に送信される。

ＦＷ装置１０が稼働中に、制御部５０により、格納されている制御プログラムが実行され、繊維束供給機構５７の張力計およびエンコーダ５２から受信した各検知情報や設定値情報に基づいて、ＦＷ装置１０の各構成要素が制御される。そして、ライナー２１による繊維束Ｆの巻き取りが完了すると、次のライナー２１が繊維束巻取機構５８にセットされる。なお、ライナー２１による繊維束Ｆの巻き取りが完了し、外周面に繊維束Ｆからなる補強層２２が形成されたライナー２１は、次工程に送られ、樹脂の硬化処理が行われてタンク２０が完成する。

以上のように構成された実施形態に係るＦＷ装置１０の効果について説明する。

本実施形態に係るＦＷ装置１０は、含浸機構３３が、繊維束供給路１１のボビン３１とアクティブダンサ５３との間の位置に配置されているので、繊維束巻取機構５８による繊維束Ｆの巻き取りの際に生ずる繊維束Ｆの速度変化をアクティブダンサ５３により吸収することができ、繊維束Ｆの速度変化が含浸機構３３に影響することが抑制されるという効果がある。特に、繊維束巻取機構５８によるヘリカル巻きで巻き付け速度が急激に繊維束Ｆの供給速度が変化しても、含浸機構３３において繊維束への安定した樹脂含浸量が確保されるという効果が得られる。

また、本実施形態に係るＦＷ装置１０は、エンコーダ５２が、アクティブダンサ５３と含浸機構３３との間の繊維束供給路１１に配置されており、エンコーダ５２により含浸機構３３アクティブダンサ５３との間の繊維束Ｆの供給速度が検知される。この構成により、繊維束巻取機構５８によるフープ巻きの巻き始めや巻き終わりの急激な速度変化により繊維束Ｆの供給速度が急激に変化しても、含浸機構３３における繊維束Ｆへの安定した樹脂含浸量が確保されるという効果が得られる。

即ち、制御部５０により、エンコーダ５２で検知された供給速度に基づいて、含浸機構３３のブレード４３，４４がそれぞれ移動し、ブレード４３，４４と樹脂塗布ローラ４１，４２との間の隙間がそれぞれ調整され、樹脂供給量が適正な値になるよう制御される。その結果、含浸機構３３において繊維束Ｆの適正な樹脂含浸量が得られる。

また、本実施形態に係るＦＷ装置１０においては、繊維束Ｆが、ニップローラ３４を通過する際に、温度センサの検知情報に基づいて、制御部５０により冷却チラーが制御されるので、効率よく、樹脂が含浸された繊維束Ｆの温度が調節され、樹脂の粘度が適正な値に維持される。その結果、繊維束Ｆがライナー２１に巻き取られる際に、繊維束Ｆの張力により含浸された樹脂が絞り出されて飛散するという問題が解消され、タンク２０の機械的強度などの品質の低下を阻止することができ、安定した品質が確保されるという効果が得られる。

また、樹脂の粘度が適正な値に維持されると、ＦＷ装置１０を構成する各ローラに樹脂が付着して、繊維束Ｆが切れてしまうという問題も解消される。さらに、樹脂がローラに付着することが抑制され、ＦＷ装置１０の清掃などのメンテナンスに時間を要するという問題も解消される。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記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。

１０・・・ＦＷ装置（フィラメントワインディング装置）、１１・・・繊維束供給路（繊維供給路）、２０・・・タンク、２１・・・ライナー（タンク）、２２・・・補強層、２３，２４・・・口金、２５・・・シリンダ部、２６・・・ドーム部、３０・・・含浸部、３１・・・ボビン、３２・・・開繊機構、３３・・・含浸機構（樹脂含浸部）、３２ａ・・・開繊ローラ、３４・・・ニップローラ、３５，３６，３７，３８，５４，５５，５６・・・送りローラ、４０・・・繊維巻取り部、４１，４２・・・樹脂塗布ローラ、４１ａ，４２ａ・・・ローラ面、４３，４４・・・ブレード、４５，４６・・・樹脂貯留部、５０・・・制御部、５１・・・テンションローラ、５１ａ，５１ｂ，５３ａ，５３ｂ，６１，６２，６３・・・ローラ、５１ｃ・・・ステー、５１ｄ・・・シリンダ、５２・・・エンコーダ、５３・・・アクティブダンサ、５７・・・繊維束供給機構、５８・・・繊維束巻取機構、７１・・・支持部、７２・・・回転駆動部、Ｆ・・・繊維束（繊維）

Claims (1)

1. ボビンから繊維を巻き出してタン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、
   前記ボビンから前記タンクまでの間の繊維供給路に配置されるアクティブダンサと、
   前記繊維供給路の前記ボビンと前記アクティブダンサとの間に配置され、前記繊維に樹脂を含浸させる樹脂含浸部と、
   前記繊維供給路の前記樹脂含浸部と前記アクティブダンサとの間に配置され、前記繊維の供給速度を検知するエンコーダと、
   前記樹脂含浸部と前記エンコーダとの間に配置され、前記繊維の張力を調整するニップローラと、
   前記エンコーダにより検知した前記繊維の供給速度に基づいて前記樹脂含浸部の樹脂供給量を制御する制御部と、
   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。

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