阅读说明：本技术 绕丝装置 (Wire winding device ) 是由 野地洋平 辰岛宏亮 高桥宏之 梅津健太 于 2020-03-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种绕丝装置。绕丝装置(10)将多条纤维(14)集束而成的纤维束(16)卷绕于工件(12a)。绕丝装置(10)具有一边接触正在输送的纤维束(16)一边进行旋转的加宽辊(36)。在加宽辊(36)的周面上,沿着周向设置有多个在轴向上延伸的突条部(46)。突条部(46)接触纤维束(16)来加宽纤维束(16)。由此,能够有效地加宽纤维束。(The invention provides a filament winding device. A filament winding device (10) winds a fiber bundle (16) formed by bundling a plurality of fibers (14) around a workpiece (12 a). The filament winding device (10) has a widening roller (36) which rotates while contacting the fiber bundle (16) being conveyed. A plurality of protruding strip portions (46) extending in the axial direction are provided along the circumferential direction on the circumferential surface of the widening roller (36). The ridge (46) contacts the fiber bundle (16) to widen the fiber bundle (16). Thereby, the fiber bundle can be effectively widened.)

绕丝装置

技术领域

本发明涉及一种将多条纤维集束而成的纤维束卷绕于工件的绕丝装置。

背景技术

例如，如日本发明专利公开公报特开2007-276193号所公开的那样，已知一种将浸渍了树脂的纤维束卷绕于工件的绕丝装置。在该装置中，使纤维束加宽为带状后卷绕于工件。具体而言，通过在从卷绕纤维束的多个绕线筒至工件的纤维束的输送路径中的工件侧设置加宽辊，并且一边将纤维束向加宽辊的周面上推压一边进行输送，由此进行纤维束的加宽。在该加宽辊的周面上设置有在其轴向上交替排列的凸曲面和凹曲面，通过从凸曲面施加于纤维束的表面压力，纤维束被加宽。

发明内容

如上所述，在于周面的轴向上交替地设置有凸曲面和凹曲面的加宽辊上，纤维束的宽度方向中的接触凸曲面的部分和面向凹曲面的部分被施加的表面压力的大小容易产生偏差。即，难以对纤维束的整个宽度方向均匀地施加表面压力，从而担心无法有效地加宽纤维束。

另外，即使正在输送的纤维束通过被凸曲面推压而加宽，若远离该凸曲面，而从被施加表面压力的状态释放，则也担心纤维束会在宽度方向上收缩。为了抑制该情况，即使在输送方向上设置多个上述的加宽辊，能够使加宽辊彼此的间隔(间距)减小的范围也存在限度。因此，担心正在输送中的纤维束在从加宽辊到达相邻的加宽辊为止的期间，纤维束会收缩，而导致难以有效地加宽纤维束。

本发明是考虑到上述的问题而作出的，其目的在于提供一种能够有效地加宽纤维束的绕丝装置。

本发明的一技术方案为一种绕丝装置，其将多条纤维集束而成的纤维束卷绕于工件，所述绕丝装置具有一边接触正在输送的所述纤维束一边进行旋转的加宽辊，在所述加宽辊的周面上，沿着周向设置有多个在轴向上延伸的突条部，所述突条部接触所述纤维束来加宽该纤维束。

在本发明中，在加宽辊的周面上，沿着周向设置有多个在轴向上延伸的突条部。通过使像这样在轴向上延伸的突条部与纤维束接触，能够沿该纤维束的整个宽度方向对该纤维束大致均匀地施加表面压力，从而有效地加宽纤维束。

另外，由于突条部在加宽辊的周面的周向上设置有多个，因此，与例如在输送路径上增设不具有突条部的辊(未图示)的情况相比，能够以狭窄的间隔使突条部接触纤维束并且施加表面压力。即，与前面的突条部接触而被加宽的纤维束即使远离该突条部，也能够在纤维束沿宽度方向收缩之前，使纤维束接触与前面的突条部相邻的下一个突条部来施加表面压力。这样，通过利用多个突条部能以狭窄的间隔连续施加表面压力，由此能够有效地抑制纤维束在宽度方向上的收缩，从而有效地加宽纤维束。

上述目的、特征和优点可从参照附图说明的下面的实施方式的说明中容易地理解。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的绕丝装置和内胆的整体概略图。

图2是除去主体部以外的输送头(delivery head)的概略立体图。

图3A是说明在从加宽辊的轴向观察时，突条部与纤维束接触的状态的说明图，图3B是说明在从加宽辊的径向观察时，突条部与纤维束接触的状态的说明图。

图4A是图3B的纤维束的IVA－IVA向视剖视图，图4B是图3B的纤维束的IVB－IVB向视剖视图。

具体实施方式

列举优选的实施方式，并且一边参照附图一边详细说明本发明所涉及的绕丝装置。此外，在下面的附图中，有时针对实现相同或者同样的功能和效果的结构要素标注相同的附图标记，并且省略重复的说明。

如图1所示，下面说明在如下的用途中使用本实施方式所涉及的绕丝装置10的例子，即、将构成高压罐(未图示)的树脂制的内胆12作为工件12a，并且将多条纤维14(参照图4A和图4B)集束而成的纤维束16卷绕于内胆12的外表面，从而形成纤维增强树脂层(未图示)。然而，并未特别限定于此，绕丝装置10也能够在除了树脂制的内胆12以外的工件12a上卷绕纤维束16的用途中使用。

另外，在本实施方式中，纤维束16是预先浸渍了热固性的树脂18(参照图4A和图4B)的丝束预浸料。然而，纤维束16可以不含有树脂18，在该情况下，也可以在纤维束16的输送路径20的中途浸渍树脂18。作为构成纤维束16的纤维14的一例，可列举出碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维等。作为浸渍于纤维束16的树脂18的一例，可列举出环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。

绕丝装置10具备主轴支架22、输送头24和未图示的内胆支承部。在主轴支架22上设置有多个绕线筒26、未图示的绕线筒驱动部和多个导辊28。在绕线筒26上预先卷绕有纤维束16。绕线筒驱动部驱动绕线筒26旋转，而使纤维束16从绕线筒26被送出。导辊28被设置为自如旋转，一边使被从各绕线筒26送出的纤维束16集合、转换方向，一边进行输送，并且将其向输送头24引导。此外，在本实施方式中，无论是卷绕于绕线筒26的纤维束，还是从各绕线筒26送出后集合而成的纤维束，只要由多条纤维集束而成，均同样被称为纤维束16。

在图1中，仅图示出两个导辊28，但导辊28的个数、配设位置等可以结合输送纤维束16的路径等进行各种设定。另外，在主轴支架22与输送头24之间，也可以设置用于调整正在输送的纤维束16的张力的未图示的张力调整机构等。

在本实施方式中，输送被从多个绕线筒26送出的多条纤维束16的各输送路径20在到达输送头24为止，被汇集于第1输送路径20a和第2输送路径20b的两条输送路径上。即，纤维束16通过第1输送路径20a和第2输送路径20b的各个输送路径被供给至输送头24。

下面，将在第1输送路径20a中被输送的纤维束16还称为第1纤维束16a。另外，将在第2输送路径20b中被输送的纤维束16还称为第2纤维束16b。而且，还将第1纤维束16a和第2纤维束16b统称为纤维束16。

如图2所示，第1输送路径20a以将两条第1纤维束16a隔开间隔排列的状态进行输送。第2输送路径20b以将三条第2纤维束16b隔开间隔排列的状态进行输送。此外，在第1输送路径20a和第2输送路径20b中分别被输送的第1纤维束16a和第2纤维束16b的束数没有特别限定，可以为1束，也可以为除了上述的束数以外的多束。

输送头24使如上所述被供给的第1纤维束16a和第2纤维束16b集合成一条带状的纤维束16(以下，还称为带状束30)以后，向由内胆支承部所支承的内胆12(图1)供给。如图1所示，输送头24具有主体部32，所述主体部32能够相对于内胆12，沿着该内胆12的轴向相对地往复移动、或者能够以后述的合流路径20c的延伸方向为轴进行正反旋转等。此外，在图2中，省略了主体部32的图示。在主体部32中，排列辊34、加宽辊36、集合辊38、宽度调整辊40、顶端辊42分别被设置为自如旋转且彼此的轴向平行。

在本实施方式中，分别各具有两个配设于第1输送路径20a的第1排列辊34a和配设于第2输送路径20b的第2排列辊34b(也将这些统称为“排列辊34”)，总计四个排列辊34。分别各具有两个配设于第1输送路径20a的第1加宽辊36a和配设于第2输送路径20b的第2加宽辊36b(也将这些统称为“加宽辊36”)，总计四个加宽辊36。

分别各具有一个配设于第1输送路径20a的第1集合辊38a和配设于第2输送路径20b的第2集合辊38b(也将这些统称为“集合辊38”)，总计两个集合辊38。在下面，在不对排列辊34、加宽辊36、集合辊38的彼此进行区分的情况下等，也将这些统称为辊。

在第1输送路径20a上，从其上游侧朝向下游侧，依次设置有两个第1排列辊34a、两个第1加宽辊36a和一个第1集合辊38a。这些第1排列辊34a、第1加宽辊36a和第1集合辊38a分别在从轴向观察时，以在纤维束16的输送方向上彼此不同的方式配置，使第1纤维束16a的进入方向和排出方向与各辊所成的角度即路径角θ为锐角。

另外，在第2输送路径20b上，从其上游侧朝向下游侧，依次设置有两个第2排列辊34b、两个第2加宽辊36b和一个第2集合辊38b。这些第2排列辊34b、第2加宽辊36b和第2集合辊38b分别在轴向上观察，以在纤维束16的输送方向上彼此不同的方式配置，使第2纤维束16b的进入方向和排出方向与各辊所成的角度即路径角θ为锐角。

如图1和图2所示，第1输送路径20a与第2输送路径20b在到达第2集合辊38b的时间点合流。因此，在第2集合辊38b的下游侧，形成输送带状束30的合流路径20c。如图1所示，在合流路径20c上，从其上游侧朝向下游侧，依次设置有两个宽度调整辊40和一个顶端辊42。通过该合流路径20c向内胆12的外表面供给带状束30。

排列辊34一边接触从导辊28通过之后的纤维束16一边进行旋转。如图2所示，在排列辊34的周面上，沿着轴向设置有多个在周向上延伸的周向槽44。如上所述，在配设于输送两条第1纤维束16a的第1输送路径20a的第1排列辊34a上，设置有两条周向槽44，从各周向槽44的内部通过一条第1纤维束16a。另外，在配设于输送三条第2纤维束16b的第2输送路径20b的第2排列辊34b上，设置有三条周向槽44，从各周向槽44的内部通过一条第2纤维束16b。这样，纤维束16从周向槽44的内部通过，由此能够调整多条纤维束16分别相对于输送路径20的位置。

加宽辊36一边接触从排列辊34通过之后的纤维束16一边进行旋转。如图2、图3A和图3B所示，在加宽辊36的周面上，沿着周向设置有多个在轴向上延伸的突条部46。通过这些多个突条部46随着加宽辊36的旋转而与纤维束16连续接触，由此利用各突条部46向纤维束16连续施加表面压力。其结果，纤维束16的如图3B和图4B所示的从加宽辊36通过之后的宽度相比如图3B和图4A所示的从加宽辊36通过之前扩宽(加宽)。

即，如图4A和图4B所示，在纤维束16中，多条纤维14隔着树脂18在该纤维束16的厚度方向上层叠。并且，在纤维束16从加宽辊36通过时，通过利用突条部46被施加表面压力，使层叠后的多条纤维14在宽度方向上扩宽。据此，减少了纤维束16的厚度，并且增加了纤维束16的宽度。

如图3A所示，多个突条部46在加宽辊36的周向上隔开等间隔设置。这些突条部46彼此的间隔P例如被设定为，小于从加宽辊36的轴心至突条部46的顶端在径向上的长度r。另外，在加宽辊36中，优选以相邻突条部46为两端的圆弧的中心角为90°以下，更优选为45°以下，进一步优选为30°以下。

如图1和图2所示，集合辊38一边接触从加宽辊36通过之后的纤维束16一边进行旋转。与集合辊38的周面接触后的纤维束16的表面变得平滑。即，减小了纤维束16在长度方向上厚度的偏差等。

另外，如图2所示，从第1集合辊38a通过之后的第1纤维束16a与第2纤维束16b一起从第2集合辊38b通过，由此在第1纤维束16a彼此的间隙中配置第2纤维束16b，并且在第2纤维束16b彼此的间隙中配置第1纤维束16a，从而形成带状束30。此时，也可以使相邻的第1纤维束16a和第2纤维束16b以彼此的宽度方向上的端部重合的方式重叠配置。此外，通过利用排列辊34来调整纤维束16相对于输送路径20的位置，能够利用集合辊38使第1纤维束16a和第2纤维束16b分别以规定的配置集合，从而形成带状束30。

各辊中至少与纤维束16接触的部分的周面由氟树脂或有机硅树脂形成。此外，各辊也可以由金属形成，在该情况下，周面被氟树脂或有机硅树脂涂覆。

另外，在各辊上，通过例如在内部中设置加热器等加热部48(参照图1)，能够使周面升温。优选加热部48例如将各辊的周面设为使与该周面接触后的纤维束16所含的树脂18的粘度降低的温度。

宽度调整辊40通过一边与从第2集合辊38b通过之后的带状束30接触一边进行旋转，由此来调整带状束30的宽度。此外，绕丝装置10也可以不具有宽度调整辊40。顶端辊42向由内胆支承部所支承的内胆12送出被宽度调整辊40调整了宽度后的带状束30。

内胆支承部虽然均未进行图示，但具有使内胆12以其长度方向为轴自如旋转地进行支承的支承机构和使该内胆12旋转的旋转驱动机构。在绕丝装置10中，通过一边使输送头24的主体部32向由内胆支承部驱动旋转的内胆12移动，一边经由顶端辊42送出带状束30，由此能够将带状束30卷绕于内胆12的外表面。

本实施方式所涉及的绕丝装置10大致如上述这样构成。在通过绕丝装置10进行将纤维束16卷绕于内胆12的动作的情况下，将从主轴支架22的各绕线筒26送出的纤维束16分别经由第1输送路径20a和第2输送路径20b供给至输送头24。在第1输送路径20a上以两排的方式被输送的第1纤维束16a通过第1排列辊34a被调整相对于纤维14的第1输送路径20a的位置之后，由第1加宽辊36a加宽，并由第1集合辊38a使表面变得平滑，然后向第2输送路径20b的第2集合辊38b输送。

在第2输送路径20b上以三排的方式被输送的第2纤维束16b通过第2排列辊34b被调整相对于第2输送路径20b的位置之后，由第2加宽辊36b加宽，并由第2集合辊38b使表面变得平滑，并且与第1纤维束16a形成一体而成为一排的带状束30。带状束30在合流路径20c上被输送，由宽度调整辊40调整了宽度，之后经由顶端辊42供给至内胆12。

此时，通过利用内胆支承部使内胆12旋转，带状束30被卷绕于内胆12的外表面。另外，通过使输送头24的主体部32如上述这样旋转，来调整带状束30与内胆12的外表面的供给角度，或是使主体部32如上述这样往复移动，来调整带状束30相对于内胆12的轴向的供给位置，由此，以覆盖内胆12的整个外表面的方式，以规定的卷绕法来卷绕带状束30。这样，通过使所卷绕的带状束30的树脂18固化，能够形成覆盖内胆12的外表面的纤维增强树脂层。

综上所述，在本实施方式所涉及的绕丝装置10中，在加宽辊36的周面上，沿着周向设置多个在轴向上延伸的突条部46。通过使纤维束16与这样在轴向上延伸的突条部46接触，能够沿该纤维束16的整个宽度方向对该纤维束16大致均匀地施加表面压力，从而有效地加宽纤维束16。

另外，在该加宽辊36上，突条部46的顶端的面积成为与纤维束16接触的面积。该突条部46的顶端与纤维束16接触的面积例如和不设置突条部46的同径的辊的周面(未图示)与纤维束16接触的面积相比较小。这样，由于能够使接触面积减小，因而能够与之相应地使经由突条部46可施加给纤维束16的表面压力增大，因此能够有效地加宽纤维束16。

但是，也考虑例如通过减小辊的直径本身来减小与纤维束16接触的面积，从而增大表面压力。然而，若辊的直径减小，则担心易于使纤维束16缠绕在辊上。在绕丝装置10的加宽辊36上，如上所述，通过设置突条部46，能够增大表面压力而并不减小加宽辊36的直径。因此，也不会担心易于使纤维束16缠绕在辊上。

另外，由于突条部46在加宽辊36的周面的周向上设置有多个，因此例如与在输送路径20上增设不具有突条部46的辊(未图示)的情况相比，能够以狭窄的间隔P使突条部46接触纤维束16来施加表面压力。即，与前面的突条部46接触而被加宽的纤维束16即使远离该突条部46，也能够在纤维束16沿宽度方向收缩之前，使纤维束16接触与前面的突条部46相邻的下一个突条部46来施加表面压力。这样，通过能利用多个突条部46以狭窄的间隔P连续施加表面压力，从而能够有效地抑制纤维束16在宽度方向上的收缩，来有效地加宽纤维束16。

在上述的实施方式所涉及的绕丝装置10中，多个突条部46在加宽辊36的周向上隔开等间隔设置，使突条部46彼此的间隔P小于从加宽辊36的轴心至突条部46的顶端在径向上的长度r。在该情况下，能够使突条部46与正在输送的纤维束16接触的间隔P足够小并且能够使通过突条部46被施加的表面压力足够大。据此，能够进一步提高纤维束16的加宽效率。此外，多个突条部46也可以在加宽辊36的周向上隔开不同的间隔配设。另外，突条部46彼此的间隔P并不特别限定，只要设定为能够对正在输送的纤维束16连续施加表面压力从而使纤维束16加宽即可。

在上述的实施方式所涉及的绕丝装置10中，使加宽辊36的周面由氟树脂或有机硅树脂形成，或者由氟树脂或有机硅树脂涂覆。在该情况下，能够抑制纤维束16粘附在加宽辊36的周面上，从而进一步良好地加宽纤维束16。另外，在上述的实施方式中，使排列辊34和集合辊38的周面也同样地，由氟树脂或有机硅树脂形成，或者由氟树脂或有机硅树脂涂覆。据此，能够顺畅地输送纤维束16，从而高质量地形成带状束30。

在上述的实施方式所涉及的绕丝装置10中，加宽辊36在纤维束16的输送方向上设置有多个(第1输送路径20a和第2输送路径20b上分别各两个)。据此，能够进一步有效地加宽纤维束16。然而，在输送路径20上所设置的加宽辊36的个数并不特别限定，可以为一个，也可以为三个以上的多个。

在上述的实施方式所涉及的绕丝装置10中，具有：一边与从加宽辊36通过之前的纤维束16接触一边进行旋转的排列辊34；和一边与从加宽辊36通过之后的纤维束16接触一边进行旋转，从而使纤维束16形成带状的带状束30的集合辊38，在排列辊34的周面上，沿着轴向设置有多条在周向上延伸的周向槽44，在周向槽44的内部调整纤维束16相对于输送路径20的位置。

例如，由于纤维束16一边通过导辊28等转换方向一边被输送，或输送头24的主体部32进行旋转等，有时在到达排列辊34之前的纤维束16上产生扭曲。其结果，易于使纤维束16在宽度方向上收缩，或者易于使纤维束16相对于输送路径20的位置产生偏差。即使在这样的情况下，也能够经由排列辊34向加宽辊36供给纤维束16，从而良好地进行纤维束16的加宽。

另外，通过利用集合辊38使纤维束16集合成带状束30，并且将该带状束30向内胆12供给，由此能够抑制纤维束16的滑动等且有效地将纤维束16卷绕于内胆12。

在上述的实施方式所涉及的绕丝装置10中，通过使集合辊38的周面与纤维束16的表面接触，从而使纤维束16的表面变得平滑。在从加宽辊36通过之后的纤维束16的长度方向上，即使在突条部46所接触的部分与其他部位之间产生厚度的偏差的情况下，通过使其从集合辊38通过，也能够降低上述的偏差，从而使纤维束16的表面变得平滑。据此，能够实现纤维束16的加宽效率的进一步提高，或者能够实现将纤维束16卷绕于内胆12所获得的纤维增强树脂层的高质量化。

在上述的实施方式所涉及的绕丝装置10中，使在排列辊34、加宽辊36和集合辊38之中，至少在加宽辊36和集合辊38上设置使周面升温的加热部48。在该情况下，由于能够降低纤维束16中所含的树脂18的粘度，因此能够进一步有效地加宽纤维束16、能够易于使纤维束16的表面变得平滑，以及易于形成带状束30。

在上述的实施方式所涉及的绕丝装置10中，排列辊34、加宽辊36和集合辊38的各辊在从轴向观察时被配置为在纤维束16的输送方向上彼此不同。在该情况下，易于使纤维束16的进入方向和排出方向与各辊所成的角度即路径角θ为锐角。因此，在加宽辊36中，能够增大由突条部46施加纤维束16的表面压力，从而进一步有效地加宽纤维束16。

在上述的实施方式所涉及的绕丝装置10中，纤维束16的输送路径20具有：以将多条第1纤维束16a隔开间隔排列的状态进行输送的第1输送路径20a，以将多条第2纤维束16b隔开间隔排列的状态进行输送的第2输送路径20b，和使第1纤维束16a和第2纤维束16b合流后进行输送的合流路径20c；排列辊34具有设置于第1输送路径20a的第1排列辊34a和设置于第2输送路径20b的第2排列辊34b；加宽辊36具有设置于第1输送路径20a的第1加宽辊36a和设置于第2输送路径20b的第2加宽辊36b；集合辊38具有使第1输送路径20a和第2输送路径20b合流的第1集合辊38a和第2集合辊38b，从第1集合辊38a通过的第1纤维束16a与第2纤维束16b一起从第2集合辊38b通过，由此在第1纤维束16a彼此的间隙中配置第2纤维束16b，并且在第2纤维束16b彼此的间隙中配置第1纤维束16a，从而形成带状束30。

但是，在使未被充分加宽的纤维束16在宽度方向上排列而形成带状束30的情况下，在排列的纤维束16彼此之间，换言之，在带状束30内容易产生间隙。若将像这样在内部形成有间隙的带状束30卷绕于内胆12，则在所获得的纤维增强树脂层中容易产生空隙。

为了抑制在带状束30内产生间隙，考虑使纤维束16靠近排列方向的中心侧来形成带状束30。然而，在该情况下，由于使所获得的带状束30的宽度变窄，因此在卷绕于内胆12时，易于使相邻的带状束30彼此之间产生间隙，从而导致难以抑制在纤维增强树脂层产生空隙。

如上所述，绕丝装置10能够利用设置有突条部46的加宽辊36来良好地加宽纤维束16。另外，由于在第1输送路径20a上将多条第1纤维束16a隔开间隔排列，因此能够使与第1加宽辊36a的突条部46接触的第1纤维束16a分别朝向宽度方向两侧的间隙良好地加宽。据此，能够分别有效地加宽多条第1纤维束16a。还能够同样有效地加宽在第2输送路径20b上的第2纤维束16b。

因此，在绕丝装置10中，能够良好地使被加宽的纤维束16排列来形成带状束30。因此，能够抑制在相邻的纤维束16彼此之间产生间隙，而并不使带状束30的宽度变窄。即，能够获得抑制产生空隙的纤维增强树脂层，并且能够抑制产生以该空隙为起点的裂纹。其结果，能够良好地提高高压罐的耐用性，尤其能够良好地提高关于流体的给排的循环性能。

此外，纤维束16的输送路径20可以仅具有第1输送路径20a和第2输送路径20b中的任一方。另外，也可以具有多条第1输送路径20a和多条第2输送路径20b，而并不仅具有一条第1输送路径20a和一条第2输送路径20b。而且，第1输送路径20a可以在以不隔开间隔的方式排列的状态下来输送第1纤维束16a，也可以输送由一排组成的第1纤维束16a。第2输送路径20b也同样地，可以在以不隔开间隔的方式排列的状态来输送第2纤维束16b，也可以输送由一排组成的第2纤维束16b。

本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。