JP2021014120A - テープ貼付装置、テープ貼付方法、及び複合成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 テープを被貼付面に貼付けて繊維強化プラスチック成形品を製造する際における、テープの被貼付面に対する貼付け角度が最適角度に設定され、あるいは設定・調整することができ、被貼付面に対するテープ貼付に関する性能を高めることができるテープ貼付装置を提供すること。【解決手段】 テープＡを押圧しながら被貼付面５ａに貼り付けるＡＴＬヘッド３を備えたＡＴＬ装置１であって、ＡＴＬヘッド３に、被貼付面５ａにテープＡを供給するフィーダー９と、被貼付面５ａにテープＡを押し付ける押圧手段１０と、テープＡ及び／又は被貼付面５aを加熱する加熱手段８０と、を装備し、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度が１０度以上７０度以下となるように、フィーダー９を、可変機構９Ａを介して押圧手段１０に取付ける。【選択図】 図２

Description

本発明はテープ貼付装置、テープ貼付方法、及び複合成形品の製造方法に関し、より詳細には、テープを被貼付面に貼付けることにより、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）成形品などを製造する際に用いられるテープ貼付装置、該装置を用いたテープ貼付方法、及び該方法を使用して成形品を製造する複合成形品の製造方法に関する。

炭素繊維等の繊維束に、予め樹脂を含浸させてテープ状に成形したものをプリプレグテープ、ＵＤテープなどと呼ぶことが多い。厳密にではないが当該樹脂が半硬化の熱硬化性のものである場合をプリプレグテープ、熱可塑性のものである場合をＵＤテープと呼ぶことが多く、本明細書でもこの定義に依るものとする。
これらテープをワークの被貼付面に貼付けてゆくことで、所望の形状をした繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）成形品が製造できることが知られている。

ＦＲＰ成形品の製法には、ＡＴＬ（Ａｕｔｏ Ｔａｐｅ Ｌａｙｕｐ）法、ＡＴＷ（Ａｕｔｏ Ｔａｐｅ Ｗｅｌｄｉｎｇ）法、ＡＦＰ（Ａｕｔｏ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）法など種々の称呼があるが、これらの製法は厳密に区別されているものではない。本明細書においては、テープを押圧しながら被貼付面に貼付けていく製法を総称してＡＴＬ法と記し、その装置（テープ貼付装置）をＡＴＬ装置と記すこととする。

図６は、下記の特許文献１に開示されたＡＴＬ装置のＡＴＬヘッドの部分を示す側面図である。類似の構成の装置が、特許文献２にも開示されている。
ＡＴＬヘッド３０は、ベース材７０に赤外線ランプ８、熱風ノズル１８、フィーダー９、押圧手段１０等が装備されて構成されている。
押圧手段１０は、テープＡをワーク５の被貼付面５ａに押し付ける押圧ローラ１０ａ、エアシリンダ１０ｄを備えている。
ワーク５は、例えば、熱可塑性樹脂の射出成型品からなり、ワーク５の表面に、例えば、同じ熱可塑性樹脂が含浸されたＵＤテープＡが貼り付けられ、ワーク５が補強されることとなる。

［発明が解決しようとする課題］
一般にＵＤテープＡに含浸されている熱可塑性樹脂は常温では固体であり、プリプレグテープ（熱硬化性樹脂が含浸）の場合と相違し、その表面は粘着性やタック性を有しないのが普通である。従って、ＵＤテープＡをワーク５の被貼付面５ａに貼付けるに際しては、少なくともＵＤテープＡに含浸されている熱可塑性樹脂を、その軟化点や融点近傍にまで加熱する必要がある。

例えば、最も軟化点温度の低いポリプロピレン（以下ＰＰ）で１５０℃前後、多用されるナイロン系（ポリアミド系、以下ＰＡ系）だと、ナイロン６で１８０℃前後、ナイロン６６系では２３０℃程度、さらに高耐熱性のポリフェニレンサルファイド（以下ＰＰＳ）では２８０℃程度の加熱が必要であると言われている。

また、成形品の仕上がりには、この被貼付面５ａ近傍における加熱状況とともに、ＵＤテープＡの被貼付面５ａに対する貼付け角度が大きく影響すると言われている。

上記したＡＴＬ装置の場合、フィーダー９は、赤外線ランプ８、熱風ノズル１８とともに、ベース材７０に固定されおり、被貼付面５ａに対するＵＤテープＡの貼付け角度をＵＤテープＡの素材の違いを考慮した最適角度に設定しなおすことはできなかった。

また、貼付ける条件や、テープＡの構成材料によっては、テープＡの貼付け時に折れ曲がってしまう事故の発生確率も高くなるといった課題も有していた。

これらのことから、テープＡの被貼付面５ａに対する貼付け角度が最適角度に設定された、あるいは設定・調整できる装置の出現が望まれていた。

特開２０１８−１４９７２９号公報 特開２０１８−１４９７３０号公報

課題を解決するための手段及びその効果

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、テープを被貼付面に貼付けて繊維強化プラスチック成形品を製造する際における、テープの被貼付面に対する貼付け角度が最適角度に設定され、あるいは設定・調整することができ、被貼付面に対するテープ貼付に関する性能を高めることができるテープ貼付装置、テープ貼付方法、及び複合成形品の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るテープ貼付装置（１）は、
テープを押圧しながら被貼付面に貼付ける貼付ヘッドを備えたテープ貼付装置であって、
前記貼付ヘッドが、
前記被貼付面に前記テープを供給するテープ供給手段と、
前記被貼付面に前記テープを押し付ける押圧手段と、
前記テープ及び／又は前記被貼付面を加熱する加熱手段とを備え、
前記テープの前記被貼付面への貼付け角度が１０度以上７０度以下となるように、前記テープ供給手段が、取付け手段を介して前記押圧手段に取付けられていることを特徴としている。

ここで、前記テープの前記被貼付面への貼付け角度とは、前記テープと前記ワークの表面（被貼付面）の接線とのなす角度のことをいい、上記テープ貼付装置（１）によれば、前記テープの前記被貼付面への貼付け角度を最適の角度に設定して貼付工程を進行させることができ、前記被貼付面に対するテープ貼付に関する性能を高めて成形品の仕上がり、例えば、仕上がり強度を向上させることができる。
また、貼付け角度が７０度以下に抑えられることにより、貼付工程における前記テープの折曲がり事故の発生を阻止して、成形品の仕上がりを向上させることができる。
また、貼付け角度が１０度以上に保たれることにより、前記貼付ヘッドの前記被貼付面への接触事故の発生を阻止することもできる。

また、本発明に係るテープ貼付装置（２）は、上記テープ貼付装置（１）において、前記テープの前記被貼付面への貼付け角度が２０度以上５０度以下となるように、前記テープ供給手段が前記押圧手段に取付けられていることが好ましい。
上記テープ貼付装置（２）によれば、上記テープ貼付装置（１）における上記した効果をさらに確実なものとすることができる。

また、本発明に係るテープ貼付装置（３）は、上記テープ貼付装置（１）又は（２）において、
前記取付け手段が、前記テープの前記被貼付面への貼付け角度を可変とする可変機構を備えていることが好ましい。
上記テープ貼付装置（３）によれば、前記テープの種類、例えば軟化点の違いによる前記貼付け角度の設定・調整を容易に実施することができる。

また、本発明に係るテープ貼付装置（４）は、上記テープ貼付装置（３）において、
前記可変機構が、スライド機構を含んで構成されていることが好ましい。
上記テープ貼付装置（４）によれば、前記テープの種類、例えば軟化点の違いによる貼付け角度の設定・調整をより容易に実施することができる。

また、本発明に係るテープ貼付装置（５）は、上記テープ貼付装置（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記加熱手段が、異なる方式の複数の加熱部を備えて構成されていることが好ましい。
前記熱風ノズルにより熱風を吹き付ける加熱気体方式のものは、構造が簡単で、前記赤外線ランプやレーザー光源を用いた輻射エネルギー方式のものに比べると、装置の製造コストを大幅に低く抑えることができる利点を有している。しかしながら、赤外線ランプ等を用いた輻射エネルギー方式のものに比べると、前記被貼付面における加熱温度の制御性にはやや劣る。
上記テープ貼付装置（５）においては、異なる方式、例えば、加熱気体方式や輻射エネルギー方式などの異なる方式からなる複数の加熱部を備えていることから、両者の特長をうまく引き出しながら、装置を構成することができ、イニシャルコスト・テープ貼付工程におけるランニングコストを抑えながら、しかも、前記被貼付面に対するテープ貼付に関する性能を高めることも可能となる。

また、本発明に係るテープ貼付装置（６）は、上記テープ貼付装置（５）において、
前記複数の加熱部のうち、少なくとも一つは輻射エネルギー方式によるものであり、他の少なくとも一つは、加熱気体方式によるものであることが好ましい。
上記テープ貼付装置（６）によれば、加熱気体方式によるイニシャルコスト・ランニングコスト削減効果を最大限に利用しながら、輻射エネルギー方式による高い制御性能を組み合わせることにより、イニシャルコスト・テープ貼付工程におけるランニングコストを抑えながら、制御性を高めて成形品の仕上がりを向上させることができる。

また、本発明に係るテープ貼付装置（７）は、上記テープ貼付装置（５）又は（６）において、前記複数の加熱部のうち、少なくとも一つは前記テープの上方に配置され、他の少なくとも一つは、前記テープの下方に配置されるものであることが好ましい。
例えば、前記テープの上方に輻射エネルギー方式によるものが配置され、前記テープの下方に加熱気体方式によるものが配置されてもよい。

上記テープ貼付装置（７）によれば、前記被貼付面のみならず、前記テープ自体も適切に加熱することが容易となり、また、前記テープに対して折れ曲がりを抑制することができる場合があり、テープ貼付に関する性能を高めて成形品の仕上がりを向上させることが容易となる場合がある。

また、本発明に係るテープ貼付装置（８）は、上記テープ貼付装置（１）〜（７）のいずかにおいて、前記加熱手段の前記押圧手段に対する配置を可変とする可変機構を備えていることが好ましい。

前記テープの貼付工程において、前記加熱手段に供給すべき電力量は、該加熱手段から被貼付面までの距離に大きく影響を受ける。
上記テープ貼付装置（８）によれば、前記加熱手段から前記被貼付面までの距離を、前記可変機構を介して自在に調整することができ、前記加熱手段を制御するのに適した範囲内の最短距離まで前記加熱手段を前記被貼付面に近付けることができる。
従って、使用電力量を極限にまで抑えることが可能となり、成形品の製造コストを大幅に削減することが可能となる。
また、前記加熱手段の容量（出力）を小さくできるため、小型で低価格な加熱手段を選択できることになり、装置の製造コストを削減することも可能となる。さらには、加熱領域の最適化が可能となり、必要な箇所のみの加熱を実現することができ、周辺（貼り付けない箇所）への熱の影響を抑えることが可能となり、成形品の仕上がりを向上させることが可能となる。
また、前記加熱手段を制御するのに最適の距離を維持しつつ、前記被貼付面を最適の温度に加温して貼付工程を進行させることが容易となり、前記被貼付面に対するテープ貼付に関する性能を高めて成形品の仕上がりを向上させることも容易となる。

また、本発明に係るテープ貼付方法（１）は、上記テープ貼付装置（１）〜（８）のいずれかを用い、前記被貼付面に前記テープを貼り付けるテープ貼付方法であって、前記テープの厚みが０．１６ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。

上記テープ貼付方法（１）によれば、前記テープの厚みをこの範囲とすることで、前記テープを所望する厚みまで貼付する回数を少なくして消費電力を抑えつつ、前記テープの折れ、乱れや積層乱れなどを抑制して、成形品の特性（弾性率、強度）および熱老化性、耐温水性などの耐久特性を高めることができる。また、前記テープの厚みが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であることがより好ましい。前記テープの厚みが０．２ｍｍ以上であることで、上記の効果に加えて、前記加熱手段からの熱風による貼付位置のずれを抑制する効果を高めることができる。また、前記テープの厚みが０．５ｍｍ以下であることで、前記テープ支持手段により前記テープが傷つきにくくなる。そのため、前記テープを支持しやすくなるとともに、前記テープが適度な剛性を有することにより、前記被貼付面に対する溶着性を向上させることができる。

また、本発明に係るテープ貼付方法（２）は、上記テープ貼付装置（１）〜（８）のいずれかを用い、前記被貼付面に前記テープを貼り付けるテープ貼付方法であって、
前記テープが、少なくとも一部に予め樹脂が含浸された繊維束からなり、前記樹脂が熱可塑性樹脂で構成されたものであることが好ましい。

上記テープ貼付方法（１）、（２）によれば、前記テープの前記被貼付面への貼付け角度を最適の角度に設定して貼付工程を進行させることができ、前記被貼付面に対するテープ貼付に関する性能を高めて成形品の仕上がり、例えば、仕上がり強度を向上させることができる。
また、貼付け角度が７０度以下に抑えられることにより、貼付工程における前記テープの折曲がり事故の発生を阻止して、成形品の仕上がりを向上させることができる。
また、貼付け角度が１０度以上に保たれることにより、貼付工程における前記貼付ヘッドの前記被貼付面への接触事故の発生を阻止することもできる。

また、上記テープ貼付方法（２）によれば、前記テープが、少なくとも一部に予め樹脂が含浸された繊維束からなり、前記樹脂が熱可塑性樹脂で構成されたものであることによって、前記樹脂が含侵された繊維束中のボイドが少なく、溶着時に前記樹脂を極度に溶融させる必要がないため、使用電力量を抑えながら、力学特性の高い成形品を得ることができる。
また、本発明に係るテープ貼付方法（２）を採る場合において、上記テープ貼付方法（１）を採用することが好ましい。

また、本発明に係るテープ貼付方法（３）は、上記テープ貼付装置（１）〜（８）のいずれかを用い、前記被貼付面に前記テープを貼り付けるテープ貼付方法であって、
前記テープが、少なくとも一部に予め樹脂が含浸された繊維束からなり、該繊維束は、溶融させた熱可塑性樹脂が充満した含浸ダイに連続繊維を投入し、スリットダイから引き抜くことにより成形されたものであることが好ましい。

上記テープ貼付方法（３）によれば、熱可塑性樹脂が充満した含浸ダイに連続繊維を投入し、スリットダイから引き抜くことにより成形された前記テープを用い、高強度・高品質の成形品を製造することができる。
また、本発明に係るテープ貼付方法（３）を採る場合において、上記テープ貼付方法（１）又は（２）もしくはその両方を採用することが好ましい。

また、本発明に係るテープ貼付方法（４）は、上記テープ貼付方法（２）又は（３）において、
前記押圧手段の少なくともその表面温度を、前記樹脂の軟化点未満に抑えながら前記テープを前記被貼付面に貼り付けることが好ましい。

上記テープ貼付方法（４）によれば、前記押圧手段に前記テープがくっ付いてくることを阻止しながら、該テープを前記被貼付面側に押し付けていくことができ、前記テープの貼付作業をスムーズなものとすることができる。

また、本発明に係るテープ貼付方法（５）は、上記テープ貼付方法（１）〜（４）のいずれかにおいて、
前記被貼付面が熱可塑性樹脂を含むものであることが好ましい。
上記テープ貼付方法（５）によれば、前記被貼付面に対するテープ貼付に関する性能を高めることができる。

また、本発明に係るテープ貼付方法（６）は、上記テープ貼付方法（１）〜（５）のいずれかにおいて、
前記テープの特性に合わせて前記テープの前記被貼付面への貼付け角度を調整することが好ましい。
上記テープ貼付方法（６）によれば、貼付工程における前記テープの折曲がり事故や、貼付工程における前記貼付ヘッドの前記被貼付面への接触事故の発生を阻止しながら、前記被貼付面に対するテープ貼付に関する性能を一段と高めて成形品の仕上がり、例えば、強度を一段と向上させることができる。

また、本発明に係る複合成形品の製造方法（１）は、上記テープ貼付方法（１）〜（６）のいずれかを使用し、前記被貼付面に前記テープが貼付されて成形された成形品を製造することが好ましい。

上記複合成形品の製造方法（１）によれば、前記被貼付面に対するテープ貼付に関する性能を高めた成形品を製造することができ、例えば、強度を向上させることができ、強度、外観に優れた成形品を製造することができる。

本発明の実施の形態に係るＡＴＬ装置全体の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態に係るＡＴＬ装置におけるＡＴＬヘッドの構成を示す側面図である。 図２に示した実施の形態に係るＡＴＬヘッドの別の状態を示す側面図である。 図２に示した実施の形態に係るＡＴＬヘッドのさらに別の状態を示す側面図である。 図１に示した実施の形態に係るＡＴＬ装置の貼付処理動作中の一状態を示す斜視図である。 従来のＡＴＬ装置におけるＡＴＬヘッドの構成例を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るテープ貼付装置、テープ貼付方法、及び複合成形品の製造方法を図面に基づいて説明する。

図１は、実施の形態に係るＡＴＬ装置１全体の概略構成を示す斜視図である。ＡＴＬ装置１は、多関節ロボット２、多関節ロボット２のアーム２ａの先端部分に取付けられたＡＴＬヘッド３、ＡＴＬヘッド３に予め切断されたテープＡを供給・搬送するテープ搬送手段４、切断されたテープＡを載置しておく載置台１３、ワーク５を保持するワーク台６等を含んで構成されている。

本実施の形態におけるワーク５は、例えば、熱可塑性樹脂の射出成型品からなり、その表面に同じ熱可塑性樹脂が含浸された炭素繊維束からなる裁断済みの（ＵＤ）テープＡが貼付けられて補強される。ワーク５の形状、及びテープＡを貼付ける位置、貼付ける長さは設計により予め定められている。

多関節ロボット２としては市販の汎用の産業用ロボットを用いることができる。多関節ロボット２のアーム２ａの先端部分にＡＴＬヘッド３が取り付けられている。

ＡＴＬヘッド３では、図２に示したように、赤外線ランプ８と熱風ノズル１８とが可変機構７を介して押圧手段１０側に取付けられており、可変機構７はリンク部７ａとスライド部７ｂとを含んで構成されている。赤外線ランプ８はリンク部７ａに支持され、熱風ノズル１８はスライド部７ｂに支持され、押圧手段１０に対する相対的位置は、例えば、図２に示した位置から、図３あるいは図４に示した位置まで、それぞれリンク部７ａ、スライド部７ｂが許す範囲で自在に調整可能となっている。
本実施の形態では、可変機構７の作用により、赤外線ランプ８及び熱風ノズル１８の両者が押圧手段１０に対する相対位置可変となっているが、別の実施の形態では、赤外線ランプ８及び熱風ノズル１８のうちの少なくとも一つが、相対位置可変に構成されていてもよい。

赤外線ランプ８は、反射板やレンズ等の光学系（図示せず）を備えており、図２中にＢで示す貼付ポイントのやや上流側を狙い、その領域に赤外線を集光することで、その領域内に存在する被貼付面５ａを主として加熱できるように構成されている。
赤外線ランプ８のケースには非接触の温度センサ１７が取付けられている。

熱風ノズル１８は、ヒータ（図示せず）を内蔵しており、供給系（図示せず）から供給される窒素ガスを加熱し、その先端より、所定温度、所定流量の加熱ガスとして噴出するように構成されている。熱風ノズル１８からの加熱ガスも貼付ポイントＢよりもやや上流の領域に吹き付けられ、主として被貼付面５ａを加熱するように構成されている。
なお、供給するガスとしては、窒素ガスの他、炭酸ガス、あるいは空気であってもよい。

フィーダー９は、取付け手段としての可変機構９Ａを介して押圧手段１０に取付けられており、可変機構９Ａは、円弧状のスライダー部９ａ、スライダー部９ａに形成されたスライド溝９ａａ、このスライド溝９ａａに係合してスライドする係合突起（図示せず）を含んで構成されている。この係合突起は、フィーダー９のケース部に形成されており、この係合突起がスライド溝９ａａ内をスライド移動することにより、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度を可変とする。

テープＡを保持搬送するフィーダー９は、例えば、図６に示すように、搬送ベルト１１ａ、１１ｂを内蔵しており、テープＡは搬送ベルト１１ａ、１１ｂ間に挟持されて搬送されるようになっている。搬送ベルト１１ａ、１１ｂの内部にはヒータ１２ａ、１２ｂが配置され、搬送ベルト１１ａ、１１ｂを所定温度に予熱することができるように構成されている。
予熱された搬送ベルト１１ａ、１１ｂ間をテープＡが搬送されることで、テープＡが貼付ポイントＢに到達する前に、所定温度にまでテープＡを予備加熱することも可能となっている。
なお、この予備加熱は必須のものではなく、テープＡやワーク５の構成材料、厚さ等によっては不要の場合もある。

押圧手段１０は、押圧ローラ１０ａが、ローラ支持部１０ｂを介してベース部１０ｃに取付けられて構成されている。押圧ローラ１０ａは、テープＡを被貼付面５ａに押し付けるもので、ローラ支持部１０ｂ内には、押圧ローラ１０ａに圧力を付与するエアシリンダ１０ｄが配置されている。

テープ搬送手段４（図１）は、予め所定長さに裁断されたテープＡが積載される載置台１３、載置台１３からテープＡを１本ずつピックアップするピックアップハンド１４、ピックアップハンド１４を鉛直方向および水平方向に移動させるガントリ軸１５、１６を含んで構成されている。
ピックアップハンド１４は、真空吸着チャック１４ａを複数個備え、この真空吸着チャック１４ａにより載置台１３上に積載されたテープＡを１本ずつピックアップする。

テープＡが貼付けられるワーク５は、様々な形状（３次元形状）を有している。そのため、ＡＴＬヘッド３では、テープＡに対する押圧ローラ１０ａの押圧状態を一定に保つため、押圧ローラ１０ａがワーク５の被貼付面５ａの接線方向に直交する方向（法線方向）から被貼付面５ａを押圧するように、ＡＴＬヘッド３の姿勢（傾き）を制御する。例えば、ワーク５に対するＡＴＬヘッド３の姿勢制御は、ワーク５の３次元設計データに基づいて実施されるようになっている。

次に、図１〜５に基づいてＡＴＬ装置１によるテープＡの貼付動作を説明する。
なお、貼付動作の説明に直接関係のない部材に関しては、図面を見やすくするため、符号の表記を省略している。

まず、テープＡの構成材料を考慮し、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度を設定する。
例えば、テープＡの構成樹脂成分がＰＡ系のナイロン６（軟化温度１８０℃前後）で構成されている場合は、可変機構９Ａを操作してフィーダー９を図２に示した位置に近い範囲に配置する。すなわち、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度を６０度近傍、例えば５５〜６５度に設定する。

また、例えば、テープＡの構成樹脂成分がＰＡ系のナイロン６６（軟化温度２３０℃前後）で構成されている場合は、可変機構９Ａを操作してフィーダー９を図３に示した位置に近い範囲に配置する。すなわち、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度を４５度近傍、例えば４０〜５０度に設定する。

次に、テープＡの構成材料を考慮し、赤外線ランプ８及び熱風ノズル１８の押圧手段１０に対する相対的位置（図２、３）、換言すれば、貼付ポイントＢまでの距離関係を決定し、この距離に合わせた加熱手段８０としての加熱工程プログラムを設定しておく。

例えば、テープＡの構成樹脂成分がＰＡ系のナイロン６（軟化温度１８０℃前後）で構成されている場合は、可変機構７を操作して図２に示した位置に近い範囲に、赤外線ランプ８及び熱風ノズル１８の押圧手段１０に対する相対的位置を決定し、加熱工程プログラムを設定しておく。

また、例えば、テープＡの構成樹脂成分がＰＡ系のナイロン６６（軟化温度２３０℃前後）で構成されている場合は、可変機構７を操作し、図３に示した位置に近い範囲に、赤外線ランプ８及び熱風ノズル１８の押圧手段１０に対する相対的位置を決定し、加熱工程プログラムを設定しておく。

次に、ＡＴＬ装置１を始動させると、ガントリ軸１５、１６が動作し、ピックアップハンド１４が、載置台１３上のテープＡを１本だけピックアップする（図５）。このとき、テープＡの両端（少なくとも一端）が、ピックアップハンド１４の両端より長さ方向に突き出た状態で、真空吸着チャック１４ａがテープＡを吸着しピックアップする。

次に、ピックアップハンド１４が受渡し位置まで移動する。受渡し位置においてピックアップハンド１４が保持するテープＡをＡＴＬヘッド３内のフィーダー９に受け渡す。受け渡し位置は、ガントリ軸１５、１６によるピックアップハンド１４の可動領域と、多関節ロボット２によるＡＴＬヘッド３の可動領域の共通領域内であればよく、その位置に特に制限はない。

受渡し位置において、ＡＴＬヘッド３内のフィーダー９の上部挿入口（図示せず）に、ピックアップハンド１４が保持するテープＡの一端が若干挿入されるように多関節ロボット２が動作し、フィーダー９はお辞儀動作をする。
テープＡの一端が所定長さ、フィーダー９に挿入されると、真空吸着チャック１４ａの吸着が解除され、テープＡがＡＴＬヘッド３に受け渡される。同時にフィーダー９が作動し、テープＡを所定の待機位置まで搬送する。

次に多関節ロボット２を動作させ、貼付開始位置までＡＴＬヘッド３を移動させる。続けて多関節ロボット２を動作させ、押圧ローラ１０ａを被貼付面５ａに押し付ける。
このとき、押圧ローラ１０ａが被貼付面５ａに接触するタイミングに合わせてフィーダー９が動作し、丁度テープＡの先端が押圧ローラ１０ａと被貼付面５ａとの間に挟まるようにテープＡを搬送する。
赤外線ランプ８と熱風ノズル１８もこのタイミングに同期して点灯及び動作を開始し、被貼付面５ａへの加熱を開始する。

ＡＴＬヘッド３は、テープＡの貼付経路に沿って、ワーク５の被貼付面５ａ上を移動及び首振り動作をしつつ、テープＡを被貼付面５ａに貼り付けていく。その間もフィーダー９は作動しており、テープＡを搬送、供給する。

テープＡを被貼付面５ａの後端まで貼り終わると、赤外線ランプ８が消灯、熱風ノズル１８の動作が停止し、多関節ロボット２の動作により押圧ローラ１０ａによる被貼付面５ａへの押圧が解除され、１本のテープＡの貼付が完了する。
以下、同じ動作が繰り返され、被貼付面５ａ上にテープＡが貼付けられていく。

以下、実施例、比較例について説明する。まず、実施例、比較例で採用した物性の測定方法について説明する。

（１）曲げ評価
テープＡが貼付されたワーク５から、幅１０ｍｍ×長さ１５０ｍｍ（繊維長手方向）×厚み３．０ｍｍの短冊状試験片を切り出し、スパン間距離８０ｍｍ、曲げ速度２ｍｍ／ｍｉｎで短冊を押し曲げた。ｎ＝３で測定し、曲げ強度、曲げ弾性率を測定した。

（２）耐熱老化性試験
曲げ評価用の短冊試験片を８０℃雰囲気下の熱風オーブン（タバイ社製）に投入し、５００時間経過後に取り出し、２３℃、５０％ＲＨで２４時間放置し、曲げ強度、曲げ弾性率を測定した。

（３）耐温水性評価
（１）における曲げ評価用の短冊試験片を５０℃の温水に浸漬し、５００時間経過後に取り出し、水分除去した後に、２３℃、５０％ＲＨで２４時間放置し、（１）の方法で曲げ強度、曲げ弾性率を測定した。

＜テープＡの製造＞
製造例１：繊維強化樹脂成形体（Ａ−１）の製造
東レ（株）製炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ７００Ｓ（１２Ｋ）を一方向に引き揃え、ナイロン６樹脂で充満された含浸ダイに投入した後、引き抜き成形によって、幅５０ｍｍ、厚み０．２８ｍｍ、連続繊維含有量６０重量％のテープ（Ａ−１）を得た。

製造例２：繊維強化樹脂成形体（Ａ−２）の製造
東レ（株）製炭素繊維“トレカ”（登録商標）Ｔ７００Ｓ（１２Ｋ）を一方向に引き揃え、ナイロン６６樹脂で充満された含浸ダイに投入した後、引き抜き成形によって、幅５０ｍｍ、厚み０．２８ｍｍ、連続繊維含有量６０重量％のテープ（Ａ−２）を得た。

製造例３：繊維強化樹脂成形体（Ａ−３）の製造
厚みを０．１５ｍｍに変更した以外は、製造例１と同様の方法を用いて、幅５０ｍｍ、連続繊維含有量６０重量％のテープ（Ａ−３）を得た。

＜ワークの製造＞
ＧＦ強化ナイロン６（東レ株式会社製 ＣＭ１０１１Ｇ−１５）を用いて、射出成形を行うことにより、図１に示すワーク５を製造した。

＜実施例１＞
テープＡとして上記製造例１に係る繊維強化樹脂成形体（Ａ−１）を採用し、用意したテープＡを、図１に示した状態に、載置台１３上に並べておいた。
可変機構９Ａを操作してフィーダー９を図２に示した位置に近い範囲に配置し、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度を６０度に設定した。
また、赤外線ランプ８と熱風ノズル１８の押圧手段１０に対する相対的位置が図２に示した状態近くになるように可変機構７を用いてセッティングした。
その後、加熱手段８０から貼付ポイントＢまでの距離を考慮し、この距離に合わせた加熱手段８０としての加熱工程プログラムを設定しておいた。
その後、ＡＴＬ装置１を始動させ、ワーク５の被貼付面５ａ上にテープＡを貼付していった。
テープＡが貼付された成形品から上記した試験片を切り出し、上記各評価試験を実施した。
併せて、加熱手段８０における使用電力量を求めた。

＜実施例２＞
テープＡとして上記製造例２に係る繊維強化樹脂成形体（Ａ−２）を採用し、用意したテープＡを、図１に示した状態に、載置台１３上に並べておいた。
可変機構９Ａを操作してフィーダー９を図３に示した位置に近い範囲に配置し、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度を４５度に設定した。
また、赤外線ランプ８と熱風ノズル１８の押圧手段１０に対する相対的位置が図３に示した状態近くになるように可変機構７を用いてセッティングした。
その後、加熱手段８０から貼付ポイントＢまでの距離を考慮し、この距離に合わせた加熱手段８０としての加熱工程プログラムを設定しておいた。
その後、ＡＴＬ装置１を始動させ、ワーク５の被貼付面５ａ上にテープＡを貼付していった。
テープＡが貼付された成形品から上記した試験片を切り出し、上記各評価試験を実施した。
併せて、加熱手段８０における使用電力量を求めた。

＜実施例３＞
テープＡとして上記製造例２に係る繊維強化樹脂成形体（Ａ−２）を採用し、用意したテープＡを、図１に示した状態に、載置台１３上に並べておいた。
可変機構９Ａを操作してフィーダー９を図４に示した位置に近い範囲に配置し、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度を４５度に設定した。
また、赤外線ランプ８と熱風ノズル１８の押圧手段１０に対する相対的位置が図４に示した状態近くになるように、すなわち、赤外線ランプ８はテープＡの上方に位置するように可変機構７を用いてセッティングした。
その後、加熱手段８０から貼付ポイントＢまでの距離を考慮し、この距離に合わせた加熱手段８０としての加熱工程プログラムを設定しておいた。
その後、ＡＴＬ装置１を始動させ、ワーク５の被貼付面５ａ上にテープＡを貼付していった。
テープＡが貼付された成形品から上記した試験片を切り出し、上記各評価試験を実施した。
併せて、加熱手段８０における使用電力量を求めた。

＜実施例４＞
テープＡとして上記製造例１に係る繊維強化樹脂成形体（Ａ−１）を採用した以外は、実施例２と同様の方法を用いてテープＡが貼付された成形品を作製し、各評価試験を行うとともに、加熱手段８０における使用電力量を求めた。

＜実施例５＞
テープＡとして上記製造例３に係る繊維強化樹脂成形体（Ａ−３）を採用した以外は、実施例２と同様の方法を用いてテープＡが貼付された成形品を作製し、各評価試験を行うとともに、加熱手段８０における使用電力量を求めた。

＜実施例６＞
テープＡとして上記製造例３に係る繊維強化樹脂成形体（Ａ−３）を採用した以外は、実施例２と同様の方法を用いてテープＡを２枚積層して貼付された成形品を作製し、各評価試験を行うとともに、加熱手段８０における使用電力量を求めた。

＜比較例１＞
テープＡとして上記製造例１に係る繊維強化樹脂成形体（Ａ−１）を採用し、用意したテープＡを、図１に示した状態に、載置台１３上に並べておいた。
フィーダー９を図６に示した位置に近い範囲に配置し、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度が７５度になるように、従来のＡＴＬヘッド３０を採用した。
また、赤外線ランプ８と熱風ノズル１８の押圧手段１０に対する相対的位置が図６に示した状態近くになるように従来のＡＴＬヘッド３０を採用した。
その後、加熱手段８０から貼付ポイントＢまでの距離を考慮し、この距離に合わせた加熱手段８０としての加熱工程プログラムを設定しておいた。
その後、ＡＴＬ装置を始動させ、ワーク５の被貼付面５ａ上にテープＡを貼付していった。
テープＡが貼付された成形品から上記した試験片を切り出し、上記各評価試験を実施した。
併せて、加熱手段８０における使用電力量を求めた。

＜比較例２＞
実施例１において、テープＡの貼付角度が５度となるように変更した以外は、同様の方法で貼付テストを行った。その結果、装置がワーク５と干渉し、貼付が完了しなかった。

＜比較例３＞
テープＡとして上記製造例３に係る繊維強化樹脂成形体（Ａ−３）を採用した以外は、比較例１と同様の方法を用いてテープＡが貼付された成形品を作製し、各評価試験を行うとともに、加熱手段８０における使用電力量を求めた。

＜比較例４＞
テープＡとして上記製造例３に係る繊維強化樹脂成形体（Ａ−３）を採用した以外は、比較例１と同様の方法を用いてテープＡが２枚積層して貼付された成形品を作製し、各評価試験を行うとともに、加熱手段８０における使用電力量を求めた。

［試験結果］
実施例１
曲げ強度（ＭＰａ） 曲げ弾性率（ＧＰａ）
（１）曲げ評価 ３６４ ２０
（２）耐熱老化性試験 ３５５ １９
（３）耐温水性評価 ３５０ １８
（４）消費電力 比較例１と比べ 約２０％削減

実施例２
曲げ強度（ＭＰａ） 曲げ弾性率（ＧＰａ）
（１）曲げ評価 ３６５ ２０
（２）耐熱老化性試験 ３５８ １９
（３）耐温水性評価 ３５２ １９
（４）消費電力 比較例１と比べ 約３０％削減

実施例３
曲げ強度（ＭＰａ） 曲げ弾性率（ＧＰａ）
（１）曲げ評価 ３６６ ２１
（２）耐熱老化性試験 ３５９ ２０
（３）耐温水性評価 ３５３ ２０
（４）消費電力 比較例１と比べ 約３５％削減

実施例４
曲げ強度（ＭＰａ） 曲げ弾性率（ＧＰａ）
（１）曲げ評価 ３６４ ２１
（２）耐熱老化性試験 ３６０ ２１
（３）耐温水性評価 ３５５ ２０
（４）消費電力 比較例１と比べ 約４０％削減

実施例５
曲げ強度（ＭＰａ） 曲げ弾性率（ＧＰａ）
（１）曲げ評価 ２８０ １６
（２）耐熱老化性試験 ２６０ １４
（３）耐温水性評価 ２６０ １４
（４）消費電力 比較例２と比べ 約２０％削減

実施例６
曲げ強度（ＭＰａ） 曲げ弾性率（ＧＰａ）
（１）曲げ評価 ３５０ ２１
（２）耐熱老化性試験 ３３０ １９
（３）耐温水性評価 ３３０ １９
（４）消費電力 比較例３と比べ 約１５％削減

比較例１
曲げ強度（ＭＰａ） 曲げ弾性率（ＧＰａ）
（１）曲げ評価 ３００ １５
（２）耐熱老化性試験 ２５０ １２
（３）耐温水性評価 ２５０ １２
（４）消費電力 基準値
ただし、比較例１のものでは、貼付け角度が７０度を超えていたため、数回に１度の割合でテープＡに割れを生じ、うまく貼付けが実施できなかった。

比較例３
曲げ強度（ＭＰａ） 曲げ弾性率（ＧＰａ）
（１）曲げ評価 ２５０ １５
（２）耐熱老化性試験 ２００ １２
（３）耐温水性評価 ２００ １２
（４）消費電力 基準値（比較例１と同等）

比較例４
曲げ強度（ＭＰａ） 曲げ弾性率（ＧＰａ）
（１）曲げ評価 ３３０ １９
（２）耐熱老化性試験 ２８０ １８
（３）耐温水性評価 ２７０ １６
（４）消費電力 基準値（比較例１と比べ９０％増加）

上記した実施の形態によれば、テープＡの被貼付面５ａへの貼付け角度を最適の角度に設定して貼付工程を進行させることができ、被貼付面５ａに対するテープＡの貼付性能を高めて、曲げ特性、耐熱老化性、耐温水性に優れる成形品が得られた。
一方、比較例１〜４においては、テープ貼付に関する性能が不十分であり、曲げ特性、耐熱老化性、耐温水性、消費電力のいずれかが不十分であった。

また、貼付け角度が７０度以下に抑えられることにより、貼付工程におけるテープＡの折曲がり事故の発生を阻止して、成形品の仕上がりを向上させることができた。
また、貼付け角度が１０度以上に保たれることにより、ＡＴＬヘッド３の被貼付面５ａへの接触事故の発生を阻止することもできた。

また、加熱手段８０から被貼付面５ａまでの距離を、可変機構７を介して自在に調整することができ、加熱手段８０を制御するのに適した範囲内の最短距離まで加熱手段８０を被貼付面５ａに近付けることができた。

従って、使用電力量を極限にまで抑えることが可能となり、成形品の製造コストを大幅に削減することができる。また、加熱手段８０を制御するのに最適の距離を維持しつつ、被貼付面５ａを最適の温度に加温して貼付工程を進行させることが容易となり、被貼付面５ａに対するテープＡの貼付に関する性能を高めて成形品の強度などを向上させることも容易となった。

また、加熱気体方式による製造・ランニングコスト削減効果を最大限に利用しながら、輻射エネルギー方式による高い制御性能を組み合わせることにより、ＡＴＬ装置１の製造コスト・テープ貼付工程のランニングコストを抑えながら、制御性を高めて成形品の仕上がりを向上させることもできた。

さらには、赤外線ランプ８をテープＡの上方に配置することにより、被貼付面５ａのみならず、テープＡ自体も適切に加熱することが容易となり、テープＡの貼付に関する性能を高めて成形品の強度、外観を向上させることも実現することができた。

また、ポリアミド系樹脂が充満した含浸ダイに連続繊維を投入し、スリットダイから引き抜くことにより成形されたテープＡを用い、製造コストを大幅に削減しながら、強度、外観に優れた複合成形品を製造することができた。

また、上記実施の形態においては、テープ搬送手段４にガントリ構造体を採用しているが、別の実施の形態では、ガントリ構造体に代えて多関節ロボットを採用してもよい。

また、上記実施の形態においては、ＡＴＬヘッド３の駆動装置として多関節ロボット２を採用しているが、別の実施の形態では、多関節ロボットに代えてガントリ構造体を採用しても差し支えない。

ガントリ構造体を採用した場合には、ＡＴＬヘッド３のＸＹＺ軸方向への運動制御を安定して行うことができる。また、ＡＴＬヘッド３の剛性を高めることができ、ＡＴＬヘッド３による押圧力を高めることができ、さらには、ＡＴＬ装置１のフットプリント（換言すると、装置全体の動作範囲を含めた占有体積）を小さくすることができるという利点も得ることができる。

また、上記実施の形態においては、加熱手段８０の一つとして赤外線ランプ８が採用されているが、別の実施の形態では、輻射エネルギー方式の加熱源としてレーザー光源を採用してもよい。レーザー光源は高出力かつ高エネルギー密度で、出力制御も容易であるという利点を有している。ただし、発振管、光ファイバ（導光管）、光学系、電源、制御装置などを含めて少し高価なものとはなる。

１ ＡＴＬ装置（テープ貼付装置）
２ 多関節ロボット
２ａ アーム
３ ＡＴＬヘッド（貼付ヘッド）
４ テープ搬送手段
５ ワーク
５ａ 被貼付面
６ ワーク台
７ 可変機構
７ａ リンク部
７ｂ スライド部
８ 赤外線ランプ
９ フィーダー（テープ供給手段）
９Ａ 可変機構（取付け手段）
９ａ スライダー部
９ａａ スライド溝
１０ 押圧手段
１０ａ 押圧ローラ
１０ｂ ローラ支持部
１０ｃ ベース部
１０ｄ シリンダ部
１１ａ、１１ｂ 搬送ベルト
１２ａ、１２ｂ ヒータ
１３ 載置台
１４ ピックアップハンド
１４ａ 真空吸着チャック
１５ ガントリ軸
１６ ガントリ軸
１７ 温度センサ
１８ 熱風ノズル
８０ 加熱手段
３０ ＡＴＬヘッド（従来）
７０ ベース材（従来）

Ａ テープ
Ｂ 貼付ポイント

Claims (15)

1. テープを押圧しながら被貼付面に貼り付ける貼付ヘッドを備えたテープ貼付装置であって、
   前記貼付ヘッドが、
   前記被貼付面に前記テープを供給するテープ供給手段と、
   前記被貼付面に前記テープを押し付ける押圧手段と、
   前記テープ及び／又は前記被貼付面を加熱する加熱手段とを備え、
   前記テープの前記被貼付面への貼付け角度が１０度以上７０度以下となるように、前記テープ供給手段が、取付け手段を介して前記押圧手段に取付けられていることを特徴とするテープ貼付装置。
2. 前記テープの前記被貼付面への貼付け角度が２０度以上５０度以下となるように、前記テープ供給手段が前記押圧手段に取付けられていることを特徴とする請求項１記載のテープ貼付装置。
3. 前記取付け手段が、前記テープの前記被貼付面への貼付け角度を可変とする可変機構を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のテープ貼付装置。
4. 前記可変機構が、スライド機構を含んで構成されていることを特徴とする請求項３記載のテープ貼付装置。
5. 前記加熱手段が、異なる方式の複数の加熱部を備えて構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のテープ貼付装置。
6. 前記複数の加熱部のうち、少なくとも一つは輻射エネルギー方式によるものであり、他の少なくとも一つは、加熱気体方式によるものであることを特徴とする請求項５記載のテープ貼付装置。
7. 前記複数の加熱部のうち、少なくとも一つは前記テープの上方に配置され、他の少なくとも一つは、前記テープの下方に配置されるものであることを特徴とする請求項５又は請求項６記載のテープ貼付装置。
8. 前記加熱手段の前記押圧手段に対する配置を可変とする可変機構を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載のテープ貼付装置。
9. 請求項１〜８のいずれかの項に記載のテープ貼付装置を用い、前記被貼付面に前記テープを貼り付けるテープ貼付方法であって、
   前記テープの厚みが０．１６ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲であることを特徴とするテープ貼付方法。
10. 請求項１〜８のいずれかの項に記載のテープ貼付装置を用い、前記被貼付面に前記テープを貼り付けるテープ貼付方法であって、
    前記テープが、少なくとも一部に予め樹脂が含浸された繊維束からなり、前記樹脂が熱可塑性樹脂で構成されたものであることを特徴とするテープ貼付方法。
11. 請求項１〜８のいずれかの項に記載のテープ貼付装置を用い、前記被貼付面に前記テープを貼り付けるテープ貼付方法であって、
    前記テープが、少なくとも一部に予め樹脂が含浸された繊維束からなり、該繊維束は、溶融させた熱可塑性樹脂が充満した含浸ダイに連続繊維を投入し、スリットダイから引き抜くことにより成形されたものであることを特徴とするテープ貼付方法。
12. 前記押圧手段の少なくともその表面温度を、前記樹脂の軟化点未満に抑えながら前記テープを前記被貼付面に貼り付けることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載のテープ貼付方法。
13. 前記被貼付面が熱可塑性樹脂を含むものであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかの項に記載のテープ貼付方法。
14. 前記テープの特性に合わせて前記テープの前記被貼付面への貼付け角度を調整することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかの項に記載のテープ貼付方法。
15. 請求項９〜１４のいずれかの項に記載のテープ貼付方法を使用し、前記被貼付面に前記テープが貼付されて成形された成形品を製造することを特徴とする複合成形品の製造方法。
    
    

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