JP6358328B2 - プリプレグシート積層装置 - Google Patents
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Description
本発明は、プリプレグシート積層装置に関する。
本願は、２０１４年４月２日に日本に出願された特願２０１４−７６０５８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０１４年４月２日に日本に出願された特願２０１４−７６０５８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、炭素繊維やガラス繊維を強化繊維として用いたＣＦＲＰやＧＦＲＰは、軽量で高い耐久性を有することから、自動車や航空機などを構成する各種の部材として用いられている。このようなＣＦＲＰやＧＦＲＰを成形する方法としては、まず、強化繊維と樹脂とからなる厚さ数十〜数百μｍ程度のプリプレグシートを複数枚積層してプリプレグシート積層体を製造し、次いで、外形が少しずつ異なるプリプレグシート積層体を複数枚重ねて所望の３次元形状に形成する方法が知られている。
プリプレグシート積層体は、プリプレグシートを複数枚積層して製造される。プリプレグシートはその繊維方向（繊維の長さ方向）、すなわち配向方向においては引張強度や靱性が非常に高いものの、繊維方向（配向方向）と直交する方向では引張強度や靱性が低く、したがって機械的特性が異方性を有する。そこで、プリプレグシート積層体ではプリプレグシートの異方性を緩和するため、繊維方向を異ならせてプリプレグシートを積層している。
繊維方向が異なるプリプレグシートを積層するには、繊維方向を長さ方向に揃えたプリプレグ原反、すなわち繊維角度が０°の原反から、任意の繊維方向のプリプレグ原反を製造し、繊維角度が０°のプリプレグ原反をその幅方向に切断した矩形状のプリプレグシートと、任意の繊維方向のプリプレグ原反をその幅方向に切断した矩形状のプリプレグシートとを積層することが考えられる。
その際、任意の繊維方向のプリプレグ原反を製造する手法として、例えば特許文献１に記載された製造装置による方法が知られている。この特許文献１に記載されたプリプレグの製造装置は、プリプレグ原反を取付ける繰出し装置と、同繰出し装置に取付けられたプリプレグ原反からプリプレグを所定長さずつ引出す第１フィード装置と、第１フィード装置によって引出されたプリプレグをその繊維方向に対し所定角度で切断する切断装置と、切断装置によって切り出されたプリプレグ片をその繊維方向が第１フィード装置により引出されるプリプレグの繊維方向と異なる所定の方向となるように旋回させる旋回装置と、旋回装置で旋回されたプリプレグ片の繊維方向に沿う端部を順次突合わせて配列する再配列装置と、再配列装置で互いに突合わされたプリプレグ片の突合わせ部に接着テープを貼付ける貼付け装置と、貼付け装置によって互いに接着されたプリプレグ片を所定長さずつ送り出す第２フィード装置と、第２フィード装置から送出されるプリプレグを巻取る巻取り装置とを備えて構成されている。
しかしながら、特許文献１に記載されたプリプレグの製造装置では、任意の繊維方向のプリプレグ原反を製造することはできるものの、繊維方向が異なるプリプレグシートを積層したプリプレグシート積層体を直接製造することができず、したがってプリプレグシート積層体を容易に製造することができない。
本発明は前記事情に鑑みてなされ、その目的は、繊維方向が異なるプリプレグシートを積層したプリプレグシート積層体を容易に製造できる、プリプレグシート積層装置の提供である。
本発明の第１の態様に係るプリプレグシート積層装置は、一方向に配向した繊維を有するプリプレグシートが複数枚積層されるとともに、少なくとも一層のプリプレグシートが他の層のプリプレグシートと繊維方向が異なるように積層されてなるプリプレグシート積層体を製造するプリプレグシート積層装置であって、繊維方向が基準の方向に配向したプリプレグ原反を走行させるメイン搬送路と、繊維方向が基準の方向に配向したプリプレグ原反を、予め設定された角度でその幅方向に切断してプリプレグカットシートを形成するプリプレグカットシート形成部と、プリプレグカットシート形成部で形成したプリプレグカットシートを、メイン搬送路上を走行するプリプレグ原反上に移送するとともに、その繊維方向が予め設定された方向となるようにプリプレグ原反上に載置する移載ハンドと、プリプレグ原反とこれに載置されたプリプレグカットシートとを溶着する溶着部と、を備える。
また、本発明の第２の態様は、第１の態様に係るプリプレグシート積層装置において、溶着部によって溶着されたプリプレグ原反とプリプレグカットシートとの積層体を切断して、プリプレグシート積層体を得る切断部を備える。
また、本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に係るプリプレグシート積層装置において、メイン搬送路を走行するプリプレグ原反の上に、他のプリプレグ原反を送り出して、この他のプリプレグ原反もメイン搬送路を走行させる送り出し部を備える。
また、本発明の第４の態様は、第１ないし第３の態様に係るプリプレグシート積層装置において、プリプレグカットシート形成部を複数備えるとともに、これらのプリプレグカットシート形成部にそれぞれ対応して移載ハンドを複数備える。
また、本発明の第５の態様は、第４の態様に係るプリプレグシート積層装置において、複数の移載ハンドは、一つの移載ハンドがプリプレグ原反上にプリプレグカットシートを載置する際のプリプレグカットシートの繊維方向と、他の一つの移載ハンドがプリプレグ原反上にプリプレグカットシートを載置する際のプリプレグカットシートの繊維方向とが互いに異なるように構成されている。
本発明のプリプレグシート積層装置は、プリプレグカットシート形成部で形成したプリプレグカットシートを、メイン搬送路上を走行するプリプレグ原反上に移送するとともに、その繊維方向が予め設定された方向となるようにプリプレグ原反上に載置する移載ハンドを備えている。そのため、プリプレグ原反とこれの上に載置されたプリプレグカットシートとにより、繊維方向が異なるプリプレグシートを積層したプリプレグシート積層体を得ることができる。したがって、プリプレグシート積層体を容易に製造することができる。
以下、図面を参照して本発明のプリプレグシート積層装置を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明のプリプレグシート積層装置の一実施形態を模式的に示す平面図、図２は、本発明のプリプレグシート積層装置の一実施形態を模式的に示す側面図である。これらの図において符号１はプリプレグシート積層装置である。
図１は、本発明のプリプレグシート積層装置の一実施形態を模式的に示す平面図、図２は、本発明のプリプレグシート積層装置の一実施形態を模式的に示す側面図である。これらの図において符号１はプリプレグシート積層装置である。
このプリプレグシート積層装置１は、ロール状のプリプレグ原反（プリプレグシート）Ｐ１を繰り出す繰り出し装置２と、この繰り出し装置２から繰り出されたプリプレグ原反Ｐ１を走行させるメイン搬送路３と、メイン搬送路３上を走行してきたプリプレグシート積層物Ｐ５を引き込んでさらに下流側に送る送り装置４と、を備えている。
プリプレグ原反Ｐ１は、炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維（繊維）に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が含浸させられて５０〜３００μｍ程度の厚さに形成され、強化繊維（繊維）の方向が一定方向に揃うよう配向されて形成される。
プリプレグ原反Ｐ１は、炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維（繊維）に熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が含浸させられて５０〜３００μｍ程度の厚さに形成され、強化繊維（繊維）の方向が一定方向に揃うよう配向されて形成される。
図３は、プリプレグシート積層装置１によって形成されるプリプレグシート積層物Ｐ５を説明するための模式図である。図３に示すように本実施形態では、プリプレグ原反Ｐ１はその強化繊維Ｆの方向（長さ方向）が基準の方向、すなわちプリプレグ原反Ｐ１の長さ方向に概ね一致するように配向して形成されている。したがって、プリプレグ原反Ｐ１は強化繊維Ｆの配向が０°のプリプレグ原反となっている。
図１、図２に示すように繰り出し装置２は、ローラを有し、ロール状に巻かれたプリプレグ原反Ｐ１をその長さ方向に繰り出してメイン搬送路３上に送り出すように構成されている。この場合、プリプレグ原反Ｐ１は、後述する送り装置４に引っ張られることで、メイン搬送路３上に送り出される。
図１に示すようにメイン搬送路３は、プリプレグ原反Ｐ１の幅より広い幅を有する直線状（直板状）の部材で、プリプレグ原反Ｐ１をその上面上にて走行させるように形成されている。このメイン搬送路３の上面は、プリプレグ原反Ｐ１を円滑に走行させることができるように、摩擦抵抗の少ない平滑面に形成されている。
メイン搬送路３の下流側には、図１、図２に示すように上下に配置された一対のローラ４ａ、ローラ４ａと、一対のローラ４ａ、ローラ４ａのうちの一方のローラ４ａに接続してローラ４ａを回転させるモータ等の駆動源４ｂと、を有してなる送り装置４が配置されている。送り装置４は、前述したように一対のローラ４ａ、ローラ４ａ間に、メイン搬送路３上を走行してきたプリプレグシート積層物Ｐ５を挟持し、駆動源４ｂによるローラ４ａの回転によってプリプレグシート積層物Ｐ５を引き込み、下流側に送るように構成されている。これにより、前述したように繰り出し装置２は、それ自身の駆動でプリプレグ原反Ｐ１を送り出すことなく、送り装置４の駆動によって引き出されるプリプレグシート積層物Ｐ５を、メイン搬送路３に繰り出すように構成されている。
ここで、送り装置４に引き込まれるプリプレグシート積層物Ｐ５は、本実施形態では図３に示すように、プリプレグ原反Ｐ１上に第１のプリプレグカットシートＰ２、プリプレグ原反Ｐ３、第２のプリプレグカットシートＰ４を順次積層して構成されている。なお、図３では、図中の左側から右側に向かって原反やシートがメイン搬送路３上を流れていることを示しており、また、左側から右側に向かって原反やシートが順次積層されている状態を示している。
図１に示すようにメイン搬送路３の上流側には、第１のプリプレグカットシート形成部５が配設されている。第１のプリプレグカットシート形成部５は、ロール状のプリプレグ原反Ｐ１を送り出す送り出し装置６と、この送り出し装置６から送り出されたプリプレグ原反Ｐ１を走行させるサブ搬送路７と、サブ搬送路７上を走行してきたプリプレグ原反Ｐ１を予め設定された角度でその幅方向に切断する切断装置８と、を備えて構成されている。送り出し装置６から送り出されるプリプレグ原反Ｐ１は、前記の繰り出し装置２によってメイン搬送路３上に繰り出されるプリプレグ原反Ｐ１と同様の原反である。すなわち、強化繊維Ｆの配向が０°のプリプレグ原反である。
送り出し装置６は、ロール状のプリプレグ原反Ｐ１を繰り出す繰り出し装置６ａと、繰り出し装置６ａによって繰り出されたロール状のプリプレグ原反Ｐ１をサブ搬送路７上に送る送り装置６ｂとによって構成されている。繰り出し装置６ａは、前記の繰り出し装置２と同様に形成され、ロール状に巻かれたプリプレグ原反Ｐ１をその長さ方向に繰り出してサブ搬送路７上に送り出すように構成されている。
送り装置６ｂは、前記の送り装置４と同様に形成され、上下に配置された一対のローラ６ｃ、ローラ６ｃと、一対のローラ６ｃ、ローラ６ｃのうちの一方のローラ６ｃに接続してローラ６ｃを回転させるモータ等の駆動源６ｄと、を有して構成されている。この送り装置６ｂは、繰り出し装置６ａから繰り出されたプリプレグ原反Ｐ１を一対のローラ６ｃ、ローラ６ｃ間に挟持し、駆動源６ｄによるローラ６ｃの回転によってプリプレグ原反Ｐ１を引き込み、サブ搬送路７の下流側に送るように構成されている。
サブ搬送路７は、メイン搬送路３の一方の側方に配置され、メイン搬送路３と直交するように延びて配設されている。このサブ搬送路７も、前記のメイン搬送路３と同様にプリプレグ原反Ｐ１の幅より広い幅を有する直線状（直板状）の部材で、プリプレグ原反Ｐ１をその上面上にて走行させるように形成されている。このサブ搬送路７の上面も、プリプレグ原反Ｐ１を円滑に走行させることができるように、摩擦抵抗の少ない平滑面に形成されている。
切断装置８は、サブ搬送路７上を走行してきたプリプレグ原反Ｐ１を、予め設定された角度でその幅方向に切断する。本実施形態における切断装置８の概略構成を図４に示す。切断装置８は、カッター８ａと、カッター８ａを移動可能に保持する保持バー８ｂと、保持バー８ｂの両端部を支持する一対の支持部８ｃ、支持部８ｃとを備えて構成されている。カッター８ａは、モータ等の駆動手段によって保持バー８ｂの長さ方向に往復移動するように構成されており、これによって特に往路を移動することでプリプレグ原反Ｐ１を切断し、復路を移動することで初期位置に戻り、新たな切断のために待機する。
保持バー８ｂは、プリプレグ原反Ｐ１の幅よりも充分に長い長さに形成された細長い角柱状の部材で、プリプレグ原反Ｐ１の幅方向を横断してプリプレグ原反Ｐ１の上方に配置されている。これにより、保持バー８ｂはその長さ方向にカッター８ａを案内する。
一対の支持部８ｃ、支持部８ｃは、保持バー８ｂを、そのプリプレグ原反Ｐ１に対する角度が予め設定された角度となるように、保持バー８ｂの両端部を移動可能に支持している。本実施形態では、プリプレグ原反Ｐ１の繊維方向（配向方向）、すなわちプリプレグ原反Ｐ１の長さ方向に対して、保持バー８ｂが４５°（−４５°）に交差するように保持バー８ｂを支持している。したがって、この保持バー８ｂの長さ方向に沿って移動することにより、カッター８ａはプリプレグ原反Ｐ１を、４５°の角度でその幅方向を切断する。
ここで、−４５°の符号の「−」とは、図３に示すように強化繊維Ｆの長さ方向（配向方向）が時計回り方向にシフトしていることを示している。したがって、反時計回り方向にシフトした場合には、「＋」の符号で示される。
また、図４に示すように一対の支持部８ｃ、支持部８ｃは、プリプレグ原反Ｐ１に対する保持バー８ｂの角度を、任意の角度に変えられるように構成されている。すなわち、保持バー８ｂは、保持バー８ｂを直接支持する支持バー８ｄに対して、その両端部が支持バー８ｄの長さ方向の相反する方向にそれぞれ移動するように構成されている。これにより、プリプレグ原反Ｐ１の長さ方向（強化繊維Ｆの長さ方向）に対する角度が可変になっている。したがって、この切断装置８では、例えばプリプレグ原反Ｐ１の切断角度を「＋４５°」で行うのに代えて、例えば「＋３０°」や「＋６０°」で切断することも可能になっている。さらには、「−４５°」で切断することも可能になっている。
なお、この切断装置８は、図示しない制御装置により、カッター８ａの駆動が送り出し装置６の送り装置６ｂの動作に連動するように制御されている。すなわち、送り装置６ｂによるプリプレグ原反Ｐ１の送り動作が一旦停止させられている間に、カッター８ａが駆動してプリプレグ原反Ｐ１が予め設定された角度で切断され、図３に示す平行四辺形の第１のプリプレグカットシートＰ２が形成される。ここで、図４に示したサブ搬送路７には、保持バー８ｂより下流側で、切断によって形成された第１のプリプレグカットシートＰ２が保持される位置に、この第１のプリプレグカットシートＰ２が浮き上がることで生じる位置ずれを防止するため、吸引孔等からなる浮き上がり防止手段が設けられている。
また、カッター８ａの駆動が停止すると、後述する移載ハンド９によって第１のプリプレグカットシートＰ２がピッキングされる。その後、再度送り装置６ｂによりプリプレグ原反Ｐ１が送り出される。その際、カッター８ａで切断する間隔を図３中に辺Ｌ１で示すと、この辺Ｌ１の長さがプリプレグ原反Ｐ１の幅の√２倍の長さとなるように、送り装置６ｂおよびカッター８ａの駆動が制御されている。
図１、図２に示すようにこのような切断装置８の下流側、すなわちサブ搬送路７のメイン搬送路３側には、第１のプリプレグカットシート形成部５で形成したプリプレグシート、すなわち切断装置８で切断した図３に示す第１のプリプレグカットシートＰ２を、メイン搬送路３上を走行するプリプレグ原反Ｐ１上に移送する移載ハンド９が設けられている。
移載ハンド９は、図２に示すように第１のプリプレグカットシートＰ２を吸引保持する保持部９ａと、この保持部９ａを水平面上で回転させ、第１のプリプレグカットシートＰ２の強化繊維Ｆの繊維方向（配向方向）を予め設定された方向にする回転部９ｂと、を備えて構成されている。保持部９ａは、減圧吸引によって第１のプリプレグカットシートＰ２を着脱可能に保持するように構成されている。回転部９ｂは、ロボットアームによって形成され、複数の回動軸を有して保持部９ａを水平面上のＸＹ方向に移動させるとともに垂直な軸周りに回転させ、かつ、保持部９ａを昇降させるように構成されている。
このような構成を有する移載ハンド９は、切断装置８で切り出された平行四辺形の第１のプリプレグカットシートＰ２を保持部９ａによって保持し、保持された第１のプリプレグカットシートＰ２を回転部９ｂによってメイン搬送路３上に移動させ、その後、保持部９ａから脱着させることで第１のプリプレグカットシートＰ２をプリプレグ原反Ｐ１上に載置する。その際、回転部９ｂは、図３に示すように第１のプリプレグカットシートＰ２の強化繊維Ｆの繊維方向（配向方向）が予め設定された方向となるように、すなわちプリプレグ原反Ｐ１の強化繊維Ｆの繊維方向（配向方向）とは異なる角度である＋４５°となるように、第１のプリプレグカットシートＰ２をプリプレグ原反Ｐ１上に載置する。
また、このようにして第１のプリプレグカットシートＰ２を載置する際、この第１のプリプレグカットシートＰ２の切断辺Ｌ２、切断辺Ｌ２が、それぞれプリプレグ原反Ｐ１の側端縁上に位置するように位置合わせされる。これにより、図３に示すように第１のプリプレグカットシートＰ２が、プリプレグ原反Ｐ１からはみ出ることなく、プリプレグ原反Ｐ１上に載置される。
このような第１のプリプレグカットシート形成部５と、移載ハンド９が、第１のプリプレグカットシートＰ２の形成、および形成した第１のプリプレグカットシートＰ２の移載を連続的に行うことにより、メイン搬送路３上を走行するプリプレグ原反Ｐ１に対して第１のプリプレグカットシートＰ２が、隙間無く、かつ重なることなく連続した状態に配置（載置）される。
図１に示すようにメイン搬送路３におけるサブ搬送路７より少し下流側には、隙間検出部１０が配設されている。隙間検出部１０は、シートの段差を検出する２次元レーザ変位センサや、ＣＣＤカメラ等からなる画像センサによって形成され、プリプレグ原反Ｐ１上に載置された先行する第１のプリプレグカットシートＰ２と後続する第１のプリプレグカットシートＰ２との間の隙間を検出する。
すなわち、前後の第１のプリプレグカットシートＰ２、第１のプリプレグカットシートＰ２間の隙間が予め設定された範囲（例えば数ミリ以下）になっているか否か、さらにはこれらが重なっているか否かを検出する。そして、隙間が予め設定された範囲より広くなっている場合や、前後の第１のプリプレグカットシートＰ２、第１のプリプレグカットシートＰ２が重なっている場合には、図示しない制御部に「再載置」の信号を出力する。「再載置」の信号を受けた制御部は、移載ハンド９を再度駆動させ、この移載ハンド９によって第１のプリプレグカットシートＰ２を置き直す。したがって、前後に位置する第１のプリプレグカットシートＰ２、第１のプリプレグカットシートＰ２は、最終的に、重なることなく、予め設定された範囲に調整された隙間で前後に連続して配置される。
また、メイン搬送路３における隙間検出部１０より下流側には、図２に示すように溶着機１１が配設されている。溶着機１１は、本実施形態では図３に示した第１のプリプレグカットシートＰ２の辺Ｌ１に対応して、これの長さ方向に沿うように走行する加熱体である。このような溶着機１１は、第１のプリプレグカットシートＰ２の辺Ｌ１の内側を加熱し、第１のプリプレグカットシートＰ２およびその下のプリプレグ原反Ｐ１の樹脂を溶融した後固化させることにより、これら第１のプリプレグカットシートＰ２とプリプレグ原反Ｐ１とを溶着する。なお、溶着機１１は、隙間検出部１０と一体的に形成配置されていてもよい。
この溶着機１１より下流側には、図１、図２に示すように送り出し装置（送り出し部）１２が配設されている。送り出し装置１２は、メイン搬送路３の上方に配置され、メイン搬送路３を走行するプリプレグ原反Ｐ１と第１のプリプレグカットシートＰ２との積層物の上に、他のプリプレグ原反Ｐ３を送り出すように構成されている。ここで、この送り出し装置１２から送り出されるプリプレグ原反Ｐ３も、前記の繰り出し装置２によってメイン搬送路３上に繰り出されるプリプレグ原反Ｐ１と同様の原反であり、強化繊維Ｆの配向が０°のプリプレグ原反である。
また、この送り出し装置１２は、図２に示すようにロール状のプリプレグ原反Ｐ３を繰り出す繰り出し装置１２ａと、繰り出し装置１２ａによって繰り出されたロール状のプリプレグ原反Ｐ３をメイン搬送路３上に送る送り装置１２ｂとによって構成されている。繰り出し装置１２ａは、ロール状に巻かれたプリプレグ原反Ｐ３をその長さ方向に繰り出すとともに、一旦上方に送り出すように構成されている。
送り装置１２ｂは、複数のローラ１２ｃと、これらローラ１２ｃのうちの下流側に配置されたローラ１２ｃに接続してローラ１２ｃを回転させるモータ等の駆動源（図示せず）と、を有して構成されている。この送り装置１２ｂは、繰り出し装置１２ａから繰り出され、一旦上方に送り出されたプリプレグ原反Ｐ３を複数のローラ１２ｃによって上方から下方に送り、メイン搬送路３を走行する前記積層物の上に送り出すように構成されている。
また、このようにしてプリプレグ原反Ｐ３を前記積層物の上に送り出す際、送り出し装置１２は、図３に示すようにプリプレグ原反Ｐ３の両側縁を、積層物における第１のプリプレグカットシートＰ２の切断辺Ｌ２、切断辺Ｌ２上に位置するように位置合わせする。これにより、図３に示すようにプリプレグ原反Ｐ３が、第１のプリプレグカットシートＰ２からはみ出ることなく、第１のプリプレグカットシートＰ２上に載置される。
この送り出し装置１２より下流側には、図１、図２に示すように溶着機１３が配設されている。溶着機１３は、前記の溶着機１１と同様に加熱体によって形成され、最上層となっているプリプレグ原反Ｐ３とこれの下層となる前記積層物、すなわちプリプレグ原反Ｐ１と第１のプリプレグカットシートＰ２との積層物とを溶着し、一体化する。本実施形態では、図３に示すプリプレグ原反Ｐ３の幅方向、すなわち強化繊維Ｆの長さ方向と直交する方向に加熱体を走行させ、プリプレグ原反Ｐ３とこれの下層となる前記積層物の樹脂を溶融した後固化させ、これらプリプレグ原反Ｐ３と前記積層物とを溶着する。
この溶着機１３より下流側には、図１に示すように第２のプリプレグカットシート形成部１４が配設されている。第２のプリプレグカットシート形成部１４は、第１のプリプレグカットシート形成部５とほぼ同様に構成され、ロール状のプリプレグ原反Ｐ１を送り出す送り出し装置１５と、この送り出し装置１５から送り出されたプリプレグ原反Ｐ１を走行させるサブ搬送路１６と、サブ搬送路１６上を走行してきたプリプレグ原反Ｐ１を予め設定された角度でその幅方向に切断する切断装置１７と、を備えている。
ここで、送り出し装置１５から送り出されるプリプレグ原反Ｐ１は、第１のプリプレグカットシート形成部５において用いられるプリプレグ原反Ｐ１と同じく、強化繊維Ｆの配向が０°のプリプレグ原反である。
送り出し装置１５は、第１のプリプレグカットシート形成部５の送り出し装置６と同様に構成され、ロール状のプリプレグ原反Ｐ１を繰り出す繰り出し装置１５ａと、繰り出し装置１５ａによって繰り出されたロール状のプリプレグ原反Ｐ１をサブ搬送路１６上に送る送り装置１５ｂとによって構成されている。繰り出し装置１５ａは、ロール状に巻かれたプリプレグ原反Ｐ１をその長さ方向に繰り出してサブ搬送路１６上に送り出すように構成されている。
送り装置１５ｂは、上下に配置された一対のローラ１５ｃ、ローラ１５ｃと、一対のローラ１５ｃ、ローラ１５ｃのうちの一方のローラ１５ｃに接続してローラ１５ｃを回転させるモータ等の駆動源１５ｄと、を有して構成されている。この送り装置１５ｂも、繰り出し装置１５ａから繰り出されたプリプレグ原反Ｐ１を一対のローラ１５ｃ、ローラ１５ｃ間に挟持し、駆動源１５ｄによるローラ１５ｃの回転によってプリプレグ原反Ｐ１を引き込み、サブ搬送路１６の下流側に送るように構成されている。
サブ搬送路１６は、メイン搬送路３の一方の側方、すなわち第１のプリプレグカットシート形成部５のサブ搬送路７と同じ側方に配置され、メイン搬送路３と直交するように延びて配設されている。このサブ搬送路１６も、プリプレグ原反Ｐ１の幅より広い幅を有する直線状（直板状）の部材で、プリプレグ原反Ｐ１をその上面上にて走行させるように形成されている。このサブ搬送路１６の上面も、プリプレグ原反Ｐ１を円滑に走行させることができるように、摩擦抵抗の少ない平滑面に形成されている。
切断装置１７は、第１のプリプレグカットシート形成部５の切断装置８と同様に、サブ搬送路１６上を走行してきたプリプレグ原反Ｐ１を、予め設定された角度でその幅方向に切断する。すなわち、切断装置１７は、図４に示したカッター８ａと、カッター８ａを移動可能に保持する保持バー８ｂと、保持バー８ｂの両端部を支持する一対の支持部８ｃ、支持部８ｃとを備えて構成されている。
ただし、この第２のプリプレグカットシート形成部１４の切断装置１７は、前記の切断装置８がプリプレグ原反Ｐ１を＋４５°の角度でその幅方向を切断し、図３に示した第１のプリプレグカットシートＰ２を形成しているのと異なり、プリプレグ原反Ｐ１を−４５°の角度でその幅方向を切断し、図３に示した第２のプリプレグカットシートＰ４を形成する。
すなわち、この切断装置１７では、図４に示したカッター８ａを移動可能に保持する保持バー８ｂの向きが切断装置８とは異なり、図１に示すようにサブ搬送路１６の長さ方向に対して逆に４５°傾いて配置されている。これにより、切断装置１７で切断されて形成された第２のプリプレグカットシートＰ４は、図３に示すようにその切断辺Ｌ４が強化繊維Ｆの長さ方向に対して４５°傾いて形成される。すなわち、第１のプリプレグカットシートＰ２とは逆の方向に４５°傾いて形成される。
ただし、この切断装置１７でも、前記の切断装置８と同様にプリプレグ原反Ｐ１に対する保持バーの角度を任意の角度に変えられるようになっており、これによってプリプレグ原反Ｐ１の長さ方向（強化繊維Ｆの長さ方向）に対する角度が可変になっている。したがって、この切断装置１７でも、例えばプリプレグ原反Ｐ１の切断角度を「−４５°」で行うのに代えて、例えば「−３０°」や「−６０°」で切断することも可能になっている。さらには、「＋４５°」で切断することも可能になっている。
また、この切断装置１７も、図示しない制御装置により、カッターの駆動が送り出し装置１５の送り装置１５ｂの動作に連動するように制御されている。すなわち、送り装置１５ｂによる送り動作が一旦停止させられている間に、カッターが駆動してプリプレグ原反Ｐ１が予め設定された角度で切断され、図３に示す平行四辺形の第２のプリプレグカットシートＰ４が形成される。ここで、サブ搬送路１６にも、前記のサブ搬送路７と同様に、保持バー８ｂより下流側で、切断によって形成された第２のプリプレグカットシートＰ４が保持される位置に、この第２のプリプレグカットシートＰ４が浮き上がることで生じる位置ずれを防止するため、吸引孔等からなる浮き上がり防止手段が設けられている。
また、カッターの駆動が停止すると、後述する移載ハンド１８によって第２のプリプレグカットシートＰ４がピッキングされる。その後、再度送り装置１５ｂによりプリプレグ原反Ｐ１が送り出される。その際、カッターで切断する間隔を図３中に辺Ｌ３で示すと、この辺Ｌ３の長さがプリプレグ原反Ｐ１の幅の√２倍の長さとなるように、送り装置１５ｂおよびカッターの駆動が制御されている。
図１、図２に示すようにこのような切断装置１７の下流側、すなわちサブ搬送路１６のメイン搬送路３側には、第２のプリプレグカットシート形成部１４で形成したプリプレグシート、すなわち切断装置１７で切断した図３に示す第２のプリプレグカットシートＰ４を、メイン搬送路３上を走行する積層物上に移送する移載ハンド１８が設けられている。
移載ハンド１８は、図２に示すように前記の移載ハンド９と同様の構成を有し、第２のプリプレグカットシートＰ４を吸引保持する保持部１８ａと、この保持部１８ａを水平面上で回転させ、第２のプリプレグカットシートＰ４の強化繊維Ｆの繊維方向（配向方向）を予め設定された方向にする回転部１８ｂと、を備えている。保持部１８ａは、減圧吸引によって第２のプリプレグカットシートＰ４を着脱可能に保持するように構成されている。回転部１８ｂは、ロボットアームによって形成され、保持部１８ａを水平方向に回転させるとともに、保持部１８ａを昇降させるように構成されている。
このような構成を有する移載ハンド１８は、切断装置１７で切り出された平行四辺形の第２のプリプレグカットシートＰ４を保持部１８ａによって保持し、保持された第２のプリプレグカットシートＰ４を回転部１８ｂによってメイン搬送路３上に移動させ、その後、保持部１８ａから脱着させることで第２のプリプレグカットシートＰ４をプリプレグ原反Ｐ３（積層物）上に載置する。その際、保持部１８ａは、図３に示すように第２のプリプレグカットシートＰ４の強化繊維Ｆの繊維方向（配向方向）が予め設定された方向となるように、すなわちプリプレグ原反Ｐ１や第１のプリプレグカットシートＰ２、プリプレグ原反Ｐ３の強化繊維Ｆの繊維方向（配向方向）とは異なる角度である−４５°となるように、第２のプリプレグカットシートＰ４をプリプレグ原反Ｐ３（積層物）上に載置する。
また、このようにして第２のプリプレグカットシートＰ４を載置する際、この第２のプリプレグカットシートＰ４の切断辺Ｌ４、切断辺Ｌ４が、それぞれプリプレグ原反Ｐ３の側端縁上に位置するように位置合わせされる。これにより、図３に示すように第２のプリプレグカットシートＰ４が、プリプレグ原反Ｐ３からはみ出ることなく、プリプレグ原反Ｐ３上に載置される。
このような第２のプリプレグカットシート形成部１４と、移載ハンド１８が、第２のプリプレグカットシートＰ４の形成、および形成した第２のプリプレグカットシートＰ４の移載を連続的に行うことにより、メイン搬送路３上を走行する積層物に対して第２のプリプレグカットシートＰ４が、隙間無く、かつ重なることなく連続した状態に配置（載置）される。
ここで、第１のプリプレグカットシート形成部５、移載ハンド９、送り出し装置１２等を経て移載ハンド１８近傍にまで走行する積層物の走行速度と、サブ搬送路１６を経て移載ハンド１８によって積層物上に載置される第２のプリプレグカットシートＰ４の移載速度とが異なってしまい、そのタイミングがずれてしまうことがある。そこで、本実施形態では溶着機１３と移載ハンド１８近傍との間に、例えば積層物を撓ませることで前記のタイミングのずれを無くし、タイミングを合わせるようにしたアキュームレイト部（図示せず）が設けられている。これにより、積層物が走行してくるタイミングに、移載ハンド１８によって第２のプリプレグカットシートＰ４を載置するタイミングを合わせることができる。
図１に示すようにメイン搬送路３におけるサブ搬送路１６より少し下流側には、隙間検出部１９が配設されている。隙間検出部１９は、隙間検出部１０と同様に、シートの段差を検出する２次元レーザ変位センサや、ＣＣＤカメラ等からなる画像センサによって形成され、プリプレグ原反Ｐ３（積層物）上に載置された先行する第２のプリプレグカットシートＰ４と後続する第２のプリプレグカットシートＰ４との間の隙間を検出する。
この隙間検出部１９も、前後の第２のプリプレグカットシートＰ４、第２のプリプレグカットシートＰ４間の隙間が予め設定された範囲（例えば数ミリ以下）になっているか否か、さらにはこれらが重なっているか否かを検出し、隙間が予め設定された範囲より広くなっている場合や、前後の第２のプリプレグカットシートＰ４、第２のプリプレグカットシートＰ４が重なっている場合に、図示しない制御部を介して移載ハンド１８を再度駆動させ、第２のプリプレグカットシートＰ４を置き直させる。したがって、前後に位置する第２のプリプレグカットシートＰ４、第２のプリプレグカットシートＰ４は、最終的に、重なることなく、予め設定された範囲に調整された隙間で前後に連続して配置される。
また、メイン搬送路３における隙間検出部１９より下流側には、図２に示すように溶着機２０が配設されている。溶着機２０は、前記の溶着機１１とほぼ同様の構成を備え、図３に示した第２のプリプレグカットシートＰ４の辺Ｌ３に対応して、これの長さ方向に沿うように走行する加熱体である。このような溶着機２０は、第２のプリプレグカットシートＰ４の辺Ｌ３の内側を加熱し、第２のプリプレグカットシートＰ４およびその下のプリプレグ原反Ｐ３やさらにその下の第１のプリプレグカットシートＰ２、プリプレグ原反Ｐ１の樹脂を溶融した後固化させることにより、これらの間を溶着して一体化する。なお、溶着機２０は、隙間検出部１９と一体的に形成されていてもよい。
この溶着機２０より下流側には、図１、図２に示すように溶着機（溶着部）２１が配設されている。溶着機２１は、前記の溶着機１３と同様に加熱体によって形成され、溶着機２０で溶着され一体化された積層物、すなわち最上層の第２のプリプレグカットシートＰ４とこれの下層となる積層物とを再度溶着する。その際、この溶着機２１は、図３に示す第２のプリプレグカットシートＰ４の幅方向、すなわち切断辺Ｌ４と直交する方向に、加熱体を走行させて第２のプリプレグカットシートＰ４とこれの下層となる前記積層物の樹脂を溶融した後固化させ、これら第２のプリプレグカットシートＰ４と前記積層物とを溶着する。つまり、溶着機２０とは異なる角度で溶着することにより、得られる積層物をより強固に一体化する。これにより、図３に示すようにプリプレグシート積層物Ｐ５を形成する。
このようにして形成されたプリプレグシート積層物Ｐ５は、前述したように送り装置４に引き込まれ、メイン搬送路３の下流側に走行させられる。
この送り装置４の下流側には、図１、図２に示すように切断部２２が配設されている。
切断部２２は、前記の切断装置８、切断装置１７と同様にカッターを有し、プリプレグシート積層物Ｐ５をその幅方向、すなわち図３に示すプリプレグ原反Ｐ１、プリプレグ原反Ｐ３の強化繊維Ｆの長さ方向と直交する方向に切断し、図１に示すように矩形状のプリプレグシート積層体Ｐ６を形成する。
この送り装置４の下流側には、図１、図２に示すように切断部２２が配設されている。
切断部２２は、前記の切断装置８、切断装置１７と同様にカッターを有し、プリプレグシート積層物Ｐ５をその幅方向、すなわち図３に示すプリプレグ原反Ｐ１、プリプレグ原反Ｐ３の強化繊維Ｆの長さ方向と直交する方向に切断し、図１に示すように矩形状のプリプレグシート積層体Ｐ６を形成する。
このようにして形成されたプリプレグシート積層体Ｐ６は、図２に示すようにメイン搬送路３の下流側に配設された収容箱２３に順次収容された後、次工程に供される。次工程では、プリプレグシート積層体Ｐ６が所望の形状に切断され、得られたプリプレグシート積層体Ｐ６の形状物がさらに複数枚重ねられることにより、所望の３次元形状に形成される。
自動車や航空機などを構成する各種の部材には、例えば左右に配置されるため、面対称に形成される部材がある。このような面対称となる部材を製造する場合には、その強度も面対称性を有する必要があり、したがってプリプレグシート積層物を構成するプリプレグシートの強化繊維の繊維方向（配向方向）も、左右の部材で面対称にする必要がある。
具体的には、図３に示したプリプレグシート積層物Ｐ５から形成されるプリプレグシート積層体Ｐ６に対して、面対称性を付与するべく、図３に示したプリプレグシート積層物Ｐ５における第１のプリプレグカットシートＰ２と第２のプリプレグカットシートＰ４とを入れ換えて、プリプレグシート積層体を製造する。
すなわち、図１に示した第１のプリプレグカットシート形成部５における切断装置８の保持バー８ｂの角度を、第２のプリプレグカットシート形成部１４における切断装置１７の保持バー８ｂの角度となるように変更し、逆に第２のプリプレグカットシート形成部１４における切断装置１７の保持バー８ｂの角度を、第１のプリプレグカットシート形成部５における切断装置８の保持バー８ｂの角度となるように変更する。これにより、図３に示したプリプレグシート積層物Ｐ５における第１のプリプレグカットシートＰ２と第２のプリプレグカットシートＰ４とを容易に入れ換えることができる。したがって、プリプレグシート積層物Ｐ５から形成されるプリプレグシート積層体Ｐ６に対して、強度面で面対称性を有するプリプレグシート積層体を、同じプリプレグシート積層装置１によって容易に製造することができる。
本実施形態のプリプレグシート積層装置１は、プリプレグカットシート形成部５（プリプレグカットシート形成部１４）で形成した第１のプリプレグカットシートＰ２（第２のプリプレグカットシートＰ４）を、メイン搬送路３上を走行するプリプレグ原反Ｐ１（プリプレグ原反Ｐ３）上に移送するとともに、その強化繊維Ｆの繊維方向（配向方向）が予め設定された方向となるように、プリプレグ原反Ｐ１（プリプレグ原反Ｐ３）上に載置する移載ハンド９（移載ハンド１８）を備えている。そのため、プリプレグ原反Ｐ１（プリプレグ原反Ｐ３）とこれの上に載置された第１のプリプレグカットシートＰ２（第２のプリプレグカットシートＰ４）とにより、繊維方向が異なるプリプレグシートを積層したプリプレグシート積層体Ｐ６を得ることができる。したがって、プリプレグシート積層体Ｐ６を容易に製造することができる。
また、本実施形態のプリプレグシート積層装置１は、溶着機（溶着部）２１等によって溶着されたプリプレグ原反Ｐ１（プリプレグ原反Ｐ３）と第１のプリプレグカットシートＰ２（第２のプリプレグカットシートＰ４）との積層物（積層体）を切断して、プリプレグシート積層体Ｐ６を得る切断部２２を備えている。そのため、プリプレグシート積層体Ｐ６を容易にかつ連続的に製造することができる。
また、本実施形態のプリプレグシート積層装置１は、メイン搬送路３を走行するプリプレグ原反Ｐ１の上に、他のプリプレグ原反Ｐ３を送り出してプリプレグ原反Ｐ３もメイン搬送路３を走行させる送りだし装置（送り出し部）１２を備えている。そのため、プリプレグ原反Ｐ１の上に他のプリプレグ原反Ｐ３を容易に積層することができる。
また、本実施形態のプリプレグシート積層装置１は、第１のプリプレグカットシート形成部５と第２のプリプレグカットシート形成部１４とを備えるとともに、これら第１のプリプレグカットシート形成部５、第２のプリプレグカットシート形成部１４にそれぞれ対応して移載ハンド９、移載ハンド１８を備えている。そのため、プリプレグ原反Ｐ１（プリプレグ原反Ｐ３）に対して強化繊維Ｆの配向が異なる２層のプリプレグカットシートを配置することができる。したがって、形成するプリプレグシート積層体Ｐ６の構成の自由度を高くすることができる。
また、移載ハンド９、移載ハンド１８は、一方の移載ハンド９がプリプレグ原反Ｐ１上に第１のプリプレグカットシートＰ２を載置する際の第１のプリプレグカットシートＰ２の強化繊維Ｆの繊維方向（配向方向）と、他方の移載ハンド１８がプリプレグ原反Ｐ３上に第２のプリプレグカットシートＰ４を載置する際の第２のプリプレグカットシートＰ４の強化繊維Ｆの繊維方向（配向方向）とが互いに異なるように構成されている。そのため、形成するプリプレグシート積層体Ｐ６の構成の自由度をより高くすることができる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では製造するプリプレグシート積層体として、４層構造の積層体を製造する装置について説明したが、複数層の積層体であれば、３層以下の積層体や５層以上の積層体を製造する装置に本発明を適用することができる。
具体的には、プリプレグカットシート形成部を１つに減らしてもよく、３つ以上に増やしてもよい。同様に、プリプレグ原反を最下層のプリプレグ原反Ｐ１上に送り出す送り出し装置１２を、無くしてもよく、２つ以上に増やしてもよい。
例えば、前記実施形態では製造するプリプレグシート積層体として、４層構造の積層体を製造する装置について説明したが、複数層の積層体であれば、３層以下の積層体や５層以上の積層体を製造する装置に本発明を適用することができる。
具体的には、プリプレグカットシート形成部を１つに減らしてもよく、３つ以上に増やしてもよい。同様に、プリプレグ原反を最下層のプリプレグ原反Ｐ１上に送り出す送り出し装置１２を、無くしてもよく、２つ以上に増やしてもよい。
また、前記実施形態では、特に第１のプリプレグカットシートＰ２や第２のプリプレグカットシートＰ４の強化繊維Ｆの配向角度を＋４５°もしくは−４５°としたが、切断装置８、切断装置１７の保持バーの角度を調整することにより、例えば＋３０°（−３０°）や＋６０°（−６０°）などとしてもよい。
また、溶着機（溶着部）の数やそのメイン搬送路３上での位置などについても、プリプレグカットシート形成部の数などに応じて適宜変更可能である。
繊維方向が異なるプリプレグシートを積層したプリプレグシート積層体を容易に製造可能な、プリプレグシート積層装置が提供できる。
１ プリプレグシート積層装置
３ メイン搬送路
４ 送り装置
５ 第１のプリプレグカットシート形成部
６，１５ 送り出し装置
７，１６ サブ搬送路
８，１７ 切断装置
８ａ カッター
８ｂ 保持バー
９，１８ 移載ハンド
１２ 送り出し装置（送り出し部）
１３，２１ 溶着機（溶着部）
１４ 第２のプリプレグカットシート形成部
２２ 切断部
Ｆ 強化繊維
Ｐ１，Ｐ３ プリプレグ原反
Ｐ２ 第１のプリプレグカットシート
Ｐ４ 第２のプリプレグカットシート
Ｐ５ プリプレグシート積層物
Ｐ６ プリプレグシート積層体
３ メイン搬送路
４ 送り装置
５ 第１のプリプレグカットシート形成部
６，１５ 送り出し装置
７，１６ サブ搬送路
８，１７ 切断装置
８ａ カッター
８ｂ 保持バー
９，１８ 移載ハンド
１２ 送り出し装置（送り出し部）
１３，２１ 溶着機（溶着部）
１４ 第２のプリプレグカットシート形成部
２２ 切断部
Ｆ 強化繊維
Ｐ１，Ｐ３ プリプレグ原反
Ｐ２ 第１のプリプレグカットシート
Ｐ４ 第２のプリプレグカットシート
Ｐ５ プリプレグシート積層物
Ｐ６ プリプレグシート積層体
Claims (5)
- 一方向に配向した繊維を有するプリプレグシートが複数枚積層されるとともに、少なくとも一層のプリプレグシートが他の層のプリプレグシートと繊維方向が異なるように積層されてなるプリプレグシート積層体を製造するプリプレグシート積層装置であって、
繊維方向が基準の方向に配向したプリプレグ原反を走行させるメイン搬送路と、
繊維方向が基準の方向に配向したプリプレグ原反を、予め設定された角度でその幅方向に切断してプリプレグカットシートを形成するプリプレグカットシート形成部と、
前記プリプレグカットシート形成部で形成したプリプレグカットシートを、前記メイン搬送路上を走行するプリプレグ原反上に移送するとともに、その繊維方向が予め設定された方向となるように、前記プリプレグ原反上に載置する移載ハンドと、
前記プリプレグ原反上に載置された先行するプリプレグカットシートと後続するプリプレグカットシートとの間の隙間を検出する隙間検出部と、
前記プリプレグ原反とこれに載置された前記プリプレグカットシートとを溶着する溶着部と、
前記メイン搬送路を走行する前記プリプレグ原反の上に、他のプリプレグ原反を送り出して、この他のプリプレグ原反も前記メイン搬送路を走行させる送り出し部と
を備えるプリプレグシート積層装置。 - 一方向に配向した繊維を有するプリプレグシートが複数枚積層されるとともに、少なくとも一層のプリプレグシートが他の層のプリプレグシートと繊維方向が異なるように積層されてなるプリプレグシート積層体を製造するプリプレグシート積層装置であって、
繊維方向が基準の方向に配向したプリプレグ原反を走行させるメイン搬送路と、
繊維方向が基準の方向に配向したプリプレグ原反を、予め設定された角度でその幅方向に切断してプリプレグカットシートを形成するプリプレグカットシート形成部と、
前記プリプレグカットシート形成部で形成したプリプレグカットシートを、前記メイン搬送路上を走行するプリプレグ原反上に移送するとともに、その繊維方向が予め設定された方向となるように、前記プリプレグ原反上に載置する移載ハンドと、
前記プリプレグ原反上に載置された先行するプリプレグカットシートと後続するプリプレグカットシートとの間の隙間を検出する隙間検出部と、
前記プリプレグ原反とこれに載置された前記プリプレグカットシートとを溶着する溶着部と、
前記溶着部によって溶着された前記プリプレグ原反と前記プリプレグカットシートとの積層体を切断して、プリプレグシート積層体を得る切断部と、
前記メイン搬送路を走行する前記プリプレグ原反の上に、他のプリプレグ原反を送り出して、この他のプリプレグ原反も前記メイン搬送路を走行させる送り出し部と
を備えるプリプレグシート積層装置。 - 前記プリプレグカットシート形成部を複数備えるとともに、これらのプリプレグカットシート形成部にそれぞれ対応して前記移載ハンドを複数備える請求項１に記載のプリプレグシート積層装置。
- 前記プリプレグカットシート形成部を複数備えるとともに、これらのプリプレグカットシート形成部にそれぞれ対応して前記移載ハンドを複数備える請求項２に記載のプリプレグシート積層装置。
- 前記複数の移載ハンドは、一つの移載ハンドが前記プリプレグ原反上に前記プリプレグカットシートを載置する際のプリプレグカットシートの繊維方向と、他の一つの移載ハンドが前記プリプレグ原反上に前記プリプレグカットシートを載置する際のプリプレグカットシートの繊維方向とが互いに異なるように構成されている請求項３または４に記載のプリプレグシート積層装置。
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