JP2015016691A - 短経路繊維配置ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】より短い長さの経路の配置を可能にする、テープの経路を切断するためのテープ配置ヘッドおよび方法を提供する。
【解決手段】複合薄板の短パス経路適用をもたらすための複合自動化方法および機器は、繊維配置ヘッドの機能的な機構を再構成することによって実現される。繊維前進機能と繊維引き込み機能との分離、作動シリンダを入れ子にすること、および、押し出しのみの作動の使用は、簡略化されたコンパクトなＡＦＰ供給ヘッドをもたらす。均一な切断が円形形態の繊維切断ブレードによって与えられ、ブレードは、作動時、漸進的な切断力を与えるとともに、新たな切断縁を与えるべく回転し、また、全ての方向で等しく良好に切断できるように制限された切断縁案内を必要とする。機能的に入れ子にされて圧縮ローラに近接して配置される機構は、適用ポイントへの全体の繊維経路を減少させる。
【選択図】なし

Description

本出願は、一般に、複合材料のプライをレイアップするための自動方法および器具に関し、特に、レイアッププロセス中に基材上に複合テープの短経路を配置するための方法および機器を扱う。

自動車、海洋、および航空宇宙産業において使用される複合構造等の複合構造は、一般に自動繊維配置（ＡＦＰ）機と称される自動複合材料適用機械を使用して作られる場合がある。ＡＦＰ機は、複合材料の細長い繊維テープまたは「トウ」の比較的幅の狭いストリップを製造ツール上に配置することによって構造部品およびスキンを作るために、例えば航空機産業において使用される場合がある。テープは、プライを形成するために端部同士がほぼ接触した状態であってもよい平行な経路でツール上に配置される場合がある。

既知のＡＦＰ機はテープ配置ヘッドを使用し、このテープ配置ヘッドは、該テープ配置ヘッドがツール表面上にわたってロボット装置により移動されるときにテープの経路をツール表面上へ分配して、切断して、圧縮する。これらのテープ配置ヘッドは、一般に、テープの供給スプールと、テープをスプールから引き出して、該テープを圧縮ローラとツール表面との間のニップ部へと案内する分配機構とを含む。圧縮ローラよりも上流側に位置付けられる分配機構内のカッターブレードは、テープを所望の経路長に切断する。したがって、テープ配置ヘッドにより配置され得るテープ経路の最小長さは、テープがツール表面上へと圧縮されるポイントとテープがブレードによって切断されるポイントとの間の距離によって決定される場合がある。

幾つかの用途では、既知のテープヘッドにより切断され得る最小経路長よりも短い長さを有する比較的短い経路が必要とされる場合がある。言い換えると、所望の経路長は、圧縮ポイントから切断がなされるポイントまでの距離よりも短い場合がある。これらの状況下では、最適な経路長よりも長い経路を配置することが必要な場合があるが、それにより、部品の重量および／またはコストが増大し、あるいは、余分なテープのパイルを切り取るあるいは手によって短経路を手作業で作る必要性が高まり、その結果、製造プロセスに対して望ましくない労力および費用が付加される。

したがって、より短い長さの経路の配置を可能にする、テープの経路を切断するためのテープ配置ヘッドおよび方法の必要性がある。

本出願は、既存のテープヘッドに伴う前述した課題に対処するための様々なシステムおよび方法を開示する。

１つの例では、基材上に複合材料を配置するための自動繊維配置（ＡＦＰ）機が開示される。ＡＦＰ機は、１つ以上の円形カッターブレードを備える第１の薄型トウ制御モジュールと、１つ以上の円形カッターブレードを備える第２の薄型トウ制御モジュールとを備える。また、ＡＦＰ機は、第１および第２の薄型トウ制御モジュールに結合されるとともに、第１および第２の薄型トウ制御モジュール間に位置付けられるＶ字形ブロックを備え、Ｖ字形ブロックは、内部に位置付けられる複数の空気通路を更に備える。更に、ＡＦＰ機は、Ｖ字形ブロックに結合されるとともに、第１の薄型トウ制御モジュールと第２の薄型トウ制御モジュールとの間に入れ子にされる複数のエアシリンダを備え、これらの複数のエアシリンダはＶ字形ブロック内に位置付けられる空気通路と位置合わせされる。

第１および第２の薄型トウ制御モジュールは約３／４インチ以下の高さを有してもよい。円形カッターブレードは約３／４インチ以下の高さを有してもよい。ＡＦＰ機は、約３／４インチ以下の直径を有する圧縮ローラを更に備えてもよい。円形カッターブレードは、第１のカッター伸長ピストンおよび第２のカッター引き込みピストンによって１つの軸周りに回転されるように構成されるカッターロッカーアームに取り外し可能に結合されてもよい。基材は、フラットチャージまたは略フラットチャージを備えてもよい。ＡＦＰ機は、複合品を作るためのコンピュータ可読命令を含むファイルにアクセスするように構成される制御ユニットを更に備えてもよい。ＡＦＰ機は、複合材料が基材上に配置される間に基材を供給ヘッドに対して操作するように構成される１つ以上の位置決め装置を更に備えてもよい。位置決め装置は、１つ以上のＮＣ機、ロボットアーム、または、マンドレルを備えてもよい。

他の例において、自動繊維配置（ＡＦＰ）機の供給ヘッドは、複数の空気通路が内部に位置付けられるＶ字形ブロックと、Ｖ字形ブロックに結合される第１のトウ制御モジュールとを備える。第１のトウ制御モジュールは、トウガイドトレイと、支持フレームと、取り付けられたカッターブレードを伴うカッターロッカーアームと、取り付けられたピンチローラを伴うピンチ／送りロッカーとを備える。カッターロッカーアームは、カッターロッカー軸によって支持フレームに結合される。ピンチ／送りロッカーは、カッターロッカーアーム内に入れ子にされるとともに、ピンチ／送りロッカー軸によって支持フレームに結合される。Ｖ字形ブロック内に位置付けられて空気通路に結合される空隙部内に複数のピストンが位置付けられ、ピストンはカッターロッカーアームおよびピンチ／送りロッカーと位置合わせされる。

取り付けられたカッターブレードは円形カッターブレードを備えてもよい。ピストンは、カッターロッカー軸周りにカッターロッカーアームを回転させるように構成される第１のカッター伸長ピストンおよび第２のカッター引き込みピストンを備えてもよい。トウガイドトレイは複数のトウガイド経路を画定してもよく、また、第１のトウ制御モジュールは、対応する複数のカッターロッカーアームおよびピンチ／送りロッカーを備えてもよい。供給ヘッドは、フラットチャージ上または略フラットチャージ上に複合材料を配置するように構成されてもよい。供給ヘッドは、Ｖ字形ブロックに結合される第２のトウ制御モジュールを更に備えてもよく、第２のトウ制御モジュールは、相補的な位置に配置される第１のトウ制御モジュールとほぼ同じ構成要素を備える。

他の例では、薄型供給ヘッドおよび円形カッターブレードを有するＡＦＰ機を使用して基材上に複合材料の経路を配置する方法が開示される。方法は、送りピストンを伸長させてピンチローラを送りローラと接触させ、それにより、トウガイドチャネルに沿って複合材料のトウがピンチローラと送りローラとの間で引張られるようにすることによって、供給ヘッドを通じて複合材料の１つ以上のトウを送るステップを備える。また、方法は、カッター伸長ピストンを伸長させるとともにカッター引き込みピストンを引き込み、それにより、カッターロッカーアームを１つの軸周りに回転させて、円形カッターブレードをトウガイドチャネルを貫いて下降させることによって、複合材料のトウを所望の長さに切断するステップを備える。更に、方法は、カッター引き込みピストンを伸長させるとともにカッター伸長ピストンを引き込み、それにより、カッターロッカーアームを１つの軸周りに回転させて、円形カッターブレードをトウガイドチャネルから引き上がらせることによって、円形カッターブレードを引き込むステップを備える。

また、方法は、新たな切断縁を与えるために円形カッターブレードを回転させるステップを更に備えてもよい。更に、方法は、円形カッターブレードが下げられるとほぼ同時にクランプピストンを伸長させることによって複合材料のトウをトウガイドチャネル内の所定位置でクランプするステップを更に備えてもよい。ピストンを伸長させるステップは、Ｖ字形ブロック内に形成される通路を通じて空気圧をピストンへ供給するステップを備えてもよい。基材は、フラットチャージまたは略フラットチャージを備えてもよい。

本出願に係る自動繊維配置（ＡＦＰ）機の一例のブロック図である。 本出願に係るＡＦＰ機の一例を示す概略図である。 本出願に係るＡＦＰ機の一例を示す概略図である。 ＡＦＰ機のための供給ヘッドの一例の部分断面図を示す。 ＡＦＰ機のための供給ヘッドの一例の分解図を示す。 ＡＦＰプロセスの様々な段階中のプッシュロッド／ピストンサブアセンブリの位置を示す。 ＡＦＰプロセスの様々な段階中のプッシュロッド／ピストンサブアセンブリの位置を示す。 ＡＦＰプロセスの様々な段階中のプッシュロッド／ピストンサブアセンブリの位置を示す。 ＡＦＰプロセスの様々な段階中のプッシュロッド／ピストンサブアセンブリの位置を示す。 航空機の生産・保守点検方法のフロー図の例示である。 航空機のブロック図の例示である。

様々な図面における同様の参照符号は、同様の要素を示す。
以下の詳細な説明では、説明の一部を成す添付図面を参照し、添付図面には、開示が実施されてもよい特定の実施形態が例示として示される。これらの実施形態は、当業者が開示を実施できるように十分に詳しく説明され、また、他の実施形態が利用されてもよく、本開示の思想および範囲から逸脱することなく様々な変更がなされてもよいことが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではない。

本出願は、複合品を作るために複合薄板プライを配置するためのシステム、および、このシステムを使用する方法を開示する。具体的には、システムは、繊維配置ヘッドの機能的な機構を再構成することによって複合薄板の短パス経路（short path course）適用をもたらす。幾つかの例において、システムは、例えば自動繊維配置（ＡＦＰ）機などの自動積層装置を含む。この積層装置は、マンドレル上、レイアップモールド上、あるいは、ツール上に複合材料のプライを配置するために１つ以上の分配ヘッドを含む。また、積層装置は、複合材料を切断するために切断装置を含む。システムの構成および動作に関する更なる詳細およびバリエーションは、この開示の利益を享受する当業者に明らかである。

図１は、本出願に係る自動繊維配置（ＡＦＰ）機１００の一例のブロック図である。図１に示される例において、ＡＦＰ機１００は、対応する位置決め装置１１０によって位置決めされる配置ヘッド１０５を含む。配置ヘッド１０５は、基材１２０上に複合材料を配置する１１５ように構成される。基材１２０は、例えばマンドレル、ツール、レイアップモデル、または、複合材料が配置される任意の他の適した表面などのワークピース１２５の表面を含む。また、基材１２０は、ワークピース１２５上に予め横たえられる既に適用された任意の複合材料、タッキファイヤ、および、同様のものを含んでもよい。ワークピース１２５は、駆動機器１３０によって回転されるか、あるいはさもなければ位置決めされる。駆動機器１３０および／または位置決め装置１１０は、制御ユニット１３５によって制御される。制御ユニット１３５は、複合品を作るためのコンピュータ可読命令を含むファイル１４０にアクセスする。

図２Ａは、本出願に係る自動繊維配置（ＡＦＰ）機２００の一例を示す概略図である。一般に、ＡＦＰ機２００は、ツールまたはフラットチャージレイアップモールドなどの基材２１０を、複合材料のトウが基材２１０上に配置される間、繊維配置ヘッドアセンブリまたは供給ヘッド２１５に対して操作するように構成される。例えば、図２Ａに示される特定の例において、ＡＦＰ機２００は、供給ヘッド２１５が静止したままの状態で基材２１０を操作するように構成されるロボットアームなどの数値制御（ＮＣ）機２０５を備える。他のケースにおいて、ＡＦＰ機２００は、基材２１０が固定されたままの状態または基材２１０が１つ以上の更なる動作軸に沿って移動する状態で供給ヘッド２１５を移動させるように構成されるＮＣ機２０５を備えてもよい。当業者であれば分かるように、これらの例の他に、供給ヘッド２１５に対して基材２１０を移動させるために他の別の機構が利用されてもよい。

図２Ｂには、供給ヘッド２１５が更に詳しく示される。ＡＦＰ機２００は、一組の蓄積スプール２２５、または、クリール、および、一連のトウガイド、例えば変向ローラ２３０および変向プーリ２３５、並びに、張力制動システム２５０を含むトウ供給システム２２０を更に備える。簡単にするため、ＡＦＰ機２００のための完備したローラ支持構成の全体は図２Ａおよび図２Ｂに示されない。ＡＦＰ機２００は、図１に示される制御ユニット１３５などの適切な制御モジュールの指揮下でＡＦＰ機２００の動作を制御する空気圧シリンダ、電子サーボアクチュエータ、制御配線、ホースなどの様々な標準的な制御部品（図示せず）を備えてもよい。

動作時、ＡＦＰ機２００は、炭素繊維−エポキシなどの複合材料のトウ２４０を、蓄積スプール２２５から、各繊維またはトウ２４０に対する所定の張力を維持する機能を果たす変向ローラ２３０を周回して、変向プーリ２３５を介して供給ヘッド２１５へと引張られる。引き続いて、各トウ２４０は、トウバンドとも呼ばれる材料経路が基材２１０上にわたって敷設されると、制御ユニット１３５からの命令に応じて、切断ブレードにより的確な長さに切断される。各トウ２４０は対応する切断ブレードを有するが、ブレードの数は、トウ２４０の数と各トウ２４０の幅とに応じて変わってもよい。トウ２４０が供給ヘッド２１５から抜け出すと、これらのトウは圧縮ローラ２４５を通り過ぎ、圧縮ローラ２４５は、それが供給ヘッド２１５に対して移動するときに、基材２１０の表面上へトウ２４０を加えて押し付ける。樹脂が含浸されたトウの表面粘着性を高めるために、トウが基材２１０上に配置される直前にトウ２４０に対して熱が加えられてもよい。張力制動システム２５０を制御する変向ローラ２３０により検出されるため、トウ２４０に作用する張力を維持して、ＡＦＰ機２００を通じたトウの引張りを支援することができる。

図３および図４は、供給ヘッド２１５の一例の部分断面図および分解図をそれぞれ示す。図３および図４に示される例において、供給ヘッド２１５は、複数のエア取付具３８４を有する「Ｖ字形ブロック」３５０を備え、エア取付具３８４はＶ字形ブロック３５０内に位置付けられる通路３５２に結合され、動作中に通路３５２を通じて空気圧を伝えることができる。エア取付具３８４は、制御ユニット１３５からの所定の命令ごとに供給ヘッド２１５の動作を制御するように構成される従来の空気圧弁と互換性がある。供給ヘッド２１５は、相補的な位置に配置されるほぼ同一の構成要素を含む第１の上側トウ制御モジュール３５４Ａおよび第２の下側トウ制御モジュール３５４Ｂから構成される。トウ制御モジュール３５４Ａ，３５４Ｂは、前述したように、動作中に供給ヘッド２１５を通じてトウ２４０を案内する。簡単にするために、図４の分解図では、上側トウ制御モジュール３５４Ａの構成要素だけが分離される。

各トウ制御モジュール３５４は、Ｖ字形ブロック３５０に結合されるトウガイドトレイ３５６を備え、このトウガイドトレイ３５６は、トウチャネル３５８寸法により設定されるトウ送り経路の形態をトウガイドトレイ３５６内に形成する。全体のバンド幅出力は、トウ２４０の数に対応する複数のトウガイドチャネル３５８によって規定され、トウ２４０の数に合わせて供給ヘッド２１５が設計される。例えば、図３および図４に示される特定のケースでは、上側トウ制御モジュール３５４Ａおよび下側トウ制御モジュール３５４Ｂが３つのトウガイドチャネル３５８をそれぞれ有するトウガイドトレイ３５６を含み、このことは、供給ヘッド２１５が複合材料の最大で６つのトウ２４０（上側トウ制御モジュール３５４Ａからの３つのトウ２４０および下側トウ制御モジュール３５４Ｂからの３つのトウ２４０）を端部パターンで位置合わせされた端部における各経路中、同時に基材２１０上に配置するように構成されることを意味する。

供給ヘッド２１５は、トウガイドチャネル３５８の選択された数に対応する複数のプッシュロッド／ピストンサブアセンブリ３６０を更に備える。各プッシュロッド／ピストンサブアセンブリ３６０は、第１のカッター引き込みピストン３６０Ａ、第２のクランプピストン３６０Ｂ、第３の送りピストン３６０Ｃ、および、第４のカッター伸長ピストン３６０Ｄを備える。図示の例では、カッター引き込みピストン３６０Ａ、クランプピストン３６０Ｂ、送りピストン３６０Ｃ、および、カッター伸長ピストン３６０Ｄの全てが付勢スプリング３６２を含む。各プッシュロッド／ピストンサブアセンブリ３６０は、対応するトウガイドチャネル３５８と位置合わせされるＶ字形ブロック３５０内の一連の空隙部３６４内に位置付けられる。

また、各トウ制御モジュール３５４は、トウガイドトレイ３５６に結合される支持フレーム３６６を備えるとともに、それぞれのトウガイドチャネル３５８ごとに、取り付けられたカッターブレード３７０を伴うカッターロッカーアーム３６８、および、取り付けられたピンチローラ３７４を伴うピンチ／送りロッカー３７２も備える。各カッターロッカーアーム３６８は第１のカッターロッカー軸３７６Ａによって支持フレーム３６６に結合され、動作中にカッターロッカーアーム３６８が第１のカッターロッカー軸３７６Ａを中心に回動する。同様に、各ピンチ／送りロッカー３７２は第２のピンチ／送りロッカー軸３７６Ｂによって支持フレーム３６６に結合され、動作中にピンチ／送りロッカー３７２が第２のピンチ／送りロッカー軸３７６Ｂを中心に回動する。第１のカッターロッカー軸３７６Ａは、図４に示される３つの全てのカッターロッカーアーム３６８のための単一の一体部材として示されるが、ある場合には、第１のカッターロッカー軸３７６Ａは、それぞれが個々のカッターロッカーアーム３６８に対応する複数の部材に分割されてもよい。また、各トウ制御モジュール３５４は、支持フレーム３６６に結合される１つ以上のブレードカバー３７８を備えてもよく、ブレードカバー３７８は、動作中にカッターブレード３７０を覆うように構成される。

供給ヘッド２１５のカッターロッカーアーム３６８およびピンチ／送りロッカー３７２は略左右対称であり、それにより、好適には、ある場合に、ねじれおよび結合歪みを減らすことができる。各ピンチ／送りロッカー３７２は、送りピストン３６０Ｃによる係合のためにタブが延びる後端付近を除き、対応するカッターロッカーアーム３６８のポケット内に入れ子になる。各ピンチ／送りロッカー３７２におけるタブの位置では、ピンチ／送りロッカー３７２の適切な回転を可能にするために、対応するカッターロッカーアーム３６８が段差を成す。各カッターロッカー軸３７６Ａは、対応するピンチ／送りロッカー３７２が回転できるようにするべく十分に高く位置付けられ、また、トウ制御モジュール３５４は、必要とされる全回転量をほぼ最小にするように形成されることが好ましい。

供給ヘッド２１５は、Ｖ字形ブロック３５０に結合されて基材２１０と接触するように構成される圧縮ローラ２４５を更に備え、ここに、Ｖ字形ブロック３５０は、圧縮ローラ２４５下の接触交差ポイントへのＶ字パターン繊維送りの交差部にニップポイントを形成する。また、供給ヘッド２１５は、サーボアクチュエータなどの１つ以上の適した駆動機構に結合される第１の上側送りローラ３８２Ａおよび第２の下側送りローラ３８２Ｂを備える。送りローラ３８２Ａ，３８２Ｂは、送りローラ３８２と接触するためにピンチ／送りロッカー３７２に作用する送りピストン３６０Ｃによってピンチローラ３７４が作動されるときにニップ圧縮引張力を形成する。この力は、図１に示される制御ユニット１３５などの適した制御モジュールの指揮下で、上側および下側のトウ制御モジュール３５４Ａ，３５４Ｂのそれぞれを通じて複合材料のトウ２４０を所望の速度で且つ所望の継続時間にわたって引張るべく作用する。

従来のＡＦＰ供給ヘッドとは異なり、本出願の供給ヘッド２１５は、短経路およびフラットチャージまたは略フラットチャージに関して供給ヘッド２１５を最適化する様々な際立った特徴を含む。例えば、トウ回収ポイントまたは切断ポイントからローラニップ領域までの全体の距離は、従来の圧縮ローラよりも直径がかなり小さい圧縮ローラ２４５によって、および更には、切断ポイントとニップポイントとの間を更に近づけるトウ切断付加（ｃｕｔ ａｄｄ）機構のコンパクトな構造によって減少される。具体的には、ある場合には、圧縮ローラ２４５が約３／４インチ以下の直径を有する。

また、供給ヘッド２１５は、従来のカッターブレードで利用される伝統的な長方形形状ではなく、固有の円形カッター形状を有するカッターブレード３７０を含む。円形カッターブレード形態は、好適には、供給ヘッド２１５が従来のＡＦＰカッターよりもかなり短いカッターブレード３７０を利用できるようにする。具体的には、ある場合には、カッターブレード３７０は約３／４インチ以下の最大長さを有する。また、円形カッターブレード形態は、好適には、ブレードガイドの必要性も排除する。これは、カッターブレード３７０が全ての方向で同様にうまく切断できるからである。また、中心のカッター装着ポイント周りでの使用中のカッター回転によって、カッター寿命が延びる。また、円形カッターブレード３７０は、容易にアクセスでき、取り外すことができ、および、交換できる。

従来のＡＦＰ機において、プッシュロッドおよびピストンを作動させるために使用される空気圧管路および他の器具は、一般に、トウ制御モジュールおよびＶ字形ブロックの外部に結合される。結果として、従来のＡＦＰ供給ヘッドは大型で扱いにくく、そのため、短経路長を有する小型複合部品を作ることが困難である。これに対し、本出願の供給ヘッド２１５は、エア取付具３８４が上側および下側トウ制御モジュール３５４Ａ，３５４Ｂ間で入れ子にされるとともに、プッシュロッド／ピストンサブアセンブリ３６０の動作を制御するために空気圧がＶ字形ブロック３５０内に位置付けられる通路３５２を通じて伝えられる独特の構造を使用する。このコンパクトな形態は、好適には、供給ヘッド２１５がトウ制御モジュール３５４のための薄型構造を利用できるようにする。具体的に、ある場合には、トウ制御モジュール３５４は、約３／４インチ以下の最大高さを有する。

図５Ａから図５Ｄは、ＡＦＰプロセスの様々な動作段階中のプッシュロッド／ピストンサブアセンブリ３６０Ａ−３６０Ｄの位置を示す。一般に、ピストン３６０Ａ−３６０Ｄは、引き込み位置にバネ付勢されるとともに、対応するエア取付具３８４および通路３５２を介して関連する作動ピストン３６０Ａ−３６０Ｄの所望のシリンダボア空隙部３６４へ空気圧を供給することによって伸長され得る。これは、当業者に良く知られて制御ユニット１３５内で処理される従来の技術および制御方法を使用して様々な制御弁および他の制御器具（図示せず）により達成され得る。

図５Ａは、ＡＦＰプロセスの「トウ送り」段階を示し、この段階中、複合材料のトウ２４０は、送りローラ３８２によって供給ヘッド２１５を通じて引張られる。図５Ａに示されるこのトウ送り段階中、カッターロッカーアーム３６８の前端が下がってカッターブレード３７０と係合するのを防止するために、カッター引き込みピストン３６０Ａが伸長されて、カッター伸長ピストン３６０Ｄが引き込まれる。また、送りピストン３６０Ｃが伸長され、それにより、ピンチ／送りロッカー３７２の前端が下がり、ピンチローラ３７４が、送りピストン３６０Ｃにより作動されるピンチローラ３７４と接触する送りローラ３８２と接触される。送りローラ３８２の制御下で複合材料のトウ２４０を対応するトウガイドチャネル３５８を通じて所望の速度で且つ所望の継続時間にわたって引張ることができるようにするために、クランプピストン３６０Ｂが引き込まれる。

図５Ｂは、ＡＦＰプロセスの「送り走行」段階を示し、この段階中、所望の材料経路が基材２１０上に配置されるように、複合材料のトウ２４０が供給ヘッド２１５を通過する。図５Ｂに示されるこの送り走行段階中、送りピストン３６０Ｃが引き込まれ、一方、他の全てのピストンは、図５Ａに示されるトウ送り段階中と同じ位置にとどまる。送りピストン３６０Ｃの引き込みは、ピンチ／送りロッカー軸３７６Ｂ周りにピンチ／送りロッカー３７２を回動させ、それにより、ピンチ／送りロッカー３７２の後端が下がって前端が上がる。この回転は、今度は、ピンチローラ３７４を送りローラ３８２から離脱させ、それにより、複合材料のトウ２４０は、基材２１０上に材料経路を配置する間に基材２１０および／または供給ヘッド２１５の移動に起因してトウガイドチャネル３５８を自由に通過できる。

図５Ｃは、ＡＦＰプロセスの「トウ切断」段階を示し、この段階中、複合材料のトウ２４０は、カッターブレード３７０によって所望の長さに切断される。図５Ｃに示されるこのトウ切断段階中、カッター引き込みピストン３６０Ａが引き込まれるとともに、カッター伸長ピストン３６０Ｄが伸長され、一方、他の全てのピストンは、図５Ｂに示される送り走行段階中と同じ位置にとどまる。カッター引き込みピストン３６０Ａの引き込みおよびカッター伸長ピストン３６０Ｄの伸長は、カッターロッカーアーム３６８をカッターロッカー軸３７６Ａ周りに回動させ、それにより、カッターロッカーアーム３６８の前端が下がるとともに、カッターブレード３７０がトウガイドチャネル３５８を通過して複合材料のトウ２４０を所望の長さに切断する。

図５Ｄは、ＡＦＰプロセスの「トウクランプ」段階を示し、この段階中、複合材料のトウ２４０は、カッターブレード３７０によって切断された後、供給ヘッド２１５内で所定位置に保持される。図５Ｄに示されるこのトウクランプ段階中、カッターブレード３７０を離脱させるために、カッター引き込みピストン３６０Ａが伸長されるとともに、カッター伸長ピストン３６０Ｄが引き込まれる。このステップ中、円形カッターブレード３７０が振動または他の力に起因して回転してもよく、それにより、好適には、次のトウ切断のための新たな切断縁が同じカッターブレード３７０に与えられる。ほぼ同時に、トウ２４０に力を及ぼしてトウをトウガイドチャネル３５８内で静止保持させるために、クランプピストン３６０Ｂが伸長される。このクランプステップがなければ、トウ２４０は、切断された後、対応する蓄積スプール２２５上に蓄積される残りの長さのトウ材料によって引き起こされる張力に起因して跳ね返る傾向となる場合がある。しかしながら、トウ２４０を静止保持することにより、ＡＦＰ機２００は、トウ２４０の端部の位置を正確に決定することができ、したがって、基材２１０上に複合材料のその後の経路を配置するために供給ヘッド２１５を正確に位置決めできる。

従来のＡＦＰ機において、カッターブレードは、通常、単一の複動エアシリンダ、すなわち、カッターブレードを「押し出して」カッターを係合させるとともにカッターブレードを「引き込んで」カッターを離脱させる単一のエアシリンダによって作動される。これに対し、本出願のＡＦＰ機２００では、カッターブレード３７０の前進機能と引き込み機能とが２つのピストン（例えば、カッター引き込みピストン３６０Ａおよびカッター伸長ピストン３６０Ｄ）へ分離される。この形態は、好適には、少なくとも１つのロッドシールの必要性を排除するとともに、「引き込み」要件を伴わないプッシュロッドのみを使用することにより機構を簡略化する。

前述した特徴の結果として、本出願のＡＦＰ機２００は、好適には、従来のＡＦＰ機の最小切断長さよりもかなり短い最小切断長さを有する。例えば、ある場合には、本出願のＡＦＰ機２００は、複合材料のトウ２４０を約１．５インチほどの短い長さに切断できる。結果として、本出願のＡＦＰ機２００は、好適には、小型複合部品、特にフラットチャージまたは略フラットチャージに対するＡＦＰプロセスの経済的な適用を可能にする。これは、ＡＦＰ機２００によって圧縮される領域が局所的に平坦または略平坦である特定の複合部品（例えば、スパー等）を含んでもよく、一方、複合部品は、ウェブからフランジまでの半径に、湾曲部、例えば急な凸状の曲率を有してもよい。

図６から図７を参照すると、図６に示される航空機の製造および保守点検方法６００および図７に示される航空機７００との関連で本出願のシステムおよび方法が実施されてもよい。生産前の間に、典型的な方法６００は、航空機７００の仕様および設計６０２と、材料調達６０４とを含んでもよい。生産中、構成要素および部分組立品の製造６０６と、航空機７００のシステム統合６０８とが行われる。その後、航空機７００は、就航６１２するために認証および搬送６１０を経由してもよい。取引先による就航６１２の間、航空機７００は、定期的な整備および保守点検６１４（変更、再構成、改修などを含んでもよい）の予定が組まれる。

方法６００のプロセスのそれぞれは、システム統合者、第三者、および／または、オペレータ（例えば、取引先）によって実行されあるいは行われる。この説明の目的のため、システム統合者は、制限なく、任意の数の航空機製造業者および主要システム部分組立業者を含んでもよく、第三者は、制限なく、任意の数のベンダー、部分組立業者、サプライヤーを含んでもよく、また、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事企業、保守点検機関などであってもよい。

図７に示されるように、典型的な方法６００によって生産される航空機７００は、複数のシステム７２２と内部７２４とを有する機体７２０を含んでもよい。高レベルシステム７２２の例は、推進システム７２６、電気システム７２８、油圧システム７３０、および、環境システム７３２のうちの１つ以上を含む。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例が示されるが、開示された実施形態の原理は、自動車産業などの他の産業に適用されてもよい。

本明細書中に具現化される機器および方法は、生産および保守点検方法６００の任意の１つ以上の段階中に使用されてもよい。例えば、生産プロセス６０６に対応する構成要素および部分組立品は、航空機７００が就航６１２中の間に生産される構成要素および部分組立品と同様の態様で作られあるいは製造されてもよい。また、１つ以上の機器実施形態、方法実施形態、または、それらの組み合わせは、生産段階６０６，６０８中に、例えば航空機７００の組み立てを大幅に促進させるあるいは航空機７００のコストを低減することによって利用されてもよい。同様に、機器実施形態、方法実施形態、または、それらの組み合わせのうちの１つ以上は、例えば航空機７００が就航６１２中の間に利用されてもよく、また、制限なく、整備および保守点検６１４に対して利用されてもよい。

この開示は、特定の好ましい形態に関して説明されてきたが、本明細書中に記載される特徴および利点の全てを与えない形態を含む、当業者に明らかな他の形態もこの開示の範囲内に入る。したがって、本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその等価物を参照することによってのみ規定される。また、開示は、以下の条項に係る実施形態を備える。

条項１．自動繊維配置（ＡＦＰ）機の供給ヘッドにおいて、
複数の空気通路が内部に位置付けられるＶ字形ブロックと、
Ｖ字形ブロックに結合される第１のトウ制御モジュールであって、第１のトウ制御モジュールが、トウガイドトレイと、支持フレームと、取り付けられたカッターブレードを有するカッターロッカーアームと、取り付けられたピンチローラを有するピンチ／送りロッカーとを備え、
カッターロッカーアームがカッターロッカー軸によって支持フレームに結合され、かつ
ピンチ／送りロッカーは、カッターロッカーアーム内に入れ子にされるとともに、ピンチ／送りロッカー軸によって支持フレームに結合される、第１のトウ制御モジュールと、
Ｖ字形ブロック内に位置付けられ、かつ空気通路に結合される空隙部内に位置付けられる複数のピストンであって、該ピストンがカッターロッカーアームおよびピンチ／送りロッカーと位置合わせされる、複数のピストンと、
を備える、供給ヘッド。
条項２．取り付けられたカッターブレードが円形カッターブレードを備える条項１の供給ヘッド。
条項３．ピストンは、カッターロッカー軸周りにカッターロッカーアームを回転させるように構成された、第１のカッター伸長ピストンおよび第２のカッター引き込みピストンを備える条項１の供給ヘッド。
条項４．トウガイドトレイが複数のトウガイド経路を画定し、第１のトウ制御モジュールは、対応する複数のカッターロッカーアームおよびピンチ／送りロッカーを備える条項１の供給ヘッド。
条項５．供給ヘッドは、フラットチャージ上または略フラットチャージ上に複合材料を配置するように構成される条項１の供給ヘッド。
条項６．Ｖ字形ブロックに結合される第２のトウ制御モジュールを更に備え、第２のトウ制御モジュールは、相補的な位置に配置される第１のトウ制御モジュールとほぼ同じ構成要素を備える条項１の供給ヘッド。

２００ 自動繊維配置（ＡＦＰ）機
２０５ 数値制御（ＮＣ）機
２１０ 基材
２１５ 供給ヘッド
２２０ トウ供給システム
２４０ トウ
２４５ 圧縮ローラ
２５０ 張力制動システム
３５０ Ｖ字形ブロック
３５２ 通路
３５４ トウ制御モジュール
３５４Ａ 上側トウ制御モジュール
３５４Ｂ 下側トウ制御モジュール
３５６ トウガイドトレイ
３５８ トウガイドチャネル
３６０ プッシュロッド／ピストンサブアセンブリ
３６０Ａ カッター引き込みピストン
３６０Ｂ クランプピストン
３６０Ｃ 送りピストン
３６０Ｄ カッター伸長ピストン
３６２ 付勢スプリング
３６４ シリンダボア空隙部
３６６ 支持フレーム
３６８ カッターロッカーアーム
３７０ カッターブレード
３７２ ピンチ／送りロッカー
３７４ ピンチローラ
３７６Ａ カッターロッカー軸
３７６Ｂ ピンチ／送りロッカー軸
３８２Ａ 第１の上側送りローラ
３８２Ｂ 第２の下側送りローラ
３８４ エア取付具

Claims (14)

1. 基材上に複合材料を配置するための自動繊維配置（ＡＦＰ）機であって、
   １つ以上の円形カッターブレードを備える第１の薄型トウ制御モジュールと、
   １つ以上の円形カッターブレードを備える第２の薄型トウ制御モジュールと、
   前記第１および第２の薄型トウ制御モジュールに結合されるとともに、前記第１および第２の薄型トウ制御モジュール間に位置付けられるＶ字形ブロックであって、該Ｖ字形ブロックが内部に位置付けられる複数の空気通路を備える、Ｖ字形ブロックと、
   前記Ｖ字形ブロックに結合されるとともに、前記第１の薄型トウ制御モジュールと前記第２の薄型トウ制御モジュールとの間に入れ子にされる複数のエアシリンダであって、前記複数のエアシリンダが前記Ｖ字形ブロック内に位置付けられる前記空気通路と位置合わせされる、複数のエアシリンダと、
   を備える自動繊維配置（ＡＦＰ）機。
2. 前記第１および第２の薄型トウ制御モジュールが約３／４インチ以下の高さを有する請求項１に記載のＡＦＰ機。
3. 前記円形カッターブレードが約３／４インチ以下の高さを有する請求項１に記載のＡＦＰ機。
4. 約３／４インチ以下の直径を有する圧縮ローラを更に備える請求項１に記載のＡＦＰ機。
5. 前記円形カッターブレードは、第１のカッター伸長ピストンおよび第２のカッター引き込みピストンによって１つの軸周りに回転されるように構成されたカッターロッカーアームに取り外し可能に結合される請求項１に記載のＡＦＰ機。
6. 前記基材がフラットチャージまたは略フラットチャージを備える請求項１に記載のＡＦＰ機。
7. 複合品を作るためのコンピュータ可読命令を含むファイルにアクセスするように構成された制御ユニットを更に備える請求項１に記載のＡＦＰ機。
8. 複合材料が前記基材上に配置される間に前記基材を供給ヘッドに対して操作するように構成される１つ以上の位置決め装置を更に備える請求項１に記載のＡＦＰ機。
9. 前記位置決め装置は、１つ以上のＮＣ機、ロボットアーム、または、マンドレルを備える請求項８に記載のＡＦＰ機。
10. 薄型供給ヘッドおよび円形カッターブレードを有するＡＦＰ機を使用して基材上に複合材料の経路を配置する方法において、
    送りピストンを伸長させてピンチローラを送りローラと接触させ、それにより、トウガイドチャネルに沿って複合材料のトウが前記ピンチローラと前記送りローラとの間で引張られるようにすることによって、供給ヘッドを通じて複合材料の１つ以上のトウを送るステップと、
    カッター伸長ピストンを伸長させるとともにカッター引き込みピストンを引き込み、それにより、カッターロッカーアームを１つの軸周りに回転させて、前記円形カッターブレードを前記トウガイドチャネルを貫いて下降させることによって、前記複合材料のトウを所望の長さに切断するステップと、
    カッター引き込みピストンを伸長させるとともにカッター伸長ピストンを引き込み、それにより、カッターロッカーアームを１つの軸周りに回転させて、前記円形カッターブレードを前記トウガイドチャネルから引き上げることによって、前記円形カッターブレードを引き込むステップと、
    を備える方法。
11. 新たな切断縁を提供するために前記円形カッターブレードを回転させるステップを更に備える請求項１０に記載の方法。
12. 前記円形カッターブレードが下げられるとほぼ同時にクランプピストンを伸長させることによって前記複合材料のトウを前記トウガイドチャネル内の所定位置でクランプするステップを更に備える請求項１０に記載の方法。
13. 前記ピストンを伸長させるステップは、Ｖ字形ブロック内に形成される通路を通じて空気圧を前記ピストンへ供給するステップを備える請求項１０に記載の方法。
14. 前記基材がフラットチャージまたは略フラットチャージを備える請求項１０に記載の方法。

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