(57)【要約】【課題】ループ形状等の複雑な形状を糸状の素材を巻き付けることによって得ることができる巻き取り機を提供する。【解決手段】糸状の素材Ｓをマンドレル１に巻き取る巻き取り機において、マンドレル１を互いに交叉する第１軸Ａ１及び第２軸Ａ２回りに独立して動作させることによって、素材Ｓをマンドレル１に巻き取るべくなしてある。【選択図】　図１
2004075222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
糸状の素材をマンドレルに巻き取る巻き取り機において、
前記マンドレルを互いに交叉する第１及び第２軸回りに独立して動作させることによって前記素材を前記マンドレルに巻き取るべくなしてあることを特徴とする巻き取り機。
【請求項２】
前記第１及び第２軸は、互いに略直交していることを特徴とする請求項１記載の巻き取り機。
【請求項３】
前記マンドレルは、前記第１軸回りに一方向に回転し、前記第２軸回りに双方向へ揺動すべくなしてあることを特徴とする請求項１記載の巻き取り機。
【請求項４】
前記マンドレルを前記第１及び第２軸回りに動作させる駆動手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の巻き取り機。
【請求項５】
前記マンドレルは、ドラム状をなし、前記第１軸は、前記マンドレルの軸方向に略直交して配され、前記第２軸は、前記マンドレルの軸方向に沿って配されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の巻き取り機。
【請求項６】
前記マンドレルは、両端面に軸心から放射状に延びるように設けられ、巻き取る素材を収容する複数の第１溝部と、前記マンドレルの周面に設けられ、各第１溝部を他方の端面の対応する位置にある第１溝部とそれぞれ連結し、巻き取る素材を収容する第２溝部とを備えることを特徴とする請求項５記載の巻き取り機。
【請求項７】
前記第１軸回りの動作可能に設けられ、前記マンドレルの周面を覆うように配されたガイドレールと、
該ガイドレールの前記マンドレルに臨む側の面に露出して設けられ、その回転軸を前記マンドレルの軸方向に沿って配されたローラと、
前記マンドレルの周面を周方向に沿って延び、前記第２溝部の位置を避けて間欠的に設けられたガイド溝と
を更に備え、
前記ローラが前記ガイド溝に沿って転動することにより、前記マンドレルが前記第２軸回りに動作されるべくなしてある
ことを特徴とする請求項６記載の巻き取り機。
【請求項８】
前記マンドレルは、前記マンドレルの周面に前記第２溝部の位置を避けて突設され、前記ガイドレールの内周面に沿う形状をなしたガイド部を有し、該ガイド部に前記ガイド溝が設けられていることを特徴とする請求項７記載の巻き取り機。
【請求項９】
前記マンドレルは、巻き取った素材を該マンドレルから分離可能なように分割式とされていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の巻き取り機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、例えば、糸状の複合材等の素材を多方向ループで積層した複雑な形状の複合材構造を形成することが可能な巻き取り機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ヘリコプタのメインロータのハブ（以下、「ロータハブ」という）は、該メインロータの回転に伴って、支持している複数枚のロータブレードのそれぞれから遠心力に応じた非常に大きい引っ張り応力が掛けられる一方で、これら複数枚のロータブレードを、フラップ，リード・ラグ，及びフェザ等を変更可能なようにロータシャフトに軟結合する必要があり、従来から、複合材を利用したハブが実用化されている。
【０００３】
複合材製のロータハブには、自身の変形により、上記のようなロータブレードの全ての関節運動を機械的な関節構造なしに担うことができる所謂「無関節型」、関節運動の一部を機械的な関節構造なしに担うことができる所謂「半関節型」、及びエラストメリック・ベアリング等を併用して関節運動を担う所謂「関節型」等がある。このような複合材製のロータハブは、ロータブレードによる引っ張り応力に対しては、従来の金属製のロータハブと比較して数倍の強度を持ち、しかも軽量である等、ヘリコプタの性能を向上させる上で利点が多いのが特徴である。
【０００４】
複合材製のロータハブ材料の１つであるプリプレグは、炭素繊維，アラミド繊維，又はガラス繊維を一方向に引き揃えたもの又はこれらの繊維の織物（クロス）に、エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂，又はフェノール樹脂等のレジンを馴染ませたものがその素材として提供され、その成形品は、上記素材を必要に応じて積層して所望の厚さ及び形状とし、レジンに熱又は熱及び圧力を加えて硬化させる処理（以下、単に「熱硬化処理」と称す）を施すことによって得られる。
【０００５】
プリプレグ製のロータハブの製作にあっては、図９（ａ）に示す如く、ガラス繊維を一方向に引き揃えた糸状のプリプレグ繊維を、ロボット等を利用して所定の太さに自動積層する一方、クロス状のプリプレグを機械により所定のサイズに自動裁断し、ハブ形状の金型に手作業にて積層した後で熱硬化処理を施す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この製作方法にあっては、プリプレグによりロータハブ形状を得るために手作業に頼る必要があり、また、図９（ｂ）に示す如く、プリプレグ繊維の高引っ張り強度特性を有効に活用するために、ロータハブＨの形状に沿った方向にプリプレグ繊維等の糸状の素材Ｓを配していく必要がある等、その手間は甚大であった。
【０００７】
手作業によりロータハブ形状を得る場合には、手間と時間とを掛ければ、ケージ形状（所謂「ループ形状」）等の或る程度複雑な形状であっても製作することが可能であるが、これを自動化することは容易ではない。
【０００８】
例えば、糸状の素材を巻き取る機械としては、図１０（ａ）に示す如きフィラメント・ワインディング装置８００、及び図１０（ｂ）に示す如きファイバー・プレイスメント装置９００等があるが、これらの何れの装置にあっても、その一部が得るべき形状をなしたマンドレル７００を単一の軸７０１回りに一方向のみに回転させることにより、当該マンドレル７００に糸状の素材Ｓを巻き取るものであって、上記の如きループ形状を得ることができないのが実情である。
【０００９】
本願発明は、上記状況に鑑みて行なわれたものであり、ループ形状等の複雑な形状を糸状の素材を巻き付けることによって得ることができる巻き取り機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記課題を以下のような構成からなる巻き取り機によって解決することができる。
【００１１】
本願発明に係る巻き取り機は、糸状の素材をマンドレルに巻き取る巻き取り機において、前記マンドレルを互いに交叉する第１及び第２軸回りに独立して動作させることによって前記素材を前記マンドレルに巻き取るべくなしてあることを特徴とする。
【００１２】
上記発明によれば、マンドレルを単一軸回りでなく、二軸回りに動作させることができ、しかも、マンドレルを各軸回りに独立して動作させることができるので、ループ形状等の複雑な形状であっても、手作業に拠らずに製作することができ、自動化を図ることができる。
【００１３】
なお、本願発明に係る巻き取り機は、前述した如きヘリコプタのロータハブを製作するものに限定されるものではなく、糸状の素材を巻き取ることによって得られる様々な分野の物品の製作に適用可能である。また、本願発明において、糸状の素材とは、上記した如きプリプレグ等の複合材に限定されるものではなく、糸状又は繊維状の素材であればよい。さらには、この糸状の素材の太さ、素材が束であるか等を限定するものでもない。
【００１４】
上記巻き取り機は、マンドレルの２つの動作軸を互いに略直交して配置すれば、ヘリコプタのロータハブの如き点対称形状の物品の製作に適している。
【００１５】
また、上記マンドレルは、糸状の素材の巻き取りのために一方の動作軸回りに一方向に回転するように構成する一方、他方の動作軸回りに双方向へ揺動（回動）するように構成することにより、糸状の素材による多方向ループを実現することが容易となる。
【００１６】
上記巻き取り機に、マンドレルを上記２つの動作軸回りに独立して動作させる駆動手段を更に備えさせることも可能である。該駆動手段としては、様々な形態及び種類のものを採用可能であり、マンドレルの支持形態及び動作軸の方向等に応じて適宜に選定すればよい。
【００１７】
上記マンドレルは、例えば、ループ形状を有するヘリコプタのロータハブを製作する場合には、ドラム状をなしていることが望ましく、この場合には、一方の動作軸をマンドレルの軸方向に略直交して配し、他方の動作軸をマンドレルの軸方向に沿って配するのがよい。
【００１８】
上記の如きドラム状をなしたロータハブ用のマンドレルにあっては、該マンドレルの両端面に軸心から放射状に複数の第１溝部を延設する一方、マンドレルの周面に、各第１溝部を他方の端面の対応する位置にある第１溝部とそれぞれ連結するように第２溝部を延設することが可能である。このようにマンドレルに連続的に形成した溝部をガイドとして、この溝部に糸状の素材を巻き取ることにより、巻き取り結果として所定の形状を得ることが容易となる。
【００１９】
また、上記巻き取り機における具体的なマンドレルの駆動方法としては次の如き態様のものである。例えば、マンドレルの周面を覆うように配されたガイドレールを第１軸回りの動作可能に設け、マンドレルの軸方向に沿った回転軸を有するローラをガイドレールのマンドレルに臨む側の面に露出して設ける一方、このローラを、マンドレルの周面に周方向に沿って延び、第２溝部の位置を避けて間欠的に設けられたガイド溝に沿って転動させる。このような構成とすることにより、マンドレルを二軸回りに独立して動作させることが可能である。
【００２０】
さらに、上記マンドレルは、一体式であるとループ形状をなした巻き取り後の素材を該マンドレルから分離することが困難であるため、複数の部分に分割可能なように構成されていることが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明に係る巻き取り機について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２２】
図１は、本願発明の実施の形態に係る巻き取り機の斜視図、図２は、図１の正面図である。本願発明に係る巻き取り機は、短寸円柱状の基台２０を備え、該基台２０の側面には、上下方向に延設されたアーチ状のアーム２１の下端が固定され、該アーム２１の上端と基台２０の中心とには、上下方向の同一軸心（第１軸Ａ１）を有する動作軸２２，２３がそれぞれ対向配置されている。
【００２３】
動作軸２２，２３は、第１軸Ａ１回りの回転自在に設けられており、下側の動作軸２３は、基台２０に内蔵された駆動モータＭ１により一方向に回転されるようになっている。
【００２４】
動作軸２２，２３の対向端には、それぞれ、円弧状をなしたガイドレール２４，２４が固定されており、これら２つのガイドレール２４，２４が、図２にて明らかなように、同一軸心（第２軸Ａ２）を有し、全体として側方で間欠した円をなすように配置されている。
【００２５】
本実施の形態においては、ヘリコプタのロータハブ用のマンドレル１が使用される。該マンドレル１は、略ドラム形状をなし、その中心軸を第２軸Ａ２に一致させて、２つのガイドレール２４，２４に覆われるように配置される。
【００２６】
より詳しくは、マンドレル１の周面には、その周方向に等配された柱状体２６，２６…が放射状に延びており、各柱状体２６の先端には、ガイドレール２４の内周面に沿う曲率を有した円弧状のガイド部２５が固定されている。
【００２７】
各ガイド部２５の外周面には、周方向に沿ったガイド溝２５ａが形成されており、このガイド溝２５ａには、各ガイドレール２４をその厚さ方向に貫通して設けられ、該ガイドレール２４の内周面から内方へ突出するローラ２７が当接されている。該ローラ２７は、第２軸Ａ２と平行な回転軸を有し、駆動モータＭ２により双方向に回動されるようになっている。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、ローラ２７，２７とガイド溝２５ａとの間の摩擦によりローラ２７，２７の回転をガイド部２５，２５…に伝達するようにしてあるが、これに限らず、例えば、ローラ２７，２７を平歯車状に形成し、ガイド溝２５ａに沿って形成したギヤ歯に歯合させてもよい。
【００２９】
また、本実施の形態においては、ローラ２７，２７の回転を、ガイド部２５，２５…を介してマンドレル１に伝達するように構成してあるが、これに限らず、例えば、ローラ２７，２７の周面をマンドレル１の周面に当接させ、マンドレル１を直接駆動するように構成してもよい。
【００３０】
図２に示すように、ローラ２７，２７の配置位置は、これらローラ２７，２７の少なくとも一方が、間欠的に配置されたガイド部２５，２５…のガイド溝２５ａに当接する位置とされる。本実施の形態にあっては、マンドレル１が奇数個のガイド部２５，２５…を備えているため、２つのローラ２７，２７は、周方向の対向位置に配置されているが、ガイド部２５，２５…が偶数個である場合には、周方向の対向位置から相対的にオフセットして配置される。なお、ローラ２７の個数は、２つに限定されるものではなく、後で詳述するマンドレル１の形状に応じて定まるガイド部２５の個数及び周方向長さと、ガイドレール２４の構成とを勘案して設定すればよい。
【００３１】
本実施の形態に係る巻き取り機は、上下２つのガイドレール２４，２４を備え、これら２つのガイドレール２４，２４の間の間欠した部分、即ち側方両側に開口した部分から、マンドレル１に糸状の素材Ｓが供給されるようになっている。
【００３２】
糸状の素材Ｓは、本実施の形態においては、ガラス繊維を一方向に引き揃えた糸状のプリプレグ繊維であり、例えば、図１及び図２に示すようなボビンを有する素材供給装置３から矢符方向に供給される。素材供給装置３から供給される素材Ｓは、所定の位置に固定されたリング状の糸ガイド４を介して常時一定の位置からマンドレル１に与えられるようになっている。
【００３３】
本実施形態に係る巻き取り機は、以上の如き構成とされてあり、駆動モータＭ１によりガイドレール２４，２４が第１軸Ａ１回りに回転され、この結果、ガイドレール２４，２４に支持されたマンドレル１が第１軸Ａ１回りに一方向に回転される。また、駆動モータＭ２，Ｍ２によりローラ２７，２７が回動され、これによってガイド部２５，２５…を介してマンドレル１が第２軸Ａ２回りに揺動される。このような駆動モータＭ１，Ｍ２の動作は、図示しない制御装置により制御され、該制御装置は、所定の形状及び繊維方向に、素材Ｓをマンドレル１に巻き取るように予めプログラムされている。
【００３４】
図３は、本実施の形態に係る巻き取り機が得るべきヘリコプタのロータハブ１００の利用態様を示すヘリコプタのメインロータ２００の斜視図であり、図４は、本実施の形態に係る巻き取り機が得るべきロータハブ１００の構成を示す斜視図である。
【００３５】
本実施の形態に係る巻き取り機が得るべきロータハブ１００は、図３に示す如き５枚のロータブレード２０１，２０１…をメインロータ２００に備えた種類のヘリコプタに適用されるものであり、図４に示す如き熱硬化処理後のロータハブ１００に、穴あけ等の機械加工を施して製作される。このロータハブ１００は、上下に配された２つの円盤状部分１０１，１０１を５つの帯状部分１０２，１０２…で橋絡させた如きケージ状をなしている。
【００３６】
図３及び図４に示した如きロータハブ１００を巻き取るためのドラム状をなしたマンドレル１には、図５に示す如く、素材Ｓの巻き取りをガイドし、所定の形状を得ることを容易にするために、ロータハブ１００の形状に沿った溝部が形成されている。具体的には、溝部は、ドラム状をなすマンドレル１の両側の端面にそれぞれ放射状に形成された５つの第１溝部Ｇ１，Ｇ１…と、両側の端面の対応する第１溝部Ｇ１，Ｇ１…を連結する第２溝部Ｇ２，Ｇ２…とからなっている。第１溝部Ｇ１及び第２溝部Ｇ２は、それぞれ、ロータハブ１００の厚みと同一以上の深さとされている。
【００３７】
図５において、１１ａは、ガイド部２５の柱状体２６を取り付けるための取り付け穴であり、マンドレル１は、図１及び図２に示す如く、取り付け穴１１ａ，１１ａ…にガイド部２５，２５…を取り付けられた後で本実施の形態に係る巻き取り機に組み込まれ、素材Ｓの巻き取りが行なわれる。
【００３８】
素材Ｓのマンドレル１への巻き取りに際しては、糸状の素材Ｓの巻き取り方向、即ち繊維方向が、巻き取り後の製品（ここではロータハブ１００）が引っ張り強度を特に必要とする方向に沿って配されるように、上記制御装置が、駆動モータＭ１，Ｍ２をそれぞれ動作させるようになっている。
【００３９】
図６に示す如く、本実施の形態においては、素材Ｓは、１つの第１溝部Ｇ１及び第２溝部Ｇ２の片側半部から、対向する側にある２つの第１溝部Ｇ１，Ｇ１、及び第２溝部Ｇ２，Ｇ２の一方を通るようにマンドレル１に巻き取られる。次いで、前記１つの第１溝部Ｇ１及び第２溝部Ｇ２の残りの片側半部から、対向する側にある２つの第１溝部Ｇ１，Ｇ１、及び第２溝部Ｇ２，Ｇ２の他方、即ち先程とは別の側を通るようにマンドレル１に巻き取られる。
【００４０】
同様にして、図７に示す如く、マンドレル１の周方向に７２°位相をずらせて、別の第１溝部Ｇ１及び第２溝部Ｇ２から上記と同様に巻き取りが行なわれる。これを全ての溝部から繰り返し行ない、所定の厚さが得られるまで素材Ｓが積層される。
【００４１】
このようにして、マンドレル１への素材Ｓの多方向ループによる巻き取りが完了した場合、マンドレル１は、ガイド部２５，２５…と共に本実施の形態に係る巻き取り機から取り外され、その後、ガイド部２５，２５…が、マンドレル１から取り除かれる。マンドレル１に巻き取られた素材Ｓは、マンドレル１と共に熱硬化処理され、図４に示した如きロータハブ１００の形状となる。
【００４２】
熱硬化処理後の素材Ｓ、即ち機械加工前のロータハブ１００は、マンドレル１から取り外される必要があるが、熱硬化処理後の素材Ｓは、比較的硬いため、そのままではマンドレル１から取り外すことは困難である。
【００４３】
そこで、本実施の形態に係るマンドレル１は、割り子式に分割可能に構成されている。図５及び図８に示す如く、マンドレル１は、取り付け穴１１ａが形成され、素材Ｓが巻き取られない部分を含めた扇状の第１マンドレル部分１１，１１…と、該第１マンドレル部分１１，１１…以外の部分を略半径方向に２つに分割したマンドレル１の中心側の第２マンドレル部分１２，１２…と、その残りの第３マンドレル部分１３，１３…とから構成されている。第２マンドレル部分１２，１２…と第３マンドレル部分１３，１３…とは、マンドレル１の円周接線方向に対して所定の角度の勾配を持ったテーパ面で互いに接合されている。
【００４４】
マンドレル１の分割に際しては、図８に示す如く、まず、第１マンドレル部分１１，１１…がマンドレル１の半径方向外方に抜き取られる。次いで、第１マンドレル部分１１，１１…が抜き取られた後の、ロータハブ１００の帯状部分１０２，１０２…（図４参照）間の空間から、第３マンドレル部分１３，１３…が、上記テーパ面に沿ってマンドレル１の周方向にロータハブ１００から抜き取られる。そして、残った第２マンドレル部分１２，１２…も帯状部分１０２，１０２…間の空間から抜き取られ、図４に示した如き機械加工前のロータハブ１００が得られるようになっている。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、各マンドレル部分が組み立てられた状態でどのように維持されるか等を詳しく図示していないが、例えば、各マンドレル部分の接合面に、抜き取り方向に沿って形成されたホゾ又はホゾ穴、及び抜け止めピン等により組み立て状態を維持するように構成することが可能である。
【００４６】
【発明の効果】
本願発明に係る巻き取り機によれば、ループ形状等の複雑な形状を糸状の素材を巻き付けることによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係る巻き取り機を示す斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】本実施の形態に係る巻き取り製品、即ちヘリコプタのロータハブが適用されるメインロータ部分を示す斜視図である。
【図４】本実施の形態に係るロータハブを示す単体斜視図である。
【図５】本実施の形態に係るマンドレルの構成を示す斜視図である。
【図６】図５のマンドレルへの素材の巻き取りについて説明するための斜視図である。
【図７】図５のマンドレルへの素材の巻き取りについて説明するための斜視図である。
【図８】本実施の形態に係るマンドレルの分割方法について説明するための斜視図である。
【図９】従来の複合材製のロータハブの製作について説明するための図であり、（ａ）は製作手順を示し、（ｂ）は複合材繊維の配置方向を示している。
【図１０】従来の巻き取り機を示す斜視図であり、（ａ）はフィラメント・ワインディング装置、（ｂ）はファイバー・プレイスメント装置である。
【符号の説明】
１　　マンドレル
１１　第１マンドレル部分
１２　第２マンドレル部分
１３　第３マンドレル部分
２４　ガイドレール
２５　ガイド部
２５ａ　　ガイド溝
２７　ローラ
１００　　ロータハブ
Ａ１　第１軸
Ａ２　第２軸
Ｇ１　第１溝部
Ｇ２　第２溝部
Ｍ１　駆動モータ
Ｍ２　駆動モータ
Ｓ　　素材
【図１】
2004075222.tif 000003
【図２】
2004075222.tif 000004
【図３】
2004075222.tif 000005
【図４】
2004075222.tif 000006
【図５】
2004075222.tif 000007
【図６】
2004075222.tif 000008
【図７】
2004075222.tif 000009
【図８】
2004075222.tif 000010
【図９】
2004075222.tif 000011
【図１０】
2004075222.tif 000012