JPWO2018135155A1 - Filament winding method and filament winding apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
課題:巻き付け時間やセッティング時間を短縮しつつ、繊維束を有効に巻き付けることができるフィラメントワインディング法を提供する。解決手段:胴部10Aと、当該胴部10Aの両端に形成されたドーム部10B、10Cと、当該ドーム部10B、10Cの頂部に設けられた口金部10D、10Eとを有するライナWの外周に繊維束fを巻き付けて繊維層を形成する際に、ライナWの外周に繊維束fをガイドする複数の繊維束ガイド41、42を、ライナWの外周の片側に配置するガイド配置ステップと、ライナWを軸回りに回転させる回転ステップと、複数の繊維束ガイド41、42をライナWの軸方向に沿って往復動させて、ライナWの外周に繊維束fを巻き付けていく巻付ステップとを含む構成とする。Problem: To provide a filament winding method capable of effectively winding a fiber bundle while reducing winding time and setting time. SOLUTION: On the outer periphery of a liner W having a trunk portion 10A, dome portions 10B and 10C formed at both ends of the trunk portion 10A, and cap portions 10D and 10E provided at the tops of the dome portions 10B and 10C. A guide arrangement step of arranging a plurality of fiber bundle guides 41 and 42 for guiding the fiber bundle f on the outer circumference of the liner W on one side of the outer circumference of the liner W when the fiber bundle f is wound to form a fiber layer; A rotation step for rotating W around the axis, and a winding step for winding the fiber bundle f around the outer periphery of the liner W by reciprocating the plurality of fiber bundle guides 41 and 42 along the axial direction of the liner W. Including configuration.
Description
本発明は、ライナの外周に繊維層を形成するフィラメントワインディング(以下「FW」と称する)法及びそれを用いるためのFW装置に関し、特に燃料電池車及びそのインフラに適用される、燃料電池車用複合容器や水素ステーション用蓄圧器を製造するFW法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a filament winding (hereinafter referred to as “FW”) method for forming a fiber layer on the outer periphery of a liner and an FW device for using the method, and more particularly to a fuel cell vehicle and its infrastructure. The present invention relates to a FW method for manufacturing a composite container and a pressure accumulator for a hydrogen station.
FW成形装置は、両端が軸支シャフトに支持された金属ライナWを軸回りに回転させながら、その外周に樹脂を含浸させた繊維束(補強繊維)fをヘリカル状やフープ状に巻き付けることにより、複合容器等を成形するものである。 The FW molding apparatus is configured by winding a fiber bundle (reinforcing fiber) f impregnated with resin on its outer periphery in a helical shape or a hoop shape while rotating a metal liner W supported at both ends by a shaft. A composite container or the like is formed.
図6は、従来のFW成形装置の構成を示す概略構成図である。なお、地面に水平な一方向をX方向とし、地面に水平でX方向と垂直な方向をY方向とし、X方向とY方向とに垂直な方向をZ方向とする。
FW成形装置201は、テーブル20と、軸支シャフト31Rを有する右側ライナ駆動系30Rと、軸支シャフト31L及び駆動モータ32Lを有する左側ライナ駆動系30Lと、繊維束供給系240と、コンピュータにより構成される制御装置250とを備える(例えば特許文献1参照)。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a conventional FW molding apparatus. One direction horizontal to the ground is defined as an X direction, a direction horizontal to the ground and perpendicular to the X direction is defined as a Y direction, and a direction perpendicular to the X direction and the Y direction is defined as a Z direction.
The FW
FW成形装置201に装着される金属ライナWは、例えば外径d1を有する円筒状の胴部10Aと、胴部10Aの左側に形成されたドーム部10Bと、胴部10Aの右側に形成されたドーム部10Cとを有する。そして、ドーム部10Bの頂部には外径d2(d1>d2)を有する円筒状の口金部10Dが設けられ、ドーム部10Cの頂部にも外径d2(d1>d2)を有する円筒状の口金部10Eが設けられている。
これにより、金属ライナWの口金部10Dが軸支シャフト31Rに例えばネジ機構により固定されるとともに、金属ライナWの口金部10Eが軸支シャフト31Lに例えばネジ機構により固定されることで、回転軸(X方向)と金属ライナWの中心軸とが一致するように固定される。The metal liner W mounted on the
As a result, the
一方、FW成形装置201に用いられる補強繊維fは、複数の繊維からなる繊維束に熱硬化性樹脂を含ませて構成される。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド等が挙げられ、繊維としては、炭素繊維、金属繊維、ガラス繊維、アラミド繊維もしくはこれらの混合繊維等が挙げられる。
そして、このような繊維と熱硬化性樹脂とが繊維束供給系240にセッティングされる。On the other hand, the reinforcing fiber f used in the
Such fibers and thermosetting resin are set in the fiber
繊維束供給系240は、繊維を供給するボビン群45と、繊維に樹脂を含浸させる樹脂槽47と、補強繊維fをガイドする環状のヘッド(繊維束ガイド)41と、ヘッド41をXYZ方向に移動させたりX軸方向の向きを反転させたりする駆動アーム(駆動機構)43とを備える。
The fiber
制御装置250は、金属ライナW等の駆動状況や、繊維束供給系240からの補強繊維fの送り出し状況等を規定するプログラムに則って、FW成形装置201の制御を担うものである。すなわち、制御装置250には、駆動モータ32Lの回転速度、回転のタイミング、ヘッド41を往復して移送する回数、移送距離、移動速度等の巻き付け条件(プログラム)が入力されている。
The
このようなFW成形装置201において、金属ライナWが軸支済みの状態で、起動スイッチ等が操作されると、制御装置250は、スイッチ操作を受けて、駆動モータ32Lを駆動制御して、金属ライナWを軸回りに回転させる(回転ステップ)。金属ライナWの回転と同期して、制御装置250は、駆動アーム43を駆動制御して、ヘッド41を金属ライナWの軸方向(X方向、−X方向)に沿って往復動させたり回転させたりしながら、ヘッド41から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周に巻回していく(巻付ステップ)。
In such an
また、巻き付け時間を短縮するために、複数本の補強繊維fを金属ライナWの外周に同時に巻き付けていく多給糸FW法を用いたFW成形装置も開示されている(例えば特許文献2参照)。このようなFW成形装置は、金属ライナWに補強繊維fを供給する20個の繊維束ガイドを放射状に有する円環状のリングユニットを備えている。 Moreover, in order to shorten winding time, the FW shaping | molding apparatus using the multi-feed yarn FW method which winds several reinforcement fiber f around the outer periphery of the metal liner W simultaneously is also disclosed (for example, refer patent document 2). . Such an FW molding apparatus includes an annular ring unit that radially includes 20 fiber bundle guides that supply reinforcing fibers f to the metal liner W.
しかしながら、多給糸FW法が用いられたFW成形装置は、リングユニットを備えるため大型化し、また、そのリングユニットへの繊維のセッティングや金属ライナWの装着に時間がかかるという問題点があった。さらに、補強繊維fの巻き付けの折り返し位置である、金属ライナWの口金部10D、10Eの領域に補強繊維fが大量に折り重なってしまうため、その領域の繊維層の肉厚が単給糸FW法による肉厚に比べて大きくなってしまうことがあった。
However, the FW molding apparatus using the multi-feed yarn FW method has a problem in that it has a ring unit and is large in size, and it takes time to set the fiber and attach the metal liner W to the ring unit. . Further, since the reinforcing fibers f are folded in large quantities in the regions of the
一方、単給糸FW法が用いられたFW成形装置201においては、巻き付け時間が長いという問題点があった。特に、複数本の補強繊維fを同時に巻き付けた場合、金属ライナWのドーム部10B、10C上で補強繊維fの横滑りが発生し、設定された軌道に沿って正しく巻き付けられないことがあった。このような補強繊維fの横滑りが発生すると、この部分に膨らみが発生して外観を損なうとともに、繊維方向が正しい補強巻き付けラインから外れてしまい、複合容器等の強度にバラツキが生じる等の問題が発生する。
On the other hand, the FW
本発明者らは、巻き付け時間やセッティング時間を短縮しつつ、補強繊維fを有効に巻き付けることができるFW法について検討を行った。そこで、ライナ外周の片側に複数の繊維束ガイドを配置することを見出した。これにより、セッティングが容易かつ巻き付けが確実で、巻き付け時間が短く、補強繊維fを有効に巻き付けることができた。 The present inventors examined the FW method that can effectively wind the reinforcing fiber f while shortening the winding time and setting time. Therefore, it has been found that a plurality of fiber bundle guides are arranged on one side of the outer periphery of the liner. Thereby, the setting was easy and the winding was reliable, the winding time was short, and the reinforcing fiber f could be wound effectively.
すなわち、本発明のフィラメントワインディング法は、胴部と、当該胴部の両端に形成されたドーム部と、当該ドーム部の頂部に設けられた口金部とを有するライナの外周に繊維束を巻き付けて繊維層を形成するフィラメントワインディング法であって、前記ライナの外周に前記繊維束をガイドする複数の繊維束ガイドを、前記ライナの外周の片側に配置するガイド配置ステップと、前記ライナを軸回りに回転させる回転ステップと、複数の繊維束ガイドを前記ライナの軸方向に沿って往復動させて、前記ライナの外周に前記繊維束を巻き付けていく巻付ステップとを含むようにしている。
ここで、「ライナの外周の片側」とは、ライナの中心軸を含む面を境界面として、どちらか一方の片側(180°以内)となることをいい、ライナ交換や繊維交換の作業性や制御の容易性を考慮して、90°以内であることが好ましい。That is, in the filament winding method of the present invention, a fiber bundle is wound around the outer periphery of a liner having a body part, a dome part formed at both ends of the body part, and a base part provided at the top of the dome part. A filament winding method for forming a fiber layer, wherein a plurality of fiber bundle guides for guiding the fiber bundle to the outer periphery of the liner are arranged on one side of the outer periphery of the liner, and the liner is rotated about an axis. A rotation step for rotating, and a winding step for reciprocating a plurality of fiber bundle guides along the axial direction of the liner to wind the fiber bundle around the outer periphery of the liner.
Here, “one side of the outer periphery of the liner” means that one side (within 180 °) with the plane including the central axis of the liner as a boundary surface, the workability of liner exchange and fiber exchange, Considering ease of control, it is preferably within 90 °.
本発明のフィラメントワインディング法によれば、片側に繊維束ガイドを備えればよいので小型化でき、セッティング(装置準備)も容易になる。また、繊維束の巻き付けの折り返し位置における繊維層の肉厚の増加を抑制することができ、それらの領域における繊維層の肉厚のムラをなくすことができる。その結果、単給糸FW法より巻き付け時間が短いという利点を維持しつつ、単給糸FW法と同程度の品質を確保することができる。 According to the filament winding method of the present invention, a fiber bundle guide only needs to be provided on one side, so that the size can be reduced and setting (device preparation) is facilitated. In addition, an increase in the thickness of the fiber layer at the turn-back position of the fiber bundle can be suppressed, and unevenness in the thickness of the fiber layer in those regions can be eliminated. As a result, while maintaining the advantage that the winding time is shorter than the single-feed yarn FW method, it is possible to ensure the same quality as the single-feed yarn FW method.
(他の課題を解決するための手段および効果)
また、本発明のフィラメントワインディング法は、複数の繊維束ガイドを軸方向に隣接させながら往復動させることにより、前記ライナの外周に前記繊維束を巻き付けるようにしてもよい。
本発明のフィラメントワインディング法によれば、繊維束による段差ができたり段差による空洞ができたりするのを防止することができる。(Means and effects for solving other problems)
Further, in the filament winding method of the present invention, the fiber bundle may be wound around the outer periphery of the liner by reciprocating a plurality of fiber bundle guides adjacent to each other in the axial direction.
According to the filament winding method of the present invention, it is possible to prevent a step due to a fiber bundle or a cavity due to the step.
また、本発明のフィラメントワインディング法は、前記ライナの前記胴部の外周に前記繊維束を巻き付ける際に、軸方向に対し進行方向後方の繊維束ガイドが繊維束を巻き付けた後に、軸方向に対し進行方向前方の繊維束ガイドが、当該繊維束に隣接する位置に繊維束を巻き付けるようにしてもよい。
本発明のフィラメントワインディング法によれば、先に巻いた繊維束がガイドになり、後から巻く繊維束の軌道を作ることができる。Further, in the filament winding method of the present invention, when the fiber bundle is wound around the outer periphery of the body portion of the liner, the fiber bundle guide behind the advancing direction with respect to the axial direction winds the fiber bundle, and then the axial direction. The fiber bundle guide at the front in the traveling direction may wind the fiber bundle around a position adjacent to the fiber bundle.
According to the filament winding method of the present invention, the fiber bundle wound first becomes a guide, and the track of the fiber bundle wound later can be made.
また、本発明のフィラメントワインディング法は、前記ライナの前記ドーム部の外周に前記繊維束を巻き付ける際に、横滑りしやすい方向にある側の繊維束ガイドが巻き付ける繊維束は、横滑りが発生しにくい軌道となるようにし、当該繊維束ガイドに隣接する繊維束ガイドが、当該繊維束に隣接する位置に繊維束を巻き付けるようにしてもよい。
ここで、「横滑りが発生しにくい軌道」とは、等張力測地線や等張力測地線形状に近い曲面に摩擦係数や張力による摩擦力を考慮した軌道等が挙げられる。
本発明のフィラメントワインディング法によれば、横滑りしやすい方向にある側の繊維束ガイドが巻き付ける繊維束は、滑りにくい位置に巻くことで滑りにくくなる。Further, the filament winding method of the present invention is such that when the fiber bundle is wound around the outer circumference of the dome portion of the liner, the fiber bundle wound by the fiber bundle guide on the side in the direction in which the side slip easily occurs is less likely to cause side slip. The fiber bundle guide adjacent to the fiber bundle guide may wind the fiber bundle around the position adjacent to the fiber bundle.
Here, the “trajectory that does not easily cause a skid” includes a trajectory in which a frictional force due to a friction coefficient or a tension is taken into consideration on a curved surface close to an isotension geodesic line or a shape of an isotension geodesic line.
According to the filament winding method of the present invention, the fiber bundle wound by the fiber bundle guide on the side in which the side is easily slipped is less slipped by being wound at a position where it is difficult to slip.
また、本発明のフィラメントワインディング法は、複数の繊維束ガイドを半径方向に隣接させながら往復動させることにより、前記ライナの外周に前記繊維束を巻き付けるようにしてもよい。
本発明のフィラメントワインディング法によれば、従来の単給糸FW法の課題であった内側の繊維束が弛み、繊維束の中で張力差ができることによる、締め付け効果が薄れることを抑制するとともにフープ巻き及びヘリカル巻きをより少ない往復回数で巻回することができる。In the filament winding method of the present invention, the fiber bundle may be wound around the outer periphery of the liner by reciprocating a plurality of fiber bundle guides while being adjacent in the radial direction.
According to the filament winding method of the present invention, the inner fiber bundle, which has been a problem of the conventional single-feed yarn FW method, is slackened, and it is possible to suppress the tightening effect from being weakened due to the difference in tension in the fiber bundle, and the hoop. Winding and helical winding can be wound with a smaller number of reciprocations.
また、本発明のフィラメントワインディング法は、複数の繊維束ガイドを往路及び/又は復路に移動させる時において、複数の繊維束ガイドを軸方向に隣接させながら移動させることにより、前記ライナの外周に前記繊維束を巻き付けることと、複数の繊維束ガイドを半径方向に隣接させながら移動させることにより、前記ライナの外周に前記繊維束を巻き付けることとを組み合わせて実行するようにしてもよい。
本発明のフィラメントワインディング法によれば、様々な積層数(奇数・偶数含む)のフープ巻きとヘリカル巻きに対応することができる。Further, in the filament winding method of the present invention, when moving the plurality of fiber bundle guides in the forward path and / or the return path, the plurality of fiber bundle guides are moved adjacent to each other in the axial direction, so that the outer periphery of the liner is You may make it perform combining combining winding a fiber bundle and winding the said fiber bundle on the outer periphery of the said liner by moving a some fiber bundle guide, adjoining to radial direction.
According to the filament winding method of the present invention, it is possible to cope with hoop winding and helical winding of various numbers of layers (including odd and even numbers).
そして、本発明のフィラメントワインディング装置は、ライナの外周に繊維束を巻き付けて繊維層を形成するフィラメントワインディング装置であって、前記ライナの外周に前記繊維束をガイドする複数の繊維束ガイドと、前記ライナを軸回りに回転させる回転機構と、複数の繊維束ガイドを前記ライナの軸方向に沿って往復動させる制御部とを備え、複数の繊維束ガイドは、前記ライナの外周の片側に配置されているようにしている。 The filament winding apparatus of the present invention is a filament winding apparatus that forms a fiber layer by winding a fiber bundle around an outer periphery of a liner, and a plurality of fiber bundle guides that guide the fiber bundle on the outer periphery of the liner; A rotation mechanism that rotates the liner around its axis; and a controller that reciprocates the plurality of fiber bundle guides along the axial direction of the liner, and the plurality of fiber bundle guides are arranged on one side of the outer periphery of the liner. It is like that.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
<第一実施形態>
図1は、第一実施形態に係るFW成形装置の構成を示す概略構成図である。なお、上述したFW成形装置201と同様のものについては、同じ符号を付している。
FW成形装置1は、リニアガイド21を有するテーブル20と、軸支シャフト31Rを有する右側ライナ駆動系30Rと、軸支シャフト31L及び駆動モータ32Lを有する左側ライナ駆動系30Lと、繊維束供給系40と、コンピュータにより構成される制御装置50とを備える。<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the FW molding apparatus according to the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing similar to the FW shaping |
The FW molding apparatus 1 includes a table 20 having a
右側ライナ駆動系30Rは、軸支ブロック33Rと、軸支シャフト31Rとを備える。軸支ブロック33Rは、リニアガイド21を介してテーブル20に載置されており、左右方向(X方向、−X方向)にスライド自在とされている。これにより、金属ライナWの装着時や取り外し時には、右方に退避することが可能となっている。
軸支シャフト31Rは、軸支ブロック33Rに装着されており、左端でネジ機構等を用いて金属ライナWを支持するようになっている。The right
The
左側ライナ駆動系30Lは、軸支ブロック33Lと、駆動モータ32Lと、軸支シャフト31Lとを備える。軸支ブロック33Lは、テーブル20に載置されている。
軸支シャフト31Lは、軸支ブロック33Lに装着されており、左端が駆動モータ32Lに固定され、右端でネジ機構等を用いて金属ライナWを支持するようになっている。The left
The
このような駆動モータ32Lは、制御装置50の制御信号を受けて回転駆動することになる。これにより、軸支シャフト31Rと軸支シャフト31Lとの間に軸支された金属ライナWが、軸周りに回転するようになっている。
Such a
繊維束供給系40は、繊維を供給する第一ボビン群45と、繊維を供給する第二ボビン群46と、繊維に樹脂を含浸させる樹脂槽47と、補強繊維fをガイドする環状の第一ヘッド(第一繊維束ガイド)41と、第一ヘッド41をXYZ方向に移動させたりX軸方向の向きを反転させたりする第一駆動アーム43と、補強繊維fをガイドする環状の第二ヘッド(第二繊維束ガイド)42と、第二ヘッド42をXYZ方向に移動させたりX軸方向の向きを反転させたりする第二駆動アーム44とを備える。
The fiber
そして、第一ヘッド41と第二ヘッド42とは、軸方向(X方向)に隣接して配置される(ガイド配置ステップ)。これにより、第一ヘッド41によりガイドされる補強繊維fと、第二ヘッド42によりガイドされる補強繊維fとが、金属ライナWの外周において並ぶように巻き付けられることになる。
And the
このような繊維束供給系40では、制御装置50の制御信号を受けて、第一ヘッド41が金属ライナWの軸方向(X方向、−X方向)に沿って往復動しながら、補強繊維fを金属ライナWの外周に送り出すとともに、第二ヘッド42が金属ライナWの軸方向(X方向、−X方向)に沿って往復動しながら、補強繊維fを金属ライナWの外周に送り出すようになっている。
In such a fiber
制御装置50は、金属ライナW等の駆動状況や、繊維束供給系40からの補強繊維fの送り出し状況等を規定するプログラムに則って、FW成形装置1の制御を担うものである。すなわち、制御装置50には、駆動モータ32Lの回転速度、回転のタイミング、ヘッド41、42を往復して移送する回数、移送距離、移動速度等の巻き付け条件(プログラム)が入力されている。
The
このようなFW成形装置1において、金属ライナWが軸支済みの状態で、起動スイッチ等が操作されると、制御装置50は、スイッチ操作を受けて、駆動モータ32Lを駆動制御して、金属ライナWを軸回りに回転させる(回転ステップ)。金属ライナWの回転と同期して、制御装置50は、第一駆動アーム43と第二駆動アーム44とを駆動制御して、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを金属ライナWの軸方向(X方向、−X方向)に沿って往復動させながら、第一ヘッド41と第二ヘッド42とから補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周に巻回していく(巻付ステップ)。
In such an FW molding apparatus 1, when the start switch or the like is operated while the metal liner W is already pivotally supported, the
ここで、第一ヘッド41の動作と第二ヘッド42の動作とについて詳細に説明する。なお、ここでは、金属ライナWの外周に対して補強繊維fを10往復のフープ巻きと10往復のヘリカル巻きとを交互に繰り返して10回行うこととする。
Here, the operation of the
図2(a)は、補強繊維fをフープ状に巻き付ける際のヘッド41、42の状態を示す斜視図であり、図2(b)は、補強繊維fをフープ状に巻き付ける際の側面図である。金属ライナWの軸方向に対し、巻き付け動作の進行方向後方側のヘッドが、進行方向前方側のヘッドより少し先行するようにして2本の補強繊維を巻き付けていく。
すなわち、まず、第一ヘッド41から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第1円周位置に巻回した(第一巻付ステップ)後に、少し遅れてこれを追うように第二ヘッド42から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第2円周位置に巻回する(第二巻付ステップ)。
なお、第1円周位置は、金属ライナWの外周に最初にフープ巻きで巻回されるべき位置として規定されており、軸方向に対して所定角度αで傾いている。そして、第(n+1)円周位置も、軸方向に対して所定角度αで傾いており、第n円周位置より金属ライナWの軸方向(X方向)側の所定の間隔Δxの隣となっている。
上記所定の間隔Δxとしては、補強繊維fが接することが好ましいが、厳密に接するとは限らず、先に巻いた補強繊維fと後から巻く補強繊維fとの補強効果が金属ライナWの同一部に与えられる点から、補強繊維fの横幅以内程度であれば、間隔が空いていてもよい。FIG. 2A is a perspective view showing a state of the
That is, first, the reinforcing fiber f is sent out from the
The first circumferential position is defined as a position to be wound around the outer periphery of the metal liner W by hoop winding first, and is inclined at a predetermined angle α with respect to the axial direction. The (n + 1) th circumferential position is also inclined at a predetermined angle α with respect to the axial direction, and is adjacent to a predetermined interval Δx on the axial direction (X direction) side of the metal liner W from the nth circumferential position. ing.
The predetermined spacing Δx is preferably in contact with the reinforcing fiber f, but is not necessarily in contact strictly, and the reinforcing effect of the reinforcing fiber f wound first and the reinforcing fiber f wound later is the same as that of the metal liner W. From the point given to the part, as long as it is within the lateral width of the reinforcing fiber f, the interval may be spaced.
そして、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを金属ライナWの軸方向(X方向)に沿って移動させながら、第一巻付ステップの後に第二巻付ステップを実行する。
これにより、先に巻いた補強繊維fがガイドになり、後から巻く補強繊維fの軌道を作ることができる。Then, the second winding step is executed after the first winding step while moving the
Thereby, the reinforcement fiber f wound first becomes a guide, and the track of the reinforcement fiber f wound later can be made.
その後、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを往復動させる方向を切り換える位置では、第一ヘッド41から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第(n−1)円周位置に巻回すると同時に、第二ヘッド42から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第n円周位置に巻回する。
さらに、ヘッドの移動方向が反転した時点で、巻き付け動作の進行方向後方側のヘッドが第一ヘッド41から第二ヘッド42に切り換わり、進行方向前方側のヘッドが第二ヘッド42から第一ヘッド41に切り換わる。そして第二ヘッド42から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第n円周位置に巻回すると同時に、第一ヘッド41から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第(n−1)円周位置に巻回する。Thereafter, at a position where the direction in which the
Furthermore, when the moving direction of the head is reversed, the head on the rear side in the moving direction of the winding operation is switched from the
その後、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを金属ライナWの軸方向(−X方向)に沿って移動させながら、第二ヘッド42による第二巻付ステップの後に少し遅れてこれを追うように第一ヘッド41による第一巻付ステップを実行する。
このように第一ヘッド41と第二ヘッド42とをX方向(往路)に移動させる際には、第一巻付ステップの後に第二巻付ステップを実行し、進行方向を切り換える時点で、第一巻付ステップと同時に第二巻付ステップを実行し、−X方向(復路)に移動させる際には、第二巻付ステップの後に第一巻付ステップを実行する。Thereafter, the
As described above, when the
そして、金属ライナWの外周に補強繊維fを10往復させるフープ巻きが終わると、10往復のヘリカル巻きを行うことになる。図3は、補強繊維fをヘリカル状に巻き付ける際のヘッド41、42の状態を示す図である。第一ヘッド41から補強繊維fを送り出して、金属ライナWのドーム部10Cの外周の第1襷位置に巻回した(第一巻付ステップ)後に、少し遅れてこれを追うように第二ヘッド42から補強繊維fを送り出して、金属ライナWのドーム部10Cの外周の第2襷位置に巻回する(第二巻付ステップ)。
なお、本実施形態では、ドーム部10Cの外周の第1襷位置は、外側(ドーム部10Cにおける大径側の方向)に横滑りが発生しない領域の軌道(等張力測地線)となるように、金属ライナWのドーム部10Cの外周にヘリカル巻きで巻回されるべき位置として規定されている(第1襷位置の他の例については「他の実施形態」として後述する)。そして、ドーム部10Cの外周の第(n+1)襷位置は、第n襷位置より内側(ドーム部10Cにおける小径側)の所定の間隔Δxの隣となっている。
これにより、外側に横滑りしやすい方向にある側の第一ヘッド41が巻き付ける補強繊維fは、隣に補強繊維fが巻かれていないので補強繊維fによって横滑りを防ぐことはできないが、滑りにくい位置(等張力測地線)に巻くことで滑りにくくなっている。また、先に巻く第一ヘッド41の補強繊維fは、第二ヘッド42が巻く補強繊維fのガイドとなる。And when the hoop winding which makes the reinforcement fiber f 10 reciprocations on the outer periphery of the metal liner W finishes, 10 reciprocal helical windings are performed. FIG. 3 is a diagram illustrating a state of the
In the present embodiment, the first collar position on the outer periphery of the dome portion 10C is an orbit (isotonic geodesic line) in a region where no side slip occurs on the outside (the direction of the large diameter side in the dome portion 10C). It is defined as a position to be wound helically around the outer periphery of the dome portion 10C of the metal liner W (other examples of the first rod position will be described later as “other embodiments”). The (n + 1) eyelid position on the outer periphery of the dome portion 10C is next to a predetermined interval Δx on the inner side (smaller diameter side in the dome portion 10C) than the nth eyelid position.
As a result, the reinforcing fiber f wound by the
その後、第一ヘッド41と第二ヘッド42とが金属ライナWのドーム部10Bに向かって移動することになるが、第一ヘッド41と第二ヘッド42とが金属ライナWの胴部10Aの中央部を移動する時点で、第一ヘッド41から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの胴部10Aの外周の第1襷位置に巻回した(第一巻付ステップ)と同時に、第二ヘッド42から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの胴部10Aの外周の第2襷位置に巻回する(第二巻付ステップ)。
そして、第一ヘッド41と第二ヘッド42とが金属ライナWのドーム部10Bに移動した時には、第二ヘッド42から補強繊維fを送り出して、金属ライナWのドーム部10Bの外周の第2襷位置(等張力測地線)に巻回した(第二巻付ステップ)後に、少し遅れてこれを追うように第一ヘッド41から補強繊維fを送り出して、金属ライナWのドーム部10Bの外周の第1襷位置に巻回する(第一巻付ステップ)。Thereafter, the
And when the
なお、ドーム部10Bの外周の第2襷位置は、外側(ドーム部10Bにおける大径側の方向)に横滑りが発生しない領域の軌道(等張力測地線)となるように、金属ライナWのドーム部10Bの外周にヘリカル巻きで巻回されるべき位置として規定されている。そして、ドーム部10Bの外周の第(n−1)襷位置は、第n襷位置より金属ライナWの内側(ドーム部10Bにおける小径側)の所定の間隔Δxの隣となっている。
これにより、外側に横滑りしやすい方向にある側の第二ヘッド42が巻き付ける補強繊維fは、隣に補強繊維fが巻かれていないので補強繊維fによって横滑りを防ぐことはできないが、滑りにくい位置(等張力測地線)に巻くことで滑りにくくなっている。また、先に巻く第二ヘッド42の補強繊維fは、第一ヘッド41が巻く補強繊維fのガイドとなる。
このように第一ヘッド41と第二ヘッド42とを金属ライナWの軸方向(X方向、−X方向)に沿って移動させながら、ドーム部10Cの外周では、第一巻付ステップの後に第二巻付ステップを実行し、胴部10Aの外周では、第一巻付ステップと同時に第二巻付ステップを実行し、ドーム部10Bの外周では、第二巻付ステップの後に第一巻付ステップを実行する。Note that the second heel position on the outer periphery of the
As a result, the reinforcing fiber f wound by the
As described above, the
以上のように、第一実施形態に係るFW成形装置1によれば、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを備えればよいので小型化でき、セッティング(装置準備)も容易である。また、強化繊維fの巻き付けの折り返し位置における繊維層の肉厚の増加を抑制することができ、それらの領域における繊維層の肉厚のムラをなくすことができる。その結果、巻き付け時間が単給糸FW法より短いという利点を維持しつつ、単給糸FW法と同程度の品質を確保することができる。
As described above, according to the FW molding apparatus 1 according to the first embodiment, since the
<第二実施形態>
図4及び図5は、第二実施形態において補強繊維fを巻き付ける際の図である。なお、上述したFW成形装置1と同様のものについては、同じ符号を付している。
FW成形装置は、リニアガイド21を有するテーブル20と、軸支シャフト31Rを有する右側ライナ駆動系30Rと、軸支シャフト31L及び駆動モータ32Lを有する左側ライナ駆動系30Lと、繊維束供給系140と、コンピュータにより構成される制御装置とを備える。<Second embodiment>
4 and 5 are diagrams when the reinforcing fiber f is wound in the second embodiment. In addition, about the thing similar to the FW shaping | molding apparatus 1 mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected.
The FW molding apparatus includes a table 20 having a
繊維束供給系140は、繊維を供給する第一ボビン群45と、繊維を供給する第二ボビン群46と、繊維に樹脂を含浸させる樹脂槽47と、補強繊維fをガイドする環状の第一ヘッド(第一繊維束ガイド)141と、第一ヘッド141をXYZ方向に移動させたりX軸方向の向きを反転させたりする第一駆動アーム(図示せず)と、補強繊維fをガイドする環状の第二ヘッド(第二繊維束ガイド)142と、第二ヘッド142をXYZ方向に移動させたりX軸方向の向きを反転させたりする第二駆動アーム(図示せず)とを備える。
The fiber
そして、第一ヘッド141と第二ヘッド142とは、半径方向に隣接して配置される(ガイド配置ステップ)。これにより、第一ヘッド141によりガイドされる補強繊維fと、第二ヘッド142によりガイドされる補強繊維fとが、金属ライナWの外周において重なるように巻き付けられることになる。
And the
このような繊維束供給系140では、制御装置の制御信号を受けて、第一ヘッド141が金属ライナWの軸方向(X方向、−X方向)に沿って往復動しながら、補強繊維fを金属ライナWの外周に送り出すとともに、第二ヘッド142が金属ライナWの軸方向(X方向、−X方向)に沿って往復動しながら、補強繊維fを金属ライナWの外周に送り出すようになっている。
In such a fiber
ここで、第一ヘッド141の動作と第二ヘッド142の動作とについて詳細に説明する。図4(a)は、補強繊維fをフープ状に巻き付ける際のヘッド141、142の状態を示す斜視図であり、図4(b)は、補強繊維fをフープ状に巻き付ける際の側面図である。第一ヘッド141から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第m円周位置に巻回した(第一巻付ステップ)直後に、少し遅れてこれを追うように第二ヘッド142から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第m円周位置に巻回する(第二巻付ステップ)。
Here, the operation of the
そして、第一ヘッド141と第二ヘッド142とを金属ライナWの軸方向(X方向、−X方向)に沿って移動させながら、第一巻付ステップと第二巻付ステップとを実行する。
これにより、従来の単給糸FW法の課題であった内側の補強繊維fが弛み、補強繊維fの中で張力差ができることによる、締め付け効果が薄れることを抑制することができる(均一な張力で張ることができる)。さらに、フープ巻きをより少ない往復回数で巻回することができる。
なお、第m円周位置は、軸方向に対して所定角度βで傾いている。このとき、補強繊維fをフープ状に巻き付ける際には、補強繊維fが接するように巻くので、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを軸方向に並べる(第一実施形態)より半径方向に並べる方がピッチを小さく(所定角度βを大きく)することができ、周方向に対する補強効率が大きくなる。よって、金属ライナWの胴部10Aの径d1が大きい場合には、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを軸方向に並べ、金属ライナWの胴部10Aの径d1が小さい場合には、第一ヘッド141と第二ヘッド142とを半径方向に並べるように、金属ライナWの胴部10Aの径d1により使い分けるとよい。
そして、図5は、補強繊維fをヘリカル状に巻き付ける際のヘッド141、142の状態を示す斜視図である。フープ状に巻き付ける際と同様に、第一ヘッド141から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第m襷位置に巻回した(第一巻付ステップ)直後に、これを追うように第二ヘッド142から補強繊維fを送り出して、金属ライナWの外周の第m襷位置に巻回する(第二巻付ステップ)。
これにより、ヘリカル巻きをより少ない往復回数で巻回することができる。Then, the first winding step and the second winding step are executed while moving the
As a result, the inner reinforcing fiber f, which has been a problem of the conventional single-feed yarn FW method, can be prevented from loosening, and the tightening effect due to the tension difference occurring in the reinforcing fiber f can be suppressed (uniform tension). Can be stretched). Furthermore, the hoop winding can be wound with a smaller number of reciprocations.
The mth circumferential position is inclined at a predetermined angle β with respect to the axial direction. At this time, when the reinforcing fiber f is wound in a hoop shape, the reinforcing fiber f is wound so as to be in contact therewith, so that the
FIG. 5 is a perspective view showing a state of the
Thereby, helical winding can be wound by fewer reciprocations.
以上のように、第二実施形態に係るFW成形装置によれば、第一ヘッド141と第二ヘッド142とを備えればよいので小型化でき、セッティング(装置準備)も容易である。また、強化繊維fの巻き付けの折り返し位置における繊維層の肉厚の増加を抑制することができ、それらの領域における繊維層の肉厚のムラをなくすことができる。その結果、巻き付け時間が単給糸FW法より短いという利点を維持しつつ、単給糸FW法と同程度の品質を確保することができる。
As described above, according to the FW molding apparatus according to the second embodiment, since the
<他の実施形態>
(1)上述したFW成形装置1において、ヘッドの数は第一ヘッド41と第二ヘッド42の2つとしたが、ライナ外周の片側に配置可能な範囲でヘッド(繊維束ガイド)の数を増やしてもよい。
(2)上述した実施形態において、ドーム部10Cの外周の第1襷位置は、外側(ドーム部10Cにおける大径側の方向)に横滑りが発生しない領域で、最も外側となる軌道(等張力測地線)となるようにしたが、第1襷位置を内側(ドーム部10Cにおける小径側の方向)に横滑りが発生しない領域で最も内側となる軌道(等張力測地線)として規定してもよい。
このような構成によれば、内側に横滑りしやすい方向にある側の第一ヘッド41が巻き付ける補強繊維fは、隣に補強繊維fが巻かれていないので補強繊維fによって横滑りを防ぐことはできないが、内側に滑りにくい位置に巻くことで滑りにくくなっている。また、先に巻く第二ヘッド42の補強繊維fは、第一ヘッド41が巻く補強繊維fのガイドとなる。
(3)上述したFW成形装置1において、第一ヘッド41と第二ヘッド42とは、軸方向(X方向)又は半径方向に隣接して配置される構成としたが、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを往路や復路に移動させる時において、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを軸方向に隣接させながら移動させることにより、金属ライナWの外周に補強繊維fを巻き付けることと、第一ヘッド41と第二ヘッド42とを半径方向に隣接させながら移動させることにより、金属ライナWの外周に補強繊維fを巻き付けることとを組み合わせて実行するような構成としてもよい。
このような構成によれば、様々な積層数(奇数・偶数含む)のフープ巻きとヘリカル巻きに対応することができる。
(4)上述したFW成形装置1において、金属ライナWの外周に補強繊維fを10往復のフープ巻きと10往復のヘリカル巻きとを交互に繰り返して10回行う構成としたが、複合容器の要求仕様によりフープ巻きとヘリカル巻きの比率を変更してもよい。また、フープ巻きとヘリカル巻きとを実行する順番はいずれが先であってもよい。<Other embodiments>
(1) In the FW molding apparatus 1 described above, the number of heads is two, that is, the
(2) In the above-described embodiment, the first heel position on the outer periphery of the dome portion 10C is a region where no side slip occurs on the outer side (the direction of the large diameter side in the dome portion 10C), and the outermost track (isotonic geodetic measurement). However, the first saddle position may be defined as the innermost track (isotension geodesic line) in the region where no side slip occurs on the inner side (the direction of the small diameter side in the dome portion 10C).
According to such a configuration, the reinforcing fiber f wound by the
(3) In the FW molding apparatus 1 described above, the
According to such a configuration, it is possible to deal with hoop winding and helical winding with various numbers of layers (including odd and even numbers).
(4) In the FW molding apparatus 1 described above, the reinforcing fiber f is applied to the outer circumference of the metal liner W 10 times by alternately repeating 10 reciprocating hoop windings and 10 reciprocating helical windings. The ratio of hoop winding and helical winding may be changed depending on the specification. In addition, the order of executing the hoop winding and the helical winding may be any first.
本発明は、ライナの外周に繊維層を形成するFW成形装置等に好適に利用することができる。 The present invention can be suitably used for an FW molding apparatus or the like that forms a fiber layer on the outer periphery of a liner.
1 FW成形装置(フィラメントワインディング装置)
41 第一繊維束ガイド
42 第二繊維束ガイド
f 補強繊維(繊維束)
W ライナ
10A 胴部
10B、10C ドーム部
10D、10E 口金部1 FW molding equipment (filament winding equipment)
41 First
Claims (7)
前記ライナの外周に前記繊維束をガイドする複数の繊維束ガイドを、前記ライナの外周の片側に配置するガイド配置ステップと、
前記ライナを軸回りに回転させる回転ステップと、
複数の繊維束ガイドを前記ライナの軸方向に沿って往復動させて、前記ライナの外周に前記繊維束を巻き付けていく巻付ステップとを含むことを特徴とするフィラメントワインディング法。This is a filament winding method in which a fiber layer is formed by winding a fiber bundle around the outer periphery of a liner having a body part, a dome part formed at both ends of the body part, and a base part provided at the top of the dome part. And
A guide arrangement step of arranging a plurality of fiber bundle guides for guiding the fiber bundle on the outer circumference of the liner, on one side of the outer circumference of the liner;
A rotating step of rotating the liner about an axis;
A filament winding method comprising: a winding step of reciprocating a plurality of fiber bundle guides along an axial direction of the liner and winding the fiber bundle around an outer periphery of the liner.
軸方向に対し進行方向後方の繊維束ガイドが繊維束を巻き付けた後に、軸方向に対し進行方向前方の繊維束ガイドが、当該繊維束に隣接する位置に繊維束を巻き付けることを特徴とする請求項2に記載のフィラメントワインディング法。When winding the fiber bundle around the outer periphery of the trunk of the liner,
The fiber bundle guide at the front in the traveling direction with respect to the axial direction winds the fiber bundle at a position adjacent to the fiber bundle after the fiber bundle guide at the rear in the traveling direction with respect to the axial direction winds the fiber bundle. Item 3. The filament winding method according to Item 2.
横滑りしやすい方向にある側の繊維束ガイドが巻き付ける繊維束は、横滑りが発生しにくい軌道となるようにし、当該繊維束ガイドに隣接する繊維束ガイドが、当該繊維束に隣接する位置に繊維束を巻き付けることを特徴とする請求項2に記載のフィラメントワインディング法。When winding the fiber bundle around the outer circumference of the dome portion of the liner,
The fiber bundle wound by the fiber bundle guide on the side in the direction in which skidding tends to occur is made to be a track in which skidding is unlikely to occur, and the fiber bundle guide adjacent to the fiber bundle guide is positioned at a position adjacent to the fiber bundle. The filament winding method according to claim 2, wherein the filament winding method is wound.
複数の繊維束ガイドを軸方向に隣接させながら移動させることにより、前記ライナの外周に前記繊維束を巻き付けることと、
複数の繊維束ガイドを半径方向に隣接させながら移動させることにより、前記ライナの外周に前記繊維束を巻き付けることとを組み合わせて実行す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法。When moving a plurality of fiber bundle guides to the forward path and / or the backward path,
Wrapping the fiber bundle around the outer periphery of the liner by moving a plurality of fiber bundle guides adjacent to each other in the axial direction;
2. The filament winding method according to claim 1, wherein a plurality of fiber bundle guides are moved while being adjacent to each other in the radial direction in combination with winding the fiber bundle around the outer periphery of the liner.
前記ライナの外周に前記繊維束をガイドする複数の繊維束ガイドと、
前記ライナを軸回りに回転させる回転機構と、
複数の繊維束ガイドを前記ライナの軸方向に沿って往復動させる制御部とを備え、
複数の繊維束ガイドは、前記ライナの外周の片側に配置されていることを特徴とするフィラメントワインディング装置。A filament winding apparatus for forming a fiber layer by winding a fiber bundle around the outer periphery of a liner,
A plurality of fiber bundle guides for guiding the fiber bundle to the outer periphery of the liner;
A rotation mechanism for rotating the liner about an axis;
A controller that reciprocates a plurality of fiber bundle guides along the axial direction of the liner,
The filament winding apparatus, wherein the plurality of fiber bundle guides are arranged on one side of the outer periphery of the liner.
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