JP2011136432A - 強化繊維基材積層装置およびこの積層方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】型15上に積層させる強化繊維基材シート14を繰り出すシート繰り出し手段と、型15上に強化繊維基材シート14を圧接させる圧接手段3と、を有する強化繊維基材積層装置1において、圧接手段3は、強化繊維基材シート14よりも狭い幅を有し、シート繰り出し手段は、圧接手段3との間を負荷しながら強化繊維基材シート14を供給することを特徴とする。
【選択図】図2
Description
特許文献1に開示されている発明は、ロービング材または糸状にした強化繊維基材を積層するものである。
また、特許文献2には、強化繊維基材をテープ状にしてその強化繊維基材と同じ幅を有するローラによって繊維幅全体を押さえて型上に圧接しながら積層させる装置が開示されているが、シート状の強化繊維基材を積層する具体的な方法等については開示されていない。
また、特許文献3には、強化繊維基材シートを型上に積層させる門型の装置が開示されているが、装置が大掛かりなため設置コストが係るという問題があった。
すなわち、本発明に係る強化繊維基材積層装置は、型上に積層させる強化繊維基材シートを繰り出すシート繰り出し手段と、前記型上に前記強化繊維基材シートを圧接させる圧接手段と、を有する強化繊維基材積層装置において、前記圧接手段は、前記強化繊維基材シートよりも狭い幅を有し、前記シート繰り出し手段は、前記圧接手段との間で張力を負荷しながら前記強化繊維基材シートを供給することを特徴とする。
なお、強化繊維基材シートとは、ガラス繊維やカーボン繊維等の強化繊維から形成されており、例えば、幅が約1mのシート状の織物をいう。本発明の強化繊維基材積層装置によって型上に強化繊維基材シートを積層させた後、VaRTAM工法等を用いて樹脂を含浸させて硬化させることにより構造部材である複合材(繊維強化プラスチック)が製作される。
なお、「摩擦抵抗」とは、例えば、強化繊維基材シートを繰り出す動きとともに生じる摩擦によって生じる抵抗を意味し、例えば、強化繊維基材シート繰り出し手段が、繊維ロールと、ロールの芯あるいはロールの芯内を通した軸を支える軸受とで構成させる場合には、軸受にすべり摩擦力が発生する軸受部材を採用することによって実現することができる。
また、可動手段を移動させることにより、繊維シート繰り出し手段や繊維シートロールの交換あるいは圧接手段のメンテナンス時に、シート繰り出し手段や圧接手段を型の長手方向および幅方向に対して直交する垂直方向に移動することができる。したがって、繊維シート繰り出し手段や繊維シートロールの交換あるいは圧接手段のメンテナンスが容易となる。
また、シート繰り出し手段や圧接手段を連続的に型の長手方向に移動することができるので、強化繊維基材シートを容易に大型部材の型に積層させることができる。
本発明の第1実施形態に係る強化繊維基材積層装置について図1および図2に基づいて説明する。
本実施形態に係る強化繊維基材積層装置1は、シート繰り出し機構(シート繰り出し手段)2と、このシート繰り出し機構2から繰り出された強化繊維基材シート14を翼型(型)15上に圧接する圧接ローラ(圧接手段)3とを備えている。
強化繊維基材シート14は、本実施形態にかかる強化繊維基材積層装置1によって翼型15上に積層された後、VaRAM工法等を用いて樹脂が含浸させられて硬化される。これにより、ブレードの腹側と背側との複合材(繊維強化プラスチック)が形成される。ブレードは、このように製作された腹側と背側との複合材を合わせて一体化されることによって形成される。
図4(A)に示すように、翼型15の長手方向と強化繊維基材シート14の繊維方向とを同じ方向にする。翼型15の幅方向である円孤AD,BCに強化繊維基材シート14の2辺A’D’,B’C’を合わせるように単純に真上から押さえつけるように積層させる。
強化繊維基材シート14は、例えば、約5mm幅のガラス繊維や炭素繊維等の各連続繊維束14a,14b,14c,・・・が翼型15(図3参照)の長手方向に沿って平行に配列された織物であり、約1mの幅を有している。また、強化繊維基材は高い弾性率を有しているため、強化繊維基材シート14は、積層時の圧接力で発生する作用力では、長手方向に伸張しない特性を有している。
強化繊維基材積層装置1は、手動により操作される。作業者がハンドル8の把持部を把持し、強化繊維基材積層装置1を翼型15の長手方向に押すように移動する。また、モータ9は、圧接ローラ軸3bを回転駆動させるために作動される。これにより、作業者が強化繊維基材積層装置1を翼型15の長手方向に押すように移動するとともに圧接ローラ部3aが翼型15上を回転する。そのため、強化繊維基材積層装置1は、翼型15上を移動することができる。
強化繊維基材積層装置1が翼型15上を移動するとともに、ロール軸2bが回転してシートロール部2aから圧接ローラ3へと強化繊維基材シート14が張力を負荷しながら繰り出される。シートロール部2aから圧接ローラ3へと繰り出された強化繊維基材シート14の張力は、ロール軸2bの回転時の摩擦抵抗により発生される。ロール軸2bの回転時の摩擦抵抗は、ロール軸2bとフレーム13a,13bとの接続部分に回転を円滑にする転がり軸受等を省略し、すべり摩擦力を発生させるすべり軸受を採用することによって生じさせる。
また、シートロール部2aが回転する時には、接着剤供給手段7より接着剤がシートロール部2aに巻回されている強化繊維基材シート14の表面に噴射される。シートロール部2aから繰り出された強化繊維基材シート14は、その中央部を圧接ローラ3により翼型15に圧接されるとともに接着させられる。
強化繊維基材積層装置1は、張力を負荷しながら強化繊維基材シート14を翼型15へと繰り出すとともに張力を保持したまま強化繊維基材シート14を翼型15に圧接する。強化繊維基材シート14よりも幅の狭い圧接ローラ3によって強化繊維基材シート14を圧接するので、圧接部分は翼型15上の所定位置に拘束されてしまうが、強化繊維基材シート14の圧接されなかった部分は翼型15上に拘束されないので、シート繰り出しローラ2と圧接ローラ3との間の張力によって強化繊維シートが変形し張力方向に相対的に変位する(ずれる)。そのため、翼型15上が曲面を有する場合であっても、強化繊維基材シート14を翼型15上に倣うようにシワ無く積層することができる。したがって、圧接ローラ3よりも幅広な強化繊維基材シート14を翼型15上へしわなく積層することができる。
なお、本実施形態では型に風車のブレードを形成する翼型15を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく湾曲や屈曲している型であれば良い。これらの型に積層する強化繊維基材としては、ガラス繊維や炭素繊維などが挙げられる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態の強化繊維基材積層装置の構成と積層方法は、補助圧接手段を有している点において第1実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および積層方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
補助圧接ローラ(補助圧接手段)4,5は、複数(例えば、2つ)備えられている。これらの補助圧接ローラ4,5は、補助圧接ローラ部4a,5aと、図示しない補助圧接ローラ軸とを備えている。
フレーム13a,13bから下方に伸びる部材10,11に接続されている補助圧接ローラ軸は、補助圧接ローラ部4a,5aの中心を貫通している。補助圧接ローラ4,5は、圧接ローラ3の両側に設けられ、圧接ローラ3を挟んで翼型15の幅方向に一列になるように均等な間隔を持って設けられている。補助圧接ローラ4,5は、強化繊維基材シート14が翼型15上から剥離しないように強化繊維基材シート14を翼型15上に押圧する。
補助圧接ローラ4,5により、強化繊維基材シート14は、翼型15上に押圧される。したがって、強化繊維基材シート14が翼型15上から剥離することを抑制することができる。
以下、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態の強化繊維基材積層装置の構成および積層方法は、可動手段を有し、可動手段が翼型の長手方向に沿うように移動される点において第1実施形態と相違し、その他は同様である。したがって、同一の構成および積層方法については、同一の符号を付してその説明を省略する。
アーム手段(可動手段)20は、アーム22が接続されているベース21と、シート繰り出し機構2および圧接ローラ3を備えたアーム22とを有している。
ベース21は、ベース部21aと、走行ローラ21bと、モータ(図示せず)とを備えている。走行ローラ21bは、工場内に設けられているレール30上を回動する。ベース部21aには、モータと、図示しない結合部(以下、第1結合部という。)とが設けられている。ベース部21aの第1結合部には、アーム22が接続されている。この第1結合部によりアーム22は、翼型15の幅方向に移動自在とされている。ベース部21aに設けられているモータは、アーム22を移動させる動力源である。このモータは、アーム22を第1結合部により翼型15の幅方向と、後述する第2結合部により翼型15の長手方向および幅方向に対して直交する垂直方向(図7において上下方向)とに移動自在とされる。
アーム手段20を備えている強化繊維基材積層装置1は、工場内に設置されたレール30上に備えられている。このレール30近傍には、レール30の延在する方向と翼型15の長手方向とが同じになるように翼型15が設置されている。この翼型15は、積層される面を上方にして据え付けられている。強化繊維基材積層装置1は、作業者によりレール30上を翼型15上の長手方向に移動される。強化繊維基材積層装置1がレール30上を移動するとともに、アーム手段20に設けられているシート繰り出し機構2より強化繊維基材シート14が繰り出される。繰り出された強化繊維基材シート14は、圧接ローラ3により翼型15上に圧接および接着される。アーム手段20に設けられているモータによりアーム22を移動させることによって、翼型15上の幅方向の任意の位置に強化繊維基材シート14と圧接ローラ3とを移動させることができる。
シート繰り出し機構2と圧接ローラ3とは、翼型15の長手方向と、翼型15の長手方向および幅方向に対して直交する垂直方向(図7において上下方向)とに移動自在とされる。そのため、湾曲や屈曲した翼型15上に強化繊維基材シート14を積層する場合であっても、アーム手段20を移動することにより圧接ローラ3を翼型15上に圧接することができる。したがって、湾曲や屈曲した翼型15上であっても翼型15上から圧接ローラ3が離れることなく強化繊維基材シート14を積層することができる。
また、アーム手段20を移動させることにより、強化繊維シートロールの交換、シート繰り出し機構2および圧接ローラ3のメンテナンス時に、シート繰り出し機構2や圧接ローラ3を翼型15の長手方向および幅方向に対して直交する垂直方向(図7において上下方向)に移動することができるため、これらの作業が容易となる。
また、シート繰り出し機構2や圧接ローラ3を連続的に翼型15の長手方向に移動することができるので、強化繊維基材シート14を簡易的に大型の翼型15上に積層させることができる。
また、アーム22は、シート繰り出し機構2と圧接ローラ3とを片持ち支持していると説明したが、フレームを増設して圧接ローラ3の中央位置を支持する形態としても良い。
さらに圧接ローラ3は水平に支持するだけでなく、翼型15形状によっては傾けて支持し作業性を向上させることも可能である。
2 シート繰り出し手段(シート繰り出し機構)
3 圧接手段(圧接ローラ)
14 強化繊維基材シート
15 型(翼型)
Claims (8)
- 型上に積層させる強化繊維基材シートを繰り出すシート繰り出し手段と、
前記型上に前記強化繊維基材シートを圧接させる圧接手段と、を有する強化繊維基材積層装置において、
前記圧接手段は、前記強化繊維基材シートよりも狭い幅を有し、
前記シート繰り出し手段は、前記圧接手段との間で張力を負荷しながら前記強化繊維基材シートを供給することを特徴とする強化繊維基材積層装置。 - 前記圧接手段は、前記強化繊維基材シートの中央部を圧接することを特徴とする請求項1に記載の強化繊維基材積層装置。
- 前記シート繰り出し手段から繰り出される前記強化繊維基材シートの張力は、前記シート繰り出し手段の摩擦抵抗により発生されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の強化繊維基材積層装置。
- 前記シート繰り出し手段は、前記強化繊維基材シートと前記型とを接着させる接着剤を供給する接着剤供給手段を備えていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の強化繊維基材積層装置。
- 前記型は、前記強化繊維基材シートを積層させることにより風車のブレードなどの大型繊維強化プラスチック製品を形成するものであって、
前記シート繰り出し手段は、ハンドルを有し、
前記圧接手段は、圧接ローラと該圧接ローラを駆動する駆動手段とを備えていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の強化繊維基材積層装置。 - 前記強化繊維基材シートを前記型上に押圧する補助圧接手段が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の強化繊維基材積層装置。
- 前記シート繰り出し手段と前記圧接手段とが接続されている可動手段を有し、
該可動手段は、前記型の長手方向に沿うように移動され、前記シート繰り出し手段と前記圧接手段とを前記型の幅方向と、前記型の長手方向および幅方向に対して直交する垂直方向とに移動自在とされることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の強化繊維基材積層装置。 - 型上に積層させる強化繊維基材シートを繰り出すシート繰り出し手段と、
前記型上に前記強化繊維基材シートを圧接させる圧接手段と、を有する強化繊維基材積層装置の積層方法において、
前記圧接手段は、前記強化繊維基材シートよりも狭い幅を有し、
前記シート繰り出し手段は、前記圧接手段との間で張力を負荷しながら前記強化繊維基材シートを供給することを特徴とする強化繊維基材積層装置の積層方法。
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