材料のプレースメント成形方法および装置

专利摘要:
ローラアセンブリの動きとは独立して、表面に材料の薄片を供給および圧着する材料圧着ヘッド。圧着ヘッドの各ローラアセンブリは、圧縮ローラを有し、圧着ヘッドの他のローラアセンブリと独立して、６自由度で回転的または直線的に動く。ローラアセンブリは、材料の薄片が表面のパスに隣接して供給されるように、交互に配置され、表面に材料の薄片を同時に供給する。各圧縮ローラは、可鍛性があり、材料の薄片を圧縮するために、自身の外周面の周りに載置される。
公开号:JP2011505274A
申请号:JP2010536038
申请日:2008-10-30
公开日:2011-02-24
发明作者:ムハマド；ジア ウラ；ロバート；レイ ワンプラー
申请人:スピリット アエロシステムズ，アイエヌシー．；
IPC主号:B29C31-08

专利说明:

[0001] 本発明は、構造的かつ空気力学的な航空機の部品に関する。さらに詳しくは、本発明は、自動的に複合テープを繊維プレースメント成形するような、材料を分配し、かつ圧密化することに関する。]
[0002] 関連する従来技術
繊維のプレースメント成形は、プリプレグ牽引とも呼ばれ、道具表面、鋳型、主軸、または、複合的な部品を形成するために用いられるあらゆる物の表面のような物体の表面上に、樹脂が注入された複合材料を、圧密化する方法である。代表的な繊維のプレースメント成形の方法では、航空機、ミサイル、衛星、自動車などの構造物に用いるため、事前に決められた形の強、軽量部品を形成するために、複合材料の多重層を、一緒に圧密化し、硬化させる。]
[0003] 従来の繊維のプレースメント成形方法によると、複数の複合材料は、一本の軸上で回転する大きなローラまたは部分ローラを用いて、表面に一斉に実質的に圧密化される。しかしながら、ローラやローラの切片は、１本の軸の周りを回転するので、鋭角や複雑な外形の表面上に材料を圧密化することは、難しい試みである。例えば、幅広のローラや部分ローラが、ある複雑な外形上で回転すると、ローラの一部は、表面に接触しないため、テープの一部は圧密化されない。圧密化されなかった材料の一部は、材料によって形成された硬化部分に、葉裂または多孔をもたらす。]
[0004] 従来の繊維のプレースメント成形装置は、一方向において、表面上に材料を分配し、かつ圧密化した後、材料プレースメント成形ヘッド全体を１８０度回転することによって、方向を逆にする。例えば、代表的な実施例においては、材料プレースメント成形ヘッドは、一方向において、表面上に材料を分配し、かつ圧密化し、次いで、材料を切断する。この後、材料プレースメント成形ヘッドは、特定のロール・オフの距離に移動し続け、次いで、表面から引っ込む。そして、材料プレースメント成形ヘッドは、１８０度回転し、表面に再接近し、表面をひき寄せ、反対方向に移動しつつ、表面に材料を分配し、かつ圧密化する。代表的な複合部品では、沢山の往生する時間が必要になるので、この「引っ込む」‐「回転」‐「再接近」の方法は、材料当接プロセスに非常に沢山の時間が添加される。]
[0005] 複合材料を圧密化するための従来公知の現行のローラは、端から端まで平坦である。従って、圧密化中に、テープの薄片全体に等しい圧力を供給するために、ローラは、表面に対して垂直な状態でなければならない。これは、難しい試みであり、時には、要求される複雑な外形によって、与えられ部分に達成するのが不可能である。]
発明が解決しようとする課題

[0006] 従って、従来技術の問題や限界を被らずに材料を分配し、かつ圧密化する改良された方法が必要である。]
課題を解決するための手段

[0007] 発明の概要
本発明は、プリプレグ牽引のように、鋳型の表面、主軸の表面、または、構成部品を形成するために用いられる物の表面に、材料を分配、かつ、圧密化する改良された材料プレースメント成形装置や方法を提供する。]
[0008] 本発明の様々な実施形態において、プレースメント成形ヘッドは、支持台によって支持され、前記表面の第１パスに沿って前記材料の第１の部分を当接する第１のローラと、前記支持台によって支持され、前記表面の第２のパスに沿って前記材料の第２の部分を当接する第２のローラと、前記第１のローラを、前記第２のローラと独立して、前記支持台に対して動かすための第１の作動装置とで成り、これにより、前記支持台と前記第１のパスとの間の第１の距離が前記支持台と前記第２のパスとの間の第２の距離に対して変化するとき、前記第１のローラおよび前記第２のローラの両方を前記表面に接触させた状態のままに維持する。]
[0009] 本発明の他の形態においては、前記第１のパスは、前記第２のパスに実質的に隣接しており、前記第１の作動装置は、前記支持台に近い第１の位置と前記支持台から遠い第２の位置との間において、前記第１のローラを動かす。さらに、前記第１の作動装置は、第１ローラを、第１軸の周りに回動させても良いし、前記第１軸と実質的に直行する第２軸の周りに回転させてもよい。ローラアッセンブリは、前記支持台に対して、互い違いに配置されている。各ローラアッセンブリは、圧密化ローラを有し、前記表面の一部分に前記材料の一部分を分配し、かつ圧密化してもよく、さらに、６自由度において、回転的、回動的、直線的に独立している。]
[0010] 本発明の実施形態においては、前記ローラアッセンブリの前記圧密化ローラは、さらに効果的に前記表面に前記材料を分配し、かつ圧密化するために、自身の外周面に沿って載置される。前記圧密化ローラは、ゴムのような可鍛性の材料で形成され、前記ローラに圧力が供給された際に、前記載置された表面が、前記表面に対して圧力をかける。]
図面の簡単な説明

[0011] 図１は、本発明の実施形態に従って構成された材料プレースメント成形システムおよびプレースメント成形ヘッドの等角図である。
図２は、表面に材料の薄片を当接する図１のプレースメント成形ヘッドの鳥瞰図である。
図３は、図１のプレースメント成形ヘッドの等角図である。
図４は、図３のプレースメント成形ヘッドの底面の平面図である。
図５は、図３のプレースメント成形ヘッドの側面の平面図である。
図６は、図３の１組のローラアセンブリおよびその作動装置のアセンブリの等角図である。
図７は、他のローラアセンブリよりもわずかに高く動作させられる１つのローラアセンブリ、図３の１組のローラアセンブリ、および、その作動装置のアセンブリの等角図である。
図８は、図３の１組のローラアセンブリ、および、その作動装置のアセンブリの等角図である。
図９は、図３の１組のローラアセンブリおよびその作動装置のアセンブリの等角図であり、作動装置の回転運動を図示している。
図１０は、図３の１組のローラアセンブリおよびその作動装置のアセンブリの側面図であり、回動する作動装置の動きを図示した。
図１１は、本発明の実施形態に従って構成されたローラアセンブリの等角図である。
図１２は、図１１のローラアセンブリの分解図である。
図１３は、切断機構がオープン位置にある際の図１１のローラアセンブリの部分断面等角図である。
図１４は、前記切断機構がクローズ位置にあり、これにより、材料を切断する、図１１のローラアセンブリの部分断面等角図である。
図１５は、表面に沿った第１方向に当接された前記材料と、図１１のローラアセンブリの断面平面図である。
図１６は、前記切断機構によって切断される前記材料と、図１１のローラアセンブリの部分断面図である。
図１７は、前記圧密化ローラの第２側面に供給された前記材料と、図１１のローラアセンブリの断面平面図である。
図１８は、前記表面に沿って第２の方向に当接された材料と、図１１のローラアセンブリの断面平面図である。
図１９は、表面に対して偏移していない本発明の実施形態に従って構成された圧密化ローラの断面図である。
図２０は、表面に対して圧力を供給して、材料および表面に対して偏移している図１１に示す圧密化ローラの断面図である。
図２１は、圧密化ローラの外周面を概略平らにするために、前記表面に対して十分な圧力を供給して、前記材料および表面に対して偏移している図１９に示す圧密化ローラの断面図である。] 図１ 図１０ 図１１ 図１２ 図１３ 図１４ 図１５ 図１６ 図１７ 図１８
発明を実施するための最良の形態

[0012] 詳細な説明
図１は、本発明の実施形態に従って構成される材料プレースメント成形装置１０を図示する。材料プレースメント成形装置１０は、図２に示される鋳型、主軸、または、合成部品を形成するためのあらゆる装置の表面１４上に材料１２を分配し、かつ圧密化するために用いられ、特に、航空機の合成部品を構成するための繊維プレースメント成形に適用される。図１を参照すると、材料プレースメント成形装置１０は、フレーム１６と、フレーム１６に接続されているヘッド作動装置１８およびプレースメント成形ヘッド２０とで成り、ヘッド作動装置１８によって作動される。] 図１ 図２
[0013] フレーム１６は、プレースメント成形ヘッド２０がヘッド作動装置１８やその他公知の手段によってフレーム１６に対して動く、グランティ構造、あるいは、婉曲または直線的な軸に沿った構造のように、プレースメント成形ヘッド２０を支持する従来公知のいかなる構造でもよい。ヘッド作動装置１８は、フレームに沿って物体を動かす従来公知のいかなる作動装置でもよい。ヘッド作動装置１８は、直線的および回転的にフレーム１６に沿って、プレースメント成形ヘッド２０を動かせばよい。]
[0014] 図３−４に示すように、プレースメント成形ヘッド２０の好適実施形態は、フレーム１６に接続され、他の部品（支持台２２に固定されているスプール２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８と、支持台２２に固定されている作動装置のアセンブリ４０、４２、４４、４６と、ローラのアセンブリによって作動し、かつ、接続されており、さらに、それぞれが、圧密化ローラ６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６、７８を有するローラアセンブリ４８、５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２とで成る）を支持する支持台２２と、プレースメント成形ヘッド２０を誘導し、さらに、表面１４上に材料を分配し、かつ圧密化するために、ローラアセンブリを独立して作動させる制御装置（図示しない）と、を有する。] 図３
[0015] 図２−５を参照すると、支持台２２は、スプール２４−３８および作動装置のアセンブリ４０−４６を固定するための支持台である。支持台２２は、通常、平らで、矩形形状であり、フレーム１６またはその他の表面に沿ってプレースメント成形ヘッドを動かせる従来公知のいかなる装置に接続されていてもよい。] 図２
[0016] スプール２４−３８は、一般的なものであり、図２に示すように、それぞれが、表面１４に複数の長尺な材料１２を分配し、かつ圧密化するローラアセンブリ４８−６２の少なくとも１つ中に供給される材料１２の伸ばされた薄片が巻き付けられている。複数の長尺な材料１２は、１／１６から１インチまでの範囲の幅を有するのが好ましい。材料１２は、合成材料、樹脂含浸材料テープ、引っ張られたスリットテープ、繊維プレースメント成形に用いられる従来公知のいかなる材料、または、いかなるその他の形成材料でもよい。例示する形態においては、スプールは、１８インチの長さを有する。プレースメント成形ヘッド２０上のスプールの数は、プレースメント成形ヘッド２０のローラアセンブリの数と等しくてもよい。例えば、図３に示すように、８つのスプールは、８つのローラアセンブリに対して材料を供給する。スプール毎の材料１２は、直接、ローラアセンブリに挿入されても良いし、（図示しない）再直接ローラまたは従来公知の他の方法によってローラアセンブリに送られても良い。] 図２ 図３
[0017] 各作動装置のアセンブリ４０−４６は、支持台２２に、少なくとも１つまたは２つのローラアセンブリ４８−６２を接続してもよい。図６−１０を参照すると、各作動装置のアセンブリは、支持台２２に接続されている作動装置のマウント８０、作動装置のマウント８０に設置されている回動作動装置８２、および、回動作動装置８２に回転的または固定的に設置されている作動装置の支持台８４で成ればよい。各作動装置のアセンブリは、さらに、作動装置の支持台８４に接続されて回転する回転作動装置８６、回転作動装置８６に固定されて接続されているロッドマウント８８、および、ロッドマウント８８に滑降可能に接続されている第１のロッド９０および第２のロッド９２で成ればよい。最終的に、各作動装置のアセンブリは、４つのロッドガイド９４、９６、９８、１００、第１のロッド９０に滑降可能に接続される２つのロッドガイド、および、第２のロッド９２に滑降可能に接続されている２つのロッドガイドで成ってもよい。第１および第２のロッド９０、９２は、図４−５に示すように、ロッド９０、９２の長く伸びた外側表面の周りにらせん状のねじを有し、ロッド９０、９２の回転運動は、第１および第２のロッド９０、９２を、ロッドマウント８８またはロッドガイド９４−１００に対してスライドさせる。作動装置のアセンブリは、添付の図面に描かれている実施形態に参考として描かれているが、クレームに記載された発明の範囲から外れなければ、これに鑑みて作られた他の例を用いてもよい。例えば、各作動装置のアセンブリは、ローラアセンブリを作動させるための１つのローラアセンブリの作動装置で交互に成ってもよい。] 図４ 図６
[0018] 各ローラアセンブリ４８−６２は、ロッドガイド９４−１００によって、第１のロッド９０および第２のロッド９２の少なくとも１つに接続されていてもよい。本発明の実施形態において、作動装置のアセンブリ４０の少なくとも１つは、図６−９に示すように、第１の１組のローラアセンブリ４８、５０に接続されてもよい。さらに、作動装置のアセンブリ４２は、第２の１組のローラアセンブリ５２、５４に接続され、作動装置のアセンブリ４４は、第３の１組のローラアセンブリ５６、５８に接続され、さらに、作動装置のアセンブリ４６は、第４の１組ローラアセンブリ６０，６２に接続されてもよい。圧密化ローラと各ローラアセンブリとの間のスペースは、図５−７に示すように、材料１２の薄片の幅におおよそ等しくてもよい。例えば、圧密化ローラ６４と圧密化ローラ６６との間のスペースは、材料１２の薄片の幅に概略等しければよい。本実施形態においては、２つのローラアセンブリが、各作動装置のアセンブリに接続されているときには、２つのロッドガイド９４、９６は、一方のローラアセンブリ４８に接続され、２つのロッドガイド９８、１００は、他方のローラアセンブリ５０に接続されてもよい。] 図５ 図６
[0019] 作動装置のアセンブリ４０−４６は、支持台２２に対して、実質的に互い違いに配置されている形態でもよい。図４に示すように、作動装置のアセンブリは、前の作動装置の後ろや片側に位置する各作動装置のアセンブリと共に、ジグザグ形状に互い違いに配置されている。プレースメント成形ヘッド２０の複数の圧密化ローラのうちのどの２点間の距離も、１／１６インチから２０インチまでの範囲であればよい。図３−５に示すこの互い違いの形状においては、図２に示すように、作動装置のアセンブリに接続されているプレースメント成形ヘッド２０のローラアセンブリ４８−６２は、表面１４の実質的に隣接しているパスに沿って、実質的に同時に材料１２を分配する。材料１２のパスは、少なくとも一方の材料の薄片の少なくとも一端に他の材料の薄片の一部が重なるように、部分的に重なっていてもよい。] 図２ 図３ 図４
[0020] 例えば、図３−５に示す一実施形態においては、４つの作動装置のアセンブリ４０−４６は、それぞれ、支持台２２に、１組のローラアセンブリを接続している。この実施形態においては、第１の１組のローラアセンブリ４８、５０は、第２の１組のローラアセンブリ５２、５４に対して前方に位置し、第２の１組のローラアセンブリ５２、５４は、第３の１組のローラアセンブリ５６、５８に対して前方に位置し、第３の１組のローラアセンブリ５６、５８は、第４の１組のローラアセンブリ６０、６２に対して前方に位置する。第２の１組のローラアセンブリ５２、５４は、第１の１組のローラアセンブリ４８、５０の左側に位置し、第３の１組のローラアセンブリ５６、５８は、第２の１組のローラアセンブリ５２、５４の右側に位置し、第４の１組のローラアセンブリ６０、６２は、第３の１組のローラアセンブリ５６、５８の左側に位置する。] 図３
[0021] 仮に、プレースメント成形ヘッド２０が、図４の矢印で示す方向に動いた場合、材料１２の隣接パスは、次に記載する圧密化ローラ、左から右の順でここに記載すると、圧密化ローラ６８、圧密化ローラ７６、圧密化ローラ７０、圧密化ローラ７８、圧密化ローラ６４、圧密化ローラ７２、圧密化ローラ６６、および圧密化ローラ７４によって、表面１４に圧密化されている。例えば、この形態においては、圧密化ローラ７６によって圧密化された材料のパスの一側端は、圧密化ローラ６８によって圧密化された材料のパスの側端に隣接し、一方、圧密化ローラ７６によって圧密化された材料のパスのもう一方の側端は、圧密化ローラ７０によって圧密化された材料のパスの側端に隣接する。] 図４
[0022] 各ローラアセンブリ４８−６２は、実質的に独立した方法で、実質的に独立した構成要素によって構成されればよい。図１１−１８に示すように、ローラアセンブリ５０は、材料１２を圧密化するための外周面１１２を有する圧密化ローラ６６、圧密化ローラ６６に材料１２を直接送るための第１端１１６および第２端１１８を有する第１のガイド部材１１４、圧密化ローラ６６の外周面１１２の第１部分に概略続く第１のガイド表面１２２に存在する第２のガイド部材１２０、および、圧密化ローラ６６の外周面１１２の第２部分に概略続く第２のガイド表面に存在する第３のガイド部材１２４で成ればよい。] 図１１
[0023] 図１１−１４に示すように、ローラアセンブリ５０は、さらに、第１のガイド部材１１４に材料を共に供給する第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０と、第１および第２の供給ローラ１２８、１３０に材料を案内する第４のガイド部材１３２、ローラアセンブリ５０の構成部品を内封する外側ケース１３６と、第１のガイド部材１１４、第１および第２の供給ローラ、１２８、１３０、および切断機構１３４を作動させるために外側ケース１３６に載置された案内作動装置１３８、供給作動装置１４０、切断作動装置１４２とで成ってもよい。] 図１１
[0024] 図１１−１２に示すように、圧密化ローラ６６は、第１面１４４、第２面１４６、第１面１４４の周面に沿う第１端部１４８、および、第２面１４６の周面に沿う第２端部１５０で成ってもよい。さらに、第１端部１４８と第２端部１５０との間に介在する外周面１１２は、圧密化ローラ６６の回転軸１５２から最も遠い外周面の一部分が、第１端部１４８と第２端部１５０との概略中間になるように、第１端部１４８から第２端部１５０までを実質的に覆っている。圧密化ローラ６６は、いかなる表面にも合成材料をプレースメント成形することができるような従来公知の可鍛性の樹脂製である。圧密化ローラ６６は表面１４に対して圧力をかける際に、表面１４に助力を加えることができるように、表面１４に対して９０度またはマイナス９０度揺らすようにする。] 図１１
[0025] 例えば、図１９において、圧密化ローラ６６は、表面１４に向かって動く。図２０に示すように、圧密化ローラ６６が９０度の角度で表面１４に対して圧力をかける時、圧密化ローラ６６の回転軸１１２から最も離れた外周面１１２の一部分は、材料１２および表面１４に対して偏移している。図２１に示すように、追加圧力が供給される際には、自身が概略平坦になるまで、外周面１１２が押し付けられ、従って、最初に材料の薄片の中心に、次いで、材料１２の薄片の中心の外側から側端まで圧力が加えられ、これにより、表面１４上に材料が均一に圧密化される。] 図１９ 図２０ 図２１
[0026] 圧密化ローラ６６は、特定の材料プレースメント成形装置に必要とされるサイズであればよい。例えば、圧密化ローラ６６は、０．０１インチと１５インチとの間の幅であればよい。さらに、圧密化ローラ６６は、０．０１インチと２インチとの間の幅であればよい。さらに、圧密化ローラ６６は、０．１２５インチと３インチとの間の幅であればよい。圧密化ローラは、材料１２の薄片より広い幅であればよい。例えば、０．２５インチの幅を有する材料の薄片が、０．７５インチの幅を有するローラによって当接されてもよい。圧密化ローラ６６の第１面１４４および第２面１４６は、約０．１インチから約１５インチまでの範囲の直径を有してもよい。さらに、圧密化ローラ６６の第１面１４４および第２面１４６は、約０．５０インチから約３インチまでの範囲の直径を有してもよい。図１２に示された例示する形態において、表面１４上に１／４インチの材料１２の薄片をプレースメント成形するために、圧密化ローラ６６は、０．７５０インチの直径を有し、０．３７５インチの幅を有してもよい。] 図１２
[0027] 様々な形態において、第１のガイド部材１１４は、圧密化ローラ６６に最も近く、第１の位置と第２の位置との間を移動可能である。第１の位置において、図１５−１６に示すように、第１のガイド部材１１４の第１端１１６は、第２のガイド部材１２０に最も近くに位置する。第２の位置において、図１７−１８に示すように、第１のガイド部材１１４の第１端１１６は、第３のガイド部材１２４に最も近くに位置する。一実施形態においては、第１のガイド部材１１４は、回動軸１５８を中心に回動可能であってもよく、これにより、第１のガイド部材１１４は、第１の位置および第２の位置に向かって回動してもよい。第１の位置から第２の位置まで第１のガイド部材１１４を動かすためには、いかなる手段を用いてもよい。] 図１５ 図１７
[0028] 図１１−１２に示すように、第２のガイド部材１２０は、圧密化ローラ６６の外周面１１２の第１部分に概略続く第１のガイド表面１２２を有し、第３のガイド部材１２４は、圧密化ローラ６６の外周面１１２の第２部分に概略続く第２のガイド表面１２６を有する。外周面１１２の第１部分は、外周面１１２の第２部分の概略反対側にある。第２および第３のガイド部材１２０、１２４は、圧密化ローラ６６の周りに、材料１２を導くために湾曲な形状をしていてもよい。特に、第２および第３のガイド部材１２０、１２４のすくなくとも一部分は、圧密化ローラ６６の周面の一部分に一致するように湾曲していてもよい。] 図１１
[0029] 様々な形態において、図１７に示すように、第１の供給ローラ１２８は、互いの間に介挿された材料１２と共に、第２の供給ローラ１３０に対して偏移している。第１および第２の供給ローラ１２８、１３０の少なくとも１つが、回転するために作動した際には、材料１２は、第１のガイド部材１１４に共に供給されてもよい。さらに、第１および第２の供給ローラ１２８、１３０の少なくとも１つが、第１および第２の供給ローラ１２８、１３０のもう一方に向かって動き、かつ、離れるように作動させてもよい。第４のガイド部材１３２は、第1および第２の供給ローラ１２８、１３０に材料１２を導くために、静止し、第１および第２の供給ローラの最も近くに位置してもよい。] 図１７
[0030] 図１３−１４に示すように、ローラアセンブリ５０は、材料１２を切断するために、切断機構１３４も有してもよい。切断機構１３４は、材料を切断するために、従来公知のいかなる切断機構を用いてもよい。一実施形態においては、切断機構１３４は、第１の切断部材１５４および第２の切断部材１５６を有する。オープンポジションにおいては、第１の切断部材１５４は、図１３に示すように、第２の切断部材１５６から離間するように動かされる。切断機構１３４は、材料１２を、自身を通過させるために、概略オープンポジションに位置してもよい。図１４に示すように、切断機構１３４は、材料１２を切断する必要があるときには、図１１に示す切断作動装置１４２のような従来公知のあらゆる手段によって、接近させることができる。] 図１１ 図１３ 図１４
[0031] 様々な形態において、切断機構１３４、第１の供給ローラ１２８、および第２の供給ローラ１３０は、第１のガイド部材１１４および第４のガイド部材１３２との間に位置する。さらに、切断機構１３４は、材料１２が切断された際に、材料１２の一部分が第１の供給ローラ１２８と第２の供給ローラ１３０との間に残るように、第１のガイド部材１１４と第１および第２の供給ローラ１２８、１３０との間に位置してもよい。]
[0032] 図１１−１２に示すように、外側ケース１３６は、第１のガイド部材１１３、切断機構１３４、第１の供給ローラ１２８、第２の供給ローラ１３０、および第４のガイド部材１３２を内封する。外側ケース１３６は、第２のガイド部材１２０、第３のガイド部材１２４、および圧密化ローラ６６の一部も内封してもよい。さらに、周りで圧密化ローラ６６を回転させるための回転軸１５２は、外側ケース１３６に固定されていてもよい。] 図１１
[0033] 案内作動装置１３８、供給作動装置１４０、および切断作動装置１４２は、図１１に示すように、外側ケース１３６に載置されていてもよい。ローラアセンブリ４８、５０のような各ローラアセンブリ、案内、供給、および切断作動装置１３８、１４０、１４２は、図８−９に示すうように、２つのローラアセンブリ４８、５０の一方から離れて面する外周面上の各ローラアセンブリ４８、５０の外側ケースに載置されている。案内作動装置１３８は、第１の位置および第２の位置の間で、第１のガイド部材１１４を動かしてもよい。供給作動装置１４０は、第１および第２の供給ローラ１２８、１３０の少なくとも１つを回転させ、第１および第２の供給ローラ１２８、１３０の一方を、第１および第２の供給ローラ１２８、１３０の他方に向かって、または、離れるように動かしてもよい。切断作動装置１４２は、切断機構１３４を閉じたり、開いたりしてもよい。] 図１１ 図８
[0034] プレースメント成形ヘッド２０の制御システムは、電気シグナルを受信および送信するために、従来公知のシステムを用いればよい。制御システムは、作動装置４０−４６、１３８−１４２、およびローラアセンブリ４８−６２と通信するようにプログラム可能である。制御システムは、他の作動アセンブリとは独立して、アセンブリを作動させ、これにより、３直線的および３回転的までの６自由度まで、各ローラアセンブリを独立して動かしてもよい。例えば、各ローラアセンブリは、各Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿った両方向に直線的に、さらに、Ｘ軸、Ｙ軸、および／またはＺ軸の周りを回転的に動いてもよい。制御システムは、材料１２またはローラアセンブリ内のエラーのために、個別に各ローラアセンブリをモニターする。]
[0035] 例示する形態においては、制御システムは、他の作動装置アセンブリ４２−４６とは独立して、図１０に示すように、第１軸の周りを第１の１組のローラアセンブリ４８、５０が回動するように、作動装置のアセンブリ４０の回動作動装置８２に指示を与えてもよい。回動作動装置８２は、第１の１組のローラアセンブリ４８、５０を、第１軸を中心に前後に約６０度回動させてもよい。制御システムは、図８−９に示すように、第２軸の周りを回転するために、回転作動装置８６に指示を与え、これにより、プレースメント成形ヘッド２０の他の組みのローラアセンブリとは異なる方向に、第１の１組のローラアセンブリ４８、５０を回転させてもよい。第１軸は、第２軸に対して略垂直である。] 図１０ 図８
[0036] 様々な形態において、制御システムは、ローラアセンブリ４８−６２の少なくとも１つに、プレースメント成形ヘッド２０の他のローラアセンブリ４８−６２とは独立して、他のローラアセンブリの少なくとも１つよりも支持台２２から近くまたは遠くにスライドするように指示を与えてもよい。例えば、第１の１組のローラアセンブリ４８、５０の第２のロッド９２は、支持台２２から離れるようにローラアセンブリ５０をスライドさせるために、制御システムによって指示されてもよく、これにより、図６−７に示すように、ローラアセンブリ４８より支持台２２から遠くに離れるようにローラアセンブリ５０が展開する。次いで、制御システムは、支持台２２に近い位置に戻るように、ローラアセンブリ５０をスライドさせるために、第２のロッド９２に指示を与えてもよい。さらに、制御システムは、略同時に、支持台２２から近くまたは遠くにスライドさせるために、第１の１組のローラアセンブリ４８、５０の両方のローラに指示を与えてもよい。] 図６
[0037] ローラアセンブリ４８−６２の独立制御および動作は、動作のマルチ方向の個別自由度が、ローラアセンブリに、表面１４のタイトな円弧や複雑な形状をより良くさせるので、従来公知の材料当接方法よりもより効率的および効果的に、表面１４上に材料１２を均一に圧密化させる。]
[0038] ローラアセンブリ４８−６２の独立した制御や動作の方法は、プレースメント成形ヘッド２０の複数のローラアセンブリから複数の材料１２の一部分を供給するステップ；材料１２の一部分が表面１４上の隣接パスに当接されるように、複数のローラアッセンブリと共に、表面１４に複数の材料１２の一部分を略同時に当接するステップ；および、図２−３に示すように、各ローラアセンブリが、表面１４に材料を分配し、かつ圧密化するために、他のローラアセンブリと独立して、６自由度において動くステップで成る。] 図２
[0039] 例えば、図６−７に示すように、本発明の方法は、表面１４に材料１２を当接するために、少なくとも１つの圧密化ローラを、他の圧密化ローラと独立して、プレースメント成形ヘッド２０の支持台２２の近くの位置とプレースメント成形ヘッド２０の支持台２２から離れた位置との間で動かすステップを有してもよい。図８−１０に示すように、本発明の方法は、さらに、第２軸が第１軸に対して略垂直であり、第１軸の周りを少なくとも１つのローラアセンブリ５０が回動するステップと、第２軸の周りを同じローラアセンブリ５０が回転するステップとを有してもよい。] 図６ 図８
[0040] 本発明の方法は、さらに、ローラアセンブリ４８−６２の少なくとも１つを、支持台２２に対して、他のローラアセンブリとは異なる角度で傾けるステップを有してもよい。本発明の方法は、さらに、ローラアセンブリの少なくとも１つを、表面１４に対して−９０°傾けるステップを有してもよい。加えて、本発明の方法は、隣接しているローラアセンブリ４８−６２またはローラアッセンブリのペアが互い違いに配置されるステップ、および、表面１４の隣接パスに沿ってローラアセンブリ４８−６２を略同時に動かすステップで成ってもよい。]
[0041] 本発明の他の方法は、ローラアセンブリ４８−６２またはプレースメント成形ヘッドを１８０度回転させること無しに、表面１４の両方向に、材料１２を分配し、かつ圧密化させる。この方法は、図１５−１８に示すように、第１の位置にローラアセンブリ４０の第１のガイド部材１１４を動かすステップと、材料１２が圧密化ローラ６６の第１側面の最も近くの第２のガイド部材１２０と係合するように、第１のガイド部材１１４から材料１２を供給するステップと、圧密化ローラ６６が材料１２を表面１４に対して押圧するように、表面１４に対して圧密化ローラ６６を付勢するステップと、圧密化ローラおよび表面１４の一方を、圧密化ローラ６６および表面１４の他方に対する第１の方向に動かし、これによって、図１５に示すように、第１の方向に沿って、表面１４上に材料１２を分配し、かつ圧密化するステップとで成る。] 図１５
[0042] 本発明の方法は、さらに、材料１２が、圧密化ローラ６６の第２側面の最も近くの第３のガイド部材１２０と係合するように、第１のガイド部材１１４から材料１２を供給するステップと、圧密化ローラ６６が材料１２を表面１４に対して押圧するように、表面１４に対して圧密化ローラ６６を付勢するステップと、圧密化ローラおよび表面１４の一方を、圧密化ローラ６６および表面１４の他方に対する第２の方向に動かし、これによって、図１８に示すように、第２の方向に沿って、表面１４上に材料１２を分配し、かつ圧密化するステップとで成る。] 図１８
[0043] 本発明の方法は、さらに、互いの間に介挿された材料１２と共に、互いに対して、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０を編移するステップと、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０の少なくとも１つを回転させて、これにより、第４のガイド部材１３２、開口している切断機構１３４、第１のガイド部材１１４、および第２のガイド部材１２０から、共同で、材料１２を供給するステップとで成ってもよい。材料１２が、圧密化ローラ６６および表面１４と係合する際には、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０の一方を、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０のもう一方から離れて動かすことによって、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０は材料１２を離してもよい。そして、材料１２は、前記第１方向において、表面１４に分配し、かつ圧密化されてもよい。]
[0044] 図１６に示すように、本発明の方法は、材料１２が、第１の方向おいて、表面１４のあらかじめ決められた部分に圧密化された際に、切断機構１３４で、材料１２を切断するステップで成ってもよい。材料１２を切断した後、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０の少なくとも１つは、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０のもう一方に向かって動かされ、図１６に示すように、互いの間に介挿された材料１２と共に、第１供給ローラ１２８が第２供給ローラ３０に対して偏移している。図１７に示すように、本発明の方法は、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０の少なくとも１つを回転させるステップと、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０の両方を、開口している切断機構１３４、第１のガイド部材１１４、そして、第３のガイド部材１２４に材料１２を供給するために、互いに向かって回転させるステップとを含んでもよい。材料１２は、一旦、圧密化ローラ６６および表面１４の両方に固定され、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０の少なくとも一方が、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０のもう一方から離間し、これにより、材料１２の係合が解かれてもよい。材料１２は、図１８に示すように、第２の方向において、表面１４上に分配し、かつ圧密化される。] 図１６ 図１７ 図１８
[0045] 本発明は、添付の図面に描かれる実施形態を参照して説明したが、クレームに記載されている本発明の範囲から逸脱したものでなければ、これを鑑みて、同様のものやその他のものを用いることができる。例えば、様々な形態においては、上述した本発明のローラアセンブリ４８−６２は、様々な表面に材料をプレースメント成形するために適したいかなるローラを用いることもできる。さらに、各プレースメント成形ヘッド２０のローラアセンブリ、圧密化ローラ、および、作動装置のアセンブリは、図６−２１に示すように構成され作動すればよい。
従って、上述した本発明の実施形態を有し、特許証によって保護される上述および新たな特許請求の範囲は、以下である。] 図６

权利要求:

請求項1
表面に材料を当接させるプレースメント成形ヘッドであって、支持台と、前記支持台によって支持され、前記表面の第１のパスに沿って前記材料の第１の部分を当接させる第１のローラと、前記支持台によって支持され、前記表面の第２のパスに沿って前記材料の第２の部分を当接させる第２のローラと、前記第１のローラを、前記第２のローラと独立して、前記支持台に対して動かし、これにより、前記支持台と前記第１のパスとの間の第１の距離が前記支持台と前記第２のパスとの間の第２の距離に対して変化するとき、前記第１のローラおよび前記第２のローラの両方を前記表面に接触させた状態のままに維持する第１の作動装置と、を有することを特徴とするプレースメント成形ヘッド。
請求項2
前記第１のパスは、前記第２のパスに実質的に隣接している請求項１に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項3
前記第１のローラは、前記第２のローラと実質的に並んで、かつ隣接して位置している請求項１に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項4
前記第１のローラは、前記第２のローラの前方に位置している請求項１に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項5
前記第１のローラは、前記第１のローラと前記第２のローラとの間の距離が、１／１６インチから２０インチまでの範囲内となるように位置している請求項４に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項6
前記第１の作動装置は、前記支持台に近い第１の位置と前記支持台から離れている第２の位置との間において前記第１ローラを動かし、前記第１ローラを、第１軸の周りに回動させ、前記第１軸と実質的に直交する第２軸の周りに回転させる請求項１に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項7
さらに、前記第１ローラと独立して、前記支持台に対して、前記第２ローラを動かす第２の作動装置を有する請求項１のプレースメント成形ヘッド。
請求項8
さらに、前記支持台に支持され、前記表面の第３のパスに沿って前記材料の第３の部分を当接させる第３のローラと、前記第１および第２のローラと独立して、前記支持台に対して前記第３のローラを動かす第３の作動装置と、を有する請求項７に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項9
前記第１のパスは、前記第２パスの第１の端部に実質的に隣接し、前記第３のパスは、前記第２のパスの第２の端部に実質的に隣接し、前記第１および第３のローラは、前記第２のローラの前方に位置する請求項８に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項10
前記支持台は、前記第１のローラおよび前記第２のローラを支持する実質的に平坦な表面を有する請求項１に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項11
表面に複数の長さの材料を当接させるプレースメント成形ヘッドであって、支持台と、前記支持台に支持され、前記表面の第１のパスに沿って第１の長さの前記材料を当接させる第１のローラを含む第１のローラアセンブリと、前記支持台に支持され、前記表面の第２のパスに沿って第２の長さの前記材料を当接させる第２のローラを含む第２のローラアセンブリと、前記支持台に支持され、前記表面の第３のパスに沿って第２の長さの前記材料を当接させる第３のローラを含む第３のローラアセンブリと、前記第２および第３のローラアセンブリとは独立して、前記支持台に対して前記第１のローラを動かす第１の作動装置と、前記第１および第３のローラアセンブリとは独立して、前記支持台に対して前記第２のローラを動かす第２の作動装置と、前記第１および第２のローラアセンブリとは独立して、前記支持台に対して前記第３のローラを動かす第３の作動装置と、を有し、前記第１の作動装置は、前記第２および第３のローラアセンブリとは独立して、６自由度で、第１のローラアセンブリを動かし、前記第２の作動装置は、前記第１および第３のローラアセンブリとは独立して、６自由度で、第２のローラアセンブリを動かし、前記第３の作動装置は、前記第１および第２のローラアセンブリとは独立して、６自由度で、第３のローラアセンブリを動かすことを特徴とするプレースメント成形ヘッド。
請求項12
前記第１のローラアセンブリ、前記第２のローラアセンブリ、および、前記第３のローラアセンブリは、前記複数の長さの前記材料を実質的に同時に当接させる請求項１１に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項13
各ローラアセンブリは、外周面を持つ第１ローラと、第１端と第２端とを有し、第１の位置および第２の位置との間を移動可能である第１のガイド部材と、前記第１のローラの外周面の第１の部分に概略続く第１のガイド表面が存在する第２のガイド部材と、前記第１のローラの外周面の第２の部分に概略続く第２のガイド表面が存在する第３のガイド部材と、を有し、前記第１のガイド部材の前記第１端は、前記第１ガイド部材が前記第１の位置にあるとき、前記第２のガイド部材の最も近くにあり、前記第１のガイド部材が前記第２の位置にあるとき、前記第１のガイド部材の最も近くにある請求項１１に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項14
前記第１のローラは、実質的に可鍛性の材料製であり、前記第１のローラの外周面は、前記第１のローラの回転軸から最も離れた前記外周面の一部分が第１端部と第２端部との略中間となるように、前記第１端部と前記第２端部との間に実質的に被せられている請求項１３に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項15
表面に材料を当接させる材料プレースメント成形システムであって、フレームと、支持台、該支持台に支持され、それぞれが前記表面の一部分に前記材料の一部分を当接させるように動作可能な複数のローラアセンブリ、および他のローラアセンブリと独立して、前記支持台に対して前記複数のローラアセンブリの少なくとも１つを動かすローラアセンブリ作動装置を有し、前記フレームによって支持される材料プレースメント成形ヘッドと、前記フレームに対して、前記材料プレースメント成形ヘッドを動かすヘッド作動装置と、前記ローラアセンブリ作動装置を制御する制御システムと、を有することを特徴とする材料プレースメント成形システム。
請求項16
前記複数のローラアセンブリの少なくとも１つは、外周面を持つ第１ローラと、第１端と第２端とを有し、前記第１の位置および第２の位置との間を移動可能である第１のガイド部材と、前記第１のローラの外周面の第１部分に概略続く第１のガイド表面が存在する第２のガイド部材と、前記第１のローラの外周面の第２部分に概略続く第２のガイド表面が存在する第３のガイド部材と、を有し、前記第１のガイド部材の第１端は、前記第１のガイド部材が第１の位置にあるとき、前記第２のガイド部材の最も近くにあり、前記第１のガイド部材が前記第２の位置にあるとき、前記第１のガイド部材の最も近くにある請求項１５に記載の材料プレースメント成形システム。
請求項17
前記第１のローラの外周面は、前記第１のローラの回転軸から最も離れた外周面の一部分が第１端部と第２端部との略中間となるように、前記第１端部と前記第２端部との間に実質的に被せられ、前記第１のローラは、実質的に可鍛性の材料製である請求項１６に記載の材料プレースメント成形システム。
請求項18
各ローラアセンブリは、さらに、第２のローラと、前記第２のローラに対して偏移させられる第３のローラと、前記第２のローラと第３のローラとの少なくとも１つを回転させる第１の作動装置と、を有する請求項１６に記載の材料プレースメント成形システム。
請求項19
前記第１のガイド部材は、前記第１の位置および前記第２の位置に対する回動軸の周りを回動可能である請求項１６に記載の材料プレースメント成形システム。
請求項20
表面に複数の長さの材料を当接させるプレースメント成形ヘッドであって、支持台と、該支持台に支持され、各長さの前記材料が、前記複数の長さの前記材料の他の１つと実質的に隣接する前記表面に当接するように、各ローラが、前記表面の一部分に前記複数の長さの前記材料の１つを当接させるように動作可能である複数のローラと、他のローラアセンブリとは独立して、前記支持台に対して、前記複数のローラの少なくとも１つを動かす作動装置と、を有し、前記複数の長さの前記材料の各々は、１／１６インチから１インチまでの範囲内の幅を持つことを特徴とするプレースメント成形ヘッド。
請求項21
前記複数のローラアセンブリは、前記複数の長さの前記材料を、実質的に同時に当接させる請求項２０に記載のプレースメント成形ヘッド。
請求項22
表面に材料を分配し、かつ圧密化する方法は、プレースメント成形ヘッドの複数のローラに前記材料の複数の部分を供給するステップと、前記材料の前記複数の部分が前記表面の隣接している複数のパスに当接するように、前記複数のローラで、前記表面に前記材料の前記複数の部分を実質的に同時に当接させるステップと、前記表面に前記材料を当接させるために、他のローラアセンブリとは独立して、前記プレースメント成形ヘッドの支持台の近くの第１の位置と前記プレースメント成形ヘッドの前記支持台から離れた第２の位置との間で少なくとも１つのローラを動かすステップと、を有することを特徴とする表面に材料を分配し、かつ圧密化する方法。
請求項23
さらに、第１のローラアセンブリを第１軸の周りに回動させ、第１のローラアセンブリを、前記第１軸と実質的に直交する第２軸の周りに回転させる請求項２２に記載の方法。
請求項24
さらに、前記第１のローラと独立して、前記プレースメント成形ヘッドの少なくとも１つのローラアセンブリを、回動させる、または、回転させる請求項２３に記載の方法。
請求項25
前記複数のローラは、前記支持台に、互い違いの配置で結合される請求項２２に記載の方法。