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発明の名称 フィラメントワインディング装置における糸条の端部処理方法及び装置並びにフィラメントワインディング装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−278543(P2001−278543A)
公開日 平成13年10月10日(2001.10.10)
出願番号 特願2000−94007(P2000−94007)
出願日 平成12年3月30日(2000.3.30)
代理人 【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣 (外1名)
【テーマコード(参考)】
3F056
3F115
【Fターム(参考)】
3F056 AA05 DB00 
3F115 AA10 BA02 BA27
発明者 天野 正明 / 安居 義治 / 宮下 康己
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 マンドレル又は被糸条巻付け部材を支持して回転させながら、マンドレル又は被糸条巻付け部材の表面に樹脂が含浸された糸条を該マンドレル又は被糸条巻付け部材の軸方向に往復移動するガイド部材を介して巻き付けるフィラメントワインディング装置において、前記マンドレル又は被糸条巻付け部材を支持して回転する回転軸に相対回転可能に設けられた把持部に糸条の端部を把持した状態で糸条の巻付けを開始し、該マンドレル又は被糸条巻付け部材から前記把持部に至る糸条を切断してもマンドレル又は被糸条巻付け部材に巻き付けられた糸条の端部が解けないようにマンドレル又は被糸条巻付け部材に前記糸条の巻付けを行った後、その糸条の巻付けが終了するまでにマンドレル又は被糸条巻付け部材から前記把持部に至る糸条を切断手段で切断するとともに該糸条の把持部による把持を解放し、該糸条のマンドレル又は被糸条巻付け部材への巻付け終了時に端部巻付けを行った後、該糸条を前記把持部で把持し、マンドレル又は被糸条巻付け部材と把持部との間の糸条を前記切断手段で切断するフィラメントワインディング装置における糸条の端部処理方法。
【請求項2】 マンドレル又は被糸条巻付け部材を支持する回転軸と、前記回転軸に対して相対回転可能に支持されるとともに、マンドレル又は被糸条巻付け部材に巻き付けられた糸条を把持した状態ではマンドレル又は被糸条巻付け部材と一体回転可能な把持部を備えた把持機構と、前記把持部の糸条把持位置よりマンドレル又は被糸条巻付け部材側に設けられた糸条係止部と、前記把持部の解放状態において前記糸条係止部を回転させる駆動部とを備えたフィラメントワインディング装置における糸条の端部処理装置。
【請求項3】 前記把持機構は、前記回転軸に軸受を介して支持された筒状の支持体と、該支持体のマンドレル又は被糸条巻付け部材側に固定された固定把持部材と、前記支持体の軸方向に摺動可能に支持されるとともに前記固定把持部材と共同して糸条を把持する把持位置と、該把持位置から反マンドレル又は被糸条巻付け部材側へ移動した解放位置とに移動配置される可動把持部材と、該可動把持部材に固定され、前記支持体にその軸方向に延びるように形成された溝と係合する状態に保持された係合部材とを備え、前記可動把持部材が解放位置に配置された状態で前記回転軸と一体回転可能に固定された回転伝達部を介して一体回転可能に構成されている請求項2に記載のフィラメントワインディング装置における糸条の端部処理装置。
【請求項4】 前記切断手段は回転カッタを備え、前記回転軸は前記糸条係止部とマンドレル又は被糸条巻付け部材との間に、前記回転カッタによる糸条切断時に糸条の移動を規制する切断補助部を備えている請求項2又は請求項3に記載のフィラメントワインディング装置における糸条の端部処理装置。
【請求項5】 前記回転軸は第1端部がフィラメントワインディング装置に装備されたチャック部に固定可能に形成され、第2端部にマンドレル又は被糸条巻付け部材の軸部を連結する連結部を備えている請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載のフィラメントワインディング装置における糸条の端部処理装置。
【請求項6】 請求項2〜請求項5のいずれか一項に記載の糸条の端部処理装置をマンドレル又は被糸条巻付け部材の支持部の両側に備えたフィラメントワインディング装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はフィラメントワインディング装置における糸条の端部処理方法及び装置並びにフィラメントワインディング装置に係り、詳しくはマンドレルに巻き付けられる糸条の巻始め端部を巻付けに支障のないように一時固定するとともに、巻終わり端部を硬化処理まで弛まないようにマンドレルに固定するとともに所定の長さに切断するフィラメントワインディング装置における糸条の端部処理方法及び装置並びにフィラメントワインディング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】FRP(繊維強化プラスチック)製のパイプや容器を効率よく形成する方法としてフィラメントワインディング法がある。フィラメントワインディング法では一般に、マンドレルの胴部両端に突設された軸部を把持して所定の速度でマンドレルを回転させるチャック機構と、該マンドレルの胴部に対して樹脂を含浸させた繊維(糸条)を巻き付ける繊維供給機構とを備えたフィラメントワインディング装置が使用されている。そして、前記フィラメントワインディング装置では、一般に繊維の巻始めの端部及び巻終わりの端部をマンドレルの所定位置に固定する作業は人手によって行われている。例えば、繊維の巻始めの端部をマンドレルの軸部や胴部に突設されたピンに結び付けて固定したり、巻終わりの端部をマンドレルに接着テープで固定する。
【0003】また、特開平7−69539号公報には、線材の巻始め部及び巻終わり部をマンドレルの所定位置に自動的に固定する装置が開示されている。この装置では、線材の巻始め部が線材供給機構によってマンドレルの所定位置に搬送され、線材挟持手段によって固定され、マンドレルの胴部に対する線材の巻付けが済むと、接着テープ張付け機構によって線材の巻終わり部が胴部に接着テープで固定される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特開平7−69539号公報の装置では、巻始め部の固定と、巻終わり部の固定とが異なる機構により行われるため、装置が複雑になるとともに、コストも高くなる。また、巻終わり部は接着テープを使用してマンドレルに固定される。接着テープが最終的に製品内に残ると異物となるため、高機能繊維(例えば、炭素繊維)に樹脂を含浸させてマンドレルに巻き付けて硬化したものを最終製品とするものには不適切となる。
【0005】また、巻始め部の挟持手段はマンドレルの端面を利用し、マンドレルをチャックに固定する際に線材がマンドレルの端面と押圧リングとの間に挟持される構成となっている。従って、マンドレルに繊維を複数層巻き付け、しかも特定の層に異なる種類の線材(繊維)を使用する場合や、中間層のみ複数本の線材を使用して構成したり、途中から複数本の線材を使用する構成の場合の自動化ができないという問題がある。
【0006】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は接着テープ等の異物が最終製品に混入する虞がなく、巻始めと巻終わりの端部を同じ機構でマンドレル又は被糸条巻付け部材に固定できるフィラメントワインディング装置における糸条の端部処理方法及び装置並びにフィラメントワインディング装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、マンドレル又は被糸条巻付け部材を支持して回転させながら、マンドレル又は被糸条巻付け部材の表面に樹脂が含浸された糸条を該マンドレル又は被糸条巻付け部材の軸方向に往復移動するガイド部材を介して巻き付けるフィラメントワインディング装置において、マンドレル又は被糸条巻付け部材を支持して回転する回転軸に相対回転可能に設けられた把持部に糸条の端部を把持した状態で糸条の巻付けを開始し、該マンドレル又は被糸条巻付け部材から前記把持部に至る糸条を切断してもマンドレル又は被糸条巻付け部材に巻き付けられた糸条の端部が解けないようにマンドレル又は被糸条巻付け部材に前記糸条の巻付けを行った後、その糸条の巻付けが終了するまでにマンドレル又は被糸条巻付け部材から前記把持部に至る糸条を切断手段で切断するとともに該糸条の把持部による把持を解放し、該糸条のマンドレル又は被糸条巻付け部材への巻付け終了時に端部巻付けを行った後、該糸条を前記把持部で把持し、マンドレル又は被糸条巻付け部材と把持部との間の糸条を前記切断手段で切断する。
【0008】従って、この発明では、マンドレル又は被糸条巻付け部材(以下、マンドレル等と称す)が回転された状態でマンドレル等の表面に、樹脂が含浸された糸条(繊維束)がガイド部材を介して巻き付けられる。糸条の端部が把持部に把持された状態で、先ずマンドレル等に、マンドレル等から把持部に連なる部分で糸条を切断しても糸条の端部が解けない状態に糸条が巻き付けられる。その後、糸条の巻付けが終了するまでに、マンドレル等から前記把持部に至る糸条が切断手段で切断された後、把持部による糸条の把持が解放される。また、糸条のマンドレル等への巻付け終了時に端部巻付けが行われた後、糸条の巻終わり端部が把持部に把持され、マンドレル等と把持部との間で糸条が切断手段で切断される。即ち、糸条の巻始めと巻終わりの端部がマンドレル等に自動的に固定処理されるとともに、接着テープを使用する従来技術と異なり、最終製品に異物が混入する虞がない。
【0009】請求項2に記載の発明では、マンドレル等を支持する回転軸と、前記回転軸に対して相対回転可能に支持されるとともに、マンドレル等に巻き付けられた糸条を把持した状態ではマンドレル等と一体回転可能な把持部を備えた把持機構と、前記把持部の糸条把持位置よりマンドレル等側に設けられた糸条係止部と、前記把持部の解放状態において前記糸条係止部を回転させる駆動部とを備えた。
【0010】この発明では、把持機構の把持部は、マンドレル等に巻き付けられた糸条を把持した状態ではマンドレル等と一体回転されるため、ガイド部材を介して糸条が順次マンドレル等に巻き付けられる間に、把持部に把持された糸条がマンドレル等の回転に伴って捩じれたり過大な張力を受けることがない。また、糸条の巻終わり端部の処理を行う際、マンドレル等に巻き付けられた糸条の端部が把持部の把持位置と対応する位置まで導かれた状態で糸条係止部が駆動部により回転されると、糸条が糸条係止部に係止されて解放状態の把持部へ導かれる。そして、把持部が把持状態に配置されて、糸条が把持部に確実に把持された後、切断手段により切断される。従って、この発明では請求項1の発明の方法を実施するための装置の構成が簡単になる。
【0011】請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の発明において、前記把持機構は、前記回転軸に軸受を介して支持された筒状の支持体と、該支持体のマンドレル等側に固定された固定把持部材と、前記支持体の軸方向に摺動可能に支持されるとともに前記固定把持部材と共同して糸条を把持する把持位置と、該把持位置から反マンドレル等側へ移動した解放位置とに移動配置される可動把持部材と、該可動把持部材に固定され、前記支持体にその軸方向に延びるように形成された溝と係合する状態に保持された係合部材とを備え、前記可動把持部材が解放位置に配置された状態で前記回転軸と一体回転可能に固定された回転伝達部を介して一体回転可能に構成されている。
【0012】この発明では、可動把持部材が把持位置に配置されて、マンドレル等に連なる糸条を把持した状態では、把持部は糸条を介してマンドレル等と一体に回転される。可動把持部材が解放位置に配置されると、把持部は回転伝達部を介して回転軸と一体回転される。従って、可動把持部材が解放位置に配置された状態で、マンドレル等への巻付けが終わった糸条の端部が可動把持部材と対応する位置までガイド部材を介して導かれると、把持機構と一体回転する糸条係止部に係止されて、固定把持部材と可動把持部材との間に導かれる。そして、可動把持部材が把持位置に移動されて、糸条が確実に把持される。即ち、この発明では、回転軸が糸条係止部を駆動する駆動部の役割を果たし、駆動部を別に設ける必要がなく、構成が簡単になる。
【0013】請求項4に記載の発明では、請求項2又は請求項3に記載の発明において、前記切断手段は回転カッタを備え、前記回転軸には前記糸条係止部とマンドレル等との間に、前記回転カッタによる糸条切断時に糸条の移動を規制する切断補助部を備えている。従って、この発明では、簡単な構成で糸条を確実に切断できる。
【0014】請求項5に記載の発明では、請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記回転軸は第1端部がフィラメントワインディング装置に装備されたチャック部に固定可能に形成され、第2端部にマンドレルの軸部を連結する連結部を備えている。この発明では、回転軸をフィラメントワインディング装置のチャック部に固定することで、既存のフィラメントワインディング装置の簡単な改造で実施することができる。
【0015】請求項6に記載の発明のフィラメントワインディング装置は、請求項2〜請求項5のいずれか一項に記載の糸条の端部処理装置をマンドレル等の支持部の両側に備えている。従って、この発明のフィラメントワインディング装置は、請求項2〜請求項5のいずれか一項に記載の発明の効果を有する他に、糸条の本数や種類を途中で変更することができ、異なる種類の糸条を巻き付ける際に、糸条の層数を奇数とすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、本発明をマンドレルを把持して回転させながら、マンドレルの表面に樹脂が含浸された糸条を、該マンドレルの軸方向に往復移動するガイド部材を介して巻き付ける汎用のフィラメントワインディング装置に具体化した第1の実施の形態を図1〜図7に従って説明する。
【0017】図2(a)に示すように、フィラメントワインディング装置1は左右一対のチャック部2,3と、チャック部2,3に支持されたマンドレルMの軸方向に往復移動するガイド部材としての糸条ガイド4とを備えている。糸条ガイド4はチャック部2,3の軸方向と平行に配設されたボールねじを備えた送り機構(図示せず)により往復移動可能に構成され、図示しない糸条供給部から送り出されるとともに樹脂槽で熱硬化性樹脂が含浸された糸条Yを所定位置へ案内する。
【0018】各チャック部2,3は複数の爪部2a,3a(図では各1個のみ図示)を有し、第1のチャック部2はマンドレルMの胴部Maの両端に突設された一対の軸部Msの一方を把持し、第2のチャック部3は他方の軸部Msを支持する回転軸5を把持する。両チャック部2,3の間隔は図示しない駆動機構により調整可能となっている。マンドレルMの胴部Maの両端部には、周方向に沿って所定の等ピッチで規制部としての多数のピンPが着脱可能に突設されている。なお、図では上端及び下端に突設されたピンPのみ図示している。
【0019】回転軸5は第1端部がチャック部3に固定可能に形成され、第2端部にマンドレルMの軸部Msを連結する連結部6を備えている。図1及び図4等に示すように、回転軸5は第2端部側が大径に形成されるとともに、大径部5aには軸部Msが嵌入可能な嵌合穴6aが軸芯上に形成され、かつ嵌合穴6aと直交する一対の孔6bが一直線上に形成されている。そして、軸部Msに直交するように形成された連結孔7を貫通する連結ピン8の端部が孔6bに嵌入された状態で、回転軸5とマンドレルMとが連結されるようになっている。嵌合穴6a、孔6bにより連結部6が構成されている。
【0020】回転軸5には大径部5a寄りに円筒状の支持体9が一対の軸受10を介して相対回転可能に支持され、チャック部3寄りに回転伝達部11が一体回転可能に固定されている。回転伝達部11は円盤状に形成されている。支持体9は大径部5a側の端部が、大径部5aの端部に対してオーバーハングするように形成されている。
【0021】支持体9にはその軸方向に延びる溝(長孔)12が複数(この実施の形態では2本)形成されている。支持体9にはマンドレル側に固定された環状の固定把持部材13aと、チャック部3側において支持体9の軸方向に摺動可能に支持された可動把持部材13bとを備えた把持部13が装備されている。固定把持部材13aはマンドレルMとほぼ同じ外径に形成されている。可動把持部材13bはほぼ円筒状に形成され、図2(a)に示すように、回転軸5と平行に設けられたエアシリンダ14により、固定把持部材13aと共同して糸条Yを把持する把持位置と、該把持位置から反マンドレル側へ移動した解放位置とに移動配置される。エアシリンダ14のピストンロッド14aには支持ブラケット15が固定され、可動把持部材13bはチャック部3側端部においてスラスト軸受16を介して支持ブラケット15の先端に相対回転可能に連結されている。可動把持部材13bは解放位置に配置された際、そのチャック部3側の端面が回転伝達部11に押圧されて、回転伝達部11と一体回転可能に形成されている。なお、図2(b)は、可動把持部材13bが取り付けられていない状態の支持ブラケット15と糸条ガイドの位置関係を示す模式図である。
【0022】可動把持部材13bのマンドレルM側には溝12と係合する状態に保持された係合部材17が設けられている。係合部材17はボルトで構成され、可動把持部材13bに形成されたねじ孔に螺合されるとともに先端が溝12内に突出した状態に設けられている。係合部材17は可動把持部材13bが、把持位置と解放位置とに移動配置される際に、可動把持部材13bを溝12に沿って移動させるようにガイドするとともに、可動把持部材13bが回転伝達部11と一体回転される際に、その回転力を支持体9に伝達する役割を果たす。固定把持部材13a、可動把持部材13b及びエアシリンダ14により把持機構18が構成されている。
【0023】固定把持部材13aには糸条係止部19が設けられている。糸条係止部19は固定把持部材13aにその外周部から放射方向に突出する多数のピン19aを固定することにより構成されている。回転軸5及び回転伝達部11が、可動把持部材13bが解放位置に配置された状態、即ち把持部13の解放状態において糸条係止部19を回転させる駆動部として機能する。
【0024】図1等に示すように、回転軸5の大径部5aには、糸条係止部19よりマンドレルM側に切断補助部20が設けられている。切断補助部20は合成樹脂製のリング21と、該リング21を挟んで両側に固定された糸条係止リング22とを備えている。糸条係止リング22は放射状に固定された多数のピンからなる係止部22aを有するとともに、ネジ23により大径部5aに一体回転可能に固定されている。
【0025】切断補助部20の上方には切断手段24が設けられている。図3(a),(b)に示すように、切断手段24はガイドフレーム25に沿って移動可能に設けられた支持体26に装備されている。支持体26にはエアシリンダ27が上下方向に延びるように固定され、そのピストンロッド27aの先端に支持ブラケット28が固定されている。支持ブラケット28には支持体26を貫通する一対のガイドロッド29が固定され、エアシリンダ27の作動に伴ってガイドロッド29に案内されて回転軸5と直交する方向に真っ直ぐ昇降されるようになっている。
【0026】支持ブラケット28の下端には円盤状の回転カッタ30を支持する支軸31が回転軸5と平行に延びるように回転可能に支持され、支持ブラケット28の側面にはモータ32が、その駆動軸32aが支軸31と平行に延びるように支持されている。駆動軸32aと支軸31との間にはベルト伝動機構33が設けられ、モータ32の駆動により回転カッタ30がベルト伝動機構33を介して回転されるようになっている。
【0027】なお、回転カッタ30は切断作動時には図2(a)に示す位置より下方の切断位置に配置され、待機位置は図2(a)に示す位置より上方となる。また、フィラメントワインディング装置1を使用しない状態では、待機位置より図2(a)における右側の位置に配置される。
【0028】次に前記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を使用して円筒体(例えば、プロペラシャフトのシャフト本体)を製造する製造方法を説明する。なお、図5(a)〜(d)、図6(a)〜(d)及び図7(a)〜(d)では、断面のハッチングの図示を省略している。
【0029】先ず、マンドレルMをチャック部2と回転軸5との間に架設する。次にマンドレルMの軸部Msを嵌合穴6aに挿入するとともに、連結ピン8で回転軸5とマンドレルMとを一体回転可能に連結する。その後、リング21及び糸条係止リング22を所定位置に固定する。
【0030】また、図4に示すように、糸条ガイド4を固定把持部材13aの近傍に配置するとともに、可動把持部材13bを解放位置に配置し、糸条ガイド4に連なる糸条Yの端部を、固定把持部材13aの近傍において回転軸5に沿わせる。次にエアシリンダ14を突出作動させて可動把持部材13bを把持位置に配置し、糸条ガイド4を原位置に配置すると、図5(a)に示す、準備完了状態となる。これらの準備作業は作業者が手作業で行う。
【0031】次にフィラメントワインディング装置1が作動され、チャック部2,3が回転駆動されてマンドレルMが一定方向に回転されるとともに、糸条ガイド4が原位置からマンドレルM側へ移動される。そして、糸条供給部から順次繰り出されて樹脂槽で樹脂が含浸された糸条YがマンドレルM上に巻き付けられる。この実施の形態では樹脂として熱硬化性樹脂(例えばエポキシ樹脂)が使用され、糸条Yとして炭素繊維のロービングが使用されている。
【0032】マンドレルMに対する糸条Yの巻付けは、先ず重ね巻で端部巻付けが行われた後、マンドレルMの軸方向となす角度(巻付け角度)が端部巻付けの巻付け角度より小さな所定の角度となるように巻き付けられる。端部巻付けが行われると、把持部13で把持されるとともに糸条ガイド4に連なっていた糸条Yが、糸条係止部19とマンドレルMのピンPに係止され、図5(b)に示すように、真っ直ぐに張られた状態となる。
【0033】次にモータ32が駆動されて回転カッタ30が回転された状態で、エアシリンダ27が突出作動され、回転カッタ30が図5(c)に示すように、その外周部が両糸条係止リング22の間へ進入する切断位置へ移動される。回転カッタ30はその外周がリング21と接触する位置まで下降された後、待機位置まで上昇される。そして、糸条Yが両糸条係止リング22の間で切断される。
【0034】回転カッタ30の上昇が開始された後、エアシリンダ14が作動されて、可動把持部材13bが図5(d)に示すように解放位置に配置される。この状態では、可動把持部材13bの端面が回転伝達部11と当接して回転伝達部11とともに一体回転する。そして、係合部材17及び溝12を介して支持体9とともに固定把持部材13aが回転軸5と一体回転される。
【0035】次に解放された糸条Yの端部が図示しない除去装置により除去される。除去装置は吸引ノズルあるいは圧縮エアを噴射する噴射ノズルと、ブラシ又はスクレーパ等の掻取り部とを備えている。そして、掻取り部で固定把持部材13a又は可動把持部材13b等に付着した糸条Yが剥がされるとともに、吸引ノズルに吸引されるか、噴射ノズルにより吹き飛ばされて除去され、図6(a)の状態となる。
【0036】糸条ガイド4はこの間も図5(d)の左側への移動(往動)を継続する。そして、図6(b)に示すように、マンドレルMの左端で折り返し、巻付け角度が糸条ガイド4の往動時と逆に、即ちマンドレルMの軸方向と直交する面に対して対称に巻き付けられる。以下、要求物性に応じた所定の厚さの繊維層を形成するのに必要な回数、糸条ガイド4がマンドレルMに沿って往復移動されて、繊維層が形成される。
【0037】所定の厚さの繊維層が形成された後、図6(c)に示すように、糸条ガイド4がマンドレルMの右端で折り返し、図6(d)に示すように端部巻付けが行われる。端部巻付け完了後、図7(a)に示すように、糸条ガイド4が糸条係止部19より右方の可動把持部材13bと対応する位置まで移動される。移動途中で糸条ガイド4からマンドレルMに連なる糸条Yが、糸条係止部19のピン19aに係止され、図7(b)に示すように、解放状態の把持部13へ導かれるとともに、支持体9に巻き付けられる。次に図7(c)に示すように、可動把持部材13bが把持位置に配置されて、糸条Yが把持部13に確実に把持された後、糸条ガイド4が原位置に配置される。そして、図7(d)に示すように、回転カッタ30が切断位置に配置されて糸条Yが切断される。以上で糸条Yの巻付けが終了する。
【0038】次にマンドレルMがチャック部2及び回転軸5から取り外され、さらにピンPがマンドレルMから取り外され、繊維層とともにマンドレルMが加熱炉に入れられ、所定温度で樹脂が硬化されてFRP製の円筒体(パイプ)が、マンドレルM上に形成される。冷却後、FRP製パイプの両端がピンPの抜き跡の列より内側において切断された後、マンドレルMからFRP製パイプが取り外されて、所定寸法の長さのプロペラシャフトのシャフト本体が形成される。
【0039】この実施の形態では以下の効果を有する。
(1) マンドレルMに巻き付けられる糸条Yの巻始め端部及び巻終わり端部処理を、回転軸5と一体回転される把持部13及び把持部13からマンドレルMに連なる状態の糸条Yを切断する切断手段24の作用で行う。従って、接着テープ等の異物が最終製品に混入する虞がなく、巻始めと巻終わりの端部を同じ機構でマンドレルMに固定できる。
【0040】(2) 可動把持部材13bが回転軸5に沿って移動されて把持位置と解放位置に配置され、解放位置において回転伝達部11を介して回転軸5と一体に回転され、固定把持部材13aに固定された糸条係止部19が回転される。従って、解放状態の把持部13の把持位置に糸条Yを案内するように糸条係止部19を回転させるための構成が簡単になる。
【0041】(3) 切断手段24が回転カッタ30を備え、回転カッタ30が切断補助部20の糸条係止リング22の間に配置されて、糸条Yの切断が行われる。従って、糸条Yが滑ることなく確実に切断される。また、回転カッタ30は樹脂製のリング21と接触する位置まで下降されるため、糸条Yの切断がより確実に行われる。
【0042】(4) 把持部13や切断補助部20が装備される回転軸5が、フィラメントワインディング装置1のチャック部3に固定可能に構成されている。従って、従来のフィラメントワインディング装置の簡単な改造で実施できる。
【0043】(5) マンドレルMの胴部Maの両端部の周方向に沿ってピンPが所定間隔で突設されている。従って、糸条Yの巻付け角度が小さな場合でも糸条Yが滑らずに所定の巻付け角度で巻き付けられる。
【0044】(6) 切断手段24が切断位置の上方の待機位置からさらに別の位置に移動可能なため、マンドレルMの取り外し作業や準備作業の際に切断手段24が邪魔にならない。
【0045】(第2の実施の形態)次に第2の実施の形態を図8〜図10に従って説明する。この実施の形態では糸条ガイドが複数(この実施の形態では2本)設けられ、1本の糸条ガイド4aによる糸条Yの巻付けと、同時に複数の糸条ガイド4a,4bを使用した糸条Yの巻付けを行う状態とに切替可能に構成されている点が前記実施の形態と異なっている。その他の構成は基本的に同じであり、同一部分は同一符号を付して説明を省略する。なお、図8(a)〜(d)、図9(a)〜(d)及び図10(a)〜(d)では、断面のハッチングの図示を省略している。
【0046】2本の糸条ガイド4a,4bはそれぞれ、独立にマンドレルMの軸方向に沿って往復移動可能に構成されている。次に同じ種類の糸条Yを使用し、中間層を構成する糸条Yの本数が多い構成のFRP成形体の製造方法について説明する。
【0047】糸条Yの巻付けに先だって、先ず、両糸条ガイド4a,4bの糸条Yの端部を把持部13に把持させる等の準備作業が行われて、図8(a)に示す状態となる。次にフィラメントワインディング装置1が駆動され、チャック部2,3が回転されるとともに、第1の糸条ガイド4aの移動が開始される。そして、図8(b)に示すように、マンドレルMの端部に糸条Yの端部巻付けが行われる。その後、第1の糸条ガイド4aが前記実施の形態と同様に所定回数往復移動されて所定の厚さの繊維層が形成される。また、その間に前記実施の形態と同様にしてマンドレルMから把持部13に連なる糸条Yが切断される。
【0048】第1の糸条ガイド4aによる糸条Yの巻付けが終了すると、図8(c)に示すように、第1の糸条ガイド4aがマンドレルMの右端で待機する。次に第2の糸条ガイド4bの移動が開始され、図8(d)に示すように、第2の糸条ガイド4bが第1の糸条ガイド4aと近接するとともに、マンドレルMのピンPより左側に位置する状態となる。この状態で図9(a)に示すように端部巻付けが行われた後、図9(b)に示すように、第1及び第2の糸条ガイド4a,4bによる糸条Yの巻付けが開始されるとともに、マンドレルMから把持部13に連なる糸条Yが切断される。
【0049】そして、両糸条ガイド4a,4bによる糸条Yの巻付けが継続されるとともに、可動把持部材13bが解放位置に配置される。所定量の糸条Yの巻付けが完了すると、マンドレルMの右端において端部巻付けが行われた後、図9(c)に示すように、第2の糸条ガイド4bが可動把持部材13bの上方へ移動される。そして、マンドレルMから第2の糸条ガイド4bに連なる糸条Yが前記実施の形態と同様にして、固定把持部材13aと可動把持部材13bとの間に導かれて支持体9上に巻き付けられた後、図9(d)に示すように、可動把持部材13bが把持位置に配置され、第2の糸条ガイド4bが原位置に配置される。そして、回転カッタ30により糸条Yが切断される。
【0050】次に第1の糸条ガイド4aのみによる糸条Yの巻付けが再び開始される。そして、所定量の糸条Yの巻付け完了後、第1の糸条ガイド4aによるマンドレルMの右端における端部巻付けが行われる。その後、図10(a)に示すように、可動把持部材13bが解放位置に配置されるとともに、第1の糸条ガイド4aも可動把持部材13bの上方に移動される。そして、第1の糸条ガイド4aに連なる糸条Yが両把持部材13a,13b間に導かれて支持体9上に巻き付けられた後、可動把持部材13bが把持位置へ移動され、図10(b)に示すように、マンドレルMに連なる糸条Yが回転カッタ30により切断され、一連の巻付け作業が完了する。
【0051】この実施の形態では第1の実施の形態の(1)〜(6)の効果を有する他に、次の効果を有する。
(7) 独立に往復移動可能な複数の糸条ガイド4a,4bを備えているため、一方の糸条ガイド4aのみによる糸条Yの巻付けと、両糸条ガイド4a,4bによる糸条Yの同時巻付けとを組み合わせることにより、特定の層を構成する糸条Yの本数を増やしたFRPパイプを簡単に形成できる。
【0052】(8) 複数の糸条ガイド4a,4bから繰り出される糸条Yの種類を変えることにより、物性の異なるFRPパイプを簡単に製造できる。
(9) 糸条ガイド4の数を3本以上にすれば、3種類以上の糸条Yを使用したFRPパイプを製造できる。
【0053】(第3の実施の形態)次に第3の実施の形態を図12に従って説明する。この実施の形態では端部処理装置がマンドレル支持部の両側に備えられている点と、糸条ガイドが各端部処理装置に対応して備えられている点とが前記両実施の形態と大きく異なっている。その他の構成は第1の実施の形態と同じである。
【0054】この 実施の形態の装置では、第1の糸条ガイド4aのみを使用して糸条Yの巻付けを行えば、第1の実施の形態の(1)〜(6)と同様の効果が得られる。また、第1の糸条ガイド4aのみによる巻付けと、両糸条ガイド4a,4bを使用した巻付けとを組み合わせれば、さらに第2の実施の形態の(7),(8)と同様の効果が得られ、糸条ガイドを3本以上設ければ(9)と同じ効果が得られる。また、この実施の形態では次の効果を有する。
【0055】(10) 端部処理装置がマンドレルMの両側に配置されているため、糸条Yの端部処理をマンドレルMの左右どちらの端部でも実施できるので、前記両実施の形態と異なり、糸条Yを巻付けて構成される繊維層を奇数層にすることができる。従って、例えば、最外層に別の種類の糸条Yで形成した層を1層形成したいとき等に都合がよい。
【0056】なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 糸条係止リング22を図11(a)に示すように、リングと多数の係止部22aとが一体に形成されたものとしてもよい。また、図11(b)に示すように、糸条係止部19をリングと多数の係止部19bとが一体に形成されたものとしてもよい。これらの場合、多数のピンを必要とする前記実施の形態のものに比較して構成部品点数を削減でき、製造コストを低減できる。
【0057】○ 切断補助部20を構成する一対の糸条係止リング22とリング21とを樹脂で一体形成してもよい。この場合、部品点数がより減少し組み付け工数も少なくなる。
【0058】○ 可動把持部材13bを解放位置に配置した状態において、可動把持部材13bが常に回転伝達部11に当接されて一体回転される構成に代えて、通常の解放状態では可動把持部材13bを回転伝達部11と係合しない位置に保持し、糸条Yの巻終わりの端部巻付けを行うときに回転伝達部11に当接する位置に配置する構成とする。この構成の場合、例えば第1の実施の形態において、糸条ガイド4による糸条Yの巻付けが開始された後、すぐに把持部13からマンドレルMに連なる糸条Yを切断すれば、糸条Yの巻付けの間、把持部13を無駄に回転するエネルギーを節約できる。
【0059】○ 切断手段24は回転カッタ30を備えたものに限らず、はさみタイプの2枚の切断刃を備えた構成としてもよい。
○ 切断補助部20は必須ではなく、省略してもよい。前記はさみタイプの切断手段の場合は切断補助部20を省略してもほとんど支障がない。
【0060】○ 最初から端部処理装置を備えたフィラメントワインディング装置を製造する場合は、端部処理装置の回転軸5をフィラメントワインディング装置1のチャック部2,3に固定する後付用の構成に代えて、チャック部が設けられた回転軸に把持部13及び切断補助部20等を設ける構成とする。
【0061】○ 車両のプロペラシャフト以外の駆動シャフト用のパイプの製造に適用してもよい。
○ マンドレル等から把持部に連なる部分で糸条を切断しても糸条の端部が解けない状態にする巻付けは、端部に重ね巻を行う端部巻付けに限らない。例えば、端部巻付けを省略して、糸条YをマンドレルMの胴部Maに対して一端側から所定の巻付け角度で巻付けを開始し、他端側で折り返して巻付けを継続することにより、巻付け開始側の胴部Maの端部に巻き付けられた糸条Yの上側に巻付け角度が異なる状態で上層の糸条Yが巻き付けられた後は、マンドレルMから把持部13に連なる部分で糸条Yを切断しても糸条Yの端部は解けずにマンドレルMに固定された状態に保持される。このように、巻始め時の端部巻付けを行わずに、糸条Yの巻付けを行った場合、形成されるパイプの端部と中央部の肉厚の差を少なくすることができる。端部の肉厚が大きなパイプを形成する場合は、端部巻付けを行うのが好ましい。
【0062】○ また、パイプに限らず、円筒部の両端にドーム部を有する形状に形成されて各種の高圧ガスや加圧流体を収容するのに使用される圧力容器に適用してもよい。この場合、マンドレルに代えて口金部材を備えた被糸条巻付け部材としてのライナ(中空体)の口金部材を直接、又は口金部材に固定した軸部を介してチャック部2と回転軸5間に支持して、ライナの表面に糸条Yを巻き付ける。この場合でも、接着テープ等の異物が最終製品に混入する虞がなく、巻始めと巻終わりの端部を同じ機構でライナに固定でき、しかも糸条の本数や種類を途中で変更することが可能となる。
【0063】○ 製品に要求される性能に応じて、糸条Yの種類や糸条に含浸される樹脂の種類を炭素繊維とエポキシ樹脂の組み合わせ以外としてもよい。しかし、プロペラシャフトを形成する場合は、コストや要求性能の点から炭素繊維とエポキシ樹脂の組み合わせが好ましい。
【0064】○ マンドレルMの端部に突設されるピンPのうち、端部処理装置と対応する側と反対側の端部のピンPは、巻き付け角度が比較的大きな場合はなくてもよい。また、マンドレルの形状を両端部に半球部を有する形状とした場合は巻き付け角度が小さな場合でも省略してもよい。
【0065】前記実施の形態から把握できる請求項記載以外の発明(技術思想)について、以下にその効果とともに記載する。
(1) 請求項2〜請求項5のいずれか一項に記載の発明において、独立して移動可能な前記ガイド部材が複数設けられている。この場合、糸条の本数や種類を途中で変更することができ、物性の異なる繊維層が積層されたFRP成形体の製造が容易になる。
【0066】(2) 請求項4に記載の発明において、前記切断補助部は多数の係止部が放射状に突設された一対のリングを備え、両リング間に前記回転カッタが進入することにより糸条の切断が行われる。この場合、糸条の規制作用がより確実になる。
【0067】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1〜請求項6に記載の発明によれば、接着テープ等の異物が最終製品に混入する虞がなく、巻始めと巻終わりの端部を同じ機構でマンドレル等に固定できる。
【0068】請求項6に記載の発明によれば、糸条の本数や種類を途中で変更することができ、異なる種類の糸条を巻き付ける際に、糸条の層数を奇数とすることができる。




 

 


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