WO2012066851A1 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

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WO2012066851A1
WO2012066851A1 PCT/JP2011/071625 JP2011071625W WO2012066851A1 WO 2012066851 A1 WO2012066851 A1 WO 2012066851A1 JP 2011071625 W JP2011071625 W JP 2011071625W WO 2012066851 A1 WO2012066851 A1 WO 2012066851A1
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fiber bundle
bobbin
unit
slack
winding
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谷川　元洋
忠司 魚住
大五郎 中村
健 八田
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村田機械株式会社
トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a filament winding apparatus.
  • a filament winding apparatus that includes a hoop winding device and a helical winding device, and alternately and repeatedly performs hoop winding and helical winding on the liner to wind a fiber bundle around the liner to form a reinforcing layer is known.
  • Patent Document 1 A filament winding apparatus that includes a hoop winding device and a helical winding device, and alternately and repeatedly performs hoop winding and helical winding on the liner to wind a fiber bundle around the liner to form a reinforcing layer.
  • the hoop winding device has a winding table that rotates around the central axis of the liner.
  • a bobbin is rotatably attached to the winding table.
  • the end of the fiber bundle is fixed to the liner, and the winding table rotates around the central axis of the liner, whereby the fiber bundle is wound around the outer peripheral surface of the liner.
  • the bobbin rotates as the fiber bundle is pulled out toward the liner.
  • the rotation speed of the winding table in the hoop winding is not constant.
  • the speed of the fiber bundle drawn out from the bobbin toward the liner and wound around the liner (winding speed) is not constant.
  • the winding direction of the hoop winding is reversed at the end portion of the liner, the moving speed of the hoop winding device is reduced near the end portion and the rotation speed of the winding table is once reduced. After reversing the moving direction of the hoop winding device, the rotation speed of the winding table is increased to the original speed.
  • the rotation speed of the winding table may fluctuate greatly, or even if the fluctuation amount is small, it may fluctuate rapidly.
  • the winding speed which is the speed of the fiber bundle drawn from the bobbin, may vary greatly or may vary rapidly.
  • the bobbin rotates by pulling out the fiber bundle, when the winding speed varies, the rotation speed of the bobbin varies following the winding speed.
  • the bobbin rotation speed may not be able to follow the change in the winding speed of the fiber bundle when the winding speed fluctuates greatly or changes abruptly.
  • the bobbin continues to rotate due to inertia. Therefore, there is a problem that the fiber bundle is excessively drawn out from the bobbin and the fiber bundle is loosened.
  • the speed of the fiber bundle drawn from the bobbin toward the liner and wound around the liner matches the speed of the fiber bundle unwound from the bobbin by the bobbin rotation (unwinding speed).
  • the fiber bundle is not loosened, and the fiber bundle is wound around the liner in a state where a predetermined tension is applied.
  • the unwinding speed of the fiber bundle fed out from the bobbin is larger than the winding speed of the fiber bundle, the fiber bundle becomes slack due to the speed difference, and as a result, the tension of the fiber bundle wound around the outer peripheral surface of the liner is increased. There is a problem that the strength of the reinforcing layer is reduced.
  • a servo motor for controlling the rotation of the bobbin is provided on the winding table, and the servo motor is electrically controlled from the outside of the winding table to wind the bobbin around the fiber bundle. It can be considered to actively rotate according to the speed.
  • the winding table to which the bobbin is attached rotates itself. Providing a large number of electrodes for transmitting a control signal to the servo motor from the outside of the winding table and supplying power for driving the motor are complicated and are not easy.
  • the present invention has been made to solve the above problems.
  • the first object of the present invention is to prevent excessive unwinding of the fiber bundle due to fluctuations in the winding speed of the fiber bundle, to reduce the tension of the fiber bundle wound around the outer peripheral surface of the liner, and to reduce the strength of the reinforcing layer. It is to provide a filament winding apparatus for preventing.
  • a second object of the present invention is to provide a filament winding apparatus that does not require a large number of electrodes or a large amount of power to be supplied to the winding table in order to control the rotation of the bobbin.
  • the first invention is a filament winding device for winding a fiber bundle around a liner surface with a hoop winding device
  • the hoop winding device includes a winding table, a bobbin support portion, a braking portion, a slack eliminating portion, A detection unit; and a control unit.
  • the winding table rotates around the central axis of the liner.
  • the bobbin support part is provided on the winding table and supports the bobbin of the fiber bundle.
  • the braking unit brakes the rotation of the bobbin supported by the bobbin support unit.
  • the slack eliminating portion absorbs slack due to a speed difference between the winding speed of the fiber bundle drawn out from the bobbin and wound around the liner surface, and the unwinding speed of the fiber bundle unwound from the bobbin by the bobbin rotation.
  • the detection unit detects that the slack absorbed in the slack removing unit is greater than or equal to a predetermined amount and that the slack absorbed in the slack removing unit is less than a predetermined amount.
  • the control unit increases the braking force of the braking unit based on the detection signal from the detection unit that detects that the slack absorbed in the slack eliminating unit is a predetermined amount or more, and the slack absorbed in the slack eliminating unit is Based on the detection signal from the detection unit that detects that the amount is less than the predetermined amount, the braking force of the braking unit is decreased.
  • 2nd invention is 1st invention, Comprising: When a detection part detects excessive unwinding of a fiber bundle, a control part increases the braking force of a braking part, and a braking part makes rotation of a bobbin. When the detection unit detects that excessive unwinding of the fiber bundle has been resolved, the control unit decreases the braking force of the braking unit, and the braking unit releases the stop of the bobbin rotation.
  • 3rd invention is either 1st invention or 2nd invention, Comprising: A braking part contains the hysteresis brake, A control part controls hysteresis current supplied to a hysteresis brake, and hysteresis brake Increase and decrease the braking force.
  • the braking force for braking the rotation of the bobbin when it is detected that the slack absorbed in the slack eliminating portion is a predetermined amount or more, the braking force for braking the rotation of the bobbin is increased. When it is detected that the slack absorbed in the slack eliminating portion is less than a predetermined amount, the braking force for braking the rotation of the bobbin is decreased. Thereby, excessive unwinding of the fiber bundle due to fluctuations in the winding speed of the fiber bundle can be prevented, and a decrease in the tension of the fiber bundle wound around the outer peripheral surface of the liner and a decrease in the strength of the reinforcing layer can be prevented.
  • the control unit increases the braking force of the braking unit, and the braking unit stops the rotation of the bobbin.
  • the control unit decreases the braking force of the braking unit, and the braking unit releases the stop of the bobbin rotation. This reliably prevents excessive unwinding of the fiber bundle due to fluctuations in the winding speed of the fiber bundle, and prevents a decrease in the tension of the fiber bundle wound around the outer peripheral surface of the liner and a decrease in the strength of the reinforcing layer. it can.
  • the control unit increases and decreases the braking force of the hysteresis brake by controlling the excitation current supplied to the hysteresis brake.
  • the excitation current supplied to the hysteresis brake.
  • FIG. 1 is a side view of an FW device 100 according to a first embodiment.
  • FIG. The side view of the slack removal part 60.
  • FIG. The side view of the slack removal part 60.
  • FIG. The side view of the slack removal part 60.
  • FIG. The figure which shows the flow of operation
  • FW apparatus 100 the filament winding apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view showing the FW device 100.
  • FIG. 1 shows a state where the hoop winding device 30 is in the winding position.
  • the FW device 100 winds the fiber bundle F impregnated with resin around the liner 1 by alternately repeating the hoop winding by the hoop winding device 30 and the helical winding by the helical winding device 40 around the liner 1. It is a device that goes.
  • Arrows A and B shown in FIG. 1 indicate the front-rear direction of the FW device 100 and the transfer direction of the liner 1 in helical winding.
  • the liner 1 since the liner 1 is reciprocated in the front-rear direction of the FW device 100, the liner 1 may be transferred in the direction of arrow A or in the direction of arrow B.
  • the liner 1 is a substantially cylindrical hollow container formed of, for example, a high-strength aluminum material or a polyamide resin.
  • the pressure resistance is improved by winding the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1S. That is, the liner 1 is a base material constituting the pressure vessel.
  • the liner 1 means both a state before winding the fiber bundle F and a state in the middle of winding the fiber bundle F.
  • the outer peripheral surface 1S of the liner 1 also means the surface of the wound fiber bundle F.
  • the FW device 100 mainly includes a main base 10, a liner transfer device 20, a hoop winding device 30, a helical winding device 40, and a control unit 90.
  • the main base 10 constitutes the basis of the FW device 100.
  • a liner transfer device rail 11 is provided on the upper portion of the main base 10.
  • the liner transfer device 20 is placed on the liner transfer device rail 11.
  • a hoop winding device rail 12 is provided on the main base 10 in parallel with the liner transfer device rail 11.
  • a hoop winding device 30 is placed on the rail 12 for the hoop winding device. With such a configuration, the liner transfer device 20 and the hoop winding device 30 can be moved with respect to the main base 10.
  • the helical winding device 40 is fixed to the main base 10.
  • the liner transfer device 20 is a device that rotates the liner 1 around a rotation axis in a direction along the front-rear direction of the FW device 100 and also transfers the liner 1 in the front-rear direction of the FW device 100.
  • the liner transfer device 20 mainly includes a base 21 and a liner support portion 22. The driving of the liner transfer device 20 is controlled by the control unit 90.
  • the base 21 includes a pair of liner support portions 22.
  • Each liner support portion 22 includes a liner support frame 23 and a support shaft 24.
  • the liner support frame 23 extends upward from the base 21.
  • the support shaft 24 extends from the liner support frame 23 along the front-rear direction of the FW device 100.
  • the support shaft 24 is rotated in one direction around the axis by a power mechanism (not shown).
  • the support shaft 24 supports both ends of the liner 1 and rotates the liner 1.
  • the liner transfer device 20 rotates the liner 1 about the support shaft 24 as a rotation axis, and transfers the liner 1 in the front-rear direction of the FW device 100.
  • the hoop winding device 30 is a device that hoops the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1S of the liner 1. In the hoop winding, the fiber bundle F is wound around the outer peripheral surface 1S of the liner 1 so that the winding angle of the fiber bundle F with respect to the central axis of the liner 1 is approximately 90 degrees.
  • the hoop winding device 30 mainly includes a base 31, a power mechanism 32, and a hoop winding device 33. The driving of the hoop winding device 30 is controlled by the control unit 90.
  • the base 31 is provided with a power mechanism 32 and a hoop winding device 33.
  • the hoop winding device 33 includes a winding table 34.
  • a space for inserting the liner 1 is provided at the center of the winding table 34, and bobbins 70A, 70B, 70C, and 70D are disposed around the space (see FIG. 3).
  • the fiber bundle F is supplied from the bobbins 70A, 70B, 70C, and 70D to the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • the power mechanism 32 rotates the hoop winding device 33 around the central axis of the liner 1.
  • the bobbins 70A, 70B, 70C, and 70D are obtained by winding a fiber bundle F around a paper tube and storing it.
  • the position of the liner 1 is fixed, and the hoop winding device 33 is rotated around the central axis of the liner 1 while the hoop winding device 30 is reciprocated along the central axis direction of the liner 1. Thereby, hoop winding is performed.
  • the winding mode of the fiber bundle F can be freely changed by adjusting the moving speed of the hoop winding device 30 and the rotation speed of the winding table 34.
  • the hoop winding device 30 will be described in detail later.
  • the helical winding device 40 is a device that helically winds the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • the fiber bundle F is wound around the outer peripheral surface 1S of the liner 1 so that the winding angle of the fiber bundle F becomes a predetermined value (for example, 0 to 60 degrees).
  • the helical winding device 40 mainly includes a base 41 and a helical winding device 42. The driving of the helical winding device 40 is controlled by the control unit 90.
  • the base 41 is provided with a helical winding device 42.
  • the helical winding device 42 includes a first helical head 43 and a second helical head 44.
  • a fiber bundle F is supplied to the first helical head 43 and the second helical head 44 from a plurality of bobbins (not shown), and the fiber bundle F is guided to the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • the helical winding device 40 In helical winding, the helical winding device 40 is fixed, and the liner transfer device 20 transfers the liner 1 in the direction of the rotation axis while rotating. Thereby, helical winding is performed.
  • the winding aspect of the fiber bundle F can be freely changed by adjusting the transfer speed and rotation speed of the liner 1.
  • FIG. 2 is a side view of the hoop winding device 30, and FIG. 3 is a front view of the hoop winding device 30.
  • the winding table 34 of the hoop winding device 30 has a bobbin support 50, bobbins 70A, 70B, 70C, 70D, a frame 80, guide rollers 71, 72, 73, 74, and slack.
  • Four sets of the take-out unit 60 and the detection unit 67 are arranged.
  • the bobbin support 50, the frame 80, the guide rollers 71, 72, 73, 74,... Provided for each of the bobbins 70A, 70B, 70C, and 70D have substantially the same configuration. Therefore, the configuration common to each set will be described mainly with respect to the bobbin support 50, the frame 80, the guide roller 71, etc. provided for the bobbin 70A, and provided for the bobbins 70B, 70C, 70D. Description of the bobbin support 50, the frame 80, the guide rollers 71, etc., is omitted.
  • the winding table 34 is rotated in the direction of arrow R in FIG.
  • the power mechanism 32 is connected to the control unit 90, and rotation and stop are controlled based on a signal from the control unit 90.
  • the fiber bundle F guided from the fiber supply guide 75 to the liner 1 is wound around the outer peripheral surface 1S of the liner 1 while being rotated in the arrow R direction.
  • the fiber bundle F is supplied in the direction of the arrow FA, which is the downstream side in the rotation direction of the winding table 34.
  • the bobbin support part 50 that supports the bobbin 70A is rotatably supported with respect to the winding table 34, and is connected to a hysteresis brake 51 as a braking part.
  • a hysteresis brake 51 as a braking part.
  • the hysteresis brake 51 brakes the rotation of the bobbin 70A supported by the bobbin support 50.
  • the hysteresis brake 51 is connected to the bobbin support 50, and brakes the rotation of the bobbin 70A by braking the rotation of the bobbin support 50.
  • the hysteresis brake 51 is a kind of electromagnetic brake, and can increase or decrease the braking force by controlling to increase or decrease the exciting current supplied to the coil.
  • the control unit 90 is connected to each hysteresis brake 51.
  • the control unit 90 increases and decreases the braking force of the hysteresis brake 51 by individually controlling the excitation current supplied to each hysteresis brake 51.
  • the electric power required for the hysteresis brake 51 may be supplied from the outside of the winding table 34, or a battery may be mounted on the winding table 34 and supplied from this battery.
  • the four fiber bundles F from the bobbins 70 ⁇ / b> A, 70 ⁇ / b> B, 70 ⁇ / b> C, 70 ⁇ / b> D supported by the bobbin support part 50 are collected by the guide rollers 71, 72, 73, 74 and guided to the fiber supply guide 75.
  • the guide rollers 71, 72, 73, 74 are each supported by the frame 80.
  • the frame 80 includes a first frame 81 erected with respect to the winding table 34, a second frame 82 provided on the first frame 81, and a third frame 83.
  • the fiber bundle F from the bobbin 70A includes guide rollers 71B and 71C, guide rollers 72A and 72C, guide rollers 73A and 73C, guides. Guided to the fiber supply guide 75 via the rollers 74A and 74C and the guide roller 71A.
  • the fiber bundle F from the bobbin 70B is guided by the guide rollers 72B and 72C, and merges with the fiber bundle F from the upstream bobbin 70A by the guide roller 72C. Guided.
  • the fiber bundle F from the bobbin 70C is guided by the guide rollers 73B and 73C, and merges with the fiber bundle F from the upstream bobbins 70A and 70B by the guide roller 73C.
  • the fiber bundle F from the bobbin 70D is guided by the guide rollers 74B and 74C, and merges with the fiber bundle F from the upstream bobbins 70A, 70B, and 70C by the guide roller 74C, and the fibers from the bobbins 70A, 70B, and 70C are hereinafter referred to. It is guided to the fiber supply guide 75 together with the bundle F.
  • the fiber supply guide 75 supplies the bundled four fiber bundles F to the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • a slack eliminating portion 60 is provided in the middle of the path of the fiber bundle F from the bobbin 70A to the guide roller 71B.
  • the slack eliminating portion 60 absorbs the slack of the fiber bundle F drawn from the bobbin 70A.
  • the slack eliminating portion 60 is provided on the frame 80.
  • the slackness of the fiber bundle F is pulled out from the bobbin 70A, and when the winding speed V1 of the fiber bundle F wound around the outer peripheral surface 1S of the liner 1 is greatly changed or rapidly changed, the winding speed V1 of the fiber bundle F is This occurs when the rotation speed of the bobbin 70A cannot follow the change. For example, when the winding speed V1 of the fiber bundle F is suddenly decelerated, the bobbin 70A continues to rotate due to inertia, so that the fiber bundle F is unwound from the bobbin 70A and unwound. The speed V2 becomes larger than the winding speed V1 of the fiber bundle F, and the fiber bundle F is slackened.
  • the slack of the fiber bundle F is drawn from the bobbin 70A, and the fiber bundle F is unwound from the bobbin 70A by the winding speed V1 of the fiber bundle F wound around the outer peripheral surface 1S of the liner 1 and the rotation of the bobbin 70A. This is caused by the speed difference from the unwinding speed V2.
  • FIG. 4 is a side view of the slack eliminating portion 60.
  • the slack eliminating unit 60 includes a first roller 61, a second roller 62, a third roller 63, a fourth roller 64, and an arm 65.
  • the fiber bundle F is wound around the first roller 61, the second roller 62, the third roller 63, and the fourth roller 64 in this order.
  • the first roller 61 is a roller serving as a fulcrum of the fiber bundle F unwound from the bobbin 70 ⁇ / b> A, and is provided to be rotatable with respect to the first frame 81.
  • the fourth roller 64 is a roller that guides the fiber bundle F to the guide roller 71 ⁇ / b> B, and is provided to be rotatable with respect to the first frame 81.
  • the second roller 62 is a roller that guides the fiber bundle F between the first roller 61 and the fourth roller 64, and is provided to be rotatable with respect to the first frame 81.
  • the third roller 63 is a roller for increasing or decreasing the path length of the fiber bundle F between the second roller 62 and the fourth roller 64, and is provided to be rotatable with respect to the arm 65.
  • the arm 65 is provided on the first frame 81 so as to be swingable in the D1 direction and the D2 direction about the support shaft 66.
  • the support shaft 66 is provided with a torsion spring (not shown), and the third roller 63 provided on the arm 65 is urged away from the second roller 62 and the fourth roller 64.
  • the virtual plane on which the arm 65 swings is parallel to the rotation axis of the winding table 34. Thereby, the influence of the centrifugal force due to the rotation of the winding table 34 on the arm 65 is reduced.
  • the winding speed V1 of the fiber bundle F is the same as the unwinding speed V2 of the fiber bundle F to be unwound, or the winding speed V1 of the fiber bundle F is unraveled.
  • the unwinding speed V2 of the fiber bundle F is larger, the third roller 63 is pulled in a direction approaching the second roller 62 and the fourth roller 64. Therefore, the arm 65 rotates in the direction D ⁇ b> 1 against the urging force of the torsion spring, and the third roller 63 approaches the second roller 62 and the fourth roller 64. At the position where the third roller 63 approaches the second roller 62 and the fourth roller 64 to a predetermined distance, the arm 65 contacts the member that supports the first roller 61, and further approach is prevented.
  • the third roller 63 is moved to the arm 65. Due to the urging force of the torsion spring provided on the support shaft 66, the arm 65 rotates in the direction D ⁇ b> 2 and moves in a direction away from the second roller 62 and the fourth roller 64.
  • the arm 65 moves in the D2 direction before slackening occurs. Rotate to absorb slack and prevent tension from falling. Further, when the winding speed V1 of the fiber bundle F becomes larger than the unwinding speed V2 of the fiber bundle F to be unwound and the tension of the fiber bundle F rises, the arm 65 rotates in the direction D1, and the tension is increased. Prevent the rise. That is, the slack eliminating portion 60 can absorb the slack generated in the fiber bundle F within the swing range of the arm 65.
  • the detection unit 67 detects that the arm 65 has been rotated to a predetermined position and that the arm 65 has not been rotated to a predetermined position. That is, the detection unit 67 detects that the slack absorbed in the slack eliminating unit 60 is greater than or equal to a predetermined amount and that the slack absorbed in the slack eliminating unit 60 is less than a predetermined amount.
  • the detection unit 67 When the detection unit 67 detects that the slack absorbed by the slack removal unit 60 is greater than or equal to a predetermined amount by detecting the arm 65, the detection unit 67 transmits a detection signal to that effect to the control unit 90. In addition, when detecting that the slack absorbed by the slack eliminating unit 60 is less than a predetermined amount by not detecting the arm 65, the detecting unit 67 transmits a detection signal to that effect to the control unit 90.
  • a known sensor such as a photoelectric sensor can be used.
  • the electric power required for the detection unit 67 may be supplied from the outside of the winding table 34, or a battery may be mounted on the winding table 34 and supplied from this battery.
  • the control unit 90 increases the braking force of the hysteresis brake 51 based on the detection signal from the detection unit 67 when the detection unit 67 detects that the slack absorbed in the slack removal unit 60 is greater than or equal to a predetermined amount. .
  • the detection unit 67 detects this and the control unit 90 detects that fact. Send a signal.
  • the control unit 90 performs control to increase the braking force of the hysteresis brake 51.
  • the braking force is set to such a degree that the rotation of the bobbin 70A is stopped.
  • the braking force may be a braking force that reduces the rotation speed of the bobbin 70A but does not reach the stop.
  • the control unit 90 increases the braking force of the hysteresis brake 51 based on the detection signal from the detection unit 67. Decrease.
  • the detection unit 67 detects this and the control unit 90 detects that fact. Send a signal.
  • the control unit 90 receives this detection signal, it performs control to reduce the braking force of the hysteresis brake 51.
  • the braking force in this state is 0.
  • the braking force may not be set to 0, and a certain amount of braking force may be applied.
  • the liner 1 used in the present embodiment includes a cylindrical portion having a constant radius and dome portions provided at both ends of the cylindrical portion (see FIG. 1). And the liner 1 shall be mounted
  • the control unit 90 includes a hoop winding condition, that is, the moving speed of the hoop winding device 30 in each part of the liner 1, the rotation speed of the winding table 34 in each part of the liner 1, the number of times the hoop winding apparatus 30 is reciprocated, It is assumed that winding conditions such as a moving distance of the winding device 30 are input in advance by an operator.
  • the controller 90 controls the driving of the hoop winding device 30 based on the input winding conditions as follows.
  • the slack eliminating unit 60 operates independently, but since the content of the operation is common, the operation of the slack eliminating unit 60 provided for the bobbin 70A will be described.
  • the state immediately before starting the winding of the fiber bundle F by the hoop winding device 30 will be described.
  • the fiber bundle F is not in tension.
  • the arm 65 is in a state of being rotated in the direction D2 by the urging force of a torsion spring provided on the support shaft 66 (see FIG. 6).
  • step S101 When the winding of the fiber bundle F by the hoop winding device 30 is started (step S101), the detection unit 67 starts detection (step S102).
  • the fiber bundle F is wound by the hoop winding device 30, the fiber bundle F is hoop-wound around the outer peripheral surface 1S of the liner 1 by moving the winding table 34 in the horizontal direction in the figure while rotating.
  • the fiber bundle F is not yet in tension.
  • the arm 65 is in a state of being rotated in the direction D2 by the urging force of a torsion spring provided on the support shaft 66 (see FIG. 6). Therefore, the detection unit 67 detects the arm 65 (Yes in step S103).
  • the detection unit 67 detects the arm 65 (Yes in step S103), the tension of the fiber bundle F is reduced, and the arm 65 is rotated to a position detected by the detection unit 67.
  • the detection unit 67 detects that the slack absorbed in the slack removal unit 60 is equal to or greater than a predetermined amount, and transmits a detection signal to that effect to the control unit 90.
  • the control unit 90 increases the braking force of the hysteresis brake 51 to the maximum (step S104).
  • the detection unit 67 continues to detect the arm 65, and when the detection unit 67 detects the arm 65 (Yes in step S105), the tension of the fiber bundle F is still decreased, and the arm 65 is detected by the detection unit 67. It is in the state which exists in the position (refer FIG. 6). In this case, the detection unit 67 detects that the slack absorbed in the slack removal unit 60 is equal to or greater than a predetermined amount, and transmits a detection signal to that effect to the control unit 90. Based on the detection signal from the detector 67, the controller 90 continues to increase the braking force of the hysteresis brake 51 to the maximum (step S104).
  • the detection unit 67 continues to detect the arm 65, and when the detection unit 67 does not detect the arm 65 (No in step S105), the fiber bundle F is under a predetermined tension, and the arm 65 is detected by the detection unit. It exists in the position which is not detected by 67 (refer FIG. 5). In this case, the detection unit 67 detects that the slack absorbed by the slack eliminating unit 60 is less than a predetermined amount, and transmits a detection signal to that effect to the control unit 90. The control unit 90 reduces the braking force of the hysteresis brake 51 based on the detection signal from the detection unit 67 (step S106). The bobbin 70A starts to rotate, and the fiber bundle F is supplied to the liner 1.
  • step S107 it is determined whether or not the winding of the fiber bundle F by the hoop winding device 30 has been completed. If it is determined that the winding of the fiber bundle F has not been completed (No in step S107), step 103 is repeated. .
  • step 103 the detection unit 67 continues to detect the arm 65, and when the detection unit 67 no longer detects the arm 65 (No in step S103), a predetermined tension is applied to the fiber bundle F, and the arm 65 Is present at a position that is not detected by the detection unit 67 (see FIG. 5).
  • the detection unit 67 detects that the slack absorbed by the slack eliminating unit 60 is less than a predetermined amount, and transmits a detection signal to that effect to the control unit 90.
  • the control unit 90 sets the braking force of the hysteresis brake 51 to be reduced based on the detection signal from the detection unit 67.
  • step 103 to step 107 are repeated until it is determined in step 107 that the winding of the fiber bundle F by the hoop winding device 30 has been completed (Yes in step S107).
  • the arm 65 of the slack eliminating portion 60 repeats the states shown in FIGS.
  • the winding speed V1 of the fiber bundle F becomes smaller than the unwinding speed V2 of the fiber bundle F to be unwound and the tension of the fiber bundle F decreases
  • the arm 65 rotates in the direction D2 before slackening occurs. Absorbs slack and prevents tension from falling.
  • the arm 65 rotates to the position detected by the detection unit 67, the braking force of the hysteresis brake 51 is increased to the maximum, and the rotation of the bobbin 70A is stopped.
  • the fiber bundle F is supplied to the liner 1 by the arm 65 rotating in the direction D1, and therefore the hoop winding of the fiber bundle F is continued.
  • the winding speed V1 of the fiber bundle F becomes greater than the unwinding speed V2 of the fiber bundle F to be unwound and the tension of the fiber bundle F increases, the arm 65 rotates in the D1 direction.
  • the arm 65 rotates to a position where it is not detected by the detection unit 67, the braking force of the hysteresis brake 51 is reduced, the rotation of the bobbin 70A is started, and the fiber bundle F is supplied to the liner 1.
  • step S107 If it is determined in step 107 that the winding of the fiber bundle F by the hoop winding device 30 has been completed (Yes in step S107), the detection unit 67 ends the detection (step S108).
  • the FW device 100 according to the present embodiment described above has the following effects.
  • the hysteresis brake 51 increases the braking force that brakes the rotation of the bobbin 70A, and rotates the bobbin 70A. Stop.
  • the detection unit 67 detects that the slack absorbed by the slack eliminating unit 60 is less than a predetermined amount, the hysteresis brake 51 reduces the braking force that brakes the rotation of the bobbin 70A and stops the bobbin 70A. To release.
  • the controller 90 increases and decreases the braking force of the hysteresis brake 51 by controlling the excitation current supplied to the hysteresis brake 51.
  • the controller 90 increases and decreases the braking force of the hysteresis brake 51 by controlling the excitation current supplied to the hysteresis brake 51.
  • the hysteresis brake 51 is used as the braking unit, but the present invention is not limited to this. Any brake that can increase and decrease the braking force under the control of the control unit 90 can be used.
  • other known non-contact brakes such as electromagnetic brakes and contact brakes such as disk brakes can be used.
  • the slack eliminating unit 60 is configured to absorb the slack of the fiber bundle F by moving the third roller 63 with respect to the second roller 62 and the fourth roller 64 when the arm 65 swings.
  • the configuration of 60 is not limited to this.
  • the third roller 63 may be configured to move linearly.
  • the FW device 100 including the hoop winding device 30 and the helical winding device 40 has been described.
  • the present invention may be applied to a FW device dedicated to hoop winding.
  • the filament winding apparatus of the present invention prevents excessive unwinding of the fiber bundle due to fluctuations in the winding speed of the fiber bundle, prevents a decrease in the tension of the fiber bundle wound around the outer peripheral surface of the liner, and a decrease in the strength of the reinforcing layer. This is industrially useful.

Abstract

　繊維束の巻き付け速度が変動することによる繊維束の過剰な解舒を防止する。　フープ巻き装置３０を備えるフィラメントワインディング装置１００であって、フープ巻き装置３０は、巻き掛けテーブル３４と、ボビン支持部５０と、制動部５１と、弛み取り部６０と、検知部６７と、制御部９０とを備える。弛み取り部６０は、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１と、繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２との速度差による弛みを吸収する。検知部６７は、弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量以上であるか、所定量未満であるかを検知する。制御部９０は、弛みが所定量以上であることを検知した検知部６７からの検知信号に基づいて、ボビン７０Ａの回転を制動する制動部５１の制動力を増大させ、弛みが所定量未満であることを検知した検知部５１からの検知信号に基づいて、ボビン７０Ａの回転を制動する制動部５１の制動力を減少させる。

Description

フィラメントワインディング装置
　本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。
　フープ巻き装置とヘリカル巻き装置とを具備し、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補強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）。
　フープ巻き装置は、ライナーの中心軸回りに回転する巻き掛けテーブルを有している。巻き掛けテーブルにはボビンが回転自在に取り付けられている。繊維束の端部をライナーに固定し、巻き掛けテーブルがライナーの中心軸回りに回転することにより、繊維束はライナーの外周面に巻き付けられる。ボビンは繊維束がライナーに向けて引き出されることで回転する。
特開２０１０－３６４６１号公報
　ところで、フープ巻きにおける巻き掛けテーブルの回転速度は一定ではない。ボビンからライナーに向けて引き出され、ライナーに巻き付けられる繊維束の速度（巻き付け速度）も一定ではない。例えばライナーの端部においてフープ巻きの巻き付け方向を反転させる場合には、端部付近でフープ巻き装置の移動速度を減速させるとともに巻き掛けテーブルの回転速度を一旦減速させる。フープ巻き装置の移動方向を反転させた後は、巻き掛けテーブルの回転速度を元の速度まで増速させる。このように、フープ巻きにおいては、巻き掛けテーブルの回転速度が大きく変動したり、変動量は小さくとも、急激に変動する場合がある。これに伴ない、ボビンから引き出される繊維束の速度である巻き付け速度も大きく変動したり、急激に変動する場合がある。
　一方、ボビンは繊維束が引き出されることによって回転しているため、巻き付け速度が変動するとボビンの回転速度は巻き付け速度に追従して変動する。しかしながら、ボビンには慣性が作用するため、巻き付け速度が大きく変動したり、急激に変動した場合に、ボビンの回転速度が繊維束の巻き付け速度の変化に追従できない場合がある。繊維束の巻き付け速度が急に減速した場合には、ボビンは慣性で回転し続けるため、繊維束がボビンから過剰に繰り出され、繊維束に弛みが生じるという問題がある。
　つまり、ボビンからライナーに向けて引き出され、ライナーに巻き付けられる繊維束の速度（巻き付け速度）と、ボビンの回転によりボビンから繰り出され、解舒される繊維束の速度（解舒速度）が一致している場合には、繊維束に弛みは生じず、所定の張力が掛けられた状態でライナーに繊維束が巻き付けられる。しかしながら、繊維束の巻き付け速度より、ボビンから繰り出される繊維束の解舒速度のほうが大きい場合には、速度差により繊維束に弛みが生じ、その結果、ライナーの外周面に巻き付ける繊維束の張力が低下し、補強層の強度低下につながるという問題がある。
　また、繊維束の過剰な繰り出しを防止するため、例えばボビンの回転を制御するサーボモータを巻き掛けテーブルに設け、サーボモータを巻き掛けテーブルの外部から電気的に制御し、ボビンを繊維束の巻き付け速度に合わせて積極的に回転させることが考えられる。しかしながら、ボビンが取り付けられる巻き掛けテーブルは、それ自体が回転するものである。巻き掛けテーブルの外部からサーボモータに制御信号を送信するための多数の電極を設けることや、モータを駆動させる電力を供給することは構造が複雑になり容易ではない。
　本発明は、上記課題を解決すべくなされたものである。本発明の第１の目的は、繊維束の巻き付け速度が変動することによる繊維束の過剰な解舒を防止し、ライナーの外周面に巻き付ける繊維束の張力の低下、及び補強層の強度低下を防止す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。本発明の第２の目的は、ボビンの回転を制御するために、巻き掛けテーブルに多数の電極を設けたり、大きな電力を供給する必要のない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、フープ巻き装置で繊維束をライナー表面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、フープ巻き装置は、巻き掛けテーブルと、ボビン支持部と、制動部と、弛み取り部と、検知部と、制御部と、を備える。巻き掛けテーブルは、ライナーの中心軸回りに回転する。ボビン支持部は、巻き掛けテーブルに設けられ、繊維束のボビンを支持する。制動部は、ボビン支持部に支持されるボビンの回転を制動する。弛み取り部は、ボビンから引き出され、ライナー表面に巻き付けられる繊維束の巻き付け速度と、ボビンの回転によりボビンから解舒される繊維束の解舒速度と、の速度差による弛みを吸収する。検知部は、弛み取り部において吸収された弛みが所定量以上であること、及び、弛み取り部において吸収された弛みが所定量未満であること、を検知する。制御部は、弛み取り部において吸収された弛みが所定量以上であることを検知した検知部からの検知信号に基づいて、制動部の制動力を増大させ、弛み取り部において吸収された弛みが所定量未満であることを検知した検知部からの検知信号に基づいて、制動部の制動力を減少させる。
　第２の発明は、第１の発明であって、検知部が繊維束の過剰な解舒を検知した場合、制御部は、制動部の制動力を増大させ、制動部は、ボビンの回転を停止させ、検知部が繊維束の過剰な解舒が解消したことを検知した場合、制御部は、制動部の制動力を減少させ、制動部は、ボビンの回転の停止を解除させる。
　第３の発明は、第１又は第２のいずれかの発明であって、制動部は、ヒステリシスブレーキを含んでおり、制御部は、ヒステリシスブレーキに供給する励磁電流を制御することにより、ヒステリシスブレーキの制動力を増大及び減少させる。
　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、弛み取り部において吸収された弛みが所定量以上であることを検知した場合には、ボビンの回転を制動する制動力を増大させる。弛み取り部において吸収された弛みが所定量未満であることを検知した場合には、ボビンの回転を制動する制動力を減少させる。これにより、繊維束の巻き付け速度が変動することによる繊維束の過剰な解舒を防止し、ライナーの外周面に巻き付ける繊維束の張力の低下、及び補強層の強度低下を防止することができる。
　第２の発明によれば、検知部が繊維束の過剰な解舒を検知した場合、制御部は、制動部の制動力を増大させ、制動部は、ボビンの回転を停止させる。検知部が繊維束の過剰な解舒が解消したことを検知した場合、制御部は、制動部の制動力を減少させ、制動部は、ボビンの回転の停止を解除させる。これにより、繊維束の巻き付け速度が変動することによる繊維束の過剰な解舒を確実に防止し、ライナーの外周面に巻き付ける繊維束の張力の低下、及び補強層の強度低下を防止することができる。
　第３の発明によれば、制御部は、ヒステリシスブレーキに供給する励磁電流を制御することにより、ヒステリシスブレーキの制動力を増大及び減少させる。励磁電流の制御により、ボビンの回転を制御するために、巻き掛けテーブルに多数の電極を設けたり、大きな電力を供給する必要がない。
実施例１に係るＦＷ装置１００の側面図。 フープ巻き装置３０の側面図。 フープ巻き装置３０の正面図。 弛み取り部６０の側面図。 弛み取り部６０の側面図。 弛み取り部６０の側面図。 フープ巻きにおけるフープ巻き装置３０の動作の流れを示す図。
　次に、発明の実施の形態について図を用いて説明する。
　まず、図１を用いて、本発明の実施例１に係るフィラメントワインディング装置１００の全体構成について説明する。以下ではフィラメントワインディング装置１００をＦＷ装置１００と省略して説明する。
　図１は、ＦＷ装置１００を示した側面図である。図１はフープ巻き装置３０が巻き付け位置にある状態を示す。ＦＷ装置１００は、フープ巻き装置３０によるフープ巻きとヘリカル巻き装置４０によるヘリカル巻きとをライナー１に対して交互に繰り返し行うことにより、ライナー１の周囲に樹脂を含浸させた繊維束Ｆを巻き付けていく装置である。
　図１に示す矢印Ａ、Ｂは、ＦＷ装置１００の前後方向と、ヘリカル巻きにおけるライナー１の移送方向を示している。ヘリカル巻きではライナー１をＦＷ装置１００の前後方向に往復動させるため、ライナー１は矢印Ａの方向に移送される場合と、矢印Ｂの方向に移送される場合とがある。
　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は、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。尚、以下の説明では、ライナー１は、繊維束Ｆを巻き付ける前の状態と、繊維束Ｆを巻き付けている途中の状態の両方を意味するものとする。例えば、ライナー１の外周面１Ｓとは、巻き付けられた繊維束Ｆの表面であることも意味する。
　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９０で構成される。主基台１０は、ＦＷ装置１００の基礎を構成する。主基台１０の上部には、ライナー移送装置用レール１１が設けられる。ライナー移送装置用レール１１には、ライナー移送装置２０が載置される。主基台１０の上部には、ライナー移送装置用レール１１に対して平行にフープ巻き装置用レール１２が設けられる。フープ巻き装置用レール１２には、フープ巻き装置３０が載置される。このような構成により、主基台１０に対してライナー移送装置２０ならびにフープ巻き装置３０を移動させることが可能である。ヘリカル巻き装置４０は主基台１０に固定される。
　ライナー移送装置２０は、ＦＷ装置１００の前後方向に沿う方向の回転軸を中心としてライナー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を移送する装置である。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。ライナー移送装置２０の駆動は制御部９０により制御される。
　基台２１は、一対のライナー支持部２２を備えている。ライナー支持部２２は、それぞれライナー支持フレーム２３と支持軸２４を備える。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ている。支持軸２４はライナー支持フレーム２３からＦＷ装置１００の前後方向に沿って延設されている。支持軸２４は図示しない動力機構によって軸回りの一方向に回転される。支持軸２４はライナー１の両端を支持し、ライナー１を回転させる。このような構成により、ライナー移送装置２０は、支持軸２４を回転軸としてライナー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。
　フープ巻き装置３０は、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆをフープ巻きする装置である。フープ巻きでは、ライナー１の中心軸に対する繊維束Ｆの巻き付け角度が略９０度となるように繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに巻き付けていく。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。フープ巻き装置３０の駆動は制御部９０により制御される。
　基台３１には、動力機構３２と、フープ巻き掛け装置３３が設けられる。フープ巻き掛け装置３３は、巻き掛けテーブル３４を備えている。巻き掛けテーブル３４は、中央にライナー１を挿通する空間が設けられ、その空間の周囲にボビン７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄが配置されている（図３参照。）。繊維束Ｆはボビン７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄからライナー１の外周面１Ｓに供給される。動力機構３２はフープ巻き掛け装置３３をライナー１の中心軸回りに回転させる。尚、ボビン７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄとして、紙管に繊維束Ｆを巻き付けて貯溜したものを用いている。
　フープ巻きでは、ライナー１の位置は固定し、フープ巻き装置３０をライナー１の中心軸方向に沿って往復動させつつ、フープ巻き掛け装置３３をライナー１の中心軸回りに回転させる。これによりフープ巻きが行われる。尚、フープ巻き装置３０の移動速度や巻き掛けテーブル３４の回転速度を調節することによって、繊維束Ｆの巻き付け態様を自在に変更可能である。フープ巻き装置３０については後に詳細に説明する。
　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をヘリカル巻きする装置である。ヘリカル巻きでは、繊維束Ｆの巻き付け角度が所定の値（例えば、０～６０度）となるように繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに巻き付けていく。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。ヘリカル巻き装置４０の駆動は制御部９０により制御される。
　基台４１には、ヘリカル巻き掛け装置４２が設けられる。ヘリカル巻き掛け装置４２は、第１ヘリカルヘッド４３と、第２ヘリカルヘッド４４を備えている。第１ヘリカルヘッド４３及び第２ヘリカルヘッド４４には、図示しない複数のボビンから繊維束Ｆが供給され、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆが導かれる。
　ヘリカル巻きでは、ヘリカル巻き装置４０は固定されており、ライナー移送装置２０によりライナー１が回転しながら回転軸方向に移送される。これにより、ヘリカル巻きが行われる。尚、ライナー１の移送速度や回転速度を調節することによって、繊維束Ｆの巻き付け態様を自在に変更可能である。
　次に、本発明の特徴部分であるフープ巻き装置３０について、詳しく説明する。図２は、フープ巻き装置３０の側面図、図３はフープ巻き装置３０の正面図を示している。
　図２、図３に示すように、フープ巻き装置３０の巻き掛けテーブル３４には、ボビン支持部５０、ボビン７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ、フレーム８０、ガイドローラ７１、７２、７３、７４、弛み取り部６０、及び検知部６７が４組配置されている。各ボビン７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ毎に設けられているボビン支持部５０、フレーム８０、ガイドローラ７１、７２、７３、７４・・・は略同様の構成である。従って、各組に共通する構成については、主にボビン７０Ａに対して設けられているボビン支持部５０、フレーム８０、ガイドローラ７１・・・について説明し、ボビン７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄに対して設けられているボビン支持部５０、フレーム８０、ガイドローラ７１・・・については説明を省略する。
　巻き掛けテーブル３４は動力機構３２により、図３において矢印Ｒ方向に回転する。動力機構３２は、制御部９０に接続されており、制御部９０からの信号に基づいて、回転及び停止が制御される。繊維供給ガイド７５からライナー１へ導かれる繊維束Ｆは、矢印Ｒ方向に回転されながら、ライナー１の外周面１Ｓに巻き付けられる。繊維束Ｆは巻き掛けテーブル３４の回転方向の下流側である矢印ＦＡ方向に供給される。
　ボビン７０Ａを支持するボビン支持部５０は、巻き掛けテーブル３４に対して回転自在に支持されており、制動部としてのヒステリシスブレーキ５１に連結されている。ボビン７０Ａがボビン支持部５０に支持された状態で繊維束Ｆが引かれることにより、ボビン７０Ａが回転し、繊維束Ｆが引き出される。
　ヒステリシスブレーキ５１は、ボビン支持部５０に支持されるボビン７０Ａの回転を制動するものである。ヒステリシスブレーキ５１はボビン支持部５０に連結されており、ボビン支持部５０の回転を制動することによりボビン７０Ａの回転を制動する。ヒステリシスブレーキ５１は、電磁ブレーキの一種であり、コイルに供給する励磁電流を増減する制御によって制動力を増減することができる。制御部９０は、各ヒステリシスブレーキ５１に接続されている。制御部９０は、各ヒステリシスブレーキ５１に供給する励磁電流を個別に制御することにより、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を増大及び減少させる。ヒステリシスブレーキ５１に必要な電力は、巻き掛けテーブル３４の外部から供給してもよく、巻き掛けテーブル３４にバッテリーを搭載し、このバッテリーから供給してもよい。
　ボビン支持部５０に支持されたボビン７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄからの４本の繊維束Ｆは、ガイドローラ７１、７２、７３、７４でまとめられて繊維供給ガイド７５に案内される。ガイドローラ７１、７２、７３、７４はそれぞれ、フレーム８０に支持される。フレーム８０は、巻き掛けテーブル３４に対して立設される第１フレーム８１と、第１フレーム８１に設けられる第２フレーム８２、及び第３フレーム８３から構成される。
　繊維束Ｆが案内される経路を具体的に説明すると、図２に示すように、ボビン７０Ａからの繊維束Ｆは、ガイドローラ７１Ｂ、７１Ｃ、ガイドローラ７２Ａ、７２Ｃ、ガイドローラ７３Ａ、７３Ｃ、ガイドローラ７４Ａ、７４Ｃ、ガイドローラ７１Ａを介して繊維供給ガイド７５に案内される。ボビン７０Ｂからの繊維束Ｆは、ガイドローラ７２Ｂ、７２Ｃに案内され、ガイドローラ７２Ｃで上流側のボビン７０Ａからの繊維束Ｆと合流し、以下ボビン７０Ａからの繊維束Ｆと共に繊維供給ガイド７５に案内される。ボビン７０Ｃからの繊維束Ｆは、ガイドローラ７３Ｂ、７３Ｃに案内され、ガイドローラ７３Ｃで上流側のボビン７０Ａ、７０Ｂからの繊維束Ｆと合流し、以下ボビン７０Ａ、７０Ｂからの繊維束Ｆと共に繊維供給ガイド７５に案内される。ボビン７０Ｄからの繊維束Ｆは、ガイドローラ７４Ｂ、７４Ｃに案内され、ガイドローラ７４Ｃで上流側のボビン７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃからの繊維束Ｆと合流し、以下ボビン７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃからの繊維束Ｆと共に繊維供給ガイド７５に案内される。繊維供給ガイド７５は、まとめられた４本の繊維束Ｆをライナー１の外周面１Ｓに供給する。
　ボビン７０Ａからガイドローラ７１Ｂに至る繊維束Ｆの経路の途中には、弛み取り部６０が設けられている。弛み取り部６０は、ボビン７０Ａから引き出される繊維束Ｆの弛みを吸収するものである。弛み取り部６０は、フレーム８０に設けられている。
　繊維束Ｆの弛みは、ボビン７０Ａから引き出され、ライナー１の外周面１Ｓに巻き付けられる繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１が大きく変動したり、急激に変動した場合において、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１の変化にボビン７０Ａの回転速度が追従できない場合に生じる。例えば、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１が急に減速した場合には、ボビン７０Ａは慣性で回転し続けるため、繊維束Ｆがボビン７０Ａから過剰に繰り出され、解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２は、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１より大きくなり、繊維束Ｆに弛みが発生する。このように、繊維束Ｆの弛みは、ボビン７０Ａから引き出され、ライナー１の外周面１Ｓに巻き付けられる繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１と、ボビン７０Ａの回転によりボビン７０Ａから解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２との速度差により生じる。
　弛み取り部６０について詳しく説明する。図４は弛み取り部６０の側面図である。図４に示すように、弛み取り部６０は、第１ローラ６１、第２ローラ６２、第３ローラ６３、第４ローラ６４、及びアーム６５、を備えている。繊維束Ｆは、第１ローラ６１、第２ローラ６２、第３ローラ６３、及び第４ローラ６４の順に掛け回される。第１ローラ６１は、ボビン７０Ａから解舒される繊維束Ｆの支点となるローラであり、第１フレーム８１に対して回転自在に設けられている。第４ローラ６４は、繊維束Ｆをガイドローラ７１Ｂに案内するローラであり、第１フレーム８１に対して回転自在に設けられている。第２ローラ６２は、第１ローラ６１と第４ローラ６４の間で繊維束Ｆを案内するローラであり、第１フレーム８１に対して回転自在に設けられている。
　第３ローラ６３は、第２ローラ６２及び第４ローラ６４の間で繊維束Ｆの経路長を増減させるためのローラであり、アーム６５に対して回転自在に設けられている。アーム６５は支軸６６を中心にＤ１方向とＤ２方向に揺動自在となるように第１フレーム８１に設けられている。支軸６６にはトーションバネ（図示せず）が設けられており、アーム６５に設けた第３ローラ６３が、第２ローラ６２及び第４ローラ６４から離れる方向に付勢されている。尚、アーム６５が揺動する仮想平面は、巻き掛けテーブル３４の回転軸に平行になるようにしている。これにより、アーム６５に及ぼす巻き掛けテーブル３４の回転による遠心力の影響を小さくしている。
　繊維束Ｆに所定の張力が加わっている場合、つまり、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１と解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２とが同一、あるいは繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１が解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２より大きい場合には、第３ローラ６３は、第２ローラ６２及び第４ローラ６４に接近する方向に引っ張られる。このため、アーム６５はトーションバネの付勢力に抗してＤ１方向に回動し、第３ローラ６３は、第２ローラ６２及び第４ローラ６４に接近する。第３ローラ６３が第２ローラ６２及び第４ローラ６４に所定の距離まで近づいた位置で、アーム６５は第１ローラ６１を支持する部材に当接し、それ以上の接近が阻止される。
　一方、繊維束Ｆの張力が低下している場合、つまり、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１が解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２より小さい場合には、第３ローラ６３は、アーム６５の支軸６６に設けられたトーションバネの付勢力により、アーム６５がＤ２方向に回動し、第２ローラ６２及び第４ローラ６４に対して離隔する方向に移動する。
　このように、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１が解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２より小さくなり、繊維束Ｆの張力が低下してくると、弛みが生じる前にアーム６５がＤ２方向に回動して弛みを吸収し、張力が低下するのを防止する。また、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１が解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２より大きくなり、繊維束Ｆの張力が上昇してくると、アーム６５がＤ１方向に回動して、張力が上昇するのを防止する。つまり、弛み取り部６０は、繊維束Ｆに発生する弛みをアーム６５の揺動範囲内で吸収することができる。
　検知部６７は、アーム６５が所定の位置まで回動していること、及び、アーム６５が所定の位置まで回動していないことを検知するものである。つまり、検知部６７は、弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量以上であること、及び、弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量未満であること、を検知するものである。
　検知部６７は、アーム６５を検知することで弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量以上であることを検知した場合、制御部９０にその旨の検知信号を送信する。また、検知部６７は、アーム６５を検知しないことで弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量未満であることを検知した場合、制御部９０にその旨の検知信号を送信する。検知部６７としては、光電センサー等の公知のセンサーを用いることができる。検知部６７に必要な電力は、巻き掛けテーブル３４の外部から供給してもよく、巻き掛けテーブル３４にバッテリーを搭載し、このバッテリーから供給してもよい。
　制御部９０は、検知部６７が弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量以上であることを検知した場合、検知部６７からの検知信号に基づいて、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を増大させる。
　具体的には、繊維束Ｆの張力が低下し、アーム６５が検知部６７によって検知される位置まで回動している場合、検知部６７はこれを検知し、制御部９０にその旨の検知信号を送信する。制御部９０はこの検知信号を受信すると、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を増大させる制御を行う。制動力は、ボビン７０Ａの回転を停止させる程度の制動力とする。尚、制動力は、ボビン７０Ａの回転数を低下させるが停止させるまでには至らない程度の制動力であってもよい。
　一方、制御部９０は、検知部６７が弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量未満であることを検知した場合、検知部６７からの検知信号に基づいて、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を減少させる。
　具体的には、繊維束Ｆの張力が上昇し、アーム６５が検知部６７によって検知されなくなる位置まで回動している場合、検知部６７はこれを検知し、制御部９０にその旨の検知信号を送信する。制御部９０はこの検知信号を受信すると、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を減少させる制御を行う。この状態での制動力は０とする。尚、制動力を０とせず、ある程度の制動力を掛けた状態としてもよい。
　次に、上記構成のＦＷ装置１００のフープ巻きにおけるフープ巻き装置３０の動作の流れについて、図４から図７に従って説明する。本実施例で使用するライナー１は、半径が一定の筒状部と、筒状部の両端部に設けられるドーム部を備えているものとする（図１参照。）。そして、ライナー１はライナー移送装置２０に装着され、フープ巻きが行われるものとする。制御部９０には、フープ巻きの巻き付け条件、すなわち、ライナー１の各部におけるフープ巻き装置３０の移動速度、ライナー１の各部における巻き掛けテーブル３４の回転速度、フープ巻き装置３０を往復する回数、フープ巻き装置３０の移動距離等の巻き付け条件が予め作業者により入力されているものとする。制御部９０は、入力された巻き付け条件に基づいてフープ巻き装置３０の駆動を以下のように制御する。尚、以下では、弛み取り部６０はそれぞれ独立して動作するが、動作の内容は共通であるため、ボビン７０Ａに対して設けられている弛み取り部６０の動作について説明する。
　まず、フープ巻き装置３０による繊維束Ｆの巻き付けを開始する直前の状態を説明する。この状態では、繊維束Ｆには張力が掛かっていない状態である。アーム６５は、支軸６６に設けられたトーションバネの付勢力によりＤ２方向に回動した状態である（図６参照。）。
　フープ巻き装置３０による繊維束Ｆの巻き付けを開始すると（ステップＳ１０１）、検知部６７は検知を開始する（ステップＳ１０２）。フープ巻き装置３０による繊維束Ｆの巻き付けは、巻き掛けテーブル３４を回転させながら図示左右方向に移動することによって、ライナー１の外周面１Ｓに繊維束Ｆをフープ巻きしていく。
　フープ巻き装置３０による繊維束Ｆの巻き付けを開始した直後の状態では、繊維束Ｆにはまだ張力が掛かっていない状態である。アーム６５は、支軸６６に設けられたトーションバネの付勢力によりＤ２方向に回動した状態である（図６参照。）。従って、検知部６７はアーム６５を検知する（ステップＳ１０３においてＹｅｓ）。
　検知部６７がアーム６５を検知する場合は（ステップＳ１０３においてＹｅｓ）、繊維束Ｆの張力が低下しており、アーム６５は検知部６７によって検知される位置まで回動している。この場合、検知部６７は、弛み取り部６０において吸収されている弛みが所定量以上であることを検知していることとなり、その旨の検知信号を制御部９０に送信する。制御部９０は、検知部６７からの検知信号に基づいて、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を最大まで増大させる（ステップＳ１０４）。
　ヒステリシスブレーキ５１の制動力を最大まで増大させると、ボビン７０Ａの回動は停止した状態となる。この状態では、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１は、解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２（＝０）より大きいため、第３ローラ６３は、第２ローラ６２及び第４ローラ６４に接近する方向に引っ張られる。このため、アーム６５はトーションバネの付勢力に抗してＤ１方向に回動し始め、第３ローラ６３は、第２ローラ６２及び第４ローラ６４に接近していく。ボビン７０Ａの回動が停止した状態であっても、アーム６５が回動することによって繊維束Ｆはライナー１に供給されるため、繊維束Ｆのフープ巻きは可能である。
　検知部６７はアーム６５の検知を継続し、検知部６７がアーム６５を検知する場合は（ステップＳ１０５においてＹｅｓ）、まだ繊維束Ｆの張力が低下しており、アーム６５が検知部６７によって検知される位置にある状態である（図６参照。）。この場合、検知部６７は、弛み取り部６０において吸収されている弛みが所定量以上であることを検知していることとなり、その旨の検知信号を制御部９０に送信する。制御部９０は、検知部６７からの検知信号に基づいて、引き続きヒステリシスブレーキ５１の制動力を最大まで増大させた状態とする（ステップＳ１０４）。
　検知部６７は、アーム６５の検知を継続し、検知部６７がアーム６５を検知しなくなった場合は（ステップＳ１０５においてＮｏ）、繊維束Ｆに所定の張力が掛かっており、アーム６５が検知部６７によって検知されない位置に存在している状態である（図５参照。）。この場合、検知部６７は、弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量未満であることを検知していることとなり、その旨の検知信号を制御部９０に送信する。制御部９０は、検知部６７からの検知信号に基づいて、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を減少させる（ステップＳ１０６）。ボビン７０Ａの回動が開始され、繊維束Ｆはライナー１に供給される。
　ステップＳ１０７において、フープ巻き装置３０による繊維束Ｆの巻き付けが終了したかどうかが判断され、繊維束Ｆの巻き付けが終了していないと判定されると（ステップＳ１０７においてＮｏ）、ステップ１０３が繰り返される。
　ステップ１０３において、検知部６７はアーム６５の検知を継続し、検知部６７がアーム６５を検知しなくなった場合（ステップＳ１０３においてＮｏ）は、繊維束Ｆに所定の張力が掛かっており、アーム６５が検知部６７によって検知されない位置に存在している状態である（図５参照。）。この場合、検知部６７は、弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量未満であることを検知していることとなり、その旨の検知信号を制御部９０に送信する。制御部９０は、検知部６７からの検知信号に基づいて、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を減少させた状態とする。以下、ステップ１０７において、フープ巻き装置３０による繊維束Ｆの巻き付けが終了したと判定されるまで（ステップＳ１０７においてＹｅｓ）、ステップ１０３からステップ１０７が繰り返される。
　このように、弛み取り部６０のアーム６５は、図４、図５、図６の状態を繰り返す。繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１が解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２より小さくなり、繊維束Ｆの張力が低下してくると、弛みが生じる前にアーム６５がＤ２方向に回動して弛みを吸収し、張力が低下するのを防止する。アーム６５が検知部６７によって検知される位置まで回動すると、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を最大まで増大させ、ボビン７０Ａの回動を停止させる。ボビン７０Ａの回動が停止した状態では、アーム６５がＤ１方向に回動することによって繊維束Ｆはライナー１に供給されるため、繊維束Ｆのフープ巻きは続行される。繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１が解舒される繊維束Ｆの解舒速度Ｖ２より大きくなり、繊維束Ｆの張力が上昇してくると、アーム６５がＤ１方向に回動する。アーム６５が検知部６７によって検知されない位置まで回動すると、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を減少させ、ボビン７０Ａの回動が開始され、繊維束Ｆはライナー１に供給される。
　ステップ１０７において、フープ巻き装置３０による繊維束Ｆの巻き付けが終了したと判定されると（ステップＳ１０７においてＹｅｓ）、検知部６７は検知を終了する（ステップＳ１０８）。
　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。
　弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量以上であることを検知部６７が検知した場合には、ヒステリシスブレーキ５１は、ボビン７０Ａの回転を制動する制動力を増大させ、ボビン７０Ａの回転を停止する。弛み取り部６０において吸収された弛みが所定量未満であることを検知部６７が検知した場合には、ヒステリシスブレーキ５１は、ボビン７０Ａの回転を制動する制動力を減少させ、ボビン７０Ａの停止を解除する。これにより、繊維束Ｆの巻き付け速度Ｖ１が変動することによる、ボビン７０Ａからの繊維束Ｆの過剰な解舒を防止し、ライナー１の外周面１Ｓに巻き付ける繊維束Ｆの張力の低下、及び補強層の強度低下を確実に防止することができる。
　制御部９０は、ヒステリシスブレーキ５１に供給する励磁電流を制御することにより、ヒステリシスブレーキ５１の制動力を増大及び減少させる。励磁電流の制御により、ボビン７０Ａの回転を制御するために、巻き掛けテーブル３４に多数の電極を設けたり、大きな電力を供給する必要がない。
　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。本実施例では制動部としてヒステリシスブレーキ５１を用いたが、これに限定されない。制御部９０からの制御により、制動力を増大及び減少させることができるブレーキであれば用いることができる。例えば、他の公知の電磁ブレーキ等の非接触ブレーキや、ディスクブレーキ等の接触ブレーキを用いることができる。
　弛み取り部６０は、アーム６５が揺動することにより第２ローラ６２及び第４ローラ６４に対して第３ローラ６３が移動し、繊維束Ｆの弛みを吸収する構成としたが、弛み取り部６０の構成はこれに限定されない。例えば、第３ローラ６３が直線的に移動する構成としてもよい。
　本実施例では、フープ巻き装置３０とヘリカル巻き装置４０とを備えたＦＷ装置１００について説明したが、フープ巻き専用のＦＷ装置に本発明を適用してもよい。
　本発明のフィラメントワインディング装置は、繊維束の巻き付け速度が変動することによる繊維束の過剰な解舒を防止し、ライナーの外周面に巻き付ける繊維束の張力の低下、及び補強層の強度低下を防止することができるため、産業上有用である。
　１　　　　　　　　ライナー
　１Ｓ　　　　　　　外周面
　１０　　　　　　　主基台
　１１　　　　　　　ライナー移送装置用レール
　１２　　　　　　　フープ巻き装置用レール
　２０　　　　　　　ライナー移送装置
　２１　　　　　　　基台
　２２　　　　　　　ライナー支持部
　２３　　　　　　　ライナー支持フレーム
　２４　　　　　　　支持軸
　３０　　　　　　　フープ巻き装置
　３１　　　　　　　基台
　３２　　　　　　　動力機構
　３３　　　　　　　フープ巻き掛け装置
　３４　　　　　　　巻き掛けテーブル
　４０　　　　　　　ヘリカル巻き装置
　４１　　　　　　　基台
　４２　　　　　　　ヘリカル巻き掛け装置
　４３　　　　　　　第１ヘリカルヘッド
　４４　　　　　　　第２ヘリカルヘッド
　５０　　　　　　　ボビン支持部
　５１　　　　　　　ヒステリシスブレーキ
　６０　　　　　　　弛み取り部
　６１　　　　　　　第１ローラ
　６２　　　　　　　第２ローラ
　６３　　　　　　　第３ローラ
　６４　　　　　　　第４ローラ
　６５　　　　　　　アーム
　６６　　　　　　　支軸
　６７　　　　　　　検知部
　７０Ａ　　　　　　ボビン
　７１　　　　　　　ガイドローラ
　７５　　　　　　　繊維供給ガイド
　８０　　　　　　　フレーム
　８１　　　　　　　第１フレーム
　８２　　　　　　　第２フレーム
　８３　　　　　　　第３フレーム
　９０　　　　　　　制御部
　１００　　　　　　ＦＷ装置

Claims (3)

  1. 　フープ巻き装置で繊維束をライナー表面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、
    　前記フープ巻き装置は、
    　前記ライナーの中心軸回りに回転する巻き掛けテーブルと、
    　前記巻き掛けテーブルに設けられ、繊維束のボビンを支持するボビン支持部と、
    　前記ボビン支持部に支持される前記ボビンの回転を制動する制動部と、
    　前記ボビンから引き出され、前記ライナー表面に巻き付けられる繊維束の巻き付け速度と、前記ボビンの回転により前記ボビンから解舒される繊維束の解舒速度と、の速度差による弛みを吸収する弛み取り部と、
    　前記弛み取り部において吸収された弛みが所定量以上であること、及び、前記弛み取り部において吸収された弛みが所定量未満であること、を検知する検知部と、
    　前記弛み取り部において吸収された弛みが所定量以上であることを検知した前記検知部からの検知信号に基づいて、前記制動部の制動力を増大させ、前記弛み取り部において吸収された弛みが所定量未満であることを検知した前記検知部からの検知信号に基づいて、前記制動部の制動力を減少させる制御部と、
    　を備えた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、
    　前記検知部が前記繊維束の過剰な解舒を検知した場合、前記制御部は、前記制動部の制動力を増大させ、前記制動部は、前記ボビンの回転を停止させ、
    　前記検知部が前記繊維束の過剰な解舒が解消したことを検知した場合、前記制御部は、前記制動部の制動力を減少させ、前記制動部は、前記ボビンの回転の停止を解除させる、
    　ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
  3. 　請求項１又は２のいずれか１項に記載のフィラメントワインディング装置であって、
    　前記制動部は、ヒステリシスブレーキを含んでおり、
    　前記制御部は、前記ヒステリシスブレーキに供給する励磁電流を制御することにより、前記ヒステリシスブレーキの制動力を増大及び減少させる、
    　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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