特開 2024-115306 テープ貼付装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024115306

(43)【公開日】2024-08-26

(54)【発明の名称】テープ貼付装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/38 20060101AFI20240819BHJP

【ＦＩ】

B29C70/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023020929

(22)【出願日】2023-02-14

(71)【出願人】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(72)【発明者】

【氏名】熱田 直行

【テーマコード（参考）】

4F205

【Ｆターム（参考）】

4F205AC03

4F205AD16

4F205HA14

4F205HA23

4F205HA45

4F205HB01

4F205HC02

4F205HM13

4F205HT13

4F205HT26

(57)【要約】

【課題】処理剤が付与されたテープの先端部を貼付ヘッドとワークの間に送り込むことができるテープ貼付装置を提供する。
【解決手段】被貼付面５ａに貼り付けるためのテープを搬送するテープ搬送部９と、テープ搬送部９から搬送されるテープＡを押圧しながら被貼付面５ａに貼り付ける貼付ヘッドと１０、テープ搬送部９と貼付ヘッド１０の間に位置し、テープＡの下面に処理剤Ｓを付与する処理剤付与部と、処理剤Ｓが付与されたテープＡの下面に気体を吹き付けることによりテープ搬送部９から貼付ヘッド１０へ搬送されるテープＡを非接触状態で支持する気体吹付部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被貼付面に貼り付けるためのテープを搬送するテープ搬送部と、
前記テープ搬送部から搬送されるテープを押圧しながら前記被貼付面に貼り付ける貼付ヘッドと、
前記テープ搬送部と前記貼付ヘッドの間に位置し、テープの下面に処理剤を付与する処理剤付与部と、
前記処理剤が付与されたテープの下面に気体を吹き付けることにより前記テープ搬送部から前記貼付ヘッドへ搬送されるテープを非接触状態で支持する気体吹付部と、
を備えることを特徴とする、テープ貼付装置。

【請求項2】

前記気体吹付部は前記処理剤付与部を兼ね、スプレー状の前記処理剤をテープの下面に吹き付けることにより、テープの下面に前記処理剤を付与することを特徴とする、請求項１に記載のテープ貼付装置。

【請求項3】

テープをはさんで前記気体吹付部と対向するバックプレートをさらに有することを特徴とする、請求項１もしくは２に記載のテープ貼付装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繊維束を含むテープを被貼付面に貼り付けることによって繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）成形品などを製造するテープ貼付装置に関する。

【背景技術】

【0002】

炭素繊維などの繊維束をワークの被貼付面に貼り付けてゆくことで、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。

【0003】

ＦＲＰ成形品の製法には、ＡＴＬ（Ａｕｔｏ Ｔａｐｅ Ｌａｙｕｐ）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、繊維束を押圧しながら被貼付面に貼り付けていく製法を総称してＡＴＬ法と記し、その装置を繊維束貼付装置と記すこととする。

【0004】

特許文献１には、ＡＴＬ法を実施する施工法が開示されている。この施工法では、図５に示すように一般的にプリプレグテープ、ＵＤテープと呼ばれる、繊維束にあらかじめ樹脂を含浸させてテープ状に成形したもの（テープＡ）をＡＴＬヘッドのフィーダー１０１から貼付ヘッド１０２へ搬送し、加熱および加圧しながらワーク１０５の被貼付面１０５ａへ貼り付けるテープ貼付装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１４９７２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に示すようなテープ貼付装置において、被貼付面１０５ａへのテープＡの貼り付けに接着剤を用いる場合がある。その場合、被貼付面１０５ａとテープＡの間に接着剤Ｓが塗布されるよう、繊維束の被貼付面と対向する側の面、すなわち下面へ接着剤付与部１０３によって接着剤が付与される。

【0007】

ここで、図６に示すようにテープＡの先端部が貼付ヘッド１０２に到達する前にテープＡの自重によりテープＡが垂れ下がった場合、貼付ヘッド１０２と被貼付面１０５ａとの間にテープＡを送り込むことができないおそれがあった。このようなテープＡの垂れ下がりを抑えるために、図６に二点鎖線で示すように接着剤付与部１０３と貼付ヘッド１０２の間にテープガイド１０６を配置してテープＡを下方から支持することも考えられる。しかし、テープＡの下面に接着剤Ｓが付与されている場合、テープガイド１０６が接着剤Ｓに接触するため接着剤Ｓの均一な付与を乱すばかりかテープＡとテープガイド１０６との擦れによりコンタミが発生し、被貼付面１０５ａへのテープＡの接着強度に悪影響を及ぼすという問題があった。

【0008】

本発明は、上記問題点を鑑み、処理剤が付与されたテープの先端部を貼付ヘッドとワークの間に送り込むことができるテープ貼付装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために本発明のテープ貼付装置は、被貼付面に貼り付けるためのテープを搬送するテープ搬送部と、前記テープ搬送部から搬送される前記テープを押圧しながら前記被貼付面に貼り付ける貼付ヘッドと、前記テープ搬送部と前記貼付ヘッドの間に位置し、テープの下面に処理剤を付与する処理剤付与部と、前記処理剤が付与されたテープの下面に気体を吹き付けることにより前記テープ搬送部から前記貼付ヘッドへ搬送されるテープを非接触状態で支持する気体吹付部と、を備えることを特徴としている。

【0010】

本発明のテープ貼付装置では、気体吹付部を有することにより、テープの垂れ下がりを抑えてテープの先端部を貼付ヘッドとワークの間に送り込むことができる。

【0011】

また、前記気体吹付部は前記処理剤付与部を兼ね、スプレー状の前記処理剤をテープの下面に吹き付けることにより、テープの下面に前記処理剤を付与しても良い。

【0012】

こうすることにより、テープの垂れ下がりの抑制とテープ下面への処理剤の均一な付与とを同時に行うことができる。

【0013】

また、テープをはさんで前記気体吹付部と対向するバックプレートをさらに有すると良い。

【0014】

こうすることにより、気体吹付部により吹き上げられるテープの姿勢を安定させることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明のテープ貼付装置により、処理剤が付与されたテープの先端部を貼付ヘッドとワークの間に送り込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明のテープ貼付装置の概略構成を示す斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態におけるＡＴＬヘッドの詳細を示す図である。

【図3】本実施形態におけるテープ貼付装置において繊維束をピックアップする様子を示す斜視図である。

【図4】本発明の他の実施形態におけるＡＴＬヘッドの詳細を示す図である。

【図5】従来のＡＴＬヘッドを示す図である。

【図6】従来のＡＴＬヘッドにおける問題点を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明のテープ貼付装置を図面に基づいて説明する。

【0018】

図１は、実施の形態に係るテープ貼付装置１の概略構成を示す斜視図である。テープ貼付装置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にテープＡを供給・搬送するテープ搬送手段４、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などを含んで構成されている。

【0019】

本実施形態におけるワーク５は、たとえば、熱可塑性樹脂の射出成型品からなり、その表面に炭素繊維からなるテープＡが貼り付けられて補強される。ワーク５の形状、及びテープＡを貼り付ける位置、貼り付ける長さは設計により予め定められている。

【0020】

また、本実施形態では、テープＡは炭素繊維がばらばらになることを防ぐために樹脂が含浸された状態であり、帯状の形態を有している。本実施形態では、テープＡの長手方向および短手方向の寸法は、たとえばそれぞれ５００ｍｍ、２５ｍｍである。

【0021】

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。

【0022】

図２は、ＡＴＬヘッド３の詳細を示す図である。

【0023】

ＡＴＬヘッド３は、図２に示すように、接着剤吹付部７、フィーダー９、および貼付ヘッド１０を有している。フィーダー９から貼付ヘッド１０の方へ送られるテープＡのワーク５と対向する側の面（すなわち下面）に接着剤吹付部７が接着剤Ｓを塗布し、この接着剤Ｓを有するテープＡを貼付ヘッド１０がワーク５の被貼付面５ａに押圧することにより、テープＡがワーク５に貼り付けられる。

【0024】

接着剤吹付部７は、図示しない連結プレート（連結手段とも呼ぶ）を介して貼付ヘッド１０と連結されており、テープＡの送り出し経路においてフィーダー９と貼付ヘッド１０の間に位置し、テープＡの下面にスプレー状の接着剤Ｓを吹き付けるものであり、本説明における処理剤付与部と気体吹付部とを兼ねている。

【0025】

接着剤吹付部７は、所定の間隔分テープＡから離間してテープＡに対向する位置に接着剤Ｓを含んだガスＧを吹き出す吹き出し口が設けられたノズル７ａを有している。このノズル７ａには接着剤Ｓの供給経路である接着剤供給配管７ｂとガスＧの供給経路であるガス供給配管７ｃとが接続されている。接着剤供給配管７ｂから供給された接着剤Ｓとガス供給配管７ｃから供給されたガスＧは、ノズル７ａの内部で合流してスプレー状となり、上記吹き出し口から吹き出される。この吹き出し口から吹き出された接着剤Ｓは、テープＡの下面に略均一の膜厚の膜を形成する。

【0026】

なお、接着剤Ｓは本説明における処理剤である。接着剤Ｓは熱硬化性接着剤であり、たとえばエポキシ系、ウレタン系、ポリエステル系などがある。この中でも、たとえばエポキシ系の熱硬化性接着剤は、所定の温度までの昇温をトリガーとして発熱反応を生じ、自己の反応熱により硬化反応が促進する特性を有する。ここで、ＡＴＬヘッド３は図示しないヒータを有しており、被貼付面５ａに貼り付けられる前後の少なくとも一方のテープＡの接着剤Ｓをこのヒータにより加熱することによって接着剤Ｓの熱硬化反応を促進させる。

【0027】

また、テープＡをはさんで接着剤吹付部７と対向し、フィーダー９から貼付ヘッド１０へ真っ直ぐ搬送されるテープＡに近接する位置には、バックプレート７ｄが設けられている。バックプレート７ｄは、少なくともテープＡと対向する面がフィーダー９から貼付ヘッド１０へ真っ直ぐ搬送されるテープＡと平行な平坦面である部材であり、接着剤吹付部７によって吹き上げられたテープＡがこの平坦面に当接することにより、テープＡの位置が規制される。なお、この平坦面とテープＡとの間で擦れが生じることは好ましくないため、バックプレート７ｄの少なくとも平坦面を形成する部分はテフロン（登録商標）など摩擦係数が小さい材料から構成されていることが好ましい。

【0028】

フィーダー９は、ＡＴＬヘッド３におけるテープＡの搬送装置であって、本説明ではテープ搬送部とも呼ぶ。フィーダー９は、図示しない連結プレートを介して貼付ヘッド１０と連結されており、１組のローラによって帯状のテープＡを挟持し、このローラが回転駆動することにより貼付ヘッド１０の押圧ローラ１０ａに向けてテープＡを送り出す。

【0029】

貼付ヘッド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であるシリンダ部１０ｄが配置されている。

【0030】

図１に示すテープ搬送手段４は、予め所定長さに裁断された帯状のテープ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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

ここで、接着剤吹付部７、フィーダー９、および貼付ヘッド１０が共通する連結プレートに連結されていることにより、これらの相対位置は固定され、連動する。これにより、被貼付面５ａの形状に倣って貼付ヘッド１０（押圧ローラ１０ａ）が姿勢を変えながらテープＡの貼り付けを行う場合であっても、フィーダー９から押圧ローラ１０ａへ送り出されるテープＡに対して接着剤吹付部７の相対距離を所定値で維持することが可能であるため、接着剤吹付部７による接着剤Ｓの塗布をテープＡの貼り付けと並行して行うことができる。

【0034】

次に、図３に基づいてテープ貼付装置１によるテープＡの貼付動作を説明する。

【0035】

まず、テープ貼付装置１が始動すると、ガントリ軸１５、１６が動作し、図３に示すように、載置台１３上のテープＡをピックアップハンド１４が１本だけピックアップする。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、真空チャック１４ａがテープＡを吸着しピックアップする。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

テープＡの一端が所定長さ分フィーダー９に挿入されると、真空チャック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。

【0039】

次に多関節ロボット２が動作し、貼付開始位置までＡＴＬヘッド３が移動する。続けて多関節ロボット２が動作し、押圧ローラ１０ａが被貼付面５ａに押し付けられる。

【0040】

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。

【0041】

また、このとき、図２に示すように接着剤吹付部７が動作し、フィーダー９によって押圧ローラ１０ａへ搬送されるテープＡに接着剤Ｓを塗布する。

【0042】

そして、図１に示すように、ＡＴＬヘッド３がテープＡの貼付経路に沿ってワーク５の貼付面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。また、接着剤吹付部７がテープＡに接着剤Ｓを塗布する。

【0043】

テープＡが後端まで被貼付面５ａに貼り終えられると、接着剤吹付部７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の貼り付けが完了する。

【0044】

以下、同じ動作が繰り返され、被貼付面５ａ上にテープＡが貼り付けられていく。

【0045】

ここで、本実施形態では、気体吹付部の役割を兼ねる接着剤吹付部７を有している。これにより、図２に破線で示すようにテープＡの先端部を貼付ヘッド１０の押圧ローラ１０ａとワーク５の被貼付面５ａとの間に送り込む前にテープＡが垂れ下がることが無いよう、吹き付ける気体の風圧によりテープＡを浮かせ、テープＡを非接触状態で支持することができる。

【0046】

また、本実施形態のＡＴＬヘッド３は、テープＡをはさんで接着剤吹付部７（気体吹付部）と対向する位置にバックプレート７ｄを有している。これにより、テープＡの位置（浮き上がり量）を規制して搬送動作を安定させることができる。これら気体吹付部およびバックプレート７ｄにより、接着剤Ｓが付与されたテープＡを確実に押圧ローラ１０ａとワーク５の被貼付面５ａとの間に送り込むことができる。

【0047】

次に、本発明の他の実施形態のＡＴＬヘッドを図４に示す。

【0048】

この実施形態におけるＡＴＬヘッド３では、先の実施形態とは異なり、接着剤付与部２１と気体吹付部２２とが別個に設けられており、気体吹付部２２が接着剤付与部２１と貼付ローラ１０ａの間に位置し、接着剤付与部２１によって下面に接着剤Ｓが付与されたテープＡを気体吹付部２２から発せられるガスＧによって非接触状態で支持している。この実施形態においては、接着剤付与部２１はフィーダー９から送り出されるテープＡの下面に近接するように配置されたテープＡの幅と同等の幅の開口を有しており、図示しない接着剤供給手段から配管を介して供給された接着剤Ｓをこの開口からテープＡに塗布している。

【0049】

この実施形態におけるＡＴＬヘッド３では、気体吹付部２２は少なくともテープＡの先端部が押圧ローラ１０ａに到達するまで動作していれば良く、テープＡの先端部が押圧ローラ１０ａに送り込まれた後はテープＡの垂れ下がりの懸念が無くなるため、気体吹付部２２は動作が停止しても良い。

【0050】

以上のテープ貼付装置により、処理剤が付与されたテープの先端部を貼付ヘッドとワークの間に送り込むことが可能である。

【0051】

ここで、テープ貼付装置は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、以上の説明では処理剤は接着剤としているが、それに限らずたとえばプライマー（下地剤）などでも良い。

【0052】

また、上記の説明では、貼付ヘッド１０のワークとの当接部分は押圧ローラ１０ａであるが、これに限らずたとえば押圧シューなどでも良い。

【0053】

また、上記の説明ではテープ搬送手段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。

【0054】

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。

【0055】

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、テープ貼付装置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。

【符号の説明】

【0056】

１ テープ貼付装置
２ 多関節ロボット
２ａ アーム
３ ＡＴＬヘッド
４ 繊維束搬送手段
５ ワーク
５ａ 被貼付面
６ ワーク台
７ 接着剤吹付部
７ａ ノズル
７ｂ 接着剤供給配管
７ｃ ガス供給配管
７ｄ バックプレート
９ フィーダー（テープ搬送部）
１０ 貼付ヘッド
１０ａ 押圧ローラ
１０ｂ ローラ支持部
１０ｃ ベース部
１０ｄ シリンダ部
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
２１ 接着剤付与部
２２ 気体吹付部
１０１ フィーダー
１０２ 貼付ヘッド
１０３ 接着剤付与部
１０５ ワーク
１０５ａ 被貼付面
１０６ テープガイド
Ａ 繊維束（テープ）
Ｇ ガス
Ｓ 接着剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】