JP5036829B2 - 繊維の搬送可撓菅を備える繊維貼付機械 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、複合材料から構成部材を作るための繊維貼付機械に関する。より具体的には、繊維格納手段と貼付ヘッドとの間の搬送を行う機械のための繊維搬送手段に関する。

繊維を配置する機械として一般的に知られる繊維貼付機械がある。この繊維貼付機械は、樹脂に含浸されたリボン型の多数の平らな繊維（特に、熱硬化性、または、熱可塑性樹脂に含浸された炭素繊維）を金型に貼り付け、広い帯を形成するためのものである。これらの機械は、繊維貼付ヘッドを変位させるためのシステムを含む。上記ヘッドは、帯を貼り付けるために金型に接触するように構成された貼付ローラと、上記貼付ローラ上に繊維を導く手段と、繊維格納手段と、繊維を格納手段から貼付ヘッドに搬送する繊維搬送手段とを備える。

搬送手段は、一般的に、ガントリー型変位システムの異なる軸上に構築された複数の滑車からなる。繊維ボビンクリールからなる格納手段は、配置ヘッドの出来る限り近傍になるように、変位システムに組み込まれている。これらの異なる内蔵要素は、重くて扱いづらいものであり、繊維貼付の速度を制限する。上記機械の空間要件、および、異なる軸の動作が限定されることが原因で、上記機械を用いて小型の構成部材内、または、いくつかの下型の上に繊維を配置することはできない。

特許文献ＷＯ２００６／０９２５１４には、格納手段と貼付ヘッドとを繋ぐ可撓管からなる搬送手段の使用について記載されており、各可撓管は、その内部通路の中に１つの繊維を収容することができる。可撓管は、管の端部近傍で、上流および下流固定手段によって貼付ヘッドおよび格納手段にそれぞれ固定されており、ヘッド変位システムの動作を制限しないように十分な長さおよび可撓性を有する。

上記種類の可撓管が構成する搬送手段は、簡易な設計であり、かさばらず、コストを抑えることができる。さらに、上記管により、高速動作、変位システムと格納手段とを離して配置すること、繊維ボビン用の電動緩み回復システムを排除すること、外側から繊維を隔離すること、貼付ヘッド変位システムを簡素化すること、および、特に、六軸ロボット型の多関節アームなどの変位システムを使用することが可能になる。可撓管は、上述の特許文献に詳述されているように、張力制限システムに関して好適であり、格納手段から運ばれる繊維の上に引張応力を与えることができ、それによって貼付ローラにて繊維の巻き取り張力を制限することができる。

しかし、可撓管は、管の過剰なたわみ、および／または、可撓管内部での繊維の過剰な摩擦により、ロボット変位の最中に、繊維の反転を防止することができないことがある。

本発明の目的は、上述の欠点を克服する、設計が容易で、空間を殆ど必要とせず、良好な繊維搬送が可能な機械を提案することにある。

上記を達成するため、本発明の目的は下記の通りである。すなわち、
−貼付ローラと当該貼付ローラ上に繊維を導く手段とを有する繊維貼付ヘッドを変位させるためのシステムと、
−繊維格納手段と、
−上記格納手段から貼付ヘッドへ繊維を搬送するための繊維搬送手段とを備える繊維貼付機械であって、
上記搬送手段は、格納手段と貼付ヘッドとを繋ぐ可撓管を備えており、各可撓管が、管の内部通路に１つの繊維を収容することができ、上記可撓管が、管の端部にて、上流および下流固定手段を介して、貼付ヘッドおよび格納手段にそれぞれ固定されており、
各可撓管には、長方形の横断面を有する少なくとも１つの長手方向の可撓扁平部材が備え付けられており、該可撓扁平部材は、可撓管の全長を越えて延伸するとともに、管の全長を実質的に越えて可撓管に一体化して形成され、
上記可撓扁平部材が、可撓管の内部通路内に収容される繊維の搬送面に対して実質的に平行に配置されていることを特徴とする機械である。

本発明によると、各可撓管には、可撓扁平部材が備え付けられている。可撓扁平部材は、可撓扁平部材の面における管の横方向の湾曲を制限または防止する。これにより、扁平部材の面に対して平行である可撓管の内部経路にて繊維が反転するリスクを排除する、または、少なくとも制限することができる。可撓管は、繊維配置ヘッドが全方向に運動できるように、扁平部材の面に対して垂直方向に湾曲運動およびねじり運動を行ってもよい。

ある実施形態によると、上記可撓扁平部材は、金属製であり、プラスチック材料製の可撓管と一体化して形成されている。このプラスチック材料は、好適には高密度ポリエチレン、さらに好適には、帯電防止高密度ポリエチレンである。可撓扁平部材は、例えば接着リボンなどの組立て手段を用いて可撓管の外面に連結されていてもよい。変形例として、管が押し出し成形されるとき、可撓扁平部材は管の壁に埋め込まれる。

好適には、可撓管は、長方形の横断面を有しており、可撓扁平部材は、可撓管の寸法が大きい２つの側壁のうちの一つに沿って配置されている。

好適には、搬送手段は、さらに流動手段を備える。流動手段は、可撓管の内部通路内に繊維を搬送するときに、繊維を流動させることができる。ある実施形態によると、流動手段は空気注入手段を備える。空気注入手段により、繊維搬送の方向に気流を生成するように、空気または他のタイプのガスを各可撓管の下流端部から管の内部経路内に注入できる。好適には、気流は調整されている。換言すれば、温度および／または湿度が制御されており、繊維の汚染を防ぐために浄化されている。また、流動化手段は、上記可撓管を振動させることができる振動手段を備える。好適には、流動化手段は上流固定手段上に設けられている。

好適には、可撓管は、層状の繊維を収容および分配するために、その端部において、共通の上流および下流固定手段によって、少なくとも１列に貼付ヘッド、および、格納手段にそれぞれ固定されている。

上記共通の上流および下流固定手段は、例えば、互いに連結された２つのプレートを備える。２つのプレートの間に、扁平部材を備える管が実質的に縁と縁とで一列に押し合い、２つのプレートは、サイレントブロック型のフレキシブル接続によって機械に組み込まれている。

本発明のある実施形態によると、機械は、繊維に対して引張応力を与えるために、貼付ヘッドと格納手段との間に少なくとも１つの張力制限システムを備える。上記張力制限システムによって、貼付ヘッドにおける繊維の巻き取り張力を制限する。可撓管は、端部にて、第一共通上流および下流固定手段のそれぞれを介して格納手段および制限システムに固定された第一部を備える。第二部は、末端にて、第二共通上流および下流固定手段のそれぞれを介して制限システムおよび繊維貼付ヘッドに固定されている。

変位システムは、互いに垂直な少なくとも三方向に貼付ヘッドを変位することができる。好適には、上記変位システムは、手首または多関節アームを有するロボットを含む。上記手首または多関節アームの端に、貼付ヘッドが取り付けられている。変位システムは、標準の六軸ロボット型の多関節アームによって形成されており、床の上に配置されるか、または、直線軸またはガントリー上に取り付けられる。

繊維格納手段は、繊維がボビンの形態に包装されている場合、クリールを備えており、および／または、繊維が束状または箱内に整えられている場合、棚を備える。これらの格納手段は、例えば標準固定ロボットなどの場合、床の上に配置されるか、または、ロボットの直線軸上を摺動する従動台車などの変位システムの要素上に設けられる。

添付の図面を参照しつつ、ある好ましい実施形態についての下記の例示の詳述から、本発明がよりよく理解でき、および、他の目的、詳細、特徴、および、利点が明らかとなるだろう。
図１は、本発明に係る配置機械のダイアグラム側面図である。
図２は、本発明に係る可撓搬送管の部分斜視図である。
図３は、本発明に係る可撓搬送管の横断面図である。
図４は、上流可撓管の固定システムを示す斜視図である。
図５は、図４の上流固定システムの平面Ｖ−Ｖに沿った断面図である。

図１を参照すると、配置機械は、従来の六軸ロボット型の多関節アーム１１からなる変位システム１と、多関節アーム端部の手首１１ａに設けられた貼付ヘッド２と、繊維格納手段３と、上記格納手段から上記貼付ヘッドまで繊維を搬送する搬送手段４Ａ、４Ｂと、少なくとも１つの張力制限システム９とを備える。上記六軸ロボットは、直線軸１２上に可動式に搭載されている。

多関節アーム１１は、アームのベースプレート１１２によって、直線軸１２上に摺動可能に設けられた台車に固定されている。上記直線軸は、床に固定された２つの平行レール１２１によって構成されている。台車は、例えば電動ローラ型の駆動手段を備える。上記駆動手段は、上記レールに沿って配置ヘッドの変位を行う制御ユニットによって自動制御される。

繊維配置ヘッドとも称される繊維貼付ヘッド２は、従来通り、貼付ローラ２１を備えている。貼付ローラ２１は、樹脂によって予め含浸された複数の繊維からなる帯を貼り付けるために、金型と接触することができるように構成されている。

上記機械は、例えばボビンの形態で包装された繊維（例えば炭素繊維型Ｆ）の貼付を目的とする。格納手段は、図面において符号３で示されたクリールを形成し、繊維ボビンを収容する。各ボビンは、クリールの心棒上に取り付けられ、好適には、特許文献ＥＰ６９７９９０に記載されているように、繊維の張力の機能として閉ループ自動制御を行う自動ブレーキシステムに取り付けられる。また、クリールは、レール１２１上に配置されるとともに、ロボットを搬送する台車１３に機械的に接続された、下記の台車３１上に取り付けられている。

上記特許文献ＷＯ２００６／０９２５１４に詳述されているように、１組の電動並列シリンダを含む１つ以上の張力制限システムが、クリールと貼付ヘッドとの間に設けられており、ローラにおける繊維の張力を低減させる。繊維は、シリンダの周りを回転しないように、上記電動並列シリンダを越えて運動する。本実施形態において、ロボットの多関節アーム上に張力制限システム９が設けられている。

上記機械は、プログラムされた順序に従ってロボットの変位を制御する制御ユニット（図示せず）と、特に個々の切断システムおよびルート変更システムのジャッキを含む繊維配置ヘッドと、張力制限システムとを備える。配置ヘッドを制御するための、電気回路、空気圧回路、油圧回路がパイプ（図示せず）内に配置されている。パイプは、ロボットアームに沿って、配置ヘッドから制御ユニットまで延びている。

上記特許文献に記載されているように、搬送手段は可撓管を備えているが、本発明によると、各可撓管には、可撓硬化扁平部材が備え付けられている。

繊維は、可撓管内において、クリール３から繊維配置ヘッド２まで個々に搬送される。繊維は、第一管と称される第一の可撓管部分を通過し、第一共通上流固定システム５ａおよび下流固定システム５ｂによって、クリール３と制限システム９とに両端がそれぞれ固定される。さらに、繊維は、第二管（tuber）と称される第二の可撓管部分において、第一共通上流固定システム５’ａおよび下流固定システム５’ｂによって、制限システムと繊維配置ヘッドとに両端がそれぞれ固定される。第一管および第二管は、図１にて符号４Ａおよび４ｂで示された第一束および第二束にそれぞれまとめられる。第一管および第二管は、１つ以上の環７によって束ねられる。環７は、管が互いに分離するのを防ぐが、互いの管の長手方向の相対変位を可能にしている。

図２および図３を参照すると、各可撓管４１は、壁４１１を有しており、該壁４１１は、長方形の横断面を有し、２つの短側壁(small side)４１１ａおよび２つの長側壁(large side)４１１ｂを備える。各可撓管には、ホイルとしても知られる可撓性の金属扁平部材４２が外付けされている。金属扁平部材は、可撓管の全長をほぼ超えるように、長側壁４１１ｂの外面（the outer large side surface）に接して組み立てられる。金属扁平部材の幅は、長側壁の幅より小さい、または、同じである。好ましくは、金属扁平部材は、長側壁の幅より小さい幅を有する。接着帯４３を用いて、可撓管と扁平部材の周りにらせん状に巻きつけ、可撓管に対して平らになるように組み立てる。例えば布製などの保護筺体４４が、管、扁平部材、および、接着帯によって形成されるユニットを被覆する。したがって、扁平部材を備えるとともに筺体に被覆された可撓管は、符号４として表される。

各管は、長方形の断面を有する内部通路４１２内に、管の長側壁、および、金属扁平部材と実質的に平行に、平らな繊維Ｆを収容するように構成されている。金属扁平部材は、扁平部材の面において可撓管の横方向の湾曲を防ぐが、可撓管の、扁平部材の面に対して垂直方向である長手方向の湾曲を可能にするとともに、可撓管のねじりを可能にする。繊維配置を行うためのロボットの変位の間に、繊維Ｆが金属扁平部材に対して完全に平らかつ平行を保つように、可撓管を扁平部材の面に対して垂直に曲げる、および／または、ねじることによって、変形させる。

一例として、幅６．３５ｍｍの繊維を搬送するためには、内側の長方形横断面が８×２ｍｍ、壁の厚さが１ｍｍ、換言すれば、外側の横断面が１０×４ｍｍである管が必要である。可撓管は、繊維の搬送に適した可塑性ポリマー材料によって構成されている。可塑性ポリマー材料は、繊維を破壊することなく、繊維に静電気を帯電させることがなく、摩擦を殆ど発生させず、磨耗およびほころびに対して耐久性を有しており、疲労および湾曲の繰り返しに対して優れた耐久性を有する。可撓管は、例えば、帯電防止剤を含む天然の高密度ポリエチレン（ＰＥＨＤ）によって構成される。金属扁平部材がなければ、これらの可撓管は横方向に湾曲する可能性がある。金属扁平部材は、幅約５ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍである。

変形例として、金属扁平部材が、管壁の長側壁の厚みに埋め込まれる。他の実施形態において、本発明に係る可撓扁平部材は、可撓管の長側壁のうちの１つを構成している。上記可撓管は、例えば、２つの異なる材料の同時押し出し成形によって得られる。異なる材料のうちの１つが、上記可撓扁平部材を形成する。

図４および図５は、第二管を制限システムに固定するための第二上流固定システム５’ａの斜視図および断面図を示す。上流固定システム５’ａは、上方プレート５１および下方プレート５２として知られる２つの金属プレートを備える。２つの金属プレートは、実質的に縁と縁で一列に押し合う(jam togather)ために互いに連結されており、可撓管４の端部４０ａがそれらの扁平部材を備える。金属プレートは、可撓管の端部４０ａを収容するために、金属プレートの間においてチャネル５３を規定する。チャネル５３は、金属プレートの前縁５１ａ、５２ａから後縁５１ｂ、５２ｂまで延びている。各金属プレートは、ブロック５４を収容している、エラストマー材料製の横断凹部を備える。金属プレートを組み立てるとき、ブロックは互いに対向し、可撓管が２つのブロックの間にて押し込まれる、チャネル５３内にて僅かに突出する。可撓管４１の端縁４１ａが、プレートの後縁５１ｂ、５２ｂと一列に並ぶとともにその同一平面上にある。テフロン（登録商標）のはとめ５５が、管の端縁に対向するように取り付けられており、繊維が管の中に入るのを助ける。

図示された実施形態において、固定システムにより、１６個の可撓管の固定列が、張力制限システムから現れる１６個の繊維の層における繊維を収容することができる。管の端縁が制限システムの出力滑車９１の反対側に配置されるように、その下方プレートにおいて張力制限システム上に固定システムが取り付けられる。

可撓管内の繊維の摺動を向上させ、優れた搬送を行うために、固定システム５’ａは、管の中に繊維を搬送する間に繊維を流動化するように、流動化手段を備える。上流プレート５１は、ブロック５４から上流に向かって、チャネル５３内に現れる１組のチャネル５１１を備える。可撓管の端部４０ａは、２つのプレート間に取り付けられており、それらの扁平部材４２は、下方プレートに接して配置されており、上記端部は、ブロック上流に向かって扁平部材および筺体４４を備えていない。各管には、チャネル５１１に対向して配置された開口部４１３が設けられており、管の各内部通路４１２がチャネル上に現れるようになっている。管の開口部には接着帯は設けられていない。図４および図５において部分的に図示されているように、圧縮空気源（図示せず）に接続された導管６１を介して、これらのチャネル５１１に個々に調整圧縮空気が供給される。チャネルは、管の内部経路内にて上流から下流へ気流が生じるように配置されている。予め含浸された繊維は粘着面が低減しているので、繊維の搬送のためには、可撓管内に注入する空気は冷たく乾燥していることが好ましい。

この気流を補完するために、従来の振動システム６２が下方プレート上に設けられており、繊維の搬送中に第二管ユニットを振動させる。そして、サイレントブロック型の可撓コネクタ５６を用いて固定システムを制限システムに連結し、振動が制限システムに伝達されるのを防ぐ。

クリールに連結された第一上流固定システム５ａは、図４および図５に示された第二上流固定システム５’ａと同一である。したがって、第一上流固定システム５ａもまた、振動システムと空気注入手段とを備える。下流固定システム５ｂおよび５’ｂと上記上流固定システムとの相違点は、下流固定システム５ｂおよび５’ｂが空気注入チャネルまたは振動システムを備えていないことにある。しかし、下流固定システム５ｂおよび５’ｂは、可撓コネクタによって、繊維配置ヘッドおよび制限システムに連結されている。

２層の繊維を収容するように設けられた配置ヘッドおよび／または張力制限システムの場合、可撓管は、例えば２つの積層固定システムを用いて、端部にて２列に明確に連結される。

搬送管の長さ、および、繊維のタイプの機能として、付加制限システムが、例えばクリール出力および／または貼付ヘッド入力に組み込まれていてもよく、さらに、可撓管部分が、これらの付加制限システムに固定されてもよい。

異なる特定の実施形態を組み合わせて本発明について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではないことは明らかであり、本発明の範囲を逸脱することなく、上述の手段と技術的に同一のもの全て、および、それらの組み合せの全てを含むことは明らかである。

本発明に係る配置機械のダイアグラム側面図である。 本発明に係る可撓性の搬送管の部分斜視図である。 本発明に係る可撓性の搬送管の横断面図である。 上流可撓管の固定システムを示す斜視図である。 図４の上流固定システムの平面Ｖ−Ｖに沿った断面図である。

Claims (10)

1. 繊維貼付ヘッドを変位させるためのシステムと、繊維格納手段と、上記格納手段から上記貼付ヘッドへ繊維を搬送するための繊維搬送手段とを備える繊維貼付機械であって、
   上記搬送手段は、上記格納手段と上記貼付ヘッドとを繋ぐ可撓管を備えており、
   上記可撓管はそれぞれ、該可撓管の内部通路の中に１つの繊維を収容することができ、
   上記可撓管は、該可撓管の端部にて、上流および下流固定手段を介して上記貼付ヘッドおよび上記格納手段にそれぞれ固定されており、
   上記可撓管（４１）それぞれには、長方形の横断面を有する、少なくとも１つの長手方向の可撓扁平部材（４２）が備え付けられており、上記可撓扁平部材が、上記可撓管における上記内部通路（４１２）内に収容された上記繊維（Ｆ）の搬送面に対して実質的に平行に配置されていることを特徴とする機械。
2. 上記可撓扁平部材（４２）が、金属製であるとともに、プラスチック材料からなる可撓管（４１）に一体化して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の機械。
3. 上記可撓扁平部材（４２）が、組立て手段（４３）によって、上記可撓管（４１）の外面に連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の機械。
4. 上記可撓管（４１）が、長方形の横断面を有しており、上記可撓扁平部材が、上記可撓管の寸法が大きい２つの側壁（４１１ｂ）のうちの１つに沿って配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の機械。
5. 上記搬送手段は、さらに、可撓管（４１）における上記内部通路（４１２）内に繊維を搬送するときに該繊維を流動させることができる流動手段（６１、６２）を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の機械。
6. 上記流動手段が、上記繊維の搬送方向に気流を生成するように各可撓管における上記内部通路（４１２）の中に空気を注入することができる空気注入手段（６１）を備えることを特徴とする請求項５に記載の機械。
7. 上記流動手段が、上記可撓管を振動させることができる振動手段（６２）を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の機械。
8. 上記流動手段（６１、６２）が、上流固定手段（５ａ、５'ａ）上に設けられていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の機械。
9. 上記可撓管（４１）が、共通の上流固定手段（５ａ、５'ａ）、および、下流固定手段（５ｂ、５'ｂ）によって、少なくとも１列に固定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の機械。
10. 上記繊維（Ｆ）に引張応力を与えるために、上記貼付ヘッド（２）と上記格納手段（３）との間に少なくとも１つの張力制限システム（９）を備えた機械であって、
    上記可撓管が、該可撓管の端部にて、第一共通上流固定手段（５ａ）および下流固定手段（５ｂ）を介して上記格納手段および上記制限システムにそれぞれ固定された第一部（４Ａ）と、上記可撓管の端部にて、第二共通上流固定システム（５'ａ）および第二下流固定システム（５'ｂ）を介して上記制限システムおよび上記繊維貼付ヘッドにそれぞれ固定された第二部とを備えることを特徴とする請求項９に記載の機械。

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