(57)【要約】【課題】ライナに繊維束を巻回する際に、繊維束の張力および繊維束の幅の値を適切な範囲内に調整することができるタンクの製造方法を提供する。【解決手段】ライナ５０の外周に繊維束を案内するアイクチ３５を備え、ライナ５０の外周に繊維束Ｆを巻回するフィラメントワインディング装置１０を用いたタンクの製造方法において、アイクチ３５は、回転可能に構成された幅調整ローラ３３を有し、幅調整ローラ３３は、表面の軸方向断面において中央部が膨らんだ円弧状の形状で、表面の軸方向断面の曲率が周方向の位置によって変わるように形成され、繊維束Ｆと接触させる幅調整ローラ３３の表面における周方向の位置を調整しつつ、幅調整ローラ３３の上下方向の位置を調整することで張力を調整するものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライナの外周に繊維束を案内するアイクチを備え、前記ライナの外周に前記繊維束を巻回するフィラメントワインディング装置を用いたタンクの製造方法において、
前記アイクチは、回転可能に構成された幅調整ローラを有し、前記幅調整ローラは、表面の軸方向断面において中央部が膨らんだ円弧状の形状で、前記表面の軸方向断面の曲率が周方向の位置によって変わるように形成され、
前記繊維束と接触させる前記幅調整ローラの前記表面における周方向の位置を調整しつつ、前記幅調整ローラの上下方向の位置を調整することで張力を調整する、タンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ライナの外周にエポキシ樹脂などの繊維束を巻回しタンクを製造するフィラメントワインディング装置において、ライナの外周に繊維束を案内するアイクチを備えたものが知られている。特許文献１には、フィラメントワインディング装置におけるアイクチが、可動式のローラ軸が挿通された送出繊維幅調整ローラを含み、このローラ軸を揺動させて繊維束を構成する樹脂含浸繊維の送出角度を調整することでライナに送り出す繊維束の幅を調整する、タンクの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０９３２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フィラメントワインディング装置を用いたタンクの製造方法において、ライナに繊維束を巻回する際、繊維束の幅および張力を規定範囲内に維持する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載されたタンクの製造方法では、ライナに繊維束を巻回する際に、上記ローラ軸を揺動させて繊維束の幅を調整すると、繊維束の張力が規定範囲から外れてしまう場合があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、ライナに繊維束を巻回する際に、繊維束の張力および繊維束の幅の値を適切な範囲内に調整することができるタンクの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ライナの外周に繊維束を案内するアイクチを備え、前記ライナの外周に前記繊維束を巻回するフィラメントワインディング装置を用いたタンクの製造方法において、前記アイクチは、回転可能に構成された幅調整ローラを有し、前記幅調整ローラは、表面の軸方向断面において中央部が膨らんだ円弧状の形状で、前記表面の軸方向断面の曲率が周方向の位置によって変わるように形成され、前記繊維束と接触させる前記幅調整ローラの前記表面における周方向の位置を調整しつつ、前記幅調整ローラの上下方向の位置を調整することで張力を調整するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ライナに繊維束を巻回する際に、繊維束の張力および繊維束の幅の値を適切な範囲内に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかるタンクの製造方法に用いるフィラメントワインディング装置の概略構成を示す図である。
【図２】アイクチの概略構成について示す斜視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】繊維束の幅の変化と幅調整ローラの位相の変化との関係を示すタイミングチャートである。
【図６】繊維束の幅の変化と幅調整ローラの位相の変化との関係を示すタイミングチャートである。
【図７】フィラメントワインディング工程において、フィードバック制御により繊維束の幅を調整する処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
まず、図１を参照して本実施の形態にかかるタンクの製造方法に用いるフィラメントワインディング装置の概略構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかるタンクの製造方法に用いるフィラメントワインディング装置１０の概略構成について示す側面図である。図１に示すように、フィラメントワインディング装置１０は、クリール部１０Ａと、張力調整部１０Ｂと、繊維束搬送部１０Ｃと、繊維束供給部１０Ｄと、を備えている。
【００１１】
クリール部１０Ａは、フィラメントワインディング装置１０の端部に配置されている。クリール部１０Ａは、５つのボビン１１ａ〜１１ｅと、ボビン１１ａ〜１１ｅの上方（Ｚ軸正方向）に位置するクリールローラ１２ａ〜１２ｅと、固定ローラ１３と、を有している。ボビン１１ａ〜１１ｅには、エポキシ樹脂が含浸された樹脂含浸カーボン繊維ｆ１〜ｆ５がそれぞれ捲回されている。
【００１２】
樹脂含浸カーボン繊維ｆ１〜ｆ５は、それぞれ、ボビン１１ａ〜１１ｅから引き出されてクリールローラ１２ａ〜１２ｅに導かれる。樹脂含浸カーボン繊維ｆ１〜ｆ５は、クリールローラ１２ａ〜１２ｅの上部の外側面と当接し、下方（Ｚ軸負方向）に折り返して固定ローラ１３に導かれる。樹脂含浸カーボン繊維ｆ１〜ｆ５は、固定ローラ１３の下部の外側面において束ねられ、単一の繊維束Ｆとなる。
【００１３】
張力調整部１０Ｂは、支持梁２３と、ヒンジ２１と、テンションローラ１４と、アクチュエータ２２と、固定ローラ１５と、を有している。支持梁２３は、一端部がヒンジ２１によって支持され、中央部がテンションローラ１４によって下方から支持されている。アクチュエータ２２は、伸縮することにより上下方向（Ｚ軸方向）に変位可能に配置されている。支持梁２３は、アクチュエータ２２が上下方向に変位するとヒンジ２１を中心として回転することができるように構成されている。
【００１４】
支持梁２３の他端部には、テンションローラ１４が回転可能に支持されている。固定ローラ１３において束ねられた繊維束Ｆは、上方に折り返されてテンションローラ１４に導かれてテンションローラ１４の上部の外側面と当接する。さらに、繊維束Ｆは、テンションローラ１４から下方に折り返されて固定ローラ１５へと導かれる。支持梁２３の他端部に支持されるテンションローラ１４は、矢印Ａ１で表すように、上下方向に変位することが可能である。テンションローラ１４が変位することにより、テンションローラ１４を介して固定ローラ１３から固定ローラ１５へと導かれた繊維束Ｆに適切な張力を生じさせることが可能となる。
【００１５】
繊維束搬送部１０Ｃは、固定ローラ１６と、固定ローラ１７と、固定ローラ１８と、を有している。固定ローラ１６および固定ローラ１７は、水平方向（Ｘ軸方向）に互いに一定の間隔をあけて配置される。固定ローラ１８は、固定ローラ１６および固定ローラ１７よりも下方の固定ローラ１７側に配置されている。固定ローラ１５で上方に折り返された繊維束Ｆは、固定ローラ１６へと導かれて固定ローラ１６の上部の外側面と当接する。固定ローラ１６において水平方向（Ｘ軸方向）に折り返された繊維束Ｆは、固定ローラ１７に導かれて固定ローラ１７の上部の外側面と当接し、下方に折り返して固定ローラ１８に導かれる。
【００１６】
繊維束Ｆは、固定ローラ１８の下部の外側面と当接して水平方向（Ｘ軸方向）に折り返され、繊維束供給部１０Ｄのアイクチ３５に導かれる。アイクチ３５は、繊維束Ｆを束状に揃えてライナ５０の外周に案内して巻回するものである。ライナ５０は中空の樹脂製容器である。ライナ５０は、駆動装置によって、矢印Ａ２の方向に直線移動され、矢印Ｂ１の方向に回転される。ライナ５０を適宜回転、移動させることにより、ライナ５０の外周に繊維束Ｆが捲回され高圧ガスタンク５１が製造される。
【００１７】
図２は、アイクチ３５の概略構成について示す斜視図である。図２に示すように、アイクチ３５は、回転可能に構成された、案内ローラ３２と、幅調整ローラ３３と、ガイドローラ３４とを有している。案内ローラ３２と、幅調整ローラ３３と、ガイドローラ３４は、それぞれ水平方向（Ｘ軸方向）に所定間隔を空けて配置されている。アイクチ３５のガイドローラ３４はライナ５０（図１参照）と対向配置されている。幅調整ローラ３３は、矢印Ａ３で示された上下方向（Ｚ軸方向）への移動が可能である。幅調整ローラ３３の上下方向の位置を上昇させると、繊維束Ｆの張力を大きくすることができる。幅調整ローラ３３の表面の形状については後述する。
【００１８】
制御部８０は、幅調整ローラ３３の上下方向の位置を調整することにより、繊維束Ｆの張力の調整を行う。また、制御部８０は、後述する、繊維束Ｆと接する幅調整ローラ３３の表面における周方向の位置の調整を行う。制御部８０は、例えば、内部に信号処理を行うＣＰＵとプログラムや制御データを格納する記憶部とを備えるコンピュータである。
【００１９】
荷重測定器６０は、幅調整ローラ３３に接続して設けられ、繊維束Ｆの張力を測定する。荷重測定器６０は、幅調整ローラ３３により伝えられた繊維束Ｆの張力に見合う反力の大きさを適当な電気信号に変換する機能を有する部材で、例えばロードセル等を用いることができる。ガイドローラ３４の上方には、ガイドローラ３４における繊維束Ｆの幅を測定する幅測定センサ７０が配置されている。幅測定センサ７０は、例えば、レーザセンサによって繊維束Ｆの幅を測定するものや、撮像カメラによって撮影されたガイドローラ３４上の繊維束Ｆの画像に基づいて繊維束Ｆの幅を測定するものであってもよい。
【００２０】
次に、図２、図３および図４を参照して幅調整ローラ３３の表面の形状について説明する。
図２に示す幅調整ローラ３３は、表面の軸方向断面において中央部が膨らんだ円弧状の形状で、表面の軸方向断面の曲率が周方向の位置によって変わるように形成されている。なお、以下において、幅調整ローラ３３の表面における周方向の位置のことを、“幅調整ローラ３３の位相”という。
【００２１】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。なお、図２に示すように、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面とＩＶ−ＩＶ線に沿う断面とは、幅調整ローラ３３の位相が９０°異なる。図３に示す幅調整ローラ３３の表面の軸方向断面の曲率半径Ｒ１の方が、図４に示す幅調整ローラ３３の表面の軸方向断面の曲率半径Ｒ２よりも小さい。すなわち、幅調整ローラ３３の表面の軸方向断面の曲率半径は幅調整ローラ３３の位相によって異なる。
【００２２】
繊維束Ｆが接する幅調整ローラ３３の表面の軸方向断面の曲率半径が小さい場合、当該曲率半径が大きい場合と比べて、繊維束Ｆが幅調整ローラ３３の中央部から端部へと滑動しやすくなるので繊維束Ｆがより拡幅される。つまり、繊維束Ｆが接する幅調整ローラ３３の表面の軸方向断面が、図３に示す断面である場合には、図４に示す断面である場合よりも繊維束Ｆがより拡幅される。
【００２３】
図２において、繊維束Ｆが接する幅調整ローラ３３の表面の軸方向断面は、図３に示す断面である。幅調整ローラ３３は、図２の矢印Ｂ２で示された方向に回転させて幅調整ローラ３３の位相を変更することができる。図３に示す断面における幅調整ローラ３３の位相を位相Ｐ１、図４に示す断面における幅調整ローラ３３の位相を位相Ｐ２とする。繊維束Ｆを接触させる幅調整ローラ３３の位相を、位相Ｐ２から位相Ｐ１に変更すると、繊維束Ｆの幅を大きくすることができる。反対に、幅調整ローラ３３の位相を位相Ｐ１から位相Ｐ２に変更すると、繊維束Ｆの幅を小さくすることができる。
【００２４】
図５および図６は、繊維束Ｆの幅の変化と幅調整ローラ３３の位相の変化との関係を示すタイミングチャートである。図５に示すように、幅調整ローラ３３の位相が位相Ｐ２である状態において、幅測定センサ７０（図２参照）によって測定された繊維束Ｆの幅が規格下限値Ｗ２に近づいた場合、制御部８０（図２参照）が、幅調整ローラ３３の位相をＰ２からＰ１へと徐々に変化させる。これにより、繊維束Ｆの幅は規格下限値Ｗ２から徐々に大きくなる。反対に、図６に示すように、幅測定センサ７０によって測定された繊維束Ｆの幅が規格上限値Ｗ１に近づいた場合、制御部８０が、幅調整ローラ３３の位相をＰ１からＰ２へと徐々に変化させる。これにより、繊維束Ｆの幅は規格下限値Ｗ１から徐々に小さくなる。
【００２５】
フィラメントワインディング工程において、繊維束Ｆの張力を一定に維持できていても、繊維束Ｆの幅が変化してしまうことがある。上述したように、制御部８０が、幅測定センサ７０によって検出された繊維束Ｆの幅に基づいて幅調整ローラ３３の位相を調整すること（フィードバック制御）により、フィラメントワインディング工程において、繊維束Ｆの幅が規格上限値Ｗ１と規格下限値Ｗ２の範囲内になるようにすることができる。
【００２６】
幅調整ローラ３３の位相を変更すると、繊維束Ｆを接触させる幅調整ローラ３３の表面の軸方向断面の曲率半径が変わるが、それに伴って、繊維束Ｆの張力も変わる。このため、幅調整ローラ３３の位相を変更するときには、荷重測定器６０によって測定された繊維束Ｆの張力が規格範囲（上限規格値Ｔ１および下限規格値Ｔ２の範囲）内になるよう幅調整ローラ３３の上下方向の位置も調整する必要がある。
【００２７】
ここで、図７を参照して、フィラメントワインディング工程において、フィードバック制御により繊維束Ｆの幅を調整する処理の流れについて説明する。なお、以下の説明において、図１および図２を適宜参照する。図７は、フィラメントワインディング工程において、フィードバック制御により繊維束Ｆの幅を調整する処理の流れを示すフローチャートである。
【００２８】
図７に示すように、まず、幅測定センサ７０により、繊維束Ｆの幅を測定する（ステップＳ１）。続いて、制御部８０が、測定された繊維束Ｆの幅が規格範囲（上限規格値Ｗ１および下限規格値Ｗ２の範囲）内にあるか否かを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２で測定された繊維束Ｆの幅が規格範囲外である場合（ＮＯの場合）、制御部８０が幅調整ローラ３３の位相を調整する（ステップＳ３）。
【００２９】
ステップＳ３に続いて、荷重測定器６０により、繊維束Ｆの張力を測定する（ステップＳ４）。続いて、制御部８０が、測定された繊維束Ｆの張力が規格範囲（上限規格値Ｔ１および下限規格値Ｔ２の範囲）内にあるか否かを判断する（ステップＳ５）。ステップＳ５で測定された繊維束Ｆの張力が規格範囲内である場合（ＹＥＳの場合）、処理をステップＳ２に戻す。ステップＳ５で測定された繊維束Ｆの張力が規格範囲外である場合（ＮＯの場合）、制御部８０が幅調整ローラ３３の上下方向の位置を調整し（ステップＳ６）、処理をステップＳ５に戻す。
【００３０】
ステップＳ２で測定された繊維束Ｆの幅が規格範囲内である場合（ＮＯの場合）、ライナ５０のフィラメントワインディング（ＦＷ）が完了したか否かを判断する（ステップＳ７）。ステップＳ７でライナ５０のフィラメントワインディングが完了した場合（ＹＥＳの場合）、処理を終了する。ステップＳ７でライナ５０のフィラメントワインディングが完了していない場合（ＮＯの場合）、処理をステップＳ２に戻す。
【００３１】
なお、制御部８０は、上述したフィードバック制御の代わりに、過去の実績に基づいて事前に作成された制御プログラムにより幅調整ローラ３３の位相を調整、および幅調整ローラ３３の上下方向の位置の調整を行ってもよい（フィードフォワード制御）。
【００３２】
以上より、本実施の形態にかかるタンクの製造方法では、ライナに繊維束を巻回する際に、繊維束の張力および繊維束の幅の値を適切な範囲内に調整することができる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  フィラメントワインディング装置
１０Ａ  クリール部
１０Ｂ  張力調整部
１０Ｃ  繊維束搬送部
１０Ｄ  繊維束供給部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ  ボビン
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ  クリールローラ
１３  固定ローラ
１４  テンションローラ
１５、１６、１７、１８  固定ローラ
２１  ヒンジ
２２  アクチュエータ
２３  支持梁
３２  案内ローラ
３３  幅調整ローラ
３４  ガイドローラ
３５  アイクチ
５０  ライナ
５１  高圧ガスタンク
６０  荷重測定器
７０  幅測定センサ
８０  制御部
Ｆ  繊維束
【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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