JP2006510817A - 構造体を編む装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも大部分が強化繊維から製造され、異なる数の層の領域を具備する繊維構造体で硬質発泡コア（１２）を編組する方法及び装置に関する。本発明の装置は、編組機、コア（１２）と編組機との間の直線移動装置（１０）、及び繊維構造体の上部層に自動的且つ一時的に少なくとも１つの要素（３２、３４、３６、３８）を配置する案内装置を具備する。少なくとも１つの要素（３２、３４、３６、３８）の面は画定された堅固な縁部を有する。

Description

本発明は、少なくとも大部分が耐久性のある繊維から成り、異なる数の層の領域を有する多層繊維構造体でコアの上に自動編組を行う装置及び方法に関する。

このような繊維構造体は、繊維強化プラスチック材のコアを形成し、その目的のために、繊維構造体が金型内にセットされ、硬化性プラスチックがこの金型に注入される。この工程は、特に高繊維含有量の繊維強化プラスチックの場合に使用される。このように作成された繊維強化プラスチック材は、低重量と共に高強度を有し、例えば航空機や宇宙産業で使用される。他の可能な用途は、高強度で、しかも軽量な材料の使用が要求される自動車製造産業にある。

繊維構造体は、良く知られている方法で編組機によって織られる。繊維構造体の固有安定度の欠如のため、繊維を編む製造課程では、それは、後に得られる完成品の輪郭をすでにもっている中実コアの周囲に編組される。この操作中、コア及び編組機は、シート状構造体を造るために互いに対し移動される。造られる繊維の厚さは、一方で、繊維層の厚さによるか、又は他方で、上下に積み重ねて配置される多数の層を準備することによって制御できる。この場合の強化繊維の繊維構造体は、十分に高い固有張力を有するので、コアの周囲に編組される繊維がそのコアに堅く密着する。

本発明は、編組機に関してコアの移動方向に異なる厚さを有する繊維構造体を高精度で製造することを目的とする。

この目的は本発明に従う装置によって達成される。

本発明による装置を用いると、編組機に関してコアの運動を反転させることによって編組される繊維構造体の個々の層を２重に積層させることが可能となる。案内装置によって自動で所定位置にもたらすことができる要素は、２枚重ねにされる層の２枚重ね縁部を画定し、この目的のためその端面に画定された堅固な縁部を有する。

案内装置は、要素に作用する少なくとも１つの水平及び垂直に移動可能なアームを有し、そのアームで、要素を、ゆえに層を２枚重ねする画定された堅固な縁部をも自動で位置決めすることができると好都合である。

１つの好ましい発展において、要素は、それがコアを包囲するように配置され、それによってコアの周囲を巡る敷設縁部が形成される。

要素が少なくとも２つの別々のシェル型を具備し、例えば、非円筒形状のコアの場合でも所望位置に周縁部を配置できるようにするために、案内装置の１本のアームが各シェル型に配置されるようにしても好都合である。

他の望ましい発展において、少なくとも２つのシェル型は、それらの外周に作用する締め付け要素によってコアに当接できる。これらのシェル型は、さらなる力で繊維構造体及びコアに押圧されるので、繊維構造体上で滑る可能性がなくなる。

好ましい発展において、装置は、コアの周囲に環状に配置された多数のステム要素を備えた少なくとも１つの他の締め付け装置を有し、これらのステム要素も、それらの端面にニードルを有すると好都合である。ニードルを装着したステム要素を用いると、繊維構造体に貫通し、その繊維構造体をコアに対するその位置に保持できる。

この場合、締め付け装置が、指定ポイントまで移動するようにコアに沿って水平に移動するようにでき、このポイントにおいて次にステム要素を半径方向に移動させ、端面に設けられたニードルを繊維構造体に貫通させる手段を有する場合も、望ましい。この場合、半径方向運動のこれらの手段を空圧式シリンダとして形成する、したがって簡単且つ個別に作動できる場合も望ましい。

発明の根拠となる目的は、請求項に記載の方法によってさらに達成され、その方法は、特に特許請求された装置で使用するのに適している。

本発明の他の利点や特徴は、図で表現される例示的実施形態に関して続いて記述される説明から、さらに個々の請求項からも明らかとなる。

図１に示された直線移動装置１０により、編組機（図示せず）で強化繊維を用いて本発明による方法で円錐コア１２が編組されることが可能となる。説明された例示的実施形態において、強化繊維は炭素繊維である。しかしながら、同様にして、アラミド繊維又はガラス繊維が使用されても良い。編組機（図示せず）は、固定して配置されるので、コア１２上にシート状繊維構造体を達成するために、コアを編組機に対し移動させなければならない。直線移動装置１０は、この場合では、長手方向に延びるレール１４を有し、そのレール１４に沿ってコア１２が移動可能である。コア１２は、その前端部がピン１６で、およびその後端部が台１８で支えられ、ピン１６及び台１８は、それらが保持要素２０及び２２によってそれぞれ連結されてレール１４上で移動できるように配置される。制御装置と共に案内装置を形成する保持要素２０及び２２は、同時にレール１４とコア１２との間のスペーサとしての働きもする。このスペーサが必要である１つの理由は、編組工程（図示せず）用の十分な空間をつくることであり、その空間でコア１２が、その全長（レール１４と平行な）にわたり多層繊維構造体で被覆される。編組機（図示せず）は適所に固定されるが、コア１２は、案内装置を形成する保持要素２０及び２２によってレール１４上で移動される。この場合、多層繊維構造体を形成する編組の反転は、コア１２の移動の反転によって開始できる。

保持要素２２には、主にレール１４と平行に延び、それらの前端部にシェル型３２、３４、３６、３８を有する４本の案内アーム２４、２６、２８、３０が配置される。これらのシェル型３２、３４、３６、３８は、アーム２４、２６、２８、３０によって、コア１２に、又は上部にある繊維層に当接できる。シェル型を用いると、まさに編組工程によって提供される内部張力のため垂直荷重下でコア１２に対して保持される繊維構造体もまた、反転行程中の高引張荷重下でもコア１２上のその位置に固定されるように保持できる。

このことは、異なる数の層によって完成構成要素に段を付けるために、特に編組工程の反転が円錐コア輪郭の正確に画定されたポイントで行おうとするときには重要である。

このような編組反転工程を支持するために、装置は、ハウジング４５を備えた他の空圧作動式締め付け装置４０を有する。締め付け装置４０のハウジング４５は、同様に台４３によって直線移動装置１０のレール１４上で移動可能に配置され、ほぼ環状にコア１２を包囲する。締め付け装置４０のハウジング４５の内周部に均一に配分された−説明された例では４カ所の−位置に、ステム要素４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが配置される。ステム要素は、空圧式装置（図示せず）によってコア１２に当接するようにできる。示された例では、３対の４本ステムが実現され、コアの長手方向に前後に並ぶように配置されている。それらの対の４本ステムのそれぞれの１つの要素は、この場合、ステム要素４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄにそれぞれ配置される。４本ステムの各対を用いると、反転ポイントをつくることができる。

その端面に、ステム要素４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの個々のステムは、ニードルを有し、これらのニードルは、ステム要素がコア１２に当接すると、コア１２を包囲する繊維層に入り、長手方向のこの位置に繊維層を固定する。個々のステムのそれぞれは、油圧シリンダによって個々に作動でき、４つの対で作用し合う個々のステムは同期して作動される。

コア１２は、繊維層がニードルによって貫通され、それらの繊維層がコアに堅く当接するようするために、硬質フォームから成る。

締め付け装置４０は、コアの長手方向軸に沿う様々な位置で締め付け装置４０を位置決めすることが可能となるようにするために、コア１２から独立してレール１４に沿って移動できる。

円錐状に形成されたコア１２上で造られた繊維構造体は、円錐輪郭とコア１２の全長（レール１４と平行な）にわたり異なる数の繊維層を持たせようとしたものである。このような構造体を製造するために、定置の編組機に対するコア１２の運動が少なくとも１つの画定されたポイントで停止され、次にその運動が逆方向で継続される、編組反転工程が使用される。このように２度通過するコアの領域には、２つ重ねした繊維層がゆえに作成されるが、コアの他の領域には、その運動の反転の結果、さらなる繊維層は全く提供されない。

この反転編組工程の難点は、繊維層の画定反転ポイントが画定反転縁部によって造られなければならないことにある。この目的のため、コア１２の運動の反転の瞬間に、繊維層がコアに対し移動されることが防止されなければならない。繊維構造体の固有張力のためコア上での繊維層の自己安定度は、繊維層が一定長さのものである場合に限り効力を生じる。

この目的のため、編組反転工程において、それぞれ最上部にある繊維層は、シェル型３２、３４、３６、３８及びステム要素４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄによってその位置で保持され、固定される。

編組機（図示せず）は、コア１２が、台１８から始まり、ピン１６の方向に編組されるように位置決めされる。

コア１２の所望形状に繊維構造体を造るために、コアは最初、台１８からピン１６まで進んで、そして戻り、その全長にわたって少なくとも２枚の層で編組される。次の２枚の層が次にコア１２の全長にわたって編組されることにならない場合、編組機に対するコアの運動の反転がコア１２の運動の画定ポイントで行われる。定置の編組機に対するコア１２の運動とその反転とは、制御装置によって規定される。

編組工程の反転において、シェル型３２、３４、３６、３８は、コア１２上の外部繊維層と当接させられる。この場合、シェル型３４と３６及び３２と３８も、それらが長手方向の同位置でコア１２と当接させられるように、それぞれ一緒に作用する。編組工程の反転と同じ意味の、コア１２の運動の反転において、シェル型３２及び３８の前縁部３２ａ及び３８ａは画定縁部を形成し、その画定縁部の周囲にその時点で造られる繊維層が反転編組において導かれる。このように、反転ポイントは、正確に画定され、したがって、第２の繊維構造体の開始が同様に確立される。編組反転のそのポイントから始めると、繊維構造体は、したがって、ピン１６の方向よりも台１８の方向に２枚分の繊維層だけより厚みが増す。

シェル型３２及び３８の前方画定縁部３２ａ、３８ａは、繊維層の所望反転位置の画定に必要な程度まで新繊維層によって上から編組される。

さらなるステップにおいて、このように造られた２つ重ねした層は、締め付け装置４０又はそのステム要素４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄによってシェル型３２及び３８の前縁部３２ａ、３８ａに直接固定される。ここでは、締め付け装置４０も同様にレール１４上を自動的にシェル型３２及び３８の領域まで移動できなくてはならない。新たな２つ重ねした繊維層が、ステム要素４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ及びステム要素４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの端面に配置されたニードルによって、硬質フォームから形成されたコア１２に対する位置に固定されると、シェル型３２、３４、３６、３８は、再びコア１２から外され、台１８の領域のそれらの不活動元位置に戻される。ここで提供された円錐状のコア１２の場合、ピン１６に面する、前部領域がすでに部分的に上から編組されているシェル型３２及び３８は、特に、２つの繊維層間でレール１４に対する長手方向と横方向との両方の反復工程で移動されなければならない。

反転編組のこの動作は、コア１２の全長の様々なポイントで反復できる。但し、この場合、繊維層の枚数が、コア１２の長手方向に連続的に増加するか又は連続的に減少するようにすることが望ましい。

図２は、ローラー構造４２を備えた台１８を示し、そのローラー構造４２によって台は、図１に示されたレール１４上で移動可能に配置される。台１８は、さらに、保持要素４４を有し、その保持要素４４にコア１２の一端（図１を除き、この図では示されず）が固定される。この台１８の領域には、シェル型３２、３４、３６、３８を、それぞれそれらに対応するアーム２４、２６、２８、３０によって位置決めする機構４６が配置される。機構４６は、通常編組工程中のシェル型３２、３４、３６、３８による編組の障害を回避するために、台１８に対する長手方向に移動できる。シェル型は、編組工程４６の反転の場合にだけ機構４６によってそれらの活動位置に移動される。アーム２４、２６、２８、３０を回転させることによって、シェル型３２、３４、３６、３８は、コアの上部にある繊維層と当接させられる。互いに作用し合うシェル型３２及び３８は、周辺ケーブル４８によって接続され、そのケーブル４８はコア１２の周囲に円形状に導かれる。ケーブル４８は、ローラー装置５０によって締め付けることができるので、ケーブルがコアの周囲に形成する円は、小さくなり、シェル型３２及び３８はケーブルの力によってコアに押し付けられる。コアに対するシェル型３２及び３８のこの締め付けは、ケーブル４８の引張力が通常より低下するとシェル型３２及び３８をコアから取り外させるばね５２の力に抗して行われる。シェル型３４及び３６は、ケーブル５４、ローラー装置５６及びばね５８と同じように相互に作用し合う。

図２で明らかなように、シェル型はコア１２の円錐形状に適応される。シェル型の形状の対応する適応により同じように形成されたシェル型は、円筒形又は長方形形状を製作するためにも使用できる。

説明された例示的実施形態において、硬質フォームコア１２は、炭素繊維で編組される。作成された多層繊維構造体は、次にプラスチックで含浸され、下流での操作で硬化される。コア１２は、編組工程において可撓性繊維構造体用の内部形状支持体としてのみ働き、説明された用途の可撓性繊維構造体要素の一部を構成しない。但し、基本的には、完成要素の一部は、形状支持体によって形成されても良い。

異なる数の繊維層が反転編組工程によって作成されている繊維構造体の領域において、画定された段転移部が硬化中に形成される。自動的に制御される本発明による方法は、同様に本発明による装置を用いて、それらの段を正確に予め定められたポイントで作成することを可能にする。

硬質フォームコア上に編組された炭素繊維の個々の層は、それらを拘束的に互いに接続させるために周辺部で編みこまれる。硬質フォームコアの材料特性のため、ニードルは周辺部中に硬質フォームに貫通できるので、その周辺部は、コアを取り出す前に、編みこまれることができる。

直線移動装置の側面を斜視図で示す。 締め付け要素用案内装置を図１のような斜視図で示す。

Claims (14)

1. 編組機と、コア（１２）と前記編組機との間の直線移動装置（１０）と、自動的に繊維構造体の最上部層に少なくとも１つの要素（３２、３４、３６、３８）を一時的に配置する案内装置とを使用して、少なくとも大部分が強化繊維から成り、異なる数の層の領域を有する前記繊維構造体を前記コア（１２）上に編組する装置であって、前記少なくとも１つの要素が、その端面に画定された堅固な縁部（３２ａ、３８ｂ）を有することを特徴とする装置。
2. 前記案内装置は、前記少なくとも１つの要素（３２、３４、３６、３８）に作用する少なくとも１本の水平及び垂直方向に移動可能なアーム（２４、２６、２８、３０）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つの要素（３２、３４、３６、３８）は、それが前記コアを包囲するように配置されることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の装置。
4. 前記要素（３２、３４、３６、３８）は、少なくとも２つの別のシェル型を具備し、各シェル型は前記案内装置のアーム（２４、２６、２８、３０）によって位置決め可能であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記少なくとも２つのシェル型（３２、３４、３６、３８）は、それらの円周に作用する締め付け要素（４８、５４）によって前記コア（１２）と当接できることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記コア（１２）の周囲に環状に配置された多数のステム要素（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ）を備えた少なくとも１つの他の締め付け装置（４０）によって特徴付けられる請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記ステム要素（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ）は端面にニードルを有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記少なくとも１つの締め付け装置（４０）は、前記コア（１２）に沿って水平に移動するようにでき、前記ステム要素（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ）を半径方向に移動させる手段を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 半径方向運動用の前記手段は空圧式シリンダであることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記少なくとも１つの締め付け装置（４０）は水平方向に移動できるように配置されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 編組機によってコア（１２）上に繊維構造体が多数の層で編組され、前記コア（１２）は前記編組機に対して移動され、さらに反転ポイントにおいて前記コア（１２）の相対的運動を反転させることによって異なる数の層を作成するために、少なくとも１枚の層は２枚に重ねられて２重層を形成し、その際にこの２重層は、前記相対的運動が反転されるときその２つ重ねした前記領域で保持される、前記異なる数の層の領域を有する前記繊維構造体を製造する方法であって、
    画定された堅固な２つ重ね縁部（３２ａ、３８ａ）を有する要素（３２、３８）は、画定されたポイントにおいて２つ重ねされる前記層上に自動的にもたらされ、この層は、前記コア（１２）の前記相対的運動の反転後に前記２つ重ね縁部（３２ａ、３８ａ）上にさらに編組されることを特徴とする方法。
12. さらなるステップにおいて、前記２つ重ねした層は、自動的に固定され、形成された前記２重層間の前記２つ重ね縁部（３２ａ、３８ａ）を備えた前記要素（３２、３３）は引き抜かれ、さらに前記層は編組され開始ポイントまで戻ることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記方法を完了するために、少なくとも１枚の層は、前記コア（１２）の全長を被覆できるように編組されることを特徴とする請求項１１あるいは１２に記載の方法。
14. 前記個々の層はふさによって互いに接続されることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。

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