KR102252716B1 - 필라멘트 와인딩 장치 - Google Patents

Abstract

맨드릴의 축 방향을 따라 섬유속을 맨드릴에 부착할 때에, 섬유속의 배향의 안정성을 향상시키는 것.
필라멘트 와인딩 장치는 수지가 함침된 복수의 섬유속(F)이 권취되는 맨드릴(M)을 지지가능하고, 또한 맨드릴(M)의 축 방향으로 이동가능한 지지 유닛과, 맨드릴(M)의 둘레 방향에 있어서 방사상으로 배열되고, 또한 복수의 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 각각 안내하는 복수의 섬유속 가이드부(50)를 갖고, 복수의 섬유속 가이드부(50)를 경유해서 복수의 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 공급하는 헬리컬 유닛을 구비한다. 각 섬유속 가이드부(50)는 맨드릴(M)에 공급되고 있는 섬유속(F)을 축 방향으로 이동하고 있는 맨드릴(M)의 둘레면에 압박하는 압박 롤러(54)를 갖는다. 압박 롤러(54)는 축 방향과 직교하는 롤러축 방향으로 연장되는 롤러축을 회전 중심으로 해서, 맨드릴(M)의 둘레면에 접촉해서 종동 회전가능하다.

Description

필라멘트 와인딩 장치

본 발명은 섬유속을 라이너에 권취하는 필라멘트 와인딩 장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에는 수지가 함침된 복수의 탄소섬유속을 맨드릴에 권취하는 필라멘트 와인딩 장치가 개시되어 있다. 필라멘트 와인딩 장치는 맨드릴을 회전가능 또한 맨드릴의 축 방향(수평 방향)으로 이동가능하게 지지하는 맨드릴 지지대와, 맨드릴에 복수의 섬유속을 헬리컬 권취하는 헬리컬 권취 장치를 구비한다. 복수의 섬유속의 선단부가 맨드릴에 고정된 상태에서, 맨드릴 지지대가 맨드릴을 회전시키면서 축 방향으로 이동시키면, 복수의 섬유속이 헬리컬 권취 장치로부터 인출되어 소정의 권취 각도로 맨드릴에 헬리컬 권취된다. 회전하면서 이동하는 맨드릴에 섬유속이 권취됨으로써 섬유속에는 소정의 텐션이 부여된다. 통 형상의 맨드릴에 섬유속을 권취함으로써 제조되는 카본롤은 경량, 고강도, 고강성 등의 특성을 갖기 때문에, 다분야에 있어서 이용되고 있다.

일본 특허 공개 2013-78959호 공보

최근, 예를 들면 고탄성의 피치계 탄소섬유속을 이용하여, 섬유속의 층을 이하와 같이 형성함으로써 종래보다 더욱 고강성의 카본롤이 얻어지는 것이, 본원 발명자들에 의해 지견되었다. 즉, 섬유속이 맨드릴의 축 방향으로 대략 평행하게 부착된 0도 배향층과, 맨드릴의 축 방향에 대하여 일방측으로 기울여 권취된 +θ 배향층과, 상기 축 방향에 대하여 타방측으로 기울여 권취된 -θ 배향층을 형성하면 좋은 것이 지견되었다. 이러한 카본롤은 고강성 때문에 고유 진동수가 높고, 고속으로 회전해도 진동이 억제되기 쉬우므로, 고속 회전용의 부재로서 필름 제조 기계나 인쇄 기계 등의 산업 기계의 권취롤, 및 자동차의 프로펠러 샤프트 등에 적합하게 이용될 수 있다.

여기에서, 특허문헌 1에 기재된 필라멘트 와인딩 장치를 이용하여 0도 배향층을 형성하기 위해서는 맨드릴을 회전시키지 않고 축 방향에 이동시키면서, 수지가 함침된 섬유속을 헬리컬 권취 장치로부터 인출해서 맨드릴에 부착시킬 필요가 있다. 그러나, 맨드릴을 회전시키지 않고 이동만 시키면 맨드릴에 섬유속이 권취되지 않으므로, 섬유속에 부여되는 텐션이 약해진다. 이 때문에, 섬유속이 자체중량으로 느슨해지고, 섬유속의 배치가 흐트러지기 쉬워진다. 또한, 맨드릴의 측부나 저부 등에 부착되는 섬유속을 목표 위치에 부착하는 것이 어렵고, 0도 배향층의 형성이 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 맨드릴의 축 방향을 따라 섬유속을 맨드릴에 부착할 때에, 섬유속의 배향의 안정성을 향상시키는 것이다.

제 1 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 수지가 함침된 복수의 섬유속이 권취되는 맨드릴을 지지가능하고, 또한 맨드릴의 축 방향으로 이동가능한 지지 유닛과, 상기 맨드릴의 둘레 방향에 있어서 방사상으로 배열되고, 또한 상기 복수의 섬유속을 상기 맨드릴에 각각 안내하는 복수의 섬유속 가이드부를 갖고, 상기 복수의 섬유속 가이드부를 경유해서 상기 복수의 섬유속을 상기 맨드릴에 공급하는 헬리컬 유닛을 구비하고, 상기 복수의 섬유속 가이드부의 각각은 상기 맨드릴에 공급되고 있는 상기 섬유속을 상기 축 방향으로 이동하고 있는 상기 맨드릴의 둘레면에 압박하는 압박 롤러를 갖고, 상기 압박 롤러는 상기 축 방향과 직교하는 롤러축 방향으로 연장되는 롤러축을 회전 중심으로 해서 상기 맨드릴의 둘레면에 접촉해서 종동 회전가능한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는 섬유속이 섬유속 가이드부의 압박 롤러에 의해 맨드릴의 둘레면에 압박됨으로써, 수지의 점성에 의해 맨드릴에 부착된다. 이에 따라, 맨드릴이 회전하지 않고 섬유속에 부여되는 텐션이 약한 경우에도, 맨드릴에 공급되고 있는 섬유속이 느슨해지기 전에 상기 섬유속을 맨드릴에 부착할 수 있고, 섬유속을 목표 위치에 부착되기 쉽게 할 수 있다. 따라서, 맨드릴의 축 방향을 따라 섬유속을 맨드릴에 부착되기 쉽게 할 수 있다.

제 2 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 섬유속 가이드부는 상기 압박 롤러보다 섬유속 주행 방향에 있어서의 상류측에 배치되고, 상기 압박 롤러에 의해 상기 맨드릴에 압박되기 전의 상기 섬유속의 텐션을 받아내는 텐션 수용 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

맨드릴을 회전시키지 않고 섬유속을 맨드릴에 부착시키는 경우에도, 맨드릴이 축 방향으로 이동함으로써 어느 정도의 텐션이 맨드릴에 공급되는 섬유속에 부여된다. 이 텐션은 압박 롤러를 맨드릴로부터 뜨게 하도록 작용하므로, 상기 텐션이 압박 롤러에 그대로 작용하면 압박 롤러가 섬유속을 맨드릴에 압박하는 힘이 약해질 우려가 있다. 본 발명에서는 압박 롤러보다 상류측에 배치된 텐션 수용 부재에 의해, 섬유속에 부여된 텐션이 받아들여진다. 이에 따라, 텐션 수용 부재보다 하류측에 위치하는 압박 롤러에 텐션이 그대로 작용하는 것을 억제할 수 있으므로, 압박 롤러에 의한 압박력이 약해지는 것을 억제할 수 있다.

제 3 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 2 발명에 있어서, 상기 텐션 수용 부재는 롤러인 것을 특징으로 하는 것이다.

예를 들면, 접히기 쉬운 섬유속(상술한 피치계 탄소섬유속 등이 이것에 해당함)을 맨드릴에 부착하는 경우, 텐션 수용 부재가 고정되어 있으면 섬유속이 텐션 수용 부재에 비벼짐으로써 접힐 우려가 있다. 본 발명에서는 섬유속을 롤러를 따라 매끄럽게 주행시킬 수 있기 때문에, 섬유속이 접히는 것을 억제할 수 있다.

제 4 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 1 발명∼제 3 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 헬리컬 유닛은 상기 섬유속 가이드부를 상기 맨드릴의 직경 방향으로 이동시키는 가이드 이동 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는 맨드릴의 외경을 따라 섬유속 가이드부의 직경 방향에 있어서의 위치를 조정함으로써, 압박 롤러에 의해 다양한 외경을 갖는 맨드릴의 둘레면에 섬유속을 압박할 수 있다.

제 5 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 1 발명∼제 4 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 지지 유닛은 상기 축 방향에 있어서 왕복 이동가능하며, 상기 섬유속 가이드부는 복수의 상기 압박 롤러를 갖고, 상기 압박 롤러로서 상기 지지 유닛이 상기 축 방향에 있어서의 일방측으로 이동하고 있을 때에 상기 섬유속을 상기 맨드릴의 둘레면에 압박하는 제 1 압박 롤러와, 상기 제 1 압박 롤러보다 상기 축 방향에 있어서의 타방측에 배치되고, 상기 지지 유닛이 상기 축 방향에 있어서의 상기 타방측으로 이동하고 있을 때에 상기 섬유속을 상기 맨드릴의 둘레면에 압박하는 제 2 압박 롤러가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는 지지 유닛이 왕복 이동가능한 구성에 있어서, 맨드릴이 축 방향에 있어서의 일방으로 이동하고 있을 때에는 제 1 압박 롤러에 의해, 타방으로 이동하고 있을 때에는 제 2 압박 롤러에 의해, 섬유속을 맨드릴의 둘레면에 압박할 수 있다. 이에 따라, 맨드릴의 왕로 및 복로의 양방에 있어서 섬유속을 맨드릴에 부착할 수 있기 때문에, 섬유속을 효율적으로 맨드릴에 부착할 수 있다.

제 6 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 1 발명∼제 5 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 맨드릴은 상기 축 방향으로 연장되는 원통 형상을 갖고, 상기 압박 롤러는 상기 압박 롤러의 축심을 포함하는 단면에 있어서, 상기 롤러축 방향에 있어서의 중앙을 향할수록 직경이 작아지도록 만곡하고 있는 축경 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

예를 들면, 압박 롤러가 원통 형상인 경우, 만곡한 둘레면을 갖는 맨드릴에 대한 압박 롤러의 접촉 면적이 작기 때문에, 맨드릴의 둘레면에 섬유속이 압박되기 어려워질 우려가 있다. 본 발명에서는 압박 롤러의 축경 부분을 맨드릴의 둘레면을 따르기 쉽게 할 수 있기 때문에, 압박 롤러의 맨드릴 둘레면과의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 따라서, 맨드릴의 둘레면에 섬유속을 안정적으로 압박할 수 있다.

제 7 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 6 발명에 있어서, 상기 압박 롤러의, 상기 축경 부분보다 상기 롤러축 방향에 있어서의 양 외측에는 롤러단 부분이 각각 형성되어 있고, 상기 압박 롤러의 상기 단면에 있어서, 상기 롤러단 부분은 상기 축경 부분의 외측 가장자리의 상기 롤러축 방향의 단에 있어서의 접선보다 상기 압박 롤러의 직경 방향에 있어서의 내측에 위치하고, 상기 롤러단 부분의 외측 가장자리와 상기 축경 부분의 외측 가장자리가 이루는 각이 둔각인 것을 특징으로 하는 것이다.

축경 부분이 롤러축 방향에 있어서의 단까지 형성되어 있으면, 압박 롤러의 단면에 있어서 롤러축 방향에 있어서의 끝면과, 축경 부분의 외측 가장자리가 이루는 각이 예각이 되기(날카롭게 되기) 때문에, 이하의 문제가 생기기 쉬워진다. 즉, 맨드릴의 둘레 방향에 있어서, 현재 섬유속이 부착되어 있는 위치와 다른 위치에 섬유속이 이미 부착되어 있는 경우, 압박 롤러의 단부가 상기 다른 위치의 섬유속에 접촉하면, 압박 롤러의 단부에 의해 상기 섬유속이 넘겨 올려질 우려가 있다.

본 발명에서는 롤러단 부분의 외측 가장자리와 축경 부분의 외측 가장자리가 이루는 각이 둔각으로 되어 있다. 즉, 축경 부분(섬유속에 접촉하기 쉬운 부분)이 롤러축 방향에 있어서의 단까지 형성되어 있는 경우와 비교해서, 축경 부분의 단부근방이 완만한 형상으로 되어 있다. 이에 따라, 축경 부분의 롤러축 방향에 있어서의 단부가 이미 맨드릴에 부착되어 있는 섬유속에 접촉해도, 상기 섬유속이 넘겨 올려지기 어려워진다.

제 8 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 7 발명에 있어서, 상기 롤러단 부분은 상기 단면에 있어서, 직사각형 형상인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는 롤러단 부분의 단면이 직사각형 형상(즉, 롤러 단부가 원통 형상이며, 롤러 단부의 직경이 일정)이기 때문에, 제조시의 가공을 용이화할 수 있다.

제 9 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 1 발명∼제 8 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 섬유속 가이드부는 상기 압박 롤러를 회전가능하게 지지하는 롤러 지지부와, 상기 롤러 지지부가 부착되는 가이드 지지체를 구비하고, 상기 롤러 지지부는 상기 압박 롤러의 상기 맨드릴에의 압박력의 변동을 흡수하는 완충 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는 압박 롤러에 의한 압박력이 맨드릴 둘레면의 미소한 요철이나 지지 유닛의 미소한 진동 등 어떠한 원인에 의해 변동한 경우에도, 완충 부재에 의해 압박력의 변동을 흡수할 수 있다. 따라서, 압박력이 너무 약해져 섬유속이 맨드릴에 잘 부착되지 않거나, 압박력이 너무 강해져 압박 롤러 등에의 부하가 과대해지는 것을 억제할 수 있다.

제 10 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 9 발명에 있어서, 상기 롤러 지지부는 상기 완충 부재로서, 상기 압박 롤러를 회전가능하게 지지하는 판 스프링 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는 판 스프링 부재에 의해, 압박 롤러의 지지, 및 압박 롤러에 의한 압박력의 변동 흡수의 양방을 행할 수 있다. 즉, 압박 롤러의 지지용의 부재와 완충 부재를 별개로 설치할 필요가 없다. 따라서, 부품의 수의 증가를 억제하여 비용 증대를 억제할 수 있다.

제 11 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 9 발명 또는 제 10의 발명에 있어서, 상기 롤러 지지부는 상기 압박 롤러를 양팔보 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

압박 롤러가 외팔보 지지되어 있는 경우, 롤러축 방향에 있어서 지지되어 있는 측의 단부와 비교해서, 지지되어 있지 않는 측의 단부가 크게 변위하기 쉬워진다. 이 때문에, 압박 롤러의 롤러축이 맨드릴의 둘레면에 대하여 기울어지기 쉬워져, 섬유속이 맨드릴에 안정적으로 부착되기 어려워질 우려가 있다. 본 발명에서는 압박 롤러가 양팔보 지지되어 있으므로, 압박 롤러의 롤러축 방향에 있어서의 일단부가 타단부와 비교해서 크게 변위하는 것을 억제할 수 있고, 압박 롤러가 맨드릴의 둘레면에 대하여 기울어지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 섬유속을 맨드릴에 안정적으로 부착시키기 쉽게 할 수 있다.

제 12 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 5 발명에 있어서, 상기 지지 유닛을 제어하는 제어부를 더 구비하고, 상기 제어부는 상기 복수의 섬유속이 상기 맨드릴의 상기 축 방향에 있어서의 일방측의 단부로부터 타방측의 단부까지 부착되도록 상기 지지 유닛을 상기 축 방향에 있어서의 상기 일방측으로 이동시킨 후, 상기 맨드릴에 공급되고 있는 각 섬유속의 일부분이 상기 맨드릴의 상기 타방측의 단부로부터 밀려나오도록, 상기 지지 유닛을 상기 축 방향에 있어서의 상기 일방측으로 더 이동시키고, 상기 복수의 섬유속의, 상기 맨드릴의 상기 단부로부터 밀려나온 돌출 부분이 환 형상의 되접어 꺾임 가이드 지그에 의해 둘러싸여진 상태에서 상기 지지 유닛을 상기 축 방향에 있어서의 상기 타방측으로 되돌아가게 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

제 5 발명과 같이, 지지 유닛이 왕복 이동가능한 구성에 있어서는 맨드릴의 단까지 부착된 섬유속을 절단하지 않고 축 방향으로 되접어 꺾어 섬유속을 연속적으로 맨드릴에 부착시키는 것이 생산 효율상 바람직하다. 단, 섬유속이 맨드릴의 단부까지 부착된 후, 맨드릴을 그대로 역주행시킴으로써 섬유속을 되접어 꺾으면, 섬유속에 부여되고 있는 텐션에 의해 맨드릴의 단부에 부착된 섬유속이 축 방향으로 인장되어 벗겨져버릴 우려가 있다.

본 발명에서는 제어부에 의해, 지지 유닛을 축 방향에 있어서의 일방측으로 이동시킴으로써 섬유속이 맨드릴에 부착된 후, 맨드릴의 타방측의 단부로부터 각 섬유속의 일부분이 밀려나온다. 그리고, 복수의 섬유속의 돌출 부분이 환 형상의 되접어 꺾임 가이드 지그에 의해 둘러싸여진 상태에서, 지지 유닛이 타방측으로 되돌아가면, 복수의 섬유속이 되접어 꺾임 가이드 지그의 직경 방향에 있어서의 내측으로부터 외측으로 안내되면서 타방측으로 되접어 꺾여진다. 지지 유닛이 타방측으로 더 이동하면, 되접어 꺾임 가이드 지그는 섬유속의 텐션에 의해 맨드릴측으로 가까이 당길 수 있다. 맨드릴의 사이즈에 따른 적절한 사이즈의 되접어 꺾임 가이드 지그를 사용함으로써, 가까이 당겨 되접어 꺾임 가이드 지그는 맨드릴의 끝면에 접촉해서 받아들여진다. 이 때문에, 되접어 꺾인 섬유속이 축 방향으로 인장되어도, 섬유속은 되접어 꺾인 지그에 의해 받아들여지기 때문에, 맨드릴로부터 벗겨지는 것이 방지된다. 이에 따라, 지지 유닛을 타방측으로 더 이동시키면, 섬유속의 부착을 계속해서 행할 수 있다. 따라서, 맨드릴을 왕복 이동시켜 섬유속을 연속적으로 맨드릴에 부착할 수 있다.

제 13 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 12 발명에 있어서, 상기 되접어 꺾임 가이드 지그는 상기 되접어 꺾임 가이드 지그의 둘레 방향에 있어서 복수의 가이드편으로 분할가능한 것을 특징으로 하는 것이다.

예를 들면, 직경 방향 외측으로부터 내측에 걸쳐서 미세한 슬릿이 형성된 되접어 꺾임 가이드 지그를 사용하고, 상기 지그의 직경 방향 내측에 섬유속을 수작업 등으로 넣음으로써 섬유속을 둘러쌀 수도 있다. 단, 그 경우, 섬유속을 슬릿에 통과시킬 때에 되접어 꺾임 가이드 지그의 슬릿 형성 부분에 섬유속이 접촉하면, 섬유속이 손상될 우려가 있다. 본 발명에서는 복수의 가이드편을 연결시킴으로써 되접어 꺾임 가이드 지그를 형성하면서, 상기 지그의 직경 방향에 있어서의 외측으로부터 섬유속을 둘러쌀 수 있다. 즉, 섬유속을 둘러싸기 위해 섬유속을 슬릿 등에 통과시킬 필요가 없기 때문에, 섬유속의 손상을 억제할 수 있다.

제 14 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 12 발명 또는 제 13 발명에 있어서, 상기 되접어 꺾임 가이드 지그는 원환 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

예를 들면, 둘레 방향에 있어서 다각 형상을 갖는 되접어 꺾임 가이드 지그 을 이용해도 섬유속을 둘러쌀 수 있지만, 그러한 되접어 꺾임 가이드 지그를 사용한 경우, 섬유속이 되접어 꺾임 가이드 지그의 모서리에 닿는 등 해서 손상될 우려가 있다. 본 발명에서는 되접어 꺾임 가이드 지그가 원환 형상을 갖기(즉, 전체적으로로 매끄러운 형상을 갖기) 때문에, 섬유속의 손상을 억제할 수 있다.

제 15 발명의 필라멘트 와인딩 장치는 상기 제 12 발명∼제 14 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 되접어 꺾임 가이드 지그의 최대 외경이 상기 맨드릴의 외경 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는 되접어 꺾임 가이드 지그가 복수의 섬유속을 둘러싸고 있는 상태에서, 되접어 꺾임 가이드 지그가 맨드릴보다 직경 방향 외측으로 돌출하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 지지 유닛을 타방측으로 되돌리게 할 때에, 되접어 꺾임 가이드 지그가 헬리컬 유닛의 압박 롤러 등과 간섭하는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 필라멘트 와인딩 장치의 사시도이다.
도 2는 권취 장치의 사시도이다.
도 3은 필라멘트 와인딩 장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 헬리컬 권취 유닛의 상측 부분의 정면도이다.
도 5는 섬유속 가이드부의 사시도이다.
도 6은 섬유속 가이드부의 정면도, 평면도, 및 측면도이다.
도 7은 압박 롤러의 단면도이다.
도 8은 가이드 이동 기구를 나타내는 도면이다.
도 9는 섬유속이 맨드릴에 공급되는 모양을 나타내는 도면이다.
도 10은 압박 롤러와 맨드릴의 접촉 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 섬유속을 맨드릴에 부착시키는 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 12는 섬유속의 왕복 부착의 구체적 순서를 나타내는 플로우차트이다.
도 13은 링 가이드의 설명도이다.
도 14는 링 가이드를 사용한 섬유속의 되접어 꺾임을 나타내는 설명도이다.
도 15는 링 가이드를 사용한 섬유속의 되접어 꺾임을 나타내는 설명도이다.
도 16은 링 가이드를 사용한 섬유속의 되접어 꺾임의 보충도이다.
도 17은 변형예에 의한 링 가이드를 나타내는 도면이다.
도 18은 다른 변형예에 의한 필라멘트 와인딩 장치를 나타내는 도면이다.

다음에, 본 발명의 실시형태에 대해서 도 1∼도 16을 참조하면서 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 도 1에 나타내는 방향을 전후 좌우 방향으로 한다. 또한, 전후 좌우 방향과 직교하는 방향을 중력이 작용하는 상하 방향으로 한다.

(필라멘트 와인딩 장치의 개략 구성)

우선, 필라멘트 와인딩 장치(1)의 개략 구성에 대해서, 도 1을 사용하여 설명한다. 필라멘트 와인딩 장치(1)는 권취 장치(2)와, 크릴 스탠드(3)와, 컨트롤 패널(4)을 구비한다.

권취 장치(2)는 맨드릴(M)에 섬유속(F)을 권취하기 위한 것이다. 본 실시형태에 있어서의 섬유속(F)은, 예를 들면 피치계 탄소섬유속이라고 불리는 고탄성의 탄소섬유 등의 섬유 재료에, 열경화성의 합성 수지재가 함침된 것이다. 피치계 탄소섬유속은 고탄성인 반면, 접히기 쉽다는 성질을 갖는다. 맨드릴(M)은, 예를 들면 자동차의 프로펠러 샤프트 등을 제조하기 위한 심재이며, 원통 형상을 갖는다. 또한, 권취 장치(2)의 상세에 대해서는 후술한다.

크릴 스탠드(3)는 후술하는 헬리컬 권취 유닛(40)(본 발명의 헬리컬 유닛)에 섬유속(F)을 공급하기 위한 것이다. 크릴 스탠드(3)는 지지 프레임(11)과, 지지 프레임(11)에 지지된 복수의 보빈 지지부(12)를 갖는다. 지지 프레임(11)은 대개 좌우 대칭으로 배치되어 있고, 지지 프레임(11)의 좌우 방향에 있어서의 중앙부에는 권취 장치(2)의 일부가 배치되는 설치 공간(13)이 형성되어 있다(또한, 설치 공간(13) 내의 상세에 대해서는 도시를 생략하고 있음). 복수의 보빈 지지부(12)에는 헬리컬 권취 유닛(40)에 공급되는 섬유속(F)이 감겨 있는 보빈(B)이 각각 회전가능하게 지지되어 있다.

컨트롤 패널(4)은 제어 장치(5)와, 표시부(6)와, 조작부(7)를 갖는다. 제어 장치(5)는 권취 장치(2)의 각부의 동작을 제어한다. 표시부(6)는 권취 장치(2)에 의한 맨드릴(M)에의 섬유속의 권취 조건 등을 표시한다. 조작부(7)는 오퍼레이터가 권취 장치(2)에 의한 권취 조건 등을 제어 장치(5)에 입력하기 위한 것이다.

(권취 장치의 구성)

다음에, 권취 장치(2)의 구성에 대해서, 도 2 및 도 3을 사용하여 설명한다. 권취 장치(2)는 기대(15)와, 지지 유닛(20)(제 1 지지 유닛(21) 및 제 2 지지 유닛(22))과, 후프 권취 유닛(30)과, 헬리컬 권취 유닛(40)을 구비한다.

기대(15)는 지지 유닛(20), 후프 권취 유닛(30), 및 헬리컬 권취 유닛(40)을 지지하기 위한 것이다. 기대(15)는 전후 방향으로 연장되어 있다. 기대(15) 상에는 전방측으로부터 제 1 지지 유닛(21), 후프 권취 유닛(30), 헬리컬 권취 유닛(40), 제 2 지지 유닛(22)의 순으로, 전후 방향으로 나란히 배치되어 있다. 또한, 기대(15)의 상면에는 전후 방향으로 연장되는 복수의 레일(16)이 설치되어 있다. 지지 유닛(20) 및 후프 권취 유닛(30)은 레일(16) 상에 배치되고, 레일(16)을 따라 전후 방향으로 이동가능하게 구성되어 있다. 헬리컬 권취 유닛(40)은 크릴 스탠드(3)의 설치 공간(13)의 전단부에 있어서, 기대(15)에 고정되어 있다(도 1 참조).

지지 유닛(20)은 후프 권취 유닛(30)보다 전방측에 배치되는 제 1 지지 유닛(21)과, 헬리컬 권취 유닛(40)보다 후방측에 배치되는 제 2 지지 유닛(22)을 갖는다. 지지 유닛(20)은 맨드릴(M)의 축 방향(전후 방향)으로 연장되는 지지축(23)을 중심으로 해서 맨드릴(M)을 회전가능하게 지지한다. 지지 유닛(20)은 지지 유닛(20)을 레일(16)을 따라 전후 방향으로 이동시키기 위한 이동용 모터(24)와, 맨드릴(M)을 회전시키기 위한 회전용 모터(25)를 갖는다(도 3 참조). 이동용 모터(24) 및 회전용 모터(25)는 제어 장치(5)에 의해 구동 제어된다.

후프 권취 유닛(30)은 맨드릴(M)에 대하여 섬유속을 후프 권취하기(맨드릴(M)의 축 방향에 대하여 대개 직각한 방향으로 섬유속을 권취하기) 위한 것이다. 후프 권취 유닛(30)은 본체부(31)와, 회전 부재(32)를 갖는다. 본체부(31)는 레일(16) 상에 배치되어 있고, 회전 부재(32)를 맨드릴(M)의 축 주위에 회전가능하게 지지한다. 회전 부재(32)는 원판 형상을 갖는 부재이다. 회전 부재(32)의 직경 방향 중앙부에는 맨드릴(M)이 통과가능한 원형의 통과구멍(34)이 형성되어 있다. 후프 권취 유닛(30)에는 각각 섬유속이 감겨 있는 복수의 보빈(33)이 부착되어 있다. 복수의 보빈(33)은 회전 부재(32)의 둘레 방향에 등간격으로 배치되어 있다.

후프 권취 유닛(30)은 도 3에 나타내는 바와 같이 후프 권취 유닛(30)을 레일(16)을 따라 전후 방향으로 이동시키기 위한 이동용 모터(35)와, 회전 부재(32)를 회전시키기 위한 회전용 모터(36)를 갖는다. 이동용 모터(35) 및 회전용 모터(36)는 제어 장치(5)에 의해 구동 제어된다. 제어 장치(5)는 맨드릴(M)이 상대적으로 통과구멍(34)을 통과하도록 후프 권취 유닛(30)을 레일(16)을 따라 왕복 이동시키면서, 회전 부재(32)를 회전시킨다. 이에 따라, 복수의 보빈(33)이 맨드릴(M)의 축 주위에 공전하고, 복수의 섬유속이 복수의 보빈(33)로부터 인출된다. 인출된 복수의 섬유속은 맨드릴(M)의 표면에 일제히 후프 권취된다.

본 실시형태의 헬리컬 권취 유닛(40)은 맨드릴(M)에 대하여 섬유속(F)을 헬리컬 권취하기(맨드릴(M)의 축 방향에 대하여 대개 평행한 방향으로 섬유속을 권취하기) 위한 것임과 아울러, 후술하는 0도 배향층을 맨드릴(M)에 형성가능하게 하기 위한 것이다. 헬리컬 권취 유닛(40)은 본체부(41)와, 복수의 가이드(42)와, 복수의 노즐(43)과, 텐션 부여 장치(도시하지 않음)를 갖는다. 본체부(41)는 기대(15)에 세워 설치 배치되어 있다. 본체부(41)의 좌우 방향에 있어서의 중앙부에는 맨드릴(M)이 전후 방향으로 통과가능한 원형의 통과구멍(44)이 형성되어 있다. 통과구멍(44)의 둘레 방향을 따라, 복수의 가이드(42) 및 복수의 노즐(43)(본 실시형태에서는 각각 12개씩)이 배치되어 있다. 통상의 헬리컬 권취를 행하는 경우, 크릴 스탠드(3)에 배치되어 있는 복수의 보빈(B)으로부터 인출된 복수의 섬유속은 복수의 가이드(42)를 경유하여 복수의 노즐(43)로 통하게 된다. 노즐(43)은 맨드릴(M)의 직경 방향을 따라 연장되어 있고, 상기 직경 방향에 있어서의 외측으로부터 내측을 향해서 섬유속(F)을 안내한다. 노즐(43)은 후술하는 가이드 이동 기구(80)(도 8 참조)에 의해, 직경 방향으로 신축가능하게 구성되어 있다.

헬리컬 권취 유닛(40)은 도 3에 나타내는 바와 같이 복수의 노즐(43)을 신축시키기 위한 가이드 이동용 모터(45)를 갖는다. 가이드 이동용 모터(45)는 제어 장치(5)에 의해 구동 제어된다. 제어 장치(5)는 맨드릴(M)이 통과구멍(44)을 통과하도록, 지지 유닛(20)을 레일(16)을 따라 왕복 이동시키면서 복수의 노즐(43)을 맨드릴(M)의 외형에 맞춰서 신축시킨다. 이에 따라, 복수의 노즐(43)로부터 인출된 복수의 섬유속(F)이 맨드릴(M)의 표면에 일제히 헬리컬 권취된다. 회전하면서 이동하는 맨드릴(M)에 섬유속(F)을 권취함으로써, 텐션 부여 장치(도시하지 않음)에 의해 섬유속(F)에는 소정의 텐션이 부여된다.

권취 장치(2)에서 맨드릴(M)에의 섬유속의 권취 동작을 개시할 때는, 우선 예를 들면 오퍼레이터가 섬유속의 실끝을 테이프 등으로 맨드릴(M)에 고정한다. 또는, 섬유속의 실끝의 고정 등을 자동화하기 위한 장치를 형성해도 좋다. 섬유속의 실끝이 맨드릴(M)에 고정된 후, 제어 장치(5)가 각 모터(24, 25, 35, 36, 45)(도 3 참조)를 구동 제어함으로써, 지지 유닛(20)에 지지된 맨드릴(M)에 대하여 후프 권취 유닛(30)에 의해 후프 권취를 실시할 수 있음과 아울러, 헬리컬 권취 유닛(40)에 의해 헬리컬 권취를 실시할 수 있다. 이와 같이 하여, 맨드릴(M)에 섬유속이 권취된 카본롤이 제조된다. 카본롤은 경량, 고강성 등의 특성을 갖는다.

여기에서, 최근, 예를 들면 상술한 피치계 탄소섬유속을 이용하여 섬유속(F)의 층을 이하와 같이 형성함으로써, 종래보다 고강성의 카본롤을 더 얻을 수 있는 것이, 본원 발명자들에 의해 지견되었다. 즉, 섬유속(F)이 맨드릴(M)의 축 방향에 대략 평행하게 부착된 0도 배향층과, 맨드릴(M)의 축 방향에 대하여 일방측으로 기울여 권취된 +θ 배향층과, 상기 축 방향에 대하여 타방측으로 기울여 권취된 -θ 배향층을 형성하면 좋은 것이 지견되었다.

0도 배향층을 형성하기 위해서는 맨드릴(M)을 회전시키지 않고 전후 방향으로 이동시키면서, 섬유속(F)을 헬리컬 권취 유닛(40)으로부터 인출해서 맨드릴(M)에 부착시킬 필요가 있다. 그러나, 맨드릴(M)을 회전시키지 않고 이동만 시키면, 상술한 일반적인 헬리컬 권취를 행하는 경우(맨드릴(M)을 회전시키면서 이동시켜 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 권취되는 경우)와 비교해서, 섬유속(F)에 부여되는 텐션이 약해진다. 이 때문에, 섬유속(F)이 자체 중량으로 느슨해지기 쉬워져 맨드릴의 측부나 저부 등에 부착되는 섬유속을 목표 위치에 부착시키는 것이 어려워질 우려가 있다. 그래서, 헬리컬 권취 유닛(40)은 전후 방향을 따라 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 부착시키기 쉽게 하기 위해서, 이하와 같은 구성을 구비한다.

(0도 배향층 형성을 위한 구성)

0도 배향층을 형성하기 쉽게 하기 위한 구성에 대해서, 도 4∼도 8을 사용하여 설명한다. 도 4는 헬리컬 권취 유닛(40)의 상측 부분의 정면도이다. 도 5는 후술하는 섬유속 가이드부(50)의 사시도이다. 도 6(a)∼(c)는 섬유속 가이드부(50)의 정면도, 평면도 및 측면도이다. 도 7은 압박 롤러(54)의 축심(C)을 포함하는 단면도이다. 도 8(a)는 도 4의 VIII-VIII 단면도이다. 도 8(b)는 후술하는 압박 롤러(54)가 맨드릴(M)에 접촉하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.

도 4에 나타내는 바와 같이 헬리컬 권취 유닛(40)의 전방면에는 방사상으로 배열된 복수의 노즐(43)에 각각 대응하고, 복수(본 실시형태에서는 12개)의 섬유속 가이드부(50)가 형성된다. 복수의 섬유속 가이드부(50)는 회전하지 않고 전후 방향으로 이동만 하고 있는 맨드릴(M)에 복수의 섬유속(F)을 각각 안내하고, 또한 맨드릴(M)에 복수의 섬유속(F)을 각각 부착시키기 위한 것이다. 복수의 섬유속 가이드부(50)는 헬리컬 권취 유닛(40)에 대하여 착탈가능하며, 맨드릴(M)에 0도 배향층을 형성할 때에 헬리컬 권취 유닛(40)에 부착되고, 통과구멍(44)의 둘레 방향(즉, 맨드릴(M)의 둘레 방향)으로 방사상으로 배치된다. 각 섬유속 가이드부(50)는 후술하는 접속 부재(83)(도 8 참조)를 통해서 노즐(43)에 고정되어 있다. 이에 따라, 복수의 섬유속 가이드부(50)는 맨드릴(M)의 직경 방향으로 이동가능하다.

(섬유속 가이드부)

섬유속 가이드부(50)의 구성에 대해서, 도 5∼도 7을 사용하여 설명한다. 또한, 도 5 및 도 6에 있어서의 섬유속 가이드부(50)는 도 4에 있어서의 12시의 위치에 있는 섬유속 가이드부(50)를 나타내고 있다. 도 5 및 도 6에 나타내어져 있는 상하 방향은 맨드릴(M)의 직경 방향과 일치한다. 도 5 및 도 6에 나타내어져 있는 좌우 방향은 후술하는 압박 롤러(54)의 축 방향(이하, 롤러축 방향이라고 함)과 일치한다.

도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이 섬유속 가이드부(50)는 가이드 지지체(51)와, 압박 롤러 지지부(52)와, 확폭 롤러(53)와, 압박 롤러(54)를 갖는다. 섬유속 가이드부(50)는 가이드 지지체(51)에 의해 섬유속(F)을 맨드릴(M)의 직경 방향에 있어서의 외측으로부터 내측(도 5 및 도 6에 있어서의 상방으로부터 하방)으로 안내하고, 확폭 롤러(53)에 의해 섬유속(F)을 확폭한다. 또한, 섬유속 가이드부(50)는 압박 롤러 지지부(52)에 지지된 압박 롤러(54)에 의해, 맨드릴(M)에 섬유속(F)을 압박한다. 압박 롤러 지지부(52), 확폭 롤러(53) 및 압박 롤러(54)는 섬유속 가이드부(50)에 2개씩 설치되고, 전후 대칭으로 배치되어 있다. 이후, 필요에 따라서, 전방의 압박 롤러 지지부(52) 등의 부호의 말미에는 "F"를, 후방의 압박 롤러 지지부(52) 등의 부호의 말미에는 "R"을 각각 부기한다.

우선, 가이드 지지체(51)에 대해서 설명한다. 가이드 지지체(51)는 섬유속(F)을 맨드릴(M)의 직경 방향에 있어서의 외측으로부터 내측(즉, 섬유속 주행 방향에 있어서의 상류측으로부터 하류측)으로 안내하기 위한 것이다. 가이드 지지체(51)는 상측 부재(61)와, 중간 부재(62, 63)와, 하측 부재(64, 65)를 갖는다. 가이드 지지체(51)에 있어서, 맨드릴(M)의 직경 방향에 있어서의 외측으로부터 내측으로 순차적으로, 상측 부재(61), 중간 부재(62 및 63), 하측 부재(64 및 65)가 배치되어 있고, 가이드 지지체(51)는 전체로서 맨드릴(M)의 직경 방향으로 연장된 형상을 갖는다.

상측 부재(61)는 헬리컬 권취 유닛(40)에 이동가능하게 접속되기 위한 것임(상세는 후술함)과 아울러, 롤러축 방향 단부에 중간 부재(62, 63)가 각각 접속되기 위한 것이다. 상측 부재(61)는 좌우 방향(롤러축 방향)으로 연장되고, 상방으로부터 보아서 대개 U자 형상을 갖는 부재이다(도 5 및 도 6(b) 참조). 중간 부재(62, 63)는 상하 방향(맨드릴(M)의 직경 방향)으로 연장된 형상을 갖는 부재이다(도 5 및 도 6(a), (c) 참조). 중간 부재(62)의 상부는 상측 부재(61)의 좌단부에, 중간 부재(63)의 상부는 상측 부재(61)의 우단부에 각각 고정되어 있다. 중간 부재(62, 63) 상하 방향에 있어서의 도중 부분은 좌우 방향으로 굴곡하고 있다(도 5 및 도 6(a) 참조). 이에 따라, 중간 부재(62, 63)는 판 스프링으로서 기능하고, 예를 들면 섬유속(F)의 부착 중에 있어서 섬유속 가이드부(50)의 미소 진동 등을 억제한다.

하측 부재(64, 65)는 2개의 확폭 롤러(53)를 회전가능하게 지지하기 위한 것이다. 하측 부재(64, 65)는 도 6(b)에 나타내는 바와 같이 전후 방향으로 연장되고, 상방으로부터 보아서 대략 U자 형상을 갖는다. 하측 부재(64)는 중간 부재(62)의 하부에, 하측 부재(65)는 중간 부재(63)의 하부에 각각 고정되어 있다. 하측 부재(64, 65)는 전후로 나란히 한 2개의 확폭 롤러(53)를 회전가능하게 양팔보 지지한다(도 5 및 도 6(c) 참조). 또한, 하측 부재(64)에는 전후 방향으로 연장되는 가이드 막대(66)(도 6(b)의 해칭 부분)가 부착되어 있다. 마찬가지로, 하측 부재(65)에는 가이드 막대(67)가 부착되어 있다. 가이드 막대(66, 67)는 롤러축 방향으로 나란히 배치되고, 이들간에 섬유속(F)이 통하게 된다. 이에 따라, 가이드 지지체(51)에 의해 안내되고 있는 섬유속(F)이 롤러축 방향으로 어긋나는 것이 억제된다.

다음에, 확폭 롤러(53)에 대해서 설명한다. 2개의 확폭 롤러(53)(본 발명의 텐션 수용 부재)는 맨드릴(M)의 직경 방향에 있어서의 외측으로부터 내측으로 안내되는 섬유속(F)을 확폭하기 위한 것임과 아울러, 섬유속(F)의 텐션을 받아내기 위한 것이다. 2개의 확폭 롤러(53)는, 예를 들면 원통 형상을 갖는 수지제의 롤러이다. 2개의 확폭 롤러(53)는 하측 부재(64, 65)에 의해 회전가능하게 양팔보 지지되어 있고, 주행하는 섬유속(F)이 접촉함으로써 종동 회전가능하다. 확폭 롤러(53)의 축 방향은 맨드릴(M)의 축 방향과 직교하고 있다. 하측 부재(64, 65)의 전방측 부분에는 확폭 롤러(53F)가, 후방측 부분에는 확폭 롤러(53R)가 각각 지지되어 있다(도 5 및 도 6(c) 참조).

확폭 롤러(53F, 53R)는 전후 방향에 있어서 서로 이간되어 있고, 이들간에 섬유속(F)이 통하게 되도록 구성되어 있다. 확폭 롤러(53F)는 맨드릴(M)이 전방으로 이동하고 있을 때에 섬유속(F)이 접촉하도록 배치되어 있다. 확폭 롤러(53R)는 맨드릴(M)이 후방으로 이동하고 있을 때에 섬유속(F)이 접촉하도록 배치되어 있다. 또한, 2개의 확폭 롤러(53)는 2개의 압박 롤러(54)보다 상방(맨드릴(M)의 직경 방향에 있어서의 외측)에 배치되어 있고(도 6(c) 참조), 맨드릴(M)에 접촉하지 않도록 구성되어 있다.

다음에, 압박 롤러 지지부(52)(본 발명의 롤러 지지부)에 대해서 설명한다. 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이 2개의 압박 롤러 지지부(52)는 가이드 지지체(51)의 전후 양단부에 1개씩 부착되어 있다. 보다 구체적으로는 2개의 압박 롤러 지지부(52)는 하측 부재(64, 65)의 전후 양단부에 부착되어 있다.

2개의 압박 롤러 지지부(52)는 각각 판 스프링 부재(71, 72)(본 발명의 완충 부재)를 갖는다. 판 스프링 부재(71, 72)는 전후 방향으로부터 보아서 대개 L자 형상의 부재이다. 전방의 압박 롤러 지지부(52F)에 설치된 판 스프링 부재(71F)는 하측 부재(64)의 전단부에 부착되어 전방으로 연장되어 있다. 판 스프링 부재(71F)의 전방측 부분은 하방(맨드릴(M)의 직경 방향 내측)으로 연장되고, 압박 롤러(54F)의 회전축의 일방측 단부를 지지하고 있다. 마찬가지로, 판 스프링 부재(72F)는 하측 부재(65)의 전단부에 부착되고, 압박 롤러(54F)의 회전축의 타방측 단부를 지지하고 있다. 즉, 판 스프링 부재(71F, 72F)에 의해, 압박 롤러(54F)가 회전가능하게 양팔보 지지되어 있다. 압박 롤러(54F)에 의한 압박력이 맨드릴(M)의 둘레면의 미소한 요철 등 어떠한 원인에 의해 변동한 경우에도, 판 스프링 부재(71F, 72F)에 의해 압박력의 변동이 흡수된다.

마찬가지로, 후방측의 압박 롤러 지지부(52R)는 판 스프링 부재(71R, 72R)를 갖는다. 판 스프링 부재(71R, 72R)는 압박 롤러(54R)를 회전가능하게 양팔보 지지하고, 또한 압박 롤러(54R)의 맨드릴(M)에의 압박력의 변동을 흡수한다.

다음에, 2개의 압박 롤러(54)에 대해서, 도 5∼도 7을 사용하여 설명한다. 2개의 압박 롤러(54)는 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 압박함으로써, 전후 방향(맨드릴(M)의 축 방향)을 따라 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 부착시키기 위한 것이다. 2개의 압박 롤러(54)의 둘레면은, 예를 들면 고무 또는 우레탄 등의, 가요성 및/또는 탄성을 갖는 부재로 형성되어 있다. 2개의 압박 롤러(54)의 축 방향은 맨드릴(M)의 축 방향과 직교하고 있다(도 4 참조). 도 5 및 도 6에 나타내는 바와 같이 전방측의 압박 롤러(54F)(본 발명의 제 1 압박 롤러)는 압박 롤러 지지부(52F)에, 후방측의 압박 롤러(54R)(본 발명의 제 2 압박 롤러)는 압박 롤러 지지부(52R)에 각각 회전가능하게 양팔보 지지되어 있다. 압박 롤러(54F, 54R)는 주행하는 섬유속(F)이 접촉함으로써 종동 회전가능하다. 압박 롤러(54F)는 맨드릴(M)이 전방(본 발명의 일방)으로 이동하고 있을 때에 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 압박하도록 배치되어 있다. 압박 롤러(54R)는 맨드릴(M)이 후방(본 발명의 타방)으로 이동하고 있을 때에 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 압박하도록 배치되어 있다.

압박 롤러(54)의 축심(C)을 포함하는 단면의 형상에 대해서, 도 7을 사용하여 설명한다. 압박 롤러(54)는 롤러 본체(55)와, 회전축(56)을 갖는다. 롤러 본체(55)는 축경 부분(55a)과, 롤러단 부분(55b)과, 롤러단 부분(55c)을 갖는다. 압박 롤러(54)의 회전 중심인 회전축(56)의 축 방향(롤러축 방향)에 있어서, 2개의 2점 쇄선 사이에 있는 부분이 축경 부분(55a)이며, 롤러축 방향에 있어서 축경 부분(55a)의 양외측에 각각 형성된 부분이 롤러단 부분(55b, 55c)이다.

축경 부분(55a)는 롤러축 방향에 있어서의 중앙을 향함에 따라서 직경이 작아지도록 만곡하고 있다. 즉, 축경 부분(55a)는 맨드릴(M)의 둘레면을 따르기 쉬운 형상으로 되어 있다. 롤러단 부분(55b)의 단면은 직사각형 형상이다. 즉, 롤러단 부분(55b)는 원통 형상을 갖는다. 롤러단 부분(55c)는 롤러단 부분(55b)과 같은 형상 및 크기를 갖는다.

도 7에 나타내지는 단면에 있어서의 축경 부분(55a)의 외측 가장자리(55d)와, 롤러단 부분(55b)의 외측 가장자리(55e)가 이루는 각에 대해서 설명한다. 외측 가장자리(55d)와 외측 가장자리(55e)가 이루는 각, 즉 외측 가장자리(55d)의 롤러축 방향의 끝(점(100))에 있어서의 접선(101)과, 외측 가장자리(55e)가 이루는 각(θ)은 90°보다 크다(즉, 둔각이다). 외측 가장자리(55d)와, 롤러단 부분(55c)의 외측 가장자리가 이루는 각에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 도 7에 나타내는 바와 같이 롤러단 부분(55b)는 압박 롤러(54)의 직경 방향에 있어서, 접선(101)보다 내측에 위치하고 있다. 롤러단 부분(55c)에 대해서도 마찬가지이다.

(가이드 이동 기구)

다음에, 이상의 구성을 갖는 섬유속 가이드부(50)를 맨드릴(M)의 직경 방향으로 이동시키는 가이드 이동 기구(80)에 대해서, 도 8을 사용하여 설명한다. 도 8(a)는 도 4의 VIII-VIII 단면도이다. 도 8(b)는 도 8(a)의 상태로부터, 섬유속 가이드부(50)가 맨드릴(M)의 직경 방향에 있어서의 내측으로 이동한 후의 상태를 나타내는 도면이다.

도 8(a), (b)에 나타내는 바와 같이 가이드 이동 기구(80)는 헬리컬 권취 유닛(40)의 본체부(41)에 부착되어 있다. 가이드 이동 기구(80)는 일례로서, 스파이럴축(81)과, 볼 너트(82)와, 접속 부재(83)와, 상술한 노즐(43)과, 상술한 가이드 이동용 모터(45)를 갖는다. 가이드 이동 기구(80)에 있어서는 스파이럴축(81)이 회전함으로써 볼 너트(82), 및 볼 너트(82)에 부착된 노즐(43)이 맨드릴(M)의 직경 방향으로 이동한다. 또한, 노즐(43)의 선단부에 부착된 접속 부재(83)에, 섬유속 가이드부(50)가 부착되어 있고, 섬유속 가이드부(50)가 노즐(43)과 일체로 이동한다. 이하, 보다 상세에 대해서 설명한다.

스파이럴축(81)은 본체부(41)의 전단부(41a)의 후면에 부착된 C자 형상의 지지 부재(84)에 회전가능하게 지지되어 있다. 스파이럴축(81)은 맨드릴(M)의 직경 방향으로 연장되어 있다. 스파이럴축(81)에는 볼트가 형성되어 있다. 스파이럴축(81)은 가이드 이동용 모터(45)에 의해 회전 구동된다(화살표 102 참조). 볼 너트(82)의 전방측 부분에는 너트가 형성되어 있다. 볼 너트(82)는 스파이럴축(81)에 나사 결합되어 있다. 볼 너트(82)의 후방측 부분에는 노즐(43)이 부착되어 있다. 노즐(43)은 볼 너트(82)와 일체로 이동가능하게 되어 있다(화살표 103 참조). 맨드릴(M)의 직경 방향에 있어서, 노즐(43)의 외측 단부에는 L자 형상의 접속 부재(83)가 부착되어 있다. 접속 부재(83)는 노즐(43)과 접속된 부분으로부터 전방으로 연장되고, 전단부가 맨드릴(M)의 직경 방향에 있어서의 내측으로 연장되어 있다. 섬유속 가이드부(50)의 가이드 지지체(51)는 접속 부재(83)에 부착되어 있다. 구체적으로는 가이드 지지체(51)의 상측 부재(61)가 접속 부재(83)의 전단부의 직경 방향 내측 단부에 고정되어 있다. 이상의 구성을 갖는 가이드 이동 기구(80)에 의해, 섬유속 가이드부(50)는 맨드릴(M)의 직경 방향으로 이동가능하게 되어 있다(화살표 104 참조). 가이드 이동 기구(80)에 의해 섬유속 가이드부(50)의 위치를 조정함으로써, 압박 롤러(54)가 맨드릴(M)의 둘레면에 접촉가능하다(도 8(b) 참조).

(섬유속의 공급 경로)

다음에, 맨드릴(M)에의 섬유속(F)의 공급 경로에 대해서 설명한다. 0도 배향층의 형성시, 섬유속(F)은 헬리컬 권취 유닛(40)의 가이드(42)(도 4 참조)에 의해 안내된 후 노즐(43)을 경유하지 않고, 섬유속 가이드부(50)의 가이드 지지체(51)에 의해 맨드릴(M)의 직경 방향에 있어서의 외측으로부터 내측으로 안내된다(도 8(b) 참조). 또한, 섬유속(F)은 확폭 롤러(53)(도 8(b)에 있어서는 확폭 롤러(53F))에 접촉해서 확폭되면서 안내되고, 압박 롤러(54)(도 8(b)에 있어서는 압박 롤러(54F))에 의해 맨드릴(M)에 압박된다. 이와 같이, 헬리컬 권취 유닛(40)에 의해 섬유속 가이드부(50)를 경유하여 섬유속(F)이 맨드릴(M)에 공급된다.

(부착 동작)

다음에, 이상의 구성을 구비하는 필라멘트 와인딩 장치(1)에 있어서, 0도 배향층을 형성할 때의 동작(즉, 섬유속(F)을 전후 방향을 따라 맨드릴(M)에 부착시키는 부착 동작)에 대해서, 도 9 및 도 10을 사용하여 설명한다. 도 9는 섬유속(F)이 맨드릴(M)에 공급되어 있고, 또한 섬유속(F)이 맨드릴(M)에 부착되어 있는 모양을 나타내는 도면이다. 도 10(a)는 섬유속 가이드부(50)의 압박 롤러의 형상이 본 실시형태의 압박 롤러(54)의 형상과 다른 경우의, 압박 롤러와 맨드릴(M)의 접촉 상태를 나타내는 도면이다. 도 10(b)는 압박 롤러(54)와 맨드릴(M)의 접촉 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 여기에서는 복수의 섬유속 가이드부(50) 중, 도 4에 있어서의 12시의 위치에 있는 섬유속 가이드부(50)를 경유해서 공급되는 섬유속(F)에 대해서만 설명하지만, 다른 섬유속(F)에 대해서도 마찬가지이다.

부착 동작을 개시할 때는, 우선 오퍼레이터가 섬유속(F)을 보빈(B)으로부터 맨드릴(M)까지 섬유속 가이드부(50)를 경유해서 안내시킨 후, 섬유속(F)의 선단부를 테이프 등으로 맨드릴(M)의 단부(예를 들면, 전방 단부. 도 9 참조)에 고정한다. 다음에, 제어 장치(5)(도 3 참조. 본 발명의 제어부)가 가이드 이동용 모터(45)(도 3 참조)를 제어해서 가이드 이동 기구(80)(도 8 참조)를 동작시켜 섬유속 가이드부(50)를 맨드릴(M)의 직경 방향 내측으로 이동시키고, 압박 롤러(54)를 맨드릴(M)에 접촉시킨다. 이에 따라, 압박 롤러(54)가 맨드릴(M)의 둘레면에 압박되고, 섬유속(F)의, 압박 롤러(54)와 맨드릴(M) 사이에 있는 부분이 맨드릴(M)에 압박된다.

다음에, 제어 장치(5)는 이동용 모터(24)(도 3 참조)를 제어하여 지지 유닛(20)을 전방으로 이동시킴으로써, 헬리컬 권취 유닛(40)에 대하여 맨드릴(M)을 전방으로 이동시킨다(도 9 참조). 이에 따라, 섬유속(F)은 보빈(B)으로부터 인출되면서 주행하고, 확폭 롤러(53F)에 의해 확폭된 후 압박 롤러(54F)에 의해 맨드릴(M)에 압박되고, 수지의 점성에 의해 맨드릴(M)에 부착된다. 이에 따라, 섬유속(F)은 자체 중량으로 휘기 휠씬 전에, 맨드릴(M)에 부착되기 쉬워진다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 부착 동작시에는, 제어 장치(5)는 회전용 모터(25)(도 3 참조)를 구동시키지 않는다. 즉, 부착 동작시에는 맨드릴(M)은 회전하지 않는다.

여기에서, 맨드릴(M)이 회전하지 않아도, 맨드릴(M)이 축 방향으로 이동함으로써 섬유속(F)에는 어느 정도의 텐션이 부여되고 있다. 이 텐션은 압박 롤러(54F)를 뜨게 하도록 작용한다. 단, 이 텐션은 확폭 롤러(53F)에 의해 받아들여지기 위해서, 확폭 롤러(53F)보다 섬유속 주행 방향에 있어서의 하류측에 배치된 압박 롤러(54F)에 그대로 텐션이 작용하는 것이 억제된다.

제어 장치(5)가, 또한 이동용 모터(24)를 구동시켜 지지 유닛(20)을 전방으로 이동시킴으로써 맨드릴(M)의 후단부까지 섬유속이 부착된다. 이 시점에서, 1회의 부착 동작이 완료된다. 또한, 반대로 섬유속(F)을 맨드릴(M)의 후단부로부터 전단부까지 부착시키는 경우에는, 섬유속(F)은 섬유속 가이드부(50)의 후방측 부분에 배치된 확폭 롤러(53R) 및 압박 롤러(54R)에 의해 안내된다.

여기에서, 예를 들면 도 10(a), (b)에 나타내는 바와 같이 맨드릴(M)의 축 방향을 따라 섬유속(F1)을 부착할 때, 섬유속(F1)이 부착되는 위치와는 다른 위치에, 이미 섬유속(F2)이 맨드릴(M)의 축 방향을 따라 부착되어 있는 경우가 상정된다. 이 경우, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이 압박 롤러가 롤러축 방향에 있어서의 양단부까지 만곡하고 있는(즉, 양단부까지 축경 부분(154a)이 형성되어 있는) 것과 같은 압박 롤러(154)인 경우, 압박 롤러(154)의 끝면과 축경 부분(154a)의 외측 가장자리가 이루는 각(θa)이 예각이 되고, 맨드릴(M)이 축 방향으로 이동했을 때에 압박 롤러(154)에 의해 섬유속(F2)이 넘겨 올려질 우려가 있다. 이 점, 본 실시형태의 압박 롤러(54)에서는 롤러단 부분(55b)의 외측 가장자리(55e)와, 축경 부분(55a)의 외측 가장자리(54d)가 이루는 각(θ)이 둔각으로 되어 있다(도 7 참조). 롤러단 부분(55c)에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 도 10(a)에 나타내는 바와 같은 경우와 비교해서, 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 축경 부분(55a)의 단부 근방이 완만한 형상으로 되어 있다. 이에 따라, 축경 부분(55a)의 롤러축 방향에 있어서의 단부가 만약 섬유속(F2)에 접촉해도, 섬유속(F2)이 넘겨 올려지기 어렵다.

(0도 배향층의 형성)

다음에, 맨드릴(M)의 축 방향에 따른 0도 배향층을 맨드릴(M)의 전체 둘레에 걸쳐서 형성하는 구체적인 순서에 대해서, 도 11∼도 16을 사용하여 설명한다. 도 11은 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 부착해서 0도 배향층을 형성하는 순서를 나타내는 플로우차트이다. 도 12는 섬유속(F)의 왕복 부착(후술하는 시퀸스 S102)의 구체적 순서를 나타내는 플로우차트이다. 다른 도에 대해서는, 필요에 따라서 적당히 설명한다.

본 실시형태에 있어서는 12개의 섬유속 가이드부(50)를 사용해서 복수의 섬유속(F)을 맨드릴(M)의 전체 둘레에 걸쳐서 부착하므로, 1개의 보빈(B)으로부터 공급되는 섬유속(F)은 맨드릴(M)의 전체 둘레의 1/12에 걸쳐서 각각 맨드릴(M)에 부착되는 것이 된다. 이 때문에, 맨드릴(M)의 외경에 의해서는 상술한 1회의 부착 동작을 끝낸 후, 맨드릴(M)을 회전시켜 섬유속(F)의 폭의 분만큼 둘레 방향으로 움직이고, 섬유속(F)이 아직 부착되지 않은 부분에 섬유속(F)을 부착시키는 동작을 반복할 필요가 있다. 그러기 위해서는, 맨드릴(M)의 끝까지 부착된 섬유속(F)을 절단하지 않고 축 방향으로 되접어 꺾어, 섬유속(F)을 연속적으로 맨드릴에 부착시키는 것이 생산 효율상 바람직하다. 단, 섬유속(F)이 맨드릴(M)의 단부까지 부착된 후, 맨드릴(M)을 그대로 역주행시킴으로써 섬유속(F)을 되접어 꺾으면, 섬유속(F)에 부여되고 있는 텐션에 의해 맨드릴(M)의 단부에 부착된 섬유속(F)이 축 방향으로 인장되어 벗겨질 우려가 있다. 그래서, 본 실시형태에서는 이하의 방법을 이용하여 0도 배향층을 형성한다.

0도 배향층의 형성 순서의 개요에 대해서 설명한다. 우선, 상술한 바와 같이 섬유속(F)의 선단부를 맨드릴(M)의 단부에 고정한다(S101). 다음에, 부착 동작, 맨드릴(M)의 회전, 및 섬유속(F)을 맨드릴(M)의 축 방향에 있어서의 일방으로부터 타방으로 되접어 꺾이게 하는 되접어 꺾는 동작(상세는 후술함)을 반복함으로써, 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 왕복으로 부착한다(S102). 최후에, 맨드릴(M)의 전체 둘레에 걸쳐서 부착된 섬유속(F)의, 맨드릴(M)의 축 방향에 있어서의 양단부를, 예를 들면 후프 권취 유닛(30)에 의해 후프 권취함으로써 고정한다(S103).

(섬유속의 왕복 부착의 순서)

다음에, 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 왕복으로 부착시키는 순서(S102)의 상세 에 대해서 설명한다.

구체적인 순서의 설명에 앞서, 섬유속(F)을 축 방향으로 되접어 꺾이게 하는 되접어 꺾는 동작시에 사용되는 링 가이드(200)(본 발명의 되접어 꺾임 가이드 지그)의 구조에 대해서, 도 13을 사용하여 설명한다. 도 13(a)는 링 가이드(200)의 전체도이다. 도 13(b)는 링 가이드(200)의 분해도이다. 도 13(c)는 도 13(b)를 화살표 XIII(c)로 나타내지는 방향으로부터 본 도면이다.

링 가이드(200)는 복수의 섬유속(F)을 축 방향으로 되접어 꺾을 때에, 복수의 섬유속(F)을 둘러싸기(도 13 참조) 위한 지그이다. 링 가이드(200)는 도 13(a)에 나타내는 바와 같이 단면 원형의 원환 형상을 갖는다. 링 가이드(200)의 외경은 맨드릴(M)의 외경과 대략 마찬가지이다(도 13(c) 참조). 도 13(b)에 나타내는 바와 같이 링 가이드(200)는 반원환 형상의 2개의 가이드편(201, 202)으로 분할 가능하게 되어 있다. 가이드편(201)과 가이드편(202)은, 예를 들면 이하와 같이 해서 연결가능하게 되어 있다. 즉, 도 13(b), (c)에 나타내는 바와 같이 가이드편(201)의 일방의 단부에는 계합 구멍(201a)이, 타방의 단부에는 계합 클로(201b)가 형성되어 있다. 가이드편(202)의, 계합 클로(201b)와 대향하는 단부에는 계합 구멍(202a)이, 계합 구멍(201a)과 대향하는 단부에는 결합클로(202b)가 형성되어 있다(도 13(b) 참조). 계합 구멍(201a)과 결합클로(202b)가 서로 계합함으로써, 또한 계합 구멍(202a)과 계합 클로(201b)가 서로 계합함으로써 가이드편(201)과 가이드편(202)이 서로 연결된다.

다음에, 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 왕복으로 부착시키는 구체적인 순서에 대해서, 도 14∼도 16을 사용하여 설명한다. 도 14(a)∼(d) 및 도 15(a)∼(c)는 헬리컬 권취 유닛(40) 및 맨드릴(M)을 측방으로부터 보았을 때의, 맨드릴(M) 및 섬유속(F)의 움직임을 나타내는 도면이다. 도 16(a)∼(c)는 헬리컬 권취 유닛(40) 및 맨드릴(M)을 상방으로부터 본 도면이다. 또한, 도 14 및 도 15에 있어서는 도 4에 있어서의 12시 및 6시의 위치에 있는 섬유속 가이드부(50) 및 섬유속(F)을 도시하고 있다. 도 16에 있어서는 도 4에 있어서의 12시의 위치에 있는 섬유속 가이드부(50) 및 섬유속(F)을 도시하고 있다. 또한, 지지 유닛(20)(도 2 등 참조)의 도시는 생략하고 있다.

우선, 제어 장치(5)는 섬유속(F)의 선단부가 맨드릴(M)의 전단부에 고정된 상태에서 이동용 모터(24)(도 3 참조)를 제어하여, 지지 유닛(20) 및 맨드릴(M)을 후방으로부터 전방으로 이동시킨다(도 14(a) 및 도 16(a) 참조). 이에 따라, 맨드릴(M)의 전단부로부터 후단부까지 섬유속(F)이 부착된다(S201).

다음에, 제어 장치(5)는 지지 유닛(20)을 전방으로 더 이동시킨다. 이에 따라, 맨드릴(M)의 전단부로부터, 맨드릴에 공급되고 있는 각 섬유속의 일부분이 밀려나온다(S202. 도 14(b) 참조). 이 상태에서, 제어 장치(5)는 가이드 이동용 모터(45)(도 8 참조)를 제어해서 가이드 이동 기구(80)(도 8 참조)를 동작시켜, 섬유속 가이드부(50)를 맨드릴(M)의 직경 방향 내측으로 이동시킨다(도 14(b)의 화살표 참조). 이에 따라, 섬유속(F)의, 맨드릴(M)의 전단부로부터 밀려나온 돌출 부분(Fa)이 맨드릴(M)의 직경 방향 내측으로 모아진다. 이 상태에서, 오퍼레이터는 상술한 링 가이드(200)로 돌출 부분(Fa)을 둘러싼다(S203. 도 14(b) 참조).

링 가이드(200)로 돌출 부분(Fa)이 둘러싸여 있는 상태에서, 제어 장치(5)는 섬유속 가이드부(50)를 맨드릴(M)의 직경 방향 외측으로 이동시켜, 부착 동작시의 위치로 되돌린다. 다음에, 제어 장치(5)는 회전용 모터(25)(도 3 참조)를 제어하고, 맨드릴(M)을 회전시켜 섬유속(F)의 폭만큼 둘레 방향으로 움직이면서 이동용 모터(24)(도 3 참조)를 제어하고, 지지 유닛(20) 및 맨드릴(M)을 후방으로 되돌아가게 한다(S204). 또한, 본 실시형태에 있어서, 맨드릴(M)의 회전 방향은 전방으로부터 보아서 시계 회전이다.

이에 따라, 복수의 섬유속(F)이 링 가이드(200)의 직경 방향에 있어서의 내측으로부터 외측으로 안내되면서, 후방으로 되접어 꺾이게 하는 되접어 꺾음 동작이 이루어진다(도 14(c) 참조). 또한, 링 가이드(200)가 단면 원 형상을 갖고 있음으로써, 섬유속(F)이 링 가이드(200)를 따라 매끄럽게 되접어 꺾이게 된다. 이 때문에, 피치계 탄소섬유속 등의 접히기 쉬운 섬유속(F)을 취급하는 경우에도, 섬유속(F)이 접히는 것이 억제된다. 여기에서, 맨드릴(M)의 회전 및 이동(되돌아감)은 동시에 행하지 않아도 좋고, 어느 일방을 먼저, 타방을 뒤에 행해도 좋다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 되접어 꺾음 동작에 있어서의 맨드릴(M)의 회전 방향이 전방으로부터 보아서 시계 회전이기 때문에, 도 14(c)에 있어서 맨드릴(M)에 부착된 섬유속(F) 중 하측의 섬유속(F)은 지면 안쪽에 숨겨져 있다(이후의 도에 있어서도 같음).

제어 장치(5)가 지지 유닛(20)을 후방으로 더 이동시키면, 링 가이드(200)는 섬유속(F)의 텐션에 의해 전방(맨드릴(M)측)으로 가까이 당길 수 있다(도 14(d) 참조). 가까이 당긴 링 가이드(200)는 맨드릴(M)의 끝면에 접촉해서 받아들여지기 때문에, 섬유속(F)이 전방으로 인장되어도 섬유속(F)은 링 가이드(200)에 의해 받아들여질 수 있다. 이 때문에, 섬유속(F)이 맨드릴(M)으로부터 벗겨지는 것이 방지된다.

다음에, 제어 장치(5)는 지지 유닛(20)을 후방으로 이동시켜(도 15(a) 및 도 16(b) 참조), 복수의 섬유속(F)을 맨드릴(M)의 후단부로부터 전단부까지 부착시킨다(S205). 또한, 오퍼레이터는 이 시점에서는 링 가이드(200)를 아직 제거하지 않는다. 즉, 이 시점에서는 돌출 부분(Fa)을 둘러싸고 있는 상태가 유지되고 있다. 링 가이드(200)의 외경은 맨드릴(M)의 외경과 대략 동등하기 때문에, 링 가이드(200)가 압박 롤러(54)와 간섭하는 것이 억제되고 있다.

다음에, 제어 장치(5)는 지지 유닛(20)을 후방으로 더 이동시키고, 각 섬유속(F)의 일부분을 맨드릴(M)의 전단부로부터 밀려나오게 하고(S206. 도 15(b) 참조), 섬유속 가이드부(50)를 맨드릴(M)의 직경 방향 내측으로 이동시킨다(도 15(b)의 화살표 참조). 다음에, 오퍼레이터는 돌출 부분(Fa)을 둘러싸고 있는 링 가이드(200)와는 다른 링 가이드(200)(링 가이드(200a))로, 전방측의 돌출 부분(Fb)를 둘러싼다(S207. 도 15(b) 참조). 또한, 제어 장치(5)는 섬유속 가이드부(50)를 맨드릴(M)의 직경 방향 외측으로 이동시킨 후, 맨드릴(M)을 섬유속(F)의 폭만큼 둘레 방향으로 회전시키면서 전방으로 되돌아가게 한다(S208). 이에 따라, 다시 맨드릴(M)의 전단부로부터 후단부까지 섬유속(F)을 부착시키는 것이 가능해진다(도 15(c), 도 16(c) 참조).

이상의 동작의 반복에 의해, 섬유속(F)을 맨드릴(M)의 전체 둘레에 걸쳐서 부착시키는 것이 가능해진다. 또한, 오퍼레이터는 맨드릴(M)의 전체 둘레에 걸쳐서 0도 배향층이 형성될 때까지, 링 가이드(200)를 제거하지 않는다. 오퍼레이터는 되접어 꺾음 동작시마다, 새로운 링 가이드(200)로 섬유속(F)의 돌출 부분을 둘러싼다. 이 때문에, 되접어 꺾음 동작을 행할 때마다 링 가이드(200)의 수가 증가하고, 복수의 링 가이드(200)가 맨드릴(M)의 축 방향으로 늘어서게 된다. 맨드릴(M)의 전체 둘레에 걸쳐서 0도 배향층이 형성된 후에는 상술한 바와 같이, 후프 권취 등에 의해 섬유속(F)의 양단부를 고정하고, 그 후에 돌출 부분(Fa) 등을 절단함으로써 복수의 링 가이드(200)의 회수가 가능해진다.

이상과 같이, 섬유속(F)이 섬유속 가이드부(50)의 압박 롤러(54)에 의해 맨드릴(M)의 둘레면에 압박할 수 있음으로써 수지의 점성에 의해 맨드릴(M)에 부착된다. 이에 따라, 맨드릴(M)이 회전하지 않고 섬유속(F)에 부여되는 텐션이 약한 경우에도, 맨드릴(M)에 공급되고 있는 섬유속(F)이 느슨해지기 전에 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 부착할 수 있어, 섬유속(F)을 목표 위치에 부착하기 쉽게 할 수 있다. 따라서, 맨드릴(M)의 축 방향을 따라 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 부착하기 쉽게 할 수 있다.

또한, 압박 롤러(54)보다 상류측에 배치된 확폭 롤러(53)에 의해, 섬유속(F)에 부여된 텐션을 받아낼 수 있다. 이에 따라, 압박 롤러(54)에 텐션이 그대로 작용하는 것을 억제할 수 있으므로, 압박 롤러(54)에 보다 압박력이 약해지는 것을 억제할 수 있다.

또한, 섬유속(F)을 확폭 롤러(53)를 따라 매끄럽게 주행시킬 수 있기 때문에, 섬유속(F)이 접히는 것을 억제할 수 있다.

또한, 맨드릴(M)의 외경을 따라 섬유속 가이드부(50)의 위치를 조정함으로써, 압박 롤러(54)에 의해 다양한 외경을 갖는 맨드릴(M)의 둘레면에 섬유속(F)을 압박할 수 있다.

또한, 맨드릴(M)이 전방으로 이동하고 있을 때에는 압박 롤러(54F)에 의해, 후방으로 이동하고 있을 때에는 압박 롤러(54R)에 의해, 섬유속(F)을 맨드릴(M)의 둘레면에 압박할 수 있다. 이에 따라, 맨드릴(M)의 왕로 및 복로의 양방에 있어서 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 부착할 수 있기 때문에, 섬유속(F)을 효율적으로 맨드릴(M)에 부착할 수 있다.

또한, 압박 롤러(54)가 축경 부분(55a)을 갖기 때문에, 축경 부분(55a)을 맨드릴(M)의 둘레면을 따르게 하기 쉽게 할 수 있고, 압박 롤러(54)의 맨드릴 둘레면과의 접촉 면적을 크게 할 수 있다. 따라서, 맨드릴(M)의 둘레면에 섬유속(F)을 안정적으로 압박할 수 있다.

또한, 롤러단 부분(55b)의 외측 가장자리(55e)와 축경 부분(55a)의 외측 가장자리(55d)가 이루는 각이 둔각으로 되어 있다. 즉, 축경 부분(55a)(섬유속에 접촉하기 쉬운 부분)이 롤러축 방향에 있어서의 끝까지 형성되어 있는 경우와 비교해서, 축경 부분(55a)의 단부 근방이 완만한 형상으로 되어 있다. 이에 따라, 축경 부분(55a)의 롤러축 방향에 있어서의 단부가 이미 맨드릴(M)에 부착되어 있는 섬유속(F)에 접촉해도, 상기 섬유속(F)이 넘겨 올려지기 어려워진다.

또한, 롤러 단부의 단면이 직사각형 형상(즉, 롤러 단부가 원통 형상이며, 롤러 단부의 직경이 일정)이기 때문, 제조시의 가공을 용이화할 수 있다.

또한, 압박 롤러(54)에 의한 압박력이 어떠한 원인에 의해 변동한 경우에도, 판 스프링 부재(71, 72)에 의해 압박력의 변동을 흡수할 수 있다. 따라서, 압박력이 너무 약해져 섬유속(F)이 맨드릴(M)에 잘 부착되지 않거나, 압박력이 너무 강해져 압박 롤러(54) 등에의 부하가 과대해지는 것을 억제할 수 있다.

또한, 판 스프링 부재(71, 72)에 의해, 압박 롤러(54)의 지지, 및 압박 롤러(54)에 의한 압박력의 변동 흡수의 양방을 행할 수 있다. 즉, 압박 롤러의 지지용의 부재와 완충 부재를 별개로 설치할 필요가 없다. 따라서, 부품의 수의 증가를 억제해서 비용 증대를 억제할 수 있다.

또한, 압박 롤러(54)가 양팔보 지지되어 있으므로, 압박 롤러(54)의 롤러축 방향에 있어서의 일단부가 타단부와 비교해서 크게 변위하는 것을 억제할 수 있고, 압박 롤러(54)가 맨드릴(M)의 둘레면에 대하여 기울어지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 섬유속(F)을 맨드릴(M)에 안정적으로 부착하기 쉽게 할 수 있다.

또한, 제어 장치(5)에 의해, 지지 유닛(20)이 축 방향에 있어서의 일방측으로 이동하므로, 섬유속(F)이 맨드릴(M)에 부착된 후 맨드릴(M)의 타방측의 단부로부터 각 섬유속(F)의 일부분이 밀려나온다. 그리고, 복수의 섬유속의 돌출 부분(Fa)이 링 가이드(200)에 의해 둘러싸여진 상태에서 지지 유닛(20)이 타방측으로 되돌아가면, 복수의 섬유속(F)이 링 가이드(200)의 직경 방향에 있어서의 내측으로부터 외측으로 안내되면서 타방측으로 되접어 꺾이게 된다. 이에 따라, 지지 유닛(20)을 타방측으로 더 이동시키면, 섬유속(F)의 부착을 계속해서 행할 수 있다. 따라서, 맨드릴(M)을 왕복 이동시켜 섬유속(F)을 연속적으로 맨드릴(M)에 부착할 수 있다. 또한, 접히기 쉬운 피치계 탄소섬유를 취급하는 경우에 있어서도, 단면 원형의 링 가이드(200)에 의해 섬유속(F)을 매끄럽게 되접어 꺾이게 할 수 있기 때문에, 섬유속(F)이 접히는 것을 억제할 수 있다.

또한, 복수의 가이드편(201, 202)을 연결시킴으로써, 링 가이드(200)를 형성하면서 링 가이드(200)의 직경 방향에 있어서의 외측으로부터 섬유속(F)을 둘러쌀 수 있다. 즉, 링 가이드(200)에 의해 섬유속(F)을 둘러쌀 때에, 섬유속(F)이 링 가이드(200)에 접촉하는 것이 억제되므로 섬유속(F)의 손상을 억제할 수 있다.

또한, 링 가이드(200)가 원환 형상을 갖기(즉, 전체적으로로 매끄러운 형상을 갖기) 때문에, 섬유속(F)의 손상을 억제할 수 있다.

또한, 링 가이드(200)의 외경이 맨드릴(M)의 외경과 대략 동등하기 때문에, 링 가이드(200)가 복수의 섬유속을 둘러싸고 있는 상태에서, 링 가이드(200)가 맨드릴보다 직경 방향 외측으로 돌출하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 지지 유닛(20)을 되돌아가게 할 때에, 링 가이드(200)가 압박 롤러(54) 등과 간섭하는 것을 억제할 수 있다.

다음에, 상기실시형태에 변경을 추가한 변형예에 대해서 설명한다. 단, 상기실시형태와 동일한 구성을 갖는 것에 대해서는 동일한 부호를 첨부해서 적당히 그 설명을 생략한다.

(1) 상기 실시형태에 있어서, 섬유속 가이드부(50)의 압박 롤러(54)의 롤러단 부분(55b, 55c)이 원통 형상인 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 압박 롤러(54)의 직경 방향에 있어서, 롤러단 부분(55b)이 접선(101)보다 내측에 위치하고 있으면 좋다. 롤러단 부분(55c)에 있어서도 마찬가지이다.

(2) 상기까지의 실시형태에 있어서, 압박 롤러(54)의 롤러단 부분(55b, 55c)의 형상을 고안함으로써 섬유속(F)의 넘겨 올려짐을 억제하는 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 즉, 축경 부분(55a)이 압박 롤러(54)의 단부까지 형성되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 있어서도, 예를 들면 가이드 이동 기구(80)를 이용해서 압박 롤러(54)와 맨드릴(M)의 위치 관계를 적절하게 조정하는 등 해서, 섬유속(F)의 넘겨 올려짐을 억제해도 좋다.

(3) 상기까지의 실시형태에 있어서, 압박 롤러(54)가 축경 부분(55a)을 갖는 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 압박 롤러(54) 전체가 원통 형상을 갖고 있어도 좋다.

(4) 상기까지의 실시형태에 있어서, 압박 롤러(54)가 압박 롤러 지지부(52)에 의해 양팔보 지지되어 있는 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 압박 롤러(54)는 외팔보 지지되어 있어도 좋다.

(5) 상기까지의 실시형태에 있어서, 압박 롤러 지지부(52)의 판 스프링 부재(71, 72)가 압박 롤러(54)를 지지하는 지지 부재와, 압박력의 변동을 흡수하는 완충 부재를 겸하는 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 압박 롤러 지지부(52)는 지지 부재와 완충 부재를 별개로 갖고 있어도 좋다.

(6) 상기까지의 실시형태에 있어서, 섬유속 가이드부(50)의 가이드 지지체(51)에 설치된 확폭 롤러(53)가 본 발명의 텐션 수용 부재에 상당하는 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 확폭 롤러(53) 대신에 가이드 지지체(51)의 하측 부재(64, 65)에, 고정된 텐션 수용 부재가 설치되어 있어도 좋다. 이러한 구성에서도, 유연하게 접혀지기 어려운 섬유속을 사용하는 경우, 상기 섬유속의 텐션을 받아내는 것은 가능하다.

또는, 가이드 지지체(51)에 텐션 수용 부재가 설치되지 않아도 좋다. 이러한 구성에서도, 예를 들면 맨드릴(M)을 천천히 이동시킴으로써 섬유속의 텐션을 약하게 억제하고, 압박 롤러(54)의 압박력에의 영향을 억제하는 등 해도 좋다.

(7) 상기까지의 실시형태에 있어서, 맨드릴(M)이 원통 형상인 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 맨드릴(M)의 외경이 축 방향에 있어서 변화되는 것인 경우, 섬유속(F)의 부착 동작 중에 가이드 이동 기구(80)를 동작시켜, 압박 롤러(54)에 의한 압박력이 일정해지도록 섬유속 가이드부(50)의 위치를 조정해도 좋다.

(8) 상기까지의 실시형태에 있어서, 헬리컬 권취 유닛(40)이 가이드 이동 기구(80)를 갖고 있고, 다양한 직경의 맨드릴(M)에 섬유속(F)을 부착가능한 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 소정의 직경의 맨드릴(M)에만 섬유속(F)을 부착시키는 헬리컬 권취 유닛(40)에 있어서는 비용 삭감 때문에 가이드 이동 기구(80)를 생략해도 좋다.

(9) 상기까지의 실시형태에 있어서, 섬유속(F)을 왕복으로 부착할 때에 사용되는 링 가이드(200)가 2개의 가이드편(201, 202)으로 분할가능한 것으로 했지만, 3개 이상으로 분할가능이어도 좋다. 또한, 가이드편끼리가 완전히 나눠지는 구성이 아니어도 좋고, 예를 들면 일부의 가이드편이 힌지에 의해 서로 연결되어 있어도 좋다.

(10) 상기까지의 실시형태에 있어서, 링 가이드(200)가 원환 형상을 갖고 있는 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 17(a)에 나타내는 바와 같이 12각 형상의 링 가이드(210)를 사용해도 좋고(또한, 링 가이드(210)는 2개의 가이드편(211, 212)으로 분할가능함). 즉, 원환 형상으로 한정되지 않고, 환 형상(본 발명에서는 환 형상이란 다각 형상의 링 등, 섬유속(F)을 둘러싸는 것이 가능한 형상이라고 말하는 넓은 의미를 갖는 것으로 함)의 되접어 꺾임 가이드 지그를 이용하여 섬유속(F)을 되접어 꺾이게 해도 좋다. 또한, 링 가이드(210)와 압박 롤러(54) 등의 간섭을 억제하기 위해서, 링 가이드(210)의 최대 외경(각에 있어서의 직경 방향의 사이즈)은 맨드릴(M)의 외경 이하인 것이 바람직하다.

(11) 상기까지의 실시형태에 있어서, 링 가이드(200)가 분할가능한 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 17(b)에 나타내는 바와 같이 링 가이드(220)가 슬릿(221)을 갖고 있고, 섬유속(F)을 링의 내측에 넣는 것으로 섬유속(F)을 둘러싸는 것이 가능한 구성이어도 좋다. 이러한 링 가이드(220)의 형상도, 본 발명의 환 형상에 포함된다. 또한, 이 경우, 링 가이드(220)로 섬유속(F)을 둘러쌀 때에 섬유속(F)을 상처를 입히지 않도록, 수작업 등으로 신중하게 섬유속(F)을 취급하는 것이 필요하다.

(12) 상기까지의 실시형태에 있어서, 링 가이드(200) 등을 이용하여 섬유속(F)을 되접어 꺾이게 하는 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 이하와 같이 해서 섬유속(F)을 왕복으로 부착시켜도 좋다. 즉, 맨드릴(M)의 전단부로부터 후단부까지 섬유속(F)을 부착시킨 후, 섬유속(F)을 절단하고 맨드릴(M)을 조금만 회전시켜, 아직 맨드릴(M)에 부착되지 않은 섬유속(F)의 선단부를 맨드릴(M)의 후단부에 고정한다. 게다가, 맨드릴(M)을 전방으로부터 후방으로 이동시킴으로써 맨드릴(M)의 후단부로부터 전단부까지 섬유속(F)이 부착된다. 이러한 작업의 반복에 의해, 섬유속(F)을 왕복으로 맨드릴(M)에 부착시켜도 좋다.

(13) 상기까지의 실시형태에 있어서, 부착 동작에서는 맨드릴(M)을 회전시키지 않고 축 방향으로만 이동시키는 것으로 했지만, 맨드릴(M)을 조금 회전시키면서 축 방향으로 이동시킴으로써 축 방향으로부터 조금 기울인 층을 형성해도 좋다.

(14) 상기까지의 실시형태에 있어서, 지지 유닛(20)이 왕복 이동가능하고, 또한 섬유속 가이드부(50)가 2개의 압박 롤러(54F, 54R)를 갖는 것으로 했지만, 이것에는 한정되지 않는다. 즉, 도 18에 나타내는 바와 같이 필라멘트 와인딩 장치(1a)가 전후 방향으로 나란히 복수의 헬리컬 권취 유닛(40a)를 구비하고 있고, 각 헬리컬 권취 유닛(40a)에 부착된 섬유속 가이드부(50a)가 압박 롤러(54)를 1개만 갖는 구성이어도 좋다. 이에 따라, 복수의 헬리컬 권취 유닛(40a)에 의해, 맨드릴(M)의 전체 둘레에 걸쳐서 0도 배향층을 형성하는 것을 가능해도 좋다.

1 필라멘트 와인딩 장치 5 제어 장치(제어부)
20 지지 유닛 40 헬리컬 권취 유닛(헬리컬 유닛)
50 섬유속 가이드부 51 가이드 지지체
52 압박 롤러 지지부(롤러 지지부) 53 확폭 롤러(텐션 수용 부재)
54 압박 롤러 54F 압박 롤러(제 1 압박 롤러)
54R 압박 롤러(제 2 압박 롤러) 55a 축경 부분
55b 롤러단 부분 55c 롤러단 부분
55d 외측 가장자리 55e 외측 가장자리
71 판 스프링 부재(완충 부재) 72 판 스프링 부재(완충 부재)
80 가이드 이동 기구 101 접선
200 링 가이드(되접어 꺾임 가이드 지그)
C 축심 F 섬유속
Fa 돌출 부분 M 맨드릴

Claims (15)

1. 수지가 함침된 복수의 섬유속이 권취되는 맨드릴을 지지가능하고, 또한 맨드릴의 축 방향으로 이동가능한 지지 유닛과,
   상기 맨드릴의 둘레 방향에 있어서 방사상으로 배열되고, 또한 상기 복수의 섬유속을 상기 맨드릴에 각각 안내하는 복수의 섬유속 가이드부를 갖고, 상기 복수의 섬유속 가이드부를 경유해서 상기 복수의 섬유속을 상기 맨드릴에 공급하는 헬리컬 유닛을 구비하고,
   상기 복수의 섬유속 가이드부의 각각은 상기 맨드릴에 공급되고 있는 상기 섬유속을, 상기 축 방향으로 이동하고 있는 상기 맨드릴의 둘레면에 압박하는 압박 롤러를 갖고,
   상기 압박 롤러는 상기 축 방향과 직교하는 롤러축 방향으로 연장되는 롤러축을 회전 중심으로 해서, 상기 맨드릴의 둘레면에 접촉해서 종동 회전가능한 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 섬유속 가이드부는,
   상기 압박 롤러보다 섬유속 주행 방향에 있어서의 상류측에 배치되고, 상기 압박 롤러에 의해 상기 맨드릴에 압박되기 전의 상기 섬유속의 텐션을 받아내는 텐션 수용 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 텐션 수용 부재는 롤러인 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 헬리컬 유닛은,
   상기 섬유속 가이드부를 상기 맨드릴의 직경 방향으로 이동시키는 가이드 이동 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 유닛은 상기 축 방향에 있어서 왕복 이동가능하며,
   상기 섬유속 가이드부는 복수의 상기 압박 롤러를 갖고,
   상기 압박 롤러로서,
   상기 지지 유닛이 상기 축 방향에 있어서의 일방측으로 이동하고 있을 때에 상기 섬유속을 상기 맨드릴의 둘레면에 압박하는 제 1 압박 롤러와,
   상기 제 1 압박 롤러보다 상기 축 방향에 있어서의 타방측에 배치되고, 상기 지지 유닛이 상기 축 방향에 있어서의 상기 타방측으로 이동하고 있을 때에 상기 섬유속을 상기 맨드릴의 둘레면에 압박하는 제 2 압박 롤러가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 맨드릴은 상기 축 방향으로 연장되는 원통 형상을 갖고,
   상기 압박 롤러는,
   상기 압박 롤러의 축심을 포함하는 단면에 있어서,
   상기 롤러축 방향에 있어서의 중앙을 향할수록 직경이 작아지도록 만곡하고 있는 축경 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 압박 롤러의, 상기 축경 부분보다 상기 롤러축 방향에 있어서의 양 외측에는 롤러단 부분이 각각 형성되어 있고,
   상기 압박 롤러의 상기 단면에 있어서,
   상기 롤러단 부분은 상기 축경 부분의 외측 가장자리의 상기 롤러축 방향의 단에 있어서의 접선보다 상기 압박 롤러의 직경 방향에 있어서의 내측에 위치하고,
   상기 롤러단 부분의 외측 가장자리와 상기 축경 부분의 외측 가장자리가 이루는 각이 둔각인 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 롤러단 부분은 상기 단면에 있어서, 직사각형 형상인 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 섬유속 가이드부는,
   상기 압박 롤러를 회전가능하게 지지하는 롤러 지지부와,
   상기 롤러 지지부가 부착되는 가이드 지지체를 구비하고,
   상기 롤러 지지부는,
   상기 압박 롤러의 상기 맨드릴에의 압박력의 변동을 흡수하는 완충 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 롤러 지지부는 상기 완충 부재로서 상기 압박 롤러를 회전가능하게 지지하는 판 스프링 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 롤러 지지부는 상기 압박 롤러를 양팔보 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
12. 제 5 항에 있어서,
    상기 지지 유닛을 제어하는 제어부를 더 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 섬유속이 상기 맨드릴의 상기 축 방향에 있어서의 일방측의 단부로부터 타방측의 단부까지 부착되도록 상기 지지 유닛을 상기 축 방향에 있어서의 상기 일방측으로 이동시킨 후, 상기 맨드릴에 공급되고 있는 각 섬유속의 일부분이 상기 맨드릴의 상기 타방측의 단부로부터 밀려나오도록, 상기 지지 유닛을 상기 축 방향에 있어서의 상기 일방측으로 더 이동시키고,
    상기 복수의 섬유속의, 상기 맨드릴의 상기 단부로부터 밀려나온 돌출 부분이 환 형상의 되접어 꺾임 가이드 지그에 의해 둘러싸여진 상태에서, 상기 지지 유닛을 상기 축 방향에 있어서의 상기 타방측으로 되돌아가게 하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 되접어 꺾임 가이드 지그는 상기 되접어 꺾임 가이드 지그의 둘레 방향에 있어서 복수의 가이드편으로 분할가능한 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 되접어 꺾임 가이드 지그는 원환 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 되접어 꺾임 가이드 지그의 최대 외경이 상기 맨드릴의 외경 이하인 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 장치.

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