JP2016130373A - 処理方法および処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】一方向強化繊維束を安定して高速に処理して開繊することができる技術を提供する。【解決手段】支持体２の支持面２１と、該支持面２１に直交する押圧方向Ｚに超音波振動する共振器３１の押圧面３５ａとの間に一方向強化繊維束Ｂを挟んだ状態で、押圧面３５ａによる一方向強化繊維束Ｂの押圧箇所を一方向強化繊維束Ｂの長手方向Ｙに沿って移動させることにより、気流を利用した従来の技術を比較すると、開繊する際に一方向強化繊維束Ｂに強い張力を作用させながら処理することができるので、一方向強化繊維束Ｂを安定して高速に処理して開繊することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、一方向性強化繊維束を開繊する処理方法および処理装置に関する。
従来、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の一方向強化繊維束を開繊して拡幅することにより一方向に引き揃えた扁平な状態の帯状の繊維束に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリオレフィン系樹脂や脂肪族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂などのマトリックス樹脂を含浸させた一方向プリプレグが提供されている。高品質の一方向プリプレグを形成するために一方向強化繊維束を精度よく開繊する必要があり、一方向強化繊維束を開繊する種々の技術が提案されている。例えば特許文献１，２には、一方向強化繊維束を長手方向に走行させながら、走行方向に対して交差する方向に一方向強化繊維束に気流を通過させることによって、一方向強化繊維束を幅方向に広げて開繊する技術が開示されている。
国際公開第９７／４１２８５号公報（第１３頁〜第１４頁、図２、要約書など） 特開平１１−２００１３６号公報（段落００２５、図１、要約書など）
特許文献１，２に開示されている技術では、気流により一方向強化繊維束を拡幅して開繊するため、開繊する際に一方向強化繊維束に強い張力を作用させることができない。したがって、安定して高速に一方向強化繊維束を処理するのが困難であった。
この発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、一方向強化繊維束を安定して高速に処理して開繊することができる技術を提供することを目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明にかかる処理方法は、支持体の支持面と、前記支持面に直交する押圧方向に超音波振動する押圧体の押圧面との間に一方向強化繊維束を挟んだ状態で、前記押圧面による前記一方向強化繊維束の押圧箇所を前記一方向強化繊維束の長手方向に沿って移動させて、前記一方向強化繊維束を開繊することを特徴としている（請求項１）。
また、本発明にかかる処理装置は、支持面を有する支持体と、押圧面を有する押圧体と、前記押圧体に前記支持面に直交する押圧方向への超音波振動を印加する振動手段と、前記支持面と、前記振動手段により前記押圧方向に超音波振動する前記押圧体の前記押圧面との間に前記一方向強化繊維束が挟まれた状態で、前記一方向強化繊維束と前記押圧体とを相対的に移動させる移動手段とを備え、前記移動手段により、前記押圧面による前記一方向強化繊維束の押圧箇所を前記一方向強化繊維束の長手方向に沿って移動させて、前記一方向強化繊維束を開繊することを特徴としている（請求項５）。
このように構成された発明では、支持体の支持面と、該支持面に直交する押圧方向に超音波振動する押圧体の押圧面との間に一方向強化繊維束を挟んだ状態で、押圧面による一方向強化繊維束の押圧箇所を一方向強化繊維束の長手方向に沿って移動させることにより、一方向強化繊維束を開繊することができる。したがって、気流を利用した従来の技術と比較すると、開繊する際に一方向強化繊維束に強い張力を作用させることができるので、一方向強化繊維束を安定して高速に処理して開繊することができる。
また、前記押圧面により前記一方向強化繊維束を前記支持面に対して所定の加圧力で押圧しながら前記押圧箇所を移動させるとよい（請求項２）。
このようにすれば、処理対象である一方向強化繊維束の太さや開繊処理後の繊維束の幅の目標値などに応じて予め設定された所定の加圧力で一方向強化繊維束を押圧しながら開繊することで、開繊後の繊維束の幅を精度よく調整することができる。
また、前記押圧面を前記支持面から所定間隙をあけて配置した状態で前記押圧箇所を移動させてもよい（請求項３）。
このようにすると、処理対象である一方向強化繊維束の太さや開繊処理後の繊維束の厚みの目標値などに応じて予め設定された所定間隙を支持面からあけて押圧面を配置した状態で一方向強化繊維束を開繊することで、開繊後の繊維束の厚みを精度よく調整することができる。
また、前記支持面と前記押圧面との間に、前記一方向強化繊維束を樹脂フィルムと重ねあわせて配置した状態で前記押圧箇所を移動させて、前記樹脂フィルムの樹脂を含浸させながら前記一方向強化繊維束を開繊するとよい（請求項４）。
また、前記支持面と前記押圧面との間に、前記一方向強化繊維束が樹脂フィルムと重ね合わされた状態で配置され、前記移動手段により、前記樹脂フィルムが重ね合わされた前記一方向強化繊維束の前記押圧箇所を移動させて、前記樹脂フィルムの樹脂を含浸させながら前記一方向強化繊維束を開繊するとよい（請求項６）。
このように構成すると、一方向強化繊維束を開繊すると同時に樹脂フィルムを溶融させて樹脂を繊維束に含浸させることができるので、従来必要であった含浸装置が不要となるため、一方向強化繊維束の処理コストを低減することができる。
本発明によれば、支持体の支持面と、該支持面に直交する押圧方向に超音波振動する押圧体の押圧面との間に一方向強化繊維束を挟んだ状態で、押圧面による一方向強化繊維束の押圧箇所を一方向強化繊維束の長手方向に沿って移動させることにより、気流を利用した従来の技術を比較すると、開繊する際に一方向強化繊維束に強い張力を作用させながら処理することができるので、一方向強化繊維束を安定して高速に処理して開繊することができる。
本発明の第１実施形態にかかる処理装置を示す正面図である。 図１の処理装置を左側面側から見た要部拡大図である。 図２の要部を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態にかかる処理装置を示す正面図である。 本発明の第３実施形態にかかる処理装置の要部を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態にかかる処理装置において処理される一方向強化繊維束および樹脂シートを示す横断面図である。
＜第１実施形態＞
この発明の第１実施形態にかかる処理装置について図１〜図３を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態にかかる処理装置を示す正面図、図２は図１の処理装置を左側面側から見た要部拡大図、図３は図２の要部を示す斜視図である。なお、図３では一方向強化繊維束Ｂの下面側に配置される樹脂フィルムＳと支持体２とが図示省略されている。また、図１〜図３では、本発明にかかる主要な構成のみが図示されており、説明を簡易なものとするために、その他の構成は図示省略されている。また、後の説明で参照する図４〜図６についても、図１〜図３と同様に主要な構成のみが図示されているが、以下の説明においてはその説明は省略する。
（処理装置）
図１および図２に示す処理装置１は、支持体２の支持面２１と、支持面２１に直交する押圧方向Ｚに超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａとの間に一方向強化繊維束Ｂを挟んだ状態で、一方向強化繊維束Ｂを長手方向Ｙに走行させることにより押圧面３５ａによる一方向強化繊維束Ｂの押圧箇所を一方向強化繊維束Ｂの長手方向Ｙに沿って移動させて、一方向強化繊維束Ｂに長手方向Ｙに沿って押圧面３５ａから押圧方向Ｚの超音波振動を印加することによって、一方向強化繊維束Ｂを長手方向Ｙに沿って連続的に開繊するものである。
また、この実施形態では、処理装置１は、支持面２１と押圧面３５ａとの間に、一方向強化繊維束Ｂを樹脂フィルムＳと重ねあわせて配置した状態で一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）を長手方向Ｙに走行させることによって、一方向強化繊維束Ｂの両面それぞれに重ね合わせた樹脂フィルムＳを超音波振動により溶融させて含浸させながら一方向強化繊維束Ｂを開繊する。したがって、樹脂フィルムＳが重ねあわされた一方向強化繊維束Ｂが処理装置１により処理されることによって、開繊された一方向強化繊維束Ｂの強化繊維のフィラメントが所定幅で一方向に引き揃えられた扁平な状態の帯状の繊維束Ｂ＊（図３参照）に樹脂フィルムＳの樹脂が含浸されて成る一方向プリプレグＰが形成される。
処理装置１は、支持体２と、一方向強化繊維束Ｂに押圧方向Ｚの超音波振動を印加する共振器３１を備えるヘッド部３と、支持手段３３に支持された共振器３１を駆動して押圧方向Ｚに往復移動させる加圧手段４と、その両面に樹脂フィルムＳが重ねあわされた一方向強化繊維束Ｂをステージ２とヘッド部３との間に供給する供給手段５と、処理装置１の各部の制御を行う制御装置（図示省略）とを備えている。なお、一方向強化繊維束Ｂは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維により形成され、マトリックス樹脂を成す樹脂フィルムＳは、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリオレフィン系樹脂や脂肪族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の熱可塑性樹脂により形成される。また、図３に示すように、樹脂フィルムＳは、その幅Ｗｓが一方向強化繊維束Ｂが開繊されて形成された帯状の繊維束Ｂ＊の幅Ｗｂよりも若干幅広のテープ状に形成されている。
支持体２は、ヘッド部３の下方に配置され、両面に樹脂フィルムＳが重ね合わされた状態の一方向強化繊維束Ｂをヘッド部３が備えるホーン３５の押圧面３５ａとの間に挟み込む平面状の支持面２１を有している。
ヘッド部３は、共振器３１に押圧方向Ｚへの超音波振動を印加する振動子３２（振動手段）がその一方端に接続された共振器３１と、共振器３１を支持する支持手段３３とを備え、振動子３２が共振器３１（ホーン３５）を超音波振動させることにより押圧面３５ａから一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）に超音波振動が印加される。
具体的には、共振器３１は、制御装置に制御された振動子３２が生成する超音波振動に共振してその中心軸の方向（押圧方向Ｚ）に超音波振動するものであって、ブースタ３４とホーン３５とを備え、ブースタ３４の他方端とホーン３５の一方端とが、互いの中心軸が同軸になるように無頭ねじにより連結されている。
ブースタ３４は、この実施形態では、例えば図２中の矢印Ｚ方向におけるそのほぼ中央の位置と、その両端位置とが最大振幅点となるように、共振周波数の一波長の長さに形成されている。このとき、矢印Ｚ方向において各最大振幅点から１／４波長離れた２つの位置が、それぞれブースタ３４の第１および第２最小振幅点に相当する。また、ブースタ３４は、その断面形状が円形状である円柱状に形成されている。そして、ブースタ３４の一方端に、ブースタ３４の中心軸と同軸になるように振動子３２が無頭ねじにより接続されている。
また、ブースタ３４の第１および第２最小振幅点に相当する位置の外周面には、それぞれの周方向に沿って凹状の溝が形成されることによりブースタ３４（共振器３１）が支持手段３３に把持されるための被把持部が形成されている。なお、この実施形態では、ブースタ３４の中心軸にほぼ直交する断面形状が八角形状となるように被把持部が形成されているが、その断面形状が円形状やその他の多角形状となるように被把持部を形成してもよい。
ホーン３５（本発明の「押圧体」に相当）は、一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）を支持体２の支持面２１に直交する押圧方向Ｚに押圧する平面状の押圧面３５ａを有し、振動子３２の振動に共振して超音波振動することにより押圧面３５ａから一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）に超音波振動を印加するものである。ホーン３５は、例えば図２中の矢印Ｚ方向におけるその両端位置が最大振幅点となるように、共振周波数の半波長の長さに形成されている。このとき、矢印Ｚ方向におけるホーン３５のほぼ中央の位置が第３最小振幅点に相当する。また、図２および図３に示すように、ホーン３５は、直方体状に形成されている。そして、ホーン３５の押圧面３５ａは、樹脂フィルムＳ（開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊）に対して、押圧方向Ｚおよび長手方向Ｙにほぼ直交する幅方向Ｘにおいて幅広に形成されている（ホーン３５の幅Ｗｈ≧樹脂フィルムＳの幅Ｗｓ≧帯状の繊維束Ｂ＊の幅Ｗｂ）。
なお、この実施形態では、共振器３１は、その共振周波数が約１５ｋＨｚ〜約６０ｋＨｚ、その振動振幅（矢印Ｚ方向における伸縮の振幅）が約２μｍ〜約３００μｍとなるように構成されており、振動子３２により生成される超音波振動に共振して共振器３１が超音波振動することによって、ホーン３５の押圧面３５ａから一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）に対して押圧方向Ｚの超音波振動が印加される。
支持手段３３は、基部３６とクランプ手段３７とを備え、クランプ手段３７でブースタ３４の被把持部を把持することにより共振器３１を支持するものであり、基部３６には、加圧手段４のボールねじ４２に螺合するねじ穴が矢印Ｚ方向に形成されている。
また、クランプ手段３７は、ブースタ３４に形成された２つの被把持部を把持できるように、基部３６の２ヶ所に設けられており、それぞれ、ブースタ３４の被把持部を挟持する第１および第２部材を備えている。具体的には、クランプ手段３７の第１および第２の部材には、被把持部の断面形状に係合可能な形状を有する凹部がそれぞれ設けられている。そして、第１および第２部材の凹部でブースタ３４の被把持部を狭持するように、被把持部を形成する凹状の溝に、基部３６に支持されたクランプ手段３７の第１および第２部材が嵌挿され、ボルトで第１および第２部材が固定されることにより、ブースタ３４の被把持部がクランプ手段３７により把持される。
なお、共振器３１を支持する支持手段３３の構成は、上記したように、ブースタ３４に形成された被把持部を把持（クランプ）した状態でボルトにより固定されるクランプ手段３７に限られず、例えば、電気制御可能に構成された機械的なクランプ機構や、ワンタッチで取り付け可能なクランプ機構など、ブースタ３４の被把持部を支持することができる構成あればどのようなものであってもよい。
また、共振器３１に形成される被把持部の位置は、最小振幅点に限らず、共振器３１の任意の位置に被把持部を形成すればよい。また、被把持部の構成は、共振器３１の外周面に周方向に沿って凹状の溝が形成された構成に限られず、例えば、共振器３１の外周面に周方向に沿って凸状のフランジが形成された構成など、支持手段３３により把持することができれば、被把持部がどのような形状に構成されてもよい。また、被把持部が支持手段３３により、Ｏリングやダイアフラム等の弾性部材を介して支持されていてもよい。
加圧手段４は、ホーン３５の押圧面３５ａが支持体２の支持面２１と対向するように支持手段３３に支持された共振器３１を、押圧方向Ｚに駆動して支持体２に近接または支持体２から離間させるものであって、駆動モータ４１とボールねじ４２とを備えている。また、架台（図示省略）に立設された支柱（図示省略）にガイド４３が結合されており、加圧手段４は、フレーム４４を介して支柱およびガイド４３に連結されている。
そして、制御装置に制御されて駆動モータ４１が回転することにより、ガイド４３に矢印Ｚ方向に設けられた凸状のレール４３ａと支持手段３３に設けられたガイド（図示省略）とが摺接しつつ、ボールねじ４２に螺合された支持手段３３が移動方向Ｚにおいて上下動し、これにより、支持手段３３に支持された共振器３１が支持体２に近接または支持体２から離間する。
また、加圧手段４は、制御装置による制御に基づいて駆動モータ４１の駆動トルクを調整することにより、所定の加圧力で支持手段３３に支持された共振器３１を支持体２に近接させることができるように構成されている。また、支柱にはリニアエンコーダ（図示省略）が設けられており、これにより矢印Ｚ方向（押圧方向）におけるヘッド部３の高さが検出されて、リニアエンコーダの検出信号に基づいて制御装置により駆動モータ４１を制御することにより、ヘッド部３の高さを調整することができる。
そして、共振器３１の中心軸の方向が基部３６に形成されたねじ穴とほぼ同じ方向、すなわち、共振器３１の中心軸の方向と加圧手段４による共振器３１の移動方向（押圧方向Ｚ）とがほぼ同方向となり、ホーン３５の押圧面３５ａが支持体２と対向するように、支持手段３３により共振器３１が支持されている。したがって、加圧手段４により基部３６が下動されることで共振器３１（ホーン３５）が押圧方向Ｚに駆動されて一体的に支持体２に近接し、これにより、加圧手段４による加圧力が押圧面３５ａから支持体２の支持面２１に支持された一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）に加えられる。すなわち、加圧手段４により制御されることによって、超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａにより一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）が支持体２の支持面２１に対して押圧されて加圧される。
なお、この実施形態では、押圧面３５ａにより一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）が支持面２１に対して所定の一定の加圧力で押圧されるように駆動モータ４１が制御装置により制御される。また、共振器３１（基部３６）の押圧方向Ｚにおける高さ位置が、図２中の矢印Ｌに示すように共振器３１が最大に伸長したときの押圧面３５ａと支持面２１との間隔が所定間隙Ｇとなる位置Ｈに達したときには、共振器３１が位置Ｈを越えて支持体２側に移動しないように、駆動モータ４１が制御装置により制御される。なお、押圧面３５ａによる一方向強化繊維束Ｂに対する加圧力の大きさや、押圧面３５ａと支持面２１との間隙Ｇの大きさは、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊の幅や厚み、一方向プリプレグＰの幅や厚みに応じて、適宜、最適な値を設定すればよい。例えば、一方向強化繊維束Ｂや樹脂フィルムＳに対する処理試験を繰り返し行うことにより、最適な加圧力や間隙Ｇの値を設定してもよい。
供給手段５（本発明の「移動手段」に相当）は、図１に示すように、一方向強化繊維束Ｂを巻回保持する第１の供給ローラ５１と、それぞれ樹脂フィルムＳを巻回保持する第２、第３の供給ローラ５２，５３と、引出ローラ５４と、張力調整用ローラ５５と、収納ローラ５６とを備えている。一方向強化繊維束Ｂおよび両樹脂フィルムＳそれぞれは、引出ローラ５４の矢印方向に回転する駆動ローラ５４ａおよび従動ローラ５４ｂによりニップされることによって、各供給ローラ５１〜５３から引き出されると共に、両樹脂フィルムＳ間に挟まれた状態の一方向強化繊維束Ｂがホーン３５の押圧面３５ａと支持体２の支持面２１との間に供給される。
このとき、両面に樹脂フィルムＳが重ねあわされた一方向強化繊維束Ｂは、ヘッド部３よりも下流側に配置された張力調整用ローラ５５の矢印方向に回転する駆動ローラ５５ａおよび従動ローラ５５ｂによりニップされることによって、その張力を調整されながら押圧面３５ａと支持面２１との間に挟まれた状態で長手方向Ｙに走行する。したがって、この実施形態では、一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）とホーン３５とが長手方向Ｙにおいて相対的に移動するので、一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）が押圧面３５により所定の一定の加圧力で押圧される箇所が、一方向強化繊維束Ｂの長手方向Ｙに沿って移動する。そして、両面に樹脂フィルムＳが重ねあわされた一方向強化繊維束Ｂがホーン３５の押圧面３５ａと支持体２の支持面２１との間を通過することにより形成された一方向プリプレグＰが、収納ローラ５６に巻回されて収納される。なお、第２、第３の供給ローラ５２，５３のいずれか一方のみが設けられることにより、一方向強化繊維束Ｂの片面のみに樹脂フィルムＳが重ね合わされるようにしてもよい。
（開繊・含浸処理）
次に、処理装置１において実行される開繊・含浸処理の一例について説明する。
まず、所定の強化繊維の集合体から成る一方向強化繊維束Ｂを用意する。そして、その両面に所定の厚みの樹脂フィルムＳを重ねあわせた状態で一方向強化繊維束Ｂを、超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａにより支持体２の支持面２１に対して所定の加圧力で押圧しながら、長手方向Ｙに走行させることにより、図３に示すように、一方向強化繊維束Ｂの幅が幅Ｗｂまで広げられ、その厚みが所定の厚みになるように薄く形成された帯状の繊維束Ｂ＊に、樹脂フィルムＳの樹脂が含浸されて成る一方向プリプレグＰが形成される。
以上のように、この実施形態では、支持体２の支持面２１と、該支持面２１に直交する押圧方向Ｚに超音波振動するホーン３５の押圧面３５ａとの間に一方向強化繊維束Ｂを挟んだ状態で、押圧面３５ａによる一方向強化繊維束Ｂの押圧箇所を一方向強化繊維束Ｂの長手方向Ｙに沿って移動させることにより、一方向強化繊維束Ｂを開繊することができる。したがって、例えば気流を利用した従来の技術を比較すると、開繊する際に一方向強化繊維束Ｂに強い張力を作用させることができるので、一方向強化繊維束Ｂを安定して高速に処理して開繊することができる。
また、一般的に、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊は、不安定で絡まりやすいが、支持面２１と押圧面３５ａとの間に一方向強化繊維束Ｂと樹脂フィルムＳとを重ねあわせて配置した状態で、一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）を長手方向Ｙに走行させることによって、一方向強化繊維束Ｂを開繊すると同時に樹脂フィルムＳを溶融させた樹脂を帯状の繊維束Ｂ＊に含浸させることができる。したがって、従来必要であった含浸装置が不要であり、１工程で一方向プリプレグＰを形成することができるので、一方向強化繊維束Ｂの処理コストを低減することができる。また、ホーン３５から物理的な超音波振動が印加されながら樹脂フィルムＳの樹脂と帯状の繊維束Ｂ＊とが接触することにより、強化繊維の各フィラメントと樹脂との接合界面の反応を促進させて良好な接合状態にすることができ、樹脂フィルムＳの樹脂を帯状の繊維束Ｂ＊に良好に含浸させることができる。したがって、一方向プリプレグＰを用いた成形品の物性を向上させることができる。また、開繊と同時に帯状の繊維束Ｂ＊に樹脂が含浸されるので、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊に毛羽等が発生するおそれがなく、開繊後の繊維束Ｂ＊の取り扱いが容易である。
また、処理対象である一方向強化繊維束Ｂの太さや開繊処理後の帯状の繊維束Ｂ＊の幅Ｗｂや厚みの目標値に応じて予め設定された所定の加圧力で一方向強化繊維束Ｂを押圧しながら開繊することで、開繊後の繊維束Ｂ＊の幅Ｗｂおよび厚みを精度よく調整することができる。
また、処理対象である一方向強化繊維束Ｂの太さや開繊処理後の帯状の繊維束Ｂ＊の厚みや幅Ｗｂの目標値に応じて予め設定された所定間隙Ｇよりも支持面２１との間隔が狭くならないように押圧面３５ａを配置した状態で一方向強化繊維束Ｂを開繊することで、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊の厚みおよび幅Ｗｂを精度よく調整することができる。なお、超音波振動するホーン３５の最大伸長時の押圧面３５ａと支持面２１との間隔が常に所定間隙Ｇとなるように、共振器３１を押圧方向Ｚにおける位置Ｈに固定配置した状態で（図２参照）、一方向強化繊維束Ｂ（樹脂フィルムＳ）を長手方向Ｙに走行させてもよい。このようにしても、開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊の厚みおよび幅Ｗｂを精度よく調整することができる。
＜第２実施形態＞
この発明の第２実施形態にかかる処理装置について図４を参照して説明する。図４は本発明の第２実施形態にかかる処理装置を示す正面図である。
図４に示す処理装置１ａが上記した第１実施形態と異なるのは、図４に示すように、含浸装置６において含浸処理が行われる点である。すなわち、樹脂フィルムＳが重ね合わされていない状態で押圧面３５ａと支持面２１との間を通過することにより一方向強化繊維束Ｂが開繊された後に、帯状の繊維束Ｂ＊に樹脂フィルムＳが重ね合わされて含浸装置６において含浸処理が行われる。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。
含浸装置６は、図４に示すように、樹脂フィルムＳが両面に重ね合わされた帯状の繊維束Ｂ＊を上下方向から挟み込んで加圧可能に構成され、同図中の矢印方向に回転するベルトユニット６１，６２と、ベルトユニット６１，６２の内側に配置された加熱機構６３および冷却機構６４とを備えている。また、加熱機構６３は上流側に配置され、冷却機構６４は下流側に配置されている。このように構成された含浸装置６では、樹脂フィルムＳが両面に重ね合わされた帯状の繊維束Ｂ＊が通過する際に、上流側において、ベルトユニット６１，６２により加圧されながら加熱機構６３により加熱されることによって溶融した樹脂フィルムＳの樹脂が帯状の繊維束Ｂ＊に含浸される。そして、下流側において、ベルトユニット６１，６２により加圧されながら冷却機構６４により冷却されることによって繊維束Ｂ＊に含浸した樹脂が固化し、一方向プリプレグＰが形成される。なお、上記した第１実施形態と同様に、張力調整用ローラ５５が適宜最適な場所にさらに設けられていてもよい。
このように構成しても、上記した第１実施形態と同様に、押圧面３５ａと支持面２１との間を通過させることにより一方向強化繊維束Ｂを開繊することによって、一方向強化繊維束Ｂを安定して高速に処理して開繊することができる。また、一方向強化繊維束Ｂを安定して開繊することにより、樹脂を含浸させる帯状の繊維束Ｂ＊の厚み（含浸距離：強化繊維フィラメントの本数）を薄くすることができるので、短時間で繊維束Ｂ＊に樹脂を含浸させることができると共に、ボイドの発生を抑制し、不完全な含浸を防止することができる。したがって、一方向プリプレグＰを用いた成形品の物性を向上させることができる。
＜第３実施形態＞
この発明の第３実施形態にかかる処理装置について図５を参照して説明する。図５は本発明の第３実施形態にかかる処理装置の要部を示す斜視図である。なお、図５では、図３と同様に帯状の強化繊維束Ｂ＊の下面側に配置される樹脂フィルムＳと、支持体２とが図示省略されている。
図５に示す処理装置１ｂが上記した第２実施形態と異なるのは、図５に示すように、含浸装置７の構成が異なる点である。その他の構成および動作は、上記した第１実施形態の構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。
含浸装置７は、図５に示すように、開繊処理に用いられるホーン３５とほぼ同様の構成のホーン１３５を備えている。そして、含浸装置７のホーン１３５の押圧面１３５ａと、支持体２の支持面２１との間を、樹脂フィルムＳが重ね合わされた帯状の繊維束Ｂ＊が通過することにより、上記した第１実施形態と同様に、押圧面１３５ａから超音波振動が印加されて溶融した樹脂フィルムＳの樹脂が帯状の繊維束Ｂ＊に含浸されて、プリプレグＰが形成される。
このように構成すると、上記した第２実施形態の構成と比較すると、超音波振動が印加されることにより含浸時間をさらに短縮することができると共に、含浸装置７の含浸能力を向上させることができる。また、上記した第１実施形態と同様に、超音波振動が印加されて含浸処理が実行されているので、強化繊維の各フィラメントと樹脂との接合界面の反応を促進させて良好な接合状態にすることができ、樹脂フィルムＳの樹脂を帯状の繊維束Ｂ＊に良好に含浸させることができる。したがって、一方向プリプレグＰを用いた成形品の物性を向上させることができる。
＜第４実施形態＞
この発明の第４実施形態にかかる処理装置について図６を参照して説明する。図６は本発明の第４実施形態にかかる処理装置において処理される一方向強化繊維束および樹脂シートを示す横断面図である。
この実施形態が上記した第１〜第３実施形態と異なるのは、図６に示すように、２束の一方向強化繊維束Ｂ、または、２束の開繊後の帯状の繊維束Ｂ＊により樹脂フィルムＳが挟み込まれた状態で含浸処理が実行される点である。その他の構成および動作は、上記した第１〜第３実施形態のうちのいずれかの構成および動作と同様であるため同一符号を引用することによりその構成および動作の説明を省略する。
このように、一方向強化繊維束Ｂ（帯状の繊維束Ｂ＊）と樹脂シートＳとを図６に示すように重ねあわせても、上記した各実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、上記した各実施形態の構成をどのように組み合わせてもよい。例えば、ホーン３５（共振器３１）を長手方向Ｙに移動させることにより、ホーン３５の押圧面３５ａによる一方向強化繊維束Ｂの押圧箇所が移動するようにしてもよい。また、ホーン３５（共振器３１）および一方向強化繊維束Ｂの両方を相対的に長手方向Ｙに移動させることにより、ホーン３５の押圧面３５ａによる一方向強化繊維束Ｂの押圧箇所が移動するようにしてもよい。
また、上記した加圧手段４にシリンダを追加することにより、シリンダの差圧を利用してホーン３５の押圧面３５ａによる一方向強化繊維束Ｂに対する加圧力を設定するようにしてもよい。
また、上記した第２および第３実施形態において、含浸装置の構成は上記した例に限定されるものではなく、一般的に使用される含浸装置により含浸処理を行うようにすればよい。
また、押圧体および押圧面の形状等の構成は上記したホーン３５の構成に限定されるものではなく、平面状の押圧面を有し、一方向強化繊維束Ｂを少なくとも幅方向に渡って支持面２１に対して押圧面により押圧できる構成であれば、押圧体をどのような形状に構成してもよい。例えば、その側面視形状が押圧面３５ａ，１３５ａに向ってくちばし状に先細りする形状にホーン３５，１３５を構成することができる。
また、上記した加圧手段４は上記した構成に限られるものではなく、共振器３１を移動させることができれば、リニアモータやシリンダ等の周知のアクチュエータを用いるなど、どのように加圧手段４を構成してもよい。
また、押圧体および支持体それぞれの配置位置は、図１の紙面に向かって上下方向に並べて配置された上記した例に限定されるものではなく、押圧体および支持体の上下方向の位置を入れ換えて配置してもよいし、押圧体および支持体を図１の紙面に向かって左右方向に並べて配置してもよい。
そして、一方向性強化繊維束を開繊する処理方法および処理装置に本発明を広く適用することができる。
１，１ａ，１ｂ…処理装置
２…支持体
２１…支持面
３２…振動子（振動手段）
３５…ホーン（押圧体）
３５ａ…押圧面
５…供給手段（移動手段）
Ｂ…一方向強化繊維束
Ｇ…間隙
Ｓ…樹脂フィルム
Ｙ…長手方向
Ｚ…押圧方向

Claims (6)

  1. 支持体の支持面と、前記支持面に直交する押圧方向に超音波振動する押圧体の押圧面との間に一方向強化繊維束を挟んだ状態で、前記押圧面による前記一方向強化繊維束の押圧箇所を前記一方向強化繊維束の長手方向に沿って移動させて、前記一方向強化繊維束を開繊する
    ことを特徴とする処理方法。
  2. 前記押圧面により前記一方向強化繊維束を前記支持面に対して所定の加圧力で押圧しながら前記押圧箇所を移動させることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
  3. 前記押圧面を前記支持面から所定間隙をあけて配置した状態で前記押圧箇所を移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の処理方法。
  4. 前記支持面と前記押圧面との間に、前記一方向強化繊維束を樹脂フィルムと重ねあわせて配置した状態で前記押圧箇所を移動させて、前記樹脂フィルムの樹脂を含浸させながら前記一方向強化繊維束を開繊する
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の処理方法。
  5. 支持面を有する支持体と、
    押圧面を有する押圧体と、
    前記押圧体に前記支持面に直交する押圧方向への超音波振動を印加する振動手段と、
    前記支持面と、前記振動手段により前記押圧方向に超音波振動する前記押圧体の前記押圧面との間に前記一方向強化繊維束が挟まれた状態で、前記一方向強化繊維束と前記押圧体とを相対的に移動させる移動手段とを備え、
    前記移動手段により、前記押圧面による前記一方向強化繊維束の押圧箇所を前記一方向強化繊維束の長手方向に沿って移動させて、前記一方向強化繊維束を開繊する
    ことを特徴とする処理装置。
  6. 前記支持面と前記押圧面との間に、前記一方向強化繊維束が樹脂フィルムと重ね合わされた状態で配置され、
    前記移動手段により、前記樹脂フィルムが重ね合わされた前記一方向強化繊維束の前記押圧箇所を移動させて、前記樹脂フィルムの樹脂を含浸させながら前記一方向強化繊維束を開繊する
    ことを特徴とする請求項５に記載の処理装置。
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