WO2012043342A1 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

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WO2012043342A1
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liner
fiber
winding
fiber bundle
fiber supply
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谷川　元洋
忠司 魚住
大五郎 中村
健 八田
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村田機械株式会社
トヨタ自動車株式会社
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    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
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    • B29C53/60—Winding and joining, e.g. winding spirally helically using internal forming surfaces, e.g. mandrels
    • B29C53/602—Winding and joining, e.g. winding spirally helically using internal forming surfaces, e.g. mandrels for tubular articles having closed or nearly closed ends, e.g. vessels, tanks, containers

Definitions

  • the present invention relates to a filament winding apparatus.
  • a filament winding apparatus that includes a hoop winding device and a helical winding device, and alternately and repeatedly performs hoop winding and helical winding on a liner to wind a fiber bundle around the liner to form a reinforcing layer. It is known.
  • the position of the helical winding device is fixed, and the fiber bundle is wound around the liner by moving it in the direction of the rotation axis while rotating the liner.
  • the fiber bundle is supplied to the liner from a fiber supply guide provided in the helical winding device.
  • a filament winding apparatus including a first guide portion and a second guide portion in which a plurality of fiber supply guides are radially provided in a helical winding device so that a plurality of fiber bundles can be wound simultaneously is also known (for example, Patent Document 1).
  • the fiber supply guide of the helical winding device of Patent Document 1 is formed in a tapered shape that tapers from the proximal end portion toward the distal end portion.
  • a flat guide hole penetrates from the base end portion to the tip end portion so that the fiber bundle can pass through the inside of the fiber supply guide.
  • the fiber supply guide takes a lot of work to form the fiber supply guide into a tapered shape that tapers from the base end portion toward the tip portion, or to form a flat guide hole penetrating from the base end portion to the tip portion inside. For this reason, the manufacturing cost of the fiber supply guide is increased, and the manufacturing cost of the filament winding apparatus is expensive.
  • a first object of the present invention is to provide a filament winding apparatus that facilitates the operation of passing a fiber bundle through a fiber supply guide.
  • a second object of the present invention is to develop a fiber supply guide that is easy to manufacture and inexpensive, thereby providing a filament winding apparatus at a low cost.
  • the first invention is a filament winding apparatus for winding a fiber bundle around a liner, and includes a plurality of fiber supply guides for supplying the fiber bundle to the liner.
  • the fiber supply guide has a bottom portion for guiding the wide surface of the fiber bundle, side portions provided along both sides of the bottom portion, and an open portion formed between the both side portions.
  • 2nd invention is 1st invention, Comprising: The drive part which rotates the said fiber supply guide around an axis
  • the control unit changes the direction of the fiber supply guide so that the fiber bundle does not fall off from the fiber supply guide according to a winding angle and a winding direction for winding the fiber bundle around the liner.
  • the third invention is the invention according to either the first or second invention, wherein a drop-off preventing member that covers a part of the open portion is detachably provided.
  • the fiber supply guide has a bottom portion that guides the wide surface of the fiber bundle, side portions provided along both sides of the bottom portion, and an open portion formed between the both side portions. For this reason, it is not necessary to pass the fiber bundle through the guide hole penetrating from the proximal end portion to the distal end portion, and the operation of passing the fiber bundle through the fiber supply guide becomes easy.
  • the filament winding apparatus can be provided at low cost because it is easier to manufacture and cheaper than a fiber supply guide having a guide hole penetrating from the base end portion to the tip end portion.
  • the direction of the fiber supply guide is changed so that the fiber bundle does not fall off the fiber supply guide according to the winding angle and the winding direction for winding the fiber bundle around the liner. For this reason, even if tension is applied to the fiber bundle, the fiber bundle does not fall off from the fiber supply guide, and the fiber bundle can be wound around the liner with sufficient tension.
  • the drop-off preventing member that covers a part of the open portion is detachably provided. For this reason, even when the winding operation is stopped and no tension is applied to the fiber bundle, such as during maintenance of the filament winding apparatus, the fiber bundle can be prevented from falling off the fiber supply guide.
  • FIG. The figure which shows FW apparatus 100 which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. The perspective view of fiber supply guide 80A. Sectional drawing in the AA line of FIG. 3, and the BB line.
  • FIG. The side view which shows the state which helically winds the fiber bundle F to 1 A of outer peripheral surfaces of 1 A cylindrical part.
  • FW apparatus 100 the filament winding apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view showing the FW device 100.
  • the FW device 100 is a device that winds the fiber bundle F around the liner 1 by alternately and repeatedly performing hoop winding and helical winding on the liner 1.
  • Arrows A and B shown in FIG. 1 indicate the front-rear direction of the FW device 100 and the transfer direction of the liner 1 in helical winding.
  • the liner 1 since the liner 1 is reciprocated in the front-rear direction of the FW device 100, the liner 1 may be transferred in the direction of arrow A or in the direction of arrow B.
  • the front side in the direction in which the liner 1 is transferred is defined as the front side of the liner 1 and the FW device 100, and the other direction is defined as the rear side. That is, the front side and the rear side of the FW device 100 are switched according to the transfer direction of the liner 1.
  • the liner 1 When the liner 1 is transferred in the direction of arrow A, the left side in FIG.
  • the left side in FIG. 1 is the front side of the liner 1 and the FW device 100.
  • the liner 1 is a substantially cylindrical hollow container formed of, for example, a high-strength aluminum material or a polyamide resin.
  • the liner 1 is improved in pressure resistance when the fiber bundle F is wound around the outer peripheral surface 1S of the liner 1. That is, the liner 1 is a base material constituting the pressure vessel.
  • the FW device 100 mainly includes a main base 10, a liner transfer device 20, a hoop winding device 30, a helical winding device 40, and a control unit C.
  • the main base 10 constitutes the basis of the FW device 100.
  • a liner transfer device rail 11 is provided on the upper portion of the main base 10.
  • the liner transfer device 20 is placed on the liner transfer device rail 11.
  • a hoop winding device rail 12 is provided on the main base 10 in parallel with the liner transfer device rail 11.
  • a hoop winding device 30 is placed on the rail 12 for the hoop winding device. With such a configuration, the liner transfer device 20 and the hoop winding device 30 can be moved with respect to the main base 10.
  • the helical winding device 40 is fixed to the main base 10.
  • the liner transfer device 20 is a device that rotates the liner 1 around a rotation axis Ra (see FIG. 2) in a direction along the front-rear direction of the FW device 100 and also transfers the liner 1 in the front-rear direction of the FW device 100.
  • the liner transfer device 20 mainly includes a base 21 and a liner support portion 22. The driving of the liner transfer device 20 is controlled by the control unit C.
  • the base 21 includes a pair of liner support portions 22.
  • Each liner support portion 22 includes a liner support frame 23 and a support shaft 24.
  • the liner support frame 23 extends upward from the base 21.
  • the support shaft 24 extends from the liner support frame 23 along the front-rear direction of the FW device.
  • the support shaft 24 is rotated in one direction around the axis by a power mechanism (not shown).
  • the support shaft 24 supports both ends of the liner 1 and rotates the liner 1.
  • the liner transfer device 20 rotates the liner 1 using the support shaft 24 as the rotation axis Ra and transfers the liner 1 in the front-rear direction of the FW device 100.
  • the hoop winding device 30 is a device that hoops the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1S of the liner 1. In the hoop winding, the fiber bundle F is wound around the outer peripheral surface 1S of the liner 1 so that the winding angle of the fiber bundle F with respect to the central axis of the liner 1 is approximately 90 degrees.
  • the hoop winding device 30 mainly includes a base 31, a power mechanism 32, and a hoop winding device 33. The driving of the hoop winding device 30 is controlled by the control unit C.
  • the base 31 is provided with a power mechanism 32 and a hoop winding device 33.
  • the hoop winding device 33 includes a winding table 34 and a bobbin 35. A space for inserting the liner 1 is provided in the center of the winding table 34.
  • the bobbin 35 is provided on the winding table 34 and supplies the fiber bundle F to the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • the power mechanism 32 rotates the hoop winding device 33 around the central axis of the liner 1.
  • the position of the liner 1 is fixed, and the hoop winding device 33 is rotated around the central axis of the liner 1 while moving the hoop winding device 30 along the central axis direction of the liner 1. Thereby, hoop winding is performed.
  • the winding mode of the fiber bundle F can be freely changed by adjusting the moving speed of the hoop winding device 30 and the rotation speed of the winding table 34.
  • the helical winding device 40 is a device that helically winds the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • the fiber bundle F is placed on the outer peripheral surface 1S of the liner 1 so that the winding angle WA (see FIG. 2) of the fiber bundle F with respect to the central axis of the liner 1 becomes a predetermined value (for example, 0 to 60 degrees). Wrap it around.
  • the helical winding device 40 mainly includes a base 41 and a helical winding device 42. The driving of the helical winding device 40 is controlled by the control unit C.
  • the base 41 is provided with a helical winding device 42.
  • the helical winding device 42 includes a first helical head 43 as a first guide part and a second helical head 44 as a second guide part.
  • a fiber bundle F is supplied from a plurality of bobbins (not shown) to the first helical head 43 and the second helical head 44, and the fiber bundle F is guided to the outer peripheral surface 1S of the liner 1 (see FIG. 2).
  • the helical winding device 40 is fixed, and the liner 1 is transferred by the liner transfer device 20 in the direction of the rotation axis Ra while rotating. Thereby, helical winding is performed.
  • the winding aspect of the fiber bundle F can be freely changed by adjusting the transfer speed and rotation speed of the liner 1.
  • FIG. 2 is a side view showing the first helical head 43 and the second helical head 44.
  • An arrow A shown in the figure indicates the transfer direction of the liner 1.
  • An arrow R indicates the rotation direction of the liner 1.
  • the first helical head 43 and the second helical head 44 are arranged adjacent to each other in the transfer direction of the liner 1.
  • the first helical head 43 and the second helical head 44 are provided with fiber supply guides 80A and 80B for guiding the fiber bundle F to the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • the first helical head 43 is provided with a plurality of fiber supply guides 80A in a direction substantially perpendicular to the rotational axis Ra of the liner 1 and radially.
  • the second helical head 44 is provided with a plurality of fiber supply guides 80B in a direction substantially perpendicular to the rotation axis Ra of the liner 1 and radially. That is, the fiber supply guides 80 ⁇ / b> A and 80 ⁇ / b> B provided in the first helical head 43 and the second helical head 44 are arranged in two rows in the transfer direction of the liner 1.
  • a plurality of guide support devices 45 are provided on the first helical head 43 and the second helical head 44. Each guide support device 45 supports the fiber supply guides 80A and 80B, respectively. Each guide support device 45 supports the fiber supply guides 80A and 80B so that the fiber supply guides 80A and 80B can expand and contract in a direction substantially perpendicular to the rotation axis Ra and can rotate around the axis of the fiber supply guides 80A and 80B. .
  • the first helical head 43 is configured such that all the fiber supply guides 80A can be expanded and contracted and rotated simultaneously by the same amount
  • the second helical head 44 is also configured so that all the fiber supply guides 80B can be expanded and contracted and rotated by the same amount simultaneously. It is configured.
  • the fiber supply guide 80A of the first helical head 43 and the fiber supply guide 80B of the second helical head 44 are configured so that they can be adjusted to different expansion / contraction amounts and rotation amounts.
  • the fiber supply guides 80A and 80B in the present embodiment will be described with reference to FIGS. Since the fiber supply guides 80A and 80B in the present embodiment have the same configuration, the fiber supply guide 80A will be described.
  • FIG. 3 is a perspective view of the fiber supply guide 80A.
  • 4 is a cross-sectional view taken along lines AA and BB in FIG.
  • the fiber supply guide 80 ⁇ / b> A has a fiber supply guide main body 82 and a gear 83.
  • the fiber supply guide main body 82 is a member that guides a fiber bundle F from a bobbin (not shown) from the base end portion 82A to the front end portion 82B.
  • the fiber supply guide main body 82 has a bottom portion 84 and side portions 86.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the axial direction of the fiber supply guide 80A is substantially U-shaped.
  • the bottom portion 84 of the fiber supply guide 80A has a flat surface and guides the wide surface of the fiber bundle F.
  • the side portion 86 is provided along both sides of the bottom portion 84 and prevents the guided fiber bundle F from dropping off.
  • An open portion 87 is formed between the side portions 86.
  • the height of the side portion 86 is increased and curved inward.
  • the lower part of the bottom part 84 is semicircular. That is, as shown in FIG. 4B, the cross-sectional shape at the base end portion 82 ⁇ / b> A is a circular cross-sectional shape with a part missing at the bottom portion 84 and the side portion 86.
  • the base end portion 82A is a portion that is rotatably supported by a guide support member 81 of a guide support device 45 described later. As a result, the fiber supply guide 80A is rotatably supported by the guide support member 81.
  • the gear 83 is a member that meshes with a drive gear 77 provided in a rotation mechanism 70 of the guide support device 45 described later and rotates the fiber supply guide 80A about its axis. As shown in FIG. 3, the gear 83 has an insertion hole 89 at the center.
  • the gear 83 is fixed to the fiber supply guide main body 82 by press-fitting the base end portion 82 ⁇ / b> A of the fiber supply guide main body 82 into the insertion hole 89. Further, the fiber bundle F from a bobbin (not shown) is passed through the insertion hole 89, and the fiber bundle F is guided to the fiber supply guide main body 82.
  • the fiber supply guide main body 82 of the fiber supply guide 80A is composed of the bottom portion 84 and the side portion 86 and the open portion 87 is provided, when the fiber bundle F is passed through the fiber supply guide 80A, first, the fiber bundle F may be passed through the insertion hole 89, and then the fiber bundle F may be fitted from the opening portion 87, and it is not necessary to pass the fiber bundle F through the guide hole penetrating from the base end portion to the tip end portion. The operation of passing the fiber bundle through the guide 80A is facilitated.
  • the fiber supply guide 80A can be processed by using a pressing means or the like, and is inexpensive because it is easier to manufacture than a fiber supply guide in which guide holes are formed from the base end portion to the tip end portion. is there.
  • the first helical head 43 and the second helical head 44 allow the plurality of fiber bundles F to be inserted into the liner 1. Can be simultaneously guided to the outer peripheral surface 1S.
  • the first helical head 43 of the FW device 100 according to the present embodiment is provided with 90 fiber supply guides 80A, and the second helical head 44 is provided with 90 fiber supply guides 80B. For this reason, a total of 180 fiber bundles F can be simultaneously guided to the outer peripheral surface 1S of the liner 1 and helically wound.
  • the FW device 100 is provided with a driving device 50 that drives the second helical head 44 in the circumferential direction of the liner 1 around the rotation axis Ra of the liner 1.
  • the driving device 50 includes a worm gear 52 that is rotated by an electric motor 51 and a rack gear 53 that is fixed to the second helical head 44.
  • the driving device 50 drives the second helical head 44 by the rotational power of the electric motor 51. With such a configuration, the driving device 50 can drive the second helical head 44 and can adjust the phase difference between the first helical head 43 and the second helical head 44.
  • FIG. 5 shows the guide support device 45 provided on the second helical head 44.
  • the guide support devices 45 are provided radially on the first helical head 43 and the second helical head 44 corresponding to the number of the fiber supply guides 80A and 80B.
  • a moving mechanism 60 and a rotating mechanism 70 are provided.
  • the fiber supply guides 80A and 80B are rotatably supported by the guide support member 81.
  • White arrows shown in the figure indicate the operation directions of the members constituting the moving mechanism 60.
  • the black arrow shown in the figure has shown the operation direction of each member which comprises the rotation mechanism 70.
  • the moving mechanism 60 is a mechanism that changes the amount of expansion / contraction of the fiber supply guides 80A and 80B in a direction substantially perpendicular to the rotation axis Ra of the liner 1.
  • the moving mechanism 60 mainly includes a rotating cylinder 61, an intermediate shaft 62, and a ball screw 63.
  • the moving mechanism 60 of the first helical head 43 is driven by an electric motor 91 as a drive unit that changes the expansion / contraction amount of the fiber supply guide 80A.
  • the moving mechanism 60 of the second helical head 44 is driven by an electric motor 92 as a drive unit that changes the expansion / contraction amount of the fiber supply guide 80B.
  • the rotating cylinder 61 is an annular member having an internal gear formed on the inner peripheral surface.
  • the rotary cylinder 61 is disposed coaxially with the rotation axis Ra of the liner 1 and is rotated by electric motors 91 and 92.
  • the intermediate shaft 62 is a member that transmits the rotation of the rotary cylinder 61 to the spiral shaft 631 that constitutes the ball screw 63.
  • a pinion gear provided at one end of the intermediate shaft 62 is engaged with an internal gear of the rotary cylinder 61.
  • the bevel gear provided at the other end of the intermediate shaft 62 is meshed with the bevel gear of the spiral shaft 631.
  • the ball screw 63 is a mechanism that converts the rotational motion of the intermediate shaft 62 into the feed motion of the guide support member 81.
  • the ball screw 63 mainly includes a spiral shaft 631 and a ball nut 632.
  • the spiral shaft 631 is a member that is rotated by the intermediate shaft 62. On the outer peripheral surface of the spiral shaft 631, a groove having a circular arc shape in cross section is formed in a spiral shape.
  • the spiral shaft 631 is rotatably supported by an annular member 64 having a C-shaped cross section.
  • the ball nut 632 is a cylindrical member that is fitted on the spiral shaft 631. On the inner peripheral surface of the ball nut 632, a groove having a circular arc shape in section is formed in a spiral shape. The ball nut 632 is inserted and fixed in a through hole provided in the guide support member 81. The groove formed in the inner peripheral surface of the ball nut 632 is opposed to the groove formed in the outer peripheral surface of the spiral shaft 631, thereby forming a spiral space having a circular shape in cross section.
  • a steel ball is inserted in the spiral space described above.
  • the steel ball is sandwiched between a groove formed in the spiral shaft 631 and a groove formed in the ball nut 632. Since a plurality of steel balls are inserted in the spiral space, the ball nut 632 does not rattle.
  • the moving mechanism 60 transmits the driving force of the electric motors 91 and 92 to the spiral shaft 631 via the rotary cylinder 61 and the intermediate shaft 62, and the rotational movement of the spiral shaft 631 is fed to the guide support member 81. Convert to motion.
  • the plurality of fiber supply guides 80 ⁇ / b> A and 80 ⁇ / b> B supported by the guide support member 81 can be expanded and contracted in a substantially vertical direction with respect to the rotation axis Ra of the liner 1.
  • the expansion / contraction amount and the expansion / contraction timing of the fiber supply guide 80A of the first helical head 43 and the fiber supply guide 80B of the second helical head 44 can be expanded / contracted at different expansion / contraction amounts and expansion / contraction timings.
  • Control of the expansion / contraction amount and expansion / contraction timing of the fiber supply guide 80A of the first helical head 43 is performed by the control unit C controlling the rotation direction, rotation amount, and rotation timing of the electric motor 91.
  • Control of the expansion / contraction amount and expansion / contraction timing of the fiber supply guide 80B of the second helical head 44 is performed by controlling the rotation direction, rotation amount, and rotation timing of the electric motor 92 by the control unit C.
  • the rotation mechanism 70 is a mechanism that rotates the fiber supply guides 80A and 80B that are rotatably supported by the guide support member 81 around the axis.
  • the rotating mechanism 70 mainly includes a rotating cylinder 71, an intermediate shaft 72, and a drive shaft 73.
  • the rotation mechanism 70 of the first helical head 43 is driven by an electric motor 93 as a drive unit that changes the amount of rotation around the axis of the fiber supply guide 80A.
  • the rotation mechanism 70 of the second helical head 44 is driven by an electric motor 94 as a drive unit that changes the amount of rotation around the axis of the fiber supply guide 80B.
  • the rotary cylinder 71 is a ring-shaped member having an internal gear formed on the inner peripheral surface.
  • the rotary cylinder 71 is arranged coaxially with the rotation axis Ra of the liner 1 and is rotated by electric motors 93 and 94.
  • the intermediate shaft 72 is a member that transmits the rotation of the rotary cylinder 71 to the drive shaft 73.
  • a pinion gear 74 provided at one end of the intermediate shaft 72 is meshed with an internal gear of the rotary cylinder 71.
  • the bevel gear 75 provided at the other end of the intermediate shaft 72 is meshed with the bevel gear 76 of the drive shaft 73.
  • the drive shaft 73 is a spline shaft that transmits the rotation of the intermediate shaft 72 to the fiber supply guides 80A and 80B.
  • the bevel gear 76 provided at one end of the drive shaft 73 is engaged with the bevel gear 75 of the intermediate shaft 72 as described above.
  • the drive gear 77 fitted on the drive shaft 73 is engaged with the gear 83 of the fiber supply guides 80A and 80B.
  • the drive shaft 73 is rotatably supported by an annular member 64 having a C-shaped cross section.
  • the rotation mechanism 70 transmits the driving force of the electric motors 93 and 94 to the drive shaft 73 via the rotary cylinder 71 and the intermediate shaft 72, and the fiber via the gear 83 of the fiber supply guides 80A and 80B.
  • the supply guides 80A and 80B can be rotated around the axis of the fiber supply guides 80A and 80B.
  • the rotation direction, rotation amount, and rotation timing of the fiber supply guides 80A and 80B can be rotated at different rotation directions, rotation amounts, and rotation timings.
  • the rotation direction and rotation amount of the fiber supply guide 80A (direction of the fiber supply guide 80A) and the rotation timing are controlled by the control unit C controlling the rotation direction, rotation amount, and rotation timing of the electric motor 93. Is called.
  • the rotation direction and rotation amount of the fiber supply guide 80B (direction of the fiber supply guide 80B) and the rotation timing are controlled by the control unit C controlling the rotation direction, rotation amount, and rotation timing of the electric motor 94. Is called.
  • the liner 1 used in the present embodiment includes a first cylindrical portion 1A having a constant radius, a dome portion 1B provided at both ends of the first cylindrical portion 1A, and a second portion provided at an end portion of the dome portion 1B. It is assumed that a cylindrical portion 1C is provided.
  • the liner 1 is mounted on the liner transfer device 20, and the controller C previously inputs the winding conditions such as the transfer speed and rotation speed of the liner 1, the number of times the liner 1 is reciprocated and transferred, and the transfer distance.
  • control unit C controls the driving of the electric motors 93 and 94 based on the input winding condition, and the fiber bundle F is supplied to the fiber supply guide 80A according to the winding angle and the winding direction for winding the fiber bundle F around the liner 1. , Control is performed to change the orientation of the fiber supply guides 80A and 80B as follows so as not to drop off from 80B.
  • FIG. 6A and 6B are side views showing a state in which the fiber bundle F is helically wound around the outer peripheral surface 1AS of the first tubular portion 1A.
  • FIG. 7A is a side view showing a state in which the fiber bundle F is helically wound around the outer peripheral surface 1AS of the first cylindrical portion 1A.
  • FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the orientation of the fiber supply guides 80A and 80B and the orientation of the fiber bundle F in this state, and is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
  • FIG. 6A indicates the transfer direction of the liner 1
  • the arrow B illustrated in FIG. 6B indicates that the liner 1 is transferred in a direction opposite to the transfer direction of FIG. 6A.
  • An arrow R in FIGS. 6A and 6B indicates the rotation direction of the liner 1.
  • the winding direction of the fiber bundle F with respect to the central axis direction of the liner 1 (hereinafter simply referred to as the winding direction) is opposite to the transfer direction of the liner 1.
  • the winding direction of the fiber bundle F is the illustrated right direction opposite to the arrow A
  • FIG. 6B the winding direction of the fiber bundle F is the illustrated left direction opposite to the arrow B.
  • the winding direction shown in FIG. 6A is the illustrated right direction opposite to the arrow A.
  • the control unit C controls the rotation direction and the rotation amount of the fiber supply guides 80A and 80B by controlling the driving of the electric motors 93 and 94 so that the fiber bundle F does not fall off the fiber supply guides 80A and 80B.
  • the direction of the fiber supply guides 80A and 80B is controlled.
  • the direction of the opening portion 87 and the direction FA in which the fiber bundle F is sent out are opposite to each other, Further, in the cross-sectional view of FIG. 7B, the direction FA in which the fiber bundle F is sent out and the bottom portion 84 are made to be substantially orthogonal.
  • the winding direction shown in FIG. 6B is the illustrated left direction opposite to the arrow B.
  • the control unit C controls the rotation direction and the rotation amount of the fiber supply guides 80A and 80B by controlling the driving of the electric motors 93 and 94 so that the fiber bundle F does not fall off the fiber supply guides 80A and 80B.
  • the direction of the fiber supply guides 80A and 80B is controlled.
  • the direction of the opening portion 87 and the direction FA in which the fiber bundle F is sent out are opposite to each other, and in the cross section of the fiber supply guides 80A and 80B, the fibers
  • the direction FA in which the bundle F is sent out and the bottom portion 84 are substantially orthogonal (see FIGS. 7A and 7B).
  • FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 8C are the side views which show the state which switches the winding direction of the fiber bundle F, helically winding the fiber bundle F on the outer peripheral surface 1CS of the 2nd cylindrical part 1C, and each state FIG. 2 is a cross-sectional view showing the relationship between the orientation of the fiber supply guides 80A and 80B and the orientation of the fiber bundle F.
  • the transfer direction of the liner 1 is the direction of the arrow A
  • the winding direction of the fiber bundle F is the right direction in the figure opposite to the arrow A.
  • FIG. 8B shows a state immediately after the winding direction of the fiber bundle F is switched.
  • FIG. 8C shows a state immediately after the winding direction of the fiber bundle F is switched.
  • FIG. 8C shows a state immediately after the winding direction of the fiber bundle F is switched.
  • FIG. 8C the winding of the fiber bundle F is further progressing with respect to FIG. 8B.
  • the winding position of the fiber bundle F wound around the liner 1 is changed to the rear side of the fiber supply guides 80A and 80B with respect to the winding direction of the fiber bundle F (the direction opposite to the arrow B).
  • the control unit C adjusts the direction of the opening part 87 of the fiber supply guides 80A and 80B and the direction FA in which the fiber bundle F is sent out accordingly,
  • the direction of the fiber supply guides 80A and 80B is controlled so that the direction FA in which F is fed out and the bottom portion 84 are substantially orthogonal to each other.
  • control unit C changes the direction of the fiber supply guides 80A and 80B so that the fiber bundle F does not fall off the fiber supply guides 80A and 80B according to the winding angle and the winding direction for winding the fiber bundle F around the liner 1. Control. For this reason, even if tension is applied to the fiber bundle F, the fiber bundle F does not fall off from the fiber supply guides 80A and 80B, and the fiber bundle F can be wound around the liner 1 with sufficient tension.
  • FIG. 9 is a perspective view showing another example of the fiber supply guide 80A.
  • the fiber supply guide main body 82 is provided with a drop-off preventing member 88 that covers a part of the opening 87.
  • the drop prevention member 88 prevents the fiber bundle F from dropping from the fiber supply guide 80A even when the winding operation is stopped and no tension is applied to the fiber bundle F, such as during maintenance of the FW device 100. can do. It is preferable that the drop-off preventing member 88 is detachable. Further, as the drop-off prevention member 88, for example, a resin tube or tape may be used.
  • the filament winding apparatus of the present invention is industrially useful because the operation of passing the fiber bundle through the fiber supply guide is facilitated and the filament winding apparatus can be provided at a low cost.

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Abstract

　繊維供給ガイドに繊維束を通す作業が容易であり、製作が容易で安価な繊維供給ガイドを用いて安価なフィラメントワインディング装置を提供する。　繊維束Ｆをライナー１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、ライナー１に対して繊維束Ｆを供給する複数の繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂを備え、繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂは、繊維束Ｆの幅広面を案内する底部８４と、底部８４の両側に沿って設けられる側部８６と、両側部８６の間に形成される開放部８７を有する。

Description

フィラメントワインディング装置
　本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。
　従来、フープ巻装置とヘリカル巻装置とを具備し、フープ巻きとヘリカル巻きとをライナーに対して交互に繰り返し行うことにより、ライナーの周囲に繊維束を巻き付けて補強層を形成するフィラメントワインディング装置は公知である。
　ヘリカル巻きでは、ヘリカル巻き装置の位置を固定し、ライナーを回転させつつ回転軸方向に移送してライナーの周囲に繊維束を巻き付けていく。繊維束は、ヘリカル巻き装置に設けた繊維供給ガイドからライナーに供給する。複数本の繊維束を同時に巻き付けることができるように、ヘリカル巻き装置に複数の繊維供給ガイドを放射状に設けた第１ガイド部及び第２ガイド部を備えたフィラメントワインディング装置も公知である（例えば、特許文献１）。
特開２０１０－３６４６１号公報
　特許文献１のヘリカル巻き装置の繊維供給ガイドは、特許文献１の段落００３４に記載されているように、基端部から先端部に向かって先細りするテーパ状に形成されている。繊維供給ガイドの内部には繊維束を通すことができるように、基端部から先端部まで扁平な案内孔が貫通している。ヘリカル巻き装置を駆動させる前の準備として、全ての繊維供給ガイドに繊維束を１本づつ手作業で通し、各繊維束の先端部をライナーの外周面に固定する必要がある。
　しかしながら、細長く扁平な案内孔に１本１本繊維束を通す作業は容易ではなく、手数を要する作業であった。また、ヘリカル巻き装置の繊維供給ガイドは本数が多い（例えば１８０本）。このため、ヘリカル巻き装置の全ての繊維供給ガイドに繊維束を通す作業には長時間を要していた。
　また、繊維供給ガイドを基端部から先端部に向かって先細りするテーパ状に形成したり、その内部に基端部から先端部まで貫通する扁平な案内孔を形成する加工は手数を要する。このため、繊維供給ガイドの製造コストが嵩み、フィラメントワインディング装置の製造コストが高価になっていた。
　本発明は、上記課題を解決すべくなされたものである。本発明の第１の目的は、繊維供給ガイドに繊維束を通す作業が容易なフィラメントワインディング装置を提供することである。本発明の第２の目的は、製作が容易で安価な繊維供給ガイドを開発し、これによりフィラメントワインディング装置を安価に提供することである。
　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
　即ち、第１の発明は、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であって、ライナーに対して繊維束を供給する複数の繊維供給ガイドを備える。繊維供給ガイドは、繊維束の幅広面を案内する底部と、前記底部の両側に沿って設けられる側部と、前記両側部の間に形成される開放部を有する。
　第２の発明は、第１の発明であって、前記繊維供給ガイドを軸回りに回動させる駆動部と、前記駆動部を制御することにより前記繊維供給ガイドの向きを変更する制御部とを備える。制御部は、繊維束を前記ライナーに巻き付ける巻き付け角度、及び巻き付け方向に応じて、繊維束が前記繊維供給ガイドから脱落しないように前記繊維供給ガイドの向きを変更する。
　第３の発明は、第１又は第２のいずれかの発明であって、前記開放部の一部を覆う、脱落防止部材が着脱自在に設けられている。
　本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
　第１の発明によれば、繊維供給ガイドは、繊維束の幅広面を案内する底部と、底部の両側に沿って設けられる側部と、両側部の間に形成される開放部を有する。このため、基端部から先端部まで貫通する案内孔に繊維束を通す必要がなく、繊維供給ガイドに繊維束を通す作業が容易となる。また、基端部から先端部まで貫通する案内孔が形成された繊維供給ガイドと比較して製作が容易で安価であるため、フィラメントワインディング装置を安価に提供することができる。
　第２の発明によれば、繊維束をライナーに巻き付ける巻き付け角度、及び巻き付け方向に応じて、繊維束が繊維供給ガイドから脱落しないように繊維供給ガイドの向きを変更する。このため、繊維束にテンションを掛けても繊維供給ガイドから繊維束が脱落せず、繊維束に十分なテンションを掛けてライナーに巻き付けることができる。
　第３の発明によれば、開放部の一部を覆う、脱落防止部材が着脱自在に設けられている。このため、フィラメントワインディング装置のメンテナンス中など、巻き付け作業を停止して繊維束にテンションが掛けられていない状態であっても、繊維供給ガイドから繊維束が脱落することを防止できる。
本発明の一実施形態に係るＦＷ装置１００を示す図。 ヘリカル巻き装置４０を構成する第１ヘリカルヘッド４３ならびに第２ヘリカルヘッド４４を示す図。 繊維供給ガイド８０Ａの斜視図。 図３のＡ―Ａ線、及びＢ―Ｂ線における断面図。 第１ヘリカルヘッド４３ならびに第２ヘリカルヘッド４４を構成するガイド支持装置４５を示す図。 第１筒状部１Ａの外周面１ＡＳに繊維束Ｆをヘリカル巻きする状態を示す側面図。 第１筒状部１Ａの外周面１ＡＳに繊維束Ｆをヘリカル巻きする状態を示す側面図。 第２筒状部１Ｃの外周面１ＣＳに繊維束Ｆをヘリカル巻きしながら、繊維束Ｆの巻き付け方向を切り替える状態を示す側面図。 繊維供給ガイド８０Ａの他の例を示す斜視図。
　次に、発明の実施の形態について図を用いて説明する。
　まず、図１を用いて、本発明の実施例１に係るフィラメントワインディング装置１００の全体構成について説明する。以下ではフィラメントワインディング装置１００をＦＷ装置１００と省略して説明する。
　図１は、ＦＷ装置１００を示した側面図である。ＦＷ装置１００は、フープ巻きとヘリカル巻きとをライナー１に対して交互に繰り返し行うことにより、ライナー１の周囲に繊維束Ｆを巻き付けていく装置である。
　図１に示す矢印Ａ、Ｂは、ＦＷ装置１００の前後方向と、ヘリカル巻きにおけるライナー１の移送方向を示している。ヘリカル巻きではライナー１をＦＷ装置１００の前後方向に往復動させるため、ライナー１は矢印Ａの方向に移送される場合と、矢印Ｂの方向に移送される場合とがある。以下の説明では、ライナー１が移送される方向における前側をライナー１及びＦＷ装置１００の前側とし、他方向を後側と定義する。つまり、ライナー１の移送方向に応じてＦＷ装置１００の前側及び後側が切り替るものとする。ライナー１が矢印Ａの方向に移送されている場合には、図１において左側をライナー１及びフィラメントワインディング装置の前側とする。また、ライナー１の移送方向が切り替えられて、ライナー１が矢印Ｂの方向に移送されている場合には、図１において右側をライナー１及びＦＷ装置１００の前側とする。
　ライナー１は、例えば高強度アルミニウム材やポリアミド系樹脂等によって形成された略円筒形状の中空容器である。ライナー１は、該ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆが巻き付けられることによって耐圧特性の向上が図られる。つまり、ライナー１は、耐圧容器を構成する基材とされる。
　ＦＷ装置１００は、主に主基台１０と、ライナー移送装置２０と、フープ巻き装置３０と、ヘリカル巻き装置４０と、制御部Ｃで構成される。主基台１０は、ＦＷ装置１００の基礎を構成する。主基台１０の上部には、ライナー移送装置用レール１１が設けられる。ライナー移送装置用レール１１には、ライナー移送装置２０が載置される。主基台１０の上部には、ライナー移送装置用レール１１に対して平行にフープ巻き装置用レール１２が設けられる。フープ巻き装置用レール１２には、フープ巻き装置３０が載置される。このような構成により、主基台１０に対してライナー移送装置２０ならびにフープ巻き装置３０を移動させることが可能である。ヘリカル巻き装置４０は主基台１０に固定される。
　ライナー移送装置２０は、ＦＷ装置１００の前後方向に沿う方向の回転軸Ｒａ（図２参照。）を中心としてライナー１を回転させるとともに、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー１を移送する装置である。ライナー移送装置２０は、主に基台２１と、ライナー支持部２２と、で構成される。ライナー移送装置２０の駆動は制御部Ｃにより制御される。
　基台２１は、一対のライナー支持部２２を備えている。ライナー支持部２２は、それぞれライナー支持フレーム２３と支持軸２４を備える。ライナー支持フレーム２３は基台２１から上方に向けて延設されている。支持軸２４はライナー支持フレーム２３からＦＷ装置の前後方向に沿って延設されている。支持軸２４は図示しない動力機構によって軸回りの一方向に回転される。支持軸２４はライナー１の両端を支持し、ライナー１を回転させる。このような構成により、ライナー移送装置２０は、支持軸２４を回転軸Ｒａとしてライナー１を回転させるとともに、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー１を移送する。
　フープ巻き装置３０は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆをフープ巻きする装置である。フープ巻きでは、ライナー１の中心軸に対する繊維束Ｆの巻き付け角度が略９０度となるように繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに巻き付けていく。フープ巻き装置３０は、主に基台３１と、動力機構３２と、フープ巻き掛け装置３３とで構成される。フープ巻き装置３０の駆動は制御部Ｃにより制御される。
　基台３１には、動力機構３２と、フープ巻き掛け装置３３が設けられる。フープ巻き掛け装置３３は、巻き掛けテーブル３４とボビン３５を備えている。巻き掛けテーブル３４には中央にライナー１を挿通する空間が設けられている。ボビン３５は巻き掛けテーブル３４に設けられ、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを供給する。動力機構３２はフープ巻き掛け装置３３をライナー１の中心軸回りに回転させる。
　フープ巻きでは、ライナー１の位置は固定し、フープ巻き装置３０をライナー１の中心軸方向に沿って移動させつつ、フープ巻き掛け装置３３をライナー１の中心軸回りに回転させる。これによりフープ巻きが行われる。尚、フープ巻き装置３０の移動速度や巻き掛けテーブル３４の回転速度を調節することによって、繊維束Ｆの巻き付け態様を自在に変更可能である。
　ヘリカル巻き装置４０は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆをヘリカル巻きする装置である。ヘリカル巻きでは、ライナー１の中心軸に対する繊維束Ｆの巻き付け角度ＷＡ（図２参照。）が所定の値（例えば、０～６０度）となるように繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに巻き付けていく。ヘリカル巻き装置４０は、主に基台４１と、ヘリカル巻き掛け装置４２とで構成される。ヘリカル巻き装置４０の駆動は制御部Ｃにより制御される。
　基台４１には、ヘリカル巻き掛け装置４２が設けられる。ヘリカル巻き掛け装置４２は、第１ガイド部としての第１ヘリカルヘッド４３と、第２ガイド部としての第２ヘリカルヘッド４４を備えている。第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４には、図示しない複数のボビンから繊維束Ｆが供給され、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆが導かれる（図２参照。）。
　ヘリカル巻きでは、ヘリカル巻き装置４０は固定されており、ライナー移送装置２０によりライナー１が回転しながら回転軸Ｒａ方向に移送される。これにより、ヘリカル巻きが行われる。尚、ライナー１の移送速度や回転速度を調節することによって、繊維束Ｆの巻き付け態様を自在に変更可能である。
　次に、ヘリカル巻き装置４０を構成する第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４について更に詳しく説明する。図２は、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４を示した側面図である。図中に示す矢印Ａは、ライナー１の移送方向を示している。また、矢印Ｒは、ライナー１の回転方向を示している。
　図２に示すように、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４は、ライナー１の移送方向に互いに隣接するように配置されている。第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４には、繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに案内する繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂが設けられている。第１ヘリカルヘッド４３には、ライナー１の回転軸Ｒａに対して略垂直方向かつ放射状に複数の繊維供給ガイド８０Ａが設けられている。第２ヘリカルヘッド４４には、ライナー１の回転軸Ｒａに対して略垂直方向かつ放射状に複数の繊維供給ガイド８０Ｂが設けられている。つまり、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４に設けられる繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂは、ライナー１の移送方向に２列に配置されている。
　第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４には複数のガイド支持装置４５が設けられている。各ガイド支持装置４５は、それぞれ繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂを支持している。各ガイド支持装置４５は繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂが回転軸Ｒａに対して略垂直方向に伸縮可能であり、かつ、繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの軸回りに回転可能となるように支持している。第１ヘリカルヘッド４３は全ての繊維供給ガイド８０Ａが同時に同じ量だけ伸縮及び回転するように構成されており、第２ヘリカルヘッド４４も全ての繊維供給ガイド８０Ｂが同時に同じ量だけ伸縮及び回転できるように構成されている。そして、第１ヘリカルヘッド４３の繊維供給ガイド８０Ａと第２ヘリカルヘッド４４の繊維供給ガイド８０Ｂは、互いに別々の伸縮量及び回転量に調整できるように構成されている。
　ここで、図３、図４を用いて本実施例における繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂについて説明する。本実施例における繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂは同じ構成であるため、繊維供給ガイド８０Ａについて説明する。
　図３は、繊維供給ガイド８０Ａの斜視図である。図４は、図３のＡ―Ａ線、及びＢ―Ｂ線における断面図である。図３に示すように、繊維供給ガイド８０Ａは、繊維供給ガイド主体８２と、ギヤ８３を有している。繊維供給ガイド主体８２は、図示しないボビンからの繊維束Ｆを基端部８２Ａから先端部８２Ｂまで案内する部材である。繊維供給ガイド主体８２は底部８４と、側部８６を有している。図４Ａ、図４Ｂに示すように、繊維供給ガイド８０Ａの軸方向に直交する方向の断面形状は略コ字状である。繊維供給ガイド８０Ａの底部８４は平坦な面を有しており、繊維束Ｆの幅広面を案内する。側部８６は、底部８４の両側に沿って設けられ、案内する繊維束Ｆが脱落することを防止する。両側部８６の間には開放部８７が形成される。
　また、図３及び図４Ｂに示すように、特に基端部８２Ａにおいては側部８６の高さが高くなり、内側に湾曲している。底部８４の下部は半円形状になっている。つまり、図４Ｂに示すように、基端部８２Ａでの断面形状は、底部８４と側部８６とで一部が欠けた円形の断面形状となっている。この基端部８２Ａは、後述するガイド支持装置４５のガイド支持部材８１に回転自在に軸支される部分となる。これにより、繊維供給ガイド８０Ａはガイド支持部材８１に回転自在に軸支される。
　ギヤ８３は、後述するガイド支持装置４５の回転機構７０に設けられるドライブギヤ７７に歯合し、繊維供給ガイド８０Ａを軸回りに回転させる部材である。図３に示すように、ギヤ８３には、中心部に挿通孔８９が形成されている。挿通孔８９に繊維供給ガイド主体８２の基端部８２Ａが圧入されることで、繊維供給ガイド主体８２にギヤ８３が固定される。また、挿通孔８９には、図示しないボビンからの繊維束Ｆが通され、繊維供給ガイド主体８２に繊維束Ｆが案内される。
　このように、繊維供給ガイド８０Ａの繊維供給ガイド主体８２を底部８４と側部８６とで構成し、開放部８７を設けたため、繊維供給ガイド８０Ａに繊維束Ｆを通す際には、まず繊維束Ｆを挿通孔８９に通し、続いて繊維束Ｆを開放部８７から嵌め込むようにすればよく、基端部から先端部まで貫通する案内孔に繊維束Ｆを通す必要がないため、繊維供給ガイド８０Ａに繊維束を通す作業が容易となる。
　また、繊維供給ガイド８０Ａの加工は、プレス加工手段等を用いて行うことができ、基端部から先端部まで案内孔が形成された繊維供給ガイドと比較して製作が容易であるため安価である。
　このような構成の繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂを第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４に設けることにより、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４は、複数本の繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに同時に案内することができる。本実施例に係るＦＷ装置１００の第１ヘリカルヘッド４３には、繊維供給ガイド８０Ａが９０本設けられ、第２ヘリカルヘッド４４には、繊維供給ガイド８０Ｂが９０本設けられている。このため、合計で１８０本の繊維束Ｆを同時にライナー１の外周面１Ｓに導き、ヘリカル巻きを行なうことが可能である。
　また、本実施例に係るＦＷ装置１００には、第２ヘリカルヘッド４４をライナー１の回転軸Ｒａを中心としてライナー１の周方向に駆動する駆動装置５０が設けられている。駆動装置５０は、電動モータ５１によって回転されるウォームギヤ５２と、第２ヘリカルヘッド４４に固設されたラックギア５３とで構成される。駆動装置５０は、電動モータ５１の回転動力によって第２ヘリカルヘッド４４を駆動する。このような構成により、駆動装置５０は、第２ヘリカルヘッド４４を駆動することができ、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を調節することができる。
　次に、図５を用いて、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４の繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂを支持しているガイド支持装置４５について更に詳しく説明する。第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４のガイド支持装置４５は共通であり、図５では第２ヘリカルヘッド４４に設けられているガイド支持装置４５を示している。
　図５に示すように、ガイド支持装置４５は繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの本数に対応して第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４に放射状に設けられており、各ガイド支持装置４５はそれぞれ移動機構６０と回転機構７０を備えている。繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂはガイド支持部材８１に回転自在に軸支される。図中に示す白抜きの矢印は、移動機構６０を構成する各部材の動作方向を示している。また、図中に示す黒塗りの矢印は、回転機構７０を構成する各部材の動作方向を示している。
　移動機構６０は、ライナー１の回転軸Ｒａに対して略垂直方向に繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの伸縮量を変更する機構である。移動機構６０は、主に回転筒６１と、中間軸６２と、ボールネジ６３とで構成される。第１ヘリカルヘッド４３の移動機構６０は、繊維供給ガイド８０Ａの伸縮量を変更する駆動部としての電動モータ９１によって駆動される。第２ヘリカルヘッド４４の移動機構６０は、繊維供給ガイド８０Ｂの伸縮量を変更する駆動部としての電動モータ９２によって駆動される。
　回転筒６１は、内周面にインターナルギヤが形成された環形状の部材である。回転筒６１は、ライナー１の回転軸Ｒａと同軸上に配置され、電動モータ９１、９２によって回転される。
　中間軸６２は、ボールネジ６３を構成するスパイラル軸６３１に回転筒６１の回転を伝達する部材である。中間軸６２の一端部に設けられたピニオンギヤは、回転筒６１のインターナルギヤと歯合されている。また、中間軸６２の他端部に設けられたベベルギヤは、スパイラル軸６３１のベベルギヤと歯合されている。
　ボールネジ６３は、中間軸６２の回転運動をガイド支持部材８１の送り運動に変換する機構である。ボールネジ６３は、主にスパイラル軸６３１と、ボールナット６３２とで構成される。
　スパイラル軸６３１は、中間軸６２によって回転される部材である。スパイラル軸６３１の外周面には、断面視円弧形状の溝が螺旋状に穿設されている。スパイラル軸６３１は、断面視Ｃ字形状の環状部材６４によって回転自在に支持されている。
　ボールナット６３２は、スパイラル軸６３１に外嵌される筒形状の部材である。ボールナット６３２の内周面には、断面視円弧形状の溝が螺旋状に穿設されている。そして、ボールナット６３２は、ガイド支持部材８１に設けられた貫通孔に挿入されて固設されている。ボールナット６３２の内周面に穿設された溝は、スパイラル軸６３１の外周面に穿設された溝と対向することによって、断面視円形状の螺旋空間を構成する。
　上述した螺旋空間には鋼球が介挿される。鋼球は、スパイラル軸６３１に穿設された溝とボールナット６３２に穿設された溝によって挟持される。螺旋空間には、複数の鋼球が介挿されるため、ボールナット６３２がガタつくことはない。
　このような構成により、移動機構６０は、電動モータ９１、９２の駆動力を回転筒６１や中間軸６２を介してスパイラル軸６３１に伝達し、スパイラル軸６３１の回転運動をガイド支持部材８１の送り運動に変換する。そして、ガイド支持部材８１に支持された複数の繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂをライナー１の回転軸Ｒａに対して略垂直方向に伸縮させることが可能となる。
　また、第１ヘリカルヘッド４３の繊維供給ガイド８０Ａと第２ヘリカルヘッド４４の繊維供給ガイド８０Ｂの伸縮量及び伸縮のタイミングは、互いに別々の伸縮量及び伸縮のタイミングで伸縮可能である。第１ヘリカルヘッド４３の繊維供給ガイド８０Ａの伸縮量、伸縮のタイミングの制御は、制御部Ｃにより電動モータ９１の回転方向、回転量、回転のタイミングが制御されることにより行われる。第２ヘリカルヘッド４４の繊維供給ガイド８０Ｂの伸縮量、伸縮のタイミングの制御は、制御部Ｃにより電動モータ９２の回転方向、回転量、回転のタイミングが制御されることにより行われる。
　回転機構７０は、ガイド支持部材８１に回転自在に軸支される繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂを軸回りに回転させる機構である。回転機構７０は、主に回転筒７１と、中間軸７２と、駆動軸７３とで構成される。第１ヘリカルヘッド４３の回転機構７０は、繊維供給ガイド８０Ａの軸回りの回転量を変更する駆動部としての電動モータ９３によって駆動される。第２ヘリカルヘッド４４の回転機構７０は、繊維供給ガイド８０Ｂの軸回りの回転量を変更する駆動部としての電動モータ９４によって駆動される。
　回転筒７１は、内周面にインターナルギヤが形成された環形状の部材である。回転筒７１は、ライナー１の回転軸Ｒａと同軸上に配置され、電動モータ９３、９４によって回転される。
　中間軸７２は、駆動軸７３に回転筒７１の回転を伝達する部材である。中間軸７２の一端部に設けられたピニオンギヤ７４は、回転筒７１のインターナルギヤと歯合されている。また、中間軸７２の他端部に設けられたベベルギヤ７５は、駆動軸７３のベベルギヤ７６と歯合されている。
　駆動軸７３は、繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂに中間軸７２の回転を伝達するスプライン軸である。駆動軸７３の一端部に設けられたベベルギヤ７６は、上述のように中間軸７２のベベルギヤ７５と歯合されている。駆動軸７３に外嵌されたドライブギヤ７７は、繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂのギヤ８３と歯合されている。駆動軸７３は、断面視Ｃ字形状の環状部材６４によって、回転自在に支持されている。
　このような構成により、回転機構７０は、電動モータ９３、９４の駆動力を回転筒７１や中間軸７２を介して駆動軸７３に伝達し、繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂのギヤ８３を介して繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂを繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの軸回りに回転させることが可能となる。
　また、繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの回転方向、回転量及び回転のタイミングは、互いに別々の回転方向、回転量及び回転のタイミングで回転可能である。繊維供給ガイド８０Ａの回転方向及び回転量（繊維供給ガイド８０Ａの向き）、回転のタイミングの制御は、制御部Ｃにより電動モータ９３の回転方向及び回転量、回転のタイミングが制御されることにより行われる。繊維供給ガイド８０Ｂの回転方向及び回転量（繊維供給ガイド８０Ｂの向き）、回転のタイミングの制御は、制御部Ｃにより電動モータ９４の回転方向及び回転量、回転のタイミングが制御されることにより行われる。
　次に、上記構成のＦＷ装置１００のヘリカル巻きにおける繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの動作について説明する。本実施例で使用するライナー１は、半径が一定の第１筒状部１Ａと、第１筒状部１Ａの両端部に設けられるドーム部１Ｂと、ドーム部１Ｂの端部に設けられる第２筒状部１Ｃを備えているものとする。そして、ライナー１はライナー移送装置２０に装着され、制御部Ｃには、ライナー１の移送速度、回転速度、ライナー１を往復して移送する回数、移送距離等の巻き付け条件が予め作業者により入力されているものとする。制御部Ｃは、入力された巻き付け条件に基づいて電動モータ９３、９４の駆動を制御し、繊維束Ｆをライナー１に巻き付ける巻き付け角度、及び巻き付け方向に応じて、繊維束Ｆが繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂから脱落しないように繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの向きを以下のように変更する制御を行う。
　図６Ａ、図６Ｂは、第１筒状部１Ａの外周面１ＡＳに繊維束Ｆをヘリカル巻きする状態を示す側面図である。図７Ａは第１筒状部１Ａの外周面１ＡＳに繊維束Ｆをヘリカル巻きする状態を示す側面図である。図７Ｂはこの状態における繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの向きと繊維束Ｆの向きの関係を示す図であり、図７ＡにおけるＣ－Ｃ線における断面図である。
　図６Ａに示す矢印Ａは、ライナー１の移送方向を示し、図６Ｂに示す矢印Ｂはライナー１を図６Ａの移送方向とは反対の方向に移送していることを示している。図６Ａ、図６Ｂの矢印Ｒは、ライナー１の回転方向を示している。ヘリカル巻きは、ライナー１を移送させつつ繊維束Ｆを巻き付けていくため、ライナー１の中心軸方向に対する繊維束Ｆの巻き付け方向（以下、単に巻き付け方向という）は、ライナー１の移送方向とは逆の方向となる。従って、図６Ａにおいては、繊維束Ｆの巻き付け方向は矢印Ａとは反対の図示右方向となり、図６Ｂにおいては、繊維束Ｆの巻き付け方向は矢印Ｂとは反対の図示左方向となる。
　図６Ａに示す巻き付け方向は、矢印Ａとは反対の図示右方向である。この場合、制御部Ｃは、電動モータ９３、９４の駆動を制御することで繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの回転方向及び回転量を制御し、繊維束Ｆが繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂから脱落しないように繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの向きを制御する。
　具体的には、図７Ａに示す巻き付け角度、巻き付け方向の場合には、図７Ｂに示すように、開放部８７の向きと繊維束Ｆが送り出される方向ＦＡとが逆の方向になるようにし、また、図７Ｂの断面図において、繊維束Ｆが送り出される方向ＦＡと底部８４とが略直交するようにする。
　一方、図６Ｂに示す巻き付け方向は、矢印Ｂとは反対の図示左方向である。この場合、制御部Ｃは、電動モータ９３、９４の駆動を制御することで繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの回転方向及び回転量を制御し、繊維束Ｆが繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂから脱落しないように繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの向きを制御する。
　具体的には、図６Ａの場合と同様に、開放部８７の向きと繊維束Ｆが送り出される方向ＦＡとが逆の方向になるようにし、また、繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの断面において、繊維束Ｆが送り出される方向ＦＡと底部８４とが略直交するようにする（図７Ａ、図７Ｂ参照。）。
　次に、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、第２筒状部１Ｃの外周面１ＣＳに繊維束Ｆをヘリカル巻きしながら、繊維束Ｆの巻き付け方向を切り替える状態を示す側面図と、各状態において繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの向きと繊維束Ｆの向きの関係を示す断面図である。
　図８Ａでは、ライナー１の移送方向は矢印Ａの方向であり、繊維束Ｆの巻き付け方向は矢印Ａとは反対の図示右方向である。図８Ｂでは、図８Ａに対してライナー１の移送方向は矢印Ｂの方向に切り替わっており、繊維束Ｆの巻き付け方向は矢印Ｂとは反対の図示左方向に切り替わっている。図８Ｂは、繊維束Ｆの巻き付け方向を切り換えた直後の状態を示している。図８Ｃでは、図８Ｂに対して繊維束Ｆの巻き付けが更に進行している。ライナー１に巻き付けられる繊維束Ｆの巻き付け位置は、繊維束Ｆの巻き付け方向（矢印Ｂとは反対の方向）に対して、繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂより後側に変化している。
　図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃに示すように、繊維束Ｆの巻き付け方向を切り替える場合、繊維束Ｆが送り出される方向ＦＡが徐々に変化していく。このような場合においても、制御部Ｃは、それに合わせて繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの開放部８７の向きと繊維束Ｆが送り出される方向ＦＡとが逆の方向になるようにし、また、繊維束Ｆが送り出される方向ＦＡと底部８４とが略直交するように繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの向きを制御する。
　このように、制御部Ｃは、繊維束Ｆをライナー１に巻き付ける巻き付け角度、巻き付け方向に応じて、繊維束Ｆが繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂから脱落しないように繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂの向きを制御する。このため、繊維束Ｆにテンションを掛けても繊維供給ガイド８０Ａ、８０Ｂから繊維束Ｆが脱落せず、繊維束Ｆに十分なテンションを掛けてライナー１に巻き付けることができる。
　図９は繊維供給ガイド８０Ａの他の例を示す斜視図である。繊維供給ガイド主体８２に、開放部８７の一部を覆う脱落防止部材８８が設けられている。脱落防止部材８８により、ＦＷ装置１００のメンテナンス中など、巻き付け作業を停止して繊維束Ｆにテンションが掛けられていない状態であっても、繊維供給ガイド８０Ａから繊維束Ｆが脱落することを防止することができる。脱落防止部材８８は着脱自在に設けられることが好ましい。また、脱落防止部材８８として、例えば樹脂製のチューブやテープを用いてもよい。
　本発明のフィラメントワインディング装置は、繊維供給ガイドに繊維束を通す作業が容易となり、また、フィラメントワインディング装置を安価に提供することができるため、産業上有用である。
　１　　　　　　　　ライナー
　１Ｓ　　　　　　　外周面
　１０　　　　　　　主基台
　２０　　　　　　　ライナー移送装置
　３０　　　　　　　フープ巻き装置
　４０　　　　　　　ヘリカル巻き装置
　４２　　　　　　　ヘリカル巻き掛け装置
　４３　　　　　　　第１ヘリカルヘッド
　４４　　　　　　　第２ヘリカルヘッド
　４５　　　　　　　ガイド支持装置
　５０　　　　　　　駆動装置
　５１　　　　　　　電動モータ
　５２　　　　　　　ウォームギヤ
　５３　　　　　　　ラックギヤ
　６０　　　　　　　移動機構
　６１　　　　　　　回転筒
　６２　　　　　　　中間軸
　６２　　　　　　　ボールネジ
　７０　　　　　　　回転機構
　７１　　　　　　　回転筒
　７２　　　　　　　中間軸
　７３　　　　　　　駆動軸
　８０Ａ、８０Ｂ　　繊維供給ガイド
　８１　　　　　　　ガイド支持部材
　８２　　　　　　　繊維供給ガイド主体
　８３　　　　　　　ギヤ
　８４　　　　　　　底部
　８６　　　　　　　側部
　８７　　　　　　　開放部
　８８　　　　　　　脱落防止部材
　８９　　　　　　　挿通孔
　１００　　　　　　フィラメントワインディング装置
　Ｆ　　　　　　　　繊維束
　ＷＡ　　　　　　　巻き付け角度

Claims (3)

  1. 　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であって、
    　前記ライナーに対して繊維束を供給する複数の繊維供給ガイドを備え、
    　前記繊維供給ガイドは、繊維束の幅広面を案内する底部と、前記底部の両側に沿って設けられる側部と、前記両側部の間に形成される開放部を有する、ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
  2. 　請求項１に記載のフィラメントワインディング装置であって、
    　前記繊維供給ガイドを軸回りに回動させる駆動部と、
    　前記駆動部を制御することにより前記繊維供給ガイドの向きを変更する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、繊維束を前記ライナーに巻き付ける巻き付け角度、及び巻き付け方向に応じて、繊維束が前記繊維供給ガイドから脱落しないように前記繊維供給ガイドの向きを変更する、ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
  3. 　請求項１又は２のいずれか１項に記載のフィラメントワインディング装置であって、
    　前記開放部の一部を覆う、脱落防止部材が着脱自在に設けられている、ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
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