JP2019199321A - フィラメント巻き出し装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメントの巻き出しに伴うボビン外径の漸減にあわせてボビンからのフィラメントの巻き出し速度を適切に制御することができるようにしたフィラメント巻き出し装置を提供する。【解決手段】フィラメント巻き出し装置１０は、ボビン１１に巻回されたフィラメント１の表面と接触することのできるタッチロール２０と、タッチロール１０をボビンに巻回されたフィラメント表面に接触した位置とフィラメント表面から離間した位置との間で揺動可能に支持する支持アーム２３と、支持アーム２３をタッチロール２０がボビンに巻き回されたフィラメント１の表面と接触する方向に付勢する付勢部材２４と、タッチロール２０の位置または支持アーム２３の角度を検出する検出部３３とを備える。フィラメント巻き出し装置１０に備えられた回転速度制御部３０は、検出部３３の検出値に基づいてボビン回転駆動部１２の回転速度を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、フィラメントが巻回されているボビンからフィラメントを巻き出すためのフィラメント巻き出し装置に関する。

耐圧構造材を製造するための装置の一つとして、フィラメントが巻回されているボビンからフィラメントを一定の張力で巻き出し、巻き出したフィラメントをマンドレルの外周面に巻き付けて耐圧構造材を製造するようにしたフィラメントワインディング装置が知られている。フィラメントワインディング装置は、大別して、フィラメント巻き出し装置とフィラメント巻き付け装置とで構成される。

フィラメント巻き出し装置は、通常、フィラメントが巻回されたボビンを回転駆動するボビン回転駆動部と、前記ボビン回転駆動部の回転速度を制御する回転速度制御部と、前記ボビンから巻き出されたフィラメントに一定の張力を付与するための揺動するダンサと、を備える。

フィラメント巻き出し装置において、ボビンの外径は、フィラメントが巻回されているボビンからフィラメントが巻き出されていくことで、連続的に変化する。ダンサによる張力制御を正確に行うためには、ボビンから巻き出されるときのフィラメントの巻き出し速度を正確に制御する必要があり、そのためには、ボビン回転駆動部によるボビンの回転速度をボビンの外径の変化に応じて正確に制御することが必要となる。

従来法では、ボビンの変化する外径をレーザ変位センサを用いて測定することが行われる。また、特許文献１には、新しいボビンを取り付けた際、フィラメントが巻回されている個所のボビン径を自動的に検出することができる、フィラメント巻き出し装置が記載されている。より具体的には、新しいボビンがボビン回転駆動部に取り付けられた際に、ダンサを経由させて巻き出されたフィラメントの先端がダンサの先で固定されて、フィラメントが張られている状態を維持しながら、制御部からボビンを回転させてダンサを揺動させ、制御部にて、ダンサの長さＬＤとダンサの揺動角度θ１とボビンの回転角度θａとに基づいて、ボビン回転駆動部に取り付けられたボビンのボビン径を求めるようにしている。制御部は、算出したボビン径に基づいて、フィラメントの残量表示と、ボビン回転駆動部による巻き出し開始時の初期パラメータの設定を行うと記載されている。

前記したレーザ変位センサを用いてボビン外径を測定する方法は、フィラメントの巻き出しに伴うボビン外径の漸減に対処可能であるが、フィラメントが炭素繊維の場合、黒体のレーザ検出精度が悪くなる不都合があり、また、フィラメントが樹脂を含浸させたプリプレグである場合、樹脂の乱反射の影響を受けるために、高い測定精度が得られない不都合がある。

特許文献１に記載される方法では、ボビンがセットされた時点でのボビン外径の算出は可能であるが、フィラメントの巻き出しに伴うボビン外径の漸減に対する対処は十分でなく、巻き出しに伴うボビン外径の減少にあわせてボビンの巻き出し速度を適切に制御することはできない。

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、フィラメントの巻き出しに伴うボビン外径の漸減にあわせてボビンからのフィラメントの巻き出し速度を適切に制御することができるようにしたフィラメント巻き出し装置を提供することを課題とする。

本発明によるフィラメント巻き出し装置は、フィラメントが巻回されたボビンを回転駆動するボビン回転駆動部と、前記ボビン回転駆動部の回転速度を制御する回転速度制御部と、前記ボビンから巻き出されたフィラメントに一定の張力を付与するための揺動するダンサと、を備えたフィラメント巻き出し装置であって、前記フィラメント巻き出し装置は、前記ボビンに巻回されたフィラメント表面と接触することのできるタッチロールと、前記タッチロールを前記ボビンに巻回されたフィラメント表面に接触した位置とフィラメント表面から離間した位置との間で揺動可能に支持する支持アームと、前記支持アームを前記タッチロールがボビンに巻回されたフィラメント表面と接触する方向に付勢する付勢部材と、前記タッチロールの位置または前記支持アームの傾斜角度を検出する検出部と、をさらに備え、前記回転速度制御部は前記検出部の検出値に基づいて前記ボビン回転駆動部の回転速度を制御する、ことを特徴とする。

本発明によるフィラメント巻き出し装置では、タッチロールは、ボビンからフィラメントが巻き出されていく全工程で、ボビンに巻回されたフィラメント表面と接触している。そのために、タッチロールの位置あるいはタッチロールを揺動自在に支持する支持アームの傾斜角度を検出し、その検出値から演算することで、検出時点でのボビン外径を正確に求めることができる。また、前記検出は、ボビンからのフィラメントの巻き出し開始時から巻き出し終了時まで、連続して行うことができる。そのために、本発明によるフィラメント巻き出し装置では、フィラメントの巻き出しに伴うボビン外径の漸減にあわせてボビンからのフィラメントの巻き出し速度を適切にかつ連続的に制御することが可能となる。

本発明によるフィラメント巻き出し装置を備えるフィラメントワインディング装置の全体構成を説明する図。 本発明によるフィラメント巻き出し装置におけるボビンおよびタッチロール部の拡大図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態によるフィラメント巻き出し装置１０を備えるフィラメントワインディング装置１００の全体構成を示している。フィラメントワインディング装置１００は、フィラメント巻き出し装置１０と、フィラメント巻き出し装置１０から送り出されるフィラメント１を被巻き付け体であるマンドレル２に巻き付けるためのフィラメント巻き付け装置４０とで構成される。

フィラメント巻き付け装置４０は、マンドレル２の回転軸３の方向に対して略垂直に巻き付けるフープ巻きや、マンドレル２の回転軸３の方向に対して所定の角度で巻き付けるヘリカル巻き等により、フィラメント１をマンドレル２に巻き付ける装置であり、従来知られたものである。

フィラメント巻き出し装置１０も、その基本的構成は従来知られたものであってよい。図示の実施の形態でのフィラメント巻き出し装置１０は、フィラメント１が巻回されたボビン１１と、該ボビン１１を回転駆動するボビン回転駆動部１２とを備える。フィラメント巻き出し装置１０は、さらに、ボビン１１から巻き出されたフィラメント１に一定の張力を付与するための機構として、揺動する巻き出しダンサ１３と上下移動するアクティブダンサ１４とを備える。さらに、その後流側には、ニップ１５とやはり揺動する巻き取りダンサ１６を備える。また、それらの間には、適所に支持ロールや案内ロール１７が配置されている。

ボビン１１から巻き出されたフィラメント１は、張力制御を受けながら、それらダンサや案内ロール等を通過して、フィラメント巻き付け装置４０に案内される。フィラメント巻き出し装置１０では、各ダンサに所定のトルクを与え、そこを通過するフィラメント１に張力を付加する。その際に、揺動する巻き出しダンサ１３および巻き取りダンサ１６での振れ角が常に定位置を保つように、ボビン１１の巻き出し軸の回転速度を制御することで、張力制御が実施される。

本実施の形態によるフィラメント巻き出し装置１０は、フィラメント１が巻回されたボビン１１に近接した位置に、円筒状のタッチロール２０を備える。図２に示すように、タッチロール２０の中心軸２１は、ボビン１１の回転軸１９と平行になっている。なお、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は上面図である。

図２（ｂ）に示すように、タッチロール２０の軸方向の長さＬ１は、ボビン巻き出し範囲Ｌ２よりも長いことが好ましい。一例としてと、Ｌ２＝３００ｍｍの場合、Ｌ１＝３５０ｍｍ程度であるが好ましい。タッチロール２０の直径αは、フィラメント１の巻き出し抵抗に影響がなく、かつフィラメント１の絡み付きが発生しない範囲で適切に設定すればよい。好ましくは、α＝３０ｍｍ程度である。

タッチロール２０は、固定支点２２に揺動自在に一端が支持された支持アーム２３の他端側に回動自在に取り付けられている。そして、支持アーム２３は、先端側がボビン１１の方に向けて揺動する方向に、適宜の付勢部材（例えばばね部材２４）によって常時付勢されている。また、支持アーム２３は、揺動端側に取り付けたタッチロール２０が、前記付勢力によって、ボビン１１に巻回されたフィラメント１の表面と常時、すなわち、フィラメント１の巻き出し開始から巻き出しの終了まで、接触することのできる位置に配置されている。

上記の構成であり、タッチロール２０は、ボビン１１に巻回されたフィラメント１の巻き出し開始時において、ボビン１１の回転軸１９から最も遠い位置にあり、フィラメント１が巻き出されていくにつれて次第に回転軸１９に近づいていき、フィラメント１の終端が巻き出される時点で、ボビン１１の回転軸１９に最も接近した位置となる。

フィラメント巻き出し装置１０は、さらに、タッチロール２０の位置を検出する位置センサ３１および支持アーム２３の傾斜角度を検出する角度センサ３２からなる検出部３３を備え、検出部３３からの信号は、ボビン回転駆動部１２の回転速度を制御する回転速度制御部３０に送られる。

位置センサ３１は、例えば、ボビン１１の回転軸１９の中心を基準位置としたときのタッチロール２０の座標位置を検出する。角度センサ３２は、例えば、ボビン１１に巻回されたフィラメント１の巻き出し開始時に、タッチロール２０が巻回されたフィラメント表面に接触した位置にあるときの支持アーム２３の傾斜角度位置を基準角度とし、フィラメント１が巻き出されていくにつれて次第にタッチロール２０がボビン１１の回転軸１９の側に近づいていくときの支持アーム２３の角度変化を検出する。支持アーム２３の長さは一定であり、角度センサ３２からの角度信号によっても、ボビン１１の回転軸１９の中心を基準位置としたときのタッチロール２０の座標位置を演算することができる。この場合には、位置センサ３１は、省略可能である。

回転速度制御部３０は、位置センサ３１または角度センサ３２からの信号を受け、タッチロール２０がボビン１１に巻回されたフィラメント１の表面と接触している箇所と、ボビン１１の回転軸１９の中心との間の距離を演算し、そこから、その時点でのボビン１１の直径を算出する。そして、そのときのボビン外径の周速が所定の速度となるようにボビン回転速度を演算する。演算結果を回転速度信号としてボビン回転駆動部１２に発信し、ボビン回転駆動部１２は、ボビン１１を所要の回転速度で回転させる。

前記のように、タッチロール２０は、ボビン１１に巻回されたフィラメント１の表面とフィラメント１の巻き出し開始から巻き出しの終了まで常に接触している。そのために、本実施の形態によるフィラメント巻き出し装置１０では、フィラメント１の巻き出しによって漸減していくボビン１１の外径を、常時かつ連続的に検出可能であり、その検出結果に基づいて、ボビン１１の回転速度を連続的にかつ適切に制御することが可能となる。

なお、タッチロール２０は、フィラメント１がボビン１１から巻き出されるときの高さ規制具として機能させることもできる。ただし、タッチロール２０の高さ位置は、揺動する支持アーム２３の傾斜角度に依存する。そして、フィラメント１の巻き出し開始から巻き出しの終了までの支持アーム２３の揺動角度の大小は、支持アーム２３の長さに逆比例する。したがって、タッチロール２０にフィラメント１がボビン１１から巻き出されるときの高さ規制具としての機能を持たせるには、より長さの長い支持アーム２３を用いることが望ましい。

１…フィラメント、
２…マンドレル、
３…回転軸、
１０…フィラメント巻き出し装置、
１１…ボビン、
１２…ボビン回転駆動部、
１３…揺動する巻き出しダンサ、
１６…揺動する巻き取りダンサ、
１９…ボビンの回転軸、
２０…円筒状のタッチロール、
２１…タッチロールの中心軸、
２２…固定支点、
２３…支持アーム、
２４…ばね部材（付勢部材）、
３０…回転速度制御部、
３１…位置センサ、
３２…角度センサ、
３３…検出部、
４０…フィラメント巻き付け装置、
１００…フィラメントワインディング装置。

Claims (1)

1. フィラメントが巻回されたボビンを回転駆動するボビン回転駆動部と、
   前記ボビン回転駆動部の回転速度を制御する回転速度制御部と、
   前記ボビンから巻き出されたフィラメントに一定の張力を付与するための揺動するダンサと、
   を備えたフィラメント巻き出し装置であって、
   前記フィラメント巻き出し装置は、
   前記ボビンに巻回されたフィラメント表面と接触することのできるタッチロールと、
   前記タッチロールを前記ボビンに巻回されたフィラメント表面に接触した位置とフィラメント表面から離間した位置との間で揺動可能に支持する支持アームと、
   前記支持アームを前記タッチロールが前記ボビンに巻回されたフィラメント表面と接触する方向に付勢する付勢部材と、
   前記タッチロールの位置または前記支持アームの傾斜角度を検出する検出部と、
   をさらに備え、
   前記回転速度制御部は前記検出部の検出値に基づいて前記ボビン回転駆動部の回転速度を制御する、
   ことを特徴とするフィラメント巻き出し装置。

Images