JP2019098679A - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライナに繊維束を巻き付ける際に、ライナに対する繊維束の巻き付け位置の不良の発生を未然に抑えることができるフィラメントワインディング装置を提供する。【解決手段】フィラメントワインディング装置１００は、ライナ１０の回転角度、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度に対する指令値に基づいて、回転部４１、第１移動部３５、第２移動部３６、および揺動部３７の制御を行う制御装置６を備える、制御装置６は、ライナ１０の回転角度の測定値に対して、第３ガイドローラ３３の各測定値を割り当てる割り当て部６２と、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の指令値に対する測定値の差分を算出する差分算出部６３と、いずれか１つの差分が、予め設定された閾値を超えた時に、ライナ１０に対する繊維束７の巻き付け速度を低下させる速度低下部６６と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。

従来、高圧流体を貯蔵するタンクの製造装置として、フィラメントワインディング装置（以下「ＦＷ装置」という）が利用されている（たとえば、特許文献１参照）。ＦＷ装置とは、タンクを構成するライナに、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維からなる繊維束を、所定の張力で巻き付ける装置である。ＦＷ装置を用いることにより、ライナの表面に、高強度の繊維強化樹脂層を形成することができる。

ＦＷ装置を用いてタンクを製造する際には、タンクに所望の強度を得るために、ライナに適切に繊維束を巻き付ける必要がある。特許文献１では、繊維束の巻き付け位置を把握するために、ライナを構成するドーム部における繊維束の巻き付け位置および折り返し径を確認している。

特開２０１４−２３３８５２号公報

しかしながら、特許文献１のＦＷ装置では、繊維束を巻き付けた後の、繊維束の巻き付け位置および折り返し径を確認しているが、ライナに繊維束を巻き付ける際に、繊維束が適切な位置にあるかを判断していない。すなわち、このＦＷ装置では、繊維束の巻き付け位置の不良は、繊維束の巻き付け後にしか判断することができない。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、ライナに繊維束を巻き付ける際に、ライナに対する繊維束の巻き付け位置の不良の発生を未然に抑えることができるフィラメントワインディング装置を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本願の発明である、第１の発明および第２の発明に係るフィラメントワインディング装置は、筒状の胴体部と、前記胴体部の両側に形成されたドーム状の一対の端部と、を備えるライナに、繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、前記ライナを軸心周りに回転させる回転部と、前記ライナに巻き付けられる繊維束を案内するガイドローラと、前記ガイドローラを前記ライナの軸方向に沿って移動させる第１移動部と、前記ガイドローラを前記ライナの径方向に沿って移動させる第２移動部と、前記ガイドローラの軸心が揺動するように、前記ガイドローラを回転させる揺動部と、前記ライナの回転角度を測定する回転角度測定部と、前記軸方向に沿った前記ガイドローラの第１位置を測定する第１測定部と、前記径方向に沿った前記ガイドローラの第２位置を測定する第２測定部と、前記ガイドローラの揺動角度を測定する揺動角度測定部と、前記繊維束の巻き付け開始から経過時間に応じて設定された、前記ライナの回転角度、前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および前記揺動角度に対する各指令値に基づいて、前記回転部、前記第１移動部、前記第２移動部、および前記揺動部の制御を行う制御装置と、を備えている。

さらに、第１の発明および第２の発明に係るフィラメントワインディング装置の前記制御装置は、前記ライナの回転角度の測定値に対して、前記ライナの回転角度ごとに対応する前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および前記揺動角度の測定値を割り当てる割り当て部と、前記ライナの回転角度に割り当てられた前記ガイドローラの前記測定値と、前記ライナの回転角度の指令値ごとに対応させた前記ガイドローラの指令値とから、前記ライナの回転角度に対応した、前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および前記揺動角度の前記指令値に対する前記測定値の差分を算出する差分算出部と、を備えている。

第１の発明では、上述した構成に加えて、前記制御装置は、いずれか１つの前記差分が、予め設定された閾値を超えた時に、前記回転部による前記ライナの回転速度、前記第１および第２移動部による前記ガイドローラの移動速度、および、前記揺動部による前記ガイドローラの回転速度を低下させることにより、前記ライナに対する前記繊維束の巻き付け速度を低下させる速度低下部と、を備える。

第２の発明では、上述した構成に加えて、前記制御装置は、いずれかの１つの前記差分が、予め設定された閾値を超えた時に、前記閾値を超えた差分に基づいて、前記ライナの回転角度、前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および、前記揺動角度の前記指令値に対するオフセット時間を算出するオフセット時間算出部と、前記閾値を超えた時点から、前記時点以降の前記経過時間に応じて設定された前記各指令値を、前記オフセット時間後に設定された前記各指令値に補正する補正部と、を備え、前記制御装置は、補正後の前記各指令値に基づいて、前記制御を行う。

第１および第２の発明によれば、繊維束の巻き付け開始から経過時間に応じて設定された指令値に基づいて、制御装置は、ライナの回転角度と、ガイドローラの第１および第２位置と、その揺動角度と、を制御し、ライナに対する繊維束の巻き付けの制御を行うことができる。

ここで、第１および第２の発明では、差分算出部により、ライナの回転角度のごとに対応したガイドローラの測定値と指令値とから、ガイドローラの第１位置、第２位置、および揺動角度の差分を算出する。算出した差分は、ライナの回転角度に対して、ガイドローラの第１位置、第２位置、または揺動角度が、適切な位置または角度にあるかを判断するパラメータである。

したがって、これらの差分のうちの１つが、予め閾値を超えたときには、その超えた差分に対応する第１位置、第２位置、または揺動角度が適切な位置または適切な角度ではないと判断することができる。すなわち、継続してガイドローラで、繊維束をライナに案内できないと判断することができる。

そこで、第１の発明では、ライナに対する繊維束の巻き付け位置の不良が発生するおそれがあるため、制御装置は、繊維束の巻き付け速度を低下させる。このような結果、ライナに繊維束を巻き付ける際に、ライナに対する繊維束の巻き付け位置の不良の発生を未然に抑えることができる。

さらに、各指令値に対して、第１位置、第２位置、および揺動角度に所定の応答遅れが生じた場合であっても、前記差分が前記閾値を超えなければ、これらの応答遅れが同程度であるとみなすことができる。したがって、ライナの回転角度に対して、ガイドローラは、適切な位置および姿勢にあると判断し、継続して繊維をライナに巻き付けることができる。

一方、第２の発明では、これらの差分のうちの１つが、予め閾値を超えたときに、ライナに対する繊維束の巻き付け位置の不良が発生するおそれがあるため、制御装置は、ライナの回転角度、ガイドローラの第１位置、第２位置、および、揺動角度の指令値に対するオフセット時間を算出する。次に、制御装置は、閾値を超えた時点から、その時点以降の前記経過時間に応じて設定された各指令値を、オフセット時間後に設定された各指令値に補正し、補正後の各指令値に基づいて、制御を行う。

これにより、ライナの回転角度およびガイドローラの位置および姿勢が適正な状態に調整され、ライナに繊維束を巻き付けることができる。このような結果、ライナに繊維束を巻き付ける際に、ライナに対する繊維束の巻き付け位置の不良を未然に抑えることができる。

さらに、第２の発明も同様に、各指令値に対して、第１位置、第２位置、および揺動角度に所定の応答遅れが生じた場合であっても、前記差分が前記閾値を超えなければ、これらの応答遅れが同程度であるとみなすことができる。この場合には、これらに所定の応答遅れがあっても、ライナの回転角度に対して、ガイドローラは、適切な位置および姿勢にあると判断することができる。この結果、制御装置による指令値の補正を行うことなく、継続して繊維束をライナ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装置により製造されるタンクの断面図である。 第１実施形態に係るタンクの製造方法に用いるフィラメントワインディング装置の模式的概念図である。 フィラメントワインディング装置の繊維案内部の模式的概念図である。 ライナとガイドローラ（第３ガイドローラ）との動作を説明するための模式的概念図である。 ライナとガイドローラ（第３ガイドローラ）との動作を説明するための模式的側面図である。 第１実施形態に係るフィラメントワインディング装置の制御装置のブロック図である。 図５に示す制御装置による制御方法を説明するためのフロー図である。 ライナの回転角度に対する揺動角度および揺動角度の差分との関係を示した図である。 第２実施形態に係るフィラメントワインディング装置の制御装置のブロック図である。 図８に示すオフセット時間算出部の算出と、指令値補正部の補正を説明するためのグラフである。 図８に示す制御装置による制御方法を説明するためのフロー図である。

以下の第１の発明および第２の発明の一例である、第１および第２実施形態を、図面を参照しながら説明する。

１．タンク１について
図１は、フィラメントワインディング装置１００により製造されるタンク１の断面図であり、軸心（中心軸）ＣＬを通る断面でタンク１を切断した図である。

図１に示すように、タンク１は、燃料電池用のガスタンクであり、一対の口金部１３，１３を有したライナ１０と、強化繊維層１５とを備えている。ライナ１０は、例えば燃料電池に供給する水素ガスを収容する密閉容器であり、筒状の胴体部１１と、その両側から連続して形成された略半球状（ドーム状）の端部１２，１２とを備えている。ライナ１０の素材としては、アルミニウム、ステンレス鋼、樹脂材などを挙げることができる。

上述した各口金部１３は、金属製であり、ドーム状の端部１２の先端に設けられている。一方の口金部１３は、ライナ１０へのガスを収容する際の配管としての役割を担っている。強化繊維層１５は、高分子樹脂が含浸された連続した強化繊維束（以下「繊維束」という）が、ライナ１０に複数層にわたって巻き付けられた層である。強化繊維層１５を構成する高分子樹脂としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を挙げることができ、本実施形態では、熱硬化性樹脂が用いられている。一方、強化繊維層１５を構成する繊維束は、炭素繊維またはガラス繊維からなる。以下に、強化繊維層１５を形成するための装置である、フィラメントワインディング装置１００（以下「ＦＷ装置１００」という）について説明する。

〔第１実施形態〕
２．タンク１の製造装置について
図２は、第１実施形態に係るタンク１の製造方法に用いるＦＷ装置１００の模式的概念図である。ＦＷ装置１００は、繊維供給部２と、繊維案内部３と、巻付部４と、制御装置６とを少なくとも備えている。なお、後述する第１実施形態のＦＷ装置１００は、第１の発明の一例であり、第２実施形態のＦＷ装置１００とは、制御部６のみが相違し、その他の装置構成は同じである。

繊維供給部２は、複数のボビン２１ａ〜２１ｄと、複数の搬送ローラ２２ａ〜２２ｄ，２５ａ〜２５ｄと、結束ローラ２３と、ダンサー２４とを備え、未硬化の熱硬化性樹脂を含浸した繊維束７を巻き出す機能を有する。ボビン２１ａ〜２１ｄは、筒状の部材であり、繊維束７が巻回されており、電動モータ（図示せず）によって駆動されて回転し、繊維束７を巻き出す。

搬送ローラ２２ａ〜２２ｄは、各ボビン２１ａ〜２１ｄに対応して設けられており、ボビン２１ａ〜２１ｄから巻き出された繊維束７を結束ローラ２３に搬送する。結束ローラ２３は、ボビン２１ａ〜２１ｄから巻き出された繊維束７を引き揃えて、張力付与装置としてのダンサー２４に巻き出す。

ダンサー２４は、ダンサーアーム２４ａと、シリンダ２４ｂと、ダンサーローラ２４ｃとを備え、ライナ１０に巻き付けられる繊維束７に張力を付与する機能を有する。ダンサーアーム２４ａの一端には、ダンサーローラ２４ｃが回転自在に取付けられており、ダンサーローラ２４ｃには、繊維束７が引っ掛けるように巻き付いている。シリンダ２４ｂは、ダンサーアーム２４ａと接続されたピストン２４ｅを備えており、ダンサー２４では、シリンダ２４ｂに供給される圧力を調整する調整装置（図示せず）で、ピストン２４ｅを移動させることにより、ダンサーアーム２４ａを回動させる。これにより、繊維束７の張力を調整することができる。ダンサー２４から送り出された繊維束７は、搬送ローラ２５ａ〜２５ｄを通過して、繊維案内部３に送り出される。

繊維案内部３は、繊維束７を引き揃えてライナ１０に案内する機能を有し、第１〜第３ガイドローラ３１〜３３を備えている。本実施形態では、繊維束７は、第１ガイドローラ３１側から入り込み、第１ガイドローラ３１の上側外周、第２ガイドローラ３２の下側外周、及び、第３ガイドローラ３３の上側外周にそれぞれ接触してライナ１０に案内される。なお、本発明でいう「ガイドローラ」は、第３ガイドローラ３３に相当する。

図３は、ＦＷ装置１００の繊維案内部３および巻付部４の模式的概念図である。図４Ａは、ライナ１０と第３ガイドローラ３３との動作を説明するための模式的概念図であり、図４Ｂは、ライナ１０と第３ガイドローラ３３との動作を説明するための模式的側面図である。なお、図４Ｂは、図４Ａに対して、さらに繊維束７をライナ１０に巻き付けた状態を示した図である。

本実施形態では、図３に示すように、繊維案内部３は、第１〜第３ガイドローラ３１〜３３の位置関係を保持しつつ、第１〜第３ガイドローラ３１〜３３を支承する保持部３４を備えている。さらに、繊維案内部３は、第１移動部３５、第２移動部３６、および揺動部３７を備えている。

第１移動部３５は、第１〜第３ガイドローラ３１〜３３をライナ１０の軸方向Ｌに沿って移動させるものである。第１移動部３５は、ライナ１０の軸方向Ｌに沿って並設された一対のレール３５ａ，３５ａと、レール３５ａ，３５ａを走行する第１基台３５ｂを備えている。

第１基台３５ｂには、後述する第２基台３６ｂを介して、第１〜第３ガイドローラ３１〜３３とともに保持部３４が載置されている。第１基台３５ｂには、モータ３５ｄが取り付けられており、モータ３５ｄの回転により、第１基台３５ｂは、レール３５ａ，３５ａに対して移動することができる。このような機構は、公知のリニアガイドとして利用される一般的な機構である。このような機構により、第１基台３５ｂと、第２基台３６ｂを介して載置された第１〜第３ガイドローラ３１〜３３が、ライナ１０の軸方向Ｌに沿って移動することができる。

さらに、モータ３５ｄには、エンコーダなどのセンサからなる第１測定部３５ｆが取り付けられている。制御装置６は、第１測定部３５ｆからの出力信号により、ライナ１０の軸方向Ｌに沿った、ライナ１０に対する第３ガイドローラ３３の位置（第１位置）を測定することができる。

第２移動部３６は、第１〜第３ガイドローラ３１〜３３をライナ１０の径方向（前後方向）Ｆに沿って移動させるものである。第２移動部３６は、保持部３４とともに、第１〜第３ガイドローラ３１〜３３を載置する第２基台３６ｂを備えており、第２基台３６ｂは、公知の回転直動変換機構（図示せず）を介して、第１基台３５ｂに取付けられている。回転直動変換機構には、モータ３６ｄが取り付けられており、モータ３６ｄの回転により、第２基台３６ｂは、ライナ１０の径方向Ｆに沿って移動することができる。

さらに、モータ３６ｄには、エンコーダなどのセンサからなる第２測定部３６ｆが取り付けられている。制御装置６は、第２測定部３６ｆからの出力信号により、ライナ１０の径方向Ｆに沿った、ライナ１０に対する第３ガイドローラ３３の位置（第２位置）を測定することができる。

揺動部３７は、第３ガイドローラ３３の軸心ｃｌが揺動するように、回転方向Ｒに、第３ガイドローラ３３を回転させるものである。具体的には、揺動部３７は、保持部３４に取付けられたモータ３７ｄを備えている。本実施形態では、保持部３４に第１〜第３ガイドローラ３１〜３３が保持されているので、モータ３７ｄの回転により、第１〜第３ガイドローラ３１〜３３が一体となって揺動する。

さらに、モータ３７ｄには、エンコーダなどのセンサからなる揺動角度測定部３７ｆが取り付けられており、制御装置６は、揺動角度測定部３７ｆからの出力信号により、第３ガイドローラ３３の揺動角度を測定する。

図１および図３に示すように、巻付部４は、ライナ１０を回転させることによって、ライナ１０に繊維束７を巻き付ける機能を有している。巻付部４は、ライナ１０を回転させるモータなどの回転部４１と、回転棒４２と、支持棒４３とを備えている。

回転棒４２の一端部は、回転部４１に固定され、他端部は、一方の口金部１３に固定されている。支持棒４３は、他方の口金部１３を介してライナ１０を支持している。回転部４１が動作すると、回転棒４２が回転してライナ１０が、その長手方向の軸心ＣＬの周りに、一方向（回転方向Ｓ）に回転し、繊維束７をライナ１０に巻回することができる。これにより、連続した繊維束７が、ライナ１０の外周面に、例えばフープ巻きやヘリカル巻きを組み合わせて、巻き付けられる。

さらに、回転部４１には、エンコーダなどのセンサからなる回転角度測定部４４が取り付けられている。制御装置６は、揺動角度測定部３７ｆからの出力信号により、ライナ１０の回転角度を測定する。

本実施形態では、第１〜第３ガイドローラ３１〜３３が、保持部３４により、一体的に保持されているため、これらを第１移動部３５、第２移動部３６、揺動部３７により、移動および回転させた。しかしながら、第３ガイドローラ３３が、ライナ１０に巻き付けられる繊維束７を案内するため、第３ガイドローラ３３のみが移動および回転するような構造であってもよい。

制御装置６は、回転部４１によるライナ１０の回転、第１移動部３５および第２移動部３６による第３ガイドローラ３３の移動、および、揺動部３７によるガイドローラ３３の回転、の制御を行うものである。具体的には、制御装置６は、回転部４１、第１移動部３５、第２移動部３６、および揺動部３７のそれぞれに制御信号を出力することにより、これらを制御し、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、たとえばヘリカル巻きで繊維束７をライナ１０に巻き付けることができる。

制御装置６は、ハードウェアとして、記憶装置６Ａと演算装置６Ｂとを少なくとも備えている。記憶装置６Ａは、巻き付け条件、後述する閾値等を記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる。演算装置６Ｂは、記憶装置６Ａの巻き付け条件、ライナ１０の回転角度、および、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、または、揺動角度等の測定値から制御信号を出力するＣＰＵ等からなる。

記憶装置６Ａには、繊維束７の巻き付け開始から繊維束７の巻き付け終了までの経過時間に応じて設定された、ライナ１０の回転角度、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および、揺動角度に対する各指令値が記憶されている。

図５は、第１実施形態に係るフィラメントワインディング装置１００の制御装置６のブロック図である。図５に示すように、制御装置６は、ソフトウェアとして、指令値設定部６１、割り当て部６２、差分算出部６３、判定部６４、制御実行部６５、および速度低下部６６を備えている。なお、指令値設定部６１は記憶装置６Ａにより記憶された部分であり、それ以外は演算装置６Ｂにより演算されるプログラムである。

指令値設定部６１は、入力装置（図示せず）から、入力された指令値が設定される。具体的には、繊維束７の巻き付け開始から経過時間に応じて、ライナ１０の回転角度、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度に対する指令値が設定される。このように、経過時間に伴うライナ１０の回転角度、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の指令値が設定されることにより、この指令値を目標値として、後述する制御実行部６５により、回転部４１、第１および第２移動部３５，３６、および揺動部３７が制御される。これにより、ライナ１０に対して、繊維束７を所望の巻き付け状態で巻き付け、強化繊維層１５を形成することができる。

割り当て部６２は、ライナ１０の回転角度の測定値に対して、ライナ１０の回転角度ごとに対応する第３ガイドローラ３３の第１位置、前記第２位置、および揺動角度の測定値を割り当てる。具体的には、回転角度測定部４４で測定されたライナ１０の回転角度、第１および第２測定部３５ｆ，３６ｆにより測定された第３ガイドローラ３３の第１および第２位置、揺動角度測定部３７ｆにより測定されたガイドローラ３３の揺動角度が入力される。そして、ライナ１０の回転角度の測定値に対して、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の測定値を割り当てる。

これにより、ライナ１０の回転角度の測定値と、第３ガイドローラ３３の第１および第２位置の測定値との関係を得ることができ、ライナ１０の回転角度の測定値と、第３ガイドローラ３３の揺動角度の測定値との関係（図７の上図の測定値のグラフ参照）も得ることができる。なお、ライナ１０の回転角度は、繊維束７の巻始めのライナ１０の回転角度を０°として、そこから、回転に応じて連続して増加する。

これと同時に、ライナ１０の回転角度ごとの指令値に対して、ライナ１０の回転角度ごとに対応する第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の指令値を割り当てる。具体的には、割り当て部６２では、指令値設定部６１により設定された指令値が入力され、この入力された指令値に基づいて、上述した割り当てが行われる。

これにより、ライナ１０の回転角度の指令値と、第３ガイドローラ３３の第１および第２位置の指令値との関係を得ることができ、ライナ１０の回転角度の指令値と、第３ガイドローラ３３の揺動角度の指令値との関係（図７の上図の指令値のグラフ参照）も得ることができる。なお、この指令値の割り当ては、割り当て部６２により行われず、予め割り当てられた指令値を、入力装置（図示せず）から入力され、制御装置６で記憶されていてもよい。

差分算出部６３は、割り当て部６２で割り当てられた、ライナ１０の回転角度のごとに対応する第３ガイドローラ３３の測定値と指令値とから、ライナ１０の回転角度ごとに対応した、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の測定値と指令値との差分を算出する。具体的には、本実施形態では、指令値から測定値を減算する。これにより、ライナ１０の回転角度に対応した、第３ガイドローラ３３の第１および第２位置における差分、ライナ１０の回転角度に対応した、第３ガイドローラ３３の揺動角度における差分（図７の下図のグラフ参照）を得ることができる。

たとえば、ライナ１０の所定の回転角度において、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、または揺動角度の差分が大きいときは、その回転角度において、応答遅れにより、ライナ１０の所定の回転角度に対して、第３ガイドローラ３３が、適正な第１位置、第２位置、または揺動角度に到達していないと言える。

一方、ライナ１０の回転角度、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度に、一様の応答遅れがあったとしても、この場合には、ライナ１０の回転角度に対して、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度は、適正であるため、その場合には、上述した差分は、小さい値となる。そこで、ライナ１０の回転角度に対して、第３ガイドローラ３３が適切な位置および揺動角度にあるかを、以下の判定部６４で判定する。

判定部６４は、差分算出部６３で算出した、これらのいずれか１つの差分が、予め設定された閾値を超えたか否かを判定する。ここで、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の閾値は、上述したいずれかの差分が閾値を超えたときに、繊維束７の巻きずれが生じる値に設定されている。

制御実行部６５は、判定部６４でいずれの差分も閾値を超えていない場合に、設定された指令値を目標値として、回転部４１、第１および第２移動部３５，３６、および揺動部３７に、制御信号を出力し、これらの制御を行う。これにより、指令値に基づいて、ライナ１０に対して、繊維束７による巻き付け制御を行うことができる。

速度低下部６６は、いずれか１つの差分が、予め設定された閾値を超えた時に、制御実行部６５で実行された繊維束７の巻き付け速度を低下させる制御を行う。具体的には、速度低下部６６は、回転部４１によるライナ１０の回転速度、第１および第２移動部３５，３６による第３ガイドローラ３３の移動速度、および、揺動部に３７によるガイドローラ３３の回転速度を低下させる。本実施形態では、繊維束７の巻き付けを完全に停止するまで、繊維束７の巻き付け速度を低下させてもよいが、例えば、上述した差分が閾値を超えなくなった時点で、制御実行部６５により、繊維束７による巻き付け制御を再開してもよい。

以下に、第１実施形態に係る制御装置６による制御方法を説明する。図６は、図５に示す制御装置による制御方法を説明するためのフロー図である。図７は、ライナの回転角度に対する揺動角度および揺動角度の差分との関係を示した図である。

まず、図６に示すように、ステップＳ６１では、指令値設定部６１で設定された指令値に基づいて、制御実行部６５により、ライナ１０の回転、第３ガイドローラ３３の移動および回転を行う。すなわち、この時点では、判定部６４による判定は行われていない。

次に、ステップＳ６２では、回転するライナ１０の回転角度、移動および回転する第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度を測定する。測定されたこれらの測定値は、割り当て部６２に入力され、ステップＳ６３に進む。なお、後述する割り当てが可能な測定値が測定されるまで、ステップＳ６１およびステップＳ６２を行った後に、ステップＳ６３に進んでもよい。

次に、ステップＳ６３では、割り当て部６２が、ライナ１０の回転角度の測定値に対して、ライナ１０の回転角度ごとに対応する第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の測定値を割り当てる。これと同時に、ライナ１０の回転角度ごとの指令値に対して、ライナ１０の回転角度ごとに対応する第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の指令値を割り当てる。

これにより、上述した如く、ライナ１０の回転角度に対する、第３ガイドローラ３３の第１および第２位置の指令値および測定値の関係、第３ガイドローラ３３の揺動角度の指令値および測定値の関係（図７の上図の指令値のグラフ参照）も得ることができる。

次に、ステップＳ６４では、差分算出部６３が、ライナ１０の回転角度のごとに対応する第３ガイドローラ３３の測定値と指令値とから、ライナ１０の回転角度ごとに対応した、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の測定値と指令値との差分を算出する。

次に、ステップＳ６５では、判定部６４が、差分算出部６３で算出した、これらのいずれか１つの差分が、予め設定された閾値を超えたか否かを判定する。ここで、いずれか１つの差分が、予め設定された閾値を超えていない場合には、ステップＳ６６に進み、巻き付け終了の指示があるかの判定を行う。巻き付け終了指示がない場合には、ステップＳ６１に戻る。一方、ステップＳ６６で、巻き付け終了の指示がある場合には、巻き付けを終了する。

ステップＳ６５で、これらのいずれか１つの差分が、予め設定された閾値を超えている場合、ステップＳ６７に進む。たとえば、図７の下図では、ライナ１０の回転角度が、θ１で、揺動角度の差分が、予め設定された閾値を超えている。ステップＳ６７では、速度低下部６６により、繊維束７の巻き付けを完全に停止するまで、回転部４１によるライナ１０の回転速度、第１および第２移動部３５，３６による第３ガイドローラ３３の移動速度、および、揺動部に３７による第３ガイドローラ３３の回転速度を低下させる。

本実施形態によれば、差分のうちの１つが、予め閾値を超えたときには、その超えた差分に対応する第１位置、第２位置、もしくは揺動角度が適切な位置または適切な角度ではないと判断することができる。すなわち、継続して第３ガイドローラ３３で、繊維束をライナに案内できないと判断することができる。

したがって、ライナ１０に対する繊維束７の巻き付け位置の不良が発生するおそれがあるため、制御装置６より、繊維束の巻き付け速度を低下させる。このような結果、ライナ１０に繊維束７を巻き付ける際に、ライナ１０に対する繊維束７の巻き付け位置の不良の発生を未然に抑えることができる。

さらに、各指令値に対して、第１位置、第２位置、および揺動角度に所定の応答遅れが生じた場合であっても、前記差分が前記閾値を超えなければ、これらの応答遅れが同程度であるとみなすことができる。したがって、ライナ１０の回転角度に対して、第３ガイドローラ３３は、適切な位置および姿勢にあると判断し、継続して繊維をライナに巻き付けることができる。

〔第２実施形態〕
図８は、第２実施形態に係るＦＷ装置１００の制御装置６のブロック図である。図９は、図８に示すオフセット時間算出部６７による算出と、指令値補正部６８による補正を説明するためのグラフである。なお、本第２実施形態のＦＷ装置１００は、第２の発明の一例であり、第１実施形態のＦＷ装置１００とは、制御装置６のみが相違し、その他の装置構成は同じであるので、重複する部分の説明は省略し、その相違する点のみを以下に説明する。

第２実施形態に係るＦＷ装置１００は、速度低下部６６の代わりに、オフセット時間算出部６７および指令値補正部６８と、を備えている。オフセット時間算出部６７は、判定部６４により、いずれかの１つの差分が、予め設定された閾値を超えた時に、閾値を超えた差分に基づいて、ライナ１０の回転角度、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および、揺動角度の指令値に対するオフセット時間を算出する。

具体的には、オフセット時間算出部６７は、予め設定された巻始めからの経過時間に対応した指令値を、フィードフォワード制御するために、オフセット時間を算出するものである。例えば、図９に示すように、第３ガイドローラ３３の揺動角度の差分が閾値を超えた時点Ｔ１において、その時点の揺動角度の差分（差分算出部６３で算出した差分）に基づいて、オフセット時間を算出する。このオフセット時間は、理論上、オフセット時間後に設定された指令値を入力すれば、差分が所定の範囲内に収まるような時間である。このような時間は、たとえば、ライナの回転角度と、後述する補正前後の差分の大きさとの関係から、実験的に求めてもよい。

指令値補正部６８は、閾値を超えた時点から、この時点以降における、経過時間に応じて設定された、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の指令値を、オフセット時間後に設定された各指令値に補正し、補正後の指令値に更新する。たとえば、図９に示すように、第３ガイドローラ３３の揺動角度の差分が閾値を超えた場合には、その時点Ｔ１における揺動角度の指令値を、オフセット時間後に設定された各指令値に補正する。さらに、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置の指令値も、オフセット時間後に設定された各指令値に補正する。

以下に、第２実施形態に係る制御装置６による制御方法を説明する。図１０は、図８に示す制御装置６による制御方法を説明するためのフロー図である。なお、図１０に示すフロー図におけるステップＳ９１〜Ｓ９６までは、図６に示すステップＳ６１〜Ｓ６６までと同じであるので、これらの説明を省略し、それ以降のステップを説明する。

具体的には、ステップＳ９５で、ステップＳ９４で算出したいずれか１つの差分が、予め設定された閾値を超えている場合には、ステップＳ９７において、オフセット時間算出部６７によりオフセット時間を算出し、ステップＳ９８に進む。ステップＳ９８では、指令値補正部６８により、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の指令値も、オフセット時間後に設定された各指令値に補正し、指令値がこれらの補正した指令値に更新される。

ステップＳ９８で、第３ガイドローラ３３の第１位置、第２位置、および揺動角度の指令値が補正および更新されると、ステップＳ９１に進み、これらの更新された指令値に基づいて、繊維束７の巻き付け制御を行う。

差分算出部６３で算出した差分のうちの１つが、予め閾値を超えたときに、ライナ１０に対する繊維束７の巻き付け位置の不良が発生するおそれがある。そのため、第２実施形態では、制御装置６は、上述したフィードフォワード制御を行うことにより、ライナ１０の回転角度に対して、ライナ１０の回転角度および第３ガイドローラ３３の位置および姿勢を適正な状態に調整することができ、再度、ライナ１０の適切な位置に、繊維束７を巻き付けることができる。このような結果、ライナ１０に繊維束７を巻き付ける際に、ライナ１０に対する繊維束７の巻き付け位置の不良を未然に抑えることができる。

さらに、各指令値に対して、第１位置、第２位置、および揺動角度に所定の応答遅れが生じた場合であっても、前記差分が前記閾値を超えなければ、これらの応答遅れが同程度であるとみなすことができる。したがって、これらに所定の応答遅れがあっても、ライナ１０の回転角度に対して、第３ガイドローラ３３は、適切な位置および姿勢にあると判断し、継続して繊維をライナ１０に巻き付けることができる。この結果、制御装置６による指令値の補正を行うことなく、ライナ１０に対して、継続して繊維束７をライナに巻き付けることができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１：タンク、６：制御装置、７：繊維束、１０：ライナ、１１：胴体部、１２：端部、３３：第３ガイドローラ（ガイドローラ）、３５：第１移動部、３５ｆ：第１測定部、３６：第２移動部、３６ｆ：第２測定部、３７：揺動部、３７ｆ：揺動角度測定部、４１：回転部、４４：回転角度測定部、６２：割り当て部、６３：差分算出部、６４：判定部、６６：速度低下部、６７：オフセット時間算出部、６８：指令値補正部（補正部）

Claims (2)

1. 筒状の胴体部と、前記胴体部の両側に形成されたドーム状の一対の端部と、を備えるライナに、繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
   前記ライナを軸心周りに回転させる回転部と、
   前記ライナに巻き付けられる繊維束を案内するガイドローラと、
   前記ガイドローラを前記ライナの軸方向に沿って移動させる第１移動部と、
   前記ガイドローラを前記ライナの径方向に沿って移動させる第２移動部と、
   前記ガイドローラの軸心が揺動するように、前記ガイドローラを回転させる揺動部と、
   前記ライナの回転角度を測定する回転角度測定部と、
   前記軸方向に沿った前記ガイドローラの第１位置を測定する第１測定部と、
   前記径方向に沿った前記ガイドローラの第２位置を測定する第２測定部と、
   前記ガイドローラの揺動角度を測定する揺動角度測定部と、
   前記繊維束の巻き付け開始から経過時間に応じて設定された、前記ライナの回転角度、前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および前記揺動角度に対する各指令値に基づいて、前記回転部、前記第１移動部、前記第２移動部、および前記揺動部の制御を行う制御装置と、を備えており、
   前記制御装置は、前記ライナの回転角度の測定値に対して、前記ライナの回転角度ごとに対応する前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および前記揺動角度の測定値を割り当てる割り当て部と、
   前記ライナの回転角度に割り当てられた前記ガイドローラの前記測定値と、前記ライナの回転角度の指令値ごとに対応させた前記ガイドローラの指令値とから、前記ライナの回転角度に対応した、前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および前記揺動角度の前記指令値に対する前記測定値の差分を算出する差分算出部と、
   いずれか１つの前記差分が、予め設定された閾値を超えた時に、前記回転部による前記ライナの回転速度、前記第１および第２移動部による前記ガイドローラの移動速度、および、前記揺動部による前記ガイドローラの回転速度を低下させることにより、前記ライナに対する前記繊維束の巻き付け速度を低下させる速度低下部と、を備えることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
2. 筒状の胴体部と、前記胴体部の両側に形成されたドーム状の一対の端部と、を備えるライナに、繊維束を巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
   前記ライナを軸心周りに回転させる回転部と、
   前記ライナに巻き付けられる繊維束を案内するガイドローラと、
   前記ガイドローラを前記ライナの軸方向に沿って移動させる第１移動部と、
   前記ガイドローラを前記ライナの径方向に沿って移動させる第２移動部と、
   前記ガイドローラの軸心が揺動するように、前記ガイドローラを回転させる揺動部と、
   前記ライナの回転角度を測定する回転角度測定部と、
   前記軸方向に沿った前記ガイドローラの第１位置を測定する第１測定部と、
   前記径方向に沿った前記ガイドローラの第２位置を測定する第２測定部と、
   前記ガイドローラの揺動角度を測定する揺動角度測定部と、
   前記繊維束の巻き付け開始から経過時間に応じて設定された、前記ライナの回転角度、前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および前記揺動角度に対する各指令値に基づいて、前記回転部、前記第１移動部、前記第２移動部、および前記揺動部の制御を行う制御装置と、を備えており、
   前記制御装置は、前記ライナの回転角度の測定値に対して、前記ライナの回転角度ごとに対応する前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および前記揺動角度の測定値を割り当てる割り当て部と、
   前記ライナの回転角度に割り当てられた前記ガイドローラの前記測定値と、前記ライナの回転角度の指令値ごとに対応させた前記ガイドローラの指令値とから、前記ライナの回転角度に対応した、前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および前記揺動角度の前記指令値に対する前記測定値の差分を算出する差分算出部と、
   いずれかの１つの前記差分が、予め設定された閾値を超えた時に、前記閾値を超えた差分に基づいて、前記ライナの回転角度、前記ガイドローラの前記第１位置、前記第２位置、および、前記揺動角度の前記指令値に対するオフセット時間を算出するオフセット時間算出部と、
   前記閾値を超えた時点から、前記時点以降の前記経過時間に応じて設定された前記各指令値を、前記オフセット時間後に設定された前記各指令値に補正する補正部と、を備え、
   前記制御装置は、補正後の前記各指令値に基づいて、前記制御を行うことを特徴とするフィラメントワインディング装置。

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