JP6384727B2 - Filament winding method and filament winding apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、フィラメントワインディング方法およびフィラメントワインディング装置に関する。 The present invention relates to a filament winding method and a filament winding apparatus.
フライホイールバッテリー装置等に搭載されるフライホイールは、たとえば環状体をなし、かつ炭素繊維強化プラスチック（carbon-fiber-reinforced plastic：ＣＦＲＰ）等の繊維強化プラスチックを用いて形成されている（特許文献１参照）。このような繊維強化プラスチック製の環状体の作成方法として、たとえばフィラメントワインディング法が知られている（特許文献２参照）。フィラメントワインディング法では、樹脂を含浸させた繊維をマンドレルの外周に巻き付け、その後硬化させ、脱芯させることにより、環状体を得る。 A flywheel mounted on a flywheel battery device or the like has, for example, an annular shape and is formed using a fiber-reinforced plastic such as carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) (Patent Document 1). reference). As a method for producing such an annular body made of fiber reinforced plastic, for example, a filament winding method is known (see Patent Document 2). In the filament winding method, a fiber impregnated with resin is wound around the outer periphery of a mandrel, then cured and decentered to obtain an annular body.
フィラメントワインディング法では、強度の高い環状回転体（回転体）を得ることができるように、繊維の張力を高く維持しながら、マンドレルに繊維を巻き付けることが望ましい。
しかしながら、所定の張力を有する繊維を幾重にも巻き付けていくと、先に巻き付けられた内層部（とくに最内層）の繊維に緩みが生じ、畝りが発生することがある。繊維に畝りが生じている状態のまま樹脂が硬化すると、環状回転体の内部に大きな歪が発生する場合がある。この場合、環状回転体の内部に大きな応力が発生する結果、環状回転体を高速回転させることはできない、という問題がある。
In the filament winding method, it is desirable to wind the fiber around the mandrel while maintaining high fiber tension so that a high-strength annular rotating body (rotating body) can be obtained.
However, when the fiber having a predetermined tension is wound several times, the fiber of the inner layer portion (especially the innermost layer) wound earlier may be loosened and distorted. If the resin is cured while the fibers are warped, a large strain may be generated inside the annular rotating body. In this case, there is a problem that the annular rotator cannot be rotated at a high speed as a result of a large stress generated inside the annular rotator.
このような畝りの発生は、所定の張力を有する繊維が後から巻き付けられることにより、先に巻き付けられた内層部の繊維に外周側から圧力が付与され、これにより、内層部の繊維の張力の大きさが低減しまたは零になり、その結果当該繊維に畝りが発生する、と本願発明者らは考えている。
本願発明者らは、繊維を一定張力で巻き付けるのではなく、巻付け動作の進行（巻き数の増大）に従って繊維の張力を徐々に低減させる手法を検討したが、この手法を採用しても、内層部の繊維の畝りの発生を十分に低減できず、そればかりか、繊維の張力不足のために正確な巻付けが行えない場合もあった。
The occurrence of such warping is caused by the fact that the fiber having a predetermined tension is wound later, so that pressure is applied from the outer peripheral side to the fiber of the inner layer part wound earlier, thereby the tension of the fiber of the inner layer part. The present inventors consider that the size of the fiber decreases or becomes zero, and as a result, warpage occurs in the fiber.
The present inventors examined a technique for gradually reducing the tension of the fiber according to the progress of the winding operation (increase in the number of windings) instead of winding the fiber with a constant tension. The occurrence of warping of the fibers in the inner layer portion could not be sufficiently reduced, and there were cases where accurate winding could not be performed due to insufficient fiber tension.
そこで、本発明の目的は、内層部に繊維の畝りが生じていない環状回転体を形成できるフィラメントワインディング方法および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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a filament winding method and a filament winding apparatus capable of forming an annular rotating body in which no fiber warp is generated in an inner layer portion.
前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、環状回転体（１００）を形成するためのフィラメントワインディング方法であって、樹脂を含浸させた繊維（２）を、当該繊維に所定の張力を与えながらマンドレル（６）に巻き付ける巻付けステップと、前記巻付けステップに並行して、前記マンドレルに既に巻き付けられている前記繊維によって構成される巻き層部（１９）の内周（１９Ａ）を、前記マンドレルを拡径することによって加圧する加圧ステップと、前記巻き層部から前記マンドレルを脱芯する脱芯ステップとを含む、フィラメントワインディング方法を提供する。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項２に記載の発明は、前記加圧ステップは、前記巻き層部を構成する前記繊維の巻き数の増大に従って、前記巻き層部の前記内周に付与する圧力を上昇させる圧力調整ステップを含む、請求項１に記載のフィラメントワインディング方法である。
請求項３に記載の発明は、前記圧力調整ステップは、下記式（１）によって表される圧力ＰａＮを、前記巻き層部の前記内周に付与する、請求項２に記載のフィラメントワインディング方法である。
According to a second aspect of the present invention, in the pressurizing step, a pressure adjusting step for increasing a pressure applied to the inner periphery of the wound layer portion according to an increase in the number of windings of the fibers constituting the wound layer portion. It is a filament winding method of
According to a third aspect of the present invention, in the filament winding method according to the second aspect, in the pressure adjusting step, a pressure P aN represented by the following formula (1) is applied to the inner periphery of the wound layer portion. It is.
（式中ｒａは、巻き層部の内半径であり、ｒｉは、巻き層部の、内周からｉ層目の繊維の半径であり、ｒｉ−１は、巻き層部の、内周から（ｉ−１）層目の繊維の半径であり、ｗは、繊維幅であり、Ｔｉは、巻き層部の、内周からｉ層目の繊維に作用する張力である。）
前記目的を達成するための請求項４に記載の発明は、フィラメントワインディング方法を用いて樹脂を含浸させた繊維（２）をマンドレル（６）に巻き付け、かつ巻き付け後の前記繊維から前記マンドレルが脱芯させられることにより環状回転体（１００）を形成するフィラメントワインディング装置（１）であって、前記マンドレルを有し、前記繊維を、当該繊維に所定の張力を与えながら前記マンドレルに巻き付ける巻付け手段（７）と、前記マンドレルに既に巻き付けられている前記繊維によって構成される巻き層部（１９）の内周（１９Ａ）を、前記マンドレルを拡径することによって加圧する加圧手段（１５，１６，１７，１８）と、前記巻付け手段による前記繊維の巻付けと、前記加圧手段による前記巻き層部の前記内周への加圧とを並行して実行させる制御手段（５０）とを含む、フィラメントワインディング装置を提供する。
(Wherein r a is the inner radius of the winding layer portion, r i is the winding layer portion, the radius of the i-th layer of fibers from the inner circumference, r i-1, the winding layer portion, the inner (It is the radius of the (i-1) -th layer fiber from the circumference, w is the fiber width, and T i is the tension acting on the i-th layer fiber from the inner periphery of the wound layer portion.)
In order to achieve the above object, the invention according to claim 4 is characterized in that a fiber (2) impregnated with a resin is wound around a mandrel (6) using a filament winding method , and the mandrel is detached from the wound fiber. a you formed an annular rotating body (100) off I Lament winding apparatus (1) by being allowed to wick, having said mandrel Le, the textiles, the mandrel while applying a predetermined tension to the fiber Winding means (7) for winding and pressurizing means for pressurizing the inner periphery (19A) of the wound layer portion (19) constituted by the fibers already wound around the mandrel by expanding the diameter of the mandrel (15, 16, 17, 18), winding of the fiber by the winding means, and addition of the wound layer portion to the inner circumference by the pressing means. In parallel the door and a control means for executing (50), to provide a filament winding apparatus.
また、前記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。 In the above description, numbers in parentheses represent reference numerals of corresponding components in the embodiments described later, but the scope of the claims is not limited by these reference numerals.
請求項１の方法によれば、マンドレルに既に巻き付けられている巻き層部の内周を加圧しながら、所定の張力を付与しつつ繊維をマンドレルに巻き付ける。巻き層部の内周の加圧によって、後からの繊維の巻付けに伴って既巻きの繊維に作用する外周側からの圧力を低減できる。そのため、後から繊維を巻き付た場合であっても、既巻きの繊維の張力が低減するのを抑制または防止できる。したがって、先に巻き付けられた内層部の繊維の緩みを抑制または防止しながら、マンドレルへの繊維の巻付けを行うことができる。ゆえに、内層部の繊維に畝りの生じていない環状回転体を形成できるフィラメントワインディング方法を提供できる。
According to the method of
請求項２の方法によれば、巻き層部を構成する繊維の巻き数の増大に伴って、巻き層部の内層部の繊維に外周側から付与される圧力が増大するのであるが、巻き層部を構成する繊維の巻き数の増大に従って圧力を上昇させることにより、巻付け動作の進行状況によらずに、先に巻き付けられた内層部の繊維の張力を高く維持し続けることができる。
請求項３の方法によれば、圧力の値を、式（１）を満たすような大きさに調整することにより、繊維の巻付けに伴う、巻き層部の内層部の繊維に生じる張力の増加をなくすことができる。
According to the method of
According to the method of claim 3, by adjusting the pressure value to a size that satisfies the formula (1), an increase in tension generated in the fibers of the inner layer portion of the wound layer portion accompanying the winding of the fibers. Can be eliminated.
請求項４の構成によれば、請求項１に関連して記載した作用効果と同等の作用効果を奏することができる。
According to the structure of Claim 4, there can exist an effect equivalent to the effect described in relation to
図１は、本発明の実施形態に係るフィラメントワインディング装置１（以下、「ＦＷ装置１」という）の概略構成を示す斜視図である。ＦＷ装置１は、フィラメントワインディング方法を用いて、フライホイールバッテリー装置（図示しない）に搭載されるフライホイール１００（図７参照。環状回転体）を形成するための装置である。
ＦＷ装置１は、繊維２（すなわち、繊維束）を供給する繊維供給ユニット３と、繊維供給ユニット３から供給される繊維２をガイドする繊維ガイド４と、繊維供給ユニット３から供給される繊維２に樹脂を含浸させる樹脂含浸槽５と、マンドレル６を有し、樹脂を含浸された繊維２をマンドレル６に巻き付ける巻付けユニット７と、ＦＷ装置１に備えられたユニットの動作やバルブの開閉などを制御する制御装置５０とを含む。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a filament winding apparatus 1 (hereinafter referred to as “
The
繊維供給ユニット３は、繊維２がそれぞれ巻回された複数のボビン８と、これら複数のボビン８を支持するクリールスタンド（図示しない）とを含む。ボビン８は、繊維２を巻き取って収納している。ボビン８に巻回される繊維２は、たとえば、炭素繊維等の繊維材料や合成樹脂を用いた無撚りの繊維材料からなる。炭素繊維以外の繊維２として、たとえばガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維を例示できる。
The fiber supply unit 3 includes a plurality of
繊維ガイド４は、ボビン８から引き出された繊維２に押し当てられることにより、繊維２に張力を付与しながら、当該繊維２を、巻付けユニット７へと案内する装置である。繊維ガイド４は棒状をなしている。
巻付けユニット７は、円筒状の成形型であるマンドレル６と、チャック（図示しない）と、ベース台１０と、巻付けヘッド１１とを含む。チャックは、マンドレル６を回転軸線Ａ１まわりに回転可能に支持している。マンドレル６の回転軸（図示しない）には、マンドレル６を回転軸線Ａ１まわりに回転させるモータ等の回転駆動機構１２が結合されている。
The fiber guide 4 is a device that guides the
The winding unit 7 includes a
巻付けヘッド１１は、複数の繊維２を一列に束ねてマンドレル６に供給する装置である。ベース台１０の上面には、回転軸線Ａ１に沿って延びるガイドレール（図示しない）が設けられており、このガイドレールに巻付けヘッド１１が嵌合している。すなわち、巻付けヘッド１１は、マンドレル６の回転軸線Ａ１に沿って往復移動可能に構成されている。巻付けヘッド１１には、巻付けヘッド１１をマンドレル６の回転軸線Ａ１に沿って往復移動させるヘッド駆動機構１３が結合されている。
The winding head 11 is a device that bundles a plurality of
この実施形態では、樹脂含浸槽５が巻付けヘッド１１の上面に固定されている。すなわち、この実施形態では、繊維２には予め樹脂が含浸されておらず、ボビン８から引き出された繊維２に樹脂含浸槽５にて樹脂を塗布し、これを巻付けユニット７へ供給する。樹脂含浸槽５にて繊維２に含浸させられる樹脂（マトリックス樹脂）として、エポキシ樹脂を例に挙げることができるが、その他、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、マレイミド樹脂、アクリル樹脂等をマトリックス樹脂として用いることができる。
In this embodiment, the resin impregnation tank 5 is fixed to the upper surface of the winding head 11. That is, in this embodiment, the
なお、樹脂含浸槽５は、巻付けヘッド１１と繊維ガイド４との間でなく、繊維ガイド４とボビン８との間に配置されていてもよい。
また、ボビン８に巻回されている繊維２に、予め樹脂が含浸されていてもよい。この場合には、樹脂含浸槽５の構成をＦＷ装置１から省略できる。
図２は、マンドレル６の概略構成を説明するための側面図である。
The resin impregnation tank 5 may be disposed not between the winding head 11 and the fiber guide 4 but between the fiber guide 4 and the
Further, the
FIG. 2 is a side view for explaining a schematic configuration of the
円筒状のマンドレル６は、周方向に複数分割（図２ではたとえば４等分割）されている。すなわち、マンドレル６は、回転軸線Ａ１を通る面によって分割された複数（たとえば４つ）の分割体１４によって構成されている。これら複数の分割体１４の外周面１４Ａによって、円筒面からなるマンドレル６の外周面６Ａが構成される。
マンドレル６の中空部分には、袋体１５が内挿されている。袋体１５は、ゴム等の弾性材料を用いて、膨張可能に設けられている。袋体１５の内部には、供給バルブ１６（図２（ｂ）のみ図示）を介して、流体供給源１７（図２（ｂ）のみ図示）からの充填用流体（液体または気体）が供給（充填）されるようになっている。袋体１５は密封状態にあり、充填用流体の袋体１５内への供給によって袋体１５は膨張する。マンドレル６の中空部分の容積以上に膨張した袋体１５は、各分割体１４を径方向外方に向けて押し付け、当該分割体１４を径方向外方に向けて移動させる。各分割体１４の径方向外方への移動により、マンドレル６の外周面６Ａの外径が拡大する。外周面６Ａの外径拡大前の状態を図２（ａ）に示し、外周面６Ａの外径拡大後の状態を図２（ｂ）に示す。マンドレル６の外周面６Ａの外径拡大により、マンドレル６に巻き付けられている繊維２からなる巻き層部１９の内周１９Ａ（図３参照）に均一に圧力を付与できる。
The
A
また、袋体１５の内部の充填用流体は、排出バルブ１８（図２（ｂ）のみ図示）を介して排出可能である。充填用流体が袋体１５内から排出されることにより袋体１５は収縮し、これにより、マンドレル６の外周面６Ａの外径が元に戻る。つまり、供給バルブ１６および排出バルブ１８の制御により、巻き層部１９の内周１９Ａ（図３参照）に付与する圧力の大きさを調整できる。この実施形態では、袋体１５、供給バルブ１６、流体供給源１７および排出バルブ１８によって、加圧ユニット（加圧手段）が構成されている。
Further, the filling fluid inside the
図１および図２を参照して、制御装置５０は、たとえばマイクロコンピュータなどによって構成されている。制御装置５０は、予め定められたプログラムに従って、回転駆動機構１２、ヘッド駆動機構１３等の動作を制御できる。また、制御装置３は、供給バルブ１６および排出バルブ１８等の開閉を制御する。
図１を参照して、繊維２の巻付け動作を行う場合には、制御装置５０は、回転駆動機構１２を制御して、マンドレル６を、回転軸線Ａ１まわりの一方に所定の回転速度で回転させる。マンドレル６の回転に伴ってボビン８から繊維２が引き出され、この繊維２は、繊維ガイド４によりガイドされて樹脂含浸槽５へと導かれる。樹脂含浸槽５は、繊維２に、樹脂を含侵させるとともに、当該繊維２に所定の張力を付与する。すなわち、巻付けヘッド１１は、樹脂含浸槽５によって所定の張力が付与された繊維２を、マンドレル６へと導く。
Referring to FIGS. 1 and 2,
Referring to FIG. 1, when performing the winding operation of the
また、マンドレル６の回転と並行して、制御装置５０は、ヘッド駆動機構１３を制御して、巻付けヘッド１１を、回転軸線Ａ１に沿って所定の速度で往復移動させる。これにより、マンドレル６の外周面６Ａに略直角または所定角度をつけて繊維２が巻き付けられる。マンドレル６に巻き付けられた繊維２は、巻き層部１９（図３参照）を構成する。
なお、巻付けヘッドとしてフープ巻ヘッドおよびヘリカル巻ヘッドを設け、ヘッドフープ巻ヘッドによりフープ巻を行うと共に、ヘリカル巻ヘッドによりヘリカル巻を行うようにしてもよい。
In parallel with the rotation of the
In addition, a hoop winding head and a helical winding head may be provided as the winding head, and the hoop winding may be performed by the head hoop winding head, and the helical winding may be performed by the helical winding head.
また、繊維２の巻付け動作の際に、マンドレル６の回転に併せて、ボビン８を、マンドレル６の周りを旋回させてもよい。また、マンドレル６を回転させずに、ボビン８を、マンドレル６の周りを旋回させることにより、繊維２の巻付け動作を行うようにしてもよい。
図３は、ＦＷ装置１を用いた巻付け動作中において、巻き層部１９に作用する力を説明するための図である。図４は、図３の切断面線IV−IVから見た断面図である。図５は、金属リング２０の内周２０Ａおよび外周２０Ｂに圧力が付与されている状態を示す図である。図６は、内周１９Ａからｉ層目の繊維２の巻付け動作時に生じる応力を説明するための模式図である。
Further, the
FIG. 3 is a diagram for explaining the force acting on the
図４に示すように、繊維２は、断面矩形（繊維幅ｗ＞繊維の厚みｌ）のシート状をなしている。
この実施形態では、巻き層部１９の内周１９Ａを加圧しながら、所定の張力を付与しつつ繊維２をマンドレル６に巻き付ける。このとき、繊維２の巻付け動作において、繊維２の張力を一定に保ってもよいし、繊維２の張力を変更してもよい。
As shown in FIG. 4, the
In this embodiment, the
制御装置５０は、図３に示すように、巻き層部１９の内周１９Ａに付与する圧力が、巻き層部１９を構成する繊維２の巻き数の増大に従って上昇するように、供給バルブ１６および排出バルブ１８（図２（ｂ）参照）を制御する。具体的には、制御装置５０は、巻き層部１９の内周１９Ａに付与する圧力が、下記式（２）に示すＰａＮになるように、供給バルブ１６および排出バルブ１８を制御する。
As shown in FIG. 3, the
（式中、ｒａは、巻き層部１９の内半径であり、ｒｉは、巻き層部１９の、内周１９Ａからｉ層目の繊維２の半径であり、ｒｉ−１は、巻き層部１９の、内周１９Ａから（ｉ−１）層目の繊維２の半径であり、Ｎは、巻き層部１９の総巻き数であり、Ｔｉは、巻き層部１
９の、内周１９Ａからｉ層目の繊維２に作用する張力である。）
なお、ｒｉは、次式で表すことができる。
ｒｉ＝ｒａ＋（ｉ−１）・ｌ …（３）
（式中、ｌは、（一巻分の）繊維２の厚みである。）
以下、式（２）の算出根拠を説明する。
(In the formula, r a is the inner radius of the
9, the tension acting on the
Note that r i can be expressed by the following equation.
r i = r a + (i−1) · l (3)
(In the formula, l is the thickness of the fiber 2 (for one roll).)
Hereinafter, the calculation basis of Expression (2) will be described.
理解の容易化のため、図５に示すように、内半径ｒａおよび外半径ｒｂを有する金属リング２０を例に挙げる。この金属リング２０の内周２０Ａに、外周２０Ｂ側に向かう圧力Ｐａが、また、金属リング２０の外周２０Ｂに、内周２０Ａ側に向かう圧力Ｐｂがそれぞれ付与されている場合を考える。この場合、金属リング２０の内周２０Ａに発生する周方向の応力σθは、次式（４）の通りである。
σθ＝（（ｒａ ２＋ｒｂ ２）・Ｐａ−２・ｒｂ ２・Ｐｂ）／（ｒｂ ２−ｒａ ２） …（４）
このような圧力状態の金属リング２０において、金属リング２０の内周２０ＡにΔＰａ（図示しない）の圧力を追加で付与し、金属リング２０の外周２０ＢにΔＰｂ（図示しない）の圧力を追加で付与する場合を検討する。この場合、金属リング２０の内周２０Ａに発生する周方向の応力σθの増分Δσθ（図示しない）は、次式（５）の通りである。
Δσθ＝（（ｒａ ２＋ｒｂ ２）・（Ｐａ＋ΔＰａ）−２・ｒｂ ２・（Ｐｂ＋ΔＰｂ））／（ｒｂ ２−ｒａ ２）−（（ｒａ ２＋ｒｂ ２）・Ｐａ−２・ｒｂ ２・Ｐｂ）／（ｒｂ ２−ｒａ ２） …（５）
式（５）から次式（６）を導き出すことができる。
Δσθ＝（（ｒａ ２＋ｒｂ ２）・ΔＰａ−２・ｒｂ ２・ΔＰｂ）／（ｒｂ ２−ｒａ ２） …（６）
次に、金属リング２０に代えて、同じ形状および寸法を有する巻き層部１９（図３参照）の場合を検討する。この場合、繊維２からなる巻き層部１９は等方材料ではないため、材料に起因する係数（係数ｋ）が加わると考えられる。したがって、この巻き層部１９の内周１９Ａにおいて発生する周方向の応力σθは、式（７）の通りである。
Δσθ＝ｋ・（（ｒａ ２＋ｒｂ ２）・ΔＰａ−２・ｒｂ ２・ΔＰｂ）／（ｒｂ ２−ｒａ ２） …（７）
ところで、図３および図６に示すように、張力Ｔｉで巻き付けている、内周１９Ａからｉ層目の繊維２が、内周１９Ａから（ｉ−１）層目までの各繊維２に対し付加している圧力ΔＰｂｉは、内周１９Ａからｉ層目の繊維２の張力Ｔｉによる巻付けにより付与される力である。そのため、次式（８）を導き出すことができる。
ΔＰｂｉ＝２・Ｔｉ・sin（Δθ／２）／（ｒｉ・Δθ・ｗ）≒Ｔｉ／（ｒｉ・ｗ） …（８）
式（７）および式（８）により、内周１９ＡからΔＰａｉの圧力を追加で付加した場合の、内周１９Ａにおける周方向の応力Δσθの増分を、次式（９）で表すことができる。
Δσθ＝ｋ・（（ｒｉ−１ ２＋ｒａ ２）／（ｒｉ−１ ２−ｒａ ２）・ΔＰａｉ−２・ｒｉ−１ ２／（ｒｉ−１ ２−ｒａ ２）・Ｔｉ／（ｒｉ・ｗ）） …（９）
式（９）においてΔσθの値が常に零であれば、巻き層部１９の内周１９Ａ（すなわち、最内層２１（図３参照）の繊維２）において、繊維２の張力は失われることがない。式（９）のΔσθに零を代入することにより、次式（１０）を導き出すことができる。
ΔＰａｉ＝２・ｒｉ−１／（ｒｉ−１ ２＋ｒａ ２）・Ｔｉ／（ｒｉ・ｗ） …（１０）
以上により、Ｎ層目の巻付け時において、最内層２１に与えるべき圧力ＰａＮとして、前記の式（２）を導き出すことができる。
For ease of understanding, as shown in FIG. 5, and metal rings 20 having an inner radius r a and the outer radius r b to the example. The inner circumference 20A of the
σ θ = ((r a 2 + r b 2 ) · P a −2 · r b 2 · P b ) / (r b 2 −r a 2 ) (4)
In the
Δσ θ = ((r a 2 + r b 2 ) · (P a + ΔP a ) −2 · r b 2 · (P b + ΔP b )) / (r b 2 −r a 2 ) − ((r a 2 + r b 2 ) · P a −2 · r b 2 · P b ) / (r b 2 −r a 2 ) (5)
The following equation (6) can be derived from the equation (5).
Δσ θ = ((r a 2 + r b 2 ) · ΔP a −2 · r b 2 • ΔP b ) / (r b 2 −r a 2 ) (6)
Next, instead of the
Δσ θ = k · ((r a 2 + r b 2 ) · ΔP a −2 · r b 2 · ΔP b ) / (r b 2 −r a 2 ) (7)
Meanwhile, as shown in FIGS. 3 and 6, and wound at a tension T i, i-th layer of the
ΔP bi = 2 · T i · sin (Δθ / 2) / (r i · Δθ · w) ≈T i / (r i · w) (8)
According to the equations (7) and (8), the increment of the circumferential stress Δσθ in the
Δσ θ = k · ((r i−1 2 + r a 2 ) / (r i−1 2 −r a 2 ) · ΔP ai −2 · r i−1 2 / (r i−1 2 −r a 2 ) · T i / (r i · w)) (9)
If always zero value of .DELTA..sigma theta in equation (9), the
ΔP ai = 2 · r i−1 / (r i−1 2 + r a 2 ) · T i / (r i · w) (10)
As described above, the equation (2) can be derived as the pressure P aN to be applied to the
ＦＷ装置１を用いた繊維２の巻付け動作の終了後、巻き層部１９を加熱硬化炉（図示しない）にて硬化させる。その後、硬化した巻き層部１９が、マンドレル６から脱芯させられて、フライホイール１００が得られる。
図７は、ＦＷ装置１を用いて形成されるフライホイール１００の概略斜視図である。フライホイール１００は、内層部（とくに最内層２１）の繊維２に畝りが生じていない。そのため、フライホイール１００の内層部（とくに最内層２１）に高い応力が発生していない。これにより、フライホイール１００の高速回転を実現することが可能である。また、フライホイール１００の剛性および強度を向上させることもできる。
After the winding operation of the
FIG. 7 is a schematic perspective view of a
以上のようにこの実施形態によれば、マンドレル６に既に巻き付けられている巻き層部１９の内周１９Ａを加圧しながら、所定の張力Ｔｉを付与しつつ繊維２をマンドレル６に巻き付ける。巻き層部１９の内周１９Ａの加圧によって、後からの繊維２の巻付けに伴って既巻きの繊維２に作用する外周側からの圧力を低減できる。そのため、後から繊維２を巻き付た場合であっても、既巻きの繊維２の張力が低減するのを抑制または防止できる。したがって、先に巻き付けられた内層部（とくに最内層２１）の繊維２の緩みを抑制または防止しながら、マンドレル６への繊維２の巻付けを行うことができる。ゆえに、内層部（とくに最内層２１）の繊維２に畝りの生じていないフライホイール１００を形成できる。
According to this embodiment, as described above, while pressurizing the
また、巻き層部１９の内周１９Ａに付与する圧力を、巻き層部１９を構成する繊維２の巻き数の増大に従って上昇するように調整する。巻き層部１９を構成する繊維２の巻き数の増大に伴って、巻き層部１９の内層部（とくに最内層２１）の繊維２に外周側から付与される圧力が増大するのであるが、巻き層部１９を構成する繊維２の巻き数の増大に従って圧力を上昇させることにより、巻付け動作の進行状況によらずに、先に巻き付けられた内層部（とくに最内層２１）の繊維２の張力を高く維持し続けることができる。
Further, the pressure applied to the
さらに、巻き層部１９の内周１９Ａに付与する圧力を、前記の式（２）に示す圧力ＰａＮに調整しているので、巻き層部１９の各層において、繊維２の巻付けに伴う張力の減少を零にすることができる。すなわち、巻き層部１９の各層において繊維２の張力を高く維持でき、各層の繊維２に畝りが生じない。これにより、先に巻き付けられた内層部（とくに最内層２１）の繊維２の緩みを確実に防止しながら、マンドレル６への繊維２の巻付けを行うことができる。
Furthermore, since the pressure applied to the
また、繊維２の巻付け動作の進行に従って繊維２の張力を徐々に低減させる手法を採用する場合と比較して、正確な巻付けを実現できる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。
すなわち、加圧ユニット１５〜１８を用いて巻き層部１９の内周１９Ａに加圧する場合を例に挙げて説明したが、それ以外の手法により、内周１９Ａを加圧するようにしてもよい。
In addition, more accurate winding can be realized as compared with the case where a method of gradually reducing the tension of the
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
That is, the case where the
また、内周１９Ａに加圧される圧力が式（２）に示す圧力ＰａＮでなくてもよい。この場合、巻き層部１９の巻き数の増大に従って、巻き層部１９の内周１９Ａに付与する圧力を上昇させることが望ましいが、巻き層部１９の巻き数の増減によらずに、巻き層部１９の内周１９Ａに付与する圧力が一定であってもよい。
その他、特許請求の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。
Further, the pressure applied to the
In addition, various modifications can be made within the scope of the claims.
１…フィラメントワインディング装置、２…繊維、６…マンドレル、７…巻付けユニット（巻付け手段）、１５…袋体（加圧手段）、１６…供給バルブ（加圧手段）、１７…流体供給源（加圧手段）、１８…排出バルブ（加圧手段）、１９…巻き層部、１００…フライホイール（環状回転体）
DESCRIPTION OF
Claims (4)
樹脂を含浸させた繊維を、当該繊維に所定の張力を与えながらマンドレルに巻き付ける巻付けステップと、
前記巻付けステップに並行して、前記マンドレルに既に巻き付けられている前記繊維によって構成される巻き層部の内周を、前記マンドレルを拡径することによって加圧する加圧ステップと、
前記巻き層部から前記マンドレルを脱芯する脱芯ステップとを含む、フィラメントワインディング方法。 A filament winding method for forming an annular rotating body, comprising:
A winding step of winding a fiber impregnated with resin around a mandrel while applying a predetermined tension to the fiber;
In parallel with the winding step, a pressurizing step of pressurizing the inner circumference of the wound layer portion constituted by the fibers already wound around the mandrel by expanding the diameter of the mandrel ;
A filament winding method including a decentering step of decentering the mandrel from the wound layer portion .
前記マンドレルを有し、前記繊維を、当該繊維に所定の張力を与えながら前記マンドレルに巻き付ける巻付け手段と、
前記マンドレルに既に巻き付けられている前記繊維によって構成される巻き層部の内周を、前記マンドレルを拡径することによって加圧する加圧手段と、
前記巻付け手段による前記繊維の巻付けと、前記加圧手段による前記巻き層部の前記内周への加圧とを並行して実行させる制御手段とを含む、フィラメントワインディング装置。 A full I Lament winding apparatus that form a circular rotating body by winding a fiber impregnated with resin on a mandrel, and the mandrel from the fiber after winding is allowed to de-core by using a filament winding method,
Having said mandrel, said fibers, and winding means for winding the mandrel while applying a predetermined tension to the fibers,
A pressurizing means for pressurizing the inner circumference of the wound layer portion constituted by the fibers already wound around the mandrel by expanding the diameter of the mandrel ;
A filament winding apparatus, comprising: control means for executing in parallel the winding of the fiber by the winding means and the pressurization of the wound layer portion on the inner circumference by the pressing means.
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