CN111300842B - 纤维宽度调整装置、纤维宽度调整方法和复合材料成型法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纤维宽度调整装置、纤维宽度调整方法和复合材料成型法，目的在于能够容易地调节含浸树脂前或含浸树脂后的纤维强化树脂复合材料用的纤维的宽度。实施方式的纤维宽度调整装置具有：输送机构，其将由含浸树脂前或含浸树脂后的纤维强化树脂用的纤维构成的带状材料在所述带状材料的长度方向送出；以及宽度调整机构，其具有至少由间隔逐渐减少的一对壁面和底面形成的所述带状材料用的路径，通过调整所述带状材料一边与所述壁面和所述底面接触一边经过的所述路径的部分，由此使经过所述路径的所述带状材料的宽度变化。

Description

纤维宽度调整装置、纤维宽度调整方法和复合材料成型法

技术领域

本发明实施方式涉及纤维宽度调整装置、纤维宽度调整方法和复合材料成型方法。

背景技术

以往，作为用纤维强化树脂的材料，已知有玻璃纤维强化塑料(GFRP：Glass fiberreinforced plastics)和碳纤维强化塑料(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics)等纤维强化塑料(FRP：fiber reinforced plastics)。FRP也称为复合材料，是通过在纤维中含浸热固化性树脂的状态下对树脂进行加热固化而制作的。

更具体而言，复合材料可以通过将纤维中含浸有未固化的热固化性树脂的片状材料即半固化片进行层叠赋形，将赋形的半固化片的层叠体加热固化来制作。或者，也已知有将含浸热固化性树脂前的片状纤维层叠赋形后，含浸热固化性树脂进行加热固化的RTM(Resin Transfer Molding，树脂传递模塑)法(例如参照专利文献1至3)。RTM法中，进行抽真空以在纤维中含浸树脂的方法称为VaRTM(Vacuum assisted Resin Transfer Molding，真空辅助树脂传递成型)法，利用模具含浸树脂的方法称为对模(matched-die)RTM法。

用RTM法制作复合材料时，必须把具有适当宽度和厚度的片状纤维作为原材料来制作。因此，已知有将碳纤维束或玻璃纤维束等强化纤维束薄薄地均匀展开的技术(例如参照专利文献4)。

开纤(開繊)是将由12,000根到24,000根左右具有0.007mm左右粗细的纤维捆成得到的纤维束，使用辊等连续扩大宽度并使其变薄的作业。近年来，通过开纤得到的带状纤维被冠以干性带状材料(ドライテープ材)之名进行销售。

另外，附着有片状或粉末状热塑性粘合剂的干性带状材料也有销售。因此，通过使热塑性粘合剂热熔，能够在暂时固定干性带状材料的同时进行层叠。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-218133号公报

专利文献2：日本特开2009-234065号公报

专利文献3：日本特开2010-150685号公报

专利文献4：国际公开第2010/137525号

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于能够容易地调节含浸树脂前或含浸树脂后的纤维强化树脂复合材料用的纤维的宽度。

解决课题的手段

本发明实施方式的纤维的宽度调整装置具有：输送机构，其将由含浸树脂前或含浸树脂后的纤维强化树脂用的纤维构成的带状材料在所述带状材料的长度方向上送出；以及宽度调整机构，其具有至少由间隔逐渐减少的一对壁面和底面形成的所述带状材料用的路径，并且通过调整所述带状材料一边与所述壁面和所述底面接触一边经过的所述路径的部分，由此使经过所述路径的所述带状材料的宽度发生变化。

优选地，所述宽度调整机构具有所述带状材料用的路径，所述带状材料用的路径具有凸状的底面，所述宽度调整机构构成为：通过调整与所述壁面和所述底面接触的所述带状材料从所述壁面和所述底面离开的位置，从而使经过所述路径的所述带状材料的宽度发生变化。

优选地，所述宽度调整机构包括具有曲面状的底面或将法线方向不同的多个平面连结而形成的底面的所述带状材料用的路径。

优选地，所述宽度调整机构构成为：通过使所述路径以与所述带状材料的长度方向和厚度方向垂直的轴为中心相对于所述带状材料相对旋转，由此来调整所述带状材料从所述壁面和所述底面离开的位置。

优选地，所述宽度调整机构构成为：通过使所述路径在所述带状材料的厚度方向上相对平行移动，来调整所述带状材料从所述壁面和所述底面离开的位置。

优选地，还具有：控制装置，所述控制装置将所述输送机构进行的所述带状材料的送出和所述路径相对于所述带状材料的相对移动进行联动，以制作宽度不固定的带状材料。

优选地，还具有：加热装置，所述加热装置对进入所述路径前和从所述路径出来后中的至少一项的所述带状材料进行加热。

优选地，还具有：切割器，其将经过了所述路径的所述带状材料切断；以及引导机构，其对被所述切割器切断后的所述带状材料的端部进行引导。

优选地，还具有：工作台，其用于通过层叠所述带状材料来制作纤维层叠体；以及移动机构，其改变所述工作台和经过了所述路径的所述带状材料的相对位置。

另外，本发明实施方式的纤维的宽度调整方法，是制作将宽度使用上述纤维的宽度调整装置进行调整的所述带状材料的方法。

另外，本发明实施方式的纤维的宽度调整方法包括以下步骤：将由含浸树脂前或含浸树脂后的纤维强化树脂用的纤维构成的带状材料在所述带状材料的长度方向上送出；以及通过调整至少由间隔逐渐减少的一对壁面和底面形成的所述带状材料用的路径中，所述带状材料一边与所述壁面和所述底面接触一边经过的所述路径的部分，来使经过所述路径的所述带状材料的宽度发生变化。

优选地，将所述带状材料在所述带状材料的长度方向上送出，同时使所述路径相对于所述带状材料相对移动，由此制作宽度不固定的带状材料。

优选地，作为所述带状材料，使用厚度为20μm以上且120μm以下的带状材料。

另外，本发明实施方式的复合材料成型方法包括以下步骤：通过层叠使用上述纤维的宽度调整装置调整了宽度的所述带状材料，来制作纤维的层叠体；以及通过将含浸在所述纤维的层叠体中的树脂加热固化，来制作复合材料。

另外，本发明实施方式的复合材料成型方法包括以下步骤：通过层叠使用上述纤维的宽度调整方法调整了宽度的所述带状材料，来制作纤维的层叠体；以及通过将含浸在所述纤维的层叠体中的树脂加热固化，来制作复合材料。

附图说明

图1是表示设置有本发明第一实施方式的纤维的宽度调整装置的自动层叠设备的构成的主视图；

图2是图1所示的宽度调整装置所具有的输送机构和宽度调整机构的立体图；

图3是图1所示的宽度调整机构的放大立体图；

图4是说明通过使图1所示的宽度调整机构的路径相对于带状材料相对旋转来调整带状材料的宽度的方法的图；

图5是图4所示的宽度调整机构的放大立体图；

图6是表示将半固化片的片材作为图1所示的带状材料层叠而成型复合材料时的流程的流程图；

图7是表示将干性带状材料作为图1所示的带状材料层叠而成型复合材料时的流程的流程图；

图8是表示设置有本发明第二实施方式的纤维的宽度调整装置的自动层叠设备的构成的主视图；

图9是表示本发明第三实施方式的纤维的宽度调整装置所具有的部件的构成的放大主视图；

图10是图9所示的部件的左侧视图；

图11是表示本发明第四实施方式的纤维的宽度调整装置所具有的部件的构成的放大主视图；

图12是图11所示的部件的左侧视图。

符号说明

1、1A、1B、1C 宽度调整装置

2 自动层叠设备

3 输送机构

4 宽度调整机构

5 加热装置

5A 第一加热装置

5B 第二加热装置

6 切断装置

6A 切割器

6B 引导机构

7 控制装置

7A 输入装置

7B 显示装置

7C 存储装置

7D 运算装置

8 工作台

9 移动机构

9A 控制装置

10 压实辊

11 纤维束支撑辊

12 电动机

13 路径

13A 槽

14、14A、14B 部件

15 连结轴

16 电动机

17 模具

20 移动机构

30 凸缘

T 带状材料

具体实施方式

下面参照附图，对本发明实施方式的纤维的宽度调整装置、纤维的宽度调整方法和复合材料成型方法进行说明。

(第一实施方式)

(纤维的宽度调整装置的构成和功能)

图1是表示设置有本发明第一实施方式的纤维的宽度调整装置1的自动层叠设备2的构成的主视图。

宽度调整装置1是对由含浸树脂前或含浸树脂后的FRP用的纤维构成的带状材料T的宽度进行调整的装置。含浸树脂前的带状纤维束被称为干性带状材料。干性带状材料是用公知的开纤方法制作的。另一方面，含浸树脂后的FRP用的片状纤维被称为半固化片。干性带状材料和半固化片被用作CFRP和GFRP等FRP复合材料的原材料。

市售的干性带状材料或半固化片带等带状材料T的标准厚度为240μm左右，特别是当使用厚度为20μm以上且120μm以下的薄层带状材料时，由于带状材料T的变形会变得容易，因此宽度调整装置1对带状材料T的宽度调整也会变得容易。当然，也可以将厚度比120μm厚的带状材料T作为原材料，用宽度调整装置1进行宽度调整。

干性带状材料中，附着有片状、网状、无纺布状或粉末状的热塑性粘合剂的材料、附着有粉末状或液状的热固化性粘合剂的材料以及未附着粘合剂的材料在市场有售，可以使用任何一种。

使用干性带状材料制作复合材料时，利用RTM法制作复合材料。具体而言，将干性带状材料在赋形模具(賦形型)上层叠并赋形成复合材料的形状后，含浸树脂并加热固化，由此制作复合材料。当干性带状材料中含有粘合剂时，有时也在赋形之前进行加热。赋形为复合材料的形状的纤维被称为干性预成型体(ドライプリフォーム)。干性预成型体的赋形模具和复合材料的加热固化用的成型模具(成形型)可以通用，也可以是不同的模具。

另一方面，在使用半固化片制作复合材料时，将半固化片层叠在模具上，赋形为复合材料的形状后，对半固化片的层叠体进行加热固化，由此制作复合材料。赋形为复合材料的形状的半固化片的层叠体被称为预成型体。另外，广义上而言，干性预成型体也是预成型体的一种。

因此，由宽度调整装置1调整了宽度的干性带状材料或半固化片构成的带状材料T，为了制作复合材料而层叠。因此，如图1所示，可以在带状材料T的自动层叠设备2设置带状材料T的宽度调整装置1。换言之，可以在带状材料T的宽度调整装置1设置带状材料T的层叠功能。

宽度调整装置1可以使用输送机构3、宽度调整机构4、加热装置5、切断装置6和控制装置7构成。另外，当在宽度调整装置1设置作为自动层叠带状材料T的自动层叠设备2的功能时，可以使用工作台8和移动机构9构成自动层叠设备2。

图2是图1所示的宽度调整装置1所具有的输送机构3和宽度调整机构4的立体图。

输送机构3是在带状材料T的长度方向上将带状材料T送出的装置。在图1和图2所示的示例中，由压实辊10和纤维束支撑辊11构成将从卷绕带状材料T的储存用辊等供给的带状材料T在长度方向上送出的输送机构3。即，通过配置在带状材料T的长度方向上互不相同的位置的圆筒状或圆柱状的压实辊10、纤维束支撑辊11与带状材料T之间的摩擦力，以及压实辊10和纤维束支撑辊11的旋转，能够在保持带状材料T的张力的状态下，将带状材料T在长度方向上送出。

配置在带状材料T的送出侧的压实辊10能够通过电动机12的动力自动旋转。这种情况下，压实辊10的旋转轴直接或经由齿轮或动力传递带等间接地与电动机12的输出轴连结。或者，在将宽度调整装置1作为操作者手动操作用的装置的情况下，也可以在压实辊10的旋转轴上安装手柄，从而能够让操作者操作手柄来手动旋转压实辊10。

另外，如后所述，也可以在层叠完毕的其他带状材料T和压实辊10之间夹入带状材料T，仅通过压实辊10和带状材料T之间的摩擦力使压实辊10旋转。即使在这种情况下，也能够省略用于使压实辊10自动旋转的电动机12等动力装置。

另一方面，为了维持带状材料T的张力，配置在带状材料T的输送源侧的纤维束支撑辊11可以通过与带状材料T之间的摩擦力来旋转。或者，也可以利用电动机，使纤维束支撑辊11的旋转轴旋转，从而使带状材料T不松弛，该电动机调整了输出轴的旋转扭矩以将压实辊10的旋转轴所负载的旋转扭矩以下的旋转扭矩负载于纤维束支撑辊11的旋转轴。

宽度调整机构4是使由输送机构3送出的带状材料T的宽度变化的装置。宽度调整机构4具有至少由间隔逐渐减少的一对壁面和底面形成的带状材料T用的路径13。因此，通过调整带状材料T一边与壁面和底面接触一边经过的路径13的部分，能够改变经过路径13的带状材料T的宽度。

即，如果将带状材料T在宽度逐渐减小的路径13上引导，则从带状材料T的宽度方向上的两侧的壁面会向带状材料T施加带状材料T的宽度方向上的压力，带状材料T的宽度变得与壁面间的距离相等。在这种情况下，假设构成带状材料T的纤维的间隔不变，因为带状材料T的横截面的截面积也不会变化，因此带状材料T的厚度会以带状材料T的宽度变小的量变厚。也就是说，带状材料T的截面积保持固定，宽度和厚度会发生变化。

因此，如果在宽度逐渐减小的路径13的中途将带状材料T引导至路径13的外部，则带状材料T的宽度会成为带状材料T从路径13脱离而远离壁面时的壁面间的间隔。因此，可以通过调节带状材料T从路径13脱离的位置来调节带状材料T的宽度。

另外，形成路径13的壁面间的间隔既可以连续减少，也可以断断续续地减少。换言之，也可以使路径13的宽度局部固定，至少一部分的宽度连续减少。但是，当使形成路径13的壁面间的间隔断断续续地减少时，从将带状材料T顺利送出的观点考虑，使路径13的内侧不产生级差为宜。因此，当使形成路径13的壁面间的间隔断断续续地减少时，例如，将具有互不相同的固定宽度的两条路径之间用宽度连续减少的路径连结从而形成路径13，或者将宽度连续减少的两条路径之间用宽度固定的路径连结从而形成路径13为宜。以下，以带状材料T用的路径13的宽度连续减少的情况为例进行说明。

为了使带状材料T在路径13的中途能够从路径13脱离，将路径13的底面设为凸状即可。即，如果在宽度调整机构4设置具有凸状底面的带状材料T用的路径13，则通过调整与壁面和底面接触的带状材料T从壁面和底面离开的位置，能够改变经过路径13的带状材料T的宽度。

在图1和图2所示的示例中，具有法线方向连续变化的凸曲面状的底面的槽13A作为带状材料T用的路径13形成在圆柱状的部件14上。并且，作为带状材料T用的路径13而设置有槽13A的圆柱状的部件14被配置在压实辊10与纤维束支撑辊11之间。因此，能够将通过压实辊10和纤维束支撑辊11产生张力的带状材料T插入到圆柱状的部件14的槽13A中。另外，部件14的形状不限于圆柱状，可以是任意形状。因此，部件14的形状可以设为板状，或截面为矩形的块状。

图3是图1所示的宽度调整机构4的放大立体图，图4是说明通过使图1所示的宽度调整机构4的路径13相对于带状材料T相对旋转来调整带状材料T的宽度的方法的图，图5是图4所示的宽度调整机构4的放大立体图。另外，在图4中，省略了控制装置7的图示。

如图3所示，作为槽13A所形成的带状材料T用的路径13的入口的宽度，被确定为宽度调整前的带状材料T的宽度以上。因此，当宽度调整前的带状材料T的宽度有多种时，路径13的入口的宽度确定为最大的宽度以上。

因此，如图3所示，如果以带状材料T仅通过路径13的入口附近的方式配置路径13，则带状材料T以带状材料T的宽度不变，或者即使变化、宽度也只是稍微变窄的方式从路径13脱离。

与此相对，如图4和图5所示，以与带状材料T的长度方向和厚度方向垂直的轴为中心，使带状材料T用的路径13相对于带状材料T相对旋转时，能够改变带状材料T从路径13脱离的位置。即，通过调整带状材料T用的路径13的旋转角度θ，能够调整带状材料T离开路径13的壁面和底面而从路径13脱离的位置。因此，通过调整带状材料T用的路径13的旋转角度θ，能够调整经过路径13的带状材料T的宽度。

即使在通过旋转形成路径13的部件14而改变由槽13A构成的路径13的旋转角度θ的情况下，从防止带状材料T向厚度方向的弯折和均匀性降低的观点考虑，使带状材料T从具有宽度调整前的带状材料T的宽度以上的宽度的位置进入路径13尤为重要。为此，即使在改变路径13的旋转角度θ的情况下，不改变带状材料T进入路径13的位置为宜。也就是说，不改变带状材料T进入路径13的位置，而是仅改变脱离位置，由此能够在不降低带状材料T的质量的情况下可变地调整带状材料T的宽度。

因此，在使路径13和设有路径13的部件14的旋转角度θ只改变角度Δθ的情况下，使纤维束支撑辊11移动，以使带状材料T进入路径13的位置和带状材料T朝向使带状材料T进入路径13的位置的输送方向也仅改变角度Δθ是适宜的。作为具体例，可以用连结轴15将设有路径13的部件14和纤维束支撑辊11连结，使纤维束支撑辊11沿着圆弧轨道旋转移动。在这种情况下，例如，电动机16的输出轴可以直接或间接地与部件14的旋转轴连结，通过电动机16的驱动使纤维束支撑辊11与设有路径13的部件14一起只旋转移动期望的角度Δθ。

或者，可以在纤维束支撑辊11的旋转轴上旋转自如地连结气缸机构、滚珠丝杠或齿轮齿条副等直线性的伸缩机构或移动机构的一端，对于直线性的伸缩机构或移动机构的另一端也旋转自如地连结其他连杆，由此形成用于使纤维束支撑辊11沿着圆弧轨道旋转移动的连杆机构。

作为其他示例，也可以不使纤维束支撑辊11旋转移动，而使纤维束支撑辊11在与纤维束支撑辊11的旋转轴垂直的方向上平行移动，使得即使改变路径13的旋转角度θ，带状材料T进入路径13的位置也不会改变。在该情况下，为了能够改变纤维束支撑辊11与设有路径13的部件14之间的距离，使用不同的支撑部件来支撑纤维束支撑辊11和设有路径13的部件14即可。

如此，关于纤维束支撑辊11的移动方向和移动机构，只要能够在维持带状材料T的张力的同时，以带状材料T进入路径13的位置不变化的方式改变带状材料T向带状材料T的进入位置的输送方向，则是任意的。反过来说，如果使纤维束支撑辊11与路径13的旋转联动并用具有动力的移动机构在适当的方向上自动移动适当的距离，则即使改变路径13的旋转角度θ，也能够在维持带状材料T的张力的同时，以带状材料T进入路径13的位置不变化的方式改变带状材料T朝向带状材料T的进入位置的输送方向。

另外，在将宽度调整装置1作为操作者的手动操作用的装置的情况下，也可以与压实辊10的旋转同样地设置操作用的杆等，使得操作者能够手动进行设有路径13的部件14的旋转和纤维束支撑辊11的移动。

此外，对于带状材料T必然通过的路径13的部分，也可以不设为槽13A而设为贯通孔。即，除了能够成为带状材料T进入路径13的位置的范围和能够成为带状材料T从路径13脱离的位置的范围之外，也可以将槽13A封闭，在路径13设置上表面。在这种情况下，能够防止带状材料T在意外的位置从路径13脱离。

当带状材料T为半固化片时，从维持改变带状材料T的宽度后的带状材料T的均匀性的观点考虑，优选充分降低含浸在纤维束中的树脂的粘性从而使其容易变形。虽然也依赖于树脂的组成和半固化片的变形量，但为了使半固化片的变形变得容易，提高树脂的温度是有效的。

另一方面，即使在带状材料T为干性带状材料的情况下，如果附着有热塑性粘合剂，则在使热塑性粘合剂熔融的状态下将干性带状材料赋形后，若使热塑性粘合剂固化，则可以保持赋形后的干性预成型体的形状。

因此，可以根据需要设置用于对进入宽度调整机构4的路径13之前和从路径13出来之后中的至少一方的带状材料T进行加热的加热装置5。加热装置5的构成可以是利用热传导、热传递和辐射中的任一种来加热带状材料T。即，可以设置具有电式、流体循环式或温风式等希望的构成的加热装置5。

在图示的示例中，具有第一加热装置5A和第二加热装置5B，第一加热装置5A用于加热通过宽度调整机构4改变宽度之前的带状材料T，第二加热装置5B用于加热通过宽度调整机构4改变宽度之后的带状材料T。

例如，如图所示，第一加热装置5A可以作为具有从带状材料T的两侧夹入的引导功能的加热装置。作为其他示例，也可以在纤维束支撑辊11中内置第一加热装置5A，用纤维束支撑辊11来加热宽度变化前的半固化片的带状材料T。

如果用第一加热装置5A加热宽度变化前的半固化片的带状材料T，则能够使带状材料T的变形变得容易。结果，能够在尽量不降低纤维的均匀性等质量的情况下改变带状材料T的宽度。

另一方面，例如，如图所示，为了能够加热宽度变化后的带状材料T的层叠体，可以将第二加热装置5B内置于用于层叠带状材料T并进行赋形的赋形模具或成型模具等模具17中。当然，也可以将具有从带状材料T的两面侧夹入的引导功能的加热装置设置为第二加热装置5B。或者，也可以将从表面侧以点状加热层叠完毕的带状材料T的端子设置为第二加热装置5B。

如果用第二加热装置5B加热宽度变化后的带状材料T、特别是层叠在模具17上的带状材料T的层叠体，则能够使预成型体的赋形和赋形后的预成型体的形状保持变得容易。即，如果带状材料T是半固化片，则因为带状材料T的变形变得容易，因此可以在尽量适合于模具17的状态下层叠带状材料T。

另一方面，如果带状材料T是含有热塑性粘合剂的干性带状材料，则可以使干性带状材料的层叠体所含有的热塑性粘合剂熔融，在干性预成型体的赋形后使热塑性粘合剂固化，由此保持干性预成型体的形状。另外，如果设置以点状加热的端子，则也可以用热塑性粘合剂将宽度被调整的干性带状材料暂时固定，同时进行层叠。

当带状材料T连续或断断续续的层叠完成时，需要切断带状材料T。因此，可以在宽度调整机构4的出口侧设置带状材料T的切断装置6。切断装置6例如可以由切割器6A和引导机构6B构成，切割器6A切断经过了宽度调整机构4的路径13的带状材料T，引导机构6B引导被切割器6A切断后的带状材料T的端部。引导机构6B可以由从两面侧夹入带状材料T的一对辊或按压部件等构成。

工作台8是放置用于层叠半固化片或干性带状材料等带状材料T的层叠模具、赋形模具或成型模具等的模具17的台座。或者，也可以在工作台8上设置作为模具17的功能，在工作台8上直接层叠带状材料T。换言之，也可以将工作台8和模具17一体化。而且，通过在工作台8上的模具17上层叠由宽度调整机构4调整了宽度后的带状材料T，能够制作纤维的层叠体。

在模具17为层叠模具，用其他赋形模具进行纤维的层叠体的赋形的情况下，将在模具17上层叠的纤维转移到赋形模具上。相反，如果模具17是赋形模具，则伴随必要的加热和加压，使用模具17执行带状材料T的层叠和赋形。然后，将赋形后的预成型体转移到成型模具上。另外，如果模具17是复合材料的成型模具，则通过放置在模具17上的纤维的层叠体所含有的树脂的加热固化来成型复合材料。因此，如果带状材料T是干性带状材料，则进行抽真空来执行树脂的注入。并且，在加热固化树脂时，除了加热之外，通过上模的按压或抽真空来执行必要的加压。因此，当模具17为赋形模具或成型模具时，也可以使放置有纤维层叠体的模具17整体移动到烤炉或热压罐设备等加热装置内。

移动机构9是改变工作台8与经过路径13的带状材料T的相对位置的装置。在图示的示例中，移动机构9成为使工作台8在相互正交的三轴方向上移动的装置，但也可以使宽度被调整的带状材料T的供给位置相对于工作台8移动。即，如果是图示的示例，则也可以使包括压实辊10在内的带状材料T的供给机构整体相对于工作台8移动。当然，也可以利用移动机构9同时使工作台8和宽度被调整的带状材料T的供给位置两者移动，还可以使它们能够以任意的轴为中心旋转移动。

移动机构9可以使用具有在铁轨或轨道上行驶的车轮的行驶机构、通过链轮的旋转而旋转的链条或通过辊移动的带等履带(无限轨道)、齿轮齿条副、气缸机构以及滚珠丝杠等公知期望的机构来构成。

利用移动机构9使工作台8相对移动，也能够利用层叠后的带状材料T的张力、压实辊10与在层叠体的厚度方向上相邻的其他带状材料T之间的带状材料T的摩擦力来送出带状材料T。因此，压实辊10也可以不通过电动机12等动力源旋转，而通过工作台8的相对移动和带状材料T之间的摩擦力被动地旋转。

控制装置7是对设有宽度调整装置1的自动层叠设备2进行综合控制的装置。即，控制装置7具有如下控制功能：通过向输送机构3、宽度调整机构4、加热装置5、切断装置6和移动机构9等各构成要素输出控制信号，使各构成要素自动或部分伴随必要的手动操作而半自动地工作。控制信号不限于电信号，也可以设为油压信号或气压信号。因此，控制装置7可以由生成并输出电信号、油压信号或气压信号等控制信号的信号处理电路构成。

在控制装置7中可以设置用于输入控制设有宽度调整装置1的自动层叠设备2所需的信息的输入装置7A、用于显示控制设有宽度调整装置1的自动层叠设备2所需的信息的显示装置7B。

作为具体例，能够通过输入装置7A的操作向控制装置7指示作为制作对象的带状材料T的宽度。为此，可以将表示作为制作对象的带状材料T的宽度与带状材料T用的路径13的旋转角度θ的关系的表或函数等参考信息预先保存在控制装置7所具有的存储装置7C中。即，可以预先将用于将从宽度调整机构4的路径13脱离的带状材料T的宽度转换为路径13的旋转角度θ的转换信息作为参考信息保存在存储装置7C中。参考信息可以通过几何学的计算、模拟计算或试验预先获得。

如此一来，当将成为制作对象的带状材料T的宽度的指示信息从输入装置7A输入到控制装置7的运算装置7D时，运算装置7D能够通过参照保存在存储装置7C中的参考信息，来求出路径13的旋转角度θ的控制值。然后，能够在运算装置7D中生成控制信号，以使路径13的旋转角度θ成为控制值，并将生成的控制信号输出到电动机16等用于改变路径13的旋转角度θ的装置。

成为制作对象的带状材料T的宽度不限于固定，也可以变化。即，如果在利用输送机构3送出带状材料T的同时改变路径13的旋转角度θ，则能够制作宽度不固定的带状材料T，即宽度根据横截面的位置而不同的带状材料T。在制作宽度不固定的带状材料T的情况下，控制装置7可以进行将输送机构3进行的带状材料T的送出和路径13相对于带状材料T的相对旋转移动联动的综合控制。

更具体而言，可以从输入装置7A向控制装置7的运算装置7D输入带状材料T的单位长度的宽度的变化量或变化率的指示信息，在运算装置7D中计算出带状材料T的送出速度和路径13的旋转角度θ的角速度，以使带状材料T的宽度以指示的变化量或变化率来变化。然后，在以计算出的速度送出带状材料T的同时，为了使路径13的旋转角度θ以计算出的角速度变化，运算装置7D可以对用于使输送机构3工作的电动机12等驱动装置和用于改变在宽度调整机构4形成的路径13的旋转角度θ的电动机16等驱动装置进行同步控制。由此，可以制作宽度逐渐减少或增加的放射状的带状材料T和宽度局部变窄的带状材料T等。

同样，对于工作台8的移动机构9，也能够利用控制装置7进行同步控制，以使工作台8以与带状材料T的送出速度对应的适当速度相对移动。即，能够将在控制装置7的运算装置7D中生成的控制信号输出到移动机构9的控制装置9A，以使工作台8与输送机构3的运行联动地移动。

另外，如上所述，在使构成输送机构3的压实辊10自由旋转的情况下，工作台8的相对速度成为带状材料T的送出速度。因此，代替用于使输送机构3工作的电动机12等驱动装置，移动机构9的控制装置9A成为用于确定带状材料T的送出速度的控制对象。

如果制作宽度变化量微小的带状材料T或具有复杂形状的带状材料T，则也可以预先编制用于同步控制输送机构3、宽度调整机构4和移动机构9的控制程序并保存在控制装置7的存储装置7C中，通过控制程序使具有宽度调整装置1的自动层叠设备2整体自动运行。相反，在制作宽度固定的具有简单形状的带状材料T时，由于在带状材料T的送出过程中路径13的旋转角度θ被固定，因此对于宽度调整机构4，也可以不进行自动控制而采用手动调整的构成。

(纤维的宽度调整方法和复合材料成型方法)

下面对制作使用宽度调整装置1调整了宽度的带状材料T，以宽度调整后的带状材料T为原材料成型复合材料的方法进行说明。

图6是表示将半固化片的片材作为图1所示的带状材料T进行层叠而成型复合材料时的流程的流程图。

首先，在步骤S1中，由半固化片带构成的带状材料T的宽度由宽度调整装置1调整。例如，当用户通过输入装置7A的操作将指示带状材料T的宽度的信息输入到控制装置7的运算装置7D时，运算装置7D通过参照保存在存储装置7C中的参考信息，求出形成为使得在宽度调整机构4的部件14上宽度逐渐减小的带状材料T用的路径13的旋转角度θ的控制值。即，根据表示调整后的带状材料T的宽度与路径13的旋转角度θ的关系的信息，求出路径13相对于带状材料T的送出方向的相对倾斜角度，以使带状材料T脱离具有与调整后的带状材料T的宽度大致相等的宽度的路径13的位置。

路径13的旋转角度θ的控制值从控制装置7的运算装置7D作为用于使部件14旋转的控制信号输出到电动机16。如此一来，电动机16进行驱动，形成在部件14上的带状材料T用的路径13的旋转角度θ成为目标角度。即，当将带状材料T送入到形成在部件14上的带状材料T用的路径13中时，进行设有带状材料T用的路径13的部件14的定位，以使带状材料T从具有与调整后的带状材料T的宽度大致相等的宽度的路径13的位置脱离。

另一方面，从控制装置7的运算装置7D，向用于使输送机构3所具有的压实辊10旋转的电动机12和使放置有模具17的工作台8移动的移动机构9的控制装置9A输出控制信号。因此，通过电动机12的旋转驱动，压实辊10进行旋转，另一方面，通过控制装置9A的控制下的移动机构9的驱动，工作台8在带状材料T的送出方向上移动。

结果，从储存用的辊等供给的带状材料T一边被纤维束支撑辊11引导，一边朝向宽度调整机构4的路径13在带状材料T的长度方向上被送出。当带状材料T进入宽度调整机构4的路径13时，由于路径13的旋转角度θ按照调整后的带状材料T的宽度进行调整，因此带状材料T会从路径13具有与调整后的带状材料T的宽度大致相等的宽度的位置脱离。因此，经过宽度调整机构4的路径13的带状材料T的宽度将成为目标宽度。

因此，如果在将带状材料T在带状材料T的长度方向上送出的同时使宽度调整机构4的路径13相对于带状材料T相对旋转移动，则也能够制作宽度不固定的带状材料T。即，通过调整形成于宽度调整机构4的带状材料T用的路径13中带状材料T一边与壁面和底面接触一边经过的路径13的部分，能够改变经过路径13的带状材料T的宽度。

另外，如果在宽度调整机构4的路径13上用第一加热装置5A加热带状材料T，则树脂的流动性增加，因此用于改变带状材料T的宽度和厚度的变形变得容易。经过宽度调整机构4的路径13的带状材料T到达压实辊10，向放置在工作台8上的模具17送出。

在带状材料T的前端到达压实辊10或切断装置6的引导机构6B等之前，有时带状材料T的张力会不够。在这种情况下，带状材料T有可能不经由路径13内的指定部分，从而无法适当地调整宽度。因此，对于宽度未被适当调整的带状材料T的前端部分，可以用切断装置6的切割器6A切断。或者，也可以在预先将带状材料T设置在切断装置6的引导机构6B、压实辊10或其他支撑部件与纤维束支撑辊11之间的状态下，开始送出带状材料T，以使带状材料T产生张力。

接着，在步骤S2中，将由纤维的宽度调整装置1调整了宽度的带状材料T、即具有规定的宽度和厚度的半固化片带在放置于工作台8上的模具17上层叠。即，由于放置于工作台8上的模具17在半固化片带的送出方向上相对移动，因此半固化片带被铺设在模具17上。在模具17具有凹凸的情况或具有曲面的情况下，为了能够用压实辊10以足够的压力将半固化片带按压在工作台8上的模具17上并进行铺设，可以根据需要用移动机构9使工作台8在半固化片带的厚度方向上移动。

当工作台8移动，半固化片带被铺设到模具17的边缘时，半固化片带被切割器6A切断。之后，铺设在模具17上之后的半固化片带上铺设半固化片带。重复进行这种半固化片带的层叠，则半固化片的层叠体便会完成。由于半固化片所含的树脂具有粘着性，容易变形，因此即使只在模具17上层叠，也大多能够赋形为模具17的形状。但是，根据需要，也可以用第二加热装置5B加热层叠中的半固化片，使半固化片容易与模具17相适合。

接着，在步骤S3中，对半固化片的层叠体进行加压。作为半固化片的层叠体的代表性加压方法，可举出按压上模的方法和进行装袋并负载大气压的方法。在任何情况下，均可将半固化片的层叠体与模具17一起从工作台8卸下后加压。另外，也可以从模具17上拆下半固化片的层叠体，与其他部件组合后进行加压。

接着，在步骤S4中，将半固化片的层叠体加热固化。即，半固化片的层叠体用热压罐设备或烤炉等加热装置加热。当半固化片的层叠体被加热时，树脂会固化，可以制作FRP复合材料。

图7是表示将干性带状材料作为图1所示的带状材料T进行层叠而成型复合材料时的流程的流程图。

首先，在步骤S10中，按照与带状材料T为半固化片带的情况相同的流程，利用宽度调整装置1调整由干性带状材料构成的带状材料T的宽度。接着，在步骤S11中，将由纤维的宽度调整装置1调整了宽度的带状材料T、即具有规定的宽度和厚度的干性带状材料在放置于工作台8上的模具17上层叠。关于干性带状材料的层叠，也与半固化片带的层叠相同。

接着，在步骤S12中，进行干性带状材料的层叠体的赋形。作为代表性的干性带状材料的赋形方法，可举出按压模具来赋予形状的方法和进行装袋并负载大气压的方法。干性带状材料的层叠体的赋形，可以使用模具17进行，也可以使用其他赋形模具进行。

另外，当进行含有热塑性粘合剂或热固化性粘合剂等粘合剂的干性带状材料的赋形时，将干性带状材料以点状加热并用粘合剂暂时固定，同时层叠干性带状材料，或者在赋形时加热整个干性带状材料的层叠体并使粘合剂熔融或固化，对保持赋形后的干性预成型体的形状都是有效的。因此，也可以在用第一加热装置5A和第二加热装置5B中的一方或双方对干性带状材料进行加热的同时进行干性带状材料的层叠和赋形。

干性带状材料的层叠体的赋形完成后，作为具有与复合材料的形状对应的形状的纤维的层叠体，可以得到干性预成型体。得到的干性预成型体可以转移到其他成型模具上，也可以使用相同的赋形模具进行下一步骤的作业。

接着，在步骤S13中，在构成干性预成型体的纤维中含浸树脂。具体而言，如果是干性预成型体被装袋的情况，则向被袋膜密封的空间注入液态树脂。另一方面，如果干性预成型体设置在用模具夹入的空间中，则使由模具夹入的空间变为真空状态并注入液态树脂。由此，可以在纤维中含浸树脂。

接着，在步骤S14中，对含浸在构成干性预成型体的纤维中的树脂进行加热固化。即，和半固化片的层叠体的加热固化一样，用加热装置加热树脂。由此，树脂固化，可以制作FRP复合材料。

(效果)

上述纤维的宽度调整装置1、纤维的宽度调整方法和复合材料成型方法，是准备宽度逐渐变化的带状材料T用的路径13，通过调节带状材料T从路径13脱离的位置来改变带状材料T的宽度。

因此，根据纤维的宽度调整装置1、纤维的宽度调整方法和复合材料成型方法，能够容易地可变调整半固化片带或干性带状材料等带状材料T的宽度。特别是，也可以制作宽度连续变化的带状材料T。结果，可以提高纤维层叠的自由度，即使是具有曲率的弯曲的复合材料部件那样的具有宽度变化的复杂形状的复合材料，也可以无间隙地层叠带状材料T来成型。

(第二实施方式)

图8是表示设置有本发明第二实施方式的纤维的宽度调整装置1A的自动层叠设备2的构成的主视图。

图8所示的第二实施方式的宽度调整装置1A与第一实施方式的宽度调整装置1的区别在于，设有带状材料T用的路径13的部件14不是旋转移动，而是平行移动。关于第二实施方式中的其他构成和作用，由于其与第一实施方式在实质上没有不同，因此相同的构造或对应的构造附加相同符号并省略说明。

如图8所示，通过移动机构20使宽度调整机构4的路径13在带状材料T的厚度方向上相对平行移动，也能够调整带状材料T从路径13的壁面和底面离开而脱离的位置。即，当使设有路径13的部件14在将路径13的底面按压在带状材料T上的方向上平行移动时，带状材料T与路径13的底面接触的长度变长。因此，在带状材料T从路径13脱离的位置上的路径13的宽度变窄。相反，当使设有路径13的部件14在将路径13的底面从带状材料T拉开的方向上平行移动时，带状材料T与路径13的底面接触的长度变短。因此，在带状材料T从路径13脱离的位置上的路径13的宽度变宽。

因此，通过调节设有路径13的部件14的平行移动量，能够调整带状材料T的宽度。作为用于使设有路径13的部件14平行移动的移动机构20的具体例，可以举出：具有在铁轨或轨道上行驶的车轮的行驶机构、通过链轮齿的旋转而旋转的链条或通过辊移动的带等履带、齿轮齿条副、气缸机构以及滚珠丝杠等。

另外，也可以不使设有路径13的部件14直线地平行移动，而使其以描绘曲线状的轨迹的方式移动。作为具体例，能够将在摆(振り子)的前端设有路径13的部件14固定，使路径13沿着圆弧上的轨道在与将路径13的底面按压在带状材料T上的方向拉开的方向上移动。这种情况下，移动机构20也可以由通过电动机旋转的轴构成。

移动机构20的平行移动量或旋转角度的变化量可以由控制装置7自动控制。即，从控制装置7向移动机构20输出指示移动机构20的控制量的控制信号，以使带状材料T从路径13脱离的位置成为目标位置。相反，也可以由操作者手动操作移动机构20。

通过上述第二实施方式，能够简化用于使设有带状材料T用的路径13的部件14移动的移动机构20的构成。并且，还能够不需要纤维束支撑辊11的移动。

但是，为了能够更细致地调整带状材料T的宽度，设有带状材料T用的路径13的部件14的旋转移动和平行移动也可以同时进行。即，第一实施方式和第二实施方式也可以相互组合。

(第三实施方式)

图9是表示本发明第三实施方式的纤维的宽度调整装置1B所具有的部件14A的构成的放大主视图，图10是图9所示的部件14A的左侧视图。

在图9和图10所示的第三实施方式的宽度调整装置1B中，设有带状材料T用的路径13的部件14A的结构与第一实施方式和第二实施方式的宽度调整装置1、1A不同。对于第三实施方式中的其他构成和作用，由于其与第一实施方式和第二实施方式实质上没有不同，因此仅图示了设有带状材料T用的路径13的部件14A的结构，对于相同的构造或对应的构造则标注相同符号并省略说明。

宽度逐渐变窄的带状材料T用的路径13，也可以不通过形成槽13A来形成，而是如图9和图10所示，通过在部件14A的凸曲面状的表面上形成间隔连续变窄的两个凸缘30来形成。作为实用例，在整体或一部分为圆筒状或圆柱状的部件14A的弯曲的凸面上，以长度方向不平行的方式形成两条凸缘30，由此能够制作设有带状材料T用的路径13的部件14A。

另外，与形成槽13A的情况相同，关于不成为带状材料T进入路径13的位置和带状材料T从路径13脱离的位置的范围，也可以用板材等将凸缘30的上表面彼此连结，在路径13上形成上表面。

通过上述第三实施方式，由于设有带状材料T用的路径13的部件14A的结构得到简化，因此设计和制作变得容易。

(第四实施方式)

图11是表示本发明第四实施方式的纤维的宽度调整装置所具有的部件14B的构成的放大主视图，图12是图11所示的部件14B的左侧视图。

在图11和图12所示的第四实施方式的宽度调整装置1C中，设有带状材料T用的路径13的部件14B的结构与其他实施方式的宽度调整装置1、1A、1B不同。对于第四实施方式中的其他构成和作用，由于其与其他实施方式实质上没有不同，因此仅图示了设有带状材料T用的路径13的部件14B的结构，对于相同的构造或对应的构造则标注相同符号并省略说明。

宽度逐渐变窄的带状材料T用的路径13，也可以如图11和图12所示，作为具有将法线方向不同的多个平面连结而形成的底面的路径13，形成在部件14B上。路径13可以如第一实施方式和第二实施方式那样由槽13A形成，也可以如第三实施方式那样作为两条凸缘30之间的空隙而形成。在图11和图12所示的示例中，作为两条凸缘30之间的空隙，形成带状材料T用的路径13。

在路径13的底面不是凸状的曲面，而是将多个平面以成为凸状的方式进行连结而得到的面的情况下，带状材料T进入路径13的位置和带状材料T从路径13脱离的位置成为相邻平面间的边界部分。即，带状材料T进入路径13的方向和带状材料T从路径13脱离的方向分别与形成路径13的底面的多个平面中的任意一个平行。

因此，将设有路径13的部件14B的旋转移动和平行移动等移动控制为非连续地进行、分阶段地进行为宜。即，使部件14B相对于带状材料T相对移动，以使带状材料T进入路径13的方向和带状材料T从路径13脱离的方向分别与形成路径13的底面的多个平面中的任意一个平行为宜。

通过上述第四实施方式，由于设有带状材料T用的路径13的部件14B的结构得到进一步的简化，因此设计和制作变得更加容易。

(其他实施方式)

以上记载了特定的实施方式，但记载的实施方式仅仅是一例，并不用于限定发明的范围。本文记载的新方法和装置，可以通过其他各种方式来实现。另外，此处记载的方法和装置的方式中，在不脱离发明要旨的范围内，可以进行各种省略、替换和变更。附属的权利要求书及其等同物，均包含各种方式和变形例，作为发明的范围和要旨所包含的要素。

Claims (14)

1.一种纤维宽度调整装置，包括：

输送机构，其将由含浸树脂前或含浸树脂后的纤维强化树脂用的纤维构成的带状材料在所述带状材料的长度方向上送出；以及

宽度调整机构，其具有至少由间隔逐渐减少的一对壁面和底面形成的所述带状材料用的路径，通过调整所述带状材料一边与所述壁面和所述底面接触一边经过的所述路径的部分，使经过所述路径的所述带状材料的宽度发生变化，

其中，所述宽度调整机构具有所述带状材料用的路径，所述带状材料用的路径具有凸状的底面，所述宽度调整机构构成为：通过调整与所述壁面和所述底面接触的所述带状材料从所述壁面和所述底面离开的位置，从而使经过所述路径的所述带状材料的宽度发生变化，

其中，所述宽度调整机构构成为：通过使所述路径在所述带状材料的厚度方向上相对平行移动，来调整所述带状材料从所述壁面和所述底面离开的位置。

2.根据权利要求1所述的纤维宽度调整装置，其中，所述宽度调整机构包括具有曲面状的底面或将法线方向不同的多个平面连结而形成的底面的所述带状材料用的路径。

3.根据权利要求1所述的纤维宽度调整装置，其中，所述宽度调整机构构成为：通过使所述路径以与所述带状材料的长度方向和厚度方向垂直的轴为中心相对于所述带状材料相对旋转，由此来调整所述带状材料从所述壁面和所述底面离开的位置。

4.根据权利要求2所述的纤维宽度调整装置，其中，所述宽度调整机构构成为：通过使所述路径以与所述带状材料的长度方向和厚度方向垂直的轴为中心相对于所述带状材料相对旋转，由此来调整所述带状材料从所述壁面和所述底面离开的位置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的纤维宽度调整装置，还具有：控制装置，所述控制装置将所述输送机构进行的所述带状材料的送出和所述路径相对于所述带状材料的相对移动进行联动，以制作宽度不固定的带状材料。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的纤维宽度调整装置，还具有：加热装置，所述加热装置对进入所述路径前和从所述路径出来后中的至少一项的所述带状材料进行加热。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的纤维宽度调整装置，还具有：

切割器，其将经过了所述路径的所述带状材料切断；以及

引导机构，其对被所述切割器切断后的所述带状材料的端部进行引导。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的纤维宽度调整装置，还具有：

工作台，其用于通过层叠所述带状材料来制作纤维层叠体；以及

移动机构，其改变所述工作台和经过了所述路径的所述带状材料的相对位置。

9.一种复合材料成型方法，包括以下步骤：

通过层叠使用权利要求1～8中任一项所述的纤维宽度调整装置调整了宽度的所述带状材料，来制作纤维层叠体；以及

通过将含浸在所述纤维层叠体中的树脂加热固化，来制作复合材料。

10.一种纤维宽度调整方法，其制作将宽度使用权利要求1～8中任一项所述的纤维宽度调整装置进行调整的所述带状材料。

11.一种纤维宽度调整方法，包括以下步骤：

将由含浸树脂前或含浸树脂后的纤维强化树脂用的纤维构成的带状材料在所述带状材料的长度方向上送出；以及

通过调整至少由间隔逐渐减少的一对壁面和底面形成的所述带状材料用的路径中，所述带状材料一边与所述壁面和所述底面接触一边经过的所述路径的部分，由此使经过所述路径的所述带状材料的宽度发生变化，

其中，通过调整与所述壁面和所述底面接触的所述带状材料从所述壁面和所述底面离开的位置，从而使经过所述路径的所述带状材料的宽度发生变化，

其中，通过使所述路径在所述带状材料的厚度方向上相对平行移动，来调整所述带状材料从所述壁面和所述底面离开的位置。

12.根据权利要求10或11所述的纤维宽度调整方法，其中，将所述带状材料在所述带状材料的长度方向上送出，同时使所述路径相对于所述带状材料相对移动，由此制作宽度不固定的带状材料。

13.根据权利要求10或11所述的纤维宽度调整方法，其中，作为所述带状材料，使用厚度为20μm以上且120μm以下的带状材料。

14.一种复合材料成型方法，包括以下步骤：

通过层叠使用权利要求10～13中任一项所述的纤维宽度调整方法调整了宽度的所述带状材料，来制作纤维层叠体；以及

通过将含浸在所述纤维层叠体中的树脂加热固化，来制作复合材料。

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