JPH09510900A - ブラインドステッチ装置および合成材料製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 合成構成部はプレフォームを重ね、離間した数箇所においてステッチヘッドを使用して最上層のプレフォームレイヤーとその直下のレイヤーを仮縫いするブラインドステッチを施すことにより構成される。ステッチヘッド１６は、１平面において相互に可動な湾曲針１８と、横平面において相互に可動なルーパ３０とを備えている。一般に、湾曲針が針先を材料上に現すとルーパ３０が針孔に通された糸を捕らえ、その糸で次に針先が現れる辺りにループを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】 ブラインドステッチ装置および合成材料製造方法 本発明はブラインドステッチ装置に関するものであり、より詳細に、かつ包括 的にはロボットのアームに取り付け、生地のプレフォームにブラインドステッチ を施して樹脂含浸合成構造を製造するために採用された上記の装置に関するもの である。 「ブラインドステッチ」とはステッチヘッドが材料の片面のみを刺すステッチ を表すものである。 従来の繊維合成材料（例：炭素合成物）の製造においては、織物繊維材料が固 着材料（一般にポリエステル、フェノール、エポキシのような熱硬化ポリマー） を予め含浸させていた。固着材料を予め含浸させた（プリプレグ）材料は裁断さ れ、型の上に層を形成して積まれ、最終的な形が決定する。 次にレイアップはオートクレーブ内で高温、高圧状態において硬化される。し かし、この従来方法ではプリプレグ材料自体、さらにその取扱いと処置に高額な 費用がかかっていた。 合成材料の製造コストを削減するために、出願人は樹脂圧送成形により添加さ れた樹脂を含浸した繊維フォーム内で乾燥繊維が処理される段階において、一例 として「乾燥した」非プリプレグ生地を使用する可能性を考察した。プレフォー ムの安定性の提供とその処理を可能にするには、生地レイヤーを幾層かに重ねる ことが必要で あるため、出願人は片面ブラインドステッチが特に適切であると判断した。ステ ッチ技術の利点はプレフォームの厚さ方向への補強、合成物内における最低の介 在物、親材料と化学反応を起こさない糸の使用の可能性、自動ステッチがある。 片面ステッチまたはブラインドステッチの技術は何年も以前に確立されている が、これには頑丈で、後に含浸または類似した処理を施せない布もしくはその他 の従来の材料しか使用できない。 材料の反対側に貫通しないブラインドステッチは、出願人が認める好ましい要 件である。従来の機械では材料の片面のみにステッチを施すことは不可能であり 、また供給機構も生地を引っ張って広範囲な損傷を与えてしまう。さらに、従来 の機械は通常ステッチ位置が固定されており、材料の方を移動しなければならな い。一例として、英国特許明細書第８２４、０８５号に開示された装置によるブ ラインドステッチは、２枚の材料レイヤーをリブ上に折り重ね、湾曲針とルーパ による一列のブラインドステッチを形成する加ねんと伸長運動を繰り返して、折 り曲げた範囲にステッチを施す。しかしながら、この装置ではステッチ機械に対 応して材料も動いてしまうため、ステッチヘッドが多層プレフォーム上の離間し た数箇所にステッチを施す必要のある際には適さない。 同様に英国特許明細書第１、５８５、８８５号に開示されたステッチ機械も、 機械と共に材料が動いてしまう。 この機械は３層の生地の外側と中央の層に標準の不可視ステッチを施す。これに は層を折り曲げることが必要であり、材料の１面のみによってブラインドステッ チを施すことが不可能である。 英国特許明細書第８１１、９５６号に開示された装置は、湾曲針が銃弾型のル ーパと共動するが、針が材料の層を貫通してしまうため、樹脂を包含させること を考慮するとプレフォームの層の仮縫いには好ましくない。 英国特許明細書第５２４、７５１号、第４８４、９４７号、第４２５、５２２ 号および米国特許明細書第４、７１２、４９５号に開示された装置は全て、ステ ッチ機械により湾曲針がリブ上に折り曲げられた材料の一部を通過させられ、機 械と共に材料が動いてしまうものである。 英国特許明細書第２６２、７６２号には湾曲針とルーパを使用する靴縫い機械 が開示されているが、これもやはり機械と共に材料が移動してしまう。 米国特許明細書には、湾曲した中空の針の手段により基板に補強要素が形成さ れた装置が開示されている。この装置はしっかりとした仮縫いを施すルーパを備 えていない。 出願人は好ましい実施例において材料の厚みの一部のみにステッチを施すこと が可能であり、また材料の予め据え付けられたアームにより表面上の異なる位置 へと動かされるステッチヘッドとして配置することが可能なブ ラインドステッチ装置を設計した。この装置は、材料を移送し、ステッチを繰り 返し実行する以外の機能を満たすことを目的とした材料積載面もしくは支持が不 要である。 従って、ある面において本発明は、湾曲した針を備えたステッチヘッドを有し 、前記針は末端部に糸用の目を設け、前記針を弓形に相互に運動させる駆動手段 に接続しており、使用時には前記駆動手段によって糸を伴った前記針が前記材料 を入口から、少し間隔をおいた出口にかけて突き刺し、さらにルーパ手段を有し 、前記ルーパ手段は移動可能であり、前記材料より露出した前記糸を前記目の付 近において捕らえ、前記糸を引き出して前記材料の次の前記針の入口付近に前記 糸のループを形成し、さらに前記湾曲針と前記ルーパ手段の所定の連続運動に影 響を及ぼす手段を有してステッチもしくは仮縫いを施す、材料の表面上で移動さ れ材料にブラインドステッチを施す操作が可能な装置を提供する。 均一な標準ステッチを施すことにより多層の材料を結合して補強する、または 材料に補強要素を注入もしくは挿入する既知の方法は、英国特許明細書第１、４ ０１、５４２号、米国特許明細書第４、３３１、０９１号、第４、６２８、８４ ６号、第４、９１３、９３７号またはＰＣＴ公開特許明細書第ＷＯ９２/０８６ ０４号に示されている。しかしながらこれらも、近接したレイヤー間に適当なせ ん断度を与え、しわを寄せることなく湾曲し た輪郭を追随し、プレフォームをしっかりと安定させ、層の位置を正確に維持す る方法で多層のプレフォームを築く装置を提示しておらず、また相応してもいな い。 従って、またある面において、本発明は最低２枚の材料を１枚をもう１枚の上 に重ねて層を成し、離間した数箇所において複数のブラインドステッチを施して レイヤーどうしを結合し、前記レイヤーに固着材料を添加し、前記固着材料を硬 化させることを特徴とする繊維合成物質の製造方法を提供する。 以上に本発明を説明したが、本発明は上述の特性あるいは以下に示す実施例、 請求の範囲に示す特性のいかなる独創的な組み合わせにも拡張することができる 。 本発明は様々な方法によって実施することが可能であり、以下に本発明の実施 例を添付の図面を参照して実例のみで説明する。 第１図は、水平尾翼の外皮が局部的に係止された４枚の織物繊維材料によって どのようにレイアップされているかを示す線図である。 第２図は本発明によるステッチヘッドの実施例の主要な縫製部材の並置を示す 略透視図であり、多層材料に針が初めて突き通された状態を示している。 第３（ａ）図、第３（ｂ）図は各々、第２図の縫製部材を示す横面図および平 面図であるが、ルーパが材料から露出した糸を丁度捕らえた状態を示している。 第４（ａ）図、第４（ｂ）図は各々、第２図、第３ （ａ）図、第３（ｂ）図の縫製部材を示す横面図および平面図であるが、ルーパ により糸が三角形を形成し、ステッチヘッドが横方向に移動され、次の入口にお いて丁度針が材料に突き刺された状態を示している。 第５図は、生地への針の各突き剌さりの間にヘッドが横方向に動かされた場合 に、本実施例により得られるスティッチパターンを示す略図である。 第６図は、針組立に弾力的な動きをさせる針補正器を組み入れた本発明による 第２ステッチヘッドを示す略側面図である。 第７図は上記のどちらかの実施例と共に使用されるグリップ機構および切断機 構を示す略側面図である。 次に第１図を参照すると、航空機に用いる水平尾翼の外皮１０は、乾炭素繊維 のレイヤー１１、１２、１３、１４を図案に従って切断し、支持面上にこのレイ ヤー１１〜１４を重ね、各レイヤーとその直下にあるレイヤーとを、各レイヤー の外周に離間して点在する点１５において仮縫いを施し結合する。この仮縫いは 各々小数のステッチから成り、このステッチは第２図、第４図に示すタイプのス テッチヘッド１６が、上層は貫通するが下層は極一部のみを刺すものである。 ステッチヘッド１６は湾曲針１８を備えており、湾曲針１８は末端に目２０を 有し、また基部に近い端部がクランクアーム２２に接続している。クランクアー ム２２は針ステッパーモータ２６の出力軸２４に固定されてい る。針１８の湾曲の中心は出力軸２４の回転軸と一致する。ステッパーモータ２ ６は処理装置（図示せず）によって制御され、ルーパ２８の運動と同時性を有す る、予めプログラムされた運動を実行する。針１８は、ステッチが施される材料 に対して、垂直平面に運動を実行する。 ルーパ２８は平坦で一般にＣ字型をしたアーム３０を有しており、その末端に Ｖ字型の糸捕らえジョー３２を備え、また他端はルーパステッパーモータ３６の 出力軸に固定されている。アーム３０はその上面の長さ約２／３位置に突出ペグ ３５を有し、この突出ペグ３５により下記に示すように糸がループを形成する。 ルーパアーム３０はそのホームポジション（第２図）とループ形成位置（第４（ ｂ）図）との間で、ルーパステッパーモータ３６によって、また処理装置（図示 せず）の制御のもとに運動する。ルーパアームの動きは、ステッチが施される材 料に対して、通常、平行平面である。アーム３０は、ループ形成位置（第４（ｂ ）図）において針１８が材料に突き剌さる点を包囲して、針１８がアーム３０に 接触することなくループ内で材料を刺すことが可能なように形成されている。 ステッチヘッド１６は、針１８が材料に突き剌さる点の付近において材料を押 圧するプレッサーフット（図示せず）と、糸が収納されているボビン（図示せず ）と、目を越えた位置において糸を切断する糸カッター（図示せず）とを備えて いる。ステッチヘッド１６は、材料の 厚みの変化、また外形の変化に順応し、各ステッチの前に材料を実質的に同時間 押圧するコンプライアンス度を備えている。ステッチヘッド１６はさらに、ステ ッチの深度を調節することにより、必要に応じて下層の厚みの極一部のみをすく うステッチを施すことが可能である。プレッサーフットを上下するなどして調節 可能にしても同じことが達成できる。 ステッチヘッド１６は５または６軸ロボットアーム（図示せず）に取り付けら れている。 次にステッチの手順について述べる。 ロボットアームはステッチヘッド１６を仮縫い予定位置に配し、次いでプレッ サーフットが重ねたレイヤーに掛かるまでステッチヘッド１６を低下させ、レイ ヤーを押圧する（これは光学的検出が可能である）。次に湾曲針１８が前進して 生地を突き刺し、上層を貫通し、下層を一部のみ刺して、最初に突き刺した点か ら少し先の地点で針先を現す（第２図、または第３（ａ）図、第３（ｂ）図）。 ２層目と３層目への貫通度は異なる生地の厚みによって変化する。糸３８を弛緩 させるために針１８は多少引き戻される。第３（ｂ）図に示すように、ルーパア ーム３０は左回りに動き、糸捕らえジョー３２が弛緩した糸３８の上部（例：目 ２０のボビン側とは反対の糸の弛緩）を捕らえる。ルーパアーム３０は引き続き 左回りへの運動を続け、針を介してボビンから糸を引き出し続ける。ルーパアー ム３０の上面を糸３８が通り、 糸は突出ペグ３５と係合するが、下面には障害物は何も現れない。そして針１８ の次の突き刺し点周辺に糸の三角形ループが形成される。 次に針１８は材料から離れて最高の高さにまで引き戻される。ヘッド１６は次 の突き刺し位置へと横方向に移動する（三角形のループは形成されたままである ）。次にヘッド１６は押圧すべく材料に押し付けられ、針１８が材料を突き刺す よう動かされ、三角形のループ内において、針の目２０は材料の表面から離れた まま、針先が材料に突入する（第４（ｂ）図）。ルーパアーム３０は、ループが 針１８を包囲したままの状態で、今度は右回りに移動する。するとボビンが駆動 されて針の目２０を介して糸を引き戻してループの弛みを巻き取るため、針周辺 に形成されたループは緊張する。次に針１８は糸を運びながら前進して材料を突 き刺し、横方向に針先を現す（第３（ａ）図）。針がやや引き戻すとループが弛 緩し、この弛緩部をルーパアーム３０が捕らえる。そして縫い目の列が完成する までこの行程が繰り返される。切断機構によって糸が切断され、ステッチヘッド １６は次の仮縫い位置へと移動する。ステッチパターンの略図を第５図に示す。 材料のレイヤーに仮縫いを施せばプリフォームはしっかりと安定するので、そ の後の処理が必要になるまで手を触れたり保管しておくことができる。 その後の処理とは工具面にプリフォームを配置し、樹 脂圧送成形技術等の適切な技術によって樹脂を添加し、これを高温、高圧で硬化 させるものである。 次に第６図を参照する。第２実施例は湾曲針１８と、第２図から第４図に示す ルーパ２８に類似した湾曲ルーパ（図示せず）との連続した動作を伴い、前記の 方法と類似した方法で作動する。この具体例において針組立は、ステッチを施す 材料３９の層の厚さの変化、または針組立４０の縦配置のような高抵抗のパッチ に遭遇した際に針１８への損傷を防止または減少させるための弾性度を組み入れ ている。 第２実施例は針組立ハウジング４２（一部のみ図示）を備えており、その下側 には支持ブラケット４４が取り付けられている。支持ブラケット４４は下記に述 べるように、トルクアーム４６の軸４８周囲での限定された弾性旋回運動を旋回 的に支持する。トルクアーム４６は駆動歯車５２のスピンドル５０の軸４８周囲 での運動を回転的に支持する。歯車の駆動は、ステッパ動作（図示せず）により 駆動されるスピンドル５０上のかさ歯車（図示せず）を意味する。 駆動歯車５２はスピンドル５５に取り付けられた他方の歯車５４と係合し、ス ピンドル５５には湾曲針１８を備えた針クランク５６が固定されている。針１８ の逆ステッチ運動はステッパーモータ（図示せず）の適切な連続した操作により 、前述の駆動過程を介して伝達される。 副組立体はトルクアーム４６を備え、トルクアーム４ ６に取り付けられた機素は軸４８の周囲を旋回することが可能である。トルクア ーム４６からはトルク棒５８が上方に突出しており、トルク棒５８はその自由端 に、トルク棒５８の位置を制御システムに発信する光エレクトロニクスセンサ６ ２と共動する羽根６０を有している。 トルク棒５８はトルクアーム４６との結合箇所から約１／３のところに下部ば ね取り付け６４を備えている。下部ばね取り付け６４は引張ばね６６と結合して おり、上端はＴ字型調整リンク６８の一端６７と結合している。Ｔ字型調整リン ク６８の他端は後板７０に旋回するように固定されている。後板７０も直接また は間接的に光エレクトロニクスセンサ６２を備えている。糸付き針の高さ調整ロ ッド７１により、後板７０とそれに接続した構成部は組立ハウジングに対して可 動である。引張ばね６６に働く平衡引張力はねじ切りトルク調整ねじ７２によっ て調節される。トルクアーム４６と一連の小組立を形成する構成部との最高下方 偏向はねじ切り針偏向調整ロッド７４によって調節される。この装置には、図中 に点線７６で示しているように、ステッチが施される材料を押圧する適切な押圧 要素を取り入れることが可能である。 糸付き針の高さ調整ロッド７１をある程度まで回すと図に示すように後板７０ が右側に移動し、これにより針の平衡位置が引き揚げられる。この逆にも運動す る。このように第二実施例は弾性、針の高さ、移動の度合の調整を許容する針組 立の弾性取り付けを提供する。この システムはさらにトルク棒５８、トルクアーム４６の位置のフィードバックを許 容し、さらに、総位置誤差は、過度の障害物に遭遇した際にＤＣステッパモータ の固有失速あるいはかけへこみ性質により処理することが可能である。 次に第７図を参照する。湾曲針の弓形の運動経路の片側にグリップおよび切断 機構８０が配置され、ステッチヘッドと共に作動する。この機構は針１８が材料 ３９から引き戻された際に材料と針との間にのびる糸の部分８２を捕らえ、さら に糸を掴んで切断し、ステッチヘッドが次の位置で仮縫いを始めるまで、その箇 所での仮縫いが終了した位置で糸を保持する。 機構８０は、図中に点線で示した休止位置と、実線で示した切断・グリップ位 置との間に設けられたステッパモータ（図示せず）により駆動される糸キャッチ ャ８４を有している。第７図に示すように、針１８が引き戻された位置にある時 、糸キャッチャ８４は、休止位置から切断・グリップ位置へと移動すると、ボビ ンからの糸を針１８の目を介して取りながら、糸部分８２を捕らえて一方に引っ 張る。糸キャッチャ８４は１面にＶ字型のキャッチ範囲９６を有しており、この 部分が割れて切断溝８８が現れる。切断・グリップ位置に接近すると、キャッチ 範囲の上面がばねに負荷されたクリート９０と係合し、一時的に糸を捕らえ、そ の後で捕らえられた糸が回転カッターディスク９２により切断される。 切断・グリップ機構を備えたステッチヘッドの操作において、仮縫いの１行程 または一連の仮縫い行程が終了すると、針１８は第７図に示す位置に引き戻され る。糸キャッチャ８４は回転して糸を捕らえて切断し、針１８を通ってのびる糸 の切断された自由端を一時的に保持する。ステッチヘッドが新たなステッチを開 始すると、それ以上自由端を保持する必要がないため、糸キャッチャ８４は、次 の切断・グリップサイクルの準備のために糸を解放、配置する角度２７０度を示 される。 ここで述べた実施例は、主にプレフォームの安定性を提供し、層の位置の正確 さを維持し、プレフォームが後の処理におけるさらに複雑な湾曲に覆うことがで きるように浅く仮縫いを施すためにプレフォーム（平形が好ましいが、必要性は ない）の離間した場所でのステッチまたは仮縫いを提供するものである。またス テッチは外皮にディテールを取り付けて構成部組立を形成する手段としても働く 。このディテールには円材、リブ等が含まれ、ステッチは構成部間のインターフ ェースにおいて剥皮力の向上機構を提供する。 プレフォーム上に計略的に施された仮縫いは数回のステッチ（回数はプレフォ ームにより異なる）によって形成され、生地のレイヤーが重ねられるごとに仮縫 いが施される。切断・グリップ機構は、一箇所での仮縫いを迅速に終えて次の箇 所へと移動することができるように採用されている。 仮縫い位置を決定するのは層の結合構造であるが、構成部構造特性がなければ （例：剥皮範囲において）、可能な箇所には仮縫いはトリム範囲に施されるべき である。 局部ステッチのみを使用することで製品の軽量化が可能であり、また縫い糸の 周囲に見られる樹脂の過剰付着を最小限に留めることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バツクスター，シモン イギリス国．ランカシヤー ビイビイ２ ７エルエフ．ブラツクバーン．バルダース トーン．サムレスバリー エアロドロー ム，（番地なし）ミリタリー エアークラ フト デイビイジヨン．ブリテツシユ エ アロスペース （デフエンス）リミテツド 内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．湾曲した針を備えたステッチヘッドを有し、前記針は末端部に糸用の目を設 け、前記針を弓形に相互に運動させる駆動手段に接続しており、使用時には前記 駆動手段によって糸を伴った前記針が前記材料を入口から、少し間隔をおいた出 口にかけて突き剌し、さらにルーパ手段を有し、前記ルーパ手段は移動可能であ り、前記材料より露出した前記糸を前記目の付近において捕らえ、前記糸を引き 出して前記材料の次の前記針の入口付近に前記糸のループを形成し、さらに前記 湾曲針と前記ルーパ手段の所定の連続運動に影響を及ぼす手段を有することを特 徴とする材料の表面上で移動され材料にブラインドステッチを施す操作が可能な 装置。 ２．前記針の湾曲と弓形経路は一般に一致することを特徴とする請求の範囲１に 記載の装置。 ３．前記湾曲針の運動は一般に第１平面において起こり、ルーパの糸捕り部の動 きは一般に弓形であり、第１平面の横方向に位置する第２平面において起こるこ とを特徴とする請求の範囲１または２のいずれか１項に記載の装置。 ４．前記糸捕り部が実質的にＶ字型をしたジョーを、一般に第２平面に有するこ とを特徴とする請求の範囲３に記載の装置。 ５．前記ルーパ手段がペグまたは同様に配置されたその他の止め部を有し、その ため前記ルーパ手段が前記糸を 捕らえて移動すると、前記糸が一般に三角形のループを形成することを特徴とす る請求の範囲４に記載の装置。 ６．前記ペグまたはその他の止め部がルーパ手段の材料から離れた側面より突出 していることを特徴とする請求の範囲５に記載の装置。 ７．前記ルーパ手段が平坦且つ湾曲したまたは曲がったアームを有し、前記アー ムの一端は回転部材に接続し、他端は糸捕らえ部を備えていることを特徴とする 請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の装置。 ８．前記ルーパ手段がループ形成位置にある時、前記針の弓形経路が前記糸捕ら え部と前記アームの他端との間を通過することを特徴とする請求の範囲７に記載 の装置。 ９．前記ヘッドと関連する糸切断手段を有し、前記糸切断手段が前記糸を切断し て、前記糸の切断された端を一時的に任意に保持することが可能なことを特徴と する請求の範囲第１〜８項のいずれか１項に記載の装置。 １０．前記針によって縫われるステッチの最深度を調節する手段を有することを 特徴とする請求の範囲第１〜９項のいずれか１項に記載の装置。 １１．前記針の次の予定入口付近において材料の表面と係合して押圧する押圧手 段を有することを特徴とする請求の範囲第１〜１０項のいずれか１項に記載の装 置。 １２．前記ステッチヘッドが、材料の厚さの変化および材料の外形、輪郭の変化 に順応するように、即時に取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第１ 〜１ １項のいずれか１項に記載の装置。 １３．前記ステッチヘッドの運動に作用する予めプログラムが可能な手段を有す ることを特徴とする請求の範囲第１〜１２項のいずれか１項に記載の装置。 １４．最低２枚の材料を１枚をもう１枚の上に重ねて層を成し、離間した数箇所 において複数のブラインドステッチを施してレイヤーどうしを接続し、前記レイ ヤーに固着材料を添加し、前記固着材料を硬化させることを特徴とする繊維合成 物質の製造方法。 １５．各前記ステッチが２枚のレイヤーを重ね合わせた厚み以下の最深度を有す ることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の方法。 １６．前記レイヤーがステッチを施す以前に前記固着材料を含浸しないことを特 徴とする請求の範囲第１４項に記載の方法。 １７．前記最低２層の材料が、ステッチが施される前に、最終の外形もしくは輪 郭を決定するモールド型上に積むことを特徴とする請求の範囲第１４〜１６項の いずれか１項に記載の方法。 １８．請求の範囲第１４〜１７項のいずれか１項に従って随時製造されたことを 特徴とする合成物質。