(57)【要約】【課題】巻き付け対象物に対する繊維の巻き付け位置のずれを抑制できる技術を提供する。【解決手段】フィラメントワインディング装置であって、繊維を供給する繊維供給部と、繊維供給部から供給される繊維を巻き付け対象物に送出するアイクチと、アイクチを繊維の送出方向と垂直方向に往復移動させる移動機構を制御部と、アイクチにおける繊維の位置を認識する認識部と、を備え、制御部は、アイクチを往復移動させている際に、アイクチの中心位置に対して繊維が予め定められた量以上ずれていると認識したとき、アイクチの移動方向と同方向に繊維がずれている場合は、繊維がずれていないときよりも、アイクチの移動方向に対して加える正の加速度を大きくし、アイクチの移動方向と逆方向に繊維がずれている場合は、繊維がずれていないときよりも、アイクチの移動方向に対して加える負の加速度を大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメントワインディング装置であって、
繊維を供給する繊維供給部と、
前記繊維供給部から供給される前記繊維を巻き付け対象物に送出するアイクチと、
前記アイクチを前記繊維の送出方向と垂直方向に往復移動させる移動機構を制御部と、
前記アイクチにおける前記繊維の位置を認識する認識部と、を備え、
前記制御部は、前記アイクチを往復移動させている際に、前記認識部を用いて前記アイクチの中心位置に対して前記繊維が予め定められた量以上ずれていると認識したとき、
前記アイクチの移動方向と同方向に前記繊維がずれている場合は、前記アイクチの中心位置に対して前記繊維が前記予め定められた量以上ずれていないときよりも、前記アイクチの移動方向に対して加える正の加速度を大きくし、
前記アイクチの移動方向と逆方向に前記繊維がずれている場合は、前記アイクチの中心位置に対して前記繊維が前記予め定められた量以上ずれていないときよりも、前記アイクチの移動方向に対して加える負の加速度を大きくする、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】
近年、燃料電池システムに用いられる高圧水素タンクの製造方法として、フィラメントワインディング法により強化繊維をタンクの外郭に巻き付ける方法がある。フィラメントワインディング法によってタンクを製造する方法として、例えば、特許文献１には、繊維の巻き付け速度の変動量に応じて、速度変動吸収装置のアクティブダンサロールを移動させることにより走行中の繊維の速度を調整することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５５３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来タンクの製造方法では、アイクチ上の繊維の位置精度が十分でない場合に、タンクの巻き付け位置にずれが発生するおそれがあった。従って、巻き付け対象物に対する繊維の巻き付け位置のずれを抑制できる技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、フィラメントワインディング装置が提供される。このフィラメントワインディング装置は、繊維を供給する繊維供給部と；前記繊維供給部から供給される前記繊維を巻き付け対象物に送出するアイクチと；前記アイクチを前記繊維の送出方向と垂直方向に往復移動させる移動機構を制御部と；前記アイクチにおける前記繊維の位置を認識する認識部と、を備え；前記制御部は、前記アイクチを往復移動させている際に、前記認識部を用いて前記アイクチの中心位置に対して前記繊維が予め定められた量以上ずれていると認識したとき；前記アイクチの移動方向と同方向に前記繊維がずれている場合は、前記アイクチの中心位置に対して前記繊維が前記予め定められた量以上ずれていないときよりも、前記アイクチの移動方向に対して加える正の加速度を大きくし；前記アイクチの移動方向と逆方向に前記繊維がずれている場合は、前記アイクチの中心位置に対して前記繊維が前記予め定められた量以上ずれていないときよりも、前記アイクチの移動方向に対して加える負の加速度を大きくする。この形態のフィラメントワインディング装置によれば、繊維に働く慣性力を利用して繊維をアイクチの中心位置に近づけることが出来るため、アイクチに対する繊維の位置精度が向上する。そのため、巻き付け対象物に対する繊維の巻き付け位置のずれを抑制できる。
【０００７】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、フィラメントワインディング装置の制御方法、このフィラメントワインディング装置を含んで構成されるタンクの製造装置などの形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】フィラメントワインディング装置の一例を示す説明図である。
【図２】アイクチと繊維との位置関係をタンク側（ｘ軸側）から見た図である。
【図３】アイクチの動作速度の変化を示したグラフである。
【図４】アイクチと繊維の位置関係を示した図である。
【図５】図４におけるアイクチの動作速度の変化を示したグラフである。
【図６】アイクチと繊維の位置関係を示した図である。
【図７】図６におけるアイクチの動作速度の変化を示したグラフである。
【図８】アイクチの制御方法の概要を表わすフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ａ．実施形態：
図１は、本実施形態のフィラメントワインディング装置１００の一例を示す説明図である。フィラメントワインディング装置１００は、繊維供給部１０と、アイクチ２０と、認識部３０と、制御部４０と、を備える。フィラメントワインディング装置１００は、樹脂が含浸された炭素繊維の束（以下、単に「繊維Ｔ」という）に張力を掛けつつ、回転するタンク５０にフープ巻きやヘリカル巻きを組み合わせて巻き付ける。これにより、タンク５０の外周には炭素繊維による補強層が形成される。タンク５０は、本願の「巻き付け対象物」に相当する。図１には互いに直行するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を示している。これらの軸は図２以降に示した軸に対応している。
【００１０】
繊維Ｔは、炭素繊維束を熱硬化型エポキシ樹脂に含浸させた、いわゆるプリプレグである。なお、このようなプリプレグとしては、例えば、ポリアクリロニトリルの原糸を約３，０００℃で焼成した糸を約２４，０００本程度撚って集め、バインダ樹脂によって軽く接着させた、厚さ約２００μｍ、幅４ｍｍから５ｍｍ程度の扁平なシートを例示することができる。
【００１１】
繊維供給部１０は、繊維Ｔが巻き付けられた筒状の部材から、アイクチ２０に対して繊維Ｔの供給を行う部材である。
【００１２】
アイクチ２０は、繊維供給部１０から供給された繊維Ｔをタンク５０に送出する。アイクチ２０は、繊維Ｔの送出方向と垂直方向であるトラバース軸（ｙ軸）に沿って、レール２１上を往復移動可能である。垂直とは９０±１０°の範囲に入っている場合が該当する。本実施形態において、「送出方向」とはアイクチ２０上において繊維Ｔが送り出される方向（ｘ軸方向）である。
【００１３】
認識部３０は、アイクチ２０上の繊維Ｔの位置を認識するための装置である。認識部３０はアイクチ２０上に設けられている。認識部３０としては、例えばレーザ変位センサや小型カメラを用いることが出来る。認識部３０は、認識した繊維Ｔの位置を表す信号を制御部４０に出力する。
【００１４】
制御部４０は、ＣＰＵとメモリとを備えるコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、移動機構４１を用いてアイクチ２０の動作を制御する。移動機構４１は、アイクチ２０をレール２１上で往復移動させる機構である。移動機構４１としては、例えば、電動アクチュエータを用いることが出来る。
【００１５】
図２は、アイクチ２０と繊維Ｔとの位置関係をタンク５０側（＋ｘ軸方向側）から見た図である。図２は、アイクチ２０と繊維Ｔとの中心位置にずれが生じていない場合のアイクチ２０と繊維Ｔの位置関係を示している。制御部４０は、認識部３０から出力された信号を用いて、アイクチ２０の中心位置に対して繊維Ｔ（より詳しくは繊維Ｔの中心位置）が予め定められた量（以下、「許容ずれ量」という）以上ずれていると認識したとき、繊維Ｔをアイクチ２０の中心位置に近づけるように、アイクチ２０の動作を制御する。アイクチ２０の制御方法については後述する。許容ずれ量は、タンク５０に対する繊維Ｔの巻きずれが生じないずれ量を、予め実験的に求めることで定めることができる。
【００１６】
図３は、本実施形態におけるアイクチ２０の動作速度の変化を示したグラフである。このグラフの縦軸はアイクチ２０の動作速度を示し、横軸はアイクチ２０のトラバース軸における動作位置を示している。球面になっているタンク５０のドーム部の頂点５０ａ、５０ｂ（図１）では、アイクチ２０のトラバース軸における左右動の折り返し地点となる。制御部４０は図３に示すように動作するよう、アイクチ２０の移動方向および移動速度を制御する。
【００１７】
制御部４０は、例えば、頂点５０ａが始点で５０ｂが終点とするアイクチ２０の動作を制御する場合、頂点５０ａでは移動速度を０とする。制御部４０は、アイクチ２０の移動速度が予め定められた速度Ｖになるようアイクチ２０を加速させる。アイクチ２０の移動速度がＶに到達すると、制御部４０は、速度Ｖでアイクチ２０を移動させる。続いて制御部４０は、アイクチ２０が頂点５０ｂでの移動速度が０になるようにアイクチ２０を減速させる。
【００１８】
図４は、アイクチ２０と繊維Ｔの位置関係を示した図である。図４において、アイクチ２０は右方向（＋ｙ軸方向）に移動しており、繊維Ｔの中心がアイクチ２０の中心に対してアイクチ２０の移動方向に許容ずれ量以上ずれている。図４に示すようなアイクチ２０の移動方向と繊維Ｔのずれの方向の関係の場合、制御部４０は、アイクチ２０の移動方向に対して加える正の加速度を大きくする制御を行う。
【００１９】
図５は、図４におけるアイクチ２０の動作速度の変化を示したグラフである。このグラフの縦軸はアイクチ２０の動作速度を示し、横軸はアイクチ２０の動作位置を示している。図５における破線は、図２におけるアイクチ２０の動作速度の変化を示している。アイクチ２０の移動方向と同方向に繊維Ｔが許容ずれ量以上ずれた場合、図５のＡ部分に示すように、制御部４０は、アイクチ２０が頂点５０ａから折り返し、移動方向に対して正の加速度を加えるときに、アイクチ２０の中心位置に対して繊維Ｔが許容ずれ量以上ずれていないときよりも、アイクチ２０の移動方向に対して加える正の加速度を大きくする制御を行う。このとき、制御部４０は、認識部３０を用いて、アイクチ２０の中心位置に対する繊維Ｔのずれが許容ずれ量未満になるまでアイクチ２０の移動方向に対して加える正の加速度を制御することが好ましい。
【００２０】
図６は、アイクチ２０と繊維Ｔの位置関係を示した図である。図６において、アイクチ２０は右方向（＋ｙ軸方向）に移動しており、繊維Ｔの中心がアイクチ２０の中心に対してアイクチ２０の移動方向と逆方向に許容ずれ量以上ずれている。図６に示すようなアイクチ２０の移動方向と繊維Ｔのずれの方向の関係の場合、制御部４０は、アイクチ２０の移動方向に対して加える負の加速度を大きくする制御を行う。
【００２１】
図７は、図６におけるアイクチ２０の動作速度の変化を示したグラフである。このグラフの縦軸はアイクチ２０の動作速度を示し、横軸はアイクチ２０の動作位置を示している。図７における破線は、図２におけるアイクチ２０の動作速度の変化を示している。アイクチ２０の移動方向と逆方向に繊維Ｔが許容ずれ量以上ずれた場合、図７のＢ部分に示すように、制御部４０は、アイクチ２０が頂点５０ｂで折り返すために、移動方向に対して負の加速度を加えるときに、アイクチ２０の中心位置に対して繊維Ｔが許容ずれ量以上ずれていないときよりも、アイクチ２０の移動方向に対して加える負の加速度を大きくする制御を行う。このとき、制御部４０は、認識部３０を用いて、アイクチ２０の中心位置に対する繊維Ｔのずれが許容ずれ量未満になるまでアイクチ２０の移動方向に対して加える負の加速度を制御することが好ましい。
【００２２】
図４〜７ではアイクチ２０の移動方向が＋ｙ軸方向の場合について説明したが、アイクチ２０の移動方向が−ｙ軸方向の場合についても制御部４０は、アイクチ２０の移動方向と繊維Ｔのずれの方向に応じてアイクチ２０の加速度の制御を行う。
【００２３】
図８は、本実施形態におけるアイクチ２０の制御方法の概要を表わすフローチャートである。この処理はフィラメントワインディング装置１００の動作中、制御部４０により繰り返し実行される処理である。なお、この処理の開始時には繊維Ｔは送出されているものとする。本実施形態の制御方法では、まず、制御部４０が認識部３０を用いて、アイクチ２０の中心位置に対する繊維Ｔのずれ量（以下、単に「ずれ量」とする）を測定する（ステップＳ１０）。
【００２４】
次に、制御部４０は、測定したずれ量が許容ずれ量以上か否か判定する（ステップＳ２０）。測定したずれ量が許容ずれ量未満の場合（ステップＳ２０：ＮＯ）、タンク５０に対する繊維Ｔの巻き付け位置のずれが生じない。そのため、制御部４０は、繊維Ｔをアイクチ２０の中心位置に近づけるための制御を行わない。一方、ずれ量が許容ずれ量以上の場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、アイクチ２０の移動方向と繊維Ｔのずれている方向とを比較する（ステップＳ３０）。
【００２５】
繊維Ｔがアイクチ２０の移動方向と同方向にずれた場合（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、図４、５に示したようにアイクチ２０の移動方向に対して加える正の加速度を大きくする（ステップＳ４０）。一方、繊維Ｔがアイクチ２０の移動方向と逆方向にずれた場合（ステップＳ３０：ＮＯ）、図６、７に示したようにアイクチ２０の移動方向に対して加える負の加速度を大きくする（ステップＳ５０）。
【００２６】
以上で説明した本実施形態のフィラメントワインディング装置１００によれば、制御部４０は、アイクチ２０を往復移動させている際に、アイクチ２０の中心位置に対する繊維Ｔが予め定められた量以上ずれている場合に、アイクチ２０の移動方向に対して加える加速度を変化させる。具体的には、アイクチ２０の移動方向と同方向に繊維Ｔが許容ずれ量以上ずれた場合、制御部４０は、アイクチ２０の移動方向に対して加える正の加速度を大きくする制御を行う。また、アイクチ２０の移動方向と逆方向に繊維Ｔが許容ずれ量以上ずれた場合、制御部４０は、アイクチ２０の移動方向に対して加える負の加速度を大きくする制御を行う。そのため、繊維に働く慣性力を利用して繊維をアイクチ２０の中心位置に近づけることが出来、アイクチ２０の中心位置に対する繊維Ｔのずれを小さくすることが出来るため、アイクチ２０上の繊維Ｔの位置精度が向上する。従って、巻き付け対象物に対する繊維の巻き付け位置のずれを抑制できる。
【００２７】
Ｂ．変形例：
＜変形例１＞
上記実施形態において、制御部４０は、アイクチ２０の中心位置に対する繊維Ｔのずれ量に応じて、アイクチ２０の制御を行っている。これに対して、繊維Ｔの中心位置に対するアイクチ２０のずれ量に応じて、アイクチ２０の制御を行っても良い。
【００２８】
＜変形例２＞
上記実施形態において、制御部４０は、アイクチ２０の移動速度が変化している時にアイクチ２０の加速度を制御して、アイクチ２０に対する繊維Ｔの位置を補正している。これに対して、あるいはこれに加えて、アイクチ２０の移動速度が速度Ｖ（図２）の場合に、アイクチ２０の加速度を制御してアイクチ２０に対する繊維Ｔの位置を補正してもよい。
【００２９】
＜変形例３＞
上記実施形態では、タンク５０に樹脂が含浸された繊維束を巻き付けている。しかし、タンク５０に巻き付ける繊維はこのような繊維に限らず、種々の繊維を巻き付け可能である。また、巻き付け対象としては、タンク５０に限らず、種々の物体を対象にすることが可能である。
【００３０】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…繊維供給部
２０…アイクチ
２１…レール
３０…認識部
４０…制御部
４１…移動機構
５０…タンク
５０ａ、５０ｂ…頂点
１００…フィラメントワインディング装置
Ｔ…繊維
Ｖ…速度
【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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