JP5215382B2 - 支持テープからプリプレグを分離する退避可能な分離装置を備えた複合材料レイアップヘッド - Google Patents

Description

本発明は、プリプレグをバッキングテープから分離する分離装置を備えたレイアップヘッドに関する。

航空機の翼部構成部品など様々な部品を製造するために、レイアップヘッド（ｌａｙ−ｕｐ ｈｅａｄ）を備えたロボットにより、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の含浸により接合された、繊維素材（カーボン、ガラス、ケブラーなど）またはプラスチックフィルムからなる複合材（プリプレグ）テープを紙製またはプラスチックフィルム製のバッキングテープ上に支持させて、プリプレグ繊維のテープまたはレイヤを型（ｍｏｌｄ）または付着工具の上に自動的に付着（ｄｅｐｏｓｉｔ）することが広く行われている。プリプレグにレイアップヘッドの付着部の下方を通過させ、該プリプレグを該付着部によって型または付着工具の上に付着させる。この付着部は、例えば、必要であれば分割された複数のローラで構成されている。

米国特許第５，３１４，５６３号明細書には、レイアップヘッドによって複合材料を付着するためのかかる方法が記載されており、バッキングテープに支持されたプリプレグがレイアップヘッドの付着部まで搬送されて該付着部によって付着される。他方、バッキングテープ自体は付着部の下方を通過した後、付着部の下流において巻き取られる。

このような方法には問題点があるので、出願人は、複合材テープをリールから繰り出し、プリプレグ繊維のテープに、バッキングテープから分離されるレイアップの上方を通過させてバッキングテープを巻き取りマンドレルに復帰させるとともに、通常はレイアップヘッドに接続されたローラまたはアプリケータシューで構成された付着・締め固め部であるところの付着・圧縮部によって、プリプレグを型またはすでに付着処理された前レイヤに適用する方法を開発し、米国特許第４，８４２，６８４号明細書において記載した。この方法は、先行技術の方法とは異なり、バッキングテープを付着部の直上流においてプリプレグから分離する。

米国特許第５，３１４，５６３号明細書 米国特許第４，８４２，６８４号明細書

製造すべき部品の形状、特に製造対象部品のエッジ部分の形状を考慮すると、プリプレグテープの四隅セクションの全幅にわたって付着することに加えて、プリプレグテープを複雑に切断して得られた様々な形状のセクションを付着することが望ましい。

単純な形状を有する被横断切断セクション（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｃｕｔ）を得るために、単段階付着プロセスが用いられており、これは、同一の装置による、付着すべきストリップを原位置で切断したうえで該ストリップを直ちに付着するものである。これは、機械式ナイフまたは超音波ナイフを用いて、付着部の直上流でプリプレグテープから剥離されてマンドレルに再び巻取られるバッキングテープを切断せずに、該プリプレグテープを該バッキングテープ上で直接切断するものである。

プリプレグテープのストリップを複雑な形状に切断するために、出願人は２段階型の方法を開発したが、これによれば、第１の専用機を用いて、付着手段自体の上流において切断を行うものである。この２段階型の方法は、予め切断された相前後する一連のセクションを、２つのプロテクタの間に配置された初回使用または再パッケージ処理済みバッキングテープ上で付着し、バッキングテープをレイアップヘッドの下流側に設けられたカセットに巻き取るものである。

プリプレグに対する可能かつ最善なガイドを提供するためには、プリプレグとバッキングテープとを、テープを横断するように配置されたレイアップヘッドの付着ローラにできるかぎり近い場所で分離しなければならない。

しかしながら、プリプレグの２つの相前後する一連のセクションの一部分、すなわち、プリプレグの相前後する一連の切片が、テープの同一かつ単一の横断線上に互いに隣り合うようにしてバッキングテープの上に位置付けられている場合には、この要求をみたすことが難しい。このことは、例えば、４５度といった傾斜した切片が２つのセクションの間に存在しており、かつ、第１のセクションの末端部が第２のセクションの先頭部に隣り合っている場合に特によくあてはまる。

第２のセクションの先頭部が付着ローラの下方を通過しているのに第１のセクションがまだ完全に付着されていないといった状態を回避するためには、ローラとセパレータとの間の距離を、２つの一連のセクションが重なり合う幅（２つの４５度切片の場合には重なり合いの長さはテープの幅と等しくなる）よりも大きい距離に保つことが必要になる。この所要距離は、該所要距離が必要とされない場合の距離、特に、単純な横断切断の場合に望ましいとされるであろう距離よりも当然大きくなる。このような配置とした場合には、結果として、プリプレグのガイドが不正確になるというリスクが生じるのである。

この問題を治癒するため、出願人は、仏国特許第２，８８８，１５６号明細書において、プリプレグテープのためのレイアップヘッドであって、前記プリプレグテープを付着工具上に付着するための付着部の直上流に配置されたセパレータを用いてプリプレグテープを剥離、すなわち、バッキングテープと重ねあわされたプリプレグテープを該バッキングテープから分離し、そして、前記セパレータと前記付着部との間の距離が可動キャリッジ等によって調整可能とされているレイアップヘッドを記載した。前記距離は、セパレータと付着部とが互いに非常に近接している最小値と、両者が（４５度切片の場合であれば）少なくともテープの幅に等しい距離だけ離隔された最大値との間の位置で調整可能とされているが、これは、相前後する一連のセクションが傾斜切断線で分離されている場合においてバッキングテープの分離を可能とするためである。

上記装置は完全な充足を与えるものであるが、しかし、付着精度に係る必要条件と両立しうる剛性を得るために所定のスペースが必要となるという問題がある。

本発明の目的は、したがって、プリプレグを分離することに関連する諸問題に対する代替的な解決策を提案することにある。

本発明は、その目的を、バッキングテープに並置されたプリプレグが、該プリプレグテープを付着工具の上に付着するための付着手段の直上流に設けられたセパレータによって該バッキングテープから分離される、プリプレグのレイアップヘッドであって、前記セパレータと前記付着手段との間には、前記プリプレグテープを前記バッキングテープから分離するための退避可能な分離手段が設けられ、そして、前記退避可能な分離手段により、セパレータの直上流において前記プリプレグを前記バッキングテープから分離し、それにより、前記退避可能な分離手段を動作させている場合にはプリプレグがより早い段階で前記バッキングテープからされることを特徴とするレイアップヘッド、によって達成するものである。

実際には、プリプレグのストリップが直線的な態様で終端するかぎりは、補助的分離手段としての前記退避可能な分離手段は退避されたままであり、通常はセパレータのみがプリプレグのバッキングテープからの剥離による分離動作を行う。これに対し、プリプレグのストリップが（プリプレグの軌道に対して）傾斜した態様で終端する場合には、前記セパレータに加えて前記退避可能な分離手段を起動させて、付着されるストリップの終端部がバッキングテープから分離されるまでの間、プリプレグとバッキングテープとの間に該退避可能な分離手段を挿入させて剥離動作をより早い段階で実行する。その後、補助的分離手段としての前記退避可能な分離手段は、その退避位置に復帰する。

有利には、前記退避可能な分離手段には、プリプレグを分離しバッキングテープから予め剥すために、（１）プリプレグテープの軌道の外側となる「退避位置」としての第１の位置と、（２）該退避可能な分離手段がセパレータ近傍においてプリプレグの軌道を逸らせる「動作位置」としての第２の位置と、の間で移動することができる、少なくとも１つの分離部（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｅｒ）が設けられている。

有利には、動作位置としての第２の位置に位置付けられた前記分離部は、セパレータ周りに移動したのちプリプレグの上流側で再び上昇して事前の剥離をより効率的に行うことができるように、移動可能に設けられている。

有利には、前記退避可能な分離手段は、ピボット手段に取り付けられた分離部を支持する支持部と、レイアップヘッドに対して相対的にスライドするための手段と、を備えている。有利には、退避可能な分離手段は、１つの並進運動に基づいて２つの運動を可能にするためのカムと従動ローラとを用いて制御することができる。これらの２つの運動は、また、２つの独立なアクチュエータを用いることでシーケンシャルに実行されることができる、一方のアクチュエータが、傾動を制御するとともに他方のアクチュエータが並進を制御する。これらのアクチュエータは、空気圧式、電動式、油圧式などであってよい。

実際には、キャリッジが、補助的分離手段としての退避可能な分離手段が取り付けられた２つの連動ロッドを支持している。キャリッジは、スライド接続部を有し、それにより、それが、駆動システムによって、プリプレグの移動と平行して移動することができる。連動ロッドをキャリッジに連結する接続は、枢動リンクである。

有利には、分離部は、ワイヤまたは分離ローラで構成され、好適には２つの小型分離ローラで構成され、または、プリプレグとバッキングテープとの間に容易に挿入されることができるその他の要素で構成されている。

本発明の解決手段の利点は以下のとおりである。

セパレータを形成する剥離エッジが固定されているので、付着部に近接して配置されることができ、それにより、プリプレグのストリップのガイドを改善することができる。

固定されたセパレータによってガイドが行われるので、補助的分離手段にとって必要な剛性は二次的なものである。組立体の体積は、したがって、公知の解法よりも小さい。

剥離に必要な力は、プリプレグをバッキングテープから剥す力であるので、製品と紙との引張り力にうちかつ必要がなくなる。

最後に、補助的分離手段としての退避可能な分離手段が、付着されるトリップの端部を、次の切片の先端を剥すことなく剥す。

本発明のレイアップヘッドによれば、複雑な剥し動作をより容易に実行することができるので、単純な横断切断ラインによって分離されたプリプレグの互いに接する切片や、除去されるトリミング部分で分断されたプリプレグの複雑な切片を支持するバッキングテープを用いることが可能でありかつ有利である。第１の切片は、上述の単段階の方法において用いられる従来の切片であり、第２の切片は、２段階の方法において従来用いられている切片であり、予め再パッケージ処理（ｒｅｐａｃｋａｇｉｎｇ）が必要なものである。同一かつ単一の複雑な航空機部品に両方法を併用することがしばしば必要となるため、一方の方法から他方の方法への切り替えのために過度に頻繁なリール交換の必要を回避するために、ダブルヘッドを用いることが定石ではある。しかしながら、ダブルヘッドにはヘッド部分にかかる重量という問題が伴うので、より多くの軸または方向におけるより高度の移動性をヘッドに付与することが望まれる場合には、この問題の解決はより困難となる。本発明によれば、同一かつ単一のヘッドに複数の方法を組み合せて用いることができ、このことは、ユーザがレイアップヘッド自体の上においてすべての切片をそれに適切なナイフ（例えば超音波ナイフ）を用いて製作するか、または、ユーザがレイアップの上流側で専用の切片を製作したうえでカセットへの一般的な再パッケージ処理を行うか、を問わないものである。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の記載を読解することにより明らかとなる。

プリプレグ分離ローラが退避位置とされた状態における、本発明に係るレイアップヘッドの端部を示す概略側面図である。 プリプレグ分離ローラが動作位置とされた状態における、本発明に係るレイアップヘッドの端部を示す概略側面図である。 有利には本発明に係るレイアップヘッドにおいて用いることができる、様々な種類のプリプレグ切片を支持しているバッキングテープを示す図である。

図１および図２は、本発明の理解を簡素化するために概略的かつ機能的な仕方で本発明を示したものである。レイアップヘッドに関するより包括的な説明については、本明細書の冒頭にて引用した各特許文献を参照されたい。

本発明に係るレイアップヘッドは、付着部としての付着ローラ２１と、セパレータとしての剥離エッジ２３（ｐｅｅｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）とを備えている。これらの２つの要素が、互いに対して相対的に固定されてレイアップヘッド２０に配置されているが、これは、ある数の方向において、通常は、少なくとも５つの方向において移動することができる。

複合体１は、レイアップヘッド２０に搭載された図示されていないカセットから供給されている。複合体１は、テープ状の複合体の形態を有しており、一方において、連続した紙製のバッキングテープ１２（その経路は、図１および図２の一点鎖線で示されている）と、他方において、バッキングテープ１２に貼合けることができる複合材料またはプリプレグ１０と、を備えている。プリプレグ１０は、互いに連続的ではない相前後する一連の切片１０ａ、１０ｂ（図３参照）をなしている。

これらの切片１０ａ、１０ｂは、多かれ少なかれ長尺とされ、除去されたトリミング部分に対応するフリースペース１３ｂで分離されるか、あるいは、単純な横断切断ライン１３ａで分離されている（プリプレグ１０の切片の経路は、図１および図２の実線でされている）。プリプレグ１０の切片は、直線的な軌道に沿って、付着ローラ２１によって型（モールド）などの付着工具１１上に付着されるように付着ローラ２１のほうへ延在している。付着ローラ２１は、矢印Ｆの方向へ移動しつつプリプレグ１０の切片を上から押圧する。このため、プリプレグ１０は、付着ローラ２１にできるだけ近接して配置された剥離エッジ２３によって、付着直前にバッキングテープ１２から分離される。剥離エッジ２３は、バッキングテープ１２をローラ２２に戻し、そこからさらに、レイアップヘッド２０に設けられた図示しない巻き取りマンドレルに戻すとともに、矢印Ｇで示す方向においてバッキングテープ１２に対して一定の引張り力を及ぼすように設けられている。

本発明によれば、レイアップヘッド２０は、プリプレグ１０をそのバッキングテープ１２から分離するための補助的分離手段として退避可能な手段３０を備えている。退避可能な手段３０は、支持部３２の終端部に自由に取り付けられた、分離部としての２つの小型の分離ローラ３１を備えている。これにより、分離ローラ３１は、プリプレグ１０を下方へ押圧してプリプレグ１０をそれまでの直線的な軌道から離脱させるために、退避位置としての第１の位置から、動作位置としての第２の位置まで移動することが可能となる。退避位置では、分離ローラ３１は、図１に示すようにプリプレグの経路の上方であってかつ剥離エッジ２３の直下流に配置されている。また、動作位置では、分離ローラ３１は、図２に示すように、剥離エッジ２３を周り込むようにして前方かつ下方へ移動する。分離ローラ３１が剥離エッジ２３の下方をスライドすると、分離ローラ３１によって、プリプレグ１０が、剥離エッジ２３の上流に位置するゾーンＡにおいてバッキングテープ１２から予め剥離される。プリプレグ１０は、その後、分離ローラ３１上を通過して付着ローラ２１に戻る。

分離ローラ３１の支持部３２には、剥離エッジ２３周りの前記動作を許容するために、スライド可能な取付手段および枢動可能な取付手段が設けられている。支持部３２は、枢動するために（ピボット手段としての）枢動リンク３５に取り付けられている。枢動リンク３５自体が、レイアップヘッドに搭載されたスライド手段としてのランナ３６およびレール３７のスライド可能な接続による並進移動を介して移動可能に設けられている。支持部３２は、カム３４に従動する従動ローラ３３を備えている。カム３４の横向きＬ字型の形状は、Ｌ字の短枝部分において、プリプレグ１０の通常軌道を下回る分離ローラ３１の下降を制御し、Ｌ字の長枝部分において、プリプレグ１０とバッキングテープ１２とを分離する位置を高くするように剥離エッジ２３上流における並進移動を制御する。

各図は、付着ローラ上流における直線的な形状のプリプレグ１０の経路およびバッキングテープ１２の経路を示している。本発明は、また、経路が曲線形（例えば、略円形の凸状の円弧）であるような場合にも適用することができる。この配置構成は、ヘッド近辺のより多くのスペースを解放するとともに、この経路に沿って供給されるテープのグリップを強化する。この配置構成において、退避可能な手段は、この湾曲にあわせて配置されなければならず、そして、例えば、ベルト式の装置を備えてもよい。

１ 複合体
１２ バッキングテープ
１０ プリプレグ
１０ａ プリプレグの切片
１０ｂ プリプレグの切片
１１ 付着工具
１３ａ 切断ライン
１３ｂ トリミング部分（フリースペース）
２０ レイアップヘッド
２１ 付着ローラ（付着部）
２２ ローラ
２３ 剥離エッジ（セパレータ）
３０ 退避可能な手段
３１ 分離ローラ（分離部）
３２ 支持部
３３ 従動ローラ
３４ カム
３５ 枢動リンク（ピボット手段）
３６ ランナ（スライド手段）
３７ レール

Claims (9)

1. プリプレグ（１０）を付着工具（１１）の上に付着させる付着部（２１）と、前記プリプレグ（１０）が重ね合わせられたバッキングテープ（１２）から該プリプレグ（１０）を剥離する、前記付着部（２１）の直上流に設けられたセパレータ（２３）とを備えた、プリプレグテープのためのレイアップヘッド（２０）において、
   （イ）前記プリプレグ（１０）が前記セパレータ（２３）の直上流において前記バッキングテープ（１２）から分離されることができるように、前記プリプレグ（１０）を前記バッキングテープ（１２）から分離するための退避可能な分離手段（３０）が退避位置として前記セパレータ（２３）の下流に設けられ、そして、
   （ロ）前記退避可能な分離手段（３０）が動作しているときには、前記プリプレグ（１０）が、該退避可能な分離手段（３０）が動作していないときと比べてより早い段階で前記バッキングテープ（１２）から分離される
   ことを特徴とするレイアップヘッド（２０）。
2. 前記退避可能な分離手段（３０）には、少なくとも１つの分離部（３１）が設けられ、そして、前記分離部（３１）が、前記プリプレグ（１０）の軌道の外側に配置される前記退避位置としての第１の位置と、前記セパレータ（２３）に近接して前記プリプレグ（１０）の軌道を逸らせる動作位置としての第２の位置と、の間で移動可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のレイアップヘッド（２０）。
3. 前記動作位置としての第２の位置に位置付けられた前記分離部（３１）が、前記セパレータ（２３）の周りに沿って移動した後で、前記プリプレグ（１０）の上流で再度上昇するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のレイアップヘッド（２０）。
4. 前記退避可能な分離手段（３０）には、前記退避可能な分離手段（３０）の前記分離部（３１）を支持する支持部（３２）が設けられ、そして、前記支持部（３２）が、前記退避可能な分離手段（３０）を前記レイアップヘッドに対して相対的にスライドさせるための、ピボット手段（３５）およびスライド手段（３６）に接続されていることを特徴とする請求項３に記載のレイアップヘッド（２０）。
5. 前記退避可能な分離手段（３０）が、カム（３４）と従動ローラ（３３）とによる動作に応じて制御されることを特徴とする請求項４に記載のレイアップヘッド（２０）。
6. 前記分離部（３１）が、分離ローラ（３１）であることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載のレイアップヘッド（２０）。
7. 前記分離部（３１）が、ワイヤで構成されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載のレイアップヘッド（２０）。
8. 前記セパレータ（２３）が、剥離エッジ（２３）で構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のレイアップヘッド（２０）。
9. 前記バッキングテープ（１２）が、単純な切断ライン（１３ａ）によって互いに分離された、前記プリプレグ（１０）の複数の切片（１０ａ）を支持するとともに、トリミング部分（１３ｂ）に対応するスペースによって分離された前記プリプレグ（１０）の複数の切片（１０ｂ）を支持することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のレイアップヘッド（２０）。

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