JP6105804B2 - 複合材料で作られる部品の製造用機械及びその機械を使用した部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車部門又は航空部門などの部門のために複合材料で作られる部品の製造に関し、簡単、迅速かつ安価な方法でその種の部品の大量生産を可能にする機械及び方法を提案する。

自動車部門において、炭素繊維、ガラス繊維又は同様の特徴を有する他のものを用いた複合材料を使用して、構造部品を製造することの要求が増大している。その複合材料は、重量、エネルギー消費、汚染及びコストを減らすために、そして衝撃時にエネルギーを吸収する複合材料の能力により安全性を増大するために、航空部門などの他の部門では既に非常に一般的である。

しかし、自動車部門は、生産される一部品ごとに低コストで部品を大量生産することを必要とし、ドア、屋根、ボンネットなどの開口のある比較的平らな部品、及びバンパー、ボディ補強などの管状構造の部品を必要とし、そうすると上述した生産条件ですべてのそれらの部品を作ることができる手段を必要とする。

本発明は、複合材料で作られる開口構造及び管状構造の両方の部品を、炭素繊維、ガラス繊維又は同様の特徴を有する他のもののストリップを積層することによって、簡単な大量生産方法で製造することができる機械を提案する。

提案される機械は、回転駆動装置によって作動される、孔の開いた壁を有する少なくとも１つの回転可能に取り付けられたドラムを含み、繊維ストリップを貼り付けるための少なくとも１つの貼付ヘッドと少なくとも１つの切断ヘッドとがドラムに対して配置され、それらはドラムに沿って移動可能である。管状部品を形成するための少なくとも１つのアセンブリもまた、回転ドラムに対して配置される。ノズルを備えたブローシステムがドラムの内部にあり、ノズルは、外部のベルトコンベヤ上に位置する領域及び管状部品を形成する各アセンブリの位置に対応する領域に対して選択的に配置される開口を備える。

それによって、繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッドによって、回転ドラム上に、得られる部品の形状に対応して積層面が形成される機械が得られる。その積層面の端は、得られる部品の末端に従って切断ヘッドで切断される。ドラム内部のブローシステムによって、積層面は取り外されて切り取られ、それが開口構造の部品に対応する場合には、独立した形成工程に運ぶための外部のベルトコンベヤに降ろされる。または、管状部品を形成するために、管状部品を形成するアセンブリによって、積層面を用いる。

開口構造の部品を目的とする積層面は、得られる部品の厚さまで、繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッドで、回転ドラム上に一枚一枚重ねて配置して連続して層を重ねることによって形成される。一方で管状構造の部品を形成するために、複数の積層面からなる独立かつ分かれた複数の層が、繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッドで回転ドラム上に形成され、次にその層が、得られる管状部品の形成において対応する層を一枚一枚重ねて配置するために、管状部品を形成するためのアセンブリに連続的に取り込まれ、そして管状部品は、独立した方法で形成される。

管状部品を形成するためのアセンブリは、孔の開いた壁を有する円筒の管状マンドレルを含み、その上に弾性カバーが配置される。マンドレルは、積層面が形成される回転ドラム上に支持され、そして次に、押さえ付けローラー及び誘導ローラーがマンドレル上に支持され、これらのローラーはマンドレルが回転ドラムに対して押し付けられた状態を保つ。マンドレル及びそれを押すこれらのローラーは、それらの間及び回転ドラムに対して間隔を制御可能であり、その制御される間隔は、得られる管状部品の形成において一枚一枚重ねて配置される積層の進行する厚さに対して適用される。

機械で作動している繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッドの繊維ストリップを使い果たした時に、この機械で作動している貼付ヘッドを交換するために、機械の一端に、繊維ストリップを貼り付けるための予備の貼付ヘッドの準備及び待機場所が設けられる。これはそのヘッドの交換を素早くし、その交換を行うための機械の休止時間を最小限にする。

更に、生産性を高めるために、機械は２つの軸方向に連続したユニットを備える。それぞれのユニットは、独立した回転駆動装置を備えたドラムを含み、両ユニットの集合体に対して、繊維ストリップを貼り付けるための少なくとも１つの貼付ヘッドと、少なくとも１つの切断ヘッドとを備える。一方で、ユニットのそれぞれのドラムに対して、管状部品を形成するための１つ以上のアセンブリが配置される。装置の集合体は、回転ドラム上に形成された積層面を取り外すための共通のブローシステムをその内部に含む。それによって、１つのユニットが繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッドによって積層面を形成している一方で、他のユニットにおいて、前のサイクルで形成された積層面を切断ヘッドで切断することができ、その他にもいろいろなことが可能な機械が得られる。これは、同時に多くの部品を生産することを可能にする。

上記に基づけば、本発明の機械は、目的とされる複合材料を積層した部品を製造するための有利な特徴を有し、独自性及び部品の大量生産を必要とする自動車部門などの部門での設備のための好ましい特性を有する。

２つの軸方向に連続したユニットから作られ、開口構造の部品用の積層面を形成する工程中である、本発明の機械の斜視図である。 ２つの自動車用ドアを形成するための本発明の機械における積層面の部分の詳細図である。 機械で作動している繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッドを交換するための、繊維ストリップを貼り付けるための予備の貼付ヘッドの準備場所が配置される、本発明の機械の一端の詳細を示す拡大斜視図である。 機械の軸方向に連続したユニットが互いに結合される、中心部の拡大詳細図である。 本発明の機械における、回転ドラムに対する繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッド及び切断ヘッドの配置を示す拡大詳細図である。 開口構造の部品用の積層面を形成する工程中である本発明の機械の概略図である。 図５に示された領域Ｖの拡大詳細図である。 機械の部分斜視図であり、回転ドラムが部分的な断面にされ、その内部にブローシステムを支持する構造物が見られる。 機械の中央部の拡大断面図である。 管状構造の部品を形成するための複数の積層面からなる独立した複数の層を形成する工程中である機械の一端を示す拡大された詳細斜視図である。 管状構造の部品を形成する工程中である機械の概略図である。 本発明の機械による管状構造の部品の形成を示す拡大詳細図であり、管状部品を形成するための最初の層の貼り付けが始まる初期段階を示す。 図１０と同様の詳細図であり、管状部品を形成するための最初の層の貼り付けが終わる終了段階を示す。 本発明の機械において管状部品を形成するためのマンドレルの一端の詳細を示す部分断面斜視図である。

本発明の目的は、自動車部門又は航空部門などの部門のために、大量に、炭素繊維、ガラス繊維又は同様の特徴を有する他のものを用いた複合材料で作られる部品を製造する機械及び方法に関する。それらの部門において、これらの材料の性質は部品をより望ましいものにする。

本発明の目的によれば、そのような目的を意図される機械は、回転可能に取り付けられたドラム（１）を主として含み、ドラム（１）は、孔の開いた壁を有し、回転駆動装置を備える。回転駆動装置は、モータ（２）の作動及びドラム（１）に配置されたリングギア（４）に接続したドライブピニオン（３）を用いる。

ドラム（１）に対して、繊維ストリップを貼り付けるための少なくとも１つの貼付ヘッド（５）と、少なくとも１つの切断ヘッド（７）とが配置される。貼付ヘッド（５）は、ドラム（１）に平行に長手方向の移動をもたらすガイド（６）上に取り付けられると共に、ドラムに近付いて及びドラムから遠ざかって動くことが可能であるようにして組み込まれる。切断ヘッド（７）は、長手方向に移動をもたらすそれぞれのガイド（８）に組み込まれると共に、やはりドラム（１）に近付いて及びドラム（１）から遠ざかって動くことが可能であるようにして組み込まれる。

繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッド（５）は、ドラム（１）上で積層面（９）を形成するために１つ以上の繊維ストリップを貼り付けることができる、いずれのタイプにすることもできる。例えば、ヘッド（５）は、限定ではないが、図４に示される例のように、糸の群で貼り付けストリップを形成するために繊維糸を供給する複数のリール（１０）を備える。

同様に、切断ヘッド（７）は、得られる部品の端との関係で、積層された面（９）を正確に切断することができるいずれのタイプにすることもできる。例えば、超音波によって切断する切断ヘッド（７）を使用することができるが、このタイプのヘッドに限定されない。

ドラム（１）に対し、管状部品を形成するための少なくとも１つのアセンブリ（１１）が更に配置される（図５、９、１０、１１）。アセンブリ（１１）は、図１２に示されるように、孔の開いた壁を有する円筒の管状マンドレル（１２）を含み、その上に弾性カバー（１３）が配置される。マンドレル（１２）はドラム（１）上に支持され、マンドレル（１２）上に支持される押さえ付けローラー（１４）及び誘導ローラー（１５）による圧力によって、マンドレルはドラムに対して支持された状態を保つ。制御された方法でマンドレル（１２）をドラム（１）から離すことができ、押さえ付けローラー（１４）及び誘導ローラー（１５）をマンドレル（１２）から離すことができる駆動装置を備える。

ドラム（１）に平行に、外部にベルトコンベヤ（１６）と、内部に構造物（１７）とがまた配置される。構造物（１７）は、ノズル（１９）を備えたブローシステム（１８）を支持し、ノズル（１９）は、ベルトコンベヤ（１６）上に位置する領域及び管状部品を形成する各アセンブリ（１１）に対応する領域に関して選択される開口を備える。

これらすべてにより、図５に示されるように、ドア、屋根及び車両ボディの他の部品などの開口のある部品を製造できる機械がもたらされる。積層面（９）は、繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッド（５）を用いて、所定の部品厚さが得られるまで、一枚一枚重ねて連続して積層することにより、ドラム（１）上に形成される。次に積層面（９）は、得られる部品の形に従って、ドラム（１）上で切断ヘッド（７）により切断される。そして、ドラム（１）の壁の孔を通してブローシステム（１８）で空気を噴射することによって、切断された積層面（９）を取り外す。そして、形成された部品は、ベルトコンベヤ（１６）により独立した形成工程に運ばれる。

更に、図８、９、１０及び１１に示されるように、バンパー、ボディ補強などの管状部品がまた、同じ機械で製造されることができる。そこでは、図８に示されるように、繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッド（５）によりドラム（１）上に、繊維が様々な方向に向けられた、複数の積層面（９）からなる独立した複数の層が形成される。そして、製造される管状部品を形成するための積層面（９）の最初の層は、ドラム（１）の回転によって、管状部品を形成するアセンブリ（１１）のマンドレル（１２）と接触する位置に運ばれる。そこで、ドラム（１）及びマンドレル（１２）の組み合わされた回転並びにドラム（１）の壁の孔を通してブローシステム（１８）で空気を噴射することによって、図１０、１１に示されるように、積層面（９）の最初の層はドラム（１）から取り外されてマンドレル（１２）上に取り入れられ、その表面に巻かれる。

ドラム（１）の回転によって積層面（９）の最初の層がマンドレル（１２）上に取り込まれたら、製造される管状部品を形成するための積層面（９）の次の層が、マンドレル（１２）と接触する位置に運ばれる。そこで、積層面（９）の次の層は、先にマンドレル（１２）上に巻かれた層上に同様にして取り込まれ、必要な積層面（９）の層を備えて製造される管状部品の厚さを完了するまで同様にされる。積層面（９）の一連の層を取り込む方法では、形成される部品が徐々に厚くなるにつれて、次第に必要に応じてマンドレル（１２）はドラム（１）から離されると共に、押さえ付けローラー（１４）及び誘導ローラー（１５）はマンドレル（１２）から離される。

管状部品を形成するためのアセンブリ（１１）がいくつかある場合には、異なるタイプの積層面（９）の層の群がドラム（１）上に形成され、管状部品を形成するための１つのアセンブリ（１１）で管状部品の形成が終わった時に、次に別の管状部品が、管状部品を形成するための別のアセンブリ（１１）で形成されるようにされる。そして先行するアセンブリでは、別の管状部品を形成することに備えて、それを別の物と取り換えるために、表面に管状部品が形成されたマンドレル（１２）の取り外しが行われる。

形成された管状部品をマンドレル（１２）から外すために、マンドレル（１２）の内側を通じてブローが行われる。それにより、マンドレル（１２）の壁の孔を通じて弾性カバー（１３）が僅かに膨張し、マンドレル（１２）は取り外しのために解放される。マンドレル（１２）が取り外されたら、弾性カバー（１３）とその表面に巻かれた積層面（９）の層のアセンブリは、得られる部品の形をした特定の型に入れられる。そこで弾性カバー（１３）を膨張させることによって、積層面（９）の層のアセンブリは、得られる部品の形にされる。

実用的な実施形態では、生産性を向上するために、図１に示されるように機械は２つの軸方向に連続したユニットによって形成されることが想定される。それぞれのユニットは、独立した回転駆動装置を備えたドラム（１）を含み、両ユニットの集合体に対して、繊維ストリップを貼り付けるための少なくとも１つの貼付ヘッド（５）と、少なくとも１つの切断ヘッド（７）と、集合体の内部に共通のブローシステム（１８）とを備える。そして、各ユニットのドラム（１）に対して、管状部品を形成するための１つ以上のアセンブリ（１１）を備えることができる。したがって、繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッド（５）が１つのユニットのドラム（１）上で作動して、その表面に積層面（９）を形成している一方で、他のユニットにおいて切断ヘッド（７）が作動されて、繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッド（５）によって前の作動で作られた積層面（９）を切断することができる。これは、１度に同時に製造された大量の部品を得ることを可能にする。

更に、機械の一端に、繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッド（５．１）の準備場所を備え、機械で作動している繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッド（５）での繊維ストリップ又は繊維糸を供給するリール（１０）を使い果たした時に、そのヘッド（５）が、待機場所にあるヘッド（５．１）と自動で交換されるように、貼付ヘッド（５．１）が待機することが想定される。それにより、交換が非常に素早く行われ、交換を行うのに必要な機械の休止時間が非常に短くなり、それはまた機能的な機械性能の最適化に関する効果を有する。

１ ドラム
２ モータ
３ ドライブピニオン
４ リングギア
５ 貼付ヘッド
６ 貼付ヘッド用ガイド
７ 切断ヘッド
８ 切断ヘッド用ガイド
９ 積層された面
１０ リール
１１ アセンブリ
１２ マンドレル
１３ 弾性カバー
１４ 押さえ付けローラー
１５ 誘導ローラー
１６ ベルトコンベヤ
１７ 構造物
１８ ブローシステム
１９ ノズル

Claims (8)

1. 複合材料で作られる部品を製造するための機械であって、該機械は、炭素繊維、ガラス繊維を含む、繊維のストリップを一枚一枚重ねてなる積層を配置することによって、開口構造又は管状構造の部品を製造するためのものであり、前記機械は、回転駆動装置を備えた、孔の開いた壁を有する少なくとも１つの回転可能に取り付けられたドラム（１）を含み、該ドラム（１）に対して、繊維ストリップを貼り付けるための少なくとも１つの貼付ヘッド（５）と、少なくとも１つの切断ヘッド（７）と、管状部品を形成するための少なくとも１つのアセンブリ（１１）とを備え、ノズル（１９）を備えたブローシステム（１８）が前記ドラム（１）の内部に配置され、前記ノズル（１９）は、外部のベルトコンベヤ（１６）上に位置する領域及び管状部品を形成するそれぞれの前記アセンブリ（１１）に対応する領域に対して選択的に配置される開口を有する、機械。
2. 繊維ストリップを貼り付けるための前記貼付ヘッド（５）及び前記切断ヘッド（７）は、前記ドラム（１）に平行なそれぞれのガイド（６、８）上に移動可能に取り付けられ、かつ前記ドラム（１）に近付いて及び前記ドラム（１）から遠ざかって動くことが可能であるようにして組み込まれる、請求項１に記載の複合材料で作られる部品を製造するための機械。
3. 管状部品を形成するそれぞれの前記アセンブリ（１１）は、孔の開いた壁を有する円筒の管状マンドレル（１２）を含み、その上に弾性カバー（１３）が配置され、押さえ付けローラー（１４）及び誘導ローラー（１５）が前記マンドレル（１２）上に支持されて備えられ、それにより押し付けにより前記マンドレル（１２）が前記ドラム（１）に対して支持された状態を保つ、請求項１に記載の複合材料で作られる部品を製造するための機械。
4. 前記機械は、２つの軸方向に連続したユニットを含み、それぞれの前記ユニットは、独立した回転駆動装置を備えた前記ドラム（１）を含み、両ユニットの集合体に対して、繊維ストリップを貼り付けるための少なくとも１つの前記貼付ヘッド（５）と、少なくとも１つの前記切断ヘッド（７）と、前記集合体の内部に共通のブローシステム（１８）とを備え、前記ユニットのそれぞれの前記ドラム（１）に対して、管状部品を形成するための１つ以上の前記アセンブリ（１１）が配置される、請求項１に記載の複合材料で作られる部品を製造するための機械。
5. 前記機械で作動している繊維ストリップを貼り付けるための前記貼付ヘッド（５）の前記繊維ストリップを使い果たした時に、前記機械で作動している前記貼付ヘッド（５）を交換するために、繊維ストリップを貼り付けるための貼付ヘッド（５．１）の準備及び待機場所が一端に設けられる、請求項１に記載の複合材料で作られる部品を製造するための機械。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の機械を使用して、複合材料で作られる部品を製造するための方法であって、孔の開いた壁を有する少なくとも１つの回転ドラム（１）を使用し、該回転ドラム（１）に対して、繊維ストリップを貼り付けるための少なくとも１つの貼付ヘッド（５）と、少なくとも１つの切断ヘッド（７）と、管状部品を形成するための少なくとも１つのアセンブリ（１１）とを備え、ノズル（１９）を備えたブローシステム（１８）が前記ドラム（１）の内部に配置され、前記ノズル（１９）は、前記ドラム（１）の特定の領域に対して選択される開口を有し、繊維ストリップを貼り付けるための前記貼付ヘッド（５）によって、前記ドラム（１）上に積層面（９）が形成され、該積層面（９）は、得られる部品の形に従って前記切断ヘッド（７）によって切断され、切断された前記積層面（９）は、それを用いて得られる部品を形成するために、前記ドラム（１）の前記壁の前記孔を通して空気を噴射することによって取り外される、方法。
7. 開口構造の部品を製造するために、得られる部品の厚さになるまで、一枚一枚重ねて積層を連続して貼り付けることによって、前記ドラム（１）上に積層面（９）が形成され、前記積層面（９）は、得られる部品を形成するために、切断されて前記ドラム（１）から取り外される、請求項６に記載の複合材料で作られる部品を製造するための方法。
8. 管状構造の部品を製造するために、前記ドラム（１）上に複数の積層面（９）からなる独立した複数の層が形成され、前記ドラム（１）の回転及び管状部品を形成するための前記アセンブリ（１１）を構成するマンドレル（１２）の回転の組み合わせと、前記ブローシステム（１８）によって同時に起こる空気の噴出とによって、前記複数の積層面（９）からなる独立した複数の層が前記マンドレル（１２）上に連続して巻かれ、前記マンドレル（１２）上に巻かれた前記層の集合によって、該層の集合を引き抜く前に、得られる管状部品を形成する、請求項６に記載の複合材料で作られる部品を製造するための方法。

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