JP3628965B2 - ロール形成機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はロール形成機械に係り、それに限るわけではないが、とくに航空機用のロール形成された部品の生産に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題および手段】
部品のロール形成が機械上で実効をあげる場合には、その機械を通って送られる材料が変形によって整形され、またある場合にはその材料の表面が一緒に押圧されて、ウエブ（ｗｅｂ）とフランジ（ｆｌａｎｇｅ）とが形成される。材料のロール形成時には正確に鋭い縁端をもった角を形成することは通常不可能とされているので隅角は一般に丸みをもつ。ときとして、その半径が隣接する半径もしくは表面とつながっていないときには、好ましくない窪みが規定される。また、翼のような航空機部品を製造するときには、カーボンファイバのような織物を重ね合わせたものが翼の外板を形成するためによく使用される。翼外板のある領域はＴ字形断面をもつブレートスティフナという手段とか方法により内部表面上で強固なものとされる。織物の重ね合せが使われて翼を作る場合には、同じような材料からブレードスティフナを製造するのが有用である。この発明はこの点に力点を置いたロール形成機械に関するものである。
【０００３】
【発明の実施の形態】
この発明の第一の特徴によると、ロール形成機械が提供されており、その構成は、硬化可能なマトリックスで含浸した織物のような織物（ファブリック）を整形するためのローラ手段と、この整形工程の間に、もしくはこの工程の後にある長さの材料を供給するためのフィード手段とを含んでいる。
【０００４】
このような機械はブレードスティフナのような部品が織物から作ることができるようにするだけでなく、ロール形成された織物の中の望んでいない空隙や窪みの中に材料が供給できるようにもしている。
【０００５】
この発明の第二の特徴によると、ロール形成機械が提供されており、その構成は、硬化可能なマトリックスで含浸された織物のようなファブリックを整形するためのローラ手段と、この整形工程の間に、もしくはこの工程の後に、ファブリックの部分間に作られた空間内にもしくは空間をまたいで、ある長さの材料を供給するためのフィード手段とを含んでいる。
【０００６】
フィード手段は前記ある長さの材料が整形された織物の隣接する部分間の接合部に作られた窪み内にあるいは窪みをまたいで置かれるようにする。
【０００７】
好ましい実施形態では、ローラ手段は織物を変形して、織物のフランジとウエブ部分間に接合部を置くようにしている。この場合、ロール整形された織物はＴ字部分をもっていてよく、このウエブを形成しているＴ字形の垂直の枝状突出部（リム）とフランジを形成している水平の枝状突出部（リム）となっている。
【０００８】
ローラのような手段が備えられて、形成された織物の深さ（ｄｅｐｔｈ）、例えばウエブ部分の深さを制御するのにあてられる。もし望むのであれば、形成された織物の深さを制御するための手段はテーパを形成するために深さを前進的に次第に変えるように制御可能としてよい。深さを制御する手段はある長さの材料についていろいろの深さの部分を形成するように構成されていてよい。
【０００９】
織物は平坦な積層物の形状をしていてよいし、またブレイド（ｂｒａｉｄ）のような管状をしていてもよい。管状の場合にはフィード手段は管を通る軸方向にある長さの材料を供給するように構成されている。
【００１０】
ある長さの材料はファイバ（繊維）のトウ（ｔｏｗ）で構成されるか、ファイバのトウに代るかそれに加えて、別の積層物で構成されていてよい。
【００１１】
もし望むのであれば、織物を軟化するためにロール形成機械による整形の前に織物が加熱されてよい。もし望むのであれば、加熱手段は織物がローラ手段に出逢うまで織物を加熱し続けてよい。
【００１２】
もし望むのであれば、重ね合せステーションが備えられて、織物を積み重ねて積層物を形成するようにし、また重ね合せステーションからローラ手段へ積層物を送るための手段を備えていてよい。
【００１３】
この発明の第三の特徴によると、ロール形成機械が提供されていて、その構成は、積層物を形成するために織物を積み重ねるようにした重ね合せステーションと、積層物を整形するローラ手段と、重ね合せステーションからローラ手段へ積層物を送る手段とを含んでいる。
【００１４】
この発明によるロール形成機械を例を挙げ、添付の図面を参照して説明して行く。
【００１５】
【実施形態】
図１を参照すると、この機械は床に置いたベッド１０を備え、ベッド上には複数のローラが置かれている。図１では、３つの上流ローラ１２がロール形成機械に入って来る積層物１３を支持している。積層物１３を未硬化のエポキシマトリックスで予め含浸したカーボンファイバファブリックを積み重ねたものである。未硬化の形態では、積層物１３は半ば堅牢（セミリジッド）である。積層物１３はローラ１２の直ぐの上流にある重ね合せステーション１５で作ることができる。このような場合には、ローラは重ね合せステーション１５を出て行く積層物１３に対するコンベアとして働いている。
【００１６】
積層物１３は上側と下側とのローラ１６，１８で成る整形ローラの第一の組１４を通過する。ローラ１６，１８はＷ字形をした周辺を有し、それが図３に示したように互に他の中にはめ合っていてその間でニップ（ｎｉｐ）を備えている。ローラ１６，１８は逆にしたＷ字形に積層物を形成する。
【００１７】
次に積層物を整形ローラの第二の組２０を通し、ローラ２０には１個の上側のローラ２２と、２個の間隔をおいた下側ローラ２４とがある。また、ローラ２０の組は２個の傾いたローラ２６を含み、ローラ２２ないし２６は積層物１３が図４に示した形状をとるようにしている。
【００１８】
次に積層物１３は整形ローラの第三の組２８を通る。この組は１個の上側ローラ３０と、２個の間隔をおいた下側ローラ３２と、２個の垂直ローラ３４とで成り、ローラ３２ないし３４は積層物１３が図５に示したようなＴ字形をとるようにする。
【００１９】
もし望むのであれば、テーパのついた周辺３５ａを有する狭いホイール状のローラ３５（図６）を備えることができ、例えばローラ２８の直ぐの上流に置く。ローラ３５は形成された積層物１３のウエブ３９について必要とされる深さｄを維持する。以下で図８ないし１２を参照して詳述するように、ローラ３５は前記深さｄを制御するために上昇したり下降したりすることができる。
【００２０】
次に、ローラ３６の別の組があり、これが変形された積層物１３に対してファイバのトウを加えられるようにしている。ファイバのトウ（ｔｏｗ）３７にドラム３８により運ばれて、支持ローラ４０間を送られて、ローラ３６の別の組の上側ローラ４２（前述のフィード手段を構成している）に送られる。このトウは上側ローラ４２の下側を通って、三角形の窪み４４（図５、６参照）でＴ字形積層物１３の頂部にあるものに入る。Ｔ字形積層物１３は形成されるもので、整形された積層物１３の上側部分は外側に曲げられて水平なフランジ４８を作るようにしている。角のローラ５０が加えられて、変形された積層物の上隅４９は一緒に押圧されている。最終的なＴ字形構成をした積層物はそこで移送ローラ６０に沿って機械の外へと送られる。
【００２１】
積層物１３の整形を助けるために、積層物は変形工程の前又はその間に、あるいは工程前と工程中に加熱されるのが好い。便利なことは、ローラ１４，２０，２８，３６の組が熱い空気のブロワ５６を備えたハウジング５４内に置かれていることである。約６０℃ないし８０℃の範囲内の温度が最初に積層物を軟化させるのに使用できることが見付かっている。熱い空気は硬化が始まる前に積層物１３を軟化し、ハウジング４０から出て行くときには整形された積層物１３とトウ３７とがくっつくようにし、冷たい空気がブラストフリーザ（ｂｌａｓｔ ｆｒｅｅｚｅｒ）５８によって積層物の上に吹き付けられるようにすると好い。Ｔ字形積層物１３は後に熱を加えて硬化される。
【００２２】
窪み４４を充填するためにトウを供給する代りに、あるいは供給に加えて、別の積層物６１を図７の破線で示したように水平フランジ４８上に供給できる。積層物６１はローラ３６の組の直ぐの下流でＴ字形をした積層物１３に加えることができ、図７に示すようにＴ字形の垂直のウエブ６２と実質的に同じ厚さをもつ、上側の複合水平フランジを形成するように働く。
【００２３】
積層物１３は選ばれたローラに動力を与えることによって機械１０を通って駆動される。しかし、好ましい実施形態では、積層物は最初に機械を通って供給されて、その後に適当な引張り装置７１によりローラを通って引張られる。このようにして、機械を通って移動する際に積層物内で生ずるラック状態（しわしわになること）の可能性を減らして、整形された積層物の機械的性質が改善される。もし望むならば、積層物の厚さをその長さに沿って変えることができる。ローラ１４，２０，２８，３６の組は気圧系によって積層物に対して一定のピンチ（ｐｉｎｃｈ）力を加えるようにすることができる。一定の空気圧力を用いて一定のピンチ力を与えることにより、この組のローラは積層物の厚さの変化に応答して出入の動きが可能となる。
【００２４】
エポキシマトリックスで含浸されたカーボンファイバ織物の使用について触れてきたが、熱で励起されるバインダを備えた乾いた織物の層が代りに使用できる。乾いた織物の積み重ねが機械１０内でロールにかけられて、レジンがレジントランスファ成形工程により後に浸出される。
【００２５】
ここで図８ないし１２を参照する。図８は図１のロール形成機械により形成される典型的な形を示しており、Ｔ字形状は一定深さｄのウエブ３９を有し、この深さｄはホイール状のローラ３５により制御されている。この発明のロール形成機械は、望むならば、図９において６３で示したようなテーパのついたウエブ３９をもった形成された積層物１３を作るように制御される。図９では、テーパ６３は積層物１３が機械を通るときに、ホイール状のローラ３５を上側に（図６参照）移動させることにより形成される。図１０は調節可能なマウント６４上のホイール状のローラ３５を示し、最大深さｄを与えるように設定されている。テーパを形成するために、マウント６４は徐々にホイール状ローラ３５を図１１の位置に向けて移動して、未硬化もしくは部分的に硬化した積層物１３がテーパを作るようにする。ホイール状のローラ３５を図１２の位置に向けて続けて移動させることはさらに形成された積層物にテーパをつける。図１２に示した完全に平坦な状態に積層物１３を再整形することは不可能かもしれないが、形成された積層物の深さはホイール状のローラ３５の動作によってかなり低減される。図９に示すように形成された積層物の一端でテーパ６３を形成できるとともに、ホイール状のローラ３５に対するマウント６４はホイール状のローラの位置を調節して形成された積層物１３の長さ全体で異なる奥行をもつ領域を作り出すようにできる。図１０ないし１２では、ホイール状のローラ３５とマウント６４とが図式的に示されている。マウント６４の位置はねじ６５とサーボモータ６６とにより制御される。サーボモータ６６の動作はねじ６５がマウント６４を上昇もしくは下降するようにする。サーボモータ６６は適当なソフトウエア６７により、機械を通って積層物１３を供給するレートに応答して制御されて、所望のテーパ６３を維持するようにできる。便利なのは、積層物１３の供給レートが選ばれたローラの供給レートを検知することによって検知できることであり、選ばれたローラは積層物１３を駆動するものとする。あるいは、引張り装置７１が積層物を機械を通して引張るレートを検知することによってもよい。サーボモータ６６の速度は、これによって制御される。したがって、積層物１３の供給についての所定のレートに対してはまたテーパの所定の角度に対しては、サーボモータ６６の速度はしたがってソフトウエア６７により設定される。
【００２６】
図１３をここで参照して、機械７０は織物７２を管状に整形するように設計されていて、管はブレイドした管（ｂｒａｉｄｅｄ ｔｕｂｅ）（集めたもの）がよい。管７２は浮いた（フローテング）マンドレル（心棒）７４の上を通り、上側と下側とのローラ７６，７８の間を通る。管７２は次に一般的に８０で示した各種のローラ組を通って、図１４に示すようなＴ字形をした管を次第に形成して行く。図１４では、管７２はその右端では円形断面をもっているものから図示のように最終的にはＴ字形断面へと次第に変化している。材料８２のタウがドラム８４から管７２の一端を通って供給されて、Ｔ字形の水平フランジ８８と垂直ウエブ８９との間に作られた三角形の窪みを充填する。前のように、空気ブロワ５６が機械のハウジング５４上に置けて、ブラストフリーザ５８が一端Ｔ字形に形成されると管７２を強固にするために備えられる。移送ローラ６０が図１のように用意されて、管７２のための引張り装置７１もまた備えることができる。管７２は適当なエポキシマトリックスで含浸することができるカーボンファイバから形成されてよい。機械から離れた後に、Ｔ字形部分は硬化工程用に加熱を受けることになる。
【００２７】
積層物１３もしくは管７２を機械１０もしくは７０を介して引出すのではなく、それを静止保持して、機械の方を移動させてロール形成を実効あるものとすることができる。
【００２８】
図６、７に示すようなＴ字形断面は翼のような航空機翼用のブレードスティフナを理想的に形成する。このようなブレードスティフナもまた図８ないし１２を参照して記述したテーパ付けによって利点をもたらすことができる。
【００２９】
図１５を参照すると、別なロール形成機械９０は引張り装置９２を備えていて制御器９３により作動できる。この引張り装置９２はレール９４に備って滑り、積層物を図１に示したローラ１４，２０，２８，３６と同様の構成をもつローラ構成９４を介して引張る。加熱された取込みゾーン９６と冷やされた送り出しゾーン９８とはそれぞれ図１のゾーンと対応しており、そこには熱い空気のブロワ５６とブラストフリーザ５８で図１に示したものが置かれている。図１０に示したサーボモータ６６を制御するためのソフトウエア６７は、制御器９３に専用のものである。主制御パネル９９でロール形成機械９０用のものにはキーボード（図示せず）があって、ソフトウエア６７をプログラムするためのオペレータによる使用に当てられ、機械は制御パネルからオンとオフとが切換えできる。
【００３０】
引張り装置９２の速度と、したがってロール形成機械９０を通って移動する積層物１３の速度は制御器９３を介して選ばれ、例えば約１．５ｍ／ｍｉｎ（０．０２５ｍ／ｓ）の一定供給レートとされる。図１０ないし１２のように、サーボモータ６６の速度したがってホイール状のローラ３５の速度はソフトウエア６７により制御される。制御パネル９９のキーボードは、機械を通って移動するときに積層物１３に与えられることになるテーパすなわち所望角度の入力を与えるようにする。この入力に応答して、制御器９３のソフトウエア６７はプログラムされ、またソフトウエアは機械を通る積層物の動きについて前述した与えられた一定レートに関連してサーボモータ６６の動作速度を制御する。サーボモータ６６の速度はホイール状のローラ３５が積層物１３に対して移動するレートを決めて、テーパの角度を変える。
【００３１】
【発明の効果】
こうして前述の課題をことごとく解決した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロール形成機械の一実施形態の図式的側面図。
【図２】図１に示した機械のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】図１に示した機械のＩＩＩ −ＩＩＩ 断面図。
【図４】図１に示した機械のＩＶ−ＩＶ断面図。
【図５】図１に示した機械のＶ−Ｖ断面図。
【図６】図１の機械のために高さ調整ローラが用意できる態様を示す図。
【図７】図１のＶＩＩ −ＶＩＩ 線上でのロール形成した積層物についての拡大断面図。
【図８】図１のロール形成機械により作られたロール形成した積層物を示す斜視図。
【図９】一端にテーパのあるウエブを有するロール形成した積層物の斜視図。
【図１０】図９に示したテーパを作るためのホイール形ローラの調節段階を示す図。
【図１１】図９に示したテーパを作るためのホイール形ローラの調節段階を示す図。
【図１２】図９に示したテーパを作るためのホイール形ローラの調節段階を示す図。
【図１３】この発明によるロール形成機械の別の実施形態についての図式的断面図。
【図１４】図１３の機械により形成されることになるブレードの形をした管状織物の図式的断面図。
【図１５】ロール形成機械の別の実施形態の配置についての図式的側面図。

Claims (21)

1. 硬化可能なマトリックスで含浸した単一長の織物を整形するためのローラ手段を有するロール形成機械であって、
   前記ローラ手段は、織物の前記単一長の部分同士の間に空間を形成して成形工程中に前記複数の部分を互いに向かって移動するために配置されており、
   フィード手段がある長さの材料を前記空間内に供給するロール形成機械。
2. 前記フィード手段（４２）はある長さの材料（３７）が変形された織物（１３）の隣接する部分（４６）間の接合部に形成された窪み（４４）内に置かれるようにする請求項１記載のロール形成機械。
3. 前記ローラ手段（１４，２０，２８，３６）は前記織物（１３）を変形して織物（１３）のフランジ（４８）とウエブ（３９）部分間に前記接合部を位置決めする請求項２記載のロール形成機械。
4. 前記ローラ手段（１４，２０，２８，３６）は前記織物（１３）をＴ字形部分に変形して、Ｔ字形の垂直の枝状突出部がウエブ（３９）を形成しまたその水平の枝状突出部がフランジ（４８）を形成するようにする請求項３記載のロール形成機械。
5. 前記ローラ手段（１４，２０，２８，３６）は前記織物（１３）を変形してその表面が互に押し着けられてウエブ（３９）を形成し、表面がフランジ（４８）を形成するように離れて移動される請求項４記載のロール形成機械。
6. ローラのような形成された織物（１３）のウエブ ( ３９ ) の深さを制御するための手段を備えた請求項１ないし５のいずれか１項記載のロール形成機械。
7. 前記形成された織物（１３）のウエブ ( ３９ ) の深さを制御するための手段（３５）はテーパ（６３）を形成するために次第にその深さを変えるように制御可能である請求項６記載のロール形成機械。
8. 前記ウエブ ( ３９ ) の深さを制御するための手段（３５）は材料（３７）の長さにわたっていろいろな厚さの部分を形成するようにされている請求項５記載のロール形成機械。
9. 前記フィード手段（４２）は前記第一の織物（１３）の整形中もしくは整形後にその織物（１３）の表面上にある長さの織物（６１）を供給する請求項１ないし８のいずれか１項記載のロール形成機械。
10. 請求項５に従属する請求項９記載のロール形成機械であって、前記フィード手段（４２）はフランジ（４８）の表面に前記ある長さの織物（６１）を供給するロール形成機械。
11. 前記織物（１３）は整形前は管（７２）の形状をしており、前記フィード手段（４２）は管（７２）を通る軸方向に前記ある長さの材料（３７）を供給するようにされている請求項１ないし４のいずれか１項記載のロール形成機械。
12. 前記フィード手段（８４）はトウの形態をなす別の長さの材料を供給するようにされている請求項１ないし１１のいずれか１項記載のロール形成機械。
13. 変形に先立って織物もしくはマトリックスを軟化するために織物（１３）を加熱するために加熱手段（５６）が備えられている請求項１ないし１２のいずれか１項記載のロール形成機械。
14. 前記加熱手段（５６）は織物（１３）がローラ手段（１４，２０，２８，３６）に出逢うまで織物（１３）を加熱し続けるようにされている請求項１３記載のロール形成機械。
15. 変形された織物（１３）を冷却するために冷却手段（５８）が備えられている請求項１ないし１４のいずれか１項記載のロール形成機械。
16. 変形されることになる織物（１３）を機械の中で引張るために引張り手段（７１）が備えられている請求項１ないし１５のいずれか１項記載のロール形成機械。
17. 所与の位置で織物（１３）を固定するための手段が備えられ、また織物を変形するために織物（１３）に対して機械を移動させるための移送手段が備えられている請求項１ないし１５のいずれか１項記載のロール形成機械。
18. 前記ローラ手段（１４，２０，２８，３６）は、ローラ手段（１４，２０，２８，３６）に織物（１３）が粘着してしまう危険を最小とするために、フィルムのような離型性の媒体と協働する請求項１ないし１７のいずれか１項記載のロール形成機械。
19. 前記機械により変形されることになる織物（１３）とローラ手段（１４，２０，２８，３６）とは、航空機の翼ブレードスティフナとして使用するためにＴ字形部材を形成するように織物（１３）を変形するようにされている請求項１ないし１８のいずれか１項記載のロール形成機械。
20. 前記機械により変形されることになる織物（１３）は積層物（１３）を形成する織物の重ね合せを備えている請求項１ないし１９のいずれか１項記載のロール形成機械。
21. 積層物を形成するために織物（１３）を積み重ねる重ね合せステーション（１５）と、重ね合せステーションからローラ手段へ積層物（１３）を送るための手段とを有する請求項１ないし２０のいずれか１項記載のロール形成機械。

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