JP6185350B2 - プリプレグ自動積層装置、プリプレグ積層体の製造方法及び繊維強化複合材料製造装置 - Google Patents

Description

本発明はプリプレグ自動積層装置に関する。特に、複数本のテープ状プリプレグで構成されるプリプレグの層を複数層積層して、所望の平面形状を有するプリプレグ積層体を作製するプリプレグ自動積層装置に関する。また、本発明は、このプリプレグ自動積層装置を用いて行うプリプレグ積層体の製造方法に関する。さらには、該プリプレグ自動積層装置を具備する繊維強化複合材料製造装置に関する。

強化繊維と樹脂とから構成される繊維強化複合材料は、軽量、高強度、高弾性率等の特長により、航空機、スポーツ・レジャー、一般産業に広く応用されている。この繊維強化複合材料は、強化繊維と樹脂とが一体化されて成るプリプレグが複数層積層されて形成されるプリプレグ積層体を加圧成形して製造されることが多い。

プリプレグは、強化繊維で構成される強化繊維層と、この強化繊維層内に含浸された樹脂と、から構成されている。特に、一定方向に引き揃えられた強化繊維で構成される強化繊維層と、この強化繊維層内に含浸された樹脂と、から構成される一方向プリプレグは、繊維の重なり部分がないため樹脂の含浸性が高い。

プリプレグ積層体は、プリプレグが複数層積層されて成る積層体である。プリプレグが一方向プリプレグである場合、プリプレグ積層体に等方性を付与するために、通常、各プリプレグは所定角度θ°（但し、０＜θ＜９０である）を持たせて、例えば〔０°／４５°／９０°／−４５°〕のように積層される。

このようなプリプレグ積層体は、プリプレグを手作業により積層して製造されるか、特許文献１に開示されるような自動積層装置を用いて製造されている。得られたプリプレグ積層体は、所望の形状に切断された後、加圧成形機等を用いて成形される。

特開２００６−２１８７２０号公報

しかしながら、前述のように製造されるプリプレグ積層体は、以下の問題点がある。

手作業でプリプレグを積層する場合、プリプレグの積層位置や積層角度が乱れると、プリプレグ積層体及びその成形品に不具合を生じさせる場合がある。また、従来の自動積層装置を用いる場合、得られるプリプレグ積層体の平面形状を自在にコントロールすることができない。そのため、成形品の輪郭に合わせてプリプレグ積層体を切断する必要がある。切断されて生じるプリプレグ積層体の端材は廃棄されるため、成形品の製造コストを上昇させている。特に、枠状の形状を有する成形品を製造する場合、大判のプリプレグ積層体が必要になる上に、発生する端材も大量となるため、製造コストを著しく上昇させている。また、大判のプリプレグ積層体を製造するためには、大型の積層装置が必要である。

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、所望の平面形状を有するプリプレグ積層体を製造するプリプレグ自動積層装置を提供することである。さらには、装置を大型化することなく、大判のプリプレグ積層体を製造するプリプレグ自動積層装置を提供することである。

本発明者らは、積層するプリプレグを複数本のテープ状プリプレグで構成し、各テープ状プリプレグをそれぞれ独立して搬送することにより、各テープ状プリプレグを所望の位置に載置することに想到した。また、この各テープ状プリプレグを載置する載置面を自在に回動させることに想到した。そして、これらの、搬送、回動を自動制御手段によって制御することにより、所望の平面形状及び積層構成を有するプリプレグ積層体を作製できることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記課題を解決する本発明は、以下に記載のものである。

〔１〕 複数のプリプレグ片を積層してプリプレグ積層体を製造するプリプレグ自動積層装置であって、
複数のテープ状プリプレグを平行に並べて供給するプリプレグ供給手段と、
複数の単ローラーの軸心を平行にして配設してなる分割ローラーであって、前記プリプレグ供給手段から供給される前記テープ状プリプレグをそれぞれ搬送する分割ローラーと、
前記テープ状プリプレグの載置面を有するターンテーブルであって、前記載置面を所望の角度で回動させる回動手段を備えるとともに、前記テープ状プリプレグの供給方向に沿って前記載置面を往復移動させる往復移動手段Ｘを備えるターンテーブルと、
前記単ローラー及び前記ターンテーブルの回動手段及び往復移動手段Ｘをそれぞれ制御する制御部と、
を含んで成るプリプレグ自動積層装置。

即ち、各テープ状プリプレグの載置位置をそれぞれ制御することにより、プリプレグ積層体の各層の平面形状を自在に制御する。また、プリプレグの載置面を回動させることにより、各プリプレグの積層角度を自在に制御する。本発明のプリプレグ自動積層装置は、これらの構成を組み合わせて成る。

本発明のプリプレグ自動積層装置には、以下の構成が付加された装置を含む。

〔２〕 前記ターンテーブルが、前記テープ状プリプレグの供給方向と直交する方向に沿って前記載置面を往復移動させる往復移動手段Ｙをさらに備えるターンテーブルであって、
前記制御部が往復移動手段Ｙをさらに制御する制御部である〔１〕に記載のプリプレグ自動積層装置。

往復移動手段Ｙは、大判のプリプレグ積層体を製造するための構成である（後述）。

〔３〕 前記プリプレグ供給手段が、
炭素繊維を供給する複数のクリールと、
前記複数のクリールから供給されて平行に並べられた複数の炭素繊維に樹脂を含浸する樹脂含浸装置と、
を備える〔１〕に記載のプリプレグ自動積層装置。

即ち、プリプレグ供給手段においてプリプレグの製造を行うとともに、得られたプリプレグをすぐに積層するプリプレグ自動積層装置である。

〔４〕 前記分割ローラーの下方に、前記分割ローラーから搬送される前記テープ状プリプレグをそれぞれ切断してプリプレグ片を作製する複数の単カッターからなる分割カッターが配設されてなり、
前記制御部が該分割カッターをさらに制御する制御部である〔１〕乃至〔３〕の何れかに記載のプリプレグ自動積層装置。

〔４〕に記載の発明は、プリプレグ供給手段からテープ状プリプレグを供給し、分割カッターを用いてこのテープ状プリプレグを切断するプリプレグ自動積層装置である。

〔５〕 前記分割カッターが、離型シート上に載置されたテープ状プリプレグの離型シートを切断せずにテープ状プリプレグのみを切断する分割カッターである〔１〕乃至〔４〕の何れかに記載のプリプレグ自動積層装置。

〔５〕に記載の発明は、プリプレグ供給手段から離型シート付きテープ状プリプレグを供給し、分割カッターを用いてこの離型シート付きテープ状プリプレグの離型シート部分は切断せずにプリプレグ部分のみを切断するプリプレグ自動積層装置である。

〔６〕 テープ状プリプレグの離型シートを巻取り回収する離型シート巻取りロールをさらに備えてなる〔５〕に記載のプリプレグ自動積層装置。

〔６〕に記載の発明は、プリプレグ供給手段から離型シート付きテープ状プリプレグを供給し、分割カッターを用いてこの離型シート付きテープ状プリプレグのプリプレグ部分のみを切断するとともに、離型シート部分は切断せずに離型シート巻取りロールに巻取って回収するプリプレグ自動積層装置である。

〔７〕 複数のテープ状プリプレグを平行に並べて供給するプリプレグ供給工程と、
前記テープ状プリプレグをそれぞれ搬送するプリプレグ搬送工程と、
前記テープ状プリプレグをターンテーブル上に載置するプリプレグ載置工程と、
を含んで成る〔１〕に記載のプリプレグ自動積層装置を用いて行うプリプレグ積層体の製造方法。

〔７〕に記載の発明は、〔１〕に記載のプリプレグ自動積層装置を用いて行うプリプレグ積層体の製造方法である。

〔８〕 前記テープ状プリプレグが、予め必要長に切断された状態で離型シート上に載置されているテープ状プリプレグである〔７〕に記載のプリプレグ積層体の製造方法。

〔８〕に記載の発明は、〔７〕に記載のプリプレグ積層体の製造方法において、予め切断済のプリプレグを用いるプリプレグ積層体の製造方法である。

〔９〕 〔１〕乃至〔６〕の何れかに記載のプリプレグ自動積層装置と、
プリプレグ積層体を加圧成形する成形機と、
前記プリプレグ自動積層装置のターンテーブルの載置面に形成されたプリプレグ積層体を前記成形機に搬送する搬送手段と、
を備える繊維強化複合材料製造装置。

〔９〕に記載の発明は、〔１〕乃至〔６〕のいずれかに記載のプリプレグ自動積層装置でプリプレグ積層体を作製するとともに、これを成形機に搬送して成形する繊維強化複合材料製造装置である。

本発明のプリプレグ自動積層装置は、プリプレグの積層が自動的に行われるため、積層位置や積層角度が正確なプリプレグ積層体を安定的に作製できる。そのため、このプリプレグ積層体を用いて形成された成形品は、その品質が安定する。

本発明のプリプレグ自動積層装置は、小幅のテープ状プリプレグをそれぞれ任意の位置に載置することができるため、プリプレグ積層体の各層の平面形状を自在に制御できる。そのため、目的とする成形品の形状に適した平面形状のプリプレグ積層体を作製できる。その結果、プリプレグ積層体の端材の発生量を削減できる。また、本発明のプリプレグ自動積層装置は、プリプレグの載置面を自在に回動させる回動手段を設けているため、プリプレグ積層体の積層構成を自在に制御できる。

プリプレグ自動積層装置のターンテーブルが往復移動手段Ｙを有している場合、装置を大型化することなく、大判のプリプレグ積層体を作製できる。

図１は、本発明のプリプレグ自動積層装置の一構成例を示す概略斜視図である。 図２は、図１のプリプレグ自動積層装置１００の平面図である。 図３は、従来のプリプレグ自動積層装置を用いて作製したプリプレグ積層体を示す平面図である。 図４は、本発明のプリプレグ自動積層装置を用いて作製したプリプレグ積層体を示す平面図である。 図５は、本発明のプリプレグ自動積層装置を用いて作製したプリプレグ積層体の他の一例を示す平面図である。 図６は、本発明のプリプレグ自動積層装置の他の構成例を示す平面図である。 図７は、本発明のプリプレグ自動積層装置のさらに他の構成例を示す正面図である。 図８は、本発明のプリプレグ自動積層装置のさらに他の構成例を示す正面図である。

図１は、本発明のプリプレグ自動積層装置の一構成例を示す概略斜視図である。図２は、図１のプリプレグ自動積層装置１００の平面図である。

図中、１００はプリプレグ自動積層装置である。プリプレグ自動積層装置１００は、プリプレグ供給手段２１と、分割ローラー２３と、分割カッター２５と、カッター押さえ２７と、ガイドローラー２９と、載置ローラー３１と、ターンテーブル５０と、制御手段（不図示）と、から構成されている。

分割ローラー２３は、複数（図１においては９組）の単ローラー２３ａ〜２３ｉから構成されている（紙面奥側から順に２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉであり、図中２３ｄ〜２３ｈは符号を省略してある。後述の分割カッター２５、プリプレグ片１３についても同様である。）。この単ローラー２３ａ〜２３ｉは、各単ローラーがそれぞれ独立して回転する。この単ローラー２３ａ〜２３ｉは、各軸心を一致させて配設されている。この単ローラー２３ａ〜２３ｉは、不図示の制御手段によりそれぞれ回転が制御される。これにより、各テープ状プリプレグのターンテーブル５０側への搬送量がそれぞれ制御される。

分割カッター２５は、複数（図１においては９個）の単カッター２５ａ〜２５ｉから構成されている。この単カッター２５ａ〜２５ｉは、各単カッターが不図示の制御手段によりそれぞれ独立して駆動するように制御されている。カッター押さえ２７と分割カッター２５との間を通過する各テープ状プリプレグは、各単カッターの駆動によりそれぞれ切断される。以下、本明細書において切断されたテープ状プリプレグをプリプレグ片ともいう。これにより、各テープ状プリプレグから形成される各プリプレグ片の長さがそれぞれ制御される。

ガイドローラー２９は、分割カッター２５により切断されたプリプレグ片が直ちに落下するのを防ぐ役割を有する。載置ローラー３１は、各プリプレグを後述のプリプレグ載置面側に押し付ける役割を有する。

ターンテーブル５０は、プリプレグの載置面５１を有して成り、載置面５１を図１中の矢印ｘ及びｙ方向と水平（即ち、ｘ−ｙ平面と平行）に所望の角度で回動させる回動手段（不図示）を備えるとともに、テープ状プリプレグの供給方向（図１中の矢印ａ、ｂ方向）に沿って往復移動させる往復移動手段５３を備える（以下、この往復移動手段を「往復移動手段Ｘ」ともいう。）。即ち、ターンテーブル５０の載置面５１は、図１中の矢印ｘ及びｙ方向と水平に回動可能であり、かつ、図１中の矢印ａ、ｂ方向に往復移動可能に構成されている。

次に、プリプレグ自動積層装置１００の動作及びプリプレグ積層体の製造方法について説明する。テープ状プリプレグを用いて積層構成〔０°／９０°〕のプリプレグ積層体を製造する場合を以下に説明する。

プリプレグ供給手段２１側から供給される各テープ状プリプレグ１１ａ〜１１ｉは、それぞれ単ローラー２３ａ〜２３ｉの１組の対ロール間に挿入される（プリプレグ供給工程）。各単ローラー２３ａ〜２３ｉは、不図示の制御手段によってそれぞれその回転が制御され、各テープ状プリプレグ１１ａ〜１１ｉを分割カッター２５側にそれぞれ独立して搬送する。分割カッター２５側に搬送された各テープ状プリプレグ１１ａ〜１１ｉは、カッター押さえ２７と分割カッター２５との間に挿入され、ガイドローラー２９及び載置ローラー３１を通ってターンテーブル５０の上方に搬送される（プリプレグ搬送工程）。

単ローラー２３ａ〜２３ｉ、およびガイドローラー２９は、テープ状プリプレグのローラーへの巻付を防止するため、ローラーの表面に突起を設け、接触面積を減らすことが好ましい。接触面積を減らすことにより、ローラーからプリプレグが離れやすくなり、ローラーへの巻付等のトラブルを減少させることが可能となる。

テープ状プリプレグ１１ａが単ローラー２３ａによって搬送され、テープ状プリプレグ１１ａの先端部がターンテーブル５０の載置面５１に到達すると、テープ状プリプレグの搬送速度に合わせてターンテーブル５０は矢印ｘ方向に移動する。ターンテーブル５０の移動とともに、テープ状プリプレグ１１ａは載置ローラー３１によって載置面５１上に載置されていく。

載置ローラー３１は、テープ状プリプレグのローラーへの巻付を防止するため、ローラーの表面に突起を設け、接触面積を減らすことが好ましい。接触面積を減らすことにより、ローラーからプリプレグが離れやすくなり、ローラーへの巻付等のトラブルを減少させることが可能となる。

必要量のテープ状プリプレグが搬送され、単カッター２５ａによってテープ状プリプレグ１１ａが切断されると、この切断されたテープ状プリプレグはプリプレグ片１３ａとなり、プリプレグ片１３ａのすべてが載置されると載置は完了する（プリプレグ載置工程）。テープ状プリプレグ１１ｂ〜１１ｉについても同様の動作により、プリプレグ片１３ｂ〜１３ｉが作製され、載置面５１上にそれぞれ載置される。各プリプレグ片１３ａ〜１３ｉの載置は一部又は全部が同時に進行しても良いし、個別に進行しても良い。本発明のプリプレグ自動積層装置１００においては、各プリプレグ片１３ａ〜１３ｉの載置は一部又は全部を同時に行うことが好ましい。以上の動作により、載置面５１上に第１層目のプリプレグが載置される。

次に、ターンテーブル５０の載置面５１が、図１中の矢印ｘ及びｙ方向と水平に９０°回動する。その後、上記と同様の動作により、第２層目のプリプレグが載置される。これにより、第１層目のプリプレグ上に第２層目のプリプレグが載置され、積層構成〔０°／９０°〕のプリプレグ積層体が作製される。

上記説明においては、プリプレグの積層数が２層である場合について説明したが、これを繰返すことにより、任意の積層数とすることができる。また、上記説明においては、プリプレグの積層角度は〔０°／９０°〕である場合について説明したが、ターンテーブル５０の載置面５１を所望の角度で回動させることにより、任意の角度で積層することができる。

各テープ状プリプレグ１１ａ〜１１ｉは、それぞれ独立して駆動する単ローラー２３ａ〜２３ｉ及び単カッター２５ａ〜２５ｉによってそれぞれ独立にプリプレグ片１３ａ〜１３ｉが作製される。各単ローラー２３ａ〜２３ｉ及び単カッター２５ａ〜２５ｉは互いに独立して駆動するので、プリプレグ片１３ａ〜１３ｉはそれぞれ異なる長さとすることができる。また、矢印ｘ方向において、テープ状プリプレグの載置を開始する位置及び載置を終了する位置をそれぞれ異なる位置とすることができる。その結果、プリプレグ積層体の各層の平面形状を自在に制御することができる。

図３は、従来のプリプレグ自動積層装置を用いて作製したプリプレグ積層体を示す平面図である。図４は、本発明のプリプレグ自動積層装置を用いて作製したプリプレグ積層体を示す平面図である。図３中、９２は従来のプリプレグ自動積層装置を用いて作製したプリプレグ積層体であり、プリプレグ片９２ａ〜９２ｉから構成されている。プリプレグ片９２ａ〜９２ｉはその長さが同一であり、プリプレグ積層体の平面形状は四角形である。

図４中、１２は本発明のプリプレグ自動積層装置を用いて作製したプリプレグ積層体であり、プリプレグ片１２ａ〜１２ｉから構成されている。プリプレグ片１２ａ、１２ｂ、１２ｃはその長さがそれぞれ異なっており、任意の平面形状、例えば略円形のプリプレグ積層体を構成することができる。これらのプリプレグ積層体１２、９２からそれぞれ円形（図中、破線で示される円）の平板を切り出す場合、プリプレグ積層体１２から発生する端材の量は、プリプレグ積層体９２から発生する端材の量と比較して少ない。そのため、材料の使用量を抑えることができる。その結果、本発明のプリプレグ自動積層装置を用いることにより、プリプレグ積層体の製造コストは抑制される。

即ち、テープ状プリプレグは、作製しようとするプリプレグ積層体の平面形状に適合するように、必要量のみが載置面に搬送され、必要な箇所において切断される。プリプレグ積層体を加圧成形して得られる成形品の形状に応じて、必要とされるプリプレグ積層体の平面形状は異なる。本発明のプリプレグ自動積層装置を用いる場合、任意の平面形状を有するプリプレグ積層体を直接作製することができる。

図５は、本発明のプリプレグ自動積層装置を用いて作製したプリプレグ積層体の他の一例を示す平面図である。このプリプレグ積層体１１２は、図４に示されるプリプレグ積層体１２の表面の一部に、プリプレグ片１２ｊ及び１２ｋがさらに積層されている。即ち、プリプレグの積層枚数が部分的に異なるプリプレグ積層体を作製することができる。これにより、プリプレグ積層体の成形後の成形品を補強等することができる。

得られたプリプレグ積層体は、公知の手法により成形して硬化させることにより複合材料を作製することができる。本プリプレグ積層体は、従来公知の方法、例えば、プレス成形機を用いて加熱加圧することにより、成形された繊維強化複合材料を製造することができる。

図６は、本発明のプリプレグ自動積層装置の他の構成例を示す平面図である。図２のプリプレグ自動積層装置１００と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。プリプレグ自動積層装置１０１は、ターンテーブル５０に替えてターンテーブル５２を含んで構成されている。このターンテーブル５２は、その載置面５４をテープ状プリプレグ１１の供給方向と直交する方向（図中、矢印ｄ、ｅ方向）に沿って往復移動させる往復移動手段を備えている（以下、この往復移動手段を「往復移動手段Ｙ」ともいう。）。この往復移動手段Ｙにより、大判のプリプレグ積層体を作製することが可能になる。即ち、プリプレグ供給手段２１から供給される複数のテープ状プリプレグ１１（図６においては、９列）がターンテーブル５２の載置面５４にプリプレグ片として載置された後、この載置面５４は往復移動手段Ｙにより移動する。そして、新たにプリプレグ供給手段２１から供給される複数のテープ状プリプレグ１１（図６においては、９列）がターンテーブル５２の載置面５４に搬送され、先に載置されたプリプレグ片に隣接して載置される。その結果、１８列のプリプレグ片がターンテーブル５２の載置面５４に載置される。これを繰り返し行うことにより、極めて大判のプリプレグ積層体であっても製造することができる。即ち、テープ状プリプレグ１１の供給列数が少ない場合であっても、ターンテーブル５２をプリプレグの供給方向と直交する方向に移動させることにより、前記供給列数よりも多い列数で構成されるプリプレグを作製することができる。

図７は、本発明のプリプレグ自動積層装置のさらに他の構成例を示す正面図である。図１のプリプレグ自動積層装置１００と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。プリプレグ自動積層装置１０１のプリプレグ供給手段２１は、炭素繊維を供給する複数のクリール６１ａ〜６１ｃと、樹脂含浸装置４００と、を具備する。複数のクリール６１ａ〜６１ｃは炭素繊維が巻回されており、ここから供給される炭素繊維はピンガイド６２により等間隔に引き揃えられて、テープ状の炭素繊維２２が形成される（以下、「炭素繊維テープ」ともいう）。この炭素繊維テープ２２は後述の樹脂含浸装置４００によって樹脂が塗布含浸されてテープ状プリプレグ１１となる。

樹脂含浸装置４００は、樹脂タンク６３及び６５と、混合タンク６７と、ミキサー６９と、ダイ７１と、から構成されている。樹脂タンク６３及び６５には、炭素繊維テープに含浸せしめる樹脂がストックされている。具体的には、エポキシ樹脂とその硬化剤が例示される。この樹脂タンク６３及び６５内の樹脂は、ポンプを用いてそれぞれミキサー６９に送られ、ここで両樹脂が混合されて樹脂組成物となり、混合タンク６７内に送られてさらに混合される。次いで、混合タンク６７内の樹脂組成物は、ポンプを用いてダイ７１に送られる。ダイ７１に送られた樹脂組成物は、前述の炭素繊維テープ２２上に均一な厚さで塗布され、炭素繊維テープ２２内に含浸されてテープ状プリプレグ１１となる。このとき、樹脂組成物は半硬化（Ｂ−ステージ）状態である。その後、このテープ状プリプレグ１１は前述のとおり積層されてプリプレグ積層体が作製される。樹脂組成物には、これらを溶解する溶剤が含まれていても良い。樹脂組成物の塗布の際、炭素繊維テープは離型シート上に載置されていることが好ましい。離型シートとしては、離型紙や離型フィルムが例示される。

図７中、２００はプリプレグ積層体の搬送手段であり、３００は成形機である。前記ターンテーブルの載置面に形成されたプリプレグ積層体は、搬送手段２００を用いて成形機３００に搬送され、ここで加熱及び加圧されて成形される。

プリプレグを構成する樹脂としては、短時間で硬化するエポキシ樹脂が好適に使用される。プリプレグ積層体は成形機の金型で成形されるとともに、金型内で硬化していく。金型は樹脂の硬化を促進するために高温に保持されているのが一般的である。エポキシ樹脂を用いている場合、３〜５分間で成形及び硬化は完了する。金型の温度を下げた後、成形品は型から取り出される。

図８は、本発明のプリプレグ自動積層装置のさらに他の構成例を示す正面図である。図７のプリプレグ自動積層装置１００と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。プリプレグ供給手段２１は、炭素繊維を供給する複数のクリール６１ａ〜６１ｃと、離型紙８３を供給する離型紙供給ロール８１と、樹脂含浸装置４００と、を具備する。また、ガイドローラー２９と載置ローラー３１との間に、離型紙巻取りロール８５を具備する。複数のクリール６１ａ〜６１ｃは炭素繊維が巻回されており、ここから供給される炭素繊維はピンガイド６２により等間隔に引き揃えられて、炭素繊維テープ２２が形成される。離型紙ロール８１には離型紙８３が巻回されており、ここから供給される離型紙８３の上には炭素繊維テープ２２が載置される。炭素繊維テープ２２は、離型紙８３上で樹脂が塗布含浸されてテープ状プリプレグ１１となる。

その後、テープ状プリプレグ１１は、離型紙８３に載置されている状態で、分割ローラー２３によってそれぞれ搬送され、分割カッター２５によってそれぞれ切断される。この切断の際、離型紙８３に載置されているテープ状プリプレグ１１は、テープ状プリプレグ１１のみが切断され、離型紙８３は切断されずに離型紙巻取りロール８５に回収される。このような切断を行う方法としては、超音波カッターを用いる方法が例示される。その後、テープ状プリプレグ１１は前述のとおり積層されてプリプレグ積層体が作製される。このプリプレグ自動積層装置１０２を用いる場合、テープ状プリプレグ１１は離型紙８３とともに搬送されるため、テープ状プリプレグ１１に含浸されている樹脂の物性に起因する不具合が抑制される。

本発明においては、プリプレグ積層体は、予め作製されているテープ状プリプレグを原料としても良い。また、テープ状プリプレグは、予め所定の長さで切断されたプリプレグ片が離型シート上に載置されているテープ状プリプレグを用いてもよい。この場合、プリプレグ自動積層装置には分割カッターを設ける必要がない。本発明のプリプレグ自動積層装置のプリプレグ供給手段において、炭素繊維テープに樹脂を含浸させてプリプレグを作製した後、積層することが好ましい。

分割ローラー２３を構成する単ローラーは、５〜５０組であることが好ましく、８〜３０組であることがより好ましい。５組未満である場合、プリプレグの積層に長時間を要する。５０組を超える場合、装置が大型化する。上記の説明では、各単ローラーは、その軸心を一致させて配設されている場合について説明したが、これに限らず、各単ローラーは、各軸心を平行にして配設されていれば良い。具体的には、千鳥配列が例示される。

分割カッター２５を構成する単カッターは、５〜５０組であることが好ましく、８〜３０組であることがより好ましい。通常、単カッターは、上記単ローラーと同じ数で構成される。

テープ状プリプレグ１本の幅は１〜５０ｍｍであることが好ましく、１０〜４０ｍｍであることがより好ましい。１ｍｍ未満である場合、隣接するローラーとの距離が近すぎ、プリプレグテープの供給と切断を個別に行うことが困難となる。５０ｍｍを超える場合、所望の平面形状を得難くなる。テープ状プリプレグ１本の幅は、分割ローラーを構成する単ローラーの幅及び分割カッターを構成する単カッターの幅と略同一である。

載置面５１の回動手段は、載置面５１のみを回転軸に接続し、該載置面５１のみを回動させても良いし、ターンテーブル５０全体を回動させても良い。回動手段による回動角度は、少なくとも１８０°回動させることができれば、あらゆる積層構成のプリプレグ積層体を作製することができる。回動手段はモーター等公知の手段で構成すればよい。

載置面５１の往復移動手段Ｘは、載置面５１のみを往復移動させても良いし、ターンテーブル５０全体を往復移動させても良い。

プリプレグの粘着性が高い場合、各ローラーにテープ状プリプレグが巻き付いたり、各ローラーに樹脂が付着したりする。そのため、テープ状プリプレグは離型シートとともに搬送し、ターンテーブルの載置面に載置する前に、該離型シートから剥離することが好ましい。プリプレグと離型シートとの粘着力よりも、プリプレグとローラーとの粘着力の方が小さければ、ローラー側への巻き付きが効果的に抑制される。

同様の理由により、各ローラーは、ローラー表面に凹凸等を形成してプリプレグとの接触面積を小さくすることが好ましい。凹凸は、プリプレグとの接触面積が１／５以下になるように形成することが好ましく、１／８以下であることがより好ましい。ローラー表面の摩擦抵抗を下げるために、ローラーをテフロン（デュポン社の登録商標）、セラミックのような材料で構成するか、該材料でローラー表面をコーティングするのも有効である。

１００、１０１、１０２・・・プリプレグ自動積層装置
１１、１１ａ〜１１ｋ・・・テープ状プリプレグ
１２、９２・・・プリプレグ積層体
１２ａ〜１２ｉ、９２ａ〜９２ｉ・・・プリプレグ片
１３ａ〜１３ｉ・・・プリプレグ片
２１・・・プリプレグ供給手段
２２・・・炭素繊維テープ
２３・・・分割ローラー
２３ａ〜２３ｉ・・・単ローラー
２５・・・分割カッター
２５ａ〜２５ｉ・・・単カッター
２７・・・カッター押さえ
２９・・・ガイドローラー
３１・・・載置ローラー
５０、５２・・・ターンテーブル
５１、５４・・・載置面
５３・・・往復移動手段Ｘ
６１ａ〜ｃ・・・クリール
６２・・・ピンガイド
６３、６５・・・樹脂タンク
６７・・・混合タンク
６９・・・ミキサー
７１・・・ダイ
８１・・・離型紙供給ロール
８３・・・離型紙
８５・・・離型紙巻取りロール
２００・・・搬送手段
３００・・・成形機
４００・・・樹脂含浸装置

Claims (9)

1. 複数のプリプレグ片を積層してプリプレグ積層体を製造するプリプレグ自動積層装置であって、
   複数のテープ状プリプレグを平行に並べて供給するプリプレグ供給手段と、
   複数の単ローラーの軸心を平行にして配設してなる分割ローラーであって、前記プリプレグ供給手段から供給される前記テープ状プリプレグをそれぞれ搬送する分割ローラーと、
   前記テープ状プリプレグの載置面を有するターンテーブルであって、前記載置面を所望の角度で回動させる回動手段を備えるとともに、前記テープ状プリプレグの供給方向に沿って前記載置面を往復移動させる往復移動手段Ｘを備えるターンテーブルと、
   前記単ローラー及び前記ターンテーブルの回動手段及び往復移動手段Ｘをそれぞれ制御する制御部と、
   を含んで成るプリプレグ自動積層装置。
2. 前記ターンテーブルが、前記テープ状プリプレグの供給方向と直交する方向に沿って前記載置面を往復移動させる往復移動手段Ｙをさらに備えるターンテーブルであって、
   前記制御部が往復移動手段Ｙをさらに制御する制御部である請求項１に記載のプリプレグ自動積層装置。
3. 前記プリプレグ供給手段が、
   炭素繊維を供給する複数のクリールと、
   前記複数のクリールから供給されて平行に並べられた複数の炭素繊維に樹脂を含浸する樹脂含浸装置と、
   を備える請求項１に記載のプリプレグ自動積層装置。
4. 前記分割ローラーの下方に、前記分割ローラーから搬送される前記テープ状プリプレグをそれぞれ切断してプリプレグ片を作製する複数の単カッターからなる分割カッターが配設されてなり、
   前記制御部が該分割カッターをさらに制御する制御部である請求項１乃至３の何れか１項に記載のプリプレグ自動積層装置。
5. 前記分割カッターが、離型シート上に載置されたテープ状プリプレグの離型シートを切断せずにテープ状プリプレグのみを切断する分割カッターである請求項４に記載のプリプレグ自動積層装置。
6. テープ状プリプレグの離型シートを巻取り回収する離型シート巻取りロールをさらに備えてなる請求項５に記載のプリプレグ自動積層装置。
7. 複数のテープ状プリプレグを平行に並べて供給するプリプレグ供給工程と、
   前記テープ状プリプレグをそれぞれ搬送するプリプレグ搬送工程と、
   前記テープ状プリプレグをターンテーブル上に載置するプリプレグ載置工程と、
   を含んで成る請求項１に記載のプリプレグ自動積層装置を用いて行うプリプレグ積層体の製造方法。
8. 前記テープ状プリプレグが、予め必要長に切断された状態で離型シート上に載置されたテープ状プリプレグである請求項７に記載のプリプレグ積層体の製造方法。
9. 請求項１乃至６の何れか１項に記載のプリプレグ自動積層装置と、
   プリプレグ積層体を加圧成形する成形機と、
   前記プリプレグ自動積層装置のターンテーブルの載置面に形成されたプリプレグ積層体を前記成形機に搬送する搬送手段と、
   を備える繊維強化複合材料製造装置。
   

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