(57)【要約】【課題】簡単な構造をもってフープ巻き端部の繊維束位置のバラツキを低減できるフィラメントワインディング装置を提供する。【解決手段】フィラメントワインディング装置１は、ライナー１００の外周に繊維束７を巻き付けてタンクを製造するための装置である。フィラメントワインディング装置１は、樹脂を含浸した帯状の繊維束７が巻回されたボビン部２と、帯状の繊維束７をライナー１００に繰り出す繰出部４と、ボビン部２と繰出部４との間であって繊維束７の繰出方向における繰出部４の直前位置に配置され、繊維束７の幅を拡げるように繊維束７を押圧する押圧部６と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナーの外周に繊維束を巻き付けてタンクを製造するフィラメントワインディング装置であって、
樹脂を含浸した帯状の繊維束が巻回されたボビン部と、
帯状の繊維束を前記ライナーに繰り出す繰出部と、
前記ボビン部と前記繰出部との間であって繊維束の繰出方向における前記繰出部の直前位置に配置され、繊維束の幅を拡げるように繊維束を押圧する押圧部と、
を備えることを特徴と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、ライナーの外周に繊維束を巻き付けてタンクを製造するフィラメントワインディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、フィラメントワインディング装置を利用し、円筒状の胴体部と胴体部の両端に設けられたドーム部とを有するライナーを回転させながら、樹脂が含浸された繊維束を一定の張力（すなわち、繊維束を巻き付ける力）で該ライナーの外周に繰り返し巻き付けることでフープ層とヘリカル層からなる補強層を形成し、タンクを製造することが知られている。
【０００３】
しかし、胴体部の外周に複数のフープ層を順次に積層していくときに、外側（すなわち、ライナーの外周に遠い側）フープ層の繊維束を巻き付ける力によって、内側（すなわち、ライナーの外周に近い側）フープ層の繊維束に圧力が加わるので、内側フープ層の繊維束が押し出される。これによって、フープ巻き端部において内側フープ層の繊維束は、ドーム部側に横滑りするので、フープ巻き端部の繊維束の位置にバラツキが生じ、タンクの品質に影響を及ぼす問題があった。
【０００４】
上述の問題を解決するために、様々な技術が提案されている。例えば下記特許文献１には、突起部を有する固定手段をライナーのドーム部に配置させ、該固定手段の突起部を利用してフープ巻き端部における繊維束の横滑りを抑制することで、フープ巻き端部の繊維束位置のバラツキを低減することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８２８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した場合は、固定手段を設ける必要があるので、部品点数の増加を招くのみならず、固定手段をライナーのドーム部に配置させることに伴ってフィラメントワインディング装置自体が複雑になる問題も新たに発生してしまう。
【０００７】
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、簡単な構造をもってフープ巻き端部の繊維束位置のバラツキを低減できるフィラメントワインディング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るフィラメントワインディング装置は、ライナーの外周に繊維束を巻き付けてタンクを製造するフィラメントワインディング装置であって、樹脂を含浸した帯状の繊維束が巻回されたボビン部と、帯状の繊維束を前記ライナーに繰り出す繰出部と、前記ボビン部と前記繰出部との間であって繊維束の繰出方向における前記繰出部の直前位置に配置され、繊維束の幅を拡げるように繊維束を押圧する押圧部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係るフィラメントワインディング装置では、繊維束の幅を拡げるように繊維束を押圧する押圧部を備えるので、該押圧部で繊維束の幅を拡げて、繊維束を平らな状態にすることができる。平らな状態に拡げられた繊維束をフープ巻きでライナーに巻き付ける際に、フープ巻き端部における繊維束の横滑りを抑制することができる。その結果、フープ巻き端部の繊維束位置のバラツキを低減することができ、タンクの品質を安定することができる。加えて、押圧部を用いて繊維束の横滑りを抑制できるので、従来のように固定部材で繊維束の横滑りを抑制する場合と比べて、構造を簡単化することができる。更に、押圧部がボビン部と繰出部との間であって繊維束の繰出方向における繰出部の直前位置に配置されているので、押圧で幅が拡がった繊維束が仮に元の状態に戻ろうとしても、すぐにライナーに巻き付けられるので、繊維束の幅の戻りによる影響を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構造をもってフープ巻き端部の繊維束位置のバラツキを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ライナーの構造を示す概略図である。
【図２】実施形態に係るフィラメントワインディング装置を示す概略構成図である。
【図３】押圧部を示す概略斜視図である。
【図４】（ａ）はヘリカル巻きを説明する模式図であり、（ｂ）はフープ巻きを説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明に係るフィラメントワインディング装置の実施形態について説明する。本実施形態のフィラメントワインディング装置は、水素タンク等のタンクを製造する際に使用され、ライナーの外周に繊維束を複数巻き付けることによって補強層を形成するための装置である。ここで、まず、フィラメントワインディング装置の巻き付け対象であるライナーを簡単に説明する。
【００１３】
[ライナーについて]
図１はライナーの構造を示す概略図である。ライナー１００は、タンクのコアを構成するものであって、円筒状の胴体部１０１と、胴体部１０１の左右両端にそれぞれ配置された略半球状のドーム部１０２，１０３とを有する中空の容器である。ライナー１００は、例えば、ポリエチレンやナイロン等の樹脂部材を用いて回転・ブロー成形法によって一体的に形成されている。また、ライナー１００は、樹脂部材に代えてアルミニウム等の軽金属によって形成されても良い。更に、ライナー１００は、回転・ブロー成形法のような一体成形の製造方法に代えて、射出・押出成形等により複数に分割された部材を接合することで形成されても良い。
【００１４】
ドーム部１０２，１０３の頂部には開口部（図示せず）がそれぞれ形成され、開口部には口金部１０４，１０５が装着されている。具体的には、図１に示すように、左側のドーム部１０２の開口部に口金部１０４、右側のドーム部１０３の開口部に口金部１０５がそれぞれ内挿されている。口金部１０４は例えばバルブ側口金として機能し、口金部１０５は例えばエンド側口金として機能する。これらの口金部１０４，１０５は、金属材料によって円筒状に形成されており、一端部がドーム部１０２，１０３の開口部に内挿され、他端部がドーム部１０２，１０３からライナー１００の中心軸Ｌに沿って外部に突出している。
【００１５】
[フィラメントワインディング装置について]
図２は実施形態に係るフィラメントワインディング装置を示す概略構成図である。フィラメントワインディング装置１は、主に、ボビン部２と、搬送部３と、繰出部４と、回転部５とを備えている。
【００１６】
ボビン部２は、樹脂を含浸した繊維束７が巻回されたボビンを複数（ここでは、４つのボビン２１ａ〜２１ｄ）有する。各ボビン２１ａ〜２１ｄは、それぞれ対応する電動モータ２２ａ〜２２ｄによって駆動されて回転し、巻回された繊維束７を巻き出すように形成されている。
【００１７】
樹脂を含浸した繊維束７は、例えば直径が数μｍ程度の単繊維を束ねて構成されたものに、未硬化の熱硬化性樹脂が含浸されている。単繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、天然繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維を挙げることができる。
【００１８】
また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、ビニルエステル樹脂に代表される変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂を挙げることができる。
【００１９】
なお、本実施形態では、繊維束に含浸する樹脂として、未硬化の熱硬化性樹脂を挙げたが、例えば、ライナー１００に巻き付ける際に、樹脂を軟化点（ガラス転移点）以上に加熱することができるのであれば、繊維束に含浸する樹脂は、熱可塑性樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン系樹脂、ナイロン系樹脂（例えば６−ナイロン樹脂または６，６−ナイロン樹脂）、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、またはＡＢＳ系樹脂等を挙げることができる。
【００２０】
搬送部３は、ボビン２１ａ〜２１ｄに巻回された繊維束７を繰出部４側に搬送するためのものであり、複数のローラ等によって形成されている。より具体的には、搬送部３は、ボビン部２側から繰出部４側に向かって順に配置された搬送ローラ３１ａ〜３１ｄと、結束ローラ３２と、テンションローラ３３と、アクティブダンサーローラ３４と、搬送ローラ３５〜３７と、拡幅ローラ３８ａ，３８ｂと、繰出部ガイドローラ３９とを有する。
【００２１】
搬送ローラ３１ａ〜３１ｄは、各ボビン２１ａ〜２１ｄに対応して設けられており、ボビン２１ａ〜２１ｄから巻き出された繊維束７を結束ローラ３２に搬送する。結束ローラ３２は、ボビン２１ａ〜２１ｄから巻き出された繊維束７を引き揃えて、張力付与装置としてのテンションローラ３３に巻き出す。
【００２２】
テンションローラ３３は、ライナー１００に巻き付けられる繊維束７に張力を付与する機能を有する。このテンションローラ３３は、その下方に配置された張力調整機構４０によって昇降することで、繊維束７への張力を調整可能になっている。
【００２３】
アクティブダンサーローラ３４は、アクティブコントローラ３０に接続されており、該アクティブコントローラ３０によって位置が調整できるようにされている。このようにすることで、例えば繊維束７の巻き付けが停止した場合、或いは巻き付け速度が変化した場合に、繊維束７の張力を一定に維持することができる。
【００２４】
搬送ローラ３５〜３７は、アクティブダンサーローラ３４を経由して搬送された繊維束７を更に拡幅ローラ３８ａ，３８ｂに向けて搬送する。拡幅ローラ３８ａ，３８ｂは、対になっており、複数の繊維束７（ここでは、４本の繊維束７）を挟み込んで拡幅することによって１本の帯状の繊維束７を形成する。繰出部ガイドローラ３９は、拡幅ローラ３８ａ，３８ｂと繰出部４との間に配置されており、帯状の繊維束７を繰出部４に案内する機能を有する。
【００２５】
繰出部４は、いわゆるアイクチと呼ばれるものであり、帯状の繊維束７をライナー１００に向けて繰り出す。この繰出部４は、アクチュエータ（図示せず）によってライナー１００の中心軸Ｌ方向に往復移動できるようにされている。本実施形態では、繰出部４の往復移動と、回転部５によるライナー１００の回転運動との協働により、繊維束７の巻き付け態様を変更することができるようになっている。そして、繊維束７の巻き付け態様としては、ヘリカル巻きとフープ巻きとが挙げられる。
【００２６】
ヘリカル巻きとは、図４（ａ）に示すように、ライナー１００の中心軸Ｌと繊維束７の巻き付け方向とがなす角度（いわゆる巻き角度）が０°より大きく９０°未満になるように、繊維束７を螺旋状に巻き付ける態様である。このヘリカル巻きによって、ヘリカル層が形成される。
【００２７】
また、ヘリカル巻きは、巻き角度の大きさによって低角度ヘリカル巻きと高角度ヘリカル巻きに更に分けられる。低角度ヘリカル巻きは、すなわち巻き角度が小さい（例えば０°より大きく３０°以下）場合のヘリカル巻きであり、繊維束７がライナー１００の中心軸Ｌを一周する前にドーム部１０２，１０３における繊維束７の巻き付け方向の折り返しが生じる巻き付け態様である。
【００２８】
高角度ヘリカル巻きは、すなわち巻き角度が大きい（例えば３０°より大きく９０°未満）場合のヘリカル巻きであり、ドーム部１０２，１０３における繊維束７の巻き付け方向の折り返しが生じるまでに、胴体部１０１において繊維束７がライナー１００の中心軸Ｌを少なくとも一周する巻き付け態様である。なお、図４（ａ）は低角度ヘリカル巻きを示す。
【００２９】
一方、フープ巻きとは、図４（ｂ）に示すように、ライナー１００の中心軸Ｌと繊維束７の巻き付け方向とがなす巻き角度が略垂直になるように、繊維束７をライナー１００の周方向に巻き付ける態様である。ここで、「略垂直」とは、９０°と、隣接する繊維束７同士が重ならないように繊維束７の巻き付け位置をずらすことによって生じ得る９０°前後の角度との両方を含むことを意味する。そして、フープ巻きによって、フープ層が形成される。なお、本実施形態で述べる「フープ巻き端部」は、フープ巻きで各フープ層を形成する際に、胴体部１０１とドーム部１０２，１０３との境界部又はその付近に最初に巻き付けられた繊維束７の端部のことである。
【００３０】
回転部５は、ライナー１００を回転可能に支持するとともに、備え付けられた回転モータでライナー１００をその中心軸Ｌ周りに回転させる。
【００３１】
また、本実施形態のフィラメントワインディング装置１は、押圧部６を更に備えている。押圧部６は、ボビン部２と繰出部４との間であって繊維束７の繰出方向Ｆ（図３矢印参照）における繰出部４の直前位置に配置されている。
【００３２】
図３は押圧部を示す概略斜視図である。図３に示すように、押圧部６は、繰出部ガイドローラ３９と繰出部４との間に配置され、一対の押圧ローラ６１，６２を有するように形成されている。押圧ローラ６１，６２は、それぞれバネ部材６３，６４を介して固定部材６５，６６に固定されている。このような構造を有する押圧部６は、押圧ローラ６１，６２で繊維束７の厚さ方向の両側から繊維束７を押圧し、該繊維束７の幅を拡げる。
【００３３】
以上のように構成されたフィラメントワインディング装置１では、繊維束７の幅を拡げるように繊維束７を押圧する押圧部６を備えるので、該押圧部６で繊維束７の幅を拡げて、繊維束７を平らな状態にすることができる。平らな状態に拡げられた繊維束７をフープ巻きでライナー１００に巻き付ける際に、フープ巻き端部における繊維束７の横滑りを抑制することができる。その結果、フープ巻き端部における繊維束位置のバラツキを低減することができ、タンクの品質を安定することができる。
【００３４】
また、このようにすることで、例えば温度が低い環境でボビンに巻回された繊維束７を長期間保管した際に、仮に含浸した樹脂の粘度又は粘着性が変化した場合であっても、ライナー１００を巻き付ける直前に繊維束７が押圧部６で平らな状態に拡げられるので、フープ巻き端部における繊維束７の横滑りを抑制でき、フープ巻き端部の繊維束位置のバラツキを低減できる。
【００３５】
加えて、押圧部６を用いて繊維束７の横滑りを抑制できるので、従来のように固定部材で繊維束の横滑りを抑制する場合と比べて、構造を簡単化することができる。特に、押圧部６が繊維束７の厚さ方向の両側から繊維束７を押圧する一対の押圧ローラ６１，６２によって構成されているので、簡単な構造で繊維束７の押圧を実現できる。
【００３６】
更に、押圧部６がボビン部２と繰出部４との間であって繊維束７の繰出方向Ｆにおける繰出部４の直前位置に配置されているので、押圧で幅が拡がった繊維束７が仮に元の状態に戻ろうとしても、すぐにライナー１００に巻き付けられるので、繊維束７の幅の戻りによる影響を抑制することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１    フィラメントワインディング装置
２    ボビン部
３    搬送部
４    繰出部
５    回転部
６    押圧部
７    繊維束
２１ａ〜２１ｄ    ボビン
３０    アクティブコントローラ
３１ａ〜３１ｄ    搬送ローラ
３２    結束ローラ
３３    テンションローラ
３４    アクティブダンサーローラ
３５〜３７    搬送ローラ
３８ａ，３８ｂ    拡幅ローラ
３９    繰出部ガイドローラ
４０    張力調整機構
６１，６２    押圧ローラ
６３，６４    バネ部材
６５，６６    固定部材
１００    ライナー
１０１    胴体部
１０２，１０３    ドーム部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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