(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのＣ字形チャネルチャージからＩ字形複合ストリンガを形成するのに用いるための機械であって、
（ａ）  フレームと、
（ｂ）  前記フレーム上に装着され、Ｃ字形チャージがかけられた１対のマンドレルを支持するための細長いプラットホームとを含み、前記マンドレルは、前記Ｃ字形チャージが互いに対して背中合わせになるように位置決めされ、さらに、
（ｃ）  前記フレーム上に装着され、前記マンドレルを互いに向かって押す力を生じることによって前記Ｃ字形チャネルチャージを位置決めし、かつ押し固めるための位置決めおよび押し固め機構を含み、さらに
（ｄ）  前記細長いプラットホームに隣接して位置決めされた第２の細長いプラットホームと、前記細長いプラットホームによって支持される１対のマンドレルおよびＣ字形チャージを前記細長いプラットホームから前記第２の細長いプラットホームへ移動させ、このプロセスにおいて前記マンドレルおよび前記Ｃ字形チャージを１８０度回転させるための回転機構とを含む、機械。
【請求項２】
前記位置決めおよび押し固め機構はまた、前記マンドレルおよび前記Ｃ字形チャージを前記プラットホームに向かって押す力を生じる、請求項１に記載の機械。
【請求項３】
前記位置決めおよび押し固め機構は、チャネルを規定する細長いＵ字形アンビルと、前記プラットホームから離れた非係合位置と前記チャネルが前記プラットホームと前記プラットホームによって支持される１対のマンドレルおよびＣ字形チャージの上に載る位置との間で前記アンビルが可動であるように前記アンビルを前記フレームに回転可能に結合する結合機構とを含む、請求項２に記載の機械。
【請求項４】
前記位置決めおよび押し固め機構は前記チャネルの１つの壁に沿って前記チャネルに装着された第１の膨張可能なブラダを含み、前記第１の膨張可能なブラダの膨張は前記１対のマンドレルおよびＣ字形チャージを互いに、かつ、前記第１の膨張可能なブラダが装着される壁とは反対の前記チャネルの壁に対して押す、請求項３に記載の機械。
【請求項５】
前記位置決めおよび押し固め機構は、前記チャネルの壁の前記チャネルに装着され、前記チャネルが前記プラットホームの上に載る前記位置にあるときに前記プラットホームの上に載り、前記マンドレルおよびＣ字形チャージを前記プラットホームの方に向かって押す前記力を生じるための第２のブラダを含む、請求項４に記載の機械。
【請求項６】
前記プラットホームの各々は区分され、前記回転機構は、前記プラットホームの区分間に配置された複数の対のフリッパ部材を含み、前記対のフリッパ部材の各々の一方のフリッパ部材は前記細長いプラットホームの下に配置され、前記対のフリッパ部材の各々の他方のフリッパ部材は前記第２の細長いプラットホームの前記区分間に装着され、さらに、前記フリッパ部材が前記プラットホームの向かい合う端縁に隣接して配置された軸を中心として上向きに回転できるように前記フリッパ部材を装着するための装着手段を含む、請求項５に記載の機械。
【請求項７】
前記フリッパ部材は平面であり、円形区分を囲み、前記回転機構はまた、前記区分の頂点で前記円形区分を回転可能に装着するための回転可能装着手段を含む、請求項６に記載の機械。
【請求項８】
前記回転機構はまた複数個の促進エレメントを含み、前記促進エレメントの１つは前記フリッパ部材の間に配置される、請求項７に記載の機械。
【請求項９】
前記回転機構は、前記フリッパ部材に結合されて前記フリッパ部材を回転させるための、カムで動作される駆動機械を含む、請求項８に記載の機械。
【請求項１０】
前記プラットホームの各々は区分され、前記回転機構は、前記プラットホームの区分間に配置された複数の対のフリッパ部材を含み、前記対のフリッパ部材の各々の一方のフリッパ部材は前記細長いプラットホームの下に配置され、前記対のフリッパ部材の各々の他方のフリッパ部材は前記第２の細長いプラットホームの前記区分間に装着され、さらに、前記フリッパ部材が前記プラットホームの向かい合う端縁に隣接して配置された軸を中心として上向きに回転できるように前記フリッパ部材を装着するための装着手段を含む、請求項１に記載の機械。
【請求項１１】
前記フリッパ部材は平面であり、円形区分を囲み、前記回転機構はまた、前記区分の頂点で前記円形区分を回転可能に装着するための回転可能装着手段を含む、請求項１０に記載の機械。
【請求項１２】
前記回転機構はまた複数個の促進エレメントを含み、前記促進エレメントの１つは前記フリッパ部材の間に配置される、請求項１１に記載の機械。
【請求項１３】
前記回転機構は、前記フリッパ部材に結合されて前記フリッパ部材を回転させるための、カムで動作される駆動機械を含む、請求項１２に記載の機械。
【請求項１４】
Ｃ字形チャージはマンドレルに各々かけられ、マンドレルはプラットホーム上に配置されるときにロードバーから吊るされ、前記プラットホームは対向する長手端部を含み、機械はさらに、前記プラットホームの各長手端部に隣接して前記フレームに装着されたガイドヨークを含み、前記ガイドヨークは、ロードバーを受け、かつＣ字形チャージを有するマンドレルを前記プラットホーム上に整列させるための１対の上向きに突出するアームを各々含む、請求項１に記載の機械。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明はストリンガを組立てるための機械に関し、特に、複合材料で作られたストリンガを組立てるための機械に関する。
発明の背景
複合材料を航空機および他の軽量構造物の製造に用いることは、このような材料が導入されてから着実に増えている。複合材料は高い強度対重量比および剛性を有し、軽量構造の設計において魅力的である。過去において、複合材料を用いることに関する１つの欠点は製作コストが高いことであった。金属部品と同様のコストで複合部品を製造することは困難であった。コストの差は、大規模な部品か、または、急または複雑な輪郭を有する部品において特に顕著である。
複合構造物のコストの最も大きな原因の１つは製作中に必要とされる肉体労働の量である。急または複雑な輪郭を有する複合部品はレイアップマンドレル上に複合材料の個々の層を手動で据えることによって形成されなくてはならない。より緩やかな輪郭を有するより大きな部品、たとえば大きな翼外板は自動テープ据え機を用いて製作され得る。
自動テープ据え機は、複合プリプレグの個々の層をマンドレル上に配置して複合部品を形成するロボットアームを有する。自動テープ据え機は、プリプレグの個々の層を高速で配置でき、したがって、製作時間およびコストを減少するであろう。自動テープ据え機の仕組みのために、複合プリプレグの層を何らかのジオメトリの上に配置するその能力が制限される。一般に、自動テープ据え機は急な湾曲かまたは小径の湾曲の周囲に複合プリプレグを配置できない。
航空機および他の軽量構造物の作製において用いられる共通の複合支持構造物は「Ｉ」ビームまたは「Ｉ」ストリンガである。急な湾曲のために、Ｉビームおよび他のビーム型複合構造物は一般に複合材料の層をレイアップマンドレル上に手動で置くことによって形成される。自動切断機が複合プリプレグの各層を適切な形状に切断するために用いられる。次に、プリプレグの個々の層が手で２つの別個のレイアップマンドレル上に配置される。一旦適切に位置決めされると、プリプレグの各層はレイアップマンドレルの外部輪郭に合わせて形成されて２つの「Ｃチャネル」を形成する。
次に、Ｃチャネルおよびレイアップマンドレルは、Ｃチャネルがその垂直ウェブに沿って接合してＩビームを形成できるように回転される。接合した後、三角形の複合ラジアス充填材が接合中に頂部フランジおよび底部フランジの中心で形成される三角形の凹所に配置される。頂部および底部の複合強化層が次に、Ｉビームの頂部および底部に手で配置される。結果として生じるＩビームは次に袋に入れられ、圧力釜で硬化される。
Ｉビーム作製の全プロセスは多くの労働力を必要とし、時間がかかる。複合材料を配置するのに必要とされる労働力に加えて、レイアップマンドレルを操作するためにも労働力が必要となる。一般に、レイアップマンドレルは極めて大きく、かつ重く、動かすのが困難で危険である。２つのＣチャネルが形成された後、クレーンまたは同様の操作機械が用いられて個々のレイアップマンドレルを係合させ、それらを組立テーブル上に運ぶ。次に、マンドレルは手動で動かされ、回転され、レバー等を用いて整列させられる。２つのチャネルは次に面倒な時間のかかるプロセスにおいて真空膜を用いて接合される。一旦接合されると、三角形のラジアス充填材が頂部に加えられる。レイアップマンドレルは次に、三角形のラジアス充填材がＩビームの底部に与えられ得るように１８０度回転される。最後に、結果として生じるＩビームおよびレイアップマンドレルが真空袋詰めおよび後の硬化のために硬化マンドレル上に配置されなければならない。
コストがかさむ上に、作製プロセス中に人力を多要することで品質管理上の問題が生じる。複合プリプレグの個々の層はしばしば不正確に位置決めされる。作製中の広範囲にわたる手動操作はまた、異質材料が完成部品にもたらされる可能性を高める。複合材料および異質材料の層が不正確に配置されることが全体の部品の不合格率の大きな要因である。
したがって、複合材料から構造物、特に大きな構造物を作製する間に必要とされる肉体労働の量を減らす方法および装置が必要である。この発明はこの必要を満たすためのものである。
発明の概要
この発明に従って、マンドレルに各々かけられた２つのＣ字形チャージからストリンガアセンブリを組立てる際に用いるのに適した機械が提供される。機械は、骨組みと、細長い位置決めおよび締めつけ機構と、回転機構と、位置決めおよび締めつけ機構ならびに回転機構の動作を制御するための制御装置とを含む。骨組みは、各Ｃ字形チャージと各Ｃ字形チャージがかけられるマンドレルとを支持するための１対の平行なプラットホームを含む。位置決めおよび締めつけ機構は、係合位置と非係合位置との間で可動であるように骨組みに回転可能に接続された細長いＵ字形アンビルを含む。係合位置では、アンビルの側壁がマンドレルおよびＣ字形チャージのいずれかの側にあり、かつ頂部がマンドレルおよびＣ字形チャージの上に載るように、Ｕ字形アンビルはマンドレルおよびＣ字形チャージの上に載る。非係合位置では、Ｕ字形ハウジングがマンドレルおよびチャネルチャージから離れて位置する。Ｕ字形アンビルに装着されるのは側部ブラダおよび頂部ブラダである。側部ブラダはＵ字形アンビルの１つの内壁に沿って位置し、頂部ブラダはＵ字形アンビルの頂部の内部に沿って位置する。係合位置にあるとき、側部ブラダおよび頂部ブラダは（背中合わせである）Ｃ字形チャージを押し固め、整列させる。Ｃ字形チャージは、マンドレルと背中合わせのＣ字形チャージとをＵ字形アンビルの反対の壁に対して押す側部ブラダによって押し固められる。Ｃ字形チャージは、マンドレルおよびＣ字形チャージをプラットホームに対して押す頂部ブラダによって整列させられる。回転機構は、骨組みに回転可能に装着されたフリッパ部材を含む。各フリッパ部材は骨組みに接続された心棒を中心として回転して、マンドレルおよびチャネルチャージを一方のプラットホームから他方のプラットホームヘと移動させ、このプロセスにおいてマンドレルおよびＣ字形チャージを１８０度回転させる。
この発明のさらなる局面に従って、フリッパ部材は、骨組みに回転可能に装着されたカムと、カムによって駆動され、フリッパ部材に結合されたカム従動子とによって回転される。
この発明の他の局面に従って、軸方向整列装置がマンドレルおよびＣ字形チャージを受けるプラットホームの各端部に置かれ、押し固める前にマンドレルおよびＣ字形チャージの端部を整列させる。
この発明は、複合レイアップマンドレルおよび関連のＣ字形チャージを作製プロセス中に容易に操作させる。この発明は複合レイアップマンドレルをプレスして２つのＣ字形チャージを接合し、複合Ｉビームを作り、次に、充填材、キャップチャージ、およびコールプレートがＩビームの両側に加えられ得るようにマンドレルおよび複合Ｉビームを回転させる。
この発明を用いると、作製プロセスにかかわる肉体労働の量が減る。この発明は複合作製方法においてさらなる改良点を達成するための同時継続中の特許出願に開示された装置で用いられ得る。他の同時継続中の出願の１つでは、マンドレルをチャージで包むことによって平坦な複合チャージをＣ字形チャージに真空成形するための方法および装置が開示される。別の特許出願では、この発明によって企図される型の装置へと、かつ、そこから、マンドレルおよびＣ字形チャージを移動させるための装置が開示される。さらに別の特許出願では、硬化された複合部品からレイアップマンドレルを取除くための方法および装置が開示される。
【図面の簡単な説明】
この発明の上述の局面および多くの付随する利点は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を参照することによってより容易に認識され、よりよく理解される。
図１は、この発明に従って作られる機械によって組立てられた、１対のマンドレルに装着された複合Ｉビームの斜視図である。
図２Ａ−２Ｉは、図１の複合Ｉビームを形成するために必要とされるステップの正面図である。
図３は、この発明に従って形成された複合ストリンガ組立機械の全体の斜視図である。
図４は、図３の機械の一部の拡大斜視図である。
図５Ａおよび５Ｂは、図３の機械のアンビルまたはＵ字形ハウジングの概略図である。
図６は、図３の機械の一部の別の拡大斜視図である。
図７Ａ−７Ｄは、図３の機械の回転機構の概略端面図である。
図８は、図３の機械の回転機構の部分展開図である。
図９Ａおよび９Ｂは、図３の機械の制御パネルの図を含む。
図１０Ａおよび１０Ｂは、図３の機械の制御装置の論理概略図である。
好ましい実施例の詳細な説明
この発明に従って形成される複合ストリンガ組立機械の目下好ましい実施例を説明する前に、この機械をよりよく理解するため、この機械によって作られる構造とその構造を作るのに必要なステップとの短い説明が行なわれる。構造物は図１に示され、１対のマンドレルに取付けられた複合Ｉビームを含む。以下に説明されるように、この構造物が作られた後、マンドレルは取除かれて、航空機のストリンガとして用いるのに適した複合Ｉビームを生じる。
複合Ｉビームストリンガを作るための典型的な手順は、レイアップマンドレル２０として知られる１対の長方形のビームの周りに１対のＣ字形チャージ２２を形成し、チャージを背中合わせに接合し、ラジアス充填材２６、キャップチャージ２８、およびコールプレート３０を加えることである。最終結果は図１に示される型の構造物３２である。形成された後、この構造物は圧力釜に移動され、そこで構造物はＣ字形チャージ、充填材、およびキャップチャージに含まれるエポキシ樹脂を硬化させるために加熱される。その後、マンドレルは取除かれる。この発明の機械はマンドレルの硬化および除去の前に構造物を組立てるために用いられる。マンドレルにかけられたＣ字形チャージを有する１対のマンドレルから図１に示されるアセンブリを作るために必要とされるステップは図２Ａ−２Ｉに示され、次に説明される。
図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、かけられたチャネルチャージ２２が各マンドレルの周囲に形成された後、マンドレルは表面２４上に押し固められる。マンドレルは、Ｃ字形チャージが互いに対して背中合わせになるように配向される。この位置では、かけられたチャネルチャージ２２が面する接合点に沿う上部部分と下部部分との間にわずかなギャップが通常存在する。このギャップは三角形の断面を有するラジアス充填材２６かまたは「ヌードル」として知られる複合材料のストリップによって充填される。ラジアス充填材は、図２Ｃに示されるようにかけられたチャネルチャージ２２の間の上部接合点に沿って挿入される。
かけられたチャネルチャージ２２の上部端縁の間にラジアス充填材２６が一旦挿入されると、キャップチャージ２８として知られる、複合材料の長方形のシートが図２Ｄに示されるようにラジアス充填材２６の上でチャネルチャージ２２の頂部上に配置される。最後に、コールプレート３０として知られる、金属の長方形のシートが図２Ｅに示されるようにキャップチャージ２８の上に配置される。
図２Ｆは、上述のアセンブリがその長手軸に沿って１８０度回転されるのを示す。回転する目的は、ラジアス充填材２６、キャップチャージ２８、およびコールプレート３０がアセンブリの反対の側に与えられ得るようにするためである。図２Ｇは、アセンブリが回転された後ラジアス充填材２６がかけられたチャネルチャージ２２の間の残りのギャップに挿入されるのを示す。図２Ｈは、キャップチャージ２８がアセンブリの逆の側に与えられるのを示す。図２Ｉは最後のコールプレート３０がアセンブリに与えられるのを示す。
一旦上述のステップが行なわれると、図１の参照番号３−２によって一般に示される完成したストリンガアセンブリが形成されている。上述のように、完成したアセンブリは複合材料に含まれるエポキシ樹脂を硬化させるために圧力釜でさらに処理される。硬化の後、マンドレル２０が分解ステーションで取除かれて、航空機の外板パネルに取付けるためのＩ字形ストリンガまたはビームの形成を終える。
過去において、図２Ａ−２Ｉに示され、かつ上述されたステップは手動で行なわれてきた。したがって、これらは多くの労働力を必要としてきた。ほぼ４０フィートまでの長さであり、かつ６００ポンドもの重さを有するマンドレルがいくつかの複合Ｉビームを製造するために用いられる。鋼鉄のレバーがこのようなマンドレルを回転するために必要とされ、これはしばしばマンドレルと形成されるストリンガアセンブリとに損傷を引起こし、および／または、ストリンガアセンブリを製造する人に障害を負わせた。さらに、過去においては、押し固めプロセスは、膜をマンドレルの上に置き、テーブル頂部の周辺で膜を密封し、かつ膜とテーブルとの間の領域に真空を適用してマンドレルを押し固めることを含んだので時間がかかった。
この発明は、図２Ａ−２Ｉに示される、より労働力の必要な潜在的に危険なステップのいくつか、特に、マンドレルの押し固めおよび整列（図２Ａおよび図２Ｂ）とマンドレルの回転（図２Ｆ）とを達成するための複合ストリンガ組立機械を提供することに関する。
図３は、この発明に従って形成された、参照番号３４によって一般に示される複合ストリンガ組立機械を示す。複合ストリンガ組立機械３４は骨組み３６および制御コンソール３８を含む。骨組みは、各マンドレルにかけられたＣ字形チャージ２２を有する１対のマンドレル２０を押し固め、整列させ、かつマンドレルを回転させるための機構を支持する。制御コンソール３８は、これらの機構の動作を制御する電子機器を収容する。
図４は、図３に示される複合ストリンガ組立機械３４の骨組みの、制御ステーション３８に最も近い端部の拡大図である。説明を明らかにするために、制御ステーション３８は図４に示されない。さらに図４を参照して、骨組み３６は、この発明の部分を形成しない装置から１対のマンドレル２０とＣ字形チャージ２２とを受けるための複数個の細長い部分から形成された第１のプラットホーム４０を含む。マンドレルおよびＣ字形チャージは、Ｃ字形チャージが互いに背中合わせになるように第１のプラットホーム４０上に縦に配置される。
図６を参照すると、ガイドヨーク１６０が第１のプラットホーム４０の各長手端部に隣接して骨組み３６に装着される。ガイドヨーク１６０は、Ｃ字形チャージ２２が各マンドレルにかけられた１対のマンドレル２０を第１のプラットホーム４０上に位置決めするのを手伝うように用いられる。マンドレル２０は好ましくは、クレーン（図示せず）から吊るされたロードバー（図示せず）を含む連節アームアセンブリから吊るされる。ガイドヨーク１６０の各々は２つの上に向けられたアーム１６２および１６４を含む。アームは長手プラットホームの両側に位置する。連節アームアセンブリが下げられると、ロードバーはアーム１６２と１６４との間に受取られて、第１のプラットホーム４０と交差するようにマンドレル２０を整列させる。
図４に戻って、軸方向整列装置４２が各ガイドヨーク１６０に隣接して第１のプラットホーム４０の各端部に摺動可能に装着される。各整列装置４２は、マンドレルおよびＣ字形チャージがプラットホーム上に置かれた後マンドレル２０の端部を互いに正確に整列させるために用いられる。各整列装置４２は、マンドレルの隣接した端部に面する押し部材またはヘッド４４を含む。ヘッド４４はマンドレル２０の端部に対して駆動され、ヘッドが両方のマンドレルの端部に均一に接触するまで最も近いマンドレルを移動させる。このように、マンドレルの端部は互いに整列させられる。結果として、マンドレルにかけられたＣ字形チャージ２２もまた整列される。
整列装置４２のヘッド４４はヘッド４４の反対側で整列装置の端部に取付けられたハンドル４６を回転することによって移動される。ハンドル４６がある方向に回転されると、ヘッド４４はマンドレル２０に向かって駆動され、ハンドルが反対の方向に回転されると、ヘッド４４はマンドレルから離れて移動される。この技術において既知の従来の配列では、ＡＣＭＥねじ機構（図示せず）がハンドル４６の回転運動をヘッド４４の線形運動に移す。さらに、ユーザが容易にハンドル４６を回転して、ヘッドがマンドレルの端部を整列させるために一般に均一に両方のマンドレルに接触するまで相対的に重いマンドレル２０の１つを移動できるように、ＡＣＭＥねじ機構は機械的な利点を与える。好ましくは、整列装置４２は、プラットホームに形成されたダブテール（図示せず）の形状のチャネルを含む摺動機構と、整列締めつけの下部側に形成された突出するダブテール（図示せず）とによってプラットホーム４０に結合される。整列装置４２がマンドレル２０の端部を整列させるために用いられた後、それは好ましくは邪魔にならないように引込まれる。
複合ストリンガ組立機械は、プラットホーム４０の一方の側に沿って延びるＵ字形アンビル４８を含んだ位置決めおよび締めつけ機構を含む。Ｕ字形アンビル４８は、一般に参照番号５０によって示される一般に長方形のチャネルを規定する。Ｕ字形アンビル４８は、骨組み３６によって支持され、かつ第１のプラットホーム４０に対して平行であるシャフト５２上に装着される。より具体的には、シャフト５２は、骨組みに取付けられた複数個の装着部５４によって骨組み３６に回転可能に取付けられる。アンビル４８は、アンビルの長さに沿って配置された複数個のＵ字形ヒンジプレート４９を含む。ヒンジプレートはシャフト５２に付着される。骨組み３６上に装着され、かつシャフト５２の一方の端部に結合されたモータ５６およびギアケース５７はシャフト５２を回転して、マンドレル２０およびＣ字形チャージ２２（図４に示される）から離れた非係合位置からマンドレルおよびＣ字形チャージの上に載る位置までアンビル４８を回転させる。好ましくは、モータ５６は適切なギアケースを備えた従来の電動モータである。機械３４のある実際の実施例では、ギアケース５７は９００：１の割合の遊星歯車レデューサを含んだ。このレデューサは小さい１馬力モータに重いアンビルを安全な速度で回転させた。
図５ＡはＵ字形アンビル４８と第１のプラットホーム４０によって支持される２つのマンドレル２０およびＣ字形チャージ２２との概略断面図である。機械３４の残りの部分は説明を明らかにするために示されていない。マンドレル２０およびＣ字形チャージ２２は、Ｃ字形チャージ２２の後部が互いに面するように第１のプラットホーム４０上に配列される。
Ｕ字形アンビル４８に装着されるのは側部ブラダ５８である。側部ブラダは、シャフト５２に最も近いアンビル４８によって規定されたチャネル５０の側部の内部に装着される。側部ブラダ５８はアンビル４８の長さで延び、ゴムから作られ、膨張可能である。モータが適切に作動させられると、アンビル４８は係合位置から上に載る位置へと矢印６０（図５Ａ）に示される方向に回転される。上に載る位置にあるときは、図５Ｂに示されるようにアンビルチャネル５０が両方のマンドレル２０を囲む。アンビル４８が上に載るかまたは係合する位置に移動させれた後、側部ブラダ５８は膨張してマンドレル２０を互いに、かつアンビルの遠壁に向かって移動させる。これによって、良好な接触および固着が粘着性のＣ字形チャネルチャージ２２の間に行なわれることが確実となる。この発明のある実際の実施例では、側部ブラダ５８が３０ｐｓｉｇの名目上の圧力まで膨張される。
頂部ブラダ６２もまたＵ字形アンビル４８によって規定されたチャネル５０に装着される。頂部ブラダはアンビル４８の頂部に内部で装着され、第１のブラダ５８が装着される側部に対して直交する。頂部ブラダ６２はアンビルの長さで延び、１つだけではなく両方のマンドレルおよびＣ字形チャージに接触するためにほぼ２倍の幅を有することを除いて側部ブラダ５８と実質的に同一である。アンビル４８が図５Ｂに示されるような係合位置にあるとき、かつ好ましくは側部ブラダ５８が少なくとも一度膨張させられてマンドレル２０とＣ字形チャージ２２とを押し、かつそれらをアンビルの遠壁に対して押した後、頂部ブラダ６２が膨張する。
頂部ブラダ６２は、マンドレル２０を互いに同一平面に整列させるようにマンドレル２０およびＣ字形チャージをプラットホーム４０に対して押す。第１のプラットホーム４０は好ましくは、プラットホームヘのチャネルチャージ２２の固着を防ぐように非粘着性材料から作られる。この発明のある実際の実施例では、頂部ブラダ６２は１５ｐｓｉｇの名目上の圧力に膨張させられる。その実施例では、頂部ブラダ６２は、ラジアス充填材２６、キャップチャージ２８、およびコールプレート３０が図２Ｃ、図２Ｄおよび図２Ｅに示され、かつ上述されたチャネルチャージ２２の少なくとも一方の側に加えられた後に膨張させられる。このように、頂部ブラダ６２の膨張はまたこれらのアイテムをチャネルチャージ２２に対して押すのに役立つ。
モータ５６（図４を参照）は、図５Ｂに示されるようにマンドレル２０およびＣ字形チャージ２２にアンビル４８が係合するときに与えられるブレーキ（図示せず）を含む。ブレーキはモータを素早く停止させるが、モータだけでは頂部ブラダ６２を膨張させることによって生じる大きな回転力に抵抗できない。さらに、アンビル４８のヒンジプレート４９は図５Ａ、図５Ｂおよび図６に示されるようなＣ字形ロックチャネル６４を含む。アンビル４８が２つのマンドレル２０（図５Ｂ）を係合するように位置決めされるとき、骨組み３６（図６）に取付けられたロッキングロッド６６がロックチャネル６４にある。ロッキングロッド６６はより短い小径部分７０と交互する複数個の大径部分６８を含む。アンビル４８がマンドレル係合位置に最初に回転されると、ロッキングロッド６６の小径部分７０がロックチャネル６４によって受取られる。アンビル４８は次にロッキングロッド６６をその長手軸に沿って摺動させることによって適所にロックされ、すなわち、回転しないようにされ、したがって、大径部分６８がロックチャネル６４に移動される。ロッキングロッド６６の大径部分６８は大きすぎて開口部を介してＣ字形ロックチャネル６４に適合しない。したがって、アンビル４８は適所にロックされる。
ラジアス充填材２６、キャップチャージ２８、およびコールプレート３０が図２Ｆに示され、かつ上述されたようにＵ字形チャージ２２の少なくとも一方の側に加えられた後、マンドレル２０およびＣ字形チャージ２２は、これらのアイテムがＣ字形チャージの反対の側に与えられ得るように回転される。この要件を満たすために、複合ストリンガ組立機械３４は、第１のプラットホーム４０に隣接し、かつ一般に平行な第２のプラットホーム７２（図６）を含む。第１のプラットホーム４０と同様、第２のプラットホーム７２も端と端とを接して位置決めされた複数個の細長い部分から形成される。マンドレルおよびＣ字形チャージは、ラジアス充填材２６、キャップチャージ２８、およびコールプレート３０がＣ字形チャージ２２の反対の側に付加できるように第１のプラットホーム４０から第２のプラットホーム７２へと回転される。
複数個の回転機構７４（図６）がプラットホーム４０および７２の長さに沿ってその部分の間に配置される。回転機構はマンドレル２０およびＣ字形チャージを一方のプラットホームから他方へと回転させる。回転機構７４の１つの一連の概略正面図が図７Ａ−７Ｄに示される。これらの図は回転機構の動作を示す。この図はプラットホーム４０および７２の長手軸に対して直交する平面にある。
各回転機構７４は、平面であり、かつ一般に４分の１の円の形状である１対の背中合わせに対向するフリッパ部材７６を含む。作動前において、図７Ａに示されるように、フリッパ部材はプラットホーム４０および７２の下方に位置する。より具体的には、フリッパが存在する平面がプラットホーム４０および７２の長手軸に直交する。４分の１の円のフリッパの１つの端縁が第１のプラットホーム４０および第２のプラットホーム７２によって規定される平面の下方にある。さらに、フリッパの対の１つが第１のプラットホーム４０の下方に存在し、第２のものが第２のプラットホーム７２の下方に存在する。フリッパはその４分の１の円の形状の頂点近くで骨組み３６（図４を参照）に取付けられた心棒７８に回転可能に装着される。心棒はプラットホームに対して平行に延び、プラットホームとほぼ同じ高さである。第１のプラットホームに関連したフリッパからのものと第２のプラットホームに関連したフリッパのためのものとの２つの心棒７８が設けられる。
各フリッパ部材７６はそのそれぞれの心棒７８を中心として上方向に回転する。図７Ｂに示されるように、フリッパ部材の組の一方が反時計回りに回転し、他方が時計回りに回転する。フリッパが作動されると、もともとは第１のプラットホーム４０上にあるマンドレル２０およびＣ字形チャージ２２がフリッパ部材７６が回転するにつれて第１のプラットホーム４０の上方に持上げられる。第２のプラットホームに関連したフリッパ部材もまた何も支えていなくても回転する。このように、これまでは第１および第２のプラットホームの下方にあったフリッパ部材の端縁が互いに向かって移動する。プラットホームの内部端縁に隣接する、各フリッパ部材７６の円形の頂上に近い脚部分８０は、フリッパ部材が回転するにつれてマンドレルおよびＣ字形チャージが支持するフリッパ部材から摺動しないように防ぐのに役立つ。
対向するフリッパ部材７６が図７Ｃに示される位置までほぼ９０度回転すると、促進機構８２が動作される。促進機構８２はマンドレル２０およびＣ字形チャージ２２を「傾かせ」、第２のプラットホーム７２に関連したフリッパ部材７６にもたれかけさせる。このように、マンドレルおよびＣ字形チャージは第１のプラットホームに関連したフリッパ部材から第２のプラットホームに関連したフリッパ部材に「渡される」。
促進機構８２はフリッパ部材の各対に関連する。促進機構８２はプラットホーム４０と７２との間に位置する。図６を参照されたい。
各促進機構は、垂直に配向された伸張ロッド８８および９０をそれぞれ有した１対の隣接する空気シリンダ８４および８６を含む。プラットホームの長手軸に対して直交し、かつプラットホームの間に存在するブリッジ部材９２が伸張ロッド８８の端部および９０の端部を旋回可能に相互接続する。マンドレル２０およびＣ字形チャージを第１のプラットホーム４０に関連したフリッパ部材から第２のプラットホーム７２に関連したフリッパ部材に傾けることが望ましいとき、第１のプラットホームに最も近い空気シリンダ８４が作動されてロッド８８を上方向に延ばし、ブリッジ部材９２を第２のプラットホーム７２の方へ傾斜させる。結果として、ブリッジ部材は第１のプラットホームに最も近い、垂直のマンドレルおよびＣ字形チャージのコーナーに突き当たる。このコーナーが上昇するにつれて、マンドレルおよびＣ字形チャージは図７Ｃに示されるように第２のプラットホーム７２の方に傾く。（マンドレル２０およびＣ字形チャージが第２のプラットホーム７２から第１のプラットホーム４０へと移されるならば、第２のプラットホームに最も近い空気シリンダ８６がマンドレルおよびＣ字形チャージが垂直位置に回転された後に作動させられる。）当業者には容易に認識されるように、空気アクチュエータ以外のアクチュエータが空気シリンダ８４および８６の機能を行なうために用いられ得る。たとえば、電気または液圧のアクチュエータが用いられてもよい。
促進機構８２が動作させられた後、フリッパ部材７６は図７Ｄに示されるようなそのもとの位置へと下向きに回転される。次に、作動させられた空気シリンダ８４が逆に作動され、そのロッド８８に引込ませ、促進機構８２のブリッジ部材９２に一般に水平の位置を再びとらせる。フリッパ部材７６が下方に回転するにつれてマンドレル２０およびＣ字形チャージが第２のプラットホーム７２の方へよりかかるので、第２のプラットホーム７２に関連したフリッパ部材がマンドレルを支持する。マンドレル２０およびＣ字形チャージが丁度説明された作用の間その長手軸を中心として１８０度回転されているので、それらは最後には第２のプラットホーム上で反転された位置になる。したがって、ラジアス充填材２６、キャップチャージ２８およびコールプレート３０がここでＣ字形チャージ２２の逆の側に加えられ得る。
全回転機構７４の部分展開図が図８に示される。第１のプラットホーム４０と第２のプラットホーム７２と回転機構７４の部分を形成しない他の要素とが仮想線で示される。フリッパ部材７６の他に、回転機構７４は一般に平行な２つのプレート９６と９８との間に位置する回転カム９４を含むプレートは第１のプラットホーム４０および第２のプラットホーム７２の長手軸に直交して存在する。第１のプレート９８は、カム９４が可視であるように第２のプレート９６から離れて展開されて示される。すべての回転機構のカム９４はカムの中心を通る共通のシャフト９９上に装着される。説明を明確にするために仮想線でともに示されるモータ１０１およびギアハウジング１０３は矢印１００によって示される方向にシャフト９９を回転させ、これはカム９４を同じ方向に回転させる。
各カム９４は回転するにつれ、カム従動子プレート１０４に取付けられたローラ１０２を押す。ローラ１０２に対するカム９４の作用がローラを上方向に移動させる。ローラがカム従動子プレートに取付けられているので、カム従動子プレート１０４は上方向に移動される。カム従動子プレートは１対のガイドローラ１０６および１０８によって上方向に移動するように制限される。ガイドローラ１０６および１０８は一方が他方の上となってカム従動子プレートに取付けられ、第１のプレート９８上のガイドスロット１１０へと突出する。
１対の接続ロッド１１２および１１４がひとつの端部でカム従動子プレート１０４に回転可能に接続され、逆の端部で、１つがフリッパ部材の対の各々に対して、フリッパ部材７６に回転可能に接続される。各接続ロッド１１２および１１４はフリッパ部材７６の１つでシャフト１１６または１１８に接続する。図８に示されるように、シャフトはフリッパ部材７６の頂上から外向きに放射線状で位置決めされる。カム従動子プレート１０４の動きによって生じる接続ロッド１１２および１１４の上方向の動きが、上述のようにフリッパ部材の４分の１の円の形状の頂上の近くに位置するその軸７８を中心としてフリッパ部材７６を回転させる。
カム９４は二重」輪郭のカムである。第１のカム輪郭は、マンドレル２０およびＣ字形チャージを第１のプラットホーム４０に対して押す頂部ブラダ６２によって生じる、Ｃ字形チャージ２２間の固着力を制動する高い機械的な利点を有する。マンドレル２０およびＣ字形チャージ２２が第１のプラットホーム４０からほぼ２分の１インチ持上げられた後、より低い機械的な利点を有する第２のカム輪郭がストリンガをほぼ垂直な位置まで持上げる（図７Ｃを参照）。
複合ストリンガ組立機械３４の動作は制御コンソール（図３を参照）上の作業員用押しボタンによって制御される。制御コンソール３８の正面パネル上のボタンは図９Ａに表わされる。図９Ｂの指示ボックスによって示されるように、図９Ａのボタンは複合ストリンガ組立機械を動作する際に好ましくは押される順序で番号をつけられる。いくつかのボタンは二度以上番号をつけられ、これはこれらのボタンが指示ボックス１００によって示されるように二度以上押されるためである。１対のマンドレル２０およびＣ字形チャージ２２が第１のプラットホーム４０上に配置され、それらの端部が上述された態様で整列装置４２を用いて整列された後、第１のボタン１２０が押される。第１のボタン１２０を押すとモータ５６が作動され、アンビル４８をマンドレルおよびＣ字形チャージの上に回転させる（図５Ｂを参照）。
次に、第２のボタン１２２が押される。第２のボタン１２２を押すと、ロッキングロッド６６を軸方向に移動させてアンビル４８を上述されたように係合位置（図６を参照）にロックさせるアクチュエータが作動される。次に、第３のボタン１２４が押される。第３のボタンが押されると、バルブが閉じ、空気がアンビル４８に配置された側部ブラダ５８を膨張させるようにされる。これが起こると、マンドレル２０およびＣ字形チャージ２２が上述のように押し固められ、アンビル４８の遠壁に対して押される。図５Ｂを参照されたい。
Ｃ字形チャージ２２が押し固められた後、第４のボタン１２６が押される。第４のボタンが押されると、側部ブラダ膨張バルブが開き、側部ブラダ５８が結果として収縮する。第５のボタン１２８が次に押される。第５のボタンを押すと、ロッキングロッド６６を係合位置から軸方向に摺動させるアクチュエータを作動させることによってアンビル４８のロックがはずされる。続いて、第６のボタン１３０が押される。第６のボタンを押すとモータ５６が作動され、アンビル４８をマンドレルおよびＣ字形チャージから離れて回転させる。
アンビル４８がマンドレルおよびＣ字形チャージから離れて回転された後、図２Ｃ−２Ｅと関連して説明されたようなラジアス充填材２６、キャップチャージ２８、およびコールプレート３０を作業員が手動で据えつける。次に、第１、第２および第３のボタン１２０−１２４が再び順に押されてマンドレル２０およびＣ字形チャージ２２の上のアンビル４８を移動させ、ハウジングを適所にロックし、側部ブラダ５８を膨張させてマンドレルおよびＣ字形チャージを互いに、かつアンビルの遠壁に向かって押し固める。マンドレルおよびＣ字形チャージはもう一度押し固められて、ラジアス充填材２６、キャップチャージ２８、およびコールプレート３０の据え付けがＣ字形チャージを分離させないことを確実にする。
次に、第７のボタン１３２が押される。第７のボタンが押されると、空気を頂部ブラダに与えるバルブが閉じる。結果として、頂部ブラダ６２が膨張する。頂部ブラダ６２の膨張のためにマンドレル、Ｃ字形チャージ、充填材キャップチャージ、およびコールプレートがプラットホーム４０に対して押され、これはＣ字形チャージが互いに水平に整列されることを確実とするのに役立つ。頂部ブラダ６２の膨張はまた、ラジアス充填材２６、キャップチャージ２８、およびコールプレート３０をＣ字形チャージ２２に対してしっかりと押すのに役立つ。頂部ブラダ６２が膨張された後、第８のボタン１３４が押され、このために頂部ブラダ膨張バルブおよび側部ブラダ膨張バルブが開く。結果として、頂部ブラダ６２および側部ブラダ５８の両方が収縮する。
その後、第５のボタン１２８および第６のボタン１３０が順に押されてアンビル４８のロックをはずし、アンビルを非係合位置に回転させる。第９のボタン１３６が次に押される。第７のボタンが押されるとモータ１０１が作動され、フリッパ部材７６が図７Ａ−７Ｄに示されるようにマンドレル２０およびＣ字形チャージを第１のプラットホーム４０から第２のプラットホーム７２へと回転させる。フリッパ部材が十分に延ばされると、第１のプラットホームに最も近いシリンダ８４が作動されてマンドレルおよびＣ字形チャージを傾かせる。
マンドレル２０およびＣ字形チャージ２２が第２のプラットホーム７２に回転された後、ラジアス充填材２６、キャップチャージ２８、およびコールプレート３０がＣ字形チャージ２２の逆の側に与えられて図１に示される型のストリンガアセンブリ３２を形成する。第１０のボタン１３８が次に押される。第８のボタンを押すとモータ１０１が作動され、フリッパ部材７６がストリンガアセンブリを第２のプラットホーム７２から第１のプラットホーム４０へと逆に回転させる。フリッパ部材がその十分に延びた位置にあるとき、第２のプラットホームに最も近いシリンダ８６が作動されてストリンガアセンブリを傾かせる。その後、ストリンガアセンブリ３２が複合ストリンガ組立機械３４から取除かれ、圧力釜で硬化される。
制御コンソール３８はまた緊急停止ボタン１４０を含む。緊急停止ボタン１４０を押すと、複合ストリンガ組立機械３４の全動きが止まる。最後に、制御コンソール３８はキー（図示せず）によって作動するキースイッチ１４２を含む。キースイッチ１４２は制御コンソール３８が用いられることができないようにそれをロックするために用いられる。
制御コンソール３８は、上述された態様での作業員によるボタンの押し下げに応答して複合ストリンガ組立機械３４の動作を制御する、図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて概略的な形態で示されるプログラム可能論理制御装置１４４を含む。図１０に示される型の制御機械の動作が論理制御装置に通じた人には明らかであるので、このような動作はここに説明されない。図９に示されるボタンを押すことによって動作され、かつ上述されたスイッチは文字「ａ」を加えた同様の参照番号によって識別される。ボタンを押すことによってスイッチを閉じるかまたは開くように制御される要素は中継器の接触子によって制御されるように概略的に示され、中継器のコイルは作動されるか、またはいくつかの場合では関連のスイッチがボタンの押し下げによって作動されるときに逆に作動される。
図１０に示されるように、キースイッチ１４２および緊急停止ボタン１４０が主要制御中継器１５０への電力の適用を制御する。主要制御中継器１５０が作動されていなければ、主要中継器接触子１５２が開いたままであり、他の中継器への電力の適用を防ぎ、こうして複合ストリンガ組立機械３４の動作を防ぐ。
この論理はまた、作業員が少なくともいくつかの機能を無秩序に行なわないようにするいくつかのインターロックを含む。たとえば、側部ブラダ５８および頂部ブラダ６２は、アンビル４８がそのマンドレルおよびＣ字形チャージの上に載る位置にロックされていなければ膨張できない。より特定的には、第３のボタン１２４（図１０のスイッチ１２４ａ）が側部ブラダ５８を膨張させるように押されているならば関連の中継器Ｒ１３は接触子Ｒ１０閉じていなければ作動されない。接触子Ｒ１０は中継器コイルＲ１０によって制御され、これはアンビルロックスイッチ１２２ａによって制御される。中継器コイルＲ１０は、アンビルロックスイッチ１２２ａが第２のボタン１２２を押すことによって閉じられたときに作動する。中継器コイルＲ７が作動され、中継器コイルＲ１１が逆に作動されているならば、中継器コイルＲ１０は、第２のボタンが開放された後アンビルロックスイッチ１２２ａと並列に接続されたＲ１０ラッチング接触子によって作動されたままである。中継器コイルＲ７はアンビルが下にある限り作動され、中継器コイルＲ１１はアンビルのロックがはずされている限り逆に作動される。論理の同様かつ他の特徴は図１０に示される型の論理制御機械に熟知した人には明らかである。
この発明の好ましい実施例が示され、説明されたが、添付の請求の範囲によって規定されるようなこの発明の精神および範疇から逸脱せずにさまざまな変化がここに行なわれ得ることが認識される。
【図１】
0003811739.tif 000002
【図２Ａ】
0003811739.tif 000003
【図２Ｂ】
0003811739.tif 000004
【図２Ｃ】
0003811739.tif 000005
【図２Ｄ】
0003811739.tif 000006
【図２Ｅ】
0003811739.tif 000007
【図２Ｆ】
0003811739.tif 000008
【図２Ｇ】
0003811739.tif 000009
【図２Ｈ】
0003811739.tif 000010
【図２Ｉ】
0003811739.tif 000011
【図３】
0003811739.tif 000012
【図４】
0003811739.tif 000013
【図５Ａ】
0003811739.tif 000014
【図５Ｂ】
0003811739.tif 000015
【図６】
0003811739.tif 000016
【図７Ａ】
0003811739.tif 000017
【図７Ｂ】
0003811739.tif 000018
【図７Ｃ】
0003811739.tif 000019
【図７Ｄ】
0003811739.tif 000020
【図８】
0003811739.tif 000021
【図９Ａ】
0003811739.tif 000022
【図９Ｂ】
0003811739.tif 000023
【図１０Ａ】
0003811739.tif 000024
【図１０Ｂ】
0003811739.tif 000025