JP2019509913A - 1層以上の材料からの積層品の製造方法および製造システム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2A
Description
本願は、2016年3月1日に出願した米国仮特許出願第62/301,961号、および2017年1月3日に出願した米国仮特許出願第62/441,820号の優先権を主張する。上記の開示それぞれのすべての内容を放棄することなく参照により援用する。
本発明は、概して複合材料、限定されないが、より具体的には、例えば、1つ以上の一方向繊維テープなどの材料の1つ以上の層からの、例えば斜交積層品などの積層品の製造方法およびシステムに関する。
部品を製造する際、部品上および/または部品内に積層品を配置して、特定領域における追加の強度および/または剛性をもたらすことができ、強度、剛性、重量、および他の要件を満たす部品を促すことができる。一部の部品では、1つ以上の様々な角度で薄層の長さ寸法に対して配向した繊維をそれぞれ有する、1つ以上の斜交積層品を含むものなどの比較的複雑な積層品が望ましいものであり得る。
一方向繊維テープから製造される斜交積層品
表1に記載の斜交積層品(試料1〜6)のそれぞれを製造するために、1つ以上の一方向繊維テープを、テープごとに、テープの隣接した包みが左右交互の関係であり、テープが積層品の層を形成するように、円筒状マンドレルの周囲に連続して巻いた。テープそれぞれを巻いている間、テープに、テープのmm幅当たり約1ニュートン(N)で張力をかけた。テープをマンドレルに対して固定するために、各テープの隣接した包みをマンドレルの各端に一緒にスポット溶接した。マンドレルの周囲に巻いたら、テープをマンドレルの長さに沿って切断し、積層品をマンドレルから除去した。生じた積層品はそれぞれ満足な特性を有していた。
スクラップ推定
材料の層を切断して層の端を形成する2つの方法を考慮して、スクラップを推定した。該2つの方法は、(1)層のそれぞれを層の長さに対して90°で切断するもの(図8A;「90°切断」層);および(2)層がマンドレルの周囲に巻かれる際に層の端がマンドレルの端とぴったり重なるように層のそれぞれを切断するもの(図8B;「角度切断」層)である。図9および図10は、それぞれ、284mm直径および406mm直径を有するマンドレルを使用し、様々な幅を有し、様々な巻き角でマンドレルの周囲に巻かれた材料の層を用いたそのようなスクラップ推定を示す。図示のように、スクラップ率は、所与の材料の層がマンドレルの周囲に巻かれる巻き角を減少させることによって、並びに/または角度切断層、より小さい幅を有する層および/もしくはより大きい直径を有するマンドレルを用いることによって、概して減少し得る。
製造速度推定
本開示の実施形態を用いる積層品の製造での製造速度を推定した。考えられるステップは、材料の層ごとに、(1)層の隣接した包みを第1のマンドレルの端に一緒にスポット溶接することによって、層の端を第1のマンドレルの端に固定するステップ(「溶接」);(2)層をマンドレルの周囲に巻くステップ(「巻き」);(3)層の隣接した包みを第2のマンドレルの端に一緒にスポット溶接し、層を切断して層の端を形成することによって層を第2のマンドレルの端に固定するステップ(「溶接/切断」);および(4)第1のマンドレルの端に戻るステップ(「戻る」)、および、層ごとにステップ(1)〜(4)を行った後、(5)層の隣接した部分をマンドレルに沿って互いに対して固定し(例えばスポット溶接する、材料の層上へテープを配置するなどによって)、マンドレルから積層品を除去するために材料の層を切断するステップ(「最終溶接/切断」)を含んでいた。
層の幅と、マンドレル直径と、巻き角との間の関係
図11は、材料の層の隣接した包みが様々なマンドレル直径および巻き角について左右交互の関係であるように層がマンドレルの周囲に巻かれる際に望ましい(例えば層の変形を避けるような)材料の層の幅を示すグラフである。図示のように、層をより小さい巻き角でマンドレルの周囲に巻く場合、および/またはマンドレルがより大きい直径を有する場合、より幅広い層が一般的に望ましい。
Claims (20)
- 1つ以上の材料の層それぞれの部分をマンドレルの周囲にかつ前記マンドレルの縦軸について巻くステップと、
巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット接合するステップと、を含み、
前記材料の各層は繊維を含み、
前記材料の各層の巻かれた部分について、多数の繊維のそれぞれがマンドレルの縦軸に対して角度を付けて配置されるように巻くことが行われることを特徴とする積層品の製造方法。 - 前記材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われているように、前記材料の層上へテープを配置するステップを含む請求項1に記載の方法。
- 前記テープの一部の長さ寸法が前記マンドレルの縦軸に実質的に平行であるように配置が行われる請求項2に記載の方法。
- 1つ以上の材料の層それぞれの部分をマンドレルの周囲にかつ前記マンドレルの縦軸について巻くステップと、
前記材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われており、かつ
前記テープの一部の長さ寸法が前記マンドレルの縦軸に実質的に平行であるように材料の層上へテープを配置するステップと、を含み、
前記材料の各層は繊維を含み、
前記材料の各層の巻かれた部分について、多数の繊維のそれぞれが前記マンドレルの縦軸に対して角度を付けて配置されるように巻くことが行われることを特徴とする積層品の製造方法。 - 巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット接合するステップを含む請求項4に記載の方法。
- 1つ以上の材料の層が第1の材料の層と第2の材料の層とを含み、
前記第1の材料の層の巻かれた部分が前記第2の材料の層の巻かれた部分に覆われているように巻くことが実施され、
前記第1の材料の層が前記第2の材料の層にスポット接合されるようにスポット接合が行われる請求項1〜3または5のいずれかに記載の方法。 - 前記1つ以上の材料の層が第1の材料の層と第2の材料の層とを含み、
前記第1の材料の層の側端が前記第2の材料の層の側端の側にあるように巻くことが行われ、
前記第1の材料の層が前記第2の材料の層にスポット接合されるようにスポット接合が行われる請求項1〜3または5のいずれかに記載の方法。 - 接合した点の少なくとも2つが前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿うようにスポット接合が行われる請求項1〜3または5のいずれかに記載の方法。
- 前記テープの一部が、前記マンドレルの外周より小さい幅を有し、前記外周は前記マンドレルの縦軸に垂直な平面でとられ、
任意選択的に、前記テープの一部の幅は前記マンドレルの外周の半分より小さい請求項2〜5のいずれかに記載の方法。 - 前記テープの一部に切り込みを入れて積層品を製造するステップを含む請求項2〜5のいずれかに記載の方法。
- 前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿って切り込みを入れる請求項10に記載の方法。
- 前記マンドレルが、前記マンドレルの縦軸に沿って広がる溝を定め、
少なくとも一部は、前記溝内および前記溝に沿って前記マンドレルに対してカッターのブレードまたはエッジを動かすことによって切り込みを入れる請求項10に記載の方法。 - 材料の層の少なくとも1つの巻かれた部分にテープを結合させるステップを含む請求項2〜5のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも一部は、ローラーを前記マンドレルに対して前記マンドレルの縦軸に実質的に一致した方向に移動させることによって結合が行われ、前記テープが前記ローラーと前記マンドレルとの間に配置され、
任意選択的に、結合の間に、前記マンドレルの一部が前記ローラーの溝内に配置され、
任意選択的に、
前記マンドレルが前記マンドレルの縦軸に沿って伸びる平面部分を定め、
結合の間に、前記テープが前記ローラーと前記マンドレルの平面部分との間に配置される請求項13に記載の方法。 - 前記1つ以上の材料の層は2つ以上の材料の層を含み、
前記材料の層の少なくとも1つの巻かれた部分に少なくとも1つの他の材料の層の巻かれた部分が覆われているように巻くことが行われる請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 前記1つ以上の材料の層は2つ以上の材料の層を含み、
前記材料の層の少なくとも1つの側端が少なくとも1つの他の材料の層の側端の側にあるように巻くことが行われる請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 縦軸を有するマンドレルと、
1つ以上の滑車と、
材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部がテープの少なくとも一部に覆われており、前記テープの一部の長さ寸法が前記マンドレルの縦軸に実質的に平行であるように、前記材料の層上へテープを配置するように構成されているテープディスペンサーと、を含み、
前記滑車は、1つ以上の材料の層のそれぞれ1つを受け取り、前記マンドレルに対してかつ前記マンドレルの縦軸について回転して、前記マンドレルの周囲にそれぞれの材料の層の一部を巻くように、それぞれ構成されていることを特徴とする積層品の製造システム。 - 巻かれた部分の隣接した部分を一緒にスポット溶接するように構成されている溶接機を含む請求項17に記載のシステム。
- 前記溶接機が、前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿うスポット溶接を形成するように構成されている請求項18に記載のシステム。
- 前記マンドレルの縦軸に実質的に平行である線に沿って材料の各層の巻かれた部分の少なくとも一部に切り込みを入れるように構成されているカッターを含む請求項17〜19のいずれかに記載のシステム。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190219 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190924 |