JP2023135026A - テープ貼付装置、及びテープ貼付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被貼付面に対する押圧部の倣い性を向上させ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】被貼付面２ａ上にテープ１を所定の貼付方向に貼り付けるＡＴＬ装置１０であって、押圧部３０と、エンド部４０と、パラレルリンク機構５０と、ベース部６０とを有する貼付ヘッド２０を備え、パラレルリンク機構５０は、エンド部４０を変位させ、押圧部３０の押圧位置及び／又は押圧姿勢を被貼付面２ａの形状に倣うように動作するものであり、少なくとも押圧部３０を被貼付面２ａの形状に応じて所定の回動軸周りに回動可能とする回動機構７０をさらに有している。【選択図】図１

Description

本発明はテープ貼付装置、及びテープ貼付方法に関し、より詳細には、テープを被貼付面に貼り付けることにより、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、及びテープ貼付方法に関する。

予め樹脂が含浸された炭素繊維等の繊維束をテープ状に成形したもの（プリプレグテープ、ＵＤテープなどとも呼ぶ）を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）成形品を製造する方法が知られている。

これらの製法は、ＡＴＬ（Ａｕｔｏ Ｔａｐｅ Ｌａｙｕｐ）、ＡＴＷ（Ａｕｔｏ Ｔａｐｅ Ｗｅｌｄｉｎｇ）、ＡＦＰ（Ａｕｔｏ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）など種々の称呼があるが、これらは厳密に区別されているものでない。本明細書に於いては、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と呼び、その装置（テープ貼付装置）をＡＴＬ装置と呼ぶこととする。

従来のＡＴＬ装置の一例が下記の特許文献１に開示されている。
特許文献１記載のＡＴＬ装置は、多関節ロボットのアーム先端にＡＴＬヘッドが取り付けられている。前記ＡＴＬヘッドは、テープを保持搬送するフィーダー、テープ及び／又はワークの被貼付面を加熱するヒータ、及びテープを被貼付面に貼り付ける押圧ローラを含んで構成されている。

前記ワークは、例えば、熱可塑性樹脂の射出成型品であって、様々な形状（３次元形状）を有しており、設計上の形状、寸法に対して形状誤差を有していることが多い。
そのため、特許文献１に開示されたような前記多関節ロボットによる前記ＡＴＬヘッドの姿勢制御では、前記押圧ローラによる前記ワークの被貼付面への押圧が不十分な箇所が生じたりして、押圧状態にばらつきが生じることがあり、前記被貼付面に対する押圧ローラの押圧状態を一定に保つことが難しいという課題があった。

係る課題を解決するために本出願人らは、下記の特許文献２に開示されたＡＴＬ装置を提案した。特許文献２記載のＡＴＬ装置は、ＡＴＬヘッドが、押圧部と、パラレルリンク機構とを備えた構成となっている。

特許文献２記載のＡＴＬ装置によれば、前記パラレルリンク機構の動作制御により、ワークの被貼付面にテープを押し付ける前記押圧部の押圧位置及び／又は押圧姿勢を前記被貼付面の形状に倣うように動作させることが可能となり、前記ワークが幾らかの形状誤差を有している場合であっても、前記被貼付面に対する前記押圧部の押圧状態を一定に保つことが可能となり、前記テープの貼付性能を高めることが可能となった。

［発明が解決しようとする課題］
図６（ａ）、（ｂ）は、パラレルリンク機構を備えた従来のＡＴＬ装置でワークにテープを貼付している一場面を示す要部模式図である。なお、図６では、テープ１の貼付方向をＹ軸方向、これと水平面で直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明する。

図６（ａ）、（ｂ）において、ワーク２は、テープ１の貼付方向（Ｙ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）に傾斜（右傾斜）した被貼付面２ａを有している。
図６（ａ）では、被貼付面２ａが、破線で示す設計形状面に対して形状誤差αを有し、図６（ｂ）では、被貼付面２ａが、破線で示す設計形状面に対して形状誤差β（β＞α）を有している。

貼付ヘッド２００は、押圧部３と、エンド部４と、パラレルリンク機構５と、ベース部６とを含んで構成されている。押圧部３は、一点破線で示す回転軸３ａａ周りに回転可能なローラ３ａを有している。

図６（ａ）に示すように、ワーク２の被貼付面２ａの形状が幾らかの誤差（形状誤差α）を有している場合であっても、パラレルリンク機構５の制御（インピーダンス制御）によって、形状誤差αが吸収されて、ローラ３ａの押圧位置や押圧姿勢を被貼付面２ａの形状に倣うように動作させることが可能となっている。

しかしながら、図６（ｂ）に示すように、被貼付面２ａの形状誤差βがパラレルリンク機構５の制御で吸収しきれない程度以上に大きくなると、パラレルリンク機構５の制御だけでは、その誤差を吸収しきれずに、ローラ３ａが被貼付面２ａに片当たりする状態となり、テープ１を被貼付面２ａに押圧できない部分が生じることもあった。

パラレルリンク機構５の制御では、前記インピーダンス制御のパラメータ（慣性、粘性等）を調整することにより、形状誤差の吸収代を変えることが可能である。しかしながら、前記吸収代が大きくなるように前記パラメータの調整を行うと、被貼付面２ａに対するローラ３ａの押圧位置や押圧姿勢の制御精度が低下し、被貼付面２ａに対するローラ３ａの押圧荷重がばらつきやすくなるという課題があった。

そのため、特許文献２記載のＡＴＬ装置であっても、被貼付面に対するローラの押圧位置及び／又は押圧姿勢の制御精度を低下させることなく、被貼付面の形状誤差に対する誤差吸収性を高めて、被貼付面２ａに対するローラ３ａの倣い性を向上させることは容易ではないという課題があった。

特開２０１８－１４９７３０号公報 特開２０２０－１４７０３５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、被貼付面に対する押圧部の倣い性を向上させることができるテープ貼付装置、及びテープ貼付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、被貼付面上にテープを所定の貼付方向に貼り付けるテープ貼付装置であって、
押圧部と、エンド部と、パラレルリンク機構と、ベース部と、を有する貼付ヘッドを備え、
前記押圧部は、前記テープを前記被貼付面との間に挟持、押圧しつつ前記テープを前記被貼付面に貼り付けるものであり、
前記エンド部は、前記押圧部を保持するものであり、
前記パラレルリンク機構は、前記エンド部を変位させ、前記押圧部の押圧位置及び／又は押圧姿勢を前記被貼付面の形状に倣うように動作するものであり、
前記ベース部は、前記パラレルリンク機構の前記エンド部側とは反対側を保持するものであり、
少なくとも前記押圧部を前記被貼付面の形状に応じて所定の回動軸周りに回動可能とする回動機構をさらに有することを特徴としている。

上記テープ貼付装置（１）によれば、前記パラレルリンク機構により前記エンド部を変位させる制御により、前記被貼付面に対する前記押圧部の押圧位置及び／又は押圧姿勢の制御精度を高く維持することができる。また、前記パラレルリンク機構により前記エンド部を変位させる制御を行いつつ、前記回動機構により少なくとも前記押圧部を前記被貼付面の形状に応じて所定の回動軸周りに回動させることにより、前記被貼付面の形状誤差に対する誤差吸収性を高め、前記被貼付面に対する前記押圧部の倣い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装置（２）は、上記テープ貼付装置（１）において、
前記回動機構は、前記被貼付面の形状に応じて前記押圧部を従動させるものであることを特徴としている。

上記テープ貼付装置（２）によれば、前記回動機構が、前記被貼付面の形状に応じて前記押圧部を従動させるものであるので、前記被貼付面の形状誤差に対する即応性が高く、また、前記押圧部を前記被貼付面に低押付荷重で倣わせることが可能となる。

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、
前記押圧部は、前記被貼付面への押圧時に線状押圧領域を形成するものであり、
前記回動機構は、前記線状押圧領域内又はその延長上の任意の１点を通り、前記貼付方向に平行な軸の周りに前記押圧部を回動可能とすることを特徴としている。

上記テープ貼付装置（３）によれば、前記回動機構によって、前記任意の１点を通り、前記貼付方向に平行な軸の周りに前記押圧部を回動させることが可能となる。したがって、前記パラレルリンク機構の制御動作で吸収しきれない形状誤差を被貼付面が有している場合であっても、前記押圧部を前記被貼付面に精度良く倣わせることが可能となり、前記被貼付面に対する前記押圧部の倣い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装置（４）は、上記テープ貼付装置（３）において、
前記任意の１点は、前記線状押圧領域を長手方向に二分する点であることを特徴としている。

上記テープ貼付装置（４）によれば、前記任意の１点が、前記線状押圧領域を長手方向に二分する点であるので、前記二分する点を通り、前記貼付方向に平行な軸の周りに前記押圧部を回動させることができる。そのため、前記被貼付面に対して前記押圧部を一定の押圧状態で精度良く倣わせることができ、前記被貼付面に対する前記テープの貼付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、前記押圧部は、ローラを有することを特徴としている。

上記テープ貼付装置（５）によれば、前記押圧部は、前記ローラを有しているので、前記ローラと前記被貼付面との間に前記テープが挟持、押圧されつつ前記テープが前記被貼付面に貼り付けられる。したがって、前記ローラによる前記被貼付面への前記テープの貼付動作において、上記テープ貼付装置（１）～（４）の効果を得ることができる。

また本発明に係るテープ貼付方法は、上記テープ貼付装置（１）～（５）のいずれかを用いて、前記被貼付面上に前記テープを所定の貼付方向に貼り付けるテープ貼付方法であって、
前記パラレルリンク機構により前記エンド部を変位させて、前記押圧部の押圧位置及び／又は押圧姿勢を前記被貼付面の形状に倣うように動作させつつ、
前記回動機構により少なくとも前記押圧部を前記被貼付面の形状に応じて所定の回転軸周りに回動させて前記テープを前記被貼付面上に貼り付けることを特徴としている。

上記テープ貼付方法によれば、前記パラレルリンク機構により前記エンド部を変位させて、前記押圧部の押圧位置及び／又は押圧姿勢を前記被貼付面の形状に倣うように動作させることにより、前記被貼付面に対する前記押圧部の押圧位置及び／又は押圧姿勢の制御精度を高く維持することができる。また、前記パラレルリンク機構により前記エンド部を変位させる制御を行いつつ、前記回動機構により少なくとも前記押圧部を前記被貼付面の形状に応じて所定の回動軸周りに回動させることにより、前記被貼付面の形状誤差に対する誤差吸収性を高め、前記被貼付面に対する前記押圧部の倣い性を向上させることができる。

本発明の実施の形態（１）に係るＡＴＬ装置におけるＡＴＬヘッドの構成例を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、実施の形態（１）に係るＡＴＬ装置でワークにテープを貼付している一場面を示す要部模式図である。 実施の形態（２）に係るＡＴＬ装置におけるＡＴＬヘッドの構成例を示す模式図である。 実施の形態（３）に係るＡＴＬ装置におけるＡＴＬヘッドの構成例を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、実施の形態（３）に係るＡＴＬ装置でワークにテープを貼付している一場面を示す要部模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、従来のＡＴＬ装置でワークにテープを貼付している一場面を示す要部模式図である。

以下、本発明に係るテープ貼付装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施の形態（１）に係るＡＴＬ装置におけるＡＴＬヘッドの構成例を示す模式図である。ＡＴＬ装置１０は、本発明に係るテープ貼付装置の一例であり、ＡＴＬヘッド２０は、貼付ヘッドの一例である。なお、以下の説明では、テープ１の貼付方向をＹ軸方向、これと水平面で直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明する。

ＡＴＬ装置１０は、ワーク２の被貼付面２ａ上にテープ１を所定の貼付方向（Ｙ軸方向）に貼り付けることにより、テープ１で補強された成型品を製造するための装置であり、ＡＴＬヘッド２０を含んで構成されている。

テープ１は、例えば、繊維束の少なくとも一部に予め樹脂を含浸させてテープ状にしたものであり、熱可塑性の樹脂が含浸されたもの（ＵＤテープとも呼ばれる）や、熱硬化性の樹脂が含浸されたもの（プリプレグテープとも呼ばれる）などが適用され得る。テープ１は、炭素繊維を含むものでもよいし、樹脂テープに多数の短い繊維が混ぜ込まれたものでもよい。テープ１は、ワーク２の材質などに応じて、その種類が適宜選択され得る。また、テープ１は、複数のテープが並列に配置された形態のものであってもよい。
ワーク２は、例えば、３次元形状を有する成型品であり、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂などの樹脂製の成型品であってもよいし、金属製の成型品などであってもよい。

ＡＴＬヘッド２０は、ハンドリングロボット８０に取り付けられている。ハンドリングロボット８０は、汎用産業用ロボット、例えば、ガントリ構造体（直交座標形機構ともいう）で構成してもよいし、多関節ロボット（シリアル多関節機構ともいう）で構成してもよい。ハンドリングロボット８０は、ＡＴＬヘッド２０を少なくともＸＹＺ軸方向に並進運動可能な機構（３自由度）を備えているものが好ましい。ハンドリングロボット８０の動作制御は、ロボット制御部８０ａにより実行される。

ＡＴＬヘッド２０は、押圧部３０と、エンド部４０と、パラレルリンク機構５０と、ベース部６０とを含んで構成され、さらに回動機構７０を有している。

押圧部３０は、テープ１をワーク２の被貼付面２ａとの間に挟持、押圧しつつテープ１を被貼付面２ａに貼り付けるものである。
エンド部４０は、回動機構７０と押圧部３０とを保持するものであり、エンド部４０のパラレルリンク機構５０が取り付けられた面とは反対側の面に回動機構７０が取り付けられ、回動機構７０に押圧部３０が取り付けられている。

パラレルリンク機構５０は、エンド部４０を変位させ、押圧部３０の押圧位置及び／又は押圧姿勢を被貼付面２ａに倣うように動作するものである。
ベース部６０は、パラレルリンク機構５０のエンド部４０側とは反対側を保持するものであり、ベース部６０にハンドリングロボット８０が取り付けられている。
回動機構７０は、少なくとも押圧部３０を被貼付面２ａの形状に応じて所定の回転軸周り（図１では、ロール（θｙ）方向）に回動可能とするものである。

押圧部３０は、テープ１を押圧するローラ３１を有し、さらにローラ３１を回転軸３１ａ周りに回転可能に支持するローラ支持部３２を備えている。ローラ支持部３２は、ローラ３１の長手（回転軸３１ａ）方向両側に配設されている。ローラ３１は、被貼付面２ａへの押圧時に線状押圧領域３１ｂを形成する。

ローラ３１は、テープ１の特性、又はワーク２の材質などに応じて、樹脂製ローラ、弾性ローラ、又は金属性ローラなどで構成され得る。ローラ３１のサイズ（直径、幅）は、使用するテープ１の種類やサイズ、ワーク２の種類や形状に応じて適宜選択され得る。したがって、ローラ３１が樹脂製ローラ又は金属製ローラなどの変形しない剛体で構成されている場合、押圧部３０におけるテープ１の被貼付面２ａへの押圧に寄与する部分となる線状押圧領域３１ｂは線状となる。また、ローラ３１が弾性ローラなどの若干変形する部材で構成されている場合、線状押圧領域３１ｂは細長い面状となる。なお、別の構成例では、ローラ３１に代えて、押圧シュー等の押圧部材が用いられてもよく、この場合、線状押圧領域３１ｂは、ある程度の幅を有する面状となる。このように線状押圧領域３１ｂは、押圧部３０におけるテープ１の被貼付面２ａへの押圧に寄与する部分を示し、その部分の形状は線状の他、面状などであってもよい。

パラレルリンク機構５０は、ベース部６０とエンド部４０との間に並列に設けられる複数のリンク部５１を備えている。これら各リンク部５１は、両端に自在継手５２、５３と、これら自在継手５２、５３の間に設けられるアクチュエータとしてのエアシリンダ５４とを含んで構成されている。リンク部５１の本数は特に限定されない。例えば、リンク部５１は４本で構成されてもよいし、３本～６本で構成されてもよい。

エアシリンダ５４は、例えば、シリンダ部５４ａと、シリンダ部５４ａ内の圧力に応じて進退するロッド部５４ｂと、シリンダ部５４ａ内の圧力を検出する圧力センサ５４ｃと、ロッド部５４ｂの変位を検出する変位センサ５４ｄとを備えている。

シリンダ部５４ａは、圧力センサ５４ｃを介してサーボバルブ５４ｅに接続されている。サーボバルブ５４ｅは、シリンダ部５４ａ内への空気の流入量や排気量を調整し、シリンダ部５４ａの両室の差圧を制御する。サーボバルブ５４ｅは、コンプレッサなどの圧縮した空気を出力する空気圧供給部５４ｆに接続されている。圧力センサ５４ｃで検出された圧力信号と、変位センサ５４ｄで検出された変位信号とは、それぞれＡＴＬヘッド制御部５４ｇに出力される。

ＡＴＬヘッド制御部５４ｇには、ワーク２の被貼付面２ａの３次元座標データの他、これら３次元座標データ、圧力信号、変位信号などに基づいてＡＴＬヘッド２０各部の動作を制御するプログラムなどが記憶されている。ＡＴＬヘッド制御部５４ｇは、汎用のコンピューター装置で構成されてもよい。また、ＡＴＬヘッド制御部５４ｇとロボット制御部８０ａとが１つの制御部で構成されてもよい。

パラレルリンク機構５０は、複数のリンク部５１の各々の長さをエアシリンダ５４でそれぞれ制御することにより、エンド部４０の位置（並進）及び／又は姿勢（回転）を変化させて、ローラ３１の押圧位置及び／又は押圧姿勢を被貼付面２ａの形状に倣うように動作させる機能を備えている。

なお、パラレルリンク機構５０には、エンド部４０を変位させることにより、ローラ３１を少なくともロール（θｙ）方向、及びピッチ（θｘ）方向に回動可能な自由度を有するものを採用することが好ましい。また、パラレルリンク機構５０の自由度は、ハンドリングロボット８０の動作機能（自由度）を考慮して設定してもよい。また、ハンドリングロボット８０の動作機能に関わらずに、パラレルリンク機構５０が、６自由度機構、すなわち、６方向（並進３方向、回転３方向）に運動させる機構を備えてもよい。

ＡＴＬヘッド制御部５４ｇは、各エアシリンダ５４の圧力センサ５４ｃや変位センサ５４ｄから取り込んだ検出信号を用いて、各エアシリンダ５４のサーボバルブ５４ｅの動作（加圧動作又は減圧動作）を制御する。そして、ＡＴＬヘッド制御部５４ｇは、サーボバルブ５４ｅの動作制御により、各エアシリンダ５４のシリンダ部５４ａ内の圧力及び／又はロッド部５４ｂの変位を制御して、ローラ３１の押圧位置及び／又は押圧姿勢が被貼付面２ａの形状に倣うようにエンド部４０の変位を制御する処理を実行する。

ＡＴＬヘッド制御部５４ｇは、エンド部４０の変位制御において、望ましいコンプライアンス特性を得る観点からインピーダンス制御を行うように構成されていることが好ましい。前記インピーダンス制御では、エンド部４０に慣性、粘性、剛性からなる機械的インピーダンスを仮想的に実現させるようアクチュエータ推力が制御される。例えば、前記インピーダンス制御では、目標インピーダンスである慣性、粘性、剛性のパラメータが設定される。そして、エンド部４０の位置及び姿勢の目標値に対するエンド部４０の変位を計測し、エンド部４０の変位とエンド部４０が外部へ与える力との関係が所定の関係（インピーダンス制御則）を満たすようにパラレルリンク機構５０の動作を制御する。

また、ＡＴＬヘッド制御部５４ｇは、エンド部４０の変位を制御する際に、目標とするエンド部４０の位置及び姿勢を実現するための各エアシリンダ５４のロッド部５４ｂの長さ（変位）を計算する。そして、これら計算値が各エアシリンダ５４のロッド部５４ｂの長さの目標値として記憶される。ＡＴＬヘッド制御部５４ｇは、これら記憶された目標値と、貼付動作時における各エアシリンダ５４の変位センサ５４ｄの出力値とを比較して、目標値になるようにフィードバック制御が行ってもよい。なお、前記目標値には、ワーク２の形状誤差が加味された、各エアシリンダ５４のロッド部５４ｂの長さが設定されてもよい。また、目標とするエンド部４０の位置及び姿勢は、ワーク２の３次元座標データに基づく動作軌跡に対し、直交する方向（法線方向）からローラ３１で被貼付面２ａを押圧するためのエンド部４０の位置及び姿勢である。

回動機構７０は、ローラ３１の線状押圧領域３１ｂを長手方向に二分する点Ｃを通り、テープ１の貼付方向（Ｙ軸方向）に平行な軸の周り（すなわち、ロール（θｙ）方向）に押圧部３０を回動させることが可能な構成となっている。回動機構７０は、被貼付面２ａの形状に応じて押圧部３０を従動させるもの、換言すれば、外部から動力供給を必要としない受動機構であることが好ましい。

回動機構７０は、ゴニオステージなどの傾斜ステージ機構などを利用して構成することができ、例えば、エンド部４０に取り付けられたガイド部７１と、ガイド部７１に摺動可能な態様で取り付けられた摺動部７２とを含んで構成されている。摺動部７２に押圧部３０のローラ支持部３２が取り付けられている。

ガイド部７１は、下面に円弧形状をした逆凹状曲面部７１ａを有し、摺動部７２は、上面にガイド部７１と略同じ円弧形状をした凸状曲面部７２ａを有している。ガイド部７１の逆凹状曲面部７１ａは、ローラ３１に形成される線状押圧領域３１ｂを長手方向に二分する点Ｃを略中心とする円弧形状に形成されている。

また、ガイド部７１の逆凹状曲面部７１ａと摺動部７２の凸状曲面部７２ａとの摺動面には、円弧動作用のガイド機構７３が設けられている。ガイド機構７３は、摺動部７２をガイド部７１の逆凹状曲面部７１ａに沿って円弧動作可能にする機構であればよく、例えば、リニアボール機構、アリ溝機構、又はクロスローラ機構などが採用され得る。

摺動部７２の凸状曲面部７２ａがガイド部７１の逆凹状曲面部７１ａに沿って所定方向（本例ではＸ軸方向）に受動的に摺動することにより、摺動部７２は、線状押圧領域３１ｂを長手方向に二分する点Ｃを略中心とする円弧上を摺動可能な構成となっている。

なお、本実施の形態では、点Ｃが、被貼付面２ａに対するローラ３１の接触中心点であるTool Center Point（ＴＣＰともいう）にも対応しており、回動機構７０は、点Ｃを通るＹ軸方向の軸を中心にしてローラ３１を回動可能な構成となっている。なお、別の実施の形態では、回動機構７０が、点Ｃとは異なる線状押圧領域３１ｂ内又はその延長上の任意の１点が回動中心となるように構成されてもよい。

ＡＴＬ装置１０によれば、パラレルリンク機構５０によりエンド部４０を変位させる制御で吸収しきれない形状誤差を被貼付面２ａが有している場合であっても、回動機構７０による押圧部３０のロール（θｙ）方向の受動的な回動動作により、ローラ３１が被貼付面２ａに倣いやすい構造となっている。したがって、被貼付面２ａがある程度大きな形状誤差を有している場合であっても、ワーク２の被貼付面２ａに対して直交する方向（法線方向）（図１に示すＡ方向）からローラ３１を被貼付面２ａに押圧する動作が実現されやすい構造になっている。

図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態（１）に係るＡＴＬ装置でワークにテープを貼付している一場面を示す要部模式図であり、ＡＴＬヘッドの貼付動作の一例を説明するための図である。
ワーク２は、テープ１の貼付方向（Ｙ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）に傾斜（右傾斜）した被貼付面２ａを有している。図２（ａ）では、被貼付面２ａが、破線で示す設計形状面に対して形状誤差αを有し、図２（ｂ）では、被貼付面２ａが、破線で示す設計形状面に対して形状誤差β（β＞α）を有している。

図２（ａ）に示すように、ワーク２の被貼付面２ａの形状に幾らかの形状誤差αが生じている場合、ＡＴＬヘッド制御部５４ｇによるパラレルリンク機構５０の制御（インピーダンス制御）によって、形状誤差αが吸収されるようにエンド部４０を変位させて、被貼付面２ａの形状に倣うようにローラ３１の押圧位置及び／又は押圧姿勢が制御される。そして、被貼付面２ａに対し法線方向（Ａ方向）からローラ３１が押し当てられて、ローラ３１に線状押圧領域３１ｂが形成される。

ワーク２の被貼付面２ａの形状誤差βがパラレルリンク機構５０による制御動作で吸収しきれない程度の大きさになると、従来のＡＴＬ装置では、図６（ｂ）に示したように、例えば、ローラ３ａが被貼付面２ａに片当たりするような状態になった。

一方、図２（ｂ）に示すように、ＡＴＬヘッド２０では、上記形状誤差βを吸収しきれない状態、例えば、ローラ３１が被貼付面２ａに片当たりしそうな状態になると、被貼付面２ａからローラ３１に作用する押し当て反力によって、回動機構７０の摺動部７２がガイド部７１上を受動的に摺動し始める。すなわち、回動機構７０の摺動部７２が、押圧部３０とともに、被貼付面２ａの形状誤差βに応じて、ローラ３１の線状押圧領域３１ｂを長手方向に二分する点Ｃを通り、貼付方向（Ｙ軸方向）に平行な軸周り（ロール（θｙ）方向）に回動し始める。
そして、摺動部７２が、押圧部３０とともに、エンド部４０からの垂線に対して右方向に角度θｙ１だけ回動し、ローラ３１が、形状誤差βを有する被貼付面２ａの形状に倣った状態となり、ローラ３１の押圧位置及び／又は押圧姿勢が、被貼付面２ａに対して法線方向（Ａ方向）から押し当てることができる状態に受動的に調整されるようになっている。

実施の形態（１）に係るＡＴＬ装置１０によれば、パラレルリンク機構５０によりエンド部４０を変位させて、押圧部３０の押圧位置及び／又は押圧姿勢を被貼付面２ａの形状に倣うように動作させることにより、被貼付面２ａに対する押圧部３０の押圧位置及び／又は押圧姿勢の制御精度を高く維持することができる。また、パラレルリンク機構５０によりエンド部４０を変位させる制御を行いつつ、回動機構７０により少なくとも押圧部３０を被貼付面２ａの形状に応じて所定の回動軸（点Ｃ（＝ＴＣＰ）を通り、Ｙ軸に平行な軸）周りに回動させることにより、被貼付面２ａの形状誤差に対する誤差吸収性を高め、被貼付面２ａに対する押圧部３０の倣い性を向上させることができる。

また、ＡＴＬ装置１０によれば、回動機構７０が、ガイド部７１と摺動部７２とを含み、ガイド部７１の逆凹状曲面部７１ａに沿って摺動部７２が受動的に摺動するように構成されている。そのため、被貼付面２ａの形状に応じて押圧部３０を従動させることが可能となり、被貼付面２ａの形状誤差に対する即応性が高く、また、押圧部３０を被貼付面２ａに低押付荷重で倣わせることができる。

また、ＡＴＬ装置１０によれば、回動機構７０は、線状押圧領域３１ｂを長手方向に二分する点Ｃを通り、貼付方向（Ｙ軸方向）に平行な軸の周りに押圧部３０を回動させることができる。したがって、パラレルリンク機構５０の制御動作で吸収しきれない形状誤差を被貼付面２ａが有している場合であっても、被貼付面２ａに対して押圧部３０を一定の押圧状態で精度良く倣わせることができ、被貼付面２ａに対するテープ１の貼付性能をさらに高めることができる。

なお、本実施の形態では、パラレルリンク機構５０を構成するアクチュエータが、空気圧で駆動するエアシリンダ５４で構成されているが、本発明に適用できるアクチュエータは、エアシリンダ５４に限定されるものではない。例えば、油圧シリンダ、又は電動シリンダなどの直動式アクチュエータで構成することも可能である。

また、ＡＴＬ装置１０は、テープ１を搬送するフィーダー（搬送手段）、及び／又は該フィーダーからローラ３１に送り出されるテープ１及び被貼付面２ａの少なくともいずれかを加熱する加熱手段（いずれも図示せず）をさらに装備してもよい。前記フィーダーと前記加熱手段とは、例えば、ローラ支持部３２に固定された取付ガイド（図示せず）などに取り付けることができる。

図３は、実施の形態（２）に係るＡＴＬ装置におけるＡＴＬヘッドの構成例を示す模式図である。なお、図１に示したＡＴＬ装置１０の各構成部品と同一機能を有する構成部品には同一符号を付し、その説明を省略することとする。
実施の形態（２）に係るＡＴＬ装置１０Ａが、上記実施の形態（１）に係るＡＴＬ装置１０と相違する主な点は、ＡＴＬヘッド２０Ａに設けられた回動機構７０Ａの構成と、ＡＴＬヘッド制御部５４ｇａによる制御動作にある。

実施の形態（２）に係るＡＴＬ装置１０Ａでは、回動機構７０Ａが、押圧部３０の姿勢を検出する姿勢検出部７４をさらに備え、姿勢検出部７４で検出された押圧部３０の姿勢を、パラレルリンク機構５０によるエンド部４０を変位させる制御に反映させるように構成されている。

回動機構７０Ａに設けられる姿勢検出部７４は、ガイド部７１に対する摺動部７２の姿勢（ロール（θｙ）方向の傾き、移動量、変位量など）を検出可能な装置、例えば、走査ヘッドとスケールとを含んで構成されるリニアスケールなどの各種エンコーダ、又は角度検出センサなどが適用され得る。姿勢検出部７４でガイド部７１に対する摺動部７２の姿勢（ロール（θｙ）方向の傾き、移動量、又は変位量など）を検出することにより、エンド部４０に対する押圧部３０の姿勢（ロール（θｙ）方向の傾き、移動量、又は変位量など）を検出することが可能となっている。

そして、ＡＴＬヘッド制御部５４ｇａが、姿勢検出部７４で検出された、ガイド部７１に対する摺動部７２の姿勢を、パラレルリンク機構５０によるエンド部４０を変位させる制御に反映させる処理を行う。
例えば、ＡＴＬヘッド制御部５４ｇａは、パラレルリンク機構５０の制御動作時に姿勢検出部７４で検出された押圧部３０の姿勢に関する検出信号も取り込み、各エアシリンダ５４の圧力センサ５４ｃや変位センサ５４ｄから取り込んだ検出信号とともに、押圧部３０の姿勢に関する検出信号を制御パラメータとして用いる。

ＡＴＬヘッド制御部５４ｇａは、これら制御パラメータを用いて、ローラ３１の押圧位置及び／又は押圧姿勢が被貼付面２ａの形状に倣うように各エアシリンダ５４のサーボバルブ５４ｅの動作（例えば、シリンダ部５４ａ内の圧力、及び／又はロッド部５４ｂの変位）を制御する処理を実行する。例えば、パラレルリンク機構５０による押圧部３０の押圧位置及び／又は押圧姿勢の制御において、姿勢検出部７４で検出される摺動部７２のロール（θｙ）方向の傾き、移動量、又は変位量が小さくなるようにフィードバック制御が行われてもよい。

実施の形態（２）に係るＡＴＬ装置１０Ａによれば、回動機構７０Ａが、押圧部３０の姿勢を検出する姿勢検出部７４をさらに備えているので、姿勢検出部７４で検出された押圧部３０の姿勢を、パラレルリンク機構５０によるエンド部４０を変位させる制御に反映させることができる。したがって、パラレルリンク機構５０の制御動作で吸収しきれない大きさの形状誤差を被貼付面２ａが有している場合であっても、摺動部７２のロール（θｙ）方向の傾き（図２（ｂ）に示す角度θｙ１）が小さくなるように、パラレルリンク機構５０でエンド部４０を変位させる制御を行うことができる。そのため、被貼付面２ａに対して押圧部３０を法線方向（Ａ方向）から押圧する動作がより正確に行うことが可能となる。

図４は、実施の形態（３）に係るＡＴＬ装置におけるＡＴＬヘッドの構成例を示す模式図である。なお、図１に示したＡＴＬ装置１０の各構成部品と同一機能を有する構成部品には同一符号を付し、その説明を省略することとする。

実施の形態（３）に係るＡＴＬ装置１０Ｂが、実施の形態（１）に係るＡＴＬ装置１０と相違する主な構成は、ＡＴＬヘッド２０Ｂに設けられた押圧部３０Ａと、回動機構７０Ｂである。

押圧部３０Ａは、テープ１を押圧するローラ３１を有し、さらにローラ３１を回転軸３１ａ周りに回転可能に支持するローラ支持枠３３を備えている。ローラ支持枠３３は、ローラ３１を囲うように平面視矩形形状を有している。

回動機構７０Ｂは、ローラ３１の線状押圧領域３１ｂよりも上方の点Ｄを通り、テープ１の貼付方向（Ｙ軸方向）に平行な軸の周り（すなわち、ロール（θｙ）方向）に押圧部３０Ａを受動的に回動させることが可能な構成となっている。

回動機構７０は、例えば、各種の軸受を利用した構成を採用することが可能であり、Ｙ軸方向に押圧部３０Ａを跨いだ形態でエンド部４０に取り付けられた一対の軸受取付部７５と、各軸受取付部７５に取り付けられた軸受７６とを含んで構成され、各軸受７６の回動軸７７が、押圧部３０Ａのローラ支持枠３３に取り付けられている。この場合、ローラ３１の回転軸３１ａの方向と、軸受７６の回動軸７７の方向とが直交する形態となっている。また、軸受７６の回動軸７７が、点Ｄを通りテープ１の貼付方向に平行な軸に対応している。

図５（ａ）、（ｂ）は、実施の形態（３）に係るＡＴＬ装置でワークにテープを貼付している一場面を模式的に示す要部模式図であり、ＡＴＬヘッドの貼付動作の一例を説明するための図である。

ワーク２は、テープ１の貼付方向（Ｙ軸方向）に対して直交する方向（Ｘ軸方向）に傾斜（右傾斜）した被貼付面２ａを有している。図５（ａ）では、被貼付面２ａが、破線で示す設計形状面に対して形状誤差αを有し、図５（ｂ）では、被貼付面２ａが、破線で示す設計形状面に対して形状誤差β（β＞α）を有している。

図５（ａ）に示すように、ワーク２の被貼付面２ａの形状に幾らかの形状誤差αが生じている場合、ＡＴＬヘッド制御部５４ｇによるパラレルリンク機構５０の制御（インピーダンス制御）によって、形状誤差αが吸収されるようにエンド部４０を変位させる。エンド部４０を変位させることによって、被貼付面２ａの形状に倣うようにローラ３１の押圧位置及び／又は押圧姿勢が制御される。そして、被貼付面２ａに対し法線方向（Ａ方向）からローラ３１が押し当てられて、ローラ３１に線状押圧領域３１ｂが形成される。

また、ワーク２の被貼付面２ａの形状誤差βがパラレルリンク機構５０による制御動作で吸収しきれない程度の大きさになると、従来のＡＴＬ装置では、図６（ｂ）に示したように、例えば、ローラ３ａが被貼付面２ａに片当たりするような状態になった。

一方、図５（ｂ）に示すように、ＡＴＬヘッド２０Ｂでは、上記誤差を吸収しきれない状態、例えば、ローラ３１が被貼付面２ａに片当たりしそうな状態（一点鎖線で示した状態）になると、被貼付面２ａからローラ３１に作用する押し当て反力によって、回動機構７０Ａに回動可能に支持された押圧部３０Ａが受動的に回動し始める。
すなわち、押圧部３０Ａのローラ支持枠３３が、押圧部３０Ａとともに、被貼付面２ａの形状誤差βに応じて、軸受７６の回動軸７７の中心である点Ｄを通り、貼付方向（Ｙ軸）に平行な軸周り（ロール（θｙ）方向）に回動し始める。
そして、ローラ３１が、エンド部４０からの垂線に対して右方向に角度θｙ２だけ回動し、ローラ３１が、形状誤差βを有する被貼付面２ａの形状に倣った状態となり、ローラ３１の押圧位置及び／又は押圧姿勢が、被貼付面２ａに対して法線方向（Ａ方向）から押し当てることができる状態に受動的に調整されるようになっている。

実施の形態（３）に係るＡＴＬ装置１０Ｂによれば、パラレルリンク機構５０によりエンド部４０を変位させて、押圧部３０Ａの押圧位置及び／又は押圧姿勢を被貼付面２ａの形状に倣うように動作させることが可能となる。このパラレルリンク機構５０によりエンド部４０を変位させる制御により、被貼付面２ａに対する押圧部３０Ａの押圧位置及び／又は押圧姿勢の制御精度を高く維持することができる。また、パラレルリンク機構５０によりエンド部４０を変位させる制御を行いつつ、回動機構７０Ｂにより押圧部３０Ａを被貼付面２ａの形状に応じて軸受７６の回動軸７７（点Ｄを通り、Ｙ軸に平行な軸）周りに回動させることにより、被貼付面２ａの形状誤差に対する誤差吸収性を高め、被貼付面２ａに対する押圧部３０Ａの倣い性を向上させることができる。

なお、別の実施の形態では、実施の形態（３）に係るＡＴＬ装置１０Ｂにおいて、実施の形態（２）に係るＡＴＬ装置１０Ａのように、回動機構７０Ｂが、押圧部３０Ａの姿勢を検出する姿勢検出部をさらに備え、該姿勢検出部で検出された押圧部３０Ａの姿勢を、パラレルリンク機構５０によるエンド部４０を変位させる制御に反映させるように構成してもよい。

回動機構７０Ｂに設けられる前記姿勢検出部は、押圧部３０Ａの姿勢（ロール（θｙ）方向の傾き、回転角度）を検出可能な装置、例えば、角度検出センサなどが適用され得る。軸受取付部７５に対する押圧部３０Ａの姿勢（ロール（θｙ）方向の傾き、回転角など）を前記姿勢検出部で検出することにより、エンド部４０に対する押圧部３０Ａの姿勢（ロール（θｙ）方向の傾き、回転量など）を検出することが可能となり、上記した実施の形態（２）に係るＡＴＬ装置１０Ａと同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施の形態（１）～（３）において、被貼付面２ａへのテープ１の貼付形態は、テープ１がワーク２の被貼付面２ａに順次並べて貼り付けられる形態の他、成型品の品質規格などに応じて、隣り合うテープ１の一部を重ねた状態に貼り付けるようにしてもよいし、隣り合うテープ１同士が重ならない状態（所定の隙間を設けた状態）に貼り付けてもよい。

本実施の形態（１）～（３）に係るＡＴＬ装置１０、１０Ａ、１０Ｂによれば、ＡＴＬヘッド２０、２０Ａ、２０Ｂのパラレルリンク機構５０と回動機構７０、７０Ａ、７０Ｂとにより実現される、被貼付面２ａへの倣い貼付動作により、倣い性を向上させることができ、ローラ３１を被貼付面２ａの法線方向により確実に押圧することが可能となる。
そのため、隣り合うテープ１の一部を重ねた状態で貼り付ける場合であっても、また、隣り合うテープ１同士が重ならないように、すなわち、一定の隙間を設けた状態となるように貼り付ける場合であっても、テープ１同士の重なり度合や隙間が一定の安定した貼り付けを行うことができ、テープ１が貼り付けられた成型品の品質を向上させることが可能となる。なお、押圧部３０、３０Ａによる押圧方向は、被貼付面２ａの法線方向に限定されない。

また、テープ１は、例えば、炭素繊維などの繊維の集合体である為、テープ１の断面形状が崩れると、成型品の品質に悪影響を与える虞がある。例えば、ローラ３１を法線方向に押圧できない場合、ローラ３１の軸方向の力が発生し、テープ１のローラ接触面近傍の繊維がずれ、テープ１の断面形状を崩す虞がある。

しかしながら、ＡＴＬ装置１０、１０Ａ、１０Ｂによれば、ＡＴＬヘッド２０、２０Ａ、２０Ｂのパラレルリンク機構５０と回動機構７０、７０Ａ、７０Ｂとによる、被貼付面２ａへの倣い貼付制御により、ローラ３１を被貼付面２ａの法線方向により確実に押圧することが可能となるため、ローラ３１によってテープ１の断面形状が崩れる虞がなく、成型品の品質を向上させることが可能となる。

また、ＡＴＬ装置１０、１０Ａ、１０Ｂによれば、アクチュエータにエアシリンダ５４を用いているので、他のシリンダ形式（例えば、油圧シリンダや電動シリンダなど）と比較して、押圧部３０、３０Ａを被貼付面２ａに押し付けるときの力が吸収又は緩和されやすい構成、いわゆるコンプライアンス特性（受動的な滑らかさ、柔らかさを有する押圧動作）を奏する構成になっている。したがって、回動機構７０、７０Ａ、７０Ｂにより押圧部３０、３０Ａを受動的に回動させる動作も滑らかに行うことができる。

以上、本発明の実施の形態を詳細に説明したが、上記説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく、種々の改良、変更、又は構成の組み合わせが可能であることは言うまでもない。

本発明は、テープを被貼付面に貼り付けて３次元形状を有する成型品を製造する場合など、被貼付面に対するテープの貼付性能を高めることが要求されるあらゆる分野に適用可能である。

１ テープ
２ ワーク
２ａ 被貼付面
１０、１０Ａ、１０Ｂ ＡＴＬ装置（テープ貼付装置）
２０、２０Ａ、２０Ｂ ＡＴＬヘッド（貼付ヘッド）
３０、３０Ａ 押圧部
３１ ローラ
３１ａ 回転軸
３１ｂ 線状押圧領域
３２ ローラ支持部
３３ ローラ支持枠
４０ エンド部
５０ パラレルリンク機構
５１ リンク部
５２、５３ 自在継手
５４ エアシリンダ（アクチュエータ）
５４ａ シリンダ部
５４ｂ ロッド部
５４ｃ 圧力センサ（圧力検出部）
５４ｄ 変位センサ（変位検出部）
５４ｅ サーボバルブ
５４ｆ 空気圧供給部
５４ｇ、５４ｇａ ＡＴＬヘッド制御部
６０ ベース部
７０、７０Ａ、７０Ｂ 回動機構
７１ ガイド部
７２ 摺動部
７３ ガイド機構
７４ 姿勢検出部
７５ 軸受取付部
７６ 軸受
７７ 回動軸
８０ ハンドリングロボット
８０ａ ロボット制御部
Ａ 法線方向
Ｃ、Ｄ 回動中心点

２００ 貼付ヘッド
３ 押圧部
３ａ ローラ
３ａａ 回転軸
４ エンド部
５ パラレルリンク機構
６ ベース部

Claims (6)

1. 被貼付面上にテープを所定の貼付方向に貼り付けるテープ貼付装置であって、
   押圧部と、エンド部と、パラレルリンク機構と、ベース部と、を有する貼付ヘッドを備え、
   前記押圧部は、前記テープを前記被貼付面との間に挟持、押圧しつつ前記テープを前記被貼付面に貼り付けるものであり、
   前記エンド部は、前記押圧部を保持するものであり、
   前記パラレルリンク機構は、前記エンド部を変位させ、前記押圧部の押圧位置及び／又は押圧姿勢を前記被貼付面の形状に倣うように動作するものであり、
   前記ベース部は、前記パラレルリンク機構の前記エンド部側とは反対側を保持するものであり、
   少なくとも前記押圧部を前記被貼付面の形状に応じて所定の回動軸周りに回動可能とする回動機構をさらに有することを特徴とするテープ貼付装置。
2. 前記回動機構は、前記被貼付面の形状に応じて前記押圧部を従動させるものであることを特徴とする請求項１記載のテープ貼付装置。
3. 前記押圧部は、前記被貼付面への押圧時に線状押圧領域を形成するものであり、
   前記回動機構は、前記線状押圧領域内又はその延長上の任意の１点を通り、前記貼付方向に平行な軸の周りに前記押圧部を回動可能とす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. 前記任意の１点は、前記線状押圧領域を長手方向に二分する点であることを特徴とする請求項３記載のテープ貼付装置。
5. 前記押圧部は、ローラを有す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. 請求項１～５のいずれかの項に記載のテープ貼付装置を用いて、前記被貼付面上に前記テープを所定の貼付方向に貼り付けるテープ貼付方法であって、
   前記パラレルリンク機構により前記エンド部を変位させて、前記押圧部の押圧位置及び／又は押圧姿勢を前記被貼付面の形状に倣うように動作させつつ、
   前記回動機構により少なくとも前記押圧部を前記被貼付面の形状に応じて所定の回転軸周りに回動させて前記テープを前記被貼付面上に貼り付けることを特徴とするテープ貼付方法。

Images