(57)【要約】【課題】多給糸方法を用いてガスタンクに繊維を巻回する場合に口金付近の繊維層が厚くなるのを抑制する。【解決手段】ＦＷ装置１は、タンク支持装置１１と、ガスタンク２に対して繊維Ａを供給しヘリカル巻きを行うヘリカル巻きヘッド１２と、制御装置１４を有する。ヘリカル巻きヘッド１２は、ガスタンク２の周囲に同心円状に配置され、タンク軸方向Ｘに相対的に移動可能なガイドリング３０と、ガイドリング３０にタンク軸に対し放射状に設けられ、繊維Ａをガスタンク２に向けて給糸する複数のガイド筒３１と、ガイド筒３１の給糸口３２をタンク軸心方向Ｙに前後移動させる給糸口移動装置３３と、を有する。制御装置１４は、ガイドリング３０がヘリカル巻きの折り返し位置にある時に、一部のガイド筒３１の給糸口３２のタンク軸心方向Ｙの位置が他のガイド筒３１の給糸口３２の位置よりも後方側になるように給糸口３２の前後移動を制御する。【選択図】図６
2013000888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントワインディング装置であって、
タンクを支持するタンク支持装置と、
前記タンク支持装置に支持されたタンクに対して繊維を供給しヘリカル巻きを行うヘリカル巻きヘッドと、
前記ヘリカル巻きヘッドの動作を制御する制御装置と、を有し、
前記ヘリカル巻きヘッドは、
前記タンクの周囲に同心円状に配置され、タンク軸方向に前記タンクに対し相対的に移動可能なガイドリングと、
前記ガイドリングにタンク軸に対し放射状に設けられ、繊維を前記タンクに向けて給糸する複数のガイド筒と、
前記ガイド筒の給糸口をタンク軸心方向に前後移動させる給糸口移動装置と、を有し、
前記制御装置は、前記ガイドリングが前記タンクのヘリカル巻きの折り返し位置にあるときに、一部のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置が他のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置よりも後方側になるように前記給糸口の前後移動を制御する、フィラメントワインディング装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ガイドリングが折り返し位置にある時に前記一部のガイド筒とその他のガイド筒とが前記ガイドリングに沿って交互になるように前記給糸口の前後移動を制御する、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】
タンク支持装置に支持されたタンクに対しヘリカル巻きヘッドから繊維を供給して、タンクに繊維を巻回するフィラメントワインディング方法であって、
タンクの周囲に同心円状に配置された前記ヘリカル巻きヘッドのガイドリングをタンク軸方向に移動させながら、当該ガイドリングにタンク軸に対し放射状に設けけられている複数のガイド筒からタンクに向けて繊維を給糸して、ヘリカル巻きを行う工程を有し、
前記ヘリカル巻き工程において、前記ガイド筒の給糸口をタンク軸心方向に前後移動させ、前記ガイドリングが前記タンクのヘリカル巻きの折り返し位置に移動したときに、一部のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置を他のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置よりも後方側にする、フィラメントワインディング方法。
【請求項４】
前記ヘリカル巻き工程において前記ガイドリングが折り返し位置にある時に前記一部のガイド筒とその他のガイド筒とが前記ガイドリングに沿って交互に位置する、請求項３に記載の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、フィラメントワインディング装置及びフィラメントワインディング方法
に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車等の車両に搭載される燃料電池システムには、燃料ガスの供給源としてガスタンクが用いられている。
【０００３】
この種のガスタンクの製造工程は、略楕円体状のライナ（内容器）の外周に繊維強化樹脂（ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics））層を形成する工程を有し、当該工程は、通常熱硬化性樹脂が含浸された繊維をライナに巻き付けるフィラメントワインディング（Filament Winding）方法を用いて行われている。
【０００４】
フィラメントワインディング方法では、一般的にガスタンクのタンク軸に対し垂直方向に巻かれるフープ巻きと、タンク軸に対し斜めに傾けた方向に巻かれるヘリカル巻きが行われ、これらの巻き方が異なる複数層からなる繊維強化樹脂層が形成される。
【０００５】
ところで、フィラメントワインディング方法には、複数本の繊維からなる一束の繊維束をライナに巻回する単給糸方法と、複数本の繊維を一本ずつ多方向から同時にライナに巻回する多給糸方法がある。多給糸方法は、単給糸方法に比べて、ライナに繊維を巻回する時間を大幅に短縮できる（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１９７３２号公報
【特許文献２】特開２０１０−０９０９３８号公報
【特許文献３】特開２００４−２４３７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の多給糸方法を用いた場合、例えば図７（ａ）に示すようにタンク１００の両端の折り返し部分に繊維Ａを巻く際に、各繊維Ａが多方面から給糸され、口金１０１とタンク本体（ライナ）１０２との境界の同じ位置に巻かれるため、その部分に繊維Ａが集中する。一方、単給糸方法の場合には、図７（ｂ）に示すように繊維Ａが束になって一緒に給糸されるため、繊維Ａが一本ずつ僅かにずれる。この結果、多給糸方法を用いた場合には、口金１０１付近の繊維層の厚みが他の部分に比べて増加してしまい、最終的に口金１０１付近のタンク形状に出っ張りが生じたり、厚くなる分口金１０１の長さが余分に必要になったりして好ましくない。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、多給糸方法を用いてタンクに繊維を巻回した場合に口金付近の繊維層が厚くなるのを抑制できるフィラメントワインディング装置及びフィラメントワインディング方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、フィラメントワインディング装置であって、タンクを支持するタンク支持装置と、前記タンク支持装置に支持されたタンクに対して繊維を供給しヘリカル巻きを行うヘリカル巻きヘッドと、前記ヘリカル巻きヘッドの動作を制御する制御装置と、を有し、前記ヘリカル巻きヘッドは、前記タンクの周囲に同心円状に配置され、タンク軸方向に前記タンクに対し相対的に移動可能なガイドリングと、前記ガイドリングにタンク軸に対し放射状に設けられ、繊維を前記タンクに向けて給糸する複数のガイド筒と、前記ガイド筒の給糸口をタンク軸心方向に前後移動させる給糸口移動装置と、を有し、前記制御装置は、前記ガイドリングが前記タンクのヘリカル巻きの折り返し位置にあるときに、一部のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置が他のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置よりも後方側になるように前記給糸口の前後移動を制御する、フィラメントワインディング装置である。
【００１０】
本発明によれば、ガイドリングがタンクのヘリカル巻きの折り返し位置にある時に、一部のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置が他のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置よりも後方側になるので、一部の給糸口から給糸される繊維が、タンクの端部の口金付近に供給されない。よって、多給糸方法を用いてタンクに繊維を巻回する場合において、口金付近の繊維層が厚くなるのを抑制できる。
【００１１】
前記フィラメントワインディング装置において、前記制御装置は、前記ガイドリングが折り返し位置にある時に前記一部のガイド筒とその他のガイド筒とが前記ガイドリングに沿って交互になるように前記給糸口の前後移動を制御してもよい。
【００１２】
別の観点による本発明は、タンク支持装置に支持されたタンクに対しヘリカル巻きヘッドから繊維を供給して、タンクに繊維を巻回するフィラメントワインディング方法であって、タンクの周囲に同心円状に配置された前記ヘリカル巻きヘッドのガイドリングをタンク軸方向に移動させながら、当該ガイドリングにタンク軸に対し放射状に設けけられている複数のガイド筒からタンクに向けて繊維を給糸して、ヘリカル巻きを行う工程を有し、前記ヘリカル巻き工程において、前記ガイド筒の給糸口をタンク軸心方向に前後移動させ、前記ガイドリングが前記タンクのヘリカル巻きの折り返し位置に移動したときに、一部のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置を他のガイド筒の給糸口のタンク軸心方向の位置よりも後方側にする、フィラメントワインディング方法である。
【００１３】
前記フィラメントワインディング方法において、前記ヘリカル巻き工程において前記ガイドリングが折り返し位置にある時に前記一部のガイド筒とその他のガイド筒とが前記ガイドリングに沿って交互に位置するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、多給糸方法を用いてタンクに繊維を巻回する場合に口金付近の繊維層が厚くなるのを抑制できるので、繊維の巻回時間を短縮しつつ、滑らかな適正な形状のタンクを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＦＷ装置の構成の概略を示す模式図である。
【図２】ヘリカル巻きヘッドの構成の概略を示す正面図である。
【図３】ガスタンクの胴部に繊維を巻回している状態を示す説明図である。
【図４】折り返し時のヘリカル巻きヘッドの状態を示す説明図である。
【図５】折り返し時にガイド筒の給糸口が通常の位置のある場合を示す説明図である。
【図６】折り返し時にガイド筒の給糸口が後退した位置にある場合を示す説明図である。
【図７】（ａ）は、多給糸方法を用いてヘリカル巻きした場合の口金付近の繊維の状態を示す説明である。（ｂ）は、単給糸方法を用いてヘリカル巻きした場合の口金付近の繊維の状態を示す説明である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるフィラメントワインディング装置（以下、「ＦＷ装置」とする。）１の構成の概略を示す模式図である。
【００１７】
ＦＷ装置１は、例えば基台１０と、ガスタンク２を支持するタンク支持装置１１と、タンク支持装置１１に支持されたガスタンク２に対し繊維Ａを供給しヘリカル巻きを行うヘリカル巻きヘッド１２と、ガスタンク２に対し繊維Ａを供給しフープ巻きを行うフープ巻きヘッド１３と、制御装置１４等を有している。
【００１８】
タンク支持装置１１は、例えばガスタンク２の両端の口金３部分に連結可能な一対のシャフト２０と、当該各シャフト２０の外側端部を保持する一対のチャック２１と、チャック２１を支持する一対の支持柱２２と、支持柱２２が固定され、基台１０に対してタンク軸方向Ｘに移動する移動台２３を有している。チャック２１には、図示しない回転駆動源が設けられており、シャフト２０を回転させてガスタンク２を回転できる。また、移動台２３は、基台１０にタンク軸方向Ｘに沿って設けられたレール２４上に設けられ、図示しない駆動源によりレール２４上を移動できる。これにより、シャフト２０に支持されたガスタンク２をタンク軸方向Ｘに移動させることができる。
【００１９】
ヘリカル巻きヘッド１２は、例えば図２に示すようにガスタンク２の周囲に同心円状に配置され、タンク軸方向Ｘに移動可能なガイドリング３０と、ガイドリング３０に沿って同一円周上に等間隔で配置され、繊維Ａをガスタンク２に向けて給糸する複数のガイド筒３１と、ガイド筒３１の給糸口３２をタンク軸心方向Ｙに前後移動させる給糸口移動装置３３を有している。
【００２０】
ガイド筒３１は、ガスタンク２の軸心に向けて放射状に設けられている。各ガイド筒３１は、筒ホルダー４０によりガイドリング３０に固定されている。ガイド筒３１には、外側からタンク軸心方向Ｙに向けて繊維Ａが挿通し、ガイド筒３１のガスタンク２側の先端が給糸口３２になっている。
【００２１】
給糸口移動装置３３は、例えば図３に示すように各ガイド筒３１の外面に設けられたラックギア５０と、ラックギア５０に組み合せられたピニオンギア５１と、ピニオンギア５１を回転駆動する駆動部５２を有し、駆動部５２によりピニオンギア５１を回すことによってガイド筒３１の給糸口３２を前後方向に移動できる。本実施の形態では、２種類のギア比が用いられており、ガイド筒３１は、ガイドリング３０に沿って交互に異なるギア比を有している。したがって、駆動部５２により各ガイド筒３１のピニオンギア５１を同じだけ回転させた場合に、ガイドリング３０上のガイド筒３１の給糸口３２の位置が交互に異なる。
【００２２】
ヘリカル巻きヘッド１２は、図１に示すようにガイドリング３０に固定された支持部材６０により支持されている。支持部材６０は、例えば基台１０に固定されている。
【００２３】
フープ巻きヘッド１３は、例えば回転リング７０と、回転リング７０に設けられた給糸部７１を有している。フープ巻きヘッド１３は、支持部材７２に支持されている。支持部材７２は、基台１０のタンク軸方向Ｘに沿ったレール７３に取り付けられており、レール７３に沿って移動できる。
【００２４】
制御装置１４は、プログラムに従ってヘリカル巻きヘッド１２やフープ巻きヘッド１３等の動作を制御し、ガスタンク２に対する後述するフィラメントワインディング方法を実行できる。
【００２５】
次に、上記ＦＷ装置１を用いたフィラメントワインディング方法について説明する。
【００２６】
先ず、図１に示すようにガスタンク２がタンク支持装置１１に支持される。フープ巻きを行う際には、フープ巻きヘッド１３の回転リング７０が回転しながら、給糸部７１からガスタンク２に繊維が供給され、その状態でフープ巻きヘッド１３がタンク軸方向Ｘに往復移動することによって、ガスタンク２の表面に繊維がフープ巻きに巻かれる。
【００２７】
ヘリカル巻きを行う場合には、ガスタンク２が回転した状態で、ガスタンク２がヘリカル巻きヘッド１２に対しタンク軸方向Ｘに移動する。このとき、図２に示すようにヘリカル巻きヘッド１２の各ガイド筒３１からそれぞれ一本の繊維Ａがガスタンク２に供給され、巻き付けられる。図２及び図３に示すようにガスタンク２の同じ径の胴部２ａに繊維Ａが巻き付けられる際には、総てのガイド筒３１の給糸口３２の位置がタンク軸心に対し等距離にある。そして、各ガイド筒３１からの各繊維Ａがタンク表面の同一円周上、つまりタンク軸方向Ｘの同じ位置に給糸され、その給糸位置がタンク軸方向Ｘに移動していくことにより胴部２ａの全体に繊維Ａが巻き付けられる。
【００２８】
次に、ガスタンク２の次第に径が小さくなるドーム部２ｂに繊維Ａが巻き付けられる際には、ガイド筒３１の給糸口３２が次第にタンク軸心に近づくようにガイド筒３１がタンク軸心方向Ｙに前進する。このとき、図４に示すようにガイド筒３１の前進距離が２つに分かれ、ガイドリング３０上でガイド筒３１が大きく前進するものと、小さく前進するものが交互になる。そして、ヘリカル巻きの折り返し位置、つまりガスタンク２がヘリカル巻きヘッド１２に対し折り返される際に、図５に示すように半分のガイド筒３１の給糸口３２は、口金３側に第１の距離Ｄ１前進し、繊維Ａが口金３とタンク本体（ライナ）８０の境界部分Ｐ（口金３の付け根部分）に巻き付けられる。また、図６に示すように残りの半分のガイド筒３１の給糸口３２は、口金３側に第１の距離Ｄ１より短い第２の距離Ｄ２前進し、口金３とタンク本体８０の境界部分Ｐから離れた位置に巻き付けられる。なお、ヘリカル巻きの繊維Ａはタンク軸に対し斜めに巻かれているので、給糸口３２の前進距離が長ければ長いほど、口金３とタンク本体８０の境界部分Ｐに近づくことになる。こうすることにより、半分のガイド筒３１から給糸された繊維Ａが口金３とタンク本体８０の境界部分Ｐに供給されず、その分当該境界部分Ｐ１を含むタンク端部領域Ｒのヘリカル巻きの厚みが薄くなる。
【００２９】
こうして、ガスタンク２がヘリカル巻きヘッド１２に対し往復移動することによって、ガスタンク２の表面に繊維Ａがヘリカル巻きに巻かれる。ガスタンク２には、フープ巻きとヘリカル巻きが所定回数ずつ行われて繊維層が形成される。
【００３０】
以上の実施の形態によれば、ガイドリング３０がヘリカル巻きの折り返し位置にある時に、半分のガイド筒３１の給糸口３２の位置が他のガイド筒３１の給糸口３２の位置よりもタンク軸心方向に対し後方側になるので、一部の給糸口３２からの繊維Ａが口金３付近に供給されない。よって、多給糸方法を用いてガスタンク２に繊維Ａを巻回する場合において、口金３付近の繊維層が厚くなるのを抑制できる。本実施の形態のように一部のガイド筒３１のタンク軸心方向Ｙ方向の前進距離を変えることで、簡単に口金３付近の繊維層を薄くできる。
【００３１】
また、以上の実施の形態において、ガイドリング３０がヘリカル巻きの折り返し位置にある時に前進距離Ｄ１のガイド筒３１と前進距離Ｄ２のガイド筒３１とがガイドリング３０に沿って交互に位置するので、ガスタンク２の周方向に斑なく繊維Ａを巻くことができる。
【００３２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３３】
例えば以上の実施の形態において、ヘリカル巻きのガイドリング３０の折り返し時に、前進距離が短いガイド筒３１が全体の半分であったが、その数は任意に選択できる。また、上記実施の形態では、ヘリカル巻き時にガスタンク２側がタンク軸方向Ｘに移動していたが、ヘリカル巻きヘッド１２側がタンク軸方向Ｘに移動してもよい。
【００３４】
また、ＦＷ装置１は、燃料電池自動車１のみならず、天然ガス自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロケット、ロボットなど）や定置設備（住宅、ビル）に用いられるガスタンクの製造にも適用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＦＷ装置
２  ガスタンク
３  口金
１０  基台
１１  タンク支持装置
１２  ヘリカル巻きヘッド
１３  フープ巻きヘッド
１４  制御装置
３０  ガイドリング
３１  ガイド筒
３２  給糸口
３３  給糸口移動装置
Ａ  繊維
Ｘ  タンク軸方向
Ｙ  タンク軸心方向
【図１】
2013000888.tif 000003
【図２】
2013000888.tif 000004
【図３】
2013000888.tif 000005
【図４】
2013000888.tif 000006
【図５】
2013000888.tif 000007
【図６】
2013000888.tif 000008
【図７】
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