(57)【要約】【課題】フィラメントワインディング装置において、ローラに繊維が絡まる可能性を低減する。【解決手段】フィラメントワインディング装置は、繊維束を対象部材へ向けて搬送するローラと、ローラのうちで搬送している繊維束が離れる箇所に、ローラの回転方向とは逆向きに空気と樹脂との少なくとも一方を吹き付ける吹付機構と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を含浸させた繊維束を対象部材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、
前記繊維束を前記対象部材へ向けて搬送するローラと、
前記ローラのうちで搬送している前記繊維束が離れる箇所に、前記ローラの回転方向とは逆向きに空気と前記樹脂との少なくとも一方を吹き付ける吹付機構と、を備える、フィラメントワインディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フィラメントワインディング装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂を含浸させた繊維束を対象部材に巻き付けるフィラメントワインディング装置が知られている（特許文献１）。従来のフィラメントワインディング装置は、繊維束を搬送するためのローラを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０９４５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術において、繊維束がローラを通過する際に、繊維束の繊維がローラに貼り付いて絡まる場合があった。よって、ローラに繊維が絡まる可能性を低減できる技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本開示の一形態によれば、樹脂を含浸させた繊維束を対象部材に巻き付けるフィラメントワインディング装置が提供される。このフィラメントワインディング装置は、前記繊維束を前記対象部材へ向けて搬送するローラと、前記ローラのうちで搬送している前記繊維束が離れる箇所に、前記ローラの回転方向とは逆向きに空気と前記樹脂との少なくとも一方を吹き付ける吹付機構と、を備える、この形態によれば、吹付機構によって空気と樹脂との少なくともいずれか一方を、ローラの回転方向とは逆向きに上記箇所に吹き付けることで、ローラから繊維を引き剥がすことができる。これにより、繊維がローラに絡まる可能性を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態としてのフィラメントワインディング装置の構成を示す概略図。
【図２】吹付機構を説明するための図。
【図３】制御部が実行する吹付機構の動作フロー。
【図４】第２実施形態で用いるローラ装置を説明するための図。
【図５】制御部が実行する超音波振動子の動作フロー。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本開示の第１実施形態としてのフィラメントワインディング装置１０の構成を示す概略図である。フィラメントワインディング装置１０（以下、「ＦＷ装置１０」とも呼ぶ。）は、樹脂（例えば、熱硬化型エポキシ樹脂）が含浸された炭素繊維の束（以下、単に「繊維束１２」という）を、対象部材であるライナ７０へ向けて搬送して、ライナ７０の外表面に巻き付ける装置である。ライナ７０に繊維束１２が巻きつけられた後に、樹脂を硬化させるための熱処理などの後処理が行われることで、炭素繊維による補強層が形成されたタンクが製造される。製造されたタンクは、例えば、燃料電池を動力源として搭載する車両において、燃料電池に供給するための水素ガスを収容する高圧水素タンクとして用いられる。
【０００９】
ＦＷ装置１０は、ボビン１１と、複数のローラ３０と、繊維出口部２０と、複数の吹付機構４０と、巻付部８０と、制御部９０と、を備える。制御部９０は、ＦＷ装置１０の動作を制御する。
【００１０】
ボビン１１は、筒状の部材であり、繊維束１２が巻回されている。ボビン１１は、制御部９０によって制御される電動モータ（図示せず）によって駆動することで、矢印ＲＡに示す方向に回転する。この回転によって、繊維束１２が、繊維束１２の搬送経路における下流側へと供給される。
【００１１】
複数のローラ３０は、ボビン１１からライナ７０に向かう搬送経路の途中に配置され、繊維束１２の移動に伴い回転することで、繊維束１２を搬送経路に沿って案内する。ローラ３０の表面の一部は、繊維束１２が接触する。本実施形態では、ローラ３０は４つ設けられているが、ローラ３０の数はこれに限定されるものではない。４つのローラ３０を区別して用いる場合は、符号３１，３２，３３，３４を用いる。
【００１２】
繊維出口部２０は、ライナ７０の外表面に向けて繊維束１２を供給する。また繊維出口部２０は、制御部９０からの指令に応じてライナ７０の軸方向に沿って移動する。繊維出口部２０は、この移動を行いつつ繊維束１２をライナ７０の外表面に向けて供給する。
【００１３】
複数の吹付機構４０は、ローラ３０に空気と共に樹脂を吹き付ける。本実施形態の吹付機構４０は、エアースプレー方式を採用している。吹付機構４０は、制御部９０からの指令に応じて、エアコンプレッサで加圧された空気によって霧化したエポキシ樹脂をローラ３０に吹き付ける。これにより、ローラ３０に絡まった繊維をローラ３０から剥がすことができる。吹付機構４０は、各ローラ３１，３２，３３，３４に対応して４つ設けられている。４つの吹付機構４０を区別して用いる場合は、符号４１，４２，４３，４４を用いる。吹付機構４０の詳細は後述する。
【００１４】
巻付部８０は、制御部９０からの指令に応じて、ライナ７０の中心軸周りにライナ７０を回転させて、繊維出口部２０から供給された繊維束１２をライナ７０の外表面に巻き付ける。巻付部８０は、回転駆動装置８２を有する。回転駆動装置８２は、ライナ７０を軸支して、制御部９０からの指令に応じて、中心軸周りにライナ７０を回転させる。
【００１５】
図２は、吹付機構４０を説明するための図である。吹付機構４０は、エアコンプレッサ４５と、液状のエポキシ樹脂を収容するタンク４７と、スプレーガン４６と、を備える。エアコンプレッサ４５は、制御部９０からの指令に応じてスプレーガン４６内に圧縮空気を送り込む。タンク４７はスプレーガン４６内と連通し、スプレーガン４６にエポキシ樹脂を供給する。例えば、エポキシ樹脂は自重によってスプレーガン４６に供給されてもよい（重力式エアースプレー）。また例えば、タンク４７をスプレーガン４６の下側に配置し、スプレーガン４６内を負圧にすることで、エポキシ樹脂を吸い上げてスプレーガン４６内に供給してもよい（吸上式エアースプレー）。また、ポンプを用いてタンク４７のエポキシ樹脂をスプレーガン４６に供給してもよい（圧送式エアースプレー）。
【００１６】
スプレーガン４６に供給された加圧空気とエポキシ樹脂は、吐出口４８からローラ３０に向けて吹き付けられる。具体的には、吹付機構４０は、ローラ３０のうちで搬送している繊維束１２が離れる箇所Ｐ１に、ローラ３０の回転方向ＲＢ（具体的には吹き付け箇所Ｐ１における回転方向）とは逆向きに加圧空気とエポキシ樹脂を吹き付ける。これにより、ローラ３０に絡まった繊維束１２の繊維１２ａをローラ３０から剥がすことができるので、ローラ３０に繊維（毛羽）１２ａが絡まる可能性を低減できる。また、箇所Ｐ１から繊維１２ａを引き剥がすことで、引き剥がされた繊維１２ａを再び搬送されている繊維束１２に戻すことができる。なお、回転方向ＲＢとは逆向きとは、１８０°向きを代えた方向に限らず、回転方向ＲＢとは反対の方向の成分を有する向きを含む概念であってもよい。
【００１７】
ローラ３０に吹き付けられたエポキシ樹脂は、自重によりローラ３０から滴り落ちる。滴り落ちた樹脂は樹脂受部７５によって回収される。
【００１８】
図３は、制御部９０が実行する吹付機構４０の動作フローである。まず、ボビン１１の回転および回転駆動装置８２によるライナ７０の回転によって繊維束１２を搬送する前に、吹付機構４０によって加圧空気とエポキシ樹脂のローラ３０への吹き付けを開始する（ステップＳ１０）。例えば、繊維束１２の搬送が開始される１秒前にステップＳ１０が実行される。次いで、制御部９０は、ボビン１１を回転させると共に、回転駆動装置８２によってライナ７０を回転させることで、ライナ７０に向けた繊維束１２の搬送を開始する（ステップＳ１２）。ライナ７０に所望の繊維束１２が巻き付けられた場合、制御部９０は、ボビン１１の回転および回転駆動装置８２によるライナ７０の回転を停止することで、繊維束１２の搬送を停止する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の後に、制御部９０は、加圧空気とエポキシ樹脂のローラ３０への吹き付けを停止する（ステップＳ１６）。
【００１９】
上記第１実施形態によれば、吹付機構４０によって空気と樹脂とを、ローラ３０の回転方向ＲＢとは逆向きに箇所Ｐ１に吹き付けることで、ローラ３０から繊維１２ａを引き剥がすことができる。これにより、繊維１２ａがローラ３０に絡まる可能性を低減できる。
【００２０】
Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態で用いるローラ装置３０ａを説明するための図である。ローラ装置３０ａは、第１実施形態のローラ３０に代えて用いる。ローラ装置３０ａは、ローラ５１と、支持部材５２と、超音波振動子５３と、台座５４と、駆動装置５５とを備える。
【００２１】
ローラ５１は、第１実施形態のローラ３０と同様に、繊維束１２の移動に伴い回転することで、接触する繊維束１２を搬送経路に沿って案内する。支持部材５２は、ローラ３０を回転可能に支持する部材である。超音波振動子５３は、圧電素子と電極を含み、交流電圧が印加されることで超音波振動する。台座５４は、ローラ装置３０ａを設置するための板状部材である。駆動装置５５は、制御部９０からの指令に応じて、超音波振動子５３に交流電圧を印加して、超音波振動子５３を超音波振動させる。これにより、ローラ５１も超音波振動することで、繊維束１２の繊維１２ａとローラ５１との粘着力を低減し、繊維１２ａがローラ５１から剥がれやすくできる。よって、ローラ５１に繊維１２ａが絡まる可能性を低減できる。超音波振動子５３の振動方向は、ローラ５１の繊維束１２の搬送方向と垂直な方向であることが好ましい。こうすることで、繊維束１２の繊維１２ａとローラ５１との粘着力をより低減して、繊維１２ａをローラ５１から剥がれやすくできるので、ローラ５１に繊維１２ａが絡まる可能性をより低減できる。図４に示す例では、繊維束１２の搬送方向が紙面奧側から紙面手前側であり、超音波振動子５３が上下方向に超音波振動することで、支持部材５２およびローラ５１も上下方向に超音波振動する。
【００２２】
また、超音波振動子５３の振動周波数は、ローラ５１の共振周波数とすることが好ましい。これにより、ローラ５１の振動をより増幅できるので、ローラ５１に繊維１２ａが絡まる可能性をより一層低減できる。
【００２３】
図５は、制御部９０が実行する超音波振動子５３の動作フローである。まず、ボビン１１の回転および回転駆動装置８２によるライナ７０の回転によって繊維束１２を搬送する前に、駆動装置５５によって超音波振動子５３に交流電圧を印加することで超音波振動子５３の超音波振動を開始する（ステップＳ２０）。例えば、繊維束１２の搬送が開始される１秒前にステップＳ２０が実行される。次いで、制御部９０は、ボビン１１を回転させると共に、回転駆動装置８２によってライナ７０を回転させることで、ライナ７０に向けた繊維束１２の搬送を開始する（ステップＳ２２）。ライナ７０に所望の繊維束１２が巻き付けられた場合、制御部９０は、ボビン１１の回転および回転駆動装置８２によるライナ７０の回転を停止することで、繊維束１２の搬送を停止する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４の後に、制御部９０は、駆動装置５５による超音波振動子５３への交流電圧の印加を停止することで、超音波振動子５３の超音波振動を停止する（ステップＳ２６）。
【００２４】
上記第２実施形態によれば、超音波振動子５３によってローラ５１を超音波振動させることで、繊維束１２の繊維１２ａとローラ５１との粘着力を低減し、繊維１２ａがローラ５１から剥がれやすくできる。これにより、ローラ５１に繊維１２ａが絡まる可能性を低減できる。
【００２５】
Ｃ．他の実施形態：
Ｃ−１．他の実施形態１：
上記第１実施形態では、各ローラ３１，３２，３３，３４に対応して吹付機構４１，４２，４３，４４が配置されていたが（図１）、これに限定されるものではない。例えば、各ローラ３１，３２，３３，３４の少なくとも一つに対応して吹付機構４０が配置されていてもよい。このようにしても、吹付機構４０によって加圧空気と樹脂が吹き付けられたローラ３０については、ローラ３０から繊維１２ａを引き剥がすことができる。
【００２６】
Ｃ−２．他の実施形態２：
上記第１実施形態では、吹付機構４０は、加圧空気と樹脂とをローラ３０に吹き付けていたが、空気と樹脂との少なくともいずれか一方をローラ３０に吹き付けてもよい。このようにしても、ローラ３０から繊維１２ａを引き剥がすことができる。
【００２７】
Ｃ−３．他の実施形態３：
上記第１実施形態と上記第２実施形態とを組み合わせてもよい。具体的には、吹き付けを開始すると共に（図３のステップＳ１０）、超音波振動子５３の超音波振動を開始してもよい（図５のステップＳ２０）。
【００２８】
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の変形態様の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の変形態様の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、実施形態と変形態様と変形例とを組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１０…フィラメントワインディング装置、１１…ボビン、１２…繊維束、１２ａ…繊維、２０…繊維出口部、３０，３１，３２，３３，３４…ローラ、３０ａ…ローラ装置、４０，４１，４２，４３，４４…吹付機構、４５…エアコンプレッサ、４６…スプレーガン、４７…タンク、４８…吐出口、５１…ローラ、５２…支持部材、５３…超音波振動子、５４…台座、５５…駆動装置、７０…ライナ、７５…樹脂受部、８０…巻付部、８２…回転駆動装置、９０…制御部、Ｐ１…箇所
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020033149.tif 000006
【図５】
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