JP5067533B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転するマンドレルの表面に繊維束を巻き付けて圧力タンク等を製造するフィラメントワインディング装置に関するものである。

フィラメントワインディング装置は、圧力タンク等の中空容器やパイプ等を製造する装置である。フィラメントワインディング装置は、繊維束をマンドレル（ライナー）に巻き付けて製造物（圧力タンク等）を製造する。繊維束は、例えば、ガラス繊維等の繊維材料と合成樹脂とを用いた繊維材料からなる。

一般に、フィラメントワインディング装置は、マンドレルの軸方向に対して略直角に繊維束を巻き付けるフープ巻（図３（ａ））と、マンドレルの軸方向に対して所定の角度で繊維束を巻き付けるヘリカル巻（図３（ｂ）及び（ｃ））とを複数層（例えば１０層以上）巻き付けて製造する（特許文献１参照）。通常、フィラメントワインディング装置は、少数本（例えば１０本以下）の繊維束を回転するマンドレルに順次巻き付けて、マンドレル表面を繊維束で覆う。

ところで、製造物の強度向上等のために、マンドレルの軸方向に対して角度の異なる複数の種類のヘリカル巻を複数層重ねる場合がある。従来のフィラメントワインディング装置では、少数本の繊維束をマンドレルに巻き付けていくので、複数種類のヘリカル巻を重ねる場合、製造に膨大な時間を要する。また、幅の広い繊維束をマンドレルに巻き付けると、製造時間を短縮することはできるが、幅の広い繊維束ではマンドレルの鏡部で滑り、製造物の品質が劣る場合がある。
特平１０−１１９１３８号公報

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記した問題点に鑑みて、角度の異なる複数の種類のヘリカル巻を短時間且つ確実に行う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である。

上記課題を解決するために、本発明に係るフィラメントワインディング装置は、
マンドレル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おいて、複数の繊維束をマンドレルに対してヘリカル巻で巻き付けるためのヘリカル巻ヘッドを備えており、
ヘリカル巻ヘッドは、
マンドレルの周方向に延設された環状の第１ガイドリング部及び環状の第２ガイドリング部と、
第１ガイドリング部及び第２ガイドリング部の周方向に沿って設けられ、各ガイドリング部の中心に向けて貫通する複数のガイド孔と、
第１ガイドリング部及び第２ガイドリング部を相対的に回転して、各ガイド孔の位置を変更可能とする位置変更機構とを備え、
第１ガイドリング部は、ヘリカル巻ヘッドに固定され、
第２ガイドリング部は、マンドレルの軸方向に対して第１ガイドリング部に重なった状態で回転する。

好ましくは、位置変更機構は、各ガイド孔が、マンドレルの周方向に対して、等間隔に配置される状態と、重なって配置される状態とに切り換え可能である。

好ましくは、繊維束をマンドレルに対してフープ巻で巻き付けるためのフープ巻ヘッドを備えており、フープ巻ヘッドは、マンドレルに繊維束を供給するためのボビンと、ボビンをマンドレルの周方向に沿って回転させるための機構とを備えている。

好ましくは、ヘリカル巻を行う際は、マンドレルを回転して繊維束を巻き付け、フープ巻を行う際は、フープ巻ヘッドのボビンを回転して繊維束を巻き付けるようにする制御部を備えている。

上記した通り、本発明に係るフィラメントワインディング装置は、ヘリカル巻ヘッドが、マンドレルの周方向に沿って配置された複数のガイド部からなる少なくとも二つのガイド列と、各ガイド列を相対的に位置変更可能とするための位置変更機構とを備えている。従って、ヘリカル巻を行う際、複数のガイド部で、一度に複数本の繊維束をマンドレルに巻き付けることができ、製造時間を短縮できる。また、位置変更機構で各ガイド列を所定の位置に変更するだけで、角度の異なる複数の種類のヘリカル巻を行うことができる。これにより、容易に複数の種類のヘリカル巻を行うことができ、生産性に優れる。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係るフィラメントワインディング装置について詳細に説明する。

先ず、フィラメントワインディング装置の構造について説明する。図１は、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は、巻付け部を示す斜視図である。

図１に示すように、フィラメントワインディング装置は、巻付け部１と供給部２とを備えている。巻付け部１は、マンドレルＭに繊維束Ｒを巻き付ける。供給部２は、クリール支持部２１，２１に複数のクリール２０を備えている。クリール２０は、繊維束Ｒを巻き取って収納している。

繊維束Ｒは、例えば、ガラス繊維等の繊維材料と合成樹脂とを用いた繊維材料からなる。供給部２は、各クリール２０から引き出された繊維束Ｒを巻付け部１へ供給する。

繊維束Ｒは、予め熱硬化性の合成樹脂材が含浸されている。なお、繊維束Ｒは、樹脂が含浸されていない場合もある。その場合、巻付け部１と供給部２との間に、樹脂含浸装置（図示略）が設けられており、この樹脂含浸装置で、クリール２０から引き出された繊維束Ｒに樹脂が塗布されて巻付け部１へ供給される。

図２に示すように、巻付け部１は、機台１０を備えている。機台１０は、長手方向１ａに延設された一対の平行な第一ガイドレール部１０ａ，１０ａを備えている。巻付け部１は、機台１０にマンドレル支持台１１を備えている。マンドレル支持台１１は、第一ガイドレール１０ａ，１０ａに沿って長手方向１ａに往復移動可能に構成されている。

マンドレル支持台１１は、長手方向１ａに延設されたスピンドルＳを備えている。マンドレル支持台１１は、両側のスピンドル回転軸１１ａ，１１ａでスピンドルＳを回転支持している。スピンドル回転軸１１ａ，１１ａは、スピンドルＳを中心軸周りに回転するように構成されている。

圧力タンクを製造する場合、マンドレルＭは、高強度アルミニウム製、金属製、樹脂製等で形成され、円筒部Ｍａとその両側のドーム部Ｍｂとを有する形状である（図３）。スピンドルＳは、マンドレルＭを着脱可能に固定する。マンドレルＭは、中心軸に沿ってスピンドルＳに固定される。従って、機台１０の長手方向１ａは、マンドレルＭの軸方向Ｍ１となる。なお、マンドレルＭは、製造物に応じて材料や形状等を変更する。

巻付け部１は、フープ巻ヘッド１２とヘリカル巻ヘッド１３とを備えている。フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭに対して繊維束Ｒをフープ巻で巻き付ける。ヘリカル巻ヘッド１３は、マンドレルＭに対して繊維束Ｒをヘリカル巻で巻き付ける。

図３は、フープ巻及びヘリカル巻を示す側面図である。図３（ａ）に示すように、フープ巻は、マンドレルＭの軸方向Ｍ１に対して略直角に繊維束Ｒを巻き付ける。図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ヘリカル巻は、マンドレルＭの軸方向Ｍ１に対して所定の角度で繊維束Ｒを巻き付ける。

図２に示すように、巻付け部１は、制御部１４を備えている。制御部１４は、マンドレル支持台１１の往復移動の起動、停止及び速度、スピンドル回転軸１１ａ，１１ａによるマンドレルＭの回転の起動、停止及び回転数を制御する。さらに、制御部１４は、フープ巻ヘッド１２の往復移動の起動、停止及び速度、ボビン１２ｂの旋回起動、停止及び速度を制御する。

図２に示すように、フープ巻ヘッド１２は、フープ巻ヘッド本体１２ａを備えている。フープ巻ヘッド本体１２ａは、中央に開口する挿通部１２ｄを備えている。フープ巻ヘッド１２は、挿通部１２ｄを通じてマンドレルＭを挿通できるようになっている。

機台１０は、長手方向１ａに延設された一対の第二ガイドレール１０ｂ，１０ｂを平行に備えている。フープ巻ヘッド本体１２ａは、第二ガイドレール１０ｂ，１０ｂに沿って長手方向１ａに往復移動可能に構成されている。これにより、フープ巻用ヘッド１２は、挿通部１２ｄにマンドレルＭを挿通した状態で、機台１０の長手方向１ａに往復移動可能になっている。

フープ巻ヘッド１２は、繊維束Ｒを巻き取り収納する複数（本実施形態では２つ）のボビン１２ｂ，１２ｂを備えている。フープ巻ヘッド本体１２ａは、挿通部１２ｄの周囲に、マンドレルＭの周方向Ｍ２に沿うガイド溝１２ｃが設けられている。ボビン１２ｂ，１２ｂは、ガイド溝１２ｃに沿って旋回するようになっている。そして、旋回するボビン１２ｂ，１２ｂから繰り出される繊維束ＲがマンドレルＭに巻き付けられる。

ヘリカル巻ヘッド１３は、ヘリカル巻ヘッド本体１３ａを備えている。ヘリカル巻ヘッド本体１３ａは、中央に開口する挿通部１３ｄを備えている。ヘリカル巻ヘッド１３は、挿通部１３ｄを通じてマンドレルＭを挿通できるようになっている。

ヘリカル巻ヘッド本体１３ａは機台１０に固定されている。ヘリカル巻ヘッド１３は、挿通部１３ｄにマンドレルＭを挿通した状態で、マンドレル支持台１１が往復移動することにより、長手方向１ａに相対的に往復移動可能になっている。

ヘリカル巻ヘッド１３は、供給部２から引き出される繊維束ＲをマンドレルＭに巻き付ける。ヘリカル巻ヘッド本体１３ａは、挿通部１３ｄの周囲に、マンドレルＭの周方向Ｍ２に沿って延設された環状のガイドリング部１５を備えている。ヘリカル巻ヘッド本体１３ａは、ガイドリング部１５の両側にテンション部１３ｂ，１３ｂを備えている。ヘリカル巻ヘッド１３は、ヘリカル巻ヘッド本体１３ａの両側にガイドローラ１３ｃ，１３ｃを備えている。

ヘリカル巻ヘッド１３は、クリール２０から引き出された繊維束Ｒをガイドローラ１３ｃ，１３ｃでガイドして、テンション部１３ｂ，１３ｂへ導く。テンション部１３ｂ，１３ｂは、繊維束Ｒに所定の張力を付与する。テンション部１３ｂ，１３ｂが繊維束Ｒに所定の張力を与えることにより、繊維束ＲをしっかりとマンドレルＭに巻き付けることができる。そして、ガイドリング部１５が、繊維束ＲをマンドレルＭに導く。

図４は、ガイドリング部を拡大して示す斜視図である。図４に示すように、ガイドリング部１５は、同一形状の環状からなる第一ガイドリング部１５０及び第二ガイドリング部１５１からなる。第一ガイドリング部１５０と第二ガイドリング部１５１は、機台１０の長手方向１ａ（マンドレルＭの軸方向Ｍ１）に重なっている。

第一及び第二ガイドリング部１５０，１５１はガイドリング部１５の周方向１ｂに沿って複数のガイド孔１５ａが穿設されている。ガイドリング部１５の周方向１ｂは、マンドレルＭの周方向Ｍ２となる。

ガイド孔１５ａは、ガイドリング部１５の中心に向けて貫通している。ガイドリング部１５は、一本ずつの繊維束Ｒを各ガイド孔１５ａに挿通することによって、繊維束ＲをマンドレルＭに導くようになっている。第一及び第二ガイドリング部１５０，１５１は、それぞれ同数のガイド孔１５ａを等間隔に備えている。

図５は、ヘリカル巻ヘッド１３を示す正面図である。図５に示すように、ヘリカル巻ヘッド１３は、リング状の複数の補助ガイド１３ｅを備えている。補助ガイド１３ｅは、ガイドリング部１５の外側に、ガイドリング部１５の周方向１ｂに沿って配置されている。

クリール２０から引き出される繊維束Ｒは、ヘリカル巻ヘッド１３の両側からガイドローラ１３ｃを通じてテンション部１３ｂへ供給される。繊維束Ｒは、テンション部１３ｂから補助ガイド１３ｅを経て、ガイドリング部１５のガイド孔１５ａへ案内される。

図６は、開繊ガイドを示す斜視図である。図６に示すように、ガイドリング部１５は、ガイド孔１５ａ毎に内側に開繊ガイド１６を設けている。開繊ガイド１６は、一対の回転自在な開繊ローラ１６ａ，１６ａを備えている。開繊ローラ１６ａ，１６ａは、ガイド孔１５ａの径方向に平行に設けられている。開繊ガイド１６は、ガイド孔１５ａの中心周りに回転自在な回転ベース１６ｂを備えている。回転ベース１６ｂは、開繊ローラ１６ａ，１６ａを支持している。

開繊ガイド１６は、一対の開繊ローラ１６ａ，１６ａの間に繊維束Ｒが挿通するようになっている。これにより、開繊ガイド１６は、マンドレルＭへの繊維束Ｒの巻付け角度が変わっても自在に回転して、開繊ローラ１６ａ，１６ａで繊維束Ｒを開繊状態（幅を広げた状態）にしてマンドレルＭに巻き付けることができる。

図７は、位置変更機構を説明するための図であり、（ａ）はガイドリング部を分解した斜視図、（ｂ）はガイドリング部の一部側面断面図である。図７に示すように、各ガイドリング部１５は、外側に設けられた連結リング１５２で連結されている。連結リング１５２は、第一及び第二ガイドリング部１５０，１５１を跨いで配置される。

連結リング１５２は、第二ガイドリング部１５１に固定されている。連結リング１５２は、ガイドリング部１５の周方向１ｂに沿って延設され（図７（ａ））、内側に突設するレール部１５２ａを備えている（図７（ｂ））。第一ガイドリング部１５０は、外側に周方向１ｂに沿ってガイド溝１５２ｂを備えている（図７（ｂ））。

第一ガイドリング部１５０は、ヘリカル巻ヘッド本体１３ａに固定されている。第二ガイドリング部１５１に固着された連結リング１５２のレール部１５２ａが、第一ガイドリング部１５０に設けられたガイド溝１５２ｂに係合する。これにより、第二ガイドリング１５１が、第一ガイドリング部１５０に対して、周方向１ｂに回転スライドするようになっている。

ガイドリング部１５は、位置変更機構１７を備えている。位置変更機構１７は、第二ガイドリング部１５１を第一ガイドリング部１５０に対して所定角度だけ回転可能にする。位置変更機構１７は、第一ガイドリング部１５０の第二ガイドリング部１５１と重なる接触面１５０ａに、半球状に窪んだ２つの凹部１７ａ，１７ａが設けられている。

さらに、位置変更機構１７は、第二ガイドリング部１５１の第一ガイドリング部１５０と重なる接触面１５１ａに、前記凹部１７ａ，１７ａに嵌合可能なボール１７ｂを備えている。ボール１７ｂは、圧縮バネ１７ｃの伸縮によって第二ガイドリング部１５１の接触面１５１ａから出没可能になっている。

ボール１７ｂが圧縮バネ１７ｃの縮みで没して、第二ガイドリング部１５１が回転可能となる。そして、ボール１７ｂが圧縮バネ１７ｃの伸びで各凹部１７ａ，１７ａに嵌合して、第二ガイドリング部１５１が二段階に位置固定されて、ガイドリング部１５が第一状態及び第二状態となる。

各凹部１７ａ，１７ａ間の距離Ｌ２は、隣接するガイド孔１５ａ，１５ａの距離Ｌ１の１／２である（図７（ａ））。図４（ａ）に示すように、ガイドリング部１５が第一状態となる際には、第一ガイドリング部１５０の各ガイド孔１５ａの間に、第二ガイドリング部１５１の各ガイド孔１５ａが配置される。即ち、第一ガイドリング部１５０におけるガイド孔１５ａの径方向（長手方向）１ａに延びる中心線１５０ｂと、第二ガイドリング部１５１におけるガイド孔１５ａの径方向（長手方向）１ａに延びる中心線１５１ｂとが、周方向１ｂに対して等間隔になる。

さらに、図４（ｂ）に示すように、ガイドリング部１５が第二状態となる際には、第一ガイドリング部１５０の各ガイド孔１５ａに、第二ガイドリング部１５１の各ガイド孔１５ａが重なるように配置される。即ち、第一ガイドリング部１５０におけるガイド孔１５ａの径方向（長手方向）１ａに延びる中心線１５０ｂと、第二ガイドリング部１５１におけるガイド孔１５ａの径方向（長手方向）１ａに延びる中心線１５１ｂとが、周方向１ｂに対して重なる。

図８は、ヘリカル巻で巻き付けた繊維束Ｒを拡大して示す側面図である。図８に示すように、ヘリカル巻で巻き付けた繊維束Ｒは、マンドレルＭの軸方向Ｍ１に対して所定角度（巻付け角度）θだけ傾斜している。巻付け角度θは、製造物が必要とする機械的強度等に応じて様々に変更される。

ここで、一本当たりの繊維束Ｒについて、長尺方向Ｒ１に直交する長さ（幅長）をＷ、マンドレルＭの周方向Ｍ２に対する長さ（周長）をＡ、巻付け角度をθとすると、次の（１）式が成り立つ。
Ａ＝Ｗ／ｃｏｓθ ・・・（１）

マンドレルＭについて、マンドレルＭの半径をｒ、マンドレルＭの周方向Ｍ２の長さ（全周長）をＢとすると、次の（２）式が成り立つ。
Ｂ＝２πｒ ・・・（２）

従って、マンドレルＭに一層の繊維束Ｒを覆う場合、マンドレルＭの周方向Ｍ２に重ねることなく（隙間なく）平行に配置される繊維束Ｒの本数をｎとすると、上記（１）及び（２）式より、次の（３）式が成り立つ。
ｎ＝Ｂ／Ａ＝（２πｒ・ｃｏｓθ）／Ｗ ・・・（３）

ヘリカル巻ヘッド１３は、一度にマンドレルＭの全周を繊維束Ｒで覆うことができるようになっている。また、ヘリカル巻ヘッド１３は、巻付け角度θ１（図３（ｂ））と、巻付け角度θ２（＞θ１）（図３（ｃ））との二種類のヘリカル巻を行うことができる。

上記（３）式より、巻付け角度θ１のとき、マンドレルＭの周方向Ｍ２に重なることなく平行に配置される繊維束Ｒの本数は、ｎ１＝（２πｒ・ｃｏｓθ１）／Ｗとなる。また、巻付け角度θ２のとき、繊維束Ｒの本数は、ｎ２＝（２πｒ・ｃｏｓθ２）／Ｗとなる。なお、巻付け角度がθ１＜θ２であるので、繊維束Ｒの本数はｎ１＞ｎ２となる。

そして、ガイドリング部１５は、第一状態で巻付け角度θ１のヘリカル巻ができるよう、第二状態で巻付け角度θ２のヘリカル巻ができるよう、次のように構成されている。

ヘリカル巻における繊維束Ｒの本数の関係は、ｎ２×２＝ｎ１となっている。即ち、ｎ２×２＝ｎ１となるように、巻付け角度θ１及びθ２が設定されている。そして、第一及び第二ガイドリング部１５０，１５１は、それぞれｎ２個のガイド孔１５ａが等間隔に配置されている。

これにより、ガイドリング部１５を第一状態にすると、各ガイドリング部１５０，１５１のガイド孔１５ａがそれぞれ等間隔にずれるので（図４（ａ））、ガイド孔１５ａがマンドレルＭの周囲方向Ｍ２に、ｎ２×２（＝ｎ１）個配置される。

また、ガイドリング部１５を第二状態にすると、各ガイドリング部１５０，１５１のガイド孔１５ａが重なるので（図４（ｂ））、重なる一対（一組）のガイド孔１５ａがマンドレルＭの周囲方向にｎ２個（組）配置される。

これにより、擬似的に、ガイドリング部１５を第一状態にすると、ガイド孔１５ａがマンドレルＭの周方向Ｍ２にｎ２×２（＝ｎ１）個配置され、ガイドリング部１５を第二状態にすると、ガイド孔１５ａがマンドレルＭの周方向Ｍ２にｎ２個配置される。

従って、ガイドリング部１５を第一状態にすることにより、一度に、ｎ２×２（＝ｎ１）本の繊維束ＲがマンドレルＭに巻き付けられて、巻付け角度θ１のヘリカル巻を行うことができる。そして、ガイドリング部１５を第二状態にすることにより、一度に、ｎ２本（組）の繊維束Ｒが重なった（二層）状態でマンドレルＭに巻き付けられ、巻付け角度θ２のヘリカル巻を行うことができる。

次に、フィラメントワインディング装置の巻付け動作について説明する。図９は、フィラメントワインディング装置におけるフープ巻の巻付け動作を示す側面図である。フープ巻を行う際、図９に示すように、制御部１４によって、フープ巻ヘッド１２を次のように動作する。

先ず、フープ巻ヘッド１２を、マンドレルＭの円筒部Ｍａの一端（図左側）に配置する（図９（ａ））。そして、２つのボビン１２ｂ，１２ｂから引き出された繊維束Ｒ，Ｒを、粘着テープ等でマンドレルＭの円筒部Ｍａの一端に固着する。その際、それぞれの繊維束Ｒ，Ｒを、マンドレルＭの軸方向Ｍ１に隙間なく平行に配置する。

そして、フープ巻ヘッド１２をマンドレルＭの他端側（図右側）に移動しながら、ボビン１２ｂ，１２ｂを旋回する。これにより、各ボビン１２ｂ，１２ｂからそれぞれ繊維束Ｒが繰り出される。２本の繊維束Ｒ，Ｒは、マンドレルＭの軸方向Ｍ１に対して略直交（若干傾斜）して、それぞれが重ならないように隙間なく平行に配置される。このように配置できるよう、フープ巻ヘッド１２の移動速度及びボビン１２ｂ，１２ｂの旋回速度が決定される。

フープ巻ヘッド１２を、マンドレルＭの円筒部Ｍａの一端（図左側）から（図９（ａ））、マンドレルＭの円筒部Ｍａの他端（図右側）へ移動する（図９（ｂ））。これにより、マンドレルＭの円筒部Ｍａに、一層の繊維束Ｒが積層される。続けて、フープ巻ヘッド１２を、マンドレルＭの円筒部Ｍａの他端（図右側）から（図９（ｂ））、マンドレルＭの円筒部Ｍａの一端（図左側）へ移動する（図９（ａ））。

フープ巻ヘッド１２が一往復することにより、マンドレルＭの円筒部Ｍａに、二層の繊維束Ｒが積層される。更に巻き付ける場合には、上記した動作を所定回数だけ繰り返す。その後、各繊維束Ｒをカッタ手段（図示略）で切断することによりフープ巻が終了する。

図１０は、フィラメントワインディング装置におけるヘリカル巻（巻付け角度θ１）の巻付け動作を示す側面図である。ヘリカル巻（巻付け角度θ１）を行う際、図１０に示すように、制御部１４によって、マンドレル支持台１１を次のように動作する。

先ず、ヘリカル巻ヘッド１３を、マンドレルＭの他端（ドーム部Ｍｂの端）（図右側）に配置する（図１０（ａ））。そして、ヘリカル巻ヘッド１３のガイドリング部１５を第一状態にする。上記した通り、第一状態にすることにより、ガイドリング部１５に、ｎ２×２＝ｎ１個のガイド孔１５ａが等間隔に配置される。

そして、各ガイド孔１５ａから引き出されたｎ１本の繊維束Ｒを、粘着テープ等でマンドレルＭの一端に、マンドレルＭの周方向Ｍ２に固着する。そして、マンドレル支持台１１を移動して、相対的に、ヘリカル巻ヘッド１３を、マンドレルＭの他端（図右側）から（図１０（ａ））、マンドレルＭの一端（図左側）へ移動する（図１０（ｂ））。この移動と同時に、スピンドル回転軸１１ａ，１１ａによりマンドレルＭを回転する。

ｎ１本の繊維束Ｒは、マンドレルＭの軸方向Ｍ１に対して巻付け角度θ１となり、それぞれが重ならないように隙間なく平行に配置される。このように配置されるよう、ヘリカル巻ヘッド１３（マンドレル支持台１１）の移動速度及びマンドレルＭ（スピンドル回転軸１１ａ）の回転速度が決定される。

ヘリカル巻ヘッド１３を、マンドレルＭの他端（図右側）から（図１０（ａ））、マンドレルＭの一端（図左側）へ移動する（図１０（ｂ））。これにより、マンドレルＭに、一層の繊維束Ｒが積層される。

続けて、ヘリカル巻ヘッド１３を、マンドレルＭの一端（図左側）から（図１０（ｂ））、マンドレルＭの他端（図右側）へ移動する（図１０（ａ））。ヘリカル巻ヘッド１３が一往復することにより、マンドレルＭに、二層の繊維束Ｒが積層される。さらに巻付ける場合には、上記した動作を所定回数だけ繰り返す。

その後、ヘリカル巻を終了する場合には、各繊維束Ｒをカッタ手段（図示略）で切断する。続けて、巻付け角度θ２のヘリカル巻やフープ巻を行う場合には、繊維束Ｒを切断する必要がなく、連続して巻付けを行うことができる。即ち、続けて巻付け角度θ２のヘリカル巻を行う場合には、ガイドリング部１５を第二状態にして、下記の動作を行う。また、続けてフープ巻を行う場合には、ヘリカル巻ヘッド１３をマンドレルＭの他端（図右側）に配置した状態で、上記したフープ巻ヘッド１２を動作する。

図１１は、フィラメントワインディング装置におけるヘリカル巻（巻付け角度θ２）の巻付け動作を示す側面図である。ヘリカル巻（巻付け角度θ２）を行う際、図１１に示すように、制御部１４によって、マンドレル支持台１１を次のように動作する。

先ず、ヘリカル巻ヘッド１３を、マンドレルＭの他端（ドーム部Ｍｂの端）（図右側）に配置する（図１１（ａ））。そして、ヘリカル巻ヘッド１３のガイドリング部１５を第二状態にする。上記した通り、第二状態にすることにより、ガイドリング部１５に、ｎ２個（組）のガイド孔１５ａが等間隔に配置される。

そして、各ガイド孔１５ａから引き出された、ｎ２組（上記したように、ｎ２組とは重ねられた一対の繊維束Ｒ，Ｒの数であって、繊維束Ｒの本数としてはｎ２×２＝ｎ１本である）の繊維束Ｒを、粘着テープ等でマンドレルＭの一端に、マンドレルＭの周方向Ｍ２に固着する。そして、マンドレル支持台１１を移動して、相対的に、ヘリカル巻ヘッド１３を、マンドレルＭの他端（図右側）から（図１１（ａ））、マンドレルＭの一端（図左側）へ移動する（図１１（ｂ））。この移動と同時に、スピンドル回転軸１１ａ，１１ａでマンドレルＭを回転する。

ｎ２組の繊維束Ｒは、マンドレルＭの軸方向Ｍ１に対して巻付け角度θ２となり、それぞれが重ならないように隙間なく平行に配置する。このように配置されるよう、ヘリカル巻ヘッド１３（マンドレル支持台１１）の移動速度及びマンドレルＭ（スピンドル回転軸１１ａ）の回転速度が決定される。

ヘリカル巻ヘッド１３を、マンドレルＭの他端（図右側）から（図１１（ａ））、マンドレルＭの一端（図左側）へ移動する（図１１（ｂ））。これにより、マンドレルＭに、二層の繊維束Ｒが積層される。即ち、２本の繊維束Ｒが重なった１組の繊維束Ｒが巻き付けられるので、一度に、二層の繊維束Ｒが積層される。

続けて、ヘリカル巻ヘッド１３を、マンドレルＭの一端（図左側）から（図１１（ｂ））、マンドレルＭの他端（図右側）へ移動して停止する（図１１（ａ））。ヘリカル巻ヘッド１３を一往復することにより、マンドレルＭに、四層（二層×２）の繊維束Ｒが積層される。さらに巻付ける場合には、上記した動作を所定回数だけ繰り返す。

その後、ヘリカル巻を終了する場合には、各繊維束Ｒをカッタ手段（図示略）で切断する。続けて、巻付け角度θ１のヘリカル巻やフープ巻を行う場合には、繊維束Ｒを切断する必要がなく、連続して巻付けを行うことができる。即ち、続けて巻付け角度θ１のヘリカル巻を行う場合には、ガイドリング部１５を第一状態にして、上記した動作を行う。また、続けてフープ巻を行う場合には、ヘリカル巻ヘッド１３をマンドレルＭの他端に配置した状態で、上記したフープ巻ヘッド１２を動作する。

なお、本発明に係るフィラメントワインディング装置は、上記の実施形態に限らず、次のように構成できる。ガイドリング部を３つ以上にして、３種類以上のヘリカル巻ができるようにしても良い。複数のリング状のガイド部を配置することにより、ガイド列を構成してもよい。ガイド部は、等間隔に配置しなくてもよい。位置変更機構は、上記した構造に限られることなく、マンドレルの周囲方向に沿って、それぞれのガイド列を相対的に位置変更できる機構であれば良い。

フィラメントワインディング装置を示す斜視図である。 巻付け部を示す斜視図である。 フープ巻及びヘリカル巻を示す側面図である。 ガイドリング部を拡大して示す斜視図である。 ヘリカル巻ヘッドを示す正面図である。 開繊ガイドを示す斜視図である。 位置変更機構を説明するための図であり、（ａ）はガイドリング部を分解した斜視図、（ｂ）はガイドリング部の一部断面図である。 ヘリカル巻で巻き付けた繊維束Ｒを拡大して示す側面図である。 フィラメントワインディング装置におけるフープ巻の巻付け動作を示す側面図である。 フィラメントワインディング装置におけるヘリカル巻（巻付け角度θ１）の巻付け動作を示す側面図である。 フィラメントワインディング装置におけるヘリカル巻（巻付け角度θ２）の巻付け動作を示す側面図である。

符号の説明

１ 巻付け部
１１ マンドレル支持台
１２ フープ巻ヘッド
１２ｂ ボビン
１３ ヘリカル巻ヘッド
１４ 制御部
１５ ガイドリング部
１５ａ ガイド孔
１５０ 第一ガイドリング部
１５１ 第二ガイドリング部
１７ 位置変更機構
Ｍ マンドレル
Ｒ 繊維束
θ 巻付け角度

Claims (4)

1. マンドレル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おいて、複数の繊維束を前記マンドレルに対してヘリカル巻で巻き付けるためのヘリカル巻ヘッドを備えており、
   前記ヘリカル巻ヘッドは、
   前記マンドレルの周方向に延設された環状の第１ガイドリング部及び環状の第２ガイドリング部と、
   前記第１ガイドリング部及び前記第２ガイドリング部の周方向に沿って設けられ、前記各ガイドリング部の中心に向けて貫通する複数のガイド孔と、
   前記第１ガイドリング部及び前記第２ガイドリング部を相対的に回転して、前記各ガイド孔の位置を変更可能とする位置変更機構とを備え、
   前記第１ガイドリング部は、前記ヘリカル巻ヘッドに固定され、
   前記第２ガイドリング部は、前記マンドレルの軸方向に対して前記第１ガイドリング部に重なった状態で回転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。
2. 前記位置変更機構は、前記各ガイド孔が、前記マンドレルの周方向に対して、等間隔に配置される状態と、重なって配置される状態とに切り換え可能であ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。
3. 繊維束を前記マンドレルに対してフープ巻で巻き付けるためのフープ巻ヘッドを備えており、前記フープ巻ヘッドは、前記マンドレルに繊維束を供給するためのボビンと、前記ボビンを前記マンドレルの周方向に沿って回転させるための機構とを備えてい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。
4. ヘリカル巻を行う際は、前記マンドレルを回転して繊維束を巻き付け、フープ巻を行う際は、前記フープ巻ヘッドのボビンを回転して繊維束を巻き付けるようにする制御部を備えていることを特徴とする請求項３に記載のフィラメントワインディング装置。

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