JP4873879B2 - 多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置に関し、詳しくは炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束といった繊維束を少なくとも１方向に引き揃えたプリプレグシートを、繊維束が異なる方向を向くように重ね合わせた多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置に関するものである。

炭素繊維束、ガラス繊維束、アラミド繊維束といった繊維束は、軽量且つ引張強度が高いという特性を有する。そのため、これらの繊維束を多数並べ、何層にも重ねた繊維補強シートが、航空機、車輌、建材等、広く用いられるようになっている。

こうした繊維補強シートにおいて、上記の繊維束を一方向にだけ引き揃え配列した繊維補強シートでは、繊維束に沿った方向（以下、繊維方向と呼ぶ）には強い剛性や曲げ強度を有するものの、捻り強度や繊維束と直交する方向の剛性は必ずしも強くない。そこで、繊維方向が互いに異なるように、繊維補強シートを多数積み重ねて使用するといったことが行われており、繊維補強シートの製造段階において、予め異なる繊維方向を向いた繊維補強シートを積層した多軸多層補強シートに対する市場ニーズがある。

また、厚い繊維補強シートを用いるより、薄い繊維補強シートを多数積層する方が、繊維補強シート内の均質性が高まって層間剥離を生じ難くなり、繊維補強シートの剛性を高められるという利点が存在することが実験的に確かめられている（非特許文献１参照）。そのため、薄い繊維補強シートの積層成形品に対する市場ニーズがある。

さらに、用途によって積層された各シート内に含まれる繊維の方向や、シートの厚みが異なる繊維補強シートが求められる。

こうした市場ニーズに対し、軸を異なる２方向に並べて積層した繊維補強シート及びその製造装置や、互いに直交する、２方向に並べた繊維束を編み込んだ繊維補強シート及びその製造方法が開発されている（特許文献１、２参照）。

しかし、剛性の高さが厳しく求められる用途では、より等方性の高い繊維補強シートが必要とされるものの、２方向にしか繊維束の方向が存在しないシートでは、十分な等方性を得ることができなかった。

また、特許文献１に記載された繊維補強シートの製造方法では、任意角度（θ度）に積層した場合、必ず対称角度（−θ度）の積層が生じ、且つ、同じ厚みの繊維補強シートしか製造することができず、任意の厚みの繊維補強シートを、任意角度かつ任意順序で積層した多軸繊維補強シートを得ることは難しい。

また、シートを角度をもって巻きつけるため、シートの幅方向において張力が付加される部分とシートに張力が付加されず弛む部分が生じてしまう可能性があり、製造した多軸繊維補強シートに、繊維の蛇行を生じる課題があった。

一方、互いに異なる４方向に並べた繊維束積層し、ステッチ糸で一体化した繊維強化プラスチックやその製造方法が開発されている（特許文献３参照）。

しかしながら、繊維補強シートの剛性を高めるためには、繊維補強シートができるだけ均質であることが望ましいが、特許文献３に記載された繊維強化プラスチックでは、繊維束のシートへの挿入の際、複数の繊維束に張力を付加するため繊維束に集束が生じ、各繊維束間に隙間を生じてしまい、また、炭素繊維等は伸度の小さい繊維が故に、複数の繊維束に均一な張力を付加した状態で長い距離を引き出すことは難しく、張力が不揃いの状態で積層されることにもなる。さらに、多軸積層後、ステッチ糸により一体化を図るため、ステッチ糸の挿入工程で繊維を傷つけてしまい、繊維補強シートの剛性を低下させる問題があった。

特開２００３−２２１７７１号公報 特開２０００−１１００４８号公報 国際公開第０１／０６３０３３号パンフレット 「多方向強化複合材料積層板の初期破損に関する層厚さの影響」 笹山秀樹他著 日本複合材料学会誌Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．４ ２００３年７月３１日受付

本発明は、上記の従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、一方向に引き揃えられた繊維束を有するプリプレグシートを、その繊維束の方向が異なる方向を向くように積層された多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、各層内のプリプレグシートを隙間なく均質に並べることのできる多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置を提供することにある。

さらに本発明の他の目的は、層間剥離の発生を抑制可能な多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置を提供することにある。

またさらに本発明の他の目的は、用途に応じた設計によって層毎にプリプレグシートの厚みやそのシートの繊維の方向を最適化することができる多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置を提供することにある。

またさらに本発明の別の目的は、幅広且つ高品質な多軸多層補強シートを高速で生産可能な多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る第１の多軸多層補強シートの製造方法は、（１）一方向に引き揃え配列した繊維を有するプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、（２）プリプレグシートを積層するステップと、（３）積層されたプリプレグシートを、所定の搬送方向に搬送路で一定量Ｌだけ搬送するステップとを有し、搬送路に挿入されるプリプレグシートの幅Ｗが、搬送方向とプリプレグシートの長手方向のなす角をθとしたとき、
Ｗ＝Ｌ・ｓｉｎ｜θ｜ ただし、０°＜｜θ｜＜１８０°
の関係を満たすことを特徴とする。

ただし、上記の式の左辺と右辺が完全に等しくなくとも、その差異が製造誤差や設計上の許容交差程度のものである場合は、なお上式の関係を満たすものとする。

（３）のステップでは、さらに搬送方向と長手方向が平行なプリプレグシートを挿入することが好ましい。

さらに、（２）又は（３）のステップでは、プリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又はプリプレグシートを加熱することが好ましい。多軸多層補強シートの層間剥離の発生を抑制可能なためである。

また、本発明に係る第２の多軸多層補強シートの製造方法は、（１）一方向に引き揃え配列した繊維を有する第１のプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、（２）第１のプリプレグシートを積層するステップと、（３）一方向に引き揃え配列した繊維を有する第２のプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、（４）第２のプリプレグシートを積層するステップと、（５）積層された第１及び第２のプリプレグシートを、所定の搬送方向に搬送路で一定量Ｌだけ搬送するステップとを有し、第１のプリプレグシートの幅をＷ₁、搬送方向と搬送路に挿入される第１のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ₁、第２のプリプレグシートの幅をＷ₂、搬送方向と搬送路に挿入される第２のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ₂としたとき、
Ｗ₁＝Ｌ・ｓｉｎ｜θ₁｜ ただし、０°＜｜θ₁｜＜１８０°
Ｗ₂＝Ｌ・ｓｉｎ｜θ₂｜ ただし、０°＜｜θ₂｜＜１８０°
θ₁≠θ₂
の関係を満たすことを特徴とする。本製造方法では、等方性に優れた多軸多層補強シートを得ることができる。

本製造方法においても、上述した第１の製造方法と同様に、（５）のステップでは、さらに搬送方向と長手方向が平行なプリプレグシートを挿入することが好ましく、さらに、（２）、（４）又は（５）のステップでは、プリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又はプリプレグシートを加熱することが好ましい。

また、本発明に係る第３の多軸多層補強シートの製造方法は、（１）一方向に引き揃え配列した繊維を有するプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、（２）プリプレグシートを積層するステップとを有し、搬送路は、（１）及び（２）のステップを実行している間、一定の速度ｖで積層されたプリプレグシートの搬送を継続し、且つ搬送路に挿入されるプリプレグシートの幅Ｗが、搬送方向と搬送路に挿入されるプリプレグシートの長手方向のなす角をθ、（１）及び（２）のステップを１回行うために要する時間をｔ_fとしたとき、
Ｗ＝ｖ・ｔ_f・ｓｉｎ｜θ｜ ただし、０°＜｜θ｜＜１８０°
の関係を満たすことを特徴とする。

さらに、（１）及び（２）のステップの実行中、搬送方向と長手方向が平行なプリプレグシートを挿入することが好ましい。

さらに、（２）のステップの後に、プリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又はプリプレグシートを加熱することが好ましい。

また、本発明に係る第４の多軸多層補強シートの製造方法は、（１）一方向に引き揃え配列した繊維を有する第１のプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、（２）第１のプリプレグシートを積層するステップと、（３）一方向に引き揃え配列した繊維を有する第２のプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、（４）第２のプリプレグシートを積層するステップとを有し、搬送路は、（１）〜（４）のステップを実行している間、一定の速度ｖで積層されたプリプレグシートの搬送を継続し、且つ第１のプリプレグシートの幅をＷ₁、搬送方向と搬送路に挿入される第１のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ₁、第２のプリプレグシートの幅をＷ₂、搬送方向と搬送路に挿入される第２のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ₂、（１）〜（４）のステップを１回行うために要する時間をｔ_fとしたとき、
Ｗ₁＝ｖ・ｔ_f・ｓｉｎ｜θ₁｜ ただし、０°＜｜θ₁｜＜１８０°
Ｗ₂＝ｖ・ｔ_f・ｓｉｎ｜θ₂｜ ただし、０°＜｜θ₂｜＜１８０°
θ₁≠θ₂
の関係を満たすことを特徴とする。

また上述した第３の製造方法と同様に、（１）〜（４）のステップの実行中、搬送方向と長手方向が平行なプリプレグシートを挿入することが好ましい。

さらに、（２）のステップの後に、第１のプリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又は第１のプリプレグシートを加熱することが好ましく、（４）のステップの後に、第２のプリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又は第２のプリプレグシートを加熱することが好ましい。

なお、上述した各製造方法におけるプリプレグシートの厚みは0.005ｍｍ以上0.08ｍｍ以下であることが好ましい。
さらに、プリプレグシートは、一方向へ引き揃え配列した繊維と異なる方向へ引き揃え配列した繊維をさらに有することが好ましい。それぞれの方向に引き揃え配列された繊維は、多層に重ねるものでもよく、特許文献２に記載された開繊糸織物のように、複数本の繊維ずつ互いに上下に交差させた織物状に形成されていてもよい。

また、本発明に係る多軸多層補強シートの製造装置は、一方向に引き揃え配列した繊維を有するプリプレグシートを搬送路に挿入し、プリプレグシートを裁断し、搬送路に積層する第１のプリプレグシート積層装置と、積層されたプリプレグシートを、搬送路に沿って搬送する搬送装置とを有し、搬送装置は、プリプレグシートが積層される度に、積層されたプリプレグシートを長さＬだけ搬送し、搬送路に挿入されるプリプレグシートの幅Ｗが、プリプレグシートの搬送方向と搬送路に挿入されるプリプレグシートの長手方向のなす角をθとしたとき、
Ｗ＝Ｌ・ｓｉｎ｜θ｜ ただし、０°＜｜θ｜＜１８０°
の関係を満たすことを特徴とする。

また、プリプレグシートを搬送路に挿入し、プリプレグシートを裁断し、搬送路に積層する第２のプリプレグシート積層装置を有し、第１のプリプレグシート積層装置で積層されるプリプレグシートの長手方向と前記搬送方向がなす角と、第２のプリプレグシート積層装置で積層されるプリプレグシートの長手方向と搬送方向がなす角が異なることが好ましい。

さらに、搬送方向と長手方向が平行なプリプレグシート積層するプリプレグシート平行積層装置を有することが好ましい。

ここでプリプレグシート積層装置は、プリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又はプリプレグシートを加熱するプレス部を有することが好ましい。

さらに本発明に係る別の多軸多層補強シート製造装置は、一方向に引き揃え配列した繊維を有するプリプレグシートを搬送路に挿入し、プリプレグシートを裁断し、搬送路に積層する第１のプリプレグシート積層装置と、積層されたプリプレグシートを、搬送路に沿って搬送する搬送装置とを有し、搬送装置は、一定の速度ｖで搬送を継続し、搬送路に挿入されるプリプレグシートの幅Ｗが、プリプレグシートの搬送方向と搬送路に挿入されるプリプレグシートの長手方向のなす角をθ、プリプレグシートの挿入から積層までの１回あたりに要する時間をｔ_fとしたとき、
Ｗ＝ｖ・ｔ_f・ｓｉｎ｜θ｜ ただし、０°＜｜θ｜＜１８０°
の関係を満たすことを特徴とする。

さらに、プリプレグシートを搬送路に挿入し、プリプレグシートを裁断し、搬送路に積層する第２のプリプレグシート積層装置を有し、第１のプリプレグシート積層装置で積層されるプリプレグシートの長手方向と搬送方向がなす角と、第２のプリプレグシート積層装置で積層されるプリプレグシートの長手方向と搬送方向がなす角が異なることが好ましい。

また、搬送方向と長手方向が平行なプリプレグシート積層するプリプレグシート平行積層装置をさらに有することが好ましい。

ここでプリプレグシート積層装置は、プリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又はプリプレグシートを加熱するプレス部を有することが好ましい。

なお、プリプレグシート積層装置は、搬送路に挿入するプリプレグシートの長手方向と搬送方向がなす角を変更可能なように構成されることが好ましい。

本発明によれば、一方向に引き揃えられた繊維束を有するプリプレグシートを、その繊維束の方向が異なる方向を向くように積層された多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置を得ることが可能である。

また本発明によれば、各層内のプリプレグシートを隙間なく均質に並べることのできる多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置を得ることができる。

さらに本発明によれば、層間剥離の発生を抑制可能な多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置を得ることができる。

さらに本発明によれば、用途に応じた設計によって層毎にプリプレグシートの厚みやそのシートに含まれる繊維の方向を最適化することができる多軸多層補強シートの製造方法及び製造装置を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明について詳細に説明する。

図１に、本発明に係る多軸多層補強シート製造装置１００によって製造される多軸多層補強シートの一例の構造図を示す。図１に示すように、この多軸多層補強シート１は、各層間で繊維方向が互いに４５度の角をなす軸に沿って繊維束が並ぶように４枚のプリプレグシート３〜６を下から順に積層したものである。このように、等角度間隔で４方向に繊維束が向いた多軸多層補強シートは、等方性に優れ、どの方向にも比較的差のない剛性を持つことができる。

また、本発明に係る多軸多層補強シートの各層を構成するプリプレグシートは、少なくとも一方向に引き揃えられた繊維又は繊維束中に熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂が含浸、又は付着したものである。

プリプレグシートを構成する繊維又は繊維束の形態は、一方向に引き揃えられた形態、２方向以上に引き揃えられた繊維又は繊維束を織り込んだ織物形態、そして多軸に積層された形態のものがある。使用される繊維は、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ(ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール）繊維、セラミックス繊維、金属繊維等がある。また、繊維束中に含浸、又は付着させる樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、又はポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＩ(ポリエーテルイミド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂等の熱可塑性樹脂がある。

樹脂の含浸とは、繊維束を構成する各繊維間に樹脂がいきわたった状態をいい、樹脂の付着とは、例えば、粉体状にある熱可塑性樹脂が繊維束に点在して熱融着した状態等をいう。

そして、一方向に繊維補強されたプリプレグシートは、複数本の繊維束に均一な張力を付加させて引き揃えた状態で樹脂が含浸、又は付着している。このため、プリプレグシートのどの部分においても、プリプレグシートを構成する各繊維は均一な張力が付加された真直な状態にある。

このようなプリプレグシートを用いると、各プリプレグシートについて、繊維束がばらける等して繊維の分布が不均質となることを防止できる。

また、各層のプリプレグシートとして、厚みが０．００５ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下の薄層シートを用いることが好ましく、さらに０．０１ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下であることがより好ましい。このような薄層シートを用いると、層間剥離やクラックの生じ難い多軸多層補強シートを構成可能なためである。プリプレグシートの厚みが０．００５ｍｍを下回ると、そのシートに含まれる繊維が、繊維糸としての構造を保つことが困難となり、所望の剛性を有する多軸多層補強シートを製造することが困難となる。一方、プリプレグシートの厚みが０．０８ｍｍを超えると、層間剥離やクラックを生じ易くなり、多軸多層補強シートが本来有する強度特性を十分に発揮できなくなる。

特に、炭素繊維束を有するプリプレグシートの場合、繊維束１本あたりの炭素繊維の数が１万２千本集まった１２Ｋと呼ばれる繊維束や、４万８千本集まった４８Ｋと呼ばれる繊維束を、開繊という技術を用いて繊維束をばらした繊維補強シート（特開平11-172562号公報参照）を用いると、繊維束の分布が均質で、上述した厚みが０．００５ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下の薄層シートを低コストで得ることが可能である。

図２に、本発明の代表的な実施態様に係る多軸多層補強シート製造装置１００の概略構成図を示す。

本発明に係る多軸多層補強シート製造装置１００は、コントローラ１０（図示せず）と、本製造装置によって製造される多軸多層補強シート１を搬送するための搬送路２を構成する搬送装置２０と、搬送路２に対し、上流側から順に並べられた３基のプリプレグシート積層装置３０、５０及び６０と、プリプレグシート積層装置３０と５０の間に配置されたプリプレグシート平行積層装置４０と、多軸多層補強シート１に圧力及び熱を加えるための加熱加圧装置７０と、積層を完了した多軸多層補強シート１から、不要な耳部を切り取るためのカッター８０と、多軸多層補強シート１を回収するための回収ロール９０等で構成する。

なお、説明の便宜上、多軸多層補強シート１の搬送方向（長手方向）をｙ方向、搬送路２と同一平面内にあり、且つｙ方向と直交する方向（幅方向）をｘ方向とし、ｘ方向及びｙ方向と直交する方向をｚ方向とする。

まず、搬送装置２０について、図３を参照しつつ説明する。

図３（ａ）は、搬送装置２０の概略上面図であり、図３（ｂ）は概略側面図である。

搬送装置２０は、多軸多層補強シート１の幅方向の両端部に位置し、右側チェーン２０１及び左側チェーン２０２の一対として構成され、多軸多層補強シート１の両端を支持し搬送する搬送路２を構成する。

また図３に示すように、右側チェーン２０１及び左側チェーン２０２は、搬送路２の両端に設けられた円筒状のチェーンホイール２０３及び２０４間に張り巡らされた無端状のチェーンである。そして、チェーンホイール２０３及び２０４は、コントローラ１０によって制御されたトルク制御モータ（図示せず）から動力供給を受けて回転し、その回転によって、チェーン２０１及び２０２のうち、チェーンホイール２０３及び２０４の搬送路面側に位置する部分は多軸多層補強シート１の搬送方向へ移動し、搬送路面と反対側に位置する部分は搬送方向と逆向きに移動する。また、チェーン２０１及び２０２は、多軸多層補強シート１を支持し、チェーン２０１及び２０２上に固定して搬送するため、表面に５ｍｍ〜５ｃｍの間隔で多数の針２０５を備える。

次にプリプレグシート積層装置３０、５０、及び６０について、説明する。

プリプレグシート積層装置３０、５０、及び６０は、それぞれ搬送路２の側方、搬送路２に近接して配置され、多軸多層補強シート１の長手方向、即ち搬送路２による多軸多層補強シート１の搬送方向と異なる方向の軸に沿って繊維束を並べたプリプレグシートを搬送路２上に挿入して搬送中のプリプレグシートに積層する。

なお、プリプレグシート積層装置３０、５０、及び６０は、同一の構造を有するため、以下ではプリプレグシート積層装置５０を例としてその構成及び動作を説明する。

図４に、プリプレグシート積層装置５０の概略構成図を示す。

図４（ａ）は、プリプレグシート積層装置５０の概略上面図であり、図４（ｂ）は、図２のＡＡ’で示した線における概略断面図である。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、搬送路２の裏面側に、支持基盤５０１が設けられている。この支持基盤５０１は、右側チェーン２０１と左側チェーン２０２の中点近傍を回転軸として、搬送路２に平行な平面（ｘｙ平面）内で回転可能に構成される。

搬送装置２０の両側に沿って、上下動移動自在に一対の棒状の第１押え部材５０２が右側チェーン２０１及び左側チェーン２０２の上方に位置している。また、第１押え部材５０２の下方には、一対の第１支持台５０３が支持基盤５０１に上下移動自在に取り付けられている。

一対の第１押え部材５０２の外側には、上下動移動自在に一対の第１カッター５１５が設けられている。同様に、第１押え部材５０２の内側には、上下動移動自在に一対の第２カッター５１６が設けられている。

右側チェーン２０１の右側に、プリプレグシート５を供給するプリプレグシート供給ロール５０９が支持基盤５０１上に設けられている。なお、プリプレグシート５として、熱硬化樹脂で含浸されているものを用いる場合には、シート同士の粘着を防止するために、プリプレグシートに離型紙が貼り付けられ、２層構造になった状態で巻き取られたロールとしてプリプレグシート供給ロール５０９が提供される。一方、熱可塑樹脂で含浸されているプリプレグシートを用いる場合には、離型紙が存在しない場合もあり、プリプレグシート単体で巻き取られたロールとしてプリプレグシート供給ロール５０９が提供される。また、プリプレグシート供給ロール５０９は、ｘｙ平面内に設けられた回転軸５０８に取り付けられ、その回転軸５０８を回転中心として回転しながら、ロール５０９の上面の外周部から剥がしていくようにプリプレグシート５を供給する。ここで、回転軸５０８は、例えば、ブレーキ機構（図示せず）を備えており、そのブレーキ機構によりプリプレグシート５に一定の張力を付加することができるようになっている。また、回転軸５０８に取り付けるプリプレグシート供給ロール５０９の幅は、多軸多層補強シート１の設計仕様に基づいて変更することができる。さらに、離型紙５１２をプリプレグシート５から引き剥がすために、プリプレグシート供給ロール５０９から、プリプレグシートが離れる点近傍に離型紙分離ロール５１１が設けられ、離型紙分離ロール５１１によってプリプレグシート５と分離された離型紙５１２を巻き取るために、離型紙巻き取りロール５１０がプリプレグシート供給ロール５０９の上方に設けられる。上述したように、プリプレグシート５の供給において離型紙を用いない場合、離型紙巻き取りロール５１０、離型紙分離ロール５１１は、特に設けなくともよい。

プリプレグシート供給ロール５０９と右側チェーン２０１との間には、支持台５０５が支持基盤５０１上に設けられ、この支持台５０５の上方には上下動自在に第２押え部材５０４が設けられている。また、支持台５０５及び第２押え部材５０４は、支持基盤５０１の回転移動によっても、常に右側チェーン２０１及び左側チェーン２０２と平行となるように支持基盤５０１上に設けられる。

搬送路２を挟んでプリプレグシート供給ロール５０９の反対側に、プリプレグシート５を把持するための把持部材５０６が支持基盤５０１上に設けられる。この把持部材５０６の先端部５０７はクリップとなっており、プリプレグシート５の端部を把持することが可能であるとともに、把持部材５０６の先端部５０７は、搬送路２を横断して移動可能となっている。また、把持部材５０６の先端部５０７は、ｘｙ平面内で回転可能となっており、支持基盤５０１の回転移動によっても、常に右側チェーン２０１及び左側チェーン２０２と平行となるように取り付けられる。

搬送路２の上方には、上プレス板５１３が上下移動自在に設けられ、且つ搬送路２の下方には、上プレス板５１３と対向して下プレス板５１４が上下移動自在に設けられている。上プレス板５１３と下プレス板５１４は、軽量で圧縮強度、耐熱性に優れるＣＣ（カーボンカーボン）コンポジット板で形成される。また上プレス板５１３と下プレス板５１４は、連動して動作し、搬送路２上に挿入されたプリプレグシート５を、既に積層されている２層補強シートに密着させるよう、圧力を加えるよう構成されている。

なお、本実施形態に係る製造装置１００において、最初に搬送路２にプリプレグシートを搬送路２に挿入するプリプレグシート積層装置３０では、プリプレグシート３以外のプリプレグシートが存在しないため、上プレス板３１３及び下プレス板３１４を省略してもよい。

なお、プリプレグシート供給ロール５０９、支持台５０５、第２押え部材５０４、及び把持部材５０６は、支持基盤５０１の回転移動によってそれらも円弧を描くように移動する。そのため、多軸多層補強シート１の設計仕様に応じて、積層されるプリプレグシートに含まれる繊維束の方向を変更可能となっている。

以下、図５〜図１０を参照しつつ、プリプレグシート積層装置５０を用いてプリプレグシート５を積層する工程を説明する。

ここで図５（ａ）はプリプレグシート５を搬送路２に挿入する前の段階を示すプリプレグシート積層装置５０の概略上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態における、図２においてＡＡ’で示された線での概略断面図である。

図６（ａ）はプリプレグシート５を把持部材５０６が把持した段階を示すプリプレグシート積層装置５０の概略上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態における、図２においてＡＡ’で示された線での概略断面図である。

図７（ａ）はプリプレグシート５が搬送路２に挿入された段階を示すプリプレグシート積層装置５０の概略上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態における、図２においてＡＡ’で示された線での概略断面図である。

図８（ａ）は搬送路２に挿入されたプリプレグシート５が第１押え部材５０２、第１支持台５０３、第２押え部材５０４及び第２支持台５０５によって固定された段階を示すプリプレグシート積層装置５０の概略上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態における、図２においてＡＡ’で示された線での概略断面図である。

図９（ａ）は搬送路２に挿入されたプリプレグシート５が搬送路２に沿って裁断された段階を示すプリプレグシート積層装置５０の概略上面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の状態における、図２においてＡＡ’で示された線での概略断面図である。

図１０（ａ）は裁断されたプリプレグシート５が、搬送路２に積層された段階を示すプリプレグシート積層装置５０の概略上面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の状態における、図２においてＡＡ’で示された線での概略断面図である。

事前に、プリプレグシート積層装置５０によって積層されるプリプレグシート５の、繊維方向を決定する。図５（ａ）に示すように、プリプレグシート５の長手方向を搬送方向に対して角θをなす方向に向けて積層したい場合、支持基盤５０１を回転移動し、プリプレグシート供給ロール５０９を、そのロールの軸５０８に直交する方向が搬送路２に対して角θをなす方向で固定する。

まず、図２に示すように、プリプレグシート積層装置５０の上流側に配置されたプリプレグシート積層装置３０及びプリプレグシート平行積層装置４０により積層された２層プリプレグシートを右側チェーン２０１及び左側チェーン２０２で両端部を支持し、拡布状態で走行させる（図５（ａ））。このとき、第１の押え部材５０２は、走行する２層プリプレグシートを押えておらず、上方に待機している。また、把持部材５０６も左側チェーン２０２の外側に先端部５０７が位置し、待機状態となっている。また、プリプレグシート供給ロール５０９から引き出されたプリプレグシートは、支持台５０５の上に第２押え部材５０４によって押さえられた状態となっている。しかし、このプリプレグシート５の端部は、支持台５０５から突出した状態にしておく（図５（ｂ））。

次に、２層プリプレグシートの走行が停止される。把持部材５０６が待機状態から、搬送路２を横断して突出した状態となり、支持台５０５から突出したプリプレグシート５の端部を先端部５０７のクリップで把持する（図６）。

プリプレグシート５の端部を把持した把持部材５０６は、突出した状態から待機状態の位置に復帰するように移動する（図７）。なお、把持部材５０６がプリプレグシート５を引き出す場合に、第２押え部材５０４は上方に移動し、プリプレグシート５の押え状態を解消する（図７（ｂ））。なお、クリップ５０７は、プリプレグシート５の全幅を把持しており、これにより、プリプレグシート５を引き出すときに、プリプレグシート５の全幅にわたってある張力を均一に付加して引き出すことができる。

そして、把持部材５０６が待機状態の位置まで完全に復帰すると、プリプレグシート５が２層の多軸多層補強シートの上に覆い被さる状態となる（図７（ａ））。

把持部材５０６が待機状態の位置まで完全に復帰すると、一対の第１押え部材５０２が下方に移動し、また同時に一対の第１支持台５０３が上方へ移動し、プリプレグシート５を上下から挟み込んで固定する。また、第２押え部材５０４が再び下降し、プリプレグシート５を支持台５０５に押圧し、固定する（図８）。

プリプレグシート５を固定すると、一対のカッター５１５が下降し、プリプレグシート５を第１押え部材５０２の外側で裁断する（図９）。この場合において、プリプレグシート５は第１押え部材５０２、第１支持台５０３、第２押え部材５０４及び第２支持台５０５で固定されているため、切断時に動くことがなく、プリプレグシート５に含まれる繊維束がばらけたり、捩れてプリプレグシート５上の繊維束の分布が不均質となることを防止している（図９（ｂ））。

プリプレグシート５の裁断が終了すると、第１押さえ部材５０２及び第１支持台５０３は、裁断され、搬送路２上に残ったプリプレグシート５を保持したまま下方に移動し、搬送路２の２層多軸補強シート上に積層する。そして、上プレス板５１３が下方に移動し、且つ下プレス板５１４が上方に移動して、プリプレグシート５が積層され、３層になった多軸補強シートを上下からプレスする。このプレスによって、層間の空気溜まりを極力減らし、また層間の密着性を向上させる。さらに、一対のカッター５１６が下方に移動し、搬送路２に沿ってプリプレグシート５を裁断する(図１０）。なお、プリプレグシート５の裁断が終了すると、把持部材５０６が把持しているプリプレグシート５の切れ端や第１支持台５０３上に残ったプリプレグシート５の切れ端は破棄される。

そして、３層になった多軸多層補強シートをさらに搬送路２にそって搬送する。

上記の工程を繰り返すことにより、プリプレグシート積層装置５０は搬送中の多軸多層補強シートに新たなプリプレグシート５の積層を加えていく。

なお、一対のカッター５１５、５１６は搬送路２に平行しており、プリプレグシート５を搬送方向と平行した状態で切断することができる。つまり、クリップ５０７が搬送方向に平行した状態でプリプレグシート５を把持し、且つプリプレグシート５の切断も搬送方向と平行して行うため、積層されるプリプレグシート５の両端部に無駄な部分を極力少なくすることができる。

次にプリプレグシート平行積層装置４０について説明する。

図１１に、プリプレグシート平行積層装置４０の概略構成図を示す。

図１１（ａ）は、図２におけるＢＢ’で示される線における概略断面図であり、図１１（ｂ）は、プリプレグシート平行積層装置４０の概略側面図である。

プリプレグシート平行積層装置４０は、多軸多層補強シート１の搬送方向と平行な軸に設置したプリプレグシート４を、プリプレグシート積層装置３０によって搬送路２上に拡布されたプリプレグシート３上に積層する。

また、プリプレグシート平行積層装置４０では、多軸多層補強シートの搬送面と平行なｘｙ平面内に配置され、且つ搬送路２と直交する方向に軸を有するプリプレグシート供給ロール４０１が搬送路２の上方（ｚ方向）に配置される。また、プリプレグシート供給ロール４０１の軸と平行に配置された押圧ロール４０２が搬送路２の上面に近接して設けられる。

プリプレグシート供給ロール４０１から供給されたプリプレグシート４は、押圧ロール４０２の下面側を経由して搬送路面上に拡布され、既に搬送路２に挿入されているプリプレグシート３の上に積層される。またプリプレグシート４は、押圧ロール４０２の下面側を通過する際に搬送路２上に押圧され、押圧を受けることによって右側チェーン２０１及び左側チェーン２０２に設けられた針２０５でチェーン２０１及び２０２に固定される。

また、プリプレグシート４が供給ロール４０１から離れる際、離型紙４０７を剥がせるように、離型紙分離ロール４０５を、プリプレグシート供給ロール４０１からプリプレグシート４が離れる点の近傍に配置する。さらに、剥がした離型紙４０７を巻き取る離型紙巻取りロール４０４が、離型紙分離ロール４０５よりも搬送路２の上流側に配置される。

押圧ロール４０２は、トルク制御モータ（図示せず）から動力供給を受けて回転するように構成されており、プリプレグシート４に無理な加重を掛けることなく搬送路２に押圧するため、搬送路２に近接する押圧ロール４０２の表面の接線速度が、多軸多層補強シート１の搬送速度と略一致するように回転する。

押圧ロール４０２の下流側に設けられ、上下一対のプレス板４０６は、プリプレグシート３とその上に積層されたプリプレグシート４により２層となった多軸補強シートを上下からプレスする。このプレスによって、層間の空気溜まりを極力減らし、また層間の密着性を向上させる。

なお、本実施形態のように、搬送方向に繊維方向が揃ったプリプレグシートを供給するよりも搬送路２の上流側で、繊維方向が搬送方向と異なるプリプレグシートを挿入することが好ましい。繊維方向が搬送方向と略平行なプリプレグシートを最初に搬送路２に挿入すると、プリプレグシートを搬送路上で拡布するために搬送装置２０でプリプレグシートの両側端を固定することにより、そのプリプレグシートは引張強度の強くない繊維方向と直交する方向に引っ張られ、繊維がばらけて不均質となってしまうおそれがあるためである。一方、既にプリプレグシートが搬送路２上に存在し、その上に積層していく場合には、そのような不都合が生じない。

次に、加熱加圧装置７０について説明する。

図１２に、加熱加圧装置７０の概略構成図を示す。

図１２（ａ）は、図２のＣＣ’で示された線における概略断面図であり、図１２（ｂ）は加熱加圧装置７０の概略側面図である。

加熱加圧装置７０は、全ての積層装置の下流に設けられ、搬送路２を挟んで上下一対であり、それぞれ多軸多層補強シート１の搬送方向に直交する方向に回転軸を有するロール７０１、７０２で構成される。また、各ロール７０１、７０２の内部には熱源を有し、多軸多層補強シート１を約６０℃〜約４００℃に加熱する。

加熱加圧装置７０は、全てのプリプレグシートが積層された多軸多層補強シート１に対し、一様な熱及び／又は圧力を掛け、積層された各プリプレグシート間をさらに一体化させる。

カッター８０は、加熱加圧装置７０よりも搬送路２の下流側に配置され、一対のカッター８１、８２を有し、カッター８０１、８０２はそれぞれ右側チェーン２０１及び左側チェーン２０２の内側に近接して設けられる。そして、加熱加圧装置７０を経由して搬送されてきた多軸多層補強シート１から、搬送装置２０のチェーン２０１及び２０２に固定された耳部を切り落とす。

回収ロール９０は、本発明に係る多軸多層補強シート製造装置１００の搬送路の最下流に配置され、回転軸が搬送面に平行なｘｙ平面に配置され、且つ搬送路２に直交する方向となるように設けられる。そして、カッター８０により、耳部を切り落とされた多軸多層補強シート１を巻き取って回収する。

上述してきたように、本発明に係る多軸多層補強シート製造装置では、挿入されるプリプレグシート毎に異なる積層装置を用いるため、各層の繊維束の方向や積層の順番を任意に変更可能な多軸多層補強シートを製造することが可能である。また、プリプレグシート毎に厚みを変えることも可能であり、多軸多層繊維補強シートに対する多様な要望に応じた多軸多層繊維補強シートを製造することが可能である。さらに、各層をを構成するプリプレグシートの全幅に張力を付加した状態で積層・密着させるため、各層内の繊維に対して均一な張力が付加され、繊維の弛みが無い多軸多層繊維補強シートを製造することが可能である。また各層を構成するシートをプリプレグシートとし、積層の際、又は積層後に加熱・加圧を行うため、ステッチ糸を用いずに各層を密着させた状態で一体化させることができる。

以下に、本発明に係る多軸多層補強シート製造装置１００における第１の製造方法について説明する。

第１の製造方法は、搬送路２によるプリプレグシートの搬送を停止している間に、搬送路２に対して各プリプレグシート積層装置３０、５０及び６０から一斉にプリプレグシートを挿入し、それらプリプレグシートを搬送路に沿って裁断した後、一定量だけ搬送する、といった動作を繰り返すものであり、その際に、搬送路２に挿入される各プリプレグシートが、継ぎ目を生じず、隙間無く敷き詰められる条件を備えたものである。

図１３に、１回の製造サイクルにおける工程のフローチャートを示す。

まず、図５〜９で説明したように、搬送停止状態で、各プリプレグシート積層装置３０、５０、及び６０から、それぞれプリプレグシート３、５及び６が搬送路２を覆うように挿入され、搬送路２に沿って裁断される（ステップ１０１）。

次に、裁断されたプリプレグシートを、図１０で説明したように、多軸多層補強シート１に積層し、プレスする（ステップ１０２）。なお、このステップにおいて、先のサイクルでプリプレグシート平行積層装置４０から挿入されたプリプレグシート４をプレスし、積層する。

その後、搬送路２に沿って、裁断され、搬送路２上に積層されたプリプレグシートを距離Ｌだけ搬送する（ステップ１０３）。この搬送中、プリプレグシート平行積層装置４０からは、プリプレグシート４が長さＬだけ搬送路２に挿入される。なお、プリプレグシート平行積層装置４０から供給されるプリプレグシート４は、幅Ｂを有し、これは右側チェーン２０１及び左側チェーン２０２の外側同士の間隔と等しい。

ここで、各プリプレグシート積層装置３０、５０、及び６０から供給されるプリプレグシート３、５、及び６の長手方向（繊維方向）と、搬送方向とのなす角を、それぞれθ₃₀、θ₅₀、及びθ₆₀とすると、各プリプレグシート積層装置３０、５０、及び６０から供給されるプリプレグシートの幅Ｗ₃₀、Ｗ₅₀、及びＷ₆₀は、それぞれ以下の式で表される。

Ｗ₃₀ = Ｌ・sin|θ₃₀| （１．１）
Ｗ₅₀ = Ｌ・sin|θ₅₀| （１．２）
Ｗ₆₀ = Ｌ・sin|θ₆₀| （１．３）
さらに、各プリプレグシート積層装置３０、５０、及び６０について、プリプレグシートの引き出しを同時に開始するよう、コントローラから指示を与えることにより、無駄なタイムラグを無くし、製造速度を向上させることができる。また、各プリプレグシート積層装置におけるプリプレグシートの搬送路への挿入に要する時間ｔ_s（上記ステップ１０１及び１０２の１回あたりの所要時間）が一定となるように、把持部材３０６、５０６、及び６０６の往復運動における、ｘ方向の平均移動速度τ₃₀₆、τ₅₀₆、τ₆₀₆を、それぞれ
τ₃₀₆ = ２（Ｂ＋α₃₀＋β₃₀）／（sin|θ₃₀|・（ｔ_s−ｃ）） （２．１）
τ₅₀₆ = ２（Ｂ＋α₅₀＋β₅₀）／（sin|θ₅₀|・（ｔ_s−ｃ）） （２．２）
τ₆₀₆ = ２（Ｂ＋α₆₀＋β₆₀）／（sin|θ₆₀|・（ｔ_s−ｃ）） （２．３）
とすることが好ましい。ここでα_i(i=30,50,60)は、各把持部材が、支持台から突出したプリプレグシートの端部を把持する位置から、右側チェーン２０１の外側面までの距離、β_i(i=30,50,60)は、各把持部材の待機状態における位置から、左側チェーン２０２の外側面までの距離であり、またｃは把持部材の移動以外の、プリプレグシートの固定、把持、裁断等に要する時間の総計である。

上述したステップ１０１〜１０３を繰り返すことにより、どのプリプレグシート３〜６も隙間無く敷き詰めることが可能であり、高品質な多軸多層補強シートを高速に製造することができる。

本実施形態により、幅１００ｃｍで、下から順に、長手方向と繊維方向のなす角が４５度、０度、１３５度、９０度の順に積層された４層構成の多軸多層補強シートを製造する場合について説明する。ただし、カッター８０で切り落とされる両端の耳部の幅を、それぞれ６．０ｃｍとし（すなわち、Ｂ＝１１２．０ｃｍ）、ステップ１０３における１回あたり搬送距離を１００ｃｍとする。

この場合、各プリプレグシート積層装置について、θ₃₀＝４５．０度、θ₅₀＝１３５．０度、θ₆₀＝９０．０度となるように、支持基盤の向きを設定する。

各プリプレグシート積層装置にから供給される、プリプレグシートの幅は、式（１．１）〜（１．３）より、Ｗ₃₀＝Ｗ₅₀＝７０．７１ｃｍ、Ｗ₆₀＝１００．０ｃｍであればよいことが分かる。

また、搬送停止期間中、各プリプレグシート積層装置が同時にプリプレグシートの挿入を完了するには、プリプレグシートの搬送路への挿入に要する時間ｔ_s＝１２ｓｅｃとし、プリプレグシートの固定、把持、裁断等に要する時間の総計を２ｓｅｃとした場合、α₃₀＝β₃₀＝α₅₀＝β₅₀＝１４．７ｃｍ、α₆₀＝β₆₀＝４４．０ｃｍとして（即ち、支持基盤の回転中心より、距離１００ｃｍの位置に、プリプレグシートの端部を把持する位置と、把持部材の待機位置を設定した場合）、式（２．１）〜（２．３）より、τ₃₀₆＝τ₅₀₆＝τ₆₀₆＝４０．０ｃｍ／ｓｅｃであることを要する。さらに、各プリプレグシート積層装置の回転可能角を制限し、α_i、β_iを短くした場合、例えばα₃₀＝β₃₀＝α₅₀＝β₅₀＝α₆₀＝β₆₀＝２．０ｃｍの場合、式（２．１）〜（２．３）より、τ₃₀₆＝τ₅₀₆＝３２．８ｃｍ／ｓｅｃ、τ₆₀₆＝２３．２ｃｍ／ｓｅｃで把持部材を移動させればよい。

なお、本実施形態においては、各プリプレグシート積層装置からプリプレグシートを搬送路上に挿入し、裁断するまでは搬送装置２０の動作と干渉しないため、独立に動作させることが可能である。そこで、上述したステップ１０１における、プリプレグシートの挿入・裁断を、ステップ１０３と同時に実行してもよい。このようにすることで、製造速度の向上を図ることができる。

また、プリプレグシート積層装置３０、５０及び６０について、搬送路２に対するプリプレグシートの挿入角を調整することにより、用途に合わせた任意の方向に繊維束を向けた多軸多層補強シート１を作成することが可能である。特に、全てのプリプレグシート積層装置について、搬送路２に対する角を同一として一方向に繊維補強されたプリプレグシートを搬送路２に挿入し、プリプレグシート平行積層装置４０からのプリプレグシートの挿入を停止すれば、一方向にのみ繊維束の向きが揃えられた多軸多層補強シート１を得ることもできる。

また、各プリプレグシート積層装置から供給されるプリプレグシートとして、特許文献２に記載されたような、チェック状に編み込まれた２軸織物シートを用いることもできる。この場合、１台の積層装置から供給されるプリプレグシート自体が、２方向の軸に沿って繊維補強されているため、より等方性に優れた多軸多層補強シートを得ることができる。例えば、多軸多層補強シート製造装置１００において、各積層装置から２軸織物シートを供給することとし、プリプレグシート積層装置３０は、搬送方向とシート挿入方向のなす角を４５度とし、プリプレグシート積層装置５０は、搬送方向とシート挿入方向のなす角を６７．５度とし、プリプレグシート積層装置６０は、搬送方向とシート挿入方向のなす角を１１２．５度とすれば、２２．５度ずつの等角度で、８方向の軸それぞれに沿って繊維補強された多軸多層補強シートを作成することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る多軸多層補強シートの製造装置２００について説明する。

図１４に、多軸多層補強シート製造装置２００の概略構成図を示す。なお、第１の実施形態と同じ構造・作用をする部材には、同じ番号を付す。

多軸多層補強シート製造装置２００と上述した多軸多層補強シート製造装置１００の相違点は、各積層装置がプリプレグシートを搬送路２に挿入する領域にプレス板を設ける代わりに、各積層装置の下流に別途したプレス部を設け、プリプレグシートの挿入機構と独立させたことにある。またこのプレス部は、多軸多層補強シートを加熱する能力を有するため、製造装置１００において搬送路２の最下流部に位置した加熱加圧装置７０は、製造装置２００では不要としてもよい。

本実施形態では、プリプレグシートの挿入機構とプレス部が独立しているため、各層の繊維束の方向が異なる複数の仕様の多軸多層補強シートを同一の製造装置で製造することが求められる場合であっても、プリプレグシートと搬送路２とのなす角の変更によって異なる形状のプレス板を準備し、交換する必要が無いためメンテナンスの工数が減り、トータルの製造コストを下げることが可能である。

以下に、図１５を参照しつつ、本実施形態に係るプレス部について説明する。なお、本プレス部は、各積層装置及び平行積層装置とも同様のものであるため、プリプレグシート積層装置５１のプレス部５２を用いて説明する。

図１５は、図１４におけるｘ方向から見た、プリプレグシート積層装置５１のプレス部の概略側面図である。

本プレス部５２では、２等辺三角形の頂点の位置に設けられた３個のガイドロール５２１と、そのガイドロール５２１で形成された２等辺三角形の外周に沿って移動可能な無端状の離型用ベルト５２６が搬送路２の上方に設けられている。また、離型用ベルト５２６は２等辺三角形の底辺、即ち搬送路２に近接した辺において、搬送方向と同方向に移動するようにガイドロール５２１の周りを周回する。

ガイドロール５２１で形成される２等辺三角形の内部には、搬送路２の上流側に加熱加圧プレス板５２２、下流側に冷却プレス板５２３が設けられており、搬送路２に離型用ベルト５２６を押圧可能なように、それぞれ上下移動自在に構成されている。また加熱加圧プレス板５２２、冷却プレス板５２３は、それぞれ搬送方向に略Ｌ／２の長さを有し、互いに近接して配置される。ただしＬは、一回あたりの挿入で、プリプレグシート５が搬送路２に挿入される、搬送方向のプリプレグシートの幅である。

加熱加圧プレス板５２２は、内部に熱源を有し、ガイドロールを通じて多軸多層補強シートを約６０℃〜約４００℃に熱することが可能である。この加熱加圧によって多軸多層補強シートを構成する各層のプリプレグシートに含浸若しくは付着された熱硬化性樹脂の熱硬化又は熱可塑性樹脂の軟化を生じさせ、且つ各プリプレグシート間の密着を高める。

冷却プレス板５２３は、約１０℃〜約３０℃といった常温で多軸多層補強シートを冷却する。冷却速度を向上させるため、プレス板５２３の内部に冷却水を循環させるよう、構成してもよい。

一方、搬送路２の下方には、ガイドロール５２１で形成される２等辺三角形と相対する位置に、台形の各頂点となる４個のガイドロール５２４とその外周を周回する無端状の離型用ベルト５２７が設けられている。さらに、ガイドロール５２４で形成される台形の内部に、加熱加圧プレス板５２２、冷却プレス板５２３と搬送路２を挟んで対向させた下プレス板５２５が上下移動自在に設けられている。

なお、離型用ベルト５２６及び５２７は、テフロン（登録商標）や熱硬化性ポリイミド樹脂等で構成され、多軸多層補強シートのプレス板５２２、５２３等への接着を防止し、搬送路２から多軸多層補強シートが浮き上がることを防止するために使用される。

次に、本製造装置２００を用いた第２の製造方法について、図１６を用いて説明する。

図１６に、第２の製造方法についての１回の製造サイクルにおける工程のフローチャートを示す。

まず、図５〜図９を用いて説明したようにプリプレグシート３、５、６が搬送路２に挿入・裁断される（ステップ１１１）。裁断が終わると、図１０で説明したようにプリプレグシート３、５、６は搬送路２に積層される（ステップ１１２）。ただし、第１の製造方法と異なり、各プリプレグシートに対するプレスは行われない。

プリプレグシートの積層が終わると、多軸多層補強シートは搬送路２に沿ってＬ／２だけ搬送される（ステップ１１３）。なおこの搬送の際、プリプレグシート４が平行積層装置４１から長さＬ／２だけ挿入される。またシート搬送中、加熱加圧プレス板５２２、冷却プレス板５２３は搬送路２の上方に離れて待機する。同様に、下部プレス板５２５も搬送路２の下方に離れて待機する。

搬送が終わると、加熱加圧プレス板５２２、冷却プレス板５２３は下方に移動し、同時に下部プレス板５２５も上方に移動して多軸多層補強シートに対してプレスする（ステップ１１４）。この際、加熱加圧プレス板５２２の直下に位置するシートには、圧力が加えられるとともに加熱され、プリプレグシートに熱硬化性樹脂が含浸・付着されていれば、その樹脂の熱硬化によって加圧により密着した層間の剥離が生じないように接着する。またプリプレグシートに、熱可塑性樹脂が含浸・付着されていれば、樹脂が軟化して層間の密着性を高め、その後の冷却によって硬化して層間の剥離が生じないように接着される。

数秒程度、プレスを行うと、再び加熱加圧プレス板５２２、冷却プレス板５２３は上方に移動し、下部プレス板５２５も下方に移動して搬送路２に対する圧力を無くし、その後再び多軸多層補強シートをＬ／２だけ搬送する（ステップ１１５）。それから、ステップ１１４と同様、多軸多層補強シートをプレスする（ステップ１１６）。ステップ１１６では、ステップ１１４で加熱加圧プレス板５２２によってプレスされ、加熱された部分が、今度は冷却プレス板５２３によって冷却される。

なお、各プリプレグシート３、５及び６の幅Ｗ₃₀、Ｗ₅₀、及びＷ₆₀は、裁断されたプリプレグシートを搬送路２上で継ぎ目を生じず、隙間無く並べるために、第１の製造方法と同じく式（１．１）〜（１．３）を満たす必要がある。

次に、本発明の第２の実施形態に係る多軸多層補強シートの製造装置２００のプレス部の別の構成例を、図１７を参照しつつ説明する。

図１７は、図１４に示すｘ方向から、多軸多層補強シート製造装置２００を見た場合の本プレス部５３の概略側面図である。

本プレス部５３では、上述したプレス部５２の加熱加圧プレス板、冷却プレス板及び下部プレス板の代わりに、搬送路２の上流側より、熱した空気を吹き付けて多軸多層補強シートを約６０℃〜約２００℃に加熱するホットエアー供給器５３２と、多軸多層補強シートに圧力を加えるための搬送路２を挟んで上下一対の加圧ロール５３３、及び上述した冷却プレス板５２３同様に多軸多層補強シートを冷却するための搬送路２を挟んで上下一対の冷却ロール５３４を備える点で相違する。なお、搬送路２上方のガイドロール５３１及び離型用ベルト５３６、及び搬送路２下方のガイドロール５３５及び離型用ベルト５３７は、上述したプレス部と同様の構成・作用を有する。

本プレス部５３では、プレス板の代わりに回転可能なロール等を用いているため、多軸多層補強シートを搬送しつつ、加熱・加圧・冷却を行えるという利点がある。

なお、加圧ロール５３３、冷却ロール５３４は、上下に１個ずつに限る必要は無く、多軸多層補強シートの仕様として要求される強度に基づいて２個、３個と増設してもよい。

また、本発明の第２の実施形態に係る多軸多層補強シートの製造装置２００のプレス部のさらに別の構成例を、図１８を参照しつつ以下に説明する。

本プレス部５４では、上述したプレス部５２、５３と異なり、離型用ベルトを用いる代わりに離型紙５４４及び５５０を用いている点が主要な相違点である。同じベルト面が何度も多軸多層補強シートと接触する離型用ベルトと異なり、離型紙では１度多軸多層補強シートと接触した部分がシートの別の部分と再度接触することがなく、樹脂の滓等が離型しに付着した場合であっても、その滓等を他の部分に付着させることがない。そのため、離型紙の使用は、多軸多層補強シートの汚れを防止し、また樹脂の厚みのバラつきを抑制してシートの均質性を向上できる利点を有する。

図１８（ａ）は、本実施形態におけるプレス部５４の概略上面図であり、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のｘ方向から見たプレス部５４の概略側面図である。

搬送路２の上方に配置された離型紙供給ロール５４１は離型紙５４４を供給する。離型紙５４４は、離型紙供給ロール５４１から下方に引き出され、一対のガイドロール５４３で搬送路２の上面に密着し、搬送路２の上流側から下流側への経路を経由した後、離型紙供給ロール５４１よりも搬送路２の下流方向に配置された離型紙巻取りロール５４２で巻き取られる。

同様に、搬送路２の下方に配置された離型紙供給ロール５４７は離型紙５５０を供給する。離型紙５５０は、離型紙供給ロール５４７から上方に引き出され、一対のガイドロール５４９で搬送路２の下面に密着し、搬送路２の上流側から下流側への経路を経由した後、離型紙供給ロール５４７よりも搬送路２の下流方向に配置された離型紙巻取りロール５４８で巻き取られる。

離型紙５４４及び５５０が搬送路２に密着している部分には、搬送路２の上流側から順に、上下一対の加熱加圧ロール５４５及び上下一対の冷却ロール５４６が設けられる。

加熱加圧ロール５４５は、上述したプレス部５２の加熱加圧プレス板５２２と同様、多軸多層補強シートを加熱し、加圧する。また冷却ロール５４６は、上述した冷却プレス板５２３同様、多軸多層補強シートを冷却する。

以下に、プレス部５２の代わりに、プレス部５３又はプレス部５４を用いた場合の多軸多層補強シート製造装置２００における、第３の製造方法について説明する。

第３の製造方法では、多軸多層補強シートをプレスするために搬送を停止する工程を有さない点に特徴を有し、製造速度の向上を図ることができる。

まず、図５〜図９で説明したように、プリプレグシート３、５、６が搬送路２に挿入され、裁断される（ステップ１２１）。

次に、図１０で説明したようにプリプレグシート３、５、６は搬送路２に積層される（ステップ１２２）。ただし、第１の製造方法と異なり、各プリプレグシートに対するプレスは行われない。

その後、各プリプレグシートが積層された多軸多層補強シートは、一定量Ｌだけ搬送路２に沿って搬送される（ステップ１２３）。なお、この搬送の際に、プレス部５３又はプレス部５４を通過した多軸多層補強シートに対して、加熱・加圧・冷却といった処理が行われる。また搬送と同時に、プリプレグシート４が搬送路２に一定量Ｌだけ挿入される。

なお、各プリプレグシート３、５及び６の幅Ｗ₃₀、Ｗ₅₀、及びＷ₆₀は、裁断されたプリプレグシートを搬送路２上で継ぎ目を生じず、隙間無く並べるために、第１の製造方法と同じく式（１．１）〜（１．３）を満たす必要がある。

さらに、多軸多層補強シート製造装置２００において、プレス部５３又はプレス部５４を用いた場合、製造中の多軸多層補強シートの搬送を止めることなく、連続搬送を行いつつ各プリプレグシートを継ぎ目無く積層していくことも可能である。

以下に、多軸多層補強シートを連続搬送しながら各プリプレグシートを継ぎ目無く積層する、第４の製造方法について説明する。

本製造方法では、搬送路に沿って、製造中の多軸多層補強シート１を一定の搬送速度ｖで連続して搬送する（ステップ１３１）。この搬送中、プリプレグシート平行積層装置４１からは、連続してプリプレグシート４が供給され、ある経過時間ｔ中に長さ（ｖ・ｔ）だけ供給される。また上述したように、プリプレグシート平行積層装置４１から供給されるプリプレグシート４は、幅Ｂを有する。

各プリプレグシート積層装置３１、５１、及び６１は、所定の周期で、それぞれプリプレグシート３、５及び６を搬送路２に挿入する（ステップ１３２）。

ここで、各プリプレグシート積層装置３１、５１、及び６１から供給されるプリプレグシートの長手方向（繊維方向）と、搬送方向とのなす角を、それぞれθ₃₀、θ₅₀、及びθ₆₀とし、各プリプレグシート積層装置３１、５１、及び６１が、搬送路２に１回プリプレグシートを挿入するための１周期あたりのサイクルタイムをｔ_fi(i = 31,51,61)とすると、各プリプレグシート積層装置３１、５１、及び６１から供給されるプリプレグシートの幅Ｗ₃₁、Ｗ₅₁、及びＷ₆₁は、それぞれ以下の式で表される。

Ｗ₃₁ = （ｖ・ｔ_f31）sin|θ₃₀| （３．１）
Ｗ₅₁ = （ｖ・ｔ_f51）sin|θ₅₀| （３．２）
Ｗ₆₁ = （ｖ・ｔ_f61）sin|θ₆₀| （３．３）
さらに、サイクルタイムｔ_fiでプリプレグシートの挿入を終わらせるため、把持部材３０６、５０６、及び６０６の往復運動のｘ方向の平均移動速度τ₃₀₆、τ₅₀₆、τ₆₀₆は、それぞれ
τ₃₀₆ = ２（Ｂ＋α₃₀＋β₃₀）／（sin|θ₃₀|・（ｔ_f31−ｃ）） （４．１）
τ₅₀₆ = ２（Ｂ＋α₅₀＋β₅₀）／（sin|θ₅₀|・（ｔ_f51−ｃ）） （４．２）
τ₆₀₆ = ２（Ｂ＋α₆₀＋β₆₀）／（sin|θ₆₀|・（ｔ_f61−ｃ）） （４．３）
であることを要する。ここでα_i、β_i及びｃの定義は、式（２．１）〜（２．３）と同様である。なお、各プリプレグシートの挿入、裁断及び積層手順は、図５〜図１０を用いて上述した手順と同様である。

このように、多軸多層補強シート１を連続搬送したままプリプレグシート３〜６の挿入を行うことにより、多軸多層補強シートの製造性を向上させることができる。また、式（３．１）〜（３．３）から分かるように、プリプレグシート積層装置毎のサイクルタイムを変えることもできるため、幅の種類が１種類しかないプリプレグシートを用いても、隙間無くプリプレグシートを敷き詰めた多軸多層補強シートを製造することができる。

なお、多軸多層補強シート１を連続搬送した状態でプリプレグシート３、５及び６を積層する際には、搬送路２上で裁断された各プリプレグシート３、５及び６を多軸多層補強シートの搬送に同期させ、同じ速度で移動させつつ積層することが好ましい。

以上、説明してきたように、本発明によると、少なくとも１方向に引き揃えられた繊維束を有するプリプレグシートを隙間無く並べ、且つ繊維補強方向が異なるように多層に積層することが可能な多軸多層補強シートの製造装置及び製造方法を得ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、例えば、積層装置の数を増やしたり、順番を入れ替えることも可能である。それらは、要求される多軸多層補強シートの仕様に基づいて、本発明の範囲において最適化することができる。

本発明に係る多軸多層補強シート製造装置で製造可能な多軸多層補強シートの一例の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る多軸多層補強シート製造装置の概略構成図である。 （ａ）は搬送装置の概略上面図であり、（ｂ）は搬送装置の概略側面図である。 （ａ）はプリプレグシート積層装置の概略上面図であり、（ｂ）はプリプレグシート積層装置の概略断面図である。 （ａ）はプリプレグシートを搬送路に挿入する前の段階を示すプリプレグシート積層装置の概略上面図であり、（ｂ）はその段階におけるプリプレグシート積層装置の概略断面図である。 （ａ）はプリプレグシートを把持部材が把持した段階を示すプリプレグシート積層装置の概略上面図であり、（ｂ）はその段階におけるプリプレグシート積層装置の概略断面図である。 （ａ）はプリプレグシートが搬送路に挿入された段階を示すプリプレグシート積層装置の概略上面図であり、（ｂ）はその段階におけるプリプレグシート積層装置の概略断面図である。 （ａ）は搬送路に挿入されたプリプレグシート５が固定された段階を示すプリプレグシート積層装置の概略上面図であり、（ｂ）はその段階におけるプリプレグシート積層装置の概略断面図である。 （ａ）は搬送路に挿入されたプリプレグシート裁断された段階を示すプリプレグシート積層装置の概略上面図であり、（ｂ）はその段階におけるプリプレグシート積層装置の概略断面図である。 （ａ）は裁断されたプリプレグシートが、搬送路に積層された段階を示すプリプレグシート積層装置の概略上面図であり、（ｂ）はその段階におけるプリプレグシート積層装置の概略断面図である。 （ａ）はプリプレグシート平行積層装置の概略断面図であり、（ｂ）はプリプレグシート平行積層装置の概略側面図である。 （ａ）は加熱加圧装置の概略断面図であり、（ｂ）は加熱加圧装置の概略側面図である。 本発明の第１の製造方法における１サイクルあたりの工程を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る多軸多層補強シート製造装置の概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る多軸多層補強シート製造装置のプレス部の概略側面図である。 本発明の第２の製造方法における１サイクルあたりの工程を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る多軸多層補強シート製造装置の別のプレス部の概略側面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る多軸多層補強シート製造装置のさらに別のプレス部の概略上面図であり、（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る多軸多層補強シート製造装置のさらに別のプレス部の概略側面図である。 本発明の第３の製造方法における１サイクルあたりの工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 多軸多層補強シート
１００、２００ 多軸多層補強シート製造装置
２ 搬送路
３、４、５、６ プリプレグシート
２０ 搬送装置
３０、５０、６０ プリプレグシート積層装置
４０ プリプレグシート平行積層装置
７０ 加熱加圧装置
５２、５３、５４ プレス部

Claims (15)

1. （１）一方向に引き揃え配列した繊維を有する第１のプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、
   （２）前記第１のプリプレグシートを前記搬送路上に載置するステップと、
   （３）前記載置された第１のプリプレグシートを、所定の搬送方向に前記搬送路で一定量Ｌだけ搬送し、かつ前記搬送方向と長手方向が平行な第２のプリプレグシートを前記載置された第１のプリプレグシート上に積層するステップと、
   （４）前記搬送路上に積層された前記第１及び第２のプリプレグシートを多軸多層補強シートとして回収するステップとを有し、
   前記第１のプリプレグシートの幅Ｗが、前記搬送方向と前記第１のプリプレグシートの長手方向のなす角をθとしたとき、
   Ｗ＝Ｌ・ｓｉｎ｜θ｜ ただし、０°＜｜θ｜＜１８０°
   の関係を満たし、
   前記搬送路は、当該搬送路上に積層された前記第１及び第２のプリプレグシートの両側端を固定することを特徴とする、多軸多層補強シートの製造方法。
2. 前記（３）のステップでは、さらに前記第１及び第２のプリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又は前記第１及び第２のプリプレグシートを加熱する、請求項１に記載の製造方法。
3. さらに、
   （５）一方向に引き揃え配列した繊維を有する第３のプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、
   （６）前記第３のプリプレグシートを、前記第２のプリプレグシートを積層する前に前記載置された第１のプリプレグシート上に積層するか、または前記積層された第２のプリプレグシート上に積層するステップとを有し、
   前記第１のプリプレグシートの幅をＷ₁、前記搬送方向と前記第１のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ₁、前記第３のプリプレグシートの幅をＷ₂、前記搬送方向と前記第３のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ₂としたとき、
   Ｗ₁＝Ｌ・ｓｉｎ｜θ₁｜ ただし、０°＜｜θ₁｜＜１８０°
   Ｗ₂＝Ｌ・ｓｉｎ｜θ₂｜ ただし、０°＜｜θ₂｜＜１８０°
   θ₁≠θ₂
   の関係を満たす、請求項１または２に記載の製造方法。
4. （１）一方向に引き揃え配列した繊維を有する第１のプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、
   （２）前記第１のプリプレグシートを前記搬送路上に載置するステップと、
   （３）前記（１）及び（２）のステップの実行中、さらに前記搬送方向と長手方向が平行な第２のプリプレグシートを前記載置された第１のプリプレグシート上に積層するステップと、
   （４）前記搬送路上に積層された前記第１及び第２のプリプレグシートを多軸多層補強シートとして回収するステップとを有し、
   前記搬送路は、前記（１）及び（２）のステップを実行している間、一定の速度ｖで前記載置された第１のプリプレグシートの搬送を継続し、且つ前記第１のプリプレグシートの幅Ｗが、前記搬送方向と前記第１のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ、前記（１）及び（２）のステップを１回行うために要する時間をｔ_fとしたとき、
   Ｗ＝ｖ・ｔ_f・ｓｉｎ｜θ｜ ただし、０°＜｜θ｜＜１８０°
   の関係を満たし、
   前記搬送路は、当該搬送路上に積層された前記第１及び第２のプリプレグシートの両側端を固定することを特徴とする、多軸多層補強シートの製造方法。
5. 前記（３）のステップの後に、さらに前記第１及び第２のプリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又は前記第１及び第２のプリプレグシートを加熱する、請求項４に記載の製造方法。
6. さらに、
   （５）一方向に引き揃え配列した繊維を有する第３のプリプレグシートを搬送路に挿入し、裁断するステップと、
   （６）前記第３のプリプレグシートを、前記第２のプリプレグシートを積層する前に前記載置された第１のプリプレグシート上に積層するか、または前記積層された第２のプリプレグシート上に積層するステップとを有し、
   前記搬送路は、前記（１）〜（６）のステップを実行している間、一定の速度ｖで前記載置または積層された前記第１及び第３のプリプレグシートの搬送を継続し、且つ前記第１のプリプレグシートの幅をＷ₁、前記搬送方向と前記第１のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ₁、前記第３のプリプレグシートの幅をＷ₂、前記搬送方向と前記第３のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ₂、前記（１）〜（６）のステップを１回行うために要する時間をｔ_fとしたとき、
   Ｗ₁＝ｖ・ｔ_f・ｓｉｎ｜θ₁｜ ただし、０°＜｜θ₁｜＜１８０°
   Ｗ₂＝ｖ・ｔ_f・ｓｉｎ｜θ₂｜ ただし、０°＜｜θ₂｜＜１８０°
   θ₁≠θ₂
   の関係を満たす、請求項４または５に記載の製造方法。
7. 前記第１のプリプレグシートの厚みが、0.005ｍｍ以上0.08ｍｍ以下である、請求項１〜６の何れか一項に記載の製造方法。
8. 前記第１のプリプレグシートは、前記一方向へ引き揃え配列した繊維と異なる方向へ引き揃え配列した繊維をさらに有する、請求項１〜７の何れか一項に記載の製造方法。
9. 一方向に引き揃え配列した繊維を有する第１のプリプレグシートを搬送路に挿入し、前記第１のプリプレグシートを裁断し、搬送路上に載置するプリプレグシート載置装置と、
   前記載置された第１のプリプレグシートを、前記搬送路に沿って搬送する搬送装置と、
   前記搬送方向と長手方向が平行な第２のプリプレグシートを前記載置された第１のプリプレグシート上に積層するプリプレグシート平行積層装置と、
   前記積層された前記第１及び第２のプリプレグシートを多軸多層補強シートとして回収する回収装置と
   を有し、
   前記搬送装置は、前記第１のプリプレグシートが載置される度に、前記載置された第１のプリプレグシートを長さＬだけ搬送し、前記第１のプリプレグシートの幅Ｗが、前記第１のプリプレグシートの搬送方向と前記第１のプリプレグシートの長手方向のなす角をθとしたとき、
   Ｗ＝Ｌ・ｓｉｎ｜θ｜ ただし、０°＜｜θ｜＜１８０°
   の関係を満たし、
   前記搬送路は、当該搬送路上に積層された前記第１及び第２のプリプレグシートの両側端を固定することを特徴とする、多軸多層補強シートの製造装置。
10. さらに、第３のプリプレグシートを前記搬送路に挿入し、前記第３のプリプレグシートを裁断し、当該裁断された第３のプリプレグシートを、前記第２のプリプレグシートを積層する前に前記載置された第１のプリプレグシート上に積層するか、または前記積層された第２のプリプレグシート上に積層するプリプレグシート積層装置を有し、
    前記第１のプリプレグシートの長手方向と前記搬送方向がなす角と、
    前記第３のプリプレグシートの長手方向と前記搬送方向がなす角が異なる、請求項９に記載の製造装置。
11. 前記プリプレグシート積層装置は、前記第１及び第２のプリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又は前記第１及び第２のプリプレグシートを加熱するプレス部を有する、請求項９または１０に記載の製造装置。
12. 一方向に引き揃え配列した繊維を有する第１のプリプレグシートを搬送路に挿入し、前記第１のプリプレグシートを裁断し、前記搬送路上に載置するプリプレグシート載置装置と、
    前記載置された第１のプリプレグシートを、前記搬送路に沿って搬送する搬送装置と、
    前記搬送方向と長手方向が平行な第２のプリプレグシートを前記載置された第１のプリプレグシート上に積層するプリプレグシート平行積層装置と、
    前記積層された前記第１及び第２のプリプレグシートを多軸多層補強シートとして回収する回収装置と
    を有し、
    前記搬送装置は、一定の速度ｖで搬送を継続し、前記第１のプリプレグシートの幅Ｗが、前記第１のプリプレグシートの搬送方向と前記第１のプリプレグシートの長手方向のなす角をθ、前記第１のプリプレグシートの挿入から載置までの１回あたりに要する時間をｔ_fとしたとき、
    Ｗ＝ｖ・ｔ_f・ｓｉｎ｜θ｜ ただし、０°＜｜θ｜＜１８０°
    の関係を満たし、
    前記搬送路は、当該搬送路上に積層された前記第１及び第２のプリプレグシートの両側端を固定することを特徴とする、多軸多層補強シートの製造装置。
13. さらに、第３のプリプレグシートを前記搬送路に挿入し、前記第３のプリプレグシートを裁断し、当該裁断された第３のプリプレグシートを、前記第２のプリプレグシートを積層する前に前記載置された第１のプリプレグシート上に積層するか、または前記積層された第２のプリプレグシート上に積層するプリプレグシート積層装置を有し、
    前記第１のプリプレグシートの長手方向と前記搬送方向がなす角と、
    前記第３のプリプレグシートの長手方向と前記搬送方向がなす角が異なる、請求項１２に記載の製造装置。
14. 前記プリプレグシート積層装置は、前記第１及び第２のプリプレグシートの積層方向に対して、各層間の間隙を縮める方向に圧力をかけ、又は前記第１及び第２のプリプレグシートを加熱するプレス部を有する、請求項１２または１３に記載の製造装置。
15. 前記プリプレグシート載置装置は、前記搬送路に挿入する前記第１のプリプレグシートの長手方向と前記搬送方向がなす角を変更可能なように構成される、請求項９〜１４の何れか一項に記載の製造装置。

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