(57)【要約】【課題】繊維束巻き付けの制御性を向上するとともに、繊維束を高精度に巻き付け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。【解決手段】フィラメントワインディング装置１は、高圧ガスタンク２を回転させながら該高圧ガスタンク２の表面に繊維束を巻き付けるための装置であって、高圧ガスタンク２に繊維束を送り出すアイクチ２２と、第１溝ローラ２６及び第２溝ローラ２７の間にワイヤを複数巻き掛けることにより形成されるとともに、アイクチ２２を支持するワイヤ列２８と、ワイヤ列２８の各ワイヤを往復走行させることによりアイクチ２２を高圧ガスタンク２の軸方向に進退させるワイヤ駆動ユニット３０と、ワイヤ列２８の各ワイヤに張力を付与する張力付与ローラ４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被巻付部材を回転させながら該被巻付部材の表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、
前記被巻付部材に前記繊維束を送り出すアイクチと、
前記被巻付部材の軸方向に設けられた複数のローラの間にワイヤを複数巻き掛けることにより形成され、前記アイクチを支持するワイヤ列と、
前記ワイヤ列の各ワイヤを往復走行させることにより前記アイクチを前記被巻付部材の軸方向に進退させるワイヤ駆動ユニットと、
前記ワイヤ列の各ワイヤに張力を付与する張力付与部材と、
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、被巻付部材の表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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、燃料ガスの燃焼エネルギーや、燃料ガスの電気化学反応によって発電された電気エネルギーによって駆動する車両が開発されている。これらの車両には、天然ガスや水素等の燃料ガスが充填される高圧ガスタンクが搭載されており、その高圧ガスタンクは、軽量化及び強度向上を図るべく、円筒状のタンク本体の表面が繊維強化樹脂層で覆われた複合構造を有する。
【０００３】
このような複合構造の高圧ガスタンクを製造する方法として、タンク本体を回転させながら、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束を該タンク本体の表面に繰り返し巻き付けるフィラメントワインディング方法（ＦＷ方法）が広く採用されている。これに伴い、該ＦＷ方法に適したフィラメントワインディング装置の研究開発も盛んに行われている。例えば下記特許文献１に記載のＦＷ装置は、繊維給糸口であるアイクチに複数の繊維を通すことでこれらの繊維を一つの束に収束させる収束部を有しており、収束部は、リニアモータ等の機構によってタンク本体の軸方向に沿って往復移動し、タンク本体への繰り返し巻き付けを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２１４０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、リニアモータのようにモータの回転運動をアイクチの直線運動に変換する構造を採用した場合、アイクチの下にリニアモータを取り付ける必要があるため、慣性力が大きくなり、繰り返し巻き付けの制御性が悪くなる問題があった。この問題を解決するために、ワイヤ駆動を用いてアイクチをタンク本体の軸方向に進退させることが望まれている。しかし、ワイヤ駆動の場合、加速時と減速時に負荷の高い箇所でワイヤが伸びてしまうので、アイクチの位置精度が影響され、繊維束を高精度に巻き付けることが難しくなる問題が新たに生じる。
【０００６】
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、繊維束巻き付けの制御性を向上するとともに、繊維束を高精度に巻き付け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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るフィラメントワインディング装置は、被巻付部材を回転させながら該被巻付部材の表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、前記被巻付部材に前記繊維束を送り出すアイクチと、前記被巻付部材の軸方向に設けられた複数のローラの間にワイヤを複数巻き掛けることにより形成され、前記アイクチを支持するワイヤ列と、前記ワイヤ列の各ワイヤを往復走行させることにより前記アイクチを前記被巻付部材の軸方向に進退させるワイヤ駆動ユニットと、前記ワイヤ列の各ワイヤに張力を付与する張力付与部材と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明のフィラメントワインディング装置によれば、ワイヤ駆動ユニットを利用してワイヤ列の各ワイヤを往復走行させることにより、アイクチを被巻付部材の軸方向に進退させるので、被巻付部材への繊維束巻き付けの制御性を向上することができる。加えて、ワイヤ列が複数のローラの間にワイヤを複数巻き掛けることにより形成されているので、ワイヤの剛性を高めることができる。更に、ワイヤ列の各ワイヤに張力を付与する張力付与部材を備えるので、ワイヤの伸びを抑制することができ、被巻付部材の表面に繊維束を高精度に巻き付けることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、繊維束巻き付けの制御性を向上するとともに、繊維束を高精度に巻き付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るフィラメントワインディング装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。図１は実施形態に係るフィラメントワインディング装置の構成を示す概略図であり、内部構造をより分かり易くするために、高圧ガスタンクを取り外した状態を示している。本実施形態のフィラメントワインディング装置１は、高圧ガスタンク（被巻付部材）２の表面に繊維束を巻き付けるために用いられるものである。
【００１２】
高圧ガスタンク２は、例えば樹脂製の容器であり、半径が均一である略円筒形状のシリンダ部２ａと、シリンダ部２ａの両端に設けられた凸曲面形状のドーム部２ｂとを有する。この高圧ガスタンク２は、その軸方向が図１に示す左右方向と一致するように、両端部に取り付けられた装着軸１５Ｌ，１５Ｒを介してフィラメントワインディング装置１に装着されている。なお、以下において、説明の煩雑を避けるために、高圧ガスタンク２の軸方向を左右方向と称する。
【００１３】
フィラメントワインディング装置１は、主に、高圧ガスタンク２を支持するとともに該高圧ガスタンク２の軸回りに回転させるためのタンク回転部１０と、高圧ガスタンク２に繊維束を供給するための繊維束供給部２０と、繊維束供給部２０のアイクチ２２を左右方向に進退させるためのワイヤ駆動ユニット３０と、装置全体の制御を行う制御部（図示せず）とを備えている。
【００１４】
タンク回転部１０は、高圧ガスタンク２をその左右両側で軸支しながら回転させるために、その構成が左右対称になっている。以下の説明において、左側の各構成をＬ、右側の各構成をＲで付して表す。図１に示すように、タンク回転部１０Ｌ，１０Ｒは、基台１１Ｌ，１１Ｒと、該基台１１Ｌ，１１Ｒの上方に配置される軸支ブロック１２Ｌ，１２Ｒと、軸支ブロック１２Ｌ，１２Ｒに取り付けられた駆動モータ１３Ｌ，１３Ｒとを備えている。
【００１５】
基台１１Ｌ，１１Ｒの上面には、リニアガイド１４Ｌ，１４Ｒが固定されている。軸支ブロック１２Ｌ，１２Ｒは、このリニアガイド１４Ｌ，１４Ｒを介して基台１１Ｌ，１１Ｒに載置され、左右方向にスライド可能に形成されている。このようにすることで、例えば高圧ガスタンク２の装着時又は取り外し時に、左右両側の軸支ブロック１２Ｌ，１２Ｒのうちの片方を退避させれば、高圧ガスタンク２を容易に装着し、又は取り外すことができる。また、軸支ブロック１２Ｌ，１２Ｒには、上述の装着軸１５Ｌ，１５Ｒを挿入できる挿入穴が設けられている。
【００１６】
駆動モータ１３Ｌ，１３Ｒは、制御部の制御信号を受けて軸支ブロック１２Ｌ，１２Ｒに装着された高圧ガスタンク２をその軸回りに回転駆動する。
【００１７】
繊維束供給部２０は、左右方向に延在する第１ガイドレール２１、高圧ガスタンク２に向けて繊維束を送り出すアイクチ２２、アイクチ２２を載置する可動テーブル２３、第１ガイドレール２１と可動テーブル２３とを連結する連結板２４とを備えている。
【００１８】
具体的には、第１ガイドレール２１は、左右側のタンク回転部１０Ｌ，１０Ｒの間に架設された第２ガイドレール２５から離隔して設置されている。アイクチ２２を載置する可動テーブル２３は、第２ガイドレール２５にスライド自在に設けられている。一方、連結板２４は、第１ガイドレール２１と可動テーブル２３との間を架け渡すように、一端部（図１において、後端部）が第１ガイドレール２１にスライド自在に取り付けられ、他端部（図１において、前端部）が可動テーブル２３と連結されている。
【００１９】
繊維束供給部２０は、更に、図示しない繊維束巻き取りローラ、該繊維束巻き取りローラを回転駆動する駆動モータ等を備えている。繊維束としては、例えば硬化性の樹脂含浸のカーボン繊維束、ガラス繊維束等が挙げられる。駆動モータは、繊維束巻き取りローラから繊維束を送り出すよう、制御部の制御信号を受けて繊維束巻き取りローラを回転させる。
【００２０】
第２ガイドレール２５は、左右方向に延在しており、同じ高さ及び長さを有する２本のレール２５Ａ，２５Ｂから構成されている。レール２５Ａ及びレール２５Ｂは、所定の間隔で離れて平行に配置され、例えば取付金具等を介して軸支ブロック１２Ｌ，１２Ｒに固定されている。
【００２１】
図１に示すように、第２ガイドレール２５の長手方向（すなわち、左右方向）の両端には、それぞれ複数の溝が設けられた第１溝ローラ２６と第２溝ローラ２７が設置されている。第１溝ローラ２６は取付金具等を介してタンク回転部１０Ｌ、第２溝ローラ２７は取付金具部材等を介してタンク回転部１０Ｒにそれぞれ回転自在に取り付けられている。
【００２２】
第１溝ローラ２６と第２溝ローラ２７との間には、ワイヤを複数巻き掛けることにより形成されたワイヤ列２８が張設されている。本実施形態において、ワイヤ列２８は、第１溝ローラ２６と第２溝ローラ２７との間に往復の３本掛けとされている。ワイヤ列２８の各ワイヤは、例えば高い剛性を有する金属材料によって形成されている。
【００２３】
平面視において、第１溝ローラ２６及び第２溝ローラ２７は、それぞれレール２５Ａ及びレール２５Ｂの間に挟むように配置されている。このため、第１溝ローラ２６と第２溝ローラ２７との間に張設されたワイヤ列２８の３本のワイヤは、レール２５Ａ及びレール２５Ｂの間で所定の間隔で離れて平行に配置されている。そして、上述の可動テーブル２３は、その底部がワイヤ列２８に固定されており、該ワイヤ列２８の往復走行に伴い、第２ガイドレール２５に案内されながら進退するようになっている。
【００２４】
ワイヤ駆動ユニット３０は、左右側のタンク回転部１０Ｌ，１０Ｒの間であって第２ガイドレール２５の下方に配置されている。このワイヤ駆動ユニット３０は、平板状の底板３１と、底板３１にスライド可能に設けられた取付台３２と、取付台３２に取り付けられたワイヤ巻き取りローラ３３と、ワイヤ巻き取りローラ３３を回転駆動するための駆動モータ３４とを有する。
【００２５】
底板３１は、その長手方向が前後方向（すなわち、高圧ガスタンク２の軸方向と直交する方向）と一致するように配置されている。底板３１には、取付台３２の底部に設置された車輪の動きを案内する２本の案内溝３１ａが設けられている。
【００２６】
取付台３２は、底部に車輪が設けられた平板状の台枠３２ａと、台枠３２ａの前後両端部から立設された前側取付板３２ｂと後側取付板３２ｃとを有する。この取付台３２は、台枠３２ａに設けられた車輪と底板３１に設けられた案内溝３１ａとを介し、前後方向に進退できる。なお、取付台３２の前進位置は、底板３１に設けられたストッパー部材３５によって制限される。
【００２７】
ワイヤ巻き取りローラ３３は、前側取付板３２ｂ及び後側取付板３２ｃに軸支されており、駆動モータ３４の駆動で正転又は逆転できるようになっている。ワイヤ巻き取りローラ３３の左右両側には、ワイヤ列２８の各ワイヤの絡まり等を防止すべく、各ワイヤの位置をガイドするための第３溝ローラ３６、第４溝ローラ３７がそれぞれ配置されている。
【００２８】
以上の構成によれば、駆動モータ３４の回転でワイヤ巻き取りローラ３３が正転又は逆転すると、ワイヤ列２８の各ワイヤが左右方向に沿って往復走行する。これに伴い、ワイヤ列２８に固定された可動テーブル２３は、第２ガイドレール２５に案内されながら左右方向に進退する。これによって、アイクチ２２は高圧ガスタンク２の軸方向に沿って往復移動しながら、繊維束を被巻付部材に送り出すことができる。
【００２９】
制御部は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されており、予め記憶された制御プログラムに基づいて、駆動モータ１３Ｌ，１３Ｒ，３４の駆動状況、アイクチ２２からの繊維束の送り出し状況等を制御している。
【００３０】
本実施形態において、フィラメントワインディング装置１は、ワイヤ列２８の各ワイヤに張力を付与するための張力付与ローラ（張力付与部材）４０を更に備えている。張力付与ローラ４０は、例えば第１溝ローラ２６及び第２溝ローラ２７の間に配置され、ワイヤ列２８の下方から同じ力で各ワイヤに押し当てるように形成されている。
【００３１】
張力付与ローラ４０は、常に各ワイヤに押し当てて張力を付与するように形成されても良く、或いは上下方向に昇降できる構造を有し、フィラメントワインディング方法の実施工程において、特に加速又は減速が大きいときのみ、上昇して各ワイヤに押し当てて張力を付与するように形成されても良い。
【００３２】
以上の構成を有するフィラメントワインディング装置１によれば、ワイヤ駆動ユニット３０を利用してワイヤ列２８の各ワイヤを往復走行させることにより、アイクチ２２を高圧ガスタンク２の軸方向に進退させるので、高圧ガスタンク２への繊維束巻き付けの制御性を向上することができる。加えて、ワイヤ列２８が第１溝ローラ２６及び第２溝ローラ２７の間にワイヤを複数巻き掛けることにより形成されているので、ワイヤの剛性を高めることができる。更に、ワイヤ列２８の各ワイヤに張力を付与する張力付与ローラ４０を備えるので、ワイヤの伸びを抑制することができ、各ワイヤのテンションを調整することができる。その結果、アイクチ２２の位置精度を高めることができ、高圧ガスタンク２の表面に繊維束を高精度に巻き付けることができる。
【００３３】
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。例えば、上述の実施形態において、ワイヤ列を３本掛けとしたが、２本掛け又は４本掛け以上としても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１    フィラメントワインディング装置
２    高圧ガスタンク（被巻付部材）
１０    タンク回転部
１１Ｌ，１１Ｒ    基台
１２Ｌ，１２Ｒ    軸支ブロック
１３Ｌ，１３Ｒ    駆動モータ
１４Ｌ，１４Ｒ    リニアガイド
１５Ｌ，１５Ｒ    装着軸
２０    繊維束供給部
２１    第１ガイドレール
２２    アイクチ
２３    可動テーブル
２５    第２ガイドレール
２６    第１溝ローラ
２７    第２溝ローラ
２８    ワイヤ列
３０    ワイヤ駆動ユニット
３１    底板
３２    取付台
３３    ワイヤ巻き取りローラ
４０    張力付与ローラ（張力付与部材）
【図１】
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