JP2019513583A - 複合中空構造物を連続的に製造するためのヘッド及びシステム - Google Patents

Abstract

複合構造物の製造で使用するためのシステムが開示される。システムは、複合構造物の製造中、複数の方向に移動するように構成された支持部と、支持部に結合されたヘッドと、を含んでもよい。ヘッドは、液体マトリックスと少なくとも１つの連続繊維とを受け入れるように構成されており、管状構造物を吐出するように構成されているハウジングを有してもよい。ヘッドはまた、ハウジングに動作的に接続されているとともに管状構造物がハウジングから吐出されているときに管状構造物の表面上に材料層を堆積させるように構成されているノズルと、ノズルと関連付けられており、材料層を塗り広げるように構成されているスキージと、を有してもよい。ヘッドは、ハウジングに動作的に接続されているとともに、吐出中、管状構造物中の液体マトリックスを硬化させるように構成されている第１の硬化促進部と、ノズルによって堆積された材料層を硬化させるように構成されている第２の硬化促進部と、を更に有してもよい。

Description

技術分野
［0001］本開示は、概して、製造用ヘッド及びシステムに関し、特に、複合中空構造物を連続的に製造するためのヘッド及びシステムに関する。

背景
［0002］押出製造は、連続中空構造物を製造するための既知のプロセスである。押出製造中、液体マトリックス（例えば、熱硬化性樹脂又は加熱された熱可塑性プラスチック）が所望の断面形状及び寸法を有する金型に押し込まれる。材料は金型を出るときに最終形態に硬化する（cures and hardens）。一部の用途では、液体マトリックスが金型から出るときにその硬化を加速させるために紫外線及び／又は超音波振動が用いられる。押出製造プロセスによって製造される中空構造物は、任意の連続長、直線又は曲線の外形、一定の断面形状、及び優れた表面仕上げを有し得る。押出製造は中空構造物を連続的に製造するのに有効な手法であり得るものの、得られる構造物は、一部の用途に必要とされる強度が不足している場合がある。

［0003］引抜製造は、高強度の中空構造物を製造するための既知のプロセスである。引抜製造中、個々の繊維ストランド、編組ストランド、及び／又は織物が液体マトリックス（例えば、熱硬化性樹脂又は加熱された熱可塑性プラスチック）で被覆あるいは含浸され、固定金型に引き込まれ、液体マトリックスが最終形態に硬化する。押出製造と同様に、一部の引抜用途では、液体マトリックスが金型から出るときにその硬化を加速させるために紫外線及び／又は超音波振動が用いられる。引抜製造プロセスによって製造される中空構造物は、押出構造物と同じ特性を多く有するとともに、組み込まれた繊維によって増加した強度を有する。引抜製造は高強度の中空構造物を連続的に製造するのに有効な手法であり得るものの、得られる構造物は、一部の用途に必要とされる形状が不足している場合がある。加えて、引抜中空構造物内に組み込まれる繊維パターンの種類が限られている場合があり、それにより得られる中空構造物の利用可能な特性が限定される。

［0004］開示されるシステムは、上で説明した課題の１つ以上及び／又は従来技術の他の課題を克服することを対象とする。

概要
［0005］一態様では、本開示は、製造システム用のヘッドに関する。ヘッドは、液体マトリックスと少なくとも１つの連続繊維とを受け入れ、複合管状構造物を吐出するように構成されたハウジングを含んでもよい。ヘッドは、また、ヘッドに動作的に結合されており、複合管状構造物がハウジングから吐出されているときに複合管状構造物の表面上に材料層を堆積させるように構成されているノズルを含んでもよい。ヘッドは、ノズルと関連付けられており、材料層を塗り広げるように構成されているスキージを更に有してもよい。

［0006］別の態様では、本開示は、複合構造物を連続的に製造するためのシステムに関する。システムは、複合構造物の製造中、複数の方向に移動するように構成された支持部と、支持部に結合されたヘッドと、を含んでもよい。ヘッドは、液体マトリックスと少なくとも１つの連続繊維とを受け入れるように構成されており、管状構造物を吐出するように構成されているハウジングを有してもよい。ヘッドは、また、ハウジングに動作的に接続されているとともに管状構造物がハウジングから吐出されているときに管状構造物の表面上に材料層を堆積させるように構成されているノズルと、ノズルと関連付けられており、材料層を塗り広げるように構成されているスキージと、を有してもよい。ヘッドは、ハウジングに動作的に接続されているとともに、吐出中、管状構造物中の液体マトリックスを硬化させるように構成されている第１の硬化促進部と、ノズルによって堆積された材料層を硬化させるように構成されている第２の硬化促進部と、を更に有してもよい。

［0007］更に別の態様では、本開示は、複合構造物を連続的に製造する方法に関する。当該方法は、繊維にマトリックスを連続的に被覆することと、マトリックス被覆繊維を非繊維軸から離れる方に半径方向外側に逸らし、管状構造物を形成することと、管状構造物内に３次元軌道を作成することと、を含んでもよい。当該方法は、また、管状構造物内のマトリックスを硬化させることと、管状構造物が形成されている間に管状構造物の表面上にマトリックスの材料層を堆積させることと、ブレードで材料層の少なくとも一部分を塗り広げることと、を含んでもよい。

［0008］図１は、開示される例示的な製造システムの概略図である。 図２は、開示される例示的な製造システムの概略図である。 ［0009］図３は、図１及び図２の製造システムとともに使用してもよい、開示される例示的な駆動部及びヘッドの断面図である。 ［0010］図４は、図３のヘッドの分解図である。 ［0011］図５は、図３及び図４のヘッドに接続されてもよい、開示される例示的なシールドの斜視図である。 ［0012］図６は、図１及び図２のシステムによって製造されてもよい、開示される例示的な中空構造物の概略図である。 図７は、図１及び図２のシステムによって製造されてもよい、開示される例示的な中空構造物の概略図である。 図８は、図１及び図２のシステムによって製造されてもよい、開示される例示的な中空構造物の概略図である。 図９は、図１及び図２のシステムによって製造されてもよい、開示される例示的な中空構造物の概略図である。 ［0013］図１０は、図６〜図９の中空構造物の壁を構成してもよい、開示される例示的なウィーブパターンの概略図である。 図１１は、図６〜図９の中空構造物の壁を構成してもよい、開示される例示的なウィーブパターンの概略図である。 図１２は、図６〜図９の中空構造物の壁を構成してもよい、開示される例示的なウィーブパターンの概略図である。 図１３は、図６〜図９の中空構造物の壁を構成してもよい、開示される例示的なウィーブパターンの概略図である。 図１４は、図６〜図９の中空構造物の壁を構成してもよい、開示される例示的なウィーブパターンの概略図である。 図１５は、図６〜図９の中空構造物の壁を構成してもよい、開示される例示的なウィーブパターンの概略図である。 図１６は、図６〜図９の中空構造物の壁を構成してもよい、開示される例示的なウィーブパターンの概略図である。 図１７は、図６〜図９の中空構造物の壁を構成してもよい、開示される例示的なウィーブパターンの概略図である。 図１８は、図６〜図９の中空構造物の壁を構成してもよい、開示される例示的なウィーブパターンの概略図である。 ［0014］図１９は、図１及び図２の製造システムとともに使用してもよい、開示される例示的なヘッドの断面図である。 図２０は、図１及び図２の製造システムとともに使用してもよい、開示される例示的なヘッドの断面図である。

詳細な説明
［0015］図１及び図２は、任意の所望の断面形状（例えば、円形又は多角形）を有する中空複合構造物（例えば、管、ホース、チャネル、導管、ダクト等）１４を連続的に製造するために使用してもよい異なる例示的システム１０及び１２を示す。各システム１０、１２は、支持部１６と、駆動部１８と、ヘッド２０と、を含んでもよい。ヘッド２０は駆動部１８を介して支持部１６に結合されてもよい。開示される図１の実施形態では、支持部１６は、得られる構造物１４の長手方向軸２２が３次元であるように、構造物１４の製造中に駆動部１８とヘッド２０とを複数の方向に移動させることができるロボットアームである。図２の実施形態では、支持部１６は、また、構造物１４の製造中、ヘッド２０と駆動部１８とを複数の方向に移動させることができるオーバーヘッドガントリーである。両実施形態の支持部１６は６軸運動可能なものとして示されているが、所望であれば、駆動部１８とヘッド２０とを同じ又は異なる手法で移動させることができる任意の他の種類の支持部１６も利用可能であると考えられる。

［0016］図３に示すように、駆動部１８は、ヘッド２０と支持部１６との間の機械的カップリングとして機能することに加えて、協働してヘッド２０に電力も供給する構成要素を含んでもよい。これら構成要素はとりわけ、容器２４と、容器２４内に配置された１つ以上のアクチュエータと、種々のアクチュエータをヘッド２０の異なる部分に接続している複数のリンクと、を含んでもよい。開示される実施形態では、３つの異なるアクチュエータ２６、２８、３０が２つの異なるシャフト３２、３４とロッド３６とを介してヘッド２０に結合されているものとして容器２４の内部に示されている。アクチュエータ２６及び２８はロータリー型アクチュエータ（例えば、電気、油圧、又は空気圧モータ）であってもよく、アクチュエータ３０はリニア型アクチュエータ（例えば、ソレノイドアクチュエータ、油圧シリンダ、リードスクリュ等）であってもよい。シャフト３２は管状（即ち、円筒状及び中空）であってもよく、アクチュエータ２６によって駆動されて中心軸３７の周りを回転し、シャフト３４はシャフト３２の中央を通り、アクチュエータ２８によって駆動されて、また、中心軸３７の周りを回転してもよい。本開示の目的では、軸３７はヘッド２０の非繊維軸であると考えてもよい。開示される実施形態では、シャフト３４は、また、管状であり、ロッド３６は、シャフト３４の中央を通り、アクチュエータ３０によって駆動されシャフト３４に対して軸方向に出入りするように構成されていてもよい。ロッド３６は、また、中心軸３７と概ね整列されていてもよい。異なる数のアクチュエータは、所望であれば、異なる配置構成のシャフト及び／又はロッドによってヘッド２０と結合され得ると考えられる。例えば、所望であれば、１つのアクチュエータを結合させて両シャフト３２、３４（例えば、歯車列（図示せず）によって）を回転させることができる。電気は外部電源（例えば、確立された電力系統）３８からアクチュエータ３０〜３４に供給されてもよい。

［0017］上述の種々のアクチュエータの取付位置として機能することに加えて、いくつかの実施形態では、容器２４は圧力容器としても機能してよい。例えば、容器２４は、加圧されたマトリックス材料を受け入れるあるいは収容するように構成されていてもよい。マトリックス材料は、硬化可能な任意の種類の液体樹脂（例えば、不揮発性有機化合物樹脂）を含んでもよい。例示的な樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、カチオンエポキシ、アクリル化エポキシ、ウレタン、エステル、熱可塑性樹脂、感光性樹脂、ポリエポキシド等が挙げられる。一実施形態では、容器２４内部のマトリックス材料の圧力は、対応する導管４２を介して容器２４に流体的に接続された外部デバイス（例えば、押出機又は別の種類のポンプ）４０によって発生させてもよい。別の実施形態では、しかしながら、圧力は、類似の種類のデバイスによって容器２４の完全に内部で発生させてもよい。いくつかの場合では、容器２４の内部のマトリックス材料は早期硬化を阻止するために冷却及び／又は暗状態に維持する必要があり得る一方、他の場合では、マトリックス材料は同じ理由で加温状態に維持する必要があり得る。いずれの状況においても、容器２４はこれらニーズに備えるために特別に構成（例えば、断熱、冷却及び／又は加温）されていてもよい。

［0018］容器２４の内部に保管されたマトリックス材料は任意の数の別個の繊維を被覆するために使用されてもよく、繊維とともに複合構造物１４の壁を構成してもよい。開示される実施形態では、２つの別個の繊維供給源４４、４６は、容器２４内に保管される（例えば、別個の内部スプール（図示せず）上に）あるいは容器２４内を通る（例えば、同じ又は別固の外部スプールから供給される）。一例では、供給源４４、４６の繊維は同一種類のものであり、同じ直径及び断面形状（例えば、円形、四角形、平坦等）を有する。他の例では、しかしながら、供給源４４、４６の繊維は異なる種類のものであり、異なる直径を有する及び／又は異なる断面形状を有する。各供給源４４、４６は、繊維の単一ストランド、いくつかの繊維ストランドの短線若しくは粗糸、又は繊維ストランドのウィーブを含んでもよい。ストランドは、例えば、炭素繊維、植物繊維、木材繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、金属ワイヤ等を含んでもよい。

［0019］供給源４４、４６からの繊維は、繊維が容器２４の内部にある間に、繊維がヘッド２０に送られている間に及び／又は繊維がヘッド２０から吐出されている間に、容器２４内に保管されたマトリックス材料で被覆されてもよい。マトリックス材料、供給源４４、４６の１つ又は両方からの乾燥繊維及び／又は既にマトリックス材料で被覆されている繊維は、当業者には明らかな任意の手法でヘッド２０に給送されてもよい。図３の実施形態では、マトリックス材料は、両供給源４４、４６からの繊維と（及び一部の場合では、様々な長さの細断繊維などのフィラーと）混合され、マトリックス被覆繊維は、その後、シャフト３２及び／又はシャフト３４の開口内部を通ってヘッド２０に導かれる。しかしながら、所望であれば、この目的のための専用の導管（図示せず）を代替的に使用できると考えられる。マトリックス材料は、容器２４の圧力によってシャフト３２、３４（及び／又は専用の導管）内に押し通されてもよく、繊維はマトリックス材料とともに移動してもよい。代替的に又は付加的に、繊維（被覆又は非被覆）はシャフト３２及び／又はシャフト３４内に機械的に引かれてもよく、いくつかの実施形態では、マトリックス材料は繊維とともに引かれてもよい。開示される例では、電気もまた、シャフト３２及び／又はシャフト３４の空の内部を介してヘッド２０に供給される。

［0020］ヘッド２０は、駆動部１８から受け取ったマトリックス被覆繊維から、構造物１４の壁に特有のウィーブパターンを作成するように機能する、互いに内部に入れ子状になっている一連の円筒状構成要素を含んでもよい。図３及び図４に見られるように、これら構成要素は、とりわけ、ハウジング４８と、１つ以上の繊維案内部（例えば、第１の繊維案内部５０及び第２の繊維案内部５２）と、ダイバータ５４と、１つ以上の硬化促進部（例えば、紫外線照明５６及び／又は超音波エミッタ５８）と、切断部６０と、を含んでもよい。以下でより詳細に説明するように、駆動部１８からのマトリックス被覆繊維は、繊維の回転を生じさせることができる第１及び／又は第２の繊維案内部５０、５２を通過してもよい。回転するマトリックス被覆繊維は、その後、ダイバータ５４とハウジング４８との間の環状間隙６１（図３にのみ示される）と、ダイバータ５４の口６２の周りを通過してもよく、そこで紫外線照明５６及び／又は超音波エミッタ５８によって樹脂を内から外に硬化させる。

［0021］ハウジング４８は略管状であってもよく、開端部６４（図４にのみ示される）と、反対側のドーム状端部６８と、を有してもよい。開端部６４におけるハウジング４８の内径は繊維案内部５０、５２の外径より大きくてもよく、ハウジング４８の内部軸方向長さは繊維案内部５０、５２の軸方向長さより大きくてもよい。この配置構成によって、繊維案内部５０、５２はハウジング４８の内部に少なくとも部分的に嵌合してもよい。開示される実施形態では、両繊維案内部５０、５２は、開端部６４におけるハウジング４８の軸方向面６９が繊維案内部５０、５２の対応する端部を越えて延びるように、ハウジング４８の内部に完全に入れ子になっている。開端部６４におけるハウジング４８の面６９は、ダイバータ５４の同様に湾曲した外部表面の鏡像になるように凸状に湾曲していてもよい。中心開口部７０がハウジング４８のドーム状端部６８内に形成されていてもよく、シャフト３２と、シャフト３４と、ロッド３６がハウジング４８を軸方向に通過することを可能にする。いくつかの実施形態では、液体マトリックス材料がハウジング４８から漏れ出すのを阻止するために、シール（例えば、Ｏリング（図３にのみ示される））７２が開口部７０に、及びシャフト３２の周りに配置されてもよい。

［0022］繊維案内部５０及び繊維案内部５２もまた、ハウジング４８と同様に略管状であってもよく、開端部７４と、開端部７４の反対側に位置するドーム状端部７６と、を有してもよい。開端部７４における繊維案内部５０の内径はドーム状端部７６における繊維案内部５２の外径より大きくてもよく、繊維案内部５０の内部軸方向長さは繊維案内部５２の外部軸方向長さより長くてもよい。この配置構成によって、繊維案内部５２は繊維案内部５０の内部に少なくとも部分的に嵌合してもよい。開示される実施形態では、繊維案内部５２は、開端部７４における繊維案内部５０の端面７８が繊維案内部５２の端面８０を越えて軸方向に延びるように、繊維案内部５０の内部に完全に入れ子になっている。繊維案内部５０、５２の端面７８及び端面８０は、ダイバータ５４の同様に湾曲した外部表面の鏡像になるように凸状に湾曲していてもよい。

［0023］繊維案内部５０及び繊維案内部５２はそれぞれ、開端部７４からドーム状端部７６まで延びる環状側壁８２を有してもよい。開示される例では、各側壁８２の厚さは同じ（例えば、公差の範囲内）であってもよい。しかしながら、所望であれば、各側壁８２は異なる厚さを有することができると考えられる。側壁８２の厚さは、任意の数の軸方向に方向付けられた通路８４を内部に収容するために十分なものであってもよい。通路８４は、対応する端面（即ち、端面７８又は端面８０）からドーム状端部７６内を完全に通過してもよい。繊維案内部５０に形成された各通路８４は供給源４４、４６のうちの１つから１つ以上の繊維を受け入れるように構成されていてもよく、繊維案内部５２に形成された各通路８４は供給源４４、４６のもう一方から１つ以上の繊維を受け入れるように構成されていてもよい。同じ又は異なる数の通路８４を所望のように各繊維案内部５０及び繊維案内部５２内に形成してもよい及び／又は通路８４は同じ又は異なる直径を有してもよいと考えられる。開示される実施形態では、実質的に同一の直径を有する２４個の等間隔で配置された通路８４が各繊維案内部５０、５２に形成されている。繊維案内部５２の環状壁８２は繊維案内部５０の環状壁８２よりも小さな直径を有してもよいことから、繊維案内部５２内の通路８４間の等間隔は対応する繊維案内部５０内の通路８４間の等間隔とは異なってもよい。いくつかの実施形態では、繊維案内部５０、５２の１つ又は両方内の通路の間隔は非等間隔で分配することができることに留意されたい。繊維案内部５２は繊維案内部５０の内部に完全に入れ子になっていてもよいことから、構造物１４の製造中に、繊維案内部５０を通過する繊維は繊維案内部５２を通過する繊維と概ね重なってもよい。

［0024］各案内部を通過する繊維が共に特有のウィーブパターン（例えば、螺旋パターン、振動パターン、直線及び平行パターン、又はこれらを組み合わせたパターン）を作成するように、構造物１４の製造中、各繊維案内部５０、５２は選択的に回転させても静止したままにしてもよい。繊維案内部５０の回転はシャフト３２により駆動されてもよく、繊維案内部５２の回転はシャフト３４により駆動されてもよい。シャフト３２は繊維案内部５０のドーム状端部７６及び／又は内部表面に接続してもよい。シャフト３４は繊維案内部５０のドーム状端部７６の隙間開口部８６を通過し、繊維案内部５２のドーム状端部７６及び／又は内部表面に係合してもよい。以下に更に詳細に記載されるように、繊維案内部５０、５２の相対回転は得られる構造物１４のウィーブパターンに影響し得る。特に、所望の特性を有する特有の及び／又は動的に変化するウィーブパターンを生成するために、繊維案内部５０、５２の回転は、同じ方向、互いに反対方向、連続的、断続的、振動的であっても、より小さな若しくは大きな振動範囲を有しても、より低速又は高速で実施してもよい、等である。加えて、繊維案内部５０、５２の回転は、支持部１６の動き、ダイバータ５４の動き、軸方向押出し距離及び／若しくは速度、並びに／又は構造物１４の既知の形状寸法（例えば、終端点、結合点、Ｔ字管、直径の変化、スプライス、曲げ、高圧及び／又は高温領域等）によって設計されてもよい。

［0025］ダイバータ５４は略釣鐘形であってもよく、口６２の反対側に位置するドーム状端部８８を有してもよい。ドーム状端部８８は口６２よりも小さな直径を有してもよく、少なくとも部分的に繊維案内部５２内に入れ子になるように構成されていてもよい。口６２はドーム状端部８８から半径方向外側に広がってもよく、繊維案内部５２の外径よりも大きな外径を有してもよい。一実施形態では、口６２の外径はハウジング４８の外径とほぼ同じであってもよい。ダイバータ５４はその外側に広がる輪郭によって、両繊維案内部５０、５２の通路８４を出る繊維を半径方向外側に逸らすように機能してもよい。このように、得られる構造物１４の内径はダイバータ５４の外径によって決定されてもよい。加えて、ダイバータ５４は繊維をハウジング４８の面６９に対して逸らしてもよく、それによって間隙６１（図３を参照）内に繊維を挟む。したがって、ダイバータ５４の逸らし機能は、構造物１４の内径の確立に加えて、構造物１４の壁厚も決定してよい。

［0026］一実施形態では、ダイバータ５４は、構造物１４の壁厚を選択的に調整するように可動であってもよい。具体的には、ロッド３６は繊維案内部５０、５２の隙間開口部８６を通過してダイバータ５４のドーム状端部７６に係合してもよい。この接続によって、アクチュエータ３０（図３を参照）により生じるロッド３６の軸方向並進によって様々な幅の間隙６１及び対応する構造物１４の壁厚をもたらしてもよい。したがって、構造物１４の厚い壁はダイバータ５４をハウジング４８から離れる方に押すことによって製造されてもよく、薄い壁はダイバータ５４をハウジング４８に近づく方に引くことによって製造されてもよい。ダイバータ５４は略釣鐘形であるとして記載してきたが、所望であれば、代替的に、ダイバータ５４は円錐形とすることができると考えられる。

［0027］構造物１４の壁内の特定の特徴は間隙６１の幅を急激に変えることによって（即ち、ダイバータ５４を急激に引き、ダイバータ５４を急激に押し戻すことによって）作成してもよいと考えられる。例えば、ねじ山（図８を参照）、フランジ（図７を参照）、可撓性部分、及び他の特徴が、引く動き／押す動きの速度、継続時間及び／又は距離を調整することによって作成されてもよい。

［0028］紫外線照明５６は、構造物１４の形成中、構造物１４の内部表面を電磁放射に連続的に曝露させるように構成されていてもよい。電磁放射は間隙６１を通って吐出されるマトリックス材料内で起こる化学反応の速度を高めることができ、それによってマトリックス材料が硬化するのに必要な時間を減少させる。開示される実施形態では、紫外線照明５６はダイバータ５４の口６２内に軸３７と概ね整列して取り付けられていてもよく、放射をダイバータ５４から離れる方に誘導するように方向付けられていてもよい。紫外線照明５６は、軸３７の周りに均等に分配された複数のＬＥＤ（例えば、異なる６つのＬＥＤ）を含んでもよい。しかしながら、代替的に、任意の数のＬＥＤ又は他の電磁放射源を、開示される目的のために用いることができると考えられる。紫外線照明５６は、電源３８（図３を参照）からシャフト３２、３４及びロッド３６を通って延びる導線９０を介して給電されてもよい。いくつかの実施形態では、ロッド３６自体が導線９０として機能してもよい。電磁放射の量は、構造物１４が口６２から一定の長さを超えて軸方向に伸長する前にマトリックス材料を硬化させるのに十分なものであってもよい。一実施形態では、構造物１４は、軸方向伸長の長さが構造物１４の外径に等しくなる前に完全に硬化される。

［0029］紫外線照明５６の代わりに又はこれに加えて超音波エミッタ５８を使用し、構造物１４中のマトリックス材料の硬化速度を増加してもよい。例えば、超音波エミッタ５８はダイバータ５４の口６２の内部に直接取り付けることができ、又は代替的に、紫外線照明５６の先端部（例えば、その対応する凹部内）に取り付けることができる。超音波エミッタ５８を使用してマトリックス材料中の分子に対して超音波エネルギーを放出し、分子を振動させてもよい。振動はマトリックス材料中に泡を発生させてもよく、泡は高温及び高圧で空洞を生じ、泡のない場合に可能な速度よりも速くマトリックス材料を硬化させる。超音波エミッタ５８は紫外線照明５６と同様に給電されてもよく、また、構造物１４を内から外に硬化させるように機能してもよい。紫外線照明５６及び／又は超音波エミッタ５８に加えて又はその代わりに、所望であれば、外から内への構造物１４の硬化速度を加速させるために１つ以上の付加的な硬化促進部（図示せず）を配置することができると考えられる。

［0030］構造物１４の製造中、切断部６０を使用して、構造物１４の長さを選択的に終端あるいは固定してもよい。図３及び図４に示すように、切断部６０は略リング状であってもよく、ハウジング４８の外部表面に可動自在に取り付けられていてもよい。切断部６０は、間隙６１から吐出されているマトリックス被覆繊維に係合するまで軸３７に沿って摺動するように構成された鋭利な刃９２を有してもよい。その後、同じ方向に更に摺動すると口６２に対して繊維をせん断するように機能してもよく、それにより構造物１４の長さを固定する。このせん断機能は、刃９２を構造物１４の繊維内に押すのに必要な力を小さくすることができ、得られる切断面がより良好な仕上げを有し得るように、マトリックス材料がまだ硬化されていないときにのみ行うことができることに留意されたい。

［0031］切断部６０の軸方向の動きは専用のアクチュエータ９３（図３を参照）によって発生させてもよい。アクチュエータ９３はハウジング４８に取り付けられていてもよく、リニアアクチュエータ（例えば、油圧式ピストン又はソレノイド）又はロータリーアクチュエータ（例えば、ハウジング４８上の雄ねじに係合するモータ）を所望のように組み込んでもよい。アクチュエータ９３は電源３８から外部配線を介して電力を受け取ってもよい。

［0032］いくつかの実施形態では、構造物１４の繊維のせん断中、切断部６０の動きはダイバータ５４の動きと協調させてもよい。例えば、切刃９２が構造物１４の繊維に向かって軸方向に動く直前又は最中に、ダイバータ５４はロッド３６及びアクチュエータ３０によってハウジング４８の方に内側に引かれてもよい。ダイバータ５４を内側に引くことによって、構造物１４の壁厚を低減してもよく、それによってせん断をより容易にしてもよい。加えて、ダイバータ５４を内側に引くことによって、より大きな締付力が繊維にかかってもよく、それによって必要なせん断力及び／又は切刃９２の動きが減少する。

［0033］構造物１４のマトリックス被覆繊維は間隙６１から吐出後に素早く硬化され得るものの、この硬化の速度はいくつかの用途では不十分な場合がある。例えば、水中、宇宙空間、又は理想的でない（例えば、厳しい又は極端な）温度、理想的でない圧力及び／又は高汚染の別の不適な環境で構造物１４を製造する場合、所望の構造特性を確保するためにマトリックス被覆繊維は硬化が完了するまで環境から保護されるべきである。このために、シールド９４が設けられてもよく、ヘッド２０の先端部に選択的に結合されてもよい。例示的なシールド９４が管９６及び／又はたわみ継手９８を含むものとして図５に示されている。所望のように、管９６は単独でヘッド２０の先端部に選択的に結合されていてもよく、継手９８は単独でヘッド２０の先端部に選択的に接続されていてもよく、又は管９６は継手９８を介してヘッド２０の先端部に選択的に結合されていてもよい。シールド９４は構造物１４にとってより制御された環境を提供してもよく、構造物１４がシールド９４の端部を越えて軸方向に押し出される前に構造物１４中のマトリックスを所望の量だけ硬化させることができる。いくつかの実施形態では、製造中、シールド９４は不活性ガスで加圧されてもよく、マトリックスの硬化速度を増加するガスで加圧されてもよく、及び／又は構造物１４の周囲環境をより完全に制御するために減圧されてもよい。管９６は、構造物１４の軸２２が主として直線のときには単独で（即ち、継手９８なしで）使用されてもよく、継手９８は、軸２２が３次元のときには単独で又は管９６とともに使用されてもよい。継手９８は、構造物１４が軸３７（図３を参照）に対して曲がり、湾曲することを可能にしてもよい。

［0034］システム１０は構造物１４の壁内に多くの異なるウィーブパターンを作成することができてもよい。図６〜図９は、システム１０で製造が可能であってもよい例示的な構造物１４を示す。図１０〜図１８は、構造物１４の作製に使用してもよいウィーブパターンの例示的な例を示す。開示される概念を更に示すために、図６〜図１８について以下の段落でより詳細に記載する。

［0035］図１９及び図２０は、構造物１４の製造に使用してもよいヘッド２０の別の例示的実施形態を示す。図３の実施形態と同様に、図１９及び図２０のヘッド２０は、シャフト３２、３４（明確にするために図１９及び図２０からは省略されており、図３にのみ示されている）と、ロッド３６（明確にするために図１９及び図２０からは省略されており、図３にのみ示されている）と、１つ以上の繊維案内部５０、５２と、ダイバータ５４と、少なくとも部分的にハウジング４８の内部に配置された紫外線照明５６及び／又は超音波エミッタ５８と、を含んでもよい。いくつかの実施形態では、図１９及び図２０のヘッド２０はまた、第１端部においてハウジング４８に接続されているとともに反対側の第２端部において構造物１４の外部表面と係合しているシールド９４を含んでもよい。図１９及び図２０のヘッド２０は、また、構造物１４の内側及び／又は外側に所望の表面テクスチャを協働して作成する付加的な構成要素を含んでもよい。

［0036］所望の内部表面テクスチャを協働して作成するヘッド２０の構成要素には、とりわけ、ハウジング４８から（例えば、繊維案内部５０、繊維案内部５２、及びダイバータ５４を通って）構造物１４の中心軸に沿ってシールド９４の第２端部まで延びる中空ワンド１４２と、ワンド１４２の先端部に動作的に接続されたノズル１４４と、を含んでもよい。ワンド１４２は剛性でも可撓性でもよく、第１端部において、例えばシャフト３２、３４及びロッド３６の内部にある内部供給通路を通じて液体マトリックスが供給される。ノズル１４４は、液体マトリックスが構造物１４の内部表面内のボイドを埋める及び／又は構造物１４の内部表面に貼り付くように、下流位置において液体マトリックスを半径方向外側に吐出するように構成されていてもよい。内部スキージ１４６がノズル１４４と関連付けられていてもよく、吐出後、及び１つ以上の下流の硬化促進部（例えば、紫外線照明５６及び／又は超音波エミッタ５８）による硬化前に（例えば、あらゆる硬化の前、又は部分硬化後であるが完全硬化の前に）液体マトリックスを塗り広げ、それによってならすように構成されていてもよい。

［0037］図１９及び図２０の実施形態では、ヘッド２０が構造物１４の内部表面に液体マトリックスを適用可能であり得るように、ワンド１４２はヘッド２０と一体である（例えば、単一部品を形成する及び／又はヘッド２０に永久接続されている）。所望であれば、ワンド１４２は、また、ヘッド２０に着脱可能に接続され得る。同様に、異なるマトリックス材料及び／又は表面テクスチャが用いられてもよいように、ノズル１４４は、ワンド１４２に永久的に又は交換可能に接続されてもよい。

［0038］ノズル１４４は、図１９及び図２０の例示的実施形態では、液体マトリックスの内側環状層又は膜を構造物１４の内部表面に適用するように構成されている。特に、ノズル１４４は、本体１４８の周縁部の周りに配置された１つ以上の環状オリフィス１５０（図２０にのみ示される）と、ワンド１４２からオリフィス１５０まで延びる複数の半径方向に方向付けられた内部通路１５２と、を有する本体１４８を含んでもよい。

［0039］図２０に示すように、オリフィス１５０は、スキージ１４６の上流ブレード１５４と下流ブレード１５６との間に軸方向に配置されている。ワンド１４２から軸方向に進む液体マトリックスは通路１５２及びオリフィス１５０内を半径方向外側に押され、ブレード１５４とブレード１５６との間の位置において構造物１４の内部表面に接触してもよい。スキージ１４６の下流ブレード１５６は構造物１４の内部表面から距離ｄを開けて配置されていてもよく、液体マトリックスを塗り広げるように構成されていてもよく、それによって液体マトリックスを一定の厚さ（例えば、公差の範囲内）を有する滑らかな層へとプレスする。上流ブレード１５４は構造物１４の内部表面に沿って（例えば、直接又はほぼ直接接触して）進んでもよく、液体マトリックスが更に上流の位置に軸方向に送られることを阻止するように構成されていてもよい。上流ブレード１５４はいくつかの実施形態では省略されてもよい。

［0040］また、図２０に示されるように、スキージ１４６の上流ブレード１５４及び下流ブレード１５６の１つ又は両方は、ばね付勢されてもよい及び／又は位置調整可能であってもよい。例えば、上流ブレード１５４及び下流ブレード１５６は両方とも、対応するばね１５８によって構造物１４の方に半径方向外側に付勢されて示されている。加えて、得られる液体マトリックスの層が様々な厚さを有することができるように、止めねじ又は他の類似の機構１５９を使用して下流ブレード１５６と構造物１４の内部表面との間の距離ｄを設定してもよい。所望であれば、類似の距離設定機構を上流ブレード１５４と関連付けることができる。

［0041］所望の外部表面テクスチャを協働して作成し得るヘッド２０の構成要素には、とりわけ、構造物１４の外側の半径方向位置にあるシールド９４の内部のハウジング４８から（例えば、ハウジング４８の環状側壁から）シールド９４の第２端部まで延びる１つ以上の軸方向通路１６０と、１つ以上の分配路１６４（例えば、各ノズル１６２につき１つの分配路１６４）によって通路１６０の先端部に動作的に接続されたノズル１６２と、を含んでもよい。通路１６０には第１端部において、例えば、シャフト３２、３４ロッド３６の内部にある内部供給通路を通じて液体マトリックスが内部供給されてもよい。ノズル１４４は、液体マトリックスが構造物１４の外部表面内のボイドを埋める及び／又は構造物１４の外部表面に貼り付くように、下流位置において半径方向内側に液体マトリックスを吐出するように構成されていてもよい。外部スキージ１６６がノズル１６２と関連付けられていてもよく、吐出後、及び１つ以上の下流の硬化促進部（例えば、紫外線照明５６）による硬化前に（例えば、あらゆる硬化の前、又は部分硬化後であるが完全硬化の前に）液体マトリックスを塗り広げ、それによってならすように構成されていてもよい。

［0042］図１９及び図２０の実施形態では、ヘッド２０が構造物１４の外部表面に液体マトリックスを適用可能であり得るように、ノズル１６２、軸方向通路１６０、及び分配路１６４はヘッド２０と一体である（例えば、単一部品を形成する及び／又はヘッド２０に永久接続されている）。所望であれば、ノズル１６２、軸方向通路１６０及び／又は分配路１６４は、また、ヘッド２０に着脱可能に接続され得る。同様に、異なるマトリックス材料及び／又は表面テクスチャの使用を容易にするために、ノズル１６２は、軸方向通路１６０及び／又は分配路１６４に永久的に又は交換可能に接続されてもよい。

［0043］ノズル１６２は、図１９及び図２０の例示的実施形態では、液体マトリックスの外側環状層又は膜を構造物１４の外部表面に適用するように構成されている。例えば、ノズル１６２は、本体１６８の内部周縁部の周りに配置された１つ以上の環状オリフィス１７０を有する本体１６８を含んでもよい。開示される実施形態では、オリフィス１７０が、スキージ１６６の上流ブレード１７２と下流ブレード１７４との間に軸方向に配置されている。この構成によって、オリフィス１７０を通って軸方向に進む液体マトリックスはオリフィス１７０内を半径方向内側に押され、構造物１４の外部表面に押しつけられてもよい。

［0044］スキージ１６６の下流ブレード１７４は構造物１４の外部表面から距離Ｄを開けて配置されていてもよく、液体マトリックスを塗り広げるように構成されていてもよく、それによって液体マトリックスを一定の厚さ（例えば、公差の範囲内）を有する滑らかな層へとプレスする。上流ブレード１７２は構造物１４の外部表面に沿って（例えば、直接又はほぼ直接接触して）進んでもよく、液体マトリックスが更に上流の位置に軸方向に送られることを阻止するように構成されていてもよい。上流ブレード１７２は、また、いくつかの実施形態では省略されてもよい。

［0045］スキージ１６６の上流ブレード１５４及び下流ブレード１５６の１つ又は両方は位置調整可能であってもよい。例えば、上流ブレード１５４及び下流ブレード１５６は両方とも、止めねじ又は他の類似の機構１７６によって構造物１４の方に半径方向内側に付勢されて示されている。得られる液体マトリックスの層が様々な厚さを有することができるように、この構成によって、上流及び／又は下流ブレード１５４の位置を調整して距離Ｄを設定してもよい。

［0046］上述のように、図１９及び図２０のヘッド２０は、いくつかの実施形態では、内部及び／又は外部紫外線照明５６、並びに内部超音波エミッタ５８を含んでもよい。これら構成要素は、構造物１４の硬化をすでに上で記載した手法で容易にすることに加えて、また、構造物１４の内部表面及び／又は外部表面に後に適用される液体マトリックスの硬化を容易にしてもよい。特に、第１の紫外線照明又は照明セット５６がダイバータ５４の口６２の周りに配置されていてもよく（図３の実施形態に類似する）、構造物１４の液体マトリックスを硬化させるように構成されていてもよい一方、第２の紫外線照明又は照明セット５６はノズル１４４の外部端面に取り付けられていてもよく、オリフィス１５０からの吐出中又は吐出後、構造物１４の内部表面に適用された液体マトリックスを硬化させるように構成されていてもよい。いくつかの場合では、超音波エミッタ５８もまた、ノズル１４４の外部端面、例えば、第２の紫外線照明セット５６の中央に取り付けられていてもよい。第３の紫外線照明セット５６は、構造物１４の外側に（例えば、構造物１４の周縁部の周りに）取り付けられていてもよく、オリフィス１７０からの吐出又は吐出後、構造物１４の外部表面に適用された液体マトリックスを硬化させるように構成されていてもよい。一実施形態では、第３の紫外線照明セット５６は、外側に広がり更に下流に延びて紫外線照明５６からのエネルギーを構造物１４に向かって内側に反射するフード１８０内に取り付けられている。

［0047］いくつかの実施形態では、内部シールド１８２がワンド１４２及び／又はノズル１４４に（例えば、直接、又は付加的な構成要素を介して間接的に）結合されていてもよく、シールド９４の内部に配置されていてもよい。内部シールド１８２はワンド１４２及び／又はノズル１４４の周りの空間を密閉し、構造物１４の液体マトリックスが十分に硬化されていないときに構造物１４を環境から一層隔離してもよい。内部シールド１８２は、ノズル１４４の内部端面から半径方向内側にテーパしてワンド１４２の外部環状表面に係合し、ノズル１４４の内部端面からワンド１４２の第１端部まで軸方向に延びるバッフルを組み込んでもよい。内部シールド１８２は所望であれば省略してもよい。

［0048］所望のように、ノズル１４４の外部周縁部は構造物１４の内部環状表面に係合してもよい、又は内部環状表面に達することなく終端してもよい。ノズル１４４の周縁部が構造物１４の内部環状表面に係合する場合、一部の場合では、ノズル１４４は案内部として機能してもよい。例えば、構造物１４が完全に硬化されていないとき、構造物１４はノズル１４４上を摺動してもよい。これが起こる場合、ノズル１４４は構造物１４の成形を補助してもよい。例えば、ノズル１１４は略円形であってもよく、構造物１４がたるむ傾向があるときに構造物１４が略円形の断面形状を維持するのを補助してもよい。あるいは、ノズル１１４は、矩形、楕円形、三角形、若しくは別の多角形であってもよい及び／又はダイバータ５４の寸法よりも概ね大きい若しくは小さい寸法を有してもよい。このようにして、ノズル１１４を使用して構造物１４の形状をダイバータ５４上に元々押し出された形状から調整してもよい。

産業上の利用可能性
［0049］開示されるシステムは、任意の所望の断面形状及び長さを有する複合構造物を連続的に製造するために使用されてもよい。複合構造物は、同じ又は異なる種類及び同じ又は異なる直径の任意の数の異なる繊維を含んでもよい。加えて、複合構造物の作製に使用されるウィーブパターンは、構造物の製造中、動的に変化させてもよい。システム１０の動作についてここで詳細に記載する。

［0050］製造イベントの開始時、所望の中空構造物１４に関する情報をシステム１０に（例えば、支持部１６、アクチュエータ２６〜２８及び／又は押出機４０の動作の調整を担うコントローラに）ロードしてもよい。この情報には、とりわけ、寸法（例えば、直径、壁厚、長さ、コーティング材料及び／又は厚さ等）、輪郭（例えば、軸２２の軌道）、表面フィーチャ（例えば、ねじ山寸法、位置、厚さ、長さ、フランジ寸法、位置、厚さ、長さ等）、接続部の形状寸法（例えば、継手、Ｔ字管、スプライス等の位置及び寸法）、所望のウィーブパターン、及びウィーブ変化位置を含んでもよい。この情報は、所望であれば、代替的に又は付加的に、製造イベントの間の異なる時に及び／又は連続的にシステム１０にロードしてもよいことに留意されたい。構成要素の情報に基づき、１種以上の異なる繊維及び／又は樹脂がシステム１０に選択的に導入されてもよい。繊維の導入には、繊維をシャフト３２、３４、案内部５０、５２内の通路８４、及び間隙６１に通すことを含んでもよい。いくつかの実施形態では、繊維はまた、引張機（図示せず）及び／又は取付具（図示せず）に接続される必要があり得る。マトリックス材料の導入には、容器２４の充填及び／又は容器２４への押出機４０の結合を含んでもよい。いくつかの実施形態では、収集された構成要素の情報に応じて、大きな又は小さな直径を有するダイバータと任意の数の異なる構成の繊維案内部がヘッド２０とともに選択的に使用されてもよい。

［0051］構成要素の情報は、その後、システム１０の動作を制御するために使用されてもよい。例えば、繊維は、駆動部１８が繊維案内部５０、５２を回転させるのと同時にヘッド２０から所望の速度でマトリックス材料とともに引かれてもよい及び／又は押されてもよい。この回転中、ダイバータ５４もまた、出入りさせてもよく、任意の利用可能な硬化促進部（例えば、紫外線照明５６及び／又は超音波エミッタ５８）を作動してマトリックス材料を硬化させてもよい。支持部１６はまた、得られる中空構造物１４の軸２２が所望の軌道を取るように、ヘッド２０を所望の手法で選択的に移動させてもよい。構造物１４が所望の長さに伸長すると、切断部６０を使用して上述の手法で構造物１４をシステム１０から切断してもよい。

［0052］図６は、システム１０によって作製されてもよい構造物１４の一例を示す。この図からわかるように、構造物１４の軸２２は構造物１４が長手方向に伸長している間、複雑な形状を生成するために任意の方向に並進させてもよい及び／又は回転させてもよい（例えば、ヘッド２０の対応する動きにより）。加えて、構造物１４のウィーブパターンは変化する形状によって設計されてもよい。図６の例では、コーナ部分１００の周りで変化する複数のウィーブパターンを有するエルボが作成されている。具体的には、案内部５０又は案内部５２の１つを通過する繊維はコーナ部分１００の反対側の端部では振動するが、コーナ部分１００の内部では直線になる（即ち、軸２２と整列する）。同時に、案内部５０又は案内部５２のもう一方を通過する繊維は構造物１４の長さの全体を通して直線のままである。加えて、振動する繊維の振動数は変化してもよい。特に、振動する繊維は部分１０２ではより低い振動数で、その後、部分１０４ではより高い振動数で振動してもよい。一部の用途では、この振動数変化パターンは反復的であってもよい。

［0053］構造物１４の長さに沿った任意の特定の箇所で使用されるウィーブパターンは、対応する箇所に所望の特性を与えるように選択してもよいと考えられる。例えば、振動パターンは、構造物１４のわずかな動き及び／又は曲げが短い距離及び長い距離にわたって所望される及び／又は予想される場合に効果的に使用されてもよい。振動パターンが有用となり得る用途の一つは、極地ツンドラで何マイルも連続するガスパイプラインの製造を挙げることができる。この用途では、ツンドラの凍結と融解がパイプラインの望ましくない動きを引き起こす可能性があり、パイプラインのひび割れを避けるためにはこれに対処しなければならない。この動きを振動ウィーブパターンによって対処してもよい。振動ウィーブパターンはまた、構造物１４に靭性及び又は耐摩耗性を付加してもよい。部分１００内の繊維は全て、構造物１４内に異なる特性を生じさせるために平行であってもよい。例えば、平行繊維は、曲げがほとんど又は全く所望されない又は予想されない場合に高い静的強度を与えてもよい。

［0054］図７は、システム１０によって作製されてもよい構造物１４の別の例を示す。この図からわかるように、構造物１４の末端に、構造物１４を別のデバイス（図示せず）に接続するための、あるいは構造物１４の端部を塞ぐための継手１０６が用いられている。継手１０６を使用することで、構造物１４の壁に異なる特性（例えば、より高い強度又は剛性）が必要となる場合があるため、継手の位置において構造物１４のウィーブパターン及び／又は厚さを、対応するように変更してもよい。例えば、ウィーブパターンはこの位置において密度が高くなってもよい及び／又は壁厚が増加してもよい。ウィーブパターンは、特定の軸方向伸長速度の（即ち、特定の押出し速度の）振動周波数を増加することによって及び／又は振動範囲を増加することによって密度が高くなってもよい。この位置の壁厚は、間隙６１が大きくなるようにダイバータ５４をハウジング４８から更に押し離すことによって増加させてもよい。

［0055］図８は、システム１０によって作製されてもよい構造物１４の別の例を示す。この図からわかるように、構造物１４の形状寸法は移行位置１０８と末端位置１１０とにおいて変化している（例えば、くびれている）。これら形状寸法の変化には、構造物１４のウィーブパターン及び／又は外形の対応する変化を伴ってもよい。例えば、移行位置１０８のウィーブパターンは振動繊維と平行繊維から平行繊維のみに（あるいは振動繊維のみに）変化してもよい。加えて、ダイバータ５４の素早い出入りの動きにより末端位置１１０にねじ山１１２が形成されてもよい。平行繊維は移行位置１０８の剛性を高めてもよく、ねじ山１１２は別の構造物との接続を容易にしてもよい。

［0056］図９は、システム１０によって作製されてもよい構造物１４の最終例を示す。この図からわかるように、構造物１４の形状寸法は必ずしも変化する必要はない。しかしながら、構造物１４のウィーブパターンの変化は、特定用途に合わせてなお変更してもよい。特に、全ての部分が同じ全体形状寸法を有していても、構造物１４の特定部分１１４は同一構造物の他の部分１１６とは異なる特性を有してもよい。例えば、部分１１４内では温度及び／又は圧力に対するより高い耐性が必要であってもよく、より高い耐摩耗性が必要であってもよく、及び／又はより高い可撓性及び／若しくは剛性が必要であってもよい。これら特性はウィーブパターンを変化することによってもたらされてもよい。開示される例では、部分１１４内のウィーブパターンは１つの区域（例えば、半分）のみに平行繊維を含み、残りの区域に部分１１６内の繊維密度とは異なるある密度の振動繊維を含む。

［0057］図１０〜図１８は、構造物１４が変化する形状寸法又は特性要件を有することを問わず、任意の構造物１４の任意の位置で使用されてもよい例示的なウィーブパターンを示す。図１０では、パターン１１８は、案内部５０からの螺旋状繊維１２０と案内部５２からの螺旋状繊維１２２とを使用する。パターン１１８の上部において、繊維１２０は繊維１２２と等しくインターリーブさせてもよく、所望のように、同一繊維であっても、異なる直径、形状及び／又は寸法の繊維であってもよい。しかし、繊維は、パターン１１８のほぼ中間で、繊維１２２の２つが互いに直接隣接する異なるウィーブに移行してもよい。この新たなパターンは、例えば、案内部５２の回転速度が案内部５０の回転速度の２倍になるように増加することによって達成されてもよい。

［0058］図１１では、両繊維１２０、１２２が第１の方向に螺旋状であるものから繊維１２０、１２２の１つが異なる方向に螺旋状であるものに移行するパターン１２４が作成される。図１２に類似のパターン１２６を示すが、繊維１２０、１２２の１つが異なる方向に移行する代わりに、両繊維１２０、１２２が反対方向に移行する。図１３に別の類似のパターン１２８を示すが、繊維１２０、１２２の１つのみが異なる方向の螺旋に移行する代わりに、繊維１２０、１２２の１つは螺旋よりもむしろ振動に移行する。

［0059］図１４では、繊維１２０及び繊維１２２の両方が相対的に同期した状態で振動しているものを含むパターン１３０が作成される。両振動繊維はほぼ同一振動数及び同一範囲で振動している。図１５は、繊維１２０と繊維１２２とが本質的に同一の振動数及び範囲を使用して互いに位相がずれた状態で振動しているパターン１３２を示す。しかしながら、繊維１２０、１２２の１つは、パターン１３２の長さに沿ったほぼ半分のところで異なる振動数及び／又は異なる範囲での振動に移行する。図１６では、本質的に同一の振動数及び範囲を使用して位相がずれた状態で振動している繊維１２０及び繊維１２２を有するパターン１３４が示される。しかしながら、繊維１２０、１２０の１つ又は両方は、重なった状態から互いに隣接する状態に移行するように、パターン１３４の長さに沿ったほぼ半分のところで半径方向位置を移動してもよい。

［0060］図１７のパターン１３６では、繊維１２０、１２２の１つは直線で、軸２２（図１及び図２を参照）とほぼ整列した状態で示されている一方、繊維１２０、１２２のもう一方は、最初、パターン１３６の上半分において螺旋状になっている。螺旋状繊維１２０又は１２２は、その後、パターン１３６の下半分で振動に移行する。図１８のパターン１３８では、繊維１２０、１２２の全てが直線で軸２２と整列しており、互いに等しくインターリーブされている。

［0061］ヘッド２０から放出される構造物１４内に含まれる繊維１２０、１２２の特定パターンを問わず、ノズル１４４及び／又はノズル１６２は、構造物１４の内部表面及び／又は外部表面内のボイドを少なくとも一部埋め、それにより所望の表面テクスチャを作成するために使用されてもよい。例えば、所望の厚さを有する、液体マトリックスの内側環状層及び／又は外側環状層を構造物１４の周りに堆積させ、硬化させてもよい。いくつかの実施形態では、所望の表面テクスチャを与えることに加えて、構造物１４の内部及び／又は外部を被覆する液体マトリックスの組成物を、所望の特性（例えば、放射シールド、絶縁、耐食性等）を与えるように調整してもよい。

［0062］開示されるシステム、構造物、及びウィーブパターンに対して種々の修正及び変形を施すことができることは当業者には明らかであろう。他の実施形態は、明細書の考察及び開示されるシステムの実施から当業者には明らかであろう。明細書及び例は単なる例示とみなされ、実際の範囲は以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって示されるものとする。

Claims (34)

1. 製造システム用のヘッドであって、
   液体マトリックスと少なくとも１つの連続繊維とを受け入れ、複合管状構造物を吐出するように構成されたハウジングと、
   前記ヘッドに動作的に結合されており、前記複合管状表面が前記ハウジングから吐出されているときに前記複合管状構造物の表面上に材料層を堆積させるように構成されているノズルと、
   前記ノズルと関連付けられており、前記材料層を塗り広げるように構成されているスキージと、
   を含む、ヘッド。
2. 前記ハウジングに動作的に接続されているとともに、前記材料層の吐出中及び堆積前に、前記複合管状構造物中の前記液体マトリックスを硬化させるように構成されている硬化促進部を更に含む、請求項１に記載のヘッド。
3. 前記硬化促進部は、前記複合管状構造物中の前記液体マトリックスを前記複合管状構造物の内部から硬化させるように構成されている、請求項２に記載のヘッド。
4. 前記硬化促進部は第１の硬化促進部であり、
   前記ヘッドは、前記ノズルによって堆積された前記材料層を硬化させるように構成されている第２の硬化促進部を更に含む、
   請求項２に記載のヘッド。
5. 前記ノズルは第１のノズルであり、
   前記材料層は第１の材料層であり、
   前記表面は第１の表面であり、
   前記スキージは第１のスキージであり、
   前記ヘッドは、
   前記ヘッドに動作的に接続されているとともに、前記複合管状構造物の第２の表面上に第２の材料層を堆積させるように構成されている第２のノズルと、
   前記第２のノズルと関連付けられており、前記第２の材料層を塗り広げるように構成されている第２のスキージと、
   前記第２の材料層を硬化させるように構成されている第３の硬化促進部と、
   を更に含む、請求項４に記載のヘッド。
6. 前記ノズルは、前記材料層を吐出するように構成された少なくとも１つの半径方向に方向付けられたオリフィスを含み、
   前記スキージは、前記複合管状構造物の吐出方向を基準として、前記少なくとも１つのオリフィスの下流側に位置する下流ブレードを含む、
   請求項１に記載のヘッド。
7. 前記下流ブレードは、前記複合管状構造物の前記表面から距離を開けて配置されている、請求項６に記載のヘッド。
8. 前記下流ブレードを前記複合管状構造物の前記表面に対して移動させるように構成された調整機構を更に含む、請求項７に記載のヘッド。
9. 前記スキージは、前記複合管状構造物の前記表面と直接接触している上流ブレードを更に含む、請求項６に記載のヘッド。
10. 前記表面は内部表面である、請求項１に記載のヘッド。
11. 前記ノズルは、半径方向外側に方向付けられた複数のオリフィスを含む第１のノズルであり、
    前記ヘッドは、半径方向内側に方向付けられているとともに前記複合管状構造物の外部表面上に材料層を堆積させるように構成された、複数のオリフィスを有する第２のノズルを更に含む、請求項１０に記載のヘッド。
12. 前記第１のノズルに液体マトリックスを供給するために、前記ヘッドの中央から前記複合管状構造物を通って前記第１のノズルまで延びるワンドと、
    前記第２のノズルに液体マトリックスを供給するために前記複合管状構造物の外側の位置にある前記ヘッドから前記第２のノズルまで延びる少なくとも１つの軸方向通路と、
    を更に含む、請求項１１に記載のヘッド。
13. 前記複合管状構造物の前記表面は外側である、請求項１に記載のヘッド。
14. 前記ノズルの上流側端部に取り付けられており、前記ノズルの下流側端部において外側に広がっているフードと、
    前記フード内に配置されており、前記複合管状構造物に向かって半径方向内側に方向付けられている少なくとも１つの硬化促進部と、
    を更に含む、請求項１３に記載のヘッド。
15. 前記ハウジングから前記ノズルまで延びる外部シールドを更に含む、請求項１４に記載のヘッド。
16. 複合構造物を連続的に製造するためのシステムであって、
    前記複合構造物の製造中、複数の方向に移動するように構成された支持部と、
    前記支持部に結合されたヘッドであって、
    液体マトリックスと少なくとも１つの連続繊維とを受け入れるように構成されており、管状構造物を吐出するように構成されているハウジングと、
    前記ハウジングに動作的に接続されているとともに、前記管状構造物が前記ハウジングから吐出されているときに前記管状構造物の表面上に材料層を堆積させるように構成されているノズルと、
    前記ノズルと関連付けられており、前記材料層を塗り広げるように構成されているスキージと、
    前記ハウジングに動作的に接続されているとともに、吐出中、前記管状構造物中の前記液体マトリックスを硬化させるように構成されている第１の硬化促進部と、
    前記ノズルによって堆積された前記材料層を硬化させるように構成されている第２の硬化促進部と、
    を含む、ヘッドと、
    を含む、システム。
17. 前記第１の硬化促進部は、前記管状構造物中の前記液体マトリックスを前記管状構造物の内部から硬化させるように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記ノズルは第１のノズルであり、
    前記材料層は第１の材料層であり、
    前記表面は前記管状構造物の内部表面であり、
    前記スキージは第１のスキージであり、
    前記ヘッドは、
    前記管状構造物の外部表面上に第２の材料層を堆積させるように構成されている第２のノズルと、
    前記第２のノズルと関連付けられており、前記第２の材料層を塗り広げるように構成されている第２のスキージと、
    前記管状構造物の前記表面上に前記第２の材料層を硬化させるように構成されている第３の硬化促進部と、
    を更に含む、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記第１のノズルは、半径方向外側に方向付けられた複数のオリフィスを含み、
    前記第２のノズルは、半径方向内側に方向付けられた複数のオリフィスを含む、
    請求項１８に記載のシステム。
20. 前記第１のノズルに液体マトリックスを供給するために前記ヘッドの中央から前記管状構造物を通って前記第１のノズルまで延びるワンドと、
    前記第２のノズルに液体マトリックスを供給するために前記管状構造物の外側の位置にある前記ヘッドから前記第２のノズルまで延びる少なくとも１つの軸方向通路と、
    を更に含む、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記第２のノズルの上流側端部に取り付けられており、前記第２のノズルの下流側端部において外側に広がっているフードを更に含み、前記第３の硬化促進部は前記フード内に配置されており、前記管状構造物に向かって半径方向内側に方向付けられている、請求項１８に記載のシステム。
22. 前記ノズルは、前記材料層を吐出するように構成された少なくとも１つの半径方向に方向付けられたオリフィスを含み、
    前記スキージは、前記管状構造物の吐出方向を基準として、前記少なくとも１つのオリフィスの下流側に位置する下流ブレードを含む、
    請求項１６に記載のシステム。
23. 前記下流ブレードは、前記管状構造物の前記表面から距離を開けて配置されている、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記下流ブレードを前記管状構造物の前記表面に対して移動させるように構成された調整機構を更に含む、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記スキージは、前記表面と直接接触している上流ブレードを更に含む、請求項２２に記載のシステム。
26. 複合構造物の製造方法であって、
    繊維にマトリックスを連続的に被覆することと、
    前記マトリックス被覆繊維を非繊維軸から離れる方に半径方向外側に逸らし、管状構造物を形成することと、
    前記管状構造物内に３次元軌道を作成することと、
    前記管状構造物内の前記マトリックスを硬化させることと、
    前記管状構造物が形成されている間に前記管状構造物の表面上に材料層を堆積させることと、
    ブレードで前記材料層の少なくとも一部分を塗り広げることと、
    を含む、方法。
27. 前記管状構造物内の前記マトリックスを硬化させることは、前記マトリックスを前記管状構造物の内部から硬化させることを含む、請求項２６に記載の方法。
28. 前記管状構造物の前記表面上に堆積させた前記材料層を硬化させることを更に含む、請求項２７に記載の方法。
29. 前記管状構造物の前記表面上に前記材料層を堆積させることは、前記管状構造物の内部表面上に第１のマトリックス材料層を堆積させることを含む、請求項２６に記載の方法。
30. 前記管状構造物が形成されている間に前記管状構造物の外部表面上に第２のマトリックス材料層を堆積させることと、
    ブレードで前記第２のマトリックス材料層の少なくとも一部分を塗り広げることと、
    前記第２のマトリックス材料層を硬化させることと、
    を更に含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記材料層の厚さを変更するために前記表面から離れるように前記ブレードの距離を調整することを更に含む、請求項２６に記載の方法。
32. 前記管状構造物内の前記マトリックスを硬化させることは、前記材料層を前記管状構造物の前記表面上に堆積させる位置の上流の位置において前記マトリックスを硬化させることを含む、請求項２６に記載の方法。
33. 前記管状構造物を環境から外部遮蔽することを更に含む、請求項２６に記載の方法。
34. 前記管状構造物を前記環境から内部遮蔽することを更に含む、請求項３３に記載の方法。
    

Images