(57)【要約】【課題】  複合材料を製造するためのレリーフ型２に少なくとも一つの材料層１をセットする方法および装置を提供すること。【解決手段】  弾性的かつ可逆的に変形可能な本体５は、レリーフ型２に対応するように設計された表面レリーフと共に、材料層１に圧接され、その結果、本体５の表面４が変形し、材料層１を取上げることができ、続いて、本体５は、材料層１がレリーフ型２に容易にセットできるように、その初期状態の形状に戻る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料を製造するためのレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットする方法であって、
非変形状態において表面レリーフが前記レリーフ型に対応する表面を有する、弾性的かつ可逆的に変形可能な本体を、前記表面レリーフが弾性的に変形し、前記本体の前記表面が前記材料層に対して平坦になるように、前記材料層に圧接する工程と、
前記材料層を一時的に前記表面に固定する保持力を生成する工程と、
前記表面が非変形状態に戻り、それによって前記材料層に前記レリーフ型に対応する表面レリーフを与えるように、前記保持力を減少させる工程と、
前記本体を、前記表面に固定されている前記材料層と共に、前記材料層の前記表面レリーフが前記レリーフ型と一致するように、前記レリーフ型に対向して配置する工程と、
前記保持力を停止することにより前記レリーフ型に前記材料層をセットする工程、とを含む方法。
【請求項２】
複合材料を製造するためのレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットする方法であって、
弾性的かつ可逆的に変形可能な本体を、その表面と共に、前記材料層の上に、前記表面が前記材料層に対して平坦になるように配置する工程と、
前記材料層を一時的に前記表面に固定する保持力を生成する工程と、
前記本体を、前記表面に固定されている前記材料層と共に、前記レリーフ型に対向して配置する工程と、
前記材料層および前記本体の前記表面が、前記レリーフ型に対応する表面レリーフを与えられるように、前記材料層を前記本体によって前記レリーフ型に圧接する工程と、
前記保持力を停止することにより前記レリーフ型に前記材料層をセットする工程、とを含む方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記保持力は前記表面において吸引流を生成することにより生成される方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法において、前記保持力は前記表面において静電的に帯電することにより生成される方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の方法において、前記保持力は接着力によって生成される方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の方法において、前記保持力は磁力によって生成される方法。
【請求項７】
請求項１または２に記載の方法に基づき、複合材料を製造するためのレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットする装置であって、前記材料層を固定するための保持力を生成する表面を具えた弾性的かつ可逆的に変形可能な本体を含む装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、前記本体の非変形状態における前記表面は、前記レリーフ型に対応する表面レリーフを含む装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の装置において、前記表面は、吸引流がを導かれる多数の吸引開口を含む装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、更に、前記多数の吸引開口に吸引流を導く、少なくとも一つの吸引室を含む装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、前記本体は、その少なくとも一つが吸引流を生成するために前記多数の吸引開口に接続された前記吸引室に接続される、多数の（ｍ個の）吸引チューブを含む装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記装置は、複数の吸引室を含み、前記複数の吸引室の個々の一つは、前記多数の（ｍ個）の吸引チューブのうち多数（ｎ個）に接続されると共に、ｎ＜ｍの関係が成立する装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の装置において、前記複数の吸引室の個々の一つは、別々に作動できる装置。
【請求項１４】
少なくとも一つの材料層をレリーフ型にセットするための、請求項７から１３のいずれかに記載の装置の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年９月２０日に出願されたドイツ特許出願第１０  ２００５  ０４４  ８２３．２号、および２００５年９月２０日に出願された米国特許仮出願第６０／７１８，６５２号の優先権を主張し、これらの開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【０００２】
本発明は、層状材料の製造に関する技術分野に関し、特に、複合材料を製造するためのレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットする二つの異なる方法、複合材料を製造するためのレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットする装置、およびレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットするための装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、複合材料は、薄い変形可能な材料層、例えば、織布、インターレイドスクリム、プリプレグ、紙、ベニヤ板、金属シート、箔、不織布およびマット、あるいは他のシート状の可撓性材料層など本発明においてまとめて「材料層」と称するものが、平らな表面、例えばテーブルから運び去られて、一方向あるいは二方向に湾曲する基準面を有する型設備の他方の表面上にセットされる。これらの公知の複合材料の生産プロセスにおいて、個々の材料層は、現在に至るまで手作業にて、取上げられ、型設備にセットされていた。材料層の型設備へのセットを自動化するための実験は行われて来たが、これらの実験は現在に至るまで全て、満足できる結果が出ず、多額の技術的実装費用および莫大なコストを伴う非常に高額なロボット保持機構のレベルで終わっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一次元あるいは二次元曲面の表面を有する成形型（本発明において、まとめて「レリーフ型」と称する。）に材料層をセットする工程の自動化において、ロールから延ばされセットされる状態の材料層は通常大き過ぎて、図１に示すように、シート状の状態で成型型にセットすることは、全く出来ない、あるいは出来たとしても不満足であるという問題がある。層状材料の生産のための成形型は、概して水平方向の境界を有する。その結果、材料層は、材料層の伸ばされた状態で成形型に合わることなく、セットされている。
【０００５】
また、成形型に材料層をセットするとき、製造すべき複合材の特定の形状を形成する場合、例えば複合材の一部に補強材を設けるため、異なるサイズの複数の材料層を成形型にセットするという更なる課題がある。しかしながら、公知の自動化の試みにおいては、例えば上述のロボット保持機構を用いた場合では、成形型に既にセットされている材料層の上に実際の材料層をセットするときに、しわ、あるいはそれに類するものなどの不規則が発生しないように、それぞれの材料層毎に、それぞれ適した個別の保持機構形状が必要になる。
【０００６】
複合材料を製造するための周知の実験に関連した上記の問題から始まって、本発明の目的は、適度の技術的および費用的支出にて、材料層のレリーフ型へのセットを可能にする手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、複合材料を製造するためのレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットするための二通りの方法、複合材料を製造するためにレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットするための装置、およびその装置を用いる方法、によって達成される以下、二通りの方法、装置および使用につき、詳述する。ここにおいて、方法における全ての特徴は、装置および使用に移すことができることは言うまでもない。また、同様に、逆も同じである。
【０００８】
本発明に基づく、複合材料を製造するためのレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットする方法の第１の実施形態は、非変形状態においてレリーフ型に対応する表面レリーフを有し、材料層に圧接されるとその表面レリーフが材料層に対して平坦になるように弾性変形する、弾性的かつ可逆的に変形可能な表面を提供する。材料層を扱うことを可能にするために、保持力を表面に発生させ、その保持力は少なくとも一時的に材料層を表面に固定する。表面を材料層に圧接した後にのみ保持力を発生させる場合省エネルギーであるが、もちろん、保持力を、表面を材料層に圧接する工程の前、あるいは工程の間に発生させることも可能である。材料層を、しわの発生なく、通常の方法でレリーフ型にセットすることを可能にするため、材料層を簡単な方法でセットできるように、材料層をレリーフ型の形状に対応する形状にして供給することが必要である。この趣旨で、表面を材料層に圧接することによって既に生成されている圧力は、徐々に減少される。これは、例えば、表面を材料層が置かれている装着領域から持上げることによって行うことができる。この結果、表面は非変形状態に戻り、材料層は保持力によって固定されているので、材料層にレリーフ型に対応する表面レリーフを与える。このようにして作成される表面レリーフを有する材料層をレリーフ型に可能な限り簡単にセットするために、表面は、そこに固定されている材料層と共に、材料層の表面レリーフがレリーフ型に一致するように、レリーフ型に対向して配置される。最後に、生成されている保持力を停止し、材料層はレリーフ型にセットされる。このように、材料層は、表面から分離し、所望の方法でリリーフ型に残される。レリーフ型に、その前にセットされた材料層と比較して異なるサイズであってもよい別の材料層を更にセットすることを可能にするため、保持力を最初に発生させるとき、あるいは弾性的かつ可逆的に変形可能な表面が新しい材料層に圧接させるときのいずれも、この方法は度最初から開始される。
【０００９】
本発明に基づく、複合材料を製造するためのレリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットする方法の第２の実施形態は、材料層に対して平坦になるように材料層上に配置される、弾性的かつ可逆的に変形可能な表面を提供する。ここにおいて、表面はレリーフ型に対応する表面レリーフを有していることは必要でない。サポートに置かれた材料層を取上げることができるように、材料層を表面に固定する保持力を、少なくとも一時的に、生成させる。また、方法に関するこの実施形態において、表面を材料層に配置する前に保持力を生成させることも可能である。この後に、表面を、そこに固定されている材料層と共に、レリーフ型に対向して配置することができ、続いて、表面によって、材料層は材料層がレリーフ型に対応する表面レリーフを付与されるように、リリーフ型に圧接される。弾性的かつ可逆的に変形可能な表面を材料層にこのように適合させることによって、材料層をレリーフ型にしわの発生なくセットすることが確実にできる。レリーフ形状に対応する表面レリーフがこのようにして材料層の上に形成された後、最後に、レリーフ型に材料層をこのようにしてセットするために、保持力を停止させてもよい。
【００１０】
一見するとこれら別設計の二つの方法はお互いに僅かに異なるだけと見えるが、これらの二つの実施形態は、第１の実施形態では、材料層の表面レリーフは弾性的かつ可逆的に変形可能な表面が、その表面レリーフがレリーフ型の形状に対応している「変形していない初期状態」に戻ることによって形成されるため、全く別の方法である。これとは対照的に、本発明に基づく方法の第２の実施形態では、材料層の表面レリーフは、材料層が弾性的かつ可逆的に変形可能な表面によってレリーフ型に圧接されることにより形成され、その結果、レリーフ型の形状に対応する表面レリーフは、材料層及び本体の表面の両方に形成される。
【００１１】
二つの上述の方法を用いることにより、平坦な面から自動化した方法で材料層を取上げ、それらを、しわの発生を招くこと無く、レリーフ型の所定の位置にセットすることが簡単にできる。これらの方法は、異なるサイズの材料層を、異なる、あるいは少なくとも類似のレリーフ形状の上にセットすることを可能にする。本発明に基づく方法を用いることにより、高価なロボット保持機構を用いることなく済ますことができ、経費の縮小、およびプロセス信頼性の向上が可能である。
【００１２】
方法に関する両方の実施形態において、表面に保持力を生成するために、例えば、表面は吸引流を導いてもよい。例えば、吸引流を導く多数の吸引開口を表面に設けてもよい。保持力を生成するための変形例としては、例えば、表面を静電的に帯電させることで構成することができる。保持力を生成する、更に別の変形例は、接着力または磁力による保持力で構成することができる。もちろん、当業者は保持力を生成する更に別の選択肢を知っているため、この点に関しては詳細を述べない。
【００１３】
本発明の更に別の形態によれば、本発明が基礎をおく目的は、複合材料を製造するためのレリーフ型に少なくとも１枚の薄い変形可能な材料層をセットする装置であって、その型は材料層を固定するための保持力を生成するように設計された表面を形成する、弾性的かつ可逆的に変形可能な本体を含む装置によって達成される、
【００１４】
従って、本体は、その特性によって本体を変形状態から非変形状態に自動的に戻すことが可能であるほとんど全ての所望の材料から製造できる。本体に加わる圧力が減少した後、その非変形の初期状態に戻ることを可能にするために、本体の表面は、本体に加わる圧力に応じてあらゆる所望の表面形状に適応できるような、弾性的かつ可逆的な材料特性が必要である。本体は、例えば、ポリスチロール、スチロール・コポリマー、ＰＶＣ、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリイソシアヌレート、ポリ・カルボジイミド、ポリ・メタクリル・イミド、ポリアミド、ＡＢＳ、フェノール樹脂およびウレア樹脂からなる群から選択される、被発泡スポンジまたはプラスチック・フォーム材等の、適切な弾性ゴム材料またはフォーム材から製造できる。これらの合成材料でなく、本体は、言うまでもなく、自然の弾性的かつ可逆的な材料（例えば自然のカウチューク、自然の海綿など）を用いることもできる。言うまでもなく、上述した弾性的かつ可逆的な特性を持ついかなる材料も、変形可能な本体のために用いることができる。
【００１５】
平坦な材料置き場に置かれている材料層を、このようにして、その後レリーフ型に圧接することができるように扱うために、その非変形状態の表面を完全に平坦にすることは可能であるが、その結果、材料層および本体の表面の両方が、本体の表面の形状になる。代替として、本体の非変形状態において、表面がレリーフ型に対応する表面レリーフを含んでもよい。この場合、置かれていた材料層を、本体によって、表面を材料層に圧接し、表面の表面レリーフを表面が材料層に平坦に当接するように弾性的に変形させることにより、取上げることができる。圧力をその後減少させることにより、表面は非変形状態に戻り材料層にレリーフ型に対応する表面レリーフを与え、材料層の表面レリーフがレリーフ型に一致するように、材料層をレリーフ型にセットすることができる。
【００１６】
表面に材料層を固定するための保持力を生成するために、表面に接触する材料層が表面に吸引されるように、吸引流が導かれる多数の吸引開口を表面に設けてもよい。吸引流を生成するために、装置は、上述の吸引流を多数の吸引開口に導く吸引室を含んでもよい。この構成では、負圧は、真空装置によって吸引室自体に導かれ、この負圧は吸引流の形で吸引開口に広がる。
【００１７】
吸引流を吸引室から多数の吸引開口まで導くために、本体は、多数の吸引開口への吸引流を生成するため、少なくとも一つの吸引室に接続される多数の吸引チューブを含んでもよい。
【００１８】
本発明に基づく装置の弾性的可逆性の表面によって、異なるサイズの材料層を取上げることが可能であるので、材料層のサイズに応じて、材料層に覆われる吸引開口だけに吸引流を導くのがよい。不必要なエネルギー損失を避けるために、残りの露出している吸引開口には吸引流を導くべきでない。この特定の吸引開口にのみ吸引流を導入することを確実にするために、装置は、個々の吸引室が複数の多数の吸引チューブと接続されている、多数の吸引室を含む。このようにして、個々の吸引室の別々の作動によって、吸引流を特定の吸引開口にのみ導入することが、確実になされる。
【００１９】
最後に、本発明の更に別の形態では、本発明の目的は、レリーフ型に少なくとも一つの材料層をセットするための本発明に基づく装置の使用によって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明につき、添付された図を参照しつつ、一例をあげて説明する。図は、本発明を説明することを目的として、特に、いかなる形であれ本発明の範囲を制限するものとは解釈されない。すべての図において、同一、あるいは類似の要素は、同一、あるいは類似の参照符号とする。以下、図１を参照しつつ、レリーフ型に材料層をセットするとき発生し得る問題を説明する。図１は、２つのサイドウォール３によって水平方向に区切られるレリーフ型２を示す。レリーフ型２の表面は高さ方向の段差を有するので、レリーフ型２に置かれる材料層１は、レリーフ型２の凹凸を延ばした状態に対応する長さでなければならない。これにより、材料層１の長さは２つのサイドウォール３間の隙間より長いことが必要になり、図１に部位「Ａ」として示すように、材料層１は、リリーフ型に水平にセットすることは不可能であり、左側のサイドウォール３に重なる。
【００２１】
上述の通り、レリーフ型に材料層１をセットするとき発生する、この問題（付随する問題も含め）を解決するために、本発明は、二つの異なる方法を提案している。その第一の方法を図２に具体的に示す。本体５の非変形の初期状態においてレリーフ型２と対応する表面レリーフを有する表面を含む、弾性的かつ可逆的に変形可能な本体５は、最初、本体５が、その表面４が材料層１に対向するように配置されている。（図１の図解Ｉ参照）この配置において、材料層１は、弾性的かつ可逆的な変形可能な表面４を備えた本体５が材料層１に対して圧接できるように、例えばテーブル（詳細は図示せず）の上の置かれている。ここにおいて、表面４の表面レリーフは、図２の図解ＩＩに示すように、表面４が材料層１に対して平坦になるように弾性的に変形する。図解ＩＩに示す状態において、例えば、表面４において、材料層１を表面４に固定する保持力を生成することが可能である。もちろん、初期の段階ですでに保持力を生成することも、可能である。
【００２２】
図２の図解ＩＩＩの状態において、図解ＩＩにおいて生成された圧力は、本体５がテーブル（図示せず）から持ち上げできるように、減少される。この結果、本体５の表面４は、その弾性的かつ可逆的な特性のため、非変形の初期状態に戻り、材料層１はレリーフ型に対応する最初の表面レリーフの形体になる。材料層１のこの外形適合の結果、材料層１は、図１に示す通りサイドウォール３を越えて突出しなくなり、図解ＩＶに示すように、表面４と共に、材料層１の表面レリーフがレリーフ型２に対応して形成されるように、レリーフ型２に対向して配置される。本体５のレリーフ型２方向へのわずかな下方移動の後、最終的に、生成されている保持力を停止させ、材料層１をレリーフ型２にセットすることができる。
【００２３】
図３において、複合材料を製造するためのレリーフ型２の上に材料層１をセットするための本発明に基づく装置を示す。本発明に基づく装置は、その下側部分においてレリーフ型２（その表面レリーフに材料層１が当該装置によって置かれる）に対応する表面レリーフを形成している本体５を含む。本体５は、上述の通り、弾性的かつ可逆的に変形可能な材料を含む。本体５は、装置のホルダー１０によって保持され、ホルダー１０には、多数の吸引室７が並んで配置されている。吸引室より上には、真空吸引装置１１および真空装置（図示せず）に接続されている、いわゆる分配室９が配置される。この真空吸引装置１１を経由して、負圧は分配室９において発生し、多数の吸引室を分配室に接続する開口を介して個々の吸引室７に広がる。
【００２４】
本体５の上部は、吸引室７の中で発生した負圧が、吸引室７の下部の多数の小径開口を介して本体５に組み込まれている多数の吸引チューブ８に広がるように、吸引室７の下側に平らに接している。図３では、わずかな吸引チューブ８を示しているが、本体５は、その全長にわたりこれらの吸引チューブ８が組み込まれている。吸引チューブ８は表面４の吸引開口６（詳細は示さず）に至る。このように、真空吸引装置１１、分配室９、吸引室７、および吸引チューブ８を経由した吸引流によって、保持力を表面４に生成させることができ、この結果、表面４と接触する材料層１を表面４に固定することができる。
【００２５】
材料層１が表面４の全体を覆わない場合、個々の吸引室７を別々に作動すればよい。それは、例えば、個々の吸引室７を分配室９に接続する開口をバルブにより閉じることを可能にすることで達成できる。
【００２６】
加えて、「含む」こと、あるいは「具える」ことは他の要素またはステップを排除せず、単数、或は「１個」は複数個を排除しない。さらに、上記の実施形態のうちの一つに関して記載されていた要素または工程は、他の実施形態の要素または工程と組み合わせて用いることができる。また、請求項の参照符号は、いかなる限定とも解釈されない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】レリーフ型に材料層をセットするときの具体的な問題を示す。
【図２】本発明による方法の第１実施形態を示す。
【図３】本発明による装置を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１  材料層
２  レリーフ型
３  サイドウォール
４  表面
５  本体
６  吸引開口
７  吸引室
８  吸引チューブ
９  分配室
１０  ホルダー
１１  真空吸引装置
【図１】
2009508711.tif 000003
【図２】
2009508711.tif 000004
【図３】
2009508711.tif 000005
【国際調査報告】
2009508711.tif 000006
2009508711.tif 000007