JPH04341830A - デリバリーヘッド - Google Patents

デリバリーヘッド

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JPH04341830A
JPH04341830A JP3337180A JP33718091A JPH04341830A JP H04341830 A JPH04341830 A JP H04341830A JP 3337180 A JP3337180 A JP 3337180A JP 33718091 A JP33718091 A JP 33718091A JP H04341830 A JPH04341830 A JP H04341830A
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変化する輪郭を有する全
体として円筒形の製品を製造するためにマンドレル上に
螺旋形の熱硬化性樹脂で充填されたフアイバロービング
またはトウの積層を形成するフアイバ配置装置に関する
。
【０００２】
【従来の技術】フィラメントワインディングの大部分の
タイプにおいて、トウはデリバリーローラからその部分
の空気の空間を介して開口部（デリバリーアイ）を通過
する。このタイプの装置は連続性を維持するために最短
距離の通過または通常の通路のフアイバ形状及びロービ
ングに制限される。それ故、加工物の小さな領域に転回
ドームが必要になる。その部分の圧縮はその部分を製造
する間ロービング上に引き起こされる張力の結果による
。
【０００３】従来のテープ配置装置は平坦なまたはわず
かに高低を有する表面上にバンドを位置決めする。これ
らの装置は現実的でないトウの狭いバンドを使用しない
限りフアイバのギャップまたは重複なしに非最短距離の
通路で巻くことができない。複合材料の配置中にバンド
を切断できないとマンドレル上に転回ドーム形が必要に
なり、最短通路の使用及び張力を引き起こすロービング
の使用に制限することが必要になり、その結果、操作の
ために費用がかかる装置に制限される。最適な角度で正
確にフアイバを配置することができないと必要な設計よ
り重くなる。ある場合にはこれは自動化できない設計を
生じるかまたは金属による設計及び他の不利益をうける
設計ならば費用は低く、重くはない。
【０００４】米国特許第４，８２２，４４４号は公知の
方法のそれらの欠点を克服するフィラメントワインディ
ング方法が開示しているが、この方法は複数のロービン
グが回転するマンドレル上に適用されるときにロービン
グが引っ張られ、平坦化され、「単一で」またはわずか
に重複した関係で案内される装置を有する。単一のロー
ビングがマンドレル上に配置されるときに配置される間
重複した部分の完全性を維持しペイオフローラに張り付
くことを防止するためにロービングとペイオフローラの
間でロービングの上面に連続的な熱熔融性のテープまた
は紙のストリップが適用される。米国特許第４，８６７
，８３４号は公知の方法の上述した欠点を克服するフィ
ラメントワインディング方法を開示するが、この方法は
テープを成形し、形成しないで個々のトウを加える。 米国特許４，７９０，８９８号は圧縮ローラによってト
ウに十分な圧縮力を加えることによってトウを平坦化し
てマンドレル上にテープを形成する一方、トウをホット
エアガンで加熱するフィラメントワインディング方法が
開示されている。この方法はまた複数のトウの各側に一
対の回転切断ブレードを有し、マンドレル上にテープを
形成する前に個々のトウを切断する。
【０００５】ヘッドが複数のトウから品質の良い複数の
バンドを作ることができるように先行技術を改良した簡
単なデリバリーヘッドが必要になり、このヘッドは単一
の切断装置を使用してこのようなバンドの信頼性のある
切断を行い、必要なときに戻して付加し、テープの配置
に関する過剰なくずをなくす。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は複数のフアイバ
状のトウの入口用の入力端部及び種々の外形を有する加
工物を製造するためにマンドレル上に螺旋形のバンドの
形状のトウの重なった層を供給する出口端部を有するフ
アイバ配置装置用のデリバリーヘッドアセンブリに関し
、デリバリーヘッドアセンブリは、ａ）トウを受けトウ
に１つの平面内で間隔を与え前記アセンブリの内側に供
給するためにアセンブリの前記入口端部に配置された分
配手段と、ｂ）加熱及び加圧によって所望の幅及び厚さ
にトウを拡散し、テープの特性を有するバンドを形成す
るリボン形成手段と、ｃ）リボン形成手段から供給され
るテープバンドを冷却する冷却手段と、ｄ）ヘッドの運
動中に単一の作用で完全なテープを切断する切断手段と
、ｅ）前記切断されたテープバンドを保持し、マンドレ
ル上の所望な場所にテープを適用することを可能にする
ために必要時に付加する前記切断手段の上流に配置され
た付加手段と、ｆ）マンドレル上にテープバンドの重な
った層を適用するための圧縮ローラ手段とを有する。
【０００７】
【作用】本発明は必ずしも平坦でなくむしろくぼんだま
たは突出した輪郭を有するマンドレル上に複合材を配置
する完全にコンピュータ化された装置に使用するデリバ
リーヘッド（またはエンドエフェクタ）に関する。
【０００８】本発明のデリバリーヘッドによれば、１つ
または複数のトウがテープ配置機械において使用される
と同様の方法でマンドレル上の圧縮のためにバンドまた
はテープを形成するために処理される。バンドまたはテ
ープは複数のトウから作られているから、大きなねじれ
を形成することなくバンドを湾曲通路に配置することを
可能とするようにトウを異なる速度でデリバリーヘッド
に送ることができる。この特徴は上述したように広い範
囲の形状のマンドレル上に複合体を配置することを可能
にする。マンドレルは加工品の性質によって静止するか
あるいは回転する。
【０００９】本発明のフアイバ配置工程において、通常
フアイバトウは工程に使用する前に樹脂で充填される。 したがって工程中のトウの温度は接合性を低く維持する
ためにさらに重要なのはトウ内の樹脂が配置装置内で硬
化する状態に進むのを停止するために制御されなければ
ならない。要するに、トウの温度が制御されなければ、
トウは機械に巻き付き配置処理工程に大きな遅れを生じ
る。それ故、配置工程中のトウの温度を制御することは
重要である。デリバリーヘッド内のトウの温度はリボン
形成中にトウをバンド（またはテープ）状に成形し、形
成することを助けるために上昇される。このリボン形成
領域において、最も良い結果を得るために温度を８８°
から１６３°の温度範囲に維持すべきである。デリバリ
ーヘッドに残ったトウの温度はトウ内の樹脂がトウの表
面から流出し、デリバリーヘッドの構成要素の表面に接
触することから保護するために（ー２５°から＋１０°
の温度範囲に）低下させる。そうでなければ、ニップ点
すなわち圧縮ローラにおけるバンドの温度を上昇させバ
ンドがマンドレルまたは複合体の前の層によく接着する
ようにバンドの接合性を改良する。
【００１０】あらかじめ熱硬化性樹脂で充填されたフア
イバロービングまたはトウはデリバリーヘッドを通って
搬送される。一旦トウがデリバリーヘッドに入ると、ト
ウは再び単一の平面に方向づけられる。トウは設計の基
準に適合する層の厚さによって決定されるバンドの幅を
形成するように間隔があけられる。バンドの幅が形成さ
れると、トウはリボン形成装置を通過し、テープの特性
を有するバンドが作られる。次にバンドはバンドを処理
する他の方法の補助とするために冷却される。バンド切
断装置が部分的な設計に必要とされるバンドを切断する
ために所定位置に配置されており、それと同時に必要な
らば、バンドを付加して戻すために付加装置を設ける。 これらの装置は層の上に切断し付加するように作用し、
（または機械が作動中に）時間の損失がない。切断及び
付加装置を使用することによって通常配置中に生じる過
剰なくずをなくす。また、必要であれば設計部分におけ
る切り出しを行うことができる。
【００１１】バンドはデリバリーローラによってマンド
レル上に供給される。デリバリーローラは一部の表面に
接触し、フアイバを配置するときに圧縮力を与える。圧
縮力の使用によってバンドを負の輪郭内に配置すること
ができ、非最短距離の通路に従うことができる。バンド
はバンド付勢装置によって圧縮ローラの表面の周りに案
内され、バンド付勢装置は圧縮ローラに平行な輪郭を有
し、最小の間隙で圧縮ローラから偏向している湾曲した
デフレクタである。この装置の目的は配置通路に配置す
るために要求があればバンドをさらに正確に位置決めす
るようにバンドを準備位置に保持することである。
【００１２】バンドをマンドレル上に配置するとき配置
されるフアイバ及び下層のフアイバがともに張り付くよ
うに追加的にフアイバが配置される点に熱源が設けられ
る。またこの加熱ステップは（フアイバ上の及びまたは
フアイバ中の）フアイバ及び樹脂を十分柔らかく可撓性
を有するようにし、エアバブルまたはブリッジの領域が
形成されない部分に良好な層の硬化を起こす。加熱ステ
ップはそれが圧縮ローラ及びマンドレルの間の領域で迅
速に行わなければならないから「ニップ点加熱」と称さ
れ、その領域は圧縮ローラとマンドレルが最も接近し、
発熱反応または樹脂が局部的に硬化した領域を生じる程
複合体を加熱する可能性が最も少ない。このニップ点加
熱は狭い領域で温度を正確に制御する加熱装置によって
行われ、電気的に駆動されるエアヒータまたはレーザジ
ェットヒータのような加熱装置がこのニップ点加熱に使
用される。
【００１３】本発明のすべての構成要素部分（すなわち
入口コム，バンド幅調整コム，リボン形成部，冷却部，
カッタ，及び圧縮ローラ部）は保守のためにヘッド内で
容易に取り外し及び置換ができるように基本単位の構成
要素の形状である。基本単位のユニットがカムロックの
ような迅速に作動する機構の固定装置で所定の位置に保
持されている。基本単位のユニットは同じ基本単位の構
成要素に労せずに最小の時間で容易に交換できる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照してさ
らに詳細に説明する。
【００１５】図１は本発明のフアイバ配置装置１の種々
の構成要素を示す。図に示すように、フアイバトウワイ
ンディングバンド２がデリバリーヘッド３を通過し、圧
縮ローラ４によって航空機の入口ダクト及びシュラウド
のような種々の形状のワインディングマンドレル５に供
給される。ローラ４はマンドレル５上にフアイババンド
を配置する操作の間にマンドレル５に押し付けられる。 デリバリーヘッド３は全体として符号７で示すアーム及
びリストアセンブリを介してフアイバ配置機械６に直接
取り付けられている。図１に示すように制御コンピュー
タ７５が全体の装置の最終的な制御に加えて、デリバリ
ーヘッド３内のフアイババンド２の切断及び付加の動作
及びフアイバ配置装置の複数の軸線運動を制御する。
【００１６】図２は、フアイバのバンド２が通過するデ
リバリーヘッドのいくつかの部分を示す。バンド２はい
くつか個々のトウからなる。これらのトウはバンドを形
成するために混合されている。デリバリーヘッド３の部
分１３，１４，１５，１６，１７，及び４は板８，９及
び１０によって形成されるハウジングに取り付けられて
いる。図３は図２で説明したと同じ構成要素を背面図で
のみ示す。図４は各構成要素を正確に示すために組み立
てられる位置に最も近い位置で構成要素を離して示す分
解図を示す。
【００１７】図５は往復動機構１２を示す図３の線５−
５から見たデリバリーヘッドの底面図である。この機構
１２はフアイバ配置装置６にデリバリーヘッド３を取り
付けるために重要な作用を果たす。それは取り付け基部
板２２，左右の支持補強板２３及び２４，及び頂板２５
を有する。これらの板は図２及び図３に示すようにデリ
バリーヘッド３を保持するための取り付けプラットフォ
ーム１２を形成するために組み立てられる。エアシリン
ダ１８が頂板２５の下側に取り付けられており、圧縮調
整器を使用して、圧縮空気を供給し、必要なときにマン
ドレル５からデリバリーヘッドを引く。エアシリンダ１
８のラムはジャムナット２１を使用してデリバリーヘッ
ド３の基部板１０に取り付けられている。ボールレール
支持軸１９及びボールレール軸２０が取り付け頂板２５
の頂部に取り付けられている。それらはデリバリーヘッ
ド３の基部板１０に取り付けられているピローブロック
直線軸受け１１（図２及び図３）を使用してデリバリー
ヘッド３が往復動することを可能にする。
【００１８】バンド２を形成する個々のトウは２つの分
配部分１３を通ってデリバリーヘッド３に入り、２つの
分配部分１３は入口コム取り付け基部２６及び入口コム
歯２７からなる。この部分はトウを離れたまま保持し、
デリバリーヘッド内の処理がさらに良好に実施できる。 入口コム基部２６及び歯２７は側板８及び９並びにトッ
プローラ２８及びボトムローラ２９に取り付けられてい
る。ローラはさらに処理するためにバンドを形成するト
ウを中心線内に保持する。
【００１９】図４に示す調整可能なコムアセンブリ１４
はその取り付け基部３０の周りで回転する。回りコムブ
ラケット３１が取り付け基部３０のピン６４に嵌合して
いる。コム３６は３１に取り付けられ、バンドの所定の
幅を作るためにピン６４の周りで回動する。取り付けブ
ラケット３２は側板８に取り付けられ、スレッドブシュ
３３を支持する。ノブを有するねじを備えた調整軸３５
は回りコム３１に取り付けられているブシュ３３及びね
じを有するブシュ３４にねじこまれている。ブシュ３４
の両側のスナップリング（図示せず）のような保持手段
はブシュが軸３５から離れることを防止する。調整軸３
５がノブ３７によって回転されると、コム３６が取り付
け点の周りで回転または回動し、バンドの幅を変化させ
る。
【００２０】バンド２の幅が設定されるとバンドはリボ
ン形成部１５（図２，図３及び図４）に入る。バンドを
形成する個々のトウは１つのリボン形成管３８及び２つ
のリボン形成管３９を通り、曲がりくねった通路の冷却
ローラ４３の下方に出て、個々のトウを混合し、テープ
の特性を有するバンド２を形成する。リボン形成管３８
及び３９はリボン形成管３８及び３９内に配置されたカ
ートリッジヒータ４２によって加熱される。加熱される
リボン形成管は隔離器３７及び４０によって側板８及び
９から隔離される。取り付けリング４１はリボン形成管
３９を保持する隔離器４０を二重のリボン形成器用の側
板８に固定し、１つのリボン形成管３８は隔離器３７を
通って側板９にボルトによって固定される。２重のリボ
ン形成管３９は取り付けリング４１を回転することによ
って調整され、トウの圧力を増加または減少するために
それらに関して管３８及び３９の角度を変化させる。こ
れによってトウを互いに緊密に接触させ、融合して高品
質のバンド（テープ）を形成するためにトウを平坦にす
る。管３８及び３９の角度を変えることによってトウが
平坦化される厚さを決めるトウに加える圧力の量が決定
される。冷却ローラ４３はバンドが形成された後に適当
なバンドの幅を維持するために加熱されたバンド２を冷
却する。またそれは処理にさらに必要な堅いバンドを形
成する助けとなる。
【００２１】次に形成されたテープバンド２はバンド付
加アセンブリ１６を通過する。図４に示すように駆動ロ
ーラ４７が取り付け板４９の頂面に取り付けられている
。駆動ローラ４７は取り付けブラケット４６によってバ
ンド案内トレイ４８の所定の位置に保持されている。 カップリング４５が駆動モータ４４を駆動ローラ４７に
結合している。モータそれ自身は側板９に取り付けられ
ている。ガイド４８がバンド２をヘッドの切断位置に案
内する。付加部分１６のピンチローラ５３が取り付けブ
ラケット５２内に取り付けられ、取り付けブラケット５
２は取り付けブラケット５０を有する取り付け板４９に
取り付けられている。エアシリンダ５５が締め付け運動
のための作動力を供給し、ピンチプレート５１の下側の
ヘッドの基板１０に取り付けられている。ピンチプレー
トリターン機構５４（ばねを備えたボルト）は締め付け
作用が必要でないときにピンチプレートをエアシリンダ
まで下降させて保持し、戻りを供給する。
【００２２】切断部分１７がつぎに配置されている（図
４）。カッタ１７は取り付け本体５６，作動シリンダ５
７，直線軸受及びボールレール５８を有する往復動機構
に取り付けられた上方切断ブレード６０及び下方ブレー
ド６１を有する。上方ブレードは下方に移動し、上方及
び下方ブレード６０及び６１の間でバンド２を切断する
。
【００２３】ワインディングサーキットの端部における
ようにバンドをが必要でないときにバンド２が切断され
る。つぎのサーキットが始まるときに必要ならばバンド
が戻されて付加される。バンドは圧縮ローラ部分４を通
って付加される。圧縮ローラハウジング６２はデリバリ
ーヘッド３の前端部にさらにボルトによって側板９に取
り付けられており、デリバリーローラをハウジング６２
内に保持する取り付けブラケット６５を有する。バンド
２はバンド付勢装置７７（図６）によって圧縮ローラ６
３の下方表面に回り込むように案内され、バンド付勢装
置は圧縮ローラ６３に平行な外形を有し、圧縮ローラか
ら最小の間隙で偏向している。バンド２は付勢装置７７
によって案内されてデリバリーローラの下方を通過し、
マンドレル５の表面上に配置される。デリバリーローラ
６３はバンド２の表面上でマンドレル５の表面に載置し
、圧縮力を加える。
【００２４】バンド２がマンドレル５の上に配置される
と、さらに配置されたフアイバ及び下層のフアイバを加
熱して層の良好な固化が起こるようにニップ点に熱源６
６が備えられる。図６に示すようにエアヒータ６８がマ
ンドレル５上の樹脂充填フアイバの層を加熱し、または
フアイバが配置されたバンド２またはその双方を加熱す
る。熱源６６はニップ点加熱コントローラ６７からなり
、コントローラ６７は熱電対７１，電力供給ライン７０
，エア供給ライン６９，及びコントロールライン７３を
介して加熱センサによってエアヒータ６８からの熱い空
気の温度を調整する。加熱領域の温度は赤外線温度セン
サ７２によって監視される。フアイバの速度はフアイバ
が圧縮ローラ６３によって駆動されるときにタコメータ
ー７４によって測定される。追加の処理入力が空気の温
度を測定する熱電対７１によって得られる。ヒータ６８
を通った空気流は空気流及び制御装置６７によって制御
される。温度は電力制御及び調整装置６７によって電力
量を変化させることによって維持する。
【００２５】閉ループ制御が赤外線センサ７２によって
マンドレル上の複合体の温度を監視することによって行
われ、タコメーター７４によって決定されたフアイバ速
度に沿った温度がコントローラ６７によって処理される
。上述したフアイバ温度及び速度のパラメータに加えて
、コンピュータは主フアイバ配置機械制御コンピュータ
８からの入力として処理に必要な空気流及び空気の温度
を決定する。
【００２６】追加の制御が複合樹脂上の熱の効果をモデ
ル化することによって達成される。過度な加熱は極端な
場合局所的に硬化した領域を生じ、発熱反応を引き起こ
す。逆に、フアイバへの不十分な加熱は良質な部分を作
るために必要な接合性または柔軟性を与えることができ
ない。複合体の温度は空気源及び加熱されるフアイバの
間の温度における差異並びに加える温度の時間の長さの
関数であるから、フアイバの速度が変化するとき必要な
範囲内に温度を保持するためにモデル化が必要である。
【００２７】冗長性を有する調整が熱電対７１でヒータ
から出る空気の温度を監視することによって達成される
。操作者によってあらかじめ決定されるように温度が長
い時間にわたって高すぎる温度まで上昇するならば工程
は別の安全監視装置（図示せず）によって停止される。
【００２８】デリバリーヘッド３内のいくつかの構成要
素は耐久性及び保守性の助けとするために（テフロン被
覆のような）ともに作用する被覆でコーティングしても
よい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフアイバ配置装置の種々の構成要
素を示す概略図である。
【図２】本発明のデリバリーヘッドの前部及び足部を示
す斜視図である。
【図３】本発明のデリバリーヘッドの後部及び側部を示
す斜視図である。
【図４】本発明のデリバリーヘッドを示す図２の斜視図
を分解した分解図である。
【図５】本発明の図３に示すデリバリーヘッドを線５−
５で切った往復動機構を示す底面図である。
【図６】マンドレル上に置かれたバンドのニップ点加熱
における予加熱装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１…フアイバ配置装置 ２…バンド ３…デリバリーヘッド ４…ローラ ５…マンドレル ７…リスト ８，９，１０…板 １１…軸受け １３…分配部分 １４…コム １５…リボン形成装置 １６…バンド付加装置 １９…ボールレール支持軸 ２０…ボールレール軸 ２１…ナット ７２…加熱センサ ７１…熱電対 ７３…加熱センサ制御ライン

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　複数のフアイバ状のトウの入口用の入
    力端部及び種々の外形を有する加工物を製造するために
    マンドレル上に螺旋形のバンドの形状のトウの重なった
    層を供給する出口端部を有するフアイバ配置装置用のデ
    リバリーヘッドアセンブリであって、ａ）トウを受けト
    ウに１つの平面内で間隔を与え前記アセンブリの内側に
    供給するためにアセンブリの前記入口端部に配置された
    分配手段と、ｂ）加熱及び加圧によって所望の幅及び厚
    さにトウを拡散し、テープの特性を有するバンドを形成
    するリボン形成手段と、ｃ）リボン形成手段から供給さ
    れるテープバンドを冷却する冷却手段と、ｄ）ヘッドの
    運動中に単一の作用で完全なテープを切断する切断手段
    と、ｅ）前記切断されたテープバンドを保持し、マンド
    レル上の所望な場所にテープを適用することを可能にす
    るために必要時に付加する前記切断手段の上流に配置さ
    れた付加手段と、ｆ）マンドレル上にテープバンドの重
    なった層を適用するための圧縮ローラ手段とを有するデ
    リバリーヘッドアセンブリ。
  2. 【請求項２】　　分配手段はデリバリーヘッドの側板に
    取り付けられた入口コムと、調整コムであって必要に応
    じてトウのバンドの幅を変化させるために軸線の周りで
    そのコムを回動させる手段に接続された調整コムとを有
    する請求項１に記載のデリバリーヘッドアセンブリ。
  3. 【請求項３】　　リボン形成手段は互いに偏向し、加熱
    手段を有する３つの管からなり、トウが平坦化される厚
    さを決定するトウ上の圧力量を変化させるために曲がり
    くねった通路をバンドが通過するように偏向している請
    求項２に記載のデリバリーヘッド。
  4. 【請求項４】　　デリバリーヘッドは圧縮ローラの周り
    にバンドを案内するために圧縮ローラから最小の距離で
    圧縮ローラに隣接するバンド付勢装置を有する請求項１
    に記載のデリバリーヘッド。
  5. 【請求項５】　　デリバリーヘッドはマンドレル及び／
    またはマンドレル上にすでに配置された複合材料の層を
    加熱するためにバンドを加熱するニップ点加熱手段を有
    する請求項４に記載のデリバリーヘッド。
  6. 【請求項６】　　ニップ点加熱手段はマンドレル及び／
    または複合材料の層に加えられる熱の温度を正確に制御
    するための加熱コントローラ及び加熱センサからなる請
    求項５に記載のデリバリーヘッド。
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