(57)【要約】【課題】多本数の繊維束を同時にライナーに巻き付ける場合であっても、ライナーがねじれ等により変形することなくワインディング処理が可能なフィラメントワインディング装置を提供する。【解決手段】ライナー４の周面に繊維束８０を巻き付けるフィラメントワインディング装置１であって、ライナー４の周面に繊維束８０を巻き付ける際に、ライナー４を回転させるための第１駆動部１９、及び第２駆動部２０を具備し、第１駆動部１９をライナー４の長手方向の第１端部４ａに配設し、第２駆動部２０をライナー４の長手方向の第２端部４ｂに配設する、フィラメントワインディング装置１である。【選択図】図１
2010005965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナーの周面に繊維束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、
前記ライナーの周面に繊維束を巻き付ける際に、前記ライナーを回転させるための第１駆動部、及び第２駆動部を具備し、
前記第１駆動部を前記ライナーの長手方向の第１端部に配設し、
前記第２駆動部を前記ライナーの長手方向の第２端部に配設する、
ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【請求項２】
前記第１駆動部と、前記第２駆動部との間であって、前記ライナーに対向する位置に配置され、前記ライナーの外周面、又は前記ライナーに巻き付けられた繊維束の周面に接しながら前記ライナーを回転させるタッチローラを具備する、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項３】
前記第１駆動部、及び前記第２駆動部を同期運転させる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項４】
前記第１駆動部と、前記第２駆動部との運転周期の差異を検知する検知部と、
前記検知部の検知結果に基づいて前記第１駆動部、及び前記第２駆動部の運転周期の差異を調整する調整部と、
を具備する、
ことを特徴とする請求項３に記載の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】
ライナーの周面に繊維束を巻き付ける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、フィラメントワインディング法により圧力容器等を形成する場合には、樹脂が塗布された繊維束をライナーの軸方向に対して略直交するようにライナーの周面に巻き付けるフープ巻と、ライナーの軸方向に対して所定の角度でライナーの周面に巻き付けるヘリカル巻と、を併用して補強層を形成する。フープ巻、及びヘリカル巻を併用したフィラメントワインディング装置の技術については従来から公知であり（例えば、特許文献１）、このようなフィラメントワインディング装置においては、ヘリカル巻リングで多数本の繊維束を案内し、一群の繊維束を同時にライナーに巻き付ける。多本数の繊維束をライナーの周面に対して同時に巻き付けることで、ワインディング処理を短時間で行うことができ、効率良く圧力容器等を製造することができる。
【０００３】
通常、ヘリカル巻を行う際には、ライナーを回転させながら繊維束を巻き付けている。また、フープ巻きを行う際にも、給糸パッケージを別置のクリールに支持し、ライナーを回転させながら繊維束を巻き付ける場合がある。このようなライナーを回転させながら繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング装置においては、ライナーの両端部を支持軸により支持し、ライナーの一端部側（駆動側）の支持軸にモータ等の駆動部を設け、ライナーの他端部側（従動側）の支持軸を従動可能に支持する構成となっており、当該駆動部を駆動させることでライナーを回転させる（例えば、特許文献２）。
【０００４】
このような構成のフィラメントワインディング装置において、ワインディング処理をより短時間で行うため、より多本数の繊維束を同時にライナーに巻き付けるようにすると、ライナーを回転させるために必要なトルクは大幅に増大する。そのため、ライナーを回転させる駆動部のトルクをより大きくしなければならない。
【特許文献１】特開２００４−３１４５５０号公報
【特許文献２】特開平５−３３８０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ライナーの一端部側に設けた駆動部によって大きなトルクでライナーを回転させると、ライナーの一端部側（駆動側）と他端部側（従動側）との間に生じるねじり応力が増大するため、比較的強度の弱いライナーを用いた場合にはライナーがねじり変形により変形したり破損したりするという問題点があった。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解決すべくなされたものであり、多本数の繊維束を同時にライナーに巻き付ける場合であっても、ライナーがねじれ等により変形することなくワインディング処理が可能な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】
【０００７】
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。
【０００８】
第１の発明に係るフィラメントワインディング装置は、ライナーの周面に繊維束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、
前記ライナーの周面に繊維束を巻き付ける際に、前記ライナーを回転させるための第１駆動部、及び第２駆動部を具備し、
前記第１駆動部を前記ライナーの長手方向の第１端部に配設し、
前記第２駆動部を前記ライナーの長手方向の第２端部に配設するものである。
【０００９】
第２の発明に係るフィラメントワインディング装置は、第１の発明に係るフィラメントワインディング装置において、
前記第１駆動部と、前記第２駆動部との間であって、前記ライナーに対向する位置に配置され、前記ライナーの外周面、又は前記ライナーに巻き付けられた繊維束の周面に接しながら前記ライナーを回転させるタッチローラを具備するものである。
【００１０】
第３の発明に係るフィラメントワインディング装置は、第１又は第２の発明に係るフィラメントワインディング装置において、
前記第１駆動部、及び前記第２駆動部を同期運転させるものである。
【００１１】
第４の発明に係るフィラメントワインディング装置は、第３の発明に係るフィラメントワインディング装置において、
前記第１駆動部と、前記第２駆動部との運転周期の差異を検知する検知部と、
前記検知部の検知結果に基づいて前記第１駆動部、及び前記第２駆動部の運転周期の差異を調整する調整部と、
を具備するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
第１発明においては、ライナーの周面に繊維束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、ライナーの周面に繊維束を巻き付ける際に、ライナーを回転させるための第１駆動部、及び第２駆動部を具備し、第１駆動部をライナーの長手方向の第１端部に配設し、第２駆動部をライナーの長手方向の第２端部に配設することから、ライナーの一端部側だけでなく、ライナーの両端部から回転駆動することができる。そのため、ライナーを回転させる際に、ライナーの両端部に生じるねじり応力を低く抑えることができ、ライナーがねじり変形等により変形したり破損したりすることがない。また、ライナーを回転させるために必要なトルクがライナーの両端部に分散するため、ライナーの片端部のみに駆動部を設けた場合と比べて、第１駆動部、及び第２駆動部のトルクを小さくすることができる。
【００１４】
第２発明においては、第１駆動部と、第２駆動部との間であって、ライナーに対向する位置に配置され、ライナーの外周面、又はライナーに巻き付けられた繊維束の周面に接しながらライナーを回転させるタッチローラを具備することから、第１駆動部、及び第２駆動部の回転駆動を補助することができる。そのため、第１駆動部、及び第２駆動部のトルクを更に小さくすることができる。
【００１５】
第３発明においては、第１駆動部、及び第２駆動部を同期運転させることから、第１駆動部、及び第２駆動部を同じ回転速度で駆動することができる。そのため、ライナーを回転させる際に、ライナーの両端部にかかる負荷に差が生じず、ライナーがねじり変形等により変形したり破損したりすることがない。また、常にライナーの両端部の回転速度を一定に保つことができることから、繊維束を均等にライナーへ巻くことができる。
【００１６】
第４発明においては、第１駆動部と、第２駆動部との運転周期の差異を検知する検知部と、検知部の検知結果に基づいて第１駆動部、及び第２駆動部の運転周期の差異を調整する調整部と、を具備することから、常に、第１駆動部と、第２駆動部との回転速度を均一に保つことができる。そのため、ライナーを回転させる際に、ライナーの両端部にかかる負荷に差が生じず、ライナーがねじり変形等により変形したり破損したりすることがない。また、常にライナーの両端部の回転速度を一定に保つことができることから、繊維束を均等にライナーへ巻くことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１（以下、ＦＷ装置１と称す）について図面に基づいて説明する。図１はＦＷ装置１における巻取装置２の側面図、図２はＦＷ装置１における巻取装置２の平面図、図３はＦＷ装置１における巻取装置２の正面図である。
【００１８】
ＦＷ装置１は、繊維束供給装置（図示略）と、巻取装置２と、から構成されている。巻付装置２は、フープ巻装置５と、ヘリカル巻装置６と、支持台７と、タッチローラ８と、を具備する。フープ巻装置５、及び支持台７は、それぞれ駆動機構（図示略）により基台３の長手方向（矢印９０）に沿って往復駆動できる。ヘリカル巻装置６は、基台３の中央位置に固定してあり、前記繊維束供給装置で支持された一群のクリールから送給される繊維束８０をライナー４に送給案内する。
【００１９】
フープ巻装置５は、基台３上のレール９で移行案内されるフレーム１０と、フレーム１０で回転自在に支持される円盤状の巻掛テーブル１１と、巻掛テーブル１１を回転駆動する駆動機構（図示略）と、を具備する。巻掛テーブル１１は、フープ巻時に繊維束８０を供給する複数個のボビン１２・１２・・が、巻掛テーブル１１の周縁に沿って等間隔おきに配置してある。巻掛テーブル１１の板面中央には、ライナー４の往復移動を許す円形の開口１１ａが形成してある。フープ巻装置５は、開口１１ａの開口面とライナー４とが直交する状態で、巻掛テーブル１１を回転駆動しながらフープ巻装置５の全体を往復移動させることにより、ライナー４の周面にフープ巻層を形成することができる。
【００２０】
ヘリカル巻装置６は、基台３に立設される固定フレーム１３と、固定フレーム１３で支持されるヘリカル巻ヘッド１４と、繊維束８０の一群をヘリカル巻ヘッド１４へ向かって変向案内するガイドローラー１５（図３）と、を具備する。固定フレーム１３の横面中央には、ライナー４の往復移動を許す円形の開口１３ａが形成され、開口１３ａの周囲の板面にガイドローラー１５が配置してある。繊維束供給装置から供給される繊維束８０は、固定フレーム１３の前後両側に配置した変向ローラー１６（図２）で案内されたのち、ヘリカル巻ヘッド１４へと送給される。ヘリカル巻ヘッド１４は、周方向に沿って等間隔おきに一群のガイド筒３０（図３）が配置され、ヘリカル巻ヘッド１４に送給された繊維束８０をガイド筒３０へ案内し、ライナー４へ巻き付ける。
【００２１】
支持台７は、左右に長い基台３の上部に配置されてライナー４を支持する。支持台７は、ベース１７と、支持腕１８・１８と、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０と、から構成されている。
【００２２】
ベース１７は、支持台７の基盤となる部分であり、基台３上の前後一対のレール４０で移行案内される。支持腕１８・１８は、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０を介してライナー４の端部を支持する部分であり、ベース１７の両側端に立設される。支持腕１８・１８は、ライナー４の交換を容易化するために、ベース１７に対して起立した姿勢から横に倒した姿勢へ変化できるように組み付けてある。
【００２３】
第１駆動部１９、及び第２駆動部２０は、ヘリカル巻装置６により繊維束８０を巻き付ける際に、ライナー４を回転させるものである。第１駆動部１９は、ライナー４の長手方向の第１端部４ａに配設され、第２駆動部２０は、ライナー４の長手方向の第２端部４ｂに配設されている。すなわち、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０をライナー４の両端部に配設することで、ライナー４の両端部からライナー４を回転駆動する構成となっている。
【００２４】
第１駆動部１９、及び第２駆動部２０は、固定治具２１と、チャック２２と、モータ２３と、から構成されている。尚、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０は、以下に説明する固定治具２１、チャック２２、モータ２３の構成に限定されるものではなく、ヘリカル巻装置６により繊維束８０を巻き付ける際に、ライナー４を回転させることが可能な構成であればよい。
【００２５】
固定治具２１は、ライナー４の長手方向の第１端部４ａ、及び第２端部４ｂに取り外し可能に固定される治具である。固定治具２１は、ライナー４を回転させる際の回転軸となる。
【００２６】
チャック２２は、支持腕１８・１８の上端対向面に設けられている。チャック２２は、固定治具２１を掴み固定する。チャック２２は、固定治具２１を掴み固定することでライナー４を支持腕１８・１８の間に支持する。そして、チャック２２が回転することで固定治具２１が回転し、その回転に従ってライナー４が回転する。
【００２７】
モータ２３は、チャック２２を回転駆動させるための駆動源である。モータ２３は、支持腕１８の上端の側壁に設けられている。モータ２３のシャフト２３ａは、支持腕１８の開口部１８ａを貫通して突出し、その先端にチャック２２が接続されている。そして、モータ２３が駆動することで、チャック２２が回転駆動される。モータ２３・２３は、後述する制御部８５（図４）によって制御され、制御部８５がモータ２３・２３を制御することで、モータ２３・２３に接続されるチャック２２・２２の回転駆動が同期運転で行われる。
【００２８】
タッチローラ８は、第１駆動部１９と、第２駆動部２０との間であって、ライナー４に対向する位置に配置され、ライナー４の外周面、又はライナー４に巻き付けられた繊維束８０の周面に接しながらライナー４を回転させるものである。タッチローラ８は、支持台７のベース１７上に設けられている。尚、図１においては、タッチローラ８を１台のみ記載しているが、ライナー４の大きさ等によりタッチローラ８をベース１７上に複数台並べて設けても構わない。図１に示すように、タッチローラ８は、ローラ部２５と、回転軸２６と、腕部２７・２７と、駆動部２８と、から構成されている。
【００２９】
ローラ部２５は、ライナー４の外周面、又はライナー４に巻き付けられた繊維束８０の周面に接しながら回転する円筒形状の部材である。ローラ部２５は長手方向に回転軸２６が挿通されている。回転軸２６は、所定の間隔で配置された腕部２７・２７に形成された同軸の孔２７ａ・２７ｂに両端部が挿通されている。回転軸２６が孔２７ａ・２７ｂに挿通されることでローラ部２５が腕部２７・２７の間で支持される。
【００３０】
駆動部２８は、ローラ部２５を回転駆動させるための駆動源である。駆動部２８は腕部２７の上端の側壁に設けられている。駆動部２８のシャフト２８ａは、孔２７ｂに挿通される回転軸２６の一端部と接続されている。駆動部２８が駆動することで、回転軸２６が回転駆動され、ローラ部２５が回転する。
【００３１】
次に、ＦＷ装置１の巻き付け動作について説明する。フープ巻を行う場合には、巻掛テーブル１１をライナー４の円筒部の一側端に位置させ、各ボビン１２から繰り出された繊維束８０を、粘着テープでライナー４の表面に固定する。この時、複数本の繊維束８０を、ライナー４の周面に沿って隙間なく平行に配置する。この状態で、巻掛テーブル１１を回転駆動しながら、フレーム１０をライナー４の第１端部４ａへ向かって移動させ、一層目のフープ巻層を形成する。引き続き、フレーム１０をライナー４の第２端部４ｂへ反転移動させることにより、先のフープ巻層の外面に二層目のフープ巻層を形成する。さらにフープ巻層を形成する場合には、フレーム１０を往復移動させることにより巻付処理を必要回数行う。
【００３２】
ヘリカル巻を行う場合には、ヘリカル巻ヘッド１４を回転操作するとともに、支持台７を移動操作し、ライナー４の第１端部４ａをヘリカル巻ヘッド１４の内面に臨ませ、ヘリカル巻ヘッド１４の各ガイド筒３０（図３）から引き出された繊維束８０を粘着テープでライナー４の第１端部４ａの周面に固定する。固定後、チャック２２及びライナー４を回転駆動しながら支持台７を一定速度で移動させる。ライナー４の全体がヘリカル巻ヘッド１４をくぐり抜けることで、ライナー４にヘリカル巻層が形成される。引き続き、支持台７をそれまでとは逆向きに移動させながらヘリカル巻を行うことにより、先のヘリカル巻層の外面に二層目のへリカル巻層が形成される。さらにヘリカル巻層を形成する場合には、支持台７を往復運動させることにより巻付処理を必要回数行う。
【００３３】
次に、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０の制御について説明する。図４は、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０のシステム図、図５は、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０の制御におけるフローチャートである。
【００３４】
図４に示すように、第１駆動部１９のモータ２３、及び第２駆動部２０のモータ２３は、制御部８５に接続されており、モータ２３・２３の駆動は制御部８５により制御されている。モータ２３・２３は、出力検知部３１・３１と接続されている。出力検知部３１・３１は、モータ２３・２３の回転出力を検知する。出力検知部３１・３１は、制御部８５に接続されており、検知結果を制御部８５へ送信する。制御部８５は、出力検知部３１・３１から送信される検知信号に基づいて、モータ２３・２３の運転周期の差異を検知する。そして、制御部８５は、当該運転周期の差異の検知結果に基づいて、モータ２３・２３の運転周期の差異を調整する。このように、制御部８５は、第１駆動部１９のモータ２３と、第２駆動部２０のモータ２３との運転周期の差異を検知する検知部として機能するとともに、モータ２３・２３の運転周期の差異を調整する調整部として機能する。
【００３５】
図５に示すように、制御部８５が、モータ２３・２３に対して、制御信号を送信することにより、モータ２３・２３は駆動を開始する（Ｓ１）。モータ２３・２３が駆動を開始することにより、出力検知部３１・３１は、モータ２３・２３の回転出力を検知し（Ｓ２）、検知信号を制御部８５へ送信する。制御部８５は当該検知信号を受信すると、モータ２３・２３が所定の運転周期で運転しているか否かを判断する（Ｓ３）。ここで、所定の運動周期とは、ライナー４の大きさ、強度、繊維束８０の材質等の要件により決定されるモータ２３・２３の運転周期であり、繊維束８０をライナー４へ均一に巻き付けることが可能なモータ２３・２３の運転周期をいう。当該運転周期は、予めプログラムにより決定されており、制御部８５は、当該プログラムによりモータ２３・２３の運転周期を検知し、モータ２３・２３を制御する。
【００３６】
モータ２３・２３が所定の運転周期で運転していないと制御部８５が判断した場合（Ｓ３−Ｎｏ）、制御部８５はモータ２３・２３が所定の運転周期で運転しているか否かの判断を所定時間繰り返す（Ｓ３）。ここで、所定時間経過後においても、制御部８５が、モータ２３・２３の少なくとも一方が所定の運転周期で運転していないと判断した場合、制御部８５は、モータ２３・２３の少なくとも一方が異常であると判断し、モータ２３・２３に対して、駆動を停止する旨の制御信号を送信する。
【００３７】
モータ２３・２３が所定の運転周期で運転していると制御部８５が判断した場合（Ｓ３−Ｙｅｓ）、制御部８５は、モータ２３・２３の運転周期に差異があるか否かを判断する（Ｓ４）。運転周期に差異がないと判断した場合（Ｓ４−Ｎｏ）、制御部８５は、モータ２３・２３の制御を保持しながら、出力検知部３１・３１から送信される検知信号に基づいて、モータ２３・２３との運転周期の差異等を繰り返し検知する（Ｓ２からＳ４）。
【００３８】
制御部８５は、運転周期に差異があると判断した場合（Ｓ４−Ｙｅｓ）、モータ２３・２３の運転周期を調整する（Ｓ５）。モータ２３・２３の運転周期が調整されると、制御部８５は、出力検知部３１・３１から送信される検知信号に基づいて、モータ２３・２３の運転周期の差異等を繰り返し検知する（Ｓ２からＳ４）。
【００３９】
このように、制御部８５は、出力検知部３１・３１から送信される検知信号に基づいて、第１駆動部１９のモータ２３、及び第２駆動部２０のモータ２３との運転周期の差異を検知し、その運転周期の差異に基づいて、モータ２３・２３の運転周期を調整することで、モータ２３・２３を同期運転させている。
【００４０】
以上のように、本発明に係るＦＷ装置１は、ライナー４の周面に繊維束８０を巻き付けるフィラメントワインディング装置１であって、ヘリカル巻装置６により繊維束８０を巻き付ける際に、ライナー４を回転させるための第１駆動部１９、及び第２駆動部２０を具備し、第１駆動部１９をライナー４の長手方向の第１端部４ａに配設し、第２駆動部２０をライナー４の長手方向の第２端部４ｂに配設することから、ライナー４の一端部側だけでなく、ライナー４の両端部から回転駆動することができる。そのため、ライナー４を回転させる際に、ライナー４の両端部に生じるねじり応力を低く抑えることができ、ライナー４がねじり変形等により変形したり破損したりすることがない。また、ライナー４を回転させるために必要なトルクがライナー４の両端部に分散するため、ライナー４の片端部のみに駆動部を設けた場合と比べて、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０のトルクを小さくすることができる。
【００４１】
また、本発明に係るＦＷ装置１は、第１駆動部１９と、第２駆動部２０との間であって、ライナー４に対向する位置に配置され、ライナー４の外周面、又はライナー４に巻き付けられた繊維束８０の周面に接しながらライナー４を回転させるタッチローラ８を具備することから、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０の回転駆動を補助することができる。そのため、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０のトルクを更に小さくすることができる。
【００４２】
さらに、本発明に係るＦＷ装置１は、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０を同期運転させることから、第１駆動部１９、及び第２駆動部２０を同じ回転速度で駆動することができる。そのため、ライナー４を回転させる際に、ライナー４の両端部にかかる負荷に差が生じず、ライナー４がねじり変形等により変形したり破損したりすることがない。また、常にライナー４の両端部の回転速度を一定に保つことができることから、繊維束８０を均等にライナー４へ巻くことができる。
【００４３】
さらにまた、本発明に係るＦＷ装置１は、第１駆動部１９と、第２駆動部２０との運転周期の差異を検知する検知部と、検知部の検知結果に基づいて第１駆動部１９、及び第２駆動部２０の運転周期の差異を調整する調整部と、を具備することから、常に、第１駆動部１９と、第２駆動部２０との回転速度を均一に保つことができる。そのため、ライナー４を回転させる際に、ライナー４の両端部にかかる負荷に差が生じず、ライナー４がねじり変形等により変形したり破損したりすることがない。また、常にライナー４の両端部の回転速度を一定に保つことができることから、繊維束８０を均等にライナー４へ巻くことができる。
【００４４】
上記実施例では、ヘリカル巻を行う場合に限定して説明したが、フープ巻を行う場合においても、給糸パッケージを別置のクリールに支持し、ライナーを回転させながら繊維束を巻き付けることがある。この場合、ライナーに巻き付ける繊維束が多本数になると、ライナーを回転させるために大きなトルクが必要となる。そのため、フープ巻を行う場合でも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ＦＷ装置１における巻取装置２の側面図。
【図２】ＦＷ装置１における巻取装置２の平面図。
【図３】ＦＷ装置１における巻取装置２の正面図。
【図４】第１駆動部１９、及び第２駆動部２０のシステム図。
【図５】第１駆動部１９、及び第２駆動部２０の制御におけるフローチャート。
【符号の説明】
【００４６】
１        ＦＷ装置
４        ライナー
４ａ      第１端部（ライナー）
４ｂ      第２端部（ライナー）
５        フープ巻装置
６        ヘリカル巻装置
８        タッチローラ
１９      第１駆動部
２０      第２駆動部
８０      繊維束
８５      制御部（検知部・調節部）
【図１】
2010005965.tif 000003
【図２】
2010005965.tif 000004
【図３】
2010005965.tif 000005
【図４】
2010005965.tif 000006
【図５】
2010005965.tif 000007