JP2014148161A - 繊維の張力測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繊維に掛かる張力をリアルタイムで測定する。
【解決手段】フィラメントワインディング装置は、繊維巻出部と、繊維を揃えて巻付対象物に案内する案内部と、繊維に張力を与えて巻付対象物に巻き付ける巻付対象物回転装置と、を備える。案内部は、巻付対象物の前段の第１のローラと、第１のローラの前段の第２のローラと、第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重を測定する荷重測定部と、第１のローラから巻付対象物へ送られる繊維の搬送方向と鉛直方向との為す第２の角度を測定する角度測定部を備える。第２のローラから第１のローラへ送られる繊維の搬送方向と鉛直方向との為す角は予め定められた第１の角度となるように設定されている。繊維の張力測定方法は、第１の角度と、第２の角度と、第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重と、の間の関係式を用いて、繊維に掛かる張力をリアルタイムで算出する。
【選択図】図３

Description

この発明は、繊維の張力測定方法に関し、特にフィラメントワインディング装置における樹脂が含浸された繊維の張力測定方法に関する。

高圧タンク（以下「タンク」と呼ぶ。）では、耐圧を向上させるために、タンクのライナーに樹脂含浸繊維が巻き付けられる。このライナーに樹脂含浸繊維を巻き付ける工程（以下「フィラメントワインディング工程）と呼ぶ。）において、樹脂含浸繊維の張力が十分でないと、ライナーに樹脂含浸繊維が緊密に巻きつけられず、タンクの強度が不十分となる場合がある。そこで、フィラメントワインディング工程においては、樹脂含浸繊維の張力が管理項目とされている。特許文献１には、専用の装置を用いることなく、樹脂含浸繊維の張力の測定することができるフィラメントワインディング装置が記載されている。このフィラメントワインディング装置は、カーボン繊維をセットし巻き出しを行うクリールスタンドと、巻き出されたカーボン繊維に樹脂を含浸させ、樹脂含浸繊維として供給するレジンバスと、樹脂含浸繊維を揃えてライナーに沿って巻き付けるアイクチ案内部とを含んで構成される。ここで、アイクチ案内部は、さらに、樹脂含浸繊維に張力を与える張力ローラが受ける反力を検出する機能を有する。

特開２００７−１９０６９７号公報

従来技術では、３つあるアイクチローラの中央のローラにかかる荷重を測定して樹脂含浸繊維の張力を測定している。ここで、ライナーと中央のローラとの間の他のローラがあると、ライナーへの巻付部における樹脂含浸繊維の張力と、中央のローラにかかる荷重から得られる張力とが異なる値となる虞があった。また、従来技術では、アイクチ案内部の回転角度は、フィラメントワインディング装置の制御部が管理しているが、ライナーへ樹脂含浸繊維の巻き付けの進捗状態により、アイクチ案内部とライナーとの回転角度が変わるため、フィラメントワインディング装置の制御部が管理している値では、十分な精度が出せない場合があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、繊維を巻き出す繊維巻出部と、巻き出された繊維を揃えて巻付対象物に案内する案内部と、前記巻付対象物を回転させて前記繊維に張力を与えて前記巻付対象物に巻き付ける巻付対象物回転装置と、を備えたフィラメントワインディング装置における繊維の張力測定方法が提供される。この張力測定方法において、前記案内部は、前記巻付対象物の前段に設けられた第１のローラと、第２のローラであって、前記第２のローラから前記第１のローラへ送られる前記繊維の搬送方向と鉛直方向との為す角が予め定められた第１の角度となるように前記第１のローラの前段に設けられた前記第２のローラと、前記第１のローラに設けられ、前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重を測定する荷重測定部と、前記第１のローラから前記前記巻付対象物へ送られる前記繊維の搬送方向と鉛直方向との為す第２の角度を測定する角度測定部と、を有しており、この形態の繊維の張力測定方法は、前記第１の角度と、前記第２の角度と、前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重と、の間の関係式を用いて、前記繊維に掛かる張力をリアルタイムで算出する。この形態の繊維の張力測定方法によれば、巻付対象物に巻き付けられる直前の繊維に掛かる張力をリアルタイムで算出することが可能となる。

（２）本発明の一形態によれば、繊維を巻き出す繊維巻出部と、巻き出された繊維を揃えて巻付対象物に案内する案内部と、前記巻付対象物を回転させて前記繊維に張力を与えて前記巻付対象物に巻き付ける巻付対象物回転装置と、を備えたフィラメントワインディング装置における繊維の張力測定方法が提供される。前記案内部は、前記巻付対象物の前段に設けられた第１のローラと、前記繊維との水平距離を測定する距離測定装置であって、前記第１のローラの鉛直下方に配置された距離測定装置と、前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重を測定する荷重測定部と、を有しており、前記繊維との水平距離と、前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重と、を用いて、前記繊維に掛かる張力を算出する。この形態の繊維の張力測定方法によれば、巻付対象物と距離測定装置との干渉を抑制し、巻付対象物に巻き付けられる直前の繊維に掛かる張力をリアルタイムで算出することが可能となる。

（３）本発明の一形態によれば、 繊維を巻き出す繊維巻出部と、巻き出された繊維を揃えて巻付対象物に案内する案内部と、前記巻付対象物を回転させて、前記繊維に張力を与えて前記巻付対象物に巻き付ける巻付対象物回転装置と、を備えたフィラメントワインディング装置における繊維の張力測定方法が提供される。この張力測定方法において、前記案内部は、前記巻付対象物の前段に設けられた第１のローラと、前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重を測定する第１の荷重測定部と、前記第１のローラに掛かる水平方向の荷重を測定する第２の荷重測定部と、を有しており、前記第２の荷重測定部は前記第１のローラを挟んで前記巻付対象物と反対側に位置し、前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重と、前記第１のローラに掛かる水平方向の荷重と、を用いて、前記繊維に掛かる張力を算出する。この形態の繊維の張力測定方法によれば、巻付対象物と、第１、第２の荷重測定部との間の干渉を抑制し、巻付対象物に巻き付けられる直前の繊維に掛かる張力をリアルタイムで算出することが可能となる。

なお、本発明は種々の形態で実現することが可能であり、例えば、フィラメントワインディング装置における繊維の張力測定方法の他、フィラメントワインディング装置、張力測定装置等の形態で実現することができる。

フィラメントワインディング装置の一例示す説明図である。 樹脂含浸カーボン繊維に掛かる張力測定の原理を示す説明図である。 アイクチ案内部の構成を拡大して示す斜視図である。 樹脂含浸カーボン繊維に掛かる張力の算出アルゴリズムを示す説明図である。 第２の実施形態に係るフィラメントワインディング装置のアイクチ案内部構成を拡大して示す斜視図である。 第３の実施形態における張力測定の原理を示す説明図である。 第３の実施形態における樹脂含浸カーボン繊維の角度の測定結果の例を示すグラフである。 第３の実施形態の変形例を示す説明図である。 第４の実施形態における張力測定の原理を示す説明図である。 第４の実施形態における張力と荷重を示すグラフである。

第１の実施形態：
図１は、フィラメントワインディング装置の一例示す説明図である。フィラメントワインディング装置１０は、繊維巻出部２０と、樹脂含浸部３０と、アイクチ案内部４０と、ライナー回転装置５０と、制御部６０と、を備える。繊維巻出部２０は、繊維を巻き出す装置であり、複数のボビン２０１〜２０４と、複数の搬送ローラ２１１〜２１４と、結束ローラ２２０と、を備える。ボビン２０１〜２０４は、糸を巻き付ける筒状の部材を意味し、本実施形態では、カーボン繊維７００を巻きつけている。本実施形態では、カーボン繊維７００として、ポリアクリロニトリルの原糸を約３，０００℃で焼成したものが用いられる。これが約２４，０００本程度撚られて集められ、バインダ樹脂によって軽く接着されることにより、厚さ約２００μｍ、幅４ｍｍから５ｍｍ程度の扁平なシート状のカーボン繊維７００が形成されている。本実施形態では、搬送ローラ２１１〜２１４は、各ボビン２０１〜２０４に対応して設けられており、ボビン２０１〜２０４から巻き出されたカーボン繊維７００を結束ローラ２２０に搬送する。結束ローラ２２０は、ボビン２０１〜２０４から巻き出された複数のカーボン繊維７００を揃えて、次工程であるカーボン繊維７００に対してエポキシ樹脂の含浸を行う樹脂含浸部３０に巻き出す。

樹脂含浸部３０は、複数の搬送ローラ３０１〜３０５と、樹脂含浸槽３１０と、膜厚測定装置３２０と、を備える。搬送ローラ３０１〜３０５は、カーボン繊維７００を搬送するためのローラである。樹脂含浸槽３１０は、液体状の熱硬化型エポキシ樹脂を満たしている。熱硬化型エポキシ樹脂は、４０℃から５０℃の範囲で加熱され、粘度管理が行われている。搬送ローラ３０２の一部は、樹脂含浸槽３１０に浸っている。カーボン繊維７００は、搬送ローラ３０２の下部を搬送されることにより、樹脂含浸槽３１０の熱硬化型エポキシ樹脂に浸される。その結果、カーボン繊維７００に熱硬化型エポキシ樹脂が含浸する。本実施形態では、熱硬化型エポキシ樹脂に含浸されたカーボン繊維７００を「樹脂含浸カーボン繊維７１０」と呼ぶ。膜厚測定装置３２０は、樹脂含浸カーボン繊維７１０の熱硬化型エポキシ樹脂の厚さを測定する。制御部６０は、熱硬化型エポキシ樹脂の膜厚が一定になるように、樹脂含浸槽３１０の温度を制御する。

なお、本実施形態では、エポキシ樹脂が含浸されていないカーボン繊維７００を用いるとして説明したが、カーボン繊維７００の代わりに樹脂が含浸されたプリプレグを用いても良い。プリプレグは、炭素繊維に樹脂を含浸させたシート状の部材である。樹脂としては、例えばエポキシ樹脂を用いても良い。プリプレグの状態では、エポキシ樹脂は熱硬化していないので、プリプレグをライナー７０に巻き付けることが可能である。なお、プリプレグを用いる場合には、樹脂含浸槽３１０は無くても良い。

アイクチ案内部４０は、樹脂含浸カーボン繊維７１０を揃えてライナー７０に案内する機構である。ライナー７０は、請求項の巻付対象物に対応する。アイクチ案内部４０を単に「案内部」とも呼ぶ。アイクチ案内部４０は、揃え口４００と、搬送ローラ４１０と、荷重測定部４２０と、を備える。揃え口４００は、樹脂含浸カーボン繊維７１０を集めて揃える。搬送ローラ４１０は、樹脂含浸カーボン繊維７１０を荷重測定部４２０に搬送する。荷重測定部４２０は、第１のアイクチローラ４３０と、第２のアイクチローラ４４０と、第３のアイクチローラ４５０とを備える。なお、第２のアイクチローラ４４０が請求項の「第２のローラ」に対応し、第３のアイクチローラが請求項の「第１のローラ」に対応する。荷重測定部４２０は、３つのアイクチローラ４３０、４４０、４５０を用いて樹脂含浸カーボン繊維７１０を、ライナー７０に搬送するとともに、第２のアイクチローラ４４０に掛かる荷重を測定する。

ライナー回転装置５０は、請求項の「巻付対象物回転装置」に対応し、巻付対象物であるライナー７０を回転させことにより、樹脂含浸カーボン繊維７１０に張力を掛けると共に、ライナー７０に樹脂含浸カーボン繊維７１０を巻き付ける。制御部６０は、第２のアイクチローラ４４０に掛かる荷重を用いて、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力を測定する。また、制御部６０は、樹脂含浸カーボン繊維７１０張力に応じて、ライナー回転装置５０の回転速度を制御する。さらに、制御部６０は、樹脂含浸カーボン繊維７１０の熱硬化型エポキシ樹脂の厚さを用いて樹脂含浸槽３１０の温度制御を行う。

図２は、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力測定の原理を示す説明図である。３つのアイクチローラ４３０、４４０、４５０は、第１のアイクチローラ４３０と第３のアイクチローラ４５０とは、第２のアイクチローラ４４０よりも高い位置に来るように配置される。樹脂含浸カーボン繊維７１０は、第１のアイクチローラ４３０の上を搬送され、第２のアイクチローラ４４０の下を搬送され、第３のアイクチローラ４５０の上を搬送され、ライナー７０の下側に巻き付いている。

第２のアイクチローラ４４０と、第３のアイクチローラ４５０との間の樹脂含浸カーボン繊維７１０と、鉛直方向との為す角の大きさは、θ１であり、第２のアイクチローラ４４０と、第３のアイクチローラ４５０の配置場所が決まると、このθ１の大きさが決まる。第３のアイクチローラ４５０と、ライナー７０との間の樹脂含浸カーボン繊維７１０と、鉛直方向との為す角の大きさは、θ２であり、ライナー７０のどの部分を巻いているか、例えば、円筒部分に樹脂含浸カーボン繊維７１０を巻いているか、半球状のドーム部分に樹脂含浸カーボン繊維７１０を巻いているか、によりθ２の大きさは、変化する。また、ライナー７０上に巻かれた樹脂含浸カーボン繊維７１０の厚さによってもこのθ２の大きさは、変化する。

ライナー回転装置５０が回転し、ライナー７０が回転すると、樹脂含浸カーボン繊維７１０がライナーに巻き付けられると共に、第３のアイクチローラ４５０と、ライナー７０との間の樹脂含浸カーボン繊維７１０に張力Ｔ１が掛かる。また、第２のアイクチローラと、第３のアイクチローラ４５０との間の樹脂含浸カーボン繊維７１０に張力Ｔ２が掛かる。なお、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力Ｔ１と張力Ｔ２の大きさは、作用反作用の法則により、同じ大きさである。そこで、張力Ｔ１と張力Ｔ２の大きさをＴとする。第３のアイクチローラ４５０には、張力Ｔ１と張力Ｔ２により、下向きの力Ｆが掛かる。

図３は、アイクチ案内部４０の構成を拡大して示す斜視図である。アイクチ案内部４０は、上述した３つのアイクチローラ４３０、４４０、４５０に加えて荷重測定部４６０と、角度測定部４７０と、を備える。荷重測定部４６０は、第３のアイクチローラ４５０に掛かる鉛直方向の荷重を測定する。荷重測定部４６０は、荷重伝達シリンダー４６１と、荷重伝達ピストン４６２と、荷重センサ４６３と、ベアリングボール４６４と、を備える。第３のアイクチローラ４５０に下向きの荷重がかかると、荷重伝達ピストン４６２に下向きの力が掛かる。荷重測定部４６０は、荷重センサ４６３を用いてこの下向きの力を測定する。ベアリングボール４６４は、荷重伝達シリンダー４６１と、荷重伝達ピストン４６２と、の間の摩擦を低減するとともに、荷重伝達ピストン４６２が鉛直方向に移動するように案内する。

角度測定部４７０は、角度測定エンコーダ４７１と、案内板４７２と、を備える。案内板４７２は、樹脂含浸カーボン繊維７１０と平行になるように回動する。角度測定エンコーダ４７１は、案内板４７２の鉛直方向からの角度を測定する。案内板４７２の鉛直方向からの角度は、上述したθ２と同じ大きさである。

図４は、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力の算出アルゴリズムを示す説明図である。樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力をＴ、第２のアイクチローラ４４０と第３のアイクチローラ４５０との間の樹脂含浸カーボン繊維７１０と、鉛直方向と、の為す角の大きさをθ１、第３のアイクチローラ４５０とライナー７０との間の樹脂含浸カーボン繊維７１０と、鉛直方向との為す角の大きさをθ２、とすると、荷重測定部４６０が計測する荷重Ｆとの間には以下の式（１）に示す関係がある。
Ｆ＝Ｔｃｏｓ（θ１）＋Ｔｃｏｓ（θ２） …（１）

式（１）をＴについて解くと式（２）が得られる。
Ｔ＝Ｆ／［ｃｏｓ（θ１）＋ｃｏｓ（θ２）］ …（２）
制御部６０は、張力Ｔが所定の範囲内に収まるように、ライナー回転装置５０の回転速度を制御する。

以上、本実施形態によれば、フィラメントワインディング装置１０の制御部６０は、荷重測定部４６０を用いて荷重を測定し、角度測定部４７０を用いて樹脂含浸カーボン繊維７１０と鉛直方向との為す角を測定して、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力Ｔをリアルタイムで算出することか可能となる。制御部６０は、張力Ｔが所定の範囲内に収まるように、ライナー回転装置５０の回転速度を制御する。その結果、ライナー７０に樹脂含浸カーボン繊維７１０を緊密に巻き付けることが可能となり、十分な強度のタンクを製造することが可能となる。

第２の実施形態：
図５は、第２の実施形態に係るフィラメントワインディング装置のアイクチ案内部４０の構成を拡大して示す斜視図である。第２の実施形態のフィラメントワインディング装置について、アイクチ案内部４０の角度測定部４７５以外の構成は、第１の実施形態の構成と同じである。角度測定部４７５は、発光装置４７６と、受光装置４７７とを備える。発光装置４７６は、鉛直方向に並べられた複数の光源を有している。受光装置４７７は、鉛直方向に並べられた複数の受光部４７８を有している。受光装置４７７から受光装置４７７への光の一部は、樹脂含浸カーボン繊維７１０により遮られる。したがって、制御部６０は、どの受光部４７８への光が遮られたかを検知し、第３のアイクチローラ４５０とライナー７０との間の樹脂含浸カーボン繊維７１０と、鉛直方向との為す角の大きさθ２を算出することができる。なお、第２の実施形態における荷重測定部４６０による測定は、第１の実施形態における測定と同様である。

以上、第２の実施形態によっても、フィラメントワインディング装置１０の制御部６０は、荷重測定部４６０を用いて荷重を測定し、角度測定部４７５を用いて樹脂含浸カーボン繊維７１０と鉛直方向との為す角を測定して、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力Ｔをリアルタイムで算出することが可能となる。制御部６０は、張力Ｔが所定の範囲内に収まるように、ライナー回転装置５０の回転速度を制御する。その結果、ライナー７０に樹脂含浸カーボン繊維７１０を緊密に巻き付けることが可能となり、十分な強度のタンクを製造することが可能となる。

第３の実施形態：
図６は、第３の実施形態における張力測定の原理を示す説明図である。第３の実施形態は、第３のアイクチローラ４５０に掛かる鉛直方向の荷重Ｍを測定する荷重測定部４８０と、第３のアイクチローラ４５０の中心から樹脂含浸カーボン繊維７１０までの水平方向距離Ｌｘを測定するレーザ変位計４８１と、を備える。レーザ変位計４８１は、第３のアイクチローラ４５０の鉛直下方に配置されるが、樹脂含浸カーボン繊維７１０の角度θが９０°を越える場合を考慮して、レーザ変位計４８１とライナー７０との間の距離が、第３のアイクチローラ４５０とライナー７０との間の距離よりも遠くなるように、レーザ変位計４８１を配置してもよい。レーザ変位計４８１が第３のアイクチローラ４５０を挟んでライナー７０と反対側にあるため、レーザ変位計４８１と、ライナー７０とが干渉しない。

第３の実施形態において、先ず、水平方向距離Ｌｘと荷重Ｍとを測定し、以下の式（３）を用いて樹脂含浸カーボン繊維７１０の角度θを算出する。水平方向がθ＝０°、鉛直下方方向がθ＝９０°である。次いで、式（４）を用いることにより、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力Ｔを算出できる。
θ＝ａｔａｎ（Ｌｙ／Ｌｘ） …（３）
Ｔ＝Ｍ／ｓｉｎθ …（４）
なお、式（３）において、長さＬｙは、第３のアイクチローラ４５０の頂部からレーザ変位計４８１までの鉛直方向距離であり、アイクチ案内部４０の設計値から定まる既知の値である。

図７は、第３の実施形態における樹脂含浸カーボン繊維７１０の角度θの測定結果の例を示すグラフである。このグラフからわかるように、時間（ライナー７０への樹脂含浸カーボン繊維７１０の巻き付け位置）により、角度θが大きく変動することがわかる。この角度θから、式（４）を用いて、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力Ｔを算出し、張力Ｔが一定の範囲内に収まるように、ライナー７０への樹脂含浸カーボン繊維７１０の巻き付けが制御される。

以上、第３の実施形態においても、水平方向距離Ｌｘと荷重Ｍとを測定することによって、樹脂含浸カーボン繊維７１０の角度θを算出し、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力Ｔをリアルタイムで算出することが出来る。

なお、第３のアイクチローラ４５０から鉛直下方に基準線を垂らしておき、レーザ変位計４８１は、基準線と樹脂含浸カーボン繊維７１０との間の距離を測定しても良い。レーザ変位計４８１を、ライナー７０からの水平距離が第３のアイクチローラ４５０までの距離よりも大きい位置に配置でき、レーザ変位計４８１と、ライナー７０との干渉をより抑制できる。

図８は、第３の実施形態の変形例を示す説明図である。この変形例では、第３のアイクチローラの半径をｒ、第３のアイクチローラ４５０の中心からレーザ変位計４８１までの鉛直方向距離をＬｙ、第３のアイクチローラ４５０の中心から鉛直下方に降ろした垂線と樹脂含浸カーボン繊維７１０までの水平方向距離をＬｘとしている。この変形例では、樹脂含浸カーボン繊維７１０の角度θは、以下の式（５）で示される。
ｔａｎθ＝（Ｌｙ＋ｒｃｏｓθ）／（Ｌｘ−ｒｓｉｎθ） …（５）
上記式（５）において、距離Ｌｘは測定値であり、距離Ｌｙ、ｒは既知であるので、θを算出できる。この結果を式（４）に適用することにより、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力Ｔをリアルタイムで算出することが出来る。

第３の実施形態の変形例によれば、より厳密に張力Ｔを算出し、張力Ｔが一定の範囲内に収まるように、ライナー７０への樹脂含浸カーボン繊維７１０の巻き付けを制御できる。

第４の実施形態：
図９は、第４の実施形態における張力測定の原理を示す説明図である。第４の実施形態は、第３のアイクチローラ４５０に掛かる鉛直方向の荷重Ｆｙを測定する荷重測定部４８０と、第３のアイクチローラ４５０に掛かる水平方向の荷重Ｆｘを測定する荷重測定部４８２とを備える。荷重測定部４８２は、第３のアイクチローラ４５０を挟んでライナー７０と反対側に位置していることが好ましい。

第４の実施形態では、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力Ｔ１、Ｔ２と、荷重Ｆｘ、Ｆｙとの間には、以下の式（６）〜（８）に示す関係がある。
Ｔ１＝Ｔ２×ｅ^μ(θ1+θ2) …（６）
Ｆｘ＝−Ｔ１×ｃｏｓθ１＋Ｔ２×ｃｏｓθ２ …（７）
Ｆｙ＝Ｔ１×ｓｉｎθ１＋Ｔ２×ｓｉｎθ２ …（８）
式（６）は、東海大学教授 橋本 巨著「ウェブハンドリングの基礎理論と応用」（2008年４月発行 加工技術研究会）に記載に基づく。上式（６）〜（８）において、Ｔ１は、ライナー７０側の樹脂含浸カーボン繊維７１０の張力であり、Ｔ２は、ライナー７０と反対側の樹脂含浸カーボン繊維７１０の張力である。θ１は、第３のアイクチローラ４５０の鉛直頂部からライナー７０側において、樹脂含浸カーボン繊維７１０が第３のアイクチローラ４５０と接触する部分の扇の中心角であり、θ２は、第３のアイクチローラ４５０の鉛直頂部からライナー７０と反対側において、樹脂含浸カーボン繊維７１０が第３のアイクチローラ４５０と接触する部分の扇の中心角である。なお、θ２は、アイクチ案内部４０の設計値から定まる既知の値である。μは、樹脂含浸カーボン繊維７１０と第３のアイクチローラ４５０との摩擦係数である。

上記式（６）〜（８）において、未知な値は、張力Ｔ１、Ｔ２と、角度θ１の３つである。θ１の値を変化させて、上記式（６）〜（８）が成り立つように、収束計算を行うことにより、張力Ｔ１、Ｔ２を求めることができる。

図１０は、第４の実施形態における張力と荷重を示すグラフである。このグラフからわかるように、時間（ライナー７０への樹脂含浸カーボン繊維７１０の巻き付け位置）により、張力Ｔ１が大きく変動することがわかる。この張力Ｔ１が一定の範囲内に収まるように、ライナー７０への樹脂含浸カーボン繊維７１０の巻き付けが制御される。

以上、第４の実施形態によっても、樹脂含浸カーボン繊維７１０に掛かる張力Ｔをリアルタイムで算出することが可能となる。第４の実施形態では、荷重測定部４８０は、第３のアイクチローラ４５０の鉛直下方にあり、荷重測定部４８２は、第３のアイクチローラ４５０を挟んで、ライナー７０と反対側にあるので、荷重測定部４８０、荷重測定部４８２と、ライナー７０とが干渉し難く出来る。

以上、いくつかの実施形態に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…フィラメントワインディング装置
２０…繊維巻出部
３０…樹脂含浸部
４０…アイクチ案内部
５０…ライナー回転装置
６０…制御部
７０…ライナー
２０１…ボビン
２１１…搬送ローラ
２２０…結束ローラ
３０１…搬送ローラ
３０２…搬送ローラ
３１０…樹脂含浸槽
３２０…膜厚測定装置
４００…揃え口
４１０…搬送ローラ
４２０…荷重測定部
４３０…第１のアイクチローラ
４４０…第２のアイクチローラ
４５０…第３のアイクチローラ
４６０…荷重測定部
４６１…荷重伝達シリンダー
４６２…荷重伝達ピストン
４６３…荷重センサ
４６４…ベアリングボール
４７０…角度測定部
４７１…角度測定エンコーダ
４７２…案内板
４７５…角度測定部
４７６…発光装置
４７７…受光装置
４７８…受光部
４８０…荷重測定部
４８１…レーザ変位計
４８２…荷重測定部
７００…カーボン繊維
７１０…樹脂含浸カーボン繊維

Claims (3)

1. 繊維を巻き出す繊維巻出部と、巻き出された繊維を揃えて巻付対象物に案内する案内部と、前記巻付対象物を回転させて前記繊維に張力を与えて前記巻付対象物に巻き付ける巻付対象物回転装置と、を備えたフィラメントワインディング装置における繊維の張力測定方法であって、
   前記案内部は、
   前記巻付対象物の前段に設けられた第１のローラと、
   第２のローラであって、前記第２のローラから前記第１のローラへ送られる前記繊維の搬送方向と鉛直方向との為す角が予め定められた第１の角度となるように前記第１のローラの前段に設けられた前記第２のローラと、
   前記第１のローラに設けられ、前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重を測定する荷重測定部と、
   前記第１のローラから前記前記巻付対象物へ送られる前記繊維の搬送方向と鉛直方向との為す第２の角度を測定する角度測定部と、
   を有しており、
   前記第１の角度と、前記第２の角度と、前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重と、の間の関係式を用いて、前記繊維に掛かる張力をリアルタイムで算出する、繊維の張力測定方法。
2. 繊維を巻き出す繊維巻出部と、巻き出された繊維を揃えて巻付対象物に案内する案内部と、前記巻付対象物を回転させて前記繊維に張力を与えて前記巻付対象物に巻き付ける巻付対象物回転装置と、を備えたフィラメントワインディング装置における繊維の張力測定方法であって、
   前記案内部は、
   前記巻付対象物の前段に設けられた第１のローラと、
   前記繊維との水平距離を測定する距離測定装置であって、前記第１のローラの鉛直下方の位置に配置された距離測定装置と、
   前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重を測定する荷重測定部と、
   を有しており、
   前記繊維との水平距離と、前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重と、を用いて、前記繊維に掛かる張力を算出する、繊維の張力測定方法。
3. 繊維を巻き出す繊維巻出部と、巻き出された繊維を揃えて巻付対象物に案内する案内部と、前記巻付対象物を回転させて前記繊維に張力を与えて前記巻付対象物に巻き付ける巻付対象物回転装置と、を備えたフィラメントワインディング装置における繊維の張力測定方法であって、
   前記案内部は、
   前記巻付対象物の前段に設けられた第１のローラと、
   前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重を測定する第１の荷重測定部と、
   前記第１のローラに掛かる水平方向の荷重を測定する第２の荷重測定部と、
   を有しており、
   前記第２の荷重測定部は前記第１のローラを挟んで前記巻付対象物と反対側に位置し、
   前記第１のローラに掛かる鉛直方向の荷重と、前記第１のローラに掛かる水平方向の荷重と、を用いて、前記繊維に掛かる張力を算出する、繊維の張力測定方法。

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