航空宇宙応用分野のテープ材料を敷設するための装置
複数ヘッドテープ配置システム（１００）は、いくつかのテープヘッド（１０２）を含む。各テープヘッドは、複合材料をマンドレルに搬送するための、ガイドシュート（１１６）および転圧ローラ（１３６）を含む。裏当ては転圧ローラに達する前に複合テープ材料から除去される。各テープヘッドはまた、裏当てが除去された後に、かつ材料が転圧ローラに達する前に、複合テープ材料を切断するように配置される、材料カッタ（１３８）を含む。材料カッタは、凸状の切断面を備えた湾曲したブレード（１５２）と、平坦なブレードが水平方向に揺動運動しながら湾曲したブレードを垂直に上下に通過するにつれ平坦なブレードの切断ブレードに沿って湾曲したブレードと多くても２つの接点で接触する平坦なブレード（１５６）とを含む。湾曲したブレードおよび平坦なブレードは、複合テープ材料を横に心ずれさせずに、複合テープ材料を２つの対向する方向に同時に切断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、以下の共係属中の米国特許出願に関連する。
【０００２】
２００４年５月２０日出願の米国特許出願第１０／８５１，３８１号；
２００４年４月１２日出願の米国特許出願第１０／８２２，５３８号；
２００３年１１月１８日出願の米国特許出願第１０／７１７，０３０号；
２００３年８月２２日出願の米国特許出願第１０／６４６，５０９号；
２００３年８月２２日出願の米国特許出願第１０／６４６，３９２号；
２００３年８月２２日出願の米国特許出願第１０／６４６，３１６号；
２００３年７月２８日出願の米国特許出願第１０／６３０，５９４号；
２００２年１１月２２日出願の米国特許出願第１０／３０１，９４９号
発明の背景
本発明は、一般に、複合材料を使用した大型構造物の製造に関し、より詳細には、大型航空機の胴体の製造のための複合積層テープ材料の敷設に関する。
【背景技術】
【０００３】
炭素繊維エポキシ材料および黒鉛ビスマレイミド（ＢＭＩ）材料など複合材料の構造性能上の利点は、航空宇宙産業において広く知られている。航空機の設計者は、たとえば複合材料の優れた剛性、強度、および低重量のため、複合材料に魅了されてきた。より進んだ新型材料およびより多くの多種多様な材料の形態が利用可能になるにつれて、複合材料の航空宇宙産業での使用が増大してきた。たとえば翼パネルや尾翼などの部品の製作には、起伏テープラミネート機（ＣＴＬＭ）および自動繊維配置装置（ＡＦＰＭ）を使用して複合材料が適用されている。たとえば直径が１５から２０フィートを超え得る大型航空機の胴体部の製造など、新規で革新的な複合材料積層技術が想定される。翼パネルや尾翼など比較的小型の部品を製作するために、ＣＴＬＭ技術およびＡＦＰＭ技術が開発されている応用分野でよく実行する、大型で重く複雑なレイアップヘッドを備えたＣＴＬＭ技術およびＡＦＰＭ技術が高度に開発されている。しかし、航空宇宙産業における大型複合構造物を製造する新規な応用分野について、たとえばより高速の材料レイアップレートを提供することになる複合材料積層技術は、生産性を飛躍的に進歩させ、製造コストを低減させることができる。
【０００４】
複数の材料搬送システムを備えた機械は、生産性を大幅に向上させることができる。しかし、たとえば複数の搬送装置を備えた機械など複数の材料搬送技術の利点を十分に利用し、かつ、かかる技術を経済的に物理的に実用化するためには、翼パネルや尾翼など比較的小型の構造物を製造するのに使用される従来のＣＴＬＭ技術およびＡＦＰＭ技術の比較的大型で複雑なレイアップヘッドよりも、小型で軽く、複雑でなく高価でなく、より信頼性のある材料レイアップヘッドの開発が必要である。たとえば、より高信頼性が重要であるのは、材料レイアップヘッドが材料を詰まらせる（ｃｌｏｇ）か、引っ掛ける（ｊａｍ）か、または心ずれさせる傾向または統計的な頻度が、多数のレイアップヘッドによって増大することとなり、潜在的に複数のテープヘッドの利点の一部またはすべてがなくなるからである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の開示
胴体など大型複合航空機構造物のレイアップのための、軽量で単純化された比較的廉価
な材料搬送装置によって、複数の搬送システムを１つの機械内に配置することが可能となる。このような材料搬送システムは、複合材料を高いレートでレイアップすることができ、さらに低コストで繰り返されることができ、材料搬送システムが簡潔であり小型サイズであるならば、現在の材料搬送レートに数オーダ（ｏｒｄｅｒｓ ｏｆ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）掛けたレート（たとえば毎時ポンドで測定される）で、単一の機械上の複数の搬送システムが材料を搬送することができる。
【０００６】
本発明の一実施形態において、材料搬送システムは、湾曲したブレードおよび平坦なブレードを有する切断装置を含む。平坦なブレードは水平方向に揺動運動しながら湾曲したブレードを通過するので、湾曲したブレードと平坦なブレードの間の移動接点で材料が剪断される。
【０００７】
本発明の別の実施形態において、テープヘッドは、裏当てが除去されたあと複合テープ材料を切断するために配置される材料カッタを含む。材料カッタは、凸状の切断面を備えた湾曲したブレードと、平坦なブレードの切断ブレードに沿って湾曲したブレードと多くても２つの接点で接触する平坦なブレードとを含む。湾曲したブレードおよび平坦なブレードは、複合テープ材料を横向きに移動させずに複合テープ材料を切断する。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態において、切断装置は、ベースと、キャリッジがベースに対して垂直に上下に滑動することができるようにベースに保持されるキャリッジと、前面が凸状でありベースに取り付けられる湾曲したブレードと、逆さの「Ｖ」字形の切断ブレードを有しキャリッジに保持される平坦なブレードとを含む。ブレード反作用ばねが平坦なブレードとキャリッジの間に配置され、平坦なブレードが切断ブレードの少なくとも１つの点で回転し押圧して湾曲したブレードと接触するように、ブレード反作用ばねは平坦なブレードを押圧する。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態において、複数ヘッドテープ配置システムは、複数のテープヘッドを含む。各テープヘッドは、複合材料をマンドレルに搬送するための特徴を含む。裏当てが複合テープ材料から除去されるのは、裏当てが除去された後で複合テープ材料を切断するために配置される材料カッタに裏当てが到達する前であり、かつ材料が転圧ローラに到達する前である。材料カッタは、凸状の切断面を備えた湾曲したブレードと、平坦なブレードの切断ブレードに沿って湾曲したブレードと多くても２つの接点で接触する平坦なブレードとを含む。平坦なブレードは、水平方向に揺動運動しながら、湾曲したブレードを垂直に上下に通過する。湾曲したブレードおよび平坦なブレードは、複合テープ材料を横向きに移動させずに、２つの対向する方向に同時に複合テープ材料を切断する。
【００１０】
本発明のさらなる一実施形態において、テープレイアップ機は、１つの複合材料について多くても１つの摺動案内点を含む。摺動案内点は、裏材料が複合材料から除去されるところに設置される。切断装置は、裏材料が除去されたあと、および、複合材料が転圧ローラに到達する前に、複合材料を切断するように配置される。切断装置は、ベースと、軸受によってベースに保持されるキャリッジと、前面が凸状でありベースに固定して取り付けられる湾曲したブレードと、逆さの「Ｖ」字形の切断ブレードを有しブレード保持装置によってキャリッジに保持される平坦なブレードとを含む。平坦なブレードがブレード反作用ばねの影響を受けてブレード保持装置に対して水平方向に回転し、切断ブレードの少なくとも１つの点を押圧して湾曲したブレードと接触するように、ブレード保持装置は平坦なブレードを保持する。平坦なブレードが水平方向に揺動運動しながら湾曲したブレードを垂直に通過すると、平坦なブレードは湾曲したブレードと多くても２つの接点で接触する。湾曲したブレードおよび平坦なブレードは、複合テープ材料を横向きに移動せずに、２つの対向する方向に同時に複合テープ材料を切断する。
【００１１】
本発明のまたさらなる一実施形態において、方法は、湾曲したブレードを越えて材料を供給することと、湾曲したブレードと平坦なブレードの間の移動接点で材料が剪断されるように、水平方向に揺動運動しながら湾曲したブレードを越えて平坦なブレードを移動させることとを含む。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の図面、説明、および特許請求の範囲を参照することにより、いっそうよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明の詳細な説明
以下の詳細な説明は、本発明を実施する現在の最良の形態の説明である。本発明の範囲は添付する特許請求の範囲によって最良に定義されるので、この説明は限定の意味に解釈すべきものではなく、単に本発明の一般原理を例示する目的で行うものである。
【００１４】
ボーイング社は、大型複合構造物を製造するための様々な方法および工具を探求している。本出願は、この目的を達成するために発明のファミリのうちの１つである発明を説明するものである。本出願は、このファミリの一部である以下の共係属中の米国特許出願に関連する。
【００１５】
米国特許出願第１０／８５１，３８１号、２００４年５月２０日出願、発明の名称「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｂａｒｒｅｌ Ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｆｕｓｅｌａｇｅｓ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｕｃｈ Ｂａｒｒｅｌ Ｓｅｃｔｉｏｎｓ（航空機の胴体および他の構造物の複合バレルセクションと、このようなバレルセクションを製造するための方法およびその装置）」；
米国特許出願第１０／８２２，５３８号、２００４年４月１２日出願、発明の名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ ｔｏ Ｉｎｄｉｃａｔｅ Ｄｅｆｅｃｔ Ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｏｎ ａ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（光を使用して複合構造物上の欠陥位置を示すためのシステムおよびその方法）」；
米国特許出願第１０／７１７，０３０号、２００３年１１月１８日出願、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ Ｌａｒｇｅ Ｕｎｃｕｒｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｌａｍｉｎａｔｅｓ（大型未硬化コンポジット積層板を移送する方法）」；
米国特許出願第１０／６４６，５０９号、２００３年８月２２日出願、発明の名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｈｅａｄ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｌａｍｉｎａｔｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｌａｒｇｅ
Ｂａｒｒｅｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（大型バレルセクションの構成要素を製作するための複数ヘッド自動化複合ラミネート機）」；
米国特許出願第１０／６４６，３９２号、２００３年８月２２日出願、発明の名称「Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｌａｙ−Ｕｐ Ｔｏ Ａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｌ
Ｆｕｓｅｌａｇｅ Ｍａｎｄｒｅｌ（内部胴体マンドレルへの自動化複合材料レイアップ）」；
米国特許出願第１０／６４６，３１６号、２００３年８月２２日出願、発明の名称「Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ， Ｍｕｌｔｉ−Ｈｅａｄ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ（一方向多軸繊維配置）」；
米国特許出願第１０／６３０，５９４号、２００３年７月２８日出願、発明の名称「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｕｓｅｌａｇｅ Ｍａｃｈｉｎｅ（複合胴体機）」；
米国特許出願第１０／３０１，９４９号、２００２年１１月２２日出願、発明の名称「Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌ Ｆａｂｒｉｃａｔｏｒ（平行配置した複合材料製作機）」。これらはすべて本発明の譲受人に譲渡され、これらはすべて本出願に引用したものとする。
【００１６】
概して、本発明は、胴体など大型複合航空機構造物のレイアップのための、軽量で簡略化された比較的廉価な材料の搬送を提供する。一実施形態において、材料搬送システム（たとえばテープ敷設機、または「テープヘッド」）が提供され、このシステムは、複合材料を高レートでレイアップすることができ、システムが簡潔でありサイズが小型であるならば低コストでさらに繰り返すことのでき、したがって、単一の複数テープヘッド機上の複数の搬送システムが可能となる。一実施形態のテープヘッドは、現在の材料搬送レートを超えるレートで材料を搬送することが可能であり、より高信頼性と複数ヘッド搬送とを組み合わせて、現在のシステムをこえる材料搬出レートを飛躍的に改善する。
【００１７】
一実施形態によるたとえばテープヘッドなどの材料搬送装置は、装置搭載式で（ｏｎ−ｂｏａｒｄ）テープヘッド複合材料を供給し、材料を切断および追加し、ニップ点を加熱し、内部を冷却し、裏打ち紙を巻取り、送出張力を管理し、材料を転圧可能にする。この材料搬送装置は、以前の技術よりも速いレートで材料を搬送することが可能である。
【００１８】
新規の材料カッタでは、ブレード間の切断接触は、高品質の１対のハサミの切断接触に類似していて、２つのはさみのブレードは、ともにピボットで保持されながら曲げられて、互いにばねで支えられ、またハサミが圧搾されるにつれて単一の移動点（ピボットから離れた）で互いに接触し、材料を移動接点で剪断する。このような切断動作は、２つのブレード間のすり接触の重なり領域を有する平坦なブレードと対照的である。このすり接触はハサミが圧搾されるにつれて増大し、たいていブレード間の平坦な重なり領域に材料を引っ張り、時には、切断することなくブレードを引っ掛け、または材料に損傷を与える。本カッタの切断動作は、ブレード接触領域を最小化することが可能であることにより、テープ材料がコーティングされるかまたは予め含浸されてもよいエポキシなどの樹脂や他の物質を蓄積する傾向がより少ない。テープヘッド全体の信頼性が向上し得る。
【００１９】
好適なカッタはまた、対向する方向に同時に切断することができ、横向きにテープ材料を滑動させる傾向を減少させ、予備含浸材料（「プリプレグ」）が心ずれして修正が必要となることを減少させることができる。テープヘッド休止時間が減少する。
【００２０】
好適な装置はまた、テープヘッド自体の上の加熱器、深冷器、デジタル入出力（Ｉ／Ｏ）、および、空気制御装置すべてを支持し、フィールドバスに接続されるインテリジェントモータを使用して、テープヘッドと他のレイアップ機の間の境界域を交差するチューブおよびワイヤの数を低減させることもでき、先行技術では見られない「速やかに交換可能な」テープヘッドを実際に実施することができる。
【００２１】
図１Ａは、材料搬送システムまたはテープ敷設システムを示し、複数ヘッドテープレイアップ機１００を含んでもよい。図１Ｂは、別の材料搬送システムまたはテープ敷設システムを示し、複数ヘッドテープレイアップ機１０１を含んでもよい。レイアップ機１００および１０１は、マンドレル１０８の表面１０６上に「プリプレグ」複合テープ材料１０４を配置するためのいくつかのテープヘッド１０２を含んでもよい。たとえば、表面１０６は、大型航空機の胴体の一部分の内側モールド線（ＩＭＬ）の表面であってもよい。各テープヘッド１０２は、支持機構１１０によってマンドレル１０８と関連するキャリッジ１０９に取り付けられてもよく、この支持機構１１０は物理的および機械的に支持し、キャリッジ１０９に対してさまざまな運動を提供することができ、テープヘッド１０２は互いとは無関係に同時に移動することができる。たとえば、支持機構１１０は電力への接続部を支持することができる。機構１１０はテープヘッド１０２とレイアップ機１００またはレイアップ機１０１の間の「境界域」とみなされてもよい。マンドレル１０８の表面１
０６をテープ１０４で覆うために、マンドレル１０８が回転してもよく、テープヘッド１０２がマンドレル１０８に対して移動してもよく、または、機構１１０によって提供される運動を含むあらゆる運動の組合せが使用されてもよい。たとえば、図１Ａに示すキャリッジ１０９は、マンドレル１０８に沿って軸方向にすべてのテープヘッド１０２を同時に支持するように移動されてもよい。また、キャリッジ１０９自体が移動可能であるのと同様に、たとえば、テープヘッド１０２は図１Ｂに示すようにキャリッジ１０９に沿って軸方向に同時にかつ互いに独立して移動してもよい。
【００２２】
図２、図３、および図４は、テープヘッド１０２をより詳細に示す。図示の実施態様において、精密な搬送を保つため、複合テープ材料１０４は、スプール１１２に供給され、一連のローラ１１４および固定されたガイドシュート１１６を通って案内される。裏打ち紙１１８は転圧前に除去され、巻取りスプール１２０に同様に案内される。たとえば供給張力調整装置（ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ）１１３によって供給スプール１１２上で、また、巻取張力調整装置１２１によって巻取りスプール１２０上で、アクティブトルクまたはパッシブトルクあるいはその両方によって、材料１０４送出張力が管理される。裏材料が除去される位置１２２と転圧が生ずる位置１２４の間で材料１０４を切断してもよい。転圧力は、精密に案内される対応型転圧アクチュエータ（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｃｔｕａｔｏｒ）１２６を通って供給され、このアクチュエータは転圧ローラ１３６に連結される。必要に応じて、ターゲットのレイダウン表面にニップ点１３０のすぐ前のテープ経路上の位置で熱１２８が加えられ、仮付けする（ｔａｃｋ ｄｏｗｎ）のを助ける。熱が加えられることになる表面をわずかに加熱することによって、この熱がテープの粘着力を促進させる。
【００２３】
複合テープ材料１０４は、供給スプール１１２に載置することが可能なボール心に巻回されるリールに供給されてもよい。材料１０４はこの心に巻きつけられるので、材料１０４はテープ材料１０４の内側に裏打ち紙１１８を有することができる。材料１０４が繰り出される時、より簡潔に「材料カッタ」と称される切断装置１３８および転圧ローラ１３６に達する前に、いかなる裏打ち紙１１８も除去される。典型的なテープ幅は、１．７５インチから３．００インチまで変動する。より大きな幅は実用的であるが、一実施形態によるカッタは、いかなる実用的なテープ幅をも切断することができる。
【００２４】
材料１０４が材料カッタ１３８に達する前に裏打ち紙１１８を除去することによって、切断のための必要条件が簡略化される。材料だけを通して切断し裏打ち紙を通さず切断する必要はない。テープ１０４の長さ部に垂直に切断することだけが必要であるという事実によって、切断はさらに簡略化されることができるので、切断装置１３８は材料１０４に対して垂直に、たとえば平坦なテープ材料１０４の平面に垂直に切断するように配置され、そこでテープ材料１０４が切断装置１３８を通過する。切断装置１３８は、アクチュエータ１３９によって駆動されることができ、このアクチュエータ１３９は切断装置１３８の切断ブレードの機械的運動を生成することができる。たとえば、切断アクチュエータ１３９は、約８５ポンド（ｌｂｓ．）の力を加えることのできる空気圧アクチュエータであってもよい。しかし、テープ１０４を切断するのに必要とされる最小の力は極めて小さく、約３０ポンドの力である。切断力が低減すると、結果として切断時間がより長くなる。また、エポキシ樹脂が切断面に蓄積すると、より大きな力での長引く切断が起こりうる。カッタ１３８の延長する時間は、約９０ミリセカンド（ｍｓ）となってもよい。この時間は、カッタ１３８機構を作動する空気圧アクチュエータ１３９のセンサを起動させるために必要とされる時間である。カッタ１３８のブレードがテープ１０４の材料を実際に切断している時間量は、その約半分、つまり約４５ｍｓであってもよい。
【００２５】
複合テープ材料１０４は、繊維すべてが一方向性の繊維材料であってもよい。縁部を押圧すると、材料１０４が容易に変形し、案内が困難になる可能性がある。樹脂がテープか
ら剥離され、ガイドシュート１１６上、および材料１０４が滑動する他の表面上に蓄積する可能性がある。その結果、材料１０４は装置の表面と接触する裏打ち紙１１８とともに送られる。図３および図４では、複合テープ材料１０４を黒で示し、裏打ち紙１１８を白で示す。たとえば、エポキシ樹脂など複合マトリックス材料１０４が滑り面または切断ブレードに蓄積しないよう手助けするために、冷却空気が据え付けのガイドシュート１１６ならびに切断装置１３８に送られてもよい。
【００２６】
材料１０４を正確に側面配置するために備えるテープヘッド１０２の、たとえば案内ローラ１１４および固定されたガイドシュート１１６など材料案内の特徴に加えて、「ピンチ」ローラ１３２は、サーボ駆動「補足」ローラ１３４を係合して、たとえば表面１０６など製品が移動しているか固定している間に材料１０４を配置するための転圧ローラ１３６のニップ点に材料を正確に搬送し、材料１０４を正確に配置する。材料１０４が全く配置されていないときは、補足ローラ１３４は静止していてもよく、ピンチローラ１３２は係合されてもよい。裏打ち紙１１８および複合材料１０４が補足ローラ１３４に挟まれてもよい。このことはテープ材料１０４の運動を防ぎ、それによって、ニップ点１３０に対する位置決めを保つ。材料１０４が「追加される」と補足ローラ１３４が回転し、供給スプール１１２から材料１０４および裏打ち紙１１８をともに引っ張る。一旦、材料１０４が転圧ローラ１３６の下になると、ピンチローラ１３２が解除され、補足ローラ１３４が停止する。材料１０４は、マンドレル１０８に対するヘッド１０２の運動によって、テープヘッド１０２を通って引っ張られる。材料１０４が繰り出されたときに材料１０４の搬送レートを考慮せず必要に応じて裏打ち紙１１８が巻き取られるように、張力は裏打ち紙１１８上で保持される。
【００２７】
搬送装置（たとえばテープヘッド１０２）は、たとえばカップリング１４０を使用して、従来の機械工具のような機械に適合され、または、ロボットアームの端部における作動機構などロボットエンドエフェクタとしての用途に適合されることができる。加熱部１２８など加熱器、たとえばガイドシュート１１６での深冷器、たとえばカップリング１４０でのデジタルＩ／Ｏおよび空気制御器はすべて、テープヘッド１０２自体に存在し、テープヘッド１０２と他の機械１００または１０１の間にある支持機構１１０などの境界域を交差するチューブおよびワイヤの数を大幅に低減させる。このような設計によって、「速やかに交換可能な」テープヘッド１０２を実用的に実施することができ、たとえば機械１００または１０１からテープヘッド１０２を除去することによって、このテープヘッド１０２はより容易に修理点検されることができる。たとえば故障しているテープヘッド１０２を待機装置と交換することによって、「速やかに交換可能な」テープヘッド１０２は機械停止時間を減少させる。
【００２８】
次に図５から図１１を参照する。切断装置１３８がより詳細に示されている。切断装置１３８は、機械的に支持しカッタ１３８の他の構成要素の取付け点を提供するベース１５０を含んでもよい。テープヘッド１０２に取り付けられると、ベース１５０は切断装置１３８全体をテープヘッド１０２に取り付ける。切断装置１３８はまた、湾曲したブレード１５２と、キャリッジ１５４と、平坦なブレード１５６とを含んでもよい。方向（たとえば、上、下、前、後、横、垂直、水平、ならびに、側面、縁部、または、構成要素の向き（たとえば、頂部、底部、前部、後部、側面））を一致して説明し、図において符号がつけられる。図において、図６は正面図であり、図７は上面図であり、図８は下面図であり、図９は側面図である。
【００２９】
たとえばボルトであってもよい締結具１５８（図６を参照する）を使用して、湾曲したブレード１５２はベース１５０に固定される。湾曲したブレード１５２の前部（切断）表面は、図の符号に対して垂直である左右対称の長手方向軸を有する円形シリンダの小型セグメントであってもよい。ブレード表面の湾曲は、図１２Ｆの下面図により明らかに理解
されることができ、図１２Ｆでは平坦なブレード１５６は完全に下位置にあり、また切断接点１６０はブレードの中央に位置している。平坦なブレード１５６が完全に下位置にある時、平坦なブレード１５６の平面がブレード１５２の曲面の垂直の長手方向の対称軸に実質的に平行であり、ブレード１５２が湾曲しブレード１５６が平坦であることにより、ギャップ１６２がブレードの側縁部に生ずる。たとえば、一実施形態において、ギャップ１６２は約０．０１５インチであってもよい。図１２Ｂに示すように、切断の開始時に平坦なブレード１５６が上位置にあると、切断接点１６０は平坦なブレード１５６の側縁部にあり、ギャップ１６２は閉じたようになる。切断の開始時に平坦なブレード１５６が上位置にあると、平坦なブレード１５６の頂部は前方に揺動するので、平坦なブレード１５６の平面は、ブレード１５２の曲面の垂直対称軸に実質的に平行にならない可能性がある。湾曲したブレード１５２の前面の形状は、円形の断面に限定されなくてもよい。たとえば、中央に丸み部（ｒａｄｉｕｓ）のある２つの直線のランプも同様に機能することができる。一般に、逆さの「Ｖ」字形の平坦なブレード１５６で使用されるとき、湾曲したブレード１５２の前面は前部から見て凸状である均一な断面を有するが、逆にした「Ｖ」字形でない平坦なブレード１５６で使用されるときには凹状であってもよい。さらに、湾曲したブレード１５２の湾曲した前面上の切断ブレードのすぐ下にある面取りのような逃げ角によって、ブレードへの樹脂の積層が低減し、洗浄間の時間が増加する。
【００３０】
キャリッジ１５４が垂直に上下に滑動することができるように、キャリッジ１５４は軸受１６４によってベース１５０に連結される。たとえば、アクチュエータ接続ポイント１６６（たとえば図９参照）に取り付けられるアクチュエータ１３９（図２から図４）によって、運動が供給されてもよい。キャリッジ１５４および結果的に平坦なブレード１５６の移動を制限するために、キャリッジ移動ストップピン１６８（図１０）がベース１５０に固定され、キャリッジ１５４のスロットを係合する。通常、平坦なブレード１５６はキャリッジ１５４に関連して垂直に固定される。
【００３１】
平坦なブレード１５６は、ブレード保持装置１７０によってキャリッジ１５４に保持される。ゆるく保持されると、平坦なブレード１５６の平面での水平軸を中心とした前後回転１７２（双方向矢印によって図９に示す）のために、平坦なブレード１５６は自由となり、ブレード１５６はまたブレード保持装置１７０を貫通する。前後回転１７２はまた、水平方向の揺動運動とも呼ばれ、たとえば、剪断面ブレード支持部１７４およびブレード反作用ばね１７６によって安定化され制限されることができる。たとえば、平坦なブレード１５６にある、キャリッジ１５４に取り付けられるアクチュエータ連結位置１６６を係合することのできるスロット１７８によって、平坦なブレード１５６はまた、側面方向に安定してもよい。ブレード支持部１７４が平坦なブレード１５６の後部面を回転１７２の１つの限度、たとえば平坦なブレード１５６の頂部のずっと前方で接触させるように、剪断面ブレード支持部１７４はたいていキャリッジ１５４に取り付けられる。平坦なブレード１５６が下降すると前方に移動するブレードによって平坦なブレード１５６の頂部がばね１７６に対して後方に揺動されているときに、ばね１７６が平坦なブレード１５６の頂部を前方に押して復元力を提供するように、ブレード反作用ばね１７６はキャリッジ１５４と平坦なブレード１５６（図１１）の後部（切断）面の間に配置されてもよい。
【００３２】
図１２Ａから図１２Ｆは、好ましい実施形態によるブレードの運動および切断動作を示す。図１２Ａから図１２Ｅで示される剪断運動は、２つのブレード１５２、１５６の動作として定義されると同時に、揺動運動しながら互いを通過し、凸状の切断面であるブレード１５２の前面でのテープの横運動を避ける。図１２Ａから図１２Ｅは正面図であり、図１２Ｆは下面図である。これらは図６から図１１と方向および向きが一致しているので、方向および向きは一致して説明される。
【００３３】
平坦なブレード１５６は、逆さの「Ｖ」字形状を備えた切断ブレード１８０（図１２Ａ
）を有する。逆さの「Ｖ」字形状の切断ブレード１８０は、２つの対向する方向に同時に切断する切断動作を提供する。このような切断動作によって、たとえばテープ材料１０４など切断されるべき材料上に正味ゼロの横の力を生成することが可能となり、切断作業による材料の心のずれを防ぐのを助ける。単一動作の切断ブレードは、一方向にのみ切断動作を達成することができる。たとえば、水平面に対して逆さの「Ｖ」形状の切断ブレードのどちらかの脚部と同じある角度で、ずっとまっすぐに横切る切断ブレード１８０が提供されることができ、切断ブレードは湾曲したブレード１５２の湾曲を適切に調整することができる。このようなブレードは、逆さの「Ｖ」形状の切断ブレードの釣合い削りが必要とされない応用分野に有利であり得る。
【００３４】
図１２Ａに示すように、平坦なブレード１５６はまず、切断されるべき材料１０４から離れて、たとえば初期位置１８２に保持される。平坦なブレード１５６は３点式に支持され、２点はたとえば剪断面ブレード支持部１７４など剪断面上にあり、１点はたとえばブレード保持装置１７０（図５から図１１を参照）など前面上にある。これらの支持部はキャリッジ１５４に共通であり、切断運動により移動すると同時に平坦なブレード１５６とともに移動する。たとえばブレード反作用ばね１７６など２つのばねが平坦なブレード１５６をこれらの支持部１７０、１７４に押し付けるので、精密な初期接触１６０（図１２Ｂを参照）が湾曲したブレード１５２にもたらされる。
【００３５】
図１２Ｂに示すように、切断処理が始まるとき、平坦なブレード１５６は（たとえば、初期位置１８２から位置１８４まで）下降し、１６０を湾曲したブレード１５２のたとえば前面など外側の曲面と接触させる（切断ブレード１８０の形状により１つの位置または２つの位置で）。平坦なブレード１５６の支持部は、剪断面ブレード支持部１７４から接点１６０に移動してもよい。
【００３６】
図１２Ｃに示すように、平坦なブレード１５６と湾曲したブレード１５２の間にある２つの接点１６０は、平坦なブレード１５６が下降する（たとえば位置１８４から位置１８６まで）につれて対称的に内側に移動する。接触部１６０が対称的に運動することによって、切断処理全体を通じて材料１０４の横の位置が維持される。湾曲したブレード１５２が前部に向かって湾曲していて凸状であるので、平坦なブレード１５６は頂部で後方に揺動し、ブレード保持装置１７０に対して回転し、ブレード反作用ばね１７６を押圧する。材料１０４は高品質の１対のハサミの機構と同様の方法で剪断されるので、平坦なブレード１５６が下降する（たとえば図１２Ｄに示すように位置１８６から位置１８８まで）につれて、任意の接点１６０での剪断されている材料１０４の量は、切断処理を通して事実上一定となる。材料１０４の幅１９２は、この切断を実行するのに必要とされる力とは無関係である。したがって、カッタ１３８は、材料１０４の幅１９２に線形に結合する力を必要とする先行技術の裁断機の機構とは異なる。
【００３７】
図１２Ｅに示すように、平坦なブレード１５６が下降する（たとえば位置１８８から位置１９０まで）につれて接点１６０が単一接点１６０と一緒になると、材料の最終的な切断が平坦なブレード１５６の中央に生ずる。図１２Ｆは示すのは、平坦なブレード１５６が最終的な下位置にあり、単一接点１６０がブレード１５２、１５６で中央にある下面図である。
【００３８】
この説明は、本発明の例示的な実施形態に関する。以下の特許請求の範囲に記載する発明の精神および範囲から逸脱することなく、変形を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による複数ヘッドレイアップ機の斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の別の実施形態による複数ヘッドレイアップ機の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるテープ敷設システムの側面略図である。
【図３】図１に示すテープ敷設システムの等角図である。
【図４】図２に示すテープ敷設システムの異なる角度からの等角図である。
【図５】本発明の一実施形態によるテープカッタの斜視図である。
【図６】図５に示すテープカッタの正面図である。
【図７】図６に示すテープカッタの上面図である。
【図８】図６に示すテープカッタの下面図である。
【図９】図６に示すテープカッタの側面図である。
【図１０】図６に示すテープカッタの、図６の線１０−１０に沿った側断面図である。
【図１１】図１０に類似した、図６に示すテープカッタの図７の線１１−１１に沿った第２の側断面図である。
【図１２Ａ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｂ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｃ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｄ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｅ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｆ】本発明の一実施形態による、図１２Ｅに示すブレードの位置に対応するテープカッタの下面図である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、以下の共係属中の米国特許出願に関連する。
【０００２】
２００４年５月２０日出願の米国特許出願第１０／８５１，３８１号；
２００４年４月１２日出願の米国特許出願第１０／８２２，５３８号；
２００３年１１月１８日出願の米国特許出願第１０／７１７，０３０号；
２００３年８月２２日出願の米国特許出願第１０／６４６，５０９号；
２００３年８月２２日出願の米国特許出願第１０／６４６，３９２号；
２００３年８月２２日出願の米国特許出願第１０／６４６，３１６号；
２００３年７月２８日出願の米国特許出願第１０／６３０，５９４号；
２００２年１１月２２日出願の米国特許出願第１０／３０１，９４９号
発明の背景
本発明は、一般に、複合材料を使用した大型構造物の製造に関し、より詳細には、大型航空機の胴体の製造のための複合積層テープ材料の敷設に関する。
【背景技術】
【０００３】
炭素繊維エポキシ材料および黒鉛ビスマレイミド（ＢＭＩ）材料など複合材料の構造性能上の利点は、航空宇宙産業において広く知られている。航空機の設計者は、たとえば複合材料の優れた剛性、強度、および低重量のため、複合材料に魅了されてきた。より進んだ新型材料およびより多くの多種多様な材料の形態が利用可能になるにつれて、複合材料の航空宇宙産業での使用が増大してきた。たとえば翼パネルや尾翼などの部品の製作には、起伏テープラミネート機（ＣＴＬＭ）および自動繊維配置装置（ＡＦＰＭ）を使用して複合材料が適用されている。たとえば直径が１５から２０フィートを超え得る大型航空機の胴体部の製造など、新規で革新的な複合材料積層技術が想定される。翼パネルや尾翼など比較的小型の部品を製作するために、ＣＴＬＭ技術およびＡＦＰＭ技術が開発されている応用分野でよく実行する、大型で重く複雑なレイアップヘッドを備えたＣＴＬＭ技術およびＡＦＰＭ技術が高度に開発されている。しかし、航空宇宙産業における大型複合構造物を製造する新規な応用分野について、たとえばより高速の材料レイアップレートを提供することになる複合材料積層技術は、生産性を飛躍的に進歩させ、製造コストを低減させることができる。
【０００４】
複数の材料搬送システムを備えた機械は、生産性を大幅に向上させることができる。しかし、たとえば複数の搬送装置を備えた機械など複数の材料搬送技術の利点を十分に利用し、かつ、かかる技術を経済的に物理的に実用化するためには、翼パネルや尾翼など比較的小型の構造物を製造するのに使用される従来のＣＴＬＭ技術およびＡＦＰＭ技術の比較的大型で複雑なレイアップヘッドよりも、小型で軽く、複雑でなく高価でなく、より信頼性のある材料レイアップヘッドの開発が必要である。たとえば、より高信頼性が重要であるのは、材料レイアップヘッドが材料を詰まらせる（ｃｌｏｇ）か、引っ掛ける（ｊａｍ）か、または心ずれさせる傾向または統計的な頻度が、多数のレイアップヘッドによって増大することとなり、潜在的に複数のテープヘッドの利点の一部またはすべてがなくなるからである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の開示
胴体など大型複合航空機構造物のレイアップのための、軽量で単純化された比較的廉価
な材料搬送装置によって、複数の搬送システムを１つの機械内に配置することが可能となる。このような材料搬送システムは、複合材料を高いレートでレイアップすることができ、さらに低コストで繰り返されることができ、材料搬送システムが簡潔であり小型サイズであるならば、現在の材料搬送レートに数オーダ（ｏｒｄｅｒｓ ｏｆ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）掛けたレート（たとえば毎時ポンドで測定される）で、単一の機械上の複数の搬送システムが材料を搬送することができる。
【０００６】
本発明の一実施形態において、材料搬送システムは、湾曲したブレードおよび平坦なブレードを有する切断装置を含む。平坦なブレードは水平方向に揺動運動しながら湾曲したブレードを通過するので、湾曲したブレードと平坦なブレードの間の移動接点で材料が剪断される。
【０００７】
本発明の別の実施形態において、テープヘッドは、裏当てが除去されたあと複合テープ材料を切断するために配置される材料カッタを含む。材料カッタは、凸状の切断面を備えた湾曲したブレードと、平坦なブレードの切断ブレードに沿って湾曲したブレードと多くても２つの接点で接触する平坦なブレードとを含む。湾曲したブレードおよび平坦なブレードは、複合テープ材料を横向きに移動させずに複合テープ材料を切断する。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態において、切断装置は、ベースと、キャリッジがベースに対して垂直に上下に滑動することができるようにベースに保持されるキャリッジと、前面が凸状でありベースに取り付けられる湾曲したブレードと、逆さの「Ｖ」字形の切断ブレードを有しキャリッジに保持される平坦なブレードとを含む。ブレード反作用ばねが平坦なブレードとキャリッジの間に配置され、平坦なブレードが切断ブレードの少なくとも１つの点で回転し押圧して湾曲したブレードと接触するように、ブレード反作用ばねは平坦なブレードを押圧する。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態において、複数ヘッドテープ配置システムは、複数のテープヘッドを含む。各テープヘッドは、複合材料をマンドレルに搬送するための特徴を含む。裏当てが複合テープ材料から除去されるのは、裏当てが除去された後で複合テープ材料を切断するために配置される材料カッタに裏当てが到達する前であり、かつ材料が転圧ローラに到達する前である。材料カッタは、凸状の切断面を備えた湾曲したブレードと、平坦なブレードの切断ブレードに沿って湾曲したブレードと多くても２つの接点で接触する平坦なブレードとを含む。平坦なブレードは、水平方向に揺動運動しながら、湾曲したブレードを垂直に上下に通過する。湾曲したブレードおよび平坦なブレードは、複合テープ材料を横向きに移動させずに、２つの対向する方向に同時に複合テープ材料を切断する。
【００１０】
本発明のさらなる一実施形態において、テープレイアップ機は、１つの複合材料について多くても１つの摺動案内点を含む。摺動案内点は、裏材料が複合材料から除去されるところに設置される。切断装置は、裏材料が除去されたあと、および、複合材料が転圧ローラに到達する前に、複合材料を切断するように配置される。切断装置は、ベースと、軸受によってベースに保持されるキャリッジと、前面が凸状でありベースに固定して取り付けられる湾曲したブレードと、逆さの「Ｖ」字形の切断ブレードを有しブレード保持装置によってキャリッジに保持される平坦なブレードとを含む。平坦なブレードがブレード反作用ばねの影響を受けてブレード保持装置に対して水平方向に回転し、切断ブレードの少なくとも１つの点を押圧して湾曲したブレードと接触するように、ブレード保持装置は平坦なブレードを保持する。平坦なブレードが水平方向に揺動運動しながら湾曲したブレードを垂直に通過すると、平坦なブレードは湾曲したブレードと多くても２つの接点で接触する。湾曲したブレードおよび平坦なブレードは、複合テープ材料を横向きに移動せずに、２つの対向する方向に同時に複合テープ材料を切断する。
【００１１】
本発明のまたさらなる一実施形態において、方法は、湾曲したブレードを越えて材料を供給することと、湾曲したブレードと平坦なブレードの間の移動接点で材料が剪断されるように、水平方向に揺動運動しながら湾曲したブレードを越えて平坦なブレードを移動させることとを含む。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の図面、説明、および特許請求の範囲を参照することにより、いっそうよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明の詳細な説明
以下の詳細な説明は、本発明を実施する現在の最良の形態の説明である。本発明の範囲は添付する特許請求の範囲によって最良に定義されるので、この説明は限定の意味に解釈すべきものではなく、単に本発明の一般原理を例示する目的で行うものである。
【００１４】
ボーイング社は、大型複合構造物を製造するための様々な方法および工具を探求している。本出願は、この目的を達成するために発明のファミリのうちの１つである発明を説明するものである。本出願は、このファミリの一部である以下の共係属中の米国特許出願に関連する。
【００１５】
米国特許出願第１０／８５１，３８１号、２００４年５月２０日出願、発明の名称「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｂａｒｒｅｌ Ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｆｕｓｅｌａｇｅｓ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｓｕｃｈ Ｂａｒｒｅｌ Ｓｅｃｔｉｏｎｓ（航空機の胴体および他の構造物の複合バレルセクションと、このようなバレルセクションを製造するための方法およびその装置）」；
米国特許出願第１０／８２２，５３８号、２００４年４月１２日出願、発明の名称「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ ｔｏ Ｉｎｄｉｃａｔｅ Ｄｅｆｅｃｔ Ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｏｎ ａ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（光を使用して複合構造物上の欠陥位置を示すためのシステムおよびその方法）」；
米国特許出願第１０／７１７，０３０号、２００３年１１月１８日出願、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ Ｌａｒｇｅ Ｕｎｃｕｒｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｌａｍｉｎａｔｅｓ（大型未硬化コンポジット積層板を移送する方法）」；
米国特許出願第１０／６４６，５０９号、２００３年８月２２日出願、発明の名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｈｅａｄ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｌａｍｉｎａｔｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｌａｒｇｅ
Ｂａｒｒｅｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（大型バレルセクションの構成要素を製作するための複数ヘッド自動化複合ラミネート機）」；
米国特許出願第１０／６４６，３９２号、２００３年８月２２日出願、発明の名称「Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｌａｙ−Ｕｐ Ｔｏ Ａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｌ
Ｆｕｓｅｌａｇｅ Ｍａｎｄｒｅｌ（内部胴体マンドレルへの自動化複合材料レイアップ）」；
米国特許出願第１０／６４６，３１６号、２００３年８月２２日出願、発明の名称「Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ， Ｍｕｌｔｉ−Ｈｅａｄ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ（一方向多軸繊維配置）」；
米国特許出願第１０／６３０，５９４号、２００３年７月２８日出願、発明の名称「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｆｕｓｅｌａｇｅ Ｍａｃｈｉｎｅ（複合胴体機）」；
米国特許出願第１０／３０１，９４９号、２００２年１１月２２日出願、発明の名称「Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌ Ｆａｂｒｉｃａｔｏｒ（平行配置した複合材料製作機）」。これらはすべて本発明の譲受人に譲渡され、これらはすべて本出願に引用したものとする。
【００１６】
概して、本発明は、胴体など大型複合航空機構造物のレイアップのための、軽量で簡略化された比較的廉価な材料の搬送を提供する。一実施形態において、材料搬送システム（たとえばテープ敷設機、または「テープヘッド」）が提供され、このシステムは、複合材料を高レートでレイアップすることができ、システムが簡潔でありサイズが小型であるならば低コストでさらに繰り返すことのでき、したがって、単一の複数テープヘッド機上の複数の搬送システムが可能となる。一実施形態のテープヘッドは、現在の材料搬送レートを超えるレートで材料を搬送することが可能であり、より高信頼性と複数ヘッド搬送とを組み合わせて、現在のシステムをこえる材料搬出レートを飛躍的に改善する。
【００１７】
一実施形態によるたとえばテープヘッドなどの材料搬送装置は、装置搭載式で（ｏｎ−ｂｏａｒｄ）テープヘッド複合材料を供給し、材料を切断および追加し、ニップ点を加熱し、内部を冷却し、裏打ち紙を巻取り、送出張力を管理し、材料を転圧可能にする。この材料搬送装置は、以前の技術よりも速いレートで材料を搬送することが可能である。
【００１８】
新規の材料カッタでは、ブレード間の切断接触は、高品質の１対のハサミの切断接触に類似していて、２つのはさみのブレードは、ともにピボットで保持されながら曲げられて、互いにばねで支えられ、またハサミが圧搾されるにつれて単一の移動点（ピボットから離れた）で互いに接触し、材料を移動接点で剪断する。このような切断動作は、２つのブレード間のすり接触の重なり領域を有する平坦なブレードと対照的である。このすり接触はハサミが圧搾されるにつれて増大し、たいていブレード間の平坦な重なり領域に材料を引っ張り、時には、切断することなくブレードを引っ掛け、または材料に損傷を与える。本カッタの切断動作は、ブレード接触領域を最小化することが可能であることにより、テープ材料がコーティングされるかまたは予め含浸されてもよいエポキシなどの樹脂や他の物質を蓄積する傾向がより少ない。テープヘッド全体の信頼性が向上し得る。
【００１９】
好適なカッタはまた、対向する方向に同時に切断することができ、横向きにテープ材料を滑動させる傾向を減少させ、予備含浸材料（「プリプレグ」）が心ずれして修正が必要となることを減少させることができる。テープヘッド休止時間が減少する。
【００２０】
好適な装置はまた、テープヘッド自体の上の加熱器、深冷器、デジタル入出力（Ｉ／Ｏ）、および、空気制御装置すべてを支持し、フィールドバスに接続されるインテリジェントモータを使用して、テープヘッドと他のレイアップ機の間の境界域を交差するチューブおよびワイヤの数を低減させることもでき、先行技術では見られない「速やかに交換可能な」テープヘッドを実際に実施することができる。
【００２１】
図１Ａは、材料搬送システムまたはテープ敷設システムを示し、複数ヘッドテープレイアップ機１００を含んでもよい。図１Ｂは、別の材料搬送システムまたはテープ敷設システムを示し、複数ヘッドテープレイアップ機１０１を含んでもよい。レイアップ機１００および１０１は、マンドレル１０８の表面１０６上に「プリプレグ」複合テープ材料１０４を配置するためのいくつかのテープヘッド１０２を含んでもよい。たとえば、表面１０６は、大型航空機の胴体の一部分の内側モールド線（ＩＭＬ）の表面であってもよい。各テープヘッド１０２は、支持機構１１０によってマンドレル１０８と関連するキャリッジ１０９に取り付けられてもよく、この支持機構１１０は物理的および機械的に支持し、キャリッジ１０９に対してさまざまな運動を提供することができ、テープヘッド１０２は互いとは無関係に同時に移動することができる。たとえば、支持機構１１０は電力への接続部を支持することができる。機構１１０はテープヘッド１０２とレイアップ機１００またはレイアップ機１０１の間の「境界域」とみなされてもよい。マンドレル１０８の表面１
０６をテープ１０４で覆うために、マンドレル１０８が回転してもよく、テープヘッド１０２がマンドレル１０８に対して移動してもよく、または、機構１１０によって提供される運動を含むあらゆる運動の組合せが使用されてもよい。たとえば、図１Ａに示すキャリッジ１０９は、マンドレル１０８に沿って軸方向にすべてのテープヘッド１０２を同時に支持するように移動されてもよい。また、キャリッジ１０９自体が移動可能であるのと同様に、たとえば、テープヘッド１０２は図１Ｂに示すようにキャリッジ１０９に沿って軸方向に同時にかつ互いに独立して移動してもよい。
【００２２】
図２、図３、および図４は、テープヘッド１０２をより詳細に示す。図示の実施態様において、精密な搬送を保つため、複合テープ材料１０４は、スプール１１２に供給され、一連のローラ１１４および固定されたガイドシュート１１６を通って案内される。裏打ち紙１１８は転圧前に除去され、巻取りスプール１２０に同様に案内される。たとえば供給張力調整装置（ｔｅｎｓｉｏｎｉｎｇ）１１３によって供給スプール１１２上で、また、巻取張力調整装置１２１によって巻取りスプール１２０上で、アクティブトルクまたはパッシブトルクあるいはその両方によって、材料１０４送出張力が管理される。裏材料が除去される位置１２２と転圧が生ずる位置１２４の間で材料１０４を切断してもよい。転圧力は、精密に案内される対応型転圧アクチュエータ（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ａｃｔｕａｔｏｒ）１２６を通って供給され、このアクチュエータは転圧ローラ１３６に連結される。必要に応じて、ターゲットのレイダウン表面にニップ点１３０のすぐ前のテープ経路上の位置で熱１２８が加えられ、仮付けする（ｔａｃｋ ｄｏｗｎ）のを助ける。熱が加えられることになる表面をわずかに加熱することによって、この熱がテープの粘着力を促進させる。
【００２３】
複合テープ材料１０４は、供給スプール１１２に載置することが可能なボール心に巻回されるリールに供給されてもよい。材料１０４はこの心に巻きつけられるので、材料１０４はテープ材料１０４の内側に裏打ち紙１１８を有することができる。材料１０４が繰り出される時、より簡潔に「材料カッタ」と称される切断装置１３８および転圧ローラ１３６に達する前に、いかなる裏打ち紙１１８も除去される。典型的なテープ幅は、１．７５インチから３．００インチまで変動する。より大きな幅は実用的であるが、一実施形態によるカッタは、いかなる実用的なテープ幅をも切断することができる。
【００２４】
材料１０４が材料カッタ１３８に達する前に裏打ち紙１１８を除去することによって、切断のための必要条件が簡略化される。材料だけを通して切断し裏打ち紙を通さず切断する必要はない。テープ１０４の長さ部に垂直に切断することだけが必要であるという事実によって、切断はさらに簡略化されることができるので、切断装置１３８は材料１０４に対して垂直に、たとえば平坦なテープ材料１０４の平面に垂直に切断するように配置され、そこでテープ材料１０４が切断装置１３８を通過する。切断装置１３８は、アクチュエータ１３９によって駆動されることができ、このアクチュエータ１３９は切断装置１３８の切断ブレードの機械的運動を生成することができる。たとえば、切断アクチュエータ１３９は、約８５ポンド（ｌｂｓ．）の力を加えることのできる空気圧アクチュエータであってもよい。しかし、テープ１０４を切断するのに必要とされる最小の力は極めて小さく、約３０ポンドの力である。切断力が低減すると、結果として切断時間がより長くなる。また、エポキシ樹脂が切断面に蓄積すると、より大きな力での長引く切断が起こりうる。カッタ１３８の延長する時間は、約９０ミリセカンド（ｍｓ）となってもよい。この時間は、カッタ１３８機構を作動する空気圧アクチュエータ１３９のセンサを起動させるために必要とされる時間である。カッタ１３８のブレードがテープ１０４の材料を実際に切断している時間量は、その約半分、つまり約４５ｍｓであってもよい。
【００２５】
複合テープ材料１０４は、繊維すべてが一方向性の繊維材料であってもよい。縁部を押圧すると、材料１０４が容易に変形し、案内が困難になる可能性がある。樹脂がテープか
ら剥離され、ガイドシュート１１６上、および材料１０４が滑動する他の表面上に蓄積する可能性がある。その結果、材料１０４は装置の表面と接触する裏打ち紙１１８とともに送られる。図３および図４では、複合テープ材料１０４を黒で示し、裏打ち紙１１８を白で示す。たとえば、エポキシ樹脂など複合マトリックス材料１０４が滑り面または切断ブレードに蓄積しないよう手助けするために、冷却空気が据え付けのガイドシュート１１６ならびに切断装置１３８に送られてもよい。
【００２６】
材料１０４を正確に側面配置するために備えるテープヘッド１０２の、たとえば案内ローラ１１４および固定されたガイドシュート１１６など材料案内の特徴に加えて、「ピンチ」ローラ１３２は、サーボ駆動「補足」ローラ１３４を係合して、たとえば表面１０６など製品が移動しているか固定している間に材料１０４を配置するための転圧ローラ１３６のニップ点に材料を正確に搬送し、材料１０４を正確に配置する。材料１０４が全く配置されていないときは、補足ローラ１３４は静止していてもよく、ピンチローラ１３２は係合されてもよい。裏打ち紙１１８および複合材料１０４が補足ローラ１３４に挟まれてもよい。このことはテープ材料１０４の運動を防ぎ、それによって、ニップ点１３０に対する位置決めを保つ。材料１０４が「追加される」と補足ローラ１３４が回転し、供給スプール１１２から材料１０４および裏打ち紙１１８をともに引っ張る。一旦、材料１０４が転圧ローラ１３６の下になると、ピンチローラ１３２が解除され、補足ローラ１３４が停止する。材料１０４は、マンドレル１０８に対するヘッド１０２の運動によって、テープヘッド１０２を通って引っ張られる。材料１０４が繰り出されたときに材料１０４の搬送レートを考慮せず必要に応じて裏打ち紙１１８が巻き取られるように、張力は裏打ち紙１１８上で保持される。
【００２７】
搬送装置（たとえばテープヘッド１０２）は、たとえばカップリング１４０を使用して、従来の機械工具のような機械に適合され、または、ロボットアームの端部における作動機構などロボットエンドエフェクタとしての用途に適合されることができる。加熱部１２８など加熱器、たとえばガイドシュート１１６での深冷器、たとえばカップリング１４０でのデジタルＩ／Ｏおよび空気制御器はすべて、テープヘッド１０２自体に存在し、テープヘッド１０２と他の機械１００または１０１の間にある支持機構１１０などの境界域を交差するチューブおよびワイヤの数を大幅に低減させる。このような設計によって、「速やかに交換可能な」テープヘッド１０２を実用的に実施することができ、たとえば機械１００または１０１からテープヘッド１０２を除去することによって、このテープヘッド１０２はより容易に修理点検されることができる。たとえば故障しているテープヘッド１０２を待機装置と交換することによって、「速やかに交換可能な」テープヘッド１０２は機械停止時間を減少させる。
【００２８】
次に図５から図１１を参照する。切断装置１３８がより詳細に示されている。切断装置１３８は、機械的に支持しカッタ１３８の他の構成要素の取付け点を提供するベース１５０を含んでもよい。テープヘッド１０２に取り付けられると、ベース１５０は切断装置１３８全体をテープヘッド１０２に取り付ける。切断装置１３８はまた、湾曲したブレード１５２と、キャリッジ１５４と、平坦なブレード１５６とを含んでもよい。方向（たとえば、上、下、前、後、横、垂直、水平、ならびに、側面、縁部、または、構成要素の向き（たとえば、頂部、底部、前部、後部、側面））を一致して説明し、図において符号がつけられる。図において、図６は正面図であり、図７は上面図であり、図８は下面図であり、図９は側面図である。
【００２９】
たとえばボルトであってもよい締結具１５８（図６を参照する）を使用して、湾曲したブレード１５２はベース１５０に固定される。湾曲したブレード１５２の前部（切断）表面は、図の符号に対して垂直である左右対称の長手方向軸を有する円形シリンダの小型セグメントであってもよい。ブレード表面の湾曲は、図１２Ｆの下面図により明らかに理解
されることができ、図１２Ｆでは平坦なブレード１５６は完全に下位置にあり、また切断接点１６０はブレードの中央に位置している。平坦なブレード１５６が完全に下位置にある時、平坦なブレード１５６の平面がブレード１５２の曲面の垂直の長手方向の対称軸に実質的に平行であり、ブレード１５２が湾曲しブレード１５６が平坦であることにより、ギャップ１６２がブレードの側縁部に生ずる。たとえば、一実施形態において、ギャップ１６２は約０．０１５インチであってもよい。図１２Ｂに示すように、切断の開始時に平坦なブレード１５６が上位置にあると、切断接点１６０は平坦なブレード１５６の側縁部にあり、ギャップ１６２は閉じたようになる。切断の開始時に平坦なブレード１５６が上位置にあると、平坦なブレード１５６の頂部は前方に揺動するので、平坦なブレード１５６の平面は、ブレード１５２の曲面の垂直対称軸に実質的に平行にならない可能性がある。湾曲したブレード１５２の前面の形状は、円形の断面に限定されなくてもよい。たとえば、中央に丸み部（ｒａｄｉｕｓ）のある２つの直線のランプも同様に機能することができる。一般に、逆さの「Ｖ」字形の平坦なブレード１５６で使用されるとき、湾曲したブレード１５２の前面は前部から見て凸状である均一な断面を有するが、逆にした「Ｖ」字形でない平坦なブレード１５６で使用されるときには凹状であってもよい。さらに、湾曲したブレード１５２の湾曲した前面上の切断ブレードのすぐ下にある面取りのような逃げ角によって、ブレードへの樹脂の積層が低減し、洗浄間の時間が増加する。
【００３０】
キャリッジ１５４が垂直に上下に滑動することができるように、キャリッジ１５４は軸受１６４によってベース１５０に連結される。たとえば、アクチュエータ接続ポイント１６６（たとえば図９参照）に取り付けられるアクチュエータ１３９（図２から図４）によって、運動が供給されてもよい。キャリッジ１５４および結果的に平坦なブレード１５６の移動を制限するために、キャリッジ移動ストップピン１６８（図１０）がベース１５０に固定され、キャリッジ１５４のスロットを係合する。通常、平坦なブレード１５６はキャリッジ１５４に関連して垂直に固定される。
【００３１】
平坦なブレード１５６は、ブレード保持装置１７０によってキャリッジ１５４に保持される。ゆるく保持されると、平坦なブレード１５６の平面での水平軸を中心とした前後回転１７２（双方向矢印によって図９に示す）のために、平坦なブレード１５６は自由となり、ブレード１５６はまたブレード保持装置１７０を貫通する。前後回転１７２はまた、水平方向の揺動運動とも呼ばれ、たとえば、剪断面ブレード支持部１７４およびブレード反作用ばね１７６によって安定化され制限されることができる。たとえば、平坦なブレード１５６にある、キャリッジ１５４に取り付けられるアクチュエータ連結位置１６６を係合することのできるスロット１７８によって、平坦なブレード１５６はまた、側面方向に安定してもよい。ブレード支持部１７４が平坦なブレード１５６の後部面を回転１７２の１つの限度、たとえば平坦なブレード１５６の頂部のずっと前方で接触させるように、剪断面ブレード支持部１７４はたいていキャリッジ１５４に取り付けられる。平坦なブレード１５６が下降すると前方に移動するブレードによって平坦なブレード１５６の頂部がばね１７６に対して後方に揺動されているときに、ばね１７６が平坦なブレード１５６の頂部を前方に押して復元力を提供するように、ブレード反作用ばね１７６はキャリッジ１５４と平坦なブレード１５６（図１１）の後部（切断）面の間に配置されてもよい。
【００３２】
図１２Ａから図１２Ｆは、好ましい実施形態によるブレードの運動および切断動作を示す。図１２Ａから図１２Ｅで示される剪断運動は、２つのブレード１５２、１５６の動作として定義されると同時に、揺動運動しながら互いを通過し、凸状の切断面であるブレード１５２の前面でのテープの横運動を避ける。図１２Ａから図１２Ｅは正面図であり、図１２Ｆは下面図である。これらは図６から図１１と方向および向きが一致しているので、方向および向きは一致して説明される。
【００３３】
平坦なブレード１５６は、逆さの「Ｖ」字形状を備えた切断ブレード１８０（図１２Ａ
）を有する。逆さの「Ｖ」字形状の切断ブレード１８０は、２つの対向する方向に同時に切断する切断動作を提供する。このような切断動作によって、たとえばテープ材料１０４など切断されるべき材料上に正味ゼロの横の力を生成することが可能となり、切断作業による材料の心のずれを防ぐのを助ける。単一動作の切断ブレードは、一方向にのみ切断動作を達成することができる。たとえば、水平面に対して逆さの「Ｖ」形状の切断ブレードのどちらかの脚部と同じある角度で、ずっとまっすぐに横切る切断ブレード１８０が提供されることができ、切断ブレードは湾曲したブレード１５２の湾曲を適切に調整することができる。このようなブレードは、逆さの「Ｖ」形状の切断ブレードの釣合い削りが必要とされない応用分野に有利であり得る。
【００３４】
図１２Ａに示すように、平坦なブレード１５６はまず、切断されるべき材料１０４から離れて、たとえば初期位置１８２に保持される。平坦なブレード１５６は３点式に支持され、２点はたとえば剪断面ブレード支持部１７４など剪断面上にあり、１点はたとえばブレード保持装置１７０（図５から図１１を参照）など前面上にある。これらの支持部はキャリッジ１５４に共通であり、切断運動により移動すると同時に平坦なブレード１５６とともに移動する。たとえばブレード反作用ばね１７６など２つのばねが平坦なブレード１５６をこれらの支持部１７０、１７４に押し付けるので、精密な初期接触１６０（図１２Ｂを参照）が湾曲したブレード１５２にもたらされる。
【００３５】
図１２Ｂに示すように、切断処理が始まるとき、平坦なブレード１５６は（たとえば、初期位置１８２から位置１８４まで）下降し、１６０を湾曲したブレード１５２のたとえば前面など外側の曲面と接触させる（切断ブレード１８０の形状により１つの位置または２つの位置で）。平坦なブレード１５６の支持部は、剪断面ブレード支持部１７４から接点１６０に移動してもよい。
【００３６】
図１２Ｃに示すように、平坦なブレード１５６と湾曲したブレード１５２の間にある２つの接点１６０は、平坦なブレード１５６が下降する（たとえば位置１８４から位置１８６まで）につれて対称的に内側に移動する。接触部１６０が対称的に運動することによって、切断処理全体を通じて材料１０４の横の位置が維持される。湾曲したブレード１５２が前部に向かって湾曲していて凸状であるので、平坦なブレード１５６は頂部で後方に揺動し、ブレード保持装置１７０に対して回転し、ブレード反作用ばね１７６を押圧する。材料１０４は高品質の１対のハサミの機構と同様の方法で剪断されるので、平坦なブレード１５６が下降する（たとえば図１２Ｄに示すように位置１８６から位置１８８まで）につれて、任意の接点１６０での剪断されている材料１０４の量は、切断処理を通して事実上一定となる。材料１０４の幅１９２は、この切断を実行するのに必要とされる力とは無関係である。したがって、カッタ１３８は、材料１０４の幅１９２に線形に結合する力を必要とする先行技術の裁断機の機構とは異なる。
【００３７】
図１２Ｅに示すように、平坦なブレード１５６が下降する（たとえば位置１８８から位置１９０まで）につれて接点１６０が単一接点１６０と一緒になると、材料の最終的な切断が平坦なブレード１５６の中央に生ずる。図１２Ｆは示すのは、平坦なブレード１５６が最終的な下位置にあり、単一接点１６０がブレード１５２、１５６で中央にある下面図である。
【００３８】
この説明は、本発明の例示的な実施形態に関する。以下の特許請求の範囲に記載する発明の精神および範囲から逸脱することなく、変形を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による複数ヘッドレイアップ機の斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の別の実施形態による複数ヘッドレイアップ機の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるテープ敷設システムの側面略図である。
【図３】図１に示すテープ敷設システムの等角図である。
【図４】図２に示すテープ敷設システムの異なる角度からの等角図である。
【図５】本発明の一実施形態によるテープカッタの斜視図である。
【図６】図５に示すテープカッタの正面図である。
【図７】図６に示すテープカッタの上面図である。
【図８】図６に示すテープカッタの下面図である。
【図９】図６に示すテープカッタの側面図である。
【図１０】図６に示すテープカッタの、図６の線１０−１０に沿った側断面図である。
【図１１】図１０に類似した、図６に示すテープカッタの図７の線１１−１１に沿った第２の側断面図である。
【図１２Ａ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｂ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｃ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｄ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｅ】本発明の一実施形態による、ブレードの相対運動を示すテープカッタの正面図である。
【図１２Ｆ】本発明の一実施形態による、図１２Ｅに示すブレードの位置に対応するテープカッタの下面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦なブレードと対向する湾曲したブレードを有する切断装置を備える、複合材料プリプレグをマンドレルに配置するためのテープ敷設システムであって、
水平方向の揺動運動がブレード間の移動接点で剪断する、テープ敷設システム。
【請求項２】
前記平坦なブレードが頂部および前部を有し、
前記平坦なブレードが剪断中に前記湾曲したブレードを下方に通過し、
前記平坦なブレードが下方へ移動しつつ頂部で後方に揺動するので、前記ブレード間の接触が多くても２つの点の上で生じるが、すり接触領域の上では生じない、
請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項３】
前記ブレード間の接触が前記平坦なブレードの切断ブレードでのみで生じる、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項４】
前記ブレード間の接触が２つの移動接点で生じ、
剪断中に前記移動接点が対称的に移動する、
請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項５】
前記材料が各接点から開始して対向する方向に同時に剪断される、請求項４に記載のテープ敷設システム。
【請求項６】
ブレード保持装置およびブレード反作用ばねをさらに含む、請求項１に記載のテープ敷設システムであって、
前記湾曲したブレードが前記移動接点で前記平坦なブレードを押圧して、前記平坦なブレードを前記ブレード保持装置で回転させ、前記平坦なブレードを前記ブレード反作用ばねに押圧する、テープ敷設システム。
【請求項７】
前記平坦なブレードがブレード保持装置によってキャリッジに載置され、
前記キャリッジが前記湾曲したブレードを越えて前記平坦なブレードを移動させる、
請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項８】
前記キャリッジと前記平坦なブレードの間に配置されるブレード反作用ばねをさらに含む、請求項７に記載のテープ敷設システムであって、
前記湾曲したブレードが前記移動接点で前記平坦なブレードを押圧して、前記平坦なブレードを前記ブレード保持装置で回転させ、前記平坦なブレードを前記ブレード反作用ばねに押圧する、テープ敷設システム。
【請求項９】
前記湾曲したブレードが凸状である前面を有する、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項１０】
前記平坦なブレードが逆さの「Ｖ」形状を備えた切断ブレードを有する、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項１１】
前記ブレードが材料に有意な正味の横の力を掛けずに、材料が剪断される、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項１２】
材料が切断されるときに前記ブレードの間で心合わせされたままである、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項１３】
複合テープ材料を切断するために配置される材料カッタであって、
凸状の切断面を備えた湾曲したブレードと、
剪断動作中に前記平坦なブレードの切断ブレードに沿って前記湾曲したブレードと多くても２つの接点で接触するので、前記材料を横に移動することなく前記ブレードが前記材料を切断する、平坦なブレードと、
を含む、材料カッタを備える、テープヘッド。
【請求項１４】
前記平坦なブレードが「Ｖ」字形状の切断ブレードを有し、前記湾曲したブレードとともに、２つの対向する方向に同時に前記材料を切断する、請求項１３に記載のテープヘッド。
【請求項１５】
揺動するブレードが他方のブレードを垂直に通過するとき、一方のブレードが水平方向に揺動する、請求項１３に記載のテープヘッド。
【請求項１６】
一方のブレードが揺動運動を受け、テープ剪断運動して他方のブレードを通過し、
他方のブレードが前記接点のうちの少なくとも１つからブレード反作用ばねに対して揺動するブレードを押圧することから揺動運動が生じる、
請求項１３に記載のテープヘッド。
【請求項１７】
ベースと、
キャリッジが前記ベースに対して滑動することのできるように前記ベースに保持されるキャリッジと、
凸状の前面を有する第１のブレードであって、前記第１のブレードは前記ベースに取り付けられている、第１のブレードと、
逆さの「Ｖ」字形状の切断ブレードを有し、前記キャリッジの上に載置された、第２のブレードと、
前記第２のブレードと前記キャリッジの間に配置されたブレード反作用ばねと、
を備える、切断装置であって、
前記キャリッジが前記ベースに対して滑動するとき、剪断運動中に、前記第２のブレードが前記キャリッジに対して回転し、前記切断ブレードの少なくとも１つの点で押圧して前記第１のブレードと接触するように、前記ブレード反作用ばねが前記第２のブレードを押圧する、切断装置。
【請求項１８】
切断の開始時に２つの点が前記切断ブレードと前記第１のブレードの間で接触するように、前記ブレード反作用ばねが前記第２のブレードを押圧し、
剪断運動時に前記第２のブレードが前記第１のブレードを通過するとき、前記２つの接点が対称的に移動し、
前記材料が前記２つの接点から開始して対向する方向に同時に切断される、
請求項１７に記載の切断装置。
【請求項１９】
前記キャリッジに取り付けられる剪断面ブレード支持部をさらに備える、請求項１７に記載の切断装置であって、
切断が開始する前に前記ブレード反作用ばねが前記第２のブレードを押圧して前記剪断面ブレード支持部と接触する、切断装置。
【請求項２０】
前記キャリッジに取り付けられるブレード保持装置をさらに備える、請求項１７に記載の切断装置であって、
前記ブレード保持装置が前記キャリッジに対して１つの平面に固定される前記第２のブレードを保持しつつ、前記第２のブレードが直交面でブレード保持装置に対して回転する、切断装置。
【請求項２１】
少なくとも１つのテープヘッドを備える、テープ配置システムであって、
各テープヘッドは、
複合テープをマンドレルに搬送するためのガイドシュートおよび転圧ローラと、
前記テープが前記転圧ローラに達する前に前記テープを切断するように配置される材料カッタと、
を備え、
前記カッタは、
凸状の切断面を備えた第１のブレードと、
第２のブレードの揺動運動を含む剪断運動中に、前記第２のブレードの切断ブレードに沿って多くても２つの接点で前記第１のブレードを接触させる第２のブレードと、
を含み、
前記切断面に沿って前記材料を横に移動せずに、前記ブレードが２つの対向する方向に同時に前記テープを切断する、テープ配置システム。
【請求項２２】
各テープヘッドが、各テープヘッドと前記ヘッドに関連したテープ分配装置の間の境界域全体のデジタル入出力および空気制御接続部を減少させるためのカップリングを支える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
テープ配置装置であって、
複合テープのための多くても１つの摺動案内点であって、
前記摺動案内点が、裏材料が前記テープから切り離される裏当て除去位置にある、摺動案内点と、
前記裏当て材料が分離された後に前記テープをマンドレルに搬送するための転圧ローラと、
裏当て材料が分離された後でテープを切断するように転圧ローラの前に配置される切断装置であって、
前記切断装置が、
ベースと、
前記キャリッジが前記ベースに対して第１の平面で滑動することのできるように軸受によって前記ベースに保持されるキャリッジと、
凸状の前面を有し、前記ベースに取り付けられる第１のブレードと、
逆さの「Ｖ」字形状の切断ブレードを有し、ブレード保持装置によって前記キャリッジの上に保持された第２のブレードであって、前記ブレード保持装置が前記キャリッジに対して前記第１の平面で固定される第２のブレードを保持すると同時に、前記第２のブレードが前記第１の平面に直交する第２の平面で回転できる、第２のブレードと、
前記第２のブレードと前記キャリッジの間に配置され、前記切断ブレードを押圧して前記第１のブレードと接触する、ブレード反応ばねと、
を備える、切断装置と、
を備える、テープ配置装置であって、
前記第２のブレードが剪断運動中に切断ブレードに沿って多くても２つの接点で前記第１のブレードを接触させ、
前記切断面で前記テープを横に移動せずに前記ブレードが２つの対向する方向に同時に前記テープを切断する、テープ配置装置。
【請求項２４】
凸状の切断面を有する第１のブレードを越えてテープを供給するステップと、
前記第１のブレードと第２のブレードの間の少なくとも１つの移動接点で前記テープを剪断するステップと、
を備える、テープを剪断する方法。
【請求項２５】
剪断中に前記ブレードの間に２つの移動接点がある、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記２つの移動接点が対称的に移動する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
剪断によって２つの移動接点で２つの対向する方向に前記テープを同時に切断する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
剪断中、一方のブレードが他方のブレードに対して揺動する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
接点からブレード保持装置に対して一方のブレードが他のブレードを押圧し、キャリッジとそのブレードの間にブレード反作用ばねが配置されることによって、揺動が生ずる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
テープを受けるためのマンドレルと、
前記マンドレルにテープを敷設するための少なくとも１つのテープヘッドを保持するための、前記マンドレルに関連したキャリッジと、
前記マンドレルに関連した前記キャリッジに支えられたテープヘッドと、
剪断運動しながら前記テープを切断するための前記ヘッド上のテープカッタと、
を備える、テープ配置システム。
【請求項３１】
複合テープのための多くても１つの摺動案内点であって、前記摺動案内点が、裏材料が前記テープから切り離される裏当て除去位置にある、摺動案内点と、
前記裏当て材料が分離された後に前記テープを前記マンドレルに搬送するための転圧ローラと、
を備える請求項３０に記載のテープ配置システムであって、
前記テープカッタが、前記裏当て材料が分離された後で前記テープを切断するように、前記転圧ローラの前に配置される、テープ配置システム。
【請求項３２】
前記キャリッジに支えられ、前記キャリッジとは無関係に同時に移動する複数のテープヘッドをさら備える、請求項３０に記載のテープ配置システムであって、
前記テープヘッドのそれぞれが、前記ヘッド上に剪断運動しながらテープを切断するためのテープカッタを有する、テープ配置システム。
【請求項３３】
各テープヘッドが、各テープヘッドと前記キャリッジの間の境界域全体のデジタル入出力および空気制御接続部を減少させるためのカップリングを支える、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【請求項３４】
前記マンドレルが回転して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【請求項３５】
前記キャリッジが移動して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【請求項３６】
前記マンドレルが回転して、かつ前記キャリッジが移動して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【請求項３７】
前記テープヘッドが前記キャリッジに沿って移動して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３２に記載のテープ配置システム。
【請求項３８】
テープヘッドの運動とは無関係に前記マンドレルが回転して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３７に記載のテープ配置システム。
【請求項３９】
前記マンドレルの表面が、飛行機胴体部の内側モールド線の表面に対応する、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【請求項１】
平坦なブレードと対向する湾曲したブレードを有する切断装置を備える、複合材料プリプレグをマンドレルに配置するためのテープ敷設システムであって、
水平方向の揺動運動がブレード間の移動接点で剪断する、テープ敷設システム。
【請求項２】
前記平坦なブレードが頂部および前部を有し、
前記平坦なブレードが剪断中に前記湾曲したブレードを下方に通過し、
前記平坦なブレードが下方へ移動しつつ頂部で後方に揺動するので、前記ブレード間の接触が多くても２つの点の上で生じるが、すり接触領域の上では生じない、
請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項３】
前記ブレード間の接触が前記平坦なブレードの切断ブレードでのみで生じる、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項４】
前記ブレード間の接触が２つの移動接点で生じ、
剪断中に前記移動接点が対称的に移動する、
請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項５】
前記材料が各接点から開始して対向する方向に同時に剪断される、請求項４に記載のテープ敷設システム。
【請求項６】
ブレード保持装置およびブレード反作用ばねをさらに含む、請求項１に記載のテープ敷設システムであって、
前記湾曲したブレードが前記移動接点で前記平坦なブレードを押圧して、前記平坦なブレードを前記ブレード保持装置で回転させ、前記平坦なブレードを前記ブレード反作用ばねに押圧する、テープ敷設システム。
【請求項７】
前記平坦なブレードがブレード保持装置によってキャリッジに載置され、
前記キャリッジが前記湾曲したブレードを越えて前記平坦なブレードを移動させる、
請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項８】
前記キャリッジと前記平坦なブレードの間に配置されるブレード反作用ばねをさらに含む、請求項７に記載のテープ敷設システムであって、
前記湾曲したブレードが前記移動接点で前記平坦なブレードを押圧して、前記平坦なブレードを前記ブレード保持装置で回転させ、前記平坦なブレードを前記ブレード反作用ばねに押圧する、テープ敷設システム。
【請求項９】
前記湾曲したブレードが凸状である前面を有する、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項１０】
前記平坦なブレードが逆さの「Ｖ」形状を備えた切断ブレードを有する、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項１１】
前記ブレードが材料に有意な正味の横の力を掛けずに、材料が剪断される、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項１２】
材料が切断されるときに前記ブレードの間で心合わせされたままである、請求項１に記載のテープ敷設システム。
【請求項１３】
複合テープ材料を切断するために配置される材料カッタであって、
凸状の切断面を備えた湾曲したブレードと、
剪断動作中に前記平坦なブレードの切断ブレードに沿って前記湾曲したブレードと多くても２つの接点で接触するので、前記材料を横に移動することなく前記ブレードが前記材料を切断する、平坦なブレードと、
を含む、材料カッタを備える、テープヘッド。
【請求項１４】
前記平坦なブレードが「Ｖ」字形状の切断ブレードを有し、前記湾曲したブレードとともに、２つの対向する方向に同時に前記材料を切断する、請求項１３に記載のテープヘッド。
【請求項１５】
揺動するブレードが他方のブレードを垂直に通過するとき、一方のブレードが水平方向に揺動する、請求項１３に記載のテープヘッド。
【請求項１６】
一方のブレードが揺動運動を受け、テープ剪断運動して他方のブレードを通過し、
他方のブレードが前記接点のうちの少なくとも１つからブレード反作用ばねに対して揺動するブレードを押圧することから揺動運動が生じる、
請求項１３に記載のテープヘッド。
【請求項１７】
ベースと、
キャリッジが前記ベースに対して滑動することのできるように前記ベースに保持されるキャリッジと、
凸状の前面を有する第１のブレードであって、前記第１のブレードは前記ベースに取り付けられている、第１のブレードと、
逆さの「Ｖ」字形状の切断ブレードを有し、前記キャリッジの上に載置された、第２のブレードと、
前記第２のブレードと前記キャリッジの間に配置されたブレード反作用ばねと、
を備える、切断装置であって、
前記キャリッジが前記ベースに対して滑動するとき、剪断運動中に、前記第２のブレードが前記キャリッジに対して回転し、前記切断ブレードの少なくとも１つの点で押圧して前記第１のブレードと接触するように、前記ブレード反作用ばねが前記第２のブレードを押圧する、切断装置。
【請求項１８】
切断の開始時に２つの点が前記切断ブレードと前記第１のブレードの間で接触するように、前記ブレード反作用ばねが前記第２のブレードを押圧し、
剪断運動時に前記第２のブレードが前記第１のブレードを通過するとき、前記２つの接点が対称的に移動し、
前記材料が前記２つの接点から開始して対向する方向に同時に切断される、
請求項１７に記載の切断装置。
【請求項１９】
前記キャリッジに取り付けられる剪断面ブレード支持部をさらに備える、請求項１７に記載の切断装置であって、
切断が開始する前に前記ブレード反作用ばねが前記第２のブレードを押圧して前記剪断面ブレード支持部と接触する、切断装置。
【請求項２０】
前記キャリッジに取り付けられるブレード保持装置をさらに備える、請求項１７に記載の切断装置であって、
前記ブレード保持装置が前記キャリッジに対して１つの平面に固定される前記第２のブレードを保持しつつ、前記第２のブレードが直交面でブレード保持装置に対して回転する、切断装置。
【請求項２１】
少なくとも１つのテープヘッドを備える、テープ配置システムであって、
各テープヘッドは、
複合テープをマンドレルに搬送するためのガイドシュートおよび転圧ローラと、
前記テープが前記転圧ローラに達する前に前記テープを切断するように配置される材料カッタと、
を備え、
前記カッタは、
凸状の切断面を備えた第１のブレードと、
第２のブレードの揺動運動を含む剪断運動中に、前記第２のブレードの切断ブレードに沿って多くても２つの接点で前記第１のブレードを接触させる第２のブレードと、
を含み、
前記切断面に沿って前記材料を横に移動せずに、前記ブレードが２つの対向する方向に同時に前記テープを切断する、テープ配置システム。
【請求項２２】
各テープヘッドが、各テープヘッドと前記ヘッドに関連したテープ分配装置の間の境界域全体のデジタル入出力および空気制御接続部を減少させるためのカップリングを支える、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
テープ配置装置であって、
複合テープのための多くても１つの摺動案内点であって、
前記摺動案内点が、裏材料が前記テープから切り離される裏当て除去位置にある、摺動案内点と、
前記裏当て材料が分離された後に前記テープをマンドレルに搬送するための転圧ローラと、
裏当て材料が分離された後でテープを切断するように転圧ローラの前に配置される切断装置であって、
前記切断装置が、
ベースと、
前記キャリッジが前記ベースに対して第１の平面で滑動することのできるように軸受によって前記ベースに保持されるキャリッジと、
凸状の前面を有し、前記ベースに取り付けられる第１のブレードと、
逆さの「Ｖ」字形状の切断ブレードを有し、ブレード保持装置によって前記キャリッジの上に保持された第２のブレードであって、前記ブレード保持装置が前記キャリッジに対して前記第１の平面で固定される第２のブレードを保持すると同時に、前記第２のブレードが前記第１の平面に直交する第２の平面で回転できる、第２のブレードと、
前記第２のブレードと前記キャリッジの間に配置され、前記切断ブレードを押圧して前記第１のブレードと接触する、ブレード反応ばねと、
を備える、切断装置と、
を備える、テープ配置装置であって、
前記第２のブレードが剪断運動中に切断ブレードに沿って多くても２つの接点で前記第１のブレードを接触させ、
前記切断面で前記テープを横に移動せずに前記ブレードが２つの対向する方向に同時に前記テープを切断する、テープ配置装置。
【請求項２４】
凸状の切断面を有する第１のブレードを越えてテープを供給するステップと、
前記第１のブレードと第２のブレードの間の少なくとも１つの移動接点で前記テープを剪断するステップと、
を備える、テープを剪断する方法。
【請求項２５】
剪断中に前記ブレードの間に２つの移動接点がある、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記２つの移動接点が対称的に移動する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
剪断によって２つの移動接点で２つの対向する方向に前記テープを同時に切断する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
剪断中、一方のブレードが他方のブレードに対して揺動する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
接点からブレード保持装置に対して一方のブレードが他のブレードを押圧し、キャリッジとそのブレードの間にブレード反作用ばねが配置されることによって、揺動が生ずる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
テープを受けるためのマンドレルと、
前記マンドレルにテープを敷設するための少なくとも１つのテープヘッドを保持するための、前記マンドレルに関連したキャリッジと、
前記マンドレルに関連した前記キャリッジに支えられたテープヘッドと、
剪断運動しながら前記テープを切断するための前記ヘッド上のテープカッタと、
を備える、テープ配置システム。
【請求項３１】
複合テープのための多くても１つの摺動案内点であって、前記摺動案内点が、裏材料が前記テープから切り離される裏当て除去位置にある、摺動案内点と、
前記裏当て材料が分離された後に前記テープを前記マンドレルに搬送するための転圧ローラと、
を備える請求項３０に記載のテープ配置システムであって、
前記テープカッタが、前記裏当て材料が分離された後で前記テープを切断するように、前記転圧ローラの前に配置される、テープ配置システム。
【請求項３２】
前記キャリッジに支えられ、前記キャリッジとは無関係に同時に移動する複数のテープヘッドをさら備える、請求項３０に記載のテープ配置システムであって、
前記テープヘッドのそれぞれが、前記ヘッド上に剪断運動しながらテープを切断するためのテープカッタを有する、テープ配置システム。
【請求項３３】
各テープヘッドが、各テープヘッドと前記キャリッジの間の境界域全体のデジタル入出力および空気制御接続部を減少させるためのカップリングを支える、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【請求項３４】
前記マンドレルが回転して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【請求項３５】
前記キャリッジが移動して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【請求項３６】
前記マンドレルが回転して、かつ前記キャリッジが移動して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【請求項３７】
前記テープヘッドが前記キャリッジに沿って移動して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３２に記載のテープ配置システム。
【請求項３８】
テープヘッドの運動とは無関係に前記マンドレルが回転して、前記マンドレルの表面をテープで被覆する、請求項３７に記載のテープ配置システム。
【請求項３９】
前記マンドレルの表面が、飛行機胴体部の内側モールド線の表面に対応する、請求項３０に記載のテープ配置システム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１２Ｆ】
【公表番号】特表２００８−５２１６５６（Ｐ２００８−５２１６５６Ａ）
【公表日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４４４０４（Ｐ２００７−５４４４０４）
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２６３４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６０２７０
【国際公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２２日（２００５．１１．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０４２６３４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６０２７０
【国際公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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