JP7389416B2 - プリプレグシートの接合装置及び接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、プリプレグシートの接合装置及び接合方法に関するものである。

繊維が長手方向に配向した帯状のＵＤプリプレグシートを長手方向に対して特定の角度で切り分けて、切り分けたＵＤプリプレグシートを順次溶融接合することにより、繊維方向が長手方向に対して特定の角度となるプリプレグシートの製造方法が記載されている。

特開平７－２２７８４１号公報

プリプレグシートは、繊維を含むため、溶融接合時に樹脂が流動しにくい。そのため、単純にプリプレグシートの端面同士を突き合わせた状態で被接合部を加熱溶融させるだけでは、被接合部に空隙が残る等、接合不良が生じることがある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プリプレグシートの接合不良の発生を抑制可能な接合装置及び接合方法を提供することである。

本発明の一実施形態に係るプリプレグシートの接合装置は、熱盤と、熱盤をプリプレグシートの被接合部に押し当てるプッシュ手段と、熱盤を被接合部の延長方向にスライドさせるスライド手段と、を備えたものである。

上記の接合装置において、スライド手段が、可動フレームと、可動フレームをスライドさせる第１の直動アクチュエーターと、を備え、プッシュ手段が可動フレームに取り付けられた構成としてもよい。

上記の接合装置において、プッシュ手段が、熱盤に対して固定されたロッドと、ロッドを駆動する第２の直動アクチュエーターと、ロッドを往復運動可能に支持する、可動フレームに取り付けられたリニアブッシュと、を備え、第２の直動アクチュエーターが可動フレームに取り付けられた構成としてもよい。

上記の接合装置において、固定フレームを備え、スライド手段が、固定フレームと可動フレームとをスライド可能に連結するリニアガイドと、第１の直動アクチュエーターと可動フレームとを接合面に垂直な軸の周りに回転可能に連結する第１のジョイントと、固定フレームと第１の直動アクチュエーターとを、接合面に垂直な軸の周りに回転可能に連結する第２のジョイントと、を備えた構成としてもよい。

上記の接合装置において、スライド手段が、可動フレームを間に挟んで、可動フレームのスライド方向に並べられた一対の第１の直動アクチュエーターと、第１の直動アクチュエーターのそれぞれと可動フレームとを連結する一対の第１のジョイントと、を備えた構成としてもよい。

上記の接合装置において、熱盤が被接合部の上方に配置される上熱盤であり、上熱盤の下方に向かい合って配置された下熱盤を備え、下熱盤が固定フレームに取り付けられ、プッシュ手段によって上熱盤を被接合部に押し当てたときに、被接合部が上熱盤と下熱盤とで挟まれるように構成されていてもよい。

上記の接合装置において、下熱盤の上面が搬送路の床面と連続するように配置され、プリプレグシートの床面上に載置された部分を床面に押し付けて、プリプレグシートを解除可能に固定するストッパを備えた構成としてもよい。

上記の接合装置において、ストッパが、プリプレグシートと接触して床面に押し付けるシューと、シューを駆動する第３の直動アクチュエーターと、を備え、シューがプリプレグシートを床面に押し付けたときに、プリプレグシートを被接合部側へ押す力が加わるように、駆動方向を床面の法線に対して傾けて配置され、シューの下面が、床面と平行になるように、駆動方向に対して斜めに形成された構成としてもよい。

上記の接合装置において、下熱盤の上面及び床面に沿って配置された、プリプレグシートの搬送方向に延びるガイド部材を備え、下熱盤の上面及び床面からガイド部材の下面までの高さが、プリプレグシートの厚さよりも大きく、厚さの２倍よりも小さい構成としてもよい。

上記の接合装置において、ガイド部材の下面における、プリプレグシートの搬送方向の上流側の部分に、床面からガイド部材までの高さが搬送方向に向かって徐々に低くなるように、テーパー面が形成された構成としてもよい。

本発明の一実施形態に係るプリプレグシートの接合方法は、接合する一対のプリプレグシートの端面同士を突き合わせて接触させる突き合わせステップと、一対のプリプレグシートの端面に沿った端部に熱盤を押し当て、端部を溶融又は軟化させる押し当てステップと、熱盤を、端部に押し当てながら、端部の延長方向にスライドさせるスライドステップと、を含むものである。

上記の接合方法において、プリプレグシートを、プリプレグシートが載置された床面に押し付けて解除可能に固定する固定ステップを含む構成としてもよい。

上記の接合方法において、固定ステップにおいて、床面に載置されたプリプレグシートに、床面に対して斜めにシューを押し付けることにより、プリプレグシートを端面側へ押し込む構成としてもよい。

上記の接合方法において、熱盤が、互いに平行に配置された第１の熱盤及び第２の熱盤を含み、押し当てステップにおいて、第１の熱盤及び第２の熱盤により端部を両面から挟み込み、スライドステップにおいて、第１の熱盤及び第２の熱盤の少なくとも一方をスライドさせる構成としてもよい。

上記の接合方法において、熱盤が、端部の延長方向に並ぶ第１の熱盤及び第３の熱盤を含み、押し当てステップにおいて、第１の熱盤及び第３の熱盤を端部の一面に押し当て、スライドステップにおいて、第１の熱盤及び第３の熱盤を逆向きにスライドさせる構成としてもよい。

本発明の一実施形態の構成によれば、接合中に熱盤をスライドさせることにより、樹脂の流動が促進されるため、接合不良の発生を抑制することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るプリプレグシート製造システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るプリプレグシートの製造方法を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る接合装置の正面図である。 本発明の一実施形態に係る接合装置の正面から見た内部構造を示す図である。 図３のＡ－Ａ矢視図である。 図３のＢ－Ｂ矢視図である。 ガイド部材の配置を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して、重複する説明を省略する。また、各図において、符号が共通する事項が複数表示される場合は、必ずしもそれらの複数の表示の全てに符号を付さず、それらの複数の表示の一部について符号の付与を適宜省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るプリプレグシート製造システム１の概略構成を示すブロック図である。プリプレグシート製造システム１は、制御部２、切断装置３、搬送装置４、接合装置５及び巻取装置６を備える。制御部２は、プリプレグシート製造システム１の全体の動作を統制する。切断装置３、搬送装置４、接合装置５及び巻取装置６は、それぞれ後述する切り分け工程Ｓ１、搬送工程Ｓ２、接合工程Ｓ３及び巻取工程Ｓ４を行う装置である。

図２は、本発明の実施形態に係るプリプレグシートの製造方法を説明する図である。本発明の実施形態に係るプリプレグシートの製造方法は、繊維が長さ方向に配向した比較的に幅の狭い帯状のＵＤ（Unidirectional）プリプレグシート（以下「ＵＤテープＴ」という。）から、任意の一方向に繊維が配向した、より幅の広いＵＤプリプレグシート（以下「大判ＵＤシートＬ」という。）を製造するものである。本実施形態のＵＤプリプレグシートは、熱可塑性ＵＤ－ＣＦＲＰ（Unidirectional carbon fiber reinforced plastics）プリプレグシートであるが、本発明は、ＵＤ－ＣＦＲＰプリプレグシートの製造に限定されるものではなく、例えば、ガラス繊維やアラミド繊維等の他の種類の繊維を含むプリプレグシートの製造にも適用することができる。また、本発明は、長繊維の織物に樹脂を含浸させたプリプレグシートや、短繊維がランダムに配向したプリプレグシートの製造にも適用することができる。

素材メーカーから供給される熱可塑性ＵＤ－ＣＦＲＰプリプレグシート（以下「素材プリプレグ」という。）は、比較的に幅の狭い（例えば５０～３００ｍｍ程度）ものが多く、大型の成形品の製造に適した１０００ｍｍを超える幅広のものは供給されていない。また、素材プリプレグは、長さ方向に繊維が配向したものに限られている。そのため、長さ方向に対して繊維が斜めに配向したＵＤプリプレグシート（以下「斜め配向プリプレグ」という。）が必要な場合には、素材プリプレグから斜めに切り出す必要があり、斜め配向プリプレグに必要な幅よりも更に幅の広い素材プリプレグが必要になる。そのため、素材プリプレグから直接成形可能な成形品の仕様は限られたものとなっている。また、素材プリプレグから斜め配向プリプレグを切り出す場合には、切り落とされる端材が多くなり、材料コストが膨らむという問題もある。以下に説明する本発明の実施形態に係るＵＤプリプレグシートの製造方法及び製造システムは、これらの問題を解決し得るものである。

図２（ａ）は、大判ＵＤシートＬの製造手順を表したフローチャートである。本発明の実施形態に係る大判ＵＤシートＬの製造方法は、切り分け工程Ｓ１、搬送工程Ｓ２、接合工程Ｓ３及び巻取工程Ｓ４を含む。図２（ｂ）は切り分け工程Ｓ１を説明する図であり、図２（ｃ）は接合工程Ｓ３を説明する図である。

切り分け工程Ｓ１は、繊維が長さ方向に配向したＵＤテープＴを、側面Ｅに対して所定の角度（以下「切断角θ」という。）傾いた切断面Ｃにより等間隔で切り分ける工程である。切り分け工程Ｓ１において切り分けられたＵＤプリプレグシートを「セグメントＳｅｇ」という。切断角θは、４５°≦θ≦９０°の範囲で任意の値に設定することができるが、例えば、４５°、６０°、９０°等の角度が選択される。

搬送工程Ｓ２では、切り分け工程Ｓ１において切り分けられたセグメントＳｅｇが、搬送装置４により接合装置５へ搬送される。

接合工程Ｓ３では、セグメントＳｅｇの側面Ｅ同士が突き合わされて、加熱融着により順次接合、連結される。これにより、長さ方向と繊維方向とが切断角θをなす大判ＵＤシートＬが形成される。形成された大判ＵＤシートＬは、巻取装置６によりドラム等に巻き取られる。

図３は、本発明の実施形態に係る接合装置５の正面図である。
図４は、接合装置５の内部構造を示した図である。具体的には、図４は、図３から後述するセンタービーム１５及びストッパ７０を取り除いた図である。
図５及び図６は、それぞれ図３のＡ－Ａ矢視図及びＢ－Ｂ矢視図である。

なお、図３において、紙面に垂直に裏から表に向かう方向をＸ軸方向、左から右に向かう方向をＹ軸方向、下から上に向かう方向をＺ軸方向と定義する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交する水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。また、Ｘ軸正方向を前、Ｘ軸負方向を後ろ、Ｙ軸正方向を右、Ｙ軸負方向を左、Ｚ軸正方向を上、Ｚ軸負方向を下と呼ぶ。

接合装置５は、フレーム１０、下熱盤部２０、上熱盤部３０（図４－６）、熱盤スライド機構５０（スライド手段）、複数（本実施形態では四つ）の熱盤昇降機構６０（プッシュ手段）及び複数（本実施形態では七対）のストッパ７０を備えている。

図５に示されるように、下熱盤部２０の前後には、被加工物Ｗ（セグメントＳｅｇ及び大判ＵＤシートＬ）の搬送路を構成する床Ｆが配置されている。下熱盤部２０の上面（より具体的には、後述する下熱盤２２の加熱面２２ａ）は、その前後に配置された床面Ｆｓと連続するように配置されている。より具体的には、加熱面２２ａは、その前後の床面Ｆｓと、略同一平面上に、略隙間無く配置されている。

接合の際、下熱盤２２の加熱面２２ａの上には被加工物Ｗの被接合部が載置され、下熱盤２２は被接合部を下面から加熱する。

上熱盤部３０は、後述する上熱盤３２の加熱面３２ａと下熱盤２２の加熱面２２ａとが被加工物Ｗの被接合部を間に挟んで向かい合うように、下熱盤部２０の真上に平行に配置されている。また、接合の際、上熱盤部３０の加熱面３２ａは、被接合部の上面に押し当てられて、被接合部を上面から加熱する。

熱盤スライド機構５０は、上熱盤部３０をＹ軸方向に移動させる機構である。熱盤昇降機構６０は、上熱盤部３０を昇降させる機構である。熱盤昇降機構６０は、接合時に上熱盤３２を降下させて被接合部に押し当てることにより上熱盤部３０による被接合部の加熱を開始させ、上熱盤３２を上昇させて被接合部から離すことにより上熱盤部３０による被接合部の加熱を終了させる。ストッパ７０は、接合中に被接合部が動かないように、被加工物Ｗの被接合部に近い部分を床Ｆに押し付ける機構である。

フレーム１０は、それぞれＹ軸方向に延びる下ビーム１１、一対の上ビーム１２及び一対のセンタービーム１５と、これらを連結する一対の側板１６を備えている。一対のセンタービーム１５は、下ビーム１１の上方において、前後に並べて配置されている。一対の上ビーム１２は、一対のセンタービーム１５の上方において、前後に並べて配置されている。各ビーム１１、１２及び１５のＹ軸方向における一端が一方の側板１６によって連結され、各ビーム１１、１２及び１５のＹ軸方向における他端が他方の側板１６によって連結されている。

フレーム１０（固定フレーム）は、一対の上ビーム１２を連結する複数の（より具体的には、少なくとも四つの）Ｘ軸方向に延びる連結ビーム１３を備えている。Ｙ軸方向両端に配置された連結ビーム１３の下面からは、それぞれアーム１４が下垂している。一対のアーム１４により、熱盤スライド機構５０が支持されている。

図４に示されるように、熱盤スライド機構５０は、可動フレーム５１、一つ以上（本実施形態では二つ）のリニアガイド５２及び一対のエアシリンダ５３（第１の直動アクチュエーター）を備えている。可動フレーム５１は、Ｙ軸方向に延びる棒状部材であり、本実施形態では角パイプから形成されている。

リニアガイド５２は、フレーム１０と可動フレーム５１とをＹ軸方向（すなわち、被加工物Ｗの被接合部の延長方向）にスライド可能に連結する。図６に示されるように、リニアガイド５２は、レール５２１と、レール５２１上を走行可能なキャリッジ５２２を備えている。レール５２１は、取付板５２ａを介して可動フレーム５１の上面に取り付けられ、キャリッジ５２２は、取付板５２ｂを介して上ビーム１２及び連結ビーム１３の下面に取り付けられている。なお、リニアガイド５２には、例えば、玉循環リニア軸受、ころ循環リニア軸受又はエアスライド（空気軸受）等が使用される。

図４に示されるように、可動フレーム５１の両端部は、ナックルジョイント５４（第１のジョイント）を介して、一対のエアシリンダ５３のピストンロッド５３２にそれぞれ連結されている。ナックルジョイント５４は、可動フレーム５１とエアシリンダ５３とを、被加工物Ｗの接合面に垂直な軸（すなわちＸ軸方向と平行な軸）の周りに回転可能に連結する。

一対のエアシリンダ５３のシリンダ本体５３１は、ナックルジョイント５５（第２のジョイント）を介して、一対のアーム１４にそれぞれ連結されている。ナックルジョイント５５は、エアシリンダ５３とアーム１４とを、被加工物Ｗの接合面に垂直な軸（すなわちＸ軸方向と平行な軸）の周りに回転可能に連結する。

熱盤昇降機構６０は、可動フレーム５１に取り付けられ、可動フレーム５１と共にＹ軸方向にスライド可能になっている。図５に示されるように、熱盤昇降機構６０は、エアシリンダ６１（第２の直動アクチュエーター）、ロッド６２及びリニアブッシュ６３を備えている。エアシリンダ６１のシリンダ本体６１１は、可動フレーム５１の上面に取り付けられている。可動フレーム５１には、エアシリンダ６１の直下に、上下に貫通する穴５１ａが形成されている。リニアブッシュ６３は、穴５１ａと連絡するように可動フレーム５１内に設置されている。ロッド６２は、リニアブッシュ６３及び穴５１ａに通され、鉛直に保持されている。ロッド６２の上端はエアシリンダ６１のピストンロッド６１２に連結され、下端は上熱盤部３０に連結されている。リニアブッシュ６３は、ロッド６２を上下に往復運動可能に支持する。リニアブッシュ６３は、例えば転がり軸受、空気軸受又はすべり軸受である。

複数の熱盤昇降機構６０のエアシリンダ６１は、例えば同じ空圧系により同期駆動され、連携して上熱盤部３０を昇降する。なお、本実施形態の接合装置５には、Ｙ軸方向に一列に並べられた複数の熱盤昇降機構６０が設けられているが、単一の熱盤昇降機構６０により上熱盤部３０を昇降させる構成としてもよい。また、複数の熱盤昇降機構６０を複数列（例えば、前後２列）に並べてもよい。

上熱盤部３０は、上熱盤３２、断熱板３３、３４、複数の接続部材３１、ヒーター３６及び温度センサー３７を備えている。上熱盤３２は、例えば、鉄、銅、アルミニウム又はこれらの合金等の比較的に熱伝導率の高い材料から形成された、Ｙ軸方向に細長い棒状の部材である。

上熱盤３２の表面（特に、被加工物Ｗと接触する加熱面３２ａ）には、離型性を高める表面処理（例えば、フッ素樹脂含有無電解ニッケルメッキやシリカ膜等のセラミックコーティング）を施しても良い。なお、表面処理を行わずに離型シートを使用することもできるが、離型シートを使用すると、熱の伝達速度が低下するため、被加工物Ｗの加熱に要する時間が長くなり、効率が低下する。また、上熱盤３２に表面処理や離型シートを用いなくてもよい。

上熱盤３２（より正確には、加熱面３２ａ）の大きさによって、被接合部（すなわち、接合時に溶融又は軟化する部分）の大きさが決まる。被接合部の幅（Ｘ軸方向の長さ）を長くすると、被接合部の繊維の配向の乱れが大きくなる。そのため、上熱盤３２の幅（Ｘ軸方向の長さ）はなるべく短くする必要がある。また、幅の広い大判ＵＤシートＬを製造できるよう、上熱盤３２の長さ（Ｙ軸方向の長さ）はなるべく長くする必要がある。そのため、上熱盤３２は、Ｙ軸方向に細長い形状となっている。

本実施形態の上熱盤部３０は、二組のシース形のヒーター３６及び温度センサー３７を備えている。上熱盤３２の両端部に、ヒーター３６及び温度センサー３７が一組ずつ埋め込まれている。上熱盤３２は、下面（すなわち、被加工物Ｗと接触する加熱面３２ａ）を除く５面が断熱板３３、３４等で覆われている。上熱盤３２は、その上面に取り付けられた断熱板３３及び接続部材３１を介して、ロッド６２の下端に取り付けられている。

下熱盤部２０は、下熱盤２２、断熱板２３、２４、ヒーター２６及び温度センサー２７を備えている。下熱盤２２は、上熱盤３２と同様に、アルミニウム合金等の比較的に熱伝導率の高い材料から形成された、Ｙ軸方向に細長い棒状の部材である。本実施形態の下熱盤部２０は、二組のシース形のヒーター２６及び温度センサー２７を備え、下熱盤２２の両端部にヒーター２６及び温度センサー２７が一組ずつ埋め込まれている。下熱盤２２は、上面（被加工物Ｗと接触する加熱面２２ａ）を除く５面が断熱板２３、２４等で覆われている。下熱盤２２は、その下面に取り付けられた断熱板２３を介して、下ビーム１１の上面に取り付けられている。

図５に示されるように、複数のストッパ７０が、接合装置５の中心面ＣＰに対して対称に配置されている。なお、中心面ＣＰは、接合装置５の中心を通る、Ｙ軸方向及びＺ軸方向と平行な平面である。被加工物Ｗの接合面は、略中心面ＣＰ上に配置される。図３に示されるように、本実施形態の接合装置５は、七対のストッパ７０を備えている。

図５に示されるように、ストッパ７０は、エアシリンダ７１（第３の直動アクチュエーター）及びシュー７２を備えている。エアシリンダ７１のシリンダ本体７１１はセンタービーム１５の下端部に取り付けられ、エアシリンダ７１のピストンロッド７１２の先端部にはシュー７２が取り付けられている。

ストッパ７０は、エアシリンダ７１の軸ＡＸ（すなわち駆動方向）を床面Ｆｓの法線（Ｚ軸）に対してＹ軸周りに所定角φ傾けて配置されている。より具体的には、ストッパ７０は、先端にシュー７２が取り付けられたエアシリンダ７１のピストンロッド７１２を下方に突出させたときに、シュー７２が接合装置５の中心面ＣＰに近づくように、軸ＡＸをＹ軸周りに傾けて設置されている。

シュー７２は、本体７２１と、本体７２１の下面７２１ａに取り付けられた保護材７２２を備えている。保護材７２２は、例えば不織布やゴム板等の柔軟な材料から形成された部材であり、シュー７２が被加工物Ｗに当たった際に生じ得る被加工物Ｗの破損を防止する。下面７２１ａは、床面Ｆｓと平行になるよう、エアシリンダ７１の軸ＡＸに対して斜めに形成されている。

上記のようにエアシリンダ７１の軸ＡＸを鉛直方向（すなわち、被加工物Ｗの上面の法線方向）に対して傾けて配置することにより、シュー７２を降下させたときに、シュー７２は中心面ＣＰに近づくようにＸ軸方向にも移動するようになる。従って、シュー７２を被加工物Ｗに押し付けたときに、被加工物Ｗには、床面Ｆｓに垂直に押し付ける力ｆｚと共に、被加工物Ｗを中心面ＣＰへ向けて押す力（言い換えれば、接合する端面同士を押し付ける力）ｆｘが加えられる。力ｆｘが加わることにより、端面同士がより確実に密着した状態で接合が行われるため、接合不良の発生が抑制される。

図４に示されるように、接合装置５は、下熱盤部２０と上熱盤部３０との間に配置された複数の棒状のガイド部材８０を備えている。ガイド部材８０は、下熱盤部２０と上熱盤部３０との間の狭い隙間に被加工物Ｗを案内すると共に、接合する二つの被加工物Ｗの端部の厚さ方向への重なりを防止する部材である。ガイド部材８０は、その長さ方向をＸ軸方向に向けて、下熱盤２２の加熱面２２ａ及び接合装置５の前後に配置された被加工物Ｗの搬送路の床面Ｆｓに沿って配置されている。

図７は、ガイド部材８０の配置（より具体的には、ガイド部材８０、床面Ｆｓ、下熱盤２２の加熱面２２ａ及び接合する二つの被加工物Ｗの位置関係）を説明する図である。ガイド部材８０は、被加工物Ｗの搬送路の床面Ｆｓ及び下熱盤２２の加熱面２２ａから所定の距離だけ離れて配置されていて、床面Ｆｓ及び加熱面２２ａとガイド部材８０との間に被加工物Ｗが配置される。床面Ｆｓ及び加熱面２２ａからガイド部材８０の下面８０ａまでの高さｈは、被加工物Ｗの厚さｔよりも大きく、厚さｔの２倍（２ｔ）よりも小さな大きさに調整されている。これにより、床面Ｆｓ及び加熱面２２ａとガイド部材８０との間に被加工物Ｗが通過することを可能にしながら、突き合わされる二つの被加工物Ｗの端部が厚さ方向に重なり合うことが阻止される。その結果、二つの被加工物Ｗの端面同士を確実に突き合わせた状態で保持することが可能になり、端面の不完全な突き合わせによる接合不良の発生が防止される。

接合工程Ｓ３の前後において、被加工物Ｗは図７における左側から右側へ搬送される。なお、図２（ｃ）に示されるように、被加工物Ｗの搬送方向とＸ軸方向とが角度９０°－θをなすように、接合装置５は搬送方向に対して切断角θに応じた向きに配置される。切断角θ＝９０°の場合は、被加工物Ｗの搬送方向はＸ軸方向となる。

ガイド部材８０の下面の搬送方向上流側（図７における左側）の部分には、床面Ｆｓからガイド部材８０までの高さが搬送方向に向かって徐々に低くなるように、テーパー面８０ｂが形成されている。これにより、被加工物Ｗ（セグメントＳｅｇ）の端部が反り上がっている場合でも、被加工物Ｗがガイド部材８０の垂直な端面８０ｃに当たらずに、テーパー面８０ｂによって床面Ｆｓとガイド部材８０の下面８０ａとの隙間に被加工物Ｗがスムーズに案内される。その結果、被加工物Ｗとガイド部材８０の端面８０ｃとの衝突による搬送エラーが防止される。

図４に示されるように、上熱盤３２の下部には、ガイド部材８０との接触を回避するために、Ｘ軸方向に延びる複数の角溝３２ｂが形成されている。接合時には、角溝３２ｂにガイド部材８０が収容される。なお、熱盤スライド機構５０によって上熱盤３２がＹ軸方向にスライドしても上熱盤３２にガイド部材８０が接触しないように、角溝３２ｂはＹ軸方向に長く形成されている。

接合装置５は、図示しない空圧供給装置を備えており、この空圧供給装置から各エアシリンダ５３、６１、７１に空圧が供給される。また、接合装置５は、下熱盤２２及び上熱盤３２の温度を制御するための図示しない温度調節装置を備えている。温度調節装置には、各一対のヒーター２６、３６及び温度センサー２７、３７を備えている。温度調節装置は、一対の温度センサー２７によって検出される温度に基づいて、各ヒーター２６に供給する電流を制御する。また、温度調節装置は、一対の温度センサー３７によって検出される温度に基づいて、各ヒーター３６に供給する電流を制御する。

次に、本実施形態の接合装置５によりプリプレグを接合する手順について説明する。まず、下熱盤２２及び上熱盤３２が設定温度に加熱される。本実施形態では、下熱盤２２及び上熱盤３２について、それぞれ異なる設定温度が設定されている。具体的には、下熱盤２２の設定温度は、被加工物Ｗの接合温度（被加工物Ｗが接合可能な程度に軟化又は流動する温度。例えば、被加工物Ｗである熱可塑性ＵＤ－ＣＦＲＰプリプレグのマトリックス樹脂の成形温度。）よりも低く常温よりも高い温度に設定される。また、上熱盤３２の設定温度は、被加工物Ｗの接合温度に設定される。これにより、被加工物Ｗの被接合部は、下熱盤２２の上に載置されたときに、接合が生じない程度に予熱され、上熱盤３２が押し当てられたときに、接合可能な温度に加熱され、接合される。

被接合部に上熱盤３２が押し当てられる前は、接合される二つの被加工物Ｗの端面間の位置決めや突き当てが不十分であるため、この段階で接合が開始すると接合不良が生じやすくなる。本実施形態によれば、被接合部に上熱盤３２が押し当てられるまでは、被接合部が接合温度に到達せず、接合が開始されないため、接合不良の発生が抑制される。

また、本実施形態によれば、上熱盤３２が押し当てられる前に下熱盤２２によって被接合部が予熱されるため、上熱盤３２が押し当てられてから短時間で被接合部が接合温度に到達するため、接合工程に要する時間を短縮することが可能になる。また、下熱盤２２が接合温度よりも低い温度となっているため、接合後に接合部の温度降下と熱可塑性樹脂の硬化を妨げることもない。また、下熱盤２２を常温よりも高い温度に加熱することにより、上熱盤３２と下熱盤２２との温度差が所定範囲内に保たれるため、上熱盤３２から下熱盤２２への熱の移動量が制限され、上熱盤３２の安定した温度制御が確保される。

次に、搬送装置４が、接合装置５へ二つの被加工物Ｗ（セグメントＳｅｇ）を順次搬送し、接合する二つの被加工物Ｗの端部（被接合部）を中心面ＣＰ（図５）の近傍で突き合わせた状態で下熱盤部２０と上熱盤部３０との間に配置する。具体的には、搬送装置４により、二つの被加工物Ｗが搬送路上を搬送方向に（図５における左側から右側に向かって）順次送り出される。なお、搬送路には、床面Ｆｓに加えて、ベルトコンベアやローラーコンベア等を含めてもよい。搬送の際に、被加工物Ｗは床面Ｆｓとガイド部材８０との間に通され、ガイド部材８０によって、床面Ｆｓとストッパ７０のシュー７２との隙間、及び、下熱盤２２と上熱盤３２との隙間に案内される。また、ガイド部材８０によって被接合部の反りが戻され、被接合部が下熱盤２２の加熱面２２ａに沿って配置される。

次に、ストッパ７０が作動して、各被加工物Ｗを床面Ｆｓとシュー７２とで挟んで解除可能に固定する。ストッパ７０のシュー７２が降下する際に、各被加工物Ｗがシュー７２によって中心面ＣＰに向かって押し込まれる。これにより、接合する端面同士を突き合わせる力が加えられて保持される。

次に、熱盤昇降機構６０が作動して、上熱盤部３０が降下し、上熱盤３２が被接合部に押し当てられて、接合が開始する。

次に、熱盤スライド機構５０が作動して、上熱盤部３０がＹ軸方向にスライドする。なお、上熱盤部３０のスライドは、一方向移動でも、往復移動でもよい。また、往復移動の回数は単回でも複数回でもよい。

次に、上熱盤部３０のスライドの完了後に、熱盤昇降機構６０が作動して、上熱盤部３０を上昇させる。次に、ストッパ７０が作動し、シュー７２を上昇させ、被加工物Ｗの固定を解除する。次に、巻取装置６が作動して、接合後の被加工物Ｗ（大判ＵＤシートＬ）の端面が中心面ＣＰに到達するまで被加工物Ｗを巻き取る。次に、搬送装置４が作動し、次に接合するセグメントＳｅｇを接合装置５へ搬送し、セグメントＳｅｇの端面を大判ＵＤシートＬの端面と突き合わせた状態で下熱盤部２０と上熱盤部３０との間に配置する。以上の工程を繰り返すことにより、大判ＵＤシートＬが製造される。

以上が本発明の一実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、様々な変形が可能である。例えば本明細書中に例示的に明示された実施形態等の構成及び／又は本明細書中の記載から当業者に自明な実施形態等の構成を適宜組み合わせた構成も本願の実施形態に含まれる。

上記の実施形態では、スライド手段が上熱盤３２をスライドさせるが、下熱盤２２をスライドさせる構成としてもよい。また、スライド手段が上熱盤３２及び下熱盤２２の両方を、例えば、逆方向に、又は、交互に、スライドさせる構成としてもよい。

上記の実施形態では、一つの上熱盤３２を被接合部全体に押し当てるものであるが、上熱盤３２をＹ軸方向（長さ方向）に複数に分割してもよい。その場合、分割した複数の上熱盤３２の互いに隣接する二つを同時に互いに逆方向にスライドさせる構成としてもよい。上熱盤３２を長さ方向に複数に分割して、各上熱盤３２の長さを短くすることにより、上熱盤３２をＹ軸方向にスライドさせた際に被加工物Ｗに生じ得る繊維の乱れや皺の発生が軽減される。

上記の実施形態では、第１、第２及び第３の直動アクチュエーターに、それぞれエアシリンダ５３、６１及び７１が使用されているが、本発明はこの構成に限定されない。他の種類の直動アクチュエーター（例えば、油圧シリンダ、リニアモーター又は電動機と送りねじ機構等の回転－直線運動変換機構とを組み合わせた電動アクチュエーター等）を使用してもよい。

１ 接合装置
１０ フレーム
２０ 下熱盤部
３０ 上熱盤部
５０ 熱盤スライド機構
６０ 熱盤昇降機構
７０ ストッパ
Ｗ 被加工物

Claims (20)

1. 互いに向かい合って配置された第１及び第２の熱盤と、
   前記第１の熱盤をプリプレグシートの被接合部に押し当て、前記第１の熱盤と前記第２の熱盤とで前記被接合部を両面から挟み込むプッシュ手段と、
   前記第１及び前記第２の熱盤による前記被接合部の接合中に、前記第１の熱盤を前記被接合部の延長方向にスライドさせるスライド手段と、
   を備えた、
   プリプレグシートの接合装置。
2. プリプレグシートの被接合部の延長方向に並ぶ第１及び第３の熱盤と、
   前記第１及び前記第３の熱盤を前記被接合部に押し当てるプッシュ手段と、
   前記第１及び前記第３の熱盤による前記被接合部の接合中に、前記第１及び前記第３の熱盤を前記被接合部の延長方向逆向きにスライドさせるスライド手段と、
   を備えた、
   プリプレグシートの接合装置。
3. 前記スライド手段が、
   可動フレームと、
   前記可動フレームをスライドさせる第１の直動アクチュエーターと、を備え、
   前記プッシュ手段が前記可動フレームに取り付けられた、
   請求項１又は請求項２に記載の接合装置。
4. 前記プッシュ手段が、
   前記第１の熱盤に対して固定されたロッドと、
   前記ロッドを駆動する第２の直動アクチュエーターと、
   前記ロッドを往復運動可能に支持する、前記可動フレームに取り付けられたリニアブッシュと、を備え、
   第２の直動アクチュエーターが前記可動フレームに取り付けられた、
   請求項３に記載の接合装置。
5. 固定フレームを備え、
   前記スライド手段が、
   前記固定フレームと前記可動フレームとをスライド可能に連結するリニアガイドと、
   前記第１の直動アクチュエーターと前記可動フレームとを接合面に垂直な軸の周りに回転可能に連結する第１のジョイントと、
   前記固定フレームと前記第１の直動アクチュエーターとを、前記接合面に垂直な軸の周りに回転可能に連結する第２のジョイントと、を備えた、
   請求項３又は請求項４に記載の接合装置。
6. 第１の熱盤と、
   前記第１の熱盤をプリプレグシートの被接合部に押し当てるプッシュ手段と、
   前記第１の熱盤を前記被接合部の延長方向にスライドさせるスライド手段と、
   前記スライド手段及び前記プッシュ手段を介して前記第１の熱盤を支持する固定フレームと、
   を備え、
   前記スライド手段が、
   可動フレームと、
   前記可動フレームをスライドさせる第１の直動アクチュエーターと、を備え、
   前記プッシュ手段が前記可動フレームに取り付けられ、
   前記スライド手段が、
   前記固定フレームと前記可動フレームとをスライド可能に連結するリニアガイドと、
   前記第１の直動アクチュエーターと前記可動フレームとを接合面に垂直な軸の周りに回転可能に連結する第１のジョイントと、
   前記固定フレームと前記第１の直動アクチュエーターとを、前記接合面に垂直な軸の周りに回転可能に連結する第２のジョイントと、を備えた、
   プリプレグシートの接合装置。
7. 前記スライド手段が、
   前記可動フレームを間に挟んで、前記可動フレームのスライド方向に並べられた一対の前記第１の直動アクチュエーターと、
   前記第１の直動アクチュエーターのそれぞれと前記可動フレームとを連結する一対の前記第１のジョイントと、を備えた、
   請求項５又は請求項６に記載の接合装置。
8. 前記第１の熱盤が、前記被接合部の上方に配置される上熱盤であり、
   前記第２の熱盤が、前記上熱盤の下方に向かい合って配置された下熱盤であり、
   前記下熱盤が前記固定フレームに取り付けられ、
   前記プッシュ手段によって前記上熱盤を前記被接合部に押し当てたときに、前記被接合部が前記上熱盤と前記下熱盤とで挟まれるように構成された、
   請求項１を引用する、請求項５又は請求項７に記載の接合装置。
9. 前記第１の熱盤が前記被接合部の上方に配置される上熱盤であり、
   前記上熱盤の下方に向かい合って配置された下熱盤を備え、
   前記下熱盤が前記固定フレームに取り付けられ、
   前記プッシュ手段によって前記上熱盤を前記被接合部に押し当てたときに、前記被接合部が前記上熱盤と前記下熱盤とで挟まれるように構成された、
   請求項２を引用する請求項５、請求項６、及び、請求項２又は請求項６を引用する請求項７のいずれか一項に記載の接合装置。
10. 前記下熱盤の上面が搬送路の床面と連続するように配置され、
    前記プリプレグシートの前記床面上に載置された部分を前記床面に押し付けて、前記プリプレグシートを解除可能に固定するストッパを備えた、
    請求項８又は請求項９に記載の接合装置。
11. 前記ストッパが、
    前記プリプレグシートと接触して前記床面に押し付けるシューと、
    前記シューを駆動する第３の直動アクチュエーターと、を備え、
    前記シューが前記プリプレグシートを前記床面に押し付けたときに、前記プリプレグシートを前記被接合部側へ押す力が加わるように、駆動方向を前記床面の法線に対して傾けて配置され、
    前記シューの下面が、前記床面と平行になるように、前記駆動方向に対して斜めに形成された、
    請求項１０に記載の接合装置。
12. 前記下熱盤の上面及び前記床面に沿って配置された、前記プリプレグシートの搬送方向に延びるガイド部材を備え、
    前記下熱盤の上面及び前記床面から前記ガイド部材の下面までの高さが、前記プリプレグシートの厚さよりも大きく、厚さの２倍よりも小さい、
    請求項１０又は請求項１１に記載の接合装置。
13. 前記ガイド部材の下面における、前記プリプレグシートの搬送方向の上流側の部分に、前記床面から前記ガイド部材までの高さが前記搬送方向に向かって徐々に低くなるように、テーパー面が形成された、
    請求項１２に記載の接合装置。
14. 接合する一対のプリプレグシートの端面同士を突き合わせて接触させる突き合わせステップと、
    前記一対のプリプレグシートの前記端面に沿った端部に熱盤を押し当て、前記端部を溶融又は軟化させる押し当てステップと、
    前記熱盤を、前記端部に押し当てながら、前記端部の延長方向にスライドさせるスライドステップと、を含み、
    前記熱盤が、互いに平行に配置された第１の熱盤及び第２の熱盤を含み、
    前記押し当てステップにおいて、第１の熱盤及び第２の熱盤により前記端部を両面から挟み込み、
    前記スライドステップにおいて、前記第１の熱盤及び前記第２の熱盤の少なくとも一方をスライドさせる、
    プリプレグシートの接合方法。
15. 接合する一対のプリプレグシートの端面同士を突き合わせて接触させる突き合わせステップと、
    前記一対のプリプレグシートの前記端面に沿った端部に熱盤を押し当て、前記端部を溶融又は軟化させる押し当てステップと、
    前記熱盤を、前記端部に押し当てながら、前記端部の延長方向にスライドさせるスライドステップと、を含み、
    前記熱盤が、前記端部の延長方向に並ぶ第１の熱盤及び第３の熱盤を含み、
    前記押し当てステップにおいて、前記第１の熱盤及び前記第３の熱盤を前記端部の一面に押し当て、
    前記スライドステップにおいて、前記第１の熱盤及び前記第３の熱盤を逆向きにスライドさせる、
    プリプレグシートの接合方法。
16. 前記プリプレグシートを、該プリプレグシートが載置された床面に押し付けて解除可能に固定する固定ステップを含む、
    請求項１４又は１５に記載の接合方法。
17. 前記固定ステップにおいて、
    前記床面に載置された前記プリプレグシートに、前記床面に対して斜めにシューを押し付けることにより、前記プリプレグシートを前記端面側へ押し込む、
    請求項１６に記載の接合方法。
18. 接合する一対のプリプレグシートの端面同士を突き合わせて接触させる突き合わせステップと、
    前記一対のプリプレグシートの前記端面に沿った端部に熱盤を押し当て、前記端部を溶融又は軟化させる押し当てステップと、
    前記熱盤を、前記端部に押し当てながら、前記端部の延長方向にスライドさせるスライドステップと、
    前記プリプレグシートを、該プリプレグシートが載置された床面に押し付けて解除可能に固定する固定ステップと、を含み、
    前記固定ステップにおいて、
    前記床面に載置された前記プリプレグシートに、前記床面に対して斜めにシューを押し付けることにより、前記プリプレグシートを前記端面側へ押し込む、
    プリプレグシートの接合方法。
19. 前記熱盤が、互いに平行に配置された第１の熱盤及び第２の熱盤を含み、
    前記押し当てステップにおいて、第１の熱盤及び第２の熱盤により前記端部を両面から挟み込み、
    前記スライドステップにおいて、前記第１の熱盤及び前記第２の熱盤の少なくとも一方をスライドさせる、
    請求項１５、請求項１５を引用する請求項１６及び請求項１７、並びに請求項１８のいずれか一項に記載の接合方法。
20. 前記熱盤が、前記端部の延長方向に並ぶ第１の熱盤及び第３の熱盤を含み、
    前記押し当てステップにおいて、前記第１の熱盤及び前記第３の熱盤を前記端部の一面に押し当て、
    前記スライドステップにおいて、前記第１の熱盤及び前記第３の熱盤を逆向きにスライドさせる、
    請求項１４、請求項１４を引用する請求項１６及び請求項１７、並びに請求項１８のいずれか一項に記載の接合方法。

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