JPH05254027A - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヤーンプリプレグの集束性をよくするととも
に、マンドレルの球状部へのヤーンプリプレグの追従性
をよくする。 【構成】 クリールボックス１から引き出された多数の
ヤーンプリプレグ２，２…を、デリバリーガイド１１の
複数のガイドローラ１４〜１７で案内して横一列に集束
させた上で回転運動するマンドレル５に巻き付ける。複
数のガイドローラ１４〜１７のうちマンドレル５に最も
近いガイドローラ１７を、フレーム１３に対して矢印ａ
方向および矢印ｂ方向に首振り回転可能に支持させて、
マンドレル５の球状部６の接線方向に対してヤーンプリ
プレグ２，２…の横一列の束を整合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば略円筒状の繊維
強化プラスチック成形品を成形するにあたり、ヤーンプ
リプレグをマンドレルに対して連続的に巻き付けるため
のフィラメントワインディング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維等の強化繊維に予めエポキシ樹
脂等を含浸させて乾燥・半硬化させたヤーンプリプレグ
を用いるいわゆる乾式のフィラメントワインディング法
は、強化繊維にその都度液状の樹脂を含浸させながら巻
き付ける湿式のフィラメントワインディング法に比べて
成形品質および加工性が優れていることから多方面で採
用されている。

【０００３】この乾式のフィラメントワインディング法
は例えば図８の装置を用いることにより実現される。す
なわち、給糸装置としてのクリールボックス１から引き
出された多数本のヤーンプリプレグ２，２…を櫛形状の
ストレーナ３に引き通して揃え、さらにこれらのヤーン
プリプレグ２，２…を先細りノズル状のデリバリーガイ
ド４に引き通して集束させた上でマンドレル５に巻き付
ける。

【０００４】そして、前記デリバリーガイド４は一般矢
印Ｙ方向および矢印γ方向に往復運動する図示外のワイ
ンディングアームに支持されていることから、前記マン
ドレル５の回転運動に同期してデリバリーガイド４が上
記のように二方向に移動することで、ヤーンプリプレグ
２，２…は張力を与えられながら所定配向のもとでマン
ドレル５に巻き付けられることになる。

【０００５】なお、前記マンドレル５にヤーンプリプレ
グ２，２…を巻き付けることによって形成された構造体
は、周知のように後工程において加熱硬化処理した上で
マンドレル５から脱型することで製品となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のフ
ィラメントワインディング装置においては、櫛形状のス
トレーナ３で横一列に揃えられた多数本のヤーンプリプ
レグ２，２…をデリバリーガイド４のテーパ面形状を利
用して一気に絞り込むことにより、デリバリーガイド４
の出口側のヤーンプリプレグ２，２…にそのヤーンプリ
プレグ２，２…同士が横一列のままで相互に密着するよ
うな集束力を付与しているものであるが、ヤーンプリプ
レグ２，２…とデリバリーガイド４とは単にプリプレグ
送給方向に相対摺動するだけであることから、ヤーンプ
リプレグ２，２…に対するデリバリーガイド４の集束力
付与効果が必ずしも十分でない。

【０００７】そのため、前記ヤーンプリプレグ２，２…
の集束力不足を原因として横一列の整列状態を保つこと
ができず、デリバリーガイド４を通過した直後にヤーン
プリプレグ２，２…同士が相互に離れてしまったり、あ
るいは相互に重なってしまうことがあり、結果的にマン
ドレル５に巻き付けられたヤーンプリプレグ２，２…の
配向に疎密が生じたり巻付厚さが不均一になったりして
成形品質の向上に限界がある。

【０００８】そして、上記のようにデリバリーガイド４
を通過した直後にヤーンプリプレグ２，２…同士が相互
に離れたり重なったりする現象は、図８に示すようにマ
ンドレル５上の配向により角度θが小さくなるほど顕著
となり、特にマンドレル５の両端の球状部６ではその表
面の接線方向にヤーンプリプレグ２，２…を整合させる
ことができないため、一本一本のヤーンプリプレグ２，
２…に対応する球状部表面の周長距離の違いにより数本
のプリプレグ２，２…にたるみが生じ、このたるみが上
記のヤーンプリプレグ２，２…の配向の疎密とともに製
品の形状精度や機械的強度を低下させる一因となってい
る。

【０００９】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、デリバリーガイドを通過した直後のヤーン
プリプレグが横一列に揃うように十分な集束力を与えて
マンドレル上でのヤーンプリプレグの疎密の発生を防止
し、併せてマンドレルの球状部にもヤーンプリプレグを
忠実に追従させることができるようにしたフィラメント
ワインディング装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、給糸装置から
繰り出された複数本のヤーンプリプレグをデリバリーガ
イドに引き通して集束させつつ一列に揃えた上で回転運
動するマンドレルに巻き付けるようにしたフィラメント
ワインディング装置において、前記デリバリーガイド
は、前記ヤーンプリプレグの送給方向に沿って支持体に
並設されてヤーンプリプレグを案内する回転可能な複数
のガイドローラを備えてなり、前記複数のガイドローラ
のうち前記マンドレルに最も近い位置に位置する幅狭の
ガイドローラは、支持体に対して、そのローラ自体の回
転中心と平行な回転中心の回りを首振り回転可能で、か
つ前記デリバリーガイド内でのヤーンプリプレグの送給
方向と平行な回転中心の回りを首振り回転可能に支持さ
れていることを特徴としている。

【００１１】

【作用】この構造によると、ヤーンプリプレグの引き出
しに伴う張力に応じて各ガイドローラが回転し、しかも
マンドレルに最も近い位置に位置するガイドローラが幅
狭であることからヤーンプリプレグ同士の集束力が増加
し、マンドレルに最も近いガイドローラを通過した以降
のヤーンプリプレグを相互に密着させたままで一列に揃
えることができ、例えば図８の角度θが小さくなった場
合でもヤーンプリプレグ同士が離れたり重なり合うこと
がなく、ヤーンプリプレグに所定の方向性を与えてマン
ドレル側の配向に忠実に追従させることができる。

【００１２】また、マンドレルに最も近いガイドローラ
は二方向に首振り回転可能であるため、例えばマンドレ
ルの球状部に対してもその接線方向から一列に揃えたヤ
ーンプリプレグを忠実に追従させることができる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す図で、同図に
示すデリバリーガイド１１は従来のノズル状のデリバリ
ーガイド４（図８参照）に代えて用いるもので、したが
ってデリバリーガイド１１の入口側には櫛形状のストレ
ーナ３で揃えられた多数本のヤーンプリプレグ２，２…
が導かれる一方、デリバリーガイド１１の出口側から繰
り出されるヤーンプリプレグ２，２…はマンドレル５側
に供給されることになる。

【００１４】前記デリバリーガイド１１はバー１２によ
り互いに連結された支持体としての一対のフレーム１
３，１３間に、ヤーンプリプレグ送給方向の上流側から
順に四つのガイドローラ１４，１５，１６，１７を設け
たもので、各ガイドローラ１４〜１７はいずれもプリプ
レグ送給方向と直交する軸を回転中心としてフレーム１
３，１３に回転可能に支持されている。そして、前述し
たストレーナ３を経たヤーンプリプレグ２，２…は、ガ
イドローラ１４の上面側からガイドローラ１５の下面側
に入り、さらにガイドローラ１６の上面側を経た上でガ
イドローラ１７の下面側を通ってマンドレル５側に送給
される。

【００１５】前記フレーム１３，１３の先端には図２，
３，４に示すようにガイドローラ１６と共有する軸１８
を介してカウンターレバー１９が矢印ａ方向に首振り回
転可能に連結されている。そして、軸１８の両端にはそ
のばね力方向が相互に拮抗する一対のねじりコイルばね
２０，２１が設けられており、これら一対のねじりコイ
ルばね２０，２１のばね力のために、カウンターレバー
１９はその無負荷状態では図３に実線で示す中立位置に
保持されている。

【００１６】前記カウンターレバー１９の先端下面には
略コ字状のブラケット２２が一体に固定されており、前
記ガイドローラ１７を回転可能に支持しているローラホ
ルダ２３がブラケット２２に対してフローティング可能
に支持されている。

【００１７】すなわち、ローラホルダ２３の両側面とブ
ラケット２２の脚部２４との間には引張コイルばね２５
が張設されており、これによってローラホルダ２３がブ
ラケット２２に対して弾性的に支持されている。そし
て、ローラホルダ２３の上面中央部には円錐状の窪み２
６が形成されていて、この窪み２６とボールホルダ２７
とによりスチールボール２８が回転可能に支持されてい
る。一方、前記ブラケット２２の下面中央部にはボール
シュー２９が固定されており、このボールシュー２９の
先端の球面受部３０がスチールボール２８に圧接してい
る。なお、前記球面受部３０を含むボールシュー２９の
先端部３１は耐摩耗性材料で形成されている。

【００１８】したがって、前記ローラホルダ２３は、ス
チールボール２８を中心として構成された球面軸受によ
って前記ブラケット２２に対してフローティング可能に
支持されており、無負荷状態では引張コイルばね２５，
２５のばね力によって図４に実線で示す中立位置に保持
されているものの、前記スチールボール２８を回転中心
として矢印ｂ方向およびｃ方向を含むいずれの方向にも
首振り回転可能となっている。

【００１９】このように構成されたフィラメントワイン
ディング装置においては、図１のクリールボックス１か
らストレーナ３を経た多数本のヤーンプリプレグ２，２
…は、デリバリーガイド１１の上流側からガイドローラ
１４の上面、ガイドローラ１５の下面、ガイドローラ１
６の上面およびガイドローラ１７の下面を通って順次案
内されて、マンドレル５の回転運動に伴って所定の張力
を与えられながらマンドレル５側に送り出されてマンド
レル５に巻き付けられる。

【００２０】その際、デリバリーガイド１１の上流側の
二つのガイドローラ１４，１５は多数本のヤーンプリプ
レグ２，２…が相互に重なり合うことがないように横一
列に揃える役目をし、またガイドローラ１６は上記二つ
のガイドローラ１４，１５よりも幅狭で且つフランジ部
３２を有していることから、ヤーンプリプレグ２，２…
同士の横一列の整列性を保ちつつ、その前段のガイドロ
ーラ１４，１５の通過時点よりもヤーンプリプレグ２，
２…同士を寄せ集めて集束させ、このガイドローラ１６
で集束されたヤーンプリプレグ２，２…がガイドローラ
１７を経てその集束度を保ちつつマンドレル５に巻き付
けられることになる。

【００２１】そして、マンドレル５上でのヤーンプリプ
レグ２，２…の配向に応じてデリバリーガイド１１の先
端のカウンターレバー１９が軸１８を回転中心として上
下方向（矢印ａ方向）に首振り回転する一方、ガイドロ
ーラ１７を支持しているローラホルダ２３もスチールボ
ール２８の中心を回転中心として図２，５に示すように
横方向（矢印ｂ方向）あるいは水平方向（矢印ｃ方向）
に首振り回転することになる。

【００２２】したがって、例えばマンドレル５の球状部
６にヤーンプリプレグ２，２…を巻き付ける場合でも、
その球状部６の表面の接線あるいは接平面方向にヤーン
プリプレグ２，２…の横一列の束を整合させることがで
きるため、ヤーンプリプレグ２，２…のたるみの発生を
防止することができ、またヤーンプリプレグ２，２…の
整列，集束状態を維持しつつマンドレル５に巻き付ける
ことができるほか、マンドレル５上のヤーンプリプレグ
２，２…の配向により図１の角度θが小さくなった場合
でもヤーンプリプレグ２，２…の整列，集束状態を維持
しつつヤーンプリプレグ２，２…に方向性を付与して上
記の配向方向に忠実に追従させることができる。

【００２３】ここで、上記のようなフィラメントワイン
ディング法に用いられるマンドレル５は、成形後の脱型
のために図６に示すようにコアロッド３３とその回りの
多数のブロック片３４，３４…とから構成されて分割可
能な構造となっている。このようなマンドレル５を用い
てヤーンプリプレグ２，２…の巻き付けを行った場合、
ブロック片３４，３４…同士の合わせ部に段差が生じ、
この段差部にヤーンプリプレグ２，２…が引っ掛かった
り、あるいは成形後の製品の内周面の平滑性が損なわれ
ることがある。加えて、ヤーンプリプレグ２，２…の巻
き付け後にその表面を真空パック材で覆い、ヤーンプリ
プレグ層内の真空引きを行いながら加圧・加熱処理する
ことでそのヤーンプリプレグ層の均質化を図ることが行
われるが、上記のようにブロック片３４，３４…同士の
合わせ部のシール性の確保が難しいために所定の真空状
態を維持することが困難である。

【００２４】そこで、図７に示すように、マンドレル５
の表面をシリコンラバー３５で覆い（同図（Ａ））、そ
のシリコンラバー３５の上に上記のようなフィラメント
ワインディング法によってヤーンプリプレグ２，２…を
巻き付けてヤーンプリプレグ層３６を形成する（同図
（Ｂ））。そして、フィラメントワインディング完了後
に、ヤーンプリプレグ層３６の上に真空パック材３７を
かぶせ、ヤーンプリプレグ層３６の真空引きを行いなが
ら全体をオートクレーブ等で加圧・加熱処理する（同図
（Ｃ））。さらに、加圧・加熱処理後に真空パック材３
７を除去するとともに、マンドレル５を構成しているブ
ロック片３４，３４…を分解して順次取り出し（同図
（Ｄ））、最後にシリコンラバー３５を除去する（同図
（Ｅ））。このような手順とすることにより、先に述べ
たような分割タイプのマンドレル５のもつ欠点が全て解
消される。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、デリバリ
ーガイドに設けられた複数のガイドローラのうち、マン
ドレル側に最も近い位置のガイドローラを二方向に首振
り回転可能な構造としたことにより、途中でヤーンプリ
プレグの集束が解かれてしまうことがなく、ヤーンプリ
プレグの整列，集束状態を維持したままでマンドレルに
巻き付けることができるため、マンドレル上のヤーンプ
リプレグの配向に疎密が生じたり巻付厚みが不均一にな
ることがなく、成形品質が著しく向上するほか、マンド
レルに最も近いガイドローラが二方向に首振り回転する
ために、たとえマンドレルの球状部にヤーンプリプレグ
を巻き付ける場合でもヤーンプリプレグの一列の束を前
記球状表面の接線方向に合わせることができるようにな
ってその球状部に必要とされる配向方向にヤーンプリプ
レグを忠実に追従させることができ、従来のようなヤー
ンプリプレグのたるみの発生を防止して製品の形状精度
や機械的強度を一段と向上させることができる。

【００２６】さらに、上記のようにヤーンプリプレグの
集束性が増すことによって同時に送給できるヤーンプリ
プレグの本数を増加させることができることから、ヤー
ンプリプレグの巻き付け効率が向上するとともに、例え
ばまゆ形等の複雑形状の製品の成形も可能となる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図。

【図２】図１の要部拡大断面図。

【図３】図２のｄ方向矢視図。

【図４】図３のｅ−ｅ線に沿う断面図。

【図５】図４の作動説明図。

【図６】図１の装置で使用されるマンドレルの断面図。

【図７】図６のマンドレルを使用した場合のプリプレグ
巻き付けから脱型までの工程説明図。

【図８】従来のフィラメントワインディング装置の一例
を示す構成説明図。

【符号の説明】

１…クリールボックス（給糸装置） ２…ヤーンプリプレグ ５…マンドレル １１…デリバリーガイド １３…フレーム（支持体） １４，１５，１６，１７…ガイドローラ １８…軸 １９…カウンターレバー ２３…ローラホルダ ２８…スチールボール ａ，ｂ…首振り回転方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給糸装置から繰り出された複数本のヤー
   ンプリプレグをデリバリーガイドに引き通して集束させ
   つつ一列に揃えた上で回転運動するマンドレルに巻き付
   けるようにしたフィラメントワインディング装置におい
   て、 前記デリバリーガイドは、前記ヤーンプリプレグの送給
   方向に沿って支持体に並設されてヤーンプリプレグを案
   内する回転可能な複数のガイドローラを備えてなり、 前記複数のガイドローラのうち前記マンドレルに最も近
   い位置に位置する幅狭のガイドローラは、支持体に対し
   て、そのローラ自体の回転中心と平行な回転中心の回り
   を首振り回転可能で、かつ前記デリバリーガイド内での
   ヤーンプリプレグの送給方向と平行な回転中心の回りを
   首振り回転可能に支持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。