特許 7629536 繊維強化部品を製造するための巻付けシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-04

(45)【発行日】2025-02-13

(54)【発明の名称】繊維強化部品を製造するための巻付けシステム

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/32 20060101AFI20250205BHJP

   B29C 53/56 20060101ALI20250205BHJP

   B29C 70/38 20060101ALI20250205BHJP

   B29C 70/54 20060101ALI20250205BHJP

【ＦＩ】

B29C70/32

B29C53/56

B29C70/38

B29C70/54

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023547433

(86)(22)【出願日】2021-12-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-14

(86)【国際出願番号】 EP2021084753

(87)【国際公開番号】W WO2022167127

(87)【国際公開日】2022-08-11

【審査請求日】2023-09-29

(31)【優先権主張番号】102021000599.6

(32)【優先日】2021-02-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】598051819

【氏名又は名称】メルセデス・ベンツ グループ アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓ－Ｂｅｎｚ Ｇｒｏｕｐ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓｓｔｒａｓｓｅ １２０，７０３７２ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100101856

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 日出夫

(72)【発明者】

【氏名】ミンシュ，ニクラス

(72)【発明者】

【氏名】ザンカー，ティム

(72)【発明者】

【氏名】グラウプナー，ピーター

【審査官】田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－２６３０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３３１７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２６１４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４９－１０７３８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ７０／００ － ７０／８８

Ｂ２９Ｃ ５３／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

繊維ストランド（１８ａ、１８ｂ）のための少なくとも１つの貯蔵スプールと、前記繊維ストランド（１８ａ、１８ｂ）を案内でき、かつ樹脂を含浸させることができる含浸ユニットとを含む、少なくとも１つの巻付けヘッド（１６ａ、１６ｂ）を有するロボットアーム（１２）と、部品を形成するために前記繊維ストランド（１８ａ、１８ｂ）を周りに巻き付けることができる巻付け支持体（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）を収容するための少なくとも１つのホルダ（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）とを備える、３次元巻付け法を用いて繊維強化部品を製造するための巻付けシステム（１０）において、
少なくとも２つの巻付けヘッド（１６ａ、１６ｂ）が、前記ロボットアーム（１２）に並べて取り付けられ、
巻付け支持体（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）を収容するためのホルダ（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）が各巻付けヘッド（１６ａ、１６ｂ）に割り当てられ、
前記ホルダ（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）は、搬送装置（２５）において、２つの位置、すなわち前記繊維ストランド（１８ａ、１８ｂ）を巻回するための巻付け位置（３０）と、巻付けプロセスの前に前記ホルダ（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）を組み付けるための、及び前記巻付けプロセスの後に前記ホルダを取り外すための組付け位置（２８）とに並べて配置される
ことを特徴とする、巻付けシステム。

【請求項2】

前記少なくとも３つの巻付けヘッド（１６ａ、１６ｂ）が並べて一列に配置される
ことを特徴とする、請求項１に記載の巻付けシステム。

【請求項3】

複数の巻付けヘッド（１６ａ、１６ｂ）は、マトリクス状に配置される
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の巻付けシステム。

【請求項4】

前記巻付け位置（３０）及び前記組付け位置（２８）が、前記搬送装置（２５）の向かい合う２つの側に配置される
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の巻付けシステム。

【請求項5】

前記搬送装置（２５）は、２つの偏向装置を介して案内され、前記ホルダ（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）の前記巻付け位置（３０）と前記組付け位置（２８）とが、前記搬送装置（２５）の、前記偏向装置に対して向かい合う２つの側に配置されるエンドレスベルトを含む
ことを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の巻付けシステム。

【請求項6】

前記巻付け支持体（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）の前記ホルダ（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ）は、モータ駆動されることにより自由度を有する
ことを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の巻付けシステム。

【請求項7】

前記自由度は、１つ、２つ、又は３つの回転自由度を有するジョイントとして形成される
ことを特徴とする、請求項６に記載の巻付けシステム。

【請求項8】

前記自由度は、１つ又は２つの並進自由度を含む
ことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の巻付けシステム。

【請求項9】

前記巻付けヘッドを組み付ける、及び取り外すためのハンドリングロボット（３２）を前記搬送装置（２５）の組付け側（２８）に有する
ことを特徴とする、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の巻付けシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繊維ストランドのための少なくとも１つの貯蔵スプール、及び繊維ストランドを案内でき、かつ樹脂を含浸させることができる含浸ユニットを含む少なくとも１つの巻付けヘッドと、部品を形成するために繊維ストランドを周りに巻付けることができる巻付け支持体を収容するための少なくとも１つのホルダとを有するロボットアームを備える、３次元巻き付け法を用いて繊維強化部品を製造するための巻付けシステムに関する。

【0002】

下記特許文献１から、巻付けヘッドを有するロボットアームが、８つの巻付け支持体を収容するための８角形のホルダによって取り囲まれるこの種の巻付けシステムが知られている。巻付け支持体は順次巻回され、１つの巻付け支持体の巻回が完了した後、ロボットアームは次の巻付け支持体へさらに回転する。

【0003】

下記特許文献２には、そのような巻付けシステムを用いて製造できる繊維複合部品を製造する方法が記載されている。このようなシステムでは巻付けプロセスにかなりの時間を要し、部品を順次製造することしかできないため、このような巻付けシステムの生産性と生産量が比較的低いことが不利である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】独国特許出願公開第１０ ２０１７ ００５ ７５４ Ａ１号明細書

【文献】独国特許出願公開第１０ ２０１３ ０１４ ０３２ Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は、生産される同じ構造の部品のより高いスループットを可能にする巻付けシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、独立請求項の特徴から明らかになる。有利な発展形態及び実施形態は、従属請求項の主題である。

【0007】

上記課題は、請求項１によれば、少なくとも２つの巻付けヘッドがロボットアームに並べて又は重ねて（上下に並べて）取り付けられ、巻付け支持体を収容するためのホルダが各巻付けヘッドに割り当てられ、ホルダは、搬送装置における２つの位置、すなわち繊維ストランドを巻回するための巻付け位置と、巻付けプロセスの前にホルダを組み付けるための、及び巻付けプロセスの後にホルダを取り外すための組付け位置とに並べて又は上下に並べて配置されることにより解決される。

【0008】

これによって、巻付けヘッドを有するロボットアームが巻付け支持体を巻回するために同じ運動を実行するので、少なくとも２つの同じ構造の部品を並行して巻付けることができる。本発明によれば、２つのみでなく、格段に多くの部品を同時に並行して製造することが可能である。このために、巻付けヘッドと、同じ配置で同数の巻付け支持体とが水平又は垂直の列、或いはマトリクスで配置される。例えば１０個の部品を同時に製造するために、例えば、それぞれ５つの巻付けヘッドを有する２つの列をロボットアームに取り付けることができる。巻付けプロセスの終了後、巻付け支持体が取り付けられた搬送装置は、巻回済みの巻付け支持体が巻付け位置から組付け位置へ到達するように移動され、そこで巻付け支持体が手動で、又は好ましくは自動で取り去られる。巻回済みの巻付け支持体を取り去った後、手動で、又は好ましくは自動で新しい巻付け支持体が搬送装置に取り付けられ、次いで、この組付け位置から再び、巻付けヘッドを有するロボットアームに対向する巻付け位置へ動かされ、そこで新たな巻回プロセスが開始される。

【0009】

本発明の有利な実施形態によれば、少なくとも３つの巻付けヘッドが並べて、又は上下に並べて一列に配置される。より多い数の巻付けヘッドを並べて配置することができ、その数は機械的及び動的観点のみで制限されるが、本発明の範囲内で少なくとも１０個の並列巻付けヘッドが考えられる。しかしながら、巻付けヘッドのいくつかの列をマトリクス状にいくつかの列で、例えば、それぞれが５つの巻付けヘッドと、当然のことながら、対応する数の、巻付け支持体を取り付けるためのホルダを有する２つ又は３つの列で配置することがより合目的的である。

【0010】

本発明の有利な展開形態によれば、巻付け位置及び組付け位置が、搬送装置の向かい合う２つの側に配置される。このようにすることで、ホルダに取り付けられた巻付け支持体を巻付け位置で巻回すること、及び、裏側の同じ配置で取り去ることができる。すなわち、搬送装置は、一方の側で組み付けられ、若しくは取り外され、同時にもう一方の側で巻回されるように形成される。搬送装置は、レール状又はベルト状のガイドを含むことができ、これに沿ってホルダを組付け位置から巻付け位置へ、及び、その逆に移動させることができる。或いは、ホルダを一方の位置から他方の位置へ動かすために、向かい合う２つの側にホルダを有し、水平又は垂直の軸を中心に１８０°回転可能である直方体状の支持枠として搬送装置を形成することができる。

【0011】

本発明の有利な発展形態によれば、搬送装置は、２つの偏向装置を介して案内され、ホルダの巻付け位置と組付け位置とが、エンドレス搬送装置の、偏向装置に対して向かい合う２つの側に配置されるエンドレスベルトを含む。このような「パーテルノステル（Ｐａｔｅｒｎｏｓｔｅｒ）」配置によって、搬送装置の一方の側で巻付けプロセスを行うことができ、同時に、もう一方の側で硬化のために巻付け終えた未加工品を取り外して新しい巻付け支持体を組み付けることができる。

【0012】

本発明の有利な発展形態によれば、巻付け支持体のホルダは、好ましくはジョイントの形の回転自由度及び／又は並進自由度としてのモータ駆動可能な自由度を含む。ホルダ側のジョイントは、巻付けプロセスにおける巻付けヘッドと巻付け支持体との間の必要な相対運動の一部がジョイントを介して巻付け支持体に引き継がれるため、巻付けの改善と加速をもたらす。これにより、巻付けヘッドの移動質量が少なくなり、それによって巻付けプロセスを加速して行うことができる。

【0013】

本発明の有利な発展形態によれば、巻付けシステムは、巻付け支持体を組み付ける、及び取り外すためのハンドリングロボットを搬送装置の組付け側に有する。このようなハンドリングロボットは、作製された巻回済みの巻付け支持体を順次取り去ることができ、かつ新しい未巻回の巻付け支持体と取り替えることができる。すべての巻回済みの巻付け支持体を一緒に取り去る取外し装置を設けることも可能である。巻回済みの巻付け支持体を収容する目的で、製造されるべきワークピースの外形を定義するために、巻回済みの巻付け支持体を包囲可能な多数個構成の型を設けることができ、巻回済みの巻付け支持体の収容後、閉じられた型がホルダから取り出される。

【0014】

他の利点、特徴、及び詳細は、図面を参照しながら実施形態が詳しく説明される以下の記載から明らかになる。同一、類似、及び／又は機能的に同じ部品には、同じ参照符号が付されている。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明による巻付けシステムの概略側面図を示す図である。

【図2】搬送装置の第２の実施形態の概略図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１による巻付けシステム１０は、複数のアーム部材を有する多関節アームロボット１２を備え、その操作端には保持構造１４が取り付けられ、保持構造には複数の巻付けヘッド１６ａ、１６ｂが組み付けられている。これらの巻取りヘッド１６ａ、１６ｂはそれぞれ、少なくとも１つの繊維スプール（Ｆａｓｅｒｓｐｕｌｅ）と、繊維スプールに巻き取られた少なくとも１つの繊維ストランド若しくはロービング１８ａ、１８ｂが液体樹脂と混合されながら通り抜ける含浸ユニットとを備える。いくつかの繊維スプールを設けることができ、それによりいくつかの繊維ストランドが含浸ユニットで結合されて１つの繊維ストランド１８ａ、１８ｂを形成し、繊維レイアップ管２０ａ、２０ｂを介して送り出される。

【0017】

図１において、巻付けシステム１０が側面図で示され、２つの巻付けヘッド１６ａ、１６ｂが図示されている。本発明の範囲内で、これは並べて配置された２列の巻付けヘッド１６ａ、１６ｂであり、すなわち、巻付けヘッド１６ａの後ろにさらにいくつかの図示されない巻付けヘッドを配置することができる。

【0018】

多関節アームロボット１２の前には、ロービング若しくは繊維ストランド１８ａ、１８ｂを巻回するための複数の巻付け支持体２４ａ、２４ｂを提供し、保持し、交換するための巻付け支持体保持装置２２が配置されている。巻付け支持体保持装置２２は、巻付け支持体２４ａ、２４ｂを保持及び固定するための複数のホルダ２６ａ、２６ｂを有する搬送装置２５ａを備えている。ホルダ２６ａ、２６ｂは、空間内での巻付け支持体２４ａ、２４ｂのポジションを変更するため、そしてそれにより巻付けプロセスを簡素化及び加速するために、いくつかの回転若しくは並進自由度を有することができる。

【0019】

巻付けプロセスをすべて並行して実行するために、巻付け支持体２４ａ、２４ｂ及びホルダ２６ａ、２６ｂの数と配置は、巻付けヘッド１６ａ、１６ｂの数と配置に対応する。ホルダ２６ａ、２６ｂが運動自由度を有する限り、当然のことながら、これらはすべて互いに同期して自動で移動される。

【0020】

巻付け支持体保持装置２２若しくは搬送装置２５ａ上のホルダ２６ａ、２６ｂには、２つの位置、すなわち組付け位置２８と、向かい側に位置する、多関節アームロボット１２のほうを向いた側に配置された巻付け位置３０とが設けられている。搬送装置２５がパーテルノステル状のエンドレス搬送装置として形成されている場合、搬送装置２５を作動させると、未巻回の巻付け支持体２４ｃ、２６ｄを有する、複数のホルダ２６ｃ、２６ｄが、組付け位置２８から巻付け位置３０へ移動され、同時に、巻回済みの巻付け支持体２４ａ、２６ｂを有する同数のホルダ２６ａ、２６ｂが巻付け位置３０から組付け位置２８へ逆に移動される。

【0021】

巻付け支持体保持装置２２の、組付け位置２８のほうを向いた側にハンドリングロボット３２が配置され、これもまた多関節ロボットであることが好ましい。ハンドリングロボット３２は、樹脂を硬化させるために巻回し終えた巻付け支持体２４ｄを取り去り、未巻回の巻付け支持体２４ｃを組み付けるために用いられる。

【0022】

動作中、ハンドリングロボット３２は、巻付け支持体保持装置２２の組付け側で、未巻回の新しい巻付け支持体２４ｃをホルダ２６ｃ、２６ｄに取り付ける。次に、搬送装置２５ａは、ホルダ２６ｃ、２６ｄを向かい側の巻付け位置３０へ移動させる。次いで、繊維ストランド１８ａ、１８ｂの自由端が巻付け支持体（ここでは参照番号２４ａ、２４ｂ）に取り付けられ、多関節アームロボット１２が所定の巻付けプログラムを実行し始め、すなわち繊維レイアップ管２０ａ、２０ｂの先端が巻付け支持体２４ａ、２４ｂに形成された構造に沿って動かされるように巻付けヘッド１６ａ、１６ｂを移動させ、引く力が加えられることによって繊維ストランド１８ａ、１８ｂが巻付けヘッド１６ａ、１６ｂから、そして繊維レイアップ管２０ａ、２０ｂを通して引き出される。ホルダ２６ａ、２６ｂが相応の自由度を有する限り、これらは、巻付けプロセスを加速若しくは改善するために、繊維レイアップ管２０ａ、２０ｂの動きと連動して並行に及び同期して動かされる。巻付けプロセスの終了後、繊維ストランド１８ａ、１８ｂは、組付け側（Ｍｏｎｔａｇｓｓｅｉｔｅ）で切断される。或いは、巻付け側で、巻付け支持体２４、２４ｂごとに１つの装置を設け、当該装置は、巻付けプロセスの終了後に繊維ストランド１８ａ、１８ｂを切り離し、巻回済みの巻付け支持体を未巻回の巻付け支持体と交換した後、繊維ストランド１８ａ、１８ｂの端を未巻回の巻付け支持体に固定することが可能であり、それにより、続いて所定の巻付けプログラムを新たに実行することができる。

【0023】

巻付けプロセスと同時に、組付け側２８では、ハンドリングロボット３２によって、そこのホルダ２６ｃ、２６ｄへの未巻回の巻付け支持体２６ｃの装着が行われる。

【0024】

巻付けプロセスが完了すると、搬送装置２５ａが始動し、それによって、巻回済みの巻付け支持体２４ａ、２４ｂが巻付け位置３０から組付け位置２８へ移動され、同時に、未巻回の巻付け支持体２６ｃが組付け位置２８から巻付け位置３０へ移動される。ハンドリングロボット３２によって、巻回済みの巻付け支持体２４ｄが未巻回の巻付け支持体２４ｃと交換され、同時に、巻付け位置３０にある巻付け支持体２４ａ、２４ｂが巻回される。

【0025】

図２において、回転軸３６を中心に回転可能であるフレーム３４を備える搬送装置２５ｂの第２の実施形態が示されている。図２において、水平回転軸３６が示されているが、これを本発明の範囲内で垂直に方向付けることもできる。フレーム３４を１８０°回転させることによって、ホルダ２６ａ、２６ｂが巻付け位置３０から組付け側２８へ、及びホルダ２６ｃ、２６ｃが組付け位置２８から巻付け位置３０へ移動される。

【0026】

本発明を好ましい実施例によってさらに詳細に詳しく図示及び説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、そこから当業者は本発明の保護範囲から逸脱することなく他の変形形態を導き出すことができる。したがって、多数の可能な変形形態が存在することは明らかである。同様に、例示的に上げられた実施形態は、例えば本発明の保護範囲、適用可能性、又は構成をどのような仕方でも限定とは解釈することができない単なる例であることは明らかである。むしろ、前述の説明及び図の説明により、当業者は例示的な実施形態を具体的に実施することができ、その際、当業者は、開示された発明の思想を知ることで、例えば、例示的な実施形態に挙げられた個々の要素の機能又は配置に関して、請求項及びその法的均等物によって定義される保護範囲から逸脱することなしに、例えば明細書中の十分な説明のように様々な変更を行うことができる。

【図1】

【図2】