JP2014518791A - 繊維強化プラスチック成形品を製造する過程において、面状の繊維布帛から切り出した繊維輪郭を搬送する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、サクショングリッパを用いて、予備成形品を製造する面状の繊維布帛（６）から切り出した繊維輪郭を搬送する方法及び装置に関する。本発明に係る方法は、ａ）繊維輪郭（３）を切断テーブル（７）上で繊維布帛（６）から切り出し、ｂ）サクショングリッパを繊維輪郭（３）上に移動させ、搬送板（４）の一方の面を切り出した繊維輪郭（３）に接触させるとともに、押さえ板（５）を面状の繊維布帛（６）に接触させ、ｃ）吸引装置（１）と、搬送板（４）に設けられた貫通部（１４）とにより、繊維輪郭（３）を搬送板（４）に固定して、押さえ板（５）が繊維布帛（６）を切断テーブル（７）上に固定している間に切断テーブル（７）から持ち上げ、ｄ）搬送板（４）を持ち上げた後、サクショングリッパ及び／又は押さえ板（５）を切断テーブル（７）から持ち上げ、繊維輪郭（３）をサクショングリッパにより搬送する工程を有する。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の繊維強化プラスチック成形品を製造する過程において、面状の繊維布帛から切り出した繊維輪郭を搬送する方法及び請求項４の前提部に記載の装置に関する。

繊維複合材料部品とも呼ばれる繊維強化プラスチック部品を製造する過程において、特に産業上の利用にあっては、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ‐Ｔｒａｎｓｆｅｒ‐Ｍｏｕｌｄｉｎｇ）法が慣用されている。使用可能なプラスチック部品になるまでの製造プロセス全体は、順に進行する複数の個別プロセスからなる。最初の工程では、繊維半製品（プリフォーム／プリプレグ）が製造される。このプリフォームプロセスでは、通常、複層の布帛又は繊維組織が一般に二次元的に、つまり実質的に一平面内で組み合わされる。その結果、繊維半製品は、実質的に既に必要な外側の輪郭を有しており、部分的には既に特別なかつ／又は多重の層又は層厚さを有している。好ましくは、結合剤が、分離平面にか、又は組織自体の内部に供給される。結合剤は、その活性化及び／又は硬化後、層相互の固定、ひいては決められた三次元形状の確定に至らしめる。三次元形状は、変形加工工具（変形加工工具、ドレープ工具その他のこれに類する工具）内で、プリフォームプロセスのさらなる経過中に成形される。必要に応じて、繊維半製品はさらに、より精緻な輪郭を得るために事後的に切断されるか、又は所定の場所で打ち抜かれる。プレスの工具内に繊維半製品を装填した後、工具半部は閉鎖され、必要な樹脂が工具のキャビティ内に射出される。このとき、樹脂は、繊維半製品の繊維構造に含浸され、繊維を包囲してマトリックス内に埋め込み、固定する。樹脂の硬化後、繊維強化プラスチック部品は、離型され得る。

ＲＴＭ法自体に加え、繊維半製品の製造も、プラスチック部品製造の成功の鍵である。課題は、しなやかな軟質の材料からなる予備成形品の形状付与後、完全に自動化され、かつ高信頼性にＲＴＭプレスの工具内に装填され得るに足る曲げ剛性を有するか、又は以後の使用のために輸送され、かつ積み上げられ得るに足る曲げ剛性を有する予備成形品を得ることである。予備成形品の製造、変形加工及び固定のために、関連する従来技術において多数の可能性が存在する。

繊維布帛からなる複層の二次元の裁断片を三次元に変形加工するために、以下の工程が公知である。繊維布帛又は繊維組織をロールから繰り出し、必要に応じて複数の、形状及びサイズの異なる布帛又は組織から繊維布帛積層体を構成する。その際、外側輪郭及び場合によっては内側輪郭を予備成形品又はプラスチック成形品の切断パターンに応じて加工又は切断することが必要な場合がある。その際、切断パターンは、予備成形品又は最終部品の展開図から形成される。好ましくは、その後、作製した略平たんな繊維布帛積層体をドレープ装置によって立体加工するか、又は三次元の予備成形品に変形加工する。まさに軟質の繊維布帛から剛性が高く実質的に曲がらない予備成形品を得るために、大抵の場合、個々の層間に結合剤を供給し、次に硬化させる必要がある。

繊維布帛表面又は内部における最小の欠陥、損傷又は圧痕ですら、後に成形されるプラスチック成形品における可視の欠陥につながりかねないことが判っている。この理由から、複数の層からなり、そのうちの少なくとも１つの層が繊維組織である予備成形品の製造中、この繊維組織が慎重に取り扱われることが肝要である。通常、輪郭の切出し又は打抜きは、無害であり、様々な方法で実施される。例えば、ロールカッタによって、繊維布帛のロールから切断テーブル上で輪郭を切り出すことが可能である。次に、リフト装置が、切り出した輪郭上に移動し、輪郭（切り出した繊維布帛又は繊維組織）を持ち上げ、ドレープ型内に移動させる。この工程は、複層の予備成形品を製造するために、何度も実施可能である。態様次第では、方法の最中又は過程中、輪郭に対し適当に結合剤を付与するのり付けステーションを通してもよい。

既にして実証されているサクショングリッパ、特にベルヌーイ原理で作動するサクショングリッパは、多数の刊行物、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０２３９０７号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００８０６２３４３号明細書又はドイツ連邦共和国特許出願公開第１０３４７５４５号明細書において公知である。これらすべてのサクショングリッパは、負圧ではなく、圧縮空気で作動することができ、それにもかかわらず被加工物又はこの場合は軟質の繊維布帛あるいは輪郭を持ち上げることが可能という点で共通している。これらのサクショングリッパが、適当なマニピュレータ（３軸走行装置、産業ロボットその他のこれに類するもの）にインターフェースにより接続されていることは、自明である。

この種のサクショングリッパの欠点は、図１に示す背景技術に若干誇張した形で示すように、持ち上げたい繊維布帛に依然として圧痕（Ａｂｄｒｕｅｃｋｅ）が残されてしまう点にある。流入する圧縮空気と、発生するベルヌーイ効果とによって、輪郭は、ベルヌーイ効果のために必要な流動室内に引き込まれる。このことは、繊維構造の変位又は繊維組織内の糸の変位につながる。この変位は、後々、プラスチック成形品においてももちろん看取可能である。また、特にサクショングリッパの円形の外側形状が、やはり、大抵の場合円形の圧痕を繊維布帛に残すことも判っている。

同時に、大抵の切断装置が切断テーブル上で繊維布帛を切り離すことに常に１００％成功するわけではないことも判っている。つまり、繊維組織の固定及び持上げ中にサクショングリッパによって繊維布帛がダメージを受けるだけでなく、持上げ中、切断された輪郭を引っ張って輪郭の繊維布帛を歪める残留結合部、さらには切断テーブル上の繊維布帛によって、ダメージを受け、それどころか位置がずらされてしまうことも起こり得る。このことは、再び、次の輪郭のための後続の切断工程の際に問題となる。誤切断に加え、皺が形成された場合には、欠陥のある輪郭形状が生じ、欠陥のある予備成形品の生産につながってしまう。

本発明の課題は、従来技術と比較して簡単かつ確実に、切り出した輪郭を確実に持ち上げて移動させることができ、繊維布帛の輪郭における切断エラーが後続の製造プロセスに影響を及ぼさず、繊維布帛が受容中及び搬送中にダメージを受けないようにした方法及び装置を提供することである。さらに好ましくは、切断テーブル上に残された繊維組織が、輪郭の搬出によってダメージを受けること及び／又は位置変化を被ることが回避され、ひいては切断すべき後続の輪郭におけるエラーが十分確実に回避されることが望ましい。

以下、繊維輪郭という概念は、切り出して操作すべき繊維組織のために使用される。以下、輪郭という概念は、切り出した繊維布帛の外側の形状に関するとともに、相応に支持板及び／又は押さえ板の外側の形状にも関する。サクショングリッパとは、固定及び持上げを行う構造全体と解すべきである。所定の繊維輪郭に応じて、より多数の吸引装置がサクショングリッパ内に存在していてもよい。

そこで、方法にとっての課題を解決する手段は、繊維輪郭を切断テーブル上で面状の繊維布帛から切断装置を用いて切れ目を形成しつつ切り出し、次にサクショングリッパを繊維輪郭上に移動させ、搬送板の一方の面を切り出した繊維輪郭に接触させるとともに、押さえ板を面状の繊維布帛に接触させ、搬送板の第２の面に配置された吸引装置と、吸引装置に対応して搬送板に設けられた貫通部とにより、繊維輪郭を搬送板に固定して、押さえ板が繊維布帛を切断テーブル上に固定している間に切断テーブルから持ち上げ、搬送板を持ち上げた後、サクショングリッパ及び／又は押さえ板を切断テーブルから持ち上げ、繊維輪郭をサクショングリッパにより搬送することにある。

装置にとっての課題を解決する手段は、サクショングリッパに少なくとも１つの吸引装置が、搬送板の第１の面側に配置されており、第２の面が、吸引装置に対応して搬送板に設けられた貫通部により繊維輪郭を吸着するために適しており、搬送板は、切断する繊維輪郭に実質的に相当する外側輪郭を備えて形成されており、押さえ板が、搬送板とともに一平面内に配置されているとき、間隙を形成した状態で搬送板を実質的に包囲しており、押さえ板及び／又は搬送板は、少なくとも１つの適当な調節装置により、互いに異なる少なくとも２つの平面へ移動可能であることにある。

さらに、繊維輪郭を慎重に搬送することができるとともに、押さえることで、切れ目に場合によっては生じる残留結合部を、繊維布帛又は繊維輪郭を大きく歪ませることなく、切り離すことができるという利点が生じる。

さらに、吸引装置が、ベルヌーイ原理で作動する吸引装置であって、吸引装置の、圧縮空気供給部により生成される空気流動を、搬送板及び押さえ板によって、実質的に繊維輪郭あるいは繊維布帛の切れ目から遠ざけ、つまり切れ目から離して切れ目に流れ込まないようにし、この切れ目に渦流を起こさずに案内すると有利である。さらに、繊維輪郭が、担持板との接触過程において平らに広げられ、これにより場合によってはより良好に予備成形品のための中間体上に載置され得るか、又はのり付けのためにより良好に適していることは、有利である。また、搬送板に平らに当接する繊維輪郭を、自動的な画像形成装置又はその他の適当な監視装置によって、搬送中、品質が後続の加工にとって十分であるかを検査するようにすることもできる。もちろん、吸引装置は、負圧により運転可能であるが、好ましくは圧縮空気により運転可能である。

装置は、特に方法の実施のために好適であるが、独自に運転されてもよい。

好ましくは、持上げ中、輪郭に近似しているか、又は輪郭に対応している押さえ板が、残りの繊維布帛を土台あるいは切断テーブルに押し付けているので、切断テーブル上に残される繊維組織及び持ち上げたい繊維輪郭にダメージが生じることは、回避される。このために、持ち上げたい繊維輪郭におけるダメージは、やはり回避され、繊維輪郭は、実質的に一平面内で搬送板に、サクショングリッパにおいて吸引装置により保持される。さらに、吸引装置によってか、あるいは吸引装置の、搬送板越しの空気流動によって、切断テーブル上に残された繊維布帛が持ち上げられたり、渦流に曝されたりすることが、押さえによって回避可能であることは有利である。やはり有利には、切り出す繊維輪郭に応じて搬送板を好ましくはその輪郭に近似した形にすることで、吸引装置の空気流動が、持ち上げた繊維輪郭の切れ目沿いの縁部にほつれを引き起こすことは、回避される。同じことは、やはり、切断テーブル上に残された繊維布帛についても言える。このことは、特に、輪郭のカットを最適に配置した場合、例えば１つの切れ目が２つの異なる繊維輪郭の縁部を形成している場合、特に有利である。２つの異なる繊維輪郭は、順に持ち上げられることが望ましい。

圧縮空気により運転される吸引装置の使用時、担持板に設けられた貫通部を通して、空気が吸引装置の表面に、実質的にベルヌーイ‐ベンチュリ原理にしたがって引き寄せられる。貫通部は、このために適した孔又は長穴であってよい。貫通部の配置又は大きさは、実験により求めることができ、とりわけ繊維布帛の種類、空気流動の強さ及びその他の要因に依存している。

本発明の対象の別の好ましい手段及び構成は、従属請求項及び図面についての以下の説明から看取可能である。

背景技術における従来慣用の吸引装置の断面図であって、吸引装置が軟質の布帛を受容した状態を示す図である。 本発明における搬送板を有する吸引装置の別の断面図であって、吸引装置が軟質の布帛を受容した状態を示す図である。 吸引装置が上面に配置されている搬送板の輪郭の断面・上面図である。 図３に示した吸引装置が上面に配置されている搬送板の輪郭の別の断面・上面図であって、対応する押さえ板と、押さえ板と搬送板との間に配置される間隙とを付加的に示す図である。 図３に示したリフト装置を側方から見た拡大断面図であって、押さえ板のための調節装置を付加的に示す図である。

図１は、背景技術における従来慣用の吸引装置の断面図であって、吸引装置がしなやかな軟質の布帛を受容した状態を示す図である。軟質の布帛は、ベルヌーイ効果の下で変形して、吸引装置１のために必要な中空室に引き込まれる。図１には、支持体１１が、吸引装置１の外周に配置されていて、圧痕を繊維輪郭３上に残すために好適であることも、明瞭に看取可能である。矢印は、圧縮空気供給部２の空気流動を略示している。

図２は、吸引装置１の外側の輪郭を越えて大きく張り出した面状の搬送板４によって、繊細な繊維輪郭３が変形することが如何に回避されるかを示している。それにもかかわらず、吸引装置１の効果を繊維輪郭３に及ぼすべく、孔、長穴その他の適当な貫通部１４が、搬送板４に設けられている。搬送板４は、吸引装置１に対応して配置されている。その結果、流過する空気流動は、一種のベンチュリ効果を貫通部１４内に発生させる。ベンチュリ効果は、繊維輪郭３を搬送板４に付着させる。

図３は、吸引装置１が上面に配置されている搬送板４の輪郭の断面・上面図である。搬送板４によって、その裏に位置する繊維輪郭３は実質的に隠されており、貫通部１４も看取不能である。しかし、このことは、担持板（搬送板）４と吸引装置１との接触箇所以外にも貫通部１４を配置する可能性を排除するものではない。

図４は、図３に示した吸引装置１が上面に配置されている搬送板４の輪郭の別の断面・上面図であって、対応する押さえ板５と、押さえ板５と搬送板４との間に形成される間隙９とを付加的に示す図である。好ましくは、間隙９は、繊維輪郭３の輪郭を実質的に模している。その結果、吸引装置１から圧縮空気が流出する際に、繊維輪郭３と繊維布帛６との間の切れ目１２を空気流動が荒らすことはない。

図５は、図３に示したリフト装置あるいはサクショングリッパを側方から見た拡大断面図であって、押さえ板５のための調節装置８の一例を付加的に示す図である。本図では、まさに繊維輪郭３が、搬送板４によって切断テーブル７に固定され、かつ繊維布帛６の、切れ目１２に隣接する領域が、押さえ板５によって切断テーブル７に固定されている状態が看取可能である。

１ 吸引装置
２ 圧縮空気供給部
３ 繊維輪郭
４ 搬送板
５ 押さえ板
６ 繊維布帛
７ 切断テーブル
８ 調節装置
９ 間隙
１０ インターフェース
１１ 支持体
１２ 切れ目
１３
１４ 貫通部

Claims (6)

1. サクショングリッパを用いて、繊維強化プラスチック成形品を製造する前段階として単層又は複層の予備成形品を製造する過程において、面状の繊維布帛から切り出した繊維輪郭を搬送する方法であって、
   １・１． 前記繊維輪郭（３）を切断テーブル（７）上で前記面状の繊維布帛（６）から切断装置を用いて切れ目（１２）を形成しつつ切り出し、
   １・２． 前記サクショングリッパを前記繊維輪郭（３）上に移動させ、搬送板（４）の一方の面を前記切り出した繊維輪郭（３）に接触させるとともに、押さえ板（５）を前記面状の繊維布帛（６）に接触させ、
   １・３． 前記搬送板（４）の第２の面に配置された吸引装置（１）と、該吸引装置（１）に対応して前記搬送板（４）に設けられた貫通部（１４）とにより、前記繊維輪郭（３）を前記搬送板（４）に固定して、前記押さえ板（５）が前記繊維布帛（６）を前記切断テーブル（７）上に固定している間に前記切断テーブル（７）から持ち上げ、
   １・４． 前記搬送板（４）を持ち上げた後、前記サクショングリッパ及び／又は前記押さえ板（５）を前記切断テーブル（７）から持ち上げ、前記繊維輪郭（３）を前記サクショングリッパにより搬送する、
   工程を有することを特徴とする、サクショングリッパを用いて、繊維強化プラスチック成形品を製造する前段階として単層又は複層の予備成形品を製造する過程において、面状の繊維布帛から切り出した繊維輪郭を搬送する方法。
2. 前記吸引装置（１）は、ベルヌーイ原理で作動する吸引装置であって、該吸引装置（１）の、圧縮空気供給部（２）により生成される空気流動を、前記搬送板（４）及び前記押さえ板（５）により実質的に前記繊維輪郭（３）の切れ目（１２）から遠ざける、請求項１記載の方法。
3. 前記繊維輪郭を担持板（３）との接触過程において平らに広げる、請求項１又は２記載の方法。
4. 繊維強化プラスチック成形品を製造する前段階として単層又は複層の予備成形品を製造する過程において、面状の繊維布帛から切り出した繊維輪郭を搬送する装置であって、
   適当な装置による多軸可動のサクショングリッパを備え、
   該サクショングリッパに少なくとも１つの吸引装置（１）が、搬送板（４）の第１の面側に配置されており、
   第２の面が、前記吸引装置（１）に対応して前記搬送板（４）に設けられた貫通部（１４）により繊維輪郭（３）を吸着するために適しており、前記搬送板（４）は、切断する繊維輪郭（３）に実質的に相当する外側輪郭を備えて形成されており、
   押さえ板（５）が、前記搬送板（４）とともに一平面内に配置されているとき、間隙（９）を形成した状態で前記搬送板（４）を実質的に包囲しており、
   前記押さえ板（５）及び／又は前記搬送板（４）は、少なくとも１つの適当な調節装置（８）により、互いに異なる少なくとも２つの平面へ移動可能である、
   ことを特徴とする、繊維強化プラスチック成形品を製造する前段階として単層又は複層の予備成形品を製造する過程において、面状の繊維布帛から切り出した繊維輪郭を搬送する装置。
5. 前記吸引装置（１）は負圧又は圧縮空気により運転可能である、請求項４記載の装置。
6. 前記方法を実施するために当該装置を使用する、請求項４又は５記載の装置。

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