CN101674994B - 导辊及纤维束排列装置 - Google Patents

Abstract

导辊(34)包括：固定在支轴(341)上的筒部(44)；设置在筒部(44)的轴向两端的凸缘(45)、(46)；架设在凸缘(45)、(46)间的圆柱形的多个接触条(47)。多个接触条(47)在导辊(34)的旋转轴线(340)的周围排列为环状。纤维束F卷绕在导辊(34)上，以与多个接触条(47)中的一部分接触。多个接触条(47)在旋转轴线(340)的周围形成纤维束F接触的引导周面S。在凸缘(45)、(46)贯穿设置多个通口(451)、(461)。

Description

导辊及纤维束排列装置

技术领域

本发明涉及具有与没有扭绞的纤维束接触并引导该纤维束的引导周面的导辊及具有该导辊的纤维束排列装置。

背景技术

以往，作为轻的构成材料而广泛使用的纤维强化复合材料，有的纤维强化复合材料使用三维织物(三维纤维结构体)作为强化材料。该纤维强化复合材料的强度非常高，被使用作为飞机等的构成材料的一部分。作为这样的纤维强化复合材料的强化材料所使用的三维纤维结构体的制法，有如下方法，该方法中，将纤维束排列为折回状的纤维束层层叠为多层，形成为至少2轴取向的层叠纤维束群，用排列在与各纤维束层垂直方向的厚度方向线将该层叠纤维束群结合。在专利文献1中披露了一种纤维束排列装置，该装置边从沿着排列面移动的导管送出纤维束，边在以规定间距配置的销针之间使纤维束以扁平的状态、且以纤维束的扁平的面沿着排列面的状态排列为折回状，形成纤维束层。

从供给源送出的纤维束与多个导辊的引导周面接触，被导至导管。多个导辊中的一部分被马达驱动，被马达驱动的导辊以其引导周面的周向速度比纤维束的运送速度(即导管的移动速度)快的方式进行旋转。这是为了顺利运送纤维束。

但是，在被马达驱动的导辊的周向速度较大时，在导辊的引导周面的周围会产生伴随气流，纤维束的单纤维有时会因该伴随气流而缠绕在引导周面上。即使单纤维只断开一条，若单纤维一旦缠绕在导辊上，则其他单纤维也会抽动，缠绕在导辊上，结果整个纤维束都会缠绕在导辊上。若这样，则无法向导管供给纤维束。专利文献1：日本专利特开2007-16347号公报

发明内容

本发明的目的在于使不扭绞的纤维束不会缠绕在导辊上。为达到上述目的，根据本发明，可以提供一种引导不扭绞的纤维束的可旋转的导辊。该导辊包括：为引导上述纤维束而与该纤维束接触的引导周面；设置在上述引导周面的轴向两侧的侧面；以及通过上述导辊的旋转将空气从上述侧面中的至少一个导入并向上述引导周面的径向外侧吹出的空气流路。

本发明还提供一种包括上述导辊，将从筒管送出的纤维束以扁平的状态排列的纤维束排列装置。

附图说明

图1(a)是本发明的第一实施方式的纤维束排列装置的侧视图。图1(b)是图1(a)的局部放大截面图。图1(c)是沿图1(b)的1c-1c线的截面图。图2(a)是省略图1(a)的纤维束排列装置的一部分的水平截面图。图2(b)是图1(a)的纤维束排列装置的局部放大水平截面图。图3(a)是显示纤维束的排列的立体图。图3(b)是导管的局部放大立体图。图4是显示本发明的第二实施方式的导辊的局部放大截面图。图5(a)是显示本发明的第三实施方式的导辊的局部放大截面图。图5(b)是沿图5(a)的5b-5b线的截面图。图6(a)是显示本发明的第四实施方式的导辊的局部放大截面图。图6(b)是沿图6(a)的6b-6b线的截面图。图7(a)是显示本发明的第五实施方式的导辊的局部放大截面图。图7(b)是沿图7(a)的7b-7b线的截面图。

具体实施方式

下面，基于图1至图3说明将本发明具体化的第一实施方式。图1(a)显示本实施方式的纤维束排列装置10的整体。如图2(a)所示，在长方形的底座11上设置一对沿底座11的长度方向(以下称作X轴方向)延伸的直行滑块12、13。直行滑块12包括未图示的滚珠丝杠机构以及利用滚珠丝杠机构沿X轴方向移动的移动体121，直行滑块13包括未图示的滚珠丝杠机构以及利用滚珠丝杠机构沿X轴方向移动的移动体131。在两个直行滑块12，13中，两个滚珠丝杠机构被同步驱动，两个移动体121，131同步向X轴方向移动。

在两个移动体121、131上架设沿与X轴方向垂直方向(以下称作Y轴方向)延伸的直行滑块14。若直行滑块12，13工作，则直行滑块14向X轴方向平行移动。直行滑块14包括未图示的滚珠丝杠机构以及利用滚珠丝杠机构沿Y轴方向移动的移动体141。

如图1(a)所示，在移动体141上设有支撑架15。在支撑架15固定有可正反旋转的马达16。马达16的输出轴即螺旋轴161沿上下方向(以下称作Z轴方向)延伸。在螺旋轴161上螺合有螺母部18，在螺母部18上附着固定有支撑板17。若螺旋轴161旋转，则支撑板17与螺母部18一起沿Z轴方向移动。

在支撑架15的上部固定有支架19，支轴20沿Z轴方向延伸，且可旋转地被支架19支撑。在支轴20上附着固定有支撑板21，在支撑板21上支撑有马达22及筒管架23。在筒管架23上安装有由纤维束F构成的筒管24，筒管24由于马达22的工作而向送出纤维束F的方向(图1(a)中箭头R所示的方向)旋转。纤维束F是多条单纤维不扭绞地捆扎为扁平形状而形成的。

在支撑板21上竖直地设置有支柱33，在支柱33的上部安装有一对导辊34、35及马达36。导辊34、35由于马达36的工作而积极地旋转。在导辊34、35的下方配设有可上下移动的张力辊37。另外，在支柱33的下部安装有可自由旋转的导辊38。从筒管24送出的纤维束F被导辊34、35、张力辊37及导辊38引导向支撑板21的下方。纤维束F被包含张力辊37的张力赋予机构赋予适当的张力。

在支撑板17上固定有马达25。马达25的输出轴251沿Z轴方向延伸，在输出轴251上附着固定有支撑支架26。若马达16工作，则马达25及支撑支架26沿Z轴方向移动。支撑支架26由于马达25的工作以输出轴251为中心进行转动。在支撑支架26上竖直设置有朝向Z轴方向的连接条27。连接条27贯通形成于支撑板21的孔，且与支撑板21卡合而设置。若支撑支架26沿Z轴方向移动，则连接条27沿Z轴方向移动。若马达25工作，则支撑支架26、连接条27及支撑板21以输出轴251为中心一体地转动。

在输出轴251正下方的支撑支架26的下部安装有排列头28。排列头28具备送出纤维束F的导管29。如图3(b)所示，导管29内的引导孔291为扁平状，导管29将扁平状态的纤维束F从引导孔291送出。

如图1(a)所示，在支撑支架26上安装有导辊30、31及马达32。导辊30被马达32积极地驱动，以向箭头Q方向旋转，导辊31自由旋转。经由导辊38引导的纤维束F通过导辊31、30被导向导管29内。

如图2(a)所示，在底座11上设置有框体39。框体39形成为长方形，在框体39的上表面，沿框体39以规定间距(例如数mm的间距)排列有销针40。图1(a)所示的导管29根据马达16的工作配置在适当的高度位置，并且根据直行滑块12、13的工作与直行滑块14的工作的组合，沿X轴方向、Y轴方向或者偏置方向(倾斜方向)移动。导管29通过沿X轴方向、Y轴方向或者偏置方向移动，在导管29内引导的纤维束F边卡挂在销针40上，边从导管29被引出。图3(a)显示边将纤维束F卡挂在销针40上，边对纤维束F进行排列的一个例子。

另外，除了在销针40的周围使导管29反转移动将纤维束F卡挂在销针40时以外，通过马达25的工作调整导管29的方向，使得从导管29送出的纤维束F的扁平的面朝向导管29的移动方向。图2(a)的实线所示的支撑板21的配置状态是从导管29送出的纤维束F的扁平的面朝向X轴方向的状态，图2(a)的点划线所示的支撑板21的配置状态是从导管29送出的纤维束F的扁平的面朝向Y轴方向的状态。

如图2(b)所示，各导辊34、35的支轴341、351通过轴承41、42可旋转地被支柱33支撑，在支轴341、351粘接被动齿轮342、352。被动齿轮342与马达36的驱动齿轮361啮合，被动齿轮342、352与传递齿轮43啮合。若马达36的驱动齿轮361旋转，则导辊34、35互相向相同方向(图1(a)中箭头P所示的方向)旋转。

由于导辊34、35及导辊30的结构都相同，因此下面仅对导辊34的结构进行说明。如图1(b)所示，导辊34包括：与支轴341嵌合固定的筒部44；一体形成于筒部44的轴向两端的凸缘45、46；架设在凸缘45、46之间的圆柱形的多个接触条47。如图1(c)所示，在各凸缘45、46上贯穿设置有多个通口(导入口)451、461。多个接触条47与导辊34的旋转轴线340平行地延伸，且位于距离旋转轴线340等距离的位置，在旋转轴线340的周围排列为环状。相邻的接触条47间的距离相同。纤维束F卷绕在导辊34上，以与多个接触条47中的一部分接触。多个接触条47在旋转轴线340的周围形成接触纤维束F的引导周面S。

下面说明随着导辊34的旋转的作用，随着导辊35、30的旋转的作用与导辊34的情况相同。随着纤维束排列装置10开始工作，导辊34向图1(a)的箭头P的方向旋转。形成导辊34的引导周面S的接触条47的周向速度被设定为大于导管29的移动速度，即纤维束F的运送速度。接触条47的周向速度例如是纤维束F的运送速度的1.5倍。与多个接触条47接触而卷绕在导辊34上的纤维束F随着导辊34的旋转而被运送，以引出卷绕在筒管24上的纤维束F。随着接触条47的转动，相邻的接触条47间的间隙K(参照图1(c))中的空气由于离心力和接触条47的送风作用，向以旋转轴线340为中心的半径方向的外侧运送(排出)。可以认为接触条47的送风作用、换言之该送风作用所导致的空气向半径方向外侧的运送，是位于接触条47的移动方向的前进侧且将旋转轴线340作为中心的半径方向的外侧的周面区域E(图1(c)所示)随着导辊34的旋转移动而产生的。周面区域E为下坡(下降面)，其越朝向导辊34的旋转方向(箭头P的方向)的前进侧越靠近旋转轴线340。

随着位于相邻的接触条47间的间隙K的空气向引导周面S的半径方向外侧运送，空气从导辊34的侧面343、344(参照图1(b))通过通口451、461，导入由两个凸缘45、46与引导周面S形成的内部空间N(参照图1(c))。即，随着导辊34的旋转，位于引导周面S的半径方向内侧的内部空间N的空气被送出至引导周面S的外侧。

随着导辊34的旋转在引导周面S的周围产生伴随气流，该伴随气流作用在欲从接触条47离开的纤维束F的单纤维，使该单纤维缠绕在导辊34上。而从引导周面S的内部空间N向引导周面S的外侧送出的空气流会阻止该缠绕。

通口451、461及引导周面S的内部空间N构成通过导辊34的旋转将空气从导辊34的侧面343、344导入并向引导周面S的外侧吹出的空气流路。相邻的接触条47间的间隙K作为从引导周面S的内部空间N向引导周面S的外侧运送空气的吹出口起作用。

第一实施方式可以得到以下的优点。(1)从引导周面S的内部空间N向引导周面S的外侧吹出的空气流防止单纤维缠绕在导辊34上。其结果是，避免纤维束F缠绕在导辊34上，可以稳定地向导辊34供给纤维束F。

(2)间隙K由于从一个凸缘45延伸到另一凸缘46，因此卷绕在引导周面S的纤维束F的整个宽度都暴露在从引导周面S的内部空间N向引导周面S的外侧吹出的空气流中。因此，可以可靠地避免纤维束F缠绕在导辊34上。

(3)将多个接触条47排列为圆环状的结构便于形成将引导周面S的内部空间N的空气向引导周面S的外侧运送的吹出口即间隙K。间隙K越小，离心力所导致的空气运送效果越好。

(4)导辊34的引导周面S的周向速度被设定为比纤维束F的运送速度大。在与引导周面S接触而被引导的纤维束F的运送速度比引导周面S的周向速度小时，欲从引导周面S离开的单纤维，由于以比纤维束F的运送速度大的周向速度旋转的引导周面S的周围所产生的伴随气流，特别容易被卷入导辊34。以引导周面S的周向速度比纤维束F的运送速度大的方式被驱动的本实施方式的导辊34作为本发明的适用对象时特别理想。

接下来，根据图4说明本发明的第二实施方式。与第一实施方式相同的构成部件标记相同的标号。在第二实施方式中，平板形状的接触条47A形成引导周面S。接触条47A在其移动方向(箭头P的方向)的前进侧具有平面，该平面形成下降面(下坡)471，其越朝向导辊34A的旋转方向(箭头P的方向)的前进侧越靠近旋转轴线340。下降面471相对导辊34A的半径方向倾斜，半径方向内端一方与半径方向外端相比，更位于导辊34A的旋转方向的前进侧。下降面471随着导辊34A的旋转将引导周面S的内部空间N的空气向引导周面S的外侧排出。

在第二实施方式中，可以得到与第一实施方式的(1)至(4)项同样的优点。接下来，根据图5(a)及图5(b)说明本发明的第三实施方式。与第一实施方式相同的构成部件标记相同的标号。

如图5(b)所示，导辊34B包括包围旋转轴线340的筒部48，筒部48的内部空间481在导辊34B的侧面343开口。如图5(a)所示，筒部48的外周面形成引导周面Sb，多个通路49从引导周面Sb贯通筒部48到达内部空间481，沿导辊34B的半径方向延伸。随着导辊34B的旋转，通路49内的空气由于离心力而被向引导周面Sb的外侧排出，相应地，空气从导辊34B的侧面343的开口(导入口)流入内部空间481。内部空间481及通路49构成通过导辊34B的旋转将空气从导辊34B的侧面343导入并向引导周面Sb的外侧吹出的空气流路。

在第三实施方式中，可以得到与第一实施方式的(1)、(4)项同样的优点。接下来，根据图6(a)及图6(b)说明本发明的第四实施方式。与第三实施方式相同的构成部件标记相同的标号。

如图6(a)所示，在导辊34C的凸缘45、46间的外周面上形成有与旋转轴线340平行地延伸的多条槽50。槽50沿着导辊34C的周向以等间隔排列。如图6(b)所示，在导辊34C内，多个导入通路51从导辊34C的一个侧面343到达另一侧面344地贯穿设置。各导入通路51通过沿导辊34C的半径方向延伸的至少一个(图6(b)中为两个)通路52，与槽50其中一个的底部连通。随着导辊34C的旋转，槽50内的空气及通路52内的空气由于离心力而被向引导周面Sc的外侧排出，相应地，空气从导辊34C的侧面343、344流入导入通路51。导入通路51、通路52及槽50构成通过导辊34C的旋转将空气从导辊34C的侧面343、344导入并向引导周面Sc的外侧吹出的空气流路。通路52及槽50作为利用导辊34C的旋转所导致的离心力向引导周面Sc的外侧运送空气的吹出口起作用。导入通路51的两端作为空气的导入口起作用。

从通路52向槽50流出的空气沿槽50的长度方向边在某种程度上拓宽边向引导周面Sc的外侧吹出，据此，卷绕在引导周面S的纤维束F的整个宽度都暴露在向引导周面S的外侧吹出的空气流中。

在第四实施方式中，可以得到与第一实施方式的(1)、(2)、(4)项同样的优点。接下来，根据图7(a)及图7(b)说明本发明的第五实施方式。与第一实施方式相同的构成部件标记相同的标号。

导辊34D包括：一对凸缘45D、46D；架设在凸缘45D、46D间的多个接触条47；与一个凸缘45D和支轴341嵌合固定的风扇53。即，在空气的导入口设有风扇53。随着导辊34D的旋转，风扇53积极地从凸缘45D的侧面343向引导周面S的内部空间N送入空气。据此，引导周面S的内部空间N的空气从相邻的接触条47间的间隙K向引导周面S的外侧吹出。

在第五实施方式中，可以得到与第一实施方式的(1)至(4)项同样的优点。在本发明中，还可以采用以下的实施方式。

可以将从导辊的侧面通向引导周面的空气管配设在导辊内，形成空气流路。此时，在导辊的侧面侧开口的空气管的一个口(导入口)与在引导周面侧开口的空气管的另一口(吹出口)相比，更位于靠近导辊的旋转轴线的位置即可。通过这样，导管内的空气会由于随着导辊的旋转而产生的离心力而被向引导周面的外侧排出。

在第二实施方式中，也可以沿着导辊34A的半径方向，即相对半径方向不倾斜地将多个接触条47A配设为放射状。此时，随着导辊34A的旋转，相邻的接触条47间的空气由于离心力而被排出至引导周面S的外部。

未被马达(驱动源)旋转驱动的导辊、即从动旋转的导辊(图示的例子中的导辊31、38)也可以适用本发明。

Claims (10)

1.引导不扭绞的纤维束的可旋转的导辊，具有：

为引导所述纤维束而与所述纤维束接触的引导周面；

设置在所述引导周面的轴向两侧的侧面；以及

通过所述导辊的旋转从所述侧面中的至少一个导入空气并向所述引导周面的径向外侧吹出空气的空气流路，

所述导辊包括由所述导辊旋转时产生的离心力将所述空气流路内的空气运送至所述引导周面的径向外侧的吹出口。

2.根据权利要求1所述的导辊，其特征在于，所述引导周面是通过在所述导辊的旋转轴线的周围将多个接触条排列为环状而形成的，所述吹出口是相邻的所述接触条间的间隙。

3.根据权利要求1所述的导辊，其特征在于，所述导辊包括包围其旋转轴线的筒部，所述筒部具有在所述导辊的侧面的至少一个上开口的内部空间，并且具有形成所述引导周面的外周面，所述吹出口是从所述引导周面到达所述内部空间地贯通所述筒部而延伸的通路。

4.根据权利要求1所述的导辊，其特征在于，所述吹出口是在所述导辊的外周面上与所述导辊的旋转轴线平行地延伸而设置的多个槽。

5.根据权利要求1所述的导辊，其特征在于，所述引导周面是通过在所述导辊的旋转轴线的周围将多个接触条排列为环状而形成的，所述接触条包括下降面，所述下降面越朝向所述导辊的旋转方向的前进侧越靠近所述旋转轴线。

6.根据权利要求1所述的导辊，其特征在于，所述导辊包括通过所述导辊的旋转将空气从所述侧面中的至少一个积极地引入所述空气流路内的风扇。

7.根据权利要求1所述的导辊，其特征在于，所述导辊具有在所述侧面中的至少一个上开口的导入口以及在所述引导周面上开口的吹出口，所述导入口与所述吹出口相比更位于导辊的径向内侧，所述空气流路从所述导入口延伸到所述吹出口。

8.根据权利要求1所述的导辊，其特征在于，所述导辊可由驱动源旋转驱动。

9.根据权利要求8所述的导辊，其特征在于，所述导辊可被驱动使得所述引导周面的周向速度比所述纤维束的运送速度大。

10.纤维束排列装置，包括根据权利要求1至9中的任意一项所述的导辊，将从筒管送出的纤维束以扁平的状态排列。

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