JP6212146B2 - 複合材賦形装置及び複合材賦形方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の実施形態に係る複合材賦形装置は、3つのローラ及び角度調整機構を備える。3つのローラは、棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる方向から圧力を負荷する。角度調整機構は、前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させる。前記少なくとも1つのローラの、前記回転軸を含む縦断面における前記積層体に圧力を負荷する部分の形状は対数螺旋の一部であり、前記角度調整機構による前記回転軸の角度の変化によって、前記縦断面における形状が相似関係にある曲線となる異なる形状を有する曲面で前記積層体に順次圧力を負荷するように構成される。
また、本発明の実施形態に係る複合材賦形装置は、3つのローラ及び角度調整機構を備える。3つのローラは、棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる方向から圧力を負荷する。角度調整機構は、ロボットアーム又は一部のリンクが伸縮するリンク機構で前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させる。
また、本発明の実施形態に係る複合材賦形装置は、3つのローラ及び角度調整機構を備える。3つのローラは、棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる方向から圧力を負荷する。角度調整機構は、前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させる。前記3つのローラは、第1の軸を中心に回転する第1のローラと、前記第1の軸に対して傾斜する第2の軸を中心に回転する第2のローラと、前記第1の軸に垂直な面に関して前記第2の軸に対称となる第3の軸を中心に回転する第3のローラとで構成され、フィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第1、第2及び第3のローラの間に形成されるように前記第1、第2及び第3のローラを配置した。
また、本発明の実施形態に係る複合材賦形方法は、棒状に積層されたプリプレグの積層体に、3つのローラを用いて互いに異なる方向から圧力を負荷するステップと、前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させることによって、賦形された前記プリプレグの積層体を生成するステップとを有し、前記3つのローラを、第1の軸を中心に回転する第1のローラと、前記第1の軸に対して傾斜する第2の軸を中心に回転する第2のローラと、前記第1の軸に垂直な面に関して前記第2の軸に対称となる第3の軸を中心に回転する第3のローラとで構成し、フィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第1、第2及び第3のローラの間に形成されるように前記第1、第2及び第3のローラを配置するものである。
(構成及び機能)
図1は本発明の第1の実施形態に係る複合材賦形装置の正面図、図2は図1に示す複合材賦形装置の斜視図、図3は図1に示す複合材賦形装置による賦形対象となるヌードルフィラーの形状を示す斜視図である。
cosθ1=R2/(R1+R2)=4R1/(R1+4R1)=4/5 (1)
このため、複合材賦形装置1及び複合材賦形方法によれば、従来よりも簡易な構成かつ短時間で高品質なプリプレグの賦形を行うことができる。例えば、フィラーの形状に合わせた特殊な形状を有する2つのローラを用いて鉛直方向にのみ変位を付与することによってフィラーの賦形を行う従来の方法では十分な品質が得られず、真空圧で賦形する必要が生じる場合があった。これに対して、複合材賦形装置1及び複合材賦形方法によれば、3つのローラ2A、2B、2Cを用いて3方向からより均一に圧力を付与できるため十分な品質でフィラーを賦形することができる。このため、真空圧による賦形が不要となる。また、押出成形機等の大規模な装置も不要である。
(構成及び機能)
図8は本発明の第2の実施形態に係る複合材賦形装置の正面図であり、図9は、図8に示す複合材賦形装置のローラの向きを変えた状態を示す図である。
r=Bφ (1)
但し、式(1)においてBは1ではない正の係数である。式(1)で定義される対数螺旋の係数Bを定めて極座標(r、φ)にプロットすると図10に示すような渦巻状の曲線が描かれる。
tanα=LBθ/LAθ=Bθ/Bθ−π/2=Bπ/2 (2−1)
∴ α=tan−1(Bπ/2) (2−2)
このため、第2の実施形態における複合材賦形装置1Aによれば、異なる横断面形状を有する複数のフィラーを製作することができる。また、横断面の形状が一定でないフィラーを製作することもできる。特に、第2のローラ2D及び第3のローラ2Eの縁の断面形状を対数螺旋とすれば、互いに相似関係にある複数のフィラーを製作することができる。また、横断面形状が相似形に変化するフィラーを製作することもできる。すなわち、長さ方向における横断面の形状が異なり、かつ長さ方向の異なる位置における複数の横断面形状が互いに相似関係にあるフィラーを製作することが可能となる。
図12は本発明の第3の実施形態に係る複合材賦形装置の正面図であり、図13は、図12に示す複合材賦形装置のローラの向きを変えた状態を示す図である。
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G ローラ
3 回転機構
4 スタンド
5A、5B、5C 軸受
6 ハンドル
7 傾斜角度調節機構
7A レバー付のボルト
7B ブロック
10、10A 角度調整機構
11 リンク機構
11A リンク
11B ジョイント
12 固定台座
13 リニアアクチュエータ
14 可動台座
15、15A 制御装置
20 ロボットアーム
20A 回転関節(回転ジョイント)
20B 先端のアーム
AX1、AX2、AX3 軸
Claims (12)
- 棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる方向から圧力を負荷する3つのローラと、
前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させる角度調整機構と、
を備え、
前記少なくとも1つのローラの、前記回転軸を含む縦断面における前記積層体に圧力を負荷する部分の形状は曲率が一定でない曲線であり、前記角度調整機構による前記回転軸の角度の変化によって、異なる曲率を有する曲面で前記積層体に順次圧力を負荷するように構成される複合材賦形装置。 - 棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる方向から圧力を負荷する3つのローラと、
前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させる角度調整機構と、
を備え、
前記少なくとも1つのローラの、前記回転軸を含む縦断面における前記積層体に圧力を負荷する部分の形状は対数螺旋の一部であり、前記角度調整機構による前記回転軸の角度の変化によって、前記縦断面における形状が相似関係にある曲線となる異なる形状を有する曲面で前記積層体に順次圧力を負荷するように構成される複合材賦形装置。 - 棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる方向から圧力を負荷する3つのローラと、
ロボットアーム又は一部のリンクが伸縮するリンク機構で前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させる角度調整機構と、
を備える複合材賦形装置。 - 棒状に積層されたプリプレグの積層体に、互いに異なる方向から圧力を負荷する3つのローラと、
前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させる角度調整機構と、
を備え、
前記3つのローラは、
第1の軸を中心に回転する第1のローラと、
前記第1の軸に対して傾斜する第2の軸を中心に回転する第2のローラと、
前記第1の軸に垂直な面に関して前記第2の軸に対称となる第3の軸を中心に回転する第3のローラとで構成され、
フィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第1、第2及び第3のローラの間に形成されるように前記第1、第2及び第3のローラを配置した複合材賦形装置。 - 前記3つのローラは、
第1の軸を中心に回転する第1のローラと、
前記第1の軸に対して傾斜する第2の軸を中心に回転する第2のローラと、
前記第1の軸に垂直な面に関して前記第2の軸に対称となる第3の軸を中心に回転する第3のローラとで構成され、
フィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第1、第2及び第3のローラの間に形成されるように前記第1、第2及び第3のローラを配置した請求項1乃至3のいずれか1項に記載の複合材賦形装置。 - 前記角度調整機構は、前記第2のローラ及び前記第3のローラを接触させながら、前記第1の軸に対する前記第2の軸の傾斜角度及び前記第1の軸に対する前記第3の軸の傾斜角度をそれぞれ変化させるように構成される請求項4又は5記載の複合材賦形装置。
- 前記第2のローラの前記第2の軸を含む縦断面における前記積層体に圧力を負荷する部分の形状及び前記第3のローラの前記第3の軸を含む縦断面における前記積層体に圧力を負荷する部分の形状はそれぞれ曲率が一定でない曲線であり、
前記角度調整機構は、前記第1の軸に対する前記第2の軸の傾斜角度及び前記第1の軸に対する前記第3の軸の傾斜角度をそれぞれ変化させることによって、前記第1、第2及び第3のローラの間に形成される空隙の形状を時間的に変化させるように構成される請求項6記載の複合材賦形装置。 - 前記第2のローラの前記第2の軸を含む縦断面における前記積層体に圧力を負荷する部分の形状及び前記第3のローラの前記第3の軸を含む縦断面における前記積層体に圧力を負荷する部分の形状はそれぞれ対数螺旋の一部であり、
前記角度調整機構は、前記第1の軸に対する前記第2の軸の傾斜角度及び前記第1の軸に対する前記第3の軸の傾斜角度をそれぞれ変化させることによって、前記第1、第2及び第3のローラの間に横断面の形状が一定でないヌードルフィラーの横断面形状に対応する空隙を順次形成させるように構成される請求項6又は7記載の複合材賦形装置。 - 前記角度調整機構は、賦形後における前記積層体の3次元形状を表す設計情報と、前記積層体を長さ方向に送り出す速度とに基づいて、前記第2の軸の傾斜角度及び位置並びに前記第3の軸の傾斜角度及び位置を自動制御するように構成される請求項6乃至8のいずれか1項に記載の複合材賦形装置。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の複合材賦形装置を用いて前記積層体の賦形を行うことによって、賦形された前記プリプレグの積層体を生成する複合材賦形方法。
- 棒状に積層されたプリプレグの積層体に、3つのローラを用いて互いに異なる方向から圧力を負荷するステップと、
ロボットアーム又は一部のリンクが伸縮するリンク機構で前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させることによって、賦形された前記プリプレグの積層体を生成するステップと、
を有する複合材賦形方法。 - 棒状に積層されたプリプレグの積層体に、3つのローラを用いて互いに異なる方向から圧力を負荷するステップと、
前記3つのローラの少なくとも1つのローラの回転軸の角度を連続的に変化させることによって、賦形された前記プリプレグの積層体を生成するステップと、
を有し、
前記3つのローラを、
第1の軸を中心に回転する第1のローラと、
前記第1の軸に対して傾斜する第2の軸を中心に回転する第2のローラと、
前記第1の軸に垂直な面に関して前記第2の軸に対称となる第3の軸を中心に回転する第3のローラとで構成し、
フィラーの横断面形状に対応する空隙が前記第1、第2及び第3のローラの間に形成されるように前記第1、第2及び第3のローラを配置する複合材賦形方法。
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