JP2009506222A - フィラメント状の複合格子構造物を製造する機器、システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

格子構造物内に繊維を位置決めするよう構成された製織機構１０４と格子構造物内に繊維を保持するよう構成された形状保持構造物１０８とを備えた、複合格子構造物を製造するための機器、システム、及び方法が開示されている。製織機構１０４は、１つ以上のボビン３０４を含み、１つ以上のボビン３０４のそれぞれが、繊維を担持するよう構成される。製織機構１０４は、格子構造物内の繊維の位置を制御するために製織機構１０４の面全体に１つ以上のボビン３０４を動かすよう構成された複数のホーンギヤ３０２を含む。このような機器、システム、及び方法により、複合格子構造物を製造するプロセスが自動化され、このような構造物を製造するための既存の方法に伴う費用が削減されることが有益である。

Description

（関連出願との相互参照）
本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、デーヴィッド Ｗ．イェンセン（Ｄａｖｉｄ Ｗ．Ｊｅｎｓｅｎ）らによる「フィラメント巻線の格子構造物を製造する機器、システム、及び方法（Ａｐｐａｒａｔｕｓ，Ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｏｕｎｄ Ｌａｔｔｉｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）」と題された、米国仮出願第６０／７０８，５５８号明細書（２００５年８月１６日出願）の利益を主張するものである。

本発明は、フィラメント状の複合格子構造物の製造、より詳細には、製織構成部品、形状定義構成部品、及び硬化構成部品を使用する、フィラメント状の複合格子構造物の自動化された製造に関する。

民間、機械、及び航空宇宙の分野において、構造上効率的な構造物が常に追求されている。効率的なトラス構造物は、高い強度対重量比及び／又は高い剛性対重量比を有する構造物である。また効率的なトラス構造物は、比較的安価であり、製作及び組立てが容易であり、材料を無駄にしない構造物として説明することもできる。

高度な複合構造物が、構造上効率的な構造物を作るための多くの種類の適用形態に使用されている。これらの複合構造物のいくつかが、単位質量当りの強い支持力を有し、多くの荷重に耐えられる構造部材を作るのに使用されている。これらの複合構造物の一例が、ＩｓｏＴｒｕｓｓなどの格子構造物内に取り付けられた多くの直線部材を備えた、フィラメント状の複合構造物である。

これらのフィラメント状の複合格子構造物は、多面曲げ加工、座屈加工、軸方向荷重、及び組み合わせ荷重、及びねじれ加工の適用形態において、優れた重量対性能比を提供し得る。したがって、非常に貴重なものである。しかし、既存の方法を使用するこれらの構造物の製造には、大きな労働力を要し、時間がかかり、コストがかかる。

前述の議論より、フィラメント状の複合格子構造物を製造する機器、システム、及び方法が必要であることが明らかとなろう。このような機器、システム、及び方法により、フィラメント状の複合格子構造物を製造するプロセスが自動化され、このような構造物を製造するための既存の方法に伴う費用が削減されることが有益である。

本発明は、現在の当業界の技術の実態に対応するよう、特にフィラメント状の複合格子構造物を製造するための現在利用可能な方法によりまだ十分に解決されていない当業界における問題点及び必要性に対応するよう開発されたものである。したがって、本発明は、当業界における上記に論じた短所の多く又はすべてを克服する、フィラメント状の複合格子構造物を製造する機器、システム、及び方法を提供するよう開発されたものである。

フィラメント状の複合格子構造物を製造する機器には、フィラメント状の複合格子構造物を製織するステップと、フィラメント状の複合格子構造物の形状を定義するステップと、フィラメント状の複合格子構造物を製織機構から形状保持構造物へと遷移するステップとの、機能上必要なステップを実行するよう構成された複数のモジュールが設けられる。記述した実施形態におけるこれらのモジュールは、格子構造物内に繊維を位置決めするよう構成された製織機構と、格子構造物内に繊維を保持するよう構成された形状保持構造物と、製織機構から形状保持構造物へと繊維を移行するよう構成された遷移装置とを含む。

一実施形態においては、機器は、樹脂を形状保持構造物内に保持された繊維上で硬化させるよう構成された硬化装置をさらに備える。別の実施形態においては、機器は、フィラメント状の複合格子構造物内の繊維に樹脂を塗布するよう構成された樹脂含浸装置をさらに備える。さらなる実施形態においては、機器は、フィラメント状の複合格子構造物に軸方向の力を加えるよう構成された引取装置を含む。

機器の製織機構は、一実施形態においては、繊維を担持するボビンを製織機構の面全体に動かすよう構成された複数のホーンギヤを備える。さらなる実施形態においては、複数のホーンギヤの１つに取り付けられたモータが複数のホーンギヤを駆動するよう、複数のホーンギヤの１つ以上が複数のホーンギヤの隣接する１つ以上の上のスパーギヤによって駆動される。別の実施形態においては、複数のホーンギヤの１つ以上が、個々のモータによって駆動される。

機器の製織機構は、一実施形態においては、複数のホーンギヤの１つから複数のホーンギヤの隣接する１つにボビンを移行するよう構成された１つ以上のスイッチをさらに備える。別の実施形態においては、複数のホーンギヤの１つ以上は、繊維が開口部を通過できるよう構成された開口部をさらに有する。さらに別の実施形態においては、複数のホーンギヤの１つ以上は、製織機構から個々に取り外されるよう構成されたギヤ組立体をさらに備える。

フィラメント状の複合格子構造物を製造するための本発明のシステムも提示される。システムは、製織機構、形状保持構造物、及び制御モジュールとして具現化されることがある。特に、システムは、一実施形態においては、格子構造物内に繊維を位置決めするよう構成された製織機構と、１つ以上の取付機構を使用して格子構造物内に繊維を保持するよう構成された形状保持構造物と、製織機構を制御し、かつ格子構造物内の繊維の位置決めを指示するよう構成された制御モジュールとを含む。

システム内の１つ以上の取付機構は、一実施形態においては、所望の形態で格子構造物を保持するよう構成された１つ以上のフックをさらに含むことがある。別の実施形態においては、１つ以上の取付機構は、所望の形態で格子構造物を保持するよう構成された１つ以上のサーボ機構を含む。

一実施形態においては、システムによって製造されたフィラメント状の複合格子構造物内の区画寸法が調整可能であるよう、１つ以上の取付機構の相対位置が可変である。別の実施形態においては、システムによって製造されたフィラメント状の複合格子構造物の直径が調整可能であるよう、１つ以上の取付機構の相対位置が可変である。

システムは、一実施形態においては、フィラメント状の複合格子構造物が連続的に製造されるよう、システムがフィラメント状の複合格子構造物を製造するときに製織機構に対して動く１つ以上の取付機構を含む。別の実施形態においては、システムによって生産されたフィラメント状の複合格子が湾曲するよう、形状保持構造物が湾曲している。

フィラメント状の複合格子構造物を製造するための本発明の方法も提示される。本方法は、開示されている実施形態においては、実質的に、上述の機器及びシステムのオペレーションについて上記に提示した機能を行うのに必要なステップを含む。一実施形態においては、本方法は、製織機構を用いて格子構造物を形成するために繊維を位置決めすることと、組み立てられた格子構造物内の繊維を形状保持構造物に遷移することと、形状定義構成部品内の組み立てられた格子構造物の形状寸法を拘束することとを含む。

さらなる実施形態においては、本方法は、組み立てられた格子構造物内に樹脂を硬化させることを含む。本方法は、別の実施形態においては、引取装置を用いて繊維に張力をかけることを含むことがある。

本明細書全体における、特徴、利点、又は同様の用語についての記述は、本発明によって実現されるすべての特徴及び利点が、本発明の任意の１つの実施形態内に含まれている又は含まれるべきであることを意味するものではない。むしろ、特徴及び利点について述べた用語は、実施形態に関連して記述した特有の特徴、利点、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態内に含まれることを意味するものと理解されたい。したがって、本明細書全体における、特徴及び利点についての議論、及び同様の用語は、必ずしも同じ実施形態について記述したものではない。

さらに、本発明の、記述した特徴、利点、及び特性は、１つ以上の実施形態において任意の好適な方法で組み合わせられることがある。当業者なら、特定の実施形態の特有の特徴又は利点の１つ以上なしで、本発明が実践されることを認識されるであろう。他の場合には、本発明のすべての実施形態に必ずしも存在しない一定の実施形態における、さらなる特徴及び利点を認識されるであろう。

本発明のこれらの特徴及び利点が、以下の記述及び特許請求の範囲より十分に明らかとなろう。又は、以下に記載するように、本発明を実践することにより学習されるであろう。

本発明の利点を容易に理解するために、添付図面に例示されている特有の実施形態を参照しながら、上記に簡単に記述した本発明についてより具体的に記述する。これらの図面は本発明の代表的な実施形態のみを表したものであり、したがって、本発明の範囲を制限するものと考えてはならないことを理解したうえで、本発明について、添付図面を使用しながら、さらに具体的かつ詳細に記述し説明する。

本明細書に記述した機能ユニットの多くは、それらの実装形態の独立性をとりわけ強調するために、モジュールと称されている。たとえば、モジュールが、１つ以上の機械構成部品の組立体として、カスタムＶＬＳＩ回路又はゲートアレーを備えたハードウェア回路として、論理チップ、トランジスタ、又は他の個別部品などの標準量産品の半導体として実装されることがある。モジュールはまた、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プログラマブルアレー論理、プログラマブル論理回路などの、プログラマブルハードウェア装置内に実装されることがある。

モジュールはまた、様々な種類のプロセッサによって実行されるソフトウェア内に実装されることがある。実行用コードの識別されたモジュールが、たとえば、オブジェクト、手続き、又は関数として編成されるコンピュータ命令の１つ以上の物理ブロック又は論理ブロックを有することがある。しかし、識別されたモジュールの実行ファイルは、必ずしも物理的に一緒に置かれる必要はなく、異なる場所に格納されている本質的に異なる命令を有することがあり、論理的に結合される場合には、モジュールを備え、モジュールについての上記の目的を達成する。

実のところ、実行用コードのモジュールは、単一命令である場合もあれば多くの命令である場合もあり、異なるプログラムの間で、及びいくつかのメモリ素子全体に、いくつかの異なるコードセグメントに分散されることもある。同様に、本明細書においては、モジュール内で動作データが識別され例示され、任意の好適な形態で具現化され、任意の好適な種類のデータ構造内で編成されることがある。動作データは、単一データセットとして収集される場合もあれば、異なる記憶装置を含む異なる場所に分散される場合もあり、単にシステム又はネットワーク上の電子信号として少なくとも部分的に存在することがある。

本明細書全体における「一実施形態」、「実施形態」、又は同様の用語についての記述は、実施形態に関連して記述した特定の特徴、構造物、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態内に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体における、成句「一実施形態においては」、「実施形態においては」、及び同様の用語のすべてが、同じ実施形態についての記述である場合もあるが、必ずしもそうであるとは限らない。

信号を載せる媒体について、これは、信号を生成できる任意の形態をとり、これにより信号が生成される、又はこれによりデジタル処理機器上で機械読取可能命令のプログラムが実行されることがある。信号を載せる媒体は、伝送路、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、磁気テープ、ベルヌーイドライブ、磁気ディスク、せん孔カード、フラッシュメモリ、集積回路、又は他のデジタル処理機器のメモリ素子によって具現化されることがある。

さらに、本発明の、記述した特徴、構造物、又は特性は、１つ以上の実施形態において、任意の好適な方法で組み合わせられることがある。以下の記述において、本発明の実施形態の完全な理解のために、プログラミング、ソフトウェアモジュール、ユーザ選択、ネットワークトランザクション、データベースクエリ、データベース構造、ハードウェアモジュール、ハードウェア回路、ハードウェアチップなどの例のような、数々の特有の詳細事項が提供される。しかし、当業者なら、１つ以上の特有の詳細事項なしで、又は他の方法、構成部品、材料などを用いて、本発明が実践されることを認識されるであろう。他の場合には、本発明の態様が不明瞭になるのを回避するよう、周知の構造物、材料、又はオペレーションを詳細に示したり記述したりしていない。

複雑な複合構造物の製造のいくつかの基本的な特徴が、米国特許第２００４／０２４７８６６Ａ１号明細書（２００４年１２月９日公開）に記述されており、参照により本明細書に組み込まれている。

図１は、格子構造物を製造するためのシステム１００を例示している。システム１００は、一実施形態においては、格子構造物製造装置１０２と、製織機構１０４と、遷移装置１０６と、形状保持構造物１０８と、樹脂含浸装置１１０と、硬化装置１１２と、引取装置１１４と、制御モジュール１１６とを備えることがある。システム１００は、繊維から格子構造物を製造する。

格子構造物製造装置１０２は、一実施形態においては、製織機構１０４と、遷移装置１０６と、形状保持構造物１０８と、樹脂含浸装置１１０と、硬化装置１１２と、引取装置１１４とを備える。製織機構１０４は、格子構造物を構成する複数の繊維の相対位置を指示する。一実施形態においては、製織機構１０４は、複数の繊維を製織することがある。別の実施形態においては、製織機構１０４は、複数の繊維を編むことがある。さらに別の実施形態においては、製織機構１０４は、１つ以上の繊維の周りに１つ以上の繊維を巻き付けることがある。

当業者なら理解されるであろうが、多様な形態の製織機構１０４が、本発明の範囲内に含まれると考えるべきである。たとえば、一実施形態においては、製織機構１０４は、格子構造物の結合部で繊維を織り合わせ、織り合わせられていない結合部より強くかつより耐久性を有するようにすることがある。別の実施形態においては、製織機構１０４は、繊維を堅固なものにするのを助けるよう、格子構造物の直線要素の周りに繊維を巻き付けることがある。さらに別の実施形態においては、製織機構１０４は、ＩｓｏＴｒｕｓｓ、矩形の格子構造トラス、平らな格子構造パネルなどの多くの格子形態内に繊維を配置できることがある。

一実施形態においては、遷移装置１０６は、製織機構１０４から形状保持構造物１０８へと繊維を案内する。遷移装置１０６は、フック、留め金、案内装置などを備えることがある。遷移装置１０６は、正しい形状寸法への繊維の適切な遷移を確実にするよう働く。

形状保持構造物１０８は、一実施形態においては、遷移装置１０６から繊維を受け、格子構造物に適切な形状に繊維を保持する。形状保持構造物１０８は、格子構造物の形状寸法を拘束し、構造物の硬化中形状寸法を維持する。形状保持構造物１０８は、格子構造物が形成されるときに連続的に動作し、硬化された構造物の一部分を解放し、遷移装置１０６から格子構造物のさらなる未硬化の部分を受けるよう構成されることがある。一実施形態においては、形状保持構造物１０８は、フレーム内に保持され、かつ格子構造物に取り付けられた、フック、留め金、掴み具などを備えることがある。

当業者なら、多様な形態の形状保持構造物１０８が、本発明の範囲内に含まれると考えるべきであることを認識されるであろう。たとえば、一実施形態においては、形状保持構造物１０８は、マンドレルを備えることがある。別の実施形態においては、形状保持構造物１０８は、一体型の遷移装置１０６を含むことがある。別の実施形態においては、形状保持構造物１０８は、格子構造物の形状寸法を拘束するロボットアームを備えることがある。さらに別の実施形態においては、形状保持構造物１０８は、格子構造物が湾曲し得るような可変形状寸法を有するフレームを備えることがある。

樹脂含浸装置１１０は、格子構造物内の繊維に樹脂を塗布する。樹脂は、この後、硬化され、定位置に繊維を保持するための鋳型として働く。一実施形態においては、樹脂含浸装置１１０は、形状保持構造物１０８内に保持された繊維に樹脂を吹き付ける。

別の実施形態においては、樹脂含浸装置１１０は、製織機構１０４内の繊維に樹脂を塗布する。さらに別の実施形態においては、樹脂含浸装置は、遷移装置１０６内の繊維に樹脂を塗布する。別の実施形態においては、繊維は、樹脂で予め含浸されており（プリプレグ）、樹脂含浸装置１１０は含まれない。

硬化装置１１２は、一実施形態においては、形状保持構造物１０８によって保持された格子構造物内の樹脂を硬化させる。硬化装置１１２は、格子構造物が組み立てられるときに格子構造物内の樹脂を連続的に硬化させることがある。一実施形態においては、硬化装置１１２は、熱硬化機器を備えることがある。

当業者なら理解されるであろうが、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、多様な種類及び形態の硬化装置１１２が実装されることがある。たとえば、一実施形態においては、硬化装置１１２は、マイクロ波硬化機器を備えることがある。別の実施形態においては、硬化装置１１２は、紫外線光（ＵＶ）硬化機器を使用することがある。さらに別の実施形態においては、硬化装置１１２は、格子構造物内の樹脂を完全に硬化させることがある。別の実施形態においては、硬化装置１１２は、構造物の形状寸法を維持するよう、格子構造物の外部の層を硬化させることがある。

引取装置１１４は、一実施形態においては、格子構造物に軸方向の力を加える。軸方向の力は、格子構造物を通って製織機構１０４内の繊維へと平行移動することがある。引取装置１１４によって生成された軸方向の力は、構造物が次第に組み立てられていくときに格子構造物製造装置１０２から格子構造物を引き取り、格子構造物が組み立てられるときに繊維内の正しい張力を維持する。一実施形態においては、引取装置１１４は、格子構造物に取り付けられたケーブルの付いた電動ウインチを備える。

本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、多様な種類及び形態の引取装置１１２が実装されることを、当業者なら理解されるであろう。たとえば、一実施形態においては、引取装置１１２は、格子構造物に取り付けられたケーブルに取り付けられた重りを備える。別の実施形態においては、引取装置１１２は、格子構造物に加えられる、形状保持構造物１０８により加えられる張力を有する。

制御モジュール１１６は、一実施形態においては、格子構造物製造装置１０２の様々な構成部品に対して制御を行う。制御モジュール１１６は、製織機構１０４、遷移装置１０６、形状保持構造物１０８、樹脂含浸装置１１０、硬化装置１１２、及び／又は引取装置１１４の動き及び動作を制御するよう、ソフトウェアコード内に構成された計算装置を備えることがある。一実施形態においては、制御モジュール１１６は、ユーザが、格子構造物の形状寸法を選択又は設計し、その構造物を作るために格子構造物製造装置１０２の構成部品を調整し、所望の構造物が作られるときに格子構造物製造装置１０２の構成部品の作用を制御することができるよう構成されることがある。

図２は、フィラメント状の複合格子構造物を製造するための機器２００の一実施形態を例示する側面図である。機器２００は、製織機構１０４と、遷移装置１０６と、形状保持構造物１０８と、硬化装置１１２と、引取装置１１４とを備えることがある。また、複数の繊維２０２及び格子構造物２０４も例示されている。機器２００は、繊維から格子構造物を製造する。製織機構１０４、遷移装置１０６、形状保持構造物１０８、硬化装置１１２、及び引取装置１１４は、機能上、図１について上記で論じた同様の符号が付された要素と同様である。

複数の繊維２０２は、一実施形態においては、機器２００により格子構造物内に形成された繊維を有する。繊維２０２は、炭素、アラミド、ガラス繊維などの、複合構造物を作るのに使用される任意の繊維であり得る。一実施形態においては、繊維２０２は、機器２００に入る前に樹脂で含浸される。別の実施形態においては、繊維２０２は、機器２００に入る前に樹脂で含浸されない。

格子構造物２０４は、機器２００により複数の繊維２０２から形成される。一実施形態においては、格子構造物２０４は、ＩｓｏＴｒｕｓｓ構造物であり得る。別の実施形態においては、格子構造物２０４は、矩形の断面を有する格子構造トラスであり得る。さらに別の実施形態においては、格子構造物２０４は、平らな格子構造パネルであり得る。別の実施形態においては、格子構造物２０４は、湾曲した格子構造物であり得る。別の実施形態においては、格子構造物２０４は、先細りになった格子構造物であり得る。

図３は、製織機構３００の一実施形態を例示する正面図である。製織機構３００は、複数のホーンギヤ３０２と、１つ以上のボビンキャリヤ３０４とを備える。製織機構３００は、格子構造物内に繊維を位置決めするよう、製織機構３００の面全体の経路上で１つ以上のボビンキャリヤ３０４を移送する。

当業者なら理解されるであろうが、任意の数のホーンギヤ３０２を備え、かつ任意の形状で配置された製織機構３００の変形形態が、本発明の範囲及び趣旨内に含まれると考えられるべきである。図１は、正方形のパネル内に配置された１６のホーンギヤ３０２を含む製織機構３００を例示している。別の実施形態においては、製織機構３００は、数百ものホーンギヤ３０２を含むことがある。別の実施形態においては、ホーンギヤ３０２は、製織機構３００の面全体の円内に配置されることがある。

複数のホーンギヤ３０２は、一実施形態においては、それぞれ、１つ以上の刻み目３０６と、開口部３０８と、回転軸３１０とを有する。それぞれのホーンギヤ３０２が、その回転軸３１０の周りを回転し、刻み目３０６内のボビンキャリヤ３０４を担持することがある。ホーンギヤ３０２が、ボビンキャリヤ３０４を隣接するホーンギヤ３０２に移行することがある。ボビンキャリヤ３０４の移行は、整列した刻み目３０６を有する両方のホーンギヤ３０２及びスイッチ（図示せず）の方向に対応して発生することがある。これらの移行により、ボビンキャリヤ３０４が、製織機構３００の表面全体の経路に従って進むことがある。

複数のホーンギヤ３０２は、それぞれのホーンギヤ３０２がそれぞれの隣接するホーンギヤ３０２と同じ速度であるが反対方向に回転するようギヤ駆動されることがある。別の実施形態においては、それぞれのホーンギヤ３０２の回転は、別々に制御される。複数のホーンギヤ３０２は、１つ以上のモータによって駆動されることがある。

複数のホーンギヤ３０２は、それぞれ、回転軸３１０に開口部３０８を含むことがある。１つ以上の繊維が、開口部３０８を通過し、格子構造物内に組み込まれることがある。一実施形態においては、開口部３０８を通過する繊維は、格子構造物の長手方向の部材を形成する。開口部３０８を通過する繊維は、格子構造物の進行により開口部３０８を通って抜き取られることがある。

１つ以上のボビンキャリヤ３０４は、一実施形態においては、それぞれ、製織機構３００を横切るときに繊維のボビンを担持することがある。繊維は、ボビンから抜き取られ、ボビンキャリヤ３０４の動き及び格子構造物の進行により格子構造物内に配置されることがある。ボビンキャリヤ３０４が製織機構３００全体に動くときに、繊維が、編まれる、製織される、及び／又は互いの周りに巻き付けられることがある。

図４は、製織機構４００の一実施形態を例示する正面図である。製織機構４００は、複数のホーンギヤ３０２と、１つ以上のボビンキャリヤ３０４と、１つ以上のスイッチ４０２とを備える。製織機構４００は、格子構造物内に繊維を位置決めするよう、製織機構４００の面全体の経路上で１つ以上のボビンキャリヤ３０４を移送する。

一実施形態においては、複数のホーンギヤ３０２及び１つ以上のボビンキャリヤ３０４は、図３について上述した同様の符号が付された構成部品と同様の方法で構成されることが好ましい。１つ以上のスイッチ４０２は、ホーンギヤ３０２の間でボビンキャリヤ３０４を移行するよう指示する。一実施形態においては、スイッチ４０２は、ホーンギヤ３０２の間の境界面に置かれる。

一実施形態においては、１つ以上のスイッチ４０２は、移行状態と連続状態との間を切り換える、可変形状寸法の案内装置を備える。移行状態においてスイッチ４０２を横切るボビンキャリヤ３０４が、隣接するホーンギヤ３０２に移行される。連続状態においてスイッチ４０２を横切るボビンキャリヤ３０４が、その現在のホーンギヤ３０２上を引き続き走行する。

１つ以上のスイッチ４０２は、ソレノイドにより移行状態と連続状態との間で切り換えられることがある。別の実施形態においては、１つ以上のスイッチ４０２は、モータにより切り換えられることがある。別の実施形態においては、１つ以上のスイッチ４０２は、空気圧で切り換えられることがある。

図５は、ギヤ組立体５００の一実施形態を例示する側面断面図である。ギヤ組立体５００は、ホーンギヤ３０２と、製織機構表面５０２と、車軸５０４と、駆動ギヤ５０６とを備える。ギヤ組立体５００は、製織機構内のホーンギヤ３０２の回転を制御する。

一実施形態においては、ホーンギヤ３０２は、開口部３０８と回転軸３１０とを含む。ホーンギヤ３０２、開口部３０８、及び回転軸３１０は、図３について上述した同様の符号が付された構成部品と同様の方法で構成されることが好ましい。ホーンギヤ３０２は、回転軸３１０の周りを回転し、製織機構３００全体に１つ以上のボビンキャリヤ３０４を担持することがある。

製織機構表面５０２は、一実施形態においては、ボビンキャリヤが滑動するための表面を提供する。一実施形態においては、製織機構表面５０２は、それぞれのギヤ組立体５００が保全及び修理のときに製織機構から取り外されるよう区分化される。ギヤ組立体５００は、取り外すときにホーンギヤ３０２の方に滑動することがある。別の実施形態においては、ギヤ組立体５００は、取り外すときに駆動ギヤ５０６の方に滑動することがある。さらに別の実施形態においては、分割された製織機構表面５０２は、締め具により、隣接する製織機構表面５０２に、取り外し可能なように取り付けられることがある。

車軸５０４は、一実施形態においては、ホーンギヤ３０２に取り付けられ、共通の回転軸３１０をホーンギヤ３０２と共用することがある。車軸５０４は、駆動ギヤ５０６からホーンギヤ３０２へ動きを平行移動させる。別の実施形態においては、車軸５０４は、中空であり、開口部３０８を作る。格子構造物を形成するのに使用される繊維が、開口部３０８を通過することがある。車軸５０４は、スチール、アルミニウム、合金、プラスチック、複合材料などの、駆動ギヤ５０６からホーンギヤ３０２へと力を移行するのに十分強くかつ硬い材料から作られることがある。

駆動ギヤ５０６は、一実施形態においては、車軸５０４に取り付けられ、共通の回転軸を車軸５０４及びホーンギヤ３０２と共用することがある。駆動ギヤ５０６は、隣接するギヤ組立体５００内の隣接する駆動ギヤ５０６と噛み合うスパーギヤであり得る。駆動ギヤ５０６は、隣接する駆動ギヤ５０６によって駆動されることがある。駆動ギヤ５０６は、隣接する駆動ギヤ５０６を駆動することがある。駆動ギヤ５０６は、ホーンギヤ３０２を駆動するよう回転運動を車軸５０４に移行する。駆動ギヤ５０６は、スチール、アルミニウム、合金、プラスチック、複合材料などの、回転運動を移行するのに十分に強く硬い、かつ十分な耐久性を有する材料から作られることがある。

当業者なら理解されるであろうが、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、多様な形態の駆動ギヤ５０６が用いられることがある。たとえば、一実施形態においては、駆動ギヤ５０６は、モータにより別々に駆動されることがある。別の実施形態においては、駆動ギヤ５０６は、ベルトによって駆動されることがある。

図６は、ボビンキャリヤ６００の一実施形態を例示する側面図である。ボビンキャリヤ６００は、ボビン６０２と、ホーンギヤ境界面６０４と、トラック案内装置６０６とを備える。ボビンキャリヤ６００は、製織機構表面５０２全体にホーンギヤ３０２によって移送され、格子構造物を作るために繊維がボビン６０２から抜き取られるときに繊維のボビンを担持する。

一実施形態においては、ボビン６０２は、ボビン４０２から抜き取られた１束の繊維で巻き付けられる。ボビン６０２は、ボビンキャリヤ６００から取り外し可能であり得る。別の実施形態においては、ボビン６０２は、ボビンキャリヤ６００と一体である。別の実施形態においては、ボビン６０２は、２束以上の繊維を担持する。

ホーンギヤ境界面６０４は、一実施形態においては、製織機構内のホーンギヤ３０２上の刻み目に合った形状を有する。ホーンギヤ境界面６０４により、ボビンキャリヤ３００が動くときに、ボビンキャリヤ３００が回転するホーンギヤ３０２に確実に載ることが可能となる。一実施形態においては、ホーンギヤ境界面６０４は、円形の断面積を有することがあり、これにより、ホーンギヤ３０２の刻み目内に任意の回転配向が可能となる。別の実施形態においては、ホーンギヤ境界面６０４は、ある形状の断面積を有することがあり、これにより、ホーンギヤ３０２の刻み目内に特有の回転配向が可能となる。

トラック案内装置６０６は、一実施形態においては、製織機構表面５０２上のトラックと連結し、ボビンキャリヤ６００の動きを案内する。トラック案内装置６０６は、ホーンギヤの間のボビンキャリヤの移行を制御するよう、スイッチと相互作用することがある。

図７は、形状保持構造物７００の一実施形態を例示している。形状保持構造物７００は、フレーム７０２と、１つ以上の取付機構７０４とを備える。形状保持構造物７００は、硬化格子構造物７０６の形状寸法を拘束する。

一実施形態においては、フレーム７０２は、１つ以上の取付機構７０４のための土台となることがある。フレーム７０２は、格子構造物７０６が組み立てられるときに静止したままであり、これにより、１つ以上の取付機構７０４が、格子構造物７０６と共に走行することが可能となる。代替実施形態においては、フレーム７０２は、組み立てられるときに格子構造物７０６と共に走行することがある。一実施形態においては、フレーム７０２は、格子構造物７０６の周りに配置された１つ以上のレールを備えることがある。

当業者なら理解されるであろうが、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、多様な種類及び形態のフレーム７０２が実装されることがある。たとえば、一実施形態においては、フレーム７０２は、格子構造物７０６を取り囲む１つ以上のリングを備えることがある。別の実施形態においては、フレーム７０２は、格子構造物７０６の周りに配置された１つ以上のトラックを有することがある。別の実施形態においては、フレーム７０２は、１つ以上の取付機構７０４を制御するためのアクチュエータが取付けられた土台を備えることがある。

一実施形態においては、フレーム７０２は、格子構造物７０６の直径７０８が変えられるよう調整可能である。別の実施形態においては、フレーム７０２は、格子構造物７０６の区画寸法７１０が変えられるよう調整可能である。別の実施形態においては、直径７０８及び／又は区画寸法７１０は、格子構造物７０６の組み立てプロセス中に変えられることがある。

別の実施形態においては、フレーム７０２は、格子構造物７０６が曲がった又は湾曲した位置に保持されるよう調整可能であり得る。フレーム７０２は、別の実施形態においては、ＩｓｏＴｒｕｓｓ形態で格子構造物７０６を保持するよう構成されることがある。別の実施形態においては、フレーム７０２は、平らなパネル形態で格子構造物７０６を保持するよう構成されることがある。別の実施形態においては、フレーム７０２は、矩形の断面形態で格子構造物７０６を保持するよう構成されることがある。

１つ以上の取付機構７０４は、格子構造物７０６に取り付けられ、格子構造物７０６の形状寸法を拘束する。格子構造物７０６は、硬化中、ある形状に保持される。一実施形態においては、１つ以上の取付機構７０４は、フレーム７０２に接続されたフックである。

当業者なら理解されるであろうが、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、多様な種類及び形態の１つ以上の取付機構７０４が用いられることがある。たとえば、一実施形態においては、１つ以上の取付機構７０４は、掴み具機構を備えることがある。別の実施形態においては、１つ以上の取付機構７０４は、格子構造物７０６の拘束及び解放を可能にする、可変形状寸法機構を備えることがある。別の実施形態においては、１つ以上の取付機構７０４は、制御可能なサーボ機構を備えた１つ以上のロボットアームを備えることがある。

別の実施形態においては、１つ以上の取付機構７０４は、格子構造物７０６の直径７０８が変えられるよう調整可能であり得る。別の実施形態においては、１つ以上の取付機構７０４は、格子構造物７０６の区画寸法７１０が変えられるよう調整可能であり得る。別の実施形態においては、直径７０８及び／又は区画寸法７１０は、格子構造物７０６の組み立てプロセス中に変えられることがある。

一実施形態においては、形状保持構造物７００は、引取装置として働くことがある。形状保持構造物７００は、製造プロセスにおいて繊維内に張力を与えることがある。形状保持構造物７００はまた、格子構造物７０６が組み立てられるときに、ボビンから繊維を抜き取り、製織機構から離れる方に格子構造物７０６を動かすことがある。

図８は、遷移装置８００の一実施形態を例示する側面図である。遷移装置８００は、１つ以上の遷移歯車８０２を備える。遷移装置８００は、製織機構１０４から形状保持構造物１０８へ繊維を案内する。１つ以上の遷移歯車８０２は、それぞれ、ハブ８０４と、１つ以上のフック８０６とを含むことがある。ハブ８０２は、一実施形態においては、回転して、１つ以上のフック８０６を取り付ける。１つ以上のフック８０６は、一実施形態においては、ハブ８０４が回転するときに製織機構１０４からの繊維と係合する。１つ以上のフック８０６は、形状保持構造物１０８に対して所定の配向に繊維を担持することがある。一実施形態においては、１つ以上のフック８０６は、形状保持構造物１０８の繊維との係合に対応して繊維を解放することがある。

当業者なら理解されるであろうが、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、多様な種類及び形態の遷移装置８００が利用されることがある。たとえば、遷移装置８００は、一実施形態においては、繊維と係合して、繊維を形状保持構造物１０８に渡すよう構成された、１つ以上のサーボ駆動されるアクチュエータを備えることがある。別の実施形態においては、遷移装置８００は、製織機構１０４から形状保持構造物１０８への所定の経路上に繊維を担持するよう構成された四棒リンク機構を含むことがある。

以下の概略流れ図は、論理流れ図を全体的に記載している。したがって、表されている順序及び名前が付けられたステップは、提示されている方法の一実施形態を示している。例示されている方法の、１つ以上のステップ又はその１部分と、機能、論理、又は効果の点で等価である、他のステップ及び方法が考えられよう。さらに、用いられている形式及び記号は、本方法の論理ステップを説明するためのものであり、本方法の範囲を制限するものではないことを理解されたい。流れ図内には様々な矢印の種類及びラインの種類が用いられているが、これに対応する方法の範囲を制限するものではないことを理解されたい。実のところ、本方法の論理の流れを示すのに、いくつかの矢印又は他の接続線が使用されることがある。たとえば、矢印は、表されている方法の列挙されたステップの間の、不特定の持続時間の待ち時間又は監視時間を示すことがある。さらに、特定の方法が発生する順序は、これに対応する、示されているステップの順序に忠実に従っている場合もあれば、従っていない場合もある。

図９は、格子構造物を製造する方法９００を例示している。最初に、繊維束が、製造機器内に配置される９０２。選択された実施形態においては、繊維が、ホーンギヤ３０２内の開口部３０８内を通される、又はボビンキャリヤ３０４上のボビン６０２に置かれることがある。繊維の所望の配置は、作られる格子構造物によって決まることがある。

次に、繊維は、引取装置に取り付けられる９０４。繊維は、引取装置に結び付けられることがある。別の実施形態においては、繊維は、締め具により引取装置に取り付けられる。次に、引取装置により、繊維に張力がかけられる９０６。引取装置によって加えられた張力が、繊維を定位置に保持する。張力はまた、機器から繊維を抜き取ることがある。別の実施形態においては、張力は、機器から組み立てられた格子構造物を抜き取る。

次に、繊維は、製織機構によって位置決めされる９０８。繊維は、横に並んで配置される、他の繊維の周りに巻き付けられる、共に製織される、及び／又は製織機構により共に編まれることがある。繊維の位置決めは、格子構造物を形成するために所望の形態で繊維を配置するよう、製織機構によって制御されることがある。

次に、組み立てられた格子構造物は、形状保持構造物に遷移される９１０。格子構造物は、案内装置及び／又は取付機構７０４上に置かれることがある。

次に、格子構造物の形状寸法が、形状保持構造物によって拘束される９１２。形状保持構造物は、構造物が柔軟である間、所望の形状及び形態で格子構造物を保持する。形状保持構造物はまた、繊維に張力を加えることがある。

次に、格子構造物内の樹脂が硬化される９１４。形状保持構造物内に保持された柔軟な構造物が、硬化プロセスにより強固にされる。樹脂は、熱プロセス、マイクロ波プロセス、紫外線プロセスなどによって硬化されることがある。一実施形態においては、樹脂は、形状保持構造物内で十分に硬化されることがある。別の実施形態においては、樹脂は、形状保持構造物内で部分的に硬化されることがある。

次に、格子構造物は、形状保持構造物から解放される９１６。構造物は、１つ以上の可変形状寸法の取付機構７０４の作用によって解放されることがある。別の実施形態においては、構造物は、１つ以上の取付機構７０４における張力を解放しつつ解放されることがある。

本発明は、本発明の趣旨又は本質的な特性から逸脱することなく、他の特有の形態で具現化されることがある。記述した実施形態は、すべての点において単なる例示であり、制限的なものではないと考えるべきである。したがって、本発明の範囲は、上記の記述ではなく、特許請求の範囲に示されている。特許請求の範囲の等価物の意味及び範囲内に含まれるすべての変更は、本発明の範囲内に包含される。

本発明に従ってフィラメント状の複合格子構造物を製造するためのシステムの一実施形態を例示する概略ブロック図である。 本発明に従ってフィラメント状の複合格子構造物を製造するための機器の一実施形態を例示する側面図である。 本発明による製織機構機器の一実施形態を例示する正面図である。 本発明による製織機構機器の一実施形態を例示する正面図である。 本発明によるギヤ組立体機器の一実施形態を例示する切り欠き側面図である。 本発明によるボビンキャリヤ機器の一実施形態を例示する側面図である。 本発明による形状保持構造物機器の一実施形態を例示する側面図である。 本発明による遷移装置機器の一実施形態を例示する側面図である。 本発明によるフィラメント状の複合格子構造物を製造する方法の一実施形態を例示する概略流れ図である。

Claims (20)

1. フィラメント状の複合格子構造物を製造するための機器において、
   前記機器が、格子構造物内に繊維を位置決めするよう構成された製織機構を備え、前記製織機構が、
   それぞれが繊維を担持するよう構成された１つ以上のボビンと、
   前記格子構造物内の前記１つ以上のボビンによって担持される前記繊維の位置を制御するために、前記製織機構の面全体に前記１つ以上のボビンを動かすよう構成された複数のホーンギヤとを備え、
   さらに前記機器が、前記格子構造物が強固な状態に硬化されるまで、格子構造物内に前記繊維を保持するよう構成された形状保持構造物を備える、機器。
2. 前記形状保持構造物内に保持された前記繊維上に樹脂を硬化させるよう構成された硬化装置をさらに備える、請求項１に記載の機器。
3. 前記フィラメント状の複合格子構造物内の前記繊維に樹脂を塗布するよう構成された樹脂含浸装置をさらに備える、請求項１に記載の機器。
4. 前記フィラメント状の複合格子構造物に軸方向の力を加えるよう構成された引取装置をさらに備える、請求項１に記載の機器。
5. 前記複数のホーンギヤの１つ以上が、前記複数のホーンギヤの１つに取り付けられたモータが前記複数のホーンギヤを駆動するよう、前記複数のホーンギヤの隣接する１つ以上の上のスパーギヤによって駆動される、請求項１に記載の機器。
6. 前記複数のホーンギヤの１つ以上が、個々のモータによって駆動される、請求項１に記載の機器。
7. 前記製織機構が、前記複数のホーンギヤの１つから前記複数のホーンギヤの隣接する１つに前記ボビンを移行するよう構成された１つ以上のスイッチをさらに備える、請求項１に記載の機器。
8. 前記複数のホーンギヤの１つ以上が、繊維が開口部を通過できるよう構成された開口部をさらに有する、請求項１に記載の機器。
9. 前記複数のホーンギヤの１つ以上が、前記製織機構から個々に取り外されるよう構成されたギヤ組立体をさらに備える、請求項１に記載の機器。
10. 前記製織機構から前記形状保持構造物に繊維を移行するよう構成された遷移装置をさらに備える、請求項１に記載の機器。
11. フィラメント状の複合格子構造物を製造するためのシステムにおいて、
    前記システムが、格子構造物内に繊維を位置決めするよう構成された製織機構を備え、前記製織機構が
    それぞれが繊維を担持するよう構成された１つ以上のボビンと、
    前記格子構造物内の前記１つ以上のボビンによって担持される前記繊維の位置を制御するために、前記製織機構の面全体に前記１つ以上のボビンを動かすよう構成された複数のホーンギヤとを備え、
    さらに前記システムが、１つ以上の取付機構を使用して格子構造物内に前記繊維を保持するよう構成された形状保持構造物と、
    前記製織機構を制御し、かつ前記格子構造物内の前記繊維の位置決めを指示するよう構成された制御モジュールとを備える、システム。
12. 前記１つ以上の取付機構が、所望の形態で前記格子構造物を保持するよう構成された１つ以上のフックを備える、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記１つ以上の取付機構が、所望の形態で前記格子構造物を保持するよう構成された１つ以上のサーボ機構を備える、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記１つ以上の取付機構の相対位置が、前記システムによって製造されたフィラメント状の複合格子構造物の区画寸法が調整可能であるよう可変である、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記１つ以上の取付機構の相対位置が、前記システムによって製造されたフィラメント状の複合格子構造物の直径が調整可能であるよう可変である、請求項１１に記載のシステム。
16. 前記１つ以上の取付機構が、フィラメント状の複合格子構造物が連続的に製造されるように、前記システムが前記フィラメント状の複合格子構造物を製造するときに、前記製織機構に対して動く、請求項１１に記載のシステム。
17. 前記システムによって生産された前記フィラメント状の複合格子が湾曲するよう、前記形状保持構造物が湾曲している、請求項１１に記載のシステム。
18. フィラメント状の複合格子構造物を製造する方法において、
    格子構造物内に繊維を位置決めするよう構成された製織機構を用いて格子構造物を形成するために繊維を位置決めするステップを含み、前記製織機構が、
    それぞれが繊維を担持するよう構成された１つ以上のボビンと、
    前記格子構造物内の前記１つ以上のボビンによって担持される前記繊維の位置を制御するために、前記製織機構の面全体に前記１つ以上のボビンを動かすよう構成された複数のホーンギヤとを備え、
    さらに前記方法が、前記形状定義構成部品内の前記組み立てられた格子構造物の形状寸法を拘束するステップを含む、方法。
19. 前記組み立てられた格子構造物内に樹脂を硬化させるステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
20. 引取装置を用いて前記繊維に張力をかけるステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。

Images