(57)【要約】  製造システムで使用するためのヘッドが開示される。ヘッドは、少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を吐出するように構成されたハウジングと、ハウジングに動作可能に接続され、吐出中に管状構造物中の液体マトリックスを硬化するように構成された硬化促進部とを有してもよい。ヘッドはまた、充填材料を管状構造物に吐出するように構成されたノズルと、ハウジングからノズルに延びるワンドとを有してもよい。【選択図】図１９
2019515818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造システム用のヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングに動作可能に接続され、吐出中に前記管状構造物中の液体マトリックスを硬化するように構成された硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと
を備えるヘッド。
【請求項２】
前記硬化促進部が前記液体マトリックスを前記管状構造物の内側から硬化するように配置される、請求項１に記載のヘッド。
【請求項３】
前記硬化促進部が前記ハウジングの内側にかつ前記管状構造物の吐出方向を基準として前記ノズルの上流に位置する、請求項２に記載のヘッド。
【請求項４】
前記ワンドと反対側の前記ノズルの端部に位置し、前記充填材料を硬化するように構成された少なくとも第２の硬化促進部をさらに含む、請求項３に記載のヘッド。
【請求項５】
少なくとも部分的に前記ハウジングの内側に位置し、前記管状構造物を半径方向外向きにそらすように構成されたダイバータをさらに含み、前記硬化促進部が少なくとも部分的に前記ダイバータの内側に位置する、請求項１に記載のヘッド。
【請求項６】
前記管状構造物の外側の位置で前記ヘッドから前記ノズルに亘って延在する外部シールドをさらに含む、請求項１に記載のヘッド。
【請求項７】
前記管状構造物の内側で前記ヘッドから前記ワンドに亘って延在する内部シールドをさらに含む、請求項６に記載のヘッド。
【請求項８】
前記外部シールド、ノズルおよびワンドが、前記ハウジングに別個に組み付けられ接続可能な、交換可能なアタッチメントを共に形成する、請求項６に記載のヘッド。
【請求項９】
前記ノズルがディスク状であり、周囲に配置された複数のオリフィスを含み、前記複数のオリフィスが前記充填材料を前記管状構造物の内壁に向けて吐出するように構成されている、請求項１に記載のヘッド。
【請求項１０】
前記ワンドの端部と流体連通する中央ダイバータと、
前記中央ダイバータから前記複数のオリフィスへ延在する複数の半径方向通路と
をさらに含む、請求項９に記載のヘッド。
【請求項１１】
前記複数のオリフィスが、前記複数のオリフィスから吐出される前記充填材料が合体して前記管状構造物の内側に環状層を形成するように配置される、請求項９に記載のヘッド。
【請求項１２】
前記複数のオリフィスが、前記複数のオリフィスから吐出される前記充填材料が前記管状構造物の内側に複数の軸方向に向けられた隆起部を形成するように配置される、請求項９に記載のヘッド。
【請求項１３】
前記ノズルが、前記複数の軸方向に向けられた隆起部が前記管状構造物に対してらせん状になるように前記充填材料の吐出中に回転するように構成されている、請求項１２に記載のヘッド。
【請求項１４】
前記ノズルが、前記充填材料のコーティングを前記管状構造物の内壁に噴霧するように構成されている、請求項１に記載のヘッド。
【請求項１５】
前記管状構造物の外側に位置し、前記充填材料の吐出中に、前記ノズルを前記管状構造物内で中心に置くように構成されたセンタリング装置をさらに含む、請求項１に記載のヘッド。
【請求項１６】
複合構造物を連続的に製造するためのシステムであって、
前記複合構造物の製造中に複数の方向に移動するように構成された支持体と、
前記支持体に結合されたヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングの内側に位置し、吐出中に前記管状構造物中の液体マトリックスを前記管状構造物の内側から硬化するように構成された第１の硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと、
前記ワンドと反対側の前記ノズルの端部に位置し、前記充填材料を硬化するように構成された第２の硬化促進部と
を含むヘッドと
を備えるシステム。
【請求項１７】
少なくとも部分的に前記ハウジングの内側に位置し、前記管状構造物を半径方向外向きにそらすように構成されたダイバータをさらに含み、前記第１の硬化促進部が少なくとも部分的に前記ダイバータの内側に位置する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記管状構造物の外側の位置で前記ヘッドから前記ノズルに亘って延在する外部シールドと、
前記管状構造物の内側の位置で前記ヘッドから前記ワンドに亘って延在する状態で配置された内部シールドと
をさらに含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記外部シールド、内部シールド、ノズルおよびワンドが、前記ハウジングに別個に組み付けられかつ接続可能な、交換可能なアタッチメントである、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ノズルが、概ねディスク状であり、
前記ノズルが、
周囲に配置された複数のオリフィスであって、前記充填材料を前記管状構造物の内壁に向けて吐出するように構成された複数のオリフィスと、
前記ワンドの端部と流体連通する中央ダイバータと、
前記ダイバータから前記複数のオリフィスへ延在する複数の半径方向通路と
を含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数のオリフィスが、前記複数のオリフィスから吐出される前記充填材料が前記管状構造物の内側に環状層を形成するように配置される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記複数のオリフィスが、前記複数のオリフィスから吐出される前記充填材料が前記管状構造物の内側に複数の軸方向に向けられた隆起部を形成するように配置される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ヘッドを前記支持体に接続する駆動装置をさらに含み、前記駆動装置は、前記複数の軸方向に向けられた隆起部が前記管状構造物に対してらせん状になるように前記充填材料の吐出中に前記ノズルを回転するように構成されている、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ノズルが、前記管状構造物の内壁に対して前記充填材料のコーティングを噴霧するように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２５】
複合構造物を連続的に製造する方法であって、
繊維をマトリックスで連続的に被覆すること、
管状構造物を形成するために前記マトリックス被覆繊維を半径方向外向きに非繊維軸からそらすこと、
前記管状構造物に３次元軌道を作り出すこと、
前記管状構造物の内側から前記管状構造物を硬化すること、および
前記管状構造物内に充填材料を吐出すること
を含む方法。
【請求項２６】
前記管状構造物を硬化することが、前記充填材料が前記管状構造物に吐出される場所の上流の位置で前記管状構造物を硬化することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記充填材料を硬化することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記管状構造物を環境から外部から遮蔽することをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記管状構造物を前記環境から内部から遮蔽することをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記充填材料を前記管状構造物内に吐出することが、前記充填材料を前記管状構造物の中心から半径方向外向きに前記管状構造物の内壁に仕向け、前記管状構造物の内側に環状層を形成することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３１】
前記充填材料を前記管状構造物内に吐出することが、前記充填材料を前記管状構造物の中心から半径方向外向きに前記管状構造物の内壁に仕向け、前記管状構造物の内側に複数の軸方向に向けられた隆起部を形成することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記充填材料を前記管状構造物内に吐出することが、前記複数の軸方向に向けられた隆起部を前記管状構造物に対してらせん状にすることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記充填材料を前記管状構造物内に吐出することが、前記充填材料のコーティングを前記管状構造物の内壁に噴霧することを含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［0001］  本開示は、一般に製造用ヘッドおよびシステムに関し、より詳細には、複合中空構造物を連続的に製造するためのヘッドおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
［0002］  押出製造は、連続中空構造物を製造するための公知の方法である。押出製造中、液体マトリックス（例えば、熱硬化性樹脂または加熱された熱可塑性樹脂）を、所望の断面形状および寸法を有する型に押し込む。材料は、型を出ると、硬化し、最終形態に固まる。いくつかの用途では、液体マトリックスが型を出る際の硬化を増進させるためにＵＶ光および／または超音波振動が用いられる。押出製造プロセスによって製造される中空構造物は、任意の連続長を有する直線状または湾曲したプロファイル、一貫した断面形状、および優れた表面仕上げを有することができる。押出製造は、中空構造物を連続的に製造するのに効率的な方法であり得るが、得られる構造物は、いくつかの用途に必要とされる強度を欠いている可能性がある。
【０００３】
［0003］  引抜成形製造は、高強度中空構造物を製造するための公知の方法である。引抜成形製造中、個々の繊維ストランド、ストランドの編組、および／または織物が、液体マトリックス（例えば、熱硬化性樹脂または加熱された熱可塑性樹脂）で被覆または含浸され、固定金型に引き込まれ、液体マトリックスがそこで硬化し最終形態に固まる。押出製造の場合と同様に、ＵＶ光および／または超音波振動が、型を出る際の液体マトリックスの硬化を増進させるために、いくつかの引抜成形用途で使用される。引抜成形製造プロセスによって製造された中空構造物は、多くの押出された構造物の同じ属性を、および一体化された繊維による増大した強度を有する。引抜成形製造は、高強度の中空構造物を連続的に製造するのに効率的な方法であり得るが、得られる構造物は、いくつかの用途に必要な形態を欠いている可能性がある。さらに、引抜成形される中空構造物内に組み込まれる繊維パターンの種類が制限され、それによって、得られる中空構造物の利用可能な特性が制限されることがある。
【０００４】
［0004］  開示されたシステムは、上述した問題および／または従来技術の他の問題の１つまたは複数を克服することを目的としている。
【発明の概要】
【０００５】
［0005］  一態様では、本開示は、製造システム用のヘッドに関する。ヘッドは、少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を吐出するように構成されたハウジングと、ハウジングに動作可能に接続され、吐出中に管状構造物中の液体マトリックスを硬化するように構成された硬化促進部とを含んでもよい。ヘッドはまた、充填材料を管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、ハウジングからノズルに延びるワンドとを有してもよい。
【０００６】
［0006］  別の態様では、本開示は、複合構造物を連続的に製造するためのシステムに関する。システムは、複合構造物の製造中に複数の方向に移動するように構成された支持体と、支持体に結合されたヘッドとを含んでもよい。ヘッドは、少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を吐出するように構成されたハウジングと、ハウジングの内側に配置され、吐出中に管状構造物中の液体マトリックスを管状構造物の内側から硬化するように構成された第１の硬化促進部とを含んでもよい。ヘッドはまた、充填材料を管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、ハウジングからノズルに延びるワンドと、ワンドと反対側のノズルの端部に配置され、充填材料を硬化するように構成された第２の硬化促進部とを含んでもよい。
【０００７】
［0007］  さらに別の態様では、本開示は、複合構造物を連続的に製造する方法に関する。この方法は、繊維をマトリックスで連続的に被覆すること、管状構造物を形成するためにマトリックス被覆繊維を半径方向外向きに非繊維軸からそらすこと、および管状構造物に３次元軌道を作り出すことを含んでもよい。この方法はまた、管状構造物の内側から管状構造物を硬化すること、および管状構造物内に充填材料を吐出することを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】［0008］例示的な開示される製造システムの概略図である。
【図２】例示的な開示される製造システムの概略図である。
【図３】［0009］図１および２の製造システムと併せて使用され得る例示的な開示される駆動装置およびヘッドの断面図である。
【図４】［0010］図３のヘッドの分解図である。
【図５】［0011］図３および４のヘッドに接続され得る例示的な開示されるシールドの斜視図である。
【図６】［0012］図１および２のシステムで製造され得る例示的な開示される中空構造物の概略図である。
【図７】［0012］図１および２のシステムで製造され得る例示的な開示される中空構造物の概略図である。
【図８】［0012］図１および２のシステムで製造され得る例示的な開示される中空構造物の概略図である。
【図９】［0012］図１および２のシステムで製造され得る例示的な開示される中空構造物の概略図である。
【図１０】［0013］図６〜９の中空構造物の壁を構成し得る例示的な開示される織りパターンの概略図である。
【図１１】図６〜９の中空構造物の壁を構成し得る例示的な開示される織りパターンの概略図である。
【図１２】図６〜９の中空構造物の壁を構成し得る例示的な開示される織りパターンの概略図である。
【図１３】図６〜９の中空構造物の壁を構成し得る例示的な開示される織りパターンの概略図である。
【図１４】図６〜９の中空構造物の壁を構成し得る例示的な開示される織りパターンの概略図である。
【図１５】図６〜９の中空構造物の壁を構成し得る例示的な開示される織りパターンの概略図である。
【図１６】図６〜９の中空構造物の壁を構成し得る例示的な開示される織りパターンの概略図である。
【図１７】図６〜９の中空構造物の壁を構成し得る例示的な開示される織りパターンの概略図である。
【図１８】図６〜９の中空構造物の壁を構成し得る例示的な開示される織りパターンの概略図である。
【図１９】［0014］図１および２の製造システムと併せて使用され得る例示的な開示されるヘッドの断面図および端面斜視図である。
【図２０】図１および２の製造システムと併せて使用され得る例示的な開示されるヘッドの断面図および端面斜視図である。
【図２１】［0015］図１および２の製造システムと併せて使用され得る別の例示的な開示されるヘッドの断面図および斜視図である。
【図２２】図１および２の製造システムと併せて使用され得る別の例示的な開示されるヘッドの断面図および斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［0016］  図１および２は、異なる例示的システム１０および１２を示し、それらは、任意の所望の断面形状（例えば、円形または多角形）を有する中空複合構造物（例えば、チューブ、ホース、チャネル、導管、ダクト等）１４を連続的に製造するために使用され得る。システム１０、１２のそれぞれは、支持体１６、駆動装置１８、およびヘッド２０を含むことができる。ヘッド２０は、駆動装置１８を介して支持体１６に結合されてもよい。図１の開示される実施形態では、支持体１６は、構造物１４の製造中に複数の方向に駆動装置１８およびヘッド２０を移動させることができるロボットアームであり、その結果、構造物１４の得られる長手方向軸２２は三次元である。図２の実施形態では、支持体１６は、構造物１４の製造中にヘッド２０および駆動装置１８を同じく複数の方向に移動させることができるオーバーヘッドガントリーである。両方の実施形態の支持体１６は６軸移動が可能であるように示されているが、必要に応じて、駆動装置１８およびヘッド２０を同じまたは異なる方法で移動させることができる任意の他のタイプの支持体１６を利用することもできると考えられる。
【００１０】
［0017］  図３に示すように、駆動装置１８は、ヘッド２０と支持体１６との間の機械的結合部として機能することに加えて、ヘッド２０に電力を供給するために協働する構成要素を含んでもよい。これらの構成要素は、とりわけ、容器２４と、容器２４内に配置された１つまたは複数のアクチュエータと、様々なアクチュエータをヘッド２０の異なる部分に接続する複数のリンクとを含んでもよい。開示される実施形態において、３つの異なるアクチュエータ２６、２８、３０が、２つの異なるシャフト３２、３４およびロッド３６を介してヘッド２０に連結されるものとして容器２４内に示されている。アクチュエータ２６および２８は、回転型アクチュエータ（例えば、電気式、油圧式または空気圧式モータ）であってもよく、アクチュエータ３０は、リニアアクチュエータ（例えば、ソレノイドアクチュエータ、油圧シリンダ、リードスクリュー等）であってもよい。シャフト３２は、管状（すなわち、円筒形および中空）であってもよく、アクチュエータ２６によって中心軸３７を中心に回転するように駆動されてもよく、シャフト３４は、シャフト３２の中心を通り、アクチュエータ２８によって駆動され、同じく中心軸３７を中心に回転してもよい。本開示のために、軸３７はヘッド２０の非繊維軸と考えられてもよい。開示された実施形態では、シャフト３４もまた管状であり、ロッド３６は、シャフト３４の中心を通過し、アクチュエータ３０によってシャフト３４の内外に軸方向に出入りするように構成されてもよい。ロッド３６は、中心軸３７と概ね整列されてもよい。必要に応じて、異なる数のアクチュエータを、異なるシャフトおよび／またはロッド構成で、ヘッド２０に結合することができると考えられる。例えば、必要に応じて、単一のアクチュエータを結合して、（例えば、図示しない歯車列によって）シャフト３２、３４の両方を回転させることができる。電気は、外部電源（例えば確立された電力系統）３８からアクチュエータ３０〜３４に供給されてもよい。
【００１１】
［0018］  上述した様々なアクチュエータの取り付け位置として機能することに加えて、容器２４は、いくつかの実施形態では、圧力容器としても機能することができる。例えば、容器２４は、加圧マトリックス材料を受け入れるまたは含むように構成することができる。マトリックス材料は、硬化可能な任意の種類の液体樹脂（例えば、ゼロ揮発性有機化合物樹脂）を含むことができる。典型的な樹脂には、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、カチオン性エポキシ、アクリル化エポキシ、ウレタン、エステル、熱可塑性樹脂、光重合体、ポリエポキシドなどが含まれる。一実施形態では、容器２４内のマトリックス材料の圧力は、対応する導管４２を介して容器２４に流体接続された外部装置（例えば、押出機または他のタイプのポンプ）４０によって生成されてもよい。しかしながら、別の実施形態では、圧力は、同様のタイプの装置によって容器２４の内部に完全に生成されてもよい。いくつかの例では、早期硬化を防止するために、容器２４内のマトリックス材料を低温および／または暗く保つ必要があり得、他の例では、マトリックス材料を同じ理由で温かく保つ必要があり得る。どちらの状況においても、容器２４は、これらのニーズに対応するように特別に構成されてもよい（例えば、隔絶されても、冷却されても、および／または温められてもよい）。
【００１２】
［0019］  容器２４の内部に貯蔵されたマトリックス材料は、任意の数の別個の繊維を被覆し、それら繊維と共に複合構造物１４の壁を構成するために使用されてもよい。開示された実施形態では、２つの別個の繊維供給源４４、４６が、容器２４内に（例えば、図示しない別個の内部スプール上に）貯蔵され、または別の方法で容器２４を通過する（例えば、同じまたは別個の外部スプールから供給される）。一例では、供給源４４、４６の繊維は同じ種類のものであり、同じ直径および断面形状（例えば、円形、正方形、平坦等）を有する。しかしながら、他の例では、供給源４４、４６の繊維は異なる種類のものであり、異なる直径を有し、および／または異なる断面形状を有する。供給源４４、４６のそれぞれは、単一の繊維ストランド、いくつかの繊維ストランドのトウもしくはロービング、または繊維ストランドの織りを含むことができる。ストランドは、例えば、炭素繊維、植物繊維、木繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、金属線等を含むことができる。
【００１３】
［0020］  供給源４４、４６からの繊維は、必要に応じて、繊維が容器２４の内側にある間、繊維がヘッド２０を通過する間、および／または繊維がヘッド２０から吐出されている間、容器２４内に貯蔵されたマトリックス材料で被覆されてもよい。マトリックス材料、供給源４４、４６の一方または両方からの乾燥繊維、および／またはマトリックス材料で既に被覆された繊維は、当業者には明らかな任意の方法でヘッド２０に搬送することができる。図３の実施形態では、マトリックス材料は両方の供給源４４、４６からの繊維と（場合によっては様々な長さの細断された繊維などの充填材と）混合され、次いでマトリックス被覆繊維は、シャフト３２および／または３４の開かれた内部を経由してヘッド２０へ向けられる。しかしながら、必要に応じて専用の導管（図示せず）をこの目的のために代替的に使用することができると考えられる。マトリックス材料は、容器２４の圧力によってシャフト３２、３４（および／または専用の導管）を通して押されてもよく、繊維はマトリックス材料と共に移動してもよい。代替的にまたは追加的に、繊維（被覆されているまたは被覆されていない）は、シャフト３２および／または３４を通して機械的に引っ張ることができ、いくつかの実施形態ではマトリックス材料は繊維と共に引っ張ることができる。開示された例では、電気がシャフト３２および／または３４の空の内部を介してヘッド２０に同じく供給される。
【００１４】
［0021］  ヘッド２０は、駆動装置１８から受け取ったマトリックス被覆繊維から構造物１４の壁の独特の織りパターンを形成するように機能する相互に入れ子状にされた一連の円筒状構成要素を含んでもよい。図３および４からわかるように、これらの構成要素は、とりわけ、ハウジング４８、１つまたは複数の繊維ガイド（例えば、第１の繊維ガイド５０および第２の繊維ガイド５２）、ダイバータ５４、１つまたは複数の硬化促進部（例えば、ＵＶライト５６および／または超音波発信器５８）、および切断装置６０を含んでもよい。以下でより詳細に説明するように、駆動装置１８からのマトリックス被覆繊維は、第１および／または第２の繊維ガイド５０、５２を通過してもよく、ここで繊維内の回転が発生されてもよい。次いで、回転するマトリックス被覆繊維は、ダイバータ５４とハウジング４８との間およびダイバータ５４の口部６２の周りの環状間隙６１（図３にのみ示される）を通過してもよく、ここで樹脂はＵＶライト５６および／または超音波発信器５８によって内側から硬化される。
【００１５】
［0022］  ハウジング４８は、概ね管状であってもよく、開放端部６４（図４にのみ示される）と反対側のドーム状端部６８とを有してもよい。開放端部６４におけるハウジング４８の内径は、繊維ガイド５０、５２の外径より大きくてもよく、ハウジング４８の内部軸方向長さは、繊維ガイド５０、５２の軸方向長さより大きくてもよい。この構成では、繊維ガイド５０、５２は、ハウジング４８の内側に少なくとも部分的にフィットすることができる。開示される実施形態では、開放端部６４におけるハウジング４８の軸方向面６９が繊維ガイド５０、５２の対応する端部を越えて延びるように、繊維ガイド５０、５２の両方はハウジング４８の内側に完全に入れ子状になる。開放端部６４におけるハウジング４８の面６９は、ダイバータ５４の対応する湾曲した外面を反映するように凸状に湾曲されてもよい。中央開口７０が、ハウジング４８のドーム状端部６８内に形成されてもよく、これはシャフト３２、シャフト３４およびロッド３６がそれを軸方向に貫通することを可能にする。いくつかの実施形態では、液体マトリックス材料がハウジング４８から漏れるのを防ぐために、シール（例えば、図３にのみ示されるＯリング）７２を開口部７０およびシャフト３２の周りに配置することができる。
【００１６】
［0023］  ハウジング４８と同様に、繊維ガイド５０および５２は概ね管状であってもよく、開口端部７４と、開口端部７４の反対側に位置するドーム状端部７６を有してもよい。開口端部７４における繊維ガイド５０の内径は、ドーム状端部７６における繊維ガイド５２の外径より大きくてもよく、および繊維ガイド５０の内部軸方向長さは、繊維ガイド５２の外部軸方向長さより大きくてもよい。この構成では、繊維ガイド５２は、少なくとも部分的に繊維ガイド５０の内側にフィットしてもよい。開示された実施形態では、開放端部７４の繊維ガイド５０の端面７８が繊維ガイド５２の端面８０を軸方向に越えて延びるように、繊維ガイド５２は繊維ガイド５０の内側に完全に入れ子状になる。繊維ガイド５０、５２の端面７８および８０は、ダイバータ５４の対応する湾曲した外面を反映するように凸状に湾曲されてもよい。
【００１７】
［0024］  繊維ガイド５０および５２はそれぞれ、開放端部７４からドーム状端部７６まで延びる環状の側壁８２を有してもよい。開示された例では、各側壁８２の厚さは、（例えば工業的公差内で）ほぼ同じであってもよい。しかしながら、所望であれば、各側壁８２は異なる厚さを有することができると考えられる。側壁８２の厚さは、任意の数の軸方向に向けられた通路８４を内側に収容するのに十分であり得る。通路８４は、対応する端面（すなわち端面７８または８０）からドーム状端部７６を完全に通過し得る。繊維ガイド５０から形成された各通路８４は、供給源４４、４６のうちの一方から１つまたは複数の繊維を受け取るように構成されてもよい一方、繊維ガイド５２に形成される各通路８４は、供給源４４、４６のうちの他方から１つまたは複数の繊維を受け取るように構成されてもよい。同じまたは異なる数の通路８４が所望のように繊維ガイド５０および５２のそれぞれの内に形成されてもよく、および／または通路８４が同じまたは異なる直径を有してもよいことが考えられる。開示された実施形態では、実質的に同一の直径を有する２４個の等間隔の通路８４が繊維ガイド５０、５２のそれぞれに形成される。繊維ガイド５２の環状壁８２は繊維ガイド５０の環状壁８２よりも小さい直径を有し得るので、繊維ガイド５２内の通路８４間の等間隔は、繊維ガイド５０内の通路８４間の対応する等間隔とは異なり得る。繊維ガイド５０、５２の一方または両方内の通路間隔はいくつかの実施形態では不均一に分布されてもよいことに注意されたい。繊維ガイド５２は、繊維ガイド５０の内側に完全に入れ子状になり得るので、繊維ガイド５０を通過する繊維は、構造物１４の製造中、繊維ガイド５２を通過する繊維と概ね重なり得る。
【００１８】
［0025］  繊維ガイド５０、５２のそれぞれは、構造物１４の製造中に選択的に回転されるか静止した状態に保持されてもよく、その結果、各ガイドを通過する繊維が独特の織りパターン（例えば、らせんパターン、揺れパターン、直線および平行パターン、または組み合わせパターン）を共に形成するようにする。繊維ガイド５０の回転はシャフト３２を介して駆動され得る一方、繊維ガイド５２の回転はシャフト３４を介して駆動され得る。シャフト３２は、繊維ガイド５０の内面および／またはドーム状端部７６に接続されてもよい。シャフト３４は、繊維ガイド５０のドーム状端部７６のクリアランス開口８６を通過して、繊維ガイド５２のドーム状端部７６および／または内面と係合してもよい。以下により詳細に記載するように、繊維ガイド５０、５２の相対回転は、構造物１４の得られる織りパターンに影響を及ぼし得る。特に、繊維ガイド５０、５２の回転は、所望の特性を有する独特のおよび／または動的に変化する織りパターンを形成するために、例えば、同じ方向、互いに対向、連続的、断続的、揺動的であってもよく、より小さいまたはより大きな揺動範囲を有してもよく、より低いまたはより高い速度で実施されてもよい。さらに、繊維ガイド５０、５２の回転は、支持体１６の動きに関連して、ダイバータ５４の動きに関連して、軸方向押出し距離および／または速度に関連して、および／または構造物１４の既知の幾何学的形状（例えば、終点、結合点、ティー、正反対の変化、スプライス、ターン、高圧および／または高温領域等）に関連して、振り付けられてもよい。
【００１９】
［0026］  ダイバータ５４は概ね釣鐘形であってもよく、ドーム状端部８８を口部６２の反対側に有する。ドーム状端部８８は、口部６２よりも小さい直径を有してもよく、繊維ガイド５２内に少なくとも部分的に入れ子状になるように構成されてもよい。口部６２は、ドーム状端部８８から半径方向外向きに広がってもよく、繊維ガイド５２の外径よりも大きい外径を有してもよい。一実施形態では、口部６２の外径は、ハウジング４８の外径とほぼ同じであってもよい。ダイバータ５４は、その外側に広がる輪郭のため、両方の繊維ガイド５０、５２の通路８４から出ていく繊維を半径方向外側にそらすように機能してもよい。このように、構造物１４の得られる内径は、ダイバータ５４の外径によって定められてもよい。さらに、ダイバータ５４は、繊維をハウジング４８の面６９に向けてそらせ、それにより繊維を間隙６１内に挟み込むことができる（図３参照）。従って、ダイバータ５４のそらし機能は、構造物１４の内径を確立することに加えて、構造物１４の壁厚を決定してもよい。ダイバータ５４は、概ね釣鐘状であると記載されているが、必要に応じてダイバータ５４は代わりに円錐形であってもよいことが考えられる。
【００２０】
［0027］  一実施形態では、ダイバータ５４は、構造物１４の壁厚を選択的に調整するように可動式であってもよい。具体的には、ロッド３６は、ダイバータ５４のドーム状端部７６に係合するために繊維ガイド５０、５２のクリアランス開口８６を通過してもよい。この接続により、アクチュエータ３０（図３参照）によって生じるロッド３６の軸方向並進が、間隙６１の幅および構造物１４の対応する壁厚を変化させ得る。従って、構造物１４のより厚い壁は、ダイバータ５４をハウジング４８から押し出すことによって製造することができ、より薄い壁は、ダイバータ５４をハウジング４８の近くに引っ張ることによって製造することができる。
【００２１】
［0028］  構造物１４の壁内の特定の特徴は、間隙６１の幅を急速に変化させることによって（すなわち、ダイバータ５４を急速に引き入れたりダイバータ５４を急速に押し戻したりすることによって）形成され得ると考えられる。例えば、引き／押し動作の速度、持続時間、および／または距離を調整することによって、隆起部（図８参照）、フランジ（図７参照）、可撓性セクション、および他の特徴が形成され得る。
【００２２】
［0029］  ＵＶライト５６は、構造物１４の形成中に構造物１４の内面を電磁放射線に連続的に曝露するように構成することができる。電磁放射線は、間隙６１を通って吐出されるマトリックス材料内で生じる化学反応の速度を上げ、それによりマトリックス材料が硬化するのに必要な時間を短縮する一助となり得る。開示されている実施形態では、ＵＶライト５６は、軸３７と概ね整列してダイバータ５４の口部６２内に取り付けられてもよく、またダイバータ５４から放射線を外方に向けるように方向付けられてもよい。ＵＶライト５６は軸３７の周りに等しく分散された複数のＬＥＤ（例えば６個のＬＥＤ）を含んでもよい。しかしながら、任意の数のＬＥＤまたは他の電磁放射線源が、開示された目的のために代替的に利用されてもよいことが考えられる。ＵＶライト５６は、シャフト３２、３４およびロッド３６を介して電源３８（図３参照）から延びる電気リード線９０を介して給電されることができる。いくつかの実施形態では、ロッド３６自体が電気リード線９０として機能することができる。電磁放射線の量は、構造物１４が口部６２から離れる方へ所定の長さよりも軸方向に成長する前にマトリックス材料を硬化するのに十分なものであり得る。一実施形態では、構造物１４は、軸方向の成長長さが構造物１４の外径と等しくなる前に完全に硬化される。
【００２３】
［0030］  超音波発信器５８が、構造物１４内のマトリックス材料の硬化速度を上げるために、ＵＶライト５６の代わりにまたはそれに加えて使用され得る。例えば、超音波発信器５８は、ダイバータ５４の口部６２の中に直接取り付けられ得るか、またはＵＶライト５６の遠位端に（例えば、対応する凹部内に）取り付けられ得る。超音波発信器５８は、超音波エネルギーをマトリックス材料中の分子に放出し、分子を振動させるために使用され得る。振動はマトリックス材料内に気泡を生成し得、気泡は高温および高圧で空所を作り、それがない場合よりも迅速にマトリックス材料を硬化させ得る。超音波発信器５８は、ＵＶライト５６と同じ方法で給電されてもよく、構造物１４を内側から硬化するように同じく機能し得る。ＵＶライト５６および／または超音波発信器５８に加えてまたはその代わりに、必要ならば、構造物１４の硬化速度を外側から上げることを補助するために、１つまたは複数の追加の硬化促進部（図示せず）を配置してもよい。
【００２４】
［0031］  切断装置６０は、構造物１４の長さを選択的に終わらせるか、または固定するために、構造物１４の製造中に使用されてもよい。図３および４に示すように、切断装置６０は概ねリング状であってもよく、ハウジング４８の外面に移動可能に取り付けられてもよい。切断装置６０は、間隙６１を介して吐出されるマトリックス被覆繊維と係合するまで軸線３７に沿って摺動するように構成された鋭利な刃９２を有していてもよい。同じ方向のさらなる摺動は、繊維を口部６２に対してせん断し、それによって構造物１４の長さを固定するように機能することができる。このせん断作用は、マトリックス材料がまだ未硬化の間のみ起こり得、その結果、構造物１４の繊維を通して刃９２を押すのに必要な力はより小さくてよく、得られる切断面はより微細な仕上げを有し得ることに留意されたい。
【００２５】
［0032］  切断装置６０の軸方向移動は、専用のアクチュエータ９３（図３参照）によって生じさせることができる。アクチュエータ９３は、ハウジング４８に取り付けられ、必要に応じてリニアアクチュエータ（例えば、油圧ピストンまたはソレノイド）または回転型アクチュエータ（例えば、ハウジング４８のおねじに係合するモータ）を具体化することができる。アクチュエータ９３は、外部配線を介して電源３８から電力を受け取ることができる。
【００２６】
［0033］  いくつかの実施形態では、切断装置６０の動きは、構造物１４の繊維せん断中にダイバータ５４の動きと協調させることができる。例えば、構造物１４の繊維に向かって切れ刃９２を軸方向に移動させる直前または間に、ダイバータ５４を、ロッド３６およびアクチュエータ３０によってハウジング４８に向かって内側に引っ張ってもよい。ダイバータ５４を内側に引くことによって、構造物１４の壁厚を低減させ、それによりせん断しやすくすることができる。さらに、ダイバータ５４を内側に引くことにより、より大きなクランプ力を繊維に及ぼすことができ、それにより、必要なせん断力および／または切れ刃９２の動きが低減される。
【００２７】
［0034］  構造物１４のマトリックス被覆繊維は間隙６１を通って吐出された後に素早く硬化し得るとしても、この硬化の速度はいくつかの用途には不十分である場合がある。例えば、水中、宇宙空間、または理想的でない（例えば厳しいまたは極端な）温度、理想的でない圧力、および／または汚染度の高い別の不快な環境下で構造物１４を製造する場合、マトリックス被覆繊維は、所望の構造的特徴を確保するように硬化が完了するまで環境から遮蔽されるべきである。この理由のために、シールド９４が設けられ、ヘッド２０の遠位端に選択的に結合されてもよい。シールド９４の例は、チューブ９６および／または可撓性カップリング９８を含むものとして図５に示されている。チューブ９６はヘッド２０の遠位端に単独で選択的に結合されてもよく、カップリング９８はヘッド２０の遠位端に単独で選択的に接続されてもよい。またはチューブ９６は、必要に応じてカップリング９８を介してヘッド２０の遠位端に選択的に結合されてもよい。シールド９４は、構造物１４のより制御された環境を提供し得、構造物１４がシールド９４の端部を越えて軸方向に押し出される前に、その中のマトリックスが所望の量だけ硬化することを可能にする。いくつかの実施形態では、シールド９４は不活性ガスで加圧されてもよく、マトリックスの硬化速度を高めるガスで加圧されてもよく、および／または製造中に構造物１４を取り囲む環境をより完全に制御するために減圧されてもよい。構造物１４の軸２２が主に真っ直ぐである場合、チューブ９６は単独で（すなわち、カップリング９８なしで）使用されてもよく、一方で、軸２２が三次元である場合、カップリング９８は単独でまたはチューブ９６ととともに使用されてもよい。カップリング９８は、構造物１４が軸３７（図３参照）に対して曲がり、湾曲することを可能にする。
【００２８】
［0035］  システム１０は、構造物１４の壁内に多くの異なる織りパターンを作り出すことができるかもしれない。図６〜９は、システム１０で製造することが可能であり得る例示的な構造物１４を示す。図１０〜１８は、構造物１４を作製するために使用され得る織りパターンの例示的な例を示す。開示された概念をさらに説明するために、以下のセクションで図６〜１８をより詳細に論じる。
【００２９】
［0036］  図１９および２０は、構造物１４を製造するために使用され得るヘッド２０の別の例示的な実施形態を示す。図３の実施形態と同様に、図１９および２０のヘッド２０は、ハウジング４８の内側に配置された、シャフト３２、３４（明確にするために図１９および２０から省かれ、図３に示されている）、ロッド３６（明確にするために図１９および２０から省かれ、図３に示されている）、１つまたは複数の繊維ガイド５０、５２、ダイバータ５４、ＵＶライト５６、および／または超音波発信器５８を含むことができる。いくつかの実施形態において、図１９および２０のヘッド２０はまた、第１の端部でハウジング１８に接続され、反対の第２の端部で構造物１４の外面と係合するシールド９４を含むことができる。しかしながら、図３の実施形態と対照的に、図１９および２０のヘッド２０は、構造物１４の形成中に構造物１４を他の材料１４０で充填するために協働する追加の構成要素を含むことができる。材料１４０は、例えば、断熱材、遮蔽材、剛性支持材、液体マトリックス、粒子強化マトリックス、発泡材、圧縮ガス、コンクリート、または当技術分野で公知の他の充填材を含むことができる。
【００３０】
［0037］  構造物１４を材料１４０で充填するために協働するヘッド２０の構成要素は、とりわけ、ハウジング４８から（例えば、繊維ガイド５０、繊維ガイド５２、およびダイバータ５４を通って）構造物１４の中心軸に沿ってシールド９４の第２の端部まで延在する中空のワンド１４２と、ワンド１４２の遠位端に動作可能に接続されたノズル１４４とを含むことができる。ワンド１４２は、剛性または可撓性であってよく、第１の端部で、例えばシャフト３２、３４ロッド３６の内側に配置された内部供給路を介して、材料１４０を提供されてもよい。ノズル１４４は、材料１４０が構造物１４の内壁に充填されるおよび／または接合するように、下流の位置で軸方向および／または半径方向外側に材料１４０を吐出（例えば噴霧）するように構成されてもよい。
【００３１】
［0038］  図１９および２０の実施形態では、ワンド１４２はヘッド２０と一体であり、その結果、ヘッド２０は常に構造物１４に材料１４０を充填可能であり得る。しかしながら、必要に応じて、ワンド１４２はヘッド２０に取り外し可能に接続されてもよいことが考えられる。同様に、ノズル１４４は、異なる材料１４０および／または充填特徴が使用され得るように、ワンド１４２に永久にまたは交換可能に接続されてもよい。
【００３２】
［0039］  ノズル１４４は、図１９および２０の例示的な実施形態において、構造物１４の内面に材料１４０の内側環状層または薄膜を適用するように構成される。特に、ノズル１４４は、ディスク状本体１４６であって本体１４６の周囲に配置された複数のオリフィス（例えば、正方形、円形、楕円形、三角形または他の多角形形状オリフィス）１４８を有するディスク状本体１４６と、本体１４６のほぼ中心に位置する半径方向ダイバータ１５０と、ダイバータ１５０からオリフィス１４８まで延びる半径方向に向けられた複数の内部通路１５２とを含むことができる。この構成では、ワンド１４２から軸方向に前進する材料１４０は、ダイバータ１５０に衝突し、通路１５２およびオリフィス１４８を通して半径方向外側に押されて、構造物１４の内面と接触し得る。材料１４０は、少なくとも材料１４０の硬化が達成されるのに十分な長さ、それが内面に接合することを可能にする粘度を有し得る。いくつかの例では、オリフィス１４８を出る材料１４０は、オリフィス１４８を通って吐出されるとおよび硬化前に流れることがあり、その結果、各オリフィス１４８からの材料１４０は隣接するオリフィス１４８からの材料１４０と合体（coalesce）して連続環状薄膜を形成する。しかしながら、他の実施形態では、材料１４０の別個の軸方向隆起部が堆積され硬化されるように、材料１４０は吐出時および硬化前にさほど流れないことがある。
【００３３】
［0040］  上述したように、図１９および２０のヘッド２０は、ＵＶライト５６および／または超音波発信器５８を含んでもよい。これらの構成要素は、上で既に記載したように構造物１４の硬化を容易にすることに加えて、材料１４０の硬化を容易にすることもできる。特に、第１のＵＶライトまたはライト５６のセットは、（図３の実施形態に類似して）ワンド１４０の第１の端部の周りに配置され、構造物１４の液体マトリックスを硬化するように構成されてもよい一方、第２のＵＶライトまたはライト５６のセットは、ノズル１４４の外端面に取り付けられ、材料１４０をオリフィス１４８を通して吐出される間に硬化するように構成されてもよい。いくつかの例では、超音波発信器５８は、例えばＵＶライト５６の第２のセットの中心で、ノズル１４４の露出した端面に同じく取り付けられてもよい。
【００３４】
［0041］  いくつかの実施形態では、内部シールド１５１が、ワンド１４２および／またはノズル１４４に（例えば、直接または追加の構成要素を介して間接的に）接続され、シールド９４の内側に配置されてもよい。内部シールド１５１は、構造物１４の液体マトリックスがまだ十分に硬化されてない可能性があるときに、極端な環境から構造物１４をさらに隔離するようにワンド１４２および／またはノズル１４４の周囲の空間をシールする一助となり得る。内部シールド１５１はバッフルを具体化してもよく、このバッフルは、ワンド１４２の外側環状面と係合するためにノズル１４４の内側端面から半径方向内側に向かって先細りし、ノズル１４４の内側端面からワンド１４２の第１の端部まで軸方向に延在する。必要に応じて、内部シールド１５１は省略してもよいことが考えられる。
【００３５】
［0042］  ノズル１４４の外周は、構造物１４の内側環状面と係合してもよく、または必要に応じて、内側環状面の手前で終了してもよいと考えられる。ノズル１４４の周囲が構造物１４の内側環状面と係合するとき、ノズル１４４は、場合によってはガイドとして作用することができる。すなわち、構造物１４は、これらの場合に、および構造物１４がまだ完全に硬化していないときに、ノズル１４４上を摺動する可能性がある。これが起こると、ノズル１４４は実際に構造物１４を成形する一助となり得る。例えば、ノズル１４４は概ね円形であり、構造物１４が通常であれば垂れ下がる傾向があり得るときに、構造物１４が円形断面形状を維持する一助となり得る。あるいは、ノズル１４４は、矩形、楕円形、三角形、または他の多角形形状であってもよく、および／またはダイバータ５４のサイズより一般に大きいまたは小さいサイズを有してもよい。このようにして、ノズル１４４を使用して、ダイバータ５４上に元々押し出されたものから、構造物１４の形状を調整することができる。
【００３６】
［0043］  構造物１４の独特の特徴を変えるおよび／または作り出すために、構造物１４の押出しの間、ノズル１４４を選択的に移動できることも考えられる。例えば、ワンド１４２は、材料１４０が構造物１４の内部にらせん構造で、および／または隆起部、フランジ、可撓性部分および他の特徴部で堆積されるように、曲がる、回転する、および／または平行移動するべく（例えば、アクチュエータ２６、２８および／または３０のような駆動装置１８内に配置されたアクチュエータを介して（図３参照））駆動されてもよい。
【００３７】
［0044］  図２１および２２に示される代替実施形態において、ワンド１４２およびノズル１４４は、別の取付け構造を有する。特に、ワンド１４２およびノズル１４４は、ヘッド２０（図示せず）に永久的に接続されなくてもよい。代わりに、ワンド１４２、ノズル１４４、およびシールド９４は、カメラレンズがカメラ本体に接続され得るのとほとんど同じやり方で、ヘッド２０に取り外し可能に接続され得るアタッチメント１５４を共に形成してもよい。このように、任意の数の異なるアタッチメント１５４（例えば、異なる長さのワンド１４２、異なるノズル形状等を有するアタッチメント）をヘッド２０と共に交換可能に使用して、様々な異なる構造物１４を作り出すことができる。ワンド１４２の第１の端部は、ヘッド２０の対応するソケット（例えば、ハウジング４８の閉鎖端部内に形成されたソケット）内に受け入れられてもよい。ワンド１４２をソケットの内部に固定するために、ネジ留め、圧縮結合、または別の形態の接続が使用されてもよい。その後、シールド９４の基端部はハウジング４８の外側環状面上を単に摺動してもよい。
【００３８】
［0045］  ノズル１４４は、図２１および２２において、図１９および２０とは異なる形状を有するものとして示されている。特に図２１および２２の実施形態では、ノズル１４４は、より小さい直径および単一の中央オリフィス１４８を有する。この構成は、構造物１４を材料１４０で完全に充填するため、または材料１４０のコーティングを構造物１４の内面に単に噴霧するために使用されてもよい。
【００３９】
［0046］  図２１および２２のノズル１４４は、構造物１４の内側環状面に係合するかまたは近くに接近するべく半径方向外向きに延在しないので、構造物１４の軌道変更中にノズル１４４が構造物１４の幾分内側に半径方向に移動することがあり得る。この半径方向の移動はある状況では許容できるかもしれないが、他の状況では構造物１４の不均一な充填またはコーティングをもたらす可能性があるので望ましくないかもしれない。この様な理由で、構造物１４の内部でノズル１４４を中心に置く方法をいくつかの状況で使用し得ることが考えられる。一例では、内部シールド１５１がセンタリング装置として機能し得る。別の例では、１つまたは複数の磁石１５６がシールド９４の遠位端内に配置され、ノズル１４４と相互作用してノズル１４４を構造物１４のほぼ中心に向かって付勢する磁場を生成するように構成されてもよい。必要に応じて、ノズル１４４を構造物１４内で中心に置くかまたは別の方法で配置するために、他の装置が追加的にまたは代替的に使用されてもよい。
【００４０】
産業上の利用可能性
［0047］  開示されたシステムは、任意の所望の断面形状および長さを有する複合構造物を連続的に製造するために使用されてもよい。複合構造物は、同じまたは異なるタイプのおよび同じまたは異なる直径の任意の数の異なる繊維を含んでもよい。さらに、複合構造物を作製するために使用される織りパターンは、構造物の製造中に動的に変更されてもよい。次にシステム１０の動作について詳細に記載する。
【００４１】
［0048］  製造イベントの開始時に、所望の中空構造物１４に関する情報をシステム１０に（例えば、支持体１６、アクチュエータ２６〜２８、および／または押出機４０の動作を調整する役割を果たすコントローラに）ロードすることができる。この情報は、とりわけ、サイズ（例えば、直径、壁厚、長さ等）、輪郭（例えば、軸２２の軌跡）、表面特徴（例えば、隆起部のサイズ、位置、厚さ、長さ；フランジのサイズ、位置、厚さ、長さ；等）、接続形状（例えば、結合点、ティー、スプライス等の位置およびサイズ）、所望の織りパターン、および織り遷移位置を含み得る。この情報は、代替的または追加的に、必要に応じて、製造イベント中に異なる時間におよび／または連続的にシステム１０にロードされてもよいことに留意されたい。構成要素の情報に基づいて、１つまたは複数の異なる繊維および／または樹脂をシステム１０に選択的に導入してもよい。繊維の導入は、繊維をシャフト３２、３４に、ガイド５０、５２の通路８４に、および間隙６１に通すことを含み得る。いくつかの実施形態では、繊維はまた、引張機（図示せず）および／または取付固定具（図示せず）に接続する必要があるかもしれない。マトリックス材料を導入することは、容器２４の充填および／または容器２４への押出機４０の結合を含み得る。いくつかの実施形態では、集められた構成要素の情報に応じて、より大きいまたはより小さい直径を有するダイバータ、および任意の数の異なる構成の繊維ガイドが、ヘッド２０とともに選択的に使用されてもよい。
【００４２】
［0049］  次に、構成要素情報が、システム１０の動作を制御するために使用されてもよい。例えば、繊維は、駆動装置１８が繊維ガイド５０、５２を回転させるのと同時にヘッド２０からのマトリックス材料と共に所望の速度で引っ張られおよび／または押されてもよい。この回転の間、ダイバータ５４もまた内または外へ動かされてもよく、マトリックス材料を硬化させるために任意の利用可能な硬化促進部（例えば、ＵＶライト５６および／または超音波発信器５８）が起動されてもよい。支持体１６はまた、結果として得られる中空構造物１４の軸２２が所望の軌道をたどるように、ヘッド２０を所望の方法で選択的に移動させることもできる。構造物１４が所望の長さまで成長すると、切断装置６０を使用して、上述の方法で構造物１４をシステム１０から切断してもよい。
【００４３】
［0050］  図６は、システム１０で作製され得る構造物１４の一例を示す。この図に見られるように、構造物１４の軸２２は、複雑な幾何学的形状を作製するために、構造物１４の長さ方向の成長の間、任意の方向に（例えば、ヘッド２０の対応する動きを介して）並進および／または回転されてもよい。加えて、構造物１４の織りパターンは、変化する幾何学的形状を用いて振り付けされてもよい。図６の例では、コーナーセクション１００の周りを移行する複数の織りパターンを有するエルボが形成されている。具体的には、ガイド５０または５２の一方を通過する繊維は、コーナーセクション１００の両端部で振動するが、コーナーセクション１００の内側で正される（すなわち軸２２と整列する）。同時に、ガイド５０または５２の他方を通過する繊維は、構造物１４の長さ全体にわたって直線を維持する。さらに、振動繊維の頻度は変化し得る。具体的には、振動繊維は、セクション１０２ではより低い頻度で振動し得、次にセクション１０４ではより高い頻度で振動し得る。この頻度変化パターンは、いくつかの用途では繰り返してもよい。
【００４４】
［0051］  構造物１４の長さに沿ったいずれかの特定の点で使用される織りパターンは、対応する点で所望の特性を提供するために選択されてもよいと考えられる。例えば、振動パターンは、構造物１４のわずかな動きおよび／または撓みが小さいおよび大きい距離にわたって望ましいおよび／または期待される場合に、効果的に使用され得る。振動パターンが役に立つかもしれない１つの用途は、連続する何マイルにもわたる北極ツンドラ上のガスパイプラインの製造を含み得る。この用途では、ツンドラの凍結および融解は、パイプラインの亀裂を避けるために収容されなければならないパイプラインの望ましくない動きを引き起こす可能性がある。この動きは、振動織りパターンを介して調節されてもよい。振動織りパターンは、構造物１４に靱性および／または耐摩耗性を加え得る。構造物１４内の異なる特性を生成するために、セクション１００内の繊維はすべて平行であってもよい。例えば、平行繊維は高い静的強度を提供し得、ここで曲げはほとんどまたは全く望まれないまたは期待されない。
【００４５】
［0052］  図７は、システム１０によって作製され得る構造物１４の別の例を示す。この図に見られるように、カップリング１０６が、構造物１４を別のデバイス（図示せず）に接続するために、または構造物１４の端部を閉鎖するために、構造物１４の終端で使用される。カップリング１０６の使用は、構造物１４の壁に異なる特性（例えば、より大きな強度または剛性）を必要とする場合があり、従って、構造物１４の織りパターンおよび／または厚さはカップリング位置で対応する方法で変化し得る。例えば、この位置で織りパターンがより密になり得、および／または壁の厚さが増加し得る。織りパターンは、所与の軸方向成長速度（すなわち、所与の押出速度）に対して振動頻度を増加させることによって、および／または振動範囲を増加させることによって、より密になり得る。ダイバータ５４をハウジング４８から遠ざけるように押して、それにより間隙６１がより大きくなるようにすることによって、壁厚はこの位置で増加し得る。
【００４６】
［0053］  図８は、システム１０によって作製され得る構造物１４の別の例を示す。この図に見られるように、構造物１４の幾何学的形状は、移行位置１０８および終端位置１１０で変化（例えばネックダウン）する。これらの幾何学的形状の変化は、織りパターンのおよび／または構造物１４の外側プロファイルの対応する変化を伴い得る。例えば、移行位置１０８の織りパターンは、振動繊維および平行繊維から平行繊維のみに（あるいは振動繊維のみに）変化し得る。さらに、ダイバータ５４の急速な出入り動作を介して終端位置１１０に隆起部１１２が形成されてもよい。平行繊維は移行位置１０８の剛性を高め得る一方、隆起部１１２は別の構造との接続を容易にし得る。
【００４７】
［0054］  図９は、システム１０によって作製され得る構造物１４の最終的な例を示す。この図に見られるように、構造物１４の幾何学的形状は必ずしも変化しない。しかしながら、構造物１４の織りパターンの変化は、用途特有の目的のためになおも変化し得る。特に、すべての部分が同じ一般的な幾何学的形状を有していても、構造物１４の特定の部分１１４は、同じ構造の他の部分１１６とは異なる特性を有してもよい。例えば、部分１１４内に温度および／または圧力に対するより大きな抵抗が必要とされることがあり、より大きな耐摩耗性が必要とされることがあり、および／またはより大きな可撓性および／または剛性が必要とされることがある。これらの特性は、様々な織りパターンによって提供されてもよい。開示された例では、部分１１４内の織りパターンは、１つのセクション（例えば半分）のみに平行繊維を含み、残りのセクションに、部分１１６内の繊維密度とは異なる振動繊維の密度を含む。
【００４８】
［0055］  図１０〜１８は、変化する幾何学的形状または特性要件を有する構造物１４にかかわらず、任意の構造物１４上の任意の位置で使用され得る例示的な織りパターンを示す。図１０において、パターン１１８は、ガイド５０からのらせん状の繊維１２０と、ガイド５２からのらせん状の繊維１２２とを使用する。パターン１１８の頂部において、繊維１２０は、繊維１２２と等しくインターリーブされてもよく、必要に応じて、同一繊維または異なる直径、形状および／またはサイズの繊維であってもよい。しかしながら、中間の下向きパターン１１８については、繊維は異なる織りに移行し得、ここで繊維１２２のうちの２つは互いに直接隣接している。この新しいパターンは、例えば、ガイド５２の回転速度をガイド５０の回転速度の２倍に増加させることによって達成することができる。
【００４９】
［0056］  図１１では、第１の方向にらせん状に巻かれている繊維１２０、１２２の両方から、異なる方向にらせん状に巻かれている繊維１２０、１２２の一方に移行するパターン１２４が形成されている。同様のパターン１２６が図１２に示されているが、繊維１２０、１２２の一方が異なる方向に移行する代わりに、両方の繊維１２０、１２２が反対方向に移行する。別の同様のパターン１２８が図１３に示されているが、繊維１２０、１２２の一方のみが異なる方向にらせん状に移行する代わりに、繊維１２０、１２２の一方がらせんではなく振動に移行する。
【００５０】
［0057］  図１４では、比較的同期した態様で振動する繊維１２０および１２２の両方を含むパターン１３０が形成される。両方の振動繊維は、ほぼ同じ頻度でおよび同じレンジで振動している。図１５はパターン１３２を示し、繊維１２０および１２２は、本質的に同じ頻度およびレンジを使用して互いに位相がずれて振動する。しかしながら、繊維１２０、１２２の一方は、異なる頻度でおよび／または異なるレンジで振動するために、パターン１３２の長さに沿った約半分で移行する。図１６では、本質的に同じ頻度およびレンジを使用して位相がずれて振動する繊維１２０および１２２を有するパターン１３４が示されている。しかしながら、繊維１２０、１２０の一方または両方は、パターン１３４の長さに沿ったほぼ半分で半径方向位置に移動して、重なり合うことから互いに隣接するように移動することができる。
【００５１】
［0058］  図１７のパターン１３６において、繊維１２０、１２２の一方は直線的であり、軸２２（図１および図２を参照）とほぼ整列されて示されているが、繊維１２０、１２２の他方は最初はパターン１３６の上半分においてらせん状である。らせん繊維１２０または１２２は次いでパターン１３６の下半分において振動するように移行する。図１８のパターン１３８では、繊維１２０、１２２のすべてが直線状であり、軸２２と整列され、互いに等しくインターリーブされる。
【００５２】
［0059］  ヘッド２０から吐出される構造物１４内に含まれる繊維１２０、１２２の特定のパターンにかかわらず、ワンド１４２およびノズル１４４を利用して、構造物１４を材料１４０で少なくとも部分的に充填することができる。例えば、所望の厚さを有する材料１４０の環状層、１つまたは複数の直線状またはらせん状の溝、薄いコーティングまたは完全なコアの材料１４０を構造物１４の内部に堆積し硬化させることができる。さらに、隆起部、フランジ、可撓性セクション、および他の類似の特徴が、材料１４０で作製および／または増大されてもよい。
【００５３】
［0060］  開示されたシステム、構造、および織りパターンに様々な修正および変更がなされ得ることは、当業者には明らかであろう。他の実施形態は、本明細書の考察および開示されたシステムの実施から当業者には明らかであろう。明細書および例は、単に例示として考慮され、真の範囲は以下の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図されている。
【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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【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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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年11月30日(2018.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造システム用のヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を液体マトリックスから吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングに動作可能に接続され、吐出中に前記管状構造物中の前記液体マトリックスを硬化するように構成された硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと、
前記管状構造物の外側の位置で前記ノズルに亘って延在する外部シールドと、
前記管状構造物の内側で前記ワンドに亘って延在する内部シールドと
を備えるヘッド。
【請求項２】
製造システム用のヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を液体マトリックスから吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングに動作可能に接続され、吐出中に前記管状構造物中の前記液体マトリックスを硬化するように構成された硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと、
前記管状構造物の外側の位置で前記ノズルに亘って延在する外部シールドと
を備え、
前記外部シールド、ノズルおよびワンドが、前記ハウジングに別個に組み付けられ接続可能な、交換可能なアタッチメントを共に形成する、ヘッド。
【請求項３】
製造システム用のヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングに動作可能に接続され、吐出中に前記管状構造物中の液体マトリックスを硬化するように構成された硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと
を備え、
前記ノズルがディスク状であり、周囲に配置された複数のオリフィスを含み、前記複数のオリフィスが前記充填材料を前記管状構造物の内壁に向けて排出するように構成されている、ヘッド。
【請求項４】
前記ワンドの端部と流体連通する中央ダイバータと、
前記中央ダイバータから前記複数のオリフィスへ延在する複数の半径方向通路と
をさらに含む、請求項３に記載のヘッド。
【請求項５】
前記複数のオリフィスが、前記複数のオリフィスから吐出される前記充填材料が合体して前記管状構造物の内側に環状層を形成するように配置される、請求項３に記載のヘッド。
【請求項６】
前記複数のオリフィスが、前記複数のオリフィスから吐出される前記充填材料が前記管状構造物の内側に複数の軸方向に向けられた隆起部を形成するように配置される、請求項３に記載のヘッド。
【請求項７】
前記ノズルが、前記複数の軸方向に向けられた隆起部が前記管状構造物に対してらせん状になるように前記充填材料の吐出中に回転するように構成されている、請求項６に記載のヘッド。
【請求項８】
製造システム用のヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングに動作可能に接続され、吐出中に前記管状構造物中の液体マトリックスを硬化するように構成された硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと
を備え、
前記ノズルが、前記充填材料のコーティングを前記管状構造物の内壁に噴霧するように構成されている、ヘッド。
【請求項９】
製造システム用のヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を液体マトリックスから吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングに動作可能に接続され、吐出中に前記管状構造物中の前記液体マトリックスを硬化するように構成された硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと、
前記管状構造物の外側に位置し、前記充填材料の吐出中に、前記ノズルを前記管状構造物内で中心に置くように構成されたセンタリング装置と
を備えるヘッド。
【請求項１０】
複合構造物を連続的に製造するためのシステムであって、
前記複合構造物の製造中に複数の方向に移動するように構成された支持体と、
前記支持体に結合されたヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を液体マトリックスから吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングの内側に位置し、吐出中に前記管状構造物中の前記液体マトリックスを前記管状構造物の内側から硬化するように構成された第１の硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと、
前記ワンドと反対側の前記ノズルの端部に位置し、前記充填材料を硬化するように構成された第２の硬化促進部と
を含むヘッドと、
前記管状構造物の外側の位置で前記ヘッドから前記ノズルに亘って延在する外部シールドと、
前記管状構造物の内側で前記ヘッドから前記ワンドに亘って延在する内部シールドと
を備えるシステム。
【請求項１１】
前記外部シールド、内部シールド、ノズルおよびワンドが、前記ハウジングに別個に組み付けられかつ接続可能な、交換可能なアタッチメントである、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
複合構造物を連続的に製造するためのシステムであって、
前記複合構造物の製造中に複数の方向に移動するように構成された支持体と、
前記支持体に結合されたヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を液体マトリックスから吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングの内側に位置し、吐出中に前記管状構造物中の前記液体マトリックスを前記管状構造物の内側から硬化するように構成された第１の硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと、
前記ワンドと反対側の前記ノズルの端部に位置し、前記充填材料を硬化するように構成された第２の硬化促進部と
を含むヘッドと
を備え、
前記ノズルが概ねディスク状であり、
前記ノズルが
周囲に配置された複数のオリフィスであって、前記充填材料を前記管状構造物の内壁に向けて吐出するように構成された複数のオリフィスと、
前記ワンドの端部と流体連通する中央ダイバータと、
前記ダイバータから前記複数のオリフィスへ延在する複数の半径方向通路と
を含む、
システム。
【請求項１３】
前記複数のオリフィスが、前記複数のオリフィスから吐出される前記充填材料が前記管状構造物の内側に環状層を形成するように配置される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数のオリフィスが、前記複数のオリフィスから吐出される前記充填材料が前記管状構造物の内側に複数の軸方向に向けられた隆起部を形成するように配置される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ヘッドを前記支持体に接続する駆動装置をさらに含み、前記駆動装置は、前記複数の軸方向に向けられた隆起部が前記管状構造物に対してらせん状になるように前記充填材料の吐出中に前記ノズルを回転するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
複合構造物を連続的に製造するためのシステムであって、
前記複合構造物の製造中に複数の方向に移動するように構成された支持体と、
前記支持体に結合されたヘッドであって、
少なくとも１つの連続繊維で強化されかつ３次元軌道を有する管状構造物を液体マトリックスから吐出するように構成されたハウジングと、
前記ハウジングの内側に位置し、吐出中に前記管状構造物中の前記液体マトリックスを前記管状構造物の内側から硬化するように構成された第１の硬化促進部と、
充填材料を前記管状構造物内に吐出するように構成されたノズルと、
前記ハウジングから前記ノズルに延びるワンドと、
前記ワンドと反対側の前記ノズルの端部に位置し、前記充填材料を硬化するように構成された第２の硬化促進部と
を含むヘッドと
を備え、
前記ノズルが、前記管状構造物の内壁に対して前記充填材料のコーティングを噴霧するように構成されている、システム。
【国際調査報告】
2019515818.tif 000025