特表 2023-512719 テープ張力制御システムを備えるテープ積層ヘッド

(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】テープ張力制御システムを備えるテープ積層ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B65H 23/185 20060101AFI20230320BHJP

   B26D 5/00 20060101ALI20230320BHJP

   B26D 7/14 20060101ALI20230320BHJP

   B65H 23/198 20060101ALI20230320BHJP

【ＦＩ】

B65H23/185

B26D5/00 A

B26D7/14

B65H23/198

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022547837

(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】 US2020052102

(87)【国際公開番号】W WO2021158260

(87)【国際公開日】2021-08-12

(31)【優先権主張番号】62/971,052

(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）】

3F105

【Ｆターム（参考）】

3F105AB00

3F105BA02

3F105BA07

3F105CA09

3F105CB02

3F105DA09

3F105DA17

3F105DA19

(57)【要約】

複合被加工物の形成中にモールドまたはマンドレル上に複合材テープを付着させるためのテープ積層ヘッド。しかし、テープ積層ヘッドが大型のテープ積層機械および組立体の一構成要素である。その多くの構成要素の中でもとりわけ、テープ積層ヘッドが、テープ供給リール、裏当て紙巻取リール、およびテープ張力制御システムを有する。テープ張力制御システムが、テープ供給リールの下流に位置する第１のダンサーローラー組立体を有し、さらには、裏当て紙巻取リールの上流に位置する第２のダンサーローラー組立体を有する。第１のダンサーローラー組立体が、第１のローラー、第１のガイド、第１のアクチュエータ、第１のロック装置、および第１の位置センサを有することができる。第２のダンサーローラー組立体が、第２のローラー、第２のガイド、第２のアクチュエータ、第２のロック装置、および第２の位置センサを有することができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のサーボモーターを介して回転運動するように駆動されるテープ供給リールと、
第２のサーボモーターを介して回転運動するように駆動される裏当て紙巻取リールと、
テープ張力制御システムであって、
前記テープ供給リールの下流に位置する第１のダンサーローラー組立体であって、前記第１のダンサーローラー組立体が、第１のローラー、第１のガイド、第１のアクチュエータ、および第１の位置センサを備え、前記第１のローラーが、前記第１のガイドによって担持され、前記第１のアクチュエータを介して前記第１のガイド上で移動可能であり、前記第１の位置センサが、前記第１のガイド上での前記第１のローラーの位置を検出する、第１のダンサーローラー組立体；ならびに、
前記裏当て紙巻取リールの上流に位置する第２のダンサーローラー組立体であって、前記第２のダンサーローラー組立体が、第２のローラー、第２のガイド、第２のアクチュエータ、および第２の位置センサを備え、前記第２のローラーが、前記第２のガイドによって担持され、前記第２のアクチュエータを介して前記第２のガイド上で移動可能であり、前記第２の位置センサが前記第２のガイド上での前記第２のローラーの位置を検出する、第２のダンサーローラー組立体
を備える、テープ張力制御システムと、
を備え、
一動作モード中、前記テープ供給リールの回転速度が、前記第１の位置センサによって検出される、前記第１のガイド上での前記第１のローラーの位置に基づいて、前記第１のサーボモーターによって調整される、
テープ積層ヘッド。

【請求項2】

前記一動作モード中、前記裏当て紙巻取リールの回転速度が、前記第２の位置センサによって検出される、前記第２のガイド上での前記第２のローラーの位置に基づいて、前記第２のサーボモーターによって調整される、請求項１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項3】

前記一動作モード中、前記第１のローラーが、前記第１のアクチュエータを介して、前記第１のガイドの端部の間において前記第１のガイド上の第１のロケーションまで移動させられ、前記第２のローラーが、前記第２のアクチュエータを介して、前記第２のガイドの端部の間において前記第２のガイド上の第２のロケーションまで移動させられ、前記テープ張力制御システムが、前記第１の位置センサによって検出される、前記第１のガイド上での前記第１のローラーの位置に基づいて、及び、前記第１のサーボモーターによって前記テープ供給リールの回転速度を調整することにより、前記第１のローラーを前記第１のロケーションで維持するように制御し、さらに、前記テープ張力制御システムが、前記第２の位置センサによって検出される、前記第２のガイド上での前記第２のローラーの位置に基づいて、及び、前記第２のサーボモーターによって前記裏当て紙巻取リールの回転速度を調整することにより、前記第２のローラーを前記第２のロケーションで維持するように制御する、請求項２に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項4】

前記第１のダンサーローラー組立体が第１のロック装置を備え、前記第１のガイド上での前記第１のローラーの移動が前記第１のロック装置を介してロック可能であり、前記第１のダンサーローラー組立体が第２のロック装置を備え、前記第２のガイド上での前記第２のローラーの移動が前記第２のロック装置を介してロック可能である、請求項１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項5】

別の動作モード中、前記第１のロック装置または前記第２のロック装置の一方がロック状態に設定され、前記第１のガイドまたは前記第２のガイド上での前記第１のローラーまたは前記第２のローラーの移動がロックされ、前記第１のロック装置または前記第２のロック装置の他方がロック解除状態に設定される、請求項４に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項6】

テープウェブの位置を示すテープウェブエンコーダーをさらに備え、前記別の動作モード中、前記テープウェブが前記テープ積層ヘッドで移動させられ、前記テープウェブエンコーダーが前記テープウェブの位置を示す、請求項５に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項7】

前記第１のガイド上での前記第１のローラーの移動が、前記第１のアクチュエータを介して、および、前記第１のガイド上での前記第１のローラーの移動を介して、テープウェブにおいて受ける張力の迅速な増大に追従可能であり、前記第２のガイド上での前記第２のローラーの移動が、前記第２のアクチュエータを介して、および、前記第２のガイド上での前記第２のローラーの移動を介して、前記テープウェブにおいて受ける張力の迅速な増大に追従可能である、請求項１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項8】

前記第１のアクチュエータが第１の空気圧シリンダアクチュエータであり、前記第２のアクチュエータが第２の空気圧シリンダアクチュエータである、請求項７に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項9】

前記テープ張力制御システムが、前記テープ供給リール上で受けられた複合材テープの直径を示す第３の位置センサを備える、請求項１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項10】

前記テープ張力制御システムが、前記裏当て紙巻取リール上で受けられた裏当て紙の直径を示す第４の位置センサを備える、請求項１に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項11】

請求項１に記載のテープ積層ヘッドを備えるテープ積層機械および組立体。

【請求項12】

第１のサーボモーターを介して回転運動するように駆動されるテープ供給リールと、
第２のサーボモーターを介して回転運動するように駆動される裏当て紙巻取リールと、
テープ張力制御システムであって、
前記テープ供給リールの下流に位置する第１のダンサーローラー組立体であって、前記第１のダンサーローラー組立体が、第１のローラー、第１のガイド、第１のアクチュエータ、第１のロック装置、および第１の位置センサを備え、前記第１のローラーが、前記第１のガイドによって担持され、前記第１のアクチュエータを介して前記第１のガイド上で移動可能であり、前記第１のガイド上での前記第１のローラーの移動が前記第１のロック装置を介してロック可能であり、前記第１の位置センサが前記第１のガイド上での前記第１のローラーの位置を検出する、第１のダンサーローラー組立体；ならびに、
前記裏当て紙巻取リールの上流に位置する第２のダンサーローラー組立体であって、前記第２のダンサーローラー組立体が、第２のローラー、第２のガイド、第２のアクチュエータ、第２のロック装置、および第２の位置センサを備え、前記第２のローラーが、前記第２のガイドによって担持され、前記第２のアクチュエータを介して前記第２のガイド上で移動可能であり、前記第２のガイド上での前記第２のローラーの移動が前記第２のロック装置を介してロック可能であり、前記第２の位置センサが前記第２のガイド上での前記第２のローラーの位置を検出する、第２のダンサーローラー組立体
を備える、テープ張力制御システムと
を備え、
一動作モード中、前記第１のロック装置がロック解除状態に設定され、前記第１のローラーが、前記第１のアクチュエータを介して、前記第１のガイド上での第１のロケーションまで移動させられ、前記テープ張力制御システムが、前記第１の位置センサによって検出される、前記第１のガイド上での前記第１のローラーの位置に基づいて、及び、前記第１のサーボモーターによって前記テープ供給リールの回転速度を調整することにより、前記第１のローラーを前記第１のロケーションで維持するように制御する、
テープ積層ヘッド。

【請求項13】

前記一動作モード中、前記第２のロック装置がロック解除状態に設定され、前記第２のローラーが、前記第２のアクチュエータを介して、前記第２のガイド上での第２のロケーションまで移動させられ、前記テープ張力制御システムが、前記第２の位置センサによって検出される、前記第２のガイド上での前記第２のローラーの位置に基づいて、及び、前記第２のサーボモーターによって前記裏当て紙巻取リールの回転速度を調整することにより、前記第２のローラーを前記第２のロケーションで維持するように制御する、請求項１２に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項14】

前記第１のロケーションが前記第１のガイド上での第１の概略中間ロケーションであり、前記第２のロケーションが前記第２のガイド上での第２の概略中間ロケーションである、請求項１３に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項15】

別の動作モード中、前記第１のロック装置または前記第２のロック装置の一方がロック状態に設定され、前記第１のガイドまたは前記第２のガイド上での前記第１のローラーまたは前記第２のローラーの移動がロックされ、前記第１のロック装置または前記第２のロック装置の他方がロック解除状態に設定される、請求項１２に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項16】

前記第１のガイド上での前記第１のローラーの移動が、前記第１のアクチュエータを介して、および、前記第１のガイド上での前記第１のローラーの移動を介して、テープウェブにおいて受ける張力の迅速な増大に追従可能である、請求項１２に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項17】

前記第２のガイド上での前記第２のローラーの移動が、前記第２のアクチュエータを介して、および、前記第２のガイド上での前記第２のローラーの移動を介して、前記テープウェブにおいて受ける張力の迅速な増大に追従可能である、請求項１６に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項18】

前記テープ張力制御システムが、前記テープ供給リール上で受けられた複合材テープの直径を示す第３の位置センサを備え、前記テープ張力制御システムが、前記裏当て紙巻取リール上で受けられた裏当て紙の直径を示す第４の位置センサを備える、請求項１２に記載のテープ積層ヘッド。

【請求項19】

テープ積層リールに隣接して位置するダンサーローラー組立体であって、前記ダンサーローラー組立体が、
ローラー、
前記ローラーを移動可能に担持するガイド、
前記ガイド上で前記ローラーを移動させる空気圧シリンダアクチュエータ、
前記ガイド上での前記ローラーの移動をロックするロック装置、および
前記ガイド上での前記ローラーの位置を検出する位置センサ
を備える、ダンサーローラー組立体
を備え、
動作モード中、前記ロック装置がロック解除状態に設定され、前記ローラーが、前記空気圧シリンダアクチュエータにより前記ガイド上のロケーションまで移動させられ、前記ガイド上での前記ローラーの前記ロケーションが、概して、前記位置センサによって検出される、前記ガイド上での前記ローラーの位置に基づいて、および、前記テープ積層リールの回転速度を調整することにより、維持され、
前記動作モード中、維持される前記ガイド上での前記ローラーの前記ロケーションが、前記空気圧シリンダアクチュエータによって、および、維持される前記ロケーションからの前記ガイド上での前記ローラーの移動によって、テープウェブにおいて受ける張力の迅速な増大に追従可能である、
テープ積層ヘッドのテープ張力制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
[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６２／９７１，０５２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、複合被加工物（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）の形成中にモールド（換言すれば、型）またはマンドレル上に複合材テープを付着させるための、テープ積層機械内に備え付けられるテープ積層ヘッドに関する。

【背景技術】

【0003】

[0003]テープ積層機械は、複合被加工物の生産で使用される。テープ積層機械は、航空宇宙部品のための航空宇宙用途さらには他の部品のための他の用途で採用される。樹脂を含侵した繊維材料の形態の複合材料は、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モールドまたはマンドレルに付着される。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、モールドの上で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）とも称される複数の複合材テープセグメントをモールド上に残す。これらの複合材テープセグメントをモールドに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]従来のテープ積層ヘッドは、その多くの構成要素の中でもとりわけ、テープ供給リールおよびバッキングペーパー（換言すれば、裏当て紙）巻取リールを有する。サーボモーターがテープ供給リールおよびバッキングペーパー巻取リールの両方の回転を駆動することができる。テープ供給リールから出発する複合材テープが、通常、下にあるモールドの上に付着される前に、複数のローラーの上でテープ積層ヘッドを通って移動する。テープ積層ヘッドを通るそのルート上での複合材テープ内の張力および緊張が、部分的に、被駆動テープ供給リールおよび被駆動バッキングペーパー巻取リールにより、ならびに、付着手順自体の結果として引っ張られることにより、維持され得る。従来のテープ積層ヘッド内の張力は、一般に、テープ区間の開始の始点、テープ区間の終点、さらにはその間の張力を含めて、付着手順中のすべての時間において等しいレベルで維持される。

【課題を解決するための手段】

【0005】

[0005]一実装形態では、テープ積層ヘッドが、テープ供給リール、バッキングペーパー巻取リール、および、テープ張力制御システムを有することができる。テープ供給リールが、第１のサーボモーターにより回転運動するように駆動される。バッキングペーパー巻取リールが、第２のサーボモーターにより回転運動するように駆動される。テープ張力制御システムが、第１のダンサーローラー組立体および第２のダンサーローラー組立体を有することができる。第１のダンサーローラー組立体がテープ供給リールの下流に位置する。第１のダンサーローラー組立体が、第１のローラー、第１のガイド、第１のアクチュエータ、および第１の位置センサを有することができる。第１のローラーが第１のガイドによって担持され、第１のアクチュエータにより第１のガイド上で移動可能である。第１の位置センサが、第１のガイド上での第１のローラーの位置を検出する。第２のダンサーローラー組立体が、バッキングペーパー巻取リールの下流に位置する。第２のダンサーローラー組立体が、第２のローラー、第２のガイド、第２のアクチュエータ、および第２の位置センサを有することができる。第２のローラーが第２のガイドによって担持され、第２のアクチュエータにより第２のガイド上で移動可能である。第２の位置センサが、第２のガイド上での第２のローラーの位置を検出する。動作モード中、テープ供給リールの回転速度が第１のサーボモーターを介して調整される。回転速度の調整は、第１の位置センサを介して第１のガイド上での検出される第１のローラーの位置に基づいている。

【0006】

[0006]別の実装形態では、テープ積層ヘッドが、テープ供給リール、バッキングペーパー巻取リール、およびテープ張力制御システムを有することができる。テープ供給リールが、第１のサーボモーターにより回転運動するように駆動される。バッキングペーパー巻取リールが、第２のサーボモーターにより回転運動するように駆動される。テープ張力制御システムが、第１のダンサーローラー組立体および第２のダンサーローラー組立体を有することができる。第１のダンサーローラー組立体がテープ供給リールの下流に位置する。第１のダンサーローラー組立体が、第１のローラー、第１のガイド、第１のアクチュエータ、第１のロック装置、および第１の位置センサを有することができる。第１のローラーが第１のガイドによって担持され、第１のアクチュエータにより第１のガイド上で移動可能である。第１のガイド上での第１のローラーの移動が、第１のロック装置によりロックされ得る。第１の位置センサが、第１のガイド上での第１のローラーの位置を検出する。第２のダンサーローラー組立体が、バッキングペーパー巻取リールの下流に位置する。第２のダンサーローラー組立体が、第２のローラー、第２のガイド、第２のアクチュエータ、第２のロック装置、および第２の位置センサを有することができる。第２のローラーが第２のガイドによって担持され、第２のアクチュエータにより第２のガイド上で移動可能である。第２のガイド上での第２のローラーの移動が、第２のロック装置によりロックされ得る。第２の位置センサが、第２のガイド上での第２のローラーの位置を検出する。動作モード中、第１のロック装置がロック解除状態に設定される。第１のローラーが、第１のアクチュエータにより第１のガイド上の第１のロケーションまで移動させられる。テープ張力制御システムが、第１の位置センサを介して第１のガイド上での検出される第１のローラーの位置に基づいて第１のローラーを第１のロケーションで維持するように制御する。さらに、テープ張力制御システムが、第１のサーボモーターを介してテープ供給リールの回転速度を調整することにより第１のローラーを第１のロケーションで維持するように制御する。

【0007】

[0007]別の実装形態では、テープ積層ヘッドのテープ張力制御システムが、ダンサーローラー組立体を有することができる。ダンサーローラー組立体がテープ積層リールの近くに位置する。ダンサーローラー組立体が、ローラー、ガイド、空気圧シリンダアクチュエータ、ロック装置、および位置センサを有することができる。ガイドがローラーを移動可能に担持する。空気圧シリンダアクチュエータが、命令通りに、ガイド上でローラーを移動させる。ロック装置が、ガイド上でのローラーの移動をロックするように機能する。位置センサがガイド上でのローラーの位置を検出する。動作モード中、ロック装置がロック解除状態に設定される。ローラーが、空気圧シリンダアクチュエータによりガイド上の所定の位置まで移動させられる。ガイド上でのローラーの所定のロケーションが、概して、位置センサを介してガイド上での検出されるローラーの位置に基づいて、および、テープ積層リールの回転速度を調整することにより、維持され得る。さらに、動作モード中、ガイド上でのローラーの維持される所定のロケーションが、空気圧シリンダアクチュエータを介して、および、維持される所定のロケーションからのガイド上でのローラーの移動を介して、テープウェブにおいて受ける張力の迅速な増大に従うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】[0008]テープ積層機械および組立体の実装形態を示す斜視図である。

【図2】[0009]テープ積層機械および組立体内に備え付けられ得るテープ積層ヘッドの実装形態を示す斜視図である。

【図3】[0010]複合材テープ経路を明示するテープ積層ヘッドの側面図である。

【図4】[0011]複合材テープから取り外された後の、パッキングペーパー経路を示しているテープ積層ヘッドの一領域の拡大図である。

【図5】[0012]テープ張力制御システムの実施形態の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

[0013]これらの図は、大型のテープ積層機械および組立体１２内に備え付けられたテープ積層ヘッド１０の実施形態を提示する。従来のテープ積層ヘッドとは異なり、テープ積層ヘッド１０が、テープウェブ自体に張力の急激な増大を実質的に受けさせることなくテープウェブの張力の急激な増大を受け入れ、吸収することができるテープ張力制御システム１４を有する。テープ張力制御システム１４が、ある意味では、テープウェブでの緩衝効果を実現する。このような急激な増大は、しばしば、テープ積層ヘッド１０のテープ付着手順中のテープ積層ヘッド１０の迅速な加速時に、ガタツキ（ｊｅｒｋ）時に、および可能性として他のタイミングで起こる。テープ張力制御システム１４によって、張力の増大したテープウェブの使用が避けられるので、バッキングペーパーの破損、ブリッジ形成（ｂｒｉｄｇｉｎｇ）、剥離、および／または他の事象（ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ）の望ましくない発生が、最小となるかまたは完全に排除される。したがって、テープ張力制御システム１４により、テープ積層ヘッド１０が、例えば、テープ切断機能中、ならびに、そのコンパクタ（ｃｏｍｐａｃｔｏｒ）の前進および後退中、従来で可能であったものと比較してより高速でおよびより高い加速度で動作することができる。さらに、本明細書で使用される場合の下流および上流という用語は、テープ積層ヘッドでの複合材テープの移動の方向を基準として使用される。したがって、下流が移動方向に一致する方向を意味し、上流が移動方向に逆らう方向を意味する。

【0010】

[0014]図１を参照すると、テープ積層機械および組立体１２が、複合材テープ１６をモールド（換言すれば、型）に付着させることにより複合被加工物を調製するのに使用される。航空宇宙産業は、長くて細い平坦部品、複数の部品からなる入れ子状のラミネート、ドレープ成形のスキン、翼桁、縦通材、ビーム、フラップ、シヤタイ、プライパック、翼スキンおよび尾翼スキン、ならびに多くの他の部品などの、航空宇宙の被加工物のための機械および組立体を採用する。しかし、これらの機械および組立体は、他の産業および他の部品で使用されるのにも適する。テープ積層機械および組立体１２が、特定の用途に応じて、および、調製することを意図されるその特定のパーツに応じて、多様なレイアウト、セットアップ、および設備を有することができる。図１の実装形態では、テープ積層機械および組立体１２が、概して、ガントリー２０、真空テーブル２２、およびオペレータステーション２４を有する。テープ積層ヘッド１０がガントリー２０に結合され、ガントリー２０が、複合材テープ１６の付着中にテープ積層ヘッド１０の一定程度の移動を実現する。Ｘ軸方向の移動が一対の長手方向ウェイ（換言すれば、軌道）２６を介して実行され、例えば、ラック・ピニオン式の駆動ユニットによって達成され得る。Ｙ軸方向の移動がクロスサドル２８を介して実行され、例えば、線形モーターおよび永久磁石によって達成され得る。Ｚ軸方向の移動が垂直方向スライド３０を介して実行され、例えば、歯車箱およびサーボモーターを備える高精度のボールねじアクチュエータによって達成され得る。垂直方向スライド３０がさらにＣ軸の回転運動を実現することができ、例えば、Ｃ軸の回転運動がサーボモーターおよび歯車箱によって達成され得る。しかし、テープ積層ヘッド１０が他の設備によって実行されてもよく、その移動が他の手法で実現されてもよい。例えば、テープ積層ヘッド１０が、上述の手法とは異なる手法でその移動を操作するロボットアームに設置されてもよい。

【0011】

[0015]継続して図１を参照すると、モールド（図示せず）がテープ積層ヘッド１０からの複合材テープ１６の付着を受ける間において、真空テーブル２２がモールドを保持する。オペレータステーション２４がマンマシンインターフェース（ＨＭＩ：ｈｕｍａｎ－ｔｏ－ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）サイトとして機能することができ、テープ積層機械および組立体１２の一定程度のオペレータによる制御および管理を可能にする。さらに、図１に示されるように、テープ積層機械および組立体１２が、パーツのためのトリミング能力を有する補助ガントリー３２を有することができ、さらには、二次テープ積層ヘッドと、複合材テープの供給の必要時にまたは他の理由のためにガントリー２０のところでテープ積層ヘッドを交換するための交換ステーション３４とを有することができる。これらのレイアウト、セットアップ、および設備を用いて示されて説明されるが、テープ積層機械および組立体１２は、他の実装形態では、より多くの、より少ない、および／または別の、レイアウト、セットアップ、および／または設備を有することもできる。

【0012】

[0016]テープ積層ヘッド１０によって配置される複合材テープ１６の細かい性質は、その特定の用途およびパーツによって決定されることになる。航空宇宙の例では、複合材テープ１６が、複合材テープ１６の２つの側のうちの一方側でキャリアまたはバッキングペーパー３６を有する、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含侵した単方向の炭素繊維テープの形態であってよい。複合材テープ１６の端から端の幅が、（やはり用途およびパーツに応じて）多様であってよく、航空宇宙の例では、５０ミリメートル（５０ｍｍ）、７５ミリメートル（７５ｍｍ）、１５０ミリメートル（１５０ｍｍ）、または３００ミリメートル（３００ｍｍ）であってよい。しかし、他の幅寸法も可能である。テープ積層ヘッド１０内に装填される前に、複合材テープ１６がテープ供給スプール３８上に巻き付けられ、ここでは、複合材テープ１６の粘着側あるいは粘着する側４０が径方向外側を向いており、複合材テープ１６のバッキングペーパー側４２が径方向内側を向いている構成である。

【0013】

[0017]テープ積層ヘッド１０が、使用されることを意図されるその特定の用途に応じて、および、調製することを意図されるその特定のパーツに応じて、多様なデザイン、構成、および構成要素を有することができる。図２～５の実施形態では、テープ積層ヘッド１０が、概して、フレーム４４、カプラ４６、テープ供給リール４８、１組のローラー５０、切断装置５２、スクラップ収集装置５４、バッキングペーパー取り外し組立体５６、コンパクタ５８、およびテープ張力制御システム１４を有する。しかし、他の実施形態では、テープ積層ヘッド１０が、本明細書に記載されるものと比較して、より多くの、より少ない、および／または別の構成要素を有することもできる。

【0014】

[0018]図２および３を特に参照すると、フレーム４４がテープ積層ヘッド１０の主構造として機能し、フレーム４４に対して他の構成要素が設置され、フレーム４４の周りに他の構成要素が配置される。フレーム４４は密閉ハウジングを形成することができるか、または図に示されるような側面が開いている構造であってもよい。カプラ４６が、ガントリー２０に対してテープ積層ヘッド１０を取り付けたりガントリー２０からテープ積層ヘッド１０を脱着したりするための結合インターフェースを提供する。テープ供給リール４８が、テープ供給スプール３８およびそこに巻き付けられた複合材テープ１６をテープ積層ヘッド１０内に装填するために、テープ供給スプール３８を受ける。テープ供給リール４８が、テープ供給スプール３８から複合材テープ１６を外すことを目的としておよび下流において使用するためにテープ積層ヘッド１０を通して複合材テープ１６を給送することを目的として、第１のサーボモーター６０を介して回転運動するように駆動される。第１のサーボモーター６０が回転エンコーダーと対をなすことができる。ローラー５０が、テープ供給スプール３８およびテープ供給リール４８の下流から、複合材テープ１６を担持するのを支援する。複合材テープ１６が概して、下にあるモールドのレイアップ面６４に付着されるために、ローラー５０を介して、内部でテープ積層ヘッド１０を通って出口６２（図３）に到達する経路をとる。途中では、複合材テープ１６が、ローラー５０とは別個の他の構成要素によって担持および支持され得る。切断装置５２が、その特定のモールドにおいて必要に応じて、および複合材テープ区間を終端させるために必要に応じて、複合材テープセグメントの終端部を作るために、テープ積層ヘッド１０の使用中に複合材テープ１６を切り離す。スクラップ収集装置５４が、複合材テープ１６を切断することにより発生する複合材テープ１６のスクラップ片を集める。スクラップ収集装置５４が、スクラップ片を収容するための容器を有することができる。

【0015】

[0019]テープ積層ヘッド１０を通る複合材テープ１６の経路は、概して、ローラー５０のロケーションによって設定され、この経路が複合材テープ経路６６を画定する。複合材テープ経路６４に沿って緊張状態を維持する複合材テープ１６が、テープ積層ヘッド１０のテープウェブ６８を構成する。複合材テープ経路６６は、図３では、テープ供給スプール３８からローラー５０の上を経由して出口６２までのその緊張状態の範囲に沿って、複合材テープ１６に平行に存在する多数の矢印線によって概略的に示される。図３の実施形態では、複合材テープ経路６６が、従来のテープ積層ヘッドの手法とは逆の手法で複合材テープ１６の経路を決定する。このように反対方向に動くことにより複合材テープ１６のバッキングペーパー側４２が下側を向くようになり、レイアップ面６４と向かい合うようになる。しかし、他の実施形態では、複合材テープ経路６６が、テープ積層ヘッド１０を通る、より従来的な経路をとることもでき、図に提示される反対方向の経路を呈する必要がなくてもよい。さらに、複合材テープ１６がテープ積層ヘッド１０を通る経路をとるときのテープウェブ６８の位置を感知してテープウェブ６８の位置を示すためのテープウェブセンサまたはテープウェブエンコーダー６９がテープ積層ヘッド１０内に設けられ得る。テープウェブエンコーダー６９はテープ積層ヘッド１０の特定の動作モードで採用され得、回転エンコーダーの形態であってよい。

【0016】

[0020]バッキングペーパー取り外し組立体５６が、複合材テープ１６のテープ本体からバッキングペーパー３６を分離して剥がす。次に図４を参照すると、この分離がローラー５０の下流で行われ、さらには、出口６２の上流かつコンパクタ５８の上流で行われる。図２～４の実施形態では、バッキングペーパー取り外し組立体５６が、１組のローラー７０、およびバッキングペーパー巻取リール７２を有する。ローラー７０が、テープ本体からバッキングペーパー３６が分離されたときにバッキングペーパー３６を担持するのを支援する。ローラー７０の下流において、バッキングペーパー巻取リール７２がバッキングペーパー３６を堆積させ、給送されるバッキングペーパー３６を巻き付ける。バッキングペーパー巻取リール７２は、剥がされたバッキングテープ３６を巻き取ることを目的として、第２のサーボモーター７４を介して、回転運動するように駆動される。第２のサーボモーター７４が回転エンコーダーと対をなすことができる。

【0017】

[0021]コンパクタ５８が、テープ本体がレイアップ面６４に付着されるときに複合材テープ１６のテープ本体に圧縮圧力および荷重を作用させる。この実施形態では、図２および３を参照すると、コンパクタ５８は、圧縮ローラー７６の形態である。圧縮ローラー７６が出口６２のところにまたはその近くに設置され、その結果、テープ本体が出口６２を通して排出されるときに圧縮ローラー７６がテープ本体に当接され得るようになる。図の実施例では、圧縮ローラー７６が単一の軟質ポリウレタン圧縮ローラーである。

【0018】

[0022]さらに、特定のオペレーションを実施するための、ならびに、テープ積層ヘッド１０の１つもしくは複数の電気システムおよび／または１つもしくは複数の電気サブシステムを管理するための、電子制御ユニット（ＥＣＵ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）７８（図２）がテープ積層ヘッド１０に提供される。例として、ＥＣＵ７８が命令を出して第１のサーボモーター６０および第２のサーボモーター７４の回転速度を制御することができ、テープウェブエンコーダー６９などのテープ積層ヘッド１０のセンサと通信することができ、さらには、テープ張力制御システム１４のセンサと通信することができる。これらのセンサのうちの一部が以下で言及される。

【0019】

[0023]テープ張力制御システム１４が、テープ積層ヘッド１０を通って複合材テープ１６が移動するときにテープウェブ６８内に張力および緊張状態を与えて維持するように機能する。テープ張力制御システム１４は、テープ張力制御システム１４が無い場合にテープウェブ６８が、より直接的に受けることになる張力の急増を吸収することができる。この張力の急増を受ける場合、バッキングペーパーの破損、ブリッジ形成、剥離、および／または他の望ましくない事象が起こり得る。テープ張力制御システム１４を使用することにより、望ましくない事象が最小になるかまたは完全に排除される。テープ張力制御システム１４が、別の実施形態では、多様な設計、構成、および構成要素を有することができる。図の実施形態では、図３～５を参照すると、テープ張力制御システム１４が２ダンサー制御システム（ｔｗｏ－ｄａｎｃｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）であり、第１のダンサーローラー組立体８０および第２のダンサーローラー組立体８２を有する。第１のダンサーローラー組立体８０は、テープ供給リール４８のすぐ下流に存在し、テープ供給スプール３８から複合材テープ１６が離れるときに複合材テープ１６が係合するのを最初に引き受ける。他方で第２のダンサーローラー組立体８２がバッキングペーパー巻取リール７２の上流に存在し、バッキングペーパー３６がバッキングペーパー取り外し組立体５６を介してテープ本体から引っ張られて、バッキングペーパー巻取リール７２まで給送されるときに、第２のダンサーローラー組立体８２はバッキングペーパー３６が係合するのを引き受ける。

【0020】

[0024]テープ張力制御システム１４と同様に、第１のダンサーローラー組立体８０および第２のダンサーローラー組立体８２が、別の実施形態では、多様な設計、構成、および構成要素を有することができる。一実施形態が図５に提示される。図５は、図３に描かれているものと反対側のテープ積層ヘッド１０の側面図を描いており、特には、第２のダンサーローラー組立体８２の拡大領域を示す。第１のダンサーローラー組立体８０および第２のダンサーローラー組立体８２が対応する構成要素を有することを理由として、第１のダンサーローラー組立体８０および第２のダンサーローラー組立体８２の両方の本記述において図５を参照する。第１のダンサーローラー組立体８０が、第１のローラー８４、第１のガイド８６、第１のアクチュエータ８８、第１のロック装置９０、および第１の位置センサ９２を有する。同様に、第２のダンサーローラー組立体８２が、第２のローラー９４、第２のガイド９６、第２のアクチュエータ９８、第２のロック装置１００、および第２の位置センサ１０２を有する。しかし、他の実施形態では、第１のダンサーローラー組立体８０および第２のダンサーローラー組立体８２が、本明細書に記載されるものと比較して、より多くの、より少ない、および／または別の構成要素を有することもでき、必ずしも同じ構成要素を有する必要はない。

【0021】

[0025]ローラー８４、９４は、ガイド８６、９６によって担持され、アクチュエータ８８、９８による促進に反応してガイド８６、９６を横切って前後に移動することができる。テープ積層ヘッド１０の使用中にそれぞれの複合材テープ１６およびバッキングペーパー３６がローラー８４、９４の上を移動するときに、ローラー８４、９４が自由に回転することができる。ローラー８４、９４の背面側では、キャリッジ１０４が、ガイド８６、９６に沿ってローラー８４、９４を誘導するのを支援する。各ローラー８４、９４が専用のキャリッジ１０４に連結される。キャリッジ１０４は、ガイド８６、９６に沿って摺動することができ、ローラー８４、９４に連結されていることを理由として、ガイド８６、９６に沿ってローラー８４、９４を運搬する。この実施形態では、キャリッジ１０４が、位置センサ９２、１０２と相互作用するための延長部分１０６を有する。レーザー距離フィードバックセンサ（ｌａｓｅｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｓｅｎｓｏｒ）の形態である位置センサ９２、１０２の実施例では、延長部分１０６が、付随の放射レーザーのための標的として機能する。ガイド８６、９６が、第１の終端部１１０と第２の終端部１１２との間を線形的に延びている一対のスロット１０８によって画定される。したがって、ガイド８６、９６に沿うローラー８４、９４の移動が本質的に線形的かつ往復的となり、したがってローラー８４、９４が、ガイド８６、９６の上で、一方向において前方に移動し、反対方向において後方に移動する。

【0022】

[0026]ガイド８６、９６に沿うローラー８４、９４の移動を誘起するために、アクチュエータ８８、９８が起動される。アクチュエータ８８、９８およびローラー８４、９４が一体に連結される。アクチュエータ８８、９８が別の実施形態では異なる形態をとることができる。図の実施形態では、アクチュエータ８８、９８が空気圧シリンダアクチュエータ１１４、１１６の形態であり、具体的には、その伸長ストロークおよび後退ストロークならびに移動のために空気の力を採用する複動式の空気圧シリンダアクチュエータである。ここでは、空気圧シリンダアクチュエータ１１４、１１６のロッド１１８がキャリッジ１０４に接続され、その結果、ロッド１１８の伸長運動および後退運動がローラー８４、９４の前後の移動を引き起こす。ロック装置９０、１００が、ローラー８４、９４の移動を停止させてローラー８４、９４をガイド８６、９６上の定位置で保持する。この実施形態では、ロック装置９０、１００が、ロッド１１８を組み込まれたロッド型のロック装置（ｒｏｄ ｌｏｃｋ）１２０の形態である。さらに、位置センサ９２、１０２がガイド８６、９６上でのローラー８４、９４の位置を検出し、その出力をＥＣＵ７８に通信することができる。この実施形態では、位置センサ９２、１０２が、延長部分１０６に衝突することを意図されるレーザービーム１２４を放射するレーザー距離フィードバックセンサ１２２の形態である。

【0023】

[0027]最後に、テープ張力制御システム１４が、第３の位置センサ１２６および第４の位置センサ１２８を有することができる。図３で、第３の位置センサ１２６および第４の位置センサ１２８が概略的に描かれている。第３の位置センサ１２６が、テープ供給スプール３８上に巻き付けられた複合材テープ１６の直径を検出する。この検出は、使用中に、テープ供給スプール３８から複合材テープ１６が使い果たされたときの瞬間的なものであってよい。第３の位置センサ１２６の出力がＥＣＵ７８に通信され得る。同様に、第４の位置センサ１８２が、バッキングペーパー巻取リール７２上に巻き付けられたバッキングペーパー３６の直径を示す。この表示は、使用中に、パッキングペーパー巻取リール７２上にバッキングペーパー３６が堆積するときの瞬間的なものであってよい。第４の位置センサ１２８の出力がＥＣＵ７８に通信され得る。

【0024】

[0028]使用中、テープ張力制御システム１４が、テープ積層ヘッド１０によって実施されている特定のテープ付着手順に応じて多様な動作モード下で動作することができる。例えば、第１の動作モードまたは位置モードでは、テープ積層ヘッド１０が、レイアップ面６４上での複合材テープ区間の始点処理（ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ）または切断装置５２の使用を伴うレイアップ面６４上での複合材テープ区間の終端処理（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）を実行することができる。しかし、第１の動作モードは、高いテープ付着精度を求める他の場合にでも要求され得る。第２の動作モードまたは張力モードでは、テープ積層ヘッド１０は、複合材テープ１６がコンパクタ５８により作用される圧縮圧力下にある状態で、複合材テープ区間の主セクションを付着させることができる。主セクションの付着は、通常、複合材テープ区間の始点処理と終端処理との間で行われる。テープ張力制御システム１４が、従来で可能であったものよりもより滑らかに、テープ積層ヘッド１０の使用中に第１の動作モードと第２の動作モードとの間を移行することができる。このような移行は、臨機応変に任意のタイミングで行われ得、移行時に付着手順を明確に停止させることなく、特定のテープ付着手順中の複数のタイミングで行われ得る。したがって、より効率的でありかつより効果的であるテープ付着手順が実現される。テープ張力制御システム１４が第１の動作モードまたは第２の動作モードのいずれで動作するかは、部分的に、テープ付着手順中に直面する特定の予測により、および、第１の動作モードまたは第２の動作モードのいずれでこの予測が適切に処理され得るかにより、決定される。

【0025】

[0029]テープ張力制御システム１４が、第１の動作モードおよび第２の動作モードにおいて異なる手法で機能することができる。第１の動作モードでは、第１のロック装置９０または第２のロック装置１００の一方がロック状態に設定され、対して、第１のロック装置９０または第２のロック装置１００のもう一方がロック解除状態に設定される。特定の実施例では、第１のロック装置９０がそのロック状態に設定され、第２のロック装置１００がそのロック解除状態に設定される。テープウェブ６８が第１のサーボモーター６０および第２のサーボモーター７４を介して所定の程度進むことができ、テープウェブエンコーダー６９が、テープウェブ６８の位置を検出することができる。ＥＣＵ７８が、示される位置に反応して、および意図される位置とのその比較に反応して、第１のサーボモーター６０および第２のサーボモーター７４の回転運動の命令を出すことができる。したがって、第１の動作モードは閉ループの機能性を呈することができる。

【0026】

[0030]第２の動作モードでは、第１のロック装置９０がそのロック解除状態に設定され、第２のロック装置１００がそのロック解除状態に設定される。ロック解除状態であることにより、第１のローラー８４が第１のガイド８６上で一定量の移動を行うことができ、第２のローラー９４が第２のガイド９６上で一定量の移動を行うことができる。第１のアクチュエータ８８が、第１のガイド８６の線形範囲での第１の所定の位置およびロケーションまでの第１のローラー８４の移動を誘起するために起動される。第１の所定のロケーションは、第１のローラー８４と第１の終端部１１０と間に一定の範囲（ｅｘｔｅｎｔ）およびクリアランスを提供するような、ならびに、第１のローラー８４と第２の終端部１１２との間に一定の範囲およびクリアランスを提供するような、第１のガイド８６上での位置であってよい。一実施例では、第１の所定のロケーションが第１のガイド８６上での第１の概略中間ロケーションであるか、または、第１の空気圧シリンダアクチュエータ１１４の中間ストロークである。第１のガイド８６の両側において、第１のローラー８４の各側に設けられるこれらの範囲およびクリアランスが、テープウェブ６８における張力の迅速な増大が第１のローラー８４に伝達されるときの第１のローラー８４の前後の移動を許容する。第１のローラー８４がこのように移動することおよび付随的に第１のアクチュエータ８８が追従することが、張力の迅速な増大を吸収するように働く。第１の空気圧シリンダアクチュエータ１１４の実施例では、このように追従することが、第１の空気圧シリンダアクチュエータ１１４内の空気圧縮によって達成される。テープ張力制御システム１４は、第２の動作モード中に第１のローラー８４の位置を第１の所定のロケーションで維持するように要求する。この実施形態では、第１の位置センサ９２が、第１のガイド８６上での第１のローラー８４の位置を監視する。第１のローラー８４が定位置から移動させられて第１の所定のロケーションから離れると、第１の所定のロケーションを維持するために第１のローラー８４が第１のガイド８６上でいずれの方向に移動する必要があるかに応じて、第１のサーボモーター６０を介して、テープ供給リール４８の回転速度が調整され得、つまり、増大または低下され得る。

【0027】

[0031]同様の手法で、上記の処置と同時に、第２のアクチュエータ９８が、第２のガイド９６の線形範囲での第２の所定の位置およびロケーションまでの第２のローラー９４の移動を誘起するために起動される。第２の所定のロケーションは、第２のローラー９４と第１の終端部１１０と間に一定の範囲およびクリアランスを提供するような、ならびに、第２のローラー９４と第２の終端部１１２との間に一定の範囲およびクリアランスを提供するような、第２のガイド９６上での位置であってよい。一実施例では、第２の所定のロケーションが、第２のガイド９６上での第２の概略中間ロケーションであるか、または、第２の空気圧シリンダアクチュエータ１１６の中間ストロークである。第２のガイド９６の両側において、第２のローラー９４の各側に設けられるこれらの範囲およびクリアランスが、テープウェブ６８における張力の迅速な増大が第２のローラー９４に伝達されるときの第２のローラー９４の前後の移動を許容する。第１のローラー８４の移動と併せて第２のローラー９４がこのように移動することおよび付随的に第２のアクチュエータ９８が追従することが、張力の迅速な増大を吸収するように働く。第２の空気圧シリンダアクチュエータ１１６の実施例では、このように追従することが、第２の空気圧シリンダアクチュエータ１１６内の空気圧縮によって達成される。上述と同様に、テープ張力制御システム１４が、第２の動作モード中に第２のローラー９４の位置を第２の所定のロケーションで維持するように要求する。この実施形態では、第２の位置センサ１０２が、第２のガイド９６上での第２のローラー９４の位置を監視する。第２のローラー９４が定位置から移動させられて第２の所定のロケーションから離れると、第２の所定のロケーションを維持するために第２のローラー９４が第２のガイド９６上でいずれの方向に移動する必要があるかに応じて、第２のサーボモーター７４を介して、バッキングペーパー巻取リール７２の回転速度が調整され得、つまり、増大または低下され得る。

【0028】

[0032]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。

【0029】

[0033]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】

【国際調査報告】