(57)【要約】【課題】ボビンとローラーとの間に張られるフィラメントの撓みを抑制し、フィラメントの張力を適切に維持する。【解決手段】ボビン２０を回転させることによってフィラメント１２を連続的に供給し、被巻き付け部材を支持して回転させながら、連続供給されるフィラメント１２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、ボビン２０の形状をボビン２０とローラー２４との間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となる形状とする。【選択図】図２
2006150829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被巻き付け部材を支持して回転させながら、連続供給されるフィラメントを前記被巻き付け部材に巻き付ける巻き付け部と、
フィラメントが巻かれたボビンを備え、前記ボビンを回転させることによってフィラメントを連続的に供給する供給部と、
前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを備え、フィラメントを前記巻き付け部に案内する案内部と、
を備えるフィラメントワインディング装置であって、
前記ボビンは、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となる形状を有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】
請求項１に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であ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３】
請求項２に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも大きい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４】
被巻き付け部材を支持して回転させながら、連続供給されるフィラメントを前記被巻き付け部材に巻き付ける巻き付け部と、
フィラメントが巻かれたボビンを備え、前記ボビンを回転させることによってフィラメントを連続的に供給する供給部と、
前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを備え、フィラメントを前記巻き付け部に案内する案内部と、
を備えるフィラメントワインディング装置であって、
前記ローラーは、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となる形状を有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５】
請求項４に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記ローラーは、フィラメントが掛けられる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であ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６】
請求項５に記載のフィラメントワインディング装置において、
前記ローラーは、フィラメントが掛けられる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも小さい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７】
フィラメントワインディング装置に用いられるボビンであって、
前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であること特徴とするボビン。
【請求項８】
請求項７に記載のボビンにおいて、
フィラメントが巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも大きいことを特徴とするボビン。
【請求項９】
被巻き付け部材を支持して回転させることによって、フィラメントが巻かれたボビンからフィラメントを連続供給して、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを介して、前記被巻き付け部材に巻き付けるフィラメントワインディング方法であって、
前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となるようにフィラメントを供給することを特徴とするフィラメントワインディング方法。
【請求項１０】
被巻き付け部材を支持して回転させることによって、フィラメントが巻かれたボビンからフィラメントを連続供給して、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを介して、前記被巻き付け部材に巻き付けるフィラメントワインディング方法であって、
フィラメントが連続的に供給される際に、前記ボビンからフィラメントが供給される点と、供給されたフィラメントが前記ローラーと接する点との２点間の距離変化が抑制されるようにフィラメントを供給することを特徴とするフィラメントワインディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適切な張力を維持してボビンからフィラメントを供給することを可能とするフィラメントワインディング装置、フィラメントワインディング方法及びボビンに関する。
【背景技術】
【０００２】
フィラメントワインディング法は樹脂を含浸したフィラメント（本明細書中における「フィラメント」は、材質として炭素繊維やガラス繊維等で構成されているものを含むとともに、形態として１本の糸状のものから複数本の繊維を束ねたものを含む概念である）を一定の張力を与えながら回転しているマンドレル又は被フィラメント巻付け部材に規則正しく巻き付け、所定の厚さまで成形した後、樹脂を硬化させ製品を得る工法である。フィラメントワインディング法は、あらかじめ樹脂含浸されたフィラメントを用いる方法と、フィラメントワインディング装置に具備された含浸装置を用いて、工程中樹脂を含浸させながら巻き付けを行う方法に大別される。
【０００３】
フィラメントを部材に巻き付ける際には、フィラメントが弛まないように所定の張力が付与されていることが重要である。フィラメントに付与される張力が低下すると、フィラメントがたるみ、含浸状態が変化して品質が一定せず、またフィラメントをマンドレル又は被フィラメント巻付け部材に規則正しく巻きつけることができなくなる。
【０００４】
そこで、特許文献１〜５には、ボビンと巻き付け部材との間に張力調整機構を配置し、フィラメントの張力を調整しつつ巻き付けを行う技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】実開平１−１６９５７０号公報
【特許文献２】特開平８−７２１５６号公報
【特許文献３】特開２０００−１１７８４７号公報
【特許文献４】特開２００１−２６０２４０号公報
【特許文献５】特開２００３−２０６０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、フィラメントをガイドするローラー１４を介して、ボビン１０に巻かれたフィラメント１２を引き出している。図６に、フィラメントを部材に巻き付ける際のボビン１０の軸方向におけるフィラメント１２の引き出し位置Ｘ、位置Ｘからフィラメントが引き出されているときのボビン１０とローラー１４との間に張られるフィラメント１２の長さＬ、及び、長さＬの時間的な変化率ΔＬ、のそれぞれの時間変化について示す。
【０００７】
上記従来技術で用いられているボビン１０及びローラー１４は共に直径が均一である円筒形状であり、ボビン１０の端部で折り返されるようにフィラメント１２が巻かれているため、フィラメント１２を引き出す際にフィラメント１２の引き出し位置Ｘがボビン１０の端部で折り返されるタイミングで、ボビン１０とローラー１４との間に張られるフィラメント１２の長さＬの時間的な変化率ΔＬが不連続に変化する。そのタイミングにおいて、ボビン１０とローラー１４との間に張られるフィラメント１２に撓みが発生し、上記従来技術の張力調整機構ではフィラメント１２の張力を所望範囲に調整することができなくなる。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の課題を鑑み、フィラメントの張力を適切に維持することができるフィラメントワインディング装置、フィラメントワインディング方法及びボビン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】
【０００９】
本発明は、被巻き付け部材を支持して回転させながら、連続供給されるフィラメントを前記被巻き付け部材に巻き付ける巻き付け部と、フィラメントが巻かれたボビンを備え、前記ボビンを回転させることによってフィラメントを連続的に供給する供給部と、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを備え、フィラメントを前記巻き付け部に案内する案内部と、を備えるフィラメントワインディング装置であって、前記ボビンは、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となる形状を有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であることが好適である。具体的には、前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも大きいことが好適である。
【００１１】
また、本発明は、被巻き付け部材を支持して回転させながら、連続供給されるフィラメントを前記被巻き付け部材に巻き付ける巻き付け部と、フィラメントが巻かれたボビンを備え、前記ボビンを回転させることによってフィラメントを連続的に供給する供給部と、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを備え、フィラメントを前記巻き付け部に案内する案内部と、を備えるフィラメントワインディング装置であって、前記ローラーは、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となる形状を有することを特徴とする。
【００１２】
ここで、前記ローラーは、フィラメントが掛けられる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であることが好適である。具体的には、前記ローラーは、フィラメントが掛けられる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも小さいことが好適である。
【００１３】
また、本発明は、フィラメントワインディング装置に用いられるボビンであって、前記ボビンは、フィラメントが巻かれる領域においてその軸方向に沿った直径が不均一であること特徴とする。具体的には、フィラメントが巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも大きいことが好適である。
【００１４】
本発明は、被巻き付け部材を支持して回転させることによって、フィラメントが巻かれたボビンからフィラメントを連続供給して、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを介して、前記被巻き付け部材に巻き付けるフィラメントワインディング方法であって、前記ボビンと前記ローラーとの間に張られるフィラメントの長さの時間的な変化率が連続となるようにフィラメントを供給することを特徴とする。
【００１５】
また、被巻き付け部材を支持して回転させることによって、フィラメントが巻かれたボビンからフィラメントを連続供給して、前記ボビンから供給されるフィラメントが直接架けられるローラーを介して、前記被巻き付け部材に巻き付けるフィラメントワインディング方法であって、フィラメントが連続的に供給される際に、前記ボビンからフィラメントが供給される点と、供給されたフィラメントが前記ローラーと接する点との２点間の距離変化が抑制されるようにフィラメントを供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ボビンとローラーとの間に張られるフィラメントの撓みを抑制し、フィラメントの巻き付け時にフィラメントの張力を適切に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１８】
図１は、本実施の形態におけるフィラメントワインディング装置１００の全体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１００は、大きく分けて供給部１０２と案内部１０４及び巻き付け部１０６という３つの部分によって構成されている。
【００１９】
供給部１０２は、フィラメント１２が巻回されたボビン２０と、このボビン２０を支持し、回転させる支持機構（図示しない）とから構成されている。フィラメント１２は、ボビン２０から引き出され、案内部１０４で張力調整が行われた後に巻き付け部１０６に供給される。ボビン２０からのフィラメント１２の繰り出しは、巻き付け部１０６からフィラメント１２が引っ張られることによって行われる。つまり、この引っ張り力によってボビン２０が回転し、フィラメント１２が連続的に繰り出される。
【００２０】
案内部１０４は、供給部１０２から引き出されたフィラメント１２をガイドして、フィラメント１２を巻き付け部１０６に供給する。この案内部１０４は、例えば、供給部１０２と巻き付け部１０６の間に設置される固定ガイド２２やローラー２４を含んで構成される。また、フィラメント１２の弛みを吸収し、フィラメント１２の張力を所定の範囲に保つためのアクティブダンサー２６を設けることも好適である。アクティブダンサー２６は、ダンサーロール２８を備える。張力センサ３０によって引き出されたフィラメント１２の張力を測定し、その結果を受けた制御部３２がウェイトを調整することによってフィラメント１２に発生するある程度の弛みを吸収し、フィラメント１２の張力を制御することを可能とする。
【００２１】
巻き付け部１０６は、例えば、被巻付け部材としての高圧容器３４と、この高圧容器３４を支持して回転させる駆動機構（図示しない）とを含んで構成される。供給部１０２から繰り出され、案内部１０４によって適切な位置に保持されたフィラメント１２を、高圧容器３４の表面に巻き付ける。なお、高圧容器３４は、駆動機構によってその水平方向の軸を中心として回転されるとともに、高圧容器３４の軸方向に沿って移動させることができる。これにより、高圧容器３４の表面にフィラメント１２をヘリカルに巻き付けることが可能となる。
【００２２】
本実施形態に係るフィラメントワインディング装置１００は、供給部１０２に備わるボビン２０がその軸方向に沿って直径が不均一であることを特徴とする。図２Ａは、供給部１０２及び案内部１０４の主要部を正面からみた部分図であり、図２Ｂは、供給部１０２及び案内部１０４の主要部を側面からみた部分図である。
【００２３】
ボビン２０からフィラメント１２が供給される点と供給されたフィラメント１２がローラー２４と接する点との２点間の距離変化が抑制されることが好適である。具体的には、ボビン２０と一番目のローラー２４との間に張られるフィラメント１２の長さＬについて時間に対する一階微分が可能とすることが好ましい。例えば、ボビン２０の直径は、その軸方向に沿って、ボビン２０と一番目のローラー２４との間に張られるフィラメント１２の長さＬの時間的な変化率ΔＬが常に連続となるように設定する。
【００２４】
より具体的には、ボビン２０の軸方向に沿って、フィラメント１２が巻かれる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも大きい形状とすることが好ましい。ここで、ボビン２０の直径は、軸方向に沿って滑らかに連続的に変化させることが好ましい。例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ボビン２０と一番目のローラー２４との間に張られるフィラメント１２の長さＬが略一定に保たれるようにボビン２０の直径を設定することが好ましい。
【００２５】
図３に、フィラメントを引き出す際における、ボビン２０の軸方向におけるフィラメント１２の引き出し位置Ｘ、位置Ｘからフィラメントが引き出されているときのボビン２０と一番目のローラー２４との間に張られるフィラメント１２の長さＬ、及び、長さＬの時間的な変化率ΔＬ、のそれぞれの時間変化について示す。
【００２６】
ボビン２０では、端部付近で折り返されるようにフィラメント１２が巻かれているため、フィラメント１２を引き出す際に引き出し位置Ｘがボビン２０の端部で折り返されるタイミングにおいても、ボビン２０とローラー２４との間に張られるフィラメント１２の長さＬの時間的な変化率ΔＬを連続に維持することができる。従って、ボビン２０とローラー２４との間に張られるフィラメント１２には撓みが発生することがなくなり、アクティブダンサー２６等の張力調整機構においてフィラメント１２の張力を所望範囲に維持しつつフィラメント１２を巻き付けることができる。
【００２７】
例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示すボビン２０では、ボビン２０と一番目のローラー２４との間に張られるフィラメント１２の長さＬが略一定に保たれるので、長さＬの時間的な変化率ΔＬも略一定に維持される。これにより、張力調整機構を用いてフィラメント１２の張力を所望範囲に維持しつつフィラメント１２を巻き付けることができる。
【００２８】
同様の原理により、ローラー２４の形状を変えることによって、フィラメント１２の撓みを抑制することもできる。
【００２９】
変形例では、ボビンから直接フィラメントが架けられる１番目のローラー２５がその軸方向に沿って直径が不均一であることを特徴とする。図４Ａは、供給部１０２及び案内部１０４の主要部を正面からみた部分図であり、図４Ｂは、供給部１０２及び案内部１０４の主要部を側面からみた部分図である。
【００３０】
ローラー２５の直径は、その軸方向に沿って、ボビン２１と一番目のローラー２５との間に張られるフィラメント１２の長さＬの時間的な変化率ΔＬが常に連続となるように設定する。すなわち、ボビン２１とローラー２５との間に張られるフィラメント１２の長さＬについて時間に対する一階微分が可能とすることが好ましい。
【００３１】
具体的には、ローラー２５の軸方向に沿って、フィラメント１２が掛けられる領域の端部付近の直径が中央付近の直径よりも小さい形状とすることが好ましい。ここで、ローラー２５の直径は、軸方向に沿って滑らかに連続的に変化させることが好ましい。例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ボビン２１とローラー２５との間に張られるフィラメント１２の長さＬが略一定に保たれるようにローラー２５の直径を設定することが好ましい。
【００３２】
このときのフィラメントを引き出す際における、ボビン２１の軸方向におけるフィラメント１２の引き出し位置Ｘ、位置Ｘからフィラメントが引き出されているときのボビン２１と一番目のローラー２５との間に張られるフィラメント１２の長さＬ、及び、長さＬの時間的な変化率ΔＬ、のそれぞれの時間変化は図３と同様となる。
【００３３】
このようなローラー２５を備えることによって、フィラメント１２を引き出す際に引き出し位置Ｘがボビン２１の端部で折り返されるタイミングにおいても、ボビン２１とローラー２５との間に張られるフィラメント１２の長さＬの時間的な変化率ΔＬを連続に維持することができる。従って、ボビン２１とローラー２５との間に張られるフィラメント１２には撓みが発生することがなくなり、アクティブダンサー２６等の張力調整機構においてフィラメント１２の張力を所望範囲に維持しつつフィラメント１２を巻き付けることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態におけるボビン２０とローラー２５を組み合わせて適用することも好適である。この場合も、ボビン２０とローラー２５との間に張られるフィラメント１２の長さＬの時間的な変化率ΔＬが常に連続となるように設定する。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施の形態におけるフィラメントワインディング装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本実施の形態における供給部及び案内部の主要部分の正面図及び側面図である。
【図３】本実施の形態の効果を説明するためのグラフである。
【図４】変形例における供給部及び案内部の主要部分の正面図及び側面図である。
【図５】従来のフィラメントワインディング装置における供給部及び案内部の主要部分の正面図及び側面図である。
【図６】従来のフィラメントワインディング装置の問題点を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ボビン、１２  フィラメント、１４  ローラー、２０，２１  ボビン、２２  固定ガイド、２４，２５  ローラー、２６  アクティブダンサー、２８  ダンサーロール、３０  張力センサ、３２  制御部、３４  高圧容器、１００  フィラメントワインディング装置、１０２  供給部、１０４  案内部、１０６  巻き付け部。
【図１】
2006150829.tif 000003
【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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