JPH11505187A - ポリマーと複合物の成品の製造のための方法と設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は引き続く操作において短サイクルで材料の統合を、異なる処理方法並びに異なり材料タイプ（純ポリマーとポリマー基複合物）を用いて行う統合プロセスに関する。伝統的には、各材料タイプと処理工程は別の同伴物によって進展され、半製品が変換チエーンにおける次のリンクに配給される。提案の概念は新規なプレフォーム調製技法、並びにファイバと母材から仕上げ成品までの複合物製造のための可能な変換工程を統合する方法論を含む。材料並びにプロセスの統合は、多重機能性と十分最適化された性能を発揮する複雑な形状の成品野デザインの自由度と経済的生産に有利な展望を開く。種々の処理技法を組み合わせる特異で且つフレキシブルな統合装置が記述され、その結果として幾つかの材料処理工程を選択することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリマーと複合物の成品の製造のための方法と設備 本発明はポリマー及び／或いは複合物の成品の製造方法とそれに関連した設備 に関する。発明の背景 ポリマーとポリマー複合物はこれらを必要不可欠菜材料にする重量節約と、特 別の高度な機械的物性と、良好な腐食抵抗の利点を有している。 それにも拘らず、製造費は総コストの際立って大きな部分となるので、時とし て不利なものとなる。更に、複雑な形状成品(part)の製造は複合物産業にとって 尚も挑戦すべき対象物である。比較的単純な外形（ジオメトリ）を備えた成品は 今日では複合物にとって共通の境遇である；プリプレグ製造、オートクレーブ、 フイラメント巻き、引抜成形（pultrusion）、等々は十分に開発された技法の事 例である。しかし、複雑な３次元成品の製造は単繊維（ファイバ）複合物（「エ ンジニアリング・コンポジット」）の射出成形或いは圧縮成形を必要とする。単 繊維補強複合物の欠点は著しく低い固有の、特別な機械的物性にある。先進複合 物にとって複雑な外形を得るために使われる機成体（アセンブリ）は時として非 効率であり、そして費用効率が悪い。 複合物製造のための材料系（マテリアル・システム）と方法（プロセス）は、 多数の要因〔材料処理性、デザイン、成品性能、及び製造経済〔具体的には、J. -A．E．Manson, 高性能複合物における複合材料の製造の新需要、Ed．K.K．Cha wla，S.G．Fishman，TMS， Warrendale，PA,（1994）を参照〕に依存している。 図１は適当な製造プロセスの選択を左右する、複雑な形状のための技術能力と 年間生産高、生産されるべき成品の数量、及び要求される成品サイズと複雑度に 関する複合物処理技法のマップ図である〔具体的には、W．J．Lee and J.-A．E ．Manson,「プロセス選択と処理法（Processing）を左右する要因」（Processin gs: Polymer Composite Applications for Motor Vehicles，SAE International ，Detoroit，USA，25 February 1991）35.参照〕。成品の製造を低数量に抑える ためには、工具（ツーリング）コストと設備コストの低い投資を要するが、長い サイクル時間と大きな労力を要するプロセスが好ましかも知れない。 先進複合材料のもたらした複雑形状の成形のための制約された可能性は、機械 的性能の改良する及び／或いは補完的機能を統合するためのデザインの自由度の ための余地を殆ど残していない。これはコストに敏感な多大な用途において先進 複合物を一層広く使用することを抑えていた基本的制約の１つであった。大半の 伝統的な複合物用途とは逆に、例えば機械産業における多くの用途は小さく、そ して鋳造技法により通常製作される相対的に複雑な３次元形状の用途である。 伝統的な射出式成形（moulding）は形状に関しては殆ど無制限の可能性を与え る。こゝに、機械的性能のためのデザイン上の著しく大きな自由度は著しく安価 な材料を用いて達成されることになった。しかし、固有の機械的物性は単繊維材 料を使用するならば、まだ低いので、負荷耐久性と重量節約の両方の可能性は減 じられている。 多くの場合に、性能改良は改良された固有物性の材料系（ファイバのタイプ、 樹脂系、ファイバ含有量）の開発によって達成されて いる。これらの開発は更に、原材料コストを引き上げ、そしてコストに敏感な用 途の分野（ブランチ）への関心は低減され、複合物用途の導入をスローダウンし ている。 それにも拘らず、増大したデザインの自由度は構造的用途に複合材料を向ける 関心を著しく高め得る技術的解決のために多くの可能性を開いている。図２はこ のジレンマを表現している。複合材料のために今日使われている製造技法の大半 はダイヤグラムに示すように指数関数的な形状のバンドに配置され得る。 多くの産業の需要からして、将来の発展の所望方向はダイヤグラムの右上手コ ーナに向かうことは明らかである。高度の固有の物性と複雑な形状の改良された 成形性の両方を備えた材料系の開発は、材料プレフォームと処理技法の開発の際 の緊密な相互作用がなければ保証することは出来ない。 この観点から、幾つかの材料系と製造技法が今日、魅力的条件の下で先進複合 物の複雑な形状の改良成形法を目標にして開発される過程にある。予含浸プレフ ォーム、ポスト形作り含浸の何れかを用いた新規な材料系が幾つかの研究グルー プによって詳しい研究が為される過程にある〔具体的には、A.G．Gibson and J. -A．E．Manson,「熱可塑性母材複合物のための含浸技法」Journal of Composite s Manufacturing，3（4）(1992)，223-233，F．Neil Congswell，熱可塑性芳香 族ポリマー複合物（Oxford: Butterworth-Heinemann，1992）and J.-A．E．Mans on「熱可塑性基の先進複合物」、最新の熱可塑性物とその複合物、ed．H-H．Kau sch(Munich: Carl Hanser Verlag Gmbh．1992)，273 参照〕。粉末プレフォー ム技法は熱可塑性基複合物の複雑な成形性を改良するために、これまで最も詳し く探究されてきたが、オートメーション化したテープ設置方法論が有望であるこ とを示した〔具体的には、K．V．Steiner，E．Faude， R．C．Don and J．W．Gillespie Jr.，「（熱可塑性テープ設置のための切断と 再送」(Proceedings of the 39th International SAMPE Symposium，Anaheim，C A，1994)，2627 参照〕。 ファイバと母材（マトリックス）から仕上製品への複合物のための可能な変換 は図４に図解されている。伝統的には、各処理工程（図３）は個別の仲間品と処 理チエーンの次のリンクへ配給される半製品とによって進展される。 ファイバ・マトリックス接着形式の複合物のための最適なマトリックス材料が 複合物成品で求められるその他の需要にとって適切なものであることは決して明 らかではない。例えば、環境抵抗と摩擦学的性能は代表的マトリックス材料によ っては必ずしも与えられない可能性がある。更に、高ファイバ含有量は常態では 製品の表面仕上げに負の影響力を有している。純（或いはニート）ポリマー或い は短繊維系の自由成形の可能性は常に連続ファイバ材料のものより優れている。 それに加え、コスト低減の良く知られた戦略は複雑な構造のサブコンポーネント の数を低減しながら、多数の機能を統合することである。１材料或いは１処理技 法を用いてこれらの要件の幾つかを満たすことは可能ではあり得ない。 これらの諸点を考慮して、複合材料の一層高度のフレキシビリティが、デザイ ン技術者にとっての材料の魅力を高めるために、多くの用途で求められることは 明らかである。製品の製造において補完的な材料と処理法を用いて一層の統合を 行うアプローチが望まれる次第である。 それ故に、図４の図解した個々の処理作業を出来る限り統合することは論理的 な進歩（ステップ）と思われる。発明の要旨 本発明が目的とするのは、既存の技法の不利益を除き、そして特には中間的処 理と組合せ段階の介入によって製造コストを低減することが出来る新規な処理技 法と設備を提案することにある。 それ故に、本発明は純ポリマー、補強材及び／或いはプレフォーム及び／或い は複合物は幾つかのプロセス（方法）を単一のステップ（工程）に、或いは迅速 に引き続く複数のステップのシーケンス（順列）として組み合わせることによっ て、単一の操作で以って複合され、そこでは材料の統合とプロセスの統合が同時 に達成される。 図７に示すように、統合処理技法は複雑な形状の複合物成品における一層大き なデザインの自由度、性能統合、及び多重機能性を与える。 本発明の目的は、統合された多重構成要素の或いは多重機能の成品のためのト ウ設置、硬化、内部応力解放、プレス成形、水平式と垂直式の射出成形、内部ガ ス成形、スリットダイ押出、及び液注入等の処理工程の自動的複合（組合せ）を 許容する統合処理装置である。 本発明が別に目的とするのは、複合物プレフォームの製造のためにファイバの レイアップ（手積み或いは積上げ）、粉末のレイアップ、含浸、予硬化、及びロ フティング等を行う幾つかのステーションを含んで成るシート含浸装置である。 本発明が更に別の目的とするのは、設備の全ての処理装置の間で、特にトウ設 置、複合物調製、プレフォームの組合せ、及びツール、プレフォーム及び処理済 の成品の操作等において自動制御同期化を可能にする多重労役ロボット化装置で ある。 本発明が更に別の目的とするのは、トウのプレフォームを金型に直接に配給す るように配置されたトウ含浸装置である。 統合処理法は迅速に引き続く複数の成形操作或いは作業の自動化シーケンスの 使用法である。単一の複雑な構成要素を作るための従来処理法と統合処理法の処 理サイクルの比較は従来処理法に関する図５と、統合処理法に関する図６とに図 解されており、両図において１は第１処理工程、２は第２処理工程、３は当該第 １処理工程と第２処理工程から得られた処理済の構成要素（コンポーネント）の 結合法を指しており、Ｔは別の設備への転送、そしてＦは仕上げ操作を表してい る。 更なる機会は高い機械的性能の材料を、同じ構成要素においてエンジニアリン グ・プラスチックと組合せることにある。 統合処理法は、デザイン上の利益と魅力的製造コストが維持されている要望の ある構造的構成要素において、高性能のための進歩した複合物と外形と外観のた めのエンジニアリング・プラスチックとを使用する手段を提供する。 この統合処理法は高圧、低圧成形技法の両者を含む引き続く自動化処理サイク ルを容易にする。更に、設備は予（プレ）含浸プレフォーム、後（ポスト）形作 り含浸のためのタレ性プレフォーム、及び短繊維化合物の処理を可能にする。材 料相互の結合と内部応力の発生の取り扱いがプロセスにおいて重要な役割を演ず ることは明らかである。古典的プレスにおいて実行される初期の作業は、材料と 処理の条件の細心の選定によって十分な結合力が分（ミニッツ）のオーダのサイ クル時間において得ることが出来ることを示している〔G．D．Smith，S．Toll a nd J.-A．Manson,「ポリプロピレン処理法における界面ヒーリングの研究」（Fl ow Prosesses in Composite Materials'94）and G．D．Smith，S．Toll and J.- A．Manson，「多重機能性複合物構造の統合処理」(Proceedings of the 39th In ternational SAMPE Symposium，Anaheim，CA，1994)，2385 参照〕 。 以下の目標が考慮された： 材料の統合： −統合高分子材料（純ポリマー、プレフォーム、及び複合物）の間の適合性の調 査と変更； −統合処理シーケンス中の接着メカニズムの最適化； −多重構成要素成品における結合力と応力状態の取り扱いの評価； −統合成品の寸法安定性と耐久性の予測。 製造プロセスの統合： −迅速低圧処理技法の統合； −全ての統合材料のプロセスの窓口の複合； −プロセスのシーケンスの統合と自動化； −設備の弾力性（フレキシビリティ）とコスト効率の改良。 構造的成品の性能は外形パラメータにのみには依存しない。他の伝統的材料以 外の複合物にとって、材料特性と機能的要件は最適デザインの一部である。本発 明によれば、種々の材料タイプを含んで成り複雑な形状成品に統合することが成 品デザインに新たな展望を持ち込む。 これまで、幾つかのポリマーの複合は異なる用途のために数多くの業界によっ て研究されてきた。例えば、多重材料射出は自動車のマルチカラーレンズや食品 容器のために使用されている。エレクトロニックス業界と衛生／化粧品の業界は その他の用途セクターである。共押出成形法(coextrusion)は多重層包装のため に開発された成功技法の別の例である。 本発明に係る統合処理法は利益をもたらすものであって、今や人間は補強され たポリマーと純ポリマーで取り囲んだ複合物プレフォームとを複合することが出 来る。負荷伝達力は、高い注文可能な固 有の剛性を備えた複合物の賢明な堆積によって、最適にすることが出来る。非構 造的な構成要素は複合物をその場に維持し且つ表面物性及び／或いは他の補助的 機能等の追加の要件を満たすために、金型成形される。 統合のための異なるタイプの材料には、純並びに変形熱可塑性及び／或いは熱 硬化性ポリマー、補強材、粒子とファイバで補強されたポリマー、複合物、金属 等が考えられる。この後に図８で図解するように、１つの成品に種々の機能：複 雑な外形；負荷伝達力と剛性４；準構造物５のインサート用いた連結と統合（チ ャンネル、ドア、固定機素 ．．．．）；磨滅と腐食の抵抗；表面仕上６；及び 断熱、或いは熱伝達、を統合することが出来る。 その結果、材料統合に起因して、多重機能性並びに下記の性能の細かい注文に 応じる能力（図９）が開発された統合処理法によって提供される： −バルク性能：剛性と強度、ダンピング； −表面性能：表面保護、表面仕上、摩擦学的物性； −形状性能：連続或いは不連続な形状； −機能性能：温度シールド、狭い公差、多重機能性。図面の簡単な説明 図１は複合処理技術の複合成形能力と年間生産高に関する複合処理技術マップ 図である。 図２は異なる処理技術による複合物の複合成形法−対−固有剛性により剛性を デザインするための可能性を概略図解している。 図３は伝統的な処理工程を図解している。 図４は進歩した複合物のための種々の既存の製造ルートを図解している。 図５、６は従来処理法と統合処理法のための処理サイクルの比較を図解してい る。 図７は統合処理法の概念を図解している。 図８は統合処理法の１シーケンスの期間に１つの単純な成品において達成され た機能の統合を図解する説明図である。 図９は性能の統合の幾つかの例を図解している。 図１０は統合処理概念に含まれる異なる製造工程の複合−対−開発されグロー バルな設備の数種の処理ユニットの弾力的選択を図解している。 図１１は異なるユニットとその関係した処理工程とを描いた統合処理システム （ＩＰＳ）の概略平面図である。 図１２は統合処理ユニット（ＩＰＵ）と、その異なるサブユニット或いはコン ポーネント（構成要素）として、その各々が１種のポリマーの或いは複合物の処 理法である斯ゝるサブユニット或いは構成要素との概略図である。 図１３はシート含浸のための制御されたプレフォーム製造設備（ＳＩＵ）の１ 例を表現した図である。 図１４は連続トウ含浸のための含浸・凝固ラインの概略見本である。 図１５は統合処理ルートの分類を図解している。 図１６はＲＡＦＭＡＣ概念の異なる処理ルートの描き方を説明した概略図であ る。必要とされるときに、追加の操作が各主処理ルートにおいて使用される。 これから例を挙げて、統合処理システムに関連して使用される設備と異なるユ ニットを記述する。材料処理工程の説明並びに統合製造ルートの事例によって後 続される。設備の説明 本発明に係る複合材料の統合処理の総合的概念はプロセスとマテリアルの両者 の統合、並びに高度の効率で且つ制御された品質性能の下で高性能ポリマーと複 合物の成品を製造するための方法論を含んで成る。多重機能性、性能統合並びに 複雑形状を達成するために、独特の統合製造設備が開発された。 種々の処理技術（図３、４）を１つの機械に組込む選択肢（オプション）は早 い、弾力的（フレキシブル）で且つ費用効率の良い製造法の開発にとって興味深 いものに思われる。図１に既に提示した圧縮金型成形法、鍛造法、多重材射出金 型成形、内部ガス成形法、押出成形法等の異なる処理技法の複合が提案されてい る。 異なる新規な処理設備、即ち統合（インテグレーテッド）処理装置（ＩＰＵ） 、シート含浸装置（ＳＩＵ）、トウ含浸装置（ＴＩＵ）、及び多重労役（タスク ）ロボット（ＭＴＲ）はこゝに記述されており、これらは製造サイクル中に統一 され且つ複合された態様で以て使用することが出来る（図１０）。 設備の基本的レイアウトと関係する処理工程は図１１に表されている。 統合（インテグレーテッド）処理の概念或いは構想は形状と物性に依存した特 定成品の製造のためにＭＴＲを用いることによりＩＰＵ、ＳＩＵ、ＴＩＵの異な る組み合わせを許容するこれらの種々のプロセス組合せは以下に、複合物のため のロボット助勢、フレキシブルな（弾力的な）製造概念（ＲＡＦＭＡＣ）として 規定される。 全ての装置の記述は可能な異なる材料処理工程の提示に先行する。事例をＲＡ ＦＭＡＣ方法論を図解するために後続させる。 フアイバ設置に使用される統合処理装置（ＩＰＵ）、シート含浸装置（ＳＩＵ ）、トウ含浸装置（ＴＩＵ）及び多重労役ロボット（ＭＴＲ）は元々の概念と機 械システムである。個々の装置のある種 のアイデアは全体的には新しいものではないが、特異な改良された弾力的ライン は実現され、そしてある種のエレメントは自己開発された。オンラインテープ統 合設備、組合装置、仕上装置、及び品質管理装置は既に個別に市場に存在する。 これらの処理設備への統合はオートメーション、弾力的処理戦略並びに他の処理 技法との組合せで使用される改作によってこゝでは描かれる。 表１は統合処理概念の目標を達成するために提案された種々の装置を要約して いる。 統合処理装置（ＩＰＵ） この装置の主機能は： −多重成分統合成品のための弾力的処理法（処理技法の組合せ）を提案する； −複合処理作業のオートメーション（自動化）を実現する； −逐次作業の実施を１サイクルで可能にする； −材料成形統合のための最終的に統合された圧力と温度を与える；ことである。 統合処理装置の概略図解は図１２に提示される。この機械装置は少なくとも１ つの下位半金型２１を取外し可能に固定することが出来る下位回転テーブル２０ を含んで成る。図１２の装置は３個の金型を含んで成る。下位金型２１と共同す るように配置された少なくとも１つの上位滑動テーブル２２はプレス成形装置２ ４と垂直式射出装置２５に連結されている。図１２の事例では、３個の半金型が 使用可能である。この装置は更に、スリット押出ヘッド２７或いはガス注入ヘッ ド２８を搭載することが出来る水平式射出装置２６を含んで成る。ガス注入ヘッ ドは垂直式射出装置２５にも搭載可能である。液注入エントリ２９を半金型の１ つに設けることが出来る。装置の上述した異なる全てのエレメントの同期はコン ピュータと十分なソフトによって制御される。 全ての組合せ技法は個別に使用することが出来る。更に、指令は数多くの自動 シーケンスを規定し且つ制御することを可能にする。各シーケンスは１或いは数 種の相互交換可能な金型に実行される異種のプロセス（圧縮ー射出ー押出ー等々 ）を複合している。異種金型の複合は異種の材料及び／或いは異種のプレフォー ム形式で作られた複雑形状付き成品の製造を可能にする。異種の処理技法は特定 の材料及び／或いはプレフォーム形式のために用いるべき最も適した処理技法の 使用を許容する。 ＩＰＵは次の処理技法を平行に或いは逐次に使用することを可能にする。： ａ）水平式射出成形法：従来の射出装置が使用される。 ｂ）垂直式射出成形法：従来の射出装置が使用される。 ｃ）液注入成形法のための改作（ＲＴＭ：樹脂トランスファ金型成 形、ＬＩＭ：液注入成形法、ＲＩＭ：樹脂射出金型成形） ｄ）内部ガス成形（ガス注入）法：特別のエア・インジェクタが適応される。 ｅ）スリットダイ押出成形法：境界適合性のある層或いは表面被覆層を付与する ために特別に開発された押出ヘッドを射出装置に適応させる。 ｆ）進歩した複合物のプレス成形法：閉鎖する装置が回転テーブルに設置された 金型に高圧を与えるようにデザインされる。 ｇ）多重金型（２×３半金型）相互作用法：異なる外形の６個の半金型を金型の 自動的な回転と並進を許容する２台のテーブルに固定することが出来る。 ｈ）金型温度制御と素早い金型温度の２０°Ｃから４００°の間の循環：従来の 加熱装置とパイプを加熱及び／或いは冷却媒体を加熱、冷却並びに移送のために 使用する。 ＩＰＵの具体的能力は以下の通りである： −多重射出／圧縮： 複雑形状付きポリマーと複合物の成品を製造するのに使用されるべき異種ポリ マーと複合プレフォーム形式の複合化、 −統合処理工程による材料の統合とサイクル時間の短縮： 最適接合（ヒーリング）条件を通じた信頼性の高い材料統合が制御、調整され た圧力、温度及び時間サイクルによって得られる。 プレフォームを既に装填されている金型キャビティにメルトを射出することに よって、複合プレフォームの追加的統合が達成される。この追加のメルトは更に 、プレフォームのその変形の際のドレイピング（垂れ具合）によって与えられる 樹脂のやせた面域を解消する。 −スリット押出： 中間層の押出が限定された適合性を備えた材料（成品）のその場における接合 を容易にするために使用される。押出中間層は二つの材料の接合のための接着促 進材として働く。 表面層は特別の表面性能を達成するために押出によって施さ れる（被覆物）。 −液射出： ＩＰＵは液射出のための接続を可能にする（ＲＴＭ，ＬＩＭ，ＲＩＭ）。この 能力によって反応性ポリマーは金型成形プロセスにおける使用を許容される。 −内部ガス成形（ガス注入）： ガス注入法の使用によって、寸法安定性の制御のための残留応力の開放を運営 することが可能になる。これは熱化学特性を備えた材料及び／或いは逐次温度工 程で成形された材料の統合を容易にすることが出来る。 −内部ガス成形法（ガス注入）による中空成品を成形： ガス注入装置によって，中空構造の内圧成形を実行することが可能である。ガ ス注入によって、プレフォームを金型の外壁に対して中空構造を維持しながら変 形させることが可能になる。シート含浸装置（ＳＩＵ） この装置の主機能は以下の通りである： −個別にデザインされた複合プレフォームを作り上げること、 −ファイバのレイアウトの方位分布を制御すること、 −数種の補強形式と外形（ジオメトリ）を組合せること、 −数種の材料形式を組み合わせること、 −勾配物性を備えたプレフォームを造ること。 ＳＩＵは複合プレフォームを製造するための幾つかのステーションを含んで成 る（図１３）。 ＳＩＵの異なる構成要素と機能は以下の通りである： ａ）樹脂とファイバを装填するための多重ステーション； ｂ）１つ或いは幾つかの振幅及び／或いは振動数制御式視準器（コリメータ）４ １がプレフォームの中でファイバ方位を制御するために使用され得る； ｃ）レール４３に搭載される移動するエレメント４２であって、当該エレメント ４２は図１３において三つの位置で表されている； ｄ）移動支持体に乗せた電子式天秤４４が樹脂とファイバの装填の際に重量率（ 容積率）を制御するために使用され、当該天秤４４は方位制御されたレイアップ （lay-up）（空間的に或いは連続的方位分布）をすることを許容する制御された 回転プレフォーム支持体４８を具備している。 ｅ）セットアップはプレフォーム構造４５を作るために幾つかの逐次レイアップ （積上げ）の繰り返しを許容する； ｆ）加熱装置４６（例えば、赤外線ヒータ）とプレス装置４７を含んで成るプレ フォーム予統合装置であって、当該装置も図１３に示される。 ＳＩＵの具体的能力は以下の通りである： −プレフォームデザインの自由： プレフォームを作るための幾つかの補強材形式と補強材アスペクト比の組合せ は、補強材の構造と内容が最終成品の性能を決めるので、材料統合概念の重要な 部分である。 離散的或いは連続的補強材の方位の変動はプレフォームの厚さに亘って得られ 得る。積上げ（lay-up）の順序、補強材方位、補強材形式、及び補強材の内容の 変動並びに材料形式はプレフォームの中で変動することが可能である。 −その後の処理工程の制御： 注文されたプレフォームは流れ及び／或いはワーペグ（warpag） 制御のためのデザインであり得る。プレフォームの個片間の変動は具体的必要性 に従った直接的変化のために直接且つ容易に変化させられる。 ＳＩＵを用いたプレフォーム製造の１例はこゝに与えられる。 プレフォームが出来ある空の移動支持体４２は電子式天秤（バランス）４４に 設置されている。この支持体は装填装置４０の下を移動する。この装填装置は例 えば、不連続ガラスファイバ、或いはその他の種類のファイバとして、これらが ファイバを分配するために通気管を通って降下する斯ゝる種類のファイバを容れ ている。通気管の底で、ファイバがコリメータ４１を通り、そこで支持体に達す る前に配向させられる。この配向ファイバは支持体上で補強材の第１層を形成す る。ファイバの選定重量に達したら、天秤と支持体はポリマー粉末で充填された 第２装填ステーションに移動する。この粉末は通気管によって下方へ案内され、 ファイバ層の頂面に分配される。天秤がポリマーの選定重量が達したことを示し たとき、支持体は第３ステーション、赤外線ヒータ４６を具備したプレフォーム 予備硬化装置、及びプレス４７へ移動する。ＳＩＵの制御システムはプレフォー ム構造体を作り上げるために、各々の或いは幾つかの逐次の積層工程と予備硬化 工程を繰り返すことを可能にする。この技法によって、ポリマーと不連続配向補 強材を含有する多層プレフォームが作られる。次に、当該プレフォームは複合統 合成品の内部の最終硬化と統合のためにＭＴＲやＩＰＵのような他の装置によっ て使用される。 勿論、他の種類の補強材とポリマーは使用及び／或いは複合され得る。事例は 平坦プレフォームの製造を図解しているが、更に複雑な湾曲プレフォームはプレ ス板の外形を変えることによって可能である。ＳＩＵ装置は更に、連続したファ イバプリプレグをプレフォ −ム層のシーケンスに入れることを可能にする。トウ含浸装置（ＴＩＵ） この装置の主な機能は： −連続的態様で含浸され且つ予備硬化されたプレフォームトウを製造し； −プレフォームを所定の材料状態（温度、硬化レベル）で以ってＩＰＵに配給す ることである。 こゝに提示した含浸ラインの異なる構成要素は図１４に略示されている。この 装置はファイバを配給するためのスプール５１を含んで成る。ファイバ延展機５ ２とファイ表面処理装置５３が設けられている。延展され且つ最終的に表面処理 されたファイバは流動床装置５４においてポリマーによって含浸される。ファイ バのポリマーによる濡れ（ウエット）とトウの予備硬化あオーブン５５において 行われる。トウはストッキング・カップボード(stocking cupboard)５６に連続 的に引き込まれ、そこから積上げ（lay-up）用ノズル５７として、これが最終加 熱チャンネル５８とロボットグリッパと関係するためのアーム５９とを含んで成 る斯ゝる積上げ用ノズルへ駆動される。装置全体はロボット（ＭＴＲ装置）によ って金型にトウを設置するために特別にデザインされている。可撓性の可動加熱 チャンネル６０はトウを案内し、そしてその温度をオーブン出口からトウが使用 されることになる最終の自由位置６１に至るまで制御するようにデザインされる 。トウ設置の後、アーム５９に固定された切断ニッパー６４或いはその他の適当 な切断手段が移動してトウを切断する。幾つかの制御装置６２、６３が駆動装置 ６５、６５’と案内装置６６によって連続的且つ自動的に、ストックボックス並 びに２つのチャンネルにおける種々の処理パラメータ：トウのポリマー含有量； 引張力；オーブン要素の温度；等々を調節する。 ＴＩＵの具体的能力は： −事後の処理工程を容易にする： 含浸は複合物の製造において重要で且つしばしば高価につく工程である。予備 硬化プレフォームのオン・サイト（現場）配給は追加の処理フエーズを容易にす る（ＲＡＦＭＡＣの説明参照）。 −プレフォーム品質のオン・ライン制御： 異なるタイプのファイバとポリマーをラインの始めに用いることが出来、全て の準ユニットは異なる処理パラメータの制御において最大の柔軟性、或いは弾力 性を与えるようにデザインされる。延展幅、粉末含有量、硬化温度、ライン速度 、等々は、各具体的なマテリアル（材料）システムと最終的所望のトウ性能に合 うように調整される。 −既存のプレフォームの調製： FIT（“Fibres Impregnees de Thermoplastiques”= 熱可塑性粉末含浸ファ イバ）のような補強ファイバと複合されたポリマーファイバ或いは粉末を含有し たプレフォーム或いは混成トウは統合処理のために予備硬化され、次いで設置さ れるべきる時点に進展したラインに入ることが出来る。テープ硬化装置（ＴＣＵ） この装置（ユニット）の主機能は： −複合テープ（プリプレグ）を設置しそして硬化すること、 −複合物構成要素を、後にＩＰＵ及び／或いはＳＯＵにおいて統合されるべき凹 凸形状を備えるように作成すること。 既存の設備においてのように、幾つかの構成要素（加熱機素、局部圧を与える ためのセットアップ、テープスプール）をロボットによって操作される支持体上 で組み合わされる。熱と圧力は、複雑な形状のツール或いはマンドレル上でロボ ットによって複合物テープ をその堆積（ディポジッション）の最中に溶融し、そして硬化させるために局部 的に与えられる。この操作は多重労役ロボット（ＭＴＲ装置を参照）によって操 作される。支持体操作装置（ＳＯＵ） 支持体操作装置はポスト・オペレーション装置であって、そこでは以下のよう な幾つかの異なる操作が実行される： −組合わせ、 −仕上げ、 −品質管理。 ａ）組合せ装置（ＡＵ）： ＡＵの主機能は、必要時に異なる構成要素を結合させるために、熱と圧を与え ることである。 統合処理装置（ＩＰＵ）は統合成品の異なる構成要素の間の「現場或いは元位 置」（“in-situ”）結合の実現を可能にするとしても、融合（フユージョン） 結合法を用いて幾つかの成品を組み合わせることがＳＯＵと併せて可能である。 ＭＲＴ装置のロボットは例えば、結合すべき界面（インターフェース）で熱を誘 発させるために、トーチ或いはコイルのような加熱機素を移動させることが出来 る。接着剤の堆積も完全にロボット化した操作である。ロボットはインサートや 関連した機素を設置したり、固定したりするのに使用することが出来る。 ｂ）仕上げ装置（ＦＵ）： ＦＵの主機能は成品のポスト操作（いばり除去、最終形状、表面外観、等々の 改良）を実行し（必要ならば）、そして寸法制御のために冷却器に金型成形品を 置くことである。 組合せ装置にとっては、統合処理法の利点が仕上げ成品の配給にあるので、仕 上げ装置に加成価値がある。しかしながら、ＭＴＲ装 置のロボットはウオータジェット或いはレーザカッタ、研磨機、等々のような異 なるツールを操作するために使用することが出来る。これらの操作はプレフォー ム調製の際に、並びに金型から取り外した成品に対して、使用することが出来る 。 高温度で金型から取り出すときは、仕上げ寸法を制御するために冷却器に成品 を置くことが必要である。 ｃ）品質管理装置（ＱＣＵ）： ＱＣＵの主機能は構成要素の品質をその処理ルートの異なる相（フエーズ）で 制御することである。 多重多重労役装置のロボットはプレフォーム或いは統合成品を選定し、そして 特別の品質分析装置(C- スキャン、IRカメラ、偏光、等々)の下に置くことが出 来る。多重労役ロボット化装置（ＭＴＲ） ＭＴＲの主機能は： −全ての処理装置の自動的同期化を確立し、そしてこれを制御すること、 −異なるプレフォームと処理された成品構成要素を操作し、設置し、そして必要 ならば切断すること、 −ＴＣＵ、ＳＯＵ、ＦＵ及びＱＣＵの諸装置のための異なるツールを用いて実行 することである。 幾つかの機械とツールの実施は先に引用した操作の主機能を達成し、そして異 なる諸装置の「管弦楽」を奏でるために必要である。 ａ）同期と制御はコンピュータと電子機器によって確立される。 ｂ）多重労役ロボット、例えば無骨なロボットとして、これが異なる諸装置の全 てにアクセスし、且つファイバトウとプレフォームを高精度で以って金型に手積 みする（レイアップする）斯ゝるロボット。 ｃ）図１１に表されているように、このロボットは既述の特別のツールをテープ 硬化（ＴＣＵ）、組合せ（ＳＯＵ）、仕上げ（ＦＵ）、及び品質管理（ＱＣＵ） のために操作することが出来る。 この多重労役装置は統合処理概念の主目標（ゴール）の１つとして、これがフ ァイバと樹脂から最終の仕上げ成品まで完全に処理するラインを呈示する斯ゝる 目標を達成するために開発された。その結果、この装置はＲＡＦＭＡＣとして処 理戦略において記述される重要なキーのリンクである。 ＭＴＲの特別の能力は： −トウの設置： ロボットは含浸ライン（ＴＩＵ）によって統合処理装置（ＩＰＵ）の金型に配 給されたトウを予め選定された方向に正確に設置するように選定される。 ＦＩＴのような市場品のトウ或いはその混成物も使用することが出来る。 −複合物の調製： この装置は連続的に予硬化された複合物のＣＡＤ制御レイアウトを可能にする 。 −プレフォームの複合： 所定形状の特別のプレフォームは、デザインの自由度並びに可能な最終形状の 数を増加させるために、設置され、次いで金型にから除去され得る。 −可能な新性能のためのフレキシビリティ（柔軟性或いは弾力性）： 異なる直径と形状のプレフォームを金型の中に「引抜成形」（“pultrusion” ）するための調節可能なダイ。 −ツール、プレフォーム、及び処理された成品の操作。材料処理工程の説明 ポリマーと複合物の種々の製造ルートの幾つか（図４）は統合処理概念に規定 された成品の外形（ジオメトリ）、性能並びに多重機能性を達成するために組み 合わされる。射出成形やプレス成形のようなある種のプロセスは十分に研究され ており、最近では世界的に使用されている。その新規な局面はある種の新しい設 備デザイン、新たな製造法（処理法）の概念、並びに統合操作のシーケンスに関 係している。その結果、これらの統合はある種の特別な適応とプロセスの最適化 を要求する。異なる処理工程と方法論の全ては図１１に記述されている。プレス成形法 この方法（プロセス）はＩＰＵ（統合処理装置）において行われる。 説明と目標： −幾つかの異なるマテリアル（材料）の形式及び／或いは使用すべき処理法の概 念を許容する用途の広い成形法； −プレス成形法はコイニング(coining)モード（射出と圧縮）において実行され 得る； −プレス成形装置はスタンピン法(GMT)によって要求される条件に合うようにデ ザインされる； −金型は、射出成形と圧縮成形の両方法を同じ金型において実行させることが出 来る「マッチ−ダイ−モールド」概念で以って作ることが出来る； −金型は材料含浸を最適温度条件の下で実行するために、１処理サイクル中に温 度を循環的に変化させることが出来る。 統合処理に関する明細： −プレス成形法は半金型を合体させ、そして必要な接触圧を与える ための普遍的概念として役立つ； −コイニング法は半開き金型にメルトを多量に射出することを許容する。この方 法は挿入されたファイバベッドに作用する剪断力を著しく低減する。金型にメル トを入れることは射出装置によって行うか、或いはスリットダイを通じて金型を 覆うフイルムをスリットダイ式押出によって行うことが出来る。これもファイバ ベッドに作用する剪断力の低減をもたらす； −プレス成形能力は、モールド成形の際に統合されるべき部品間の必要な接触圧 を与えるために使用することが出来る。多重射出成形法 この方法（プロセス）はＩＰＵ（統合処理装置）において行われる。 説明と目標： −幾つかの異なる材料が同じサイクル中に射出される事態を容易にすること； −２つの異なる装置からの複合射出によって材料含浸の可能性を与える； −成品と金型の制限に従って適切な射出個所を選定する。 統合処理に関する明細： −複合物成形の前後に逐次のモールディング（金型成形）の可能性を与える。こ の方法によって、プレフォームの材料含浸は複合物プレフォームの形成の直後に 可能である。射出装置の水平と垂直の位置決めによって、射出が金型の頂面から 及び／或いは側面から中央ゲートを通じて可能になる； −反応性樹脂の場合には、ＲＴＭ、ＲＩＭ或いはＬＩＭの射出能力が使われる。含浸法 この方法はＴＩＵとＳＩＵにおいて行われる。 説明と目標： −プレフォームに十分に分散されたポリマー（粉末、ファイバ）と補強ファイバ を具備させる。ポリマーと補強材の均質分布は予備硬化とプロセスの後の工程で 実行されることになる最終硬化を容易にする。均質な樹脂／補強材分布はポリマ ーの流動長を最小に抑え、それによって必要な硬化時間と圧力を最小に抑える； −緩く連結したプレフォームにファイバの自然的濡れ度合いを高める可能性を備 えさせる。ぬれた（濡れた）且つ緩やかに硬化したプレフォームは金型装填のた めに好ましいタレ(drapability)具合を備え、そして更に後続する最終の硬化の 際に重要なぬれ（濡れ）の段階を低減する。 粉末：プレフォームの硬化（コンソリデーション）と圧密（コンパクト）を容 易にするために、母材のポリマーの微粉末（１０〜３００μm）をファイバの束 に導入することは良く知られている。微粉末は流動長を短縮し、それによって必 要な硬化時間と圧力をダルシー則によって記述出来るように低減する。 この技法は今日では事業的に使用され、そして含浸付をＲＡＦＭＡＣに適する ように更に開発、改良されている。 ポリマーファイバ：粉末ルートにとって別に採り得る方法はポリマーと補強フ ァイバの混成ファイバを用いることである。この技法は含浸の際の流動長の低減 に関して粉末ルートに類似の成果をもたらす。 粉末技法とファイバ技法の両者の利益は、注文されたプレフォームトウを、例 えば金型に挿置されるトウの中の編み目状ファイバと単一方位ファイバとを組み 合わせて作ることが出来ることである。 液体：低粘度の反応性ポリマーはトウとシートのプレフォームに 注入することが出来る。この場合、含浸と硬化は同じ処理工程の最中に実現され る。 統合処理に関する明細： −ＳＩＵ或いはＴＩＵからのシートはその後の成形作業と最終的硬化のためにＩ ＰＵに導入するのに適している； −完全な製造法とリンクした含浸段階によれば、可能な材料変更、並びに可能な ファイバ含有量を処理ラインの中で行うことが出来る。トウ ： −ロボットによって制御され且つ操作されるＴＩＵラインの特別デザインのノズ ルによって、予備含浸トウは軟化温度の上の温度にされて、そして金型に挿置さ れる。プレフォームのトウ形状は金型に設置するのに適した形状として役立つ； −ＴＩＵラインの連続製造法をＩＰ設備に不連続ファイバを設置すること併合す るために、中間貯蔵装置が含浸段階とトウ設置用ノズルの間に配置される。シート： −緩く予硬化したプレフォームはシートを適当なタレ状態にする； −複合した異なるファイバ配向及び／或いはファイバ長を呈するシートプレフォ ームは、ＧＭＴプロセスに従ったフロー成形の可能性を与える； −予加熱シートはＭＴＲによって引き出されて、成形と硬化のためにＩＰＵに導 入される。予硬化法 この方法（プロセス）はＴＩＵ、ＳＩＵ、ＴＣＵにおいて行われる。 説明と目標： 初期含浸段階は予硬化段階によって後続される。この処理工程の目的はポリマ ーによってファイバベット自然的ぬれを開始させ且つその程度をプレフォームの 必要なタレ性を落とすことなく強めることにある。 統合処理に関する明細： −予硬化はファイバトウやシートプレフォームのタレ性の特定の度合を維持する ために、光相互作用がファイバ間で得られるまで、押し進められるべきである。 しかしながら、予硬化の目的は後の行う最終的な圧密と硬化の度合を低減するた めにファイバの初期ぬれを達成することにある； −ＴＩＵにおいて、予硬化は条件を一定にすることを可能にする連続的仕方で実 行される。後続のトウ設置は金型装填フェーズの際に不連続な仕方で行われ、当 該不連続な仕方が中間貯蔵装置を使用しなければならないことを意味する； −液注入成形の場合（ＬＩＭ、ＲＩＭ及びＲＴＭ）、含浸と硬化は同じ工程で実 現される。トウ設置（プレイスメント）法 この方法はＭＴＲとＩＰＵにおいて行われる。 説明と目標： −連続ファイバ補強材を複雑な形状の金型に導入する費用効率の良い仕方； −補強材を高度の設置制御と高温度で以って金型に導入すること； −ファイバ補強の最大効率を得るために逐次行うモールド成形の間でファイバ設 置を変える高度の自由度を達成すること。 統合処理に関する明細： −未だ完全には硬化していないトウはこれを金型にＭＴＲによって設置する際に 大きな自由度を許容する高度のフレキシビリティを呈する； −ＴＩＵの装置によって配給された予硬化トウは加熱可撓性チューブを通じて、 ＭＴＲによって制御（位置、速度、圧力）される加熱ノズルに案内される； −ＭＴＲはトウを性能（強度、剛性）の要件によって決められる予め設定された パターンに従った金型にその中で設置する； −ＭＴＲのアームを位置付け、それによって当を設置する作業はロボットの制御 装置コンピュータによって制御される。この情報は直接にＣＡＤ情報によって与 えられる； −加熱トウがＴＩＵ設備のノズルか配給され、そして金型に設置されると、異な る巻きの（ワインディング）間で緩い接触（融合結合）が達成される。後続のメ ルトの射出はトウ間、トウと射出メルトの間に、トウ内部の最終的硬化に必要な 温度と圧力を付与する。ロフティング(lofting)法 この方法はＳＩＵとＩＰＵにおいて行われる。 説明と目標： −ＳＩＵプレフォームの制作中に、弾力がファイバベッドに貯蔵され、その位置 に凝固メルトによって係留される。この弾力はファイバベッドの圧密とぬれのた めに与えられる予硬化圧力によって起動される高度のファイバ／ファイバ相互作 用によって支配される。； −ＳＩＵプレフォームの膨張をプレフォームと射出メルトの間の接触面積の拡大 として利用すること； −射出メルトがＳＩＵプレフォームに突き入ることが出来るようにするために， ロフティング(lofting)によって増大した多孔度を利用すること； −シートプレフォームと射出ポリマーメルトとの間に傾斜界面を与えること。 統合処理に関する明細： ＳＩＵプレフォームのファイバベッド蓄えられた弾力により、母材が再溶融す るや膨張（ロフティング）が起きる。この現象はプレフォームの表面積の劇的増 大を与える。更に、プレフォームの多孔度の増大によって、射出メルトはプレフ ォームの内部に刺し入り、２種の材料フォーム間の機械的相互係留並びに傾斜界 面の度合を強めることが出来る。合併／結合法 この方法はＩＰＵ、ＳＯＵ、及びＴＣＵにおいて行われる。 説明と目標： −界面強度は、幾つかの構成要素を複合した統合成品が有すべき重要な、即ちキ ーの性能の１つである。熱可塑性のポリマーと複合物が溶融され、そして再処理 され得る結果として、融合結合がこゝで使用される主技術である。ヒーリングと 界面結晶化は各材料系のために強力で且つ耐久性のある結合を達成する処理パラ メータを規定するために、研究された。両界面は溶融されて、次いで成品の冷却 中に硬化させられる。 機械的固定法と接着剤〔グル（ｇｌｕ）、熱メルトフイルム等々〕を用いた結 合法も可能であることは認識される。 統合処理に関する明細： −融合結合法はＩＰＵにおける処理中に、或いは組合せ工程（ＳＯＵ）の際の結 合方法として、適用され且つその場で制御される； −ＩＰＵは接着剤層を押出す或いは注入するために使用され得る； −ＬＩＭは接着性ポリマーを乗せるために使用される； −ＭＴＲの装置は機械的固定のためにインサート、コネクタ、等々 を置くことを可能にする。硬化法 この方法はＴＣＵとＩＰＵにおいて行われる。 説明と目標： −完全にぬれたファイバと無ボイド成品を提供すること； −射出ポリマーを用いることによって、最終の硬化のためにプレス成形装置と併 せて熱と圧力を付与すること。 統合処理に関する明細： −２種の射出装置の１方によって射出されたメルトを、挿入された複合プレフォ ーム（ＳＩＵの設備及び／或いはＴＩＵから）のための近硬化静水圧を達成する ように、圧媒体として用いること。メルトそれ自体を圧媒体として用いることに よって、緊密な接触が達成される。更に、モールド成形構造の統合成品を形成す るのに適合可能な注文材料を用いることが出来る。同じ概念は液注入法を用いた ときに適用可能である。 −ダイレクトマッチ・ダイプレス成形法（direct match-die press molding）は 適用圧力方向を基準にした金型角に起因して局部的にファイバ束（バンドル）の 交差点にピーク圧を、そして全体的に圧力変動を与える。この不利益は射出メル トそれ自体による圧力によって除去される。内部応力の解放法 この方法はＩＰＵにおいて行われる。 説明と目標： 異なる熱化学物性を備えた材料の統合は多くの場合、著しいレベルの残留応力 を構造に導入する。これらの内部応力は成品の必要な性能を達成するために除去 されるか、或いは低減されなければならない。応力の解放は以下の事項によって 得ることが出来る： −高められた温度で応力緩和を可能にする金型の温度サイクル； −体積収縮の低減。これは凝固の最中にボイドの発生と成長を制御することによ って得られる。 統合処理に関する明細： −ＩＰＵにおける金型はヒーリング条件を最適化し且つ凝固したときに応力を低 減させるために使用される温度循環能力を具備している； −設備の内部ガス（ガス注入）能力はボイドの発生と成長の制御を可能にする。 これによって、凝固と冷却の際の体積収縮の差を最小限度に抑えることが出来る 。中間層と表面層の押出法 この方法はＩＰＵにおいて行われる。 説明と目標： −異なる材料（材料フォーム）の統合とヒーリングの度合を高めるために、材料 間に中間層を設けること。この中間層は２つの異なる材料タイプの間のヒーリン グを促進する特別注文の材料であり得る； −表面層（被覆物）を最終品に施すこと； −異なる熱化学物性を備えた材料間に応力解放のための層を設けること； −異なる材料フォーム間の界面を傾斜界面にするための能力を与えること。 統合処理に関する明細： −先に説明したように、統合処理法は異なる材料（マレリアル）と方法（プロセ ス）の組合せを用いるための可能性を与える。異なる成形法の間で中間層を押出 す方法により、両材料間の接着強度を高める材料の導入が可能である； −メルトフイルムはヒーリングの成果を上げるために必要な熱慣性を与えるもの と見ることが出来る； −乾燥ファイバプレフォームを金型に導入するならば、メルトの後続導入はファ イバベッドの完全度を壊さないようにするために低い剪断力の下で行わなければ ならない。ファイバベッドの頂面上に中間層を押出すと、これはメルトの従来式 射出法と比べ剪断力を著しく低減させる； −異なる熱化学物性を備えた材料を統合するとき、界面領域における応力集中を 減ずるために傾斜物性を備えた界面領域を創り出すことが有益である。内圧成形法（ガス注入） この方法はＩＰＵにおいて行われる。 説明と目標： −設備のガス注入能力は中空成形をもたらすガスと共にメルトを注入する能力を 与える。そのガス圧は凝固に必要な圧力を与え、これが高度の表面仕上げ要件に 合った成品を成形する； −中空構造成品をファイバプレフォームを用いて、或いは用いることなく製造す る能力を与えること； −体積収縮を補うことによって残留応力を解放するための可能性を、ボイドの内 部発生と成長を制御することによって与えること。 統合処理に関する明細： −先に述べたように、異なる熱化学物性を備えた材料の併合は処理サイクル中に 構造に残留応力を発生させ得る。体積の熱収縮の違いは内部ボイドの成長によっ て補うことが出来る。ＩＰＵのガス注入能力はこの構成を提供する。 −内部圧力法によれば、相対的に低い成形圧力を用いることによってファイバベ ッドの潜在的破壊に対して一層敏感な条件の下での成 形が可能になる； −内部圧力法によれば、統合成品の異なるサブエレメントをメルト−ガス−バブ ル法によって複合、併合することが出来る； −更に、中空複合構造体を製造するために、金型面に乾燥ファイバの編んだチュ ーブを拡張させることを考えることは可能である。 複合物のためのフレキシブルなロボット助勢式製造法の概念（ＲＡＦＭＡＣ） を用いた統合製造ルートの事例 統合処理システムは既に説明した全ての装置（ユニット）の複合使用、即ち組 合せ使用による種々の処理工程（上述の）の統合を導入する。以下には、複合物 成品の製造に要する材料処理法を提供するために、如何に異なる装置を逐次組み 合わすか、その方法を説明している。 種々の半製品と市場のプレフォームの統合はプレフォームと成品を夫々の処理 工程を実行するＩＰＵと連携して操作するためのＭＴＲを使用することによって 実現される。これらの組合せ統合法は全て成品製造のためのタイプＡ処理ルート と規定される（図１５）。 これとは異なるプレフォーム製造のための処理ルートはタイプＢルートと名付 けられる（図１５）。タイプＢ＋Ａの処理ルートはこれらがプレフォームデザイ ンと製造に自由度を与えるので、統合処理の概念のために一層大きく範囲を広げ ている。タイプＢ＋Ａルートはプレフォームと最終成品の製造法を統合している （図１５）。 その結果、フレキシブルなロボット助勢式製造の概念（ＲＡＦＭＡＣ）はこゝ では統合処理ルートの全ての組合せのセットとして規定されている。各ルートは １連の材料処理工程と技法（装置設備）によって記述されている（図１６）。追 加の作業は全ての処理ルートの任意の点で、且つ用途要件：インサートの設置、 組合せ、等々の機能において統合され得る。ＭＴＲ装置は更に、ＦＩＴ、ＧＭＴ ，等々のような市場で入手可能なプレフォーム、半製品、或いはその構成要素を 設置することを許容する。 集合処理装置（ＩＰＵ）はタイプＡの処理ルートを規定するために別々に、或 いは逐次的に使用され得る幾つかの成形装置を組み合わせる。その結果としての 主処理ルートの事例は以下に、図１６に呈示されているフォーマットにおいて掲 示されている： 異なるプレフォームのオンライン式直接的調製と製造のために利用可能な全て の装置を組み合わせると、処理ルートの数は顕著に増大する。プレフォームと成 品の製造を統合するタイプＢ＋Ａルートの事例は以下に掲示される： ルートＢ＋Ａ（ＴＩＵ ＋ ＭＴＲ ＋ ＩＰＵ）の１つを使用して製造され た統合成品の事例は： 第１の工程はプレフォーム製造装置、こゝでは例としてＴＩＵ、に入れるため の補強材としての補強材ファイバの選定とその調製を行う。ファイバのフイラメ ントは選定ポリマーを粉末として含有する流動浴５４に入る前に、展延機５２（ 図１４参照）において展延されである。このポリマーはフイラメントのトウに突 き入る。次いで、トウは予加熱オーブン５５の内側に駆動され、そこで粉末粒子 が溶融して、フイラメントに接着する。そこで、トウは今や部分的に含浸されて 、ＭＴＲによって取り扱うことが出来る態勢になっている。チャンネル６０がロ ボットグリッパに固定されたアーム５９の頂面に予含浸トウを案内する。このア ームは熱ノズル５７、５８と切断ニッパー６４を装備している。トウはノズルの 中を移動し、当該ノズルが金型内でのトウの堆積と設置を可能にし且つ容易にす るためにトウの温度と状態を制御する。ＭＴＲの装置は金型２１（図１１、１２ 参照）の１つの中で、その後に得られるべき成品の機械的抵抗を最適にするため に決められた経路を辿る正確な方向に補強材トウを設置する。この３次元径路は 計算されて、ロボットコンピュータに転移され、当該コンピュータがＩＰＵの作 業スペース内でロボットアームの動きを制御する。この仕方によって、幾つかの トウがＩＰＵの回転テーブル２０の金型の１つの内部に設置される。トウは切断 ニッパーによって切断され、次いで予加熱金型が閉じられ、そして垂直射出装置 ２５がＩＰＵの指令装置（コマンドユニット）によって自動的に選択されて準備 される。垂直装置はこの成品にとって最適な温度と圧力で以ってポリマーを配給 する。射出ポリマーはＭＴＲによって設置された含浸トウの周りのキャビティに 充満し、それと同時にトウの最終硬化のための圧力を与える。これ によって、射出圧は同時に金型の充填と補強材トウを硬化するために使われる。 金型が成品の放出を許容する温度に達したら、金型は型開きされ、ＩＰＵが成品 を金型から放出する。このシーケンスは今や同じ金型内で、或いは第２の金型内 で繰り返すことが出来る。 統合成品の本例のために、射出ポリマーは複雑な外形と表面仕上げをもたらす 。含浸補強ファイバの内部構造は指向性のある機械的物性を与える。必要な時は 、他の機能及び／或いは性能は統合設備の利用できる他の装置を自動的に用いる ことによって、或いは他のポリマー及び／或いは補強材タイプの統合によって加 えることが出来る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年７月３１日 【補正内容】 請求の範囲 １．複数の材料変換工程を単一の制御された製作サイクル内で達成するための 処理操作の統合を含んで成るポリマー及び／或いは複合物の成品の製造方法であ って、これが少なくとも１つの複合物プレフォームの元位置最終調製と統合成形 操作を含み、当該統合成形操作において該少なくとも１つの複合物プレフォーム が母材に少なくとも部分的に囲まれ、そして該母材の処理によって与えられる圧 力の効果の下に、及び／或いは該処理操作によって元位置最終硬化を被むり、該 プレフォームの該元位置最終調製が該成形操作の場所で行われる斯ゝるポリマー 及び／或いは複合物の成品の製造方法。 ２．該統合成形操作はポリマー射出、及び／或いは金型圧縮、及び／或いはガ ス或いは液の注入、及び／或いは中間層押出しを含んで成り、それによって該統 合操作の操作圧がガプレフォームの該最終硬化を達成するために使われる、請求 項１に係る方法。 ３．該統合成形操作は該金型に射出された母材で該少なくとも１つの複合物プ レフォームを少なくとも部分的に囲む工程を含んで成り、該少なくとも１つのプ レフォームが該母材の該金型への前記射出によって与えられる圧力の効果の下に 元位置最終硬化を被むる、請求項２に係る方法。 ４．該複合物プレフォームの初期調製及び／或いは予硬化を含んで成り、該複 合物プレフォームの当該初期調製及び／或いは予硬化、該プレフォームの該元位 置最終硬化及び該統合成形操作が非中断サイクルの中で実行される、先行請求項 のいずれか１項に係る方法。 ５．ファイバ基複合物の配向、含浸及び予硬化と、該統合成形操作の達成され る場所における正確な方位による当該プレフォームの 元位置設置と、該統合成形操作とを行うことによるプレフォームを成形するため の材料変換工程を含んで成る、請求項４に係る方法。 ６．該非中断サイクルはファイバ基複合物の含浸と予硬化によってトウの含浸 プレフォームを形成する工程、及び当該含浸トウプレフォームを温度と位置を制 御された案内ノズルを通じて正確な方位で以って該金型に設置する工程を含んで 成る、請求項５に係る方法。 ７．該統合成形操作は中空構造成品の製造のための内部ガス注入を含んで成り 、そして該注入内部ガスが硬化及び／或いは異なる材料フォームの統合から進展 されるプロセス誘起応力の解放のために使われる、先行請求項のいずれか１項に 係る方法。 ８．該工程の１つは以下の能力：統合された異なる材料の適合性、統合材料と 材料フォーム間の傾斜界面、界面応力の解放、最終成品への表面被覆、及び厚み 方向樹脂含浸の能力の少なくとも１つを与えるためにスリットダイ押出しフイル ムを硬化用金型に導入することを含んで成る、先行請求項のいずれか１項に係る 方法。 ９．ポリマー及び／或いは複合物の成品の製造のための設備において、当該設 備が明確に定まった個所でプレフォームを受容するための手段と、該プレフォー ムを少なくとも部分的に包囲するように企図された母材を処理するために前記明 確に定まった個所において作用する手段とを含む統合処理装置（ＩＰＵ）を含ん で成り、該母材処理手段が該プレフォームの完全な元位置硬化を達成することが 出来るものであり、そして多重射出手段、及び／或いは押出し手段、及び／或い は圧縮手段、及び／或いは液或いはガスの注入手段を含んで成ることを特徴とす るポリマー及び／或いは複合物の成品の製造のための設備。 １０．多重労役ロボット装置（ＭＴＲ）は該統合処理装置（ＩＰ Ｕ）と連携し、当該ロボット装置（ＭＴＲ）は該統合処理装置（ＩＰＵ）とこれ に連携した１以上の追加の処理装置との自動的共同を達成するための手段を含ん で成る、請求項９に係る装備。 １１．該１以上の追加の処理装置はシート含浸装置（ＳＩＵ）、トウ含浸装置 （ＴＩＵ）、テープ硬化装置（ＴＣＵ），及び／或いは支持体操作装置（ＳＯＵ ）を含んで成る、請求項１０に係る設備。 １２．該多重労役ロボット装置は２以上の該処理装置の間の同期を確立し且つ 制御するための自動的手段を含んで成り、当該自動的手段がトウ設置、複合物調 製、プレフォーム及び／或いはインサートの複合、及び／或いはツール、プレフ ォーム及び／或いは処理済成品の操作を達成するために配置されている、請求項 １１に係る設備。 １３．当該設備は加熱された可撓性チューブとノズルダイを通じてトウのプレ フォームを直接的に配給するように配置されていることを特徴とする請求項９〜 １２のいずれか１項に係る設備。 １４．ポリマー及び／或いは複合物の成品の製造のための統合処理装置（ＩＰ Ｕ）において、当該装置は明確に定められた個所でプレフォームを受容するため の手段と、当該プレフォームを少なくとも部分的に包囲するために企図された母 材を処理するための該明確に定められた個所で作用する手段とを含んで成り、該 母材を処理する当該手段は該プレフォームの完全な元位置硬化を達成することが 出来るものであって、多重射出手段、及び／或いは押出し手段、及び／或いは圧 縮手段、及び／或いは液及び／或いはガス注入手段を含んで成ることを特徴とす る統合処理装置。 １５．母材と補強材で作られた複合物成品の製造のためのシート含浸装置にお いて、当該装置は補強材レイアップ、粉末レイアップ 、含浸、予硬化、及びロフティングのための幾つかのステーションを含んで成り 、当該複数のステーションが該複合物成品を製作するための追加の製造装置に配 給され得る予硬化シートを形成するために共同し、当該追加の製造装置が該プレ フォームの最終硬化を達成するために配置されていることを特徴とするシート含 浸装置。 １６．ポリマー及び／或いは複合物の成品の製造のためのトウ含浸装置におい て、当該装置は加熱された可撓性チューブとノズルダイを通って金型にトウのプ レフォームを配給するように配置されることを特徴とするトウ含浸装置。 １７．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のための方法。 １８．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のための設備。 １９．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のための統合処理装置。 ２０．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のためのシート含浸装置。 ２１．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のためのトウ含浸装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ボンジュール，フランソワ スイス国，ツェーハー−1028 プレベレン ゲ，ケマン ヌフ ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポリマー及び／或いは複合物の成品の製造方法において、高分子基複合物 を製造するための補強材料と母材から仕上り成品に至る可能な変換工程の少なく とも２つの統合として、そこでは純ポリマー、補強材及び／或いはプレフォーム 及び／或いは複合物が少なくとも２つのプロセスを単一の工程に、或いは近接し て引き続く工程のシーケンスとして組み合わせることによって、単一操作で複合 される斯ゝる統合を特徴とするポリマー及び／或いは複合物の成品の製造方法。 ２．該単一操作で組み合わされる以下の工程：プレス成形；単一或いは多重射 出成形；トウ或いはシートの含浸；トウ或いはシートの設置；予硬化；ロフティ ング；接合或いは結合；硬化；内部応力の解放；内層或いは表面層の押出；及び 内圧成形の少なくとも２つの工程を含んで成ることを特徴とする、請求項１に係 る製造方法。 ３．中空構造の複合物成品を製造し、且つ異なる材料フォームの統合から進展 されるプロセス誘起応力を解放する可能性を与えるために内部ガス注入法を含ん で成る、請求項１或いは２に係る製造方法。 ４．プレフォームの高いタレ性を維持し、そしてポリマー射出圧及び／或いは 金型圧縮圧の使用により最終の硬化を達成するための含浸工程及び／或いは予硬 化工程を含んで成る、請求項１〜３のいずれか１項に係る製造方法。 ５．以下の可能性：統合された異なる材料の適合性；統合材料と材料フォーム 間の傾斜界面；界面応力の解放；最終成品上の表面被覆物；及び厚さ方向樹脂含 浸の少なくとも１つの可能性を与えるために、スリットダイ押出しフイルムを硬 化用金型に導入することを 特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に係る製造方法。 ６．請求項１〜５の１つに規定された方法を実行するための設備において、当 該設備が統合処理装置（ＩＰＵ）と特に以下の装置、手段：シート含浸装置（Ｓ ＩＵ）；トウ含浸装置（ＴＩＵ）；テープ硬化装置（ＴＣＵ）と支持操作装置（ ＳＯＵ）；及び前記装置の機能を自動的に調和させるための制御手段から選択さ れた少なくとも１つの追加の処理装置を含んで成る組合せ機構を含んで成ること を特徴とする設備。 ７．該設備が該処理装置間の自動的同期、具体的にはトウ設置、複合物調製、 プレフォーム及び／或いはインサートの複合、及びツール、プレフォーム並びに 処理済成品の操作の自動的同期、を確立し且つ制御するための手段を含んで成る 多重労役ロボット装置を含んで成ることを特徴とする、請求項６に係る設備。 ８．該統合処理装置がプレフォーム（トウ、シート）設置のための手段、及び ／或いは多重射出手段、及び／或いは押出し手段、及び／或いは圧縮手段、及び ／或いは液及び／或いはガス注入手段を含んで成ることを特徴とする、請求項６ に係る設備。 ９．該シート含浸装置が複合物プレフォームの製造に要する、補強材レイアッ プ、粉末レイアップ、含浸、予硬化、及びロフティングのための幾つかのステー ションを含んで成ることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に係る設備 。 １０．該トウ含浸装置が加熱れた可撓性チューブとノズルダイを通って金型に トウのプレフォームを配給するために配置されることを特徴とする、請求項６〜 ９のいずれか１項に係る設備。 １１．ポリマー及び／或いは複合物の成品の製造のための統合処理装置におい て、当該装置はプレフォーム（トウ、シート）設置のための手段、多重射出手段 、押出し手段、圧縮手段、液及び／或い はガス注入手段を含んで成ることを特徴とする統合処理装置。 １２．ポリマー及び／或いは複合物の成品の製造のためのシート含浸装置にお いて、当該装置は複合物プレフォームの製造に要する、補強材積上、粉末積上、 含浸、予硬化、及びロフティングのための幾つかのステーションを含んで成るこ とを特徴とするシート含浸装置。 １３．ポリマー及び／或いは複合物の成品の製造のためのトウ含浸装置におい て、当該装置は加熱れた可撓性チューブとノズルダイを通って金型にトウのプレ フォームを配給するために配置されることを特徴とするトウ含浸装置。 １４．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のための方法。 １５．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のための設備。 １６．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のための統合処理装置。 １７．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のためのシート含浸装置。 １８．これまでに添付の図面を参照して記述された通りのポリマー及び／或い は複合物の成品の製造のためのトウ含浸装置。