JPH0550571A - ロービング材積層装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で複雑な形状の複合材製品を能率よく積
層する。 【構成】 積層ヘッドを、ロボットに支持される支持部
２と、支持部２に支持された旋回部３とにより構成す
る。旋回部３は、ロービング材を積層面に押し付ける積
層ローラ４、ロービング材を切断・保持するカッタ１
１、切断した自由端を積層面に押しつける端部積層ロー
ラ５、積層後のロービング材を押し付ける後部積層ロー
ラ６、これらを昇降させるシリンダ７，８、カッタを移
動・作動させるシリンダ９，１０、旋回部３を旋回自在
に支持するベアリング１２等により構成される。 【効果】 曲線部と直線部のある複雑なパターンを能率
よく積層できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化樹脂材からな
る複合材の部品等を製作するためにロービング材を積層
させる、ロービング材積層装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高強度で軽量を必要とする部品の材料と
して、ガラス繊維や炭素繊維を強化繊維とし、ポリエス
テルやエポキシ樹脂等を結合剤として形成した複合材が
広く使用されている。特に、形状が複雑で高い強度を必
要とする部品を複合材で製作する場合には、強化繊維の
長繊維を数十本束ねて糸状にし、予め樹脂を含浸（プリ
プレグ）させたロービング材を、製品の形に合せて作ら
れた型（治具）上にその粘着性を利用して積層し、硬化
させて作る方法が適している。

【０００３】ところで、従来のロービング材の積層方法
は、熟練した作業者が図面に従ってロービング材を一本
づつ手で型上に並べて積層するのが通常であった。しか
しこの方法では、積層に非常な長時間を必要とすること
や、積層状態のばらつきに起因して製品々質のばらつき
を生ずる等の不具合があった。

【０００４】これらの問題の改善を目的として、例え
ば、特開昭６３−３５３４１号公報に、プリプレグ化さ
れた強化繊維を自動的に型上に積層するための装置が提
案されている。この装置に使用される強化繊維は、多数
の強化繊維を所定の幅、例えば７６ｍｍ程度の裏紙の上
に帯状に並べ、これに樹脂を含浸させたテープ状のもの
である。又自動積層装置は、ガントリによりその走行方
向（Ｘ軸）とこれに直交する方向（Ｙ軸）と鉛直方向
（Ｚ軸）とに移動可能で、かつＺ軸の回りに回転可能に
取付けられた積層ヘッド組立体から成る。

【０００５】積層ヘッド組立体は、上記の積層材料をロ
ール状に保持する材料供給用リールを有し、このリール
から巻き出された積層材料は、押圧部材により型面に押
圧され、裏紙は剥離され、ヘッド組立体に設けた裏紙巻
取り用リールに巻き取られる。材料を裏紙に貼付ける場
合のテンションは裏紙で持ち、積層時のテンションは材
料供給用リールと裏紙巻取り用リールにより発生させ
る。材料の切断に当っては、裏紙は切断せず、プリプレ
グ化された繊維のみが切断され、切断方向は長手方向に
対して任意の方向に切断可能となっている。積層開始点
と終点との切断方向は一致しない場合が多く、切断後ス
クラップが発生するので、その処理が必要である。

【０００６】しかしながら、上記の如き装置では、積層
材料がある幅を持った裏紙に貼り付けられているので、
展開面がＳ字状になるような積層は不可能である。又、
ヘッド組立体に材料供給用リール及び裏紙巻取り用リー
ルを有し、大型かつ複雑なものとなるため、例えばヘリ
コプタのロータハブやヒンジ類等の小型で複雑な形状の
複合材製部品の製造には適用できない。斜面に積層可能
とするためヘッドをテープの中心線を軸として揺動可能
な構造としたものもあるが、その場合は、そのための駆
動装置、センサ等部品点数が増加し、重量も増大する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける上記問題を解決し、小型で複雑な形状の複合材製
品であっても、能率よく積層することができるロービン
グ材積層装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、移動手段に取り付けられた積層部に複合材
製のロービング材を供給し、所定の軌跡に従って前記積
層部を移動させてロービング材を積層面に押し付けて積
層するロービング材積層装置において、前記積層部は、
前記移動手段に支持された支持部と、該支持部に水平方
向に回転自在に支持された旋回部とを有し、該旋回部
は、ロービング材を前記積層面に押し付ける昇降可能な
積層ローラと、該積層ローラを介して引き出されたロー
ビング材を切断手段により切断した自由端を保持又は保
持解除する保持手段と、前記自由端を前記積層面に押し
つける昇降可能な端部積層ローラと、前記保持手段に対
して前記積層ローラの反対側に位置し積層後のロービン
グ材を押し付ける昇降可能な後部積層ローラと、上昇し
た前記積層ローラと前記後部積層ローラとの間で張られ
たロービング材を切断する前記切断手段と、を有するこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、積層部を支持部と旋回部とに
より構成し、旋回部に積層ローラを設けるので、支持部
が取り付けられる移動手段自体を旋回させることなく曲
線状軌跡の積層が可能になり、簡単な移動手段の制御で
複雑な形状の積層が可能になる。

【００１０】又、切断手段、端部積層ローラ及び後部積
層ローラを設けるので、ロービング材の切断端の押し付
け及び積層が可能であるため、更に複雑な形状の部品へ
の対応性が増す。

【００１１】

【実施例】図１は実施例のロービング材積層装置の全体
構成を示す。本装置は、積層用ベースプレート１００
と、これに隣接して配設された走行ベース２００と、こ
の上を走行する移動手段の一例であるロボット３００
と、その先端部に取り付けられた積層部としての積層ヘ
ッド４００と、複合材製のロービング材１３を供給する
材料供給治具５００と、により構成されている。そして
このような装置により、積層用ベースプレート１００上
にロービング材１３を１層又は多層に積層する。このよ
うに積層したシート状のもの１４を積層治具６００上に
積み重ね、これを図示しない加熱加圧装置内で加熱加圧
して製品化する。

【００１２】なお、移動手段としては、ロボットに限ら
ず、積層ヘッドを二次元又は三次元に所定の軌道上を移
動させることができるものであればよい。

【００１３】図２は積層ヘッド４００を正面から見た
（一部断面）図である。

【００１４】積層ヘッド４００は、ロボット３００に支
持される支持部２と、支持部２に支持された旋回部３と
により構成されている。

【００１５】旋回部３は、ロービング材を積層面に押し
付ける昇降可能な積層ローラ４、積層ローラ４を介して
引き出されたロービング材を切断する切断手段及びこれ
により切断した自由端を保持又は保持解除する保持手段
としてのカッタ１１、切断した自由端を積層面に押しつ
ける昇降可能な端部積層ローラ５、カッタ１１に対して
積層ローラ４の反対側に位置し積層後のロービング材を
押し付ける昇降可能な後部積層ローラ６、端部積層ロー
ラ５を昇降させる端部積層ローラ用シリンダ７、カッタ
及び後面ローラを使用状態により昇降させる後面ローラ
昇降用シリンダ８、カッタを作動位置と不作動位置との
間で移動させるカッタ引込用シリンダ９、ロービング材
の切断及び保持又は保持解除をさせるためのカッタ作動
用シリンダ１０、旋回部３を旋回自在に支持するベアリ
ング１２等により構成されている。

【００１６】なお以上において、シリンダ７，８，９，
１０は、例えば圧縮空気を所定のタイミングで供給して
作動させることができる。

【００１７】又、積層ローラの昇降は、本実施例では、
ロボット３００によりその先端部を上下させることによ
り積層ヘッド全体を動かして行うようにしている。

【００１８】図３は、図２のIII−III線断面図で、積層
ローラ４の加圧部を示す。支持部２の上部シリンダ２ａ
のフランジ部はロボット先端のフランジ部１に取り付け
られ、内部にはスプリング１４により付勢された下部支
持部材２ｂが設けられ、これに旋回自在に支持された旋
回部３に取り付けられた積層ローラ４を、積層面１００
ａに適度の圧力で押しつけることができるようにしてい
る。付号１５は、圧力を調整するための調整ねじであ
る。

【００１９】一方、ロービング材１３は、図１に示す材
料供給治具５００から、ガイド部１６を経てコロ１６に
より下方に導びかれ、積層ローラ４に送られる。

【００２０】図４は、図１をIV−IV方向から見た図で、
カッタ１１の作動部の構造を示す。カッタ１１は、カッ
タ及び後面ローラ昇降用シリンダ８により矢印Ａ−Ａ方
向に昇降され、カッタ引込用シリンダ９により矢印Ｂ−
Ｂ方向に移動されると共に、カッタ作動用シリンダ１０
により矢印Ｃ−Ｃ方向に回動されてロービング材を切断
及び保持する。

【００２１】図５乃至図１１は、以上の如き構成のロー
ビング材積層装置により積層するときの各工程を説明す
るための図である。

【００２２】図５は、ロービング材１３をカッタ１１に
より切断後保持した状態を示す。工程の説明をこの図の
状態から始める。積層ローラ４を積層スタートの基準位
置Ｐ₁に下降させ、ロービング材１３を適当な圧力で積
層面１００ａに押し付ける。なお、図１７は、カッタ１
１によるロービング材１３の切断及び保持機構の説明図
である。ロービング材１３は、カッタの刃１１ａが作動
シリンダ１０の作動により上方に押し上げられることに
より切断されると同時に、刃１１ａがゴム板１１ｂに圧
接することにより両者間で保持される。

【００２３】図６に示す工程では、カッタ作動用シリン
ダ１０によりカッタ１１によるロービング材１３の保持
を解除し、カッタ引込用シリンダ９によりカッタを待機
位置に移動させ、端部積層ローラ５を同用シリンダ７の
作動により下降させ、ロービング材１３を積層面に押し
付ける。

【００２４】図７に示す工程では、端部積層ローラ５に
よりロービング材１３を端部まで積層する。

【００２５】図８に示す工程では、端部のロービング材
の積層完了後端部積層ローラ５を待機位置へ移動させ
（ローラ軌跡としては、ガイドを設けてガイドにより一
定の軌跡を移動させる）、図１に示す材料供給治具５０
０との間のロービング材１３の張力を０にする。そして
任意の位置まではロービング材の張力０の状態で積層
し、その後設定した一定の張力で積層する。このように
するのは、積層したロービング材が剥がれるのを防止す
るためである。

【００２６】図９に示す工程では、積層エンド基準位置
Ｐ₂まで積層し、積層後、カッタ及び後面ローラ昇降用
シリンダ８により後面ローラ６を下降させてロービング
材１３を押し付ける。

【００２７】図１０に示す工程では、図１に示すロボッ
ト３００の先端部を上昇させて積層ヘッド４００を持ち
上げることにより積層ローラ４を上昇させる。このとき
には、後面ローラ６を積層ヘッドに対して相対的に下降
させ、ロービング材１３を押し付けた状態を維持し、ロ
ービング材１３を斜めに張った状態にする。

【００２８】図１１に示す工程では、カッタ引込用シリ
ンダ９によりカッタ１１を作動位置まで移動させ、カッ
タ作動用シリンダ１０を駆動してロービング材を切断す
ると同時にこれを保持する。

【００２９】図１２に示す工程では、ロービング材１３
を切断・保持した後、後面ローラ６により積層する。

【００３０】以上で１回の積層が完了し、その後積層ヘ
ッド４００全体を上昇させ、ロボット３００を次の積層
位置へ移動させる。そして再び図２に示す状態から積層
を始めることになる。

【００３１】図１３は、以上のような積層装置及び積層
方法により、円弧部等の曲線部を含む軌跡を積層すると
きの積層ヘッド４００における上部の支持部２及び下部
の積層ローラ４の動きを説明するための図である。図示
の如く、旋回部３に設けられた積層ローラ４はロービン
グ材１３の積層軌跡に従って旋回して行くが、支持部
２、従ってロボット４００自体は旋回しない。即ち、本
発明によれば、ロボットが回転のない単純な動きをし、
その制御が容易であるにもかかわらず、曲線軌跡の積層
が可能になる。即ち、図２及び図８に示すように、積層
ローラ４の表面でロービング材１３を押し付けて積層し
ている状態において、ロボットの先端部が積層方向を変
えるように動いて支持部２を移動させると、旋回部３に
は、これに取り付けられている積層ローラ４の積層面１
０ａへの接触点Ｐを中心として旋回部３を回転させるモ
ーメントが発生し、旋回部３及び積層ローラ４は図１３
に示すように常に積層方向に向くことになる。そしてこ
の場合、支持部２に対して旋回部３はベアリング１２に
より回転自在になっているため、支持部２従ってロボッ
ト先端部自体が回転をすることを要しない。

【００３２】図１４及び図１５は、本装置により積層す
ることができる積層パターンの一例を示す。図１４で
は、ロービング材１３を片側のみピン１８に巻き付け反
対側の両端を切断する場合を示し、例えばヘリコプタの
ブレードスパーの製作に適用することができる。又、図
１５に示す如く、ピン１８回りの巻き付け積層と他の部
分の平面状貼付け積層とを自由に組合わせることがで
き、例えばヘリコプタのロータハブやヒンジ類の製作に
好都合に適用される。

【００３３】図１６は、図示のような平面形状の部品の
積層方法を示す。本装置によれば、平面状パターンだけ
でなくピン部１８の巻き付け積層も可能であるため、図
１８に示すような平面パターンのみによる積層（ロービ
ング材の張り出し部分１３ａは人が手で巻き付ける）よ
りも、積層能率が大巾に向上される。

【００３４】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、移動手段の
簡潔な動きと制御により、複雑で小型な製品であって
も、能率よく積層することができる。従って、例えばヘ
リコプタのロータハブ、ロータブレード等の複合材によ
る量産が可能となり、又、複合材製ロービング材を主要
構成材料としたヒンジ類、継手類等の構成部品への適用
拡大を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のロービング材積層装置の斜視図であ
る。

【図２】上記ロービング材積層装置の積層部の正面図で
ある。

【図３】図２のIII−III線断面図である。

【図４】図２をIV−IV方向から見た側面図である。

【図５】上記ロービング材積層装置による積層方法を示
す正面図で、積層開始前の状態である。

【図６】上記正面図で、端部ロービング材の押付け状態
を示す。

【図７】上記正面図で、端部ロービング材の積層状態を
示す。

【図８】上記正面図で、前方への積層開始時の状態を示
す。

【図９】上記正面図で、積層終了位置に到達した状態を
示す。

【図１０】上記正面図で、積層ローラを上昇させた状態
を示す。

【図１１】上記ロービング材積層装置による積層方法を
示す側面図で、ロービング材を切断、保持する状態を示
す。

【図１２】上記ロービング材積層装置による積層方法を
示す正面図で、ロービング材を切断後、切断端を積層す
る状態を示す。

【図１３】上記ロービング材積層装置の積層軌跡に対す
る動きを示す平面図である。

【図１４】（ａ）乃至（ｃ）は上記ロービング材積層装
置による積層パターンの一例を示す平面図である。

【図１５】上記ロービング材積層装置による積層パター
ンの一例を示す平面図である。

【図１６】上記ロービング材積層装置による積層パター
ンの一例を示す平面図である。

【図１７】上記ロービング材積層装置のカッタ部の断面
図である。

【図１８】旋回機構のないロービング材積層装置による
積層パターン例を示す平面図である。

【符号の説明】

２ 支持部 ３ 旋回部 ４ 積層ローラ ５ 端部積層ローラ ６ 後面ローラ（後部積層ローラ） １１ カッタ（切断手段、保持手段） １３ ロービング材 １００ａ 積層面 ３００ ロボット（移動手段） ４００ 積層ヘッド（積層部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動手段に取り付けられた積層部に複合
   材製のロービング材を供給し、所定の軌跡に従って前記
   積層部を移動させてロービング材を積層面に押し付けて
   積層するロービング材積層装置において、 前記積層部は、前記移動手段に支持された支持部と、該
   支持部に水平方向に回転自在に支持された旋回部とを有
   し、 該旋回部は、ロービング材を前記積層面に押し付ける昇
   降可能な積層ローラと、該積層ローラを介して引き出さ
   れたロービング材を切断手段により切断した自由端を保
   持又は保持解除する保持手段と、前記自由端を前記積層
   面に押しつける昇降可能な端部積層ローラと、前記保持
   手段に対して前記積層ローラの反対側に位置し積層後の
   ロービング材を押し付ける昇降可能な後部積層ローラ
   と、上昇した前記積層ローラと前記後部積層ローラとの
   間で張られたロービング材を切断する前記切断手段と、
   を有することを特徴とするロービング材積層装置。