JP2940589B2 - 複合材料の多層構造体を製造するための装置 - Google Patents

複合材料の多層構造体を製造するための装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、成形型あるいは成形金
型でプレカット基層にドレープを付与することにより、
複合材料の多層構造体を自動的に製造することができる
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】複合材料構造体は、特に航空及び宇宙産
業で頻繁に使用されている。この発展は、このような構
造体を使用すると重量を軽減できること及びその特徴的
な機械的特性の両方により説明される。従って、複合材
料のよこ糸を形成する織物繊維は、前記構造体の製造時
にランダムに配向し得、最大の機械的応力が加わる方向
に強い機械的強度を与え得る。
【０００３】通常、複合材料の構造体は、樹脂で予備含
浸した織物繊維から形成された、「プライ」として一般
的に公知である複数の基層から製造される。特別の場合
には、各基層の繊維は所与の方向に配向した平行な繊維
を並置し得るか又は繊維が二方向に配向している織物を
形成し得る。
【０００４】複数の基層は、ドレープ付与作業中に重ね
合わされ又は積み重ねられ、その後、得られた構造体は
圧縮されて、（例えば、樹脂が熱硬化性である場合、樹
脂の重合温度まで温度を上昇することにより）硬化され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような複合材料の
多層構造体の製造時には、基層の各々をその向きと前の
基層上への位置との両方に関して非常に正確に配置する
ことが要求されるため、ドレープ付与作業は大変困難で
ある。
【０００６】この困難性を考慮して、前記ドレープ付与
段階は通常（９０％以上）、切断装置によりプレカット
された基層を元にして手作業すなわち手動で実施されて
いる。その結果として、得られた部品の品質及び再現性
はまちまちであり、しかも該部品は高価になる（ドレー
プ付与は通常、得られた部品の価格の約１/３〜１/２を
占める）。
【０００７】例えば、航空機の翼等の大きな部品を製造
するためには、往々にして仏国特許出願公開第２，６２
０，０８１号に記載されているようなドレープ付与機を
使用する。これらの特に複雑で高価な機械は、巻き取ら
れたストリップから基層を切り取ると共に配置すること
ができる。これらのストリップを収容するロール、切断
部材及び配置部材は、方向づけ可能なヘッドで担持され
ており、予め決定されたプログラムに従って移動して成
形型上に向けられる。しかしながら、このような機械は
非常に高価で且つ非常に使いにくく、今のところその使
用は、手動でのドレープ付与が特に困難である大型部品
の製造に限られている。
【０００８】更に、仏国特許出願公開第２，５１１，６
５６号は、予め切断されている各基層が、これを成形型
上に運ぶための移送ベルト上に吸引保持されるドレープ
付与装置を開示している。移送ベルトと型との間に生じ
る減圧（真空）により、基層の成形及び配置の両方を行
うように基層を型に当てがうことができる。しかしなが
らこの装置は、基層の夫々を移送ベルト上に運び、プレ
カット基層を配置するのに使用される領域でベルトの下
方に置かれた型板（テンプレート）の助けをかりてベル
ト上の同じ場所に正確に位置決めするために、オペレー
タの介在が必要である。この装置によりドレープ付与作
業を部分的に自動化することができるが、高品質、再現
可能な製造物を得る際に遭遇する困難性に関して手動に
よるドレープ付与の欠点を除去することはできない。
【０００９】欧州特許出願公開第２７１，２６３号は、
切断テーブル上の基層あるいは樹脂で予備含浸した層の
スタックを把持することができる工具を含んでおり、相
手方型（カウンタモールド）上の層又はスタックがこの
工具によって予備成形された後、その移送と成形型での
ドレープ付与が行われる装置を開示している。工具は、
非動作状態で相手方型の形状を呈する柔軟な膜を備えて
いる。膜及び相手方型間に形成された空間に圧縮空気を
導入すると予備含浸層が付着するため、把持が可能にな
る。それから、上記空間に減圧を発生させることにより
予備成形が得られる。次いで、層を成形型に載せるよう
に空間を再び圧縮空気源に接続し、工具を成形型から漸
次取り除く。
【００１０】この装置により、ドレープ付与作業を完全
に自動化することができる。しかしながら、基層が樹脂
に含浸されて膜及び成形型に付着する場合にのみ使用可
能である。
【００１１】本発明の目的は、プレカット基層が樹脂で
含浸されていてもいなくてもそれらの把持を完全に自動
化して行うことができると共にこれらの成形及び圧縮を
完全に再現可能とすることができ、小さな及び中ぐらい
のサイズをもつ複合材料の多層構造体に対して、得られ
る部品の品質を価格を上げることなく保証することがで
きる、新しいタイプの装置に関する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、複合材料の多層構造体を製造するためにプレカ
ット基層にドレープを付与してこれらを重ね合わせる又
は積み重ねる装置であって、成形型と、支持体、成形型
と相補的で支持体に取り付けられた相手方型、周縁が支
持体の端縁に固定されて相手方型と面する柔軟な膜、相
手方型と柔軟な膜との間に減圧を生じる手段、並びに膜
を成形型に押し付ける手段を有する把持、成形及び圧縮
工具とを備えており、膜が、通常は相手方型と接触しな
いように支持体の平坦な端縁に固定されており、膜にお
ける相手方型とは反対側の面には、プレカット基層を減
圧把持するための吸引カップが設けられている前記装置
によって達成される。
【００１３】このような装置は、把持工具が、ロボット
の関節式アームのような移送手段に対して都合よく取り
付けられ、プレカット基層の把持ステーションと成形型
を含むドレープ付与ステーションとの間で工具を移動す
ることが可能となる。従って、複雑で高価なドレープ付
与機を使用することなく完全に自動化されたドレープ付
与を行うことができ、又、得られた構造体の品質及び再
現性の両方を保証することができる。
【００１４】本発明による装置の好ましい特徴によれ
ば、工具が、吸引カップと接続可能な吸引手段を有する
のがよい。
【００１５】本発明による装置の他の好ましい特徴によ
れば、柔軟な膜及び相手方型の間には、相手方型に対し
て膜の反対側で支持体に形成されたコレクタと通路を介
して連通する閉鎖空間が画定されており、相手方型と膜
との間に減圧を生じる手段が、コレクタに接続可能な減
圧生成手段を含むと共に、膜を成形型に押し付ける手段
が、コレクタに接続可能な圧力源を含むのがよい。
【００１６】本発明による装置の更に他の好ましい特徴
によれば、吸引カップの夫々は、コレクタ内に置かれる
と共に、膜が変形する間、相手方型内をスライドするよ
うに相手方型を横切る柔軟なチューブによって吸引手段
と連通する、少なくとも一つの吸引区画室に接続されて
いるのがよい。
【００１７】本発明による装置の更に他の好ましい特徴
によれば、切断機及び成形型に対して把持工具を良好に
位置決めするために、支持体が、柔軟な膜を取り囲んで
膜から出っ張る受台を有するがよく、又、支持体の受台
が、成形型の成形面を取り囲む受台面に対して緊密に当
接できるのがよい。
【００１８】本発明による装置の更に他の好ましい特徴
によれば、成形型に対する工具の位置決めを更に改善す
るために、支持体が、成形型に結合されたセンタリング
手段と協働するのがよい。
【００１９】本発明による装置の更に他の好ましい特徴
によれば、柔軟な膜に結合された把持手段を解放する
間、成形型上にプレカット基層を保持するために、成形
型が、少なくともその中心部分に第２の吸引手段に接続
された穿孔を備える成形面を有するのがよい。
【００２０】本発明による装置の更に他の好ましい特徴
によれば、工具は、プレカット基層把持ステーションと
成形型を含むドレープ付与ステーションとの間に工具を
移動することができる移送手段に取り付けられているの
がよい。
【００２１】
【実施例】本発明を、添付図面を参照しながらその非限
定的形態に関して詳細に説明する。
【００２２】図１において、参照符号１０は、保護膜を
持たず、樹脂で予備含浸された織物繊維から形成される
連続ストリップから所望の形状に切断された基本部品を
受け取る、例えば流体ジェット又は超音波ナイフ切断機
等の、プレカット基層把持ステーションとしての切断機
の排出テーブルを示す。これらのプレカット基本部品す
なわちプレカット基層は、テーブル１０近傍のドレープ
付与ステーション１４に置かれた成形型１２上で各プレ
カット基層にドレープ付与することによって、多層複合
材料構造体の連続層を形成するのに使われる。
【００２３】本発明は、テーブル１０上のプレカット基
本部品の把持（グリップ）、及び成形金型あるいは成形
型１２上でのそれらの成形及び圧縮を自動的に実施する
ことのできる装置を提供する。この装置は本質的に、ロ
ボット２０の関節式アーム１８等の移送手段上に取り付
けられるべき把持工具１６を備える。この装置は、成形
型１２により完全なものになる。
【００２４】把持工具１６の構造を図２に詳細に記載す
る。把持工具１６は、成形型１２と形状が似ているが、
寸法がやや大きいボデー又は支持体２２を含む。支持体
２２は、把持されるべき基本部品及び成形型１２の方に
向かうべきその面に、成形型１２の成形面１２ａと相補
的な作用面２６ａを有する相手方金型あるいは相手方型
２６が固定される凹部２４を有する。枠２７も、相手方
型２６の周りの凹部２４に固定されている。
【００２５】支持体２２は、凹部２４の周囲に、平坦な
端縁で終端する周縁リブ２３を形成しており、この端縁
に、柔軟で気密な膜２８の周縁が緊密に固定される。膜
２８は、相手方型２６の外側作用面２６ａと通常接触し
ないように配置されている。周縁リブ２３の平坦な端縁
に対する膜２８の固定は、外形がリブ２３と対応してお
り、ねじ３２で平坦な端縁に固定される環状受台３０を
用いて把持することによってもたらされる。この受台３
０は、膜２８の外側作用面を越えて所与の距離だけ出っ
張っている。
【００２６】膜２８と相手方型２６との間に形成された
閉鎖空間３４は、相手方型２６の周りの支持体２２及び
枠２７に形成された通路３６を介して、密封されたコレ
クタ３８と連通している。コレクタ３８は、相手方型２
６を受容する凹部２４に近いが、相手方型に関して膜２
８と反対側の位置で支持体２２に形成されている。図２
に示すように、コレクタ３８へのアクセスは、ねじ４２
で固定された脱着可能なカバー４０の存在により容易で
あり、コレクタの密封（シーリング）はガスケット４４
を用いて維持される。
【００２７】カバー４０に形成された第１のチューブ４
６は、コレクタ３８を減圧面４８に接続し、コレクタ３
８及び閉鎖空間３４の両方を減圧（真空）下に置くこと
ができる。カバー４０に形成された第２のチューブ５０
は、コレクタ３８を圧力源５２に接続し、これにより圧
縮圧力がコレクタ３８及び閉鎖空間３４内に導入され
る。
【００２８】カバー４０は、バルブ５６に接続された第
３のチューブ５４も有する。この通常閉鎖されたバルブ
５６は、コレクタ３８の密封を保証する。減圧生成手段
としての減圧回路４８の作動に続いて及び圧力源５２の
作動後に制御されるバルブ５６の開放は、減圧を弱める
か圧縮圧力を釈放することができる。
【００２９】膜２８によるプレカット基層の把持を可能
にするために、膜は、その外側作用面に吸引カップ５８
を備えている。これらの吸引カップは、種々の形及びサ
イズの基層を把持できるように、膜の全作用面にわたっ
て規則正しい間隔で分配されている。
【００３０】各吸引カップ５８は、柔軟なチューブ６０
により、コレクタ３８内に位置する吸引区画室６２に接
続されている。コレクタ３８に対して完全に密封された
区画室６２は、カバー４０によって支持されており、吸
引カップ５８による基層の把持を可能にする区画室６２
内の減圧を確立することができる減圧源６６に対して区
画室６２を接続する他のチューブ６４を有する。
【００３１】柔軟なチューブ６０の夫々が相手方型２６
を横切っており、相手方型とコレクタ３８との間に位置
する支持体２２の部分は、通路６８によって柔軟なチュ
ーブのスライドを可能にする。通路６８は、その出口が
位置する相手方型２６の作用面２６ａの部分に対して垂
直に向いている。更に、作用面２６ａの前記部分は、膜
２８が減圧回路４８の結果として閉鎖空間３４の減圧作
用下で作用面２６ａに係合するとき、対応する吸引カッ
プ５８が前方に位置する場所に一致する。
【００３２】少なくとも膜２８に最も近い部分では、柔
軟チューブ６０が、膜及び相手方型間でのチューブの絡
みを避けるために、金属製付属部品で内側を補強するの
が好ましい。
【００３３】図２には単一の吸引区画室６２しか示され
ていないが、把持工具１６の上にはこの種の幾つかの区
画室を備えることができ、各区画室は、膜２８の所与の
領域に対応する吸引カップ群５８に接続されることに注
意すべきである。このような構成は、同一動作中におけ
る幾つかの並置された基層の別個の配置を可能にする。
【００３４】コレクタ３８の唯一の機能は、柔軟なチュ
ーブ６０及び吸引区画室のハウジング又は区画室６２の
自由な動きを可能にすることであることにも注意すべき
である。
【００３５】本発明による装置は、図２を参照してその
構造を説明する成形型１２も含む。
【００３６】相手方型２６と同様、成形型１２は、ドレ
ープ付与ステーション１４に静止状態で置かれた支持体
７０上に取り付けられている（図１）。前記支持体７０
は、成形型の周囲にカラー７１を形成し、その内側部分
は、受台３０及び受台が固定されている支持体２２のリ
ブ２３の外側部分と相補的である。この特徴により、型
１２に対して把持工具１６を非常に正確に配置すること
ができる。
【００３７】カラー７１の内部及び成形型１２の周囲に
は、把持工具１６が支持体７０のカラー７１にはめ込ま
れたときに受台３０を支承するガスケット又はパッキン
７４を備えた受台面７２が形成されている。接触が確立
すると、膜２８と成形型１２との間に形成された空間は
外部に対して密封される。
【００３８】この後者の特徴が、成形型１２の成形面１
２ａから前記空間内に確立される減圧によって、基層を
成形型１２上に載せ続けるために利用される。この目的
のために、成形面１２ａは、少なくともその中央部分に
穿孔シート７６を備えており、このシートの後ろには、
支持体７０に形成されたチューブ８０により減圧回路８
２に接続されたコレクタ７８が置かれている。
【００３９】本発明による装置の使用方法を、連続する
図３Ａ〜図３Ｄを参照して説明する。
【００４０】図３Ａに略図で示したように、把持工具１
６が、関節式アーム１８（図１）により、テーブル１０
上に載っているプレカット基層Ａ上に持ってくると、受
台３０がテーブル１０上に支承され、テーブルに対する
工具の位置決めを安定させる。それから、吸引カップ５
８により基層Ａを把持するように、吸引手段としての減
圧回路６６（図２）が作動する。膜２８は、図２の２
８’で示された位置をとるために圧力作用下で変形す
る。
【００４１】次に、吸引手段４８が作動し、バルブ５６
を閉鎖する。膜２８は、図３Ｂに図式的に、及び図２の
２８”で示されているように、相手方型２６の作用面２
６ａ上に支承されるために変形する。工具１６で把持さ
れている基層Ａは、製造するのに構造上必要とされる形
状を有している。この成形作業は、関節式アーム１８の
どんな移動にも先立って全部行われるかあるいは、好ま
しくは時間のロスを回避するように移動中に全部行われ
る。
【００４２】相手方工具１６が、成形型１２の真上に位
置決めされ、受台面７２に対して受台３０が当接するま
で下降したとき、図３Ｃに図式的に示すように、成形型
１２に対するプレカット基層Ａの正確な位置づけが行わ
れる。それから、減圧源４８の作動が中断され、コレク
タ３８及び閉鎖空間３４内の減圧が、バルブ５６の短時
間の開放によって弱められる。
【００４３】バルブ５６を再び閉鎖した後、圧力源５２
を作動させることによってプレカット基層Ａが圧縮され
る。それから、基層Ａは、膜２８の反対面に作用する圧
力によって成形型１２に係合する。この状態は図３Ｄに
示されている。
【００４４】次いで、減圧源６６が中断され、基層Ａは
第２の吸引手段としての減圧源８２を作動させることに
より、成形型１２上に保持される。これらの条件下で、
工具１６は成形型１２から解放され、製造する多層構造
体の次の基層を求めるために関節式アーム１８によって
テーブル１０上に持ってこられる。
【００４５】以上の記載から本発明による装置の本質的
な特徴が明らかである。従って、複合材料の多層構造体
を製造するために、各プレカット基層の把持を行い、成
形型上でこれらにドレープ付与することを、この装置に
よって完全に自動化することができる。これらの作業を
自動化するという特徴により、このようにして得られた
構造体の品質及び再現性をかなり改善することができ
る。更に、本発明による装置は、著しく単純で安価であ
り、既存のドレープ付与機と比べて非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の概略平面図である。
【図２】図１に示された装置の把持工具及び成形型を示
す縦断面図である。
【図３Ａ】本発明による装置を使用する四つの連続段階
の一つを示す部分縦断面概略図である。
【図３Ｂ】本発明による装置を使用する四つの連続段階
の他の一つを示す部分縦断面概略図である。
【図３Ｃ】本発明による装置を使用する四つの連続段階
の更に他の一つを示す部分縦断面概略図である。
【図３Ｄ】本発明による装置を使用する四つの連続段階
の残りの一つを示す部分縦断面概略図である。
【符号の説明】
１２ 成形型 １２ａ 成形面 １６ 把持工具 １８ 関節式アーム ２０ ロボット ２２ 支持体 ２６ 相手方型 ２８ 膜 ３０ 受台 ３４ 閉鎖空間 ３６ 通路 ３８ コレクタ ４８ 減圧回路 ５２ 圧力源 ５８ 吸引カップ ６０ チューブ ６２ 区画室 ６６ 減圧源 ７１ カラー ７２ 受台面 ７６ 穿孔シート ８２ 減圧回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｌ 9:00 (72)発明者 ジヤン−イブ・マリー、ニオシユ フランス国、91530・サン・モリス・モ ンクローヌ、リユ・デ・ゾルム、12 (56)参考文献 特開 昭56−157312（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−106508（ＪＰ，Ａ) 米国特許4875962（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B29C 33/00 - 33/20 B29C 31/08 B29C 43/00 - 43/12 B29C 43/20 B29C 43/32 - 43/36 B29C 51/08 - 51/14 B29B 11/00 - 11/16 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複合材料の多層構造体を製造するために
    プレカット基層にドレープを付与してこれらを重ね合わ
    せる又は積み重ねる装置であって、 成形型（１２）と、 支持体（２２）、前記成形型と相補的で支持体（２２）
    に取り付けられた相手方型（２６）、周縁が支持体（２
    ２）の端縁に固定されて相手方型（２６）と面する柔軟
    な膜（２８）、相手方型（２６）と柔軟な膜（２８）と
    の間に減圧を生じる手段（４８）、並びに前記膜を成形
    型（１２）に押し付ける手段（５２）を有する把持、成
    形及び圧縮工具（１６）とを備えており、 膜（２８）が、通常は相手方型（２６）と接触しないよ
    うに支持体（２２）の平坦な端縁に固定されており、 膜（２８）における前記相手方型とは反対側の面には、
    前記プレカット基層を減圧把持するための吸引カップ
    （５８）が設けられている前記装置。
  2. 【請求項２】 工具（１６）が、吸引カップ（５８）と
    接続可能な吸引手段（６６）を有することを特徴とする
    請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 柔軟な膜（２８）及び相手方型（２６）
    の間には、該相手方型に対して前記膜の反対側で前記支
    持体に形成されたコレクタ（３８）と通路（３６）を介
    して連通する閉鎖空間（３４）が画定されており、前記
    相手方型と膜との間に減圧を生じる手段が、コレクタ
    （３８）に接続可能な減圧生成手段（４８）を含むと共
    に、前記膜を成形型に押し付ける手段が、コレクタ（３
    ８）に接続可能な圧力源（５２）を含むことを特徴とす
    る請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 吸引カップ（５８）の夫々は、コレクタ
    （３８）内に置かれると共に、膜（２８）が変形する
    間、相手方型（２６）内をスライドするように該相手方
    型を横切る柔軟なチューブ（６０）によって吸引手段
    （６６）と連通する、少なくとも一つの吸引区画室（６
    ２）に接続されていることを特徴とする請求項３に記載
    の装置。
  5. 【請求項５】 支持体（２２）が、柔軟な膜（２８）を
    取り囲んで該膜から出っ張る受台（３０）を有すること
    を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装
    置。
  6. 【請求項６】 支持体（２２）の受台（３０）が、成形
    型（１２）の成形面（１２ａ）を取り囲む受台面（７
    ２）に対して緊密に当接できることを特徴とする請求項
    ５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 支持体（２２）が、成形型（１２）に結
    合されたセンタリング手段（７１）と協働することを特
    徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 成形型（１２）が、少なくともその中心
    部分に第２の吸引手段（８２）に接続された穿孔（７
    ６）を備える成形面（１２ａ）を有することを特徴とす
    る請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
  9. 【請求項９】 工具（１６）は、プレカット基層把持ス
    テーションと成形型（１２）を含むドレープ付与ステー
    ションとの間に前記工具を移動することができる移送手
    段（１８、２０）に取り付けられていることを特徴とす
    る請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
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