(57)【要約】【課題】【解決手段】部材の長さに対し横方向に測定したとき、所望の断面の幾何学的形態を有する細長い複合構造部材７０２を形成する方法及び装置が提供される。装置は、実質的に細長い部材７０６が取り付けられた基部を有している。マンドレルと少なくとも部分的に相補的に係合する形態とされた１つ又はより多数のローラ７２８は、転がり且つ、１つ又はより多数の複合材料のプライをマンドレルに押し付ける形態とされている。マンドレルは、回転テーブル７１６上に配置し且つ、湾曲した細長い幾何学的形態を呈し少なくとも部分的に湾曲し又は円弧状の細長い部材を形成する形態とされている。本発明は、材料を実質的に非硬化状態に保ちつつ、樹脂含浸材料から細長い構造部材を形成することを可能にする。次に、形成された部材を外板又はその他の複合構造体と共に同時硬化させることができる。
2007501140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い複合構造部材を形成する方法において、
所望の幾何学的形態を呈する表面を有する細長いマンドレルに複合材料の複数のプライを積層するステップと、
複数のプライを実質的に非硬化状態に保ちつつ、複数のプライの一部分をマンドレルに実質的に同時に押し付け且つ形成し、複数のプライをマンドレルの幾何学的形態に少なくとも部分的に順応させるステップとを備える、細長い複合構造部材を形成する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、複合材料の複数のプライを積層するステップは、熱硬化性樹脂を予含浸させた繊維材料の複数のプライを積層するステップを更に備える、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、複数のプライの一部分をマンドレル上に実質的に同時に押し付け且つ形成して複数のプライをマンドレルの幾何学的形態に少なくとも部分的に順応させるステップは、少なくとも１つのローラをマンドレルの長さに沿ってマンドレル及び複数のプライ上を進めるステップを更に備え、少なくとも１つのローラは、マンドレルと形状の点にて少なくとも部分的に相補的である、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、少なくとも１つのローラをマンドレル及び複数のプライ上を進めるステップは、複数のローラをマンドレル及び複数のプライ上を順次に進めるステップを備える、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、第一のローラがマンドレルと部分的に相補的に係合し、最後のローラがマンドレルと実質的に完全に相補的に係合するような複数のローラの形態とするステップを更に備える、方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法において、複数のプライをマンドレルに押し付けるステップは、少なくとも１つの中間構造体と、最終構造体とを形成するステップを更に備える、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、少なくとも１つの中間構造体を形成するステップは、マンドレルの外面と部分的に順応するように複数のプライを形成するステップを備える、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、最終構造体を形成するステップは、マンドレルの外面と実質的に完全に順応するように複数のプライを形成するステップを備える、方法。
【請求項９】
請求項３に記載の方法において、長手方向軸線に沿って伸びる第一の部分と、長手方向軸線から偏倚する第二の部分とを有するようなマンドレルの形態とするステップを更に備える、方法。
【請求項１０】
請求項３に記載の方法において、マンドレルを基部に連結するステップと、少なくとも１つのローラをキャリッジ組立体に連結するステップとを更に備え、少なくとも１つのローラをマンドレルの長さに沿ってマンドレル及び複数のプライ上を通すステップは、キャリッジ組立体を基部に対して動かすステップを備える、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、コンピュータ数値制御コントローラにより基部に対するキャリッジ組立体の動きを制御するステップを更に備える、方法。
【請求項１２】
請求項３に記載の方法において、細長い部材の長さに対し横方向に測定したとき、ハットの断面幾何学的形態を実質的に呈すよう細長い複合構造部材を形成するステップを更に備える、方法。
【請求項１３】
請求項３に記載の方法において、細長い部材の長さに対し横方向に測定したとき、少なくとも１つのＣ字形状体の断面幾何学的形態を実質的に呈すよう細長い複合構造部材を形成するステップを更に備える、方法。
【請求項１４】
請求項３に記載の方法において、細長い部材の長さに対し横方向に測定したとき、少なくとも１つの角度の断面幾何学的形態を実質的に呈すよう細長い複合構造部材を形成するステップを更に備える、方法。
【請求項１５】
請求項３に記載の方法において、細長い部材の長さに対し横方向に測定したとき、少なくとも１つの円弧状部分を有する断面の幾何学的形態を実質的に呈するよう細長い複合構造部材を形成するステップを更に備える、方法。
【請求項１６】
請求項３に記載の方法において、複数のプライをマンドレルに押し付けるステップは、複数のプライを圧密化するステップを更に備える、方法。
【請求項１７】
請求項３に記載の方法において、複数のプライをマンドレルに押し付ける前に、複数のプライの少なくとも一部分を加熱するステップを更に備える、方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の方法において、複合材料の複数のプライを細長い部材に積層し、また、複数のプライの一部分をマンドレル上に実質的に同時に押し付け且つ形成し、複数のプライをマンドレルの幾何学的形態に少なくとも部分的に順応させるステップは、
複合材料の第一のプライを積層するステップと、
第一のプライをマンドレル上に押し付け且つ形成して第一のプライをマンドレルの幾何学的形態に順応させるステップと、
第二のプライを押し付け且つ形成された第一のプライ上に積層するステップと、
第一のプライを押し付け且つ、形成された第一のプライ及びマンドレル上に押し付けて、形成し、第二のプライを第一のプライ及びマンドレルの幾何学的形態に少なくとも部分的に順応させるステップとを備える、方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法において、熱可塑性樹脂及びバインダの少なくとも一方を複数のプライ内に注入するステップを更に備える、方法。
【請求項２０】
請求項１に記載の方法において、複数のプライの少なくとも１つのプライの幅を亙って張力勾配を誘発させるステップを更に備える、方法。
【請求項２１】
細長い複合構造部材を形成する方法において、
所望の幾何学的形態を呈する外面を有する実質的に細長いマンドレルを提供するステップと、
予含浸させた繊維強化材料の第一のプライをマンドレル上に積層するステップと、
第一のプライ内に所望の量の張力を確立し得るように力を第一のプライに付与するステップと、
第一のプライ内にて所望の量の張力を維持しつつ、少なくとも１つのローラをマンドレル上に押し付けるステップを含む、適合可能な要領にて第一のプライをマンドレルに押し付け、少なくとも１つのローラは、マンドレルと形状の点にて少なくとも部分的に相補的であるステップとを備える、細長い複合構造部材を形成する方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、第二の材料のプライを第一の材料のプライ上に積層するステップと、第二のプライ内に所望の量の張力を確立し得るよう力を第二のプライに付与するステップと、第二のプライ内に所望の量の張力を維持しつつ、少なくとも１つのローラと適合可能な要領にて第二のプライを第一のプライに押し付けるステップとを更に備える、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、第二のプライを第一のプライに押し付けるステップは、第一のプライ及び第二のプライを圧密化するステップを更に備える、方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、第一のプライ及び第二のプライを実質的に非硬化状態に維持するステップを更に備える、方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法において、予含浸させた繊維材料の第一のプライをマンドレル上に積層するステップは、第一のプライを第一の繊維の方向を呈するよう画成するステップを備え、第二の材料のプライを第一の材料のプライ上に積層するステップは、第一の繊維方向と相違する第二の繊維方向を呈するよう第二の材料のプライを画成するステップを備える、方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の方法において、予含浸させた繊維材料の第一のプライを積層するステップは、第一の幅を呈するように第一のプライを画成するステップを備え、第二の材料のプライを第一の材料のプライ上に積層するステップは、第一の幅と相違する第二の幅を呈するよう第二の材料のプライを画成するステップを備える、方法。
【請求項２７】
請求項２１に記載の方法において、少なくとも１つのローラをマンドレル上及び第一のプライに押し付けるステップは、複数のローラをマンドレル及び第一のプライに順次に押し付けるステップを備える、方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法において、第一のローラがマンドレルの第一の表面積上でマンドレルと部分的に相補的に係合し、また、第二のローラがマンドレルの第二の表面積上でマンドレルと相補的に係合するような複数のローラの形態とするステップを更に備える、方法。
【請求項２９】
請求項２１に記載の方法において、その長さの少なくとも一部分に沿って円弧状部分を呈するようマンドレルを形成するステップを更に備える、方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の方法において、第一のプライ内に所望の量の張力を確立し得るよう第一のプライに力を付与するステップは、第一のプライの第一の側方端縁に隣接する領域に沿って第一のプライの一部分を延伸させるステップを備える、方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法において、第一のプライ内に所望の量の張力を確立し得るよう第一のプライに力を付与するステップは、第一のプライの第二の対向する側端縁に隣接する領域に沿って第一のプライ内に皺が形成されるのを防止するステップを更に備える、方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法において、第一の側端縁に隣接する第一のプライの少なくとも１つの領域に所望の量の熱を付与するステップを更に備える、方法。
【請求項３３】
請求項２９に記載の方法において、第一のプライ内に所望の量の張力を確立し得るよう第一のプライに力を付与するステップは、第一のプライがマンドレル上に積層される箇所である位置にてマンドレルの曲率半径に実質的に正接する方向に向けて力を付与するステップを備える、方法。
【請求項３４】
請求項２９に記載の方法において、第一のプライ内に所望の量の張力を確立し得るよう第一のプライに力を付与するステップは、円弧状部分を通る半径方向中心線に対し約８９゜ないし９１゜の方向に向けて力を付与するステップを備える、方法。
【請求項３５】
請求項２１に記載の方法において、マンドレルを回転テーブルに連結するステップと、少なくとも１つのローラをキャリッジ組立体に連結するステップとを更に備え、少なくとも１つのローラをマンドレル及び第一のプライの上を通すステップは、回転テーブル及びマンドレルをキャリッジ組立体の下方にて回転させるステップを更に備える、方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法において、回転テーブルが回転する間、マンドレルをキャリッジ組立体にて追跡するステップは、キャリッジ組立体を回転テーブルに対して半径方向に変位させるステップを備える、方法。
【請求項３７】
請求項２１に記載の方法において、細長い部材の長さに対し横方向に測定したとき、ハットの断面幾何学的形態を実質的に呈するよう細長い複合構造部材を形成するステップを更に備える、方法。
【請求項３８】
請求項２１に記載の方法において、細長い部材の長さに対し横方向に測定したとき、少なくとも１つのＣ字形状体の断面幾何学的形態を実質的に呈すよう細長い複合構造部材を形成するステップを更に備える、方法。
【請求項３９】
請求項２１に記載の方法において、細長い部材の長さに対し横方向に測定したとき、少なくとも１つの角度の断面幾何学的形態を実質的に呈すよう細長い複合構造部材を形成するステップを更に備える、方法。
【請求項４０】
請求項２１に記載の方法において、予含浸させた繊維強化材料の第一のプライを積層するステップは、熱硬化性樹脂を予含浸させた繊維強化材料の第一のプライを積層するステップを備える、方法。
【請求項４１】
細長い複合構造部材を形成する装置において、
基部と、
該基部に取り付けられて、実質的に細長い幾何学的形態を呈する少なくとも１つのマンドレルと、
該基部と可動に連結されたキャリッジ組立体と、
ローラが転がるとき、少なくとも１つのマンドレルと少なくとも部分的に相補的に係合する形態とされ且つ、キャリッジ組立体と連結された少なくとも１つのローラと、
該少なくとも１つのローラを通してマンドレルに所望の力を付与する形態とされた少なくとも第一の力付与機構とを備える、細長い複合構造部材を形成する装置。
【請求項４２】
請求項４１に記載の装置において、基部は、画成された軸線の周りを回転し得る形態とされたテーブルを更に備え、
少なくとも１つの材料のプライを少なくとも１つのマンドレル上に分与する形態とされた少なくとも１つの材料分与装置と、
所望の力を少なくとも１つのプライに付与し且つ、材料が少なくとも１つのマンドレル上にあり、また、少なくとも１つのローラが少なくとも１つのマンドレル上に配置された少なくとも１つのプライ上を進む間、所望の量の張力を誘発させる配置及び形態とされた少なくとも第二の力付与機構とを更に備える、装置。
【請求項４３】
請求項４２に記載の装置において、少なくとも１つのローラは、キャリッジ組立体と連結された複数のローラを備える、装置。
【請求項４４】
請求項４２に記載の装置において、少なくとも１つの材料分与装置は、第一の幅を呈する第一の材料のプライと、第一の幅と異なる第二の幅を呈する少なくとも第二の材料のプライとを分与する形態とされる、装置。
【請求項４５】
請求項４２に記載の装置において、少なくとも１つのローラ及び少なくとも１つのマンドレルは、その長さに対し横方向に測定したとき、ハット、Ｃ字形、角度及び少なくとも１つの円弧状部分の少なくとも１つの断面の幾何学的形態を実質的に呈する細長い複合構造部材を形成するよう相補的な形態とされる、装置。
【請求項４６】
請求項４２に記載の装置において、キャリッジ組立体と、少なくとも１つのローラを介して少なくとも１つのマンドレルに力を付与する形態とされた少なくとも１つのローラとの間にて作用可能に連結された少なくとも１つのアクチュエータを更に備える、装置。
【請求項４７】
請求項４６に記載の装置において、少なくとも１つのアクチュエータは、液圧アクチュエータ及び空気圧アクチュエータの少なくとも１つを含む、装置。
【請求項４８】
請求項４２に記載の装置において、少なくとも１つのマンドレルは複数のマンドレルを含む、装置。
【請求項４９】
請求項４２に記載の装置において、キャリッジ組立体は、画成された軸線に対し半径方向に変位する形態とされる、装置。
【請求項５０】
請求項４９に記載の装置において、少なくとも１つのローラは、テーブルが画成された軸線の周りを回転する間、少なくとも１つのマンドレルの半径方向への偏倚を追跡する形態とされる、装置。
【請求項５１】
請求項４２に記載の装置において、少なくとも１つの材料のプライの少なくとも一部分を加熱する形態及び向きとされた加熱装置を更に備える、装置。
【請求項５２】
請求項４２に記載の装置において、材料分与装置は、
少なくとも１つの材料のプライとして分与すべき材料の供給分を有する少なくとも１つの供給ローラと、
少なくとも１つの材料のプライを少なくとも１つの供給ローラからマンドレルまで作動させる少なくとも１つの送り込み装置と、
少なくとも１つの材料のプライを少なくとも１つのマンドレルの一部分に対し押し付ける形態とされた少なくとも１つのタックローラとを更に備える、装置。
【請求項５３】
請求項５２に記載の装置において、材料分与装置は、少なくとも１つの材料のプライを切断する配置及び形態とされた少なくとも１つの切断装置を更に備える、装置。
【請求項５４】
請求項５２に記載の装置において、装置と作用可能に連結され且つ、送り込み装置を制御する形態とされたコントローラを更に備える、装置。
【請求項５５】
請求項４２に記載の装置において、装置と作用可能に連結され且つ、テーブルの回転を制御する形態とされたコントローラを更に備える、装置。
【請求項５６】
請求項４２に記載の装置において、装置と作用可能に連結され且つ、テーブルの回転を制御する形態とされたコントローラを更に備える、装置。
【請求項５７】
請求項５６に記載の装置において、コントローラは、プロセッサと、記憶装置と、少なくとも１つの入力装置と、少なくとも１つの出力装置とを有する、装置。
【請求項５８】
請求項４２に記載の装置において、少なくとも１つの第二の力付与機構は、少なくとも１つのプライが少なくとも１つのマンドレル上に配置される位置にて少なくとも１つのマンドレルに対し実質的に正接する方向に向けて所望の力を少なくとも１つのプライに付与する配置及び形態とされる、装置。
【請求項５９】
請求項４２に記載の装置において、少なくとも１つの第二の力付与機構は、画成された軸線を通り且つ、少なくとも１つのプライが少なくとも１つのマンドレル上に配置される位置にてマンドレルを通る半径方向中心線に対し約８９゜ないし９０゜の角度にて所望の力を少なくとも１つのプライに付与する配置及び形態とされる、装置。
【請求項６０】
請求項４２に記載の装置において、少なくとも１つの第二の力付与機構は、少なくとも１つのプライの幅を亙って張力勾配を誘発させる形態とされる、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体として、複合構造体の形成、より具体的には、円弧状又は湾曲した細長い幾何学的形態を呈する補強部材を有する、かかる複合構造体と関係した補剛材又はその他の補強部材の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合構造体の製造において、構造部材は、外板を補強し得るよう外板にしばしば取り付けられる。かかる構造部材は、例えば、複合構造体の外板に取り付け得る形態とされたリブ、桁又はフレームを含むことができる。かかる構造部材は、また、縦桁又は補剛材としばしば称される実質的に細長い補剛部材を含むこともできる。縦桁又は補剛材は、Ｉビーム、Ｃ字形材（Ｕ字形材又は溝形材と称されることもある）、Ｊ字形材、Ｚ字形材、Ｌ字形材又は角材、オメガ形状材又はハット形状材又はハット溝材としばしば称されるもののような形態を含む色々な断面の幾何学的形態を呈する形成することができる。ハットの断面幾何学的形態又は輪郭外形を呈する補剛材又は縦桁は、基本的に、１対のウェブ部材を有するキャップ部材と、画成された角度にてキャップ部材の各端部から伸びる１つのウェブ部材と、関係したウェブ部材に対して画成された角度にてウェブ部材の各々から伸びる１つのフランジ部材を有する１対のフランジ部材とを備えている。ハット補剛材の幾つかの断面の幾何学形態において、フランジ部材は、キャップ部材に対し実質的に平行となる形態とすることができる。
【０００３】
複合ハット補剛材、及びその他の断面幾何学的形態を呈する補剛材を製造する現在の方法は、手にて、１度に１つずつ複合材のプライを鋳型、マンドレル又はその他の同様の製造装置上に積層し、積層構造体を形成するステップを含む。２ないし３つのプライを積層したとき、積層構造体は、圧密化し又はデバルクする必要がある。これは、従来、真空デバルキングにより実現されており、この場合、真空バッグは、積層構造体上に配置され且つ、バッグを介して構造体に真空圧を付与する。デバルクする過程を助け且つ、積層構造体を更に圧密化するため熱を付与することができることが多い。積層構造体にて行われた各真空デバルクは、時間を消費する過程である。積層構造体を形成するとき、積層構造体を形成するため層を形成したならば、多数回の真空圧密化を行う必要がある。しかし、多数回の真空デバルクが所定の積層構造体にて行われるときでさえ、積層構造体は、依然、望ましくない程、顕著な体積量を呈する。
【０００４】
プライの全てが配置され、積層構造体が最初に形成されたならば（積層構造体に対し真空デバルク過程を行うステップを含む）、積層構造体は、硬化させ且つ、その後に接着剤を用いる等によって、外板構造体に取り付けることができ、又は、外板構造体と同時硬化させ（同時に硬化させ）、これにより２つの構成要素を共に接合させることができる。積層構造体を硬化させることは、従来、積層構造体を硬化鋳型内に配置し且つ、オートクレーブ又は同様の環境内のような、高圧力及び高温度に積層構造体をさらすことにより行われている。
【０００５】
積層構造体が硬化鋳型内に配置されるとき、これらは依然として、顕著な体積量を呈するため、これら積層構造体は鋳型内に正しく嵌まらない。更に、積層構造体が呈する任意の残量体積は、オートクレーブ内にて行われる硬化過程中、押し出される傾向となるため、積層構造体のプライの間に許容される滑りは多少あるにしても、殆んど無く、その結果、硬化し又は部分的に硬化した積層構造体内にてプライの架橋及びプライの皺がしばしば生ずることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
オートクレーブの圧力の下、構造体に対し多数回の熱デバルクを行うことにより、体積が小さいという特徴を有する構造体を得ることが可能であるが、かかる工程は、極めて時間を消費し且つ、費用が掛かる過程である。更に、かかる過程は、高温度に反復的に繰り返すことにより、積層構造体の有効寿命を短くする可能性がある。更に、かかる老化過程は、積層構造体を合わさる外板又はその他の構造体と同時硬化する能力を妨げる可能性がある。
【０００７】
体積の小さい構造体を得るという課題に加えて、複合補強構造体を手で形成する従来の過程には、その他の難点がある。例えば、細長い補強構造体を手で形成する方法は、所望の断面の幾何学的形態を呈することに加えて、構造体の長手方向軸線の周りにて曲がり又はその長手方向軸線の周りにてねじれも呈する形状体を得ることが困難である。プライを手で操作し、形成される積層構造体内に追加的な皺又は波を導入することなくかかる曲がり及び（又は）ねじれに適合することは難しいことを１つの理由として、かかる特徴の実現は難しい。更に、プライを手で操作することは、極めて時間を消費し且つ、労働集約的な過程であり、これによりかかる部品の製造コストを増大させることになる。
【０００８】
個別の複合プライを手で積層する従来の過程により提供される色々な制約を伴なわずに細長い補強構造体を提供する過程を実現するため、色々な試みが為されている。例えば、押し抜き過程は、繊維強化プラスチック複合材料を含むプラスチック材料を所望の断面の幾何学的形態又は輪郭外形を呈する構造体に形成するため使用されてきた過程である。かかる過程の一例は、オーコナー（Ｏ’Ｃｏｎｎｅｒ）に対して発行された米国特許明細書５，０２６，４４７号に記載されている。オーコナーは、強化した及び熱可塑性材料の細長い本体を複数のダイを通して引っ張ることを教示している。細長い本体の一部分に対し断面の幾何学的形態を付与し得るようダイの任意の組み合わせを選ぶことができるようにダイは互いに独立的に作動させる。オーコナーの過程は、その長さに沿って異なる断面の幾何学的形態を呈することのできる細長い熱可塑性部材を製造することを多分許容するであろう。しかし、当該技術の当業者により理解されるように、押し抜き過程と関連した色々な難点がある。
【０００９】
例えば、押し抜き成形は、従来、熱可塑性樹脂を利用して材料と関連付けられる。熱硬化性樹脂の使用により、材料はダイ上に蓄積され、押し抜き成形した部材の所望の断面形状を形成するとき、顕著な非効率さを生じさせる。更に、形成した材料の長手方向軸線から（すなわち、部材が１つ又は複数のダイを通して引っ張られる方向に沿って）顕著に変化する形成される部材の繊維方向を得ることはしばしば困難である。更に、過程は、複数の繊維をダイを通して引っ張り、その後、樹脂が実質的に再凝固する迄、部材を冷却するステップを含むため、かかる過程は、全体として、実質的に一定の断面の直線状又は線形部材を形成するためにのみ効果的であり、断面積が顕著に変化する部材又はその長さに沿って実質的に非直線状の断面を呈する部材を形成するには効果的でない。また、押し抜き成形にて使用されるダイは、全体として製造コストが掛かり、１つ以上の断面幾何学的形態の細長い部材を製造することが望まれるならば、多数のダイが必要であることも認識される。
【００１０】
細長い熱可塑性部材を形成するその他の過程は、例えば、バハタチャラヤ（Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａ）その他の者に対して発行された米国特許明細書５，８９１，３７９号及びベルセツ（Ｂｅｒｅｃｚ）に対して発行された米国特許明細書５，１８２，０６０号を含む。バハタチャラヤは、繊維強化したプラスチック材料を所望の形状に形成する過程であって、材料を熱可塑性樹脂又はマトリックス材料の溶融温度以上の温度まで加熱するステップを含む上記過程を開示している。加熱された材料は、溶融温度以下まで冷却されるが、依然として熱可塑性材料の再結晶温度以上の温度に保たれ、次に、複数のロール形成ダイに通して所望の形状体を製造する。次に、所定の形状の材料を更に冷却し、繊維強化したプラスチック材料は、ロール形成ダイにより付与された形状を保つようにする。ベルセツは、単方向テープ又は織ったクロスを加熱するステップと、加熱した材料を１組みのローラに通すステップと、次に、迅速に往復運動するポンチとして機能する合わさった金属ダイに通し最終的な形状体を形成するステップとを含む、熱可塑性の複合形状体を連続的に形成する過程を開示している。
【００１１】
バハタチャラヤ及びベルセツによって教示された過程は、形成される部品における繊維方向の制御を従来の押し抜き過程に優るよう改良することを許容すると考えられるが、開示された過程は、所望の断面の幾何学的形態に形成する前に、材料を樹脂の溶融温度又はそれより高い温度に曝すステップを含む。当該技術の当業者により理解されるように、熱可塑性樹脂を使用することは、樹脂を溶融させ又は実質的に溶融させることが可能な点にて顕著な自由性を提供し、その後に、樹脂を再加熱して部材を再整形し／再加工し及び（又は）その他の構造体を溶融し又は実質的に溶融した樹脂材料と接触させることにより、部材を別の構造体に接着させることを可能にする。
【００１２】
しかし、熱硬化性樹脂が特定の温度以上に加熱されて、樹脂が容易に流動し、これにより複合材料を特定の断面の幾何学的形態に形成するのを助けるならば、熱硬化性樹脂は、架橋結合し且つ硬化するであろうから、かかる過程は、熱硬化性材料を備える補強部材又は構造部材を形成するために有利ではない。補強部材が硬化したならば、部材のその後の再加工を行うことはできないであろう。また、部材は、同時硬化により別の構造体に接合することもできないであろう。
【００１３】
例えば、ウメダ（Ｕｍｅｄａ）に対する米国特許明細書第５，０４３，１２８号には、複数の予含浸材料の炭素繊維シートを１対の整形ローラを通して加熱／プレス形成装置内に送り込むステップを含む、熱硬化性樹脂を利用して細長い複合部材を形成する過程が開示されている。加熱／プレス形成装置は、加熱ダイと、該加熱ダイと係合する形態とされたプレスポンチとを有している。材料のシートは、加熱／プレス形成装置内にて一時的に停止され且つ、ポンチにより加熱ダイに対して押し付けられる。このため、材料のシートは、連続的にプレスされ且つ加熱されて、材料のシートを熱硬化させ又は硬化して所望の形状にする。上述したように、熱硬化性樹脂を硬化させるステップを含む、構造部材を形成する過程は、その後の部材の再加工及び（又は）例えば、複合外板又はその他の構造部材との構造部材の同時的硬化を妨害する。このため、完全に硬化していない熱硬化性樹脂を備える複合材料から所望の断面の幾何学的形態を呈する構造部材を形成するために、多数のプライがマンドレル又は鋳型上に手で積層される、上述したもののような方法が依然として利用されている。
【００１４】
当該技術分野における短所に鑑みて、部材を完全に硬化させずに、部材が所望の断面の幾何学的形態を呈するのを可能にする熱硬化性樹脂を備える材料にて細長い補強部材又は構造部材を形成する装置及び方法を提供することが有利であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の１つの形態に従い、細長い複合構造部材を形成する方法が提供される。該方法は、所望の幾何学的形態を呈する外面を有する実質的に細長いマンドレルを提供するステップを含む。予め含浸させた繊維強化材料の第一のプライをマンドレルに積層し、力を第一のプライに付与して第一のプライ内にて所望の程度の張力を確立する。第一のプライは、少なくとも１つのローラをマンドレル及び第一のプライの上を通す等のような適合可能な要領にてマンドレルに押し付ける。該少なくとも１つのローラは、マンドレルと少なくとも部分的に形状の点に相補的であるような形態とされている。
【００１６】
本発明の更に別の形態に従い、細長い複合構造部材を形成する装置が提供される。該装置は、画成された軸線の周りを回転する形態とされたテーブルを有している。少なくとも１つのマンドレルは該テーブルに取り付けられ且つ、少なくとも１つの円弧状部分を有する実質的に細長い幾何学的形態を呈する。キャリッジ組立体がテーブルに隣接する位置に配置され、また、ローラがその上を転がるとき、少なくとも１つのマンドレルと少なくとも部分的に相補的に係合する形態とされた幾何学的形態を呈する少なくとも１つのローラがキャリッジ組立体と連結されている。少なくとも１つの材料分与装置は、材料の少なくとも１つのプライを少なくとも１つのマンドレルに分与する形態とされている。少なくとも１つの力付与機構が少なくとも１つの材料のプライに所望の力を加え且つ、材料が少なくとも１つのマンドレルにあり、また、少なくとも１つのローラが少なくとも１つのマンドレルに配置された少なくとも１つのプライの上を進む間に、所望の程度の張力を誘発させるような配置及び形態とされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の上記及びその他の有利な点は、以下の詳細な説明を読み且つ、添付図面を参照することにより明らかになるであろう。
図１を参照すると、例えば、炭素繊維強化材料及び熱硬化性樹脂を含む、複合材料を使用して補剛材又は縦桁のような細長い構造材又は補強部材１０２（本明細書にて、単に細長い部材と称する）を形成する装置１００が示されている。該装置は、マンドレル１０６のような成形部材の形態とされたその一部を有する基部１０４を備えている。フレーム１１０を有するキャリッジ組立体１０８は、例えば、相応する軌道部材１１４内に配置されたローラ又は摺動体１１２のような基部１０４と可動に連結されている。ローラ又は摺動体１１２は、軌道部材１１４と共に、以下により詳細に説明するように、細長い部材１０２を形成するとき、キャリッジ組立体１０８が基部１０４に対して長手方向に画成された軸線１１５に沿って動くのを許容する。
【００１８】
キャリッジ組立体１０８はまた、マンドレル１０６と少なくとも部分的に相補的であり且つ、該マンドレル１０６上に配置された、本明細書にてローラとも称する転がり部材１１６を更に有している。ローラ１１６は、キャリッジ組立体と除去可能に連結し、細長い部材１０２を形成し又は異なる断面幾何学的形態の細長い部材を形成する色々な段階にてその他のローラを相互に交換することができるようにする。ローラ１１６は、適宜な軸受部材１１８を介してキャリッジ組立体１０８に連結し、基部１０４と係合したとき又はキャリッジ組立体１０８が該基部に対して動くとき、ローラ１１６が回転し又は転がるのを許容する。ローラ１１６は、例えば、該ローラをマンドレル１０６上に配置された積層材料の表面と適合させ且つ、力を該積層材料の上で均一に分配する目的のため、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のような、例えば、エラストマー材料にて形成し又は被覆することができる。該積層材料は、ローラ１１６がその上を通るとき、細長い部材１０２を形成するため使用される。
【００１９】
キャリッジ組立体１０８のフレーム１１０は、ローラ１１６が基部１０４に対して実質的に垂直に変位可能又は基部１０４に対して調節可能であるような形態とされることが望ましい。例えば、クロス部材１２０のようなフレーム１１０の一部分がフレーム１１０の主要部分に対し垂直に変位可能である。キャリッジ組立体１０８は、錘が基部１０４に対し、従って細長い部材１０２に対しローラ１１６を介して全体として下向きの力を加える形態ともされている。かかる力を加えるため各種の機構を使用することができる。例えば、図１に示すように、１つ又はより多数の錘１２２をキャリッジ組立体１０８に、より具体的には、クロス部材１２０に連結し、これら錘がかかるクロス部材１２０と連結されたローラ１１６を介して下向きの力を加えるようにすることができる。別の実施の形態において、液圧又は空気圧シリンダのようなアクチュエータをフレーム１１０に連結し且つ、クロス部材１２０又は何らかのその他の構成要素に実質的に下向きの力を加えてローラ１１６により圧力をマンドレル１０６に加えることができるようにする。
【００２０】
キャリッジ組立体１０８は、またローラ１１６がその上を通る前に、細長い部材１０２の一部分を加熱する形態とされた加熱装置１２３を備えることもできる。該加熱装置１２３は、例えば、関係した送風機を有する抵抗加熱器と、赤外線加熱器と、超音波加熱装置と、レーザ加熱装置と、電子ビーム加熱器と又はその他の適宜な加熱装置と、を含むことができる。１つの実施の形態において、加熱装置１２３は、マンドレル１０６、ローラ１１６又はその双方を加熱し得る形態及び配置とすることができる。別の実施の形態において、加熱装置１２４は、細長い部材１０２の一部分を加熱し、より具体的には、以下により詳細に説明するように、形成される細長い部材１０２を形成し得るようマンドレル１０６に積層された１つ又はより多数の複合材料シートの一部分を加熱し得る形態及び向きとすることができる。かかる加熱装置１２３は、予含浸した材料、すなわち「プレプレグ」材料から細長い部材を形成するのに特に有用である。かかるプレプレグ材料は、Ｂステージ形態（非硬化状態）にて樹脂を含浸させた単方向テープ又はクロス材料を含むことができる。かかるプレプレグ材料に対し熱を加えることは、材料シートがマンドレル１０６の形状により容易に順応することを可能にし、また、より重要なことは、構造体がマンドレル１０６に形成されるとき、材料の多数の被覆シートを含む、積層構造体を圧密化するのを助ける。
【００２１】
熱を加えることにより、細長い部材１０２を形成したとき、該細長い部材を硬化させること（「キュアオンザフライ（ｃｕｒｅ−ｏｎ−ｔｈｅ−ｆｌｙ）」と称される場合もある）が可能であることが認識される。しかし、本発明は、また実質的に非硬化状態にある細長い部材１０２を形成する能力を備えることも考えられる。換言すれば、本発明は、従来のプレプレグ材料のＢステージを超えて実質的に硬化されない細長い部材を形成するステップ（「未加工」構造体又は部材を形成するステップと称される場合もある）を含む。未硬化状態の構成要素を形成する能力は、しばしば望まれるように、相応する複合外板と共に細長い部材を同時硬化させる能力を含んで、複合構造体を形成し且つ製造するときの顕著な自由度を可能にする。
【００２２】
冷却装置１２４は、また細長い部材１０２、ローラ１１６又は装置１００と関係したその他の何らかの製造装置又は構成要素を冷却させるべくキャリッジ組立体１０８と連結することもできる。冷却装置１２４は、また例えば、冷却流体をローラ１１６の内側部分を通して循環させるシステムである、渦流冷却器、極低温冷却器又は凝縮器及び蒸発器を利用する多相システムを含むことができる。
【００２３】
次に、図１と共に図２及び図３Ａないし図３Ｄを参照すると、細長い部材１０２の形態が示されている。図２において、基部１０４及びマンドレルは、明確化及び便宜のため、キャリッジ組立体１０８無しにて示されている。図２には、また細長い部材１０２及び関係したマンドレル１０６と少なくとも部分的に相補的な要領にて係合する複数のローラ１１６Ａないし１１６Ｄも示されている。図１に関して図示し且つ、説明した特定の装置１００が使用されるならば、ローラ１１６Ａないし１１６Ｄの各々は、個別的に且つ、選択的にキャリッジ組立体１０８と連結し、また、細長い部材１０２及びマンドレル１０６と係合させることができる。換言すれば、第一のローラ１１６Ａを最初にキャリッジ組立体１０８と共に利用し、次に、除去し且つ、第二のローラ１１６Ｂと置換することができる。ローラ１１６Ａないし１１６Ｄは、連続的に且つ漸進的に相互に交換して、細長い部材１０２にて中間的な形成ステップを行うことができる。
【００２４】
例えば、細長い部材１０２を形成するとき、材料（例えば、プレプレグ材料）のプライを積層する要領にてマンドレル１０６上に且つ、一方を他方の上に配置することができる。次に、中間構造体１０２Ａを形成かるように、又は図３Ａに示すように、その長さに対し実質的に横方向への中間の断面幾何学的形態を呈する構造体を形成するようマンドレル１０６と係合し且つ、基部１０４に沿って転がる形態とされたキャリッジ組立体１０８に第一のローラ１１６Ａを連結することができる。次に、第一のローラ１１６Ａをキャリッジ組立体１０８から除去し、第二のローラ１１６Ｂを該キャリッジ組立体と連結することができる。第二のローラ１１６Ａは、マンドレル１０６と係合し、キャリッジ組立体１０８が基部１０４に対し動くとき、第一の中間構造体１０２Ａに転がり圧力を加えて、図３Ｂに示すような第二の中間構造体１０２Ｂを形成する。同様に、第三のローラ１１６Ｃを使用して第三の中間構造体１０２Ｃを形成し、また、第四のローラ１１６Ｄを使用して、最終の構造体１０２Ｄを形成し又は細長い部材の長さに対し実質的に横方向に見た最終の望ましい断面幾何学的形態を呈する構造体を形成することができる。
【００２５】
１つの実施の形態において、細長い部材１０２の形成は、プライ毎に行うことができる。換言すれば、細長い部材１０２の形成は、第一のプライを所望の断面幾何学的形態となるよう整形し（例えば、プライをマンドレル１０６に付与し且つ、ローラ１１６Ａないし１１６Ｄをその上を通すことにより）、第二の材料のプライを付与し且つ、第二の材料のプライを所望の断面の幾何学的形態となるようにし、また、最初に整形したプライと適合可能に整形することにより行うこともできる。ローラ１１６Ａないし１１６Ｄを使用することにより、第二の又は任意の後続のプライを整形する動作は、プライを圧密化し且つ、細長い構造体１０２をデバルクする作用も果たす。このように、細長い構造体の整形及びデバルクは、実質的に連続的で且つ相互に相関する過程として行われる。
【００２６】
別の実施の形態において、多数のプライをマンドレル１０６上に配置し且つ、圧密化し、また、デバルクすると同時に、所望の断面幾何学的形態となるよう整形することができる。このように、例えば、材料の２つ又は３つのプライをマンドレル１０６上に配置し且つ、ローラ１１６Ａないし１１６Ｄにより整形し、また圧密化し、その後、２つ又は３つの以上の材料のプライを整形したプライ上に配置し且つ、その後にローラ１１６Ａないし１１６Ｄにより整形する。
【００２７】
中間構造体１０２Ａないし１０２Ｃ且つ、最終的に、最終構造体１０２Ｄを順次に形成するとき多数のローラ１１６Ａないし１１６Ｄを使用することは、細長い部材を１回の工程にて又は個別のローラを１回通すときに形成されるよりも相対的に少ない量の応力を付与しつつ、材料（例えば、プレプレグ層）を操作することを可能にする。多分、より重要なことは、細長い部材を形成するために使用した多数のプレプレグ材料の層が中間構造体１０２Ａないし１０２Ｃを形成する間、実質的に圧密化され且つ、デバルクされることである。
【００２８】
例えば、使用される材料の型式、細長い部材１０２を形成するために利用される材料のプライ又は層の数、所定の工程の間に整形されるプライの数、及び（又は）形成される細長い部材１０２の所望の断面形状に依存して、より多く又はより少ないローラを使用することが可能であることが分かる。同様に、ローラの寸法の漸増的な変更は、同様のパラメータに基づいて調節することができる。
【００２９】
中間構造体を形成するとき、ローラ１１６Ａないし１１６Ｄは、それらのそれぞれの形態にて漸進的であることも分かる。換言すれば、第一のローラ１１６Ａは、マンドレルと部分的にのみ係合し、その外側部分１２５Ａにてその上に積層された材料は、相補的なマンドレル１０６の側壁１２７の下方に部分的にのみ伸びる。第二のローラ１１６Ｂは、マンドレル１０６と部分的にのみ係合している間、第一のローラ１１６Ａが行った程度以上に係合する。同様に、第三のローラ１１６Ｃは、第二のローラ１１６Ｂが行った程度以上、マンドレル１０６とより完全に係合する形態とされている。最後に、第四のローラ１１６Ｄは、その外側部分１２５Ｄがマンドレル１０６の側壁１２７の下方を完全に伸びるようにマンドレル１０６と実質的に完全に係合する形態とされている。
【００３０】
図１、図２及び図３Ａないし図３Ｃに関して示し且つ、説明した実施の形態は、雄型マンドレル１０６と、相補的な雌型の幾何学的形態を呈するローラ１１６Ａないし１１６Ｄとを有している。しかし、図４に示すように別の実施の形態において、雌型マンドレル１０６´は、複数の相補的な雄型ローラ１１６Ａ´ないし１１６Ｄ´と共に利用することができ、この場合、ローラ１１６Ａ´ないし１１６Ｄ´は、複合材料をマンドレル１０６´内に押し込んで細長い部材１０２を形成する。上述した実施の形態の場合と同様に、ローラ１１６Ａ´ないし１１６Ｃ´は、順次に且つ、漸進的に使用して中間構造体を形成し、第四又は最後のローラ１１６Ｄ´を使用して細長い部材１０２（又は上述したように、細長い部材の個別のプライ）に最終的な断面の幾何学的形態を付与する。１つ又はより多数のローラ１１６Ａ´ないし１１６Ｄ´は、側方向へ伸びる縮小した直径部分１２６を有して上方隅部１２８及びフラグ１３０又は細長い部材１０２の側方向へ伸びる部分を形成するのを助けることができる。
【００３１】
次に、図５を参照すると、本発明の別の実施の形態に従った細長い部材２０２を形成する装置２００が示されている。該装置は、複数のマンドレル２０６Ａないし２０６Ｃを有する可動の基部２０４を備えている。キャリッジ組立体２０８は、静止ガントリー２１０と可動に連結されている。キャリッジ組立体２０８は、方向矢印２１１で示すようにガントリー２１０に沿って水平方向に移動する形態とされている。基部２０４は、また、ガントリー２１０及びキャリッジ組立体２０８の双方に対し軌道２１４に沿って移動する形態ともされている。基部２０４は、モータ及びギアボックスのような適宜な駆動機構２１５により軌道２１４に沿って作動させることができる。基部２０４が軌道２１４に沿って動くことは、色々な工具（すなわちその他の形態の基部）をその何れかの端部からガントリー２１０の下方に導入することを可能にする。
【００３２】
マンドレル２０６Ａないし２０６Ｃの１つ又はより多数と相補的に係合する形態とされたローラ２１６は、キャリッジ組立体２０８と除去可能に連結し、また、アクチュエータ２１７と連結し、ローラ２１６が方向矢印２１８で示すように実質的に垂直方向に動くことができるようにする。ローラ２１６は、また方向矢印２１９で示すように、実質的に垂直な軸線の周りにて旋回し又は回転する形態とすることもできる。ローラ２１６が実質的に垂直な軸線の周りにて回転することは、例えば、ローラが自由に旋回し、キャリッジ組立体２０８が方向２１１に向けて動くとき、ローラが係合するマンドレル（例えば、参照番号２０６Ｂ）に該ローラが全体として従動するようにすることで実現することができる。別の実施の形態において、アクチュエータを使用して、所望に応じてローラ２１６を実質的に垂直な軸線の周りにて作動させることができる。
【００３３】
駆動機構２２０は、ローラ２１６及びその関係したアクチュエータ２１７を方向矢印２２２で示すように基部２０８及びガントリー２１０に対し側方向に動かし得る形態とすることができる。基部２０４に対するキャリッジ組立体２０８の動きを制御する能力は、細長い部材２０２を形成するときの顕著な自由度を許容する。例えば、同一のローラ２１６を使用して複数のマンドレル２０６Ａないし２０６Ｃの各々と選択的に且つ、独立的に係合させることができる。
【００３４】
更に、細長い部材２０２は、それらの断面の幾何学的形態に関してのみならず、画成された長手方向軸線に沿ったそれらの幾何学的形態に関しても相対的に複雑な形状体として形成することができる。例えば、上述した装置２００の基部２０４は、第一の相対的に平坦な部分２２４と、傾斜部分２２６と、第二の相対的に平坦な部分２２８とを有し、傾斜部分２２６は、湾曲した遷移部分２３０、２３２により隣接する平坦な部分２２４、２２８と接続される。マンドレル２０６Ａないし２０６Ｃは、全体として、基部２０８の外形又は幾何学的形態と適合する。このように、キャリッジ組立体２０８が矢印２１１にて示すように長手方向動くとき、ローラ２１６は、方向矢印２１８で示すように垂直方向に変位し、相応するマンドレル（例えば、参照番号２０８Ｂ）と係合したままでなければならない。
【００３５】
その他の実施の形態において、マンドレル２０６Ａないし２０６Ｃは、基部２０４の長手方向に対し横方向に（すなわち、方向矢印２２２で示した方向に）偏倚させることができる。かかる複雑な幾何学的形態は、図示した配置により提供される色々な自由度を通じて本発明により対応することができる。１つの実施の形態において、ローラ２１６は、ローラ２１６が回転する軸線を変更することを許容するリスト部２３４と連結することができることが分かる。このように、マンドレル２０６Ｂがその長手方向に対して捩れ又は回転する場合でも、ローラは、マンドレル（例えば、参照番号２０６Ｂ）と実質的に接触した状態に止まり、これにより、それらのそれぞれの長手方向軸線に対し同様の捩れを呈する細長い部材２０２を形成することを可能にする。
【００３６】
上述した装置２００により細長い部材２０２を形成するとき、ローラ２１６は、図１、図２、図３Ａないし図３Ｃ及び図４に関して上述したのと同様の要領にて作動可能である。換言すれば、中間構造体は、複数の段付きローラ（例えば、関係したマンドレル２０６Ａないし２０６Ｃと漸進的に係合し得るよう漸進的に形状が変化するローラ）を使用することにより、中間構造体を形成することができる。更に、マンドレル２０６Ａないし２０６Ｃは、雄型又は雌型の何れかの構成要素とし、相応するローラ２１６は、必要に応じ又は所望に応じてかかるマンドレルと相補的であるよう形成することができる。また、細長い部材２０２は、個別のプライを一度に１つずつ整形し、又は複数のプライを同時に整形することにより形成してもよい。
【００３７】
次に、図６を参照すると、本発明の別の実施の形態に従って細長い部材３０２を形成する装置３００が示されている。該装置は、その上に取り付けられ又は配置された複数のマンドレル３０６Ａないし３０６Ｄを有する基部３０４を備えている。位置決めガントリー３１０（又はキャリッジ組立体）が基部３０４と可動に連結され且つ、例えば、方向矢印３１１で示すように、基部３０４に対し長手方向に動き得る形態とされている。複合材料の複数のプライを積層し且つ、形成する装置３１２Ａないし３１２Ｄがマンドレル３０６Ａないし３０６Ｄの各々と関係している。装置３１２Ａないし３１２Ｄの各々は、例えば、クロス又はテープ材料のプライを分与する形態とされた自動式材料分与装置と、複合材料のプライを所望の断面の幾何学的形態に形成する１つ又はより多数のローラとを有するものとすることができる。
【００３８】
かかる自動式分与装置は、形成される細長い部材３０２の形態に依存して、所望に応じ又は必要なように、個別のプライが落下し且つ、フライ上に追加されるようにする切断機構、締結機構及び始動機構を有することができる。更に、自動式分与装置は、材料プライがマンドレル３０６Ａないし３０６Ｄに分与されるとき、材料プライに張力を維持する機構を有することができる。材料プライに張力を加えることは、細長い部材３０２が形成されるとき、材料中に皺が生じるのを防止するため望ましい。一例としての実施の形態において、材料プライがマンドレル３０６Ａないし３０６Ｄに配置されるとき、該プライに対し約８．９ないし６６．７ニュートン（Ｎ）（約２ないし１５ポンド力（Ｉｂｆ））の力を加えることができる。
【００３９】
装置３１２Ａないし３１２Ｄの各々は、装置３１２Ａないし３１２Ｄを基部３０４に対して動かし且つ、関係したローラを介してマンドレル３０６Ａないし３０６Ｄに積層された任意の材料に対し圧力を加えるため、関係したアクチュエータ又は駆動機構を更に有することができる。装置３１２ないし３１２Ｄの各々は、基部３０４に取り付けられたマンドレル３０６ないし３０６Ｄの個々の形態に依存して、同一の補剛材又は異なる補剛材を形成するようプログラム化することができる。
【００４０】
図７を参照すると、装置３１２Ｂの作用の説明を明確化するため、関係したガントリー（図６）無しにて個別の装置３１２Ｂは、その相応するマンドレル３０６Ｂの上方に配置された状態で示されている。該装置は、複合材料のプライをマンドレル３０６Ｂに分与し且つ、積層する複数のプライディスペンサ３２２Ａないし３２２Ｄを有する自動式材料ディスペンサ３２０を備えている。プライディスペンサ３２２Ａないし３２２Ｄは、幅が相違するプレプレグテープ又はクロスのような複合材料のプライを分与する形態とすることが可能であることが認識される。かかる幅が相違する材料プライを使用することにより、細長い部材３０２Ｂは、細長い部材３０２Ｂの１つの部分にて（すなわちより多くの層を含むことにより）他の部分よりも厚い厚さを呈する形態とすることが可能である。
【００４１】
例えば、図７と共に図８Ａを簡単に参照すると、第一のプライディスペンサ３２２Ａは、細長い部材の断面の幾何学的形態の全「幅」又は広がりを亙って伸びるプライ３３０Ａを分与する形態とすることができる。別のプライディスペンサ３２２Ｃは、細長い部材における断面の幾何学的形態の上方側部分３３２（例えば、キャップ）を横断してのみ伸びるプライ３３０Ｃを分与することができる。このように、細長い部材３０２Ｂは、所定の部分又はその一部分におけるプライの有効数を増大又は減少させることにより、予想される荷重及び付与される応力に従いプライ又は材料の配置に関して設計し且つ、特に調節することができる。更に、材料の個別のプライは、細長い部材３０２Ｂの予想される荷重及び応力状態に従って必要とされるように、実質的に任意の所望の繊維方向（又は複数の方向）を呈する形態とすることが可能であることが分かる。このように、例えば、第一のプライは、０゜の繊維方向を呈する材料にて形成し、第二のプライは、４５゜の繊維方向を呈する材料にて形成し、その後も同様であるようにすることができる。勿論、その他の繊維方向及びその他のプライの形態を使用することが可能である。かかる要領にて繊維を選択的に方向決めする能力は、押し抜き成形のようなその他の形成過程に勝る顕著に有利な点である。
【００４２】
図７と共に図８Ｂを簡単に参照すると、別の実施の形態は、互いに対して同様の幅を呈するが、互いにずらし又は横方向に変位されたプライ３３０Ｅないし３３０Ｈを含むことができる。このように、形成される細長い部材３０２Ｂ´は、その１つの横側部に段状の形態を有し、また、その対向する横側部に逆像の段状の形態を有する。かかる形態は、所望であるならば多数の細長い部材３０２Ｂ´を横に並んだ関係にて相互に係止することを可能にする。ずらし又は段状の形態は、例えば、１つのプライディスペンサ（例えば、参照番号３２２Ａ）を別のディスペンサ（例えば、参照番号３２２Ｂ）に対し側方向に変位させることにより、プライディスペンサ３２２Ａないし３２２Ｄを適宜に制御することを通じて形成することができる。
【００４３】
別の実施の形態において、１つ又はより多数の端縁プライ切断装置３４１を利用して関係したマンドレル３０６Ａないし３０６Ｃ上に分与された任意のプライ３３０Ａないし３３０Ｈ（図８Ａ及び図８Ｂ）の端縁（又は複数の端縁）を縁処理することができる。かかる切断装置３４１は、ガントリー（図７には図示せず）がマンドレル３０６Ａないし３０６Ｃに対して長手方向に動くとき、プライ３３０Ａの端縁を所望の幅又は側方向位置にて縁処理する形態とされたナイフ、ローリングブレード、レーザ、又はそれぞれの適宜な切断手段を含むことができる。
【００４４】
図７を更に参照すると、個別の装置３１２Ｂは、形成装置３４０を更に備えている。形成装置３４０は、マンドレル３０６Ｂと少なくとも部分的に相補的に係合し、これにより実質的に連続的な要領にて細長い部材３０２Ｂの所望の断面の幾何学的形態を形成する形態とされた複数のローラ３４２を有することができる。ローラ３４２は、例えば、液圧又は空気圧シリンダのような複数のアクチュエータ３４４の１つに個別に連結し、ローラがマンドレル３０６Ｂ上に積層された複数の材料プライ上を通過するとき、ローラを通して圧力を付与することができるようにする。このように、その他の実施の形態に関して上述したように、個別に通するとき関係したマンドレル上を通るローラを相互に交換することに代えて、複数のローラ３４２を単一のユニットとして組み合わせ、１回通る間、マンドレル３０６Ｂに沿って互いに直ぐに従動し、細長い部材３０２における所望の断面の幾何学的形態又はその１つ又はより多数のプライを形成することができる。
【００４５】
次に、図９を参照すると、本発明の更に別の実施の形態に従って細長い部材４０２を形成する装置４００が図示されている。便宜さ及び明確化のため図示しないが、装置４００は、互いに相対的に可動である基部、ガントリー及び（又は）キャリッジ組立体を含む、上述したもののような各種の構成要素を有することができる。該装置は、例えば、複合材料の複数のプライをマンドレル４０４に積層する自動式材料分与装置を備えることもできる。
【００４６】
装置４００は、各々所望の断面の幾何学的形態を形成し得るようマンドレル４０４（又はその上方に位置する材料プライ）の特定の部分と係合する形態とされた複数のローラ４０６を備えている。例えば、第一のローラ４０６Ａは、材料のプライをマンドレル４０４の頂面に押し付ける形態とすることができる。１組みのローラ４０６Ｂは、雄型部材４０４の外側隅部の周りに材料のプライを形成する形態とすることができる。別の組みのローラ４０６Ｃは、材料のプライをマンドレル４０４の側部に押し付ける形態とすることができる。更なる組みのローラ４０６Ｄは、材料プライをマンドレル４０４の内側隅部に押し付ける形態とすることができ、また、最終組みのローラ４０６Ｅは、材料プライをマンドレル４０４の側方向に伸びる部分に押し付ける形態とすることができる。このように、複数のローラ４０６は、集合的に作用してマンドレル４０４上にて所望の断面の幾何学的形態の細長い部材４０２を実質的に連続的に形成する。
【００４７】
図１０を簡単に参照すると、マンドレル４０４´が雌型マンドレルとして形成され、ローラ４０６´がその特定の識別した部分と係合し、細長い部材４０２を形成する形態とされる点を除いて、図９に関して示し且つ、説明したものと同様である、装置４００´の別の実施の形態が示されている。
【００４８】
図１１を簡単に参照すると、例えば、プロセッサ５０２と、記憶装置５０４と、１つ又はより多数の入力装置５０６と、１つ又はより多数の出力装置５０８とを有するコンピュータを備えることのできるコントローラ５００と上述した装置の任意のものを作用可能に連結することができる。かかるコントローラは、例えば、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）プログラミングを使用する等により、関係した装置１００、２００、３００、４００を制御するようプログラム化することができる。コントローラ５００は、所定の装置におけるローラの垂直、ヨー、ロール、ピッチ位置及び向きとして説明することのできる、例えば、基部、キャリッジ組立体、ガントリー及びローラ装置のような、本明細書に記載した色々な装置の相対的な位置を制御する形態とすることができる。コントローラ５００は、ローラが係合しようとするマンドレルに対するローラの垂直方向位置を制御するのみならず、マンドレルに対し又は該マンドレル上に積層された材料の１つ又はより多数のプライに対しローラよって加えられる圧力又は力の程度も制御する形態とすることができる。更に、コントローラ５００は、マンドレルに対し又は関係した材料のプライに対し加えられる熱量、マンドレルに対する材料の位置及び自動式材料ディスペンサから供給される材料の締結、切断及び始動を制御する形態とすることができる。
【００４９】
上述した実施の形態は、主として、関係したマンドレルに積層される個別のプレプレグ材料の例を使用して説明したが、非含浸の繊維材料を利用し、材料プライに適宜な樹脂又はバインダを実質的に同時に注入し又は含浸させつつ、かかる材料が関係したマンドレル上に積層されるようにすることが可能であることが分かる。例えば、次に、図１２Ａ、図１２Ｂを参照すると、マンドレル６００は、複数の開口６０２又は開口部が画成された有孔構造体として形成することができる。マンドレル６０４のプライがマンドレル６００上に積層されるとき、１つ又はより多数のローラ６０６は、マンドレルと相補的に係合し、本明細書にて上述したようにプライを所望の断面の幾何学的形態に形成することができる。更に、１つ又はより多数の噴霧ノズル６０８又はその他の堆積装置は、樹脂又はバインダを積層され且つ形成されたプライ内に注入し、所要形状のプレプレグ構造体を形成することができる。形成される細長い部材は、部分的に硬化させ又はＢステージとなるよう硬化させ、細長い部材がその後の時点にて関係した複合構造体と実質的に同時硬化されるようにすることができる。
【００５０】
本明細書にて上記に説明した本発明の色々な一例としての実施の形態は、ハットの一例としての断面の幾何学的形態、又は細長い部材をハット溝として形成することを示している。しかし、本発明は、その他の断面の幾何学的形態の細長い部材を形成するために使用することも考えられる。例えば、少なくとも１つのＣ字形通路を図１３Ａに示すように形成し、また、少なくとも１つの構造的角度（又は同様にＪ字形又はＬ字形断面）を図１３Ｂに示すように形成することができ、また、所望であるならば、オメガ形状を形成するようフランジを含むこともできる、少なくとも１つの円弧状断面を呈する構造部材を図１３Ｃに示すように形成することができる。複数の円弧状断面の形状体を図１３Ｄに示すように単一の構造部材に形成し、又は複数の構造的角度を図１３Ｅに示すように単一の構造部材に形成することもできる。また、例えば、細長い部材が経験するであろう予想される荷重に依存して、かかる断面の幾何学的形態の色々な特徴を所望通りに組み合わせることもできる。
【００５１】
次に、図１４Ａ、図１４Ｂを参照すると、その長さに沿って湾曲部分又は円弧状部分を呈する細長い部材７０２（図１９Ａ）を形成する装置７０１と連携し且つ、該装置と作用可能に連結されたコントローラ５００を有するシステム７００が示されている。該装置７０１は、複数のマンドレル７０６Ａないし７０６Ｄが配置された基部７０４を有している。該装置７０１は、ガントリー７０８と、該ガントリー７０８に可動に連結されたキャリッジ組立体７１０とを更に有している。例えば、ガントリー７０８は、キャリッジ７１０が方向矢印７１４で示すようにガントリー７０８に対し動くことができるようキャリッジ７１０と関係した軸受（図示せず）と作用可能に連結された１つ又はより多数の摺動体７１２を備えることができる。
【００５２】
基部７０４は、ガントリー７０８及びキャリッジ組立体７１０に対し画成された軸線７１８の周りにて回転し得る形態とされた回転テーブル７１６を備えることができる。モータ７２０又はその他のアクチュエータは、回転テーブル７１６を基部７０４の支持部分７２２に対し回転させるよう作用可能な形態とすることができる。回転テーブル７１６が回転すると、キャリッジ組立体７１０は、その関係した構成要素と共に、ガントリー７０８に対して動き（すなわち参照番号７１４で示した方向に向けて）、マンドレル７０６Ａないし７０６Ｄの各々が順次にその下方を通るとき、マンドレル７０６Ａないし７０６Ｄの位置を追跡する。キャリッジ組立体７１０は、キャリッジ組立体７１０と連結されたコントローラ５００及びアクチュエータを使用する等により、その下方を通るマンドレル７０６Ａないし７０６Ｄの位置を能動的に追跡し得る形態とすることができる。別の実施の形態において、キャリッジ組立体７１０は、形成装置７２６の以下の説明を通じて明らかとなるように、かかる形成装置７２６の１つ又はより多数の構成要素がマンドレル７０６ないし７０６Ｄと係合する等により、その下方を通るマンドレル７０６Ａないし７０６Ｄの位置を能動的に追跡する形態としてもよい。
【００５３】
図１４に関して説明した一例としての実施の形態は、ガントリー７０８及びキャリッジ組立体７１０に対して画成された軸線７１８の周りにて回転する回転テーブル７１６を有するものとして説明したが、その他の実施の形態も本発明と共に利用可能であると考えられることが理解される。例えば、基部７０４は、非回転テーブルを備えることができる一方、キャリッジ７１０及びガントリー７０８又は同様の構造体は、画成された軸線７１８の周りを回転する等によりテーブルに対し動く形態とされる。
【００５４】
マンドレル７０６Ａないし７０６Ｄは、必ずしもそのそれぞれの長さの全体に亙って一定の曲率半径を呈する必要はないことも理解される。また、マンドレル７０６Ａないし７０６Ｄの各々が他方の何れかのマンドレルと異なる長さ、曲率半径又はその他の幾何学的特徴を呈するようにすることも可能であることも理解される。
【００５５】
材料分与装置７２４及び形成装置７２６は、キャリッジ組立体７１０と連結されている。回転テーブル７１６がガントリー７０８に対して回転すると、材料分与装置７２６は、材料の１つ又はより多数のプライをマンドレル７０６Ａないし７０６Ｄに配置する形態とされている。形成装置７２６は、アクチュエータ７３０と連結され且つ、マンドレル７０６Ａないし７０６Ｄに配置された材料のプライを整形する形態とされた複数のローラ７２８を有することができる。
【００５６】
例えば、図１５Ａに示した概略図を参照すると、材料分与装置７２４及び形成装置７２６の一例としての作動状態が示されている。材料７４０（例えば、プレプレグクロスのプライ）は、供給及び張力ローラ７４２から１対の送り込みローラ７４６により作動される方向変更ローラ７４４上にて供給される。材料７４０は、切断装置７４８を超えて進み、該切断装置は、本発明のその他の実施の形態に関して上述したように、材料を所定の長さ、幅又はその双方に切断するために使用することができる。次に、材料７４０は、タックローラ７５０によりマンドレル７０６Ａの一部分に配置される。
【００５７】
タックローラ７５０（及び材料７４０が遭遇する後続のローラ）は、色々なローラがマンドレル７４０及びその下方のマンドレル７０６Ａと相互作用することにより、材料７４０が整形される方法を更に理解し得るようにするため、以下に説明する第二の回転平面図と共に第一の平面図に図示されていることが理解される。
【００５８】
形成装置７２６は、マンドレル７０６Ａ上に配置された材料７４０（又はマンドレル７０６Ａ上に配置されたそれ以前に整形された材料プライ）を整形し且つ、デバルクするために使用される複数のローラ７２８Ａないし７２８Ｄを有している。このように、例えば、第一のローラ７２８Ａは、マンドレル７０６Ａと係合して材料７４０をマンドレル７０６Ａの形状に全体として順応させる。第二に、１組みのローラ７２８Ｂを使用して材料をマンドレル７０６Ａの側部７５４に押し付けることができる。所望であるならば、これは、ローラ７２８Ｂの回転平面図に示すように、マンドレル７０６Ａの上方部分から底部分まで作用する多数の組みのローラ７２８Ｂにより実現することができる。別の組みのローラ７２８Ｃを使用して材料７４０をマンドレル７０６Ａの内側下隅部７５６内に押し込むことができる。スクイージ７５８を使用してローラ７２８Ａないし７２８Ｄの間の１つ又はより多数の中間位置にて材料の皺を引っ張るのを助けることができる。最後に、１組みのローラ７２８Ｄを使用して細長い部材７０２のフランジ部材を加圧し且つ、形成することができる。
【００５９】
細長い部材７０２を形成する過程は、材料を形成し、整形し、及び内側から外側にデバルクするステップを含むことも理解される。換言すれば、タックローラ７５０は、マンドレル７０６Ａ及び該マンドレルの中央に配置された材料７４０に圧力を加え、後続のローラ７２８Ａないし７２８Ｄの各々が材料７４０の外端縁に向けて更に離れた位置にて順次に圧力を加える。かかる過程は、皺を除去し且つ、材料の積層プライ間の空隙を除去し、これにより高度に圧密化され且つ、デバルクされた複合部材を形成する点にて効率的で且つ効果的であると判断されている。
【００６０】
巻き取りローラ７６０は、例えば、細長い部材７０２を形成するために使用されるプレプレグ材料の表面に配置することのできる、キャリア材料７６２（裏打て材とも称される）を収集するため、形成装置７２６と関係付ける（又はキャリッジ組立体７１０と独立的に連結する）ことができる。適宜なポリマー材料を含むキャリア材料７６２は、ロール巻きした形態のとき（すなわち供給及び張力ローラ７４２上にあるときのような形態のとき）、それ自体にプレプレグ材料が接着するのを防止するのみならず、材料７４０が整形、形成及びデバルクされる間、材料７４０に止まることもでき、色々なローラ７５０、７２８Ａないし７２８Ｄが材料７４０に粘着し又はその表面の樹脂を収集し且つ蓄積させないようにする。更に、かかるキャリア材料の存在は、細長い部材７０２を形成する間、色々なローラ７２８が材料７４０を押し且つ該材料７４０を擦るとき、細長い部材７０２を形成するために使用した材料７４０を保護する作用を果たすこともできる。
【００６１】
次に、図１５Ｂを参照すると、スクラブローラとしても説明することのできる第一のローラ７２８Ａの更なる詳細が示されている。当該実施の形態の第一のローラ７２８Ａは、スクラブローラとして説明したが、所望であるならば、その他の又は追加的なローラ（例えば、参照番号７２８Ｂないし７２８Ｄ）をスクラブローラの形態とすることが可能であることが理解される。
【００６２】
スクラブローラ７２８Ａは、軸８０２に連結された２つのローラ半体８００Ａ、８００Ｂを有することができる。該軸８０２は、キャリッジ７１０と連結し、アクチュエータ又はその他の力付与機構（図１５Ｂに図示せず）は、スクラブローラ７２８Ａを方向矢印８０４で示すようにマンドレル７０６Ａに押し付けるような形態とすることができる。２つのローラ半体８００Ａ、８００Ｂは、軸８０２に沿って（すなわち軸８０２の軸線８０６に沿って）軸方向に変位可能な形態とされている。アクチュエータ又は力付与機構８０８は、ローラ半体８００Ａ、８００Ｂの各々と関係付けられ、また、ローラ半体８００Ａ、８００Ｂの各々を方向矢印８１０で示すようにマンドレル７０６Ａの側壁７５４に向けて偏倚させる形態とされている。力付与機構８０８は、例えば、ばね、液圧アクチュエータ又は空気圧アクチュエータを含むことができる。
【００６３】
マンドレル７０６Ａの側壁７５４に加えられる力の程度を調節する能力に加えて、スクラブローラ７２８Ａの形態は、異なる断面の幾何学的形態を呈する細長い部材７０２を製造することも可能にする。例えば、図１５Ｃを簡単に参照すると、細長い部材７０２´´は、頂面又はキャップ８１０が細長い部材７０２´´の長手方向軸線８１２に沿って横断するに伴い広くなる異なる断面の幾何学的形態を呈することができる。かかる細長い部材７０２´´は、例えば、航空機の翼の構造における翼桁として使用することができるであろう。
【００６４】
図１５Ｃに示すように、スクラブローラ７２８Ａが細長い部材７０２´´に対して第一の長手方向位置８１２にあるとき、２つのローラ半体８００Ａ、８００Ｂは、軸８０２に対して第一の軸方向に位置にある。しかし、スクラブローラ７２８Ａが細長い部材７０２´´に対して第二の長手方向位置８１４にあるとき（スクラブローラ７２８Ａは第二の長手方向位置８１４にて破線で示されている）、２つのローラ半体８００Ａ、８００Ｂは、軸８０２に対して第二の軸方向位置に変位している。スクラブローラ７２８Ａの形態は、２つのローラ半体８００Ａ、８００Ｂが細長い部材７０２´´の側壁（及びその下方のマンドレル）との接触を保ち且つ、断面の幾何学的形態の変化（例えば、キャップ８１０の幅の変化）に関係なく、所望の量の力を保つことを可能にする。
【００６５】
次に、図１５Ｄを参照すると、概略図は、マンドレル７０６Ａ（又はより具体的にはマンドレル７０６Ａ上に配置された材料７４０）とスクラブローラ７２８Ａとの相互作用の更なる詳細を示す。スクラブローラ７２８Ａが方向矢印８２０で示した方向に向けてマンドレル７０６Ａに対して移動すると、ローラ半体８００Ａ（明確化のため破線で図示）は、方向矢印８２２で示した方向に向け軸線の周りを回転する。ローラ半体８００Ａは、スクラブローラ７２８Ａの力により行われるように、材料７４０とマンドレル７０６Ａとの間の接触が所望の位置にて開始され、また。所望の表面積に制限されるように、所要の形状、外形及び配置とされるようにすることができる。例えば、ローラ半体８００Ａが回転すると、該ローラにより、材料７４０は参照番号８２４で示した位置にて最初にマンドレル７０６Ａの表面に押し付けられる。スクラブローラ７２８Ａの回転を考慮して、材料７４０をマンドレル７０６Ａに押し付けるこの最初の位置により、スクラブローラ７２８Ａは、材料７４０をマンドレル７０６Ａに効果的に押し付けることになる。更に、スクラブローラにより行われる接触の表面積は、図１５Ｄに斜線で示すように画成された領域８２６に制限することができる。スクラブローラ７２８Ａは、材料がマンドレル７０６Ａに押し付けられるとき、画成された領域８２６内にて材料７４０を効果的に擦り又は拭き払って材料７４０をより効果的に押し付け且つ整形する。また、スクラブローラにより実現される制限された接触面積は、スクラブローラ７２８Ａが回転を続けるとき、スクラブローラ７２８Ａが材料７４０が上方に且つマンドレル７０６Ａから離れるよう持ち上がる（全体として参照番号８２８で示した領域におけるように）ことも防止する。
【００６６】
スクラブローラ７２８Ａにより実現される材料７４０とマンドレル７０６Ａとの間の最初の押し付け又は接触位置は、スクラブローラ７２８Ａの形状、外形及びマンドレル７０６Ａに対する配置により決定することができることが理解される。例えば、図１５Ｂを再度簡単に参照すると、マンドレル７０６Ａ（又はその上に配置された材料）の側壁７５４と接触するローラ半体８００Ａ、８００Ｂの各々の表面８３０は、実質的に直線状の表面（平面図で示すように）を呈し、又は湾曲し又は円弧状の凸面を呈してスクラブローラ７２８Ａにより実現される接触及び押し付けの面積及び位置を更に制御する形態とすることができる。別の一例としての実施の形態において、例えば、細長い部材７０２における実際の断面の幾何学的形態に依存して、スクラブローラ７２８Ａは、ローラ半体８００Ａ、８００Ｂの各々が独立的な軸と連結される形態とすることができ、また、軸の各々は、図１５Ｂ又は図１５Ｃに示すように軸８０６に対して傾斜し又は角度を成し、スクラブローラ７２８Ａによる接触の表面積を制御することができる。
【００６７】
次に、図１６Ａを参照すると、一例としての実施の形態において、材料分与装置７２４´は、材料７４０Ａ、７４０Ｂ又は７４０Ｃの個別のプライをマンドレル７０６Ａに選択的に分与する形態とされた多数のディスペンサ７２４Ａないし７２４Ｃを備えることができる。ディスペンサ７２４Ａないし７２４Ｃの各々は、供給及び張力ローラ７４２Ａないし７４２Ｃと、方向変更ローラ７４４Ａないし７４４Ｃと、送り込みローラ７４６Ａないし７４６Ｃと、切断装置７４８Ａないし７４８Ｃと、タックローラ７５０Ａないし７５０Ｃとを備えることができる。
【００６８】
分与装置７２４´のディスペンサ７２４Ａないし７２４Ｃの各々は、その他の材料の供給分と相違する特徴を呈する材料の供給分を含むことができる。例えば、第一のディスペンサ７２４Ａは０゜の繊維方向を呈する材料７４０Ａを含み、第二のディスペンサ７２４Ｂは４５゜の繊維方向を呈する材料７４０Ｂを含み、第三のディスペンサ７２４Ｃは第一及び第二のディスペンサ７２４Ａ、７２４Ｂに含まれるものと相違する繊維角度を呈する材料７４０Ｃを含むことができる。別の実施の形態において、材料の幅又は厚さは、ディスペンサ毎に変化させることができる。別の一例としての実施の形態は、ディスペンサ７２４Ａないし７２４Ｃの各々に異なる等級型式の材料を含むことができる。かかる形態は、多数の及び異なる材料プライの複雑な組立体である細長い部材７０２を形成するとき顕著な自由度及び効率をもたらす。例えば、図１５Ａに示すように、単一のディスペンサ７２４のみが使用されるならば、材料７４０は、異なる繊維方向又はその他の相違する特徴を有する材料７４０を受容し得るよう供給及び張力ローラ７４２にて頻繁に交換しなければならないであろう。
【００６９】
図１６Ｂを簡単に参照すると、各々が関係した送り込みローラ７４６Ａないし７４６Ｃにより作動されるような関係した方向変更ローラ７４４Ａないし７４４Ｃの周りを通る材料７４０Ａないし７４０Ｃのプライを分与する複数の供給及び張力ローラ７４２Ａないし７４２Ｃを含む分与装置７２４´´の別の実施の形態が示されている。送り込みローラ７４６Ａないし７４６Ｂの後に、材料７４０Ａないし７４０Ｃのプライの各々は、共通の切断装置７４８を通って共通の方向変更ローラ７６８上を選択的に通り且つ、共通のタックローラ７５０の助けを受けてマンドレル７０６Ａ上に積層することができる。このように、送り込みローラ７４６Ａないし７４６Ｃの独立的な制御を通じて、材料プライ７４０Ａないし７４０Ｃを切断装置７４８を通じ且つ、タックローラ７５０まで個別に、また、選択的に送り込み、マンドレル上に積層されるようにすることができる。図１６Ａに関して説明した実施の形態におけるように、材料プライ７４０Ａないし７４０Ｃの各々は、繊維方向、材料の寸法、材料の組成又はその他の何らかの特徴に関係なく、その他のものと相違する特徴を呈することができる。
【００７０】
別の実施の形態において、材料分与装置７２４´´は、例えば、当該技術分野の当業者により「ヌードル」として知られたフィラー接着剤又は小さいフィラー部材のようなフィラー材料を分与する形態とすることができる。例えば、装置がＣ字形の形状体として形成された２つの細長い構造体を背中同士を合わせた配置状態に接続してＩビームを形成する形態とされるならば、かかるフィラー材料を利用することができる。当該技術分野の当業者により認識されるように、かかる構造は、２つの部材間の接続線の端縁に沿って、例えば、ヌードルにて満たされることが望ましい小さい凹部をしばしば残す。
【００７１】
同様に、材料分与装置は、例えば、粘着付与剤材料又はバッギング材料を含むその他の材料を積層する形態としてもよい。粘着付与剤材料は、材料７４０の個別のプライに配置し、隣接するプライ間の粘着度を向上させることができる。バッギング材料は、その後に細長い部材７０２をマンドレル７０６Ａから解放するため、材料７４０を分与する前に、材料７０６Ａ上に配置することができる。このように、場合によっては、新たな細長い部材７０２を製造する前に、バッギング材料の新たな層をマンドレル上に供給することが望ましいことがある。
【００７２】
次に、図１７Ａを参照すると、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５に関して説明した装置を使用することを通じて形成することができる細長い部材７０２が示されている。細長い部材７０２は、その長さの全体に亙って全体的に湾曲し又は円弧状である。上述したように、湾曲し又は円弧状の細長い部材７０２は、その円弧長さの全体に亙って一定の半径を呈する必要はない。実際上、本発明は、多数の曲線及び色々の複雑な幾何学的形態を呈する細長い部材７０２を製造することを考える。更に、図１７Ａを参照すると、細長い部材が細長い部材７０２の第一の端縁７７０に沿った第一の曲率半径Ｒ１と、細長い部材の第二の端縁７７２に沿った第二の曲率半径Ｒ２とを呈し、第二の曲率半径Ｒ２が第一の曲率半径Ｒ１よりも大きいような細長い部材の構造とされている。かかる形態は、供給及び張力ローラ７４２から分与される材料プライ（例えば、図１５Ａの材料７４０）はその各側部の下方に全体として直線状の端縁を呈するため、細長い部材７０２を製造するとき、格別な問題を招来する。このように、材料７４０が湾曲したマンドレル７０６Ａ上に配置されると、材料は、第一の端縁７７０、又はより具体的には、より小さい曲率半径を呈する端縁に沿ってひだ又は皺を生ずる傾向となる。
【００７３】
材料７４０（図１５Ａ）の皺を防止するため、材料がマンドレル７０６Ａに付与されるとき（図１５Ａ）、所望の量の張力を材料７４０に付与することができる。このように、例えば、図１５及び図１７Ａと共に図１８を参照すると、分与装置７２４は、材料７４０がその上に配置される箇所にてマンドレル７０６Ａに対し正接し又は正接状態から僅かな角度を付けた方向に向けて張力を材料７４０に付与する形態とすることができる。例えば１つの実施の形態において、接線がマンドレル７０６Ａの半径方向中心線７７２に対して９０゜であると考えるならば、張力は、半径方向中心線７７２に対し約８９゜ないし９１゜の範囲の角度にて付与することができる（方向矢印７７４で示すように）。かかる張力は、例えば、材料７４０が分与されるとき、供給及び張力ローラ７４２（図１５Ａ）の回転を制限し又はその他の制御をすることにより、付与することができる。例えば、材料７４０が供給され、また、キャリッジ７１０及び回転テーブル７１６が互いに対して動く間、ある大きさの所望の抵抗を供給及び張力ローラ７４２に付与し、その結果、分与された材料７４０に張力が生ずるようにしてもよい。
【００７４】
材料７４０のプライが分与されるとき、織ったプレプレグ材料を使用することを考えるならば、材料がマンドレル７０６Ａに配置され、その後に、形成装置７２６により整形されるとき、材料７４０に張力を加えると、より小さい曲率（例えば、図１７ＡにてＲ１）に沿って又は該曲率半径に隣接して皺が生ずるのを防止しつつ、材料７４０はより大きい曲率半径（例えば、図１７ＡにてＲ２）に沿って延伸される。
【００７５】
換言すれば、材料が分与され且つ、マンドレル７０６Ａ上に形成されるとき、材料７４０の幅を亙って張力勾配を発生させることができる。例えば、より大きい曲率半径（例えば、Ｒ２）を呈する材料の側端縁にて最大の張力である一方、より小さい曲率半径（例えば、Ｒ１）を呈する側端縁にて最小の張力（これは、場合によってはほぼ零とすることができる）となるように、細長い部材７０２を形成するために使用される材料７４０内に張力勾配を生じさせることができる。この勾配は、材料７４０の１つの端縁から他方の端縁まで厳密に直線状の勾配である必要はない。材料７４０の織りは、一部分、布地の受容可能な延伸量と、布地の特定の織りにより決定される材料の「変形」に依存して布地に付与する必要のある力の大きさとを決定することができる。
【００７６】
一例としての実施の形態において、約１３３．４ないし１７７．９Ｎ（約３０ないし４０Ｉｂｆ）の力を材料７４０に付与して材料を適宜な張力状態に置くことができる。勿論、材料に加えられる力の量は、例えば、使用される材料の型式（布地の織りを含む）、材料の幅、マンドレル７０６Ａの曲率半径を含む多数のファクタ又はかかるファクタの組み合わせに依存する。材料７４０に加えられる張力に加えて、材料を弛緩させ且つ、より大きい曲率半径を呈する端縁に沿って又は該端縁に隣接して材料７４０を延伸させるのを容易にするのを助けるべく、熱を材料に加えることができる。しかし、材料７４０に加えられる熱の量及び強さは、材料７４０の過早の硬化を防止し得るよう選択し且つ制御することができる。
【００７７】
次に、図１９Ａ及び図１９Ｂを参照すると、湾曲し又は円弧状の細長い部材７０２（図１７Ｂ）を形成する装置７０１´の別の実施の形態を含むシステム７００が示されている。該装置７０１´は、幾つかの形態変更を加えて図１４Ａ、図１４Ｂに示し且つ図１４Ａ、図１４Ｂに関して説明したものと同様である。全体として、装置７０１´は、その上に配置されたマンドレル７０６´を有する基部７０４を備えている。装置７０１´は、ガントリー７０８と、該ガントリーに可動に連結されたキャリッジ組立体７１０とを更に有している。基部７０４は、ガントリー７０８及びキャリッジ組立体７１０に対して画成された軸線７１８の周りを回転し得る形態とされた回転テーブル７１６を有することができる。モータ７２０又はその他のアクチュエータは、基部７０４の支持部分７２２に対して回転テーブル７１６を回転させる作用可能な形態とすることができる。
【００７８】
材料分与装置７２４´及び形成装置７２６´は、キャリッジ組立体７１０と連結されている。回転テーブル７１６がガントリー７０８に対して画成された軸線７１８の周りを回転すると、材料分与装置７２６は、１つ又はより多数の材料プライをマンドレル７０６´上に配置する形態とされている。形成装置７２６´は、アクチュエータ７３０に連結され且つ、マンドレル７０６´上に配置された材料プライを整形する形態とされた複数のローラ７２８を有することができる。マンドレル７０６´は、複数の支持構造体７８０により隔てた関係にて回転テーブル７１６に連結されている。分与装置７２４´及び形成装置７２６´は、マンドレル７０６´の半径方向内方に配置され且つ、マンドレルが回転テーブル７１６と共に回転するとき、マンドレル７０６´と係合し且つ、該マンドレル７０６´と相互作用する形態とされている。分与装置７２４´及び形成装置７２６´の形態及び向きは、回転テーブル７１６に対し平行であると説明することができる一方、分与装置７２４及び図１４Ａ、図１４Ｂに示した形成装置７２６の形態及び向きは、回転テーブル７１６に対して直角であると説明することができる。
【００７９】
図１７Ｂを参照すると、図１９Ａ、図１９Ｂに関して図示し且つ説明した装置７０１´を使用して形成可能である一例としての細長い部材７０２´の一部分が図示されている。該細長い部材７０２´は、全体として、円弧状又は湾曲しており、第一の面又は端縁７８２は第一の曲率半径Ｒ１´を呈し、第二の端縁又は面７８４は、第二の曲率半径Ｒ２´を呈し、第二の曲率半径Ｒ２´は、第一の曲率半径Ｒ１´よりも大きい。上述した実施の形態と同様に、マンドレル７０６´上に配置された任意の材料に力を加えて張力勾配を生じさせ且つ、小さい曲率半径（例えば、Ｒ１´）にて又はそれに隣接して材料の皺を防止することができる。
【００８０】
細長い部材７０２´の断面の幾何学的形態は、図１７Ａに示した細長い部材７０２の曲率半径に対して全体的な曲率半径７８６に沿って回転されていることが理解される。同様に、湾曲した細長い部材７０２´は一定の曲率半径を呈する必要がないことも理解される。かかる相違した形態の細長い部材７０２、７０２´を製造する能力は、極めて特注化されたものであり且つ、複雑な構造体を相対的に容易に且つ効率的に製造することを可能にする。
【００８１】
次に、図２０を参照すると、本発明の別の形態に従って形成された一例としての細長い部材７０２´´の断面図が示されている。細長い部材７０２´´は、その「幅」又は断面広がりの約半分に亙って細長い部材７０２´´の第一の端縁７７２から伸びる第一の材料プライ７８８と、第一のプライ７８８と当接し且つ、細長い部材７０２´´の第二の端縁７７４まで伸びる第二の材料プライ７９０とを備えている。第三のプライ７９２が第一のプライ７８８及び第二のプライ７９０の頂部に積層状態に配置され且つ、かかるプライの当接接続部７９４上に橋部を形成する。所望であれば、追加的なプライを第一のプライ７８８、第二のプライ７９０及び第三のプライ７９２の上方に反復的なパターン（又は何らかのその他の画成されたパターン）にて配置することができる。
【００８２】
積層「橋」プライにより補強された材料の隣接し且つ当接する多数のプライを使用することは、湾曲した細長い部材７０２´´を形成するとき更なる自由度をもたらす。例えば、皺を生じるため、又は皺を回避するのに必要な張力程度が材料の強度特性にとって有害であるため、単一の材料プライを使用して断面の幾何学的形態の全体を形成することができないような、細長い部材７０２´´の曲率半径であるならば、狭小な幅の別のプライを使用することができる。換言すれば、第一の曲率半径Ｒ１と第二の曲率半径Ｒ２との間を伸びるのに十分に幅の広い材料プライとなるように延伸させるのに必要な張力は、例えば、第二の曲率半径Ｒ２と第三の曲率半径Ｒ３との間を伸びるのに十分幅が広い材料となるように延伸させるのに必要なものよりも大きい。このように、側方向に隣接する多数の材料プライを使用することは、材料プライに加えられる張力及び材料プライが受ける延伸を減少させつつ、「より幅の広い」断面の幾何学的形態を呈する細長い部材７０２´´を製造することを可能にする。
【００８３】
本発明のその他の変更例を採用することも考えられることが理解される。例えば、一例としての実施の形態は、マンドレルと、複数の相補的なローラとを含むものとして説明したが、上側セットと、下側セットという２組みの相補的なローラを使用して細長い部材を形成することができる。このように、例えば、複数の繊維を雌型組みの上側ローラ及び雄型組みの下側ローラを通して所望の断面の幾何学的形態を得ることができる。しかし、上述した一例としての実施の形態におけるように、マンドレルを使用することは、プライをより正確に配置し且つ繊維方向を制御することを可能にする。更に、色々な実施の形態をキャリッジ組立体及びガントリーを利用することに関して説明したが、ローラを配置し且つ、マンドレル上に配置された材料に対し適宜な力又は圧力を加えるため、ロボット式アームを利用することも可能であると更に考えられる。かかるロボットは、関係した１つ又は複数のローラを多数の軸線の周りにて配置可能な形態とすることができる。
【００８４】
更に、細長い構造部材を形成するとき色々な材料を使用することができる。例えば、複合材テープ、布地、乾燥布地又はその色々な組み合わせ体を使用することができる。更に、適当であると考えられるならば、フィラー材料を細長い構造部材内に導入することができる。かかるフィラー材料は、例えば、発泡材、金属又はその他の非プラスチック材料を含むことができる。
【００８５】
本発明は、色々な形態変更及び代替的な形態が具体化可能であるが、図面にて単に一例として特定の実施の形態を示し且つ、それについて詳細に説明した。しかし、本発明は、開示された特定の形態に限定することを意図するものではないことを理解すべきである。本発明は、特許請求の範囲により規定された本発明の精神及び範囲に属する全ての形態変更例、等価物及び代替例を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の１つの実施の形態に従った細長い複合部材を形成する装置の斜視図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に従った図１の装置の一部分を示す斜視図である。
【図３】３Ａは、細長い部材を形成する１つの段階の間における図１の装置の部分断面図である。
【００８７】
３Ｂは、細長い部材を形成する別の段階の間における図１の装置の部分断面図である。
３Ｃは、細長い部材を形成する更に別の段階の間における図１の装置の部分断面図である。
【００８８】
３Ｄは、細長い部材を形成する更に別の段階の間における図１の装置の部分断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態に従った図１の装置の一部分を示す斜視図である。
【図５】本発明の別の実施の形態に従った細長い複合部材を形成する別の装置の斜視図である。
【図６】本発明の更に別の実施の形態に従った細長い複合部材を形成する別の装置の斜視図である。
【図７】図６に示した装置の一部分の拡大斜視図である。
【図８】８Ａは、本発明の色々な形態に従い且つ色々な製造段階にて形成された細長い補強部材を示す断面図である。
【００８９】
８Ｂは、本発明の色々な形態に従い且つ色々な製造段階にて形成された細長い補強部材を示す断面図である。
【図９】本発明の更なる実施の形態に従った細長い複合部材を形成する装置の斜視図である。
【図１０】本発明の更なる実施の形態に従った細長い複合部材を形成する装置の斜視図である。
【図１１】本発明の１つの実施の形態に従った細長い複合部材を形成する装置と共にコントローラを使用する状態を示す概略図である。
【図１２】１２Ａは、本発明の１つの実施の形態に従った細長い複合部材を形成するときに使用されるマンドレルの斜視図である。
【００９０】
１２Ｂは、本発明の１つの実施の形態に従った細長い複合部材を形成する間における図１２Ａに示したマンドレルの部分断面側面図である。
【図１３】１３Ａは、本発明に従って形成することのできる一例としての幾何学的形態を示す断面図である。
【００９１】
１３Ｂは、本発明に従って形成することのできる一例としての別の幾何学的形態を示す断面図である。
１３Ｃは、本発明に従って形成することのできる一例としての別の幾何学的形態を示す断面図である。
【００９２】
１３Ｄは、本発明に従って形成することのできる一例としての別の幾何学的形態を示す断面図である。
１３Ｅは、本発明に従って形成することのできる一例としての更に別の幾何学的形態を示す断面図である。
【図１４】１４Ａは、本発明の更に別の実施の形態に従った細長い複合部材を形成するシステム及び装置の平面図である。
【００９３】
１４Ｂは、本発明の更に別の実施の形態に従った細長い複合部材を形成するシステム及び装置の立面図である。
【図１５】１５Ａは、図１４Ａ及び図１４Ｂに示したシステム及び装置により行われる一例としての過程の概略図である。
【００９４】
１５Ｂは、図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５Ａに示した装置の色々な構成要素の詳細図である。
１５Ｃは、図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５Ａに示した装置の色々な構成要素の詳細図である。
【００９５】
１５Ｄは、図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５Ａに示した装置の色々な構成要素の詳細図である。
【図１６】１６Ａは、本発明の色々な実施の形態と共に使用することのできる材料分与装置の図である。
【００９６】
１６Ｂは、本発明の色々な実施の形態と共に使用することのできる別の材料分与装置の図である。
【図１７】１７Ａは、図１４Ａ、１４Ｂ、１６Ａ及び１６Ｂに関して示し且つ説明したシステム及び装置を使用して形成された一例としての細長い部材の斜視図である。
【００９７】
１７Ｂは、図１４Ａ、１４Ｂ、１６Ａ及び１６Ｂに関して示し且つ説明したシステム及び装置を使用して形成された一例としての別の細長い部材の斜視図である。
【図１８】図１４Ａに示した装置の拡大部分平面図である。
【図１９】１９Ａは、本発明の更なる実施の形態に従った細長い複合部材を形成するシステム及び装置の平面図である。
【００９８】
本発明の更なる実施の形態に従った細長い複合部材を形成するシステム及び装置の立面図である。
【図２０】本発明の１つの過程に従って形成された細長い部材の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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