JP7302444B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

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には、複数の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が開示されている。フィラメントワインディング装置は、繊維束をライナーにヘリカル巻きするヘリカル巻装置（ヘリカル巻ユニット）と、ヘリカル巻ユニットに供給される繊維束をライナー交換時等に一時的に保持する綛部（繊維束保持装置）とを有する。より具体的には、繊維束保持装置は、ライナー周方向に並べて配置され且つライナー軸方向に沿って延びる複数のピンを有し、ライナー軸方向に移動可能且つ複数のピンをライナーの軸中心周りに回転させるように構成されている。

ライナー交換時、繊維束保持装置は、ライナー軸方向に移動して、ヘリカル巻ユニットを介して供給されている繊維束をライナー周方向において複数のピンの間に相対的に挿入させる。この状態で、繊維束保持装置は、ピンをライナーの軸中心周りに回転させる。これにより、繊維束保持装置の外周部に繊維束が巻き付けられて保持される。次に、繊維束保持装置は、ライナーと繊維束保持装置との間の繊維束をカッタによって切断する。これにより、繊維束が巻き付けられたライナーを新しいライナーと交換することが可能になる。さらに、ヘリカル巻ユニットが、繊維束保持装置に巻き付けられた繊維束よりも繊維束走行方向における上流側の繊維束を、新しいライナーの外周面に巻き付ける。ライナーと繊維束保持装置との間の繊維束は、上述したカッタによって切断される。以上のようにして、ライナーの交換が行われる。

特許第５９０３３９８号公報

ライナー交換時に繊維束保持装置の外周部に巻き付けられた繊維束は、最終的には残糸として廃棄される。このため、一時的に保持された繊維束が無駄になってしまうという問題がある。

本発明の目的は、繊維束保持装置に繊維束を巻きつけなくても、繊維束を一時的に保持することである。

第１の発明のフィラメントワインディング装置は、複数の繊維束をライナーの外周面にヘリカル巻きするヘリカル巻ユニットと、少なくとも前記ライナーの交換時に、前記複数の繊維束のうち前記ヘリカル巻ユニットよりも繊維束走行方向における下流側に位置している部分を一時的に保持する繊維束保持装置と、を備えるフィラメントワインディング装置であって、前記繊維束保持装置は、ライナー軸方向における一方側へ突出した複数のゲート部がライナー周方向に並べて設けられた、前記ライナー軸方向に移動可能な第１部材と、前記ライナー軸方向において前記第１部材と並べて配置され、前記ライナー軸方向における前記一方側へ突出した複数の突起部が前記ライナー周方向に並べて設けられた、前記ライナー軸方向に移動可能な第２部材と、を有し、前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方には、前記ライナー軸方向に貫通し且つ前記ライナー周方向に延在し、前記複数のゲート部又は前記複数の突起部が前記ライナー軸方向に通過している複数の通過穴が形成され、前記第１部材と前記第２部材とは、前記ライナーの軸中心周りに相対回転可能であり、前記複数のゲート部は、前記複数の突起部が前記複数のゲート部を前記ライナー周方向において相対的に通過することを許可する開状態と、前記複数の突起部が前記複数のゲート部を前記ライナー周方向において相対的に通過することを禁止する閉状態との間で状態を切換可能であり、前記複数のゲート部が前記閉状態であるときに、前記複数のゲート部と前記複数の突起部との間に前記複数の繊維束をそれぞれ挟んで把持可能であることを特徴とするものである。

本発明では、例えばライナー交換の際、以下のようにして、繊維束をゲート部と突起部との間に挟んで一時的に把持することができる（なお、より詳細については、後述の実施形態において説明する）。まず、第１部材及び第２部材をライナー軸方向に移動させて、繊維束のうち繊維束走行方向においてヘリカル巻ユニットとライナーとの間に位置している部分を、ライナー周方向においてゲート部と突起部との間に挿入させる。そして、ゲート部が開状態であるときに、第１部材と第２部材とを所定の向きに相対回転させ、ゲート部及び突起部の両方に繊維束を引っ掛けつつ、ライナー周方向において突起部にゲート部を相対的に通過させる。さらに、ゲート部を閉状態に切り換え、その後、第１部材と第２部材とを所定の向きとは逆向きに相対回転させることにより、ゲート部と突起部との間に繊維束を挟んで把持できる。また、ゲート部と突起部とを離隔させることにより、繊維束を解放できる。以上のようにして、繊維束保持装置に繊維束を巻きつけなくても、繊維束を一時的に保持できる。

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、前記複数のゲート部の各々は、少なくともライナー径方向における外端が前記複数の突起部よりもライナー径方向における外側に位置するように配置された外側部材と、少なくともライナー径方向における内端が前記複数の突起部よりも前記ライナー径方向における内側に位置するように配置された内側部材と、を有し、前記外側部材及び前記内側部材のうち少なくとも一方は、前記第１部材に回動可能に支持された回動軸と、前記回動軸の前記ライナー軸方向における前記一方側に設けられた、前記回動軸と一体的に回動可能な開閉部と、を有し、前記開閉部は、前記ライナー径方向における位置が前記複数の突起部と重なっていない開姿勢と、前記ライナー径方向における位置が前記複数の突起部と少なくとも部分的に重なっている閉姿勢との間で姿勢を切り換えることにより、前記ゲート部の状態を前記開状態と前記閉状態との間で切り換えることを特徴とするものである。

本発明では、外側部材及び内側部材のうち少なくとも一方を回動させるための単純な構造により、開閉部を開姿勢と閉姿勢との間で切り換えることができ、ゲート部を開状態と閉状態との間で容易に切り換えることができる。

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２の発明において、前記外側部材及び前記内側部材の両方が、前記回動軸と前記開閉部とをそれぞれ有し、前記外側部材と前記内側部材とが、互いに逆向きに回動するように構成されていることを特徴とするものである。

本発明では、外側部材と突起部との間、及び、内側部材と突起部との間の両方に繊維束を挟み込んで把持することができる。したがって、繊維束をより確実に保持できる。

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、前記第２部材は、前記第１部材よりも前記ライナー軸方向における前記一方側に配置され、前記複数の通過穴は、前記第２部材と前記第１部材とが相対回転しているときに前記複数のゲート部が前記複数の通過穴に沿って前記ライナー周方向に移動できるように、前記第２部材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、通過穴が第２部材に形成され、ゲート部が通過穴を通過している。これにより、通過穴が第１部材に形成された構成（すなわち、突起部が通過穴を通過している構成）と比べて、少なくとも、突起部のライナー軸方向における長さを短くすることができ、突起部を太くしなくても突起部の曲げ剛性を大きくすることができる。したがって、装置の大型化を回避しつつ、繊維束保持装置によって保持されている繊維束にテンションが意図的に或いは意図せずに付与された場合でも、当該テンションに起因する突起部の変形等を抑制できる。

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１～第４のいずれかの発明において、前記繊維束保持装置は、前記ゲート部を動作させる第１ウォームギア機構と、前記第１部材と前記第２部材とを相対回転させる第２ウォームギア機構と、を有することを特徴とするものである。

一般的に、ウォームギア機構においては、いわゆるセルフロックによって、意図する動力の伝達方向とは逆向きに動力が伝達されることが抑制される。本発明では、繊維束保持装置によって保持されている繊維束にテンションが意図的に或いは意図せずに付与された場合でも、意図する動力の伝達方向とは逆向きに動力が伝えられることを第１ウォームギア機構及び第２ウォームギア機構によって抑制できる。したがって、繊維束を安定的に保持できる。

本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の斜視図である。 巻付装置の斜視図である。 巻付装置の側面図である。 巻付装置の電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）、（ｂ）は、ヘリカル巻ユニットの正面図である。 （ａ）～（ｆ）は、従来の繊維束保持装置を用いたライナー交換の手順を示す参考図である。 本実施形態に係る繊維束保持装置の側面図である。 繊維束保持装置の斜視図である。 （ａ）は、繊維束保持装置の正面図であり、（ｂ）は、第１部材を後方から見た図である。 第１部材及びその周辺構成に関する補足説明図である。 図９（ａ）のXI-XI線断面図である。 ゲート部に動力を伝達するための伝達機構を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、ゲート部の動作に関する説明図である。 突起部の移動動作に関する説明図である。 （ａ）～（ｆ）は、繊維束保持装置を用いたライナー交換の手順を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、繊維束保持装置の正面図である。 （ａ）は、繊維束保持装置の正面図であり、（ｂ）は、当該正面図の一部を拡大して示した図である。 （ａ）は、繊維束保持装置の正面図であり、（ｂ）は、当該正面図の一部を拡大して示した図である。 変形例に係る繊維束保持装置の断面図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。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。前後方向及び左右方向は、水平方向と平行である。前後方向と左右方向は互いに直交する。前後方向及び左右方向の両方と直交する方向を、重力が作用する上下方向（鉛直方向）とする。

（フィラメントワインディング装置）
まず、本実施形態に係る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を参照しつつ説明する。図１は、フィラメントワインディング装置１を示す斜視図である。フィラメントワインディング装置１は、巻付装置２と、巻付装置２の後部の左右両側に配置された一対のクリールスタンド３と、を備える。フィラメントワインディング装置１は、全体として概ね左右対称に構成されている。なお、図１では、図が煩雑になることを避けるため、巻付装置２のうち左右一対のクリールスタンド３に挟まれる部分の図示を省略している。

巻付装置２は、概ね円筒状のライナーＬに繊維束（図１では図示省略）を巻き付けるための装置である。繊維束は、例えば炭素繊維等の繊維材料に、熱硬化性又は熱可塑性の合成樹脂材が含浸されたものである。例えば、巻付装置２で圧力タンク等の圧力容器を製造する場合は、ライナーＬとして、図１に示すような、円筒状の大径部の両側にドーム状の小径部を有する形状のものが用いられる。ライナーＬは、例えば、高強度アルミニウム、金属、樹脂等によって作製されている。ライナーＬに繊維束を巻き付けた後、焼成等の熱硬化工程又は冷却工程を経ることにより、高強度の圧力容器等の最終製品を生産することができる。

クリールスタンド３は、巻付装置２の側方に配置された支持フレーム１１によって、繊維束が巻かれた複数のボビン１２が回転可能に支持された構成を有する。クリールスタンド３の各ボビン１２から供給される繊維束は、後述のヘリカル巻ユニット５０によってヘリカル巻きを行う際に使用される。

（巻付装置）
次に、巻付装置２の構成について、図２～図５を参照しつつ説明する。図２は、巻付装置２の斜視図である。図３は、巻付装置２の側面図である。図４は、巻付装置２の電気的構成を示すブロック図である。図５（ａ）、（ｂ）は、ヘリカル巻ユニット５０の正面図である。図５（ａ）は、ライナーＬの大径部に繊維束Ｆを巻き付けるときのヘリカル巻ユニット５０を図示したものである。図５（ｂ）は、ライナーＬの小径部に繊維束Ｆを巻き付けるときのヘリカル巻ユニット５０を図示したものである。

図２及び図３に示すように、巻付装置２は、基台２０と、支持ユニット３０（第１支持ユニット３１及び第２支持ユニット３２）と、フープ巻ユニット４０と、ヘリカル巻ユニット５０と、を備える。なお、図３においては、フープ巻ユニット４０の図示を省略している。

基台２０は、支持ユニット３０、フープ巻ユニット４０、及び、ヘリカル巻ユニット５０を支持する。基台２０の上面には、前後方向に延びる複数のレール２１が配設されている。支持ユニット３０及びフープ巻ユニット４０は、レール２１上に配置され、レール２１上を前後方向に往復移動可能である。一方、ヘリカル巻ユニット５０は、基台２０に固設されている。第１支持ユニット３１、フープ巻ユニット４０、ヘリカル巻ユニット５０、及び、第２支持ユニット３２は、この順番で前側から後側に配置されている。

支持ユニット３０は、フープ巻ユニット４０よりも前側に配置される第１支持ユニット３１と、ヘリカル巻ユニット５０よりも後側に配置される第２支持ユニット３２と、を有する。支持ユニット３０は、前後方向（ライナーＬの軸方向。以下、ライナー軸方向とも称する）に延びる支持軸３３を介して、ライナーＬを軸周りに回転可能に支持する。支持ユニット３０は、ライナー移動モータ３４及びライナー回転モータ３５（図４参照）を有する。ライナー移動モータ３４は、第１支持ユニット３１及び第２支持ユニット３２をレール２１に沿って前後方向に移動させる。ライナー回転モータ３５は、支持軸３３を回転させることでライナーＬを軸周りに回転させる。ライナー移動モータ３４及びライナー回転モータ３５は、制御装置１０（図４参照）によって駆動制御される。

第２支持ユニット３２は、ライナーＬの軸方向に移動可能な土台部３２ａと、土台部３２ａの上部に設けられたヘッド部３２ｂとを有する。ヘッド部３２ｂには、繊維束保持装置６０が設けられている。繊維束保持装置６０は、少なくとも、支持ユニット３０に支持されているライナーＬの交換時に、ヘリカル巻ユニット５０よりも繊維束走行方向における下流側に位置している繊維束を一時的に保持するように構成されている。繊維束保持装置６０の詳細については後述する。

フープ巻ユニット４０は、ライナーＬの周面にフープ巻きを施す。フープ巻きとは、ライナー軸方向に概ね直角な方向に繊維束を巻き付ける巻き方のことである。フープ巻ユニット４０は、本体部４１と、回転部材４２と、複数のボビン４３と、を有する。本体部４１は、レール２１上に配置されており、円盤状の回転部材４２をライナーＬの軸中心周りに回転可能に支持する。回転部材４２の中央部には、ライナーＬが通過可能な円形の通過穴４４が形成されている。回転部材４２は、通過穴４４の周りに周方向に等間隔で配置された複数のボビン４３を回転可能に支持する。各ボビン４３には、繊維束が巻かれている。

フープ巻ユニット４０は、移動モータ４５及び回転モータ４６（図４参照）を有する。移動モータ４５は、本体部４１をレール２１に沿って前後方向に移動させる。回転モータ４６は、回転部材４２をライナーＬの軸中心周りに回転させる。移動モータ４５及び回転モータ４６は、制御装置１０（図４参照）によって駆動制御される。フープ巻きの実行時には、制御装置１０は、本体部４１をレール２１に沿って往復移動させながら回転部材４２を回転させる。これによって、ライナーＬの周りで回転している各ボビン４３から繊維束が引き出され、複数の繊維束がライナーＬの周面に一斉にフープ巻きされる。

ヘリカル巻ユニット５０は、ライナーＬの周面にヘリカル巻きを施す。ヘリカル巻きとは、ライナーＬの軸方向に概ね平行な方向に繊維束を巻き付ける巻き方のことである。ヘリカル巻ユニット５０は、本体部５１と、フレーム部材５２と、複数（本実施形態では９個だが、これには限られない）のノズルユニット５３と、を有する。本体部５１は、基台２０に固設されている。フレーム部材５２は、本体部５１に取り付けられた円盤状の部材である。フレーム部材５２の中央部には、ライナーＬが前後方向に通過可能な円形の通過穴５４が形成されている。複数のノズルユニット５３は、ライナーＬの周方向（ライナー周方向）に等角度間隔で並べられており、全体として放射状に配置されている。各ノズルユニット５３は、フレーム部材５２に固定されている。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、各ノズルユニット５３は、複数の繊維束ＦをライナーＬに案内するガイド部材５８を有する。ガイド部材５８は、ライナーＬの径方向（ライナー径方向）に延びており、ライナー径方向に移動可能且つライナー径方向に延びる回転軸周りに回転可能に構成されている。ノズルユニット５３のライナー径方向における外側には、ガイドローラ５５が配置されている。クリールスタンド３（図１参照）の各ボビン１２から解舒された繊維束Ｆは、ガイドローラ５５を経由してガイド部材５８を通り、ライナー径方向における内側へ案内されてライナーＬに至る。

ヘリカル巻ユニット５０は、ガイド移動モータ５６及びガイド回転モータ５７（図４参照）を有する。ガイド移動モータ５６は、複数のノズルユニット５３のガイド部材５８を一斉にライナー径方向に移動させる。ガイド回転モータ５７は、複数のノズルユニット５３のガイド部材５８をそれぞれの回転軸周りに一斉に回転させる。ガイド移動モータ５６及びガイド回転モータ５７は、制御装置１０（図４参照）によって駆動制御される。ヘリカル巻きの実行時には、制御装置１０は、支持ユニット３０を駆動制御することにより、ライナーＬを軸周りにゆっくり回転させながら通過穴５４を通過させる。同時に、制御装置１０は、各ノズルユニット５３のガイド部材５８を、適宜ライナー径方向に移動させる（伸縮動作を行わせる）とともに回転軸周りに回転させる（回転動作を行わせる）。これによって、各ノズルユニット５３のガイド部材５８から繊維束Ｆが引き出され、複数の繊維束Ｆが回転中のライナーＬの周面に一斉にヘリカル巻きされる（図５（ａ）、（ｂ）参照）。

（従来の繊維束保持装置による繊維束の保持方法）
次に、本実施形態の繊維束保持装置６０の詳細について説明する前に、参考のため、従来の繊維束保持装置１００（図６（ａ）～（ｆ）参照）による繊維束Ｆの保持方法について説明する。図６（ａ）～（ｆ）は、従来の繊維束保持装置１００を用いたライナーＬの交換手順を示す参考図である。なお、さらなる詳細については、例えば上述した特許第５９０３３９８号公報を参照されたい。

繊維束保持装置１００は、ライナー軸方向に進退可能に構成されている。繊維束保持装置１００は、ライナー周方向に並べて配置され且つライナー軸方向に延びた複数のピン１０１と、複数のピン１０１の近傍に配置されたカッタ１０２とを有する。複数のピン１０１は、ライナーＬの軸中心周りに回転可能に構成されている。カッタ１０２は、ライナーＬの軸中心周りに回転することにより繊維束Ｆを切断可能に構成されている。

繊維束Ｆが巻き付けられたライナーＬ１（図６（ａ）参照）が新しいライナーＬ２（図６（ｅ）参照）と交換される際、繊維束保持装置１００は、ライナー軸方向においてライナーＬに近づき、ライナーＬへ供給されている繊維束Ｆをライナー周方向において複数のピン１０１の間に相対的に挿入させる（図６（ｂ）参照）。この状態で、繊維束保持装置１００は、ピン１０１をライナーＬ１の軸中心周りに回転させる。これにより、繊維束保持装置１００の外周部に繊維束が巻き付けられて保持される（図６（ｃ）参照））。次に、繊維束保持装置１００は、ライナーＬ１と繊維束保持装置１００との間の繊維束Ｆをカッタ１０２によって切断する（図６（ｄ）参照）。これにより、ライナーＬ１を新しいライナーＬ２と交換することが可能になる。さらに、繊維束保持装置１００に巻き付けられた繊維束Ｆよりも繊維束走行方向における上流側の繊維束Ｆが、ライナーＬ２の外周面に巻き付けられる（図６（ｅ）参照）。ライナーＬ２と繊維束保持装置１００との間の繊維束Ｆは、カッタ１０２によって切断される（図６（ｆ）参照）。以上のようにして、ライナーＬの交換が行われる。

ここで、繊維束保持装置１００の外周部に巻き付けられた繊維束Ｆは、最終的には残糸として廃棄される。このため、一時的に保持された繊維束Ｆが無駄になってしまうという問題がある。そこで、本実施形態においては、繊維束保持装置６０に繊維束Ｆを巻きつけなくても繊維束Ｆを一時的に保持するために、繊維束保持装置６０は以下のように構成されている。

（繊維束保持装置の詳細）
繊維束保持装置６０の詳細構成について、図７～図１２を参照しつつ説明する。図７は、繊維束保持装置６０の側面図である。図８は、繊維束保持装置６０の斜視図である。図９（ａ）は、繊維束保持装置６０の正面図である。図９（ｂ）は、後述する第１部材７０及びその周辺構成を後方から見た図である。図１０は、第１部材７０及びその周辺構成に関する補足説明図である。図１１は、図９（ａ）のＸＩ－ＸＩ線断面図である。図１２は、後述するゲート部７２に動力を伝達するための伝達機構を示す説明図である。以下では、前側をライナー軸方向における先端側（本発明の一方側）、後側をライナー軸方向における基端側（本発明の他方側）とも呼ぶ（図７参照）。

繊維束保持装置６０は、上述したように第２支持ユニット３２のヘッド部３２ｂ（図７参照）に取り付けられており、ヘリカル巻ユニット５０の後側に配置されている。繊維束保持装置６０は、繊維束Ｆを保持するための保持機構６１と、保持機構６１をヘッド部３２ｂに対してライナー軸方向に移動させる移動機構６２とを有する。また、繊維束保持装置６０は、上述したカッタ１０２と同様のカッタ（不図示）を有する。カッタは、例えば、制御装置１０によって駆動制御される不図示のカッタ駆動モータにより、ライナーＬの軸中心周りに回転駆動される。

移動機構６２は、例えば公知のラックアンドピニオン機構或いはボールネジ機構を有し、保持機構６１全体をライナー軸方向に進退させることが可能である（図７の矢印参照）。移動機構６２は、例えば移動モータ６３（図４参照）によって駆動される。移動モータ６３は、制御装置１０（図４参照）によって駆動制御される。

図８～図１０に示すように、保持機構６１は、概ねリング状の第１部材７０と、円板状の第２部材８０とを有する。大まかには、保持機構６１は、第１部材７０に回動可能に取り付けられたゲート部７２（詳細は後述）と、第１部材７０に回転可能に支持された第２部材８０に設けられた突起部８１（詳細は後述）との間に繊維束Ｆを挟んで把持するように構成されている。

第１部材７０は、概ねリング状の部材である（図８～図１０参照）。第１部材７０は、移動機構６２等を介して第２支持ユニット３２に移動可能に支持されたベース部６４（図７、図８参照）に固定されている。より詳細には、第１部材７０は、ベース部６４のライナー軸方向における先端側に配置されている。図８、図９（ｂ）、図１０に示すように、第１部材７０は、外周面が形成された外径部７０ａと、外径部７０ａのライナー軸方向における中央部からライナー径方向における内側に延びた円板状の内径部７０ｂとを有する。内径部７０ｂよりもライナー軸方向における先端側には、第２部材８０が配置されている。第２部材８０は、例えば不図示の滑り軸受を介して、外径部７０ａのライナー軸方向における先端側部分に回転可能に支持されている。内径部７０ｂよりもライナー軸方向における基端側には、内周面に歯７１ａが形成されたリングギア７１が配置されている。リングギア７１は、例えば不図示の滑り軸受を介して、外径部７０ａのライナー軸方向における基端側部分に回転可能に支持されている。外径部７０ａの上端部は切り欠かれており、第２部材８０の上端部及びリングギア７１の上端部が露出するように構成されている。内径部７０ｂには、ライナー軸方向に貫通した複数の貫通穴７０ｃ（図１１参照）が形成されている。

図８～図１０に示すように、第１部材７０には、ヘリカル巻ユニット５０の複数のノズルユニット５３（図５（ａ）、（ｂ）参照）にそれぞれ対応する複数対（本実施形態では９対）のゲート部７２が取り付けられている。ゲート部７２は、ライナー周方向に等間隔で並べて配置されている。各ゲート部７２は、第２部材８０の突起部８１（後述）がゲート部７２を周方向に通過することを許可する開状態と、突起部８１がゲート部７２を周方向に通過することを禁止する閉状態との間で状態を切換可能（すなわち、開閉可能）に構成されている（詳細は後述）。図８～図１１に示すように、ゲート部７２は、外側部材７３と、内側部材７４とを有する。

外側部材７３は、第１部材７０の内径部７０ｂのライナー軸方向における先端側の端面よりもさらに先端側に突出した部材である。外側部材７３は、少なくともライナー径方向における外端が突起部８１よりもライナー径方向における外側に位置するように配置されている。図１１に示すように、外側部材７３は、回動軸７３ａと、開閉部７３ｂとを有する。回動軸７３ａは、第１部材７０の貫通穴７０ｃに差し込まれ、第１部材７０に回動可能に支持されている。回動軸７３ａのライナー軸方向における基端部には、例えば平歯車である外側ギア７５が装着されている。外側ギア７５は、リングギア７１のライナー径方向における内側に配置され、リングギア７１及び後述の内側ギア７６と噛み合っている。回動軸７３ａのライナー軸方向における先端側には、開閉部７３ｂが回動軸７３ａと一体的に設けられている。開閉部７３ｂは、ライナー軸方向に延び、回動軸７３ａと一体的に回動可能である。開閉部７３ｂは、ライナー軸方向から見たときに、概ね矩形状である。

内側部材７４は、外側部材７３と同様に、第１部材７０の内径部７０ｂのライナー軸方向における先端側の端面よりもさらに先端側に突出した部材である。内側部材７４は、少なくともライナー径方向における内端が突起部８１よりもライナー径方向における内側に位置するように配置されている。内側部材７４は、外側部材７３と同様に、第１部材７０に回動可能に支持された回動軸７４ａと、回動軸７４ａのライナー軸方向における先端側に設けられた開閉部７４ｂとを有する。回動軸７４ａのライナー軸方向における基端部には、例えば平歯車である内側ギア７６が装着されている。内側ギア７６は、外側ギア７５のライナー径方向における内側に配置され、外側ギア７５と噛み合っている。開閉部７４ｂは、ライナー軸方向において、外側部材７３の開閉部７３ｂと略同じ位置に配置されている。開閉部７４ｂは、ライナー軸方向から見たときに、概ね矩形状である。

図１２に示すように、リングギア７１、外側ギア７５及び内側ギア７６は、例えば第１モータ７７（駆動源）によって正逆回転駆動（回動駆動）される。第１モータ７７は、制御装置１０（図４参照）によって駆動制御される。第１モータ７７の動力伝達方向において、第１モータ７７とリングギア７１との間には、動力伝達機構の一例として、動力伝達方向における上流側から順にギア７８ａ～７８ｅが介在している。ギア７８ａ、７８ｂは、例えば一般的な平歯車である。ギア７８ｃは、外周面及び内周面に複数の歯がライナー周方向に並べて形成され、ベース部６４に回転可能に装着されたリング状のギアである。ギア７８ｄ、７８ｅは、例えば一般的な平歯車である。ギア７８ｄとギア７８ｅとは、ライナー軸方向に沿って延びたシャフト７９を介して接続されている。ギア７８ｅは、リングギア７１と噛み合っている。

これらのギア７８ａ～７８ｅ及びリングギア７１を介して、第１モータ７７の動力によって外側ギア７５及び内側ギア７６が回転駆動される。外側ギア７５と内側ギア７６とが直接噛み合っているので、外側ギア７５と内側ギア７６とは互いに逆向きに回転する（図９（ｂ）の矢印及び図１２の矢印参照）。これにより、外側部材７３と内側部材７４とが、互いに逆向きに回転する。このようにして、外側部材７３及び内側部材７４が回動し、ゲート部７２が開閉駆動される。

図８に戻って、第２部材８０は、概ね円板状の部材である。第２部材８０は、第１部材７０の内径部７０ｂよりもライナー軸方向における先端側に配置されている。つまり、第２部材８０は、ライナー軸方向において第１部材７０と並べて配置されている。第２部材８０は、例えば不図示の滑り軸受を介して、第１部材７０の外径部７０ａのライナー軸方向における先端側部分に回転可能に支持されている。これにより、第２部材８０の概ね全体が、外径部７０ａによって囲われている。第２部材８０の外周面の上端部には、複数の歯８０ａが形成されている。上述したように、外径部７０ａの上端部が切り欠かれているため、一部の歯８０ａは露出している。

第２部材８０には、ゲート部７２に対応して、複数（本実施形態では９個）の突起部８１がライナー周方向に並べて設けられている（図８等参照）。複数の突起部８１は、第２部材８０のライナー軸方向における先端側の端面からさらに先端側に突出した、例えば円柱状の部分である。複数の突起部８１は、第２部材８０とは別の部材であっても良く、或いは、第２部材８０と一体的に形成されていても良い。複数の突起部８１は、ライナー軸方向において、外側部材７３の開閉部７３ｂ及び内側部材７４の開閉部７４ｂと略同じ位置に配置されている。すなわち、突起部８１のライナー軸方向における位置と、開閉部７３ｂ、７４ｂのライナー軸方向における位置とが重なっている。

第２部材８０には、複数の通過穴８２が設けられている（図８等参照）。各通過穴８２は、第２部材８０をライナー軸方向に貫通し、且つ、ライナー周方向に沿って延在している。各通過穴８２には、外側部材７３の回動軸７３ａ又は内側部材７４の回動軸７４ａ（図１０、１１参照）が挿通されている。言い換えると、複数のゲート部７２が複数の通過穴８２をそれぞれライナー軸方向に通過している。

図８に示すように、第２部材８０は、例えば第２モータ８３（駆動源）によって正逆回転駆動（回動駆動）される。第２モータ８３の回転軸は、ライナー軸方向に沿って延びている。第２モータ８３は、制御装置１０（図４参照）によって駆動制御される。第２モータ８３の動力伝達方向において、第２モータ８３と第２部材８０との間には、動力伝達機構の一例として、動力伝達方向における上流側から順にギア８４ａ～８４ｅが介在している。ギア８４ａ、８４ｂは、例えば一般的な平歯車である。ギア８４ｃは、外周面に複数の歯がライナー周方向に並べて形成され、ベース部６４に回転可能に装着されたリング状のギアである。ギア８４ｄ、８４ｅは、例えば一般的な平歯車である。ギア８４ｄとギア８４ｅとは、ライナー軸方向に沿って延びたシャフト８５を介して接続されている。ギア８４ｅは、第２部材８０に形成された複数の歯８０ａのうち露出している歯８０ａと噛み合っている。これらのギア８４ａ～８４ｅを介して、第２モータ８３の動力によって第２部材８０が回動駆動されることにより、突起部８１がライナー周方向に移動する。

以上のような構成を有する保持機構６１は、図１３（ａ）、（ｂ）及び図１４に示すように、以下の基本動作を行う。図１３（ａ）、（ｂ）は、ゲート部７２の動作を示す説明図である。より詳細には、図１３（ａ）は、繊維束保持装置６０の正面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の一部（最も上側に配置されたゲート部７２及び突起部８１）を拡大して示した図である。図１４は、繊維束保持装置６０の正面図であり、突起部８１の移動動作を示す説明図である。

まず、ゲート部７２の開閉動作について説明する。上述したように、ゲート部７２の外側部材７３及び内側部材７４は、第１モータ７７（図１２参照）によって回動駆動される。これにより、外側部材７３及び内側部材７４は、開姿勢（図１３（ａ）、（ｂ）の実線参照）と、閉姿勢（図１３（ａ）、（ｂ）の破線参照）との間で姿勢を一斉に切換可能である。外側部材７３及び内側部材７４が開姿勢であるとき、開閉部７３ｂ及び開閉部７４ｂのライナー径方向における位置は、複数の突起部８１の径方向における位置と重なっていない。つまり、このとき、突起部８１が外側部材７３と内側部材７４との間をライナー周方向に通過することが許可されている（開状態）。一方、外側部材７３及び内側部材７４が閉姿勢であるとき、開閉部７３ｂ及び開閉部７４ｂは、ライナー径方向において、複数の突起部８１と部分的に重なっている。つまり、このとき、突起部８１が外側部材７３と内側部材７４との間をライナー周方向に通過することが禁止されている（閉状態）。このように、ゲート部７２は、開状態と閉状態との間で状態を切換可能である。

次に、突起部８１の移動動作について説明する。上述したように、突起部８１が設けられた第２部材８０は、第２モータ８３（図８参照）によって回動駆動される。つまり、第２部材８０が第１部材７０に対してライナーＬの軸中心周りに回動する。このとき、突起部８１はライナー周方向に移動する（図１４の矢印参照）。また、このとき、ゲート部７２の外側部材７３及び内側部材７４が、通過穴８２に沿ってライナー周方向において相対的に移動する。ゲート部７２が開状態であるとき、突起部８１は外側部材７３と内側部材７４との間をライナー周方向に通過できる。一方、ゲート部７２が閉状態であるとき、突起部８１は、外側部材７３と内側部材７４との間をライナー周方向に通過しようとしても、外側部材７３及び内側部材７４と干渉するため通過できない。

（ライナーの交換方法及び繊維束の保持方法）
次に、本実施形態におけるライナーＬの交換方法、及び、ライナーＬの交換作業中に繊維束保持装置６０によって繊維束Ｆを保持する方法について、図１５（ａ）～図１８（ｂ）を参照しつつ説明する。図１５（ａ）～（ｆ）は、繊維束保持装置６０を用いたライナー交換の手順を示す説明図である。図１６（ａ）、（ｂ）は、繊維束保持装置６０の正面図である。図１７（ａ）は、繊維束保持装置６０の正面図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の一部（最も上側に配置されたゲート部７２及び突起部８１）を拡大して示した図である。図１８（ａ）は、繊維束保持装置６０の正面図である。図１８（ｂ）は、図１７（ｂ）と同様に、図１８（ａ）の一部を拡大して示した図である。

初期状態として、図１５（ａ）に示すように、ライナーＬへのヘリカル巻きが実行された直後の状態を考える（以下、ヘリカル巻きを施されたライナーＬをライナーＬ１とする）。このとき、ライナーＬ１は移動停止し、且つ、回転停止している。また、このとき、ライナー周方向において、各ゲート部７２とそれに対応する突起部８１との間に繊維束Ｆが挟まれるように、複数のゲート部７２及び複数の突起部８１が位置している（図１６（ａ）参照）。また、複数のゲート部７２は開状態である（図１６（ａ）参照）。

まず、制御装置１０（図４参照）は、移動モータ６３（図４参照）を制御して移動機構６２を動作させ、保持機構６１をライナー軸方向における先端側へ移動させる（図１５（ｂ）の矢印参照）。より具体的には、制御装置１０は、ゲート部７２の開閉部７３ｂ、７４ｂ及び突起部８１（図１６（ａ）参照）を、ヘリカル巻ユニット５０のノズルユニット５３とライナー軸方向における同じ位置まで移動させる。これにより、繊維束Ｆのうち繊維束走行方向においてヘリカル巻ユニット５０とライナーＬ１との間に位置している部分が、ライナー周方向においてゲート部７２と突起部８１との間に挿入される。

次に、制御装置１０（図４参照）は、第２モータ８３（図４参照）を制御して、第２部材８０を第１部材７０に対して回転させる。一例として、本実施形態では、ライナー軸方向における先端側から見たときに、第２部材８０が反時計回りに約１５°回転する（図１６（ｂ）参照）。これにより、各突起部８１がライナー周方向に移動し、各突起部８１に対応するゲート部７２を通過する（図１６（ｂ）参照）。このとき、繊維束Ｆは、ゲート部７２の開閉部７３ｂ、７４ｂの周面及び突起部８１の周面に引っ掛けられる（図１６（ｂ）参照）。

次に、制御装置１０（図４参照）は、第１モータ７７を制御してゲート部７２の外側部材７３及び内側部材７４を互いに逆向きに回動させ、外側部材７３及び内側部材７４の姿勢を開姿勢から閉姿勢に切り換える（図１７（ａ）、（ｂ）参照）。これにより、ゲート部７２の状態が開状態から閉状態に切り換わる。さらに、制御装置１０は、第２モータ８３を制御して、第２部材８０を先ほどとは逆向きに（すなわち、ライナー軸方向における先端側から見たときに時計回りに）回転させる（図１８（ａ）、（ｂ）参照）。このとき、ゲート部７２は閉状態であり、突起部８１がゲート部７２をライナー周方向において通過することが禁止されている。このため、突起部８１がライナー周方向に移動したときに、外側部材７３と突起部８１との間、及び、内側部材７４と突起部８１との間に繊維束Ｆが挟まれて把持される（図１８（ｂ）参照）。このようにすることで、繊維束保持装置６０に繊維束Ｆを巻きつけなくても、繊維束保持装置６０によって繊維束Ｆが保持される（図１５（ｃ）参照）。

ここで、上記のようにゲート部７２と突起部８１とによって把持されている繊維束Ｆに対し、意図的或いは意図せずにテンションが付与される場合がある（図１８（ｂ）の上向き矢印及び下向き矢印参照）。このとき、繊維束Ｆに作用するテンションによって、突起部８１に対して、突起部８１が外側部材７３及び内側部材７４に押し付けられる向きに力が働く（図１８（ｂ）の右向き矢印参照）。このため、繊維束Ｆにテンションが作用することにより、ゲート部７２及び突起部８１が繊維束Ｆを把持する力がいっそう強くなる。したがって、把持されている繊維束Ｆが引っ張られた場合でも、繊維束Ｆが繊維束保持装置６０から脱落することが抑制される。

次に、制御装置１０（図４参照）は、不図示のカッタをライナーＬ１の軸中心周りに回転させ、繊維束Ｆのうち、ライナー径方向において内側部材７４とライナーＬ１との間に位置している部分を切断する（図１５（ｄ）参照）。これにより、繊維束保持装置６０によって繊維束Ｆが保持されたままの状態で、ライナーＬ１を新しいライナーＬ２と交換することが可能となる。ライナーの交換は、例えば作業者によって人手で行われる。

次に、制御装置１０（図４参照）は、ガイド移動モータ５６（図４参照）を制御して、ノズルユニット５３のガイド部材５８をライナー径方向において新しいライナーＬ２に近づける（図１５（ｅ）参照）。さらに、制御装置１０は、ライナー回転モータ３５（図４参照）を制御してライナーＬ２を回転させる。これにより、繊維束Ｆのうち、繊維束保持装置６０によって把持されている部分よりも繊維束走行方向における上流側の部分が、ライナーＬ２の端部に巻き付けられる（図１５（ｅ）参照）。最後に、制御装置１０は、第２モータ８３（図４参照）を制御して第２部材８０を回転させ、ゲート部７２と突起部８１とを離隔させることによって、把持されている繊維束Ｆを解放する（図１５（ｆ）参照）。以上のようにして、ライナーＬの交換作業が完了する。

以上のように、複数のゲート部７２が閉状態であるときに、複数のゲート部７２と複数の突起部８１との間に複数の繊維束Ｆをそれぞれ挟んで把持可能である。また、ゲート部７２と突起部８１とを離隔させることにより、繊維束Ｆを解放できる。したがって、繊維束保持装置６０に繊維束Ｆを巻きつけなくても、繊維束Ｆを一時的に保持できる。

また、外側部材７３及び内側部材７４を回動させるための単純な構造により、開閉部７３ｂ、７４ｂを開姿勢と閉姿勢との間で切り換えることができ、ゲート部７２を開状態と閉状態との間で容易に切り換えることができる。

また、外側部材７３が回動軸７３ａと開閉部７３ｂとを有し、内側部材７４が回動軸７４ａと開閉部７４ｂとを有する。また、外側部材７３と内側部材７４とが、互いに逆向きに回動する。これにより、外側部材７３と突起部８１との間、及び、内側部材７４と突起部８１との間の両方に繊維束Ｆを挟み込んで把持することができる。したがって、繊維束Ｆをより確実に保持できる。

また、通過穴８２が第２部材８０に形成され、ゲート部７２が通過穴８２を通過している。これにより、通過穴が第１部材７０に形成された構成（すなわち、突起部８１が通過穴を通過している構成）と比べて、少なくとも、突起部８１のライナー軸方向における長さを短くすることができる。このため、突起部８１を太くしなくても突起部８１の曲げ剛性を大きくすることができる。したがって、装置の大型化を回避しつつ、繊維束保持装置６０によって保持されている繊維束Ｆにテンションが意図的に或いは意図せずに付与された場合でも、当該テンションに起因する突起部８１の変形等を抑制できる。

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、ギア７８ｅ（図９（ｂ）等参照）及びギア８４ｅ（図９（ａ）等参照）が平歯車であるものとしたが、これには限られない。例えば、図１９に示すように、外側ギア７５のライナー径方向における外側に配置されたリングギア９１において、内周面の歯９１ａに加えて、外周面にも歯９１ｂが形成されていても良い。さらに、第１モータ７７の動力伝達方向におけるリングギア７１の上流側に第１ウォーム９２が配置され、第１ウォーム９２が歯９１ｂと噛み合っていても良い。この場合、第１ウォーム９２とリングギア７１とを合わせたものが本発明の第１ウォームギア機構に相当する。また、第２モータ８３の動力伝達方向における第２部材８０の上流側に第２ウォーム９３が配置され、第２ウォーム９３が歯８０ａと噛み合っていても良い。この場合、第２ウォーム９３と第２部材８０とを合わせたものが本発明の第２ウォームギア機構に相当する。このようにすることで、繊維束保持装置６０によって保持されている繊維束Ｆにテンションが意図的に或いは意図せずに付与された場合でも、本来の動力伝達方向とは逆向きに動力が伝えられることを抑制できる（いわゆるセルフロック）。したがって、繊維束Ｆを安定的に保持できる。

（２）前記までの実施形態において、第２部材８０がライナーＬの軸中心周りに回転可能に構成されているものとしたが、これには限られない。すなわち、第２部材８０の代わりに、或いは第２部材８０に加えて、第１部材７０がライナーＬの軸中心周りに回転可能に構成されていても良い。つまり、第１部材７０及び第２部材８０が、ライナーＬの軸中心周りに互いに相対回転可能に構成されていれば良い。

（３）前記までの実施形態において、第２部材８０が第１部材７０の軸方向における先端側に配置されているものとしたが、これには限られない。すなわち、第１部材７０が第２部材８０の軸方向における先端側に配置されていても良い。なお、このような変形例において、第１部材７０がライナーＬの軸中心周りに回転可能に構成されている場合、突起部８１が第１部材７０をライナー軸方向に通過するための通過穴が第１部材７０に形成されていることが求められる。さらに、例えば前記（２）の変形例のように、第１部材７０及び第２部材８０の両方がライナーＬの軸中心周りに回転可能に構成されている場合、第１部材７０及び第２部材８０の両方に通過穴が形成されていることが求められる。このように、第１部材７０及び第２部材８０のうち少なくとも一方に通過穴が形成されていることが求められる。

（４）前記までの実施形態において、ゲート部７２の外側部材７３が開閉部７３ｂを有し、内側部材７４が開閉部７４ｂを有し、開閉部７３ｂ、７４ｂが開姿勢と閉姿勢との間で姿勢を切換可能であるものとしたが、これには限られない。すなわち、外側部材７３及び内側部材７４のうち一方のみが、姿勢を切換可能に構成されていても良い。

（５）前記までの実施形態において、外側部材７３及び／又は内側部材７４が回動することによりゲート部７２の状態が開状態と閉状態との間で切り換わるものとしたが、これには限られない。一例として、外側部材７３及び／又は内側部材７４が、不図示のラックアンドピニオン機構等によってライナー径方向に移動可能に構成されていても良い。このような構成によって、ゲート部７２の状態を開状態と閉状態との間で切り換えても良い。

（６）前記までの実施形態において、繊維束保持装置６０は、ライナーＬの交換時に繊維束Ｆを一時的に保持するものとしたが、これには限られない。繊維束保持装置６０は、例えば、ライナーＬが新規に支持ユニット３０に支持される際に、繊維束Ｆを一時的に保持しても良い。

（７）前記までの実施形態において、繊維束保持装置６０は、繊維束Ｆを切断する不図示のカッタを有するものとしたが、これには限られない。繊維束保持装置６０は、必ずしもカッタを有していなくても良い。この場合、例えば作業者がカッタ等を手で持って繊維束Ｆを切断しても良い。

１ フィラメントワインディング装置
５０ ヘリカル巻ユニット
６０ 繊維束保持装置
７０ 第１部材
７１ リングギア
７２ ゲート部
７３ 外側部材
７３ａ 回動軸
７３ｂ 開閉部
７４ 内側部材
７４ａ 回動軸
７４ｂ 開閉部
８０ 第２部材
８１ 突起部
８２ 通過穴
９２ 第１ウォーム
９３ 第２ウォーム
Ｆ 繊維束
Ｌ ライナー

Claims (5)

1. 複数の繊維束をライナーの外周面にヘリカル巻きするヘリカル巻ユニットと、
   少なくとも前記ライナーの交換時に、前記複数の繊維束のうち前記ヘリカル巻ユニットよりも繊維束走行方向における下流側に位置している部分を一時的に保持する繊維束保持装置と、を備えるフィラメントワインディング装置であって、
   前記繊維束保持装置は、
   ライナー軸方向における一方側へ突出した複数のゲート部がライナー周方向に並べて設けられた、前記ライナー軸方向に移動可能な第１部材と、
   前記ライナー軸方向において前記第１部材と並べて配置され、前記ライナー軸方向における前記一方側へ突出した複数の突起部が前記ライナー周方向に並べて設けられた、前記ライナー軸方向に移動可能な第２部材と、を有し、
   前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方には、前記ライナー軸方向に貫通し且つ前記ライナー周方向に延在し、前記複数のゲート部又は前記複数の突起部が前記ライナー軸方向に通過している複数の通過穴が形成され、
   前記第１部材と前記第２部材とは、前記ライナーの軸中心周りに相対回転可能であり、
   前記複数のゲート部は、
   前記複数の突起部が前記複数のゲート部を前記ライナー周方向において相対的に通過することを許可する開状態と、前記複数の突起部が前記複数のゲート部を前記ライナー周方向において相対的に通過することを禁止する閉状態との間で状態を切換可能であり、
   前記複数のゲート部が前記閉状態であるときに、前記複数のゲート部と前記複数の突起部との間に前記複数の繊維束をそれぞれ挟んで把持可能であることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
2. 前記複数のゲート部の各々は、
   少なくともライナー径方向における外端が前記複数の突起部よりもライナー径方向における外側に位置するように配置された外側部材と、
   少なくともライナー径方向における内端が前記複数の突起部よりも前記ライナー径方向における内側に位置するように配置された内側部材と、を有し、
   前記外側部材及び前記内側部材のうち少なくとも一方は、
   前記第１部材に回動可能に支持された回動軸と、
   前記回動軸の前記ライナー軸方向における前記一方側に設けられた、前記回動軸と一体的に回動可能な開閉部と、を有し、
   前記開閉部は、
   前記ライナー径方向における位置が前記複数の突起部と重なっていない開姿勢と、前記ライナー径方向における位置が前記複数の突起部と少なくとも部分的に重なっている閉姿勢との間で姿勢を切り換えることにより、前記ゲート部の状態を前記開状態と前記閉状態との間で切り換え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。
3. 前記外側部材及び前記内側部材の両方が、前記回動軸と前記開閉部とをそれぞれ有し、
   前記外側部材と前記内側部材とが、互いに逆向きに回動するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のフィラメントワインディング装置。
4. 前記第２部材は、前記第１部材よりも前記ライナー軸方向における前記一方側に配置され、
   前記複数の通過穴は、前記第２部材と前記第１部材とが相対回転しているときに前記複数のゲート部が前記複数の通過穴に沿って前記ライナー周方向に移動できるように、前記第２部材に形成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。
5. 前記繊維束保持装置は、
   前記ゲート部を動作させる第１ウォームギア機構と、
   前記第１部材と前記第２部材とを相対回転させる第２ウォームギア機構と、を有することを特徴とする請求項１～４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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