(57)【要約】【課題】曲がっている芯材への繊維束の０°巻き及び巻付後の繊維束の巻締めを円滑に行う。【解決手段】フィラメントワインディング装置で芯材１０の表面に繊維束を供給する供給装置は、移動部２０と、小径整列案内部１５３と、巻締繊維ボビン支持部１６２と、巻付ガイド１６４と、を備える。移動部２０は、芯材１０に対して前後方向に相対移動可能であり、左右方向に移動可能であり、上下方向の回転軸Ａ１を中心として回転可能である。小径整列案内部１５３は、移動部２０に配置され、芯材１０が通過可能な開口部６０が形成され、複数の繊維束が芯材１０の周方向に並ぶように芯材１０の外周面に案内する。巻締繊維ボビン支持部１６２は、移動部２０に配置され、開口部６０の中心まわりに回転する。巻付ガイド１６４は、巻締繊維ボビン支持部１６２と一体的に回転し、巻締繊維ボビン１６９から引き出される巻締用繊維束を芯材１０の表面に向けて案内する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延びるレールと、芯材を支持する芯材支持装置と、前記芯材の表面に繊維束を供給する供給装置と、を備えたフィラメントワインディング装置において、
前記供給装置は、
前記芯材に対して前記第１方向に相対移動可能であり、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能であり、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに直交する第３方向に延びる第１回転軸を中心として回転可能に設けられた移動部と、
前記移動部に配置され、前記芯材が通過可能な開口部が形成され、複数の前記繊維束が前記芯材の周方向に並ぶように前記芯材の外周面に案内する繊維束用ガイドと、
前記移動部に配置され、前記開口部の中心まわりに回転する巻締部材用ボビン支持部と、
前記巻締部材用ボビン支持部と一体的に前記開口部の中心まわりに回転し、前記巻締部材用ボビン支持部に支持されたボビンから引き出される巻締部材を前記芯材の表面に向けて案内する巻締部材用ガイドと、
を備えることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【請求項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、
前記芯材支持装置及び前記移動部の少なくとも一方を前記第１方向に移動させる第１駆動源と、
前記移動部を前記第２方向に移動させる第２駆動源と、
前記移動部を、前記第１回転軸を中心として回転させる第３駆動源と、
前記巻締部材用ガイドを前記開口部の中心まわりに回転させる第４駆動源と、
前記第１駆動源、前記第２駆動源、前記第３駆動源、及び前記第４駆動源を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のフィラメントワインディング装置であって、
前記移動部は、
前記芯材に対して前記第１方向に相対移動可能であり、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能であり、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに直交する第３方向に延びる第１回転軸を中心として回転可能に設けられた第１部材と、
前記芯材に対して前記第３方向に相対移動可能であり、前記第２方向に延びる第２回転軸を中心として回転可能に設けられた第２部材と、
を備え、
前記繊維束用ガイドと、前記巻締部材用ボビン支持部と、前記巻締部材用ガイドとが、前記第２部材に配置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。
【請求項４】
請求項３に記載のフィラメントワインディング装置であって、
前記第２回転軸を中心として前記第２部材を回転させる第５駆動源と、
前記芯材支持装置が前記芯材を支持する位置、及び前記第２部材のうち少なくとも何れかを前記第３方向に移動させる第６駆動源と、
を更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。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載のフィラメントワインディング装置であって、
前記芯材支持装置は、前記芯材を、前記第１方向に平行な軸を中心として回転可能に支持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。
【請求項６】
請求項５に記載のフィラメントワインディング装置であって、
前記芯材を前記芯材支持装置に対して回転させる第７駆動源を備えることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載のフィラメントワインディング装置であって、
前記供給装置は、前記繊維束の走行方向において前記繊維束用ガイドよりも上流側に設けられた上流側繊維束用ガイドを備え、
前記上流側繊維束用ガイドは、前記移動部に配置され、
前記上流側繊維束用ガイドには、前記芯材が通過可能な第２開口部が形成され、
前記上流側繊維束用ガイドにおける前記第２開口部の開口面積は、前記繊維束用ガイドにおける前記開口部の開口面積よりも大きいことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
【請求項８】
請求項１から７までの何れか一項に記載のフィラメントワインディング装置であって、
前記移動部には、前記芯材を通過させる通過開口部が形成され、
前記繊維束用ガイドにおける前記開口部の開口面積は、前記通過開口部の開口面積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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィラメントワインディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フィラメントの束（繊維束）を芯材に巻き付けて、所定の形状の部材を得ることが行われている。特許文献１及び２は、この種の構成を開示する。
【０００３】
特許文献１は、繊維束を芯材の軸心に対して略平行に送り出し（０°巻を施し）、その後、芯材及びその周囲に位置する繊維束にこの繊維束とは別の繊維束を当該芯材の軸心に対して略垂直に巻き付けて巻締を施す曲げパイプ製造装置を開示する。この構成により、繊維束が芯材から離れないように、この繊維束を芯材に対して別の繊維束により巻き締めることができるようになっている。
【０００４】
特許文献１は、芯材として直線形状のものを採用し、この芯材の周囲に位置する繊維束を当該芯材に対して別の繊維束により巻き締めた後、繊維束及び別の繊維束により覆われた状態にある芯材を曲げることができる曲げパイプ製造方法を開示する。特許文献１は、これにより、芯材を覆う繊維束及び別の繊維束によって剛性を向上させた曲管を得ることができるとする。
【０００５】
特許文献２は、プリプレグを芯金の直線部及び曲げ部の各々に当該芯金の軸方向に沿って貼り付け（０°巻きを施し）、その後、プリプレグが貼り付けられた芯金に熱収縮テープを巻きめぐらせる軸状複合部材の製造方法を開示する。この方法では、芯金に貼り付けられたプリプレグの位置をゴム部材によって保持しつつ、このプリプレグを熱収縮テープにより拘束することができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６０５１８３８号公報
【特許文献２】特許第６２５１０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１は、当初から曲がっている芯材に対して繊維束を巻き付け、芯材及びその周囲に位置する繊維束にこの繊維束とは別の繊維束を巻き締める構成を開示していない。即ち、上記特許文献１の構成は、既に曲がっている芯材に適用することは想定されていない。また、上記特許文献２は、熱収縮テープを巻きめぐらせる前に、芯金に対してプリプレグを相対移動させて、プリプレグを曲げ部に貼り付ける具体的な構造について開示していない。
【０００８】
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、曲がっている芯材に対する繊維束の０°巻き及び巻付後の繊維束の巻締めを円滑に行うことができるフィラメントワインディング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
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。
【００１０】
本発明の観点によれば、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、第１方向に延びるレールと、芯材を支持する芯材支持装置と、前記芯材の表面に繊維束を供給する供給装置と、を備える。前記供給装置は、移動部と、繊維束用ガイドと、巻締部材用ボビン支持部と、巻締部材用ガイドと、を備える。前記移動部は、前記芯材に対して前記第１方向に相対移動可能である。前記移動部は、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能である。前記移動部は、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに直交する第３方向に延びる第１回転軸を中心として回転可能に設けられる。前記繊維束用ガイドは、前記移動部に配置され、前記芯材が通過可能な開口部が形成され、複数の前記繊維束が前記芯材の周方向に並ぶように前記芯材の外周面に案内する。前記巻締部材用ボビン支持部は、前記移動部に配置され、前記開口部の中心まわりに回転する。前記巻締部材用ガイドは、前記巻締部材用ボビン支持部と一体的に前記開口部の中心まわりに回転し、前記巻締部材用ボビン支持部に支持されたボビンから引き出される巻締部材を前記芯材の表面に向けて案内する。
【００１１】
これにより、芯材の軸方向に対する繊維配向角度が実質的に０°である０°巻きを容易に行うことができる。繊維束用ガイド等の位置及び向きを芯材に対して変更することができるので、曲がっている芯材の外周面に繊維束を配置し、かつ、芯材に巻き付けられた繊維束を当該芯材に対して巻締部材により巻き締めることが可能となる。
【００１２】
前記のフィラメントワインディング装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このフィラメントワインディング装置は、第１駆動源と、第２駆動源と、第３駆動源と、第４駆動源と、制御装置と、を備える。前記第１駆動源は、前記芯材支持装置及び前記移動部の少なくとも一方を前記第１方向に移動させる。前記第２駆動源は、前記移動部を前記第２方向に移動させる。前記第３駆動源は、前記移動部を、前記第１回転軸を中心として回転させる。前記第４駆動源は、前記巻締部材用ガイドを前記開口部の中心まわりに回転させる。前記制御装置は、前記第１駆動源、前記第２駆動源、前記第３駆動源、及び前記第４駆動源を制御する。
【００１３】
これにより、曲がっている芯材の形状に沿って、繊維束用ガイド等の姿勢を調整しながら、芯材の外周面に繊維束を自動的に０°巻きすることができる。
【００１４】
前記のフィラメントワインディング装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記移動部は、第１部材と、第２部材と、を備える。前記第１部材は、前記芯材に対して前記第１方向に相対移動可能である。前記第１部材は、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能である。前記第１部材は、前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに直交する第３方向に延びる第１回転軸を中心として回転可能に設けられる。前記第２部材は、前記芯材に対して前記第３方向に相対移動可能である。前記第２部材は、前記第２方向に延びる第２回転軸を中心として回転可能に設けられる。前記繊維束用ガイドと、前記巻締部材用ボビン支持部と、前記巻締部材用ガイドとが、前記第２部材に配置される。
【００１５】
これにより、繊維束用ガイド等の位置を、芯材に対して３次元的に変更することができる。従って、芯材が３次元的に曲がっている場合でも、当該芯材の外周面に繊維束を０°巻きすることができる。
【００１６】
前記のフィラメントワインディング装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このフィラメントワインディング装置は、第５駆動源と、第６駆動源と、を更に備える。前記第５駆動源は、前記第２回転軸を中心として前記第２部材を回転させる。前記第６駆動源は、前記芯材支持装置が前記芯材を支持する位置、及び前記第２部材のうち少なくとも何れかを前記第３方向に移動させる。
【００１７】
これにより、第５駆動源を用いて、第２部材を、第２方向を回転軸として容易に回転させることができる。また、第６駆動源を用いて、芯材に対して第２部材を、第３方向に容易に相対移動させることができる。
【００１８】
前記のフィラメントワインディング装置においては、前記芯材支持装置は、前記芯材を、前記第１方向に平行な軸を中心として回転可能に支持することが好ましい。
【００１９】
これにより、例えば芯材が複雑に３次元的に曲がっている場合でも、芯材の形状（曲がり具合）に応じて芯材を回転させることによって、０°巻きを行い易くなるように芯材の変化を変化させることが可能となる。従って、フィラメントワインディング装置の適用範囲が広がり、様々な形状の芯材に繊維束を巻き付けることができる。
【００２０】
前記のフィラメントワインディング装置においては、前記芯材を前記芯材支持装置に対して回転させる第７駆動源を備えることが好ましい。
【００２１】
これにより、第７駆動源を用いて、芯材を容易に回転させることができる。
【００２２】
前記のフィラメントワインディング装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記供給装置は、前記繊維束の走行方向において前記繊維束用ガイドよりも上流側に設けられた上流側繊維束用ガイドを備える。前記上流側繊維束用ガイドは、前記移動部に配置される。前記上流側繊維束用ガイドには、前記芯材が通過可能な第２開口部が形成される。前記上流側繊維束用ガイドにおける前記第２開口部の開口面積は、前記繊維束用ガイドにおける前記開口部の開口面積よりも大きい。
【００２３】
これにより、繊維束は、上流側繊維束用ガイドにより案内された後に、上流側繊維束用ガイドよりも芯材の近くに位置する繊維束用ガイドにより案内される。この２段階の案内により、繊維束を芯材の表面に円滑に供給することができる。
【００２４】
前記のフィラメントワインディング装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記移動部には、前記芯材を通過させる通過開口部が形成される。前記繊維束用ガイドにおける前記開口部の開口面積は、前記通過開口部の開口面積よりも小さい。
【００２５】
これにより、繊維束用ガイドによって、芯材の表面の近くまで繊維束を案内することができる。従って、巻きの仕上がりが良好である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るフィラメントワインディング装置の全体的な構成を示す斜視図。
【図２】供給装置を後方から見た分解斜視図。
【図３】供給装置を前方から見た分解斜視図。
【図４】０°巻きを行う供給ユニットの構成を示す斜視図。
【図５】供給ユニットの構成を示す斜視図。
【図６】大径整列案内部、小径整列案内部及び内周案内部の構成を示す斜視図。
【図７】巻締部の構成を示す斜視図。
【図８】芯材に繊維束を０°巻きする過程で、芯材の形状に沿って供給装置の姿勢が変化する様子を示す斜視図。
【図９】第２実施形態のフィラメントワインディング装置の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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、本発明の第１実施形態に係るフィラメントワインディング装置１００の全体的な構成を示す斜視図である。図２は、供給装置３を後方から見た分解斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るフィラメントワインディング装置１００は、走行基台部１と、芯材支持装置２と、供給装置３と、クリールスタンド４と、制御装置５と、を備える。
【００２９】
以下の説明において「前」というときは、供給装置３に対するクリールスタンド４側を意味する。「後」というときは、供給装置３に対してクリールスタンド４とは反対側を意味する。「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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、供給装置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上には、供給装置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。
【００３２】
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。２つの芯材支持装置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。
【００３３】
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）を支持し、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）を支持する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
供給装置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供給す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。
【００３７】
供給装置３は、芯材１０に対して繊維束の０°巻きを行う。０°巻きとは、芯材１０に対して軸方向に平行に配置された繊維束を芯材１０の外周面に付ける配置方法を意味する。繊維束は芯材１０を周回しないが、このような繊維束の配置も「巻付け」に含まれると考えることができる。０°巻きが施される場合、芯材１０に対する繊維束の方向は、芯材１０の軸方向に対して多少傾いていても良い。
【００３８】
詳細は後述するが、芯材１０に付けられた繊維束に対して、巻締用繊維束（巻締部材）が供給装置３によって外側から巻かれ、巻き締められる。
【００３９】
供給装置３は、図１に示すように、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。供給装置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が供給装置３を貫通する状態を維持する。
【００４０】
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、旋回駆動モータ（第３駆動源）９３と、回転駆動モータ（第４駆動源）１１１と、俯仰駆動モータ（第５駆動源）９５と、昇降モータ（第６駆動源）９４と、を備える。供給装置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。
【００４１】
図１に示すクリールスタンド４は、複数の繊維束を供給装置３に供給する。本実施形態において、クリールスタンド４は、支持フレーム１２１と、複数のボビン支持部１２２と、整列ガイド１２３と、を備える。なお、図が煩雑になることを避けるため、図１においてはクリールスタンド４を簡略化して示している。
【００４２】
支持フレーム１２１は、枠状の構造体である。２つの芯材支持装置２のうち一方は、クリールスタンド４の内部であって、支持フレーム１２１の左右方向における中央部に配置されている。
【００４３】
ボビン支持部１２２は、支持フレーム１２１に多数配置されている。それぞれのボビン支持部１２２には、図略のボビンをセットすることができる。ボビンには、供給ユニット６に供給する繊維束が巻かれている。ただし、図１から図３までにおいて繊維束は図示していない。
【００４４】
整列ガイド１２３は、支持フレーム１２１において、供給装置３に近い側の面に取り付けられている。整列ガイド１２３には、芯材１０を通過させることが可能な開口１２３ａが形成されている。この開口１２３ａの周囲において、整列ガイド１２３には、繊維束を案内する各種の案内部材が取り付けられている。この案内部材としては、例えば、ローラとすることが考えられる。
【００４５】
制御装置５は、制御部５０と、表示部５１と、操作部５２と、を備え、供給装置３の各部の動作を制御する。
【００４６】
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、供給装置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。
【００４７】
表示部５１は、巻付け作業に関する様々な情報（例えば、繊維束を巻く速度等の条件、巻きの進捗等）を表示することができる。
【００４８】
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、旋回駆動モータ９３、昇降モータ９４、俯仰駆動モータ９５及び回転駆動モータ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。
【００４９】
続いて、供給装置３について、図２及び図３を参照して詳細に説明する。
【００５０】
供給装置３は、図２及び図３に示すように、供給ユニット６と、移動部２０と、を備える。
【００５１】
供給ユニット６は、上述の０°巻き及び巻締めの機能を実現するものである。なお、供給ユニット６の詳細な構成は後述する。
【００５２】
移動部２０には、供給ユニット６が取り付けられる。移動部２０は、供給ユニット６が芯材１０の外周面に対して繊維束を供給する位置及び向きを、芯材１０の形状に沿って様々に変更することができる。
【００５３】
移動部２０は、ベースフレーム３１と、メインフレーム（第１部材）３２と、昇降フレーム３３と、キャリッジフレーム（第２部材）３９と、を備える。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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（ひいては移動部２０）が前後方向に移動する。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
メインフレーム３２は、キャリッジフレーム３９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。この結果、キャリッジフレーム３９に配置される供給ユニット６が回転する。以下の説明においては、供給ユニット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。
【００６１】
メインフレーム３２は、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。
【００６２】
左右走行ベース部３５は、板状に形成されている。左右走行ベース部３５は、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設けられている。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。
【００６３】
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、第１ギア８５に噛み合って、当該第１ギア８５の回転により回転駆動される。
【００６４】
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。
【００６５】
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。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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、旋回駆動モータ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。
【００６８】
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、旋回駆動モータ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。
【００６９】
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取り付けられている。
【００７０】
旋回駆動モータ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。
【００７１】
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供給ユニット６を向けることができる。
【００７２】
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の左端部に配置され、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の内側には、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の内側には、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。
【００７３】
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の右端部に配置され、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。
【００７４】
図２に示すように、右ネジ送り軸１７の下部には、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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の上側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。
【００７７】
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設けられている。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。
【００７８】
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。
【００７９】
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、キャリッジフレーム３９の左側に設けられた左回転アーム６１を回転可能に支持する。
【００８０】
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。
【００８１】
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、キャリッジフレーム３９の右側に設けられた右回転アーム６２を回転可能に支持する。
【００８２】
右回転アーム支持部４６は、左回転アーム支持部４４と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。
【００８３】
右昇降ベース部４２には、俯仰駆動モータ９５及びキャリッジ回転用ウォーム２３が支持されている。
【００８４】
キャリッジ回転用ウォーム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。キャリッジ回転用ウォーム２３は、俯仰駆動モータ９５により回転駆動される。キャリッジ回転用ウォーム２３の外周面には、キャリッジフレーム３９に取り付けられたキャリッジ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。
【００８５】
キャリッジフレーム３９は、板状部材から構成されている。キャリッジフレーム３９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。
【００８６】
図２に示すように、キャリッジフレーム３９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。キャリッジフレーム３９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。
【００８７】
左回転アーム６１及び右回転アーム６２は、キャリッジフレーム３９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、キャリッジフレーム３９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。キャリッジフレーム３９が直立状の姿勢である場合、キャリッジフレーム３９の俯仰角度θＨは、０°である。以下では、キャリッジフレーム３９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。
【００８８】
右回転アーム６２には、キャリッジ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。キャリッジフレーム３９が昇降フレーム３３に取り付けられている状態において、キャリッジ回転用ウォームホイール２４は、右昇降ベース部４２に支持されたキャリッジ回転用ウォーム２３に噛み合っている。
【００８９】
俯仰駆動モータ９５は、キャリッジ回転用ウォーム２３を回転駆動する。回転するキャリッジ回転用ウォーム２３がキャリッジ回転用ウォームホイール２４の歯を送るので、キャリッジ回転用ウォームホイール２４が回転する。この結果、キャリッジフレーム３９が俯仰軸Ａ２を中心として俯仰される。
【００９０】
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、キャリッジフレーム３９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キャリッジフレーム３９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供給ユニット６を向けることができる。
【００９１】
次に、供給ユニット６について詳細に説明する。図４及び図５は、０°巻きを行う供給ユニット６の構成を示す斜視図である。図６は、供給ユニット６の固定繊維束案内部１５０の構成を示す斜視図である。図７は、巻締部１６０の構成を示す斜視図である。
【００９２】
供給ユニット６は、芯材１０に対して上述の０°巻きを行う０°巻きユニットとして構成されている。供給ユニット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、供給ユニット６を前後方向に貫通するように形成されている。
【００９３】
供給ユニット６は、移動部２０が備えるキャリッジフレーム３９に配置されている。キャリッジフレーム３９には、前後方向で見たとき、その中央に略円形状の大きな開口（通過開口部）３９ａが形成されている。この開口３９ａには、芯材１０を通過させることができる。供給ユニット６の開口部６０は、キャリッジフレーム３９の開口３９ａと接続されている。
【００９４】
供給ユニット６は、図４及び図５等に示すように、固定繊維束案内部１５０と、巻締部１６０と、巻締駆動部６６と、を備える。
【００９５】
固定繊維束案内部１５０は、キャリッジフレーム３９に固定される。固定繊維束案内部１５０は、複数の繊維束Ｆを、芯材１０の円周方向に適宜の間隔で並ぶように芯材１０の外周面に案内する。複数の繊維束Ｆのそれぞれは、芯材１０の軸方向と平行な向きで、芯材１０の外周面に配置される。
【００９６】
固定繊維束案内部１５０は、図５に示すように、取付けフレーム１５１と、大径整列案内部（上流側繊維束用ガイド）１５２と、小径整列案内部（繊維束用ガイド）１５３と、内周案内部１５４と、を備える。
【００９７】
取付けフレーム１５１は、板状部材から構成される。取付けフレーム１５１は、その厚み方向を前後方向に向けて、キャリッジフレーム３９の前部に取り付けられている。取付けフレーム１５１の中心に大径整列案内部１５２が固定されている。なお、取付けフレーム１５１と、大径整列案内部１５２と、が一体的に形成されても良い。
【００９８】
大径整列案内部１５２は、図６に示すように、芯材１０が通過可能な円状の開口１５２ａを有する略円環状に形成されている。開口１５２ａの中心は、巻付回転軸Ａ３と一致している。大径整列案内部１５２は、小径整列案内部１５３よりも前側（言い換えれば、繊維束Ｆの走行方向において上流側）に配置されている。大径整列案内部１５２は、軸方向が前後方向となるように取付けフレーム１５１に設けられている。
【００９９】
大径整列案内部１５２には、前後方向（厚み方向）で当該大径整列案内部１５２を貫通する前側案内孔１５５が複数形成されている。前側案内孔１５５は、大径整列案内部１５２の円周方向で等間隔をあけて並べて配置されている。繊維束Ｆは、それぞれの前側案内孔１５５を通過する。
【０１００】
小径整列案内部１５３は、軸方向において所定の厚みを有する円環状の板から構成される。小径整列案内部１５３は、大径整列案内部１５２に対して前後方向に所定距離をあけて、大径整列案内部１５２の後方に配置されている。小径整列案内部１５３は、大径整列案内部１５２と同軸で設けられている。小径整列案内部１５３には、芯材１０が通過可能な円状の開口１５３ａが形成されている。開口１５３ａの中心は、巻付回転軸Ａ３と一致している。
【０１０１】
図６に示すように、小径整列案内部１５３の外径は、大径整列案内部１５２の内径より小さい。また、小径整列案内部１５３の中心の開口（開口部）１５３ａの開口面積は、大径整列案内部１５２の中心の開口（第２開口部）１５２ａの開口面積よりも小さい。小径整列案内部１５３は、内周案内部１５４の前面に固定されている。
【０１０２】
小径整列案内部１５３には、当該小径整列案内部１５３を径方向で貫通する後側案内孔１５６が複数形成されている。後側案内孔１５６は、前側案内孔１５５の数に対応して、小径整列案内部１５３の円周方向で等間隔をあけて並べて配置されている。繊維束Ｆは、それぞれの後側案内孔１５６を通過する。それぞれの後側案内孔１５６は、各前側案内孔１５５から案内されてきた繊維束Ｆを小径整列案内部１５３の中心側へ案内する。
【０１０３】
内周案内部１５４は、図６に示すように、円環状の板から構成される。内周案内部１５４の中心に形成される円状の貫通孔が、供給ユニット６の開口部６０に実質的に相当する。内周案内部１５４には、複数（本実施形態において４つ）の支持板１５７が固定されている。それぞれの支持板１５７は、内周案内部１５４の径方向外側に延びている。内周案内部１５４は、支持板１５７を介して、取付けフレーム１５１に取り付けられている。内周案内部１５４は、小径整列案内部１５３の後面に接続される。内周案内部１５４は、小径整列案内部１５３を、大径整列案内部１５２と同軸で配置されるように支持する。
【０１０４】
内周案内部１５４は、小径整列案内部１５３とほぼ同じ大きさに形成されている。内周案内部１５４の内径は、小径整列案内部１５３の内径より小さく、芯材１０の外径より若干大きく形成されている。これにより、内周案内部１５４の内周面と、内周案内部１５４を貫通する芯材１０と、の間に、繊維束Ｆが通る円環状の隙間が形成される。
【０１０５】
以上のように構成された固定繊維束案内部１５０においては、図１に示すクリールスタンド４からの複数の繊維束Ｆが、図４及び図５に示すように、大径整列案内部１５２に形成されたそれぞれの前側案内孔１５５を通る。これにより、繊維束Ｆが、大径整列案内部１５２の円周方向に並ぶように整列される。
【０１０６】
その後、それぞれの繊維束Ｆは、前側案内孔１５５に対応して形成された、小径整列案内部１５３の後側案内孔１５６を通過する。これにより、繊維束Ｆは、環状に並べられた状態を維持しながら、芯材１０の外周に近づくように案内される。即ち、小径整列案内部１５３を通った複数の繊維束Ｆは、小さい環状に並べられている。
【０１０７】
その後、複数の繊維束Ｆが、内周案内部１５４と芯材１０との間の円環状の隙間を通る。この結果、繊維束Ｆが、芯材１０の軸方向に沿って好適に整列される。
【０１０８】
巻締部１６０は、固定繊維束案内部１５０よりも後方に設けられている。巻締部１６０は、固定繊維束案内部１５０と前後方向に並べて配置される。巻締部１６０は、固定繊維束案内部１５０により案内されて芯材１０の外周面に並べられた繊維束Ｆを、巻締用繊維束（巻締部材）Ｆ１により巻き締める。
【０１０９】
巻締用繊維束Ｆ１は、例えば、繊維束Ｆと同様に炭素繊維等の繊維材料から構成することができる。巻締用繊維束Ｆ１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。
【０１１０】
巻締部１６０は、キャリッジフレーム３９の前側（巻締駆動部６６の伝動機構とキャリッジフレーム３９を挟んで反対側）の面に配置されている。巻締部１６０は、図７に示すように、回転板１６１と、巻締繊維ボビン支持部（巻締部材用ボビン支持部）１６２と、巻締繊維案内部（巻締部材案内部）１７０と、を備える。
【０１１１】
回転板１６１は、円環状板から構成され、内周案内部１５４よりも後方に設けられている。回転板１６１は、回転ベース部材１１７、内周案内部１５４、小径整列案内部１５３、及び大径整列案内部１５２と同軸で設けられている。
【０１１２】
回転板１６１は、図５に示すように、キャリッジフレーム３９を挟んで回転ベース部材１１７と反対側に配置される。回転板１６１は、回転ベース部材１１７に相対回転不能に取り付けられる。回転板１６１は、回転ベース部材１１７の回転に伴って、図７の巻付回転軸Ａ３を中心として回転する。
【０１１３】
巻締繊維ボビン支持部１６２は、図７に示すように、回転板１６１の周方向で適宜の位置に設けられている。巻締繊維ボビン支持部１６２は、回転板１６１の前面から前方に延びるように、回転板１６１の前面に垂直に設けられている。巻締繊維ボビン支持部１６２には、巻締繊維ボビン（巻締部材用ボビン）１６９を支持している。巻締繊維ボビン１６９には、巻締用繊維束Ｆ１が巻かれている。
【０１１４】
巻締繊維案内部１７０は、回転板１６１の前方に配置されている。巻締繊維案内部１７０は、当該回転板１６１により支持されている。巻締繊維案内部１７０は、巻付回転軸Ａ３から離れた位置に設けられている。巻締繊維案内部１７０は、回転板１６１の回転に伴って、巻付回転軸Ａ３を中心として回転する。
【０１１５】
巻締繊維案内部１７０は、巻締繊維ボビン１６９から引き出された巻締用繊維束Ｆ１を芯材１０の外周面に向けて案内する。巻締繊維案内部１７０は、テンションバー１６３と、巻付ガイド（巻締部材用ガイド）１６４と、を備える。
【０１１６】
テンションバー１６３は、回転板１６１に複数（本実施形態においては３つ）配置されている。テンションバー１６３は、巻き掛けられた巻締用繊維束Ｆ１との摩擦によって、巻締用繊維束Ｆ１にテンションを付与する。巻締用繊維束Ｆ１は、それぞれのテンションバー１６３に順に巻き掛けられた後、巻付ガイド１６４へ案内される。
【０１１７】
巻付ガイド１６４は、例えば、細長い板状部材から構成されている。巻付ガイド１６４は、図７に示すように、回転板１６１から径方向内側へ延びるように、一端が回転板１６１の前面に固定され、他端が回転板１６１の中心（芯材１０）に近い位置に設けられている。
【０１１８】
巻付ガイド１６４において、回転板１６１の中心に近い側の端部には、貫通状の巻締用繊維束案内孔１６５が形成されている。巻締用繊維束案内孔１６５は、回転板１６１の軸線と垂直、かつ、回転板１６１の径方向と垂直な向きで、巻付ガイド１６４を貫通する。巻締用繊維束Ｆ１は、当該巻締用繊維束案内孔１６５を通って、芯材１０の外周面に近い位置まで案内される。
【０１１９】
回転板１６１が回転することによって、巻締繊維ボビン支持部１６２（ひいては巻締繊維ボビン１６９）及び巻付ガイド１６４は、巻付回転軸Ａ３（即ち芯材１０）を中心として回転する。これにより、巻締部１６０は、巻締用繊維束Ｆ１を、芯材１０の軸方向に対して所定の角度だけ傾いた方向に巻き付ける。この巻締用繊維束Ｆ１によって、芯材１０の軸方向に沿って外周面に整列された複数の繊維束Ｆを、図５のように芯材１０の外周面に固定する。
【０１２０】
巻締駆動部６６は、キャリッジフレーム３９に固定されている。巻締駆動部６６は、回転板１６１を回転駆動する。巻締駆動部６６は、図２等に示すように、回転駆動モータ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、回転ベース部材１１７と、を備える。
【０１２１】
回転駆動モータ１１１は、キャリッジフレーム３９の左側であって、キャリッジフレーム３９の上側に設けられている。回転駆動モータ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。
【０１２２】
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に巻き掛けられる。伝動ベルト１１３は、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。なお、伝動ベルト１１３には、当該伝動ベルト１１３にテンションを付与するテンションローラ１１８を設けることができる。
【０１２３】
第２伝動プーリ１１４及び伝動ギア１１５は、キャリッジフレーム３９の左下側において、キャリッジフレーム３９に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設けられている。
【０１２４】
回転ギア１１６は、キャリッジフレーム３９の後方に設けられている。回転ギア１１６は、伝動ギア１１５に噛み合い、前後方向で見たとき、キャリッジフレーム３９の中央部に位置するようにキャリッジフレーム３９に回転可能に支持されている。回転ギア１１６は、円環状に形成されている。回転ギア１１６は、その中心が巻付回転軸Ａ３上に位置するように配置されている。
【０１２５】
回転ベース部材１１７は、前後方向において回転ギア１１６とキャリッジフレーム３９の間に設けられている。回転ベース部材１１７は、キャリッジフレーム３９に回転可能に支持されている。回転ベース部材１１７は、円環状の板から構成されている。回転ベース部材１１７は、回転ギア１１６と同軸で配置されている。
【０１２６】
回転ベース部材１１７は、回転ギア１１６に相対回転不能に連結されている。また、回転ベース部材１１７は、回転板１６１に相対回転不能に連結されている。
【０１２７】
回転駆動モータ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介して、回転ギア１１６及び回転ベース部材１１７に伝達される。回転板１６１及びこれに取り付けられた巻締部１６０が、それぞれ、巻付回転軸Ａ３を中心として回転する。
【０１２８】
巻締部１６０の回転時には、巻締繊維ボビン支持部１６２及び巻締繊維案内部１７０が巻付回転軸Ａ３を中心として回転する。そのため、巻締繊維案内部１７０により案内された巻締用繊維束Ｆ１が、繊維束Ｆの外側から巻き付けられる。
【０１２９】
以上の構成により、クリールスタンド４における複数のボビンから引き出された複数の繊維束Ｆを、固定繊維束案内部１５０の２つの案内部（大径整列案内部１５２及び小径整列案内部１５３）によって周方向に等間隔で整列するように案内することができる。なお、各繊維束Ｆの糸端は、予め芯材１０に適宜の手段で固定される。芯材１０の軸方向に沿って供給ユニット６を動かすことで、固定繊維束案内部１５０による案内により、繊維束Ｆを、芯材１０の軸方向に対して略平行に延びるように、芯材１０の表面に向かって配置することができる。即ち、芯材１０に対して繊維束の０°巻きを施すことができる。
【０１３０】
また、供給ユニット６の巻締部１６０は、巻締繊維ボビン支持部１６２に装着された巻締繊維ボビン１６９から巻締用繊維束Ｆ１を引き出して、巻付ガイド１６４により、芯材１０の外周面近くまで案内する。芯材１０の軸方向に沿って供給ユニット６が移動するのに連動して巻締繊維ボビン支持部１６２と巻付ガイド１６４が回転することにより、巻締用繊維束Ｆ１を、繊維束Ｆの延びる方向（芯材１０の軸方向）と交差するように、繊維束Ｆの上から芯材１０の表面に巻き付けることができる。これにより、繊維束Ｆを、芯材１０の表面に付された状態で固定することができる。
【０１３１】
供給装置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、旋回駆動モータ９３、昇降モータ９４、俯仰駆動モータ９５、及び回転駆動モータ１１１）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、供給ユニット６の位置を表現することができる。
【０１３２】
これにより、供給装置３は図８に示すように、供給ユニット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供給ユニット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、供給ユニット６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、その外周面に対して繊維束Ｆの０°巻きを行うことができる。
【０１３３】
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を配置することができる。従って、直線状の芯材に繊維束を配置してから芯材とともに曲げる構成と比較して、芯材１０の表面の繊維束Ｆが乱れない点で優れている。
【０１３４】
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、第１方向に延びるレール１１と、芯材１０を支持する芯材支持装置２と、芯材１０の表面に繊維束Ｆを供給する供給装置３と、を備える。供給装置３は、移動部２０と、小径整列案内部１５３と、巻締繊維ボビン支持部１６２と、巻付ガイド１６４と、を備える。移動部２０は、芯材１０に対して前後方向に相対移動可能である。移動部２０は、前後方向に直交する左右方向に移動可能である。移動部２０は、前後方向及び左右方向のそれぞれに直交する上下方向に延びる回転軸Ａ１を中心として回転可能に設けられる。小径整列案内部１５３は、移動部２０が備えるキャリッジフレーム３９に配置される。小径整列案内部１５３には、芯材１０が通過可能な開口１５３ａが形成される。小径整列案内部１５３は、複数の繊維束Ｆが芯材１０の周方向に並ぶように芯材１０の外周面に案内する。巻締繊維ボビン支持部１６２は、移動部２０が備えるキャリッジフレーム３９に配置され、開口１５３ａの中心まわりに回転する。巻付ガイド１６４は、巻締繊維ボビン支持部１６２と一体的に開口１５３ａの中心まわりに回転し、巻締繊維ボビン支持部１６２に支持されたボビンから引き出される巻締用繊維束Ｆ１を芯材１０の表面に向けて案内する。
【０１３５】
これにより、芯材１０の軸方向に対する繊維配向角度が０°である０°巻きを容易に行うことができる。小径整列案内部１５３等の位置及び向きを芯材１０に対して変更することができるので、曲がっている芯材１０の外周面に繊維束を配置し、かつ、芯材１０に巻き付けられた繊維束Ｆを当該芯材１０に対して巻締用繊維束Ｆ１により巻き締めることが可能となる。
【０１３６】
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、前後走行駆動モータ９１と、左右走行駆動モータ９２と、旋回駆動モータ９３と、回転駆動モータ１１１と、制御装置５と、を備える。前後走行駆動モータ９１は、移動部２０を前後方向に移動させる。左右走行駆動モータ９２は、移動部２０を左右方向に移動させる。旋回駆動モータ９３は、移動部２０を、回転軸Ａ１を中心として回転させる。回転駆動モータ１１１は、巻付ガイド１６４を開口１５３ａの中心まわりに回転させる。制御装置５は、前後走行駆動モータ９１、左右走行駆動モータ９２、旋回駆動モータ９３、及び回転駆動モータ１１１を制御する。
【０１３７】
これにより、曲がっている芯材１０の形状に沿って、小径整列案内部１５３等の姿勢を調整しながら、芯材１０の外周面に繊維束Ｆを自動的に０°巻きすることができる。
【０１３８】
また、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、移動部２０は、メインフレーム３２と、キャリッジフレーム３９と、を備える。メインフレーム３２は、芯材１０に対して前後方向に相対移動可能である。メインフレーム３２は、前後方向に直交する左右方向に移動可能である。メインフレーム３２は、前後方向及び左右方向のそれぞれに直交する上下方向に延びる回転軸Ａ１を中心として回転可能に設けられる。キャリッジフレーム３９は、芯材１０に対して上下方向に相対移動可能である。キャリッジフレーム３９は、左右方向に延びる俯仰軸Ａ２を中心として回転可能に設けられる。小径整列案内部１５３と、巻締繊維ボビン支持部１６２と、巻付ガイド１６４とが、キャリッジフレーム３９に配置される。
【０１３９】
これにより、小径整列案内部１５３等の位置を、芯材１０に対して３次元的に変更することができる。従って、芯材１０が３次元的に曲がっている場合でも、当該芯材１０の外周面に繊維束を０°巻きすることができる。
【０１４０】
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、俯仰駆動モータ９５と、昇降モータ９４と、を更に備える。俯仰駆動モータ９５は、俯仰軸Ａ２を中心としてキャリッジフレーム３９を回転させる。昇降モータ９４は、キャリッジフレーム３９を上下方向に移動させる。
【０１４１】
これにより、俯仰駆動モータ９５を用いて、キャリッジフレーム３９を、俯仰軸Ａ２を中心として容易に回転させることができる。また、昇降モータ９４を用いて、キャリッジフレーム３９を、上下方向に容易に相対移動させることができる。
【０１４２】
また、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、供給装置３は、繊維束Ｆの走行方向において小径整列案内部１５３よりも上流側に設けられた大径整列案内部１５２を備える。大径整列案内部１５２は、移動部２０が備えるキャリッジフレーム３９に配置される。大径整列案内部１５２には、芯材１０が通過可能な開口１５２ａが形成される。大径整列案内部１５２における開口１５２ａの開口面積は、小径整列案内部１５３における開口１５３ａの開口面積よりも大きい。
【０１４３】
これにより、繊維束Ｆは、大径整列案内部１５２により案内された後に、大径整列案内部１５２よりも芯材１０の近くに位置する小径整列案内部１５３により案内される。この２段階の案内により、繊維束Ｆを芯材１０の表面に円滑に供給することができる。
【０１４４】
また、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、移動部２０が備えるキャリッジフレーム３９には、芯材１０を通過させる開口３９ａが形成される。小径整列案内部１５３における開口１５３ａの開口面積は、キャリッジフレーム３９の開口３９ａの開口面積よりも小さい。
【０１４５】
これにより、小径整列案内部１５３によって、芯材１０の表面の近くまで繊維束Ｆを案内することができる。従って、巻きの仕上がりが良好である。
【０１４６】
次に、第２実施形態を説明する。図９は、第２実施形態のフィラメントワインディング装置１００ｘを示す斜視図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態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。
【０１４７】
本実施形態のフィラメントワインディング装置１００ｘにおいて、芯材支持装置２ｘは、芯材１０を、その両端部が支持された部分の軸心まわりに回転可能に支持する。芯材支持装置２ｘは、芯材１０を支持している部分を通過する前後方向の軸である支持軸Ａ４を中心として芯材１０を回転させることができる。
【０１４８】
芯材支持装置２ｘには、芯材回転駆動モータ（第７駆動源）９６が設けられている。芯材回転駆動モータ９６は、芯材１０を、前後方向を向く支持軸（第３回転軸）Ａ４まわりに回転させる。芯材回転駆動モータ９６は、制御装置５によって制御される。
【０１４９】
この構成により、芯材１０を回転させることで、供給装置３に対する芯材１０の位置及び向きを変化させることが可能となる。よって、芯材１０の形状に従って芯材１０を適宜回転させることで、例えば芯材１０が複雑に３次元的に曲がっている場合でも、当該芯材１０の形状に沿って、その外周面に繊維束Ｆを配置することができる。
【０１５０】
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１００ｘにおいて、芯材支持装置２ｘは、芯材１０を、前後方向を向く支持軸Ａ４まわりに回転可能に支持する。
【０１５１】
これにより、例えば芯材１０が複雑に３次元的に曲がっている場合でも、芯材１０の形状（曲がり具合）に応じて芯材１０を回転させることによって、供給装置３が繊維束Ｆを芯材１０に配置し易くなるように芯材１０の姿勢を変化させることが可能となる。従って、フィラメントワインディング装置１００ｘの適用範囲が広がり、様々な形状の芯材１０に繊維束Ｆを配置することができる。
【０１５２】
また、本実施形態のフィラメントワインディング装置１００ｘは、芯材回転駆動モータ９６を備える。芯材回転駆動モータ９６は、芯材１０を、芯材支持装置２に対して回転させる。
【０１５３】
これにより、芯材回転駆動モータ９６を用いて、芯材１０を容易に回転させることができる。
【０１５４】
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。
【０１５５】
大径整列案内部１５２及び小径整列案内部１５３のうち一方を省略しても良い。
【０１５６】
巻締部１６０は、巻締用繊維束Ｆ１の代わりに、他の巻締部材、例えば熱収縮テープによって巻き締める構成としても良い。
【０１５７】
巻締部１６０が巻締部材Ｆ１を用いて巻締めを行う場合の巻き方は、特に限定するものではなく、様々な巻き方で巻締めを行って良い。
【０１５８】
フィラメントワインディング装置１００において、２つの芯材支持装置２のうち少なくとも１つが、芯材１０の支持位置を上下方向に移動可能に構成されても良い。また、２つの芯材支持装置２のうち少なくとも１つが、芯材１０の支持位置を左右方向に移動可能に構成されても良い。これにより、前後方向における両端が直線上に位置しない芯材１０を支持することができる。
【０１５９】
芯材支持装置２ｘにおいて、支持した芯材１０を、支持軸Ａ４と異なる軸回りに回転可能に構成しても良い。
【０１６０】
芯材支持装置２ｘにおいて芯材１０を回転駆動する構成は、第１実施形態のフィラメントワインディング装置１００に適用されても良い。
【０１６１】
昇降フレーム３３を省略して、キャリッジフレーム３９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、供給ユニット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。
【０１６２】
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、供給ユニット６の上下移動及び俯仰だけで、芯材１０に繊維束Ｆを配置することになる。この変形例では、上下方向を第２方向と捉え、俯仰軸を第１回転軸と捉えることができる。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０°巻きが可能である。
【０１６３】
前後走行駆動モータ９１は、移動部２０及び芯材支持装置２のそれぞれに取り付けられても良い。
【０１６４】
前後走行駆動モータ９１等からなる前後走行機構を、１対の芯材支持装置２にそれぞれ設けても良い。言い換えれば、芯材１０は、供給装置３（移動部２０）に対して前後方向に移動可能に支持されても良い。この場合、移動部２０において前後走行駆動モータ９１を省略し、ベースフレーム３１を走行基台部１に固定しても良い。移動部２０が前後方向に移動しなくても、移動部２０を芯材１０に対して相対的に前後方向に移動させることで、実質的に第１実施形態及び第２実施形態と同じ動作を実現することができる。
【０１６５】
前後走行駆動モータ９１は、供給装置３及び芯材支持装置２のそれぞれに取り付けられても良い。
【０１６６】
昇降モータ９４等からなる昇降機構を、１対の芯材支持装置２にそれぞれ設けても良い。言い換えれば、芯材１０は、供給装置３（移動部２０）に対して上下方向に移動可能に支持されても良い。なお、芯材支持装置２の全体が昇降することで芯材１０の支持位置が昇降しても良いし、芯材支持装置２において芯材１０の支持位置だけが昇降しても良い。この場合、移動部２０において昇降モータ９４を省略し、昇降フレーム３３をメインフレーム３２に移動不能に固定しても良い。移動部２０が上下方向に移動しなくても、移動部２０を芯材に対して相対的に上下方向に移動させることで、実質的に第１実施形態及び第２実施形態と同じ動作を実現することができる。
【０１６７】
昇降モータ９４は、供給装置３及び芯材支持装置２のそれぞれに取り付けられても良い。
【符号の説明】
【０１６８】
２  芯材支持装置
３  供給装置
５  制御装置
１０  芯材
１１  レール
２０  移動部
３２  メインフレーム（第１部材）
３９  キャリッジフレーム（第２部材）
３９ａ  開口（通過開口部）
６０  開口部
９１  前後走行駆動モータ（第１駆動源）
９２  左右走行駆動モータ（第２駆動源）
９３  旋回駆動モータ（第３駆動源）
９４  昇降モータ（第６駆動源）
９５  俯仰駆動モータ（第５駆動源）
９６  芯材回転駆動モータ（第７駆動源）
１００  フィラメントワインディング装置
１１１  回転駆動モータ（第４駆動源）
１５２  大径整列案内部（上流側繊維束用ガイド）
１５２ａ  開口（第２開口部）
１５３  小径整列案内部（繊維束用ガイド）
１５３ａ  開口（開口部）
１６２  巻締繊維ボビン支持部（巻締部材用ボビン支持部）
１６４  巻付ガイド（巻締部材用ガイド）
Ａ１  回転軸（第１回転軸）
Ａ２  俯仰軸（第２回転軸）
Ａ４  支持軸（軸）
Ｆ  繊維束
Ｆ１  巻締用繊維束（巻締部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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