特表 2023-512716 テープ積層機械の切断組立体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-28

(54)【発明の名称】テープ積層機械の切断組立体

(51)【国際特許分類】

   B65H 35/08 20060101AFI20230320BHJP

   B26D 1/60 20060101ALI20230320BHJP

   B26D 7/20 20060101ALI20230320BHJP

   B26D 7/08 20060101ALI20230320BHJP

【ＦＩ】

B65H35/08

B26D1/60 D

B26D1/60 H

B26D7/20

B26D7/08 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022547832

(86)(22)【出願日】2020-09-23

(85)【翻訳文提出日】2022-09-29

(86)【国際出願番号】 US2020052109

(87)【国際公開番号】W WO2021158263

(87)【国際公開日】2021-08-12

(31)【優先権主張番号】62/971,040

(32)【優先日】2020-02-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518127543

【氏名又は名称】フィブ・マシニング・システムズ，インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100137039

【弁理士】

【氏名又は名称】田上 靖子

(72)【発明者】

【氏名】ボローズ，ニコラス

(72)【発明者】

【氏名】コーチャル－ラングレン，ダンカン

(72)【発明者】

【氏名】カステネーダ，コディ

(72)【発明者】

【氏名】ガセック，ニコラス

(72)【発明者】

【氏名】コチョン，アマンダ

【テーマコード（参考）】

3C021

【Ｆターム（参考）】

3C021GA05

3C021GA07

(57)【要約】

複数の複合材テープセグメントを付着させるテープ積層ヘッドのための切断組立体が、複合材テープの移動の方向において複合材テープに隣接してテープ積層ヘッドに対して摺動するように構成された切断装置キャリッジと、切刃および切断用アンビルを備える、切断装置キャリッジによって担持される切断装置組立体であって、切刃が、テープ積層ヘッドを通って複合材テープが移動するのと等しい速度で切断キャリッジが移動する間において、複合材テープを切断するように構成される、切断装置組立体と、有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の複合材テープセグメントを適用するテープ積層ヘッドのための切断組立体であって、
複合材テープの移動の方向において複合材テープに隣接して前記テープ積層ヘッドに対して摺動するように構成された切断装置キャリッジと、
切刃および切断用アンビルを備える、前記切断装置キャリッジによって担持される切断装置組立体であって、前記切刃が、前記テープ積層ヘッドを通って複合材テープが移動するのと等しい速度で前記切断キャリッジが移動する間において、前記複合材テープを切断するように構成される、切断装置組立体と
を備える、切断組立体。

【請求項2】

レールをさらに備え、前記レールの上で前記テープ積層ヘッドに対して前記切断装置キャリッジが摺動する、請求項１に記載の切断組立体。

【請求項3】

前記切断装置キャリッジが、前記テープ積層ヘッドを通って複合材テープが移動するのと等しい速度で複合材テープの移動の前記方向に移動する、請求項１に記載の切断組立体。

【請求項4】

前記切断用アンビルが枢動する、請求項１に記載の切断組立体。

【請求項5】

前記切断組立体がナイフ高さ軸を有する、請求項１に記載の切断組立体。

【請求項6】

前記切断組立体がナイフ回転軸を有する、請求項１に記載の切断組立体。

【請求項7】

ブレード角度センサをさらに備える、請求項１に記載の切断組立体。

【請求項8】

ブレード深さセンサをさらに備える、請求項１に記載の切断組立体。

【請求項9】

前記切断装置組立体が超音波切断装置である、請求項１に記載の切断組立体。

【請求項10】

複合材テープの移動の前記方向に前記切断装置キャリッジを移動させるように構成された線形モーターをさらに備える、請求項１に記載の切断組立体。

【請求項11】

複数の複合材テープセグメントを適用するためのテープ積層ヘッドであって、
複合材テープの供給リールおよび複数の方向転換ローラーを担持するフレームと、
前記フレームに摺動可能に連結される切断組立体であって、前記切断組立体が、
複合材テープの移動の方向において複合材テープに隣接して前記テープ積層ヘッドに対して摺動するように構成された切断装置キャリッジ、
前記テープ積層ヘッドを通って複合材テープが移動するのと等しい速度で複合材テープの移動の前記方向に前記切断装置キャリッジを移動させるように構成された線形モーター、および
切刃および切断用アンビルを備える、前記切断装置キャリッジによって担持される切断装置組立体であって、前記切刃が、前記テープ積層ヘッドを通って複合材テープが移動するのと等しい速度で前記切断キャリッジが移動する間において、前記複合材テープを切断するように構成される、切断装置組立体
を備える、切断組立体と
を備える、テープ積層ヘッド。

【請求項12】

レールをさらに備え、前記レールの上で前記テープ積層ヘッドに対して前記切断装置キャリッジが摺動する、請求項１１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項13】

前記切断用アンビルが枢動する、請求項１１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項14】

前記切断組立体がナイフ高さ軸を有する、請求項１１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項15】

前記切断組立体がナイフ回転軸を有する、請求項１１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項16】

ブレード角度センサをさらに備える、請求項１１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項17】

ブレード深さセンサをさらに備える、請求項１１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項18】

前記切断装置組立体が超音波切断装置である、請求項１１に記載の切断組立体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連特許出願の相互参照
[0001]本出願は、その内容全体が本明細書に組み込まれている、２０２０年２月６日に出願した米国仮特許出願第６２／９７１，０４０号の優先権の利益を主張する国際特許協力条約の特許出願である。

【0002】

[0002]本出願はテープ積層機械に関し、より詳細には、テープ積層ヘッドに含まれる切断組立体に関する。

【背景技術】

【0003】

[0003]テープ積層機械は複合被加工物（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）を作り出すのに使用される。樹脂を含侵した繊維材料の形態の複合材料が、一体に複合被加工物を形成するために、テープ積層機械により、正確なロケーションおよび長さで付着される。テープ積層機械が、複合被加工物の最終形状で複合材テープを正確に付着させるために、テープ積層ヘッドを移動させる。テープ積層ヘッドが移動するとき、テープ積層ヘッドが区間（ｃｏｕｒｓｅ）、または索引とも称される複数の複合材テープセグメントを残す。これらの複合材テープセグメントを自動で付着させることは、複合材テープを保持し、移動させ、最終的に切断する機械の多様な集合体の協働を伴う。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

[0004]所定の量の複合材テープがテープ積層ヘッドを通って移動させられた後、テープ積層ヘッドがテープを切断することができ、選択した長さの複合材テープを作り出すことができる。しかし、切断のプロセス中、テープ積層ヘッドが、テープを正確に切断するために、複合材テープの移動を停止させることが必要となる可能性がある。テープ積層ヘッドを通る複合材テープの移動を停止させることは、複合被加工物（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）を形成することができる速さを低下させ得る。

【課題を解決するための手段】

【0005】

[0005]一実装形態では、複数の複合材テープセグメントを付着させるテープ積層ヘッドのための切断組立体が、複合材テープの移動の方向において複合材テープに隣接してテープ積層ヘッドに対して摺動するように構成された切断装置キャリッジと、複合材テープの移動の方向に切断装置キャリッジを移動させるように構成された線形モーターと、切刃および切断用アンビルを備える、切断装置キャリッジによって担持される切断装置組立体であって、切刃が、テープ積層ヘッドを通って複合材テープが移動するのと等しい速度で切断キャリッジが移動する間において、複合材テープを切断するように構成される、切断装置組立体と、有する。

【0006】

[0006]別の実装形態では、複数の複合材テープセグメントを付着させるためのテープ積層ヘッドが、複合材テープの供給リールおよび複数の方向転換ローラーを担持するフレームと、フレームに摺動可能に連結される切断組立体であって、切断組立体が、複合材テープの移動の方向において複合材テープに隣接する、テープ積層ヘッドに対して摺動するように構成された切断装置キャリッジ、テープ積層ヘッドを通って複合材テープが移動するのと等しい速度で複合材テープの移動の方向に切断装置キャリッジを移動させるように構成された線形モーター、および、切刃および切断用アンビルを備える、切断装置キャリッジによって担持される切断装置組立体であって、切刃が、テープ積層ヘッドを通って複合材テープが移動するのと等しい速度で切断キャリッジが移動する間において、複合材テープを切断するように構成される、切断装置組立体、を備える、切断組立体と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】[0007]テープ積層機械の実装形態を示す斜視図である。

【図2】[0008]テープ積層ヘッドの実装形態を示す斜視図である。

【図3】[0009]テープ積層ヘッドの一部分の実装形態を示す別の斜視図である。

【図4】[0010]テープ積層ヘッドの一部分の実装形態を示す別の斜視図である。

【図5】[0011]テープ積層ヘッドと共に使用される切断組立体の実装形態を示す別の斜視図である。

【図6】[0012]テープ積層ヘッドと共に使用される切断組立体の実装形態を示すプロフィール図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

[0013]テープ積層機械が、複合材テープ経路に隣接して、複合材テープ経路に沿って摺動する切断組立体を有する。切断組立体が、切断組立体に隣接して複合材テープが通過するときと等しい速さで移動する切断装置キャリッジを有することができ、その結果、複合材テープセグメントが移動しながら切断され得る。したがって、切刃と複合材テープとの間の相対移動がない場合において、または切刃がテープを横断するまでのみにおける切刃と複合材テープとの間の一定程度の相対移動が行われる場合において、複合材テープの縁部に隣接するように切刃が位置決めされることになるように、切断組立体が、複合材テープの移動と協調して移動することができる。これにより、プラムカットなどのある特定の切断をより正確に行うのを支援することができる。

【0009】

[0014]テープ積層機械１０の実装形態が図１に示される。テープ積層機械１０が、テーブル基部１６の上でテープ積層ヘッド１４を移動可能に担持するガントリー１２を有し、テーブル基部１６の上で、複数の複合材テープセグメントから複合パーツが形成される。ガントリー１２が、垂直方向支持体１８の上側端部に取り付けられた水平方向支持体２０またはビームを介して接合された垂直方向支持体１８を有することができる。ガントリー１２が、Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ ＣＨＡＲＧＥＲ ＡＴＬまたはＧＥＭＩＮＩなどの、多軸テープ積層機械１０として実装され得る。一実装形態では、テープ積層機械１０がテープ積層ヘッド１４の６軸運動を可能にすることができる。垂直方向支持体１８の底部がＸ軸に沿ってテーブル基部１６に対して直線に移動することができる。垂直方向支持体１８の底部が、Ｘ軸に沿ってガントリー１２を移動させるためにレール２２またはホイールの上で移動することができる。一実施形態では、レール２２がテーブル基部１６上に含まれ得、その結果、垂直方向支持体１８がテーブル上に載置されることになる。別の実装形態では、レール２２が、テープ積層機械１０が装着されるところのフロア上に形成されてもよい。ラム２４が、Ｚ軸に沿ってテーブル基部１６に対してテープ積層ヘッド１４を上昇および降下させるためにテープ積層ヘッド１４を担持することができる。テープ積層ヘッド１４が、テープ積層ヘッドに対して遠位側のラム２４の端部で、水平方向支持体２０に摺動可能に接続され得る。この摺動可能な接続装置が、テーブル基部１６上でフレームをＹ軸に移動させるのを可能にすることができる。テープ積層ヘッド１４とラム２４との間の解除可能な接続装置２６が、テープ積層ヘッドの取り外しおよび交換を可能にすることができる。垂直方向支持体１８およびラム２４が、交換ステーション２８に対してテープ積層ヘッド１４を位置決めするために、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸に沿って移動することができる。次いで、別のテープ積層ヘッド１４がラム２４に連結され得、ガントリー１２によりテーブル基部１６上の定位置まで移動させられ得る。

【0010】

[0015]垂直方向支持体１８およびラム２４を含めた、ガントリー１２の移動が、オペレータステーション３０で制御され得る。オペレータステーション３０が、ガントリー１２のモーションおよび位置さらにはテープ積層ヘッド１４の動作を制御することを目的として、流体ラム、電気モーター、または他の駆動要素の運動を制御することができる実行可能命令を有するコンピュータ可読記憶媒体と通信状態にある１つまたは複数のマイクロプロセッサ（図示せず）を有する。マイクロプロセッサが、マイクロコントローラ、ホストプロセッサ、制御装置、および特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含めた、電子命令を処理することができる任意の種類のデバイスであってよい。マイクロプロセッサが、ガントリー１２の制御のみを実行するのに使用される専用プロセッサであってよいか、または他の機械機能と共有されてもよい。マイクロプロセッサが、記憶装置に保存されているソフトウェアプログラムまたはファームウェアプログラムなどの、種々の種類のデジタル式に保存されている命令を実行する。ガントリー１２およびテープ積層ヘッド１４を移動させる、流体ラムまたは電気モーターなどの、機構と、マイクロプロセッサと、の間の通信が、通信バスを介して実行され得る。

【0011】

[0016]テープ積層ヘッド１４が、ヘッドをラム２４に解除可能に取り付ける解除可能な接続装置２６に結合されたフレーム３２を有する。フレーム３２が複合材テープ３６を担持する供給リール３４を支持することができ、複合材テープ３６が最終的には圧縮組立体３８に供給され、圧縮組立体３８がテープ３６をテーブル基部１６に適用する。途中では、複合材テープ３６が、供給ダンサー４０、第１の方向変換ローラー４２、第２の方向変換ローラー４４、およびスクラップクラックオフローラー４６の上を通過することができ、供給ダンサー４０、第１の方向変換ローラー４２、第２の方向変換ローラー４４、およびスクラップクラックオフ方向転換ローラー４６がまとめて、切断組立体４８に隣接させるようにテープ３６の経路を決定する。複合材テープ３６が、多様な幅のうちの１つの幅で、供給リール３４の周りに巻き付けられ得る。例えば、３．８１ｃｍ（１．５”）から３０．５ｃｍ（１２”）の幅を有する複合材テープ３６が、後に複合材テープ３６がテープ積層ヘッド１４を通過させられるときに巻き出されるように、供給リール３４の周りに巻き付けられ得る。複合材テープ３６の成分は既知であり、複合材テープの一例として、炭素繊維を含むことができる。バッキングペーパー（換言すれば、裏当て紙）５０が複合材テープ３６の一方側に付着され得、その結果、後で、複合材テープ３６の表面が後続の複合材テープ３６の巻き付けられている層に触れなくなる。供給ダンサー４０、第１の方向転換ローラー４２、および第２の方向転換ローラー４４がダンサー機構５２に取り付けられ得、ダンサー機構５２が、供給リール３４から引っ張られて圧縮組立体３８へ送られる複合材テープ３６に作用する張力を制御する。ダンシング機構５２が、プログラムにより調整可能である圧力を有する空気圧エアスプリングなどのばねの制御下でローラーの線形移動を可能にすることができる。供給リール３４、供給ダンサー４０、第１の方向転換ローラー４２、または第２の方向転換ローラー４４に回転力を加えるのに、１つまたは複数の電気モーターが使用され得る。バッキングペーパーリール５４がテープ積層ヘッド１４に含まれ、パッキングペーパーリール５４が、テーブル基部１６に対して複合材テープ３６が適用される前に複合材テープ３６から取り外されるバッキングペーパー５０を受け入れることができる。一実装形態では、供給リール３４、供給ダンサー４０、またはバッキングペーパーリール５４に沿った複合材テープ３６の移動を制御するのに、サーボ駆動装置によって動力を供給されるサーボモーターが使用される。

【0012】

[0017]切断組立体４８がテープ積層ヘッド１４に含まれ、切断組立体４８が、切断装置キャリッジ５６を介して複合材テープの移動の方向の線形経路に沿って移動する。線形経路がレール５８またはスロットであってよく、レール５８またはスロットの上で、切断組立体４８が、圧縮組立体３８の方に向かって移動する複合材テープの経路に隣接して、直線に移動する。この実装形態では、切断組立体４８が、テープ積層ヘッド１４の頂部分６０からテープ積層ヘッド１４の底部分６２まで垂直方向に移動する。線形モーター６４が、圧縮組立体３８の方に向かって複合材テープ３６が移動するのと同じ方向または平面で、レール５８に沿わせて切断組立体４８を移動させることができる。切断組立体４８がその移動の端部に接近するとき、衝突防止部分（ｃｒａｓｈ ｓｔｏｐ）６６が組立体４８の下方の移動を停止させるのを支援することができる。

【0013】

[0018]切断組立体４８が、圧縮組立体３８の方に向かって複合材テープ３６が通行するときに切断用アンビル７０に押しつけて複合材テープ３６のセクションを切断する切刃６８を有することができる。テープ積層ヘッド１４を通る複合材テープ３６の移動を停止させるのではなく、切断組立体４８が複合材テープ３６と共に移動させられ得、その結果、切刃６８が複合材テープ３６と等しい速度で通行する。こうすることで、切刃６８が移動させられて複合材テープ３６を切断するとき、複合材テープ３６と切刃６８との間の相対モーションのみが行われる。さらに、複合材テープ３６がテープ積層ヘッド１４を通過するときの速さが、複合材テープ３６が切断されないときと比較して、低下する。一実装形態では、切刃６８が、複合材テープ３６の移動に対して垂直である突合せ切断形状（ｂｕｔｔ ｃｕｔ）を作り出すのに加えて、複合材テープ３６の縁部７２に対してその少なくとも一部が角度を付けられるようなより複雑な形状を作り出すために、４軸で移動することができる。ナイフ回転軸７４およびナイフ深さ軸７６が、軸７４、７６に対してナイフを回転させるかまたはナイフを線形的に移動させる電気モーターを使用して、制御され得る。一実装形態では、ナイフ高さが、５ミリメートル（ｍｍ）から３０ｍｍまでの移動範囲で調整され得る。切刃６８の位置決めの角度およびテープ切断の深さが、ブレード角度センサ７８およびブレード深さセンサ８０のそれぞれによって監視され得る。切断組立体４８が、Ｓｏｎｏｔｅｃ ＳＦ ８５００などの、超音波切断装置として実装され得る。

【0014】

[0019]切刃６８が切断横軸（Ｃ）に沿って複合材テープ３６を横断して移動させられ得る。いくつかの実装形態では、ボールねじなどの線形アクチュエータが、複合材テープセグメントを形成するために、複合材テープ３６を横断するように切刃６８を移動させることができる。この切断モーションが複合材テープ３６の１つのセクションを別のセクションから切り離すことができ、この間、これらの２つのセクションにはバッキングペーパー５０が取り付けられたままである。バッキングペーパー５０を使用して複合材テープ３６を接続することにより、テープ積層ヘッド１４を通るように複合材テープセグメントを移動させるのを支援することができる。さらに、複合材テープ３６の切断が、切刃６８がテープを切断するときに押しつけるところである切断用アンビル７０を用いて制御され得る。例えば、切断用アンビル７０が、台形表面などの、非長方形形状を有することができ、特定の形状の切断面を露出するためにアンビル枢動軸８２を中心として枢動させられ得る。いくつかの実装形態では、切断組立体４８が、切刃６８に隣接して位置決めされる押さえローラー８０を有することができる。押さえローラーが、切断用アンビル７０の反対側の複合材テープのテープ側に位置決めされ得る。押さえローラー８０が、切断を行うために複合材テープを中心に配置することを目的としておよび／または多様なテープサイズを補償することを目的として、ローラー回転軸に沿って調整可能である押さえローラー８０の外側縁部上にフランジを有することができる。押さえローラー８０が複合材テープ３６の一部分を定位置で保持することができる。押さえローラー８０が自由にスピンすることが可能であってよく、複合材テープを切断用アンビル７０に対して押圧した状態で維持するために複合材テープをわずかに後方に湾曲させることができ、さらには、切断用アンビル７０に接触させて定位置で保持するために複合材テープ３６の一部分を押圧することができる。

【0015】

[0020]上記の記述が本発明の１つまたは複数の実施形態の記述であることを理解されたい。本発明は本明細書で開示される特定の実施形態のみ限定されず、むしろ、下記の特許請求の範囲のみによって定義される。さらに、上記の記述に含まれる説明は特定の実施形態に関連するものであり、用語またはフレーズを上で特別に定義してない限り、本発明の範囲または特許請求の範囲で使用される用語の定義を限定するものとして解釈されない。種々の他の実施形態、ならびに、開示される実施形態に対しての種々の変更形態および修正形態が、当業者には明らかとなろう。すべてのこのような他の実施形態、変更形態、および修正形態が、添付の特許請求の範囲に入ることを意図される。

【0016】

[0021]本明細書および特許請求の範囲で使用される「ｅ．ｇ．（例えば）」、「ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ（例えば）」、「ｆｏｒ ｉｎｓｔａｎｃｅ（例えば）」、「ｓｕｃｈ ａｓ（など）」、および「ｌｉｋｅ（など）」という用語、ならびに、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｈａｖｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」という動詞およびその他の動詞形態は、各々、１つまたは複数の構成要素のリストまたは他のアイテムと共に使用される場合、開放的であると解釈され、このリストが他の追加の構成要素またはアイテムを排除するものとして解釈されないことを意味する。他の用語も、異なる解釈を必要とする文脈で使用されない限り、それらの最も広範囲の妥当な意味を使用して解釈される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】