JPS6339501B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフイラメントの半径方向の巻付けを伴
うコイリング装置に関するものである。

用語「複合」はフイラメント、例えばカーボン
またはガラスフイラメントにより補強された熱硬
化性樹脂モールドから作られる材料を定義するの
に用いられる。連続かつ正しく方向づけられたフ
アイバを有する複合部材が最良の機械的特性を有
することは知られている。

1976年７月27日にコミサリアート・ア・レネル
ギ・アトミツク（Commissariat ａ 1′ Energie
Atomique）により出願された「熱硬化性ポリマ
ーを充填したフイラメントを巻き付けることによ
り得られる平らな回転体」に関するフランス特許
第2359695号はポリマーの設定に続いて２枚の側
板間のマンドレルに連続熱硬化性ポリマーを充填
したフイラメントを巻き付けることによつて得ら
れる回転体を開示している。焼成に続いて円形構
造を有する複合部材がこの方法で得られる。

近接する最短線に応じてマンドレル軸線から決
して無視し得ない距離においてフイラメントが巻
かれる種々のシエル形状のものも知られている。

一方向性シートの使用により製造され、時々は
プレスで成形される予め充填した形状で供給され
る他の複合部材も知られている。しかしながら、
上記の場合においてはフアイバはモールドの硬化
中緊張されずかつそれゆえ最適な機械的特性が得
られるように配置されない。

本発明は連続フイラメントの半径方向の巻付け
を伴なうコイリング装置に関するものである。

セクタ状マンドレル上にフイラメントを巻き付
けるための本発明による装置は第１軸線Ａ、前記
マンドレルを第２軸線Ｂのまわりに該軸線に付し
た参照マークにおいて回転させる手段、および軸
線Ｂに対して直角である軸線Ａのまわりに前記軸
線Ｂを回転させるような方法で該軸線Ｂを同時に
変位するための手段とからなつている。

この方法によつて得られる部材は縁から中心に
変化する補強厚さを有している。この厚さは中心
に向つて増加する。この特性は後述するような機
械的見地から有利である。

好ましくは、本発明によるコイリング装置は固
定フレームと、その軸線、すなわち固定軸線Ａの
まわりに回転する軸と、該軸を回転させる手段
と、前記固定軸線のまわりに回転する前記軸の一
端に取付けられ該軸と一体の構体とを含み、該構
体がこれに取り付けられかつ軸線Ａに対して直角
な軸線Ｂのまわりにマンドレルを回転するための
手段を支持するシヤシを含み、軸線Ａの軸の回転
速度が軸線Ｂのまわりのマンドレルの回転速度よ
り大きくなつている。

多くの場合において、マンドレル上に巻回され
たフイラメントの補強厚さは部材の回転中心、す
なわち軸線Ｂまで含まれるようにはなつていな
い。したがつて、マンドレルがリングである場合
には円形ではなくリングが得られ、それぞれ円錐
ではなく截頭円錐、回転体の場合には頂部を除い
た区域、螺旋階段の場合には中央円柱のない段が
得られる。

しかしながら、組立ての特徴によれば、中心に
スロツトが付けられない部材を製造することがで
き、軸線Ｂは具体化されない。したがつて、軸線
Ｂのまわりのマンドレルの回転は好ましくは、軸
線Ｂのかつその一端にマンドレルを支持する円弧
状支持アーム、軸線Ｂに中心をもつ円弧に応じて
支持アームを案内する手段、および支持アームを
駆動する手段によつて得られる。

したがつて、軸線Ｂが具体化されないので、こ
れはこの装置によつて巻回される部材の中心での
フアイバの存在を許容する。

支持アームは好都合には該アームに切られた歯
に噛合する無端ネジまたはウオームによつて両方
向に駆動される。

一実施例によればウオームは減速ギヤ、逆転ギ
ヤおよび90゜の一対のベベルピニオンからなる運
動輪列とによつて回転される。固定フレームに固
着される一方のピニオンは不動で、一方、他方の
ピニオンの回転は事実上軸線Ａのまわりの構体内
に取付けられたシヤシの回転の結果として生ず
る。逆転ギヤは３つの位置、すなわち「前進」、
「後進」および「死点」を有している。

最初の２つの位置の一方から他方に通過する
と、軸線Ｂのまわりのマンドレルの回転方向が逆
転する。逆転ギヤが第３の位置にあるとき、運動
輪列は中断され、その結果シヤシは軸線Ａのまわ
りに回転し続けるが、マンドレルはもはや軸線Ｂ
のまわりに回転しない。シヤシは同一方向におい
て軸線Ａのまわりに回転し続ける。

セクタ状マンドレル上にフイラメントの半径方
向のコイリング（巻付け）を行なうための方法
は、フイラメントがマンドレルの一端のコイリン
グ面に持ち来たされ、該マンドレルの最初の回転
によつて緊張され、逆転ギヤが死点にあり第１通
路が巻き付けられ、前記逆転ギヤは前進位置にさ
れ、マンドレルの他方端まで最初の層が巻かれ、
前記逆転ギヤは再び死点にあり、第２層が反対方
向に巻かれ、前記逆転ギヤは後進位置にありそし
て前記第１および第２層を形成した順序に従つて
上記コイリング方法が所望の厚さのコイル層が得
られるまで繰り返される。

以下本発明を例としてのみ示す実施例について
添付図面を参照して説明する。

第１図はマンドレル上に連続フイラメントを巻
き付けるための本発明による装置を示し、該装置
は固定フレーム１および構体２からなつている。
該構体２はとくに軸線Ａの軸４により支持された
シヤシ８を含んでいる。図示してないモータは軸
４の一端、すなわち固定フレーム１内にある端部
に配置される。軸４の他端はブロツク３と一体に
作られており、該ブロツクにはボルト９によつて
シヤシ８の２枚の側板が固着される。シヤシ８は
マンドレル１０を回転させる種々の手段を支持
し、このマンドレル１０にはシヤシ８に取り付け
られかつ軸線Ａに対して直角の具体化してない、
即わち想像上の軸線Ｂのまわりに矢印１３の方向
にフイラメント３６が巻き付けられる。マンドレ
ル１０は前記軸線Ｂを中心とした円弧状支持アー
ム１２の一端において符号１１で示した位置に取
り付けられる。軸線Ｂ上に中心を置く円形軌道に
沿つた円弧運動を行なう支持アーム１２の運動を
案内する手段が設けてある。この手段は支持はア
ーム１２の内周部１６および外周部１８に沿つて
配分されたシヤシ８に取付けられた一連のローラ
１４によつて構成されている。

支持アーム１２の外周に切られた歯２０は出力
軸２４により両方向回転される無端ネジまたはウ
オーム２２から受けた運動を支持アーム１２に伝
達する。出力軸２４自体は一方の歯車手段である
減速ギヤ２６、他方の歯車手段である逆転ギヤ２
９および角度90゜の一対のベベルピニオン２８お
よび３０によつて形成される運動輪列によつて回
転される。

減速ギヤ２６は軸２４の回転速度に比して入力
軸３２の回転速度を減ずるギヤ列２７を含んでい
る。軸線Ｂのまわりの支持アーム１２の回転速度
を再び歯２０と噛合しているウオーム２２によつ
て出力軸２４の回転速度に比して減じられる。し
たがつて、支持アーム１２の回転速度は軸線Ａの
まわりの構体２の回転速度に比して極めて減じら
れる。

逆転ギヤ２９は出力軸２４を両方向に回転させ
ることができる。したがつて、矢印３１で示す方
向への軸４の回転に関連して支持アーム１２を両
方向に駆動することができかつそれゆえマンドレ
ル１０も同様に駆動することができる。逆転ギヤ
２９は手で制御することができるか、または第１
図に示すごとく、導電ワイヤ３７によつて可動接
点３３および３５の端部により制御することがで
きる。

加えて、逆転ギヤ２９は、構体２は軸線Ａのま
わりに回転することができるが、シヤシ８に関連
して出力軸２４かつしたがつて支持アーム１２を
動かないようにすることができる「死点」を有し
ている。

ベベルピニオン２８はこれと一体の入力軸３２
とともに回転する。固定フレーム１に付属するピ
ニオン３０は動かない。

したがつて、ここに記載した実施例においては
単一の駆動モータが回転構体２および支持アーム
１２を駆動する。

フイラメント３６はその突起を第１図に示す点
３８から解かれる。軸Ｂと点３８は幾何学的に定
義される。

第１ａ図は本発明によるコイリング装置の第２
実施例を示すものである。第１図の第１実施例に
おけると同様に、第２実施例は固定フレーム１お
よび回転構体２を含んでいる。該回転構体２はと
くに軸４により支持されるシヤシ８を含んでい
る。軸４の一方の端部には固定フレーム１内に図
示してないモータが配置される。軸４の他方の端
部は第１図に示した回転構体に至り、該構体にシ
ヤシ８の２枚の側板が固着される。第１図を参照
して記載したと同一の方法でシヤシ８はマンドレ
ルを回転するための手段を支持し、フイラメント
はシヤシ８に取り付けられかつ軸線Ａに対して直
角である具体化してない軸Ｂのまわりを回動して
矢印１３の方向に沿つて回動するマンドレル１０
の上に巻き付けられる。再び第１図の装置と同一
方法で、第２実施例は軸線Ｂに中心を有する円弧
に沿つて支持アーム１２を案内する手段を含んで
いる。この手段は支持アーム１２の内周１６およ
び外周１８に沿つて分布する一連のローラ１４に
より構成される。

支持アーム１２に切られた歯２０は軸２４によ
つて回転されるウオーム２２から受けた運動を支
持アーム１２に伝達する。これらの構造は第１図
の装置のものと同一であるので、第２図ではその
詳細は省略してある。

本発明による装置のこれら２つの実施例の相違
は歯２０と噛合するウオーム２２を回転する手段
にある。これらの手段は減速ギヤ２６、逆転ギヤ
２９および減速ギヤ２６の入力軸３２上に固着さ
れたラチエツト輪２８ａからなる運動輪列によつ
て構成される。固定フレームに固着したピン３３
ａはラチエツト輪２８ａと噛合する。したがつ
て、構体２の各通過に関して、ピン３３ａは順次
支持アーム１２を駆動するウオーム２２まで運動
輪列を駆動する。これは支持アーム１２の円弧状
の前進を引き起す。第１実施例では支持アーム１
２は連続的に駆動されたが、第２実施例では前述
のラチエツト輪とピンとが係合するので断続的に
駆動される。この駆動は固定点３８から巻初めら
れたフイラメント３６が軸Ｂ近傍でマンドレル１
０の内周部分１３８と接触するとき生ずる。この
配列の結果として第４ａ図に示す如く繊維の方法
は軸線Ｂに隣接した内周部１３８を除いて正確に
半径方向であり、そのため巻線操作は支持アーム
１２の円弧状の進行により前進する。

第２図は第１図の装置の方向の図である。第
２図はとくに達成が望まれる部材の関数として選
択されるマンドレル１０の断面を示す。マンドレ
ル１０はセクタ状、すなわち扇形であり、その軸
線は１点鎖線で示した軸線Ｂと一致する。それは
また軸線Ａの図の平面と直角に交差し、そのまわ
りで矢印３１の方向に構体２を回転し、その第１
図に対応した状態２ａは連続線で示されかつ若干
回転した状態は一点鎖線２ｂで示されている。マ
ンドレル１０上に巻き付けられるフイラメント３
６は固定点３８から巻初められる。フイラメント
３６の異なる位置３６ａおよび３６ｂはそれぞれ
実線と鎖線によつて示されかつこれらはマンドレ
ル１０の２つの位置１０ａおよび１０ｂに対応す
る。

フイラメント３６が巻初められる固定点３８は
構体２の回転を引き起させるように軸線Ａから適
当な間隔を置いて配置されねばならないことは自
明である。

コイリング（巻付け）中フイラメント３６は第
２図の平面である第１図に示した平面Ｐ内を動
く。

第３図は構体２の第１図の―線に沿う断面
図である。この図はとくに支持アーム１２、その
歯２０、軸２４に係合したウオームを軸線Ｂに中
心をもつ円弧状通路に沿つて支持アームを案内す
るローラ１４とともに見ることができる。

第１，２および３図に示した本発明によるコイ
リング装置の作動は第４図に図示してある。

その形状が製作されるべき部材の形状に対応す
るマンドレルは支持アーム１２に取り付けられ
る。マンドレル１０は第２図に示すごとく、略三
角形断面を有することができるが、同様に他の任
意な凸形状を呈することもできる。

フイラメント３６はコイリング平面Ｐ（第４図）
に持ち来たされ、コイリング中フイラメント３６
はこの中を動く。該フイラメントはマンドレル１
０の最初の回転の結果としてマンドレル１０上に
緊張して巻かれる。逆転ギヤ２９が死点にあると
き、フイラメント３６は子午曲線mn、すなわち
コイリング平面Ｐとマンドレル１０の周部の交差
によつて画成される曲線を描く。

逆転ギヤ２９が前進方向にあるとき、フイラメ
ント３６は、 ε＝γi／γe−γi×α の値の小角εによつて子午曲線に関連して傾斜し
た方向においてマンドレルに適用される。ここ
で、αは構体２が軸線Ａのまわりに180゜だけ回転
するときの軸線Ｂのまわりのマンドレル１０の回
転角であり、一方γiおよびγeはそれぞれマンドレ
ル１０の内外半径である。

構体２に取り付けた軸線Ｂのまわりのマンドレ
ル１０の回転速度と比較した軸線Ａのまわりの構
体２の回転速度の比が２Ｋによつて示されるなら
ば、上式は、 ε＝γi／γe−γi×π／Ｋ となる。

区域３９においてマンドレル１０上へのフイラ
メント３６の巻付けを見ることができ、その角度
は図面を理解しやすくするために任意に誇張して
ある。巻数は内径γi上の対応点a′，b′，c′におけ
るより点ａ，ｂ，ｃにおいて外径γe上でより広
く距離が置かれていることを見ることができる。
これは部材の縁部におけるより中心部においてよ
り厚い補強となる。

製作されるべく与えられた部材に関して、すな
わち与えられたマンドレルに関して、半径γiおよ
びγeは一定である。Ｋを十分に大きくすると、
角度εを任意の一定値より小さくすることができ
る。このためには減速ギヤ２６のベベルピニオン
２８および３０によつて構成される運動輪列のお
よび支持アームの歯およびウオーム装置２０，２
２の減速比をこれの基礎として選択することが必
要である。したがつて、フイラメント３６の方向
は実用上半径方向mnと異ならない。

逆転ギヤ２９が後進方向にあるとき、フイラメ
ント３６は子午曲線mnに関連する前述の位置に
比して対称位置を占め、角度εは記号を変えるが
同一の絶対値を保持している。機械的見地から変
数＋ε、−εは互いに相殺される。

第４ａ図は本発明によるコイリング装置の第２
実施例の作動を示すものである。第４図に関連し
て説明したと同一の方法で、その形状が製作され
るべき部材の形状に対応するマンドレル１０が支
持アーム１２には取り付けられる。フイラメント
３６はコイリング平面Ｐに持ち来たされかつ軸線
Ａのまわりのマンドレル１０の最初の回転の結果
として該マンドレル１０上に緊張して巻回され
る。逆転ギヤ２９が死点にあるとき、フイラメン
ト３６は子午曲線mnを描く。

逆転ギヤ２９が前進位置にあるとき、フイラメ
ント３６は完全な半径方向かつ第１図の装置によ
る場合であつたような、角度の値εだけ子午曲線
mnに対して傾いていた方向ではなくマンドレル
１０に適用される。

第４ａ図は完全な半径方向の巻線ｄ，d′、次い
でさらに完全な半径方向の巻線d′，d″の巻付けを
示す。支持アーム１２はフイラメント３６が軸線
Ｂに隣接したマンドレル１０の内周部１３８に適
用されるときに矢印１３の方向の階段的進行によ
り前進する。したがつて、フイラメント３６はマ
ンドレル１０に対しd″e方向に斜めに適用される。
同一方法において次の巻線ｅ，e′，e″も完全な半
径方向を有する。そこで支持アーム１２は、第３
の半径方向巻線ｆ，f′，f″のコイリングの前にe″f
方向のフイラメントの傾きに応じて、さらに前進
する。

上述のごとく、可動構体２が軸線Ａのまわりに
180゜だけ回転するとき軸線Ｂのまわりのマンドレ
ル１０の回転角度を示すのにαが使用されるなら
ば、点d″eとe″fとの間のマンドレル１０の対応回
転は、マンドレル１０の前進が回転毎に一度生じ
るために、2αに等しい。

巻線は内径γi上の対応する点ｄ，ｅ，ｆおよび
d″，e″，f″におけるよりも外径γe上の点d′，e′，
f′においてより広く距離が置かれることに留意さ
れたい。これは部材の縁部においてよりも中心に
おいてより厚い補強となる。

逆転ギヤ２９が後進方向にあるとき、同様にフ
イラメント３６は完全な半径方向に巻き付けられ
る。しかしながら、マンドレル１０の筒状部１３
８におけるフイラメントの傾斜は前述の方向に対
して対称である。

第５図は本発明の方法によつて巻き付けられた
回転体を示す。この部材は一部分のみ示すマンド
レル上に巻き付けられている。該マンドレルは保
持することもできるがまたコイルが作られるごと
に除去することもできそして部材は適当な処理に
よつて堅固にされる。部材４０は回転体の単一扇
形を構成するだけである。しかしながら、完全な
回転体は部材４０と同一の複数の部材を組み立て
ることにより形成することができる。

有益なフアイバ強化の厚さは部材の中心に対す
る距離の関数として変化しかつ外縁に向つて減少
する。

多くの場合において、マンドレル上に巻き付け
られた補強の厚さはその中心、すなわち軸線Ｂに
達するようにはなつていない。例えばマンドレル
がリングセクタであるならば、得られる部材はそ
れ自体リングかリングセクタでありかつ円または
そのセクタではない。しかしながら、本発明によ
るコイリング装置の特徴の結果として中心におい
て中空にされず、軸線Ｂは重要でない部材を作る
ことができることに留意されたい。これは部材の
中心でのフアイバの存在を許容する。

第６図は本発明の方法によつて巻回された部材
の第２実施例を示す。該部材は螺旋階段の段の形
状である。該段は破線によつて示される中央支持
体４２に固着されるようになつている。段４１を
形成するのに使用されるマンドレルの部分はハツ
チングで示してある。１点鎖線で示した軸線４３
上に置かれる収束点は到達しないことが理解でき
る。しかしながら、前述のごとく、この収束点は
本発明のコイリング方法によつて達成することが
できる。

第７図は本発明方法によつて製作した部材の第
３実施例を示す。部材４５は適度の慣性を有する
ホイールでありかつ本発明によつて製作された半
径方向構造を有する６個のセクタ４６によつて構
成されかつ円形裏型４７によつて組み立てられ
る。この裏型は公知の方法かつとくにフランス特
許第2359695号に記載された方法によつて製作す
ることができる。

例示しない第４実施例によれば、本発明による
部材は樹脂を重合する前に切断された単一シート
によつて構成され、パンチとダイとの間に予め充
填した状態にし、プレス、重合されかつ次いで裏
型および円形構造を有する複合材料と連係され
る。

最後に、本方法は同様に回転しないかつしたが
つて前述したものとは異なる部材の製造にも適用
することができる。

第８図は回転しない部材からなる第５実施例を
示す。それはブレード４９であり、その子午平面
５０の傾斜θは、全体図８ａおよび図面８ｂ１，
８ｂ２，８ｂ３，８ｂ４を参照することにより見
ることができるように、軸線から周部に向つて
序々に変化する。図面８ｂ１，８ｂ２，８ｂ３，
８ｂ４は回転軸線から増大する距離に置かれた回
転軸線に対して平行かつブレードの子午半径に対
して垂直な平面５１，５２，５３，５４による部
分を示している。角度θ₂，θ₃，θ₄は順次値を増加
することが理解できる。

そのコアを「ハネカム」にすることができるマ
ンドレル１０は先端縁５８および後端縁５９に対
応する前方部分５６および後方部分５７を有して
いる。それは別の端末部材に一体とすることがで
きる。この場合に、半径方向巻付けは構造の他の
部分の結合力を保証する。

第８ｂ１〜８ｂ４において、コイルフイラメン
ト補強区域６０は安定しており、その厚さはその
幅が増大するとき減少することが理解できる。

ブレード４９の製造は樹脂を充填しかつ次いで
適当な形状の型内で重合することにより続けられ
る。したがつて、強力なフアイバが部材の骨組を
構成し、かまぼこ形に成形したならば空気力学的
条件に適合する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第１ａ図は本発明によるコイリン
グ装置の２つの実施例を示す略図、第２図は第１
図の装置の方向の図、第３図は第１図の―
線に沿う断面図、第４図および第４ａ図は本発明
によるコイリング方法を示す略図、第５図乃至第
８図は本発明によつて巻回された部材の実施例を
示す略図である。 図中、符号１は固定フレーム、２は構体、Ａは
軸線、Ｂは軸線、４は軸、８はシヤシ、１０はマ
ンドレル、１２は円弧状支持アーム、１３は軸、
１４はローラ、２０は歯、２２は無端ねじまたは
ウオーム、２４は軸、２６は減速ギヤ、２８，３
０はベベルピニオン、２９は逆転ギヤ、３６はフ
イラメントである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定フレーム１と、軸線Ａの周りに回転可能
   に該固定フレームに取付けられた軸４と、該軸を
   固定フレームに対して回転させる駆動手段と、該
   軸の一端に取付けられた前記軸と一体に回転する
   構体２と、該構体に支持されたシヤシ８と、前記
   軸線Ａに対し直角な軸線Ｂの周りを円弧運動可能
   に前記シヤシに取付けられた円弧状支持アーム１
   ２と、該円弧状支持アームの一方の端部に担持さ
   れたセクタ状マンドレル１０と、前記円弧状支持
   アームの内周および外周に沿つてシヤシに取付け
   られた該アームの前記円弧運動を案内するための
   手段１４と、該円弧状支持アームの外周部１８に
   設けられた一連の歯２０と、該歯と噛合する無端
   ねじ或いはウオーム２２と、前記固定フレームに
   固定された部材３０，３３ａと係合する前記構体
   内に回転可能に設けられた部材２８，２８ａに依
   り得られた回転を減速し、更に可逆回転に変換す
   ることによつて該ウオームに両方向回転を与える
   歯車手段２７，２９とから成るフイラメントを前
   記セクタ状マンドレルに巻き付けるためのコイリ
   ング装置。 ２ 前記固定フレームに固定された部材がベベル
   ピニオン３０であり、該ベベルピニオンと係合す
   る前記構体内に回転可能に設けられた部材が前記
   シヤシ８に回転可能に取付けられた入力軸３２に
   固着され且つ前記ベベルピニオン３０と直角に噛
   合するベベルピニオン２８であり、前記歯車手段
   が前記入力軸に結合された減速ギヤ２６と、該減
   速ギヤと噛合し前記無端ねじ或いはウオーム２２
   が固定され且つシヤシ８に回転可能に取付けられ
   た出力軸２４に結合された逆転ギヤ２９とから成
   る前記特許請求の範囲第１項に記載のコイリング
   装置。 ３ 前記固定フレームに固定された部材がピン３
   ３ａであり、該ピンと係合する前記構体内に回転
   可能に設けられた部材が前記シヤシ８に取付けら
   れた入力軸３２に固着され且つ前記ピンと係合す
   るラチエト輪２８ａであた、前記歯車手段が前記
   入力軸に結合された減速ギヤ２６と、該減速ギヤ
   と噛合し前記無端ねじ或いはウオーム２２が固定
   され且つシヤシに回転可能に取付けられた出力軸
   ２４に結合された逆転ギヤ２９とから成る前記特
   許請求の範囲第１項に記載のコイリング装置。 ４ 前記逆転ギヤは前記マンドレルを軸線Ａのま
   わりの構体の回転中作動させないための死点を有
   することを特徴とする前記特許請求の範囲第２項
   または第３項に記載のコイリング装置。