(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ構造材料管理システムであって、
持ち運び可能なカートリッジであって該カートリッジの内側領域と外側領域とを連通する開口部を有するカートリッジと、
少なくとも一方の面側にナノ構造フィルムを含むフレキシブル・サブストレートのロールと、を備え、
前記ロールは、前記カートリッジ内に回転可能に位置決めされ、
前記ロールは、前記フレキシブル・サブストレートが前記ロールから繰り出され前記フレキシブル・サブストレートの少なくとも一方の面側が前記開口部に位置するように配置及び構成され、それによって、前記ナノ構造フィルムの少なくとも一部は、前記カートリッジの外にある対象物に転写することができるように前記外側領域に露出している、ナノ構造材料管理システム。
【請求項２】
前記カートリッジは、前記ナノ構造フィルムを払い出すレイアップ動作に使用されるカセットの少なくとも一部を形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記開口部を閉じるために前記開口部に位置し、それによって前記カートリッジの前記内側領域を密閉する密閉部材を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記開口部に対して前記フレキシブル・サブストレートを変位させるために前記開口部とは反対側に位置する払い出しヘッドを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
ロール構成における前記フレキシブル・サブストレートを隣接部分から間隔をあけて配置するために前記フレキシブル・サブストレートの表面から突出した少なくとも１つのストリップを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記ロール構成における前記フレキシブル・サブストレートを隣接部分から間隔をあけて配置するために前記フレキシブル・サブストレートの表面に少なくとも２つのストリップを備え、前記少なくとも２つのストリップは前記フレキシブル・サブストレートの互いに対向する端縁部に位置している、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも２つのストリップの１つ又は複数のストリップは、前記フレキシブル・サブストレートから突出している前記少なくとも２つのストリップの１つ又は複数のストリップの突出量を減少させるように変更可能である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも２つのストリップの１つ又は複数のストリップは、前記フレキシブル・サブストレートの表面から取り外し可能である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記フレキシブル・サブストレートと前記ナノ構造フィルムとの間に挿入された剥離可能な裏当て媒体を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記剥離可能な裏当て媒体は、ＰＴＦＥ、ポリイミド、ポリエステル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、紙、金属箔、ポリマー、金属フィルム、紙フィルム、剥離ライナー、セロハン、粘土コートのクラフト紙、ポリプロピレン、グラシン紙、ポリエチレン又はシリコーンの１つ又は複数で構成されている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記開口部によって前記フレキシブル・サブストレートを割り出しするために前記フレキシブル・サブストレートに接続されたテープ・ドライブを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記対象物に対する前記ナノ構造フィルムの配置に関連した現象を検出するためのセンサを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記フレキシブル・サブストレートに対して移動、圧力、張力、速度、位置又は温度の１つ又は複数を適用するように動作可能なアクチュエータを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記アクチュエータは、前記開口部を介して前記ナノ構造フィルムを突出させて前記対象物に接触させるために前記フレキシブル・サブストレートに移動又は圧力の１つ又は複数を適用するように動作する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ナノ構造フィルムの中に配向整列されたナノ構造体を更に備え、
前記ナノ構造フィルムの少なくとも一部分が前記対象物に転写されるときに、前記配向整列されたナノ構造体の配向整列が維持される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
ナノ構造材料を対象物に転写する方法であって、
ナノ構造フィルムをフレキシブル・サブストレートの少なくとも一方の面側に供給することと、
前記フレキシブル・サブストレートをロール状に巻き上げることと、
前記ロールが回転できる持ち運び可能なカートリッジに前記ロールを収容することと、
前記フレキシブル・サブストレートの前記少なくとも一方の面側が前記カートリッジにおける開口部に位置するように前記ロールから前記フレキシブル・サブストレートが繰り出され、それによって、前記ナノ構造フィルムの少なくとも一部分を前記フレキシブル・サブストレートから前記カートリッジの外部に位置する前記対象物に転写できるように前記ナノ構造フィルムは前記カートリッジの外部にアクセスできること、とを含む方法。
【請求項１７】
前記開口部によって前記フレキシブル・サブストレートを割り出して前記ナノ構造フィルムを前記対象物に成膜できるように動作するレイアップ機械に、前記カートリッジを装着することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記カートリッジを密閉するために前記開口部を覆うことを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記フレキシブル・サブストレートに対して移動、圧力、張力、速度、位置又は温度の１つ又は複数を適用するためにアクチュエータを作動させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ロールにおける前記フレキシブル・サブストレートを隣接部分から間隔をあけて配置するために前記フレキシブル・サブストレートの表面から突出した少なくとも１つのストリップを配置することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記フレキシブル・サブストレートと前記ナノ構造フィルムとの間に剥離可能な裏当て媒体を挿入することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記剥離可能な裏当て媒体は、ＰＴＦＥ、ポリイミド、ポリエステル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、紙、金属箔、ポリマー、金属フィルム、紙フィルム、剥離ライナー、セロハン、粘土コートのクラフト紙、ポリプロピレン、グラシン紙、ポリエチレン又はシリコーンの１つ又は複数で構成されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記対象物に対する前記ナノ構造フィルムの配置に関連した現象を検知することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記ナノ構造フィルム内に配向整列されたナノ構造体を設けることと、
前記ナノ構造フィルムの少なくとも一部分が前記対象物に転写されるときに、前記配向整列されたナノ構造体の配向整列が維持されること、とを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
持ち運び可能なナノ構造材料管理システムであって、
レイアップ機械での使用に適した持ち運び可能なカートリッジに配置されたテープのロールを備え、
前記テープは、少なくとも一方の面側にナノ構造フィルムを含み、
前記少なくとも一方の面側は、外部の対象物に前記ナノ構造フィルムを転写できるように前記カートリッジの外部にアクセスできる、ナノ構造材料管理システム。
【請求項２６】
前記ナノ構造フィルム内の配向整列されたナノ構造体と、
前記ナノ構造フィルムの少なくとも一部分が前記対象物に転写されるときに維持されるように配向整列された前記ナノ構造体の配向整列と、を更に備える、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
ナノ構造材料管理システムであって、
持ち運び可能なカートリッジであって該カートリッジの内側領域と外側領域とを連通する開口部を有するカートリッジと、
少なくとも一方の面側に配向整列されたナノ構造体を有するナノ構造フィルムを含むフレキシブル・サブストレートのロールと、を備え、
前記ロールは、前記カートリッジ内に回転可能に位置決めされ、
前記ロールは、前記フレキシブル・サブストレートが前記ロールから繰り出され前記フレキシブル・サブストレートの少なくとも一方の面側が前記開口部に位置するように配置及び構成され、それによって、対象物への転写時に、前記配向整列されたナノ構造体の配向整列が維持された状態で、前記ナノ構造フィルムの少なくとも一部は、そのナノ構造フィルムの少なくとも一部を前記カートリッジの外にある対象物に転写できるように前記外側領域に露出している、ナノ構造材料管理システム。
【請求項２８】
ナノ構造材料を対象物に転写する方法であって、
配向配列されたナノ構造体を有するナノ構造フィルムをフレキシブル・サブストレートの少なくとも一方の面側に供給することと、
前記フレキシブル・サブストレートをロール状に巻き上げることと、
前記ロールが回転できる持ち運び可能なカートリッジに前記ロールを収容することと、
前記フレキシブル・サブストレートの前記少なくとも一方の面側が前記カートリッジにおける開口部に位置するように前記ロールから前記フレキシブル・サブストレートが繰り出され、それによって、前記対象物への転写時に、前記配向整列されたナノ構造体の配向整列が維持された状態で、前記ナノ構造フィルムの少なくとも一部分を前記フレキシブル・サブストレートから前記カートリッジの外部に位置する対象物に転写できるように前記ナノ構造フィルムは前記カートリッジの外部にアクセスできること、とを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載（該当なし）
【０００２】
本開示は、一般的には、ナノ構造体を払い出す（dispensing）方法及び装置に関し、より具体的には、配向整列されたナノチューブ等のナノ構造体を払い出し、そのナノ構造体を収容するフレキシブル・サブストレート・テープを備えたカートリッジ又はカセットを使用する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ナノ構造フィルムは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）・フィルムを含めて壊れやすいモルフォロジーを有し、また、ナノ構造フィルムの構成におけるナノ構造体のモルフォロジーの維持に依存する、ナノチューブ・フィルムを含めたコンポジット材料の多くの究極的な特性を有している。特に、ナノ構造体は、大きなグループ内で実質的に互いに同じ配向で長軸が整列するように配列することができ、そのグループ内でナノ構造体は互いに平行であり、それによってナノ構造体の「フォレスト（forest）」が形成される。繊維強化プラスチック又はナノコンポジット材料などのコンポジット材料の作製にナノ構造体を使用する場合、ある種類の材料では、方向性を有する強化に関してナノ構造体のフォレストを採用することは有益である。従って、コンポジット材料の製造プロセス中に、互いに平行なナノ構造体のグループの配向整列及び空間的な方位を維持することは、特定の方向を強化したコンポジット材料を生産するための重要な目標とすることができる。特に、前記互いに平行なナノ構造体が一様に分散してコンポジット材料の層又はプライ（plies）の境界面と非平行になるように前記互いに平行なナノ構造体の配向整列を維持することは、特に興味深い。この配列は、コンポジット材料におけるＺ方向又は層間の強化と一般に考えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ナノ構造体を互いに平行に配向整列させてグループにする様々な技術が知られている。例えば、米国特許第６，８９２，４３２号では、非常に不安定な状態における平行なナノチューブの配向整列が検討されている。更に、密封されたコンテナ内でのナノチューブの移送（transport）が知られている。例えば、ＷＯ２０１２０１１６２４号では、密閉された環境中でナノチューブの収容及び移送に用いることができるエンクロージャーについて検討されている。インクジェットプリンタなどのデバイスに用いられるナノチューブインクの堆積について検討している米国特許第７，８４２，５２２号に記載されているように、液体を含む様々な媒体で分散するナノチューブを払い出すことも知られている。しかしながら、上述したナノチューブ技術の進歩にもかかわらず、ナノチューブの取り扱いに関する現実の又は認知された環境、健康又は安全の懸念に対して保護しながら、互いに配向整列されてグループにされたナノチューブをどのように収容し、移送し、払い出すかについての挑戦が提案され続けられている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
本開示によれば、ナノ構造体のモルフォロジーを維持できるナノ構造材料の収容、移送及び払い出しのためのシステム及び方法が提示される。例えば、長軸が互いに平行に配向整列されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、それらの空間構成において維持することができる。前記ナノ構造体は、コンパクトな形状のロール状に巻き上げることができるフレキシブル・サブストレート上に配置され、そのサブストレートは、所望の対象物にナノ構造体を成膜（deposit）する用途のために供給することができる。前記サブストレートは、ロール状に巻かれるときにサブストレートの表面をサブストレートの裏面からオフセットする隆起端縁（raised edges）を備え、損傷又はミスアライメントからナノ構造体の配向整列を保護することができる。ナノ構造体が配置され巻き上げられたサブストレートは、ナノ構造材料の取り扱いに関する現実の又は認知された環境、健康又は安全の懸念に対して保護するために密閉することができるカセットで供給することができる。前記サブストレートは、ナノ構造体の互いに平行な配向整列を維持しながら、サブストレート上に配置されているナノ構造体を対象物又は材料に供給できるようにカセット内で割り出し（index）することができる。
【０００６】
本開示の一態様によれば、ナノ構造フィルムは、テープ及びカートリッジのシステムを使用して払い出される。ナノ構造体が成長した後、ナノ構造フィルムは、裏当て（backing）の媒体又はフィルムへ転写され、ナノ構造テープが作成される。裏当て媒体は、ナノ構造フィルムを保護しながらロール状に集めることができる（巻き付けることができる）隙間形成材料又はエッジ材料を有してもよい。ナノ構造テープは、コンポジット作製産業で一般的に用いられている自動テープ敷設（automatic tape laying）又は自動繊維配置（automated fiber placement）の機械に適合させて設計されたカートリッジ又はカセットに設置される。他の態様によれば、前記カセット又はカートリッジは、コンポジット材料を手動で積層させるための携帯用デバイスで利用するために設計される。
【０００７】
他の態様によれば、ナノ構造フィルムはフレキシブル・サブストレートに供給され、そのナノ構造体は、例えばフレキシブル・サブストレート上の「起立した（standing up）」方向であるＺ−方向と呼ばれることもあるフレキシブル・サブストレートの表面から離れる方向に配向整列され、又は、そのサブストレートに供給されたフィルム内で水平方向に倒して配向させたり若しくはランダム方向に配向させたりすることができる。前記ナノ構造フィルムは、カーボンナノチューブで構成してもよく、また、エポキシ樹脂材料のような樹脂系を含んでもよいし含まなくてもよい。前記ナノ構造フィルムは、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエステル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、紙、金属箔、ポリマー、金属フィルム、紙フィルム、剥離ライナー、セロハン、粘土コートのクラフト紙、ポリプロピレン、グラシン紙、ポリエチレン、シリコーン、又は、他の一般的に用いられているコンポジット作製材料などの取り外し可能な裏当て媒体へ転写される。
【０００８】
他の態様によれば、前記カートリッジ又はカセットは、コンポジット作製場所に移送する間、前記ナノ構造体又はそれらのモルフォロジーにダメージを与えることなくそのナノ構造体のフォーレストを保護することができる。前記ナノ構造体のフォーレストが制御された払い出しにより、転写（transfer）、被覆率（coverage）、均一性及びモルフォロジーを十分に確保できる高い精度で制御された反復可能な方法で、前記ナノ構造体の材料を成膜することができる。前記カートリッジシステムは、ナノ構造フィルムを確実に封じ込め、ナノ構造フィルムの露出からユーザを保護するとともに、ナノ構造体のフォーレストが露出しないように保護することができる。
【０００９】
他の態様によれば、前記カートリッジ又はカセットは、フレキシブル・サブストレートのスプール及びその上に配置されたナノ構造体を収容するエンクロージャーで構成されている。特定の態様によれば、前記カートリッジ又はカセットは、未使用のナノ構造テープとともに供給リール及び回収リールを備え、そのナノ構造テープは、フレキシブル・サブストレートとその上に配置されたナノ構造フィルムとを有し、供給リールに配置される。張力及び位置決めのための内部のローラーシステムは、ナノチューブ・テープを払い出しヘッドへ案内する。その払い出しヘッドでは、ナノチューブ・フィルムが外部の払い出し対象と接触させた状態で配置される。外部の払い出し対象は、プリ−プレグ（pre-preg）表面、コンポジット材料、接着フィルム、金属表面、又は、ナノ構造フィルムを適用できる他の材料若しくは物であってもよい。成膜を行っている間、ナノ構造フィルムは外部の対象物へ転写され、裏当て媒体から分離される。制御された圧力及び／又は間隔は、外部の対象に対するナノチューブ・フィルムの粘着力をアシストするために払い出しヘッドによって適用してもよい。前記裏当て媒体は、ナノ構造フィルムから分離した後、回収リール上に回収される。前記カートリッジ又はカセットは、真空ノズル及び／又はエアーナイフ等の、浮遊粒子を管理するための装置を備えることができる。
【００１０】
他の態様によれば、カセットは、フレキシブル・サブストレートとその上に配置されたナノチューブ・フィルムとで構成されたナノ構造テープのスプールを備える。前記ナノ構造テープは、カセットから送り出され、カセットの内部又は外部にある別体のリールによって回収されるフレキシブル・サブストレートからナノ構造フィルムを分離することにより、そのナノ構造フィルムを対象物又は材料に用いることができる。この態様によれば、前記カセットは、対象物又は材料の上にナノ構造フィルムを配置するための手動レイアップ装置に使用できる。
【００１１】
他の態様によれば、前記カセットは、ナノ構造テープの制御及びナノ構造フィルムの払い出しの制御のための様々な調整用操作部（controls）及びアクチュエータを備えてもよい。前記カセットは、テープ敷設又は繊維配置のための自動機械と通信するためのインターフェースを備えてもよい。このインターフェースにより、カセット内のコントローラ若しくはアクチュエータによって又はカセットと一体の自動機械によって実行できる機能を実現するためのコマンド及びパラメータを含むデータを送受信できるようになる。例えば、前記カセットで実行できるようにしてもよい機能には、テープの前進／巻き戻し、テープの払い出し、停止／開始、加熱、速度アップ／スローダウン、近くに移動／遠くに移動、及び、ナノ構造テープ又はナノ構造フィルムの展開の制御に用いることができる他のいかなる機能を含めてもよい。
【００１２】
他の態様によれば、前記ナノ構造テープは、そのテープがコイル状に又はロール状に巻かれるときにナノ構造フィルムを保護するための隆起端縁を備えている。このテープの端縁部は、テープ又はフレキシブル・サブストレートの上に位置しているナノ構造体の高さより大きい距離だけ、ナノ構造フィルムが配置されている同じ側又は反対側のテープの表面からオフセットされている。材料又は物へのナノ構造フィルムの成膜及び裏当て媒体からのナノ構造フィルムの分離の準備において、テープ又はフレキシブル・サブストレートの隆起端縁は、ナノ構造フィルムの上側の領域がその上に配置される払い出し対象の材料又は物と接触して位置することができるように取り除いてもよいし、又は、取り除かなくてもよい。この態様によれば、前記隆起端縁は、テープからはがして取り除くことができるストリップ、又は、ナノ構造フィルムの最上部の領域をその上に配置される対象物又は材料に対して露出させる前にテープの端から切り取ることができるストリップで構成することができる。
【００１３】
他の態様によれば、前記テープの隆起端縁は、おおよそ又は正確にナノ構造フィルムの高さに合わせられる。この態様では、積層された構成又は巻き付けられた構成のテープ及びナノ構造フィルムの層間のギャップ又はスペースを得るために、テープの隆起端縁はまず、ナノ構造フィルムの高さよりも高く形成される。そして、対象物又は材料の上にナノ構造フィルムを配置するレイアップ動作の初期において、ナノ構造フィルムが適用される対象物又は材料の表面とナノ構造テープとの適切な間隔を調整するためのスタンドオフとして機能させるために、前記隆起端縁は所望の高さまで短くすることができる。この構成では、前記隆起端縁はナノ構造フィルムに対する間隔をあける機能を持つことにより、ナノ構造フィルム内のナノ構造体の配向整列又はモルフォロジーを崩すことなく、ナノ構造フィルムを対象物又は材料へ転写することができる。
【００１４】
本明細書で使用される「ナノ構造フィルム」という用語は、様々な材料で構成されたナノ構造体、カーボンナノチューブ、ナノワイヤ又はナノ繊維を含めて、様々な個別の材料であってもよい材料の層を記述することを意図したものである。本明細書で使用されているように、「ナノ構造体」という用語は、ナノメートルオーダーの直径とミクロンからミリメータオーダーの長さとを有し、その結果として１０、１００、１０００、１０，０００又は更に大きなアスペクト比を有する、細長い化学構造を指し示すものである。前記フィルムは、「乾燥状態」であってもよいし、又は、ナノ構造体のみで構成してもよいし、また、ナノ構造体の１つ又は複数の特別な特性の利点を活かすためのナノ構造体の受け皿の材料となる樹脂若しくはエポキシ又は他の適当な材料といった様々な媒体に含まれるナノ構造体で構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図面の各図の簡単な説明
添付図面のいずれかを参照して、本開示の様々な実施形態について以下により詳しく説明する。
【００１６】
【図１】図１は、本開示の例示的な一実施形態に係る、ナノ構造フィルムを収容して払い出すためのカセットの図である。
【図２】図２は、本開示の例示的な一実施形態に係る、ナノ構造テープの横断面図である。
【図３】図３は、本開示の例示的な一実施形態に係る、テープロール内に積み重ねられた構成のナノ構造テープ部を示すテープロールの一部分の横断面図である。
【図４】図４は、本開示の例示的な一実施形態に係る、カセットを組み込んだ携帯用レイアップ・デバイスの正面図である。
【図５】図５は、本開示の例示的な一実施形態に係る、テープ速度及び／又は位置を制御するための制御システムのブロック図である。
【図６】図６は、本開示の例示的な一実施形態に係る、ナノ構造テープ部と、ナノ構造テープからナノ構造フィルムが適用される対象物又は材料との間の距離を制御するための制御システムのブロック図である。
【図７】図７は、本開示の例示的な一実施形態に係る、カセットの製造プロセスを例示するフローチャートである。
【図８】図８は、本開示の例示的な一実施形態に係る、ナノ構造フィルムを対象物又は材料に払い出すためにナノ構造テープを収容しているカセットを利用するプロセスを例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の詳細な説明
本出願は、２０１３年２月２８日に出願された米国仮出願第６１／７７１，０７２号（発明の名称：「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ−ＢＡＳＥＤ  ＤＩＳＰＥＮＳＩＮＧ  ＯＦ  ＡＬＩＧＮＥＤ  ＣＡＲＢＯＮ  ＮＡＮＯＴＵＢＥ  ＦＩＬＭＳ」）に対して優先権を主張するものであり、その米国仮出願の内容は本明細書中に参照により組み込まれる。
【００１８】
本開示によれば、ナノ構造フィルムの収容、移送及び払い出しの方法及びシステムが提供される。いくつかの実施形態によれば、カセットは、ナノ構造フィルムがあらかじめ転写されているテープのロールを備えている。前記カセットは、テープのロールを回転割り出しするとともに、その割り出しされたテープの部分を、ナノ構造フィルムが適用される対象物又は材料に近い位置に位置決めすることにより、ナノ構造フィルムの払い出しに用いられる。前記カセットは、自動テープ積層（ＡＴＬ）若しくは自動繊維配置（ＡＦＰ）の機械によって制御されるように設計され、又は、手動レイアップ動作のための携帯型のテープ積層若しくは繊維配置の装置に使用されるように設計される。
【００１９】
前記テープは、そのテープがロール状に巻かれるときに、テープ上のナノ構造フィルムを保護するスタンドオフとして機能する隆起端縁を有する。このテープ構造は、ナノ構造フィルムを完全な状態に維持しつつ、高密度ナノ構造フィルムの保管、移送及び保護を可能にする。
【００２０】
本開示に記載されたナノ構造フィルムは、様々な配向整列、配置又はランダム配向に配置されたカーボンナノチューブ、ナノワイヤ又はナノ繊維といった任意の組成構造のナノ構造体で構成することができる。前記ナノ構造フィルムは、例えば、ナノ構造単独、又は、ナノ構造フィルムに所望の特性を潜在的に持たせる媒体に分散されたナノ構造体のような、「乾燥状態」のナノ構造体で構成することができる。例えば、前記ナノ構造フィルムは、乾燥状態のナノ構造体、又は、エポキシ樹脂材料などの樹脂系のナノ構造体で構成することができる。前記ナノ構造フィルムは、そのナノ構造体が配向整列してナノ構造体の「フォーレスト」のように互いに平行になるとともに、それらが転写されるテープの表面とは非平行になるように、Ｚ−方向と呼ばれることもある垂直方向に配向整列された「起立」配列にナノ構造体を配置するなどにより、特定のモルフォロジーを維持するように作製してもよい。前記ナノ構造フィルムは、水平方向に倒して配向整列させたナノ構造体で構成することができ、又は、レイアップ・プロセス中に材料又は物の上に配置されるフィルムに対して特定の特性を得るためにランダムに配向されたナノ構造体で構成することもできる。
【００２１】
図１を参照すると、本開示の例示的な実施形態に係るカセット１００が図示されている。カセット１００は、供給リール１０２及び巻取りリール１０４の２つのリールを備える。リール１０２，１０４はそれぞれ反時計回り方向に回転し、また、リール１０２，１０４の一方又は双方を駆動することができる。なお、カセット１００をどのような特定の所望の向き又は方向においても操作できるように、供給リール１０２，１０４の位置を入れ替えたり回転方向を逆方向にしたりすることもできることを理解されたい。
【００２２】
カセット１００は、ナノ構造払い出しプロセスで巻取りリール１０４に巻き取られて回転割り出しされるように準備されたナノ構造テープ１１０が最大限に供給された最大巻き付け状態のロール１０６を有する状態として図示されている。開口部１０８は、テープ１１０上に配置されているナノ構造フィルムを外部に露出させ、そのナノ構造フィルムを対象物又は材料１２０に適用できるようにするために、カセット１００内の適切な位置に設けられている。保管、移送、又は、露出に対する保護のために、開口部１０８は、その開口部１０８を密閉してカセット１００を密閉された内部環境として維持することに寄与するプラスチック製のテープ若しくはフィルム又は栓などの取り外し可能な密閉構造体（不図示）でカバーすることができる。カセットが配置されるときには、そのような密閉構造体は、テープ１１０上のナノ構造フィルムを外部へ適用するために開口部１０８を通して露出させるように取り外すことができる。
【００２３】
カセット１００は、開口部１０８に近接する位置であって、テープ１１０の内面側、例えばナノ構造フィルムを運んでいる面側とは反対側であるテープ１１０の内側の位置に配置された払い出しヘッド１３０を備える。払い出しヘッド１３０は、開口部１０８に向かって動かしたり開口部１０８から離すように動かしたりできるように、払い出しヘッド１３０の位置を制御することができるアクチュエータ（不図示）に接続されている。特に、払い出しヘッド１３０は、開口部１０８によって割り出しされるテープ１１０の提供位置を制御するために使用され、テープ１１０上のナノ構造フィルムが開口部１０８を介して対象物又は材料１２０と接触することによって払い出されるようにすることができる。従って、テープ１１０が開口部１０８によって割り出しされるようにテープ１１０の所望の位置決めを行うために、払い出しヘッド１３０は開口部１０８を介して突出していてもよい。
【００２４】
前記払い出しヘッド１３０の作動及び移動は、テープ１１０と対象物又は材料１２０との間の距離を測るために、後で更に詳しく述べられる距離測定センサを使用する、カセット１００に配設された制御システムによって制御することができる。前記センサによって検出された測定距離は、払い出しヘッド１３０が開口部１０８を通してテープ１１０に接触してテープ１１０を位置決めすることによってテープ１１０と対象物又は材料１２０との間の指定された距離及び／又はテープ１１０に対する指定された圧力を維持できるように、払い出しヘッド１３０の位置を制御する作動・移動制御システムに提供される。払い出しヘッド１３０の制御システムは、距離センサ及び／又は圧力センサとアクチュエータとを含めて、その全体及び一部をカセット１００内に配置してバッテリーなどの電源から内部的に電力を供給することができ、又は、ＡＴＬ又はＡＦＰの機械内に全部又は一部を配置し、対象物又は材料１２０に関する前述のテープ１１０の距離及び／又は圧力を制御するように払い出しヘッド１３０に関する制御機能を実行することができる。
【００２５】
カセット１００は、テープ１１０の位置決めを補助し、及び／又は、テープ１１０を適切なテンションに維持することに寄与する、いくつかの内部ローラ１３２を備える。例えば、１つ又は複数のローラ１３２は、テープ１１０が割り出しされるようにテープ１１０に対して付勢力を供給するスプリングやアクティブテンショナーなどの弾力のある構造体上で変位することができる。これに加えて又はこれに代えて、リール１０４及び／又は１０２は駆動されるとともに、そのリール１０２，１０４の一方又は両方を駆動するための張力フィードバック量を決定するために張力センサで検査される。このような張力制御システムは、バッテリーのような内部電源とともに、その全部又は一部をカセット１００内に設けたり、又は、その全部又は一部を、カセット１００が組み込まれたＡＴＬ又はＡＦＰの機械の内部などの外部に設けたりすることができる。なお、ロール１３２は、カセット１００から取り除くこともできるし、カセット１００が配置される外部の機械によって提供することもできることを理解されたい。
【００２６】
カセット１００は、テープ１１０上のナノ構造フィルムを含めて、レイアップ動作のための所望の機能を得るために様々なセンサ又はアクチュエータを備えてもよい。例えば、テープ１１０からのナノ構造フィルムの分離、及び／又は、対象物又は材料１２０へのナノ構造フィルムの密着に寄与するために、テープ１１０又は対象物又は材料１２０を加熱するための加熱源１４０を備えてもよい。上述の他の制御システムと同様に、加熱源１４０のための制御システムは、その全部又は一部をカセット１００そのものに内蔵することができ、又は、その全体又は一部を外部の機械によって提供することもできる。また、加熱源１４０は、その全部又は一部をカセット１００内又は外部機械に設け、所望のレイアップ動作特性を得るために所望の制御プロファイルに従って動作させることもできる。
【００２７】
センサ１４２は、レイアップ・プロセスのための様々なセンシング機能を得るために、カセット１００又は外部機械に備えてもよい。例えば、センサ１４２は、それ自体と対象物又は材料１２０との間の距離などの様々な物理的な現象を検出することができ、及び／又は、対象物又は材料１２０の温度を検出する温度検出能力を備えることができる。これに加えて又はこれに代えて、センサ１４２は、予め配置されたナノ構造フィルムに関して、狙いどおりの位置に位置決めされるように対象物又は材料１２０上に成膜されたナノ構造フィルムに対する特定のレイアウト特性を得るための所望の位置にカセット１００及び開口部１０８を位置決めするために、カセット１００の位置を検出することができる。このようにセンサ１４２は、払い出しヘッド１３０の位置、熱源１４０の出力、リール１０２及び／又はリール１０４によって駆動されるテープ１１０の速度又は位置を制御するための前述のコントロールシステムで用いることができる。センサ１４２は、所望の感度を提供する任意の所望の技術によって実装することができる。例えば、センサ１４２は、光学センサ、レーザセンサ、顕微鏡検査センサ、音響センサ、視覚的な検査センサ（vision inspection sensor）、又は、所定の用途にふさわしい他の任意のタイプのセンサとして実装することができる。
【００２８】
図２を参照すると、テープ１１０の横断面図がより詳しく図示されている。テープ１１０は、ナノ構造フィルム２２０が配設された裏当て媒体２１０を有する。裏当て媒体２１０は、例えば上述したようにカートリッジ１００（図１）で実装されてもよく、ナノ構造フィルム２２０がテープ１１０側に転写されるとともに、払い出し操作において分離できるように設計される。裏当て媒体２１０は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリエステル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、紙、金属箔、ポリマー、金属フィルム、紙フィルム、剥離ライナー、セロハン、粘土コートのクラフト紙、ポリプロピレン、グラシン紙、ポリエチレン、シリコーン、又は、コンポジット材料の作製のためのレイアップ動作において実施される操作においてナノ構造フィルム２２０が一時的に付着されその後分離される他の一般的に用いられるコンポジット作製材料で構成することができる。
【００２９】
テープ１１０は、ナノ構造フィルム２２０を衝撃、露出又は損傷から保護するスタンドオフとして機能する隆起端縁２１２を有する。隆起端縁２１２は、裏当て媒体２１０又はテープ１１０と同じ材料で構成してもよく、分離可能なストリップとしてテープ１１０に付けてもよい。例えば、隆起端縁２１２は、テープ１１０に一時的に接着されレイアップ動作においてナノ構造フィルム２２０の成膜の前に取り除かれることを目的とした材料からなるストリップとして、テープ１１０に付けることができる。
【００３０】
本開示のいくつかの実施形態によれば、ナノ構造フィルム２２０は、そのナノ構造フィルム２２０の上面２２２を対象物又は材料１２０（図１）のような対象物又は材料に接触させることによって当該対象物又は材料に接着される。上面２２２は、対象物又は材料の上に配置される裏当て媒体２１０からナノ構造フィルム２２０が離れるように、ナノ構造フィルム２２０と裏当て媒体２１０との間で得られるよりも強い接着力で対象物又は材料に接着されるのが好ましい。このような実施形態では、上面２２２は、対象物又は材料の表面までの測定距離に従い、及び／又は、ナノ構造フィルム２２０に加えられる特定の圧力に従って、対象物又は材料と接触する位置に配置される。このような動作において、上面２２２は、ナノ構造フィルム２２０を対象物又は材料に向けて分離できるように、ナノ構造フィルム２２０と裏当て媒体２１０との間で得られるよりも大きな接着力で対象物又は材料と接触する。後で更に詳しく検討するように、様々な触媒が、前記分離に寄与するために使用することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、テープ１１０の隆起端縁２１２は上面２２２が対象物又は材料と接触するのを阻害するかもしれないので、隆起端縁２１２は、ナノ構造フィルム２２０を対象物又は材料の上に配置する前に分離しておいてもよい。隆起端縁２１２は、その隆起端縁２１２がどのようにして形成されたかによって、いくつかの異なる技術によって取り除くことができる。例えば、隆起端縁２１２は、テープ１１０又はナノ構造フィルム２２０から離されるように切り取られ、圧縮され、テープ１１０から剥離され、溶融され、又は、変形される。隆起端縁２１２が剥離される場合には、その隆起端縁２１２は、機械的に除去されることができる取り外し可能に接着されたストリップとしてテープ１１０に設けられる。他の例では、前記テープの隆起端縁の部分には、成膜の前に取り外しを補助するための孔を開けてもよい。他の除去技術は、隆起端縁２１２の除去を可能にする隆起端縁２１２の形成及び成膜に対応するものである。既知の製造技術はいずれも、ナノ構造フィルム２２０の成膜プロセスの間に、その後の除去を見越して隆起端縁２１２を形成するように用いることができる。例えば、隆起端縁２１２は、磁場の存在で取り除くことができる強磁性体で構成することができ、又は、帯電させて電界の存在で取り除くこともできる。一般的に、隆起端縁２１２をテープ１１０上に配置してナノ構造フィルム２２０の成膜の前に除去することが可能な任意のタイプの処理は、各実施形態に従って採用することができる。
【００３２】
なお、いくつかの実施形態においては、隆起端縁２１２は、ナノ構造フィルム２２０の成膜の前又はその成膜中にテープ１１０から除去されないことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態においては、ナノ構造フィルム２２０は、裏当て媒体２１０からナノ構造フィルム２２０を分離するための他の吸引／反発の技術と同様に、磁界又は電界を含めて様々な付勢力を用いて物や材料に配置することができる。
【００３３】
更に、図２には、ナノ構造フィルム２２０が隆起端縁２１２の間で完全に広げられて図示されているが、そのような配置は、必ずしも必要ではなく、又は、本開示のものに限定されるものではない。例えば、ナノ構造フィルム２２０は、ストリップ形状、ドット形状又は他の所望のパターンを含めて様々なパターンでテープ１１０上に配置することができ、隆起端縁２１２との接触を不要とすることもできる。従って、図２では、ナノ構造フィルム２２０は、単に説明目的のために隆起端縁２１２の間のスペースの全体を占める一様なストリップとして図示されており、本開示のものに限定されるわけではない。
【００３４】
更に、図示されていないが、ナノ構造フィルム２２０は、隆起端縁２１２が形成される面側とは反対側にあるテープ１１０の面側に位置してもよい。これに代えて又はこれに加えて、テープ１１０の全て又は一部分は、テープ１１０の同じ面側又は反対面側から突出した個別の隆起端縁２１２を有するように構成することができる。このような構成は、ナノ構造フィルム２２０の自由な配置を可能としつつ、隆起端縁２１２のオフセット機能又は隙間を開ける機能を維持する。
【００３５】
図３を参照すると、テープ１１０のロール１０６の断面図３００（図１）が図示されている。断面図３００は、ロール１０６上に巻かれるように層状に配置されたテープ１１０が示されたロール１０６の一部の横断面図を図示している。断面図３００に図示されるように、隆起端縁２１２は、テープ１１０の下面側との接触からナノ構造フィルム２２０をオフセットするためにテープ１１０の様々な層において互いに協力し合う。本実施形態によれば、ナノ構造フィルム２２０は、テープ１１０の下面側又は他の外部の物、材料又は事象からの接触、損傷又は露出から保護される。ナノ構造フィルム２２０が、テープ１１０上に支持されているナノ構造体のフォーレストとして互いに平行に配向整列したカーボンナノ構造で構成されている場合、そのナノ構造体の配向配列及びそれらのモルフォロジーは、他の対象物又はテープ１１０の下面側からの接触又は衝撃で起こり得る変異（modification）から保護される。なお、ナノ構造フィルム２２０は、テープ１１０の下面側に位置させてテープ１１０の反対面側の接触又は衝撃から保護してもよく、また、隆起端縁２１２を最初に除去することなく対象物又は材料の上に配置するために利用できるようにしてもよいことを理解されたい。これに加えて又はこれに代えて、隆起端縁２１２に類似した構造体は、スタンドオフとして機能するようにテープ１１０上の様々な場所に配置してもよく、例えばテープ１１０を更に支持するようにテープ１１０の中央領域に位置させることにより、テープとそれに近接したナノ構造フィルム２２０との間の接触を避けるようにテープのたわみを防止するようにしてもよい。本開示の一実施形態によれば、隆起端縁２１２は、テープ１１０の下面側に接着し、ナノ構造フィルムが成膜される対象物又は材料に対して露出するようにテープが繰り出されるときに隆起端縁２１２が配置されているテープ１１０の当該部分から剥離又は除去されてもよい。
【００３６】
図４を参照すると、携帯用レイアップ・デバイス４００が図示されている。デバイス４００は、そのデバイス４００内に配置されているカートリッジ４０２から払い出されるナノ構造フィルムの手動レイアップに使用することができる。なお、カセット１００（図１）のように、カートリッジ４０２は、楕円形、長方形、台形、又は、対象物又は材料の上のナノ構造フィルムの成膜のためのレイアップ・デバイス内に収容できる任意の有用な形状を含めて、任意の適切な形状をとることができることに注意されたい。図４に例示された実施形態では、デバイス４００は、必要な構成をすべて備えることができ、カートリッジ４０２を動作させたり、ナノ構造テープ及びカートリッジ４０２からのナノ構造フィルムの払い出しを制御する様々なシステムを動作させたりするために、バッテリーで電源を供給してもよい。上述したように、カートリッジ４０２は、内部電源を有することで必要な構成をすべて備えることができ、その内部電源は、テープの速度、位置及び張力又は他のテープパラメータを制御する制御システム及びカセット内のアクチュエータ又はセンサに電源を供給したり、前述のセンサを含めてカートリッジ４０２に内蔵することができるセンサに電源を供給したりするのに用いることができる。更に、デバイス４００又はカートリッジ４０２は、他のシステムを収容することができ、例えば、熱源、視覚的な検査システム、距離センサ、又は、カセット４０２からのナノ構造フィルムの成膜を制御するために採用してもよい本明細書で検討された他のシステムを収容することができる。
【００３７】
図５を参照すると、本開示の例示的な実施形態に用いるための制御システム５００が図示されている。制御システム５００は、速度／位置コマンド５１０に従ってテープの速度又は位置を制御するために設けられ、その速度／位置コマンド５１０は、例えば本開示に係るカセットが組み込まれているレイアップ・マシン・ヘッドの位置又は速度に基づいてレイアップ・マシンが発したものであってもよい。速度制御５１２及び張力制御５１４は、テープ・ドライブ５１６に供給される制御信号を生成するために、フィードバック修正されたコマンド５１０を使う。テープ・ドライブ５１６は、例えば、所望の張力、速度又は位置でテープを動かすために本開示に係るカートリッジ又はカセットのリールに制御信号を出力する。フィードバック信号５１８は、テープ・ドライブ５１６の出力から得られ、テープの速度、位置又は張力を制御するための閉ループ制御を得るために用いられることができるフィードバック信号５２２を得るためにフィードバック位置／速度センサ５２０に供給される。フィードバック信号５２２は、加算ノード５２４に供給され、速度制御５１２及び張力制御５１４に供給される新しい速度／張力信号を得るために、コマンド５１０から減算される。なお、信号５１８は、テープ・ドライブ５１６の出力から必ずしも取得する必要はなく、フィードバック信号５２２を生成する位置／速度センサ５２０に信号５１８を出力することができる独立した位置／速度センサを用いて別途取得することもできることを理解されたい。また、制御システム５００の全部又は一部は、本開示に係るカートリッジ又はカセット内に設けることができることを理解されたい。これに代えて又はこれに加えて、制御システム５００の全部又は一部は、レイアップ動作を行うための本開示に係るカートリッジ又はカセットを使用するレイアップ・デバイス内に設けることができる。
【００３８】
図６を参照すると、本開示に係る払い出しヘッドを制御するための制御システム６００が図示されている。制御システム６００は距離コマンド６１０を受け取り、その距離コマンド６１０は、レイアップ・デバイスから発したものであってもよく、払い出しヘッド制御６１２に供給される制御信号を生成するために加算ノード６２４に加えられる。払い出しヘッド制御６１２は、払い出しヘッド・アクチュエータ６１６を通して払い出しヘッドを制御するための制御コンフィギュレーションを提供する。なお、払い出しヘッド・アクチュエータ６１６の全部又は一部は、本開示に係るカートリッジ又はカセットのどちらか一方に設けることができ、又は、本開示に係るカートリッジ又はカセットを使用するレイアップ・デバイスに設けることができることに注意されたい。払い出しヘッド・アクチュエータ６１６は、ナノ構造テープ及び／又はナノ構造フィルムとそのナノ構造フィルムが成膜される物及び／又は材料との間の距離及び／又は圧力を調整するために、払い出しヘッドを作動させる。
【００３９】
フィードバック信号６１８は、払い出しヘッド・アクチュエータ６１６の出力から得られ、フィードバック信号６２２の作成に使用するために距離センサ６２０に供給される。フィードバック信号６２２は、ナノ構造フィルムが成膜される対象物又は材料に関して、ナノ構造フィルム又はナノ構造テープの距離又は圧力の制御に用いられる払い出しヘッドの作動を制御する閉ループフィードバック制御を行うために、加算ジャンクション６２４に供給される。なお、フェードバック信号６１８は、必ずしも払い出しヘッド・アクチュエータ６１６から得る必要はなく、距離センサ又は圧力センサを使用して独立に別途供給することができることを理解されたい。フィードバック信号６１８を供給するために使用してもよい距離センサとしては、視覚的な検査システム、レーザ距離測定システム等の光学距離測定システム、顕微鏡距離測定システム、音響距離測定システム、又は、他のあらゆるタイプの距離測定システムが挙げられる。フィードバック信号６１８を供給するために使用してもよい圧力センサとしては、払い出しヘッド又は払い出しヘッド・アクチュエータに接続された圧力トランスデューサ、又は、レイアップ・デバイス・ヘッドと対象物又は材料との間に配置された圧力トランスデューサが挙げられる。いずれの場合においても、センサは、払い出しヘッドの作動を制御するためのフィードバック信号６１８を供給するように設けることができる。
【００４０】
前記ナノ構造フィルムは、例えば最小寸法箇所で測定した高さが１５μｍのオーダーであり、１〜２μｍの誤差で対象物又は材料に関して配置する必要があるので、一般的に、コントロールシステム６００は、払い出しヘッドに対する正確な距離又は圧力制御を可能にするために比較的感度が高いものになっている。いくつかの実施形態によれば、制御システム６００は、所望の対象物又は材料へのナノ構造フィルムの成膜のための所望の位置の５〜１０μｍ以内にナノ構造フィルムを配置する払い出しヘッドによって設定される距離又は加えられる圧力の制御が要求されるようにしてもよい。本開示の他の実施形態によれば、自動又は手動のレイアップ・デバイスは、払い出しヘッドとナノ構造フィルムが適用される対象物又は材料との間の所望の距離を設定するために使用される物理的なスタンドオフを有してもよい。このような実施形態において、払い出しヘッドの位置は、固定されていてもよく、又は、圧力に関してのみ調整できるようにしてもよい。
【００４１】
図７を参照すると、フローチャート７００は、本開示の例示的な実施形態に関するナノ構造テープの製造プロセスを図示している。このプロセスは、ナノ構造フィルムを受けるためのフレキシブル・サブストレートとして用いられるテープの形成で始まる。ブロック７１０に図示されているように、前記テープは隆起端縁を有するように形成してもよい。なお、前記ナノ構造テープはまずナノ構造フィルムが設けられ、その後にブロック７１０に図示されているように隆起端縁が設けられることを理解されたい。ブロック７２０は、隆起端縁が位置している箇所の間又は隆起端縁が位置する予定箇所の間におけるテープ上の離型性の裏当て媒体へのナノ構造フィルムの転写を図示している。このような場所は、例えば隆起端縁が位置する面側か否かにかかわらず、テープの表裏いずれの面側であってもよい。
【００４２】
前記ナノ構造フィルムが裏当て媒体上のテープの上に配置され、前記隆起端縁がテープに設けられると、ブロック７３０に図示されているように、テープはロール状に巻き上げることができる。このテープをロール状に巻き上げることにより、ナノ構造フィルムはコンパクトに格納され、損傷又は露出から保護することができる。テープがロール状に形成されると、そのロールはブロック７４０に図示されているようにカセットの中に配置することができる。なお、ロールが配置されたカセットは、テープが使用されるときカセットからテープが引き出されてカセットの外部に回収されるように、供給用の単一のリールを備えてもよいことを理解されたい。これに代えて、前記ロールは、使用済みのテープがカセット内に保持されるように巻取りリールを有するカセット内に配置してもよい。
【００４３】
図８を参照すると、対象物又は材料の上にナノ構造フィルムを成膜するプロセスがフローチャート８００に図示されている。このプロセスは、ブロック８１０に図示されているように、レイアップ・デバイスへのカセットの設置で始まる。レイアップ・デバイスは、自動化されたＡＬＴ又はＡＦＰの機械、又は、手動のレイアップ動作が可能な手動デバイスであってもよい。カセットがデバイスに設置されると、ブロック８２０に図示されているように、ナノ構造テープを払い出すプロセスを開始するようにカセットが作動される。
【００４４】
前記カセットの作動は、電力、通信、及び／又は、前記デバイス内のカセットの動作に使用されるコンポーネントの供給を含んでもよい。例えば、カセットは、そのカセット内のシステムを動作させるコマンド及び周辺との通信又は電力を受けるインターフェースを備えてもよい。更に、様々なコンポーネントは前記デバイスで前記カセットに供給することができ、そのコンポーネントとしては、張力、速度又は位置の制御、払い出しヘッド及び／又は払い出しヘッド・アクチュエータ、テープ・テンショナー、ローラ、隆起端縁の除去装置、熱源、電界発生源又は磁界発生源、及び、前記ナノ構造フィルムの成膜のカセット・コンポーネントの制御のための様々なセンサなどのアイテムが挙げられる。
【００４５】
図８に図示されている実施形態によれば、まず、ナノ構造テープから隆起端縁が除去されることによりナノ構造テープが払い出される。上述されたいくつかの実施形態によれば、ナノ構造テープは、ナノ構造フィルムを成膜のために露出させるべくテープから隆起端縁を除去する必要がないように配置されてもよい。従って、フローチャート８００のブロック８３０に図示されているナノ構造テープから隆起端縁を除去するステップは任意に選択可能なものであってもよい。ナノ構造テープは、ナノ構造フィルムを払い出しができるように割り出しされるとき、ブロック８４０に図示されているように払い出しヘッドで位置決めされる。その後、ナノ構造テープは、ナノ構造フィルムが成膜される対象物又は材料に対してレイアップ・デバイスが相対的に動くに従って割り出される。レイアップ・デバイスがそのような相対的な動きを行うため、テープの割り出し動作は、ブロック８５０に図示されているように、例えば対象物又は材料に接着することにより、ナノ構造フィルムを要求どおり成膜対象の物又は材料の上に成膜すべく、払い出しヘッドと一体にナノ構造フィルムを配置するように制御される。ナノ構造フィルムは、対象物又は材料に接触させて配置されるとき、ブロック８６０に図示されているように、取り外し可能な裏当て媒体から剥離されることによりテープから分離される。本開示の１つ又は複数の実施形態によれば、ナノ構造フィルムが対象物又は材料の上に成膜された後、使用済みのテープは、カセットの内部又は外部にある巻取りリールで巻き取られる。使用済みのテープを巻き取るステップは、フローチャート８００のブロック８７０に図示されている。
【００４６】
前記カセットが単一の供給リールを備え使用済みのテープが外部のリールに巻き取られる構成では、カセットは、そのカセットを操作するレイアップ・デバイスに入るように設けた操作用端部をカセットから延ばして配置してもよい。このような実施形態によれば、カセットの操作を制御する追加機能を持たせた場合と同様に、レイアップ・デバイスは、カセットの外部へのテープの速度、位置及び／又は張力を制御するように操作することができる。例えば、カセットは、インターフェース又は他の制御システム・コンポーネントを必要とせずに、単独でナノ構造テープのロールを収容するように構成することができる。そうすると、前記モルフォロジーの維持、保管及び移送の利益を得るとともに、ナノ構造フィルムの露出から、湿気などの好ましくない不必要な環境への露出から効果的に保護し、健康又は安全の懸念を低減又は消し去るように人への露出を回避しつつ、カセットのデザインが単純化される。
【００４７】
本開示では、ナノ構造フィルムを含み且つ保護するカートリッジ装置を提供し、そのナノ構造フィルムは、自動又は手動のレイアップ・マシンで直接的に利用しやすいカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）材料であってもよい。ナノ構造の組成がどのような種類であってもＣＮＴを含むナノ構造フィルムは、損傷から保護されるとともに、また、ナノ構造材料の取り扱いに関連して現実の又は認知された環境、健康又は安全の懸念を低減又は消し去るために露出からユーザを保護する。
【００４８】
いくつかの実施形態によれば、前記カートリッジは、対象物又は材料へのナノ構造フィルムの適用に手動で用いられる携帯用であってもよく、又は、自動レイアップ動作のためのＡＴＬ又はＡＦＰの機械に設置されてもよい。前記カートリッジ又はカセットは、テープの前進／巻き戻し、テープの払い出し、開始／停止、加熱、速度アップ／スローダウン、より近く、より遠く、等々のような機能を実行するために、ＡＴＬ／ＡＦＰの機械からの電子的な指示を受け入れることができる。前記カートリッジ又はカセットは、コマンド又はパラメータを送受信するための通信インターフェース、又は、電力を受ける電力インターフェースを含む、互いに異なる多くのインターフェースを備えてもよい。前記カセットは、空気圧機器を動かすために供給する例えば空気又は流体のような圧縮流体を受けるためのインターフェースを備えてもよい。前記カセットは、また、スピンドル、払い出しヘッド、ロール、熱源、センサ、又は、前記カセットを動作させてナノ構造フィルムを払い出すことに寄与する他の装置を含めて様々な制御コンポーネントを受け入れるように構成される。
【００４９】
いくつかの実施形態によれば、前記ナノ構造フィルムが適用される対象物又は材料は、樹脂のコーティングを有し、対象物又は材料にナノ構造フィルムを転写できるようにテープの取り外し可能な裏当て媒体より強い力で、前記コーティングにナノ構造フィルムが接着している。前記カートリッジ又はカセットは、対象物又は材料へナノ構造フィルムを効果的に転写させることに寄与するために、フィルム又はテープ又はその両方を切断するための切断構成要素と同様に、調整可能な熱源、調整可能な圧力源、調整可能な真空源及び張力調整装置の１つ又は複数に設けることができ、又は、これらの１つ又は複数とともに使用することができる。
【００５０】
前記ナノ構造フィルムは、カーボンナノチューブなどの任意のタイプのナノ構造体のみから作製することができ、垂直方向に配向整列した互いに平行なフォーレスト、水平方向に倒された配向整列又はランダムな配向を含めて、特定の配向整列又は特定の向きの配向で提供することができる。いくつかの実施形態によれば、前記テープは隆起端縁を備えてもよいし、又は、備えなくてもよい。いくつかの実施形態では、前記テープの隆起端縁は、ナノ構造フィルムにおけるナノ構造体の配向整列を維持するのを補助することができ、一方、他の実施形態では、いくつかのランダムに配向したナノ構造フィルムの場合のように前記隆起端縁は取り除かれる可能性もある。
【００５１】
前記ナノ構造フィルムは、裏当てフィルム、樹脂フィルム及びナノ構造体、又は、これらの３つのコンポーネントの任意の組合せで形成してもよい。樹脂フィルムは、一般的に用いられる熱硬化性物質又は熱可塑性材料、例えば、ビスマレイミド（ＢＭＩ）、エポキシ（Ｅｐｏｘｉｄｅ）、フェノール（ＰＦ）、ポリエステル（ＵＰ）、ポリイミド、ポリウレタン（ＰＵＲ）、シリコン、又は、アクリル、ナイロン、ポリベンソイミダゾール、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ＰＴＦＥテフロン（登録商標）で形成してもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態によれば、前記裏当てフィルムは、ナノ構造フィルムから剥離され、前記配向整列して対象物又は材料に付着されるＣＮＴ等のナノ構造体から離れる。前記裏当てフィルムは、ＰＴＦＥ、ポリイミド、ポリエステル、ポリアクリルアミド、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、紙、金属箔、ポリマー、金属フィルム、紙フィルム、剥離ライナー、セロハン、粘土コートのクラフト紙、ポリプロピレン、グラシン紙、ポリエチレン、シリコーン、又は、取り外し可能な裏当て媒体のための裏当てフィルムとしての使用に適する他の様々な種類のポリマー、金属又は紙フィルムのいずれかで形成してもよい。
【００５３】
いくつかの実施形態によれば、前記ナノ構造フィルムは、払い出し対象のサブストレート、物又は材料に接触させられ、ＣＮＴ等のナノ構造体は、対象物又は材料から立ち上がって互いに平行に向いた配向整列のような配向整列が維持されながら対象物又は材料に接触する。前記裏当て紙は、対象物又は材料と接触しているナノ構造フィルムから剥離されて回収される。前記対象物又は材料は、繊維強化ポリマーコンポジット部品であるサブストレートで構成してもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態によれば、前記対象物又は材料は、その対象物又は材料のスティッキネス（stickiness）又はタッキネス（tackiness）を制御するためにカセット、レイアップの機械又はその他の場所に含まれている熱源で加熱され、また、スティッキネス又はタッキネスを修正する加熱に反応する層又は樹脂を含んでもよい。これに代えて又はこれに加えて、前記ナノ構造フィルムをテープから分離することに寄与するように、ナノ構造テープの温度を調整してもよい。
【００５５】
いくつかの実施形態によれば、前記ナノ構造フィルム又はナノ構造テープは、対象物の上に配置される特定のパターン又は幾何学的形状になるようにカットし、又は成形してもよい。
【００５６】
前記ナノ構造フィルムが対象物又は材料に適用されるときの圧力は、テープの対象物又は材料の表面からの距離と同様に、ナノ構造フィルムのための所望のレイアウト結果を得るためにリアルタイムに制御される。例えば、ナノ構造フィルムの表面は、配向整列されたナノ構造体のフォーレストにおける各ナノ構造体の最上部として機能することができ、そのナノ構造体の最上部は、取り外し可能な裏当て媒体からの分離時に、ナノ構造体が対象物又は材料の表面上に互いに平行に立ち上がった垂直方向の配向整列を維持するように、対象物又は材料に接着するのが望ましい。一実施形態によれば、前記圧力及び／又は距離は、ナノ構造体フォーレストの最上部がちょうど対象物又は材料に接触し、ナノ構造体又はナノ構造体フォーレストを押し潰したり又は倒したりすることなく転写されるように制御される。
【００５７】
いくつかの実施形態によれば、前記ナノ構造体は成長させ、ナノ構造テープを作成するために裏当て媒体又はフィルムに転写される。このような成長及び転写のプロセス中に、前記テープの損傷を受けた部分又は品質が標準以下の部分は、そのナノ構造テープの部分を成膜プロセス中にスキップし、対象物又は材料上のナノ構造フィルムの配置に対する品質制御の所望のレベルを達成できるように、物理的にマークを付したり、又は、電子的なインディシア（indicia）を通してマークを付したりすることができる。
【００５８】
いくつかの実施形態によれば、前記ナノ構造フィルムをナノ構造テープから分離することに寄与するためにナノ構造テープに熱源を設けてもよい。また、遊離して自由になったナノ構造材料の回収することなどによって浮遊粒子を処理する装置を、カセット又はそのカセットが配置された機械に設けてもよく、その処理は真空ノズル及び／又はエアナイフのようなコンポーネントで達成できる。
【００５９】
本開示のシステム及び方法は、ナノ構造フィルムの取り扱い及びそのナノ構造フィルムのレイアップ動作での使用のために多くの利点を有する。例えば、本開示のカセット又はカートリッジにより、カーボンナノチューブのフォーレストを含めたナノ構造材料の移送、保管及び出荷が容易になる。ナノ構造テープの制御された形成及びそのナノ構造テープの調整された払い出しにより、ナノ構造体の配向整列を維持しつつ、対象物又は材料に対して、カーボンナノチューブのフォーレストといったナノ構造材料の反復可能な制御された成膜が可能になる。本開示のカートリッジ及び／又はカセットは、ナノ構造材料を保護するとともにオペレータがナノ構造材料にさらされるのを避けるために密封することができる。カートリッジにナノ構造材料を収容することにより、カートリッジが実装された自動テープ敷設の機械にナノ構造フィルムを迅速に且つ容易に供給することができる。また、前記密封されたカートリッジは、湿気などの外部の影響からナノ構造材料を保護することができる。テープのようなフレキシブル・サブストレート上のナノ構造フィルムを収容しているカートリッジは、例えばナノ構造材料を用いたコンポジット製造プロセスを大幅に単純化及び改良するために、一般のコンポジット作製プロセスにおいて、成長サブストレートから取得されたナノ構造フィルムを保護し、保存し、移送し、その後に対象物又は材料に適用することができるようにする中間デバイスを提供する。
【００６０】
本明細書で図示又は記述された動作は、単に例示したものであり、しかも順不同である。更に、前記動作は、必要に応じて任意の順序で使用することができ、また、部分的に使用することもできる。なお、前述の考慮した実施形態において、各実施形態は、コンピュータ・システムで転送又は格納されたデータを含めて様々なコンピュータ実装動作を採用することができることを理解されたい。これらの動作は、物理量の物理的な取り扱いを要求するものである。通常、必ずしもそうとは限らないが、これらの物理量は、保存、送信、結合、比較、その他の操作処理をすることができる電気的、磁気的又は光学的な信号の形態をとる。
【００６１】
本明細書に図示又は説明された前記実施形態の一部分を形成する動作はいずれも有用な機械動作である。また、前記実施形態は、これらの動作を実行するデバイス又は装置に関するものでもある。前記装置は、要求された目的のために特に組み立てることができ、又は、前記装置は、コンピュータに格納されたコンピュータ・プログラムによって選択的に起動又は構成された汎用コンピュータを用いることができる。特に、後述の１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な媒体に結合された１つ又は複数のプロセッサを使用する様々な汎用マシンは、以下に述べるように、本明細書中の教示に従って記述されたコンピュータ・プログラムと一緒に用いることができ、又は、前記要求された動作を実行するためのより専門的な装置を組み立てることがより便利である場合がある。
【００６２】
本開示のシステム及び方法は、コンピュータ読み取り可能な媒体上のコンピュータ読み取り可能なコードに具現化することもできる。このコンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ・システムによってデータを格納し、その後に読み出すことができる任意のデータ格納装置であってもよい。前記コンピュータ読み取り可能な媒体としては、例えば、ハード・ドライブ、リード・オンリー・メモリ、ランダム・アクセス・メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、並びに、他の光学的及び非光学的なデータ格納装置を挙げることができる。また、前記コンピュータ読み取り可能な媒体は、前記コンピュータ読み取り可能なコードが分散された方式で格納されて実行されるように、ネットワークに結合されたコンピュータ・システムを介して配布することもできる。
【００６３】
前述の説明は、本開示の特定の実施形態に向けられている。しかしながら、前述の実施形態に対して、それらの利点の一部又は全部を達成する他の変形及び変更を行ってもよいことは明らかになるであろう。本明細書に記載された手順、プロセス及び／又はモジュールのいくつかは、ハードウェア、コンピュータ命令を含むコンピュータ読み取り可能な媒体として具現化されたソフトウェア、ファームウェア、又は、それらの組合せに実装してもよい。例えば、本明細書に記載された機能は、メモリ又は他の格納装置から読み出したプログラム命令を実行しているプロセッサで実行してもよい。従って、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨及び範囲に入るような変形及び変更のすべてを包含することを目的としている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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