(57)【要約】繊維強化テープのウェブを供給するためのテープウェブ供給路と、テープウェブの品質を検査する、ウェブ供給路に沿って配置された品質検査システムと、テープウェブからテープの細長いセクションを切り出す切断器とを備え、この切断器が、品質検査の結果に基づいてテープウェブから切り出されるテープセクションの長さを変えるように構成されたテープ切断システム。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ切断システムであって、
繊維強化されたテープのウェブを供給するためのテープウェブ供給路と、
前記テープのウェブの品質を検査する、前記ウェブ供給路に沿って配置された品質検査システムと、
前記テープのウェブから細長いテープセクションを切り出す切断器と、
を備え、
前記切断器は、品質検査の結果に基づいて前記テープのウェブから切り出される前記テープセクションの長さを変えるように構成された、テープ切断システム。
【請求項２】
前記切断器は、前記テープのウェブから、第１品質のテープセクションと他の品質のテープセクションを切り離すように構成された、請求項１に記載のテープ切断システム。
【請求項３】
前記第１品質のテープセクションのための第１の排出路と、他の品質のテープセクションのための他の排出路とを備える、請求項２に記載のテープ切断システム。
【請求項４】
前記第１品質のテープセクションは、同じ長さ、具体的には予め定めた長さであって、前記他の品質のテープセクションは、前記第１品質のテープセクションとは異なる長さのテープセクションを含む、請求項２又は請求項３に記載のテープ切断システム。
【請求項５】
前記他の品質のテープセクションは、前記第１品質のテープセクションよりも短い長さのテープセクションを含む、請求項４に記載のテープ切断システム。
【請求項６】
前記他の排出路は、第２品質のテープセクションのための第２の排出路、及びその他の品質のテープセクションのための第３の排出路を備える、請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載のテープ切断システム。
【請求項７】
前記第２品質のテープセクションは、前記第１品質のテープセクションと同じ長さである、請求項６に記載のテープ切断システム。
【請求項８】
前記第３の排出路は、相互に品質が異なり、かつ相互に長さの異なるテープセクションを含む、請求項７に記載のテープ切断システム。
【請求項９】
第１の排出路は、相互に長さの等しい、特に予め定めた長さのテープセクションを一時保存するように構成された第１バッファに繋がる、請求項２から請求項８までのいずれか１項に記載のテープ切断システム。
【請求項１０】
前記第２の排出路は、相互に長さの等しい、特に予め定めた長さのテープセクションを一時保存するように構成された第２バッファに繋がる、請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載のテープ切断システム。
【請求項１１】
テープを切断する方法であって、
繊維強化されたテープのウェブを供給することと、
前記テープのウェブの品質を評価することと、
前記テープのウェブから細長いテープセクションを切り出すことと、
を含み、
前記テープのウェブから切り出される前記テープセクションの長さは、前記テープのウェブの前記品質の評価に基づいて変化する方法。
【請求項１２】
前記テープのウェブは、第１品質のテープセクション及び他の品質のテープセクションに切断される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１品質の前記テープセクションは、同じ長さ、具体的には予め定めた長さであり、前記他の品質のテープセクションは、前記第１品質のテープセクションとは異なる長さのテープセクションを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記他の品質のテープセクションは、前記第１品質のテープセクションよりも短い長さのテープセクションを含む、請求項１２又は請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記テープのウェブは、第２品質のテープセクションに更に切断され、前記第２品質のテープセクションは前記第１品質のテープセクションと同じ長さである、請求項１２から請求項１４までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に繊維強化材料シートの切断（cutting）に関し、特に、例えば異方性一方向（ＵＤ）テープなどの繊維強化テープからシートを切り出すこと（sectioning）に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのようなシートすなわち「プライ」は、繊維強化複合製品の製造に使用される。繊維強化材料は、ロールに巻き上げられた比較的長くて幅の狭いテープで供給可能である。そのようなテープは、例えば、平行で長手方向に延在する連続繊維から成る平面層にマトリックス材料を含浸させることによって製造可能である。繊維は、例えば、炭素繊維、アラミド繊維又は他の種類の強化繊維を含み、またマトリックス材料は、例えば熱硬化性樹脂又は熱可塑性プラスチック材料を含んでいてもよい。繊維強化材料は、乾式材料であってもよいが、湿式材料若しくは含浸材料であってもよい。さらに、切断又は切り出されたシートはバッキング材料を含んでもよい。
【０００３】
この繊維強化材料、特に比較的高価なＵＤテープのロールは、ロールから巻き出されて、テープ又はプライの部分（セクション）が、巻き出されたテープのウェブから、例えば比較的狭いテープの幅方向を横断して切断又は切り出されて、シートを形成してもよい。シートは、テープの長さに対して垂直に切断する又は切り出すことができ、切断又は切り出されたシートは、実質的に長方形形状を有してもよい。
【０００４】
シート又はプライそのものは未完成品であり、スタック内の層に積み重ねられる。最終製品を形成するために、シートは、バッファリングや再スタックをして互いに異なる配向を有するシートのスタックとするなど、更なる処理ステップの対象となることがある。シートのスタックは、次に積層又は圧密化処理の対象としてもよい。ここでは積層されたシートが熱及び／又は圧力を受けて、積層製品、特に、高強度、軽量の圧密化された繊維強化製品が形成される。
【０００５】
製造された繊維強化複合材テープのロールの品質は、長さ方向に変化し得る。テープ内の欠陥、例えば、汚れ、継ぎ目、割れ、ボイド、視覚的な欠陥、及び幅や厚さなどの寸法の不整合など、は、テープ製造プロセスに固有のものである。これらの欠陥は、テープのセクションの品質に影響する。従って、切断プライにおいては、欠陥の存在により、一般に、最大で約１０％の直接的な材料損失が予想される。ＵＤテープは比較的高価であり、特にその材料コストは、積層製品の製造プロセスに比べて相対的に高価である。さらに、テープのセクションの品質は、欠陥の性質、大きさ、及び分布に依存する可能性がある。欠陥を含むテープの切断シートはスタックすることができ、その後、積層プロセス、すなわち圧密化プロセスの対象となり得る。圧密化された繊維強化製品に欠陥を含む切断シートが存在すると、製品の不合格に繋がる可能性があり、例えば１０〜２０層の製品の不合格に繋がる可能性がある。したがって、欠陥を有するシートを含む製品の不合格による間接的な材料の損失は、約１０％かそれ以上になる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の欠点の少なくとも一部を軽減することを目的とする。特に、本発明は、材料の利用を最適化可能であり、製造プロセスの費用対効果を向上可能であり、及び／又は処理時間を短縮可能である、プライを切断するためのシステム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】
【０００７】
そのために、本発明は、繊維強化テープのウェブを供給するためのテープウェブ供給路と、ウェブ供給路に沿って配置された、テープのウェブの品質を評価するための品質検査システムと、テープウェブの供給路の終端に配置された、テープのウェブから細長い（longitudinal）テープセクションを切り離すように構成された切断器と、を含む、特に請求項１に記載のテープ切断システムを提供する。この切断器は、切り離されるテープセクションの長さをテープの品質に基づいて変えるように構成されている。
【０００８】
品質検査システムをウェブ供給路に沿って配置することにより、テープのウェブの品質又は完全性を評価可能であり、また欠陥を識別可能である。品質検査システムは非破壊検査装置を含むことができ、それは、例えばテープ表面の目視検査のためのカメラ、例えばテープのウェブの厚さ及び幅を測定するためのレーザ装置、例えば超音波試験のための音響又は音波装置、及び例えばテープのウェブの内部の詳細のｘ線及び／又は中性子検査のための放射線撮影装置などである。識別された欠陥は、例えばその識別された欠陥をテープの座標に結び付けることによって、フラグを立てることができる。
さらに、テープウェブから切り出されるテープセクションの長さを変えるように切断器を構成することで、テープ切断システムはテープを欠陥の前後で切断する又は切り出すことを可能とする。これにより、不合格とするか又は廃棄される必要のある、欠陥を含むテープのセクションを、長さ方向の長さを最小とすることが可能であり、また材料損失を低減可能である。切断器はこうして、ウェブ内のテープの品質変動に応答して、特にリアルタイムでテープのセクションの長さ方向の寸法を変更するように構成可能である。こうして、切断器は、少なくとも２つの異なる長さのテープセクション、特にテープの矩形セクションを製造して、各セクションがそのテープセクション内の欠陥の存在の差による品質の違いに対応するように、構成可能である。
シートは様々な形状であってよい。テープの長さに対して垂直に切断又は切り出して、切断又は切り出されたシートが実質的に長方形形状を有してもよい。そのようなシートが好ましい。ただし、シートは、テープの長さに対して斜めに切断又は切り出して、三角形、台形、平行六面体の形のシートとすることも可能であり、また湾曲した切断線に従って切断又は切り出すことも可能である。また、例えば数値制御カッターを使用して、材料のウェブから任意形状のシートを切り出すことも可能である。また、off-axisの繊維配向を有するテープ又はクロスプライのテープのロールを使用して、対応する異なる繊維配向を有するシートを切断又は切り出すことももちろん可能である。
【０００９】
テープ切断システムは、テープのウェブから、第１品質のテープセクションと、その他の品質のテープセクションとを切り離すように構成されてもよい。こうして、第１品質のテープセクションを、他の品質のテープのセクションから分離しておくことが可能である。
【００１０】
テープ切断システムが、第１品質のテープセクションのための第１の排出路と、他の品質のテープセクションのための他の排出路とを備える場合、テープセクションは、スタック及び／又は一時保存（buffering）する前に、その品質に基づいて分離することができる。こうすることにより、欠陥があって積層製品への使用に適さない他の品質のテープセクションを簡単に廃棄できるようにする。テープが、スタック及び／又は一時保存の前にその品質に基づいて分離されている場合には、第１品質のスタックを容易に、かつ例えば実質的に欠陥なしで取得することができる。他の品質のテープセクションは、別の方法で使用してもよいし、あるいは廃棄してもよい。
【００１１】
同じ予め定めた長さを有する、第１品質のテープセクションを提供することにより、そのようなプライを品質が分かった状態で、同一長さのプライのスタックに使用できるようになる。こうして、それらを、例えば、外観及び／又は機械的な負荷の観点から、例えば欠陥なしでなければならないスタックのトップシートなどの、第１品質を必要とするスタック内の位置に配置することができる。異なる長さを有し、かつ特に第１品質のテープセクションよりも短い長さを有するテープセクションを含む、他の品質のテープセクションを提供することで、テープの欠陥による材料損失のさらなる低減を達成可能である。
【００１２】
第２品質のテープのセクションに対する第２の排出路と、他の品質のテープのセクションに対する第３の排出路とを有する、他の排出路を設けることにより、欠陥を含むがまだ製品に使用可能な第２品質を有するテープのセクションを、テープのロールから回収することが可能である。このようにして、通常は廃棄される第２品質のテープセクションの回復が可能である。第２品質のテープセクションは、予め定めた長さに、つまり第１品質のテープセクションと同じ長さに切断される。このことが、材料損失をさらに低減し、かつ費用対効果を増大させる。溶融、圧密化、又は積層された製品の特性は、テープセクションの順序、例えば隣接シートが互いに異なる繊維配向を有するなどの、特に積層製品内のシートの順序及び／又は位置に依存する。したがって、第２品質の使用可能なテープセクションの位置は、視覚品質や強度仕様などの最終製品の要求に基づいてよい。第２品質のテープセクションは、プライのセット又はスタックの対称面の近く、又は例えば非対称な圧密化又は積層された製品の中心線の近くで利用可能である。
【００１３】
第３の排出路内のテープセクションは、相互に品質が異なり、かつ相互に長さの異なるテープセクションを含んでもよい。こうして、スクラップ又は廃棄すべき材料の処分が容易となり、廃棄されるテープの長さを最小限に維持することが可能である。
【００１４】
第１の排出路は、相互に等しい予め定めた長さのテープセクションを、一時保存するように構成された第１バッファに繋がってもよい。こうして、第１品質のテープセクションが、更なる処理のためにスタックされて登録され、仕様によって要求される最小閾値を最終製品が確実に満たすようにすることができる。
【００１５】
次に第２の排出路は、相互に長さの等しいテープセクションを一時保存するように構成された第２バッファに繋がってもよい。こうして、第２品質のテープセクションがスタックされて登録され、仕様が必要とする最小閾値を最終製品が満たすことを保証するために、更なる処理での使用機会を待ってもよい。
【００１６】
テープ切断システムは、テープ供給源、特には１つ以上のテープのロールを備えるテープ供給源をさらに含んでもよい。テープ切断システムは、テープをロールからテープウェブ供給路へ巻き出す１つ以上の巻き出し装置も含んでよい。テープ切断システムは、連続操作を可能とし、かつテープの使用を更に最適化できるようにするために、第１のロールのテープ末端を、第２のロールのテープ先頭に接合するためのスプライサを含んでもよい。そのようなスプライサは、第１のロールのテープ末端と第２のロールのテープ先頭が、プロセス条件を一定にしたままで接合可能となるように、テープバッファを含んでもよい。
【００１７】
本発明はさらに、テープの切断方法にも関する。この方法は、繊維強化テープウェブを供給することと、テープウェブの品質を評価することと、テープウェブからテープの長さ方向セクションを切り出すこととを含む。テープウェブから切り出されるテープセクションの長さは、テープウェブの品質の評価に基づいて変化する。
【００１８】
本発明の他の有利な態様は、明細書及び添付の特許請求の範囲に提示される。
【００１９】
これまでに明らかにした本発明のテープ切断システムの技術的特徴は、それ単独のみならず、任意の可能な組み合わせでテープの切断に有利に使用可能であることは、当業者であれば明らかであろう。上記段落で述べた技術的特徴は、文脈から分離可能であって、別の段落からの分離された技術的特徴を組み合わせることが可能である。そのような組み合わせは、本明細書において具体的に開示されている。
【００２０】
本発明を、図面に表示された非限定的な例示的実施形態を基にさらに明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】典型的な切断システムの概略斜視図である。
【図２】テープのロールから巻き出されているテープのウェブ、及び様々な長さのセクションに切り出されているテープのウェブの概略側面図である。
【図３】テープ切断プロセスの概略図である。ここでは、テープのウェブから第１品質及び他の品質のテープセクションが切り出される。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図面は本発明の好適な実施形態の単なる概略表示であることに留意されたい。図面では、同一又は対応する部分は同一の参照番号で示される。
【００２３】
図１を参照すると、テープ切断システム１が、繊維強化テープのウェブ３、特に一方向（ＵＤ）テープなどの繊維強化テープのウェブを供給するためのテープウェブ供給路２を備える。テープのウェブ３の品質を評価するための品質検査システム４が、ウェブ供給路２に沿って配置される。切断器６が、テープのウェブ３から長さ方向のテープセクション７を切り離すように構成される。切断器６は、テープウェブ供給路２の終端に配置される。この切断器６はさらに、テープの品質に基づいて、切り離されるテープセクション７の長さを変えるように構成される。この切断器６は、テープの品質に基づいて、切り離されるテープセクション７の長さを変えるように構成される。
品質検査システム４は、切断器６によって分離されたテープセクション７に切断される前に、テープのウェブ３の品質を評価する。例えば、光学品質、表面の完全性、厚さ、幅、組成等が、テープの品質態様を表す特徴であって、これらが所望の基準に合致しない場合に、欠陥となる可能性がある。ここで、品質検査システム４は、テープのウェブ３の表面品質の目視検査のためのカメラを備える。
図１からわかるように、テープ切断システム１は、さらにテープのロール１０を備える。テープのロール１０は、巻き出し装置１１によって巻き出される。ここで、テープ切断装置１には、２つのテープのロール１０と、連続的な巻き出しプロセスを可能とするスプライサ１２とが含まれている。これはテープ切断システム１におけるテープのスループットを向上させるという追加の利点を有する。テープはテープウェブ供給路２に巻き出されて、繊維強化テープのウェブ３が切断器６へ供給される。
切断器６は、例えば、ナイフ、レーザ、又は（ウォータ）ジェットを用いて切断する。切断器６は、動的であっても静的であってもよい。つまりテープウェブに沿って移動しても、移動しなくてもよい。こうしてテープセクション７の長さを変えることで、スクラップを減らし、材料利用を最適化できる。この結果、製造プロセスの費用対効果を向上できる。言い換えれば、繊維強化テープのウェブ３を供給するためのテープウェブ供給路２と、テープのウェブ３を検査、特に欠陥の発生を検査する、ウェブ供給路２に沿って配置された品質検査システム４と、テープのウェブ３から細長いテープセクション７を切り出す、テープウェブ供給路２の終端に配置された切断器６と、を備えるテープ切断システム１が開示される。切断器６は、品質検査の結果に基づいて、特にテープセクション内の欠陥の存在の違いに基づいて、テープのウェブ３から切り出されるテープセクション７の長さを変えるように構成されている。
図２を参照すると、本発明の一実施形態によるテープ切断システム１の切断器６は、第１品質のテープセクション７と、他の品質のテープセクション７とを、テープのウェブ３から切り離すように構成されている。第１品質のテープセクション７は、所定の長さＬ１に切断される。第１品質のテープセクション７どうしは、同じ所定の長さＬ１である。他の品質のテープセクション７は、第１品質のテープセクション７とは異なる長さＬのテープセクションを含む。
図２及び図３に示すように、テープ切断システム１は、第１品質のテープセクション７の第１の排出路１３と、他の品質のテープセクション７のための他の排出路１４とを備える。
ここで、切断器６は、第１品質のテープセクション７を所定の等しい長さＬ１に切り出すように構成されている。調整可能なウェブ供給路長をここで使用して、切断器６にテープが供給される速度を変更し、所定の長さＬ１及び異なる長さのＬなどの所望の長さにテープセクション７を切り出し可能とする。ただし、ウェブ供給路２の速度は、例えばテープ切断システムの巻き出し装置１１にブレーキを設けることによって変更することも可能である。
品質検査システム４はウェブ供給路２に沿うテープ内の欠陥を認識するように構成されており、テープは、欠陥の前後で、検査システム４の下流の切断器６により切断されるようになっている。したがって、他の品質のテープセクション７は、第１品質のテープセクション７よりも短い長さのテープセクション７が含まれる。
【００２４】
図３を参照すると、本発明の実施形態による、テープ切断システム１の他の排出路１４が、第２品質のテープセクション７のための第２の排出路１５と、他の品質のテープセクション７のための第３の排出路１６とを備えている。こうして、積層製品に使用可能な品質のテープセクション７によってスクラップ材料が更に低減され、材料の使用が最適化される。それにより、製造プロセスのコスト効率が更に向上する。したがって、第２品質のテープセクション７は、第１品質のテープセクション７と同じ長さ、すなわち所定の長さＬ１である。
第３の排出路１６は、互いに異なる品質で互いに異なる長さＬのテープセクション７を含む。他の品質のテープセクション７はスクラップとして廃棄される。図１と図３に示すように、テープ切断システム１の第１の排出路１３は、互いに等しい所定の長さＬ１を有するテープセクション７を一時保存するための第１バッファ１７に繋がっている。第２の排出路１５は、互いに等しい長さＬ１のテープセクション７を一時保存するように構成された第２バッファ１８に繋がっている。
【００２５】
本開示の範囲に関して、具体的に説明された技術的特徴は、機能的な一般化がなされ得ることが指摘される。さらには、明示的に示されていない限りは、そのような技術的特徴は与えた例示的な実施形態の文脈から分離して考えることができ、さらに実施例の文脈に連携する技術的特徴とは分離して考えることが可能である。
【００２６】
保護の範囲に関して、本発明は、本明細書に表された例示的実施形態に限るものではないこと、及び多くの変形が可能であることが指摘される。例えば、テープの切り出し長さを変更する方法は、実施例で議論したものとは別の方法が使用されてもよい。そのような変形は当業者には明らかであり、以下の特許請求の範囲で記述される本発明の範囲内にあることが理解されるであろう。
【符号の説明】
【００２７】
１      テープ切断システム
２      ウェブ供給路
３      繊維強化テープのウェブ／テープのウェブ
４      品質検査システム
６      切断器
７      テープセクション／テープのセクション
１０    テープのロール
１１    巻き出し装置
１２    スプリッタ
１３    第１排出路
１４    他の排出路
１５    第２排出路
１６    第３排出路
１７    第１バッファ
１８    第２バッファ
【図１】
2021513471.tif 000003
【図２】
2021513471.tif 000004
【図３】
2021513471.tif 000005
【国際調査報告】
2021513471.tif 000006
2021513471.tif 000007