(57)【要約】繊維予備成形品（１８）を製造する方法は、成形支持表面に繊維及びバインダー（１４）を分散させる。これにより、材料は調整され、次いで複合材料が固化する表面に適用される。材料が付着するように、補強材料例えば繊維を、バインダー例えば熱可塑性または熱硬化性樹脂材料）と混合される。次に、粘着性混合物は、支持表面に制御された所定の重量比率で分散する。ここで、混合物は支持表面に突き刺さり、冷却して固化する。堆積する混合物もまた、複合材が固化する前に最終的な所望形状に整形することができる。このプロセスは、補強材料をその場に保持するために、真空またはプレナムシステムを必要としない。予備成形品は、断面または非対称形状を含むあらゆる形状で製造することができる。【選択図】図１
2004531405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備成形品を製造する方法であって、
補強材料を提供するステップと、
バインダー材料を提供するステップと、
前記補強材料と前記バインダー材料とを混合することにより、前記バインダー材料を前記補強材料に付着させるステップと、
支持表面へ前記混合物の流れを適用するステップであって、これにより、前記混合物を支持表面に付着させる、ステップと、
前記混合物を固化して予備成形品を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記混合物の流れを支持表面に適用するステップは、支持表面で強制された空気がない場合に起こる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記混合物の流れを支持表面に適用するステップは、プレナムシステムを使用せずに起こる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記混合物の流れを適用するステップは、前記混合物を支持表面に対して噴霧するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記補強材料を提供するステップは、裁断された繊維を提供するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記裁断された繊維を提供するステップは、裁断されたガラス繊維を提供するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記補強材料を提供するステップは、裁断された繊維の流れを放出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記バインダーを提供するステップは、バインダー微粒子の流れを放出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記バインダーを提供するステップは、バインダーと補強材料とを混合する前にバインダーを調整するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記バインダーを調整するステップは、バインダーを加熱するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記補強材料と前記バインダーとを混合するステップは、補強材料の流れを放出するステップと、バインダーの流れを放出するステップと、これらの流れを混合するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記補強材料及びバインダーの流れを放出するステップは、流れが互いに層状となった複数の流れを放出するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
バインダーの流れを放出する前に、バインダーを調整するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記調整するステップは、バインダーを加熱するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記補強材料及びバインダーを混合するステップは、熱を適用するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記熱を適用するステップの前に、補強材料及びバインダーが混合される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記熱が適用されている間に、補強材料及びバインダーが結合される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱を適用するステップは、炎を生成するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記熱を適用するステップは、制御された熱ゾーンを形成し、この熱ゾーンに補強材料及びバインダーを供給するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記混合物を支持表面に適用するステップは、混合物を垂直の支持表面に適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記混合物を支持表面に適用するステップは、混合物を固体支持表面に適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記混合物を支持表面に適用するステップは、混合物を周囲空気条件を有する表面に適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記混合物を支持表面に適用するステップは、混合物を開口を有する表面に適用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
支持表面に適用した後、かつ固化の前に混合物を整形するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記混合物を固化するステップは、混合物を冷却することにより支持表面の形状に適合させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
成形可能な材料を予備成形品に適用して複合材を形成し、複合材を硬化して部品を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記部品を硬化する前に、複合材に真空を適用するステップを更に含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記予備成形品に熱及び圧力の少なくとも一方を適用し、成形部品を形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記予備成形品に熱及び圧力の少なくとも一方を適用する前に、予備成形品に樹脂を添加するステップを更に含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
請求項１の方法に従って形成される予備成形品。
【請求項３１】
構造体部品を形成するために使用される予備成形品を製造する方法であって、
繊維状補強材料の流れを提供するステップと、
加熱されたバインダー材料の流れを繊維状補強材料の流れに提供することにより、粒子状バインダー材料を補強材料に付着させ、これにより、粘着性混合物を形成するステップと、
補強材料及びバインダーの粘着性混合物を支持表面に対してスプレーするステップであって、これにより、混合物が支持表面に付着し予備成形品に固化する、ステップと、
を含む、方法。
【請求項３２】
前記スプレーするステップは、支持表面に隣接する強制された空気なしで起こる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記スプレーするステップは、プレナムシステムなしに起こる、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記バインダー材料を補強材料への付着するステップは、熱によりバインダー材料を調整し、調整されたバインダー材料を補強材料の流れに圧入するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記バインダー材料を補強材料への付着するステップは、熱ゾーンを生成し、補強材料及びバインダーを前記熱ゾーンに供給するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記バインダー材料を補強材料への付着するステップは、補強材料の流れをバインダー材料の流れと共に炎の存在下で積層するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
繊維状物質の流れを提供するステップは、裁断されたガラス繊維を吹き付けるステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
粘着性混合物をスプレーするステップは、前記混合物を垂直の支持表面へスプレーするステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
粘着性混合物をスプレーするステップは、前記混合物を固体表面にスプレーするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
粘着性混合物をスプレーするステップは、孔あき表面上へ混合物をスプレーするステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４１】
粘着性混合物をスプレーするステップは、周囲空気条件下で支持表面上へ混合物をスプレするステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項４２】
請求項３１の方法に従って形成される予備成形品。
【請求項４３】
請求項３１の方法に従って形成される予備成形品を成形した複合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、複合モールド製品に使用される、予備成形品の製造方法に関する。本発明方法は、特に、重合物質と共に使用する構造予備成形品を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度重合物質は、多くの用途において伝統的な構造材料、例えば金属を置き換えるために使用が増加している。重合物質は、低重量で多くの場合高価でなく、金属より耐久性である利点を有する。しかしながら、重合物質はその強度が金属より非常に弱い傾向がある。重合物質がいくつかの方法で補強されない限り、重合物質はしばしば金属を置換する強度条件に合わない。
【０００３】
したがって、重合体の複合材は、このような強度条件に合致するために開発されてきた。これらの複合材は、補強材料が埋設された連続的高分子マトリックスを有することで特徴づけられる。補強材料は、通常ガラス繊維のような比較的堅固な、高いアスペクト比の材料である。
【０００４】
このような複合材は、一般に、多くの場合非対称的な所定の形状から作られる。複合材に強化材料を置くために、通常、強化材料は第１のステップで金型内に置かれ、次に金型を閉じ、それから流体成形樹脂を導入する。成形樹脂は、繊維間に間隔を含む金型を充てん、硬化して（冷却又は硬化により）所望の複合材を形成する。あるいは、成形樹脂は、成形前に繊維を補強するために適用することができる。樹脂で補強された繊維は、続いて金型に置かれ、温度及び圧力が適用され、樹脂を硬化させることにより所望の複合材を調製する。
【０００５】
複合材を通して均等に強化材材料を分配することが望ましい。一方、複合材は強化材が不足している弱い箇所を有する。したがって、個々の繊維が複合材を通して均一に配置されるように、強化材材料を調製することが重要である。加えて、成形樹脂が金型に入るときに、繊維の分布を妨げる成形樹脂の流れを防止するように、個々の繊維はその場で保持されるべきである。
【０００６】
これらの理由のために、従来、強化材は金型外側のマット内で形成されていた。次に、予備成形品マットは、金型内に置かれ、樹脂が含浸されて最終複合材製品が作製されるか、又は単に加熱及び押圧されて非常に低密度な複合材製品が作製される。マットは一般に、金型の内側に適合した形状に補強繊維を形成し、繊維にバインダーを適用することにより調製される。一部の例において、熱硬化性のバインダーが予め適用され、次いで、繊維がマットに成型された後に硬化される。
【０００７】
他の方法において、熱可塑性のバインダーが適用され、そのため、以降の操作においてバインダーが加熱、軟化され、続いてマットを成型することができる。このバインダーは、個々の繊維を互いに「接着」し、これにより、得られたマットが他の処理のために金型に移されるとき、その形状を保持する。流体成形樹脂が金型に導入されるとき、バインダーも個々の繊維がその位置を保持するのに役立つ。一部の場合において、成形樹脂は、成型の前に強化繊維に適用することもできる。バインダーを伴う繊維及び樹脂は、金型内に置かれ、次に、ここで温度及び圧力が適用され、樹脂を硬化して所望の複合材が調製される。
【０００８】
従来から使用されるバインダーは、主に３つのタイプであり、それぞれ種々の欠点を有する。主に使用されたバインダーは、溶媒−支持ポリマー、すなわち、エポキシ及びポリエステル樹脂のような液体であった。溶媒−支持バインダーは、「空気配向」法により通常マット上へ噴霧され、次いで、マットが溶媒を揮発させるために加熱され、必要に応じて、バインダーが硬化される。これは、バインダーの用途が少なくとも２段階のプロセスであることを意味し、これは経済的な見地からは望ましくない。また、溶媒の使用は、環境、露光及び回収問題の増加に遭遇する。これらの問題を扱うことは、プロセスの費用を潜在的に非常に増大する。全マットが溶媒が除去されるように加熱され、バインダーが硬化されるので、この処理もまたエネルギー集約的である。硬化ステップもまた、プロセスをより長時間とする。
【０００９】
溶媒−支持ポリマーバインダーの使用は、非常に取り扱い難い。また、作業領域及びマットが形成されるスクリーンを清浄に保つことに関連して、高い維持費が必要である。この場合、バインダーが低粘性流体である場所で、繊維表面上を流れ、繊維表面の大部分を被覆する傾向がある。次に、複合材製品がこのように作られる予備成形品から調製されるとき、バインダーは繊維及び連続ポリマー相間で接着を妨げ、これにより、最終複合材の物理的な特性を損なう。
【００１０】
バインダーの第２の形態は、粉末バインダーである。これらは繊維を混合することができ、次いで、繊維塊は予備成形品の形状に形成され、バインダーをその場で硬化させるために加熱される。あるいは、これらのバインダーは、繊維を接触させるために噴霧することができる。しかしながら、単純に粉末バインダーを空気−配向法に置き換えることは、問題を生じる。例えば、バインダー粒子が吸収されるのを妨ぐために最初に覆いをスクリーンに適用しない限り、粉末バインダーを適用することができない。また、粉末バインダーは全体的なコストを増大し、プロセスにステップを追加する。航空機搭載用粉末もまた、使用条件に応じて健康傷害及び爆発災害が存在するかもしれない。粉末バインダーの付加的な使用は、粉末バインダーを繊維に適用した後に、バインダー粒子を溶解させる加熱ステップが必要となる。加熱は、このプロセスをエネルギー集約的にする。
【００１１】
第３のタイプのバインダーは、バインダーとして溶融され噴霧される熱可塑性材料と共に加熱される。これらの材料の使用は、引き続く加熱ステップを不要とする。これは、未定な寸法で繊維の接着を達成するのに熱を必要としないためである。この方法は、予備成形品の「ロフティング」又は不十分な圧密を伴う問題を有する。ロフティングは、従来、熱可塑性材料がその融点以上でのランダムな温度に加熱されるために典型的に起こり、これにより、冷却パターンにおける均一性を欠き、繊維表面に沿った広範囲な移動が起こる。これは、熱可塑性材料の凝固によりその場に固定される前に、繊維の一部が「元に戻る」ことを可能とする。その結果、予備成形品全体を通して所望の密度勾配を有し、繊維同士が互いに弱く接着するのではなく、低密度の予備成形品を生成する。
【００１２】
ここで議論される問題について、一つの従来法が米国特許第６，０３０，５７５号に開示されており、その内容を参照して本件明細書に組み入れる。この特許は、支持表面の他方の側に真空が適用されている間、支持表面上で既に支持されている繊維に加熱されたバインダーが適用される。この方法によって、バインダーがスプレー装置によって高圧で適用される間、繊維は真空によってその場に保持される。この方法は、繊維に圧力を適用し、従って、固体補強構造を形成する。真空からの空気流の援助により、バインダーは冷却され、所望の予備成形品形状に固化する。しかしながら、真空の適用は、プレナム配置の形態の付加的な設備を必要とし、そのうえ付加的な制御機能及び適切に繊維及び真空を適用する労力を要求する。したがって、材料及び運転費は、増大される。
【００１３】
これらの従来技術の方法を考慮して、溶媒−支持粉末又は熱可塑性バインダーを使用することに関連する問題点が最小にされ又は克服される、予備成形品を製造する単純な方法を提供することが望ましい。また、動作が単純でオートメーションに貢献する低コストな方法を提供することが望ましい。より単純な成形過程において、予備成形品を成形ツールに移送する必要を排除でき、及び／又は成型表面に真空を適用する必要を排除することができる。
【発明の開示】
【００１４】
本発明の１つの態様は、高強度構造予備成形品を効率的にかつ低コストで製造できる方法を提供する。
【００１５】
本発明の他の態様は、溶媒の使用を必要としない予備成形品を製造する方法を提供する。
【００１６】
本発明のさらに他の態様は、非対称部分や部分の一部を含む様々な形状を仮定することができる予備成形品を製造する方法を提供する。
【００１７】
本発明の追加の態様は、より少ない成分を使用し従って、例えば主要な入口及び運転中の製造コストを減少する方法を提供する。
【００１８】
本発明は、自動化された製造及び／又は制御に、容易に適合することができる。
【００１９】
本発明による方法は、補強材料を提供するステップと、バインダー材料を提供するステップと、補強材料及びバインダー材料を混合することによりバインダー材料を補強材料に接着させるステップと、前記混合物の流れを支持表面に適用するステップとを含み、これにより、前記混合物を前記支持表面に接着させ、前記混合物を固化して予備成形品を成形する、方法である。
【００２０】
特に本発明方法は、連続繊維補強材料が提供される構造部材を形成するために使用される予備成形品を製造する方法に関すし、微粒子バインダー材料は、連続繊維補強材料に加熱された連続バインダー材料を提供することによって補強材料に接着され、粘着性混合材を形成し、補強材料及びバインダー材料の粘着性混合材は支持表面に噴霧され、これにより、混合材は支持表面に付着し、予備成形品へと固化する。
【００２１】
上記方法によって製造された予備成形品及び本明細書において記述される変形例もまた、本発明に含まれる。
【００２２】
本明細書で記述される本発明は、多数の方法で変形でき、本明細書に記述される特定の実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、所望の形状に固化する表面に適用される前に結合される繊維及びバインダー材料における種々の実施の形態を一般に含むことを意図するものである。
【００２３】
本発明は、以下の図面を参照して、さらに詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、ガラス繊維強化製品、例えばハッチ、デッキ、デッキ断面または艇体を構成する海運産業で使用される予備成形品の形成に関し、以下で記述される。しかしながら、これは典型的な実施形態としてだけ記述したものであり、高強度構造部材が使用される種々の応用例にも本発明方法は適用できることを理解されたい。例えば、本発明の開示された実施形態に従って作られる予備成形品は、自動車、飛行機または建築物工業または家財道具例えば電気製品において使用できる。さらに、材料の具体的な例がここで提供されるが、どんな適切な材料でも使用することができる。
【００２５】
図１で見られるように、本発明方法を実施するために使用される予備成形品製造アセンブリ１０は、予備成形品１８を生成するために予備成形品材料混合材１４を支持表面１６に適用する材料アプリケーター１２を含む。本明細書における用語「予備成形品」は、複合構造体内部の補強インサート又は構造支持体として使用される種々の構造をカバーすることを意図するものである。複合構造体は、必ずしも必要ではないが、好適には成形品である。このような予備成形品１８は、金型内で、又は金型支持構造体の一部として使用することができる。例えば、予備成形品１８は複合部材を形成するために密閉金型内または開放金型（例えばトレーまたはベース）内に配置することができる。あるいは、予備成形品１８は、ベース構造に取り付けられ又はモールドされた材料を有するベース構造として使用することができる。従って、予備成形品１８は、骨格又はトレーとして作用し、モールドベースまたは成形ツールの必要を排除する。予備成形品１８は、どんな所望の形状であってもよい。その最も単純な形態において、それはマットの形状に似ている。
【００２６】
図１の材料アプリケーター１２は、予備成形品材料混合物１４を支持表面１６に運ぶエンドエフェクタ２２を備えるロボット制御されたアーム２０を含む。予備成形品材料混合物１４は、例えばスプレー、吹き付け、ストリーミング、突き出し、積層、又は立体裁断を含む種々の既知な方法によって、エンドエフェクタ２２で適用される。
【００２７】
図１で見られるように、支持表面１６は、全部品形状又は部品の一部を含むどんな表面であってもよい。支持表面１６は、どの平面を向いた表面も含むことができる。この方法は、特に材料を鉛直面２４に適用するために適している。例えば、図２は、艇体の全体形状の予備成形品１８を示し、この艇体は成形の間自立構造体ベースの役割を果たす。この場合、支持表面１６に適用される予備成形品材料混合物１４は、図２Ｄで見られるように、熱可塑性のバインダーによって保持される、ランダムに配向して切断されるガラス繊維を含む。
【００２８】
認識されているように、支持表面１６は、ガラス繊維、金属またはセラミック、特に成形ツールで使用されることが知られている材料を含む適切な材料で製造することができる。表面はまた、所望の場合、前もって処理することができる。例えば、予備成形品１８が追加の成形ステップなしに単に圧縮して予備成形品を加熱することによってだけ使用される場合、粉末コート支持表面１６に望ましいかもしれない。また、成形のために使用される表面処理は、ゲルコート、離型剤、剥離シェルまたはベールのようなものを、単独又は種々の組み合わせて使用することができる。明らかなように、予備成形品１８の意図された使用は、支持表面１６の正確な形状を決定することができる。
【００２９】
図２Ａ−２Ｃは、本発明の実施形態による方法に使用できる支持表面１６の変形例を示す。図２Ａで見られるように、支持表面１６は開口２８を有する多孔板のような部材２６であり得る。この部材２６は、適用される間、部材２６の開口２８を通して空気が流れることを可能とする。後述のように、支持表面１６には制御された気流がないが、適用される間、支持表面１６及び混合物１４の間で閉じ込められる周囲の空気は、開口２８を通して逃げることができ、これにより、混合物１４が適用される間、より制御され、よりコンパクトな予備成形品１８が提供される。
【００３０】
あるいは、図２Ｂで見られるように、支持表面１６は固いメッシュ３０であり得る。この実施形態において、混合物１４はメッシュ３０に付着することができ、予備成形品構造にメッシュ３０を一体化することができ、従って、剛性を加えることができる。メッシュ３０もまた、混合物１４を適用する間、メッシュ３０の開口を通して周囲の空気を流すことができる付加的なり利点を有する。メッシュ３０は、ガラス繊維、プラスチック、金属、木材またはこれらの種々の組み合わせを含む適切な材料であり得る。メッシュ３０は、後に適用される樹脂が流れかつ結合することができる間隔を提供することによって、以降の成形の間、利点を提供する。
【００３１】
図２Ｃは、本発明方法のために適切な支持表面１６の第３のタイプを示す。この場合、支持表面１６は、固体板３２である。固体板表面３２もまた図１で示され、部品のための予備成形品が形成される。混合物１４は、適用される間、直接プレート３２に付着する。混合物１４がプレート３２上へ押されるように、この変形例は結果としてコンパクトな予備成形品構造１８となり得る。また、この場合、固化した混合物１４は、後処理のために、なめらかな外側表面を有することができる。
【００３２】
支持表面１６もまた、予備成形品１８の最終的な所望の形状である必要はない。その理由は、混合物１４が適用される粘性を制御することによって、粘着性又は粘性の混合物１４が固化する前に支持表面１６よりも所望の異なる形状に押圧されるからである。これにより、予備成形品１８が支持表面１６の形状に制限されないように、予備成形品の形状における可撓性の大きな許容度を可能とする。
【００３３】
種々の適切な材料が、予備成形品１８を生成するために使用することができる。補強材料は、補強するのに適切な種々の材料が使用できる。好適には、補強材料は比較的堅固な、高いアスペクト比の材料である。この好適な実施形態において、補強材料は、ガラス繊維のような裁断された繊維状材料である。補強材料は、裁断物として、又は施工プロセスの間又はその直前に裁断することもできる。強化材料は、間隔を有する表面を提供することが好ましく、これにより、引き続く施工成形材料は、強化材料と緊密に結合することができる。
【００３４】
バインダーは、市販の微粒子バインダー材料であり、熱可塑性及び熱硬化性樹脂ポリマー、多孔性及び非多孔性のポリマー、ガラス、セラミック、金属または多成分反応性システムを含む。例えば、適切なバインダーの１つのタイプは、熱可塑性エポキシハイブリッドである。好適には、バインダーは使用の間に優勢な周囲温度で純種の固形物または過冷却液体であり、これにより、溶媒のような揮発性有機物質は有意な量で存在しない。これによって、溶媒に関連する環境問題は回避される。さらに、バインダーは好適には硬化のために後熱処理を必要としない材料であり、従って、必要な処理時間及びエネルギーを削減することができる。特定の材料は、著しく分解することなく溶融し、冷却により補強材料に接着し、代表的には成形温度範囲で耐久性がある、所定条件下で好適な既知のバインダーでよい。特定のバインダーは、予備成形品及びその最終的な用途の所望特性に基づいて、選択することができる。
【００３５】
適切なエンドエフェクタ２２の１つのタイプは、図３及び４において詳細に示される。エンドエフェクタ２２は、本明細書で開示される方法及びその変形例に従う材料を運搬することができる、種々の構成要素である。エンドエフェクタ２２は、ロボットアーム２０によって好適には運ばれるが、明らかに手動または他の支持方式であってもよい。この方法において、二重加熱要素構造が使用される。図３で見られるように、均衡を保った分割供給ヘッダー３３は、好適には天然ガスを２つのバーナー３４及び３６に供給する。均衡を保ったヘッダー３３は、主ヘッダーを分割し、バーナー３４及び３６に共通した供給を可能とし、これにより、均一なガス混合物の供給及び処理中における均一な入口圧力を維持する。
【００３６】
各バーナー３４及び３６は、それぞれバーナー点火要素３８及び４０を有しこれにより、プログラム駆動された点火またはマニュアルリモートコントロールができる。以下に記述するように、二重バーナー構造は、バーナー点火要素３８及び４０が投ずる炎の範囲内に熱円筒部またはゾーン４２を生成する。好適には、例えば、バーナー３４（３６）は、バーナーの長さ１インチにつき約１０，０００ＢＴＵの公称能力で、制御される可変の平らな温度プロフィールを提供する。
【００３７】
好適には、バーナー３４（３６）は、絶えず炎混合物クォリティー及び酸素含有量をモニターして修正するセンサを備える、供給ガス混合比制御キャビネットを含むことができる。例えば、炎クォリティーは、所定の限界内で制御することができる。指定されたパラメータを超えたとき、または安全でない混合物条件が起こった場合、自動遮断を行うことができる。もちろん、加熱ゾーン４２の所望寸法及び形状に依存して、種々の数のバーナーを使用することができる。天然ガスの使用は、そのコスト及び効率のために好適であるが、どんな燃料でも使用することができる。低圧火炎もまた、使用することができる。例えば、火炎速度は毎分およそ１０００フィートであり得る。
【００３８】
補強材料は、材料裁断装置４４によって提供される。裁断装置４４は、裁断される材料のタイプに依存して変更することができる。裁断装置４４は、プロセス制御システムと完全に一体化してもよく、これにより、プロセスモニタからの制御プログラム要求又はプロセスセンサ及び制御システムに基づくプロセススタート、ストップ、実行パラメータ調整を可能とする。裁断装置４４はまた、手動で制御してもよく、またはオペレーター入力によって変更してもよい。所望により、前裁断された材料又は他の分散粒子を使用することもまた、可能である。
【００３９】
裁断された材料４６は、材料形状管４８を通して供給される。裁断された材料４６は「チョップ」とも呼ばれ、管４８から吹き付けられ、落下され、排出され、又は放出することができる。管４８は、裁断された材料４６を材料流に導入することに備えて、材料加工のために分離した制御領域を提供するように設計されている。所望による種々の材料コンディショニング媒体のために、制御された容積を提供することもできる。図３で見られるように、裁断された材料４６は加熱ゾーン４２の方へ続々と供給される。給気口５０は管４８内に設けられ、これにより、裁断された材料４６が管４８から放出されるように、裁断された材料４６の流れが形成されるのを補助する。
【００４０】
バインダー導入ポート５２及び５４は、熱ゾーン４２の方へ流れの形態でバインダー５６を堆積させる。ポート５２及び５４は、好適には、調整された分配ユニットから空気搬送されたバインダーを材料流れに導入するように設計されている。上述のように、バインダー５６は粒子状又は種々の従来の形態とすることができ、裁断された繊維４６と混合することができる。この配置において、バインダー５６は、加熱ゾーンに入る前に裁断された繊維４６の流れに散在する二重の流れとして存在する。
【００４１】
交互のエンドエフェクタアセンブリは図５で示され、エンドエフェクタ６０はロボットアーム２０に取り付けられている。この配置において、中央バーナー要素６２は、単一バーナー点火要素６４及びバーナー面６６を備える。一対の補強材料裁断装置６８及び７０は、バーナー要素６２の両側に配置され、それぞれ、導出管７２及び７４を通して加熱ゾーン４２の焦点の方へ裁断された繊維４６の流れを運搬する。４つのバインダー導入ポート７６，７８，８０及び８２は、上記焦点の方へバインダーの流れを運搬するために、補強材料導出管７２，７４に隣接して配置される。これによって、補強材料４６及びバインダー５６の流れは、材料を混合して粘着性混物を生成するために、加熱ゾーン４２に一緒に重ね合わせることができる。
【００４２】
あるいは、バインダー５６は、補強材料４６の流れに導入される前に、コンディショニング装置例えばヒータによって調整することができる。この場合、加熱ゾーンは、必要ではなく、ガス制御キャビネット及び制御、独立に調整されたバインダー供給ユニット、バーナー供給ヘッダー及び点火及びバーナー要素は排除されるであろう。このようなバインダーヒータは材料を熱処理し、次にその表面を横切って空気をブローし、加熱されたバインダー粒子を排出する。
【００４３】
動作において、補強材料４６が加熱されたバインダー５６と混合されるゾーンに運搬される場合、特定のエンドエフェクタは変更して提供される。混合によって、材料は粘着性混合物１４に付着するようになる。次に、粘着性混合物１４は支持表面上に堆積し、そこで予備成形品１８に固化する。異なるエンドエフェクタ配置の使用は、異なる特性が達成されるのを可能とする。異なる流れ数又は層数の補強材料４６及びバインダー５６は、最終予備成形品の特性を変化させる。同様に、加熱後、加熱前又は加熱中の混合バインダー５６は、予備成形品１８の最終的な特性を変化させる。
【００４４】
もちろん、適当な混合及び熱管理が行われるならば、どんな適切なエンドエフェクタ２２でも使用できる。上述から理解できるように、予備成形品１８は、加熱ゾーン、バインダー温度、補強材料の裁断の程度及び支持表面１６までの距離を制御することによって、異なる特性で作製できる。例えば、混合物１４が支持表面１６を打つように、同時に、速く固化するように粘着性またはわずかに粘着性になるように、材料の混合を制御することができる。あるいは、混合物１４が支持表面１６を打つように、同時に、支持表面１６に付着する十分な粘性であるが成形可能であるように混合物を制御することができ、これにより、所望の最終形状にプレスすることができる。
【００４５】
種々の要素及びパラメータの制御は、手動でまたは自動で行うことができる。自動化された場合、システムは、既知のプログラミング技術を使用する制御装置または処理装置例えばマイクロプロセッサーを設けることができる。プロセス制御、特にロボットの制御は、ロボット制御信号、プロセスセンサフィードバック信号、加工材料調整、材料選択及び予めセットされた仕様によって達成できる。
【００４６】
予備成形品の製造に影響を及ぼすパラメータには、熱源または炎の制御レベル、炎、バインダー及びチョップが導入される速度、これらの要素間の比率及び支持表面１６からのエンドエフェクタ２２の間隔が含まれる。例えば、低粘性混合物１４が望ましい場合、バインダー５６はより高温に加熱することができる。この方法によって、混合物１４の適用が制御できる。混合物１４も、高速度及び高圧力が適用される必要はない。混合物１４は支持表面１６に付着するので、混合物１４は支持表面１６を覆いさえすればよく、予備成形品１８における異なる特性を達成できる。
【００４７】
混合操作の間における調整のため、混合物１４が支持表面１６に刺さるので、補強材料４６をその場に保持する方法は不要である。これは、種々の真空またはプレナムアセンブリの必要を排除する。さらに、低圧火炎速度が使用されるので、支持表面１６の補強材料を吹き飛ばす、または支持表面１６の別な場所へ吹き飛ばす問題は、存在しない。その上、混合物１４が緊密に制御できるので、異なる形状および厚さの予備成形品１８を達成できる。
【００４８】
従って、本発明方法及びその変形例は、成形表面に直接容易に成形できる複雑な形状を可能とし、これにより、予備成形品１８の製造を単純化し、更に、予備成形品１８が使用される最終的な成形プロセスを単純化する。また、１ピースの予備成形品、例えば艇体のような大きい形状でさえ、成形することができる。これにより、人件費及び製造時間を減少し、高強度な複合体部材が得られる。
【００４９】
上記の実施形態のいずれかで成形される予備成形品１８は、複合構造体を製造する成形プロセスで使用することができる。例えば、予備成形品１８は真空成形プロセスで使用してもよく、樹脂は真空の援助下で予備成形品１８に適用され、複合構造体が硬化される。あるいは、成形材料例えば樹脂は、予備成形品１８に適用され、次いで、熱および／または圧力が適用されて複合体部材が形成できる。また、単に熱および／または圧力は予備成形品１８に適用され、混合物１４を圧縮して部材を形成する。
【００５０】
例えば、本発明によって製造される予備成形品は、引き続く基本的なステップを有する成形プロセスで使用することができる。予備成形品が固化された後、予備成形品は金型に置かれ、成形材料例えば樹脂が適用される。金型は、開放型の鋳型、又は樹脂が導入される前に成形ツールが金型に適用される密閉型の鋳型であり得る。次いで、樹脂が金型に完全に充填された後、樹脂は硬化する。次に、製品は金型から取り出され、その状態、又はさらに処理され、又は製造プロセスに適合するように整形される。成形材料の導入の前に、予備成形品はまた、完全な固化の前に整形され、又は加熱及び整形されて所望の成形条件に適合される。その上に、別個の予備成形品は、成形の前に構造体ベースを形成するために一緒に使用することができる。本発明による予備成形品は、樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）または構造体−樹脂射出成形（Ｓ−ＲＩＭ）のような成形プロセスで使用することができる。加熱および／または加圧成形ステップは、このような予備成形品を成形プロセスで使用することができる。
【００５１】
上述のように、海運産業又はガラス繊維補強製品を利用する他の産業において、種々の部材が使用できる。例えば、部分的な船体、全部または一部のボート甲板、ハッチ、カバー、エンジンカバー、船舶付属品などは、本発明方法によって作られる予備成形品を使用して製造してもよい。同様に、パーソナルウォータークラフトのような船舶は、本発明のプロセスから作られる部品で製造されてもよく、例えばエンジンカバー、全部または一部の船体、ハッチなどを含む。本発明のプロセスによって製造される部品はまた、乗物の内部及び外部構成要素または本体部分を製造するために、自動車工業においても使用できるだろう。このようなパーツの使用は自動車に限定されず、このようなパーツは種々の構造製品例えばストレージ容器または構造部材においても使用することができる。
【００５２】
本発明の本質は、本明細書に記述される特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれる他の実施形態及び変形例に拡張されるものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態により予備成形品を製造するために、表面に材料を堆積させるエンドエフェクタの概略斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態により製造される予備成形品の概略斜視図である。
【図２Ａ】本発明方法で使用される成形表面をの１つのタイプの部分拡大断面図である。
【図２Ｂ】本発明方法で使用される成形表面の他のタイプの部分拡大断面図である。
【図２Ｃ】本発明方法で使用される成形表面の他のタイプの部分拡大断面図である。
【図２Ｄ】本発明方法によって形成される予備成形品の拡大部分断面図である。
【図３】本発明による方法の実施形態で使用されるエンドエフェクタの正面図である。
【図４】図３のエンドエフェクタの側部斜視図である。
【図５】本発明による方法の他の実施形態で使用されるエンドエフェクタの前部斜視図である。
【国際公開パンフレット】
2004531405.tif 000003
2004531405.tif 000004
2004531405.tif 000005
2004531405.tif 000006
2004531405.tif 000007
2004531405.tif 000008
2004531405.tif 000009
2004531405.tif 000010
2004531405.tif 000011
2004531405.tif 000012
2004531405.tif 000013
2004531405.tif 000014
2004531405.tif 000015
2004531405.tif 000016
2004531405.tif 000017
2004531405.tif 000018
2004531405.tif 000019
2004531405.tif 000020
2004531405.tif 000021
2004531405.tif 000022
2004531405.tif 000023
2004531405.tif 000024
2004531405.tif 000025
2004531405.tif 000026
【国際調査報告】
2004531405.tif 000027