JP3805810B2 - 縫い込みヘッド及び複合要素用補強体の製造機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、重ね合わされた糸層（特に、カーボン、ガラス又はボロン糸）からなり、硬化マトリクスに埋設される補強体により形成される複合要素のためのシートの形状の前記補強体を製造する機械に用いることができる、縫い込みヘッドに関し、また、そのような縫い込みヘッドを備える機械に関するものである。
【０００２】
より特定的には、そのような複合要素は、機械的及び／又は熱的応力に対する耐性のそれらの優れた特性により航空工学及び宇宙工学の分野で、専用的ではないが用いられる。
【０００３】
【従来の技術】
前記複合要素や、特にそれらの補強体を得るための多くの方法及び機械が知られている。一般に、第１ステップは、繊維（糸）、特に少なくとも二方向に分散する、無機繊維から補強体を形成することであり、その後、マトリクスの材料が補強体に注入され、また、該マトリクスを形成するためにその材料が硬化されて、該複合要素が形成される。
【０００４】
補強体が重ね合わされた糸層を含んでおり、硬化マトリクスに埋設される補強体により形成される複合要素のためのシートの形状の補強体を製造する機械及び方法は、例えば本出願人のヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０,２８４,４９７号に記載されおり、その方法によれば：
前記糸層の少なくともあるものは、支持体上に、連続する糸の一部を形成する糸の真直部分を布設し、各真直部分の端部を位置的に固定するために二点間で該真直部分をぴんと張り、そのようにして、糸層を、互いに少なくとも実質的に平行な態様で延びる糸部分から構成し、そして該糸層の糸部分は、補強体の他の糸層の糸部分の方向に関して平行又は交差する方向に延びており、
また、全ての重ね合わされた糸層は、該糸層を貫通している連続糸を、結び目なしに、縫い合わせることによって、圧密される。
【０００５】
この場合、対応する糸層を構成する糸の真直部分を布設するために、連続糸の通過を許容するために、下端が開放し且つ上方部分に開口を有している管を備える特別な装置を用いる。この布設ヘッドは、糸の真直部分の端を位置的に固定するために２点間で各真直部分をぴんと引っ張ることを許容する。これらの固定点が、合成材料の発泡体のような、ピンを挿入しうる材料で作られた支持体に一時的に埋め込まれた前記ピンにより形成される。重ね合わされた糸層の形成後で且つ該糸層を圧密した後、ピンは、支持体から取り除かれる。
【０００６】
前述のように、全糸層の圧密は、該糸層を貫通している連続糸を、結び目なしに、縫い込むことによって実行される。これは、一方では機械への連結手段を支持し、他方では、針と、その針に正しく強化糸を案内する手段とを支持しする支持体を備えている、前記機械に装着された、縫い込みヘッドを用いることによって達成される。
【０００７】
しかし、ヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０,２８４,４９７では、少なくとも実質的に円筒状の補強体を製造することを含み、これを行うために、支持体は、同様な円筒状マンドレルの形である。従って、糸の真直部分から構成される各糸層は、該マンドレルに巻回したある長さの連続糸から構成される上側の糸層によって既に圧縮されており、該上側の糸層は、マンドレル上に既に布設された全ての下側の糸層を、所望のように、圧縮しかつ圧密することを可能にする。該糸層を貫通している連続糸を、結び目なしに、縫い合わせることによる糸層の圧密は、従って、ヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０,２８４,４９７の図１０ａ〜図１０ｆに示されたように、単に針を用いて糸層を通して糸を挿入することによって、実行可能であり、糸は、それが貫通する糸層が既に、構造により、圧縮されているという事実により、ループの形で糸層中に留められる。圧密している強化糸は、円周方向の長さの糸から構成される糸層を布設するときに前もって得られた圧密及び圧縮効果を強化すると共に、全糸層が一緒に保持されかつ補強体が機械的健全性を有することを確実にする。
【０００８】
【発明が解決しようする課題】
しかし、糸の真直部分からそれぞれ構成される重ね合わされた糸層からシート（平ら又は湾曲している）の形状の補強体を形成したい場合、重ね合わされた糸層を圧密する問題は、異なる性質のものである。
【０００９】
実際に、この場合、他の理由によっても望ましくない、連続する糸層の交差が無視可能なら、重ね合わされた糸層は、構造により、圧縮されない。この問題の一つの解法は、ヨーロッパ特許ＥＰ−０,０５６,３５１に示されている。ここで、補強体は、“経糸”層と称される糸層及び“緯糸”層と称される糸層から構成され、これらは、平行な面内で重ね合わされ、糸層の糸は、相互に交差しておらず、また、糸層組の上側糸層及び下側糸層は、“緯糸”層によって構成されている。該“経糸”層及び“緯糸”層の圧密は、これ等の糸層を貫通する結束糸により行われるが、該結束糸は、内側の経糸層及び緯糸層を閉じ込める典型的な織組織を外側（上側及び下側）糸層の緯糸と一緒に形成するように、外側（上側及び下側）糸層を取り巻いている。
【００１０】
この場合、経糸及び緯糸層の圧密は、結合糸を緊張させることによって専ら達成されることに注目されたい。実際に、それ等が配列される時に、結合糸は、それらを布設するためにシャトルを明らかに必要とし、該シャトルは、薄い厚さと共に、低“密度”（即ちこれらの糸間の大きな間隔）の経糸及び緯糸を有する糸層を必要とし、その結果、経糸及び緯糸を適所に保持すると共に圧密するために結合糸に張力を付与することが必要になる。そのような張力は、勿論、脆弱であるという特質のある結合糸を切断するという危険をもっている。更に、上記に示した解決策は、最終的には、実際に経糸に該当する結合糸と外側糸層の緯糸を相互に織ることによって、代表的な織地を少なくとも部分的に製作するという結果になる。
【００１１】
本発明の目的は、これらの欠点を克服することであり、また、複合要素のためのシートの形状の補強体を製造する機械に用いることができる縫い込みヘッドに関し、該縫い込みヘッドによって、補強体を製造するために、緯糸と結合糸を相互に織り込んだ種類の“織地”を形成する必要なしに、補強体の機械的健全性がもたらされる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明は、強化糸が貫通する重ね合わされた糸層を備える、硬化マトリクスに埋設された補強体により形成される複合要素のための、シートの形状の前記補強体を製造する機械において用いることができる、縫い込みヘッドであって、前記機械へ該縫い込みヘッドを連結させると共に、針と該針へ正しく前記強化糸を案内する手段とを支持する支持体と、前記針と関連した、前記重ね合わされた糸層を圧密するための機械的圧密手段と、を含む縫い込みヘッドに関するものであり、前記縫い込みヘッドは、回転支持体を有し、その下端には、前記針が装着されており、前記機械的圧密手段は、前記針と協働し且つ該針の移動に関連して動く押え金を含み、さらに、前記針に対して前記押え金を相対運動させる手段を備える縫い込みヘッドを含んでいる。
【００１３】
従って、補強体の機械的健全性は、重ね合わされた糸層を構成する糸部分に作用する強化糸もしくは圧密糸の摩擦により専ら得られ、該圧密糸に応力をかける必要はなく、これは、重ね合わされた糸層を構成する糸部分が充分な密度に達するまだ該糸層を予め圧密することにより達成される。
【００１８】
第２実施例によると、針は、傾斜している穴目を有すると共に、糸案内体と関連しており、該糸案内体は、前記糸の通過を許容する通路が傾斜して貫通する本体を備え、前記通路の下端は、外に向かって開いている。
【００１９】
この場合、縫い込みヘッドは、前記押え金、糸案内体及び針の組立体を作動するための作動機構を備え、該作動機構は、前記組立体が装着された板を作動する第１のシリンダ式作動装置と、前記糸案内体を支持するスピンドルと、前記押え金を作動する第２のシリンダ式作動装置とを含んでいることが有利である。
【００２０】
特に、針は、ナットで締め付けられる円錐形クランプを用いて、前記回転支持体により前記板上の所定位置に保持される。
【００２１】
また、糸案内体を支持する前記スピンドルは、伸張ばねによって応力を受けると共にストッパによって留められる。
【００２２】
【実施例】
添付図面は、どのように本願発明が実施されうるかということを明確にしている。これらの図において、同一の参照番号は、類似の要素を表す。
【００２３】
ヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０,２８４,４９７に示された、図１の機械１０は、副枠１１及び水平横材１３により上部部分で連結された直立支柱１２を装備したスタンドを備えている。
【００２４】
各直立支柱１２は、滑動路１４を備え、横棒１５は、その端部近くで、該滑動路１４に取り付けられたスライダ１６中に固定される。スライダは、滑動路内でネジ１７によって不動に固定される。この構成により、直立支柱１２上の横棒１５の高さを調節することが可能である。
【００２５】
横棒１５に装着されているは、往復搬送体１８であり、その上に、横棒１５に関して横方向にかつ調節可能に摺動できる水平アーム１９が具備される。
【００２６】
水平アーム１９は、その端部の一つで垂直アーム２０を支持しており、この垂直アームも摺動及び調整可能な仕方で装着されている。
【００２７】
垂直アーム２０は、その下部端２１で、縫い込みヘッドＰを受け取るようになっている固定手段を備える。
【００２８】
機械は、また、補強体１のための支持体６を支持する基台２２を含み、この支持体は、凸状のシートの形状を有している。この補強体１は、本出願人のフランス特許願第９４ ０４５８１及び第９４ ０４５８２号に記載されたように製造するのが有利である。
【００２９】
図１において、糸層は、既に布設されており、また、縫い込みヘッドＰは、重ね合わされた糸層の圧密を行う過程にあることに注目されたい。
【００３０】
横棒１５及びアーム１９、２０の構成によって、端部２１は、例えば、横棒１５に装着されると共にアーム１９、２０の端部に取り付けられた、図示のモータＭ１，Ｍ２及びＭ３により、三つの直交軸Ｘ，Ｙ及びＺに沿って、支持体６に関して任意の所望位置に調整可能であり、また、モータＭ１，Ｍ２及びＭ３は、ラック・ピニオン、ウォーム又は他の手段に基づく適当な既知のシステムによって横棒１５及びアーム１９，２０を三つの直交軸に沿って駆動しうる。
【００３１】
縫い込みヘッドＰの第１実施例が図２に示されている。支持体６に関して針３３を往復運動させるために（一つの糸層の糸の連続部分を布設するために）、図２に示すように、機械１０に接続されたブロック２９に装着された支持体４０に対して、その中に、図示しない駆動手段により軸受４２上で回転できる案内体４１が配設されており、ボビン（図１）から繰り出された糸Ｆの通過のために、この案内体４１を長手方向の通路４１Ａが貫通すると共に、該案内体４１の下端部４１Ｂが針３３を支持している。加えて、この図２にも示しているように、押え金４３が針３３と関連付けられており、該押え金４３は、ばね機構４４を用いて針の長手方向の延長線に平行な運動状態に設定しうる。より特定的には、押え金４３を制御するばね機構４４は、圧縮ばね４４Ａによって下方に押されると共に、針が布設された糸層の外側にあるときに針３３の支持体４０との接触状態にストッパ４４Ｂによって留められる、連結棒４５を含んでいる。針３３が下降するときに、押え金４３は、糸層によって保持され、圧縮ばね４４Ａは、糸層に圧縮力を作用させる。
【００３２】
図３に示すように、針３３は、糸の通過のために軸方向の通路４６が貫通している中空針でよく、この中空針は、貫通していない穴目４７を含んでいて、この穴目に通路４６が横方向に斜めに出会っている。
【００３３】
しかし、針３３は、図４に示すように形成するのが有利である。即ち、針は、円弧の形状の断面を有する長手方向の溝４９に入る斜めの貫通穴目４８を備え、針が通ることを企図したこの溝の深さが、針の先端部３４から遠ざかるのに従い徐々に浅くなっている。
【００３４】
この後者の針が用いられるときに、図５に示すように、特別の糸案内体を提供するとよい。該糸案内体は、糸Ｆの通過のための通路５１が斜めに貫通する、実質的にＬ形の本体部５０を有し、以下に詳述するように、該通路の下端部５１Ａは、実質的に垂直方向又は実質的に水平方向のいずれかに（糸Ｆは一点破線で示される）、糸が案内されるために外に向かって開いている。ホイール５２は、通路５１の中に進むことによって、糸Ｆを解放し、該通路の中に戻ることによって、糸を捕らえる。実際に、下方に引っ張ることにより、ホイール５２を回転させて、通路５１を開くのは、糸の摺動であり、後方への動き（糸の“上昇”）は、糸を再び阻止する。
【００３５】
図６には、押え金４３，糸案内体５０及び針３３の組立体（図４）を備える縫い込みヘッドの第２実施例が示されている。板５５を作動する空圧シリンダ式作動装置５４は、機械１０の工具ホルダに固定されうる環状フランジ５３にネジ留めされている。更に、フランジ５３は、スピンドル５７を案内する玉付きブッシュ５６を保持する。板５５それ自体は、針３３と、補助シリンダ式作動装置５９と、スピンドル５７上を摺動する第２の玉付きブッシュ６０とのための支持体５８を保持する。補助シリンダ式作動装置５９は、押え金４３と、糸Ｆのための糸グリッパ６１（糸案内体５０と類似）とを保持し、一方、案内スピンドル５７は、伸張ばね６２によって応力をかけられると共にストッパ６３によって抑止される、糸案内体即ち糸グリッパ５０を保持する。針３３は、ナット６５によって締め付けられる円錐形クランプ６４を用いて支持体５８上の所定位置に保持される。
【００３６】
補強体１の重ね合わされた糸層２、３を圧密するために、図７の（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ｚ方向に縫い込みが行われる。これを行うために、針３３を糸層２，３に挿入すると同時に、糸Ｆが針により糸層２、３を通って進められ（図７の（Ｂ））、糸グリッパ（図７の（Ａ）〜（Ｄ）に示していない）は締め付けられて、針の進行は支持体６に貫入するように調整される。針３３が糸層２，３から引き抜かれるときには、糸グリッパは緩められ、また、針は外に出て、糸層２，３を通る糸Ｆを漸進的に解放し、かくして、支持体を形成している発泡体と糸の摩擦とによって糸層２，３中に専ら保持される閉じていないループ８を形成する（図７の（Ｃ）及び（Ｄ））。
【００３７】
従って、針が引き抜かれてしまったときに、この引き抜き中に針を自由に貫通する糸Ｆが、開いたループ８を形成するために保持されるのは、一方では、針が引き抜かれた後のループ上を閉鎖している発泡体の弾性圧力であり、他方では、糸層２，３における摩擦及び把持によるものである。
【００３８】
針は、糸層２，３から取り除かれた後、縫い込まれるべき厚みに縫い目７を加えたものに等しい距離、即ち二つの縫い目間での望ましい間隔だけ該糸層の表面より上方に上昇される（図７の（Ａ））。
【００３９】
次に、針に糸を留めるために糸グリッパが作動され、縫い込みヘッドが一ピッチだけ移動され、そして同じ糸Ｆで多数のループを連続的に形成するようにサイクルを再び開始するために、即ち一列のループもしくは縫い目８を形成するために、装置が再び始動される。次のループの列は、補強体１に関する針３３の相対変位の後に形成される。
【００４０】
より特定的には、図７の（Ａ）〜（Ｄ）に示されているように、押え金４３が上昇されたばかりの図７の（Ａ）に示す最初（及び最後）の位置から出発して、縫い込みヘッドは、重ね合わされた糸層２，３を通る針３３の降下中に糸のループ８を形成するために（図６に関して以下に記述される方法で）降下される。このときに、糸案内体５０は、最上方の糸層と接触して停止されることを指摘しておく（図７の（Ｂ））。針３３がその最下方位置にある（図７（Ｃ））ので、押え金４３は、次に、重ね合わされた糸層２，３の最上方の糸層に当接して、ループ８を捕捉する。それは、糸案内体５０と、特に、重ね合わされた糸層の圧密を確実にする押え金４３の圧縮との組合せ作用であり、糸層は、摩擦により糸層強化糸を保持するために十分な密度の糸部分を有する。押え金４３は、針３３が上昇するときに最上方の糸層と接触したままなので（図７の（Ｄ））、糸は、所定位置に留まっている針の目に滑って入る。
【００４１】
図６に関して更に、針３３は、降下して板５５と該板に固定された全構成要素とを駆動するシリンダ式作動装置５４によって下げられる。この降下開始時、即ち針３３が重ね合わされた糸層２，３内に進入する前に、糸Ｆは、糸グリッパ６１と、糸グリッパとしても作用する糸案内体５０とによって所定位置に保持され、そしてループを形成する（図７の（Ａ））。
【００４２】
針３３が糸層２，３内に進入するときは、糸案内体５０は、これら糸層と接触するようになり、スピンドル５７を不動とし、そして糸Ｆは、糸案内体５０を通って摺動し、先に形成された糸のループは、糸層に押し込まれる（図７の（Ｂ))。針３３がその最下方位置に達したときに（図７の（Ｃ））、押え金４３は、シリンダ式作動装置５９の作動によって最上方の糸層に接触させられて、この糸層を下げ、これが重ね合わされた糸層の圧密を確実にし、その後、シリンダ式作動装置５４の上昇、従って針３３の上昇が開始される（図７の（Ｄ））。
【００４３】
針３３が糸層２，３を通って上昇している間、押え金４３は、関連するシリンダ式作動装置５９のスラスト下で該糸層に当接した状態に留まっている。次いで、糸は、糸グリッパにより把持される。ストッパ６３がブッシュ６０との接触状態に戻ると、糸案内体５０は針３３と共に上昇し、糸が前者に滑入する。針３３の上昇の終わりは、押え金４３の上昇を開始する。糸は、糸グリッパによって把持され、また、上方の糸案内体６１を通って摺動する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複合要素のためのシートの形状の補強体を製造する機械の一例の斜視図。
【図２】 本発明による縫い込みヘッドの第１の実施例を示す断面図。
【図３】 本発明の縫い込みヘッドで用いられる針の一実施例の縦方向断面図。
【図４】 本発明の縫い込みヘッドで用いられる針の別の実施例の縦方向断面図。
【図５】 図４の針用糸案内体の断面図。
【図６】 図５による糸案内体を備えた、本発明による縫い込みヘッドの第２の実施例。
【図７】 （Ａ）〜（Ｄ）は本発明に従って製造された補強体の重ね合わされた糸層を圧密する手順の概要図。
【符号の説明】
Ｐ…縫い込みヘッド、１０…機械、３３…針、４０…支持体、４１…案内体（回転支持体）、４１Ａ…糸案内通路、４２…軸受、４３…押え金（機械的圧密手段）、４４…ばね機構、４４Ａ…圧縮ばね、４４Ｂ…ストッパ、４５…連結棒、４６…通路、４８…穴目、５０…糸案内体（機械的圧密手段）、５１…通路、５１Ａ…下端部、５２…ホイール、５３…環状フランジ（回転支持体）、５４…第１のシリンダ式作動装置、５５…板、５６…ブッシュ、５７…スピンドル、５８…支持体、５９…第２のシリンダ式作動装置、６０…玉付きブッシュ、６１…糸グリッパ、６２…引張ばね、６３…ストッパ、６４…円錐形クランプ、６５…ナット。

Claims (6)

1. 強化糸が貫通する重ね合わされた糸層を備える、硬化マトリクスに埋設された補強体により形成される複合要素のための、シートの形状の前記補強体を製造する機械において用いることができる、縫い込みヘッドであって、
   前記機械へ該縫い込みヘッド（Ｐ）を連結させると共に、針（３３）と該針へ正しく前記強化糸を案内する手段（５０）とを支持する支持体（５３）と、
   前記針（３３）と関連した、前記重ね合わされた糸層を圧密するための機械的圧密手段（４３）と、を含む縫い込みヘッドにおいて、
   前記縫い込みヘッド（Ｐ）は、回転支持体（５８）を有し、その下端には、前記針（３３）が装着されており、
   前記機械的圧密手段は、前記針（３３）と協働し且つ該針（３３）の移動に関連して動く押え金（４３）を含み、
   さらに、前記針（３３）に対して前記押え金（４３）を相対運動させる手段（５９）を備える縫い込みヘッド。
2. 前記針（３３）は、傾斜している穴目（４８）を有すると共に、糸案内体（５０）と関連しており、
   該糸案内体（５０）は、前記糸の通過を許容する通路（５１）が傾斜して貫通する本体を備え、
   前記通路の下端（５１Ａ）は、外に向かって開いている請求項１に記載の縫い込みヘッド。
3. 前記縫い込みヘッド（Ｐ）は、前記押え金（４３）、糸案内体（５０）及び針（３３）の組立体を作動するための作動機構を備え、該作動機構は、前記組立体が装着された板（５５）を作動する第１のシリンダ式作動装置（５４）と、前記糸案内体（５０）を支持するスピンドル（５７）と、前記押え金（４３）を作動する第２のシリンダ式作動装置（５９）とを含んでいる請求項２に記載の縫い込みヘッド。
4. 前記針（３３）は、ナット（６５）で締め付けられる円錐形クランプ（６４）を用いて、前記回転支持体（５８）により前記板（５５）上の所定位置に保持される請求項３に記載の縫い込みヘッド。
5. 前記糸案内体（５０）を支持する前記スピンドル（５７）は、伸張ばね（６２）によって応力を受けると共にストッパ（６３）によって留められる請求項３または請求項４に記載の縫い込みヘッド。
6. 請求項１乃至５の内のいずれか１項に記載の縫い込みヘッド（Ｐ）を有する、複合要素のためのシートの形状の補強体を製造するための機械。

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