JP7112021B2 - 巻きデータ作成方法及び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制御に関する。

従来から、繊維束を芯材の外周面に巻き付けるフィラメントワインディング装置が知られている。特許文献１は、この種のフィラメントワインディング装置を開示する。

特許文献１のフィラメントワインディング装置は、反復動作を行う装置と発散動作を行う装置を備え、繊維束を巻き付ける一連の動作の途中で停電により停止した場合に再起動をする際、反復動作を行う装置及び発散動作を行う装置が異なる再開位置で再開する構成となっている。

特許第５６１３５８８号公報

繊維束を巻き付ける角度（巻き角度）が装置の前後方向に対して略垂直となるフープ巻き、又は、巻き角度が装置の前後方向に対して所定の値となるヘリカル巻きを行う上記特許文献１のようなフィラメントワインディング装置においては、一般的に、１つの芯材に対して同じ巻き角度を維持しながら繊維束を巻き付けている。

ところで、フィラメントワインディングで製造される製品においては、用途等を考慮して、例えば製品の強度を芯材の長手方向で柔軟に変化させたい場合がある。しかし、上記特許文献１のような従来の巻付け方法は、そのような要望を満たすことができない。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、フィラメントワインディング装置において、芯材に対して巻き角度を部分的に異ならせながら繊維束を巻き付けることにある。

課題を解決するための手段及び効果

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とその効果を説明する。

本発明の第１の観点によれば、以下の巻きデータ作成方法が提供される。即ち、この巻きデータ作成方法は、第１方向に延びるレールと、芯材の外周面に繊維束を巻き付ける巻付部と、前記芯材の軸方向に沿った巻付回転軸を中心として前記巻付部を回転駆動する巻付駆動モータと、前記巻付駆動モータを制御する制御装置と、を備えるフィラメントワインディング装置の巻きデータを作成する。巻きデータ作成方法は、初期設定値入力工程と、ポイント設定工程と、巻き角度設定工程と、巻き回転数計算工程と、を含む。前記初期設定値入力工程では、前記第１方向における前記芯材の前記第１方向での長さを含む初期設定値が制御装置に入力される。前記ポイント設定工程では、前記芯材の前記第１方向での長さを分割するように複数のポイントが前記制御装置に対して設定される。前記巻き角度設定工程では、前記第１方向において、互いに隣接する２つの前記ポイントの間において前記芯材に巻き付けられる前記繊維束と、前記芯材の軸方向と、のなす角度である巻き角度が前記制御装置に対して設定される。前記巻き回転数計算工程では、前記制御装置が、少なくとも、入力された前記初期設定値と、設定されたそれぞれの前記巻き角度と、に基づいて、互いに隣接する２つの前記ポイントの間における前記巻付駆動モータの巻き回転数をそれぞれ計算する。

これにより、芯材に対する巻き角度を部分的に変更することができるので、一連の巻付作業だけで、芯材の長手方向において強度が部分的に異なる製品を仕上げることができる。

前記の巻きデータ作成方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記フィラメントワインディング装置は、前記第１方向に対する前記巻付部の姿勢を調整する姿勢調整用モータを備える。この巻きデータ作成方法は、前記ポイント設定工程で設定されたそれぞれの前記ポイントにおける前記巻付部の姿勢情報が前記制御装置に入力される姿勢情報入力工程を含む。前記巻き回転数計算工程では、前記初期設定値と、前記巻き角度と、前記姿勢情報入力工程で入力された前記姿勢情報と、に基づいて、前記巻付駆動モータの前記巻き回転数が計算される。

これにより、曲がっている芯材に対しても、指定された巻き角度で繊維束を巻き付けることができる。

前記の巻きデータ作成方法において、前記姿勢情報入力工程では、前記ポイント設定工程で設定されたそれぞれの前記ポイントにおいて、前記巻付部の前記巻付回転軸が前記芯材の軸と一致するように前記巻付部の姿勢を合わせた状態でオペレータがティーチングを行うことにより、前記姿勢情報が入力されることができる。

この場合、芯材の現実の形状に即した姿勢情報を得ることができる。

前記の巻きデータ作成方法において、前記姿勢情報入力工程では、予め入力された前記芯材の３次元データに基づいて、前記ポイント設定工程で設定されたそれぞれの前記ポイントにおける前記巻付部の姿勢が、計算により前記姿勢情報として求められることもできる。

この場合、巻付部を実際に動かすことなく、姿勢情報を簡単に得ることができる。従って、ポイントが多数存在する場合でも、事前の設定作業が簡単になる。

前記の巻きデータ作成方法においては、前記姿勢情報入力工程では、前記巻付部が前記芯材に対して前記第１方向の一側に相対移動する場合と、反対側に相対移動する場合と、のそれぞれにおいて、前記ポイントのそれぞれでの前記姿勢情報が入力されることが好ましい。

これにより、第１方向で巻付部が相対移動する向きに応じて繊維束の巻付けに適した当該巻付部の姿勢が異なる場合でも、相対移動の方向毎に姿勢情報を入力することで対応することができる。

前記の巻きデータ作成方法においては、前記ポイントが前記第１方向で等しい間隔をあけて設定することができる。

この場合、ポイントの設定が容易になる。

前記の巻きデータ作成方法においては、以下のようにすることが好ましい。即ち、前記初期設定値入力工程で入力される前記初期設定値は、繊維束の本数と、繊維束の幅と、芯材の直径と、を更に含む。

これにより、それぞれの巻き条件に応じて、巻付駆動モータの巻き回転数をより適切に算出することができる。

前記の巻きデータ作成方法においては、前記芯材の外周面の前記繊維束によるカバー率を、設定された前記巻き角度に基づいて前記制御装置が計算して表示する表示工程を含むことが好ましい。

これにより、オペレータが、巻きデータによるカバー率を容易に確認することができる。

本発明の第２の観点によれば、以下の構成のフィラメントワインディング装置が提供される。即ち、このフィラメントワインディング装置は、レールと、巻付部と、巻付駆動モータと、駆動制御部と、データ作成部と、を備える。前記レールは、第１方向に延びる。前記巻付部は、芯材の外周面に繊維束を巻き付ける。前記巻付駆動モータは、前記芯材の軸方向に沿った巻付回転軸を中心として前記巻付部を回転駆動する。前記駆動制御部は、前記巻付駆動モータを制御する。前記データ作成部は、前記巻付駆動モータを制御するためのデータを作成する。前記データ作成部には、初期設定値と、複数のポイントと、巻き角度と、が設定可能である。前記初期設定値は、前記第１方向における前記芯材の前記第１方向での長さを含む。複数の前記ポイントは、前記芯材の前記第１方向での長さを分割する。前記巻き角度は、前記第１方向において、互いに隣接する２つの前記ポイントの間における前記繊維束と前記芯材の軸方向とのなす角度である。前記データ作成部は、少なくとも、入力された前記初期設定値と、設定されたそれぞれの前記巻き角度と、に基づいて、互いに隣接する２つの前記ポイントの間における前記巻付駆動モータの巻き回転数をそれぞれ計算する。

これにより、芯材に対する巻き角度を部分的に変更することができるので、一連の巻付作業だけで、芯材の長手方向において強度が部分的に異なる製品を仕上げることができる。

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の全体的な構成を示す斜視図。 巻取ユニット（フープ巻きユニット）を備える巻付装置を後方から見た分解斜視図。 巻付装置を前方から見た分解斜視図。 巻付装置を示す正面図。 芯材に繊維束を巻き付ける過程で、芯材の形状に沿ってフープ巻き部の姿勢が変化する様子を示す斜視図。 ヘリカル巻きユニットの構成を示す斜視図。 ヘリカル巻きユニットの構成を示す部分拡大図。 ヘリカル巻きユニットの中央案内部の構成を示す断面斜視図。 フィラメントワインディング装置の巻きデータを作成する作業の手順を示すフローチャート。 制御装置の制御データを示すイメージ図。 巻き角度を説明する斜視図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、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の全体的な構成を示す斜視図である。図２は、巻付ユニット６（フープ巻きユニット６ｘ）を備える巻付装置３を後方から見た分解斜視図である。図３は、巻付装置３を前方から見た分解斜視図である。

図１に示すフィラメントワインディング装置１００は、芯材１０の外周面に繊維束Ｆを巻き付ける装置である。フィラメントワインディング装置１００は、走行基台部１と、芯材支持装置２と、巻付装置３と、制御装置５と、を備える。

以下の説明において「前」というときは、走行基台部１が延びる方向において、後述の回転盤１１７が位置する側と反対側を意味する。「後」というときは、走行基台部１が延びる方向における回転盤１１７が位置する側を意味する。「左」、「右」というときは、前方に向いたときにおける左側、右側を意味する。これらの方向の定義は、各部材の位置関係等を説明するための便宜的なものであり、フィラメントワインディング装置１００が配置される向き等を限定するものではない。

後述するように芯材１０は曲がりを有するが、前後方向（第１方向）は、芯材１０の全体的な長手方向に概ね沿う方向である。左右方向（第２方向）は、前後方向に対して直交する。上下方向（第３方向）は、前後方向及び左右方向のそれぞれに対して直交する。

走行基台部１は、前後方向に細長く形成される。走行基台部１は、上下方向において、芯材支持装置２、巻付装置３等を下側から支持する。走行基台部１は、前後方向に延びるレール１１を複数備える。レール１１は、走行基台部１の上面に設けられている。レール１１には、巻付装置３が当該レール１１に沿って前後方向に往復移動可能に取り付けられている。

芯材支持装置２は、芯材１０を支持する。芯材支持装置２は、前後方向に所定距離をあけて２つ並べて設けられている。１対の芯材支持装置２は、互いに対向するように配置される。それぞれの芯材支持装置２は、走行基台部１に固定される。

２つの芯材支持装置２は、芯材１０の長手方向中間部が走行基台部１の上方に浮いた状態となるように、当該芯材１０を支持する。２つの芯材支持装置２のうち、一方の芯材支持装置２は芯材１０の前端部（長手方向一端部）を保持し、他方の芯材支持装置２は芯材１０の後端部（長手方向他端部）を保持する。

２つの芯材支持装置２が芯材１０を支持するとき、芯材１０は基本的に前後方向に延びた状態となる。また、２つの芯材支持装置２により支持された芯材１０と、走行基台部１の上面と、の間には、上下方向で適宜の隙間が形成される。

芯材１０は、細長い形状、例えば断面が円形の棒状に形成されている。本実施形態において、芯材１０は、その長手方向が３次元的に変化するように曲がった形状を有する。

芯材支持装置２は、芯材１０を着脱可能に構成されている。従って、実現したい形状に合わせて、様々な形状の芯材１０を交換してフィラメントワインディング装置１００に取り付けることができる。

巻付装置３は、レール１１に沿って走行しながら、芯材１０の外周面に繊維束を巻き付ける装置として構成される。この繊維束は、例えば、炭素繊維等の繊維材料から構成される。繊維束に、液状の樹脂（例えば、未硬化の熱硬化性樹脂）を含浸させても良い。

巻付装置３は、走行基台部１上において、２つの芯材支持装置２の間に設けられている。巻付装置３は、レール１１に沿って前後方向に往復移動するとき、２つの芯材支持装置２により支持された芯材１０が巻付装置３を貫通する状態を維持する。

フィラメントワインディング装置１００は、図２及び図３に示すように、前後走行駆動モータ（第１駆動源）９１と、左右走行駆動モータ（第２駆動源）９２と、回転駆動モータ（第３駆動源）９３と、昇降モータ（第４駆動源）９４と、俯仰駆動モータ（第５駆動源）９５と、を備える。巻付装置３の各部は、上記の駆動モータのそれぞれによって駆動される。なお、駆動のための構成の詳細は後述する。

図１に示す制御装置５は、制御部５０と、表示部５１と、操作部５２と、を備え、巻付装置３の各部の動作を制御する。

制御部５０は、例えば制御基板として構成される。制御部５０は、巻付装置３の各部を駆動する上記の駆動モータに電気的に接続されている。制御部５０は、操作部５２の操作等に応じて、駆動モータのそれぞれを制御する。

表示部５１は、巻付作業に関する様々な情報（例えば、巻き作業の進捗等）を表示することができる。

操作部５２は、前後走行駆動モータ９１、左右走行駆動モータ９２、回転駆動モータ９３、昇降モータ９４、俯仰駆動モータ９５及び巻付駆動モータ１１１を手動で制御するために、又は、様々な巻き情報を入力するために用いられる。

オペレータは、操作部５２を介して、巻付け対象の芯材１０に関する巻き情報（初期設定値及び巻き角度等）を入力する。制御装置５は、入力された巻き情報に基づいて、巻付ユニット６の回転速度、巻付装置３が前後方向に走行する走行速度、及び、前後方向におけるそれぞれの位置に対応する巻付装置３の姿勢等を制御する。

続いて、巻付装置３について、図２から図４までを参照して詳細に説明する。図４は、巻付装置３を示す正面図である。

巻付装置３は、図２及び図３に示すように、ベースフレーム３１と、メインフレーム３２と、昇降フレーム（サブフレーム）３３と、巻付ユニット（ガイドユニット）６と、を備える。

ベースフレーム３１は、図２に示すように、板状部材から構成され、その厚み方向を上下に向けて配置される。ベースフレーム３１は、走行基台部１の上面に設けられたレール１１に沿って前後方向に移動可能に取り付けられている。ベースフレーム３１は、前後走行駆動モータ９１及びラックアンドピニオンから構成される直動機構によって、前後方向に往復移動するように駆動される。

具体的には、走行基台部１の上面には、前後方向に延びる前後走行用ラック８１が配置される。前後走行用ラック８１は、走行基台部１に固定される。前後走行用ラック８１には、前後走行用ピニオン８２と噛み合うための歯が形成されている。

前後走行用ピニオン８２は、ベースフレーム３１の下方において、回転可能に支持されている。前後走行用ピニオン８２は、ベースフレーム３１の上面に設けられた前後走行駆動モータ９１によって回転駆動される。

前後走行駆動モータ９１は、前後走行用ピニオン８２を回転駆動する。回転する前後走行用ピニオン８２は、前後走行用ラック８１に対して転がるように前後方向に移動する。この結果、ベースフレーム３１（ひいては巻付装置３）が前後方向に移動する。

ベースフレーム３１の上面には、メインフレーム３２を支持する支持台３４が架設されている。支持台３４は、前後方向で見たとき、下側が開放された略Ｕ字状に形成されている。支持台３４の上面には、左右方向に延びる左右レール１２が設けられている。

メインフレーム３２は、前後方向で見たとき、上側が開放された略Ｕ字状に形成されている。メインフレーム３２は、支持台３４の上方に配置され、支持台３４に取り付けられている。メインフレーム３２は、支持台３４の上面に設けられた左右レール１２に沿って左右方向に往復移動可能である。メインフレーム３２は、支持台３４に対して、上下方向に延びる回転軸（第１回転軸）Ａ１を中心として回転可能である。

メインフレーム３２は、巻付ユニット６を、左右方向に延びる俯仰軸（第２回転軸）Ａ２を中心として回転可能に支持している。以下の説明においては、巻付ユニット６が俯仰軸Ａ２を中心として回転することを「俯仰」と呼ぶことがある。

メインフレーム３２は、図２及び図３に示すように、左右走行ベース部３５と、基台部３６と、左アーム部３７と、右アーム部３８と、を備える。

左右走行ベース部３５は、板状に形成され、支持台３４の上面に設けられた左右レール１２に沿って移動可能に取り付けられている。左右走行ベース部３５の下面には、左右走行用ラック８３が固定されている。左右走行用ラック８３には、左右走行用ピニオン８４と噛み合うための歯が形成されている。

左右走行用ピニオン８４は、ベースフレーム３１の上方であって、支持台３４の下方に設けられている。左右走行用ピニオン８４は、前後方向に延びる軸を中心として回転可能に支持されている。左右走行用ピニオン８４は、その近傍であってやや下側に配置された第１ギア８５に噛み合って、当該第１ギア８５の回転によって回転駆動される。

第１ギア８５は、図２及び図３に示すように、ベースフレーム３１の上面に設けられた左右走行駆動モータ９２により回転駆動される。第１ギア８５は、左右走行用ピニオン８４に噛み合って、左右走行駆動モータ９２からの回転駆動力を左右走行用ピニオン８４に伝達する。

左右走行駆動モータ９２は、第１ギア８５を介して、左右走行用ピニオン８４を回転させる。回転する左右走行用ピニオン８４は、左右走行用ラック８３の歯を左右に送る。この結果、左右走行ベース部３５（ひいては、メインフレーム３２）が左右方向に移動する。

基台部３６は、細長く形成され、左右走行ベース部３５の上に配置される。基台部３６は、左右走行ベース部３５により、上下方向に延びる回転軸（第１回転軸）Ａ１を中心として回転可能に支持されている。左右走行ベース部３５の左右方向の移動に伴い、回転軸Ａ１も左右方向に移動する。基台部３６が回転軸Ａ１を中心として回転していないとき、当該基台部３６の長手方向は左右方向と一致している。即ち、基台部３６が左右方向に延びて位置する場合、基台部３６の回転角度θＶは、０°である。以下では、基台部３６の回転角度θＶが０°である状態を基準として、各部材の位置関係を説明する。

基台部３６は、左右方向で見たとき、上側が開放された略Ｕ字状に形成されている。基台部３６の上面には、回転駆動モータ９３と、ウォームギア機構７と、が設けられている。ウォームギア機構７は、ウォーム８６と、ウォーム８６に噛み合うウォームホイール８７と、から構成される。

ウォーム８６は、基台部３６の長手方向と平行な方向に延びる軸を中心にして回転可能に支持されている。ウォーム８６は、回転駆動モータ９３により回転駆動される。ウォーム８６の外周面には、ウォームホイール８７の外周の歯と噛み合うためのネジ歯が形成されている。

ウォームホイール８７は、回転軸Ａ１を中心として回転するように基台部３６の上面に支持されている。ウォームホイール８７は、左右走行ベース部３５に対して相対回転不能に設けられている。

回転駆動モータ９３は、ウォーム８６を回転駆動する。回転するウォーム８６はウォームホイール８７の歯を送ろうとするが、ウォームホイール８７は左右走行ベース部３５に対して相対回転不能である。従って、ウォーム８６の回転に伴い、ウォームホイール８７及び左右走行ベース部３５に対して、基台部３６が回転軸Ａ１を中心として回転する。回転駆動モータ９３は、後述のフープ巻き部６４の姿勢を前後方向に対して調整するための姿勢調整用モータとして機能する。

本実施形態のフィラメントワインディング装置１００においては、基台部３６（メインフレーム３２）が±１００°の角度範囲内で回転することができる。即ち、基台部３６の長手方向と左右方向とのなす角度である回転角度θＶは、－１００°≦θＶ≦１００°の条件を満たす。これにより、芯材１０がほぼ左右方向となる部分を有していても、当該部分に沿うように巻付ユニット６（フープ巻き部６４）を向けることができる。

左アーム部３７は、上下方向で見たとき、略Ｕ字状に形成されている。左アーム部３７は、基台部３６の左端に配置され、基台部３６から上方向に突出するように設けられる。左アーム部３７の右側の面には、左上下レール１３が上下方向に延びるように設けられている。また、左アーム部３７の右側の面には、左ネジ送り軸１４が、その軸方向を上下方向に向けて回転可能に支持されている。

右アーム部３８は、上下方向で見たとき、略Ｕ字状に形成されている。右アーム部３８は、基台部３６の右端に配置され、基台部３６から上方向に突出するように設けられる。右アーム部３８の内側には、右上下レール１６が上下方向に延びるように設けられている。また、右アーム部３８の内側には、右ネジ送り軸１７が、その軸方向を上下方向に向けて回転可能に支持されている。

図２に示すように、右ネジ送り軸１７の下部には、当該右ネジ送り軸１７を回転駆動する右回転駆動ギア１８が相対回転不能に取り付けられている。右回転駆動ギア１８は、昇降モータ９４により回転駆動される昇降駆動ギア１９（図３を参照）と噛み合っている。右回転駆動ギア１８は、昇降駆動ギア１９の回転により回転駆動される。

昇降モータ９４は、図３に示すように、右アーム部３８の下部に設けられている。昇降モータ９４は、右回転駆動ギア１８に噛み合う昇降駆動ギア１９を回転駆動する。この結果、右ネジ送り軸１７が回転する。

左ネジ送り軸１４の下端、及び、右ネジ送り軸１７の下端には、それぞれ図略の歯付プーリが相対回転不能に取り付けられている。右ネジ送り軸１７の回転は、基台部３６の上部に設けられた伝動プーリ２１と、歯付ベルト２２と、を介して、左ネジ送り軸１４に伝達される。これにより、昇降モータ９４の駆動によって、左ネジ送り軸１４及び右ネジ送り軸１７が同時に、それぞれの軸心を中心として、同一の向きかつ等しい速度で回転する。

昇降フレーム３３は、左アーム部３７及び右アーム部３８に対して上下方向に移動可能に取り付けられている。昇降フレーム３３は、左昇降ベース部４１と、右昇降ベース部４２と、を備える。左昇降ベース部４１及び右昇降ベース部４２は、互いに等しい高さを常に保って昇降する。

左昇降ベース部４１は、図３に示すように、左アーム部３７に設けられた左上下レール１３に沿って昇降可能に取り付けられている。左昇降ベース部４１は、左ネジ結合部４３を備える。左昇降ベース部４１は、左ネジ結合部４３を介して、左ネジ送り軸１４にネジ結合する。この結果、左ネジ送り軸１４の回転に連動して、左昇降ベース部４１は上下方向に移動する。

左昇降ベース部４１の右側の面には、左回転アーム支持部４４が設けられている。左回転アーム支持部４４は、巻付ユニット６の左回転アーム６１を回転可能に支持する。

右昇降ベース部４２は、図２に示すように、右アーム部３８に設けられた右上下レール１６に沿って昇降可能に取り付けられている。右昇降ベース部４２は、図３に示すように、右ネジ結合部４５を備える。右昇降ベース部４２は、右ネジ結合部４５を介して、右ネジ送り軸１７にネジ結合する。この結果、右ネジ送り軸１７の回転に連動して、右昇降ベース部４２は上下方向に移動する。

右昇降ベース部４２の左側の面には、右回転アーム支持部４６が設けられている。右回転アーム支持部４６は、巻付ユニット６の右回転アーム６２を回転可能に支持する。

左回転アーム支持部４４及び右回転アーム支持部４６は、左右方向において対向するように設けられている。右回転アーム支持部４６及び左回転アーム支持部４４を通過するように、俯仰軸Ａ２が配置される。俯仰軸Ａ２は、左右方向で見たとき、左回転アーム支持部４４及び右回転アーム支持部４６の中心を通っている。

右昇降ベース部４２には、俯仰駆動モータ９５及びユニット回転用ウォーム２３が支持されている。

ユニット回転用ウォーム２３は、俯仰駆動モータ９５の回転軸と同軸で配置された軸により回転可能に支持される。ユニット回転用ウォーム２３は、俯仰駆動モータ９５により回転駆動される。ユニット回転用ウォーム２３の外周面には、巻付ユニット６に取り付けられたユニット回転用ウォームホイール２４の外周の歯と噛み合うためのネジ歯が形成されている。

巻付ユニット６は、芯材１０に対して図４の繊維束Ｆをフープ巻きするフープ巻きユニット６ｘとして構成されている。なお、フープ巻とは、芯材１０の軸方向に略直角な方向に繊維束Ｆを巻き付ける巻き方法を意味する。巻付ユニット６には、前後方向で見たとき、その中心に芯材１０を通過させる開口部（開口）６０が形成されている。この開口部６０は、巻付ユニット６を前後方向に貫通するように形成されている。

フープ巻きユニット６ｘは、図２から図４に示すように、巻付ユニットフレーム（ユニットフレーム）６３と、フープ巻き部（巻付部）６４と、フープ巻き巻締部６５と、巻き駆動部６６と、を備える。

巻付ユニットフレーム６３は、板状部材から構成されている。巻付ユニットフレーム６３は、上下方向で見たとき、後方が開放されたＵ字状に形成されている。巻付ユニットフレーム６３は、巻き駆動部６６が備える円環状の回転盤１１７を、前後方向に延びる巻付回転軸（巻締部回転軸）Ａ３を中心として回転可能に支持している。巻付ユニットフレーム６３には、前後方向で見たとき、その中央に略円形状の開口６３ａが形成されている。巻付回転軸Ａ３は、当該開口６３ａの中心を通っている。

巻付ユニットフレーム６３の左側の面には、左回転アーム６１が外側に突出するように取り付けられている。巻付ユニットフレーム６３の右側の面には、右回転アーム６２が外側に突出するように取り付けられている。

左回転アーム６１及び右回転アーム６２は、巻付ユニットフレーム６３の上下方向略中央部において、左右対称に設けられている。左回転アーム６１は左回転アーム支持部４４により回転可能に支持され、右回転アーム６２は右回転アーム支持部４６により回転可能に支持される。即ち、巻付ユニット６は、当該左回転アーム６１及び右回転アーム６２を介して、昇降フレーム３３に対して俯仰軸Ａ２を中心として回転可能に支持される。昇降フレーム３３の上下方向の移動に伴い、俯仰軸Ａ２も上下方向に移動する。巻付ユニットフレーム６３が直立状の姿勢である場合、巻付ユニットフレーム６３の俯仰角度θＨは、０°である。以下では、巻付ユニットフレーム６３の俯仰角度θＨが０°である状態を基準として、各部材の位置関係を説明する。

右回転アーム６２には、ユニット回転用ウォームホイール２４が相対回転不能に取り付けられている。巻付ユニット６が昇降フレーム３３に取り付けられている状態において、ユニット回転用ウォームホイール２４は、右昇降ベース部４２に支持されたユニット回転用ウォーム２３に噛み合っている。

俯仰駆動モータ９５は、ユニット回転用ウォーム２３を回転駆動する。回転するユニット回転用ウォーム２３がユニット回転用ウォームホイール２４の歯を送るので、ユニット回転用ウォームホイール２４が回転する。この結果、巻付ユニット６が俯仰軸Ａ２を中心として俯仰される。俯仰駆動モータ９５は、フープ巻き部６４の姿勢を前後方向に対して調整するための姿勢調整用モータとして機能する。

本実施形態のフィラメントワインディング装置１００においては、巻付ユニット６が±１００°の角度範囲内で俯仰することができる。即ち、左右方向で見たときに巻付ユニットフレーム６３が上下方向に延びている状態における俯仰角度θＨを０°とする場合、当該俯仰角度θＨは、－１００°≦θＨ≦１００°の条件を満たす。これにより、芯材１０がほぼ上下方向となる部分を有していても、当該部分に沿うように巻付ユニット６（フープ巻き部６４）を向けることができる。

フープ巻き部６４は、巻付ユニットフレーム６３を挟んで、巻き駆動部６６とは反対側に設けられている。図３に示すように、フープ巻き部６４は、巻付ユニットフレーム６３の前面に設けられている。フープ巻き部６４は、回転ベース部７１と、複数のボビン支持部７２と、複数の円周案内部７３と、巻き案内部（繊維束案内部）７４と、を備えている。

回転ベース部７１は、図３に示すように、前後方向に並べられた２枚の環状板から構成され、回転盤１１７に相対回転不能に取り付けられている。なお、以下の説明においては、回転盤１１７に近い側に位置する環状板を第１環状板７１ａと呼び、回転盤１１７から遠い側に位置する環状板を第２環状板７１ｂと呼ぶことがある。

第１環状板７１ａ及び第２環状板７１ｂは、それぞれ回転盤１１７に支持されている。後方から前方の順に、回転盤１１７、第１環状板７１ａ及び第２環状板７１ｂが並べて配置される。回転盤１１７、第１環状板７１ａ及び第２環状板７１ｂは、互いに平行である。回転盤１１７、第１環状板７１ａ及び第２環状板７１ｂのそれぞれの中心は、巻付回転軸Ａ３上に位置する。

ボビン支持部７２は、第１環状板７１ａに複数（本実施形態においては４つ）設けられている。それぞれのボビン支持部７２は、前後方向に延びるように、第１環状板７１ａの前面に対して垂直に配置されている。複数のボビン支持部７２は、第１環状板７１ａの円周方向で等間隔をあけて並べて設けられている。これにより、本実施形態の巻付装置３は、４本の繊維束Ｆを同時に芯材１０の外周面にフープ巻きすることができる。なお、必要に応じて、繊維束Ｆの本数は変更しても良い。

以下の説明においては、複数のボビン支持部７２のそれぞれを特定するために、図４の右上に描かれたボビン支持部７２を第１ボビン支持部７２ａと呼ぶことがある。また、他のボビン支持部７２のそれぞれを、第１ボビン支持部７２ａから図４の時計回りの順で、第２ボビン支持部７２ｂ、第３ボビン支持部７２ｃ、第４ボビン支持部７２ｄと呼ぶことがある。

円周案内部７３は、第２環状板７１ｂに複数（本実施形態においては８つ）設けられている。図３に示すように、それぞれの円周案内部７３は、前後方向に延びるように、第２環状板７１ｂの前面に対して垂直に配置されている。複数の円周案内部７３は、第２環状板７１ｂの円周方向で等間隔をあけて並べて設けられている。

以下の説明においては、複数の円周案内部７３のそれぞれを特定するために、図４の最も右に描かれた２つの円周案内部７３のうち下側の円周案内部７３を第１円周案内部７３ａと呼ぶことがある。また、他の円周案内部７３のそれぞれを、第１円周案内部７３ａから図４の時計回りの順で、第２円周案内部７３ｂ、第３円周案内部７３ｃ、第４円周案内部７３ｄ、第５円周案内部７３ｅ、第６円周案内部７３ｆ、第７円周案内部７３ｇ、第８円周案内部７３ｈと呼ぶことがある。

第１円周案内部７３ａ及び第２円周案内部７３ｂのそれぞれは、例えば、１つのローラから構成される。第１円周案内部７３ａ及び第２円周案内部７３ｂは、第１ボビン支持部７２ａに支持されたボビンからの繊維束Ｆ（図４の太い点線）を案内する。

第３円周案内部７３ｃ及び第４円周案内部７３ｄのそれぞれは、２つのローラが前後方向に並べられた多連ローラとして構成される。第３円周案内部７３ｃ及び第４円周案内部７３ｄは、２本の繊維束Ｆを互いに交差することがなく、前後方向に並べて案内することができる。第３円周案内部７３ｃ及び第４円周案内部７３ｄは、第１ボビン支持部７２ａ及び第２ボビン支持部７２ｂに支持されたボビンからの繊維束Ｆ（図４の太い点線及び細い実線）を案内する。

第５円周案内部７３ｅ及び第６円周案内部７３ｆのそれぞれは、３つのローラが前後方向に並べられた多連ローラとして構成される。第５円周案内部７３ｅ及び第６円周案内部７３ｆは、３本の繊維束Ｆを互いに交差することがなく、前後方向に並べて案内することができる。第５円周案内部７３ｅ及び第６円周案内部７３ｆは、第１ボビン支持部７２ａ、第２ボビン支持部７２ｂ及び第３ボビン支持部７２ｃに支持されたボビンからの繊維束Ｆ（図４の太い点線、細い実線及び細い点線）を案内する。

第７円周案内部７３ｇ及び第８円周案内部７３ｈのそれぞれは、４つのローラが前後方向に並べられた多連ローラとして構成される。第７円周案内部７３ｇ及び第８円周案内部７３ｈは、４本の繊維束Ｆを互いに交差することがなく、前後方向に並べて案内することができる。第７円周案内部７３ｇ及び第８円周案内部７３ｈは、第１ボビン支持部７２ａ、第２ボビン支持部７２ｂ、第３ボビン支持部７２ｃ及び第４ボビン支持部７２ｄに支持されたボビンからの繊維束Ｆ（図４の太い点線、細い実線、細い点線及び細い鎖線）を案内する。

巻き案内部７４は、図３に示すように、回転盤１１７から前方に突出するように配置されている。巻き案内部７４は、回転盤１１７及び第１環状板７１ａにより支持されている。巻き案内部７４は、回転盤１１７及び第１環状板７１ａの径方向やや外側に設けられる。巻き案内部７４は、回転盤１１７及び第１環状板７１ａの回転に伴って、巻付回転軸Ａ３を中心として回転する。

巻き案内部７４は、複数（本実施形態においては３つ）のテンションバー７４ａと、リングガイド７４ｂと、から構成されている。テンションバー７４ａは、巻き掛けられた繊維束Ｆとの摩擦によって、繊維束Ｆにテンションを付与する。繊維束Ｆは、図４に示すように、それぞれのテンションバー７４ａに順に巻き掛けられ、リングガイド７４ｂを経由して芯材１０の外周面に巻き付けられる。

図４に示すように、第１ボビン支持部７２ａに支持されたボビンからの繊維束Ｆ（図４の太い点線）は、第１円周案内部７３ａから第８円周案内部７３ｈまでの順に、全ての円周案内部７３に巻き掛けられ、巻き案内部７４まで案内される。

第２ボビン支持部７２ｂに支持されたボビンからの繊維束Ｆ（図４の細い実線）は、第３円周案内部７３ｃから第８円周案内部７３ｈまでの順に、６つの円周案内部７３に巻き掛けられ、巻き案内部７４まで案内される。

第３ボビン支持部７２ｃに支持されたボビンからの繊維束Ｆ（図４の細い点線）は、第５円周案内部７３ｅ、第６円周案内部７３ｆ、第７円周案内部７３ｇ、第８円周案内部７３ｈの順に、４つの円周案内部７３に巻き掛けられ、巻き案内部７４まで案内される。

第４ボビン支持部７２ｄに支持されたボビンからの繊維束Ｆ（図４の細い鎖線）は、第７円周案内部７３ｇ、第８円周案内部７３ｈの順に、２つの円周案内部７３に巻き掛けられ、巻き案内部７４まで案内される。

フープ巻き巻締部６５は、図３に示すように、フープ巻き部６４より前方に突出するように、回転盤１１７に支持されている。フープ巻き巻締部６５は、フープ巻き部６４と前後方向に並んで配置される。フープ巻き巻締部６５は、フープ巻き部６４によりフープ巻きされた芯材１０の外周面にテープＴを巻き付ける。テープＴは、例えば、熱収縮テープ、又は、液状となる未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたテープ等とすることが考えられる。

フープ巻き巻締部６５は、前後方向で見たとき、巻付回転軸Ａ３から離れた位置（回転盤１１７の径方向やや外側）に設けられている。フープ巻き巻締部６５は、回転盤１１７の回転に伴って、巻付回転軸Ａ３を中心として回転する。フープ巻き巻締部６５は、図３に示すように、ベース板１０１と、巻締テープボビン１０２と、第１ガイドローラ１０３と、第２ガイドローラ１０４と、を備える。

ベース板１０１は、板状部材から構成される。ベース板１０１は、巻締テープボビン１０２、第１ガイドローラ１０３、及び第２ガイドローラ１０４のそれぞれを、前方に突出するように支持している。

巻締テープボビン１０２には、巻締用のテープＴが巻かれている。巻締テープボビン１０２から引き出されたテープＴは、第１ガイドローラ１０３及び第２ガイドローラ１０４に順に巻き掛けられた後、繊維束Ｆがフープ巻きされた芯材１０の外周面に巻き付けられる。

巻き駆動部６６は、図２等に示すように、巻付駆動モータ１１１と、第１伝動プーリ１１２と、伝動ベルト１１３と、第２伝動プーリ１１４と、伝動ギア１１５と、回転ギア１１６と、回転盤１１７と、を備える。

巻付駆動モータ１１１は、巻付ユニットフレーム６３の左側であって、巻付ユニットフレーム６３の上側に設けられている。巻付駆動モータ１１１の出力軸に第１伝動プーリ１１２が相対回転不能に取り付けられている。

伝動ベルト１１３は、第１伝動プーリ１１２及び第２伝動プーリ１１４に巻き掛けられ、第１伝動プーリ１１２の回転を第２伝動プーリ１１４に伝達する。図２に示すように、上下方向における伝動ベルト１１３の中途部の近傍に、伝動ベルト１１３にテンションを付与するテンションローラ１１８を設けても良い。

第２伝動プーリ１１４及び伝動ギア１１５は、巻付ユニットフレーム６３の左下側において、巻付ユニットフレーム６３により回転可能に支持されている。第２伝動プーリ１１４及び伝動ギア１１５は、前後方向に並べられ、互いに相対回転不能に取り付けられている。

回転ギア１１６は、前後方向で見たとき、巻付ユニットフレーム６３の中央位置に設けられている。即ち、回転ギア１１６の中心は、巻付回転軸Ａ３上に位置している。回転ギア１１６は、伝動ギア１１５に噛み合っている。回転ギア１１６は、円環状に形成され、回転盤１１７に相対回転不能に支持されている。

回転盤１１７は、円環状の板から構成され、回転ギア１１６と同軸で配置されている。回転盤１１７は、回転ギア１１６の前方に配置されている。回転盤１１７は、巻付ユニットフレーム６３に回転可能に支持される。

巻付駆動モータ１１１の駆動力は、第１伝動プーリ１１２、伝動ベルト１１３、第２伝動プーリ１１４、及び伝動ギア１１５を介して、回転ギア１１６及び回転盤１１７に伝達される。回転盤１１７が回転することで、回転盤１１７により支持されているフープ巻き部６４及びフープ巻き巻締部６５が巻付回転軸Ａ３を中心として回転する。

これにより、巻き案内部７４により案内された繊維束Ｆ及び第２ガイドローラ１０４により案内されたテープＴが芯材１０の外周面に巻き付けられる。フープ巻き巻締部６５は、フープ巻き部６４と前後方向にズレた位置に設けられている。従って、芯材１０に対して、繊維束Ｆが巻き付けられた後、更にその外周面にテープＴが巻き付けられることになる。

本実施形態では、巻付装置３の走行方向においてフープ巻き部６４がフープ巻き巻締部６５に対して先行するように、巻付装置３を芯材１０に沿って走行させることで、１回の走行で繊維束Ｆ及びテープＴを芯材１０の外周面に巻き付けることができる。図５には、巻付装置３を後方へ１回走行させることで、繊維束Ｆ及びテープＴを巻き付ける例が示されている。ただし、１回目の走行で、まずフープ巻き部６４により繊維束Ｆを芯材１０の外周面に巻き付けた後で、２回目の走行で、フープ巻き巻締部６５によりテープＴをその外周面に巻き付けても良い。１回目と２回目で、巻付装置３の走行方向が逆であっても良い。

巻付装置３が備える駆動モータ（具体的には、前後走行駆動モータ９１、左右走行駆動モータ９２、回転駆動モータ９３、昇降モータ９４、及び俯仰駆動モータ９５）は、図１の制御装置５により制御される。この制御にあたっては、例えば図１に示すように、左右方向の軸をＸ軸、上下方向の軸をＹ軸、前後方向の軸をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を定義して、巻付ユニット６の位置を表現することができる。

これにより、巻付装置３は図５に示すように、巻付ユニット６の開口部６０の中心が芯材１０の中心と常に一致するように巻付ユニット６の位置及び姿勢を調整しながら、レール１１に沿って走行する。即ち、フープ巻き部６４の巻付回転軸Ａ３が、芯材１０の軸方向と常に一致している。これにより、曲がっている芯材１０に対しても、その形状に沿って、その外周面に繊維束Ｆを巻き付けることができる。

本実施形態では、当初から曲げられている芯材１０に対して、その曲がりに沿うように繊維束Ｆを巻き付けることができる。従って、直線状の芯材に繊維束を巻き付けてから芯材とともに曲げる構成と比較して、繊維束Ｆの巻きが乱れない点で優れている。

巻付ユニット６は、図６に示すようなヘリカル巻きを行うヘリカル巻きユニット６ｙとして構成されても良い。なお、ヘリカル巻きとは、芯材１０の軸方向から所定の角度だけ傾いた方向に繊維束Ｆを巻き付ける巻き方法を意味する。

図６は、ヘリカル巻きユニット６ｙの構成を示す斜視図である。図７は、ヘリカル巻きユニット６ｙの構成を示す部分拡大図である。図８は、ヘリカル巻きユニット６ｙの中央案内部１３４の構成を示す断面斜視図である。以下のヘリカル巻きユニット６ｙに対する説明においては、前述のフープ巻きユニット６ｘと同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

ヘリカル巻きユニット６ｙは、図６に示すように、フープ巻き部６４及びフープ巻き巻締部６５の代わりに、ヘリカル巻き部（巻付部）１３０を備える。ヘリカル巻き部１３０は、ベース円環板１３１と、複数のボビン取付け部１３２と、複数のヘリカル巻き円周案内部１３３と、中央案内部１３４と、から構成される。ヘリカル巻き円周案内部１３３及び中央案内部１３４により、複数の繊維束Ｆを同時に案内する繊維束案内部が構成される。

ベース円環板１３１は、円環状に形成され、その中心位置がヘリカル巻きユニット６ｙの開口部６０の中心と一致するように設けられている。ベース円環板１３１は、前後方向において、巻付ユニットフレーム６３を挟んで巻き駆動部６６とは反対側に設けられている。ベース円環板１３１は、巻き駆動部６６の回転盤１１７に取り付けられ、回転盤１１７の回転に連動して回転する。

ボビン取付け部１３２は、ベース円環板１３１から前方に突出するように、当該ベース円環板１３１の前面に対して垂直に設けられている。ボビン取付け部１３２には、繊維束Ｆが巻かれているボビン１３８が取り付けられている。

複数のボビン取付け部１３２は、ベース円環板１３１の円周方向に等間隔で並べて設けられている。それぞれのボビン取付け部１３２に対応するように、ボビン取付け部１３２の近傍にヘリカル巻き円周案内部１３３が設けられている。ヘリカル巻き円周案内部１３３は、ベース円環板１３１の円周方向において、等間隔で並べて配置されている。

それぞれのヘリカル巻き円周案内部１３３は、前後方向に並べられた第１中間ローラ１３５と、第２中間ローラ１３６と、を備える。図７に示すように、第１中間ローラ１３５は、第２中間ローラ１３６よりベース円環板１３１に近い位置に設けられている。言い換えれば、第１中間ローラ１３５は、第２中間ローラ１３６より前方に設けられている。

第２中間ローラ１３６は、ベース円環板１３１の径方向にスライド可能に取り付けられている。第２中間ローラ１３６は、適宜の付勢部材（具体的には、バネ）により、ベース円環板１３１の径方向外側に移動する向きに付勢される。

ボビン取付け部１３２に取り付けられたボビン１３８からの繊維束Ｆは、図６及び図７に示すように、第１中間ローラ１３５、第２中間ローラ１３６の順に巻き掛けられ、中央案内部１３４に案内される。付勢部材が第２中間ローラ１３６に作用させるバネ力により、繊維束Ｆに掛かる張力が適切に調整される。このように、第２中間ローラ１３６は、テンションローラとして機能する。

中央案内部１３４は、略円筒状に形成され、その軸方向が巻付回転軸Ａ３と一致するように、ヘリカル巻き部１３０の中心位置に設けられている。環状案内部１４３は、第１中間ローラ１３５及び第２中間ローラ１３６が並べて配置される環状の領域より小さく形成されている。

言い換えれば、環状案内部１４３は、前後方向で見たとき、第１中間ローラ１３５及び第２中間ローラ１３６より中心側に設けられている。第２中間ローラ１３６によって案内されてきた繊維束Ｆは、図６及び図７に示すように、中央案内部１３４の径方向外側から、中央案内部１３４の内部を通る芯材１０へ案内される。

中央案内部１３４は、図８に示すように、第１環状板１４１と、第２環状板１４２と、環状案内部１４３と、補助案内部１４４と、から構成される。第１環状板１４１、第２環状板１４２、環状案内部１４３、及び補助案内部１４４は、何れも円環状に形成され、中心軸を互いに一致させるように配置される。

第１環状板１４１には、径方向に延びるように設けられた取付け部１４５が形成される。図８にはベース円環板１３１を示していないが、第１環状板１４１は、取付け部１４５を介してベース円環板１３１に取り付けられている。これにより、第１環状板１４１は、ベース円環板１３１の回転に連動して回転する。第１環状板１４１は、前後方向の一側で環状案内部１４３に接続されている。

第２環状板１４２は、第１環状板１４１と同様に円環状に形成されている。第２環状板１４２は、前後方向において第１環状板１４１とは反対側で、環状案内部１４３に接続されている。

環状案内部１４３は、円環状に形成され、軸方向において所定の厚みを有する。環状案内部１４３の外径は、第１環状板１４１及び第２環状板１４２の外径より小さく、環状案内部１４３の内径は、第１環状板１４１及び第２環状板１４２の内径より大きい。環状案内部１４３は、第１環状板１４１及び第２環状板１４２の径方向におけるやや外側の部分に対面するように設けられている。

環状案内部１４３には、径方向で当該環状案内部１４３を貫通する繊維束案内孔１４６が形成されている。繊維束案内孔１４６は、ボビン取付け部１３２の数（言い換えれば、ヘリカル巻き円周案内部１３３の数）に対応して、環状案内部１４３の円周方向において等間隔で複数並べて形成されている。それぞれの繊維束案内孔１４６は、それぞれの第２中間ローラ１３６から案内されてきた繊維束Ｆを中央案内部１３４の中心側へ案内する。

補助案内部１４４は、円環形状を有する２枚の板から構成されている。図８に示すように、補助案内部１４４の外径は、第１環状板１４１及び第２環状板１４２の内径より大きく、かつ、環状案内部１４３の内径より小さい。補助案内部１４４の内径は、第１環状板１４１及び第２環状板１４２の内径より小さい。

補助案内部１４４の２枚の板は、第１環状板１４１の前面及び第２環状板１４２の後面のそれぞれに接続されている。補助案内部１４４は第１環状板１４１及び第２環状板１４２と同軸で設けられている。

この構成により、補助案内部１４４の内周面は、図８に示すように、第１環状板１４１及び第２環状板１４２の内周面より中央案内部１３４の軸に近くなっている。即ち、補助案内部１４４を介して、補助案内部１４４により案内されてきた繊維束Ｆを、中央案内部１３４の中心を通る芯材１０に対してより近い位置まで案内することができる。これにより、芯材１０に巻き付けられる繊維束Ｆの挙動を一層安定させることができる。

上記のように構成されたヘリカル巻き部１３０は、複数の繊維束Ｆを放射状に芯材１０へ案内することができる。また、回転盤１１７の回転に伴ってヘリカル巻き部１３０が回転することにより、当該複数の繊維束Ｆを同時に芯材１０に巻き付けることができる。

続いて、制御装置５がそれぞれのモータを制御するための制御データである巻きデータの作成について説明する。以下の説明においては、上述のＸＹＺ座標系に従って、左右方向をＸ方向と呼び、上下方向をＹ方向と呼び、前後方向をＺ方向と呼ぶことがある。また、以下では、巻付ユニット６としてフープ巻きユニット６ｘを用いた場合で説明する。

本実施形態のフィラメントワインディング装置１００において、制御装置５の制御部５０は、予め準備された巻きデータに従ってそれぞれの駆動モータの動作を制御する。これにより、制御部５０は、フープ巻き部６４の位置及び姿勢を芯材１０の形状（曲がり具合）に沿って調整しながら、巻付装置３のベースフレーム３１をレール１１に沿って走行させ、これに連動してフープ巻き部６４を回転させることで、芯材１０の外周面に繊維束Ｆを巻き付ける。

巻きデータの作成は、制御部５０によって行われる。巻きデータを作成するためには、各種の情報が必要になる。この情報には、繊維束Ｆの巻付けに関する初期設定値と、曲がっている芯材１０に沿って巻付装置３の位置及び姿勢を変化させるための巻付位置姿勢情報と、が含まれる。

初期設定値は、例えば、繊維束Ｆを巻き付ける対象である芯材１０のＺ方向での長さＬ、フープ巻きされる繊維束Ｆの本数Ｎ、繊維束Ｆの幅Ｗ、及び芯材１０の直径Ｄ等を含む。オペレータは、制御装置５の操作部５２を介して、これらの初期設定値を制御部５０に入力する（図９のステップＳ１０１、初期設定値入力工程）。

次に、オペレータは、巻付位置姿勢情報を入力する。芯材１０は曲がっているので、芯材１０に繊維束Ｆを巻き付けるのに適した巻付装置３の位置及び姿勢は、芯材１０においてどの場所に繊維束Ｆを巻き付けるかに応じて変化する。巻付位置姿勢情報は、この情報を取りまとめたものである。芯材支持装置２には様々な形状の芯材１０を交換して取付可能であるが、巻付位置姿勢情報は、芯材１０の形状に応じて異なる。

巻付位置姿勢情報は、巻付け時にフープ巻き部６４が経由するポイント毎に定められた、Ｘ座標値Ｘｎと、Ｙ座標値Ｙｎと、Ｚ座標値Ｚｎと、回転角度θＶｎと、俯仰角度θＨｎと、を含む。

Ｘ座標値Ｘｎ、Ｙ座標値Ｙｎ、及びＺ座標値Ｚｎは、ＸＹＺ直交座標系におけるフープ巻き部６４の位置を表している。従って、Ｘ座標値Ｘｎ、Ｙ座標値Ｙｎ、及びＺ座標値Ｚｎの組合せは、フープ巻き部６４の位置を特定する位置情報である。ＸＹＺ直交座標系の原点は、任意の場所に設定することができる。

回転角度θＶｎ及び俯仰角度θＨｎは、フープ巻き部６４の姿勢（言い換えれば、巻付回転軸Ａ３の向き）を表している。従って、回転角度θＶｎ及び俯仰角度θＨｎの組合せは、フープ巻き部６４の姿勢を特定する姿勢情報である。

巻付位置姿勢情報のポイントは、芯材１０において繊維束Ｆを巻き付ける範囲を含むように、複数定められる。オペレータは、図９に示すように、芯材１０のＺ方向での長さＬを等間隔で複数に分割するように、分割ポイント（ポイント）Ｐ１，Ｐ２，・・・を設定する（図９のステップＳ１０２、ポイント設定工程）。分割する数は、芯材１０の長さ、及び、巻きに必要となる精度等に応じて適宜定められるが、例えば１２８個とすることが考えられる。これにより、芯材１０がＺ方向において複数の部位に仮想的に分割される。

オペレータは、例えば、操作部５２を介して分割ポイントの数を指定する。これにより、分割ポイントＰｎ（ただし、ｎは１以上の整数）が自動的に生成される。制御部５０は、芯材１０のＺ方向での長さＬと、分割ポイントの数と、に基づいて、図１０に示す巻付位置情報の各分割ポイントＰｎのＺ座標値Ｚｎを自動的に算出する。

次に、オペレータは、それぞれの分割ポイントＰｎ毎に、当該部位に繊維束Ｆを巻き付けるのに適した巻付ユニット６の位置及び姿勢について、制御装置５の操作部５２を用いてティーチングを行う。ティーチングは、巻付装置３が前方に走行しながら巻き付ける場合と、後方に走行しながら巻き付ける場合と、のそれぞれについて行われる。オペレータは、巻付装置３をレール１１に沿ってＺ方向に往復走行させながら、往路における各分割ポイントＰｎでのティーチングと、復路における各分割ポイントＰｎでのティーチングと、を行う。従って、分割ポイントＰｎの数が１２８個である場合は、教示ポイントＴＰｎの数は２５６個になる。

芯材１０が芯材支持装置２に実際にセットされた状態で、オペレータは、制御装置５を用いて、巻付装置３をそれぞれの教示ポイントＴＰｎまで動かして、各教示ポイントＴＰｎにおける巻付装置３の位置及び姿勢を教示する。これにより、位置情報及び姿勢情報を含む位置姿勢情報が制御部５０に入力される（図９のステップＳ１０３、姿勢情報入力工程）。

例えば、ある教示ポイントＴＰｎにおいて、オペレータは、芯材１０がフープ巻き部６４の回転中心を通るように（即ち、フープ巻き部６４の巻付回転軸Ａ３が芯材１０の軸と一致するように）、左右走行駆動モータ９２、回転駆動モータ９３、昇降モータ９４、俯仰駆動モータ９５のそれぞれを手動で動かして、フープ巻き部６４の位置及び姿勢を調整する。

オペレータは、巻付回転軸Ａ３が芯材１０の軸と一致した状態となるようにフープ巻き部６４の位置及び姿勢を調整した後、操作部５２に対して所定の教示操作を行う。制御部５０は、教示操作がされた時点でのＸ座標値Ｘｎ、Ｙ座標値Ｙｎ、Ｚ座標値Ｚｎ、俯仰角度θＨｎ、及び回転角度θＶｎを取得する。これらの値は、巻付装置３に取り付けた図略のセンサの検出結果から求めても良いし、各駆動モータへの制御値から計算に求めても良い。制御部５０は、得られたＺ座標値Ｚｎが当該教示ポイントにおけるＺ座標値と実質的に一致していることを確認した後、Ｘ座標値Ｘｎ、Ｙ座標値Ｙｎ、Ｚ座標値Ｚｎ、俯仰角度θＨｎ、及び回転角度θＶｎを記憶する。

オペレータは、１つの教示ポイントＴＰｎにおける教示を完了すると、次の教示ポイントＴＰｎの教示を行う。オペレータは、操作部５２を操作して巻付装置３の駆動モータを少しずつ動かしながら、２５６個の教示ポイントについて教示作業をそれぞれ行う。

姿勢情報入力工程では、上記のように、分割された芯材１０の各部位に巻付装置３を合わせるようにオペレータが巻付装置３を実際に動かすことで、各教示ポイントＴＰｎにおける位置姿勢情報を入力している。これにより、現実の芯材１０に即した教示を行うことができる。ただし、これに代えて、例えば、芯材１０の形状を示すデータを用いて、それぞれの教示ポイントＴＰｎにおける巻付装置３の位置姿勢情報を計算して記憶しても良い。このデータは、例えば、芯材１０の形状を示す３次元モデルデータとすることが考えられる。あるいは、芯材１０の中心線の輪郭を３次元空間において示すデータであっても良い。

次に、オペレータは、操作部５２を用いて、Ｚ方向で互いに隣接する２つの分割ポイントＰｎ，Ｐｎ＋１の間における繊維束Ｆの巻き角度αｎを設定する（図９のステップＳ１０４、巻き角度設定工程）。巻き角度αとは、図１１に示すように、芯材１０の外周面に巻き付けられた繊維束Ｆの接線方向と、芯材１０の軸Ａ４が延びる方向と、がなす角である。

この巻き角度設定工程において、オペレータは、製品の仕様等に応じて、芯材１０に対する巻き角度αｎを部分的に変更することができる。巻き角度αｎは、隣り合う分割ポイントＰｎ，Ｐｎ＋１の間の範囲毎に指定することができる。オペレータは、例えば、１番目の分割ポイントＰ１から３２番目の分割ポイントＰ３２までは大きな巻き角度αで巻き、３２番目の分割ポイントＰ３２から１２８番目の分割ポイントＰ１２８までは小さな巻き角度αで巻くように指定することができる。これにより、２重巻きを部分的に行う等の特殊な作業を行わなくても、部分的に強度が異なる製品を得ることができる。

続いて、制御部５０は、指定された巻き角度αｎに基づいてカバー率を計算して、表示部５１に表示する（ステップＳ１０５、カバー率表示工程）。

カバー率は、芯材１０の外周面に繊維束Ｆを巻き付けたときに、芯材１０の外周面が繊維束Ｆにより覆われる部分の面積と芯材１０の外周面の面積との比率である。カバー率が１を下回る場合、繊維束Ｆは、隣で周回する繊維束Ｆとの間に隙間を形成しながら芯材１０に巻き付けられる。カバー率が１を上回る場合、繊維束Ｆは、隣で周回する繊維束Ｆと一部重複するように芯材１０に巻き付けられる。カバー率は、巻き角度αｎ及び繊維束の幅Ｗ等を用いて、幾何学的な計算により求めることができる。オペレータは、表示されるカバー率を参考にして、設定した巻き角度αｎを変更すべきか否か等を判断する。

オペレータは、表示されるカバー率に問題がない場合は、操作部５２に対して所定の確認操作を行う。

続いて、制御部５０は、入力された初期設定値、位置姿勢情報、及び巻き角度αｎに基づいて、互いに隣接する２つの分割ポイントＰｎ，Ｐｎ＋１の間における巻付駆動モータ１１１の巻き回転数を算出する（図９のステップＳ１０６、巻き回転数計算工程）。具体的には、この巻き回転数は、２つの教示ポイントＴＰｎ，ＴＰｎ＋１の位置情報及び姿勢情報と、これに相当する分割ポイントＰｎ，Ｐｎ＋１の間の巻き角度αｎと、に基づいて計算される。制御部５０は、上述の位置姿勢情報に従って適宜の速度でフープ巻き部６４の位置及び姿勢を変化させるための各駆動モータの回転数と、巻き角度αｎを実現するための巻付駆動モータ１１１の巻き回転数と、を含めるようにして、巻きデータを生成する。

これにより、前後走行駆動モータ９１の走行速度にかかわらず、各教示ポイントＴＰｎの間において、繊維束Ｆの巻き角度αを、オペレータが設定した巻き角度αｎに維持することができる。即ち、制御部５０は、算出した巻き回転数に基づいて、Ｚ方向における巻付装置３の走行速度に応じて、巻付駆動モータ１１１の回転速度を適切に制御することができる。

以上に説明したように、本実施形態のフィラメントワインディング装置１００は、レール１１と、フープ巻き部６４と、巻付駆動モータ１１１と、制御装置５と、を備える。レール１１は、Ｚ方向に延びる。巻付装置３は、芯材１０の外周面に繊維束Ｆを巻き付ける。巻付駆動モータ１１１は、芯材１０の軸方向に沿った巻付回転軸Ａ３を中心としてフープ巻き部６４を回転駆動する。制御装置５は、巻付駆動モータ１１１を制御する。このフィラメントワインディング装置１００の巻きデータは、以下の方法で作成される。この巻きデータ作成方法は、初期設定値入力工程と、ポイント設定工程と、巻き角度設定工程と、巻き回転数計算工程と、を含む。初期設定値入力工程では、Ｚ方向における芯材１０のＺ方向での長さＬを含む初期設定値を入力する。ポイント設定工程では、芯材１０のＺ方向での長さＬを複数に分割する複数の分割ポイントＰ１，Ｐ２，・・・を設定する。巻き角度設定工程では、互いに隣接する２つの分割ポイントＰｎ，Ｐｎ＋１の間における繊維束Ｆと芯材１０の軸方向とのなす角度である巻き角度αｎを設定する。巻き回転数計算工程では、少なくとも、入力された初期設定値と、設定されたそれぞれの巻き角度αｎと、に基づいて、互いに隣接する２つの分割ポイントＰｎ，Ｐｎ＋１の間における巻付駆動モータ１１１の巻き回転数をそれぞれ計算する。

これにより、芯材１０に対する巻き角度αを部分的に変更することができるので、一連の巻付作業だけで、芯材１０の長手方向において強度が部分的に異なる製品を仕上げることができる。

また、本実施形態のフィラメントワインディング装置１００は、回転駆動モータ９３及び俯仰駆動モータ９５を備える。回転駆動モータ９３及び俯仰駆動モータ９５は、Ｚ方向に対するフープ巻き部６４の姿勢を調整する。この巻きデータ作成方法は、姿勢情報入力工程を含む。姿勢情報入力工程では、ポイント設定工程で設定されたそれぞれの分割ポイントＰ１，Ｐ２，・・・におけるフープ巻き部６４の姿勢情報（θＶｎ，θＨｎ）を入力する。巻き回転数計算工程では、初期設定値と、巻き角度αｎと、姿勢情報入力工程で入力された姿勢情報と、に基づいて、巻付駆動モータ１１１の巻き回転数を計算する。

これにより、曲がっている芯材１０に対しても、指定された巻き角度αｎで繊維束Ｆを巻き付けることができる。

また、本実施形態において、姿勢情報入力工程では、ポイント設定工程で設定されたそれぞれの分割ポイントＰ１，Ｐ２，・・・において、フープ巻き部６４の巻付回転軸Ａ３が芯材１０の軸と一致するように巻付装置３の姿勢を合わせた状態でティーチングを行うことにより、姿勢情報（θＶｎ，θＨｎ）を入力する。

これにより、芯材１０の現実の形状に即した姿勢情報を得ることができる。

ただし、姿勢情報入力工程では、予め入力された芯材１０の３次元データに基づいて、ポイント設定工程で設定されたそれぞれの分割ポイントＰ１，Ｐ２，・・・におけるフープ巻き部６４の姿勢を計算により姿勢情報（θＶｎ，θＨｎ）として求めても良い。

この場合、フープ巻き部６４を実際に動かすことなく、姿勢情報を簡単に得ることができる。従って、分割ポイントＰ１，Ｐ２，・・・が多数存在する場合でも、事前の設定作業が簡単になる。

また、本実施形態において、姿勢情報入力工程では、フープ巻き部６４が芯材１０に対してＺ方向の一側に相対移動する場合と、反対側に相対移動する場合と、のそれぞれにおいて、分割ポイントＰ１，Ｐ２，・・・のそれぞれでの姿勢情報（θＶｎ，θＨｎ）を入力する。

これにより、Ｚ方向でフープ巻き部６４が相対移動する向きに応じて繊維束Ｆの巻付けに適した当該フープ巻き部６４の姿勢が異なる場合でも、相対移動の方向毎に姿勢情報を入力することで対応することができる。

また、本実施形態において、ポイント設定工程では、分割ポイントＰ１，Ｐ２，・・・はＺ方向で等しい間隔をあけて設定される。

これにより、分割ポイントＰ１，Ｐ２，・・・の設定が容易になる。

また、本実施形態において、初期設定値入力工程で入力される初期設定値は、繊維束Ｆの本数Ｎと、繊維束Ｆの幅Ｗと、芯材１０の直径Ｄと、を更に含む。

これにより、それぞれの巻き条件に応じて、巻付駆動モータ１１１の巻き回転数をより適切に算出することができる。

また、本実施形態において、巻きデータ作成方法は、表示工程を含む。表示工程では、芯材１０の外周面の繊維束Ｆによるカバー率を、設定された巻き角度αｎに基づいて計算して表示する。

これにより、オペレータが、巻きデータによるカバー率を容易に確認することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

巻き角度αの代わりに、単位長さあたりの繊維束Ｆの巻き回転数を入力しても良い。この入力は、巻き角度αを入力するのと実質的に同じである。

オペレータが、希望するカバー率を操作部５２に入力して、制御部５０が、入力されたカバー率から巻き角度αを計算し、表示された巻き角度αをオペレータがそのまま入力しても良い。この入力支援機能により、利便性を高めることができる。

巻きデータは、巻付ユニット６としてヘリカル巻きユニット６ｙを用いた場合でも同様に作成することができる。この場合、ヘリカル巻き部１３０が、巻付回転軸Ａ３を中心として回転する巻付部に相当する。

分割ポイントＰ１，Ｐ２，・・・は、Ｚ方向において不等間隔で設定されても良い。例えば、芯材１０が真っ直ぐ延びるところに対しては、分割ポイントを疎らに設定し、芯材１０が曲がるところに対して分割ポイントを密に設定することが考えられる。これにより、分割ポイントの増加を抑制しつつ、芯材１０が曲がっている部分に対して巻付装置３の位置及び姿勢を特にきめ細かく調整することで繊維束Ｆを綺麗に巻き付けることができる。

上記の実施形態では、各種の駆動モータ（巻付駆動モータ１１１を含む）を制御する駆動制御部の機能と、巻きデータを作成するデータ作成部の機能とが、１つの制御部５０により実現されている。しかし、駆動制御部とデータ作成部とが、別々のハードウェアにより実現されても良い。カバー率の情報は、巻きデータを作成するコンピュータの表示部に表示されても良いし、フィラメントワインディング装置１００が備えるコンピュータの表示部に表示されても良い。

巻付装置３が前後方向に移動する代わりに、芯材１０を支持する芯材支持装置２が前後方向に移動しても良い。これによっても、巻付装置３を芯材１０に対してＺ方向に相対移動させ、上述の実施形態と実質的に同様の動作を実現することができる。巻付装置３と芯材支持装置２の両方を前後方向に移動させても良い。

昇降フレーム３３を省略して、巻付ユニット６をメインフレーム３２に対して相対回転不能に取り付けても良い。この場合、巻付ユニット６の上下移動及び俯仰ができなくなるが、芯材１０の曲がりが２次元的であれば、当該芯材１０に繊維束Ｆを問題なく巻き付けることができる。この構成では、位置情報はＸ座標値Ｘｎ及びＺ座標値Ｚｎだけになり、姿勢情報は回転角度θＶｎだけになる。

メインフレーム３２が、左右移動、かつ回転軸Ａ１まわりでの回転が何れも不能となるように構成されても良い。この場合、巻付ユニット６の上下移動及び俯仰だけで、芯材１０に繊維束Ｆを巻き付けることになる。この構成でも、芯材１０の曲がりが２次元的であれば繊維束Ｆの巻付けが可能である。この構成では、位置情報はＹ座標値Ｙｎ及びＺ座標値Ｚｎだけになり、姿勢情報は俯仰角度θＨｎだけになる。

上述の実施形態では、巻付ユニット６（フープ巻き部６４又はヘリカル巻き部１３０）の姿勢を３次元的に変更するために、ベースフレーム３１に、左右移動及び回転軸Ａ１を中心とした回転を実現する機構を設け、この機構に対して更に、上下移動及び俯仰軸Ａ２を中心とした回転を実現する機構を設けている。しかしながら、ベースフレーム３１に、上下移動及び俯仰軸Ａ２を中心とした回転を実現する機構を設け、この機構に対して更に、左右移動及び回転軸Ａ１を中心とした回転を実現する機構を設けても良い。

座標系の各軸の向きは、上述の向きに限定されず、任意に定めて良い。

５ 制御装置
１０ 芯材
１１ レール
６４ フープ巻き部（巻付部）
１００ フィラメントワインディング装置
１１１ 巻付駆動モータ
Ａ３ 巻付回転軸
Ｆ 繊維束

Claims (9)

1. 第１方向に延びるレールと、芯材の外周面に繊維束を巻き付ける巻付部と、前記芯材の軸方向に沿った巻付回転軸を中心として前記巻付部を回転駆動する巻付駆動モータと、前記巻付駆動モータを制御する制御装置と、を備えるフィラメントワインディング装置の巻きデータ作成方法であって、
   前記第１方向における前記芯材の前記第１方向での長さを含む初期設定値が制御装置に入力される初期設定値入力工程と、
   前記芯材の前記第１方向での長さを分割するように複数のポイントが前記制御装置に対して設定されるポイント設定工程と、
   前記第１方向において、互いに隣接する２つの前記ポイントの間において前記芯材に巻き付けられる前記繊維束と、前記芯材の軸方向と、のなす角度である巻き角度が前記制御装置に対して設定される巻き角度設定工程と、
   前記制御装置が、少なくとも、入力された前記初期設定値と、設定されたそれぞれの前記巻き角度と、に基づいて、互いに隣接する２つの前記ポイントの間における前記巻付駆動モータの巻き回転数をそれぞれ計算する巻き回転数計算工程と、
   を含むことを特徴とする巻きデータ作成方法。
2. 請求項１に記載の巻きデータ作成方法であって、
   前記フィラメントワインディング装置は、前記第１方向に対する前記巻付部の姿勢を調整する姿勢調整用モータを備え、
   前記ポイント設定工程で設定されたそれぞれの前記ポイントにおける前記巻付部の姿勢情報が前記制御装置に入力される姿勢情報入力工程を含み、
   前記巻き回転数計算工程では、前記初期設定値と、前記巻き角度と、前記姿勢情報入力工程で入力された前記姿勢情報と、に基づいて、前記巻付駆動モータの前記巻き回転数が計算されることを特徴とする巻きデータ作成方法。
3. 請求項２に記載の巻きデータ作成方法であって、
   前記姿勢情報入力工程では、前記ポイント設定工程で設定されたそれぞれの前記ポイントにおいて、前記巻付部の前記巻付回転軸が前記芯材の軸と一致するように前記巻付部の姿勢を合わせた状態でオペレータがティーチングを行うことにより、前記姿勢情報が入力されることを特徴とする巻きデータ作成方法。
4. 請求項２に記載の巻きデータ作成方法であって、
   前記姿勢情報入力工程では、予め入力された前記芯材の３次元データに基づいて、前記ポイント設定工程で設定されたそれぞれの前記ポイントにおける前記巻付部の姿勢が、計算により前記姿勢情報として求められることを特徴とする巻きデータ作成方法。
5. 請求項２から４までの何れか一項に記載の巻きデータ作成方法であって、
   前記姿勢情報入力工程では、前記巻付部が前記芯材に対して前記第１方向の一側に相対移動する場合と、反対側に相対移動する場合と、のそれぞれにおいて、前記ポイントのそれぞれでの前記姿勢情報が入力されることを特徴とする巻きデータ作成方法。
6. 請求項１から５までの何れか一項に記載の巻きデータ作成方法であって、
   前記ポイントが前記第１方向において等しい間隔をあけて設定されることを特徴とする巻きデータ作成方法。
7. 請求項１から６までの何れか一項に記載の巻きデータ作成方法であって、
   前記初期設定値入力工程で入力される前記初期設定値は、
   前記繊維束の本数と、
   前記繊維束の幅と、
   前記芯材の直径と、
   を更に含むことを特徴とする巻きデータ作成方法。
8. 請求項１から７までの何れか一項に記載の巻きデータ作成方法であって、
   前記芯材の外周面の前記繊維束によるカバー率を、設定された前記巻き角度に基づいて前記制御装置が計算して表示する表示工程を含むことを特徴とする巻きデータ作成方法。
9. 第１方向に延びるレールと、
   芯材の外周面に繊維束を巻き付ける巻付部と、
   前記芯材の軸方向に沿った巻付回転軸を中心として前記巻付部を回転駆動する巻付駆動モータと、
   前記巻付駆動モータを制御する駆動制御部と、
   前記巻付駆動モータを制御するためのデータを作成するデータ作成部と、
   を備え、
   前記データ作成部には、
   前記第１方向における前記芯材の前記第１方向での長さを含む初期設定値と、
   前記芯材の前記第１方向での長さを分割する複数のポイントと、
   前記第１方向において、互いに隣接する２つの前記ポイントの間における前記繊維束と前記芯材の軸方向とのなす角度である巻き角度と、
   が設定可能であり、
   前記データ作成部は、少なくとも、入力された前記初期設定値と、設定されたそれぞれの前記巻き角度と、に基づいて、互いに隣接する２つの前記ポイントの間における前記巻付駆動モータの巻き回転数をそれぞれ計算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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