複雑性が緩和された自動繊維配置装置及び方法
複合積層体を基板上に形成する方法であって、該方法は：基板の上で自動繊維配置ヘッドを移動させ；繊維配置ヘッドを使用して、複数の平行する複合テープストリップ（３６）を基板（１０２）上に置き、これには、少なくとも特定のテープストリップの開始点ずらして曲線パターン（Ａからｆ）を形成することが含まれ；単一の切刃（９２）を使用して、全てのテープストリップの端部を切断することを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、自動繊維配置システム、特に複合構造を積層するのに使用される自動繊維配置システムに関し、さらに具体的には、繊維を配置するだけでなく関連方法のための簡易化された装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、海洋、航空宇宙産業において使用されるもの等の複合構造は、一般に自動繊維配置（ＡＦＰ）機械と呼ばれる自動複合材料応用機械を使用して加工することができる。ＡＦＰ機械を航空機産業において、例えばより広い帯状にコリメートされた、比較的狭いストリップ状の複合、スリットテープ、又は「トウ」を製造ツール周囲に巻きつけることによって、構造形状及び外板アセンブリを加工する等に使用することが可能である。ＡＦＰ機械は、通常６個以上の複数のテープストリップを一列に並べて連続的に端と端が接触するように配置して、ツール上に置かれツールに接触して締固められる、単一の広い共形帯幅を形成する。
【０００３】
大きく複雑な積層複合アセンブリを加工するために、現在のＡＦＰ機械は比較的高い運転柔軟性を有する繊維配置ヘッドを使用することができる。例えば、現在の配置ヘッドは、各テープストリップに対して単独の、別々に制御可能なカッターを供給することによって、傾斜を加える、あるいは、任意又は全ての連続的なテープストリップを他の全てのテープストリップとは別々に切断する能力を持つことができる。現在の配置ヘッドはしたがって、比較的複雑で大きく重くなり得る。
【０００４】
現在の配置ヘッドの大きさ、重量及び複雑性のために、比較的小さい複合積層アセンブリの加工、又は比較的高い配置分解能が要求される積層体の加工におけるこれらのヘッドの使用が不可能になり得る。さらに、その複雑性のために、現在の配置ヘッドは比較的高価である。
【０００５】
したがって、機械的複雑性が緩和され、より高い配置分解能及び／又は簡易化されたテープ応用が要求される繊維の応用向けに、大きさ及び重量がいずれも縮小された自動繊維配置装置が必要である。さらに、繊維を配置して傾斜した又は曲線のテープパターンを形成することを可能にする、複雑性がより緩和された配置機械を使用する繊維配置方法が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
比較的小さい積層複合繊維構造だけでなく、高いテープ配置分解能が求められるより大きい複合構造を加工するのに特に有用な自動繊維配置装置及び関連方法が提供されている。進行路の最後で全てのテープストリップの端部を同時に切断する、単一の切断機構を用いることにより、各テープストリップ用の個別の切断機構の必要が削減され、配置ヘッドの複雑性、大きさ及び重量が縮小される。この機械的複雑性の緩和に関わらず、曲線状の又は傾斜したテープ応用パターンは、ストリップの帯が置かれる時に各テープストリップの配置を順次開始することによって達成可能である。
【０００７】
ある開示の実施形態によると、基板上に複合積層体を形成する方法が提供されており、この方法は：基板の上で自動繊維配置ヘッドを移動させ；繊維配置ヘッドを使用して複数の平行する複合テープストリップを基板上に置き、これには、少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして曲線パターンを形成することが含まれ；そして単一の切刃を使用して、全てのテープストリップの端部を切断することを含む。テープストリップの端部の切断は、単一の切刃を全てのテープストリップにほぼ同時に通すことによって行うことができる。
【０００８】
別の方法の実施形態によると、自動繊維配置ヘッドを使用した基板上への複合繊維テープの配置は：開始位置から終了位置まで、基板を横切って繊維配置ヘッドを移動させ；基板上への個別の繊維テープストリップの配置を順次開始して、配置が開始位置から終了位置まで移動する際に帯を形成し；そして、終了位置においてほぼ同時に帯の全てのテープストリップを切断することを含む。個別の繊維テープストリップの配置の順次開始は、繊維配置ヘッド上の個別テープスレッディング機構を順次始動させることによって行うことができる。全てのテープストリップの切断は、繊維配置ヘッド上の単一の切刃機構を始動させて、単一の切刃機構を使用して全てのテープストリップを切断することにより行うことができる。
【０００９】
さらなる方法の実施形態によれば、基板機構を有する基板上に複合繊維積層体を形成する方法は：自動テープ配置ヘッドを基板を横切って基板機構から離れるように第１方向に移動させ；配置ヘッドが第１方向に基板を横切って移動する時に、配置ヘッドを使用して複合テープストリップの第１帯を置き、これには、第１グループのうちの少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして基板機構の片側に傾斜パターンを形成することが含まれ；第１帯のテープストリップの終了点において、第１帯のすべてのテープストリップを切断し；自動テープ配置ヘッドを基板を横切って第２方向に基板機構から離れるように移動させ；配置ヘッドが第２方向に基板を横切って移動する時に、配置ヘッドを使用して複合テープストリップの第２帯を置き、これには、第２帯のうちの少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして基板機構の別の側に第２傾斜パターンを形成することが含まれ；そして、第２帯のテープストリップの終了点において第２帯の全てのテープストリップを切断することを含む。第１及び第２帯のテープストリップの切断は、ほぼ同時にグループ内の全てのテープストリップに単一の切刃を通すことによって行われる。第１及び第２帯のそれぞれのテープストリップの配置は、配置ヘッドが一回通過する時に行うことができる。第１及び第２方向それぞれにおける配置ヘッドの移動は、基板機構のほぼ全体を通る中心線から開始される。複合テープストリップの配置は、繊維配置ヘッド上の個別テープスレッディング機構を順次始動させることによって行うことができる。
【００１０】
別の開示の実施形態によると、基板上に繊維テープを配置する繊維テープ配置装置が提供され、この装置は：繊維テープの補給品をそれぞれ保持する複数のテープ供給装置；基板上でテープを締固める装置；テープ供給装置にそれぞれ関連し、テープ供給装置のうちの一つから締固め装置へのテープの送りを開始するためにそれぞれ稼動可能である複数のスレッディング機構；及び、ほぼ同時に締固め装置に送られる全てのテープの端部を切断するための単一の切刃を含む切断装置を備える。切刃は、締固め装置にテープが送られる経路を横切って延在する刃先を含む。切断装置は、テープに向かって及びテープから離れるように切刃をずらすアクチュエータを含むことができる。テープは、締固め装置にテープが送られるときに並べて配置することができ、テープが並んでいる間にテープの端部を切断するように切刃を位置づけすることができる。
【００１１】
開示の実施形態は、複雑性が緩和された自動繊維配置装置、及び曲線パターンを有する積層体を形成可能にする関連方法の必要を満たす。
【００１２】
開示の実施形態の他の特徴、利点及び長所は、下記の実施形態の説明を添付の図面及び添付の請求項に従って読むことにより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は複雑性が緩和された繊維配置機械を有する単一のパーツ加工セルの斜視図である。
【図２】図２は複雑性が緩和された繊維配置機械を有する大規模な繊維配置セルの斜視図である。
【図３】図３は複雑性が緩和された繊維配置機械の基盤要素を示すブロック図である。
【図４】図４は複雑性が緩和された繊維配置機械の側面図である。
【図５】図５は図４に示す機械の上面図である。
【図６】図６は図４に示す機械の下面図である。
【図７】図７は図４〜６に示す機械の一部を形成する再スレッドアセンブリの分解斜視図である。
【図８】図８は再スレッドアセンブリの斜視図である。
【図９】図９はさらに詳細を示すためにカバーが取り外されている、図４〜６に示す機械の斜視図である。
【図１０】図１０は図４〜９に示す機械の一部を形成するテープ切断機構の簡略化した全面立面図である。
【図１１】図１１は複雑性が緩和された繊維配置機械を使用してテープの帯が配置されたツールの斜視図である。
【図１２】図１２は共通の切断ポイントで切れている個々のテープストリップの順次の、時限の開始点を示すあるテープ帯の平面図である。
【図１３】図１３は複雑性が緩和された自動繊維配置機械を使用して基板上に複合テープを配置する一方法の基本ステップを示すフロー図である。
【図１４】図１４は基板上に連続的にテープストリップを配置する代替方法を示す概略平面図である。
【図１５】図１５は図１４に示す基板上にテープを配置する代替方法のさらなる詳細を示すフロー図である。
【図１６】図１６は基板機構周囲に配置された２つのテープストリップの帯を示す平面図である。
【図１７】図１７は図１６に示す基板機構周囲にテープストリップを配置する方法を示すフロー図である。
【図１８】図１８は航空機の製造及び就航方法のフロー図である。
【図１９】図１９は航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず図１を参照すると、数字１８でおおむね表示される単一のパーツ加工セルは、比較的小さい個別のパーツ２６をツール２８の上に積層するのに使用できる複雑性が緩和された複合繊維配置（ＡＦＰ）機械２０を用いる。ＡＦＰ機械２０は、ＮＣ、ＣＮＣ又はＰＬＣコントローラを備えることができる好適なコントローラ（図示せず）によって部分的に又は完全に自動制御可能である。ＡＦＰ機械２０はまた、少なくとも部分的にオペレータ２４によって制御可能である。
【００１５】
図示した実施例では、ＡＦＰ機械２０は２５において示す直角のｘ、ｙ、ｚ軸に沿って移動するように取り付けられている。さらに具体的には、テープアプリケーションヘッド４０は、Ｚ軸に沿って滑動するようにガイド３０に取り付けられており、ガイド３０はその一方でｘ軸に沿って滑動するようにガントリー３２に取り付けられている。ガントリー３２は、テーブル２２上に支持されるレール３４によってｚ軸に沿って滑動するように取り付けられている。ＡＦＰ機械２０は、複合繊維テープ３６をツール２８に接触してテープ３６を締固める締固めローラ４２を含むアプリケーションヘッド４０に複合繊維テープ３６を送るテープ供給リール３８を含む。本明細書で使用される「複合繊維テープ」、「繊維テープ」、「テープ」及び「テープストリップ」は、例えば限定しないが３インチ又は６インチ等の標準幅のもの、そして例えば８分の１インチ又は４分の１インチ（「トウ」）等の基準外の幅を持つものを含む、広範囲のテープ、「トウ」及び粗紡を含んでいる。
【００１６】
後にさらに詳しく説明するように、締固めローラ４２とツール２８の表面の間のニップ（図示せず）にテープを送る、後に説明するテープスレッド機構によってリール３８からテープ３６が引き出される。ＡＦＰ機械２０の移動により、リール３８からテープ３６が引き出され、テープ３６は後に説明する、簡易テープ切断機構によってある長さに切断される。
【００１７】
ここで図２を参照すると、ＡＦＰ機械２０ａの代替形態は、レール４６に沿って平行移動するために取り付けられたロボット４４に設置されたエンドエフェクタとして使用することができる。例えば円筒形マンドレル５０等のツールは支持体５４上で回転するためにスピンドル４２によって取り付けられている。ロボット４４及び配置ヘッド２０ａの操作だけでなく、ツール５０の回転は、ＮＣ又はＣＮＣコントローラ４８によって制御可能である。配置ヘッド２０ａを使用して、高い曲線分解能でマンドレル５０上にテープ３６の帯２８を積層することができる。
【００１８】
ここで図３を参照すると、ＡＦＰ機械２０は、簡易テープ供給システム５６、テープ配列及び独立再スレッドモジュール５８、及びテープ３６全てを切断するのに使われる単一のテープ切断機構７０を広く含む。簡易材料供給システム５６は、予め巻かれたテープリール３８からのテープ３６の引き出しにそれぞれ使用される複数の個別テープ供給モジュール５７を備えることができる(図１)。
【００１９】
各テープ供給モジュール５７は、同様に位置あわせした形で、それぞれ関連するテープ配列及び再スレッドモジュール５８にテープ３６を送るために共に稼働する、例えば空気圧で操作されるディスクブレーキ（図示せず）等の簡易張力抵抗ブレーキ（図示せず）及び慣性制限装置を含むことができる。テープ配列及び再スレッドモジュール５８は、機構間隔を置くために織り模様に予め設定できるスロットガイド（図示せず）の組み合わせを使用して、複数の個々のテープ３６を平行した、切端が接触した状態に配列させる。各配列及び再スレッドモジュール５８内にパッケージ化されているのは、テープ再スレッド機構９０である（図６）。図面には具体的に示されていないが、テープ再スレッド機構９０は摩擦接触を利用して、個々のテープ３６を駆動して締め付ける。テープ供給モジュール５７、配列及び再スレッドモジュール５８、及び再スレッド機構９０のさらなる詳細は、１９８７年１０月１３日発行の米国特許第４６９９６８３号明細書、及び２００７年２月８日発行の米国特許出願公開第２００７／００２９０３０Ａ１号明細書に記載されている。
【００２０】
ここで図４〜９を参照すると、テープ配置ヘッド４０はロボット４４（図２）に接続されるように構成されている上板６２又はテープ３６が配置されるべき基板を横切って配置ヘッド４０を移動させるのに使用される他のツールを有するフレームアセンブリ４１を含む。テープ配列及び再スレッドモジュール５８は、フレームアセンブリ４１内に保持される中心体９１（図７）に隣り合わせに取り付けられている。各モジュール５８は、テープ３６のうちの一つの入口チャネル７６を形成する一組の平坦ローラ７２とＵ形ローラ７４を含む。平坦ローラ７２は、回転アーム６６上に運ばれる軸６０に取りつけられている。バネ８４によって、回転アーム６６が、テープ３６の厚さにおおむね対応して、平坦ローラ７２がＵ形ローラ７４から予め選択された距離の間隔を置いている通常の閉鎖位置に向かって偏る。入口チャネル７６の高さ又は厚さは、止めネジ６８を通して調節可能である。リール３８から供給されるテープ３６(図１)は入口チャネル７６にそれぞれ挿入され、カバープレート９３によって封入されたスロットガイド８０（図７）によって、並んで位置あわせされた状態で維持される。
【００２１】
テープ３６はスロットガイド８０を通じて、空気圧シリンダ８６によってテープ３６と嵌合するように移動するテープ嵌合ローラ９０ａを含む再スレッド機構９０に送られる。ローラ９０ａはモータ９９を備えたベルト９７によって駆動される。特定の再スレッド機構９０の作動によって、対応するテープ３６のスレッドが始動し、このテープ３６は次にスロットガイド８０の一つを介してガイド部材８３に送られ、ガイド部材８３はテープ３６を所定の角度でニップ７４に移動し、テープ３６はニップ７４において締固めローラ４２によって基板２８上に貼り付けられ締固められる。繊維光センサ８９（図９）は、テープ３６の端部の通過を含めて、テープ３６の位置を感知し、テープの送り及び配置を制御するのに使用可能な位置信号を発信する。繊維光センサ８９はまた、刃９２の操作を感知するのに使用することもでき、これにより、ＡＦＰ機械２０の他の機能と刃の操作を同期する、又は刃９２が適切に動作しているかを単に確認することのいずれか、あるいは両方が可能になる。
【００２２】
前述から分かるように、特定のテープ３６が「開始する」、基板表面８２（図４）上の場所は、テープスレッド機構９０が作動してテープ３６を締固めローラ４２に送り始める時点によって変化する。テープスレッド機構９０はアクチュエータ８６によって別々に作動させることができるため、各テープ３６の開始点を別々に制御することができ、これにより下にさらに詳しく説明するように、これらの開始点を任意の所望のパターンにずらすことができる。
【００２３】
図９においてよく分かるように、開示の実施形態によれば、テープ配置ヘッド４０は単一の切刃９２に往復運動させる空気圧アクチュエータ９６を備えるテープ切断機構７０をさらに含む。空気圧アクチュエータ９６は、電気バルブ制御シリンダ８７によって制御される空気マニホルド８５から空気を取り入れる。切断機構はまた、図１０にも図式的に示されている。単一の切刃９２は、適切な駆動結合９８を介して空気圧アクチュエータ９６に接続されている。刃９２は、配置ヘッド４０によって置かれたテープ３６の帯１０６全体に及ぶ刃先９２ａを含む。刃９２は、図１０の矢印１００によって示すように往復運動することにより、テープ３６の帯１０６全体を一回のせん断で同時に切断する。下の説明から明らかなように、テープ３６の開始点に関わらず、テープ３６の端部はテープを置くプロセス中に同じポイントで切断される。
【００２４】
本明細書で使用されるように、「同時の」又は「ほぼ同時の」帯１０６の全てのテープ３６の切断は、刃９２又は他の切断装置によって、進行路の終了においてほぼ同じポイントで帯１０６の全てのテープ３６を切断することを意味する。したがって、図示した実施形態に示すように、全く同時に帯１０６の全てのテープ３６と接触し切断する代わりに、カッター（図示せず）を帯１０６を横切って横方向に一回引いて、進行路の終了において帯１０６のテープ３６を順次切断することが可能である。さらに、「一回の切断で」又は「一回刃を入れる」ことによる帯１０６のテープ３６の切断は同様に、帯１０６の全てのテープ３６が、同時か、あるいは続けざまかのいずれかの方法で、この終了点においてテープに接触し切断する単一の刃の動きを通して、進行路の終了においてほぼ同じポイントで切断されることを意味する。
【００２５】
複雑性が緩和されたＡＦＰ機械２０を使用して積層体を形成する一方法の実施形態を示す図１１〜１３をここで参照する。図１１に示す実施例では、平行する連続的なテープストリップ３６の曲線に合わせた帯１０６が、基盤１０４上に支持されるツール１０２に積層される。ツール１０２は、帯１０６の曲線に合わせた部分８８がほぼ一致し得る曲線の縁部１０８を含む。図１３のステップ１１４で示すように、配置ヘッド４０が、帯１０６の第１テープの開始点「Ａ」に対応する開始位置にまず移動する。図１３及び図１１のステップ１１６に示すように、配置ヘッド４０は開始位置「Ａ」から終了位置「Ｇ」までの進行方向１１２に平行移動する。ステップ１１８において、配置ヘッド４０が開始位置「Ａ」から終了位置「Ｇ」まで移動する時に、個別テープスレッド機構９０が作動して、テープ１〜６の配置を逐次的なやり方で開始することにより、テープがそれぞれポイントＡ〜Ｆにおいて追加される。
【００２６】
上述したテープ１〜６の逐次的な開始により、テープ３６の始まりがずれ、これによりツール１０２の曲線縁部１０８におおむね一致する縁部の曲線又は外形８８（図１１）が形成される。帯１０６がポイント「Ｆ」において同じになるまで、帯１０７へのテープ３６の逐次的な追加が継続される。事前に選択したポイントにおいてステップ１２０に示すように、切断機構７０が作動して、刃９２による一回のせん断により、帯１０６全体を終了又は切断ポイント「Ｇ」において切断する。当然ながら、外形８８の分解能は、一回の切断が開始された時に、切断機構７０の下にあるテープ３６の数によって決定することができる。したがって、分解能がより高いところでは、特定の進行路においてより少ない数のテープ３６が帯１０６の幅の範囲内に含まれていてよい。
【００２７】
ここで、複雑性が緩和されたＡＦＰ機械２０を使用してテープ３６を配置する代替方法の実施形態を示す図１４及び１５に注目する。まずステップ１２４において、配置ヘッド４０が第１テープの配置準備のために開始位置１２１へ移動する。ステップ１２６及び１２８に示すように、配置ヘッド４０が進行方向１１２に平行移動すると、単一のテープスレッド機構９０が始動し、これにより第１テープがツール基板８２上に配置される。ステップ１３０に示すように、第１テープは進行路の終了において又は番号１２２によって表される切断点で切断される。
【００２８】
次に、配置ヘッド４０は、ステップ１３２において示すように、第２テープの開始位置まで復路１２３を通って平行移動する。ステップ１３４及び１３６において、配置ヘッド４０は再び矢印方向１１２に平行移動し、それと同時にテープスレッド機構９０のうちの一つが始動して、第２テープを第１テープに平行に連続するように置くことを開始する。第２テープは切断点１２２において、切断機構９０によって切断される。次に、ステップ１４０において、配置ヘッド４０を次のテープの開始位置１２９まで復路を通って平行移動させるプロセスが、テープ３６の逐次的な個々の進行路それぞれに対して繰り返される。
【００２９】
図示した実施例では、テープヘッド４０が開始点１２９から切断点１２２まで平行移動し、この間にテープスレッド機構９０のうちの一つが始動して第３テープを置き、この第３テープは次に切断点１２２において切断機構７０によって切断される。前に注記したように、切断パターン又は傾斜した外形８８の分解能は、テープ３６が切断される時点でカッター７０の下にあるテープ３６の数によって決定される。したがって、図１４及び１５に示す方法を用いて、より高い外形分解能を達成するために全進行路の帯１０６の範囲内により少ない数のテープ３６を含むことができる。図示した実施例では、テープ配置ヘッド４０が通過するごとに、一つのテープ３６だけが配置され切断されているが、応用形態によっては、２つ以上のテープ３６を同時に配置して切断し、所望の分解能を得ることが可能である。
【００３０】
ここで、複雑性が緩和されたＡＦＰ機械２０が基板機構周囲にテープ３６を積層するために使用され、図示した実施例では基盤機構が基板１４５に今後形成されるべきスルーホールを備えている、別の方法の実施形態を示す図１６及び１７に注目する。まずステップ１５０において、配置ヘッド４０は、基板機構１４８の中心線１４２に対応する開始位置まで移動する。次に１５２において、配置ヘッド４０は中心線１４２から終了位置１４４まである進行方向１１２に平行移動する。配置ヘッド４０が平行移動すると、１５４において示すようにテープスレッド機構９０が作動して、これによりテープの第１帯１４７が置かれ、ここで独立したテープ３６の開始点が基板機構１４８周囲で段のある傾斜したパターンを形成する。第１帯１４７の全てのテープ３６は、図１６及び１７のステップ１５６に示すように、１４４において同時に切断される。
【００３１】
次に、ステップ１５８に示すように第２進行路１４９の配置準備のために、配置ヘッド４０が中心線の位置１４２に移動して戻る。ステップ１６０に示すように、ヘッド４０は中心線１４２から終了位置１４６まで平行移動し、この間にテープスレッド機構９０が所定の時間系列で作動して、これにより第２帯１４９の個別テープ３６の開始位置が、基板機構１４８周囲の段のある傾斜したパターンを形成する。ステップ１６４においては、第２帯１４９の全てのテープストリップ３６が、終了又は切断点１４６において同時に切断される。
【００３２】
開示の実施形態は、様々な可能性のある応用形態、特に例えば航空宇宙、海洋、及び自動車への応用を含む運送業において使用することができる。したがって、ここで図１８及び１９を参照すると、開示の実施形態は図１８に示すような航空機の製造及び就航方法１６６及び図１９に示すような航空機１６７において使用可能である。開示の実施形態の航空機の応用は、例えば非限定的に、機体外板、翼外板、操縦翼面、ハッチ、床板、ドアパネル、アクセスパネル及び尾翼等の複合補強部材を含むことができるが、これはごく一部に過ぎない。試作段階においては、例示の方法１６６は航空機１６７の仕様及び設計１６８と、材料調達１７０を含むことができる。製造段階においては、航空機１６７の部品及びサブアセンブリの製造１７２と、システム統合１７４がおこなわれる。そのあとに、航空機１６７は、認可及び納品１７６を経て就航１７８される。顧客によって就航されている間、航空機１６７には所定の整備及び保守１８０（変更、再構成、改装等も含むことができる）が予定される。
【００３３】
本方法９０の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客等）によって行う又は実施することができる。この説明のために、システムインテグレータは限定しないが、任意の数の航空機メーカー、及び主要システムの下請け業者を含むことができ；第三者は限定しないが、任意の数の供給メーカー、下請け業者、及びサプライヤを含むことができ；オペレータは、航空会社、リース会社、軍部、サービス組織等であってよい。
【００３４】
図１９に示すように、例示の方法１６６で製造された航空機１６７は、複数のシステム１８４と内装１８６を有する機体１８２を含むことができる。高レベルシステム１８４の例は、一又は複数の推進システム１８８、電気システム１９０、油圧システム１９２、及び環境システム１９４が挙げられる。任意の数の他のシステムを含むことができる。航空宇宙での実施例を示したが、本発明の原理は例えば海洋及び自動車産業等の他の産業分野に応用することが可能である。
【００３５】
本明細書に具現化されたシステム及び方法は、任意の一又は複数の製造及び就航方法１６６の段階において採用することができる。例えば、製造プロセス１６６に対応する部品又はサブアセンブリは、航空機１６７が就航している間に製造される部品又はサブアセンブリと同じ方法で加工又は製造することができる。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、例えば、航空機１６７を実質的に組立てしやすくする、又は航空機１６７にかかる費用を削減することによって、製造段階１７２及び１７４において用いることが可能である。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、航空機１６７が就航している間に、例えば限定しないが、整備及び保守１８０に用いることができる。
【００３６】
本発明の実施形態を特定の実例となる実施形態に関連させて説明してきたが、当然ながら特定の実施形態は説明のためであり、限定するものではなく、当業者が他の変形例を発想することが可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、自動繊維配置システム、特に複合構造を積層するのに使用される自動繊維配置システムに関し、さらに具体的には、繊維を配置するだけでなく関連方法のための簡易化された装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、海洋、航空宇宙産業において使用されるもの等の複合構造は、一般に自動繊維配置（ＡＦＰ）機械と呼ばれる自動複合材料応用機械を使用して加工することができる。ＡＦＰ機械を航空機産業において、例えばより広い帯状にコリメートされた、比較的狭いストリップ状の複合、スリットテープ、又は「トウ」を製造ツール周囲に巻きつけることによって、構造形状及び外板アセンブリを加工する等に使用することが可能である。ＡＦＰ機械は、通常６個以上の複数のテープストリップを一列に並べて連続的に端と端が接触するように配置して、ツール上に置かれツールに接触して締固められる、単一の広い共形帯幅を形成する。
【０００３】
大きく複雑な積層複合アセンブリを加工するために、現在のＡＦＰ機械は比較的高い運転柔軟性を有する繊維配置ヘッドを使用することができる。例えば、現在の配置ヘッドは、各テープストリップに対して単独の、別々に制御可能なカッターを供給することによって、傾斜を加える、あるいは、任意又は全ての連続的なテープストリップを他の全てのテープストリップとは別々に切断する能力を持つことができる。現在の配置ヘッドはしたがって、比較的複雑で大きく重くなり得る。
【０００４】
現在の配置ヘッドの大きさ、重量及び複雑性のために、比較的小さい複合積層アセンブリの加工、又は比較的高い配置分解能が要求される積層体の加工におけるこれらのヘッドの使用が不可能になり得る。さらに、その複雑性のために、現在の配置ヘッドは比較的高価である。
【０００５】
したがって、機械的複雑性が緩和され、より高い配置分解能及び／又は簡易化されたテープ応用が要求される繊維の応用向けに、大きさ及び重量がいずれも縮小された自動繊維配置装置が必要である。さらに、繊維を配置して傾斜した又は曲線のテープパターンを形成することを可能にする、複雑性がより緩和された配置機械を使用する繊維配置方法が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
比較的小さい積層複合繊維構造だけでなく、高いテープ配置分解能が求められるより大きい複合構造を加工するのに特に有用な自動繊維配置装置及び関連方法が提供されている。進行路の最後で全てのテープストリップの端部を同時に切断する、単一の切断機構を用いることにより、各テープストリップ用の個別の切断機構の必要が削減され、配置ヘッドの複雑性、大きさ及び重量が縮小される。この機械的複雑性の緩和に関わらず、曲線状の又は傾斜したテープ応用パターンは、ストリップの帯が置かれる時に各テープストリップの配置を順次開始することによって達成可能である。
【０００７】
ある開示の実施形態によると、基板上に複合積層体を形成する方法が提供されており、この方法は：基板の上で自動繊維配置ヘッドを移動させ；繊維配置ヘッドを使用して複数の平行する複合テープストリップを基板上に置き、これには、少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして曲線パターンを形成することが含まれ；そして単一の切刃を使用して、全てのテープストリップの端部を切断することを含む。テープストリップの端部の切断は、単一の切刃を全てのテープストリップにほぼ同時に通すことによって行うことができる。
【０００８】
別の方法の実施形態によると、自動繊維配置ヘッドを使用した基板上への複合繊維テープの配置は：開始位置から終了位置まで、基板を横切って繊維配置ヘッドを移動させ；基板上への個別の繊維テープストリップの配置を順次開始して、配置が開始位置から終了位置まで移動する際に帯を形成し；そして、終了位置においてほぼ同時に帯の全てのテープストリップを切断することを含む。個別の繊維テープストリップの配置の順次開始は、繊維配置ヘッド上の個別テープスレッディング機構を順次始動させることによって行うことができる。全てのテープストリップの切断は、繊維配置ヘッド上の単一の切刃機構を始動させて、単一の切刃機構を使用して全てのテープストリップを切断することにより行うことができる。
【０００９】
さらなる方法の実施形態によれば、基板機構を有する基板上に複合繊維積層体を形成する方法は：自動テープ配置ヘッドを基板を横切って基板機構から離れるように第１方向に移動させ；配置ヘッドが第１方向に基板を横切って移動する時に、配置ヘッドを使用して複合テープストリップの第１帯を置き、これには、第１グループのうちの少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして基板機構の片側に傾斜パターンを形成することが含まれ；第１帯のテープストリップの終了点において、第１帯のすべてのテープストリップを切断し；自動テープ配置ヘッドを基板を横切って第２方向に基板機構から離れるように移動させ；配置ヘッドが第２方向に基板を横切って移動する時に、配置ヘッドを使用して複合テープストリップの第２帯を置き、これには、第２帯のうちの少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして基板機構の別の側に第２傾斜パターンを形成することが含まれ；そして、第２帯のテープストリップの終了点において第２帯の全てのテープストリップを切断することを含む。第１及び第２帯のテープストリップの切断は、ほぼ同時にグループ内の全てのテープストリップに単一の切刃を通すことによって行われる。第１及び第２帯のそれぞれのテープストリップの配置は、配置ヘッドが一回通過する時に行うことができる。第１及び第２方向それぞれにおける配置ヘッドの移動は、基板機構のほぼ全体を通る中心線から開始される。複合テープストリップの配置は、繊維配置ヘッド上の個別テープスレッディング機構を順次始動させることによって行うことができる。
【００１０】
別の開示の実施形態によると、基板上に繊維テープを配置する繊維テープ配置装置が提供され、この装置は：繊維テープの補給品をそれぞれ保持する複数のテープ供給装置；基板上でテープを締固める装置；テープ供給装置にそれぞれ関連し、テープ供給装置のうちの一つから締固め装置へのテープの送りを開始するためにそれぞれ稼動可能である複数のスレッディング機構；及び、ほぼ同時に締固め装置に送られる全てのテープの端部を切断するための単一の切刃を含む切断装置を備える。切刃は、締固め装置にテープが送られる経路を横切って延在する刃先を含む。切断装置は、テープに向かって及びテープから離れるように切刃をずらすアクチュエータを含むことができる。テープは、締固め装置にテープが送られるときに並べて配置することができ、テープが並んでいる間にテープの端部を切断するように切刃を位置づけすることができる。
【００１１】
開示の実施形態は、複雑性が緩和された自動繊維配置装置、及び曲線パターンを有する積層体を形成可能にする関連方法の必要を満たす。
【００１２】
開示の実施形態の他の特徴、利点及び長所は、下記の実施形態の説明を添付の図面及び添付の請求項に従って読むことにより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は複雑性が緩和された繊維配置機械を有する単一のパーツ加工セルの斜視図である。
【図２】図２は複雑性が緩和された繊維配置機械を有する大規模な繊維配置セルの斜視図である。
【図３】図３は複雑性が緩和された繊維配置機械の基盤要素を示すブロック図である。
【図４】図４は複雑性が緩和された繊維配置機械の側面図である。
【図５】図５は図４に示す機械の上面図である。
【図６】図６は図４に示す機械の下面図である。
【図７】図７は図４〜６に示す機械の一部を形成する再スレッドアセンブリの分解斜視図である。
【図８】図８は再スレッドアセンブリの斜視図である。
【図９】図９はさらに詳細を示すためにカバーが取り外されている、図４〜６に示す機械の斜視図である。
【図１０】図１０は図４〜９に示す機械の一部を形成するテープ切断機構の簡略化した全面立面図である。
【図１１】図１１は複雑性が緩和された繊維配置機械を使用してテープの帯が配置されたツールの斜視図である。
【図１２】図１２は共通の切断ポイントで切れている個々のテープストリップの順次の、時限の開始点を示すあるテープ帯の平面図である。
【図１３】図１３は複雑性が緩和された自動繊維配置機械を使用して基板上に複合テープを配置する一方法の基本ステップを示すフロー図である。
【図１４】図１４は基板上に連続的にテープストリップを配置する代替方法を示す概略平面図である。
【図１５】図１５は図１４に示す基板上にテープを配置する代替方法のさらなる詳細を示すフロー図である。
【図１６】図１６は基板機構周囲に配置された２つのテープストリップの帯を示す平面図である。
【図１７】図１７は図１６に示す基板機構周囲にテープストリップを配置する方法を示すフロー図である。
【図１８】図１８は航空機の製造及び就航方法のフロー図である。
【図１９】図１９は航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず図１を参照すると、数字１８でおおむね表示される単一のパーツ加工セルは、比較的小さい個別のパーツ２６をツール２８の上に積層するのに使用できる複雑性が緩和された複合繊維配置（ＡＦＰ）機械２０を用いる。ＡＦＰ機械２０は、ＮＣ、ＣＮＣ又はＰＬＣコントローラを備えることができる好適なコントローラ（図示せず）によって部分的に又は完全に自動制御可能である。ＡＦＰ機械２０はまた、少なくとも部分的にオペレータ２４によって制御可能である。
【００１５】
図示した実施例では、ＡＦＰ機械２０は２５において示す直角のｘ、ｙ、ｚ軸に沿って移動するように取り付けられている。さらに具体的には、テープアプリケーションヘッド４０は、Ｚ軸に沿って滑動するようにガイド３０に取り付けられており、ガイド３０はその一方でｘ軸に沿って滑動するようにガントリー３２に取り付けられている。ガントリー３２は、テーブル２２上に支持されるレール３４によってｚ軸に沿って滑動するように取り付けられている。ＡＦＰ機械２０は、複合繊維テープ３６をツール２８に接触してテープ３６を締固める締固めローラ４２を含むアプリケーションヘッド４０に複合繊維テープ３６を送るテープ供給リール３８を含む。本明細書で使用される「複合繊維テープ」、「繊維テープ」、「テープ」及び「テープストリップ」は、例えば限定しないが３インチ又は６インチ等の標準幅のもの、そして例えば８分の１インチ又は４分の１インチ（「トウ」）等の基準外の幅を持つものを含む、広範囲のテープ、「トウ」及び粗紡を含んでいる。
【００１６】
後にさらに詳しく説明するように、締固めローラ４２とツール２８の表面の間のニップ（図示せず）にテープを送る、後に説明するテープスレッド機構によってリール３８からテープ３６が引き出される。ＡＦＰ機械２０の移動により、リール３８からテープ３６が引き出され、テープ３６は後に説明する、簡易テープ切断機構によってある長さに切断される。
【００１７】
ここで図２を参照すると、ＡＦＰ機械２０ａの代替形態は、レール４６に沿って平行移動するために取り付けられたロボット４４に設置されたエンドエフェクタとして使用することができる。例えば円筒形マンドレル５０等のツールは支持体５４上で回転するためにスピンドル４２によって取り付けられている。ロボット４４及び配置ヘッド２０ａの操作だけでなく、ツール５０の回転は、ＮＣ又はＣＮＣコントローラ４８によって制御可能である。配置ヘッド２０ａを使用して、高い曲線分解能でマンドレル５０上にテープ３６の帯２８を積層することができる。
【００１８】
ここで図３を参照すると、ＡＦＰ機械２０は、簡易テープ供給システム５６、テープ配列及び独立再スレッドモジュール５８、及びテープ３６全てを切断するのに使われる単一のテープ切断機構７０を広く含む。簡易材料供給システム５６は、予め巻かれたテープリール３８からのテープ３６の引き出しにそれぞれ使用される複数の個別テープ供給モジュール５７を備えることができる(図１)。
【００１９】
各テープ供給モジュール５７は、同様に位置あわせした形で、それぞれ関連するテープ配列及び再スレッドモジュール５８にテープ３６を送るために共に稼働する、例えば空気圧で操作されるディスクブレーキ（図示せず）等の簡易張力抵抗ブレーキ（図示せず）及び慣性制限装置を含むことができる。テープ配列及び再スレッドモジュール５８は、機構間隔を置くために織り模様に予め設定できるスロットガイド（図示せず）の組み合わせを使用して、複数の個々のテープ３６を平行した、切端が接触した状態に配列させる。各配列及び再スレッドモジュール５８内にパッケージ化されているのは、テープ再スレッド機構９０である（図６）。図面には具体的に示されていないが、テープ再スレッド機構９０は摩擦接触を利用して、個々のテープ３６を駆動して締め付ける。テープ供給モジュール５７、配列及び再スレッドモジュール５８、及び再スレッド機構９０のさらなる詳細は、１９８７年１０月１３日発行の米国特許第４６９９６８３号明細書、及び２００７年２月８日発行の米国特許出願公開第２００７／００２９０３０Ａ１号明細書に記載されている。
【００２０】
ここで図４〜９を参照すると、テープ配置ヘッド４０はロボット４４（図２）に接続されるように構成されている上板６２又はテープ３６が配置されるべき基板を横切って配置ヘッド４０を移動させるのに使用される他のツールを有するフレームアセンブリ４１を含む。テープ配列及び再スレッドモジュール５８は、フレームアセンブリ４１内に保持される中心体９１（図７）に隣り合わせに取り付けられている。各モジュール５８は、テープ３６のうちの一つの入口チャネル７６を形成する一組の平坦ローラ７２とＵ形ローラ７４を含む。平坦ローラ７２は、回転アーム６６上に運ばれる軸６０に取りつけられている。バネ８４によって、回転アーム６６が、テープ３６の厚さにおおむね対応して、平坦ローラ７２がＵ形ローラ７４から予め選択された距離の間隔を置いている通常の閉鎖位置に向かって偏る。入口チャネル７６の高さ又は厚さは、止めネジ６８を通して調節可能である。リール３８から供給されるテープ３６(図１)は入口チャネル７６にそれぞれ挿入され、カバープレート９３によって封入されたスロットガイド８０（図７）によって、並んで位置あわせされた状態で維持される。
【００２１】
テープ３６はスロットガイド８０を通じて、空気圧シリンダ８６によってテープ３６と嵌合するように移動するテープ嵌合ローラ９０ａを含む再スレッド機構９０に送られる。ローラ９０ａはモータ９９を備えたベルト９７によって駆動される。特定の再スレッド機構９０の作動によって、対応するテープ３６のスレッドが始動し、このテープ３６は次にスロットガイド８０の一つを介してガイド部材８３に送られ、ガイド部材８３はテープ３６を所定の角度でニップ７４に移動し、テープ３６はニップ７４において締固めローラ４２によって基板２８上に貼り付けられ締固められる。繊維光センサ８９（図９）は、テープ３６の端部の通過を含めて、テープ３６の位置を感知し、テープの送り及び配置を制御するのに使用可能な位置信号を発信する。繊維光センサ８９はまた、刃９２の操作を感知するのに使用することもでき、これにより、ＡＦＰ機械２０の他の機能と刃の操作を同期する、又は刃９２が適切に動作しているかを単に確認することのいずれか、あるいは両方が可能になる。
【００２２】
前述から分かるように、特定のテープ３６が「開始する」、基板表面８２（図４）上の場所は、テープスレッド機構９０が作動してテープ３６を締固めローラ４２に送り始める時点によって変化する。テープスレッド機構９０はアクチュエータ８６によって別々に作動させることができるため、各テープ３６の開始点を別々に制御することができ、これにより下にさらに詳しく説明するように、これらの開始点を任意の所望のパターンにずらすことができる。
【００２３】
図９においてよく分かるように、開示の実施形態によれば、テープ配置ヘッド４０は単一の切刃９２に往復運動させる空気圧アクチュエータ９６を備えるテープ切断機構７０をさらに含む。空気圧アクチュエータ９６は、電気バルブ制御シリンダ８７によって制御される空気マニホルド８５から空気を取り入れる。切断機構はまた、図１０にも図式的に示されている。単一の切刃９２は、適切な駆動結合９８を介して空気圧アクチュエータ９６に接続されている。刃９２は、配置ヘッド４０によって置かれたテープ３６の帯１０６全体に及ぶ刃先９２ａを含む。刃９２は、図１０の矢印１００によって示すように往復運動することにより、テープ３６の帯１０６全体を一回のせん断で同時に切断する。下の説明から明らかなように、テープ３６の開始点に関わらず、テープ３６の端部はテープを置くプロセス中に同じポイントで切断される。
【００２４】
本明細書で使用されるように、「同時の」又は「ほぼ同時の」帯１０６の全てのテープ３６の切断は、刃９２又は他の切断装置によって、進行路の終了においてほぼ同じポイントで帯１０６の全てのテープ３６を切断することを意味する。したがって、図示した実施形態に示すように、全く同時に帯１０６の全てのテープ３６と接触し切断する代わりに、カッター（図示せず）を帯１０６を横切って横方向に一回引いて、進行路の終了において帯１０６のテープ３６を順次切断することが可能である。さらに、「一回の切断で」又は「一回刃を入れる」ことによる帯１０６のテープ３６の切断は同様に、帯１０６の全てのテープ３６が、同時か、あるいは続けざまかのいずれかの方法で、この終了点においてテープに接触し切断する単一の刃の動きを通して、進行路の終了においてほぼ同じポイントで切断されることを意味する。
【００２５】
複雑性が緩和されたＡＦＰ機械２０を使用して積層体を形成する一方法の実施形態を示す図１１〜１３をここで参照する。図１１に示す実施例では、平行する連続的なテープストリップ３６の曲線に合わせた帯１０６が、基盤１０４上に支持されるツール１０２に積層される。ツール１０２は、帯１０６の曲線に合わせた部分８８がほぼ一致し得る曲線の縁部１０８を含む。図１３のステップ１１４で示すように、配置ヘッド４０が、帯１０６の第１テープの開始点「Ａ」に対応する開始位置にまず移動する。図１３及び図１１のステップ１１６に示すように、配置ヘッド４０は開始位置「Ａ」から終了位置「Ｇ」までの進行方向１１２に平行移動する。ステップ１１８において、配置ヘッド４０が開始位置「Ａ」から終了位置「Ｇ」まで移動する時に、個別テープスレッド機構９０が作動して、テープ１〜６の配置を逐次的なやり方で開始することにより、テープがそれぞれポイントＡ〜Ｆにおいて追加される。
【００２６】
上述したテープ１〜６の逐次的な開始により、テープ３６の始まりがずれ、これによりツール１０２の曲線縁部１０８におおむね一致する縁部の曲線又は外形８８（図１１）が形成される。帯１０６がポイント「Ｆ」において同じになるまで、帯１０７へのテープ３６の逐次的な追加が継続される。事前に選択したポイントにおいてステップ１２０に示すように、切断機構７０が作動して、刃９２による一回のせん断により、帯１０６全体を終了又は切断ポイント「Ｇ」において切断する。当然ながら、外形８８の分解能は、一回の切断が開始された時に、切断機構７０の下にあるテープ３６の数によって決定することができる。したがって、分解能がより高いところでは、特定の進行路においてより少ない数のテープ３６が帯１０６の幅の範囲内に含まれていてよい。
【００２７】
ここで、複雑性が緩和されたＡＦＰ機械２０を使用してテープ３６を配置する代替方法の実施形態を示す図１４及び１５に注目する。まずステップ１２４において、配置ヘッド４０が第１テープの配置準備のために開始位置１２１へ移動する。ステップ１２６及び１２８に示すように、配置ヘッド４０が進行方向１１２に平行移動すると、単一のテープスレッド機構９０が始動し、これにより第１テープがツール基板８２上に配置される。ステップ１３０に示すように、第１テープは進行路の終了において又は番号１２２によって表される切断点で切断される。
【００２８】
次に、配置ヘッド４０は、ステップ１３２において示すように、第２テープの開始位置まで復路１２３を通って平行移動する。ステップ１３４及び１３６において、配置ヘッド４０は再び矢印方向１１２に平行移動し、それと同時にテープスレッド機構９０のうちの一つが始動して、第２テープを第１テープに平行に連続するように置くことを開始する。第２テープは切断点１２２において、切断機構９０によって切断される。次に、ステップ１４０において、配置ヘッド４０を次のテープの開始位置１２９まで復路を通って平行移動させるプロセスが、テープ３６の逐次的な個々の進行路それぞれに対して繰り返される。
【００２９】
図示した実施例では、テープヘッド４０が開始点１２９から切断点１２２まで平行移動し、この間にテープスレッド機構９０のうちの一つが始動して第３テープを置き、この第３テープは次に切断点１２２において切断機構７０によって切断される。前に注記したように、切断パターン又は傾斜した外形８８の分解能は、テープ３６が切断される時点でカッター７０の下にあるテープ３６の数によって決定される。したがって、図１４及び１５に示す方法を用いて、より高い外形分解能を達成するために全進行路の帯１０６の範囲内により少ない数のテープ３６を含むことができる。図示した実施例では、テープ配置ヘッド４０が通過するごとに、一つのテープ３６だけが配置され切断されているが、応用形態によっては、２つ以上のテープ３６を同時に配置して切断し、所望の分解能を得ることが可能である。
【００３０】
ここで、複雑性が緩和されたＡＦＰ機械２０が基板機構周囲にテープ３６を積層するために使用され、図示した実施例では基盤機構が基板１４５に今後形成されるべきスルーホールを備えている、別の方法の実施形態を示す図１６及び１７に注目する。まずステップ１５０において、配置ヘッド４０は、基板機構１４８の中心線１４２に対応する開始位置まで移動する。次に１５２において、配置ヘッド４０は中心線１４２から終了位置１４４まである進行方向１１２に平行移動する。配置ヘッド４０が平行移動すると、１５４において示すようにテープスレッド機構９０が作動して、これによりテープの第１帯１４７が置かれ、ここで独立したテープ３６の開始点が基板機構１４８周囲で段のある傾斜したパターンを形成する。第１帯１４７の全てのテープ３６は、図１６及び１７のステップ１５６に示すように、１４４において同時に切断される。
【００３１】
次に、ステップ１５８に示すように第２進行路１４９の配置準備のために、配置ヘッド４０が中心線の位置１４２に移動して戻る。ステップ１６０に示すように、ヘッド４０は中心線１４２から終了位置１４６まで平行移動し、この間にテープスレッド機構９０が所定の時間系列で作動して、これにより第２帯１４９の個別テープ３６の開始位置が、基板機構１４８周囲の段のある傾斜したパターンを形成する。ステップ１６４においては、第２帯１４９の全てのテープストリップ３６が、終了又は切断点１４６において同時に切断される。
【００３２】
開示の実施形態は、様々な可能性のある応用形態、特に例えば航空宇宙、海洋、及び自動車への応用を含む運送業において使用することができる。したがって、ここで図１８及び１９を参照すると、開示の実施形態は図１８に示すような航空機の製造及び就航方法１６６及び図１９に示すような航空機１６７において使用可能である。開示の実施形態の航空機の応用は、例えば非限定的に、機体外板、翼外板、操縦翼面、ハッチ、床板、ドアパネル、アクセスパネル及び尾翼等の複合補強部材を含むことができるが、これはごく一部に過ぎない。試作段階においては、例示の方法１６６は航空機１６７の仕様及び設計１６８と、材料調達１７０を含むことができる。製造段階においては、航空機１６７の部品及びサブアセンブリの製造１７２と、システム統合１７４がおこなわれる。そのあとに、航空機１６７は、認可及び納品１７６を経て就航１７８される。顧客によって就航されている間、航空機１６７には所定の整備及び保守１８０（変更、再構成、改装等も含むことができる）が予定される。
【００３３】
本方法９０の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客等）によって行う又は実施することができる。この説明のために、システムインテグレータは限定しないが、任意の数の航空機メーカー、及び主要システムの下請け業者を含むことができ；第三者は限定しないが、任意の数の供給メーカー、下請け業者、及びサプライヤを含むことができ；オペレータは、航空会社、リース会社、軍部、サービス組織等であってよい。
【００３４】
図１９に示すように、例示の方法１６６で製造された航空機１６７は、複数のシステム１８４と内装１８６を有する機体１８２を含むことができる。高レベルシステム１８４の例は、一又は複数の推進システム１８８、電気システム１９０、油圧システム１９２、及び環境システム１９４が挙げられる。任意の数の他のシステムを含むことができる。航空宇宙での実施例を示したが、本発明の原理は例えば海洋及び自動車産業等の他の産業分野に応用することが可能である。
【００３５】
本明細書に具現化されたシステム及び方法は、任意の一又は複数の製造及び就航方法１６６の段階において採用することができる。例えば、製造プロセス１６６に対応する部品又はサブアセンブリは、航空機１６７が就航している間に製造される部品又はサブアセンブリと同じ方法で加工又は製造することができる。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、例えば、航空機１６７を実質的に組立てしやすくする、又は航空機１６７にかかる費用を削減することによって、製造段階１７２及び１７４において用いることが可能である。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはこれらの組み合わせを、航空機１６７が就航している間に、例えば限定しないが、整備及び保守１８０に用いることができる。
【００３６】
本発明の実施形態を特定の実例となる実施形態に関連させて説明してきたが、当然ながら特定の実施形態は説明のためであり、限定するものではなく、当業者が他の変形例を発想することが可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複合積層体を形成する方法であって：
基板の上で自動繊維配置ヘッドを移動させ；
前記繊維配置ヘッドを使用して、基板上に複数の平行する複合テープストリップを置き、これには、少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらすことが含まれ；そして一回の切断で、全てのテープストリップの端部を切断する
ことを含む方法。
【請求項２】
基板が曲線を持ち、基板上の複数の平行する複合テープストリップが曲線パターンを形成している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
全てのテープストリップにほぼ同時に単一の切刃を通すことによって、テープストリップの端部の切断が行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数の平行するテープストリップを置くステップが、開始位置から終了位置まで配置ヘッドを一回通過させる間に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
配置ヘッドの移動が、配置ヘッドを複数回通過するように移動させることを含み；
通過させるたびに、少なくとも一つのテープストリップを置くことによって、複数の平行するテープストリップを置くステップが行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
航空機のサブアセンブリを組立てるための、請求項１に記載の方法の使用。
【請求項７】
請求項１に記載の方法によって形成された複合積層体。
【請求項８】
自動繊維配置ヘッドを使用して、基板上に複合繊維テープを配置する方法であって：
開始位置から終了位置まで基板を横切って繊維配置ヘッドを移動させ；
配置ヘッドが開始位置から終了位置まで移動するときに、個別繊維テープストリップの基板上への配置を順次開始して帯を形成し；
帯の全てのテープストリップを終了位置においてほぼ同時に切断する
ことを含む方法。
【請求項９】
個別繊維テープストリップの配置の順次開始が、繊維配置ヘッド上の個別テープスレッド機構を順次始動させることによって行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
全てのテープストリップの切断が：
繊維配置ヘッド上の単一の切刃機構を始動させ；
単一の切刃機構を使用して全てのテープストリップを切断する
ことによって行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
個別繊維テープストリップの配置の順次開始が、テープストリップの曲線路を形成するように行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
単一の切刃を使って、全てのテープストリップの切断が行われ；
共通軸に沿ってテープストリップを切断するのに単一の切刃が使用される
請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法によって配置された複合繊維テープから形成される航空機のサブアセンブリ。
【請求項１４】
基板機構を有する基板上に複合繊維積層体を形成する方法であって：
自動テープ配置ヘッドを基板を横切って基板機構から離れるように第１方向に移動させ；
配置ヘッドが基板を横切って第１方向へ移動する時に、配置ヘッドを使用して複合テープストリップの第１帯を置き、これには、第１グループのうちの少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして基板機構の片側に第１傾斜パターンを形成することが含まれ；
第１帯のテープストリップの終了点において、第１帯のすべてのテープストリップを切断し；
自動テープ配置ヘッドを基板を横切って第２方向に基板機構から離れるように移動させ；
配置ヘッドが基板を横切って第２方向に移動する時に、配置ヘッドを使用して複合テープストリップの第２帯を置き、これには、第２帯のうちの少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして基板機構の別の側に第２傾斜パターンを形成することが含まれ；
第２帯のテープストリップの終了点において第２帯の全てのテープストリップを切断する
ことを含む方法。
【請求項１５】
第１及び第２帯のテープストリップの切断が、ほぼ同時に帯の全てのテープストリップに単一の切刃を通すことによって行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１帯のテープストリップを置くステップが、基板の上で配置ヘッドを第１方向に最初に一回通過させる間に行われ、
第２帯のテープストリップを置くステップが、基板の上で配置ヘッドを第２方向に２回目に一回通過させる間に行われる、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
第１及び第２方向それぞれへの配置ヘッドの移動は、中心線から開始して、基板機構のほぼ全体を通過する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
第１及び第２帯の複合テープストリップを置くステップが、繊維配置ヘッド上の個別テープスレッド機構を順次始動させることによって行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
第１及び第２帯それぞれの全てのテープストリップの切断が：
繊維配置ヘッド上の単一の切刃機構を始動させ；
単一の切刃機構を使用して、全てのテープストリップを切断する
ことによって行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法によって形成された複合繊維積層体から形成される航空機のサブアセンブリ。
【請求項２１】
基板上に繊維テープを配置するための繊維テープ配置装置であって：
繊維テープの供給品をそれぞれ保持する複数のテープ供給装置、
基板上にテープを締固める装置、
テープ供給装置にそれぞれ付随し、且つテープ供給装置のうちの一つから締固め装置へのテープの送りを開始するのに各々操作可能な複数のスレッド機構、及び
ほぼ同時に締固め装置へ送られる全てのテープの端部を切断する単一の切刃を含む切断装置
を備える装置。
【請求項２２】
切刃が、締固め装置へテープが送られる経路を横方向に横切って延在する刃先を含む、請求項２１に記載の繊維テープ配置装置。
【請求項２３】
テープが締固め装置へ送られるときに、テープが並べて配置され、
テープが並んでいる間に、切刃がテープの端部を切断する位置にある、
請求項２１に記載の繊維テープ配置装置。
【請求項２４】
自動繊維テープ配置機械を使用して、曲線に合わせた複合積層体を形成する方法であって：
ツールを横切って自動テープ配置ヘッドを移動させ；
テープ供給源からスレッド装置へ複数の繊維テープを送り；
スレッド装置を使用して、締固めローラへのテープの送りを順次開始して、積層体の曲線を生成し；
締固めローラを使用して、ツール上にテープを当てて締固め；
単一のカッターを使用して、ほぼ同時に全てのテープの端部を切断する
ことを含む方法。
【請求項２５】
機構を有する基板上に繊維テープを配置する繊維テープ配置ヘッドであって：
テープの供給品をそれぞれ保持する複数のテープ供給装置；
テープの移動を誘導する複数のガイド；
テープ供給装置からテープの送りをそれぞれ開始する複数のスレッド機構；
スレッド機構によって送られたテープを受け入れて、基板上にテープを締固める締固めローラ；及び
単一のアクチュエータと、一回のストロークで全てのテープの端部を同時に切断する単一の切刃を含む、スレッド機構と締固めローラの間のテープ切断機構
を備える繊維テープ配置ヘッド。
【請求項１】
基板上に複合積層体を形成する方法であって：
基板の上で自動繊維配置ヘッドを移動させ；
前記繊維配置ヘッドを使用して、基板上に複数の平行する複合テープストリップを置き、これには、少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらすことが含まれ；そして一回の切断で、全てのテープストリップの端部を切断する
ことを含む方法。
【請求項２】
基板が曲線を持ち、基板上の複数の平行する複合テープストリップが曲線パターンを形成している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
全てのテープストリップにほぼ同時に単一の切刃を通すことによって、テープストリップの端部の切断が行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数の平行するテープストリップを置くステップが、開始位置から終了位置まで配置ヘッドを一回通過させる間に行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
配置ヘッドの移動が、配置ヘッドを複数回通過するように移動させることを含み；
通過させるたびに、少なくとも一つのテープストリップを置くことによって、複数の平行するテープストリップを置くステップが行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
航空機のサブアセンブリを組立てるための、請求項１に記載の方法の使用。
【請求項７】
請求項１に記載の方法によって形成された複合積層体。
【請求項８】
自動繊維配置ヘッドを使用して、基板上に複合繊維テープを配置する方法であって：
開始位置から終了位置まで基板を横切って繊維配置ヘッドを移動させ；
配置ヘッドが開始位置から終了位置まで移動するときに、個別繊維テープストリップの基板上への配置を順次開始して帯を形成し；
帯の全てのテープストリップを終了位置においてほぼ同時に切断する
ことを含む方法。
【請求項９】
個別繊維テープストリップの配置の順次開始が、繊維配置ヘッド上の個別テープスレッド機構を順次始動させることによって行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
全てのテープストリップの切断が：
繊維配置ヘッド上の単一の切刃機構を始動させ；
単一の切刃機構を使用して全てのテープストリップを切断する
ことによって行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
個別繊維テープストリップの配置の順次開始が、テープストリップの曲線路を形成するように行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
単一の切刃を使って、全てのテープストリップの切断が行われ；
共通軸に沿ってテープストリップを切断するのに単一の切刃が使用される
請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法によって配置された複合繊維テープから形成される航空機のサブアセンブリ。
【請求項１４】
基板機構を有する基板上に複合繊維積層体を形成する方法であって：
自動テープ配置ヘッドを基板を横切って基板機構から離れるように第１方向に移動させ；
配置ヘッドが基板を横切って第１方向へ移動する時に、配置ヘッドを使用して複合テープストリップの第１帯を置き、これには、第１グループのうちの少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして基板機構の片側に第１傾斜パターンを形成することが含まれ；
第１帯のテープストリップの終了点において、第１帯のすべてのテープストリップを切断し；
自動テープ配置ヘッドを基板を横切って第２方向に基板機構から離れるように移動させ；
配置ヘッドが基板を横切って第２方向に移動する時に、配置ヘッドを使用して複合テープストリップの第２帯を置き、これには、第２帯のうちの少なくとも特定のテープストリップの開始点をずらして基板機構の別の側に第２傾斜パターンを形成することが含まれ；
第２帯のテープストリップの終了点において第２帯の全てのテープストリップを切断する
ことを含む方法。
【請求項１５】
第１及び第２帯のテープストリップの切断が、ほぼ同時に帯の全てのテープストリップに単一の切刃を通すことによって行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１帯のテープストリップを置くステップが、基板の上で配置ヘッドを第１方向に最初に一回通過させる間に行われ、
第２帯のテープストリップを置くステップが、基板の上で配置ヘッドを第２方向に２回目に一回通過させる間に行われる、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
第１及び第２方向それぞれへの配置ヘッドの移動は、中心線から開始して、基板機構のほぼ全体を通過する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
第１及び第２帯の複合テープストリップを置くステップが、繊維配置ヘッド上の個別テープスレッド機構を順次始動させることによって行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
第１及び第２帯それぞれの全てのテープストリップの切断が：
繊維配置ヘッド上の単一の切刃機構を始動させ；
単一の切刃機構を使用して、全てのテープストリップを切断する
ことによって行われる、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法によって形成された複合繊維積層体から形成される航空機のサブアセンブリ。
【請求項２１】
基板上に繊維テープを配置するための繊維テープ配置装置であって：
繊維テープの供給品をそれぞれ保持する複数のテープ供給装置、
基板上にテープを締固める装置、
テープ供給装置にそれぞれ付随し、且つテープ供給装置のうちの一つから締固め装置へのテープの送りを開始するのに各々操作可能な複数のスレッド機構、及び
ほぼ同時に締固め装置へ送られる全てのテープの端部を切断する単一の切刃を含む切断装置
を備える装置。
【請求項２２】
切刃が、締固め装置へテープが送られる経路を横方向に横切って延在する刃先を含む、請求項２１に記載の繊維テープ配置装置。
【請求項２３】
テープが締固め装置へ送られるときに、テープが並べて配置され、
テープが並んでいる間に、切刃がテープの端部を切断する位置にある、
請求項２１に記載の繊維テープ配置装置。
【請求項２４】
自動繊維テープ配置機械を使用して、曲線に合わせた複合積層体を形成する方法であって：
ツールを横切って自動テープ配置ヘッドを移動させ；
テープ供給源からスレッド装置へ複数の繊維テープを送り；
スレッド装置を使用して、締固めローラへのテープの送りを順次開始して、積層体の曲線を生成し；
締固めローラを使用して、ツール上にテープを当てて締固め；
単一のカッターを使用して、ほぼ同時に全てのテープの端部を切断する
ことを含む方法。
【請求項２５】
機構を有する基板上に繊維テープを配置する繊維テープ配置ヘッドであって：
テープの供給品をそれぞれ保持する複数のテープ供給装置；
テープの移動を誘導する複数のガイド；
テープ供給装置からテープの送りをそれぞれ開始する複数のスレッド機構；
スレッド機構によって送られたテープを受け入れて、基板上にテープを締固める締固めローラ；及び
単一のアクチュエータと、一回のストロークで全てのテープの端部を同時に切断する単一の切刃を含む、スレッド機構と締固めローラの間のテープ切断機構
を備える繊維テープ配置ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公表番号】特表２０１１−５１５２４２（Ｐ２０１１−５１５２４２Ａ）
【公表日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４８７８９（Ｐ２０１０−５４８７８９）
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３４０４８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１０８５１７
【国際公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【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２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３４０４８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１０８５１７
【国際公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【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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