(57)【要約】広幅と細幅のスリットテープを、同じマスターロールから同時に製造する方法及び装置が提供される。本出願は、プリプレグ複合材料の連続シートをスリット加工し、広幅と細幅のプリプレグスリットテープを同時に形成する方法、及びそのための装置に関する。具体的には、本出願の教示は、プリプレグ材料の同じマスターロールから、細幅のプリプレグのスリットテープと、パンケーキ状に巻取った広幅のプリプレグのスリットテープとの同時形成を可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広幅および細幅のプリプレグテープを同時に製造する方法であって、
ａ）プリプレグ材料の連続シートを、スリット加工装置に通す工程であって、該スリット加工装置のスリット加工要素または切断要素が、広幅および細幅の両方のスリットテープの製造を提供するように構成されている、工程と、
ｂ）スリットテープの各トウを、前記スリット加工要素または切断要素によって形成された各スリットに沿って長手方向に分割する工程と、
ｃ）広幅テープの各トウを糸巻き要素に、細幅テープの各トウをスピンドル形の糸巻き要素に、誘導及び配列させる工程と、
ｄ）前記広幅のスリットテープを、各周が先立つ周の上に直接重なって、スリットテープの円盤またはパンケーキコイルが形成されるよう、糸巻き要素に巻取り、それと同時に、前記細幅のスリットテープを、スピンドル要素の長さ方向に沿って往復トラバースするスピンドル要素に渦巻状または螺旋状に巻取る工程と、を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、プロセスが、スリットテープ材料の連続するそれぞれの周の間に、該周が巻取られる際に、ライナー材料を挿入する工程をさらに含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記スリット加工装置のスリット要素が、前記プリプレグ材料の連続シートの特定の幅に対して、広幅及び細幅のスリットテープトウの数が最大になるように構成されている、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、プロセスが、前記プリプレグ材料の連続シートの特定の幅に対して、広幅及び細幅のスリットテープトウの数が最大になるように前記スリット加工装置の前記スリット加工要素を構成する工程をさらに含む、方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法であって、前記スリット加工装置の前記スリット加工要素が、前記プリプレグ材料の連続シートの特定の幅に対して、広幅及び細幅のスリットテープトウの数が最大になるように構成されている、方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法であって、プロセスが、前記プリプレグ材料の連続シートの特定の幅に対して、広幅及び細幅のスリットテープトウの数が最大になるように前記スリット加工装置の前記スリット加工要素を構成する工程をさらに含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記スリット加工要素が、広幅のスリットテープトウの正面向き巻取りを可能にするように構成されている、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記スリット加工要素が、広幅のスリットテープトウの各対の間に１以上の細幅のスリットテープトウが製造されるように構成されている、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、スリット加工に先立って、プリプレグシート材料から裏地を除去する工程をさらに含む、方法。
【請求項１０】
プリプレグのスリット加工装置であって、
ａ）プリプレグシート材料を、少なくとも細幅および広幅という２つの異なる幅を有する複数のスリットテープトウへとスリット加工または切断することが可能であり、かつ、それを行うように構成される、スリット加工ステーションと、
ｂ）広幅スリットテープ巻取り部と細幅スリットテープ巻取り部とを有する巻取りステーションであって、
ｉ）前記広幅スリットテープ巻取り部が、広幅スリットテープがコイル状に巻取られる少なくとも１つの糸巻き要素を受け入れるよう適応される１以上の軸を含み、
ｉｉ）細幅スリットテープ巻取り部が、細幅スリットテープが適切なスピンドル又は類似の要素にトランスバース巻きされる、１以上のスピンドル型ワインダーを含む、
巻取りステーションと、
を順に含む、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、前記装置が、プリプレグ材料のインラインの製造とスリット加工を可能とするように、プリプレグ製造プロセスに組み込まれるように適応される、装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の装置であって、前記プリプレグシート材料が、基材を用いる製造プロセスによって製造され、前記装置が、スリット加工に先立って基材を除去する要素をさらに含む、装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の装置であって、スリットテープトウの連続する周の間に、該周が巻取られる際に、ライナー材料を挿入する要素をさらに含む、装置。
【請求項１４】
プリプレグシートのスリット加工装置であって、
ａ）プリプレグシート材料の１以上のマスターロールを受け入れ及び保持可能な巻き出しステーションと、
ｂ）任意で、プリプレグシート材料の一の端部とプリプレグシート材料の他の端部とを継ぎ合せることが可能な継ぎ合わせステーションと、
ｃ）プリプレグシート材料を、少なくとも細幅および広幅という２つの異なる幅を有するスリットテープの複数のトウへとスリット加工または切断することが可能であり、かつ、それを行うように構成される、スリット加工ステーションと、
ｄ）広幅スリットテープ巻取り部と細幅スリットテープ巻取り部とを有する巻取りステーションであって、
ｉ）前記広幅スリットテープ巻取り部が、広幅スリットテープがコイル状に巻取られる少なくとも１つの糸巻き要素を受け入れるよう適応される１以上の軸を含み、
ｉｉ）細幅スリットテープ巻取り部が、細幅スリットテープがトランスバース巻きされる、１以上のスピンドル型ワインダーを含む、
巻取りステーションと、
を順に含む、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載のスリット加工装置であって、前記継ぎ合わせステーションが存在し、かつ、プリプレグシート材料の第一のロールの端部とプリプレグシート材料の第二のロールの端部とを継ぎ合せることが可能である、装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載のスリット加工装置であって、前記巻き出しステーションが、前記スリット加工ステーションよりも前に、プリプレグシート材料から基材を除去する要素をさらに含む、装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載のスリット加工装置であって、スリットテープの連続する周の間に、該周が巻取られる際に、ライナー材料を挿入する要素をさらに含む、装置。
【請求項１８】
請求項１４に記載のスリット加工装置であって、前記スリット加工装置が、プリプレグ材料の連続シートの特定の幅に対して、広幅及び細幅のスリットテープトウの数が最大になるように構成されているスリット加工要素を含む、装置。
【請求項１９】
請求項１４に記載のスリット加工装置であって、前記スリット加工装置が、広幅のスリットテープトウの正面向き巻取りを可能にするように構成されているスリット加工要素を含む、装置。
【請求項２０】
請求項１４に記載のスリット加工装置であって、前記スリット加工装置が、広幅のスリットテープトウの各対の間に１以上の細幅のスリットテープトウが製造されるように構成されているスリット加工要素を含む、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年４月２７日出願の米国特許仮出願第６１／６３９，２８９号、および２０１２年１１月２８日出願の米国特許出願第１３／６８７，０３６号の権利を主張するものであり、いずれの内容も、その全体が、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本出願は、プリプレグ複合材料の連続シートをスリット加工し、広幅と細幅のプリプレグスリットテープを同時に形成する方法、及びそのための装置に関する。具体的には、本出願の教示は、プリプレグ材料の同じマスターロールから、細幅のプリプレグのスリットテープと、パンケーキ状に巻取った広幅のプリプレグのスリットテープとの同時形成を可能にする。
【背景技術】
【０００３】
複合技術の進歩は、製品デザインとエンジニアリング、ひいては製造業に大きな影響を与えた。繊維材料とシートのハンドレイアップに続いてレイアップされた材料の含浸を行うことや、その後の、あらかじめ含浸された繊維シートとマットのレイアップに続いて圧縮成形及び硬化を行うことを含む初期の方法は、急速に受け入れられ、多くの分野でこれらの複合材料と複合技術が利用されるようになった。しかしながら、多くの用途で有用ではあるものの、材料の層をゆっくりと系統的に形成することは、多大な労力を必要とし、有害な化学物質や、より重要なことには、しばしば非常に不安定な材料及び／又は作業時間の限定された材料の使用を含む。したがって、業界における大きな進歩にもかかわらず、これらの用途は未だ限定されている。
【０００４】
複合材料と複合技術の更なる進歩は、連続的な製造技術を実現した。最も注目すべきは、特定の繊維材料の連続したトウに、硬化性材料の槽を通過させて硬化性材料を含浸し、マンドレルに巻取って所望の部品を形成し、好ましくは、形状と繊維配置を維持するために即時に硬化して素地の状態にする何らかの手段を含み、その後完全に硬化させるというフィラメントワインディングがある。しかしながら、これらの操作は、トウの幅が狭いために非常に低速で時間がかかる。より重要な事には、これらのプロセスには、硬化性組成物の調製、繊維材料のトウの含浸、そして部品そのものの形成という操作全体に高い費用がかかり、すべてを同じ室内で行う必要がある。
【０００５】
製造技術と材料技術両方の継続的な進歩は、プリプレグ材料、特に、最も一般的にはシート基材がロールの全長にわたって延びる一方向の平行線維から構成されるようなエポキシ含浸繊維シート、のロールの製造を可能にした。これらのロールは、フィラメントワインディング用途のトウのロールのように充分な長さを有したため、プリプレグ製造業者で形成され、早期硬化を防ぐために冷却され、使用場所へ運搬され、加熱されて所望の製品の製造に用いられるようなプリプレグ材料を用いた連続的な製造方法が開発可能となった。最終製品の製造者は、プリプレグ材料を製造するための経費又は従業員、技術者に投資する必要がなくなった。コスト面の利点と、集中した専門性の重視（例えば、プリプレグ製造業者はプリプレグの化学的性質及び製造に集中し、製品の製造業者はレイアッププロセスに集中する）は、あらゆる点で有益であることが証明された。
【０００６】
当初、プリプレグの帯又はシート材料は、市販用製品を製造するために用いられる標準幅で製造されていた。これは、多くの用途が同様の要望や要件を有していた初期においては許容可能であった。例えば野球のバット、ゴルフクラブ、ホッケーのスティック、ラクロスのスティック等は、要望が同様で、かつ差別化の必要性が少ないことを大きな理由として、一般的にはいずれも同じ幅のスリットテープから製造可能である。異なる幅、特に特注幅を製造するのには法外な費用がかかったために、たとえ最適ではなくとも、これらの標準テープが用いられてきた。コスト面の要件は非常に大きく、製品の大幅な差別化を許容することが不可能である。したがって、テープに必要とされる幅が、入手可能な幅と一致しなかった場合、要件の多い用途におけるこの技術の完全な採用は限定されていた。
【０００７】
近年、技術が進歩し、新しい技能及び処理能力が開発されたことから、標準のマスターロールのスリット加工を通じて、多様なテープ幅が可能になった。現在は、大きな平面又は曲面を有する用途のためには広幅テープの製造が可能であり、より複雑、またはより屈曲した部品用には細幅テープの製造が可能である。この技術は、要件、特に物理的要件において、プリプレグテープの幅によって部分的に影響されるような特定の特性を求める様々な製品の製造におけるプリプレグテープの利用を可能にしたが、プリプレグテープの利用を、航空機部品の製造にまで拡大することが、近年の技術革新及び進歩の大きな動機、または動機の１つであった。航空機の製造における要件は、航空機部品の分野においてかなり一貫していると考えられているかもしれないが、実際はそうではない。いずれの部品も各々の、しばしば独自の、環境やそれぞれの物理的要件、そして応力に耐えなくてはならない。例えば、尾翼は、翼や機体とは著しく異なる要件を有する。航空機部品の厳しい精度要件と併せて、スリットテープには、用途ごとにインチ単位、及びそれ以下の単位で異なる多様な幅が必要とされることがますます明らかになっている。許容範囲はより小さな単位となり、許容範囲要件は千分の数インチ単位である。航空機製造工程における更なる交絡因子は、一部の部品が、２つ又はそれ以上の異なる幅を有するスリットテープを必要とする点である。したがって、複合構造の製造におけるスリットトウの利用において、カスタマイズされたスリット加工が可能になったことは、大きな功績であった。
【０００８】
これらの利点にもかかわらず、特に航空機製造におけるスリットテープの採用には、欠点がある。最も顕著なものとしては、マスターロール製造のための工程と装置が高コストであることを原因として、マスターロールが未だに標準幅で製造される傾向にある点である。これらのマスターロールを特注幅でスリット加工する場合、マスターロールの幅が、所望のテープ幅の整数倍である可能性はかなり低いだろう。その結果、特注幅へのスリット加工が可能であっても、廃棄量が増加するため、プリプレグ材料の高価格を考慮するとコスト高となる短所がある。標準ロールを使い切ることができるよう、スリットテープの幅を調整するのが他の唯一の選択肢であるが、これは、特定の最終用途向けに最適な幅を用いることができない可能性があることを意味する。航空機内部の、非構造部材においては問題にならないかもしれないが、構造部材や機体の用途においては許容されない。
【０００９】
さらに、上述の通り、特に航空機製造における要求の多い用途は、２つ又はそれ以上の異なる幅のスリットテープを、同時、交互、及び／又は逐次的に適用又は配置することが要求されることが判明している。このような場合、糸巻き又はリールに巻かれた、最終的なストック材料が円盤状又はパンケーキ状の形状を有さなくてはならない、又はそのような状態が好適である、しばしばパンケーキコイルと称されるような広幅スリットテープが最も多く利用される。必要となる２つ目のスリットテープは、全く異なる幅で、１インチまたはそれ未満であることが非常に、または最も多く、その細幅ゆえに糸巻きに巻くことができない、または好ましくないために、典型的にダボ等に巻かれている撚り糸のパッケージのように、渦巻状又は螺旋状にスピンドルに巻かれる（トランスバース巻き）必要がある。
【００１０】
細幅及び広幅のスリットテープを製造する際の様々な要望及び要件を考慮すると、本開示の以前には、２種類の異なるスリットテープを、所望される特定のテープ幅用に構成した２種類の異なる装置で形成することが業界標準であった。別法として、異なる幅のスリット加工を行うためにスリット加工要素を交換する点を除いては同じ機器を用い、その後巻取り装置を用いて、これらのテープが製造されていた。２種類の専用の製造ラインを用いる前者の製造方法は最も簡便で、製造ダウンタイムへの影響が最も少ないが、２種類の完全な製造ラインを設置、維持、運営するには、追加のコスト投資と運営費用が必要になる。２つ目の選択肢は、特に資本投資及び空間の要件面でコストがより少なくて済むが、製造時間と、部品交換の際の人件費の面でコストに大きく影響する。２種類の別々の装置を用いるプロセスが、マスターロールの交換や、糸巻きやスピンドルに巻取られたスリットテープの取り出しといった最低限の中断を除いては継続的に運用可能であるのに対し、後者は、２番目のテープ幅のスリット加工要素へ交換し、巻取りステーション及び装置を交換し、スリット加工装置の残りの部分を新しい巻取りステーション及び装置に再接続し、システムを準備及び起動させ、別の製品の製造を開始させるために相当のダウンタイムが必要になる。もともとコスト高なプロセス及び製品であるところに、この全てが相当の追加コストを発生させ、また、これらが特に不安定で、相当の低温での保管を必要とすることを考慮すると、これらの材料が製造所の床に放置され、室温にさらされる時間による懸念が増大する。
【００１１】
さらに、航空宇宙以外の用途においては懸念は少ないものの、２つ又はそれ以上の異なる幅のスリットテープを必要とする用途において問題となる他の要素として、各幅のスリットテープが、別々のマスターロールから切り出されており、これらのマスターロールは同じロットである可能性もあるが、全く違うロットである可能性もあり、また、完全に別のプリプレグ製造プラントによって製造されたマスターロールであるかもしれないという事実がある。当然ながら全てのマスターロールは特定の規格に準拠して製造されるが、それぞれの規格には許容範囲があり、これらの規格は、マスターロール材料の主要な属性及び／又は特性を定めているだけである。しかしながら、別々のマスターロールは、たとえ同じ製造ロットのものであっても、異なる環境／条件に晒されて最終的な機能、硬化特性、性質等に影響が出る可能性がある。
【００１２】
大部分の用途においては懸念とはならないが、高度な航空宇宙、及び航空機用途においては、これは大きな問題となり得る。広幅テープと細幅テープとの硬化特性に、特にこの２種類のテープ間の界面において、ほんの小さな差があるだけでも、その部品の全体の性能に悪影響が及ぶ可能性がある。これに関連して、ＳＳＴ航空機の機体が、超音速飛行中に数フィート膨張したことを考慮してほしい。材料の適合性と、熱膨張係数の一致が、航空機の最終的な成功のために重大であった。したがって、一のスリットテープトウと他のスリットテープトウとの間の結合に不適合や脆弱性がある部品を、その部品の製造に使用することは、その部品の最終的な機能及び寿命に影響し得る。
【００１３】
製品在庫の厳正な制御と管理によって、同じ部品の製造に、全く異なる２種類のスリットテープが使用される可能性は低減できるが、これは常に可能とは限らない。例えば、標準のマスターロールの元々の量によって、テープ幅の適切な割合が得られない可能性がある。更に、このような管理の労力を投入しても、２つのマスターロールが、運搬及び保管中の異なる取り扱いによって、生産者にとってすぐに明白とならない、及び／又は硬化性マトリックスに固有の差異を有し得るという問題には対処できない。例えば、一方は他方よりも長時間屋外に放置され、他方とは異なる温度で加熱されている可能性がある。有効な硬化性組成物として、プリプレグのマトリックス樹脂の特性は、時間及び温度と共に変化する。上述の通り、影響する要素として、スリット加工の時間が延長又は遅延すると、その分、ロールが室温にさらされる時間が長くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、広幅及び細幅のスリット加工プリプレグテープを製造するための、商業的にコスト効率の高い方法の必要性が、産業界に未だ存在している。具体的には、単純で、コスト効率が高く、多大な労力を必要とせず、かつ、廃棄と製造時間が最低限で済む、広幅及び細幅のスリット加工プリプレグテープを製造する方法の必要性が未だ存在している。
【００１５】
また、広幅及び細幅のスリット加工プリプレグテープを製造する、特に資本設備の面で商業的にコスト効率の高い方法において用いる装置の必要性が、産業界に未だ存在している。
【００１６】
製造元となる標準マスターロールの組成、処理、取り扱い等における差異が、あったとしても最低限である、広幅及び細幅のスリット加工プリプレグテープの製造方法の必要性が産業界に未だ存在している。最も具体的には、厳格な在庫管理及び監督の必要が全くないかもしくは最低限である、スリットテープの製造の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本開示によれば、プリプレグ材料の同じマスターロールから、広幅および細幅の、プリプレグのスリットテープを同時に製造する方法が提供される。具体的には、広幅および細幅のプリプレグテープを同時に製造する方法が提供され、該方法が、以下を含む。
【００１８】
ａ）プリプレグ材料の連続シートを、スリット加工装置に通す工程であって、スリット加工要素または切断要素が、広幅および細幅のスリットテープの製造を提供するように構成されている、工程と、
ｂ）スリットテープの各トウを、前記スリット加工要素または切断要素によって形成された各スリットに沿って長手方向に分割する工程と、
ｃ）広幅テープの各トウを糸巻き要素に、細幅テープの各トウをスピンドル要素に、誘導及び配列させる工程と、
ｄ）前記広幅のスリットテープを、各周が先立つ周の上に直接重なって、スリットテープの円盤またはパンケーキコイルが形成されるよう、糸巻き要素に巻取り、それと同時に、前記細幅のスリットテープを、スピンドル要素の長さ方向に沿って往復トラバースするスピンドル要素に渦巻状または螺旋状に巻取る工程。
【００１９】
本方法は、スリットテープが糸巻き又はスピンドルに巻取られる際に必要に応じてスリットテープ間にライナー材料を挿入し、テープが巻取られる際に、該ライナーが、新しく重ねられたスリットテープを下層のスリットテープから分離するようにする工程を含み得、含むことが最も好ましい。最後に、本方法は、所望の長さの材料が巻取られたら、糸巻き又はスピンドルにおいて必要に応じてスリットテープを切断する工程を含み得、含むことが最も好ましい。その後、新しい糸巻き要素、スピンドル要素、又はその両方が、必要に応じて巻取りサイトに配置され、切断されたテープの端部がそこに送られ、新しい糸巻き又はスピンドル要素への巻取りを開始する。
【００２０】
最も好ましくは、本方法は、連続したプリプレグシート材料の大型のマスターロールに適用される。これらのロールは巻き出しステーションに配置され、スリット加工又は切断装置へのプリプレグシート材料の連続供給を行うよう巻き出される。本方法は、巻き出しステーションとスリット加工又は切断装置との中間地点において、第一のマスターロールの終端を、第二のマスターロールの始端に継ぎ合せる工程を含むことが、任意ではあるが好適である。継ぎ合わせは、継続的、又はほぼ継続的な、プリプレグシート材料のスリットテープへの変換又はスリット加工を可能にする。継ぎ合わせは更に、一のマスターロールが欠陥を有する、規格外である、その他望ましくないことが変換開始後に判明した場合に、一のマスターロールを取り外し他のマスターロールに交換するためにも用いられ得る。
【００２１】
本開示の第二の態様によれば、プリプレグ材料の連続シートを、広幅及び細幅のプリプレグスリットテープへと同時にスリット加工し、それと同時に、広幅スリットテープを糸巻き状に巻取り、細幅スリットテープをスピンドル又は螺旋状に巻取る（トランスバース巻き）ことが可能なプリプレグのスリット加工装置が提供される。好ましくは、本装置はプリプレグシート材料のマスターロールを受け入れるよう構成されている。本装置は更に、スリット加工に先立って、第一のマスターロールの終端を、第二のマスターロールの始端に継ぎ合せることが可能であることが、任意ではあるが好適である。
【００２２】
具体的には、プリプレグのスリット加工装置が提供され、該装置が、以下を順に含む。
ａ）プリプレグシート材料の１以上のマスターロールを受け入れ及び保持可能な巻き出しステーションと、
ｂ）任意で、プリプレグシート材料の一の端部とプリプレグシート材料の他の端部、好ましくは、第一のマスターロールの末端と第二のマスターロールの始端、を継ぎ合せることが可能な継ぎ合わせステーションと、
ｃ）プリプレグシート材料を、少なくとも細幅および広幅という２つの異なる幅を有するスリットテープの複数のトウへとスリット加工または切断することが可能であり、かつ、それを行うように構成される、スリット加工ステーションと、
ｄ）広幅スリットテープ巻取り部と細幅スリットテープ巻取り部とを有する巻取りステーションであって、ｉ）前記広幅スリットテープ巻取り部が、広幅スリットテープがコイル状に巻取られる少なくとも１つの糸巻き要素を受け入れるよう適応される１以上の軸（アクスル、ａｘｅｌ）を含み、ｉｉ）細幅スリットテープ巻取り部が、細幅スリットテープが往復する渦巻状又は螺旋状に巻取られる、つまりトランスバース巻きされる、１以上のスピンドルワインダーを含む、巻取りステーション。
【００２３】
好ましくは、広幅スリットテープ巻取り部は１又は２の軸を含み、各軸は、着脱可能かつ強固に設置された複数の糸巻き要素を、最も好ましくは、離間した位置関係で有し、また、長手軸又は中心軸を中心に軸を回転させる駆動手段を有する。必須ではないが、糸巻き要素を含む第二の軸が存在することで、糸巻きがいっぱいになった際の、糸巻き要素のより素早い交換が可能になる。糸巻き要素は、巻取られるスリットテープの幅と概同じ幅を有する単なる円筒であってよい。もしくは、糸巻き要素は、オープンリールテープのような、糸巻き芯から延出する側壁を有し、巻取りの際にスリットテープを誘導及び配列させるリール形状でもよい。
【００２４】
細幅スリットテープ巻取り部は、細幅スリットテープトウを受け入れるスピンドル芯が強固に設置される軸をそれぞれ備える複数のスピンドルワインダーと、各スピンドルの軸を長手軸又は中心軸を中心に回転させる１以上の駆動手段を含む。スピンドルワインダーは更に、細幅スリットテープを、往復する渦巻状または螺旋状に、スピンドル上に適切に重ねるための配列及び引張要素を備える。
【００２５】
最後に、巻取りステーションは、必要に応じて、スリットテープの巻取りに先立って、もしくはそれと同時に、ライナーをスリットテープに一致させ、糸巻き要素又はスピンドル要素にスリットテープを巻取る際にその連続する周の間にライナー帯を介在させるために、複数のライナー供給及び配列装置も有する。ライナー供給装置は通常、軸の自由回転を抵抗とともに許容する抵抗軸を含む。すなわち、スリットテープとライナーが巻取られる際、その巻取り動作によって、抵抗軸上に設置されたライナー材料の糸巻きからライナーが引き出される。
【００２６】
本開示による装置は、任意に、および典型的に、スリット加工ステーションとワインダーとの中間地点において、スリットテープの各トウを、スリット加工ステーションから適切な巻取りステーションへ、最終的には、意図された糸巻き又はスピンドル要素へと案内し、好ましくは、巻取られる際にスリットテープに一定の張力を維持する複数のガイド、ローラー、引張及び／又は位置決め要素を更に含む。これらの要素、もしくはこれらの要素のうち特定のものはスリットテープの巻取りと関連付けられ得るが、特に細幅スリットテープの巻取りに関連付けられることが最も多い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本明細書の一部を構成する添付の図面は、明細書と併せて参照されるべきである。異なる図面における類似の部材を示すのに、類似の参照番号が用いられる。
【図１】本開示の好適な実施形態による、広幅及び細幅のスリットテープトウの二重生産能力を備えたプリプレグのスリット加工装置の模式的な側面図である。
【図２】図１に図示の装置の模式的な上面図である。
【図３】図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、広幅スリットテープトウを巻取るための糸巻き要素の立面模式図、正面図、側面図である。
【図４】図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、広幅スリットテープトウを巻取るためのリール式糸巻きの立面模式図、正面図、側面図である。
【図５】図５Ａ、５Ｂは、細幅スリットテープトウを巻取るためのスピンドルの正面図と立面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本明細書内においてプリプレグシート材料について用いられる用語「連続した」は、供給される一のシート材料を他のシート材料に継ぎ合せ続ければその可能性はあるものの、プリプレグ材料のシートに終わりが無いことを意味するよう意図されるものではない。むしろ、この用語はプリプレグシート材料の長尺、特に、業界標準であってマスターロールの形状で供給される長尺を示すよう意図される。典型的には、これらは少なくとも約２５メートルから約１５００メートル、またはそれ以上の長さを有する。更に、本明細書においては硬化性エポキシ樹脂を含浸された一方向繊維のプリプレグシート材料を具体的に参照するが、本開示はそれに限定されないことが理解される。実際に、繊維成分が織物又は不織布であるものや、マトリックス樹脂が、エポキシ、シアネートエステル、ビスマレイミド、フェノール樹脂、ポリイミド、等を含むがこれらに限定されない数多くの硬化性マトリックス樹脂のいずれかであるもの、等の他のプリプレグシート材料にも、本開示は同様に適用可能である。
【００２９】
本開示によれば、プリプレグ材料の連続したシート、好ましくはプリプレグシート材料のマスターロールから、広幅および細幅の、プリプレグのスリットテープを同時に製造する方法が提供される。当業者であれば、スリットテープのどの幅がパンケーキ状の巻取りが可能か、また、どの幅がトラバース巻きを必要とするかという点についての制約を、すぐに理解するであろう。一般論として、前者は２インチ以上、好ましくは３インチ以上の幅を有するスリットテープに用いられ、後者は一般に３インチ以下、好ましくは２インチ以下の幅を有するスリットテープに用いられる。後述する通り、それぞれが異なる巻取りプロセスを必要とし、最終製品は異なる物理的形状となる。前者の広幅スリットテープは、糸巻き要素においてテープが他の層の真上へと巻取られる、糸巻きへの巻取りプロセスが行われる。この結果、プリプレグのスリットテープのコイル又はパンケーキが形成される。細幅スリットテープは、このような巻取りを可能にするだけの充分な構造及び完全性を有さず、スピンドル又はトラバース巻きを行う必要がある。ここで、細幅スリットテープは、スピンドルの一端から他端までを繰り返し移動しながら円筒状のスピンドル要素に螺旋状又は渦巻状に巻取られ、スピンドル要素の長さ方向に沿って、下層の上に別の層を徐々に形成する。スリットテープの幅において、いずれかの巻取り方法を選択する明確な基準はないため、各方法で採用される幅の範囲には多少の重複がある。しかしながら、一の方法が採用される範囲の限界値に近い幅であれば、他の方法を用いるのが最良である可能性があることが理解されるべきである。当然ながら、採用する方法を選択する際には、プリプレグ材料そのものの完全性、剛性、撓み性等、他の要因も影響する。
【００３０】
本開示に戻ると、糸巻き及びスピンドルに巻かれたプリプレグスリットテープを同時に製造する方法が提供され、該方法は、以下を含む。
ａ）プリプレグ材料の連続シートを、スリット加工装置に通す工程であって、該スリット加工装置のスリット加工要素または切断要素が、広幅および細幅のスリットテープの製造を提供するように構成されている、工程と、
ｂ）スリットテープの各トウを、前記スリット加工要素または切断要素によって形成された各スリットに沿って長手方向に分割する工程と、
ｃ）広幅テープの各トウを糸巻き要素に、細幅テープの各トウをスピンドル要素に、誘導及び配列させる工程と、
ｄ）前記広幅のスリットテープを、各周が先立つ周の上に直接重なって、スリットテープの円盤またはパンケーキコイルが形成されるよう、糸巻き要素に巻取り、それと同時に、前記細幅のスリットテープを、スピンドル要素の長さ方向に沿って往復トラバースするスピンドル要素に渦巻状または螺旋状に巻取る工程。
【００３１】
最後に、該方法は、ｅ）マスターロールが終了したら糸巻き及び／又はスピンドルを取り外す、もしくは、好ましくは、所望の長さの材料が巻かれたら糸巻き又はスピンドルにおいてスリットテープを必要に応じて切断する、工程を含み得、含むことが好ましい。
【００３２】
糸巻きの場合、いずれも同じ長さのテープが巻かれることになるため、全ての糸巻きが同じタイミングで交換されるのが一般的である。これは、糸巻きが通常、糸巻きごと容易に取り外しが可能な１又は２の軸上に設置されており、空の糸巻きが設置された第二の軸又は複数の軸に交換される、という事実によって容易になる。スピンドルの場合、これらも同時に交換され得るが（これは糸巻きの交換と同時である場合もない場合もある）、スピンドルの数によっては、スリット加工プロセスを停止させずに済むよう順次交換され得る。前者は、全てのスピンドルを取り外して交換する間、プロセスを停止させる必要がある。しかしながら、後者は、スピンドルを順次交換可能とするために、装置が１以上の予備のスピンドルワインダーを備えていることを前提としている。具体的には、装置の稼働中、交換対象のスピンドルワインダーに向かうスリットテープトウは切断され、トウのスリットテープ自由端は空のスピンドルワインダーに装着され、スピンドルワインダーは係合して巻取りを開始する。一方、トウが切断されたスピンドルワインダーにおけるスピンドルは取り外され、新しいスピンドル要素に交換される。これにより、このスピンドルワインダーは、次にスピンドルが交換される際に再使用可能となる。
【００３３】
巻取りプロセスはさらに、必要に応じて、巻取られる際に新しく重ねられたスリットテープが、ライナーによって下層のスリットテープから分離されるように、糸巻き又はスピンドルに巻取られるスリットテープトウの間にライナー材料を挿入する工程を含むことが最も好ましい。この工程は、巻取りが行われる際に、スリットテープの各トウを、糸巻き又はスピンドル要素において、対応した幅、またはより太い幅を有するライナーの帯と一致させることを含む。
【００３４】
上述の通り、本方法は、プリプレグ材料の連続したシートに適用される。本方法の実施において用いられるプリプレグ材料は、連続するプリプレグシート材料の大型のマスターロール又は親ロールであることが好ましい。請求項に係るプロセスの実施においては、これらのロールは巻き出しステーションに配置され、スリット加工又は切断装置へのプリプレグシート材料の連続供給を行うよう巻き出される。
【００３５】
本方法は、巻き出しステーションとスリット加工又は切断装置との中間地点において、第一のマスターロールの末端を第二のマスターロールの始端に継ぎ合せる工程をさらに含むことが、任意ではあるが好適である。継ぎ合わせは、継続的、又はほぼ継続的な、プリプレグシート材料のスリットテープへの変換又はスリット加工、ならびに、プリプレグシート材料の交換を可能にする。継ぎ合わせは更に、一のマスターロールが欠陥を有する、規格外である、その他望ましくないことが変換開始後に判明した場合に、一のマスターロールを取り外し他のマスターロールに交換するためにも用いられ得る。
【００３６】
長期間にわたって装置をオフラインにする場合、加工中のプリプレグ材料に悪影響が及ぶと考えられるが、継ぎ合わせが可能であれば、ブランク材料をプリプレグ材料に継ぎ合わせ、ブランク材料のスリットテープの帯が糸巻き及びスピンドル要素に達するまで装置を通過させることにより、ライナーと同じ材料であってよいブランク材料を装置内に導入しておくことができる。この時点で、プリプレグのスリットテープが巻き付けられたすべての糸巻き及びスピンドルは取り外され、装置中にブランク材料が配置された状態でシステムはシャットダウンされる。この点において、装置は再びプリプレグ材料をスリット加工する準備ができている。プリプレグシート材料をブランク材料の末端に継ぎ合わせて装置を運転するだけでよい。ブランク材料がプリプレグ材料を装置内に導入して、装置は本格稼働する。
【００３７】
本方法を最も一般的な条件で説明したが、以下、図１及び２に示された装置と関連して本方法を説明する。これは可能な構成の一例である。本開示の恩恵を受ける当業者は、本開示の実施において採用され得る、本開示内で言及される特定の種類の機器に代わって用いることができる機器のその他の構成及び配置、ならびに、おそらくは他の方法ではあるが同じタスクを実行可能な機器の他の具体的な部品をすぐに理解するであろう。例えば、本明細書はスリット加工ステーションにおける切断要素としてナイフについて言及するが、コールドレーザー、マイクロナイフ、ダイヤモンドナイフ等のその他の切断要素及び／又は装置も用い得る。同様に、以下で詳述する通り、広幅スリットテープ用の糸巻きは、単なる中空の円筒形要素であり得る。別法として、オープンリールテープのような、もしくは糸巻きハブ又は芯及び側壁を有するリール形状であってもよい。
【００３８】
また、本方法の実施において用いられる機器及び要素、またはその部品は、いずれも公知であり、市販されており、すぐに入手可能である点に留意されたい。しかしながら、機器及びその要素又は部品の特定の配置、組み合わせ、及び／又は構成は公知ではなく、新規である。例えば、切断要素は公知であるが、広幅スリットテープと細幅スリットテープとを同時にスリット加工するための該切断要素の特定の配置は公知でない。同様に、糸巻きへの巻取りとスピンドル巻取りプロセスの要素を融合した巻取りステーションの設計及び構成は公知でない。各巻取り操作においてスリットテープトウを適切に配列させるために、その他の調整が行われる必要があるが、本開示の恩恵を受ける当業者であれば、必要な変形をすぐに理解し、実施するであろう。
【００３９】
図面に戻ると、図１及び２は、本開示の方法を実行可能な装置１の上面及び側面模式図である。図示される装置は４つの主要なステーション、巻き出しステーション３、継ぎ合わせステーション４、スリット加工ステーション５、及び巻取りステーション６を含み、巻取りステーションは、糸巻き巻取り部７及びスピンドル巻取り部８を含む。大部分の要素は公知であり市販されているため、完全な詳細は必要でないが、各ステーションと各部を以下に詳述する。
【００４０】
図１及び２に示す通り、巻き出しステーション３は、互いの間にプリプレグシート材料１０の典型的なマスターロールを端から端まで受け入れるだけの間隔を空けて対向する側壁１４を有する支持構造１３を含む。各側壁１４は、プリプレグシート材料が巻き付けられた軸１２を受け入れてその回転を許容するよう適合された、もしくは、プリプレグ材料が巻き付けられたマンドレル又は核要素が備え付けられる、架台又は類似の構造１５を含む。好ましくは、図示される通り、軸は、軸１２をその軸を中心に回転してマスターロールからのプリプレグシート材料の巻き出しを容易にする駆動モータ１６に直接又は間接的に取り付けられるか係合する。
【００４１】
継ぎ合わせステーション４は巻き出しステーションの後に配置され、最も頻繁には、巻き出しステーションの一部であるかまたは巻き出しステーションに組み合わせられている。典型的には、巻き出しステーションは、一のマスターロールの一の末端と他のマスターロールの末端との継ぎ合わせを容易にする加熱及び圧縮要素（図示せず）を含む。継ぎ合わせステーションは更に、プリプレグシート材料を幅方向に切断する切断またはスリット加工手段を内在することができ、内在することが好適である。後者は、新しいマスターロールとの交換のため、または上述の通りブランク材料ロールを挿入するためにマスターロールを取り外す際に、プリプレグのマスターロールの末端及び／又は始端に整った切り口を作るために必要とされ得る。
【００４２】
継ぎ合わせ作業を行っていないとき、継ぎ合わせステーションは単なる通過ステーションであり、継ぎ合わせステーションの構造は、おそらく、シート材料がスリット加工ステーション５に導入される際に正しい配列を補助するものでしかない。具体的には、継ぎ合わせ作業又はプロセスそのものと関連する継ぎ合わせステーションのこれらの要素は、典型的には、プリプレグシート材料の進路から引っ込められるか後退させられ、継ぎ合わせを行う場合にのみ前進させられてプリプレグシート材料に接触する。継ぎ合わせの技術とそれに関連する要素及び装置は公知であり、複数の供給元から市販されている。
【００４３】
継ぎ合わせステーションがある場合はその後に、スリット加工ステーション５が配置される。スリット加工ステーションはスリット加工又は切断要素５ａ（図２において点線で示す）を含み、典型的には、プリプレグシート材料を、スリット加工又は切断要素に向けて、スリット加工又は切断要素の中を、もしくはスリット加工又は切断要素を通過して、移動するための多数の要素及び部品（図示せず）を含む。スリット加工又は切断ツールや要素そのものを除いては、スリット加工ステーションのすべての部品は公知であり市販されている。本方法の実施において用いられるよう構成されたスリット加工及び切断要素は市販されていないが、市販のスリット加工及び切断要素から構築され、これらは、プリプレグシート材料を２以上の異なる幅を有する複数のスリットテープトウへとスリット加工するよう容易に適合され、そのうち一方は糸巻きワインダーによって巻取りが可能な程度に幅広であり、他方はスピンドル型の糸巻きワインダーによって巻取られる程度に幅狭である。適切なスリット加工要素は当該技術分野において公知であり、精密高強度刃、クールレーザー、マイクロナイフ等を含む。
【００４４】
本開示によれば、スリット加工ステーションのスリット加工又は切断要素は、必要または希望される幅及び割合（後者は例えば、すべての広幅スリットテープに対して１本の細幅スリットテープを必要とする製造プロセスを指す）で、所望の広幅スリットテープトウと所望の細幅スリットテープトウを形成するよう構成及び離間される。マスターロールの幅、必要または希望される広幅及び細幅スリットテープの幅、ならびに、細幅に対する広幅スリットテープの、必要とされる全体の割合を把握すれば、形成すべき細幅スリットテープに対する広幅スリットテープの最良の割合、すなわち、スリッター５ａのスリット加工又は切断要素の適切な構成又は間隔が算出可能である。いずれの場合にも、スリット加工作業で発生する廃棄材料の最大幅は、マスターロールの両外側端を廃棄したとしても、通常、細幅スリットテープトウ２本の幅よりも小さく、より一般的には細幅スリットテープトウ１本の幅よりも小さい。一方、広幅スリットテープと細幅スリットテープとを同時に製造する現状の最先端プロセスにおいては、（ａ）広幅スリットテープ１本の２倍近く、と（ｂ）細幅スリットテープ１本におけるプリプレグ材料の量の２倍近く、との組み合わせをはるかに上回る量の廃棄プリプレグ材料が発生する。これは、それぞれの外側端を廃棄する場合には特に当てはまる。ともかく、本開示の恩恵を受けた当業者は、現状の最先端プロセスよりもはるかに効率的にスリットテープの量を最大化しつつ廃棄量を最小化するスリット加工プロセスを容易に構成できる。
【００４５】
以下、航空機の製造において、スリットテープの幅の、仕様値からのばらつきの許容範囲はきわめて小さく、千分の数インチ単位、おそらく千分の３インチまたは千分の５インチ（それぞれ０．００３インチおよび０．００５インチ）であることが理解されるべきである。したがって、航空機製造の見地からは、スリットテープの幅を調整して、各スリット加工プロセスによる特定の幅のマスターシートの製造量を超えて生産量を最大化する余地はまったく、又は殆ど無い。以下、現行のプロセスは本質的に、本明細書に記載の改善された新規なプロセスにおいて発生するであろう、もしくは発生し得る、廃棄量よりもはるかに多い廃棄をもたらす。
【００４６】
図１及び２に示されるスリット加工又は切断要素そのものの構成を検討すると、細幅テープ、及び対応するスリット加工要素、は、スリット加工ステーション５内に点線で示されている通り、スリッター５ａの中央領域の近傍に付随している。しかしながら、任意の、実質的にあらゆる、構成が採用可能である。ただし、この構成は効果的であるものの、広幅スリットテープトウの多くが、スリット加工ステーションから巻取りステーションまで延出する際に、角度をつけて曲げられる必要があるということが理解されるべきである。通常、これは問題にならないが、幅が広くなるにつれてスリットテープ自体がより剛直になることも理解されるべきである。したがって、糸巻きへの巻取りにおいてまっすぐになるよう、テープの配列を反転する必要があり、テープにねじれが発生する、及び／又は、連続した巻取り層を互いの直上に配置できないおそれがある。そのため、スリット加工要素又は切断要素は、細幅と広幅のスリットテープを交互に、またはそれに類する反復で、切り替えられるよう構成されることが好ましい。スリット加工又は切断要素は、必要な、または製造される、広幅に対する細幅スリットテープトウの割合に応じ、細幅と広幅のスリットテープの順序が可能な限り均等に交互に入れ替わるよう設定されることが好ましい。例えば、上述の通り、図１及び２の構成は、細幅（Ｎ）および広幅（Ｗ）のスリットテープを次のように示している：ＷＷＮＮＮＮＮＷＷＷＷ。両者を交互に入れ替える（例えばＷＮＷＮＷＮＷＮＷＮＷ）と、広幅テープがそれぞれ細幅テープの間で離間するため、巻取りステーション内の対応するローラーに向かう広幅スリットテープトウの進路を変更する必要性が最小限に抑えられる。これは、広幅テープトウがスリッターに対して垂直に、巻取りが行われる巻取り要素に向かって延びることを許容するようスリッターが構成されている場合、最も好ましい。
【００４７】
当然ながら、細幅及び広幅テープの構成について上記提案された反復は、市販のマスターロールの多くは約８０インチかそれ以上の幅を有するため、ほとんどの場合において例示的であることが理解されるべきである。したがって、あるマスターロールから製造されたスリットテープトウの数は、上記提案された１０トウの数倍になると考えられる。ともかく、スリット加工又は切断要素の配列が、スリッターから巻取りステーションまでのスリットテープトウの進路、特に糸巻き要素、が図２の糸巻き２１に示されるように実質的に直線状となるようになっていることが好ましい、という点が重要である。
【００４８】
図示されないが、スリット加工ステーションの装置は、プリプレグ材料のスリッター内の通過を容易にする多数のローラー及びガイド要素を含むことを当業者は容易に理解するであろう。通過を容易にすることには、通過速度、刃又は切断要素に対するシートの配置、及びスリット加工中のテープの安定／位置決めが含まれる。典型的には、スリット加工ステーションのローラー要素は、プリプレグ材料がスリッターを通過する全体的な速度を調整し、したがって、装置全体の速度を調整する。装置は更に、スリット加工要素の後に、新規に形成されたスリットテープトウ同士のきれいな分割を確実にすることを助けるため、複数のピン又はガイド要素を有し得る。最後に、スリット加工ステーションは、連続して、または、間隔を空けてスリットテープトウの測定を行い、規格通りであることを確認するモニタ機能を含み得る、もしくは、並列に又は後続して付属し得る。
【００４９】
図１及び２の装置の最後のステーションは巻取りステーション６である。このステーションは、広幅スリットテープ用の糸巻き巻取り部７と、細幅スリットテープ用のスピンドル巻取り部８という２つの独立した部を含む。ここでも、各部の要素は公知であり市販されているが、これらの組み合わせと併用は公知でも市販されてもいない。
【００５０】
図１及び２に示す実施形態において、糸巻き巻取り部７は、複数の糸巻き３０が配置された、もしくは配置可能な軸２２を受け入れるだけの間隔を空けて互いに離間した、対向する側壁２４を有する支持構造２３を含む。図１及び２においては離間した位置関係で糸巻きが図示されているが、糸巻きは隣接して、もしくは最小限の間隔を有して、配列されてもよいことが理解されるべきである。図１及び２からは明らかでないものの図３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、４Ｃの糸巻きから分かるように、後述する通り、各糸巻きは、図６に示す通り、各軸２２上の協調キー要素３４に一致するキー、切り欠き、又は類似の要素３２を有する。軸のこの構成は、糸巻き要素を軸方向の軸に沿ってスライド式に脱着することを容易に可能にし、更に、各糸巻きを、少なくとも軸回転に対して、定位置に事実上固定する役割を果たす。したがって、糸巻きは軸が回転する際にのみ回転する。
【００５１】
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに示す通り、糸巻き３１は、軸が挿通する中心穴３３を有する単なる円筒形の要素であり得て、その幅Ｗは、巻取られるテープの幅に対応するか、それより若干大きい。上述したように、図６に示す通り、中心穴３３は、軸２２上のキー突起３４に一致するキー又は切り欠き３２を有する。別法として、図４Ａ、４Ｂ、４Ｃに示す通り、糸巻きは、図３Ａの糸巻きに対応する同じ芯要素３８と、芯糸巻き要素の各端部から円周に沿って延出する対向する側壁４０とを含むリール３６の形状を有し得る。当業者であれば側壁にはいかなる構成も好適であることを理解するであろうが、図４Ａ、４Ｂ、４Ｃに示す通り、側壁は、周縁リング４４を終端とする複数のスポーク４２を含み得る。この構成は、糸巻き芯３８に巻き付けられるテープのための枠を提供する。
【００５２】
上述の通り、各糸巻きは、少なくとも軸回転が関連する限りにおいて、糸巻きを軸に対して固定するためのキー又はその他の要素を有する。これにより、糸巻きは、軸が回転している場合にのみ回転する。様々な固定又はキー機構が周知であり、採用可能である。例示を目的として、図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び６の実施形態においては、軸の全長にわたって軸方向に延びるキー３４が採用されている。糸巻き３１及びリール３６のそれぞれの中心穴３３、３５には、対応する切り欠き又はスロットが存在する。
【００５３】
糸巻き巻取り部７に戻ると、上述の通り、対向する側壁２４を有する支持構造２３が設けられ、それぞれの側壁は、軸２２を受け入れそれを回転させる架台２５を有する。軸は、直接又は間接的に、軸を軸回転させ、製造される広幅スリットテープ１８を糸巻きに巻取らせる駆動モータ２６に取り付けられる。糸巻き３０に巻取られる際にスリットテープの正しい配列とスムーズな巻取りを可能にするために、モータは、スリットテープトウにおいて正方向の引張りを維持することが好ましい。しかしながら、この糸巻き巻取りモータは通常、プロセス全体を律速するモータではなく、最も典型的には、上述の通り、スリット加工ステーションと関連するローラー及び供給要素の役割であることが理解されるべきである。
【００５４】
巻取りステーション６はさらに、支持構造６３上に設置された、細幅スリットテープ１９のトウの巻取り用の複数のスピンドルワインダー６０を含むスピンドル巻取り部８を含む。スピンドルワインダーはそれぞれ、軸を軸回転させる駆動モータ６４に直接又は間接的に取り付け又は係合されるスピンドル軸６２を含む。各モータは１以上の軸と組み合わせられ得るが、いずれの場合にも、必ずしも同じ速度ではないが、同時に稼働するよう連係される。具体的には、複数のスピンドルにおいて交換と巻取りが同時に行われるのでない限り、スピンドルにすでに巻き付けられたテープの量に応じて異なる回転速度を可能にするために、各スピンドル軸の巻取り速度は独立したものである必要がある。図２に示す通り、スピンドルワインダーのそれぞれが駆動モータを有することが典型的、かつ好ましい。
【００５５】
糸巻き軸モータ２６と同様、スピンドルワインダーと組み合わせられたスピンドル軸駆動モータ６４は受動的である、つまり、巻取られるテープに適度な張力を維持するが、装置内でスリットテープを実際に引っ張ることはない、ことが好ましい。繰り返すが、上述の通り、システム全体の速度は一般的にプリプレグシート材料がスリット加工ステーションを通過する速度によって表される。
【００５６】
スピンドル軸６２はそれぞれ、図５Ａ及び５Ｂにさらに明確に示されるスピンドル要素５０を受け入れるよう構成される。スピンドル要素は軸の方向に自由にスライドしてスピンドル軸６２に装着され、軸の周囲を自由回転することは妨げられる。ただし軸が回転する際には回転する。スピンドル要素及びスピンドル軸には安全装置が内蔵されてよく、これにより、スリットテープトウの張力が、テープの伸び及び／又は破断を起こし得る特定の点を超えた場合に、スピンドル要素はスピンドル軸の周囲を自由回転する、もしくは、少なくともスピンドル軸の回転に伴う回転から開放されることが許容される。別法として、スピンドルワインダー及びスピンドルは、糸巻きワインダーについて上述したような、スピンドル軸の周囲におけるスピンドルの自由回転を妨げるキー機構５３又は類似の機構を有してよい。
【００５７】
スピンドル要素５０は、その全長にわたって延び、スピンドル軸が挿通される中心穴５２を有する長尺の円筒である。これらのスピンドル要素は典型的に、円筒の軸に沿って測った場合に、糸巻き要素３１よりもかなり長い長さを有する。一般的に、スピンドル要素５０の長さは約８〜約２４インチであるが、製品の製造プロセスで最終的にテープを適用する際に使用する機器によっては、より短い、およびより長い要素も用いることができ、用いられ得る。
【００５８】
巻取りステーション６には、更に、ガイド及び配列要素、ローラー、張力調整器等を含む複数の進路要素が組み合わせられる。これらはいずれも、巻取りのために、選択された張力を維持しつつスリットテープトウをスピンドル上の配置へと適切に誘導及び配列する目的で、当該技術分野において公知であり用いられている。このような進路要素は、広幅スリットテープトウの糸巻き要素への巻取りにも用いられ得るが、最も典型的には、細幅スリットテープトウのスピンドルワインダーへの適切な巻取りに関連付けられ、また必要とされる。これは、単に細幅スリットテープトウをスリット加工ステーションから対応するスピンドルワインダーに適切に送出するためだけでなく、スリットテープトウの端から端までを、スピンドルそのものに螺旋又は渦巻状に巻取る、つまりトラバース巻きを提供するために必要でもある。例示的な進路要素は図１及び２における進路要素７０として示される。これらの進路要素も、公知であり、スリット加工装置において現状採用されている。本開示の恩恵を受ける当業者は、機能を可能にする、好ましくは最適化する、ために必要な巻取りステーション内の各部における進路要素の数、構成、配置等を容易に理解するであろう。
【００５９】
最後に、当装置は、特にプリプレグ材料の場合には、巻取り中のスリットテーププリプレグのトウの連続した周の間にライナー材料の帯を配置して、プリプレグテープが互いに直接重ならないようにするために、ライナーの供給と、これに関連するライナー挿入装置を含み得る、そして含むことが好ましい。ライナー（裏打ちとも呼ぶ）材料及び装置は当業界において公知であり、慣習として用いられている。糸巻き巻取り用とスピンドル巻取り用のどちらとしても慣習として構成されるが、本開示の恩恵を受ける当業者は、この２種類の構成が、現状それぞれの巻取り操作において用いられている構成から適応や変更を行う必要なく、図１及び２に示す装置において容易に採用できることを容易に理解するであろう。そのため、そして、図面の単純さを維持するために、ライナー及びライナー装置は図１及び２には図示せず、本明細書内において更なる記述は行わない。
【００６０】
本方法の実施に必要とされるのは、プリプレグシート材料のマスターロール１０を巻き出しステーションに挿入することだけである。その後、マスターロールの巻き出しを開始し、プリプレグシート材料１７の始端を継ぎ合わせステーションに通し、その後スリット加工ステーションへと送出する。プリプレグシートはその後、スリッター要素５ａに送られ、広幅スリットテープ１８と細幅スリットテープ１９の複数のトウとして出てくる。広幅スリットテープトウのそれぞれの端部はその後、糸巻きへと誘導され、そこに固定される。それと同時に、細幅スリットテープトウのそれぞれの端部はスピンドルワインダーへと誘導され、そこに固定される。いずれの場合にも、同時に、糸巻き及びスピンドルにはそれぞれ、ライナー帯の端部が配置され、装置の正式な稼働が開始したら、各スリットテープが下層の周から分離される。
【００６１】
装置はその後、マスターロールの全部、もしくは、適切な一部がスリット加工ステーションに送られるように稼働される。スリット加工は、所望の長さのスリットテープトウが製造されるまで続く。マスターロールが消費され尽くすと、第二のマスターロールの始端が第一のマスターロールの末端に継ぎ合わせられ、スリット加工が再開される。いずれの時点においてもプロセスは中断され得て、糸巻き及び／又はスピンドルの除去を行える。もしくは、上述の通り、新しい糸巻き及び／又はスピンドルに切り替える際のダウンタイムが全くないか最小限となる連続スリット加工が可能となるようシステムを構成可能である。いずれの場合にも、プリプレグ材料のスリット加工が完了したら、プリプレグの最終トウを通過させるのではなく、ブランクのシート材料（例えばライナー材料のロール）を継ぎ合わせて、プリプレグ材料の末端を追尾させて装置に導入する。全てのプリプレグ材料が巻取られたら、システムは停止可能であり、糸巻き及びスピンドルは取り出されて交換されるか、もしくはそのまま残されて新しい処理が開始してスリットテープが糸巻き又はスピンドルに到達してから交換される。このようにして、システムは次のスリット加工へ向けて準備される。新規にスリット加工を開始するには、新しいマスターロールをブランク材料に継ぎ合わせて、処理を開始するだけでよい。これにより、各スリットテープをシステムに再導入する、時間のかかる作業を行う必要がなくなる。
【００６２】
本開示の方法及び装置は予期せぬ利点を多く有している。冒頭で述べた通り、本方法は、複数の製造ラインや、スリットテープの幅の切り替えのために製造ラインを再構成するための長い中断期間を必要とせずに、広幅及び細幅のスリットテープの製造を可能にする。しかしながら、大規模な商用製造設備においては、複数の製造ラインが存在することがしばしばである。したがって、これら２つの問題は存在しなかった。それでも、これらの製造ラインも本開示及び装置を採用することで恩恵を受ける。具体的には、上述の通り、本プロセス及び装置は広幅及び細幅スリットテープの両方を同じマスターロールから製造することを可能にし、部品製造プロセスにおいて混蔵された２種類の幅のテープ間において、微細な不適合や差異の懸念さえも防止する。さらに、広幅及び細幅のスリットテープを同じ製造ラインで同時に製造できることで、特に広幅スリットテープの製造専用のラインにおいて、マスターロール材料を最大限に消費し、余分な廃棄を防ぐことができる。また、スリット加工ステーションにおいて広幅及び細幅のスリット加工要素を適切に構成及び交互にすることで、糸巻きワインダーに導入される際の適切な配列のために広幅スリットテープを方向転換したり、再配列したりする必要性を完全に排除するか、低減できる。また、広幅スリットテープトウと細幅スリットテープトウが交互に、またはそれに類する形で製造されるようスリッターを構成することで、より広幅のスリットテープの領域が、隣接してスリット加工されるより細幅のスリットテープに対してより安定した土台を提供することになり、より安定したスリット加工プロセスが可能となると考えられる。
【００６３】
上述の方法及び装置は、多かれ少なかれ、スタンドアロン型の装置及びマスターロールを用いて行われるプロセスについて説明されてきたが、本開示は、プリプレグ材料そのものの製造プロセスのライン内に本装置及びプロセスを包含させる場合にも適用可能である。ここで、プリプレグシート材料は、マスターロールに一旦しっかりと巻き付けることなく、本開示のスリッターステーションに直接供給される。
【００６４】
また、上述されてはいないが、ライン内で製造されたプリプレグシート材料も、プリプレグシート材料のマスターロールも、製造時に裏地を有することを、当業者は容易に認識するであろう。したがって、本開示の装置は、プリプレグシート材料のスリット加工に先立って裏地材料を除去するための要素をさらに含む。これらの要素も、当該技術分野において公知であり、市販されている。
【００６５】
本明細書の方法及び装置を、特定の実施形態及び図面を参照して説明してきたが、本開示はこれらに限定されるものではなく、本明細書に記載された概念を用いた他の実施形態も、本開示の範囲を超えることなく意図され、検討されることを理解されたい。したがって、本開示の真の範囲は、請求の範囲に記載された要素、ならびに、本明細書内に記載された基本原理の精神及び範囲に含まれる任意かつ全ての変形、変更、もしくは同等のものによって定義される。
【図１】
2015519210.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2015519210.tif 000015