(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料のロールを回転自在に支持する第一のロール・サポート・アセンブリと、複合材料のロールを回転自在に支持する第二のロール・サポート・アセンブリとを少なくとも有する第一の巻き解き機構を備え、前記第一の巻き解き機構は、第一の長さの複合材料が前記第一のロール・サポート・アセンブリから引き出され、第二の長さの複合材料が前記第二のロール・サポート・アセンブリから引き出されたときに、前記第一の長さの複合材料と前記第二の長さの複合材料がウェブを画定するように横方向に並んだ状態で前記第一の巻き解き機構から現れるように構成されており、前記第一のロール・サポート・アセンブリと前記第二のロール・サポート・アセンブリは前記ウェブの幅方向に沿った横方向に互いにずれた位置に配置されており、
前記第一の巻き解き機構の下流側に位置し、接着面を画定し、前記ウェブを受け入れ可能なように調整され、前記ウェブを接着する接着機構を備え、
前記接着機構の下流側に位置し、前記ウェブを受け入れ可能なように調整された入口と前記ウェブを排出可能なように調整された出口と、開いた位置と閉じた位置との間で移動可能なカバーと、前記ウェブが前記入口と前記出口との間を移動する間に前記ウェブに熱を加えるための熱源とを有し、前記ウェブを受け入れ可能なように調整され前記ウェブを加熱する加熱機構を備え、
前記加熱機構の下流側に位置し、１以上のカレンダー・ロール・アセンブリを有し、前記ウェブを受け入れ可能なように調整された仕上げ処理機構を備える
複合ラミネートを製造するための装置。
【請求項２】
前記少なくとも１以上のカレンダー・ロール・アセンブリは、サポート・フレームに回転自在に設置される２つのローラーを有し、前記２つのローラーは運転中に隙間を通して搬送される前記ウェブに圧力が加えられるように前記隙間を画定する
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記２つのローラーの少なくとも一方が加熱される
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記２つのローラーの少なくとも一方が冷却される
請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記２つローラーの少なくとも一方は、隔離位置と近接位置との間で、前記２つのローラーの他方に対して移動が可能であり、
前記２つのローラーの少なくとも一方を、前記隔離位置と近接位置との間で、コントローラーから与えられる命令に従って、前記２つのローラーの他方に対して移動させる機構を備える
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１以上のカレンダー・ロール・アセンブリは、コントローラーから与えられる命令に従って、前記２つのローラーの少なくとも一方を回転させる第１のドライブ機構を有する
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記２つのローラーの少なくとも一方に隣接する位置に配置される１以上のロール・カバーと、
前記２つのローラーの少なくとも一方に熱を加える前記１以上のロール・カバーに結合されたロール・ヒーターと
を備える
請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記ロール・ヒーターは、前記ロール・カバーに結合される１以上の加熱要素を有し、
コントローラーから与えられる命令に従って、前記１以上のカレンダー・ロール・アセンブリの運転中に、前記１以上のカレンダー・ロール・アセンブリの前記２つのローラーの少なくとも一方に熱を加えられる
請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記２つのローラーの少なくとも一方は、熱移動のための流体が内部を通過するための入口を伴った流路と、前記流路に前記熱移動のための流体を供給するための回転機構とを有する
請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
前記熱源は、赤外線放射を行う
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記熱源は、前記カバーに結合されておりコントローラーから与えられる命令に従って制御される、複数の電気的な加熱を行う要素を有する
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記熱源は、前記ウェブの面上に直接吹きつけられる、加熱された空気である
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記接着機構と前記熱源との間に配置される第二の巻き解き機構を備え、
前記第二の巻き解き機構は、複合材料のロールを回転自在に支持する１以上のロール・サポート・アセンブリを有する
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
複数のカレンダー・ロール・アセンブリを備え、
前記複数のカレンダー・ロール・アセンブリの各々は、サポート・フレームに対して回転自在に設置される２つのローラーを有し、当該２つのローラーは運転中に隙間を通して搬送される前記ウェブに圧力が加えられるように前記隙間を画定する
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数のカレンダー・ロール・アセンブリのうち１以上は加熱されたカレンダー・ロール・アセンブリである
請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記複数のカレンダー・ロール・アセンブリのうち１以上は冷却用のカレンダー・ロール・アセンブリである
請求項１４または１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第一の巻き解き機構は、巻きを解くためのフレームを有し、
前記巻きを解くためのフレームに設置された複数のサポート・ロール・アセンブリを備え、
前記複数のサポート・ロール・アセンブリは、運転中に当該サポート・ロール・アセンブリに設置された複合材料のロールから引き出された当該複合材料が当該複合材料の幅より広い幅のシートを形成するように、当該シートの一方の端から他方の端までの範囲内に配置されるように、互いに相対的な位置に配置される
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記仕上げ処理機構の下流側に位置し、前記ウェブを巻きつける巻き取り機構を備える
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記ウェブは複合ラミネートの少なくとも長手方向に渡る第一の層を提供する
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
第一のロール・サポート・アセンブリと第二のロール・サポート・アセンブリとを少なくとも有する第一の巻き解き機構を準備するステップと、
第一の長さの複合材料が前記第一のロール・サポート・アセンブリから引き出され、第二の長さの複合材料が前記第二のロール・サポート・アセンブリから引き出されたときに、前記第一の長さの複合材料と前記第二の長さの複合材料がウェブを画定するように横方向に並んだ状態で前記第一の巻き解き機構から現れるように、前記第一のロール・サポート・アセンブリと前記第二のロール・サポート・アセンブリを前記ウェブの幅方向に沿った横方向に互いにずれて隣接する位置に配置するステップと、
前記第一の巻き解き機構の下流側に位置し、接着面を画定する接着機構において前記ウェブを接着するステップと、
前記接着機構の下流側に位置し、前記ウェブを受け入れ可能なように調整された入口と前記ウェブを排出可能なように調整された出口と、開いた位置と閉じた位置との間で移動可能なカバーと、前記ウェブが前記入口と前記出口との間を移動する間に前記ウェブに熱を加えるための熱源とを有し、前記ウェブを受け入れ可能なように調整され前記ウェブを加熱する加熱機構において前記ウェブに加熱するステップと、
前記加熱されたウェブをカレンダー・ロール・アセンブリの中に通して複合ラミネートを生産するステップと
を備える
複合ラミネートを製造する方法。
【請求項２１】
前記ウェブを接着するステップは、前記ウェブにクロス層を重合する処理を含む
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
複合材料のロールを回転自在に支持する第一のロール・サポート・アセンブリと、複合材料のロールを回転自在に支持する第二のロール・サポート・アセンブリとを少なくとも有する第一の巻き解き機構を備え、前記第一の巻き解き機構は、第一の長さの複合材料が前記第一のロール・サポート・アセンブリから引き出され、第二の長さの複合材料が前記第二のロール・サポート・アセンブリから引き出されたときに、前記第一の長さの複合材料と前記第二の長さの複合材料が、前記第一の長さの複合材料の幅と前記第二の長さの複合材料の幅とのいずれか一方よりも広い幅を有するウェブを画定するように横方向に並んだ状態で前記第一の巻き解き機構から現れるように、前記第一のロール・サポート・アセンブリと前記第二のロール・サポート・アセンブリを前記ウェブの幅方向に沿った横方向に互いにずれて隣接した配置で備え、
前記第一の巻き解き機構の下流側に位置し、前記ウェブを受け入れ可能なように調整された入口と前記ウェブを排出可能なように調整された出口と、開いた位置と閉じた位置との間で移動可能なカバーと、前記ウェブが前記入口と前記出口との間を移動する間に前記ウェブに熱を加えるための熱源とを有し、前記ウェブを受け入れ可能なように調整され前記ウェブを加熱する加熱機構を備え、
前記加熱機構の下流側に位置し、前記ウェブを受け入れ可能なように調整された仕上げ処理機構を備える
複合ラミネートを製造するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合ラミネート材料を含んだ複合材料のシートを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂マトリックスの中に繊維を含む複合材料のシートは、複合ラミネートパネルの製造における積層体として有用である。当該繊維は、ポリマー・マトリックス材料の中に配置されて複合シートを形成する。複合材料のシートの中の繊維が、ポリマー・マトリックス材料の中に配置され、もしくは包み込まれるという様々な方法が、この技術分野において知られている。それは、例えばドクター・ブレード・プロセス、ラミネーション、引き抜き成形、押し出し成形等を含む。当該繊維は、例えば長手方向の指向性を備え（すなわち、それらは互いに並び）、層の長手方向に連続的に配置されている。当該繊維はまた、切り刻まれた状態で互いに長手方向に並んでいる場合もある。複合材料のシートは、一般的にその繊維が一様に長手方向を向いていることを指して、「単一方向指向性」として特徴付けられる場合がある。
【０００３】
複合材料のシートの幅は一般的に、通常用いられる処理機械の幅や、繊維の分布の制御の困難なといった複数の要素により制限されてきた。それに加えて、複合ラミネートは、複数の積層体を備え、それらが互いに積み重ねられた状態で異なる積層体の繊維が互いに異なる角度の方向性を有するようにすることができる。複合ラミネートは、一般的に、繊維が互いに交わるように複合材料の個々の積層体を積み重ねる処理と、それらの積層体を固着して単一のシートにする処理とを個別に行うことで製造される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明は、その一側面として、複合ラミネートを製造するための装置を提供することを目的とする。また、本発明は、その他の側面として、互いに隣接する複数の所定の長さの複合材料を配置することによって複合ラミネートを製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、その一側面として、複合ラミネートを製造するための装置を提供する。当該装置は、複合材料のロールを回転自在に支持するための少なくとも１以上のロール・サポート・アセンブリを有した第一の巻き解き機構を備える。接着機構は、第一の巻き解き機構の下流側に配置され、接着面を画定する。加熱機構は、接着機構の下流に位置し、ヒーターを通過して移動してくる複合材料に応じて、ロールから搬送されてくる複合材料を熱する。当該装置はまた、加熱機構の下流側に配置される少なくとも１以上のカレンダー・ロール・アセンブリを含む仕上げ処理機構を備えている。
【０００６】
本願発明は、その他の側面として、互いに隣接する複数の所定の長さの複合材料を配置することによって複合ラミネートを製造する方法を提供する。複数の所定の長さの複合材料は互いに接着され、加熱される。加熱された複数の所定の長さの複合材料は、カレンダー・ロール・アセンブリを通過することで複合ラミネートに製造される。その後、当該複合材料が収集される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本願発明にかかる一具体例に従って以下に説明されるような製造方法を実行するための装置の概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１にかかる装置の巻き解き機構の一具体例の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａにかかる巻き解き機構のサポート・ローラー・アセンブリの斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａにかかる巻き解き機構の材料をガイドするためのアセンブリの斜視図である。
【図３】図３は、図１にかかる装置にオプションの第二の層機構を設けた接着機構の斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第一の層の複合材料とその上に層が交わるように重合される複合材料を伴った図３にかかる接着機構の斜視図である。
【図４】図４は、図１にかかる装置におけるオーブンの機構の概略斜視図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図１にかかる装置の１以上の仕上げ処理モジュールの正面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａにかかる１以上の仕上げ処理モジュールの加熱時のカレンダー・ロール・アセンブリの斜視図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ａにかかる１以上の仕上げ処理モジュールの加熱時のカレンダー・ロール・アセンブリのためのロール・オーブンの分解斜視図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ａにかかる１以上の仕上げ処理モジュールの冷却時のカレンダー・ロール・アセンブリの斜視図である。
【図６】図６は、図１にかかる装置の巻き取り機構の斜視図である。
【図７】図７は、一具体例に従った方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図において一般的に１０という参照番号で示される、複合材料を製造するための装置の一具体例は、巻き解き機構１２を有する。そこでは、ロール状の複合材料がロールから搬送もしくは巻き解かれ、装置１０における他の処理のために準備される。巻き解き機構１２の隣には接着機構１４が存在する。そこでは、複合材料の付加的な層が、巻き解き機構１２から送られてきた巻き解かれた複合材料の上に接着される。これらの付加的な層は、通常、複合材料の付加的な層の一部分を形成する繊維が、巻き解き機構１２から送られてきた巻き解かれた複合材料における繊維に対し異なった角度に向くように接着される。しかしながら、本願発明はこれに限定されず、付加的な層の一部分を形成する繊維が、巻き解き機構１２から送られてきた解かれた複合材料の一部分を形成する繊維と実質的に平行となってもよい。装置１０はオプションの機構として、接着機構１４に隣接する第二の巻き解き機構１６を有している。そこでは、複合材料の少なくとも１以上の付加的な層が、複合材料のロールから巻き解かれる。これらの層は、第一の巻き解き機構１２から送られてきた解かれた複合材料の上面上に解きほぐされる。このことは、接着機構１４において付け加えられるいずれの付加的な層に関しても同様である。巻き解き機構１４の下流側には加熱機構１８が設けられている。そこでは、複合材料の層が、互いに固着されるように加熱される。また、加熱機構１８の下流側には、仕上げ処理機構２０が設けられている。仕上げ処理機構２０は、以下に詳細に説明されるように、少なくとも１以上のカレンダー・ロール・アセンブリを有する。巻き取り機構２２は、仕上げ処理機構２０の下流側に配置されており、その上に複合材料のラミネートを巻きつける。巻き解き機構１２から巻き取り機構２２までの全体のプロセスは、図１の矢印によって示されるように、ここでは「処理の方向」として参照される。「上流」および「下流」という用語は、しばしばここで処理の方向に関する方向もしくは位置に言及するために用いられる。（「下流」が言及する方向は、処理の方向と一致する。）
【０００９】
図２Ａに示されるように、巻き解き機構１２は、巻きを解くためのフレーム２４を有する。その上には、５つの同様な形状を有するロール・サポート・アセンブリが設置されている。それらの各々は参照番号２６によって示されている。巻き解き機構１２は５つのロール・サポート・アセンブリ２６を有するが、本願発明はこれに限られず、本願発明の技術的思想の範囲内において、５つより少ない、もしくは多いロール・サポート・アセンブリが巻き解き機構１２の一部を構成していてもよい。ロール・サポート・アセンブリ２６は、図２Ａに示される他のロール・サポート・アセンブリ２６のように、サポート・ローラー・アセンブリ２８（図２Ｂにおいても見られる）およびそれに伴う材料ガイド・アセンブリ３０（図２Ｃにおいても見られる）を有している。サポート・ローラー・アセンブリ２８は、台座３４に回転自在に取り付けられたサポート・ローラー３２を有している。台座３４は、巻き解き用フレーム２４に設置されている。各々のサポート・ローラー３２は、図２Ａにおける複合材料のロール３６ａ、３６ｂ、３６ｃによって示されるように、複合材料のロールを運ぶように構成されている。ロッキング・キャップ３８は、サポート・ローラー３２の側面上に着脱可能に装着され、そこに複合材料を着脱可能に保持することが可能である。ロッキング・キャップ３８は、サポート・ローラー３２の側面上に装着することが可能である。しかしながら、本願発明はこれに限られず、本願発明が関連する技術分野における当業者によって知られるような別のやり方で、ロッキング・キャップ３８はサポート・ローラー３２上に保持されてもよい。例えば、ロッキング・キャップ３８は、サポート・ローラー３２上に螺子留めされてもよいし、もしくはスナップ・リングを介してその上に保持されてもよい。サポート・ローラー・アセンブリ２８は、サポート・ローラー・ドライブ機構（図示されない）もしくはサポート・ローラー・ブレーキング機構（図示されない）を有し、サポート・ローラー３２上の複合材料３６ａ等のロールの解きほぐしを加速もしくは減速する構成が採用されてもよい。その結果、複合材料３６ａ等がロールから解きほぐされる際に複合材料３６ａ等の張力の量を変化させたり調節したりすることができる。
【００１０】
各々の材料ガイド・アセンブリ３０は、垂直ローラー・マウント４０、４２のペアを有する。それらは、巻き解き用フレーム２４にしっかりと取り付けられている。各々の材料ガイド・アセンブリ３０はさらに、垂直ローラー・マウント４０、４２の間に配置され回転自在に取り付けられた第一のローラー４４と、同様に配置され回転自在に取り付けられた第二のローラー４６とを有している。第一のローラー４４および第二のローラー４６は４８の参照番号によって示される隙間を画定し、複合材料が対応するサポート・ローラー・アセンブリ２８を通じて搬送される際に、その隙間の間を通過する。第一のローラー４４は、垂直ローラー・マウント４０、４２に対して垂直方向にスライド可能に構成されてもよい。それは、隙間４８の中の複合材料３６ａ等の上の圧力、および／もしくは複合材料３６ａ等の張力、および／もしくは複合材料が対応するサポート・ローラー・アセンブリ２８から引き出される速度を、変化および／もしくは調節する調節機構５０によって行われる。調節機構５０は、空圧式もしくは油圧式のシリンダー、ボール螺子、ステッピング・モーターもしくは他の機械的なアクチュエーターにより実現され得る。しかしながら、本願発明はこれに限られず、本願発明に関連する技術分野における当業者に理解されるであろう数多くの他の調節機構が採用され得る。材料ガイド・アセンブリ３０は、対応するサポート・ローラー・アセンブリ２８から引き出される複合材料３６ａ等を方向付けて一定の方向へ向かわせる役割を果たす。
【００１１】
各々の材料ガイド・アセンブリ３０は、ブレーキ機構（図示されない）および／もしくはドライブ機構（図示されない）を有してもよい。当該ブレーキ機構は、第一のローラー４４の回転に対する抑制を与える。その結果として、複合材料３６ａ等が参照番号４８によって示される隙間を通して引っ張られる際に、複合材料３６ａ等の中において望ましい張力が維持されることとなる。一方、材料をガイドするドライブ機構は、複合材料３６ａ等が参照番号４８によって示される隙間を通過することを容易にするために第一のローラー４４をドライブする。このようにして、調節機構５０は、複合材料３６ａ等が参照番号４８によって示される隙間を通して進行する際に生じる抵抗を低減する。サポート・ローラー３２上の複合材料３６ａ等のロールの回転の慣性は当該ロールから複合材料３６ａ等が引き出されるに応じて変化するので、調節機構５０は装置１０の運転の間、複合材料３６ａ等における適切な張力を維持するように調節される。
【００１２】
５つのロール・サポート・アセンブリ２６は、巻き解き用フレーム２４の上に配置される。その結果として、複合材料３６ａ等が長手方向に各々のロールから引き出される時に、複合材料３６ａ等はその長手方向に巻き解き用フレーム２４におけるウェブ開口部５２を通過し、横方向に並んだ状態で巻き解き用フレーム２４の下から現れ、多数の複合材料のロールにより画定される幅Ｗの全域としてウェブ５４（図２Ａ、図４）を画定する。幅Ｗは、複合材料３６ａ等のロールのいずれか一つと比べてもその幅が広い。以下に詳細に説明されるように、ウェブ５４は、複合ラミネート２００の少なくとも長手方向の所定の長さに渡る第一の層を提供する。
【００１３】
接着機構１４は、巻き解き機構１２の下流側に配置され、接着用フレーム５８の上に設置される接着用プラットフォーム５６を有する。図示された具体例における接着用フレーム５８は、巻き解き用フレーム２４の幅とほぼ等しい幅を有する。接着用プラットフォーム５６は実質的に平面状の接着面５６ａを画定し、その上に隣接する所定の長さの複合材料３６ａ、３６ｂ等が並べられ互いに接着され、複合ラミネート２００の第一の層を形成する。そして、複合材料の第二の層が、複合材料３６ａ、３６ｂ等の第一の層の上に配置される。複合材料３６ａ等の種類およびそれらの繊維の方向性に応じて、複合材料の第二の層は長手方向を一致させるか、交わるように重合させるか、あるいはその他の構成となるように、接着される。
【００１４】
一つの具体例において、複合材料３６ａ、３６ｂ等は、複合材料のクロス層６０を複合材料３６ａ、３６ｂ等の上に配置した状態で接着される。クロス層６０は、隣接する少なくとも２つの複合材料３６ａ、３６ｂを覆い、好ましくはウェブ５４の幅Ｗ全体を横断するように延伸する。クロス層６０は、複合材料３６ａ、３６ｂ等の上に接着され、ウェブ５４を形成する。接着は、ウェブ５４が装置１０を通過中に、ヒートガン、極超音速の溶着具、接着剤、もしくはその他の手段により実行され得る。接着は、望ましい位置で複合材料の隣接および／もしくは層状のシートを互いに接着するための比較的速く容易な方法である。
【００１５】
クロス層６０は、単一方向指向性のシートであってもよい。すなわち、そこにおける繊維は互いに並列に並んでいてもよい。一具体例において、クロス層６０における繊維は、複合材料３６ａ等の中の繊維に対して横断する方向に配置される。この場合、クロス層６０はクロス・シートとして言及されるかもしれないし、最終的に製造される複合ラミネート２００はクロス・ラミネートとして言及されるかもしれない。クロス・シートは、複合材料３６ａ、３６ｂ等における繊維に対して様々な角度で配置され得る。
【００１６】
クロス層６０は、処理方向に対して所定の限られた幅６０ｗを有する。一具体例において、複数のクロス層６０が、複合材料３６ａ、３６ｂ等の層の上で互いに隣接するように配置され、複合ラミネート２００に対して一連の第二の層を提供する。
【００１７】
一具体例において、工業用ロボットが用いられ、クロス層６０を複合材料３６ａ、３６ｂ等の上に配置し、オプションとして、それらをクロス層６０の上に接着してもよい。そのようなロボットは、クロス層材料が例えばロールの形状でもしくは事前にカットされたシートとして供給される際に、一緒に供給されるかもしれない。当該ロボットは、ウェブ５４の上にクロス層の材料を配置するように構成されているかもしれない。これは、例えば、クロス層の材料を供給されたロールから引き出して望ましい長さにカットすることによって、もしくは予めカットされたシートを用いることによって行われる。当該ロボットは、ヒートガン、音速の溶着角部、もしくはその他の適切な接着のための装置を備え、クロス層の材料をウェブ５４に接着するとともに、複合材料３６ａ、３６ｂ等を一緒に接着する接着用アームを装備していてもよい。当該ロボットは、クロス層の材料をウェブ５４に対して直角に、もしくは他の任意の適切な角度で引き出したり配置したりすることができるように構成されていてもよい。
【００１８】
オプションとして備えられる第二の巻き解き機構１６は、接着機構１４の上方かつ下流側に設けられ、付加的な複合材料のロールが配置されるロール・サポート・アセンブリ６２を有している。第二の巻き解き機構１６は、一般的に第一の巻き解き機構１２と同じ形状を有しており、幅Ｗにほぼ等しい幅を有する複合材料のウェブを供給することができる。すなわち、第二の巻き解き機構１６は、第一の巻き解き機構１２のロール・サポート・アセンブリ２６等の機構に対応するように配置されるロール・サポート・アセンブリ６２を有している。第二の巻き解き機構１６は、ウェブ５４がその下を通過し、付加的な細長い複合材料の層を第二の巻き解き機構１６から引き出してウェブ５４の上に加えることが可能なように構成されている。このように、第二の巻き解き機構１６は、複合ラミネート２００に対して第二の細長い複合材料の層を供給する。装置１０における第二の巻き解き機構１６を示し説明してきたが、本願発明はこれに限定されるものではない。他の具体例において、複合ラミネートを製造するための装置は、第二の巻き解き機構を有していなくてもよい。さらに別の具体例において、複合ラミネートを製造する装置は、２つより多い数の巻き解き機構を有してもよい。その場合、当該装置は、２つより多い数の複合材料の細長い層を有する複合ラミネートを製造することが可能である。
【００１９】
図４に示されるように、加熱機構１８の一具体例は、複合材料のウェブ５４の受け入れに適するように構成された入口（図示されない）およびウェブ５４がオーブン６４を通り抜けて移動することを可能とする出口６６を有するオーブン６４を備えている。オーブン６４は、対流式オーブンおよび／もしくは電気反射による加熱要素、赤外線による加熱要素、電気式のヒーター、ホット・オイル・ヒーター、圧搾空気式のヒーター、それらの組み合わせ、およびウェブ５４に加熱する同様のもの等のその他適切ないかなる加熱要素を有してもよい。オーブン６４は、流体式もしくは空気式のシリンダー、送り螺子、モーターおよびその他の同様のもの等のアクチュエーター７０を介して上昇された位置および下降された位置の間を移動することが可能なカバー６８を有している。ただし、アクチュエーター７０は、それらに限られるものではない。
【００２０】
仕上げ処理機構２０は、加熱機構１８の下流側に配置される。図５Ａに示されるように、一具体例において、仕上げ処理機構２０は、カレンダー・ロール・アセンブリ７２、７４を有する。カレンダー・ロール・アセンブリ７２、７４の各々は、２つのカレンダー・ロール７６、７８を支持するフレーム８０を有している。各々のロールに対するドライブ機構８２は、ドライブ・ベルト８２ｂを介してカレンダー・ロール７６もしくは７８に取り付けられているドライブ・モーター８２ａを有している。ベルト・ドライブを示し説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、ダイレクト・ドライブもしくはモーター、およびギア減速機の組み合わせ等が用いられてもよい。カレンダー・ロール・アセンブリ７２、７４におけるカレンダー・ロール７６および７８のうちの一方もしくは両方は、熱移動のための流体（例えば、油もしくは水）がロール内を流れることによって、使用中に望ましい温度となるように当該ロールを加熱したり冷却したりすることを可能にする回転機構が装備されていてもよい。
【００２１】
図５Ｂにおいて最もよく示されているように、加熱されるカレンダー・ロール・アセンブリ７２は、それらの間に隙間を有するカレンダー・ロール７６、７８と、カレンダー・ロール７８を加熱するための２つのロール・オーブン８４、８６とを有する。ロール・オーブン８４は、カレンダー・ロール７８の一部分を加熱するために、また二番目のロール・オーブン８６は、カレンダー・ロール７８を全長に渡って加熱するために設けられている。しかしながら、本願発明はこれに限られるものではなく、他の具体例において、単一のロール・オーブンがカレンダー・ロール７８の全長を加熱する構成が採用されてもよい。もしくは、単一のロール・オーブンによって、カレンダー・ロール７８の選ばれた一部分のみに加熱が行われる構成が採用されてもよい。カレンダー・ロール・アセンブリ７２は、カレンダー・ロール・アセンブリ７２の上に設置され支持されるサポート・フォロワー８８を有する。そして、サポート・フォロワー８８は、カレンダー・ロール７６の上の中央部分に位置する。サポート・フォロワー８８は、カレンダー・ロール７６、７８が中央部分において互いに撓んでしまうことを回避する。図５Ｃに示されるように、ロール・オーブン８６は、電気反射加熱要素９０を有する。電気反射加熱要素９０は、カレンダー・ロール７８の曲線に一致するように整形されている。ロール・オーブン８４（図５Ｂ）は、ロール・オーブン８６と同様に整形されている。それに代えて、もしくはそれに加えて、カレンダー・ロール７６、７８の一方もしくは両方に空洞を設け、熱移動のための流体の入口および出口をつなぐ流路を形成するようにしてもよい。その場合、熱移動のための流体は貯液槽から供給され、またその貯液層に戻される。カレンダー・ロール７６およびもしくは７８には、高温となった熱移動のための流体がカレンダー・ロール７６およびもしくは７８の中を通って流れることによって熱を供給するように、回転機構が取り付けられていてもよい。
【００２２】
図５Ｄは、加熱されないカレンダー・ロール・アセンブリ７４の斜視図を示している。それは、ロール・オーブン８４、８６を備えていない点を除いて、カレンダー・ロール・アセンブリ７２と同様の構成を備えている。ロール・オーブン８４および８６は無いが、カレンダー・ロール・アセンブリ７４は、カレンダー・ロール・アセンブリ７２における場合と同様に、カレンダー・ロール７６、７８上の中央部分に位置する２つのサポート・フォロワー８８を有する。カレンダー・ロール７８には空洞が設けられ、熱移動のための流体の入口および出口をつなぐ流路を形成している。そして、熱移動のための流体は貯液槽から供給され、またその貯液層に戻される。図示された具体例において、カレンダー・ロール７８には、回転機構９２が取り付けられていてもよい。その場合、カレンダー・ロール７８を通して熱移動のための流体が流れ、それと接触するウェブ５４から熱を奪う。必要に応じて、回転機構９２は高熱の流体を供給しカレンダー・ロール７８に加熱するために用いられてもよい。
【００２３】
仕上げ処理機構２０が図５Ａにおいて示されている。仕上げ処理機構２０は、４つのカレンダー・ロール・アセンブリ７２、７４を有している。しかしながら、本願発明はこれに限られることなく、他の具体例においては仕上げ処理機構２０が４つよりも多い、もしくは少ないカレンダー・ロール・アセンブリを有しているかもしれない。また、仕上げ処理機構２０は、冷却用のカレンダー・ロール・アセンブリおよび／もしくは加熱用のカレンダー・ロール・アセンブリを有していてもよく、またそれらを有していなくてもよい。例えば、一具体例において、冷却用のカレンダー・ロール・アセンブリを供給するよりもむしろ、巻き取り機構２２を通過する前のウェブ５４の上に冷たい空気を吹き付けるファンを用いることによってウェブ５４を冷却すれば十分であるかもしれない。もしくは、加熱されたカレンダー・ロール・アセンブリ７２に続き１以上の加熱されていないカレンダー・ロール・アセンブリを設けることによってウェブ５４を冷却することで事足りるかもしれない。ここで、加熱されていないカレンダー・ロール・アセンブリは、熱がウェブ５４から大気中へ発散可能なように、加熱されたカレンダー・ロール・アセンブリ７２から十分な距離だけ離されている。
【００２４】
図６に示されるように、巻き取り機構２２は巻き取り用フレーム９４の上に配置された巻き取りロール９６を有している。巻き取り機構２２は、巻き取りロール９６に対するモーター・ドライブ（図示されない）を有しており、ウェブ５４の適切な張力を維持する。巻き取りロール９６に対するモーター・ドライブは、巻き取りロール９６が仕上げ処理機構２０から出てくる最終製品である複合ラミネート２００を収集することを可能とする。
【００２５】
上述した装置１０の様々な部分は、望ましい状態を実現するために図１に示されるレイアウトから再構成され得る。例えば、装置１０を通して処理の方向に移動する材料が遭遇する様々な機構のシーケンスを変える、特定のプロセスに対して必要とされる機構を省略する、もしくは巻き解き機構１２と巻き取り機構２２の間に付加的な機構を加える、などである。それに加えて、様々な機構の要素は移動可能であり、さらに各々の機構の範囲内において再配置することも可能である。例えば、もし望ましければ、１以上のロール・サポート・アセンブリ２６が巻き解き機構１２に付加されてもよいし、取り除かれてもよい。さらに、ロール・サポート・アセンブリ２６は、巻き解き用フレーム２４の上で再配置されて、ウェブ５４における隣接する複合材料３６ａ、３６ｂ等の重複部分の程度が様々に異なるものや、望ましい幅が様々に異なるウェブ５４を提供するように構成されてもよい。同様に、仕上げ処理機構２０のカレンダー・ロール・アセンブリ７２、７４は、カレンダー・ロール・フレーム８０の上でその位置を変更してもよく、またカレンダー・ロール・フレーム８０から取り外してもよい。すなわち、仕上げ処理機構２０におけるカレンダー・ロール・アセンブリ７２、７４の数、種類、シーケンス、および／もしくは位置取りは、最終製品である複合ラミネート２００において望まれる特性を有するように変更され得る。単一の製品もしくはプロセスに対しては、単一のカレンダー・ロール・アセンブリ７２もしくは７４で十分であるかもしれない。ただし、それ以外の場合には、３つもしくは４つのカレンダー・ロール・アセンブリ（もしくはそれ以上）が利用されるかもしれない。さらに、カレンダー・ロール・アセンブリ７２、７４は、様々な加熱用のカレンダー・ロール・アセンブリおよび冷却用のカレンダー・ロール・アセンブリの望ましいシーケンスを提供するために、再配置されてもよい。すなわち、加熱の後に冷却する、冷却の後に加熱して冷却する、加熱の後に冷却して再度加熱する、加熱の後に冷却して再度加熱した後にさらに冷却する、などである。装置おけるそのような柔軟性により、様々な製品を製造するために採用されるべきプロセスにおける柔軟性を持たせることができる。
【００２６】
装置１０は、装置１０の主制御機構と通信を行うプロセス・コントローラー（図示されない）を備えていてもよい。その場合、当該プロセス・コントローラーは、オペレーターが装置１０の１以上の操作状況を管理するための集中管理ポイントを提供する。例えば、ウェブ５４が装置１０を通り抜けるスピード、ウェブ５４の中の張力、様々な隙間に加えられる圧力、加熱機構１８の温度、加熱されたカレンダー・ロール・アセンブリ７２によって供給される熱量、クロス層を配置しウェブ５４を接着するための工業用ロボットの操作等である。
【００２７】
一具体例において、装置１０は、複合ラミネート２００を製造するための図７において全体として１００の参照番号で示される方法を実行することができる。方法１００は、例えば複合材料３６ａ、３６ｂ等のロールから供給され、巻き解き機構１２のロール・サポート・アセンブリ２６の上に設置される所定の長さの複合材料３６ａ、３６ｂ等を供給する第１のステップ１０２から始まる。所定の長さの複合材料３６ａ等は、引き出されて接着機構１４へと伸びるウェブ５４の中へ取り込まれる。接着のためのステップ１０４においては、複合材料３６ａ等は例えばクロス層６０を用いて接着機構１４において一緒に接着されてウェブ５４を形成する。
【００２８】
オプションである積層のためのステップ１０６において、所定の長さの付加的な複合材料３６ａ等がウェブ５４に付け加えられてもよい。例えば、複合材料３６ａ等の付加的なロールが、第二の巻き解き機構１６の上に配置されてもよい。また、複合材料３６ａ等の付加的なロールが、第二の巻き解き機構１６において解かれて第一の層を形成する複合材料３６ａ等の上に、そしてクロス層６０の上に配置されてもよい。この場合、方法１００は、２つの連続した積層体（各々は巻き解き機構１２、１６から来ている）およびそれらの間のクロス層６０を有する複合ラミネート２００（図６）を生産することができる。
【００２９】
接着のステップ１０４の後、さらにステップ１０６においてウェブ５４の上に付加的な複合材料の層をオプションとして配置した後に、ウェブ５４は加熱のステップ１０８において、所定の長さの複合材料３６ａ等と、その上の任意のクロス層６０との貼り合わせに関与する。この目的のために、ウェブ５４は加熱機構１８を通り抜け、そこで、隣接する第一の層の複合材料３６ａ等が加熱され、その高分子材料が柔らかくなり、様々なシートが互いに接着可能な状態となる。加熱のステップ１０８の後に、ウェブ５４は、仕上げ処理のステップ１１０に晒される。そこでは、所定の長さの複合材料３６ａ等が複合ラミネート２００に作りかえられて収集される。例えば、１つの仕上げ処理のステップ１１０において、ウェブ５４は仕上げ処理機構２０を通過する。そこでは、複合材料３６ａ等は、１以上のカレンダー・ロール・アセンブリ７２およびもしくは７４において、圧力およびオプションとして加熱および／もしくは冷却に晒される。カレンダー・ロール・アセンブリ７２および／もしくは７４の熱および／もしくは圧力は、隣接する複合材料３６ａ、３６ｂ等（およびその上にある他のいかなる複合材料）を一緒に固着させる。隣接する複合材料３６ａ、３６ｂ等が熱可塑性マトリックス材料からなる場合、カレンダー・ロール・アセンブリ７２およびもしくは７４の熱およびもしくは圧力は、マトリックス材をもたらすのに十分であるかもしれない。しかしながら、隣接する複合材料３６ａ、３６ｂ等の一方もしくは両方が熱硬化性マトリックス材からなる場合は、複合材料３６ａ、３６ｂ等を一緒に固着させるために、接着剤や当業者に知られているような他の付加的な手段を用いることが望ましいかもしれない。ウェブ５４は、仕上げ処理のステップ１１０の一部分において冷却され、収集のステップ１１２において複合ラミネート２００製品が巻き取り機構２２で巻き取り用ロール９６に向かって収集される。仕上げ処理のステップ１１０において実行される冷却により、ウェブ５４が隣接する巻かれたものが互いに固着すること無しに複合ラミネート２００としてロール状に収集されることが可能となる。
【００３０】
図１および５Ａから５Ｄまでの具体例において、ウェブ５４は加熱されたカレンダー・ロール・アセンブリ７２と、その後、冷却用のカレンダー・ロール・アセンブリ７４を通過して処理の方向へと前進する。加熱されたカレンダー・ロール・アセンブリ７２は、隣接する複合材料が一緒に固着するように、複合材料に熱を加える。カレンダー・ロール・アセンブリ７２および７４の両方はまた、固着させるプロセスを強めるために、複合材料を圧縮する。冷却用のカレンダー・ロール・アセンブリ７４は、その後、隣接する複合ラミネート２００の層がまとまって一つにならないように、ウェブ５４から熱を取り除く。その結果、複合ラミネート２００の貯蔵および取り扱いが容易となる。例えば、複合ラミネート２００は、隣接する巻かれたものが互いに固着すること無しに、巻き取り機構２２において巻き取り用ロール９６に向かって収集されるかもしれない。
【００３１】
製品であるシートが巻き上げ用ロール９６に向かって巻かれながら、複合ラミネート２００が巻き解き機構１２から巻き解かれている状態が維持されるように、十分な長さの複合材料３６ａ等のロールが供給されるため、ここで説明されるプロセスおよび装置は「連続的な」プロセスとして説明され得る。
【００３２】
複合材料としては様々種類の繊維が用いられ得る。それらの繊維の例としては、ＥガラスおよびＳガラスの繊維がある。Ｅガラスとは、優れた電気的および機械的な特性並びに優れた化学的抵抗性を有するアルカリ性のホウケイ酸塩である。この種類のガラスは、強化プラスチック用の繊維において最も広く用いられる。
【００３３】
Ｓガラスは、Ｅガラスと比較してより高い強度およびより高い費用を持つ材料である。Ｓガラスは、航空宇宙の分野で用いられる高い張力を伴ったマグネシア・アルミナ・ケイ酸塩のガラスである。元々「Ｓ」は、高い強度を意味している。ＥガラスおよびＳガラスのいずれも本願発明における好適な繊維である。
【００３４】
Ｅガラスの繊維は、広い範囲内の繊維重量を有する複合材料および熱可塑性ポリマー・マトリックス材料に取り込まれ得る。Ｅガラスは、平方ヤード当たり約１０から約４０オンス（oz./sq.yd.）の範囲内に、より好ましくは１９から３０、最も好ましくは２１．４から２８．４oz./sq.yd.までの範囲内に含まれる強度を有するように構成され得る。
【００３５】
複合材料等の層におけるＳガラスもしくはＥガラスの繊維の量は、オプションとして、約４０から約９０までの重量パーセント（wt%）の範囲内に入る熱可塑性マトリックス、より好ましくは約５０から約９０wt%までの範囲内に入る、最も好ましくは約６０から約８０wt%までの範囲内に入る層内の熱可塑性マトリックスとなるように調整されている。その重量パーセントは、熱可塑性マトリックスと繊維とを合わせた重量に基づいている。
【００３６】
また、その他の繊維が、好ましくはＥガラスおよびもしくはＳガラスとの組み合わせにおいて、包含されてもよい。しかし、オプションとしてＥガラスおよび／もしくはＳガラスの代わりに他のものが用いられてもよい。そのような他の繊維としては、例えばエクジソン受容体（ECR）、ＡガラスおよびＣガラス並びにその他のガラス繊維がある。その他のガラス繊維としては、石英から作られる繊維、マグネシア・アルムニノ・ケイ酸塩、非アルカリ性アルミノボロ・ケイ酸塩、ソーダ・ボロ・ケイ酸塩、ソーダ・ライム・アルミノ・ケイ酸塩、ケイ酸鉛、非アルカリ性アイロン・アルミノ・ケイ酸塩、カドミウム・ホウ酸塩、アルミナ繊維、アスベスト、ホウ素、シリコン・カーバイド、グラファイト、およびポリエチレン、ポリビニールアルコール、サラン、アラミド、ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリオクサディアゾール、ポリフィニレン、PPR、石油、および石炭のピッチ等に由来する炭素（等方性の）、メソフェーズのピッチ、セルロース、およびポリアクリロニトリル、セラミックの繊維、例えばスチール、アルミニウム・メタル・アロイ、のような金属の繊維、その他のものがある。
【００３７】
好ましい有機ポリマー繊維は、ケブラーによって例示されるアラミドから形成される。その他の好ましい高性能で単一方向指向性の繊維束は、一般的に単位デニール当たり７グラムより大きい張力を有する。これらの束状の高性能繊維は、より好ましくはアラミド、引き伸ばされた鎖の極超分子量ポリエチレン（UHMWPE）、ポリ「P-フェニレン-2、6-ベンゾビスオキサゾール」（PBO）、およびポリ「ダイイミダゾピリディニレン（２個の水酸基を持つ）フェニレン」（M5）のうちの一つ、もしくはそれらの組み合わせであるかもしれない。これらの非常に高い張力を有する材料の使用は、殊に戦車の板および非常に高い弾道特性を要求される同様な適用範囲に用いられる複合材料を作るために有用である。
【００３８】
さらに当業者によって知られるその他の種類の繊維が、本願発明の技術的思想の範囲内において代替物として採用可能である。例えば、とりわけタワロン（Twaron）、およびテクノラ（Technora）等のトレード・ネームの下に販売されているアラミド繊維、トライ（Tray）、フォータフィル（Fortafil）、およびゾルテック（Zoltek）等のトレード・ネームの下に販売されている玄武岩、炭素繊維、並びにベクトラン（Vectran）等のトレード・ネームの下に販売されている液晶高分子（LCP）が考えられるが、それらに限られるものではない。上述したことに基づいて、本願発明は、有機的、無機的、および金属の繊維の単独での、もしくはそれらの組み合わせにおいての使用が意図されている。
【００３９】
本願発明の複合積層体は、オプションとして、連続的な、断片に切り刻まれた、ランダムな、混ぜ合わされた、およびもしくは織物にされた繊維を含み得る。特定の具体例において、ここで述べた複合積層体は、実質的に長手方向ではない方向に向いている繊維を含まず、全て長手方向に向いている繊維を含むように構成されてもよい。
【００４０】
ポリマー・マトリックスの材料は、熱硬化性ポリマーおよびもしくは熱可塑性ポリマーを有してもよい。熱可塑性ポリマー樹脂の材料としては、例えば、高い分子量の熱可塑性ポリマーや、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、PEI（ポリエーテルイミド）、および共重合体、より好ましくはポリプロピレンおよびポリエチレンの共重合体がある。重量当たりの熱可塑性の負荷は、製品であるシートの意図された使用における物理的な特性の要求に応じて、様々に変更し得る。
【００４１】
複合材料は、約６０から約１０重量パーセントまでの範囲内に入る熱可塑性マトリックス、より好ましくは約５０から約１５重量パーセントまでの範囲内に入る、そして最も好ましくは約４０から約２０重量パーセントまでの範囲内に入る熱可塑性マトリックス材料を有する。それらの重量パーセントは、熱可塑性マトリックスと繊維とを足し合わせた重量に基づいている。
【００４２】
上述の「第一」、「第二」といったような用語は、ここではいかなる順番、量、もしくは重要性も意味せず、単に一つの要素を他の要素と区別するために用いられている。また、「ａ」、「ａｎ」という用語は、ここでは量の限定を意味せず、言及されている要素が少なくとも１つ存在するということを意味する。
【００４３】
本願発明は、特定の具体例を参照しつつ説明されているが、上述したことを読んで理解することによって、様々な変形や代替が本願発明の技術的思想の範囲内および本明細書に付随する特許請求の範囲内において行われ得ることが、当業者によって理解されるだろう。
【００４４】
本出願は、2008年3月26日に出願された米国の仮特許出願番号61／039,556によって出願日の遡及効が与えられることを主張する。本出願は、当該出願を参照することにより完全にその内容を包含している。
【符号の説明】
【００４５】
１０…装置、１２…巻き解き機構、１４…接着機構、１６…巻き解き機構、１８…加熱機構、２０…仕上げ処理機構、２２…巻き取り機構、２４…巻き解き用フレーム、２６…ロール・サポート・アセンブリ、２８…サポート・ローラー・アセンブリ、３０…材料ガイド・アセンブリ、３２…サポート・ローラー、３４…台座、３６ａ…複合材料、３６ｂ…複合材料、３６ｃ…複合材料、３８…ロッキング・キャップ、４０…ローラー・マウント、４２…ローラー・マウント、４４…ローラー、４６…ローラー、４８…隙間、５０…調節機構、５２…開口部、５４…ウェブ、５６…プラットフォーム、５６ａ…表面、５８…接着用フレーム、６０…クロス層、６０ｗ…幅、６２…ロール・サポート・アセンブリ、６４…オーブン、６６…出口、６８…カバー、７０…アクチュエーター、７２…カレンダー・ロール・アセンブリ、７４…カレンダー・ロール・アセンブリ、７６…カレンダー・ロール、７８…カレンダー・ロール、８０…カレンダー・ロール・フレーム、８２…ドライブ機構、８２ａ…ドライブ・モーター、８２ｂ…ドライブ・ベルト、８４…ロール・オーブン、８６…ロール・オーブン、８８…サポート・フォロワー、９０…加熱要素、９２…結合機構、９４…巻き取り用フレーム、９６…巻き取り用ロール、１００…方法、１０２…複合材料を供給するステップ、１０４…接着のステップ、１０６…積層のためのステップ、１０８…加熱のステップ、１１０…仕上げ処理のステップ、１１２…収集のステップ、２００…複合ラミネート
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５Ａ】
0005613928.tif 000009
【図５Ｂ】
0005613928.tif 000010
【図５Ｃ】
0005613928.tif 000011
【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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