CN101548039B - 纤维束排列装置 - Google Patents
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Abstract
本发明目的在于提供一种纤维束排列装置，其中，在导入管(34)上固定有磁性体的筒(40)。在筒(40)上设置有环状的连结突条(401)，在连结突条(401)上经由环状永久磁铁(43)与圆板(42)连结。永久磁铁(43)固定于圆板(42)，且通过磁力连结于连结突条(401)的前端面。在圆板(42)上固定有导管(31)。导管(31)和导入管(34)通过由筒(40)、永久磁铁(43)以及圆板(42)组成的连结部(49)串联连结。经由导辊(33)引导来的纤维束(F)被导入导入孔(341)内以及导孔(311)内。
Description
技术领域
本发明涉及纤维束排列装置，该纤维束排列装置具备：具有供纤维束通过的导孔的导管；使上述导管移动的移动装置，并且通过使上述导管移动，以便一边从上述导孔内放出上述纤维束一边将其排列。
背景技术
以往，作为轻量的构件而被广泛使用的纤维强化复合件，存在将三维纺织品(三维纤维构造体)作为增强件来使用的例子。该纤维强化复合件的强度非常高，并且其一部分作为飞机等的构件使用。存在一种使用于这种纤维强化复合件的增强件的三维纤维构造体的制造方法，其将以折回状排列了纤维束的纤维束层多层层叠，并且形成至少两轴定向的纤维束层叠群，利用在与各纤维束层正交的方向排列的厚度方向的纱线来将该纤维束层叠群结合。专利文献1中公开一种纤维束排列装置，其一边从沿排列面移动的导管中放出纤维束，一边将纤维束以扁平的状态且以纤维束的扁平面沿着排列面的状态，折回状地排列在以规定间距排列的销之间，从而来形成纤维束。将纤维束层叠多层而形成的纤维束层叠群，从纤维束排列装置取下后被插入厚度方向的纱线。
专利文献2中公开一种在纤维束层叠群上插入厚度方向的纱线的装置。专利文献2中公开的装置中，装入有一种插通防脱线的机构，其插通用来防止所插入的厚度方向的纱线脱落的防脱线。用来插通防脱线的防脱线插通用针，隔着缓冲器而与驱动防脱线插通用针的装置的动力传递部接合。动力传递部与往复行走的带连结，当带往复行走时，防脱线插通用针则进行插通动作(往复动作)。在防脱线插通用针与用于插入厚度方向纱线的厚度方向线插入针或厚度方向纱线接触时，则有时会对防脱线插通用针施加异常的负荷。
缓冲器例如是汽缸，汽缸的柱塞的前端与防脱线插通用针的基端部上所形成的凹部接合。在进行往复动作的防脱线插通用针上施加了异常的负荷时，则柱塞的前端从上述凹部脱离。这样就能够避免厚度方向的线插入针、厚度方向的线或防脱线插通用针的损伤。
当纤维束排列装置的导管移动时，在导管被排列的纤维束钩挂或导管与上述销接触，或者对从导管放出的纤维束施加异常拉力时，导管有可能会破损。然而，在专利文献1、2的任何一个当中，并没有公开避免类似情况发生的手段。
专利文献1：日本特开2007-16347号公报
专利文献2：日本特开2004-256943号公报
发明内容
本发明目的在于不使导管破损。
为了实现上述目的，根据本发明提供的纤维束排列装置，具备：导管，其具有供纤维束通过的导孔；移动装置，为了一边从上述导孔放出上述纤维束一边进行排列，该移动装置使上述导管移动；被动部，其通过上述移动装置而被移动；连结部，其将上述导管连结于上述被动部，且可进行分离。
附图说明
图1(a)是本发明的第一实施方式涉及的纤维束排列装置的侧视图，(b)是图1(a)的局部放大剖视图。
图2(a)是图1(a)的纤维束排列装置的局部省略的俯视剖视图，(b)是沿图1(b)的2b-2b线的剖视图。
图3是图1(a)的局部放大侧剖视图。
图4是排列头的分解立体图。
图5(a)是表示纤维束的排列的立体图，(b)是导管的局部放大图。
图6(a)是本发明的第二实施方式涉及的纤维束排列装置的局部放大剖视图，(b)是图6(a)的排列头的分解立体图。
图7(a)是本发明的第三实施方式涉及的纤维束排列装置的局部放大剖视图，(b)是沿着图7(a)的7b-7b线的剖视图。
具体实施方式
下面，基于图1～图5说明将本发明具体化了的第一实施方式。图1(a)表示本实施方式涉及的纤维束排列装置10的整体。
如图2(a)所示，长方形状的基座11上设有一对线性滑块12、13，线性滑块12、13沿基座11的长边方向(以下称为X轴方向)延伸。线性滑块12具备：包括未图示的马达的滚珠丝杠机构、和借助滚珠丝杠机构的动作在X轴方向移动的移动体121，线性滑块13具备：包括未图示的马达的滚珠丝杠机构、和通过滚珠丝杠机构的动作在X轴方向移动的移动体131。在两个线性滑块12、13中，两个滚珠丝杠机构同步动作，两个移动体121、131同步地向X轴方向移动。
在两个移动体121、131上架设有线性滑块14，线性滑块14沿与X轴方向正交的方向(以下称为Y轴方向)延伸。在线性滑块12、13动作时，则线性滑块14向X轴方向平行移动。线性滑块14具备：包含未图示的马达的滚珠丝杠、以及通过滚珠丝杠的动作在Y轴方向移动的移动体141。
线性滑块12、13、14的动作受控制计算机C控制。
如图1(a)所示，移动体141上固定有支承板15，支承板15上固定有支承架16。支承架16上竖直设置有支柱17，支柱17的上部固定有载置板18。载置板18上支承有马达19和筒管座20。筒管座20上安装有由纤维束F构成的筒管21，筒管21靠马达19的动作向放出纤维束F的方向(图1(a)中箭头R所示的方向)旋转。纤维束F形成为不将多根单纤维(在本实施方式中为碳素纤维)捻成一块地捆成扁平形状。马达19的动作受控制计算机C控制。
载置板18上竖直设置有支柱22，支柱22的上部安装有一对导辊23、24。导辊23、24的下方可上下移动地配设有张紧辊25。另外，支柱22的下部安装有导辊26。从筒管21放出的纤维束F，借助导辊23、24、张紧辊25以及导辊26被引导向载置板18的下方。纤维束F通过包含张紧辊25的张力赋予机构而被赋予适当的张力。
支承架16的下部固定有马达27。马达27的输出轴亦即螺纹轴271向上下方向(以下称Z轴方向)延伸。螺纹轴271经由螺母部29与作为被动部的支承框28连结。螺纹轴271旋装于螺母部29，在马达27动作时，则支承框28沿Z轴方向移动。马达27的动作受控制计算机C控制。
支承框28的下部安装有排列头30。排列头30具备放出纤维束F的直线形状的导管31。如图5(b)所示，导管31内的导孔311呈扁平形状，导管311将纤维束F以扁平的状态从导孔311中放出。
如图1(a)所示，支承框28上安装有导辊32、33。经由导辊26被引导的纤维束F，经由导辊32、33被引导向导管31内。
如图1(b)以及图3所示，支承框28的下臂281上，经由径向轴承35可旋转地支承有排列头30的导入管34。作为被动部的导入管34在Z轴方向贯通下臂281，并且导入管34的导入孔341在Z轴方向延伸。导入管34的横截面形状为圆形。向下臂281的上方突出的导入管34的突出端部上固定有同步带轮36。
如图3和图2(b)所示，支承框28上安装有马达37，马达37的输出轴371上固定有同步带轮38。同步带轮38与同步带轮36上缠绕有同步带39。在马达37动作时，则导入管34旋转。马达37、同步带轮36、38以及同步带39构成旋转驱动机构，该旋转驱动机构使导入管34旋转。
向下臂281的下方突出的导入管34的突出端部上嵌合有磁性的筒40。筒40借助止动螺栓41固定于导入管34，止动螺栓41以旋装于该筒40的周壁且与导入管34的周面抵接的方式紧固。筒40的下面一体地形成有环状的连结突条401，连结突条401经由环状的永久磁铁43而与圆板42连结。圆板42的上面形成有环状的凹部421，环状的永久磁铁43嵌入凹部421并被固定，例如通过粘结剂粘结。永久磁铁43与磁性连结突条401的前端面402面接触并且通过磁力连结。作为筒40相对于永久磁铁43的连结面的连结突条401的前端面402是相对Z轴垂直的平面。
圆板42的直径中心部上贯通设置有嵌合孔422，嵌合孔422中嵌入有导管31。圆板42借助止动螺栓44固定于导入管31，止动螺栓44以旋装于该圆板42的周壁且与导入管31的周面抵接的方式紧固。筒40、永久磁铁43、圆板42以及止动螺栓41、44构成可分离成两个的连结部49。导管31经由连结部49而与作为被动部的支承框28连结。
导管31的导孔311沿Z轴方向延伸，导孔311的中心轴线L1(图1(b)以及图4中图示)与导入管34的导入孔341的中心轴线L2(图1(b)以及图4中图示)一致。也就是说，直线形状的导管31和导入管34经由连结部49串联连结。导管31的长边方向(中心轴线L1的方向)是相对于导管31的平行移动方向垂直的方向(Z轴方向)。经由导辊33引导来的纤维束F，被引导向导入孔341内以及导孔311内。
永久磁铁43的外周面上嵌合并固定有作为环部的环45。支承框28的下壁281上安装有反射式的光电传感器46。光电传感器46的检测区域被设定在连结部49未分离时的环45的位置。在永久磁铁43通过磁力连结到连结突条401的前端面的状态下，从光电传感器46投射来的光的路径与环45交叉，并且从光电传感器46投射来的光被环45反射后被光电传感器46接收。在永久磁铁43未通过磁力连结到连结突条401的前端面的状态下，从光电传感器46投射的光不会被光电传感器46接收。关于光电传感器46是否受光的信息被发送到控制计算机C。
如图2(a)所示，基座11上设置有筐体47。筐体47形成为长方形状，在筐体47的上面沿筐体47且以固定间距(例如，数mm间距)排列有销48。图1(a)所示的导管31借助马达27的作动而被配置在适当的高度位置，并且通过线性滑块12、13的作动和线性导块14的作动之间的配合，向X轴方向、Y轴方向或者偏置方向(倾斜方向)移动。由于导管31向X轴方向、Y轴方向或者偏置方向移动，因此被导入到导管31内的纤维束F一边钩挂在销48上一边从导管31中放出。图5(a)是表示一边将纤维束F钩挂在销48上一边排列纤维束F的一个例子。
线性滑块12、13、14构成使导管31在X轴方向、Y轴方向或者偏置方向平行移动的移动装置。
另外，在以使导管31在销48的周围反转的方式使其移动而将纤维束F钩挂于销48之时以外，按照使从导管31放出的纤维束F的扁平面朝向导管31的直线移动方向的方式来通过马达37的作动来调整导管31的朝向。在图5(a)所示的状态下，从导管31放出的纤维束F的扁平面朝向Y轴方向。
在导管31钩挂在排列的纤维束F上或导管31与销48接触，或者从导管31放出的纤维束F受到异常拉力时，会对导管31施加横向的异常的负荷。这样，由永久磁铁43和筒40之间的磁力所形成的连结就被解除，圆板42就会从筒40脱落。当圆板42从筒40脱落时，则光电传感器46接收不到透射光，光电传感器46接收不到光的信息就被发送到控制计算机C。控制计算机C基于输入该未接收光的信息，停止线性滑块12、13、14以及马达19、27、37的动作，也就是使纤维束排列装置10的动作停止。
光电传感器46是判别永久磁铁43和筒40相连结的连结状态与永久磁铁43和筒40相分离的分离状态的分离判别传感器。
第一实施方式具有以下优点。
(1)在对导管31施加了横向的异常的负载时，则连结部49就会以筒40和永久磁铁43之间的连结部位为边界而分离成两个，从而导管31从导入管34分离。因此，导管31不会破损，而能够再次使用导管31。
(2)通过磁力连结于筒40的永久磁铁43是包围导管31的中心轴线L1的环状形状。因此，即使在从360°的全方位的任何方向对导管31施加横向的异常的负荷时，也可以可靠地分离连结部49。
(3)在连结部49分离的情况下，如果再次将永久磁铁43连结到筒40上，则不必更换导管31而能够再次开始排列纤维束。使用永久磁铁43的连结部49即便分离且不管分离几次都能够再次使用。
(4)因为设置有作为分离判别传感器的光电传感器46，所以连结部49分离时使纤维束排列装置10的动作停止，从而能够避免纤维束层的形成缺陷的产生。
(5)从三维纤维构造体的物性的观点来看，优选地，纤维束F以扁平的状态排列，为此，就需要使纤维束F的扁平面朝向导管31的移动方向。利用这种使导入管34旋转的结构，能够使纤维束F的扁平面朝向导管31的移动方向。即便导管31的移动方向为360°的全方位的任何一个方向，也可以成为使纤维束F的扁平面朝向导管31的移动方向的移动方向的状态，并且对导管31施加横向的异常负荷时，则连结部49分离，导管31可靠地从导入管34分离开。
(6)在形成导管31的导孔311的形成过程中，为了以扁平状态排列纤维束F而需要高精度的加工。但是，导入管34的导入孔341仅将纤维束F导入导孔311即可，因此导入管34的导入孔341的形成过程中不需要高精度的加工。因此，导入管34的制作成本比导管31低。另外，可以使横截面形状为圆形的导入孔341的直径适当地大于导管31的导孔311的直径。导入孔341的直径越大，则纤维束F通过导入管34时的通过阻力越小。从顺滑地移送纤维束F方面来看，优选采用导入管34的导入孔341的直径大于导管31的导孔311的直径的结构。
接着，基于图6(a)和图6(b)说明本发明的第二实施方式。对与第一实施方式相同的构成部件将标注相同符号。
如图6(a)所示，在向下壁281的下方突出的导入管34的突出端部上嵌合有合成树脂制、例如丙烯树脂制的连结筒50。导入管34的突出端部嵌入连结筒50，并且连结筒50借助止动螺栓51固定于导入管34，导入管34以旋装于该筒50的周壁且与导入管34的周面抵接的方式紧固。也就是说，连结筒50的一端连结成无法从支承框28脱离。
连结筒50上嵌入有导管31的基端部。导管31借助止动螺栓52固定于连结筒50，连结筒50以旋装于连结筒50的周壁且与导入管31的周面抵接的方式紧固。导管31的导孔311在Z轴方向延伸，并且导孔311的中心轴线L1(图6(b)中也有图示)与导入管34的导入孔341的中心轴线L2(图6(b)中也有图示)一致。也就是说，直线形状的导管31与导入管34经由连结筒50串联连结。
导入管34的前端342与导管31的基端312在连结筒50的轴向中间部离开。连结筒50的外周面且连结筒50的轴向中间部形成有环状狭缝501，环状狭缝501绕周向一周。环状狭缝501设置为：包围导入管34的前端342与导管31的基端312之间的间隙。环状狭缝501将连结筒50区分为：与导入管34嵌合的嵌合部502和与导管31嵌合的嵌合部503。在对导管31施加横向的异常的负荷时，则连结筒50在环状狭缝501的位置分离为嵌合部502和嵌合部503，嵌合部503从嵌合部502脱落。环状狭缝501规定了连结筒50的分离位置。连结筒50和制动螺栓51、52构成可分离成两个的连结部。
嵌合部503的外周面上一体地形成有作为环部的凸缘504。支承框28的下壁281上安装有反射式的光电传感器46。光电传感器46的检测区域被设定在连结部49未分离时的凸缘504的位置。在连结筒50未分离的状态下，从光电传感器46投射来的光被凸缘504反射后被光电传感器46接收。在连结筒50分离的状态下，从光电传感器46投射的光不会被光电传感器46接收。
第二实施方式可以得到与第一实施方式中的(1)、(2)(4)～(6)项同样的优点。
接着，基于图7(a)和图7(b)说明本发明的第三实施方式。对于与第一实施方式相同的构成部件将标注相同符号。
如图7(a)所示，向下壁281的下方突出的导入管34的突出端部上嵌合有筒53。导入管34的突出端部嵌入于筒53的筒内。筒53借助止动螺栓54固定于在导入管34，导入管34以旋装于该筒53的周壁且与导入管34的周面抵接的方式紧固。筒53的外周面上形成有环状的钩挂突条531，钩挂突条531绕筒一周。筒53与合成树脂制的筒55连结。
如图7(b)所示，筒55上一体地形成有多个钩挂突起551。在筒55的周向等间隔地排列多个钩挂突起551。通过多各钩挂突起551钩挂在钩挂突条531上，来将筒55与筒53连结。
如图7(a)所示，在多个钩挂突起551钩挂在钩挂突条531上的状态下，筒53的端面和筒55的端面抵接。筒55上嵌入导管31的基端部。导管31借助止动螺栓56固定于筒55，筒55以旋装于筒55的周壁且与导管31的周面抵接的方式紧固。导管31的导孔311在Z轴方向延伸，导孔311的中心轴线L1与导入管34的导入孔341的中心轴线L2一致。也就是说，直线形状的导管31和导入管34经由筒53、55串联连结。
在对导管31施加横向的异常的负荷时，则钩挂突条531和钩挂突起551之间的钩挂状态被解除，从而筒55从筒53脱落。筒53、55和止动螺栓54、56构成可分离成两个的连结部57。
筒55的外周面上一体地形成有凸缘552。支承框28的下壁上安装有反射式的光电传感器46。在连结部57未分离的状态下，从光电传感器46投射的光被凸缘552反射后被光电传感器46接收。在连结部57分离的状态下，从光电传感器46投射的光不会被光电传感器46接收。
第三实施方式可以获得与第一实施方式的(1)、(2)、(4)～(6)项相同的优点。另外，即便在连结部57分离的情况下，也可以按照将钩挂突起551钩挂在钩挂突条531上的方式将筒55再次连结到筒53上，从而不必要更换导管31而能够再次开始排列纤维束。利用了钩挂突条531和钩挂突起551之间的钩挂的连结部57，即便分离且不管分离几次都能够再次使用。
对于本发明而言，还可以实施以下的实施方式。
在第一实施方式中，也可以用磁性体来形成圆板42，将永久磁铁43固定安装于筒40，例如使用粘结剂来粘结，并且，通过磁力将永久磁铁43连结于圆板42。
在第一实施方式中，也可以在圆板42的外周设置环45，用磁性体来形成圆板，通过磁力将永久磁铁43连结于筒40，并且通过磁力将永久磁铁43连结于圆板42。
在第二实施方式中，也可以将连结筒作成金属制、例如铝制。在第一实施方式中，也可以是通过拉力弹簧的弹簧力来将筒40和圆板42结合的构成。
分离判别传感器除了光电传感器46之外，可以使用近程传感器(磁力型传感器、静电容量型传感器等)、限位开关或通电传感器。
也可以将本发明适用于导入管34不发生旋转的构成的纤维束排列装置中。
导管31的导孔311也可以不是扁平的。
连结部49、49A、57借助止动螺栓41、44、51、52、54、56相对导管31或导入管34固定，但也可以通过粘结等其他方式固定。
Claims (7)
1.一种纤维束排列装置，其中，
所述纤维束排列装置具备：
导管，其具有使纤维束通过的导孔；
移动装置，其使所述导管移动，以便一边从所述导孔放出所述纤维束一边将其排列；
被动部，其借助所述移动装置而移动；
连结部，其能够分离并且将所述导管连结于所述被动部，
所述被动部包括将所述纤维束向所述导管引导的导入管，所述导管经由所述连结部而与所述导入管连结，所述导管和所述导入管为直线形状且串联连结，所述导入管以能够绕其轴线旋转的方式被支承于所述被动部，所述导管的导孔的横截面形状为能够将所述纤维束以扁平形状放出的扁平形状，所述导入管借助旋转驱动机构来旋转。
2.根据权利要求1所述的纤维束排列装置，其中，
所述连结部具备：固定在所述被动部和所述导管中一方的磁铁；固定在所述被动部和所述导管中另一方的磁性体，并且所述磁性体靠磁力连结于所述磁铁。
3.根据权利要求2所述的纤维束排列装置，其中，
所述导管为直线形状，所述移动装置使所述导管在与该导管的长度方向正交的方向平行移动，所述磁铁和所述磁性体的连结面是包围所述导管的轴线的环状形状，并且是与所述导管的长度方向垂直的平面。
4.根据权利要求1所述的纤维束排列装置，其中，
所述连结部为筒形状的连结筒，所述连结筒在所述连结筒的轴向中间部具有绕所述连结筒的周向一周的环状狭缝，以便规定分离位置，所述连结筒的轴向两端中的一端以无法从所述被动部脱离的方式连结于该被动部，所述连结筒的轴向两端中的另一端以无法从所述导管脱离的方式连结于该导管。
5.根据权利要求1至权利要求4中任意一项所述的纤维束排列装置，其中，
所述纤维束排列装置还具备判别所述连结部分离的分离状态和所述连结部未分离的连结状态的分离判别传感器。
6.根据权利要求1所述的纤维束排列装置，其中，
所述纤维束排列装置还具备判别所述连结部已经分离的分离状态和所述连结部未分离的连结状态的分离判别传感器，所述导管具有当所述连结部分离时离开所述导入管的环部，所述环部与所述导入管同轴配置，所述分离判别传感器的检测区域被设置在所述连结部未分离时的所述环部的位置。
7.根据权利要求1所述的纤维束排列装置，其中，
所述导入管的导入孔的横截面形状为圆形，所述导入孔的直径比所述导孔的直径大。
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