JP2022046379A - プリプレグ積層装置、プリプレグ積層方法及び複合材成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な形状を有する複合材を容易に成形できるようにすることである。
【解決手段】実施形態に係るプリプレグ積層装置は、第１のプリプレグのテープを送り出す第１のローラと、第２のプリプレグのテープを送り出す第２のローラと、前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープを直接又は間接的に積層するためのテーブルと、前記第１のローラ及び前記第２のローラの少なくとも一方の、回転軸と平行でない軸を中心とする前記テーブルに対する相対的な回転移動及び前記第１のローラと前記第２のローラとの間における相対移動の少なくとも一方を行いながら、前記第１のローラ及び前記第２のローラを前記テーブルに対して相対移動させることによって、前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープを送り出し方向に送り出す送り機構とを有するものである。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、プリプレグ積層装置、プリプレグ積層方法及び複合材成形方法に関する。

従来、樹脂を繊維で強化した材料としてガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）が知られている。ＦＲＰは複合材とも呼ばれ、繊維に樹脂を含浸させた状態で樹脂を硬化することによって製作される。

代表的な複合材の成形方法としては、未硬化の樹脂を繊維に含浸させたシート状の素材であるプリプレグを積層して賦形し、賦形したプリプレグの積層体を硬化することによって製作する方法と、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法が挙げられる。ＲＴＭ法は、樹脂を含浸させる前の繊維シートを積層して賦形した後に樹脂を含浸させて硬化する複合材の成形方法である。

従って、複合材を成形するためには、素材として繊維シート又はプリプレグのシートを準備することが必要となる。そこで、炭素繊維束やガラス繊維束等の強化繊維束を薄く均一に広げる開繊と呼ばれる技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

開繊は、０．００７ｍｍ程度の太さを有する繊維を１２，０００本から２４，０００本程度束ねることによって得られる繊維束を、ローラ等を用いて連続的に幅を広げながら薄くする作業である。近年では開繊によって得られるテープ状の繊維がドライテープ材という名称で販売されている。

国際公開第２０１０／１３７５２５号

複合材成形においては、大きな曲率で板厚方向に概ね垂直な方向に湾曲する環状扇形に近い形状を有する板材や幅が変化する板材のように複雑な形状を有する複合材を成形できるようにすることが課題である。

例えば、ロール状の素材として市販されているプリプレグのテープ材及びドライテープ材の幅は一定であるため、テープ材の進行方向を変化させながら行うテープ材の積層、すなわちステアリング（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）を伴うテープ材の積層によって環状扇形の複合材を成形しようとすると、環状扇形の内側の円弧の長さと外側の円弧の長さが異なることから、外側ほど張力が大きくなって突っ張る一方、内側ほど弛んで皺が生じることになる。このため、環状扇形の曲率が大きい場合には、繊維の切断に伴う強度の低下を甘受してテープ材を裁断して積層するか、或いは、荷重に対向するために好ましい繊維の配向を変更してテープ材を積層せざるを得ない場合がある。

同様に幅が変化する複合材を成形する場合においても、繊維の切断に伴う強度の低下を甘受して幅が一定のテープ材を裁断して積層するか、或いは、荷重に対向するために好ましい繊維の配向を変更してテープ材を積層せざるを得ない場合がある。

また、テープ材の裁断やテープ材の積層方向の変更によっても複合材の品質を維持できない程、複雑な形状を有する複合材は製造することができない。

そこで、本発明は、複雑な形状を有する複合材を容易に成形できるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態に係るプリプレグ積層装置は、繊維強化プラスチックの素材である第１のプリプレグのテープを送り出す第１のローラと、繊維強化プラスチックの素材である第２のプリプレグのテープを送り出す第２のローラと、前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープを直接又は間接的に積層するためのテーブルと、前記第１のローラ及び前記第２のローラの少なくとも一方の、回転軸と平行でない軸を中心とする前記テーブルに対する相対的な回転移動及び前記第１のローラと前記第２のローラとの間における相対移動の少なくとも一方を行いながら、前記第１のローラ及び前記第２のローラを前記テーブルに対して相対移動させることによって、前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープを送り出し方向に送り出す送り機構とを有するものである。

また、本発明の実施形態に係るプリプレグ積層方法は、上述したプリプレグ積層装置を用いて前記第１のプリプレグ及び前記第２のプリプレグの積層体を製作するものである。

また、本発明の実施形態に係るプリプレグ積層方法は、繊維強化プラスチックの素材である第１のプリプレグのテープを第１のローラで送り出すステップと、繊維強化プラスチックの素材である第２のプリプレグのテープを第２のローラで送り出すステップと、前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープをテーブルに直接又は間接的に積層するステップとを有し、前記第１のローラ及び前記第２のローラの少なくとも一方の、回転軸と平行でない軸を中心とする前記テーブルに対する相対的な回転移動及び前記第１のローラと前記第２のローラとの間における相対移動の少なくとも一方を行いながら、前記第１のローラ及び前記第２のローラを前記テーブルに対して相対移動させることによって、前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープを送り出し方向に送り出すものである。

また、本発明の実施形態に係る複合材成形方法は、上述したプリプレグ積層装置を用いて製作された前記第１のプリプレグ及び前記第２のプリプレグの前記積層体を硬化することによって繊維強化プラスチックを成形するものである。

また、本発明の実施形態に係る複合材成形方法は、上述したプリプレグ積層方法で製作された前記第１のプリプレグ及び前記第２のプリプレグの前記積層体を硬化することによって繊維強化プラスチックを成形するものである。

本発明の第１の実施形態に係るプリプレグ積層装置の構成図。 図１に示すプリプレグ積層装置の側面図。 図１に示す積層ヘッド内外における詳細構成例を示す側面図。 図３に示すフィードローラ、カッタ及びコンパクションローラの斜視図。 従来の幅が一定のプリプレグのテープを環状扇形に積層した例を示すプリプレグの上面図。 図４に示す複数のフィードローラから送り出される複数のプリプレグのテープを環状扇形に積層した例を示すプリプレグの上面図。 本発明の第２の実施形態に係るプリプレグ積層装置の積層ヘッドに備えられる複数のローラの構成を示す斜視図。 図７に示すオーバーラップ量調整装置を両側の２つのフィードローラから送り出されるプリプレグのテープの厚さ方向から見た矢視図。 プリプレグ積層装置の積層ヘッド内に５つの動力ローラが設けられる場合における各動力ローラの配置例を示す斜視図。 図９に示す動力ローラの側面図。 図９に示す動力ローラの間隔を狭くした例を示す斜視図。 図９に示す動力ローラの間隔を変化させるためのオーバーラップ量調整装置の構成例を示す図。 図９に示す５つの動力ローラを備えた積層ヘッドで積層することが可能なプリプレグのテープの積層体の一例を示す上面図。

本発明の実施形態に係るプリプレグ積層装置、プリプレグ積層方法及び複合材成形方法について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係るプリプレグ積層装置１の全体的な概略構成を示す正面図であり、図２は図１に示すプリプレグ積層装置１の側面図である。

プリプレグ積層装置１は、ＦＲＰからなる複合材の素材であるプリプレグＰを積層することによってプリプレグＰの積層体を製作するための装置である。プリプレグＰは、未硬化の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含侵させたシート状の繊維である。プリプレグ積層装置１は、テープ状のプリプレグＰを巻いたロールを素材としてプリプレグＰの積層体を製作するプリプレグＰの自動積層装置である。

プリプレグ積層装置１は、積層ヘッド２を懸垂するガントリ３、テーブル４及び制御装置５で構成することができる。積層ヘッド２は、プリプレグＰのテープを内部に収納し、プリプレグＰのテープを吐出しながらテーブル４上に送り出す装置である。特に、積層ヘッド２は、複数のプリプレグＰのテープを並列配置しながらテーブル４上に送り出す機能を有している。このため、積層ヘッド２は、複数のプリプレグＰのテープのロールストッカが格納される。

テーブル４は、プリプレグＰのテープを積層するための台である。テーブル４には、プリプレグＰのテープを直接積層しても良いが、テーブル４に賦形型等の積層治具Ｔを載置し、積層治具Ｔの上にプリプレグＰのテープを積層することが、プリプレグＰの積層体への形状付与や清掃の観点から実用的である。従って、テーブル４には、直接又は積層治具Ｔを介して間接的にプリプレグＰのテープを積層することができる。

ガントリ３は、積層ヘッド２を支持する支柱３Ａ等の支持機構の他、積層ヘッド２を任意軸方向に移動させる送り機構６を備えている。送り機構６は、積層ヘッド２を送り動作させる装置である。すなわち、送り機構６が積層ヘッド２をテーブル４に対して相対移動させることによって、プリプレグＰのテープをテーブル４側に積層位置を変えながら送り出すことができる。プリプレグＰのテープのテーブル４側への送り出し方向は、積層ヘッド２の移動方向と逆方向となる。

送り機構６は、典型的な積層ヘッド２の直線移動に加えて、積層ヘッド２の回転移動を行えるように構成されている。従って、プリプレグＰのテープを直線的又は曲線的に送り出すことができる。換言すれば、プリプレグＰのテープの送り出し方向を変化させることができる。尚、積層ヘッド２の筐体自体を回転させずに、積層ヘッド２に取付けた部品を回転させるようにしても良い。

図１及び図２に示す例では、送り機構６が、水平方向及び鉛直方向を含むＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交３軸方向への平行移動に加えて、鉛直方向のＺ軸を回転軸とするＣ軸方向に積層ヘッド２を回転移動できるように構成されている。もちろん、テーブル４の表面に対して積層ヘッド２を傾斜させるチルト軸を設けても良い。また、積層ヘッド２の移動に加えて、或いは、積層ヘッド２の移動に代えて、テーブル４を送り機構６で積層ヘッド２に対して移動させるようにしても良い。

積層ヘッド２やテーブル４を直線移動させるための移動機構は、例えば、電動モータ、油圧モータ或いは空気圧モータ等のモータと、モータを回転させるための電気回路、油圧回路或いは空気圧回路等の回路に加えて、ギアの一種であるラック・アンド・ピニオン、ボールねじ或いは無限軌道（クローラ）等のモータの回転運動を直線運動に変換する所望の機械要素を用いて構成することができる。或いは、モータを使用せずに油圧回路とピストンで移動機構を構成することもできる。

一方、積層ヘッド２を回転移動させるための回転機構は、例えば、電動モータ、油圧モータ或いは空気圧モータ等のモータと、モータの動力で回転する回転シャフトを含む所望の機械要素で構成することができる。

制御装置５は、送り機構６及び積層ヘッド２を自動制御する装置である。例えば、送り機構６を制御することによってテーブル４に対する積層ヘッド２の相対的な空間位置及び回転移動量を数値（ＮＣ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）制御することができる。また、積層ヘッド２を制御することによって、積層ヘッド２からの複数のプリプレグＰのテープの送り出しの開始と終了並びに切断を自動的に行うことができる。制御装置５は、ガントリ３に内蔵又は取付けることができるが、操作盤等のユーザインターフェースや重量物は、ガントリ３の外部に設置しても良い。

制御装置５で積層ヘッド２のＮＣ制御を行う場合には、制御装置５は、ＮＣプログラムを読込ませたコンピュータ等の電子回路で構成することができる。また、送り機構６が油圧式又は空気圧式である場合には、油圧回路又は空気圧回路を用いて制御装置５の一部を構成することができる。

図３は図１に示す積層ヘッド２内外における詳細構成例を示す側面図である。

図３に例示されるように、積層ヘッド２には複数のロールからそれぞれ供給される複数のプリプレグＰのテープをテーブル４又は積層治具Ｔ上に送り出すための複数のローラを含む部品が収納又は取付けられている。具体的には、積層ヘッド２には、各プリプレグＰのテープの進行方向に沿って、テンションローラ１０、フィードローラ１１、カッタ１２、ヒータ１３、ガイド１４及びコンパクションローラ１５を収納又は取付けることができる。

テンションローラ１０は、複数のプリプレグＰのテープにテンションをかけることによってプリプレグＰのテープの弛みを防止するための円柱状又は円筒状のローラである。テンションローラ１０と、各プリプレグＰのテープとの接触によって、各プリプレグＰのテープの進行方向を変化させれば、各プリプレグＰのテープにテンションを掛けることができる。

従って、テンションローラ１０は、複数のプリプレグＰ間において共通にしても良いし、複数のプリプレグＰ間において別々に配置しても良い。また、単一のプリプレグＰのテープに、単一のテンションローラ１０でテンションを掛けるようにしても良いし、複数のテンションローラ１０でテンションを掛けるようにしても良い。図３に示す例では、共通の２本のテンションローラ１０で、複数のプリプレグＰのテープにテンションを掛ける構成となっている。また、必要に応じて、各プリプレグＰのテープのテンションを計測して確認するために圧力センサ１０Ａを設けるようにしても良い、

図４は図３に示すフィードローラ１１、カッタ１２及びコンパクションローラ１４の斜視図である。

フィードローラ１１は、複数のプリプレグＰのテープをそれぞれプリプレグＰのテープの長さ方向に送り出すためのローラである。上述したように送り機構６で積層ヘッド２を回転移動させた場合、プリプレグＰのテープの送り出し速度は、プリプレグＰのテープ間において異なる速度となる。従って、積層ヘッド２内においても複数のプリプレグＰのテープの送り出し速度が互いに異なる速度となる場合がある。

そこで、フィードローラ１１については、図３及び図４に例示されるように、プリプレグＰのテープごとに設けることができる。すなわち、互いに異なる回転数で回転することが可能な複数のフィードローラ１１を積層ヘッド２内に設けることができる。

図４に示す例では、第１のプリプレグＰ１のテープ、第２のプリプレグＰ２のテープ、第３のプリプレグＰ３のテープ、第４のプリプレグＰ４のテープ及び第５のプリプレグＰ５のテープからなる５本のテープをそれぞれ個別に送り出すことができるように、第１のフィードローラ１１Ａ、第２のフィードローラ１１Ｂ、第３のフィードローラ１１Ｃ、第４のフィードローラ１１Ｄ及び第５のフィードローラ１１Ｅからなる５つのフィードローラ１１が積層ヘッド２に設けられている。このため、フィードローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅごとに、プリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のテープを送り出すことができる。

プリプレグＰのテープの先端を送り出すためにはプリプレグＰのテープの先端を挟み込むことが必要である。このため、各フィードローラ１１は、例えば、図３及び図４に示すようにモータ１６の動力で回転する円柱状又は円筒状の動力ローラ１７と、動力が無い円柱状又は円筒状のサポートローラ１８でプリプレグＰのテープを挟み込む構造とすることができる。もちろん、プリプレグＰのテープを挟み込む２つのローラの双方をモータ１６の動力で回転させるようにしても良い。換言すれば、２つの動力ローラ１７でプリプレグＰのテープを挟み込むようにしても良い。

各フィードローラ１１を駆動させるモータ１６は、制御装置５で制御することができる。このため、モータ１６の回転開始と回転停止の制御によって、各プリプレグＰのテープの送り出しの開始と終了を制御することができる。また、積層ヘッド２の移動速度に応じてモータ１６の回転数を可変制御できるようにしても良い。

各図に例示されるように、複数のプリプレグＰのテープを並列配置しながらプリプレグＰのテープの厚さ方向がテーブル４の表面に垂直となるように送り出す場合には、各フィードローラ１１を構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の各回転軸がテーブル４の表面に平行となるように各フィードローラ１１を配置することが合理的である。このため、図３及び図４に示す例では、各フィードローラ１１を構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の各回転軸がテーブル４の表面に平行となるように配置されている。

但し、各プリプレグＰのテープは、テープ間に隙間が生じないように並列配置された状態で送り出される。また、各フィードローラ１１の幅は、プリプレグＰのテープの幅以上の幅となる。このため、３つ以上のフィードローラ１１を同軸上に隣接配置すると、モータ１６からのトルクの独立した伝達が困難となる。

そこで、各フィードローラ１１の動力ローラ１７を回転させるためのモータ１６の干渉を回避するために、図３及び図４に示す例では、回転軸が同一直線上となる動力ローラ１７の数が２つ以下となるように、複数の動力ローラ１７が互いに平行に配置されている。同様に、サポートローラ１８についても、回転軸が同一直線上となるサポートローラ１８の数が２つ以下となるように、互いに平行に配置されている。

これにより、２つの動力ローラ１７の両側からモータ１６でそれぞれトルクを伝達することができる。尚、モータ１６の出力軸と、動力ローラ１７の回転シャフトは同軸上に連結する他、ギアや動力伝達ベルトを介して間接的に連結するようにしても良い。従って、共通のモータ１６で複数の動力ローラ１７を回転させるようにしても良い。

また、モータ１６のトルクを伝達する回転シャフトにワンウェイクラッチを介して各動力ローラ１７を連結することもできる。その場合、各動力ローラ１７を、モータ１６で発生させた回転数以上の回転数で回転させることができる。また、隣接する動力ローラ１７を回転軸が同一直線上となるように、共通の回転シャフトに連結することも可能となる。

カッタ１２は、並列に送り出される複数のプリプレグＰの積層が完了した際に、各プリプレグＰのテープを切断するための工具である。カッタ１２の動作は、制御装置５で制御することができる。カッタ１２は、プリプレグＰのテープごとに設けても良いが、プリプレグＰのテープ間で共通にすれば、複数のプリプレグＰのテープの端部を揃えて裁断することが可能となる。

図３に示す例では、カッタ１２が回転することによってカッタ１２の刃１２Ａを複数のプリプレグＰのテープに接触させる回転式となっているが、カッタ１２を平行移動させることによって、カッタ１２の刃１２Ａを各プリプレグＰのテープに接触させるようにしても良い。また、カッタ１２の刃１２Ａとの間でプリプレグＰのテープを挟み込むための円柱状又は円筒状のローラ１２Ｂを設けることができる。

ヒータ１３は、各プリプレグＰのテープを加熱することによって、プリプレグＰの粘着力を調整するために備えられる。プリプレグＰの粘着力が十分に得られれば、積層後におけるプリプレグＰのテープのずれを低減することができる。

ガイド１４は、各プリプレグＰのテープを円柱状又は円筒状のコンパクションローラ１５に向けて送り出すための部品である。このため、ガイド１４は、コンパクションローラ１５のローラ面の形状に合わせて湾曲した板状の部品で構成することができる。

コンパクションローラ１５は、各フィードローラ１１からそれぞれ送り出されたプリプレグＰのテープをテーブル４側に向かって押し付けるための円柱状又は円筒状の押し当て部材である。すなわち、配列配置された複数のプリプレグＰのテープに、コンパクションローラ１５からプリプレグＰのテープの厚さ方向における圧縮応力を与えることができる。これにより、粘着性を有するプリプレグＰのテープを、テーブル４、積層治具Ｔ又は積層済みの下層のプリプレグＰのテープに粘着させることができる。

図３及び図４に例示されるようにコンパクションローラ１５を複数のプリプレグＰのテープ間において共通にすれば、複数のプリプレグＰのテープと接触するコンパクションローラ１５の線状の表面で同一直線上にプリプレグＰのテープを押し付けて粘着固定することができる。すなわち、第１のフィードローラ１１Ａ、第２のフィードローラ１１Ｂ、第３のフィードローラ１１Ｃ、第４のフィードローラ１１Ｄ及び第５のフィードローラ１１Ｅからそれぞれ送り出された第１のプリプレグＰ１のテープ、第２のプリプレグＰ２のテープ、第３のプリプレグＰ３のテープ、第４のプリプレグＰ４のテープ及び第５のプリプレグＰ５のテープに、共通のコンパクションローラ１５で、それぞれ厚さ方向の圧縮応力を与えることができる。

逆に、コンパクションローラ１５をプリプレグＰのテープごとに別々に設けても良い。その場合には、異なる位置で複数のプリプレグＰのテープが順次テーブル４、積層治具Ｔ又は下層のプリプレグＰに押し付けられて固定されることになる。

プリプレグＰには粘着性があるため、コンパクションローラ１５に動力を与えなくても各プリプレグＰのテープとコンパクションローラ１５との間における摩擦力によってコンパクションローラ１５を回転させることができる。但し、コンパクションローラ１５の回転をアシストするために、コンパクションローラ１５に動力を与えるためのモータを設けても良い。

また、コンパクションローラ１５に代えて、或いは、コンパクションローラ１５に加えて、回転しない板材又はブロック材を、プリプレグＰのテープをテーブル４側に向かって押し付けるための押し当て部材として設けても良い。プリプレグＰのテープは、曲面に積層することもできる。このため、押し当て部材をゴム等の弾性体で構成すれば、プリプレグＰのテープを曲面に押し当てることが可能となる。

このように、複数のプリプレグＰのテープを複数のフィードローラ１１で送り出し、複数のプリプレグＰのテープをテーブル４に直接又は積層治具Ｔを介して間接的に隙間なく或いは無視できる程度の隙間で並列に積層すると、環状扇形のような湾曲した形状であっても、過剰な張力や皺を発生させることなくプリプレグＰを積層することが可能となる。このため、高品質なプリプレグＰの積層体を製作することができる。

図５は、従来の幅が一定のプリプレグＰ０のテープを環状扇形に積層した例を示すプリプレグＰ０の上面図であり、図６は、図４に示す複数のフィードローラ１１から送り出される複数のプリプレグＰのテープを環状扇形に積層した例を示すプリプレグＰの上面図である。

図５に示すように、従来のように複合材の幅に合わせて１枚のプリプレグＰ０のテープの幅を決定し、プリプレグＰ０のテープの送り出し方向を変えながら、環状扇形となるようにプリプレグＰ０のテープを積層すると、プリプレグＰ０のテープには硬化後における複合材の強度上好ましくない過剰な引張応力と皺が生じる。これは、環状扇形の内側の円弧の長さが相対的に短く、環状扇形の外側の円弧の長さが相対的に長いためである。このため、環状扇形に限らず、プリプレグＰ０のテープの送り出し方向を変化させながら積層する場合には、同様な問題が生じる。

これに対して、図６に示すように、複数枚のプリプレグＰのテープを隙間なく或いは無視できる程度の隙間で並べて敷き詰めた場合に、硬化前の複合材の幅となるように、プリプレグＰのテープの各幅を決定することができる。そうすると、テーブル４に対する積層ヘッド２の相対的な回転移動によって複数枚のプリプレグＰのテープの送り出し方向を変えながら複数枚のプリプレグＰのテープを環状扇形となるように積層しても、プリプレグＰのテープには、硬化後における複合材の強度上好ましくない過剰な引張応力も皺も生じない。

これは、環状扇形の内側の円弧の長さと外側の円弧の長さが異なっていても、複数のプリプレグＰのテープをそれぞれ円弧の長さに応じた長さで送り出すことができるためである。すなわち、プリプレグＰには粘着性があるため、コンパクションローラ１５で各プリプレグＰのテープをテーブル４、積層治具Ｔ又は下層のプリプレグＰに粘着させて位置を固定すれば、フィードローラ１１の送り出し速度よりも速い送り出し速度で、各プリプレグＰのテープを送り出すことができる。

このため、環状扇形はもちろんその他の湾曲した板状となるように、積層ヘッド２の進行方向を変えながら曲線を描いてステアリング積層することができる。換言すれば、積層ヘッド２を曲線的に移動させても、プリプレグＰの粘着性によって各プリプレグＰのテープが順次テーブル４、積層治具Ｔ又は下層のプリプレグＰに固定されるため、各プリプレグＰのテープを必要な長さだけ送り出すことができる。

複数のプリプレグＰのテープの単位時間当たりの送り出し長さ、すなわち送り出し速度が互いに異なる場合、プリプレグＰのテープの粘着力によってフィードローラ１１の回転数が変化するか、各プリプレグＰのテープがフィードローラ１１に対して滑りながら送り出されることになる。このため、各プリプレグＰのテープに送りを与える動力ローラ１７の回転数を、各プリプレグＰのテープの最小の送り速度に合わせて決定することが、各プリプレグＰのテープの張力を維持する観点から適切である。

或いは、各プリプレグＰのテープの先端がテーブル４、積層治具Ｔ又は下層のプリプレグＰに粘着した後は、動力ローラ１７を回転させるためのモータ１６の回転数を減少させるか回転を停止させるようにしても良い。モータ１６の回転数を停止させて各プリプレグＰのテープを送り出す場合には、プリプレグＰの粘着力と、積層ヘッド２の移動によって各プリプレグＰのテープが送り出されることになる。

上述したようにプリプレグＰの粘着力は、ヒータ１３による加熱によって調整することができるが、プリプレグＰを加熱しても粘着力が十分に得られない場合も考えられる。そこで、動力ローラ１７を回転させるためのモータ１６の回転数を可変制御しても良い。具体例として、プリプレグＰのテープの張力を圧力センサ１０Ａで測定し、プリプレグＰのテープの張力が一定となるように、制御装置５でモータ１６及び動力ローラ１７の回転数をフィードバック制御することができる。

或いは、複数のプリプレグＰのテープの各積層位置が積層前に既知であることから、プリプレグＰのテープの積層位置ごとにモータ１６及び動力ローラ１７の回転数を制御装置５でＮＣ制御するようにしても良い。つまり、積層ヘッド２の空間位置及び回転移動量に加えて、モータ１６及び動力ローラ１７の回転数についてもＮＣプログラムを読込ませた制御装置５でＮＣ制御することができる。

積層ヘッド２から送り出される各プリプレグＰのテープの幅が狭い程、大きな曲率で積層ヘッド２を回転移動させても、各プリプレグＰのテープには皺や過剰な張力が発生しないことになる。また、幅が小さい複合材の製作が可能となる。従って、複合材の品質向上と、複雑な形状を有する複合材を製作できるようにする観点からは、プリプレグＰのテープの幅を狭くすることが好ましい。規格化されているプリプレグＰのテープのうち、幅が比較的狭いテープとしては、幅が６．３５ｍｍ（１／４ｉｎｃｈ）のプリプレグＰのテープが挙げられる。

逆に、プリプレグＰのテープの数が同じであれば、プリプレグＰのテープの幅が狭くなる程、積層エリア内をカバーするために積層ヘッド２の移動量が増えることになる。また、ロールストッカへのプリプレグＰのテープの巻き数が同じであれば、プリプレグＰのテープの幅が狭くなる程、ロールストッカの交換頻度が増加することになる。従って、プリプレグＰのテープの幅が狭い程、複合材の製造時間及び製造コストが増加することになる。

このため、適切な幅を有するプリプレグＰのテープを選択して使用することが好ましい。具体的には、複数のプリプレグＰのテープの各幅を、成形対象となる複合材の湾曲部分における最大の曲率及び板状の部分における最小幅の少なくとも一方に応じて決定することが重要である。

例えば、プリプレグＰのテープの積層後に不要な部分の裁断作業を回避する観点からは、複数のプリプレグＰのテープを並列配置した時の幅が、複合材の板状の部分における最小幅以下となるように、プリプレグＰのテープの各幅を決定することが好ましい。

また、複合材の最大の曲率を有する湾曲部分を製作するために複数のプリプレグＰのテープを湾曲させて並列配置しても各プリプレグＰのテープに皺や過剰な張力が生じないように、複数のプリプレグＰのテープの各幅を決定することが適切である。そのためには、積層ヘッド２の回転移動を行いながら複数のプリプレグＰのテープを送り出すことによって複数のプリプレグＰのテープをテーブル４に直接又は間接的に並列積層した場合に、積層ヘッド２の回転移動の軸に近い側と離れた側におけるテープの長さの差又は比が所定の長さ又は値以下となるように、積層ヘッド２の回転移動の回転半径に応じて複数のプリプレグＰのテープの各幅を決定すればよい。

尚、各図は、積層ヘッド２がテーブル４に対して相対的に傾斜しない場合の例を示しているが、積層ヘッド２がテーブル４に対して相対的に傾斜する場合においても同様である。すなわち、積層ヘッド２がテーブル４に対して相対的に傾斜する場合には、傾斜した積層ヘッド２の回転軸を中心に積層ヘッド２を回転移動させればよい。

上述したように、積層ヘッド２がテーブル４に対して相対的に傾斜しない場合には、各フィードローラ１１を構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の各回転軸を、テーブル４の表面に平行とすることが合理的である。

この場合には、積層ヘッド２を、テーブル４の表面に垂直なＺ軸を中心とするＣ軸方向にテーブル４に対して相対的に回転移動させれば、複数のプリプレグＰのテープの送り出し方向を所望の曲率で変化させることができる。具合的には、積層ヘッド２の進行方向とプリプレグＰのテープの送り出し方向が逆方向となるように、積層ヘッド２の進行方向に合わせて積層ヘッド２を回転させれば、複数のプリプレグＰのテープの送り出し方向を積層ヘッド２の進行方向と逆方向に向けることができる。

一方、積層ヘッド２がテーブル４に対して相対的に傾斜し得る場合には、各フィードローラ１１を構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の各回転軸及び各プリプレグＰのテープの送り出し方向の双方に垂直な軸を中心として積層ヘッド２をテーブル４に対して相対的に回転移動させれば、各プリプレグＰのテープの送り出し方向を変化させることができる。

従って、各プリプレグＰのテープの送り出し方向を変化させる場合には、各フィードローラ１１を構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８は、各回転軸と平行でない軸を中心とするテーブル４に対する相対的な回転移動を行いながら、複数のプリプレグＰのテープの送り出し方向に、テーブル４に対して相対移動することになる。

プリプレグ積層装置１によるプリプレグＰのテープの積層が完了すると、プリプレグＰの積層体が製作される。そして、製作されたプリプレグＰの積層体を硬化することによって、複合材を成形することができる。プリプレグＰに含まれる樹脂が熱硬化性樹脂であれば、オーブンやオートクレーブ成形装置で樹脂を加熱することによって複合材を加熱硬化することができる。一方、プリプレグＰに含まれる樹脂が熱可塑性樹脂であれば、樹脂を冷却することによって複合材を冷却硬化することができる。

以上のようなプリプレグ積層装置１、プリプレグ積層方法及び複合材成形方法は、幅の狭い複数のプリプレグＰのテープを並列に並べて積層できるようにしたものである。

（効果）
このため、プリプレグ積層装置１、プリプレグ積層方法及び複合材成形方法によれば、積層ヘッド２を大きな曲率で曲線移動させても、プリプレグＰのテープに従来発生していたような皺や突っ張りを防止できる。換言すれば、プリプレグＰのテープの送り出し方向の変化率が大きなステアリングを伴う積層が可能となる。その結果、従来よりも高品質な複合材又は従来よりも複雑な形状を有する複合材を製作することができる。

（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係るプリプレグ積層装置１Ａの積層ヘッド２に備えられる複数のローラの構成を示す斜視図である。

図７に示された第２の実施形態におけるプリプレグ積層装置１Ａでは、複数のプリプレグＰのテープを送り出す送り機構６の補助装置として、複数のプリプレグＰのテープ間におけるオーバーラップ量を調整するオーバーラップ量調整装置２０を積層ヘッド２内に設けた構成が第１の実施形態におけるプリプレグ積層装置１と相違する。第２の実施形態におけるプリプレグ積層装置１Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態におけるプリプレグ積層装置１と実質的に異ならないため主要なローラのみ図示し、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態におけるプリプレグ積層装置１Ａの積層ヘッド２には、複数のプリプレグＰのテープのテンションを確保するためのテンションローラ１０、複数のプリプレグＰのテープに別々に送りを与えるフィードローラ１１及び複数のプリプレグＰのテープをテーブル４側に押し付けるコンパクションローラ１５に加えて、オーバーラップ量調整装置２０が設けられる。

オーバーラップ量調整装置２０は、複数のプリプレグＰのテープ間におけるオーバーラップ量を調整する装置である。プリプレグＰのテープをオーバーラップさせるためには、隣接する２枚のプリプレグＰのテープを、プリプレグＰのテープの厚さ方向に異なる位置に一旦導いた後に互いに重ねることが必要となる。このため、図７に示す例では、複数のプリプレグＰのテープが、交互にプリプレグＰのテープの厚さ方向に異なる位置となるように配置されており、コンパクションローラ１５で互いに重ね合わされるようになっている。

従って、複数のフィードローラ１１を構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の各回転軸が互いに平行となるように複数のフィードローラ１１を配置し、かつ回転軸方向に隣接する２つのフィードローラ１１を構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の各回転軸が同一直線上とならないように回転軸方向に隣接する２つのフィードローラ１１を配置することが合理的である。

具体例として、図７に例示されるように、３つのプリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３のテープを３つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃで送り出す場合には、中央のフィードローラ１１Ｂを構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の各回転軸が、両側の２つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｃを構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の各回転軸と同一直線上とならないように、３つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが配置される。

両側の２つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｃを構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の回転軸同士は、同一直線上であっても、同一直線上でなくても、両側の２つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｃからそれぞれ送り出される２枚のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープを、中央のフィードローラ１１Ｂから送り出されるプリプレグＰ２のテープと重ね合わせることができる。但し、図７に例示されるように、両側の２つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｃを構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８の回転軸同士が同一直線上となるように、両側の２つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｃの位置を決定すれば、設計及び製造が容易となる。

従って、回転軸方向に奇数番目に配置される単一又は複数の動力ローラ１７と、回転軸方向に偶数番目に配置される単一又は複数の動力ローラ１７を、回転軸が同一直線上とならないように交互に配置することができる。すなわち、回転軸方向に奇数番目に配置される動力ローラ１７と、回転軸方向に偶数番目に配置される動力ローラ１７が回転軸方向に交互に隣接するように配置することが合理的である。

また、カッタ１２は、コンパクションローラ１５よりも手前でプリプレグＰのテープを切断可能な位置に配置される。コンパクションローラ１５で複数のプリプレグＰのテープが重ね合わされる場合には、複数のプリプレグＰのテープの切断位置は同一直線上とはならない。従って、カッタ１２もフィードローラ１１と同様に、プリプレグＰのテープごとに設けられる。

尚、コンパクションローラ１５の前段に、複数のプリプレグＰのテープを重ね合わせるためのローラを設けても良い。その場合には、重ね合わせられた後の複数のプリプレグＰのテープを切断するカッタ１２を共通にしても良い。

隣接する２枚のプリプレグＰのテープ間におけるオーバーラップ量を変えるためには、少なくとも一方のプリプレグＰのテープをプリプレグＰのテープの幅方向に移動させることが必要である。従って、プリプレグＰのテープ回転軸方向に隣接する２つの動力ローラ１７の一方を他方に対して相対的に、回転軸に平行な方向に平行移動させることが必要となる。すなわち、隣接する２つの動力ローラ１７間における回転軸方向のオーバーラップ量を調整すれば、隣接する２枚のプリプレグＰのテープ間におけるオーバーラップ量を調整することができる。

そこで、オーバーラップ量調整装置２０は、動力ローラ１７間における回転軸方向のオーバーラップ量を自動調整できるように構成されている。例えば、図７に示すように３つの３つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが配置されている場合であれば、中央のフィードローラ１１Ｂを構成する動力ローラ１７と、中央のフィードローラ１１Ａに隣接する２つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｃをそれぞれ構成する動力ローラ１７との間における回転軸方向のオーバーラップ量を、オーバーラップ量調整装置２０で自動調整することができる。

図８は図７に示すオーバーラップ量調整装置２０を両側の２つのフィードローラ１１Ａ、１１Ｃから送り出されるプリプレグＰ１、Ｐ３のテープの厚さ方向から見た矢視図である。

オーバーラップ量調整装置２０は、例えば、図７及び図８に示すように、両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープに沿ってそれぞれ配置されるフィードローラ１１Ａ、１１Ｃの動力ローラ１７及びサポートローラ１８を、カッタ１２と連結する２枚の板状のフレーム２１、両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープに沿って配置されるフィードローラ１１Ａ，１１Ｃの間隔を変化させるボールねじ２２及びボールねじ２２を回転させるモータ２３で構成することができる。

共通のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープに沿って配置されるフィードローラ１１を構成する動力ローラ１７及びサポートローラ１８は、フレーム２１でカッタ１２と連結される。また、両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープにそれぞれ独立して設けられる他のローラや部品がある場合には、それらのローラや部品についてもフレーム２１に連結しでプリプレグＰ１、Ｐ３のテープごとに一体化することができる。

具体例として、動力ローラ１７及びプリプレグＰ１、Ｐ３のテープの移動量が大きい場合には、テンションローラ１０の一部又は全部についてもプリプレグＰ１、Ｐ３のテープごとに別々に設けることができる。その場合には、プリプレグＰ１、Ｐ３のテープごとに別々に設けられるテンションローラ１０はもちろん、ロールストッカについてもフレーム２１に連結しでプリプレグＰ１、Ｐ３のテープごとに一体化することができる。

逆に、動力ローラ１７及びプリプレグＰ１、Ｐ３のテープの移動量が小さく、テンションローラ１０に対してプリプレグＰ１、Ｐ３のテープを幅方向に滑らせても動力ローラ１７で送り出すことができる場合には、２枚のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープ間で単一又は複数の共通のローラを用いてテンションローラ１０を構成することができる。その場合には、テンションローラ１０は、フレーム２１への連結対象とはならない。

尚、図７に例示されるように、中央のプリプレグＰ２のテープの進行方向は、中央のプリプレグＰ２のテープが両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープと重ね合わされるまでは、両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープの進行方向と異なる。従って、中央のプリプレグＰ２のテープと、両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープとの間では、テンションローラ１０の少なくとも一部が共通とはならず、別々のローラで構成されることになる。

両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープに沿ってそれぞれ配置されるフィードローラ１１Ａ、１１Ｃやカッタ１２等の部品をプリプレグＰ１、Ｐ３のテープごとにフレーム２１で一体化すれば、動力ローラ１７の回転軸方向におけるフィードローラ１１Ａ、１１Ｃ及びプリプレグＰ１、Ｐ３のテープの位置を、フレーム２１の位置によって変化させることが可能となる。

２枚の板状のフレーム２１は、動力ローラ１７の回転軸方向を長さ方向とするボールねじ２２で、フレーム２１の板厚方向に間隔を空けて互いに連結される。従って、両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープを送り出すための動力ローラ１７及びサポートローラ１８からなるフィードローラ１１Ａ，１１Ｃは、それぞれフレーム２１を介して間接的に、ボールねじ２２で、互いに連結されることになる。

２枚のフレーム２１には、それぞれ雌ねじが設けられ、ボールねじ２２に形成される雄ねじに締め付けられる。但し、一方のフレーム２１の雌ねじは、右ねじとなっており、フレーム２１の雌ねじは、左ねじとなっている。従って、一方のフレーム２１の雌ねじを締め付けるためのボールねじ２２の雄ねじも右ねじとなっており、他方のフレーム２１の雌ねじを締め付けるためのボールねじ２２の雄ねじも左ねじとなっている。

このため、ボールねじ２２を回転させると、ボールねじ２２の回転方向に応じて２枚のフレーム２１を互いに引き離して間隔を広げたり、逆に、互いに接近させて間隔を狭くすることができる。すなわち、ボールねじ２２の回転によって、２枚のフレーム２１の間隔を可変調整することができる。その結果、２枚のフレーム２１と連結されたフィードローラ１１Ａ，１１Ｃ間の距離をボールねじ２２で調整することができる。

ボールねじ２２は、制御装置５によって回転方向及び回転数を制御することが可能なモータ２３の出力軸と直接又はギアや動力伝達ベルトを介して間接的に連結される。従って、制御装置５によるモータ２３の自動制御によって、両側のフィードローラ１１Ａ，１１Ｃ間の距離を自動調整することができる。

両側のフィードローラ１１Ａ，１１Ｃ間の距離が変化すると、中央のフィードローラ１１Ｂと、両側のフィードローラ１１Ａ，１１Ｃとの間における動力ローラ１７及びサポートローラ１８の回転軸方向の距離が変化することになる。従って、中央のプリプレグＰ２のテープと両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープとの間におけるオーバーラップ量を変化させることができる。

そこで、両側のフィードローラ１１Ａ，１１Ｃ間の距離が最大となる時に、中央のプリプレグＰ２のテープと両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープとの間におけるオーバーラップ量がゼロとなり、両側のフィードローラ１１Ａ，１１Ｃ間の距離が最小となる時に、中央のプリプレグＰ２のテープと両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープとの間におけるオーバーラップ量が最大となるように、ボールねじ２２及びモータ２３の回転範囲を決定することができる。

そうすると、制御装置５によるモータ２３の自動制御によって、中央のプリプレグＰ２のテープと両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープとの間におけるオーバーラップ量をゼロから最大値までの範囲で自動調整することが可能となる。

尚、両側の動力ローラ１７、サポートローラ１８及びカッタ１２を、各回転軸が同一直線上とならないようにシフトさせてフレーム２１に取付ければ、それぞれ両側の動力ローラ１７、サポートローラ１８及びカッタ１２間における干渉を回避できる。このため、２枚の板状のフレーム２１の間隔を、プリプレグＰ１、Ｐ３のテープの幅まで狭くすることができる。従って、中央のプリプレグＰ２のテープと両側のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープとの間におけるオーバーラップ量の最大値を中央のプリプレグＰ２のテープの幅、すなわちオーバーラップ率の最大値を１００％にすることができる。

このように、隣接しないプリプレグＰのテープに送りを与える複数の動力ローラ１７をボールねじ２２で連結し、ボールねじ２２の回転によって複数の動力ローラ１７間における回転軸方向における間隔を調整すれば、隣接するプリプレグＰのテープ間におけるオーバーラップ量を調整することが可能となる。但し、図７及び図８に例示されるように、右ねじと左ねじを形成したボールねじ２２で動力ローラ１７間における間隔を調整する場合には、２つの動力ローラ１７間における間隔しか調整することができない。

このため、プリプレグＰのテープの数が４つ以上である場合には、１本のボールねじ２２で位置を変化させる動力ローラ１７の数が２つ以下となるように複数本のボールねじ２２を用いてオーバーラップ量調整装置２０を構成することができる。換言すれば、右ねじと左ねじを形成したボールねじ２２でオーバーラップ量調整装置２０を構成する場合には、ボールねじ２２で移動しない１つの動力ローラ１７を除いて、同軸状に配置される動力ローラ１７の数が２つ以下となるように複数の動力ローラ１７を配置することによって、移動しない１つの動力ローラ１７に対する各動力ローラ１７の回転軸方向における相対移動が可能となる。

図９は、プリプレグ積層装置１Ａの積層ヘッド２内に５つの動力ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅが設けられる場合における各動力ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅの配置例を示す斜視図、図１０は図９に示す動力ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅの側面図、図１１は図９に示す動力ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅの間隔を狭くした例を示す斜視図である。

第１の実施形態と同様に、第１のプリプレグＰ１のテープ、第２のプリプレグＰ２のテープ、第３のプリプレグＰ３のテープ、第４のプリプレグＰ４のテープ及び第５のプリプレグＰ５のテープを、それぞれ第１の動力ローラ１７Ａ、第２の動力ローラ１７Ｂ、第３の動力ローラ１７Ｃ、第４の動力ローラ１７Ｄ及び第５の動力ローラ１７Ｅでそれぞれ送り出し、共通のコンパクションローラ１５で押し付ける場合には、図９乃至図１１に例示されるように、第１の動力ローラ１７Ａ、第２の動力ローラ１７Ｂ、第３の動力ローラ１７Ｃ、第４の動力ローラ１７Ｄ及び第５の動力ローラ１７Ｅを配置することができる。

すなわち、中央の第３のプリプレグＰ３のテープを送り出す、第３の動力ローラ１７Ｃを回転軸方向に固定し、移動しないローラとすることができる。そして、中央の第３のプリプレグＰ３のテープに両側で隣接する第２のプリプレグＰ２のテープと、第４のプリプレグＰ４のテープをそれぞれ送り出す第２の動力ローラ１７Ｂと、第４の動力ローラ１７Ｄを、回転軸が互いに同一直線上となり、かつ中央の第３の動力ローラ１７Ｃの回転軸とは同一直線上とならないように、中央の第３の動力ローラ１７Ｃから半径方向にシフトした位置に配置することができる。これにより、中央の第３のプリプレグＰ３のテープと、両側に隣接する第２のプリプレグＰ２のテープ及び第４のプリプレグＰ４のテープを所定のオーバーラップ量で重ね合わせることができる。

同様に、第２のプリプレグＰ２のテープ及び第４のプリプレグＰ４のテープの更に外側に隣接する第１のプリプレグＰ１のテープ及び第５のプリプレグＰ５のテープを、それぞれ第２のプリプレグＰ２のテープ及び第４のプリプレグＰ４のテープと所定のオーバーラップ量で重ね合わせることができるように、第１のプリプレグＰ１のテープ及び第５のプリプレグＰ５のテープをそれぞれ送り出す第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅを、第２の動力ローラ１７Ｂ及び第４の動力ローラ１７Ｄから半径方向にシフトした位置に配置することができる。すなわち、第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅを、回転軸が互いに同一直線上となり、かつ第２の動力ローラ１７Ｂ及び第４の動力ローラ１７Ｄの回転軸とは同一直線上とならないように配置することができる。

図９及び図１０に示す例では、積層ヘッド２のサイズの増加の抑制と構成の簡易化の観点から、第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅの回転軸と、第３の動力ローラ１７Ｃの回転軸が同一直線上となっているが、互いに異なる平行な２本の直線上となるように、第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅを、第３の動力ローラ１７Ｃに対して相対配置しても良い。

図９及び図１０に示すように、回転軸方向に移動しない第３の動力ローラ１７Ｃを除いて同軸状に配置されるローラの数が２つ以下となり、かつ隣接するローラの回転軸が同軸状とならないように、第１の動力ローラ１７Ａ、第２の動力ローラ１７Ｂ、第３の動力ローラ１７Ｃ、第４の動力ローラ１７Ｄ及び第５の動力ローラ１７Ｅを配置すれば、第１の動力ローラ１７Ａ、第２の動力ローラ１７Ｂ、第３の動力ローラ１７Ｃ、第４の動力ローラ１７Ｄ及び第５の動力ローラ１７Ｅの回転軸方向における間隔を図１１に例示されるように変化させることが可能となる。

図１２は、図９に示す動力ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅの間隔を変化させるためのオーバーラップ量調整装置２０の構成例を示す図である。

図７及び図８に示す例と同様に、回転軸方向への移動対象となる第１の動力ローラ１７Ａ、第２の動力ローラ１７Ｂ、第４の動力ローラ１７Ｄ及び第５の動力ローラ１７Ｅには、それぞれフレーム２１を連結することができる。そして、間隔の調整対象となる内側の第２の動力ローラ１７Ｂ及び第４の動力ローラ１７Ｄにそれぞれ連結された２枚のフレーム２１にそれぞれ右ねじと左ねじの雌ねじを形成し、右ねじと左ねじを形成した第１のボールねじ２２Ａで連結することができる。同様に、間隔の調整対象となる外側の第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅにそれぞれ連結された２枚のフレーム２１にそれぞれ右ねじと左ねじの雌ねじを形成し、右ねじと左ねじを形成した第２のボールねじ２２Ｂで連結することができる。

これにより、第１のボールねじ２２Ａの回転量の調整によって、第２の動力ローラ１７Ｂと、第４の動力ローラ１７Ｄとの間における間隔を調整することができる。同様に、第２のボールねじ２２Ｂの回転量の調整によって、第１の動力ローラ１７Ａと、第５の動力ローラ１７Ｅとの間における間隔を調整することができる。第１のボールねじ２２Ａ及び第２のボールねじ２２Ｂは、それぞれ専用のモータ２３で回転させるようにしても良いし、図１２に例示されるように一対のギア３０Ａ、３０Ｂでトルクを伝達することによって共通のモータ２３で回転させるようにしても良い。

隣接するプリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のテープ間におけるオーバーラップ量を同一にするためには、隣接する動力ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ間における回転軸方向のオーバーラップ量を同一にすることが必要である。すなわち、第１のプリプレグＰ１のテープと第２のプリプレグＰ２のテープとの間におけるオーバーラップ量、第２のプリプレグＰ２のテープと第３のプリプレグＰ３のテープとの間におけるオーバーラップ量、第３のプリプレグＰ３のテープと第４のプリプレグＰ４のテープとの間におけるオーバーラップ量及び第４のプリプレグＰ４のテープと第５のプリプレグＰ５のテープとの間におけるオーバーラップ量を同一にするためには、第１の動力ローラ１７Ａと第２の動力ローラ１７Ｂとの間における回転軸方向のオーバーラップ量、第２の動力ローラ１７Ｂと第３の動力ローラ１７Ｃとの間における回転軸方向のオーバーラップ量、第３の動力ローラ１７Ｃと第４の動力ローラ１７Ｄとの間における回転軸方向のオーバーラップ量及び第４の動力ローラ１７Ｄと第５の動力ローラ１７Ｅとの間における回転軸方向のオーバーラップ量を同一にすることが必要である。

図７及び図８に例示されるように動力ローラ１７の数が３つであれば、間隔を変化させる２つの動力ローラ１７の中央に移動させない動力ローラ１７を配置し、かつ間隔を変化させる２つの動力ローラ１７を回転軸方向に逆方向に移動させれば、３つの動力ローラ１７間の回転軸方向におけるオーバーラップ量を同一にすることができる。

これに対して、図９に例示されるように、外側の第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅに隣接する内側の第２の動力ローラ１７Ｂ及び第４の動力ローラ１７Ｄが回転軸方向に移動する場合、外側の第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅの回転軸方向における移動速度と、内側の第２の動力ローラ１７Ｂ及び第４の動力ローラ１７Ｄの回転軸方向における移動速度を同じにすると、外側の第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅは、内側の第２の動力ローラ１７Ｂ及び第４の動力ローラ１７Ｄに対して相対的に移動せずに静止してしまう。

換言すれば、中央の第３の動力ローラ１７Ｃに対する第２の動力ローラ１７Ｂ及び第４の動力ローラ１７Ｄの回転軸方向における各相対速度の絶対値、第２の動力ローラ１７Ｂに対する第１の動力ローラ１７Ａの回転軸方向における相対速度の絶対値並びに第４の動力ローラ１７Ｄに対する第５の動力ローラ１７Ｅの回転軸方向における相対速度の絶対値を同一とするためには、中央の第３の動力ローラ１７Ｃに対する第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅの回転軸方向における各相対速度の絶対値を、中央の第３の動力ローラ１７Ｃに対する第２の動力ローラ１７Ｂ及び第４の動力ローラ１７Ｄの回転軸方向における各相対速度の絶対値の２倍にすることが必要である。つまり、第１の動力ローラ１７Ａ及び第５の動力ローラ１７Ｅの回転軸方向における移動距離を、第２の動力ローラ１７Ｂ及び第４の動力ローラ１７Ｄの回転軸方向における移動距離の２倍にすることが必要である。

そのためには、第２のボールねじ２２Ｂの回転速度及び回転量を、第１のボールねじ２２Ａの回転速度及び回転量の２倍にすればよい。従って、図１２に例示されるように、第１のボールねじ２２Ａと第２のボールねじ２２Ｂを、ギア３０Ａ、３０Ｂを介して共通のモータ２３で回転させる場合には、ギア３０Ａ、３０Ｂのギア比を２：１にすることが適切である。

従って、右ねじと左ねじを形成した単一又は複数のボールねじ２２で複数の動力ローラ１７のオーバーラップ量を調整する場合には、図７や図９に例示されるように中央の動力ローラ１７を静止させ、他の動力ローラ１７を中央の動力ローラ１７からの距離に応じて回転数が異なるボールねじ２２で平行移動させることがオーバーラップ量調整装置２０の構成の簡易化に繋がる。

別の方法として、１本のボールねじ２２にリード（ねじが１回転したときに進む距離）が異なる２種類のねじを形成することによってオーバーラップ量調整装置２０を構成しても良い。この場合、リードの比を１：２にすれば、ボールねじ２２の回転数が一定であっても、移動速度比を１：２として２つの動力ローラ１７を回転軸方向に平行移動させることができる。従って、右ねじと左ねじの双方についてリード比が１：２となるように異なるリードで雄ねじを形成すれば、１本のボールねじ２２で４つの動力ローラ１７を回転軸方向にそれぞれ適切な速度で平行移動させることが可能となる。

また、上述した例では、動力ローラ１７と連結されるフレーム２１をボールねじ２２で移動する場合について説明したが、動力ローラ１７とフレーム２１を介して連結される他のローラ又は動力ローラ１７自体を円筒状の回転シャフトで回転させるようにし、中空の回転シャフトの内部にボールねじ２２を配置することによって動力ローラ１７とフレーム２１を介して連結される他のローラを回転軸方向に移動させたり、或いは、動力ローラ１７を回転軸方向に直接移動させるようにしてもよい。

図７や図９に例示されるように配置された複数の動力ローラ１７を相対的に回転軸方向にスライドさせると、複数のプリプレグＰのテープをオーバーラップさせた状態で、積層治具Ｔ又はテーブル４に積層することができる。プリプレグＰのテープをオーバーラップさせると、オーバーラップ部分に凹凸が生じるものの、元々薄いプリプレグＰのテープをコンパクションローラ１５で圧縮するため、凹凸は複合材に要求される機械的強度に影響を与えない程度の厚みの差となる。

従って、共通の複数の動力ローラ１７及び幅が一定のプリプレグＰのテープを用いて、異なる幅を有するプリフォールを製作することが可能となる。特に、複数の動力ローラ１７を相対的に回転軸方向にスライドさせながら、積層ヘッド２を進行させれば、幅が変化するプリフォームを製作することも可能となる。

図１３は、図９に示す５つの動力ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅを備えた積層ヘッド２で積層することが可能なプリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のテープの積層体の一例を示す上面図である。

例えば、５つの動力ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅを回転軸方向に平行移動させることによって、プリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のテープのオーバーラップ量を変化させながら、積層ヘッド２をプリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のテープの送り出し方向と逆方向に直線移動させれば、図１３に例示されるように幅が徐々に狭くなったり、逆に幅が徐々に広くなるようにプリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のテープを敷き詰めることができる。

また、積層ヘッド２を直線移動させるのみならず、積層ヘッド２の回転移動も同時に行えば、幅が変化しながら湾曲する形状となるようにプリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のテープを敷き詰めることもできる。このため、複雑な形状を有するプリフォーム及び複合材の製作が可能となる。

積層ヘッド２の１回の移動で積層可能なプリプレグＰの幅の最大値は、複数のプリプレグＰのテープのオーバーラップ量をゼロとして隙間無く並べた時の幅、すなわち、複数のプリプレグＰのテープの幅の合計となる。逆に、積層ヘッド２の１回の移動で積層可能なプリプレグＰの幅の最小値は、複数のプリプレグＰのテープのオーバーラップ量を最大にした時の幅となる。複数のプリプレグＰのテープのオーバーラップ量を最大にした時の幅は、動力ローラ１７の数及び配置によって変化する。

図７又は図９に例示されるように、回転軸が同一直線上にある複数の動力ローラ１７を回転軸方向にオーバーラップさせることはできないため、回転軸が同一直線上にある複数の動力ローラ１７から送り出される複数のプリプレグＰのテープ同士を重ね合わせることはできない。

具体例として、図７に示すように、３つの動力ローラ１７のうち回転軸が同一直線上に配置された両側の２つの動力ローラ１７の間隔を最小として３つのプリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３のテープを送り出した場合に積層されるプリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３の幅の最小値は、中央のプリプレグＰ２のテープが、両側の２枚のプリプレグＰ１、Ｐ３のテープの下層となるため、両側の２つのプリプレグＰ１、Ｐ３のテープの幅の合計となる。他方、図９に示すように５つの動力ローラ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅの間隔を最小とした場合に積層されるプリプレグＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５のテープの幅の最小値は、第２のプリプレグＰ２のテープ及び第４のプリプレグＰ４のテープが下層となるため、第１のプリプレグＰ１のテープの幅、第３のプリプレグＰ３のテープの幅及び第５のプリプレグＰ５のテープの幅の合計となる。

これに対して、３つ以上の動力ローラ１７を、互いに回転軸が同一直線上とならないように配置すれば、隣接しないプリプレグＰのテープであっても重ね合わせることができる。具体例として、全てのプリプレグＰのテープを重ねることができるように、全ての動力ローラ１７を互いに回転軸が同一直線上とならないように配置すれば、複数のプリプレグＰのテープのオーバーラップ量を最大にした時の幅がプリプレグＰのテープ１枚分の幅となる。

つまり、回転軸が同一直線上に無い動力ローラ１７の数を増やす程、積層後におけるプリプレグＰの幅の可変範囲を広くすることができる。従って、積層後におけるプリプレグＰの幅の自由度を重視する場合には、全ての動力ローラ１７を半径方向にシフトさせて配置しても良い。逆に、積層ヘッド２のサイズの増加を回避することを重視する場合には、図７や図９に例示されるように複数の動力ローラ１７を回転軸が同一直線上となるように配置することが合理的である。

以上の第２の実施形態は、複数のプリプレグＰのテープ材を並べてオーバーラップ量を調整し、コンパクションローラ１５で平滑化するようにしたものである。このため、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加えて、異なる幅を有する複合材や、幅が変化する複合材を容易に成形することが可能となるという効果が得られる。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

例えば、上述した各実施形態では、複数の動力ローラ１７間における相対移動が平行移動に限られていたが、相対的に回転移動させるようにしても良い。具体例として、複数のプリプレグＰのテープを、オーバーラップ量を変化させながら積層する場合には各プリプレグＰのテープの長さ方向は互いに平行とはならない。そこで、プリプレグＰのテープの長さ方向に動力ローラ１７の向きを変化させるようにしても良い。

また、複数のプリプレグＰのテープ間に隙間を空けて送り出すようにしても良い。具体例として積層ヘッド２を往復移動させてプリプレグＰのテープを積層する場合には、積層ヘッド２の往路においてプリプレグＰのテープ間に隙間が生じても、積層ヘッド２の復路において隙間を埋めることができる。

このように、複数の動力ローラ１７の少なくとも１つを、回転軸と平行でない軸を中心としてテーブル４に対して相対的に回転移動させたり、複数の動力ローラ１７間における相対移動を行いながら、複数の動力ローラ１７を含む積層ヘッド２をテーブル４に対して相対移動させることによって、複数のプリプレグＰのテープを送り出し方向に送り出すことができる。

１、１Ａ プリプレグ積層装置
２ 積層ヘッド
３ ガントリ
３Ａ 支柱
４ テーブル
５ 制御装置
６ 送り機構
１０ テンションローラ
１０Ａ 圧力センサ
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ フィードローラ
１２ カッタ
１２Ａ 刃
１２Ｂ ローラ
１３ ヒータ
１４ ガイド
１５ コンパクションローラ
１６ モータ
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ、１７Ｅ 動力ローラ
１８ サポートローラ
２０ オーバーラップ量調整装置
２１ フレーム
２２、２２Ａ、２２Ｂ ボールねじ
２３ モータ
３０Ａ、３０Ｂ ギア
Ｐ、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５ プリプレグ
Ｔ 積層治具

Claims (5)

1. 繊維強化プラスチックの素材である第１のプリプレグのテープを送り出す第１のローラと、
   繊維強化プラスチックの素材である第２のプリプレグのテープを送り出す第２のローラと、
   前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープを直接又は間接的に積層するためのテーブルと、
   前記第１のローラ及び前記第２のローラの少なくとも一方の、回転軸と平行でない軸を中心とする前記テーブルに対する相対的な回転移動及び前記第１のローラと前記第２のローラとの間における相対移動の少なくとも一方を行いながら、前記第１のローラ及び前記第２のローラを前記テーブルに対して相対移動させることによって、前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープを送り出し方向に送り出す送り機構と、
   を有するプリプレグ積層装置。
2. 前記第１のローラの回転軸と、前記第２のローラの回転軸が平行となるように前記第１のローラ及び前記第２のローラが配置され、
   前記送り機構は、前記第１のローラと前記第２のローラの双方を、前記回転軸及び前記送り出し方向に垂直な軸を中心として前記テーブルに対して相対的に回転移動させることによって前記送り出し方向を変化させる請求項１記載のプリプレグ積層装置。
3. 前記第１のローラの回転軸と、前記第２のローラの回転軸が前記テーブルの表面に平行となるように前記第１のローラ及び前記第２のローラが配置され、
   前記送り機構は、前記第１のローラと前記第２のローラの双方を、前記テーブルの表面に垂直な軸を中心として前記テーブルに対して相対的に回転移動させることによって前記送り出し方向を変化させる請求項１又は２記載のプリプレグ積層装置。
4. 繊維強化プラスチックの素材である第１のプリプレグのテープを第１のローラで送り出すステップと、
   繊維強化プラスチックの素材である第２のプリプレグのテープを第２のローラで送り出すステップと、
   前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープをテーブルに直接又は間接的に積層するステップと、
   を有し、
   前記第１のローラ及び前記第２のローラの少なくとも一方の、回転軸と平行でない軸を中心とする前記テーブルに対する相対的な回転移動及び前記第１のローラと前記第２のローラとの間における相対移動の少なくとも一方を行いながら、前記第１のローラ及び前記第２のローラを前記テーブルに対して相対移動させることによって、前記第１のプリプレグのテープ及び前記第２のプリプレグのテープを送り出し方向に送り出すプリプレグ積層方法。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプリプレグ積層装置を用いて製作された前記第１のプリプレグ及び前記第２のプリプレグの前記積層体を硬化することによって繊維強化プラスチックを成形する複合材成形方法。

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