JP2011508708A5

JP2011508708A5 -

Info

Publication number: JP2011508708A5
Application number: JP2010536037A
Authority: JP
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2028-10-30

Description

材料のプレースメント成形方法および装置

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、複合テープ自動繊維プレースメント成形（ＡＦＰ）のような、材料を分配し、かつ圧密化することに関する。

関連する従来技術
繊維のプレースメント成形は、道具表面、鋳型、主軸、または、複合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、プリプレグトウとも呼ばれる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の、所定の形状の高強度の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、および硬化させる。

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・オフの距離を移動し続け、次いで、表面から後退する。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、表面に係合し、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「後退」‐「回転」‐「再接近」法は、材料付着プロセスに非常に多くの時間を付加することがある。

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、エッジからエッジまで平坦である。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、与えられた部分に達成するのが不可能である。

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。

発明の概要
本発明は、鋳型の表面、主軸の表面、または、複合部品を形成するために用いられる表面に、プリプレグトウのような材料を分配し、かつ圧密化する改良されたプレースメント成形ヘッドおよび方法を提供する。本発明のプレースメント成形ヘッドは、それぞれが、表面の一部分に材料の一部分を分配し、かつ圧密化するために動作可能な複数の移動可能なローラアセンブリと、他のローラアセンブリとは独立して、各ローラアセンブリを動かす制御システムとで成る。各ローラアセンブリは、独立して、３直線および３回転までの６自由度まで、回転的、回動的、および直線的に動く。

各ローラアセンブリは、圧密化ローラ、第１のガイド部材、前記圧密化ローラの第１の側面の一部分に沿って材料を案内するための第２のガイド部材、および、前記圧密化ローラの第２の側面の一部分に沿って材料を案内するための第３のガイド部材で成る。前記第１のガイド部材は、第１の作動装置によって前記第１のガイド部材が第１の位置に付勢された際に、前記第２のガイド部材中に材料を案内し、さらに、第１のガイド部材は、前記第１の作動装置によって前記第１のガイド部材が第２の位置に付勢された際に、前記材料を第３のガイド部材中に案内する。前記第１のガイド部材は、前記第１の位置と前記第２の位置との間を回動するように動作可能であっても良い。

各ローラアセンブリの圧密化ローラは、前記表面に前記材料をさらに効果的に分配し、かつ圧密化するために、自身の外周面に沿って実質的にクラウン形状であってもよい。圧密化ローラは、ゴムのような展性の材料製であってもよく、圧力が前記ローラに供給される際に、前記クラウン形状の表面を、前記表面に対して圧力をかける。

本発明のこれらまたはその他の重要な点は、以下の詳細な説明で、さらに詳しく説明する。

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付着させる図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、１つのローラアセンブリが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、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ている。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、材料が表面に沿った第１方向に分配されている、図１１のローラアセンブリの部分断面図である。図１６は、材料が切断機構によって切断されている、図１１のローラアセンブリの部分断面図である。図１７は、材料が圧密化ローラの第２側面に供給されている、図１１のローラアセンブリの断面平面図である。図１８は、材料が前記表面に沿って第２の方向に分配されている、図１１のローラアセンブリの断面図である。図１９は、圧密化ローラが表面に対して付勢されていない、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、表面に対してローラに圧力を供給して、材料および表面に対して付勢されている、図１９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、前記表面に対してローラに十分な圧力を供給して、前記材料および表面に対して付勢されている、図１９に示す圧密化ローラの断面図である。

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システム１０を図示する。材料プレースメント成形システム１０は、図２に示される鋳型、主軸、または、複合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ても良く、特に、航空機の複合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システム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と、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。

フレーム１６は、ガントリ構造、または、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、婉曲または直線的な軸を備えた構造のような、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良い。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良い。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を動かしても良い。

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に取り付けられ、他の部品（支持台２２に固定されている複数のスプール２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８と、支持台２２に固定されている複数の作動装置（アクチュエータ）のアセンブリ４０、４２、４４、４６と、作動装置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を有する複数のローラアセンブリ４８、５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２、および、プレースメント成形ヘッド２０を案内し、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）を支持する支持台２２を有する。

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、矩形形状でも良く、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２０を動かす従来公知のいかなる装置に取り付けられても良い。

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インチから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、複合材料、樹脂含浸材料テープ、スリットテープトウ、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しても良い。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）転送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。

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に取り付けられた作動装置のマウント８０、作動装置のマウント８０に回動的に取り付けられた回動作動装置８２、および、回動作動装置８２に回転可能にまたは固定的に取り付けられた作動装置の支持台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に回動可能に取り付けられた回転作動装置８６、回転作動装置８６に固定されて取り付けられているロッドマウント８８、および、ロッドマウント８８にスライド可能に取り付けられた第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にスライド可能に取り付けられた２つのロッドガイド、および、第２のロッド９２にスライド可能に取り付けられた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山を有し、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、複数の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を有してもよい。

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つに取り付けられても良い。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に取り付けても良い。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に取り付けても良く、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に取り付けても良く、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に取り付けても良い。各組のローラアセンブリの圧密化ローラ間のスペースは、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取り付けられている時には、２つのロッドガイド９４、９６は、一方のローラアセンブリ４８に取り付けても良く、２つのロッドガイド９８、１００は、他方のローラアセンブリ５０に取り付けても良い。

作動装置のアセンブリ４０−４６は、支持台２２上に、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、ジグザグ形状に互い違いに配置され、複数の作動装置アセンブリのそれぞれが、その作動装置アセンブリの後方かつ片側に配置されている。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。本発明の様々な実施形態では、材料１２の隣接パスの間に小さいギャップがあっても良い。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方のエッジ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。

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結合している。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。

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に圧密化されても良い。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方のサイドエッジは、圧密化ローラ６８によって圧密化された材料のパスのサイドエッジに隣接し、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サイドエッジは、圧密化ローラ７０によって圧密化された材料のパスのサイドエッジに隣接する。

各ローラアセンブリ４８−６２は、実質的に同じ方法で、実質的に同じ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を有する第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１２６を有する第３のガイド部材１２４で成されればよい。

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１２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１２を案内する第４のガイド部材１３２と、材料１２を切断する切断機構１３４と、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１１−１２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エッジ１４８、および、第２面１４６の周面に沿う第２エッジ１５０で成ってもよい。さらに、第１エッジ１４８と第２エッジ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１１２の一部分が、第１エッジ１４８と第２エッジ１５０との概略中間になるように、第１エッジ１４８から第２エッジ１５０までが実質的にクラウン形状である。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展性の樹脂製である。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に一致することができるように、表面１４に対して９０度または９０度以外の角度で係合する。

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１５２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に対して付勢されている。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サイドエッジまで圧力が加えられ、これにより、表面１４上に材料１２が均一に圧密化される。

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、０．１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付着されてもよい。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。

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に近接し、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に近接する。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に近接する。一実施形態においては、第１のガイド部材１１４は、ピボット軸１５８を中心にピボット回転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。

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に対して付勢されている。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を案内するために、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、閉じることができる。

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。

図１１−１２に示すように、外側ケース１３６は、第１のガイド部材１１４、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。

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１３６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。

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直線および３回転までの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。

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。

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。

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、従来公知の材料付着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。これは、圧密化ローラ６４−７８および材料１２と表面１４とを連続的に接触させる。

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上の隣接パスに付着されるように、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付着するステップ；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１２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。

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を付着するために、少なくとも１つの圧密化ローラ６６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。

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°以外の角度で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。

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側面に近接する第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に対して押し付けるように、表面１４に対して圧密化ローラ６６を移動させるステップと、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。

本発明の方法は、さらに、第２の位置に第１のガイド部材１１４を動かすことと、材料１２が、圧密化ローラ６６の第２側面に近接する第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に対して押し付けるように、表面１４に対して圧密化ローラ６６を移動させるステップと、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。

本発明の方法は、さらに、第１の供給ローラ１２８および第２の供給ローラ１３０を、互いの間に材料１２が介挿された状態で、互いに対して、付勢するステップと、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。

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、互いの間に材料１２が配置されている状態で、第１供給ローラ１２８が第２供給ローラ３０に対して付勢している。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を通って、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の両方に係合され、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。

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。

Claims

表面に材料を分配し、かつ圧密化するために用いられるローラアセンブリであって、
外周面を具備する第１のローラと、
第１端と第２端とを有し、第１の位置と第２の位置との間を移動可能な第１のガイド部材と、
前記第１のローラの前記外周面の第１部分に概略続く第１のガイド表面を有する第２のガイド部材と、
前記第１のローラの前記外周面の第２部分に概略続く第２のガイド表面を有する第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のガイド部材が前記第１の位置にあるとき、前記第２のガイド部材に近接し、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３のガイド部材に近接することを特徴とするローラアセンブリ。
さらに、前記第１のガイド部材に近接した切断機構を有する請求項１に記載のローラアセンブリ。
さらに、第２のローラと、
前記第２のローラに対して付勢された第３のローラと、
前記第２および第３のローラの少なくとも１つを回転させる第１の作動装置と、を有する請求項１に記載のローラアセンブリ。
前記第２および第３のローラの少なくとも一方は、前記第１の作動装置によって、前記第２および第３のローラの他方から離れるように移動可能である請求項３に記載のローラアセンブリ。
前記第１のローラの前記外周面は、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エッジと第２エッジとの間の略中間となるように、前記第１エッジおよび前記第２エッジの間が実質的にクラウン形状である請求項１〜請求項４のいずれかに記載のローラアセンブリ。
前記第１のローラは、実質的に展性材料で作製される請求項１〜請求項５のいずれかに記載のローラアセンブリ。
さらに、前記第２のローラおよび前記第３のローラに隣接する切断機構を有する請求項３に記載のローラアセンブリ。
前記切断機構、前記第２のローラ、および前記第３のローラは、前記第１のガイド部材と第４のガイド部材との間に配置される請求項７に記載のローラアセンブリ。
前記第１のローラは、０．０１インチから１５インチまでの範囲の幅を有し、０．１インチから１５インチまでの範囲の直径を有する請求項１〜請求項８のいずれかに記載のローラアセンブリ。
前記第１のローラは、０．１２５インチから３インチまでの範囲の幅を有し、０．５０インチから３インチまでの範囲の直径を有する請求項１〜請求項９のいずれかに記載のローラアセンブリ。
前記第２および第３のガイド部材の各々の少なくとも一部分は、前記第１のローラの周面の一部分に略一致するように湾曲される請求項１〜請求項１０のいずれかに記載のローラアセンブリ。
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の位置に対するピボット軸を中心にピボット回転可能である請求項１に記載のローラアセンブリ。
前記外周面の前記第１部分は、前記外周面の前記第２部分の略反端側に位置する請求項１〜請求項１２のいずれかに記載のローラアセンブリ。
表面に材料を分配し、かつ圧密化するために用いられるローラアセンブリであって、
第１のローラと、
第１のガイド部材と、
前記第１のローラの第１側面の一部分に沿って材料を案内するように動作可能である第２のガイド部材と、
前記第１のローラの第２側面の一部分に沿って前記材料を案内するように動作可能である第３のガイド部材と、を有し、
前記第１のガイド部材が第１の位置にあるとき、前記第１のガイド部材は、前記第２のガイド部材中に前記材料を案内し、前記第１のガイド部材が第２の位置にあるとき、前記第１のガイド部材は、前記第３のガイド部材中に前記材料を案内することを特徴とするローラアセンブリ。
請求項１〜１４に記載のローラアセンブリを用いて、表面に材料を分配し、かつ圧密化する方法であって、
第１の位置に第１のガイド部材を動かすステップと、
前記材料が第１のローラの第１側面に近接した第２のガイド部材と係合するように、前記第１のガイド部材を通って前記材料を供給するステップと、
前記第１のローラが前記材料を前記表面に対して押し付けるように、前記第１のローラを前記表面に向かって移動させるステップと、
前記第１のローラおよび前記表面の一方を、前記第１のローラおよび前記表面の他方に対する第１の方向に動かし、これにより、前記第１の方向に沿って前記表面に前記材料を付着させるステップと、
第２の位置に前記第１のガイド部材を動かすステップと、
前記材料が前記第１のローラの第２側面に近接した第３のガイド部材と係合するように、前記第１のガイド部材を通って前記材料を供給するステップと、
前記第１のローラが前記材料を前記表面に対して押し付けるように、前記第１のローラを前記表面に向かって移動させるステップと、
前記第１のローラおよび前記表面の一方を、前記第１のローラおよび前記表面の他方に対する第２の方向に動かし、これにより、前記第２の方向に沿って前記表面に前記材料を分配し、かつ圧密化するステップと、を含むことを特徴とする方法。
さらに、互いに対して付勢された第２のローラおよび第３のローラを用いて、前記材料がそれらのローラの間に配置された状態で、前記第１のガイド部材に向かって前記材料を供給し、かつ前記第２のローラおよび前記第３のローラのうちの少なくとも１つを回転させるステップを含む請求項１５に記載の方法。
前記第２のローラおよび前記第３のローラの少なくとも１つが、第１の作動装置によって回転され、かつ付勢される請求項１６に記載の方法。
さらに、前記第２のローラおよび前記第３のローラの少なくとも一方を、前記第２のローラおよび前記第３のローラの他方から離れるように動かし、これにより、それらのローラの間に配置された前記材料との係合を解くステップを含む請求項１６に記載の方法。
前記第２および第３のガイド部材の各々の少なくとも一部分は、前記第１のローラの周面の一部分に略一致するように湾曲される請求項１５〜請求項１８のいずれかに記載の方法。
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の位置に対するピボット軸を中心にピボット回転する請求項１５〜請求項１９のいずれかに記載の方法。
さらに、前記第２の位置に前記第１のガイド部材を動かす前に、前記材料を切断するステップを含む請求項１５〜請求項２０のいずれかに記載の方法。
表面に材料を分配し、かつ圧密化するために用いられるローラアセンブリであって、
第１のローラと、
第１の位置および第２の位置の間でピボット回転可能である第１のガイド部材と、
切断機構と、
前記第１のローラの第１側面の一部分に沿って材料を案内するように動作可能である第２のガイド部材と、
前記第２のガイド部材から前記第１のローラの略反対側に位置し、前記第１のローラの第２側面の一部分に沿って材料を案内するように動作可能である第３のガイド部材と、
第４のガイド部材と、
第２のローラと、
第３のローラと、を有し、
前記第２のローラおよび前記第３のローラは、前記材料の一部分がそれらのローラの間に配置された状態で、互いに対して付勢され、
第２の作動装置は、前記第２のローラおよび前記第３のローラが互いに対して付勢されると共に、前記第２のローラおよび前記第３のローラの少なくとも１つを回転させ、これにより、前記第１のローラに前記材料を供給し、
第１の作動装置は、前記第２のローラおよび前記第３のローラの間に配置された前記材料との係合を解くために、前記第２のローラおよび前記第３のローラの少なくとも一方を、前記第２のローラおよび前記第３のローラの他方から離れるように動かし、
前記第１のガイド部材が前記第１の位置にあるとき、前記第１のガイド部材は、前記第２のガイド部材に前記材料を案内し、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のガイド部材は、前記第３のガイド部材に前記材料を案内することを特徴とするローラアセンブリ。