(57)【要約】      （修正有）【課題】連続するループ状の積層経路に沿って複合積層材を積層するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】製造システム１００は、複数の積層ヘッド３００と、連続するループ状の積層経路１２２を規定するとともに、該積層ヘッドを該積層経路に沿って連続して移動させるヘッド移動システム１７０と、を備える。本製造システムは、さらに、該積層経路の一部に沿って配置された少なくとも１つの積層マンドレル１４６を備える。該ヘッド移動システムによって該積層ヘッドが移動されて該積層経路を１周以上する間に、各積層ヘッドは、少なくとも１つの該積層マンドレルの上に、又は、該積層マンドレルに先に配置されたレイアップ材料の上に、レイアップ材料３１６を送出して複合積層材４００をレイアップするよう構成されている。【選択図】図１
2020097226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の積層ヘッドと、
連続するループ状の積層経路を規定するとともに、当該積層経路に沿って前記積層ヘッドを連続して移動させるヘッド移動システムと、
前記積層経路の一部に沿って配置されて第１積層ステーションを構成する少なくとも１つの積層マンドレルと、を備える製造システムであって、
前記積層ヘッドが前記ヘッド移動システムによって移動されて前記積層経路を１周以上する間に、前記積層ヘッドの各々は、前記少なくとも１つの積層マンドレルの上に、又は、前記積層マンドレルに先に配置されたレイアップ材料の上に、レイアップ材料を送出して複合積層材をレイアップするように構成されている、製造システム。
【請求項２】
前記積層経路は、第１側辺部、及び、当該第１側辺部に対向する第２側辺部を有し、
前記少なくとも１つの積層マンドレルは、前記第１側辺部及び前記第２側辺部のうちの少なくとも１つに沿って配置されている、請求項１に記載の製造システム。
【請求項３】
前記積層経路に接続された待機経路を有する待機ベイをさらに備え、
前記待機ベイは、前記待機経路上に１つ以上の積層ヘッドを保管するよう構成されており、
前記ヘッド移動システムは、前記積層ヘッドを前記積層経路と前記待機経路との間で移動させるよう構成されている、請求項１又は２に記載の製造システム。
【請求項４】
前記待機ベイに接続された引き込み経路を有するメンテナンスベイをさらに備え、当該メンテナンスベイは、前記積層ヘッドのうちの１つ以上に装着された材料ロールの保守及び交換のうちの少なくとも１つのために構成されており、
前記ヘッド移動システムは、前記積層ヘッドを前記待機経路と前記引き込み経路との間で移動させるよう構成されている、請求項３に記載の製造システム。
【請求項５】
前記積層経路に接続されたリローディング経路を有するリローディングベイをさらに備え、
前記リローディングベイは、交換用材料ロール又は交換用積層ヘッドのうちの少なくとも１つを含み、前記交換用材料ロールは、前記積層経路上の積層ヘッドにおける使用済み材料ロールと交換するためのものであり、前記交換用積層ヘッドは、前記積層経路上の積層ヘッドと交換するためのものであり、
前記ヘッド移動システムは、積層ヘッドの使用済み材料ロールを交換するために、又は、当該積層ヘッドを交換するために、当該積層ヘッドを前記積層経路から前記リローディング経路に移動させるよう構成されている、請求項１〜４のいずれかに記載の製造システム。
【請求項６】
前記ヘッド移動システムは、
前記積層経路を規定するとともに、前記積層ヘッドを支持する軌道システム、及び、
前記積層ヘッドを支持して前記積層経路に沿って移動させるヘッド移動ロボットシステム、
のうちの１つを含む、請求項１〜５のうちのいずれかに記載の製造システム。
【請求項７】
少なくとも１つの積層マンドレルを保管するよう構成されたマンドレル待機位置をさらに備え、前記積層マンドレルは、前記マンドレル待機位置から前記積層ステーションに移動可能である、請求項１〜６のいずれかに記載の製造システム。
【請求項８】
前記積層ステーションから前記積層マンドレル及び前記複合積層材を受け取るよう構成されたマンドレル排出位置をさらに備える、請求項７に記載の製造システム。
【請求項９】
ヘッド移動システムを用いて、連続するループ状の積層経路に沿って複数の積層ヘッドを移動させることと、
前記積層ヘッドが前記積層経路を少なくとも１周する間に、前記積層ヘッドから少なくとも１つの積層マンドレルの上に、又は、先に配置されたレイアップ材料の上に、レイアップ材料を送出して複合積層材を形成することと、を含み、前記少なくとも１つの積層マンドレルは、前記積層経路の一部に沿って配置されており、第１積層ステーションを構成するものである、複合積層材を製造する方法。
【請求項１０】
前記積層ヘッドからレイアップ材料を送出するステップは、
複合レイアップ材料、金属メッシュ、金属箔、及び、加工材料のうちの少なくとも１つを含むレイアップ材料を前記積層ヘッドから送出することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記積層ヘッドから前記少なくとも１つの積層マンドレルの上にレイアップ材料を送出するステップは、
前記積層経路の第１側辺部、及び、当該第１側辺部の反対側に位置する第２側辺部のうちの少なくとも１つに沿って配置された前記積層マンドレルの上にレイアップ材料を送出することを含み、
前記第１側辺部及び前記第２側辺部は、第１端部、及び、当該第１端部の反対側に位置する第２端部によって相互に接続されている、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１側辺部及び前記第２側辺部のうちの少なくとも１つに沿って配置された前記積層マンドレルの上にレイアップ材料を送出することは、
前記第１側辺部及び前記第２側辺部に沿ってそれぞれ配置されて、前記第１積層ステーション及び第２積層ステーションをそれぞれ構成する第１積層マンドレル及び第２積層マンドレルの上にレイアップ材料を送出することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記積層ヘッドのうちの少なくとも１つを、前記積層経路と、当該積層経路に接続された待機経路との間で移動させることと、
前記待機経路上にある待機ベイに、前記積層経路上の前記積層ヘッドのうちの１つ以上と交換するための１つ以上の積層ヘッドを保管することと、をさらに含む、請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記積層ヘッドのうちの少なくとも１つを、前記積層経路と、当該積層経路に接続されたリローディング経路との間で移動させることと、
交換用材料ロール又は交換用積層ヘッドのうちの少なくとも１つを、前記リローディング経路上にあるリローディングベイに保管することと、をさらに含むとともに、
前記積層経路から前記リローディングベイに移動された積層ヘッドに装着されている使用済み材料ロールを前記交換用材料ロールと交換するか、
前記積層経路から前記リローディングベイに移動された積層ヘッドを交換用積層ヘッドと交換するか、
のうちのいずれか１つを実行することをさらに含む、請求項９〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記積層経路に沿って前記複数の積層ヘッドを連続して移動させるステップは、
前記積層経路を構成する軌道システムに沿って、前記複数の積層ヘッドを移動させること、及び、
複数のヘッド移動ロボット装置を用いて、前記複数の積層ヘッドを移動させること、
のうちの１つを含む、請求項９〜１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して製造システムに関し、より具体的には、連続するループ状の積層経路に沿って複合積層材を積層するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料は、高い比強度、高い比剛性、高い耐食性などの好ましい特性を有するため、幅広い用途に用いられる。複合構造材の製造では、一般的に、複数の複合材プライをマンドレルにレイアップすることで複合積層材が形成される。レイアップ材料としては、樹脂を予備含浸させた繊維状材料（例えばプリプレグ）が代表的である。例えば、レイアップ材料は、炭素繊維にエポキシを予備含浸させたプリプレグである。
【０００３】
自動レイアップ機による敷設の速度は比較的速く、自動レイアップ機を用いれば、比較的高い生産率で複合積層材をレイアップすることができる。自動レイアップ機の一種であるテープ積層ヘッドは、レイアップ面の上方で積層ヘッドを移動させ、移動中の積層ヘッドからプリプレグテープ材などのレイアップ材料の連続ストリップをレイアップ面に送出する。
【０００４】
従来の積層ヘッドは、毎回、第１方向に移動しながらテープ材のレイアップを行う。積層ヘッドは、１回のレイアップの終点まで来ると上昇してレイアップ面から離間し、第１方向とは逆の第２方向にレイアップ面の上方を移動して戻り、次のテープ材のレイアップを第１方向に沿って開始する。積層ヘッドが第２方向に移動する度に離間状態の移動（off-part movement）が発生するので、製造に要する時間が長くなってしまい、好ましくない。
【０００５】
このような離間状態での移動を減らす構成の積層ヘッドには、１回目のテープ材のレイアップの終点で１８０度回転して進行方向を反転し、その後、１回目のレイアップで配置したテープ材に沿って、あるいは、これに重ねて、２回目のレイアップを行うものがある。ただし、積層ヘッドを回転させるには、積層ヘッドの全重量と、材料供給部、支持配線ほか、関連する部材を回転させる必要があるため、積層システムが複雑になってしまう。加えて、回転前に積層ヘッドを一旦上昇させてレイアップ面から離間させ、回転後に積層ヘッドをレイアップ面まで再度降下させる要があるので、さらに複雑な構成になる。
【０００６】
離間状態での移動を減らす別の試みとして、第１積層ヘッドと第２積層ヘッドを対向配置したデュアルヘッド構成がある。第１積層ヘッドは、デュアルヘッド部が第１方向に移動するのにともなって、テープ材の第１のレイアップを行うよう構成されており、第２積層ヘッドは、デュアルヘッド部が移動方向を反転して第２方向に移動するのにともなって、第１のレイアップによるテープ材に沿うか、重なるように、第２のレイアップを行うよう構成されている。デュアルヘッド構成によれば、離間状態での移動を低減することはできるが、単一の積層ヘッドを備える構成よりも全体としてコストが高く複雑な積層システムになってしまう。
【０００７】
したがって、積層ヘッドの離間状態での移動に関連する上述の課題を回避できる複合積層材の製造システム及び方法が当業界で要請されている。
【発明の概要】
【０００８】
複合積層材の製造に関連する上述の要請は、本開示により提供される製造システムによって具体的に対処され、また緩和される。前記製造システムは、複数の積層ヘッドと、連続するループ状の積層経路を規定するとともに、当該積層経路に沿って前記積層ヘッドを連続して移動させるヘッド移動システムと、を備える。前記製造システムは、さらに、前記積層経路の一部に沿って配置された少なくとも１つの積層マンドレルを備える。前記積層ヘッドが前記ヘッド移動システムによって移動されて前記積層経路を１周以上する間に、前記積層ヘッドは、前記積層マンドレルの上に、又は、前記積層マンドレルに先に配置されたレイアップ材料の上に、レイアップ材料を送出して複合積層材をレイアップするように構成されている。
【０００９】
さらに別の実施形態において開示される製造システムは、複数の積層ヘッドと、連続するループ状の積層経路を規定するとともに、当該積層経路に沿って前記積層ヘッドを連続して移動させるヘッド移動システムと、を備える。前記積層経路は、第１端部及び第２端部によって相互に接続された第１側辺部及び第２側辺部を有する。前記製造システムは、前記第１側辺部に沿って配置されて第１積層ステーションを構成する第１積層マンドレルと、前記第２側辺部に沿って配置されて第２積層ステーションを構成する第２積層マンドレルと、を備える。前記積層ヘッドが前記ヘッド移動システムによって移動されて前記積層経路を１周以上移動する間に、前記積層ヘッドの各々は、前記第１積層マンドレル及び前記第２積層マンドレルの上に、又は、前記第１積層マンドレル及び前記第２積層マンドレルに先に配置されたレイアップ材料の上に、レイアップ材料を送出して、前記第１積層マンドレル及び前記第２積層マンドレルにそれぞれ第１複合積層材及び第２複合積層材をレイアップするように構成されている。
【００１０】
さらに、複合積層材を製造する方法も開示されている。本方法は、ヘッド移動システムを用いて、連続するループ状の積層経路に沿って複数の積層ヘッドを移動させることと、前記積層ヘッドが前記積層経路を少なくとも１周する間に、前記積層ヘッドから少なくとも１つの積層マンドレルの上、又は、先に配置されたレイアップ材料の上に、レイアップ材料を送出して複合積層材を形成することと、を含む。前記少なくとも１つの積層マンドレルは、前記積層経路の一部に沿って配置されている。
【００１１】
上述の特徴、機能、及び、利点は、本開示の様々な実施形態において個別に実現することもできるし、あるいは、さらに別の実施形態と組み合わせることも可能である。そのさらなる詳細は、下記の説明及び図面を参照すれば明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本開示のこれらの特徴及び他の特徴は、図面を参照することにより明確になろう。なお、すべての図面を通じて、同様の数字は同様の部品を示している。
【００１３】
【図１】軌道システムで構成された連続するループ状の積層経路に沿って複数の積層ヘッドを移動させる製造システムの一例を上から下に見た図である。
【図２】積層ステーションの一例を示す、図１の線２に沿った側面図であって、複数の積層ヘッドを軌道システムに沿って移動させながら複合積層材がレイアップされるように、静止状態に配置された積層マンドレルが示されている。
【図３】軌道システムに支持されており、積層マンドレルに複合積層材をレイアップする３つの積層ヘッドの一例を示す透視図である。
【図４】軌道システムに懸架された積層ヘッドの一例を示す側面図である。
【図５】図２の線５に沿った断面図であって、マンドレル支持部材に支持された積層マンドレルと、マンドレル支持部材から上に延びる支柱に支持された片持ち梁として構成された軌道支持構造体が示されている。
【図６】図２の線６に沿った断面図であって、工場の床などの面から上に延びる軌道支持構造体が示されている。
【図７】マンドレル待機位置と、レイアップセルと、マンドレル排出位置との間で積層マンドレルを移動させる製造システムの一例を上から下に見た図である。
【図８】製造システムを示す、図７の線８に沿った側面図である。
【図９】図８の線９に沿った断面図であって、マンドレル排出位置においてトリミング装置を支持するガントリが示されている。
【図１０】積層ヘッドを積層経路に沿って移動させて、１つ以上の複合積層材を１つ以上の積層マンドレルのそれぞれに積層するよう構成された複数のヘッド移動ロボット装置に支持された複数の積層ヘッドを含むヘッド移動ロボットシステムを有する製造システムの例を上から下に見た図である。
【図１１】図１０の製造システムの例を上から下に見た図であって、複数のヘッド移動ロボット装置により移動される積層ヘッドが示されている。
【図１２】図１０の線１２に沿った断面図であって、積層ヘッドを支持するヘッド移動ロボット装置が示されている。
【図１３】積層ヘッドにおける使用済み材料ロールと交換するための交換用材料ロールを少なくとも１つ含むリローディングベイが積層経路の両端に追加された製造システムの例を上から下に見た図である。
【図１４】図１３においてリローディングベイを囲んだ、符号１４で示す領域の拡大図であって、使用済み材料ロールを取り外した後の積層ヘッドに装着するための１つ以上の交換用材料ロールを保管するよう構成された材料ホルダが示されている。
【図１５】リローディングベイを示す、図１４の線１５に沿った断面図であって、使用済み材料ロールを積層ヘッドから取り外して、材料ホルダにおける空の保管位置に格納し、次いで、材料ホルダに含まれる交換用材料ロールを積層ヘッドに装着するよう構成された材料搬送機構が示されている。
【図１６】材料ホルダの正面図であって、交換用材料ロールが格納された保管位置を１つ以上含む複数の保管位置が示されている。
【図１７】積層経路から補充経路に送られてきた積層ヘッドを自律的に交換するよう構成されたヘッドリローディング機構を有するリローディングベイの例を上から下に見た図である。
【図１８】リローディングベイの例を示す、図１７の線１８に沿った側面図であって、積層ヘッドをリローディング経路からヘッド装着スタンドに搬送し、交換用積層ヘッドをヘッド装着スタンドからリローディング経路に搬送するよう構成されたヘッド搬送機構が示されている。
【図１９】リローディングベイの例を示す、図１７の線１９に沿った側面図であって、ヘッド搬送システムのヘッドホルダに支持された交換用積層ヘッドに係合するヘッド搬送機構の例が示されている。
【図２０】複合積層材の製造方法に含まれる処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の記載では、本開示の様々な好適な実施形態を示す添付図面を参照する。図１は、複数の積層ヘッド３００を含む製造システム１００の例を示す上面図である。これらの積層ヘッドは、連続するループ状の積層経路１２２に沿って移動可能であって、静止した１つ以上の積層マンドレル１４６に１つ以上の複合積層材４００をレイアップすることができる。各積層ヘッド３００は、積層経路１２２に沿って移動しつつ、少なくとも１つの積層マンドレル１４６上に、あるいは、積層マンドレル１４６に先に配置されたレイアップ材料３１６上に、レイアップ材料３１６（図３）を送出するよう構成されている。積層ヘッド３００のうちの１つ以上は、１つ以上の複合積層材４００が所望の積層厚さになるまで、積層経路１２２を一周以上、回転又は周回することができる。図２は、図１に示す積層ステーション１４０の側面図であって、複合積層材４００を積層マンドレル１４６にレイアップするプロセスにおいて、積層マンドレル１４６の上方を移動し、レイアップ材料３１６を送出する複数の積層ヘッド３００が示されている。
【００１５】
製造システム１００は、積層ヘッド３００を積層経路１２２に沿って連続的に移動させるよう構成されたヘッド移動システム１７０を含む。加えて、ヘッド移動システム１７０は、積層経路１２２を含むか、あるいは、これを規定する。例えば、図１〜図８、図１３〜図１５、図１７〜図１８に示す製造システム１００の実施形態では、ヘッド移動システム１７０は、積層経路１２２を構成して積層ヘッド３００を支持する物理的な軌道システム１７２を含む。これに対し、図１０〜図１２に示す製造システム１００の例では、ヘッド移動システム１７０は、積層ヘッド３００を所定の積層経路１２２に沿って移動させるように構成又はプログラムされた１つ以上のヘッド移動ロボット装置２０２を含むヘッド移動ロボットシステム２００である。本開示の製造システム１００は、連続するループ状の積層経路１２２に沿って一連の積層ヘッド３００を一方向に移動させるので、従来の製造システムにおいて積層ヘッドの方向を反転させる上述のコストや複雑さを回避できるという利点を有する。加えて、本開示の製造システム１００によれば、積層ヘッドの方向を反転することにより生じる離間状態での移動量を少なくすることができる。離間状態での移動量を少なくすることにより、複合積層材４００の製造の生産率を上げることができる。以下に説明する製造システム１００の例では、積層ヘッド３００を交換用の積層ヘッドに交換する作業を迅速に行うことができるので、製造システム１００によれば、複合積層材４００のレイアップの停止時間を大幅に減らすことができる。
【００１６】
図１は、積層経路１２２が、第１側辺部１２４、及び、この第１側辺部１２４の反対側に位置する第２側辺部１２６を有する例を示している。第１側辺部１２４と第２側辺部１２６は、第１端部１２８、及び、この第１端部１２８の反対側に位置する第２端部１３０によって互いに接続されている。第１側辺部１２４及び／又は第２側辺部１２６に沿って、少なくとも１つの積層マンドレル１４６が配置される。例えば、図１では、製造システム１００は、積層経路１２２に沿って配置された第１積層マンドレル１４８及び第２積層マンドレル１５０を含み、これらのマンドレルは、それぞれ第１積層ステーション１４２及び第２積層ステーション１４４を構成する。第１積層ステーション１４２は第１側辺部１２４に沿って配置されており、第２積層ステーション１４４は第２側辺部１２６に沿って配置されている。
【００１７】
図１を参照すると、製造システム１００のいくつかの例では、積層経路１２２は、第１端部１２８と第２端部１３０の間に延びる中央部１３２を含み、この中央部は、任意の要件として、第１側辺部１２４と平行であってもよいし、及び／又は、第２側辺部１２６と平行であってもよい。ヘッド移動システム１７０は、積層ヘッド３００が積層経路１２２を少なくとも一周する間に、積層ヘッド３００を中央部１３２に沿って移動させて、第１側辺部１２４又は第２側辺部１２６を迂回させるよう構成することができる。図示はしていないが、軌道システム１７２は、中央部１３２と第１端部１２８及び第２端部１３０との分岐点に経路切り換えスイッチ（path switch）を含む。各経路切り換えスイッチは、コントローラ１０６（図２）で制御することにより、積層ヘッド３００を中央部１３２に進入させ、また、そこから離脱させて、第１側辺部１２４又は第２側辺部１２６を迂回させることができる。積層ヘッド３００を中央部１３２に誘導することにより、迂回した側辺部及び積層マンドレル１４６に近づいてメンテナンスを行うことが可能になる。この間も、もう一方の側辺部における積層マンドレル１４６は使用可能であるので、積層ヘッド３００からレイアップ材料３１６の供給を受けて複合積層材４００のレイアップを継続することができる。いくつかの例では、中央部１３２は、複合積層材４００のレイアップに必要な積層マンドレル１４６が１つのみである場合に積層経路１２２を短縮するための手段として利用することができる。
【００１８】
図１に示す製造システム１００は、第１積層マンドレル１４８及び第２積層マンドレル１５０を有するが、製造システム１００は、積層経路１２２に沿った任意の数の位置に静止状態に配置することができる任意の数の積層マンドレル１４６を含んでもよい。例えば、製造システム１００は、第１側辺部１２４及び第２側辺部１２６にそれぞれ配置された第１積層マンドレル１４８及び第２積層マンドレル１５０の代わりに、あるいは、これらに加えて、積層経路１２２の第１端部１２８及び／又は第２端部１３０に積層マンドレル１４６を含む構成でもよい。複数の積層マンドレル１４６を積層経路１２２に沿って配置することにより、複合積層材４００の製造速度を高めることができるという技術的効果が得られる。例えば、図１では、第１積層マンドレル１４８と第２積層マンドレル１５０が含まれることにより、第１積層マンドレル１４８に第１複合積層材４０２をレイアップするのと同時に、第２積層マンドレル１５０に第２複合積層材４０４をレイアップすることが可能になる。また、図１では、第１積層マンドレル１４８と第２積層マンドレル１５０は同一の形状及びサイズであるが、製造システム１００は、積層経路１２２に沿って配置された１つ以上の他の積層マンドレル１４６とは異なるサイズ及び／又は異なる形状を有する積層マンドレル１４６を１つ以上含んでもよい。サイズ及び／又は形状が異なる積層マンドレル１４６が含まれることにより、異なるサイズ及び／又は形状の複合積層材４００のレイアップが可能になる。
【００１９】
図１では、積層経路１２２は概ね矩形であって、第１側辺部１２４及び第２側辺部１２６が矩形の長辺を構成し、第１端部１２８及び第２端部１３０が矩形の短辺を構成する形状である。図１の積層経路１２２は、直線状の側辺部と直線状の端部が湾曲部で相互に接続された（各湾曲部が直線状の側辺部を直線状の端部に繋がれた）形状を有するが、実施形態によっては、積層経路１２２は、側辺部及び／又は端部の１つ以上が直線状ではなく、曲線であってもよい。この点で、積層経路１２２は、連続するループを構成するものであれば任意の様々なサイズ及び／又は形状が可能であって、図１に示すような略矩形に限定されない。例えば、積層経路１２２は、丸みを帯びた形状や円形（図示せず）、楕円形（図示せず）の他、任意の様々な連続ループ形状の内の任意の形状を有することができる。いくつかの例では、積層経路１２２における１つ以上の部分が、レイアップする複合積層材４００の相補形状を有する。さらに、積層マンドレル１４６のうちの１つ以上が、レイアップする複合積層材４００の相補形状を有する構成でもよい。例えば、上から下に見た場合に直線形状の第１複合積層材４０２をレイアップするための第１積層マンドレル１４８は直線形状を有し、これとは異なり、直線でない形状（図示はしていないが、例えば、弧状）を有する第２複合積層材４０４をレイアップするための第２積層マンドレル１５０は、直線でない形状を有する。
【００２０】
図１〜図３を参照すると、ヘッド移動システム１７０は、コントローラ１０６（図２）の命令にしたがって積層ヘッド３００を移動させる。一例では、コントローラ１０６は、すべての積層ヘッド３００を積層経路１２２に沿って同じ速度で、前後の積層ヘッド３００の間に一定の間隔を保ったまま移動させるようにヘッド移動システム１７０に命令する。一実施形態では、ヘッド移動システム１７０は、２つ以上の積層ヘッド３００を１つのグループや単位としてまとめして移動させることができる。図１を参照すると、例えば、ヘッド移動システム１７０は、３つの積層ヘッド３００を第１のグループとしてまとめて移動させるとともに、積層経路１２２においてこの第１グループの積層ヘッド３００とは反対側で、３つの積層ヘッド３００を第２のグループとしてまとめて移動させることができる。ただし、別の実施形態では、ヘッド移動システム１７０は、前後の積層ヘッド３００の間に最低限の間隔を維持しつつ、任意の数の任意の積層ヘッド３００を個別に移動させることができる。図１では、第１グループの複数の積層ヘッド３００が第１積層マンドレル１４８の上方を移動し、第２グループの複数の積層ヘッド３００が第２積層マンドレル１５０の上方を移動するものとして示されているが、製造システム１００は、積層経路１２２上のほとんど又はすべての積層ヘッド３００を互いに等間隔で移動させるような構成でもよい。この結果、一連の積層ヘッド３００が１つ以上の積層マンドレル１４６の上方を連続して通過してレイアップ材料３１６を連続して送出するので、１つ以上の積層マンドレル１４６において１つ以上の複合積層材４００を同時にレイアップすることができる。
【００２１】
図３〜図４を参照すると、図３は、軌道システム１７２に支持された３つの積層ヘッド３００の一例を示す透視図であって、複合積層材４００を積層マンドレル１４６にレイアップするプロセスにおいて、これら積層ヘッドがレイアップ材料３１６を送出する様子が示されている。図４は、図３の積層ヘッド３００のうちの１つの積層ヘッドの例を示す側面図である。上述のように、各積層ヘッド３００は、積層経路１２２に沿って静止状態に配置された１つ以上の積層マンドレル１４６に沿って、あるいはその上方を移動しながら、レイアップ材料３１６を送出するよう構成されている。各積層ヘッド３００は、積層ヘッド３００の取付けフレーム３０２に取り付けられたヘッド部品３０４を有する。図示の例では、積層ヘッド３００は、裏打ち層（backing layer）３１８で裏打ちされたレイアップ材料３１６を送出するよう構成されている。裏打ち層３１８は、積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６に装着された材料ロール３０８において、レイアップ材料３１６が巻かれて隣り合う部分が互いに付着してしまうことを防止することができる。裏打ち層３１８を備えるレイアップ材料３１６を送出するよう構成された積層ヘッド３００は、ヘッド部品３０４として、材料供給ドラム３０６、材料送出機構（material dispensing mechanism）３２８、裏打ち層回収ドラム３３８を含む。積層ヘッド３００は、さらに、１つ以上の方向変更ローラ３２０を含み、これにより、積層ヘッド３００からレイアップ材料３１６を送出する際に、ヘッド部品３０４を経由する裏打ち付き材料３１４を所定の向きに配置又は案内することができ、及び／又は、裏打ち付き材料３１４に緩みが無い状態を維持することができる。加えて、積層ヘッド３００は、例えば、圧縮シューや圧縮ローラなどの圧縮機３３６を含んでもよく、これにより、積層マンドレル１４６、又は、積層マンドレル１４６に先に配置されたレイアップ材料３１６に対して、レイアップ材料３１６を押し付けて圧縮することができる。
【００２２】
積層ヘッド３００は、さらに、裏打ち層３１８の少なくとも一部がそのまま残るようにレイアップ材料３１６を切断するカッターアセンブリ３２２を含む。一実施形態では、カッターアセンブリ３２２は、カッタープラテン３２４及びカッターモジュール３２６を含み、これらは、積層ヘッド３００が一続きに送出するレイアップ材料３１６の開始位置として指定された位置に積層ヘッド３００が近づとき、及び、一続きに送出するレイアップ材料３１６の終了位置として指定された位置に積層ヘッド３００が近づくときに、コントローラ１０６（図２）からレイアップ材料３１６を切断する命令を受けて、協働してレイアップ材料３１６を切断する。加えて、詳細は後述するが、各積層ヘッド３００のカッターアセンブリ３２２によるレイアップ材料３１６の切断を制御することで、複数の積層ヘッド３００によるレイアップ材料３１６の送出を、同じ位置又は異なる位置で、及び／又は、積層マンドレル１４６における同じ位置又は異なる位置で開始又は終了させることができる。これにより、複合積層材４００の複合材プライのうちの１つ以上を部分的なプライにすることができるので、例えば、設計要件に合わせて、積層厚みが長さ方向において一定でない複合積層材４００を構成することができる。
【００２３】
上述したように、材料供給ドラム３０６は、材料ロール３０８を支持するよう構成されている。例えば、材料ロール３０８が裏打ち付き材料３１４のロールであって、裏打ち層３１８で補強されたレイアップ材料３１６からなる場合、材料送出機構３２８は、材料供給ドラム３０６から裏打ち付き材料３１４が送られてくると、レイアップ材料３１６から裏打ち層３１８を分離するよう構成されている。材料送出機構３２８は、裏打ち層分離装置３３０、裏打ち層セパレータ３３２、及び、ガイド部材３３４を含む。裏打ち層分離装置３３０と裏打ち層セパレータ３３２は、協働してレイアップ材料３１６を裏打ち層３１８から分離する。ガイド部材３３４は、レイアップ材料３１６を積層マンドレル１４６に案内する。裏打ち層回収ドラム３３８は、積層マンドレル１４６にレイアップ材料３１６が送出されている間、レイアップ材料３１６から分離された裏打ち層３１８を巻き取るよう構成されている。裏打ち層３１８は、材料ロール３０８においてレイアップ材料３１６が巻かれて隣り合う部分同士の付着を防止できる材料で形成されている。例えば、裏打ち層３１８は、シリコーンコーティングした紙でもよいし、あるいは、裏打ち層３１８は、ポリエチレンフィルムなどのプラスチック薄膜でもよい。
【００２４】
レイアップ材料３１６は、複合積層材４００を形成するための複合材料である。例えば、レイアップ材料３１６は、ドライ（例えば、樹脂を含まない）レイアップ材料３１６の連続ストリップの形態で供給されてもよいし、予備含浸されたテープ（例えば、プリプレグテープ）などの繊維強化ポリマー母材の形態で供給されてもよい。あるいは、レイアップ材料３１６は、織物材料でもよいし、金属メッシュや金属箔などの非繊維材料でもよい。レイアップ材料３１６は、任意の様々な厚み及び幅で供給することができる。例えば、プリプレグテープであれば、０．００７インチ以上の厚みと９〜１２インチの幅で供給することができる。ただし、レイアップ材料３１６としては、厚みが０．００７インチより大きいか、これより小さく、及び／又は、幅が９インチより小さいか、１２インチよりも大きいものが供給可能である。また、積層経路１２２に配置された積層ヘッド３００のうちの１つ以上に、スリットテープの材料ロール３０８を装着してもよい。スリットテープとは、積層経路１２２に配置された他の積層ヘッド３００に装着されたプリプレグテープよりも幅の狭いものである。
【００２５】
プリプレグテープに含まれる繊維は、ランダム配向の繊維でもよいし、一方向繊維でもよいし、あるいは、ファイバ織物でもよい。一方向繊維を含むプリプレグテープは、後述するように、所望のプライ積層配列の複合積層材４００を作製するようにレイアップすることができる。例えば、複合積層材４００における複合材プライの繊維が、複合積層材４００における所望のプライ積層配列にしたがって、互いに０度、９０度、及び／又は、±４５度の配向になるように、一方向プリプレグテープを送出し、レイアップするように積層ヘッド３００を配置し、動作させることができる。プリプレグテープに含まれるポリマー母材は、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂である。繊維は、炭素繊維であってもよいし、あるいは、繊維の代替材料であるガラス、ホウ素、アラミド、セラミック、あるいは、その他の非金属材料又は金属材料であってもよい。また、プリプレグテープに炭素繊維及び金属繊維や金属メッシュを組み合わせれば、複合積層材４００に耐雷機能を付与することができる。
【００２６】
裏打ち層３１８の無い材料の場合には、裏打ち層回収ドラム３３８及び裏打ち層を分離するための機器（裏打ち層分離装置３３０、裏打ち層セパレータなど）を積層ヘッド３００から省いてもよいし、あるいは、そのような材料が送出されている間は、裏打ち層回収ドラム３３８及び裏打ち層を分離するための機器は、使用しないか、あるいは、停止状態とすればよい。裏打ち層３１８を備えない材料の例としては、金属箔、金属メッシュ、及び、特定の種類の非粘着性フィルムやレイヤがある。例えば、離型フィルム、ブリーザ層、ブリーダ層、バギングフィルム、及び／又は、後述するその他の材料など、特定の熱可塑性材料及び／又は特定の加工材フィルムは、裏打ち層回収ドラム３３８及び裏打ち層を分離するための機器を備えない積層ヘッド（図示せず）を用いて送出することができる。
【００２７】
積層ヘッド３００は、レイアップ材料３１６を順次供給することで、複合材プライが所望のプライ積層配列でレイアップされた複合積層材４００を作製できるように、積層経路１２２に沿って配置することができる。一例では、プライ積層配列は、積層経路１２２に沿って配置された積層ヘッド３００の相対な位置関係によって決まる。複合積層材４００のプライ積層配列は、複合積層材４００の最終的な用途に基づいて決定することができる。より具体的には、複合積層材４００は、完了した複合積層材（例えば、硬化後）の使用において想定される設計荷重の組に基づいて設計することができる。この点で、積層経路１２２に沿った積層ヘッド３００の順序は、複合積層材４００の最終的な用途によって決定することができる。
【００２８】
例えば、図３では、積層マンドレル１４６の上方を移動する３つの積層ヘッド３００のそれぞれには、複合積層材４００に要求されるプライ積層配列に対応した材料構成のレイアップ材料３１６の材料ロール３０８が装着されている。３つの積層ヘッド３００のうちの一つ目には、０／９０度の配向の織物プリプレグテープを材料構成とするレイアップ材料３１６が装着され、３つの積層ヘッド３００のうちの二つ目には、０度の配向の一方向プリプレグテープを材料構成するレイアップ材料３１６が装着され、３つの積層ヘッド３００のうちの三つ目には、９０度の配向の一方向プリプレグテープを材料構成とするレイアップ材料３１６が装着されている。また、図１では、第１積層マンドレル１４８の上方を移動する第１グループの３つの積層ヘッド３００に装着するレイアップ材料３１６は、第２積層マンドレル１５０の上方を移動する第２グループの３つの積層ヘッド３００に装着されるものと同じ材料構成の材料であってもよいし、異なる材料構成の材料であってもよい。ただし、上述したように、製造システム１００は、積層経路１２２に沿って移動可能な積層ヘッド３００をいくつ含んでもよく、任意の様々な材料構成及び／又は様々な幅を有するレイアップ材料３１６を送出することができ、図１に示した配置に限定されるものではない。この点で、積層ヘッド３００は、任意の数のグループに分けして配置してもよいし、あるいは、積層ヘッド３００をグループ分けせずに、積層経路１２２に沿って互いに等間隔又は不等間隔で配置してもよい。積層ヘッド３００は、複合積層材４００が所望の積層厚さ、及び、所望のプライ積層配列にレイアップされるまで、積層経路１２２を一周以上移動するように命令を受ける。
【００２９】
いくつかの例では、所望のプライ積層配列の複合積層材４００を形成する手段として、コントローラ１０６は、１つ以上の積層ヘッド３００に対して、少なくとも１つの積層マンドレル１４６を１回以上通過する間はレイアップ材料３１６の送出を停止するように命令し、この間も、残りの積層ヘッド３００には、この積層マンドレル１４６にレイアップ材料３１６を継続して送出させる。例えば、積層経路１２２において、同じ種類のレイアップ材料３１６が装着されている積層ヘッド３００が複数ある場合は、これらの積層ヘッド３００に命令し、あるいは、プログラムして、プライ積層配列に合致する種類のレイアップ材料３１６を含む積層ヘッド３００のうち最初に利用可能なもの（例えば、積層ステーション１４０に向かう積層ヘッド３００のうち、最も近くに位置するもの）にレイアップ材料３１６を送出させることができる。この構成は、各積層ヘッド３００が複合積層材４００における特定の決まった複合材プライを形成する従来の積層とは異なる。上述の構成によれば、複合積層材４００における特定の複合材プライを形成する複数の積層ヘッド３００を互換的に使用することが可能になるので、１つ以上の積層ヘッド３００を、整備（例えば、材料ロールの交換、ヘッド部品のメンテナンスなど）のために、積層経路１２２から離脱させ（例えば、待機ベイ２１０、メンテナンスベイ２２０、あるいは、リローディングベイ（reloading bay）２３０に移動させ）、積層経路１２２上の残りの積層ヘッド３００には、この間も引き続き複合積層材４００をレイアップさせるという柔軟な対応が可能になり、製造システム１００の停止時間を最小限に抑えることができる。
【００３０】
いくつかの例では、複合積層材４００における選択された１つ以上の複合材プライに、長さ方向の隙間、又は、プライ途切れ部を形成すべく、コントローラ１０６は、１つ以上の積層ヘッド３００に対して、レイアップ材料３１６の送出を一時的に中断し、その後、再開するよう命令する。この間も、残りの積層ヘッド３００は、継続してレイアップ材料３１６を積層マンドレル１４６に送出する。あるいは、ある積層ヘッド３００に対して、レイアップ材料３１６の送出を停止し、再開しないよう命令することもできる。この間も、残りの積層ヘッド３００は、継続してレイアップ材料３１６を積層マンドレル１４６に送出する。この結果、複合積層材４００の１つ以上の複合材プライに長さ方向に延びる隙間が形成されるので、複合積層材４００の積層厚みが長さ方向に沿って変化する、つまり、一定でないように形成して、例えば、設計要件に合致させることができる。さらに、コントローラ１０６は、積層マンドレル１４６における共通の場所にレイアップ材料３１６を送出する積層ヘッド３００のうちの１つ以上に対して、積層マンドレル１４６にレイアップ材料３１６を送出するタイミングを、他の積層ヘッド３００の送出開始から意図的に遅らせるよう命令することができる。なお、積層ヘッド３００からのレイアップ材料３１６の開始及び／又は停止を制御する方法は多数あり、複合積層材４００の積層厚みを長さ方向で変化させるためにいずれの方法を用いてもよい。
【００３１】
プリプレグテープなどの複合レイアップ材料３１６の送出に加えて、１つ以上の積層ヘッド３００は、複合積層材４００の加工を容易にするための加工材料であるレイアップ材料３１６の材料ロール３０８を装着することができる。上述したように、そのような加工材料には、離型フィルム、粘着性付与フィルム、ブリーザ層、ブリーダ層、剥離プライ、バギングフィルムの他、任意の様々な層、フィルム又は接着剤を含み、これらは、複合積層材４００のレイアップ前やレイアップ中にレイアップすることができる。このような加工層により、限定するものではないが、例えば、レイアップ、デバルキング、トリミング、成形、及び／又は、硬化などの複合積層材４００の様々な加工処理のうちの任意のものを容易に実行することができる。加工材料を送出すると、そのような加工材料を手作業で積層マンドレル１４６や複合積層材４００に設ける場合に比べて、加工処理に要する時間を短縮することができる。上述したように、特定の材料及び／又は処理用フィルムやレイヤ（例えば、非接着性材料）については、裏打ち層回収ドラム３３８及び裏打ち層を分離するための機器を備えない積層ヘッド（図示せず）を用いて送出することができる。
【００３２】
図１〜図６を参照すると、ヘッド移動システム１７０は、積層経路１２２に沿って積層ヘッド３００を支持するよう構成された物理的な軌道システム１７２を含む。ただし、上述したように、積層経路１２２に沿って積層ヘッド３００を移動する手段として、任意の様々な代替手段を用いることができ、限定するものではないが、例えば、ラックアンドピニオン構成（図示せず）、ねじ駆動式の構成（図示せず）やその他のギヤシステム（図示せず）を用いることができる。あるいは、後述するように、ヘッド移動ロボットシステム２００（例えば、図１１〜図１３）を用いて積層ヘッド３００を移動することができる。図１〜図６に示す実施形態では、軌道システム１７２は、積層経路１２２を構成するオーバヘッド軌条の形態で設けられている。図１〜図２では、軌道システム１７２は、複数の軌道支持構造体１７４によって支持されており、これらの支持構造体は、軌道システム１７２と積層ヘッド３００を合せた重量を支持するように、積層経路１２２に沿って間隔をおいて配置されている。軌道システム１７２は、軌道支持構造体１７４のうちの１つ以上から懸架される構成でもよい。物理的な軌道システム１７２で積層ヘッド３００を支持する構成によれば、レイアップ材料３１６を送出する際の積層ヘッド３００の配置（例えば、横方向の配置）及び送り移動（例えば、ヘッド速度）を、比較的高い精度で正確に制御できるという技術的効果が得られる。
【００３３】
図５〜図６は、図１〜図２の製造システム１００の例を示す断面図であり、支柱１７８に支持された片持ち梁１７６として構成された軌道支持構造体１７４の例を示している。図５は、マンドレル支持部材１０２から上方に延びる支柱１７８に支持された片持ち梁１７６に連結された軌道システム１７２を示す。図６は、工場の床から上方に延びる支柱１７８に支持された片持ち梁１７６に連結された軌道システム１７２を示す。なお、軌道システム１７２は、任意の様々な構成の軌道支持構造体１７４で支持することができ、限定するものではないが、例えば、一対の支柱１７８によって両端が支持された横桁である軌道支持構造体（図示せず）も含まれる。さらなる実施形態では、軌道支持構造体１７４は、工場の天井などのオーバヘッド構造体（図示せず）から下方に延びる複数の吊り梁（図示せず）で構成される。
【００３４】
図５に示すヘッド移動システム１７０は、複数の積層ヘッド３００を軌道システム１７２に連結する複数のヘッドキャリジ１８８を含む。各ヘッドキャリジ１８８は、軌道システム１７２に移動可能に取り付けられたベアリング、ローラ、及び／又は、スライド部材を含んでおり、積層ヘッド３００を積層経路１２２に沿って移動させることができる。ヘッド移動システム１７０は、さらに、１つ以上モータ１８２を含むヘッド駆動機構１８０を含み、各モータは、ギヤ又はスプロケット１８６を回転駆動してするシャフト１８４を有しており、積層ヘッド３００を軌道システム１７２に沿って移動させることができる。ヘッド駆動機構１８０は、さらに、積層ヘッド３００を相互に連結するケーブル（図示せず）及び／又は鎖（図示せず）を含んでもよく、これにより、コンベヤシステムに類似の構成で積層ヘッド３００を軌道システム１７２に沿って移動させることができる。これに代えて、あるいは、これに加えて、ヘッド駆動機構１８０は、例えば、ラックアンドピニオン構成やねじ駆動式の構成などの歯車機構を１つ以上サーボモータで駆動して積層ヘッド３００を軌道システム１７２に沿って移動させる１つ以上のリニアアクチュエータシステム（図示せず）を含んでもよい。
【００３５】
引き続き図５を参照すると、一実施形態において、ヘッドキャリジ１８８のうちの１つ以上は、取付けフレーム３０２をヘッドキャリジ１８８に連結する垂直移動機構１９０を含む。垂直移動機構１９０は、コントローラ１０６の命令を受けると、積層経路１２２に沿った積層ヘッド３００の移動に連動して、積層ヘッド３００を上下に移動させるよう構成されている。例えば、コントローラ１０６は、垂直移動機構１９０に命令して、積層ヘッド３００が一続きに送出するレイアップ材料３１６（図３〜図４）の開始位置（図示せず）として指定された位置で積層ヘッド３００を積層マンドレル１４６まで降下させ、また、一続きに送出するレイアップ材料３１６の終了位置として指定された位置で積層ヘッド３００を上昇させて積層マンドレル１４６から離間させる。
【００３６】
図１を参照すると、製造システム１００のいくつかの例は、積層経路１２２に接続された待機経路２１２を有する待機ベイ２１０を含む。待機ベイ２１０は、積層経路１２２上の１つ以上の積層ヘッド３００と交換するための１つ以上の積層ヘッド３００を待機経路２１２に保管しておくことができる。この点に関し、１つ以上の積層ヘッド３００を待機ベイ２１０に保管し、この間も、積層経路１２２上の積層ヘッド３００は、積層経路１２２に沿って配置された１つ以上の積層マンドレル１４６に複合積層材４００のレイアップを継続することができる。上述したヘッド移動システム１７０は、コントローラ１０６の命令を受けて、積層ヘッド３００のうちの１つ以上を積層経路１２２と待機経路２１２の間で移動させることができる。例えば、積層経路１２２上の積層ヘッド３００がメンテナンスを要する場合、及び／又は、積層ヘッド３００に装着された材料ロール３０８（図４）が無くなりかけている場合は、この積層ヘッド３００を待機ベイ２１０に移動させて、別の積層ヘッド３００と交換することができる。交換用の積層ヘッドは、最適な動作状態であるか、及び／又は、交換前の積層ヘッド３００と同じ材料構成を有する新品や充填済みの材料ロール３０８が装着されたものである。他の例では、積層経路１２２上の積層ヘッド３００を待機ベイ２１０に移動させて、この積層ヘッド３００とは異なる材料構成のレイアップ材料３１６が充填された積層ヘッド３００と交換することができる。この異なる材料構成は、例えば、レイアップ中の複合積層材４００のプライ積層配列で必要なものである。加えて、待機ベイ２１０は、複合材料以外の材料、例えば、金属メッシュ、金属箔、その他の非複合材料が充填された１つ以上の積層ヘッド３００を保管しておくことができる。複合積層材４００のレイアップの停止時間を少なくし、場合によっては、最小限にする手段として、待機ベイ２１０によって、積層ヘッド３００をメインの積層経路１２２の近傍に保管しておくことができるので、積層ヘッド３００の迅速な交換が可能になり、製造システム１００のスループットを最大限に引き出すことができるという技術的効果が得られる。
【００３７】
さらに他の例では、待機ベイ２１０は、複合積層材４００の加工を促進するための加工材料の材料ロール３０８を装着した１つ以上の積層ヘッド３００を含むことができる。例えば、待機ベイ２１０は、粘着性付与フィルムの材料ロール３０８を装着した積層ヘッド３００を含むことができる。粘着性付与フィルムは、積層経路１２２における他の積層ヘッド３００から複合レイアップ材料３１６を送出する前に、各積層マンドレル１４６に配置することができる。粘着性付与フィルムは、積層ヘッド３００から送出されるレイアップ材料３１６と積層マンドレル１４６の接着を強化し、これによりレイアップ中に複合積層材４００が動いてしまうことを防止できるので、より高い寸法精度で複合積層材４００を完成させることができる。さらなる例では、待機ベイ２１０は、剥離プライ（例えば、フッ化エチレンプロピレン）を充填した積層ヘッド３００を含むことができる。剥離プライは、レイアップ完了後に複合積層材４００の最外層に保護層として付着させておき、この剥離プライを剥離して用いることで、複合積層材４００の最外層の接着性を維持する手段とすることができる。当然ながら、待機ベイ２１０は、粘着性付与フィルムや剥離プライに限らず、任意の様々な種類の加工材料を充填した任意の数の積層ヘッド３００を含むことができる。加工材料を充填して１つ以上の積層ヘッド３００を待機ベイ２１０に保管しておくことで、加工材料を付着させるための専用のセル（即ち、床面積）及び／又は人員の必要性を排除又は低減することができるという技術的効果が得られる。
【００３８】
待機経路２１２は、軌道システム１７２として構成することができ、積層ステーション１４０の外部において、積層経路１２２の軌道システム１７２に接続することができる。例えば、図１は、積層経路１２２の第１端部１２８の近傍に位置する待機経路２１２を示している。ただし、製造システム１００は、任意の数の待機経路２１２を積層経路１２２に沿った任意の位置に含むことができる。例えば、製造システム１００は、積層経路１２２の第１端部１２８に配置された待機経路２１２と、第２端部１３０に配置された待機経路２１２と、を含む。いくつかの例では、待機経路２１２は、連続するループ状である。待機経路２１２は、積層経路１２２の少なくとも一部を用いて連続するループ状の待機経路２１２を構成するものでもよい。図１の例では、積層経路１２２の第１端部１２８が待機経路２１２の一部を構成する。なお、図示の待機ベイ２１０は、連続するループ状の経路であって、丸みを帯びた矩形の形状を有するが、待機経路２１２は、任意の様々な形状に構成することができ、ループ状以外の形状（図示せず）も可能である。軌道システム１７２は、待機経路２１２と積層経路１２２との分岐点に経路切り換えスイッチ（図示せず）を有する構成でもよい。例えば、図１において、経路切り換えスイッチは、待機経路２１２と第１端部１２８との分岐点に配置することができる。経路切り換えスイッチは、コントローラ１０６によって制御して、積層マンドレル１４６を待機経路２１２に進入させたり、そこから退避させたりできるように構成されている。
【００３９】
引き続き図１を参照すると、製造システム１００は、引き込み経路（spur path）２２２を有するメンテナンスベイ２２０を含み、この引込み経路は、軌道システム１７２として構成され、積層経路１２２の軌道システム１７２に接続されている。メンテナンスベイ２２０は、積層ヘッド３００に対して、待機ベイ２１０の機能を超えるレベルのメンテナンスを行うために設けられている。メンテナンスベイ２２０を設けることにより、積層ヘッド３００の修理及び／又は分解検査（overhaul）を実施できるという技術的効果が得られる。これに加えて、あるいは、これに代えて、メンテナンスベイ２２０は、積層ヘッド３００に現在充填されているレイアップ材料３１６とは異なる材料構成のレイアップ材料３１６に適合させて、積層ヘッド３００の１つ以上ヘッド部品３０４を再構成したり、交換したりすることが可能な構成でもよい。また、メンテナンスベイ２２０は、１つ以上の積層ヘッド３００に装着された材料ロール３０８を（例えば、手作業で）交換できる構成でもよい。ヘッド移動システム１７０は、モータ駆動又は手作業により積層ヘッド３００を待機経路２１２と引き込み経路２２２との間で移動可能な構成でもよい。この点に関し、ヘッド移動システム１７０は、１つ以上の積層ヘッド３００を待機経路２１２から引き込み経路２２２に移動させ、また、引き込み経路２２２から待機経路２１２に移動させることができる。軌道システム１７２は、引き込み経路２２２と待機経路２１２の分岐点に経路切り換えスイッチ（図示せず）を含んでもよい。経路切り換えスイッチは、コントローラ１０６によって制御可能であり、積層ヘッド３００を引き込み経路２２２に進入させたり、そこから退避させたりできるように構成されている。
【００４０】
図７〜図８は、マンドレル待機位置（mandrel holding position）１５２、レイアップセル１２０及びマンドレル排出位置（mandrel exit position）１５４の間で１つ以上の積層マンドレル１４６を移動可能な製造システム１００の一例を上から下に見た図である。図７は、製造システム１００の上面図であり第１積層ステーション１４２の第１積層マンドレル１４８、及び、第２積層ステーション１４４の第２積層マンドレル１５０が示されている。図８は、製造システム１００の側面図である。製造システム１００は、積層経路１２２の第１側辺部１２４及び第２側辺部１２６に対して平行に延びる一対のマンドレル支持部材１０２を含む。各マンドレル支持部材１０２は、マンドレル待機位置１５２からマンドレル排出位置１５４まで延びている。各マンドレル支持部材１０２は、積層マンドレル１４６をマンドレル待機位置１５２からレイアップセル１２０に、また、レイアップセル１２０からマンドレル排出位置１５４に並進移動させる手段を含んでもよい。例えば、各マンドレル支持部材１０２は、積層マンドレル１４６をスライドさせて並進移動させる長尺レール１０４を含む。加えて、各マンドレル支持部材１０２は、積層マンドレル１４６を長尺レールに沿って並進移動させるリニアアクチュエータ機構（図示せず）を含んでもよい。あるいは、ロボット装置（図示せず）や、レール以外の機構（図示せず）によって積層マンドレル１４６を移動させる構成でもよい。さらに他の例では、積層マンドレル１４６は、（例えば、技術者によって）手作業でマンドレル待機位置１５２からレイアップセル１２０に移動させ、及び／又は、手作業でレイアップセル１２０からマンドレル排出位置１５４に移動させることもできる。
【００４１】
図７〜図８に示すように、各マンドレル支持部材１０２には、レイアップセル１２０内の積層ステーション１４０で積層マンドレル１４６に複合積層材４００がレイアップされる間に、別の積層マンドレル１４６をマンドレル待機位置１５２に保管することができる。積層ステーション１４０で複合積層材４００が完成すれば、レイアップセル１２０の積層マンドレル１４６をマンドレル排出位置１５４に移動させ、マンドレル待機位置１５２の積層マンドレル１４６をレイアップセル１２０の積層ステーション１４０に移動させて、積層経路１２２に配置された一連の積層ヘッド３００を用いて、次の複合積層材４００をレイアップする。マンドレル待機位置１５２及びマンドレル排出位置１５４が設けられていることにより、各積層ステーション１４０に積層マンドレル１４６を迅速に移動させ、また、そこから退避させることができるので、複合積層材４００をレイアップする積層ヘッド３００の停止時間を少なくし、場合によっては、最小限に抑えることができるという利点が得られ、これにより、複合積層材４００の生産率を従来の複合材製造システムよりも高めることができる。
【００４２】
また、図示はしていないが、製造システム１００は、各積層マンドレル１４６（例えば、第１積層マンドレル１４８及び第２積層マンドレル１５０）を各積層ステーション（例えば、第１積層ステーション１４２及び第２積層ステーション１４４）に対して位置決め配置するための手段を含んでいてもよい。例えば、積層マンドレル１４６を積層ステーション１４０に対いて位置決め配置する手段として、積層マンドレル及び／又はマンドレル支持部材１０２に１つ以上の機械的な特異部（図示せず）を設けることができる。これに代えて、あるいは、これに加えて、積層マンドレル１４６を積層ステーション１４０に位置決め配置する手段として、積層マンドレル１４６に反射ターゲットを設け、この位置と整合するようにマンドレル支持部材１０２に光学系を設けることができる。なお、製造システム１００は、積層マンドレル１４６をマンドレル待機位置１５２から積層ステーション１４０に移動させる際に、積層マンドレル１４６を積層ステーション１４０に対して繰り返し位置決め配置可能な１つ以上の任意の様々なシステム構成を含むことができる。
【００４３】
引き続き図７〜図９を参照すると、製造システム１００のいくつかの例では、マンドレル排出位置１５４は、レイアップ完了後の複合積層材４００のトリミングを行うためのトリミングセル１６０として構成することができる。トリミングセル１６０は、複合積層材４００をトリミングするための１つ以上のトリミング装置１６２を含む。図９は、マンドレル排出位置１５４に配置された１つ以上のトリミング装置１６２を支持するよう構成されたオーバヘッドガントリ１６４の例を示す断面図である。オーバヘッドガントリ１６４は、一対の桁支持部材（beam support）１６８に両端が支持された横桁１６６を含む。横桁１６６は、桁支持部材１６８に対して垂直方向に並進移動可能であり、複合積層材４００に対するトリミング装置１６２の垂直方向の高さを調節することができる。桁支持部材１６８は，マンドレル支持部材１０２に沿って水平方向に並進移動可能な構成であって、トリミング中に、トリミング装置１６２を複合積層材４００の長さ方向に沿って移動させることができる。複合積層材４００のトリミング中に、トリミング装置１６２をガントリ１６４で水平方向に並進移動させる代わりに、トリミング装置１６２は水平方向において静止させておき、積層マンドレル１４６がレイアップセル１２０からマンドレル排出位置１５４に移動するのにともなって、複合積層材４００をトリミングしてもよい。
【００４４】
トリミング装置１６２は、任意の様々な支持構造で支持することができ、図７〜図９に示したオーバヘッドガントリ１６４に限定されない。例えば、トリミング装置１６２は、片持ち梁構造、１つ以上のロボット装置、又は、その他の構成で支持することができる。トリミング装置１６２は、超音波ナイフ、レーザ装置、機械式カッターブレード、又は、その他の任意の様々な種類の切断装置の１つ以上によって構成することができる。トリミング装置１６２は、複合積層材４００の側縁をトリミングし、及び／又は、例えば、突出タブ（tab out）４０６（図７）のような形状部を複合積層材４００の側縁に形成してもよい。マンドレル排出位置１５４をトリミングセル１６０として構成することにより、複合積層材４００のレイアップを行う製造システム１００と同一のシステムで複合積層材４００をトリミングすることができるという技術的効果が得られ、これにより、複合積層材４００を専用のトリミングステーション（図示せず）に搬送するためのコストや複雑化を回避することができる。この点に関し、複合積層材４００のトリミングをトリミングセル１６０で行うことで、複合積層材４００の生産率を高めることができる。
【００４５】
マンドレル排出位置１５４は、レイアップセル１２０で進行中の他の複合積層材４００のレイアップを中断することなく、複合積層材４００を積層マンドレル１４６から取り外して他の位置に移動するための場所として利用することができる。例えば、マンドレル排出位置１５４において、ピックアンドプレース機（図示せず）によって複合積層材４００を積層マンドレル１４６から取り外し、後処理のために複合積層材４００を別の場所に移動させる。
【００４６】
また、マンドレル排出位置１５４は、下流の処理に備えて複合積層材４００の事前キッティング（pre-kitting）を行う場所としても利用することができる。例えば、オフロード作業に先立って事前キッティングを行って、複合積層材４００の後処理に用いる材料及び部品を複合積層材４００に装備しておくことができる。例えば、複合積層材４００の事前キッティングを行って、剥離プライ、離型フィルム、ブリーザ布（breather cloth）、バギングフィルム、ブラダ、エッジシーリング材、真空機器（vacuum fitting）、あて板（caul plate）、アール状フィラーの他、任意の様々な後処理工程で用いる様々な材料や部品のうちの任意の１つ以上を装備しておく。事前キッティングした材料部材は、すべて複合積層材４００と一緒に積層マンドレル１４６から取り外されて、次の処理を行う場所に搬送される。マンドレル排出位置において、積層マンドレル１４６から複合積層材４００及び事前キッティングした部材が取り外されると、積層マンドレル１４６は、コンベヤシステム（図示せず）、オーバヘッドガントリ１６４（図示せず）、１つ以上のロボット装置（図示せず）、その他の手段を含む様々な手段のうちの任意の手段によって、マンドレル待機位置１５２に戻される。
【００４７】
図１０〜図１２に示す製造システム１００の例におけるヘッド移動システム１７０は、積層ヘッド３００を所定の積層経路１２２に沿って移動させるよう構成、あるいは、プログラムされたヘッド移動ロボットシステム２００である。図１０は、製造システム１００の上面図であって、複数のヘッド移動ロボット装置２０２が示されている。これらのヘッド移動ロボット装置は、第１複合積層材４０２のレイアップ中は、第１グループの３つ積層ヘッド３００をまとめて第１積層マンドレル１４８に沿って移動させ、第２複合積層材４０４のレイアップ中は、第２グループの３つの積層ヘッドをまとめて第２積層マンドレル１５０に沿って同時に移動させる。ただし、図１の軌道システム１７２に関して説明したように、図１０〜図１２に示すヘッド移動ロボットシステム２００は、積層ヘッド３００を積層経路１２２に沿って連続して積層ヘッド３００させる際に、積層ヘッド３００を任意の様々なグループ単位で移動させてもよいし、あるいは、グループ分けせずに移動させてもよい。ヘッド移動ロボットシステム２００を用いることによって、任意の様々な形状、サイズ、構成の積層マンドレル１４６に複合積層材４００をレイアップするための要件などに合わせて、製造システム１００の積層経路１２２を容易に再構成することができ、場合によっては、ヘッド移動ロボット装置２０２の動作を再プログラムするだけで再構成できるという技術的効果が得られる。例えば、ヘッド移動ロボットシステム２００を再プログラムすれば、積層ステーション１４０内において非直線的な形状を有する積層経路１２２沿って積層ヘッド３００を移動させることができ、非直線的な形状の複合積層材（図示せず）をレイアップする場合に必要な非直線的な形状の積層マンドレル（図示せず）に適合した積層経路に沿った移動が可能になる。
【００４８】
図１０〜図１１は、第１グループの積層ヘッド３００及び第２グループの積層ヘッド３００を複数のヘッド移動ロボット装置２０２によって移動させるヘッド移動ロボット装置２０２の各々における、個々のヘッド移動ロボットアーム２０４の関節部を示している。なお、図示では、各ヘッド移動ロボット装置２０２が２つのヘッド移動ロボットアーム２０４を有するが、任意の１つ以上のヘッド移動ロボット装置２０２は、任意の数のヘッド移動ロボットアーム２０４を備えることができ、ヘッド移動ロボットアーム２０４を１つのみ備える場合も含まれる。
【００４９】
図１２は、ヘッド移動ロボットシステム２００の断面図であって、ヘッド移動ロボット装置２０２がロボットシステム台２０６に設置された例を示している。同図において、各積層ヘッド３００とヘッド移動ロボットアーム２０４との連結が示されている。この点に関し、ヘッド移動ロボット装置２０２は、十分な自由度を持たせるために回転間接を備えてもよい。これにより、少なくとも各積層ヘッド３００が積層マンドレル１４６にレイアップ材料３１６を送出する時には、各積層ヘッド３００を所望の（例えば、概ね垂直方向の）配向に維持した状態で積層ヘッド３００を積層経路１２２に沿って移動させることができる。
【００５０】
ヘッド移動ロボットシステム２００は、１つ以上ヘッド移動ロボット装置２０２を含み、各ヘッド移動ロボット装置は、１つ以上の積層ヘッド３００を支持する１つ以上のヘッド移動ロボットアーム２０４を有する。ヘッド移動ロボット装置２０２は、１つ以上のロボットシステム台２０６に取り付けられており、各ヘッド移動ロボット装置２０２は、積層ヘッド３００を積層経路１２２の連続ループを周回移動させることが可能な位置において回転可能な態様で支持されている。ヘッド移動ロボットシステム２００は、積層ヘッド３００を積層経路１２２に沿って移動させるように、予めプログラミングされるか、及び／又は、コントローラ１０６（図２）によって制御される。いくつかの例では、ヘッド移動ロボット装置２０２は、積層ヘッド３００から一続きに送出するレイアップ材料３１６（図３）の開始位置と終了位置において、各積層ヘッド３００を上昇及び下降させるよう構成されている。図示はしていないが、ヘッド移動ロボットシステム２００は、積層経路１２２と、積層経路１２２に接続された他の経路との間で積層ヘッド３００を移動させるように制御、又は、予めプログラミングすることもできる。例えば、ヘッド移動ロボットシステム２００は、積層経路１２２と、上述した待機ベイ２１０（図１）の待機経路２１２との間、待機経路２１２と、上述したメンテナンスベイ２２０（図１）の引き込み経路２２２との間、及び／又は、積層経路１２２と後述するリローディングベイ２３０（図１３）のリローディング経路（reloading path）２３２との間で積層ヘッド３００を移動させるように構成することができる。待機ベイ２１０及び／又はメンテナンスベイ２２０は、ヘッド移動ロボットシステム２００によって積層経路１２２を周回移動中の積層ヘッド３００と交換するための１つ以上の積層ヘッド３００を保持するよう構成されたヘッド保持台（図示せず）をそれぞれ含んでもよい。
【００５１】
図１３〜図１６を参照すると、図１３は、積層経路１２２の両端の各々にリローディングベイ２３０が配置された製造システム１００の例を示す上面図である。各リローディングベイ２３０は、積層経路１２２に接続されたリローディング経路２３２を有する。以下に記載するように、各リローディングベイ２３０は、少なくとも１つの交換用材料ロール３１２が装着された材料ホルダ２３４を含む。交換用材料ロールは、積層経路１２２からリローディング経路２３２を経由してリローディングベイ２３０に送られてくる積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１０と自律的に交換される。材料ホルダ２３４は、交換対象の材料ロール３０８と同じ、又は、異なる材料構成の材料ロール３０８を少なくとも１つ含むことができる。ヘッド移動システム１７０は、積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１０を交換する場合、その積層ヘッド３００を積層経路１２２からリローディング経路２３２に移動させるよう構成されている。図示の例では、積層経路１２２及びリローディング経路２３２は、それぞれ物理的な軌道システム１７２により構成されている。図１３では、明瞭性のため、軌道支持構造体１７４（例えば、図１）を省いている。図１３〜図１６の製造システム１００は、軌道システム１７２の代わりに、ヘッド移動ロボットシステム２００を含み、これは、上述したように、使用済み材料ロール３１０を交換するために、積層ヘッド３００を積層経路１２２とリローディング経路２３２の間で移動させるようにプログラムされている。
【００５２】
図１３〜図１４では、各リローディング経路２３２は、積層ステーション１４０の外部で積層経路１２２に接続されている。いくつかの例では、リローディング経路２３２は、積層経路１２２の少なくとも一部を用いて、連続するループ状のリローディング経路２３２を構成している。例えば、図１３において、各リローディング経路２３２の一方の端部は、積層経路１２２の端部に接続されており、リローディング経路２３２の反対側の端部は、積層経路１２２の側辺部に接続されている。ただし、リローディング経路２３２は、リローディング経路２３２の両端が積層経路１２２の側辺部に接続された構成でもよいし、リローディング経路２３２の両端が積層経路の端部に接続された構成でもよい。軌道システム１７２は、リローディング経路２３２と積層経路１２２の側辺部及び／又は端部との分岐点に、経路切り換えスイッチ（図示せず）を含んでもよい。経路切り換えスイッチは、コントローラ１０６（図２）によって制御可能であって、積層ヘッド３００をリローディング経路２３２に進入させたり、そこから退避させたりするように構成されている。ヘッド移動システム１７０は、１つ以上の積層ヘッド３００をリローディング経路２３２に移動させて、積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６から使用済み材料ロール３１０を取り外し、交換用材料ロール３１２を材料供給ドラム３０６に装着する。交換用材料ロール３１２のレイアップ材料３１６は、使用済み材料ロール３１０のレイアップ材料３１６と同じ材料構成のものでも、異なる材料構成のものでもよい。リローディング経路２３２上の積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１０を交換する間も、積層経路１２２上にある残りの積層ヘッド３００は、１つ以上の複合積層材４００のレイアップを継続することができる。製造システム１００が１つ以上のリローディングベイ２３０を含むことにより、材料ロール３０８を自律的かつ迅速に交換することができるので、製造フローに与える影響を最小限に留めることができるという技術的効果が得られる。加えて、材料ロール３０８の交換が可能なことにより、積層ヘッド３００そのものを交換する構成に必要なハードウェアのコストやシステムの複雑さを回避することができる。
【００５３】
図１４には、リローディング経路２３２に部分的に隣接して固定配置された材料ホルダ２３４を有するリローディングベイ２３０の一部が示されている。上述したように、材料ホルダ２３４は、使用済み材料ロール３１０を取り外した後の積層ヘッド３００に装着するための、少なくとも１つの交換用材料ロール３１２を保管するよう構成されている。図１５は、リローディングベイ２３０の側面図であり、材料ホルダ２３４に隣接する材料補充位置（material loading position）２４４で積層ヘッド３００を支持する軌道システム１７２が示されている。同図には、材料搬送機構２３６の例も示されており、これは、使用済み材料ロール３１０を積層ヘッド３００から取り外し、取り外した使用済み材料ロール３１０を材料ホルダ２３４における空の保管位置２４０に搬送し、次いで、交換用材料ロール３１２を材料ホルダ２３４から積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６に搬送するよう構成されている。図１６は、材料ホルダ２３４の正面図であって、移動可能な複数の保管位置２４０が示されている。
【００５４】
図１４〜図１６に示すように、材料ホルダ２３４は、一連の、又は、アレイ状の保管位置２４０を有する。各保管位置２４０は、使用済み材料ロール３１０や交換用材料ロール３１２などの材料ロール３０８を支持するよう構成されている。図示の例では、保管位置２４０のうちのいくつかに交換用材料ロール３１２が配置されており、保管位置２４０のうちのいくつかに使用済み材料ロール３１０が配置されており、保管位置２４０のうちの１つは空の保管位置２４０である。図示の例では、各保管位置２４０は、材料ホルダ２３４から横方向外側に延びて材料ロール３０８を支持するスピンドル２３８を有する。各スピンドル２３８は、材料ロール３０８の内径に対応したサイズ及び構成の外径を有しており、スピンドル２３８に対して材料ロール３０８をスライドさせて取り付け、取り外しできるように構成されている。ただし、材料ホルダ２３４は、材料ロール３０８を支持する任意の様々な機構を含んでもよく、スピンドル２３８のアレイに限定されるものではない。
【００５５】
図１６において、材料ホルダ２３４は、保管位置循環システム（storage position circulation system）２４２（図１６）を有する。このシステムは、例えば、コントローラ１０６で制御されたモータ（図示せず）により駆動される連続ループ状の垂直コンベヤシステムとして構成することができる。コントローラ１０６は、製造システム１００の動作中、積層経路１２２上の各積層ヘッド３００の材料ロール３０８におけるレイアップ材料３１６の残量に関する入力を連続的に受け取ることができる。いずれかの積層ヘッド３００の材料ロール３０８が無くなりかけていることを感知すると、コントローラ１０６は、ヘッド移動システム１７０（図１５）に命令して、該当する積層ヘッド３００を積層経路１２２からリローディング経路２３２に移動させてリローディングベイ２３０に送る。ヘッド移動システム１７０は、積層ヘッド３００がリローディング経路２３２に移動されると、これを材料補給位置２４４に移動させる。積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１０は、材料補給位置２４４において、材料ホルダ２３４における空の保管位置２４０と整列するように配置される。材料ホルダ２３４は、積層ヘッド３００が材料補給位置２４４に移動されたことを感知するように構成されている。例えば、材料ホルダ２３４は、各積層ヘッド３００に取り付けられたＲＦＩＤチップ（図示せず）を感知するよう構成されたＲＦＩＤリーダ（図示せず）を有する。材料ホルダ２３４が材料補給位置２４４に配置された積層ヘッド３００を感知すると、保管位置循環システム２４２が作動して、空の保管位置２４０が材料補給位置２４４にある積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１０と整列するように、保管位置２４０（図１６）を回転させる。図１４〜図１６に示す例では、保管位置２４０を回転させて、空の保管位置２４０を材料ホルダ２３４の最上部に移動させて、材料補給位置２４４にある積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１０と整列させている。
【００５６】
図１５〜図１６に示すように、材料搬送機構２３６は、積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１０に係合し、この使用済み材料ロール３１０を積層ヘッド３００から、材料ホルダ２３４の最上部に位置する空の保管位置２４０に搬送する。図示の例では、材料搬送機構２３６は、真空パッド、把持機構などのエンドエフェクタ（図示せず）や、材料ロール３０８と係合するように構成されたその他のエンドエフェクタを有するリローディングロボットアーム２５２を備えるリローディングロボット装置２５０として構成することができる。例えば、リローディングロボット装置２５０は、積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１０に係合し、この使用済み材料ロール３１０を積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６から材料ホルダ２３４における空の保管位置２４０に（例えば、スピンドル２３８に）搬送するよう構成されている。ただし、材料搬送機構２３６は、積層ヘッド３００と、材料ホルダ２３４における保管位置２４０のうちの少なくとも１つとの間で材料ロール３０８を搬送する任意の様々な構成を備えることができる。
【００５７】
使用済み材料ロール３１０が積層ヘッド３００から材料ホルダ２３４における空の保管位置２４０に搬送されると、保管位置循環システム２４２が再び作動して、保管位置２４０を回転させて、交換用材料ロール３１２が配置された保管位置２４０が材料ホルダ２３４の最上部に移動させる。これにより、交換用材料ロール３１２が積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６と整列する。リローディングロボット装置２５０は、材料ホルダ２３４の交換用材料ロール３１２に係合して、この交換用材料ロール３１２を積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６に搬送する。交換用材料ロール３１２のレイアップ材料３１６を手作業、又は、自律的な処理でヘッド部品３０４（図４）に掛け通した後、ヘッド移動システム１７０は、積層ヘッド３００をリローディング経路２３２から積層経路１２２に復帰させて、積層ステーション１４０（図１３）においてレイアップ材料３１６の送出を再開させる。材料ホルダ２３４に搬送した使用済み材料ロール３１０は、リローディングベイ２３０が稼働していないときに、取り外して交換用材料ロール３１２と取り換えればよい。
【００５８】
図示はしていないが、実施形態によっては、各積層ヘッド３００は、材料ロール３０８を交換した後、積層ヘッド３００のヘッド部品３０４（図４）にレイアップ材料３１６（例えば、裏打ち付き材料３１４）を自律的に掛け通す機能を備える構成でもよい。例えば、交換用材料ロール３１２を材料ホルダ２３４から積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６に移動させた後であって、この積層ヘッド３００をリローディング経路２３２から積層経路１２２に戻す前に、積層ヘッド３００の裏打ち層回収ドラム３３８（図４）、材料供給ドラム３０６（図４）、及び、材料送出機構３２８（図４）を含むヘッド部品３０４が互いに相対的に移動して、裏打ち付き材料３１４（図４）を材料供給ドラム３０６から裏打ち層回収ドラム３３８に掛け通すように自律的に動作するよう構成でもよい。この自律的な処理で裏打ち付き材料３１４をヘッド部品３０４に掛け通す際に、裏打ち付き材料３１４を裏打ち層分離装置３３０（図４）と裏打ち層セパレータ３３２（図４）との間にも係合させてもよい。加えて、裏打ち付き材料３１４を掛け通す自律的な処理において、裏打ち付き材料３１４をカッタープラテン３２４（図４）とカッターモジュール３２６（図４）との間に挟み込ませて、レイアップ材料３１６が積層ヘッド３００から送出される際に、レイアップ材料３１６が切断されるようしてもよい。
【００５９】
図１７〜図１９を参照すると、積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１２を交換する材料補給システム（図１３〜図１６）に加えて、あるいは、これに代えて、リローディングベイ２３０は、例えば、使用済み材料ロール３１０が装着された積層ヘッド３００など、積層ヘッド３００そのものを交換するよう構成されたヘッド装着システム２６０を含んでもよい。この構成によれば、材料ロールの交換後に、レイアップ材料３１６を積層ヘッド３００のヘッド部品３０４にかけ通す作業に伴う停止時間が発生しない。図１７に示すように、リローディング経路２３２は、図１３について記載した態様で積層経路１２２に接続されていてもよい。ヘッド装着システム２６０は、リローディング経路２３２に部分的に隣接する位置に、例えば、リローディング経路２３２の略直線状の部分に沿って配置することができる。ヘッド移動システム１７０は、積層ヘッド３００をリローディング経路２３２に沿ってヘッド交換位置２６２まで移動させ、ヘッド交換位置において積層ヘッド３００をヘッド装着システム２６０の可動のヘッド搬送機構２６６に整列させる。これにより、積層ヘッド３００をリローディング経路２３２から取り外すことが可能になる。例えば、図１３〜図１６について説明したように、コントローラ１０６（図２）は、積層経路１２２上の各積層ヘッド３００の材料ロール３０８に含まれるレイアップ材料３１６の残量に関する入力を連続的に受け取ることができる。コントローラ１０６は、積層経路１２２を周回する積層ヘッド３００の中に、無くなりかけや使用済みの材料ロール３１０を有する積層ヘッドを感知すると、ヘッド移動システム１７０に命令して、この積層ヘッド３００を積層経路１２２からリローディング経路２３２に移動させてヘッド交換位置２６２に位置させる。
【００６０】
図１７〜図１９において、ヘッド装着システム２６０は、工場の床、又は、その他の手段によって支持されたヘッド装着スタンド２６４を含む。ヘッド装着スタンド２６４は、ヘッド装着スタンド２６４に固定された１つ以上ヘッドホルダ２７４を含む。図１９に示すように、ヘッド装着スタンド２６４は、交換用積層ヘッド２８０を支持するよう構成された少なくとも１つのヘッドホルダ２７４を含む。加えて、図１７に示すように、ヘッド装着スタンド２６４は、少なくとも１つのヘッドホルダ２７４を含む。各ヘッドホルダは、初期状態では空であり、交換のためにリローディング経路２３２から取り外された積層ヘッド２７８を支持するよう構成されている。ヘッド装着スタンド２６４は、上述のヘッド搬送機構２６６をさらに含んでもよい。このヘッド搬送機構は、積層ヘッド３００をリローディング経路２３２から取り外し、取り外した積層ヘッド２７８をヘッド装着スタンド２６４の空のヘッドホルダ２７４に搬送し、次いで、他のヘッドホルダ２７４に保持されている交換用積層ヘッド２８０に係合して、この交換用積層ヘッド２８０をリローディング経路２３２に搬送するよう構成されている。図示の例では、ヘッド搬送機構２６６は、ヘッド装着スタンド２６４に含まれる１つ以上の長尺レール２６８に沿って水平方向に移動可能である。ヘッド搬送機構２６６は、ヘッド装着スタンド２６４に対して横方向に伸縮可能に構成された入れ子式ビーム２７０を含み、積層ヘッド３００を積層経路１２２とヘッド装着スタンド２６４との間で（例えば、一度に一つずつ）搬送することができる。
【００６１】
図１３〜図１６に示した上述の構成と同様に、図１７〜図１９のヘッド装着システム２６０は、積層ヘッド３００がヘッド交換位置２６２に移動されたことを感知するように構成された１つ以上のセンサ（ＲＦＩＤリーダ）を含んでもよい。ヘッド交換位置２６２に積層ヘッド３００があることをヘッド装着システム２６０が感知すると、ヘッド搬送機構２６６は、水平のレール２６８に沿って並進移動してこの積層ヘッド３００と整列する。その状態で入れ子式ビーム２７０を伸長させて、積層ヘッド３００の取付けフレーム３０２をリローディング経路２３２（例えば、軌道システム１７２）に連結するヘッド連結機構２７２に係合させる。ヘッド連結機構２７２は、ヘッド搬送機構２６６が係合すると、取付けフレーム３０２を積層経路１２２から切り離すよう構成されているので、積層ヘッド３００を取り外すことが可能になる。ヘッド搬送機構２６６の入れ子式ビーム２７０は、切り離された積層ヘッド２７８をヘッド装着スタンド２６４側に退避させる。その後、ヘッド搬送機構２６６は、退避させた積層ヘッド２７８を長尺レール２６８に沿って並進移動させて、空のヘッドホルダ２７４まで搬送する。
【００６２】
図１７〜図１９において、各ヘッドホルダ２７４は、積層ヘッド３００のヘッド連結機構２７２に対して相補的に構成されたヘッド連結機構２７２を含み、積層ヘッド３００をヘッド装着スタンド２６４のうちの任意のヘッドホルダ２７４に着脱可能に係合させることができる。ヘッド搬送機構２６６は、取り外した積層ヘッド２７８を空のヘッドホルダ２７４に排出すると、空になった状態で長尺レール２６８に沿って並進して、交換用の積層ヘッド２８０が保持されたヘッドホルダ２７４に移動する。ヘッド搬送機構２６６が交換用積層ヘッド２８０に係合すると、ヘッド連結機構２７２は、交換用積層ヘッド２８０を切り離して、ヘッド搬送機構２６６に渡す。ヘッド搬送機構２６６は、水平のレール２６８に沿って並進移動して、交換用積層ヘッド２８０をリローディング経路２３２上のヘッド交換位置２６２に整列させる。ヘッド搬送機構２６６の入れ子式ビーム２７０は、交換用積層ヘッド２８０を横方向に移動させてリローディング経路２３２と整列させる。この結果、ヘッド連結機構２７２を介して取付けフレーム３０２を積層経路１２２に連結することができる。交換用積層ヘッド２８０がリローディング経路２３２に連結されると、ヘッド移動システム１７０は、交換用積層ヘッド２８０を積層経路１２２に移動させるので、当該積層ヘッドは、１つ以上の積層ステーション（図１３）において、積層経路１２２上の他の積層ヘッド３００と連動して、レイアップ材料３１６を送出することができる。
【００６３】
ヘッド装着システム２６０を用いて積層ヘッド３００を交換する間も、積層経路１２２上の他の積層ヘッド３００は、レイアップ材料３１６の送出を継続して、１つ以上の複合積層材４００をレイアップすることができる。積層ヘッド３００を交換すると、使用済み材料ロール３１０を交換する場合の停止時間に比べて、製造システム１００における停止時間を短縮することができる。この点に関し、使用済み材料ロール３１０を交換するのではなく、積層ヘッド３００そのものを交換することで、使用済み材料ロール３１０を交換用材料ロール３１２に交換した後にレイアップ材料３１６を積層ヘッド３００のヘッド部品３０４にかけ通す作業が不要になる。また、製造システム１００が１つ以上のヘッド装着システム２６０を備えることにより、積層ヘッド３００の交換を自律的かつ迅速に行って、製造フローに与える影響を最小限に留めることができるという技術的効果が得られる。
【００６４】
本開示では、製造システム１００の動作は、コントローラ１０６（図２）によって制御することができる。例えば、ヘッド移動システム１７０（図１〜図６）による積層ヘッド３００の移動、各積層ヘッド３００のヘッド部品３０４（図４）の動作、リローディングシステム（図１３〜図１６及び図１７〜図１９）の動作、積層マンドレル１４６をマンドレル待機位置１５２からレイアップセル１２０に、また、マンドレル排出位置１５４（図７〜図８）に移動させる任意の並進移動は、少なくとも部分的には、１つ以上の複合積層材４００の製造用に予めプログラムされたコンピュータ可読のプログラム命令をコントローラ１０６（図２）が実行することで制御することができる。
【００６５】
図１３を参照して簡単に説明すると、製造システム１００のいくつかの例は、操作者が製造システム１００の１つ以上の側面を監視し、及び／又は、制御や介入するための制御ステーション１０８を含む。図示の例では、制御ステーション１０８は、積層経路１２２で囲まれた領域の内側に配置されている。積層経路１２２は、制御ステーション１０８に人が出入りするためのゲート１１０を備える。制御ステーション１０８は、ヘッド移動システム１７０、個々の積層ヘッド３００、待機ベイ２１０、メンテナンスベイ２２０、及び、リローディングベイ２３０の監視及び制御を可能にし、加えて、積層マンドレル１４６がマンドレル待機位置１５２からレイアップセル１２０を通ってマンドレル排出位置１５４に移動する並進移動を監視することができる。
【００６６】
図２０を参照すると、複合積層材４００を製造する方法５００に含まれる処理のフローチャートが示されている。方法５００のステップ５０２は、ヘッド移動システム１７０を用いて、連続するループ状の積層経路１２２に沿って複数の積層ヘッド３００を連続して移動させる。図１に示す例では、本方法は、第１端部１２８及び第２端部１３０において相互に接続された第１側辺部１２４及び第２側辺部１２６を有する積層経路１２２に沿って、複数の積層ヘッド３００を移動させることを含む。積層経路１２２が物理的な軌道システム１７２（図３〜図６）として構成されている例では、製造システム１００は、１つ以上のモータ１８２（図５）を含み、これらモータは、任意の要件として、個々の積層ヘッド３００を独立して、あるいは、積層ヘッド３００の１つ以上のグループとして移動させるよう構成されたコンベヤシステム（図示せず）に係合している。
【００６７】
図１を参照して簡単に説明すると、いくつかの例では、積層経路１２２に沿って複数の積層ヘッド３００を連続して移動させるステップ５０２は、少なくとも１つの積層ヘッド３００が積層経路１２２を少なくとも一周する間に、少なくとも１つの積層ヘッド３００を積層経路１２２の中央部１３２に沿って移動させて、第１側辺部１２４又は第２側辺部１２６のいずれかを迂回させることを含んでもよい。図１において、中央部１３２は、第１端部１２８と第２端部１３０との間に延びており、第１側辺部１２４及び第２側辺部１２６に平行に配置されていてもよい。例えば、第１側辺部１２４又は第２側辺部１２６のうちの一方に配置された積層マンドレル１４６が不要である場合やメンテナンス中である場合に、１つ以上の積層ヘッド３００を中央部１３２に沿って移動させて、第１側辺部１２４又は第２側辺部を迂回させることができる。
【００６８】
積層経路１２２に沿って複数の積層ヘッド３００を連続して移動させるステップ５０２は、積層経路１２２を構成する物理的な軌道システム１７２（例えば、図１及び図１３）に沿って、複数の積層ヘッド３００を連続して移動させることを含む。上述したように、複数の積層ヘッド３００は、図５〜図６に示すように、軌道システム１７２に連結された複数のヘッドキャリジ１８８にそれぞれ支持されている。１つ以上ヘッドキャリジ１８８は、軌道システム１７２に連結されて積層ヘッド３００を軌道システム１７２に沿って移動させるローラ（図示せず）又はスライド機構（図示せず）を含んでもよい。軌道システム１７２は、軌道支持構造体１７４に支持される構成でもよい。積層ヘッド３００を支持するヘッドキャリジ１８８は、軌道システム１７２から懸架された構成でもよい。
【００６９】
複数の積層ヘッド３００を積層経路１２２に沿って連続して移動させるステップ５０２は、物理的な軌道システム１７２に代えて、積層ヘッド３００を積層経路１２２に沿って移動させるように予めプログラムされた、あるいは、そのように制御される複数のヘッド移動ロボット装置２０２（図１０〜図１２）によって複数の積層ヘッド３００を連続して移動させることを含んでもよい。例えば、図１０〜図１２に示して上述したように、積層経路１２２は、１つ以上ヘッド移動ロボット装置２０２を用いて複数の積層ヘッド３００を予めプログラミングされたように移動させることで規定されるものでもよい。本方法は、積層ヘッド３００を積層経路１２２に沿って連続して移動させる際に、積層ヘッド３００を任意の様々なグループに分けて、あるいは、グループ分けせずに移動させることを含んでもよい。積層ヘッド３００を容易に移動できるように、本方法は、１つ以上ヘッド移動ロボット装置２０２が設置されたロボットシステム台２０６を回転させることを含んでもよい。
【００７０】
本方法５００のステップ５０４は、積層ヘッド３００が積層経路１２２を１周以上移動する間に、少なくとも１つの積層マンドレル１４６に対して、あるいは、先に配置されたレイアップ材料３１６に対して、積層ヘッド３００からレイアップ材料３１６を送出し、これにより、所望のプライ積層配列で複合材プライが積層された複合積層材４００を形成することを含む。上述したように、複合積層材４００のプライ積層配列、つまりは、積層経路１２２に沿った積層ヘッド３００の順序は、少なくとも部分的には、完成後の複合積層材の使用について想定される設計荷重の組に基づいて決定される。上述したように、少なくとも１つの積層マンドレル１４６は、積層経路１２２に沿って、及び／又は、積層経路の下に、静止状態で配置してもよい。各積層マンドレル１４６の位置には、積層経路１２２に沿った積層ステーション１４０が形成される。いくつかの例では、本方法は、各積層ヘッド３００が一続きに送出するレイアップ材料３１６の開始位置として指定された位置に積層ヘッド３００が近づくと、積層ヘッド３００を積層マンドレル１４６まで降下させることを含んでもよい。加えて、本方法は、各積層ヘッド３００が一続きに送出するレイアップ材料３１６の終了位置として指定された位置に近づくと、積層ヘッド３００を上昇させて、積層マンドレル１４６から離間させることを含んでもよい。いくつかの例では、本方法は、上述したように、少なくとも１つの積層ヘッド３００については、積層マンドレル１４６へのレイアップ材料３１６の送出を停止、及び、再開させ、残りの積層ヘッド３００については、積層マンドレル１４６へのレイアップ材料３１６の送出を継続させることを含んでもよい。
【００７１】
いくつかの例では、積層ヘッド３００からレイアップ材料３１６を送出するステップ５０４は、複合レイアップ材料又は加工材料のうちの少なくとも１つから成るレイアップ材料３１６を積層ヘッド３００から送出することを含んでもよい。上述したように、複合レイアップ材料は、例えば、ドライレイアップ材料などの繊維強化ポリマー母材、又は、プリプレグテープなどの予備含浸レイアップ材料を含む。複合レイアップ材料３１６の送出に加えて、本方法は、任意の要件として、例えば、金属メッシュや金属箔など、複合材料以外のレイアップ材料３１６を、積層マンドレル１４６に対して、あるいは、積層マンドレル１４６に先に配置されたレイアップ材料３１６対して送出することを含んでもよい。上述したように、本方法は、例えば、粘着性付与フィルム、剥離プライ、又は、複合積層材４００のレイアップ及び／又は加工を促進するその他の任意の加工材料を送出することを含んでもよい。
【００７２】
上述したように、少なくとも１つの積層マンドレル１４６に対して積層ヘッド３００からレイアップ材料３１６を送出するステップ５０４は、積層経路１２２の第１側辺部１２４と、第１側辺部１２４とは反対側の第２側辺部１２６と、のうちの少なくとも１つに沿って配置された積層マンドレル１４６に対してレイアップ材料３１６を送出させることを含む。図１に示すように、第１側辺部１２４及び第２側辺部１２６は、第１端部１２８、及び、この第１端部１２８の反対側に位置する第２端部１３０において互いに接続されている。このような構成において、本方法は、第１側辺部１２４及び第２側辺部１２６に沿って配置されており、第１積層ステーション１４２及び第２積層ステーション１４４をそれぞれ形成する第１積層マンドレル１４８及び第２積層マンドレル１５０に対して、レイアップ材料３１６を送出することを含んでもよい。この点に関し、第１積層ステーション１４２は、第１側辺部１２４に沿って配置され、第２積層ステーション１４４は第２側辺部１２６に沿って配置されている。ただし、上述したように、本方法は、積層経路１２２に沿った任意の位置に配置された任意の数の積層マンドレル１４６に対してレイアップ材料３１６を送出することを含んでもよく、積層経路１２２において互いに反対側に位置する２つの側辺部に配置された第１積層マンドレル１４８及び第２積層マンドレル１５０にレイアップ材料３１６を送出することに限定されない。
【００７３】
図１を参照すると、いくつかの例では、方法５００は、積層経路１２２と、積層経路１２２に接続された待機経路２１２との間で、少なくとも１つの積層ヘッド３００を移動させることをさらに含む。本方法は、待機経路２１２上の少なくとも１つの待機ベイ２１０に、１つ以上の積層ヘッド３００を、積層経路１２２上の１つ以上の積層ヘッド３００の交換用に保管することを含んでもよい。図示の例では、製造システム１００は、積層経路１２２の両端に待機ベイ２１０を含む。各待機ベイ２１０は、積層経路１２２の一部によって形成された連続するループ状の待機経路２１２を有する。加えて、各待機経路２１２は、積層ステーション１４０の外部で積層経路１２２に接続されている。積層経路１２２上のいずれかの積層ヘッド３００の材料ロール３０８が無くなりかけた場合や、異なる材料構成が必要な場合、あるいは、積層ヘッド３００のメンテナンスを行う必要がある場合、該当する積層ヘッド３００を積層経路１２２から待機経路２１２に移動させ、代わりに、待機経路２１２上の積層ヘッド３００を交換用として積層経路１２２に移動させる。
【００７４】
例えば、積層ヘッド３００に対して、待機ベイ２１０で可能なレベルを超えるメンテナンスが必要な場合は、方法５００は、積層経路１２２及び／又は待機経路２１２に接続された引き込み経路２２２を経由して、少なくとも１つの積層ヘッド３００を積層経路１２２又は待機経路２１２からメンテナンスベイ２２０に移動させることを含んでもよい。メンテナンスベイ２２０は、待機ベイ２１０で可能な軽微なメンテナンスや材料補給を超えるレベルの整備を１つ以上の積層ヘッド３００に対して行うために構成されている。例えば、本方法は、メンテナンスベイ２２０において積層ヘッド３００の修理や分解検査を行うことを含んでもよい。本方法は、さらに、メンテナンスベイ２２０において、１つ以上の積層ヘッド３００の材料ロール３０８を交換することを含んでもよい。これに加えて、或いは、これに代えて、本方法は、待機ベイ２１０において、１つ以上のヘッド部品３０４を再構成することを含んでもよい。例えば、本方法は、さらに、積層ヘッド３００における１つ以上ヘッド部品３０４を、積層ヘッド３００に充填する新たな材料構成や異なる材料構成のレイアップ材料３１６に適合したヘッド部品３０４に交換することを含んでもよい。
【００７５】
図１３〜図１６を参照すると、いくつかの例では、方法５００は、積層経路１２２と、リローディング経路２３２を介して積層経路１２２に接続されたリローディングベイ２３０との間で、少なくとも１つの積層ヘッド３００を移動させることをさらに含む。図示の例では、製造システム１００は、積層経路１２２の両端に２つのリローディングベイ２３０を含む。各リローディング経路２３２は、製造システム１００に含まれる１つ以上の積層ステーション１４０の外部で積層経路１２２に接続されている。各リローディング経路２３２は、積層経路１２２の少なくとも一部によって、連続するループ状に形成されている。本方法は、１つ以上の交換用材料ロール３１２をリローディングベイ２３０に保管することを含んでもよい。各リローディングベイ２３０は、交換対象の材料ロール３０８と同じ、又は、異なるレイアップ材料３１６の少なくとも１つの材料ロール３０８を含むことができる。本方法は、さらに、積層経路１２２からリローディングベイ２３０に移動させた積層ヘッド３００に含まれる使用済み材料ロール３１０を交換用材料ロール３１２のうちの１つと交換することを含んでもよい。
【００７６】
引き続き図１３〜図１６を参照すると、積層経路１２２とリローディング経路２３２との間で少なくとも１つの積層ヘッド３００を移動させるステップは、ヘッド移動システム１７０を用いて、積層ヘッド３００のうちの１つをリローディング経路２３２に沿った位置にある材料補給位置２４４（図１４）に移動させ、この材料補給位置において、積層ヘッド３００に含まれる使用済み材料ロール３１０を、リローディング経路２３２に対して固定配置されている材料ホルダ２３４が有する一連の保管位置２４０のうちの空の保管位置２４０（図１４〜図１５）と整列させることを含んでもよい。少なくとも１つの交換用材料ロール３１２をリローディングベイ２３０に保管するステップは、１つ以上の交換用材料ロール３１２を材料ホルダ２３４の保管位置２４０に保管することを含んでもよい。材料ホルダ２３４は、例えば、図１６に示すように、交換用の材料ロール３１２を支持可能なスピンドル２３８として構成された複数の保管位置２４０を含む。
【００７７】
使用済み材料ロール３１０を交換用の材料ロール３１２と交換するステップは、使用済み材料ロール３１０に係合して積層ヘッド３００から取り外し、取り外した使用済み材料ロール３１０を材料ホルダ２３４における空の保管位置２４０に装着することを含む。例えば、補給システムは、使用済み材料ロール３１０を積層ヘッド３００から取り外し、取り外した使用済み材料ロール３１０を材料ホルダ２３４の保管位置２４０に搬送する動作を自律的に行うリローディングロボット装置２５０（図１５〜図１６）を含む。この動作は、例えば、使用済み材料ロール３１０を積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６から、材料ホルダ２３４における保管位置２４０のスピンドル２３８に滑り落とすことで実行される。本方法は、使用済み材料ロール３１０を積層ヘッド３００から取り外した後に、材料ホルダ２３４の保管位置循環システム２４２（図１６）を作動させて、一連の保管位置２４０を移動又は周回させて、交換用材料ロール３１２が入っている保管位置２４０を、材料補給位置２４４に位置する積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６と整列させることを含む。本方法は、次いで、交換用材料ロール３１２を保管位置２４０から取り外し、取り外した交換用材料ロール３１２を積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６に装着することを含んでもよい。例えば、リローディングロボット装置２５０が作動すると、交換用材料ロール３１２を材料ホルダ２３４のスピンドル２３８から滑り落とし、これを積層ヘッド３００の材料供給ドラム３０６に装着する。材料ロール３０８の交換後、ヘッド移動システム１７０は、積層ヘッド３００をリローディング経路２３２から積層経路１２２に復帰させ、少なくとも１つの積層マンドレル１４６へのレイアップ材料３１６の送出を再開させる。
【００７８】
図１７〜図１９を参照して簡単に説明すると、リローディングベイ２３０で積層ヘッド３００の使用済み材料ロール３１０（図１３〜図１６）を交換することに代えて、あるいは、これに加えて、方法５００は、積層経路１２２からリローディングベイ２３０に移動された積層ヘッド３００を交換用積層ヘッド２８０と自律的に交換することを含んでもよい。上述したように、リローディングベイ２３０は、上述した図１３〜図１６のリローディングシステムに代えて、ヘッド装着システム２６０を含む構成でもよい。方法５００は、ヘッド装着システム２６０に１つ以上の交換用積層ヘッド２８０を保管することを含んでもよい。いくつかの例では、各交換用積層ヘッド２８０は、新品の材料ロール３０８を含むか、あるいは、交換用積層ヘッド２８０のレイアップ材料３１６と同じ種類、或いは、異なる種類のレイアップ材料３１６がフルに充填された材料ロールを含むことができる。方法５００は、ヘッド装着システム２６０を用いて、積層ヘッド３００をリローディング経路２３２上のヘッド交換位置２６２（図１７）に移動させることを含んでもよい。加えて、方法５００は、ヘッド搬送機構２６６を用いて、積層ヘッド３００をリローディング経路２３２（例えば、軌道システム１７２）から切り離すことを含んでもよく、これは、例えば、ヘッド搬送機構２６６の入れ子式ビーム２７０を横方向に伸長させて、ヘッド交換位置２６２に位置する積層ヘッド３００のヘッド連結機構２７２に係合させて、積層ヘッド３００を軌道システム１７２から切り離すことで実行できる。
【００７９】
方法５００は、取り外した積層ヘッド２７８を支持する入れ子式ビーム２７０を後退させ、これにより、取り外した積層ヘッド２７８をヘッド装着スタンド２６４側に移動させ、次いで、ヘッド搬送機構２６６を用いて、取り外した積層ヘッド２７８を長尺レール２６８に沿った並進移動により空のヘッドホルダ２７４（例えば、図１７）に移動させる。方法５００は、取り外した積層ヘッド２７８を空のヘッドホルダ２７４に排出して空になったヘッド搬送機構２６６を長尺レール２６８に沿って並進移動させて、ヘッド装着スタンド２６４における他のヘッドホルダ２７４（例えば、図１９）から交換用積層ヘッド２８０を取り出すことを含んでもよい。ヘッド搬送機構２６６は、その後、並進移動してヘッド交換位置２６２と整列する位置に戻り、入れ子式ビーム２７０を横方向に伸長させて、入れ子式ビームが支持している交換用積層ヘッド２８０を、ヘッド連結機構２７２を介してリローディング経路２３２に係合させる。次いで、ヘッド移動システム１７０は、交換用積層ヘッド２８０を積層経路１２２に移動させて、当該積層ヘッドに、積層経路１２２上の他の積層ヘッド３００と連動して、レイアップ材料３１６を送出させる。
【００８０】
図７〜図８を参照して簡単に説明すると、いくつかの例では、方法５００は、製造システム１００に任意の構成として含まれるマンドレル待機位置１５２に、積層マンドレル１４６を保持、あるいは、保管することを含んでもよい。例えば、上述したように、図７〜図８は、レイアップセル１２０の左側にマンドレル待機位置１５２を有する製造システム１００の例を示している。上述したように、レイアップセル１２０は、積層経路１２２と、積層ステーション１４０に配置された１つ以上の積層マンドレル１４６と、を有する。製造システム１００は、１つ以上のマンドレル支持部材１０２を含み、各マンドレル支持部材は、その長さ方向において、マンドレル待機位置１５２から、積層経路１２２の左側にあるマンドレル排出位置１５４まで延びている。本方法は、積層経路１２２上の複数の積層ヘッド３００を用いて積層マンドレル１４６にレイアップ材料３１６を送出する前に、少なくとも１つの積層マンドレル１４６をマンドレル待機位置１５２からレイアップセル１２０内の積層ステーション１４０に移動させることを含んでもよい。いくつかの例では、積層マンドレル１４６は、リニア駆動機構（図示せず）を用いて、マンドレル待機位置１５２から積層ステーション１４０に（例えば、長尺レール１０４に沿って）スライド移動させることができる。あるいは、積層マンドレル１４６は、ロボット装置（図示せず）、自律走行車（図示せず）、コンベヤシステム（図示せず）を用いて移動させることもできるし、及び／又は、積層マンドレル１４６は、手作業で移動させることもできる。マンドレル待機位置１５２は、積層マンドレル１４６を待機させる位置として使用することに加えて、積層マンドレル１４６をレイアップセル１２０内の積層ステーション１４０に移動させる前に、各積層マンドレル１４６にレイアップ材料３１６を付着させるための準備作業を行うための位置として使用することができる。
【００８１】
引き続き図７〜図８を参照すると、方法５００は、レイアップ完了後の複合積層材４００の取り外し、及び／又は、加工を行うために、積層マンドレル１４６を積層ステーション１４０からマンドレル排出位置１５４に移動させることを含んでもよい。上述したように、積層マンドレル１４６は、長尺レール１０４に沿って積層ステーション１４０からマンドレル排出位置１５４に移動させることができる。積層マンドレル１４６を積層ステーション１４０から移動させた後、マンドレル待機位置１５２に位置する次の積層マンドレル１４６を積層ステーション１４０に移動させて、新たな複合積層材４００のレイアップを開始することができる。
【００８２】
上述したように、製造システム１００のいくつかの例では、マンドレル排出位置１５４は、レイアップ完了後の複合積層材４００のトリミングを行うためのトリミングセル１６０として構成することもできる。例えば、図９は、複合積層材４００のトリミングを行うようにオーバヘッドガントリ１６４に支持されたトリミング装置１６２の例を示している。例えば、図８に示すように、本方法は、複合積層材４００をトリミングすることを含んでおり、トリミング装置１６２を作動させて複合積層材４００の側縁をトリミングする。マンドレル排出位置１５４は、複合積層材４００の下流工程において用いられる材料及び／又は部材を複合積層材４００に装着する事前キッティングを行う場所として利用することができる。例えば、上述したように、複合積層材４００の事前キッティングは、ブリーザ布、バギングフィルム、エッジシーリング材、真空機器など、複合積層材４００と一緒に積層マンドレル１４６から取り外す材料及び／又は部材を装備しておくことを含む。積層マンドレル１４６からの取り外し後、本方法は、コンベヤシステム（図示せず）、ロボット装置（図示せず）、自律走行車（図示せず）、又は、その他の手段で積層マンドレル１４６を周回させて、マンドレル排出位置１５４からマンドレル待機位置１５２に復帰させることを含んでもよい。マンドレル排出位置１５４及びマンドレル待機位置１５２において実行される作業のうちの任意の１つ以上は、レイアップセル１２０において１つ以上の積層ステーション１４０に１つ以上の複合積層材４００をレイアップする作業と同時に行うことができる。
【００８３】
図１３を参照して簡単に説明すると、方法５００は、１つ以上の複合積層材４００のレイアップの監視を含め、操作者が制御ステーション１０８において製造システム１００を手動で監視することを含んでもよい。例えば、製造システム１００の動作中、操作者又は技術者は制御ステーション１０８で待機し、操作者が個々の積層ヘッド３００の動作の監視及び／又は制御に加えて、待機ベイ２１０、メンテナンスベイ２２０、及び／又は、リローディングベイ２３０における作業の監視及び／又は制御を行ってもよい。加えて、操作者又は技術者は、上述したようにマンドレル待機位置１５２からレイアップセル１２０へ、また、レイアップセル１２０からマンドレル排出位置１５４（図７〜図８）に積層マンドレル１４６が並進移動ことを監視することができる。制御ステーション１０８によれば、製造システム１００で実行される作業の内の任意の１つを操作者が制御することができる。例えば、制御ステーション１０８は、製造システムにおいて実行される動作のうちの任意の１つにおける１つ以上パラメータを操作者が調整するための制御部を含んでもよい。これに加えて、あるいは、これに代えて、制御ステーション１０８は、１つ以上の複合積層材４００の製造に関する１つ以上の任意の処理の停止及び／又は再開を操作者により操作可能な構成でもよい。
【００８４】
さらに、本開示は、以下に列挙する付記に記載の実施例を含む。
【００８５】
Ａ１．複数の積層ヘッド（３００）と、連続するループ状の積層経路（１２２）を規定するとともに、当該積層経路（１２２）に沿って前記積層ヘッド（３００）を連続して移動させるヘッド移動システム（１７０）と、前記積層経路（１２２）の一部に沿って配置されて第１積層ステーション（１４２）を構成する少なくとも１つの積層マンドレル（１４６）と、を備える製造システム（１００）であって、前記積層ヘッド（３００）が前記ヘッド移動システム（１７０）によって移動されて前記積層経路（１２２）を１周以上する間に、前記積層ヘッド（３００）の各々は、前記少なくとも１つの積層マンドレル（１４６）の上に、又は、前記積層マンドレル（１４６）に先に配置されたレイアップ材料（３１６）の上に、レイアップ材料（３１６）を送出して複合積層材（４００）をレイアップするように構成されている、製造システム。
【００８６】
Ａ２．前記積層経路（１２２）は、第１側辺部（１２４）、及び、当該第１側辺部（１２４）に対向する第２側辺部（１２６）を有し、前記少なくとも１つの積層マンドレル（１４６）は、前記第１側辺部（１２４）及び前記第２側辺部（１２６）のうちの少なくとも１つに沿って配置されている、付記Ａ１に記載の製造システム（１００）。
【００８７】
Ａ３．前記積層経路（１２２）に接続された待機経路（２１２）を有する待機ベイ（２１０）をさらに備え、前記待機ベイ（２１０）は、前記待機経路（２１２）上に１つ以上の積層ヘッド（３００）を保管するよう構成されており、前記ヘッド移動システム（１７０）は、前記積層ヘッド（３００）を前記積層経路（１２２）と前記待機経路（２１２）との間で移動させるよう構成されている、付記Ａ１又はＡ２に記載の製造システム（１００）。
【００８８】
Ａ４．前記待機ベイ（２１０）に接続された引き込み経路（２２２）を有するメンテナンスベイ（２２０）をさらに備え、当該メンテナンスベイ（２２０）は、前記積層ヘッド（３００）のうちの１つ以上に装着された材料ロール（３０８）の保守及び交換のうちの少なくとも１つのために構成されており、前記ヘッド移動システム（１７０）は、前記積層ヘッド（３００）を前記待機経路（２１２）と前記引き込み経路（２２２）との間で移動させるよう構成されている、付記Ａ３に記載の製造システム（１００）。
【００８９】
Ａ５．前記積層経路（１２２）に接続されたリローディング経路（２３２）を有するリローディングベイ（２３０）をさらに備え、前記リローディングベイ（２３０）は、交換用材料ロール（３１２）又は交換用積層ヘッド（２８０）のうちの少なくとも１つを含み、前記交換用材料ロール（３１２）は、前記積層経路（１２２）上の積層ヘッド（３００）における使用済み材料ロール（３１０）と交換するためのものであり、前記交換用積層ヘッド（２８０）は、前記積層経路（１２２）上の積層ヘッド（３００）と交換するためのものであり、前記ヘッド移動システム（１７０）は、積層ヘッド（３００）の使用済み材料ロール（３１０）を交換するために、又は、当該積層ヘッド（３００）を交換するために、当該積層ヘッド（３００）を前記積層経路（１２２）から前記リローディング経路（２３２）に移動させるよう構成されている、付記Ａ１〜Ａ４のいずれかに記載の製造システム（１００）。
【００９０】
Ａ６．前記ヘッド移動システム（１７０）は、前記積層経路（１２２）を規定するとともに、前記積層ヘッド（３００）を支持する軌道システム（１７２）、及び、前記積層ヘッド（３００）を支持して前記積層経路（１２２）に沿って移動させるヘッド移動ロボットシステム（２００）、のうちの１つを含む、付記Ａ１〜Ａ５のうちのいずれかに記載の製造システム（１００）。
【００９１】
Ａ７．少なくとも１つの積層マンドレル（１４６）を保管するよう構成されたマンドレル待機位置（１５２）をさらに備え、前記積層マンドレル（１４６）は、前記マンドレル待機位置（１５２）から前記積層ステーション（１４０）に移動可能である、付記Ａ１〜Ａ６のいずれかに記載の製造システム（１００）。
【００９２】
Ａ８．前記積層ステーション（１４０）から前記積層マンドレル（１４６）及び前記複合積層材（４００）を受け取るよう構成されたマンドレル排出位置（１５４）をさらに備える、付記Ａ７に記載の製造システム（１００）。
【００９３】
Ｂ１．複数の積層ヘッド（３００）と、連続するループ状の積層経路（１２２）を規定するとともに、当該積層経路（１２２）に沿って前記積層ヘッド（３００）を連続して移動させるヘッド移動システム（１７０）と、を備える製造システム（１００）であって、前記積層経路（１２２）は、第１端部（１２８）及び第２端部（１３０）によって相互に接続された第１側辺部（１２４）及び第２側辺部（１２６）を有するものであり、前記製造システムは、さらに、前記第１側辺部（１２４）に沿って配置されて第１積層ステーション（１４２）を構成する第１積層マンドレル（１４８）と、前記第２側辺部（１２６）に沿って配置されて第２積層ステーション（１４４）を構成する第２積層マンドレル（１５０）と、を備え、前記積層ヘッド（３００）が前記ヘッド移動システム（１７０）によって移動されて前記積層経路（１２２）を１周以上移動する間に、前記積層ヘッド（３００）の各々は、前記第１積層マンドレル（１４８）及び前記第２積層マンドレル（１５０）の上に、又は、前記第１積層マンドレル及び前記第２積層マンドレル（１４８、１５０）に先に配置されたレイアップ材料（３１６）の上に、レイアップ材料（３１６）を送出して、前記第１積層マンドレル（１４８）及び前記第２積層マンドレル（１５０）にそれぞれ第１複合積層材（４０２）及び第２複合積層材（４０４）をレイアップするように構成されている、製造システム。
【００９４】
Ｂ２．前記積層経路（１２２）は、前記第１端部（１２８）と前記第２端部（１３０）との間に延びる中央部（１３２）を含み、前記ヘッド移動システム（１７０）は、前記積層ヘッド（３００）のうちの少なくとも１つが前記積層経路（１２２）を少なくとも１周する間に、前記積層ヘッド（３００）を前記中央部（１３２）に沿って移動させて、前記第１側辺部（１２４）又は前記第２側辺部（１２６）のうちの１つを迂回させるよう構成されている、付記Ｂ１に記載の製造システム（１００）。
【００９５】
Ｃ１．ヘッド移動システム（１７０）を用いて、連続するループ状の積層経路（１２２）に沿って複数の積層ヘッド（３００）を移動させることと、前記積層ヘッド（３００）が前記積層経路（１２２）を少なくとも１周する間に、前記積層ヘッド（３００）から少なくとも１つの積層マンドレル（１４６）の上に、又は、先に配置されたレイアップ材料（３１６）の上に、レイアップ材料（３１６）を送出して複合積層材（４００）を形成することと、を含み、前記少なくとも１つの積層マンドレル（１４６）は、前記積層経路（１２２）の一部に沿って配置されており、第１積層ステーション（１４２）を構成するものである、複合積層材（４００）を製造する方法。
【００９６】
Ｃ２．前記積層ヘッド（３００）からレイアップ材料（３１６）を送出するステップは、複合レイアップ材料（３１６）、金属メッシュ、金属箔、及び、加工材料（３１４）のうちの少なくとも１つを含むレイアップ材料（３１６）を前記積層ヘッド（３００）から送出することを含む、付記Ｃ１に記載の方法。
【００９７】
Ｃ３．前記積層ヘッド（３００）から前記少なくとも１つの積層マンドレル（１４６）の上にレイアップ材料（３１６）を送出するステップは、前記積層経路（１２２）の第１側辺部（１２４）、及び、当該第１側辺部（１２４）の反対側に位置する第２側辺部（１２６）のうちの少なくとも１つに沿って配置された前記積層マンドレル（１４６）の上にレイアップ材料（３１６）を送出することを含み、前記第１側辺部（１２４）及び前記第２側辺部（１２６）は、第１端部（１２８）、及び、当該第１端部（１２８）の反対側に位置する第２端部（１３０）によって相互に接続されている、付記Ｃ１又はＣ２に記載の方法。
【００９８】
Ｃ４．前記第１側辺部（１２４）及び前記第２側辺部（１２６）のうちの少なくとも１つに沿って配置された前記積層マンドレル（１４６）の上にレイアップ材料（３１６）を送出することは、前記第１側辺部（１２４）及び前記第２側辺部（１２６）に沿ってそれぞれ配置されて、前記第１積層ステーション（１４２）及び第２積層ステーション（１４４）をそれぞれ構成する第１積層マンドレル（１４８）及び第２積層マンドレル（１５０）の上にレイアップ材料（３１６）を送出することを含む、付記Ｃ３に記載の方法。
【００９９】
Ｃ５．前記積層経路（１２２）に沿って前記複数の積層ヘッド（３００）を移動させるステップは、前記積層ヘッド（３００）のうちの少なくとも１つを、前記積層経路（１２２）の前記第１端部（１２８）及び前記第２端部（１３０）の間に延びる中央部（１３２）に沿って移動させて、前記積層経路（１２２）を少なくとも１周する間に前記第１側辺部（１２４）又は前記第２側辺部（１２６）のうちの１つを迂回させることを含む、付記Ｃ４に記載の方法。
【０１００】
Ｃ６．前記積層ヘッド（３００）のうちの少なくとも１つを、前記積層経路（１２２）と、当該積層経路（１２２）に接続された待機経路（２１２）との間で移動させることと、前記待機経路（２１２）上にある待機ベイ（２１０）に、前記積層経路（１２２）上の前記積層ヘッド（３００）のうちの１つ以上と交換するための１つ以上の積層ヘッド（３００）を保管することと、をさらに含む、付記Ｃ１〜Ｃ５のいずれかに記載の方法。
【０１０１】
Ｃ７．前記待機経路（２１２）と、前記積層ヘッド（３００）のうちの１つ以上の積層ヘッドの保守を行うよう構成されたメンテナンスベイ（２２０）に前記待機経路（２１２）を接続する引き込み経路（２２２）と、の間で、前記積層ヘッド（３００）のうちの少なくとも１つを移動させることをさらに含む、付記Ｃ６に記載の方法。
【０１０２】
Ｃ８．前記積層ヘッド（３００）のうちの少なくとも１つを、前記積層経路（１２２）と、当該積層経路（１２２）に接続されたリローディング経路（２３２）との間で移動させることと、交換用材料ロール（３１２）又は交換用積層ヘッド（２８０）のうちの少なくとも１つを、前記リローディング経路（２３２）上にあるリローディングベイ（２３０）に保管することと、をさらに含むとともに、前記積層経路（１２２）から前記リローディングベイ（２３０）に移動された積層ヘッド（３００）に装着されている使用済み材料ロール（３１０）を前記交換用材料ロール（３１２）と交換するか、前記積層経路（１２２）から前記リローディングベイ（２３０）に移動された積層ヘッド（３００）を交換用積層ヘッド（２８０）と交換するか、のうちのいずれか１つを実行することをさらに含む、付記Ｃ１〜Ｃ７のいずれかに記載の方法。
【０１０３】
Ｃ９．前記積層経路（１２２）に沿って前記複数の積層ヘッド（３００）を連続して移動させるステップは、前記積層経路（１２２）を構成する軌道システム（１７２）に沿って、前記複数の積層ヘッド（３００）を移動させること、及び、複数のヘッド移動ロボット装置（２０２）を用いて、前記複数の積層ヘッド（３００）を移動させること、のうちの１つを含む、付記Ｃ１〜Ｃ８のいずれかに記載の方法。
【０１０４】
Ｃ１０．１つ以上の積層マンドレル（１４６）をマンドレル待機位置（１５２）に保管することと、前記積層ヘッド（３００）を用いて少なくとも１つの積層マンドレル（１４６）の上にレイアップ材料（３１６）を配置する前に、前記少なくとも１つの積層マンドレル（１４６）を前記マンドレル待機位置（１５２）から前記積層ステーション（１４０）に移動させることと、をさらに含む、付記Ｃ１〜Ｃ９のいずれかに記載の方法。
【０１０５】
本開示のさらなる改変及び改良は、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書において説明及び図示した部品の特定の組み合わせは、本開示における特定の実施形態のみを表すことを意図しており、本開示の思想及び範囲内の代替の実施形態又は装置を限定することを意図したものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【外国語明細書】
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