JPH0531455B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に強化されたプラスチツク複合体
に関し、そして、さらに詳しくは、このような複
合体の製作に有用なプレフオームに関する。

輪郭をもつ形状および表面を有するプラスチツ
ク複合体は、この分野において知られている。例
えば、超高強度のアラミド繊維が出現したので、
結合材として樹脂で含浸された織布を積層し、そ
してこのラミネートを所望の形状の型内で熱硬化
することによつて、保護用ヘルメツトが作られて
きている。米国特許第4199388号において、トレ
イシー（Tracy）らは布はくにより強化される複
合体の費用を認識し、そして複数のプレフオーム
の製造を含む別の道筋を開示した。これらのプレ
フオームをネスチングし、そして所望の形状に成
形した。各プレフオームはスクリーンを含み、そ
の上に繊維のストランドをエアガンから不規則に
堆積する。このような輪郭をもつ複合体の欠点
は、各プレフオームにおける強化用繊維の堆積に
おいて精度に欠け、そして各プレフオームの間に
均一性が存在しないことである。

ドイツ国特許第3003666号において、弓形テー
ブルの上に複合体のための強化材を配置する可能
性が開示されている。このようなテーブルおよび
ピンの配列は第９図に示されている。この説明に
よると、強化用ストランドは対向するピンの間に
整列されて列で巻取られるであろう。

本発明の目的は、輪郭をもつ（contoured）強
化されたプラスチツク複合体のためのプレフオー
ムを精確に、自動的に、急速にかつ規則的方法で
巻くことができる装置を提供することである。こ
の目的は、連続ストランドを中空の型の上に巻く
ことができ、前記中空の型が多数の開口が形成さ
れた同様に輪郭をもつ表面を有する装置により達
成される。前記型内に、膨張可能なダイヤフラム
が存在する。複数のピンはダイヤフラムから開口
の中に突出する。ダイヤフラムが膨張するとき、
ピンは前記型から突出しかつ床を形成し、前記床
の中にストランドを所望のパターンに従い堆積す
ることができる。

繊維で強化されたプラスチツクのヘルメツトを
製作する装置は、第１図に示されている。ロボツ
ト１０のアームに、巻取りヘツド１２が存在し、
それを通して合成フイラメント状糸１４，１５，
１６が遠隔パツケージから引かれる。ロボツト１
０は自動マリプレーターとして機能し、そしてこ
のマニプレーターはスタンド１８上に位置する輪
郭をもつた型１７に関してヘツド１２を動かす。
交差点で巻かれた糸を溶融するための加熱取付具
２０は、スタンド１８に旋回するように取り付け
られている。取付具２０は導管２１を経て加熱空
気源へ接続されている。溶融してプレフオームの
ための硬化プレスは２２に示されている。

第２図および第３図を参照すると、型１７は半
球形シエル２４により定められた凸形の外表面を
有する。ボウル形シエル２４の内部にかつそれか
ら間隔を置いて内部の型２６が存在し、それはま
た凸形の外表面を有する。シエル２４はリング２
８に固定されており、これは順次にベースプレー
ト３０に固定されている。弾性ダイヤフラム３２
は、内部の型２６とシエル２４との間に位置し、
リング２８とシエル２４の底のフランジとの間に
クランプされた円周のへりを有する。複数のピン
３４は一端でダイヤフラム３２へ取り付けられて
おり、そしてシエル２４中の多数の開口３６の中
に突出している。

内部の型２６はその外部とキヤビテイ４０との
間に多数の開口３８を有し、そしてこのキヤビテ
イ４０は圧力下に弁４２および中空軸４４を経て
空気源と連絡している。軸４４はベースプレート
３０へ固定されており、そしてベルトおよびプー
リーアセンブリー４６および歯車減速機４８を介
して、モーター５０により回転駆動される。

圧力がキヤビテイへ加えられると、ダイヤフラ
ム３２は膨張し、そして、第３図が示されるよう
に、ピン３４はシエル２４中の開口３６から突出
する。ピンは弾性ダイヤフラム３２へ取り付けら
れておりかつ開口３６が比較的大きいため、たわ
むことができる。型２６とシエル２４との間の間
隔は、ダイヤフラム３２が収縮したとき、ピン３
４の端がシエル２４の外表面より下に存在する
が、なお開口３６内に存在するようなものである
（第２図）。

第３図〜第６図を参照すると、ヘツド１２はロ
ーター５２を含み、このローター５２はベルト５
６を介してモーター５４により駆動される。モー
ター５４は第６図において省略されている。ヘツ
ド１２は角度をもつて配置されたエンドピース
（end piece）５８を有する。第１ストランド案内
管６０はローター５２中に偏心的に位置し、そし
て第２管６１はエンドピース５８を通過する。

第４図に示されるように、管６１は直線状の長
さの部分を有し、この部分はねじ付きハウジング
６２を通して伸び、そして湾曲した長さの部分ま
たはホーン（horn）６４において終ることが理
解されるであろう。直線状の長さの部分は、ハウ
ジング６２中の隔置スリーブ軸受６６内で自由に
回転することができ、そしてカラー６８により保
持されている。ハウジング６２はエンドピース５
８中のねじ切り通路内に取り付けられている。次
いで６０は構造的に管６１と同一であり、そして
ローター５２を通るねじ切り通路中にそのハウジ
ング６３を有する（第６図）。

第３図および第５図を参照すると、ピン３４は
型１７のまわりにかつそれを横切つて延びる列で
配置されており、そして密に詰まつた床を形成す
ることが理解されであろう。ピンは糸１４，１５
が加える力に関して本質的に剛性であるが、管６
０および６１のホーンのそれより大きい力によつ
てたわむことができる。ピンの充填は十分に密で
あつて、真の曲線からの偏りを最小にして、ピン
からピンに所望のパターンを巻つけることができ
る。操作可能な実施態様において、開口３６は数
が858であり、直径が0.639cm（0.250インチ）で
あり、そして直径20.32cm（8.0インチ）の半球の
表面上に等間隔で存在する。

巻取りヘツド１２の旋回式取り付けは、第５図
および第６図に示されている。ヘツド１２は第１
リンク７０へ取り付けられており、次にこのリン
ク７０はピボツトピン７４により第２リンク７２
へ連結されている。リンク７２はピボツトピン７
８によりペデスタル７６へ連結されている。通
常、リンク７０，７２の間の動きはばねにより片
寄らされて戻り止め８０によつて防止される。型
１７を越える１方向のリンク７２の振れ運動は、
ストツプ８２により防止される。リンク７２の自
由端にバランスウエイト８４が存在する。リンク
７０の自由端に、ローター１０のアームへ接続す
ることができる延長部８６が存在する。

この装置はリンク７０をスイングさせて戻り止
め８０の拘束から自由にし、そしてヘツド１２を
ピン７４のまりに小さい角度で上方に、糸１４，
１５，１６を管６０，６１を通すことのできる位
置へ動かすことによつて、運転できる状態にな
る。好ましくは、糸１４，１５の一方は他方の糸
へ熱的に結合することができ、かつ、熱および圧
力の下に、マトリツクスを形成する材料から構成
されている。他方の糸および糸１６は「硬質
（hard）」繊維であり、すなわち、融点が高くか
つ分解せずに成形することのできる繊維である。
例えば、ポリエステルおよびケブラー（Keblar）
アラミドの繊維のフイラメント状糸を使用するこ
とができ、後者はこの場合において「硬質」繊維
である。

空気圧力を加えてダイヤフラム３２を膨張させ
てシエル２４と接触させ、こうしてピン３４が型
１７から突出するようにする。次いで、糸の各々
をピン３４の床の中に、摩擦により所定位置に保
持されるために十分な長さで横たえる。リンク７
０をその正常位置に戻し、ここでローター５２の
回転軸がシエル２４の半径に対して平行になるよ
うにする。異なるように置き、ローター５２の軸
は型１７の隣接表面に対して垂直である。この位
置において、ホーン６４の端はピン３４の先端よ
り下に存在する。

プログラミングした制御装置に誘導のもとに、
モーター５０，５４およびロボツト１０は活かさ
れる。ロボツト１０のアームを延長部８６へ手動
的に取り付けるか、あるいはそれが自動的にピツ
クアツプされるようにプログラミングする。型１
７およびローター５２が回転するとき、糸１４，
１５，１６はそれらのパツケージから引取られ
る。管６０，６１のホーンの端はピン３４の先端
より下に存在する。型１７が回転するとき、管６
０およびローター５２に回転運動は単一化された
系列のループ（第１図）を堆積させる。管６０の
ホーンは直線の長さをたどり、先行するループと
接触してそれを押下げ、そしてそれが接触するピ
ンに関するその位置に依存して、ハウジング６３
内のいずれかの方向に自由に回転することができ
る。さらに、ホーンがピン３４の床を通して動く
とき、ピン３４はたわむことができる。ピン３４
の取り付けの弾力性のため、ピン３４はそれらの
正常位置にはね戻り、そして糸１４，１５を単一
化されたループで保持する。糸１４，１５はピン
と摩擦かみ合いによりピンの床の中に定着され、
そして型１７およびローター５２の動きによりパ
ツケージから引き出される。管６０のホーンはピ
ン３４の上部より下に糸１４，１５を分配し、そ
してまた先行するループとかみ合う。これはルー
プをある位置に内方に動かし、この位置におい
て、ピン３４が型１７の凸形表面に向つて収束す
るため、ループは緩むようになる傾向がある。糸
１６はその管６１から引き取られ、そして本質的
に直線の円周線でかつ前に堆積されたループより
上に締め糸（cinch）として作用するために十分
な張力のもとに堆積される。

ループが型１７の上に蓄積するとき、重ねられ
た列の十分な層が堆積されてしまうまで、ロボツ
ト１０はヘツド１２を型の１つの側を上下に動か
す。ループの連続する列は型のまわりに重なる螺
旋の方法で進行し、各列は糸１６に締め付けられ
る。パターンの底のへりにおいて、糸１４，１５
によりコード（chord）により形成し、ここで自
由に回転可能な管６０はピンの床を出てまたその
中に再び入り、平滑なへり、すなわち、トリミン
グを必要とするほぐれたへりは存在しない。ルー
プの層がピンの列の中に体積するとき、それらの
層は型１７へ押下げられ、そして締め糸１６によ
り圧縮される。

強化材が十分な数の層にかつ所望の厚さに巻か
れたとき、モータは停止され、そしてヘツド１２
は持上げられてホーン６４をピン３４から分離す
る。加熱取付具２０は、ピン３４および締め糸１
６により所定位置に保持された糸の巻き取られた
構造体より上に配置される。糸１６はこの構造物
の嵩を小さくし、連続層を接触させて保持する。
取付具２０を活かして低融点を硬質または高融点
糸に対して交差点で溶融し、これにより構造体を
一緒に粘着する。操作可能な実施態様において、
取付具２０を導管２１を通して加熱空気源へ接続
する。

次に、取付具２０を溶融したプレフオームから
離れる方向にスイングし、ピン３４をダイヤフラ
ム３２の収縮により後退させる。溶融した型は十
分に一体的であつて、プレス２２へ動かすことが
できる。プレス２２は上のダイ７２を含み、この
ダイ７２は最終構造体の外側を形成するような輪
郭をもつ型キヤビテイを有する上のダイ７２を含
む。プレフオームのループのパターンは十分に移
動性であつて、型内に熱的硬化の間の最終の造形
および固化が可能である。硬化した構造体は、ヘ
ルメツトまたは他の輪郭をもつた強化されたプラ
スツチク複合体であることができる。糸１６によ
り提供された締め糸は輪郭をもつたパターンの構
造的一体性を維持することを促進するばかりでな
く、かつまた最終製品のフープ強度に寄与する。

十分な低融点糸が供給されると、熱硬化はその
構成成分を溶融してマトリツクスを形成する。そ
うでなければ、硬化性樹脂、例えば、エポキシま
たはメチルメタクリレートのポリマーを、例え
ば、吹付けにより、添加することができる。硬質
繊維、すなわち、強化材の高融点糸のみを使用す
る場合、それらを結合性樹脂で予備被覆した後、
ピンの床の中に巻付けるか、あるいは結合性樹脂
を溶融工程前に吹付けることができる。いずれの
場合においても、成形工程前に、複合構造体のマ
トリツクスを形成するために十分な結合性樹脂を
添加しなくてはならない。

ここで使用する場合、「ストランド」という用
語は連続フイラメントの糸またはステープル繊維
から紡糸した糸を意味する。それは、また、同一
または異なる組成の他の糸と組み合わせたこのよ
うな糸を意味する。後者の面において、グラフア
イトまたはアラミドのフイラメントまたは繊維は
適当な「硬質」繊維の例であり、そしてポリアミ
ドまたはポリエステルは低融点の構成成分の例で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、プラスチツク複合体の製作に使用す
る本発明の装置および関連する装置の略図であ
る。第２図は、ストランドが第１図において堆積
されつつある形態の断面図である。第３図は、第
２図に示す形態および第１図に示す巻取りヘツド
の側面図である。第４図は、第３図に示すストラ
ンド案内の１つを通る断面図である。第５図およ
び第６図は、巻取りヘツドの形態、巻取りヘツド
およびその旋回した量の、それぞれ、側面図およ
び平面図である。 １０……ロボツト、１２……巻取りヘツド、１
４……合成フイラメント状糸、１５……合成フイ
ラメント状糸、１６……合成フイラメント状糸、
１７……輪郭をもつた型、１８……スタンド、２
０……加熱取付具、２１……導管、２２……プレ
ス、２４……半球形シエル、２６……内部の型、
２８……リング、３０……ベースプレート、３２
……弾性ダイヤフラム、３４……ピン、３６……
開口、４０……キヤビテイ、４２……弁、４４…
…中空軸、４６……ベルトおよびプーリーアセン
ブリー、４８……歯車減速機、５０……モータ
ー、５２……ローター、５４……モーター、５８
……エンドピース、６０……第１ストランド案内
管、６１……第２管、６２……ねじ付ホーン、６
３……ハウジング、６６……スリーブ軸受、６８
……カラー、７０……第１リンク、７２……第２
リンク、上のダイ、７４……ピボットピン、７６
……ペデスタル、７８……ピボツトピン、８０…
…戻り止め、８２……ストツプ、８４……バラン
スウエイト、８６……延長部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の開口を備えた輪郭をもつ表面、中空の
   型内の膨張可能な弾性ダイヤフラムおよび前記ダ
   イヤフラムから前記開口の中に突出する多数のピ
   ンを有し、前記ピンは前記ダイヤフラムが膨張し
   たとき前記型から突出しかつ密に充填した床を提
   供し、前記床の中にストランドを所望のパターン
   に従つて堆積することができ、前記開口は前記ピ
   ンより大きく、これにより前記ピンはたわむこと
   ができることを特徴とする中空の型。 ２ 開口が形成された輪郭をもつ表面を有する内
   部の型を備え、前記内部の型中には前記開口を圧
   力下に流体源と連絡させる手段が設けられてお
   り、前記ダイヤフラムは前記型の間に配置されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の型。 ３ 連続ストランドから輪郭をもつ構造体を予備
   成形する装置において、 多数の開口を備えた同様に輪郭をもつ表面を有
   する中空の型、 前記型内に存在する膨張することができる弾性
   ダイヤフラム、 前記ダイヤフラムから前記開口の中に突出する
   複数のピン、 からなり、前記ピンは前記ダイヤフラムが膨張し
   たとき前記型から突出し、そして密に充填した床
   を提供し、前記床の中にストランドを所望のパタ
   ーンに従つて堆積することができ、前記ピンは前
   記床を通して実質的に等間隔で存在し、前記開口
   は前記ピンより大きく、これにより前記ピンはた
   わむことができることを特徴とする連続ストラン
   ドから輪郭をもつ構造体を予備成形するための装
   置。 ４ ストランドが前記型へ進行するときそれを案
   内する手段を含む可動ヘツドをさらに含む特許請
   求の範囲第３項記載の装置。 ５ 前記型はボウルの形状の表面を有し、そして
   前記ヘツドに関して回転するように取り付けられ
   ており、そしてストランドが堆積されるとき、前
   記型を連続的に回転する駆動装置が設けられてい
   る特許請求の範囲第４項記載の装置。 ６ 開口が形成されたで凸状の表面を有する内部
   の型を備え、前記内部の型中には前記開口を圧力
   下に流体源と連絡させる手段が設けられており、
   前記ダイヤフラムは前記型の間に配置されている
   特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７ １端がホーンにおいて終る自由に回転可能な
   ストランド案内管を有する可動ヘツドをさらに含
   み、前記ホーンは前記床の中に突出し、そしてス
   トランドが前記床中に堆積されるとき、それが接
   触するピンをたわませることができ、そして前記
   型はボウルの形状であり、そして回転するように
   取り付けられており、そしてストランドが堆積さ
   れるとき、前記型を連続的に回転する駆動装置が
   設けられている特許請求の範囲第３項記載の装
   置。 ８ 前記ヘツドはそれを貫通して延びる開口およ
   び前記開口の中に取り付けられた被動ローターを
   有し、前記ローターはそれを貫通する偏心通路を
   有し、前記管は前記通路の中に回転可能に取り付
   けられている特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９ 前記パターンの上に締め糸を堆積するための
   該ヘツド上の第２のストランド案内管をさらに含
   む特許請求の範囲第８項記載の装置。