JP7327010B2 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ライナーに複数の繊維束を同時に巻き付けるフィラメントワインディング装置に関する。

ボビンから引き出された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は、例えば繊維束がライナーの端部で折り返されるときなどに、繊維束に弛みが生じることがある。このような弛みを除去するため、特許文献１では、ボビンからライナーに至る途中に、繊維束が巻き掛けられたガイドローラが配置されている。このガイドローラはばねで付勢されており、繊維束が弛むとばねの付勢力でガイドローラが移動することで、繊維束の弛みが除去されるように構成されている。

特許第５６９８７２２号公報

特許文献１のように、ばねの付勢力によって繊維束の弛みを除去する場合、そのばねによって除去できる弛み量は、ばねの弾性係数や長さといったばねに固有の値によって決まる。一方で、繊維束の弛み量は、繊維束の種類や巻付条件に応じて変わる。このため、繊維束の種類や巻付条件が変更された場合には、弛みを適切に除去するためにばねを交換する必要があった。

しかしながら、ライナーに複数の繊維束を同時に巻き付ける多給糸型のフィラメントワインディング装置では、繊維束の数と同じ数のばねを交換しなければならず、大変な手間であった。また、弛みを除去するためのばねは、繊維束の張力の変動を吸収する役割も有するが、巻き付け中にばねが伸びきったり縮みきったりすると、張力の変動を抑えられなくなるおそれがあった。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、多様な条件下で繊維束の弛みを除去でき、且つ、繊維束の張力の変動を安定的に抑える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を目的とする。

本発明は、ライナーに複数の繊維束を同時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、前記各繊維束に対応して配置される複数の弛み除去ユニットと、前記各繊維束に対応して配置される複数の張力調整ユニットと、を備え、前記各弛み除去ユニットは、流体圧シリンダと、前記流体圧シリンダのロッドに固定され、対応する前記繊維束が掛けられるガイド部材と、前記ロッドの伸縮方向における前記ガイド部材の位置を検出する位置センサと、を有し、前記位置センサによって検出された前記ガイド部材の位置に応じて、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整されることを特徴とする。

本発明によれば、流体圧シリンダによってガイド部材を付勢することで、繊維束の弛みを除去することができる。流体圧シリンダによる付勢力は、流体圧シリンダの流体圧によって調整できるので、繊維束の種類や巻付条件が変更された場合でも、流体圧の設定値を変えれば弛みを適切に除去することができる。また、本発明では、ガイド部材の位置を位置センサによって検出し、その検出値に応じて繊維束の張力を調整する張力調整ユニットが設けられている。弛みの発生や張力の変動によりガイド部材が移動した場合、張力調整ユニットによって張力を調整することで、ガイド部材を元の位置に戻すことができる。このため、流体圧シリンダのロッドが伸びきったり縮みきったりすることを防止でき、張力の変動を吸収可能な状態を維持できる。したがって、本発明によれば、多様な条件下で繊維束の弛みを除去でき、且つ、繊維束の張力の変動を安定的に抑えることができる。

本発明において、前記ガイド部材が前記伸縮方向における前記ガイド部材の可動領域の中央部に維持されるように、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整されるとよい。

このような調整が行われることで、ガイド部材がロッドの伸縮方向の両側に移動できる余地が常に確保されるので、多くの弛みが除去できるとともに、より安定的に張力の変動を抑えることができる。

本発明において、前記位置センサとして、被検出部を検出可能な光学センサが前記伸縮方向に複数配置されており、前記伸縮方向において前記ガイド部材の両側に少なくとも１つずつ前記光学センサが存在する状態が維持されるように、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整されるとよい。

こうすることで、ガイド部材がロッドの伸縮方向のどちらに移動してもその移動を検出できる構成を、容易に実現することができる。

本発明において、前記各張力調整ユニットは、対応する前記繊維束が巻き掛けられるガイドローラと、前記ガイドローラに接触可能な接触部材と、前記接触部材を前記ガイドローラに接触する方向及び離間する方向に移動させるアクチュエータと、を有し、前記位置センサによって検出された前記ガイド部材の位置に応じて、対応する前記接触部材が移動させられるとよい。

このような構成によれば、アクチュエータによって接触部材をガイドローラに押し付ける力を調整することで、繊維束の張力を調整することができる。

本発明において、前記複数の繊維束が並んでいる配列方向において、複数の前記ガイド部材が配置されており、前記配列方向において、前記複数のガイド部材と同数の前記流体圧シリンダが配置されており、前記配列方向における前記複数のガイド部材の両端の距離は、前記配列方向における前記複数の流体圧シリンダの両端の距離よりも小さいとよい。

ライナーに巻き付けられる複数の繊維束は、できるだけ繊維束同士の隙間がない状態で巻き付けられることが好ましい。上述の構成によれば、流体圧シリンダのサイズにかかわらず、複数のガイド部材を配列方向において互いに近づけることができるので、繊維束同士の隙間を狭めた状態でライナーに供給することができる。

本発明において、前記複数の繊維束に一括で張力を付与する張力付与ユニットをさらに備えるとよい。

張力付与ユニットで複数の繊維束に張力の大部分を付与するようにすれば、各張力調整ユニットで調整すべき張力は小さくて済む。したがって、張力調整ユニットの小型化が可能となる。

本発明において、前記張力付与ユニットは、前記複数の繊維束に押し当てることが可能な押当部材と、前記押当部材を前記複数の繊維束に押し当てる力を変化させるように、前記押当部材を移動させる駆動部と、を有するとよい。

複数の繊維束に押当部材を押し当てる構成を採用することで、張力付与ユニットの構成を簡易にすることができる。

本発明において、前記張力付与ユニットは、前記ライナーに前記複数の繊維束を巻き付けている間、前記押当部材を移動させずに一定の位置に維持するとよい。

繊維束の巻き付け中に押当部材を移動させると、複数の繊維束の張力が一斉に変更され、各張力調整ユニットによる張力の制御が複雑化してしまう。そこで、巻き付け中は押当部材を一定の位置に維持し、各張力調整ユニットのみで張力を調整するようにすることで、張力の制御が複雑になることを回避できる。

本実施形態に係るフィラメントワインディング装置を示す斜視図である。 本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の電気的構成を示すブロック図である。 ヘリカル巻きユニットの正面図である。 繊維束供給ユニットを模式的に示す斜視図である。 張力調整機構を示す斜視図である。 張力調整機構を前側から見た一部断面図である。 弛み除去ユニットを右側から見た一部断面図である。 繊維束の巻き付け中の張力調整機構の動作を示す図である。 繊維束の巻き付け中の張力調整機構の動作を示す図である。

（フィラメントワインディング装置）
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について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係るフィラメントワインディング装置の電気的構成を示すブロック図である。本明細書では、説明の便宜上、図１に示す方向語を適宜使用する。

フィラメントワインディング装置１は、ライナーＬに複数の繊維束（図１では図示省略）を同時に巻き付ける多給糸型のものである。フィラメントワインディング装置１は、巻付装置２と、巻付装置２の左右両側に配置された一対のクリールスタンド３とを備え、全体として概ね左右対称に構成されている。巻付装置２は、円筒状のライナーＬに繊維束を巻き付けるための装置である。繊維束は、例えば、炭素繊維などの繊維材料に熱硬化性又は熱可塑性の合成樹脂材が含浸されたものである。ライナーＬの形状は最終製品に応じて異なるが、例えば最終製品が圧力タンクの場合は、図１に示すように、円筒部の両側にドーム部を有するライナーＬが使用される。ライナーＬの材料としては、高強度アルミニウム、金属、樹脂などが用いられる。ライナーＬに繊維束を巻き付けた後、焼成などの熱硬化工程又は冷却工程を経ることにより、高強度の圧力タンクなどの最終製品を得ることができる。

クリールスタンド３は、巻付装置２の前後中央部の左右両側に配置されている。各クリールスタンド３は、左右方向に延びる直方体状のフレーム１１に、上下５段の繊維束供給ユニット１２が配置された構成となっている。各繊維束供給ユニット１２には、左右方向に並んだ５つのボビンホルダ１３が設けられている。各ボビンホルダ１３は、前後方向に延びる回転軸を有しており、繊維束が巻かれたボビン１４を回転可能に支持する。つまり、各繊維束供給ユニット１２からは５本の繊維束がまとめて供給されるように構成されている。クリールスタンド３から供給される複数の繊維束は、後述のヘリカル巻きユニットによってライナーＬに巻き付けられる。

（巻付装置）
巻付装置２について説明する。巻付装置２は、基台２０と、支持ユニット３０（第１支持ユニット３１及び第２支持ユニット３２）と、フープ巻きユニット４０と、ヘリカル巻きユニット５０と、を備える。

基台２０は、支持ユニット３０、フープ巻きユニット４０、及び、ヘリカル巻きユニット５０を支持する。基台２０の上面には、前後方向に延びる複数のレール２１が配設されている。支持ユニット３０及びフープ巻きユニット４０は、レール２１に沿って前後方向に移動可能である。一方、ヘリカル巻きユニット５０は、基台２０に固設されている。第１支持ユニット３１、フープ巻きユニット４０、ヘリカル巻きユニット５０、及び、第２支持ユニット３２は、この順番で前側から後側に配置されている。

支持ユニット３０は、第１支持ユニット３１及び第２支持ユニット３２を有する。第１支持ユニット３１は、フープ巻きユニット４０よりも前側に配置されている。第２支持ユニット３２は、ヘリカル巻きユニット５０よりも後側に配置されている。支持ユニット３０は、ライナーＬの軸方向（前後方向）に延びる支持軸３３を介して、ライナーＬを軸周りに回転可能に支持する。支持ユニット３０は、移動用モータ３４及び回転用モータ３５を有する（図２参照）。移動用モータ３４は、支持ユニット３０（第１支持ユニット３１及び第２支持ユニット３２）をレール２１に沿って前後方向に移動させる。回転用モータ３５は、支持軸３３を回転させることでライナーＬを軸周りに回転させる。移動用モータ３４及び回転用モータ３５の動作は、制御装置４によって制御される。

フープ巻きユニット４０は、ライナーＬの周面にフープ巻きを施す。フープ巻きとは、ライナーＬの軸方向に概ね直角な方向に繊維束を巻き付ける巻き方のことである。フープ巻きユニット４０は、本体部４１と、回転部材４２と、複数（本実施形態では５個）のボビンホルダ４３と、を有する。本体部４１は、レール２１に沿って前後方向に移動可能である。回転部材４２は、ライナーＬが通過可能な通過穴４４が形成された円環状の部材である。回転部材４２は、ライナーＬの軸周りに回転可能な状態で、本体部４１に支持されている。複数のボビンホルダ４３は、周方向に等間隔で回転部材４２に取り付けられている。各ボビンホルダ４３は、前後方向に延びる回転軸を有しており、繊維束が巻かれたボビン（図示省略）を回転可能に支持する。

フープ巻きユニット４０は、移動用モータ４６及び回転用モータ４７を有する（図２参照）。移動用モータ４６は、本体部４１をレール２１に沿って前後方向に移動させる。回転用モータ４７は、回転部材４２をライナーＬの軸周りに回転させる。移動用モータ４６及び回転用モータ４７の動作は、制御装置４によって制御される。フープ巻きの実行時には、制御装置４は、本体部４１をレール２１に沿って往復移動させながら回転部材４２を回転させる。これによって、ライナーＬの周りで回転している各ボビンから繊維束が引き出され、複数の繊維束がライナーＬの周面に同時にフープ巻きされる。

ヘリカル巻きユニット５０は、ライナーＬの周面にヘリカル巻きを施す。ヘリカル巻きとは、ライナーＬの軸方向に概ね平行な方向に繊維束を巻き付ける巻き方のことである。ヘリカル巻きユニット５０は、本体部５１と、フレーム部材５２と、複数（本実施形態では９個）のノズルユニット５３と、を有する。本体部５１は、基台２０に固設されている。フレーム部材５２は、ライナーＬが通過可能な通過穴５４が形成された円環状の部材である。フレーム部材５２は、本体部５１に支持されている。複数のノズルユニット５３は、ライナーＬの軸を中心に放射状に配置されている。各ノズルユニット５３は、フレーム部材５２に取り付けられている。

図３は、ヘリカル巻きユニット５０の正面図である。詳細には、図３のａ図は、ライナーＬの円筒部に繊維束Ｆを巻き付けている状態を図示したものであり、図３のｂ図は、ライナーＬのドーム部に繊維束Ｆを巻き付けている状態を図示したものである。ノズルユニット５３は、繊維束ＦをライナーＬに案内するガイド体５５を有する。ガイド体５５は、ライナーＬの径方向（以下、単に径方向と言う）に延びており、径方向に移動可能且つ径方向に延びる回転軸周りに回転可能に構成されている。各ノズルユニット５３の径方向外側には、ガイドローラ５６が配置されている。クリールスタンド３の各繊維束供給ユニット１２から引き出された５本の繊維束Ｆは、ガイドローラ５６を経由して何れかのガイド体５５に導入され、ガイド体５５の先端からライナーＬに供給される。

ヘリカル巻きユニット５０は、ガイド移動用モータ５７及びガイド回転用モータ５８を有する（図２参照）。ガイド移動用モータ５７は、各ガイド体５５を一斉に径方向に移動させる。ガイド回転用モータ５８は、各ガイド体５５を一斉に回転軸周りに回転させる。ガイド移動用モータ５７及びガイド回転用モータ５８の動作は、制御装置４によって制御される。ヘリカル巻きの実行時には、制御装置４は、ライナーＬを軸周りにゆっくり回転させながら通過穴５４を通過させるとともに、各ノズルユニット５３のガイド体５５を、適宜径方向に移動させるとともに回転軸周りに回転させる。これによって、各ノズルユニット５３のガイド体５５の先端から５本の繊維束Ｆが適切に引き出され、合計で４５本の繊維束ＦがライナーＬの周面に同時にヘリカル巻きされる。

本実施形態では、上述のように、ヘリカル巻きの際に４５本の繊維束が使用される。このため、図１に示すように、右側のクリールスタンド３の最上段の繊維束供給ユニット１２には、ボビン１４が装着されていない。すなわち、この繊維束供給ユニット１２を除く残り９個の繊維束供給ユニット１２に装着された合計４５個のボビン１４から繊維束が供給される。

（繊維束供給ユニット）
次に、繊維束供給ユニット１２について詳細に説明する。図４は、繊維束供給ユニット１２を模式的に示す斜視図であり、図１の右側のクリールスタンド３に設けられた繊維束供給ユニット１２を図示したものである。図１の左側のクリールスタンド３に設けられた繊維束供給ユニット１２は、図４とは左右の向きが逆になる。なお、図４では、繊維束の図示は省略している。

繊維束供給ユニット１２は、ビーム部材１１ａ～１１ｄと、５つのボビンホルダ１３と、５組の引出ローラ群１５と、張力調整機構１６と、を有する。ビーム部材１１ａ～１１ｄは、上側から見て矩形状に組まれており、クリールスタンド３のフレーム１１の一部を構成している。繊維束供給ユニット１２を構成する各部材は、適当なブラケットなどを介してビーム部材１１ａ～１１ｄに取り付けられている。

５つのボビンホルダ１３は、左右方向に一列に並んでいる。各ボビンホルダ１３は、後側のビーム部材１１ｃによって片持ち支持されており、前後方向に延びる回転軸を有する。ボビンホルダ１３へのボビン１４の着脱は、ボビンホルダ１３の前側から行われる。

５組の引出ローラ群１５は、繊維束の走行方向（以下、繊維束走行方向と言う）において各ボビンホルダ１３の下流側に設けられている。各引出ローラ群１５は、前側から見てＶ字状に配置された３つの引出ローラ１７～１９を有する。繊維束走行方向の上流側から、第１引出ローラ１７、第２引出ローラ１８、第３引出ローラ１９が順番に配置されている。各引出ローラ１７～１９は、前後のビーム部材１１ａ、１１ｃによって両持ち支持されており、前後方向に延びる回転軸を有する。各ボビンホルダ１３に装着されたボビン１４から引き出された繊維束は、対応する引出ローラ群１５（引出ローラ１７～１９）を経由して張力調整機構１６に至る。なお、各第３引出ローラ１９から張力調整機構１６の間で繊維束同士が干渉しないように、各第３引出ローラ１９の高さは適宜調整されている。

（張力調整機構）
張力調整機構１６の詳細について、図５～図７を参照しつつ説明する。図５は、張力調整機構１６を示す斜視図である。図６は、張力調整機構１６を前側から見た一部断面図である。図７は、弛み除去ユニットを右側から見た一部断面図である。なお、図６では５本の繊維束のうち１本の繊維束Ｆとそれに関わる構成のみを図示しており、図７では繊維束の図示を省略している。

図６に示すように、張力調整機構１６は、繊維束走行方向の上流側から順番に、寄せ集めガイド６１と、ガイドローラ６２～６６と、有している。図５に示すように、寄せ集めガイド６１には、前後方向に５つのガイド孔６１ａが形成されている。また、ガイドローラ６２～６６は、各繊維束Ｆに対応して前後方向に５つずつ配置されている。各ボビン１４から引き出された繊維束Ｆは、対応するガイド孔６１ａに通された後、ガイドローラ６２～６５に巻き掛けられ、ガイドローラ６６からヘリカル巻きユニット５０へと送られる。以下では、張力調整機構１６において５本の繊維束Ｆが並んでいる前後方向のことを配列方向と言う。

５つのガイドローラ６２は、配列方向に一列に並んだ多連ローラとされており、それぞれが独立に回転可能である。５つのガイドローラ６３、６４もガイドローラ６２と同様に、配列方向に一列に並んだ多連ローラとされており、それぞれが独立に回転可能である。５つのガイドローラ６５は、それぞれが独立に左右方向に移動可能である。５つのガイドローラ６６は、配列方向に一列に並んでおり、各ガイドローラ６６は一対のローラによって構成されている。繊維束Ｆは、ヘリカル巻きユニット５０とガイドローラ６６との位置関係に応じて、一対のローラのうち何れか一方のローラへ巻き掛けられる。

張力調整機構１６は、弛み除去ユニット８１、張力調整ユニット８２、及び、張力付与ユニット８３を備える。弛み除去ユニット８１及び張力調整ユニット８２は、各繊維束Ｆに対応して５つずつ設けられている。一方、張力付与ユニット８３は、５本の繊維束Ｆに一括で張力を付与するものであり、５本の繊維束Ｆに対して１つのみ設けられている。

（弛み除去ユニット）
弛み除去ユニット８１は、ライナーＬに繊維束Ｆを巻き付けている間に生じる繊維束Ｆの弛みを除去する。図６に示すように、弛み除去ユニット８１は、ガイドローラ６５（本発明のガイド部材に相当）と、エアシリンダ６７（本発明の流体圧シリンダに相当）と、複数（本実施形態では４個）の光学センサ６８（本発明の位置センサに相当）と、を有する。

弛み除去ユニット８１は、支持プレート６９に取り付けられている。支持プレート６９は、水平面に略平行であり、ビーム部材１１ａ、１１ｃの間に配置されている。ガイドローラ６５は支持プレート６９よりも上側に配置されており、エアシリンダ６７は支持プレート６９よりも下側に配置されている。支持プレート６９の上面には、左右方向に延びる５本のレール７１が配設されている。また、支持プレート６９には、支持プレート６９を上下方向に貫通し、且つ、左右方向に延びる５つの貫通孔６９ａが形成されている。

ガイドローラ６５は、レール７１に沿って左右方向に可動領域Ｒ（図８のａ図参照）内で移動可能である。ガイドローラ６５は、ブラケット７２を介してエアシリンダ６７のロッド６７ａの先端部に固定されている。図７に示すように、ブラケット７２は折り曲げ形状を有しており、上下方向に延びる支持部７２ａと、前後方向に延びる水平部７２ｂと、上下方向に延びる被検出部７２ｃとを有する。支持部７２ａは、ガイドローラ６５を回転可能に支持する。水平部７２ｂは、下面に固定された可動部材７３を介して、レール７１に移動可能に係合している。被検出部７２ｃは、光学センサ６８によって検出される部位である。被検出部７２ｃは、貫通孔６９ａに挿通されており、被検出部７２ｃの下端部がロッド６７ａに固定されている。なお、各ブラケット７２の水平部７２ｂの高さ位置は、ブラケット７２同士が干渉しないように調整されている。

エアシリンダ６７は、左右方向に伸縮可能なロッド６７ａを有する。上述のように、ロッド６７ａの先端部には、ブラケット７２の被検出部７２ｃが固定されている。エアシリンダ６７とガイドローラ６５の位置関係は、図６に示すように、ガイドローラ６５に巻き掛けられた繊維束Ｆの張力が小さくなると、ロッド６７ａが縮むようにされている。また、エアシリンダ６７のエア圧は、ロッド６７ａが縮む方向に付勢されるように設定されている。このため、繊維束Ｆに弛みが生じると、ロッド６７ａが縮むことでガイドローラ６５が右側に移動し、繊維束Ｆの弛みを除去することができる。反対に、繊維束Ｆの張力が高くなると、ガイドローラ６５が左側に移動することで、繊維束Ｆが切れたり、ガイドローラ６５が破損したりすることを防止できる。

光学センサ６８は、ブラケット７２の被検出部７２ｃを検出可能な反射式又は透過式のセンサである。光学センサ６８は、エアシリンダ６７のロッド６７ａの伸縮方向（左右方向）に４つ配置されている。このため、どの光学センサ６８によって被検出部７２ｃが検出されたかによって、ガイドローラ６５の伸縮方向における位置を認識することができる。また、エアシリンダ６７には、ロッド６７ａが縮みきった状態（ガイドローラ６５が可動領域の右端に到達した状態）と、ロッド６７ａが伸びきった状態（ガイドローラ６５が可動領域の左端に到達した状態）と、をそれぞれ検出する２つの近接センサ６７ｂが内蔵されている。各光学センサ６８及び各近接センサ６７ｂによる検出結果は、制御装置４（図２参照）へ送信される。

図７に示すように、ロッド６７ａの伸縮方向（左右方向）から見たときのエアシリンダ６７のサイズは、ガイドローラ６５よりも大きい。このため、各エアシリンダ６７の直上にガイドローラ６５を配置すると、配列方向におけるガイドローラ６５同士の間隔が大きくなるため、繊維束同士の間隔も大きくなる。その結果、ライナーＬに５本の繊維束を巻き付けるときに、各繊維束間の隙間が大きくなってしまう。これを避けるため、水平部７２ｂの配列方向の長さをブラケット７２によって変えることで、５つのガイドローラ６５を配列方向に詰めて配置できるようにしている。つまり、配列方向における５つのガイドローラ６５の両端の距離Ｌ１は、配列方向における５つのエアシリンダ６７の両端の距離Ｌ２よりも小さくされている。

（張力調整ユニット）
張力調整ユニット８２は、ライナーＬに繊維束Ｆを巻き付けている間の張力を調整する。図６に示すように、張力調整ユニット８２は、ガイドローラ６３と、接触部材７４と、エアシリンダ７５（本発明のアクチュエータに相当）と、を有する。接触部材７４は、ガイドローラ６３の周面のうち、繊維束Ｆが巻き掛けられない領域に対向して配置されている。接触部材７４は、エアシリンダ７５のロッドに固定されており、エアシリンダ７５のエア圧を変更することで、接触部材７４をガイドローラ６３に接触する方向及び離間する方向に移動させることができる。接触部材７４をガイドローラ６３の周面に接触させてガイドローラ６３の回転抵抗を大きくすることで、繊維束Ｆの張力を増大させることができる。エアシリンダ７５のエア圧は、制御装置４（図２参照）によって制御される。

（張力付与ユニット）
張力付与ユニット８３は、５本の繊維束Ｆに一括で張力を付与する。張力付与ユニット８３は、押当部材７６と、支持部材７７と、動力伝達機構７８と、モータ７９（図５参照、本発明の駆動部に相当）と、を有する。押当部材７６は、円筒状の部材であり、支持部材７７の左端部に固定されている。支持部材７７は、左右方向に延びる長尺部材であり、左右方向に移動可能である。動力伝達機構７８は、ラックアンドピニオンを含んでおり、モータ７９の回転動力を支持部材７７を左右方向に移動させる動力に変換する。モータ７９によって支持部材７７を左右方向に移動させることで、押当部材７６を左右方向に移動させ、５本の繊維束Ｆに押当部材７６を押し当てる力を変化させることができる。

５本の繊維束Ｆをガイドローラ６２～６６に掛け終わった後、図６の二点鎖線の位置にある押当部材７６を実線の位置まで移動させる。すると、図６に示すように、押当部材７６が５本の繊維束Ｆを屈曲させるように押し当てられ、５本の繊維束Ｆに一括して張力を付与することができる。

（繊維束の張力制御）
次に、張力調整機構１６による繊維束Ｆの張力の調整について説明する。図８及び図９は、繊維束Ｆの巻き付け中の張力調整機構１６の動作を示す図であり、５本の繊維束のうち１本の繊維束Ｆとそれに関わる構成のみを図示している。ライナーＬへの繊維束Ｆの巻き付けを開始する際には、まず、繊維束Ｆの種類や巻付条件などに応じて繊維束Ｆの適正張力が決められる。そして、この適正張力を実現できるように、各弛み除去ユニット８１のエアシリンダ６７のエア圧及び張力付与ユニット８３の押当部材７６の位置が調整される。これらの調整は、オペレータが制御装置４に入力した設定値に基づいて、制御装置４が実行する。

具体的には、図８のａ図に示すように、エアシリンダ６７のロッド６７ａの伸縮方向において、ガイドローラ６５が可動領域Ｒの中央部に位置するように、繊維束Ｆの張力が調整される。可動領域Ｒは、ガイドローラ６５が伸縮方向に移動できる範囲である。ガイドローラ６５が可動領域Ｒの中央部にいるとき、ブラケット７２の被検出部７２ｃは、左から２番目の光学センサ６８と左から３番目の光学センサ６８の間に位置する。繊維束Ｆの巻き付けの開始前に調整された各エアシリンダ６７のエア圧及び押当部材７６の位置は、巻き付け中には変更されず、一定に維持される。また、巻き付けの開始時には、各張力調整ユニット８２の接触部材７４は、ガイドローラ６３から離間した状態とされる。

繊維束Ｆの巻き付けを開始すると、制御装置４は、４つの光学センサ６８によって検出されたガイドローラ６５の位置（ブラケット７２の被検出部７２ｃの位置）に基づいて、対応する張力調整ユニット８２のエアシリンダ７５のエア圧を制御することにより、繊維束Ｆの張力を制御する。

繊維束Ｆが適正張力で巻き付けられているときは、図８のａ図に示すように、ガイドローラ６５は可動領域Ｒの中央部に位置する。ところが、繊維束Ｆの巻き付け中に、繊維束ＦがライナーＬの端部で折り返されるときなどには、繊維束Ｆに弛みが生じることがある。繊維束Ｆに弛みが生じて張力が低下すると、図８のｂ図に示すように、エアシリンダ６７によって右側に付勢されているガイドローラ６５が右側に移動することで、繊維束Ｆの弛みが除去される。この状態で繊維束Ｆの巻き付けを継続することも可能であるが、そうすると、ガイドローラ６５が右側に移動できる余地が少なくなり、繊維束Ｆにさらに弛みが生じた場合に弛みが除去できなくなるおそれがある。

そこで、制御装置４は、右側２つの光学センサ６８によってガイドローラ６５が可動領域Ｒの中央部より右側に移動したことが検出されると、図９のａ図に示すように、張力調整ユニット８２の接触部材７４をガイドローラ６３に接触させる。こうすることで、繊維束Ｆの張力が高くなってガイドローラ６５が左側に移動し、ガイドローラ６５が右側に移動する余地を確保することができる。

しかしながら、繊維束Ｆの張力が適正張力を超えて高くなりすぎると、図９のａ図に示すように、ガイドローラ６５が可動領域Ｒの中央部を越えてしまい、ガイドローラ６５が左側に移動できる余地が少なくなくなってしまう。そうすると、繊維束Ｆの張力がさらに高くなったときに、繊維束Ｆが切れたり、ガイドローラ６５が破損したりするおそれがある。

そこで、制御装置４は、左側２つの光学センサ６８によってガイドローラ６５が可動領域Ｒの中央部より左側に移動したことが検出されると、接触部材７４をガイドローラ６４に接触させる力を弱めるか、あるいは、接触部材７４をガイドローラ６４から離間させる。これによって、繊維束Ｆを適正張力に戻すことができ、図９のｂ図に示すように、ガイドローラ６５を可動領域Ｒの中央部に維持することができる。

以上のような制御を継続することで、繊維束Ｆの巻き付け中に繊維束Ｆを適正張力に維持することができるとともに、ガイドローラ６５を可動領域Ｒの中央部に維持することができる。なお、既に説明したように、４つの光学センサ６８とは別に、エアシリンダ６７に２つの近接センサ６７ｂが内蔵されている。制御装置４は、近接センサ６７ｂによってガイドローラ６５が可動領域Ｒの右端又は左端に到達した状態が検出されたら、何らかの異常が発生していると判断し、アラームを発してフィラメントワインディング装置１を停止させる。

（効果）
本実施形態では、エアシリンダ６７によってガイドローラ６５を付勢することで、繊維束Ｆの弛みを除去することができる。エアシリンダ６７による付勢力は、エアシリンダ６７のエア圧によって調整できるので、繊維束Ｆの種類や巻付条件が変更された場合でも、エア圧の設定値を変えれば弛みを適切に除去することができる。また、本実施形態では、ガイドローラ６５の位置を光学センサ６８によって検出し、その検出値に応じて繊維束Ｆの張力を調整する張力調整ユニット８２が設けられている。弛みの発生や張力の変動によりガイドローラ６５が移動した場合、張力調整ユニット８２によって張力を調整することで、ガイドローラ６５を元の位置に戻すことができる。このため、エアシリンダ６７のロッド６７ａが伸びきったり縮みきったりすることを防止でき、張力の変動を吸収可能な状態を維持できる。したがって、本実施形態のフィラメントワインディング装置１によれば、多様な条件下で繊維束Ｆの弛みを除去でき、且つ、繊維束Ｆの張力の変動を安定的に抑えることができる。

本実施形態では、ガイドローラ６５がロッド６７ａの伸縮方向におけるガイドローラ６５の可動領域Ｒの中央部に維持されるように、対応する繊維束Ｆの張力が張力調整ユニット８２によって調整される。このような調整が行われることで、ガイドローラ６５がロッド６７ａの伸縮方向の両側に移動できる余地が常に確保されるので、多くの弛みが除去できるとともに、より安定的に張力の変動を抑えることができる。

本実施形態では、位置センサとして、被検出部７２ｃを検出可能な光学センサ６８がロッド６７ａの伸縮方向に複数配置されており、伸縮方向においてガイドローラ６５の両側に少なくとも１つずつ光学センサ６８が存在する状態が維持されるように、対応する繊維束Ｆの張力が張力調整ユニット８２によって調整される。こうすることで、ガイドローラ６５がロッド６７ａの伸縮方向のどちらに移動してもその移動を検出できる構成を、容易に実現することができる。

本実施形態では、各張力調整ユニット８２は、対応する繊維束Ｆが巻き掛けられるガイドローラ６３と、ガイドローラ６３に接触可能な接触部材７４と、接触部材７４をガイドローラ６３に接触する方向及び離間する方向に移動させるエアシリンダ７５と、を有し、光学センサ６８によって検出されたガイドローラ６５の位置に応じて、対応する接触部材７４が移動させられる。このような構成によれば、エアシリンダ７５によって接触部材７４をガイドローラ６３に押し付ける力を調整することで、繊維束Ｆの張力を調整することができる。

本実施形態では、複数の繊維束Ｆが並んでいる配列方向において、複数のガイドローラ６５が配置されており、配列方向において、複数のガイドローラ６５と同数のエアシリンダ６７が配置されており、配列方向における複数のガイドローラ６５の両端の距離Ｌ１は、配列方向における複数のエアシリンダ６７の両端の距離Ｌ２よりも小さい。ライナーＬに巻き付けられる複数の繊維束Ｆは、できるだけ繊維束Ｆ同士の隙間がない状態で巻き付けられることが好ましい。上述の構成によれば、エアシリンダ６７のサイズにかかわらず、複数のガイドローラ６５を配列方向において互いに近づけることができるので、繊維束Ｆ同士の隙間を狭めた状態でライナーＬに供給することができる。

本実施形態では、複数の繊維束Ｆに一括で張力を付与する張力付与ユニット８３をさらに備える。張力付与ユニット８３で複数の繊維束Ｆに張力の大部分を付与するようにすれば、各張力調整ユニット８２で調整すべき張力は小さくて済む。したがって、張力調整ユニット８２の小型化が可能となる。

本実施形態では、張力付与ユニット８３は、複数の繊維束Ｆに押し当てることが可能な押当部材７６と、押当部材７６を複数の繊維束Ｆに押し当てる力を変化させるように、押当部材７６を移動させるモータ７９と、を有する。複数の繊維束Ｆに押当部材７６を押し当てる構成を採用することで、張力付与ユニット８３の構成を簡易にすることができる。

本実施形態では、張力付与ユニット８３は、ライナーＬに複数の繊維束Ｆを巻き付けている間、押当部材７６を移動させずに一定の位置に維持する。繊維束Ｆの巻き付け中に押当部材７６を移動させると、複数の繊維束Ｆの張力が一斉に変更され、各張力調整ユニット８２による張力の制御が複雑化してしまう。そこで、巻き付け中は押当部材７６を一定の位置に維持し、各張力調整ユニット８２のみで張力を調整するようにすることで、張力の制御が複雑になることを回避できる。

（他の実施形態）
上記実施形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。

上記実施形態では、本発明の位置センサとして、複数の光学センサ６８を設けるものとした。しかしながら、ガイドローラ６５の位置を検出する位置センサの構成はこれに限定されない。例えば、複数の光学センサ６８を設ける代わりに、ガイドローラ６５の位置を連続的に検出可能なエンコーダなどを用いてもよい。

上記実施形態の張力調整ユニット８２は、ガイドローラ６３にエアシリンダ７５によって接触部材７４を接触させることで繊維束Ｆの張力を調整する構成とした。しかしながら、張力調整ユニット８２の構成はこれに限定されない。例えば、接触部材７４を移動させるアクチュエータはエアシリンダに限定されず、モータやソレノイドなどを利用してもよい。また、ガイドローラ６３にモータを内蔵し、モータを適宜制御することで、繊維束Ｆの張力を調整してもよい。

上記実施形態では、複数の繊維束Ｆに一括して張力を付与する張力付与ユニット８３を設けるものとした。しかしながら、張力付与ユニット８３を設けることは必須ではなく、省略することも可能である。また、張力付与ユニット８３の具体的な構成は、上記実施形態のものに限定されない。

１：フィラメントワインディング装置
６３：ガイドローラ
６５：ガイドローラ（ガイド部材）
６７：エアシリンダ（流体圧シリンダ）
６７ａ：ロッド
６８：光学センサ（位置センサ）
７４：接触部材
７５：エアシリンダ（アクチュエータ）
７６：押当部材
７９：モータ（駆動部）
８１：弛み除去ユニット
８２：張力調整ユニット
８３：張力付与ユニット
Ｌ：ライナー
Ｆ：繊維束

Claims (7)

1. ライナーに複数の繊維束を同時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、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の弛み除去ユニットと、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の張力調整ユニットと、
   を備え、
   前記各弛み除去ユニットは、
   流体圧シリンダと、
   前記流体圧シリンダのロッドに固定され、対応する前記繊維束が掛けられるガイド部材と、
   前記ロッドの伸縮方向における前記ガイド部材の位置を検出する位置センサと、
   を有し、
   前記位置センサによって検出された前記ガイド部材の位置に応じて、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整され、
   前記ガイド部材が前記伸縮方向における前記ガイド部材の可動領域の中央部に維持されるように、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整され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. ライナーに複数の繊維束を同時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、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の弛み除去ユニットと、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の張力調整ユニットと、
   を備え、
   前記各弛み除去ユニットは、
   流体圧シリンダと、
   前記流体圧シリンダのロッドに固定され、対応する前記繊維束が掛けられるガイド部材と、
   前記ロッドの伸縮方向における前記ガイド部材の位置を検出する位置センサと、
   を有し、
   前記位置センサによって検出された前記ガイド部材の位置に応じて、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整され、
   前記位置センサとして、被検出部を検出可能な光学センサが前記伸縮方向に複数配置されており、
   前記伸縮方向において前記ガイド部材の両側に少なくとも１つずつ前記光学センサが存在する状態が維持されるように、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整されることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
3. ライナーに複数の繊維束を同時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、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の弛み除去ユニットと、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の張力調整ユニットと、
   を備え、
   前記各弛み除去ユニットは、
   流体圧シリンダと、
   前記流体圧シリンダのロッドに固定され、対応する前記繊維束が掛けられるガイド部材と、
   前記ロッドの伸縮方向における前記ガイド部材の位置を検出する位置センサと、
   を有し、
   前記位置センサによって検出された前記ガイド部材の位置に応じて、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整され、
   前記各張力調整ユニットは、
   対応する前記繊維束が巻き掛けられるガイドローラと、
   前記ガイドローラに接触可能な接触部材と、
   前記接触部材を前記ガイドローラに接触する方向及び離間する方向に移動させるアクチュエータと、
   を有し、
   前記位置センサによって検出された前記ガイド部材の位置に応じて、対応する前記接触部材が移動させられることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
4. ライナーに複数の繊維束を同時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、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の弛み除去ユニットと、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の張力調整ユニットと、
   を備え、
   前記各弛み除去ユニットは、
   流体圧シリンダと、
   前記流体圧シリンダのロッドに固定され、対応する前記繊維束が掛けられるガイド部材と、
   前記ロッドの伸縮方向における前記ガイド部材の位置を検出する位置センサと、
   を有し、
   前記位置センサによって検出された前記ガイド部材の位置に応じて、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整され、
   前記複数の繊維束が並んでいる配列方向において、複数の前記ガイド部材が配置されており、
   前記配列方向において、前記複数のガイド部材と同数の前記流体圧シリンダが配置されており、
   前記配列方向における前記複数のガイド部材の両端の距離は、前記配列方向における前記複数の流体圧シリンダの両端の距離よりも小さいことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
5. ライナーに複数の繊維束を同時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、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の弛み除去ユニットと、
   前記各繊維束に対応して配置される複数の張力調整ユニットと、
   を備え、
   前記各弛み除去ユニットは、
   流体圧シリンダと、
   前記流体圧シリンダのロッドに固定され、対応する前記繊維束が掛けられるガイド部材と、
   前記ロッドの伸縮方向における前記ガイド部材の位置を検出する位置センサと、
   を有し、
   前記位置センサによって検出された前記ガイド部材の位置に応じて、対応する前記繊維束の張力が前記張力調整ユニットによって調整され、
   前記複数の繊維束に一括で張力を付与する張力付与ユニットをさらに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。
6. 前記張力付与ユニットは、
   前記複数の繊維束に押し当てることが可能な押当部材と、
   前記押当部材を前記複数の繊維束に押し当てる力を変化させるように、前記押当部材を移動させる駆動部と、
   を有することを特徴とする請求項５に記載のフィラメントワインディング装置。
7. 前記張力付与ユニットは、前記ライナーに前記複数の繊維束を巻き付けている間、前記押当部材を移動させずに一定の位置に維持することを特徴とする請求項６に記載のフィラメントワインディング装置。

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