JPH1058542A - 熱可塑性の繊維複合材料テープを加熱するための加熱装置を有する溶接装置 - Google Patents

熱可塑性の繊維複合材料テープを加熱するための加熱装置を有する溶接装置

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JPH1058542A
JPH1058542A JP17667797A JP17667797A JPH1058542A JP H1058542 A JPH1058542 A JP H1058542A JP 17667797 A JP17667797 A JP 17667797A JP 17667797 A JP17667797 A JP 17667797A JP H1058542 A JPH1058542 A JP H1058542A
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JP
Japan
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fiber composite
heating
heating device
tape
composite material
Prior art date
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Pending
Application number
JP17667797A
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English (en)
Inventor
Bruce Johnson
ジョンソン ブルース
Vishal Mallick
マリク ヴィシャル
Francois Meynard
マイナルト フランソワ
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ABB RES Ltd
Original Assignee
ABB RES Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維複合材料テープを加熱する加熱装置を有
する溶接装置の場合に、送り速度、ひいては溶接速度を
高める。 【解決手段】 加熱装置14に、少なくとも1つの延在
する加熱エレメント9,23を配置するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性の繊維複
合材料テープを加熱するための加熱装置を有する溶接装
置であって、加熱装置によって繊維複合材料テープの表
面が溶融され、繊維複合材料テープが互いに溶接される
形式のものに関する。
【0002】
【従来の技術】熱可塑性のの母材と、母材内に埋め込ま
れた繊維材料、例えば炭素繊維またはガラス繊維等とを
有する複合繊維材料テープを相互に結合するためには、
連続的なプロセスにおいて、繊維複合材料テープの互い
に向き合った表面が、その合流点で局所的に溶融され、
繊維複合材料テープが互いに溶接される。その場合、加
熱エネルギは、繊維複合材料テープの合流点に集中され
る。しかし、送り速度、ひいては溶接速度は、その場
合、比較的低く、最高20mm/sになり得る。熱可塑
性の繊維テープを加熱するために要する時間は、繊維複
合材料テープの厚さの2乗に比例し、かつ熱可塑性のの
母材の熱伝導率に逆比例し、表面における熱伝達率の関
数を成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は、冒頭に述べた形式の溶接装置を改良して、送り速
度、ひいては溶接速度を高めることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、加熱装置に、少なくとも1つの延
在する加熱エレメントが配置されているようにした。
【0005】
【発明の効果】本発明の利点は、とりわけ、この加熱装
置によって、繊維複合材料テープを、所期の通りに、広
い面積にわたり、ひいては速い速度で加熱し、それによ
って、高い溶接速度が達成できる点にある。また、それ
によって、高い生産性を得ることができる。
【0006】加熱装置は、少なくとも2つの別個に制御
可能な部分加熱装置から成り、これら部分加熱装置に
は、それぞれ少なくとも1つの加熱エレメントが配置さ
れている。加熱装置を部分加熱装置に分割することによ
って、接合を要する繊維複合材料テープの加熱を、互い
に独立的に制御でき、それによって、積層品や接合の品
質が、さらに高められる。更に、本発明の加熱装置によ
って、熱消費量が節約されるため、生産された繊維複合
材料テープの費用が低減される。
【0007】本発明による加熱装置のこのほかの有利な
構成は、請求項2以下の各項に記載の通りである。例え
ば、熱ガスの所期の使用によって、所要ガス量が低減さ
れる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下で、図面につき本発明の実施
例を説明する。
【0009】図面には、本発明の理解に必要な主な部材
以外は示されていない。例えば制御装置や、加熱装置の
給電設備および熱ガス供給装置は、示されていない。
【0010】図1には、繊維複合材料テープ15と繊維
複合材料テープ16とが、図示されていないテープ材料
ロールから繰り出される。繊維複合材料テープ15は、
案内ローラ12を介して加熱装置14へ送られる。ま
た、繊維複合材料テープ16は、底板17を介して加熱
装置14へ送られる。加熱装置14は、熱ガスを供給す
る供給導管6を有している。繊維複合材料テープ15,
16は、加熱装置14に向いた表面が、加熱装置14に
よって、繊維複合材料テープの母材の少なくとも融点ま
で加熱される。繊維複合材料テープ15,16は、した
がって、その厚さの小部分にわたってだけ、熱可塑性の
の母材の融点以上に熱せられる。繊維複合材料テープ1
5,16は、加圧ローラ11により、加圧シリンダ8を
介して互いに圧接されるため、繊維複合材料テープ15
の溶融表面と、繊維複合材料テープ16の溶融表面とが
圧着される。繊維複合材料テープ15と繊維複合材料テ
ープ16とは、これによって、加圧ローラにより規定さ
れる溶接区域3のところで互いに溶接され、その結果、
多層の繊維複合材料テープ18が得られる。その場合、
繊維複合材料テープ15,16には、引張り力20,2
1を作用させ、得られる繊維複合材料テープ18には、
引張り力22を作用させることができる。繊維複合材料
テープ15,16は、したがって、一定の予張力を受け
て互いに重ね合わせることができる。得られた繊維複合
材料テープ18には、言うまでもなく、別の繊維複合材
料テープ15,16を重ねることもできる。
【0011】繊維複合材料テープ15,16は、繊維を
埋め込んだ熱可塑性のプラスチック母材から成ってい
る。この場合、繊維含有量は最高60容量パーセント強
とすることができる。熱可塑性のの母材としては、相応
の要求を満たす任意の熱可塑性のプラスチックを使用で
き、有利には、芳香族プラスチック、特にポリエーテル
エーテルケトンまたはポリエーテルイミドを使用する。
繊維複合材料テープ15と繊維複合材料テープ16と
は、異なる母材と異なる繊維を有していてもよい。繊維
としては、相応に望ましい引張り力を有する任意の繊維
材料、特に炭素繊維またはガラス繊維を用いることがで
きる。
【0012】 表1 例 材料 繊維の種類 母材 密度 引張り強さ 弾性率 g/cm3 (MPa) (GPa) a QLG4068 ガラス PPS 1.65 1110 44 b QLC4160 炭素 PPS 1.5 1837 114 c QLC4064 炭素 PPS 1.5 1950 121 d PEI-S2 ガラス PEI 1.6 1170 55 e APC2-S2 ガラス PEEK 1.6 1170 55 f APC2-AS4 炭素 PEEK 1.5 2070 140 表1には、繊維複合材料テープの数例を選んで、その材
料特性を示してある。表に挙げた繊維複合材料テープ
は、ガラス繊維または炭素繊維と、ポリフェニレンスル
フィド(PPS)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポ
リエーテルエーテルケトン(PEEK)のいずれかから
成る母材とから成るものである。例a,b,cの繊維複
合材料テープは、クヴァドラックス(Quadrax)
社製、例d,e,fのテープは、ICIファイバライト
(Fiberite)社製である。
【0013】最高使用温度は、例a,b,c,dの繊維
複合材料テープでは約200°C、例e,fの繊維複合
材料テープでは約400°Cである。PPSは、通常、
約340°Cで加工される。
【0014】図2の実施例によれば、繊維複合材料テー
プ15は、回転対称的な胴体1、特に電気機械の回転子
上に溶着させることもできる。その場合には、回転対称
的な胴体1に密接した加熱装置側が、胴体1に対応して
構成される結果、胴体1上の繊維複合材料テープ15
を、同じく加熱できる。回転対称的な胴体1が、電気機
械の回転子の巻線オーバーハングの場合、繊維複合材料
テープ15を溶着することによって、巻線オーバーハン
グを固定するためのバインド部材を形成できる。
【0015】図3の場合は、加熱装置14が、部分加熱
装置14aと、等構造の部分加熱装置14bとから成
り、これらの部分加熱装置により、加熱装置14のとこ
ろを通過する繊維複合材料テープが加熱される。部分加
熱装置14a,14a は、図示されていない保持部を
介して相互に結合されている。結合部は、その場合、可
動に構成でき、その結果、部分加熱装置は、相互に移動
可能である。部分加熱装置14a,14bは、互いに鋭
角をなして配置されている。この角度は、繊維複合材料
テープの供給によって規定される。
【0016】部分加熱装置14aは、保持部材10a
と、保持部材10aに配置された加熱エレメント、すな
わち加熱シート9とから成っている。加熱シート9は、
その場合、電気式または赤外線式の加熱シートでよい。
加熱シート9は、その場合、少なくとも、繊維複合材料
テープ15,16の全幅にわたって延びている。溶接区
域3と反対側の保持部材10a端部には、スリットノズ
ル5を有する通路7が設けてある。通路7内へは、供給
導管6aを介して熱ガス4が導入される。熱ガスは、ス
リットノズル5を介して繊維複合材料テープの表面へ導
かれる。スリットノズルから出る熱ガスの流れ方向は、
繊維複合材料テープの搬送方向に合致する。繊維複合材
料テープは、したがって、反対側の加熱シートによる輻
射加熱と、スリットノズル5を介して供給される熱ガス
4による対流加熱とによって加熱される。
【0017】加えて、スリットノズル5を介しての熱ガ
スの噴射により、加熱シート9の上方にエアクッション
が発生し、溶融した繊維複合材料テープと加熱シートと
の溶着が、このエアクッションによって防止される。
【0018】図示されていない部分加熱装置14a,1
4a の場合には、対流加熱部材、すなわち通路7が省
かれている。繊維複合材料テープは、その場合、加熱シ
ート9による輻射加熱によって加熱されるのみである。
【0019】部分加熱装置14a,14a によって形
成された加熱装置により、溶接速度は、最高300mm
/s強に達することができる。
【0020】部分加熱装置14a,14a は、その場
合、個別に制御可能である。言い換えると繊維複合材料
テープに対しそれぞれ放出される熱エネルギを、個別に
制御することができる。例えば図2の実施例の場合、熱
エネルギは、回転子1を介して放散される。この目的の
ため、回転子に配属される部分加熱装置により、余分の
熱エネルギが供給される。
【0021】図4の場合も、加熱装置14は、部分加熱
装置14bと、構造の等しい部分加熱装置14b とか
ら成っている。部分加熱装置14b、14b は、図示
されていない保持部を介して互いに結合されている。結
合部は、その場合、可動に構成されているので、部分加
熱装置は14b,14b は、相互に移動可能である。
部分加熱装置14b,14b は、互いに鋭角をなして
配置されている。この角度は、繊維複合材料テープの供
給によって規定される。
【0022】部分加熱装置14bは、保持部材10b
と、保持部材10bに配置された孔付板23とから成っ
ている。孔付板23は、繊維複合材料テープ15,16
の少なくとも全幅にわたって延びている。詳細には図示
されていない通路を介し、熱ガス4が、供給導管6bか
ら保持部材10bと、ひいては孔付板23へ供給され
る。言うまでもなく、この場合も、繊維複合材料テープ
の対流加熱のために、スリットノズルを有する通路を配
置することができる。
【0023】図5および図6から分かるように、孔付板
23には、衝突流ノズルとして役立つ複数の孔24が設
けてある。繊維複合材料テープは、したがって、孔24
からの熱ガス4によって加熱される。
【0024】この場合、対流による熱伝達に決定的に重
要なのは、孔24の配置、孔径27、孔付板23と繊維
複合材料テープとの間隔である。
【0025】大体の原則として挙げられることは、繊維
複合材料テープの全幅にわたって少なくとも2個の孔2
4を設ける必要があるということである。孔付板23の
孔24の縦方向および横方向の間隔は、大体、孔径27
の2〜10倍とする。繊維複合材料テープと孔付板23
との間隔は、孔径27の2〜8倍とする。既述の種類の
繊維複合材料テープの場合、孔24を通過する熱ガスの
温度は500〜900°Cであり、流速は、0.1〜3
0m/s、特に1〜20m/sである。
【0026】孔付板23は、付加的に加熱することもで
きる。この付加的加熱は、特に電気式に行うことができ
る。これにより、一方では、繊維複合材料テープが孔付
板23を介して加熱され、他方では、孔24を通過する
熱ガスが、加熱されるか、または少なくとも冷却を防止
される。
【0027】加えて、孔24から熱ガスを噴射すること
によって、孔付板23の表面にエアクッションが形成さ
れ、このエアクッションが、溶融した繊維複合材料テー
プと孔付板23との、ひいては加熱装置との溶着を防止
する。
【0028】部分加熱装置14b,14b によって形
成される加熱装置により、溶接速度は、最高300mm
/s強に達し得る。
【0029】言うまでもなく、本発明は、以上に説明し
た図示の実施例に限定されるものではない。加熱装置
は、部分加熱装置14a,14bを組み合わせて構成し
てもよい。供給導管6は、複数の供給導管に替えること
もできる。加熱エレメント9,23それぞれの部分加熱
装置14a,14bの幾何形状は、繊維複合材料テープ
が接着されるそれぞれの部材1,7の幾何形状に応じて
構成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】繊維複合材料テープと繊維複合材料テープとを
接合する装置の側面図である。
【図2】回転対称的な胴体に繊維複合材料テープを接合
する装置の側面図である。
【図3】加熱装置の部分縦断面図である。
【図4】別の加熱装置の部分縦断面図である。
【図5】孔付板の平面図である。
【図6】図5の符号VIの部分の詳細図である。
【符号の説明】
1 回転子、 3 溶接区域、 5 スリットノズル、
6,6a,6b 供給導管、 7 通路、 8 加圧
シリンダ、 9 加熱シート、 10a,10b 保持
部材、 11 加圧ローラ、 12 案内ローラ、 1
4 加圧装置、14a,14b 部分加熱装置、 15
繊維複合材料テープ、 17 底板、 18 接合さ
れた繊維複合材料テープ、 19 繊維複合材料テープ
幅、20 繊維複合材料テープ15に作用する引張り
力、 21 繊維複合材料テープ16に作用する引張り
力、 22 接合された繊維複合材料テープ18に作用
する引張り力、 23 孔付板、 24 孔、 26
繊維複合材料テープ縦方向の孔間隔、 27 孔径、
28 繊維複合材料テープ横方向の孔間隔

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱可塑性の繊維複合材料テープを加熱す
    るための加熱装置を有する溶接装置であって、加熱装置
    (14)によって熱可塑性の繊維複合材料テープ(1
    5,16)の表面が溶融されて、熱可塑性の繊維複合材
    料テープ(15,16)が互いに溶接される形式のもの
    において、 加熱装置(14)に、少なくとも1つの延在する加熱エ
    レメント(9,23)が配置されていることを特徴とす
    る、熱可塑性の繊維複合材料テープを加熱するための加
    熱装置を有する溶接装置。
  2. 【請求項2】 加熱装置(14)が、別個に制御可能な
    少なくとも2つの部分加熱装置(14a,14b)から
    成り、これらの部分加熱装置に、それぞれ少なくとも1
    つの加熱エレメント(9,23)が配置されている、請
    求項1記載の溶接装置。
  3. 【請求項3】 前記部分加熱装置(14a,14b)
    が、保持部材(10a,10b)と、これら保持部材に
    配置された加熱エレメント(9,23)とを有してい
    る、請求項1記載の溶接装置。
  4. 【請求項4】 加熱エレメントが、熱エネルギを放射す
    る加熱シート(9)である、請求項1から3までのいず
    れか1項記載の溶接装置。
  5. 【請求項5】 加熱エレメントが、衝突流ノズルとして
    形成された複数の孔(24)を有する孔付板(23)で
    ある、請求項1から3までのいずれか1項記載の溶接装
    置。
  6. 【請求項6】 保持部材(10a,10b)の、熱可塑
    性の繊維複合材料テープ(15,16)の溶接区域
    (3)とは反対側の端部に、少なくとも1つの通路
    (7)が配置されており、この通路(7)がスリットノ
    ズル(5)を有している、請求項3記載の溶接装置。
  7. 【請求項7】 熱ガス用の少なくとも1つの供給導管
    6,6a,6b)が、加熱装置(14)に配置されてい
    る、請求項5または6記載の溶接装置。
  8. 【請求項8】 スリットノズル(5)が、熱可塑性の繊
    維複合材料テープ(15,16)と保持部材との間に配
    置されている、請求項6記載の溶接装置。
  9. 【請求項9】 熱可塑性の繊維複合材料テープ(15,
    16)と孔付板(23)との間隔が、孔付板(23)の
    孔(24)の直径(27)の2倍〜8倍の値である、請
    求項5記載の溶接装置。
JP17667797A 1996-07-03 1997-07-02 熱可塑性の繊維複合材料テープを加熱するための加熱装置を有する溶接装置 Pending JPH1058542A (ja)

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