JPWO2019064960A1 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Abstract

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を目的とする。 フィラメントワインディング装置のヘリカル巻ユニットは、各繊維束Ｆをライナーへ案内する複数のガイド部材４３と、各ガイド部材４３を移動させる移動機構と、各ガイド部材４３を回転させる回転機構とを有する。各ガイド部材４３は、２つの側壁８１と、２つの側壁８１の間に固定された複数の案内部８２と、を有する。案内部８２として、第１案内面８３ａが形成された第１案内部８３と、第２案内面８４ａが形成され、第１案内部８３よりも下流側に配置された第２案内部８４とが設けられている。第１案内面８３ａは、高さ方向において一方側を向いている。第２案内面８４ａは、高さ方向において他方側を向いており、且つ、第１案内面８３ａよりも他方側に配置されている。

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。

国際公開ＷＯ２０１２／４３３４２ 特開２００８−１９５０００号公報

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。

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。 （ａ）、（ｂ）ともに、ヘリカル巻ユニットの上側部分の正面図である。 フィラメントワインディング装置の電気的構成を示すブロック図である。 図３（ａ）のV-V断面図である。 ガイド部材の斜視図である。 ガイド部材の下流側部分の断面図である。 変形例におけるガイド部材の下流側部分の断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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