(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンドレルに糸を巻きつけるフィラメントワインディング装置であって、
前記マンドレルを回転可能に支持すると共に該マンドレルに駆動力を伝達する駆動軸と、
前記駆動軸の外周に同軸的に配置されると共に該駆動軸と相対回転可能に設けられ、前記マンドレルへの糸の巻き始め時又は巻き終わり時に糸を巻き貯めておく巻きため用スリーブと、
前記マンドレル及び前記巻きため用スリーブに沿ってトラバースし糸を供給する供給ヘッドと、
前記巻きため用スリーブに係合し、該巻きため用スリーブの糸の巻き取り方向の回転のみを許容し、巻き出し方向の回転を規制する回転規制手段と、
前記巻きため用スリーブに前記マンドレルと同期的な駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、
を備えたフィラメントワインディング装置。
【請求項２】
前記駆動力伝達手段は、前記マンドレルと前記巻きため用スリーブにそれぞれ設けられ、該マンドレルと該巻きため用スリーブとに跨って巻き付けられた糸の張力を用いて駆動力の伝達を行う一対のピン列を備える請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項３】
前記巻き終わり時に、前記供給ヘッドが前記巻きため用スリーブに糸を供給している状態で、糸の切断を行うカッタを更に備えた請求項１または２に記載のフィラメントワインディング装置。
【請求項４】
前記カッタは、前記一対のピン列の間の糸の部分を切断する請求項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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラメントワインディング装置に関し、特にマンドレルへの巻き始め時又は巻き終わり時における糸の保持についての技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製の筒などを製作する方法としてフィラメントワインディング法がある。このフィラメントワインディング法においては、心棒となる円柱状のマンドレルの両端部をチャック機構により回転可能に支持し、マンドレルを回転させながらマンドレル外周に、樹脂を含浸させた糸を巻きつけて繊維層を構成する。その後、繊維層が形成されたマンドレルをチャック機構から取り外し、加熱炉内で樹脂を硬化させた後、円筒状の繊維層からマンドレルを抜き出して、筒状のＦＲＰ製品を得る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のフィラメントワインディング法を実施する装置においては、マンドレルへの糸の巻き始めの際には、手作業で糸の端部を所定位置に固定し、糸の巻き終わりの際には、糸を切断した後、マンドレルを交換する間、手作業で所定位置に糸をくくりつけて固定していた。このため、作業効率を向上させるために、糸の巻き始めと巻き終わりの工程を自動化する要望があった。また、かかる自動化の一例としては、専用の把持機構を設け、マンドレルへの糸の巻き始めと巻き終わりに糸の一部を把持機構により把持しておく技術がある。しかしながら、かかる把持機構は、一般的に構造を単純にすることが困難であることが多い。
【０００４】
そこで、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、単純な機構によりマンドレルへの糸の巻き始めや巻き終わりの工程を自動化することが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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、マンドレルに糸を巻きつけるフィラメントワインディング装置であって、前記マンドレルを回転可能に支持すると共に該マンドレルに駆動力を伝達する駆動軸と、前記駆動軸の外周に同軸的に配置されると共に該駆動軸と相対回転可能に設けられ、前記マンドレルへの糸の巻き始め時又は巻き終わり時に糸を巻き貯めておく巻きため用スリーブと、前記マンドレル及び前記巻きため用スリーブに沿ってトラバースし糸を供給する供給ヘッドと、前記巻きため用スリーブに係合し、該巻きため用スリーブの糸の巻き取り方向の回転のみを許容し、巻き出し方向の回転を規制する回転規制手段と、前記巻きため用スリーブに前記マンドレルと同期的な駆動力を伝達する駆動力伝達手段とを備えている。
【０００６】
好適には、前記駆動力伝達手段は、前記マンドレルと前記巻きため用スリーブにそれぞれ設けられ、該マンドレルと該巻きため用スリーブとに跨って巻き付けられた糸の張力を用いて駆動力の伝達を行う一対のピン列を備える。また、好適には、フィラメントワインディング装置は前記巻き終わり時に、前記供給ヘッドが前記巻きため用スリーブに糸を供給している状態で、糸の切断を行うカッタを更に備え、このカッタは、前記一対のピン列の間の糸の部分を切断する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るフィラメントワインディング装置における巻きため部周辺を示す図である。なお、フィラメントワインディング装置は、以下に説明する構造以外の部分は既存のフィラメントワインディング装置の構造と同様でよいものとする。フィラメントワインディング装置１は、マンドレルＭにトルクを伝達する駆動軸としての中継軸３を備えている。図１において、中継軸３の右端部は、図示しない駆動モータに接続されており、これにより、中継軸３が回転する。中継軸３の図１における左端部には、マンドレルＭの右端部が接続されている。中継軸３の左端部すなわちマンドレル側の端部３ａは、中継軸３の他の部分すなわち本体部３ｂに比べてその直径が大きく形成されている。このマンドレル側端部３ａには、左端面から所定深さの穴が形成されている。この穴には、マンドレルＭの右端部Ｍａが挿入される。中継軸３とマンドレルＭとは、両者が長手方向にオバーラップする部分において、中継軸３のマンドレル側端部３ａとマンドレルＭの右端部Ｍａとの双方を貫通するピン５によってトルク伝達関係に接続されている。また、マンドレルＭの右端部Ｍａは、本体部Ｍｂよりも小径に形成されている。なお、マンドレルＭと駆動軸との接続構造は、上記の構造に限定されるものではなく、例えばチャック機構を用いるなど、トルク伝達可能な関係で連結する他の構造でもよい。
【０００８】
中継軸３のマンドレル側端部３ａの外周面には、糸切断補助部７が設けられている。糸切断補充部７は、中継軸３の長手方向に所定距離、離隔する一対の鍔状部７ａ、７ｂを備えている。また、糸切断補充部７のほぼ上方には、カッタ９が昇降可能に設けられている。カッタ９は、糸の切断が必要な場合に下降されて、一対の鍔状部７ａ、７ｂの間の糸の部分を切断し、その他の場合には、糸切断補充部７から十分に離れた位置へと上昇されている。
【０００９】
中継軸３の本体部３ｂの外周には、巻きため用スリーブ１１が配設されている。巻きため用スリーブ１１は、筒状の部材であり、スリーブ両端部の内側に配置された一対のベアリング１３ａ、１３ｂによって、中継軸３に対して相対回転可能に支持されている。
【００１０】
巻きため用スリーブ１１のマンドレル側端部の外周には、複数のピンから構成されるピン列１５が設けられている。ピン列１５のピンは、巻きため用スリーブ１１の軸心とほぼ直交する面上に配置され、且つ、巻きため用スリーブ１１の外周面から放射状に且つ相互に等角度で離隔するように配置されている。なお、マンドレルＭの本体部Ｍｂにおける巻きため用スリーブ側の端部にも、ピン列１５と同様なピン列１７が設けられている。
【００１１】
巻きため用スリーブ１１の反マンドレル側端部の外周には、巻きため用スリーブ１１が一方向（後述する巻き取り方向）にのみ回転することができるようにする回転規制手段としてのワンウェイクラッチ１９が配置されている。ワンウェイクラッチ１９は、適当なブラケット２１によって所定位置に固定されると共に、巻きため用スリーブ１１の端部を支持する。
【００１２】
さらに、マンドレルＭ及び巻きため用スリーブ１１の近傍には、それらの長手方向に沿ってトラバース可能な糸の供給ヘッド２３が設けられている。供給ヘッド２３は、図示しない供給装置からの糸をトラバースしながらマンドレルＭ又は巻きため用スリーブ１１に供給する。
【００１３】
次に、以上のように構成された巻きため部周辺構造を含むフィラメントワインディング装置の動作について説明する。尚、本実施の形態では、樹脂で含浸された糸の巻き付けが終了し、その上から含浸していないドライ糸を巻き付ける際の、巻き始めから巻き終わりまでの工程に適用した場合について説明する。よって、図２に示されるマンドレルＭにはすでに、樹脂で含浸された糸が巻き付けられているものとし、この含浸された糸の巻き付けは、マンドレルＭの図示しない左端から巻き始め、同じく左端で巻き終わるものとする。この含浸した糸の上にドライ糸を、マンドレルＭの右端から巻き始め、同じく右端で巻き終わるようにする。
【００１４】
図２の第１状態に示されるように、巻きため用スリーブ１１には、前のマンドレルＭへのドライ糸の巻き付けが完了した後のドライ糸Ｔが巻き付いており、供給ヘッド２３は巻きため用スリーブ１１の近傍に待機している（待機状態）。すなわち、巻き始め時、ドライ糸Ｔは巻きため用スリーブ１１に保持されている。この状態から、図２の第２状態に示されるように、供給ヘッド２３をピン列１５、糸切断補助部７、ピン列１７を通って、マンドレルＭの本体部Ｍｂの方へトラバースさせる。このとき、中継軸３及びそれと接続するマンドレルＭは、図示しない駆動モータの駆動力により図２の矢印の方向に回転している。一方、巻きため用スリーブ１１には、ベアリング１３ａ、１３ｂの存在により、中継軸３の駆動力は直接伝達されることはない。図２の第２状態のように、供給ヘッド２３がマンドレルＭの本体部Ｍｂまでトラバースされると、ドライ糸Ｔがピン列１５及びピン列１７の双方に引っ掛かった状態となり、中継軸３からマンドレルＭ、ピン列１７に伝達された駆動力が、このピン列１５、１７に掛止されたドライ糸Ｔを介して、ピン列１５さらに巻きため用スリーブ１１にも伝達されるようになる。すなわち、ピン列１５、１７は、マンドレルＭの駆動力を巻きため用スリーブ１１に伝達する駆動力伝達手段として機能する。これによって、巻きため用スリーブ１１が中継軸３やマンドレルＭと同期的に回転する。また、このとき、ワンウェイクラッチ１９は巻きため用スリーブ１１が糸の巻き取り方向にのみ回転することを許容しているため、巻きため用スリーブ１１がマンドレルＭと共に回転することをワンウェイクラッチ１９によって阻害されることはない（図３参照）。
【００１５】
図２の第２状態から、供給ヘッド２３は、マンドレルＭの本体部Ｍｂの右端部から左端部の間を必要回数だけ往復移動し、マンドレルＭの回転を利用して必要量のドライ糸Ｔを本体部Ｍｂに巻き付ける。供給ヘッド２３は、マンドレルＭの本体部Ｍｂへの必要量の巻き付けが完了したら、ピン列１７、糸切断補助部７、ピン列１５を通って、図２の第３状態に示されるように巻きため用スリーブ１１の近傍までトラバースする。このとき、巻きため用スリーブ１１はマンドレルＭと同期的に回転しているため、供給ヘッド２３から供給される糸Ｔは、マンドレルＭへの巻き付けと同様に、巻きため用スリーブ１１上にスパイラル状に巻き付けられる。
【００１６】
その後、図２の第４状態に示されるように、カッタ９が下降され糸切断補助部７における一対の鍔状部７ａ、７ｂの間の糸Ｔの部分が切断される。切断されたマンドレルＭ側の糸Ｔの端部Ｔａは、マンドレルＭをチャック機構から外し、次の処理工程へ運搬する際に、マンドレルＭと一体に移動する。一方、切断された巻きため用スリーブ１１側の糸Ｔの端部Ｔｂは、すでに巻きため用スリーブ１１に巻き付けられている糸に覆われてそれ以上ほどけることがないようになっている。また、切断後、供給ヘッド２３から巻きため用スリーブ１１側に供給されているドライ糸Ｔには、適当な張力が作用している一方、切断によりピン列１５、１７の間の糸によるトルク伝達は解消されているため、図３に示されるように、巻きため用スリーブ１１には糸の巻き出し方向のトルクが作用する。しかしながら、巻きため用スリーブ１１はワンウェイクラッチ１９によって巻き取り方向にのみ回転することが許されているため、切断後も、巻きため用スリーブ１１が糸の張力により巻き出し方向に回転してしまうことが防止され、待機状態（図２の第４状態から第１状態にかけて）に巻きため用スリーブ１１上の糸が弛んでしまうことが防止されている。このようにして、巻き終わり時も、ドライ糸Ｔは巻きため用スリーブ１１に好適な張力を持ったまま保持されている（待機状態）。
【００１７】
図２の第４状態の後、新たなマンドレルＭの準備が完了すると、すぐに図２の第１状態から次の巻き付け作業を行うことができ、しかも、上述したように待機状態にも糸は弛むことなく保持されているため、糸の巻き始めと巻き終わりの工程を自動化することができる。かかる自動化は、特別な糸の把持機構を新設することもなく、マンドレルＭを回転させ、供給ヘッド２３をトラバースするという通常の糸の巻き付け動作と同じ動作だけを必要とする単純な機構で実現される。また、巻きため用スリーブ１１の糸の巻き出しが防止され糸の張力が適当に保持されている待機状態の間も、中継軸３を介するマンドレルＭの回転は行うことができ、例えばドライ糸の巻き付けは待機させたまま、マンドレルＭを回転させ他の供給ヘッドから別の糸を巻き付ける作業を行うことも可能である。
【００１８】
以上説明してきた本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、適宜改変を施すことが可能である。すなわち、自動化の対象となる糸の巻き付け工程は、含浸をしていないドライ糸だけに限定されるものではなく、含浸した糸の巻き付け工程の自動化にも適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のフィラメントワインディング装置によれば、待機状態にも糸を弛めずに保持することができ、糸の巻き始めや巻き終わりの工程を自動化することができる。また、かかる自動化は、特別な糸の把持機構を新設することもなく、通常の糸の巻き付け動作と同じ動作だけを必要とする単純な機構で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るフィラメントワインディング装置における巻きため用スリーブ周辺部を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るフィラメントワインディング装置における巻き付け動作を説明する図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線から見た巻きため用スリーブを示し、当該スリーブの回転条件を説明する図である。
【符号の説明】
１…フィラメントワインディング装置、３…中継軸（駆動軸）、９…カッタ、１１…巻きため用スリーブ、１５、１７…ピン列（駆動力伝達手段）、１９…ワンウェイクラッチ（回転規制手段）、２３…供給ヘッド、Ｍ…マンドレル。
【図１】
0003624888.tif 000002
【図２】
0003624888.tif 000003
【図３】
0003624888.tif 000004