JP2002506754A - 切断された補強ストランドを渦ノズルを使用して分配する方法 - Google Patents

切断された補強ストランドを渦ノズルを使用して分配する方法

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JP2002506754A JP2000536559A JP2000536559A JP2002506754A JP 2002506754 A JP2002506754 A JP 2002506754A JP 2000536559 A JP2000536559 A JP 2000536559A JP 2000536559 A JP2000536559 A JP 2000536559A JP 2002506754 A JP2002506754 A JP 2002506754A
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ミヒャエル ハー ヤンデル
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オウェンス コーニング コンポジッツ エスピーアールエル
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Abstract

(57)【要約】 補強ストランド(64)を分配する方法が、補強ストランド(64)をばらばらの補強繊維(14)に切断する工程と、ばらばらの補強繊維(14)がノズル(18)の長手方向軸線(36)にほぼ沿って延びる経路に沿って移動するように、ばらばらの補強繊維(14)を分配ノズル(18)の中に差し向ける工程と、流体をノズル(18)の中に長手方向軸線(36)に対して円周方向に導入する工程と、これによってノズル(18)内にばらばらの補強繊維(14)を取り巻く流体の渦を発生する工程と、ばらばらの補強繊維(14)をノズル(18)から流れ(54)として分配する工程と、ノズル(18)に導かれた流体を制御することによってノズル(18)から分配された繊維(14)の流れ(54)を制御する工程と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (発明の技術分野及び産業上の利用可能性) 本発明は、補強繊維を分配することに関し、特に補強品を成形したり、補強マ
ットすなわち構造用複合材料のような成形品を補強するのに適した予備成形品を
成形したりするための切断補強繊維の分配に関する。特に、本発明は、連続した
補強ストランド又はロービングを受け入れること、補強ストランドをばらばらに
切断すること、及びばらばらの補強ストランドを集積面上に分配することに関す
る。
【0002】 (発明の背景) 構造用複合材料及び他の補強成形品は、一般に樹脂トランスファー成形及び構
造用樹脂射出成形によって作られる。これらの成形方法は、補強物を成形品に挿
入することに先立って、補強繊維を補強層又はマットの中に予備成形することに
よってもっと効果的にされ、その層又はマットは、成形品の近似的な形状及び寸
法である。製造が産業用のレベルで製品が受け入れられるためには、高速予備成
形方法が要求される。予備成形品の一般の製造では、連続した補強ストランド又
は繊維をチョッパーに供給し、チョッパーが連続した繊維を切断して多くのばら
ばらの繊維にして、ばらばらの繊維を集積面上に付着させている。この方法は、
集積面上を移動できる補強ディスペンサーを取付け、所定の要求されたパターン
で補強繊維を付与するようにディスペンサーの移動をプログラムにすることによ
って自動化された方法で予備成形品を製造するのに使用することができる。補強
ディスペンサーは、ロボット化即ち自動化することができ、このような補強繊維
ディスペンサーは、例えば自動車産業で使われるように大きな構造部品用の予備
成形品を製造するような用途で公知技術である。
【0003】 普通は、吹き付けられるか配置された繊維に、粉末の接着剤が振りかけられ、
補助の穴あき金型で圧縮される。高温の空気と圧力が接着剤を硬化させ、補強繊
維の予備成形品を作り出し、予備成形品は貯蔵され最終成形を行う顧客に出荷さ
れ、顧客は普通は樹脂射出方法を用いて樹脂を予備成形品に付けて、樹脂加工さ
れた予備成形品を成形して補強品を作る。連続した補強繊維をばらばらの補強繊
維に切断するプロセスは、予備成形品の製造において有用であるのと同様に積層
板の製造においてと有用である。積層板製造用の補強繊維ディスペンサーを移動
可能且つプログラム可能に構成してもよい。
【0004】 補強製品に対する技術的な要求が増えているので、補強繊維を供給したり、置
いたりする新たな方法が求められている。1つの要求は、補強繊維を従来使用さ
れたものよりも速い速度で搬送するということである。もう1つの要求は、補強
繊維は所望の補強効果を達成するために集積面上で厚み又は密度の程度を変えな
がら配置するということである。移動でき且つプログラム化できる補強繊維ディ
スペンサーを可能にする予備成形品製造技術における進歩が、非常に精巧な繊維
パターンと配向を要求する。成形すべき製品の従来最も弱い又は最も応力を受け
る位置での成形品の強度を向上させるために、補強繊維が特定の量と配向になる
ように予備成形品を設計する方が良い。この新たな複雑化のために、繊維を集積
面に高度に制御された方法で配置するという要求がしばしばある。
【0005】 搬送、詳細には、繊維ディスペンサーによって分配される切断された繊維の流
れの幅を変える試みは、特に商業的に成功する操作に必要な高速条件では、全く
成功していない。典型的なストランドチョッパーノズルがより速い速度で運転さ
れたとき、所望のように制御されたパターンで切断されたばらばらの補強繊維を
うまく配置できない。
【0006】 連続補強繊維をばらばらに切断し、より正確な繊維の配給を可能にする制御さ
れた方法で繊維を分配する改良が要求されることは明らかである。
【0007】 (発明の概要) 上記の目的及び特に列挙されていない他の目的は、補強繊維をばらばらの補強
繊維に切断する工程を有する繊維ストランドを分配する工程と、ばらばらの補強
繊維を分配ノズルに差し向ける工程と、ばらばらの補強繊維がノズルの長手方向
軸に沿って延びる経路にほぼ沿って移動するように、流体を長手方向の軸線に対
して円周方向のノズルに導入する工程と、これによってノズルにばらばらの補強
繊維を取り巻く流体の渦を発生する工程と、ばらばらの補強繊維を流れとしてノ
ズルから分配する工程と、ノズルに導入された流体を制御することによってノズ
ルから供給される繊維の流れを制御する工程と、を備えた方法によって達成され
る。
【0008】 本発明の他の実施形態においては、補強ストランドを分配する方法は、補強ス
トランドをばらばらの補強繊維に切断する工程と、ばらばらの補強繊維はノズル
の長手方向軸線にほぼ沿って延びる経路に沿って移動するように、ばらばらの補
強繊維を分配ノズルに差し向ける工程と、流体をノズルの中に長手方向軸線に関
して円周方向に導入する工程と、これによってノズルのばらばらの補強繊維を取
り巻く流体の渦を発生する工程と、流体はノズルの外側で測定したとき、約1バ
ールから10バールの範囲内の圧力で供給されていて、ノズルから流体としてば
らばらの補強繊維を分配する工程と、ノズルの長手方向軸線に関する繊維の流れ
の角度を、約10°から約35°の範囲内に設定する工程と、ノズルに導入され
た流体を制御することによってノズルから分配された繊維の流れの角度を制御す
る工程と、を有する。
【0009】 さらに、本発明の他の実施形態では、補強ストランドを分配する方法は、関節
アームに取付けられたチョッパーで補強ストランドをばらばらの補強繊維に切断
する工程と、ばらばらの補強繊維を分配ノズルに差し向ける工程と、ばらばらの
補強繊維がノズルの長手方向軸線にほぼ沿って延びる経路に沿って移動するよう
に、流体をノズルに長手方向軸線に関して円周方向に導入する工程と、これによ
って、ノズルにばらばらの補強繊維を取り巻く流体の渦を発生する工程と、ばら
ばらの補強繊維をノズルから流体として分配する工程と、集積面に補強繊維予備
成形品を生じさせるパターンに従ってノズルを動かす工程と、ノズルの中に導入
された流体を制御することによってノズルから分配された繊維の流れを制御する
工程と、を有する。
【0010】 本発明の種々の目的及び長所が、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を添付
図面を参照して読むことによって当業者に明らかになる。
【0011】 (発明の詳細な説明及び好ましい実施形態) 図1に示すように、関節アーム12を有するロボット化された補強材ディスペ
ンサー10が、予備成形面16のような集積面にばらばらの補強繊維14を付着
させるように位置決めされている。予備成形面はスクリーンであるのが一般的で
ある。補強ディスペンサーはロボット化や自動化されている必要はなく、移動可
能な集積面と共に固定することさえもできる。通常、予備成形の製造工程を容易
にするように真空源がスクリーンの下側に位置決めされている。関節アームは、
関節アームを集積面のいかなる部分に隣接に或いはその上に位置決めできるよう
に、油圧装置又は他の同様な装置を備えてもよい。関節アームの動きを、図示し
ないコンピュータで補強繊維の所望パターンを集積面に形成できるように所定の
パターンに従って制御してもよい。
【0012】 図1に示されていないが、ロービング等の連続補強繊維又はストランドが、図
示しない供給源から供給され、繊維ディスペンサーに運ばれ関節アームを通る。
連続補強繊維は関節アームの先端で切断され、ばらばらの補強繊維になる。連続
補強繊維は補強の目的に適した材料であるのが良い。好ましい材料は、オハイオ
州トレノのオーエンス・コーニングファイバーグラス株式会社が販売する組み合 わせガラス繊維ロービングであるが、ポリエステル、ケブラー(登録商標)又は
、炭素繊維等の他の無機繊維及び有機繊維を本発明で使用してもよい。連続繊維
は単一フィラメント(モノフィラメント)又は、非常に多くのフィラメントから
なるストランドであるのがよいことがわかる。本発明は、約2200テックスか
ら約4800テックスまでのいずれかのガラス繊維ロービングで使用され、ここ
で1テックスはフィラメント1000メートル当たり1グラムで定義されている
。ロービングは複数のストランドを組み合わせることによって形成され、各スト
ランドは約25から約100テックスであるのが一般的である。
【0013】 切断された補強ガラスは関節アーム12の先端に取付けられたノズル18によ
って分配される。図2及び図3に示されているように、ノズルは、内側部分すな
わちノズル室22を形成する略円筒状の側壁20を備え、開口する端すなわち底
24を有している。側壁20は約0°から約20°の範囲の内角28を備えたテ
ーパーが付いているか又は角度のある内壁面26を有するのが好ましい。内壁面
26に角度を付けたこと即ちテーパーを付けたことは、ノズルを出る繊維をより
広い繊維の流れで分配するのに役立つ。
【0014】 ノズルの上端30には、繊維シュート34を通過する繊維32の流れが供給さ
れる。繊維シュートは、繊維をノズルに供給し且つ差し向けることができればど
のような管でもよい。繊維は、ノズルの長手方向軸線36に略平行な経路に沿っ
てノズルを通過する。
【0015】 ノズルは、ノズル内の繊維の流れを広げる即ち拡大する目的のために流体をノ
ズルに差し向ける特徴を備える。環状のマニホルド40が繊維シュート34を囲
むように位置決めされている。マニホルドには、ノズル壁20を貫通する入口管
42を通して流体が供給される。流体は、ノズル内の繊維の通過経路に影響を及
ぼすのに適した材料が良い。好ましい流体は空気であるが、他の気体又は流体で
も使用することができる。表面処理を行ったり、品質に影響を及ぼすファイバー
の補強を行うために、いくつかの流体を交互に使用してもよい。繊維品質及び特
性に積極的に影響を及ぼすように流体の温度及び水分含有量を設定することがで
きる。空気の温度を変化させることは、空気の密度に影響するかもしれない。好
ましい流体の圧力は、ノズル及びマニホルドに入り込む前に入口管での直接測定
で、約1バールから約10バールまでの範囲内であるが、他の圧力を使用するこ
ともできる。
【0016】 いったんマニホルドの中に入ると、流体は流体をノズル18の中に導入するた
めの排出通路44を通じて排出される。排出通路44の数はいくつであってもよ
い。渦の影響を最大にするため、排出通路44が環状のスロット50に対して接
線方向であるのが好ましい。しかしながら、図3の一部分が破断された部分に示
されているように、排出通路を、ノズルの半径48に対して約45°から約90
°(すなわち、接線)の範囲内の角度46で差し向けるのがよいことがわかる。
流体は、ノズルに入るとき、ノズル室の中に下方に向って開口する環状のスロッ
ト50の中に案内即ち、導入される。ノズルの半径48に対して接線方法である
排出通路44の方向は、流体が長手方向軸線36に対して円周方向に導入される
ことを意味する。これにより、方向矢印52によって示されているように、渦流
空気の渦を発生し、ばらばらの補強繊維32を囲んでいる。渦は、底24に向っ
てノズルの下に移動する。渦すなわち渦巻き空気の影響によって、ノズルの内側
を移動する繊維32がより広い流れの中に分散する。繊維がノズルを出ると、繊
維の流れ54は渦の作用によってより広くされる。
【0017】 繊維の流れ54の広がり、すなわち角度56は、繊維の流れ54の外周にほぼ
平行な線58と、ノズルの長手方向軸線36に平行な線60とを比較することに
よって、近似することができる。繊維の流れの角度56は、部分的に繊維への渦
の作用の関数である。したがって、ノズルから分配される繊維の流れを、ノズル
に入る流体を制御することによって制御することができる。例えば、繊維の流れ
54が、流体の導入なしに生じている約10°の流れの角度56を有する場合、
開示された方法でマニホルド40及びスロット50を通る流体の導入を設定する
ことによって、約30°まで流れの角度を増加させることができる。ノズルの中
の流体の導入を変化させることによって、集積面への補強繊維配置を有意義に制
御することができる。さらに洗練されたレベルを、ディスペンサーの関節アーム
12の動きをノズルの中の流体の流れと調和させることによって達成することが
できる。流体と関節アームの両方を、所望の特性を有する予備成形物を製造する
ようなパターンに従って移動させることができる。例として、予備成形物の特定
領域が、通常よりも高い切断補強繊維密度を要求している場合、ノズルが繊維を
その特定領域に差し向けている間はノズルへの流体の流れを減少させることがで
き、このことによって流れの角度を減少させて特定領域に繊維を集中させる。
【0018】 ノズルは特定の寸法を有する必要はないが、好ましくはノズルの直径dは、約
15mmから約90mmの範囲内にあり、最も好ましくは約25mmから約50
mmの範囲内である。ノズルの長さLは、好ましくは約40mmから約200m
mの範囲内にあり、最も好ましくは約50mmから約90mmの範囲内である。
繊維の流れ角度56は、直径すなわちノズル流出口24からの特定の距離Hにお
ける繊維流れの吹き付けパターン幅Dを決定することによって測定することがで
きる。幅Wに対する距離Hの典型的な比率は、約5対1から約1対1の範囲内で
あり、好ましくは約5対1から約2対1の範囲内である。
【0019】 図4に示すように、ノズルのもう1つの実施形態であるノズル60を、図2及
び図3に示すスロット50のような下方に向って開口するスロットを備えないよ
うに構成することができる。その代わりに、排出通路44がノズル60の内部2
2の中に直接開口している。
【0020】 また、ノズル60は、繊維シュート34及びチョッパー62と連結しているよ
うに示されている。チョッパーは、連続したストランド又はロービング64を切
断するのに適したチョッパーがよい。従来のチョッパーは、当業者にはよく知ら
れていて、普通はバックアップロール或いはコットロール66と、ブレード70
を装備したカッターロール68とを有する。切断された補強繊維の典型的な長さ
は約15mmから約100mmまでの範囲内にある。
【0021】 好ましくは、繊維シュート34は、下方に向って収束、すなわち、約5°から
約20°の範囲内の角度で下方に向って内方に先細りしている。繊維シュートは
、空気逃がし部分72を備え、繊維がノズルに到達する前に繊維とともに移動す
る空気の除去を可能とする。好ましくは、シュートCの長さは、ノズルの長さの
約0.5倍から1.5倍までの範囲内である。
【0022】 本発明の原理及び作動形態を、好ましい実施形態によって説明してきた。しか
しながら、本発明を、その範囲から逸脱することなく、特別に図示し、説明した
態様以外で実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の方法によって、予備成形物の表面にばらばらの補強繊維をつける補強
ディスペンサーボックスの略斜視図である。
【図2】 図1のディスペンサーのノズルの略正面図である。
【図3】 図2の線3−3に沿ったノズルの略平面図である。
【図4】 図2に類似した、ノズルの別の実施形態の概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN,YU,ZW Fターム(参考) 4F072 AA02 AB05 AB06 AB09 AB22 AC02 AH04 AH13 AH18 AJ40 AL01 4F205 AB25 AD16 AR02 AR07 HA04 HA22 HA36 HA43 HB01 HC04 HF01 HF05 HF25 HF46 HG01 HM05

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】補強ストランドを分配する方法であって、 補強ストランドをばらばらの補強繊維に切断する工程と、 前記ばらばらの補強繊維がノズルの長手方向軸線にほぼ沿って延びる経路に沿
    って移動するように前記ばらばらの補強繊維を分配ノズルに差し向ける工程と、 流体を前記ノズルに長手方向軸線に対して円周方向に導入する工程と、これに
    よって、前記ノズル内に前記ばらばらの補強繊維を取り巻く前記流体の渦を発生
    する工程と、 前記ばらばらの補強繊維を前記ノズルから流れとして分配させる工程と、 前記ノズルに導かれた前記流体を制御することによって前記ノズルから分配さ
    れた繊維の前記流れを制御する工程と、を備えている補強ストランドを分配する
    方法。
  2. 【請求項2】前記流体を前記ノズルに導入する工程が、前記流体を環状マニ
    ホルドの中に案内する工程を有する、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記流体を前記ノズルに導入する工程が、前記流体を前記環状
    マニホルドから前記ノズル内のノズル室に下方に向って開口する環状スロットへ
    差し向ける工程を有する、請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】前記流体を前記マニホルドに案内する工程が、前記ノズルの外
    側で測定したとき約1バールから約10バールの範囲内の圧力で前記流体を供給
    する工程を有する、請求項2に記載の方法。
  5. 【請求項5】前記ノズルが、前記ノズルの前記長手方向軸線に対して内角が
    ある内壁によって構成される内側部分を有し、前記角度が約0°から約20°ま
    での範囲内にある、請求項1に記載の方法。
  6. 【請求項6】前記ノズルから分配された繊維の前記流れを制御する工程が、
    前記ノズルの長手方向軸線に対して、約10°から約35°までの範囲内で、繊
    維の前記流れの角度を設定する工程を有する、請求項1に記載の方法。
  7. 【請求項7】関節アームに前記ノズルを取付ける工程と、前記ノズルから前
    記ばらばらの補強繊維を分配する工程と、パターンに従って前記ノズルを動かし
    、集積面に補強繊維予備成形品を製造する工程とを備えている、請求項1に記載
    の方法。
  8. 【請求項8】前記関節アームに取付けられたチョッパーで前記補強ストラン
    ドを切断してばらばらの補強繊維にする工程を有する、請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】前記切断された補強繊維を前記チョッパーから前記ノズルへ収
    束繊維シュートで運ぶ工程を有する、請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】前記切断された補強繊維が前記ノズルに達する前に、前記切
    断された補強繊維と共に移動する空気を前記シュートから除去する工程を有する
    、請求項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】補強ストランドを分配する方法であって、 前記補強ストランドを前記ばらばらの補強繊維に切断する工程と、 前記ばらばらの補強繊維が前記ノズルの長手方向軸線にほぼ沿って延びる経路
    に沿って移動するように前記ばらばらの補強繊維を分配ノズルに差し向ける工程
    と、 流体を前記長手方向軸線に対して円周方向で前記ノズルに導入し、これによっ
    て前記ノズルの中の前記ばらばらの補強繊維を取り巻く前記流体の渦を生じさせ
    、前記流体を前記ノズルの外側で測定して、約1バールから約10バールの範囲
    内の圧力で供給する工程と、 前記ばらばらの補強繊維を前記ノズルから流れとして分配する工程と、 前記ノズルの前記長手方向軸線に対して、約10°から約35°までの範囲内
    で、前記繊維の前記流れの角度を設定する工程と、 前記ノズルに導入される前記流体を制御することによって、前記ノズルから分
    配される繊維の前記流れの前記角度を制御する工程と、 を備えている補強ストランドを分配する方法。
  12. 【請求項12】前記流体を前記ノズルに導入する工程が、前記流体を環状の
    マニホルドの中に導入する工程と、前記流体を前記環状のマニホルドから前記ノ
    ズルのノズル室の中に下方に向って開口する環状のスロットに差し向ける工程と
    、を有する請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項13】前記ノズルが、前記ノズルの前記長手方向軸線に対する内角
    が、約0°から約20°までの範囲内にある内壁によって構成された内側部分を
    有する、請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】関節アームに前記ノズルを取付ける工程と、前記ばらばらの
    補強繊維を前記ノズルから分配する工程と、パターンに従って前記ノズルを移動
    させて集積面に補強繊維予備成形品を製造する工程と、を有する請求項13に記
    載の方法。
  15. 【請求項15】前記補強ストランドを前記関節アームに取付けられたチョッ
    パーで切断して、ばらばらの補強繊維にする工程を有する、請求項14に記載の
    方法。
  16. 【請求項16】前記切断された補強繊維を収束繊維シュートで前記チョッパ
    ーから前記ノズルに移す工程と、前記切断された補強繊維が前記ノズルに達する
    前に前記切断された補強繊維と共に移動する空気を前記シュートから除去する工
    程と、を有する請求項15に記載の方法。
  17. 【請求項17】補強ストランドを分配する方法にであって、 前記補強ストランドを前記関節アームに取付けられたチョッパーでばらばらの
    補強繊維に切断する工程と、 前記ばらばらの補強繊維が前記ノズルの長手方向軸線にほぼ沿って延びる経路
    に沿って移動するように前記ばらばらの補強繊維を分配ノズルに差し向ける工程
    と、 流体を前記ノズルに前記長手方向軸線に対して円周方向に導入し、このことに
    よって前記ノズルに前記ばらばらの補強繊維を取り巻く前記流体の渦を生じる工
    程と、 前記ばらばらの補強繊維を前記ノズルから流れとして分配する工程と、 前記ノズルをパターンに従って移動させて集積面に補強繊維予備成形品を製造
    する工程と、 前記ノズルに導入される前記流体を制御することによって前記ノズルから分配
    される繊維の前記流れを制御する工程と、 を備えている補強ストランドを分配する方法。
  18. 【請求項18】前記ノズルを関節アームに取付ける工程と、前記ばらばらの
    補強繊維を前記ノズルから分配する工程と、を有する請求項17に記載の方法。
  19. 【請求項19】前記切断された補強繊維を前記チョッパーから前記ノズルへ
    集中繊維シュートで移動させる工程を有する、請求項18に記載の方法。
  20. 【請求項20】前記切断された補強繊維が前記ノズルに達する前に前記切断
    された補強繊維と共に移動する空気を前記シュートから除去する工程を有する、
    請求項19に記載の方法。
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