JP2023111757A - 繊維送り出し装置、繊維積層方法及び複合材成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＲＰの素材となるプリプレグテープ又はドライテープ等の複数のテープ材を互いオーバーラップさせることなく同時に積層し、かつ積層後における複数のテープ材全体の幅を変化できるようにすることである。【解決手段】実施形態に係る繊維送り出し装置は、繊維又はプリプレグからなる複数のテープの送り出しをガイドするための複数のローラと、送り出しを停止させるべきテープの送り出しを停止させるブレーキと、複数のローラから少なくとも１つのローラが選択された場合に、選択されたローラとの間でテープを挟み込んで送り出すためのベルトコンベアとを備え、選択されたローラは、テープがベルトコンベアとの間で挟み込まれるようにベルトコンベアに接近する一方、選択されていないローラは、テープがベルトコンベアとの間で挟み込まれないようにベルトコンベアから退避するように構成される。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、繊維送り出し装置、繊維積層方法及び複合材成形方法に関する。

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）等の複合材とも呼ばれる繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を成形するためには、シート状の繊維に未硬化の樹脂を含浸させたプリプレグのシートを積層した後、樹脂を硬化させることが必要となる。或いは、樹脂を含浸させる前のシート状の繊維を積層した後、樹脂を含浸させて硬化させることが必要となる。繊維を積層した後、樹脂を含浸させるＦＲＰの成形方法は、ＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法と呼ばれる。

近年では、テープ状のプリプレグ又は繊維を自動的に積層する自動繊維積層（ＡＦＰ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）装置が市販されており、ＡＦＰ装置で積層するためのプリプレグテープの他、ドライテープと呼ばれる樹脂を含浸させる前のテープ状の繊維も市販されている（例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。

ＡＦＰ装置でプリプレグテープやドライテープ等のテープ材を積層する場合、複数のテープ材を同時に積層することにより、積層効率、すなわち単位時間当たりに積層されるテープ材の長さを向上することができる。このため、複数のテープ材を同時に積層できるように複数の積層ヘッドを備えたＡＦＰ装置も考案されている。また、複数のプリプレグテープを同時に積層する多頭式ＡＦＰ装置において、隣接するプリプレグテープ間におけるオーバーラップ量を調整できるようにする技術も提案されている（例えば特許文献４参照）。

特開平０１－２４７１４６号公報 特開２００４－１８１６８３号公報 特表２０１１－５２７６４８号公報 特開２０２０－０５９１４５号公報

しかしながら、複数の積層ヘッドを備えた従来のＡＦＰ装置では、積層後における複数のテープ材の幅を変化させるために、テープ材間におけるオーバーラップ量を変化せざるを得ない。換言すれば、テープ材を部分的にオーバーラップさせなければ、積層後におけるテープ材全体の幅を変化させることができない。このため、積層後におけるテープ材の厚さを均一にすることができない。

加えて、プリプレグテープには粘着性があることから、プリプレグテープをオーバーラップさせて積層すると、曲線的に複数のプリプレグテープを積層することが困難となる場合がある。具体的には、複数のプリプレグテープを互いにオーバーラップさせた状態で曲線的に積層しようとすると、内側におけるプリプレグテープと、外側におけるプリプレグテープとの間で積層長さが異なることから、理想通りに複数のプリプレグテープを敷き詰めることができない場合がある。このため、複数のプリプレグテープをオーバーラップさせて積層する場合には、直線的又は曲率が非常に小さい曲線に沿ってプリプレグテープを積層せざるを得ない。

これは、テープ材自体の幅が大きい場合においても同様である。すなわち、曲率が大きい曲線に沿って複数のテープ材を積層するためには、幅が狭い複数のテープ材をオーバーラップさせずに積層することが必要となる。しかも、テープ材の幅が狭くなるほど、テープ材の積層効率が減少することから、積層効率の低下を回避又は低減するためには、より多くのテープ材を同時に積層することが求められる。

しかしながら、典型的なＡＦＰ装置は、テープ材を固定するブレーキ、テープ材を送り出すフィードローラ、テープ材を切断するカッタ及びテープ材を型に押し付けるコンパクションローラで構成される積層ヘッドを有しており、これら積層ヘッドの構成要素の幅はテープの幅よりも大きくなることから、構成要素間における干渉を回避するために積層ヘッドをテープ材の幅方向に並べることがでない。すなわち、テープ材の数に等しい数の複数の積層ヘッドを、互い違いに配置するなど、テープ材の送り出し方向に異なる位置に配置することが必要となる。その結果、多数のテープ材を同時に送り出すためには、多数の積層ヘッドを備えた大掛かりなＡＦＰ装置が必要となり、テープ材の数を増やすことは容易ではない。

そこで、本発明は、ＦＲＰの素材となるプリプレグテープ又はドライテープ等の複数のテープ材を互いオーバーラップさせることなく同時に積層し、かつ積層後における複数のテープ材全体の幅を変化できるようにすることを目的とする。

また、本発明の別の目的は、ＡＦＰ装置の積層ヘッドを複雑で大掛かりなものとせずに、より多くのテープ材を積層できるようにすることである。

本発明の実施形態に係る繊維送り出し装置は、幅方向にオーバーラップしないように配列された繊維又はプリプレグからなる複数のテープの送り出しをガイドするための複数のローラと、前記複数のテープから少なくとも１つのテープが送り出しを停止させるべきテープとされた場合に前記送り出しを停止させるべきテープの送り出しを停止させるブレーキと、前記複数のローラから前記送り出しを停止させるべきテープをガイドしない少なくとも１つのローラが選択された場合に、前記選択されたローラとの間で、前記複数のテープのうち前記選択されたローラによってガイドされる選択されたテープを挟み込んで送り出すためのベルトコンベアとを備え、前記選択されたローラは、前記選択されたテープが前記選択されたローラと前記ベルトコンベアとの間で挟み込まれるように、前記ベルトコンベアに接近する一方、前記複数のローラから選択されていないローラは、前記複数のテープのうち前記選択されていないローラによってガイドされるテープが、前記選択されていないローラと前記ベルトコンベアとの間で挟み込まれないように、前記ベルトコンベアから退避するように構成されるものである。

また、本発明の実施形態に係る繊維送り出し装置は、繊維又はプリプレグからなるテープの送り出しをガイドするためのローラと、前記ローラとの間で、前記テープを挟み込んで送り出すためのベルトコンベアとを備え、前記ベルトコンベアは、孔を有するベルトと、前記ベルトの孔を通じて空気を吸い込む吸引チャックとを有し、前記吸引チャックで前記テープを吸引することによって前記テープの幅方向におけるずれを防止するようにしたものである。

また、本発明の実施形態に係る繊維積層方法は、上述した繊維送り出し装置で送り出された前記テープを積層することによって前記テープ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複合材成形方法は、上述した繊維積層方法で製作された前記テープの積層体を用いて複合材を成形するものである。

本発明の第１の実施形態に係る繊維送り出し装置の構成を示す正面図。 図１に示す繊維送り出し装置の主要な構成要素の斜視図。 図１に示す繊維送り出し装置に供給される配列済みの複数のテープから一部のテープを選択した例を示す図。 図１に示す繊維送り出し装置に供給される配列済みの複数のテープから一部のテープを選択した例を示す図。 図１に示す吸引チャックの構造例を示す斜視図。 図５に示す吸引チャックでテープを吸着しながら送り出す様子を示す概略図。 図１に示す第１のグループに属する２本のテープのみを繊維送り出し装置からコンパクションローラに向けて送り出す場合にコントローラから出力される制御信号の例を示す図。 図７に示す制御信号によって制御された繊維送り出し装置の状態を示す概略図。 図１に示す第１のグループに属する２本のテープと第２のグループに属する２本のテープのみを繊維送り出し装置からコンパクションローラに向けて送り出す場合にコントローラから出力される制御信号の例を示す図。 図９に示す制御信号によって制御された繊維送り出し装置の状態を示す概略図。 図１に示す第１のグループに属する２本のテープと第２のグループに属する２本のテープのみを繊維送り出し装置からコンパクションローラに送り出して１プライ分を積層する場合における繊維送り出し装置を含むＡＦＰ装置の制御状態の一例を示す図。 図１に示す繊維送り出し装置を備えたＡＦＰ装置を使用し、プリプレグテープを素材としてＦＲＰを成形する場合における流れの一例を示すフローチャート。 図１に示す繊維送り出し装置を備えたＡＦＰ装置を使用し、ドライテープを素材としてＦＲＰを成形する場合における流れの一例を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る繊維送り出し装置に備えられる吸引チャックの構成を示す斜視図。 図１４に示す吸引チャックでテープを吸着しながら送り出す様子を示す概略図。

本発明の実施形態に係る繊維送り出し装置、繊維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）
（繊維送り出し装置の構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る繊維送り出し装置の構成を示す正面図であり、図２は図１に示す繊維送り出し装置の主要な構成要素の斜視図である。

繊維送り出し装置１は、予め幅方向に相互にオーバーラップしないように配列された複数のテープＴから少なくとも１本の所望のテープＴを選択し、選択したテープＴのみを送り出す装置である。繊維送り出し装置１によって送り出される対象となるテープＴは、ＦＲＰの素材となる繊維又はプリプレグからなるテープＴ、すなわちプリプレグテープ又はドライテープである。プリプレグテープは、繊維に樹脂を含浸させたプリプレグをテープ状にしたものである。ドライテープは、樹脂を含浸させる前の繊維をテープ状にしたものである。

ＦＲＰはプリプレグテープを積層してプリプレグテープの積層体を製作した後、プリプレグテープの積層体に含まれる樹脂を硬化することによって成形することができる。或いは、ドライテープを積層してドライテープの積層体を製作した後、ドライテープの積層体に樹脂を含浸させて硬化するＲＴＭ法によってもＦＲＰを成形することができる。

従って、繊維送り出し装置１は、テープＴを自動的に積層するＡＦＰ装置２の積層ヘッドに内蔵することができる。換言すれば、ＡＦＰ装置２の積層ヘッドにアタッチメントとして取付けることができる。

ＡＦＰ装置２は、テープＴを積層するためのテーブル３、テーブル３に向けてテープＴを押付けるコンパクションローラ４及びコンパクションローラ４をテーブル３に対して相対移動させる移動機構５を備えている。尚、テープＴの下面が平面でない場合には、図１に例示されるようにテーブル３上に下型等の治具Ｊを載置し、治具Ｊの上にテープＴを積層することができる。

繊維送り出し装置１で選択された単一又は複数のテープＴをコンパクションローラ４でテーブル３側に押付けた状態でコンパクションローラ４をテーブル３に対して相対移動させれば、各テープＴに張力を付与しながらコンパクションローラ４の移動方向と逆方向に各テープＴを送り出すことができる。このため、ＡＦＰ装置２の移動機構５は、テーブル３及びコンパクションローラ４の少なくとも一方を移動するように構成される。コンパクションローラ４を移動機構５で移動する場合には、コンパクションローラ４を備えた積層ヘッドごとテーブル５に対して移動させるようにしても良い。

コンパクションローラ４からテーブル３に向かってテープＴを送り出すためには、コンパクションローラ４をテープＴの送り出し方向と逆方向にテーブル３に対して相対移動させることが必要となる。また、コンパクションローラ４からテープＴを曲線に沿って送り出すためには、コンパクションローラ４をテーブル３に対して相対的に回転移動させることが必要となる。更に、テーブル３にテープＴが積層されるにつれて、積層中のテープＴの積層体の厚みが増加することから、コンパクションローラ４をテーブル３に対してテープＴの厚さ方向にも相対移動させることが必要となる。

従って、移動機構５は、コンパクションローラ４を、テーブル３に対する相対的な直交３軸方向への直線移動に加えて回転移動できるように構成される。尚、テープＴの厚さ方向におけるコンパクションローラ４のテーブル３に対する相対移動は、積層ヘッドごと移動させることによって行っても良いし、積層ヘッドは移動させずにコンパクションローラ４のみを移動させることによって行っても良い。

このようにＡＦＰ装置２で単一又は複数のテープＴを積層するためには、積層対象となるテープＴをコンパクションローラ４に向けて送り出すことが必要となる。従って、繊維送り出し装置１において複数の配列済のテープＴから選択された単一又は複数のテープＴは、ＡＦＰ装置２の積層ヘッドに備えられるコンパクションローラ４に向けて送り出される。

繊維送り出し装置１に供給される複数のテープＴは、幅方向に互いにオーバーラップしないように配列されており、送り出し対象となるテープＴが２本以上選択された場合には、選択された複数のテープＴも幅方向に互いにオーバーラップしないように配列された状態で送り出される。このため、繊維送り出し装置１から送り出される各テープＴは、共通かつ単一のコンパクションローラ４で同時に押付けられる。換言すれば、ＡＦＰ装置２において、コンパクションローラ４を備えた積層ヘッドの数は１つである。

尚、複数のテープＴに隙間を空けて積層することが許容される場合には、換言すれば、繊維送り出し装置１を備えたＡＦＰ装置２からテーブル３に向けて送り出される複数のテープＴの幅の合計よりも、積層エリアの幅の方が広い場合には、繊維送り出し装置１からコンパクションローラ４に向けて複数のテープＴに隙間を空けて送り出すようにしても良い。但し、以降では、繊維送り出し装置１から複数のテープＴが同時に送り出される場合には、無視できる誤差程度の隙間やオーバーラップを発生させずに複数のテープＴが送り出される場合を例に説明する。

図３及び図４は、それぞれ図１に示す繊維送り出し装置１に供給される配列済みの複数のテープＴから一部のテープＴを選択した例を示す図である。

繊維送り出し装置１には、異なる幅を有するテープＴを供給することができる。このため、図３に例示されるように幅が広い複数のテープＴを繊維送り出し装置１に供給すれば、繊維送り出し装置１から選択されて送り出されるテープＴの数が同じであっても、選択されたテープＴ全体の幅は広くなる。一方、図４に例示されるように幅が狭い複数のテープＴを繊維送り出し装置１に供給すれば、繊維送り出し装置１から選択されて送り出されるテープＴの数が同じであっても、選択されたテープＴ全体の幅は狭くなる。

一方、繊維送り出し装置１に供給される各テープＴの幅が同じであっても、繊維送り出し装置１において選択するテープＴの数を変更すれば、選択されたテープＴ全体の幅は変化する。このため、繊維送り出し装置１に供給される各テープＴの幅と、繊維送り出し装置１において選択するテープＴの数の双方を変化させることによって多種多様な幅で単一又は複数のテープＴを繊維送り出し装置１からコンパクションローラ４に向けて送り出すことができる。その結果、全体として幅が変化する単一又は複数のテープＴを積層し、より複雑な形状を有するＦＲＰを成形することが可能となる。

繊維送り出し装置１に供給される配列済みの複数のテープＴは、所望の構成を有する繊維配列装置６で製作することができる。例えば、図１に例示されるように、それぞれ特定の幅を有する複数のテープＴのボビン７を交換可能にセットし、繊維配列装置６を、複数のボビン７から供給される複数のテープＴを幅方向に一列に並べる装置とすれば、異なる幅を有するテープＴのボビン７と交換することによって、繊維送り出し装置１に供給される各テープＴの幅を変更することができる。

また、図１に例示されるように、繊維配列装置６の前段に、テープＴの幅を変化させる幅調整装置８を設ければ、各ボビン７から供給されるテープＴの幅を所望の幅に変化させて繊維送り出し装置１に供給することができるのみならず、各テープＴの送り出し中においてテープＴの幅を変化させることも可能となる。すなわち、幅が一定でないテープＴを繊維送り出し装置１に供給することができる。

ドライテープの幅を広げる装置としては、例えば、国際公開第２０１０／１３７５２５号パンフレットに開示されている開繊装置が知られている。また、ドライテープのみならずプリプレグテープの幅を狭くすることが可能な装置として、日本国特開２０２０－９３４５４号公報に開示されている装置を幅調整装置８として用いても良い。

従って、図３及び図４に示す例では、繊維送り出し装置１に同時に供給される複数のテープＴの各幅が概ね同一となっているが、異なる幅を有する複数のテープＴを幅方向にオーバーラップさせずに配列して繊維送り出し装置１に供給するようにしても良い。また、幅が一定でないテープＴを繊維送り出し装置１に供給するようにしても良い。

繊維送り出し装置１から送り出されるテープＴの数を減じることによって、複数のテープＴ全体の幅を狭くする場合、送り出されるテープＴ間に無視できなき隙間を発生させないためには、外側のテープＴから順番に非選択として送り出し対象から除外することが必要となる。例えば、図３及び図４に示す例では、１６本のテープＴが選択可能となっており、両側の１２本のテープＴを非選択とすることによって中央よりの４本のテープＴが選択的に送り出されている。もちろん、両側のテープＴから順番に非選択とせずに、片側のテープＴから順番に非選択とすることによって複数のテープＴ全体の幅を減じるようにしても良い。

また、テープＴを１本ずつ選択可能とせずに、纏めて複数本のテープＴを選択できるようにしても良い。すなわち、繊維配列装置６から繊維送り出し装置１に供給される複数のテープＴを複数組のグループに分け、複数のテープＴを含むグループを選択できるようにすることができる。

以降では、しばしば図２に例示されるように繊維配列装置６から繊維送り出し装置１に供給される１６本のテープＴを、中央に近い側から両側に向かって第１のグループに属する２本のテープＴＡ、第２のグループに属する２本のテープＴＢ、第３のグループに属する４本のテープＴＣ及び第４のグループに属する８本のテープＴＤからなる４つのグループに分類してグループごとに選択及び非選択とできるようにする場合を例に説明するが、テープＴが１本しか属さないグループを作っても良い。すなわち、以降で説明する例に限らず、それぞれ少なくとも１本のテープＴが属する複数のグループを対象として選択及び非選択とすることができる。

上述したようなテープＴの選択的な送り出しを行う繊維送り出し装置１は、ブレーキ９、ガイドローラ１０、ベルトコンベア１１、ローラ移動機構１２、カッタ１３、補助ローラ１４及びコントローラ１５で構成することができる。ブレーキ９及びガイドローラ１０は、選択対象となるグループごとに設けられる。従って、複数のテープＴが４つのグループに属するテープＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤに分類される場合には、４つのブレーキ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄと、４つのガイドローラ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが繊維送り出し装置１に設けられる。

複数のブレーキ９からなるブレーキユニットは、繊維送り出し装置１に供給される配列済みの複数のテープＴから少なくとも１つのグループに属するテープＴが送り出しを停止させるべきテープＴとされた場合に、送り出しを停止させるべきとされたグループに属するテープＴの送り出しを停止させる装置である。図示された例では、各ブレーキ９が、担当するテープＴをブレーキローラ１６と円柱状の押し当て部材１７で挟み込むことによって担当するテープＴの送り出しを停止させる一方、押し当て部材１７をブレーキローラ１６から相対的に引離すことによって担当するテープＴの送り出しの停止を解除する構成となっている。

押し当て部材１７の形状は、円柱状に限らず、角柱状とするなど、所望の形状とすることができる。但し、押し当て部材１７を回転可能なローラで構成すれば、テープＴの急停止を回避することができる。

また、押し当て部材１７のブレーキローラ１６に対する相対移動は、所望の駆動機構で行うことができる。例えば、シリンダチューブ内でピストンが往復するエアシリンダ、油圧シリンダ或いは電動式シリンダ等のシリンダ機構、ラック・アンド・ピニオン等のギア、ボールねじのように対象物を直線的に往復移動させる機器要素を用いて押し当て部材１７及びブレーキローラ１６の少なくとも一方を直線的に往復移動させても良いし、ギアやモータで回転移動するシャフトの先端に押し当て部材１７及びブレーキローラ１６の少なくとも一方を固定したり、横断面が円形でない柱状の押し当て部材１７をギアやモータの回転シャフトに固定したりすることによって、押し当て部材１７及びブレーキローラ１６の少なくとも一方を円弧状の軌跡に沿って振り子のように往復移動させるようにしても良い。

複数のガイドローラ１０からなるガイドローラユニットは、繊維送り出し装置１に供給される配列済みの複数のテープＴの送り出しをガイドするガイド機構として機能する。各ガイドローラ１０は、ローラ移動機構１２の駆動によって、ベルトコンベア１１に向かって接近及び退避するように構成されている。このため、ベルトコンベア１１に接近したガイドローラ１０でガイドされるテープＴは、ベルトコンベア１１とガイドローラ１０で挟まれた状態で送り出され、ベルトコンベア１１から退避したガイドローラ１０でガイドされるテープＴは、ベルトコンベア１１に密着せずにガイドローラ１０でガイドされることになる。

従って、各ガイドローラ１０には動力が必須ではない。すなわち、ガイドローラ１０とベルトコンベア１１との間における距離がテープＴの厚さ以下となるようにガイドローラ１０をベルトコンベア１１に接近させることによって、ベルトコンベア１１とガイドローラ１０でテープＴを十分な圧力で挟み込めば、ベルトコンベア１１及びガイドローラ１０とテープＴとの間における摩擦力によってベルトコンベア１１の動力がテープＴを通じてガイドローラ１０に伝達される。このため、各ガイドローラ１０にモータ等で動力を与えなくても、ガイドローラ１０を回転させることができる。従って、ベルトコンベア１１の動力だけで、全てのガイドローラ１０を回転させることができる。その結果、繊維送り出し装置１に必要なモータ等の動力源の数を減らすことができる。

但し、ガイドローラ１０にモータ等で動力を与え、ガイドローラ１０とベルトコンベア１１の双方でテープＴを送り出すようにしても良い。すなわち、ガイドローラ１０を、従来の典型的なＡＦＰ装置に備えられるフィードローラと同様な動力ローラとしても良い。その場合には、十分な動力でテープＴを送り出すことが可能となるため、繊維配列装置６からテープＴを引き出すために必要な動力が大きい条件可でも支障なくテープＴを送り出すことが可能となる。

一方、ガイドローラ１０とベルトコンベア１１との間における距離がテープＴの厚さより大きくなるようにガイドローラ１０をベルトコンベア１１から退避させることによって、テープＴをベルトコンベア１１に密着させずにガイドローラ１０でガイドする場合であっても、上述したように当該テープＴがコンパクションローラ４でテーブル３側に押付けられた状態でコンパクションローラ４をテーブル３に対して相対移動させれば、当該テープＴを送り出すことができる。

すなわち、テープＴがコンパクションローラ４で押付けられていれば、コンパクションローラ４及び下方に積層されているテープＴ又は治具Ｊと、コンパクションローラ４で押付けられている送り出し中のテープＴとの間における摩擦力によってテープＴには張力が作用するため、テープＴを送り出すことができる。この場合、ベルトコンベア１１から退避しているガイドローラ１０もコンパクションローラ４で押付けられている送り出し中のテープＴとの間における摩擦力によって回転することになる。

従って、ガイドローラ１０とベルトコンベア１１でテープＴを挟み込んで送り出すことが必要となるのは、ブレーキ９で送り出しが停止しているテープＴのうち、テープＴの先端がコンパクションローラ４に到達していないテープＴとなる。

尚、コンパクションローラ４に到達したテープＴをガイドローラ１０とベルトコンベア１１でテープＴを挟み込んで送り出しても良いが、ベルトコンベア１１の送り速度と、コンパクションローラ４のテーブル３に対する相対速度が異なる場合はもちろん、コンパクションローラ４から送り出される複数のテープＴ間において送り出し速度が異なる場合には、テープＴに弛みや過剰な張力が生じる恐れがあることから、コンパクションローラ４に到達していないテープＴに限定してガイドローラ１０とベルトコンベア１１で挟み込んで送り出すようにすることが適切である。逆に言えば、コンパクションローラ４に到達したテープＴはベルトコンベア１１から引離してベルトコンベア１１から動力を付与しないことが適切である。

ローラ移動機構１２は、上述したように各ガイドローラ１０を移動させることによって対象となるガイドローラ１０をベルトコンベア１１に接近又はベルトコンベア１１から退避させる装置である。ベルトコンベア１１に接近させる対象となるガイドローラ１０は、上述したようにブレーキ９で送り出しが停止していないテープＴのうち、テープＴの先端がコンパクションローラ４に到達していないテープＴをガイドするガイドローラ１０となる。逆に、ベルトコンベア１１から退避させる対象となるガイドローラ１０は、ブレーキ９で送り出しが停止しているテープＴをガイドするガイドローラ１０と、ブレーキ９で送り出しが停止していないテープＴのうち、テープＴの先端がコンパクションローラ４に到達しているテープＴをガイドするガイドローラ１０となる。

このため、各ガイドローラ１０が、ベルトコンベア１１に向かって接近させるべきガイドローラ１０であるか、ベルトコンベア１１から退避させるべきガイドローラ１０であるかの判定は、ブレーキ９の作動状態と、テープＴの先端の位置に基づいて行われることになる。この判定は、コントローラ１５で行われる。

そこで、ローラ移動機構１２は、コントローラ１５における判定でベルトコンベア１１に向かって接近させるべきガイドローラ１０として選択されたガイドローラ１０については、ベルトコンベア１１に向かって接近させる一方、コントローラ１５でその他の非選択とされたガイドローラ１０については、ベルトコンベア１１から退避させるように構成される。もちろん、ベルトコンベア１１から退避させるべきガイドローラ１０を選択し、その他のガイドローラ１０を非選択とする判定を行っても良く、この判定はベルトコンベア１１に向かって接近させるべきガイドローラ１０を選択する判定と等価である。

具体的には、ローラ移動機構１２は、コントローラ１５からの制御信号を受けて、ベルトコンベア１１に向かって接近させるべき選択されたガイドローラ１０がある場合には、複数のテープＴのうち選択されたガイドローラ１０でガイドされるテープＴが、選択されたガイドローラ１０とベルトコンベア１１との間で挟み込まれるように、当該ガイドローラ１０をベルトコンベア１１に押付ける。

すなわち、ローラ移動機構１２は、複数のガイドローラ１０から選択された少なくとも１つのガイドローラ１０と、ベルトコンベア１１との間における間隔がテープＴの厚さ以下となるようにガイドローラ１０をベルトコンベア１１に接近させる。これにより、ブレーキ９で送り出しが停止しておらず、かつコンパクションローラ４に到達する前のテープＴをガイドローラ１０とベルトコンベア１１で挟み込んで送り出すことができる。もちろん、全てのガイドローラ１０を選択し、全てのテープＴをガイドローラ１０とベルトコンベア１１で挟み込んで送り出すこともできる。

一方、ローラ移動機構１２は、その他の非選択のガイドローラ１０については、ベルトコンベア１１から退避させた状態を維持する。すなわち、全てのガイドローラ１０がベルトコンベア１１に向かって接近させるべきガイドローラ１０として選択されておらず、非選択のガイドローラ１０がある場合には、ローラ移動機構１２は、非選択のガイドローラ１０でガイドされるテープＴが、非選択のガイドローラ１０とベルトコンベア１１との間で挟み込まれないように、非選択のガイドローラ１０をベルトコンベア１１から引離す。

これにより、ブレーキ９で送り出しが停止しているテープＴについては、ベルトコンベア１１から引離されることによってベルトコンベア１１から動力が伝達されず、停止状態を維持する。また、コンパクションローラ４に到達したテープＴも、ベルトコンベア１１から引離されることによってベルトコンベア１１から動力が伝達されず、ベルトコンベア１１の搬送速度と独立したコンパクションローラ４のテーブル３に対する相対速度でテーブル３に向かって送り出すことができるのみならず、テープＴ間においても独立した速度で送り出すことができる。

ローラ移動機構１２は、所望の駆動機構で構成することができる。図示された例では、シリンダチューブ内でピストンが往復するエアシリンダ、油圧シリンダ或いは電動式シリンダ等のシリンダ機構１２Ａでガイドローラ１０の回転シャフトを往復移動させるようにローラ移動機構１２が構成されているが、ラック・アンド・ピニオン等のギアやボールねじのように対象物を直線的に往復移動させる機器要素を用いて各ガイドローラ１０の回転シャフトをベルトコンベア１１に向かって直線的に往復移動させるローラ移動機構１２を構成しても良い。

また、ローラ移動機構１２の別の構成例として、ガイドローラ１０の回転シャフトをワイヤ、チェーン又はベルトで昇降可能に吊下げたり、ガイドローラ１０の回転シャフトをカムの回転によって昇降可能に支持したりすることによって、ガイドローラ１０の自重でテープＴをベルトコンベア１１に押付けるようにしても良い。或いは、各ガイドローラ１０の回転シャフトを円弧状の軌跡に沿って振り子のように往復移動させるようにローラ移動機構１２を構成しても良い。その場合には、ギアやモータで傾斜角度が変化するシャフトの先端に各ガイドローラ１０の回転シャフトを回転可能に連結する構成例などが挙げられる。

ベルトコンベア１１は、ブレーキ９で送り出しを停止させるべきテープＴをガイドしない少なくとも１つのガイドローラ１０が複数のガイドローラ１０から選択された場合において、少なくとも、選択された単一又は複数のガイドローラ１０によってガイドされるテープＴを、選択されたガイドローラ１０との間で挟み込んで送り出す搬送装置である。

ベルトコンベア１１は、孔を有するベルト１８、ベルト１８に動力を与えて移動させる駆動ローラ１９、無限軌道を形成するようにベルト１８を支持する複数のプーリ２０、ベルト１８の孔を通じて空気を吸い込む吸引チャック２１及びベルト１８の内側からベルト１８を支持するバックアップローラ２２を用いて構成することができる。すなわち、ベルトコンベア１１には、バキューム式の吸引チャック２１を設けることができる。

図５は図１に示す吸引チャック２１の構造例を示す斜視図であり、図６は図５に示す吸引チャック２１でテープＴを吸着しながら送り出す様子を示す概略図である。

孔を有するベルト１８の裏側には、図５に例示されるような負圧を形成する吸引ボックスを吸引チャック２１として配置することができる。図５に示す例では、バックアップローラ２２及びプーリ２０を配置するための複数の凹みと、凹みを避けるようにバキュームチャックするための５つの吸引口２３を形成した中空の筐体２４に、イジェクタと連結するための排気ホース２５が連結されている。

このため、図６に示すように吸引チャック２１でベルト１８の孔から空気を吸引することによって、ガイドローラ１０でベルト１８に押付けられたテープＴをベルト１８に吸着することができる。この場合、ベルト１８に吸着したテープＴは、吸引チャック２１による吸引エリアを通過した後、ベルト１８から離脱させることが可能となる。このため、コンパクションローラ４の直前でテープＴがスムーズにベルト１８から離脱するように、吸引チャック２１による吸引エリアを決定することが適切である。

但し、筐体２４の吸引口２３が形成される部分には吸引口２３の縁を除いて剛性が無いため、ベルト１８にガイドローラ１０やカッタ１３を押し当てると、吸引口２３の縁から離れた部分では、ベルト１８が無視できない程度に変形してしまう恐れがある。そこで、ベルトコンベア１１に吸引チャック２１を設ける場合には、ガイドローラ１０及びカッタ１３に対向するベルト１８の裏側の各位置に、それぞれベルト１８を支持するためのバックアップローラ２２を設けることが適切である。

すなわち、ガイドローラ１０やカッタ１３がベルト１８に押付けられてもベルト１８がガイドローラ１０やカッタ１３の押付け方向に凹まないようにバックアップローラ２２でベルト１８を内側から支持し、ガイドローラ１０及びカッタ１３からベルト１８及びテープＴに負荷される圧力が減少しないようにすることが適切である。この場合、ガイドローラ１０でベルト１８に押付けられたテープＴは、ガイドローラ１０とバックアップローラ２２で挟み込まれてベルト１８と共に送り出されることになる。尚、図示された例では、ベルト１８を移動させる駆動ローラ１９も、バックアップローラ２２を兼ねている。

ベルトコンベア１１に、十分な吸引力を有する吸引チャック２１を設けると、ガイドローラ１０でベルト１８に押付けられたテープＴのみならず、ベルトコンベア１１から引離されたガイドローラ１０でガイドされるテープＴも吸引することができる。このため、ガイドローラ１０でベルト１８に押付けられているテープＴのみならず、ベルト１８の近傍にあるテープＴを吸引チャック２１で吸引することによってテープＴの幅方向におけるずれを防止することができる。

つまり、ベルトコンベア１１に、十分な吸引力を有する吸引チャック２１を設けると、ベルトコンベア１１をコンパクションローラ４に先端が到達する前のテープＴを吸引しながら搬送するための送り出し装置としてだけでなく、ブレーキ９で送り出しが停止されているテープＴも含めて各ガイドローラ１０でガイドされている全てのテープＴの幅方向におけるずれを防止するガイド装置として機能させることができる。

換言すれば、吸引チャック２１付のベルトコンベア１１は、繊維配列装置６で配列された複数のテープＴの間隔を保持するガイド装置として機能する。このため、繊維配列装置６から様々な幅を有する複数のテープＴが様々な間隔で繊維送り出し装置１に供給されても、繊維配列装置６で決定されたテープＴの間隔を維持しながら選択された一部又は全部のテープＴをコンパクションローラ４に向けて送り出すことができる。

尚、テープＴが通気性を有するドライテープであっても、吸引チャック２１の吸引力が十分であれば、ガイドローラ１０でベルト１８に押付けられたドライテープのバキュームチャックはもちろん、ベルト１８から離れたドライテープを含む各ドライテープの幅方向におけるずれ防止のための吸引を行うことができる。

一方、テープＴが熱可塑性又は熱硬化性のプリプレグテープである場合には粘着力があるため、バキュームチャックを行わなくてもガイドローラ１０でベルト１８に押付けられたプリプレグテープはベルト１８に密着する。このため、プリプレグテープの幅方向におけるずれをある程度甘受しても良い場合には、吸引チャック２１を省略しても良い。その場合には、ベルトコンベア１１のベルト１８として孔が無いものを使用することができる。

カッタ１３は、あるプライにおいて各テープＴの送り出しが完了した場合にテープＴを切断するための工具である。上述したように、ベルトコンベア１１に吸引チャック２１を設ける場合には、カッタ１３に対向するベルト１８の裏側の位置にベルト１８を支持するためのバックアップローラ２２を設け、カッタ１３をベルト１８に押付けてもベルト１８が変形しないようにすることが適切である。

図示された例では、全てのテープＴに共通かつ単一のカッタ１３が設けられているが、グループごとに別々にカッタ１３を設けても良い。グループごとに別々にカッタ１３を設ければ、同じプライにおいてテープＴを切断せずに積層対象となるテープＴの数を変更することができる。また、カッタ１３は、先端の切れ刃が直線上に往復動作するものに限らず、円弧状の軌跡に沿って先端の切れ刃が往復動作するものであっても良い。

補助ローラ１４は、各テープＴの張力を維持しながら送り出し方向を変えるために必要に応じて設けることができる。図示された例では、繊維配列装置６から供給される各テープＴの送り出し方向を、各ブレーキ９を構成するブレーキローラ１６に向けるための補助ローラ１４が繊維送り出し装置１の入口に設けられている。

コントローラ１５は、繊維送り出し装置１を統括制御する制御装置である。繊維送り出し装置１における代表的な制御対象は、各ブレーキ９のＯＮ／ＯＦＦの切換え、ローラ移動機構１２の駆動による各ガイドローラ１０の移動、カッタ１３の動作並びにベルトコンベア１１及び吸引チャック２１の作動である。

このため、コントローラ１５には、これらの制御対象を統括制御するための統括制御プログラムを保存し、保存した統括制御プログラムに従って各制御対象を制御する機能が備えられる。具体的には、コントローラ１５には、統括制御プログラムに従って各制御対象に制御信号を出力する機能が備えられる。もちろん、コントローラ１５と各制御対象との間で双方向通信を行い、各制御対象の動作モード等をコントローラ１５が認識するようにしても良い。

各ガイドローラ１０をベルトコンベア１１に接近させる方向に移動させるか、或いはベルトコンベア１１から退避させる方向に移動させるかの判定は、上述したように、同じテープＴを担当するブレーキ９がＯＮ状態にあるのかＯＦＦ状態にあるのかに加えて、各ガイドローラ１０でガイドされるテープＴがコンパクションローラ４に到達したか否かに基づいて行われる。

各ガイドローラ１０でガイドされるテープＴがコンパクションローラ４に到達したか否かは、各ブレーキ９をＯＦＦ状態に切換えてからの経過時間や各テープＴをガイドローラ１０とベルトコンベア１１で挟み込んでからの経過時間のように、所望のトリガ信号からの経過時間に基づいて判定することができる。その場合には、コントローラ１５は、制御プログラムによって、各ガイドローラ１０でガイドされるテープＴがコンパクションローラ４に到達したか否かを自動判定することができる。

一方、各テープＴの送り出し長さを測定し、各テープＴの送り出し長さに基づいて、各ガイドローラ１０でガイドされるテープＴがコンパクションローラ４に到達したか否かを自動判定するようにしても良い。その場合には、ボビン７、繊維配列装置６或いは幅調整装置８の制御装置から各テープＴの送り出し長さを取得したり、ベルトコンベア１１から駆動ローラ１９を回転させるためのモータの回転量として各テープＴの送り出し長さを取得したりする機能をコントローラ１５に設け、コントローラ１５が、各テープＴがコンパクションローラ４に到達したかどうかを各テープＴの送り出し長さに基づいて判定できるようにすることができる。或いは、所望の位置に各テープＴの送り出し長さを検出するためのローラ等を含むセンサを配置し、コントローラ１５がセンサから各テープＴの送り出し長さを取得するようにしても良い。

また、各ガイドローラ１０でガイドされるテープＴの先端がコンパクションローラ４に到達した時点でコンパクションローラ４を移動させてテープＴに圧力をかけることが必要となる。逆に、各プライにおけるテープＴの積層が完了し、テープＴをカッタ１３で切断する際には、ブレーキ９を作動させてテープＴの送り出しを停止させることが適切である。

このため、コンパクションローラ４をテーブル３に対して相対移動させる移動機構５と繊維送り出し装置１が連動するように、コントローラ１５に移動機構５の制御装置５Ａから必要な情報を取得する機能を設けることができる。逆に、繊維送り出し装置１自体がＡＦＰ装置２の積層ヘッドに内蔵され得ることから、繊維送り出し装置１のコントローラ１５も移動機構５を制御する制御装置５Ａの一部とし、コントローラ１５と、制御装置５Ａとの間で双方向通信を行えるようにしても良い。

次に、コントローラ１５による繊維送り出し装置１の具体的な制御例について説明する。

図７は、図１に示す第１のグループに属する２本のテープＴＡのみを繊維送り出し装置１からコンパクションローラ４に向けて送り出す場合にコントローラ１５から出力される制御信号の例を示す図であり、図８は図７に示す制御信号によって制御された繊維送り出し装置１の状態を示す概略図である。

例えば、図１に示す第１のグループに属する２本のテープＴＡのみを繊維送り出し装置１からコンパクションローラ４に向けて送り出す場合には、図７に示す制御信号をコントローラ１５で生成して各ブレーキ９及びローラ移動機構１２に出力することができる。

具体的には、図７に示すように、第１のグループに属するテープＴＡの移動を停止させるためのブレーキ９Ａには、動作状態をＯＦＦ状態とする制御信号を出力する一方、第２乃至第４のグループに属する残りのテープＴＢ、ＴＣ、ＴＤの移動を停止させるためのブレーキ９Ｂ、９Ｃ、９Ｄには、動作状態をＯＮ状態とする制御信号を出力することができる。これにより、図８に示すように、ブレーキ９Ａが作動していない第１のグループに属するテープＴＡのみが送り出され、第２乃至第４のグループに属するテープＴＢ、ＴＣ、ＴＤはブレーキ９Ｂ、９Ｃ、９Ｄの作動によって停止する。

また、第１のグループに属するテープＴＡをガイドするガイドローラ１０Ａが、第１のグループに属するテープＴＡをベルトコンベア１１に押付ける動作をＯＮ状態とする一方、第２乃至第４のグループに属する残りのテープＴＢ、ＴＣ、ＴＤをガイドする残りの各ガイドローラ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄが、それぞれ第２乃至第４のグループに属する残りのテープＴＢ、ＴＣ、ＴＤをベルトコンベア１１に押付ける動作をＯＦＦ状態とするように、コントローラ１５からローラ移動機構１２に図７に示す制御信号を出力することができる。

これにより、ローラ移動機構１２が駆動し、図８に示すように、第１のグループに属するテープＴＡをガイドするガイドローラ１０Ａのみがベルトコンベア１１に接近する。そして、第１のグループに属するテープＴＡのみがガイドローラ１０Ａと、駆動ローラ１９を兼ねたバックアップローラ２２で支持されたベルトコンベア１１との間で挟み込まれる。その結果、ベルトコンベア１１の動力でコンパクションローラ４に到達する前の第１のグループに属するテープＴＡのみをコンパクションローラ４に向けて送り出すことができる。

一方、第２乃至第４のグループに属するテープＴＢ、ＴＣ、ＴＤをそれぞれガイドするガイドローラ１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、第２乃至第４のグループに属するテープＴＢ、ＴＣ、ＴＤをベルトコンベア１１に押付けないため、第２乃至第４のグループに属するテープＴＢ、ＴＣ、ＴＤはいずれもベルトコンベア１１から動力を受けない。従って、ブレーキ９Ｂ、９Ｃ、９Ｄでそれぞれ移動が停止している第２乃至第４のグループに属するテープＴＢ、ＴＣ、ＴＤに過剰な張力が生じることはない。

図９は、図１に示す第１のグループに属する２本のテープＴＡと第２のグループに属する２本のテープＴＢのみを繊維送り出し装置１からコンパクションローラ４に向けて送り出す場合にコントローラ１５から出力される制御信号の例を示す図であり、図１０は図９に示す制御信号によって制御された繊維送り出し装置１の状態を示す概略図である。

図１に示す第１のグループに属する２本のテープＴＡと第２のグループに属する２本のテープＴＢのみを繊維送り出し装置１からコンパクションローラ４に向けて送り出す場合には、図９に示す制御信号をコントローラ１５で生成して各ブレーキ９及びローラ移動機構１２に出力することができる。

具体的には、図９に示すように、第１のグループに属するテープＴＡの移動を停止させるためのブレーキ９Ａと、第２のグループに属するテープＴＢの移動を停止させるためのブレーキ９Ｂには、動作状態をＯＦＦ状態とする制御信号を出力する一方、第３及び第４のグループに属する残りのテープＴＣ、ＴＤの移動を停止させるためのブレーキ９Ｃ、９Ｄには、動作状態をＯＮ状態とする制御信号を出力することができる。これにより、図１０に示すように、ブレーキ９Ａ、９Ｂが作動していない第１のグループに属するテープＴＡと第２のグループに属するテープＴＢのみが送り出され、第３及び第４のグループに属するテープＴＣ、ＴＤはブレーキ９Ｃ、９Ｄの作動によって停止する。

また、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢをガイドする各ガイドローラ１０Ａ、１０Ｂが、それぞれ第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢをベルトコンベア１１に押付ける動作をＯＮ状態とする一方、第３及び第４のグループに属する残りのテープＴＣ、ＴＤをガイドする残りの各ガイドローラ１０Ｃ、１０Ｄが、それぞれ第３及び第４のグループに属する残りのテープＴＣ、ＴＤをベルトコンベア１１に押付ける動作をＯＦＦ状態とするように、コントローラ１５からローラ移動機構１２に図９に示す制御信号を出力することができる。

これにより、ローラ移動機構１２が駆動し、図１０に示すように、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢをそれぞれガイドするガイドローラ１０Ａ、１０Ｂのみがベルトコンベア１１に接近する。そして、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢのみがそれぞれガイドローラ１０Ａ、１０Ｂと、バックアップローラ２２で支持されたベルトコンベア１１との間で挟み込まれる。その結果、ベルトコンベア１１の動力でコンパクションローラ４に到達する前の第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢのみをそれぞれコンパクションローラ４に向けて送り出すことができる。

一方、第３及び第４のグループに属するテープＴＣ、ＴＤをそれぞれガイドするガイドローラ１０Ｃ、１０Ｄは、第３及び第４のグループに属するテープＴＣ、ＴＤをベルトコンベア１１に押付けないため、第３及び第４のグループに属するテープＴＣ、ＴＤはいずれもベルトコンベア１１から動力を受けない。従って、ブレーキ９Ｃ、９Ｄでそれぞれ移動が停止している第３及び第４のグループに属するテープＴＣ、ＴＤに過剰な張力が生じることはない。

図７乃至図１０に示す例のように、コントローラ１５によるブレーキ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄと、ガイドローラ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを連動させた制御によって、複数のグループに属するテープＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤから所望のグループに属するテープＴを選択し、コンパクションローラ４に向けて送り出すことができる。換言すれば、コンパクションローラ４に向けて同時に送り出すテープＴの数を変えることができる。

繊維送り出し装置１から送り出されたテープＴがコンパクションローラ４に到達した後は、上述したようにコンパクションローラ４のテーブル３に対する相対速度によってテープＴの送り出し速度が決まるため、テープＴをベルトコンベア１１から引離すことが適切である。このため、繊維送り出し装置１から送り出されたテープＴがコンパクションローラ４に到達した後においても、制御プログラムをインストールしたコントローラ１５で繊維送り出し装置１を制御することが必要となる。

図１１は、図１に示す第１のグループに属する２本のテープＴＡと第２のグループに属する２本のテープＴＢのみを繊維送り出し装置１からコンパクションローラ４に送り出して１プライ分を積層する場合における繊維送り出し装置１を含むＡＦＰ装置２の制御状態の一例を示す図である。

図１１に示すように繊維送り出し装置１を含むＡＦＰ装置２の初期状態では、どのグループに属するテープＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤも送り出されないように、全てのブレーキ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９ＤがＯＮ状態とされる。また、ガイドローラ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、カッタ１３及びコンパクションローラ４による圧力付与はいずれもＯＦＦ状態とされる。

第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢのみを送り出す場合には、図９及び図１０を参照して説明したように、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢの移動をそれぞれ停止させるためのブレーキ９Ａ、９Ｂがコントローラ１５による制御下でＯＦＦ状態に切換えられる一方、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢをそれぞれガイドする各ガイドローラ１０Ａ、１０Ｂによるベルトコンベア１１へのテープＴＡ、ＴＢの押付け動作がコントローラ１５による制御下でＯＮ状態に切換えられる。これにより、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢの先端が、バックアップローラ２２で支持されたベルトコンベア１１の動力を受けてコンパクションローラ４に送り出される。

第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢの先端がコンパクションローラ４に到達すると、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢをそれぞれガイドする各ガイドローラ１０Ａ、１０Ｂによるベルトコンベア１１へのテープＴＡ、ＴＢの押付け動作がコントローラ１５による制御下でＯＦＦ状態に切換えられる。

一方、繊維送り出し装置１のコントローラ１５と連動する制御装置５Ａの制御によって、ＡＦＰ装置２の移動機構５がコンパクションローラ４をテーブル３に対してテープＴＡ、ＴＢの厚さ方向に相対移動させる。このため、コンパクションローラ４からテープＴＡ、ＴＢに圧力が付与される。すなわち、コンパクションローラ４によるテープＴＡ、ＴＢへの圧力付与がＯＮ状態に切換る。

これにより、ベルトコンベア１１から第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢに付与されていた動力が遮断される一方、コンパクションローラ４から第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢに張力が付与される。そして、コンパクションローラ４をテーブル３に対してテープＴＡ、ＴＢの長さ方向に相対移動させることによって、テープＴＡ、ＴＢをテーブル３上に積層することができる。各テープＴＡ、ＴＢは、コンパクションローラ４から受ける張力によって互いに独立した速度でＡＦＰ装置２から送り出されるため、カーブを描くように各テープＴＡ、ＴＢを送り出すこともできる。

テープＴＡ、ＴＢが積層エリアの終端に到達すると、移動機構５の駆動によるコンパクションローラ４のテーブル３に対する相対移動が停止する。一方、略同時に第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢの移動をそれぞれ停止させるためのブレーキ９Ａ、９Ｂがコントローラ１５による制御下でＯＮ状態に切換えられる。これにより、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢの移動が停止する。

また、コントローラ１５からカッタ１３に動作状態をＯＮ状態に切換える制御信号が出力される。これにより、カッタ１３が駆動し、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢが切断される。

テープＴＡ、ＴＢの切断が完了すると、コントローラ１５からカッタ１３に動作状態をＯＦＦ状態に切換える制御信号が出力される。これにより、カッタ１３が駆動し、第１及び第２のグループに属するテープＴＡ、ＴＢからカッタ１３の切れ刃が退避する。

その後、移動機構５がコンパクションローラ４をテーブル３に対してテープＴＡ、ＴＢの厚さ方向に相対移動させ、コンパクションローラ４によるテープＴＡ、ＴＢへの圧力付与をＯＦＦ状態に切換える。すなわち、コンパクションローラ４がテープＴＡ、ＴＢから引離される。これにより、１プライ分のテープＴＡ、ＴＢの積層が完了し、繊維送り出し装置１を含むＡＦＰ装置２が初期状態に戻る。

上述したような制御プログラムをコントローラ１５にインストールすることによって、製作対象となるＦＲＰの形状に合わせたテープＴの選択、送り出し及び積層を繰返し行うことが可能となる。これにより、プリプレグテープ又はドライテープからなるテープＴの積層体をＦＲＰの素材として製作することができる。

尚、全てのガイドローラ１０がベルトコンベア１１から引離されている間は、ベルト１８の移動を停止させても良い。すなわち、ベルト１８の移動を各ガイドローラ１０及びローラ移動機構１２の制御と連動させても良い。逆に、ベルトコンベア１１から引離されているガイドローラ１０でガイドされるテープＴであっても、コンパクションローラ４付近においてベルトコンベア１１のベルト１８と接触し得る場合には、ベルト１８とテープＴとの間における不要な摩擦力を低減するために、少なくとも１本のテープＴがコンパクションローラ４から送り出されている間は、ベルト１８の移動を停止させないようにしても良い。従って、コントローラ１５からベルトコンベア１１の駆動ローラ１９に適切なタイミングで動作モードをＯＮ状態とＯＦＦ状態との間で切換えるための制御信号が出力される。

また、全てのガイドローラ１０がベルトコンベア１１から引離されている間は、コントローラ１５で吸引チャック２１を制御することによって吸引チャック２１をＯＦＦ状態に切換えても良い。但し、上述したようにコンパクションローラ４から少なくとも１本のテープＴが送り出されている間は、吸引チャック２１で送り出し中のテープＴを吸引することによってテープＴの幅方向へのずれを防止できることから、吸引チャック２１をＯＮ状態のまま維持するようにしても良い。

（繊維積層方法及び複合材成形方法）
次に、繊維送り出し装置１を備えたＡＦＰ装置２による繊維積層方法及び複合材成形方法について説明する。

図１２は、図１に示す繊維送り出し装置１を備えたＡＦＰ装置２を使用し、プリプレグテープを素材としてＦＲＰを成形する場合における流れの一例を示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、繊維送り出し装置１において、複数のテープＴから積層対象となるテープＴの選択と送り出しが行われる。

具体的には、予め繊維配列装置６で配列されたプリプレグテープからなる複数のテープＴが繊維送り出し装置１に供給される。そうすると、図７乃至図１０に示す例のように、積層対象とならないテープＴの移動はブレーキ９で停止する一方、積層対象となるテープＴのみが吸引チャック２１付のベルトコンベア１１とガイドローラ１０で挟み込まれてコンパクションローラ４に送り出されるように、コントローラ１５が制御プログラムに従ってブレーキ９及びローラ移動機構１２を制御する。これにより、繊維配列装置６で配列された複数のテープＴのうち、積層対象として選択された単一又は複数のテープＴのみがコンパクションローラ４に向けて送り出される。

次に、ステップＳ２において、繊維送り出し装置１からコンパクションローラ４に送り出された単一又は複数のテープＴの積層が行われる。

具体的には、繊維送り出し装置１からコンパクションローラ４に向けて送り出された単一又は複数のテープＴの先端がコンパクションローラ４に到達すると、コンパクションローラ４に送り出された単一又は複数のテープＴをガイドするガイドローラ１０がコントローラ１５による制御下でベルトコンベア１１から退避する一方、コントローラ１５と連動する制御装置５Ａによって制御される移動機構５の駆動によってコンパクションローラ４がテーブル３に接近する。その結果、コンパクションローラ４に送り出された単一又は複数のテープＴは、コンパクションローラ４から圧力を受け、コンパクションローラ４との摩擦力によって張力が生じる。

続いて、制御装置５Ａによって制御される移動機構５の駆動によってコンパクションローラ４がテープＴの送り出し方向と逆方向にテーブル３に対して相対移動する。これにより、コンパクションローラ４でテーブル３側に押付けられたテープＴは、コンパクションローラ４の移動方向と逆方向に送り出される。

コンパクションローラ４は、テーブル３に対して直線的な移動に限らず回転移動させることもできる。複数のテープＴが送り出されている場合、各テープＴは互いに幅方向にオーバーラップしていないため、プリプレグの粘着力が隣接するテープＴ間で作用しない。このため、各テープＴを他のテープＴと異なる独立した送り速度及び長さで送り出すことも可能となる。その結果、コンパクションローラ４を曲線的に移動させても、各テープＴに弛みや過剰な張力等が生じることなく各テープＴを送り出すことができる。

コンパクションローラ４から送り出された単一又は複数のテープＴが積層エリアの終端に到達すると、コンパクションローラ４のテーブル３に対する相対移動が停止し、コンパクションローラ４から送り出された単一又は複数のテープＴはカッタ１３で切断される。これにより１プライ分の単一又は複数のテープＴの積層が完了する。

そして、ステップＳ１における積層対象となるテープＴの選択及び送り出しと、ステップＳ２における選択されたテープＴの積層は、ステップＳ３において、全てのプライに属するテープＴの積層が完了したと判定されるまで繰り返される。全てのプライに属するテープＴの積層が完了したかどうかの判定は、相互通信によって連動する繊維送り出し装置１のコントローラ１５と移動機構５の制御装置５Ａが、制御プログラムに基づいて自動的に行うことができる。

尚、最初にテーブル３に送り出される単一又は複数のテープＴは、テーブル３に直接又はテーブル３に載置された型等の積層用の治具Ｊの上に積層され、その後、テーブル３に送り出される単一又は複数のテープＴは、下方に隣接する単一又は複数のテープＴの上に順次積層されることになる。

そして、全てのプライに属するテープＴの積層が完了すると、プリプレグテープからなるテープＴの積層体が得られる。すなわち、繊維送り出し装置１で選択された１プライ分の単一又は複数のテープＴをＡＦＰ装置２でプライ方向に積層することによってテープＴの積層体を製作することができる。

次に、ステップＳ４において、テープＴの積層体に含まれている樹脂の硬化が行われる。これにより、ＦＲＰを成形することができる。すなわち、ＡＦＰ装置２で製作されたテープＴの積層体を用いて複合材とも呼ばれるＦＲＰを成形することができる。

樹脂が熱硬化性樹脂であれば、オートクレーブ装置やオーブン等の加熱装置で樹脂を加熱することによって樹脂を硬化することができる。一方、樹脂が熱可塑性樹脂であれば、予め加熱溶融した樹脂を冷却装置で冷却又は空冷することによって硬化することができる。

樹脂を硬化する際には、テープＴの積層体を積層用の治具Ｊから成形用の治具に載せ替えても良いし、共通の治具Ｊで樹脂を硬化させても良い。通常、樹脂を硬化する際には、上方からもテープＴの積層体を加圧することが必要となる。このため、テープＴの積層体を上型で加圧したり、真空引きによるバギングによって大気圧をテープＴの積層体に負荷したりしても良い。また、上型、真空装置、加熱装置或いは冷却装置等のＦＲＰの成形に必要な装置をＡＦＰ装置２と一体化しても良い。

図１３は、図１に示す繊維送り出し装置１を備えたＡＦＰ装置２を使用し、ドライテープを素材としてＦＲＰを成形する場合における流れの一例を示すフローチャートである。尚、図１３において図１２とテープＴがドライテープであるかプリプレグテープであるかを除いて同様のステップには同符号を付して詳細な説明を省略する。

ドライテープを対象として繊維送り出し装置１における選択と、ＡＦＰ装置２又はその他の専用の積層装置による積層を行うこともできる。その場合には、ステップＳ３で全てのプライに属するテープＴの積層が完了したと判定された場合に、ドライテープからなるテープＴの積層体が得られる。

このため、ステップＳ１０において、テープＴの積層体への樹脂の注入が行われる。そのために、真空引きによるテープＴの積層体のバギングや型によるテープＴの積層体の密閉が行われる。そして、ステップＳ４において、テープＴの積層後に含浸させた樹脂を硬化することによってＦＲＰが成形される。

（効果）
以上のような繊維送り出し装置１、繊維積層方法及び複合材成形方法は、予め配列されたプリプレグテープ又はドライテープからなる複数のテープＴから所望のテープＴを選択して積層するようにしたものである。

このため、繊維送り出し装置１、繊維積層方法及び複合材成形方法によれば、同時に積層されるテープＴの数を変更することできる。しかも、配列済みのテープＴを単一かつ共通のコンパクションローラ４で押し付けることができるため、テープＴ自体の幅を変更することもできる。その結果、繊維送り出し装置１から同一プライに同時に送り出される単一又は複数のテープＴ全体の幅を容易に変更することが可能となる。

加えて、ベルトコンベア１１に吸引チャック２１を設ければ、繊維配列装置６で配列したテープＴの間隔（ピッチ）を維持し、テープＴ間におけるオーバーラップをより確実に回避することができる。このため、同一プライにおいて幅方向に隣接する複数のテープＴ間において送り出し速度及び送り出し長さを変えることが可能となり、テープＴに過剰な張力や弛みを発生させることなく、曲線的に複数のテープＴを積層することができる。その結果、より複雑な形状を有するＦＲＰの成形が可能となる。

また、繊維送り出し装置１からＡＦＰ装置２のコンパクションローラ４に単一のテープＴ又は配列済みの複数のテープＴが送り出されるため、テープＴごとにコンパクションローラを設ける必要が無い。このため、従来のように複数のコンパクションローラをテープごとに設ける場合に生じるような部品間の干渉が起きず、従来のＡＦＰ装置のように複数のテープを互い違いに送り出すことも不要となる。

すなわち、ＡＦＰ装置２には、テープＴごとにコンパクションローラを含む積層ヘッドを設ける必要が無いため、テープＴの幅及び数が変更されても、積層ヘッドをテープＴの幅方向にスライドさせるための複雑な機構を不要にすることができる。このため、ＡＦＰ装置２の積層ヘッドを複雑で大掛かりなものとせずに、数や幅が変更され得る多くのテープＴを積層することが可能となる。

また、繊維送り出し装置１では、送り出し対象となり得る複数のテープＴに共通かつ単一のベルトコンベア１１から異なる位置で動力を付与することができる。このため、ベルトコンベア１１からテープＴを通じて回転動力が伝達されるガイドローラ１０にモータから動力を付与することが必須ではなくなり、必要な動力源の数を低減することが可能となる。

（第２の実施形態）
図１４は本発明の第２の実施形態に係る繊維送り出し装置に備えられる吸引チャックの構成を示す斜視図である。

図１４に示された第２の実施形態における繊維送り出し装置１Ａは、ベルトコンベア１１に設けられる吸引チャック２１の端部にベルト１８の孔を通じて空気を吐出する送風口３０を形成した点が第１の実施形態における繊維送り出し装置１と相違する。第２の実施形態における繊維送り出し装置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繊維送り出し装置１と実質的に異ならないため吸引チャック２１の構成例のみ図示し、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。

図１４に示すように、吸引チャック２１のコンパクションローラ４側における端部に、空気の送風口３０を形成することができる。より具体的には、吸引チャック２１によってベルト１８に吸着したテープＴをコンパクションローラ４に向けて送り出すためにベルト１８から引離すべき位置に送風口３０を形成することができる。

この場合、吸引チャック２１を構成する筐体２４の内部が吸引口２３から空気を吸引するエリアと、送風口３０から空気を吐出するエリアに仕切られ、吸引口２３から空気を吸引するエリアには空気を排出するための排気ホース２５が連結される一方、送風口３０から空気を吐出するエリアには空気を供給するための給気ホース３１が連結される。

図１５は図１４に示す吸引チャック２１でテープＴを吸着しながら送り出す様子を示す概略図である。

図１４に例示されるように、吸引チャック２１のコンパクションローラ４側に形成された送風口３０から空気を吐出すると、ベルト１８の孔を通じてテープＴにエアブローを行うことができる。その結果、図１５に示すように、ベルト１８の孔を通じた吸引口２３からの空気の吸引によってベルト１８に吸着したテープＴを、送風口３０が形成されている位置でベルト１８から引離すことができる。つまり、コンパクションローラ４側におけるベルト１８の端部を通るテープＴの部分のみをエアブローすることによって、テープＴがベルト１８に貼り付いて剥がれなくなる不具合を回避することができる。

以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加えて、吸引チャック２１付のベルトコンベア１１から適切な位置でテープＴを離脱させ、コンパクションローラ４に安定的にテープＴを送り出すことができるという効果が得られる。

特に、プリプレグテープは粘着性を有することから、吸引チャック２１を省略した単純なベルトコンベア１１でテープＴを送り出す場合であっても、コンパクションローラ４側における端部に送風口３０を形成してエアブローを行うメリットがある。但し、エアブローを行うためには、ベルト１８の孔が必要となることから、ベルト１８の孔を通じてエアブローを行うのであれば、吸引チャック２１でバキュームチャックも行うことが合理的である。

（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。

１、１Ａ 繊維送り出し装置
２ 自動繊維積層（ＡＦＰ）装置
３ テーブル
４ コンパクションローラ
５ 移動機構
５Ａ 制御装置
６ 繊維配列装置
７ ボビン
８ 幅調整装置
９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ ブレーキ
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ ガイドローラ
１１ ベルトコンベア
１２ ローラ移動機構
１２Ａ シリンダ機構
１３ カッタ
１４ 補助ローラ
１５ コントローラ
１６ ブレーキローラ
１７ 押し当て部材
１８ ベルト
１９ 駆動ローラ
２０ プーリ
２１ 吸引チャック
２２ バックアップローラ
２３ 吸引口
２４ 筐体
２５ 排気ホース
３０ 送風口
３１ 給気ホース
Ｊ 治具
Ｔ、ＴＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＴＤ テープ

Claims (5)

1. 幅方向にオーバーラップしないように配列された繊維又はプリプレグからなる複数のテープの送り出しをガイドするための複数のローラと、
   前記複数のテープから少なくとも１つのテープが送り出しを停止させるべきテープとされた場合に前記送り出しを停止させるべきテープの送り出しを停止させるブレーキと、
   前記複数のローラから前記送り出しを停止させるべきテープをガイドしない少なくとも１つのローラが選択された場合に、前記選択されたローラとの間で、前記複数のテープのうち前記選択されたローラによってガイドされる選択されたテープを挟み込んで送り出すためのベルトコンベアと、
   を備え、
   前記選択されたローラは、前記選択されたテープが前記選択されたローラと前記ベルトコンベアとの間で挟み込まれるように、前記ベルトコンベアに接近する一方、前記複数のローラから選択されていないローラは、前記複数のテープのうち前記選択されていないローラによってガイドされるテープが、前記選択されていないローラと前記ベルトコンベアとの間で挟み込まれないように、前記ベルトコンベアから退避するように構成される繊維送り出し装置。
2. 繊維又はプリプレグからなるテープの送り出しをガイドするためのローラと、
   前記ローラとの間で、前記テープを挟み込んで送り出すためのベルトコンベアと、
   を備え、
   前記ベルトコンベアは、
   孔を有するベルトと、
   前記ベルトの孔を通じて空気を吸い込む吸引チャックと、
   を有し、
   前記吸引チャックで前記テープを吸引することによって前記テープの幅方向におけるずれを防止するようにした繊維送り出し装置。
3. 前記ベルトコンベアは、
   孔を有するベルトと、
   前記ベルトの孔を通じて空気を吐出する送風口と、
   を有し、
   前記送風口から前記空気を吐出することによって前記ベルトから前記テープを引き離すようにした請求項１又は２記載の繊維送り出し装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の繊維送り出し装置で送り出された前記テープを積層することによって前記テープの積層体を製作する繊維積層方法。
5. 請求項４記載の繊維積層方法で製作された前記テープの積層体を用いて複合材を成形する複合材成形方法。

Images