JP3182409U - 複合材料の三次元製織成形機器 - Google Patents

Abstract

【課題】複合材料の三次元製織成形機器を提供する。
【解決手段】主体部分と三次元製織工程に用いられる専用のデジタルコントロールソフトから構成される。上記主体部分はデジタルテンプレート２運動システムと、ビックアップ装置１３運動システムと、ガイドスリーブ運動制御装置と、を含む。従来の三次元製織成形機器と比べ、自動化レベルが高く、製造される部材の内面外面が滑らかで、またサイズの精度が高く、気孔率が低く、性能が安定的であるメリットを有する。また、設計要求に応じて製品に対し方向性及び一部分を補強でき、従来の三次元製織成形機器に存在した、形成された部材の断面が簡単で、気孔が多い問題を解決できる。該複合材料の三次元製織成形機器は、特に、製造サイズが大きく、複雑な外形の構造を有する製品の製造に適切である。
【選択図】図１

Description

本考案は、複合材料の三次元製織成形機器に関し、紡績分野と製造分野の共通領域に所属する。

複合材料は、軽くて、耐摩耗性、高強度、高靭性等の優れた機能を有するので、様々な工程の要求に適応し、且つ、比強度、比モジュラス及び耐熱性が基材金属より優れているので、航空宇宙等の先端分野の発展に重要な役割を果たして、ますます世界各国から注目が集まっている。三次元の織り成し技術は、最も先進的な複合材料の製造技術の一つと称され、国際に、複合材料を三次元で織る技術によって、既に航空機、自動車等の装置における各種形状のサポートビーム、ジョイントを製造し、更に、人工生体組織面では、当該技術を用い人工骨、人工靱帯、骨接合板等を製造している。最近、わが国の航空宇宙、国防防衛産業等の工業の高速発展に伴って、複合材料の織り成し技術に対する要求はますます高まっていて、複合材料を直接成形し耐負荷の構造体を製造する需要が増加している。

従来の積層式に基づく二次元織り成し機器による製品には、例えば、外形の構造が簡単で、厚さ方向の硬度及び強度が低く、面内のせん断及び層間のせん断の強度が低く、層化しやすく、衝撃靭性及び損害許容範囲が低い等の解消しにくい問題点が存在しているので、メイン耐負荷の構造体の性能要求を満足できないことが多い。最近、国外の先進国家は、新しい織り成し機器を開発し三次元織り成しのプリフォームを量産するように、力を注いでいる。１９７１年米国のゼネラルエレクトリック社は「Ｏｍｎｉｗｅａｖｅ」と言う三次元織り成し機器を開発した後、織り成し機器が機械化、自動化、マイクロ化の方向に発展し、ＣＡＤ／ＣＡＭ集積を初歩的に実現した。米国ノースカロライナ州立大学は、世界で一番目の自動織り成し機器である自動糸連続供給織り成し機器を開発していた。国内でも、三次元織り成し工程及び織り成し機器を最適化する面で研究を行っている。天津工業大学、南京航空航天大学、華東理工大学、国防科技大学などが相次いで三次元織り成し機器を開発していて、形状の簡単な製品の三次元の織り成しを実現できるものも存在するが、動作の効率が低く、国外レベルに比べ大きな格差が存在し、多数は従来の織り成し機器を基に改善している。

国内外の現在の先進な三次元の製織成形機器で織られた製品が構造の形状、層化及び力学性能等の面で多く改善されているが、依然として（１）機器製品の構造が簡単で、形状の複雑であるプリフォームの場合、織り成し中に繊維の配列又は数量を変更する必要があり、加工工程が複雑で、自動化制御に難しいであって、（２）大サイズのプリフォームの加工に適用できず、（３）繊維に対する樹脂の浸漬が理想的ではなく、気孔率が高く、製品の機械性能、耐候性、疲労寿命を低下させる問題が存在している。

本考案は、複合材料の三次元製織成形機器を提供することを目的とする。

本考案による三次元織り成し技術における問題を解決するための技術的案において、複合材料の三次元製織成形機器であって、ワークベンチと、ワークベンチに取付けられた制御可能なデジタルテンプレートと、一端が制御可能なデジタルテンプレートの内部に取付けられたガイドコラムと、を備え、制御可能なデジタルテンプレートが、垂直方向で往復移動でき、スリーブシャフトに巻かれたガイドスリーブが、ガイドスリーブテンショナーを通して中空のガイドコラムを通し、且つ折り返された後、制御可能なデジタルテンプレートに固定され、折り返されたガイドスリーブの外面の滑らかな壁がガイドコラムの外壁に密着され、糸が折り返されたガイドスリーブの内面に巻かれることで、部材の縦方向をロックし、糸巻き軸が、フレームの側面に取付けられ、糸巻き軸に巻かれた糸がフレームに装着された針積載フレームに設けられる糸テンショナーによって引っ張られた後に、織り針を通し、織り針ビックアップ装置がフレームの上方に取付けられ、Ｘ軸モーターとＹ軸モーターによって駆動されて織り針をビックアップしてＸＹ面で予め設定された経路に従って製織する。

本考案による技術的課題を解決するための技術案を更に改善することができる。制御可能なデジタルテンプレートは、部品の外形サイズ及び構造性能の要求に応じて選択的に集中配列し垂直方向で昇降を行うように、ガイドコラム（３）を制御する。ガイドコラムは中空管状の構造で、その内面外面は滑らかである。ガイドスリーブは、１本又は複数本の表面に鋸歯を備える糸であることができ、又は中空のソフトスリーブであることができ、外面形状は製織される部材の構造によって確定され、前記外面形状はねじの形状又は鋸歯形状で、内面は滑らかである。ガイドコラムは、中空の構造を有し、中空のガイドスリーブがその内部を通過でき、部材の性能要求に応じて特定材料の糸がガイドスリーブの内部を通させ、完成品の一部領域又は全体を縫い合わせ縛ることができる。フレームに複数の織り針ビックアップ装置を同時に取付け、同時に製織することができる。

本考案によると、機器の自動化レベルが向上でき、織り経路を自由に制御でき、部品の外形サイズ及び構造性能の要求に応じてサイズが大きく、外形構造が複雑な部品を加工することができ、完成品の表面が滑らかで、衝撃に耐え、割れ及び疲労に耐え、成形の精度が高く、複合材料の製造と成形の一体化製造を実現できる。

以下、図面を結合しつつ本考案の具体的な実施形態を詳しく説明する。
は、本考案に係わる複合材料の三次元製織成形機器を示す図である。 は、織り針の断面図である。 は、本考案に係わる複合材料の三次元製織成形機器の一部分の断面図である。 は、本考案に係わる複合材料の三次元製織成形機器の一部分の断面図である。

以下、実施例を結合し本考案をさらに詳しく説明する。当該複合材料の三次元製織成形機器は、ワークベンチ（１）と、ワークベンチ（１）に取付けられる制御可能なデジタルテンプレート（２）と、一端が制御可能なデジタルテンプレート（２）の内部に固定され、中空管状の構造を有し、内面と外面が滑らかであるガイドコラム（３）と、を含む。上記制御可能なデジタルテンプレート（２）は垂直方向で往復移動することによって、部品の外形サイズ及び構造性能の要求に応じて、選択的にガイドコラム（３）を集中配列し、垂直方向で昇降するように制御する。スリーブシャフト（４）に巻かれるガイドスリーブ（５）は、ガイドスリーブテンショナ（６）を通した後、中空のガイドコラム（３）を通過し、折り返され制御可能なデジタルテンプレート（２）に固定される。折り返されたガイドスリーブ（５）の外面の滑らかな壁はガイドコラム（３）の外壁に密着される。折り返されたねじ付きのガイドスリーブ（５）の内面に、糸が巻かれることで、部材を縦方向でロックする。上記ガイドスリーブ（５）は１本又は複数本の表面に鋸の歯が設けられる糸又は中空のソフトケーシングでもよい。外面の形状は、製織される部材の構造に基づき確定し、ねじの形状、鋸歯の形状等でもよい。糸巻き軸（７）はフレーム（８）の側面に取付けられ、上記糸巻き軸（７）上の糸（９）は針積載フレーム（１０）上の糸テンショナー（１１）によって引っ張られ、織り針（１２）を通る。上記針積載フレーム（１０）はフレーム（８）上に取付けられる。フレーム（８）の上方に織り針ビックアップ装置（１３）が取付けられ、上記ビックアップ装置（１３）はＸ軸モーター（１４）とＹ軸モーター（１５）の駆動によって織り針（１２）をビックアップした後、ＸＹ面で予め設定された経路に沿い製織を行う。上記の織り針（１２）は中空の管状又は縫い針の形状である。

機器の操作方法は以下のとおり。部材の層化設計構造に応じて、対応するシリーズのガイドコラム（３）（直径、高度、材料など）及びガイドスリーブ（５）の外面形状等のパラメータを選択し、制御可能なデジタルテンプレート（２）は設定されたプログラムに従ってガイドコラム（３）を集中配列しその有効の織り成し高さを調整し、スリーブシャフト（４）に巻かれたガイドスリーブ（５）はガイドスリーブテンショナー（６）を通した後、中空のガイドコラム（３）を通過し外転された後、制御可能なデジタルテンプレート（２）に固定され、外転されたガイドスリーブ（５）の外面の滑らかな壁はガイドコラム（３）の外壁に密着され、折り返されたねじ付きのガイドスリーブ（５）の内面に糸が巻かれることで部材の縦方向のロックを実現でき、フレーム（８）の両側にＸ、Ｙ方向にそれぞれ１列の針積載フレーム（１０）が設けられ、糸（９）が通された予備の織り針（１２）が針積載フレーム（１０）に掛けられており、ビックアップ装置（１３）はＸ方向の一つ又は複数の織り針（１２）をビックアップして設定された層のグリッド充填方式に従って層の内部及び外面形状を製織し、該方向の製織充填を完成し、ビックアップ装置（１３）はＹ方向の一つ又は複数の織り針（１２）をビックアップして同様に層の内部及び外面形状をを製織し、該層の製織充填を完成した後、制御可能なデジタルテンプレート（２）は下に所定の距離移動し、この時、固定されたガイドコラム（３）は制御可能なデジタルテンプレート（２）に対し上に移動し、ガイドコラム（３）を覆うガイドスリーブ（５）が引っ張りながら糸を供給し、また、ガイドスリーブテンショナ（６）によって引っ張られ、機器は上記移動を繰り返すことによって部材の製織工程を完成し、その後、ガイドコラム（３）をその先端が制御可能なデジタルテンプレート（２）の内部に入り込むまで下へ移動させることで、部材を取り外すことができる。

以上は、本考案の好適な実施例に過ぎず、本考案を限定するものではない。当業者にとって、本考案に様々な修正や変形が可能である。本考案の精神や原則内での如何なる修正、置換、改良などは本考案の保護範囲内に含まれる。

１…ワークベンチ、２…制御可能なデジタルテンプレート、３…ガイドコラム、４…スリーブシャフト、５…ガイドスリーブ、６…ガイドスリーブテンショナー、７…糸巻き軸、８…フレーム、９…糸、１０…針積載フレーム、１１…糸テンショナー、１２…織り針、１３…ビックアップ装置、１４…Ｘ軸モーター、１５…Ｙ軸モーター

Claims (4)

1. ワークベンチ（１）と、
   ワークベンチ（１）に取付けられた制御可能なデジタルテンプレート（２）と、
   一端が制御可能なデジタルテンプレート（２）の内部に取付けられたガイドコラム（３）と、
   を備える複合材料の三次元製織成形機器であって、
   制御可能なデジタルテンプレート（２）が、垂直方向で往復移動でき、
   スリーブシャフト（４）に巻かれたガイドスリーブ（５）が、ガイドスリーブテンショナー（６）を通して中空のガイドコラム（３）を通し、且つ折り返された後、制御可能なデジタルテンプレート（２）に固定され、
   折り返されたガイドスリーブ（５）の外面の滑らかな壁がガイドコラム（３）の外壁に密着され、糸が折り返されたガイドスリーブ（５）の内面に巻かれることで、部材の縦方向をロックし、
   糸巻き軸（７）が、フレーム（８）の側面に取付けられ、
   糸巻き軸（７）に巻かれた糸（９）がフレーム（８）に装着された針積載フレーム（１０）に設けられる糸テンショナー（１１）によって引っ張られた後に、織り針（１２）を通し、
   織り針ビックアップ装置（１３）がフレーム（８）の上方に取付けられ、Ｘ軸モーター（１４）とＹ軸モーター（１５）によって駆動されて織り針（１２）をビックアップしてＸＹ面で予め設定された経路に従って製織する、
   ことを特徴とする複合材料の三次元製織成形機器。
2. 前記制御可能なデジタルテンプレート（２）は部材の外形サイズ及び構造性能の要求に応じて選択的に集中配列し垂直方向で昇降を行うように、ガイドコラム（３）を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料の三次元製織成形機器。
3. ガイドスリーブ（５）は、１本又は複数本の表面に鋸歯を備える糸であって、又は中空のソフトスリーブであって、外面形状は製織される部材の構造によって確定され、前記外面形状はねじの形状又は鋸歯形状で、内面は滑らかである
   ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料の三次元製織成形機器。
4. 前記織り針（１２）は、中空の管状又は縫い針の形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の複合材料の三次元製織成形機器。
   
   

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