JPS6151064B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 繊維材料を載置するための繊維載置機械であ
つて、樹脂の源を含んで前記繊維材料を供給する
供給装置と、前記供給装置に連結され且つ前記繊
維材料および前記樹脂を受けて樹脂含浸繊維を置
くようになつている繊維設置装置と、前記繊維設
置装置を支持するようになつており且つ前記繊維
設置装置の位置を制御するため選択された数の移
動の自由度を有する台車装置と、前記台車装置を
移動する装置とを含む繊維載置機械。

２ さらに前記台車装置の面に対しほぼ垂直な方
向に前記繊維設置を移動する装置を含む請求の範
囲第１項記載の繊維載置械械。

３ さらに載置工具の表面に接する水平面に対し
ほぼ垂直方向に前記繊維設置装置を移動する装置
を含む請求の範囲第１項記載の繊維載置機械。

４ 前記繊維設置装置は繊維設置ノズルを含み、
前記繊維設置ノズルは載置工具の輪郭に従うよう
になつている請求の範囲第１項記載の繊維載置機
械。

５ さらに前記載置工具に対する前記繊維設置ノ
ズルの接触点において前記載置工具の表面に接す
る水平面にほぼ垂直な方向に前記繊維設置装置を
移動する装置を含む請求の範囲第４項記載の繊維
載置機械。

６ 前記繊維設置ノズルは前記載置工具上に前記
繊維材料を平らに置くようになつている請求の範
囲第３項記載の繊維載置機械。

７ 前記繊維設置ノズルは凸状の内面を有し、前
記繊維材料は前記載置工具上に置かれる前に前記
凸面を越えて引かれる請求の範囲第６項記載の繊
維載置機械。

８ 前記載置工具はそこに設置された複数の支柱
を有し、前記支柱は前記繊維設置ノズルに接触す
ると前記繊維設置ノズルの方向を変化するように
なつている請求の範囲第６項記載の繊維載置機
械。

９ 前記繊維設置装置は前記繊維材料が前記繊維
設置装置に入つた後で前記繊維材料が置かれる前
に前記繊維材料を樹脂で含浸する請求の範囲第１
項記載の繊維載置機械。

１０ 前記繊維設置ヘツドは前記繊維材料を樹脂
で含浸する前に前記繊維材料を分離する請求の範
囲第９項記載の繊維載置機械。

１１ さらに前記供給装置を支持するようになつ
ており且つ前記供給装置の位置づけを可能にする
ため選択された数の移動の自由度を有する第２の
台車装置と、前記第２の台車装置を移動する装置
を含む請求の範囲第１項記載の繊維載置機械。

１２ さらに前記第２の台車装置の運動を前記台
車装置の運動に追従させる装置を含む請求の範囲
第１１項記載の繊維載置機械。

１３ 前記追従させる装置は前記台車装置および
前記第２の台車装置に連結された変換器装置を含
み、それにより相対運動を感知し且つ前記相対運
動に応答して出力信号を発生し、前記第２の台車
装置を移動する前記装置を制御する請求の範囲第
１２項記載の繊維載置機械。

１４ さらにコントローラ装置を含む請求の範囲
第１項記載の繊維載置機械。

技術分野 本発明は複合構造の製造に適合する機械の分野
に関し、とくに繊維材料を載置するのに適した自
動機械に関する。

背景技術 労働コストが急速に高くなり且つ工場での作業
に益益無関心になるこの時代においては、製造プ
ロセスを自動化することが必要になる。比較的新
しい製造プロセスの一つでは、網状構造を形成す
るため湿性の樹脂で被覆された乾燥繊維の形式の
複合材料を利用している。このような構造の一つ
は「中空の積層物の製造方法」に関する米国特許
第3962393号に示されている。この構造は概略的
には、ガラス繊維、グラフアイトまたはホウ素フ
イラメント、および有機樹脂のような繊維材料を
マンドレル上に置き、次いでそれを熱および圧力
の負荷により硬化することによつて形成される。

効率のよい自動化された載置プロセスを持つた
めには、材料を置くヘツドが材料が設置されるべ
き表面上を急速に且つ正確に移動することが必要
になる。従来技術の機械において典型的に用いら
れた材料設置ヘツドはChitwood、他に付与され
た米国特許第3574040号およびKarlson、他に付
与された米国特許第3775219号に示されている。
これらの機械では、材料設置ヘツドは材料を置く
ための機構を支持するのみでなく、材料のスプー
ルを保持して材料を材料設置ヘツドに配置するた
めの機構も支持している。そのため材料設置ヘツ
ドは必然的に形状が大きく且つ重量の重いものと
なり、それらの重量と慣性により急速且つ正確に
操作するのが困難になつている。

従つて、本発明の包括的な目的は網状構造を製
造するための改良された自動繊維載置機械を提供
することである。

本発明の他の目的は繊維材料を急速且つ正確に
載置し得る改良された自動繊維載置機械を提供す
ることである。

本発明のさらに他の目的は設置ヘツドが最小の
大きさおよび重量を有する改良型の自動繊維載置
機械を提供することである。

本発明のさらに別の目的は設置ヘツドが急速且
つ正確に操作され得る改良型の自動繊維載置機械
を提供することである。

発明の開示 網状構造を製造するための改良された自動繊維
載置機械が提供される。この載置機械は樹脂の源
を含んで繊維材料搬送システムを支持する上部台
車と、繊維設置ヘツドを支持する下部台車を含
む。上部および下部台車はそれぞれ繊維材料搬送
システムおよび繊維設置ヘツドの位置づけを可能
にするため選択された数の移動の自由度を有す
る。上部および下部台車を移動し且つそれらの運
動を制御する装置が備えられる。繊維材料搬送シ
ステムが繊維設置ヘツドに繊維材料を配置するの
を可能にするため、上部台車の移動は下部台車の
移動に追従させられる。繊維設置ヘツドは余分の
自由度を備えるため回転することもでき且つ作業
面に垂直に独立に移動することもできる。樹脂は
繊維材料を伴なう繊維設置ヘツドに直接付加され
るが、繊維設置ヘツドは作業面上に繊維材料を平
らに置くようになつている。

その機構および作業方法についての本発明の特
徴であると信じられる新規な特徴は、その他の目
的および利益と共に、本発明の現時点での好適な
実施例が例示されている添付図面に関する次の記
載から一層よく理解されるであろう。しかし、明
白に理解されたいことは、図面は例示し且つ記述
を目的としたものであつて、本発明の範囲を定め
るものとしての意向ではないことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の斜視図、第２図は第１図の線
２−２に沿つて取つた本発明の断面図、第３図は
第２図の線３−３から見た本発明の平面図、第４
図は第１図の線４−４に沿つて取つた本発明の拡
大断面図、第５図は本発明の繊維設置ヘツドの平
面図、第６図は底部を90度回動させた第５図のも
のに類似の本発明の繊維設置ヘツドの断面図、第
７図は第５図の繊維設置ヘツドの平面図、第８ａ
図および第８ｂ図は本発明で用いられる繊維束の
横断面図、第９図は第６図の線９−９に沿つて取
つた第６図の繊維設置ヘツドの断面図、第１０図
は本発明によつて製造された網状構造の斜視図、
第１１図は第１図に示された載置工具の一部の平
面図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図に関しては、本発明の好適な実施例の自
動繊維載置機械１０の斜視図が示されている。こ
の載置機械１０は材料搬送システム１４が連結さ
れる上部台車１２を有する。第２図および第３図
に示すように、上部台車１２はローラ１８によつ
て一対のレール１６に設置され且つモータ２０に
よつてレール１６に沿つてＹ方向に駆動される。
そのモータ２０は上部台車１２に連結されたウオ
ームスクリユー駆動ナツト２４を介してウオーム
スクリユー駆動軸ナツト２２を回転する。レール
１６はビーム２６に設置され、そのビームはロー
ラ３０によりビーム２８の上に載せられている。
ビーム２６の下面に取付けられたモータ３２は歯
車３４を駆動し、歯車３４はビーム２８の歯の付
いた下面３６に係合し、従つて上部台車１２をＸ
方向に駆動する。ビーム２８は支持構造３８に連
結され、その支持構造はビーム２８および上部台
車１２を選択された距離だけ作業ベツドまたは載
置工具４０の上方に支持する。

載置機械１０はさらにビーム４２を有し、その
ビームには第４図に示すように、第５図に示す繊
維設置ヘツド４６用の下部台車４４が連結され、
繊維設置ヘツド４６がＸおよびＹ方向に駆動され
るのを可能にしている。下部台車４４は巻線４８
に取付けられた支持体４７を介してビーム４２に
連結され、その巻線はローラ軸受４９によつて支
持され、線形誘導モータ５０の可動コイル（ロー
タ）を形成する。ビーム４２は導性および非導性
区域の表面パターン５２を有し、線形誘導モータ
５０のステータを形成する。そのような線形誘導
モータ５０はカリフオルニア州のサンタクララの
Xynetics社によつて市販され且つその作動原理は
Sawyerに付与された米国特許第27436号に記載さ
れている。線形遊導モータ５０は下部台車４４を
Ｙ方向に急速且つ正確に移動させる。ビーム４２
はビーム５６により空気軸受上に支持される巻線
５４に連結され、ビーム５６は導性および非導性
区域の表面パターン５８を有する。上記のよう
に、表面パターン５８を備えたビーム５６および
巻線５４は線形誘導モータ６０のステータおよび
ロータを形成し、そのモータ６０はビーム４２お
よび下部台車４４をＸ方向に急速且つ正確に移動
させる。ビーム５６は支持構造６２に連結され、
その支持構造はビーム５６および下部台車４４を
選択された距離だけ載置工具４０の上方に支持す
る。繊維設置ヘツド４６はまたＺ方向に駆動され
るようになつており且つＺ軸のまわりに回動する
ことができる。第４図に示すように、繊維設置ヘ
ツド４６は下部台車４４により、ブラケツト６３
で支持されたウオームスクリユー駆動軸６２およ
びウオームスクリユー駆動ナツト６４に連結さ
れ、その駆動軸６２はＺ方向に繊維設置ヘツド４
６を駆動するためモータ６５によつて駆動され
る。

第５〜７図に示すように、繊維設置ヘツド４６
は下部台車４４により選択された距離だけ載置工
具４０の上方に支持される。繊維設置ヘツド４６
は繊維設置ノズル６６からなり、そのノズル６６
は軸受部材６８の内側で滑動し且つキヤツプ７０
に結合するためその頂部においてねじ込められ
る。軸受部材６８は下部台車４４と板７１の間に
保持され且つ載置工具４０のスロツト７２におけ
る変化を許容するため限られた程度の傾斜運動が
可能になつている。繊維設置ノズル６６およびキ
ヤツプ７０は軸受部材６８内で回転でき、繊維材
料の設置に関する限り繊維設置ヘツド４６がＺ軸
のまわりに回動するのを可能にしている。

第１図に示すように、材料搬送システム１４は
取付具７６に取付けられた一連の繊維スプール７
４と樹脂ポツト７８から成り、取付具７６と樹脂
ポツト７８は上部台車１２に連結された板８０に
よつて支持される。繊維８２は孔８４を通り、第
５図に示すキヤツプ７０に案内される。第７図、
第８Ａ図および第８Ｂ図に示すように、繊維束８
６はキヤツプ７０の孔８８によつて規則正しい
（図示のように６角形の）形の繊維に分離され
る。樹脂ポツト７８内の樹脂は圧力を加えられて
チユーブ９０に下降し下部台車４４の通路９２に
押出される。通路９２は孔９４を介して軸受部材
６８の孔９６に連通している。軸受部材６８は孔
９６に連結された内側の面に円形の通路９８を有
する。繊維設置ノズル６６は複数の孔１００を有
し、それらの孔１００は通路９８に隣接し且つ樹
脂が通路９２から孔９４，９６を通つて通路９８
にそして繊維設置ノズル６６の中空の内部１０２
に流入して繊維束８６を含浸するのを可能にす
る。その樹脂の流れは孔９４の有効寸法を制御す
るニードル弁１０４によつて制御される。第９図
に示すように、繊維設置ノズル６６は凸状の面１
０６を有し、樹脂で含浸された繊維束８６はその
凸状の面を通過して、直線状の配列の繊維８２に
分離し、それらの繊維は載置工具４０の表面上に
平らに置かれる。

作動中、動力がモータ２０，３２，５０，６０
に供給されて上部台車１２と下部台車４４を移動
し、従つて材料搬送システム１４と繊維設置ヘツ
ド４６を、繊維束８６が載置工具４０の上に置か
れる所定位置に移動する。変換器１１０と１１２
がそれぞれモータ３２と２０への動力負荷を制御
するために備えられているので、上部台車１２は
下部台車４４の移動に追従する。変換器１１０は
ビーム４２に取付けられたシリンダ１１０ａとそ
のシリンダ１１０ａ中に挿入されるロツド１１０
ｂからなり、該ロツドは部材１１０ｃによつて上
部台車１２を支持するビーム２６に取付けられ
る。Ｘ方向に下部台車４４が移動して上部台車１
２が同様な移動を伴なわないと、シリンダ１１０
ａとロツド１１０ｂの相対運動を起し、それが出
力信号を発生してモータ３２を作動させる。同様
に、変換器１１２はモータ５０の巻線４８に取付
けられたシリンダ１１２ａとそのシリンダ１１２
ａに挿入されたロツド１１２ｂからなり、該ロツ
ド１１２ｂは上部台車１２に取付けられた部材１
１２ｃに対しばね負荷を受ける。Ｙ方向における
下部台車４４の移動が上部台車１２の同様な移動
を伴なわないと、シリンダ１１２ａとロツド１１
２ｂの相対運動を起し、それが出力信号を発生し
てモータ２０を作動させる。

繊維設置ヘツド４６は所定位置に在ると、モー
タ６５の作動により載置工具４０の面に下降され
る。繊維設置ヘツド４６は載置工具４０に対する
繊維設置ノズル６６の接触点において載置工具４
０の表面に接する水平面にほぼ垂直な方向に全体
的に下降される。次いでコントローラ１１３によ
つて上記モータに対し選択的に動力が負荷される
ので、繊維束８６は載置工具４０の表面上の選択
されたパターンに置かれ得る。Ｚ方向における繊
維設置ヘツド４６の高さは、繊維束８６が置かれ
且つ第１０図に示すように、網状構造を作るため
多数の通過においてそれ自体の上に交差する際
に、繊維束８６の多数の層を可能にするように制
御される。第１０図に示す網状構造はダイ１１４
の縁の近くの載置工具４０の選択された位置に繊
維設置ヘツド４６を置くことによつて作られる。
そのダイはスロツト７２のマトリツクスを有し、
且つ繊維束８６を設置している間繊維設置ノズル
６６をスロツト７２に挿入している。第１１図に
示すように、スロツト７２の端部において、ノズ
ル６６はスロツト７２に在つて支柱１１６に向つ
て移動される。下部台車４４によつて支持された
繊維設置ヘツド４６の方向は支柱１１６をまわる
ようにモータ５０と６０の選択的な作動によつて
変えられるので、ノズル６６は支柱１１６の周囲
に交互作用し、支注１１６はＺ軸のまわりにノズ
ル６６を旋回させ、従つて方向を逆にしてスロツ
ト７２′に挿入する。ダイ１１４の周囲に支柱１
１６を適切に設置することにより、繊維束８６は
選択された数の層を深くして全てのスロツト７２
に置かれ得、第１０図に示す網状構造を作る。所
望により、繊維設置ヘツド４６のＺ軸まわりの運
動は米国における本出願人の係属中の出願に示す
ように機械化することもでき、且つ支柱１１６は
省くこともできる。さらに、短い通路では繊維８
２およびチユーブ９０は移動する繊維設置ヘツド
４６に到達し且つそれと共に移動するように充分
に長くすることができるので、上部台車１２は省
略することもできる。

自動繊維載置機械について記載してきたが、こ
こでは重くて大きな形状の繊維材料搬送システム
は繊維設置ヘツドから外されている。最小の形状
と重量を有する繊維設置ヘツドは急速且つ正確に
位置づけ且つ駆動するシステムによつて支持さ
れ、および繊維設置ヘツドの運動に追従する別個
の駆動システムによつて支持される繊維材料搬送
システムによつて繊維材料が供給される。この記
載により、当業者によつて多数の変形および発想
がなされ得ることは明らかである。従つて、本発
明は請求の範囲およびその精神によつてのみ限定
されるものと解釈すべきである。

産業上の利用可能性 この自動繊維載置機械は網状の複合構造の製造
に適切に用いられる。