(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状の繊維強化材を適用面に配置するためのレイアップヘッドであって、
横軸を有する支持ヘッドと、
前記支持ヘッドによって支持され、長尺状の繊維強化材料を分配する分配機構と、
前記適用面に対して長尺状の繊維複合材料を押し付けるためのローラーであって、ローラー軸が前記支持ヘッドの前記横軸に対して傾斜し得るように前記支持ヘッドに対して傾動可能である前記ローラーと、
前記ローラー軸が前記支持ヘッドの前記横軸に対して平行となる中心位置に前記ローラーを保持するように動作可能な保持機構と、を有し、前記保持機構は、前記ローラーが傾動可能に解放するように動作可能である、レイアップヘッド。
【請求項２】
前記保持機構は、前記ローラーを前記中心位置に保持する保持力を作用するように動作可能である、請求項１に記載のレイアップヘッド。
【請求項３】
前記ローラーは、前記中心位置に付勢され、
前記保持機構は、前記ローラーを前記中心位置に付勢可能である、請求項１または２に記載のレイアップヘッド。
【請求項４】
前記ローラーの傾動は、減衰され、
前記保持機構は、前記ローラーの傾動を減衰させるように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のレイアップヘッド。
【請求項５】
前記ローラーは、ローラー旋回軸の周りを前記支持ヘッドに対して旋回可能であり、
前記ローラー旋回軸は、前記ローラー軸に対して垂直であり、および／または、
前記ローラーは、前記支持ヘッドに旋回可能に取り付けられたキャリアに取り付けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のレイアップヘッド。
【請求項６】
前記保持機構は、前記支持ヘッドと前記ローラーとの間に作用する少なくとも１つのリニアアクチュエータを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のレイアップヘッド。
【請求項７】
前記保持機構は、前記支持ヘッドと前記ローラーとの間に、対向する方向に作用するように配置された第１のリニアアクチュエータおよび第２のリニアアクチュエータを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のレイアップヘッド。
【請求項８】
前記各リニアアクチュエータは、対応する軸受面に作用するように配置された軸受面を備える自由端を有し、
前記第１のリニアアクチュエータおよび前記第２のリニアアクチュエータは前記支持ヘッドに取り付けられ、前記各リニアアクチュエータの自由端は前記ローラーに連結された対応する軸受面に作用するように構成され、および／または、
前記第１のリニアアクチュエータおよび前記第２のリニアアクチュエータは、前記支持ヘッドの前記横軸に平行な対向する方向に作用するように構成される、請求項７に記載のレイアップヘッド。
【請求項９】
前記第１のリニアアクチュエータおよび前記第２のリニアアクチュエータは、第１の空気圧リニアアクチュエータおよび第２の空気圧リニアアクチュエータである、請求項７または請求項８に記載のレイアップヘッド。
【請求項１０】
前記保持機構は、前記第１の空気圧リニアアクチュエータおよび前記第２の空気圧リニアアクチュエータに供給されるガスの圧力を制御することによって前記ローラーを前記中心位置に保持するように動作可能である、請求項９に記載のレイアップヘッド。
【請求項１１】
前記保持機構は、前記ローラーを前記中心位置に保持するための保持力を付与するように動作可能であり、
前記保持機構は、前記第１の空気圧リニアアクチュエータおよび前記第２の空気圧リニアアクチュエータに供給されるガスの圧力を制御することによって前記ローラーを解放するように動作可能である、請求項９または請求項１０に記載のレイアップヘッド。
【請求項１２】
前記第１の空気圧リニアアクチュエータおよび前記第２の空気圧リニアアクチュエータに供給されるガスの圧力を制御するコントローラをさらに有する、請求項１０または請求項１１に記載のレイアップヘッド。
【請求項１３】
前記ローラーは、前記中心位置のいずれかの側に傾動可能である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のレイアップヘッド。
【請求項１４】
前記支持ヘッドによって支持され、切断機構のニップを通過する長尺状の繊維強化材料を切断するように動作可能な前記切断機構をさらに備え、
前記ニップは、前記支持ヘッドの前記横軸に平行な方向に延在し、および／または、
複数の長さの長尺状の繊維強化材料を同時に並べて配置するように構成される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のレイアップヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺状の繊維強化材料を適用面（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｕｒｆａｃｅ）に配置する（ａｐｐｌｙｉｎｇ）複合材料用レイアップヘッドに関する。特に、排他的ではないが、本発明は、中心位置に保持することができる傾動可能なローラーを有するレイアップヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維複合部品は、軽量と強度の組み合わせを必要とする用途、例えばスポーツ用品および航空宇宙部品に使用されることが多い。ほとんどの繊維複合材料製造プロセスは、予備成形体を形成するために、レイアップ工程においてツール（ｔｏｏｌ）、物品または型に適用可能な繊維強化材料の連続層（ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ  ｌａｙｅｒｓ）を必要とする。母材は、典型的には、構成要素のレイアップ前に、繊維強化材料に予め塗布される（予め含浸、または「プレプレグ」）。近年の製造業の発展により、レイアッププロセスは自動的に実行されることが可能となっている。
【０００３】
自動複合材製造プロセスの３つのタイプは、自動テープ敷設（ＡＴＬ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔａｐｅ  Ｌａｙｉｎｇ）、自動繊維配置（ＡＦＰ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）、および自動フィラメントワインディングである。ＡＴＬは、繊維強化材を含むテープをツールに適用することに関する。テープは、典型的には、母材（例えば、エポキシ樹脂）が予め含浸された一方向性繊維を含む。連続するテープ層は、典型的には、互いに異なる配向で適用されてプライ構造を形成する。
【０００４】
ＡＦＰにおいて、繊維強化材料は、複数の個々の繊維または複数の「トゥ（ｔｏｗ）」を含む「トゥ（繊維束）」の形態でツールに適用される。あるいは、「トゥ」は、幅の広いテープを切り裂いた狭い幅のテープであってもよい。ＡＦＰは、典型的には、比較的高い曲率または不均一な曲率を有する複雑な部品に適している。繊維は、典型的には、母材が予め含浸されるか、または母材の槽（ｂａｔｈ）を通して引き出される。コースや一連の「トゥ」は、典型的にはアプリケーターローラーによってツールに適用される。
【０００５】
自動フィラメントワインディングは、ツールが典型的には回転マンドレルであり、レイアップ装置がマンドレルを横切ってマンドレル表面上に張力をかけた繊維のトゥを適用する点でＡＦＰとは異なる。トゥがマンドレルの上に置かれる角度は、プライ構造を形成して構成要素の特性に影響を及ぼすように（例えば、成形品の圧縮強度や引張強度を向上するように）連続層が互いに異なる配向となるようにするために、マンドレルの連続するパスの間で調整することができる。
【０００６】
すべてのプロセスにおいて、レイアップヘッドは、典型的には、繊維強化材料を適用面に配置して配置するために使用される。レイアップヘッドは、典型的には、繊維強化材料を適用面に押し付けるローラー（例えば、繊維配置ローラーまたはアプリケーターローラー）を含む。従来検討された構成では、ローラーは、適用面の輪郭に密接に追従できるように、ヘッドの残りの部分（ｔｈｅ  ｒｅｍａｉｎｄｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｈｅａｄ）に対して傾動可能であった。しかしながら、ローラーが傾動可能（ｔｉｌｔａｂｌｅ）である場合、材料の配置の開始時および材料の切断時に品質上の問題を引き起こす可能性がある。これは、ローラーとニップとの間の可変な相対的位置によるものである。
【０００７】
したがって、高品質のプリフォームを製造するために使用できる改良されたレイアップヘッドを提供することが望まれている。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一態様によれば、長尺状の繊維強化材料を適用面に配置するためのレイアップヘッドであって、横軸を有する支持ヘッドと、前記支持ヘッドによって支持され、長尺状の繊維強化材料を分配する分配機構（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）と、前記適用面に対して長尺状の繊維複合材料を押し付けるためのローラーであって、ローラー軸が支持ヘッドの横軸に対して傾斜し得るように前記支持ヘッドに対して傾動可能である前記ローラーと、前記ローラー軸が前記支持ヘッドの前記横軸に対して平行となる中心位置に前記ローラーを保持するように動作可能な保持機構と、を有するレイアップヘッドが提供される。この構成により、ローラーを中心位置に保持し、その後、ローラーが適用面の輪郭に密接に追従できるように、ローラーを選択的に解放することができる。前記レイアップヘッドは、横軸に平行な幅寸法を有する先端領域を有していてもよい。前記分配（または供給）機構は、通常は長手方向に延在する分配方向に長尺状の繊維強化材料を分配または供給するように構成してもよい。長手方向に延在する分配方向は、横軸に対して垂直であってもよい。前記ローラー軸は、前記ローラーの回転軸であってもよい。レイアップヘッドは、１つ以上の長尺状の繊維強化材用の出口を備えてもよい。前記出口または前記各出口の長手（すなわち幅）方向は、横軸に平行であってもよい。複数の材料用出口を有していてもよい。前記ローラーは、先端領域の前方、および／または前記出口や各材料用出口の前に配置されてもよい。前記ローラーは、前記支持ヘッドに対して旋回可能に取り付けられてもよい。複数のローラーを有していてもよい。前記レイアップヘッドは、複合材料用レイアップヘッドであってもよい。
【０００９】
前記保持機構は、前記ローラーを中心位置に保持する保持力を加えるように動作可能であってもよい。前記保持機構は、前記ローラーを中心位置に固定することができる。前記保持機構は、前記ローラーが傾動（ｔｉｌｔ）可能に解放するように動作可能であってもよい。前記ローラーは、解放された際に、±１°、±２°、±３°、±４°または±５°よりも大きな角度で前記横軸に対して傾斜することができるように構成してもよい。前記ローラーは、解放された際に、±４５°、±３０°、±１５°、±１０°、または±５°以下の角度で前記横軸に対して傾斜することができるように構成してもよい。
【００１０】
前記ローラーは、中心位置に付勢されていてもよい。前記保持機構は、ローラーを中心位置に付勢することができる。前記ローラーは、バネまたは他の弾性要素などの付勢部材によって中心位置に付勢されてもよい。前記ローラーの傾動（ｔｉｌｔｉｎｇ  ｍｏｖｅｍｅｎｔ）は、減衰してもよい。前記保持機構は、前記ローラーの傾動を減衰させるように構成してもよい。
【００１１】
前記ローラーは、ローラー旋回軸（ｒｏｌｌｅｒ  ｐｉｖｏｔ  ａｘｉｓ）の周りを前記支持ヘッドに対して旋回可能であってもよい。前記ローラーは、単軸のみの周りを前記支持ヘッドに対して旋回可能であってもよい。前記ローラー旋回軸は、前記ローラー軸に対して実質的に垂直であってもよい。前記ローラー旋回軸は、前記支持ヘッドに対して中心に位置してもよい。前記ローラーは、前記支持ヘッドに旋回可能に取り付けられたキャリアに取り付けられてもよい。
【００１２】
前記保持機構は、前記支持ヘッドと前記ローラーとの間に作用する少なくとも１つのリニアアクチュエータを含むことができる。前記保持機構は、前記支持ヘッドと前記ローラーとがほぼ対向する方向（ｏｐｐｏｓｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ）（すなわち、互いに接近離反する方向）に作用するように構成された第１のリニアアクチュエータおよび第２のリニアアクチュエータを備えてもよい。前記各リニアアクチュエータは、対応する軸受面（ｂｅａｒｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）に作用するように構成された軸受面を有する自由端を有してもよい。前記対応する軸受面は、前記支持ヘッドまたは前記ローラーに連結され（ｂｅ  ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｗｉｔｈ）ていてもよい。前記支持面は、ボスまたは突起によって提供されてもよい。前記第１のリニアアクチュエータおよび前記第２のリニアアクチュエータは、前記支持ヘッドに取り付けられてもよい。前記第１のリニアアクチュエータおよび前記第２のリニアアクチュエータは、前記ローラーに取り付けられてもよいし、前記ローラーに結合され（ｃｏｕｐｌｅｄ  ｔｏ）てもよい。前記各リニアアクチュエータの自由端は、前記ローラーに連結する対応する軸受面に対して作用するように構成することができる。前記第１のリニアアクチュエータおよび前記第２のリニアアクチュエータは、前記支持ヘッドの横軸に平行な対向する方向に作用するように構成することができる。
【００１３】
前記第１のリニアアクチュエータおよび前記第２のリニアアクチュエータは、空気圧シリンダーなどの空気圧リニアアクチュエータであってもよい。前記保持機構は、前記第１の空気圧リニアアクチュエータおよび前記第２の空気圧リニアアクチュエータに供給される気体の圧力を制御することによって前記ローラーを中心位置に保持するように動作可能であってもよい。前記保持機構は、前記第１の空気圧リニアアクチュエータおよび前記第２の空気圧リニアアクチュエータに供給される気体の圧力を制御することによってローラーを解放するように動作可能であってもよい。複合材料用レイアップヘッドは、第１の空気圧リニアアクチュエータおよび第２の空気圧リニアアクチュエータに供給されるガスの圧力を制御するコントローラをさらに備えてもよい。
【００１４】
前記ローラーは、中心位置のいずれかの側に傾動可能であってもよい。
【００１５】
複合材料用レイアップヘッドは、支持ヘッドによって支持され、切断機構のニップを通過する長尺状の繊維強化材料を切断するように動作可能な切断機構をさらに備えてもよい。前記ニップは、支持ヘッドの横軸に対して実質的に平行な方向に延在してもよい。
【００１６】
複合材料用レイアップヘッドは、複数の長さの長尺状の繊維強化材料を同時に並べて配置するように構成してもよい。
【００１７】
別の態様によれば、複合材料用レイアップ装置のような繊維強化レイアップ装置が提供され、本明細書中の任意の記載に基づくレイアップヘッドを含む。前記装置は、自動テープ敷設（ＡＴＬ）または自動繊維配置（ＡＦＰ）装置であってもよい。
【００１８】
本発明は、互いに排他的であるような特徴の組み合わせを除いて、本明細書で言及される特徴および／または制限の任意の組み合わせを含み得る。
【００１９】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して例として以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、長尺状の繊維強化材料を物品に配置する複合材料用レイアップ装置を概略的に示す。
【図２】図２は、図１に示す装置の複合材料用レイアップヘッドの先端領域の拡大図を概略的に示す。
【図３】図３は、ローラーを取り外した図１の複合材料用レイアップヘッドの先端領域の端面図を概略的に示す。
【図４】図４は、ローラーの配置を示し、図２の複合材料用レイアップヘッドの先端領域の平面図を模式的に示す。
【図５】図５は、ローラーの位置を示し、図２の複合材料用レイアップヘッドの先端領域の平面図を模式的に示す。
【図６】図６は、ローラーの位置を示し、図２の複合材料用レイアップヘッドの先端領域の平面図を模式的に示す。
【００２１】
図１は、繊維複合材料が適用されて複合材料部品、例えばファンブレードのような航空宇宙部品などに用いられるプリフォームを成形する複合材料用レイアップ装置１０およびツール１２を示す。装置１０は、複数の繊維複合材料のトゥ１４をツール１２の表面に並べて配置するレイアッププロセスを実行する。装置１０は、ベースまたはガントリと、複合材料用レイアップヘッド１８と、を含む。複合材料用レイアップヘッド１８は、長尺状の繊維複合材料１４を分配するための分配または供給機構２８を支持する支持ヘッド２０と、長尺状の繊維複合材料１４を切断するための切断機構２２と、ツール適用面に対して繊維複合材料１４を押し付けるために支持ヘッドの先端領域２６に配置された傾動可能なローラー２４（繊維配置ローラーまたはアプリケーターローラーとも称する）と、を有する。分配機構２８は、一般的に、支持ヘッド２０の長手軸（すなわち、前後方向の軸）に平行な方向を分配方向として長手方向に延在する繊維複合材料を分配する。
【００２２】
使用時には、装置１０は、複数のトゥ１４を供給または分配し、レイアップヘッド１８をツール１２の表面に対して相対的に移動させてトゥ１４をツールの表面に配置する。本実施形態では、トゥ１４は、エポキシ樹脂などの母材が予め含浸されるが、他の実施形態では、各トゥは繊維強化材料のみ（しばしば「乾燥繊維」と呼ばれる）を含み、その後母材を添加してもよい。トゥ１４は、ツール１２とローラー２４との間を通り、ローラー２４はツール１２に対してそれらを押し付ける。ローラー２４は、適用面の輪郭に密接に追従できるように、支持ヘッドに対して傾動可能である（すなわち、ローラー軸を傾斜させることができる）。レイアッププロセスの適切な段階の最後に、トゥ１４は切断機構２２によって切断される。トゥ１４の切断時およびトゥ１４の配置が再び開始される際には、ローラー２４は中心位置（すなわち、支持ヘッド２０の横軸に平行な軸）に配置されることが望ましい。以下で詳細に説明するように、レイアップヘッド１８には、ローラー２４を中心位置に保持し、支持ヘッド２０に対してローラー２４が傾動可能にローラー２４を解放するように動作可能な保持機構が設けられている。
【００２３】
図２および図３は、複合材料用レイアップヘッド１８の先端領域２６の拡大図を示す。レイアップヘッド１８は、トゥ１４の供給／配置方向に平行な長手軸と、長手軸に垂直な横軸Ｔと、を有する。レイアップヘッド１８は、トゥ１４が通過して分配される狭いスリットの形態を備える複数のトゥ出口（ｔｏｗ  ｏｕｔｌｅｔｓ）３０を有する。トゥ出口３０は、横軸Ｔに平行な線に沿って並んで配置され、各出口３０の幅方向は、横軸Ｔに平行である。横軸Ｔに平行な幅方向を有する幅の広いまたは狭いスリットの形態の単一のトウ出口３０があってもよいことを理解されたい。切断機構２２は、各々のトゥ１４が通る各トゥ出口３０に連結される（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ  ｗｉｔｈ）ニップ（図示せず）を有する。ニップは、ある長さの繊維複合材料を切断するために移動させることができる１つ以上の可動切断要素によって画定される。
【００２４】
ローラー２４は、ローラキャリア３２に回転可能に取り付けられている。ローラー２４は、キャリア３２に対してローラー軸Ｒを中心に回転することができる。キャリア３２は、支持ヘッド２０に固定された支持ブラケット３４に旋回可能に取り付けられる。支持ブラケット３４の上面は、円弧状スロットの形態の円弧状ガイドレール（図示せず）を含む。円弧状ガイドレールは、一定の曲率半径を有する。曲率半径の中心はローラー２４の先端に位置し、横軸の中点Ｐに位置している。ローラキャリア３２の後側には、円弧状ガイド内に位置する突起（図示せず）が設けられ、円弧状のガイドスロット内を摺動するように構成されている。これは、キャリア３２とローラー２４との組立体が支持ヘッド２０に対して旋回可能なように、ローラキャリア３２が支持ブラケット３４（および支持ヘッド２０）に対して旋回軸Ｐを中心に旋回可能に支持されていることを意味する。旋回軸Ｐは、支持ヘッドの横軸Ｔに対して垂直である。キャリア３２は、ローラー２４がトウ出口３０の前方に位置するように支持ヘッド２０に取り付けられている。キャリア３２は旋回可能に取り付けられているため、ローラー２４は支持ヘッド２０に対して旋回（または傾斜）することができる。キャリア３２およびローラー２４を（図２に示す）中心位置に配置すると、ローラー軸Ｒは支持ヘッド２０の横軸Ｔに平行となる。しかしながら、ローラー２４は、ローラー旋回軸Ｐを中心として旋回可能であるため、ローラー軸Ｒは、横軸Ｔに対して角度をつけられる（または傾斜（ｉｎｃｌｉｎｅｄ）／傾動（ｔｉｌｔｅｄ）させる）ことができる。ローラー２４は、ローラー軸Ｒが横軸Ｔに対して±５°まで角度をつけられるように、中心位置からいずれの方向（すなわち、時計回りまたは反時計回り）にも旋回することができる。他の実施形態では、ローラー２４の可動範囲は±５°よりも大きくても小さくてもよいことが理解されるべきである。
【００２５】
レイアップヘッド１８は、ローラー軸Ｒが横軸Ｔと平行である中心位置にローラー２４を保持するように動作可能な保持機構４０をさらに有する。保持機構４０は、ローラー２４が支持ヘッド２０に対して旋回（または傾動）可能にローラー２４を解放するように動作可能である。本実施形態では、保持機構４０は、ローラー２４を中心位置に付勢し、解放されたときには、ローラー２４の旋回運動に減衰を与える。しかしながら、他の実施形態では、この機能が存在しないか、または他の手段によって提供されてもよいことを理解されたい。例えば、ローラー２４を中心位置に付勢するために別体のばねを設けることができる。
【００２６】
ここで図４を参照して、保持機構４０は、ローラキャリア３２上に配置されるように支持ヘッド２０に取り付けられたＵ字型ブラケット４２を備える。ブラケット４２は、キャリア３２の両側の支持ブラケット４２に端部が取り付けられた２つの平行なサイドリムと、サイドリムを共に連結し、支持ヘッド２０の幅に架かるブリッジ部材と、を有する。保持機構４０は、２つの空気圧リニアアクチュエータ４４，４６をさらに有する。第１の空気圧リニアアクチュエータ４４は、ブラケット４２の一方のサイドリムに固定された端部を有し、第２の空気圧リニアアクチュエータ４６は、ブラケット４２の他方のサイドリムに固定された端部を有する。空気圧リニアアクチュエータ４４，４６は、互いにその長手軸に一直線上に整列し、かつ、横軸Ｔに平行になるように配置される。言い換えれば、それらの作用線（すなわち、直線運動を発生させる方向）は、互いに一直線上に整列し、横軸Ｔに平行になるように配置される。空気圧リニアアクチュエータ４４，４６はまた、互いに対向する方向に作用するように配置される（すなわち、一方のアクチュエータは右側に延在し、他方のアクチュエータは左側に向かって延在する）。各空気圧リニアアクチュエータ４４，４６は、凸状の軸受面を備える自由端４５，４７を有する。軸受面は、例えば、低摩擦材料であってもよい。
【００２７】
旋回可能なローラキャリア３２は、キャリア３２の表面から突出し、低摩擦材料であってもよい軸受面を有するボス４８（すなわち突起またはスタッド）を有する。ボス４８は、旋回軸Ｐから横軸Ｔに垂直な方向に間隔を置いて配置され、ボス４８は、（キャリア／ローラーが中心位置にある場合の）リニアアクチュエータ４４，４６の軸と一列に並んでいる。両方の空気圧リニアアクチュエータ４４，４６が伸長すると（図４に示すように）、自由端４５，４７はボス４８の支持面に当接し（すなわち作用し）、キャリア３２およびローラー２４をローラー軸Ｒが支持ヘッド２０の横軸Ｔに平行となる中心位置に保持する。
【００２８】
空気圧リニアアクチュエータ４４，４６は、加圧ガスの供給源に接続され、リニアアクチュエータ４４，４６に供給されるガス圧を変更可能なコントローラ（図示せず）が設けられている。本実施形態では、空気圧リニアアクチュエータ４４，４６に供給されるガス圧は、ローラー２４が中心位置に保持される「高」圧と、ローラー２４が旋回可能に解放される「低」圧とに切り替えることができる。高圧および低圧の実際の値は、多くの要因に依存する。
【００２９】
図４に示すように、両方の空気圧リニアアクチュエータ４４，４６に高いガス圧が供給されると、それぞれのピストンが伸び、アクチュエータ４４，４６の自由端４５，４７がボス４８に当接し、ボス４８に力を作用する。このとき、両方のリニアアクチュエータ４４，４６に供給される圧力が同じであるので、キャリア３２およびローラー２４は、ローラー軸Ｒが横軸Ｔに平行となる中心位置に保持される。保持機構４０によって作用される保持力は、空気圧リニアアクチュエータ４４，４６に供給されるガス圧に依存する。供給されるガス圧が高いほど、保持力が大きくなり、キャリアおよびローラー２４を中心位置から離間させて旋回させるのに必要な力が大きくなる。特に、本実施形態では、「高」ガス圧の供給は、レイアップヘッド１８のすべての作動条件の下で、高いガス圧が供給されると、ローラー２４が中心位置に移動されるように選択される。しかしながら、キャリア３２に過剰なトルクが加えられると、ローラー２４は中心位置から離れるように旋回する可能性があることを理解されたい。使用時には、トゥ開始（すなわち、配置工程（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｔｒｏｋｅ）の開始時）およびトゥ停止（すなわち、配置工程の終わりおよびトゥ切断前）の間に空気圧リニアアクチュエータ４４，４６に高いガス圧が供給され、高品質で再現可能なレイアップ手順を確実にする。
【００３０】
しかしながら、レイアップヘッド１８が適用面上を移動して繊維複合材料を表面に配置する配置工程または移動の間には、ローラー２４は、適用面の輪郭に密接に追従できるように支持ヘッド２０に対して旋回／傾動することが望ましい。ローラー２４を旋回／傾動させることができるように解放するために、低いガス圧が空気圧リニアアクチュエータ４４，４６に供給される。供給されるガスの圧力は、作動条件の下でローラー２４の十分な旋回運動を可能な程度に十分に低い圧力が適宜選択される。図５および図６を参照して、空気圧リニアアクチュエータ４４，４６に供給される低いガス圧に伴って、ボス４８にかかる力が大幅に低減され、キャリア３２を旋回させるのに必要なトルクが大幅に低減される。これは、レイアップヘッド１８がレイアップ面上を移動するとき、ローラー２４がローラー旋回軸Ｐを中心に旋回し、支持ヘッド２０に対していずれの方向にも傾くことができることを意味する。具体的には、本実施形態では、ローラー２４は、ローラー軸Ｒが横軸Ｔに対して５°まで時計回りに傾斜し（図５）、ローラー軸Ｒが横軸Ｔに対して５°まで反時計回りに傾斜するように旋回することができる。当然のことながら、特定の用途に応じて他の角度を選択することもできる。
【００３１】
ローラー２４およびローラキャリア３２がローラー旋回軸Ｐを中心に時計回りの方向に旋回すると（図５）、ボス４８は第２の空気圧リニアアクチュエータ４６の自由端４７に作用し、シリンダー内のガスを圧縮する。したがって、第２のリニアアクチュエータ４６は、ローラー２４の旋回運動を減衰させるように作用する。トルクがローラキャリア３２から取り除かれると（例えば、レイアップヘッド１８が適用面から持ち上げられた場合）、第２のリニアアクチュエータ４６は再び伸長してローラー２４を中心位置に移動させる。同様に、ローラー２４が反時計回りの方向に旋回すると（図６）、ボス４８は第１空気圧リニアアクチュエータ４４の自由端４５に作用し、シリンダー内のガスを圧縮する。したがって、第１リニアアクチュエータ４４は、ローラー２４の旋回運動を減衰させるように作用する。トルクがローラキャリア３２から取り除かれると、第１空気圧リニアアクチュエータ４４は再び伸長してローラー２４を中心位置に移動させる。したがって、保持機構４０の空気圧リニアアクチュエータ４４，４６は、ローラー２４の旋回運動を減衰させる減衰機構を提供し、ローラー２４を中心位置に付勢する。
【００３２】
各空気圧リニアアクチュエータに同じ大きさの「高」圧または「低」圧のいずれかを供給する構成に限定されず、各空気圧アクチュエータに供給されるガス圧は異なっていてもよいし、任意の適切な値とすることができることを理解されたい。例えば、場合によっては、ローラーを中心位置に保持するために、空気圧リニアアクチュエータに非常に高い圧力を供給することが必要な場合がある。他の場合では、所望の動きを可能にするために、空気圧リニアアクチュエータに異なる圧力を供給することが必要な場合がある。
【００３３】
また、２つの空気圧リニアアクチュエータを使用する構成に限定されず、保持機構は、例えば、リニア電気モータ、リニアピエゾモータ、または油圧リニアアクチュエータなどの他のタイプのリニアアクチュエータを使用することができる。例えば、油圧リニアアクチュエータが使用された場合、キャリア３２が旋回することができるようにローラー２４を解放するためには、ピストンを後退させることが必要な場合がある。他の実施形態では、リニアアクチュエータの端部は、ローラー２４またはキャリア３２を保持および解放するためにローラー２４またはキャリア３２に固定することができる。別の構成では、リニアアクチュエータをキャリア３２に固定し、支持ヘッド２０に対して作用させることができる。
【００３４】
保持機構４０は２つの空気圧リニアアクチュエータ４４，４６を備えると説明したが、保持機構４０はローラー２４を固定（または保持）および解放できる任意の適切な方法で構成することができる。例えば、保持機構は単に、ローラー２４を保持するために係合させることができるラッチまたは留め具であってもよく、ローラー２４を解放して旋回または傾斜させるためにそれを解除することができる。別の構成では、保持機構は、ローラーを保持し、移動可能に解放することができるように操作することができる１つ以上の電磁石を備えていてもよい。
【００３５】
上述の実施形態では、ローラー２４は、支持ヘッド２０に対して旋回軸Ｐを中心に旋回可能である。しかしながら、他の構成では、ローラー２４は、支持ヘッド２０に対して傾動可能であり得る。例えば、ローラー２４は、支持ヘッド２０に取り付けられた平行なスロットに配置された複数のピンを有し、ピンは、旋回運動を可能にするためにスロット内を摺動可能に構成されてもよい。そして、保持機構４０は、傾動を防止するためにスロットの端部にローラーを押し付けて中心位置に保持し、保持機構を解放してローラーを傾斜させることができる。もちろん、他の適切な構成を用いてもよい。
【図１】
0006704991.tif 000002
【図２】
0006704991.tif 000003
【図３】
0006704991.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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