JP2024502298A - 糸巻きユニットのための制御ボビンホルダ - Google Patents

Abstract

本文書は、ボビン（３１）から撚線（３７）を繰り出すためのデバイス（２８）であって、少なくとも１つのボビンホルダ（３２）を支持する板（３０）であり、ボビンホルダ（３２）が、板（３０）に対して実質的に垂直な軸（Ａ）に沿って延在し、ボビンホルダ（３２）の軸の周りで回転することができるボビン（３１）を受け入れるように意図されている、板（３０）と、ボビンをボビンホルダ（３２）の軸に沿って並進的に移動させるための手段（３４）と、ボビン（３１）を離れる撚線（３７）をボビンホルダ（３２）の軸（Ａ）に沿って実質的に一定の位置に維持するように構成された、移動手段（３４）を制御するための手段（４１）と、を備える、デバイス（２８）に関する。

Description

本文書は、例えば特に水素ガスなどの加圧流体を受容することができる貯蔵器を形成するように意図された中空マンドレルなどの物体の周りにボビンの少なくとも１本の撚線を巻くことができる糸巻きユニットのための制御ボビンホルダに関する。

糸巻きは、回転軸を有する部品（円筒、円錐、など）の形態で複合材料を成形することによる実装のための方法である。この方法は、大量生産に適しており、主として強い機械的負荷を受ける部品（タンク、パイプ、など）を製造するために使用される。

図１は、フレーム１４に取り付けられて実質的に水平の長手軸Ａの周りで回転可能であるマンドレル１２を備える、知られた技法による糸巻きユニット１０を表す。ユニット１０は、長手軸Ａに沿って並進移動可能であり複数のボビン１８を支持するディスペンサ１６を備え、複数のボビン１８は、ディスペンサのパネルに対して実質的に垂直に、実質的に水平に延在する。各ボビン１８は、撚線２０を備え、撚線２０は、シートを形成するために、敷設ヘッド２２において隣同士に接合される。敷設ヘッド２２は、長手軸Ａに沿って並進移動可能なキャリッジ２４を介してディスペンサ１６に固着される。

いくつかの構成（図示せず）では、敷設ヘッドはまた、マンドレルの軸に対して横向きの方向に移動可能であり、前述の横軸の周りで旋回可能であり、長手軸の周りで枢動可能であり、場合により、垂直軸上で移動可能である。

糸巻きユニットを始動するのに先立って、シートがマンドレルに付着される。ディスペンサのテンショナが起動されて、繊維に張力をかけ、収縮を制限し、堆積される連続的な層を可能な限り密集させる。巻線により層が画定されて、覆うことを望むマンドレルの全表面上にシートを堆積させることを可能にする。円筒の全表面および半球状の底部における所望の領域を覆うために、らせん体を形成することによって堆積されるシートを用いてらせん型層を作り出すことが可能である。円周型層を作ることが可能であり、この場合、シートは、マンドレルの円筒形領域の全てまたは一部分上でマンドレルの軸に対してほぼ横向きに堆積される。

糸巻きによる構造化は、物体の所望の機械的性能を得るために、一連のらせん層および／または円周層の積み重ねを可能にする。一般に、機械は、数値制御によって制御される。この数値制御は、糸巻き専用のソフトウェアを使用してオペレータによってプログラムされることが多い。

捻れの恐れを伴わずに長さの短いテープの敷設を可能にする、接触敷設機（ｃｏｎｔａｃｔ ｌａｙｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）が知られている。しかし、これらの機械は、課せられ調整される繊維の方向における張力または軸方向機械的負荷の下で長い連続的な繊維を敷設および維持することを可能にしない。

このタイプの知られたプロセスは、自動テープ層（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｔａｐｅ Ｌａｙｅｒ）、略してＡＴＬ、および、自動繊維配置（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）、略してＡＦＰである。

ＡＴＬプロセスは、非常に幅の広いテープ（一般に、１００ｍｍから３００ｍｍ）を使用する。この技法は、民間航空機の翼などの小さな曲率半径および大きな寸法を有する表面上への堆積を可能にする。ＡＦＰプロセスは、幅１０ｍｍ未満のテープの並置、および、最大で３２本までのテープのヘッド出口での組立てを実行する。

主な用途は、平面状の部品、または大きな曲率半径を有する部品の作製である。主な考えは、定められた繊維配向を有する連続的なプライを敷設するための人の手を置き換えることである。

現在の全てのシステムは、保管ボビン上の層の間に分離フィルムを有する較正済みの予含浸テープ（繊維／樹脂）を使用する。これらの較正済みテープは、縁部の補強材の部分的な切断の恐れを伴って再切断される一方向性の予含浸シートから得られる。この点で、材料費は高額であり、また、ドレーピング動作中に分離フィルムを巻き取るためのシステムを有することが必要である。

これらのシステムのいずれも、標準的な予含浸繊維を使用せず、つまり、糸巻きによる実装のために層間に分離フィルムを有していない。シートを作り上げている撚線は作られた部品の各端部において切断されるので、撚線に（繊維の方向に）張力をかける際に継続的な張力（または負荷）を印加することは不可能である。

今日まで、複合材料の実装の分野における継続的な発展は、大部分においてプロセスの自動化に集中されてきた。これらの発展は、自動車部門および航空学部門において表明された大きな需要によって推進された。水素貯蔵技術（例えば、７００バールの動作圧力における）の発展は、重量比容量（ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ｃａｐａｃｉｔｙ）（すなわち、貯蔵される水素の量と容器の質量との比）が増大するにつれて、複合材料を使用限界に押しやる。

従来の糸巻きプロセス（専用の機械）、および、よりロボット的なプロセス（多用途機械）は、これまで性能の低下に関するプロセスの全影響を考慮に入れたことはなかった。ほとんどの場合、ボビン支持体は、敷設ヘッドから遠く離れており、撚線は、敷設ヘッドに到達する前に多数の偏向部およびローラを通過する。

現在、糸巻き機上に（材料を貯蔵するボビンから）撚線を繰り出すためのシステムは、幾何形状への繰出しの影響および撚線の機械的性能を考慮に入れずに作られている。ほとんどのシステムは、ばねまたはベルトによる機械的なもの（撚線に印加される張力の固定された設定）であろうと電子的なもの（撚線に印加される張力の変調された設定）であろうと、ボビンから撚線を繰り出すための単純なシステムである。さらに、各ボビンの撚線は、ある巻取り角度でボビンの棒に巻き付けられ、この巻取り角度は、ボビンの棒に沿った撚線の移動を引き起こす。ボビンの出口におけるガイド部材が偏向棒である場合、撚線は偏向棒に沿って移動することが理解されるべきである。ボビンの出口におけるガイド部材が偏向ローラである場合、撚線は、９０°前後で揺動する角度を形成する。いずれの場合にも、偏向部材に対する撚線の移動は、撚線を捻れさせる可能性があり、そのことが、マンドレル上に撚線を敷設するときの製造欠陥につながる場合がある。

この問題は、熱硬化性基質または熱可塑性基質などの硬化可能な部分的に重合された基質でボビンの撚線が予含浸される場合には、さらに大きくなる。実際、粘性は、撚線を滑らせることを大幅に制限し、不可能にすることすらあり、そのことがいかなる運動をも妨げ、それにより、捻れが生じるときに捻れの形成を制限することが可能になる。

捻れの形成を制限するために、ボビンを偏向部材から、したがって敷設ヘッドから離して設置することが知られているが、これは、糸巻き機の設置面積の問題をもたらす。

ボビンから撚線を繰り出すためのデバイスであって、
－ 少なくとも１つのボビンホルダを支持する板であり、ボビンホルダが、板に対して実質的に垂直な軸に従って延在し、ボビンホルダの前述の軸の周りで回転することができるボビンを受け入れるように意図されている、板と、
－ ボビンをボビンホルダの軸に従って並進的に移動させるための手段と、
－ ボビンを離れる撚線を実質的に一定の軸方向位置にすなわちボビンホルダの軸に沿って維持することを可能にするように構成された、移動手段を制御するための手段と、
を備える、デバイスが提供される。

ボビンの移動の制御は、繰り出されているボビンの撚線の幾何形状を保つことを可能にする。ボビンの軸方向位置は、数学的に厳密に一定ではないが、一定に見えるように実質的に一定に保たれて捻れの形成を防止することが、理解されるべきである。

ボビンは、複数の強化用繊維またはフィラメントによって形成された撚線のボビンであってもよい。繊維は、炭素繊維であってもよい。

移動手段は、ボビンホルダの軸に対して平行な軸に従って並進的に接続部品をガイドするための手段を含むことができ、この接続部品は、ボビンホルダを取り囲むボビン支持体に接続され、ボビン支持体は、ボビンホルダに回転的に結合され、ボビンホルダに沿って自由に並進する。

接続部品は、長手軸の周りで回転的にボビン支持体に接続され、前述の軸に沿って並進的に前述のボビン支持体と固着され得る。

別の特徴によれば、ガイド手段は、板に対して実質的に垂直な少なくとも１つの棒を備えることができ、接続部品は、この棒において摺動可能にガイドされる。

移動手段は、接続部品を並進させるウォームねじにベルトにより回転的に結合されるモータを備えることができる。

ボビンホルダは、接続部品に対して回転可能に取り付けられ得る。

ボビン支持体と接続部品との接合部に、ころ軸受が取り付けられ得る。

ボビンホルダは、ボビン支持体の並進移動のための玉軸受を備える。

ボビンホルダは、板に回転可能に取り付けられ得る。

制御手段は、ボビンを離れる撚線の軸方向位置を検出するための手段を備え得る。

検出手段は、互いに軸方向に離間され撚線の通過を検出するように構成された例えば光学タイプまたは他のタイプの２つの位置センサを備え得る。

先行する請求項のいずれか一項に記載のデバイスによりボビンの少なくとも１本の撚線を巻くためのユニット。

他の特徴、詳細、および利点は、以下の詳細な明細書を読めば、また、添付の図面を分析すれば、明らかになるであろう。

すでに前述した従来技術による糸巻きユニットの概略斜視図である。 本文書によるデバイスの１つの配向による概略斜視図である。 本文書によるデバイスの１つの配向による概略斜視図である。 点線に取り囲まれた部分の右部分に拡大図を含む、ボビンホルダの概略斜視図である。 ボビンホルダ、およびボビンホルダを取り囲むボビン支持体の斜視図である。 ボビンホルダが取り除かれている、図５に類似した概略図である。 接続部品とボビンホルダとの間の接続を示すために部分的な断面図が作られている、点線に取り囲まれた部分の右部分に拡大図を含む、ボビンホルダの概略斜視図である。 第１の位置にあるボビンホルダに取り付けられたボビンを繰り出すためのデバイスの概略斜視図である。 第２の位置にあるボビンホルダに取り付けられたボビンを繰り出すためのデバイスの概略斜視図である。

次に、本文書による繰出しデバイス２８を表す図２を参照し、この繰出しデバイス２８は、板３０を備える。敷設ヘッド（図示せず）を支持するように意図された側とは反対の片側でボビン３１が板３０によって支持されていることを観察することができる。

したがって、板３０は、ボビン３１を備えるが、いくつかのボビン３１を支持することができる。ボビン３１は、長手軸Ａに沿って延在し、長手軸Ａは、敷設ヘッドの長手軸に対して平行であり得る。次に、単一のボビン３１を参照するが、板３０は、いくつかのボビン３１を備えることができる。

デバイス２８は、ボビン３１の支持体３６によって取り囲まれたボビンホルダ３２を備え、ボビン３１は、例えばクランプ取付けまたは任意の他の適切な取付けにより、ボビン３１の支持体３６と回転的に固着されて取り付けられる。ボビンホルダ３２およびボビン支持体３６は、板３０に対して実質的に垂直な軸Ａに沿って同軸である。

デバイス２８は、ボビン３１をボビンホルダ３２の軸Ａに従って並進的に移動させるための手段３４と、実質的に一定の軸方向位置におけるボビン３１の撚線３７（図８）の維持を可能にするように構成された、移動手段を制御するための手段４１と、を備える。

移動手段３４は、ボビン３１の支持体３６に接続された接続部品３８を並進的にガイドするための手段を備える。この接続部品３８は、ボビンホルダ３２の長手軸Ａに対して平行な２つのレール４０またはガイド棒によって交差された、並進的に摺動するための上側部分３８ａを含む。上側部分３８ａは、２つのレール４０上を摺動することができる。図４から図７に関連してより良く分かるように、接続部品３８の上側部分３８ａは、ブラケット３８ｂに接続され、上側部分３８ａとは反対側のブラケット３８ｂの端部は、ボビン３１の支持体３６に回転的に接続され、前述のボビン３１の支持体３６の前述の軸Ａに沿って並進的に固着される。移動手段３４は、モータ４２を備え、モータ４２の出力シャフト４４は、接続部品３８を並進させるウォームねじ４８に、ベルト４６によって回転的に結合される。より具体的には、ウォームねじ４８は、接続部品３８の上側部分３８ａを通過し、ねじ４８の回転が接続部品３８の、結果的にボビン３１の支持体３６の、したがってボビン３１の、長手軸Ａに従う並進移動を生じさせるように、ねじ山を介して接続部品３８の上側部分３８ａに回転的に結合される。

図３では、ボビン３１の撚線３７に電圧を発生させるように意図されたモータ４５の存在を観察することができる。このモータ４５の出力シャフト４７は、ベルト５１によりボビンホルダ３２に結合される。ベルト４６および／またはベルト５１に張力をかけるために、テンショナが使用されてもよい。

次に、接続部品のブラケット３８ｂに並進的に結合されたボビン３１の支持体３６を示す、図４、図５および図６を参照する。ボビン３１の支持体３６は、長手軸Ａに沿って並進的にボビンホルダ３２に取り付けられ、ボビンホルダ３２上で前述の長手軸Ａに沿って摺動することができる。ボビン３１の支持体３６は、対応する形状を介してボビンホルダ３２に回転的に結合される。より具体的には、ボビン３１の支持体３６の内側面は、ボビンホルダ３２の長手方向溝３２ａに嵌合される長手方向リブ３６ａを備える。ボビンホルダ３２は、ボビンホルダ３２上でのボビン３１の支持体３６の並進移動のための玉軸受５０を備える。このようにして、ボビンホルダ３２は、ボビン３１を担持するボビン支持体３６に回転的に接続され、ボビン３１の支持体３６は、ボビンホルダ３２上で摺動することができる。

回転的に固定されている接続部品３８に対するボビン３１の支持体３６の回転を保証するために、ブラケット３８ｂとボビン３１の支持体３６との環状接合部に軸受が形成される。この軸受は、ボビン３１の支持体３６の環状フランジ５２によって形成されてもよく、この環状フランジ５２は、ブラケット３８ｂの環状溝内に取り付けられる。したがって、軸受は、平軸受で構成され得る。ブラケット３８ｂに固着される外輪とボビン３１の支持体３６に固着される内輪とを有するころ軸受により接続を作ることも可能なはずである（図７）。

ボビン３１の支持体３６の並進移動のためのモータ４２の制御を確実にするために、制御手段４１は、ボビン３１を離れる撚線３７の軸方向位置を検出するための手段４１ａを備え、これらの検出手段は、例えば、互いに長手方向に離間され撚線３７の通過を検出するように構成された２つの光学位置センサ４１ａを含む。これらの光学センサ４１ａは、長手軸Ａに対して平行な棒５４によって支持されてもよい（図８）。

図８は、ボビン３１のしたがってボビン３１の支持体３６の軸Ａに沿った２つの位置を示す。本文書によるデバイス２８により、撚線３７は常にボビンの軸に対して実質的に垂直な方向に従ってボビン３１を離れることを観察することができる。長手軸に沿った撚線の位置は一定のままであり、これは、捻れ形成の恐れを伴わずに偏向ローラまたは偏向棒５６を使用することを可能にする。

２８ 繰出しデバイス
３０ 板
３１ ボビン
３２ ボビンホルダ
３２ａ 長手方向溝
３４ 移動手段
３６ 支持体、ボビン支持体
３６ａ 長手方向リブ
３７ 撚線
３８ 接続部品
３８ａ 上側部分
３８ｂ ブラケット
４０ レール、棒
４１ 制御手段
４１ａ 検出手段、光学位置センサ、光学センサ
４２ モータ
４４ 出力シャフト
４５ モータ
４６ ベルト
４７ 出力シャフト
４８ ウォームねじ
５０ 玉軸受
５１ ベルト
５２ 環状フランジ
５４ 棒
５６ 偏向棒
Ａ 長手軸

Claims (12)

1. ボビン（３１）から撚線（３７）を繰り出すためのデバイス（２８）であって、
   少なくとも１つのボビンホルダ（３２）を支持する板（３０）であり、前記ボビンホルダ（３２）が、前記板（３０）に対して実質的に垂直な長手軸（Ａ）に従って延在し、前記ボビンホルダ（３２）の前記長手軸の周りで回転することができるボビン（３１）を受け入れるように意図されている、板（３０）と、
   前記ボビン（３１）を前記ボビンホルダ（３２）の前記長手軸に従って並進的に移動させるための移動手段（３４）と、
   前記ボビン（３１）を離れる前記撚線（３７）を前記ボビンホルダ（３２）の前記長手軸（Ａ）に沿って実質的に一定の位置に維持することを可能にするように構成された、前記移動手段（３４）を制御するための制御手段（４１）と、
   を備える、デバイス（２８）。
2. 前記移動手段（３４）が、前記ボビンホルダ（３２）の前記長手軸に対して平行な軸に従って並進的に接続部品（３８）をガイドするためのガイド手段を備え、前記接続部品（３８）が、前記ボビンホルダ（３２）を取り囲むボビン支持体（３６）に接続され、前記ボビン支持体（３６）が、前記ボビンホルダ（３２）に回転的に結合され、前記ボビンホルダ（３２）に沿って自由に並進する、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記接続部品（３８）が、前記長手軸（Ａ）の周りで回転的に前記ボビン支持体（３６）に接続され、前記長手軸（Ａ）に沿って並進的に前記ボビン支持体（３６）と固着される、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記ガイド手段が、前記板（３０）に対して実質的に垂直な少なくとも１つの棒（４０）を備え、前記接続部品（３８）が、前記棒（４０）において摺動可能にガイドされる、請求項２または３に記載のデバイス。
5. 前記移動手段（３４）が、前記接続部品（３８）を並進させるウォームねじ（４８）にベルト（４６）により回転的に結合されるモータ（４２）を備える、請求項２から４のいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記ボビンホルダ（３２）が、前記接続部品（３８）に対して回転可能に取り付けられる、請求項２から５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記ボビン支持体（３６）と前記接続部品（３８）との接合部に、ころ軸受が取り付けられる、請求項６に記載のデバイス。
8. 前記ボビンホルダ（３２）が、前記ボビン支持体（３６）の並進移動のための玉軸受を備える、請求項２から７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記ボビンホルダ（３２）が、前記板（３０）に回転可能に取り付けられる、請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記制御手段（４１）が、前記ボビン（３１）を離れる前記撚線（３７）の軸方向位置を検出するための検出手段（４１ａ）を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. 前記検出手段（４１ａ）が、互いに軸方向に離間され前記撚線（３７）の通過を検出するように構成された例えば光学式の２つの位置センサを備える、請求項１０に記載のデバイス。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイスによりボビンの少なくとも１本の撚線を巻くためのユニット。

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