(57)【要約】      （修正有）【課題】自動化バイアスプライ材料準備装置及び方法を提供する。【解決手段】材料準備装置１００はバイアスプライ組立体１０５と、素材組立体１０３と、適用ヘッド１３０とを有する。バイアスプライ組立体１０５は第１の経路に沿ってバイアスプライ支持材料１４６を通過させるように形状づけられる。素材組立１０３は選択された角度で第１の経路と交差する第２の経路に沿って素材を通過させるように形状づけられる。素材は素材の縁部に関して第１の方位を持つ繊維を有する樹脂で予め含漬された繊維補強材料（プレプレグ）を含む。適用ヘッド１３０は、形成されたバイアスプライ１５８の縁部に関して第２の異なる方位を有するプレプレグの繊維を備えたバイアスプライ１５８を形成するために、第１の経路が第２の経路と交差するような位置において、素材からのプレプレグをバイアスプライ支持材料１４６へ移送するように形状づけられる。【選択図】図１
2014073911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料準備装置において、
第1の経路に沿ってバイアスプライ支持材料を通過させるように形状づけられたバイアスプライ組立体と；
選択された角度で上記第１の経路と交差する第2の経路に沿って、素材の縁部に関して第1の方位での繊維を有する樹脂で予め含漬された繊維補強材料（プレプレグ）を含む素材を通過させるように形状づけられた素材組立体と；
形成されたバイアスプライの縁部に関して第2の異なる方位を有する上記プレプレグの繊維を備えたバイアスプライを形成するように、上記第1の経路が上記第2の経路と交差する位置において、素材からのプレプレグをバイアスプライ支持材料へ移送するように形状づけられた適用ヘッドと；
バイアスプライ支持材料を通過するように上記バイアスプライ組立体を制御し、さらに、素材を通過するように上記素材組立体を制御し、さらにまた、プレプレグの移送時に上記適用ヘッドを制御するように形状づけられたコントローラと；
前記バイアスプライ支持材料のロールを保持するためのバイアスプライ支持材料巻き出し部と；
形成されたバイアスプライのロールを保持するためのバイアスプライ巻き取り部と；
前記バイアスプライ支持材料巻き出し部を回転させ、同巻き出し部に適正にテンションをかけるためのバイアスプライ支持材料巻き出しテンションモータであり、前記バイアスプライ支持材料巻き出しテンションモータ及び上記バイアスプライ巻き取りテンションモータが少なくとも部分的に上記コントローラにより制御される、バイアスプライ支持材料巻き出しテンションモータと；
前記コントローラと通信を行うバイアスプライ支持材料テンションセンサと；
コントローラと通信を行うバイアスプライ支持ロール直径センサと；
を有し、上記コントローラが、バイアスプライ支持材料内で所望のテンションを達成するために、上記バイアスプライ支持材料テンションセンサ及び上記バイアスプライ支持ロール直径センサのうちの少なくとも一方からの通信に基づいて、上記バイアスプライ支持材料巻き出しテンションモータ及び上記バイアスプライ巻き取りテンションモータを制御するように形状づけられ、
上記バイアスプライ組立体がさらに、
バイアスプライ支持材料に係合し、上記バイアスプライ支持材料巻き出し部に関して選択された距離を移動するように形状づけられた巻き出しアキュムレータと；
形成されたバイアスプライに係合し、上記バイアスプライ巻き取り部に関して選択された距離を移動するように形状づけられた巻き取りアキュムレータと；
を有し、
上記コントローラがバイアスプライ支持材料及び形成されたバイアスプライ内の所望のテンションを少なくとも部分的に制御するために上記巻き出しアキュムレータ及び上記巻き取りアキュムレータの位置決めを使用する、装置。
【請求項２】
素材支持材料を切断せずに素材のプレプレグを選択的に切断するように形状づけられたカッタと、
前記バイアスプライ支持材料を通過させる真空コンベヤと、
形成されたバイアスプライを選択された幅を有する選択された数のストリップに分割するように結合されたスリッタ装置とを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記素材組立体がさらに、
素材を供給するように形状づけられた素材巻き解き部と；
素材から素材支持材料を巻き戻すように形状づけられた素材支持材料巻き戻し部と；
上記素材巻き解き部を回転させるための素材巻き解きテンションモータと；
上記素材支持材料巻き戻し部を回転させるための素材支持材料巻き戻しテンションモータと；
上記コントローラと通信を行い、素材内のテンションを感知するように形状づけられた送りテンションセンサと；
上記コントローラと通信を行う素材ロール直径センサと；
を更に有し、
上記素材巻き解きテンションモータ及び上記素材支持材料巻き戻しテンションモータが上記コントローラにより少なくとも部分的に制御され、
上記コントローラが、素材及び素材支持材料内で所望のテンションを達成するために、上記送りテンションセンサ及び上記素材ロール直径センサのうちの少なくとも一方からの通信に少なくとも部分的に基づいて、上記素材巻き解きテンションモータ及び上記素材支持材料巻き戻しテンションモータを制御するように形状づけられる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
素材の移動距離を決定するように形状づけられ、上記コントローラと通信を行う送り距離検出器；
バイアスプライ支持材料の移動距離を決定するように形状づけられ、上記コントローラと通信を行うバイアスプライ支持材料距離検出器；
バイアスプライ支持材料の整合を監視するように形状づけられ、上記コントローラと通信を行うバイアスプライ整合センサ；
素材の整合を監視するように形状づけられ、上記コントローラと通信を行う素材整合センサ；
形成されたバイアスプライ内の欠陥を検出するように形状づけられた欠陥検出器；及び
バイアスプライ支持材料の接着特性を増大させるように形状づけられた支持材料処理装置；
のうちの少なくとも１つをさらに有し、
上記コントローラが、上記送り距離検出器及び上記バイアスプライ支持材料距離検出器からの通信に基づいて、バイアスプライ支持材料上での素材の配置を制御し、
上記コントローラが、上記バイアスプライ整合センサからの通信に少なくとも部分的に基づいて、上記準備装置の作動を制御し、
上記コントローラが、上記素材整合センサからの通信に少なくとも部分的に基づいて、上記準備装置の作動を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動化バイアスプライ準備装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合積層構造体の形成においては、予め含漬した材料（プレプレグ）(pre-preg)の層は典型的には、複合積層構造体を形成するために、互いに重ねて配置され、圧縮され、熱凝結（硬化又は溶融）される。プレプレグは樹脂系と一緒に接着された炭素、ガラス、アラミド等のような補強繊維で作られる。しばしば、所望の積層特徴を達成させるために、プレプレグのプライは積層構造特性に仕立てるために互いに関して異なる方位を有する繊維で積層される。たとえば、高強度低重量の複合形状構造体を形成するための応用においては、他の層とは異なる繊維方位を有する1又はそれ以上の異なる層で、工具上において一度にプレプレグの1つの層を適用及び形成することが望ましいことがある。しかし、プレプレグ（樹脂で予め含漬された繊維補強材料）は典型的には０°テープ（すべての繊維がプレプレグのロールの縁部に関して１つの方向に方位決めされたもの）として、又は０／９０布（連続的な繊維が巻き取り(roll-up)方向（０°）で；不連続的な織った又は縫った繊維が巻き取り方向に対して横断する方向（９０°）に延びるもの）として製造によってのみ供給される。層が異なる繊維方位を有する、プレプレグの連続する層が長くて狭い構造体上で自動的に適用及び形成できるように、多くの異なる繊維方位を有するプレプレグ供給ロールを形成する有効な方法を有することが望ましい。連続的なロールフォーマットにおいて必要な、０°及び０／９０°以外の普通の方位の例は、これらに限定されないが、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°、１３５°及び１５０°を含む。これらに限定されないが、４５／１３５、６０／１５０、３０／１２０を含む、これらの方位の組み合わせも必要である。
【０００３】
上述の理由のため、及び、この明細書を読んで理解したときに当業者にとって明白となるような後述の他の理由のため、当業界においては、選択された方位での繊維を有する材料の連続的なバイアスプライロールを自動的に形成する方法及び装置が要求される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
現在のシステムの上述の問題は本発明の実施の形態により解決され、以下の明細書を読んで研究することにより理解できよう。以下の要約は単なる例であって、限定を意味するものではない。本発明の態様のいくつかを理解する際に読者を補助するためにのみ提供される。
【０００５】
１つの実施の形態においては、材料準備装置が提供される。材料準備装置はバイアスプライ組立体と、素材組立体と、適用ヘッドと、コントローラとを含む。バイアスプライ組立体は第１の経路に沿ってバイアスプライ支持材料を通過させるように形状づけられる。素材組立体は選択された角度で第１の経路と交差する第２の経路に沿って素材を通過させるように形状づけられる。素材は素材の縁部に関して第１の方位を持つ繊維を有する樹脂で予め含漬された繊維補強材料（プレプレグ）を含む。適用ヘッドは、形成されたバイアスプライの縁部に関して第２の異なる方位を有するプレプレグの繊維を有するバイアスプライを形成するために、第１の経路が第２の経路と交差する位置で、素材からのプレプレグをバイアスプライ支持材料に移送するように形状づけられる。コントローラはバイアスプライ支持材料を通過させるためにバイアスプライ組立体を制御するように形状づけられる。コントローラはさらに、素材を通過させるために素材組立体を制御するように形状づけられる。コントローラはさらにまた、プレプレグの移送の際に適用ヘッドを制御するように形状づけられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は本発明の１つの実施の形態の材料準備機械の側面斜視図である。
【図２】図２は本発明の１つの実施の形態の異なる可能な方位を示す材料準備機械の頂面図である。
【図３Ａ】図３Ａはバイアスプライを形成する本発明の１つの実施の形態の適用ヘッドの側面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂはバイアスプライを形成する本発明の１つの実施の形態の適用ヘッドの側面図を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃはバイアスプライを形成する本発明の１つの実施の形態の適用ヘッドの側面図を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄはバイアスプライを形成する本発明の１つの実施の形態の適用ヘッドの側面図を示す。
【図３Ｅ】図３Ｅは本発明の１つの実施の形態のカッタの拡大図である。
【図４】図４は本発明の１つの実施の形態の材料準備機械のブロック線図である。
【図５】図５は本発明の１つの実施の形態のプロセスフロー図である。
【図６】図６は本発明の別の実施の形態の材料準備機械の側面斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは図６の材料準備機械の適用ヘッドの第１の側面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは図６の材料準備機械の適用ヘッドの第２の側面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは本発明の１つの実施の形態の適用ヘッドの作動を示す図である。
【図８】図８は図６の材料準備機械のバイアスプライ組立体部分の側面斜視図である。
【図９】図９Ａないし９Ｃは本発明の１つの実施の形態のテーブルウエブ制御システムを示す図である。
【図１０】図１０は本発明の１つの実施の形態のスリッタ装置を備えたＭＰＭ機械の別の実施の形態の側面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
普通の慣行に従い、種々の説明する特徴は実寸では描かないが、本発明に関連する特定の特徴を強調するように描く。図面及び明細書にわたって、同様の符号は同様の素子を示す。
【０００８】
以下の詳細な説明において、その一部を形成し、本発明を実践できる特定の実施の形態を例示として示す添付図面を参照する。これらの実施の形態は当業者なら本発明を実践できるのに十分なほど詳細に説明するが、他の実施の形態を利用できること、及び、本発明の精神及び要旨から逸脱することなく変更が可能であることを理解すべきである。それゆえ、以下の詳細な説明は限定的な意味としてとるべきではなく、本発明の要旨は特許請求の範囲及びその等価事項によってのみ規定される。
【０００９】
本発明の実施の形態は、製造からのロールに関して選択された繊維方位の（０°単方向テープ（ユニテープ）又は０／９０布のような）プレプレグ材料をロールに関して異なる選択された方位での繊維を有するバイアスプライに自動的に変換する装置及び方法を提供する。図１を参照すると、１つの実施の形態の材料準備装置１００を示す。材料準備装置１００は一般に材料準備機械（ＭＰＭ）として参照することができる。ＭＰＭ１００はＭＰＭ１００の作動を制御する制御システム１０２を含む。以下、制御システム１０２をさらに説明する。ＭＰＭ１００はまた素材組立体１０３及びバイアスプライ組立体１０５を含む。素材組立体１０３は素材材料（一般にユニテープ又は０／９０布）１１６のロールを含む。素材１１６は（図３Ａないし３Ｄに示す）素材支持材料１１７及び樹脂で予め含漬された繊維補強材料（プレプレグ）３００を含む。プレプレグは、（ロールの縁部に平行な）材料の縁部に対して典型的には０°の方位の繊維と、熱により硬化又は溶融される樹脂とを含む。バイアスプレイ組立体１０５は新たなバイアスプライ支持材料１４６のロールを含み、この支持材料の上に、素材１１６からのプレプレグ３００が選択された方位で配置されて、バイアスプライ１５８を形成する。それゆえ、バイアスプライ１５８はプレプレグ内の繊維の方位に関して選択された方位（これらに限定されないが、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°、１３５°、１５０°）を有する。バイアスプライ支持材料１４６は、これらに限定されないが、ポリエチレン、紙又は他のキャリヤのような任意の適当な材料から作ることができる。実施の形態においては、最初は、バイアスプライ支持材料は、これに接着された予め適用されたプレプレグ材料を有しない。選択された方位でのその繊維を有する単一のバイアスプライをこのバイアスプライ支持材料上に形成することができる。
【００１０】
素材組立体１０３は素材供給ロール巻き解き(unwind)組立体１０４及び素材支持材料収集組立体１２１を含む。素材供給巻き解き組立体１０４は第１の素材支持体１０６−１及び第２の素材支持体１０６−２を含む。素材巻き解きチャック１０８は第１及び第２の素材支持体１０６−１、１０６−２間で回転自在に取り付けられる。素材巻き解きチャックテンションモータ１１０は素材巻き解きチャック１０８を回転させるように結合される。使用において、素材１１６のロールを含む素材巻き解き部１１５は素材巻き解きチャック１０８に装着される。素材１１６は送り出しピンチローラ１１２間を通り抜け、１つの実施の形態においては、ピンチローラはサーボモータ（図示せず）により駆動される。ガイド１１４は素材支持テーブル１１５に結合される。素材１１６はガイド１１４を通過する。整合センサ１１８は素材１１６の整合を感知し、制御システム１０２のコントローラ１７４に対して通信を行う。素材１１６はさらに適用ヘッド１３０を通過する。適用ヘッド１３０は適用シューバー（第１のバー）１３２及び旋回バー（第２のバー）１３４を含み、これらのバーはブラケット１３７−１、１３７−２間に保持される。適用シューバー１３２及び旋回バー１３４の端部は保持ブラケット１３７−１、１３７−２のそれぞれの溝穴１３９内に受け入れられる。溝穴１３９は、形成バー１３２、１３４が垂直方向に移動するのを許容する。保持ブラケット１３７−１、１３７−２はクロストラベルトラック１３８−１、１３８−２に摺動自在に結合される。この摺動接続は、ブラケット１３７−１、１３７−２従って適用シューバー１３２及び旋回バー１３４が支持材料の幅を横切って水平に移動するのを許容する。適用ヘッド１３０の運動を以下にさらに説明する。
【００１１】
図１にはまた、素材１１６からプレプレグ３００を切断するために適用ヘッド１３０に関連して働くカッタ１２０を示す。カッタ１２０は切断トラック１２２に摺動自在に結合され、このトラックは、カッタ１２０が素材１１６の幅を横切ってすべてのプレプレグを切断するが、素材支持材料１１７は切断しないことを可能にする。１つの実施の形態においては、カッタ１２０はスクライブカッタである。プレプレグ３００がカッタ１２０により切断された後、残った（プレプレグ３００を伴わない）素材支持材料１１７は次いで素材支持材料収集組立体１２１上に収集される。素材支持材料収集組立体１２１は素材支持材料巻き戻し(windup)部１１１上に素材支持材料１１７を収集する素材支持材料巻き取りチャック１２４を含む。素材支持材料巻き取りチャック１２４は支持材料支持体１２８−１、１２８−２間で回転自在に結合される。素材支持材料巻き取りテンションモータ１２６は素材支持材料巻き取りチャック１２４を回転させるために使用される。同様に、組立体１０４の素材ローラは素材巻き出し(roll-off)部１０８を回転させるための素材巻き出しテンションモータ１１０を含む。制御システム１０２のコントローラ１７４は素材支持材料巻き取りテンションモータ１２６及び素材巻き出しテンションモータ１１０の作動を制御する。
【００１２】
ＭＰＭ１００のバイアスプライ組立体１０５はバイアスプライ支持材料送り組立体１４０及びバイアスプライ収集組立体１６４を含む。バイアスプライ支持材料送り組立体１４０は新たな支持材料１４６を提供し、その上にバイアスプライ１５８が形成される。バイアスプライ支持材料送り組立体１４０は（図２に示す）バイアスプライ支持材料巻き出しチャック２０５を含み、このチャックは巻き出し部１４５上にバイアスプライ支持材料１４６を保持し、支持体１４２−１、１４２−２間で回転自在に結合される。バイアスプライ支持材料巻き出しテンションモータ１４４は制御システム１０２のコントローラ１７４により制御されるバイアスプライ支持材料巻き出し部２０５を緊張回転させるために使用される。バイアスプライ支持材料１４６は支持材料方向変えローラ１４８間を通され、１つの実施の形態では、これらのローラはサーボモータ（図示せず）により稼働される。バイアスプライ支持材料１４６は次いでバイアスプライ支持材料ガイド１５０と支持テーブル１５４との間を通る。１つの実施の形態においては、支持材料ガイド１５０は支持材料１４６の粘着性を増大させるためのバイアスプライ支持材料処理装置４５３を含む。支持材料処理装置４５３は図４に関連して後にさらに説明する。バイアスプライ整合センサ２３０はバイアスプライ支持材料１４６の整合を感知し、制御システム１０２のコントローラ１７４と通信を行う。
【００１３】
支持テーブル１５４は支持脚部１５２、１５７を含む。バイアスプライ支持材料１４６は適用ヘッド１３０の適用シュー１３２及び旋回バー１３４の下を通る。適用ヘッド１３０は、素材１１６上で０°の方位の繊維を有するプレプレグを、形成されたバイアスプライ１５８内で所望の繊維方位を達成するように、バイアスプライ支持材料１４６に関して選択された角度となるバイアスプライ支持材料１４６に移す。形成されたバイアスプライ１５８はバイアスプライガイド１６０と支持テーブル１５４との間を通り、次いで、ニップローラ１６２間を通る。１つの実施の形態においては、バイアスプライガイドはさらに図４に関連して後に説明する欠陥検出器４５１のような欠陥（ひび割れ）検出器を含む。さらに、１つの実施の形態においては、ニップローラ１６２は加熱されたニップローラ１６２である。この実施の形態においては、加熱されたニップローラ１６２はバイアスプライ支持材料１４６への繊維３００の接着を補助するように繊維３００を加熱する。形成されたバイアスプライ１５８は次いでバイアスプライ収集組立体１６４により収集される。バイアスプライ収集組立体１６４はバイアスプライ１５８を収集するためのバイアスプライ巻き取り部１６６を含み、これは一般にバイアスプライ巻き取り部として参照することができる。バイアスプライ巻き取り部１６６は支持体１７０−１、１７０−２に回転自在に結合される。バイアスプライ巻き取りテンションモータ１６８はバイアスプライ巻き取り部１６６を回転させるように結合される。バイアスプライ巻き取りテンションモータ１６８は制御システム１０２のコントローラ１７４により制御される。制御システム１０２はさらに制御システム１０２に入力及び出力情報を提供する制御コンソール１７２を含む。１つの実施の形態においては、制御コンソール１７２はタッチスクリーンディスプレイである。
【００１４】
上述のＭＰＭ１００は０°の繊維方位の素材１１６から選択された方位での繊維を有するバイアスプライ１５８を形成する。この例示的な実施の形態においては、バイアスプライ１５８の選択された方位は、素材組立体１０３の素材１１６の経路がバイアスプライ組立体１０５のバイアスプライ支持材料１４６の経路と交差するような角度により決定される。素材が０°の繊維方位を有しないような他の実施の形態においては、形成されたバイアスプライ内の繊維の方位は素材のプレプレグ内の繊維方位及び２つの経路間の角度を考慮して決定される。図１の実施の形態においては、丸いベース支持体１５６がバイアスプライ組立体１０５の支持テーブル１５４に結合される。しかし、素材組立体１０４は丸いベース支持体１５６に回転自在に結合される。それゆえ、素材組立体１０３の方位はバイアスプライ組立体１０５に関して変更することができる。これについては図２にさらに示す。特に、図２は部分的なＭＰＭ組立体２００の頂面図を示す。バイアスプライ組立体１０５は軸線２０２に沿って位置決めされる。素材組立体１０３は軸線２０４−１に沿って位置決めされる。軸線２０４−１はバイアスプライ組立体１０５のバイアスプライ軸線２０２に関して選択された角度αで位置決めされる。それゆえ、０°方位での繊維を有する素材１１６の場合、形成されたバイアスプライ１５８内の繊維の結果としての角度はαとなる。実施の形態においては、角度αはバイアスプライ組立体１０５に関して素材組立体１０３を回転させることにより調整される。軸線２０４−２、２０４−Ｎにより示されるようなバイアスプライ１５８内の異なるプライ方位を達成する異なる角度αも可能である。例示的なα角度はバイアスプライ軸線２０２と素材軸線２０４−１との間の４５°、バイアスプライ軸線２０２と素材軸線２０４−２との間の９０°及びバイアスプライ軸線２０２と素材軸線２０４−Ｎとの間の１３５°を含む。角度αのための上述の値は単なる例であり、角度αは典型的には１７．５°と１７２．５°との間の任意の角度とすることができる。
【００１５】
図３Ａないし３Ｅを参照すると、１つの実施の形態の適用ヘッド１３０の一部の側面図が提供される。図３Ａないし３Ｅは適用ヘッド１３０の作動を示す。図３Ａはサイクルの開始時の適用ヘッド１３０の第１の部分を示す。この位置においては、適用シュー（第１のバー）１３２及び旋回バー（第２のバー）１３４はバイアスプライ支持材料１４６からある距離だけ上昇している。図１の実施の形態においては、適用シュー１３２及び旋回バー１３４はブラケット１３７−１、１３７−２の溝穴１３９を介してバイアスプライ支持材料１４６から離れて位置する。この実施の形態においては、コントローラ１７４により制御される空気シリンダ（図示せず）のような作動部材はバイアスプライ支持材料１４６から選択された距離だけそれぞれの溝穴１３９内で適用シュー１３２及び旋回バー１３４を運動させる。図３Ａないし３Ｅの実施の形態においては、適用ヘッド１３０は素材からその素材支持材料巻き戻し部１１１へ古い支持材料１１７を収集するために素材支持材料組立体１２１に結合される。それゆえ、この実施の形態においては、図３Ａないし３Ｅに示すように、適用ヘッド１３０及び素材支持材料巻き戻し部１１１は水平方向に選択的に運動する。この水平運動はコントローラ１７４の制御の下にあるリニアアクチュエータ（図示せず）により行われる。
【００１６】
図３Ａに示すように、サイクルの開始時において、素材１１６は最初にバイアスプライ支持材料１１７へ下降させられる。素材１１６は素材支持材料１１７及びプレプレグ３００を含む。１つの実施の形態におけるプレプレグ３００は補強繊維及び樹脂を伴った材料含む。素材１１６が図３Ｂに示すようにバイアスプライ支持材料１４６上へ下降させられると、適用ヘッド１３０は次いでバイアスプライ支持材料１４６の幅を横切って水平方向に移動し、シュー１３２がバイアスプライ支持材料１４６上に素材１１６を押し付ける。特に、適用ヘッド１３０がバイアスプライ支持材料１４６を横切って水平に移動すると、図３Ｃに示すように、適用ヘッド１３０のバー（即ちシュー）１３２はバイアスプライ支持材料１４６上にプレプレグを押し付ける。プレプレグ３００がバイアスプライ支持材料１４６に適用された後、バー１３２はまたプレプレグ３００から素材支持材料１１７を剥ぎ取る。バー（第２のバー）１３４は剥ぎ取られた素材支持材料１１７を素材支持材料巻き戻し部１１１へ導く。図示のように、素材支持材料巻き戻し部１１１はプロセス（工程）中回転して、素材支持材料１１７を巻き戻し、形成プロセスに沿って素材を移動させる。適用ヘッド１３０のバー１３２は、図３Ｄに示すようにバイアスプライ支持材料１４６の幅の端部に到達するまで、プレプレグ３００をバイアスプライ支持材料１４６上に押し付ける。その時点で、プレプレグ３００はカッタ１２０により切断される。切断の拡大図を図３Ｅに示す。図示のように、カッタ１２０のブレード３２１は素材１１６のプレプレグ３００を切断するが、素材支持材料１１７は切断しない。切断がカッタ１２０により行われた後、適用ヘッド１３０は垂直に持ち上げられ、図３に示すような位置へ移動される。形成されたバイアスプライ１５８が適用ヘッド１３０の形成領域から移動したときに、新たなサイクルが開始する。このプロセスは、選択された長さのバイアスプライ１５８が作られるまで、続行する。それゆえ、適用ヘッド１３０は、バイアスプライ１５８のロールが形成されるまで、区分ごとに相次いで、素材１１６からのプレプレグ３００をバイアスプライ支持材料上へ自動的に配置する。実施の形態においては、プレプレグ３００の隣接する区分間のギャップ又は重なり距離は適用（応用）に基づいて選択的に制御される。例示的なギャップ距離は重なりの無い状態と０．０５０インチ（約１．２７ｍｍ）との間である。重なりの例は、プレプレグ布材料がすべてのバイアスプライ接続部（ジョイント）で１インチ（約２５．４ｍｍ）だけ意図的に重ねられるような場合である。これに限定されないが、ローラを使用する適用ヘッドのような他の形式の適用ヘッドも考えられる。それゆえ、本発明は図３Ａないし３Ｄに開示された適用ヘッドに限定されない。
【００１７】
図４は１つの実施の形態のＭＰＭ４００のブロック線図を示す。図示のように、この実施の形態はコントローラ１７４を含む。コントローラはＭＰＭの機能を制御する。コントローラはプロセッサ４１０と、プロセッサ４１０により履行されるインストラクションを記憶するメモリー４０８とを含む。プロセッサは一般に種々の方法、プロセス業務、計算及び制御機能を実行するためのソフトウエアプログラム、ファームウエア又はコンピュータ読み取り可能インストラクションを含むか、又は、これらと一緒に機能する。このようなインストラクションは典型的には、コンピュータ読み取り可能インストラクション又はデータストラクチュアの記憶のために使用されるメモリー４０８のような任意の適当な媒体上に確実に埋め込まれる。このようなコンピュータ読み取り可能媒体は多目的又は特殊目的コンピュータ又はプロセッサまたは任意のプログラム可能なロジック装置によりアクセスできる任意の利用できる媒体とすることができる。適当なコンピュータ読み取り可能媒体は、磁気又は光学媒体（例えばディスク又はＣＤ−ＲＯＭ）のような貯蔵又は記憶媒体、ＲＡＭ（例えばＳＤＲAＭ、ＤＤＲＳＤＲＡＭ、ＲＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等）のような揮発性又は不揮発性媒体、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー等を含むことができる。
【００１８】
図４にさらに示すように、ＭＰＭ４００は、コントローラ１７４へインストラクションを提供するために及び（これに限定されないが、ＭＰＭ４００の現在の設定のような）コントローラ１７４からの情報をユーザーに提供するために、入力／出力１７２を含む。ここで、例示的な設定はバイアスプライ支持材料１４６に適用されるバイアスプライ３００の隣接する区分間のギャップ距離である。送り距離検出器４０４は、素材１１６が移動した距離を検出するように位置決めされる。支持材料距離検出器４０３は、バイアスプライ支持材料１４６／形成されたバイアスプライ１５８が移動した距離を検出するように位置決めされる。素材１１６及びバイアスプライ支持材料１４６に関する距離情報はコントローラ１７４に提供される。コントローラ１７４は、素材１１６からバイアスプライ支持材料１４６上へ繊維３００を配置するために適用ヘッド１３０を作動させる時期を含むＭＰＭ４００の作動において距離情報を使用する。ＭＰＭ４００はまた素材１１６内のテンション（張力）を感知するように結合された送りテンションセンサ４０６と、支持材料１４６内のテンションを感知するように結合された支持材料テンションセンサ４０５と、を含む。さらに、１つの実施の形態におけるＭＰＭは、モータのトルク及びテンションを設定するためにコントローラ１７４により使用される、バイアスプライ支持材料ロール直径センサ４０７及び素材ロール直径センサ４０１を含む。素材整合センサ１１８及びバイアスプライ整合センサ２３０はさらに素材１１６及びバイアスプライ支持材料１４６に関する整合情報をコントローラに提供する。
【００１９】
コントローラは検出器及びセンサ１１８、１５０、４０３、４０４、４０６、４０７、４１１から情報を取り出し、ＭＰＭ４００を作動させる。ＭＰＭ４００の作動において、コントローラはテンションモータ１４４、１６８、１１０、１２６のようなＭＰＭ４００のモータ（全体を符号４２０で示す）の作動を制御する。テンションモータ４２０の作動はモータ４２０の起動及びモータ４２０の速度の調整を含む。上述のように、テンションモータ４２０は素材巻き出しテンションモータ１１０、素材支持材料巻き取りテンションモータ１２６、バイアスプライ支持材料巻き出しテンションモータ１４４及びバイアスプライ巻き取りテンションモータ１６８を含む。モータ４２０の速度と、検出器及びセンサ１１８、４０６、１１４、２３０から集めた情報とに基づき、コントローラ１７４は図３Ａないし３Ｅに関して説明したように適用ヘッド１３０を作動させる。図４にさらに示すように、コントローラ１７４はカッタ１２０を制御する。図４はさらに加熱部材４２２を示す。加熱部材４２２は繊維３００をバイアスプライ支持材料１４６に粘着させるために使用される。特に、加熱部材４２２はバイアスプライ支持材料１４６の接着性を改善するために軟化させるか又は材料の粘着性を増大させるようにプレプレグを加熱する。１つの実施の形態における加熱部材４２２は図１の加熱されたニップローラ１６２のような加熱されたニップローラである。図４の実施の形態においては、加熱部材４２２はコントローラ１７４により制御される。図４にはまた、スリッタ組立体コントローラ４５０を示す。スリッタ組立体コントローラ４５０は、図１０に示し後に説明するスリッタ機械のようなスリッタ機械を制御するために使用される。図４の実施の形態においては、コントローラ１７４はスリッタ組立体コントローラ４５０を制御する。
【００２０】
さらに、図４には、コントローラ１７４により制御される支持材料処理装置４５３を示す。支持材料処理装置４５３はバイアスプライを形成するためにバイアスプライ支持材料に対するプレプレグ材料の接着性を向上させるためにバイアスプライ支持材料１４６の粘着性を増大させるように設計される。１つの実施の形態においては、支持材料処理装置４５３は、参照としてその全体をここに組み込む、２０１０年２月５日に出願された米国特許出願番号第１２／７０１，１２６号である「Ｂａｃｋｉｎｇｆｏｒ Ｐｒｅ−Ｐｒｅｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ」という名称の本出願人に係る特許出願明細書に記載されたコロナ放電装置と同様のコロナ放電装置である。図４のＭＰＭ４００はさらに欠陥検出器４５１を含む。１つの実施の形態における欠陥検出器４５１は、コントローラ１７４と通信を行う光学センサを含み、これらのセンサは、これらに限定されないが、プレプレグの重なり区分、所定の限界を越えた区分間のギャップ、プレプレグ内の破断及び望ましくない矛盾した材料の存在のようなひび割れ又は欠陥を検出するように設計される。１つの実施の形態においては、ＭＰＭはバイアスプライの２以上の層（多層バイアスプライ）を形成するように設計される。この実施の形態においては、プレプレグの後続の層は形成されたバイアスプライ（バイアスプライ支持材料＋プレプレグ）上に形成される。１つの実施の形態においては、形成されたバイアスプライは素材１１６と交換され、ＭＰＭは多層バイアスプライを形成するように再度運転される。別の実施の形態においては、コントローラ４５０は、形成されたバイアスプライを、形成組立体１３０の下を通過させるように、テンションモータ４２０の方向を逆転させる。これは、多層バイアスプライを形成するためにプレプレグの所望数の層が使用されるまで、生じることができる。
【００２１】
１つの実施の形態のＭＰＭの作動を表すプロセスフロー線図５００を図５に示す。プロセスは、所望のバイアスプライ方位を選択するためにバイアスプライ組立体１０５に関する所望の角度で素材組立体１０３を位置決めする（ブロック５０２）ことにより、開始する。素材組立体１０３の位置決めが完了した後、バイアスプライ支持材料１４６がバイアスプライ組立体１０５上に装填される（ブロック５０４）。次いで、（１つの実施の形態では単一方向のテープである）素材１１６が素材組立体１０３上に装填される（ブロック５０６）。バイアスプライ支持材料上に置かれるプレプレグの隣接するセグメント間の所望のギャップ距離が設定される（ブロック５０７）。素材１１６及びバイアスプライ支持材料１４６が共に装填され、機械に通され、所望のギャップ距離が設定された後、ＭＰＭが始動される（ブロック５０８）。次いで、適用ヘッド１３０が位置決めされる（ブロック５１０）。適用ヘッド１３０の位置決めは図３Ａないし３Ｅに関連して上述した。プロセスフロー線図がさらに示すように、ＭＰＭ１００が稼働された後、素材１１６及びバイアスプライ支持材料１４６は移動した距離を決定するために監視される（ブロック５１２）。素材１１６及び支持材料１４６内のテンション（張力）もまた監視される（ブロック５１４）。さらに、素材１１６及び新たな支持材料１４６の整合が監視される（ブロック５１６）。素材１１６及び新たな支持材料１４６の正しい整合が検出された否かを決定する（ブロック５３０）。正しい整合が検出された場合（ブロック５３０）、整合監視を続行する（ブロック５１６）。素材１１６及び新たな支持材料１４６のいずれかにおいて正しい整合が検出されなかった場合（ブロック５３０）、ＭＰＭ１００は停止し、整合が修正される（ブロック５２４）。素材１１６及び支持材料１４６内のテンションが正しいと決定された場合（ブロック５２６）、プロセスは（ブロック５１４）においてテンションの監視を続行する。しかし、素材１１６及び支持材料１４６内のテンションが正しくないと決定された場合（ブロック５２６）、テンションが修正される（ブロック５２７）。支持材料１４６及び素材材料１１６の端部も監視される（ブロック５１７）。材料の端部が検出されない場合（ブロック５１９）、材料の端部は監視し続けられる（ブロック５１７）。材料の端部が検出された場合（ブロック５１９）、ＭＰＭを停止させる（ブロック５２４）。さらにまた、形成されたバイアスプライが欠陥を有しているか否かも監視する（ブロック５３１）。欠陥が検出されない場合（ブロック５３３）、欠陥のための監視を続行する（ブロック５３１）。欠陥が検出された場合（ブロック５３３）、ＭＰＭを停止させる（ブロック５２４）。
【００２２】
さらに、素材１１６及び支持材料１４６の選択された距離に達していない場合（ブロック５１８）、距離を監視し続ける（ブロック５１２）。選択された距離に到達した後（ブロック５１８）、素材５２０上の繊維３００が切断される（ブロック５２０）。次いで、バイアスプライの完全なロールが形成されたか否かを決定する（ブロック５２２）。バイアスプライ１５８の完全なロールが形成されていない場合（ブロック５２２）、それに従って形成組立体を位置決めする（ブロック５１０）ことによりプロセスを続行する。バイアスプライの完全なロールが形成されたものと決定された後（ブロック５２２）、ＭＰＭは停止する（ブロック５２４）。
図６を参照すると、ＭＰＭ６００の別の実施の形態を示す。ＭＰＭ６００は、その上にＭＰＭの素子を結合したフレーム（又は構台）６０２を含む。ＭＰＭ６００はバイアス組立体（即ちリバック取り扱い組立体）８００及び適用ヘッド６２４を含む。バイアス組立体８００は真空コンベヤ６１６を含み、このコンベヤの上で、バイアスプライ支持材料巻き出し部６２３（即ちバイアスプライ支持材料巻き解き部６２３）からのバイアスプライ支持材料（即ちリバック）６２２がこれに沿って通過する。素材が適用ヘッド６２４により適用されているときに、真空コンベヤ６１６はバイアスプライ支持材料６２２を適所に保持する。形成されたバイアスプライ６４０はバイアスプライ巻き取り部６０４（即ちバイアスプライ巻き戻し部６０４）上に収集される。巻き出しアキュムレータ６１８及び巻き取りアキュムレータ６１７は後にさらに説明するようにバイアスプライ支持材料６２２内のテンションを調整する。方向変えローラ６２０は真空コンベヤ６１６上へバイアスプライ支持材料６２２を導く。圧縮ニップ６１２、６１０は移送されるプレプレグをバイアスプライ支持材料６２２上に押し付け、形成されたバイアスプライ６４０をバイアスプライ巻き取り部６０４上へ導く。
【００２３】
適用ヘッド６２４は図６に示すようにＸ及びＹ運動方向に及びＣ軸線のまわりで移動するように設計される。図７Ａ、７Ｂは適用ヘッド６２４の側面図を示す。配置ヘッド（適用ヘッド）６２４は非回転支持体６３６に結合された圧縮ヘッド６３８を含む。圧縮ヘッド６３８は非回転支持体６３６に結合される。非回転支持体６３６はフレーム支持体６４６、６４４に結合される。回転フレーム部材６３３は非回転支持体６３６のまわりで回転するように結合される。素材巻き解き部６１４及び素材支持材料巻き戻し部６３９は、バイアスプライ支持材料の経路に関して素材の経路を調整できるように、回転フレーム部材６３３に結合される。素材巻き解き部６１４は巻き解き支持体６３１に結合された巻き解きセンタリングチャック６３０に回転自在に結合される。さらに、エンコーダロール６３２は巻き解き支持体６３１に結合される。巻き解き支持体は回転フレーム部材６３３の第１の端部の近傍に結合される。素材支持材料巻き戻し部６３９は巻き戻し支持体６４１に結合された巻き戻しセンタリングチャック６４３に回転自在に結合される。さらに、方向変えロール６４２は巻き戻し支持体６４１に結合される。巻き戻し支持体６４１は回転フレーム部材６３３の第２の端部の近傍に結合される。
【００２４】
図７Ｂに示す巻き戻しモータ（素材支持材料巻き戻しテンションモータ）６５２は巻き戻しセンタリングチャック６４３を回転させる。図７Ｂにはまた、巻き戻しモータ６５２に作動的に結合された巻き戻しクラッチ６５４を示す。巻き解きモータ（素材巻き解きテンションモータ）６５６は巻き解きセンタリングチャック６３０を回転させるように結合される。巻き解きクラッチ６５８は巻き解きモータ６５６に作動的に結合される。１つの実施の形態においては、巻き戻しモータ６５２は誘導モータであり、巻き解きモータ６５６はサーボモータである。さらに、図７Ｂには、素材支持材料から繊維を切断するために使用されるカッタシリンダ６５０を示す。また、適用ヘッド６２４の素材巻き解き部６１４及び素材支持材料巻き戻し部６３９を整合させるために使用される片寄り調整部材６６０、６６１も示す。
【００２５】
図７Ｃを参照すると、適用ヘッド６２４の作動のための側面図を示す。バイアスプライ支持材料６６２は真空コンベヤ６１６（図７Ｃには示さない）上に位置決めされる。素材巻き解き部６１４からの素材７０２はエンコーダロール６３２により配置シュー（第１のバー）９０４へ送られる。配置ヘッドが支持材料６６２の幅を横切って通過するときに、配置シュー９０４はバイアスプライ支持材料６６２上にプレプレグを押し付ける。素材支持材料７０４がその関連するプレプレグから分離された後、支持材料は旋回バー（第２のバー）９０２及び方向変えロール６４２を介して素材支持材料巻き戻し部６３９へ送られる。形成されたバイアスプライ６４０は移送されたプレプレグ６６０及びバイアスプライ支持材料６６２を含む。バイアスプライ支持材料の全体の幅が移送されたプレプレグ６６０で覆われた後、プレプレグ６６０は図７Ｂに示すカッタシリンダ６５０で切断される。次いで、適用ヘッド６２４が再位置決めされ、支持材料６６２が真空コンベヤ６１６上で選択された距離だけ移動した後に、プロセスが再度開始する。
【００２６】
図８はＭＰＭ６００のバイアス組立体８００の側面斜視図を示す。図示のように、バイアスプライ支持材料巻き出し部６２３は巻き出し駆動モータ（バイアスプライ支持材料巻き出しテンションモータ）６１１を介して回転駆動されるチャックに回転自在に結合される。バイアスプライ巻き戻し巻き取り部６０４は同様に巻き取り駆動モータ（バイアスプライ巻き取りテンションモータ）６１５を介して回転駆動されるチャックに結合される。さらに、真空コンベヤ６１６のための真空ブロワ７０６及び真空コンベヤ（６１６）サーボモータ７０４も示す。この実施の形態はまた、形成されたバイアスプライ６４０の縁部をトリミングするためのスリッタ６１２と、ＭＰＭの機能を制御するコントローラ６０６とを含む。スリッタ６１２を使用することにより、形成されたバイアスプライ６４０の幅はバイアスプライ支持材料の幅よりも小さくすることができる。それゆえ、形成されたバイアスプライ６４０の幅はバイアスプライ支持材料の幅よりも小さいか又はそれと等しくすることができる。さらに、バイアスプライ支持材料は、ＭＰＭが許容するような任意の所望の幅を有することができる。
【００２７】
巻き出しアキュムレータ６１８及び巻き取りアキュムレータ６１７は支持材料６２２及び形成されたバイアスプライ６４０内のテンションを制御するために使用される。１つの実施の形態においては、巻き出しアキュムレータ６１８は、バイアスプライ支持材料６２２に係合する巻き出しアキュムレータ６１８の位置をトラック８０２ａ、８０２ｂを介して摺動自在に調整することにより、バイアスプライ支持材料６２２内のウエブテンションを設定するように空気圧式に負荷される。巻き取りアキュムレータ６１７は同様に、プライ６４０に係合する巻き取りアキュムレータ６１７の位置をトラック８０４ａ、８０４ｂ（トラック８０４ｂは図１０に示す）を介して摺動自在に調整することにより、形成されたバイアスプライ６４０内のウエブテンションを設定するように空気圧式に負荷される。巻き出しアキュムレータ６１８及び巻き取りアキュムレータ６１７が如何にテンションを制御するように作動するかは、図９Ａないし９Ｃに示す。図９Ａを参照すると、運動サイクルの開始時における巻き出しアキュムレータ６１８及び巻き取りアキュムレータ６１７の位置決めを示す。このサイクルの開始時において、巻き出しアキュムレータ６１８は位置８０８にあり、この位置はバイアスプライ支持材料巻き出し部６２３から最も遠い距離にある。サイクルの開始時において、巻き取りアキュムレータ６１７はバイアスプライ巻き取り部６０４に対して最も近い位置である位置８０６ｂにある。巻き出しアキュムレータ６１８及び巻き取りアキュムレータ６１７が図９Ａに示すような位置になった後、バイアスプライ支持材料６２２／形成されたバイアスプライ６４０は次いで真空コンベヤ６１６に沿って移動させられる。運動サイクルの後、巻き出しアキュムレータ６１８及び巻き取りアキュムレータ６１７は図９Ｂに示すように位置決めされる。特に、巻き出しアキュムレータ６１８はバイアスプライ支持材料巻き出し部６２３に対して最も近い距離にある位置８０６ａに位置する。一方、巻き取りアキュムレータ６１７は形成されたバイアスプライ巻き取り部６０４から最も遠い位置である位置８０８ｂに位置する。素材支持材料６２２上へのプレプレグ６６０の敷設の間、巻き出しアキュムレータ６１８及び巻き取りアキュムレータ６１７は図９Ｃに示すようにそのそれぞれの位置をサイクルの開始時の位置へリセットするように移動させられる。1つの実施の形態においては、コントローラ６０６は、アキュムレータ６１７、６１８の現在の位置に少なくとも部分的に基づいて、テンションモータ６１１、６１５を制御する。
【００２８】
図１０を参照すると、ＭＰＭ６００の別の実施の形態を示す。この実施の形態は統合されたスリッタ装置９００を含む。この実施の形態においては、スリッタ装置９００はＭＰＭのコントローラ６０６により制御される。スリッタ装置９００は形成されたバイアスプライ６４０を特定の応用のために選択された幅を有する２又はそれ以上のストリップに切断するために使用される。この実施の形態の例示的なスリッタ装置９００はＭＰＭ６００のバイアスプライローラ６１０からの形成されたバイアスプライ６４０を方向変えする方向変えローラ９０４、９０６を含む。次いで、バイアスプライ６４０はニップローラ９０８ａ、９０８ｂを通過し、ナイフホルダ９１０に至る。ナイフホルダ９１０は複数のナイフ９１２ａ、９１２ｂ、９１２ｃを保持し、これらのナイフはバイアスプライ６４０を選択された幅の所望数のストリップに切断するように位置決めすることができる。例示的な実施の形態においては、バイアスプライ６４０をバイアスプライの４つのストリップ６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃ、６４０ｄに切断するために３つのナイフ９１２ａ、９１２ｂ、９１２ｃが使用される。方向変えローラ９１４は、巻き戻し部９１６上に収集するようにバイアスプライストリップ６４０ａ、６４０ｃを導き、巻き戻し部９１８上にバイアスプライストリップ６４０ｂ、６４０ｄを導くために使用される。それゆえ、形成されたバイアスプライ６４０のシートは特定の用途に適応するように使用できるバイアスプライのストリップ６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃ、６４０ｄに分割される。
【００２９】
ここでは、特定の実施の形態を図示し、説明したが、当業者なら、同じ目的を達成するように計算された任意の構成を図示の特定の実施の形態と交換できることを認識できよう。この出願は本発明のいかなる改造又は変更をもカバーすることを意図する。それゆえ、本発明は特許請求の範囲及びその等価事項によってのみ限定されることを明白に意図するものである。
【符号の説明】
【００３０】
１００ 材料準備機械（装置）
１０２ 制御システム
１０３ 素材組立体
１０５ バイアスプライ組立体
１１６ 素材
１１７ 素材支持材料
１２０ カッタ
１３０ 適用ヘッド
１３２ 第１のバー
１３４ 第２のバー
１４６ バイアスプライ支持材料
１５８ バイアスプライ
１７４ コントローラ
３００ プレプレグ
【図１】
2014073911.tif 000003
【図２】
2014073911.tif 000004
【図３Ａ】
2014073911.tif 000005
【図３Ｂ】
2014073911.tif 000006
【図３Ｃ】
2014073911.tif 000007
【図３Ｄ】
2014073911.tif 000008
【図３Ｅ】
2014073911.tif 000009
【図４】
2014073911.tif 000010
【図５】
2014073911.tif 000011
【図６】
2014073911.tif 000012
【図７Ａ】
2014073911.tif 000013
【図７Ｂ】
2014073911.tif 000014
【図７Ｃ】
2014073911.tif 000015
【図８】
2014073911.tif 000016
【図９】
2014073911.tif 000017
【図１０】
2014073911.tif 000018
【外国語明細書】
2014073911000001.pdf