(57)【要約】  細長い繊維強化材料１４を工具１２に塗布するための複合材料レイアップヘッド２０が開示されており、このヘッド２０は、繊維強化材料１４をチャネル３２のトウ入口３３からトウ出口３５に案内するための少なくとも１つの細長いトウガイドチャネル３２と、少なくとも１つのチャネル３２を通して繊維強化材料を供給する供給装置３６、３８と、を有し、チャネル３２には、前記チャネル内の前記繊維強化材料および前記チャネルの間の接触を抑制するため、使用時にガスの噴流をチャネル３２に送り込むことができるように配置された少なくとも１つのノズル６０が設けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い繊維強化材料を工具に塗布するための、複合材料レイアップヘッドであって、
前記ヘッドは、
前記繊維強化材料をトウ入口からトウ出口に案内するための少なくとも１つの細長いトウガイドチャネルと、
少なくとも１つの前記チャネルを通して前記繊維強化材料を供給する供給装置と、を有し、
前記チャネルは、
前記チャネル内の前記繊維強化材料および前記チャネルの間の接触を抑制するため、
前記トウ入口に隣接し、ガスの噴流が供給されるように配置された少なくとも１つの第１ノズルを備えた第１の部分と、
前記トウ出口に隣接し、前記ガスの噴流が供給されるように配置された少なくとも１つの第２ノズルを備えた第２の部分と、を有し、
空気圧装置は、使用時において、前記繊維強化材料が前記チャネルを通って移動するときに、前記繊維強化材料が冷却されるように、冷却ガスを前記第１ノズルに供給するように構成され、
前記空気圧装置は、使用時において、前記工具に塗布される前に前記繊維強化材料が加熱されるように、高温ガスを前記第２ノズルに供給するように構成される、複合材料レイアップヘッド。
【請求項２】
前記第１ノズルおよび／または前記第２ノズルは、前記繊維強化材料の下のそれぞれの前記チャネルに前記ガスの噴流を供給するように配置されている、請求項１に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項３】
前記チャネルは、それぞれの前記チャネル内に前記ガスの噴流を供給するようにそれぞれ配置された複数のノズルを備える、請求項１または２に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項４】
前記チャネルの対向する２つの側面にはそれぞれ、
それぞれの前記繊維強化材料および前記チャネルの対向する壁の間の接触を防止するために、少なくとも１つのノズルが設けられている、請求項３に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項５】
前記ノズルは、前記チャネルの細長い範囲に対して実質的に垂直な方向に沿って、それぞれの前記チャネル内に前記ガスの噴流を供給するように配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項６】
前記ノズルは、前記チャネルの細長い範囲に対して実質的に平行な方向に沿って、それぞれの前記チャネル内に前記ガスの噴流を供給するように配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項７】
前記ノズルには、前記ノズルとの接触によって、前記繊維強化材料が前記ノズルを閉じるのを防止するように構成されたノズルガードが設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項８】
前記ノズルは、前記チャネルの前記トウ入口または前記トウ出口に隣接して設けられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項９】
前記工具上に前記ガスの噴流を向けるように配置された少なくとも１つのノズルをさらに有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項１０】
前記空気圧装置は、ボルテックスチラーを有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項１１】
前記空気圧装置は、前記チャネルの壁が少なくとも部分的に伝導によって冷却されるように、前記複合材料レイアップヘッドの少なくとも一部を冷却するように構成される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項１２】
前記空気圧装置は、前記複合材料レイアップヘッドに取り付けられている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の複合材料レイアップヘッド。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の複合材料レイアップヘッドを使用して、前記工具に前記繊維強化材料を塗布する方法であって、
細長い前記繊維強化材料を、前記チャネルを通して案内する案内ステップと、
前記ガスの噴流が前記繊維強化材料と前記チャネルとの間の接触を妨げるように、前記ノズルを介して前記チャネル内に前記ガスの噴流を供給する供給ステップと、
細長い前記繊維強化材料を前記工具に塗布する塗布ステップと、を有し、
前記供給ステップは、
前記繊維強化材料が前記チャネルを通って移動するときに、前記繊維強化材料が冷却されるように、前記冷却ガスの噴流を前記チャネルの前記第１の部分内に供給するステップと、
前記繊維強化材料が前記工具へ塗布する前に加熱されるように、前記高温ガスの噴流を前記チャネルの前記第２の部分内に供給するステップと、を有する、方法。
【請求項１４】
前記繊維強化材料が前記工具に塗布されるときに、前記繊維強化材料が加熱されるように前記工具を加熱するステップをさらに有する、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料レイアップ装置、特に、ある長さの繊維強化材料とその材料を受けるためのチャネルとの間の接触を阻止するように構成された複合材料レイアップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維複合材料の要素は、例えばスポーツ用具および航空宇宙用構成要素において、軽量と強度の組み合わせを必要とする用途に頻繁に使用されている。繊維複合材料の製造工程の大部分は、レイアップ工程において工具、物品または型に適用される繊維強化材料の連続層を必要とする。マトリックス材料は、典型的には、構成要素をレイアップする前に繊維強化材料に予め適用される（事前含浸、または「プレプレグ」）。最近の製造開発により、レイアップ工程を自動的に実行することが可能になった。
【０００３】
３つの例示的な自動複合材製造プロセスは、自動テープ配置（ＡＴＬ）、自動繊維配置（ＡＦＰ）、および自動フィラメントワインディングである。３つの例示的な自動複合材製造プロセスは、自動テープ敷設（ＡＴＬ）、自動繊維配置（ＡＦＰ）および自動フィラメントワインディングである。簡単に言うと、ＡＴＬは繊維強化材料を含むテープの工具への適用に関する。テープは典型的にはマトリックス材料（例えばエポキシ樹脂）を予め含浸させた一方向繊維を含む。連続的なテープ層は、典型的には、互いに異なる向きで貼り付けられてプライ構造を形成する。テープは典型的にはアプリケータロールによってツールに貼り付けられる。
【０００４】
ＡＦＰでは、繊維強化材料は、複数の個々の繊維、または複数の「トウ」を含む「トウ」の形態で工具に塗布される。あるいは、「トウ」は、より幅の広いテープからスリットされた幅の狭いテープであってもよい。ＡＦＰは、典型的には、より高い程度の湾曲または不均一な湾曲を有する複雑な部品に対してより適している。繊維は典型的にはマトリックス材料を予め含浸させるか、またはマトリックス材料の浴を通して延伸する。コースまたは一連の「トウ」は、典型的にはアプリケータロールによって工具に塗布される。
【０００５】
自動フィラメントワインディングは、工具が典型的には回転マンドレルでありそしてレイアップ装置が典型的にはマンドレルを横切ってマンドレル表面上に張力のある繊維のトウを塗布するという点でＡＦＰとは異なる。トウがマンドレル上に置かれる角度は、連続する層が互いに異なる配向で横たわってプライ構造を形成しそして構成要素の特性に影響を与えるようにマンドレルの連続するパス間で調節することができる（例えば、製造された部品の改善された圧縮強度または引張強度）。繊維のトウは通常、トウ内において、マンドレルとレイアップ装置のアプリケータロールとの間の引張力によって物品に塗布される。
【０００６】
上記方法の全てにおいて、トウ又はテープが物品に塗布されるときにトウ又はテープが粘着性であることが望ましく、それはトウ又はテープが適用されるときに閾値温度より高いことを必要とする。以前に考えられていたファイバ配置ヘッドは、トウまたはヘッドを通過するときにトウを加熱する赤外線ランプのように、トウまたはテープをツールに貼り付ける前に十分に加熱することを確実にするための多数の異なる装置を組み込んでいる。さらに、例えば、トウまたはテープがマトリックス材料の加熱浴から直接受け取られる場合、またはトウが周囲温度で粘着性である場合、以前に考慮された繊維配置ヘッドは、粘着性となるのに十分な高温でトウまたはテープを受け取ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、そのようなファイバ配置ヘッドは、使用時にトウまたはテープが粘着性になる傾向があり、したがってヘッドの構成要素に付着する可能性があるという欠点を抱えている。これにより、機器の誤動作や機器の修理のためのダウンタイムが発生する可能性がある。
【０００８】
従って、改良された複合材料のレイアップヘッドを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、細長い繊維強化材料を工具に塗布するための複合材料レイアップヘッドが提供される。レイアップヘッドは、繊維強化材料をチャネルのトウ入口からトウ出口に案内するための少なくとも１つの細長いトウガイドチャネルと、少なくとも１つのチャネルを通して繊維強化材料を供給する供給装置と、を有し、１つのまたは各チャネルには、使用時にチャネル内の繊維強化材料とチャネルとの間の接触を阻止するようにガスの噴流をチャネル内に供給することができるように配置された少なくとも１つのノズルが設けられる。
【００１０】
複数の個々の長さの繊維強化材料を案内するための複数のチャネルが並んでいてもよい。トウ入口およびトウ出口を除いて、チャネルは囲まれていてもよい。１つのまたは各ノズルは、チャネルの壁に配置されてもよい。１つのまたは各ノズルは、チャネル内に延びてもよく、またはチャネル壁を通ってチャネル内に突出してもよい。１つのまたは各ノズルには、ジェットの流速を調節するためのバルブが設けられていてもよく、それはジェットの速度流速、質量流速または体積流速であってもよい。
【００１１】
各チャネルは、それぞれのチャネルにガスの噴流を送達するようにそれぞれ配置された複数のノズルを備えることができる。各チャネルに沿って離間した複数のノズルがあってもよい。
【００１２】
各ノズルは、繊維強化材料の下のそれぞれのチャネルにガスの噴流を供給するように構成されてもよい。したがって、ジェットは、チャネルの下壁と繊維強化材料との間の接触を妨げる可能性がある。
【００１３】
各チャネルの２つの対向する面にはそれぞれ、少なくとも１つのノズルを設けて、それぞれの繊維強化材料とチャネルのそれぞれの対向する壁との間の接触を防ぐことができる。チャネルに関連する少なくとも２つのノズルは、チャネル内のある長さの繊維強化材料の対向面にそれぞれのガスの噴流を向けるように配置されてもよい。各チャネルは４つの壁を有してもよく、実質的に立方形でもよい。各チャネルおよび供給装置は、２つの対向する壁がチャネル内に受容されたある長さの細長い繊維強化材料と実質的に平行であるように配置されてもよい。
【００１４】
１つのまたは各ノズルは、チャネルの細長い範囲に対して実質的に垂直な方向に沿ってそれぞれのチャネル内にガスの噴流を供給するように構成されてもよい。したがって、ガスの噴流は繊維強化材料の面に衝突する可能性がある。したがって、ジェットが材料の長さに圧力（すなわち、衝突するノズルの噴流から生じる圧力）を及ぼすので、繊維強化材料と、各ノズルが配置されているチャネルの壁との間の接触を防ぐことができる。
【００１５】
１つのまたは各ノズルは、チャネルの細長い範囲と実質的に平行な方向に沿ってそれぞれのチャネル内にガスの噴流を送達するように構成されてもよい。
【００１６】
したがって、ある長さの繊維強化材料とそのチャネルの各壁との間の接触は、そのチャネルの各壁と繊維強化材料との間にガスの噴流が存在することによって防止され、繊維強化材料をチャネル壁から離間するように作用する。材料の両側に沿ってジェットを送るように配置された少なくとも２つのそのようなノズルがあってもよい。
【００１７】
１つのまたは各ノズルには、ノズルとの接触によって繊維強化材料がノズルを閉じるのを防ぐように構成されたノズルガードを設けることができる。例えば、ノズルガードはジェットの出口に対して隆起したバーを含むことができる。
【００１８】
１つのまたは各ノズルは、それぞれのチャネルのトウ入口またはトウ出口に隣接して設けることができる。１つのまたは各チャネルは、トウ入口に隣接し、ガスの噴流をチャネルの第１の部分に供給するように配置された少なくとも１つの第１のノズルを備えた第１の部分と、トウ出口に隣接し、ガスの噴流をチャネルの第２の部分に供給するように配置された少なくとも１つの第２のノズルを備えた第２の部分と、を有する。
【００１９】
複合材料のレイアップヘッドは、ガスの噴流を工具上に向けるように配置された少なくとも１つのノズルをさらに含み得る。ノズルは、ジェットが繊維強化材料のチャネルを通過しないようにノズルから直接ツール上にガスのジェットを向けるように構成されてもよい。
【００２０】
複合材料のレイアップヘッドは、個々の長さの繊維強化材料を切断するための切断機構をさらに含み得る。
【００２１】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様による複合材料レイアップヘッドと、各ノズルにガスを供給するように構成された空気圧装置とを含む複合材料レイアップ装置が提供される。
【００２２】
空気圧装置は、加圧ガスを生成するように（すなわち、圧縮ガスのシリンダを備えるのではなく）構成することができ、例えば、空気圧装置は、圧縮機または送風機を備えることができる。あるいは、空気圧装置は、圧縮ガス、例えばガスボンベ内の圧縮空気の貯蔵庫であり得る。空気圧装置は、ガスを各チャネルに（すなわち、各ノズルに）分配するためのマニホールドを備えることができる。
【００２３】
空気圧装置は、使用時に繊維強化材料がそのチャネルまたは各チャネルを通って移動するときに冷却されるように、冷却ガスをそのノズルまたは各ノズルに供給するように構成することができる。冷却ガスの温度は、１５℃以下、１０℃以下、５℃以下、２℃以下、１℃以下、または０℃以下であり得る。
【００２４】
空気圧装置はボルテックスチラーを含んでもよい。ボルテックスチラーは、複合材料のレイアップヘッド内に配置されてもよい。空気圧装置は、複合材料のレイアップヘッド内に配置され、チャネルに熱的に結合された冷却チャンバを含み得る。冷却チャンバは、ボルテックスチラーから冷却ガスの流れを受け取るように構成されてもよい。
【００２５】
空気圧装置は、チャネルの壁が少なくとも部分的に伝導によって冷却されるように、複合材料レイアップヘッドの少なくとも一部を冷却するように構成されてもよい。
【００２６】
空気圧装置は、高温ガスを１つのまたは各ノズルに供給するように構成することができ、その結果、使用時に、繊維強化材料は、ガスが１つのまたは各チャネルを通って移動するときにガスの噴流によって加熱される。空気圧装置は、高温ガスを供給するように構成されたヒータを含み得る。空気圧装置は、使用時に高温ガスの温度が少なくとも４０℃、少なくとも５０℃、少なくとも６０℃、少なくとも７０℃、少なくとも８０℃、少なくとも９０℃、または少なくとも１００℃であるように構成することができる。
【００２７】
空気圧装置は、複合材料のレイアップヘッドに取り付けることができる。あるいは、空気圧装置は、複合材料のレイアップヘッドとは別個であり、例えば、空気圧装置は、作業場環境内の圧縮ガスの貯蔵庫、または複合材料レイアップヘッドから離れて配置されているが流体的に連結された圧縮機を含むことができる。ガス流を加熱、冷却、または加圧（圧縮）するためのボルテックスチラーまたは他の装置など、空気圧装置の少なくとも一部を複合材料のレイアップヘッドに取り付けることができる。
【００２８】
１つのまたは各チャネルは、トウ入口に隣接し、ガスの噴流をチャネルの第１の部分に供給するように配置された少なくとも１つの第１のノズルを備えた第１の部分と、トウ出口に隣接し、ガスの噴流をチャネルの第２の部分に供給するように配置された少なくとも１つの第２のノズルを備えた第２の部分と、を有し、空気圧装置は、冷却ガスを、１つのまたは各第１のノズルに供給し、高温ガスを、１つのまたは各第２のノズルに供給する。したがって、各チャネルを通過する繊維強化材料は、工具に塗布される前に、最初に冷却され、次に加熱される。
【００２９】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第１または第２の態様による複合材料のレイアップヘッドまたは機器を使用して複合材料を工具に塗布する方法が提供される。この方法は、細長い繊維強化材料を１つのまたは各チャネルを通して案内するステップと、ガスの噴流が繊維強化材料とチャネルとの間の接触を妨げるように、１つのまたは各ノズルを介して１つのまたは各チャネル内にガス噴射を供給するステップと、細長い繊維強化材料を工具に塗布するステップと、を有する。
【００３０】
繊維強化材料が１つのまたは各チャネルを通って移動するときに繊維強化材料が冷却されるように、ガスの噴流は低温であり得る。
【００３１】
複合材料を工具に塗布する方法は、繊維強化材料が工具に塗布されるときに繊維強化材料が加熱されるように、工具を加熱するステップをさらに有する。工具は、空気圧装置から工具上に高温ガスの噴流を向けることによって加熱されうる。あるいは、工具は、工具内に配置された、または工具に連結された内部ヒータなどのヒータによって加熱されてもよい。
【００３２】
上記のように、１つのまたは各チャネルが第１および第２の部分を含む場合、この方法は、冷却ガスの噴流を１つのまたは各チャネルの第１の部分に供給するステップと、高温ガスの噴流を１つのまたは各チャネルの第２の部分に供給するステップと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、例として説明される。
【図１】本発明の実施形態に係る複合材料のレイアップ装置の使用中における状態を概略的に示す図である。
【図２】図１の複合材料のレイアップ装置を示す図である。
【図３】図１の複合材料のレイアップ装置を示す破断図である。
【図４】複合材料のレイアップ装置のさらなる例を示す。
【図５】複合材料のレイアップ装置のさらなる例を示す。
【図６】複合材料のレイアップ装置のさらなる例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、複合材料のレイアップ機１０と、繊維複合材料が塗布されて複合材料部品、例えば翼のような航空宇宙部品を形成する工具１２と、を示す。図１に示すように、レイアップ機１０は、繊維強化トウ１４が工具１２に塗布されるレイアッププロセスを実行する。レイアップ機１０は、基部またはガントリーと、基部またはガントリーから延在する操作装置１８と、を備え、操作装置１８は、遠位端に切断機構２２を担持する支持ヘッド２０（または繊維配置ヘッド）を支持する。
【００３５】
使用状態において、レイアップ機１０は、支持ヘッド２０および切断機構２２を介して、複数のトウを送り、アプリケータロール２４を用いて、トウ１４を工具１２に塗布する。レイアップ工程の適切な段階の最後に、トウ１４は切断機構２２によって切断される。トウ１４は、エポキシ樹脂のようなマトリックス材料で予め含侵されている。
【００３６】
図２に示すように、支持ヘッド２０および切断機構２２は、支持ヘッド２０の近位端からほぼ長手方向の塗布方向に延びる。支持ヘッド２０は、使用時に操作装置１８（図２では不図示）に取り付けられ、また、支持ヘッド２０は、切断機構２２の遠位先端領域２６に取付けられ、切断機構２２において、トウ１４は、工具１２（図２で不図示）に塗布され、断続的に切断される。
【００３７】
支持ヘッド２０は、支持ヘッド２０の近位端から遠位先端領域２６まで延びる２つの平行な三角形の側板２８を有する。側板２９は、鋭角な二等辺三角形の形状をしており、これは、支持ヘッド２０および切断機構２２にテーパ状または先細りの輪郭を与える。支持ヘッド２０はさらに、側板２８間に指示された上下の供給プレート３０を備え、上下の供給プレート３０は、トウ１４を複数の隣接するチャネル３２に沿って切断機構２２に向かって搬送するように配置されている。
【００３８】
本実施形態では、上下の供給プレート３０はそれぞれ、トウ入口３３およびトウ出口３５を備える６つの隣接するチャネル３２を有する。上下の供給プレート３０は、外側カバープレート３４が取り付けられ、外側カバープレート３４は、使用状態において、トウ１４をチャネル３２内に閉じ込め、必要に応じて、例えばチャネルがふさがれた場合に、トウ１４をチャネル内に露出させるために取り外すことができる。他の実施形態では、外側カバープレート３４は、供給プレート３０と一体的に形成されてもよく、またはそれに恒久的に固定されてもよい。
【００３９】
チャネル３２の中およびチャネル３２を介して、トウ１４を供給するための、トウ供給装置が設けられている。上部および下部の方向転換ローラ３６は、側板２８に連結され、トウ１４をチャネル３２内に案内するために支持ヘッド２０の後方に延在する。さらに、供給ローラ３８がカバープレート３４に対応する隙間を通って延在して、トウ１４を、チャネル３２を介して駆動させる。
【００４０】
図３に示すように、空気圧装置は、支持ヘッド２０に取り付けられ、支持ヘッド２０は、供給ライン５４から圧縮空気が供給されるボルテックスチラー５２を含む。ボルテックスチラーは、冷却ガスおよび高温ガスの流れを生成するように構成されている。本実施形態において、高温ガスの流れは環境に放出され、冷却ガスの流れは、冷却室またはプレナム５５に向けられる。以下に詳細に説明するように、冷却チャンバまたはプレナム５５内のガスは、供給プレート３０に連結された上部および下部ヒートシンクプレート５６を冷却し、冷却された圧縮空気の流れをチャネル３２に供給するために使用される。
【００４１】
上部および下部ヒートシンクプレート５６は、上下供給プレート３０の内側（すなわち支持ヘッド２０の内側）に連結されており、ボルテックスチラー５２の冷却チャンバ５５に熱的に結合されている。したがって、使用時において、上部および下部ヒートシンクプレート５６は、供給プレート３０を冷却する傾向にある（言い換えれば、熱は供給プレート３０から、上部および下部ヒートシンクプレートを介して、ボルテックスチラーの冷却チャンバに移動される）。さらに冷却ガスは、ボルテックスチラーの冷却チャンバから、上部および下部マニホールド５８を介して、チャネル３２に向けられる。
【００４２】
それぞれのマニホールド５８は、供給プレート３０およびカバープレート３４の間に形成されるそれぞれのチャネル３２内に延在するノズル６０間に冷却ガスを分配する。各ノズル６０には、それぞれのチャネルへの冷却ガスの流量を制御するための制御弁が設けられている。本実施形態において、制御弁は、冷却ガスの各チャネルへの流量が最小０．２５ｍ３／ｈｏｕｒから最大２．５ｍ３／ｈｏｕｒの間になるように構成される。
【００４３】
本実施形態において、各ノズル６０は、チャネル内のトウ１４の長手方向の範囲（すなわちチャネル３２の長手方向の範囲）に平行で、各チャネルの出口３５に向かって延びる方向に沿って、冷却ガスの流れをチャネルに導入するように構成される。他の実施形態では、ノズル６０は、トウ１４の長手方向範囲に対して垂直な方向、またはそれに対して垂直な成分を有する方向など、他の方向に沿ってチャネル３２に冷却ガスの流れを導入するように構成することができる。例えば、ノズル６０は、トウの方向に対して約４５°傾斜した方向に沿ってチャネルに冷却ガスの流れを導入するように構成することができる。
【００４４】
本実施形態において、各供給プレート３０に関連する単一のマニホールド５８と、チャネルごとに単一のノズル６０と、がある。しかしながら、他の実施形態において、チャネルごとに複数のノズル６０に提供する複数のマニホールド５８が設けられてもよい。特に、空気圧装置は、チャネルの片側または両側にチャネルに沿って間隔をおいて配置された複数のマニホールド５８を備えることができる。例えば、各供給プレート３０の内側に間隔をおいて配置された３つのマニホールド５８があってもよく、さらに、３つのマニホールド５８が各供給プレート３０の外側に間隔を空けて（すなわち、カバープレート３４に結合されて）、対応するノズル６０がチャネル内に延びていてもよい。
【００４５】
さらに他の実施形態では、少なくとも１つのマニホールドはボルテックスチラーからの高温ガスの流れに結合されて、高温ガスがチャネル内に延びる対応するノズル６０を介してチャネル３２内に導入されるようにすることができる。例えば、各チャネル３２の第１の部分上に第１のマニホールド５８を介して冷却ガスを供給して、チャネルの第１の部分上に収容されたトウ１４を冷却することが望ましい場合があり、そして、各チャネル３２の第２の部分上に第２のマニホールド（図示せず）を介して高温ガスを供給して、工具上に塗布する前にトウ１４を再び加熱することが望ましい場合がある。したがって、トウ１４は、工具に塗布する前に粘着性になるように加熱または再加熱することができる。
【００４６】
図２および図３に示すように、切断機構２２は、２つの供給プレート３０の遠位端に隣接し、かつ三角形の側板２８の２つの先端領域の間に配置されている。切断機構は、２つの側板２８の間に延在する枢動軸４２と、塗布方向に対して横方向に延在する枢動軸Ａを中心に枢動運動するように枢動軸４２に取り付けられた複数の細長いアーム４４と、を有する。枢動軸４２は、三角形の側板２８の先端領域内に設けられた対応する穴にはまり込む。
【００４７】
それぞれの細長いアーム４４は、供給プレート３０の対応するチャネル３２のトウ出口から、トウ１４を受け取るように構成されたチャネル５２を有する。それぞれの細長いアームの遠位端には、細長いアームと共に動くように配置された切断要素がある。反作用要素のカセット６２は、切断機構２２の遠位端に隣接する支持ヘッド２０に取り外し可能に取り付けられているため、カセット６２に連結された複数の反作用要素は、細長いアーム４４に取り付けられた対応する切断要素と整列してそれらの間にニップを画定するようにする。
【００４８】
細長いアーム４４は、リンケージ６８を介して線形アクチュエータ６６に連結されているので、細長いアーム４４は、枢動軸を中心に枢動するように作動することができる。切断要素および反作用要素の間のニップを閉じるために細長いアーム４４を回転させると、それらの間に延在するトウ１４が切断される。
【００４９】
アプリケータロール２４は、切断機構２２の遠位端で支持ヘッド２０に取り付けられており、切断機構２２からトウ１４を受け取ってトウを工具に塗布するように構成されている。
【００５０】
使用状態において、操作装置１８は、工具１２に対して支持ヘッド２０を移動させて、支持ヘッド２０および切断要素２２を介してアプリケータロール２４に供給されるトウ１４は、自動制御されたレイアップ工程の一部として工具１２の表面に塗布される。この実施形態では、操作装置１８は支持ヘッド２０を前後および上下に移動させることができ、工具１２は左右に移動させることができ、互いに直交する３つの軸を中心に回転させることができる。これは６つの自由度を提供する。
【００５１】
トウ１４が支持ヘッド２０を通って供給されると、ボルテックスチラー５２は冷却ガスの流れと高温ガスの流れとを発生させるように動作する。本実施形態において、冷却ガスの流れは、支持ヘッド２０上に支持されたチャネル３２内に延びるマニホールド５８およびノズル６０によって分配される。これによって、チャネル３２およびチャネル３２内に収容されたトウ１４の間の接触を阻止し、同時にトウ１４を冷却する。そして、接触がされるのであれば、それらは粘着性が少なくなり、チャネル３２に付着する可能性が少なくなる。高温ガスの流れは、周囲環境に排出される。
【００５２】
各トウ１４が切断機構２２を介して連続的に供給されると、それぞれの細長いアーム４４は開放位置に保持され、トウ１４は、切断要素または反作用要素によって切断されることなく、細長いアームからカセット６２を通過することができる。レイアップ工程の適切な段階で、レイアップ機１０は、繊維強化トウ１４を切断することを決定する。機械は次に、トウ１４をそれぞれのニップに運ぶ細長いアーム４４のためにそれぞれのアクチュエータを作動させ、細長いアーム４４が枢動してニップを閉じ、それによってトウ１４を切断する。
【００５３】
切断ストロークに続いて、工具１２上での支持ヘッド２０の継続的な動きは、工具１２の表面上で、アプリケータロール２４を転がさせて、それにより、トウ１４の切断部分をニップから引き離す。
【００５４】
この例示的な実施形態では、工具１２は、例えば内部加熱要素からの伝導によって工具の表面を加熱するように構成された内部ヒータを備える。他の実施形態では、チャネルから分離してもよい（すなわち、ジェットをチャネルに向かわないようにする）ノズルは、ボルテックスチラーまたは他の供給源からの高温ガスの流れを工具上に向けてもよい。従って、支持ヘッド２０を通って運ばれるときに冷却されるトウ１４は、それらが工具１２に塗布されるとき工具１２によって加熱される。トウ１４が加熱されると、トウ１４は粘着性になり、したがって工具１２に固着する傾向がある。
【００５５】
図４は、繊維強化材料１１４をトウ入口１３４からトウ出口１３６に案内するための細長いトウ案内チャネル１３２を備える複合材料レイアップヘッド１２０を含む例示的な複合材料レイアップ装置１００を概略的に示す。切断機構１２２は、トウ出口１３６に隣接するヘッド１２０の遠位端に設けられている。アプリケータロール１２４は、切断機構１２２の遠位端で支持ヘッド１２０に取り付けられ、切断機構１２２からトウ１１４を受け取り、トウを工具に塗布するように構成されている。
【００５６】
チャネル１３２には、複数のノズル１６０、１６１が設けられている。この例では、トウ入口１３４に隣接し、ガスの噴流をトウ入口に送る（すなわち、チャネルを通して繊維強化材料１１４を供給する方向に対応する方向に沿って）ように構成されたノズル１６０がある。この例では、トウの出口１３６に隣接し、ガスの噴流をトウ出口に送る（すなわち、チャネルを通して繊維強化材料１１４を供給する方向と反対の方向に沿って）するように構成されたノズル１６１もある。レイアップヘッド１２０は、そのようなチャネルを複数含んでもよい。
【００５７】
図４の例示的なレイアップヘッド１２０では、チャネル１３２の２つの対向する側面にはそれぞれ、少なくとも１つのノズルが設けられて、それぞれの繊維強化材料とチャネルのそれぞれの対向する壁との間の接触を阻止する。
【００５８】
図４の例示的なレイアップヘッド１２０では、１つのまたは各ノズル１６０は、チャネルの細長い範囲に実質的に平行な方向に沿って、それぞれのチャネル内にガスの噴流を送達するように配置されている。
【００５９】
チャネル１３２は、トウ入口１３４に隣接する第１の部分１３８を含み、この第１の部分１３８は、チャネルの第１の部分１３８内にガスの噴流を送達するように配置された第１のノズル１６０を備える。この例では、第１のノズル１６０は、チャネル１３２の上側に向かってトウ入口１３４に隣接する第１のノズルであって、および第１の部分１３８内のチャネル１３２の下側に向かう第１のノズルである。
【００６０】
チャネル１３２はさらに、トウ出口に隣接する第２の部分１４０を含み、このトウ出口には、チャネルの第２の部分１４０にガスの噴流を送るように配置された第２のノズル１６１が設けられる。この例では、第２のノズル１６１は、チャネル１３２の下側に向かってトウ出口１３６に隣接する第２のノズル１６１であって、およびチャネル１３２の上側に向かって第２の部分１４０内の第２のノズル１６１である。
【００６１】
装置１００は、第１のノズル１６０に冷却ガスを供給するように構成された空気圧装置１５５をさらに備え、このため使用時において、繊維強化材料１１４がチャネル１３２を通って移動するときに繊維強化材料１１４が冷却される。空気圧装置１５５はさらに、第２のノズル１６１に高温ガスを供給するように構成され、このため使用時において、繊維強化材料がチャネルを通って移動するときに繊維強化材料が、ガスの噴流によって加熱される。
【００６２】
上記の例は１つのチャネル１３２に関して説明されているが、複数のチャネルを備えるレイアップヘッドは各チャネルに対応する配置を有し得ることが理解されるであろう。
【００６３】
図５は、図４に関して説明したものと同様である複合材料のレイアップヘッド２２０を含む例示的な複合材料レイアップ装置２００を概略的に示す。しかしながら、この例では、１つのまたは各ノズル２６０、２６１は、チャネルの細長い範囲に対して実質的に垂直な方向に沿ってそれぞれのチャネル内にガスの噴流を送達するように構成されている点で異なる。
【００６４】
図６は、図４に関して説明したものと同様の複合材料レイアップヘッド３２０を含む例示的な複合材料レイアップ装置３００を概略的に示す。しかしながら、工具３１２とともにノズルおよびガス供給に関する態様が異なる。この例では、チャネル３３２には複数のノズル３６０が設けられており、各ノズルに冷却ガスを供給するように構成された空気圧装置３５５が存在し、使用時に繊維強化材料がチャネル３３２を通って移動するときに繊維強化材料が冷却される。
【００６５】
複合材料のレイアップヘッド３２０は、工具３１２上にガスの噴流を向けるように構成された第２のノズル３６３をさらに有する。この例では、各ノズル３６３は、噴流が繊維強化材料用のチャネルを通過しないように、ノズルから直接工具上にガスの噴流を向けるように配置されている。従って、チャネルを通過する繊維強化材料は、最初に冷却され、そして次に工具に塗布される前に加熱される。この例では、高温ガスが工具を加熱して繊維強化材料が工具に塗布されるときにそれが加熱されるようにすることができる。他の例では、高温ガスを供給するための第２のノズルは、追加的にまたは代替的に、トウ出口に隣接するチャネルの第２の部分内に高温ガスの噴流を供給するために設けられてもよい。
【００６６】
この例では、工具は、例えば加熱要素３１４からの伝導によって工具の表面を加熱するように配置されたヒータを備えている。
【００６７】
本発明を自動繊維配置（ＡＦＰ）プロセスに関して説明したが、本発明は自動テープ敷設（ＡＴＬ）および自動繊維巻き取りを含む他の複合レイアップ工程にも同様に適用可能であることが理解される。
【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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【国際調査報告】
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