JP6602391B2

JP6602391B2 - 繊維を制御可能に切断するための装置及び関連する方法

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Publication number: JP6602391B2
Application number: JP2017551601A
Authority: JP
Inventors: アントニードッドワース
Original assignee: ブライトライトストラクチャーズエルエルシー
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP2018511498A; US20210197500A1; CN107614766B; CN107614766A; EP3277868B1; PL3277868T3; US20180111339A1; EP3277868A1; US10967583B2; WO2016161118A1; EP3277868A4

Description

関連特許出願の相互参照
本出願は、２０１５年４月３日に出願された「ＡｐｐａｒａｔｕｓｆｏｒＡｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙＣｕｔｔｉｎｇＦｉｂｅｒｓａｎｄＡｌｉｇｎｉｎｇＯｎｅｏｒＭｏｒｅＦｉｂｅｒＳｅｇｍｅｎｔｓ」という名称の米国特許出願第６２／１４２，７２２号の優先権を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本出願は以下の共同所有特許出願に関し、そのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

２０１４年６月４日に出願された「ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＨａｖｉｎｇＴｒａｎｓｉｔｉｏｎＲｅｇｉｏｎＳｔｉｆｆｅｎｅｄｗｉｔｈＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＦｉｂｅｒｓ」という名称の米国特許出願第６２／００７，６８５号。

２０１４年６月４日に出願された「ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳａｎｄｗｉｃｈｗｉｔｈＨｉｇｈＢｅｎｄｉｎｇＳｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄＬｉｇｈｔＷｅｉｇｈｔ」という名称の米国特許出願第６２／００７，６１４号。

２０１４年６月４日に出願された「ＰｏｌｙｍｅｒＲｅｓｉｎａｎｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅ」という名称の米国特許出願第６２／００７，６３２号。

２０１４年６月４日に出願された「ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳａｎｄｗｉｃｈｗｉｔｈＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄＦｒｅｅｏｆＳｕｒｆａｃｅＤｅｆｅｃｔｓ」という名称の米国特許出願第６２／００７，６７０号。

２０１４年６月４日に出願された「ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＬａｍｉｎａｔｅＦｒｅｅｏｆＳｕｒｆａｃｅＤｅｆｅｃｔｓ」という名称の米国特許出願第６２／００７，６５２号。

２０１５年１月２８日に出願された「ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈＭｕｌｔｉｐｌｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＬａｍｉｎａｔｅｓ」という名称の米国特許出願第６２／１０８，８３７号。

複合材コンポーネント（例えば複合材構造体）は、それに結合された、複合材コンポーネントを補強するように構成された１つ以上の繊維（例えば単繊維、繊維の束、位置合わせされた繊維の束、織り繊維など）を含み得る。１つ以上の繊維は、複合材コンポーネントの角、又は金属インサート周りの複合材の部分などの遷移領域に及び／又はその近くにある複合材コンポーネントに結合され得る。遷移領域は、湾曲、角、穴、応力集中部、又は厚さの変化などの高次の形状変化を含み得る。概して遷移領域は、その周りに集中した応力を含むことがあり、したがって、１つ以上の繊維区分をそこに結合させて補強することによって堅くされてもよい。

例えば複合材コンポーネントは、１つ以上の繊維区分で補強され得る角領域を含んでもよい。また複合材コンポーネントは、より厚い区分によって囲まれた金属インサート、金属インサートに隣接したより薄い区分、及びより厚い区分をより薄い区分につなげる遷移領域も含み得る。金属インサートは、より薄い区分の少なくとも一部分に取り付けられてもよい。

複合材コンポーネントの少なくとも一部分を、１つ以上の繊維区分を使用して補強する１つの共通した方法は、ポリマー樹脂又は接着剤（例えばエポキシ）を使用して複数の繊維を位置合わせするステップを含む。次いで、複数の位置合わせされた繊維が型の中に置かれて、補強された複合材コンポーネントが作り出される。場合によっては、方法は、さらなる量のポリマー樹脂又は接着剤を型に加えるステップを含んでもよい。場合によっては、方法は、ポリマー樹脂を硬化させるステップも含むことができる。補強複合材コンポーネントを作り出すこの方法は、高い人件費を呈し得る。

したがって、補強複合材コンポーネントの製造業者及びユーザは、改善された補強複合材コンポーネント及び製造技法を探求し続けている。

本開示は、１つ以上の繊維区分を、制御可能に切断、形成、及び／又は位置付けることができる装置を提供する。具体的には、装置は、繊維を実質的に一定の長さの１つ以上の繊維区分に制御可能に切断し、連続した繊維をループから真っ直ぐな繊維に制御可能に形成し、１つ以上の繊維区分を支持部材（例えば複合材コンポーネント）上に制御可能に位置付けることができる。

一実施形態では、繊維ガンが開示される。繊維ガンは、長手方向軸を有し、１つ以上の繊維を含む供給源に結合可能なマンドレルを含んでもよい。マンドレルは、最上部分、最上部分の概して反対側の最下部分、及び最上部分と最下部分との間に延在する長さを含んでもよい。マンドレルの断面積は、マンドレルの長さの少なくとも一部分に沿って変化してもよい。マンドレルの断面周囲は、マンドレルの長さの実質的に全体に沿って実質的に一定に保たれていてもよい。また繊維ガンは、最上部分の及び／又はその近くのマンドレルの第１の部分から、マンドレルの最下部分の及び／又はその近くのマンドレルの第２の部分まで、１つ以上の繊維を移動させるように構成された移送機構を含んでもよい。最後に、繊維ガンは、１つ以上の切断要素を含む少なくとも１つの切断器を含んでもよい。１つ以上の切断要素のそれぞれは、マンドレルの少なくとも１つの切断面に少なくとも近接して配設され、１つ以上の繊維を切断するように構成されてもよい。少なくとも１つの切断面は、マンドレルの最下部分に及び／又はその近くにあってもよい。

一実施形態では、装置が開示される。装置は、繊維ガンを含んでもよい。繊維ガンは、マンドレルを含んでもよい。マンドレルは長手方向軸を含んでもよい。マンドレルは、最上部分、最上部分の概して反対側の最下部分、及び最上部分と最下部分との間に延在する長さを含んでもよい。マンドレルの断面積は、マンドレルの長さの少なくとも一部分に沿って変化してもよい。マンドレルの断面周囲は、マンドレルの長さの実質的に全体に沿って実質的に一定に保たれてもよい。またマンドレルは、最上部分の及び／又はその近くのマンドレルの第１の部分から、マンドレルの最下部分の及び／又はその近くのマンドレルの第２の部分まで、１つ以上の繊維を移動させるように構成された移送機構を含んでもよい。最後にマンドレルは、少なくとも１つの切断器を含んでもよい。少なくとも１つの切断器は、１つ以上の切断要素を含んでもよい。１つ以上の切断要素のそれぞれは、マンドレルの少なくとも１つの切断面に少なくとも近接して配設され、１つ以上の繊維を切断するように構成されてもよい。少なくとも１つの切断面は、マンドレルの最下部分に及び／又はその近くにあってもよい。また装置は、繊維ガンを支持部材に対して制御可能に移動させるように構成されたロボットを含んでもよい。装置は、繊維ガン及びロボットに動作可能に結合されたコントローラをさらに含んでもよい。コントローラは、繊維ガン及びロボットの動作を少なくとも部分的に制御するように構成されてもよい。

一実施形態では、１つ以上の繊維を切断する方法が開示される。方法は、繊維ガンを用意するステップを含んでもよい。繊維ガンは、長手方向軸を有するマンドレルを含んでもよい。マンドレルは、最上部分、及び最上部分から離間した最下部分をさらに含んでもよい。マンドレルは、最上部分と最下部分との間に延在する長さを呈してもよい。またマンドレルは、マンドレルの長さの少なくとも一部分に沿って変化する断面積を呈してもよい。また繊維ガンは、移送機構を含んでもよい。繊維ガンは、マンドレルの少なくとも１つの切断面に少なくとも近接して配設された少なくとも１つの切断要素をさらに含んでもよい。また方法は、マンドレルの最上部分の及び／又はその近くのマンドレルの第１の部分から、マンドレルの最下部分の及び／又はその近くのマンドレルの第２の部分まで、１つ以上の繊維を移動させるように、移送機構を作動させるステップを含んでもよい。方法は、マンドレルの最下部分の及び／又はその近くの少なくとも１つの切断要素を使用して、１つ以上の繊維を切断して、１つ以上の繊維区分を作り出すステップをさらに含んでもよい。方法は、１つ以上の繊維区分のそれぞれを、繊維ガンの下に配設された支持部材上に制御可能に位置付けるステップをさらに含んでもよい。

任意の開示される実施形態の特徴は、限定されることなく互いに組み合わされて使用されてもよい。それに加えて、本開示の他の特徴及び利点は、以下の発明を実施するための形態及び添付図面を考慮することによって、当業者には明らかになろう。

記述は、以下の図面を参照してより完全に理解され、それらの図面は本開示の様々な実施形態として提示されており、本開示の範囲の完全な記載として解釈されるべきではない。

一実施形態による、１つ以上の繊維区分を切断すること、形成すること、又は位置付けることのうちの少なくとも１つを、制御可能に行うように構成された繊維ガンを含む装置の等角図である。一実施形態による、図１に示される繊維ガンの拡大等角図である。一実施形態による、図１〜図２に示される繊維ガンの一部分を示す簡略正面図である。一実施形態による、図１〜図２に示される繊維ガンの一部分を示す簡略側面図である。一実施形態による、マンドレルの等角図である。一実施形態による、マンドレルの上面図である。一実施形態による、本明細書において開示される任意の装置によって上に位置付けられる１つ以上の繊維区分を有し得る複合材コンポーネントの平面図である。図５Ａに示される５Ｂ−５Ｂ線に沿って切り取られた複合材コンポーネントの一部分の断面図である。異なる実施形態による、複合材コンポーネントの穴を補強するために使用され得る複数の１つ以上の繊維区分の配置を示す平面図である。異なる実施形態による、複合材コンポーネントの穴を補強するために使用され得る複数の１つ以上の繊維区分の配置を示す平面図である。

本開示は、以下の発明を実施するための形態を、下に記述される図面と併せて参照することによって理解され得る。例証をわかりやすくするために、様々な図面の特定の要素は、原寸に比例して描かれているとは限らないことに留意されたい。

本開示は、繊維ガンを含む装置を提供する。一実施形態では、装置は、１つ以上の繊維を１つ以上の繊維区分に制御可能に切断することができる。一実施形態では、装置は、１つ以上の繊維を異なる形状に（例えば、ループから実質的に真っ直ぐな繊維に）制御可能に形成することができる。一実施形態では、装置は、１つ以上の繊維区分を支持部材（例えば複合材コンポーネント）上に制御可能に位置付けることができる。例えば装置はロボットを含んでもよく、ロボットは、支持部材に対して繊維ガンを制御可能に移動させ、１つ以上の繊維区分が支持部材上に制御可能に位置付けられるように、繊維ガンを位置合わせすることができる。装置は、装置の動作を少なくとも部分的に制御するコントローラをさらに含んでもよい。

本明細書において開示される自動での切断、形成、及び／又は位置付け方法は、手動での繊維の切断、形成、及び／又は位置付けよりも実質的に効率がよく、それに関連する人件費を削減することができる。例えば装置は、１つ以上の繊維を１分当たり３メートルのスピードで、１つ以上の繊維区分に切断、形成、及び／又はその位置付けを行うことができる。１つ以上の繊維区分の長さによっては、装置は、１分に１６個の一定の長さの１つ以上の繊維区分を切断、形成、及び／又は位置付けすることができる。

図１は、一実施形態による、１つ以上の繊維区分を切断すること、形成すること、又は位置付けることのうちの少なくとも１つを、制御可能に行うように構成された繊維ガン１０２を含む装置１００の等角図である。繊維ガン１０２は、少なくとも１つのマンドレル１０４を含む。マンドレル１０４は、その最上部分で及び／又はその近くで、１つ以上の繊維を受けるように構成される。繊維ガン１０２は、マンドレル１０４のその最上部分の及び／又はその近くの第１の部分から、マンドレル１０４のその最下部分の及び／又はその近くの第２の部分まで、１つ以上の繊維を移動させるように構成された少なくとも１つの移送機構１０６を含む。マンドレル１０４は、マンドレル１０４のその最上部分の及び／又はその近くの第１の部分、及びマンドレル１０４のその最下部分の及び／又はその近くの第２の部分から変化する断面積を呈する。断面形状が変化していることによって、マンドレル第１の部分から第２の部分に１つ以上の繊維が移動するときに、１つ以上の繊維の形状を変えることができる。繊維ガン１０２は、マンドレル１０４の最下部分及び／又はその近くにあるマンドレル１０４の少なくとも１つの切断面に少なくとも近接して配設された少なくとも１つの切断器（例えば図２の切断器２３２）も含む。少なくとも１つの切断器は、１つ以上の繊維を制御可能に切断して少なくとも１つ以上の繊維区分１０８を作り出すことができる。

繊維ガン１０２は、支持部材１１０上に１つ以上の繊維区分１０８を制御可能に位置付けることができる（例えば、落とす、堆積させる、それに位置合わせするなど）。例えば装置１００は、支持部材１１０に対して繊維ガン１０２を制御可能に移動させるように構成された、繊維ガン１０２に結合されたロボット１１２を含んでもよい。また装置１００は、装置１００の１つ以上の構成要素に通信可能に結合された、１つ以上の構成要素の動作を少なくとも部分的に制御するように構成されたコントローラ１１４を含んでもよい。

装置１００は、１つ以上の繊維を含む繊維供給源（図示せず）を含んでもよい。繊維供給源の１つ以上の繊維は、単一の連続した繊維、繊維の束（例えば、位置合わせされた繊維の束、織り繊維の束など）、又は任意の他の適切な繊維を含んでもよい。例えば１つ以上の繊維は、１ｋ（１０００本の繊維を含む繊維ストランド）、５ｋ、１０ｋ、１２ｋ、１５ｋ、２０ｋ、３０ｋ、４０ｋ、５０ｋ、１００ｋの繊維ストランドであってもよく、与えられた任意の値間の範囲も含む。１つ以上の繊維は、約０．０１ｍｍ〜約５ｍｍ、例えば約０．５ｍｍの総厚さを呈してもよい。繊維供給源の１つ以上の繊維は、マンドレル１０４に動作可能に結合されてもよい。

一実施形態では、繊維ガン１０２は、１つ以上の繊維をマンドレル１０４の周りに巻き付けるように構成されてもよい。例えば繊維ガン１０２は、移送機構１０６が１つ以上の繊維をマンドレル１０４に沿って移動させるときに、１つ以上の繊維がらせん状パターンを作るように、マンドレル１０４の周りに１つ以上の繊維を実質的に連続して巻き付けるように構成されてもよい。らせん状パターンは、それぞれのすぐ隣の１つ以上の繊維の横方向に離間した部分との間で、均一な間隔を呈してもよい。例えば繊維ガン１０２は、１つ以上の繊維をマンドレル１０４の周りに巻き付ける機構を含んでもよい。

マンドレル１０４は、長手方向軸（例えば図３Ａ〜図３Ｂの長手方向軸３４２）を呈する。またマンドレル１０４は、マンドレル１０４の最上部分から最下部分まで延在する長さを呈してもよい。マンドレル１０４の長さは、長手方向軸に実質的に平行に測定され得る。一実施形態では、マンドレル１０４の、その長手方向軸に実質的に垂直に測定した断面積は、マンドレル１０４の長さの少なくとも一部分に沿って変化してもよい。例えばマンドレル１０４の断面積は、マンドレル１０４の実質的に全長に沿って変化してもよい。図３Ａ〜図４Ｂに関してさらに詳細に議論されることになる一実施形態では、マンドレル１０４の断面形状の断面積は、マンドレル１０４の最上部分の及び／又はその近くのマンドレル１０４の第１の部分から、最下部分の及び／又はその近くのマンドレル１０４第２の部分まで、実質的に連続して又は実質的に不連続に、概して減少してもよい。しかし、マンドレル１０４の断面積は、任意の適切な態様で変化してもよい。マンドレル１０４の断面積が変化していることによって、１つ以上の繊維がマンドレル１０４に沿って移動するとき、１つ以上の繊維の形状が変化し得る。特に１つ以上の繊維の形状は、１つ以上の繊維が最後に接触していた、又は１つ以上の繊維が切断されたときに接触していたマンドレル１０４の表面に、少なくとも部分的に一致する（例えばその形状を少なくとも部分的に保持する）ように変化し得る。

マンドレル１０４の断面周囲は、マンドレル１０４の実質的に全長に沿って実質的に一定に保たれ、例えばマンドレル１０４の断面周囲は最大で約５％、最大で約４％、最大で約３％、最大で約２％、最大で約１％変化する、又は約０％変化する（例えば一定に保たれる）。マンドレル１０４の実質的に全長に沿って実質的に一定に保たれる断面周囲は、１つ以上の繊維がマンドレル１０４上で割れる、たるむ、詰まることなどを防止することによって、マンドレル１０４に沿った１つ以上の繊維の移動を容易にすることができる。一実施形態では、マンドレル１０４の断面周囲は、マンドレル１０４の長さの少なくとも一部分に沿って（例えば実質的にその全長に沿って）一定に保たれてもよい。一実施形態では、マンドレル１０４の断面周囲は、マンドレル１０４の長さの少なくとも一部分に沿って（例えば実質的にその全長に沿って）実質的に一定に（例えば最大で約５％変化して）保たれてもよい。例えばマンドレル１０４の断面周囲は、マンドレル１０４の第１の部分から、マンドレル１０４の最下部分又は切断面（例えば図３Ａの切断面３４５）に近いマンドレル１０４の部分まで一定に保たれてもよい。マンドレル１０４の断面周囲は、この場合、マンドレル１０４の最下部分又は切断面に近いマンドレル１０４の部分から、マンドレル１０４の最下部分又は切断面まで最大で５％概して増大し得る。マンドレル１０４の最下部分又は切断面で及び／又はその近くで断面周囲が増大することによって、１つ以上の繊維が比較的張った状態になり、それにより１つ以上の繊維の切断を容易にすることができる。一実施形態では、マンドレル１０４の断面形状が概して円形である場合には、マンドレル１０４の断面周囲は、断面円周囲であってもよい。

装置１００は、移送機構１０６に結合され得る駆動機構１１６（例えば電気モータ、油圧モータ、又は他の適切なアクチュエータ）を含んでもよい。例えば駆動機構１１６の動作によって、移送機構１０６が作動し、マンドレル１０４の少なくとも一部分に沿って１つ以上の繊維を移動させることを移送機構１０６に行わせてもよい。一実施形態では、駆動機構１１６は、繊維ガン１０２に配設される及び／又はそれに取り付けられる。一実施形態では、駆動機構１１６は、繊維ガン１０２から離間される（例えば、装置１００の別の構成要素に配設される及び／又はそれに取り付けられる）。

移送機構１０６は、マンドレル１０４の少なくとも一部分に沿って１つ以上の繊維を移動させるように構成された任意の適切な機構とすることができる。図２は、一実施形態による、図１に示された繊維ガン１０２の拡大等角図である。図２は、本明細書において開示される任意の実施形態で使用され得る移送機構１０６の１つの種類を示す。しかし、他の種類の移送機構が使用されてもよいことが理解される。

移送機構１０６は、マンドレル１０４の少なくとも１つの表面（例えば少なくとも１つの側面）に少なくとも近接して（例えば接触して）配設された少なくとも１つのベルト２１８を含む。例えば少なくとも１つのベルト２１８は、マンドレル１０４の第１の表面に少なくとも近接して配設された第１のベルト２１８Ａと、第１の表面の概して反対側のマンドレル１０４の第２の表面に少なくとも近接して配設された第２のベルト２１８Ｂとを含んでもよい。一実施形態では、第１及び第２のベルト２１８Ａ、２１８Ｂは、実質的に同じであってもよく、又は異なってもよい（例えば、異なる速度、異なる長さ、異なる幅などを呈してもよい）。２つのベルト２１８が示されているが、移送機構１０６は単一のベルトを含んでもよく、又は３つ以上のベルトを含んでもよいことが理解される。

少なくとも１つのベルト２１８は、１つ以上の繊維と接触し、マンドレル１０４に沿って１つ以上の繊維を移動させるように構成された外側面２２０を呈してもよい。一実施形態では、外側面２２０は、１つ以上の繊維とマンドレル１０４との静又は動摩擦係数よりも大きい静又は動摩擦係数を、１つ以上の繊維に対して呈してもよい。例えば外側面２２０は、マンドレル１０４の材料とは異なる表面材質及び／又は材料を呈してもよい。

移送機構１０６は、少なくとも１つのベルト２１８を繊維ガン１０２に対して支持する少なくとも１つのシャフト２２２を含んでもよい。例えば少なくとも１つのシャフト２２２は、繊維ガン１０２の別の部分に結合され、そこから延在していてもよい。少なくとも１つのベルト２１８は、その上部、その下部、及び／又はそれらの間の別の部分において少なくとも１つのシャフト２２２に結合されてもよい。一実施形態では、少なくとも１つのシャフト２２２は、それに結合されたローラ２２４を含んでもよい。ローラ２２４は、少なくとも１つのシャフト２２２が少なくとも１つのベルト２１８に接触し、少なくとも１つのベルト２１８を概して張った状態に維持するように、少なくとも１つのシャフト２２２の厚さを増大させてもよい。

少なくとも１つのシャフト２２２は、少なくとも１つのベルト２１８を（例えばローラ２２４を介して）回転させるように構成されてもよい。例えば少なくとも１つのシャフト２２２は、１つ以上の歯車に結合されてもよい。１つ以上の歯車２２６は、駆動機構１１６が少なくとも１つのシャフト２２２を回転させることができるように、少なくとも１つのシャフト２２２を駆動機構１１６（図１）に動作可能に結合させてもよい。しかし少なくとも１つのシャフト２２２は、他のデバイスを使用して駆動機構１１６に動作可能に結合されてもよい。例えば、１つ以上の歯車２２６のうちの少なくともいくつかがベルトに置換されてもよく、又は駆動機構１１６が少なくとも１つのシャフト２２２に直接結合されてもよい。

一実施形態では、移送機構１０６は、繊維ガン１０２の別の部分に結合されそこから延在し得る少なくとも１つの受動支持体２２８を含んでもよい。少なくとも１つの受動支持体２２８は、少なくとも１つのシャフト２２２によって支持されない少なくとも１つのベルト２１８のうちの１つのベルトの一部分（例えば上部、下部、及び／又はそれらの間の部分）を支持してもよい。少なくとも１つの受動支持体２２８は、少なくとも１つのベルト２１８を能動的に回転させるようには構成されていない。一実施形態では、少なくとも１つの受動支持体２２８は、少なくとも１つのベルト２１８の回転を実質的に妨げないように構成される。一実施形態では、受動支持体２２８は、ローラ２２４を含んでもよい。

一実施形態では、移送機構１０６は、少なくとも１つのベルト２１８を支持する少なくとも１つのシャフト２２２のそれぞれと、任意選択で、少なくとも１つの受動支持体２２８との間に連結され、それらの間に延在する複数の延長バー２３０を含んでもよい。したがって、複数の延長バー２３０は、少なくとも１つのベルト２１８にさらなる支持を及び／又は剛性を与えることができる。一実施形態では、複数の延長バー２３０は、少なくとも１つのシャフト２２２、及び任意選択で、少なくとも１つの受動支持体２２８に実質的に垂直であってもよい。一実施形態では、複数の延長バー２３０は、少なくとも１つのベルト２１８が少なくとも近接して配設されるように、マンドレル１０４の表面に実質的に平行であってもよい。

さらに図２を参照すると、繊維ガン１０２は、１つ以上の繊維を切断することができる少なくとも１つの切断器２３２も含み得る。例えば少なくとも１つの切断器２３２は、１つ以上の切断要素（図示せず、隠れている）を含んでもよい。一実施形態では、少なくとも１つの切断器２３２は、マンドレル１０４の少なくとも１つの切断面（例えば図３Ａの切断面３４５）に少なくとも近接して（例えば接触して）配設されている。マンドレル１０４の少なくとも１つの切断面は、マンドレル１０４の任意の適切な表面とすることができ、例えばマンドレル１０４の最下部分の及び／又はその近くの側面とすることができる。少なくとも１つの切断器２３２は、マンドレル１０４の少なくとも１つの切断面と、少なくとも１つの切断器２３２の１つ以上の切断要素との間を、１つ以上の繊維の一部分が移動するときに、１つ以上の繊維を切断するように構成されてもよい。

一実施形態では、少なくとも１つの切断器２３２は、マンドレル１０４に対して少なくとも１つの切断器２３２が移動可能であるように、繊維ガン１０２に移動可能に結合されてもよい。一例では、１つ以上の切断要素がマンドレル１０４から離間されている第１の位置と、１つ以上の切断要素がマンドレル１０４に少なくとも近接して配設されている第２の位置との間で、少なくとも１つの切断器２３２が移動可能であってもよい。一実施形態では、１つ以上の切断要素がマンドレル１０４の第１の切断面に少なくとも近接して配設されている第１の位置と、１つ以上の切断要素がマンドレル１０４の第２の切断面に少なくとも近接して配設されている第２の位置との間で、少なくとも１つの切断器２３２が移動可能であってもよい。一実施形態では、少なくとも１つのベルト２１８への損傷を最小限にするため、及び少なくとも１つのベルト２１８に接触する１つ以上の繊維の部分に影響を与えないようにするために、少なくとも１つの切断器２３２は、少なくとも１つのベルト２１８から距離をおいて配設されてもよい。

一実施形態では、少なくとも１つの切断器２３２は、複数の切断器を含んでもよい。複数の切断器のそれぞれは、互いに実質的に等距離に（例えばマンドレル１０４の断面周囲に沿って）配設され、それにより複数の切断器が、実質的に一定の等しい長さを有する１つ以上の繊維区分１０８を作り出してもよい。例えば複数の切断器は、マンドレル１０４の向かい合う側面において１つ以上の繊維を切断する２つの切断器を含んでもよい。あるいは、複数の切断器のうちの少なくとも１つは、マンドレル１０４の断面周囲に沿って互いに実質的に等距離に配設されておらず、それにより複数の切断器は、少なくとも２つの異なる長さを有する１つ以上の繊維区分１０８を作り出してもよい。

図１を参照すると、一実施形態では、１つ以上の繊維が切断された後で、繊維ガン１０２が１つ以上の繊維区分１０８を支持部材１１０上に制御可能に位置付けてもよい。支持部材１１０は、１つ以上の繊維区分１０８を支持すること、１つ以上の繊維区分１０８を収集すること、１つ以上の繊維区分１０８をそれに付着させること、１つ以上の繊維区分１０８を保管することなどを行うように構成されてもよい。例えば支持部材１１０は、１つ以上の繊維区分１０８、容器、基板、又は他の適切な支持部材１１０を保持するテーブルであってもよい。一実施形態では、支持部材１１０は、１つ以上の繊維区分１０８からの追加的な補強をその１つ以上の領域（例えば１つ以上の遷移領域）において必要とする複合材コンポーネントを含んでもよい。この実施形態では、繊維ガン１０２は、複合材コンポーネントの表面に１つ以上の繊維区分１０８を制御可能に切断及び位置付けしてもよい。そのような実施形態では、１つ以上の繊維区分１０８は、複合材コンポーネントを補強するのに充分な長さを呈してもよい。

一実施形態では、ポリマー樹脂又は接着剤の薄層が支持部材１１０に塗布されて、そこに１つ以上の繊維区分１０８を付着させるのを補助してもよい。ポリマー樹脂又は接着剤は、１つ以上の繊維区分１０８が支持部材１１０上に位置付けられる前、その間、又はその後に、支持部材１１０上に塗布されてもよい。一実施形態では、繊維ガン１０２は、ポリマー樹脂又は接着剤を支持部材１１０に塗布するように構成されたデバイスを含む。

上記で議論されたように、装置１００は、支持部材１１０に対して繊維ガン１０２を移動させるように構成されたロボット１１２も含むことができる。例えばロボット１１２は、繊維ガン１０２に動作可能に結合（例えば直接結合）されてもよい。一実施形態では、ロボット１１２は、少なくとも１つ、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ、少なくとも５つ、又は少なくとも６つの自由度で繊維ガン１０２を移動させるように構成されてもよい。例えば、ロボット１１２は、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、ｘ軸まわりの旋回もしくは回転（ピッチング又はローリング）、ｙ軸まわりの旋回もしくは回転（ピッチング又はローリング）、又はｚ軸まわりの旋回もしくは回転（ヨーイング）のうちの少なくとも１つに、繊維ガン１０２を移動させるように構成されてもよい。

一実施形態では、ロボット１１２は、静止部分１１２Ａ、及び静止部分１１２Ａに連結された１つ以上の動作部分１１２Ｂを含んでもよい。１つ以上の動作部分１１２Ｂは、静止部分１１２Ａに対して移動し、それにより支持部材１１０に対して繊維ガン１０２を移動させるように構成されてもよい。したがって、１つ以上の動作部分１１２Ｂは、静止部分１１２Ａに対して又は互いに対してその角度を調節可能であってもよく（例えば駆動機構１１６又は別の適切なデバイスに動作可能に連結された関節を含んでもよく）、延長可能及び／もしくは格納可能であってもよく（例えばピストンを含んでもよく）、又は互いに対して回転可能であってもよい（例えばベアリングを含んでもよい）。したがって、繊維ガン１０２が支持部材１１０上に１つ以上の繊維区分１０８を制御可能に位置付けるように、ロボット１１２は支持部材１１０に対して繊維ガン１０２を移動させてもよい。

一実施形態では、装置１００は、繊維ガン１０２に動作可能に結合されたロボット１１２と実質的に同様の、支持部材１１０に動作可能に結合されたロボット（図示せず）を含んでもよい。したがって、支持部材１１０に動作可能に結合されたロボットは、支持部材１１０上に１つ以上の繊維区分１０８を繊維ガン１０２が制御可能に位置付けることができるように、支持部材１１０を移動させてもよい。一実施形態では、支持部材１１０に動作可能に結合されたロボットは、繊維ガン１０２に動作可能に結合されたロボット１１２と連動して動作してもよい。一実施形態では、繊維ガン１０２に動作可能に結合されたロボット１１２、又は支持部材１１０に動作可能に結合されたロボットのうちの少なくとも１つが、省略されてもよい。

上記で議論されたように、コントローラ１１４は、装置１００の１つ以上の構成要素に通信可能に結合され、１つ以上の構成要素の動作を少なくとも部分的に制御してもよい。例えばコントローラ１１４は、繊維ガン１０２、移送機構１０６、ロボット１１２、駆動機構１１６、少なくとも１つの切断器２３２などのうちの少なくとも１つに通信可能に結合されてもよい。一実施形態では、コントローラ１１４は、駆動機構１１６に通信可能に結合されてもよく、コントローラ１１４は、モータ速度を制御し、及び／又は駆動機構１１６を制御可能に（例えばアルゴリズムによって）始動もしくは停止させてもよい。一実施形態では、コントローラ１１４は、少なくとも１つの切断器２３２に通信可能に結合されてもよく、コントローラ１１４は、少なくとも１つの切断器２３２が１つ以上の繊維を切断するとき、及び／又は少なくとも１つの切断器２３２が第１の位置から第２の位置まで移動するときを、制御可能に指示してもよい。一実施形態では、コントローラ１１４は、ロボット１１２にも結合され、ロボット１１２の動きを制御可能及び／又は選択的に指示してもよい。

コントローラ１１４は、１つ以上の動作命令（例えば１つ以上のプログラム、ユーザに対する１つ以上のインストラクション）を中に記憶するように構成されたメモリ１３４を含んでもよい。メモリ１３４は、非一時的なメモリ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、固体ハードドライブ、ハードディスクドライブなどを含んでもよい。またコントローラ１１４は、１つ以上の動作命令を実行するように構成された、メモリ１３４に通信可能に結合された少なくとも１つのプロセッサ１３６を含んでもよい。

またコントローラ１１４は、装置１００のユーザと通信するように構成されてもよい。例えばコントローラ１１４は、装置１００についての情報をユーザに対して表示し得るディスプレイ１３８を含んでもよい。またコントローラ１１４は、ユーザが装置１００と通信できるようにする１つ以上の入力部１４０を含んでもよい。１つ以上の入力部１４０は、スピーカ、マイクロフォン、マウス、キーボード、タッチスクリーンなどを含んでもよい。

またコントローラ１１４は、１つ以上のセンサ１４１に動作可能に接続されてもよい。１つ以上のセンサ１４１は、装置１００の１つ以上の構成要素に取り付けられ、装置１００の１つ以上の特性を検出するように構成されてもよい。一実施形態では、１つ以上のセンサ１４１は、少なくとも１つの光学センサ（例えば位置センサ、光電センサなど）を含んでもよい。少なくとも１つの光学センサは、支持部材１１０に対する繊維ガン１０２の位置、切断要素に対する１つ以上の繊維の位置などを検出してもよい。一実施形態では、１つ以上のセンサ１４１は、繊維ガン１０２、又は装置１００のうちの別の移動する構成要素の動きを検出するように構成された動きセンサ（例えば加速度計）を含んでもよい。一実施形態では、１つ以上のセンサ１４１は、マンドレル１０４の形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）を検出する（例えば１つ以上の繊維を検出する）、又は支持部材１１０を検出する（例えば１つ以上の繊維区分１０８の遷移領域を検出する）ように構成された形状センサ（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｓｅｎｓｏｒ）を含んでもよい。一実施形態では、１つ以上のセンサ１４１は、任意の適切なセンサを含んでもよい。

一実施形態では、１つ以上のセンサ１４１は、装置１００の１つ以上の特性を検出したことに応答して、コントローラ１１４に１つ以上の感知信号を送信してもよい。コントローラ１１４は、１つ以上の感知信号を受信したことに応答して、装置１００の１つ以上の構成要素の動作を少なくとも部分的に制御してもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは、一実施形態による、図１〜図２に示される繊維ガン１０２の一部分のそれぞれ簡略正面図及び簡略側面図である。上記で議論されたように、繊維ガン１０２のマンドレル１０４は、長手方向軸３４２を含む。マンドレル１０４の長さは、マンドレル１０４の最上部分３４８からマンドレル１０４の最下部分３５０まで延在し、その間で計測される。繊維ガン１０２は、移送機構１０６も含む。示される移送機構１０６は、マンドレル１０４の側部に少なくとも近接して配設された第１のベルト２１８Ａと、マンドレル１０４の反対側の側部に少なくとも近似して配置された第２のベルト２１８Ｂと、少なくとも１つのシャフト２２２と、少なくとも１つの受動支持体２２８と、複数の延長バー２３０と、少なくとも１つのローラ２２４とを含む。しかし、移送機構１０６の１つ以上の構成要素は省略されてもよく、又は別の移送機構が使用されてもよいことが理解される。

上記で議論されたように、繊維ガン１０２は、マンドレル１０４の少なくとも１つの切断面３４５に少なくとも近接して配設された（例えば接触した）１つ以上の切断要素３４４を含んでもよい。マンドレル１０４の少なくとも１つの切断面３４５は、マンドレル１０４の最下部分３５０に、及び／又はその近くにあってもよい。一実施形態では、１つ以上の切断要素３４４のうちの少なくともいくつかは、少なくとも１つの研削切断器を含んでもよい。少なくとも１つの研削切断器は、１つ以上の繊維３４６を切断するために（図３Ａに示されるように）回転してもよい。少なくとも１つの研削切断器は、１つ以上の繊維３４６がマンドレル１０４に沿って移動する方向に回転してもよい。例えば、少なくとも１つの研削切断器が２つの研削切断器を含む場合、２つの研削切断器のうちの一方は時計回りに回転し、他方の研削切断器は反時計回りに回転してもよい。少なくとも１つの研削切断器は、摩擦材料を備えるディスクを含んでもよい。例えば少なくとも１つの研削切断器は、Ｆｌｅｘｏｖｉｔ社から入手可能な薄いカーバイドディスクを含んでもよい。一実施形態では、１つ以上の切断要素３４４のうちの少なくともいくつかは、少なくとも１つの超音波シザーを含んでもよい。少なくとも１つの超音波シザーは、Ｃ．ＴｈｏｍｐｓｏｎＭａｃｈｉｎｅｓ社から入手可能なものを含めて、任意の適切な超音波シザーを含んでもよい。超音波シザーは、１つ以上の繊維を切断するために超音波エネルギーを使用する。超音波エネルギーを使用することによって、研削切断器に比べて工具寿命を延ばすことができる。別の実施形態では、１つ以上の切断要素３４４は、任意の他の適切な切断要素を含んでもよい。

繊維ガン１０２の動作中に、１つ以上の繊維３４６が、マンドレル１０４の最上部分３４８で及び／又はその近くで、マンドレル１０４の周りに巻き付けられる。次いで、第１及び第２のベルト２１８Ａ、２１８Ｂが回転してもよく（例えば少なくとも１つのシャフト２２２が第１及び第２のベルト２１８Ａ、２１８Ｂを回転させてもよく）、それにより、１つ以上の繊維３４６をマンドレル１０４に沿って、１つ以上の切断要素３４４に向かって移動させる。１つ以上の切断要素３４４は、第１及び第２のベルト２１８Ａ、２１８Ｂが１つ以上の繊維３４６を、マンドレル１０４の少なくとも１つの切断面３４５と１つ以上の切断要素３４４との間で移動させるときに、１つ以上の繊維３４６を切断して、１つ以上の繊維区分１０８を作り出してもよい。一実施形態では、繊維ガン１０２は、１つ以上の繊維３４６を切断した直後に、１つ以上の繊維区分１０８を支持部材上に落としてもよい。一実施形態では、繊維ガン１０２は、第１及び第２のベルト２１８Ａ、２１８Ｂが、マンドレル１０４の少なくとも１つの切断面３４５と最下部分３５０との間のマンドレル１０４の部分まで１つ以上の繊維区分１０８を移動させた後に（例えば、第１及び第２のベルト２１８Ａ、２１８Ｂが、マンドレル１０４の最下部分３５０に１つ以上の繊維区分１０８を移動させた後に）、支持部材上に１つ以上の繊維区分１０８を落としてもよい。

上記で議論されたように、マンドレル１０４の断面形状は、その長手方向軸３４２に沿って変化してもよい。例えば、図３Ａ〜図３Ｂは、マンドレル１０４がその最上部分３４８で及び／又はその近くで幅Ｗ_Ｕ及び厚さＴ_Ｕを呈し、その最下部分３５０で及び／又はその近くで幅Ｗ_Ｌ及び厚さＴ_Ｌを呈することを示す。幅Ｗ_Ｕは幅Ｗ_Ｌよりも狭く、厚さＴ_Ｕは厚さＴ_Ｂよりも厚い。したがって、マンドレル１０４の幅及び厚さは、マンドレル１０４の長さの少なくとも一部分に沿って（例えば最上部分３４８から最下部分３５０まで測定されたときに）それぞれ概して減少及び概して増加し得る。例えばマンドレル１０４の幅及び厚さは、マンドレル１０４の全長に沿ってそれぞれ概して減少及び概して増加してもよい。例えばマンドレル１０４の幅及び厚さは、マンドレル１０４の長さの少なくとも一部分に沿って、実質的に連続して又は実質的に不連続にそれぞれ概して減少及び概して増加してもよい。マンドレル１０４の断面周囲は、マンドレル１０４の実質的に全長（例えばマンドレル１０４の全長）に沿って実質的に一定に保たれてもよい。

一実施形態では、幅Ｗ_Ｕ及び厚さＴ_Ｕは、マンドレル１０４の最上部分３４８で及び／又はその近くで比較的大きな断面積を有する断面を画成してもよい。マンドレル１０４の最上部分３４８の及び／又はその近くの断面形状は、マンドレル１０４の周りに１つ以上の繊維を巻き付けることを容易にすることもできる。例えばマンドレル１０４の最上部分３５０の及び／又はその近くの断面形状は、マンドレル１０４を使用して１つ以上の繊維３４６の形状が変えられる前の１つ以上の繊維３４６の形状と同様であってもよい。例えば１つ以上の繊維３４６は、概して巻き上げられた形状（例えばループ、カール、らせん、渦巻など）を自然に作り得る。したがって、マンドレル１０４の最上部分３４８の及び／又はその近くの断面形状は、概して円形、概して楕円形、又は別の適切な形状であってもよい。またマンドレル１０４の最上部分３４８の及び／又はその近くの断面形状は、概して三角形、概して矩形、概して六角形などであってもよい。

一実施形態では、幅Ｗ_Ｌ及び厚さＴ_Ｌは、マンドレル１０４の最上部分３４８の及び／又はその近くの断面形状に比べて比較的小さい断面形状を有する、マンドレル１０４の最下部分３５０の及び／又はその近くの断面形状を画成してもよい。例えばマンドレル１０４の最下部分３５０の及び／又はその近くの断面形状は、マンドレル１０４の最上部分３４８の及び／又はその近くの断面形状よりも細長い形状を呈してもよい。

マンドレル１０４の最下部分３５０の及び／又はその近くの断面形状が、より細長い断面形状であることによって、１つ以上の繊維３４６の形状が変化し得る。例えば１つ以上の繊維３４６は、それらが巻き付いているマンドレル１０４の部分に一致してもよく、１つもしくは複数の繊維３４６が最後に接触した又は１つもしくは複数の繊維３４６が切断されるときに接触したマンドレル１０４の部分の形状を少なくとも部分的に保持していてもよい。例えば１つ以上の繊維３４６は、最初の形状（例えばループ、らせんなど）を呈してもよい。次いで１つ以上の繊維３４６は、最初に、マンドレル１０４の周りに１つ以上の繊維３４６が巻き付けられるときに、マンドレル１０４の最上部分３４８の及び／又はその近くのマンドレル１０４の断面形状と一致してもよい。次いで、１つ以上の繊維３４６の形状は、１つ以上の繊維３４６が切断されるまでマンドレル１０４に沿って１つ以上の繊維３４６が移動するにつれ、変化してもよい。一実施形態では、マンドレル１０４の最下部分の及び／又はその近くのマンドレル１０４の概して細長い断面形状は、１つ以上の繊維３４６の一部分を真っ直ぐにするために使用されてもよい。そのような実施形態では、繊維ガン１０２は、１つ以上の繊維３４６がマンドレル１０４に接触する前の１つ以上の繊維３４６よりも真っ直ぐな１つ以上の繊維区分１０８を生成することができる。例えば繊維ガン１０２は、実質的にその全長に沿って実質的に真っ直ぐな１つ以上の繊維区分１０８を生成することができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、断面形状が特定の態様で変化していることを示しているが、マンドレル１０４の断面形状は、任意の適切な態様で変化してもよいことが理解される。例えばマンドレル１０４の幅及び厚さは、マンドレル１０４の最上部分３４８と最下部分３５０との間で実質的に連続して又は実質的に不連続に、それぞれ概して減少及び増加してもよい。例えばマンドレル１０４の幅及び／又は厚さは、マンドレル１０４の長さに沿って実質的に変化しないで保たれてもよい。例えばマンドレル１０４の最上部分３４８の及び／又はその近くの断面積は、マンドレル１０４の最下部分３５０の及び／又はその近くの断面積よりも小さくてもよい。

一実施形態では、断面周囲は、マンドレル１０４の最上部分３４８の及び／又はその近くのマンドレル１０４の第１の部分、及びマンドレル１０４の最下部分３５０の及び／又はその近くのマンドレル１０４の第２の部分から、わずかに増大してもよい。例えば断面周囲は、１０％未満、５％未満、又は１％未満増大してもよい。断面周囲が増大することによって、１つ以上の繊維３４６が、マンドレル１０４に沿って移動するときに張った状態にされ得る。したがって、マンドレル１０４の断面周囲を増大させることによって、１つもしくは複数の繊維３４６の切断が改善され得、ならびに／又は、１つもしくは複数の繊維３４６が最後に接触した及び／もしくは１つもしくは複数の繊維３４６が切断されたときに接触したマンドレル１０４の部分の形状を、１つもしくは複数の繊維区分により良好に保持させることができる。

マンドレルの断面形状は、マンドレルの長手方向軸に沿って変化してもよい。図４Ａ及び図４Ｂは、一実施形態による、マンドレル４０４のそれぞれ等角図及び上面図である。本明細書に別段に記述される場合を除いて、図４Ａ〜図４Ｂに示されるマンドレル４０４、及びその材料、構成要素、又は要素は、マンドレル１０４（図１〜図３Ｂ）、及びその材料、構成要素、又は要素と同様もしくは同じであってもよい。図４Ａ〜図４Ｂに示されるマンドレル４０４は、本明細書において開示される繊維ガンの任意の実施形態で使用されてもよい。議論を簡単にするために、図４Ａ〜図４Ｂは、マンドレル４０４の最上部分４４８の及び／又はその近くの断面形状、マンドレル４０４の最下部分４５０の及び／又はその近くの断面形状、マンドレル４０４の中間部分４５２（例えば最上部分４４８と最下部分４５０との間のマンドレル４０４の部分）の断面形状を示す。最下部分４５０の隠れた部分、及び中間部分４５２全体は、仮想線を使用して示されている。

マンドレル４０４の最上部分４４８の及び／又はその近くの断面積は、中間部分４５２の断面積よりも大きくてもよい。同様に、中間部分４５２の断面積は、最下部分４５０の及び／又はその近くの断面積よりも大きくてもよい。しかし、最上部分４４８、中間部分４５２、及び最下部分４５０の及び／又はその近くの断面周囲は、実質的に一定に保たれてもよい。

上記で議論されたように、最上部分４４８、中間部分４５２、及び最下部分４５０の及び／又はその近くの断面形状は、異なってもよい。一実施形態では、マンドレル４０４は、その断面積を小さくしてその最下部分４５０で及び／又はその近くで比較的小さい断面積を作り出すように、その形状を連続的に変形させてもよい。例えば示される実施形態では、最上部分４４８は概して円形の断面形状を呈してもよく、中間部分４５２は概して楕円形の断面形状を呈してもよく、最下部分４５０は概して矩形の断面形状を呈してもよい。

上記で議論されたように、最上部分４４８の及び／又はその近くの概して円形の断面形状は、マンドレル４０４の周りに１つ以上の繊維（図示せず）を巻き付けるのを容易にすることができる。動作中、１つ以上の繊維は、マンドレル４０４に沿って最下部分４５０に向かって移動してもよい。１つ以上の繊維の１つ以上の部分は、１つ以上の繊維がマンドレル４０４に沿って移動するにつれて真っ直ぐになり得る。例えばマンドレル４０４の最下部分４５０の及び／又はその近くのマンドレル４０４の細長い側部４５４に接触する１つ以上の繊維の部分は、実質的に真っ直ぐであり得る。細長い側部４５４の長さは、１つ以上の繊維区分の長さを決定してもよい。一実施形態では、マンドレル４０４の最下部分４５０の及び／又はその近くのマンドレル４０４のより狭い側部４５６に接触する１つ以上の繊維の部分は、１つ以上の切断要素を使用して切断されて、実質的にその全長に沿って実質的に真っ直ぐな１つ以上の繊維区分が作り出されてもよい。

マンドレル４０４は、様々な繊維の長さを提供するように形状、幾何形状、又は寸法が変化してもよい。例えば最上部分４４８は概して矩形の断面形状を呈してもよく、中間部分４５２は概して三角形の断面形状を呈してもよく、最下部分４５０は概して楕円形の断面形状を呈してもよい。

本明細書において開示される装置は、異なる複合材コンポーネント上に１つ以上の繊維区分を位置付けるために使用されてもよい。図５Ａは、一実施形態による、本明細書において開示される任意の装置によって上に位置付けられる１つ以上の繊維区分５０８を有し得る複合材コンポーネント５５８の平面図である。図５Ｂは、図５Ａに示される５Ｂ−５Ｂ線に沿って切り取られた複合材コンポーネント５５８の一部分の断面図である。一実施形態では、複合材コンポーネント５５８は、上層５５９、上層５５９から離間している下層５６０、及び上層５５９と下層５６０との間の隙間を埋めるコア領域５６１を含む複合材サンドイッチ構造であってもよい。使用することができる複合材サンドイッチ構造の例は、２０１４年６月４日に出願された「ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳａｎｄｗｉｃｈｗｉｔｈＨｉｇｈＢｅｎｄｉｎｇＳｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄＬｉｇｈｔＷｅｉｇｈｔ」という名称の米国特許出願第６２／００７，６１４号、及び２０１４年６月４日に出願された「ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳａｎｄｗｉｃｈｗｉｔｈＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄＦｒｅｅｏｆＳｕｒｆａｃｅＤｅｆｅｃｔｓ」という名称の米国特許出願第６２／００７，６７０号に開示されている。一実施形態では、複合材コンポーネント５５８は、単一材料から作られてもよく（例えば複合材は、１つ以上の繊維区分５０８で単一の材料を補強することによって作られる）、又は別の他の適切な複合材コンポーネントから作られてもよい。

複合材コンポーネント５５８を補強するために、上層５５９は、（例えば硬化ポリマー樹脂又は接着剤を使用して）それに結合された１つ以上の繊維区分５０８を含んでもよい。例えば図５Ｂに示されるように、複合材コンポーネント５５８は、１つ以上の繊維区分５０８を使用して補強された１つ以上の遷移領域を含んでもよい。示される実施形態では、遷移領域は、複合材コンポーネント５５８の異なる厚さを呈する領域とすることができる。例えば複合材コンポーネント５５８の遷移領域は、厚い区域５６２、薄い区域５６４、及び厚い区分５６２から薄い区分５６４まで延在する遷移領域５６６を含んでもよい。また複合材コンポーネント５５８は、１つ以上の繊維区分５０８を使用して補強され得る穴５６８を画成してもよい。例えば穴５６８は、複合材コンポーネント５５８の薄い区分５６４によって画成されてもよい。

一実施形態では、複合材コンポーネント５５８は、複合材コンポーネントの上層５５９が繊維ガンの下になる（例えば複合材コンポーネント５５８が図１の支持部材１１０である）ように、本明細書において開示される任意の装置に配設されてもよい。装置は、繊維区分５０８を受けることになる複合材コンポーネント５５８の部分の上に繊維ガンがくるように、複合材コンポーネント５５８に対して繊維ガンを制御可能に移動させるロボットを含んでもよい。繊維ガンは、１つ以上の繊維を切断して選択された長さを有する繊維区分５０８を作り出し、複合材コンポーネント５５８の選択された部分上に繊維区分５０８を制御可能に位置付けても（例えば落としても）よい。繊維ガンを移動させる、１つ以上の繊維を切断する、及び繊維区分５０８を複合材コンポーネント５５８上に位置付けるという動作のうちの少なくともいくつかは、実質的に同時に実行されてもよく、又は動作のうちの少なくとも１つが個別に実行されてもよい。複合材コンポーネント５５８が充分に補強されるまで、工程が繰り返されてもよい。例えば、１つ以上の繊維区分５０８が、図５Ａ〜図５Ｂに示されるように放射状パターン、又は任意の他の適切なパターンに配置されるまで、工程が繰り返されてもよい。

別の実施形態では、上述した方法に従って、装置は、１つ以上の繊維を１つ以上の繊維区分５０８に切断してもよい。次いで繊維ガンは、支持構造体上に１つ以上の繊維区分５０８を位置付けてもよい。この実施形態では、支持構造体は、複合材コンポーネント５５８ではない。１つ以上の繊維区分５０８は、支持構造体から取り除かれ、複合材コンポーネント５５８の上層５５９上に配設されてもよい。１つ以上の繊維区分５０８は、図５Ａ〜図５Ｂに示されるパターン又は任意の他の適切なパターンに配置されてもよい。

別の実施形態では、複合材コンポーネントは、補強される必要がある穴（例えば図５Ａ〜図５Ｂの穴５６８）を画成してもよい。図６Ａ及び図６Ｂは、異なる実施形態による、複合材コンポーネントの穴を補強するために使用され得る複数の１つ以上の繊維区分６０８Ａの配置を示す平面図である。図６Ａを参照すると、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ａは、放射状パターンを作るように配置されてもよい。複数の１つ以上の繊維区分６０８Ａのそれぞれは、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ａのすべてが重複しているエリア６７０を有するように配置されてもよく、同時にそれぞれの繊維区分６０８Ａが別の繊維区分６０８Ａに対して異なる角度で配向されてもよい。あるいは、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ａは、線形又は格子状パターンに配置されてもよい。放射状パターンは、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ａが、複合材を荷重方向により多く補強することを可能にするので、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ａを線形パターンの代わりに放射状パターンで作ることにいくつかの利点があり得る。

１つ以上の繊維区分６０８Ａは、図５Ａ〜図５Ｂに開示されるのと実質的に同じ態様で配置されてもよい。例えば穴を画成する複合材コンポーネントは、穴が繊維ガンの下にくるように、本明細書において開示された任意の装置に配設されてもよい。繊維ガンは、１つ以上の繊維を切断して、選択された長さ（例えば穴の幅よりも長い長さ）を有する繊維区分６０８Ａを作り出し、繊維区分が穴を越えて延在するように穴の上に繊維区分６０８Ａを制御可能に位置付けてもよい。

複合材コンポーネントを補強する別の方法は、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂを、選択された形状に作ることを含む。図６Ｂは、一実施形態による、選択された形状を少なくとも部分的に作るパターン６７２に作り出された複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂを含む支持部材６１０の上面図である。一実施形態では、本明細書において開示される任意の装置を使用して、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂがパターン６７２を作り出すように複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂを支持部材６１０上に位置付けてもよい。パターン６７２は、２次元パターンであってもよい。パターン６７２は、複合材コンポーネントを補強することができる任意の適切なパターンであってもよい。一実施形態では、パターン６７２は、選択された形状を部分的に作る概してＵ字形を作る（例えば選択された形状は、複数のパターン６７２から作られる）。一実施形態では、パターン６７２は、選択された形状を部分的に作る任意の適切なパターンであってもよい。一実施形態では、パターン６７２は、選択された形状の全体を作ってもよい。

複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂは、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂがパターン６７２を維持することができるように、ともに結合されてもよい。例えば複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂは、複数の縫い目６７４を使用してともに縫い付けられてもよい。例えば複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂは、ポリマー樹脂又は接着剤を使用してともに結合されてもよい。

一実施形態では、支持部材６１０は複合材コンポーネントである。そのような実施形態では、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂは、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂがともに結合されたときに、複合材コンポーネントの表面に付着されてもよい。一実施形態では、支持部材６１０は、複合材コンポーネントとは別個であってもよい。そのような実施形態では、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂは、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂがともに結合された後で、支持部材６１０から取り除かれ、複合材コンポーネント上に配設されてもよい。次いで、複数の１つ以上の繊維区分６０８Ｂは、複合材コンポーネントの表面に付着されてもよい。

いくつかの実施形態を記述したが、本発明の趣旨から逸脱することなく、様々な変形、代替的な構造、及び等価物が用いられてもよいことが、当業者によって認識されるであろう。それに加えて、多くの周知の工程及び要素は、本発明を不必要にわかりにくくすることを回避するために、記述されていない。したがって上の記述は、本発明の範囲を限定するものとして受け取られるべきではない。

ここに開示される実施形態は、限定ではなく例としての教示であることを、当業者は理解するであろう。したがって上の記述に含まれる、又は添付図面に示される事柄は、例証として解釈されるべきであって、限定の意味で解釈されるべきではない。以下の特許請求の範囲は、本明細書において記述されたすべての包括的及び具体的特徴のみならず、文言上それらの間に含まれると言われ得る本方法及びシステムの範囲のすべての言及を、網羅することが意図される。

Claims

長手方向軸を有し、１つ以上の繊維を含む供給源に結合可能なマンドレルであって、
最上部分、
前記最上部分の概して反対側の最下部分、
前記最上部分と前記最下部分との間に延在する長さ、
前記マンドレルの前記長さの少なくとも一部分に沿って変化する断面積、及び
前記マンドレルの前記長さの全体に沿って、一定に保たれず最大で５％変化する断面周囲、
を含むマンドレルと、
前記最上部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの第１の部分から、前記マンドレルの前記最下部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの第２の部分まで、前記１つ以上の繊維を移動させるように構成された移送機構と、
１つ以上の切断要素を含む少なくとも１つの切断器であって、前記１つ以上の切断要素のそれぞれが、前記マンドレルの少なくとも１つの切断面に少なくとも近接して配設され、前記１つ以上の繊維を切断するように構成されており、前記少なくとも１つの切断面が、前記マンドレルの前記最下部分に及び／又はその近くにある、切断器と、
を備えることを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記マンドレルの前記断面積が、前記最上部分から前記最下部分に向かって概して減少する、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記マンドレルの前記断面積が、前記マンドレルの前記長さの全体に沿って変化する、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記マンドレルの前記断面周囲が、前記マンドレルの前記長さの前記少なくとも一部分に沿って、一定に保たれず最大で３％変化する、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記マンドレルの前記断面周囲が、前記マンドレルの前記最下部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの部分において増大する、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記最上部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの断面形状が、概して円形である、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記最下部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの断面形状が、前記最上部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの断面形状よりも細長い、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記最下部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの断面形状が、少なくとも１つの細長い側部及び少なくとも１つの狭い側部を含み、
前記少なくとも１つの細長い側部が真っ直ぐである、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記移送機構が、前記マンドレルの少なくとも１つの表面に少なくとも近接して配設された少なくとも１つのベルトを含む、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項９に記載の繊維ガンであって、
前記少なくとも１つのベルトが、第１のベルト及び第２のベルトを含み、
前記マンドレルの前記少なくとも１つの表面が、第１の表面、及び前記第１の表面の反対側の第２の表面を含み、
前記第１のベルトが前記第１の表面に少なくとも近接して配設されており、
前記第２のベルトが前記第２の表面に少なくとも近接して配設されている、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記１つ以上の切断要素が、前記マンドレルに対して回転可能な少なくとも１つの研削砥石を含む、
ことを特徴とする繊維ガン。
請求項１に記載の繊維ガンであって、
前記１つ以上の切断要素が、少なくとも１つの超音波シザーを含む、
ことを特徴とする繊維ガン。
長手方向軸を含むマンドレルであって、
最上部分、
前記最上部分の概して反対側の最下部分、
前記最上部分と前記最下部分との間に延在する長さ、
前記マンドレルの前記長さの少なくとも一部分に沿って変化する断面積、及び
前記マンドレルの前記長さの全体で、一定に保たれず最大で５％変化する断面周囲、
を含むマンドレルと、
前記最上部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの第１の部分から、前記マンドレルの前記最下部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの第２の部分まで、１つ以上の繊維を移動させるように構成された移送機構と、
１つ以上の切断要素を含む少なくとも１つの切断器であって、前記１つ以上の切断要素のそれぞれが、前記マンドレルの少なくとも１つの切断面に少なくとも近接して配設され、前記１つ以上の繊維を切断するように構成されており、前記少なくとも１つの切断面が、前記マンドレルの前記最下部分に及び／又はその近くにある、切断器と、
を含む繊維ガンと、
支持部材に対して前記繊維ガンを制御可能に移動させるように構成されたロボットと、
前記繊維ガン及び前記ロボットに動作可能に結合されたコントローラであって、前記繊維ガン及び前記ロボットの動作を少なくとも部分的に制御するように構成されたコントローラと、
を備えることを特徴とする装置。
請求項１３に記載の装置であって、
前記ロボットが、
静止部分と、
前記静止部分に対して動くように構成された１つ以上の動作部分と、
を含み、
前記１つ以上の動作部分のうちの少なくとも１つが、前記静止部分に結合されている、
ことを特徴とする装置。
請求項１３に記載の装置であって、
前記マンドレルに動作可能に結合された、前記１つ以上の繊維を含む供給源をさらに備える、
ことを特徴とする装置。
請求項１３に記載の装置であって、
前記支持部材が、複合材コンポーネントであって、厚い区域から前記厚い区域よりも厚さが薄い薄い区域まで延在する１つ以上の遷移領域を含む複合材コンポーネントを含む、
ことを特徴とする装置。
１つ以上の繊維を切断する方法であって、
長手方向軸を含むマンドレルであって、最上部分、及び前記最上部分から離間した最下部分を含み、前記最上部分と前記最下部分との間に延在する長さを呈し、前記マンドレルの長さの少なくとも一部分に沿って変化する断面積を呈し、前記マンドレルの前記長さの全体に沿って、一定に保たれず最大で５％変化する断面周囲を含むマンドレルと、移送機構と、前記マンドレルの少なくとも１つの切断面に少なくとも近接して配設された少なくとも１つの切断要素と、を含む繊維ガンを用意するステップと、
前記マンドレルの前記最上部分の及び／又はその近くのマンドレルの第１の部分から、前記マンドレルの前記最下部分の及び／又はその近くの前記マンドレルの第２の部分まで、１つ以上の繊維を移動させるように、移送機構を作動させるステップと、
前記マンドレルの前記最下部分の及び／又はその近くの前記少なくとも１つの切断要素を使用して、前記１つ以上の繊維を切断して、１つ以上の繊維区分を作り出すステップと、
前記１つ以上の繊維区分のそれぞれを、前記繊維ガンの下に配設された支持部材上に制御可能に位置付けるステップと
を備えることを特徴とする方法。
請求項１７に記載の方法であって、
前記繊維ガンの下に前記支持部材を配設するステップをさらに含み、
前記支持部材が、複合材コンポーネントであって、厚い区域から前記厚い区域よりも厚さが薄い薄い区域まで延在する１つ以上の遷移領域を有する複合材コンポーネントを含む、
ことを特徴とする方法。
請求項１８に記載の方法であって、
前記１つ以上の繊維区分のそれぞれを、前記支持部材上に制御可能に位置付けるステップが、前記１つ以上の繊維区分のそれぞれを、前記１つ以上の遷移領域のうちの少なくとも１つの上に、又はその周りに制御可能に位置付けるステップを含む、
ことを特徴とする方法。
請求項１７に記載の方法であって、
前記繊維ガンを、前記支持部材に対して制御可能に移動させるステップをさらに含む、
ことを特徴とする方法。
請求項１７に記載の方法であって、
移送機構を作動させるステップが、前記マンドレルに少なくとも近接して配設された少なくとも１つのベルトを回転させるステップを含む、
ことを特徴とする方法。