特許 7562776 弾性ツールを備えたインクリメンタルシート成形システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-27

(45)【発行日】2024-10-07

(54)【発明の名称】弾性ツールを備えたインクリメンタルシート成形システム

(51)【国際特許分類】

   B21D 22/18 20060101AFI20240930BHJP

   B21D 43/00 20060101ALI20240930BHJP

【ＦＩ】

B21D22/18

B21D43/00 Q

【請求項の数】 49

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023111312

(22)【出願日】2023-07-06

(62)【分割の表示】P 2021566188の分割

【原出願日】2020-05-04

(65)【公開番号】P2023123830

(43)【公開日】2023-09-05

【審査請求日】2023-08-04

(31)【優先権主張番号】63/006,802

(32)【優先日】2020-04-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/844,177

(32)【優先日】2019-05-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】521485690

【氏名又は名称】フィギュア マシーン ツールズ エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】ナードン，ジャスティン，マイケル

【審査官】豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０９１１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２３６６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３０１２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０５３４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５１５４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｄ ２２／１８

Ｂ２１Ｄ ４３／００

Ｂ２１Ｄ ３１／００ － ３１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」の３次元直交座標系のＸ－Ｙ平面上に位置する互いに反対にある第１の面及び第２の面を有するワークピースを金属又はプラスチックシート材料からインクリメンタル成形するための装置であって、当該装置は、
ａ）前記ワークピースの第１の面に隣接し且つ面するように位置し、前記ワークピースに皺をつくるか、引き裂くことなく、前記ワークピースの第１の面に成形力を及ぼすために、前記Ｘ軸に沿って前記ワークピースと係合するか、前記ワークピースとの係合が外れるように前記Ｘ－Ｙ平面と平行に移動するように配置された一次成形ツールアセンブリと、
ｂ）前記Ｘ－Ｙ平面と平行に位置する平坦面部を有するように構成及び配置された二次成形ツールアセンブリであって、該二次成形ツールアセンブリは、前記平坦面部に固定され、前記ワークピースの第２の面に面するように位置するように構成及び配置された圧縮可能で弾性の材料の外面層を有し、前記Ｚ軸に沿って前記ワークピースの第２の面と係合するか、係合が外れるように動かされる、二次成形ツールアセンブリと、
を含み、
前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースの反対側で互いに対して所定の順序及びパターンで独立して動くように構成及び配置されているため、前記一次成形ツールアセンブリが前記ワークピースの第１の面に成形力を加え、前記二次成形ツールアセンブリが前記ワークピースの第２の面に対して反力を提供することにより、前記ワークピースが成形されている間に、前記ワークピースを支持し、前記ワークピース、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリの接触領域内で前記ワークピースに対して局所化された力がもたらされ、
前記一次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースの第１の面の方を向くように配置され、前記二次成形ツールアセンブリの反対側に位置する先端を有するツールシャフトを含み、前記一次成形ツールアセンブリは、
前記ツールシャフトの先端が、前記ワークピースの第１の面との接触関係に入り、接触関係から出るようにするために前記Ｚ軸に沿って移動することと、
前記ワークピースに皺をつくるか引き裂くことなく、前記ワークピースを所定の構成に成形するために、前記ワークピースの第１の面に成形力を及ぼすことと、
前記ツールシャフトの先端が実質的に同じ前記Ｚ軸で前記ワークピースの第１の面と接触関係を維持しながら、前記一次成形ツールアセンブリが前記Ｘ－Ｙ平面と平行な所定の座標セットに沿って前記ワークピースに対して移動する一方で、前記一次成形ツールによって及ぼされる成形力に対する反力を前記二次成形ツールアセンブリが提供するように前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリを動かして前記ワークピース上の前記Ｘ－Ｙ平面と実質的に平行な所定の成形経路を進むようにすることと、
を選択的に行うよう配置されている、装置。

【請求項2】

前記二次成形ツールアセンブリは、前記圧縮可能で弾性の材料の外面層が固定された平坦な剛性のプレートを有する平坦なバッキングツールアセンブリであり、前記圧縮可能で弾性の材料の外面層は、
前記一次成形ツールアセンブリ及び前記平坦なバッキングツールアセンブリとの係合により前記ワークピースが成形されるときに、前記ワークピースによって加えられる力によって圧縮され、
前記平坦なバッキングツールアセンブリが前記Ｚ軸に沿って前記ワークピースの第２の面から離れると、非圧縮構成に弾性的に戻る、
ように構成及び配置されている、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

シート固定アセンブリをさらに含み、該シート固定アセンブリは、
前記ワークピースを固定的に保持し、
前記ワークピースの第１の面上で前記一次成形ツールアセンブリにより、前記ワークピースの第２の面上で前記平坦なバッキングツールアセンブリにより前記ワークピースにアクセスするための開口を定義する、
ように構成及び配置されている、請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記ツールシャフトの先端は工業用セラミック材料を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリのぞれぞれの動きを互いに対して同時に連係するよう配置された制御システムをさらに含み、
連係された前記動きにより、前記一次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースの第１の面に沿った所定の成形経路を進む、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記二次成形ツールアセンブリは、前記Ｘ－Ｙ平面と平行に位置し、前記圧縮可能で弾性の材料の外面層が取り付けられる平坦なプレートを含み、前記圧縮可能で弾性の材料の外面層は、
ｉ）前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリとの係合により前記ワークピースが成形されるときに、前記ワークピースによって及ぼされる力により圧縮され、
ｉｉ）前記二次成形ツールアセンブリが前記Ｚ軸に沿って前記ワークピースの第２の面から離れると、非圧縮構成に弾性的に戻る、
ように構成及び配置され、
前記装置はシート固定アセンブリをさらに含み、該シート固定アセンブリは、
ａ）前記ワークピースを固定的に保持し、
ｂ）前記ワークピースの第１の面上で前記一次成形ツールアセンブリにより、前記ワークピースの第２の面上で前記二次成形ツールアセンブリにより前記ワークピースにアクセスするための開口を定義する、
ように構成及び配置されている、
請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記ツールシャフトの先端は工業用セラミック材料を含む、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

互いに反対にある平行な第１の面及び第２の面と、作業領域とを有し、両方の面と平行な基準面を定義する、金属又はプラスチックシート材料でできたワークピースをインクリメンタル成形するための装置であって、当該装置は、
ａ）前記ワークピースの第１の面に隣接し且つ面するように位置し、前記ワークピースに穴を開けることなく、前記ワークピースの第１の面に成形力を及ぼすために、前記ワークピースと係合するか、前記ワークピースとの係合が外れるよう、前記基準面に対して垂直な方向に移動するように配置された一次成形ツールアセンブリと、
ｂ）二次成形ツールアセンブリであって、ｉ）前記基準面と平行に位置する平坦で剛性の面と、ｉｉ）前記ワークピースの第２の面に面し、前記平坦で剛性の面に固定される圧縮可能で弾性の外面部とを有するように構成及び配置され、該二次成形ツールアセンブリは前記ワークピースと係合するか、前記ワークピースとの係合が外れるように、前記基準面に対して垂直な方向に移動するように配置されている、二次成形ツールアセンブリと、
ｃ）前記一次成形ツールアセンブリと前記二次成形ツールアセンブリとの間で前記基準面と平行な位置で前記ワークピースを固定的に保持するように構成及び配置されたシート固定アセンブリと、
を含み、
前記一次成形ツールアセンブリは、前記一次成形ツールアセンブリが前記作業領域内で位置するように前記基準面と平行な方向に移動するよう配置され、前記一次成形ツールアセンブリが前記ワークピースの第１の面と係合し、前記成形力を及ぼす間に、前記二次成形ツールアセンブリの圧縮可能で弾性の外面部が前記基準面と平行で且つ前記一次成形ツールアセンブリの反対側に位置し、前記二次成形ツールアセンブリの圧縮可能で弾性の外面部が前記一次成形ツールアセンブリからの前記成形力に対する反力を提供するように前記ワークピースの第２の面と接触及び係合するため、前記ワークピースの第２の面が支持され、前記ワークピースに対する前記成形力が前記ワークピース、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリが接触する領域で局所化され、
前記一次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースの第１の面の方を向くように配置され、前記二次成形ツールアセンブリの反対側に位置する先端を有するツールシャフトを含み、前記一次成形ツールアセンブリは、
前記ツールシャフトの先端が、前記ワークピースの第１の面との接触関係に入り、接触関係から出るようにするために前記Ｚ軸に沿って移動することと、
前記ワークピースに皺をつくるか引き裂くことなく、前記ワークピースを所定の構成に成形するために、前記ワークピースの第１の面に成形力を及ぼすことと、
前記ツールシャフトの先端が実質的に同じ前記Ｚ軸で前記ワークピースの第１の面と接触関係を維持しながら、前記一次成形ツールアセンブリが前記Ｘ－Ｙ平面と平行な所定の座標セットに沿って前記ワークピースに対して移動する一方で、前記一次成形ツールによって及ぼされる成形力に対する反力を前記二次成形ツールアセンブリが提供するように前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリを動かして前記ワークピース上の前記Ｘ－Ｙ平面と実質的に平行な所定の成形経路を進むようにすることと、
を選択的に行うよう配置されている、装置。

【請求項9】

少なくとも１つの作業領域を有し、「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」の３次元直交座標系のＸ－Ｙ平面上に位置する、互いに反対にあり、実質的に平行な第１の面及び第２の面を有するワークピースをインクリメンタル成形するための方法であって、当該方法は、
ａ）装置を提供するステップであって、該装置は、
１）前記ワークピースの第１の面に隣接し且つ面するように配置される一次成形ツールアセンブリと、
２）バッキング成形ツールアセンブリであって、該バッキング成形ツールアセンブリは剛性のバッキング部と、該剛性のバッキング部に固定され、前記ワークピースの第２の面に隣接し且つ面するように位置する圧縮可能で弾性の材料の表面層とを有する、バッキング成形ツールアセンブリと、
を有し、該一次成形ツールアセンブリ及び該バッキング成形ツールアセンブリは、互いに対して所定の順序及びパターンで独立して動くように構成及び配置され、
前記一次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースの第１の面の方を向くように配置され、前記バッキング成形ツールアセンブリの反対側に位置する先端を有するツールシャフトをさらに含む、ステップと、
ｂ）前記作業領域内の前記ワークピースの第１の面と隣接するように、前記一次成形ツールアセンブリを前記ワークピースに対して所定のＸ、Ｙ、Ｚ座標に配置するステップと、
ｃ）前記ツールシャフトの先端が前記ワークピースの第２の面と接触し、前記一次成形ツールアセンブリの位置の反対側に来るように、前記バッキング成形ツールアセンブリを前記ワークピースに対して前記作業領域内の所定のＺ座標に配置するステップと、
ｄ）前記ワークピースの第１の面と接触し、前記作業領域内の接触領域で成形力を及ぼすために、前記一次成形ツールアセンブリを前記ワークピースの方に前記Ｚ軸に沿って所定のＺ座標に前進させることにより、
１）前記ワークピースを所定の構成に成形し、
２）前記バッキング成形ツールアセンブリの圧縮可能で弾性の材料の表面層を圧縮させて、前記ワークピースが成形される間に前記ワークピースの第２の面を支持し、前記接触領域内に局所化された力をもたらす、ステップと、
ｅ）前記ワークピースが前記作業領域で前記Ｚ方向に一貫して成形されるときに、前記Ｘ－Ｙ平面と実質的に平行な所定の成形経路を進むために、前記ツールシャフトの先端が実質的に同じ前記Ｚ座標で前記ワークピースの第１の面と接触関係を維持しながら、前記一次成形ツールアセンブリを前記ワークピースに対して前記Ｘ－Ｙ平面と平行に所定の座標セットに沿って動かすステップと、
を含む方法。

【請求項10】

ｆ）前記ワークピースが前記作業領域で完全に成形されるまで、前記Ｚ座標のために漸進的に進行する値を順次利用することにより、前記ステップｂ）～ｅ）を繰り返して追加の成形経路を形成するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

ｆ）前記一次成形ツールアセンブリ及び前記バッキング成形ツールアセンブリのぞれぞれの配置を互いに対して同時に連係させるように構成及び配置されたコントローラシステムを提供するステップと、
ｇ）前記ワークピースの成形経路に沿った特定の位置における前記ワークピースの成形量を測定する少なくとも１つのセンサを提供するステップと、
ｈ）前記センサからの測定値を、前記成形経路に沿った同じ特定の位置における所定の成形量と比較するステップと、
ｉ）結果として得られた比較測定値を前記コントローラシステムに中継するステップと、
ｊ）前記ワークピースを前記所定の構成に成形するために、前記成形経路に沿った事前にプログラムされた成形量に対して、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記バッキング成形ツールアセンブリのうちの少なくとも１つの位置を調整するステップと、
をさらに含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記センサが前記ワークピースに物理的に接触することなく前記ワークピースの成形量を測定するように、非接触型のセンサを選択するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記センサが前記ワークピースに物理的に接触することにより前記ワークピースの成形量を測定するように、接触型のセンサを選択するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記ワークピースは互いに分離された第１の作業領域及び第２の作業領域を少なくとも有し、前記方法は、
ｆ）前記一次成形ツールアセンブリを、前記ワークピースの第１の面に隣接して前記第２の作業領域又は後続の作業領域内の所定のＸ－Ｙ座標セットに再配置するステップと、
ｇ）前記ワークピースの第１の面と接触し、前記第２の作業領域又は後続の作業領域内の接触領域で成形力を及ぼすために、前記一次成形ツールアセンブリを前記ワークピースの方に前記Ｚ軸に沿って前記第２の作業領域又は後続の作業領域内の前記第１の作業領域又は以前の作業領域のために選択されたものと実質的に同じ所定のＺ座標に前進させることにより、
１）前記ワークピースを所定の構成に形成し、
２）前記バッキング成形ツールアセンブリの圧縮可能で弾性の材料の表面層を圧縮させて、前記ワークピースが成形される間に前記ワークピースの第２の面を支持し、前記接触領域に局所化された力がもたらされる、ステップと、
ｈ）前記ワークピースが前記第２の作業領域又は後続の作業領域内で前記Ｚ方向に一貫して成形されるときに、前記Ｘ－Ｙ面と実質的に平行な所定の成形経路を進むために、実質的に同じＺ座標で前記ツールシャフトの先端が前記ワークピースの第１の面と接触関係を維持しながら、前記一次成形ツールアセンブリを前記ワークピースに対して前記Ｘ－Ｙ平面と平行に所定の座標セットに沿って動かすステップと、
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項15】

ｉ）一連の前記ステップｂ）～ｈ）を一回以上繰り返すステップであって、一回以上繰り返される一連の前記ステップｂ）～ｈ）のそれぞれで前記一次成形ツールアセンブリ及び前記バッキング成形アセンブリを位置決めするために用いられる前記Ｚ座標の値は、１回目の一連の前記ステップｂ）～ｈ）又は繰り返される一連の前記ステップｂ）～ｈ）のいずれかで用いられる前記Ｚ座標の先の値から漸進的に進行する値である、ステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記ツールシャフトの先端は、前記ツールシャフトに回転可能に取り付けられたボールローラーを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項17】

前記ツールシャフトの先端は、前記ツールシャフトと一体的に形成されている、請求項１に記載の装置。

【請求項18】

前記ツールシャフトの先端は、前記ツールシャフトに回転可能に取り付けられたボールローラーを含む、請求項７に記載の装置。

【請求項19】

前記ツールシャフトの先端は、前記ツールシャフトと一体的に形成されている、請求項７に記載の装置。

【請求項20】

繰り返される一連の前記ステップｂ）～ｈ）は、前記ワークピースが完全に成形されるまで前記第１の作業領域及び前記第２の作業領域又は後続の作業領域のそれぞれに追加の成形経路を形成するために続けられる、請求項１５に記載の方法。

【請求項21】

金属又はプラスチックシート材料から作られたワークピースをインクリメンタル成形するための装置であって、該ワークピースは「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」の３次元直交座標系のＸ－Ｙ平面上に位置する互いに反対にある第１の面及び第２の面を有し、当該装置は、
ａ）前記ワークピースの第１の面に隣接し且つ面するように位置する一次成形ツールアセンブリであって、該一次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースの第１の面に面する先端を有するツールシャフトを含む、一次成形ツールアセンブリと、
ｂ）前記ワークピースの前記第２の面に面するように位置する、圧縮可能で弾性の材料の外面層を有する二次成形ツールアセンブリと、
ｃ）前記一次成形ツールアセンブリと前記二次成形ツールアセンブリとの間に前記ワークピースを保持するためのシート保持アセンブリと、
を含み、
前記シート保持アセンブリ、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリのうちの少なくとも２つは、お互いに対して所定の順序及びパターンで独立して移動するように構成及び配置され、
前記一次成形ツールアセンブリのツールシャフトの先端は、前記ワークピースの第１の面上の接触領域に成形力を及ぼすためにＺ軸に沿った所定のＺ座標に位置するように構成及び配置されるのに対して、前記二次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースの第２の面に対して反力を及ぼすことにより前記ワークピースを支持するように位置し、
前記ツールシャフトの先端は、前記ワークピースに対して前記Ｘ－Ｙ平面と平行な所定のＸ－Ｙ座標セットのそれぞれで調整可能に位置しながら、前記ツールシャフトの先端は、前記ワークピースに対して前記Ｘ－Ｙ平面と実質的に平行な所定の成形経路を追うように、実質的に同じ所定のＺ座標位置で前記ワークピースの第１の面と接触関係を維持するようにさらに構成及び配置されている、装置。

【請求項22】

前記シート保持アセンブリ、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリのうちの少なくとも２つは、前記一次成形ツールアセンブリのツールシャフトの先端が、前記所定の成形経路が形成された後に、別の所定のＺ座標に漸進的に進行し、別の所定のＺ座標に漸進的に進行する前に、前記シート保持アセンブリから前記Ｚ方向に離れるようにするように構成及び配置されている、請求項２１に記載の装置。

【請求項23】

前記ツールシャフトの先端は、前記ツールシャフトに回転可能に取り付けられたボールローラーを含む、請求項２１に記載の装置。

【請求項24】

前記ツールシャフトの先端は、前記ツールシャフトと一体的に形成されている、請求項２２に記載の装置。

【請求項25】

前記シート保持アセンブリ、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリのうちの少なくとも２つのそれぞれの独立した動きを同時に連係するように構成及び配置された制御システムをさらに含む、請求項２１に記載の装置。

【請求項26】

前記制御システムは、前記一次成形ツールのツールシャフトの先端が前記ワークピースに対して前記所定の成形経路を追うようにするために、前記一次成形ツール及び前記シート保持アセンブリの一方又は両方を動かすように構成されている、請求項２５に記載の装置。

【請求項27】

前記制御システムは、前記ワークピースに対する前記成形経路に沿った１つ以上の特定の位置で、前記ワークピースの成形量を測定するために少なくとも１つのセンサを含む、請求項２６に記載の装置。

【請求項28】

前記少なくとも１つのセンサは、前記ワークピースと物理的に接触することなく、前記ワークピースの成形量を測定するための少なくとも１つの非接触型のセンサを含む、請求項２７に記載の装置。

【請求項29】

前記少なくとも１つのセンサは、前記ワークピースと物理的に接触することによって、前記ワークピースの成形量を測定するための少なくとも１つの接触型のセンサを含む、請求項２７に記載の装置。

【請求項30】

前記シート保持アセンブリは、前記ワークピースの第１の面及び第２の面に接触する少なくとも一組のローラを有するシート供給アセンブリを含み、該一組のローラは、前記ワークピースを前記Ｘ－Ｙ平面と平行な方向に動かすように構成及び配置されている、請求項２１に記載の装置。

【請求項31】

前記シート保持アセンブリは、一組の回転可能なプーリを取り囲み且つ該一組の回転可能なプーリと接触する少なくとも１つの連続ベルトを有するシート供給アセンブリを含み、該少なくとも１つの連続ベルトは前記ワークピースを前記Ｘ－Ｙ平面と平行な方向に動かすために、前記ワークピースの第１の面及び第２の面と接触関係で位置するように配置されている、請求項２１に記載の装置。

【請求項32】

前記シート保持アセンブリは、前記ワークピースの第１の面上の前記一次成形ツールアセンブリ及び前記ワークピースの第２の面上の前記二次成形ツールアセンブリが前記ワークピースにアクセスするための開口を提供するシート固定アセンブリを含む、請求項２１に記載の装置。

【請求項33】

前記シート固定アセンブリは剛性フレーム及びリテーナを含む、請求項３２に記載の装置。

【請求項34】

前記シート固定アセンブリは、前記ワークピースの周囲で前記ワークピースに固定されるように構成及び配置された複数のクランプを含む、請求項３２に記載の装置。

【請求項35】

前記二次成形ツールアセンブリは、前記Ｘ－Ｙ平面と平行に位置する平坦面部を含み、
前記二次成形ツールアセンブリの圧縮可能で弾性の材料の外面層は前記平坦面部に固定され、前記ワークピースの第２の面に面するように位置している、請求項３１に記載の装置。

【請求項36】

前記二次成形ツールアセンブリはバッキングローラーツールアセンブリを含み、該バッキングローラーツールアセンブリは、該バッキングローラーツールアセンブリの長手軸を中心に回転するための内部コアを有し、
前記圧縮可能で弾性の材料の外面層は前記内部コアに固定され、前記ワークピースの第２の面に面するように位置し、前記バッキングローラーツールアセンブリの長手軸は前記Ｘ－Ｙ平面と平行に位置している、請求項３１に記載の装置。

【請求項37】

前記バッキングローラーツールアセンブリの内部コアは円筒状のコアを有する、請求項３６に記載の装置。

【請求項38】

金属又はプラスチックシート材料から作られたワークピースをインクリメンタル成形するための方法であって、該ワークピースは「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」の３次元直交座標系のＸ－Ｙ平面上に位置する互いに反対にある第１の面及び第２の面を有し、当該方法は、
ａ）装置を提供するステップであって、該装置は、
１）前記ワークピースの第１の面に面する一次成形ツールアセンブリであって、該一次成形ツールアセンブリは前記ワークピースの第１の面に面する先端を有するツールシャフトを含む、一次成形ツールアセンブリと、
２）前記ワークピースの第２の面に面する圧縮可能で弾性の材料の外面層を有する二次成形ツールアセンブリと、
３）前記一次成形ツールアセンブリと前記二次成形ツールアセンブリとの間に前記ワークピースを保持するためのシート保持アセンブリと、
を含み、前記一次成形ツールアセンブリ、前記二次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリのうちの少なくとも２つは、お互いに対して所定の順序及びパターンで独立して移動するように構成及び配置されている、ステップと、
ｂ）前記圧縮可能で弾性の材料の外面層が作業領域内で前記ワークピースの第２の面と接触し、前記Ｘ－Ｙ平面に対して前記一次成形ツールアセンブリの位置の反対にあるように、前記二次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリのうちの少なくとも一方を位置決めするステップと、
ｃ）前記一次成形ツールアセンブリ、前記二次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリのうちの少なくとも１つを前記Ｚ軸に沿って前進させて、前記ツールシャフトの先端が、前記ワークピースを成形するために、前記作業領域内の接触領域で前記ワークピースの第１の面と接触して成形力を及ぼすように所定のＺ座標に位置し、それにより前記二次成形ツールアセンブリの圧縮可能で弾性の材料の外面層を圧縮させて、前記ワークピースが成形されるときに前記ワークピースの第２の面を支持するステップと、
ｄ）前記ワークピースに対して、前記Ｘ－Ｙ平面と実質的に平行な所定の成形経路を追うように、前記ツールシャフトの先端が、実質的に同じ所定のＺ座標で前記ワークピースの第１の面と接触関係を維持しながら、前記一次成形ツールアセンブリを前記Ｘ－Ｙ平面と平行に前記ワークピースに対して所定のＸ－Ｙ座標セットに沿って位置決めするために前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリの一方又は両方を動かすステップと、
を含む、方法。

【請求項39】

ｅ）前記所定のＺ座標位置について漸進的に進行する値を順次利用することにより、前記ステップｂ）～ｄ）を繰り返して１つ以上の追加の成形経路を形成するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。

【請求項40】

ｆ）前記一次成形ツールアセンブリ、前記二次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリのうちの２つ以上のそれぞれの位置をお互いに対して同時に連係するように構成及び配置されたコントローラアセンブリを提供するステップと、
ｇ）前記ワークピースの成形経路に沿った特定の位置で前記ワークピースの成形量を測定するために少なくとも１つのセンサを提供するステップと、
ｈ）前記センサからの測定値を前記成形経路のそれぞれに沿った１つ以上の位置における所定の成形量と比較するステップと、
ｉ）前記測定値の比較結果を前記コントローラアセンブリに中継するステップと、
ｊ）前記ワークピースを成形するために、前記一次成形ツールアセンブリ、前記二次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリのうちの少なくとも１つの位置を、前記成形経路に沿った所定のＺ座標位置について漸進的に進行する値に対して調整するステップと、
をさらに含む、請求項３９に記載の方法。

【請求項41】

提供された前記少なくとも１つのセンサが前記ワークピースに物理的に接触することなく前記ワークピースの成形量を測定するように、前記センサとして非接触型を選択するステップをさらに含む、請求項４０に記載の方法。

【請求項42】

提供された前記少なくとも１つのセンサが前記ワークピースに物理的に接触することにより前記ワークピースの成形量を測定するように、前記センサとして接触型を選択するステップをさらに含む、請求項４０に記載の方法。

【請求項43】

前記ワークピースは互いに離れた第１の作業領域及び第２の作業領域を少なくとも有し、
前記方法は、
ｅ）前記第２の作業領域又は後続の作業領域内において所定のＸ－Ｙ座標のセットで前記一次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリのうちの１つ以上を再配置することにより、前記一次成形ツールアセンブリのツールシャフトの先端を前記ワークピースの第１の面に隣接して配置させるステップと、
ｆ）前記圧縮可能で弾性の材料の外面層が、前記第２の作業領域又は後続の作業領域内で前記ワークピースの第２の面と接触し且つ前記Ｘ－Ｙ平面に対して前記一次成形ツールアセンブリの位置の反対にあるように、前記二次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリの少なくとも１つを位置決めするステップと、
ｇ）前記一次成形ツールアセンブリのツールシャフトの先端が、前記第１の作業領域又は以前の作業領域について選択されたものと実質的に同じ所定のＺ座標に位置するように、前記第２の作業領域又は後続の作業領域内で、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリの一方又は両方を前記ワークピースの方へと前記Ｚ方向に前進させて、前記第２の作業領域又は後続の作業領域内の接触領域で前記ワークピースの第１の面に接触させ成形力を及ぼすことにより、
１）前記ワークピースを所定の構成に成形し、
２）前記ワークピースの第２の面を支持するために、前記二次成形ツールアセンブリの圧縮可能で弾性の材料の外面層を圧縮する、
ステップと、
ｈ）別の所定のＸ－Ｙ座標のセットに沿って前記Ｘ－Ｙ平面と平行な前記ワークピースの第２の作業領域又は後続の作業領域に対して前記一次成形ツールアセンブリを位置決めしながら、前記ワークピースが前記第２の作業領域又は後続の作業領域内で前記Ｚ方向に一貫して成形されるときに、前記ツールシャフトの先端が実質的に同じ所定のＺ座標で前記ワークピースの第１の面と接触関係を維持し、前記Ｘ－Ｙ平面と実質的に平行な前記ワークピースの第２の作業領域又は後続の作業領域に対して所定の成形経路を追うように、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリの一方又は両方を動かすステップと、
をさらに含む、請求項３８に記載の方法。

【請求項44】

ｉ）一連の前記ステップｂ）～ｈ）を１回以上繰り返すステップであって、１回以上繰り返される一連の前記ステップｂ）～ｈ）のそれぞれで用いられる所定のＺ座標の値は、１回目の一連の前記ステップｂ）～ｈ）又は繰り返される一連の前記ステップｂ）～ｈ）のうちの１つのいずれかで用いられる前記Ｚ座標の先の値から漸進的に進行する、ステップをさらに含む、請求項４３に記載の方法。

【請求項45】

繰り返される一連の前記ステップｂ）～ｈ）は、前記第１の作業領域及び前記第２の作業領域又は後続の作業領域のそれぞれで追加の成形経路を形成するために続けられる、請求項４４に記載の方法。

【請求項46】

前記一次成形ツールアセンブリ、前記二次成形ツールアセンブリ及び前記シート保持アセンブリのうちの少なくとも１つは、各所定のＺ座標位置が漸進的に進行されるときに前記ツールシャフトの先端を、前記二次成形ツールアセンブリに向かう方向に前記Ｚ軸に沿って再配置させるために前進させられる、請求項３９に記載の方法。

【請求項47】

前記ステップｅ）は、
前記一次成形ツールアセンブリが、繰り返された前記ステップｃ）で前記Ｚ軸に沿って前記ワークピースの第１の面の方に進む前に、前記ワークピースの第１の面から前記Ｚ軸に沿って離れて位置するように、前記一次成形ツールアセンブリ又は前記シート保持アセンブリの少なくとも一方を引っ込めるサブステップを含む、請求項３９に記載の方法。

【請求項48】

前記ステップｅ）は、
前記圧縮可能で弾性の材料の外面層が、繰り返された前記ステップ）ｂで、前記ワークピースの第２の面に接触する前に、前記二次成形ツールアセンブリが前記ワークピースの第２の面から離れて位置するように、前記二次成形ツールアセンブリ又は前記シート保持アセンブリの少なくとも一方を引っ込めるサブステップを含む、請求項４７に記載の方法。

【請求項49】

前記ステップｇ）は、
前記一次成形ツールアセンブリが前記Ｚ軸に沿って前記ワークピースの第１の面から離れるように前記一次成形ツールアセンブリ又は前記シート保持アセンブリの少なくとも一方を引っ込めるサブステップと、
前記ツールシャフトの先端が、前記第１の作業領域又は以前の作業領域について選択されたのと実質的に同じ所定のＺ座標で前記ワークピースの第１の面と接触関係にあるように、前記一次成形ツールアセンブリ及び／又は前記シート保持アセンブリの少なくとも一方を、前記ワークピースの第１の面に隣接する前記第２の作業領域又は後続の作業領域内の所定のＸ－Ｙ座標のセットに再配置するサブステップと、
を含む、請求項４３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シート金属等のシート材料を漸進的に成形するための装置及び方法に関する。

【0002】

関連出願の相互参照
本願は、２０１９年５月７日に出願された仮出願第６２／８４４１７７号に対する優先権を主張し、２０２０年４月８日に出願された仮出願第６３／００６８０２号に対する優先権を主張する。それぞれ出願は、参照によりその全体が本願に組み込まれる。

【背景技術】

【0003】

シート材料（典型的には金属）を複雑な形状に成形するための多くの方法が長年にわたって開発されてきた。シート成形技術は幅広い産業に存在し、様々な金属やプラスチックに応用されている。典型的な板金部品の大量生産はプレス加工技術を利用する。プレス加工には、高レベルの精度で機械加工された２つの剛性金型の使用が必要となる。材料のシート（すなわち、ワークピース）を２つの金型の間で押圧して、金型によって確立される所望の形状に材料を成形する。

【0004】

２つの金型のフルセットを必要とせずにシート材料を成形するために、プレス加工の代替方法が利用されてきた。代わりに、単一の剛性の金型が材料のシートの片側に位置する。次に、材料の反対側に対してバッキング材料を用いるか又は流体圧力により力が加えられることにより、単一の金型によって決定される所望の構成に材料が成形される。シート金属成形技術における１つ又は２つの金型の使用は長年にわたって進歩してきたが、金型のエンジニアリング、製造及び保守にかかる費用は、金属部品の少量生産の妨げとなる。金型の製造コストに加えて、金型を製造する時間は少量及びプロトタイプの使用をさらに妨げる。

【0005】

シート材料を成形するための別の技術は、インクリメンタルシート成形（ＩＳＦ）と呼ばれ、いつのときもシート金属のごく一部のみが成形によって実際に漸進的に成形される（非特許文献１及び非特許文献２）。

【0006】

本発明のインクリメンタルシートメタル成形システムは、長いリードタイムと、複雑なシートメタル部品を成形するために高価な金型を製造及び使用する必要性と取り除くことにより、従来のシステムに対して柔軟性を提供するだけでなく、シート材料の成形の間に生じる応力を正確且つ局所的に制御するために、ワークピース上の成形力を付加的に局所化する。

【0007】

関連技術の説明
ＩＳＦの変種であるシングルポイントインクリメンタル成形（ＳＰＩＦ）は、金型を必要とせずにシート材料(典型的には金属)を片面成形する方法である。ＳＰＩＦの従来の例は、多くの異なる実施を具現化する。ＳＰＩＦの最も単純な実施の１つは、シート金属ワークピースをその４つの外端の全てに沿って拘束するための剛性クランプ機構を含む一方で、単一の成形ツール又はローラーパンチがシート金属の片側に位置する。ツールはクランプされたシートメタルを指定された軌道を辿って押圧して所望の形状を成形する（非特許文献３を参照した非特許文献１の２.２節及び図４）。

【0008】

両面インクリメンタル成形としても知られているツーポイントインクリメンタル成形（ＴＰＩＦ）はＩＳＦの別の変種であり、シート材料が概してその外縁でクランプされ、シート材料の各側面から力が加えられる。両面成形法の１つの例では、ワークピースの両側に沿って移動する２つの対向する剛性成形ツールを用いて力と反力を加える。特許文献１では、シート固定アセンブリ２０(クランプのアセンブリ)がワークピース１２を支持しながら、成形ツール３２及び３２’’がワークピース１２に対して両側から力を加える。ツールは互いに直接対向して配置され得るか又は互いに対してオフセットされ得る。加えて、各成形ツールは、３並進方向及び３回転軸の動きを可能にする６軸プラットフォームに取り付けられ得る（特許文献２、３、４も参照）。ＳＰＩＦ技術よりもワークピースをいくぶん良好に制御するが、コントローラー２６によって対向する各成形ツールの経路を調整し、ワークピース１２を所望の構成に成形するために追加のレベルの複雑さ及び精度が必要となり且つ成形速度が失われる。しかしながら、成形プロセスの間に対向するツールの位置決めを正確に制御することが依然として困難であるため、結果として得られるワークピースの構成におけるしわや引き裂き等の欠陥につながる。

【0009】

両面成形の別の例では、剛性ツールがワークピースの一方の側に位置し、他方の側の第２の剛性ツールの代わりに、単一のダイが他方の側に位置する。特許文献５に記載されているように、金型３が所定の位置に固定され、ツール５はワークピース４を金型３の方に押圧する。この例ではツール５は比較的普遍的であるが、金型３を異なる所望の構成のそれぞれのために具体的に製造しなければならないため、製造リードタイム及び任意の金型を用いるコストに関連する課題を有する。

【0010】

両面成形法のさらなる例は、特許文献６において見られる。ワークピースＷの周囲を固定するためにクランプ固定具１が配置される。金型２及びツール４は、ワークピースＷを押圧して金型２に対応する形状にするために互いに方に連続的に前進する。しかしながら、金型２の存在は、任意の金型を使用すること固有の不利に長いリードタイム及びコストの問題を有する。

【0011】

両面成形法の別の例は、特許文献７に見られる。複数のパンチ要素を含むプレス２がブランク材料３の一方の側に配置される一方で、エラストマー４が他方の側に位置し、ブランク材料３と面接触する。制御ユニット５は、パンチ要素をそれらの意図された位置の方に１つの軸のみに沿って動かすことにより、ブランク材料３に力を加える。エラストマー４はブランク３を支持する反発力を生成する。長い成形品の場合には、ブランク材料３を長手方向に動かすことができるため、ブランクの長さに沿って成形プロセスが段階的に行われる。このプロセスは、ブランクを成形する多くのパンチ要素の用いるために機械的に複雑でもある。このパンチプロセスは比較的単純な形状を製造することにも限定される。

【0012】

別の例では、特許文献８には回転両面ＩＳＦ装置及び方法が記載され、ブランク６は、ガイドピン５上で、ブランク６の平面に垂直な１つの軸の方向に自由に摺動する２つのクランプリングリング３及び４の間に完全に固定される。次に、ガイドピン５は、ターンテーブル１’（図示せず）と共に回転するバッキング板１に取り付けられる。変形ツール７又は回転ボール８はブランク６の一方の側に位置し、弾性材料２は反対側に位置し、バッキング材料１に取り付けられる。ブランク６が弾性材料２及びターンテーブル１’と共に回転すると、変形ツール７は１つの軸に沿って交差方向に供給され、ブランク６の外縁からその中心に向かって螺旋回転する。変形ツール７は、ブランク６を常に円形の断面を有する所望の構成に変形させるために、ブランク６の平面に垂直な軸に沿ってブランク６に対して作用させる。変形ツール７及びターンテーブル１’はそれぞれ２つの直線軸及び１つの回転軸においてしか動くことができないため、この成形方法は円形断面形状のみを含む「回転図形（figure of revolution）」の生成に限定される。そのため、特許文献８の装置は、本発明によって実現される３軸（すなわち、Ｘ、Ｙ及びＺ軸）における独立した直線動作も、非対称な形状の成形もできない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【文献】米国特許第８３０２４４２号明細書

【文献】米国特許第８７８３０７８号明細書

【文献】米国特許第８７７３１４３号明細書

【文献】米国特許第８３２２１７６号明細書

【文献】特開平１０－３１４８５５号公報

【文献】米国特許第７５３６８９２号明細書

【文献】米国特許第６１５１９３８号明細書

【文献】米国特許第３３４２０５１号明細書

【非特許文献】

【0014】

【文献】Emmens et al., “The Technology of Incremental Sheet Forming - Abrief the history”、Journal of Materials ProcessingTechnology (２０１０)

【文献】Jeswiet et al., “Asymmetric Single Point Incremental Forming ofSheet Metal”CIRP Annals - Manufacturing Technology ５４(２): ８８-１１４ (Dec.２００５)

【文献】Iseki et al., “Flexible and Incremental Sheet Metal Forming using aSpherical Roller” Proc. ４０th JJCYP (１９８９ pp. ４１-４４)

【0015】

対照的に、本発明は、専用に製造された金型を用いることなく、むしろ、最小限の力で様々な形状を成形するために普遍的に適用可能なユニークなツール及び動きを有する、両面インクリメンタルシート成形装置及び方法に好適に関する。

【0016】

本発明は、一次剛性ツールと、材料の圧縮可能で弾性の層を有する二次ツールとを好ましくは含む。シート材料で構成されるワークピースは対向するツールの間に位置する。一次剛性ツールがシート材料の一方の面に力を加える一方で、二次弾性ツールは、シート材料の他方の面に制御された反力を加える。この両面プロセスは、（シート材料の一方の側で剛性ツールのみを用いながら、広範に加えられる力及びその結果として生じる全体的な応力がシート材料全体に加えられるのではなく、むしろ）シート材料上の力を対向するツール間のワークピース上の接触領域内に局所化する。シート材料上の力を接触領域に局所化することにより、応力及び最終的な成形も局所化され、シングルポイントインクリメンタルシート成形と比べて、本発明に従ってより正確且つ精密に制御される。

【0017】

さらに、（多くの従来の両面技術に見られるように、２つの対向する剛性ツールを用いるのではなく、むしろ）双方とも独立した直線的な動きを有する、対向する二次弾性ツールと、ワークピースの一方の側に位置する一次剛性ツールとの組み合わせを利用することにより、本発明は、得られるワークピースの潜在的な皺及び引き裂きを回避する。そのため、本発明のユニークな両面成形方法及び装置は、より単純でより良好に制御されたプロセスによって、多数の非対称で且つより正確に成形された生成物を生成し、最終的には、単面又は他の両面インクリメンタルシート成形方法よりも用いる電力が少なくなる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0018】

本発明の一態様によれば、ワークピースをインクリメンタル成形するための装置が説明される（例えば、図１Ａ～図１Ｃ、図２Ａ～図２Ｃ、図３Ａ～図３Ｃ、図４Ａ～図４Ｂ及び図５参照）。ワークピースは対向し且つ平行な第１及び第２の面と、ワークピースを成形するための作業領域とを有し、該面と平行な基準面を定義する。装置は、前記ワークピースの第１の面に隣接し且つ面するように配置され、前記ワークピースとの係合及び脱係合のために、前記基準面に対して垂直な方向及び前記基準面と平行な全て方向に移動可能な一次成形ツールアセンブリを含む。一次成形ツールはワークピースを成形するための成形先端部を含み得る。先端部はワークピースの第１の面に面するように配置されている。装置は、前記ワークピースの第２の面に面する弾性面部又は材料の層を有し、前記ワークピースとの係合及び脱係合のために、前記基準面に対して垂直な方向に移動可能な二次成形ツールアセンブリも含む。

【0019】

前記ワークピース及び前記一次成形ツールアセンブリのうちの一方又は両方はお互いに対して移動し、前記一次成形ツールアセンブリが前記作業領域内に配置され、前記基準面に対して垂直な方向に前記ワークピースの第１の面に力を及ぼす間に、弾性の前記二次成形ツールアセンブリが前記ワークピースと係合し、前記ワークピースの第２の面を支持するために反力を及ぼすことにより、成形の間に前記ワークピースに局所的な力が及ぼされるように移動可能である。

【0020】

本発明の一態様によれば、上記装置はシート供給アセンブリも含み得る（例えば、図１Ａ～図１Ｃ参照）。前記シート供給アセンブリは、前記ワークピースの第１及び第２の面とそれぞれ接触する少なくとも１組のローラーを有するシート供給ローラーセンブリを含む。該少なくとも１組のローラーは、前記基準面と平行な方向に前記ワークピースを動かすことができる。

【0021】

あるいは、上記のシート供給アセンブリは、一連の回転可能なローラーを取り囲み且つそれらと接触する少なくとも１つの連続ベルトを有するシート供給ベルトアセンブリを含む（例えば、図２Ａ～図２Ｃ参照）。該ベルトは、前記ワークピースの第１又は第２の面と接触関係で配置され、前記基準面と平行な方向に前記ワークピースを動かすことができる。

【0022】

代わりに、上記のシート供給アセンブリは、剛性フレーム及びリテーナを有し、その間にワークピースを固定的に保持することが可能なシート固定アセンブリを含み得る（例えば、図３Ａ～図３Ｃ、図４Ａ～図４Ｃ及び図５参照）。シート固定アセンブリは、前記一次成形ツールアセンブリによって前記ワークピースの第１の面に及び前記二次成形ツールアセンブリによって前記ワークピースの第２の面にアクセスするための開口を定義する。

【0023】

本発明の別の態様によれば、シート材料のワークピースを成形するための装置を説明する。このワークピースは対向し且つ平行な第１及び第２の面を有するとともに、該ワークピースの第１及び第２の面と平行な基準面を定義する。当該装置は、前記基準面と平行な方向に前記ワークピースを動かすことが可能なシート供給アセンブリを含む。当該装置は、
前記ワークピースの第１の面に面するように配置される一次成形ツールアセンブリであって、前記基準面に対して垂直な第１の方向と、前記基準面と平行であるとともに、前記シート供給アセンブリによって前記ワークピースが動かされる方向に対して垂直な第２の方向と、に移動可能な一次成形ツールアセンブリも含む。

【0024】

装置は、前記基準面に対して垂直な方向に移動可能であり、前記一次成形ツールアセンブリの移動の第２の方向と平行に配置されるその長手軸を中心に回転するための細長い円筒状の構成を有するバッキングローラーツールアセンブリをさらに含む。バッキングローラーツールは内部コアと、該内部コアに固定され、前記ワークピースの第２の面に面するように配置される外側弾性層とを含む。あるいは、バッキングローラツールアセンブリは外面を有し、その一部は力が加えれた場合に圧縮可能である一方で、力が取り除かれた場合にその非圧縮構成に弾性的に戻る（例えば、図１Ａ～図２Ｃ、図２Ａ～図２Ｃ及び図３Ａ～図３Ｃ参照）。

【0025】

前記一次成形ツールアセンブリ及び前記バッキングローラーツールアセンブリは、概して互いに反対側で、前記ワークピースの対向する第１及び第２の面のそれぞれと同時に接触しながら、前記一次成形ツールアセンブリは前記ワークピースの第１の面に力を及ぼして前記ワークピースを成形し、前記バッキングローラーツールアセンブリは前記ワークピースの第２の面に反力を及ぼすことにより、ワークピースが成形される間にプロセスはワークピースに局所的な力を生成する。

【0026】

本発明のさらなる態様によれば、シート材料のワークピースを所定の構成に成形するための装置が説明される。該ワークピースは、対向し且つ平行な第１及び第２の面を有し、該ワークピースの面と平行な基準面を定義する。当該装置は、その長手軸を中心に回転可能であり、内部コアと、該内部コアに固定される外側弾性層又は外側層部とを有するバッキングローラーツールアセンブリを含む。バッキングローラーツールアセンブリは、その長手軸に沿って前記ワークピースの第２の面に面し、前記基準面と平行である（例えば、図１Ａ～図１Ｃ、図２Ａ～図２Ｃ及び図３Ａ～図３Ｃ参照）。

【0027】

装置は、前記ワークピースの第１の面に隣接し且つ面するように配置される一次成形ツールアセンブリも含む。一次成形ツールアセンブリは、前記バッキングローラーツールアセンブリの長手線と平行な第１の方向に移動しながら前記ワークピースを成形するために、前記ワークピースの第１の面に力を及ぼすことができる。装置は、剛性フレームと、前記ワークピースを内部で固定的に保持することができるリテーナとを有するシート固定アセンブリも含む。シート固定アセンブリは前記基準面と平行に配置され、前記一次成形ツールアセンブリによって前記ワークピースの第１の面に及び前記二次成形ツールアセンブリによって前記ワークピースの第２の面にアクセスするための開口を定義する。

【0028】

前記一次成形ツールアセンブリ及び前記バッキングローラーツールアセンブリは、前記基準面に対して垂直な方向に移動して、前記ワークピースの第１及び第２の面とそれぞれ接触することができる。その結果、前記一次成形ツールアセンブリによって前記ワークピースの第１の面に及ぼされる力が前記バッキングローラーツールアセンブリによって前記ワークピースの第２の面に及ぼされる反力により相殺されることにより、前記ワークピースが成形を受ける間に、前記一次成形ツールに局所化される領域で前記ワークピースを支持することができる。

【0029】

本発明の追加の態様によれば、ワークピースをインクリメンタル成形するための別の装置が説明される（例えば、図１Ａ～図１Ｃ、図２Ａ～図２Ｃ、図３Ａ～図３Ｃ、図４Ａ～図４Ｂ及び図５参照）。ワークピースは、「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」の３次元直交座標系のＸ－Ｙ平面上に位置する対向する第１及び第２の面を有する。当該装置は、前記ワークピースの第１の面に隣接し且つ面するように配置される一次成形ツールアセンブリを含む。当該装置は、剛性体と、該剛性体に固定される圧縮可能な弾性層を有し、前記ワークピースの第２の面に隣接し且つ面するように配置される二次成形ツールアセンブリも含む。

【0030】

前記ワークピース、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリは、お互いに対して所定の順序及びパターンで独立して座標系のＸ，Ｙ又はＺ軸のうちの少なくとも１つに沿って移動可能である。前記一次成形ツールアセンブリ及び前記ワークピースは、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に沿ってお互いに対して移動可能である。前記二次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースに対してＺ軸に沿って移動可能である。その結果、前記一次成形ツールアセンブリは前記ワークピースの第１の面に力を及ぼすことができる。前記二次成形ツールアセンブリも前記ワークピースの第２の面に対してＺ軸に沿って反力を及ぼすことができることにより、前記ワークピースを局所的に支持する。成形プロセスの間に、前記ワークピースと前記一次成形ツールアセンブリとの接触領域に成形力が実質的に局所化される（例えば、図１０参照）。

【0031】

本発明のさらなる態様によれば、上記装置は前記ワークピース、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記二次成形ツールアセンブリのお互いに対するそれぞれの動きを同時に調整することが可能な制御システムを含む。これらのコンポーネントの調整された動きにより、前記一次成形ツールアセンブリが前記ワークピースの第１の面に沿った所定の経路を進む間に、前記二次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースの第２の面に沿った同じ経路を同時に進むことができる。

【0032】

本発明の別の態様では、少なくとも１つの作業領域を有し、「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」の３次元直交座標系のＸ－Ｙ平面上に位置する対向し且つ平行な第１及び第２の面を有するワークピースをインクリメンタル成形するための方法が説明される（例えば、図７参照）当該方法は、装置を提供するステップであって、該装置は、前記ワークピースの第１の面に隣接し且つ面するように配置される一次成形ツールアセンブリと、圧縮可能な弾性面部を有し、前記ワークピースの第２の面に隣接し且つ面するように配置されるバッキング成形ツールアセンブリと、を有する、ステップを含む。前記ワークピース、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記バッキング成形ツールアセンブリはお互いに対して所定の順序及びパターンで独立して移動可能である。

【0033】

前記作業領域内で前記ワークピースの第１の面に隣接するように、前記ワークピースに対して前記一次成形ツールアセンブリが配置され所定のＸ、Ｙ、Ｚ座標に同時に動かされる。前記ワークピースの第２の面と接触し且つ前記一次成形ツールアセンブリの位置と反対になるように、前記ワークピースに対して前記バッキング成形ツールアセンブリが配置され前記作業領域内の少なくとも１つの所定のＺ座標に同時に動かされる。所定のＺ座標に移動するように前記一次成形ツールアセンブリを前記ワークピースの方へとＺ方向に前進させて、前記ワークピースの第１の面に接触させ前記作業領域内の接触点で力を及ぼす。その結果、前記ワークピースが所定の構成に成形され、弾性の前記バッキング成形ツールアセンブリが圧縮して、成形の間に前記ワークピースの第２の面を支持する。

【0034】

前記一次成形ツールアセンブリはＸ－Ｙ平面上を前記ワークピースに対して（例えば、図７参照）所定の座標セットに沿って動かすことにより、前記ワークピースが前記作業領域内でＺ方向に一貫して成形される所定の経路をたどる。前記一次成形ツールアセンブリは前記ワークピースからＺ方向に引っ込められ、Ｘ－Ｙ平面上のワークピースの第１の面に隣接する所定の座標セットに再配置される。前記ワークピースが前記作業領域内で完全に成形されるまで、Ｚ座標のための漸進的に進行する値（incrementally progressing values）を連続的に用いることにより、上記のステップが繰り返され得る。
を含む方法。

【0035】

本発明の別の態様では、上記方法の装置は、コントローラーセンブリと、非接触又は接触型のセンサとを有する制御システムをさらに含む。センサを用いて、コントローラーセンブリは、ワークピースの成形経路に沿った特定位置でワークピースの成形量を同時に測定する。得られた測定値は成形経路に沿った同じ特定位置におけるワークピースの所定の成形量と比較される。得られた比較測定値は前記コントローラーセンブリに中継される。前記ワークピースを前記所定の形状に成形するために、コントローラアセンブリは、前記経路に沿った予めプログラムされた成形量に対して、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記バッキング成形ツールアセンブリのうちの少なくとも一方の位置を調整する。

【0036】

本発明の別の態様は、互いに離れた少なくとも第１及び第２の作業領域を有し、「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」の３次元直交座標系のＸ－Ｙ平面上に位置する対向し且つ平行な第１及び第２の面を有するワークピースをインクリメンタル成形するための方法に関する（例えば、図８Ａ～図８Ｂ参照）。当該方法は、装置を提供するステップであって、該装置は、前記ワークピースの第１の面に隣接し且つ面するように配置される一次成形ツールアセンブリと、圧縮可能な弾性面部を有し、前記ワークピースの第２の面に隣接し且つ面するように配置されるバッキング成形ツールアセンブリと、を有する、ステップを含む。前記ワークピース、前記一次成形ツールアセンブリ及び前記バッキング成形ツールアセンブリはお互いに対して所定の順序及びパターンで独立して移動可能である。

【0037】

前記第１の作業領域内で前記ワークピースの第１の面に隣接するように、前記ワークピースに対して前記一次成形ツールアセンブリを配置して所定のＸ、Ｙ、Ｚ座標に同時に動かされる。前記ワークピースの第２の面と接触し且つ前記一次成形ツールアセンブリの位置と反対になるように、前記ワークピースに対して前記バッキング成形ツールアセンブリを前記第１の作業領域内の所定のＺ座標に配置する。所定のＺ座標に移動するように前記一次成形ツールアセンブリを前記ワークピースの方へとＺ方向に前進させて、前記第１の作業領域内で前記ワークピースの第１の面に接触させ、接触点で力を及ぼす。

【0038】

その結果、ワークピースが所定の構成に成形され、前記バッキング成形ツールアセンブリの弾性面部が圧縮して前記ワークピースの第２の面を支持することにより前記ワークピースが成形されている間に局所的な力がもたらされる。前記一次成形ツールアセンブリをＸ－Ｙ平面上で前記ワークピースに対して実質的に同じＺ座標を有する所定の座標セットに沿って動かすことにより、前記ワークピースが前記第１の作業領域内でＺ方向で一貫して成形される所定の経路をたどる。前記一次成形ツールアセンブリは前記ワークピースから離れるようにＺ方向に引っ込められ、Ｘ－Ｙ平面上の前記ワークピースの第１の面に隣接する前記第２の作業領域内の所定の座標セットに再配置される。

【0039】

前記第２の作業領域内で前記一次成形ツールアセンブリを前記ワークピースの方へとＺ方向に進めて、前記第１の作業領域の場合に選択されたのと実質的に同じＺ座標に動かし、前記ワークピースの第１の面と接触させ、接触点で局所的な力を及ぼす。その結果、前記ワークピースが所定の構成に成形され、前記二次成形ツールアセンブリの弾性面部が圧縮して、成形の間に前記ワークピースの第２の面を支持する。前記一次成形ツールアセンブリはＸ－Ｙ平面上で前記ワークピースに対してＺ方向で実質的に同じ所定の座標セットに沿って動かされることにより、前記ワークピースが前記第２の作業領域内でＺ方向で一貫して成形される所定の経路をたどる。前記一次成形ツールアセンブリが前記ワークピースから離れるように前記Ｚ方向に引っ込められる。前記ワークピースが各作業領域内で完全に成形されるまで、Ｚ座標のための漸進的に進行する値を連続的に用いることにより、上記のステップが繰り返され得る。

【0040】

本発明のさらなる態様によれば、概ね平坦な初期構成を有し、「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」の３次元直交座標系のＸ－Ｙ平面上に位置する対向した第１及び第２の面を有するワークピースの少なくとも１つの作業領域をインクリメンタル成形するための方法を説明する。当該方法によれば、前記ワークピースの第１の面に隣接して一次成形ツールアセンブリが配置される。該一次成形ツールアセンブリは、前記ワークピースと強制的に係合した場合に前記ワークピースを成形可能な先端部を有し、該先端部は前記ワークピースの硬度値よりも大きい硬度値を有する。

【0041】

前記ワークピースの第２の面に隣接してバッキングローラーツールアセンブリが配置される。該バッキングローラーツールアセンブリはＺ方向に移動可能である。該バッキングローラーツールアセンブリは圧縮可能な弾性の外面部をさらに有し、該バッキングローラーツールアセンブリ及び該外側弾性面部のうちの少なくとも一方は、前記バッキングローラーツールアセンブリの中心を通って延びる長手軸を中心に回転可能である。前記ワークピースの第２の面と接触させ支持するために、Ｚ軸に沿って前記バッキングローラーツールアセンブリが前記ワークピースの方に進められる。

【0042】

前記一次成形ツールアセンブリは前記ワークピースに対してＺ軸に沿って進められ、前記先端部を前記ワークピースの第１の面に係合させ、前記ワークピースを成形するために所定量の成形力を提供する。前記ワークピースの第２の面に十分な反力を提供するために前記バッキングローラーツールアセンブリの位置が維持される。該反力の十分性は前記バッキングローラーツールアセンブリの外面部の圧縮性及び弾性によって決定される。

【0043】

実質的に同じＺ座標を有する所定の座標セットに沿って前記一次成形ツールアセンブリを前記Ｘ－Ｙ平面上で前記ワークピースに対して動かすことにより、前記ワークピースがＺ方向で一貫して成形される所定の経路をたどる。前記一次成形ツールアセンブリの動きと並行して前記バッキングローラーツールアセンブリが連続的に動かされ、前記ワークピースが間にある状態で前記一次成形ツールアセンブリの先端部の実質的に反対側に留まることにより、前記ワークピース上に局所化された力が維持される。前記一次成形ツールアセンブリ及び前記バッキングローラーツールアセンブリが前記ワークピースから引っ込められる。前記ワークピースが予めプログラムされた所定の最終構成に成形されるまで、前記ワークピースの１つ以上の追加の作業領域内で、上記のステップが繰り返され得る。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1A】図１Ａは、ワークピースを前進させるためのシート供給ローラーセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第１の実施形態（実施形態１）を示し、とりわけ図１Ａは実施形態１の例示の不等角投影図を示す。

【図1B】図１Ｂは、ワークピースを前進させるためのシート供給ローラーセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第１の実施形態（実施形態１）を示し、とりわけ図１Ｂは実施形態１の例示の正面図を示す。

【図1C】図１Ｃは、ワークピースを前進させるためのシート供給ローラーセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第１の実施形態（実施形態１）を示し、とりわけ、図１Ｃは実施形態１の例示の側面図を示す。

【図2A】図２Ａは、ワークピースを前進させるためのシート供給ローラーセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第１の実施形態（実施形態１）を示し、とりわけ、図２Ａは実施形態２の例示の不等角投影図を示す。

【図2B】図２Ｂは、ワークピースを前進させるためのシート供給ローラーセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第１の実施形態（実施形態１）を示し、とりわけ、図２Ｂは実施形態２の例示の正面図を示す。

【図2C】図２Ｃは、ワークピースを前進させるためのシート供給ローラーセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第１の実施形態（実施形態１）を示し、とりわけ、図２Ｃは実施形態２の例示の側面図を示す。

【図3A】図３Ａは、ワークピースを前進させるため可動フレームアセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第１の実施形態（実施形態１）を示し、とりわけ、図３Ａは実施形態３の例示の不等角投影図を示す。

【図3B】図３Ｂは、ワークピースを前進させるため可動フレームアセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第１の実施形態（実施形態１）を示し、とりわけ、図３Ｂは実施形態３の例示の正面図を示す。

【図3C】図３Ｃは、ワークピースを前進させるため可動フレームアセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第１の実施形態（実施形態１）を示し、とりわけ、図３Ｃは実施形態３の例示の側面図を示す。

【図4A】図４Ａは、ワークピースを保持するための固定フレームアセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第４の実施形態（実施形態４）を示し、とりわけ、図４Ａは実施形態４の例示の不等角投影図を示す。

【図4B】図４Ｂは、ワークピースを保持するための固定フレームアセンブリと、一次成形ツールアセンブリと、二次成形ツールアセンブリとを備える本発明のＩＳＦシステムの第４の実施形態（実施形態４）を示し、とりわけ、図４Ｂは、実施形態４の例示の正面図を示す。

【図5】図５は、マシン中心に組み込まれた実施形態４の別の例示の不等角投影図を示す。

【図6A】図６Ａは、本発明の実施形態に係る一連のインクリメンタル成形ステップを受けるワークの例示の正面断面図を示す。

【図6B】図６Ｂは、本発明の実施形態に係る一連のインクリメンタル成形ステップを受けるワークの例示の正面断面図を示す。

【図6C】図６Ｃは、本発明の実施形態に係る一連のインクリメンタル成形ステップを受けるワークの例示の正面断面図を示す。

【図6D】図６Ｄは、本発明の実施形態に係る一連のインクリメンタル成形ステップを受けるワークの例示の正面断面図を示す。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係る成形されているワークピースの例示の上面図である。

【図8A】図８Ａは、本発明の実施形態に係る一連のインクリメンタル成形ステップを受ける１つのワークピース内に複数の成形領域を成形するための方法を示す図であり、とりわけ、図８Ａは本発明の実施形態に係る、複数の位置に成形されているワークピースの例示の上面図である。

【図8B】図８Ｂは、本発明の実施形態に係る一連のインクリメンタル成形ステップを受ける１つのワークピース内に複数の成形領域を成形するための方法を示す図であり、とりわけ、図８Ｂは、図８Ａに示される、本発明の実施形態に係る、一連のインクリメンタルマルチ成形ステップを受けるワークピースの例示の正面断面図を示す。

【図9A】図９Ａは本発明を実施する際に用いることっが意図される様々な一次成形ツールの断面図を示し、とりわけ、図９Ａは、１つの構成要素でできた一次成形ツールを示す。

【図9B】図９Ｂは本発明を実施する際に用いることっが意図される様々な一次成形ツールの断面図を示し、とりわけ、図９Ｂは、別個のシャフト及びチップでできた一次成形ツールを示す。

【図9C】図９Ｃは本発明を実施する際に用いることっが意図される様々な一次成形ツールの断面図を示し、とりわけ、図９Ｃは、別個のシャフト、チップ及びベアリングでできた一次成形ツールを示す。

【図10】図１０は、同期制御システムの図と共に、本発明の上記の実施形態の部分断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0045】

本発明は、専用の金型を用いることなく、むしろ、最小限の力で様々な形状を成形するために普遍的に適用できるツールを備えるユニークな両面インクリメンタルシート成形装置及び方法に関する。

【0046】

一例として、本発明は、自動車、航空宇宙、工業、建築、エンジニアリング、建設及び消費者製品等の全ての主要産業のためにシート材料から部品及びコンポーネントを成形するのに適用可能である。

【0047】

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃは、本発明のインクリメンタルシート成形（ＩＳＦ）システムの第１の実施形態（実施形態１）を示す図である。このシステムは、ワークピース８０を正確に前進させるためのシート供給ローラーセンブリ４０、一次成形ツールアセンブリ１０及び二次成形ツールアセンブリ（例えば、バッキングローラーツールアセンブリ２０）を含む。

【0048】

図１Ａでは、ワークピース８０は、その最終的な形状８１に成形されている。ワークピース８０は、鋼、アルミニウム、プラスチック又は他の成形可能な材料で作られ得る材料のシート（シート金属）を含む。この材料のシートは、実施形態１に示すように基準面と平行な平坦な状態で通常始まる。基準面はＸ－Ｙ平面８２として示され、ワークピースを漸増的に成形する前のワークピース８０の初期構成によって画定される。シートは、本発明に従って追加の作業を行う前に、特定の予備的特徴が予め成形されてもいてもよい。

【0049】

シート供給ローラーセンブリ４０は、ワークピース８０と接触するように配置された１つ以上のセットの同期ローラー４２（４２Ａ～４２Ｈ）を含む。同期ローラー４２は、通常第１及び第２の端８８又は８９に沿ってワークピース８０の両面のそれぞれと接触する。しかしながら、他の係合面部分が考えられる。

【0050】

シート供給ローラーセンブリ４０は、好ましくは、図１ＡでＹ軸として示す１つの軸に沿ってワークピース８０を前後に前進させる。実施形態１では、シート供給ローラーセンブリ４０は４組の同期ローラー４２を含む。２組のローラー（４２Ａ～４２Ｂ及び４２Ｃ～４２Ｄ）はワークピース８０の第１の端８８に沿って位置し、２組（４２Ｅ～４２Ｆ及び４２Ｇ～４２Ｈ）がワークピースの第２の端８９に沿って配置されている。第１の組のこれらのローラーは、ワークピース８０の面に接触するように配置され、第２の組のこれらのローラーは、ワークピース８０の反対の面に接触するように配置されている。

【0051】

図１Ａに示すように、対向する対のローラー（例えば、４２Ｃ及び４２Ｄと４２Ａ及び４２Ｂ；４２Ｅ及び４２Ｆと４２Ｇ（図示せず）及び図４２Ｈ)は、ワークピース８０の両面と接触して互いに直接対向して配置される。これらのローラーは、好ましくは、端８８又は８９に沿ってワークピース８０の両面に接触及び把持して、ワークピースをＹ軸に沿って駆動することが好ましい。

【0052】

第１の端８８上のローラー（４２Ａ～４２Ｄ）のうちの少なくとも１つ及び第２の端８８上のローラー（４２Ｅ～４２Ｈ）のうちの少なくとも１つは、ローラーの回転を調整し同期させるためにモータ、制御システム及びソフトウェア（図示せず）とやりとりする。その結果、ローラーは、ワークピース８０を所望の位置に、好ましくは１つの並進軸（Ｙ軸）に沿って正確に動かす。図６Ａ～図６Ｄに関するモータ作動の説明も参照されたい。図１Ａ～図６Ｃでは、同じモータ制御システムを利用できる。

【0053】

同期ローラー４２は、スチール、アルミニウム又は他の好適な材料で作られたベースコアを含み、ワークピース８０の確実な把持を強化するのに十分柔軟で弾力性があるポリウレタン、ネオプレン、ゴム又は他の好適な材料の層又はコーティングをさらにそれらの周囲に有し得る。

【0054】

図１Ａ～図１Ｃでは、一次成形ツールアセンブリ１０は、実施形態１に示すように、ワークピース８０の１つの面に隣接して位置して、ワークピースの第１の面（すなわち、上面）と係合し、ワークピースの移動に対して横断する方向にＸ軸に沿って移動する。そのため、一次成形ツールアセンブリ１０のこの移動は、シート供給ローラーセンブリ４０によって駆動されてワークピース８０が（Ｙ軸に沿って）移動する方向に対して垂直である。一次成形ツールアセンブリ１０は、ワークピース８０の第１の面（すなわち、上面）との接触に入ったり、接触から出たりできるように、実施形態１でＺ軸として示すワークピース８０のＸ－Ｙ基準面８２に対して垂直な方向にも移動する。

【0055】

二次成形ツールアセンブリは、好ましくは中実コア２１を有し、一次成形ツールアセンブリ１０がワークピースの反対面（すなわち、第１の面又は上面）と係合したときに、ワークピース８０の第２の面又は下面に柔軟で、圧縮性があり、弾性の制御された反力を提供するために、コア２１の周囲に固定された可撓性、圧縮性又は弾性材料（又は、バッキングローラーツールの表面部分）外層２２を有するバッキングローラーツールアセンブリ２０を含む。

【0056】

実施形態１（例えば、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃ参照）では、バッキングローラーツールアセンブリ２０は、一次成形ツールアセンブリ１０とは反対のワークピース８０の面に隣接し且つ対向して配置されている。そのため、ワークピース８０は、バッキングローラーツールアセンブリ２０を一次成形ツールアセンブリ１０から分離する。バッキングローラーツールアセンブリ２０は、細長く、円筒状であり、Ｘ軸に沿って位置し長手方向に延び、一次成形アセンブリ１０の移動方向と平行でワークピース８０の反対面（即ち下面）と接触する回転軸を有する。

【0057】

一次成形ツールアセンブリ１０の先端及びバッキングローラーツールアセンブリ２０の長手軸は、Ｘ軸に沿ってワークピース８０の両側で互いに対向するように、真向かい合いに配置されることが好ましい。バッキングローラーツールアセンブリ２０の長さは大体、一次成形ツール１０がＸ軸に沿って移動可能な距離と少なくとも実質的に同じ長さであるか又は長い。その結果、バッキングローラーツールアセンブリ２０は、一次成形ツールアセンブリ１０がワークピースの第１の面（すなわち、上面）と係合し、Ｘ軸に沿って移動するときに、成形可能で、ワークピース８０の第２の面（すなわち、下面）と直接接触した状態で留まる。

【0058】

図１Ａ、図２Ａ及び図３Ａにおいて、バッキングローラーツールアセンブリ２０は、図示の目的のみのために、ワークピース８０から離れて位置し、直接接触しないように示されている。本発明の装置の動作の間、バッキングローラーツールアセンブリ２０の弾性層２２は実際にワークピース８０の第２の面の方に面し、直接係合するように配置される。一次成形ツールアセンブリ１０がワークピース８０の第１の面又は反対の面と係合して力を加えた場合、その結果は一次成形ツールアセンブリ１０がワークピース８０と接触する領域内の局所的な力となる。

【0059】

一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０の弾性層２２は、ワークピース８０がそれらの間に位置する状態で、Ｘ軸に沿った接触点において互いに対向する力を与えるように実際配置される。より具体的には、一次成形ツールアセンブリ１０及び弾性層２２は、一次成形ツールアセンブリ１０によってワークピースの第１の面（すなわち、上面）に加えられる力と、バッキングローラーツールセンブリ２０の可撓性弾性層２２の制御された圧縮によってワークピースの反対面又は第２の面（すなわち、下面）に加えられる反力によって、成形されたワークピース８０を介して間接的に接触している。反力の量は、バッキングローラーツールアセンブリ２０の弾性層２２（又は外面部分）の硬度、厚さ及び結果としての圧縮性及び弾性の程度によって制御される。

【0060】

長手軸に沿った回転に加えて、バッキングローラーツールアセンブリ２０は、実施形態１でＺ軸として示す、ワークピース８０のＸ－Ｙ基準面８２に対して垂直方向にも移動する。Ｚ軸に沿った動きは、一次成形ツールアセンブリ１０がワークピースに対して正確に制御された反対の力を及ぼすときに、バッキングローラーツールアセンブリ２０がワークピース８０と接触した状態で留まることを可能にする。

【0061】

より具体的には、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、弾性層２２を含むバッキングローラーツールアセンブリ２０は、ワークピース８０の下面（すなわち、第２の面）と接触するためにＸ軸上でその長手軸に沿って位置するため、Ｘ軸に沿って接触点の連続した狭い領域の形成をもたらす。より具体的には、この接触領域は、弾性層２２の周囲がワークピース８０の下面と交差したところで生じる。すなわち、弾性層２２とワークピース８０の下面が互いに接触すると、その間に狭い領域又は接触領域が形成される。この領域は弾性層２２の外周とワークピースの下面との接線で生じる。同時に、一次成形ツールアセンブリ１０はＸ軸に沿って位置して、ワークピースの上面に面し、ワークピース８０の下面と弾性層２２との接触領域の反対側にある。

【0062】

一次成形ツールアセンブリ１０がワークピース８０の第１の面に押し付けられると、Ｘ軸に沿った所与の接触領域でワークピースに力を及ぼす。そして、ワークピース８０はＸ軸に沿った狭い接触領域に沿った印加領域で弾性層２２に力を及ぼす。その結果、弾性層２２は圧縮され、Ｘ軸上のワークピース８０と接触する狭い領域に沿った反対の局所的な領域で反力を及ぼす。一次成形ツール１０及び弾性層２２の双方がワークピース８０の両側に力を及ぼすことで、力は、一次成形ツール１０とワークピース８０との間の接触領域に実質的に集中する。この接触領域又は「接点領域」では、ワークピース８０によって弾性層２２に及ぼされる力は、弾性層２２が円筒形状であることから集中且つ局所化した状態で留まるため、結果として得られるワークピースの反り及び引き裂きが回避される。その結果、実施形態１の装置は、動作の間に任意の所与の時間に、選択された制御システムによって意図されるように、ワークピース８０上に多数の寸法的に複雑且つ非対称な構成を作り出すことができる（例えば、図１０を参照）。

【0063】

さらに、バッキングローラーツールアセンブリ２０は、その長手軸上で回転するための円筒構成を有する。ワークの移動方向（すなわち、Ｙ軸）に対して垂直（すなわち、Ｘ軸）に位置する場合、バッキングローラーツールアセンブリ２０は、ワークピース８０の正確且つ迅速な位置決めを有利に可能にする。バッキングローラーツールアセンブリ２０の円筒形の構成も、従来の多くのＩＳＦ装置よりも装置自体のより簡素でコンパクトな設計を有利に可能にする。

【0064】

実施形態１では、コア２１は中実ロッドである。バッキングローラーツールアセンブリ２０の外側弾性層２２はコア２１に固定され、それらの長手軸を中心に共に自由に回転する。弾性層２２は、コア２１に強固に固定又は固定取り付けされることにより固定され得るか又は代替的にコアを円周方向に取り囲むことによって固定され得るため、コアを中心に自由に回転できる。例えば、弾性層２２は、当技術分野で知られているようにコア２１の周りに位置する軸受アセンブリ（例えば、滑り軸受）によって自由に回転し得るように、複数の材料又は層で作られて得る。別の実施形態では、コア２１は、ベアリングアセンブリを中心に弾性層２２と共に自由に回転する中空チューブ又はシリンダであり得る。別の代替的な実施形態では、コア２１は固定（すなわち、回転不能）され得るが、弾性層２２はその周りを自由に回転できる。代替的な実施形態では、バッキングローラーツールアセンブリ２０の回転は、当該技術分野で知られている機械的又は電気機械的手段のいずれかによって制御され得る。別の態様では、バッキングローラーツールアセンブリ２０は圧縮可能弾性層２２を含み、バッキングローラーツールアセンブリ及び外側弾性面部のうちの少なくとも一方は、バッキングローラーツールアセンブリの中心を通って延びる軸を中心に回転可能である。

【0065】

好ましくは、バッキングローラーツールアセンブリ２０の長手軸は、弾性層２２がＸ軸に沿ってワークピース８０の面と連続的に接触した状態で留まり得るように可動に配置されている。ワークピース８０がシート供給ローラーセンブリ４０の作用によってＹ軸に沿って移動するにつれて、ワークピース８０と係合することによりバッキングローラーツールアセンブリ２０を回転させる。

【0066】

剛性コア２１は、スチール、アルミニウム又は他の好適な材料で構成され得ることが好ましい。コア２１は、サイズ及び構成に応じて中実又は中空のいずれかであってもよい。

【0067】

弾性層２２は、好ましくは、一次成形ツールアセンブリ１０によってワークピース８０に加えられる力の下で材料を成形可能な圧縮強度を有する弾性の形成可能な材料でできていることが好ましい。弾性層２２のために選択される材料も、一次成形ツールアセンブリ１０からワークピース８０への力が取り除かれた場合にその元の又は非圧縮形状に実質的に戻ることが可能である。例えば、弾性層２２はエラストマー、好ましくはポリウレタンで作られ得る。あるいは、ゴム、ネオプレン、ニトリル又はワークピース８０と接触したときに、正確で、予測可能な制御された変形及び弾性が可能な他の好適な材料からも作られ得る。

【0068】

弾性層２２は、約８０Ｄ、好ましくは約３０Ａ～約９５Ａの範囲の硬度デュロメータを概して有する。選択された材料の硬度に応じて、弾性層２２の厚さは約０.０１ｍｍ～約２５ｍｍ、好ましくは約１.０ｍｍ～約５.０ｍｍの間で変化し得る。弾性層２２に好適なデュロメータを選択することにより、一次成形ツールアセンブリ１０がワークピースの第１の面に力を及ぼしたときに、正確で制御された反力がワークピース８０の第２の面に加えられ得る。

【0069】

成形プロセスの間、シート供給ローラーセンブリ４０は、ワークピース８０をＹ軸に沿ってその所望の位置へと前後に動かすように動作する。一次成形ツールアセンブリ１０はＸ軸に沿って所望の位置に同時に移動可能である。バッキングローラーツールアセンブリ２０は、ワークピース８０の面と接触するために所望の位置にＺ軸に沿って同時に移動可能である。ワークピース８０と接触させると、シート供給ローラーセンブリ４０がワークピースをＹ軸に沿ってその所望の位置に動かすため、バッキングローラーツールアセンブリ２０はワークピースと摩擦係合することにより、その長手線に沿って自由に回転することが好ましい。

【0070】

シート供給ローラーセンブリ４０、一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０は、互いに及びコンピュータエンティティと直接的又は間接的にやりとりし、それらの所望の位置におけるそれらの正確な位置決めに関する情報を送受信するように、異なるシステム（例えば、機械的、油圧的）によって制御され得る。図６Ａ～図６Ｄ及び図９に関するモータ作動の説明並びに図１０に関する制御システムも参照されたい。図１Ａ～図１Ｃの構成において、同様のモータ、制御システム及びソフトウェアを利用できる。

【0071】

ワークピース８０、一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０が、それらの特定され且つ協調された位置に独立して移動すると、一次成形ツールアセンブリ１０は、ワークピースの元のＸ－Ｙ基準面８２に対して垂直なＺ軸に沿って移動することによりワークピース８０に対して力を加えることができる。同時に、バッキングローラーツールアセンブリ２０は、その長手軸に沿って（すなわち、Ｘ軸に沿って）ワークピース８０と変形可能に弾性接触するようにＺ軸に沿って移動できる。

【0072】

一次成形ツールアセンブリ１０がワークピース８０に力を加えることによって、ワークピースは、力が加えられる正確な接触点でその所望の形状に局所的に成形され始める。より具体的には、一次成形ツールアセンブリ１０は、ワークピース８０に対してその所定の経路に沿って移動するときに、Ｘ、Ｙ及びＺ方向の接触領域で局所的な力を生成する。一次成形ツールアセンブリ１０がワークピース８０に対して移動すると、ワークピースは、Ｘ、Ｙ及びＺ方向に所定の大きさ及び成分を有する力ベクトルに沿って連続的に成形される。この局所化された力は、力が加えられるワークピースと接触する領域で、ワークピース８０を所望の形状に可塑的且つ永久的に成形する。

【0073】

一次成形ツールアセンブリ１０がワークピース８０の１つの面に力を及ぼす間、バッキングローラーツールアセンブリ２０はワークピースの反対側の面と連続的に接触を維持する。一次成形ツールアセンブリ１０によってワークピース８０に力が加えられる結果、弾性層２２は変形して、ワークピースがその所望の形状に成形されている間にワークピースを支持することが可能な対向する反力を生成する。

【0074】

一次成形ツールアセンブリ１０がＺ軸に沿って前進し、ワークピース８０を所望の構成に局所的に成形すると、バッキングローラーツールアセンブリ２０は、前進する一次成形ツールアセンブリ１０の移動に調整するのに必要な程度までＺ軸に沿って後退する。弾性層２２は、ワークピース８０と正確に制御されて接触して移動する間変形した状態で留まり、バッキングローラーツールアセンブリがＺ軸に沿って移動する間にワークピースを支持する反力を生成する。その弾性の性質のために、弾性層２２は、一次成形ツールアセンブリ１０がＺ軸に沿って後退し、シート供給ローラーセンブリ４０がワークピース８０をＹ軸に沿って新たな位置に動かしたときに、その元の構成に実質的に戻ることができるように選択される。

【0075】

ワークピース８０が、選択された位置でその所望の構成に局所的に成形されると、新たな位置でワークピースを成形するためにワークピースのための別の位置が選択される。次いで、シート供給ローラーセンブリ４０は、一次成形ツールアセンブリ１０のＸ軸及びＺ軸に沿った必要な所定の且つ予めプログラムされた独立した動きと協調して、ワークピース８０をＹ軸に沿ってその選択された位置に動かす。さらに、ワークピース８０の独立した動きは、制御システム（図示せず）を介して、Ｚ軸に沿ったバッキングローラーツールアセンブリ２０の特定された独立した動きと調整される。その結果、選択された位置でワークピース８０の必要な成形が起こる。

【0076】

さらなる座標が選択され、ワークピース８０が所望の構成になるように完全に成形されるまで上記のシーケンスが続けられる。図６～図１０及び本発明のプロセスを行うことに関する添付の説明も参照されたい。

【0077】

図２Ａ～図２Ｃは、本発明のシート成形ＩＳＦシステムの第２の実施形態（実施形態２）を示す。この実施形態は、ワークピース８０を正確に前進させるためのシート供給ベルトアセンブリ４３と、一次成形ツールアセンブリ１０と、二次成形ツールアセンブリ（例えば、バッキングローラーツールアセンブリ２０）とを含む。

【0078】

実施形態２では、実施形態１のシート供給ローラーセンブリ４０がシート供給ベルトアセンブリ４３に置き換えられ、シート供給ローラーセンブリと同様に機能する。このアセンブリは、一組のプーリ４４Ａ～４４Ｈ及びローラーを取り囲む連続エンドレスベルト４６を含む。一組のローラーは、プーリ４４が回転すると、ベルトが所定の速度でＹ軸に沿って高いけん引力をさせるために連続ベルト４６と接触して回転する。従って、ベルト４６は、ワークピース８０を、好ましくは１つの軸（実施形態２ではＹ軸として示される）に沿って前後に正確に把持及び移動させる。ベルト４６は、実施形態１のプーリ４４Ａ～４４Ｈのよりもワークピース８０の面との接触面積を広げるような構成及び寸法を有し且つそのために選択された材料でできている。実施形態２のシート供給ベルトアセンブリ４３によってワークピース８０と接触する追加の表面積はグリップを高め、ワークピースのスリップの可能性を最小限に抑えて、ワークピースのより正確な位置決めを実現する。

【0079】

例えば、少なくとも端８８又は８９に沿ってワークピース８０の両面と接触するように複数のベルトが配置される代替的な実施形態が考えられる。加えて、プーリがワークピース８０の一方の面に位置しながらワークピース８０の反対の面と接触するベルトの数がわずかに１つである場合も考えられる。

【0080】

実施形態２（例えば、図２Ａ参照）はシート供給ベルトアセンブリ４３を４組のプーリ（４４Ａ及び４４Ｂ、４４Ｃ及び４４Ｄ、４４Ｅ及び４４Ｆ、４４Ｇ（図示せず）及び４４Ｈ）と４つのベルト４６とを有するものとして示す。１つのローラーセット（４４Ａ、４４Ｂ）はワークピース８０の第１の端８８に沿って且つワークピースの第１の面（すなわち、上面）上に位置及び配置されている。第２のローラーセット（４４Ｃ及び４４Ｄ）はワークピース８０の第１の端８８に位置及び配置されているが、ワークピースの反対側の面（すなわち、第２の面又は下面）上にある。第３のローラーセット（４４Ｅ及び４４Ｆ）は、ワークピース８０の第１の端８８と平行なワークピース８０の第２の端８９に沿って位置し及び配置されている。第４のローラーセット（４４（図示せず）及び４４Ｈ）も、ワークピース８０の第１のエ端８８と平行な第２の端８９に位置及び配置されているが、ワークピースの反対側の面上にある。

【0081】

図示のように、連続ベルト４６は、複数組のプーリ４４Ａ～４４Ｈを取り囲み、端８８、８９に沿ってワークピース８０の面と接触してワークピース８０を把持し、Ｙ方向に沿って所望の位置に動かす。ベルト４６は、Ｙ軸に沿って前後へとワークピースを正確且つ予測可能で協調的に動かすために、ワークピース８０の面に一貫したけん引力を提供できるような寸法を有し且つそのように構成されていることが好ましい。

【0082】

プーリ４４Ａ又は４４Ｂのうちの少なくとも１つ及びプーリ４４Ｅ又は４４Ｆのうちの１つは、好ましくは実施形態２でＹ軸として示す１つの並進軸に沿ってワークピース８０を前後に動かして位置決めするために、様々なプーリ及び周囲ベルト４６の回転を調整及び駆動する同期モータ（図示せず）及び制御システムによって作動され得ることが好ましい。加えて又は代替的に、プーリ４４Ｃ又は４４Ｄのうちの少なくとも１つ及びプーリ４４Ｇ又は４４Ｈのうちの１つも、ワークピース８０を把持し、好ましくは実施形態２でＹ軸として示す１つの並進軸に沿って前後に動かすために、様々なプーリ及び周囲ベルトの回転を調整及び駆動する同期モータ（図示せず）によって作動され得ることが好ましい。

【0083】

シート供給ベルトアセンブリ４３のプーリ４４は、鋼、アルミニウム又は当該技術分野で知られている他の好適な材料でできたコアを含む。シート供給ベルトアセンブリ４３のベルト４６は、ウレタン、ネオプレン又は他の好適な材料で構成され、好ましくは、ガラス繊維、アラミド、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）材料等のポリアミド繊維、炭素、スチール又は当該技術分野で知られた他の好適な材料のストランドで補強されている。加えて、ベルト４６は、ベルトとワークピース８０との間の摩擦係数を高めるために、ウレタン、ニトリル、ゴム又は当該技術分野で知られているの他の好適な材料等の材料の層で被覆され得る。ベルト４６の幅、厚さ、及びジュロメータは、ワークピース８０を一次成形ツールアセンブリ１０及び二次成形ツールアセンブリと協調的に整合させるために、ワークピース８０の面に正確で一貫したけん引力を加えることができるように選択される。

【0084】

一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０を含む実施形態２の動作は、実施形態１のシート供給ローラーセンブリ４０の動作が、説明したシート供給ベルトアセンブリ４３の動作で置き換えられていることを除いて、実施形態１に関して説明したとおりである。

【0085】

シート供給ベルトアセンブリ４３、一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０は、互いに及びコンピュータエンティティと直接的又は間接的にやりとりし、それらの所望の位置におけるそれらの正確な位置決めに関する情報を送受信するように、異なるシステム（例えば、機械的、油圧的）によって制御され得る。図６Ａ～図６Ｄ及び図９に関するモータ作動の説明並びに図１０に関する制御システムも参照されたい。

【0086】

図３Ａ～図３Ｃは、本発明のＩＳＦシステムの第３の実施形態（実施形態３）を示す。この実施形態は、ワークピース８０を前進させるためのシート固定アセンブリ５０、一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０を含む。

【0087】

実施形態３では、実施形態１及び２のシート供給ローラー及びシート供給ベルトアセンブリがシート固定アセンブリ５０に置き換えられる。シート固定アセンブリ５０は、剛性フレーム５１及びリテーナ５２を含む。ワークピース８０は、剛性フレーム５１に対してワークピースの動きをしっかりと抑制可能なリテーナ５２と剛性フレーム５１との間に配置及び固定されている。シート固定アセンブリ５０は、少なくともワークピースの周囲の一部に沿ってワークピースをシート固定アセンブリ５０によって固定されて保持できるように剛性フレーム５１とリテーナ５２との間にワークピース８０を受容する構成を有することができるような寸法を有する開口を画定する。すなわち、シート固定アセンブリ５０内の開口は、一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０を利用することにより成形プロセスを行うためにワークピース８０の面へのアクセスを提供しつつ、ワークピースをシート固定アセンブリ内に固定することができるように定義されている。

【0088】

リテーナ５２は、ワークピース８０の周囲に配置された複数のクランプ（図示せず）を含み得る。クランプは、ワークピースの滑りを防止し且つシート固定アセンブリ５０内でその固定位置を保持するために、ワークピース８０及び剛性フレーム５１と係合する及び／又は十分な力を及ぼす。クランプは、開口を取り囲み、ワークピース８０を内部でしっかり固定するために、複数の端に沿って又は剛性フレーム５１の全ての端上に設けられることが好ましい。シート固定アセンブリ５０内でワークピース８０をしっかりと保持するためのクランプ又は他の機構は、当技術にしたがった手動、油圧、電気的又は磁気的な作動により、ワークピース８０上に一定の、固定された又は調整可能な力を加えるように選択され且つ配置され得る。

【0089】

実施形態３では、シート固定アセンブリ５０は、ワークピース８０をＸ－Ｙ平面内のその所望の位置へとＹ軸に沿って前後に動かしてするために、公知の手段によって前進され得る。シート固定アセンブリ５０は、実施形態１のシート供給ローラーセンブリ４０と同様な形で動作する。一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０は、実施形態１及び２に関して説明したように動作する。例えば、一次成形ツールアセンブリ１０は、シート固定アセンブリ５０内の所望の位置に固定されるワークピース８０の１つの面に隣接して位置する。バッキングローラーツールアセンブリ２０は反対側の面上に位置し、ワークピース８０との接触を維持する。

【0090】

例示として、シート固定アセンブリ５０は、シート固定アセンブリ及び固定されたワークピース８０をＹ軸に沿って前後に進めるために、１つ以上のモータ（図示せず）によって動かすことができる。その結果、シート固定アセンブリ５０は、好ましくは１つの並進軸（Ｙ軸）に沿って所望の位置へとワークピース８０を前後に正確に動かす。

【0091】

一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０を含む実施形態３の動作は、実施形態１のシート供給ローラーセンブリ４０の動作が、説明したシート固定アセンブリ４０の動作で置き換えられていることを除いて、実施形態１に関して説明したとおりである。

【0092】

シート固定アセンブリ５０、一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングローラーツールアセンブリ２０は、ワークピース８０のために所定の成形及び結果として得られる所望の形状を生成するために、互いに及びコンピュータエンティティと直接的又は間接的にやりとりし、それらの所望の位置におけるそれらの正確な位置決めに関する情報を送受信するように、異なるシステム（例えば、機械的、油圧的）によって制御され得る。図６Ａ～図６Ｄ及び図９に関するモータ作動の説明並びに図１０に関する制御システムも参照されたい。

【0093】

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明のＩＳＦシート成形機の第４の実施形態（実施形態４）を示す。この実施形態では、複数のポストによって接続及び支持されるシート固定アセンブリ６０、バッキングフラットツールアセンブリ３０を含む二次成形ツールアセンブリ及び下側プラットフォーム６３を含む３層アセンブリである。実施形態４は、実施形態１、２及び３に関して前述した一次成形ツールアセンブリ１０及びワークピース８０も含む。

【0094】

シート固定アセンブリ６０は剛性フレーム６１と、ワークピース８０の動きを抑制し且つワークピース８０を所望の位置にしっかり固定できるようにするためのリテーナ６２とを含む。シート固定アセンブリ６０と、その構成要素である剛性フレーム６１及びリテーナ６２は、実施形態３のシート固定アセンブリ５０とは異なり、シート固定アセンブリ６０は直接作動されないことを除いて、シート固定アセンブリ５０の材料、設計及び構成と同様である。

【0095】

実施形態４におけるバッキングフラットツールアセンブリ３０は、平坦な剛性プレート３１と、ワークピース８０に隣接するプレート３１の面に固定される可撓性の弾性表面材料３２の平坦な層とを含む。材料外層３２はバッキングフラットツールアセンブリ３０の平坦な外面部であってもよい。プレート３１は、鋼、アルミニウム又は当技術分野で知られた他の好適な剛性の材料でできていてもよい。

【0096】

実施形態１、２及び３の弾性層２２と同様に、実施形態４の弾性層３２は、ワークピースを成形するときに一次成形ツールアセンブリ１０によってワークピース８０に加えられる力の下で層が変形できるように選択されるデュロメータを有する変形可能で圧縮可能な弾性材料でできている。弾性層３２のために選択される材料は、ワークピースが新たに選択された位置に移動する間に、（一次成形ツールアセンブリ１０から生じる）ワークピース８０からの力が取り除かれると、元の構成に実質的に戻ることもできる。

【0097】

例えば、弾性層３２は、実施形態１に関して説明したように、エラストマー、好ましくはポリウレタンから作られ得る。あるいは、弾性層３２は、ゴム、ネオプレン又はワークピース８０と接触したときに可撓性、圧縮性及び変形可能性を有し、ワークピースともはや接触していないときには弾力性及び弾性を有することが可能なデュロメータの他の好適な材料から作られ得る。すなわち、弾性層３２のデュロメータは、ワークピース８０の材料及び最終的な所望の形状に依存して変化し得る、選択された材料の硬度、圧縮性及び弾性の値に依存する。

【0098】

実施形態４では、弾性層３２は、一般に、ショア１０Ａ～約８０Ｄ、好ましくは約３０Ａ～約９５Ａの硬度デュロメータを概して有する。選択される材料の硬度に依存して、弾性層３２の厚さは約０．０１ｍｍ～約２５ｍｍ、好ましくは約１．０ｍｍ～約５.０ｍｍの間で変化する。

【0099】

弾性層３２は、接着剤、クランプ等リテーナ又は当技術分野で知られている他の好適な取り付け方法を用いて剛性プレート３１に取り付けることによって固定される、（上述したように）弾性材料のプリフォームシートを含むことが好ましい。あるいは、弾性層３２は、当技術分野で知られた摩擦手段によって固定され得る。バッキングフラットツールアセンブリ３０を構築する別の方法は、前述の弾性材料の接着液体バージョンの平坦層をプレート３２の上面に塗布し、プレートに固定されるように材料を所定の位置で硬化させることである。弾性材料は、レベリング、機械加工、研削又は他の製造手段により好適に平坦され得る。

【0100】

実施形態４（例えば、図４Ａ及び図４Ｂを参照）では、シート固定アセンブリ６０とバッキングフラットツールアセンブリ３０との間で４つの支持ポスト６４が延在し、バッキングフラットツールアセンブリ３０と下側プラットフォーム６３との間で続けて延在する。支持ポスト６４は中実又は中空の管状部材として設けられ得る。ポスト６４は、成形プロセスの間に、一次成形ツールアセンブリ１０がワークピースに力を及ぼす間にワークピース８０の面と連続的に接触した状態で留まることができるようにバッキングフラットツールアセンブリ３０がＺ方向にポストに沿って自由に摺動できるような寸法を有し且つそのように構成されていることが好ましい。

【0101】

図４Ａでは、支持ポスト６４は、バッキングフラットツールアセンブリ３０の画定された開口内に位置するものとして示されている。しかしながら、ポスト６４は変更され得るか又は（例えば、レールシステムを含む）ワークピース８０に対してバッキングフラットツールアセンブリ３０を垂直に（すなわち、Ｚ軸に沿って）動かすことを可能にし得る当技術分野で知られた別の好適な手段で置き換えられ得る。この摺動動作により、一次成形ツールアセンブリ１０がワークピースに力を及ぼす間に、バッキングフラットツールアセンブリ３０はワークピース８０と連続的に接触した状態で留まるができるようになる。

【0102】

実施形態１～３のバッキングローラーツールアセンブリ２０の動作と同様に、バッキングフラットツールアセンブリ３０は単一の軸（図４Ａ及び図４Ｂに示すＺ軸）に沿って可動であり、ワークピース８０によって定義されるＸ－Ｙ平面に平行に、シート固定アセンブリ６０に関連して名目上平らのままでいる。

【0103】

例示として、シート固定アセンブリ６０は、１つ以上のモータ（図示せず）によって移Ｚ軸に沿って動かすことができる。シート固定アセンブリ６０、一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキングフラットツールアセンブリ３０は、互いに及びコンピュータエンティティと直接的又は間接的にやりとりし、それらの所望の位置におけるそれらの正確な位置決めに関する情報を送受信するように、異なるシステム（例えば、機械的、油圧的）によって制御され得る。図６Ａ～図６Ｄに関するモータ作動の説明及び図９に関する説明並びに図１０に関する制御システムも参照されたい。

【0104】

図４Ａ及び図４Ｂにおいて、成形ツール１０は、図示しない異なるシステム（例えば、機械的又は油圧的）によって、シート固定アセンブリ６０及びワークピース８０に対してＸ、Ｙ及びＺ方向に移動できる。シート固定アセンブリ６０の剛性フレーム６１及びリテーナ６２は、一連の支持ポスト６４を介して下側プラットフォーム６３に固定され得る。プレート３１及び弾性層３２を含むバッキングフラットツールアセンブリ３０は、シート固定アセンブリ６０と下側プラットフォーム６３との間に位置する。

【0105】

図５は、実施形態４の動作のための代替的な方法を示す。図５において、実施形態４は、垂直マシニングセンタ７０（以下、ＶＭＣ）に組み込まれている。この例では、一次成形ツールアセンブリ１０はＶＭＣ７０のスピンドルアセンブリ７２に挿入されている。下側プラットフォーム６３は、ＶＭＣ７０のワークテーブルアセンブリ７１に固定されている。

【0106】

図４Ａ及び図４Ｂに関して説明したように、図５では、シート固定アセンブリ６０の剛性フレーム６１及びリテーナ６２は、一連の支持ポスト６４を介して下側プラットフォーム６３に固定され得る。剛性プレート３１及び弾性層３２を含むバッキングフラットツールアセンブリ３０は、シート固定アセンブリ６０と下側プラットフォーム６３との間に配置される。結果として得られる３層の装置は、ＶＭＣ７０を介して一次成形ツールアセンブリ１０に対して３つの方向に（Ｘ、Ｙ及びＺ軸に沿って）制御可能に動かすことができる。

【0107】

スピンドルアセンブリ７２と共にワークテーブルアセンブリ７１を動かすことにより、ＶＭＣ７０は、ワークピース８０の３つの軸（Ｘ、Ｙ及びＺ軸）に沿って、一次成形ツール１０に対して並進動作を提供する。例えば、当技術分野で知られているように、ＶＭＣ７０のモーションコントローラー、第２の制御装置又は２つ（図示せず）の組み合わせを介して、Ｚ軸に沿ったバッキングフラットツールアセンブリ３０の垂直な動きを同期させることができる。さらに、バッキングフラットツールアセンブリ３０は、ＶＭＣ７０と協調して、１つ以上のモータによってワークピース８０の方に又はワークピース８０から離れるようにＺ軸に沿ってさらに動かされ得る。図６Ａ～図６Ｄに関するモータの作動の説明、図９に関する説明及び図１０に関する制御システムの説明も参照されたい。

【0108】

例えば、水平マシニングセンタ及び５軸上で動作するマシニングセンタ等の、当技術分野で知られている他の種類のマシニングセンタを用いる代替の実施形態が可能であり、本明細書で考えられる。追加の実施形態は、本明細書で開示する原理から逸脱することなく、一次成形ツールアセンブリ１０およびバッキングフラットツールアセンブリ３０を当技術分野に従って他の既存の機械に組み込むことも含み得る。

【0109】

図６Ａ～図６Ｄ、図７、図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の実施形態に係る、例示の作業経路に沿って一連のインクリメンタル成形ステップを受けるワークピース８０の例示的な断面図をそれぞれ示す。

【0110】

図６Ａ～図６Ｄは、本発明の実施形態に係る、平坦なシート（例えば、図６Ａを参照）として始まり、最終的な構成８１（例えば、図６Ｄを参照）に成形されるまでの一連のインクリメンタル成形ステップを受けるワークピースの例示の正面断面図を示す。

【0111】

より具体的には、図６Ａ～図６Ｄは、一次成形ツールアセンブリ１０、ワークピース８０及びバッキング成形ツールアセンブリ９０を示す。バッキング成形ツールアセンブリ９０は、剛性バッキング９１に固定された弾性面材料層９２（又はバッキングツールアセンブリ９０の外面部）を含む。バッキング成形ツールアセンブリ９０は、弾性層２２及びコア２１を備える弾性バッキングローラーツールアセンブリ２０（例えば、図１Ａ～図１Ｃ、図２Ａ～図２Ｃ及び図３Ａ～図３Ｃ参照）を含むか又は弾性層３２及び剛性プレート３１を備えるバッキングフラットツールアセンブリ３０（例えば、図４Ａ～図４Ｂ及び図５参照）を含む、先の実施形態のいずれかの二次成形ツールアセンブリを表す。

【0112】

成形プロセスの間、ワークピース８０は一次成形ツールアセンブリ１０とバッキング成形ツールアセンブリ９０との間で押圧される。一次成形ツールアセンブリ１０はワークピース８０の一方の面に制御された力を及ぼす。その結果、ワークピース８０は変形し、弾性層９２に力を与える。そして、弾性層９２が圧縮され、ワークピース８０の反対側の面から反力を加えて、ワークピースを、一次成形ツールアセンブリ１０を取り囲む局部領域又は接触部でワークピースを支持する。その結果、ワークピース８０は可塑的且つ永久的に成形される。

【0113】

弾性層９２は、ワークピース８０と接触している間圧縮された状態で留まる。しかしながら、バッキング成形ツールアセンブリ９０がＺ軸に沿ってワークピース８０から離れて別の予めプログラムされた所定の位置に移動すると、弾性層９２はその圧縮される前の構成に戻る。

【0114】

成形プロセスの間、一次成形ツールアセンブリ１０はその硬度及び剛性のために堅固なままである。ワークピース８０は、その可塑性及び柔軟性から、一次成形ツールアセンブリ１０によって加えられる力によって容易に且つ永久的に成形される。次に、弾性層９２もワークピース８０によってそれに加えられる力によって一時的に変形する。

【0115】

動作において、弾性層９２は、選択された材料、その厚さ及びワークピース８０の寸法に依存して、約０．００１～約０．２インチ以上、好ましくは約０．００５～約０．１インチの範囲でＺ軸に対して圧縮され得る。

【0116】

図６Ａ～図６Ｄにおいて、一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキング成形ツールアセンブリ９０は、ワークピース８０への局所的な制御された力をもたらす所定の又は予めプログラムされた動きを有する電気機械式の位置決めシステムによって制御されることが好ましい。すなわち、この結果及びワークピース８０の所望の成形を得るために、様々なツールの制御された位置決めを確立することに関連するＣＮＣプログラミング技術が利用される。図６Ａ～図６Ｄに示すワークピース８０の成形の進行を制御する手段は、図７、図８Ａ、図８Ｂ、図１０に関して以下でさらに説明する。

【0117】

全ての実施形態はそのような電気機械式の手段によって作動されることが好ましい。サーボモータは好ましい電気機械式の駆動手段である。電気機械式の駆動手段としてステッパモータも使用可能である。加えて、代替的に、機械システムの作動軸の１つ以上に対して精密油圧を利用してもよい。図１０及びそれに付随する説明も参照されたい。

【0118】

あるいは、一次成形ツールアセンブリ１０又はバッキング成形ツールアセンブリ９０又は双方のツールは圧力の関数として制御されてもよい。この代替的な方法では、一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキング成形ツールアセンブリ９０のいずれか又は両方は、ワークピース８０に目標の力を及ぼす電気機械式の位置決めシステムによってＺ方向に制御される。これにより、圧力制御ツールは、ワークピース８０の対応する面に所定の圧力を維持するために、Ｚ軸におけるそれらの位置を変えることができる。すなわち、特定の圧力値に関連する他の公知のＣＮＣプログラミング技術が利用される。参照によりその全内容が本願に組み込まれる米国特許第７５３６８９２号を参照されたい。

【0119】

図７に見られるように、一次成形ツールアセンブリ１０は、例示的に、元のワークピース８０によって画定される平面からオフセットされた平面上を、外側ツール経路８３に沿って移動する。一次成形ツールアセンブリ１０はＺ軸に沿って前進し、図６Ａ～図６Ｄに示すように、制御された力をワークピース８０に加える。そして、一次成形ツールアセンブリ１０が外側ツール経路８３に沿って移動すると、一次成形ツールはワークピース８０に対して力の印加を続ける。ワークピース８０が成形されている間、二次成形ツールアセンブリ（例えば、バッキング成形ツールアセンブリ９０）の弾性層９２も変形し、反対の面からワークピースに対して制御された反力を印加する。その結果、ワークピース８０は、成形ツールアセンブリ１０によって接触される領域において局所化された力を受け、選択されたツール経路に沿って塑性的に成形される。

【0120】

さらなる例示として、図７は、ワークピースの成形がワークピースの中心に向かって増加する、複数のツール経路を有する１つのワークエリアを有するワークピース８０を示す。その結果、第１のツール経路８３の実行が完了すると、バッキング成形ツールアセンブリ９０は、ワークピース８０の下面から（Ｚ軸に沿って）所定の距離離れ、一次成形ツールアセンブリ１０は、、一次成形ツールアセンブリ１０からのワークピース上の成形力に対抗するためにワークピースに十分な反力を提供するため、Ｚ軸に沿って第２のツールパス８４に沿ってワークピース８０の方に移動する。バッキング成形ツールアセンブリ９０は、一次成形ツールアセンブリ１０の動きと連動して連続的に移動して、間にワークピースがある状態で一次成形ツールアセンブリの先端の実質的に反対側で留まる。その結果、局所化された成形力がワーク上に維持される。

【0121】

一次成形ツールアセンブリ１０は、ワークピースを弾性層９２に押し込むことによってワークピース８０の表面を成形する（図６Ａ及び図７参照）。終了すると、次のツール経路８４（図７参照）上で成形プロセスが再度始まる。成形プロセスが完了し、ワークピース８０がその最終的な構成８１（図６Ｂ、図６Ｄ及び図７参照）に成形されるまで、各連続ツール経路に基づいてプロセスが繰り返される（図６Ｂ及び図７参照）。

【0122】

図８Ａ及び図８Ｂに示すように、シート材料当たり２つ以上の成形又はワーク領域１００を有する構成を生成するために他のツール経路方法が用いられ得る。具体的には、図８Ａ及び図８Ｂは、互いに離れた２つのワーク領域１００を有するワークピース８０を示す。これらの図は、本発明の実施形態に係る一連のインクリメンタル成形ステップを受けるワークピース８０上の２つの別々のワーク領域に複数の成形を成形するための方法を示す。この方法は、１つ以上のワーク領域を有するワークピースに適用可能である。

【0123】

図８Ａはツール経路１０１～１０８を示す。ツール経路１０１、１０３、１０５及び１０７は一次成形領域１００に適用可能であり、ツール経路１０２、１０４、１０６及び１０８は第２の成形領域１００に適用可能である。

【0124】

図８Ｂは、本発明の実施形態に係る一連のインクリメンタルマルチ成形ステップを受けてその新たに成形された最終構成８１されたワークピースの例示の最終的な正面断面図を示す。より具体的には、図８Ｂは一次成形ツールアセンブリ１０及び二次成形ツールアセンブリ（例えば、バッキング成形ツールアセンブリ９０）を示す。二次成形ツールアセンブリは弾性層９２（実施形態１～３の弾性層２２及び実施形態４の弾性層３２に対応）及び剛性バッキング９１（実施形態１～３のコア２１及び実施形態４の剛性プレート３１に対応）を含む。

【0125】

この例では、一次成形ツールアセンブリ１０はツール経路１０１～１０８を数字順（すなわち、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７及び最後に１０８の順）を進む。この例では、ツール経路１０１及び１０２、１０３及び１０４、１０５及び１０６、１０７及び１０８のそれぞれは、Ｚ軸上の実質的に同じ位置でＸ－Ｙ平面に沿って位置する。

【0126】

この例示のインクリメンタル成形方法によれば、一次成形ツールアセンブリ１０は、ツール経路１０１の長さに沿ったどこかにあるツール経路１０１の選択されたＺ軸位置に移動する。弾性バッキング成形ツールアセンブリ９０は、ツール経路１０１と実質的に同じである、ツール経路１０１のものと実質的に同じＺ軸位置（又はＺ軸方向の正又は負の位置における予め選択された次元オフセット（dimensional offset））へとＺ軸方向に移動する。そして、一次成形ツールアセンブリ１０は、ワークピース８０が成形され、弾性バッキング成形ツールアセンブリ９０がワークピースを支持するように、ツール経路１０１に沿って力を及ぼすことに進む。ツール経路１０１に沿った移動が完了すると、次に、一次成形ツールアセンブリ１０はワークピース８０から離れて、ワークピース８０の元のＸ－Ｙ基準面８２を通過して、Ｘ－Ｙクリアランス面１０９（図８Ｂ参照）へとＺ軸方向に引っ込められる。

【0127】

クリアランス平面１０９は、一次成形ツールアセンブリ１０がワークピース８０の表面と接触しないように、基準面８２から十分な距離離れて位置する。次に、一次成形ツールアセンブリ１０は、依然クリアランス面１０９に沿って位置しながら、ツール経路１０２の上の新たに選択されたＸ－Ｙ位置に進む。次に、一次成形ツールアセンブリ１０は、ツール経路１０１のために以前選択されたのと実質的に同じツール経路１０２上のＺ軸位置へとツーワークピース８０の方に移動する。

【0128】

一次成形ツールアセンブリ１０は、ワークピース８０が成形され、弾性バッキング成形ツールアセンブリ９０がワークピースを支持すると、ツール経路１０２に沿って力の印加を進める。その結果、ツール経路１０２に沿ったワークピース８０の成形量は、実質的にツール経路１０１に沿ったものと同じ量になる。ツール経路１０１及びツール経路１０２に沿った一次ツールアセンブリ１０の移動の間、この例では、バッキング成形ツールアセンブリ９０のＺ軸上の位置は変化していない。

【0129】

一次成形ツールアセンブリ１０は、ワークピース８０から離れて元の基準面８２を通過し、クリアランス面１０９に戻るようにＺ軸方向に再度引っ込められる。次に、一次成形ツールアセンブリ１０は、ツール経路１０３の上方のＸ－Ｙ位置に進む。弾性バッキング成形ツールアセンブリ９０も、ワークピース８０から離れて予め選択されたＺ軸位置（又はＺ軸方向における正又は負の次元における次元オフセット）に移動する。次に、一次成形ツールアセンブリ１０は、ツール経路１０３の選択されたＺ軸レベルに移動し、ツール経路１０３に沿って進む。ツール経路１０３に沿って成形が完了すると、一次成形ツールアセンブリ１０は、依然クリアランス面１０９に沿って位置しながら、ツール経路１０４上の新たに選択されたＸ－Ｙ位置に進む。次に、一次成形ツールアセンブリ１０は、ツール経路１０１について先に選択されたのと実質的に同じであるツール経路１０４上のＺ軸位置へとワークピース８０の方に移動する。

【0130】

一次成形ツールアセンブリ１０は、ワークピース８０が成形され、弾性バッキング成形ツールアセンブリ９０がワークピースを支持すると、ツール経路１０４に沿って力の印加を進める。その結果、ツール経路１０４に沿ったワークピース８０の成形量は、実質的にツール経路１０１に沿ったものと同じ量になる。ツール経路１０３及びツール経路１０４に沿った一次ツールアセンブリ１０の移動の間、この例では、バッキング成形ツールアセンブリ９０のＺ軸上の位置は変化していない。

【0131】

次いで、この方法は、ワークピース８０が複数の成形箇所を有する最終的な形状に成形されるまで、ツール経路１０５及び１０６、１０７及び１０８について繰り返され且つ継続される。すなわち、実質的に同じＺ軸レベルで成形されるべきツール経路は、実質的に同じＺ軸レベルの最終的な構成を有する全てのツール経路を成形するために全て順番に処理される。

【0132】

本発明の方法によれば、単一のシート材料上の複数の成形箇所は同じの最終形状又は同じの最終的な成形量を有する必要はない。複数の成形箇所の異なる構成が単一のシート材料上で必要な場合、上記のインクリメンタルプロセスは、複数の成形箇所について最小の成形量が考えられるツール経路に沿って開始され得る。次いで、プロセスは、次の成形量が考えられるツール経路に進み、次いで、全てのツール経路構成が完了し、最終的な形状が得られるまで続けられる。

【0133】

図９Ａ～図９Ｃは、本発明に係る様々な一次成形ツールアセンブリの断面図を示す。

【0134】

図９Ａは、任意の好適な剛性材料、通常は硬化鋼又は工業セラミックで作られた固体ツールを含む一次成形ツールアセンブリ１０を示す。ワークピース８０と接触する一次成形ツールアセンブリの先端は任意の形状とすることができる。用途に応じて、先端は球形であることが好ましい。一次成形ツールアセンブリ１０は、金属加工ツールに関して当該技術分野で知られている、さらなる硬化又はコーティング等の表面処理も有し得る。

【0135】

図９Ｂは、ツールシャフト１２及び取り付けられたツール先端部１１を含む一次成形ツールアセンブリ１０を示す。ツールシャフト１２は任意の好適な材料、通常は硬化鋼で作ることができる。ツールシャフト１２は、金属加工ツールに関して当該技術分野で知られている、さらなる硬化又はコーティング等の表面処理も有し得る。

【0136】

ツール先端部１１は球状であることが好ましいが、他の形状も可能であり、考えられる。ツール先端部１１は任意の好適な硬質で剛性の材料、好ましくはセラミック又はスチール合金で作られ得る。ツール先端部１１は、機械的に又は接着のいずれかでツールシャフト１２に固定取り付けされ得る。代替的に、ツールチップ１１は、後述するように、ツールシャフト１２によって保持され、ツールシャフト１２に対して自由に回転するように設計され得る。

【0137】

図９Ｃは、ツールシャフト１２、ツール先端部１１及びツール先端部１１とツールシャフト１２との間に位置する滑り軸受１３を含む一次成形ツールアセンブリ１０を示す。この実施形態は、回転する先端を有するボールペンと同様に作用する。

【0138】

一次成形ツールアセンブリ１０の全て又は一部（例えば、先端部１１）は、工業グレードのセラミック材料を含むことが好ましい。すなわち、図９Ａ～図９Ｃのそれぞれにおける１つ以上のコンポーネント１１、１２及び１３は、ワークピース８０の硬度よりも硬度が高いエンジニアリングセラミックで作られ得る。ワークピース８０の実際の材料に応じて、限定されないが窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素及び酸化アルミニウム等の酸化セラミック及び非酸化物セラミックを含む、多くの技術又は工学グレードのセラミックが用いられ得る。多くの場合、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）セラミックが好ましい。一次成形ツールアセンブリ１０及びそのツール先端部１１の硬度は、ワークピース８０の硬度よりも大きい。

【0139】

成形されるワークピースのサイズ及び必要とされる最終的な成形に応じて、ツール先端部１１は球状であることが好ましく、その直径は約０．１２５インチ～約２．０インチの範囲であることが好ましく、より大きいワークピースの場合は約０．５０インチ～約１．５０インチであることがより好ましく、より小さなワークピースの場合は約０．１２５インチ～約０．５０インチであることが好ましい。

【0140】

一次成形ツールアセンブリ１０の一部としてエンジニアリンググレードのセラミックを組み込むことにより、従来技術の装置で必要となり得るワークピースの一定の潤滑の必要性が最小限に抑えることも分かった。本発明の方法に従って工業用セラミック（例えば、とりわけ窒化ケイ素）の球状ボールは、本発明の方法に従ってツール先端部１１として用いられた場合、ワークピース８０に加えられる力及び結果として生じる摩擦にもかかわらず、破砕しないため有利である。これらの工業用セラミックの先端部は、シート金属等の材料の成形されたシート材料に対して研磨又はバニシ仕上げも施す。

【0141】

滑り軸受１３に好適な材料としては、限定されないが、既知の軸受材料に従ってセラミック、金属又はプラスチックが挙げられる。

【0142】

図１０は、同期制御システムと組み合わせた本発明の実施形態の部分断面図を示す。図１０は、同期コントローラーセンブリ８５、非接触測定センサ８６及び接触測定センサ８７を示す。図１０は、一次成形ツールアセンブリ１０及び二次成形ツールアセンブリ（例えば、バッキング成形ツールアセンブリ９０）も示す。二次成形ツールアセンブリは弾性層９２（実施形態１～３の弾性層２２及び実施形態４の弾性層３２に対応）及び剛性バッキング９１（実施形態１～３のコア２１（例えば、図１Ａ～図１Ｂ、図２Ａ～図２Ｂ及び図３Ａ～図３Ｂ参照）及び実施形態４の剛性プレート３１(例えば、図４Ａ～図４Ｂ及び図５参照)に対応)を含む。

【0143】

図１０では、１つ以上のコントローラー又は制御モジュールが、上述の実施形態で説明したコンポーネントに適用可能な同期制御動作のために提供され得る。例示として、同期コントローラーセンブリ８５は、先の実施形態のシート供給ローラーセンブリ４０（例えば、図１Ａ～図１Ｃ参照）又はシート供給ベルトアセンブリ４３（例えば、図２Ａ～図２Ｃ参照）又はシート固定アセンブリ５０（例えば、図３Ａ～図３Ｃ参照）又はワークテーブルアセンブリ７１(例えば、図５を参照)（全てのコンポーネントが図１０に示されているわけではない）、一次成形ツールアセンブリ１０及び二次成形ツールアセンブリ９０（例えば、バッキングローラーツールアセンブリ２０（例えば、図１Ａ～図１Ｂ、図２Ａ～図２Ｂ及び図３Ａ～図３Ｂ参照）又はバッキングフラットツールアセンブリ３０（例えば、図４Ａ～図４Ｂ及び図５参照）の正確な位置決めを監視及び制御する。同期コントローラーセンブリ８５は様々なサブシステムと直接やりとりし得る。あるいは、同期コントローラーセンブリ８５は、各サブシステムの位置情報を取得することによって間接的にやりとりして、協調制御を決定及び提供する。

【0144】

図１０では、同期コントローラーセンブリ８５は、当該技術に従ったＮＣ（数値制御）データに基づいて動作し得る。同期コントローラーセンブリ８５は、設計仕様にワークピース８０を成形するために、数値制御データが導出されるＣＡＤデータを受信するように適合され得る。コントローラーセンブリ８５は、ワークピース８０と物理的に接触する接触センサ８７を介して又は非接触センサ８６（すなわち、レーザー又は光学式計測システム）を介して物理的接触なしで、ワークピース８０の位置及び成形プロセスを監視し得る。同期コントローラーセンブリ８５、接触センサ８７及び非接触センサ８６を含む制御システムは、本発明の成形プロセスの開始時に、好ましくは成形プロセス全体を通して、ワークピース８０の位置を監視し得る。

【0145】

図１０によれば、上述したように、ワークピース８０の成形の経路に沿った特定位置でのワークピース８０の成形量を測定するために、非接触センサ８６又は接触センサ８７が設けられている。センサ８６又は８７から得られた測定値は、成形の経路に沿った同じ特定位置での所定の成形量と比較される。得られた比較測定値はコントローラーセンブリ８５に中継される。次いで、コントローラーセンブリ８５は、所定の形状にワークピースを所定の形状に成形するために、経路に沿った予めプログラムされた必要な成形量に対して一次成形ツールアセンブリ１０及びバッキング成形ツールアセンブリ９０のうちの少なくとも一方の位置を調整する。米国特許第７５３６８９２号も参照されたい。

【0146】

図１０に示す制御システムは好ましい実施形態に関連して示されているが、この制御システムは、本明細書に記載の本発明の実施形態のいずれかと共に利用できる。

【0147】

本明細書では本発明の詳細な実施形態が開示されている。しかしながら、開示された実施形態は、様々な及び代替的な形態で実施され得る本発明の例示にすぎないことを理解すべきである。図面はかならずしも縮尺通りではない。特定のコンポーネントの詳細を示すために、いくつかの特徴は誇張されているか又は最小化されていることがある。したがって、本明細書で開示した特定の構造及び機能に関する詳細は限定的として解釈すべきではなく、特許請求の範囲のための表現的な根拠及び／又は本発明を様々な形で用いるために当業者に教示するための表現的な根拠として解釈すべきである。

【0148】

さらに、図では、様々なコンポーネント(例えば、シート供給ローラーセンブリ４０又はシート供給ベルトアセンブリ４３又はシート固定アセンブリ５０又はシート固定アセンブリ６０；一次成形ツールアセンブリ１０；及びバッキングローラーツールアセンブリ２０又はバッキングフラットツールアセンブリ３０又はバッキング成形ツールアセンブリ９０)の互いに対する動作に関して、三次元直交座標系のＸ、Ｙ及びＺ軸が参照されている。様々なコンポーネントの動作は、適用可能なように、他のコンポーネントのそれぞれの動作及び基準面に関連して示すことを意図したものであると理解すべきである（すなわち、インクリメンタル成形の前のワークピースの初期構成によって定義される）。

【0149】

加えて、第１又は第２の面、上若しくは下又は垂直若しくは水平等であると特定の面を参照した。そのような方向の説明は、該当する図に示されているように、適切なＸ、Ｙ、およびＺ軸に関して考慮されることを意図している。

【0150】

さらに、図１Ａ、図６Ａ～図６Ｄ及び図８ＢのＸ－Ｙ平面８２として基準面を示した。簡単のために、基準面は他の図面には示されていないが、インクリメンタル成形の前のＸ－Ｙ平面に沿ったワークピース８０の初期の概ね平坦な構成であることを意図している。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】