(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コース（４２）をマンドレル（２０）上へ供給して、少なくとも２つ以上のプライ領域を有する複合アイテムを製造する方法において、各プライ（３８）は、
マンドレル（２０）上のプライ（３８）を規定するプライ境界（４０）を決定し（８６）、
テープ（３２）をプライ境界（４０）に関して傾斜角でプライ（３８）上に供給し（８４）、テープ（３２）の前縁（４６）が突合せ切断され、前縁（４６）とプライ境界（４０）は基本的に収斂し、
後縁（４８）を生成するステップ（８８）を含んでおり、後縁（４８）は突合せ切断され（５１）、後縁（４８）とプライ境界（４０）は基本的に収斂しており、
前記各プライの境界（４０）は、プライ傾斜を得るため、互いにオフセットされることを特徴とする方法。
【請求項２】
さらに、オーバーフィル（５２）を生成するステップを含み、オーバーフィルの高さ（５８）は次式、
オーバーフィルの高さ（５８）＝Ｗ（ＳＩＮθ）／ｎ
により決定され、ここでＷはテープ（３２）の幅であり、θはプライ境界（４０）と前縁（４６）との間のラジアンによる入射角であり、ｎ≧１である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、プライ境界（４０）に関して４５゜でテープ（３２）を供給するステップ（８４）を含み、オーバーフィルの高さ（５８）は、次式、
オーバーフィルの高さ（５８）＝Ｗ／（２・２１／２）
により決定され、ここでＷはテープ（３２）の幅である請求項２に記載の方法。
【請求項４】
さらに、アンダーフィル（５４）を生成するステップを含み、アンダーフィルの高さ（６０）はオーバーフィルの高さ（５８）にほぼ等しい請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに、プライ境界（４０）に関して９０゜でテープ（３２）を供給するステップ（８４）を含み、前縁（４６）は基本的にプライ境界（４０）と一致する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記プライ（３８）がオフセットして供給される転移ゾーン（６８）を複合アイテム（３４）に製造するステップを含み、前記転移ゾーンは（６８）は第１の領域（７０）で開始し第２の領域（７２）で終了する領域を規定し、転移ゾーン（６８）は第２の傾斜プライ境界（４０）からオフセットされた第１の傾斜プライ境界（４０）を含む方法であって、
テープ（３２）の第１のセットを第１の傾斜プライ境界（４０）を横切って供給（８４）し、テープ（３２）の各第１のセットは突合せ切断される（５１）それぞれの端部を含み、テープ（３２）の各第１のセットはそれぞれの中心線（５０）を含んでおり、テープ（３２）の各第１のセットにおいて、それぞれの端部とそれぞれの中心線（５０）は基本的に第１の傾斜プライ境界（４０）で収斂し、
テープ（３２）の第２のセットを第２の傾斜プライ境界（４０）を横切って供給するステップ（８４）を含み、テープ（３２）の各第２のセットは突合せ切断される（５１）それぞれの端部を含み、テープ（３２）の各第２のセットはそれぞれの中心線（５０）を含んでおり、テープ（３２）の各第２のセットでは、それぞれの端部とそれぞれの中心線（５０）は基本的に第２の傾斜プライ境界（４０）で収斂し、テープ（３２）の第２のセットのそれぞれの端部は小円鋸歯状のパターンを生成するためにテープ（３２）の第１のセットのそれぞれの端部からオフセットされている請求項１に記載の方法。
【請求項７】
さらに、テープ（３２）の第３のセットをテープ（３２）の第１のセットとテープ（３２）の第２のセットとの間に０゜プライ境界（４０）を横切って供給するステップ（８４）を含み、０゜プライ境界（４０）は第１の傾斜プライ境界（４０）と第２の傾斜プライ境界（４０）の間に配置されている請求項６に記載の方法。
【請求項８】
さらに、テープ（３２）の第４のセットをテープ（３２）の第１のセットとテープ（３２）の第２のセットとの間に９０゜プライ境界（４０）を横切って供給するステップ（８４）を含み、９０゜プライ境界（４０）は第１の傾斜プライ境界（４０）と第２の傾斜プライ境界（４０）の間に配置され、９０゜プライ境界（４０）は０゜プライ境界（４０）、第１の傾斜プライ境界（４０）、第２の傾斜プライ境界（４０）からオフセットされている請求項７に記載の方法。
【請求項９】
マンドレル（２０）上にコース（４２）を与えることによって、少なくとも２つ以上のプライ領域を有する複合アイテムを製造するための装置（１０）において、
マンドレル（２０）上にプライ（３８）を規定するプライ境界（４０）を決定する手段（２４）と、
テープ（３２）をプライ境界（４０）に関して傾斜角でプライ（３８）に供給し、テープ（３２）の前縁（４６）は突合せ切断し（５１）、前縁（４６）とプライ境界（４０）は基本的に収斂する手段（１２Ａ−１２Ｎ）と、
後縁（４８）を生成する手段（１２Ａ−１２Ｎ）とを具備し、後縁（４８）は突合せ切断され（５１）、後縁（４８）とプライ境界（４０）は基本的に収斂し、
各プライの境界（４０）は、プライ傾斜を得るため、互いにオフセットされることを特徴とする装置。
【請求項１０】
さらに、オーバーフィル（５２）を生成する手段を含み、オーバーフィルの高さ（５８）は次式、
オーバーフィルの高さ（５８）＝Ｗ（ＳＩＮθ）／ｎ
により決定され、ここでＷはテープ（３２）の幅であり、θはプライ境界（４０）と前縁（４６）との間のラジアンによる入射角であり、ｎ≧１である請求項９に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
さらに、プライ境界（４０）に関して４５゜でテープ（３２）を供給する手段（１２Ａ−１２Ｎ）を含み、オーバーフィルの高さ（５８）は、次式、
オーバーフィルの高さ（５８）＝Ｗ／（２・２１／２）
により決定され、ここでＷはテープ（３２）の幅である請求項１０に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
さらに、アンダーフィル（５４）を生成する手段を含み、そのアンダーフィルの高さ（６０）はオーバーフィルの高さ（５８）にほぼ等しい請求項１１に記載の装置（１０）。
【請求項１３】
さらに、プライ境界（４０）に関して９０゜でテープ（３２）を供給する手段（１２Ａ−１２Ｎ）を含み、前縁（４６）は基本的にプライ境界（４０）と一致する請求項９に記載の装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合材料アイテムの製造方法およびシステムに関し、特に本発明は複合物の自動積層用システムとその使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合アイテムは典型的に多数の層又はプライから製造される。これらのプライは通常、カーボンファイバ、種々の他のファイバ、金属薄膜または箔等のような種々の材料を含んでいる。さらに、プライは樹脂により（ファイバならば）予め含浸され、または（ホイルならば）被覆されることができ、しばしばロールまたはスプールから分配される。ロールの形態では、複合プライ材料は「テープ」と呼ばれ、裏打ち層を含んでも含まなくてもよい。この裏打ちは通常、樹脂被覆されたか予め含浸されたプライ材料（プレプレグ）がそれ自体に接着することを防止し、テープがツール又はレイアップに与えられるときにテープの処理を助ける。テープはプライを形成するために並んで置かれた多数のコースでツールに与えられる。このテープが広いほど、与えられる必要のあるコースは少なくなる。このようにして、広いテープの使用は通常、載置速度を増加し、複合アイテムの製造速度を上げる。しかしながらテープ幅の増加はテープ切断装置の寸法と複雑性を増加させる可能性がある。
【０００３】
通常の積層マシンでは、テープは配置されるプライのプロフィールを整合するために各プライの始めと最後で切断される。通常、コースの開始プロフィールは先に与えられたコースの最後のプロフィールと整合しない。それ故、通常の積層マシンは次のコースの始めに整合する新しいプロフィールを切断するためにツール又はマンドレルから離れるように動くことを必要とされる。この手順は時間と複合材料を浪費する。さらに切断装置は通常の積層マシンの信頼性が少ないコンポーネントである可能性がある。
【０００４】
したがって、ここで説明した欠点を少なくともある程度まで克服することができる複合アイテムを製造する方法およびシステムを提供することが望ましい。
【発明の開示】
【発明の要約】
【０００５】
前述の要求は本発明の開示により大いに満足され、幾つかの実施形態では積層された複合アイテムを製造するシステムと、このようなシステムを使用する方法が提供される。
【０００６】
本発明の１実施形態はコースをレイアップモールドへ与える方法に関する。この方法では、レイアップモールド上のプライ領域を規定するプライ境界が決定され、複合材料のテープはプライ境界に関して傾斜角でプライ領域上に与えられる。さらに、テープの前縁が突合せ切断され、前縁エッジとプライ境界は基本的に収斂する。さらに、後縁が生成される。後縁は突合せ切断され、後縁エッジとプライ境界は基本的に収斂する。
【０００７】
本発明の別の実施形態は複合アイテムに転移ゾーンを製造する方法に関する。転移ゾーンは第１のスキンゲージで開始し、第２のスキンゲージで終了する領域を規定する。転移ゾーンは第２の傾斜プライ境界からオフセットされた第１の傾斜プライ境界を含んでいる。この方法では、複合材料のテープの第１のセットが第１の傾斜プライ境界を横切って与えられる。テープの各第１のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含み、テープの各第１のセットはそれぞれの中心線を含んでいる。テープの各第１のセットでは、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第１の傾斜プライ境界で収斂する。さらに複合材料のテープの第２のセットは第２の傾斜プライ境界を横切って与えられる。テープの各第２のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含み、テープの各第２のセットはそれぞれの中心線を含んでいる。テープの各第２のセットでは、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第２の傾斜プライ境界で収斂する。テープの第２のセットのそれぞれの端部は小円鋸歯状のパターンを生成するためにテープの第１のセットのそれぞれの端部からオフセットされる。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態は、レイアップモールド上にコースを与える方法を実行するための１組の命令を含むコンピュータソフトウェアが埋設されているコンピュータの読取可能な媒体に関する。この方法では、レイアップモールド上にプライ領域を規定するプライ境界が決定され、複合材料のテープはプライ境界に関して傾斜角でプライ領域に与えられる。さらに、テープの前縁は突合せ切断され、前縁とプライ境界は基本的に収斂する。さらに後縁が生成される。後縁は突合せ切断され、後縁とプライ境界は基本的に収斂する。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態は、複合アイテム中に転移ゾーンを製造する方法を実行するための１組の命令を含むコンピュータソフトウェアが埋設されているコンピュータの読取可能な媒体に関する。転移ゾーンは第１のスキンゲージで開始し、第２のスキンゲージで終了する領域を規定する。転移ゾーンは第２の傾斜プライ境界からオフセットされた第１の傾斜プライ境界を含んでいる。この方法では、複合材料のテープの第１のセットが第１の傾斜プライ境界を横切って与えられる。テープの各第１のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含み、テープの各第１のセットはそれぞれの中心線を含んでいる。テープの各第１のセットでは、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第１の傾斜プライ境界で収斂する。さらに複合材料のテープの第２のセットは第２の傾斜プライ境界を横切って与えられる。テープの各第２のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含んでおり、テープの各第２のセットはそれぞれの中心線を含んでいる。テープの各第２のセットでは、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第２の傾斜プライ境界で収斂する。テープの第２のセットのそれぞれの端部は小円鋸歯状のパターンを生成するためにテープの第１のセットのそれぞれの端部からオフセットされる。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態はコースをレイアップモールド上に与える装置に関する。その装置はレイアップモールド上にプライ領域を規定するプライ境界を決定するための手段と、プライ境界に関して傾斜角でプライ領域上に複合材料のテープを適用する手段とを含んでいる。テープの前縁は突合せ切断され、前縁とプライ境界は基本的に収斂する。さらに装置は後縁を生成する手段を含んでいる。後縁は突合せ切断され、後縁とプライ境界は基本的に収斂する。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態は複合アイテムに転移ゾーンを製造する装置に関する。転移ゾーンは第１のスキンゲージで開始し、第２のスキンゲージで終了する領域を規定している。転移ゾーンは第２の傾斜プライ境界からオフセットされた第１の傾斜プライ境界を含んでいる。装置は、複合材料のテープの第１のセットを第１の傾斜プライ境界を横切って与える手段を含んでいる。テープの各第１のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含み、テープの各第１のセットはそれぞれの中心線を含んでいる。テープの各第１のセットでは、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第１の傾斜プライ境界で収斂する。さらに装置は複合材料のテープの第２のセットを第２の傾斜プライ境界を横切って与える手段を含んでいる。テープの各第２のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含み、テープの各第２のセットはそれぞれの中心線を含んでいる。テープの各第２のセットでは、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第２の傾斜プライ境界で収斂する。テープの第２のセットのそれぞれの端部は小円鋸歯状のパターンを生成するためにテープの第１のセットのそれぞれの端部からオフセットされる。  
特許請求の範囲に記載されている本発明の幾つかの実施形態について以下説明する。 
マンドレル上にコースを与える方法を実行するための１組の命令を含むコンピュータソフトウェアが埋設されているコンピュータが読取可能な媒体は、
マンドレル上にプライを規定するプライ境界を決定し、
テープをプライ境界に関して傾斜角でプライに供給し、テープの前縁は突合せ切断され、前縁とプライ境界は基本的に収斂し、
後縁を生成する各ステップを含み、後縁は突合せ切断され、後縁とプライ境界は基本的に収斂している。 
媒体はさらに、オーバーフィルを生成するステップを含み、オーバーフィルの高さは次式、 
オーバーフィルの高さ＝Ｗ（ＳＩＮθ）／ｎ 
により決定され、ここでＷはテープの幅であり、□はプライ境界と前縁との間のラジアンによる入射角であり、ｎ≧１である。 
さらに、プライ境界に関して４５゜でテープを供給するステップを含み、オーバーフィルの高さは次式、 
オーバーフィルの高さ＝Ｗ／（２・２１／２） 
により決定され、ここでＷはテープの幅である。 
さらに、アンダーフィルを生成するステップを含み、アンダーフィルの高さはオーバーフィルの高さにほぼ等しい。 
さらに、プライ境界に関して９０゜でテープを供給するステップを含み、前縁は基本的にプライ境界と一致している。 
複合アイテムにおいて転移ゾーンを製造するコンピュータの実行可能な方法において、転移ゾーンは第１の領域で開始し第２の領域で終了する領域を規定し、転移ゾーンは第２の傾斜プライ境界からオフセットされた第１の傾斜プライ境界を含んでおり、この方法は、テープの第１のセットを第１の傾斜プライ境界を横切って供給し、テープの各第１のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含み、テープの各第１のセットはそれぞれの中心線を含んでおり、テープの各第１のセットに対しては、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第１の傾斜プライ境界で収斂し、
テープの第２のセットを第２の傾斜プライ境界を横切って供給するステップを含み、テープの各第２のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含み、テープの各第２のセットはそれぞれの中心線を含んでおり、テープの各第２のセットに対しては、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第２の傾斜プライ境界で収斂し、テープの第２のセットのそれぞれの端部は小円鋸歯状のパターンを生成するためにテープの第１のセットのそれぞれの端部からオフセットされている。 
さらに、テープの第３のセットをテープの第１のセットとテープの第２のセットとの間に０゜プライ境界を横切って供給するステップを含み、０゜プライ境界は第１の傾斜プライ境界と第２の傾斜プライ境界の間に配置されている。 
さらに、テープの第４のセットをテープの第１のセットとテープの第２のセットとの間に９０゜プライ境界を横切って供給するステップを含み、９０゜プライ境界は第１の傾斜プライ境界と第２の傾斜プライ境界の間に配置され、９０゜プライ境界は０゜プライ境界、第１の傾斜プライ境界、第２の傾斜プライ境界からオフセットされている。 
複合アイテムにおいて転移ゾーンを製造する装置は、転移ゾーンは第１の領域で開始し第２の領域で終了する領域を規定し、転移ゾーンは第２の傾斜プライ境界からオフセットされた第１の傾斜プライ境界を含んでおり、
装置は、テープの第１のセットを第１の傾斜プライ境界を横切って供給する手段を具備し、テープの各第１のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含み、テープの各第１のセットはそれぞれの中心線を含んでおり、テープの各第１のセットに対しては、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第１の傾斜プライ境界で収斂し、
装置はさらに、テープの第２のセットを第２の傾斜プライ境界を横切って供給する手段を具備し、テープの各第２のセットは突合せ切断されるそれぞれの端部を含み、テープの各第２のセットはそれぞれの中心線を含んでおり、テープの各第２のセットに対しては、それぞれの端部とそれぞれの中心線は基本的に第２の傾斜プライ境界で収斂し、テープの第２のセットのそれぞれの端部は小円鋸歯状のパターンを生成するためにテープの第１のセットのそれぞれの端部からオフセットされている。 
さらに、テープの第３のセットをテープの第１のセットとテープの第２のセットとの間に０゜プライ境界を横切って供給する手段を具備し、０゜プライ境界は第１の傾斜プライ境界と第２の傾斜プライ境界の間に配置されている。 
さらに、テープの第４のセットをテープの第１のセットとテープの第２のセットとの間に９０゜プライ境界を横切って供給する手段を具備し、９０゜プライ境界は第１の傾斜プライ境界と第２の傾斜プライ境界の間に配置され、９０゜プライ境界は０゜プライ境界、第１の傾斜プライ境界、第２の傾斜プライ境界からオフセットされている。 
複数のコースを第１の厚さを有する第１の領域から第２の厚さを有する第２の領域への転移ゾーンに沿って与えるための自動化されたテープ積層装置は、
テープの幅、第１の領域のコース数、第２の領域のコース数、コースの厚さに基づいて転移ゾーンの幅を決定し、さらに複数のコースの各コースのオーバーフィルの高さを決定するプロセッサと、
テープを与え、テープは突合せ切断される配置ヘッドと、
オーバーフィルの高さに応答して配置ヘッドを配置する位置付け装置とを具備し、配置ヘッドはテープをオーバーフィルの高さにしたがって配置し、位置付け装置は転移ゾーンのエッジに関して傾斜角で配置ヘッドを動かすように構成されている。
【００１２】
したがって、ここでのその詳細な説明が良好に理解され、技術に対する本発明の貢献がより良好に認識されることができるように、本発明のある実施形態についてここで広く概要を説明する。勿論、以下説明し、特許請求の範囲の主題を形成する付加的な実施形態を説明する。
【００１３】
これに関して、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、種々の実施形態は構造の詳細および以下の説明で説明されるか図面に示されているコンポーネントの構成に対するその応用によって限定されないことが理解されよう。種々の実施形態は説明したものに加えて実施形態を可能にし、種々の方法で実施および実行することができる。また、ここで使用されている語句および用語は要約と同様に説明のためのものであり、発明の限定として考えられるべきではないことが理解されよう。
【００１４】
このようにして、当業者はこの説明が基礎としている概念が本発明のいくつかの目的を行うための他の構造、方法、システムの設計の基礎として容易に使用されることができることを認識するであろう。それ故、特許請求の範囲は本発明の技術的範囲を逸脱しない限りでこのような等価構造を含むと考えられることが重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は幾つかの実施形態において複合アイテムを製造するためにプライを配置するシステムと、このシステムの使用方法を提供する。種々の実施形態では、システムは例えば自動化されたファイバ配置（ＡＦＰ）マシン、平面テープ積層マシン（ＦＴＬＭ）、数値制御（ＮＣ）の外形テープ積層マシン（ＣＴＬＭ）、マルチヘッドテープ積層マシン（ＭＨＴＬＭ）等のような自動化された積層装置を含んでいる。この積層装置は、マンドレル、レイアップモールド又はツール上に複合材料のプライを配置するために１以上の分配ヘッドを含んでいる。さらに積層装置は複合材料を切断するための切断装置を含んでいる。
【００１６】
１実施形態を図面を参照して説明し、類似の参照符合は全体を通して類似の部分を指している。図１は１実施形態によるマルチヘッドテープ積層マシン（ＭＨＴＬＭ）10のブロック図である。図１に示されているように、ＭＨＴＬＭ10は位置付け装置14A-14Nのそれぞれのセットにより位置付けられる配置ヘッド12A-12Nのセットを含んでいる。配置ヘッド12A-12Nは基板18上に複合材料を配置16A-16Nするように構成されている。基板18はマンドレル20または他のこのような形態および／またはツールの表面を含んでいる。さらに、基板18はマンドレル20上に任意の先に与えられた複合材料、粘着剤等を含むことができる。マンドレル20は回転されるか、その他の方法で駆動装置22により位置付けられる。駆動装置22および／または位置付け装置14A-14Nは制御装置24により制御される。制御装置24は複合アイテムを製造するためのコンピュータが読取可能な命令を含んでいるファイル26にアクセスする。
【００１７】
図２は１実施形態によるマルチヘッドテープ積層マシン（ＭＨＴＬＭ）10の斜視図である。図２に示されているように、ＭＨＴＬＭ10は基板18に関して配置ヘッド12A-12Nを位置付けるためのフレーム30をそれぞれ含んでいる。フレーム30と基板18は相互に関して方向ＡとＢで移動するように構成されている。さらに各配置ヘッド12A-12Dは相互および／またはフレーム30に関して１以上の自由軸を独立して有することができる。例えば各配置ヘッド12A-12Dは約５、６個等の軸について独立して動くことができる。このようにして配置ヘッド12A-12Nの幾つか又は全ては基板18上にそれぞれの条帯又はテープ32を配置するように構成される。テープ32は複合アイテム34を製造するための任意の適切な材料を含んでいる。適切な材料の例は金属ホイル、薄膜、ファイバ等を含んでいる。これらの材料は樹脂で被覆されるか含浸されてもよい。特別な例では、テープ32は熱硬化性樹脂（プレプレグ）で予め含浸されているカーボンファイバを含んでいる。別の例では、テープ32は樹脂で被覆されているチタニウムホイルを含んでいる。複合アイテム34はテープ32で製造されることができる任意の適切なアイテム又は部品を含んでいる。特別な例は航空機の翼および胴体コンポーネントを含んでいる。
【００１８】
図３は図１に示されている実施形態により使用するのに適したプライ38の概略図である。図３に示されているように、プライ38はプライ38のエッジを規定するプライ境界40を含んでいる。プライ38はプライ境界40の線に関して約４５゜で配向されている複数のコース42を含んでいることに注意する。プライ38はさらに隣接するコース42間に配置されている複数のコースインターフェース44を含んでいる。コース42は通常、前縁46と後縁48を含んでいる。４５゜が図３に示されているが、コース42はプライ37または基板18に関して任意の適切な角度で配向されることができる。例えばコース42は０゜、９０゜、＋／−４５゜等で配向されることができる。０゜と９０゜で配向されるとき、テープ32の前縁46と後縁48はプライ境界40と基本的に一致するように位置されることができる。このように、０゜と９０゜のコースの配向は比較的簡単であり、したがってここではさらに説明しない。１実施形態では、任意の傾斜角または０゜と９０゜以外の方向で、前縁46と後縁48の一方又は両者の幾つかの位置が図３に示されているようにプライ境界40を越えて延在することができる。
【００１９】
図４は図１に示されている本発明の実施形態により使用するのに適したプライ38の詳細図である。図４に示されているように、テープ32は中心線50を含んでいる。種々の実施形態では、前縁46および／または後縁48は突合せ切断される。即ち突合せ切断51はテープ32の中心線50にほぼ垂直に行われる。１実施形態では、テープ32は中心線50、プライ境界40、前縁46または後縁48が基本的に収斂するか交差するようにプライ38上に位置付けられる。このように、テープ32の一部又はコーナーはプライ境界40の一方の側面に延在し、オーバーフィル52とアンダーフィル54を生じる。テープ32が４５゜でプライ境界40に与えられる特別な例では、テープ32は幅（Ｗ）56を含み、オーバーフィル52は次式により説明されることができる高さ（ｈ）58を含んでいる。  
ｈ＝Ｗ／（２・２１／２）    式１  
前述の式１を使用して、３インチ（７．６２ｃｍ）の幅56であるならば、高さ58は約１．０６インチ（２．６９ｃｍ）に等しい。同様に、アンダーフィル54の高さ60は基本的に高さ58に等しい。通常、任意の傾斜角で、高さ58と60は次式により説明されることができる。  
ｈ＝Ｗ（ＳＩＮθ）／ｎ    式２
ここで□はプライ境界40と前縁または後縁46／48との間の（ラジアンによる）入射角であり、ｎ≧１である。これに関して、配置ヘッド12A-12Nのテープ切断機構にしたがって、前縁46および後縁48は中心線50に関して約８０゜から約１００゜で切断されることができる。特に、前縁46および後縁48は中心線50に関して約８５゜から約９５゜で切断されることができる。この９０゜からの分散と、切断が行われるときにテープ32が移動する速度は切断アセンブリの設計に関連される。さらに１以上であるｎに関して、前縁46および／または後縁48はプライ境界40に沿った任意の適当な位置に配置されることができる。特定の応用にしたがって、ｎは特別な値に設定されることができる。しかしながら、他の応用ではｎ（即ち前縁46／後縁48がプライ境界40とオーバーラップする量）はプライからプライで、または与えられたプライ内で変化する可能性がある。特別な例では、ｎ＝２が約５０％のオーバーラップで生じる。この例では、前縁46／後縁48、プライ境界40、中心線50は全て基本的に収斂する。
【００２０】
図５は図１に示されている本発明の実施形態により使用するのに適したプライ配置方式の概要66を示している。プライ配置の概要66は転移ゾーン68に沿って複数のプライ38A-38Nを配置するために使用されることができる。転移ゾーン68は第１の厚さまたは「スキンゲージ」を有する複合アイテム34（図２に示されている）の第１の領域70と第２のスキンゲージを有する複合アイテム34の第２の領域72との間のインターフェースを規定する。第１の領域70と第２の領域72との間のスキンゲージの差はプライ38A-38Nの数を変更することにより実現される。即ち複合アイテム34上に比較的強力又は厚い領域を生成するために、比較的多数のプライ38A-38Nが基板18に与えられる。プライ38A-38Nは転移ゾーン68を横切って隔てられているそれぞれのプライ境界40A-Nを含んでいる。さらにプライ38A-38Nは図５に示されているようにずらされており、それによって前縁と後縁46／48および／またはインターフェース44は一致しない。この小円鋸歯状部または間隔および、ずれは転移ゾーン68を容易にするか平滑にする。このようにして、構造的に正常で、表面的に魅力があり、および／または航空力学的に好ましい転移は迅速および効率的に生成されることができる。
【００２１】
プライ境界40が実質的なトリム外（例えばその後の処理で切断される領域外）である応用では、１つのプライ38が複合アイテム34の他のプライ38と相互作用することに問題はない。しかしながら多くのプライ38が短い距離内で終端される転移ゾーン68または他のプライ傾斜領域では、複合アイテム34の厚さを通じての小円鋸歯状部の相互作用は比較的より重要である。プライ傾斜は典型的に２０：１の比で胴体構造で生じる。したがってプライの厚さ０．００７４インチ（０．１８８ｍｍ）であるならば、プライ境界40A-40Nは０．００７４＊２０＝０．１４８インチ（３．７６ｍｍ）離れて位置されることができる。
【００２２】
図５に示されている特定の実施形態では、転移ゾーン68は４つの＋／−４５゜プライ38A-38D（２つの＋４５゜と２つの−４５゜）を含んでいる。明瞭にする目的で転移ゾーン68内に位置されることができる０゜および／または９０゜プライは示されていない。しかしながらプライからプライの典型的なプライ配向シーケンスは４５゜／９０゜／−４５゜／０゜である。存在するならば、プライ38A-38D間に位置されているこれら又は他のプライはそれぞれプライ境界40A-40Dの間に入るプライ境界を有する。特定の例では、０゜プライがプライ38Aとプライ38Bとの間に配置されるならば、０゜プライはプライ境界40Aと40Bとの間の距離の約１／２に配置されるプライ境界を含むことができる。９０゜プライがプライ38Bと38Cとの間に配置されるならば、その９０゜プライはプライ境界40Bと40Cとの間の距離の約１／２のプライ境界を含むことができる。プライ境界40A-40Nの間隔はプライ傾斜比により決定される。航空宇宙応用の典型的な傾斜比は約２０：１等を含んでいる。しかしながら、本発明の種々の実施形態は任意の適切な傾斜比を含んでいる。
【００２３】
本発明の実施形態の利点は、比較的簡単にされた切断によって、通常のテープ配置装置と比較するときヘッドの複雑性が減少されることができることである。切断を簡単にすることによって、複合レイアップマシンの生産性を劇的に増加するためにヘッドの信頼性および単一のマシンで多数のヘッドを使用する能力を増加できる。対照的に、通常のテープ配置マシンの転送ヘッドは多数のヘッドを一時に使用には十分の信頼性はない。
【００２４】
種々の実施形態の付加的な利点は、比較的広いテープが使用されることである。通常のファイバ配置マシンにより使用されるテープと比較するとき、比較的広いテープの使用はより頑丈な機構、改良されたヘッドの信頼性、単一のマシンにより配置されることができる材料の全体の幅の増加を生じ、マシンの生産性と信頼性を劇的に改良する。
【００２５】
さらに別の種々の実施形態の利点は、前縁および後縁46／48が基本的に同じであることである。通常のプライ配置装置では、後縁をプライ境界に正確に一致するように切断した後、配置ヘッドは次のコースの始めに一致する前縁プロフィールを切断するために配置領域外に移動しなければならない。通常のプライ配置装置のこのプロセスは時間と材料を浪費する。本発明の実施形態は基本的に同じである前縁および後縁46／48を有するために、この時間消費動作を省略し、これらの高価な材料を浪費しない。
【００２６】
本発明の種々の実施形態のさらに別の利点は、既存の複合アイテムが既存の製造命令に対してほとんど又は全く変更がなく本発明の実施形態により製造されることができることである。特に、内部モールド線（“ＩＭＬ”）ツーリングおよび／または半硬化外部モールド線（“ＯＭＬ”）ツーリングまたは７８７胴体コンポーネントで使用されるような当てシートにより製造される部分は本発明の実施形態により製造されることができる。ＩＭＬツール表面はＯＭＬが平滑の条帯であることができるようにプライの厚さ変化に整合するように刻まれる。これらおよび他の例では、複合材料の不適切な位置は許容可能な限度を超えたＯＭＬ表面変化を生じる。したがって本発明の実施形態は通常のファイバ配置マシン用に設計されたプライ境界に対する任意の実質的な変更なく、ファイバ配置プロセスを直接的に置換するとき許容可能なＯＭＬ表面および積層品質を生成するために材料またはプライの配置の十分な制御を行う。
【００２７】
図６は１実施形態によるテープコースを配置する方法80のフロー図である。この方法60の開始前に、種々の準備が行われることができる。例えばステップ82で、図２に示されているＭＨＴＬＭ10のようなシステムが獲得され、種々の開始前の準備が行われることができる。開始前の準備の例は、複合アイテム34の設計と、複合アイテム34に対応するファイル26の生成と、複合アイテム34で必要とされるマンドレル20の生成と、テープ32のような製造材料の獲得等のうちの１以上を含む可能性がある。図６に示されているように、方法80はＭＨＴＬＭ10のようなシステムを提供するのに応答して開始される。
【００２８】
ステップ84で、テープ32はマンドレル20に供給される。例えばファイル26はプライ境界40A-40Nを決定するためにアクセスされる。これらのプライ境界40A-40Nに基づいて、駆動装置22および／または位置付け装置14A-14Nは配置12A-12Nを位置付けるために制御装置24により制御される。その後、配置ヘッド12A-12Nはテープ32を配置又は供給するように制御される。
【００２９】
ステップ86で、１以上の配置ヘッド12A-12Nが最終点又はプライ境界40A-40Nに接近しているか否かを決定する。例えばファイル26はアクセスされ、配置ヘッド12A-12Nの現在位置はプライ境界40A-40Nと比較されることができる。１以上の配置ヘッド12A-12Nが最終点又はプライ境界40A-40Nに接近しているという決定に応答して、テープ32はステップ88で切断されることができる。そうでなければ、配置ヘッド12A-12Nはステップ84でテープ32を配置し続けるように制御されることができる。
【００３０】
ステップ88で、テープ32が切断される。例えば制御装置24はプライ境界40A-40Nの接近に応答してテープ32を切断するために配置ヘッド12A-12Nを制御できる。本発明の種々の実施形態では、切断は突合せ切断である。即ち切断はテープ32の中心線50に対してほぼ垂直である。１実施形態では、切断はテープ32が基板18上に配置されるとき切断または後縁48がプライ境界40A-40Nと一致するように時間を調節されることができる。
【００３１】
ステップ90でレイアップが完成されたことが決定される。例えばファイル26はさらに任意の命令が存在するかまたはファイルの端部（“ＥＯＦ”）識別子が到達されたかを決定するためにアクセスされる。レイアップが完成されたことが決定されたならば、複合アイテム34はステップ170で硬化される。レイアップが完成されていないことが決定されたならば、テープはステップ84で与えられることができる。
【００３２】
ステップ92で、複合アイテム34が硬化される。例えば複合アイテムが配置されるのはテープ32で樹脂を硬化するための加熱および／または加圧環境である。
【００３３】
ステップ90に続いて、ＭＨＴＬＭ10は再度方法80を開始するように制御されるまでアイドル又は停止することができる。
【００３４】
本発明の多くの特徴および利点は詳細な説明から明白であり、したがって特許請求の範囲により開示の技術的範囲内に入る全てのこのような特徴および利点をカバーすることを目的としている。さらに、多数の変形および変化が当業者に容易に行われるので、種々の実施形態を説明し記載された正確な構造および動作に限定することは望ましくなく、種々の実施形態の技術的範囲に入る全ての適切な変形および等価物が使用される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】１実施形態によって使用するのに適したテープ積層マシンのブロック図。
【図２】１実施形態によって使用するのに適したテープ積層マシンの斜視図。
【図３】図１に示されている実施形態によって使用するのに適したプライの図。
【図４】図１に示されている実施形態によって使用するのに適したプライの詳細図。
【図５】図１に示されている実施形態によって使用するのに適したプライ配置の概要図。
【図６】１実施形態によるテープコースを配置する方法のフロー図。
【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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