(57)【要約】【課題】  品質と生産性とを両立させること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】  巻き付け装置１５の巻き付け速度に応じてアクティブダンサロール２８を動作させることにより、巻き付け速度の変動が吸収されるようにフィラメントワインディング装置１を構成した。したがって、張力付与装置４を走行する繊維３の繊維速度が安定し、繊維３の張力精度が確保されて製品品質を向上させることができる。また、速度変動吸収装置２５が供給ヘッド１８に設置されていないため、供給ヘッド１８が大型化、且つ重量化することがなく、巻き付け速度の変動が大きい製品であっても、巻き付け速度を低く設定する必要がないため、生産性を大幅に向上させることができる。【選択図】  図１
2005255359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維が繰り出される繰り出し手段と、該繰り出し手段によって繰り出された繊維に規定張力が付与される張力付与手段と、該張力付与手段によって規定張力が付与された繊維がマンドレルに巻き付けられる巻き付け手段と、前記張力付与手段と前記巻き付け手段との間に設けられて前記巻き付け手段の巻き付け速度の変動が吸収される速度変動吸収手段と、前記巻き付け手段の巻き付け動作データと各巻き付け動作データに対応する前記速度変動吸収手段の動作データとが格納されて前記巻き付け手段と前記速度変動吸収手段とを同調させる制御手段と、を具備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】
前記速度変動吸収手段は、繊維走行経路上に所定間隔で配設される一対の繊維支持用ロールと、制御手段の制御に基づいて一対の繊維支持用ロール間を走行する繊維に対して交差される方向へ動作されるアクティブダンサロールと、を備えて、一対の繊維支持用ロール間に、前記アクティブダンサロールを経由する繊維走行経路が形成され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】
前記速度変動吸収手段の動作データが、前記巻き付け手段によって前記マンドレルに巻き付けられる繊維の巻き付け速度の変動データに基づいて作成され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】
前記速度変動吸収手段の動作データが、前記巻き付け手段によって前記マンドレルに巻き付けられる繊維の巻き付け量の変動データに基づいて作成され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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントワインディング装置に関し、特に、樹脂を含浸させた繊維をマンドレルに巻き付けるフィラメントワインディング装置の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィラメントワインディング成形は、樹脂を含浸させた繊維をマンドレルに巻き付けて所望の形状を成形させるもので、例えばＦＲＰ製の圧力容器の製造に用いられる。そして、フィラメントワインディング成形では、高い品質の製品を得るために、繊維に張力を付与させる張力付与部での繊維走行速度を安定させてマンドレルに巻き付けられる繊維の張力精度を確保することが必要になる。そこで、特許文献１に記載の繊維巻回方法（フィラメントワインディング成形方法）では、マンドレルの回転角位置と一軸方向における供給ヘッドの移動位置との関係から算出された、供給ヘッドの位置と繊維の巻回導入位置との間の距離の変化量を記憶装置から呼び出し、この変化量に対応させて供給ヘッドをマンドレルの半径方向に移動させ、且つ張力を一定にする位置へテンションローラを移動させて、マンドレルに巻き付けられる繊維の張力精度を確保するようにしている。しかしながら、上記繊維巻回方法では、ヘリカル巻きのように繊維走行速度が急激に変動される巻き付け方の場合、ボビンの繰り出し動作を繊維走行速度の変動に追従させると共に繊維の張力精度を確保するために繊維走行速度を低減させる必要があり、生産性の低下を余儀なくされていた。また、上記繊維巻回方法では、マンドレルの回転角位置に応じて供給ヘッドをマンドレルの半径方向へ移動させるため、供給ヘッドが複雑化且つ重量化されると共に供給ヘッドの移動距離が延びて、繊維走行速度を高めることができなかった。
【特許文献１】特開２００２−４６９４０号公報（段落番号００１８〜００２０、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、品質と生産性とを両立させること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】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、繊維が繰り出される繰り出し手段と、該繊維繰り出し手段によって繰り出された繊維に規定張力が付与される張力付与手段と、該張力付与手段によって規定張力が付与された繊維がマンドレルに巻き付けられる巻き付け手段と、張力付与手段と巻き付け手段との間に設けられて巻き付け手段の巻き付け速度の変動が吸収される速度変動吸収手段と、巻き付け手段の巻き付け動作データと各巻き付け動作データに対応する速度変動吸収手段の動作データとが格納されて巻き付け手段と速度変動吸収手段とを同調させる制御手段と、を具備することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、速度変動吸収手段は、繊維走行経路上に所定間隔で配設される一対の繊維支持用ロールと、制御手段の制御に基づいて一対の繊維支持用ロール間を走行する繊維に対して交差される方向へ動作されるアクティブダンサロールと、を備えて、一対の繊維支持用ロール間に、アクティブダンサロールを経由する繊維走行経路が形成されることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、速度変動吸収手段の動作データが、巻き付け手段によってマンドレルに巻き付けられる繊維の巻き付け速度の変動データに基づいて作成されることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、速度変動吸収手段の動作データが、巻き付け手段によってマンドレルに巻き付けられる繊維の巻き付け量の変動データに基づいて作成されることを特徴とする。
【０００５】
従って、請求項１に記載の発明では、繰り出し手段から繰り出された繊維に張力付与手段によって規定張力が付与されて、制御手段によって巻き付け手段と速度変動吸収手段とが同調制御される。これにより、速度変動吸収手段によって巻き付け手段の巻き付け速度の変動が吸収されつつ、巻き付け手段によって繊維がマンドレルに巻き付けられる。なお、巻き付け手段の巻き付け速度の変動とは、マンドレルの直下流を走行する繊維の速度の変動を指す。
請求項２に記載の発明では、アクティブダンサロールが一対の繊維支持用ロール間を走行する繊維に対して交差される方向へ動作されることで、巻き付け手段の巻き付け速度の変動が吸収される。
請求項３に記載の発明では、速度変動吸収手段の動作データが、巻き付け手段によってマンドレルに巻き付けられる繊維の巻き付け速度の変動データに基づいて作成される。
請求項４に記載の発明では、速度変動吸収手段の動作データが、巻き付け手段によってマンドレルに巻き付けられる繊維の巻き付け量の変動データに基づいて作成される。なお、巻き付け手段によってマンドレルに巻き付けられる繊維の巻き付け量の変動データとあるが、巻き付け量の変動とは、繰り出し手段から繰り出された繊維の繰り出し量（繊維長さ）に対するマンドレルに巻き付けられた繊維の巻き付け量（繊維長さ）の過不足を指す。
【発明の効果】
【０００６】
品質と生産性とを両立させること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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の一実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１に示されるように、本フィラメントワインディング装置は、ボビン２（繰り出し手段）から繰り出された繊維３に規定張力が付与される張力付与装置４（張力付与手段）を備える。上記ボビン２には、軸が回転可能に支持されて繊維３が巻き付けられた繊維ロールが収容される。そして、本フィラメントワインディング装置１では、繊維ロールがサーボモータ５によって回転駆動されることにより、繊維ロールに巻き付けられた繊維３がボビン２から繰り出される。また、上記張力付与装置４は、繊維走行経路上に配設される一対の繊維支持用ロール６，７と、該一対の繊維支持用ロール６，７間の繊維３に対して直交されるダンサロール８とを備える。該ダンサロール８は、供給される作動用空気の圧力が圧力制御弁９によって精密に制御されてピストンロッドの摺動抵抗が小さいエアシリンダ１０によって、一対の繊維支持用ロール６，７間を走行する繊維３に押し付けられる。これにより、一対の繊維支持用ロール６，７間の繊維３がダンサロール８によって押圧されて当該繊維３に規定張力が付与される。
【０００８】
また、上記張力付与装置４は、ダンサロール８に入力される繊維３からの反力に応じてエアシリンダ１０のピストンロッドが伸縮されることにより、当該ダンサロール８の上流側（図１における紙面視左側）を走行する繊維３の繊維走行速度と、ダンサロール８の下流側（図１における紙面視右側）を走行する繊維３の繊維走行速度との速度差が吸収される。さらに、張力付与装置４は、ダンサロール８の下流に配置された繊維支持用ロール７上を走行する繊維３の繊維走行速度が速度検出用センサ１１によって検出される。そして、本フィラメントワインディング装置１では、上記サーボモータ５が、マイクロコンピュータからなるダンサロール制御装置１２によって上記速度検出用センサ１１の検出結果に基づいて制御される。これにより、本フィラメントワインディング装置１では、上記ボビン２から繰り出される繊維３の繰り出し速度が、繊維支持用ロール７上を走行する繊維３の繊維走行速度に応じて調節される。
【０００９】
また、図１に示されるように、本フィラメントワインディング装置１は、ピストンロッドのストローク方向（図１における紙面視上下方向）へのダンサロール８の変位が検出される変位検出用センサ１３を備える。そして、本フィラメントワインディング装置１では、サーボモータ５が、上記ダンサロール制御装置１２によって変位検出用センサ１３の検出結果に基づいて制御されることにより、ダンサロール８の変位に応じてボビン２から繰り出される繊維３の繰り出し速度が補正される。また、本フィラメントワインディング装置１では、上記ボビン２から繰り出されて張力付与装置４によって規定張力が付与された繊維３が、巻き付け装置１５によってマンドレル１４に巻き付けられる。該巻き付け装置１５は、ＮＣ制御装置１６の制御に基づいて作動されるサーボモータ１７によって上記マンドレル１４が回転駆動される。また、巻き付け装置１５は、繊維３をマンドレル１４へ向けて案内させる供給ヘッド１８を備える。
【００１０】
図１に示されるように、上記供給ヘッド１８は、ＮＣ制御装置１６の制御に基づいて作動されるサーボモータ１９によってボールねじ機構が駆動されて、マンドレル１４の軸線に対して平行方向へ移動及び位置決めされる。また、供給ヘッド１８には、先端に一対のローラ２０，２１が配設されるアーム２２が設けられており、該一対のローラ２０，２１の外周面によってマンドレル１４へ向けて供給される繊維３が挟持される。そして、上記アーム２２は、ＮＣ制御装置１６の制御に基づいて作動されるサーボモータ２３の駆動によって図１に示されるＡ方向へ回動される。これにより、繊維３が、供給ヘッド１８から当該繊維３とマンドレル１４との接点へ向けて案内されて供給ヘッド１８からマンドレル１４へ向けて円滑に供給される。そして、本フィラメントワインディング装置１では、ＮＣ制御装置１６によって各サーボモータ１７，１９，２３が同調制御されることにより、指定された巻き付けパターン（ヘリカル巻き、フープ巻き等の組み合わせにより構成される巻き付け動作パターン）でマンドレル１４に繊維３が巻き付けられる。
【００１１】
図１に示されるように、本フィラメントワインディング装置１は、張力付与装置４と巻き付け装置１５との間に、該巻き付け装置１５の巻き付け速度（本実施の形態では、供給ヘッド１８を通過する繊維３の繊維走行速度）の変動を吸収させる速度変動吸収装置２５を備える。該速度変動吸収装置２５は、繊維走行経路上に配設される一対の繊維支持用ロール２６，２７と、該一対の繊維支持用ロール２６，２７間を走行する繊維３に対して直交されるアクティブダンサロール２８とを備えて、一対の繊維支持用ロール２６，２７間にアクティブダンサロール２８を経由する略Ｕ字状の繊維走行経路３０が形成される。また、上記速度変動吸収装置２５では、上記ＮＣ制御装置１６の制御に基づいて作動されるサーボモータ２９によってボールねじ機構が駆動されて、これによりアクティブダンサロール２８が一対の繊維支持用ロール２６，２７間の繊維３に対して直交される方向（図１における紙面視上下方向）へ動作される。また、ＮＣ制御装置１６には、巻き付け装置１５の各巻き付けパターンの各巻け付け動作データと、各巻き付け動作データに対応させたアクティブダンサロール２８の各動作データとが格納される。
【００１２】
そして、本フィラメントワインディング装置１では、ＮＣ制御装置１６によって、速度変動吸収装置２５（アクティブダンサロール２８）の動作と巻き付け装置１５の巻き付け動作とが同調制御されており、速度変動吸収装置２５に形成される略Ｕ字状の繊維走行経路３０が必要に応じて伸長又は短縮されて、巻き付け装置１５の巻き付け速度の変動が吸収される。なお、図１に示される符号３１は、速度変動吸収装置２５から巻き付け装置１５へ向けて供給される繊維に樹脂を含浸させる含浸装置である。
【００１３】
次に、本フィラメントワインディング装置１の作用を説明する。なお、ここでは、略俵状に形成されるマンドレル１４に繊維３がヘリカル巻きされる場合を説明する。まず、ＮＣ制御装置１６に格納するアクティブダンサロール２８の動作データを作成する際の作用を説明する。本フィラメントワインディング装置１では、アクティブダンサロール２８の動作データを作成する場合に、ＮＣ制御装置１６を動作データ作成モードに設定し、製品に対応する巻き付け装置１５の動作データ（動作プログラム）を用いてマンドレル１４に繊維３を巻き付けて、この時の時間経過に伴う巻き付け装置１５の巻き付け速度（本実施の形態では、供給ヘッド１８を通過する繊維３の繊維走行速度）の変化を張力付与装置４の速度検出用センサ１１によって測定する。なお、上記動作データ作成モードでは、速度変動吸収装置２５を動作させずに、或いは、速度変動吸収装置２５を介さずにボビン２から繰り出される繊維３が巻き付け装置１５へ供給される。そして、本フィラメントワインディング装置１では、ＮＣ制御装置１６の演算部によって上記巻き付け装置２５の巻き付け速度の測定結果（変動データ、図２参照）に基づいてアクティブダンサロール２８の動作データが作成されて、作成されたアクティブダンサロール２８の動作データが当該ＮＣ制御装置１６の記憶部に格納されてアクティブダンサロール２８の動作データの作成が完了する。
【００１４】
次に、作成されたアクティブダンサロール２８の動作データ（動作プログラム）を用いて製品をフィラメントワインディング成形する際の作用を説明する。まず、図１に示されるように、ボビン２から繰り出される繊維３を、張力付与装置４（張力付与手段）、速度変動吸収装置２５（速度変動吸収手段）、含浸装置３１、並びに供給ヘッド１８を経由させてマンドレル１４に固定させる。この状態でフィラメントワインディング装置１をサイクルスタートさせると、ボビン２から繰り出されて含浸装置３１によって樹脂が含浸された繊維３が、巻き付け装置１５によってマンドレル１４に順次巻き付けられる。また、本フィラメントワインディング装置１では、上記張力付与装置４のダンサロール８によって、ボビン２から繰り出される繊維３に規定張力が付与される。さらに、本フィラメントワインディング装置１では、ボビン２からの繊維３の繰り出し速度が、速度検出用センサ１１によって検出される繊維走行速度に応じて調節される。また、本フィラメントワインディング装置１では、エアシリンダ１０のピストンロッドをストロークさせてダンサロール８を変位させることで、当該ダンサロール８の上流を走行する繊維３の繊維走行速度と下流を走行する繊維３の繊維走行速度との速度差が吸収される。
【００１５】
さらに、本フィラメントワインディング装置１では、変位検出用センサ１３によって検出されるダンサロール８の移動に応じてボビン２の繰り出し速度が補正される。また、本フィラメントワインディング装置１では、速度変動吸収装置２５のアクティブダンサロール２８が巻き付け装置１５の巻き付け速度（以下、単に巻き付け速度と称す）の変動に応じて図１における上下方向へ動作される。これにより、一対の繊維支持用ロール２６，２７間に形成される繊維走行経路３０が伸長又は短縮されて上記巻き付け速度の変動が吸収される。以下、アクティブダンサロール２８の動作を具体的に説明する。なお、本フィラメントワインディング装置１では、速度検出用センサ１１で検出される張力付与装置４の直下流を走行する繊維３の繊維走行速度（以下、供給速度と称す）が、図２に示される巻き付け速度の測定結果の平均値に設定される。まず、巻き付け速度が供給速度よりも低い場合には、巻き付け装置１５によってマンドレル１４に巻き付けられる繊維３の巻き付け量（以下、単に巻き付け量と称す）に対して上記張力付与装置４から供給速度で供給される繊維３の供給量が過剰になる。
【００１６】
この場合、本フィラメントワインディング装置１では、巻き付け速度に応じてアクティブダンサロール２８を図１における紙面視下方向へ動作させることにより、繊維走行経路３０を伸長させて上記繊維３の供給量の過剰分を吸収させる。また、巻き付け速度が供給速度よりも高い場合には、巻き付け装置１５によってマンドレル１４に巻き付けられる繊維３の巻き付け量に対して上記張力付与装置４から供給速度で供給される繊維３の供給量が不足する。この場合、本フィラメントワインディング装置１では、巻き付け速度に応じてアクティブダンサロール２８を図１における紙面視上方向へ動作させることにより、繊維走行経路３０を短縮させて上記繊維３の供給量の不足分を補わせる。したがって、本フィラメントワインディング装置１では、巻き付け速度（巻き付け量）の変動に応じてアクティブダンサロール２８を動作させることにより、繊維３の巻き付け速度（巻き付け量）の変動が吸収されて、これにより、繊維３の供給速度を安定させてダンサロール８の変位を低減させ、繊維３の張力変動が防がれる。
【００１７】
この実施の形態では以下の効果を奏する。
本フィラメントワインディング装置１では、巻き付け装置１５（巻き付け手段）の巻き付け速度（本実施の形態では、供給ヘッド１８を通過する繊維３の繊維走行速度）に応じてアクティブダンサロール２８を動作させることにより、巻き付け速度の変動が吸収される。したがって、張力付与装置４を走行する繊維３の繊維走行速度の変動が抑制されて当該張力付与装置４を走行する繊維３の繊維走行速度が安定し、張力付与装置４におけるダンサロール８の変位（動作）が低減される。これにより、巻き付け速度の変動が大きい製品（フィラメントワインディング成形品）であってもマンドレル１４に巻き付けられる繊維３の張力精度が確保されて、製品品質を向上させることができる。
また、本フィラメントワインディング装置１では、速度変動吸収装置２５（速度変動吸収手段）が供給ヘッド１８に設置されていないため、構造及び制御が簡素化されて装置のコストダウンを図ることができる。さらに、供給ヘッド１８が大型化、且つ重量化されることがないため、巻き付け速度の変動が大きい製品であっても従来のように巻き付け速度を低く設定する必要がなく、生産性を大幅に向上させることができる。
【００１８】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施の形態では、巻き付け装置１５の巻き付け速度（本実施の形態では、供給ヘッド１８を通過する繊維３の繊維走行速度）の測定結果（変動データ）に基づいてアクティブダンサロール２８の動作データ（動作プログラム）が作成されるが、例えば、図３に示されるように、ボビン２（繰り出し手段）から繰り出された繊維３の繰り出し量（繊維長さ）に対するマンドレル１４に巻き付けられた繊維３の巻き付け量（繊維長さ）の過不足を測定し、該測定結果（変動データ）に基づいて当該巻き付け装置１５の巻き付け量の変動が吸収されるようにアクティブダンサロール２８の動作データを作成してもよい。
また、アクティブダンサロール２８の動作データ（動作プログラム）を作成するにあたって、必ずしも巻き付け装置１５の巻き付け速度又は巻き付け長さを測定する必要はなく、シュミレーション等によって算出してもよい。
アクティブダンサロール２８を一対の繊維支持用ロール２６，２７間の繊維３に対して直交される方向へ移動させたが、一対の繊維支持用ロール２６，２７間の繊維３に対して交差される方向であれば、特に直交される方向でなくてもよい。
予め樹脂が含浸された繊維を用いる場合は、含浸装置３１がなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態の説明図である。なお、便宜的に、巻き付け装置を平面図で示し、巻き付け装置を除く部分を側面図で示す。
【図２】本実施の形態の説明図で、巻き付け装置の巻き付け速度の測定結果を示す図である。
【図３】他の実施の形態の説明図で、繰り出し装置による繊維の繰り出し量と、巻き付け装置による繊維の巻き付け量と、アクティブダンサロールによる巻き付け量の変動の吸収量と、を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  フィラメントワインディング装置、２  ボビン（繊維繰り出し手段）、３  繊維、４  張力付与装置（張力付与手段）、１４  マンドレル、１５  巻き付け装置（巻き付け手段）、１６  ＮＣ制御装置（制御手段）、２５  速度変動吸収装置（速度吸収手段）、２６，２７  繊維支持用ロール、２８  アクティブダンサロール、３０  繊維走行経路
【図１】
2005255359.tif 000003
【図２】
2005255359.tif 000004
【図３】
2005255359.tif 000005