JP5687983B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィラメントワインディング装置の技術に関する。

従来、フープ巻装置とヘリカル巻装置とを具備し、フープ巻きとヘリカル巻きとをライナーの外周面に対して交互に繰り返し行うことにより、ライナーの周囲に繊維束を巻き付けて複数の繊維層を形成するフィラメントワインディング装置は公知である（例えば特許文献１参照。）。

ヘリカル巻きでは、ヘリカル巻き装置の位置を固定し、ライナーを回転させつつ回転軸方向に移送してライナーの周囲に繊維束を巻き付けていく。繊維束は、ヘリカル巻き装置に設けた繊維束ガイドからライナーに供給される。複数の繊維束ガイドを放射状に設けた複数のガイド部を備え、複数本の繊維束を同時に巻き付けることができるようにしたフィラメントワインディング装置も公知である（例えば特許文献２参照。）。

フィラメントワインディング装置には、ライナーに繊維束を巻き付ける動作を制御する制御部が備えられている。制御部は、ライナーに繊維束を巻き付けるための一連の動作を複数の工程からなる巻きデータとして記憶しており、巻きデータに基づいて繊維束を巻き付ける動作を制御している。具体的に説明すると、制御部にはモーションコントローラが備えられ、巻きデータに基づいてモーションコントローラが工程毎に制御信号を作成することによって、繊維束を巻き付ける一連の動作を実現している。

ところで、ヘリカル巻き装置の複数のガイド部により巻き付けられる各繊維層の繊維束は、互いに等間隔に巻き付けられるように設計されている。例えばヘリカル巻き装置に第１ガイド部と第２ガイド部が備えられているとする。第１ガイド部の複数の繊維束ガイドで巻き付けられる複数の繊維束は平行に巻き付けられる。第２ガイド部の複数の繊維束ガイドで巻き付けられる複数の繊維束も平行に巻き付けられる。そして、第１ガイド部で巻き付けられる各繊維束の間の中間位置に、第２ガイド部で巻き付けられる繊維束が配置されるように設計されている。制御部に記憶されている巻きデータは、第１ガイド部と第２ガイド部とで巻き付けられる各繊維束が設計通りライナーに巻き付けられることを目標にして作成されている。

特開２００９−１１９７３２号公報 特開２０１０−３６４６１号公報

しかしながら、フィラメントワインディング装置で実際にライナーに繊維束を巻き付けて繊維層を形成すると、ヘリカル巻き装置により巻き付けられる繊維束が設計通り等間隔に巻き付けられない場合がある。このような場合には、繊維束が設計通り等間隔に巻き付けられるよう、設計値と実測値とを比較して各繊維層毎に巻きデータを補正し、巻きデータを再作成することが考えられる。

しかしながら、補正した巻きデータにより、ある繊維層の繊維束が設計通り等間隔に巻き付けられるかどうかは、別のライナーで同じ繊維層を形成してみなければ判断できない。例えば、第Ｎ層目の繊維層の繊維束が設計通り等間隔に巻き付けられるかどうかは、別のライナーで同じ第Ｎ層目の繊維層を形成してみなければ判断できない。従って、巻きデータの再作成を行うためには、第Ｎ層目の繊維層の繊維束が設計通り等間隔に巻き付けられるまで巻きデータの補正と、新たな別のライナーでの繊維束の巻き付けを行う作業を繰り返す必要があり、これをヘリカル巻き装置により形成される全ての繊維層について繰り返す必要がある。このように、巻きデータを再作成するには、多大な時間と労力が必要になるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたものである。本発明の目的は、巻きデータの補正を簡易かつ自動で行うことの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である。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、第１の発明は、繊維束をライナーに巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、第１ヘリカルヘッド及び第２ヘリカルヘッドと、制御部とを備える。第１ヘリカルヘッド及び第２ヘリカルヘッドは、前記ライナーに対して繊維束を巻き付ける複数の繊維束ガイドを放射状に設けるとともに、前記ライナーの外周面にヘリカル巻きを行い、かつ、互いの前記ライナー周方向の位相差を変動可能とする。制御部は、前記ライナーへの繊維束の巻き付けを制御する。そして制御部は、前記ライナーに繊維束を巻き付けるための一連の動作を複数の工程からなる巻きデータとして記憶するとともに、第１の巻き付け動作と、補正量算出動作と、第２の巻き付け動作と、補正動作とを制御する。第１の巻き付け動作では、前記巻きデータに基づいて、第１のライナーに繊維束を巻き付ける。補正量算出動作では、前記第１の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の実測値に基づいて、前記第１ヘリカルヘッドと第２ヘリカルヘッドの位相差の補正量を算出する。第２の巻き付け動作では、前記巻きデータに基づく前記第１ヘリカルヘッドと第２ヘリカルヘッドの位相差を、前記補正量に基づいてライナー周方向の第１の方向に補正し、第２のライナーに繊維束を巻き付ける。補正動作では、前記第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の実測値と設計値との差異が減少している場合には、前記巻きデータに基づく前記第１ヘリカルヘッドと第２ヘリカルヘッドの位相差を、前記補正量に基づいてライナー周方向の第１の方向に補正し、前記第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の実測値と設計値との差異が増大している場合は、前記巻きデータに基づく前記第１ヘリカルヘッドと第２ヘリカルヘッドの位相差を、前記補正量に基づいてライナー周方向の第１の方向と反対の第２の方向に補正する。

第２の発明は、第１の発明であって、前記ライナーに巻き付けられた繊維束の配置位置を検出する検出部を更に備える。制御部は、第１の検出動作と、第２の検出動作と、判定動作とを制御する。第１の検出動作は、前記第１の巻き付け動作と前記補正量算出動作との間に行われ、前記第１の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置を前記検出部で検出する。第２の検出動作と判定動作は、前記第２の巻き付け動作と前記補正動作との間に行われる。第２の検出動作は、前記第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置を前記検出部で検出する。判定動作は、前記第２の検出動作による繊維束の配置位置の実測値に基づいて、前記第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の実測値と設計値との差異の減少又は増大を判定する。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明によれば、巻きデータに基づく第１のライナーに対する第１の巻き付け動作、及び第１の巻き付け動作による繊維束の配置位置の実測値に基づいて、補正量を算出する。算出される補正量は絶対値であり、ガイド部の位相差を補正する方向までは算出しない。これは第１のライナーに巻き付けられた後の繊維束は、それぞれどのガイド部によって巻き付けられたのか判断が難しいためである。一方、補正量の絶対値の算出は、補正の方向まで含めた補正量の算出よりも比較的容易である。
第２の巻き付け動作では、ガイド部の位相差を補正する方向を仮にライナー周方向の第１の方向とし、第２のライナーに繊維束を巻き付ける。補正の方向を仮の方向としたのは、補正量を算出した時点では補正すべき方向が不明であるためである。この第２の巻き付け動作による繊維束の配置位置の実測値に基づいて、補正すべき方向が判明する。すなわち、第２の巻き付け動作によって繊維束の配置位置の実測値と設計値との差異が減少している場合には、補正の方向はライナー周方向の第１の方向であることが判明する。一方、第２の巻き付け動作によって繊維束の配置位置の実測値と設計値との差異が増大している場合には、補正の方向はライナー周方向の第１の方向ではなく、反対の第２の方向であることが判明する。この時点で、ガイド部の位相差を補正する方向と補正量の双方が判明する。補正動作では、巻きデータに基づくガイド部の位相差を第２の巻き付け動作で判明した補正の方向と補正量に基づいて補正する。
このように、第１、第２のライナーへの繊維束の巻き付けにより、簡易かつ自動でガイド部の位相差を補正する方向と補正量の双方を求めることができるため、巻きデータの補正を簡易かつ自動で行うことができる。

第２の発明によれば、第１、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の検出、及び、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の実測値と設計値との差異の減少又は増大の判定を自動で行うことができる。このため、巻きデータの補正をより簡易かつ自動で行うことができる。

フィラメントワインディング装置１００の全体構成を示す側面図。 （Ａ）ヘリカル巻き装置４０の正面図。（Ｂ）ヘリカル巻き装置４０の側面断面図。 フィラメントワインディング装置１００の制御システムを示す図。 繊維束Ｆを巻き付ける一連の動作を表した巻きデータの一例を示す図。 第１のライナー１１に繊維層Ｎが形成された状態を示す側面図 第１のライナー１１に形成された繊維層Ｎの繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置を示す模式図。 第２のライナー１２に形成された繊維層Ｎの繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置を示す模式図。

本発明の一実施形態に係るフィラメントワインディング装置１００（以降「ＦＷ装置１００」）について説明する。

図１は、ＦＷ装置１００の全体構成を示す。図中に示す矢印Ｘは、ライナー１の移送方向を示している。ライナー１の移送方向と平行な方向をＦＷ装置１００の前後方向とし、ライナー１が移送される方向を前側（本図左側）、前側の反対側を後側（本図右側）と定義する。ＦＷ装置１００は、ライナー１を前後方向に往復動させるため、ライナー１の移送方向に応じて前側及び後側が定まるものとする。

ＦＷ装置１００は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを巻き付けて複数の繊維層を形成する装置である。ＦＷ装置１００は、主に主基台１０と、ライナー移送装置２０と、フープ巻き装置３０と、ヘリカル巻き装置４０と、制御部５１と、で構成される。

ライナー１は、例えば高強度アルミニウム材やポリアミド系樹脂等によって形成された略円筒形状の中空容器である。ライナー１の中央部は半径一定の筒状部１Ａであり、筒状部１Ａの両端には、ドーム部１Ｂが形成されている。ドーム部１Ｂは、端部側ほど半径が減少するドーム状の形状である。ライナー１は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆが巻き付けられることによって耐圧特性の向上が図られる。つまり、ライナー１は、耐圧容器を構成する基材とされる。

主基台１０は、ＦＷ装置１００の基礎を構成する主たる構造体である。主基台１０の上部には、ライナー移送装置用レールＲ１が設けられている。ライナー移送装置用レールＲ１には、ライナー移送装置２０が載置されている。主基台１０の上部には、ライナー移送装置用レールＲ１に対して平行にフープ巻き装置用レールＲ２が設けられている。フープ巻き装置用レールＲ２には、フープ巻き装置３０が載置されている。

このような構成により、主基台１０は、ＦＷ装置１００の基礎を構成するとともに、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー移送装置２０ならびにフープ巻き装置３０を移動させることを可能としている。

ライナー移送装置２０は、ライナー１を回転させながら移送する装置である。ライナー移送装置２０は、ＦＷ装置１００の前後方向を中心軸としてライナー１を回転させるとともに、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー１を移送する。ライナー移送装置２０は、主に基台２１と、ライナー支持部２２と、で構成される。

基台２１の上部には、一対のライナー支持部２２が設けられている。ライナー支持部２２は、ライナー支持フレーム２３と回転軸２４で構成される。ライナー支持フレーム２３は、基台２１から上方に向けて延設される。回転軸２４は、ライナー支持フレーム２３から前後方向に向けて延設される。ライナー１は、回転軸２４に取り付けられ、図示しない動力機構によって一方向に回転される。

このような構成により、ライナー移送装置２０は、ＦＷ装置１００の前後方向を中心軸としてライナー１を回転させるとともに、ＦＷ装置１００の前後方向にライナー１を移送することを可能としている。

フープ巻き装置３０は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを巻き付けて繊維層を形成する装置である。フープ巻き装置３０は、繊維束Ｆの巻き付け角度がＦＷ装置１００の前後方向に対して略垂直となる、いわゆるフープ巻きを行なう。フープ巻き装置３０は、主に基台３１と、動力機構３２と、フープ巻き掛け装置３３と、で構成される。

基台３１には、動力機構３２によって回転されるフープ巻き掛け装置３３が設けられている。フープ巻き掛け装置３３は、巻き掛けテーブル３４とボビン３５で構成され、ライナー１の外周面１Ｓにフープ巻きを行なう。巻き掛けテーブル３４は主にフープ巻きを行なう。ボビン３５は巻き掛けテーブル３４に繊維束Ｆを供給する。繊維束Ｆは、巻き掛けテーブル３４に設けられた繊維束ガイドによってライナー１の外周面１Ｓに導かれ、巻き掛けテーブル３４が回転することでフープ巻きが行なわれる。

このような構成により、フープ巻き装置３０は、繊維束Ｆの巻き付け角度がＦＷ装置１００の前後方向に対して略垂直となるフープ巻きを主としてライナー１の筒状部１Ａに対して行なう。

ヘリカル巻き装置４０は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを巻き付けて繊維層を形成する装置である。ヘリカル巻き装置４０は、繊維束Ｆの巻き付け角度がＦＷ装置１００の前後方向に対して所定の値となる、いわゆるヘリカル巻きを行なう。ヘリカル巻き装置４０は、主に基台４１と、ヘリカル巻き掛け装置４２と、で構成される。

基台４１には、ヘリカル巻き掛け装置４２が設けられている。ヘリカル巻き掛け装置４２は、複数のガイド部としての第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４を備えており、ライナー１の外周面１Ｓにヘリカル巻きを行なう。第１ヘリカルヘッド４３には繊維供給ガイドとしての繊維束ガイド８０Ａ（図２参照）が設けられ、第２ヘリカルヘッド４４には繊維供給ガイドとしての繊維束ガイド８０Ｂ（図２参照）が設けられる。繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂによって、それぞれライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆが導かれ、ライナー１が回転しながら通過することでヘリカル巻きが行なわれる。

このような構成により、ヘリカル巻き装置４０は、繊維束Ｆの巻き付け角度がＦＷ装置１００の前後方向に対して所定の値となるヘリカル巻きをライナー１の筒状部１Ａ及びドーム部１Ｂに対して行なう。

ヘリカル巻き装置４０を構成する第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４について更に詳しく説明する。図２は、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４を示した側面図である。図２Ｂに示すように、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４は、ライナー１の移送方向に互いに隣接するように配置されている。図２Ａに示すように、第１ヘリカルヘッド４３には、ライナー１の中心軸Ｒａに対して略垂直方向かつ放射状に複数の繊維束ガイド８０Ａが設けられている。第２ヘリカルヘッド４４には、ライナー１の中心軸Ｒａに対して略垂直方向かつ放射状に複数の繊維束ガイド８０Ｂが設けられている。つまり、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４に設けられる繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂは、ライナー１の移送方向に２列に配置されている。

第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４には複数のガイド支持装置４５が設けられている。各ガイド支持装置４５は、それぞれ繊維束ガイド８０Ａ又は繊維束ガイド８０Ｂを支持している。各ガイド支持装置４５は繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂがライナー１の中心軸Ｒａに対して略垂直方向に伸縮可能となり、かつ、繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂの軸回りに回転可能となるように支持している。第１ヘリカルヘッド４３は全ての繊維束ガイド８０Ａが同時に同じ量だけ伸縮及び回転するように構成されており、第２ヘリカルヘッド４４も全ての繊維束ガイド８０Ｂが同時に同じ量だけ伸縮及び回転できるように構成されている。そして、第１ヘリカルヘッド４３の繊維束ガイド８０Ａと第２ヘリカルヘッド４４の繊維束ガイド８０Ｂは、互いに別々の伸縮量及び回転量に調整できるように構成されている。

これにより、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４は、複数本の繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに同時に案内することができる。本実施形態に係るＦＷ装置１００の第１ヘリカルヘッド４３には、繊維束ガイド８０Ａが９０本設けられ、第２ヘリカルヘッド４４には、繊維束ガイド８０Ｂが９０本設けられている。このため、合計で１８０本の繊維束Ｆを同時にライナー１の外周面１Ｓに導き、ヘリカル巻きを行なうことが可能である。

また、ヘリカル巻き装置４０には、第２ヘリカルヘッド４４をライナー１の中心軸Ｒａを中心としてライナー１の周方向に駆動する駆動装置５０が設けられている。駆動装置５０は、電動モータ５４Ｅによって第２ヘリカルヘッド４４を駆動する。このような構成により、駆動装置５０は、第２ヘリカルヘッド４４を駆動することができ、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４のライナー１の周方向の位相差を変動させることができる。

制御部５１は、ライナー移送装置２０、フープ巻き装置３０、ヘリカル巻き装置４０等を制御してライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆを巻き付ける一連の動作を制御する装置である。制御部５１は、演算部としてのＣＰＵや、記憶部としてのＲＯＭ、ＲＡＭ、モーションコントローラ５２（図３参照。）等を備えている。制御部５１のＲＯＭには、制御部５１が備えるＣＰＵ等のハードウェアをＦＷ装置１００の制御部として動作させる制御ソフトウェアが記憶されている。

制御ソフトウェアは、ライナー１に繊維束Ｆを巻き付けるための一連の動作を複数の工程からなる巻きデータとして設定する。記憶部は巻きデータを記憶する。モーションコントローラ５２は、設定された巻きデータに基づいて制御信号を作成する。巻きデータとは、制御対象であるモータ５４Ａ・５４Ｂ・・・の動作を工程毎に数値で表した動作図である（図４参照）。

繊維束Ｆを巻き付ける一連の動作とは、例えばライナー移送装置２０がライナー１を回転させながら移送し、ヘリカル巻き装置４０が第２ヘリカルヘッド４４を回転させることで第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４のライナー周方向の位相を変更して、これらが互いに関連しながら繊維束Ｆを巻き付けるような動作である。

本実施例では、制御部５１は、予め設定された巻きデータに基づいて工程毎に制御信号を作成することにより、ライナー１に繊維束Ｆを巻き付ける動作と、ライナー１に巻き付けた各繊維層の繊維束の配置位置の実測値に基づいて、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正する一連の動作とを制御する。

ＦＷ装置１００の制御システムについて詳しく説明する。図３は、制御部５１を含む制御システムを示す図である。制御部５１は、ＦＷ装置１００における制御システムの中核をなしている。ＦＷ装置１００の制御システムは、主に制御部５１と、モータドライバ５３Ａ・５３Ｂ・・・と、モータ５４Ａ・５４Ｂ・・・と、検出部５５で構成される。

制御部５１は、巻きデータに基づいて制御信号を作成する。詳細には、制御部５１のモーションコントローラ５２は、巻きデータの各数値に応じたパルス数や周波数のパルス信号を作成し、パルス信号をモータドライバ５３Ａ・５３Ｂ・・・を介してモータ５４Ａ・５４Ｂ・・・へ出力する。

モータ５４Ａ・５４Ｂ・・・は、パルス入力タイプのステッピングモータやサーボモータである。モータ５４Ａ・５４Ｂ・・・は、モータドライバ５３Ａ・５３Ｂ・・・からのパルス入力を回転動力に変換する。

検出部５５は、形成された繊維層の繊維束の配置位置を検出し、繊維束の配置位置に応じた電圧信号を作成し、該電圧信号を制御部５１へ出力する。検出部５５として例えばカメラを用い、撮像した画像を処理することにより繊維束の配置位置を検出するようにしてもよい。

このような構成により、本制御システムは、制御部５１が制御信号を作成し、モータドライバ５３Ａ・５３Ｂ・・・を介することによってモータ５４Ａ・５４Ｂ・・・を駆動させる。

次に、巻きデータについて詳しく説明する。図４は、繊維束Ｆを巻き付ける一連の動作を表した巻きデータの一例を示す図である。本図の横軸は、繊維束Ｆを巻き付ける一連の動作の工程の一部を示している。本図の縦軸は、制御対象であるモータ５４Ａ・５４Ｂ・・・の動作を数値で示している。尚、図４に示す第Ｍ番目の工程が、巻きデータの複数の工程のうち、第Ｎ層目のヘリカル巻きの繊維層Ｎの最終工程であるとする。

巻きデータＣ１は、ライナー１の回転動作を表す。制御部５１は、巻きデータＣ１に基づいて制御信号を作成し、ライナー移送装置２０を構成する動力機構のモータ５４Ａを駆動させる。尚、ライナー１の回転方向は常に一定であるため（図２Ｂ中、矢印Ｄ１参照）、巻きデータＣ１は、工程毎に数値が増加する発散動作を示している。

巻きデータＣ２は、ライナー１の移送動作を表す。制御部５１は、巻きデータＣ２に基づいて制御信号を作成し、ライナー移送装置２０を構成する動力機構のモータ５４Ｂを駆動させる。尚、ライナー１の移送方向は前後方向に変更されるため（図２Ｂ中、矢印Ｄ２参照）、巻きデータＣ２は、数値が増加した後に再び減少する反復動作を示している。

巻きデータＣ３は、繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂの伸縮動作を表す。制御部５１は、巻きデータＣ３に基づいて制御信号を作成し、ヘリカル巻き装置４０を構成する動力機構のモータ５４Ｃを駆動させる。尚、繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂの伸縮方向はライナー１の外周面１Ｓに対して近接又は離間する方向であるため（図２Ｂ中、矢印Ｄ３参照）、巻きデータＣ３は、数値が増加した後に再び減少する反復動作を示している。

巻きデータＣ４は、繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂの軸回りの回転動作を表す。制御部５１は、巻きデータＣ４に基づいて制御信号を作成し、ヘリカル巻き装置４０を構成する動力機構のモータ５４Ｄを駆動させる。尚、繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂの回転方向は正回転又は逆回転方向に変更されるため（図２Ａ中、矢印Ｄ４参照）、巻きデータＣ４は、数値が増加した後に再び減少する反復動作を示している。

巻きデータＣ５は、第２ヘリカルヘッド４４のライナー１の周方向への回転動作を表す。制御部５１は、巻きデータＣ５に基づいて制御信号を作成し、ヘリカル巻き装置４０を構成する動力機構のモータ５４Ｅを駆動させる。モータ５４Ｅは第２ヘリカルヘッド４４を回転させることで、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４のライナー１の周方向の位相差を変動させる。尚、第２ヘリカルヘッド４４のライナー１の周方向への回転方向は、正回転又は逆回転方向に変更されるため（図２Ａ中、矢印Ｄ５参照）、巻きデータＣ５は、数値が増加した後に再び減少する反復動作を示している。

次に、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４のライナー１の周方向の位相差を補正する動作について説明する。第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正する動作は、第１のライナー１１、第２のライナー１２に繊維束Ｆを巻き付けていき、ヘリカル巻きで形成する繊維層の各層について、巻きデータＣ５を補正することで第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正していく動作である。実際には、ヘリカル巻きの繊維層の第１番目の層から最後の層まで、各層について第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正していくが、以下の説明では、複数のヘリカル巻きの繊維層のうち、第Ｎ層目のヘリカル巻きの繊維層Ｎについて、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正する動作について説明する。

尚、第１のライナー１１、第２のライナー１２への繊維束Ｆの巻き付けは、第１のライナー１１に繊維層Ｎを含む全ての繊維層を形成した後に、第２のライナー１２に繊維層Ｎを含む全ての繊維層を形成する。そして、第１のライナー１１の繊維層Ｎ、及び第２のライナー１２の繊維層Ｎを形成して、繊維層Ｎについて第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正するのである。これは、例えば繊維層Ｎにおいて繊維束Ｆが互いに等間隔に巻き付けられるかどうかは、第１のライナー１１、第２のライナー１２に繊維層Ｎのみを形成しても判断できず、繊維層Ｎの下にフープ巻き層を含む全ての繊維層が形成されていなければ判断できないためである。

制御部５１は、まず第１のライナー１１に対して、巻きデータに基づいて繊維束Ｆを巻き付ける第１の巻き付け動作を制御する。本実施例の説明では、第１の巻き付け動作は、第１のライナー１１における第Ｎ層目のヘリカル巻きの繊維層Ｎを形成する動作である。第１のライナー１１に対する第１の巻き付け動作は、巻きデータに基づいて行われる。前述のように、図４に示す巻きデータの第Ｍ番目の工程が、繊維層Ｎの最終工程である。

図５は、巻きデータの第Ｍ番目の工程が終了し、第１の巻き付け動作によって、第１のライナー１１に繊維層Ｎが形成された状態を示している。図６は、第１のライナー１１の筒状部１Ａに形成された繊維層Ｎの繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置を示す模式図である。繊維束ＦＡ１は、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４のいずれか一方により巻き付けられた繊維束、繊維束ＦＢ１は、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４のいずれか他方により巻き付けられた繊維束を意味する。図６において、隣り合う２本の繊維束ＦＡ１、ＦＢ１間の距離をＬ１１、一本飛ばして配置される繊維束ＦＡ１と繊維束ＦＡ１の距離をＬ１２、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４にそれぞれ設けられる繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂの本数をＰ（本実施例では繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂの本数は同数で、９０本）とする。

前述のように、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４とで巻き付けられる繊維層Ｎの繊維束ＦＡ１、ＦＢ１は、互いに等間隔に巻き付けられるように設計されている。制御部５１に記憶されている巻きデータも、繊維層Ｎの繊維束ＦＡ１、ＦＢ１が設計通り第１のライナー１１に互いに等間隔に巻き付けられることを目標にして作成されている。しかしながら、実際には巻きデータに基づいて第１のライナー１１に繊維束ＦＡ１、ＦＢ１を巻き付けると、図６に示すように繊維束ＦＡ１、ＦＢ１が設計通り等間隔に巻き付けられない場合がある。

そこで、第１の巻き付け動作が終了した後、制御部５１は、繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置を検出部５５で検出する第１の検出動作を制御する。本実施例では、検出部５５により第１のライナー１１の側方から繊維層Ｎの表面を撮像し、撮像した画像を処理することにより繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の実測値を求めている。

図６に示すように、繊維束ＦＡ１、ＦＢ１が設計通り等間隔に巻き付けられていない場合は、繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の設計値と実測値との差異は（Ｌ１２／２−Ｌ１１）となる。尚、繊維束ＦＡ１、ＦＢ１が設計通りに互いに等間隔に配置されている場合は、図６において、距離Ｌ１２／２と距離Ｌ１１とが等しくなる。

繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の実測値を求め、繊維層Ｎの繊維束ＦＡ１、ＦＢ１が互いに等間隔に巻き付けられていないことが判明すると、制御部５１は、補正量算出動作を行う。補正量算出動作は、繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の実測値に基づいて、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差の補正量を算出する動作である。算出する補正量は第２ヘリカルヘッド４４の回転角度の絶対値である。第２ヘリカルヘッド４４を回転させる方向については算出しない。

制御部５１で第２ヘリカルヘッド４４を回転させる方向を算出しないのは、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差が過剰であるか不足しているのか、判断が困難だからである。これは、第１のライナー１１に巻き付けられた後の繊維束ＦＡ１、ＦＢ１を見ても、それぞれ第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４のどちらによって巻き付けられたのか判断が難しいためである。

一方、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４に設けられる繊維束ガイド８０Ａ、８０Ｂは、ライナー１の移送方向に２列に配置されており、第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４で巻き付けられる繊維束ＦＡ１、ＦＢ１は隣り合って巻き付けられる。このため、図６において、隣り合う２本の繊維束ＦＡ１、ＦＢ１のうち、いずれか一方が第１ヘリカルヘッド４３、いずれか他方が第２ヘリカルヘッド４４によって巻き付けられたものであると判断される。また、一本飛ばして配置される繊維束ＦＡ１と繊維束ＦＡ１は、それぞれ第１ヘリカルヘッド４３又は第２ヘリカルヘッド４４いずれかによって巻き付けられた繊維束であると判断される。

繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の設計値と実測値との差異は、前述のように（Ｌ１２／２−Ｌ１１）である。一本飛ばして配置される繊維束ＦＡ１と繊維束ＦＡ１は、ライナー１の周方向に隣り合う２本の繊維束ガイド８０Ａ又は繊維束ガイド８０Ｂのいずれかによって巻き付けられた繊維束である。繊維束ガイド８０Ａ又は繊維束ガイド８０Ｂは、それぞれライナー１の周方向に放射状にＰ本（本実施例では９０本）設けられているため、ライナー１の周方向に隣り合う２本の繊維束ガイド８０Ａ又は繊維束ガイド８０Ｂは、角度（３６０／Ｐ）おきに設けられている。このため、第１ヘリカルヘッド４３又は第２ヘリカルヘッド４４が角度（３６０／Ｐ）だけ回転して、繊維束ガイド８０Ａ又は繊維束ガイド８０Ｂが角度（３６０／Ｐ）だけずれると、距離Ｌ２だけ繊維束ＦＡ１の位置がずれることとなる。

そこで、これらの関係から、繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の設計値と実測値との差異（Ｌ１２／２−Ｌ１１）を０に補正するために必要な、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差の補正量θは、以下の数１で算出される。

次に制御部５１は、巻きデータに基づく第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を、上記算出された補正量に基づいてライナー１の周方向に補正する。具体的には、巻きデータにおける第２ヘリカルヘッド４４のライナー１の周方向への回転動作を規定する巻きデータＣ５のうち、繊維層Ｎに関わる部分のデータを補正する。補正する角度は上記算出された補正量である。補正する方向は第１の方向、すなわち仮の方向であり、第２ヘリカルヘッド４４の回転を増大させる方向、減少させる方向のいずれでもよい。補正する方向を仮の方向としたのは、補正量を算出した時点では補正すべき方向が不明のためである。本実施例では、補正する方向は第２ヘリカルヘッド４４の回転を増大させる方向とする。

制御部５１が、巻きデータＣ５のうち繊維層Ｎに関わる部分のデータを補正する時期は、第１のライナー１１に繊維層Ｎを形成した後であって、かつ第２のライナー１２の繊維層Ｎを形成する前であればよい。例えば第１のライナー１１に繊維層Ｎを形成した直後であってもよく、第１のライナー１１に繊維層Ｎを含む全ての繊維層を形成した後であってもよい。

制御部５１は、巻きデータを補正した後、第２のライナー１２に対して、補正された巻きデータに基づいて繊維束Ｆを巻き付ける第２の巻き付け動作を制御する。本実施例の説明では、第２の巻き付け動作は、第２のライナー１２における繊維層Ｎを形成する動作である。第２のライナー１２に対する第２の巻き付け動作は、補正量算出動作で算出された補正量だけ、第２ヘリカルヘッド４４の回転を増大させる方向（仮の方向）に補正した巻きデータに基づいて行われる。

図７Ａ、図７Ｂは、いずれも第２の巻き付け動作によって第２のライナー１２の筒状部１Ａに形成された、繊維層Ｎの繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置を示す模式図である。図７Ａ、図７Ｂにおいて、隣り合う２本の繊維束ＦＡ２、ＦＢ２間の距離をＬ２１、一本飛ばして配置される繊維束ＦＡ２と繊維束ＦＡ２の距離をＬ２２とする。

第２の巻き付け動作が終了した後、制御部５１は、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置を検出部５５で検出する第２の検出動作を制御する。第１の検出動作と同様に、検出部５５により第２のライナー１２の側方から繊維層Ｎの表面を撮像し、撮像した画像を処理することにより繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値を求めている。

続いて制御部５１は、第２の検出動作による繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値に基づいて、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値と設計値との差異の減少又は増大を判定する判定動作を行う。繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の設計値と実測値との差異は、（Ｌ２２／２−Ｌ２１）である。

図７Ａの場合、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の設計値と実測値との差異（Ｌ２２／２−Ｌ２１）は、第１の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の設計値と実測値との差異（Ｌ１２／２−Ｌ１１）よりも増大している。図７Ａのような場合には、制御部５１は、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値と設計値との差異は増大していると判定する。

一方、図７Ｂの場合、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の設計値と実測値との差異（Ｌ２２／２−Ｌ２１）は、第１の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の設計値と実測値との差異（Ｌ１２／２−Ｌ１１）よりも減少している。図７Ｂのような場合には、制御部５１は、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値と設計値との差異は減少していると判定する。

図７Ａの場合のように、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値と設計値との差異が増大していると判定された場合は、補正量算出動作で算出された補正量は正しいが、第２ヘリカルヘッド４４を仮に回転させた第１の方向（第２ヘリカルヘッド４４の回転を増大させる方向）が正しくなかったことが判明する。この場合、制御部５１は、巻きデータにおける第２ヘリカルヘッド４４のライナー１の周方向への回転動作を規定する巻きデータＣ５のうち、繊維層Ｎに関わる部分のデータを再度補正する補正動作を行う。補正する角度は補正量算出動作とする。補正する方向は第１の方向（第２ヘリカルヘッド４４の回転を増大させる方向）とは反対の第２の方向、すなわち、第２ヘリカルヘッド４４の回転を減少させる方向とする。

一方、図７Ｂの場合のように、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値と設計値との差異が減少していると判定された場合は、補正量算出動作で算出された補正量は正しく、第２ヘリカルヘッド４４を仮に回転させた第１の方向（第２ヘリカルヘッド４４の回転を増大させる方向）も正しかったことが判明する。この場合、制御部５１は、巻きデータにおける第２ヘリカルヘッド４４のライナー１の周方向への回転動作を規定する巻きデータＣ５のうち、繊維層Ｎに関わる部分のデータをそのままとする補正動作を行う。補正する角度は補正量算出動作とする。補正する方向は第１の方向（第２ヘリカルヘッド４４の回転を増大させる方向）と同じ方向とする。

以上説明した本実施例に係るＦＷ装置１００によれば、次のような効果を有する。

巻きデータに基づく第１のライナー１１に対する第１の巻き付け動作、及び第１の巻き付け動作による繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の実測値に基づいて、補正量を算出する。算出される補正量は絶対値であり、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正する方向までは算出しない。これは第１のライナー１１に巻き付けられた後の繊維束ＦＡ１、ＦＢ１は、それぞれ第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４のどちらによって巻き付けられたのか判断が難しいためである。一方、補正量の絶対値の算出は、補正の方向まで含めた補正量の算出よりも比較的容易である。

第２の巻き付け動作では、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正する方向を仮にライナー周方向の第１の方向（例えば、第２ヘリカルヘッド４４の回転を増大させる方向）とし、第２のライナー１２に繊維束Ｆを巻き付ける。補正の方向を仮の方向としたのは、補正量を算出した時点では補正すべき方向が不明であるためである。この第２の巻き付け動作による繊維束Ｆの配置位置の実測値に基づいて、補正すべき方向が判明する。すなわち、第２の巻き付け動作によって繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値と設計値との差異が減少している場合には、補正の方向はライナー周方向の第１の方向（例えば、第２ヘリカルヘッド４４の回転を増大させる方向）であることが判明する。一方、第２の巻き付け動作によって繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値と設計値との差異が増大している場合には、補正の方向はライナー周方向の第１の方向ではなく、反対の第２の方向（例えば、第２ヘリカルヘッド４４の回転を減少させる方向）であることが判明する。この時点で、第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正する方向と補正量の双方が判明する。補正動作では、巻きデータに基づく第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を第２の巻き付け動作で判明した補正の方向と補正量に基づいて補正する。

このように、第１のライナー１１、第２のライナー１２への繊維束Ｆの巻き付けにより、簡易かつ自動で第１ヘリカルヘッド４３と第２ヘリカルヘッド４４の位相差を補正する方向と補正量の双方を求めることができるため、巻きデータの補正を簡易かつ自動で行うことができる。

また、第１、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ１、ＦＢ１、繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の検出、及び、第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束ＦＡ２、ＦＢ２の配置位置の実測値と設計値との差異の減少又は増大の判定を自動で行うことにより、巻きデータの補正をより簡易かつ自動で行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、第１の巻き付け動作が終了した後、必ずしも補正量算出動作等を行わなくてもよい。繊維束ＦＡ１、ＦＢ１の配置位置の実測値を求め、繊維層Ｎの繊維束ＦＡ１、ＦＢ１が互いに等間隔に巻き付けられていることが判明すれば、必ずしも補正量算出動作等を行わなくてもよい。繊維層Ｎの繊維束ＦＡ１、ＦＢ１が互いに等間隔に巻き付けられていない場合にのみ、補正量算出動作以降の動作を行うようにしてもよい。

また、第１の検出動作、第２の検出動作では、巻き付けられた繊維束ＦＡ１、ＦＢ１等の配置位置を検出部５５により検出したが、オペレータが手動で繊維束ＦＡ１、ＦＢ１等の配置位置を計測し、計測した実測値に基づいて補正量算出動作等を行うようにしてもよい。

また、第１のライナー１１、第２のライナー１２は、繊維束Ｆを巻き付けるライナー１の順番を意味しており、第１のライナー１１、第２のライナー１２は、必ずしも連続して繊維束Ｆを巻き付ける必要はない。第２のライナー１２は、第１のライナー１１より後に繊維束Ｆを巻き付けるライナーであればよい。また第１のライナー１１、第２のライナー１２はそれぞれ複数であってもよい。

１０ 主基台
１１ 第１のライナー
１２ 第２のライナー
２０ ライナー移送装置
３０ フープ巻き装置
４０ ヘリカル巻き装置
４３ 固定ヘリカルヘッド
４４ 可動ヘリカルヘッド
５１ 制御部
５５ 検出部
Ｆ 繊維束

Claims (2)

1. 繊維束をライナーに巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
   前記ライナーに対して繊維束を巻き付ける複数の繊維束ガイドを放射状に設けるとともに、前記ライナーの外周面にヘリカル巻きを行い、かつ、互いの前記ライナー周方向の位相差を変動可能とした第１ヘリカルヘッド及び第２ヘリカルヘッドと、
   前記ライナーへの繊維束の巻き付けを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記ライナーに繊維束を巻き付けるための一連の動作を複数の工程からなる巻きデータとして記憶するとともに、
   前記巻きデータに基づいて、第１のライナーに繊維束を巻き付ける第１の巻き付け動作と、
   前記第１の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の実測値に基づいて、前記第１ヘリカルヘッドと第２ヘリカルヘッドの位相差の補正量を算出する補正量算出動作と、
   前記巻きデータに基づく前記第１ヘリカルヘッドと第２ヘリカルヘッドの位相差を、前記補正量に基づいてライナー周方向の第１の方向に補正し、第２のライナーに繊維束を巻き付ける第２の巻き付け動作と、
   前記第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の実測値と設計値との差異が減少している場合には、前記巻きデータに基づく前記第１ヘリカルヘッドと第２ヘリカルヘッドの位相差を、前記補正量に基づいてライナー周方向の第１の方向に補正し、前記第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の実測値と設計値との差異が増大している場合は、前記巻きデータに基づく前記第１ヘリカルヘッドと第２ヘリカルヘッドの位相差を、前記補正量に基づいてライナー周方向の第１の方向と反対の第２の方向に補正する補正動作と、
   を制御す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. 請求項１に記載のフィラメントワインディング装置であって、
   前記ライナーに巻き付けられた繊維束の配置位置を検出する検出部を更に備え、
   前記制御部は、
   前記第１の巻き付け動作と前記補正量算出動作との間に行う、前記第１の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置を前記検出部で検出する第１の検出動作と、
   前記第２の巻き付け動作と前記補正動作との間に行う、前記第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置を前記検出部で検出する第２の検出動作、及び前記第２の検出動作による繊維束の配置位置の実測値に基づいて、前記第２の巻き付け動作で巻き付けた繊維束の配置位置の実測値と設計値との差異の減少又は増大を判定する判定動作と、
   を制御する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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