(57)【要約】      （修正有）【課題】回転ローラを用いて繊維幅を安定させることができる技術を提供する。【解決手段】対象物に繊維を巻き付けるフィラメントワインディング装置１００は、繊維を供給する繊維供給部と、繊維供給部から供給される繊維を巻き付け対象物に送出し、巻き付け対象物に最も近い位置に回転ローラを有する給糸口３００と、回転ローラを回転させるモータ３４０と、を備え、回転ローラは、繊維が接触する円筒部と、円筒部を挟む位置に半径方向へ突出するフランジ部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に繊維を巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
繊維を供給する繊維供給部と、
前記繊維供給部から供給される前記繊維を巻き付け対象物に送出し、前記巻き付け対象物に最も近い位置に回転ローラを有する給糸口と、
前記回転ローラを回転させるモータと、を備え、
前記回転ローラは、前記繊維が接触する円筒部と、前記円筒部を挟む位置に半径方向へ突出するフランジ部と、を有する、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】
本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池システムに用いられる高圧水素タンクの製造において、フィラメントワインディング装置により強化繊維をライナの外郭に巻き付ける方法がある。フィラメントワインディング装置として、例えば、特許文献１には、固定ローラを変形させて樹脂繊維の送出角度を変更することで、繊維幅を拡幅または収束するように調整してライナに送出するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９３２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１において、固定ローラに換えて回転ローラを採用した場合には、ローラを変形させることが難しく、繊維幅が安定しないおそれがある。この場合、繊維の重なりやうねりが生じて、タンクの強度が低下するおそれがある。そのため、回転ローラを用いて繊維幅を安定させることができる技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、対象物に繊維を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、繊維を供給する繊維供給部と、前記繊維供給部から供給される前記繊維を巻き付け対象物に送出し、前記巻き付け対象物に最も近い位置に回転ローラを有する給糸口と、前記回転ローラを回転させるモータと、を備え、前記回転ローラは、前記繊維が接触する円筒部と、前記円筒部を挟む位置に半径方向へ突出するフランジ部とを有する。この形態のフィラメントワインディング装置によれば、フランジ部を有する回転ローラによって繊維幅を安定させることができる。
【０００７】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、フィラメントワインディング装置を用いた強化繊維をライナの外郭に巻き付ける方法や、フィラメントワインディング装置を用いたタンクの製造方法などの形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】フィラメントワインディング装置の一例を示す説明図である。
【図２】フランジローラの説明図である。
【図３】タンクの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】フィラメントワインディング工程におけるフランジローラの説明図である。
【図５】繊維束の中心位置のずれを比較した説明図である。
【図６】ライナに送出される繊維束の繊維幅を比較した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本実施形態のフィラメントワインディング装置１００の一例を示す説明図である。フィラメントワインディング装置１００は、繊維巻出部２０と、繊維送出部３０と、巻付部４０と、制御部５０と、を備える。フィラメントワインディング装置１００は、樹脂が含浸された繊維の束（以下、単に「繊維束Ｔ」という）に張力を掛けつつ、回転するマンドレルであるライナ６０にフープ巻きやヘリカル巻きを組み合わせて巻き付ける。これにより、ライナ６０の外周に炭素繊維による補強層や、補強層の外側にガラス繊維による表面層が形成され、タンクが製造される。ライナ６０は、本願の「巻き付け対象物」に相当する。ライナ６０は、例えば、ナイロン系樹脂からなる樹脂製容器や薄肉の金属製容器であり、円柱部６１との両端に設けられた二つのドーム部６２とを有する。
【００１０】
繊維巻出部２０は、繊維束Ｔを巻き出し供給する機能を有し、複数のボビン２０１〜２０４と、複数の搬送ローラ２１１〜２１７と、テンションローラ２３０と、アクティブダンサ２４０とを備える。
【００１１】
ボビン２０１〜２０４は、筒状の部材であり、それぞれ、繊維束Ｔが巻き付けられている。ボビン２０１〜２０４を繊維供給部ともいう。繊維束Ｔは、約２万本から約５万本の単繊維を含む繊維に熱硬化型エポキシ樹脂を含浸させたプリプレグである。繊維束Ｔは、例えば、樹脂を含浸した炭素繊維（ＣＦＲＰ）や、樹脂を含浸したガラス繊維（ＧＦＲＰ）である。
【００１２】
搬送ローラ２１１〜２１４は、各ボビン２０１〜２０４に対応して設けられており、ボビン２０１〜２０４から巻き出された繊維束Ｔを搬送ローラ２１５に搬送する。搬送ローラ２１５は、ボビン２０１〜２０４から巻き出された繊維束Ｔを軸方向について所定の間隔を空けてテンションローラ２３０に搬送する。テンションローラ２３０は、予め定められた圧力に設定されたシリンダ２３１を備え、繊維束Ｔに張力を加える。アクティブダンサ２４０は、ローラ２４１を移動させることによって、繊維束Ｔの張力を調整する。張力が調整された繊維束Ｔは、搬送ローラ２１６、２１７を経由して、繊維送出部３０に搬送される。
【００１３】
繊維送出部３０は、繊維束Ｔを揃え収束し、ライナ６０に案内する。繊維送出部３０は、給糸口３００を備える。給糸口３００はアイクチともいう。給糸口３００を経由した繊維束Ｔは、例えば、幅が５〜２５ｍｍ、厚さが０．２〜０．８ｍｍ程度の帯状となる。給糸口３００は、前後方向および、ライナ６０の長手方向、に沿って移動可能であり、移動により、ライナ６０に対する相対的な位置を変更することができる。また、給糸口３００の幅方向の中心における繊維束Ｔの送出方向に沿った軸を中心に回転が可能である。給糸口３００のライナ６０に対する相対的な位置を変更することにより、ライナ６０に繊維束Ｔを巻き付ける際の巻き付け角度を調節することができる。
【００１４】
給糸口３００は、第１収束ローラ３１０と、第２収束ローラ３２０と、フランジローラ３３０とを備え、３つのローラ３１０、３２０、３３０を用いて繊維束Ｔをライナ６０に搬送する。フランジローラ３３０は、回転ローラであり、モータ３４０によって回転する。フランジローラ３３０の回転によって、繊維束Ｔの張力を制御することができる。フランジローラ３３０の形状については後述する。本実施形態では、繊維束Ｔは、第１収束ローラ３１０側から入り込み、第１収束ローラ３１０の上側外周、第２収束ローラ３２０の下側外周、及び、フランジローラ３３０の上側外周にそれぞれ接触してライナ６０に案内される。つまり、フランジローラ３３０は、ライナ６０に最も近い位置に設置されている。
【００１５】
巻付部４０は、ライナ６０を回転させることによって、ライナ６０に繊維束Ｔを巻き付ける。巻付部４０は、回転装置４００と、回転棒４１０と、支持棒４２０とを備える。ライナ６０は、回転棒４１０および支持棒４２０が軸線と重なるように、巻付部４０に取り付けられる。回転棒４１０の一端は回転装置４００に固定されており、他端はライナ６０の口金に固定されている。支持棒４２０は、その一端において口金を介してライナ６０を回転自在に支持している。回転装置４００が動作すると、回転棒４１０が回転してライナ６０を回転させることにより、ライナ６０に繊維束Ｔが巻き付けられる。
【００１６】
制御部５０は、ＣＰＵとメモリとを備えるコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、制御部５０は、例えば、シリンダ２３１が加える張力や、給糸口３００の移動や、モータ３４０や回転装置４００の回転速度を制御する。制御部５０は、これらの制御の一部又は全部をハードウェア回路で実現してもよい。
【００１７】
図２は、フランジローラ３３０の説明図である。フランジローラ３３０は、繊維束Ｔが接触する円筒部３３１と、円筒部３３１を挟む位置に半径方向へ突出するフランジ部３３２と、を有する。円筒部３３１の軸方向の長さは、ライナ６０に巻き付ける際の繊維束Ｔの目標幅程度（±５ｍｍ程度）である。円筒部３３１とフランジ部３３２とが形成する壁角度θ１は、繊維束Ｔを搬送する際に繊維束Ｔがフランジ部３３２に引っかかることを抑制できるように鋭角であることが好ましく、４５度以下であることがより好ましい。
【００１８】
図３は、本実施形態におけるタンクの製造方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態のタンク製造では、まず、ステップＳ１００で、口金が装着済みの樹脂製容器をライナ６０として用意する。ライナ６０は、例えば、円柱部６１の両端に口金が装着済みのドーム部６２を溶着して準備される。
【００１９】
次に、フィラメントワインディング装置１００が、ステップＳ１１０において、ライナ６０の外周に繊維束Ｔをヘリカル巻きで巻き付ける。続いて、フィラメントワインディング装置１００が、ステップＳ１２０において、ステップＳ１１０で形成された補強層の上に繊維束Ｔをフープ巻きで巻き付ける。このステップＳ１１０とステップＳ１２０とをあわせてフィラメントワインディング工程ともいう。
【００２０】
最後に、ステップＳ１３０において、ステップＳ１１０、Ｓ１２０で巻き付けた繊維束Ｔの熱硬化樹脂を硬化する。より具体的には、熱ヒーターを備える熱硬化炉や、加熱コイルを用いた高周波誘電加熱式の熱硬化炉において、ライナ６０を回転させつつ加熱して、熱硬化樹脂を熱硬化させる。樹脂の熱硬化後の冷却養生を経て、タンクの製造が完了する。
【００２１】
図４は、フィラメントワインディング工程におけるフランジローラ３３０の説明図である。図４に示すように、フランジローラ３３０はフランジ部３３２を有するため、繊維束Ｔの繊維幅が広がっても収束させることができる。フランジローラ３３０へ進入する際の繊維束Ｔの幅は、ライナ６０に巻き付ける際の繊維束Ｔの目標幅の１．２５倍以下が好ましい。
【００２２】
図５はライナ６０に最も近い位置の回転ローラにおける繊維束Ｔの中心位置のずれを比較した説明図であり、図６は、ライナ６０に送出される繊維束Ｔの繊維幅を比較した説明図である。図５および図６において、比較例として、本実施形態におけるフランジローラ３３０を、フランジ部３３２を有さない平ローラに置き換えた場合の繊維束Ｔの中心位置および繊維幅を示す。図５および図６は、本実施形態と比較例のそれぞれ８回分の結果を直線で繋いだものを示す。図５において、繊維束Ｔの中心位置がローラの中心位置にある場合を０ｍｍとし、軸方向において一方の端部側にずれた場合を正とし、他方の端部側にずれた場合を負としている。図５に示すように、本実施形態では、繊維束Ｔの中心位置のずれが抑制されている。また、図６に示すように、本実施形態では、目標繊維幅から大きく繊維幅が増減することなく、安定した繊維幅で繊維束Ｔをライナ６０に送出できている。
【００２３】
以上で説明した本実施形態のフィラメントワインディング装置１００によれば、フランジ部３３２を有するフランジローラ３３０によって繊維束Ｔの繊維幅を安定させることができる。また、ライナ６０に最も近い位置の回転ローラを、フランジ部３３２を有するフランジローラ３３０とするだけで繊維幅を安定させることができるため、フィラメントワインディング装置１００の構成が煩雑になる事を抑制できる。
【００２４】
Ｂ．その他の実施形態：
上記実施形態では、ライナ６０に、樹脂が含浸された繊維束を巻き付けている。しかし、ライナ６０に巻き付ける繊維はこのような繊維に限らず、種々の繊維を巻き付け可能である。また、巻き付け対象としては、ライナ６０に限らず、種々の物体を対象にすることが可能である。
【００２５】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
２０…繊維巻出部、３０…繊維送出部、４０…巻付部、５０…制御部、６０…ライナ、６１…円柱部、６２…ドーム部、１００…フィラメントワインディング装置、２０１、２０２、２０３、２０４…ボビン、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７…搬送ローラ、２３０…テンションローラ、２３１…シリンダ、２４０…アクティブダンサ、２４１…ローラ、３００…給糸口、３１０…第１収束ローラ、３２０…第２収束ローラ、３３０…フランジローラ、３３１…円筒部、３３２…フランジ部、３４０…モータ、４００…回転装置、４１０…回転棒、４２０…支持棒、Ｔ…繊維束
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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