JP3772257B2 - 繊維複合シートの製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束などの強化繊維束を用いた二軸の繊維複合シートの製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
（繊維複合シートの内容）
従来より、繊維複合シートとしては、次のようなものが提案されている。
【０００３】
（１）一方向繊維複合シート
一方向繊維複合シートとは、繊維束を一方向に引き揃え並べたシートのことである。これは、単純な作業により得られるシートであるが、一方向のみの強化となるため、種々の方向に同様な強度特性を得る等方性が得られないという問題点がある。
【０００４】
積層により等方性を得るが、積層シートの大きさが限られているため、広範囲への適用が難しいという問題点がある。また、積層作業が繁雑であるという問題点がある。
【０００５】
一方向に並べられていることから繊維束のみでシートを形成することが難しいという問題点がある。
【０００６】
（２）二軸繊維複合シート
二軸繊維複合シートとは、織物や編物よりなるシートである。これは、補強方向が縦糸方向と横糸方向にある。つまり、０°と９０°方向に補強するものである。
【０００７】
そのために、織りや編み工程を得るための材料コストが上がるという問題点がある。
【０００８】
繊維のみでシートとして存在可能であるが、等方性に欠けるという問題点がある。
【０００９】
積層により等方性を得ることができるが、積層時に積層角度を考慮した積層になる。また、積層シートの大きさが限られているため、広範囲への適用が難しいという問題点がある。さらに、積層作業が繁雑であるという問題点がある。
【００１０】
（３）多軸繊維複合シート（三軸織物、多軸補強ステッチ基材）
三軸織物とは、０°、６０°、１２０°方向に繊維が挿入した織物である。
【００１１】
そのために、織工程があるため材料コストが上がるという問題点があるが、等方性は向上している。
【００１２】
しかし、織組織の点から、糸の間の空間が広くでき、繊維リッチな部分と樹脂リッチな部分に分かれてしまうという問題点がある。
【００１３】
多軸補強ステッチ基材とは、０°、＋４５°、−４５°、９０°方向に繊維を配向した後、ステッチ糸で補強用繊維を一体化させたシートである。四方向に補強されるため、等方性は向上している。また、製造装置によっては、さらに多くの角度（例えば、＋３０°、−３０°、＋６０°、−３０°）の配向を施せるものがある。
【００１４】
しかし、製造装置が大型化であるために、設備が高価になるという問題点がある。
【００１５】
ステッチ糸の存在により樹脂の含浸性が問題となる。特に、熱可塑性樹脂をマトリックスとする場合は、含浸性、相性に問題点がある。
【００１６】
積層角度を容易に変更できないという問題点がある。
【００１７】
繊維を配向させる時に、シートの両端部で針に繊維を引っ掛ける方式を用いるため、開繊糸などを使用した場合に、シートの両端部で繊維幅が極端に変化し狭まってしまうという問題点がある。
【００１８】
針で引っ掛ける方式のため、樹脂の含浸したシート材などは使用できないという問題点がある。
【００１９】
（繊維複合シートの製造装置）
上記のような多軸繊維複合シートの製造装置としては、従来より例えば次のような発明が提案されている。
【００２０】
（１）第１の従来発明
第１の従来発明は、多軸ステッチ基材を開繊糸により製造する方法と装置に関するものである（ＷＯ０１／６３０３３）。
【００２１】
この第１の従来発明は、両端部の針構造は同じであり、開繊糸の幅が狭まるという問題点がある。
【００２２】
また、前記したように樹脂の含浸したシートを使用することができないという問題点がある。
【００２３】
（２）第２の従来発明
第２の従来発明は、開繊糸の使用を考慮したものである（特表２００１−５１６４０６）。
【００２４】
この第２の従来発明は、両端部に針を使用せず、シートを切断して貼り合わせるものである。
【００２５】
そのため、この従来発明により０°と９０°方向以外に繊維補強されたシート材を製造することが可能となるが、この製造装置は大型であり設備コストがかかるという問題点がある。
【００２６】
両端部でシートを切断する工程を踏まえてシートの挿入を行うため、加工速度を速くすることが困難であり、シートコストを安くできないという問題点がある。
【００２７】
（３）第３の従来発明
第３の従来発明は、±θ°方向の補強シートを作り、かつ、＋θ°方向の繊維シートと−θ°方向の繊維シート層がばらけないように固定糸を採用しているものである（特開平９−１６９０７０号）。
【００２８】
第３の従来発明は、開繊糸またはプリプレグシートを供給する繊維シートに使用することができないという問題点がある。
【００２９】
供給ボビンがシートの両耳部で９０°旋回する方法を用いているため、この方法を用いると、供給する繊維がシートの場合にシート幅が変形してしまうという問題点がある。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように繊維複合シートにおいては、次の課題がある。
【００３１】
第１の課題は、材料コストを下げることである。すなわち、炭素繊維束などは太繊度になる程価格が安くなるが、樹脂の含浸性が悪くなるという問題点がある。また、織物に使用すると織糸の屈曲が大きくなり強度特性が低減するという問題点がある。
【００３２】
第２の課題は、疑似等方性の問題である。すなわち、繊維の補強方向を増やし、シートのどの方向においても強度特性が略同じになるようにすることである。但し、単純に繊維を種々の角度に積層したシートでは、複合材料板材になった時に板材のそり、曲がりなどの変形を生じてしまうという問題点がある。このため、シートの長手方向およびシートの厚み方向での対称性などを考慮した繊維の積層が重要となる。
【００３３】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、次のような提案を行う。
【００３４】
第１の目的は、０°と９０°以外の方向の二軸方向を補強した繊維複合シートであって、その二軸方向は繊維複合シートの長手方向に対し対称方向であるものを提供することである。
【００３５】
すなわち、これにより、種々の方向に繊維補強された疑似等方性の大型複合材料板を得ることが容易となる。また、その積層順序を厚み方向で対称とすれば、積層板としてのそりや曲がりも容易になくせる板材を得ることができる。
【００３６】
第２の目的は、太繊度の繊維束の使用を可能とするものを提供することである。すなわち、太繊維度の繊維束は開繊によりシート化して使用することができ、材料コストの低減を実現できる。
【００３７】
第３の目的は、樹脂含浸したシート材の使用を可能とするものを提供することである。特に、熱可塑性樹脂などの複合材料成形品の開発も行えるものを提供する。
【００３８】
第４の目的は、製造方法として両耳部でのシート幅変化をなくし、これにより、樹脂含浸したシートなどの製造も可能となるものを提供することである。
【００３９】
第５の目的は、両耳部は固定されるため、繊維束がばらけず、かつ、ステッチ糸なしにシートとして存在させることができるものを提供することである。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ｎ枚（ｎ＞１）の繊維シートをその幅方向に並べて螺旋状に同時に巻き付け積層した繊維複合シートの製造装置であって、前記繊維複合シートの長手方向に沿って配された一対の直線状の折り返しガイド手段と、繊維束を一方向に引き揃え配列した１枚の繊維シートをそれぞれ供給し、かつ、前記一対の直線状の折り返しガイド手段を中心にして等角度毎に配されたｎ個の繊維シート供給手段と、前記ｎ個の繊維シート供給手段から供給された前記ｎ枚の繊維シートを前記一対の折り返しガイド手段に対して所定角度θ°（但し、０°＜θ°＜９０°である）の傾きを持たせて当てつつ、順番に同じ回転速度で相対回転させて、前記ｎ枚の繊維シートを前記一対の折り返しガイド手段の位置で順番にそれぞれ折り返して前記ｎ枚の繊維シートを螺旋状に巻き付け、前記長手方向に対して前記ｎ枚の繊維シートの方向が＋θ°よりなる第１繊維シート層と前記長手方向に対して前記ｎ枚の繊維シートの方向が−θ°よりなる第２繊維シート層の二層から構成する前記繊維複合シートを形成する繊維シート積層手段と、前記形成された前記繊維複合シートを回収する繊維複合シート回収手段と、を有し、前記ｎ枚の繊維シートの中でｋ枚目（１＝＜ｋ＝＜ｎ）の繊維シートの幅Ｂｋとし、１サイクルの工程で製造される前記繊維複合シートの長さをＬとし、前記繊維複合シートの幅をＷとすると、
【数２】
であることを特徴とする繊維複合シートの製造装置である。
【００４１】
【作 用】
本発明により製造された繊維複合シートであると、繊維束の配向方向が±θ°方向であり、この繊維複合シートを用いれば、疑似等方性があり、かつ、厚み方向において対称積層となるので大型複合板材が実現することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（繊維複合シートの構成）
以下、本発明の繊維複合シート１について、図１及び図２に基づいて説明する。
【００４３】
図１は、本実施例の繊維複合シート１の平面図であり、図２はその縦断面図である。
【００４４】
繊維複合シート１は、繊維束２を一方向に引き揃えた繊維シート３を、この繊維複合シート１の長手方向に対して所定角度θ°（以下、巻き付け角度θという）の傾きをもたせて重ねるように順番に折り返して螺旋状に巻き付け、繊維シート３の方向が＋θ°よりなる第１繊維シート層４と、繊維シート３の方向が−θ°よりなる第２繊維シート層５の二層から構成されたものであり、繊維複合シート１の両耳部には、第１繊維シート層４と第２繊維シート層５とを接着するための両面接着テープ６、６が存在している。
【００４５】
ここで、巻き付け角度θ°としては、０°＜θ°＜９０°であり、好適には１５°＝＜θ°＝＜７５°である。なお、θ°＝０°の場合には繊維複合シート１の長手方向になり、９０°の場合には幅方向となる。
【００４６】
この繊維複合シート１を用いると、疑似等方性があり、かつ、厚み方向において対称積層となるので、大型複合板材を実現することができる。
【００４７】
以下、この繊維複合シート１を製造するための製造装置についての各実施例を説明していく。
【００４８】
（第１の実施例）
第１の実施例の製造装置１０について、図３から図８に基づいて説明する。
【００４９】
図３は、本実施例の製造装置１０によって製造される繊維複合シート１の構造であり、図４は、製造装置１０の斜視図である。
【００５０】
（１）製造装置１０の構造
図４〜７に基づいて、製造装置１０の構造について説明する。
【００５１】
図４は、製造装置１０の斜視図である。
【００５２】
まず、本明細書においての座標系について定義しておく。図４において、繊維複合シート１の長手方向をＺ軸方向、繊維複合シートの幅方向をＸ軸方向、幅方向に対して直交する方向をＹ軸方向と設定する。
【００５３】
図４に示すように、繊維複合シート１の両耳部の位置に相当する個所に、左右一対の折り返しガイド部１２が互いに平行にＺ軸に沿って設けられている。
【００５４】
まず、左側の折り返しガイド部１２について図５も参照して説明する。
【００５５】
折り返しガイド部１２は、直線状の断面長方形の筒体であり、その内部に中空部１４を有している。
【００５６】
折り返しガイド部１２の前面及び後面に沿って両面接着テープ１６，１８が下方へ供給されるように、折り返しガイド部１２の上部には一対のテープ供給ロール２０，２２がそれぞれ配されている。このテープ供給ロール２０，２２は、トルク制御モータＴＭ４，ＴＭ４によって一定のトルクによって回転する。
【００５７】
折り返しガイド部１２の上方には、両面接着テープ１６，１８から離れた２枚の離型紙２４，２６を回収するための離型紙回収ロール２８が配されている。この離型紙回収ロール２８は、トルク制御モータＴＭ３によって回転する。
【００５８】
ここで、両面接着テープ１６，１８の動きについて説明すると、折り返しガイド部１２の前面及び後面に沿ってそれぞれ供給されるが、この時に折り返しガイド部１２と接する面は離型紙２４，２６が存在しているため、両面接着テープ１６，１８が折り返しガイド部１２に接着することがない。折り返しガイド部１２の下端の位置にくると、離型紙２４，２６が上方に折り返され中空部１４を通って離型紙回収ロール２８に回収される。一方、離型紙２４，２６が剥がれた両面接着テープ１６，１８の面は互いに接着され、接着面が両側に露出した一枚の両面接着テープ６となる。
【００５９】
右側の折り返しガイド部１２についても同様の構造となっている。
【００６０】
一対の折り返しガイド部１２の外方には、繊維束２を一方向に引き揃え配列したシート供給ロール３０が配されている（図７参照）。このシート供給ロール３０は、トルク制御モータＴＭ１によって回転する。このシート供給ロール３０の回転軸は、繊維複合シート１の長手方向、すなわち、Ｚ軸に対して対してθ°の傾きをもって配されている。
【００６１】
トルク制御モータＴＭ１及びシート供給ロール３０を一体にして、一対の折り返しガイド部１２の外周において、Ｘ−Ｙ平面に平行に回転可能なように積層回転装置３２が設けられている。
【００６２】
この積層回転装置３２は、リング状のリングギア３４から外方に腕部材３６が突出し、この腕部材３６の先端に角度θ°をもってトルク制御モータＴＭ１が配され、このトルク制御モータＴＭ１の回転軸にシート供給ロール３０の回転軸が接続されている。
【００６３】
リングギア３４は、ギア３８を介して回転スピード制御モータＳＭ２によってＺ軸と平行な軸を中心にして回転する。
【００６４】
積層回転装置３２の下方には、完成した繊維複合シート１を走行させるための一対の走行ロール４０，４２が設けられている。この走行ロール４２は、回転スピード制御モータＳＭ１によって回転する。
【００６５】
この走行ロール４０，４２の下方には、繊維複合シート１を回収するためのシート回収ロール４４が配され、このシート回収ロール４４はトルク制御モータＴＭ２によって回転する。
【００６６】
図６は、製造装置１０のブロック図である。
【００６７】
コンピュータよりなる制御部４６によって回転スピード制御モータＳＭ１，ＳＭ２及びトルク制御モータＴＭ１，ＴＭ２，２個のＴＭ３，４個のＴＭ４が接続され、それぞれ回転スピード及びトルクが制御されている。
【００６８】
また、制御部４６を操作するための操作部４８が設けられている。
【００６９】
（２）製造装置１０の動作状態
上記で説明した製造装置１０を用いて、図３に示す繊維複合シート１を製造する工程について説明する。
【００７０】
（２−１）第１工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、シート供給ロール３０から、繊維シート３をθ°の傾きをもって引き出す。
【００７１】
（２−２）第２工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、引き出した繊維シート３を、例えば右側の折り返しガイド部１２の位置で折り返す。この場合に、折り返しガイド部１２の下端から突出している両面接着テープ６に接着するように折り返す。この折り返しは、積層回転装置３２のリングギア３４を回転させると、折り返すことができる。繊維シート３を折り返すと、両面接着テープ６の両面に接着する。
【００７２】
また、ここで重要なことは、折り返しガイド部１２によって繊維シート３を折り返すために、太繊度の繊維束でも折り返すことができる。すなわち、太繊維度の繊維束は開繊によりシート化しているが、折り返しガイド部１２に沿って折り返すことができる。
【００７３】
（２−３）第３工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、右側の折り返しガイド部１２で折り返した繊維シート３をシート供給ロール３０から引き出しつつ＋θ°の傾きをもって右側の折り返しガイド部１２から左側の折り返しガイド部１２に向かって引き出す。これによって第１繊維シート層４が形成できる。
【００７４】
（２−４）第４工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、第１繊維シート層４を左側の折り返しガイド部１２で折り返す。この折り返しによって、左側の両面接着テープ６に接着される。
【００７５】
（２−５）第５工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、折り返した第１繊維シート層４を、左側の折り返しガイド部１２から右側の折り返しガイド部１２に向かってシート供給ロール３０によって引き出しながら、第２繊維シート層５を形成する。
【００７６】
（２−６）第６工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、第２繊維シート層５を右側の折り返しガイド部１２で折り返す。右側の折り返しガイド部１２で第２繊維シート層５を折り返すとその内側は右側の両面接着テープ６によって接着される。そして、第２工程と同様に第１繊維シート層４を形成する。
【００７７】
以下同様にして、第２工程から第６工程を１サイクルとして、このサイクルを繰り返して、一対の折り返しガイド部１２に繊維シート３を巻き付け角度θ°の傾きをもって螺旋状に巻き付けて、図３に示すような繊維複合シート１を製造する。
【００７８】
製造した繊維複合シート１は、一対の走行ロール４０，４２によって引っ張られつつ、シート回収ロール４４によって回収される。
【００７９】
この製造工程において、積層回転装置３２が回転スピート制御モータＳＭ２によって回転する回転速度と、一対の走行ロール４０，４２を回転させる回転スピート制御モータＳＭ１の回転速度を合致させ、また、両面接着テープ１６，１８を供給するトルク制御モータＴＭ３，ＴＭ４のトルクが、第１繊維シート層４と第２繊維シート層５を積層して引っ張られるテンションに合わす必要があり、さらに、シート回収ロール４４を走行させるトルク制御モータＴＭ２のトルクは、その積層される繊維複合シート１の回転スピートとテンションに合わせる。この調整は、制御部４６によって行う。そして、弛みがないように制御する。
【００８０】
具体的には、回転スピード制御モータＳＭ２の回転により積層シート３が１回転する間に、回転スピード制御モータＳＭ１の回転は、繊維複合シート１をＬ（１回転分の巻取り長さ）だけ送るように制御する。
【００８１】
ここで、積層回転装置３２の１回転分の巻取り長さＬと、図３に示す繊維シート３の幅Ｂとの関係は、
Ｌ＝Ｂ／ｓｉｎθ
であり、繊維複合シート１の幅Ｗとの関係は、
Ｗ＝Ｂ／（２×ｃｏｓθ）
である。
【００８２】
（第１の実施例の変更例）
第１の実施例では、繊維シート３を供給するものとして図７に示すようにシート供給ロール３０を使用したが、図８に示すように、繊維束２を巻回したボビン３１を複数個配列させて、繊維シート３として供給する構造であってもよい。
【００８３】
（第２の実施例）
第２の実施例の製造装置１００について、図９に基づいて説明する。
【００８４】
本実施例と第１の実施例の異なる点は、一対の走行ロール４０，４２からの繊維複合シート１をさらに加熱及び加圧するところにある。
【００８５】
具体的には、一対の走行ロール４０，４２の部分で、繊維複合シート１の両面に離型フィルム５０，５２を配し、繊維複合シート１に積層する。
【００８６】
積層した離型フィルム５０，５２を介して、複数の加熱加圧ロール５４で両面から加圧及び加熱する。
【００８７】
両面接着テープ６、６が存在している繊維複合シート１の両耳部６４，６４を、一対のカッター５６，５８で切断して、その両耳部６４，６４を切断した繊維複合シート１を離型フィルム５０，５２と共にシート回収ロール４４で回収する。
【００８８】
離型フィルム５０，５２は、トルク制御モータＴＭ５に接続されたフィルム供給ロール６０，６２によって供給される。
【００８９】
切断された両耳部６４，６４は、両耳部回収ロール６６，６６によって回収される。なお、この両耳部回収ロール６６，６６はトルク制御モータＴＭ７によってそれぞれ回転する。
【００９０】
この製造装置１００で製造する繊維複合シート１としては、目止め剤やプリプレグシートよりなるものである。詳しくは、下記の実験例で説明する。
【００９１】
（第３の実施例）
第３の実施例の製造装置２００について、図１０に基づいて説明する。
【００９２】
第１の実施例及び第２の実施例の製造装置１０，１００では、積層回転装置３２を回転させる構造であったが、本実施例の製造装置２００では、シート供給ロール３０をθ°の傾きをもって固定し、一対の折り返しガイド部１２，１２及び一対の走行ロール４０，４２及びシート回収ロール４４を円盤状の円盤ギア６８の上に設け、この円盤ギア６８を回転スピード制御モータＳＭ２によって回転させることによって、シート供給ロール３０に対し相対回転させ、繊維複合シート１を製造する。
【００９３】
（第４の実施例）
第１の実施例から第３の実施例では、１枚の繊維シート１を折り返して第１繊維シート層４と第２繊維シート層５を形成して繊維複合シート１を製造したが、本実施例では、図１１に示すように、２枚の繊維シート３−１、３−２を交互に順次折り返しながら、第１繊維シート層４と第２繊維シート層５を形成し、繊維複合シート１を製造する。
【００９４】
この場合に、１回転分の巻取り長さＬは、
Ｌ＝（Ｂ１＋Ｂ２）／ｓｉｎθ
であり、繊維複合シート１の幅Ｗは、
（Ｂ１＋Ｂ２）／（２×ｃｏｓθ）
となる。
【００９５】
なお、Ｂ１は、１枚目の繊維シート３−１の幅であり、Ｂ２は２枚目の繊維シート３−２の幅を表している。
【００９６】
（第５の実施例）
第４の実施例では２枚の繊維シート３−１，３−２を交互に順次折り返して巻く構造を示したが、これに限らず３枚以上の繊維シート３を順次折り返して繊維複合シート１を製造してもよい。
【００９７】
図１２は、４枚の繊維シート３−１，３−２，３−３，３−４を使用して繊維複合シート１を製造した場合の概略図である。
【００９８】
この４枚の繊維シート３を巻く場合の概略図が図１３に示し、図１３は、製造装置１０を上面から概略的に説明した図である。すなわち、Ｘ−Ｙ平面を見た図面である。
【００９９】
一対の折り返しガイド部１２、１２を中心として、４本のシート供給ロール３０が存在し、それぞれ４５°毎に配置されている。そして、これら４本のシート供給ロール３０を、順番に同じ回転速度で一対の折り返しガイド部１２、１２の周囲を回転させることにより、図１２に示すような繊維複合シート１を製造することができる。
【０１００】
ここで、ｎ枚の繊維シート３を用いた場合の繊維複合シート１の幅Ｗと、１サイクルの工程で製造される繊維複合シート１の長さＬは次のように表すことができる。
【０１０１】
【数３】
なお、Ｂｋは繊維シート１のｋ番目（１＝＜ｋ＝＜ｎ）の幅を意味しており、θは巻き付け角度である。
【０１０２】
（実験例）
以下、上記で説明した各実施例の製造装置１０，１００を用いて繊維複合シート１を実験的に製造した場合について順番に説明する。
【０１０３】
（１）実験例１
（１−１）実験条件
強化繊維束として炭素繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン株式会社製）を特許第３０６４０１９号公報に記載された方法により、幅２０ｍｍに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に２３本並べた目付４０ｇ／ｍ２の幅４６０ｍｍの一方向シートを作成して、それを繊維シートとした。
【０１０４】
第１の実施例の製造装置１０を用いた。
【０１０５】
巻き付け角度θ°は４５°に設定し、幅３２５ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを作成することを試みた。なお、両面接着テープに幅１８ｍｍのものを使用した。
【０１０６】
繊維シートが１回転する間に、約６５０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを巻き取るように設定した。なお、繊維シートが１回転する時間は１０秒とした（加工速度約３．９ｍ／分に設定された）。
【０１０７】
製造された±４５°方向の繊維複合シートを巻き取るときに幅４００ｍｍの離型紙とともに巻き取り（離型紙供給装置は図示していない）、製品の品質が損なわれないようにした。
【０１０８】
（１−２）実験結果
幅３２５ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを約３０ｍ製造した。
【０１０９】
各繊維束が緊張した状態で、繊維束としてのたるみも生じていなかった。
【０１１０】
繊維複合シートの両端部が両面接着テープで固定されていること、また離型紙とともに繊維複合シートを巻き取ったことから、繊維束のばらけがなく、繊維複合シートとしての形態安定性も良好であった。
【０１１１】
繊維束間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。
【０１１２】
（２）実験例２
（２−１）実験条件
繊維シートとして、一方向強化のプリプレグシート（三菱レイヨン株式会社製）を使用した。このプリプレグシートは炭素繊維束（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン株式会社製）を一方向に並べ、エポキシ樹脂を含浸させたものである。プリプレグシートの仕様は、炭素繊維束の目付５４ｇ／ｍ２、樹脂量（ｗｔ）３７．５％、厚み０．０５７ｍｍである。
【０１１３】
このプリプレグシートを幅５５４ｍｍにカットしたものを繊維シートとして使用した。
【０１１４】
第１の実施例の製造装置１０を用いた。
【０１１５】
巻き付け角度θ°は３０°に設定し、幅３２０ｍｍの±３０°方向の繊維複合シートを作成することを試みた。なお、両面接着テープには幅１８ｍｍのものを使用した。
【０１１６】
繊維シートが１回転する間に、約１１０８ｍｍの±３０°方向の繊維複合シートを巻き取るように設定した。
【０１１７】
繊維シートが１回転する時間は２０秒とした（加工速度約３．３２ｍ／分に設定された）。
【０１１８】
製造された±３０°方向の繊維複合シートを巻き取るときに幅４００ｍｍの離型紙とともに巻き取り（離型紙供給装置は図示していない）、製品の品質が損なわれないようにした。
【０１１９】
（２−２）実験結果
幅３２０ｍｍの±３０°方向の繊維複合シートを約１０ｍ製造した。
【０１２０】
プリプレグシートにたるみ、しわなどは生じていなかった。
【０１２１】
プリプレグシートにタック性があるため、走行ロールの加圧力により、＋３０°方向のプリプレグシートと−３０°方向のプリプレグシートが接着した。つまり、繊維複合シートの両耳部が両面接着テープで固定されるだけでなく、＋３０°方向のプリプレグシートと−３０°方向のプリプレグシートシート全体が接着し、一体化した繊維複合シートとなった。
【０１２２】
プリプレグシート（繊維シート）間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。
【０１２３】
（３）実験例３
（３−１）実験条件
強化繊維束として炭素繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン株式会社製）を特許第３０６４０１９号公報の記載の方法により、幅２０ｍｍに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に１５本並べた目付４０ｇ／ｍ２の幅３００ｍｍの一方向シートを作成した。
【０１２４】
熱可塑性樹脂として、ナイロン６樹脂フィルム（エンブレムＯＮ−１５、幅３２０ｍｍ、厚み１５μｍ、ユニチカ株式会社製）を使用した。
【０１２５】
一方向繊維シートと熱可塑性樹脂フィルムを、下側から順に、樹脂フィルム、一方向繊維シート、樹脂フィルム、一方向繊維シート、樹脂フィルムの５層に配置し、このシートに、連続して加熱しながら加圧する処理を行い、厚み約０．０９３ｍｍ、Ｖｆ（繊維体積含有量）約５０％の熱可塑性樹脂プリプレグシートを作成した。
【０１２６】
この熱可塑性プリプレグシートを幅２２６ｍｍにカットして、繊維シートとした。繊維シートは２本用意した。
【０１２７】
第４の実施例の方法を用いた。すなわち、繊維シートの供給は図１１に示すように対角線上に配置して２本用意した。
【０１２８】
巻き付け角度θ°は４５°に設定し、幅３２０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを作成することを試みた。
【０１２９】
両面接着テープには幅１８ｍｍのものを使用した。
【０１３０】
繊維シートが１回転する間に、約６４０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを巻き取るように設定した。なお、繊維シートが１回転する時間は２０秒とした（加工速度約１．９２ｍ／分に設定された）。
【０１３１】
製造された±４５°方向の繊維複合シートを巻き取るときに幅４００ｍｍの離型フィルム（ガラスクロス補強フッ素シート：チューコーフローＧタイプファブリック、ＦＧＦ−５００−４、幅４００ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、中興化成工業株式会社製）とともに巻き取り（離型紙供給装置は図示していない）、製品の品質が損なわれないようにした。
【０１３２】
（３−２）実験結果
幅３２０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを約２０ｍ製造した。
【０１３３】
プリプレグシートにたるみ、しわなどは生じていなかった。
【０１３４】
繊維複合シートの両耳部が両面接着テープで固定されていること、また離型フィルムとともに繊維複合シートを巻き取ったことから、繊維複合シートとしての形態安定性も良好であった。
【０１３５】
繊維シート間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。
【０１３６】
（４）実験例４
（４−１）実験条件
実験例３で作成した、熱可塑性樹脂プリプレグシートによる±４５°方向の繊維複合シートに対し、加熱しながら加圧処理する方法を行った。すなわち、第２の実施例の製造装置を用いた。
【０１３７】
±４５°方向の繊維複合シートを離型フィルムごと引き出し（離型フィルムの上に±θ°方向の繊維複合シートがのっている状態で引き出す）、その上面つまり±４５°方向の繊維複合シートの上側に離型フィルム（実験例３で使用したものと同じ）を重ね合わせる。その後、ロール式の加熱加圧装置（第２の実施例の製造装置１００を参照）にて、一対の離型フィルムに挟まれた±４５°方向の繊維複合シートを約２５０℃に加熱しながら加圧する処理を行った。
【０１３８】
そして、両耳部を約２５ｍｍずつカットし、離型フィルムを剥離して、±４５°方向の繊維複合シートを約１０ｍ巻き取った。
【０１３９】
（４−２）実験結果
幅２７０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを得た。
【０１４０】
プリプレグシートにたるみ、しわなどは生じていなかった。
【０１４１】
＋４５°方向の繊維シートと−４５°方向の繊維シートが接着し、一体化した繊維複合シートとなった。
【０１４２】
プリプレグシート（繊維シート）間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。
【０１４３】
【発明の効果】
以上により、本発明の繊維複合シートは、疑似等方性を有し、かつ、厚み方向において対称積層となるため、この繊維複合シートを用いると、大型複合板材を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す繊維複合シートの平面図である。
【図２】 同じく繊維複合シートの縦断面図である。
【図３】 第１の実施例の製造装置によって製造される繊維複合シートの平面図である。
【図４】 第１の実施例の製造装置の斜視図である。
【図５】 折り返し部の図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。
【図６】 第１の実施例の製造装置のブロック図である。
【図７】 シート供給ロールの平面図である。
【図８】 ボビンを複数配列した状態の説明図である。
【図９】 第２の実施例の製造装置の斜視図である。
【図１０】 第３の実施例の製造装置の斜視図である。
【図１１】 第４の実施例の繊維複合シートの平面図である。
【図１２】 ４枚の繊維シートを用いた繊維複合シートの概略図である。
【図１３】 第４の実施例における製造装置の上面から見た概略図である。
【符号の説明】
１ 繊維複合シート
２ 繊維束
３ 繊維シート
４ 第１繊維シート層
５ 第２繊維シート層
６ 両面接着テープ
１０ 製造装置
１２ 折り返しガイド部
１４ 中空部
１６，１８ 両面接着テープ
２４，２６ 離型紙
２８ 離型紙回収ロール
３０ シート供給ロール
３２ 積層回転装置
３４ リングギア
３６ 腕部材
３８ ギア
４０，４２ 走行ロール
４４ シート回収ロール
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束などの強化繊維束を用いた二軸の繊維複合シートの製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
（繊維複合シートの内容）
従来より、繊維複合シートとしては、次のようなものが提案されている。
【０００３】
（１）一方向繊維複合シート
一方向繊維複合シートとは、繊維束を一方向に引き揃え並べたシートのことである。これは、単純な作業により得られるシートであるが、一方向のみの強化となるため、種々の方向に同様な強度特性を得る等方性が得られないという問題点がある。
【０００４】
積層により等方性を得るが、積層シートの大きさが限られているため、広範囲への適用が難しいという問題点がある。また、積層作業が繁雑であるという問題点がある。
【０００５】
一方向に並べられていることから繊維束のみでシートを形成することが難しいという問題点がある。
【０００６】
（２）二軸繊維複合シート
二軸繊維複合シートとは、織物や編物よりなるシートである。これは、補強方向が縦糸方向と横糸方向にある。つまり、０°と９０°方向に補強するものである。
【０００７】
そのために、織りや編み工程を得るための材料コストが上がるという問題点がある。
【０００８】
繊維のみでシートとして存在可能であるが、等方性に欠けるという問題点がある。
【０００９】
積層により等方性を得ることができるが、積層時に積層角度を考慮した積層になる。また、積層シートの大きさが限られているため、広範囲への適用が難しいという問題点がある。さらに、積層作業が繁雑であるという問題点がある。
【００１０】
（３）多軸繊維複合シート（三軸織物、多軸補強ステッチ基材）
三軸織物とは、０°、６０°、１２０°方向に繊維が挿入した織物である。
【００１１】
そのために、織工程があるため材料コストが上がるという問題点があるが、等方性は向上している。
【００１２】
しかし、織組織の点から、糸の間の空間が広くでき、繊維リッチな部分と樹脂リッチな部分に分かれてしまうという問題点がある。
【００１３】
多軸補強ステッチ基材とは、０°、＋４５°、−４５°、９０°方向に繊維を配向した後、ステッチ糸で補強用繊維を一体化させたシートである。四方向に補強されるため、等方性は向上している。また、製造装置によっては、さらに多くの角度（例えば、＋３０°、−３０°、＋６０°、−３０°）の配向を施せるものがある。
【００１４】
しかし、製造装置が大型化であるために、設備が高価になるという問題点がある。
【００１５】
ステッチ糸の存在により樹脂の含浸性が問題となる。特に、熱可塑性樹脂をマトリックスとする場合は、含浸性、相性に問題点がある。
【００１６】
積層角度を容易に変更できないという問題点がある。
【００１７】
繊維を配向させる時に、シートの両端部で針に繊維を引っ掛ける方式を用いるため、開繊糸などを使用した場合に、シートの両端部で繊維幅が極端に変化し狭まってしまうという問題点がある。
【００１８】
針で引っ掛ける方式のため、樹脂の含浸したシート材などは使用できないという問題点がある。
【００１９】
（繊維複合シートの製造装置）
上記のような多軸繊維複合シートの製造装置としては、従来より例えば次のような発明が提案されている。
【００２０】
（１）第１の従来発明
第１の従来発明は、多軸ステッチ基材を開繊糸により製造する方法と装置に関するものである（ＷＯ０１／６３０３３）。
【００２１】
この第１の従来発明は、両端部の針構造は同じであり、開繊糸の幅が狭まるという問題点がある。
【００２２】
また、前記したように樹脂の含浸したシートを使用することができないという問題点がある。
【００２３】
（２）第２の従来発明
第２の従来発明は、開繊糸の使用を考慮したものである（特表２００１−５１６４０６）。
【００２４】
この第２の従来発明は、両端部に針を使用せず、シートを切断して貼り合わせるものである。
【００２５】
そのため、この従来発明により０°と９０°方向以外に繊維補強されたシート材を製造することが可能となるが、この製造装置は大型であり設備コストがかかるという問題点がある。
【００２６】
両端部でシートを切断する工程を踏まえてシートの挿入を行うため、加工速度を速くすることが困難であり、シートコストを安くできないという問題点がある。
【００２７】
（３）第３の従来発明
第３の従来発明は、±θ°方向の補強シートを作り、かつ、＋θ°方向の繊維シートと−θ°方向の繊維シート層がばらけないように固定糸を採用しているものである（特開平９−１６９０７０号）。
【００２８】
第３の従来発明は、開繊糸またはプリプレグシートを供給する繊維シートに使用することができないという問題点がある。
【００２９】
供給ボビンがシートの両耳部で９０°旋回する方法を用いているため、この方法を用いると、供給する繊維がシートの場合にシート幅が変形してしまうという問題点がある。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように繊維複合シートにおいては、次の課題がある。
【００３１】
第１の課題は、材料コストを下げることである。すなわち、炭素繊維束などは太繊度になる程価格が安くなるが、樹脂の含浸性が悪くなるという問題点がある。また、織物に使用すると織糸の屈曲が大きくなり強度特性が低減するという問題点がある。
【００３２】
第２の課題は、疑似等方性の問題である。すなわち、繊維の補強方向を増やし、シートのどの方向においても強度特性が略同じになるようにすることである。但し、単純に繊維を種々の角度に積層したシートでは、複合材料板材になった時に板材のそり、曲がりなどの変形を生じてしまうという問題点がある。このため、シートの長手方向およびシートの厚み方向での対称性などを考慮した繊維の積層が重要となる。
【００３３】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、次のような提案を行う。
【００３４】
第１の目的は、０°と９０°以外の方向の二軸方向を補強した繊維複合シートであって、その二軸方向は繊維複合シートの長手方向に対し対称方向であるものを提供することである。
【００３５】
すなわち、これにより、種々の方向に繊維補強された疑似等方性の大型複合材料板を得ることが容易となる。また、その積層順序を厚み方向で対称とすれば、積層板としてのそりや曲がりも容易になくせる板材を得ることができる。
【００３６】
第２の目的は、太繊度の繊維束の使用を可能とするものを提供することである。すなわち、太繊維度の繊維束は開繊によりシート化して使用することができ、材料コストの低減を実現できる。
【００３７】
第３の目的は、樹脂含浸したシート材の使用を可能とするものを提供することである。特に、熱可塑性樹脂などの複合材料成形品の開発も行えるものを提供する。
【００３８】
第４の目的は、製造方法として両耳部でのシート幅変化をなくし、これにより、樹脂含浸したシートなどの製造も可能となるものを提供することである。
【００３９】
第５の目的は、両耳部は固定されるため、繊維束がばらけず、かつ、ステッチ糸なしにシートとして存在させることができるものを提供することである。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ｎ枚（ｎ＞１）の繊維シートをその幅方向に並べて螺旋状に同時に巻き付け積層した繊維複合シートの製造装置であって、前記繊維複合シートの長手方向に沿って配された一対の直線状の折り返しガイド手段と、繊維束を一方向に引き揃え配列した１枚の繊維シートをそれぞれ供給し、かつ、前記一対の直線状の折り返しガイド手段を中心にして等角度毎に配されたｎ個の繊維シート供給手段と、前記ｎ個の繊維シート供給手段から供給された前記ｎ枚の繊維シートを前記一対の折り返しガイド手段に対して所定角度θ°（但し、０°＜θ°＜９０°である）の傾きを持たせて当てつつ、順番に同じ回転速度で相対回転させて、前記ｎ枚の繊維シートを前記一対の折り返しガイド手段の位置で順番にそれぞれ折り返して前記ｎ枚の繊維シートを螺旋状に巻き付け、前記長手方向に対して前記ｎ枚の繊維シートの方向が＋θ°よりなる第１繊維シート層と前記長手方向に対して前記ｎ枚の繊維シートの方向が−θ°よりなる第２繊維シート層の二層から構成する前記繊維複合シートを形成する繊維シート積層手段と、前記形成された前記繊維複合シートを回収する繊維複合シート回収手段と、を有し、前記ｎ枚の繊維シートの中でｋ枚目（１＝＜ｋ＝＜ｎ）の繊維シートの幅Ｂｋとし、１サイクルの工程で製造される前記繊維複合シートの長さをＬとし、前記繊維複合シートの幅をＷとすると、
【数２】
【００４１】
【作 用】
本発明により製造された繊維複合シートであると、繊維束の配向方向が±θ°方向であり、この繊維複合シートを用いれば、疑似等方性があり、かつ、厚み方向において対称積層となるので大型複合板材が実現することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
（繊維複合シートの構成）
以下、本発明の繊維複合シート１について、図１及び図２に基づいて説明する。
【００４３】
図１は、本実施例の繊維複合シート１の平面図であり、図２はその縦断面図である。
【００４４】
繊維複合シート１は、繊維束２を一方向に引き揃えた繊維シート３を、この繊維複合シート１の長手方向に対して所定角度θ°（以下、巻き付け角度θという）の傾きをもたせて重ねるように順番に折り返して螺旋状に巻き付け、繊維シート３の方向が＋θ°よりなる第１繊維シート層４と、繊維シート３の方向が−θ°よりなる第２繊維シート層５の二層から構成されたものであり、繊維複合シート１の両耳部には、第１繊維シート層４と第２繊維シート層５とを接着するための両面接着テープ６、６が存在している。
【００４５】
ここで、巻き付け角度θ°としては、０°＜θ°＜９０°であり、好適には１５°＝＜θ°＝＜７５°である。なお、θ°＝０°の場合には繊維複合シート１の長手方向になり、９０°の場合には幅方向となる。
【００４６】
この繊維複合シート１を用いると、疑似等方性があり、かつ、厚み方向において対称積層となるので、大型複合板材を実現することができる。
【００４７】
以下、この繊維複合シート１を製造するための製造装置についての各実施例を説明していく。
【００４８】
（第１の実施例）
第１の実施例の製造装置１０について、図３から図８に基づいて説明する。
【００４９】
図３は、本実施例の製造装置１０によって製造される繊維複合シート１の構造であり、図４は、製造装置１０の斜視図である。
【００５０】
（１）製造装置１０の構造
図４〜７に基づいて、製造装置１０の構造について説明する。
【００５１】
図４は、製造装置１０の斜視図である。
【００５２】
まず、本明細書においての座標系について定義しておく。図４において、繊維複合シート１の長手方向をＺ軸方向、繊維複合シートの幅方向をＸ軸方向、幅方向に対して直交する方向をＹ軸方向と設定する。
【００５３】
図４に示すように、繊維複合シート１の両耳部の位置に相当する個所に、左右一対の折り返しガイド部１２が互いに平行にＺ軸に沿って設けられている。
【００５４】
まず、左側の折り返しガイド部１２について図５も参照して説明する。
【００５５】
折り返しガイド部１２は、直線状の断面長方形の筒体であり、その内部に中空部１４を有している。
【００５６】
折り返しガイド部１２の前面及び後面に沿って両面接着テープ１６，１８が下方へ供給されるように、折り返しガイド部１２の上部には一対のテープ供給ロール２０，２２がそれぞれ配されている。このテープ供給ロール２０，２２は、トルク制御モータＴＭ４，ＴＭ４によって一定のトルクによって回転する。
【００５７】
折り返しガイド部１２の上方には、両面接着テープ１６，１８から離れた２枚の離型紙２４，２６を回収するための離型紙回収ロール２８が配されている。この離型紙回収ロール２８は、トルク制御モータＴＭ３によって回転する。
【００５８】
ここで、両面接着テープ１６，１８の動きについて説明すると、折り返しガイド部１２の前面及び後面に沿ってそれぞれ供給されるが、この時に折り返しガイド部１２と接する面は離型紙２４，２６が存在しているため、両面接着テープ１６，１８が折り返しガイド部１２に接着することがない。折り返しガイド部１２の下端の位置にくると、離型紙２４，２６が上方に折り返され中空部１４を通って離型紙回収ロール２８に回収される。一方、離型紙２４，２６が剥がれた両面接着テープ１６，１８の面は互いに接着され、接着面が両側に露出した一枚の両面接着テープ６となる。
【００５９】
右側の折り返しガイド部１２についても同様の構造となっている。
【００６０】
一対の折り返しガイド部１２の外方には、繊維束２を一方向に引き揃え配列したシート供給ロール３０が配されている（図７参照）。このシート供給ロール３０は、トルク制御モータＴＭ１によって回転する。このシート供給ロール３０の回転軸は、繊維複合シート１の長手方向、すなわち、Ｚ軸に対して対してθ°の傾きをもって配されている。
【００６１】
トルク制御モータＴＭ１及びシート供給ロール３０を一体にして、一対の折り返しガイド部１２の外周において、Ｘ−Ｙ平面に平行に回転可能なように積層回転装置３２が設けられている。
【００６２】
この積層回転装置３２は、リング状のリングギア３４から外方に腕部材３６が突出し、この腕部材３６の先端に角度θ°をもってトルク制御モータＴＭ１が配され、このトルク制御モータＴＭ１の回転軸にシート供給ロール３０の回転軸が接続されている。
【００６３】
リングギア３４は、ギア３８を介して回転スピード制御モータＳＭ２によってＺ軸と平行な軸を中心にして回転する。
【００６４】
積層回転装置３２の下方には、完成した繊維複合シート１を走行させるための一対の走行ロール４０，４２が設けられている。この走行ロール４２は、回転スピード制御モータＳＭ１によって回転する。
【００６５】
この走行ロール４０，４２の下方には、繊維複合シート１を回収するためのシート回収ロール４４が配され、このシート回収ロール４４はトルク制御モータＴＭ２によって回転する。
【００６６】
図６は、製造装置１０のブロック図である。
【００６７】
コンピュータよりなる制御部４６によって回転スピード制御モータＳＭ１，ＳＭ２及びトルク制御モータＴＭ１，ＴＭ２，２個のＴＭ３，４個のＴＭ４が接続され、それぞれ回転スピード及びトルクが制御されている。
【００６８】
また、制御部４６を操作するための操作部４８が設けられている。
【００６９】
（２）製造装置１０の動作状態
上記で説明した製造装置１０を用いて、図３に示す繊維複合シート１を製造する工程について説明する。
【００７０】
（２−１）第１工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、シート供給ロール３０から、繊維シート３をθ°の傾きをもって引き出す。
【００７１】
（２−２）第２工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、引き出した繊維シート３を、例えば右側の折り返しガイド部１２の位置で折り返す。この場合に、折り返しガイド部１２の下端から突出している両面接着テープ６に接着するように折り返す。この折り返しは、積層回転装置３２のリングギア３４を回転させると、折り返すことができる。繊維シート３を折り返すと、両面接着テープ６の両面に接着する。
【００７２】
また、ここで重要なことは、折り返しガイド部１２によって繊維シート３を折り返すために、太繊度の繊維束でも折り返すことができる。すなわち、太繊維度の繊維束は開繊によりシート化しているが、折り返しガイド部１２に沿って折り返すことができる。
【００７３】
（２−３）第３工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、右側の折り返しガイド部１２で折り返した繊維シート３をシート供給ロール３０から引き出しつつ＋θ°の傾きをもって右側の折り返しガイド部１２から左側の折り返しガイド部１２に向かって引き出す。これによって第１繊維シート層４が形成できる。
【００７４】
（２−４）第４工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、第１繊維シート層４を左側の折り返しガイド部１２で折り返す。この折り返しによって、左側の両面接着テープ６に接着される。
【００７５】
（２−５）第５工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、折り返した第１繊維シート層４を、左側の折り返しガイド部１２から右側の折り返しガイド部１２に向かってシート供給ロール３０によって引き出しながら、第２繊維シート層５を形成する。
【００７６】
（２−６）第６工程
リングギア３４を一定速度で回転させて、第２繊維シート層５を右側の折り返しガイド部１２で折り返す。右側の折り返しガイド部１２で第２繊維シート層５を折り返すとその内側は右側の両面接着テープ６によって接着される。そして、第２工程と同様に第１繊維シート層４を形成する。
【００７７】
以下同様にして、第２工程から第６工程を１サイクルとして、このサイクルを繰り返して、一対の折り返しガイド部１２に繊維シート３を巻き付け角度θ°の傾きをもって螺旋状に巻き付けて、図３に示すような繊維複合シート１を製造する。
【００７８】
製造した繊維複合シート１は、一対の走行ロール４０，４２によって引っ張られつつ、シート回収ロール４４によって回収される。
【００７９】
この製造工程において、積層回転装置３２が回転スピート制御モータＳＭ２によって回転する回転速度と、一対の走行ロール４０，４２を回転させる回転スピート制御モータＳＭ１の回転速度を合致させ、また、両面接着テープ１６，１８を供給するトルク制御モータＴＭ３，ＴＭ４のトルクが、第１繊維シート層４と第２繊維シート層５を積層して引っ張られるテンションに合わす必要があり、さらに、シート回収ロール４４を走行させるトルク制御モータＴＭ２のトルクは、その積層される繊維複合シート１の回転スピートとテンションに合わせる。この調整は、制御部４６によって行う。そして、弛みがないように制御する。
【００８０】
具体的には、回転スピード制御モータＳＭ２の回転により積層シート３が１回転する間に、回転スピード制御モータＳＭ１の回転は、繊維複合シート１をＬ（１回転分の巻取り長さ）だけ送るように制御する。
【００８１】
ここで、積層回転装置３２の１回転分の巻取り長さＬと、図３に示す繊維シート３の幅Ｂとの関係は、
Ｌ＝Ｂ／ｓｉｎθ
であり、繊維複合シート１の幅Ｗとの関係は、
Ｗ＝Ｂ／（２×ｃｏｓθ）
である。
【００８２】
（第１の実施例の変更例）
第１の実施例では、繊維シート３を供給するものとして図７に示すようにシート供給ロール３０を使用したが、図８に示すように、繊維束２を巻回したボビン３１を複数個配列させて、繊維シート３として供給する構造であってもよい。
【００８３】
（第２の実施例）
第２の実施例の製造装置１００について、図９に基づいて説明する。
【００８４】
本実施例と第１の実施例の異なる点は、一対の走行ロール４０，４２からの繊維複合シート１をさらに加熱及び加圧するところにある。
【００８５】
具体的には、一対の走行ロール４０，４２の部分で、繊維複合シート１の両面に離型フィルム５０，５２を配し、繊維複合シート１に積層する。
【００８６】
積層した離型フィルム５０，５２を介して、複数の加熱加圧ロール５４で両面から加圧及び加熱する。
【００８７】
両面接着テープ６、６が存在している繊維複合シート１の両耳部６４，６４を、一対のカッター５６，５８で切断して、その両耳部６４，６４を切断した繊維複合シート１を離型フィルム５０，５２と共にシート回収ロール４４で回収する。
【００８８】
離型フィルム５０，５２は、トルク制御モータＴＭ５に接続されたフィルム供給ロール６０，６２によって供給される。
【００８９】
切断された両耳部６４，６４は、両耳部回収ロール６６，６６によって回収される。なお、この両耳部回収ロール６６，６６はトルク制御モータＴＭ７によってそれぞれ回転する。
【００９０】
この製造装置１００で製造する繊維複合シート１としては、目止め剤やプリプレグシートよりなるものである。詳しくは、下記の実験例で説明する。
【００９１】
（第３の実施例）
第３の実施例の製造装置２００について、図１０に基づいて説明する。
【００９２】
第１の実施例及び第２の実施例の製造装置１０，１００では、積層回転装置３２を回転させる構造であったが、本実施例の製造装置２００では、シート供給ロール３０をθ°の傾きをもって固定し、一対の折り返しガイド部１２，１２及び一対の走行ロール４０，４２及びシート回収ロール４４を円盤状の円盤ギア６８の上に設け、この円盤ギア６８を回転スピード制御モータＳＭ２によって回転させることによって、シート供給ロール３０に対し相対回転させ、繊維複合シート１を製造する。
【００９３】
（第４の実施例）
第１の実施例から第３の実施例では、１枚の繊維シート１を折り返して第１繊維シート層４と第２繊維シート層５を形成して繊維複合シート１を製造したが、本実施例では、図１１に示すように、２枚の繊維シート３−１、３−２を交互に順次折り返しながら、第１繊維シート層４と第２繊維シート層５を形成し、繊維複合シート１を製造する。
【００９４】
この場合に、１回転分の巻取り長さＬは、
Ｌ＝（Ｂ１＋Ｂ２）／ｓｉｎθ
であり、繊維複合シート１の幅Ｗは、
（Ｂ１＋Ｂ２）／（２×ｃｏｓθ）
となる。
【００９５】
なお、Ｂ１は、１枚目の繊維シート３−１の幅であり、Ｂ２は２枚目の繊維シート３−２の幅を表している。
【００９６】
（第５の実施例）
第４の実施例では２枚の繊維シート３−１，３−２を交互に順次折り返して巻く構造を示したが、これに限らず３枚以上の繊維シート３を順次折り返して繊維複合シート１を製造してもよい。
【００９７】
図１２は、４枚の繊維シート３−１，３−２，３−３，３−４を使用して繊維複合シート１を製造した場合の概略図である。
【００９８】
この４枚の繊維シート３を巻く場合の概略図が図１３に示し、図１３は、製造装置１０を上面から概略的に説明した図である。すなわち、Ｘ−Ｙ平面を見た図面である。
【００９９】
一対の折り返しガイド部１２、１２を中心として、４本のシート供給ロール３０が存在し、それぞれ４５°毎に配置されている。そして、これら４本のシート供給ロール３０を、順番に同じ回転速度で一対の折り返しガイド部１２、１２の周囲を回転させることにより、図１２に示すような繊維複合シート１を製造することができる。
【０１００】
ここで、ｎ枚の繊維シート３を用いた場合の繊維複合シート１の幅Ｗと、１サイクルの工程で製造される繊維複合シート１の長さＬは次のように表すことができる。
【０１０１】
【数３】
【０１０２】
（実験例）
以下、上記で説明した各実施例の製造装置１０，１００を用いて繊維複合シート１を実験的に製造した場合について順番に説明する。
【０１０３】
（１）実験例１
（１−１）実験条件
強化繊維束として炭素繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン株式会社製）を特許第３０６４０１９号公報に記載された方法により、幅２０ｍｍに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に２３本並べた目付４０ｇ／ｍ２の幅４６０ｍｍの一方向シートを作成して、それを繊維シートとした。
【０１０４】
第１の実施例の製造装置１０を用いた。
【０１０５】
巻き付け角度θ°は４５°に設定し、幅３２５ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを作成することを試みた。なお、両面接着テープに幅１８ｍｍのものを使用した。
【０１０６】
繊維シートが１回転する間に、約６５０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを巻き取るように設定した。なお、繊維シートが１回転する時間は１０秒とした（加工速度約３．９ｍ／分に設定された）。
【０１０７】
製造された±４５°方向の繊維複合シートを巻き取るときに幅４００ｍｍの離型紙とともに巻き取り（離型紙供給装置は図示していない）、製品の品質が損なわれないようにした。
【０１０８】
（１−２）実験結果
幅３２５ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを約３０ｍ製造した。
【０１０９】
各繊維束が緊張した状態で、繊維束としてのたるみも生じていなかった。
【０１１０】
繊維複合シートの両端部が両面接着テープで固定されていること、また離型紙とともに繊維複合シートを巻き取ったことから、繊維束のばらけがなく、繊維複合シートとしての形態安定性も良好であった。
【０１１１】
繊維束間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。
【０１１２】
（２）実験例２
（２−１）実験条件
繊維シートとして、一方向強化のプリプレグシート（三菱レイヨン株式会社製）を使用した。このプリプレグシートは炭素繊維束（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン株式会社製）を一方向に並べ、エポキシ樹脂を含浸させたものである。プリプレグシートの仕様は、炭素繊維束の目付５４ｇ／ｍ２、樹脂量（ｗｔ）３７．５％、厚み０．０５７ｍｍである。
【０１１３】
このプリプレグシートを幅５５４ｍｍにカットしたものを繊維シートとして使用した。
【０１１４】
第１の実施例の製造装置１０を用いた。
【０１１５】
巻き付け角度θ°は３０°に設定し、幅３２０ｍｍの±３０°方向の繊維複合シートを作成することを試みた。なお、両面接着テープには幅１８ｍｍのものを使用した。
【０１１６】
繊維シートが１回転する間に、約１１０８ｍｍの±３０°方向の繊維複合シートを巻き取るように設定した。
【０１１７】
繊維シートが１回転する時間は２０秒とした（加工速度約３．３２ｍ／分に設定された）。
【０１１８】
製造された±３０°方向の繊維複合シートを巻き取るときに幅４００ｍｍの離型紙とともに巻き取り（離型紙供給装置は図示していない）、製品の品質が損なわれないようにした。
【０１１９】
（２−２）実験結果
幅３２０ｍｍの±３０°方向の繊維複合シートを約１０ｍ製造した。
【０１２０】
プリプレグシートにたるみ、しわなどは生じていなかった。
【０１２１】
プリプレグシートにタック性があるため、走行ロールの加圧力により、＋３０°方向のプリプレグシートと−３０°方向のプリプレグシートが接着した。つまり、繊維複合シートの両耳部が両面接着テープで固定されるだけでなく、＋３０°方向のプリプレグシートと−３０°方向のプリプレグシートシート全体が接着し、一体化した繊維複合シートとなった。
【０１２２】
プリプレグシート（繊維シート）間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。
【０１２３】
（３）実験例３
（３−１）実験条件
強化繊維束として炭素繊維束１２Ｋ（パイロフィルＴＲ５０Ｓ、三菱レイヨン株式会社製）を特許第３０６４０１９号公報の記載の方法により、幅２０ｍｍに連続開繊し、開繊した繊維束を幅方向に１５本並べた目付４０ｇ／ｍ２の幅３００ｍｍの一方向シートを作成した。
【０１２４】
熱可塑性樹脂として、ナイロン６樹脂フィルム（エンブレムＯＮ−１５、幅３２０ｍｍ、厚み１５μｍ、ユニチカ株式会社製）を使用した。
【０１２５】
一方向繊維シートと熱可塑性樹脂フィルムを、下側から順に、樹脂フィルム、一方向繊維シート、樹脂フィルム、一方向繊維シート、樹脂フィルムの５層に配置し、このシートに、連続して加熱しながら加圧する処理を行い、厚み約０．０９３ｍｍ、Ｖｆ（繊維体積含有量）約５０％の熱可塑性樹脂プリプレグシートを作成した。
【０１２６】
この熱可塑性プリプレグシートを幅２２６ｍｍにカットして、繊維シートとした。繊維シートは２本用意した。
【０１２７】
第４の実施例の方法を用いた。すなわち、繊維シートの供給は図１１に示すように対角線上に配置して２本用意した。
【０１２８】
巻き付け角度θ°は４５°に設定し、幅３２０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを作成することを試みた。
【０１２９】
両面接着テープには幅１８ｍｍのものを使用した。
【０１３０】
繊維シートが１回転する間に、約６４０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを巻き取るように設定した。なお、繊維シートが１回転する時間は２０秒とした（加工速度約１．９２ｍ／分に設定された）。
【０１３１】
製造された±４５°方向の繊維複合シートを巻き取るときに幅４００ｍｍの離型フィルム（ガラスクロス補強フッ素シート：チューコーフローＧタイプファブリック、ＦＧＦ−５００−４、幅４００ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、中興化成工業株式会社製）とともに巻き取り（離型紙供給装置は図示していない）、製品の品質が損なわれないようにした。
【０１３２】
（３−２）実験結果
幅３２０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを約２０ｍ製造した。
【０１３３】
プリプレグシートにたるみ、しわなどは生じていなかった。
【０１３４】
繊維複合シートの両耳部が両面接着テープで固定されていること、また離型フィルムとともに繊維複合シートを巻き取ったことから、繊維複合シートとしての形態安定性も良好であった。
【０１３５】
繊維シート間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。
【０１３６】
（４）実験例４
（４−１）実験条件
実験例３で作成した、熱可塑性樹脂プリプレグシートによる±４５°方向の繊維複合シートに対し、加熱しながら加圧処理する方法を行った。すなわち、第２の実施例の製造装置を用いた。
【０１３７】
±４５°方向の繊維複合シートを離型フィルムごと引き出し（離型フィルムの上に±θ°方向の繊維複合シートがのっている状態で引き出す）、その上面つまり±４５°方向の繊維複合シートの上側に離型フィルム（実験例３で使用したものと同じ）を重ね合わせる。その後、ロール式の加熱加圧装置（第２の実施例の製造装置１００を参照）にて、一対の離型フィルムに挟まれた±４５°方向の繊維複合シートを約２５０℃に加熱しながら加圧する処理を行った。
【０１３８】
そして、両耳部を約２５ｍｍずつカットし、離型フィルムを剥離して、±４５°方向の繊維複合シートを約１０ｍ巻き取った。
【０１３９】
（４−２）実験結果
幅２７０ｍｍの±４５°方向の繊維複合シートを得た。
【０１４０】
プリプレグシートにたるみ、しわなどは生じていなかった。
【０１４１】
＋４５°方向の繊維シートと−４５°方向の繊維シートが接着し、一体化した繊維複合シートとなった。
【０１４２】
プリプレグシート（繊維シート）間の隙間はほとんどなく、品質は良好であった。
【０１４３】
【発明の効果】
以上により、本発明の繊維複合シートは、疑似等方性を有し、かつ、厚み方向において対称積層となるため、この繊維複合シートを用いると、大型複合板材を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示す繊維複合シートの平面図である。
【図２】 同じく繊維複合シートの縦断面図である。
【図３】 第１の実施例の製造装置によって製造される繊維複合シートの平面図である。
【図４】 第１の実施例の製造装置の斜視図である。
【図５】 折り返し部の図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。
【図６】 第１の実施例の製造装置のブロック図である。
【図７】 シート供給ロールの平面図である。
【図８】 ボビンを複数配列した状態の説明図である。
【図９】 第２の実施例の製造装置の斜視図である。
【図１０】 第３の実施例の製造装置の斜視図である。
【図１１】 第４の実施例の繊維複合シートの平面図である。
【図１２】 ４枚の繊維シートを用いた繊維複合シートの概略図である。
【図１３】 第４の実施例における製造装置の上面から見た概略図である。
【符号の説明】
１ 繊維複合シート
２ 繊維束
３ 繊維シート
４ 第１繊維シート層
５ 第２繊維シート層
６ 両面接着テープ
１０ 製造装置
１２ 折り返しガイド部
１４ 中空部
１６，１８ 両面接着テープ
２４，２６ 離型紙
２８ 離型紙回収ロール
３０ シート供給ロール
３２ 積層回転装置
３４ リングギア
３６ 腕部材
３８ ギア
４０，４２ 走行ロール
４４ シート回収ロール
Claims (10)
- ｎ枚（ｎ＞１）の繊維シートをその幅方向に並べて螺旋状に同時に巻き付け積層した繊維複合シートの製造装置であって、
前記繊維複合シートの長手方向に沿って配された一対の直線状の折り返しガイド手段と、
繊維束を一方向に引き揃え配列した１枚の繊維シートをそれぞれ供給し、かつ、前記一対の直線状の折り返しガイド手段を中心にして等角度毎に配されたｎ個の繊維シート供給手段と、
前記ｎ個の繊維シート供給手段から供給された前記ｎ枚の繊維シートを前記一対の折り返しガイド手段に対して所定角度θ°（但し、０°＜θ°＜９０°である）の傾きを持たせて当てつつ、順番に同じ回転速度で相対回転させて、前記ｎ枚の繊維シートを前記一対の折り返しガイド手段の位置で順番にそれぞれ折り返して前記ｎ枚の繊維シートをその幅方向に並べて螺旋状に巻き付け、前記長手方向に対して前記ｎ枚の繊維シートの方向が＋θ°よりなる第１繊維シート層と前記長手方向に対して前記ｎ枚の繊維シートの方向が−θ°よりなる第２繊維シート層の二層から構成する前記繊維複合シートを形成する繊維シート積層手段と、
前記形成された前記繊維複合シートを回収する繊維複合シート回収手段と、
を有し、
前記ｎ枚の繊維シートの中でｋ枚目（１＝＜ｋ＝＜ｎ）の繊維シートの幅Ｂｋとし、１サイクルの工程で製造される前記繊維複合シートの長さをＬとし、前記繊維複合シートの幅をＷとすると、
ことを特徴とする繊維複合シートの製造装置。 - 前記一対の折り返しガイド手段を固定し、
前記繊維シート積層手段を回転させる
ことを特徴とする請求項１記載の繊維複合シートの製造装置。 - 前記一対の折り返しガイド手段を回転させ、
前記繊維シート積層手段を固定させる
ことを特徴とする請求項１記載の繊維複合シートの製造装置。 - 前記一対の折り返しガイド手段において、
前記各折り返しガイド手段の両面に沿って両面接着テープを供給するテープ供給手段を有し、
前記繊維複合シートの両耳部に位置する前記第１繊維シート層と前記第２繊維シート層とが前記テープ供給手段によって供給される両面接着テープによって接着されて固定される
ことを特徴とする請求項１から３の中で少なくとも一項に記載の繊維複合シートの製造装置。 - 前記一対の折り返しガイド手段は中空部を有し、
前記供給手段によって供給された接着テープから離れた離型シートを前記一対の折り返しガイド手段の中空部を介して回収する離型シート回収手段を有する
ことを特徴とする請求項１から４の中で少なくとも一項に記載の繊維複合シートの製造装置。 - 前記接着テープが存在する前記繊維複合シートの両耳部を切断する切断手段を有する
ことを特徴とする請求項４または５記載の繊維複合シートの製造装置。 - 前記繊維シート供給手段が、
前記繊維シートを巻回した繊維シート巻回手段である
ことを特徴とする請求項１から６の中で少なくとも一項に記載の繊維複合シートの製造装置。 - 前記繊維シート供給手段が、
前記繊維束を巻回した複数の繊維束巻回手段である
ことを特徴とする請求項１から６の中で少なくとも一項に記載の繊維複合シートの製造装置。 - 前記繊維シート積層手段が形成した繊維複合シートを、加圧処理、または、加熱しながらの加圧処理を行い、前記第１繊維シート層と前記第２繊維シート層とを接着させる加圧手段を有する
ことを特徴とする請求項１から６の中で少なくとも一項に記載の繊維複合シートの製造装置。 - 前記加圧手段は、
前記繊維複合シートの両面に離型フィルムを配し、これら離型フィルムを介して加圧処理、または、加熱しながら加圧処理を行う
ことを特徴とする請求項９記載の繊維複合シートの製造装置。
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