(57)【要約】【課題】標準サイズのテープスプールを使用する簡易ＡＦＰ機に使用できる、簡易繊維張力調整装置を提供する。【解決手段】繊維スプール用に繊維張力調整装置が提供される。ハブは回転可能に支柱に取り付けられ、ハブには、繊維スプールが取り付けられる。ハブ上の手段によって、スプールから引き出されている繊維に抗力が加えられて、繊維の張りが維持される。【選択図】図１
2010215411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維が引き出される繊維スプールに使用する繊維張力調整装置であって、
支柱と、
支柱に回転可能に取り付けられたハブであって、支柱上でハブとともに回転する繊維スプールが取り付けられたハブと、
スプールから引き出されている繊維に抗力を加えるためのハブ上の手段と
を備える装置。
【請求項２】
抗力を加える手段が、
スプールから引き出される繊維に抗力が加わるような方向にハブを偏向させるバイアス手段と、
バイアス手段によってハブに加えられる抗力を制限する手段と
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
支柱がシャフトを含み、
バイアス手段がハブとシャフトの間に取り付けられたバネを含む、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
バネがシャフトをスリーブ状に覆う、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
力を制限する手段がクラッチを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
クラッチが、
クラッチディスクと、
クラッチディスクと摩擦係合する摩擦パッドと
を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
バイアス手段がバネを含み、
クラッチディスクがバネに接続され、
摩擦パッドがハブに取り付けられている、
請求項５に記載の装置。
【請求項８】
クラッチを解除するハブ上の手段
をさらに含む、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
自動繊維配置機上の繊維供給スプールから引き出されている繊維の張りを維持する方法であって、
スプールをハブ上に配置するステップ、及び
ハブ内部でバネを使用して、スプールから引き出されている繊維の張りを維持するハブに回転力を加えるステップ
を含む方法。
【請求項１０】
ハブ内部でクラッチを使用して、バネによってハブに加えられる回転力を制限する
ステップ
をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
クラッチを選択的に解除して、スプールから引き出されている繊維の張りを緩和するステップ
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
クラッチを選択的に解除するステップが、ハブ上でクラッチ解除装置を変位させることによって行われる、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、自動繊維配置機、特に複合構造を積層するのに使用する自動繊維配置機、さらに具体的には簡易繊維張力調整システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、海洋、及び航空宇宙産業において使用される複合構造等の複合構造は、一般に自動繊維配置（ＡＦＰ）機と呼ばれる自動複合材料処理機を使用して製作することができる。ＡＦＰ機は航空機産業において、例えば複合材料の細長い繊維テープ、又は「トウ」の比較的幅のせまいストリップを製造ツール周囲に巻くことによって、構造形状及び外板アセンブリを製作するために使用することができる。ＡＦＰ機は、通常６以上の複数のテープストリップを連続的に端部と端部が接触するように一列に配置して、ツール上に配置されツールに当接して圧縮される、単一の広い等角帯域幅を形成する。
【０００３】
過去には、ＡＦＰ機は広い範囲の大規模な構造物を製作するのを可能にする特徴及び機能を得るために比較的大きく複雑であった。テープが配置されている間は、機械に取り付けられたテープスプールから繊維テープが引き出される。スプールからテープが引き出されるときに、繊維テープの張り量を適切に維持し、通常のＡＦＰ機の操作中に発生する可能性のあるテープのたわみを補正する必要がある。繊維テープの張りは、サーボモータードライブとセンサアレイのループ・ネットワークを利用する比較的複雑なフィードバックシステムによって制御される。他の張力調整システムでは、外ねじりバネによって偏向されたローラと組み合わせた回転ドラッグブレーキ及び開放機構を利用して、テープのたわみ変化を補正している。
【０００４】
さらに最近では、より幅の狭い繊維トウを配置できる、より小規模の簡易ＡＦＰ機が提案されており、これはしたがって、より小さい構造物及び構成要素を製作するのにより適切であり得る。これらの簡易ＡＦＰ機の繊維配置ヘッドにおいて使用される機構はより小さく、複雑性が緩和されているが、機械はそれでもやはり、上述した種類の標準サイズの複合繊維テープスプールを利用する。これらの小さいＡＦＰ機には、周知の比較的複雑な繊維張力調整システムの使用は適合しない可能性がある。
したがって、標準サイズのテープスプールを使用する簡易ＡＦＰ機に使用できる、簡易繊維張力調整装置が必要である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、繊維の張りを維持し、繊維配置機における繊維のたわみを補正する簡易装置が提供されている。この装置により、ＡＦＰヘッド上の複合繊維の、多数の標準サイズスプールの小型パッケージ化が可能になり、これによりスプールが取り付けられている独立した各ハブにおいて繊維の張りとたわみ補正が得られる。
【０００６】
一実施形態によれば、繊維が引き出される繊維スプールに使用する繊維張力調整装置が提供されている。ハブは回転可能に支柱に取り付けられており、支柱上で回転するために、繊維スプールを取り付けるようになっている。ハブ上の手段によりスプールから引き出されている繊維に抗力を加えて、繊維の張りを維持する。抗力を加える手段は、結果的に抗力がスプールから引き出された繊維に加えられるような方向に、ハブに対して力を加えるバイアス手段と、バネによってハブに加えられる回転力を制限する手段を含むことができる。回転力を制限する手段は、クラッチディスクと、クラッチディスクに摩擦係合する摩擦パッドを含むクラッチを含むことができる。
【０００７】
別の実施形態によれば、スプールから引き出される繊維の張りを維持する装置は、少なくとも一つの繊維供給スプールを有する自動繊維配置システムとともに使用することができる。この装置は、ハブの回転のために、供給スプールが取り付けられるようになっている回転可能なハブを含む。ハブには、スプールから引き出される繊維によって加わる力に対抗する回転力をハブに加える手段が設けられている。
【０００８】
更なる実施形態によれば、自動繊維配置システムにおいて繊維供給スプールから引き出されている繊維の張りを維持する方法が提供されている。この方法は、ハブにスプールを配置し、バネを使用して、スプールから引き出されている繊維の張りを維持する回転力をハブに加えるステップを含む。本方法はさらに、ハブ内部でクラッチを使用して、バネによってハブに加えられる力の量を制限するステップを含むことができる。クラッチは、スプールから引き出されている繊維の張りを緩和するために選択的に解除することができる。
開示の実施形態により、標準サイズの繊維テープスプールを用いた、簡易化した小さい自動繊維配置機において、繊維の張力を調整して繊維のたわみを補正する簡易装置の必要が満たされる。
【０００９】
本発明は、少なくとも一つの繊維供給スプールを有する自動繊維配置システムに使用する、スプールから引き出される繊維の張りを維持する装置に関し、本装置は、
ハブとともに回転するために、ハブに取り付けられた供給スプールを有する回転可能なハブ、及び
スプールから引き出されている繊維によってハブに加えられる力に対抗して、ハブに回転力を加えるハブ内の手段
を備えている。
上述した装置では、力を加えるハブ上の手段がバネを含むことができる。
【００１０】
上述した装置はさらに、
力を加える手段によってハブに加えられる力を制限する、ハブ内の手段
を含むことができる。
上述した装置では、ハブに加えられる力を制限する手段はクラッチを含む。
上述した装置では、クラッチは、
クラッチディスク、及び
クラッチディスクと摩擦係合するクラッチパッド
を含む。
上述した装置はさらに、
クラッチを解除する手段
を含むことができる。
【００１１】
本発明はまた、少なくとも一つの繊維供給スプールを有する自動繊維配置システムに使用する、スプールから引き出される繊維の張りを維持する装置に関し、この装置は、
シャフトと、
スプールを取り付けるようになっているハブと、
シャフト上で回転するためにハブを取り付けるためのベアリングを含む手段と、
ハブ内部のシャフトをスリーブ状に覆うバネであって、シャフトに固定された第１端部と、第２端部を有するバネと、
ハブ内部のクラッチであって、バネの第２端部とハブの間に係合されたクラッチと、
クラッチを解除するハブ上の手段
を備えている。
【００１２】
本発明はまた、自動繊維配置システムの繊維供給スプールから引き出されている繊維の張りを維持する方法にも関し、本方法は、
スプールをハブに配置し、
クラッチを介してバネをハブに接続し、
バネを使用して、繊維の張りを保ちながらハブに回転力を加え、
クラッチを使用して、バネによってハブに加えられた回転力を制限し、
ハブにクラッチ解除装置を配置し、
クラッチ解除装置を使用して、ハブからバネを選択的に解除する
ステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】開示の実施形態による簡易繊維張力調整装置の機能ブロック図である。
【図２】供給スプールから引き出されている繊維の張りを維持する方法の全体的なステップを示すフロー図である。
【図３】標準サイズの繊維スプールと簡易繊維張力調整装置を用いた、複雑性が緩和された繊維配置ヘッドの側面図である。
【図４】ハブに取り付けられた、図３に示すスプールのうちの一つの図式的な斜視図である。
【図５】図４に示すハブの縦方向断面図である。
【図６】図５に示すハブの端面図である。
【図７】図５及び６に示すハブの分解斜視図である。
【図８】係合位置にあるクラッチを示す、クラッチ解除装置の断面図である。
【図９】図８と同様の断面図であるが、クラッチを解除した解除装置を示す図である。
【図１０】航空機の製造及び点検方法のフロー図である。
【図１１】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
最初に図１を参照すると、開示の実施形態は概して、繊維に張力を加えて、自動繊維配置（ＡＦＰ）ヘッド４６において繊維の撓みを補正するのに使用する装置２０に関するものである。装置２０は、バネ２４によってハブ２２に加えられる力の量を制限するクラッチ２６を介してハブ２２に接続されるねじりバネ２４の形態のバイアス手段を含むハブ２２を含む。装置２０は、クラッチ２６を選択的に解除して、ねじりバネ２０によってハブ２２に加えられる張力を保留するクラッチ解除装置２８を任意に含むことができる。繊維の供給スプール３０はハブ２２に取り付けられており、ハブ２２と供給スプール３０の組み合わせは支柱３２に取り付けられて、ＡＦＰヘッド４６の一部を形成する。
【００１５】
図２は、装置２２を使用してＡＦＰヘッド４６によって行われる通常の繊維配置作業の間に、供給スプール３０から引き出されている繊維に張力を加える方法のステップを広く図示している。ステップ３４で開始して、供給スプール３０をハブ２２上に配置する。ステップ３５においてバネ２４をハブ２２の内部に配置する。ステップ３６においては、ねじりバネ２４をハブ２２と支柱３２の間に接続する。ステップ３８において、ねじりバネ２４を使用して、ハブ２２に張力を加える。最後に、ステップ４０において、クラッチ２６を使用して、バネ２４によってハブ２２に加えられている張力を保留することができる。
【００１６】
ここで、ＡＦＰヘッド４２と供給スプール３０の更なる詳細を示す図３及び４に注目する。ヘッド４２は、繊維５０の一又は複数の供給スプール３０が取り付けられているフレーム４６を含むことができる。本明細書で使用されているように、「繊維」及び「複数の繊維」は、しばしばトウだけでなく繊維ロービングとも称される幅の狭いストリップに切断することができる複合繊維テープの形態であってよい複合繊維を指している。２つの供給スプール３０が図示されているが、へッド４２には２つより多い又は２つより少ないスプールがあってよい。供給スプール３０はそれぞれハブ２２とともに回転するためにハブ２２上に取り外し可能に支持されており、一又は複数の繊維配列及び再スレッド化機構４４に繊維５０を供給する。この機構により、繊維５０が一直線の並列する形に誘導されて帯域幅５５を形成し、帯域幅５５を機構４４によって切断し圧縮ローラ５２によって基板５４上に成形することができる。
【００１７】
ここで、装置２０の更なる詳細を示す図５、６及び７に注目する。ハブ２２の形状はおおむね円筒状であり、基本的に開いた内部２３を含む。フレーム４６に固定されたシャフト３２は、ハブ２２の中央を通って縦方向に延びており、ヘッド４２上のハブ２２及び供給スプール３０の両方を支持する手段を提供する。ハブ２２は、一対のベアリング５６によってシャフト３２上に回転可能に取り付けられている。
【００１８】
螺旋形のねじりバネ２４はハブ２２内部でシャフト３２をスリーブ状に覆っており、一端２７がシャフト３２に固定されているため、この端部２７は動かない。ねじりバネ２４の反対の端部２９は、ハブ２２上に固定された摩擦パッド２６ｂを含むクラッチ２６の一部を形成するクラッチディスク２６ａに固定されている。バネ２４は端部２７及び２９の間に圧縮されるため圧縮力が生じ、これによりクラッチディスク２６ａに、摩擦抗力２１によって示す方向にバイアスがかけられて、ハブ２２とともに回転することができる摩擦パッド２６ｂと摩擦係合する。ハブ２２の最初の回転により、バネ２４によって矢印３１（図６）で示す方向にクラッチディスク２６ａに加わった角ねじり力がクラッチディスク２６ａとパッド２６ｂの間の摩擦に打ち勝って、パッド２６ｂが回転し続ける間にクラッチディスク２６ａがパッド２６ｂに対して外れるまで、ねじりバネ２４が巻かれる。
【００１９】
ハブ２２がシャフト３２上で回転すると、クラッチディスク２６ａがパッド２６ｂと摩擦係合して、図６の矢印３１で示すハブ２２上に摩擦抗力が発生し、次に供給スプール３０から引き出されている繊維５０に張力が加わる。ネジ２４は、ベアリング５８と、クラッチディスク２６ａに固定されたバネ２４の端部２９によって、シャフト３２と同心状に維持される。クラッチ２６により、ネジ２４によってハブ２２に加えられるねじり力の量が制限される。クラッチ２６を介してネジ２４によってハブ２２に加えられる摩擦抗力により、供給スプール２２から引き出されている繊維５０に加わる張力の量が決定される。図５及び６に示していないが、後述し図７〜９に示すクラッチ解除装置２８によって、摩擦パッド２６ｂからクラッチディスク２６ａを解除することが可能になる。
【００２０】
特に図６を参照すると、繊維５０がスプール２２からゆっくり引き出されると、バネ２４は角度βを通って位置Ａ０から位置Ａ１まで巻き始める。角度βを通る角回転中に、クラッチディスク２６ａは摩擦パッド２６ｂとともに回転する。しかしながら、スプール２２の回転がＡ２で示す位置まで進むと、摩擦抗力３１によって示される、ネジ２４によってクラッチディスク２６ａに加わった回転力がクラッチディスク２６ａ、及び摩擦パッド２６ｂの間の摩擦３３に打ち勝つため、クラッチディスク２６ａがパッド２６ｂに対して方向３１に外れることが可能になる。
【００２１】
角度βを通るスプール２２の角変位により、繊維が位置Ｐ１に進むことが可能になる。繊維５０のポイントＰ２への前進は、クラッチディスク２６ａがはずれ始める位置Ａ２における角変位に対応する。繊維５０がＰ１からＰ２へ進むときに、繊維５０に加わった力Ｆは、クラッチディスク２６ａと、バネ２４によってクラッチディスク２６ａに加えられる圧縮力の間の回転抑制モーメントと等しくなる。繊維５０の前進が停止し、位置Ｐ２からＰ１まで引き戻された場合、結果的な繊維５０の撓みはねじりバネ２４によって吸収される。
【００２２】
ここでまた図７〜９を参照すると、円筒形のクラッチ解除装置２８を任意に設けて、必要な場合に、例えばヘッド４２の始動中に繊維５０に加わる抗力を緩和する、又は新しいテープ帯域幅５５の配置を開始しようとするときに、クラッチ２６を解除することができる。図８から１番よくわかるように、クラッチ解除装置２８はおおむね円筒形であり、ハブ２２の外側に配置された端壁２８ａを含む。装置２８の側部２８ｂはハブ２２を通って滑動するため、装置２８の端部２８ｃはクラッチディスク２６ａの周囲に係合することができる。したがって、装置２８をハブ２２に向かって軸方向３７に滑動させることによって、ネジ２４によってクラッチディスク２６ａに加わった力が克服されて、クラッチディスク２６ａが、シャフト３２に沿ってある距離「Ｄ」を変位することができ（図９）、次にクラッチディスク２６ａが摩擦パッド２６ｂとの係合から解除される。バネ２４によってもたらされるバネ荷重のために、装置２８が開放されると、バネ２４によりクラッチディスク２６ａが摩擦パッド２８ｂと摩擦係合するように押し戻される。
【００２３】
本発明の実施形態は、様々な可能性のある応用形態、特に例えば航空宇宙、海洋及び自動車への応用を含む運送業において使用することが可能である。したがって、ここで図１０及び１１を参照すると、本発明の実施形態を図１０に示す航空機の製造及び点検方法６２と図１１に示す航空機６４において使用することができる。試作段階において実例となる方法６２は、航空機６４の規格及び設計６６と、材料調達６８を含むことができる。製造段階においては、航空機６２の構成要素及びサブアセンブリの製造７０と、システム統合７２が行われる。簡易張力調整装置２０を、７０において組立てられる構成要素又はサブアセンブリを形成する複合構造物を製作するのに用いられるＡＦＰ機、又は７２においてシステムの一部として統合されるＡＦＰ機に使用することが可能である。その後、航空機６４は検査及び納入５６を経て就航７６されることができる。顧客によって就航されている間、航空機６４には、（変更、再構成、改装等も含むことができる）所定の保守及び点検７８が予定される。簡易張力調整装置は、保守及び点検７８において使用される交換部品又は構成要素を製作するのに用いられるＡＦＰ機に使用することが可能である。
【００２４】
方法６２の各プロセスは、システム・インテグレーター、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客）によって行われる又は実施することが可能である。この説明の目的においては、システム・インテグレーターは、非限定的に、任意の数の航空機メーカー及び主要なシステム下請業者を含むことができ、第三者は、非限定的に、任意の数の供給メーカー、下請業者及びサプライヤを含むことができ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍部、サービス組織等であってよい。
【００２５】
図１１に示すように、実例となる方法６２によって製造される航空機６４は、複数のシステム８２と内部装飾８４を有する機体８０を含むことができる。高レベルシステム８２の実施例は、一又は複数の推進システム８６、電気システム８８、油圧システム９０、及び環境システム９２を含む。任意の数の他のシステムを含むことができる。航空宇宙における実施例を示したが、本発明の原理を海洋及び自動車産業等の他の産業に応用することができる。
【００２６】
本明細書に具現化されたシステム及び方法を、製造及び点検方法６２の任意の一又は複数の段階に採用することができる。例えば、製造プロセス７０に対応する構成要素又はサブアセンブリを、航空機６４が就航中に製造される構成要素又はサブアセンブリと同じ方法で製作又は製造することができる。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、例えば、航空機６４を実質的に組立てやすくする、又は航空機６４にかかる費用を削減することによって、製造段階７０及び７２において用いることが可能である。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、航空機６４が就航中に例えば非限定的に保守及び点検７８に用いることができる。
【００２７】
本発明の実施形態は、特定の例示された実施形態に関して説明されているが、当然ながら、特定の実施形態は図示目的であり限定するものではなく、当業者が他の変形例を発想することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
２１    摩擦抗力
２２    ハブ、スプール
２３    開いたハブ内部
２４    ねじりバネ
２６    クラッチ
２６ａ  クラッチディスク
２６ｂ  摩擦パッド
２７    ねじりバネの一端部
２８    クラッチ解除装置
２９    ねじりバネの一端部
３０    供給ツール
３１    方向
３２    支柱、シャフト
３３    摩擦
３７    軸方向
４２    ＡＦＰヘッド
４４    繊維配列及び再スレッド化機構
４６    ＡＦＰヘッド、フレーム
５０    繊維
５２    圧縮ローラ
５４    基板
５５    帯域幅
５６    一対のベアリング
５８    ベアリング
【図１】
2010215411.tif 000003
【図２】
2010215411.tif 000004
【図３】
2010215411.tif 000005
【図４】
2010215411.tif 000006
【図５】
2010215411.tif 000007
【図６】
2010215411.tif 000008
【図７】
2010215411.tif 000009
【図８】
2010215411.tif 000010
【図９】
2010215411.tif 000011
【図１０】
2010215411.tif 000012
【図１１】
2010215411.tif 000013
【外国語明細書】
2010215411000001.pdf
2010215411000002.pdf
2010215411000003.pdf
2010215411000004.pdf