JP6662314B2 - Fiber feeder - Google Patents
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Description
本発明は、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器の周囲に繊維束を前記容器の軸方向に沿って移動しながら供給する繊維供給装置に関する。 The present invention relates to a fiber supply device for supplying a fiber bundle around a cylindrical container having a dome-shaped portion at an end while moving the fiber bundle along the axial direction of the container.
例えば、水素等の貯蔵ないしは供給に用いられる高圧容器の製造方法として、容器(ライナー)の外周面に、フィラメントワインディング法により、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維束を所定のピッチ幅で巻き付けた後、樹脂を硬化させて繊維強化樹脂層を形成するようにした製造方法は知られている。 For example, as a method of manufacturing a high-pressure container used for storing or supplying hydrogen or the like, a carbon fiber bundle impregnated with an uncured thermosetting resin by a filament winding method on a peripheral surface of a container (liner) is formed at a predetermined pitch width. There is known a manufacturing method in which a resin is cured after forming by winding to form a fiber reinforced resin layer.
特許文献1には、そのようなフィラメントワインディング法によって製造されるタンクが記載されており、そこでは、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器(ライナー)の周囲に、樹脂を含む繊維束を、容器(ライナー)の軸方向移動する繊維供給装置(供給ユニット)を利用して、容器(ライナー)の外周面に供給するようにしている。また、特許文献2には、そのような繊維供給装置で用いられるアイクチの一例が記載されている。
図4は、高圧容器製造用のフィラメントワインディング装置として用いられている上記した従来知られた繊維供給装置Aの一例であり、繊維11を巻き込んだ適数個(図では4個)のボビン12を収容したクリルスタンド10を有し、各ボビン12から繰り出された複数本の繊維11は、張力制御装置13を通過して、適宜の繊維収束冶具20に送られ、そこから、繊維束案内用のアイクチ30に送られる。
FIG. 4 shows an example of the above-described conventionally known fiber supply apparatus A used as a filament winding apparatus for manufacturing a high-pressure container. An appropriate number (four in FIG. 4) of
アイクチ30は、例えば前記特許文献2に記載されるように従来知られたものであり、図5にその一例の平面図を示すように、繊維11の送り方向に並列する適数本(図では3本)の案内ロール31を備え、該案内ロールの横幅方向に配列して姿勢で、適数本(図示のものでは4本)の繊維11が、通過するようになっている。なお、図5で、32は繊維を容器(ライナー)1に巻き付けやすいように揃えるための揃え口であり、必要に応じて配置される。
The Aikuchi 30 is conventionally known, for example, as described in
複数本(4本)の繊維11はアイクチ30によって所要に案内されながら、繊維束14として、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器(ライナー)1の外周面に巻き付けられる。図6に示すように、アイクチ30を出た繊維束14は、繊維11が横方向に並列した姿勢で容器(ライナー)1に向けて送り出され、その姿勢で容器(ライナー)1の外周面に巻き付けられる。
The plurality (four) of the
なお、アイクチ30は、繊維供給装置Aの移動によって、円筒形の容器(ライナー)1の軸方向に往復移動するとともに、円筒形の容器(ライナー)1に対して接近離間する移動、および繊維11の移動方向に対して回動する移動、等もなすように制御されている。
The Aikuchi 30 reciprocates in the axial direction of the cylindrical container (liner) 1 by the movement of the fiber supply device A, moves toward and away from the cylindrical container (liner) 1, and moves the
近年、特許文献1に記載されるようなフィラメントワインディング法によるタンクの製造において、最終製品の品質を落とすことなく、繊維束を巻くのに要する時間を短縮することが、生産能力向上の観点から求められている。
In recent years, in manufacturing a tank by a filament winding method as described in
そのための方法として、巻き付け速度を上げる方法が考えられるが、その場合、ボビンからの繊維の繰り出しスピードが速くなり、繊維へのダメージ(毛羽や絡まり等)による設備停止が生じる恐れがある。また、設備の負荷増による巻位置のバラつきが生じる恐れがある。これらのことから、巻き付け速度を上げる方法は現実的な解決策とはならない。 As a method for this, a method of increasing the winding speed can be considered, but in that case, the speed at which the fiber is fed from the bobbin increases, and there is a possibility that the equipment may be stopped due to damage to the fiber (such as fluff or entanglement). Further, there is a possibility that the winding position may vary due to an increase in the load on the equipment. For these reasons, increasing the winding speed is not a practical solution.
他の方法として、より多くの本数の繊維を同時に容器の外周面に巻き付けることが考えられる。従来の繊維供給装置で繊維の案内に用いられるアイクチ30は、図5に示すように、複数本(図示のものでは4本)の繊維11を横一例に配列する形状であり、より多くの本数の繊維(例えば8本)を同時に容器1の外周面に巻き付けようとすると、図7に示すように、横一列に配列する繊維の本数を倍に増加させることとなり、容器外周面に同時に巻き付けられる繊維束の横幅は繊維の本数が増えた分だけ広がることとなる。なお、図6および図7において、1は端部にドーム形状部2を備える円筒形の容器であり、前記したように、複数のボビンから供給される繊維11がアイクチ30によって案内され、容器1の回転とともに繊維束14として容器1の外周面に巻き付けられる。
As another method, it is conceivable to simultaneously wind a larger number of fibers around the outer peripheral surface of the container. The Ikuchi 30 used for guiding the fibers in the conventional fiber supply device has a shape in which a plurality of (four in the illustrated)
アイクチ30を通る繊維群の横幅が大きくなると、繊維束14の横幅が大きくなり、容器1の外周面に繊維束14を巻き付けるときに、特に、ドーム形状部2での巻き付けに不都合が生じるのを避けられない。すなわち、繊維束14の横幅が狭い場合には、図6に示すように、容器1のドーム形状部2の形状に追従して凹凸の無い状態での巻き付けが進行するが、繊維束14の横幅が広くなってくると、図7に示すように、ドーム形状部2の形状に繊維束14の張力が追従することが困難となり、ドーム形状部2に沿った巻き付けが困難となる。結果、巻き付け面に凹凸が生じやすくなり、最終製品の品質の低下を招く恐れがある。そのために、単にアイクチ30の横幅を広げてより多くの本数の繊維11を同時に容器1の外周面に巻き付ける方法も、生産能力向上のための現実的な解決策とはならない。
When the width of the fiber group passing through the
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器の周囲に繊維束を繊維束案内用のアイクチ部材を通して前記容器の軸方向に沿って移動しながら供給する繊維供給装置において、得られる最終製品の品質を低下させることなく、生産能力を確実に向上させることのできる、より改良された繊維供給装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the axial direction of the container through the fiber bundle guiding Ikuchi member around the cylindrical container having a dome-shaped portion at the end of the fiber bundle. It is an object of the present invention to provide a more improved fiber feeder that can surely increase the production capacity without lowering the quality of an obtained final product in a fiber feeder that feeds while moving along. .
本発明による繊維供給装置は、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器の周囲に繊維束を繊維束案内用のアイクチ部材を通して前記容器の軸方向に沿って移動しながら供給する繊維供給装置であって、前記アイクチ部材は2段以上にアイクチを積層した構成であり、各段のアイクチは幅方向に配列した姿勢で複数本の繊維が通過するようになっており、かつ、各段のアイクチはそれぞれ独立した位置および姿勢の制御が可能とされていることを特徴とする。 The fiber supply device according to the present invention is a fiber supply device that supplies a fiber bundle around a cylindrical container having a dome-shaped portion at an end thereof while moving the fiber bundle along an axial direction of the container through a fiber bundle guiding ikuchi member. The eyelet member has a configuration in which the eyelets are stacked in two or more stages, and a plurality of fibers are passed through in a posture arranged in the width direction in each stage. Aikuchi is characterized in that independent position and attitude control is possible.
本発明による繊維供給装置を用いることにより、端部にドーム形状部を備える円筒形の容器の周囲に繊維束を巻き付ける作業を、得られる製品の品質を低下させることなく、短時間化することが可能となる。 By using the fiber supply device according to the present invention, the operation of winding the fiber bundle around a cylindrical container having a dome-shaped portion at the end can be shortened without reducing the quality of the obtained product. It becomes possible.
以下、本発明の一実施の形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明による繊維供給装置100が使用される具体例の1つの例として、高圧容器製造用のフィラメントワインディング装置を示している。図1において、10は、クリルスタンドであり、繊維11を巻き込んだ適数個(図では4個)のボビン12を有し、各ボビン12から繰り出された4本の繊維11は、張力制御装置13を通過して、従来知られた構成の繊維収束冶具20に送られる。繊維収束冶具20はボビン12から供給される繊維11を収束して複数本(ここでは4本)の繊維からなる繊維束14とする。4本の繊維からなる繊維束14は、先に図5に基づき説明した形状のアイクチ30に入り込み、そこから、ライナーとしての端部にドーム形状部2を備える円筒形の容器1に巻き付けられる。なお、クリルスタンド10、繊維収束冶具20およびアイクチ30は、前記したように、図4に基づき説明した従来の繊維供給装置Aでのものと同じであってよい。
FIG. 1 shows a filament winding device for manufacturing a high-pressure container as one example of an embodiment in which the
繊維供給装置100は、もう一つのクリルスタンド10aを有している。クリルスタンド10aはクリルスタンド10と同じものであり、繊維11aを巻き込んだ4個のボビン12aを有し、各ボビン12aから繰り出された4本の繊維11aは、張力制御装置13aを通過して、繊維収束冶具20aに送られる。繊維収束冶具20aは4本の繊維からなる繊維束14aに収束し、4本の繊維からなる繊維束14aはアイクチ30aに入り込み、そこから、前記した円筒形の容器1に巻き付けられる。繊維収束冶具20aおよびアイクチ30aは、前記した繊維収束冶具20およびアイクチ30と同じものである。
The
円筒形の容器1は、長手方向の回転軸Lを有し、図示しない適宜の回転駆動装置によって、回転軸Lには所望の回転が与えられる。前記2つのアイクチ30およびアイクチ30aから送り出される繊維束14および繊維束14aは、容器1への巻き付け時には、同時に容器1の外周面に巻き付けられる。なお、前記回転軸Lの方向をX軸方向と呼ぶ。
The
繊維収束冶具20と繊維収束冶具20a、およびアイクチ30とアイクチ30aは、図1に示すように、円筒形の容器1の側面側に、上下方向に2段に並設されている。そして、少なくともアイクチ30とアイクチ30aは、制御部40からの信号を受けて、円筒形の容器1に対する位置および姿勢とが、独立的に制御されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
具体的には、円筒形の容器1に接近離間する方向であるZ軸方向の移動(前後移動)aと、前記X軸に沿う方向の移動(トラバース)bと、前記前後移動の移動軸周りの回転(搖動移動)c、の各移動が、独立して制御されるようになっている。なお、アイクチ30あるいはアイクチ30aにおける前記前後移動a,トラバースb,搖動移動cは、従来の繊維供給装置におけるアイクチにおいて既に行われているものであり、この繊維供給装置100では、これらの移動が、2つのアイクチ、すなわち、アイクチ30およびアイクチ30aにおいて、個々に独立して行うことができることで、従来の繊維供給装置と相違する。
Specifically, a movement (forward-backward movement) a in the Z-axis direction, which is a direction approaching or moving away from the
図2は、図1に示した繊維供給装置100および回転軸Lを水平方向とした容器1を上から見て示している。2つのアイクチ30およびアイクチ30aから出てくる4本の繊維が横方向に並んだ形の繊維束14と繊維束14aは、上下方向に重なった状態で、円筒形の容器1の外周面に巻き付けられる。また、送り出される繊維束14と繊維束14aは、それぞれが通過するアイクチ30およびアイクチ30aが独立して位置と姿勢が制御されることで、それぞれの巻き付け時の張力を別個に調整することが可能となる。
FIG. 2 shows the
なお、図2では、わかりやすさのために、繊維束14と繊維束14aとを横方向にずらしたようにして描いているが、実際の巻き付けでは、前記のように、上下に重なった状態で巻き付けられる。
In FIG. 2, the
したがって、1回のトラバースで2層の繊維束14,14aを同時に容器1に巻き付けることが可能となり、アイクチが一段のものと比較して、生産効率は2倍となる。そして、各層を形成する繊維束14および繊維束14aについて、独立して張力を制御することが可能なことから、同時に巻き付けられる2層の繊維束14および繊維束14aは、ともに所期の条件を満足したものなる。
Therefore, two layers of the fiber bundles 14 and 14a can be simultaneously wound around the
このことは、特に、容器1のドーム形状部2における繊維束の巻き付けに、有効に作用する。すなわち、図3に示すように、2つの繊維束14と繊維束14aは、横幅は従来の4本繊維のものと同じであり、かつ、前記のようにそれぞれ適切な張力制御が可能であることから、前記図7に示したような、ドーム形状部2において張力追従が困難となるような事象は発現せず、下段の繊維束14aの上に上段の繊維束14が積層した状態で、ドーム形状部2への巻き付けが進行し、繊維束14と繊維束14aは、ともにドーム形状部2の外形の忠実に追従した状態となる。それにより、例えば高圧容器の製造を、その品質を劣化させることなく、2倍の速度で製造することが可能となり、生産効率は向上する。
This is particularly effective for winding the fiber bundle in the dome-shaped
なお、図3においても、図2と同様に、繊維束14と繊維束14aとを横方向にずらしたようにして描いているが、実際の巻き付けでは、やはり上下に重なった状態で巻き付けられる。
In FIG. 3, as in FIG. 2, the
上記の実施の形態では、繊維束を4本の繊維からなるものとして説明したが、それは例示であり、巻き付けの対象とする端部にドーム形状部2を備える円筒形の容器1の大きさにあわせて、適宜の数とすることができる。また、アイクチも2段に分割して積層配置したものを説明したが、これも例示であって、3段以上であってもよい。さらに、アイクチ30(30a)に加えて、繊維収束冶具20(20a)の姿勢も、アイクチ30(30a)にあわせて制御するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the fiber bundle is described as being made of four fibers, but this is merely an example, and the size of the
さらに、アイクチ30(30a)の位置および姿勢の制御は、前記前後移動a,トラバースb,搖動移動cのすべてを同時に行うようにしてもよく、そのいずれかを選択的に行うようにしてもよい。特に、トラバースbは、繊維供給装置100自体が、容器1の軸方向に沿って移動するものであり、不要である場合が多い。また、アイクチ30(30a)は、従来知られた揃え口32(図5参照)を有していてもよい。
Further, the control of the position and the posture of the eyelet 30 (30a) may be such that all of the forward / backward movement a, the traverse b, and the swing movement c may be performed simultaneously, or one of them may be selectively performed. . In particular, the traverse b is such that the
なお、本発明において、前記アイクチ30とアイクチ30aとを少なくとも備えた部材をアイクチ部材といい、前記のように、前記アイクチ部材は2段以上にアイクチを積層した構成であり、各段のアイクチは幅方向に配列した姿勢で複数本の繊維が通過するようになっており、かつ、各段のアイクチはそれぞれ独立した位置および姿勢の制御が可能とされる。
In the present invention, a member provided with at least the
本発明による繊維供給装置100で用いる前記繊維11(11a)は、ボビン12(12a)に巻かれた状態で予め未硬化の熱硬化性樹脂が含浸したものであってもよく、ボビン12(12a)から繊維収束冶具20(20a)に至る途中で図示しないレジンバスを通すことで樹脂を含浸させるようにしてもよい。
The fibers 11 (11a) used in the
樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、等が挙げられ、これらのなかでは、エポキシ樹脂または不飽和ポリエステル樹脂がより好ましい。 Examples of the resin include an epoxy resin, a modified epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a polypropylene resin, and the like. Among these, an epoxy resin or an unsaturated polyester resin is more preferable.
繊維としては、金属繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維、といった無機繊維、或いは、アラミド繊維等の合成有機繊維、あるいは綿等の天然有機繊維を例示できる。これらの繊維は、単独でまたは混合して(混繊として)使用することができ、これらの中では、カーボン繊維、アラミド繊維が特に好ましい。 Examples of the fibers include inorganic fibers such as metal fibers, glass fibers, carbon fibers, and alumina fibers, synthetic organic fibers such as aramid fibers, and natural organic fibers such as cotton. These fibers can be used alone or in combination (as a mixed fiber). Among them, carbon fibers and aramid fibers are particularly preferred.
100…本発明による繊維供給装置、
1…端部にドーム形状部を備える円筒形の容器(ライナー)
2…容器のドーム形状部、
10,10a…クリルスタンド、
11,11a…繊維、
12,12a…ボビン、
13,13a…張力制御装置、
14,14a…繊維束、
20,20a…繊維収束冶具、
30,30a…繊維束案内用のアイクチ、
31…案内ロール、
40…制御部、
L…円筒形の容器の回転軸。
100 ... fiber supply device according to the present invention,
1. Cylindrical container (liner) with a dome-shaped part at the end
2 ... Dome-shaped part of container,
10, 10a ... Krill stand,
11, 11a ... fiber,
12, 12a ... bobbin,
13, 13a ... tension control device,
14, 14a ... fiber bundle,
20, 20a ... fiber convergence jig,
30, 30a: Aikuchi for guiding fiber bundles,
31 ... guide roll,
40 ... control unit,
L: Rotating axis of cylindrical container.
Claims (1)
前記アイクチ部材は2段以上にアイクチを積層した構成であり、各段のアイクチは幅方向に配列した姿勢で複数本の繊維が通過するようになっており、かつ、各段のアイクチはそれぞれ独立した位置および姿勢の制御が可能とされていることを特徴とする繊維供給装置。 A fiber supply device for supplying a fiber bundle around a cylindrical container having a dome-shaped portion at an end thereof while moving the fiber bundle along an axial direction of the container through a fiber bundle guiding member.
The Ikuchi member has a configuration in which Ikuchi is laminated in two or more stages, wherein a plurality of fibers pass in a posture arranged in the width direction, and each stage has an independent Ikuchi. A fiber supply device characterized in that a controlled position and posture can be controlled.
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