(57)【要約】【課題】ボビンから巻き出される繊維束の位置変化に起因する蛇行を抑制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、ボビン２０の軸線と平行に配置されるとともにボビン２０から巻き出された帯状の繊維束Ｆを案内する第１案内ローラ１１と、第１案内ローラ１１に対して垂直に配置されるとともに第１案内ローラ１１に案内された繊維束Ｆに対して９０度ひねりを加えた後の繊維束Ｆを案内する第２案内ローラ１２とを備える。第１案内ローラ１１と第２案内ローラ１２の間には、第１テーパローラ１３と第２テーパローラ１４とが設けられる。第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４には、繊維束Ｆのひねり方向に沿う傾斜面１３ｂ，１４ｂがそれぞれ形成される。【選択図】図１
2019182582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンの軸線と平行に配置されるとともに、前記ボビンから巻き出された帯状の繊維束を案内する第１案内ローラと、
前記第１案内ローラに対して垂直に配置されるとともに、前記第１案内ローラに案内された前記繊維束に対して９０度ひねりを加えた後の前記繊維束を案内する第２案内ローラと、
を備えるフィラメントワインディング装置であって、
前記第１案内ローラと前記第２案内ローラとの間には、前記ボビンの一端に位置する前記繊維束が巻き出される際、外側から前記繊維束と接触する第１テーパローラと、前記ボビンの他端に位置する前記繊維束が巻き出される際、外側から前記繊維束と接触する第２テーパローラとが設けられ、
前記第１テーパローラ及び前記第２テーパローラには、前記繊維束のひねり方向に沿う傾斜面がそれぞれ形成されてい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、ボビンから巻き出された繊維束を案内するローラを備えた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、例えば下記特許文献１に記載されるように、ボビンから巻き出された繊維束を案内するボビン側のローラと、該ボビン側のローラに案内された繊維束の巻き出し方向に対して直角方向に案内する案内ローラとを備えるフィラメントワインディング装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２０９９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載のフィラメントワインディング装置では、ボビンから巻き出される繊維束の位置の変化に伴って、案内ローラの軸線方向における繊維束の位置が変化して、いわゆる蛇行が発生してしまう。このような蛇行が発生すると、繊維束が絡まるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、ボビンから巻き出される繊維束の位置変化に起因する蛇行を抑制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】
【０００６】
本発明に係るフィラメントワインディング装置は、ボビンの軸線と平行に配置されるとともに、前記ボビンから巻き出された帯状の繊維束を案内する第１案内ローラと、前記第１案内ローラに対して垂直に配置されるとともに、前記第１案内ローラに案内された前記繊維束に対して９０度ひねりを加えた後の前記繊維束を案内する第２案内ローラと、を備えるフィラメントワインディング装置であって、前記第１案内ローラと前記第２案内ローラとの間には、前記ボビンの一端に位置する前記繊維束が巻き出される際、外側から前記繊維束と接触する第１テーパローラと、前記ボビンの他端に位置する前記繊維束が巻き出される際、外側から前記繊維束と接触する第２テーパローラとが設けられ、前記第１テーパローラ及び前記第２テーパローラには、前記繊維束のひねり方向に沿う傾斜面がそれぞれ形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るフィラメントワインディング装置では、ボビンの軸線と平行に配置される第１案内ローラと、繊維束に対して９０度ひねりを加えた後の繊維束を案内する第２案内ローラとの間に、繊維束のひねり方向に沿う傾斜面が形成された第１テーパローラ及び第２テーパローラとが設けられている。この構成によって、繊維束がボビンの一端から巻き出される際に、繊維束の幅方向の短端側が第１テーパローラの傾斜面の内側に接触することで、繊維束の幅方向における短端側と長端側の張力差が緩和される。同様に、繊維束がボビンの他端から巻き出される際に、繊維束の幅方向の短端側が第２テーパローラの傾斜面の内側に接触することで、繊維束の幅方向における短端側と長端側の張力差が緩和される。このように第１テーパローラ及び第２テーパローラを設けることによって繊維束の張力差が緩和されると、ボビンから巻き出される繊維束の位置変化に起因する蛇行を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ボビンから巻き出される繊維束の位置変化に起因する蛇行を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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斜視図である。
【図２】（ａ）はフィラメントワインディング装置の繊維束巻出機構を示す平面図であり、（ｂ）はフィラメントワインディング装置の繊維束巻出機構を示す側面図である。
【図３】（ａ）は繊維束が第１テーパローラと接触する状態を示す側面図であり、（ｂ）は繊維束が第２テーパローラと接触する状態を示す側面図である。
【図４】従来のフィラメントワインディング装置を示す斜視図である。
【図５】テーパローラ無し及びテーパローラ有りにおける第２案内ローラ上の繊維束位置変化を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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を説明する。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を示す斜視図であり、図２（ａ）はフィラメントワインディング装置の繊維束巻出機構を示す平面図であり、図２（ｂ）はフィラメントワインディング装置の繊維束巻出機構を示す側面図である。また、図３（ａ）は繊維束が第１テーパローラと接触する状態を示す側面図であり、図３（ｂ）は繊維束が第２テーパローラと接触する状態を示す側面図である。
【００１１】
本実施形態に係るフィラメントワインディング装置１は、例えば、繊維束巻出機構１０によりボビン２０から繊維束を巻き出し、繊維束にかかる張力を調整しつつ、繊維束巻取機構側に繊維束を搬送し、更に繊維束巻取機構によりワークに繊維束を巻き取らせるように構成されている。このため、フィラメントワインディング装置１は、図１に示す繊維束巻出機構１０と、図示しない巻出側張力制御ダンサーと、アクティブダンサーと、張力分断機構と、巻取側張力制御ダンサーと、ガイドロールと、繊維束供給機構と、圧力容器からなるワークに繊維束を巻き取らせる繊維束巻取機構と、各構成要素を制御する制御部と、を備えている。
【００１２】
図１に示すように、繊維束巻出機構１０は、円柱状のボビン２０の軸線ＣＬ３と平行に配置される円柱状の第１案内ローラ１１と、第１案内ローラ１１に対して直交に配置される円柱状の第２案内ローラ１２と、第１案内ローラ１１と第２案内ローラ１２との間に配置される円錐台状の第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４とを備えている。そして、ボビン２０、第１案内ローラ１１、第２案内ローラ１２、第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４は、それぞれの軸線を中心に回転自在に形成されている。
【００１３】
ボビン２０には、所定の幅を有する帯状の繊維束Ｆが巻かれている。繊維束Ｆは、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸された炭素繊維、ガラス繊維、或いはアラミド繊維等からなる。また、繊維束Ｆは、熱硬化性樹脂が含浸されていない炭素繊維、ガラス繊維、或いはアラミド繊維等であって良い。この場合、フィラメントワインディング装置１の搬送経路の途中に熱硬化性樹脂を含浸させる含浸装置を設け、搬送途中で熱硬化性樹脂を繊維束Ｆに含浸させれば良い。
【００１４】
第１案内ローラ１１は、例えばタッチローラであり、その軸線ＣＬ１がボビン２０の軸線ＣＬ３と平行になるようにボビン２０に近接した位置に配置されている。この第１案内ローラ１１は、ボビン２０から巻き出された繊維束Ｆを外周面１１ａで案内して第２案内ローラ１２に向けて送り出すように構成されている。
【００１５】
第２案内ローラ１２は、その軸線ＣＬ２が第１案内ローラ１１の軸線ＣＬ１に対して垂直になるように、第１案内ローラ１１と離隔した位置に配置されている。この第２案内ローラ１２は、第１案内ローラ１１から送り出された繊維束Ｆを外周面１２ａで案内して９０度ひねりを加えた後に次の工程に向けて送り出すように構成されている。
【００１６】
なお、繊維束Ｆに熱硬化性樹脂が含浸されていない場合には、繊維束Ｆ自体の収束性が低くなるので、繊維束Ｆ自体はばらけ易くなる。このように熱硬化性樹脂が含浸されていない繊維束Ｆに対応するために、第２案内ローラ１２は、例えば軸線ＣＬ２方向の中央部分に凹状の湾曲形状を有するように形成されても良い。このようにすれば、繊維束Ｆがばらけ難くなる。
【００１７】
図３（ａ）に示すように、第１テーパローラ１３は、直径Ｄ１の円からなる底面１３ａと、傾斜角θの傾斜面１３ｂと、上面１３ｃとを有しており、底面１３ａから上面１３ｃに向かって縮径されるように形成されている。第１テーパローラ１３の高さはＨ１である。そして、上記直径Ｄ１、傾斜角θ及び高さＨ１は、フィラメントワインディング装置１及び繊維束巻出機構１０の設定諸元や実験値などのデータに基づいて適宜選択されて良いが、本実施形態では、直径Ｄ１が４０ｍｍ、傾斜角θが４４度、高さＨ１が３０ｍｍである。
【００１８】
傾斜面１３ｂは、繊維束Ｆのひねり方向に沿うように傾斜している。傾斜面１３ｂの傾斜角θは、以下の理由で３０度〜４４度の範囲で設定されることが好ましい。
【００１９】
すなわち、傾斜角θは３０度より小さくなると、繊維束Ｆの短端側の張力が逆に大きくなるため、第２案内ローラ１２の軸線ＣＬ２方向における繊維束Ｆの位置のズレが大きくなってしまう。なお、この傾斜角θは、繊維束Ｆの幅に応じて設定されても良い。例えば、繊維束Ｆの幅が比較的に大きい場合には、傾斜角θを小さめに設定しても良い。
【００２０】
また、図２（ｂ）に示すように、帯状の繊維束Ｆは、第１案内ローラ１１から送り出される角度０度の第１点と、第２案内ローラ１２に接触して案内を開始する角度９０度の第２点との間の中央地点で、ひねり角度が４５度となる。これに対して、第１テーパローラ１３の傾斜角θを４４度とすることで、繊維束Ｆの幅方向の短端側は先に第１テーパローラ１３の傾斜面１３ｂに接触することになる（図３（ａ）参照）。
【００２１】
そして、繊維束Ｆの幅方向の短端側が先に傾斜面１３ｂに接触すると、短端側の経路長が増加し、繊維束Ｆの短端側の張力と、長端側の張力とのバランスをとることができる。これによって、ボビン２０から巻き出される繊維束Ｆの位置変化に起因する蛇行を抑制できるので、第２案内ローラ１２の軸線ＣＬ２方向における繊維束Ｆの蛇行の発生を防止できる。
【００２２】
なお、図１及び図２（ａ）に示すように、繊維束Ｆの短端側は、繊維束Ｆの幅方向の内側、すなわち、繊維束Ｆの幅のうち第１案内ローラ１１の中央位置に近い側を指す。一方、繊維束Ｆの長端側は、繊維束Ｆの幅方向の外側、すなわち繊維束Ｆの幅のうち第１案内ローラ１１の両端位置に近い側を指す。このため、繊維束Ｆの短端側の経路長は、長端側の経路長よりも短くなっている。
【００２３】
図３（ｂ）に示すように、第２テーパローラ１４は、直径Ｄ１の円からなる上面１４ａと、傾斜角θの傾斜面１４ｂと、底面１４ｃとを有しており、底面１４ｃから上面１４ａに向かって拡径されるように形成されている。すなわち、第２テーパローラ１４は、繊維束Ｆの短端側が傾斜面１４ｂに先に接触するために、第１テーパローラ１３とは逆になるように配置されている。
【００２４】
なお、第２テーパローラ１４の高さは第１テーパローラ１３の高さＨ１と同じである。傾斜面１４ｂは、繊維束Ｆのひねり方向に沿うように傾斜している。傾斜面１４ｂの傾斜角θは、第１テーパローラ１３の傾斜面１３ｂと同様な理由で３０度〜４４度の範囲で設定されることが好ましい。
【００２５】
図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４は、それぞれの軸心が第１案内ローラ１１と第２案内ローラ１２との間の中央に位置するとともに、外側から繊維束Ｆと接触するように配置されている。具体的には、図２（ａ）に示すように、第１案内ローラ１１の軸線ＣＬ１の中心と、第２案内ローラ１２における繊維束Ｆと接触する点とを結ぶ直線をＬとしたときに、第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４は、この直線Ｌの中央地点にそれぞれ位置し、且つ該直線Ｌに対して左右対称となっている。
【００２６】
そして、第１案内ローラ１１の軸線ＣＬ１方向において、第１テーパローラ１３の軸心から上記直線Ｌまでの距離をＬ１とし、第１テーパローラ１３の軸心から第１案内ローラ１１と接触する繊維束Ｆの長端側の最外端までの距離をＬ２としたときに、距離Ｌ１と距離Ｌ２は１：２の関係を満たすようになっている。同様に、第２テーパローラ１４も上述した関係を満たすようになっている。
【００２７】
このように距離Ｌ１と距離Ｌ２との関係を１：２にすることで、帯状の繊維束Ｆが第１案内ローラ１１から送り出される角度０度の第１点と、第２案内ローラ１２に接触して案内を開始する角度９０度の第２点との間の経路の中央地点で、図２（ｂ）に示すひねりの角度が４５度となるポイントに、第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４を位置させることができる。
【００２８】
巻出側張力制御ダンサー、アクティブダンサー、張力分断機構、巻取側張力制御ダンサー、ガイドロール、繊維束供給機構、繊維束巻取機構及び制御部には、既に周知された技術が用いられる。ここでは、これらの詳細説明を省略する。
【００２９】
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、ボビン２０の軸線ＣＬ３と平行に配置される第１案内ローラ１１と、第１案内ローラ１１に案内された繊維束Ｆに対して９０度ひねりを加えた後の繊維束Ｆを案内する第２案内ローラ１２とを備えている。そして、第１案内ローラ１１と第２案内ローラ１２との間に、外側から繊維束Ｆとそれぞれ接触する第１テーパローラ１３と第２テーパローラ１４とが設けられ、第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４に、繊維束Ｆのひねり方向に沿う傾斜面１３ｂ、１４ｂが形成されている。
【００３０】
この構成によって、繊維束Ｆがボビン２０の一端から巻き出される際に、繊維束Ｆの短端側が第１テーパローラ１３の傾斜面１３ｂの内側に接触することで、繊維束Ｆの短端側と長端側との張力差が緩和される。同様に、繊維束Ｆがボビン２０の他端から巻き出される際に、繊維束Ｆの短端側が第２テーパローラ１４の傾斜面１４ｂの内側に接触することで、繊維束Ｆの短端側と長端側の張力差が緩和される。このように第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４を設けることによって繊維束Ｆの張力差が緩和されると、ボビン２０から巻き出される繊維束Ｆの位置変化に起因する蛇行を抑制することができる。その結果、第２案内ローラ１２の軸線ＣＬ２方向における繊維束Ｆの蛇行の発生を防止することができる。
【００３１】
具体的には、図４に示す従来のフィラメントワインディング装置に発生していた繊維束Ｆの蛇行の問題が解消されるという効果が得られる。従来のフィラメントワインディング装置は、第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４を設けない点において、本実施形態のフィラメントワインディング装置１と異なっている。その他の構成は本実施形態と同様のため、その重複説明を省略する。
【００３２】
従来のフィラメントワインディング装置では、第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４を設けないので、第２案内ローラ１２において繊維束Ｆの蛇行が発生し易い。より具体的には、図４に示すように、繊維束Ｆは帯状に形成されているので、繊維束Ｆの幅方向における短端側と長端側との経路差が生ずるとともに、ボビン２０から巻き出される繊維束Ｆの位置の差が生じている。この経路差及び位置の差により、第２案内ローラ１２に接触する繊維束Ｆの短端側と長端側との間及びボビン２０から巻き出される繊維束Ｆの位置の差で張力差が生じてしまう。この張力差に応じて繊維束Ｆは第２案内ローラ１２の軸線ＣＬ２方向に位置が変化して蛇行が生じてしまう。この張力差が大きいほど、蛇行が大きくなる。
【００３３】
これに対して、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置１では、上述したように第１テーパローラ１３及び第２テーパローラ１４が設けられているので、ボビン２０から巻き出される繊維束Ｆの位置変化に起因する蛇行を抑制することができ、第２案内ローラ１２の軸線ＣＬ２方向における繊維束Ｆの蛇行の発生を防止することができる。
【００３４】
以下、図５を用いてテーパローラ無し（すなわち、従来のフィラメントワインディング装置）及びテーパローラ有り（すなわち、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置１）における第２案内ローラ上の繊維束位置変化を説明する。
【００３５】
図５に示す第１案内ローラ１１のＡ、Ｂ、Ｃは、繊維束Ｆのボビン２０から巻き出された繊維束Ｆを案内して第２案内ローラ１２に向けて送り出す位置を表しており、Ａは第１案内ローラ１１の軸線ＣＬ１方向の一端（図５では上端）の位置、Ｂは第１案内ローラ１１の軸線ＣＬ１方向の中央位置、Ｃは第１案内ローラ１１の軸線ＣＬ１方向の他端（図５では下端）の位置をそれぞれ示す。
【００３６】
図５のグラフに示すように、テーパローラ無し且つ第１案内ローラ１１のＡからＣ方向に繊維束Ｆの位置が変化するときに、第２案内ローラ１２において、Ａから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が２３ｍｍ、Ｂから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約１９．５ｍｍ、Ｃから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約１８．５ｍｍとなっている。なお、繊維束Ｆ位置の寸法は、第２案内ローラ１２の一端（図５では第２案内ローラ１２の下端）を基準するものである。
【００３７】
また、テーパローラ無し且つＣからＡ方向に繊維束Ｆの位置が変化するときに、第２案内ローラ１２において、Ｃから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約２１．２ｍｍ、Ｂから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約２２．２ｍｍ、Ａから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約２４ｍｍとなっている。この結果から、テーパローラ無しの場合、第２案内ローラ１２上の繊維束Ｆ位置の変化は約６ｍｍ、言い換えれば繊維束Ｆは約６ｍｍの範囲で蛇行することが分かる。
【００３８】
一方、テーパローラ有りの場合、第１案内ローラ１１のＡからＣ方向に繊維束Ｆの位置が変化するときに、第２案内ローラ１２において、Ａから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約２０．３ｍｍ、Ｂから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約２０．５ｍｍ、Ｃから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約２１．９ｍｍとなっている。
【００３９】
更に、テーパローラ有り且つＣからＡ方向に繊維束Ｆの位置が変化するときに、第２案内ローラ１２において、Ｃから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約２２．５ｍｍ、Ｂから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約２２．３ｍｍ、Ａから送り出された繊維束Ｆ位置の寸法が約２１．６ｍとなっている。この結果から、テーパローラ有りの場合、第２案内ローラ１２上の繊維束Ｆ位置の変化は約２．５ｍｍ、言い換えれば繊維束Ｆは約２．５ｍｍの範囲で蛇行することが分かる。テーパローラ無しの場合と比較して、蛇行範囲が約６０％減少したことが分かる。これによって、繊維束Ｆの蛇行の発生が抑制されることが明らかである。
【００４０】
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】
【００４１】
１      フィラメントワインディング装置
１０    繊維束巻出機構
１１    第１案内ローラ
１２    第２案内ローラ
１３    第１テーパローラ
１４    第２テーパローラ
１１ａ，１２ａ    外周面
１３ａ，１４ｃ    底面
１３ｂ，１４ｂ    傾斜面
１３ｃ，１４ａ    上面
２０    ボビン
ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３    軸線
Ｆ      繊維束
【図１】
2019182582.tif 000003
【図２】
2019182582.tif 000004
【図３】
2019182582.tif 000005
【図４】
2019182582.tif 000006
【図５】
2019182582.tif 000007