JP7316132B2 - 溶着装置を備えた自動積層装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性プリプレグが巻回された原反ロール及び該原反ロールから引き出された熱可塑性プリプレグを積層面に対し押圧する押圧装置を備える積層ヘッドと、前記積層面に対し熱可塑性プリプレグを仮溶着するために熱可塑性プリプレグに対し押し当てられる溶着ヘッドを備える溶着装置とを含み、前記積層ヘッドを移動させて予め定められた長さの熱可塑性プリプレグを前記積層面上に敷置する積層動作を行うことによって熱可塑性プリプレグを積層する自動積層装置に関する。

炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の繊維強化複合材は、強化繊維（炭素繊維等）にマトリックス樹脂を含浸させて形成されたプリプレグを積層して形成されたプリプレグの積層体から製造される。すなわち、繊維強化複合材を製造するにあたっては、先ずはそのプリプレグの積層が行われる。なお、そのプリプレグのマトリックス樹脂としては、熱硬化性の樹脂と熱可塑性の樹脂とが存在するが、熱硬化性樹脂に比べ、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用いたプリプレグの方が、成形性の面で優れているということが知られている。

そして、そのようなプリプレグの積層を行うための自動積層装置が一般的に知られている。その自動積層装置は、プリプレグが巻回された原反ロール及びその原反ロールから引き出されたプリプレグを積層面に対し押圧するための押圧装置を備える積層ヘッドを含んでいる。そして、自動積層装置は、積層面上で積層ヘッドを移動させることで、原反ロールからプリプレグを引き出しつつ積層面上にプリプレグを敷置する積層動作を繰り返し行い、所望のプリプレグの積層を行う。なお、１回の前記積層動作は、予め定められた長さのプリプレグが積層面上に敷置（積層）されるように行われる。

なお、熱可塑性樹脂は、常温でのその表面の粘度が熱硬化性樹脂に比べ非常に低いため、前記のように積層されるプリプレグがそのような熱可塑性樹脂を含浸させて形成された熱可塑性プリプレグの場合、前記のように敷置するだけでは、その熱可塑性プリプレグは、積層面に対し接着された状態とはならない。そこで、例えば特許文献１に開示されているように、積層されるプリプレグが熱可塑性プリプレグの場合には、敷置された熱可塑性プリプレグが積層面に対し接着された状態とするために、前記積層動作が行われた後にその熱可塑性プリプレグを積層面に対し溶着装置で仮溶着（仮止め）をすることが行われている。したがって、熱可塑性プリプレグ用の自動積層装置には、その仮溶着のための溶着装置が含まれている。因みに、その溶着装置としては、超音波溶着器や赤外線溶着器等が知られている。

特開平０５－１８５５３９号公報

ところで、従来の一般的な熱可塑性プリプレグ用の自動積層装置においては、その溶着装置は、積層ヘッドとは異なる位置に設置されている。そして、そのような自動積層装置では、前記積層動作が行われた後、積層ヘッドが敷置された熱可塑性プリプレグから離間するように退避し、その後に溶着装置が敷置された熱可塑性プリプレグの位置まで移動して仮溶着が行われる。

そのため、そのような自動積層装置では、１回の前記積層動作による熱可塑性プリプレグの敷置が完了してからその熱可塑性プリプレグの仮溶着を開始するまでに時間が掛かり、装置の振動等に起因し、敷置された熱可塑性プリプレグの位置が積層されるべき位置からずれる位置ズレが生じてしまうことがある。そして、そのような位置ズレが生じた状態で熱可塑性プリプレグが仮溶着されてしまうと、製造される繊維強化複合材は、所望の品質を満たさないものとなり、品質不良となる。

そこで、本発明は、そのような位置ズレを生じさせることなく積層された熱可塑性プリプレグの積層面に対する仮溶着を行うことで、製造される繊維強化複合材の品質不良を防ぐことのできる自動積層装置を提供することを目的とする。

本発明は、熱可塑性プリプレグが巻回された原反ロール及び該原反ロールから引き出された熱可塑性プリプレグを積層面に対し押圧する押圧装置を備える積層ヘッドと、前記積層面に対し熱可塑性プリプレグを仮溶着するために熱可塑性プリプレグに対し押し当てられる溶着ヘッドを備える溶着装置とを含み、前記積層ヘッドを移動させて予め定められた長さの熱可塑性プリプレグを前記積層面上に敷置する積層動作を行うことによって熱可塑性プリプレグを積層する自動積層装置を前提とする。その上で、前記の目的を達成すべく、本発明は、その前提とする自動積層装置において、前記積層ヘッドは、前記溶着装置を備えると共に、敷置する熱可塑性プリプレグの幅方向における前記溶着ヘッドの両側及び／又は後側で前記押圧装置が熱可塑性プリプレグを前記積層面に対し押圧するように構成されており、前記積層動作の過程で当該積層動作で敷置している熱可塑性プリプレグの仮溶着を前記溶着装置に行わせる駆動制御装置を備えることを特徴とする。

また、本発明の自動積層装置においては、前記溶着装置が前記押圧装置としての押圧機構を含み、前記押圧機構は、前記幅方向における前記溶着ヘッドの両側で熱可塑性プリプレグを押圧する押圧プレートを備えるようにしても良い。

また、本発明の自動積層装置においては、前記押圧プレートと前記溶着ヘッドとが取り付けられる支持部材であって上下動可能に前記積層ヘッドに支持された支持部材と、該支持部材を上下方向に駆動する駆動機構とを含む駆動装置を備えるようにしても良い。

本発明の自動積層装置によれば、１回の前記積層動作による熱可塑性プリプレグの敷置の完了を待つことなく、前記積層動作の過程で、熱可塑性プリプレグを敷置しつつその敷置した熱可塑性プリプレグを積層面に対し仮溶着することができる。それにより、従来の装置のように熱可塑性プリプレグが敷置されてから仮溶着が開始されるまでの間に大きな時間が生じることがなく、前記のような位置ズレが生じることがないため、製造される繊維強化複合材の品質不良を防ぐことができる。

また、本発明による自動積層装置において、押圧プレートを溶着ヘッドの両側で熱可塑性プリプレグが積層面に対し押圧されるように構成されたものとすることで、前記積層動作における積層ヘッドの移動速度をより速くすることができ、１回の前記積層動作をより短い時間で行うことができる。詳しくは以下の通り。

溶着装置は、溶着ヘッドを熱可塑性プリプレグに押し当てることで、その熱可塑性プリプレグにおける溶着ヘッドが押し当てられた部分に熱を発生させ、その部分のマトリックス樹脂を溶解させることで、その熱可塑性プリプレグを積層面側に溶着させるものである。ここで、既に積層された熱可塑性プリプレグ上に更に熱可塑性プリプレグを積層する場合を考えると、前記のように溶着ヘッドが前記積層動作で積層されている（積層側）の熱可塑性プリプレグに作用することにより、被積層側の熱可塑性プリプレグにおける対応する部分にも熱が作用（発生）し、その部分のマトリックス樹脂も溶解する。そして、被積層側の熱可塑性プリプレグにおけるマトリックス樹脂の単位時間当りの溶解の度合いは、積層側の熱可塑性プリプレグと被積層側の熱可塑性プリプレグとの密着度が高いほど大きくなる。言い換えれば、同じ溶解の度合いを得る上で、前記密着度が高いほどその時間が短くなる。

そこで、押圧装置として溶着ヘッドの両側で積層側の熱可塑性プリプレグを押圧する押圧プレートを備えたものを採用することで、熱可塑性プリプレグの引き出し方向に関し溶着ヘッドが作用する位置と同じ位置で熱可塑性プリプレグに対し押圧力が作用することとなるため、溶着ヘッドが作用する位置での熱可塑性プリプレグの積層面側に対する前記密着度を高くすることができる。それにより、熱可塑性プリプレグにおけるマトリックス樹脂を所望の程度に溶解するのに要する時間を短くすることができるため、溶着装置（積層ヘッド）の移動速度をより速くすることができる。そして、積層ヘッドの移動速度を速くすることで、１回の前記積層動作に要する時間をより短くすることができる。

また、本発明による自動積層装置において、押圧プレートと溶着ヘッドとが共通の支持部材に取り付けられると共に、その支持部材が駆動機構によって上下方向に駆動される構成とすることにより、その押圧プレート及び溶着ヘッドを備える積層ヘッドが大型化するのを避けることができる。

本発明が適用される自動積層装置を示す斜視図である。 自動積層装置の積層ヘッドを示す説明図である。 溶着装置の一例を示す斜視図である。 押圧プレートの一例を示す平面図である。

図１に示すように、本発明が適用される自動積層装置は、長尺テープ状の熱可塑性プリプレグが巻回された原反ロール２１を搭載する積層ヘッド２０と、積層ヘッド２０から引き出された熱可塑性プリプレグが積層（敷置）されるテーブル４０と、積層ヘッド２０を吊り下げるかたちで支持する（吊持する）門型の支持機構５０であって熱可塑性プリプレグをテーブル４０の上面上に積層（敷置）するためにテーブル４０上で積層ヘッド２０を移動させる支持機構５０とを備えている。

それらの各構成要素について、テーブル４０は、平面視において矩形状を為す天板４１と、天板４１を支持する支持台４３とで構成されている。また、支持機構５０は、前記のように門型の構造を有するものであって、一対のサイドレール５１、５１、各サイドレール５１に対応させて設けられた一対のコラム５３、５３、及び両コラム５３、５３間に架設されたクロスビーム５５から成るガントリ部と、ガントリ部におけるクロスビーム５５上に設けられて積層ヘッド２０を支持するサドル部５７とを備えている。

その支持機構５０について、ガントリ部における一対のサイドレール５１、５１は、支持機構５０のベースとなる部分であって、長尺角柱状の基部５１ａを主体とする部分である。そして、その一対のサイドレール５１、５１は、その長手方向がテーブル４０における天板４１の長辺方向と平行を為す向きで、テーブル４０に対し、天板４１の短辺方向における両側において床面上に設置されている。また、その各サイドレール５１において、基部５１ａの上面には、対応するコラム５３の前記長手方向における移動を案内するためのガイドレール５１ｂが設けられている。なお、前記のようにテーブル４０（天板４１）の長辺方向とサイドレール５１の長手方向とは同じ方向であり、それらの方向は、自動積層装置における前後方向と一致する。そこで、以下では、それらの方向及びそれと平行な方向を「前後方向」と称して説明する。

各コラム５３は、台座部５３ａ、及び台座部５３ａ上に立設された一対の支柱５３ｂ、５３ｂで構成されている。そして、各コラム５３は、その台座部５３ａにおいて対応するサイドレール５１における基部５１ａ上に載置された状態で設けられると共に、台座部５３ａがサイドレール５１におけるガイドレール５１ｂに案内されるかたちでサイドレール５１の前後方向に移動可能に設けられている。また、クロスビーム５５は、長尺角柱状の梁部材であって、その両端部のそれぞれがコラム５３における各支柱５３ｂの上端に取り付けられるかたちで、一対のコラム５３、５３間に架設されている。但し、そのようにクロスビーム５５が架設された状態において、両コラム５３、５３は、サイドレール５１の前後方向における位置が一致する状態となっており、それにより、クロスビーム５５は、その長手方向がサイドレール５１の前後方向と直交する方向（テーブル４０（天板４１）の短辺方向）に一致する状態となっている。

そして、そのような梁構造を有するガントリ部において、各サイドレール５１とそれに対応するコラム５３との間には、例えばラック、ピニオンギア、駆動モータ等から成るガントリ駆動機構（図示略）が設けられている。すなわち、ガントリ部は、一対のコラム５３、５３及び両コラム５３、５３間に架設されたクロスビーム５５が、そのガントリ駆動機構により、サイドレール５１の前後方向に沿って移動するように駆動される構成となっている。なお、前記のように、クロスビーム５５の長辺方向とテーブル４０（天板４１）の短辺方向とは同じ方向であり、それらの方向は自動積層装置における幅方向に一致する。そこで、以下では、それらの方向及びそれと平行な方向を全て「幅方向」と称して説明する。

サドル部５７は、積層ヘッド２０を支持機構５０に対し支持された状態とするための機構であって、前記のように構成されたガントリ部におけるクロスビーム５５上に設けられている。そのサドル部５７は、クロスビーム５５上で幅方向に移動可能に設けられた板状のサドルベース５７ａを主体とする。また、そのサドル部５７は、サドルベース５７ａにおけるクロスビーム５５側の面から下方へ向けて突出するようなかたちで、サドルベース５７ａに対し回転自在に支持された支持シャフト５７ｂを有している。そのため、ガントリ部におけるクロスビーム５５には、その支持シャフト５７ｂの配置を許容すると共に幅方向におけるサドル部５７の移動を許容するために、クロスビーム５５を上下方向に貫通すると共にその幅方向に延在する孔５５ａが形成されている。そして、サドル部５７における支持シャフト５７ｂは、その孔５５ａに挿通され、クロスビーム５５の下方まで延びている。

また、サドル部５７は、サドルベース５７ａ上に設けられたヘッド駆動機構を有している。そのヘッド駆動機構は、支持シャフト５７ｂを回動させるための構成であり、駆動モータ５７ｃ及び駆動モータ５７ｃと支持シャフト５７ｂとを連結して駆動モータ５７ｃの出力軸の回転を支持シャフト５７ｂに伝達する駆動伝達機構５７ｄとで構成されている。したがって、サドル部５７は、その支持シャフト５７ｂが、鉛直方向に延びる自身の軸心を回動中心として、そのヘッド駆動機構によって回動される構成となっている。

その上で、支持機構５０においては、そのサドル部５７とクロスビーム５５との間に、サドル部５７を幅方向に沿って移動させるためのサドル駆動機構が設けられている。図示の例はその一例であって、そのサドル駆動機構は、サドル部５７におけるサドルベース５７ａの側面に対し出力軸の軸心を鉛直方向に向けて取り付けられた駆動モータ５９ａ、クロスビーム５５の側面に取り付けられたラック５９ｂ、及び駆動モータ５９ａの出力軸に取り付けられると共にラック５９ｂと噛合するピニオンギア５９ｃで構成されている。したがって、支持機構５０は、そのサドル駆動機構により、クロスビーム５５上においてサドル部５７が幅方向に移動するように駆動される構成となっている。

熱可塑性プリプレグの原反ロール２１が搭載された積層ヘッド２０は、以上のように構成された支持機構５０におけるサドル部５７の支持シャフト５７ｂに取り付けられることで、支持機構５０におけるクロスビーム５５に吊時された状態で設けられている。そして、支持機構５０において、両コラム５３、５３がサイドレール５１、５１上で前後方向に移動するように駆動される、及び／又は、サドル部５７がクロスビーム５５上で幅方向に移動するように駆動されることで、積層ヘッド２０は、テーブル４０の上方において、前後方向、幅方向、あるいは前後方向及び幅方向と交差する方向へ移動する。

その積層ヘッド２０は、一対の支持板２３、２３を含む支持フレームを主体としており、その支持板２３、２３間で前記した原反ロール２１を支持している。なお、その原反ロール２１は、長尺テープ状の熱可塑性プリプレグ（以下、「プリプレグテープＰＴ」と言う。）がリール（巻枠）に巻回されて形成されたものである。そして、自動積層装置においては、その積層ヘッド２０における原反ロール２１から引き出された熱可塑性プリプレグがテーブル４０（天板４１）上に積層（敷置）される。そのため、積層ヘッド２０は、そのようなプリプレグテープＰＴの積層（敷置）を実現するための各機構を支持フレームの内部（支持板２３、２３間）に備えている。

図２は、そのような積層ヘッド２０における支持フレーム内の構成を概略的に示した図である。図２に示すように、積層ヘッド２０においては、原反ロール２１から引き出されたプリプレグテープＰＴは、テンションロール２２を経由して、ガイドロール２４に巻き掛けられることで転向され、その積層（敷置）を実行する押圧装置側へ送り出される。

なお、原反ロール２１は、支持フレームにおける一対の支持板２３、２３のうちの一方の支持板２３に対し、送出軸２８によって回転可能に支持されている。また、送出軸２８は、ギア列等の駆動伝達機構を介して送出モータＭ１に連結されている。そして、送出軸２８が送出モータＭ１によって回転駆動されることに伴い、原反ロール２１が回転駆動される。

その原反ロール２１から引き出されたプリプレグテープＰＴは、ガイドロール２４よりも原反ロール２１側（上流側）で経路が屈曲するようにテンションロール２２に巻き掛けられており、それにより、プリプレグテープＰＴによる荷重がテンションロール２２に掛かるかたちとなっている。また、テンションロール２２には、ロードセル等の荷重検出器（図示略）が連結されており、プリプレグテープＰＴの張力によってテンションロール２２に掛かる荷重が荷重検出器によって検知され、それに基づいてプリプレグテープＰＴの張力が検出されるようになっている。その上で、その検出されたプリプレグテープＰＴの張力の検出値に基づき、前記のように原反ロール２１を回転駆動する送出モータＭ１の駆動を制御することで、プリプレグテープＰＴの張力が所望の程度に維持されるようになっている。

また、その積層ヘッド２０において、ガイドロール２４を経由して転向されたプリプレグテープＰＴは、一対のニップロール２５、２６であって、プリプレグテープＰＴの経路上において離間して設けられた２組のニップロール２５、２６を経由して押圧装置側へ導かれている。なお、各ニップロール２５、２６は、一対のロールのうちの一方が回転駆動されることで、プリプレグテープＰＴを積極的に押圧装置側へ送り出すものとなっている。

さらに、その２組のニップロール２５、２６の間には、プリプレグテープＰＴを切断するためのカッタ装置２７が設けられている。そのカッタ装置２７は、カッタ２７ａと、プリプレグテープＰＴの経路を挟んでカッタ２７ａと対向するように設けられた受け台２７ｂとで構成されている。そして、予め定められた長さのプリプレグテープＰＴが引き出された時点でカッタ２７ａが受け台２７ｂへ向けて駆動されることにより、プリプレグテープＰＴが切断される。

そして、以上のようにテンションロール２２、ガイドロール２４、ニップロール２５、２６を経由したプリプレグテープＰＴは、プリプレグテープＰＴの経路においてニップロール２６よりも下流側に設けられた押圧装置により、積層面に対し押圧された状態とされる。その上で、支持機構５０におけるコラム５３、５３及び／又はサドル部５７が前述のように駆動されて積層ヘッド２０がテーブル４０（積層面）上を移動することにより、プリプレグテープＰＴがその移動方向（積層方向）に順次敷置される。そして、前記のように予め定められた長さのプリプレグテープＰＴが原反ロール２１から引き出された時点でカッタ装置２７においてプリプレグテープＰＴが切断され、その切断端が達することで、予め定められた長さのプリプレグテープＰＴが所望の積層方向に敷置（積層）される１回の積層動作が完了する。

以上で説明した自動積層装置において、本発明では、前記積層面に対し熱可塑性プリプレグを仮溶着するための溶着装置が積層ヘッド２０に備えられると共に、その溶着装置に前記仮溶着を行わせる駆動制御装置が前記積層動作の過程で当該積層動作で敷置している熱可塑性プリプレグの仮溶着を行わせるように溶着装置を作動させるものとなっている。

そのような自動積層装置の一実施例（本実施例）を、以下で詳細に説明する。なお、以下で説明する本実施例では、前記した押圧装置は、押圧機構３０として溶着装置２９に含まれている。すなわち、本実施例の溶着装置２９は、押圧装置（押圧機構３０）の一部として機能する押圧プレート６１を含んでいる。その上で、本実施例は、溶着装置２９における溶着ヘッド２９ａと押圧機構３０における押圧プレート６１とが共通の駆動機構により上下方向に駆動されるように構成された例である。

図３に示すように、積層ヘッド２０の支持フレームにおける一対の支持板２３、２３間には、梁部材であるホルダベース３３が架設されている。また、そのホルダベース３３には、前記した駆動機構を支持するためのアクチュエータブラケット６７が取り付けられている。そのアクチュエータブラケット６７は、板状の部材であって板厚方向に見て略矩形状に形成された部材であり、両端面の長辺方向を上下方向に一致させると共に両端面が支持板２３に対し直交する向きで、ホルダベース３３に対し取り付けられている。したがって、アクチュエータブラケット６７は、その前側端面が正面を向くようなかたちで設けられている。

なお、本実施例では、駆動機構６６は、ボールネジ機構で構成されている。詳しくは、駆動機構６６は、図２に示すように、駆動源としてのサーボモータである駆動モータＭ２、駆動モータＭ２の出力軸に連結されたネジ軸６６ａ、ネジ軸６６ａに螺合されたナットブラケット６６ｂ、及びネジ軸６６ａの回転に対するナットブラケット６６ｂの共周りを阻止すると共にナットブラケット６６ｂの上下方向の移動を案内するリニアガイド６６ｃを含むように構成されている。

また、リニアガイド６６ｃは、直方体状の部材に対しその長手方向に亘って凹状の溝（凹溝）を形成したかたちの部材となっている。そして、そのリニアガイド６６ｃは、凹溝の開口部を正面に向けると共にその長手方向をアクチュエータブラケット６７の前記長辺方向に一致させる向きで、アクチュエータブラケット６７に対しその前側端面に取り付けられるかたちで支持されている。なお、そのように取り付けられた状態で、リニアガイド６６ｃは、積層ヘッド２０の左右方向（支持板２３に対し直交する方向）に関し、凹溝の開口部の中心が積層ヘッド２０の略中央に位置するように配置された状態となっている。

さらに、駆動モータＭ２は、詳細な図示は省略するが、そのリニアガイド６６ｃの上方において、平面視においてその出力軸が凹溝の中央に位置するような配置で、アクチュエータブラケット６７に支持されている。したがって、その駆動モータＭ２の出力軸に連結されたネジ軸６６ａは、リニアガイド６６ｃの凹溝内で、その長手方向に沿って延在するように設けられたかたちとなっている。

その上で、そのネジ軸６６ａに螺合されたナットブラケット６６ｂは、リニアガイド６６ｃの凹溝内に設けられる。なお、そのナットブラケット６６ｂは、略角柱状の部材であり、凹溝に遊嵌されるような大きさに形成されている。したがって、ナットブラケット６６ｂは、その上下方向の移動をリニアガイド６６ｃにおける凹溝の内側面及び底面に摺動案内されるかたちで設けられている。但し、ナットブラケット６６ｂは、そのように凹溝に遊嵌された状態において、その一部が凹溝の開口部から僅かに突出するような大きさとなっている。

そのような駆動機構６６の構成によれば、駆動モータＭ２によりネジ軸６６ａが駆動されることにより、そのネジ軸６６ａに螺合されると共にリニアガイド６６ｃによって回転が阻止されたナットブラケット６６ｂが、そのネジ軸６６ａの回転方向に応じて上方又は下方へ移動する。そして、そのナットブラケット６６ｂの移動は、リニアガイド６６ｃの凹溝の内側面及び底面によって案内される。

そして、ナットブラケット６６ｂの一部であってリニアガイド６６ｃの凹溝の開口部から突出している部分には、溶着装置２９を支持する支持部材として支持プレート３１が取り付けられている。したがって、本実施例では、支持部材とその支持部材を上下方向に駆動する駆動機構とを含む駆動装置は、その支持プレート３１と駆動機構６６とから構成されている。

その支持プレート３１について、詳しくは、支持プレート３１は、板状の部材であって、その板厚方向に見て略矩形状に形成された部材である。そして、支持プレート３１は、その板厚方向における両端面の長辺方向を上下方向に一致させると共に短辺方向を前記左右方向に一致させる向きで、その前記両端面のうちの一方においてナットブラケット６６ｂに取り付けられている。但し、ナットブラケット６６ｂに対する支持プレート３１の取り付けは、上下方向に関しては、両者の上面の位置を一致させた状態で行われている。また、支持プレート３１は、その前記長辺方向（上下方向）において、ナットブラケット６６ｂよりも大きい寸法を有している。したがって、前記のように取り付けられた状態で、支持プレート３１は、ナットブラケット６６ｂよりも下方に向けて延在するように設けられている。

また、支持プレート３１は、そのようにナットブラケット６６ｂに取り付けられた状態で、前記左右方向に関し、その前記短辺方向における中心が積層ヘッド２０の略中央に位置するように設けられた状態となっている。すなわち、支持プレート３１は、前記左右方向（前記短辺方向）に関し、ナットブラケット６６ｂ（リニアガイド６６ｃにおける凹溝の開口部）と中心を一致させた状態で、ナットブラケット６６ｂに取り付けられている。なお、支持プレート３１の前記短辺方向における寸法は、前記積層面に対し敷置（積層）されるプリプレグテープＰＴの前記左右方向における寸法と略同じ寸法となっている。

また、支持プレート３１には、その前側端面の前記短辺方向における両端部に、溶着ヘッド２９ａ及び押圧プレート６１を支持プレート３１に対し取り付けるための一対のサイドホルダ３７、３７が取り付けられている。

詳しくは、その各サイドホルダ３７も、支持プレート３１と同じく板状の部材であり、板厚方向に見て略矩形状に形成された部材である。また、各サイドホルダ３７は、その両端面の長辺方向における寸法が支持プレート３１の前記長辺方向における寸法と略一致するように形成されている。そして、各サイドホルダ３７は、その長辺方向を支持プレート３１の前記長辺方向と一致させると共にその側面を支持プレート３１の前側端面に当接させた状態で支持プレート３１に対しネジ部材で取り付けられている。なお、各サイドホルダ３７は、前記のように取り付けられた状態において、その外側を向く端面の位置が支持プレート３１の側縁の位置に一致した状態となっている。したがって、両サイドホルダ３７、３７は、互いに対向しており、それにより、支持プレート３１の前側端面の前方に、両サイドホルダ３７、３７で挟まれた空間が形成されている。その上で、溶着装置２９における溶着ヘッド２９ａは、その空間内に配置される。

その溶着装置２９は、本実施例では超音波溶着器であり、積層面に対し熱可塑性プリプレグを仮溶着するために熱可塑性プリプレグに対し振動を与える溶着ヘッド２９ａを備えている。その溶着ヘッド２９ａは、円筒形状を成す振動発生部３４であってその内部で超音波振動を発生させる振動発生部３４と、その発生した超音波振動を仮溶着される熱可塑性プリプレグに対し伝えるラッパ状のホーン３５とを含むように構成されている。因みに、振動発生部３４は、ケーブル３６を介して振動発生部３４に対し超音波信号を出力する超音波信号発信器６５に接続されており、振動発生部３４は、その超音波信号に応じた超音波振動を発生するように構成されている。

そして、溶着ヘッド２９ａは、両サイドホルダ３７、３７に取り付けられたホーンホルダ３９によって支持されている。そのホーンホルダ３９は、略直方体形状を成すブロック状の部材であり、厚さ方向を上下方向に一致させた向きで両サイドホルダ３７、３７間に嵌まり込むような大きさに形成されている。そして、ホーンホルダ３９は、前記のような向きで両サイドホルダ３７、３７間に嵌め込まれると共に支持プレート３１に当接させた状態で、上下方向に関しその下面の位置がサイドホルダ３７の下面の位置と一致する配置で、両サイドホルダ３７、３７に対し取り付けられている。なお、ホーンホルダ３９は、そのように取り付けられた状態で、前側の部分がサイドホルダ３７よりも前方に位置する（突出する）ような大きさを有している。

そして、溶着ヘッド２９ａは、そのホーンホルダ３９に嵌挿されたかたちで支持される。したがって、ホーンホルダ３９には、その厚さ方向（上下方向）に貫通する貫通孔３９ａであって、溶着ヘッド２９ａの振動発生部３４を挿通し得る大きさに形成された貫通孔３９ａが形成されている。さらに、ホーンホルダ３９には、前側の端面及び上下面に開口すると共に貫通孔３９ａに連通するすり割り溝３９ｂが形成されている。その上で、ホーンホルダ３９は、すり割り溝３９ｂを前記左右方向に通過するように割締めボルト３９ｃが螺挿される構成となっており、所謂割締め構造を成すように構成されている。そして、溶着ヘッド２９ａは、その振動発生部３４が貫通孔３９ａに挿通された状態で、割締め機構により締付け固定されるかたちで、ホーンホルダ３９に支持されている。

また、各サイドホルダ３７には、押圧プレート６１を支持するための支持ブロック６２が取り付けられている。なお、その各支持ブロック６２は、サイドプレート３８により、対応するサイドホルダ３７に対し取り付けられている。

詳しくは、各サイドプレート３８は、薄板状の部材であり、対応するサイドホルダ３７の外側の端面に対し２つのネジ部材３７ａ、３７ａによって取り付けられている。なお、そのネジ部材３７ａは、サイドホルダ３７を貫通すると共にホーンホルダ３９に螺挿されており、ホーンホルダ３９をサイドホルダ３７に取り付けるための構成ともなっている。

また、各サイドプレート３８は、前記のようにサイドホルダ３７に取り付けられた状態で、その上下方向に関し、下端がサイドホルダ３７の下面よりも下方に位置するような寸法を有している。但し、その上下方向における寸法は、後述のようにサイドプレート３８に取り付けられる支持ブロック６２が、サイドホルダ３７の下面よりも下方に位置する（サイドホルダ３７に対し下方に離間する）ような寸法となっている。

各支持ブロック６２は、略直方体形状を成すブロック状の部材であり、対応するサイドプレート３８における下端部に対し取り付けられている。なお、その取り付けは、支持ブロック６２がサイドプレート３８の内側に位置する配置で、サイドプレート３８の外側からサイドプレート３８に挿通された２つのネジ部材が支持ブロック６２に螺挿されることで行われている。したがって、そのように取り付けられた状態では、各支持ブロック６２は、サイドホルダ３７の下方に位置している。また、サイドプレート３８が上下方向において前記のような寸法を有していることから、その取り付け状態において、支持ブロック６２は、その上面がサイドホルダ３７の下面から離間するように位置している。

なお、各支持ブロック６２は、前記のような取り付け状態において、前記左右方向における寸法がサイドホルダ３７のそれと略一致するような大きさとなっており、両支持ブロック６２、６２間に一対のサイドホルダ３７、３７と略同じ間隔が存在するように設けられている。また、各支持ブロック６２には、前記取り付け状態で上下方向に貫通すると共に、サイドホルダ３７の端面と平行な方向に並ぶかたちで、２つの貫通孔６２ａ、６２ａが形成されている。

そして、その各貫通孔６２ａには、棒状の部材であるシャフト６３が挿通されており、そのシャフト６３の下端には押圧プレート６１が取り付けられている。したがって、押圧プレート６１は、各シャフト６３が対応する貫通孔６２ａに案内されることによって上下方向に案内されるように設けられている。

詳しくは、押圧プレート６１は、プリプレグテープＰＴを前記積層面に対し押圧するための部材であって、本実施例では、薄板状の部材で形成されている。その押圧プレート６１は、図４（ａ）に示すように、板厚方向に見て概観的に矩形状の部材である。但し、その押圧プレート６１には、矩形状を成す板面における短辺の一方に開口すると共に前記板厚方向に貫通する切欠き６１ａが形成されており、それにより、押圧プレート６１は、全体としてＵ字状を成すように形成されている。また、押圧プレート６１の前記短辺の方向（短辺方向）における寸法は、支持プレート３１（プリプレグテープＰＴ）の前記左右方向における寸法と略同じとなっている。さらに、押圧プレート６１は、前記板面の長辺の方向（長辺方向）における両端部が板厚方向における一方の側に屈曲された形状となっている。なお、その両端部が屈曲される側の前記板面が、押圧プレート６１における上面となる。

そして、押圧プレート６１は、平面視においてその前記長辺方向をサイドホルダ３７の端面と平行な方向に一致させると共にその前記短辺方向における中心の位置を支持プレート３１の前記短辺方向における中心の位置と一致させる配置で、前記上面をシャフト６３の先端に当接させたかたちでシャフト６３に対し取り付けられている。したがって、各支持ブロック６２の貫通孔６２ａ、６２ａに挿通される２本シャフト６３、６３は、前記短辺方向における切欠き６１ａの一方の側及び他方の側のそれぞれにおいて、押圧プレート６１の前記上面上に立設された状態となっている。但し、そのシャフト６３及び押圧プレート６１は、シャフト６３が支持ブロック６２の貫通孔６２ａに挿通された状態で、押圧プレート６１における切欠き６１ａが開口する側の前記短辺が前側を向くようなかたちで設けられている。

また、押圧プレート６１と各支持ブロック６２との間には、各シャフト６３に対応させて設けられると共に、対応するシャフト６３が挿通されるかたちで設けられたバネ部材（圧縮バネ）６４が介装されている。それにより、押圧プレート６１及びシャフト６３には、そのバネ部材６４による下方向へ向けた付勢力が常に作用している。但し、シャフト６３の上端には、シャフト６３が支持ブロック６２の貫通孔６２ａから抜けるのを阻止するリング状の抜け止め部材が取り付けられている。したがって、押圧プレート６１がプリプレグテープＰＴを押圧していない状態では、バネ部材６４による付勢力が抜け止め部材によって受けられた状態となっている。

その上で、溶着ヘッド２９ａは、振動発生部３４が前記のようにホーンホルダ３９に支持された状態で、積層ヘッド２０の前後方向及び前記左右方向に関しては、ホーン３５の先端が押圧プレート６１の切欠き６１ａ内に位置するように配置された状態となっている。また、溶着ヘッド２９ａは、上下方向に関しては、押圧プレート６１がプリプレグテープＰＴを押圧していない状態で、ホーン３５の先端が押圧プレート６１よりも僅かに上方に位置するように配置された状態となっている。

そして、以上で説明したように、押圧プレート６１及び溶着ヘッド２９ａは、支持プレート３１に取り付けられた一対のサイドホルダ３７、３７に支持されており、支持プレート３１は、前記した駆動機構６６において上下方向に移動するように駆動されるナットブラケット６６ｂに取り付けられている。したがって、押圧プレート６１及び溶着ヘッド２９ａは、前記のように駆動機構６６においてナットブラケット６６ｂが上方又は下方へ移動するように駆動されることで、上方又は下方へ移動するように駆動される。そして、その駆動は、押圧プレート６１がプリプレグテープＰＴから離間した位置（以下、「待機位置」と言う。）と、ホーン３５の先端がプリプレグテープＰＴに対し押し当てられる位置（以下、「積層位置」と言う。）との間を押圧プレート６１及び溶着ヘッド２９ａが移動するように行われる。

なお、押圧プレート６１がプリプレグテープＰＴを押圧していない状態では前記のようにホーン３５の先端が押圧プレート６１よりも僅かに上方に位置していることから、押圧プレート６１及び溶着ヘッド２９ａの前記積層位置へ向けた移動に伴い、押圧プレート６１がホーン３５の先端（溶着ヘッド２９ａ）よりも先にプリプレグテープＰＴに当接する。また、押圧プレート６１（シャフト６３）は支持ブロック６２に対し上方への変位が可能あると共にバネ部材６４によりその位置が保持された状態となっていることから、その当接時点からの前記積層位置へ向けた移動は、バネ部材６４が圧縮されてシャフト６３が支持ブロック６２に対し上方へ変位することで許容される。そして、溶着ヘッド２９ａが前記積層位置へ達した状態では、ホーン３５の先端がプリプレグテープＰＴに対し押接した状態となる。また、その状態では、バネ部材６４が前記のように圧縮されていることにより、そのバネ部材６４の付勢力に応じた力で、押圧プレート６１がプリプレグテープＰＴを前記積層面に対し押圧した状態となる。

また、自動積層装置は、前記のように駆動機構６６が動作するように駆動機構６６（駆動モータＭ２）の駆動を制御する駆動制御装置３２を備えている。また、その駆動制御装置３２は、プリプレグテープＰＴを前記積層面に対し仮溶着させるために溶着装置２９の制御を行うようにも構成されている。

その駆動制御装置３２は、図２に示すように、その入力側において、積層ヘッド２０の移動を制御する主制御装置７０と接続されている。また、駆動制御装置３２は、その出力側において、駆動モータＭ２及び溶着装置２９における超音波信号発信器６５に接続されている。なお、主制御装置７０は、詳細な説明は省略するが、予め定められたプリプレグテープＰＴの敷置（積層）が行われるように積層ヘッド２０を移動させるべく、前記した支持機構５０における各駆動モータ（駆動モータ５９ａ等）の駆動を制御する。また、その制御は、予め定められた動作プログラムに従って行われる。

そして、駆動制御装置３２は、前記のような積層ヘッド２０による１回の積層動作の開始時点で、駆動機構６６における駆動モータＭ２を駆動させて押圧プレート６１及び溶着ヘッド２９ａを前記積層位置へ移動させる。その上で、駆動制御装置３２は、積層ヘッド２０が移動を開始すると、超音波信号発信器６５及び溶着ヘッド２９ａの振動発生部３４を介してホーン３５の先端から超音波振動を発生させる。それにより、そのホーン３５が押し当てられる部分のプリプレグテープＰＴに対し超音波振動が伝達され、前記積層面に対しプリプレグテープＰＴが仮溶着される。

以上で説明した本実施例による自動積層装置では、溶着装置２９が積層ヘッド２０に搭載されるかたちで設けられると共に、プリプレグテープＰＴを敷置（積層）するにあたってプリプレグテープＰＴを押圧する押圧プレート６１とその溶着装置２９における溶着ヘッド２９ａとが共通の駆動機構６６により駆動される構成となっている。その上で、駆動制御装置３２は、積層ヘッド２０の移動中にプリプレグテープＰＴの前記仮溶着が行われるように溶着装置２９の作動を制御する構成となっている。

それにより、その自動積層装置によれば、積層ヘッド２０による各積層動作において、プリプレグテープＰＴを前記積層面に対し敷置しつつ、溶着ヘッド２９ａによるプリプレグテープＰＴの前記仮溶着が行われることとなる。すなわち、１回の積層動作の過程で、その敷置のための前記積層面に対するプリプレグテープＰＴの押圧と前記仮溶着とが略同時に行われつつ、その積層動作が進行することとなる。それにより、敷置されたプリプレグテープＰＴの積層されるべき位置からの位置ズレが生じることが無いため、そのプリプレグテープＰＴの積層体から製造される繊維強化複合材の品質不良を防ぐことができる。

また、その自動積層装置によれば、前記のように、積層ヘッド２０に設けられる溶着ヘッド２９ａと押圧プレート６１とが共通の駆動機構６６によって駆動される構成が採用されている。言い換えれば、その自動積層装置では、押圧プレート６１を駆動する駆動機構が溶着ヘッド２９ａをも駆動する構成が採用されている。それにより、その積層ヘッド２０は、溶着装置を搭載しつつも、装置の大型化が避けられ、且つ、製造コストが抑えられたものとなっている。

なお、本発明については、以上で説明した実施例（前記実施例）に限定されるものではなく、以下のような変形した実施形態でも実施が可能である。

（１）押圧装置について、前記実施例における押圧装置としての押圧機構３０では、プリプレグテープＰＴを前記積層面に対し押圧する構成（押圧手段）として、プレート状（薄板状）の単一の部材である押圧プレート６１が採用されると共に、その押圧プレート６１は、溶着ヘッド２９ａ（ホーン３５）の両側でプリプレグテープＰＴを押圧し得るように形成されている。しかし、本発明における押圧装置は、前記押圧手段がそのように構成されたものに限らない。

例えば、前記実施例と同様に溶着ヘッド２９ａの両側でプリプレグテープＰＴを押圧するように押圧装置を構成する場合でも、前記押圧手段は、プリプレグテープＰＴを押圧する部材（押圧部材）が図４（ｂ）に示すような２つのプレート状の部材であるように構成されていても良い。その場合には、各押圧部材が、前記実施例におけるシャフト６３に取り付けられ、溶着ヘッド２９ａの両側に配置されることとなる。

また、押圧装置における前記押圧手段は、その前記押圧部材が前記のように溶着ヘッド２９ａの両側に設けられるように構成されたものに限らず、溶着ヘッド２９ａの後側（プリプレグテープＰＴの供給側）に設けられるように構成されたものとしても良い。なお、その場合、前記押圧手段は、単一の前記押圧部材で構成することも可能である。また、前記押圧手段における各前記押圧部材は、溶着ヘッド２９ａの両側に設けられる場合、及び溶着ヘッド２９ａの後側に設けられる場合のいずれにおいても、前記のようなプレート状に形成されたものに限らず、ブロック状（略直方体形状）やローラ状に形成されるものとしても良い。

（２）前記実施例では、押圧装置としての押圧機構３０の駆動機構と溶着装置２９の駆動機構とが共通となっており、自動積層装置は、溶着装置２９が押圧装置を含むように構成されている。しかし、本発明における自動積層装置は、そのような構成に限らず、押圧装置と溶着装置とが独立して設けられた構成、すなわち、押圧装置と溶着装置とがそれぞれ専用の駆動機構によって駆動される構成であっても良い。

なお、前記実施例の自動積層装置は、積層ヘッド２０に備えられる溶着装置２９が前記のように押圧装置（押圧機構３０）を含む構成となっており、積層ヘッド２０に対し溶着装置２９と押圧装置とが付設（追加）される構成となっている。但し、既存の自動積層装置としては既に押圧装置を備えているものが存在することから、そのような自動積層装置に本発明を適用する場合には、溶着装置のみが積層ヘッドに追加されることとなる。そして、その押圧装置は既に駆動機構を備えていることから、その場合でも、自動積層装置は、押圧装置と溶着装置とがそれぞれ専用の駆動機構によって駆動される構成となる。

また、溶着装置を駆動する駆動機構は、前記実施例のように押圧装置の駆動機構と共通である場合も含め、前記実施例のようなボールネジ機構に限らず、他の機構（例えば、ラックピニオン機構）で構成されるものとしても良い。

（３）溶着装置について、前記実施例では、その溶着装置として超音波溶着器が用いられている。しかし、本発明における自動積層装置において、その溶着装置は、超音波溶着器に限らず、他の溶着器（例えば、赤外線溶着器、熱溶着器等）であっても良い。

なお、前記実施例で説明したように、駆動制御装置３２は、１回の積層動作の過程で、積層ヘッド２０の移動中にプリプレグテープＰＴの前記仮溶着が行われるように溶着装置２９の作動を制御するものである。但し、本発明における駆動制御装置によるその制御は、前記仮溶着が１回の積層動作の過程で連続的に行われるものであっても良いし、断続的に行われるものであっても良い。

また、前記のように前記仮溶着が１回の積層動作の過程で断続的に行われるようにする場合において、前記仮溶着が実行されるように作動する作動状態と前記仮溶着が実行されないようにする不作動状態とに溶着装置が切り換えられるように、駆動制御装置が溶着装置自体を制御するようにしても良いが、前記仮溶着を実行しない部分において、溶着ヘッドをプリプレグテープＰＴから離間させるように、駆動制御装置が溶着装置を駆動する駆動機構の駆動を制御するようにしても良い。

但し、溶着装置が熱溶着器である場合には、不作動状態としても溶着ヘッドが熱を発する状態が続くため、部分的に前記仮溶着が行われないようにするためには、溶着装置自体の制御では対応できず、後者のように駆動機構の制御で対応する必要がある。また、後者のように溶着ヘッドをプリプレグテープＰＴから離間させる場合において、それは積層動作の途中で行われるものであり、押圧装置についてはプリプレグテープＰＴを押圧し続ける必要があることから、その場合には、前記（２）の例で説明したように押圧装置と溶着装置とがそれぞれ専用の駆動機構によって駆動されるようにする必要がある。

なお、本発明は、以上で説明した例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

２０ 積層ヘッド ２１ 原反ロール
２３ 支持板 ２７ カッタ装置
２９ 溶着装置 ２９ａ溶着ヘッド
３０ 押圧機構 ３１ 支持プレート
３２ 駆動制御装置 ３４ 振動発生部
３５ ホーン ３７ サイドホルダ
３８ サイドプレート ３９ ホーンホルダ
４０ テーブル ５０ 支持機構
５１ サイドレール ５３ コラム
５５ クロスビーム ５７ サドル部
６１ 押圧プレート ６２ 支持ブロック
６３ シャフト ６４ バネ部材
６５ 超音波信号発信器 ６６ 駆動機構
７０ 主制御装置
ＰＴ プリプレグテープ

Claims (3)

1. 熱可塑性プリプレグが巻回された原反ロール及び該原反ロールから引き出された熱可塑性プリプレグを積層面に対し押圧する押圧装置を備える積層ヘッドと、前記積層面に対し熱可塑性プリプレグを仮溶着するために熱可塑性プリプレグに対し押し当てられる溶着ヘッドを備える溶着装置とを含み、
   前記積層ヘッドを移動させて予め定められた長さの熱可塑性プリプレグを前記積層面上に敷置する積層動作を行うことによって熱可塑性プリプレグを積層する自動積層装置において、
   前記積層ヘッドは、前記溶着装置を備えると共に、敷置する熱可塑性プリプレグの幅方向における前記溶着ヘッドの両側及び／又は後側で前記押圧装置が熱可塑性プリプレグを前記積層面に対し押圧するように構成されており、
   前記積層動作の過程で当該積層動作で敷置している熱可塑性プリプレグの仮溶着を前記溶着装置に行わせる駆動制御装置を備える
   ことを特徴とする自動積層装置。
2. 前記溶着装置が前記押圧装置としての押圧機構を含み、
   前記押圧機構は、前記幅方向における前記溶着ヘッドの両側で熱可塑性プリプレグを押圧する押圧プレートを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動積層装置。
3. 前記押圧プレートと前記溶着ヘッドとが取り付けられる支持部材であって上下動可能に前記積層ヘッドに支持された支持部材と、該支持部材を上下方向に駆動する駆動機構とを含む駆動装置を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の自動積層装置。

Images