JPS62261426A - 繊維強化樹脂ステアリングホイ−ル芯材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、繊維強化樹脂ステアリングホイール芯材の製
造方法、より詳しくは樹脂を含浸させた長繊維を自動的
に巻取ってステアリングホイール芯材製造する方法に関
する。

（従来の技術） 樹脂を含浸させた長繊維を巻取って強化プラスチックを
製造する方法としては、フィラメントワインディング法
が良く知られている。この方法は、炭素繊維、ガラス繊
維等の長繊維にポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の合
成樹脂を含浸させ、これを型治具に連続的に巻付けて所
定形状とするものである。ところで、前記フィラメント
ワインディング法による製品は、一般に１円筒状、リン
グ状等の単純形状のものであり、この場合は、型治具（
マンドレル）を回転させ、この回転する型治具に沿って
樹脂含浸長繊維の案内治具を移動させるだけで自動的に
巻取ることができる（例えば、特開昭５５−１１５１１
７号公報）。

しかしながら、その製品が、第１５図に示すように、リ
ング部智１、スポーク部ν２およびボス部冒３を有する
ステアリングホイール芯材Ｗである場合は、形状が三次
元的に複雑化しているため、樹脂含浸長繊維をきわめて
複雑な経路（パターン）で巻取らなければならず、その
自動巻取りは困難となって人手による巻取り、いわゆる
手巻きに頼らざるを得なかった。

第１６図は、そのような手巻きによるステアリングホイ
ール芯材の製造装置を示したもので。

長ｔａ　ｍ　ｓ　ｔを束ねたポビン５２を支持する回転
自在なボビン受け５３と、溶融樹脂５４を収容すると共
にポビン５２から引出した長ＭＩｉ維５１を前記溶融樹
脂５４中に案内するガイドローラ５５を具備する含浸装
置５Ｂと、この含浸装置５Ｂから引出した樹脂含浸長繊
維５７を巻取るためのステアリングホイール専用の型治
具５８と、この型治具５８を支持し回転駆動する駆動装
置５９と、この駆動装置５９の制御装置６０と、足踏ス
イッチ６１とを備えている。型治具５８は、第１７図と
第１８図に詳細を示すように、回転軸７１に固定された
円盤状の第　ｌの巻取治具７２と、この第１の巻取治具
７２に合わされて取付けられたリング状の第２の巻取治
Ａ７′３と、前記第　１の巻取冶具７２にを貫通して延
びる回転軸７１の一端に取付けられたボス金具７４とか
ら成っている。第　１．第２の巻取治具７２．７３のそ
れぞれの周部には、断面半円状の溝が形成されており、
Ｌ２合わせた状態において両者間には、断面Ｕ字状の周
溝７５が形成されるようになっている。また第２の巻取
治Ａ７３には、周方向の三箇所に切欠溝７６が形成され
ている。

これにより、作業者８２は含浸装ｇ１５Ｂから引出した
樹脂含浸長繊維５７を手でたぐり寄せながら１足踏スイ
ッチ８１を踏んで適当なタイミングで型治具５８を正逆
回転させ、樹、脂含浸長繊維５７を周溝７５に巻付ける
と共に、切欠溝７８を経由して周溝７５からボス金具７
４へ、ボス金具７４から周溝７５へと巻付ければ、前出
、第１５図に示したところのステアリングホイール芯材
Ｗが一体に得られるようになる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来の製造方法によれば、■人手に
よる作業のため生産性が低く、また出来上った製品の品
質に安定性がない、■巻きパターンが複雑なため、それ
を覚えるのが大変であり、しかも作業中に巻き数を確認
しなければならないため、作業者の労働負担が大きい、
＋ｉ）樹脂含浸長繊維からほつれた細粉が作業環境を悪
化し、その対策に多くの費用がかかる１等の問題があっ
た。

本発明は、上記従来の問題点を解決すべくなされたもの
で、工業用ロボットと回転テーブルとを有機的に組合わ
せることにより樹脂含浸長繊維の三次元形状への自動巻
取りを可能とし、もって生産性と品質の向上に大きく寄
与できる繊維強化樹脂ステアリングホイール芯材の製造
方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） このため、本発明は、連続的に流れる長繊維に樹脂を含
浸させ、続いて型治具に巻取ってリング部、スポーク部
およびボス部を有するステアリングホイール芯材を製造
する方法において、前記型治具を前記回転テーブル上に
複数縦列に載せると共に、前記回転テーブルの周りに前
記型治具に対応する複数の多関節ロボット本体を配し、
前記回転テーブルおよびロボット本体を同期して動作さ
せつ−１前記ロボツト本体のアーム先端に取付けた案内
治具により、樹脂を含浸させた長繊維を前記型治具に巻
取るようにしたことを要旨とする。

（作用） 上記構成の繊維強化樹脂ステアリングホイール芯材の製
造方法において、型治具を回転テーブルに載せると共に
多関節ロボットに樹脂含浸長繊維用案内治具を持たせた
ので、樹脂含浸長繊維を任意の巻きパターンで任意形状
に自動巻取すすることができて、ステアリングホイール
芯材の生産性が著しく向上するばかりか１品質の安定化
を図ることができ、さらには無人化による安全、衛生面
の向−ヒも達成できるようになる。

また回転テーブルとロボット本体との動きを同期させる
ようにしたので、ロボットアームの小さい動きで樹脂含
浸長繊維を型治具に巻付けることができるようになり、
結果として樹脂含浸長繊維の過度な屈曲や絞りを防止し
得て、巻取り中に樹脂含浸長繊維が折損したり、けば立
ちすることがなくなる。

さらに回転テーブル上に複数の型治具を載せると共に、
対応するロボット本体により該型治具に樹脂含浸長繊維
を巻取るようにしたので、同時に複数のステアリングホ
イール芯材を得ることが可能になって、その生産性が著
しく向上するようになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明する
。

第１図は本発明にか−る繊維強化樹脂ステアリングホイ
ール芯材の製造を実行する装置の基本態様を示したもの
である。この製造装置は、ポビン１から引出された長ｍ
維２にｉ統帥に合成樹脂を含浸させる含浸装置３と、前
記含浸装置３から引出された樹脂含浸長繊維４を巻取る
ための型治具５を主軸６“上に取付けた回転テーブル６
と、前記含浸装置３から引出された樹脂含浸長繊維４を
前記型治具５に対して案内するための案内治具７をアー
ム先端に持つ多関節（６軸）のロボット本体８と、前記
回転テーブルＢおよびロボット本体８の動作を制御する
制御装置Ｓと、前記含浸装置３に隣接して設けられ前記
型治具５に導かれる樹脂含浸長繊維４に対し所定の張力
を付与するテンショナ１０とから概略構成されている。

なお、１１は含浸装置３から引出された複数の樹脂含浸
長繊維４を束ねるためのガイド部材、１２は型治具５か
ら滴下する溶融樹脂を受ける受は皿、１３は制御装置に
データおよびプログラムを入力するためのキーボードお
よびＣＲＴを含む入力機、１４はティーチングボックス
である。

こ−で含浸装置３は、第２図に示すように、溶融樹脂１
５を収容する含浸槽１６を具備すると共に、長Ｆａｎ　
２を巻回して前記溶融樹脂１５中に案内する複数のガイ
ドローラ１７．１７・・・を具備している。またテンシ
ョナ１０は、第３図に示すように、入口側に配されたガ
イドローラ１８と、出口側に配された。二段ガイドロー
ラ１θとこれら両ガイドローラ１８．１９間に位置して
樹脂含浸長繊維４に掛けられたフリーローラ２０とから
成り、樹脂含浸長繊維４に対して、フリーローラ２０の
自重と二段ガイドローラ１９の摩擦抵抗とを加味した張
力を付与できるようになっている。さらに案内治具７は
、第４図に示すように、棒状の本体部２１の先端に樹脂
含浸長繊ｉ１４を挿通する孔２２を設けて成るもので、
ロボット本体８のアーム先端に予め設けられたフランジ
プレート２３にポルト２４にて取付けられている。なお
型治ＪＡＳは、前出第１７図と第１８図に示したものと
同一であるので、こ＼ではその説明を省略する。

さらに制御装置８としては、特願昭５９−０４７１７９
号公報に詳細に記載されいるものを用いることとする。

この制御装置９は第５図に示すような構造を有している
。同図において、３０ａ　、　３０ｂ・・・　・・・３
０ｆはロボット本体８の各軸のサーボモータ、３０ｇは
回転テーブル６のサーボモータである。また各軸毎に各
サーボモータによる回動位置を検出するためのエンコー
ダ３１ａ、３１ｂ・・・　・・・３１ｇおよびポテンシ
ョメータ３２ａ、３２ｂ・・・　・・・３２ｆがそれぞ
れ設けられている。各サーボモータへはサーボユニー／
　）　３３ａ　、　３３ｂ・・・　・・・３３ｇからそ
れぞれ駆動パスルが印加され、一方晶サーボユニットへ
は前記エンコーダおよびポテンショメータから検出した
現在位置に関するデータがそれぞれ送られるようになっ
ている。

３４は中枢制御部で、中央処理袋２ｔ（ＣＰＵ）　３５
の他に、前記入力機１３からデータを取入れると共に前
記サーボユニット３３ａ、３３ｂ・・・　・・・３３ｇ
へ制御信号を出力する入出力ポート（Ｉｌｏ）　３８、
前記入力機からのデータおよびティーチデータ等を格納
するメモリ３７、ブレイパトり時に軌跡補間を行うため
の補１１０回路３８、補間点を回転テ−プル座標上で回
転させたり、回転後の点を回転テーブル座標系からロボ
ット本体８の絶対座標系に変換する座標変換回路３９等
を内蔵している。

上記構成の制御装置８により、いま、回転テーブル８を
固定状態とし、ティーチングボックス１４　（第１図）
を操作して案内治具７を動かし、ティーチングを行うと
、ティーチングによって得られたロボット側の絶対座標
系の位置、姿勢データは回転テーブル６の座標系に変換
され、ティーチングデータとしてメモリ３７に格納され
る。この格納されたティーチングデータは、プレイバッ
クに際し、補間回路３８において回転テーブル座標系で
直線補間され、さらに座標変換回路３３において、各補
間点の回転角成分が求められ、回転後の点が絶対座標系
の値へと変換される。前記座標変換された値はサーボユ
ニー）３３ａ、３３ｂ・・・　・・・３３Ｆに取込まれ
る。

サーボユニー／　）はロボット各軸のパスル数を算出し
、エンコーダ３１ａ、３１ｂ・・・　・・・３１ｆから
取込んだ現在の各軸のパスル数と比較して、その差によ
りサーボモータ３０ａ　、３０ｂ・・・　・・・３０ｆ
の駆動を制御する。一方１回転テーブル用のサーボユニ
ー）３３ｇは、前記回転角成分に対応するパスル数を算
出し、エンコーダ３１ｇから取込んだパスル数と比較し
て、その差によりサーボモータ３０ｇの駆動を制御する
。このようにして、回転テーブル６とロボット本体８と
は、連続的に出力される補間点の指令値によって完全に
同期して動作することができ、しかも直線補間によって
ロボット本体８のアーム先端の動きは最小に抑えられる
ようになる。

か−る構成により、予め入力機１３を操作して巻付はパ
ターン、巻き教導必要なデータを制御装置９に入力する
と共に、ティーチングボックス１４を操作してロボット
本体８のティーチングを行う０次にボビンｌから長縁！
ｉ２を引出し。

含浸装置３を通して樹脂を含浸させ、さらにテンショナ
ｌＯ１案内治具７を通して型治具５に導き、その一端を
型治具５に固着する。その後制御装置９を起動すると、
回転テーブル６が回動し、さらにこれに同期してロボッ
ト本体が駆動し、型治具５には順次樹脂含浸長縁、ｌＩ
４が巻付けられ、遂には所定形状のステアリングホイー
ル芯材Ｗ（第１５図）が完成する。なお巻付はパターン
は、樹脂含浸長繊維４のからみを増すように１例えば第
６図と第７図に示すように、リング部からボス部へ、ボ
ス部からリング部へ回すパターンＰ１．　Ｐ２とするの
が好ましい。

このように、回転テーブル６とロボット本体８との動作
を利用して樹脂含浸長繊維４を自動巻取すするので、高
能率かつ高精度に強化プラスチックを製造し得るところ
となるばかりか、真人化による安全、衛生面の向上を達
成できる。また回転テーブル６とロボット本体８とは同
期して動作するので、小さなロボットアームの動きで樹
脂含浸長繊維４を型治具５へ巻付けることができ、この
結果、案内治具７を間にした樹脂含浸長繊維４の交差角
度が可及的に小さく抑えられて、樹脂含浸長繊維４の折
損ゆけばケちを未然に防＋ｈ　Ｌ得るところとなる。ま
た樹脂含浸長縁１ａ４にはテンショナＩＯから張力が加
えられており、案内治具７が動作しても樹脂含浸長繊維
４には緩みが生じることがなくなり。

８１密な巻取りが可能になって、得られたステアリング
ホイール芯材Ｗの強度も向ヒするようになる。

ところで、本発明は、上記基本態様をそのま覧に、第８
図と第９図に示すように、一つの回転テーブル６上に複
数の型治具５Ａ、５Ｂ、５Ｃを取付けると共に１回転テ
ーブル６周りに各型治具に対応するロボット本体８Ａ、
８Ｂ、８Ｃを等配に設置し、一つの制御装置９゛にて回
転テーブル６と複数のロボット本体８Ａ、８Ｂ、８Ｃと
の動作を同期して制御するようにすることができる。こ
の場合、制御部２２９゛は、各ロボット本体に対応する
サーボユニットに対して共通の中枢制御部３４（第５図
）をもたせることができる、これにより、制御装置の可
及的簡略化を図ることができるばかりか、生産性の著し
い向上を図ることができるようになる。

なお、上記実施例において、回転テーブルＢとロボット
本体８との動作の同期をとるに、共通の制御装Ｍ９を用
いたが、これに代え、第１Ｏ図に示すように、回転テー
ブル６の制御装ｇ１４１Ａとロボット本体８の制御装７
４１Ｂとを独立に設け、その間にシーケス制御装置４１
Ｇを介在せしめて１両制御装置４１Ａと４１８間で信号
のやり取りを行うことにより、回転テーブル８とロボッ
ト本体８とを同期させるようにすることができる。ただ
しこの場合、回転テーブルＢとロボット本体８間で細か
い動作単位での信号のやり取りが必要となるため、上記
実施例の場合に比し、動作時間が総体的に長くなり、生
産性かや一方る。

さらに上記実施例において、樹脂含浸長繊維４に張力を
付与する手段として二段ガイドローラ１９やフリーロー
ラ２０を配したテンシミす１０を用いたが、この中の二
段ガイドローラ１８の一方を１例えば第１１図に示すよ
うに駆動装置４２に連結しても良い、駆動装置４２は１
例えばシリンダ４３と、このシリンダ４３から延びるロ
ッド４４の先端に固設したモータ４５と、該モータ４５
の回転をガイドローラ１９に伝達するベルト４６とから
形成し、制御装置８からの信号により作動するようにす
る。これにより、シリンダ４３を作動してガイドローラ
１３の一方を下降せしめ、樹脂含浸反磁ｌａ４を適宜他
方のガイドローラに押圧しつ〜モータ４５を駆動すれば
、案内治具７の動きに追従して樹脂含浸長繊維４の送り
速度を調整することができる。すなわち、上記実施例に
おいて案内治具７が型治具５のボス金具２８方向へ移行
する時のように、樹脂含浸長ｍ１１１４に過度な張力が
加わる場合に、前記駆動により張力が弱まって、案内治
具７による樹脂の絞り出しや繊維のけば立ちを未然に防
上できるようになる。

また上記の態様とは逆に、第１２図に示すように二段ガ
イドローラ１９の一方をブレーキ４７に連結し、あるい
は第１３図に示すように二段ガイドローラ１８の一方を
圧縮ばね４８を介してシリンダ４８に連結し、これらブ
レーキ４７あるいはシリンダ４３を制御装置９からの信
号により適宜の制動が働くようにしても良く、これによ
って案内治具７が型治具５の切欠溝３０に沿って方向転
換する時のように、樹脂含浸反磁＃Ｉ４が膨らもうとす
る場合に前記制動により張力が強まって、分岐部の稠密
度が高まるようになる。

なお、上記樹脂含浸長繊維４の張力調整機構は、前出第
１１〜１３図に示した実施態様に代え、テンショナ１０
における二段ガイドローラ１９から切離して別個独立に
設けることができる。その際、第１４図に示すように、
樹脂含浸長繊維４の移動ラインに沿って一対のブレーキ
シュー５０ａを配すると共に、その一方をシリンダ５０
ｂのロッド端に固定して成る固定ブレーキ５０とするこ
ともできる。

（発明の効果） 以−ヒ、詳細に説明したように、本発明にか−るステア
リングホイール芯材の製造方法は、回転テーブルに型治
具を載せると共に多ｗｍロボットに樹脂含浸長繊維用案
内治具をもたせて、樹脂含浸長繊維錐を型治具に巻取る
ようにしたので、任意の三次元形状に自動巻取すするこ
とができて生産性の向上と品質の安定化とを達成でき、
同時に無人化による安全、衛生面の向１−を達成できた
。また回転テーブルとロボットとの動作を同期させるよ
うにしたので、小さなロボットアームの動きで樹脂含浸
長繊維を型治具に巻取ることが可能となり、この結果、
樹脂含浸長繊維の折損やけば立ちを未然に防とし得て、
歩留りや外観品質の向上を達成できた。

さらに回転テーブル上に複数の型治具を載せると共に、
各型治具に対応するロボット本体を配して樹脂含浸長繊
維巻取るようにしたので、同時に複数のステアリングホ
イール芯材を得ることが可能になって、著しい生産性の
向丘を達成できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明にか−るステアリングホイール芯材の
製造を実行する装置の広本態様を示す斜視図、第２図〜
第４図は、その一部である含浸装置と、テンショナと、
案内治具とをそれぞれ示す模式図、第５図は、同じく制
御装置を示すブロック図、第６図と第７図は、巻付はパ
ターンを示す説明図、第８図と第９図は、本ステアリン
グホイール芯材の製造を実行する装置の他の態様を模式
的に示す平面図と側面図。 第１０図は１回転テーブルとロボットの制御方式の他の
態様を示す系統図、第１１〜１４図は、樹脂含浸長繊維
に張力を付与する手段の他の複数の態様を示す模式図、
第１５図はステアリングホイール芯材の外観形状を示す
斜視図、第１８図は、ステアリングホイール芯材の製造
を実行する従来の製造装置を示す模式図、第１７図と第
１８図はステアリングホイール芯材専用の型治具を示す
平面図と側面図である。 ２・・・長繊維　　　　、３・・・含浸装置４・・・樹
脂含浸長繊維、５．５Ａ、５８．５Ｇ・・・型治具６・
・・回転テーブル　、７・・・案内治具８．８Ａ、８８
．８Ｃ・・・ロボット本体、　９３３′・・・制御装置
誓・・・ステアリングホイール芯材、Ｗｔ・・・リング
部Ｗ２・・・スポーク部　　、冒３・・・ボス部特許出
願人　　　トヨタ自動車株式会社代理人　　　弁理士　
萼　　優美（ほか１名）第１　図 ６　回転テーブル ７　案内治具 ８　　ロホ゛ット、ホ俸 ９制ヅ獲１ ″２図 第３図 第５図 第６図　　　　　第７図 ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ・形泪具 ８Ａ、８Ｂ、８Ｃ・・ロホ゛ット本体 第８図 第９図 第１０図 第１１図 乃１３図 ｉ１５　　図 第１７図 第１８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続して流れる長繊維に樹脂を含浸させ、続いて
   型治具に巻取ってリング部、スポーク部およびボス部を
   有するステアリングホイール芯材を製造する方法におい
   て、前記型治具を前記回転テーブル上に複数縦列に載せ
   ると共に、前記回転テーブルの周りに前記型治具に対応
   する複数の多関節ロボット本体を配し、前記回転テーブ
   ルおよびロボット本体を同期して動作させつゝ、前記ロ
   ボット本体のアーム先端に取付けた案内治具により、樹
   脂を含浸させた長繊維を前記型治具に巻取ることを特徴
   とする繊維強化樹脂ステアリングホイール芯材の製造方
   法。